毕业论文-110kv变电站电气部分设计

1、110kv变电站电气部分设计 - secret第一部分.设计说明书第一章：毕业设计任务书 一、 设计题目110KV降压变电站部分的设计 二、 所址概况1、 地理位置及地理条件的简述变电所位于某城市， 地势平坦，交通便利，空气污染轻微，区平均海拔200米，最高气温40，最低气温-18，年平均气温14，最热月平均最高气温30，土壤温度25。三、系统情况如下图220KV 80km 75km Xc= Sj=1000MVA 4240MVA 2120MVA cos= Xd= 110KV 4200MW (1200MW) 230km 10KV 待设变电所 注：括号内为最小1、主变压- 1 -四、负荷情况：电压

2、 负荷 名称 乡镇变1 乡镇变2 35KV 汽车厂 砖厂 乡区变 纺织厂1 10KV 纺织厂2 纺织厂3 加工厂 材料厂 4300 5000 1000 700 800 600 700 8002 1 3 1 2 1 1 2 架空 架空 架空 电缆 架空 架空 架空 架空 7 11 5 3 7 4 5 2 每回最大负荷 6000 7000 功率因数 回路数 1 1 供电方式 架空 架空 线路长度 15 8 五、设计任务1、 负荷分析及主变压器的选择。 2、 电气主接线的设计。3、 变压器的运行方式以及中性点的接地方式。 4、 无功补偿装置的形式及容量确定。5、 短路电流计算 6、 各级电压配电装置

3、设计。 7、 各种电气设备选择。 8、 继电保护规划。9、 主变压器的继电保护整定计算。 六、 设计目的- 2 -总体目标培养学生综合运用所学各科知识，独立分析各解决实际工程问题的能力。第二章：负荷分析一、 负荷分类及定义1、 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回。带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。2、 二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应两回线供电。但当两回线路有困难时，允许有一回专用架空线路供电。3、 三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负

4、荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。二、 本设计中的负荷分析市镇变1、2：市镇变担负着对所辖区的电力供应，若中断供电将会带来大面积停电，所以应属于一级负荷。煤矿变：煤矿变负责向煤矿供电，煤矿大部分是井下作业，例如：煤矿工人从矿井中的进出等等，若煤矿变一旦停电就可能造成人身死亡，所以应属一级负荷。- 3 -化肥厂：化肥厂的生产过程伴随着许多化学反应过程，一旦电力供应中止了就会造成产品报废，造成极大的经济损失，所以应属于一级负荷。砖厂：砖厂的生产过程与电的联系不是非常紧密，若终止电力供应，只会造成局部破坏，生产流程混乱，所以应属于三级负荷。镇区变：镇区变担负着对所辖区

5、域的电力供应，若中止镇区变的电力供应，将会带来大面积停电，带来极大的政治、经济损失，所以应属于一级负荷。机械厂：机械厂的生产过程与电联系不是非常紧密，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。纺织厂1、2：若中断纺织厂的电力供应，就会引起跳线，打结，从而使产品不合格，所以应属于二级负荷。农药厂：农药厂的生产过程伴有化学反应，若停电就会造成产品报废，应属于一级负荷。面粉厂：若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。 耐火材料厂：若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。 三、 35KV及10KV各侧负荷的大小 1、 35KV侧：P16000+7000+4500*2+4300*2+500

6、035600KW Q1=6000*+7000*+4500*2+4300*2+ 5000*=19186Kvar 2、 10KV侧：P21000*3+800*2+700+800*2+600+700+800*29800KW Q2=1000*3*+700*+800*2+800*2+- 4 -600*+700*+800*2= PP1+P2=35600KW+9800KW=45400KW Q=Q1+Q2=19186+= 所以：S1/251398KVA 考虑线损、同时系数时的容量： S2=51398*=第三章 主变压器的选择一、主变台数的确定对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以

7、装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。 二、主变容量的确定1、主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70-80。此变- 5 -电所是一般性变电所。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为： S=S2*=*= 所以

8、应选容量为40000KVA的主变压器。 三、主变相数选择 1、主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。2、当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。 四、主变绕组数量1）、在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值： 高压侧：K1=(3

