110kV变电站电气一次设计毕业论文Word格式.doc

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3.1主变无功补偿的选择方法 6

3.2无功补偿电容器组的型号选择 7

4变电站主接线的设计 8

4.1电气主接线设计原则 8

4.2主接线设计的基本要求 8

4.3110kV侧主接线方案的比较和确定 10

4.410KV侧的主接线方案比较和确定 13

5短路电流的计算 15

5.1计算短路电流的目的 15

5.2短路计算的具体步骤 15

6110kV级电气设备的选型与校验 18

6.1110kV母线桥的选择及校验 18

6.2110kV出线的选择及校验 19

6.3110kV断路器的选择及校验 19

6.4110kV隔离开关的选择与校验 20

6.5110kV电流互感器的选择及校验 22

710KV电气设备的选择和校验 26

7.110KV母线的选择 26

7.210KV主变进线母线桥导体的选择 26

7.310KV断路器的选择与校验 26

7.410KV电流互感器的选择与校验 28

7.510KV母线电压互感器的选择 32

8总结 33

谢辞 34

参考文献 36

附录 37

附图一电气主接线图 37

附图二电气总平面布置图 37

110kV变电站一次部分的设计

摘要

此次设计为福建省龙岩市连城县的鑫晶刚玉110kV专用降压变电站电气一次部分的设计。

根据业主提供的近期和远景的负荷资料来确定变电站的规模。

以国家有关电力工程设计的规程、规范及本次设计任务书为设计依据。

本次110kV变电站设计的主要设计内容有：

变电站负荷分析、变电站主变压器的选择、无功补偿的选择、电气主接线、短路电流计算、电气设备的选择及校验、电气总平布置这六个部分。

设计之前需认真复习和充分巩固在校所学的专业知识,设计期间不断接受公司的设计培训。

当然，设计者需加强相关专业知识学习，注重专业能力的培养，将设计知识反映到实际工程当中。

通过本次设计，要保证供电的可靠性、灵活性、经济性。

关键字：

110kV变电站，一次部分，设备选择

110kVtransformersubstationoncepartdesign

Abstract

Thisisadesignoftheelectricityoncepartof110kVtransformersubstation，whichismainlyusedforthepowersupplyoftheXinJingcorundumindustryinliancheng,longyan,Fujianprovince.Thescaleofthetransformersubstationisdeterminedbythepresentandfutureloaddataprovidedbytheproprietor.Thedesignshouldbebasedonsomenationalstandardsaboutelectricpowerengineering，andtheassignmentbookgivenbyschool.Itisthesixpartsofthecontentofthedesignincludesloadanalysis，theselectionofmaintransformer，theselectionofreactivecompensation，themainelectricalconnectiondesign，theshort-circuitcurrentcalculation，theselectionandverificationofelectricalequipment，theflatdiagramofelectric.Thedesignerisrequiredtocarefullyreviewandstrengthentheknowledgeneededbeforedesign,andtoincessantlyacceptthetrainheldbycompanyduringdesign.Nodoubtthatthedesignershouldreinforcetolearnmorespecializedknowledgeandbededicatedtothecultivationofspecializedability，andultimatelyreflectthedesignknowledgetopracticalproject.Throughthedesign,thereliability，flexibility，andeconomicalefficiencyshouldbeensured.

keywords：

110kvtransformersubstation，oncepart，selection。

II

1选题背景

1.1工程原始资料

本工程属新建工程，拟建110kV变电站位于连城县工业园区内，主要为福建鑫晶精密刚玉科技有限公司供电。

根据业主提供的项目规划，从2012年起每年均将新建晶体生长炉，用电负荷将逐年增长，至2015年公司供电负荷为60MW。

根据项目科研报告，测算年利用小时数约6500h，预计年用电量3.68亿kwh。

目前项目一期、二期由莲冠变10kV莲鑫1线、莲鑫2线（生产主用电源）、西郊变10kV西山线（临时施工用电）、35kV西正线（生产备用电源）供电，供电能力均受到限制，无法满足鑫晶刚玉公司供电容量和可靠性的需求，因此建设110kV鑫晶刚玉专用变电站很有必要。

