110kv变电站一次接线设计.docx
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110kv变电站一次接线设计
毕业设计
指导老师：
王必生老师
学校：
湘西职业技术学院
专业：
电力系统自动化技术
班级：
11-3电力一班
姓名：
110kv变电站一次接线设计
摘要
本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。
从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。
一．待设计变电所地位及作用
按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建1中型110kV变电所。
该变电所建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电。
改善提高供电水平。
同时和其他地区变电所联成环网，提高了本地供电质量和可靠性。
北
待设计变电站
～
～
110kV出线4回，2回备用
35kV出线8回，2回备用
10kV线路12回，另有2回备用
2、 变电站负荷情况及所址概况
本变电站的电压等级为110/35/10。
变电站由两个系统供电，系统S1为600MVA，容抗为0.38,系统S2为800MVA，容抗为0.45.线路1为30KM,线路2为20KM,线路3为25KM。
该地区自然条件：
年最高气温40摄氏度，年最底气温-5摄氏度，年平均气温18摄氏度。
出线方向110kV向北，35kV向西，10kV向东。
所址概括，黄土高原，面积为100×100平方米，本地区无污秽，土壤电阻率7000Ω.cm。
本论文主要通过分析上述负荷资料，以及通过负荷计算，最大持续工作电流及短路计算，对变电站进行了设备选型和主接线选择，进而完成了变电站一次部分设计。
二．设计步骤：
第一章 变压器选择……………………………………………（6）
1主变台数、容量和型式的确定……………………………（7）
2站用变台数、容量和型式的确定…………………………（9）
第二章电气主接线………………………………………………（10）
1 110kv电气主接线………………………………………（11）
2 35kv电气主接线………………………………………（12）
3 10kv电气主接线………………………………………（14）
4 站用变接线……………………………………………（16）
第三章最大持续工作电流及短路电流的计算…………………（17）
1各回路最大持续工作电流………………………………（17）
2短路电流计算点的确定和短路电流计算结果…………（18）
第四章主要电气设备选择………………………………………（19）
1高压断路器的选择………………………………………（21）
2隔离开关的选择……………………………………………（22）
3母线的选择…………………………………………………（23）
4绝缘子和穿墙套管的选择…………………………………（24）
5电流互感器的选择…………………………………………（24）
6电压互感器的选择…………………………………………（26）
7各主要电气设备选择结果一览表…………………………（29）
附录I
设计计算书………………………………………………………（30）
附录II
电气主接线图……………………………………………………（37）
10kv配电装置配电图…………………………………………（39）
1.负荷计算及变压器选择
1.负荷计算
要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。
首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kVφ负荷、35kV负荷和110kV侧负荷。
由公式
（2-1）
式中
——某电压等级的计算负荷
——同时系数（35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷与10kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85）
а%——该电压等级电网的线损率，一般取5%
P、cos
——各用户的负荷和功率因数
1.站用负荷计算
S站=0.85×（91.5/0.85）×（1+5%）
=96.075KVA
≈0.096MVA
2.10kV负荷计算
S10KV=0.85[（4+3+3.5+3.2+3.4+5.6+7.8）×0.85+3/9×4]
×（1+5%）
=38.675WVA
3.35kV负荷计算
S35KV=0.9×[（6+6+5+3）/0.9+（2.6+3.2）/0.85]×（1+5%）
=27.448MVA
4.110kV负荷计算
S110KV=0.9×（20/0.9+5.8/0.85+25.5/0.85+12/0.9）×（1+5%）+S站
=68.398+0.096
=68.494MVA
2主变台数、容量和型式的确定
1.变电所主变压器台数的确定
主变台数确定的要求：
1.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。
2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。
故选用两台主变压器，并列运行且容量相等.
