华北电力大学降压变电所设计论文杨同夫.docx
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华北电力大学降压变电所设计论文杨同夫
华北电力大学
毕业设计（论文）
题目110KV变电站电气主接线设计
专业电气工程与其自动化
班级h电升0761
学生同夫
指导教师渤龙
成人教育学院
2009年08月04日
第一章电气主接线方案的选择………………………………………………………………1
第一节电气主接线的设计…………………………………………………………………………1
第二节电气主接线方案的确定……………………………………………………………………8
第二章变压器容量、台数与型号的选择……………………………………………………10
第一节主变压器容量、台数与型号的选择………………………………………………………12
第二节所用变压器容量、台数与型号的选择……………………………………………………13
第三章短路电流的计算…………………………………………………………………………13
第四章设备的选择与校验………………………………………………………………………19
第一节电气设备的选择原则和规定………………………………………………………………21
第二节导线的选择与校验…………………………………………………………………………23
第三节断路器的选择与校验………………………………………………………………………23
第四节隔离开关的选择与校验……………………………………………………………………27
第五节互感器的选择与校验………………………………………………………………………29
第五章配电装置设计……………………………………………………………………………25
第一节变电所总体布置……………………………………………………………………………26
第二节配电装置的设计要求………………………………………………………………………27
第三节配电装置的选型、布置……………………………………………………………………28
第六章防雷系统的设计…………………………………………………………………………32
第一节避雷器的配置……………………………………………………………………………32
第二节避雷针的配置………………………………………………………………………33
第七章继电保护部分设计………………………………………………………………………33
第八章电气其他部分的设计……………………………………………………………………39
第一章电气主接线方案的选择
第一节电气主接线设计
在发电厂和变电所所中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备，以与将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能生产、汇集和分配的电气主回路，这个电气回路被称为电气一次系统，双称为电气主接线。
电气主接线是变电所设计的主体，采用何种主接线形式，与电力系统原始资料，变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性的要求等密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护的控制方式的拟定等都有直接的影响。
因此，电气主接线的设计必须根据电力系统、变电所的具体情况，全面分析，正确处理好各方面的关系，通过技术经济比较，合理地选择主接线方案。
一、主接线的设计原则：
以下达的设计任务书为依据，根据国家现行的“安全可靠、经济适用、
符合国情“的电力建设与发展方针，严格按照技术规定和标准，结合工程实际的具体特点，准确地掌握原始资料，保证设计方案的可靠性、灵活性和经济性。
二、主接线的设计要求：
1、可靠性：
供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力，主接线首先必须满足这一可靠性的要求。
①断路器检修时,能否不影响供电。
②线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和时间的长短，以与能否保证对重要用户的供电。
③变电所全部停电的可能性。
④满足对用户的供电可靠性指标的要求。
2、灵活性：
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、检修方式以与特殊运行方式下的调度要求。
②检修要求。
可以方便的停运断路器、母线与其继电保护设备进行安全检修，且不影响对与户的供电。
③扩建要求。
应留有发展余地，便于扩建。
3、经济性：
①投资省。
主接线应力求简单，有时应采取限制短路的措施，继电保护和二次回路不过分复杂；
②占地面积小。
主接线设计应使配电装置占地较少；
③电能损失小。
应避免过回供电。
主变压器的型号、容量、台数的选择要经济合理。
三、拟定主接线方案
主接线的基本形式，概括地可分为两大类：
① 有汇流母线的接线形式：
单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁路母线或旁路隔离开关。
② 无汇流母线的接线形式：
变压器—线路单元接线、桥形接线、角形接线等。
接下来对以上几种接线方式的优、缺点与适用围简单论述一下，看看是否符合原始资料的要求。
