变电站一次系统设计.doc

变电站一次系统设计.doc

《变电站一次系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变电站一次系统设计.doc（56页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

毕业设计（论文）

题目：

110KV变电站电气一次系统设计

系别

电力工程系

专业班级

09电力（专升本）

学生姓名

王杰

指导教师

朱晓蓉

时间：

2011年5月30日

110kV变电站电气一次系统设计

摘要

随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统越来越系统、全面，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。

设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。

变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，它从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转换场所。

作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。

随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。

110kV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。

同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。

选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。

本变电所的初步设计包括了：

总体方案的确定、短路电流的计算、高低压配电系统设计与系统接线方案选择、防雷保护等内容。

随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。

变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。

关键词：

变电站；输电系统；配电系统；高压输电网

ADESIGNOFELETRICSYSTEM

FOR110kVSTEP-DOWNTRANSFORMERSUBSTATION

ABSTRACT

Alongwiththeeconomicdevelopmentandthemodernindustrydevelopmentsofquickrising,thedesignofthepowersupplysystembecomemoreandmorecompletelyandsystem.Becausethequicklyincreaseelectricityoffactories,italsoincreasesseriouslytothedependableindexoftheeconomiccondition,powersupplyinquantity.Thereforetheyneedthehigherandmoreperfectrequesttothepowersupply.WhetherDesignreasonable,notonlyaffectdirectlythebaseinvestmentandcirculatetheexpenseswithhavethemetaldepletionincolourmetal,butalsowillreflectthedependableinpowersupplyandthesafeinmanyfacts.Inaword,itisclosewiththeeconomicperformanceandthesafetyofthepeople.

Thesubstationisanimportancepartoftheelectricpowersystem,itisconsistedoftheelectricappliancesequipmentsandtheTransmissionandtheDistribution.Itobtainstheelectricpowerfromtheelectricpowersystem,throughitsfunctionoftransformationandassign,transportandsafety.Thentransportthepowertoeveryplacewithsafe,dependable,andeconomical.Asanimportantpartofpower’stransportandcontrol,thetransformersubstationmustchangethemodeofthetraditionaldesignandcontrol,thencanadapttothemodernelectricpowersystem,thedevelopmentofmodernindustryandtheoftrendofthesocietylife.

Theregionof110-voltageeffectmanyfieldsandshouldconsidermanyproblems.Analysechangetogiveorgetanelectricshockamissionforcarryingandcustomerscarriesetc.circumstance,choosetheaddress,makegooduseofcustomerdataproceedthencarrycalculation,ascertainthecorrectequipmentofthecustomer.Atthesametimefollowingthechoiceofeverykindoftransformer,thenmakesurethelinemethodofthetransformersubstation,thencalculatetheshort-circuitelectriccurrent,choosingtosendtogetherwiththeelectricwiremethodandthestyleofthewire,thenproceedingthecalculationofshort-circuitelectriccurrent.Thisfirststepofdesignincluded:

ascertainthetotalproject；thecalculationoftheshort-circuitelectriccurrent；thedesignofanelectricshockthesystemdesigntoconnectwithsystemandthechoiceoflineproject；thecontentstodefendthethunderandsoon.Alongwiththehighandquickdevelopmentofelectricpowertechnique,electricpowersystemthencanchangefromthegenerateoftheelectricitytothesupplythepower.

keywords：

substation;transmissionsystem;distribution;highvoltagenetwork

IV

目录

摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract………………………………………………………………………………………Ⅱ

