变电站电气主接线设计.docx

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变电站电气主接线设计

第一部分设计任务书介绍····································3

第二部分电气主接线方案确定······························4

一．电气主接线设计原则···············································4

二．拟定主接线方案···················································5

1.原始资料分析·······················································5

2.各类接线的适用原则·················································5

3.拟定方案中设计方案比较·············································6

4.画出主接线草图·····················································10

第三部分主变形式确定···········································11

一．相数确定·························································11

二．主变电器绕组及接线方式···········································11

三．冷却方式·························································11

四．确定主变型号及参数···············································11

第四部分短路电流计算·········································14

一．短路计算目的·····················································14

二．短路计算的一般规定···············································14

三．具体短路计算·····················································15

第五部分电气设备选择·········································17

一．各种电气设备选择原则·············································17

1.母线形态选择·····················································17

2.按稳定选择短路情况校验···········································17

3.确定设备型号时，尽量减少品种·····································17

二．母线形式选择····················································17

三．断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器······························································17

第六部分防雷保护及接地装置·······························22

一．防雷保护的论述，保护概念及意义··································22

二．选择避雷器型号··················································23

第七部分总结（每个同学独立完成并附在报告中）·····24

第八部分附录····················································34

一．短路电流计算····················································34

二．电气设备校验计算················································36

三．主要设备清单····················································43

四．主接线图························································44

第九部分参考书目··············································45

第一部分设计任务书介绍

根据设计任务书的要求，本次设计为110kv变电站电气主接线的初步设计，并绘制电气主接线图，该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kv，35kv和10kv三个电压等级。

110kv电压等级采用双母线接线，35kv和10kv电压等级都采用单母线分段接线。

本次设计中进行了电气主接线的设计，短路电流计算，主要电气设备选择及校验（包括短路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，母线，熔断器等），各电压等级配电装置设计。

本课程设计为某工厂总降压变电所的设计，该变电所要求的电压等级分别为35kv和10kv，其符合均为一、二级负荷，根据设计任务书的要求，本设计的主要内容包括：

负荷计算及无功补偿确定变电所的形式，变电所的主接线方案，短路电流计算，主要用电设备选择和校验，变电所鉴定继电保护和防雷保护及接地装置的设计等。

本设计以《35~110kv变电所设计规范》、《供配电系统设计规范》、《35~110kv高压配电装置设计规范》等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济基础政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进，运行可靠，经济合理。

关键词：

降压变电站；电气主接线；变压器；设备选型；无功补偿。

第二部分电气主接线方案确定

电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。

变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。

变电站的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。

主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接影响。

主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较，综合考虑各个方面的影响因素，最终得到实际工程确认的最佳方案。

一：

电气主接线设计原则

（1）考虑变电站在电力系统的地位和作用

变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。

变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站。

由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

（2）考虑近期和远期的发展规模

变电站主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行，应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。

（3）考虑负荷的重要性和出线回路多少对主接线的影响

对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电：

三级负荷一般只需一个电源供电。

（4）考虑主变台数对主接线的影响

变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。

通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。

而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

（5）考虑备用量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。

电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或

母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时，是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

二：

拟定主接线方案

（1）原始资料分析

由任务书知该系统电压等级为100/35/10kv。

主变压器近期两台，远期两台。

35kv侧近期出现5回，远期出现8回。

10kv电压侧出线本期5回，远期9回。

系统可视为一无穷大系统，有充足的有功及无功功率。

系统采用中性点直接接地方式。

枢纽变电所距离设计变电所为50公里，建议采用双回LGJ-185导线。

所用电：

占总负荷1%。

35kv侧，Ⅰ类荷采用双回路供电；Ⅱ类荷占总负荷40%；其余为Ⅲ类负荷。

10kv侧Ⅰ类负荷采用双回路供电；Ⅱ类负荷占总负荷35%；其余为Ⅲ类负荷。

（2）各类接线的适用原则

单母线接线：

其供电电源在发电厂是发电机火变压器，在变电站是变压器或高压进线回路。

母线既可保证电源并列工作，有能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。

各出线回路输送功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配于母线上，以减少功率在母线上的传输。

单母线分段接线：

可以提高供电可靠性和灵活性。

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，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，不致使重要用户停电；而两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。

在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分该接线使段，任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可恢复供电。

该接线适用于小容量发电厂的发电机电压配电装置，一般每段母线上所接发电容量为12MW左右，每段母线出线不多于5回；变电站有两台主变压器时的6~10kv配电装置；35~63kv配电装置出线4~8回；110~220kv配电装置出线3~4回。

双母线接线：

双母线接线有两组母线，并且可以互为备用。

每一电源和出线的回路都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。

两组母线之间的联络，通过母线联络断路器（简称母联断路器）来实现。

有两组母线后，与单母线相比，投资有所增加，但运行的可靠性和灵活性大为特高。

由于双母线有较高的可靠性，广泛用于以下情况：

进出线回数较多，容量较大，出线带电抗器的6~10kv配电装置；35~60kv出现数超过8回，或链接电源较大，负荷较大时；110kv出现数为6回及以上时；220kv出现数为4回及以上时。

