变电所电气课程设计报告.doc

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课程设计

110kv降压变电所电气部分设计

——第五小组

班级：

电气一班

姓名：

学号：

同组人：

时间：

2011-11-04

一、原始资料

1.负荷情况

本变电所为某城市开发区新建110kV降压变电所，有8回35KV出线，每回负荷按5000KW考虑，cosφ=0.9,=4000h，一、二类负荷占50%，每回出线长度为12km；另外有6回10KV出线，每回负荷2200kw，cosφ=0.9,=4500h，一、二类负荷占30%。

每回出线长度为12km。

2.系统情况

本变电所由两回110KV电源供电，其中一回来自东南方向40Km处的火力发电厂；另一回来自正南方向20km处的地区变电所。

本变电所与系统连接情况如图I—1所示。

最大运行方式时，系统1两台发电机和两台变压器均投入运行；最小运行方式时，系统1投入一台发电机和一台变压器运行，系统2可视为无穷大电源系统。

3.自然条件

本所所在地的平均海拔1000m，年最高气温40℃,年最低气温-10℃，年平均气温20℃，年最热月平均气温30℃，年雷暴日为30天，土壤性质以砂质粘土为主。

4.设计任务

本设计只作电气初步设计，不作施工设计。

设计内容包括：

①主变压器选择；②确定电气主接线方案；③短路电流计算；④主要电气设备及导线选择和校验；⑤主变压器及出线继电保护配置与整定计算⑥所用电设计；⑦防雷和接地设计计算。

二、电气部分设计说明书

（一）主变压器的选择（组员：

）

（一）主变压器的选择

本变电所有两路电源供电，三个电压等级，且有大量一.二级负荷，所以应装设两台三项三线圈变压器。

35KV侧总负荷P30=5×8MW=40MW，10KV侧总负荷P30=13.2MW。

因此，总计算负荷S30为

S30=（40+13.2）/0.9=59.1MVA

每台主变压器容量应满足全部负荷70%的需要，并能满足全部一.二类负荷的需要，即

SNT≧0.7S30=0.7×59.1MVA=41.3MVA

SNT≧（40×50%+13.2×30%）/0.9MVA=26.6MVA

故主变压器容量选为50MVA。

查附录表Ⅱ-5，选用SFSZ9—50000/110型三相三线圈有载调压变压器，其额定电压为110±8×1.25%38.5±5%/10.5KV，YNyn0d11接线，阻抗电压Uk1-2%=10.5,Uk1-3%=17.5,Uk2-3%=6.5.

