KV变电站一次设计.doc

1、郑州大学本科自考助学毕业设计（论文）题 目 110kV变电站电气一次设计院 校 河南工业职业技术学院 专 业 电力系统及其自动化 学生姓名 张清波 准考证号 130210100133 指导教师（本科） 指导教师（专科） 目 录前言 1第1 章 原始资料 2第2 章 电气主接线设计 3第2.1 节 主接线的设计原则和要求3第2.2 节 主接线的设计步骤5第2.3 节 本变电站电气主接线设计5第3 章 变压器选择7第3.1 节 主变压器选择 7第3.2 节 站用变压器选择 7第4 章 短路电流计算8第4.1 节 短路电流计算的目的 8第4.2 节 短路电流计算的一般规定 8第4.3 节 短路电流计

2、算的步骤 9第4.4 节 短路电流计算结果 10第5 章 直流系统设计11第5.1 节 直流系统概述 11第5.2 节 直流系统的电压等级 11第5.3 节 直流系统的接线方式 12第5.4 节 本变电站直流系统设计 12第6 章 高压电器设备选择12第6.1 节 电器选择的一般条件 12第6.2 节 高压断路器的选择 14第6.3 节 隔离开关的选择 16第6.4 节 电流互感器的选择 16第6.5 节 电压互感器的选择 16第6.6 节 高压熔断器的选择 16第7 章 配电装置设计17第8 章 防雷保护设计18附录第1 章 负荷计算18第1.1 节 主变压器负荷计算 18第1.2 节 站用

3、变压器负荷计算 18第2 章 短路电流计算20第2.1 节 三相短路电流计算 21第2.2 节 站用变压器低压侧短路电流计算 22第3 章 线路及变压器最大长期工作电流计算25第3.1 节 线路最大长期工作电流计算 25第3.2 节 主变进线最大长期工作电流计算 25第4 章 电气设备选择及校验计算26第4.1 节 高压断路器选择及校验 26第4.2 节 隔离开关选择及校验 28第4.3 节 电流互感器选择及校验 29第4.4 节 电压互感器选择及校验 29第4.5 节 熔断器选择及校验 29第4.6 节 母线选择及校验 29第5 章 防雷保护计算30110kV 变电站电气一次部分设计图纸 电

4、气主接图31总结32参考文献33致谢34前 言变电站是电力系统的重要组成部分，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，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线的拟订接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。本次设计为110kV 变电站电气一次部分初步设计，分为设计说明书、设计计算书、设计图纸等三部分。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本文是在教授的精心指导下完成的。在老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在毕业设计期间老师在设

5、计的选题和设计思路上给了我很多的指导和帮助。老师循循善诱的教学方法、热情待人的处事方式、一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了很深的印象。在此，我对恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！本文从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对变电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图、电气总平面布置图、站用电系统图、防雷保护配置图、各级电压配电装置断面图、直流系统图等相关设计图纸。由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。第1 章 原始资料1.1 地区电网的特点所址地区海拔200米，地势平坦，非强地震地区。年最高气温+40C，年最低气温-20C，年平均温度+1

6、5C，最热月平均最高温+32C。最大覆冰厚度 b=10mm。最大风速25m/s,，属于我国第六标准气象区。线路从系统2（S2）110KV母线出发至变电所南墙止。全长10km。在距离系统2北墙0.25、5、8、9.98km处转角、四次进入变电所。全线为黄土层地带，地耐力2.4kg/cm，天然容重=2g/。内摩擦角，土壤电阻率100cm，地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。土壤热阻系数=120Ccm/wm。土温20C。1.2 建站规模(1)变电站类型：110kV 变电工程(2)主变台数：最终两台(要求第一期工程全部投入)(3)电压等级：110kV、10kV(4)出线回数及传输容量110kV 出线4

7、回本变市已 15000kW 10 km LGJ120本变市甲 30000kW 10km LGJ150备用两回10kV 出线14 回本变棉纺厂12500kW 3.5km本变棉纺厂2 1500kW 3.5km本变印染厂1 1500kW 4.5km 本变印染厂2 2000kW 4.5km本变毛纺厂2500kW 2.5km本变针织厂2500kW 1.5km本变柴油机厂12000KW 3Km本变柴油机厂22500KW 3km本变橡胶厂 1500KW 3km本变市区1 2500 KW 2km本变市区2 2500 KW 2km本变食品厂2000KW 1.5km备用二回1.3 电气主接线建议110kV、10

8、kV 均采用单母线分段带旁路接线，并考虑设置熔冰措施。1.5 短路阻抗(1)系统作无穷大电源考虑：X1max=0.05，X0max=0.04，X1min=0.1，X0min=0.05。(2)火电厂装机容量为 37500kW， X d= 0.125 d X , 最大运行方式下,该火电厂只投入二台机组,最小运行方式下,该火电厂三台机组全部投入,并满发。第2 章 电气主接线设计电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站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。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称

9、为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。第2.1 节 主接线的设计原则和要求主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统

10、的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。2.1.1 电气主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、

11、适用、经济、美观的原则。(1)接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110kV220kV 配电装置中，当出线为2 回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4 回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当110220kV 出线在4 回及以上时，一般采用双母接线。在大容量变电站中，为了限制610kV 出线上的短路电流，一般可采用下列措施：变压器分列运行；在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；采用低压侧为分裂绕组的变压器。出线上装设电抗器。(2)主变压器选择主变

