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毕业设计论文
洹安110kV变电所电气一次部分初步设计
摘要
此次110kV变电站电气一次部分初步设计包括：
主变压器2台，容量为2x50000kVA,型号为SFSZ9－50000/110。
110kV采用单母分段带旁路接线方式；其出线为4回，本期为2回。
其母线采用管形母线，断路器采用LW6－110型SF6高压断路器，隔离开关采用GW4－110型户外高压隔离开关，电流互感器采用LB3－110型油浸式带保护用电流互感器，电压互感器采用JCC6－110型电压互感器。
35kV采用单母分段带旁路接线方式；其出线为8回，本期为6回。
其母线采用单条矩形母线，断路器采用LW6－35型SF6高压断路器，隔离开关采用GW4－35型户外高压隔离开关，电流互感器采用LB3－35型油浸式带保护用电流互感器，电压互感器采用JDX6－35型油浸式电压互感器。
10kV采用单母分段接线方式；其出线本期为14回，另有2回备用。
其母线采用管形母线，断路器采用ZN-10型真空断路器，隔离开关采用GN10型户内高压隔离开关，电流互感器采用LAJ-10型套管式户内用电流互感器，电压互感器采用JSJW－10型油浸式电压互感器。
关键词：
变电所变压器接线
洹安110kV变电所电气一次部分初步设计
第一部分设计说明书
第一章电气主接线设计
第一节电气主接线的设计原则和要求
变电所电气主接线系指变电所的变压器，输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。
变电所的主接线是电力系统接线组成的一个重要组成部分。
主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。
一、主接线的设计原则
（一）考虑变电所在电力系统中的地位和作用
变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。
变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们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。
（二）考虑近期和远期的发展规模
变电所主接线设计应根据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电源数和出线回数。
（三）考虑负荷的重要性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。
（四）考虑主变台数对主接线的影响
变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。
通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。
而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。
（五）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。
电气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。
二、主接线设计的基本要求
根据我国能源部关于《220~500kV变电所设计技术规程》SDJ2—88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。
并应综合考虑供电可靠、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。
”
（一）可靠性
所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。
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，经过优先，现今采用主接线的类型并不多。
主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二部分在运行中可靠性的综合。
因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。
同时，可靠性不是绝对的而是相对的。
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是不可靠的。
评价主接线可靠性的标志是。
1．断路器检修时是否影响供电；
2．线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对理要用户的供电；
3．变电所全部停电的可能性；
4．有些国家以每年用户不停电时间的百分比业表示供电可靠性，先进的指标都在99.9%以上。
（二）灵活性
主接线的灵活性有以下几方面要求：
1．调度要求。
可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。
2．检修要求。
可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。
3．扩建要求。
可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。
（三）经济性
经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。
第二节110kV电气主接线
变电所主接线设计，应根据变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。
根据一些设计规程的相关要求35~110kV线路超过两回时，宜采用双母线接线、单母线或分段单母线的接线。
在采用单母线、分段单母线或双母线的35~110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。
当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。
