110kV降压变电站及其配电系统的设计.docx

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110kV降压变电站及其配电系统的设计

郑州电力职业技术学院毕业生论文

题目：

JlOkV变电所及低压配电系统设计

系别—

专业

班级

!

学号

姓名

论文成绩

指导教师

答辩成绩

主答辩教师

综合成绩

答辩委员会主任

第一章电力系统及变电所总体分析第二章变电站电气主接线设计及主变压器的选择

（一）主接线的设计原则和要求2

1.主接线的设计原则2

2.主接线设计的基本要求2

（二）主接线的设计3

1.设计步骤3

2.初步方案设计3

3.主变压器容量的选择5

（三）站用变压器的选择8

第三章短路电流计算9

（一）变压器的参数计算及短路点的确定9

1.变压器参数的计算9

2.短路点的确定9

（二）各短路点的短路计算10

1.短路点d-l的短路计算（IlOkV母线）10

2.短路点d-2的短路计算（35kV母线）10

3.短路点d-3的短路计算（IokV母线）12

4.短路点d-4的短路计算11

第四章电气设备选择与校验13

（一）电气设备选择的一般规定13

1∙一般原则13

2.有关的几项规定13

3.各回路持续工作电流的计算13

（二）高压电气设备选择14

1.断路器的选择与校验14

2.电压互感器的选择及校验18

第五章配电装置及电气设备的配置与选择20

（一）高压配电装置的配置20

1.高压配电装置的设计原则与要求20

2.高压断路器的配置20

（二）IlokV侧断路器的选择21

1.电压互感器的选择22

2.电流互感器的选择22

（三）避雷器的选择23

1.避雷器的配置23

2.避雷器的选择24

3.接地刀闸的配置24

第六章结论25

致谢26

参考文献27

摘要

变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电气设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能,然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。

作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。

随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的坚实、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。

IlokV变电所属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。

关键词：

110KV电气电流配电装置

第一章电力系统及变电所总体分析

变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。

我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，现在已有许多变电站实现了集中控制和采用计算机监控.电力系统也实现了分级集中调度，所有电力企业都在努力增产节约，降低成本，确保安全远行。

随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。

变电所是生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑。

电力工业的发展,单机容量的增大、总容量在百万千瓦以上变电所的建立促使变电所建筑结构和设计不断地改进和发展。

变电所结构的改进、新型建材的采用、施工装备的更新、施工方法的改进、代管理的运用、队伍素质的提髙、使火电厂土建施工技术及施工组织水平也相应地随之不断提高。

电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

随着变电所综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统，继而实现“无人值班”变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势。

第二章变电站电气主接线设计及主变压器的选择

变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。

变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。

主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、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。

（1）主接线的设计原则和要求

1.主接线的设计原则

（1）考虑变电站在电力系统的地位和作用

变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。

变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，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。

（2）考虑近期和远期的发展规模

变电站主接线设计应根据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及站连接电源数和出线回数。

（3）考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响

对一、二级负荷，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、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。

（4）考虑主变台数对主接线的影响

变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。

通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。

而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

（5）考虑备用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；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

2.主接线设计的基本要求

根据有关规定：

变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。

并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。

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。

主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。

因此，主接线的设计，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，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。

评价主接线可靠性的标志如下：

（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

（4）绘制最优方案电气主接线图。

2.初步方案设计时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保

证对重要用户的供电；

（3）变电站全部停电的可能性。

灵活性

主接线的灵活性有以下几方面的要求：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

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。

（1）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〜IokV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（2）主接线的设计

1.设计步骤

电气主接线设计，一般分以下几步：

（1）拟定可行的主接线方案：

根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，保留2个技术上相当的较好方案。

（2）对2个技术上比较好的方案进行经济计算。

（3）对2个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。

根据原始资料，此变电站有三个电压等级：

110/35/1OkV,故可初选三相三绕组变压器，根据变电站与系统连接的系统图知，变电站有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。