9、5600+9800)*/40000= 中压侧：K2=35600*/4000= 低压侧：K3=9800*/40000= 以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。 五、主变绕组连接方式变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系- 6 -统采用的绕组连接方式只有y和，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。35KV及以下电压，变压器绕组都采用连接。有以上知，此变电站110KV侧采用Y0接线 35KV侧采用Y连接，10KV侧采用接线 主变中性点的接地方式：选择电力网中性点接送地方

10、式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。35KV系统，ICIzk 4.此断路器的额定关合电流Ieg=80KA Ich= IegIch 5.动稳定校验动稳定电流：idw=80KAich= idwich 热稳定效应：Qd=(I2+10I2 Z(t/2)+I2zt)/12*t=(+10*+)/12*3=

11、 Ir2t=*3=Qd- 23 -操作机构，采用气动草操动机构；电气工程电气设备手册查得应采用CQA-1型电气操动机构。 三、110KV隔离开关的选择 应采用户外型隔离开关参考电气工程电气手册，可知应采用GW5-110G高压隔离开关。此隔离开关技术数据如下： 额定电压 110KV 额定电流 600A 动稳定电流值 动稳定电流值 50KA 72KA 校验：通过隔离开关的最大持续工作电流为隔离开关的额定电流为600A，大于通过隔离开关的最大持续工作电流。 动稳定校验：动稳定电流：idw=50KA ich= idwich 热稳定效应：Qd=(I2+10I2Z(t/2)+I2zt)/12 *t=(+1

12、0*+)/12*5= Ir2t=142*5=980Qd 操动机构：CS17G四、敞露母线选择操动机构 CS17-G 16(4S) 40(5S)硬母线一般是指配电装置中的汇流母线和电气设备之间连接用的裸硬导体。- 24 -硬母线分为敞露式和封闭式两类。 1.线材料和截面形状的选择：目前母线材料广泛采用铝材，因为铝电阻率较低，有一定的机械强度，质量轻、价格较低，我国铝材的储量丰富。钢虽有较好的性能，但价格贵，我国储备不多。所以只有在一些特殊场合，如工作电流较大，位置特别狭窄，环境对铝材有严重腐蚀的情况下才用铝材。综上所述，在本设计中母线材料才用铝。硬母线截面积形状一般有矩形、槽型、和管型。矩形母线

13、散热条件好，有一定的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应较大，矩形母线一般只用于35KV及以上，电流在4000A级以下的配电装置中。槽形母线的机械性能强度较好，集肤效应较小，在40008000A时一般 才用槽形母线。管形母线集肤效应较小，机械强度高，管内可用水或风冷却，因此可用于800A及以上的大电流母线。此外，管形母线表面光滑，电晕放电电压高，因此，110KV以上配电装置中多才用管形母线。以上分析知：在本设计中110KV才用槽形母线，35KV、10KV才用矩形母线。管形母线在支柱绝缘子上放置方式有两种：竖放和平放。平放比竖放散热条件差，允许电流小。三相母线的布置方式有水平布置和垂直布置，水平

14、布置母线竖放时，机械强度差，散热条件好。垂直布置母线竖放时，机械强度和散热条件都较好，但增加了配电装置的高度。综上，矩形母线在支柱绝缘子上采用水平布置母线竖放。- 25 -2.母线截面积选择：本设计中母线的截面按长期允许电流选择。按长期允许电流选择时，所选母线截面积的长期允许电流应大于装设回路中最大持续工作电流即，IyImax Iy=kIye Iy指基准环境条件下的长期允许电流 K指综合校正系数 110KV母线截面选择：Imax=从电力工程电气手册第八章第一节表8-3中查的应选用载流量为2280的双槽形母线，其参数如下：h(mm) ：75，b(mm)：35，t(mm)：4，r(mm)：6 双槽