前言……………………………………………………………………………………………1

1原始资料及电气主接线选择………………………………………………………………2

1.1原始资料……………………………………………………………………………………2

1.2电气主接线选择……………………………………………………………………………2

1.2.1电气主接线的基本要求…………………………………………………………………2

1.2.2电气主接线设计的原则…………………………………………………………………3

1.2.3主接线的基本接线形式…………………………………………………………………3

1.2.4主接线方案的比较选择…………………………………………………………………4

2主变压器的选择………………………………………………………………………………11

2.1变压器容量和台数的确定原则……………………………………………………………11

2.2变压器型式和结构的选择原则……………………………………………………………11

2.3主变压器容量的确定计算………………………………………………………………12

3短路电流计算………………………………………………………………………………13

3.1短路电流计算的目的……………………………………………………………………13

3.2短路电流计算的一般规定………………………………………………………………13

3.3短路电流计算的步骤……………………………………………………………………13

3.4短路电流计算过程………………………………………………………………………14

3.4.1计算主变压器阻抗……………………………………………………………………14

3.4.2计算系统及线路阻抗…………………………………………………………………14

3.4.3等值网络…………………………………………………………………………………15

4电气设备的选择……………………………………………………………………………18

4.1一般原则…………………………………………………………………………………18

4.2选择电气设备的条件………………………………………………………………………18

4.2.1正常工作条件……………………………………………………………………………18

4.2.2短路情况条件……………………………………………………………………………18

4.3断路器的选择……………………………………………………………………………19

4.4隔离开关选择……………………………………………………………………………22

4.5经济性比较………………………………………………………………………………25

4.6母线及电缆出线选择………………………………………………………………………27

4.6.1母线的选择………………………………………………………………………………27

4.6.2出线电缆的选择及校验…………………………………………………………………32

4.7支持绝缘子及穿墙套管的选择………………………………………………………33

4.7.1支持绝缘子的选择……………………………………………………………………33

4.7.2穿墙套管的选择………………………………………………………………………34

4.8高压熔断器的选择………………………………………………………………………35

4.9电流互感器的选择………………………………………………………………………35

4.10电压互感器选择………………………………………………………………………39

5防雷装置设计…………………………………………………………………………………41

5.1避雷器的选择……………………………………………………………………………41

5.2避雷针的选择…………………………………………………………………………43

5.2.1避雷针的设计原则………………………………………………………………………43

5.2.2避雷针的选择过程………………………………………………………………………43

6屋内外配电装置设计………………………………………………………………………45

6.1基本要求…………………………………………………………………………………45

6.2屋内外配电装置特点……………………………………………………………………45

6.2.1屋内配电装置特点……………………………………………………………………45

6.2.2屋外配电装置特点……………………………………………………………………45

6.3屋内外配电装置的确定…………………………………………………………………45

7电气总平面设计………………………………………………………………………………46

7.1电气平面设计原则…………………………………………………………………………46

7.2电气总平面的确定…………………………………………………………………………46

结论……………………………………………………………………………………………47

设计图纸说明…………………………………………………………………………………48

参考文献………………………………………………………………………………………49

致谢……………………………………………………………………………………………50

前言

目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也正不断的更新换代。

我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。

然而，所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。

本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核。

内容为110/35/10kV终端变电所电气一次系统设计，正是最为常见的常规变电所，并根据变电所设计的基本原理设计，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程。

通过对原始资料的分析、主接线的选择及比较、短路电流的计算、主要电器设备的选择及校验、线路图的绘制以及避雷器、避雷针的选择等步骤、最终确定了110kV变电站所需的主要电气设备、主接线图以及变电站防雷保护方案。

通过本次毕业设计，不仅巩固了专业知识，而且培养了我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际问题的能力。

由于本人掌握的知识有限、又无设计经验，设计中难免存在不足及错误，恳请各位老师和同学批评指正。

1原始资料及电气主接线的选择

1.1原始资料

1、变电站类型:

110KV降压变电所

2、电压等级：

110/35/10kV

3、负荷情况：

35kV：

最大35MW，最小25MW，Tmax=5400h，=0.85

10kV：

最大25MW，最小18MW，Tmax=5200h，=0.80

4、出线情况：

（1）110kV侧：

2回（架空线）LGJ—185/30km；

（2）35kV侧：

8回（架空线）

（3）10kV侧：

14回（电缆）。

5、系统情况：

（1）系统经双回线给变电站供电；

（2）系统110kV母线电压满足常调压要求。

（3）系统110kV母线短路电流标么值为20（MVA）；

6、环境条件：

（1）最高温度40℃，最低温度-30℃，年平均温度20℃；

（2）土壤电阻率ρ<400欧·米；

（3）当地雷暴日40日/年。

1.2电气主接线的选择

电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。

主接线代表了变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电气选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。

因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。

1.2.1电气主接线的基本要求

对电气主接线的基本要求，概括的说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。

1、可靠性

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠性是电气主接线最基本的要求。

在分析电气主接线的可靠性时，要考虑变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。

通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几方面考虑：

断路器检修时，能否不影响供电；线路、断路器或母线故障时以及母线或母线隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对I、II类负荷的供电；变电站全部停电的可靠性；大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响与后果等因素。

2、灵活性

电气主接线应适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。

灵活性包括：

操作的方便性；调度的方便性；扩建的方便性。

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。

通常设计应在满足可靠性和经济性的前提下做到经济合理。

经济性主要从以下几方面考虑：

节省一次投资；占地面积小；电能损耗小。

1.2.2电气主接线设计的原则

电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳、结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