当110kV线路6回及以上，35~63kV线路8回及以上时，可装设专用的旁路断路器。
因本所110kV出线4回，故110kV电气主接线采用单母线分段带旁路接线或双母线接线。
下面就以这两个方案来进行比较分析，从而确定其主接线形式。
一、单母线分段带旁路接线
接线简图如图1所示
（一）通过倒闸操作，可检修与旁母相连的任一回路的出线断路器而不停电。
检修任一进线断路器，因固定式断路器检修时间较长，不重要负荷停电时间较长。
（二）任一出线断路器故障时，通过倒闸操作，可在较短时间内恢复对该线路供电。
进线断路器故障时，不重要负荷停电时间较长。
一段母线故障时，非故障段母线可照常供电。
（三）检修母线，非检修段可照常供电，并可对双回路线路通过其一回给Ι、Π类负荷供电，还可通过倒闸操作经旁母对检修段出线负荷最重要的一个用户继续供电。
（四）几乎无线路全部停运可能，若万一出现，因固定式断路器检修时间长，全部停运时间长。
L2
L3
L4
L1
W3
QS4
QS3
x
x
x
x
x
QF1
QS2
QS1
B段
A段
x
x
QS5
图1单母线分段带旁路接线
L4
L3
L2
L1
x
x
x
x
W2
W1
QF
x
x
x
图2双母线接线
（五）正常运行时，QF1作为分段断路器工作，一段母线故障，QF1跳开，不影响正常段母线供电。
检修出线断路器，可通过倒闸操作而不切除线路。
运行方式改变时，倒闸操作繁琐，不够灵活。
（六）设备少，投资少，土建工作量和费用较少，可向两个方向均衡扩建。
二、双母线接线
接线简图如图2所示
（一）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时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其它电路均可通过另一组母线继续运行，但其操作必须正确。
（二）各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
通过倒换操作可以组成各种运行方式。
如：
当母联断路器闭合，进出线分别接在两组母线上，即相当于单母线分段运行。
（三）向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。
从技术性角度而言，两种方案均能满足110kV级供电可靠性和灵活性的要求，且均具有扩建方便的优点，但双母线接线使用设备多（特别是隔离开关），配电装置复杂，投资较多，经济性较差。
经比较后，在本次设计中110kV母线选择单母线分段带旁路接线形式。
第三节35kV电气主接线
本所35kV出线共8回。
根据规程要求和本所实际情况，35kV电气主接线宜采用单母线分段带旁路接线或双母线接线。
下面就以这两个方案来进行比较分析，从而确定其主接线形式。
一、单母线分段带旁路接线
接线简图如图1所示
（一）通过倒闸操作，可检修与旁母相连的任一回路的出线断路器而不停电。
检修任一进线断路器，因固定式断路器检修时间较长，不重要负荷停电时间较长。
（二）任一出线断路器故障时，通过倒闸操作，可在较短时间内恢复对该线路供电。
进线断路器故障时，不重要负荷停电时间较长。
一段母线故障时，非故障段母线可照常供电。
（三）检修母线，非检修段可照常供电，并可对双回路线路通过其一回给Ι、Π类负荷供电，还可通过倒闸操作经旁母对检修段出线负荷最重要的一个用户继续供电。
（四）几乎无线路全部停运可能，若万一出现，因固定式断路器检修时间长，全部停运时间长。
（五）正常运行时，QF1作为分段断路器工作，一段母线故障，QF1跳开，不影响正常段母线供电。
检修出线断路器，可通过倒闸操作而不切除线路。
运行方式改变时，倒闸操作繁琐，不够灵活。
（六）设备少，投资少，土建工作量和费用较少，可向两个方向均衡扩建。
二、双母线接线
接线简图如图2所示
（一）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时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其它电路均可通过另一组母线继续运行，但其操作必须正确。
（二）各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
通过倒换操作可以组成各种运行方式。
如：
当母联断路器闭合，进出线分别接在两组母线上，即相当于单母线分段运行。
（三）向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。
从技术性角度而言，两种方案均能满足35kV级供电可靠性和灵活性的要求，且均具有扩建方便的优点，但双母线接线使用设备多（特别是隔离开关），配电装置复杂，投资较多，经济性较差，
经比较后，在本次设计中35kV母线选择单母线分段带旁路接线形式。
第四节10kV电气主接线
本所10kV出线本期共12回，另备用2回。
根据规程要求和本所实际情况，35kV电气主接线宜采用采用单母线分段接线或双母线接线。
下面就以这两个方案来进行比较分析，从而确定其主接线形式。
一、单母线分段接线
接线简图如图3所示
（一）当一段母线发生故障，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。
L4
L3
L2
L1
x
x
x
x
QF1
x
（）
QS1
x
x
图3单母线分段接线
（二）两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。
（三）在可靠性要求不高时，亦可用隔离分段开关（QS1），任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判断故障后，拉开分段隔离开关QS1，完好段即可恢复供电。
二、双母线接线
（一）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时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其它电路均可通过另一组母线继续运行，但其操作必须正确。
