110kv降压变电所电气一次部分的电气设计

1、目 录第 1 章变电所概况11.1工程概况11.2变电所位置分1第 2 章电气主接线设计12.1设计原则12.2方案论证22.3负荷的计算. 32.4主变压器的选择.4第3 章短路电流计算53.1计算目的53.2计算过程.6第4 章母线及电气设备的选择. .74.1断路器和隔离开关的选择 . 84.2母线的选择. .11结论及心得体会. . 15参考文献.16. 第一章变电所概况1.1工程概况根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电所的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了11

2、0KV，10KV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压断路器，隔离开关，母线进行了选型，然后根据短路电流及冲击电流进行相关的校验，从而完成了110KV电气一次部分的设计，并力求在可靠性的前提下，做到运行操作简便，运行灵活，经济合理。1.2变电所位置分待建的城中110KV降压变电所在城市近郊并向造纸厂、硅铁厂、电视机厂、毛纺厂、缝纫机厂、医院、自行车厂、学校供电。110KV进线2回，在10KV侧有8回出线，则可以看出这所变电所是一所普通的终端变电所，在电力系统中的作

3、用不是很重要，只是对周边负荷供电。变电所的选址一般要求地势平坦且交通方便，以便施工和设备的运输。系统至城中变110KV母线的短路容量为1000MVA 第二章电气主接线设计 电力系统是有发电厂，变电所，线路及用户组成。变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，而主接线代表了变电所的电气部分的主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电所设计的首要部分。关系着电力系统的安全和稳定，灵活经济运行。由于电能生产的特点是：发电，变电，输电，用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏也影响工、农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前

4、提下正确处理好各方面的关系，全面分析有关因素，力求使其技术先进，经济合理，安全可靠。同时，主接线是保证电网安全可靠，经济运行的关键，是电气设备布置，选择自动化水平和二次回路设计的原则和基础。2.1设计原则 应根据变电所在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量，本期建设规模，输送电压等级，进出线回路数，供电负荷的重要性，保证供电平衡，电力系统线路容量，电气设备性能和周围环境及自动化规划与等级条件确定，应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。2.2方案论证 方案一：110KV采用带母线型内桥接线，10KV采用带有母联断路器的双母线接线型式，母联断路器和桥联断路

5、器均带有备用电源自动投入装置。 方案二：110KV采用单母线分段，10KV侧采用单母线分段和带专用旁路断路器的旁路母线接线型式。 单母线分段用断路器进行分段，这种接线方式可以提高可靠性和灵活性，对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电。根据实际的运行经验，两母线同时故障的几率很小，可以不予考虑。对110KV等级进出线回数为3-4回时可以采用此接线方式，本设计变电所110KV进线为两回。 110KV带母线型内桥接线方式用于两台变压器进出线回路为两回的情况。由于本变电所的容量不是很大，根据运行经验可以知道，变

6、压器的故障率很小，且不经常切换，并通过桥联断路器将两母线和变压器联系起来。内桥接线在线路的切除或投入时，不影响其余回路的工作，且操作简单。虽然其在切入或投入变压器时，要使相应的线路停电，并考虑复杂。但由于现实中变压器的故障率很小且不经常切换，所以不予考虑。虽然单母线分段较内桥接线操作较为方便，灵活，但其增加了两台高压断路器的投资。内桥接线的可靠性也比较高，对于本设计的变电所已经足够。从本次设计的变电所的地位可知，该变电所是一般的变电所，且是一个向负荷供电的终端变电所。因此可靠性要求不是极高，所以内桥接线可以满足要求。故110KV本设计采用内桥接线。方案二中采用了单母线分段带专用旁路母线的接线，

7、从给定的原始资料可以知道，本变电所的出线回路为8回，由于回路数较多则可以考虑架设专用的旁路母线。该接线方式的优点有：其提高了供电的可靠性性和灵活性，并可以通过旁路母线在保证向负荷不间断供电的情况下检修出线上的断路器。但这种接线一旦母线故障，有50%的停电率，这种接线增加了一格旁路断路器的投资，并且在检修断路器时其倒闸操作繁琐，根据长期的运行经验可以知道，变电所，发电厂出现的事故，多数是由人为误操作所致。单母线分段带旁路的接线出现误操作的几率很大，所以本设计不予采纳。 10KV采用带有母联断路器的双母线接线的分析： 由原始资料出线8回，=5600h 则可以知道：负荷对供电的可靠性要求比较高。双母