1.2.3主接线的基本接线形式

主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种接线方式，它以电源和出线为主体。

在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。

本变电站除110kV侧为两回进线外，其余电压等级均采用有母线连接。

1、单母线及单母线分段接线

单母线接线的优点是接线简单、操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便，而其缺点是可靠性差，调度不方便。

单母线分段可以提高供电可靠性和灵活性，对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，有两个电源供电。

分段的数目取决于电源数量和容量。

段数分得越多故障时停电范围越小，但断路器的数量也越多，通常以2~3段为宜。

这种接线广泛应用于中、小容量发电厂和变电站的6~10kV接线中。

2、双母线接线及双母线分段接线

双母线接线有两组母线，并且可以互为备用，使运行的可靠性和灵活性大为提高，其特点有供电可靠、调度灵活、扩建方便。

广泛用于出线带电抗器的6~10kV配电装置；35~60kV出线数超过8回或连接电源较大、负荷较大时；110~220kV出线数为5回及以上时。

双母线分段接线比双母线接线的可靠性更高，但增加了两台断路器，投资有所增加。

总之双母线分段接线不仅具有双母线接线的各种优点，并且任何时候都有备用母线有较高的可靠性和灵活性。

3、带旁路母线的单母线和双母线接线

断路器进过长期运行和切断数次短路电流后都需要检修。

为了能使采用单母线分段或双母线的配电装置检修断路器时不致中断该回路供电可增设旁路母线。

通常旁路母线有三种接线方式：

有专用旁路断路器的旁路母线接线母联断路器兼做旁路断路器的旁路母线接线；用分段断路器兼做旁路断路器的旁路母线接线。

4、一台半断路器及（3/2）台断路器接线

一台半断路器接线，运行的可靠性和灵活性很高，在检修母线或回路断路器时不必用隔离开关进行大量的倒闸操作，并且调度和按扩建也方便。

所以在超高压电网中得到了广泛应用，在500kV的升压变压站和降压变电站中一般都采用这种接线。

3/2台断路器接线通常用于发电机台数（进线）大于线路（出线）数的大型水电厂，以便于实现在一个串的3个回路中电源与负荷容量相互匹配；与一台半断路器接线相比投资节省但可靠性所降低布置比较复杂。

5、桥形接线

当只有两台变压器和两条输电线路时，宜采用桥形接线，所用断路器数目最少。

它可分为内桥和外桥接线。

内桥接线：

适合于输电线路较长（相对来说线路故障机率较大）和变压器又不需经常切换（如火电厂）的情况。

外桥接线：

适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。

1.2.4主接线方案的比较选择

由设计任务书给定的负荷情况：

110kV进线2回，35kV出线8回，10kV出线14回，该变电所主接线可以采用以下六种方案进行比较：

方案1

图1-1

此方案110kV侧、35kV侧和10kV侧均选用单母线分段接线。

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。

但是，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间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。

故此方案可靠性较高，也较经济，可以考虑此方案。

方案2

图1-2

此方案110kV侧选用内桥接线，35kV侧选用双母线接线，10kV侧选用单母线分段接线。

内桥接线：

适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。

当变压器故障时，需停相应的线路。

使用断路器少、布置简单、造价低等优点。

所以110kV侧和10kV侧可靠性较高，也比较经济。

35kV侧选用的双母线接线，它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。

但是不够经济，故不选用此方案。

方案3

图1-3

此方案110kV侧选用内桥接线，35kV侧和10kV侧选用单母线分段接线。

内桥接线：

适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。

当变压器故障时，需停相应的线路。

使用断路器少、布置简单、造价低等优点。

故此方案可靠性和经济性都较高，可以考虑此方案。

方案4

图1-4

此方案110kV侧和10kV侧均选用单母线分段接线，可靠性和经济性都较高，35kV侧选用双母线接线，可靠性较高，但是不够经济，故不选用此方案。

方案5

图1-5

此方案110kV侧和10kV侧均选用单母线分段接线，可靠性和经济性都较高，35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，可靠性较高，但是不够经济，故不选用此方案。

方案6

图1-6

此方案110kV侧选用内桥接线，10kV侧选用单母线分段接线，可靠性和经济性都较高。

35kV侧选用单母线分段带旁路母线接线，可靠性较高，但不够经济。

故不选用此方案。

最后选出方案1和方案3进行进一步比较。

2主变压器的选择

在发电厂和变电站中用来向电力系统或用户输送功率的变压器称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器称为联络变压器；只供本厂（站）用电的变压器称为厂（站）用变压器或自用变压器。

2.1变压器容量和台数的确定原则