110KV35KV10KV电气主接线设计及变压器容量的选择1

110KV35KV10KV电气主接线设计及变压器容量的选择1毕业设计

课题名称：110、35、10kV变电所电气部分设计设计时间：2024年12月

系部：电子信息工程系

班级：**************

姓名：********

指导老师：********

名目

第一章电气主接线设计及变压器容量的选择

第1．1节主变台数和容量的选择(1)

第1．2节主变压器形式的选择(1)

第1．3节主接线方案的技术比较(2)

第1．4节站用变压器选择(6)

第1．5节10KV电缆出线电抗器的选择(6)

其次章短路电流计算书

第2．1节短路电流计算的目的(7)

第2．2节短路电流计算的一般规定(7)

第2．3节短路电流计算步骤(8)

第2．4节变压器及电抗的参数选择(9)

第三章电气设备选型及校验

第3．1节变电站网络化解(15)

第3．2节断路器的选择及校验(20)

第3．3节隔离开关的选择及校验(23)

第3．4节熔断器的选择及校验(24)

第3．5节电流互感器的选择及校验(29)

第3．6节电压互感器的选择及校验(29)

第3．7节避雷器的选择及校验(31)

第3．8节母线和电缆(33)

设备选择表(38)

第一章电气主接线设计及主变压器容量选择

第1．1节台数和容量的选择

（1）主变压器的台数和容量，应依据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑确定。

（2）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，并适当考虑到远期的负荷进展。对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

（3）在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得跔容量的备用电源时，可装设一台主变压器。

（4）装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

第1．2节主变压器型式的选择

（1）110kV及10kV主变压器一般均应选用三相双绕组变压器。

（2）具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采纳三相三绕组变压器。

（3）110kV及以上电压的变压器绕组一般均为YN连接；35kV采纳YN连接或D连接，采纳YN连接时，其中性点都通过消弧线圈接地。

1.2.1依据以上规定下面为我选的方案

（1）方案一

①110KV侧、35KV侧和10KV侧均采纳单母分段带旁路母线的接线方式。

②主变容量及台数的选择：2台主变容量同方案一。

（2）方案二

①110KV侧采纳桥形接线，35KV侧和10KV侧采纳单母分段带旁路母线。

②主变容量及台数的选择：2台主变容量同方案一。

（3）方案三

①110KV侧接线方式：110KV侧采纳桥形接线，35KV侧和10KV侧采纳双母线。

②主变容量及台数的选择：2台主变容量同方案一，而且设备瑾和参数均选为全都，

便于进行经济技术比较。

（4）方案四

①110KV侧、35KV侧、10KV侧均采纳双母线接线方式，两台主变压器。

②主变台数的选择：

1）运行主变压器的容量应依据电力系统10—20年的进展规划进行选择。由于任务书给定的是一个三个电压等级的变电站，而且每个电压等级的负荷均较大，故采

用三绕组变压器2台，运行主变压器的容量应依据电力系统10—20年的进展规

划进行选择。并应考虑变压器正常运行和事故过负荷力量，以变压器正常的过负

荷力量来担当变压器遭受的短时高峰负荷，过负荷值以不缩短变压器的寿命为

限。通常每台变压器容量应当在当一台变压器停用时，另一台容量至少保证对

60%负荷的供电。

2）主变容量选择Sn＝0.6Sm。(Sm为变电站最大负荷)

3）两台主变可便利于运行维护和设备的检修同时能满意站代负荷的供电要两台求。

4）．运行方式敏捷、牢靠、便利。

(3)主变压器形式的选择：

①．相数的确定

为了提高电压质量最好选择有载调压变压器。

②．绕组的确定

本站具有三种电压等级，且通过主变各侧绕组功率均达到该变压器容量的15%以上，故选三绕组变压器。

③．缓缓的连接方式

考虑系统的并列同期要求以及三次谐波的影响，本站主变压器绕组连接方式选用Y0Y0△－11。

采纳“△”接线的目的就是为三次谐波电流供应通路，保证主磁通和相电势接近正弦波，附加损耗和局过热的状况大为改善，同时限制谐波向高压侧转移。

第2．2节主接线方案技术比较

综上所述，由于方案四和方案三采纳桥形接线，站用的断路器比方安一和方案四少。主变台数、型号、参数均相同，同时又不降低用电和供电牢靠性，又符合现场实际和设计规程的要求，从经济角度考虑选择方案四和三比较合适，达到了工程造价较低，同时考虑了变电站随着负荷的增加，进行扩建和增容的可能性，由于桥式接线在负荷增加时，可很便利的改造为单母线分段，以适应负荷增加和供电牢靠性的要求。

