BY市110kV降压变电所设计

1、BY市 110kV 降压变电所设计发电厂电气部分课程设计级专业班级题目姓名学号指导教师2题目BY 市 110kV 降压变电所设计一、设计内容设计一 110kV 降压变电所，该所位于 BY 市边缘，供给城市和近郊工业、 农业及生活用电。电压等级：110kV ：近期 2 回，远景发展 2 回；10kV ： 近期 13 回，远景发展 2 回。电力系统接线简图、负荷资料及所址条件见附件。二、设计任务1变电所总体分析；2负荷分析计算与主变压器选择；3电气主接线设计；4短路电流计算及电气设备选择。三、设计成品要求1课程设计说明书1 份；2电气主接线图1 张。1 变电站总体分析市变电站位于市边缘，供给城市和

2、近郊工业、农业及生活用电，是新建地区变电所。变电站做为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重要环节。本课程设计主要是关于本变电站的一次设计，为了是变电站的一次设计能够很好的接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对本变电站做初步分析的原始数据进行分析。1变电站类型： 110KV地方降压变电站2电压等级： 110/10KV3线路回数： 110KV： 2 回，备用 2 回；10KV： 13 回，备用 2 回；4地理条件：平均海拔 100m，地势平坦，交通方便，有充足水源，属轻地震区。年最高气温 +42，年最低气温 - 18，年平均温度 +16，最热月平均最高温度 +32。最大风速

3、 35m/s, 主导风向西北，覆冰厚度 10mm。5负荷情况：主要是一、二级负荷，市内负荷主要为市区生活用电、棉纺厂、印染3厂等工业用电；郊区负荷主要为郊区变电站及其他工业用电。6系统情况：根据任务书中电力系统简图可以看到，本变电站位于两个电源中间，有两个发电厂提供电能，进而经过该变电站降压后用于工业、农业等负荷用电，需要一定的可靠性。2 负荷分析及主变压器的选择21 负荷计算的目的：计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大， 将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和

4、导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。22 负荷分析10KV侧:近期负荷： P 近=(2 2 1 1 2 3 2 1.5 1.5 1.5)MW=17.5MW远期负荷 :P 远 =（ 1.5 1.5 34.5 3.5 22222） =30MWnPi =17.5MW+30MW=47.5MWi 1综合最大计算负荷计算公式:Sjs =Kt*nPi*(1+%)cosi 1i( 注 :Kt: 同时系数，取 85%;%:线损 , 取 5%)Sjs 近 =Kt*nPi max 近*(1+%)i 1cos i=Kt*( 22112321.51.51.5 ) *(1+ %)0

5、.80.80.80.780.750.780.80.80.750.8=0.85*17.755*(1+0.05)=15.85MVA4nPi max 远* (1+ %)Sjs 远=Kt*cos ii 1=Kt* （ 331.51.534.53.5222 )* （1+% ）0.80.80.80.780.750.780.80.80.750.8 0.85*33.065*1.05=29.51MV A视在功率 :S=Sjs 近 +Sjs 远 15.85MVA+29.51MV A=45.36MV A23 主变压器的选择一 相数的确定 ：330KV 以下的电力系统，在不受运输条件限制时，应用三相变压器。二 绕组数

6、的确定：对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。三 主变压器台数的确定在这次变电站设计中,可以采用一台或两台主变压器,下面对单台变压器和两台变压器进行比较：比较单台变压器两台变压器技供电安全比满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求术供电质量电压损耗略大电压损耗略小指灵活方便性灵活性差灵活性好标扩建适用性稍差好由前设计任务书可知、正常运行时，变电所负荷由 110kV 系统供电，考虑到重要负荷达到 47.5MW ，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高， 应采用两台容量相同的变压器并联运行。5四 变压器容量和

