建筑电气工程KV降压变电站电气初步设计.docx
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建筑电气工程KV降压变电站电气初步设计
（建筑电气工程）KV降压变电站电气初步设计
前言—————————————————————————2
一、设计说明书————————————————3～5
二、设计计算书———————————————6～23
1、主变选择—————————————————62、主接线方案———————————————7
3、短路电流计算———————————————9
4、设备选择————————————————12
5、防雷保护计算——————————————18
6、接地网计算———————————————18
7、独立避雷针接地装置计算－————————19
8、变压器差动保护计算———————————20
9、10KV馈出线保护整定计算————————21
10、110KV电源侧距离三段保护整定计算————21
11、主变110KV侧过流及过负荷保护整定计算——23
三、附主要设备材料一览表————————————24
四、附设计任务书————————————————25
五、附参考文献一览表——————————————26
六、附设计图纸：
1、电气主楼线图
2、总面积布置图
3、主变保护原理展开图
4、中央信号原理展开图
5、进线断面及避雷针保护范围图
6、防雷及接地网配置图
前言
毕业设计是完成全部学业的最后一课，也是至关重要的一课。
通过毕业设计可以检验学员对基础理论和专业知识掌握的程度；检验学员理论结合实际的能力和技巧；检验学员毕业实习的效果和综合工作的能力。
毕业设计不但需要学员掌握十几门基础和专业课程的知识，同时还需要学员具有一定的实践经验和综合协调能力。
所以说，毕业设计是学员四年大学学习成果的全面体现。
为此，本学员高度重视、认真对待。
遵照学校和指导教师的安排，按照毕业设计任务书所要求的内容、范围和规定，在指导教师的指导下，用了两个多月的时间，完成了设计任务。
在此期间，本学员翻阅查看了大量教材、资料和图纸，在指导教师的指导下，学习了有关变电站设计方面的专业知识。
这些，无疑对提高设计水平、完成设计任务，起到了很大作用。
四年的大学函授学习已接近尾声，在这期间，本学员在学校各位领导和老师的培养教育下，学习并掌握了较为扎实的基础理论知识，学习并掌握了多门用于生产（工作）的专业知识和技能。
掌握这些知识和技能无疑将大大提高自身的专业素质，并会在今后的生产（工作）中得到应用和发挥。
在即将毕业之际，本学员向辛勤培养教育我多年的学校领导、各位老师们表示衷心感谢！
同时对给予我大力支持和帮助的指导教师表示深深的谢意！
设计说明书
一、设计依据
本设计是依据指导教师拟定的《110KV降压变电站电气初步设计任务书》的要求和学校关于毕业设计的相关规定，以及原始资料设计而成。
二、设计范围
1、电气主接线方式的确定及主变的选择。
2、110KV室外配电装置和10KV室内配电装置。
3、变电站的防雷与接地装置。
4、变电站主要设备的继电保护配置和整定值计算。
三、主接线方案的确定与说明
变电站主接线方案的确定，是变电站设计中最重要的环节。
主接线设计的好坏，将直接影响建设投资以及今后运行的可靠性，因此在本设计中，针对两种不同的主接线方式分别进行综合投资、年运行费用的计算，而后进行技术比较和经济比较。
比较结果是：
甲方案综合投资为145.16万元，年运行费用12.34万元；乙方案综合投资为161万元，年运行费用12.91万元；最终确定甲方案为最佳选择方案。
选择甲方案的优点是：
1、采用外桥接线，能保证主变的切换灵活可靠、简便。
2、110KV侧的隔离开关使用数量最少，故占地面积少，布置简单，且总投资少。
3、选择2台容量为20000KVA的主变。
能够满足其经济运行的条件，使主变的可变损耗大大下降；能够满足系统5—10年负荷增长的需要。
4、110KV侧采用外桥接线的主接线方式，能够保证供电的可靠性。
四、配电装置的设计与说明
1、配电装置的设计和设备选择，是按其在正常工作条件下进行选择，按其在最严重短路情况下进行动、热稳定的检验。
2、设备选择的技术条件为：
电网电压低于所选电气设备的额定电压；所选设备的额定电流大于其运行时的最大持续工作电流。
主变回路和其它设备的最大持续工作电流，是按其1.05Ie计算。
校验是按各侧母线上发生的三相短路电流来判定动、热稳定是否符合要求。
