最新110KV某降压变电所设计.docx
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最新110KV某降压变电所设计
110KV某降压变电所设计
110KV某降压变电所设计
指导教师：
学生：
摘要：
本课题是对110kV降压变电所的设计，其设计范围是：
1.负荷计算；2.主变压器台数和容量的选择；3.降压变电所主接线设计；4.短路电流计算；5.主要电气设备选择与校验；6.绘制总降压变电所电气主接线图；此课题在老师的指导以及本人的努力下，对每一个设计步骤进行了分析和计算，最终得到一套在实际工程中可行的系统设计方案。
关键词：
降压变电所，主变压器的选择,负荷计算，方案比较，短路电流计算。
第一章设计任务分析…………………………………………………………3
第一节原始资料分析……………………………………………………3
第二节可行性研究………………………………………………………5
第三节供电方案及建设规模……………………………………………5
第二章负荷分析………………………………………………………………6
第一节负荷计算…………………………………………………………6
第二节主变压器的确定…………………………………………………7
第三章电气主接线的设计原则………………………………………………8
第一节电气主接线设计原则和程序……………………………………8
第二节主接线方案的拟定………………………………………………9
第三节本变电站主接线方案的确定……………………………………14
第四章短路电流计算…………………………………………………………14
第一节短路电流计算的一般规定及过程………………………………14
第二节短路电流计算步骤………………………………………………16
第五章设备的选择……………………………………………………………23
第一节电气设备选择的一般条件………………………………………23
第二节高压断路器和隔离开关的原理与选择…………………………25
第三节互感器的原理及选择……………………………………………27
第四节限流电抗器选择…………………………………………………30
第五节高压熔断器选择…………………………………………………31
第六节裸导体的选择……………………………………………………31
第七节电缆、绝缘子和套管的选择……………………………………33
第六章配电装置的设计………………………………………………………34
第一节概述………………………………………………………………34
第二节屋内配电装置……………………………………………………38
第三节屋外配电装置……………………………………………………41
第四节成套配电装置……………………………………………………45
第五节本站配电装置的选型……………………………………………46
第七章继电保护配置…………………………………………………………46
第一节概述………………………………………………………………46
第二节变压器保护配置…………………………………………………47
第三节线路保护配置……………………………………………………48
第八章防雷保护配置…………………………………………………………48
第一节变电所的防雷保护………………………………………………49
第二节变电所的防雷保护配置…………………………………………49
第三节防雷保护计算……………………………………………………50
第一章设计任务分析
在建设某一变电站之前，应先对其进行研究分析，看是否有必要建设该变电站、是否能适应系统近期及远景发展规划和变电所在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）与作用，以保证资源浪费降到最低。
第一节原始资料分析
一、原始资料
1、电力系统接线图如图所示：
2、负荷数据：
（1）、35KV负荷数据如下：
符合名称
P（kW）
供电方式
线路长度
回路数
COSφ
变电所A
10000
架空线路
50
1
0.85
变电所B
5000
架空线路
40
2
0.85
变电所C
8000
架空线路
30
2
0.9
煤矿
5000
架空线路
20
1
0.8
飞机场
5000
架空线路
50
1
0.85
合计
33000
35kV侧负荷同时率为0.85
最小负荷是最大负荷的75%
年最大负荷利用小时数Tmax=5500h
（2）、10kV负荷数据表如下：
符合名称
P（kW）
供电方式
线路长度
回路数
COSφ
配电站甲
2000
架空进线
15
1
0.8
配电站乙
2000
架空进线
10
1
0.8
配电站丙
2000
架空进线
5
1
0.85
化工厂
2000
架空进线
1.9
2
0.8
化纤厂
1000
架空进线
8
2
0.8
石化厂
1000
架空进线
20
2
0.85
医院
1000
架空进线
2
2
0.85
剧院
1000
架空进线
12
1
0.85
合计
13000
10kV侧负荷同时率为0.9
最小负荷是最大负荷的70%
年最大负荷利用小时数Tmax=5500h
3、110kV侧负荷同时Kts=0.8
年最大负荷利用小时数Tmax=5500h
4、负荷年增长率：
5%
5、地理环境
（1）、最高温度：
40°C
（2）、最低温度：
-10°C
（3）、最热月平均最高温度:
35°C
（4）、30年一遇最大风速为：
25m/s
（5）、年平均雷暴日数：
48天
（6）、50年一遇洪水水位：
44.5（黄海高度）
（7）、所址标高：
50.0-55.0覆冰厚度：
5m
（8）、地震基本烈度：
7度
二、设计内容
1、进行负荷计算，在此基础上对变压器进行选择，包括变压器台数、型式等，初步确定主接线方案。
2、进行短路电流计算，选择电气设备，并进行校验。
3、变电所方案比较，确定方案，画主接线图。
4、配电装置设计，画出电气总平面图、屋内、外间隔断面图。
5、进行所用电及直流系统和防雷接地方面的设计。
6、进行变压器和线路的征订计算，保护选型等。
7、二次回路方案的选择及继电保护装置的选择。
8、专题设计，如针对变电所的备自投或重合闸加以论述。
三、设计成果
1、设计说明书（包含计算书）一份。
2、画出电气总平面主接线图。
3、屋内间隔断面图。
4、屋外间隔断面图。
第二节可行性研究
一、变电所地理位置的选择：
变电所位置的选择应满足下列要求：
1、符合电网区域规划，靠近负荷中心。
2、节约用地，不占或少占耕地面积及经济效益高的土地。
3、与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空线和电缆线路的引入和引出。
4、交通运输方便。
5、宜设在受污源影响最小处。
6、具有适宜的地址，地形和地貌条件（例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所），站址应避免选在重要的文物或开采后对变电站有影响的矿藏附近。