1、单母线接线。
优点：
接线简单清晰，设备少，投资省，运行操作方便，且便于扩建。
缺点：
可靠性与灵活性差。
适用围：
只有一台主变压器，10kV出线不超过5回，35kV出线不超过3回，110kV出线不超过2回。
2、单母线分段接线。
优点：
a．用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。
b．当一段母线故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。
缺点：
a．当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。
b．当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
C扩建时需两个方面均衡扩建。
适用围：
适用于6~10kV配电装置出线6回与以下，35~60kV配电装置出线4~8回，110~220kV配电装置少于4回时。
3、双母线分段接线。
由于当进出线总数超过12回与以上时，方在一组母线上设分段断路器，根据原始资料提供的数据，此种接线方式过于复杂，故一不作考虑。
4、双母线接线。
优点：
供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于检修和试验。
缺点：
使用设备多，特别是隔离开关，配电装置复杂，投资较多，且操作复杂容易发生误操作。
适用围：
出线带电抗器的6~10kV出线，35~60kV配电装置出线超过8回或连接电源较多，负荷较大时，110kV~220kV出线超过5回时。
5、增设旁路母线的接线。
由于6~10kV配电装置供电负荷小，供电距离短，且一般可在网络中取得备用电源，故一般不设旁路母线；35~60kV配电装置，多为重要用户，为双回路供电，有机会停电检修断路器，所以一般也不设旁路母线；采用单母线分段式或双母线的110~220kV配电装置一般设置旁路母线，设置旁路母线后，每条出线或主变间隔均装设旁路隔离开关，这样一来，检修任何断路器都不会影响供电，将会大幅度提高供电可靠性。
优点：
可靠性和灵活性高，供电可靠。
缺点：
接线较为复杂，且操作复杂，投资较多。
适用围：
①出线回路多,断路器停电检修机会多；②多数线路为向用户单供，不允许停电，与接线条件不允许断路器停电检修时。
6、变压器—线路单元接线。
优点：
接线简单，设备少，操作简单。
缺点：
线路故障或检修时，变压器必须停运；变压器故障或检修时，线路必须停运。
适用围：
只有一台变压器和一回线路时。
7、桥形接线：
分为桥和外桥两种。
（1）桥接线：
连接桥断路器接在线路断路器的侧。
优点：
高压断路器数量少，四回路只需三台断路器，线路的投入和切除比较方便。
缺点：
a．变压器的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路暂时停运；b．出线断路器检修时，线路需长时间停运；c．连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。
适用围：
容量较小的变电所，并且变压器容量不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。
（2）外桥接线：
连接桥断路器接在线路断路器的外侧。
优点：
设备少，且变压器的投入和切除比较方便。
缺点：
a．线路的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，且影响一台变压器暂时停运；b．变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运；c．连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。
适用围：
容量较小的变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较低的情况，当电网中有穿越功率经过变电所时，也可采用此种接线。
8、角形接线：
由于保证接线运行的可靠性，以采用3~5角为宜。
优点：
a．投资少，断路器数等于回路数；b．在接线的任一段发生故障时，只需切除这一段与其相连接的元件，对系统影响较小；c．接线成闭合环形，运行时可靠、灵活；d．每回路都与两台断路器相连接，检修任一台断路器时都不致中断供电；e．占地面积小。
缺点：
在开环、闭环两种运行状态时，各支流通过的电流差别很大，使电器选择困难，并使继电保护复杂化，且不便于扩建。
适用围：
出线为3~5回且最终规模较明确的110kV以上的配电装置中。
综上所述八种接线形式的优缺点，结合原始资料所给定的条件进行分析，拟定主接线方案。
原始资料：
变电所类型：
降压变电所
电压等级：
110/35/10kV
出线情况：
110kV出线两回，35kV5回架空出线，10kV8回架空出线
负荷性质：
工农业生产与城乡生活用电
结合原始资料所提供的数据，权衡各种接线方式的优缺点，将各电压等级适用的主接线方式列出：
1、110kV只有两回出线，且作为降压变电所，110kV侧无交换潮流，两回线路都可向变电所供电，亦可一回向变电所供电，另一回作为备用电源。
所以，从可靠性和经济性来定，110kV部分适用的接线方式为桥接线和单母线分段两种。