（二）电气主接线

（三）短路电流计算（组员：

）

1.跟据系统接线图,绘制短路等效电路图如图附Ⅰ-所示

取基准容量=100MVA，基准电压=115kV==37kV=10.5kV,

则

I==kA=0.5kA

I=I==kV=1.56kA

I==kA=5.5kA

各元件电抗标幺值计算如下：

（1）系统1电抗标幺值X=X=0.124=0.198

（2）变压器T1、T2抗标幺值X=X==0.167

（3）线路WL1电抗标幺值X=0.4=0.091

（4）线路WL2电抗标幺值X=0.4=0.06

（5）变压器T3电抗标幺值==0.167

（6）三绕组变压器电抗标幺值主变压器各绕组短路电压为

%=

=

%=

=

%=

=

故各绕组电抗标幺值为

X8*=X9*=Uk1%/100*Sd/Sn=0.215

X10*=X11*=Uk2%/100*Sd/Sn=0

X12*=X13*=Uk3%/100*Sd/Sn=0.135

（7）35KV出线线路电抗标幺值35KV出线型号为LGJ---120（见导线选择部分），设线距为1500mm，查附录表Ⅱ—15得x1=0.347,则

X14*=0.347*10*100/37/37=0.304

2.系统最大运行方式下，本变电所两台主变压器（简称主变）并列运行时得短路电流计算

在系统最大运行方式下，系统1两台发电机和两台变压器均投入运行，短路等效电路图如图附Ⅰ-5。

图中

X15*=0.456

X16*=0.318

（1）K1点短路系统1得计算电抗为

XC*=0.57

查附录Ⅲ-1汽轮发电机计算曲线得，系统1在0s，0.2s,∞时刻向K1点提供得短路电流周期分量有效值得标幺值分别为

I”*=1.8，I*0.2=1.58，I∞*=1.91

系统2向K1点提供得短路电流为

Ik=Id1/X16*=1.5723KA

则流入K1点总的短路电流为

I”=I”*SN/√3Sd1+Ik=3.335KA

I0.2=I*0.2SN/√3Sd1+Ik=3.19KA

I∞=I∞*SN/√3Sd1+Ik=3.64KA

（2）k2点短路短路等效电路图如图附Ⅰ-6所示。

图中

最大运行方式下短路等效电路图

X*=1/2X*=1/20.216=0.108

X*=X*+X*+=0.781

K2点短路等效电路图

X*=X*+X*+=0.389

系统1的计算电抗为

X*=X*=0.98

查附录汽轮发电机计算曲线得，系统1在0s，0.2s,∞时刻向K2点提供的短路电流周期分量有效有效值的标幺值分别为

I=1.61,I*=1.431,I*=1.819

系统2向K2点提供的短路电流为

I==4.01KA

则流入K2点总的短路电流为

I”=I”+I=1.61KA+4.01KA=6.03KA

I=I+I=1.431KA+4.01KA=5.87KA

I=I*+I=1.819KA+4.01KA=6.21KA

K点短路短路等效电路如图所示。

图中

X*=（X*+X*）=0.175

X*=X*+X*+=0.98

X*=X*+X*+=0.49

系统1的计算电抗为

X=X=1.25

查附录表Ⅲ-1汽轮发电机计算曲线得，系统在0s、0.2s、时刻向k点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为

I=0.835I=0.76I=0.89

系统2向k点提供的短路电流为

I==11.22kA

则流入k点的总的短路电流为

I=I+I=16.96KA

I=I+I=16.58kA

I=I+I=17.34kA

（4）k点短路短路等效电路图如图附Ⅰ-8所示。

图中

图附Ⅰ-7k点短路等效电路图图附Ⅰ-8k点短路等效电路图

X=X+X=0.412

X=X+X+=1.7

X=X+X+=0.84

系统1的计算电抗为

X=X=2.125

查附录表Ⅲ-1汽轮发电机计算曲线得，系统在0s、0.2s、时刻向k点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为

I=0.482I=0.458I=0.488

系统二向k点提供的短路电流为

I==1.86KA

则流入k点总的短路电流为

I=I+I=2.8kA

I=I+I=2.76kA

I=I+I=2.81kA

系统最大运行方式下，本变电所两台变电器一台运行一台备用时的短路电流计算及系统最小运行方式下短路电流计算过程与上述过程类似。

仅将短路电流计算结果列于附录表I-1.