3、短路电流的计算时间t，为继电保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。
tdz＝tz+0.05β；取β＝1。
tz由短路电流周期分量发热值的时间曲线查得。
4、本站110KV采用室外配电装置，所有电气设备（不包括主变）处于同一水平上，并以一定高度的构架为底面基础，工作人员可安全地在周围工作。
110KV断路器选用少油断路器，这样占地面积小，造价低。
5、10KV侧采用室内成套配电装置，型号GG—A。
断路器选择SN10—10型可少油断路器。
五、变电站防雷及接地装置设计说明
1、本站防雷保护采用四支避雷针，相邻两针的中心距为：
a1＝a3＝45.6m；b2＝b4＝55.7m；针高23m。
经计算、校验，保护范围及保护高度完全符合要求。
除在站内装设避雷针外，110KV输电线路全线架设避雷线。
本站110KV避雷器选择FZ－110J型；10KV选择FZ—10型。
2、接地网的设计：
本站为终端变电站，采用中性点不接地的小接地运行方式。
按规程要求其接地电阻Rjd≤4Ω，但在设计中考虑今后发展和运行安全，故按大接地运行方式设计，其接地电阻小于0.5Ω。
接地网联接方式采用复式连接，由100根直径为φ48mm、每根长2.5m的钢管和40×4mm2长700m的扁钢组成。
3、避雷针接地采用独立地网，也采用复式接地方式。
由7根直径为φ48mm长2.5m的钢管和40×4mm2长36m的扁钢组成。
4、避雷针的独立接地网和主接地网的间隔完全按规程规定设计，故不发生反击。
接地网热稳定校验是按Id⑶＝6900A进行校验的，且完全合格。
六、本站继电保护的配置与整定说明
1、10KV馈出线保护是本站最基本的保护，采用二段电流保护加装绝缘监视。
电流保护的Ⅰ段按1.5IdZd本末整定,动作时间：
t＝0（s）；Ⅱ段按线路的最大负荷电流整定，过流保护的动作时间：
t＝0.5（s）。
10KV侧的绝缘监视只发出信号，不作用于跳闸。
2、变压器保护是本站保护的重要部分，因此进行了以下设计：
（1）、设计配置了差动保护，以保护主变的内部故障，作用于跳闸。
（2）、配置了瓦斯保护。
轻瓦斯动作发出信号，重瓦斯动作跳开主变两侧断路器。
（3）、配置了过流保护和过负荷保护。
过流保护按主变的额定电流整定，动作时间为4（S）；过负荷保护是按单台变压所带最大负荷电流整定，动作时间为10（S），仅发出信号。
（4）、配置了温度监视。
当主变超温时，发出信号。
3、110KV电源侧设距离保护并进行整定计算。
Ⅰ段按本段线路全长的85%线路阻抗整定；Ⅱ段按1.5倍的本段线路全长阻抗整定；Ⅲ段按最小负荷阻抗整定。
七、有待探讨的问题
1、如何实现随负荷功率因数的变化,而自动分组、分段投
切补偿电容。
2、如何限制避免因投容而产生的高次谐波和振荡。
设计计算书
一、主变选择
（一）、方案1：
10KV侧:
P10＝22MW；a＝0.85；补偿前COS∮1＝0.7；
tg∮1＝45.6°；无功补偿后COS∮2＝0.9；tg∮2＝25.8°。
10KV侧总无功功率：
Q10＝Ptg∮1＝22MW×tg45.6°＝22.4（MVAR）
未补偿前的视在功率：
S10＝P10/COS∮1＝22/0.7＝31.4（MVA）
应补偿的无功功率：
QJP＝aP10（tg∮1－tg∮2）
＝0.85×22（1.02－0.484）＝10（MVA）
补偿后的视在功率：
S１0/＝（aP10）2+（a×P10×tg∮1－QJP）2
＝（0.85×22）2+（0.85×22×1.02－10）2
＝21（MVA）
选择单台主变的容量：
Sn＝0.6Pm＝0.6×21（MVA）＝12.6（MVA）
考虑主变的过负荷能力（Kfh＝1.14），则主变容量：
Se＝Sn/Kfh＝12.6/1.14＝11（MVA）
考虑今后5—10年的负荷发展，可选择容量为16MVA的主变两台。
（二）、方案2：
S10＝P10×Kfh/COS∮1＝22×0.85/0.7＝26.7（MVA）
Sn＝0.6Pm＝0.6×26.7MVA＝16（MVA）
考虑到今后5—10年系统发展规划和变压器的经济运行，本设计选择2台20MVA主变。
（三）、主变的技术数据及综合投资比较
序号
名称
单位
序号
名称
单位
1
型号:
SFL1-16000
KVA
1
型号:
SFL1-20000
KVA
2
额定电压:
110/11
KV
2
额定电压:
110/11
KV