但是，假如110KV输电线路运行时故障多，跳闸频繁，将影响变电站负荷的牢靠性。

从现阶段负荷的牢靠性来说，用户对牢靠的要求越来越高，已经对电力系统的供电牢靠性提出了更高的要求，同时由于供电企业自身的需要增供扩销的内在要求，变电站

110KV侧也可设计成双母线或单母分段带旁路母线较合适。因此从现场运行和供电企业自身的需要，经济条件比过去好很多。

由以下分析，最终初步将方案四和方案三淘汰掉，对方案一和方案二进行具体的经济比较。最终确定一个最优方案进行设计。

第2．3节主接线方案的经济比较

本节是将方案一和方案二进行经济比较。经济计算是从国民经济整体利益动身，计算电气主接线各比较方案的费用和效益，为选择经济上的最优方案供应依据。

在经济比较中，一般有投资和年运行费用两大项。1．主变压器的选择主变容量的确定：

Sn=0.6Pmax/?cos=0.6×(80+35)/0.85=81.176MVA=81176KVA

选SSPSL-90000型，选择结果如表2-1：表2-1

2．主变容量比的确定(1)35KV侧：

S2n＝80/0.85＝94.118MVA＝94118KVA

%30%5.52%10090000294118

2>=??=nnSS(2)10KV侧：

S3n＝35/0.85＝41.176MVA＝41176KVA

%88.22%10090000

241176

3=??=nnSS(3)因35KV侧大于变压器容量的30%，故确定主变容量比为100/100/50。3．计算方案一与方案二的综合投资Z

(1)方案二的综合投资(110KV侧、35KV侧和10KV侧均要采纳双母线接线)

①．主变：66.42×2万元

②．110KV母线：(102.6-10.16×4)万元

35KV母线：(28.89+3.0×4)万元

10KV母线：(15.1+1.9×4)万元

以上各项数字及意义如表2-2所示：

表2-2

③．Z0＝66.42×2+(102.6-10.16×4)+(28.89+3.0×4)+(15.1+1.9×4)＝257.79万元

(其中，Z0为主体设备的综合投资，包括变压器、开关设备、配电装置等设备的综合投资)

④．Z=Z0(1+α/100)=257.79×(1+90/100)=489.801万元

(其中，α为不明显的附加费用比例系数，110KV取90)

(2)方案四的综合投资(110KV侧、35KV侧和10KV侧均采纳单母分段带旁路母线接线形式)

①．主变：66.42×2万元

②．110KV母线：(102.6-10.16×4)万元

35KV母线：(27.36+2.79×4)万元

10KV母线：(7.5+0.55×4)万元

以上各项数字及意义如表2-2所示：

③．Z0＝66.42×2+(102.6-10.16×4)+(27.36+2.79×4)+(7.5+0.55×4)＝243.02万元

④．Z=Z0(1+α/100)=243.02×(1+90/100)=461.738万元

(其中，α为不明显的附加费用比例系数，110KV取90)

4．计算方案一与方案二的年运行费用

(1)方案二的年运行费用

△P0=21.5KW

△Q0=I0%·Sn/100=1.6×90000/100=1440KVar

△Ps(1-2)=90KW△Ps(1-3)=90KW△Ps(2-3)=68KW

△Ps1=1/2(△Ps(1-2)+△Ps(1-3)-△Ps(2-3))

=1/2(90+90-68)

=56kw

△Ps2=1/2(△Ps(1-2)+△Ps(2-3)-△Ps(1-3))

=1/2(90+68-90)

=34kw

△Ps3=1/2(△Ps(1-3)+△Ps(2-3)-△Ps(1-2))

=1/2(90+68-90)

=34kw

△P=△Ps1+△Ps2+△Ps3

=56+34+34

=124kw

Ud(1-2)%=17Ud(1-3)%=10.5Ud(2-3)%=6

Ud1%=1/2(Ud(1-2)%+Ud(1-3)%-Ud(2-3)%)

=1/2(17+10.5-6)

=10.75

Ud2%=1/2(Ud(1-2)%+Ud(2-3)%-Ud(1-3)%)

=1/2(17+6-10.5)

=6.25

Ud3%=1/2(Ud(2-3)%+Ud(1-3)%-Ud(1-2)%)

=1/2(6+10.5-17)

