二次降压变电所电气部分设计方案.docx
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二次降压变电所电气部分设计方案
二次降压变电所电气部分设计方案
第一部分说明书
第1章任务书
1.1设计题目：
二次变电所电气工程（部分）设计
1.2设计原始资料：
（1）待设计变电所为造纸厂专变电所，电压等级为60/10kv,60kv侧有两回进
线，两回转供线，10kv侧有配出线段14回。
（2）所处地区地势平坦，海拔高度为100m,交通方便，周围空气无污染，最
高气温
40C，最低气温-25C,年平均气温10C。
（3）系统网络如图所示：
3*100MWcos巾=0.85xd=0.1833*120MVA
Ud%=9
40km
2*50MWcos巾=0.80xd=0.1412*63MVAUd%=10.5
60kv
45km
50km
15km
33km
40km
20km
待设计变电
10kv侧负荷表
序号
负荷名称
远期最大负荷（kw）
功率因数
Tmax
重要负荷
所占比例
回路数
出线方式
1
污水处理站
4100
0.91
6500
70
2
架空线
2
市政所
:
3800
0.91
:
6000
70
2
架空线
3
电瓷厂
3000
0.90
5000
10
2
架空线
4
砂轮厂
2600
0.90
4500
15
2
架空线
5
汽车厂
1400
0.88
r7000
50
2
架空线
6
挖掘机厂
1300
0.89
3000
50
1
架空线
7
供电所1
5000
0.89
7000
50
1
架空线
8
供电所2
r5000
0.88
r7000
50
1
:
架空线:
9
学校
1100
0.85
1500
20
1
架空线
1.3其他条件：
⑴线损率取5%。
（2）负荷的同时系数取0.9。
（3）有负荷率取0.75;无功负荷率取0.8。
（4）要求变电所的平均功率因数补偿到0.9以上
1.4设计工作任务：
（1）分析设计任务书中给定的基本条件。
（2）选择本变电所的主变压器（确定变压器的型式、台数、容量、变压比）
（3）选择本变电所的电气主接线。
（4）短路电流计算。
（5）选择电气设备（母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器）。
（6）配电装置设计。
（7）继电保护及自动装置规划设计。
（8）过电压保护设计。
1.5设计成品：
（1）设计说明书一份。
（2）设计计算书一份。
（3）变电所电气主接线图一。
（4）屋外配电装置平面一。
（5）屋外配电装置断面图一（画两个断面）
⑹屋外防雷保护图一。
第2章主变压器的台数和容量的确定
2.1主变台数、容量的确定
（1）变电所中一般装设两台主变压器。
如只有一个电源或变电所，可由中、低压侧电力网取得备用电源，可装设一台主变压器。
本次设计的东城变电所是60/10KV降压变电所。
（2）变电所中，主变压器一般采用三相式变压器，其容量应根据电力系统5-10
年的发展规划进行选择。
装有两台及以上主变压器的变电所中，当一台断开时，其余主变压器的容量至少能保证所供的全部一级负荷或为变电所全部负荷的
60-75%东城变电所主要是为工厂供电，重要负荷占总负荷的60%考虑线损5%
（3）变电所中的主变压器在系统调压有要求时，一般采用有载调压变压器，对于新建的变电所，从网络经济运行的观点考虑，应注意选用无载调压变压器。
（4）变压器绕组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”型和“△”型，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。
（5）根据计算，确定变压器型号为SF匕-16000/63
主要参数如下：
低压：
10.5KV
空载电流：
10%=0.9%
阻抗电压：
U%=9%
高压：
63±2X2.5%空载损耗：
Po=32.5（KW，负载损耗：
Pk=117（KV）
连接组标号：
丫/△—11
本次设计的平远变电站采用2台主变并列运行的方式。
2.2功率因数的补偿及电容器的选择
2.2.1提高功率因数的意义
在工业企业的电力用户，绝大部分用电设备都具有电感性，需要从电力系统吸取无功功率，架空线路的功率因数均小于1,特别是在空载情况下，功率因数会更低。
用电设备功率因数降低之后，由于有功功率需要量保持不变，于是无功功率需要量增加，这将给电力系统带来许多不良的后果。
（1）增加电力网中输电线路上的有功功率损耗和电能损耗
（2）使电力系统的电气设备容量不能得到充分利用
（3）功率因数过低，还将使线路的电压损失增大，结果负荷端的电压就要下
甚至会低于允许偏移值，从而严重影响异步电动机及其他用电设备的正常运行.