3
P0＝18.5
KW
3
P0＝22
KW
4
PK＝110
KW
4
PK＝135
KW
5
I0%＝0.9%
5
I0%＝0.8%
6
Ud%＝10.5%
6
Ud%＝10.5%
7
接线组别:
Y0/△-11
7
接线组别:
Y0/△-11
8
参考价格11.3
万元
8
参考价格12.3
万元
9
综合投资15
万元
9
综合投资16
万元
二、主接线方案
（一）、两种方案的主接线图如下：
（图一）甲方案主接线简图（图二）乙方案主接线简图
（二）、技术比较
甲方案：
110KV侧主接线采用外桥式接线，10KV侧采用分段母线。
其优点：
（1）投资较少，安装接线简单，配电室占地面积少。
（2）能保证在输电线路其中的一条故障或停电检修时，继续向两台主变供电。
（3）变压器的投切简便可靠。
乙方案：
110KV侧主接线采用内桥式接线，10KV侧采用分段母线加旁
路。
其优点是：
（1）能保证在输电线路其中的一条故障或停电检修时，继续向两台主变供电。
（2）由于10KV侧加装了旁路母线，提高了供电的可靠性。
（三）、经济比较
1、甲方案综合投资和年运行费用的计算
（1）、综合投资计算：
两台主变:
ZB=2×16=32（万元）
110KV桥形接线:
ZQ=33.6（万元）
10KV单母线分段:
ZDm＝7.5+6×0.55＝10.8（万元）
∑Z0＝ZB+ZQ+ZDm＝32+33.6+10.8＝76.4（万元）
Z甲＝∑Z0（1+δ/100）＝76.4×（1+90/100）＝145.16（万元）
（2）、年运行费用计算：
根据设计要求，年负荷曲线如（图三）所示：
求出变压器年电能损耗总值：
先列出参数n＝2；K＝0.15
ΔQ0＝I0%×Se/100（KVA）＝0.8×20000/100＝160（KVAR）
ΔQ＝Ud%×Se/100（KVA）＝10.5×20000/100＝2100（KVAR）
Sj1＝P10/COS∮2＝22000/0.9＝22444（KVA）
Sj2＝22000×0.75/0.9＝18333（KVA）
Sj3＝22000×0.5/0.9＝12222（KVA）
Sj4＝22000×0.25/0.9＝61111（KVA）
ΔP0+KΔQ0＝22+0.15×160＝46（KW）
ΔP+KΔQ＝135+0.15×2100＝450（KW）
ΔA＝n（ΔP0+KΔQ0）t0+1/n（ΔP+KΔQ）（SJ/Sn）2tj＝2×46×8760+1/2×450×（22444/20000）2×2000+1/2×450×（18333/20000）2×2000+450×（12222/20000）2×2000+450×（6111/20000）2×2760＝2202784（KWh）
年运行费用：
U甲＝aΔA×10－4+U1+U2＝0.03×2202784×10－4+0.035×145.16+0.005×145.16＝12.34（万元）
2、乙方案综合投资和年运行费用的计算
（1）、综合投资计算：
两台主变:
ZB=2×15=30（万元）
110KV桥形接线:
ZQ=33.6（万元）
10KV单母线分段加旁路:
ZDm+PL＝15.1+6×1＝21.1（万元）
∑Z0＝ZB+ZQ+ZDm+PL＝30+33.6+21.1＝84.7（万元）
Z乙＝∑Z0（1+δ/100）＝84.6×（1+90/100）＝161（万元）
（2）、年运行费用计算：
求出变压器年电能损耗总值
ΔQ0＝I0%×Se/100（KVA）＝0.9×16000/100＝144（KVAR）
ΔQ＝Ud%×Se/100（KVA）＝10.5×16000/100＝1680（KVAR）
ΔP0+KΔQ0＝18.5+0.15×144＝40.1（KW）
ΔP+KΔQ＝110+0.15×1680＝362（KW）
ΔA＝n（ΔP0+KΔQ0）t0+1/n（ΔP+KΔQ）（SJ/Sn）2tj＝2×40.1×8760+1/2×362×（22444/16000）2×2000+1/2×362×（18333/16000）2×2000+1/2×362×（12222/16000）2×2000+362×（6111/16000）2×2760＝2247104（KWh）
年运行费用：
U乙＝aΔA×10－4+U1+U2＝0.03×2247104×10－4+0.035×161+0.005×161＝12.91（万元）
3、甲乙两种方案的比较
因为：
Z甲＝145.16（万元）＜Z乙＝161（万元）
U甲＝12.34（万元）＜U乙＝12.91（万元）
