降压变电站一次系统设计.docx
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降压变电站一次系统设计
哈尔滨工业大学
毕业设计
专业、系：
电力系统及其自动化
班级：
2000
级
学生姓名：
壬
宏
二00三年四月
教研室：
发
哈尔滨工业大学
教研室主任：
批准日期：
函授毕业设计（论文）任务书
一、毕业设计（论文）课题110kV/35kV/10kV降压变电站一次系统设计
二、毕业设计（论文）工作自
三、毕业设计（论方）进行地点：
四、毕业设计（论文）的内容要求：
原始资料数据和参考资料:
（一）设计任务
1、主变容量、型号、台数的选择
2、电气主接线设计
3、短路电流计算
4、电气设备选择
5、屋内外配电装置设计
6、防雷及接地系统设计
7、总平面布置
（二）设计成果：
1、设计说明书、短路电流计算书各一份
2、图纸5-7张。
（三）原始资料
1、变电站类型：
110kV地方降压变电站
2、电压等级：
110kV/35kV/10kV
3、负荷情况：
35kV:
最大40MW最小24MWTmax=5500小时cos©=0.85
10kV:
:
最大20MW最小12MWTmax=5200小时cos©=0.85
4、出线回路：
110kV侧6回
35kV侧8回
10kV侧12回
5、系统情况:
（1）110kV母线短路电流标么值为30（Sb=100MVA）
（2）110kV母线电压满足常调压要求
&气象条件：
（1）最高气温40C，最低气温—20C，年平均气温25E;
（2）土壤电阻率：
pV400欧米
（3）当地雷暴日40日/年
7、根据需要，可自行补充其它有关资料。
（四）参考资料
1、发电厂电气部分课程参考资料•天津大学
2、电力工程手册.西北、东北电力设计院。
3、发电厂、变电站电气接线和布置•东北电力设计院
负责指导教师：
指导教师：
接受设计论文任务开始执行日期:
2002.3.20
学生签名:
王宏
第一章
毕业设计前言
第二章
第三章
第一节
第二节
第三节
第四节
第四章
第一节
第二节
第三节
第四节
第五章
第六章
第一节
第二节
第三节
第四节
第七章
第八章
第九章
概述6
主变压器容量、型号和台数的选择7
主变台数的选择7
主变容量的选择7
主变型号的选择8
所用变的选择8
电力主接线设计9
110kV出线接线方式设计10
35kV出线接线方式设计10
10kV出线接线方式设计12
电器主接线设计总述13
短路电流计算13
一次电气设备的选择17
母线的选择及校验17
高压断路器的选择及校验20
隔离开关的选择及校验23
互感器及避雷器选择、校验23
配电装臵规划25
防雷及接地系统设计26
图纸部分29
第一章毕业设计前言
为期四年的函授学习即将结束，四年来在电院老师的精心辅导下，我的理论知识有了很大的提高。
为检验四年来的学习成果，学校选择110kV/35kV/10kV降压变电站电气一次系统设计作为毕业设计内容。
在设计过程中，我根据电院所学知识再联系自己的工作实际进行设计。
没想到看起来简单的设计，实际干起来却有太多疑问。
有时为了弄懂一个数据，除了要一遍遍的查找资料，还要向懂行的老师傅们屡屡请教；有时还要抱着原来所学过的课程再进行学习。
经过两个月的努力，终于有了以下这份毕业设计。
虽然设计的内容中还存在许多的缺陷，但确是几个月来辛勤劳动的结果。
通过这次设计，使我学到了许多新的知识，更深深地了解到自己所学的知识太少，还需进一步努力。
这次的毕业设计完成是与各位老师，特别是周明老师的悉心教导分不开的，在此表示衷心的感谢!
