110kV变电站电气部分设计毕业论文设计.docx
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110kV变电站电气部分设计毕业论文设计
110kV变电站电气部分设计
第一篇：
毕业设计说明书
第一章变电站总体分析
第一节变电站的基本知识
一.变电站的定义
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，是进行电压变换以及电能接受和分配的场所。
二.变电站的分类
1、根据变电站的性质可分为升压和降压变电站
（D升压变电站是将发电厂发出的电能进行升压处理，便于大功率和远距离输送。
（2）降压变电站是对电力系统的高电压进行降压处理，以便电气设备的使用。
2、变电所根据变电站在系统中的地位，可分为枢纽变电站、区域变电站和用户变电站
（1）枢纽变电所。
位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330〜500KV的变电所，称为枢纽变电所。
全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。
（2）中间变电所。
高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2〜3个电源，电压为220〜330KV同时又降压供当地用电，这样的变电所起中间环节的作用，所以叫中间变电所。
全所停电后，将引起区域电网解列。
（3）地区变电所。
高压侧一般为110〜220KV向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。
全所停电后，仅使该地区中供电停电。
（4）终端变电所。
在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压为110KV经降压后直接向用户供电的变电所，即为终端变电所。
全所停电后，只是用户受
到损失。
第二节所设计变电站的总体分析
变电站电气一次部分的设计主要包含：
负荷的分析计算、变压器的选型、主
接线的设计、无功补偿、短路电流的计算、电气设备的选型和校验、母线的选择和校验等有关知识。
因此，变电站的总体分析也应该从这几个方面着手。
1、由待设计变电站的建设性质和规模可知，所设计变电站主要是为了满足某铁矿生产生活的发展需要，是一个110/10kv降压变电站，也是一个地区性变电站，并且只有两个电压等级，因此，主变压器可选用双绕组型的。
2、由原始资料电力系统接线简图可知有来自同一个电力系统的双电源供电。
3、由原始资料负荷资料可知110kv侧线路共三回，两用一备，有穿越功率，穿越功率经过110kv母线配电装置传出。
10kv侧线路共15回，13用2备，负荷较大，无功补偿应选在10kv侧，一二级负荷所占比例较大，对供电可靠性要求较高。
因此110kv,10kv侧母线可考虑对供电可靠性较高的单母线分段和双母线接线两种接线形式。
4、由原始资料所设计变电站的地理位置示意图和该地地形、地质、水文、
气象等条件可知，所设计变电站应选址在负荷中心且地势较平坦的山谷中，根据
变电站的出线方向来设计配电装置的布置，还应考虑到变电站的防震防雷防雪等，根据110kv变电站的设计手册可知所选电气设备应优先考虑室外型。
。
第二章负荷分析计算及变压器选择
第一节负荷计算目的、方法
一.负荷计算的目的
负荷计算主要是确定“计算负荷”。
“计算负荷”是按发热条件选择电气设备的一个假想的持续负荷，“计算负荷”产生的热效应和实际变动负荷产生的最大热效应相等。
所以根据“计算负荷”选择导体及电器时，在实际运行中导体及电器的最高温升不会超过容许值。
计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。
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子过早老化甚至烧毁，造成重大损失。
二.负荷计算的方法
若已知一个供电围的电气设备数量和容量时，负荷计算的方法有：
需要系数法、利用系数法和二项式法；当在电气设备数量和容量都不清楚的情况下，可采用各种用电指标进行负荷计算，其方法有：
负荷密度法、单位指标法、住宅用电指标法等。
1.需要系数法计算简单，是最为常用的一种计算方法，适合用电设备数量较多，且容量相差不大的情况。
2.二项式法其考虑问题的出发点就是大容量设备的作用，因此，当用电设备
组中设备容量相差悬殊时，使用二项式法可以得到较为准确的结果。
3.利用系数法是通过平均负荷来求计算负荷，这种方法的理论依据是概率论与数理统计，因此是一种较为准确的计算方法，但其计算过程相对繁琐。
因本设计的电气设备数量和容量都是确定的，且容量相差不大，所以其负荷计算方法选择计算较简单的需要系数法。
主要计算公式如下：
nn
有功功率：
PcKpPci无功功率：
QcKqQci
负荷计算过程见负荷计算书
第二节主变台数、容量和型式的确定
一.主变压器台数的确定
在《电力工程电气设计手册》中可知：
“对大中城市郊区的一次变电站，在中、低压已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜”。
在运行或检修时，可以一台工作，一台备用或检修，并不影响供电，也可以两台并列运行。
根据设计任务书中所示本变电所为地方变电所，且出线回路数较多，为保证供电的可靠性，在考虑了所建变电站的近期和远期负荷相差较大的情况下，参照规程要求，官选用三台小容量主变压器。
二.主变压器容量的确定
主变压器容量应根据负荷情况进行选择。
