学位论文110kv降压变电所设计.docx
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学位论文110kv降压变电所设计
《发电厂电气部分》结业论文
110KV降压变电所设计
课程名称：
发电厂电气部分
任课教师：
姜新通
所在学院：
信息技术学院
专业：
电气工程及其自动化
班 级：
学生姓名：
中国·大庆
2012年5月
设计任务书
一、原始资料：
1、变电所性质：
区域性变电所。
2、地理位置：
位于南方中等城市近郊，向市区及较大工业用户供电。
3、自然条件：
所区地势属高原地区，海拔1200m，交通方便，有公路经过。
最高气温+42℃，最低气温-15℃，年平均温度+20℃，最大风速35m/s，覆冰厚度2mm，地震烈度<6级，土壤电阻率<500Ω.m，雷电日45天，周围环境较好，冻土深度0.3m，主导风向夏东南风，冬西北风。
4、负荷资料：
1）110KV侧共4回线与系统相连。
2）60KV侧共7回架空出线，最大综合负荷70MW。
Cosφ=0.82
负荷名称
最大/最小负荷（MW）
线路长度（KM）
回路数
附注
化纤厂
20/16
30
1
石油厂
20/14
40
1
有重要负荷
化工厂
10/6
50
1
有重要负荷
化工机械厂
12/10
50
1
化肥厂
8/6
30
1
3）35KV侧共10回架空线，最大综合负荷42MW，Cosφ=0.85
负荷名称
最大/最小负荷（MW）
线路长度（KM）
回路数
毛纺厂
10/6
6
2
棉纺厂
10/6
4
1
印染厂
6/4
6
1
纺织机械厂
4/3
4
1
机床厂
4/2
2
2
通用机械厂
3/2
3
1
日用电器厂
3/2
3
1
日用化工厂
2/1
2
1
二、设计任务：
1、主变压器选择。
2、设计变电站主接线，论证所设计的主接线是最佳方案。
3、短路电流计算。
4、选择导体及主要电气设备。
5、绘制主接线图。
摘要
本设计是110kV降压变电站设计，负荷性质为地区负荷。
根据负荷性质和主接线方案的比较，确定了主接线形式及主变容量、台数。
根据所给系统参数计算系统阻抗及短路电流，并对主要电气设备及导线进行了选择和校验。
根据所给地形地理条件，对配电装置进行了布置。
对全站电工建筑物进行了防雷保护设计。
关键词：
变电所设计
第1章主变选择
根据设计任务书的要求，依据《电力工程电气设计手册》中有关内容，遵照《变电所设计技术规程》中有关规定，现对110KV变电所进行设计，其设计的方法和步骤如下：
一、原始资料分析
1、分析本变电站在电力系统中的作用：
本变电所的电压等级为110KV，为一降压变电所，在系统中的地位比较重要，高压侧同时接收和变换功率，供60KV负荷和35KV负荷，属于地区一般变电所。
2、建设规模：
1、110KV进出线共4回与系统相连。
2、60KV出线共7回，最大综合负荷70MW，功率因数为0.82。
3、35KV出线共10回，最大综合负荷42MW，功率因数为0.85。
3、负荷分析
＝
＝73.5MVA
＝25.6
1.05
0.92
＝24.72MVA
＝
在60KV负荷中一、二类负荷比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短产品质量下降和一定的经济损失.因此要尽可能保证其供电可靠性。
二、主变压器的选择
变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资，减少占地面积，同时也可减少运行电能损耗，提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。
1、主变压器台数：
为保证供电可靠性，变电所一般设有两台主变压器。
2、变压器容量：
装有两台变压器的变电站，采用暗备用方式，当其中一台主变因事故断开，另一台主变的容量应满足全部负荷的70%，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证80%负荷供电。
3、在330KV及以下电力系统中，一般选三相为压器，采用降压结构的线圈，排列成铁芯—低压—中压—高压线圈，高与低之间阻抗最大。
4、绕组数和接线组别的确定：
该变电所有三个电压等级，所以选用三绕组变压器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，110KV以上电压，变压器绕组都采用Y0连接，35KV采用Y形连接，10KV采用Δ连接。
5、调压方式的选择：
普通型的变压器调压范围小，仅为±5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。
另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。
它的调压范围较大，一般在15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器。
6、冷却方式的选择：
主变压器一般采用的冷却方式有：
自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却。
考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，选用自冷冷却方式。
最终确定为SFSZ7—75000/110型变压器采用暗备用方式，查变压器的参数如下：
额定电压：
110／60±2×2.5%／35±2×2.5%KV
联接组别号：
YNd11
型号
额定
容量（KVA）
额定电压（KV）
连接组别
空载电流（%）
损耗
（KW）
高
压
中
压
低
压
空
载
负载
SF9-75000/110
75000
110
121
60±2×
2.5%
60±2×
2.5
YNd11
0.42
59
278
第2章电气主接线设计
一、主接线的基本原则与要求
电气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，并且对电气设备的选择配电装置选择，继电保护和控制方式的拟定有较大影响，因此，必须正确外理为各方面的关系，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。
设计的基本要求为：
✧满足对用户供电必要的可靠性和保证电能质量。
✧接线应简单，清晰且操作方便。
✧运行上要具有一定的灵活性和检修方便。
