110kV变电所毕业设计说明书.docx
《110kV变电所毕业设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《110kV变电所毕业设计说明书.docx（58页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
110kV变电所毕业设计说明书
110kV变电所毕业设计说明书
前言
第一章电气主接线选择
第二章变压器的选择
第三章短路电流计算
第四章电气设备选择
第五章所用电的选择
第六章防雷规划
第七章直流系统
第八章继电保护配置
第九章电缆基础设施
第十章 工程投资估算
第十一章 参考文献
第十二章 英文资料翻译
附图1：
电气主接线图
附图2：
继电保护配置图
前言
本毕业设计为兰州理工大学二○○二级电力系统及自动化专业（专科）毕业设计，设计题目为：
110KV变电站（电气部分）设计。
此设计任务旨在体现我们小组对本专业各科知识的掌握程度，培养我们小组各成员对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业学习四年以来的学习结果。
首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。
从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。
设计小组共有19人组成，在设计过程中，各成员进行了分工共同学习，分工协作，查阅大量相关技术资料，经多次修改，形成设计稿。
小组设计学员有：
。
一、主要设计技术原则
本次110KV变电站的设计，经过四年的专业课程学习，在已有专业知识的基础上，了解了当前我国变电站技术的发展现状及技术发展趋向，按照现代电力系统设计要求，确定设计一个110KV综合自动化变电站，采用微机监控技术及微机保护，一次设备选择增强自动化程度，减少设备运行维护工作量，突出无油化，免维护型设备，选用目前较为先进的一、二次设备。
将此变电站做为一个枢纽变电站考虑，三个电压等级，即110KV/35KV/10KV。
设计中依据《变电所总布署设计技术规程》、《交流高压断路器参数选用导则》、《交流高压断路器订货技术条件》、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》、《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》、《高压配电装置设计技术规程》、《110KV-330KV变电所计算机监控系统设计技术规程》及本专业各教材。
二、设计任务：
随着国民经济的发展，工农业生产的增长需要，迫切要求增长供电容量，拟新建武南变电所。
1.实测待建的变电所各电压级负荷数据，回路数，同时率见表4，武南变电所每年负荷增长率5%，需考虑五年近期发展计划。
变电所总负荷：
S110=Ki（S35+S10）（1+5%）5
2.电力系统各厂、所、输电线等主设备的技术参数见表1、2、3、5。
三、其它原始资料：
所址地形地势平坦，土石方开挖较少，土壤电阻率为1.5X104欧姆.厘米，地处海拔1600米，高于百年一遇最高洪水位。
该地区气候，平均气温15。
C最高气温35。
C，最低气温-20。
C。
交通，新建武南变电所西侧有一条国家二级公路，进所公路为0.4公里。
水源：
新建武南变电所附近有河流，供水方便，水量充足。
1、设计内容：
a） 变电所接入系统及用户供电线路设计：
根据待建变电所供用电用户总负荷、用电用户对变电所供电可靠性要求与系统接入点的距离，确定待建变电所接入系统的方式、线路电压等级、回路数、导线规格。
分析各用户对供电不中断可靠性的要求，确定各用户供电线路方案：
回路数、导线规格。
b） 变电所电气主接线和所用电设计
拟定满足供电可靠性，运行灵活性要求的主变比较，确定待建变电所的主变方案。
对技术上满足要求的主变方案通过经济比较，确定待建变电所的主变方案。
根据所确定的主变方案和进出线回路数，通过技术比较，论证，确定待建变电所各电压等级的主接线方式。
确定待建变电所所用电方案——所用变压器台数、型号、容量和所用电接线方式（所用电负荷按0.1%变电所容量计）。
2、短路电流计算
（1） 为保证变电所所选用的电器设备，在短路故障状态时的安全，采用三相短路时的电流进行校验。
（2） 三相短路电流的计算，采用标幺值和运算曲线，分别计算0秒、0.1秒、4秒时的值，并进而计算短路电流的最大值ich、0.1秒短路容量Sd（0.1s）和4秒短路容量Qd（4s）作为电气设备动稳定、切断容量、热稳定的校验。
3、选择变电所电气设备
选择变电所110KV、35KV、10KV的断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器避雷器及中性点接地设备。
4、配置变电所保护方式。
四、设计要求
1． 设计及计算说明书
（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言正确。
（2）计算书内容：
为各设计内容最终成果的确定提供依据进行的技术分析、论证和定量计算，如供电线路导线的选择、短路电流的计算、电气设备选择、及继电保护的配置等。
（3）计算书要求：
计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。
2．图纸
（1） 绘制变电所电气主接图一张（A1纸）和变电所继电保护配置图2张（A4纸）。