结论：
通过以上两种方案的技术和经济比较，最终选择甲方案为最佳方案。
三、短路电流计算
（一）、网络参数和运行方式的确定
1、选取基准值：
Sj＝100（MVA）；Uj1＝UP1＝115（KV）；
Uj2＝UP2＝10.5（KV）；Ij1＝0.502（KA）；Jj2＝5.5（KA）
2、系统短路容量及短路阻抗:
Sdzd＝2000（MVA）；Sdzx＝1000（MVA）；Xcd*＝Sj/Sdzd＝100/2000＝0.05；Xcx*＝Sj/Sdzx＝100/1000＝0.1
3、运行方式
最大运行方式：
发生短路电流的正常接线方式。
输电二回线和2台变
压器处于运行状态。
系统短路容量2000MVA。
最小运行方式：
输电二回线和1台变压器处于运行状态，短路容量1000MVA。
4、网络参数的计算：
X1*＝X2*＝0.4×15×Sj/UP12＝6×100/1152＝0.0454
X1*∥X2*＝0.0454/2＝0.0227＝X6*
X3*＝X4*＝Ud%/100×Sj/Se＝10.5/100×100/20＝0.525
X3*∥X4*＝0.525/2＝0.263＝X7*
X5*＝0.4×10×Sj/UP22＝4×100/10.52＝3.628
当D1短路时：
∑Xdzd*＝Xcd*+X6*＝0.05+0.0227＝0.0727
∑Xdzx*＝Xcx*+X6*＝0.1+0.0227＝0.1227
当D2短路时：
∑Xdzd*＝Xcd*+X6*+X7*＝0.05+0.0227+0.263＝0.336
∑Xdzx*＝Xcx*+X6*+X3*＝0.1+0.0227+0.525＝0.648
当D3短路时：
∑Xdzd*＝Xcd*+X6*+X7*+X5*＝0.05+0.0227+0.263+3.628＝3.96
∑Xdzx*＝Xcx*+X6*+X3*+X5*＝0.1+0.0227+0.525+3.628＝4.28
（二）、网络等值电路：
（三）、短路电流计算
1、当D1短路时：
Id1d＝1/∑Xdzd*×Ij1＝1/0.0727×0.502＝6.9（KA）
Id1x＝1/∑Xdzx*×Ij1＝1/0.1227×0.502＝4.09（KA）
2、当D2短路时：
Id2d＝1/∑Xdzd*×Ij2＝1/0.336×5.5＝16.37（KA）
Id2x＝1/∑Xdzx*×Ij2＝1/0.648×5.5＝8.94（KA）
3、当D3短路时：
Id3d＝1/∑Xdzd*×Ij2＝1/3.69×5.5＝1.4（KA）
Id3x＝1/∑Xdzx*×Ij2＝1/4.28×5.5＝1.29（KA）
4、冲击电流峰值计算:
ⅰch1＝2.55Id1d＝2.55×6.9＝17.6（KA）
ⅰch2＝2.55Id2d＝2.55×16.37＝41.74（KA）
ⅰch3＝2.55Id3d＝2.55×1.4＝3.57（KA）
5、冲击电流有效值计算:
Ich1＝1.52Id1d＝1.52×6.9＝10.4（KA）
Ich2＝1.52Id2d＝1.52×16.37＝24.9（KA）
Ich3＝1.52Id3d＝1.52×1.4＝2.13（KA）
6、短路容量计算：
Id1//＝Id1d；Id2//＝Id2d；Id3//＝Id3d
当D1短路时：
Sd1＝√3Id1//×UP1＝1.732×6.9×115＝1374（MVA）
当D2短路时：
Sd2＝√3Id2//×UP2＝1.732×16.37×10.5＝298（MVA）
当D3短路时：
Sd3＝√3Id3//×UP2＝1.732×1.4×10.5＝25.5（MVA）
根据公式：
Id
（2）＝√3/2×Id（3）＝0.866×Id//；可计算出两相短路电流。
7、列出参数一览表:
短路编号
平均电压
阻抗标么值
Id//（KA）
Ich（KA）
ich（KA）
Id
（2）（KA）
Sd
D1
115KV
Xd1d＝0.0727
6.9
10.5
17.6
6
1374
Xd1X＝0.1227
4.09
D2
10.5KV
Xd2d＝0.336
16.37
24.9
41.74
14.18
298
Xd2x＝0.648
8.49
D3
10.5KV
Xd3d＝3.96
1.4
2.13
3.57
1.21
25.5
Xd3x＝4.28
1.29
系统
115KV
Xcd＝0.05
2000
Xcx＝0.1
1000
四、电气设备选择
（一）、断路器
1、选择条件：
①、电压：
Ug≤Ue；②、电流：
Igmax≤Ie；