✧具有经济性，投资少，运行维护费用低。
✧具有扩建和可能性。
主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。
1、可靠性：
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更加严重，往往比少发电能的价值大十几倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量。
因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠性。
因事故被迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度就越高。
主接线可靠性的具体要求：
（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
（2）短路器或母线发生故障以及母线计划检修时，应尽量减小进出线停运的回路数和停运的时间，并要保证对一类负荷及全部或大部分二类负荷的供电。
（3）尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。
2、灵活性
主接线应满足在调度运行、检修及扩建时的灵活性。
1、调度运行中应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下的系统调度运行要求。
2、检修时，可以方便地停运断路子器、母线以及继电保护设备，影响安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。
2、扩建时，可以适应从初期接线过渡到最终接线。
在影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。
3、经济性
在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。
欲使主接线可靠、灵活，必然要选用高质量的设备和现代化的自动装置，从而导致投资费用的增加。
因此，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理，一般应当从以下几方面考虑：
1、投资省：
✧主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等次设备，降低投资。
✧要适当采用限制短路电流的措施，以便选用廉价的电器设备或轻型设备。
✧要使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和电缆的投资。
✧如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以及终端或分支变电所应尽量简单。
2、占地面积小
主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积减少。
同时应注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。
对大容量发电厂或变电所，在可能和允许条件下，应采取一次设计、分期投资、投建，尽快发挥经济效益。
3、电能损失少
在发电厂或变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。
二、主接线的基本接线形式
主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式。
概括地可分为两大类：
有汇流母线的接线形式；无汇流母线的接线形式。
1、有汇流母线的电气主接线
1、单母线连接
（1）优点：
接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备。
（2）缺点：
不够灵活可靠，母线或隔离开关故障或检修，均需使整个配电装置停电。
（3）适用范围：
35-63KV配电装置的出线回路数不超过3回时；②110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回
2、单母线分段接线
（1）优点：
✧用短路器把母线分段后，对重要用户可从不同段引出两个回路，由两个电源供电；
✧当一段母线发生故障时，分段短路器能自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电；
（2）缺点：
✧当以段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；
✧当出现为双路时，常使架空线出现交叉穿越；
✧扩建时需要向两个方向均衡扩建；
（3）适用范围：
✧35-63kv配电装置出线回路数为4-8回时；
✧110-220kv配电装置的出线回路数为3-4回时；
3、双母线接线
（1）优点：
✧供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，可只停该回路；
✧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和潮流变化的需要；
✧扩建方便，向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线索电源和负荷的均匀分配，不会引起原有回路的停电，当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，也不会产生出线的交叉跨越；
✧运行中便于安排设备进行调试。
（2）缺点：
✧每一回路都要增加一组母线隔离开关，故该接线使用隔离开关多；
✧当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器，容易误操作；
（3）适用范围：
✧35-60KV配电装置的出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；
✧110-220KV配电装置的出线回路数为5回及以上时，或当110-220KV配电装置在系统中具有重要地位、出线回路数为4回以上时；
4、双母线分段接线
当220KV进出线回路数甚多，双母线需要分段，分段原则是：
（1）当进出线回路数为10-14回时，在一组母线上用断路器分段；
（2）当进出线回路数为15回以上时，两组母线均用断路器分段；