2.变电所主变压器容量的确定
主变压器容量确定的要求：
1.主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。
2.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。
对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：
对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。
S
=68.494MVA由于上述条件所限制。
所以，两台主变压器应各自承担34.247MVA。
当一台停运时，另一台则承担70%为47.946MVA。
故选两台50MVA的主变压器就可满足负荷需求。
3.变电站主变压器型式的选择
具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。
而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。
故本站主变压器选用有载三圈变压器。
我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y
连接；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。
35kV以下电压变压器绕组都采用
连接。
故主变参数如下：
型号
电压组合及分接范围
阻抗电压
空载电流
连接组
高压
中压
低压
高-中
高-低
中-低
1．3
YN，yn0,d11
SFSZ9-50000/110
110±8×1。
25%
38．5±5%
10．5
11
10.5
17．5
6.5
3.站用变台数、容量和型式的确定
1.站用变台数的确定
对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。
因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段10kV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。
2.站用变容量的确定
站用变压器容量选择的要求：
站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。
考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。
每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。
S站=96.075/（1-10%）
=106KVA
3.站用变型式的选择
考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。
故站用变参数如下：
型号
电压组合
连接组标号
空载损耗
负载损耗
空载电流
阻抗电压
高压
高压分接范围
低压
S9-200/10
10;6.3;6
±5%
0.4
Y,yn0
0.48
2.6
1.3
4
因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。
根据设计规范第3.7.1条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。
2.电气主接线
电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。
各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。
其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。
因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求：
1运行的可靠
断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。
2具有一定的灵活性
主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。
切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。
3操作应尽可能简单、方便
主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。
复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。
但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。
4经济上合理
主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。
5应具有扩建的可能性
由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。
因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。
变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。
1.110kV电气主接线
由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。
那么其负荷为地区性负荷。
变电站110kV侧和10kV侧，均为单母线分段接线。
110kV～220kV出线数目为5回及以上或者在系统中居重要地位，出线数目为4回及以上的配电装置。
在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV～110kV系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。
根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案，如图1.1及图1.2所示。
图1.1单母线分段带旁母接线
图1.2双母线带旁路母线接线
对图1.1及图1.2所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-1。
表1-1主接线方案比较表
项目方案
方案Ⅰ
方案Ⅱ
技
术
1简单清晰、操作方便、易于发展
2可靠性、灵活性差
3旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电
1运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建
2母联断路器可代替需检修的出线断路器工作
3倒闸操作复杂，容易误操作
经
济
1设备少、投资小
2用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资
1占地大、设备多、投资大
2母联断路器兼作旁路断路器节省投资
在技术上（可靠性、灵活性）第Ⅱ种方案明显合理，在经济上则方案Ⅰ占优势。
鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。
经综合分析，决定选第Ⅱ种方案为设计的最终方案。
2.35kV电气主接线
电压等级为35kV～60kV，出线为4～8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。
为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。
但由于设置旁路母线的条件所限（35kV～60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为2～3天。
）所以，35kV～60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。
据上述分析、组合，筛选出以下两种方案。
如图1.3及图1.4所示。
图1.3单母线分段带旁母接线
图1.4双母线接线
对图1.3及图1.4所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较。
见表1-2
表1-2主接线方案比较
项目方案
方案Ⅰ单
方案Ⅱ双
技
术
①简单清晰、操作方便、易于发展
②可靠性、灵活性差
③旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电
1供电可靠
2调度灵活
3扩建方便
4便于试验
5易误操作
经
济
①设备少、投资小
②用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资
1设备多、配电装置复杂
2投资和占地面大
经比较两种方案都具有易扩建这一特性。
虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但其具有良好的经济性。
鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案Ⅰ。
3.10kV电气主接线
6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。