2、35kV部分可选单母线分段与单母线分段兼旁路两种。
3、10kV部分定为单母线分段。
这样，拟定两种主接线方案：
方案I：
110kV采用桥接线，35kV采用单母线分段接线，10kV为单母线分段接线。
方案II：
110kV采用单母线分段接线，35kV采用单母线分段兼旁路接线，10kV为单母线分段接线。
绘出方案I、方案II的单线图。
方案I
出线I
出线Ⅱ
110kV出线Ⅲ
大1#主变2#主变35kV
10kV
出线Ⅳ
出线Ⅴ
出出出出出出出出
线线线线线线线线
12345678
方案II
35kV出线I
110kV出线Ⅱ
出线Ⅲ
#1B#2B
10kV出线IV
出线V
出出出出出出出出
线线线线线线线线
12345678
第二节电气主接线方案的确定
一、主接线方案的可靠性比较：
110kV侧：
方案I：
采用桥接线，当一条线路故障或切除时，不影响变压器运行，不中断供电；桥连断路器停运时，两回路将解列运行，亦不中断供电。
且接线简单清晰，全部失电的可能性小，但变压器二次配线与倒闸操作复杂，易出错。
方案II：
采用单母线分段接线，任一台变压器或线路故障或停运时，不影响其它回路的运行；分段断路器停运时，两段母线需解列运行，全部失电的可能稍小一些，不易误操作。
35kV侧：
方案I：
单母线分段接线，检修任一台断路器时，该回路需停运，分段开关停运时，两段母线需解列运行，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不致失电，另一段母线上其它线路需停运。
方案II：
单母线分段兼旁路接线，检修任一台断路器时，都可用旁路断路器代替；当任一母线故障检修时，旁路断路器只可代一回线路运行，本段母线上其它线路需停运。
10kV侧：
由于两方案接线方式一样，故不做比较。
二、主接线方案的灵活性比较
110kV侧：
方案I：
操作时，主变的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，扩建方便。
线路的投入和切除比较方便。
方案II：
调度操作时可以灵活地投入和切除线路与变压器，而且便于扩建。
35kV侧：
方案I：
运行方式简便，调度操作简单灵活，易于扩建，但当开关或二次检修时线路要停运，影响供电。
方案II：
运行方式复杂，调度操作复杂，但可以灵活地投入和切除变压器和线路，能满足在事故运行方式，检修方式与特殊运行方式下的调度要求，较易于扩建。
10kV侧：
两方案一样。
三、主接线方案的经济性比较
将两方案主要设备比较列表如下：
项目
方案
主变压器（台）
110kV断路器（台）
110kV隔离开关（组）
35kV断路器（台）
35kV隔离开关（组）
10kV设备
I
2
3
8
9
16
一样
II
2
5
10
9
26
一样
从上表可以看出，方案I比方案II少两台110kV断路器、两组110kV隔离开关，10组35kV隔离开关，方案I占地面积相对少一些（35kV侧无旁路母线），所以说方案I比方案II综合投资少得多。
四、主接线方案的确定
对方案I、方案II的综合比较列表，对应比较一下它们的可靠性、灵活性和经济性，从中选择一个最终方案（因10kV侧两方案一样，不做比较）。
方案
项目
方案I
方案II
可
靠
性
①简单清晰，设备少
②35kV母线故障或检修时，将导致该母线上所带3回出线全停
③任一主变或110kV线路停运时，均不影响其它回路停运
④各电压等级有可能出现全部停电的概率不大
⑤操作简便，误操作的机率小
①简单清晰，设备多
②35kV母线检修时，旁路断路器要代该母线上的一条线路，给重要用户供电，任一回路断路器检修，均不需停电
③任一主变或110kV线路停运时，均不影响其它回路停运
④全部停电的概率很小
⑤操作相对简便，误操作的机率大
灵
活
性
①运行方式简单，调度灵活性强
②便于扩建和发展
①运行方式复杂，操作烦琐，特别是35kV部分
②便于扩建和发展
经
济
性
①高压断路器少，投资相对少
②占地面积相对小
①设备投资比第I方案相对多
②占地面积相对大
通过以上比较，经济性上第I方案远优于第II方案，在可靠性上第II方案优于第I方案，灵活性上第I方案远不如第II方案
该变电所为降压变电所，110kV母线无穿越功率，选用桥要优于单母线分段接线。
又因为35kV与10kV负荷为工农业生产与城乡生活用电，在供电可靠性方面要求不是太高，即便是有要求高的，现在35kV与10kV全为SF6或真空断路器，停电检修的几率极小，再加上电网越来越完善，N+1方案的推行、双电源供电方案的实施，第I方案在可靠性上完全可以满足要求，第II方案增加的投资有些没必要。
经综合分析，决定选第I方案为最终方案，即110kV系统采用桥接线、35kV系统采用单母分段接线、10kV系统为单母线分段接线。
第二章变压器容量、台数与型号的选择
第一节主变压器容量、台数与型号的选择
一、主变压器的选择
（一）主变容量和台数的确定原则
主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。
在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变。
如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变。