8、线接线有两组母线，并可以互为备用。每一电源和出线都装有一台断路器，并有两组母线隔离开关，分别与两组母线相连，两组母线则通过母联断路器进行联系起来。双母线接线较单母线接线具有更高的可靠性和灵活性。其有显著的特点：1.供电可靠通过两组母线的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断。一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开隔离开关所属的一条线路与此隔离开关相连的该组母线其他电路则可以通过另一母线继续运行。如：欲检修工作母线，则把全部电源倒在另一母线上。其操作步骤是：先合上母联断路器两侧的隔离开关， 再合上母联断路器，向备用母线充电至两组母线等电位，为保证供电不中断

9、，先合上备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关，完成母线切换后再断开母联断路器及其两侧的隔离开关，即可对原工作母线进行检修。 2.调度灵活：各个电源和负荷可以任意分配到任一母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要，通过倒闸操作可以组成各种运行方式： 双母线接线的运行方式则可以根据实际的需要进行选择，其运行的灵活性远比单母线分段带旁路母线的高，这亦是本设计采用双母线接线的一个原因。3.扩建容易：在扩建时可以向双母线左右两方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中不会造成其他回路的停电。由于双母线具有较高的可靠性且应用广泛，其继电保护也相对简单，

10、继电保护对线路部分主要是保护母线，并根据实际长期的运行经验，双母线同时故障的几率很小，所以不予考虑双母线同行停运的可能性。综合可靠性，灵活性和经济性三方面，从以上的分析可以知道，方案一具有很显著的优势，所以本次设计的电气主接线选择方案一。2.3负荷计算变电所进行电力设计的基本原始资料是根据各用电负荷所提供，但往往这些统计是不齐全的，所以在设计时必须考虑5到10年的负荷增长情况并如何根据这些资料正确估计变电所所需要的电力、电量是一个非常重要的问题。负荷计算直接影响着变压器的选择，计算负荷是根据变电所所带负荷的容量确定的，预期不便的最大假想负荷1。这个负荷是设计时作为选择变电所电力系统供电线路的导

11、线截面，母线的选择，变压器容量，断路器，隔离开关等额定参数的依据。计算方法：根据原始材料给定的有功功率P、功率因素，求出无功功率。,=+, =+计算负荷:，为需要系数一般取0.85。根据原始资料：，则，由公式可计算出：造纸厂1回 P1=2600KW,Q1=P1tan=1612Kvar同理：硅铁厂1回： P2=8000kw,Q2=4960KVar 电视机厂、毛纺厂、医院各1回： P3=P4=P6=3000KW,Q3=Q4=Q6=1960Kvar 缝纫机厂1回： P5=3800KW,Q6=2356KVar 自行车1回 ： P7=4500KW,Q7=2790KVar 学校1回： P8=2500KW,

12、Q8=1550Kvar 远景发展： P9=18MW,Q9=11.16Mvar 则P=48.4MW,Q=31Mvar 由公式得出：SC=48.86MVA 2.4 变压器的选择 变电所主变压器容量一般应按5-10年规划负荷来选择。根据城市规划，负荷性质，电网结构等综合考虑确定其容量。对于重要变电所应考虑以1台主变压器停运时其余变压器容量在计及负荷能力允许时间内，应满足类及类负荷的供电2。对于一般变电所，当一台主变停运时，其余变压器的容量应能满足全部负荷的70%-80%，在目前实际的运行情况变电所中一般均是采用两台变压器互为暗备用并联运行。变压器容量首先应满足在下，变压器能够可靠运行。 暗备用：两台