在《电力工程电气设计手册》中规定对于装设两台及以上主变压器的变电所，应满足当一台主变停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的60险70%为保证可靠供电，避免一台主变故障或检修时影响对用户的供电，主变容量就为总负荷的60险70%容量计算如下：
近期S总=10.65MVA0.7S总=7.45MVAS6.58MVA;远期S总=22.96MVA,0.7S总=16.072MVA一二类负荷总和S15MVA经查设备手册，选每台主变压器容量为10MVA。
三.主变压器型式的选择
本变电站有110kV、10kV两个电压等级，根据设计规程规定，主变压器一般采用双绕组变压器，故选择三相双绕组有载调压降压变压器，具型号及参数如下表2-1
表2-1110kv级三相双绕组主变技术参数表
型号
额定容
量（KW）
连接组
额定电压（KV）
损耗（KW）
短路电
压（%）
空载电
流（衿
高压
低压
短路
空载
SFL1-10000/110
10000
Yyn0
121
10.5
72
14
10.5
1.1
第三节站用变台数、容量和型式的确定
一.站用变台数的确定
对大中型变电站为满足整流操作电源、强迫油循环变压器、无人值班等的需要，装设两台所用变压器，两台所用变分别接于10kV母线的I段和R段，互为暗备用，平时半载运行，当一台故障时，另一台能够承但变电站的全部负荷
二.站用变容量的确定
站用变压器容量选择的要求：
站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%£右的裕度，以备加接临时负荷之用。
考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。
每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。
一
般考虑站用负荷为变电站总负荷的0.1%-0.5%,这里取0.2%计算，0.2%S总=0.00222964=45.93KVAS站=45.93/（1-10%）=51KVA。
经查设备手册，选每台站用变压器容量为80KVA。
三.站用变型式的选择
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，可选用干式变压器。
站用变压器型号及参数如表2-2
表2-210kv级三相双绕组站用变技术参数表
型号
额定容
量（KW）
连接组
额定电压（KV）
损耗（W）
阻抗电
压（%）
空载电
流
高压
低压
空载
负载
S9-80/10
80
Yyn0
10.5
0.4
240
1250
4
1.8
第三章电气主接线设计
第一节电气主接线的基本知识
电气主接线是发电厂和变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。
主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依一定的次序相连接的接受和分配电能的电路。
而用规
定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，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。
主接线可分为有母线接线和无母线接线两类。
有母线接线分为单母线接线和双母线接线；无母线接线分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。
主接线的选择直接影响到电力系统运行的可靠性，灵活性，并对电器选择，
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，必须综合处理各方面的因素，经过技术、经济比较后方可确定。
第二节电气主接线的基本要求
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、变电站主接线必须满足以下基本要求。
1.运行的可靠
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。
第三节主接线设计
电气主接线的设计，应根据变电站在电力系统中得地位，负荷性质，出线回路数，设备特点，周围环境及变电站得规划容量等条件和具体情况，并满足供电可靠性，运行灵活，操作方便，节约投资和便于扩建等要求。
具体如下：
1.变电站的高压侧接线，根据技术设计规程应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式。
2.在10kV配电装置中，当线路在6回及以上时，根据规程一般采用单母线分段接线方式。
一.110KV电气主接线设计
1.方案选择
方案I:
单母线接线（见图3.1）
方案H:
单母线分段接线（见图3.2）
方案田：
双母线接线（见图3.3）
图3.3双母线接线
2.方案比较见表3-1
表3-1110kv电气主接线方案选择比较表
项\
单母线接线
（方案I）
单母线分段接线
（方案n）
双母线接线
（方案出）
优点
接线简单、清晰，操
作方便
接线简单、清晰，操作方便；可靠性、灵活性较高
供电可靠，调度灵活，扩
建方便，便于试验
缺点
可靠性、灵活性差
任一断路器检修，该回路
必须停止工作
倒闸操作复杂，易误操作
设备多、配电装置复杂
投资和占地面大，造价高
综合考虑经济性，可靠性，灵活性的基础上，110kv母线采用可靠性和灵活
性较高，经济较合理的单母线分段接线
10kV电气主接线设计
6〜10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线接线，单母线分段接线。
而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性很高的场合。
本所10KV出线共15回线路无穿越功率，综合考虑宜采用单母线分段接线。
三.站用电主接线设计
