电气工程110kv变电站电气一次部分设计 学位论文.docx
《电气工程110kv变电站电气一次部分设计 学位论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气工程110kv变电站电气一次部分设计 学位论文.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
电气工程110kv变电站电气一次部分设计学位论文
天津渤海职业技术学院
毕业论文
题目：
110kV变电站电气一次部分设计
入学年月_____
姓名____
学号___
专业___电气工程_
学习中心_______
指导教师__________
完成时间__年_月___日
摘要
本次设计的题目是110kV变电站电气一次部分设计，它是对一名电气工程及其自动化专业本科生所学专业理论知识及实践能力的一次综合性考核，通过设计，使学生将书本上的知识融入到工程设计的实际运用之中。
拉近了理论与实际的距离，同时也将为今后的工作奠定坚实的基础。
在设计过程中，初步体现了工程设计的精髓内容，如根据规程选择方案、用对比的方法对方案评价等。
教会了我们在工程中运用所学的专业知识，锻炼了我们用实际工程的思维方法去分析和解决问题的
绪论
本次设计内容是根据所给某地区需用负荷情况而做的初步设计。
该地区拟建一座110KV变电所，并以35KV和10KV两个电压等级供电。
变电站最终规模为：
变压器2台，本期2台容量为40000kVA，110kV出线4回，本期2回；35KV出线8回，其中2回留作备用；10KV出线12回，本期10回。
所有出线均采用架空方式。
初步设计所确定的设计原则和设计标准，将宏观的勾勒出工程概况，控制工程投资，体现技术经济政策的贯彻落实，通过初步设计，对多种方案进行比较，选出最佳方案，在此基础上展开施工设计。
第一篇设计说明书
第一章电气主接线
对电气主接线的基本要求：
变电所电气主接线是有高电压设备通过连接线组成的汇集和分配电能的电路,主接线的型式直接影响供电的可靠性,灵活性,经济性和可扩充性。
《35----110kV变电站设计范围》第3.21条“变电所主接线应根据变电所在电力网中的地位出现回路数,设备特点及负荷型等条件确定,并满足供电可靠性、灵活操作性、检修方便、节约投资和便于扩建等要求。
”
1、可靠性具体要求
（1）断路器检修时，不宜影响供电。
（2）断路器或母线故障及母线检修时尽量减小停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。
（3）尽可能避免变电站全部停运的可靠性。
2、灵活性具体要求
（1）调度时应可以灵活地投入和切除变压器和线路调配电流负荷满足系统在事故运行方式下的系统调度要求。
（2）检修时，可以方便的停运断路器母线及电器设备进行安全检修而不致影响电力网运行和对用户的供电。
3、经济性的具体要求
（1）投资省、主接线力求简单、尽可能减少断路器隔离开关、互感器、避雷针等的一次设备。
（2）二次保护不要太复杂。
（3）占地面积小。
（4）电能损失小。
4、可扩性的具体要求
扩建时，可容易地从初期接线过渡为最终接线。
第一节110kV侧主接线选择
双母线适合于110—220kV配电装置在系统中居重要地位的。
双母线的两组母线并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。
一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定的连接方式运行。
单母线分段接线适合于在35kV－110kV出线回路4回以下，同时规定在采用单母线分段或双母线的35kV－110kV主接线中，当不允许停电检修DL时可设置旁路设施。
本所出线回路数为4回，本期2回，双母线操作较麻烦，故110kV侧接线推荐单母线分段带旁母。
下面是两种方案的比较表：
方案比较
I
双母
II
单母线分段带旁母
可靠性
（1）通过两组母线隔离开关的倒闸操作检修任意一组母线，不中断停电，不影响穿越功率通过。
（2）检修任意回路断路器、用跨条连接后用母线DL替代出线。
（3）全所停电可能性小。
（1）任一出线DL检修时可不停电。
（2）一段母线发生故障，分段断路器将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。
（3）全所停电可能性小。
灵活性
（1）调度灵活电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上。
能灵活的适应运行方式运行调度和潮流变化的需要。
（2）扩建方便。