15、形导体截面积S(mm2)：1040，集肤效应系数：。 35KV母线截面选择：Imax=*40000/(31/2*)=(A) 10kv母线截面选择：Imax=*40000/(31/2*)=(A)从电力工程电气手册第八章第一节 表8-3中查得应选用载流量为692单条竖放的导体，导体尺寸： h*b=50*5(mm*mm)五、110KV电流互感器选择电气工程电气设备手册中比较分析得，在本设计中宜采用LCWB110型号的电流互感器，技术数据如下：- 26 -额定电流 二次组合 准确级准 短时热稳定电流 动稳定电流 10倍数二次负荷 110KV 600A (KA) 40-80(KA) P/P/P/ 此电流

16、互感器为多匝油浸式瓷绝缘电流互感器，其性能符合国际和IEC的有关标准，具有结构严密，绝缘强度高，介质损耗率和局部放电量低，可靠性高以及运行维护简单方便等特点。Imax=/=*40000/= Ie1=300A, Ie1Imax热稳定效验：LH的热稳定能力用热稳定倍数Kr表示。热稳定倍数Kr等于1S内允许通过的热稳定电流与一次额定电流之比。 (KrIe1)2*tQd (KrIe)2*t=(I热min/Ie*Ie)2*t= 2*1=Qd= (KrIe1)2tQd 符合要求动稳定效验：LH的动稳定能力用动稳定倍数Kr表示。Kd 等于内部允许通过极限电流的峰值与一次额定电流之比。 I(3)ch=21/2

17、*40=(按最小动稳定电流计算) ich= (Kd21/2Ie1)ich 符合要求 六、电压互感器的选择从电气工程设备手册中比较各种电压互感器后选择JCC系列的电压互感器。该系列电压互感器为单相、三绕组、串及绝缘，户外安装互感器，适用于交流50HZ电力系统，作电压、电能测量和继电保护用。- 27 -型号含义：J:电压互感器，C:串级绝缘，C:瓷箱式。 七、高压开关柜的选择近年来高压开关柜的开发和制造发展的步伐比较快。额定电压有3、6、10、35KV等多种，额定电流可达到3150A，开断电流可达到50KA。高压开关柜应实现电器和机械的“五防闭锁”，防止误操作，提高安全可靠性，“五防”的具体要求是

18、： 1. 防止误合、误分断路器。 2. 防止带负荷分、合隔离开关。 3. 防止带电挂接地线。 4. 防止带接地线合闸。 5. 防止误入带电间隔。、35KV侧高压开关柜的选择从电气工程电气设备手册第11章中比较各开关柜选择GBC35型手车式高压开关柜。GBC35型手车式高压开关柜系三相交流50HZ单母线系统的户内保护型成套装置。作为接受和分配35KV的网络电能之用。该开关柜为手车结构，采用空气绝缘为主。各相带电体之间绝缘距离不小于30 mm ，只有个别部位相间不足时才设置极间障。开关柜主母线采用矩形铝母线，水平架空装于柜顶，前后可以观察。联络母线一般采用50*5铝管，呈三角形布置在柜的下部。除柜

19、后用钢网遮拦以便观察外，开关柜的下面，柜间及柜的两侧，均采用钢板门或封板中以保护。GBC35型手车式高压开关柜技术数据- 28 -名称 额定电压 最高工作电压 最大额定电流 额定断开电流 参数 35KV 1000A 16KA 名称 最大关合电流 极限通过电流 2S热稳定电流 额定断流容量 参数 42KA 42KA 16KA 1000MVA 35KV变压器出线开关柜方案选择： Imax=4000/31/2*=电流互感器选择210号方案 主要设备：LCZ35型电流互感器ZN35/1000A型真空断路器CD10I型电磁操作机构 35KV出线开关柜方案选择：Imax=S/31/2U=7000*(1+5

20、%)/*31/2*37=124A 一次线路选择09号方案主要设备：LCZ35型电流互感器避雷器选择89号方案 主要设备：F2-35型避雷器、JS-2型放电记录器 电压互感器选择65号方案 主要设备：JDJJ2-35型电压互感器、RN2-35形熔断器 有关设备校验：ZN35/1000A型真空断路器ZN35/1000A型真空断路器的技术参数如下：- 29 -资料参考电气工程电气设备手册表4-3-3 额定电压 35KV 最高工作电压 额定电流 630A 1000A热稳定电流 8KA 额定关合电流 20KA 32KA 固有分闸时间 生产厂家 西安电器设备厂 额定开断电流 8KA 动稳定电流 20KA