所以必须在低压侧装设并联补偿电容器用以补偿无功，提高功率因数。
2.2.2电容器组总容量应按下列要求确定
（1）并联补偿电容器组的总容量应满足所需的无功功率补偿值，其中串联组数应根据电力网和电容器的额定电压确定。
（2）串联补偿电容器组的容量应满足补偿度的要求，其中并联台数应按线路正常最大负荷电流选择。
2.2.3.并联电容器组的基本接线类型并联电容器组的基本接线分为星形和三角形两种，当单台并联电容器的额定
电压不能满足电网正常工作电压要求时，需由两台或多台并联电容器串接后达到电网政党工作电压的要求。
为达到要求的补偿容量，又需用若干台并联才能组成并联电容器。
2.2.4.并联电容器组每相部的接线方式
（1）先并后串接线方式，该接线方式的优点在于当一台故障电容器由于熔断器熔断后退出运行，对该相的容量变化和与故障电容器串整个退出运对行，对该相的容量变化和与故障电容器并联的电容器承受的工作电压影响较小，同时熔断器的选择只需考虑与单台电容器相配合，故工程中普遍采用。
（2）先串后并接线方式，该接线方式的缺点为，当一台故障电容器由于熔断器熔断退出运行后，对该相的容量变化和剩余串电容器的断口绝缘水平应等于电网的绝缘水平，致使熔断器选择不易，故工程中不采用该接线方式。
2.2.5.电容器台数的确定
由于电容器的额定电压与工作电压不同，实际补偿的单台电容器容量：
Q'e=Qe（U/Ue）2
Q'e:
：
单台电容器实际补偿容量
Qe电容器额定容量
U:
电容器实际工作电压
Ue：
电容器额定电压
计算总台数：
N=Qe/Q'
因为是三相，所以选择电容器台数为3台的整数倍，平远变电所选取72台。
第三章、电气主接线的选择
3.1设计原则
（1）变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节省投资等要求。
（2）当能满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的接线，如桥形接线等。
⑶60KV和10KV配电装置中，一般采用单母线分段或单母线接线。
（4）当地区电力网或用户不允许停电检修线路断路器时，采用单母线或分段单母线的10千伏配电装置中，可设置旁路母线。
3.2设计的基本要求
（1）可靠性
1应重视国外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。
2主接线的可靠性包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。
3主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。
4要考虑所设计的变电所在电力系统中的地位和作用。
（2）灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：
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，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。
（3）经济性
1投资省
a、主接线应力求简单，节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。
b、要能使断电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。
c、要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。
d、如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。
2占地面积小
主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。
3电能损失小
经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。
3.3—次接线两种方案的比较
接线方式
优点
缺点
单母线分段
接线简单、清晰、操作方便、米用设备少，便于扩建和采用成套配电装置
1、接线不够灵活，当母线与母线刀闸故障或检修时，将造成整个配电装置停电
2、当进出线断路器检修时，中断该回路工作。
单母线分
段带旁路
1、用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同的母线引出两个回路，有两个电源，具有供电可靠性。
2、操作灵活，检修出线断路器时，对用户不停电。
1、配电装置复杂，接线复杂，运行操作复杂。
2、分段断路器用作旁路时，两段母线并列运行。
但当一段母线故障时，整套配电装置停止工作，在拉开分段刀闸时才能恢复工作。
3、断路器与刀闸间的闭锁关系复杂。
3.4二次接线两种方案的比较
由于对用户负荷的调查中，由于重要负荷所占比例较多，已按用户要求双回线供电，以保证其可靠性，10千伏系统接线仍拟定单母线分段的接线方式。