（1）调度调配电流符合灵活检修方便。
（2）检修任一出线DL和母线G不会影响对用户的用电。
（3）扩建方便。
经济性
（1）DL：
5个
（2）G：
16个
占地少
（1）DL：
5个
（2）G：
18个
占地少
可靠性
扩建不受方向限制
扩建不受方向限制
结论
经过比较，两种接线均可靠性高，扩建方便。
经济型方面相差不大，但双母线接线当母线故障或检修时，倒闸操作比较麻烦。
故选单母线分段接线。
第二节35kV侧主接线选择
《设计手册》中规定：
当35-60KV线路不超过8回时，采用单母线分段或带旁母的接线。
当不允许停电检修断路器时宜采用设置旁路设施。
下面是两种方案的比较表：
35KV方案
I
单母分段带旁母
II
单母线分段
可靠性
（1）全所停电可能性小
（2）当一段母线检修对某重要用户不停电由旁母代替
（3）当出现断路器检修时可用旁路断路器代替不会造成停电
（1）接线形式简单便于操作、维护
（2）出线断路器故障时，要停电检修
灵活性
（1）检修方便，借用断路器而不使回路停电
（2）全所停电可能性小
（1）便于操作
（2）出线断路器检修停电
经济性
DL：
9个
G：
29个
DL：
9个
G：
27个
结论
根据比较单母分段带旁母可靠性高，且35KV线路负荷主供变电所，所以采用单母分段带旁母
第三节10kV侧主接线选择
当变电站装有两台主变压器时，6-10KV侧宜用分段单母线，线路超过12回时，采用双母线。
本站选用单母分段接线。
下面是两种方案的比较表：
10kV方案
I
双母
Ⅱ
单母分段
可靠性
（1）DL检修将截止该回路供电
（2）当任母线故障时可倒闸操作恢复供电
（3）全部停电机会小
（1）当出线DL检修或故障时将会停止此回路
（2）当任意母线故障或检修时，在此母线上的负荷均截止
（3）因为采用单母分段供电两条母线同时故障的机会小所以一般不会造成全所停电
灵活性
（1）调度灵活各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要
（2）倒闸操作故障
（1）调度是可以灵活地投入和切除一台变压器通过分段DL时使各段上功率向系统负荷正常分配不受影响
（2）能灵活地切除或投入任一出线回路
经济性
DL：
14个
G：
39个
占地大
DL：
14个
G：
26个
占地小
结论
方案II经济性、灵活性和经济性比I好，所以可选单母分段
第四节所用电接线
根据《设计手册》所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力和照明合用一个电源。
（1）所用变压器低压侧多采用单母线接线形式。
当采用两台变压器时，采用单母线分段接线，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。
对重要的低压站内负荷，应采用双回路供电方式。
所用电方案比较：
I
单母线
Ⅱ
单母分段
可靠性
（1）任一开关检修均需停整条母线
（2）全部停电机会大
（1）当任意母线故障或检修时，仅停在此母线负荷
（2）因为采用单母分段供电两条母线同时故障的机会小所以一般不会造成全所停电
灵活性
不够灵活可靠
比较灵活
经济性
少一个分段间隔的设备
少一个分段间隔的设备
结论
由于电压等级为380V，因此两种接线设备价格差别不大，本设计推荐方案Ⅱ
第五节无功补偿装置
根据设计规范要求自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。
《电力工程电力设计手册》规定“对于35-110KV变电所，可按
主变压器额定容量的10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。
地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。
配电站装设的并联电容器装置的主变目的是为了改善电网的
功率因数，并联电容器装置向电网提供可阶梯调节的容性无功以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电压。
根据所给参数：
本所电容器的容量QB=12%*2*40000=9600kVAr。
选用BAMF11/
—9600-3W型号的电容器它的额定容量9600kVAr分为2组，每组容量4800kVAr，中间带抽头，可分组进行投切。
第二章负荷计算及变压器选择
第一节负荷计算
根据所给参数计算
S1=（6/0.9+6/0.9+5/0.9+3/0.9+2.6/0.85+3.2/0.85）X0.9=26.14kVA