附录表I-1短路电流计算结果汇总表

主变压器运行方式

短路点

系统最大运行方式

系统最小运行方式

三相短路电流/kA

三相短路电流/kA

I

I

I

I

I

I

I

I

并列运行

k

3.335

3.19

3.41

8.504

4.19

3.78

3.64

1.685

k

6.03

5.87

6.21

15.376

6.82

6.473

7.23

17.391

k

16.96

16.58

17.34

43.248

16.99

16.15

20.18

48.425

k

2.8

2.76

2.81

7.14

2.95

2.86

23.00

7.523

一运一备

k

3.335

3.19

3.41

8.504

4.19

3.78

3.64

1.685

k

2.25

2.18

2.29

5.74

4.04

3.867

4.197

10.304

k

9.39

9.24

9.42

23.9

6.68

6.605

6.730

17.034

k

2.168

2.140

2.169

5.5

3.792

3.733

3.811

9.669

（四）主要电气设备的选择和校验（组员：

）

（五）假想时间tima的确定

假想时间tima等于周期分量假想时间tima.p和非周期分量假想时间tima.np之和。

其中tima.p可根据查图4-27得到。

非周期分量假想时间tima.np可以忽略不计（因短路时间都大于1s），因此，假想时间tima就等于周期分量假想时间tima.p。

不同地点的假想时间如附录表I-2所示。

附录表I-2假想时间tima的大小

地点

后备保护动作时间tpc/s

断路器跳闸时间Tqf/s

短路持续时间tk/s

周期分量假想时间tima.p/s

假想时间tima/s

主变110kv侧

4

0.1

4.1

3.335/3.41=0.977

3.4

3.4

110kv母线分段

4.5

0.1

4.6

3.335/3.41=0.977

4

4

主变35kv侧

3.5

0.15

3.65

6.03/6.21=0.971

3

3

35kv母线分段

3

0.15

3.15

6.03/6.21=0.971

2.5

2.5

35KV出线

2.5

0.15

2.65

6.03/6.21=0.971

2

2

主变10kv侧

3

0.2

3.2

16.961/16.34=0.978

2.5

2.5

10KV母线分段

2.5

0.2

2.7

16.961/16.34=0.978

2

2

2．高压电气设备的选择与校验

（1）主变110KV侧主变110KV侧计算电流I30==260A，由于110Kv配电装置为室外布置，故断路器选用SW4——110/1000型；隔离开关选用GW4——110D/600型；电流互感器选用LCWD2-110,变比为Ki=400/5,次级组合为0.5/D/D,1s热稳定倍数为35，动稳定倍数为65；电压互感器和避雷器分别选用JCC2-110型和FZ-110型。

各设备有关参数见附录表。

附录表Ⅰ—3主变110KV侧电气设备

安装地点电气条件

设备型号规格

项目

数据

项目

SW4-110/1000断路器

GW4-100D/600

隔离开关

LCWD2-110电流互感器

JCC2-110电压互感器

FZ-110避雷器

UN/KV

110

UN/KV

110

110

110

110

I30/A

262

IN/A

1000

600

400/5

IK/KA

3.19

I∞/KA

18.4

Ish/KA

8.504

Imax/kA

55

50

36.77

I2∞tima/KA2*S

39.5

Itt/KA*S

2205

980

196

110KV母线与110KV侧进线的电气设备与主变110KV侧所选设备相同。

（2）主变35KV侧主变35KV侧计算电流I30==750,故断路器选用SN10-10III/1000型，隔离开关选用GN10-10T/3000型，电流互感器选用LAJ-10型，电压互感器和避雷器分别选用JDZJ-10型和FZ-10型。

各35KV电气设备有关参数见附录表Ⅰ—4.

附录表Ⅰ—4.主变35kv侧电气设备

安装地点电气条件

设备型号规格

项目

数据

项目

SW2-35/

1000断路器

GW5-35G/

1000隔离开关

LCWD1-35

电流互感器

JDJJ-35

电压互感器

FZ-35

避雷针

/KV

35

UN

35

35

35

//

35

I30/A

750

IN

1000

1000

1200/5

Ik/KA

5.78

I

24.8

ish/KA

15.376

Imax

45

83

951.2

=161.2

I2∞tima

/KA2.s

6.213

=115.7

Itt

16.54=1089

254=2500

（381.2）1

=2079.4

35kv母线与35kv出线电气设备的选择方法与主变35kv侧相同。

从略。

附录表Ⅰ—5

（3）主变10KV侧主变10Kv侧计算电流I30=2749.3A，故断路器应选用SN10-10Ⅲ/3000型，隔离开关选用GN10-10T/3000型，电流互感器选用型，电压互感器和避雷器分别选用JDZJ-10型和FZ-10型