=-0.25

Ud%=Ud1%+Ud2%+Ud3%

=10.75+6.25-0.25

=16.75

△Q=Ud%·Sn/100=16.75×90000/100=15075kWarS1=(35000+80000)/0.85=135294.118KVA

S2=80000/0.85=94117.647KVA

S3=35000/0.85=41176.47KVA

T0=8000h

由Tmax=5000查25页表2-3得

τ＝3500h

由以上数据可算出△A：

△A=n(△P0+K△Q0)+1/2n(△P+K△Q)×(n

nnnSSSSSSS32322

2

221++)τ

=2(21.5+0.1×1440)×8000+

2

21

?(124+0.01×15075)×(9000090000471.4117690000

647.9411790000118.1352942

2

222?++)=331×8000+407.875×(2.26+1.094+0.209)×3500=7734405.188KW·hU1=2△A×10-4+u1+u2

=0.06×7734405.188×10-4+0.022×489.801+0.005×489.801=59.631万元(2)方案一的年运行费用

由于△A与方案二相同，故这里不做重复计算U4=2△A×10-4+u1+u2

=0.06×7734405.188×10-4+0.022×461.738+0.005×461.738=58.873万元

经济比较方案一和方案二的综合投资和年运行费用，方案一都低于方案二，故最终确定方案一为最优方案，进行设计。

第2．4节站用变压器的选择

由主变压器容量为90000KVA，站用电率为0.5%，可选用变压器容量。Sn=90000×0.5%=450KVA

查58页表3-6选SJL1—500型，选择结果如表2-2所示：表2-2

第2．5节10KV电缆出线电抗器的选择

1．电压：Ug≤Un所以Ug＝10KV

Un＝10KV

所以Ug＝Un2．电流：Ig.max=

10

85.010335

2cos310/2????=?nUP=0.475KA

第三章短路电流计算书

第2．1节短路电流计算的目的

在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：

（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要实行限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能平安、牢靠地工作，同时又力求节省资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断力量和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的平安距离。

（4）在选择继电爱护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

（5）接地装置的设计，也需用短路电流。

第2．2节短路电流计算的一般规定（1）计算的基本状况：

①电力系统中全部电源均在额定负载下运行。

②全部同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。

③短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。

④全部电源的电动势相位角相等。

⑤应考虑对短路电流值有影响的全部元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异

步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考

虑。

（2）接线方式：

计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（3）计算容量：

应按本工程设计规划容量计算，考虑电力系统的远景进展规划（一般考虑工程建

成后5－10年）

（4）短路种类：

一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中单相（或两相）接地短路较三相短路状况严峻时，则应当按严峻状况的进行校验

（5）短路计算点：

在正常接线方式中，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。

对于带电抗器的6－10KV出线与厂用分支线回路母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应当取电抗器前。选择其导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。

第2．3节计算步骤

（1）选择计算短路点

（2）画等值网络（次暂态网络）图

①首先去掉系统中的全部负荷分支，线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗Xd"。

②选取基准容量Sb和基准电压Ub(一般取后级的平均电压)

③将各元件电抗换算为同一基准值的标么值

④给出等值网络图，并将各元件电抗统一编号

（3）求计算电抗Xjs

（4）由运算曲线查出(各电源供应的短路电流周期重量标幺值运算曲线只作到Xjs=3.5)。

（5）计算短路电流周期重量出名值和标幺值。

（6）计算短路电流冲击值。

（7）计算全电流最大有效值。

（8）计算短路容量。

（9）绘制短路电流计算结果表。

第3．1节变压器及电抗器的参数计算

3.1.1变压器参数的计算

1．主变压器参数计算

由表2-1查明，及经济比较时已算出：

Ud1%=10.75Ud2%=6.25Ud3%=-0.25

XB*.1=

90100

10075.10100%1?

=?nbdSSU=0.119XB*.2=

90

100

10075.2100%2?

=?nbdSSU=0.069XB*.3=

90

100

10025.0100%3?

-=?nbdSSU=-0.0032．站用变压器参数计算由表2-2查明：Ud%=4XB*.4=

5

.0100

1004100%?

=?nbdSSU=83．电抗器电抗标幺值计算XK.*=X*N

5

.1010

5.05.1031001008?