为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下两种接线方案供最优方案的选择。

方案一：

IlokV侧采用双母线接线，35kV侧采用单母分段接线，IOkV侧采用单母分段接线。

方案二：

110kV侧采用单母分段接线，35kV侧采用双母线接线，IOkV侧采用单母

分段。

两种方案接线形式如下:

IIoIa-进gIHnoκ∖f3Ht∏a

图1-1主接线方案一

noκv≡¾mHOKV迅歿■目

图1-2主接线方案二

3.主变压器容量的选择

变电站主变压器容量一般按建站后5~10年的规划负荷考虑，并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷SmaX的50%"70%（35^1IOkV变电站为60%）,或全部重要负荷（当I、Il类负荷超过上述比例时）选择。

即SN=0.6（1+5%）8Smax∕（∕V-I）MVA（I-I）

式中N——变压器主变台数

主变压器型号的选择

SjS=Ke（ΣPimax/cosΦi）（1+α%）

SjS——最大计算负荷（kVA）

PimaX——每个用户的最大负荷（KW）

COSΦi功率因数

Ke同时系数

α%——线损率（取为5%）

全所最大计算负荷：

SjsΣ=Ke'ΣSjs（35,IOkV）

线路负荷计算

表1-110kV负荷

名称

最大负荷（KW）

COSΦ

回路数

化工厂

3500

1

铝厂

5000

2

医院

1500

2

氮肥厂

2000

1

印刷厂

1500

1

表格中各负荷间同时系数为

Sjs=*（3500∕+2*5000∕+2*1500∕+2000∕+1500∕*（l+5%）

=21（MVA）

35Kv线路负荷计算

表1-235kv负荷

名称

最大负荷（KW）

COSΦ

回路数

火电厂一

8000

1

火电厂二

5000

1

表格中各负荷间同时系数为

Sjs=*（8000/+5000/）*（l+5%）=（MVA）

IIOKV级负荷计算

35KV各负荷与Iokv各负荷间的同时系数为

Sjs∑=（21+）=（MVA）

所用电负荷计算

SjS=（K1*ΣP1+ΣP2）

Kl----所用动力负荷换算系数，一般取

ΣP1-一所用动力负荷之和

ΣP2-所用照明负荷之和

表1-3IlOkV变电站自用电负荷

类别

名称

容量

（KW）

功率因数

安装台数

工作台数

备注

照明

主充电机

20

1

1

周期

照明

浮充电机

1

1

经常

动力

主变通风

32

32

经常

动力

蓄电池通风

1

1

经常

照明

检修、试验用

电

15

1

1

经常

照明

载波通讯用

电

1

1

1

经常

照明

屋内照明

1

1

经常

照明

屋外照明

1

1

经常

动力

生活水泵

2

2

周期

照明

福利区用电

1

1

周期

SjS=（*32+*l+*2）+2O++15+l+++=（MVA）

由上述计算结果可知：

IoKv侧PLMAX=21（MVA）

35KV侧PLMAX=（MVA）

高压侧PLMIN=*（21+=（MVA）

变电站用电负荷PZ为：

PZ=（MVA）

所以变电站最大负荷SmaX为：

Smax=+=（MVA）

由以上计算，查《发电厂电气部分》选择主变压器型号如下:

型号及容量

（KVA）

额定电压（kV）

连接组

损耗

（KW）

阻抗电压（%）

空载电流（%）

空载

负

载

高中

高

低

中

低

商

中

低

SFSL7-31500/1

10

±×%

±×%

±X±X

（三）站用变压器的选择

1.站用变压器的选择的基本原则

（1）变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适应；

（2）阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围内,站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的±°∙5%;

