110KV变电站课程设计说明书DOC.docx

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110KV变电站课程设计说明书DOC

课程设计说明书

题目110/10kV变电所电气部分课程设计

课程名称发电厂电气部分

院（系、部、中心）电力工程学院

专业继电保护

班级

学生姓名

学号

指导教师李伯雄

设计起止时间：

11年11月21日至11年12月2日

一、对待设计变电所在系统中的地位和作用及所供用户的分析................................................1

二、选择待设计变电所主变的台数、容量、型式.........1

三、分析确定高、低压侧主接线及配电装置型式.........3

四、分析确定所用电接线方式.........................6

五、进行互感器配置.................................6

六.短路计算........................................9

七、选择变电所高、低压侧及10kV馈线的断路器、隔离开关................................................10

八、选择10kV硬母线...............................13

一、对待设计变电所在系统中的地位和作用及所供用户的分析

1.1、待设计变电所在系统中的地位和作用

1.1.1变电所的分类

枢纽变电所、中间变电所、地区变电所、终端变电所

1.1.2设计的C变电所类型

根据任务书的要求，从图中看，我设计的C变电所属于终端变电所。

1.1.3在系统中的作用

终端变电所，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，不承担功率转送任务。

电压为110kV及以下。

全所停电时，仅使其所供用户中断供电。

1.2、所供用户的分析

1.2.1电力用户分类、对供电可靠性及电源要求

（1）

类负荷。

类负荷是指短时（手动切换恢复供电所需的时间）停电也可能影响人身或设备安全，使生产停顿或发电量大量下降的负荷。

类负荷任何时间都不能停电。

对接有

类负荷的高、低压厂用母线，应有两个独立电源，即应设置工作电源和备用电源，并应能自动切换；

类负荷通常装有两套或多套设备；

类负荷的电动机必须保证能自启动。

（2）

类负荷。

类负荷指允许短时停电，但较长时间停电有可能损坏设备或影响机组正常运行的负荷。

类负荷仅在必要时可短时（几分钟到几十分钟）停电。

对接有

类负荷的厂用母线，应有两个独立电源供电，一般采用手动切换。

类、

类负荷均要求有两个独立电源供电，即其中一个电源因故停止供电时，不影响另一个电源连续供电。

例如，具备下列条件的不同母线段属独立电源：

每段母线接于不同的发电机或变压器；

母线段间无联系，或虽然有联系，但其中一段故障时能自动断开联系，不影响其他段供电。

所以，每个

类、

类负荷均应由两回接于不同母线段的馈线供电。

（3）

类负荷。

类负荷指较长时间（几小时或更长时间）停电也不致直接影响生产，仅造成生产上的不方便的负荷。

类负荷停电不会造成大的影响，必要时可长时间停电。

类负荷对供电可靠性无特殊要求，一般由一个电源供电，即一回馈线供电。

1.2.2估算C变电所的回路数目

根据上述要求，重要负荷（

类、

类）比例是55%，重要负荷需用双回线，每回10kV馈线输送功率1.5~2MW，经计算，高压侧回路数为2，低压侧回路数为18÷1.5=12。

二、选择待设计变电所主变的台数、容量、型式

2.1、C变电所主变的台数

装设两台主变，以保证供电可靠性，变电所C有四回电源进线，考虑到发展，主变容量应根据电力系统的规划负荷来选，避免一台主变故障或检修时影响供电，故选择两台主变压器。

2.2C变电所主变的容量

2.2.1每台变压器容量

根据5~10年发展规划选择，当一台因故退出时，另一台应能保证60%--70%的负荷，同时应保证全部重要负荷。

C变电所的重要负荷比例为55%，比例小于60%，不需按重要负荷的比例计算Sm。

2.2.2据Sm’选择接近的标准容量SN（计算过程见计算书P15）

已知实际负荷曲线A为以变电所C的最大有功负荷Pm为基准的标幺值

。

我选择的标准容量SN=10MVA，为偏小选择，在一台退出时出现过负荷，需要作过负荷校验。

当

时，为过负荷段SN/Sm’=10/12=0.833,故在负荷曲线9~12h为过负荷，T=3。

计算得出欠、过负荷系数。

由K1查找自然油循环变压器的正常过负荷曲线图，得允许的K2，与计算得出的K2比较。

查找的自然油循环的过负荷系数K2=1.25大于计算得出的K2=1.2，因此，满足正常过负荷需要。

2.3、C变电所主变的型式（主变选择户外型）

2.3.1相数、绕组、连接方式的确定

（1）相数的确定

在330kV及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。

因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资少、占地面积小、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。

（2）绕组数的确定

C变电所为110/10kV的地区变电所，有两个电压等级，为充分利用绕组，采用双绕组变压器。

结构较简单，运行维护方便，费用低，比起自耦变有更多的优点，故C变电所采用双绕组变压器。