（二）各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
通过倒换操作可以组成各种运行方式。
如：
当母联断路器闭合，进出线分别接在两组母线上，即相当于单母线分段运行。
（三）向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。
从技术性角度而言，两种方案均能满足10kV级供电可靠性和灵活性的要求，且均具有扩建方便的优点，但双母线接线使用设备多（特别是隔离开关），配电装置复杂，投资较多，经济性较差。
经比较后，在本次设计中35kV母线选择单母线分段接线形式。
第五节所用电主接线
所用电容量不大，只需0.4KV一级，采取动力和照明混合供电方式。
根据本所实际，所用电接线宜采用单母线分段接线或单母线接线。
下面就以这两个方案来进行比较分析，从而确定其主接线形式。
一、单母线分段接线
接线简图如图3所示
（一）当一段母线发生故障，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。
（二）两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。
（三）在可靠性要求不高时，亦可用隔离分段开关（QS1），任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判断故障后，拉开分段隔离开关QS1，完好段即可恢复供电。
二、单母线接线
单母线接线具有简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便，且有利于扩建等优点。
但可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所接的电源；与之相接的所有电力装置，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，必须停止该回路的工作。
考虑所用电可靠性的要求，经过比较，选择单母线分段接线形式。
第二章负荷计算及变压器选择
第一节负荷计算
对三电压级变电所：
SJS=Kt（
）（1+α%）式2-1
式中：
SJS—最大计算负荷（MVA）
Pimax、Cosφi—每个用户的最大负荷（MW）、功率因数
Kt—同时系数α%—线损率（取为5%）
全所最大计算负荷：
SJS∑=Kt，∑SJS（35、10kV）式2-2
一、10kV级
10kV线路负荷资料如下表所示
10kV线路负荷资料
名称
最大负荷（MW）
cosφ
回路数
a厂
4
0.85
1
b厂
3
0.85
1
c厂
3.5
0.85
1
d厂
3.2
0.85
1
e厂
3.4
0.85
1
f厂
5.6
0.85
2
g厂
2.8
0.85
1
a变电所
3
0.9
1
b变电所
3
0.9
1
c变电所
3
0.9
1
d变电所
3
0.9
1
上表中各负荷间的同时系数为0.85。
由式2-1，
SJS=Kt（
）（1+α%）=0.85x（4/0.85+3/0.85+3.5/0.85+3.2/0.85+3.4
/0.85+5.6x2/0.85+2.8/0.85+4x3/0.9）（1+5%）
=44.552（MW）
二、35kV级
35kV线路负荷资料如下图所示
35kV线路负荷资料
名称
最大负荷（MW）
cosφ
回路数
1、2组
3、4组
A厂
6
7
0．9
2
B厂
6
5
0．9
2
A变电所
5
6
0．9
1
B变电所
3
3
0．9
1
C变电所
2.6
3
0．85
1
D变电所
3.2
3.4
0．85
1
上表中各负荷间的同时系数为0．9。
选择3组进行计算，由式2-1，求出
SJS=Kt（
）（1+α%）=0.9x（7x2/0.9+5x2/0.9+6/0.9+3/0.9+3/0.85
+3.4/0.85）（1+5%）
=38.588（MW）
三、110kV级
由式2-2，35kV各负荷与10kV各负荷间的同时系数为0.9
SJS∑=Kt，∑SJS（35、10kV）=0.9x（44.552+38.588）=74.826（MW）
四、所用电
所用电负荷计算采用换算系数法
Sjs=（K1∑P1+∑P2）式2-3
式中：
∑P1—所用动力负荷之和
∑P2—所用照明负荷之和
K1—所用动力负荷换算系数，一般取K1=0.85
所用负荷统计表如下：
类别
名称
容量（kW）
备注
动力
主变风扇
2×10
连续、经常
照明
主充硅
20
连续、不经常
照明
浮充硅
14
连续、经常
动力
蓄电池通风
1.4
连续、不经常
动力
蓄电池排风
1.7
连续、不经常
动力
锅炉房水泵
1.7
连续、经常
照明
载波室
1.7
连续、经常
照明
110kV配电装置电源
10
短时、不经常
照明
110kVQF冬天加热
1
连续
照明
室外配电装置照明
10
连续
照明
室内照明
10
连续
由式2-3求出，
Sjs=（K1∑P1+∑P2）=[0.85x（20+1.4+1.7+1.7）+20+14+1.7+10+1+10+10]
=87.78（KW）
各侧计算负荷汇总如下表：
K
Sjs（MW）
10kV
0.85
44.552
35kV
0.9
38.588
110kV
0.9
74.826
所用电
0.85
0.08778
第二节主变台数、容量和型式的确定
主变压器台数的确定要求：
（1）对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，变电所以装设两台主变压器为宜。
（2）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主变电所的可能性。
考虑到该变电所为一重要中间变电所，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路代主变的方式，故选用二台主变压器。
主变压器容量的确定要求：
（1）主变压器容量一般按变电所建成后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）根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器容量。