13、变压器同时投入运行，正常情况下每台变压器各承担负荷的50%，此时，变压器的容量应按变压器最大负荷的70%选择，其有显著的优势：1.正常情况下，变压器的最大负荷率为70%，符合变压器经济运行并留有一定的裕量。2.若一台变压器故障，另一台变压器可以在承担全部最大负荷下（过负荷40%）继续运行一段时间3。这段时间完全有可能调整生产，切除不重要负荷，保证重要负荷的正常供电。这种暗备用的运行方式具有投资省，能耗小的特点，在实际中得到广泛应用。 而明备用：一台变压器工作，另一台变压器停止运行作为备用。此时，两台变压器按最大负荷时变压器负荷率为100%考虑，较暗备用能耗大，投资大，故在实际中不常采用。变压器

14、选择方法：根据负荷计算出的，由于采用两台变压器互为暗备用并联运行，单台变压器容量按70%选择。 SNT=0.7SC=34.2MVA则所选的变压器容量大于34.2MVA即可。本设计所以选择两台：2*SFL40000/110型变压器。此外在变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素，主变压器连接组号选用YNd11常规接线，并且采用强迫油循环风冷却。第三章短路电流计算3.1计算目的 在发电厂、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，也是电气设计的主要计算项目，其目的有以下几个方面： 1.在选择电气主接线时，为比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限

15、制短路电流措施等均要进行必要的短路电流计算。2.在选择电气设备时，如高压断路器，隔离开关等，为保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠地工作，同时又力求节约资金，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能力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；计算短路电流的冲击值，用以校验设备的动稳定。3.2 短路电流的计算 系统的等值电抗图计算过程如下：设基准容量：，基准电压,则基准电流： 变压器T1的电抗标幺值为： XT1=Uk100SBSN=10.510010040=0.2625变压器T2的电抗标幺值也为0.26

16、25系统的电抗标幺值为：Xs=SBSK=0.1点短路电流计算 当点发生短路时，系统对短路点的基准电流为： IB=SB31UB=5.5KA短路电抗标幺值计算： XK1=XS+XT1/XT2=0.23125 则短路电流标幺值为：If=1xk1=4.324 则k1点短路时的短路电流有名值为： IK1=If1IB=4.3245.5=23.78KA K2点发生短路时的短路计算系统的短路点基准电流为：IB=SB31UB=0.502KA短路电抗标幺值为：XS=0.1则短路电流有名值为：IK2=1XSIB=5.02KA 第四章.母线及电气设备的选择电气设备及母线选择是变电所设计的主要内容之一。正确选择电气设备

17、是使电气主接线和配电装置达到安全经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时，应根据工作实际情况，在保证可靠性的前提下，积极、稳妥地采用新技术并注意节省选择合适的电气设备。其基本要求是：电气设备要能可靠地工作，必须按正常的工作条件选择，并按短路状态来校验动热稳定。 4.1断路器与隔离开关的选择 断路器是变电所中重要的开关器件，具有灭弧装置，能够开断短路电流和负荷电流，其是母线、变压器及线路的保护元件。 额定电压和电流的选择 ， 式中：电网额定电压 设备的额定电压 电气设备的额定电流 电网的最大负荷电流。 开断电流选择： 高压断路器的额定开断电流不应小于实际开断瞬间短路电流周期分量。 当断路器的较系

18、统短路电流电流大很多的时候，简化可用，为短路电流的有效值。 短路关合电流的选择 为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流的最大冲击值，即短路动稳定和热稳定校验,为动稳定电流，为断路器热稳定电流，为热稳定时间。 隔离开关是发电厂，变电所常用的开关器件，它与断路器配套使用，但隔离开关不能用来接通或开断短路电流和负荷电流，其主要功能是： 隔离电压，检修时使检修设备与电源隔离，以确保检修安全。倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以改变运行方式，常用隔离开关和断路器协同操作来完成11。分合小电流，因隔离开关具有一定的分合小电流和电容电流的能力，可以用来分、合避雷器，电压互感