（3）绕组连接方式的确定

变压器绕组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星接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星接，35KV也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。

35KV及以下电压，变压器绕组都采用角接。

C变电所采用Yn,d11连接组。

高压侧110kV用星形接法，中性点直接接地，低压侧10kV用三角形接法，正序分量三角形侧电压较星形侧超前30°（11点钟）。

（4）调压方式的确定

主变选用普通调压方式。

（5）额定电压的选择

一次侧：

110kV

二次侧：

额定电压按高于线路额定电压的5%整定，即10.5kV。

2.3.2主变的型号

查《发电厂电气部分》第452页，选择主变压器型号如下：

表2-1主变压器型号及参数

型号

额定电压（kV）

连接组

损耗（kW）

阻抗电压（%）

空载电流（%）

总体质量（t）

空载

短路

高

低

SFZ7-10000/110

110

8

1.25%

10.5

YN,d11

17.8

59

10.5

1.3

29.8

其额定容量（kVA）为：

10000kVA。

三、分析确定高、低压侧主接线及配电装置型式

3.1、分析确定高、低压侧主接线

3.1.1主接线基本要求

（1）可靠性

断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

断路器或母线故障，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对Ⅰ、

类负荷的供电。

尽量避免发电厂或变电所全部停运的可能性。

对装有大型机组的发电厂及超高压变电所，应满足可靠性的特殊要求。

（2）灵活性

调度灵活，操作方便。

可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

检修安全。

可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。

扩建方便。

随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。

所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。

（3）经济性

可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。

所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。

投资省。

主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。

年运行费小。

年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。

其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。

占地面积小。

电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。

在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。

在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。

3.1.2限制短路电流的措施

（1）采用计算阻抗大的接线和减少并联设备、并联支路的运行方式，双回路用户线路分开。

（2）加装限流电抗器。

（3）采用低压分裂绕组变压器。

3.1.3单母分段接线

（1）优点：

提高可靠性和灵活性。

两母线段可并列运行，也可以分裂运行。

重要用户可以用双回路接于不同母线段，保证不间断供电。

任一段母线或母线隔离开关检修，只停该段，其他段可继续供电，减小停电范围。

用分断断路器QFd分段，如果QFd在正常运行时接通，当某段母线故障时，继电保护使QFd及故障段电源的断路器自动断开，只停该段；如果QFd在正常运行时断开，当某段电源回路故障而使其断路器断开时，备用电源自动投入装置使QFd自动接通，可保证全部出线继续供电。

（2）缺点：

分段的单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积；某段母线故障或检修仍有停电问题；某回路的断路器检修，该回路停电；扩建时，需向两端均衡扩建。

（3）适用范围：

6~10kV配电装置，出线回路数为6回及以上；

35~63kV配电装置，出线回路数为4~8回；

110kV配电装置，出线回路数为3~4回。

3.1.4桥形接线

（1）内桥接线

优点：

其中一回线路检修或故障时，其余部分不受影响，操作较简单。

缺点：

变压器切除、投入或故障时，有一回路短时停运，操作较复杂；线路侧断路器检修时，线路需较长时间停运；断路器故障和检修的几率大。

适用范围：

输电线路较长（则检修和故障几率大）或变压器不需经常投、切及穿越功率不大的小容量配电装置中。

（2）外侨接线

优点：

变压器切除、投入或故障时，不影响其余部分的联系，操作较简单；断路器故障和检修的几率小。

缺点：

其中一回线路检修或故障时，有一台变压器短时停运，操作较复杂；变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。