（2） 图纸要求：
用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美观。
表1发电机主要参数
厂名
机号
型号
P0（MW）
U0（KV）
COSφ
Xd*″
南营火电站
#1-2
QFS-50-2
50
10.5
0.8
0.226
刘沛火电站
#1-2
QFQ-50-2
50
10.5
0.8
0.199
大河火电站
#1-2
QFS-50-2
50
10.5
0.8
0.226
系统
表2（a）主变压器主要技术参数
厂所名
台数
型号
容量比（MVA）
短路电压百分比
空载电流（%）
UⅠ-Ⅱ（%）
UⅠ-Ⅲ（%）
UⅡ-Ⅲ（%）
南营火电站
2
SSPL1-60/110
60
10.5
0.85
凉州变
1
SSPLQ1-60/110
60/60/30
17.5
10.5
6.5
0.8
发放变
2
OSFPSL-120/220
120/120/60
8.4
29
18.4
0.178
刘沛火电站
2
SSPL1-60/110
60
10.5
0.8
武威变
2
SSPL-60/110
60/60/30
17.5
10.5
6.5
0.8
大河火电站
2
SSPL1-60/110
60
10.5
0.85
黄羊变
1
SSPL1-60/110
60/60/30
17.5
10.5
6.5
0.8
武南变
2
自选
表2（b）主变压器主要技术参数
厂所名称
损耗（KW）
110KV侧
空载
高-低
中-低
高-低
总计
最大负荷
最小负荷
南营火电站
130
310
是最大负荷的80%
凉州变
53
350
255
300
50+j24
发放变
130．7
465
258
276
90+j75
刘沛火电站
130
310
武威变
53
350
255
300
90+j72
大河火电站
130
310
黄羊变
53
350
255
300
45+j35
表3主变压器高压侧实际电压
发电厂名称
110KV侧实际电压
Umax
Umin
南营火电站
115
110
刘沛火电站
115
110
大河火电站
113
112
系统（发放变220KV）
230
220
表4待建武南变电所各电压级负荷数据
电压等级
线路标号
最大负荷（MW）
功率因数
负荷级别
甲
乙
丙
丁
35KV
A所
15
14
13
14．5
0.85
2
同时率
K1=0.9
Tmax=5000
小时
B所
11．5
12
11
12
0.8
2
C所
10
10
8
7
0.8
2
造纸厂
8
8．5
8
9
0.8
1
化工厂
15
15
11
10
0.8
1
医院
11．5
12
4
5
0.85
1
10KV
站甲
2
1．3
2
2
0.9
1
同时率
K1=0.85
Tmax=3500
小时
站乙
1．5
1．9
2．3
1.7
0.9
2
毛纺厂
1
0．8
0．9
1.1
0.9
2
水泥厂
1．2
1
0．9
1.3
0.9
2
纺织厂
0．8
0．8
0．8
0.9
0.9
2
水厂
2
1．5
1．9
2.2
0.9
1
方案
分配
方案
1
2
3
4
5
6
7
8
35KV
甲
乙
丙
丁
甲
乙
丙
丁
10KV
甲
乙
丙
丁
丁
丙
乙
甲
表5线路参数
起址厂所
长度（Km）
型号
黄-大
70
LGJ-240
黄-城
50
城-凉
60
城-发
50
凉-南
50
LGJ-150
凉-发
55
LGJ-240
发-武
60
LGJ-185
武-刘
80
LGJQ-300
发-系统
100
LGJ-400
第一章 电气主接线选择
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、变电站主接线应合理。
一、主接线的设计依据：
1． 变电所在电力系统中的地位和作用。
2． 变电所的分期和最终建设规模。
3． 负荷的大小和重要性，一级负荷必须设两个独立电源供电；二级负荷一般也设两个独立电源供电；三级负荷一般只设一个电源供电。
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。
二、主接线的设计原则：
1． 接线方式。
2． 主变压器的选择。
3． 断路器的设置。
三、主接线设计的基本要求：
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、影响范围最小，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。
变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。
四、高压配电装置的基本接线及适用范围
1．单母接线的优缺点：
优点：
接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。
缺点：
不够灵活可靠，任意元件故障或检修，均须使整个配电装置停电。
单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部母线仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。
适用范围：
一般只适用于一台发电机和一台主变压器以下三种况：
1）、6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回；