7、型号的确定容量选择及检验公式 :nn1 S N0 . 6S10kv 远，n1S NS 10k v . 区,SNS 10k v近（其中 n 为变电站设计中变压器的台数，在这次设计中，n=2）因此根据上述式子及负荷分析可以选择两台型号为SFQ720000/110的有载调压变压器，变压器的技术参数如下表所示：额定电压 (KV)联 接损耗 (KV)空 载阻 抗电型号高压低压组 接空载负电 流压 (%)号载(%)711,10.5,YN,27.5 104 0.9 10.5SFQ20000/110 110 2*2.5%6.6,6.3d113 主接线的选择3.1对电气主接线的基本要求变电所主接线选择的主要原则

8、有以下几点：（ 1）供电可靠性：如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。（2）灵活性：其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时， 不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。6（3）操作方便、安全：主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。（4）经济性：即在满足可靠性、 灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是

9、节约投资的重要措施。根据以上的基本要求对主接线进行选择。3.2 110kV侧接线的选择方案 ( 一)单母线分段接线优点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。（）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电方案（二） :桥形接线110kV 侧以双回路与系统相连， 而变电站最常操作的是切换变压器，而与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换， 因此可采用内桥式线， 这也有利于以后变电站的扩建。优点：高压电

10、器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。缺点：可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。方案（三）：双母线接线优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断， 一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。（ 3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接7至一组母线上。缺点：（）增加一组母线和每回路需增加一组母线

11、隔离开关，投资大。（ 2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。对于 110kV 侧来说，因为它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的可靠性。对比以上三种方案,从经济性、可靠性等多方面因素考虑，最佳设计方案为方案（一）。具有一定的可靠性和可扩展性，而且比双母线投资小。3.310kV 侧接线选择方案（一）：单母线接线优点：接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。缺点：可靠性、灵活性差、母线故障时，各出线必须全部停电。方案（二）：单母线分段接线优点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障

12、母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。（）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。方案（三）：分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段优点：有较大的可靠性和灵活性，且检修断路器时合出线不中断供电。缺点：投资增大、经济性能差。对比以上三种方案：单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线须全部停电，不能满足 I 、II类负荷供电性的要求，故不采纳；将I 、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时， 由另一段母线提供电源， 从而可保

13、证供电可靠性；虽然分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段也能满足要求，但其投资大、经济性能差，故采用方案（二）单母线分段接线。主接线图见附录84 短路电流计算4.1 电力系统简图图 4-1电力系统简图注： LGJ150 ： 0.416 /kmLGJ185:0.410/kmLGJ240:0.401/km4.2 各回路阻抗的计算(取 SB=100MV A,V B=Vav)图 4-2 电力系统化简图最大运行方式下 :X 1XS1SB0.8* 1000.064S12501X 2SB1000.229XS 20.8*S235091000.043X 3 0.410*14*2115XXX1000.01940.4

14、16*6*21151000.03050.401*10*21150.410*1000.063620*2115X 70.410*26*1000.081115 2根据所选变压器的技术参数可以求变压器的阻抗:XT1 ? V %?S10.5 * 1000.525SB2 100S100 20TN4.3 110KV侧短路分析 :图形化简 :图 4-3 110KV 侧短路线路化简图(1)X 8X 2X 70.2290.080.310X 9X 3X 40.0430.0190.062(2) Y10X 10X 9 X 50.062*0.030X 6X 90.0300.0620.012X 50.062X 11X 9

15、X 60.062*0.062X 6X 90.0300.0620.025X 50.062X 12X 5 X 60.062*0.030X 6X 90.0300.0620.012X 50.062(3) Y X 13（ X 1（ X 1X 10） X 12X 10） X 120.0907X 8X 11X 14( X 8( X 8X 11)X 12X 11) X 120.0399X 1X 10（4）XfX 13 / X 140.074起始次暂态电流 :I E IB1.08SB1.08 *1007.32KAXfXf3Uav0.0743 *115冲击电流：I ishkim *2 * I 1.8*2 *7.3