附录表Ⅰ—5主变10kv侧电气设备

安装地点电气条件

设备型号规格

项目

数据

项目

SN10-10Ⅲ/3000断路器

GN10-10T/3000隔离开关

LAJ-10电流互感器

JDZJ-10电压互感器

FZ-10避雷器

UN/KV

10

UN/KV

10

10

10

10

I30/A

2749.3

IN/A

3000

3000

3000/5

IK/KA

16.58

I∞/KA

40

Ish/KA

43.25

Imax/kA

125

160

381.8

Itima/KAS

751.7

Itt/KAS

404=6400

755=28125

22500

10kv母线与10kv出线电气设备的选择方法与主变35kv侧相同。

从略。

3.消弧线圈的选择

当35KV系统的单相接地电容大雨10A时，应装备消弧线圈，本变电所35KV架空线的电容电流为Ic=7A<10A所以不需要装设消弧线圈。

（六）继电保护配置与整定计算（组员：

）

1.主变压器保护配置

根据规程要求，容量为50MVA的变压器应配置以下保护：

（1）瓦斯保护包括动作于信号的轻瓦斯保护和动作于跳闸的重瓦斯保护。

（2）纵联差动保护无延时跳开主变三侧断路器，可作为变压器的主保护。

（3）过电流保护包括110kV侧复合电压启动的过电流保护和10kV测过电流保护，其中10kV测过电流保护作为本侧外部短路后备保护，以较短时限tⅠ断开该侧断路器；110kV侧侧保护作为变压器内部故障及35kV侧外部短路的后备，带两段时限tⅡ和tⅢ（tⅢ＞tⅡ＞tⅠ），以tⅡ时断开35kV侧断路器，以tⅢ时限断开主变三侧断路器。

（4）零序保护作为主变压器本身主保护的后备保护和相邻原件接地短路的后备保护。

（5）过负荷保护保护装设在主变110kV侧，动作后经延时发出预告信号。

2.主变压器继电保护整定

（1）瓦斯保护一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250~300cm³，本所主变压器容量为40MVA，整定取值为250cm³；重瓦斯保护油流速整定范围为0.6~1.5m³/s，为防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，将油流速整定为1m³/s。

（2）纵联差动保护由BCH-2型差动继电器构成。

1）计算各侧一次额定电流，选择电流互感器变比，确定各侧互感器的二次额定电流，计算结果见表

名称

各侧数值

额定电压/kV

110

38.5

10.5

额定电流/A

=262.43

=749.8

=2749.3

电流互感器的接线方式

D

d

y

电流互感器一次电流计算值/A

*262.43=454.5

*749.8=1298.7

2749.3

电流互感器变比选择

=100

=300

=700

电流互感器二次额定电流/A

=4.54

=3.93

取二次额定电流最大的110kV侧为基本侧。

2）按下列三条件确定保护装置的动作电流

①躲过变压器的励磁涌流，即

Iop=KrelIN1.T=1.3×262.43A=341.16A

②躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流，即

I=KI=k（KKf+△U+△U+△f）I

=1.3*（1*1*0.1+0.1+0.05+0.05）*3.335*10*A

=418.47

③躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流，即

Iop=KrelIN1.T=1.3×262.43A=341.16A

取I=480.6A，则差动继电器动作电流值为

I==7.25A

3）确定基本侧差动线圈的匝数

N===8.28

实际整定匝数选为N=6匝，则继电器实际动作电流为I=60/8=7.5A，保护装置实际一次动作电流为

I=A=433.01A

4）确定非基本侧平衡线圈匝数

35kV侧4.33*（N+8）=4.55*8N=―8=0.41

10kV侧3.67*（N+8）=4.55*8N=―8=1.3

取平衡线圈匝数N=0匝N=1匝

5）校验相对误差

35kV侧△f===0.049

10kV侧△f===0.032

△f,△f均小于0.05，说明以上选择效果有效。

6）校验保护灵敏度

在主变10kV侧出口两相短路时归算到110kV侧的最小短路电流为

I=0.5**20180*A=797.8AK===1.84<2

灵敏度不满足要求，应改用带制动特性的BCH-1型差动继电器。

（3）过电流保护

1）110kV侧符合电压启动的过电流保护，过电流保护采用三相星形接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比K=500/5=100

