110KV降压变电所设计.docx
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110KV降压变电所设计
前言
第一章毕业设计任务书-------------------------（4）
第二章负荷分析-------------------------------（7）
第三章变压器的选择---------------------------（9）
第四章无功补偿装置---------------------------（14）
第五章电气主接线的初步设计及方案--------------（19）
第六章各级配电装置的配置---------------------（27）
第七章短路电流的目的及结果--------------------（29）
第八章电气设备选择----------------------------（32）
第九章继电保护的规划----------------------------（44）
第十章防雷的规划----------------------------（48）
第十一章变电所的所用电------------------------（49）
参考文献----------------------------------------（50）
致谢（50）
前言
经过六周的毕业设计，在指导老师的精心指导下，经过周密的计算，借助参考阅读《电力工程电气设备手册》、《电力工程电气设计手册》、《发电厂及变电站电气设备》、《电力系统及自动装置》、《高电压技术》和《继电保护技术》等参考书籍,我们最终完成了本此的设计任务:
110KV降压变电所的一次部分设计。
110KV降压变电所的一次部分根据负荷性质的周围环境及变电站规划容量，可知该变电所为主变容量为20MW的终端变电站,根据终端变电站在电力系统中的地位和作用,负荷性质,出线回路,设备特点,周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况,在满足供电可靠,功能性有一定的灵活,还拥有一定发展裕度的前提下,本设计选择了110KV内桥接线,10KV单母分段的电气主接线.
这六周的毕业设计教我学会了对设计的要求及内容有了一定的了解和掌握,更加深了解课本中的内容,使知识和理论相结合,使基础知识与实际操作紧密相联系,对变电站的设计有了进一步深刻的学习和运用.
本次变电站设计得到了指导老师的悉心指导，帮我解决了许多设计上的难题，也指出了许多设计上的错误。
因个人水平及能力有限,设计不免有误,望指导老师给予更正指导。
第一章：
毕业设计任务书
一、设计题目
110KV降压变电站部分的设计
二、所址概况
地理位置及地理条件的简述
1、为了解决Y市经济特区供用电突出的需求矛盾，提高供电质量及可靠性，决定在该区建设一所110kV无人值班变电所，名为XD变电所。
2、环境条件
年最高温度：
40℃；年最低温度：
-10℃；年平均温度：
25℃；海拔高度：
150M；
土制：
粘土；雷暴日：
30日/年。
三、系统概况
通过110KV2回60KM线路与无穷大系统相联，系统短路容量1000MVA；
四、负荷情况：
最大负荷30MW，最小负荷15MW。
10千伏侧负荷情况表：
Tmax=5600小时COSø=0.85
用户名称
最大负荷（KW）
线路长度（KM）
回路数
毛纺厂
300
5
1
缝纫机厂
380
4
1
医院
300
3
1
造纸厂
260
6
1
自行车厂
450
2
1
学校
250
3
1
硅铁厂
800
4
1
电视机厂
300
3
1
远景发展：
10千伏侧远景拟发展6回电缆出线，最大综合负荷18MW，功率因数0.85
五、变电站位置示意图：
六.毕业设计的任务
1．熟悉题目要求，查阅相关科技文献；
2．主接线方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容；）
3．选择主变压器；
4．短路电流计算；
5．电气设备选择；
6．考虑防雷和无功补偿
7．考虑继电保护及自动装置的配置；
8．撰写设计说明书、绘制图纸。
七、毕业设计的主要内容、功能及技术指标
主要内容：
1．确定主接线：
根据设计任务书，分析原始资料与数据、列出技术上可能实现的2—3个方案，经过技术经济比较，确定最优方案；
2．选择主变压器：
选择变压器的容量、台数、型号等；
3．短路电流计算：
根据电气设备选择和继电保护整定的需要，选择短路计算点，绘制等值网络图，计算短路电流，并列表汇总；
4．电气设备的选择：
选择并效验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等、选用设备的型号、数量汇总设备一览表；
5．配电装置设计；
6．防雷保护设计。
主要设计指标
1．本设计的边点多电气部分应具有可靠性、灵活性、经济性、并能满足工程建设规模要求；
2．变电所功率因数不低与0.9。
八、毕业设计提交成果
1．设计说明书；2．图纸：
①电气主接线图一张（A3图纸）；②10KV配电断面图（A3图纸）；③变电所平面布置图（A3）
第二章负荷分析
（参考资料：
《发电厂及变电站电气设备》第一章：
绪论）
一、负荷分类及定义
1、一级负荷：
对这类负荷停止供电，会带来人身危险，设备损坏，产生大量废品，长期破坏生产次序，给国民经济带来巨大的损失或造成重大的政治影响。
2、二级负荷：
对这类负荷停止供电，会造成大量产品报废，城市公用事业和人民生受到影响。
3、三级负荷：
一般指短时停电不会造成严重后果的用户，如工厂附属车间，小城镇，小加工厂等。
二、本设计中的负荷分析
毛纺厂:
若中断对其的停电,就会引起跳线打结从而使产品不合格,但不会影响到人身伤亡,故可采用二类负荷供电的方式.
