芙蓉110kV变电站电气一次部分初步设计毕业设计.docx

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芙蓉110kV变电站电气一次部分初步设计毕业设计

电气工程及自动化

110kV芙蓉变电站电气

一次部分初步设计

摘要

随着电力网络规模不断扩大，电力系统继电保护装置的数

量不断增加，质量不断提高，继电保护管理工作的复杂程度和技

术难度也不断增加。

其核心就是电力网络的继电保护整定计算。

本文以短路故障经典算例来介绍电力网络故障电流的计算方法，

并对系统短路电流整定计算的进一步完善和发展进行了简单探讨。

本文首先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

通过对拟建变电站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110kV，35kV，

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，

对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感

器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的

设计。

本次设计由***老师作指导，***同学编写。

编者语2014.02.24

摘要

概述-----------------------------------------------------------------------------5

第一章负荷统计及主变型号确定----------------------------------------9

1.1负荷统计------------------------------------------------------------------9

1.2主变压器的选择---------------------------------------------------------9

第二章电气主接线的确定------------------------------------------------10

2.1主接线的设计中要考虑的原则---------------------------------------11

2.2基本的主接线形式-------------------------------------------------------

2.3电气主接线方案的技术分析------------------------------------------

2.4电气主接线方案的经济比较------------------------------------------

第三章：

短路电流的计算-------------------------------------------------

3.1画等值电路图-----------------------------------------------------------

3.2简化网络并求转移阻抗------------------------------------------------

3.3f2点短路计算-----------------------------------------------------------

3.4f3点短路计算-----------------------------------------------------------21

第四章主要电气设备载流导体的选择---------------------------------22

4.1电气设备选择的要求和原则------------------------------------------

4.2载流导体的选择和校验--------------------------------------------

4.3互感器的选择------------------------------------------------------------

4.4避雷器的选择-----------------------------------------------------------

4.5电容器的选择------------------------------------------------------------

4.6支柱绝缘子和穿墙套管的选择------------------------------------

4.7高压熔断器的选择------------------------------------------------------

4.8隔离开关的选择----------------------------------------------------

4.9高压断路器的选择------------------------------------------------------

第五章芙蓉变#1主变保护定值计算------------------------------------29

7.1变压器高压侧母线发生短路时的短路电流计算------------------

7.2变压器保护整定计算--------------------------------------------------

参考文献

1葛耀中编著.《新型继电保护与故障测距原理和技术》.西安:

西安交通大学出版社，1996

2许正亚编著.《输电线路新型距离保护》.

北京:

中国水利水电出版社，2002

3许建安编著.《电力系统微机继电保护》.

北京:

中国水利水电出版社，2001

4许建安编著.《继电保护整定计算》.

北京:

中国水利水电出版社，2001

5陈德树等编著.《微机继电保护》.

北京:

中国电力出版社，2000

6许建安主编.《电力系统继电保护》.

中国水利水电出版社，2004

7罗士萍主编.《微机保护实现原理及装置》.

北京:

中国电力出版社，2001

8中华人民共和国电力工业部.《电力工程制图标准》.北京:

地震出版社，1994

9金建安编《继电保护测试技术》北京水利电力出版社，1993

10周南星编《电工测量及实验》北京水利电力出版社，1994

11陈跃主编《电力系统分册》中国水利水电出版社，2008

12《电力系统分册》

卢文鹏，吴佩雄主编中国水利水电出版社，1998

13《电力工程手册》上海科学技术出版社

14《电力工设备手册》电力工业部西北电力设计院编

中国电力出版社

15《电气一次部分》电力工业部西北电力设计院编中国电力出版社

16《电力工程电气设备手册》

水利电力部西北电力设计院编中国电力出版社

17《电气一次部分课程设计参考资料》电力工程系

18《电力系统分册》第二版电气工程专业毕业设计指南陈跃主编

19《继电保护分册》第二版电气工程专业毕业设计指南韩笑、宋丽群主编

概述

一、设计课题：

芙蓉110kV变电站电气一次部分初步设计

二、毕业设计的相关原始资料

1、芙蓉经济开发区位于某市郊的芙蓉乡境内，距市区约20公里，随着生产和经济的不断发展，急需建设一座新变电站向开发区及其周边地区负荷供电。

110KV芙蓉变电站就是为了适应这种情况而建设的市郊中间变电站，在供给周围负荷的同时，也传递部分系统的交换功率。

芙蓉变电站的电压等级为110/35/10KV，设两台主变，变电站最终规模的进出线回路数为：

110kV4回（其中2回备用）

35kV5回（其中1回备用）

10kV10回（其中2回备用）

2、根据系统运行方式，芙蓉变电站不是电压枢纽点。

没有特殊的调压要求，另外，有部分功率由35KV线路经过芙蓉变电站送至35KV系统的芦坡变电站。

3、与芙蓉变电站连接的系统电源共有三个：

一个是110KV系统的王村变电站，一个是110KV青山火电厂，一个是35KV系统的芦坡变电站。

具体为：

（1）110KV系统王村变电所，在该所高压母线上的短路容量为300MVA，该所距待设计变电所7KM。

（2）110kV青山火电厂，接线如图：

2×31.5MVA,121/38.5/6.3kv

Ud1-2％=18,Ud1-3=10.5,Ud2-3=6.5

110kV青山火电厂接线图

（3）35KV系统芦坡变电站，在该站高压母线上的短路容量为200MVA，该站距待设计的芙蓉变电所12KM。

4、35KV及10KV最大负荷如下两表所示，最小负荷为最大负荷的60%，同时率为0.85，线损率5%，COSΦ=0.85，最大负荷利用小时4500小时。

35kV最大负荷表：

用户名称

负荷（MW）

负荷性质

线路类型

502厂

3.4

Ⅰ

电缆

污水厂

2.8

Ⅰ

电缆

陈村变

4.2

Ⅱ

电缆

备用（新用户）

5.0

Ⅱ

电缆

10kV最大负荷表：

用户名称

负荷（MW）

负荷性质

线路类型

机械厂

0.8

Ⅱ

电缆

凤岭小区

4.20

Ⅱ

电缆

纺织厂

1.4

III

电缆

电视台

2.5 

Ⅰ

电缆

民生商业区

4.0

Ⅰ

电缆（双回路）

食品厂

1.1

III

电缆

汽车市场

4.3

III

电缆

兴和饮食成

2.5

Ⅰ

电缆

备用（新用户）

4.00

Ⅱ

电缆

三、毕业设计内容及要求

（一）、电气主接的确定。

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。

主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护的控制方式的拟定有较大影响。

因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。

主接线设计中应包括以下部分：

1、 根据变电所在系统中的地位、作用及负荷情况选择主变压器的型式、台数及容量；当选择两台及以上的主变时，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的60%-80%。

2、 初步确立主要线路上的断路器型式，并决定电抗器的使用与否；而断路器型式在此只是初选，一般只按额定电压主电流选出型号即可。

3、各级电压接线方式的确定：

根据负荷性质、出线回路数分析确定。

4、拟出4个可能的方案，并对可靠性、经济性、操作灵活性及发展的可能性做初步分析。

对于你认为不合理的方案或缺点较多的方案在说明书中作一般叙述后，将其舍去，剩下两至三个你认为技术上、经济上都相当的方案，作进一步的技术经济比较。

（二）、短路电流计算

短路电流计算的目题是为了正确选择、校核电气设备提供数据，大致上可这样进行：

对已选定的方案，先确定短路点，用标幺出各元件的电抗值，进行网络化简，用查表或查曲线法，出“I，I∞，ICH及S”。

方法及步骤大致如下：

a）确定短路计算点。

b）画出阻抗图。

计算出各元件的标幺电抗。

c）求计算电抗。

d）正常运行方式各点三相短路计算。

e）列短路计算结果表。

（三）、电气设备选择

主要是选择断路器，隔离开关，主母线。

主变回路中的导体、电缆在主接线设计时是初选，这一步要详细选择校核。

1、110、35、10kV断路器、隔离开关选择及校验。

2、110、35、10kV母线选择及校验。

3、10kV电力电缆或架空线的选择及校验。

4、电流互感器和电压互感器选择。

（只选，不校）

（四）、变压器（三个等级）继电保护方案的确定。

逐一写明每个保护的作用、特点和保护范围。

（五）、电压互感器和电流互感器的配置。

（六）、主变压器控制、信号回路设计。

在说明书上说明主变压器断路器动作过程。

（七）、中央信号回路设计。

并在说明书上说明：

1、断路器事故跳闸动作过程。

2、具体说明如何发事故信号和预告信号。

四、毕业设计成果

1、毕业设计说明书——1份（A4纸双面打印）

2、变电站电气主接线图——1份（A3纸）

3、变电站电气总平面布置图——1份（A3纸）

4、110KV出线间隔至主变间隔断面图一张（3A纸）

5、短路电流计算成果表及主要设备选择结果表——1份（3A）

6、变电站直击雷保护范围图——1份（3A）

7、变电站接地装置布置图——1份（3A）

8、变压器控制图——1份（3A）

9、变压器保护图——1份（3A）

10、中央预告音响信号图——1份（3A）

第一章负荷统计及主变型号确定

一．负荷统计

1.变电站10kV侧负荷统计

P10kV=P械+P凤+P坊+P电+P民+P食+P汽+P兴和+P备（新用户）=0.8+4.2+1.4+2.5+4+1.1+4.3+2.5+4.0=24.8（MW）