输电线路较短或变压器需经常投、切及穿越功率较大的小容量配电装置中。

高压侧（110kV）：

两回路进线，2台主变压器，用内桥型接线

低压侧（10kV）：

单母分段接线

3.2、配电装置型式

3.2.1配电装置设计原则

（1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策；

（2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离；

（3）便于检修、巡视和操作；

（4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；

（5）安装和扩建方便。

3.2.2配电装置的基本要求

（1）节约用地；

（2）运行安全和操作巡视方便；

（3）考虑检修和安装条件；

（4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行；

（5）节约材料，降低造价；

（6）安装和扩建方便。

3.2.3布置特点

（1）屋内配电装置的特点：

①由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；

②维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响；

③外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；

④房屋建筑投资大。

（2）屋外配电装置的特点：

①土建工程量和费用较小，建设周期短；

②扩建比较方便；

③相邻设备之间距离较大，便于带电作业；

④占地面积大；

⑤受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；

⑥外界气象变化对设备维修和操作有影响。

（3）成套配电装置的特点：

①电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；

②所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；

③运行可靠性高，维护方便；

④耗用钢材较多，造价较高。

（4）屋内配电装置布置型式分为如下3种：

三层式

优点：

安全，可靠性高，占地面积小。

缺点：

结构复杂，施工时间长，造价高，运行、检修不大方便。

二层式

优点：

造价较低，运行、检修较方便

缺点：

占地面积有所增加

单层式

优点：

结构简单，施工时间长，造价低，运行、检修方便

缺点：

占地面积大

（5）屋外配电装置布置型式分为如下3种：

中型配电装置，其中又分为普通中型配电装置和分相中型配电装置。

a.普通中型配电装置：

优点：

布置清晰，不易误操作，运行可靠；构架高度较低，抗振性较好；检修施工运行方便；所用钢材少，造价较低。

缺点：

占地面积较大

b.分相中型配电装置：

优点：

布置清晰美观，减少绝缘子串和母线的数量；采用硬母线时，可降低构架高度，缩小母线相间距离，进一步缩小纵向尺寸；占地少。

缺点：

施工较复杂；柱式绝缘子防污抗振能力差。

高型配电装置

优点：

充分利用空间位置，布置最紧凑，纵向尺寸最小；占地面积较普通的要小，母线绝缘子串及控制电缆用量也较普通中型配电装置少。

缺点：

耗用钢材较中型配电装置多15%~60%；操作条件比中型配电装置差；检修上层设备不方便；抗振能力比中型配电装置差。

半高型配电装置

优点：

布置较中型紧凑，纵向尺寸较中型小；占地约为普通中型的50%~70%；施工检修运行条件比高型好；母线不等高布置，实现进出线都带旁路较方便。

缺点：

与高型配电装置相似，但程度较轻。

3.3配电装置选型

B变电所为地区变电所，一般位于市郊区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，可以采用中型或半高型。

变电所采用的是软导线，所有电器安装在一定高度的同一水平面上，母线稍高于电器所在的水平面。

采用普通中型布置，运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运行维护还是安装检修方面，都积累了比较丰富的经验。

若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。

综上所述，我设计的C变电所，110kV按屋外布置考虑，用普通中型屋外配电装置；10kV采用屋内配电装置，当出线不带电抗器时，用屋内成套开关柜JYN-10型手车式开关柜单层布置。