S2=（4/0.85+3/0.85+3.5/0.85+3.2/0.85+3.4/0.85+5.6/0.85+2.8/0.85+3X4/0.9）X0.85=36.8
S总=（26.14+36.8）X0.9=56.67kVA
第二节主变压器选择
变压器是发电厂和变电所重要的元件之一，随着电力系统的扩大，电压等级的提高，电能输送和分配过程中，电压转换（升压和降压）层次有增多趋势，整个系统中变压器的总容量已有发电容量的4～5倍增至6～7倍，变压器的效率虽然很高（95%以上），但系统中每年变压器的总能量损耗仍是一个很大的数目，因此尽量减少变压层次，经济合理地利用变压器容量，改善运行方式和网络结构，提高变压器的可靠性，仍是当前变压器运行中的主要课题。
电力变压器可制成三相的，也可制成单相的，一台三相变压器比三台单相变压器组成的变压器组，其经济指标要好得多，所以单相变压器只用于容量很大，制造和运输困难的特殊场合。
变压器可制成双绕组和三绕组，少数是四绕组的。
在高压和超高压中性点直接接地系统中，已广泛使用自耦变压器，由于限制短路电流的需要，分裂变压器也得到应用。
变压器的主要参数有：
额定电压、额定容量、额定变比、额定频率、阻抗电压百分数等。
所谓额定值系指在给定的条件下（其中包括冷却介质和环境条件等），所规定的各种电气和机械容许量值。
主变压器的容量，台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5~10年的发展规划，输送功率大小，馈线回路数，电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。
主变容量一般应按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。
与系统具有强联系的枢纽变电站，在一种电压等级下，主变应不少于两台。
1、台数：
本所装设两台变压器，容量相等。
2、容量：
按最大负荷选择。
S1=（6/0.9+6/0.9+5/0.9+3/0.9+2.6/0.85+3.2/0.85）X0.9=26.14MVA
S2=（4/0.85+3/0.85+3.5/0.85+3.2/0.85+3.4/0.85+5.6/0.85+2.8/0.85+3X4/0.9）X0.85=36.8MVA
S总=（26.14+36.8）X0.9=56.67MVA
另主变选择时容量规定在断开一台时。
应满足
（1）不小于60％的全部负荷S≥56.67X60％=34MVA
（2）应保证用户的一二级负荷。
所以选变压器容量40000KVA
3、型式：
，
（1）有载调压较容易稳定电压、减少电压波动。
另规程上规定对电力系统一般要求110KV及以下变电所采用一级有载调压变压器，故本站主变选用有载调压变压器。
（2）根据所给参数，该站以两个电压等级供电，因此，变压器应选三绕组。
各侧额定电压：
110KV、38.5KV、10.5KV。
（3）冷却方式采用强迫油循环风冷。
第三节所用变压器选择
由《35-110KV变电所设计规范》第3.3.1所用变压器是供给变电所照明及其他动力用电的电源。
应保证可靠供电。
因此变电所宜装设两台容量相等的所用变压器，以保证相互切换检修。
所用变压器负荷计算采用换算系数法，不经常短时及不经常断续运行的负荷均可不列入计算负荷，
所用变压器容量按下式计算
S≥K1∑P1+∑P12=0.85（20+14+1.7+1）+20=51kW
所用变压器容量应能满足经常的负荷需要并留有10%的裕度。
因此,本站选两台容量80KVA的变压器作为站用变压器。
电压等级分别为10Kv、35Kv。
正常情况下,单台工作变压器在不满载状态下运行,当任何一台变压器因故障断开后其所用电由完好的变压器承担。
第三章最大持续电流及短路计算
第一节各回路最大持续工作电流
根据公式Igmax=Smax/√Ue计算出各回路最大持续工作电流。
具体数值详见以下各章节计算。
第二节短路电流计算点的确定和计算结果
短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则
1、正常工作时，三相系统对称运行
2、所有电源的电动势相位角相同。
3、系统中的同步和异步电机为理想电机，不考虑电机饱和、磁滞、涡流、导体集肤效应等影响。
4、系统中所有电源都在额定负荷下运行
短路电流计算结果见下表（并列运行）：
名称及
符号
短
路
点
平均
电压UPC
（kV）
分支
电抗X*
Sj=100
MVA）
三相短路电流起始值I″
（kA）
稳态短
路电流
有效值
I∞
（kA）
短路电流冲击值
ich
（kA）
短路全电流有效值
Ich
（kA）
110kV
115
0.035
14.3
14.3
36.5
21.6