S10kV=P/COSφ=24.8/0.85=29.176（MVA）

2.变电站35kV侧负荷统计

P35kV=P502厂+P污+P陈+P备（新用户）

=3.4+2.8+4.2+5.0=15.4（MW）

S35kV=（1+а）Kt（P35kV/0.85）=（1+5%）*0.85*（15.4/0.85）=16.17（MVA）

3.总负荷统计

P总=P10kV+P35kV=24.8+15.4=40.2（MW）

S总=P/COSφ=40.2/0.85=47.29（MVA）

Ⅰ类负荷统计

PI=P502+P污+P电+P民+P兴和

=3.4+2.8+2.5+4+2.5=15.2（MW）

SI=PI/COSφ=15.2/0.85=17.88（MVA）

Ⅱ类负荷统计

PII=P陈+P35kV备+P机械+P凤+P110kv备

=4.2+5+0.8+4.2+4=18.2（MW）

SII=18.2/0.85=21.412（MVA）

III类负荷统计

PIII=P坊+P汽=1.4+1.1+4.3=6.8（MW）

SIII=6.8/0.85=8（MVA）

Ⅰ类负荷占负荷百分比

SⅠ%=SI/S总=17.88/47.29=37.81%

Ⅱ类负荷占负荷百分比

SII%=SII/S总=21.41/47.29=45.27%

III类负荷占负荷百分比

SIII%=SIII/S总=8/47.29=16.92%

二．主变压器的选择

主变压器的容量根据5-10年的规划负荷选择，适当考虑到远期10-20年的负荷发展，并考虑到变压器正常运行和事故时的过负荷能力，为保证供电可靠性，变电站一般装设两台变压器，每台变压器的额定容量一般按Se=0.6SM变电站最大负荷选择，这样，当一台主变压器停运时，其余一台变压器容量仍能保证全部负荷的60%-80%。

并保证Ⅰ类、Ⅱ类和III类负荷的供电。

1.每台变压的容量

ST=0.6*S总=0.6*47.29=28.374（MVA）

高峰负荷时，变压器正常允许的过负荷范围为5%-50%，考虑到变压器有一定的扩展能力，所以取变压器正常符合时的1.2倍，则

ST1=0.6*（1+20%）*S总

=0.72S总=0.72*47.29=34.049（MVA）

S%=ST1/S总=34.094/47.29=72%

SⅠ%+SⅡ%=37.81+45.27%=83.08%＞72%

说明当一台变压器故障时，另一台变压器仍能保证用户的Ⅰ类负荷和部分的Ⅱ类负荷。

2.主变压器各侧绕组的负荷都达到该变压器容量的15%以上时，宜采用三绕组变压器。

由于芙蓉变电站的电压等级为110/35/10kV，所以采用三绕组变压器较为合适。

3.变压器型号按Se=28.374MVA选择，选择SFSL7-31500/110型号三绕组变压器（其各种性能参数如下表）:

4.110kV三绕组变压器分为全绝缘变压器和半绝缘变压器两种，这示110kV中性点的绝缘水平而言，在110kV中性点直接接地系统中，一般采用半绝缘变压器。

额定容量

高/中/低（kVA）

连接组别

空载电流（%）

型号及容量

110/38.5/10.5

YnynOdn

0.98%

SFS29-

31500

空载损耗（kW）

负载损耗（kW）

阻抗电压（%）

34.96

高-中

高-低

中-低

高-中

高-低

中-低

157.5

10.5

18

6.5

运输重量（t）

参考价格（万元）

综合投资（万元）

102

第二章电气主接线的确定

电气主接线是发电厂，变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。

主接线的确定对电力系统整体及发电厂，变电所本身的运行可靠性、灵活性、经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置，继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。

一．主接线的设计中要考虑的原则

设计的基本要求：

1.发电厂和变电所在电力系统中的地位和作用。

2.近期和远期的发展规模。

3.出现回路和负荷重要性分级。

4.发、送、变电的备用容量。

主接线设计应满足可靠性，灵活性和经济性、发展性等要求及负荷大小和重要性：

1.对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任意一个电源失去电源后，能保证对全部一级负荷不间断供电。