（3）为了限制某种运行方式，220KV母线短路电流或系统解列运行的要求，可根据需要将母线分段；
（4）大双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器。
5、增设旁路母线
为保证采用单母线分段或双母线的配电装置在进出线段路器检修时不中断对用户的供电，可增设旁路母线。
6、一个半断路接线
一个半断路器接线是一种设有多回路集结点、一个回路由两台断路器供电的双重连接的多环形接线，是现代国内外大型电厂和变电所超高压配电装置广泛应用的一种接线，其特点是：
（1）有高度可靠性。
每回路由两台断路器供电，发生母线故障时，只跑开与此母线相连的所有断路器，任何回路不停电。
在事故与检修相重合情况下的停电回路不会多于两回。
（2）运行调度灵活性。
正常时两组母线和全部断路器都投入工作，从而形成多环形供电，运行调度灵活。
（3）操作检修方便。
隔离开关仅作检修时用，避免了将隔离开关作操作时的倒闸操作。
检修断路器时，不需要带旁路的倒操作。
检修母线时，回路不需要切换。
二、无汇流母线的电气主接线
1、变压器一线路单元连接
（1）优点：
接线最简单，设备最少，不需高压配电装置。
（2）缺点：
线路故障或检修时，变压器要停运；变压器故障或检修时，线路要停运。
（3）适用范围：
只有一台变压器和回线路时；当发电厂不设高压配电装置、直接将电能送至枢纽变电所时。
2、桥形接线
当两上变压器一线路单元接线相互连接时，可接成桥形接线。
连接桥断路器装于靠近主变压器侧，成内桥形接线；连接桥断路器装于靠近出线侧，称外桥形接线。
（1）内桥形接线
1）优点：
高压断路器数量少，四个元件只需三台断路器。
2）缺点：
✧变压器的切除和投入较复杂，需操作两台断路器并影响一回路暂时停运；
✧连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行；
✧出线断路器检修时，线路要在此期间停运。
3）适用范围：
适用于容量较小的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高的情况。
（2）外桥形接线
1）优点：
同内桥形接线
2）缺点：
✧变压器的切除和较复杂，需操作两台断路器并影响一回线路暂时停运；
✧连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行；
✧出线断路器检修时，线路要在此期间停运。
3）适用范围：
适用于容量较小的发电厂、变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短、故障较少的情况。
当线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线。
三、主接线方案的初步拟定
1、110KV侧主接线的设计
110KV侧初期设计回路数为4。
110KV侧配电装置宜采用单母线分段的接线方式。
110KV侧采用单母线分段的接线方式，有下列优点：
（1）供电可靠性：
当一组母线停电或故障时，不影响另一组母线供电；
（2）调度灵活，任一电源消失时，可用另一电源带两段母线：
（3）扩建方便；
（4）在保证可靠性和灵活性的基础上，较经济。
故110KV侧采用单母分段的连接方式。
2、60KV侧主接线的设计
60KV侧出线回路数为7回
当35—63KV配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接，当连接的电源较多，负荷较大时也可采用双母线接线。
故35KV采用单母线分段连接。
3、35KV侧主接线的设计
35KV侧出线回路数为10回
当35—63KV配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接，当连接的电源较多，负荷较大时也可采用双母线接线。
故35KV采用单母分段连接
4、主接线方案的比较选择
由以上可知，此变电站的主接线有两种方案
方案一：
110KV侧采用单母分段的连接方式，60KV侧采用单母分段连接，35KV侧采用单母分段连接。
方案二：
110KV侧采用单母分段的连接方式，60KV侧采用双母线连接，35KV侧采用单母分段连接。
两种方案比较：
方案一110KV侧采用单母分段的连接方式，供电可靠、调度灵活、扩建方便，35KV、10KV采用单母分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。
方案二虽供电更可靠，调度更灵活，但与方案一相比较，设备增多，配电装置布置复杂，投资和占地面增大，而且，当母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器使用，容易误操作。
由以上可知，在本设计中采用第一种接线，即110KV侧采用单母分段的连接方式，60KV侧采用单母分段连线，35KV侧采用单母分段连接。
第3章短路电流计算
一、短路的概念及路电流的种类
1、短路的概念
电力系统不可避免会发生短路事故。
短路事故威胁着电网的正常运行中，并有可能损坏电气设备。
因此，在电力系统的设计和运行中，都要对供电网络进行短路电流计算，以便正确地选用和调整继电保护装置，正确地选择电气设备，确保电力系统的安全、可靠运行。
短路的种类有以下几种：
三相短路,两相短路,两相短路接地,单相短路（接地）。
三相短路是对称短路，此时三相电流和三相电压仍然是对称的，只是三相电流特大。
除三相短路外的其他短路都是不对称性短路，每相电流和电压数值不相等，相角也不同。
2、短路电流的暂态过程和短路电流种类
1．短路电流的暂态过程
当电力系统发生三相短路时，由于短路回路存在着电感，电流不能突变，因此有一个暂态过程。
短路电流随时间变化，最后达到稳定值。
短路全电流id由对称的周期分量iz和不对成的非周期分量if两部分合成，即id=iz+if周期分量iz先开始衰减，然后逐渐增加到稳态值i∞。
非周期分量按指数规律衰减，其衰减时间常数为0.05-0.2。
2．计算各短路电流的目的
（1）短路冲击电流ich：
用来校验电气设备和母线的动稳定。
（2）短路全电流最大有效值Ich（第一周期短路全电流有效值）：
用来校验电气设备和母线的动稳定。
（3）超瞬变短路电流有效值I′：
用来作继电保护的整定计算和校验断路器的短流量。
（4）短路后0.2秒后的短路电流周期分量有效值I0.2：
用来校验断路器的断
