毕业设计110kV变电站电气一次部分设计Word文件下载.docx

1、第 6 章 高压电器设备选择20 第6.1 节 电器选择的一般条件20 第6.2 节 高压断路器的选择22 第6.3 节 隔离开关的选择24 第6.4 节 电流互感器的选择25第6.5 节 电压互感器的选择26第6.6 节 高压熔断器的选择26 第 7 章 配电装置设计 27 第 8 章 防雷保护设计29 总结31参考文献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。电气主接线的拟订直接关系着全站 电气设备的选择、配电装置的布置、继

2、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，所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本文是在张瑶的精心指导下完成的，张瑶老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在毕业设计期间张瑶老师在设计的选题和设计思路上给了我很多的指导和帮助。张瑶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，我对张瑶师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！本文从主接线、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

3、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（1）本地区即使在最枯的月份，水电站发电保证出力时亦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。（2）本系统的水电大多数是迳流式电站，除发保证出力外的月份，均有电力剩余，特别是 4 至 7 月份。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、35kV、10kV（4）出线回数及传输容量110kV 出线 6 回本变长泥坡15000kW6km

4、LGJ120本变双溪变42.3km本变系统30000kW72kmLGJ150本变芷江8000kW36km备用两回35kV 出线 8 回LGJ95本变火电厂10000kW8km本变中方变5000kW15km本变水电站12kmLGJ120 （两回）本变鸭嘴岩变10km10kV 出线 10 回本变氮肥厂2500kW2km本变化工厂1500kW3km本变医院5km （两回）本变印刷厂2000kW4km本变造纸厂本变机械厂备用三回（5）无功补偿：采用电力电容两组, 容量为 24500kva1.3 环境条件（1）当地年最高温度为 40, 年最低温度为-5；（2）当海拔高度为 800 米；（3）当地雷暴日数

5、为 55 日/年；（4）本变电站处于“薄土层石灰岩”地区，土壤电阻率高达1000。1.4 电气主接线建议 110kV、35kV、10 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 , 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。（3）水电厂装机容量为 35000kW，X d = 0.27 ，最大运行方式下，该水电厂三台机组全部投入运行，并满发，最小

6、运行方式下，该水电厂只投入一台机组。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

7、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

8、、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、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

9、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 5

10、10 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：Sn = 0.6PMPM 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Sn = 0.6PM ，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 1

11、5%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：最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

12、其中有特大负荷时，可取0.951； 功率因数一般0.8； 线损平均取 5%。2.1.1 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

13、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：断路器检修时，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，

14、进行安全检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

15、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 ：1 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。2 电力系统情况 电力系统近期及远景发展规划（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。3 负荷情况 负荷的性质及其地理位置、输电

16、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

17、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

18、许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本变电站 110kV 线路有 6 回，可选择双母线接线或单母线分段接线两种方案，如图 2.3.1 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，电源主要集中在 35kV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 图 2.3.1 1

19、10kV 电压侧接线方案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 35kV 电压侧接线 本变电站 35kV 线路有 8 回，可选择双母线接线或单母线分段带旁路母线接线两 种方案，根据本地区电网特点，本变电站电源主要集中在 35kV 侧，不允许停电检修 断路器，需设置旁路设施，如图 2.3.2 所示。方案一供电可靠、调度灵活，但是倒闸操 作复杂，容易误操作，占

20、地面积大，设备多，配电装置复杂，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，旁路断路器可以代替出 线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要回路特别是电源回路不停电。方案 二具有良好的经济性，供电可靠性也能满足要求，故 35kV 侧接线采用方案二。图 2.3.2 35KV 电压侧接线方案2.3.3 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

21、开关柜单母线分 段接线两种方案，如图 2.3.3 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 2.3.3 10kV电压侧接线方案 综上所述,本变电站主接线如图 2.3.4 所示。图 2.3.4 电气主接线简图变电站低压侧未采用限流措施，待计算

22、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。2.3.4 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，并以低压成

23、套配电装置供电。站用变压器低压侧接线如图 2.3.5 所示。图 2.3.5 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

24、达到该变压器容量的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SN = 0.6PM = 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 3.1.1 所示。表 3.1.1 主变压器技术参数型号额 定容 量（kVA）额定电压（kV）空载电流（ %）空载损耗（kW）负载损耗（kW）阻抗电压（%）连接组标号高压中压低压高-中高-低中-低高 -中高 -低SSZ9-20000/