2.对于二级负荷一般要有两个的独立电源供电。

3.对于三级负荷一般只需一个电源供电。

二．基本的主接线形式

1．单母线接线适用条件：

（1）6~10kV级回路数不超过5回；

（2）35kV~60kV级不超过3回；

（3）110~220kV级回路数不超过两回时（当为两回出线时，多采用桥形接线或多角形接线）。

2.单母线分段接线采用的条件：

（1）6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上；

（2）电压为35kV时，出线回路数为4~8回；

（3）用于电压110kV，出线回路数为3~4回。

3.双母线接线及分段：

（1）出线带电抗器的6~10kV装置采用双母线；

（2）35~60kV配电装置当出线回路数较多时（超过8回），或连接线的电源较多时，可采用双母线接线；

（3）双母线分段接线主要试用于大容量进出线较多的装置中，例如220kV进出线为10~14回的装置。

4.方案：

方案A：

110kV侧采用单母线接线，35kV侧采用单母线分段接线，10kV侧采用单母线分段接线。

方案B：

110kV采用外桥接线，35kV采用单母线分段接线，10kV侧采用单母线分段。

方案C：

110kV侧采用单母线分段接线，35kV侧采用单母线分段接线，10kV侧采用单母线分段接线。

方案D：

110kV侧采用外桥接线，35kV采用单母线分段接线，10kV采用双母线接线。

三．电气主接线方案的技术分析

1.方案A的技术分析

110kV侧采用单母线接线，其优点有：

接线简单清晰，设备少，投资成本低，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：

不够灵活，任一原件故障或检修，均需使整个配电装置停电。

单母线可用隔离开关分段。

但当一段母线故障时，该段母线全部回路仍需停电，在隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

35kV和10kV侧采用单母线分段接线，其优点有：

当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段引出两个回路，有两个电源供，提高了供电可靠性。

2.方案B的技术分析

110kV侧采用外桥接线，其优点为：

变压器操作方便。

缺点：

（1）线路投入与切除时，操作复杂；

（2）桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。

适用范围：

适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性较小和变压器需要经常切换，而且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。

3.方案C的技术分析

110kV侧采用单母线分段接线前面已分析了其优缺点；

35kV侧和10KV侧采用单母线分段接线的优缺点已在方案A中分析。

4．方案D的技术分析

110kV侧采用外桥接线，其优点：

变压器操作方便。

缺点：

（3）线路投入与切除时，操作复杂；

（4）桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。

适用范围：

适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性较小和变压器需要经常切换，而且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。

35KV侧采用单母线分段前面已经分析。

10KV母线采用双母线接线，其优点：

当母线或母线隔离开关故障时，连接在该母线上的回路在故障或检修时能继续供电而不用长时间停电。

同时在扩建时也便于向母线左右任意一个方向扩建。

缺点：

①造价高。

增加一组母线和使用每回路就要需要增加一组母线隔离开关；②当母线故障时，隔离开关作为倒闸操作，在倒换操作时容易误操作。

适用范围：

当出线回路或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电，母线设备检修时不允许影响对用户的供电对接线的灵活有一定要求时采用。

四．方案的经济比较

综合上面四个方案的优缺点分析，初步采用方案B，方案C，从两个方案进行经济比较。

在进行比较时，一般只计算方案中不同部分的投资和年限运行费用。

因为方案B和方案C中的10kV均采用单母分段接线，35kV均采用单母分段接线方式，都不需要进行经济比较，只需进行110kV接线方式的经济比较。

1、计算综合投资Z

方案B

110kV采用外桥接线方式，馈线有4回。

110KV侧配电装置综合投资ZB=Z0（1+a/100）=（2×Z主变+Z110+Z35+Z10）×（1+90/100）=（2×102+136+94.97+34.6）×（1+90/100）=892.183（万元）

式中：

Z0—主体设备综合投资，包括变压器，开关设备，配电装置等设备的综合投资。

a—不明显的附加费用比例系数，一般220kV取70，110kV取90。

方案C

110kV采用单母分段接线方式，

ZC=Z0（1+a/100）=（2×Z主变+Z110+Z35+Z10）×（1+90/100）=（2×102+168.9+94.97+34.6）×（1+90/100）=954.69（万元）

故方案B和方案C进行综合投资经济比较

因为：

ZB﹤ZC

由负荷统计结果得：

S10=29.176MVA；S35=16.17MVA;S110=47.29MVA;

△P0=34.96KW，△Q0=I0％*SN/100=0.98×31.5/100=308.7Kvar

△Pk=175.5KW,△QK=UK％*SN/100=10.5×31.5/100=3307.5Kvar

年运行费用U

方案B

UB=a×△A×10-4+U1+U2

其中△A=2（△P0+△QRK）×T0+1/4（△PK+△QKK）（S2110/SN2+S35/SN2+S210/SN*S3N）*τ=2（34.96+308.7×0.1）×8000+1/4（157.5+3307.5×0.1）（47.292/31.52+16.172/31.52+29.1762/31.5*15.75）×4500=3376739.7

Kwh.

方案