其基本参数如下：

1）110kV线路极限输送容量120MVA（导线最高允许温度80℃，环境温度40℃）。

本期工程负荷60MVA,终期负荷90MVA，该厂主要为二级负荷居多，负荷同时率取0.9。

2）110kV线路本期及远景均为双回。

10kV本期共16回出线，远景24回出线。

3）110kV母线短路电流周期起始分量I//=17.8KA,短路冲击电流ish=45.39KA。

1.2主要设计原则

1）遵循“安全可靠、技术先进、投资合理”的基本建设方针，结合本工程情况以及110kV系统的设计特点。

2）《国家电网公司输变电工程通用设计110kV变电站分册》。

3）《国家电网公司输变电工程通用设计110kV变电站分册（福建公司深化应用方案）》（2011年版）。

4）福建省电力有限公司“关于发布《福建省电力有限公司110～500kV变电站“两型一化”实施细则（2010年版）》的通知”闽电基建[2010]301号文。

遵照“国家电网公司输变电工程通用设计110kV变电站分册”和福建省电力公司实施方案中已有的110kV通用设计方案，以开展优化设计，提高110kV变电站技术水平。

5）严格执行国家土地政策，明确“土地是不可再生的资源”，尽可能地节约每一寸土地，并与周围的环境以及与城镇建设规划相协调。

6）站址应具有适宜的地质条件，对不良地质构造区域应采用较为合理的措施。

7）满足110kV进出线走廊及10kV进出线通道要求。

8）变电站按无人值班少人值守设计。

9）站址标高宜在50年一遇的洪水位之上。

10）满足环保要求、节能、劳动安全。

1.3设计任务

1）分析原始资料，全面了解该区域近期及远景的负荷情况。

主变压器容量和无功补偿的选择、绘制主接线图。

2）短路电流计算及电气主要设备选型及校验。

3）绘制电气总平图。

2主变压器选择

2.1主变压器容量和台数的选择

变电站主变压器的容量一般按变电站5~10年的规划负荷考虑，并按照其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷Smax的60%~70%，其中35~110kV变电站为60%，220~500kv变电站为70%；

若是重要负荷，其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷Smax的100%。

虽然企业负荷被评审为二级负荷，但是企业为了正常运作，尽量减小故障几率和减小企业损失，企业对电气设计的要求要达到重要负荷的要求，即其中一台主变压器停用时其余变压器能满足变电站最大负荷Smax的100%。

由于供电质量直接影响到产品的质量和生产的效益，一般情况下不允许停电，对供电的可靠性要求较高，所以本期选择2台主变压器并列运行，这样一台变压器故障或检修时另一台仍可以运行供电。

由于远景负荷增加一半，本期投入的两台变压器若其中一台因故障或者检修需要而切除时，单台主变容量不够用，所以远景需投入3台主变压器，本期投入的2台运行，远景投入1台作为备用。

根据选择条件进行计算如下：

本期变压器最小选择容量

S=60MVA×

100%=60MVA,

根据厂家制造变压器容量的规格，所以本期工程建设2台双绕组主变的容量均选63MVA（对于110KV级的变压器，其容量一般最大只做到63MVA）。

正常运行时，平均每台主变分配30MVA负荷。

远景其中一台变压器故障或检修时，其余变压器最小选择容量之和为

S=90MVA×

100%=90MVA

所以本期的两台63MVA主变容量不够用，远景需再投入一台主变，如果单从容量大小满足来选择的话，选31.5MVA的变压器，这样63MVA+31.5MVA=94.5>

90MVA就可以满足了，但考虑到不同规格的三台主变如果容量不同会导致阻抗和其它参数的不一样，当其中一台主变检修或故障时，10KV侧需短期并列运行，则造成环流影响，影响供电质量；

再者就是负荷分配的问题，有可能出现某台过剩而某台不够的问题。

而三台同规格的主变则不会造成这样的问题，所以终期一共配置3台63MVA双绕组主变。

2.2变压器绕组连接方式的选择

参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：

变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。

电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110kV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点，所以都需要选择的连接方式，而6~10kV侧采用△型的连接方式。