③、开断容量：
Sdt≤Skd；④、动稳定：
ich≤imax；
⑤、热稳定：
I2∞tdz≤I2tt；并且：
tdz=tz+0.05β//；β//＝Id///I∞＝1
2、110KV侧：
Igmax＝1.05Ie＝1.05×20000/√3×110＝110.2（A）
选择SW6—110型；取t＝4（S）；查表tZ=3.4（S）
tdz＝tZ+0.05β//＝3.4+0.05×1＝3.45（S）
热稳定校验:
I∞2tdz＝6.92×3.45＝164.25（KA）
查该设备资料：
It＝15.8（KA）；I2tt＝15.82×4＝1000（KA）
164.25（KA）＜1000（KA）；故校验合格。
动稳定校验:
查该设备资料：
It＝15.8（KA）；imax＝55（KA）
ich＝17.6（KA）＜imax＝55（KA）；故校验合格。
3、10KV侧：
（1）、主变回路（主变进线、母联、电容柜）
进线和母联：
Igmax＝1.05Ie＝1.05×20000/√3×11＝1102（A）
选择SN10—10/3000
电容柜：
Igmax＝1.05Ie＝1.05×10（MVA）×1000/√3×10.5＝577（A）
选择SN10—10/1250
因为SN10—10/1250和SN10—10/3000的参数基本一致
所以按SN10—10/3000进行校验即可。
取t=2（S）tdz=1.6+0.05=1.65（S）；tz由查表而来
热稳定校验:
I2∞tdz＝16.372×1.65＝442（KA）
I2tt＝43.22×2＝3732（KA）
442（KA）＜3732（KA）；故校验合格
动稳定校验:
ich＝41.74（KA）＜imax＝130（KA）；故校验合格
（2）、馈出线断路器:
由于各出线负荷均等,故只选一台即可。
Igmax＝1.05Ie＝1.05×22000/√3×10.5×0.7×12＝151（A）
选SN10—10/600型；t＝2（S）；tz＝1.6（S）；tdz＝1.6+0.05＝1.65（S）
热稳定校验:
I2∞tdz＝1.42×1.65＝3.23（KA）
I2tt＝20.22×2＝816（KA）
3.23（KA）＜816（KA）；故校验合格
动稳定校验:
ich＝3.57（KA）＜imax＝52（KA）；故校验合格
断路器选择及校验结果一览表
安装位置
型号
组
数
电压（KV）
电流（A）
动稳定（KA）
热稳定（KA）
Ug
Ue
Igmax
Ie
ich
imax
I∞2tdz
It2t
110KV侧
SW6-110
3
110
110
110.2
1200
17.6
55
164.25
1000
10KV主母线
SN10—10
3
10
10
110.2
3000
41.74
130
442
3732
10KV馈出线
SN10—10
12
10
10
151
600
3.57
52
3.23
816
电容柜
SN10—10
2
10
10
577
1250
41.74
55
164.25
1000
（二）、隔离开关
1、选择条件：
①、Ug≤Ue；②、Igmax≤Ie；③、I∞2tdz≤It2t；
2、110KV侧：
Igmax＝1.05Ie＝110.2（A）；选GW5—110GD/1000型；
取t＝4（S）；tdz=3.4+0.05=3.45（S）
热稳定校验:
I∞2tdz＝6.92×3.45＝164.25（KA）
It2t＝252×4＝2500（KA）
164.25（KA）＜2500（KA）；故校验合格
动稳定校验:
ich＝17.6（KA）＜imax＝83（KA）；故校验合格
3、10KV侧：
（1）、主变回路（主变进线及母线）
Igmax＝1.05Ie＝1102（A）取t＝4（S）
选GN2—10/2000tdz=1.6+0.05=1.65（S）
热稳定校验:
I∞2tdz＝16.372×1.65＝442（KA）
It2t＝362×2＝2592（KA）
442（KA）＜2592（KA）；故校验合格
动稳定校验:
ich＝41.74（KA）＜imax＝85（KA）；故校验合格
（2）、馈出线:
（包括站用变和PT柜）
Igmax＝1.05Ie＝151（A）取t＝2（S）
选GN6—10T/600tdz＝1.6+0.05＝1.65（S）
热稳定校验:
I∞2tdz＝1.42×1.65＝3.23（
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