（3）拟定方案中设计方案比较

110kv电气主接线方案比较

方案一

方案二

方案

比较

一、双母接线

二、单母分段接线

优点

（1）供电可靠

（2）调度灵活

（3）扩建方便

故障时停电范围小

缺点

造价高，因为增加了一组母线及其隔离开关，增加了配电装置构架及占地面积；当母线故障或检修时，隔离开关做倒换操作电器，容易误操作，但可以装断路器的连锁装置加以克服

使用的分段断路器的数量较多，配电装置和运行较复杂，当进出线较多或需对重要负荷采用两条出线供电时增加了出线数目且常使架空线交叉跨越，是整个母线系统可靠性受到限制

35kv电气主接线方案比较

方案一

方案二

方案

比较

一：

单母分段接线

二：

双母接线

优点

故障时停电范围小

（1）供电可靠

（2）调度灵活

（3）扩建方便

缺点

使用的分段断路器的数量较多，配电装置和运行较复杂，当进出线较多或需对重要负荷采用两条出线供电时增加了出线数目且常使架空线交叉跨越，是整个母线系统可靠性受到限制

造价高，因为增加了一组母线及其隔离开关，增加了配电装置构架及占地面积；当母线故障或检修时，隔离开关做倒换操作电器，容易误操作，但可以装断路器的连锁装置加以克服

10kv主接线方案比较

方案一

方案二

方案

比较

一：

单母接线

二：

单母分段接线

优点

接线简单，操作方便，设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸、扩建方便。

故障时停电范围小

缺点

（1）可靠性差

（2）调度不方便

使用的分段断路器的数量较多，配电装置和运行较复杂，当进出线较多或需对重要负荷采用两条出线供电时增加了出线数目且常使架空线交叉跨越，是整个母线系统可靠性受到限制

经过上述初步设计的两种方案中各等级电气主接线的优缺点比较最优方案确定为方案二。

即：

110kv侧采用单母分段接线，35kv侧采用双母线接线，10kv侧采用单母分段接线。

（4）画出主接线草图

第三部分主变压器形式确定

一．相数确定

在330Kv及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。

因为一台三相式变电器较同容量的三台单项式变压器投资小、损耗小、占地少，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。

如果受到自造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。

容量为600MW机组单元连接的主变压器和500kv电力系统中的主变压器应综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较，可采用单相组成三相变压器。

二．主变压器绕组及接线方式

在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的百分之十五及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，适宜采用三绕组变压器。

变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。

电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

机组容量为125MW及以下的发电厂多采用三绕组变压器，机组容量为200MW以上的发电厂采用发电机-双绕组变压器单元接入系统，多绕组变压器一般用于600MW级大型机组启动兼备用变压器。

三．冷却方式

油浸式电力变压器的冷却方式随其形式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。

中小型变压器通常采用依靠装在变压器油箱上面的片状或管型辐射式冷却器及电动风扇的自然风冷却及强迫风冷却方式散发热量。

容量在31.5MV·A及以上的大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却，在发电厂水源充足的情况下，为压缩占地面积，也可采用强迫油循环水冷却。

容量在350MV·A及以上的特大变压器，一般采用强迫油循环导向冷却。

四．确定主变压器型号及参数

变电所主变压器容量一般按建所后5-10年的规划负荷考虑，并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷的百分之五十到七十。

1.变电所负荷总容量

∑S=3500+1000+1000+1800+1000+1500+1220+3500+2000+1000+1500+800+1000+1800+200+1000+2000=25820KVA

S=25820*0.7=18074KVA

由以上计算，查手册选择主变压器型号如下：

型号及容量

额定电压

连接组

损耗

阻抗电压

空载电流

空载

负载

高中

高低

中低

高

中

低

SSZ9-20000

/110

110±8*1.25%或121±8*1.25%

35或38.5±2*2.5%

6.3,

6.6

10.5,

11

YNyn

0d11

23.3

112

10.5

17-18

6.5

0.5

表1-1主变压器型号与参数

2.所用变压器的选择

由任务书知，所用电占总负荷的1%，则即10kv侧总负荷的1%：

S=∑S10*1%=（2000+1000+1500+800+1000+1800+200+1000+2000）*1%=113kv

由以上计算查表选择所用变压器如下：

型号

额定容量KVA

额定电压

连接机

损耗

短路阻抗

空载电流

空载

负载

S11-R125-10

125

高压66.31010.511低压0.4

Yyn0Yzn11Dyn11

0.24

1.8

4.0

1.7

表1-2站用变压器型号及参数

第四部分短路电流计算

一．短路计算的目的

在发电厂和变电站的电气设计中，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采取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情况下都能安全，可靠的工作，同时又立求节约资金，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安全距离。