电压原件接于110kV母线电压互感器

动作电流按躲过变压器额定电流整定，即

I=*I=*262.43A=370.5A

I=*I=A=4.6A

则低压继电器动作电压按躲过电动机自启动的条件整定

U=0.7U=0.7*110kV=77kV

U==V=70V

负序电压继电器的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定，即

U=0.06U=0.06*110kV=6.6Kv

则

U==V=6V

保护的灵敏度按后备保护范围末端最小短路电流来校验，即

K===2.72>1.5

2）10kV侧过电流保护

过电流保护采用三相星形接线，继电器DL-11型，电流互感器变比Ki=3500/5=700。

动作电流应满足以下两个条件：

1，躲过并联运行中，切除一台变压器时所产生的过负荷电流，即

I=**I=**2749.3A=7763A

2，躲过电动机自启动的最大工作电流，即

I=I=*2749.3A=5822A

取I=7763A，则

I=*I=A=11.09A

作近后备时，保护的灵敏度为

K===1.4<1.5

灵敏度不满足要求，应改用复合电压启动的过电流保护，整定从略。

3）动作时间

10kV侧过电流保护时间t=3s，110kV侧过电流保护第一段动作时间t=3s+0.5s=3.5s，第二段动作时间t=3.5s+0.5s=4s。

（4）过负荷保护过负荷保护装设在主变110kV侧，按躲过变压器额定电流整定，即

I=I=*262.43A=324.2A

I=*I=A=3.24A

动作时间取为10s。

3.35kV线路保护

（1）电流速断保护电流速断保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比K=150/5=30（35kV出线的计算电流为77.3A），动作电流按躲过线路末端最大短路电流整定，即

I=KI=1.3*2.81*10A=3653A

I=*I=A=121.77A

灵敏度按保护安装处两最小相短路电流来校验，即

K===0.99<2

灵敏度不满足要求，因此改用电流电压联锁速断保护，整定从略。

（2）定时限过电流保护定时限过电流保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比K=30，动作电流按躲过线路最大负荷电流整定，即

I=I=*（1.5*）A=206.2A

I=*I=6.87

Ks==18.97>1.5

动作时间t=2.5s

（七）所用电设计

为保证所用电可靠性，所用变压器分别安装在10KVⅠⅡ段上。

所用变压器容量的选择，应按变电所用电的符合大小来选取。

这里选两台型号为S9—63/10的所用的变压器课满足要求

（八）防雷和接地（组员：

）

1.直击雷的防护防雷级别为二级

在变电所纵向中心轴线位置设两点的间距为D=98m，高度为35h的等高避雷针，保护室外高压配电装置、主变压器及所有建筑物。

已知出线架构高12.5m，其最远点距较近避雷针11.5m建筑物高7m，其最远点距较近避雷针18.7m。

按“滚球法”校验避雷针的保护范围如下

本变电所建筑物防雷级别为二级，滚球半径为hr=45m。

因为h=35m2=87.7m,所以避雷针在出线构架高度上的水平保护半径为

rx=-=12.8m

而其最远点距避雷针11.5m

避雷针在建筑物高度上的水平保护半径为

rx=-=19.8m

而其最远点距避雷针18.7m

根据以上计算结果可知，变电所装设的两支35m等高避雷针能保护变电所内的所有设施。

：

2.雷电侵入波的过电压保护

安装阀型避雷器

3.接地装置设计

110kv为大电流接地系统，其接地电阻要求不大于0.5Ω；35kv系统的接地电流为7A，故接地电阻不大于10Ω，10KV的系统要求接地电阻不大10Ω。

接地装置采用直径为50mm、长2.5m的钢管作接地体，垂直埋入地下，间距5m，管间用40*4mm2的扁钢片相连接成环形