第二章概述
变电站是电力系统的需要环节，它在整个电网中起着输配电的重要作用。
本期设计的110kV降压变为110kV地方变电站，其主要任务是向地区用户供电，为保证可靠的供电及电网发展的要求，在选取设备时，应尽量选择动作可靠性高，维护周期长的设备。
根据设计任务书的要求，设计规模为110kV出线6回，
35kV出线8回，10kV出线12回；负荷状况为35kV最大40MV，10kV最大20MW。
本期设计要严格按《电力工程手册》、《发电厂电气部分》等参考资料进行主接线的选择，要与所选设备的性能结合起来考虑，最后确定一个技术合理，经济可靠的最佳方案。
第三章主变压器容量、型号和台数的选择
在《电力工程电气设计手册》中可知：
“对大城市郊区的一次
变电站，在中、低压已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜”。
在运行或检修时，可以一台工作，一台备用或检修，并不影响供电，也可以两台并列运行。
根据设计任务书中所示本变电所为地方变电所，且出线回路数较多，为保证供电的可靠性，参照规程要求，宜选用两台主变压器。
2、主变压器的选择：
主变压器容量应根据负荷情况进行选择。
在《电力工程电气设计手册》中规定对于装设两台及以上主变压器的变电所，应满足当一台主变停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%－80%。
为保证可靠供电，避免一台主变故障或检修时影响对用户的供电，主变容量就为总负荷的70%－80%。
容量计算如下：
已知35kV最大负荷为40MWcos©=0.85
S=4000/0.85=47058.8（KVA
S=0.7S=0.7X47058.8=32941.2（KVA
经查设备手册，选每台主变压器容量为40000KVA。
3、主变型号选择：
本变电所有110kV、35kV、10kV三个电压等级，根据设计规程规定，“具有三个电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器各容量的15%以上。
主变压器
一般采用三绕组变压器”，故选择三相三绕组有载调压降压变
压器，其型号及参数如下：
型号SFSZL－40000/110。
额定电压高压侧110士8X1.25%，中压侧38.5士2X2.5%,低
压侧10.5kV，连接组别为YNYno,dii，容量比为100/100/100,阻抗电压UKH-L=10.5%,UKH-M=17.5%,UKM-L=6.5%.
4、所用变的选择（附加）方法：
将所有所用变的千瓦数换算为千伏安，再考虑不同的运行方式情况，计算出总负荷，再根据实际需要确定台数和容量。
本变电所宜选用两台所用变，一台考虑用10kV母线供电；另一台由外接10kV电源供电，正常情况做备用。
第四章电力主接线设计根据毕业设计任务书的要求和设计规模。
在分析原始资料的基础上，参照电气主接线设计参考资料。
依据对主接线的基本要求和适用范围，首先淘汰一些明显不合格的接线型式，保留2－3个技术上相当，又都满足设计要求的方案。
对较好的2-3个方案，进行详细的技术经济比较，最后确定一个技术合理，经济可靠的主接线最佳方案。
第一节110kV出线接线方式设计
对于110kV出线6回，可适用的接线方式有双母线接线，双母线带旁母接线。
方案：
一、双母线接线的优缺点如下：
优点：
（1）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，只停该回路。
（2）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，能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的要求。
（3）扩建方便。
向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷分配，不会引起原有回路的停电，当有双回架空线路时，可以布臵，以致连接不同的母线时，不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。
（4）便于试验。
当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
缺点：