4合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数：

（1）电气主接线比选；

（2）选择导体和电器；

（3）确定中性点接地方式；

（4）计算软导线的短路摇摆；

（5）确定分裂导线间隔棒的距离；

（6）验算接地装置的接触电压和跨步电压；

（7）选择继电保护装置和进行整定计算。

二．短路计算的一般规律

1.计算的基本情况

（1）电力系统中所有电源均在额定负载下运行。

（2）所有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）所有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所有元件，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，硬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.计算的一般步骤

（1）选择计算短路点。

（2）画等值网络图。

①首先去掉系统中的所有分支，线路电容，各援建的阻抗。

②选取基准容量Sn和基准电压Ub（一般取各级的平均电压）。

③将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标么电抗。

④绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。

（3）化简等值网络：

为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射性等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xod。

（4）求计算电抗X

（5）由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到X=3.5）

①计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量。

②计算短路电流周期分量有名值和短路容量。

三．具体短路计算

1.短路点在110kv侧：

短路电流的标幺值I1’’=0.625KA

短路电流的有名值I1=3.14KA

短路冲击电流Ish1=8.44KA

2.短路点在35kv侧：

短路电流的标幺值I2’’=0.231KA

短路电流的有名值I2=3.6KA

短路冲击电流Ish2=9.67

3.短路点在10kv侧：

短路电流的标幺值I3’’=0.17KA

短路电流的有名值I3=9.35KA

短路冲击电流Ish3=25.12KA

第五部分电气设备选择

一．各种电气设备选择原则

1.母线形态选择

变电所屋内屋外配电装置的主母线、变压器电气设备与配电装置母线之间的连接导线称为母线。

选择配电装置中的母线主要考虑：

母线的材料、截面形状、截面积的大小、校验母线的动稳定和热稳定。

2.按稳定选择短路情况校验

3.确定设备型号时，尽量减少品种

二．母线形式选择

电压等级

材料

形状

截面积（mm2）

载流量（A）

放置方式

110kv

铝

矩形

50*4

613

竖放

35kv

铝

矩形

50*4

613

竖放

10kv

铝

矩形

63*10

1221

竖放

三.断路器、隔离开关、电流互感器、熔断器

1.断路器、隔离开关选择：

110kv断路器、隔离开关选择表

计算数据

LW11-110

GW2-110

UNS110kv

UN110KV

UN110KV

Imax105.4A

IN1600A

IN600A

I’’3.14KA

INbr31.5KA

-

ish8.44KA

INc180KA

-

Qk40.3（KA）2·S

It2·t3969（KA）2·S

It2·t980（KA）2·S

ish8.44KA

ies80KA

ies50KA

35kv断路器、隔离开关选择表

计算数据

SW2-35/600

GW5-35G

UNS35kv

UN35KV

UN35KV

Imax327.7A

IN600A

IN600A

I’’3.6KA

INbr6.6KA

-

ish9.67KA

INc117KA

-

Qk52.62（KA）2·S

It2·t174.24（KA）2·S

It2·t1024（KA）2·S

ish9.67KA

ies17KA

ies72KA

10kv断路器、隔离开关选择表

计算数据

SN10-10Ⅲ/2000

G2-10/2000

UNS10kv

UN10KV

UN10KV

Imax1154.7A

IN2000A

IN2000A

I’’9.35KA

INbr43.3KA

-

ish25.12KA

INc1130KA

-

Qk354.9（KA）2·S

It2·t7499（KA）2·S

It2·t13005（KA）2·S

ish25.12KA

ies130KA

ies85KA

2.电流互感器的选择条件：

互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。

互感器将高电压、大电流按比例变成低电压和小电流，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。

（1）.电流互感器选择的具体技术条件如下：

一次回路电压：

Uc≤Un

式中：

Uc---------电流互感器安装处一次回路工作电压：

Un--------电流互感器额定电压。

一次回路电流：

Igmax≤In

式中：

Igmax----电流互感器安装处的一次回路最大工作电流。

In--------电流互感器原边额定电流。

（2）准确级

为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。

对测量精确度要求较高的大容量发电机和变压器、系统干线、发电企业上网电量、电网或供电企业、之间的电量交换的关口计量点，适宜用0.2级；装于重要回路（如中小型发电机和变压器、调相机、厂用馈线、有收费电能计量的出线等）中的互感器，准确级应采用0.2~0.5级；对供运行监视、100MW及以下发电机组的厂用电、较小用电负荷以及供电企业内部考核经济指标分析的电能表和控制盘上仪表，其电流互感器应为0.5~1级。

（3）.动稳定校验：

ich≤

I1NK

式中：

ich---短路电流冲击值；

I1N---电流互感器原边额定电流；

K-----电流互感器动稳定倍数。

（4）热稳定校验：

Qk≤（ImKl）2

式中：

Qk---短路热效应

Im-----电流互感器原边额定电流

Kl-----t秒时的热稳定倍数