工学110KV变电站设计.docx

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工学110KV变电站设计

摘要

该设计是关于厂矿供电系统及变电站的设计。

设计的思路是依据国家规范要求以及各厂二类负荷对供电可靠性的要求，制定设计方案及供电措施。

在该设计中，依据给定的设计范围和基础资料，建立起适合自身生产和发展需要的供电系统。

该企业的供电系统由一条35KV高压进线和一条10KV高压进线电源提供，为确保负荷供电的可靠性，在高压侧又设有“单母线分段制”的电源供电方式，另外在两个车间变电所的低压侧设有联络线，从而使整个供电系统更具有其可靠性和灵活性。

为适应机械类企业，用电负荷变化大、自然功率因数低的特点，该设计中采用并联电容器的方法来补偿无功功率，以减少供电系统的电能损耗和电压损失，同时提高了供电电压的质量。

设计中体现了安全、可靠、灵活、经济的原则。

确定高压变配电所的位置、形式、数量及主变台数与容量等；确定二次继电保护方案，选用先进的自动保护装置；确定变电所防雷过压保护与接地保护方案；

关键字：

供电系统安全可靠主接线

Abstract

Thedesignbasedonthescopeandbasisforthedesignofinformation,andsetupaproductionanddevelopmentsuitedtotheirownneedselectricitysystem.Theenterprisedistributionsystembya35KVhighvoltagelineandintothehighpressureintoa10KVpowerlinetoprovide,inordertoensurethereliabilityofelectricityloadinahigh-pressuresideandthe"single-busbarabovesystem"powersupply,anotherworkshopintwoadjacentlowvoltagetransformersubstationwiththelineofcontact,sothattheentirepowersupplysystemmorereliabilityandflexibility.Tomeetthemechanicaltypeenterprises,largeelectricityloadchange,naturalfeatureslowpowerfactor,thedesignofaparallelconnectioncapacitorapproachtocompensationwithoutmeritpower,theelectricitysupplysystemtoreducewearandvoltageloss,whileenhancingthequalityofpowersupplyvoltage.Designreflectsasafe,reliable,flexibleandeconomicprinciples.Determinethelocation-changedistribution,form,quantityandthechangeinthenumberandcapacityofTaiwan;Identifytworelayprogrammeschoiceadvancedautomaticprotectiondevices;IdentifysubstationsmineGuoyabaohuandgroundedprotectionprogramme;

Keywords:

powersupplysystemssecurethemainwiring

1引言

1.1绪论

微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站综合自动化技术也得到了迅速的发展。

近几年来，变电站综合自动化已经成为热门话题，引起了电力工业部门的注意和重视，并成为当前我国电力工业推行技术进步的重点之一。

之所以如此，是因为：

①随着我国电力工业和电力系统的发展，对变电站的安全、经济运行要求越来越高，实现变电站综合自动化，可以提高电网的安全、经济运行水平，减少基建投资，并为推广变电站无人值班提供了手段；

②随着电网复杂程度的增加，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况；

③为提高变电站的可控性，要求采用更多的远方集中控制、集中操作和反事故措施；

④利用现代计算机技术、通信技术等，提供先进的技术装备，可改变传统的二次设备模式，实现信息共享，简化系统，减少电缆，减少占地面积；5.对变电站进行全面的技术改造。

变电站综合自动化系统完全可以满足上述要求，因此近几年来得到了迅速的发展。

变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电报护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术、实现对全站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。

变电站综合自动化系统，既利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。

因此，变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。

变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断能力，可方便的监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。

变电站综合自动化系统具有功能综合化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。

1.2变电所站的设计原则与要求

1.2.1总的原则

①本变电站是按系统规划，为满足地方负荷的需要而建设的终端变电站。

②该变电所的电压等级为110/35/10KV，进出线回路数为：

110KV：

2回

35KV：

6回（其中2回备用）

10KV：

6回（其中2回备用）

③待设计变电站距离110KV系统变电站（可视为无限大容量系统）63.37km。

④本地区有一总装机容量12MW的35KV出线的火电厂一座，距待设计变电站12km。

如图1.1所示.

图1.1变电站距火电厂位置图

⑤气象条件：

年最低温度：

-5℃，年最高温度：

+40℃，年最高日平均温度：

+32℃，地震裂度6度以下。

⑥负荷资料

a．正常运行时由110KV系统变电所M向待设计变电站N供电。

b．35KV侧近期负荷如下表：

表1-135KV侧近期负荷

序号

用户名称

用类别

最大负荷（MW）

冶炼厂

铝厂

河西变

河东变

II或III

5.5

15.5

c．在近期工程完成后，随生产发展，预计远期新增负荷6MW。

d．10KV侧负荷

e．近期负荷如下表：

表1-210KV侧近期负荷

序号

用户名称

用类别

最大负荷（MW）

备注

机械厂

医院

铁路用电

化工厂

水泥厂

印染厂

III

1.3

0.5

0.9

2.0

1.0

1.2

有备用电源

注：

①35KV及10KV负荷功率因数均取为cosφ=0.85

②负荷同时率：

35KV：

kt=0.9

10KV：

kt=0.85

③年最大负荷利用小时均取为Tmax=3500小时/年

④网损率取为A%=8%

⑤所用电计算负荷50KW，cosφ=0.87

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家技术经济政策，遵循上级颁布的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件，自然环境特点和运行检修，施工方面的要求，合理制定布置方案和使用设备，积极慎重地选用亲布置新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新做到技术先进，经济合理运行可靠、维护方便。