一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。
故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案，因两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的单母线分段接线。
第四章无功功率补偿
第一节无功功率补偿的必要性
在工民用电设备中，有大量设备工作需要够过向系统吸收感性的无功功率来建立交变磁场，这使系统输送的电能容量中无功率的成分增加，功率因数降低，对系统会造成如下影响：
（1）使变配电设备的容量增加；
（2）使供配电系统的损耗增加；
（3）使电压损失增加；
（4）使发电机的效率降低。
由于无功功率对供电系统有着如上诸多不利的影响，因此必须提高功率因数，降低无功功率的输送量，提高系统及用户供电质量，保证经济、合理地供电的需要。
第二节无功功率补偿的方法
要使供配电系统的功率因数提高，一般从两个方面采取措施：
一是提高用电设备的自然功率因数，自然功率因数是指不采用任何补偿装置
式的功率因数。
这种方法只能通过选择功率因数高的电气设备来做到，但不能达
到完全补偿。
二是采取人工补偿的方法使总功率因数得以提高，有两种方法，一是采用同步电动机替代异步电动机工作，由于投资和损耗较大，又不便于维护、检修，供配电系统中很少采用。
二是采用并联电容器补偿。
采用并联电容器补偿时目前供配电系统中普遍采用的一种补偿方法，也叫移
相电容器静止无功补偿。
它具有有功损耗小、运行维护方便、补偿容量增减方便、
个别电容器损坏不影响整体使用等特点，所以本设计采用并联电容器补偿
无功功率补偿计算过程见无功功率补偿计算书
第五章短路电流计算
第一节短路的危害和种类
短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。
短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。
因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。
三相交流系统的短路种类主要有三相短路，两相短路，单相短路和两相接地短路。
三相短路指供配电系统三相导体间的短路；两相短路指三相供配电系统中任意两相导体间的短路；单相短路指供配电系统中任一相经大地与中性点或与中线发生的短路。
上述短路中，三相短路属于对称短路，其他短路属于不对称短路。
在电力系统中，发生单相短路的可能性最大，发生三相短路的可能性最小，但通常三相短路的短路电流最大，危害也最严重，所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。
第二节短路电流计算目的
计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电气设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采用限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。
为达到上述目的，需计算出下列各短路参数：
Ik-----三相短路电流周期分量有效值，用来作为继电保护的整定计算和校
验断路器的额定开断电流。
应采用（电力系统在最大运行方式下）继电保护安装
处发生短路时的三相短路电流周期分量有效值来计算保护装置的整定值。
|sh
三相短路冲击电流，用来校验电气设备和母线的动稳定。
|sh
三相短路稳态有效值，用来校验电气设备和母线的热稳定。
S-----次暂态三相短路容量，用来校验断路器的遮断容量和判断母线短路
容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据
采用标幺制计算时，其计算公式为：
1SbSb
KZk..3UbK.3Ub
Ish.2KshIk
Ish1.51Ik
*
SSB1K
（5—1）
（5—2）
（5—3）
（5—4）
第三节短路电流计算点的确定
通常三相短路的短路电流最大，危害也最严重，所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。
按三相短路进行短路电流计算，可能发生最大短路电流的短路电流计算点有3个，即110KV母线短路（K1点），，10KV母线短路（K2点），0.4KV母线短路（K3）。
第四节短路计算的方法和步骤
在本设计中将系统看成无穷大容量，采用标幺值法进行短路电流计算。
其步骤如下
1、绘制计算电路图。
将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号。
2、确定短路计算点。
短路计算点的选择要使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
3、按所选择的短路计算点绘制出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。
4、将等效电路化简，求出其等效总阻抗，计算短路电流和短路容量。
第六章主要电气设备选择与校验原则
第一节电气设备选择原则
电气设备的选择是发电厂和变电站电气设计的主要容之一。
正确的选择电气
设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。
在进行电气设
备选择时必须符合国家有关经济技术政策。
技术要先进，经济要合理，安全要可
靠，运行要灵活，而且要符合现场的自然条件要求。
所选设备正常时应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。
电气设备的选择应遵循以下两个原则：
1.