四、分析确定所用电接线方式

4.1、所用变台数的选择

据GB50059-1992《35~110kV变电所设计规范》规定：

“35~110kV变电所，有两台及以上主变压器时，宜装设两台容量相同、可互为备用的所用工作变压器。

”B变电所有两台主变，故应选择2台相同的所用变。

4.2、所用变容量的选择

无具体数据，统一选择125kVA，高压侧电压为10kV，型号为SC10-125/10。

4.3、所用变电源的接线方式

按规定，枢纽变电所、总容量60MVA及以上的变电所、装有水冷却或强迫循环冷却的主变及装有同步调相机的变电所、采用整流操作电源或无人值班的变电所，均装设2台所用变，并分别由不同电压级的电源或独立电源引接。

C变电所虽然容量不大，但考虑到110kV及以下变电所均发展为无人值班，所用电源要求较高的可靠性，故亦设2台所用变，容量有几十千伏安；所用系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用；选用Y,yn0接线的干式变压器。

若直流操作电源为蓄电池组，则2台所用变可分别经高压熔断器接于10kV的两个母线分段上。

若采用整流操作电源，则应有1台所用变接于110kV进线断路器的线路侧，否则，全所停电时进线无合闸电源。

低压侧（380/220V侧），采用单母线分段接线，将所用负荷均分在两个分段上，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性；分段一般不设备用电源自动投入装置，采用手动切换方式。

五、进行互感器配置

5.1、配置原则

5.1.1电压互感器配置

（1）母线一般各段工作母线及备用母线上各装有一组电压互感器，用于供给给母线、主变和出线的测量仪表、保护、同步设备和保护装置。

6~220kV母线在三相上装设。

其中，6~20kV母线的电压互感器，一般为电磁型三相五柱式；35~220kV母线的电压互感器，一般由三台单相三绕组电压互感器构成，110kV为电容式或电磁式（为避免铁磁谐振，以电容式为主）。

（2）线路当对端有电源时，在出线侧上装设一组电压互感器，供监视线路有无电压、进行同步和设置重合闸，35~220kV线路在一相上装设电压互感器。

（3）发电机一般装2—3组电压互感器。

一组（三只单相、双绕组）供自动调节励磁装置。

另一组供测量仪表、同步和保护装置使用，该互感器采用三相五柱式或三只单相接地专用互感器，其开口三角形供发电机在未并列之前检查是否接地之用。

当互感器负荷较大时，可增设一组不完全星形连接的互感器，专供测量仪表使用。

（4）变压器变压器低压侧有时为了满足同步或继电保护的要求，设有一组电压互感器。

5.1.2电流互感器的配置

（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，电流互感器装在断路器与出线侧刀闸之间，不能放在母线侧。

在发电机和变压器的中性点、发电机-双绕组变压器单元的发电机出口，也应装设电流互感器。

其数量应满足测量仪表、继电保护和自动装置要求。

（2）测量仪表、继电保护和自动装置一般均由单独的电流互感器供电或接于不同的二次绕组，因为其准确度级要求不同，同时为了防止仪表开路时引起保护的不正确动作。

（3）110kV及以上大接地短路电流系统的各个回路，一般应按三相配置；35kV及以下小接地短路电流系统的各个回路，据具体要求按两相或三相配置。

（4）保护用电流互感器的装设地点应尽量消除主保护装置的不保护区。

例如：

若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。

（5）为了防止支持式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。

（6）为了减轻内部故障时发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。

为了便于分折和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器宜装在发电机中性点侧。

5.1.3避雷器的配置

根据DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的有关规定，主要有以下要求。

（1）母线配电装置的每组母线上，应各装设一组避雷器，但进出线都装设避雷器时（如一台半断路器接线）除外。

（2）变压器220KV及以下主变压器到母线避雷器的电气距离超过允许值时，应在主变压器附近增设一组避雷器。

发电厂的双绕组变压器，当发电机断开时由高压侧倒送厂用电时，变压器的低压绕组三相出线上应装设避雷器。

在直接接地系统中，若变压器中性点为分级绝缘且未装设保护间谍；或变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时，变压器中性点应装设避雷器。