2）、35-63KV配电装置的出线回路数不超过3回；
3）、110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回。
2、单母分段接线的优缺点：
优点：
1）、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同断引出两个回路由两个电源供电。
2）、当一段母线发生故障，分开母联断路器，自动将故障隔离，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：
1）、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。
2）、当出现为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
3）、扩建时需向两个方向均衡扩建。
适用范围：
1）、6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时。
2）、35-63KV配电装置出线回路数为4-8回时。
3）、110-220KV配电装置出线回路数为4-8回时。
3、双母线接线优缺点：
优点：
1）、供电可靠。
。
通过两组母线隔离开关得到换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。
2）、调度灵活。
各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。
3）、扩建方便。
向双母线的任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。
当有双架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母分段那样导致出线交叉跨越。
4）、便于试验。
当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路断开，单独接至一组母线上。
缺点：
1）、增加一组母线时每回路就需要增加一组母线隔离开关。
2）、当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。
为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。
适用范围：
当出线回路数和母线上的电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下：
1）6～10KV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时。
2）35～63KV配电装置，当出线回路数超过8回时；或连接的电源较多、负荷较大时。
3）110～220KV配电装置出线回路数为5回及以上时；或当110～220KV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上时。
4．带旁路母线的单母线分段接线优缺点：
当检修短路器时，将迫使用户停电。
尤其是电压为35KV以上的线路输入电功率较大，短路器检修需要时间较长，会带来较大的经济损失，为此可增设旁路母线，可以保证重要用户的供电。
适用范围：
当110KV出现在6回及以上时，220KV在4回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线，在不允许停电检修断路器的殊殊场合下设置旁路母线。
五．经济技术分析
根据以上经济技术分析：
（1）110KV母线选择双母线接线。
由于所共35KV和10KV都为Ⅰ、Ⅱ类负荷供电要求高，为了保证供电的可靠性和灵敏性所以选择双母线接线形式；
（2）35KV选择单母分段接线。
对于35KV电压侧，因为待建变电所35KV有Ⅰ、Ⅱ类负荷。
Ⅰ类负荷50%，Ⅱ类负荷50%，供电可靠性要求很高，同时全部采用双回线供电，为满足供电的可靠性和灵活性，应选择单母分段接线形式；
（3）10KV选择单母线分段接线。
因为待建变电所10KV出线有Ⅰ、Ⅱ类负荷。
Ⅰ类负荷33%，Ⅱ类负荷67%，供电可靠性要求较高，同时负荷采用双回线供电且采用手车式开关柜，所以单母分段接线可以满足要求，为满足供电的可靠性和灵活性，应选择单母分段接线形式。
根据设计资料提供的电力系统接图1，选择由发放变接引110KV两回主供线路供电，同时由110KV黄羊变和110KV凉州变分别接引110KV备用线路一回。
当发放变故障时可投入110KV黄羊变或110KV凉州变线路，从而提高本变电站的供电可靠性。
第二章变压器的选择
一、 主变压器选择
1．选择原则
1） 为保证供电可靠性，在变电所中，一般装设两台主变压器；
2） 为满足运行的灵敏性和可靠性，如有重要负荷的变电所，应选择两台三绕组变压器，选用三绕组变压器占的面积小，运行及维护工作量少，价格低于四台双绕组变压器，因此三绕组变压器的选择大大优于四台双绕组变压器；
3） 装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故后其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%以上，并保证用户的一级和二级全部负荷的供电。
2.变电所主变压器台数的确定
主变台数确定的要求：