对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，有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；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60~70%。
单台变压器容量
Se≥74.826*60%=44.900（MVA）。
故选择变压器容量Se=50MVA。
主变压器形式的选择要求：
同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。
考虑该所有110kV、35kV、10kV共三个电压等级，选用三绕组变压器。
综合以上，主变选取型号SFSZ9-50000的三绕组有载调压变压器2台。
主要技术参数如下表：
额定
容量（kVA）
电压组合
联结组
标号
损耗（KW）
阻抗电压（%）
高
中
低
空载
负载
50000
110±8*1.25%
38.5±2*2.5%
11
Ynynod11
32.7
240
10.5（高中）
18（高低）
6.5（中低）
第三节所用变台数、容量和型式的确定
对大中型变电所，通常装设两台所用变压器。
因所用负荷较重要，考虑到该变电所具有两台主变压器和两段10kV母线。
为提高所用电的可靠性和灵活性，所以，选择装设两台所用变压器，并采用暗备用方式。
所用变压器容量的选择原则要求：
1．所用变压器的容量应能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。
即2*Se≥87.78*1.1。
则：
Se≥48.28kVA
2．考虑两台所用变压器为采用暗备用方式，正常情况为单台变压器运行，每台工作变压器在不满载状态运行，当任一台工作变压器因故障被断开后，其所用电负荷则由完好的所用变压器承担。
即Se＞87.78kVA
综合以上两点，取Se=100kVA
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，选用干式变压器。
故所用变选取型号SC8-100/10的干式变压器2台。
主要技术参数如下表：
额定容量（kVA）
空载损耗（W）
负载损耗（W）
阻抗电压（%）
100
500
1850
4
第三章最大持续工作电流及短路计算
第一节各回路最大持续工作电流
根据公式Igmax=，可以计算出各回路最大持续工作电流。
其中：
Ｓmax为所统计各电压侧负荷容量，Ue为各电压级额定电压。
计算结果见下表：
Ue（kV）
Smax（MW）
Imax（A）
10
44.552
2572
35
38.588
637
110
74.826
393
0.4
0.08778
127
第二节短路电流计算点的确定和短路电流计算结果
一、基本原则和规定
短路计算的目的：
为了选择导体和电器，并进行有关的校验。
基本假定：
短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：
（1）正常工作时，三相系统对称运行。
（2）所有电源的电动势相位角相同。
（3）系统中的同步和异步电机为理想电机，不考虑电机饱和、磁滞、锅流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间相差1200电气角。
（4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小变化。
（5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧。
（6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。
（7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
（8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。
（9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。
（10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。
（11）输电线路的电容略去不计。
（12）用概率统计法制定短路电流运算曲线。
一般规定：
（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成的5~10年）。
确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响。
（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
对电抗器的6~10kV出线与厂用分支线回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。
（4）导体和电器的动稳定、热稳定和电器的开断电流，一般按三相短路验算。
若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。
设计中只按三相短路进行短路电流计算，并选择在110kV、35kV、10kV和0.4kV母线上，4个可能发生最大短路电流的短路电流计算点分别为K1、K2、K3和K4。
二、计算的基本步骤
（一）选择短路点
（二）画出计算用等值网络
利用标幺值计算
1．基准值选取：
Sb=100MVAUb=Uav
2．各种标幺值的计算
3．各元件的电抗编号
（三）网络化简，求转移电抗X*∑（Sb）
（四）求相应的计算电抗Xjs
Xjs=
X*∑
（五）当Xjs>3.45时有I,,=
或查汽轮机运算曲线：
求I,,、Ish
（六）求短路电流有名值
I,,=I,,
（七）求冲击电流Ish=1.8
I,,=2.55I,,
短路计算过程见计算书，计算结果如下表：
电压等级（kV）
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