21、32KA 此断路器的额定关合电流Ieg=20KA Ich= IegIch 动稳定校验动稳定电流： idw=20KA, ich=, idwich 热稳定效应：Qd=(I2+10I2 Z(t/2)+I2zt)/12*t=/12*2= Ir2t=82*2=128Qd 校验合格LCZ-35型电流互感器的校验从电气工程电气设备手册表3-1-1查得参数额定电流比 20-1000/5 准确级准 短时热稳定电流 13(1S) (KA) 动稳定电流 (KA) - 30 -目前，已广泛采用复合电压起动的过流保护作为变压器的后备保护。故在本设计也采用复合电压起动的过流保护。 整定计算： 1. 电流继电器：电流继电器

22、一次动作电流按躲过变压器额定电流整定： Kk= Kh=IDZ=(Kk/Kh)*IBe=/*= 2. 低电压继电器对于降压变电站低压继电器一次动作电压，应按最低工作电压整定。 UDZ=Ugmin/KkKh=09*110/*= 3.负序电压继电器负序电压继电器的一次动作电压，应按躲过正常运行时的不平衡电流整定取UDZ= UE=变压器的接地保护：在中性点直接接地的变压器上，一般应装设反应接地短路的保护作为变压器的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。如果变压器中性点直接接地运行，其接地保护一般采用零序电流保护，保护接于中性点引出线的电流互感器上。所以在本设计中变压器的接地保护采用零序电流保护。 变压

23、器的过负荷保护：过负荷保护反应变压器对称负荷引起的过流保护。保护用一个电流继电器接于一相电流上，经延时动作于信号。对于两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设保护。 过负荷保护的动作电流按躲过变压器额定电流整定，即 IDZ=Kk/Kk*IeB 式中Kk取 Kb取高压侧：IDZ=*40000/= 中压侧：IDZ=*40000/= 低压侧：IDZ=*40000/= 二、线路保护的规划： 110KV侧：- 36 -距离保护是根据故障点距离保护装置处的距离来确定其动作电流的，较少受运行方式的影响，在110220KV电网中得到广泛的应用。故在本设计中，采用三段式阶梯时限特性的距离保护。距离保护的第一段

24、保护范围为本线路长度的80-85，T1约为，第二段的保护范围为本线路全长并延伸至下一线路的一部分，T11约为，距离第一段和第二段构成线路的主保护。距离保护的第三段作为相邻线路保护和断路器拒动的远后备保护，和本线路第一段和第二断保护的近后备。110KV以上电压等级的电网通常均为中性点直接接地电网，在中性点直接接地电网中，当线路发生单相接地故障时，形成单相接地短路，将出线很大的短路电流，所以要装设接地保护。35KV、10KV侧保护的选用从电力装置的继电保护和自动装置设计规范中查得，在35KV、10KV侧无时限和带时限电流速断保护配合，可作为本线路的主保护，但它不能起远后备保护的作用，为了能对线路起

25、到近后备和对相邻线路起到运后备作用，还必须装设第三套电流保护，即定时限过电流保护。 三、母线保护规划 110KV母线保护规划110KV220KV电网中母线保护应用较多的是母联相位比较差动保护，故在本设计中110KV母线保护母采用联相位比较差动保护。 35KV，10KV母线保护规划35KV，10KV采用的都是单母分段连线，35KV，10KV单母分段连线，一般采用低阻抗的电流差动母线保护，故在本设计中35KV，10KV母线保护采用低阻抗的电流差动母线保护。第十章 变电所的所用电变电所的所用负荷很少，主要负荷时变压器的冷却设备以及其它一些用电- 37 -负荷。如：强迫油循环冷却装置的油泵，水泵风扇等