19、器，空载母线等。隔离开关与断路器相比，额定电压，额定电流选择及短路动、热稳定校验项目相同，但由于隔离开关不能够开断、接通短路电流，故不需要进行开断电流和关合电流的校验。4.1.1对于110KV侧断路器和隔离开关的选择:最大工作电流Imax=1.053SNTUNT=0.22KA则根据设备选择的正常条件额定电压和电流的选择: ， 式中：电网额定电压 设备的额定电压 电气设备的额定电流 电网的最大负荷电流。QF1、QF2、QF3三个断路器选择型号为：SW4-110/1000QS11、QS12、QS21、QS22、QS31、QS32、QS42、QS52八个隔离开关选择型号为 ：GW5-110/630校

20、验：查技术手册得：断路器的全开断时间为tbr=0.12S则短路时间tk=tpr+tbr=1+0.12=1.12S由于tk大于1s，不计非周期分量，短路电流热效应QK等于周期分量热效应QP.则QK=tk12IK22+10IK22+IK22=25.7KA2.S短路开断时间为tk=tpr1+tin=0.05+0.06=0.11S大于0.1S，故用Ik2校验INbr.冲击电流为： Ish=21.8IK2=12.8KA 断路器与隔离开关的相关参数与计算值比较 计算数据 SW4-110/1000GW5-110/630 110KV 110KV 110KV 0.22KA 1000A 0.63KA 5.02KA

21、 18.4KA 25.7It2t=1024It2t=1600 12.8KA 55KA 50KA结论:经过校验上述初选的断路器和隔离开关都符合要求。4.1.2.10KV侧的断路器和隔离开关选择：a变压器与母线之间的断路器和隔离开关的选择:最大工作电流Imax=1.053SNTUNT=2.42KA则根据设备选择的正常条件：额定电压和电流的选择 ， 式中：电网额定电压 设备的额定电压 电气设备的额定电流 电网的最大负荷电流。断路器QF4、QF5、QFC的型号应选择为:SN3-10/3000,隔离开关QS41、QS43、QS44、QS51、QS53、QS54、QSC的型号应选择为：GN2-10/300

22、0校验：查技术手册得：断路器的全开断时间为tbr=0.12S则短路时间tk=tpr+tbr=1+0.12=1.12S由于tk大于1s，不计非周期分量，短路电流热效应QK等于周期分量热效应QP.则QK=tk12IK22+10IK22+IK22=576.8KA2.S短路开断时间为tk=tpr1+tin=0.05+0.06=0.11S大于0.1S，故用Ik2校验INbr.冲击电流为： Ish=21.8IK2=60.64KA 断路器与隔离开关的相关参数与计算值比较 计算数据 SN3-10/3000GN2-10/3000 10KV 10KV 10KV 2.42KA 3KA 3KA 23.78KA 29K

23、A 576.8It2t=1892.25It2t=12500 60.64KA 130KA 100KA 结论： 经过校验上述初选的断路器和隔离开关都符合要求。b负荷侧的断路器和隔离开关选择由公式I=PUcos可以算出以下八回出线的最大短路电流：造纸厂这条出现的最大工作电流：Imax1=306A硅铁厂这条出现的最大工作电流：Imax2=941.2A电视厂这条出现的最大工作电流：Imax3=353A毛纺厂这条出现的最大工作电流：Imax4=353A缝纫机厂这条出现的最大工作电流：Imax5=447A医院这条出现的最大工作电流：Imax6=353A自行车厂这条出现的最大工作电流：Imax7=529A学校

24、这条出现的最大工作电流：Imax1=294A根据以上的数据，这八条出线上的断路器型号选择为：SN10-10II/1000,隔离开关的型号选择为：GN6-10/1000-80校验：查技术手册得：断路器的全开断时间为tbr=0.12S则短路时间tk=tpr+tbr=1+0.12=1.12S由于tk大于1s，不计非周期分量，短路电流热效应QK等于周期分量热效应QP.则QK=tk12IK22+10IK22+IK22=576.8KA2.S短路开断时间为tk=tpr1+tin=0.05+0.06=0.11S大于0.1S，故用Ik2校验INbr.冲击电流为： Ish=21.8IK2=60.64KA 断路器与