1）.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。
2）.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用双母线接线的方式。
故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。
3.变电所主变压器容量的确定
主变压器容量确定的要求：
1）.主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。
35KV系统
10KV系统
S甲=86.81MVA
S甲=9.44MVA
S乙=87.47MVA
S乙=8.11MVA
S丙=67.51MVA
S丙=9.78MVA
S丁=70.41MVA
S丁=13.43MVA
故35KV选择S丙方案,10KV选择S乙方案。
变电所总负荷：
S110=Ki（S35+S10）×（1+5%）5
=（0.9×67.5+0.85×8.11）×（1+5%）5
=86.57MVA
主变容量:
S总=86.57×70%=60.6MVA
2）.根据变电站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站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设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：
对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。
S总=60.6MVA由于上述条件所限制。
故选两台63000KVA的主变压器就可满足负荷需求。
4.变电站主变压器型式的选择
具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。
而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。
故本站主变压器选用有载三圈变压器。
我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y0连接；35kV采用Y０连接，其中性点多通过消弧线圈接地。
35kV以下电压变压器绕组都采用
连接。
故主变参数如下：
型号及容量
（KVA）
额定电压
高/中/低
（KV）
连接组别
损耗（KW）
阻抗电压U（%）
空载电流
（%）
重量
（t）
空载
短路
高中
高低
中低
84.7
高中
高低
中低
SFSZ7-63000
110±8×1.25%
/38.5/11
Y0/Y0/Δ-
12-11
350
300
255
10.5
17.5
6.5
1.2
40.5
第三章短路电流计算
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。
短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。
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），35KV母线短路（K2）点，10KV母线短路（K3点）。
一．110KV短路电流计算
X1*=Xd*″·（Sj/PN）COSф
=0.199×（100×0.8）/100=0.1592
X2*=X3*=（UK1%/100）×（Sj/SN）
=（10.5÷100）×（100÷60）=0.175
X4*=X5*=0.4L×（Sj/Uj2）
=0.4×80×（100/1152）=0.242
X6*=0.4L×（Sj/Uj2）
=0.4×60×（100/1152）=0.181
X7*=Xd*″·（Sj/PN）COSф
=0.226×（100×0.8）/100=0.181
X8*=X9*=（UK1%/100）×（Sj/SN）
=（10.5÷100）×（100÷60）=0.175
X10*=X11*=0.4L×（Sj/Uj2）
=0.4×50×（100÷1152）=0.151
X12*=0.4L×（Sj/Uj2）
=0.4×55×（100÷1152）=0.166
X13*=X14*=0.4L×（Sj/Uj2）
=0.4×100×（100÷2302）=0.0756
X15*=1/200×（UdI-Ⅱ＋UdI-Ⅲ－UdⅡ-Ⅲ）×100/120
=1/200×（8.4＋29－18.4）=0.0792
X16*=1/200×（UdI-Ⅱ＋UdⅡ-Ⅲ－UdI-Ⅲ）×100/120
=1/200×（8.4＋18.5－29）×100/120=0
X17*=X18*=0.4L1×（Sj/Uj2）
=0.4×50×（100÷1152）=0.151
X19*=X20*=1/200×（UdI-Ⅲ＋UdⅡ-Ⅲ－UdI-Ⅱ）×100/63
=1/200×（17.5+6.5-10.5）×100/63=0.107
X21*=X22*=1/200×（UdI-Ⅱ＋UdI-Ⅲ－UdⅡ-Ⅲ）×100/63
=1/200×（17.5+10.5-6.5）×100/63=0.1706
X23*=X24*=1/200×（UdI-Ⅱ＋UdⅡ-Ⅲ－UdI-Ⅲ）×100/63
=1/200×（10.5+6.5-17.5）×100/63=0
X∑1*=X1*＋X2*∥X3*+X4*∥X5*+X6*
=0.1592+0.175/2+0.242/2+0.181=0.5487
X∑
升级会员 