缝纫机厂：
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。
医院:
停止对该类负荷的供电,将会造成非常严重的后果,有可能会造成人身伤亡的重大事故.故采用一类负荷的供电方式,
造纸厂:
若停电会造成产品报废或破坏了生产秩序.将带来巨大的损失且难以挽回,属于一级负荷。
自行车厂:
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。
学校:
若中断供电，对学校的正常教学影响不大，所以应属于三级负荷
硅铁厂：
生产过程伴有化学反应，若停电就会造成产品报废，造成极大的经济损失，应属于一级负荷。
电视机厂:
该类符合短暂的停电不会对产品质量产生多大影响,故属于三类负荷.
三、10KV各侧负荷的大小
10KV侧：
ΣP＝300+380+300+260+450+250+800+300=3040KW
ΣQ=3040*0.62=1884.8Kvar
远景发展：
ΣP＝18000KW
ΣQ=ΣPtan@=18000*0.62=11160Kvar
所以：
ΣS＝[30402+（1884.8+11160）2]1/2＝24750KVA
考虑线损（a℅=5℅）及同时系数（KT=0.9）时容量为：
∑S2=KT∑S1（1+a℅）=0.9×24.57×（1+5℅）=23390KVA
由变电所的性质和全面地分析负荷计算过程，我们可知所设计的变电站为终端变电站.
第三章主变压器的选择
（参考资料：
《电力工程电气设计手册》电器一次部分，第五章：
主变压器选择）
一、主变台数的确定
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，变电所以装设两台主变压器为宜。
此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。
二、主变运行的确定
1、两台主变分列运行的情况：
按备用电源接线有明备用方式和暗备用方式两种。
①备用方式优点：
短路电流小,使开关刀闸选择轻便,更便宜检修,维护.②备用方式缺点：
发生故障时备用电源切入有0.5～0.2S的瞬间停电,对于某些重要用户是不充许的；容量不同,容量小的做备用电源保证重要用户的供电,只能对别的用户限制用电；特殊的负荷方式难以应对容量此时的不够,这样可能会带来严重的后果.
2、两台主变并列运行情况：
①并列运行优点：
一台主变故障,另一台仍能支持60％～70％，不会造成瞬间断电。
②并列运行缺点：
需要考虑大容量,在负荷高峰时则经济性差。
综上所述,则本设计主变运行方式选择并列运行。
三、主变容量的确定
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年负荷发展。
对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。
2、根据变电所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所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在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，其余变压器容量应能保证全部负荷的70％-80％。
此变
电所是一般性变电所。
有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：
S=ΣS2*0.8=24750*0.8=19800KVA
所以应选容量为20000KVA的主变压器。
四、主变相数选择
1、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。
2、当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，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，此变电所的主变应采用三相变压器。
五、主变绕组数量
对深入引进至负荷中心，具有直接从高压降为底压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，故主变压器宜采用双绕组变压器。
六、主变绕组连接方式
变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系
统采用的绕组连接方式只有y和△，高、低两侧绕组如何要根据具体情况来确定。
我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35KV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。
有以上知，此变电站110KV侧采用Y0接线,10KV侧采用△接线
七、主变中性点的接地方式：
选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。
它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。
主要接地方式有：
中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。
电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。
电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。
3—10KV系统电压不高，绝缘费用在总投资中所在比重不大，同时这等级配电线路中长度长，雷击跳闸事故多，因而着重考虑供电可靠性问题。
一般多采用中性点不接地系统，仅在线路长或电缆线路而且单相接地电流越限时，才采用经消弧线圈接地方式。
110KV系统由于电压升高，绝缘费用在总投资中所在比重增大供电可靠性则可通过全线架设避雷线和采用自动重合闸加以完善。
因此，我国多数110KV系统采用中性点直接接地方式。
所以在本设计中110KV采用中性点直接接地方式，10KV采用中性点不接地方式
八、主变的调压方式
《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第三节规定：
调压方式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：
不带电切换，称为无励磁调压，调压范
围通常在+5％以内，另一种是带负荷切换，称为有栽调压，调压范围可达到+30％。
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，此变电所的主变压器采用有载调压方式。
九、变压器冷却方式选择
参考《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第四节