35kV
37
0.1695
9.2
9.2
23.46
13.89
10kV
10.5
0.254
21.65
21.65
55.2
32.69
第四章主要电气设备选择
一、选择的一般原则
1、应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展。
2、应满足安装地点和当地环境条件校核。
3、应力求技术先进和经济合理。
4、同类设备应尽量减少品种。
5、与整个工程的建设标准协调一致。
6、选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。
7、对于电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别。
二、技术条件
选择的高压电器应能在长期工作条件下和发生过电压过电流的情况下保持正常运行。
电器的最高工作电压Umax不得低于所在回路的最高运行电压Ug，Umax>Ug
选用的电器额定电流IE不得低于 所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即Ie>Ig
三、校验的一般原则
按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。
1、用熔断器保护的电器可不校验热稳定。
2、短路的热稳定条件
It2t≥Qk
Qk——在计算时间ts内，短路电流的热效应（KA2S）
It——t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S）
t——设备允许通过的热稳定电流时间（s）
校验短路热稳定所用的计算时间Ts按下式计算
t=td+tkd式中td——继电保护装置动作时间内（S）
tkd——断路的全分闸时间（s）
3、动稳定校验
电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。
满足动稳定的条件是：
上式中
——短路冲击电流幅值及其有效值
——允许通过动稳定电流的幅值和有效值
（5）绝缘水平：
在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。
接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。
第一节110KV侧设备选择
一、110KV侧主母线的选择：
在大、中型变电所中110KV及以上配电装置多采用屋外配电装置，屋外配电装置的阮母线为钢芯铝绞线，三相呈水平布置。
用悬式绝缘子悬挂在母线构架上
1、型式：
采用外软母线
2、型号：
LGJQ－300型
3、列表：
额定截面
（）
股数及直径（mm）
计算截面
（mm2）
电阻
单位重量
（Kg/KM）
长期允许电流
（A）
铝股
钢芯
300
48*2.85
7*2.22
338.99
0.09
1133
754
二、110KV出线侧设备的选择
1、断路器的选择：
断路器种类和型式应根据断路器安装地点环境和技术条件特点选择，采用可靠性高，检修周期长的SF6断路器。
（1）型式：
选择屋外式
（2）型号：
LW-110型
（3）列表
型号
额定电压
（kV）
最高工作电压
（kV）
额定电流
（A）
额定开断电流
（KA）
动稳定电流
（KA）
4秒热稳定电流
（KA）
短路关合电流
（KA）
LW-110
110
126
1250
31.5
80
40
100
2、隔离开关的选择
隔离开关的型式应根据配电装置的布置的特点和使用要求等因素进行综合技术经济比较确定。
隔离开关的型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合技术经济比较确定。
隔离开关按额定电压和额定电流选用GW5-110型
型号
额定电压
（kV）
最高工作电压
（kV）
额定电流
（A）
动稳定电流
（KA）
2秒热稳定电流
（KA）
GW5-110W
110
126
1250
80
31.5
3、出线侧PT的选择
《电力工程电气设计手册》248页，35-110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电式互感器，接在110KV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯，应尽量与耦合电容器结合。
统一选用电容式电压互感器。
35KV及以上的户外装置，出线侧PT的作用是当首端有电源时，为监视线路有无电压进行同期和设置重合闸。
型号
额定电压（V）
二次绕组额定输出（VA）
一次绕组