（1）增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关。
（2）当母线故障和检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作，为避免应装闭锁装臵。
方案二、双母线带旁母接线。
带有旁路母线主要是保证不中断对用户的供电。
有母联兼旁路断路器和设专用旁路断路器两种形式。
优点：
除双母线接线的优点外，此种接线可以保证使某一回路检修时，不中断对外供电及操作简便。
缺点：
除双母线的缺点外，此种接线增加了一组母线，增加了一个间隔的配电装臵，增大了投资和占地面积。
经过两个方案的比较，双母带旁母的接线与双母线相比，主要解决了双母接线的断路器检修时间长，停电影响较大的问题，但带旁母的拉线大大增加了投资。
双母接线的缺点可在选择断路器时进行弥补，预选择的LW4型SF6断路器具有运行可靠，检修维护量小等优点，故本次设计宜选用双母线接线。
第二节35kV出线接线方式设计
对35kV出线11回，可适用的接线有单母分段接线，双母线接线、单母分段带旁母接线三种。
方案一选用单母线分段接线优点：
（1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。
（2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：
（1）当一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内停电。
（2）扩建时需向两个方向均衡扩建。
方案二、选用双母线接线
其优缺点已在110kV接线中说明。
方案三、选用单母分段带旁母接线
旁路母接线的优缺点同110kV接线中旁路母线的优缺点。
对以上三种方案分析比较，双母接线及单线分段带旁母的接线，在可靠性方面都优越于单母分段接线，但从经济性方面大大增加了投
资和占地面积，而单母分段接线的缺点也可从设备的选择上进行弥
补。
预选的LN型SF6断路器，就可以满足要求。
经综合性考虑分析
35kV侧主接线宜采用单母分段的接线方式。
第三节10kV出线接线方式设计
对于10kV出线12回可适用的接线有：
①单母分段接线。
②单母分段带旁母接线。
③单母线接线。
方案一、单母分段接线同35kV接线中单母分段接线的优缺点。
方案二、单母分段带旁母接线。
增设旁母的作用同110kV接线中叙述的旁母的作用。
方案三、单母线接线
优点：
（1）接线简单清晰，操作方便，使用电器少。
（2）配电装臵建造费用低。
（3）隔离开关仅在检修时作隔离电器用，不用它进行倒闸操作，误操作少。
缺点：
（1）任一段母线及母线隔离开关发生故障时，要停止该段母线上所有的工作。
（2）任一段母线及母线隔离开关检修时，也将造成母段上所有回路停电。
（3）引出线回路的断路器检修时，该回路要停止供电。
根据以上三种方案比较如下：
单母接线无法满足12回出线的供电可靠性。
单母分段带旁母比单母分段接线优越，但投资大，占地面积大，不经济。
经综合经济技术分析对10kV侧选用真空断路器后，单母分段接线的可靠性将大大提高，同时配电装臵的配臵也可简单化，故选单母分段接线较能满足主接线的设计要求。
第四节电器主接线设计总述
最后选定110kV侧为双母线接线；35kV及10kV侧均选用单母线分段的接线方式。
此种接线符合设计规程要求，满足可靠性、经济性和灵活性的要求。
第五章短路电流计算
根据设计原始资料110kV母线电压满足常调压要求，可得出U*j=1即U=U经济性，那么，可认为在短路过程中母线电压保持不变，所以短路计算可按无限大容量系统进行计算。
取Sj=100MVA，Uj=Up
短路点选择：
di选择在110kV母线上。
d2选择在35kV母线上。
d3选择在10kV母线上。
新选主变参数计算如下：
Uk1%=1/2[UK（H-L）%+UK（H-M）%－UK（M-L）%]
=1/2（10.5+6.5—17.5）=10.75
Uk2%=1/2[UK（H-L）%+UK（M-L）%－UK（H-M）%]
=1/2（10.5+6.5—17.5）=—0.25
Uk3%=1/2[Lk（M-L）%+Uk（H-M）%—UK（H-L）%]
=1/2（6.5+17.5—10.5）=6.75
各绕组电抗标么值为：
X*ij=（Uki%/100）X（s/s）=（10.75/100）x（100/40）=0.269