对单母线分段与单母线分段带旁路的接线方式进行经济比较
接线方式
断路器
刀闸
CT
PT
避雷器
单母线分段
少
少
少
相同
相同
单母线分段带旁路
多
多
多
相同
相同
3.5结论
根据上述分析比较，本次设计变电所的一次侧和二次侧的主接线均采用单母线分段接线，二次侧采用单母线分段接线虽然比采用单断路器的双母线接线供电可靠性低，但本次设计二次侧可以用备用手车式断路器代用，使线路停电的时间非常短。
另外，龙湾变电所的所有重要负荷均采用双回路供电。
可见，经过以下措施，完全可以弥补单母线分段接线供电可靠性不高的缺陷，所以本次设计变电所的一次侧和二次侧的主接线均采用单母线分段接线。
第四章、短路电流的计算
4.1短路电流计算的目的
（1）电气主接线的选择
（2）选择导体和电气设备，保证设备在正常运行情况下，都能正常工作，保证安全可靠，而且在发生短路时保证不损坏。
（3）选择断电保护装置。
4.2短路的基本类型三相系统中短路的基本类型有：
三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，其中三相短路是对称短路。
为了检验和选择电气设备和载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用下述短路电流值。
Icj短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。
I〞超瞬变或次暂态短路电流的有效值，即第一周期短路电流周期分量有效值。
I8稳态短路电流有效值。
4.3短路电流计算的基本假定
（1）正常运行时，三相系统对称运行。
（2）所有电源的电动势相位角相同。
（3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁蕊的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。
（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
（5）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。
（6）元件的计算参数取其额定值，不考虑参数的误差和调整围。
（7）输电线路和电容略去不计。
4.4一般规定
（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，应按本设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，确定适中电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式。
而不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和电容补偿装置放电电流的影响。
（3）选择导体的电器时，对不带电抗器的回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
（4）导体和电器的动稳定，热稳定，以及电器开断电流，一般按三相短路计
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。
4.5计算步骤
（1）画等值电抗图
1首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻
2选取基准容量和基准电压。
3计算各元件的电抗标么值。
（2）选择计算短路点。
（3）求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。
（4）各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。
（5）列出短路电流计算数据表
4.6计算方法
标么值法：
取基准容量S=100MVA基准电压UB=Uv计算用公式:
线路电抗:
Xl*=Xl
U
2
av
变压器电抗:
X=Uk%
x*=—
100
SB
se
短路电流周期分量有效值:
i
K*=
短路电流冲击值：
icj=2.55lK
标么值转为有名值:
B
第五章、主要电气设备的选择
5.1一般原则
（1）应满足正常工作状态下的电压和电流的要求。
（2）应满足安装地点和使用环境条件要求。
（3）应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求。
（4）应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质。
（5）对电流互感器的选择应计其负载和准确度级别
5.2母线的选择
（1）母线的选择
1电流分布良好。
2散热良好。
3有利于提高电晕超始电压。
4安装检修方便，连接简单。
（2）导体截面选择和检验
1按经济电流密度选择
对于全年平均负荷较大，母线较长，传输容量也较大的回路，均应按经济电流密度选择。
S+
S为经济截面Ig为工作电流AJ为经济电流密度