火力发电厂及变电所的配置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地并结合运行检修和安装要求通过技术经济比较予以确定，在确定配电装置形式时，必需满足下列4点原则。

1节约用地

2运行安全和操作巡视方便。

3便于检修和安装。

4节约材料、降低造价。

1.2.2设计要求

①满足安全净距要求。

②施工、运行和检修要求。

③噪声的允许标准及限制措施。

④静电感应的场强水平和限制措施。

⑤电晕条件无线电干扰的特性和控制。

1.2.3高压配电装置的配置

①5KV、110KV配电装置采用屋外普通中型配电装置，其优点是：

布置比较清晰，不易误操作；运行可靠，施工和维修都比较方便；构架高度较低，所用钢材较少，造价低；经过多年实践已积累了丰富的经验。

②10KV配电装置，采用单层屋内成套配电装置。

即用制造厂成套供应的高压开关柜，高压开关柜为单列独立式布置、电气主接线为单母线分段，共有12组出线。

2负荷分析

2.1负荷分类及定义

①一级负荷：

中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。

一级负荷要求有两个独立电源供电。

②二级负荷：

中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。

二级负荷应由两回线供电。

但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。

③三级负荷：

不属于一级和二级的一般电力负荷。

三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。

2.2本设计中的负荷分析

市镇变1、2：

市镇变担负着对所辖区的电力供应，若中断供电将会带来大面积停电，所以应属于一级负荷。

煤矿变：

煤矿变负责向煤矿供电，煤矿大部分是井下作业，例如：

煤矿工人从矿井中的进出等等，若煤矿变一旦停电就可能造成人身死亡，所以应属一级负荷。

化肥厂：

化肥厂的生产过程伴随着许多化学反应过程，一旦电力供应中止了就会造成产品报废，造成极大的经济损失，所以应属于一级负荷。

砖厂：

砖厂的生产过程与电的联系不是非常紧密，若终止电力供应，只会造成局部破坏，生产流程混乱，所以应属于三级负荷。

镇区变：

镇区变担负着对所辖区域的电力供应，若中止镇区变的电力供应，将会带来大面积停电，带来极大的政治、经济损失，所以应属于一级负荷。

机械厂：

机械厂的生产过程与电联系不是非常紧密，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。

纺织厂1、2：

若中断纺织厂的电力供应，就会引起跳线，打结，从而使产品不合格，所以应属于二级负荷。

农药厂：

农药厂的生产过程伴有化学反应，若停电就会造成产品报废，应属于一级负荷。

面粉厂：

若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。

耐火材料厂：

若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。

2.3负荷计算的目的

计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。

如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处于过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。

2.4负荷分析

①35KV侧负荷

近期负荷：

P近35=5.5+15.5=21MW

远期负荷：

P近35=6MW

Q35=P·tgφ=P·tg（cos-10.85）=16.26（MVar）

视在功率：

（供电容量）

210KV侧负荷

近期负荷：

P近10=1.3+0.5+2.5+0.9+2.0+1.0+1.0+1.2+0.56

=10.9MW

远期负荷：

P远10=5MW

Q10=P·tgφ=P·tg（cos-10.85）=9.05（MVar）

视在功率：

（供电容量）

3所用电供电容量

5待设计变电所供电总容量

2.5主变压器的确定

①绕组数量的确定

确定原则：

在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电所内需设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。

在本变电所中：

Sg35/S∑=30.870/48.097=0.642>15%

Sg10/S∑=17.172/48.097=0.357>15%

因此，主变压器选为三绕组变压器。

2主变压器台数的确定

确定原则：

a.对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。

b.对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。

c.对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1—2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

表2-1变压器性能比较

比较

单台变压器

两台变压器

供电安全比

供电可靠比

供电质量

灵活方便性

扩建适用性

电力变压器的综合投资

满足要求

基本满足要求

电压损耗略大

灵活性差

稍差

跟两台变压器相比所需要的花费要少

满足要求

电压损耗略小

灵活性好

好

花费投资比较多

由110KV系统供电，考虑到重要负荷达到9.9MW。

而附近35KV火电厂装机容量只有12MW，为提高负荷供电可靠性，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。