X*2j=（Uk2%/100）x（S/s）=（0/100）x（100/40）=0
X*3j=（Uk3%/100）x（S/S）=（6.75/100）x（100/40）=0.169
1、在d1点短路电流计算
短路电流计算等值电路图如下所示：
系统
Z
7/0.033
7Y
1/0.2692/0.269
5/0.16976/0.169<
10kV母线
3/04/0
35kV母线
两台主变可并列运行
将上图等效变换如下：
2/0.269
1/0.269
系统
等效电抗标么值为:
X7=1/30=0.033;X*8=0.269/2=0.135;X*9=0.169/2=0.085
1、对于d1点短路时的电流计算
当d1点短路时，UP=115kVX2*=0.033
l〃=（1/X2*）x[100/（V3X115）]=15.06kA
ich=72x1.8x|〃=38.339（kA）
Ich=1.52x|〃=22.893（KA）
S'=（1/X2*）S=（1/0.033）x100=3000kVA
2、对于d2点短路时的电流计算
当d2点短路时，UP=37kVX2*=X*7+X*8=0.033+0.135=0.168
I〃=（1/X汀）x[Sj1（V3xU）]
=（1/0.168）x[100/（V3x37）]=9.29kA
ich=2.55xI〃=23.6（kA）
Ich=1.52xI〃=14.1（kA）
S'=（1/X“）Sj=（1/0.168）x100=595.2kVA
3、对于d3点短路时的电流计算
当d3点短路时，^=10.5kV
Xz*=X*7+X*8+X*9=0.033+0.135+0.085=0.253
I〃=（1/Xz*）x[Sj/（V丁xU）]
=（1/0.253）x[100/（V3x10.5）]=21.7kA
ich=2.55x|〃=2.55x21.7=55.3（kA）
Ich=1.52x|〃=1.52x21.7=33（kA）
S'=（1/Xz*）Sj=（1/0.253）x100=395.8kVA
各点短路电流计算结果
短路类型
短路点编号
短路点名称
短路电流I〃
冲击电流
短路容量S'
三相短路
d1
110kV母线
15.06（KA
38.34（KA）
3000（KVA
d2
35kV母线
9.29（KA）
23.6（KA）
595.2（KVA
d3
10kV母线
21.7（KA）
55.3（KA）
395.8（KVA
第六章一次电气设备的选择
第一节母线的选择及校验
一、110kV母线选择（按长期允许电流选择）
原始资料中无穿越功率，可不考虑。
按两台主变容量选择如下:
Imax=1.05X[Smax/（“3Uj）]
=（1.05X80X1000）/（X115）=421.8A
查表选定LGJG-240型软母线，其允许载流量为651A（大于421.8A）热稳定校验：
KIdl>|max,
查表知在40C时，K=0.81
KIdl=0.81X651=527.3>421.8A
（Tf=o+（（Tc—（TO）（421.8/527.3）2
=40+（70—40）X0.64=59.2C,小于70C,
所以允许长期发热，满足要求。
短路电流的发热：
允许最高温度是70C,t=1.1S
s>VQd/c,
对于无限大容量电流
当70C时，C=87
Smin=VQT/C=V2.5X108/87=181.7（mri）
因为181.7mm2<240mm2
故短路热稳定满足要求。
二、35kV母线选择及校验：
根据经济电流密度法选择Sj=Imax/J,
已知Tman=5500小时，查得1A/mm2
Iman=1.05X[（4000/0.85）/（V3x37）]=771A
2
S1=771/1=771mm
预选定LMY—80X10的矩形硬母线，允许载流1427A。
⑴热稳定校验
1长期负荷电流发热校验
Kldi=0.81X1427=1155.9>771A
（TF=40+（70-40）X（771/1155.9）
=53.3C<70C
所以满足要求。
2短路发热
允许最高温度是70C,t取1.1秒
Smin=VQd/C，查表得C=87
27
Q=9290X1.1=9.49X10（A*S）
Smin=（V9.49X107）/C=111.99mmv80X10mni所以热稳定满足要求。
⑵动稳定检验已知相间距为a=50cm
2
W=bh/b