故该110kV变电站主变应采用的绕组连接方式为：

YN-。

2.3调压方式的确定

变压器的电压调整是用分解开关切换变压器的分接头，从而改变变压器比来实现的。

切换方式有两种：

其中一种是带负荷切换，称为有载调压，调压范围可达到+30％，另一种不带电切换，称为无励磁调压，调压范围通常在+5％以内。

对于110kV及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。

由以上知，此变电站的主变压器采用有载调压方式。

2.4变压器相数的选择

　　主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。

当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂和变电站，均应采用三相变压器。

社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电站的主变应采用三相变压器。

2.5主变压器短路阻抗的选择

一般现在厂家制造的110kV短路阻抗参数Uk%有10~20的，而常用的一般为10~17。

具体选择时，要根据国家电网对10KV侧短路电流的限定值来计算选择，要求10KV侧短路电流不超过25KA。

我们可以先按Uk%=10来计算10KV侧短路电流，若不满足再往上调，直到满足为止。

或者用另外一种方法，即直接用短路电流为25KA时来计算，计算如下：

取Sj=100MVA，

110kV侧基准电压UP1=115KV,查表（或者直接计算）得基准电流Ij1=0.502；

10KV侧基准电压UP2=10.5KV,查表（或者直接计算）得基准电流Ij2=5.5；

系统到10KV母线的总阻抗计算公式

XZ*===0.22

根据系统提供110kV母线短路电流周期起始分量I//=17.8KA,计算系统阻抗X1*

X1*===0.028

那么变压器阻抗为XT*

XT*=XZ*-X1*=0.22-0.028=0.192

由XT*=Sj/SN，得

Uk%=100XT*SN/Sj=0.19210063/100=12.09

所以Uk%至少取13，选择时稍微取大一点，会留些裕量，保证短路电流不致太大，这里取Uk%=17。

2.6变压器的冷却方式

　变压器冷却方式一般有这几种：

自然风冷、自然油循环自冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。

　　油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。

而油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。

加装风冷后可使变压器的容量增加30%～35%。

强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷两种。

它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。

油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。

这种方式若把油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%，但价格上比自冷的要高。

对于本油浸式双绕组变压器，其容量不大，考虑到经济性的因素，变压器冷却方式采用自然油循环自冷（ONAN），选用国产优质产品就可以满足要求。

综上，3台主变型号均为SZ-63000/110，高压额定电压110±

81.25%，低压额定电压10.5KV，阻抗电压Uk%=17，冷却采用自然油循环自冷（ONAN）。

310KV侧主变无功补偿的选择

3.1主变无功补偿的选择方法

主变压器所需补偿的最大无功容量计算可按如下计算公式

（3-1）

其中

那么公式（3-1）可替换为

（3-2）

其中为主变压器的短路阻抗，为最大负荷电流，为变压器的额定电流，为变压器空载电流，为变压器额定容量；

根据所选择的变压器参数和厂家提供参数知：

=17，=0.3，=63000KVA,那么本期1台主变运行，每台主变需补：

；

本期2台主变运行，每台主变需补：

远景2台主变运行（远景两台运行一台备用），每台主变需补：

所以可进行如下配置电容器组：

母线I段配（3.6+6）MVar电容器组，II段配3.6MVar电容器组，III段6MVar电容器组，IV段配置（3.6+6）MVar电容器组。

具体运行情况如下：

本期若1台主变运行则主变对应的母线段投入（3.6+6）MVar电容器组,在低负荷情况下可投切6MVar；

本期若2台主变运行则主变对应的母线段投入3.6MVar电容器组；

远景若2台主变运行则主变对应的母线段投入6MVar电容器组,在低负荷情况下可投切3.6MVar。

3.2无功补偿电容器组的型号选择

型号为:

TBB10-10-3600/334AK和TBB10-10-6000/334AK。

4变电站主接线的设计

4.1电气主接线设计原则

（1）考虑变电站在电力系统中的地位和作用

　　变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。

不论是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

（2）考虑近期和远期的发展规模

　　变电站主接线设计应根据5～10年电力系统发展规划进行。

应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式来确定主接线的形式以及所连接的电源数和出线回数。

（3）考虑负荷的重要性和分级和出线回数多少对主接线的影响

　　对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；

对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。

三级负荷一般只需一个电源供电。

（4）考虑主变台数对主接线的影响

　　变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。

通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此对主接线的可靠性、灵活性的要求也比较高。

而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。

电器主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同。

例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；

当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

4.2主接线设计的基本要求

　　主接线设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。

根据《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》中有关规定：

“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。

并综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求”。

主接线设计的基本要求如下：

4.2.1可靠性

　　对于一般技术系统来说，所谓可靠性是指一个元件、一个系统在规定的时间内及一定条件下完成预定功能的能力。

电气主接线属于可修复系统，其可靠性用可靠度表示，即主接线无故障工作时间所占的比例。

衡量可靠性的客观标准是运行实践，经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线，优先采用。

主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次设备部分在运行中可靠性的综合。

同时，可靠性不是绝对的而是相对的。

可能一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能就不是可靠的。

主接线方式可靠性的具体要求：

（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

（2）断路器或母线故障，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对一级、二级负荷的供电。

（3）尽量避免变电站全部停电的可能性。

（4）对装有大型机组的发电厂及超高压变电站，应满足可靠性的特殊要求。

对于330KV、500KV变电站主接线可靠性的特殊要求有一下两点：

a、任何断路器检修时，不影响对系统的连续供电。

b、除母线分段及母联断路器外，任一台断路器检修和另一台断路器故障或拒动相重合时，不应切除三回以上线路。

4.2.2灵活性

电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换，灵活性主要包括以下几个方面：

（1）调度灵活，操作方便。

能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，灵活地调配电源和负荷，满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求。

（2）检修安全。

应能方便地停运线路、断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求。

需要注意的是过于简单的接线，可能满足不了运行的要求，给运行带来不便，甚至增加不必要的停电次数和时间；

而过于复杂的接线，则不仅增加投资，而且会增加操作步骤，给操作带来不便，并增加误操作的机率。

（3）扩建的方便性：

对将来要扩建的发电厂和变电站，其接线必须具有扩建的方便性。

尤其是火电厂，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。

设计时不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑到从初期接线到最终接线的可能和分段施工的可行方案，使其尽可能地不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，将来能顺利完成过渡方案的实施，使改造工作量最少。

4.2.3经济性

可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性经常存在矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。

所以应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。

经济性主要从以下几个方面考虑：

（1）投资省。

主接线应简单清晰，并要适当采取限制短路电流的措施，以节省开关电器数量、选用价廉的电器或轻型电器，以便降低投资。

（2）年运行费小。

年运行费包括电能损耗费、折旧费及大修费、日常小维修费。

其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择变压器的型式、容量、台数、及避免两次变压而增加电能损耗。

（3）占地面积少。

主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积少；

同时应注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。

对大容量发电厂或变电站，在可能和允许条件下，应采取一次设计，分期投资、投建，尽快发挥经济效益。

（4）在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。

4.3110kV侧主接线方案的比较和确定

4.3.1初步方案的选择

主接线的基本形式可分为有汇流母线和无汇流母线两大类。

有汇流母线主要包括单母线接线、单母线分段接线、有专用旁路断路器的单母线分段带旁路母线接线、分段断路器兼作旁路断路器的接线、一般双母线接线、一般双母线带旁路接线、分段双母线接线、分段双母线带旁路接线、一台半断路器接线、4/3台断路器接线、变压器—母线组接线；

无汇流母线主要包括单元接线、桥形接线（又有内桥和外桥之分）、角形接线等。

确定主接线形式要根据电压等级，出线回路数，检修条件，经济性，地理条件等多方面因素去比较选择。

查看《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》和参考专业课本《发电厂电气部分》的相关要求，满足电压等级、出线回路数、检修条件这三个要求的接线形式有有专用旁路断路器的单母线分段带旁路母线接线、一般双母线接线、分段双母线接线、分段双母线带旁路接线、桥形接线。

首先，由基本要求出发，双母线接线比单母线接线要可靠，灵活，这是双母线接线比较明显的优点。

从经济性要求来讲，双母线接线复杂程度比单母线的机构结构会复杂得多，所用设备多，占地面积大，造价明显更贵得多。

由于本次的变电站负荷较少，一级负荷很少，可靠性要求不需达到双母线接线的可靠性，因此不必采用结构复杂，造价高昂的双母线接线。

剩下的两种方案是比较满足