对大城市郊区的一次变电所，在中压侧构成环网的情况下，宜装设两台变压器。
装设两台与以上主变的变电所，当断开一台时，其余主变的容量不应小于70-80%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。
电力潮流变化大和电压偏移大的变电所，在普通变压器不能满足电力系统和用户对电压质量的要求时，应采用有载调压变压器。
主变压器容量一般按照变电所建成后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。
对引入至负荷中心、具有直接从高压将为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。
对于规划只装设两台主变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
（二）主变压器台数的确定
主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。
由于本变电所出线较多，负荷较重，为了提高供电可靠性，尽量减少由于停电带来的损失，因此，本变电所安装两台主变压器。
（三）调压方式的确定：
据设计任务书中：
系统110kV母线电压满足常调压要求，且为了保证供电质量，电压必须维持在允许围，保持电压的稳定，所以应选择有载调压变压器。
（四）电压等级的确定：
本变电所有三个电压等级，一次侧为110kV，二次侧为35kV和10kV，且没有制造、运输等方面的特殊要求，故选用三绕组变压器。
（五）主变压器容量的确定
主变压器容量一般按变电所建成后5~10年的规划负荷选择，亦要根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。
对装设两台主变压器的变电所，每台变压器容量应按下式选择：
Sn=0.7PM。
因对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证70~80%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%。
由于一般电网变电所大约有25%为非重要负荷，因此，采用Sn=0.7PM确定主变是可行的。
由原始资料知：
35kV侧Pmax=5×10=50MW，负荷同时率为0.8
10kV侧Pmax=8×8=64MW，负荷同时率为0.85
所以，在其最大运行方式下：
Sn=0.7×（50×0.8+64×0.85）=66.08（MVA）
参考《电力工程电气设计手册》选择两台三相三绕组自然冷却有载调压变压器两台，型号为：
SSZ10-6300型变压器。
型号：
SSZ10-63000/110
额定电压：
（110±8×1.25%）/38.52×2.5%/10.5kV
联结组别：
YN,yN0,dll
阻抗电压:
高—中：
10.5；高一低:
17.5；中—低：
6.5。
（六）各电压等级侧中性点接地方式
根据规程，110kV电压等级侧采用中性点直接接地方式，35kV、10kV电压等级侧采用中性点不接地方式或经消弧线圈接地。
采用经消弧线圈接地是为了限制接地电容电流，使电容电流减小到安全值以下，消除弧光过电压。
110kV侧：
直接接地，且装设氧化锌避雷器作为主变压器不接地运行时保护中性点绝缘，本期一台按直接接地设计。
35kV、10kV侧：
不接地。
第二节所用变压器容量、台数与型号的选择
一、所用变压器台数与容量的确定
1、《电力工程设计手册》中规定：
“枢纽变电所与总容量在630kVA与以上的变电所与有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器与装有同步调相机的变电所应装设两台所用变。
”
2、所用变压器所带负荷的统计
不经常短路与不经常断续运行的负荷不计入计算负荷
序号
名称
容量（kW）
cosφ
备注
1
主变风扇
10
0.51
2
蓄电池通风
1.7
0.72
3
室配电室通风
4.4
0.62
4
操作机构加热
10
1
5
硅整流充电器
20
0.78
6
其它
30
0.8
3、所用变压器容量的确定：
（1）所用变容量：
负荷同时率取0.85
S≥0.85×（10/0.51+1.7/0.72+4.4/0.62+10+20/0.78+30/0.8）=86.88kVA
二、所用电源引接方式
根据规定，所有较低电压母线时，一般由此类母线上引接1-2个所用电源。
故本所从35kV、10kV母线上各引接一个所用电源。
变电所所用电压为400V，且400V电压等级接线方式为中性点直接接地。
三、所用变的选择
35kV所用变：
型号：
S9-100/10
额定电压：
38.500±5%/0.4
联结组别：
Y.yn0
10kV侧所用变：
型号：
SC10-100/10
额定电压：
10±2×2.5%/0.4
联结组别：
Yyno
第三章短路电流计算
一、短路电流计算的目的
1、电气主接线的比较与选择。
2、选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要求。
3、为继电保护的设计以与调试提供依据。
4、评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。
5、分析计算送电线路对通讯设施的影响.