25、隔离开关的相关参数与计算值比较 计算数据 SN10-10II/1000GN2-10/1000-80 10KV 10KV 10KV 小于1KA 1KA 1KA 23.78KA 43.3KA 576.8It2t=1984.5It2t=1984.5 60.64KA 80KA 80KA结论：经校验出线侧所选的断路器和隔离开关都符合要求。4.2母线的选择本设计的母线按最大工作电流选择：即最大持续工作电流要小于等于在该环境温度下的导体的长期允许载流量与实际环境温度的修正系数之积。10KV母线按经济电流密度选择即最大持续工作电流与所选择导线类型在相应的最大负荷利用小时数下的经济电流密度之比。导线的热稳定校验

26、： 按热稳定校验确定母线的最小截面： , 式中：为短路电流的非周期分量 短路电流周期分量， 为所选择导线的热稳定系数。如果计算出的小于所选择的导线截面积即满足热稳定的要求。4.2.1.10kv母线的选择10KV侧母线按两台变压器的满负荷并联运行时的最大工作电流选择： =4.85KA。但此两台变压器的容量已经考虑到以后的远景发展，因此两台变压器都满负荷运行的几率几乎不可能。考虑一些裕量，则流过10KV侧母线的最大工作电流为：Imax=0.9Imax=4.365KA当Tmax=5600h,通过查相应的曲线可以得到经济电流密度为：0.76根据经济电流密度可以求出经济截面SJ=5743mm2则选用4条

27、铝型导体竖放 考虑温度修正，由于10KV母线是在室内，所以环境温度是40则，温度修正系数： 经修正之后：KIal=0.815633=4562.3KAImax=4.365KA （1）热稳定校验： 导条实际的运行温度： =0+al-0Imax2Ial2=66 查不同温度下的裸导体的热稳定系数C值，在65时的C=89 短路电流时间，主保护时间一般取0.5S0.1S，则需要考虑短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S， 短路电流的周期分量： QP=tk12IK22+10IK22+IK22=378KA2.S Qnp=TIK12=28.3KA2.S短路电流的热效应为周期分量与非周期分

28、量之和： QK=QP+Qnp=306.3KA2.S4条矩形铝导体的集肤效应系数Kf=2.2 由公式可计算出满足热稳定要求的最小截面积为： Smin=QkKf=290mm2SJ 则最小截面积满足负荷所需要的要求。4.2.2.变压器10KV负荷侧导线截面积的选择：按经济电流密度来进行选择：SJ=IMAXJ查钢芯铝绞线的曲线，可以知道在TMAX=5600h时，查钢芯铝绞线得经济电流密度的值为0.9。由上面的公式可计算各厂的经济截面为：造纸厂这条出线的经济截面：SJ=340mm2硅铁厂这条出线的经济截面：SJ=1045mm2电视厂这条出线的经济截面：SJ=392mm2毛纺厂这条出线的经济截面：SJ=3

29、92mm2缝纫机厂这条出线的经济截面：SJ=497mm2医院这条出线的经济截面：SJ=392mm2自行车厂这条出线的经济截面：SJ=588mm2学校这条出线的经济截面：SJ=327mm2 实际中所选择的截面积要小于其经济截面。则 造纸厂的出线选择LGJ-150硅铁厂的出线选择LGJ-800电视厂的出线选择LGJ-150毛纺厂的出线选择LGJ-150缝纫机厂的出线选择LGJ-240医院的出线选择LGJ-150自行车厂的出线选择LGJ-300学校的出线选择LGJ-120对上述所选的出线进行校验：当环境温度为40时的温度修正系数： 经济电流密度选的导体截面的允许电流还必须满足以下不等式：ImaxKIal查电气手册可知在额定温度20度时LGJ的长期允许载流量110KV负荷侧的最大工作电流造纸厂硅铁厂电视厂毛纺厂缝纫厂医院自行车学校Imax/A306341353353447353529294截面的选择LGJ-150LGJ-800LGJ-150LGJ-150LGJ-240LGJ-150LGJ-300LGJ-120额定电流4631388463463655463735408修正I/A3561069356356504356566314结论：经过上式的比较所选的