主变一般的冷却方式有：
自然风冷却；强迫有循环风冷却；强迫油循环水冷却；强迫、导向油循环冷却。
小容量变压器一般采用自然风冷却。
大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。
电力变压器一般按容量大小分类，分为小型变压器（630KAV及以下），中型变压器（800~6300KAV），大型变压器（8000~63000KAV），特大型变压器（90000KVA及以上），
故此变电所中的主变采用强迫油循环风冷却方式。
十、变压器选择
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
空载损耗（KW）
空载电流（%）
负荷损耗（KW）
阻抗电压（%）
高压
低压
SFZL7-20000/110
20000
110±8×1.25%
10.5
30
1.2
104
10.5
SFZL7-20000/110
20000
110±8×1.25%
10.5
30
104
10.5
SFZ7-20000/110
20000
110±3×1.25%
±8×1.25%
10.5
26
1.0
97
10.5
SFZ7-20000/110
20000
110±8×1.25%
10.5
30
104
10.5
从上述表格可知，本设计变电所采用主变压器型号为：
SFZ7—20000∕110。
十一、变压器型号说明
S：
三相；F：
油浸风冷；Z：
有载调压；7：
设计序号。
对于绕组材料为铜线的不用标明。
综上所述考虑可得本设计对变压器的选择
型号
额定容量（KVA）
台数
相数
绕组
连接方式
中性点接地方式
冷却方式
调压方式
110KV
10KV
110KV
10KV
SFZ7-
20000
20000
两台
三相
双
绕组
Y0接线
△接线
中性点直接接地方式
中性点不接地
油浸风冷
有载调压
第四章无功补偿装置的选择
一、补偿装置的意义:
无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。
二、无功补偿装置类型的选择:
（参考资料：
教材----《电力系统》第五章第四节：
《电力工程电器设计手册》电器一次部分第九章）
1、无功补偿装置的类型
无功补偿装置可分为两大类：
串联补偿装置和并联补偿装置。
目前常用的补偿装置有：
静止补偿器、同步调相机、并联电容器。
2、常用的三种补偿装置的比较及选择
这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。
同步调相机：
同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。
装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出或汲取的无功功率，进行电压调节。
特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。
但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。
它的有功功率损耗较大。
小容量的调相机每千伏安容量的投入费用也较大。
故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。
在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。
静止补偿器：
静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。
电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。
静止补偿器是一种技术先进、调节性能、使用方便、经纪性能良好的动态无功功率补偿装置。
静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。
这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷，且调节不能连续的缺点。
与同步调相机比较，静止补偿器运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿以适应不平衡负荷的变化，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统得到越来越广泛的应用。
（但此设备造价太高，不在本设计中不宜采用）。
并联电容器：
并联电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。
它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。
并联电容器的装设容量可大可小。
而且既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功率，运行时功率损耗亦较小。
此外，由于它没有旋转部件，维护也较方便。
为了在运行中调节电容器的功率，也可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入和切除。
综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。
三、无功补偿装置容量的确定:
（根据现场经验）
现场经验一般按主变容量的10％--30％来确定无功补偿装置的容量。
此设计中主变容量为20000KVA
故并联电容器的容量为：
2000KVA—6000KVA为宜，在此设计中取6000KVA。
四、并联电容器装置的分组:
（参考资料：
《电力工程电气设计手册》电气一次部分第九章第四节）
1、分组原则
1）、并联电容器装置的分组主要有系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素确定。
2）、对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与设备相联接，并与该设备同时投切。
对于110KV—220KV、主变代有载调压装置的变电所，应按有载调压分组，并按电压或功率的要求实行自动投切。
3）、终端变电所的并联电容器设备，主要是为了提高电压和补偿变压器的无功损耗。
此时，各组应能随电压波动实行自动投切。
投切任一组电容器时引起的电压波动不应超过2.5％。
2、分组方式
1）、并联电容器的分组方式有等容量分组、等差容量分组、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。
2）、各种分组方式比较
a、等差容量分组方式：
由于其分组容量之间成等差级数关系，从而使并联电容器装置可按不同投切方式得到多种容量组合。