（3）变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率。

2.站用变压器型号的选择

参考《发电厂电气部分》，选择站用变压器如下：

表1-5站用变压器型号及参数

型号

额定容量

（kVA）

额定电压

（kV）

连接组

损耗（W）

阻抗电压

空载电流

（%）

空载

短路

SC9-80/10

80

Y,ynO

340

1140

1

2

第三章短路电流计算

（一）变压器的参数计算及短路点的确定

1.变压器参数的计算

基准值的选取：

Sz,=l∞MVA,Uz,取各侧平均额定电压

（1）主变压器参数计算

由表查明可知：

Ul2%=U13%=U23%=

u1%=（u12%+u13%-u23%）=+所以U2%=0

u3%=（u13%+u23%-u12%）=+电抗标幺值为：

X1.U1%∕100*Sb∕SN=100*100/=

X2-U2%∕lOO*Sb∕SS--O/100*100/=0

Xs.U3%∕lOO*Sb∕Sv∙=100*100/=

（2）站用变压器参数计算

由表查明：

Ud%=4

Xi=I'd%∕l00*Sb∕Sx=4∕100*100/=50

（3）系统等值电抗

X=H算=0.454

Ulb

2.短路点的确定

此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中IlOkV进线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点。

依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如下：

图2-1短路等值图

（二）各短路点的短路计算

1.短路点d-1的短路计算（IIOkV母线）

网络化简如图所示：

0.454

图2-2d-1点短路等值图

XfI=XS=XOl（Sj/Uj2）=×150×（100/1152）=

XjSI=Xfl×Sn∕Sb=×1000/IOO=

因为XjSI=>3

所以I"*=Ico*=*=l∕Xjsl=l∕=

Ib=Sb/（√3×Ub）=100/（√3×115）=（KA）

In=Ib×Sn∕Sb=X1000/IOO=（KA）

IW=IOo==I∙**ι∏=ι∞*ln=*]n=X=（KA）

ich=XIw=X=（KA）

ich=×Γ=×=（KA）

Sw=√3×IwXUn=√3×XllO=（MVA）

2.短路点d-2的短路计算（35KV母线）

网络化简为：

图2-3d-2点短路等值图

Xf2=Xs+（Xl+X2）路点d-3的短路计算（IOkV母线）

网络化简为：

0.454

0.341

XU

图2-4d-3点短路等值图

4.短路点d-4的短路计算

网络化简只需在图上加站用变压器的电抗标幺值即可，如下图所示:

0.7313

XF3

50

X4：

图2-5d-4点短路等值图

Xf4=Xf3+X4=+50=

Xjs2=Xf4×Sn∕Sb=X1000/100=

IJ二18*二*二l∕χjs3=

Ib=Sb/（√3×Ub）=100/（√3X=（KA）

In=Ib×Sn∕Sb=X1000/IOO=（KA）

Ih=IOO==Iw*In=I∞*In=*In=×=（KA）

ich=×Γ=×=（KA）

ich=XIw=X=（KA）

St,=√3×Γ×Un=√3××=（MVA）

依据表，各回路持续工作电流计算结果见下表:

表3-2各回路持续工作电流结果表

回路名称

计算公式及结果

110kV母线

=√3Un=×31500∕√3×115=

110

kV进线

IKna=Pr√J3UncosΦ=31185∕（√3×115×=

35kV母线

=√3Un=×31500∕√3×=

35kV出

火电厂一

=S/√3UncosΦ=8000/（√3×37×=

线

火电厂二

=S/√3UπcosΦ=5000/（√3×37×=

10kv母线

=√3Un=×31500∕√3×=

化工厂

=S/√3l'ncosΦ=3500/√3××=

10kV出

铝厂（两回）

=S/√3UncosΦ=5000/√3×X=

医院（两回）

=S/√3UncosΦ=1500/√3××=97A

线

氮肥厂

=S/√3UncosΦ=2000/√3×X=

印刷厂

=S/√3UncosΦ=1500/√3××=97A

kV母线

=√3Un=×653∕√3×=

（二）高压电气设备选择

1.断路器的选择与校验

断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和

运行维护，并经技术经济比较后才能确定。

根据我国当前制造情况，电压6-220kv的电网一般选用少油断路器，断路器选择的具体技术条件如下：

（1）电压：

Ug（电网工作电压）WUn（3-1）

（2）电流：

（最大持续工作电流）WIn（3-2）

（3）开断电流：

Idt≤Ikd（3-3）

式中：

Idt——断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量;