二、短路电流计算的一般规定
1、计算的基本情况
a．系统中所有电源均在额定负荷下运行。
b．短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
c．所有电源的电动势相位角一样。
d．应考虑对短路电流值有影响的所有元件。
2、接线方式
计算短路电流时所用的接线方式，应是最大运行方式，不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
3、计算容量
按该设计规划容量计算。
4、短路种类：
均按三相短路计算。
5、短路计算点
在正常运行方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。
三、短路电流计算
1、参数计算
原始网络等值电路（标幺值）见图-1
图-1
X1*=X4*=0.123×（100/14.5）=0.848
X2*=X5*=0.105×（100/15）=0.7
X3*=X6*=0.4×40×（100/1152）=0.121
X7*=0.4×25×（100/1152）=0.0756
X8*=0.4×60×（100/1152）=0.1815
X9*=0.4×15×（100/1152）=0.0454
X10*=0.4×20×（100/1152）=0.0605
X11*=（0.0848+0.7+0.121）/2=0.835
Y至△变换:
如图-2
图-2
X12*=（0.0454×0.0756）/（0.0454+0.0756+0.0605））=0.0189
X13*=（0.0605×0.0756）/（0.0454+0.0756+0.0605））=0.0252
X14*=（0.0454×0.0605）/（0.0454+0.0756+0.0605））=0.0151
图-3
X15*=（0.835+0.0189）+0.0151+[（0.835+0.0189）×0.0151）]/（0.0181+0.0252）=1.1668X16*=（0.181+0.252）+0.0151+[（0.181+0.252）×0.0151）]/（0.835+0.0189）=0.4558
X∑*=（1.1668×0.4558）/（1.1668×0.4558）=0.3277
2、选择计算短路点
在下图中，d1，d2，d3分别为选中的三个短路点
3、画等值网络图
XS
110kVd1
x1x1x235kV
x2
x3x3
d2
d310kV
d1,d2,d3点的等值电抗值计算公式：
x1=1/2×｛U（1-2）%+U（1-3）%-U（2-3）%｝
x2=1/2×｛U（1-2）%+U（2-3）%-U（1-3）%｝
x3=1/2×｛U（1-3）%+U（2-3）%+U（1-2）%｝
其中：
U（1-2）%—变压器高压与中压绕组间短路电压
U（1-3）%—变压器高压与低压绕组间短路电压
U（2-3）%—变压器中压与低压绕组间短路电压
由变压器参数表得知，绕组间短路电压值分别为：
U（1-2）%=10.5%U（1-3）%=17.5%U（2-3）%=6.5%
主变额定容量SN=63MVA
所以x1=1/2×（10.5+17.5-6.5）=10.75
x2=1/2×（10.5+6.5-17.5）=-0.25
x3=1/2×（10.5+6.5-17.5）=6.75
标么值:
x1*=x1/100×（Sj/SN）=10.75
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