查1995年电力部颁发的经济电流密度表
2按短路动稳定检验
般要求:
XJ
XJ为母线最大相间计算应力
Y为母线材料的允许应力
3按短路热稳定检验
SIC；tdzk「
f为集肤效应系数
S为所选导体截面mmC为热稳定系数K
所以本次设计的龙湾变电所选择的主母线为LGJ-50型＜
5.3高压断路器的选择
（1）选择条件
（2）设备种类、型式和结构
（3）断路器额定电压Ue大于电网电压UewUe>Uew
（4）高压断路器的额定电流Ie应大于或等于它的最大持续工作电流Igmax，Ie>Igmax
（5）动稳定校验：
断路器的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流icj即idw>icj
（6）热稳定校验：
高压断路器的短时允许发热量应不小于短路期短路电流发出的热量
（7）开断电流能力：
（8）关合能力：
所以本次设计的龙湾变电所60千伏侧选择断路器型号为LW11-63型。
主变10千伏侧选择断路器型号为LN2—10型SF6断路器。
5.4隔离开关的选择隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同，因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间，故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。
（1）额定电压
（2）额定电流
（3）型式和结构
（4）动稳定校验：
（5）热稳定校验：
所以本次设计的龙湾变电所60千伏侧选择隔离开关型号为GW—60G型。
主变10千伏侧选择隔离开关型号为GN1—10T型。
5.5电流互感器的选择
（1）种类的选择，对于6-20千伏屋配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构，对于35千伏及以下配电装置，宜采用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器。
有条件时，尽量采用套管式电流互感器。
（2）按一次额定电压和额定电流选择
Ue>UewIel>Igmax
（3）按准确度级和副边负荷选择为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级，为保证互感器在一定的准确级工作，电流互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。
（4）热稳定校验
（5）动稳定校验
所以本次设计龙湾变电所60千伏侧选择的电流互感器为LCW—B60型。
10千伏侧选择的电流互感器为LJA—10型。
5.6电压互感器的选择
（1）装置种类和型式选择
对于3-20千伏屋配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构，在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器。
（2）按一次回路电压选
1.1Ue1>U1>0.9Ue1
U1电网电压
Ue1电压互感器一次绕组额定电压
（3）按准确级和容量选
用于电度计量的电压互感器，准确度不低于0.5级，用于电流、电压测量的准确度不应低于1级，用于继电保护不应低于3级。
二次负荷变化围
所以本次设计龙湾变电所选择的60KV电压互感型号为JDC—63型，10KV电压互感器型号为JDZJ6—10型。
第六章、防雷保护规划设计
6.1变电所的保护对象
A类：
电工装置
B类：
需要采取防雷措施的建筑物和构筑物
6.2电工装置的防雷保护
（1）电压为110KV以上的屋外配电装置，可将避雷针装在配电装置的构架上，对于35-60KV的配电装置，为防止雷击时引起反击闪络的可能，一般采用独立避雷针保护。
（2）电压为110KV及以上的屋外配电装置，可将保护线路的避雷线连接在配电装置的出线门型构架上。
（3）在选择独立避雷针的装设地点时，应尽量利用照明灯塔，在其上装设避雷针。
（4）主控室及屋配电装置对直击雷的防雷措施如下：
1若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地。
2若屋顶为钢筋混凝土结构，应将其钢筋焊接成网接地。
3若结构为非导体的屋顶时，采用避雷带保护，该避雷带的网格为8-10m。
每
隔10-20设引下线接地。
6.3防雷设计要求和所需资料
雷电过电压保护主要是：
（1）防止雷电直击于电气设备上，一般采用避雷针，避雷线进行保护。
（2）对于60KV及以下的电气设备，应尽量减小感应过电压，一般电气设备应远离可能遭到直击雷的设备或物体，增大电气设备对电容或采用阀型避雷器保护。
（3）防止从线路侵入的雷电波过电压对电器设备的危害，一般采用避雷器、间隙、电容器和相应的进线保护段进行保护。
防雷保护设计所需资料：
（1）要求变电所附近气象资料
（2）要求变电所主接线图及电器设备布置图
（3）其它需要保护的设备和设施