（3）发电机及调相机单元接线中的发电机出口宜装设一组避雷器。

接在发电机电压母线上的发电机，即与直配线连接的发电机，容量为25MW以下，应尽量将母线上的避雷器靠近电机装设或装在电机出线上。

如直配线发电机中性点能引出且未直接接地，应在中性点装设一台避雷器。

连接在变压器低压侧的调相机出线处应装设一组避雷器。

（4）线路35~220KV配电装置，在雷季，如线路的隔离开关或断路器可能经常断路运行，同时线路侧又带电，应在靠近隔离开关或断路器处装设一组避雷器。

发电厂、变电所的35KV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器，其接地端应与电缆金属外皮连接。

3~10KV配电装置的架空线上，一般装设一组避雷器，有电缆段的架空线，避雷器应装设在电缆头附近。

SF全封闭组合电器（GIS）的架空线路必须装设避雷器。

5.2、电压互感器配置的选择

5.2.1型式的选择

一般6~20kV户内配电装置中多采用油浸或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器；110kV的配电装置中尽可能选用电容式电压互感器。

5.2.2按额定电压选择

为保证测量准确性，电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的90%~110%间。

电压互感器二次额定电压应满足测量、继电保护和自动装置的要求。

一次绕组接于电网线电压时，二次绕组额定电压选为100V；一次绕组接于电网相电压时，二次绕组额定电压选为

。

当电网为中性点直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为

；当电网为中性点非直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为100/3V。

5.2.3按容量和准确度级选择

电压互感器按容量和准确度级选择的原则，要求互感器二次最大一相的负荷S2，不超过设计要求准确度级的额定二次负荷S2，而且S2应尽量接近SN2，因S2过小也会使误差增大。

电压互感器的选择不需进行动稳定、热稳定校验。

注意事项：

电压互感器二次侧绕组不允许短路，目的是为了防止过电压引起的绝缘击穿。

5.2.4B变电所电压互感器的配置

综上所述，B变电所电压互感器的配置为：

各工作母线各装一组电压互感器，供电给测量仪表和保护装置的电压线圈，使测量仪表和保护装置标准化和小型化。

110kV母线为电容式电压互感器TYD110/

-0.02，10kV母线为电磁型三相五柱式电压互感器JSJW-10。

5.3、电流互感器配置的选择

5.3.1型式的选择

6~20kV户内配电装置和高压开关柜中，常用LD单匝贯穿式和复匝贯穿式；35kV及以上的电流互感器多采用油浸式结构。

在条件允许时，如回路中有变压器套管，穿墙套管式，优先采用套管电流互感器，以节省占地和减小投资。

5.3.2按额定电压选择

电流互感器的额定电压不小于装设回路所在电网的额定电压。

5.3.3按额定电流选择

电流互感器的一次额定电流不小于装设回路的最大持续工作电流，电流互感器二次额定电流，可根据二次负荷的要求分别选择5A或1A等，为了保证测量仪表的最佳工作状态，并且在过负荷时使仪表有适当的指示，当TA用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右。

5.3.4按准确度级选择

电流互感器的准确度级应符合其二次测量仪表、继电保护等的要求，用于电能计量的电流互感器，准确度不应低于0.5级。

用于继电保护的电流互感器，误差应在一定的限值之内，以保证过电流时的测量准确度的要求。

注意事项：

电流互感器二次侧严禁开路。

5.3.5B变电所电流互感器的配置

综上所述，B变电所电流互感器的配置为：

110kV及以上大接地短路电流系统的各个回路一般按三相配置，主变高、低压侧及分段母线按三相配置；10kV分段、出线，按两相配置，供电给测量仪表和保护装置的电流线圈。

故110kV侧选择LCWB6-110B/300；10kV侧选择LZZJB6-10。

六.短路计算

6.1、短路计算的一般规定

6.1.1计算的基本情况

（1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行

（2）所有同步电机都具体自动调整励磁装置（包括强行励磁）

（3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间

（4）所有电源的电动势相位角相同

（5）应考虑对短路电流值