而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。
上述两种方案如图1.5及图1.6所示。
图1.5单母线分段接线
图1.6双母线接线
对图1.5及图1.6所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-3
表1-3主接线方案比较
项目方案
方案Ⅰ单分
方案Ⅱ双
技术
1不会造成全所停电
2调度灵活
3保证对重要用户的供电
4任一断路器检修，该回路必须停止工作
①供电可靠
②调度灵活
③扩建方便
④便于试验
⑤易误操作
经济
1占地少
2设备少
①设备多、配电装置复杂
3资和占地面大
经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。
所以选用方案Ⅰ。
4.站用电接线
一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。
故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案。
上述两种方案如图1.7及图1.8所示。
图1.7单母线分段接线
图1.8单母线接线
对图1.7及图1.8所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-4。
表1-4主接线方案比较
方案
项目
方案Ⅰ单分
方案Ⅱ单
技
术
①不会造成全所停电
②调度灵活
③保证对重要用户的供电
④任一断路器检修，该回路必须停止工作
⑤扩建时需向两个方向均衡发展
1简单清晰、操作方便、易于发展
2可靠性、灵活性差
经
济
①占地少
②设备少
①设备少、投资小
经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案1。
3.最大持续工作电流节短路计算
1.各回路最大持续工作电流
根据公式
=
（3-1）
式中
----所统计各电压侧负荷容量
----各电压等级额定电压
----最大持续工作电流
=
=
/
则：
10kV
=38.675MVA/
×10KV
=2.232KA
35kV
=27.448MVA/
×35KV
=1.58KA
110kV
=68.494MVA/
×110KV
=3.954KA
2.短路电流计算点的确定和短路电流计算结果
短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。
短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。
因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。
短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。
按三相短路进行短路电流计算。
可能发生最大短路电流的短路电流计算点有４个，即110KV母线短路（K1点），35KV母线短路（K2）点，10KV电抗器母线短路（K3点），0.4KV母线短路（K4点）。
当K1点断路时:
=5.58KA
=14.2
=8.43
=1111.4
当K2点断路时:
=1.85KA
=4.7
=2.8
=120.2
当K3点断路时:
=38KA
=96.7
=57.4
=691
当K4点断路时:
=1000KA
=2542
=1510
=692.8
4.主要电气设备选择
由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。
但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。
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。
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。
1.电压
选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug,即，Umax>Ug。
2.电流
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。
校验的一般原则：
1.电器在选定后应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。
2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。
3.短路的热稳定条件
Qdt——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）
4.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。
由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。
高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。
1.高压断路器的选择
高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电器设备。
1.型式选择：
本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号断路器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。
2.选择断路器时应满足以下基本要求：
（1）在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。
（2）在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。
（3）应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。
（4）应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。
考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无由化目标，且由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。
故在110KV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。
真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。
因而被大量使用于35KV及以下的电压等级中。
所以，35KV侧和10KV侧采用真空断路器。
又根据最大持续工作电流及短路电流得知
电压等级
型号
额定电压
额定电流
动稳定电流
110kV
LW14-110
110KV
31500A
31.5
80KA
35kV
ZN23-35
35KV
1600
25
63KA
10kV
ZN-10
10KV
600A
8.7kA
2.隔离开关的选择
隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。
选择隔离开关时应满足以下基本要求：
1.隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。
2.隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。
3.隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。
4.隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。
5.隔离开关的结构简单，动作要可靠。
6.带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。
又根据最大持续工作电流及短路电流得知
电压等级
型号
额定电压
额定电流
动稳定电流
110kV
GW4-110G
110KV
1000A
80
35kV
GW4-35
35KV
1000A
50
10kV
GN8-10
10KV
600A
75
3.各级电压母线的选择
选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容：
⑴选择母线的材料，结构和排列方式；
⑵选择母线截面的大小；
⑶检验母线短路时的热稳定和动稳定；
⑷对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；
⑸对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。
110kV母线一般采用软导体型式。
指导书中已将导线形式告诉为LGJQ-150的加强型钢芯铝绞线。
根据设计要求，35KV母线应选硬导体为宜。
LGJ—185型钢芯铝绞线即满足热稳定要求。
本变电所10KV的最终回路较多，因此10KV母线应选硬导体为宜。
故所选LGJ—150型钢芯铝绞线满足热稳定要求。
4.绝缘子和穿墙套管的选择
在发电厂变电站的各级电压配电装置中，高压电器的连接、固定和绝缘，是由导电体、
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