Ikd——断路器的额定开断电流。

（4）动稳定:

ich≤imax

（3-4）

式中：

ich

-断路器极限通过电流峰值；

imax

-三相短路电流冲击值。

（5）热稳定：

I∞2tdz≤It2t

（3-5）

式中：

I∞

稳态三相短路电流；

、卩“=——

其中：

N==O+°∙°50',由人和短路电流计算时间t,可从《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页，查短路电流周期分量等值时间t,从而计算出仪。

断路器的选择

根据如下条件选择断路器：

申圧：

匕（电网工作电压）

电流：

匚.』最大持续工作电流）5人，各回路的Qmax见表。

各断路器的选择结果见下表：

表3-3断路器的型号及参数

性能指标

位置

型号

额定

电压

（kV）

额定

电流

（A）

额定断

开电流

（KA）

动稳定电流

（KA）

热稳定电流

（KA）

固有分闸时间

（S）

合闸

时间

（S）

变压器110kv

侧

OFPl-Il

0

110

1250

80

（3）

<

≤0.12

变压器35kv

侧

HB35

36

1250

25

80

25（3）

≤

≤

35kv出线侧

HB35

36

1250

25

80

25（3）

≤

≤

变压器10kv

侧

HB-IO

10

1250

40

100

（3）

≤

≤

10kv出线侧

ZN4-10C

10

600

（4）

≤

≤

站用

DW5-400

380-400

400

其中：

OFPI-ll0号断路器见《发电厂电气部分》第491页；

HB35号断路器见《发电厂电气部分》第490页；

HB-10号断路器见《发电厂电气部分》第489页；

ZN4-10C号断路器见《电力工程电气设备手册一电气一次部分》第649页。

断路器的校验

（1）校验IlOkv侧断路器

1开断电流：

IdtWlkd

Idt=（KA）

Ikd=（KA）

Idt

2动稳定：

ichWimax

ich=（KA）

imax=80（KA）

ich

3热稳定：

l82tdzWIt2t

Brt=l7l∞==l

t=2+=（s）

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页得：

tz=（s）

tdz=tz+B,*=+=（S）

I∞2tdz=×=[（KA）2s]

It2t=×=[（KA）2s]

则：

l82tdzWIt2t

经以上校验此断路器满足各项要求。

（2）校验变压器35KV侧断路器

1开断电流：

IdtWlkd

Idt=（KA）

Ikd=25（KA）

Idt

2动稳定：

ichWimax

ich=（KA）

imax=80（KA）

ich

3热稳定：

l82tdzWIt2t

B"=I7I∞==1

t=2+=（s）

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页得：

tz=（s）

tdz=tz+B"=+=（S）

I∞2tdz=×=[（KA）2s]

It2t=252×=[（KA）2s]

则：

l82tdzWlt2t

经以上校验此断路器满足各项要求。

（3）校验35KV出线侧断路器

此断路器与35kV变压器侧断路器型号相同，且短路电流与校验35kV变压器侧断路器为同一短路电流，则：

校验过程与校验35KV变压器侧断路器相同。

（4）校验变压器IOkV侧断路器

1开断电流：

IdtWIkd

Idt=（KA）

IkdMO（KA）

Idt

2动稳定：

ichWimax

ich=（KA）

imax=100（KA）

ich

3热稳定：

l82tdzWIt2t

B"=IVIoo==I

t=2+=（s）

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页得：

tz=（s）

tdz=tz+Bh=+=（S）

I∞2tdz=×=[（KA）2s