12、压器台数：为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。对于大型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。主变压器容量：主变压器容量应根据510 年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。对装设两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按下式选择= 0.6PM 为变电站最大负荷。这样，当一台变压器停用时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%，则可保证对84%负荷的供电。由于一般电网变电站大约有25%的非重要负荷，因此，采用= 0.6PM

13、，PM对变电站保证重要负荷来说多数是可行的。对于一、二级负荷比重大的变电站，应能在一台停用时，仍能保证对一、二级负荷的供电。主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15%Sn 以上时，可采用三绕组变压器。其中，当主网电压为110220kV，而中压网络为35kV 时，由于中性点具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为220kV 及以上，中压为110kV 及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。(3)断路器的设置根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。(4)为正确选择接线和设

14、备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据： 小负荷为最大负荷的6070%，如主要是农业负荷时则宜取2030%； 负荷同时率取0.850.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0.951；功率因数一般取0.8；线损平均取5%。2.1.2 设计主接线的基本要求在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。(1)可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行

15、设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑： 路器检修时，能否不影响供电。线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。变电站全部停运的可能性。(2)灵活性：主接线的灵活性要求有以

16、下几方面。调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。(3)经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制

17、短路电流，以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/610kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。第2.2 节 主接线的设计步骤电气主接线的具体设计步骤如下：(1)分析原始资料本工程情况 变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量等。电力系统情况 电力系统近期及远景

18、发展规划（510 年），变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。负荷情况 负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。环境条件 当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。(2)拟定主接线方案根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母

19、线结构等考虑不同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。(3)短路电流计算对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。(4)主要电器选择包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。(5)绘制电气主接线图将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。第2.3 节 本变电站电气主接线设计2.3.1 110kV 电压侧接线35110kV 变电所设计规范规定，35110kV 线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。3563kV 线路为8 回及以上时，亦可采

20、用双母线接线。110kV 线路为6 回其以上时，宜采用双母线接线。在采用单母线、分段单母线或双母线的35110kV 主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本变电站110kV 线路有4回，可选择双母线接线或单母线分段接线两种方案，如图2.1 所示。方案一供电可靠、运行方式灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占图2.1 110kV 电压侧接线方案地面积大，设备多，投资大。方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。本变电站为地区性变电站，电网特点是水电站发电保证出力时能满足地区负荷的需要，加上小火电，基本不需要外系统支援，电源

21、主要集中在10kV 侧，110kV 侧是为提高经济效益及系统稳定性而倒有一回线路与华中大电网联系，采用方案二能够满足本变电站110kV 侧对供电可靠性的要求，故选用投资小、节省占地面积的方案一。设置旁路设施的目的是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响。装设SF6 断路器时，因断路器检修周期可长达510 年甚至20 年，可以不设旁路设施。本变电站110kV 侧采用SF6 断路器，不设旁路母线。2.3.2 10kV 电压侧接线35110kV 变电所设计规范规定，当变电所装有两台主变压器时，610kV侧宜采用分段单母线。线路为12 回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设

22、施。本变电站10kV 侧线路为10 回，可采用双母线接线或手车式高压开关柜单母线分段接线两种方案，如图2.2 所示。方案一一般用于出线较多，输送和穿越功率较大，供电可靠性和灵活性要求较高的场合，设备多，投资和占地面积大，配电装置复杂,易误操作。方案二简单清晰，调度灵活，不会造成全站停电，能保证对重要用户的供电，设备少，投资和占地小。手车式断路器的出现和运行成功，断路器检修问题可不用复杂的旁路设施来解决，而用备用的手车断路器来替代需要检修的工作的手车断路器。采用手车式高压开关柜，可不设置旁路设施。图 2.2 10kV 电压侧接线方案综上所述,本变电站主接线如图2.4 所示变电站低压侧未采用限流措

23、施，待计算短路电流之后，再采用相应的限流措施。最简单的限制短路电流的方法是使变压器低压侧分列运行。变压器低压侧分列运行，限流效果显著，是目前广泛采用的限流措施。在变压器回路中装设电抗器或分裂电抗器用的很少，母线电抗器体积大、价格高且限流效果较小，出线上装电抗器，投资最贵，且需造两层配电装置室，在变电站中应尽量少用。2.3.3 站用变压器低压侧接线站用电系统采用380/220V 中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源，站用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。380V 站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压

24、成套配电装置供电。站用变压器低压侧接线如图2.3 所示。图2.3 站用变压器低压侧接线第3 章 变压器选择第3.1 节 主变压器选择在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。35110kV 变电所设计规范规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。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。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。具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量

25、的15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。由负荷计算（设计计算书第1 章）可知，本变电站远景负荷为PM=32.95MVA，装设两台主变压器，每台变压器额定容量按下式选择S N = 0.6 PM = 0.6 32.95 = 19.77MVA故可选择两台型号为SSZ920000/110 的变压器。20000/46700*100%=61.0%当一台主变停运时，即使不考虑变压器的事故过负荷能力，也能保证对61.0%的负荷供电。主变压器参数如表3.1 所示。型 号额定容量(kVA)额定电压(kV)空载电流( %)空载损耗(kW)负载损耗(kW)连接组标号高压中压低压高-中高-低中-低高-中高-低中-低SSZ9-20000/1102000011038.510.50.5