（4）变压器入口电容
6.4防雷保护措施
（1）在变电所的四角分别安装一支16米高的避雷针
（2）在60KVI、U段母线分别安装一组避雷器。
（3）在10KVI、U段母线分别安装一组避雷器4）在主变中性点安装一台避雷器。
（5）在60KV电源进线，采用避雷线保护。
第七章、继电保护和自动装置的规划设计
7.1继电保护的配置
（1）变压器的保护
①配置原则
a.反映变压器部故障的油面降低的瓦斯保护
b.相间短路保护反映变压器绕组和引出线的相间短路的纵差保护或速断保护，对其中性点直
接接地侧绕组和引出线的接地短路，以及绕组间适中中能起保护作用，如果变压器的纵差动保护对单相接地适中的灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。
c.后备保护
d.中性点直接接地电网中，降压变电所的变压器两侧应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。
e.过负荷保护
②龙湾变电所主变保护配置主保护：
纵联差动保护，重瓦斯保护，轻瓦斯保护。
后备保护：
复合电压闭锁过流保护，过负荷保护。
（2）母线保护
①配置原则
a.35-60KV电力网中，主要变电所的35-60KV双母线或分段单母线需快速而有选择地切除一段或一组母线上故障，以保证系统安全稳定运行和可靠供电。
b.对于双母线并联运行的发电厂或变电所，当线路保护在某些情况下，可能失去选择时，母线保护应保证先跳开母联断路器，但不能影响系统稳定运行。
c.对3-10KV分段母线，宜采用不完全电流差动式母线保护，保护仅接入有电源支路的电流，保护由两段组成：
其第一段采用无时限或带时限的电流速断保护，当灵敏系数不符合要求时，可采用电流闭锁，电压速断保护，第二段采用过电流保护，当灵敏系数不符合要求时，可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路，以降低保护的起动电流。
②龙湾变电所母线保护配置
a.10KV母线分段断路器第一段采用带时限的电流速断保护，第二段采用过电流保护。
b.60KV母线采用不完全电流差动式母线保护，分段断路器设置过电流保护。
（3）线路保护
①配置原则
a.单侧电源线路，可装设一段或两段式电流电压速断保护和过电流保护。
b.复杂网络的单回线路，可装设一段或两段式电流，电压速断保护和过电流保护，必要时，保护应具有方向性宜采用距离保护。
电缆及架空短线路，如采用电流电压保护不满足选择性、灵敏性和速动性要求时，宜采用导引线或光纤通道
等纵联保护作为全保护，以带方向或不带方向的电流保护作为后备保护。
②龙湾变电所线路保护配置
a.10KV线路采用两段式电流速断保护。
b.60KV线路采用两段式电流速断保护和过电流保护。
（4）电力电容器的保护
①配置原则：
对3KV及以上的并联补偿电容器组的下列故障及异常运行方式应按规定装设相应的保护。
a.电容器组和断路器之间连接线短路。
b.电容器部故障及其引出线短路
c.电容器组中，某一故障电容器切除后所引起的过电压
d.电容器组的单相接地故障
e.电容器组过电压
f.所联接的母线失压②龙湾变电所电力电容器保护配置
限时速断过电流，过电压和低压保护，零序保护。
7.2自动装置的配置
（1）配置原则
13KV及以上的架空线路和电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，如用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置。
2低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸。
（2）龙湾变电所自动装置配置
110KV线路因是全线电缆线路不设自动重合闸装置。
260KV线路配置三相一次自动重合闸装置。
3主变压器配置三相一次自动重合闸与复合电压闭锁保护。
第二部分计算书
第一章主变压器、电容器容量和台数的确定
1.1、变电所有功总负荷：
刀P=KRax=0.9（P1+P2+….P9）=24570KW
Smax=k*（Plmax/COS1+P2max/C0S2+…..+P7max/C0S7）=27494（KVA）
S单=Smax/（1-5%）X70%=20258.8
根据负荷情况初选变压器为两台，型号SFL7-25000/63变电所无功总负荷
刀Q=Rmax•tg（arccos0.91）+P2max•tg（arccos0.91）+-
F9max•tg（arccos0.85）=（1968.02+1731.33+1452.97+1259.23+755.64+666.01+2561.58+2698.71+681.72）=13945.2（Kvar）
PEQ=0.8X13945.2=11156.17（Kvar）
1.2、补偿容量的确定
⑴补偿前10KV负荷平均功率因数
cos①二aEP/[aEj2+（PEQf
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