流量。
（5）稳态短路电流有效值I∞：
用来校验电气设备和载流部分的热稳定。
（6）短路后0.2S后的短路容量s0.2：
用来校验断路器的遮断容量。
二、短路电流的计算
1、为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因素的影响，做出一下规定：
✧所有的电源电动势相位角均相等，电流的频率相同，短路前，电力系统的电势和电流是对称的。
✧认为变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态，即电抗值不随电流的变化而变化。
✧输电线路的分布电容略去不计。
✧每一个电压级采用平均电压，这个规定在计算短路电流时，所造成的误差很小。
因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多。
✧计算高压系统短路电流时，一般只计及发电机、变压器、电抗器、线路等元件的电抗，因为这些元件X/3>R时，可以略去电阻的影响。
✧短路点离同步调相机和同步电动机较近时，应该考虑对短路电流值的影响。
有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：
在母线附近的大容量电动机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。
此时，电动机将变为发电机运行状态，母线上电压低于电动机的反电势。
✧在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不能合并,两个容量相差很大的电源不能够合并。
✧以供电电源为基准的电抗标幺值>3.5,可以认为电源容量为无限大容量的系统,短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。
短路电流计算结果如下表：
I"（KA）
（KA）
（KA）
（KA）
110kv
2
1.16
2.1
5.09
60Kkv
4.45
4.24
4.55
11.33
35Kkv
14.04
13.34
14.14
35.74
短路电流计算结果表
第4章主要电气设备的选择及校验
正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。
在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术并注意节省投资，选择合适的电器。
尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同。
但对它们的基本要求却是一致的。
电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
第一、按正常工作条件选择电器
1、额定电压和最高工作电压
电器所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电器允许最高工作电压Ualm不低于所接电网的最高运行电压Usm，即Ualm≥Usm。
一般电器允许的最高工作电压：
当额定电压在220KV及以下时为1.15UN；额定电压为330-500kv时为1.1UN。
而实际电网的最高运行电压一般不超过1.1UNS因此在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择，即UN≥UNS。
2、额定电流
电网的额定电流IN是指在额定周围环境温度
0下，电器的长期允许电流。
IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即IN≥Imax。
由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；母联断路器回路一般可取母线上最大台发电机或变压器的Imax。
3、按当地环境条件校验
在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。
第二、按短路情况校验
1、短路热稳定校验
短路电流通过电器时，电器各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。
满足热稳定的条件为：
It·t2≥Qk
式中：
Qk——短路电流产生的热效应。
It、t——电器允许通过的热稳定电流和时间
2、电动力稳定校验
电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。
满足动稳定条件为：
ies≥ish
式中ies——短路冲击电流幅值
ish——电器允许通过的动稳定电流的幅值
3、短路计算时间
校验电器的热稳定和开断能力时，必须合理地确定短路计算时间。
验算热稳定的计算时间tk为继电保护动作时tpr和响应短路器的全开断时间tab之和，即
tk=tpr+tab
而tab=tin+ta
式中——tab——断路器全开端时间
tpr——后备保护动作时间
tin——断路器固有分闸时间
ta——断路器开断时电弧待续时间，对少油断路器为0.04-0.06s,对SF6断路器和压缩空气断路器约为0.02-0.04s。
一、断路器及隔离开关的选择：
1、选择：
（1）按正常工作条件选择：
a、按额定电压选：
额定电压和最高工作电压，一般按所选电器和电缆允许最高工作电压Ugmax不低于所按电网的最高运行电压Uymax。
即：
Ugmax≥Uymax
b、按额定电流选：
在额定周围环境温度下长期允许电流Iy，应不小于该回路最大持续工作电流Igmax
即：
Iy≥Igmax
短路计算参数如下：
110KV：
I//=4.922KAich=12.55AS//=980.37MVA
60KV：
I//=8.276KAich=21.1AS//=530.36MVA
35KV：
I//=22.61KAich=57.66AS//=411.19MVA
110KV选择LW35—110型断路器
计算数据
LW35---110
U（KV）
110
Ue（KV）
110
Igmax（A）
376.4
Ie（A）
3150
I//（KA）
4.922
Ir（KA）
31.5
ich（KA）
12.55
idw（KA）
80
I2∞tdz
4.922×0.5
Ir2t
31.52×3
35KV选择ZN85—35型断路器
计算数据
ZN85—35
U（KV）
35
Ue
升级会员 