??=?bNNbUUII=0.836(或查书64页表3-10)第3．2节变电站网络化简

依据本变电站选定的接线方式及设备参数，进行网络化简如下：（系统最大运行方式时，归算到Sb＝100MVA的等值电抗Xs＝0.5）

3.2.1短路点d-1的短路计算(110母线)

网络化简如图3-2所示：

*?∑X=Xs=0.5

Xjs=Xmd10010005.0?=bnSS=5

由于Xjs=5>3

所以"*ZI="

*I=I∞*=

js

X1

=1/5=0.2Ib=

115

3100

3?=bbUS=0.502In=Ib100

90502.0?=bnSS=0.452KA

I″=I∞=I0.2="

*IIn=I∞*In=I0.2*In=0.2×0.452=0.090kA

ich=2.55I″=2.55×0.090=0.231kAioh=1.52I″=1.52×0.090=0.137kAS″=3I″Un=3×0.090×110=17.147MVA3.2.2短路点d-2的短路计算(35KV母线)

网络化简如图3-3所示：

X4=X1+X2=0.119+0.069=0.188X4′=X1′+X2′=0.119+0.069=0.188X5=X4∥X4′=0.188/2=0.094X6=Xs+X5=0.5+0.094=0.594由于Xjs=5.94>3

所以"*ZI="

*I=I∞*=

js

X1

=1/5.94=0.168Ib=

37

3100

3?=bbUS=1.56In=Ib100

9056.1?=bnSS=1.404KAI″=I∞=I0.2="

*IIn=I∞*In=I0.2*In=0.168×1.404=0.236kA

ich=2.55I″=2.55×0.236=0.603kAioh=1.52I″=1.52×0.236=0.359kA

S″=3I″Un=3×0.236×35=14.307MVA

3.2.3短路点d-3计算与短路点d-2计算完全相同，结果也完全相同，故这里不做重复计算。(35KV出线)

3.2.4短路点d-4的短路计算(10KV母线)

网络化简如图3-7所示X7=X1+X3=0.119-0.003=0.116X8=X1′+X3′=0.119-0.003=0.116X9=X7∥X8=0.116/2=0.058X10=Xs+X9=0.5+0.058=0.558Xjs=X10

100

1000

559.0?

=bnSS=5.59由于Xjs=5.59＞3

所以"*ZI="

*I=I∞*=

js

X1

=1/5.59=0.179Ib=

5

.103100

3?=bbUS=5.5In=Ib100

905.5?=bnSS=4.95KAI″=I∞=I0.2="

*IIn=I∞*In=I0.2*In=0.179×4.95=0.886kA

ich=2.55I″=2.55×0.886=2.29kAioh=1.52I″=1.52×0.886=1.347kAS″=3I″Un=3×0.886×10=15.346MVA3.2.5短路点d-5的短路计算(10KV出线)

网络化简只需在图3-10上加电抗器的电抗标幺值即可，如图3-12所示：

X11=X10+Xk=0.558+0.836=1.394Xjs=X111001000395.1?=bnSS=13.94

由于Xjs=13.94＞3

所以"*ZI="

*I=I∞*=

js

X1

=1/13.94=0.072In=Ib100

905.5?=bnSS=4.95KA

I″=I∞=I0.2="

*IIn=I∞*In=I0.2*In=0.072×4.95=0.355kA

ich=2.55I″=2.55×0.355=0.905kAioh=1.52I″=1.52×0.355=0.540kAS″

=3I″

Un=3×0.355×10=6.149MVA3.2.6短路点d-6的短路计算：

网络化简只需在图3-10上加站用变电的电抗标幺值即可，如图3-14所示：X17=X15+Xz=0.558+8=8.558Xjs=X171001000558.8?=bnSS=85.58

由于Xjs=85.58＞3

所以"*ZI="

*I=I∞*=

js

X1

=1/85.58=0.012Ib=

4

.03100

3?=bbUS=144.34KAIn=Ib100

9034.144?=bnSS=129.904KAI″=I∞=I0.2="

*IIn=I∞*In=I0.2*In=0.012×129.904=1.559kA

ich=2.55I″=2.55×1.559=3.975kAioh=1.52I″

=1.52×1.559=2.370kAS″=3I″Un=3×1.559×0.4=1.080MV

A

3-3短路电流计算结果表

第四章电气主设备的选择及校验

第4．1节各回路最大持续工作电流一览表

表4-1

第4．2节断路器的选择及校验

第3．1节高压断路器的选择

断路器型式的选择：除需满意各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。依据我国当前制造状况，电压6－220kV的电网一般选用少油断路器，电压110－330kV电网，可选用SF

或空气断路器，大容量机组

6

釆用封闭母线时，假如需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。

断路器服选择的详细技术条件如下：

1）电压：Ug≤UnUg---电网工作电压

2）电流：Ig.max≤InIg.max---最大持续工作电流

3）开断电流：Ip.t≤Inbr

Ipt---断路器实际开断时间t秒的短路电流周期重量Inbr---断路器额定开断电流4）动稳定：ich≤imax

imax---断路器极限通过电流峰值ich---三相短路电流冲击值5）热稳定：I∞2tdz≤It2tI∞---稳态三相短路电流tdz---短路电流发热等值时间It---断路器t秒热稳定电流