16、218.63KA计算电抗：Xjs X *SI SII0.074* 1250 3501.184SB100查表得： t=0.2S 时， IP * 0.920I f 0.26.73KAt =2S 及 2S 后时， IP *1.029If 7.532KA4.410KV侧短路分析 :11图 4-4 10KV 侧短路线路化简图(1)X 8X 2X 70.2290.0830.312X 9X 3X 40.0430.0190.062(2) YX 10X 9X 50.062*0.030X 5X 6X 90.0300.0620.0120.062X 11X 9 X 60.062*0.062X 5X 6X 90.030

17、0.0620.0250.062X 12X 5 X 60.062*0.030X 5X 6X 90.0300.0620.0120.062(3)X 13X 1X 100.0640.0120.076X 14X 8X 110.3120.0250.337X 15XTX 120.5250.0120.537(4) Y X 16X 13X 13 X15X 150.734X 14X 17X 14X 14 X15X 153.255X 13（ 5）XfX 16 / X 170.599起始次暂态电流 :12I E I B1.08SB1.081009.91KAXfXf3Uav0.5993 *10.5冲击电流：Iimkim

18、 *2 * I 1.8*2 *9.9125.23KA计算电抗：XXSISII0.599*12503509.584*jsS100B当计算电抗 Xjs 3.45 时,其短路电流查表得出; 当计算电抗 Xjs 3.45 时,则可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变即I f0.29.91KAI f9.91KA5 电气设备的配置与选择5.1 断路器的选择一. 110kV 侧断路器的选择1、该回路为110 kV 电压等级，故可选用六氟化硫断路器。2、断路器安装在户外，故选户外式断路器。3、回路额定电压 Ue 110kV的断路器， 且断路器的额定电流不得小于通过断路器的最大持续电流I max =1.

19、0520000 0.1054（kA ）=105.4(A)31154、为方便运行管理及维护，选取110kV SF6 断路器为同一型号产品，选为OFPT(B)-110 断路器，其主要技术参数如下：13最高额定动稳 4S 热自动重固有额定 额定合闸无合闸工作开断定稳分闸型号电压 电流电流间时间电压电流电流 定电流时间kVA隔时间SkVkAkAkASSOFPT-1101101250 12631.58031.50.030.125 、对所选的断路器进行校验（ 1）断流能力校验所 选 断 路器 的 额 定 开 断电 流 I 。 =31.5kA I =7.32kA ，则断流能力满足要求。（2）短路关合电流的校

20、验所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为80kA ，流过断路器的冲击电流为18.63kA ，则短路关合电流满足要求，因为其动稳定的校验参数与关合电流参数一样，因而动稳定也满足要求。（3）热稳定校验设后备保护动作时间1s，所选断路器的固有分闸时间0.03s，选择熄弧时间t=0.03S。则短路持续时间t =1+0.03+0.03 =1.06s。因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s 而忽略不计，则短路热效应222Qk = I” t =7.321.06=56.79kA.s允许热效应I r2t =31.524 = 396Ir 2t Qk 热稳定满足要求。以上各参数经校验均满足要求，故

21、选用OFPT(B)-110 断路器。（4）断路器配用 CD 5-XG 型电磁操作机构二. 10 kV侧断路器的选择1、该回路为10kV 电压等级，故可选用真空断路器。2、该断路器安装在户内，故选用户内式断路器。3、回路额定电压为10kV ，因此必须选择额定电压Ue 10 kV 的断路器，且其额定电流不小于流过断路器的最大持续电流I max=1.05200001150.7（ A ）310.54、初选SN9-10 真空断路器，主要数据如下：14额定额定额定开动稳定4S 热固有分型号电压电流断流电电流稳定闸时间电流kVkAkAkAskASN9-10101.252563250.055、对所选的断路器进

22、行校验（ 1）断流能力的校验流过断路器的短路电流I K =9.91kA 。所选断路器的额定开断电流I =25kV I K ，即断路器的断流能力满足要求。（ 2）动稳定校验所选断路器的动稳定电流为63kA ， 流过断路器的冲击电流i sh = 25.22KA 63KA则动稳定满足要求。（3）热稳定校验设后备保护动作时间1s，所选断路器的固有分闸时间0.05s，选择熄弧时间t=0.03s。则短路持续时间t =1+0.05+0.03 =1.08s。则 Qk = 9.9121.08 = 94.01 kA2.s允许热效应Ir 2t = 252 4 = 2500 kA 2.s由于短路时间大于1 s ,非周