二次绕组
剩余电压绕组
0.5级
0.2S
6P
TyD110/
-0.01
110000/
100/
100
150VA
300VA
准确度为:
电压互感器按一次回路电压、二次电压、安装地点二次负荷及准确等级要求进行选择。
所以选用TyD110/
-0.01型电容式电压互感器。
4、出线侧CT的选择
根据《设计手册》35KV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。
出线侧CT采用户外式，用于表计测量和保护装置的需要准确度。
当电流互感器用于测量、时，其一次额定电流尽量选择得比回路中正常工作电流的1/3左右以保证测量仪表的最佳工作、并在过负荷时使仪表有适当的指标。
根据Ue>Ugmax
I〉Igmax
选择型号为LB7-110W型
型号
额定电流比
二次负荷（VA）
4S热稳定电流
动稳定电流
0.5级
0.2S
10P
10P
LB7-110W
2*600/5
50
60
31.5
80
三、110KV侧母线PT的选择
一般工作及备用母线都装有一组电压互感器。
用于同期测量仪表和保护装置。
用于电度计量，准确度不应低于0.5级，用于电压测量不低于1级，用于继电保护不应低于3级，油浸式绝缘主要用于110KV及以上的电压互感器110KV及以下的电磁式电压互感器普通制成串级结构。
型号
额定电压（v）
二次绕组额定输出（VA）
一次绕组
二次绕组
剩余电压绕组
0.2S
0.5
6P级
JCC-110
110000/
100/
100
500
1000
四、110KV高压侧设备的选择
1、高压侧DL的选择：
选用屋外式SF6断路器
型号
额定电压
（KV）
最高工作电压
（KV）
额定电流
（A）
额定开断电流
（KA）
动稳定电流
（KA）
热稳定电流
（KA）
短路关合电流
（KA）
LW-110
110
126
3150
31.5
80
40
100
2、高压侧G的选择
型号
额定电压
（KV）
最高工作电压
（KV）
额定电流
（A）
动稳定电流
（KA）
2秒热稳定电流
（KA）
GW5-110GD
110
126
1250
50
31.5
3、高压侧CT的选择
型号
额定电流比
二次负荷（VA）
2S热稳定倍数
动稳定电流
0.5、0.2S
10P10、10P10
LB7-110W
2*300
50
60
31.5
80
第二节35KV侧设备选择
一、变压器中压侧DL和G及分段DI和G的选择
因35KV侧配电装置选用户外式，故选用ZW---35/1250型真空断路器GW--35/1250型隔离开关。
型号
额定电压
（KV）
最高工作电压
（KV）
额定电流
（A）
额定开断电流
（KA）
动稳定电流
（KA）
热稳定电流
（KA）
短路关合电流
（KA）
ZW-35/1250
35
40.5
1250
25
80
31.5
80
型号
额定电压
（KV）
最高
工作电压
（KV）
额定电流
（A）
动稳定电流
（KA）
4秒热稳定电流
（KA）
GW5-35/1250
35
40.5
1250
80
31.5
二、母线PT及其高压熔断器的选择
（1）型式《工程手册》35--11KV配电装置安装台单相电压互感器用于测量和保护装置。
选三台单相带接地保护油浸式JDXN--35型。
型号
额定电压（v）
一次绕组
二次绕组
剩余电压绕组
JDXN-35
35000/
100/
100/3
（2）PT与电网并联，当系统发生短路时，PT本身不遭受短路电流作用，因此不校验热稳定和动稳定
（3因PＴ一次绕组电流很小，故高压熔断器只按额定电压和开断电流选择20KA＞Ｉ”=9.2KA
故选用RWXO--35
型号
额定电压
（KV）
额定电流
范围（A）
最大切断电流（KA）
最大切断容量三相
不小于（MVA）
RWXO--35
35
0.5
20
1000
三、电流互感器CT选择
35KV侧CT可根据安装地点和最大长期工作电流选择，CT安装在短路器内
型号
额定电流比
二次组合
4秒热稳定电流
动稳定电流
LZZBJ-35
200-800/5
0.2S/0.5//10P/10P
31.5
80
第三节10KV侧设备的选择
一、10KV进线开关柜的选择
10KV配电装置一般均为屋内配电装置，选用XGN-10高压开关柜。
设备参数详见图纸
二、10KV主母线的选择
按长期发热允许载流量选择截面，因电气设备选用XGN-10高压开关柜，选用125*10双片铜条式。
三、穿墙套管
（1）出线套管选用户内导体式，型号为CWWL-20
型号
额定电压
（KV）
套管长度
（mm）
机械破坏
负荷
（kg）
额定电流
（A）
CWWL-20
20
450
升级会员 