按正常工作状态选择；2.按短路状态校验。
一.按正常工作状态选择电气设备：
（1）.额定电压：
电气设备的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运行电压。
一般220KV及以下的电气设备的最高允许工作电压为1.15Ue。
所以一般可以按照电气设备的额定电压ue不低于装设地点的电网的额定电压uew：
ue>uew
（2）.额定电流：
所选电气设备的额定电流In不得低于装设回路最大持续工作电流ImayIe》Imax。
计算回路的Imax应该考虑回路中各种运行方式下的在持续工作电流：
变压器回路考虑在电压降低5%时出力保持不变，所以Imax=1.05In；母联断路器回路一般可取变压器回路总的Imax；出线回路应该考虑出线最大负荷情况下的Imaxo
二.按短路状态校验：
（1）.热稳定校验：
当短路电流通过所选的电气设备时，其热效应不应该超过允许值：
Q>Cd
（2）.动稳定校验：
所选电气设备通过最大短路电流值时，不应因短路电流的电动力效应而造成变形或损坏：
ish三idw
第二节高压断路器的选择
高压断路器是主系统的重要设备之一。
它的主要功能是：
正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备和线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。
一.选择断路器时应满足以下基本要求：
1.在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。
2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。
3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。
4.应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。
二.断路器种类选择
考虑到可靠性和经济性，方便运行维护且由于SF6断路器已成为高压和超高压唯一有发展前途的断路器。
故在110KV侧和35KV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。
真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。
因而被大量使用于35KV及以下的电压等级中。
所以10KV侧采用真空断路器。
三.断路器型式选择
按额定电压、额定电流选择；按开断电流选择、短路热稳定校验、短路动稳
定校验
第三节隔离开关的选择
隔离开关也是发电厂和变电站中常用的开关电器，它需与断路器配套使用。
因其无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流及短路电流。
隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下，分、合电路。
其主要功用为：
1.隔离电压：
在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设与电源电压隔离，以确保检修的安全。
2.倒闸操作：
投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合短路器，协同操作来完成
3.分、合小电流：
因隔离开关具有一定的分、合小电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：
分、合避雷器、电压互感器和空载母线；分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；关合电容电流不超过5A的空载线路。
隔离开关与短路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动稳定、热稳定校验的项目相同。
但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流的校验。
第四节互感器的选择
互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。
互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、100/43）和小电流（5、1A）,其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。
为了确保工作人员在接触测量仪表和继电器时的安全，互感器的每一个二次绕组必须有一可靠的接地，以防绕组问绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。
互感器包括电流互感器和电压互感器两大类，主要是电磁式的。
一.电流互感器的选择
1.根据电流互感器装置处电压等级确定额定电压
2.根据Ie=IgmaZ11。
%1定CT一次额定电压
3.根据互感器CT用途，确定其级次组别及接线方式
4.110kV线路侧设置差动、过电流、测量三组CT,接成三相星形
10kV主变出口设置差动、计量、测量及电流保护三组CT,接成三相星形
10kV负荷出线处设置计量、测量及电流保护二组CT,接成二相星形
5、选定型号，根据短路情况校验热稳定及动稳定
二.电压互感器的选择
1.按技术条件选择
正常工作条件：
一次回路电压，一次回路电流，二次负荷，准确度等级，机械负荷；承受过电压能力：
绝缘水平，泄露比距。
2.环境条件
环境温度，最大风速，相对湿度，海拔高度，地震烈度。
3.型式选择
1）.6〜20kV配电装置一般采用油浸绝缘结构，在高压开关柜中或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构。
当需要零序电压是，一般采用三相三柱式电压互感器。
2）.35〜110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。
4.电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，电压互感器本身不遭受短路电流作用，因此不校验热稳定和动稳定。
第五节母线的选择
一.母线的选择原则
（1）选择母线的材料，结构和排列方式。
110kV母线一般采用软导体型式;35KV及以下母线应选硬导体为宜。
（2）选择母线截面的大小。
可按经济电流密度选择或按导体长期发热允许电流选择。
①按经济电流密度选择：
I2.
S——（mm）（6—1）
jec
式中Ic——正常工作时的最大持续工作电流，A。
②按导体长期发热允许电流选择
导体所在电路中最大持续工作电流应不大于导体长期发热的允许电流，即
Igma&KIP（6—2）
式中：
।gmax——相应于导体允许温度和基准环境条件下导体所在回路中最
大长期持续工作电流，A;
Ip――在额定环境温度025OC时导体允许电流，A
Kq-―综合修正系数，裸导体的值与海拔和环境温度有关。
二.检验母线短路时的热稳定和动稳定
对35kV以上母线，应检验它在当地睛大气象条件下是否发生电晕；对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率1、电晕电压校验
对于110〜220kV裸母线，可按晴天不发生全面电晕条件进行校验，即裸母线的临界电压应大于最高工作电压
UljUgmax（6—3）
Uij=84kmr式1+
0.301X1
）lg7
（6—4）
式中：
k——三相导线等边三角布置时为1,水平布置时为0.96;
mr——导线表面粗糙系数，取0.95;
——空气相又t密度，取0.892;
相间距离，cm；
r导体半径为，cm；
Ugmax——安装处的电网工作电压
2、热稳定校验
按正常电流选出导体截面后，还应按热稳定进行核验。
与导体最高允许加热温度所对应的截面为最小允许截面。
式中：
C——热稳定系数
升级会员 