26、，采暖通风照明及检修用电等。故一般变电所，所用变压器的容量为50135KV，中小型变电所所用20KVA即能满足要求。变电所所用接线很简单，一般用一台所用变压器，自变电所中最低以及电压母线引接电源，副边采用380/220中性点直接接地的三相四线制系统，用单母线接线。大容量变电所，所用电较多，一般装设两台所用变压器，两台所用变压器分别接在变电所最低一级电压母线的不同分段上。在本设计中，在10KV侧，分别装设两台50KVA的所用变压器。第二部分.计算说明书- 38 -第一章 短路电路计算在变电所和发电厂的电气设计中，短路电流计算是一个重要环节。计算的目的是选择主接线，比较各种接线方案；选择电气设备，

27、校验设备提供依据；为继电保护整定计算提供依据等。 一、三相短路计算 解：1.计算各阻抗标值查222KV及三相双绕组电力变压器技术数据 查不到容量为240MVA变压器的参数 查260MVA变压器的技术数据得：Ud%=14容量为120MVA的变压器的阻抗电压：- 39 -Ud12%, Ud23%=, Ud31%= 200MW的发电机的电抗标值：X1*=Xd*=*/800= 4*240MVA的变压器：X2*=*=*100/= 75Km线路：X3*=X0L*=*75*= 80Km线路：X4*=X0L*=*80*= 容量为1000MVA的发电机X5*=Xd*=*= 2*120MVA的变压器：Ud1%=1

28、/2(Ud12%+Ud31%-Ud23%)=1/2(+)= Ud2%=1/2(Ud12%+Ud23%-Ud31%)=1/2(+)= Ud3%=1/2=1/2(+)=-0X6*=X7*=*=*= X8*=X9*=*=*= 30km线路：X10*=X11*=X0L*=*30*= SFPSL-40000/110的技术参数： Ud12%=，Ud23%，Ud31%Ud1%=1/2(Ud12%+Ud31%-Ud23%)=1/2(+)= Ud2%=1/2(Ud12%+Ud23%-Ud31%)=1/2(+)=-0 Ud3%=1/2(Ud23%+Ud31%-Ud12%)=1/2(+)=- 40 -第一部分.设计

29、说明书第一章：毕业设计任务书 一、 设计题目110KV降压变电站部分的设计 二、 所址概况1、 地理位置及地理条件的简述变电所位于某城市， 地势平坦，交通便利，空气污染轻微，区平均海拔200米，最高气温40，最低气温-18，年平均气温14，最热月平均最高气温30，土壤温度25。三、系统情况如下图220KV 80km 75km Xc= Sj=1000MVA 4240MVA 2120MVA cos= Xd= 110KV 4200MW (1200MW) 230km 10KV 待设变电所 注：括号内为最小1、主变压- 1 -四、负荷情况：电压 负荷 名称 乡镇变1 乡镇变2 35KV 汽车厂 砖厂 乡

30、区变 纺织厂1 10KV 纺织厂2 纺织厂3 加工厂 材料厂 4300 5000 1000 700 800 600 700 8002 1 3 1 2 1 1 2 架空 架空 架空 电缆 架空 架空 架空 架空 7 11 5 3 7 4 5 2 每回最大负荷 6000 7000 功率因数 回路数 1 1 供电方式 架空 架空 线路长度 15 8 五、设计任务1、 负荷分析及主变压器的选择。 2、 电气主接线的设计。3、 变压器的运行方式以及中性点的接地方式。 4、 无功补偿装置的形式及容量确定。5、 短路电流计算 6、 各级电压配电装置设计。 7、 各种电气设备选择。 8、 继电保护规划。9、

31、主变压器的继电保护整定计算。 六、 设计目的- 2 -总体目标培养学生综合运用所学各科知识，独立分析各解决实际工程问题的能力。第二章：负荷分析一、 负荷分类及定义1、 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回。带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。2、 二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应两回线供电。但当两回线路有困难时，允许有一回专用架空线路供电。3、 三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。二、 本设计中的负荷分析市镇变1、2：市镇变担负着对所辖区的电力供应，若中断供电将会带来大面积停电，所以应属于一级负荷。煤矿变：煤矿变负责向煤矿供电，煤矿大部分是井