2.6所用变压器的选择

根据所用电要求，为保证对所用电可靠供电，选用两台型号不相同的双绕组变压器对所用电负荷供电，根据所用电负荷，进行所用变压器容量和型号选择。

从上面的所用电负荷分析，可知所用电的供电容量S所=0.063MVA，所以选用S9—80/10型电力变压器，其有关技术数据如下：

表2-2S9—80/10变压器有关数据

型号

额定容量

额定电压

高压KV

额定电压

低压KV

连接

组别

损耗W

负载

损耗W

空载

空载电流

S9—80/10

10±5%

0.4

Y/yn-0

1250

250

2.4

从上面的的所用电负荷分析，可知所用电的供电容量S所=0.063MVA，所以选用S9—100/35型电力变压器，其有关技术数据如下

表2-3S9—100/35变压器有关数据

型号

额定容量

额定电压

高压KV

额定电压

低压KV

连接

组别

损耗W

负载

损耗W

空载

空载电流

S9—100/35

100

35±5%

0.4

Y，yn0

2100

350

6.5

1.9

当10KV母线侧检修时，可从35KV母侧侧供电，平时分裂运行，保证所用电。

2.7变压器容量和型号确定

主变压器容量一般按变电所建成后5～10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展，对于城市郊区变电所，主变压器应与城市规划相结合。

变电所主变压器的选择原则有以下几点：

在变电所中，一般装设两台主变压器；终端或分支变电所，如只有一个电源进线，可只装设一台主变压器；对于330、550KV变电所，经技术经济为合理时，可装设3～4台主变压器。

对于330KV及以下的变电站，在设备运输不受条件限制时，均采用三相变压器。

500KV变电所，应经技术经济论证后，确定是采用三相变压器，还是单相变压器组，以及是否设立备用的单相变压器。

装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事帮停运运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的60%以上，并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。

具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压偶虽无负荷，但需装设无功补偿设备时，主变压器一般先用三绕组变压器。

与两种110KV及以上中性点直接接地系统连接的变压器，一般优先选用自耦变压器，当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时，应根据无功功率的潮流情况，校验公共绕组容量，以免在某种运行方式下，限制自耦变压器输出功率。

500KV变电站可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。

主变压器的阻抗电压（即短路电压），应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。

对于深入负荷中心的变压所，为简化电压等级和避免重复容量，可采用双绕

组变压器。

变压器容量和型号确定：

①变电所的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的的60%，即

②应保证用户的一级和二级负荷（单台运行时）I、II类负荷的总和为：

5.5+0.5+0.9+2.0+1.0=9.9（MVA）

综合

（1）

（2）并考虑到两台容量之和必须大于S∑，再分析经济问题，查表得所选择变压器容量

查110KV三相三绕组电力变压器技术时数据表，选择变压器的型号为SFS7—31500/110，其参数如下表：

表2-4SFS7—31500/110参数

型号

额定容量

高压电压

（KV）

中压侧电压

（KV）

低压侧电压（KV）

阻抗电压（%）

空载电流（%）

高中

高低

中低

SFS7-31500/110

31500

110±2×2.5%

38.5±2×2.5%

10.5

6.5

0.8

3电气主接线设计

电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。

变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。

把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。

电气主接线是由高压电器通过连接线，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。

用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。

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、变电站主接线应合理。

3.1主接线要求

主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。

它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。

它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。

由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。

因此，主接线的设计是一个综合性的问题。

必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。

3.1.1主接线的设计依据

1．变电所在电力系统中的地位和作用。

2．变电所的分期和最终建设规模。

3．负荷的大小和重要性，一级负荷必须设两个独立电源供电；二级负荷一般也设两个独立电源供电；三级负荷一般只设一个电源供电。

4．系统备用容量大小。

5．系统专业对电气主接线提供的具体资料[1]。

3.1.2主接线的设计原则

电气主接线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。

3.1.3主接线设计的基本要求

1．运行可靠。

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。

3.1.4高压配电装置的基本接线及适用范围

1．单母接线

优点：

接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：

不够灵活可靠，任意元件故障或检修，均须使整个配电装置停电。

单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部母线仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电[2]。

图3-1单母接线图

适用范围：

一般只适用于一台发电机和一台主变压器以下三种况：

（1）6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回；

（2）35-63KV配电装置的出线回路数不超过3回；

（3）110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回。

2、单母分段接线

图3-2单母分段接线图

优点：

（1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同断引出两个回路由两个电源供电；

（2）当一段母线发生故障，分开母联断路器，自动将故障隔离，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间内停电；

（2）当出现为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；

（3）扩建时需向两个方向均衡扩建。

适用范围：

（1）6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时；

（2）35-63KV配电装置出线回路数为4-8回时；

（3）110-220KV配电装置出线回路数为4-8回时。

表3-1单母接线和单母分段接线比较

方案

项目

方案I单母分段

方案II单母接线

可靠性

用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间

断供电，可靠。

灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关

故障或检修时，必须断开它所连接的电源，与之相连的所有电力装置在整个检修期间均需停止工作。

此外，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的供电。

灵活性

当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间

断供电,不致使重要用户停电。

3．双母线接线

优点：

（1）供电可靠。

通过两组母线隔离开关得到换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修

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