其中tdz=tz+0.05β"2由β"=I"/I∞和短路电流计算时间t，可从《发电厂电气部分课程设计参考资料》P112，图5－1查出短路电流周期重量等值时间，从而可计算出tdz。4.2.1断路器101、102、110、111、112的选择及校验。

1．电压：由于Ug=110KV

Un=110KV

所以Ug=Un

2．电流：查表4-1得：Ig.max=0.496KA＝496A

查书158页表5-26，选出断路器型号为SW4－110－1000型如下表：

由于In=1000AIg.max==496A

所以Ig.max1s所以tdz=tz=1.85

由于I∞2tdz=0.0902×1.85=0.015It2t=322×1=1024

所以I∞2tdz1s所以tdz=tz=2.25s

由于I∞2tdz=0.2362×2.25=0.125It2t=24.82×4=2460.16

所以I∞2tdz1s所以tdz=tz=2.25s

由于I∞2tdz=0.2362×2.25=0.125It2t=6.62×4=177.24

所以I∞2tdz<It2t

4.2.5断路器001、002、010、012、013的选择及校验

1．电压：由于Ug=10KV

Un=10KV

所以Ug=Un

2．电流：查表4-1得：Ig.max=5.456KA＝5456A

查书156页表

5-25，选出断路器型号为SN4－10G－6000型，如下表：由于In=6000A

Ig.max=5456A

所以Ig.max<In

3．开断电流：Idt≤Ikd由于Idt=0.886KAIkd=105KA

所以Idt1s故tdz=tz=2.6s

由于I∞2tdz=0.8862×2.6=2.041

It2t=1732×1=29929

所以I∞2tdz1s故tdz=tz=2.55s

由于I∞2tdz=0.3552×2.55=0.321It2t=302×1=900

所以I∞2tdz<It2t

4.2.7站用变开关001、002的选择：

1．电压：由于Ug=380VUn=380V所以Ug=Un

2．电流：查表4-1得：Ig.max=0.798KA＝798A

查书168页表5-38，选出断路器型号为DW5－1000－1500型，如下表所示：

4.2.8各断路器型号一览表

第4．3节隔离开关的选择及校验

隔离开关形式的选择，应依据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行比较然后确定。

参数的选择要综合考虑技术条件和环境条件。

4.3.1隔离开关101-1、101-3、102-2、102-3、110-1、110-2、111-1、111-3、112-2、112-3的选择及检验

1．电压：由于Ug=110KVUn=110KV所以Ug=Un

2．电流：查表4-1得：Ig.max=0.496KA＝496A

查书165页表5-33，选出GW2－110－600型，如下表所示：

由于In=600AIg.max=496A所以Ig.max<In

3．动稳定：ich≤imax

由于ich=0.231KAimax=50KA所以ich<imax

4．热稳定：I∞2tdz≤It2t

2tdz=0.015

前面校验断路器时已算出I

∞

It2t=142×5=980

所以I

2tdz<It2t

∞

4.3.2隔离开关113-1、113-3、113-4、114-2、114-3、114-4的选择及校验。

1．电压：由于Ug=110KVUn=110KV所以Ug=Un

2．电流：查表4-1得：Ig.max=0.710KA＝710A

查书165页表5-33，选出GW4－110－1000型，如下表所示：

由于In=1000AIg.max=710A所以Ig.max<In

3．动稳定：ich≤imax

由于ich=0.231KAimax=80KA所以ich<imax

4．热稳定：I∞2tdz≤It2t

2tdz=0.015

前面校验断路器时已算出I

∞

It2t=23.72×4=94.8

2tdz<It2t

所以I

∞

4.3.3隔离开关030-1、030-2、031-1、031-3、032-2、032-3、033-1、033-3、034-2、034-3的选择及检验

1．电压：由于Ug=35KVUn=35KV所以Ug=Un

2．电流：查表4-1得：Ig.max=1.475KA＝1475A

查书165页表5-33，选出GW4－35－2000型，如下表所示：

由于In=2000AIg.max=1475A所以Ig.max<In

3．动稳定：ich≤imax

由于ich=0.603KAimax=104KA所以ich<imax

4．热稳定：I∞2tdz≤It2t

2tdz=0.125

前面校验断路器时已算出I

∞

It2t=462×4=8664

2tdz<It2t

所以I

∞

4.3.4隔离开关