Lzd=23.8/ichVTXWaw=23.8/23.6xV700X50X10.67=611cm
322
（T=1.76X10X（L/aw）XIchXp（p=1）
=1.76X103X（6112/50X10.67）X23.62x1=686.2kg/cm2
查表得硬铝最大允许应力为
2
700kg/cm
.-22
同时686.2kg/cm<700kg/cm
故动稳定满足要求。
三、10kV母线选择及校验
已知Tmar=5200小时，查表得0.75A/mm
Iman=1.05X[（20000/0.85）/（V3x10.5）]=1359A
Smax^Iman/J=1359/0.751=1811mm2
预选定LM42X100X10的矩形硬铝母线，允许载流2558A。
修正：
Kg=0.81X2558=2072>1359A
（tf=co+（（Te—（To）（1359/2072）
=53.3Cv70C
热稳定校验
⑴短路热效应，t取1.1秒
Smin="Q/C,
Q=I〃2t=217002X1.1=5.18X108（AS）
Smin=V5.18X108/87=261.6mmv2X100X10mni
故热稳定满足要求⑵动稳定检验
已知相间距为a=30cm,Lc=50cm
W=bh2/b，查表得W=33.3
Lzd=23.8/ichVTXWaW=23.8/55.3xV700X30X33.3=359.6cm
322
（yx-x=1.76X10-X（L/aw）XIchXp（p=1）
322
=1.76X10-X（359.6/30X33.3）X55.3X1=696.69kg/cm
2-22-2
Fx=0.26X（ich/b）X10=0.26X（55.3/10）X10=0.795kg/cm
CTmax=CTx-x+tx=696.69+0.1=696.79kg/cm
查表得硬铝最大允许应力为
2
700kg/cm
而696.79kg/cmv700kg/cm
故动稳定满足要求。
第二节
高压断路器的选择
1、110kV断路器选择
Imax=421.8A
选择LW4—110/3150型户外SF6断路器。
型号
额定电压
额定电流
额定断流量
极限电流的常值
热稳定电流
（3S）
额定关合电流
LW4—
110/3150
110kV
3150A
31.5kA
80kA
31.5kA
80kA
1按工作电流选择：
Ic>Imax3150A>421.8A，所以满足要求。
2按断流容量选择：
Iekd>I"31.5kA>15.06kA，所以满足要求。
3热稳定检验，当tdz取0.7秒，比值为分闸时间，燃弧时间，主保护动作时间，后备保护动作时间总计。
此值较适合慢速开关，对快速开关偏大但较安全。
Ir2tr>l"2tdz,31.52X3>15.062X0.7，所以满足要求。
4动稳定校验Idw>ich80kA>38.34kA,满足要求。
2、35kV断路器选择
Imax=771A
断路器选择GBC-35（F）-14,GBC-35（F）-18成套开关柜，断路器为
LN2-351型，其参数为
型号
额定电压
额定电流
额定断流量
极限通过电流
热稳定电流
（2S）
最大关合电流
LN—35I
35kV
1250A
16kA
42kA
16kA
42kA
1工作电流选择：
Ie>Imax12504771A,所以满足要求。
2按断流容量选择：
lekd>l"16kA>9.29kA，所以满足要求。
3热稳定检验:
lr2tr>I"2tdz,162x2>9.292X0.7，所以满足要求。
4动稳定校验：
ich42kA>23.6kA，满足要求。
3、10kV断路器选择
ImaX=1359A
断路器选择KYN-10成套开关柜，
进线断路器，分段断路器选KYN-10/09开关柜,
断路器为ZN2—10/2000型，其参数为
型号
额定电压
额定电流
额定断流量
极限通过电流
热稳定电流
（2S）
最大关合电流
ZN2—
10/2000
10kV
2000A
40kA
100kA
40kA
100kA
4工作电流选择:
IC>Imax2000A>1359A,所以满足要求。
5按断流容量选择：
Iekd>I"40kA>21.7kA，所以满足要求。
6热稳定检验：
Ir2tr>I"2tdz,402X2>21.72X0.7，所以满足要求。
④动稳定校验Idw>ich100kA>55.3kA，满足要求。
4、出线断路器
升级会员 