23、期分量可忽略不计则 Qk =94.01kA 2.s，由于 Ir 2t QK ，所以热稳定满足要求从以上校验可知该断路器满足要求，所以确定选用SN9 -10 真空断路器。4、该断路器配用CD 10III 型操作机构5.2 隔离开关的选择一. 110kV 侧隔离开关的选择1、为保证电气设备和母线检修安全，选择隔离开关带接地刀闸。2、该隔离开关安装在户外，故选择户外式。3、该回路额定电压为110kV，因此所选的隔离开关额定电压Ue 110kV，且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流I maX =1.0520000 105.4（ A ）31154、初选 GW 4 110D 型单接地高压隔离开

24、关其主要技术参数如下15最极限通过额 额 大电流 kA4S 热定 定 工 接地稳定电型 号 电 电 作 刀闸有效流压 流 电 A峰值值kAkVA 压kVGW 4-12325510110126 2000110D505、校验所选的隔离开关（1）动稳定校验动稳定电流等于极限通过电流峰值即idw = 55kA流过该断路器的短路冲击电流ish = 18.54kA.s即 i dw ish （ 55KA 18.63KA ）动稳定要求满足。（2）热稳定校验断路器允许热效应 Ir 2 t = 1024 =400 kA 2.s短路热效应 QK = I 2 t = 7.3221.0656.79kA 2.sIr 2t

25、 QK 热稳定满足要求。经以上校验可知，所选隔离开关满足要求，故确定选用GW4 110D 型高压隔离开关。（3）该隔离开关配用 CS6 型手动式杠杆操作机构。二 10kV 侧隔离开关的选择1、为保证电气设备和母线检修安全，隔离开关选择不带接地刀闸。2、隔离开关安装在户内，故选用户内式。3、该回路的额定电压为10kV 所选隔离开关的额定电压Ue 10kV ，额定电流大于流过隔离开关的最大持续电流16I max = 1.05200001150.7（A）310.54 、初选 GN1910 型隔离开关，其主要技术数据如下：型号额定电压额定电流允许热效应动稳态电流（ KV ）（A ）（ kA 2.s）（

26、 KA ）GN19-1010125032001005、校验所选的隔离开关（1）动稳定校验所选隔离开关的动稳定电流100kA短路冲击电流 ish = 23.79kAidw ish , 动稳定满足要求。（2）热稳定校验断路器允许热效应I 2rt = 3200KA 2S短路热效应Q=94.012SkKAI 2rt Qk热稳定满足要求 .从以上校验可知 ,所选隔离开关满足要求,故确定选用 GN1910 型隔离开关。(3) 该隔离开关配用 CS6 型手动式杠杆操作机构。5.3导线的选择本设计的 110kV 为屋外配电装置，故母线采用钢芯铝绞线LGJ，而 10kV 采用屋内配电装置，故采用硬母线。一. 1

27、10KV 母线的选择与校验：1、按最大工作电流选择导线截面SI max=1.0520000105.4 (A)3115年最高平均温度为 +32，而导线长期允许温度为+80，查表得温度修正系数 K 00.89I Yj = I max /K 0=105.4/0.89=118.4(A)选择 110KV 母线型号为： LGJ 150/25，查表得 I Y=472A。I max=118.4AK I Y =0.89 472=420.08A满足要求2、热稳定校验：172Smin =I Kt dz =7320=127.9mm2S=150mmC283满足热稳定要求。二. 10KV 母线的选择与校验：由于安装在室内，选用硬母线1、按最大持续工作电流选择母线截面:I max = 1.05 200001150.7 （ A）310.5I Yj = I max/k 0=1150.7/0.89=1292.9(A)选择 10KV母线型号为 h100b8（单条矩形），查表得I Y=1547A。I ma