既可用比等容量分组方式少的分组数目，达到更多种容量组合的要求，从而节约了回路设备数。
但会在改变容量组合的操作过程中，会引起无功补偿功率较大的变化，并可能使分组容量较小的分组断路器频繁操作，断路器的检修间隔时间缩短，从而使电容器组退出
运行的可能性增加。
因而应用范围有限。
b、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组，当某一并联电容器组因短路故障而切除时，将造成整个并联电容器装置退出运行。
c、等容量分作方式，是应用较多的分作方式。
综上所述，在本设计中，无功补偿装置分作方式采用等容量分组方式。
五、并联电容器装置的接线:
并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（△）两种。
经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。
从《电气工程电气设计手册》中比较得，应采用双星形接线。
因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯
不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。
六、中性点接地方式：
对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。
七、并联电容器对10KV系统单相接地电流的影响:
10KV系统的中性点是不接地的，该变电站采用的并联电容器组的中性点也是不接地的，当发生单相接地故障时，构不成零序电流回路，所以不会对10KV系统造成影响。
故本设计中采用以下方案
序号
项目变电所方案
Ⅰ
Ⅱ
1
主变容量（KVA）
2ⅹ2000
2ⅹ2000
2
110KV出线
2
2
3
10KV出线
8
8
4
电容器组（KVA）
2000～6000
2000～6000
第五章电气主接线的初步设计及方案选择
参考资料：
1、《发电厂电气设备》（于长顺主编）第十章
2、《电力工程电气设计手册》（一次部分）第二章
第一节电气主接线的概况
1、发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。
它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。
它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。
所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。
2、在选择电气主接线时的设计依据
1）、发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用
2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模
3）、负荷大小和重要性
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
3、主接线设计的基本要求
1）、可靠性
2）、灵活性
3）、经济性
4、6-220KV高压配电装置的基本接线
有汇流母线的连线：
单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线或旁路隔离开关等。
无汇流母线的接线：
变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。
6-220KV高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。
第二节电气主接线的选择
一、110KV侧主接线的设计
单母线分段：
优点：
用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两回路，有两个电源供电。
当一段母线发生故障时，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使重要用户停电。
缺点：
当一段母线或母线隔离开关故障检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路室，常使架空线出现交叉跨越，扩建时需要两个方向均衡扩建。
试用范围：
6—10KV配电装置的出线回路数为6回及以上时；110—220KV配电装置的出线回路数为3—4回时。
桥形接线
两回变压器—线路单元相连，接成桥行接线，分为内桥和外桥两种接线，是长期开环运行的圆角形接线。
（1）内桥接线
优点：
高压断路器数量少，4个回路只需3台断路器。
缺点：
变压器切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回路暂时停运；桥连断路器检修时两个回路需要解列运行；出线断路器检修时，线路需要较长时期停运，为避免此缺点，加装正常开断运行的跨条，为了轮流停电检修任何一组隔离开关，在跨条上需加装两组隔离开关。
试用范围：
适用于较小容量发电厂和变电所，并且变压器不经常切换或线路较长，故障较高情况。
（2外桥接线
优点：
同内桥接线。
缺点：
线路切除和投入复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥连断路器检修时两个回路需要解列运行；变压器需较长时期停运，为避免此缺点，加装正常开断运行的跨条。
试用范围：
适用于较小容量发电厂和变电所，并且变压器的切换频繁或线路较短，障较少情况。
此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥接线。
二、10KV侧主接线设计
10KV侧出线回路数为8回，再考虑远景发展增加6回
由上述规程可知：
当10KV侧出线回路数为6回及以上时采用单母分段接线；当短路电流较大，出线需带电抗器时，可考虑双母线接线，但对于终端变电所而言，10KV侧出线采用单母分段接线足以。
三、主接线方案
方案一：
采用两台主变，正常运行时并联，110KV侧主接线采用单母分段接线；10KV侧采用单母分段接线。
（如图4—1）
方案二：
采用两台主变，正常运行时并联，110KV侧主接线采用内桥接线；10KV侧采用单母分段接线。
（如图4—2）
方案三：
采用两台主变，正常运行时并联，110KV侧主接线采用外桥接线；10KV侧采用单母分段接线。
（如图4—3）
四、方案比较及选择
由上述可知，以上三种方案，它们都能满足可靠性要求，在技术上是相当的。
但经三种方案比较得知，①110KV单母分段：
运行灵活，占地面积大，此变电站是双回路供电，若采用单母分段，则开关需求量大，经济性会差。
②110KV桥
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