7、站址标高宜高于频率2%高水位，否则，站区应有可靠的防洪措施或与地区（工业企业）的防洪标准一致，但仍应高于内涝水位。
8、变电所的所有所内地平线宜高于站外自然场所地标高0.3～0.5m。
9、应考虑变电所与周围环境，邻近设施的相互影响。
二、变电所的容量位置
一般情况下，变电所在电力系统中是用于长距离传输电能，大容量输送电能的，还可以节省运行费用及加强电力系统的互联等。
本变电所在具有上述作用的同时又是一个枢纽变电所，该地区用电需求量直接影响着该地区的经济发展。
而该变电所在电力系统中是直接与负荷相连的，其作用无论是对电力系统还是该地区的经济发展来说都是及其重要的。
综上分析，该区适合建设该变电所。
第三节供电方案及建设规模
一、供电方案
为保证用电的可靠性，可采用双电源，双回供电。
二、规模
1、110kV进线线路部分：
110kV出线为2回，接至变电所，线路长90km,配电装置及变压器户外布置。
2、35kV和10kV出线线路部分：
35kV出线为7回，采用35kV室内配电装置。
10kV出线为12回，采用10kV室内配电装置。
正常运行时由远方控制端通过运动通道对变电所实施监控，隔离开关、接地刀闸就地操作。
第二章负荷分析
计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。
第一节负荷计算
1、35kV侧
P35max=33000kW
PS35=P35max\COSφ=33000\0.85=38823.53kW
Q35=Ps2-P35max2=（38823.532-330002）1/2=20451.56kVar
2、10kV侧
PS10=P10max\COSφ=13000\0.9=14444.44kW
Q10=Ps2-P10max2=（14444.442-130002）1/2=6296.18kVar
3、待设计变电所容量
S=[（P35max+P10max）2+（Q35+Q10+）2]1/2
=[（38823.53+14444.44）2+（20451.56+6296.18）2]1/2
=59606.36kVA
第二节主变压器的确定
1、变压器绕组的选择
在本变电所中:
Sg35／S∑=38823.53/59606.36=0.54＞15%
Sg10／S∑=14444.44/59606.36＝0.40＞15%
因此，主变压器选为三绕组变压器。
2、变压器台数的确定
由前设计任务书可知、正常运行时，变电站负荷由110kV系统供电，考虑到35kV侧与10kV侧重要负荷达到比较多，为提高负荷供电可靠性，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。
3、变压器容量和型号的确定
主变压器容量一般按变电站建成后5～10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展，对于城市郊区变电站，主变压器应与城市规划相结合。
（1）、变电站的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的70%。
（2）、应保证用户的一级和二级负荷（单台运行时）I、II类负的需要。
综合a、b并考虑到两台容量之和必须大于S∑、再分析经济问题，查表得所选择变压器容量SB=31.5MVA
查110kV三相三绕组电力变压器技术时数据表，选择变压器的型号为SFSZ7-40000/110，其参数如下表：
型号
额定容量（kVA）
高压侧电压（kV）
中压侧电压（kV）
低压侧电压（kV）
阻抗电压（%）
空载
电流
（%）
高
中
高
低
中
低
SFZ7-40000/110
40000
110
35
10
10.5
18
6.5
1.3
4、绕组连接方式的确定原则
我国110kV及以上电压、变压器都采用Y。
连接，35kV采用Y连接，其中性点经消弧线圈接地、35kV以下电压变压器绕组都采用△连接。
根据选择原则可确定所选择变压器绕组接线方式为Y。
第三章电气主接线的设计原则
电气主接线是发电厂或变电所电气设计的主体部分，是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。
用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备过成套配电装置的全部基本组成和连接关系的单接线图，称为主接线电路图。
主接线代表了发电厂或变电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。
因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。
第一节电气主接线设计原则和程序
一、对电气主接线的基本要求
对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。
1.可靠性
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
停电不仅给发电厂造成损失，而且给国民经济各部门带来的损失将更加严重，在经济发达地区，故障停电的经济损失是实时电价的数十倍乃至上百倍，至于导致人身伤亡、设备损害、产品报废、城市混乱等经济损失和政治影响，更是难以估量的。
电气主接线的可靠性不是绝对的。
同样型式的主接线对某些发电厂或变电所来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电所则不一定能满足可靠性要求。
所以，在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂或变电所在系统中的地位和作用，用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。
（1）发电厂或变电所在电力系统中的地位和作用。
发电厂或变电所都是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。
（2）负荷性质和类别。
负荷按其重要性分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类之分。
（3）设备的制造水平。
电气设备的制造水平决定的设备质量和可靠程度直接影响着主接线的可靠性，因此民主接线设计必须同时考虑设备的故障率及对供电的影响。
（4）长期的实践运行经验。
主接线可靠性与运行管理水平和运行值班人员的素质密切相关，衡量可靠性的客观标准是运行实践。
国内外长期运行经验的积累，经过总结构均反应于技术规范之中，在设计时均应予遵守。
（5）定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几个方面考虑：
断路器检修时能否不影响供电；线路、断路器或母线故障时以及母线隔离开关检修时对供电的影响；发电厂或变电所全部停电的可能性；大型机组突然停运时，对电力系统稳定性的影响与后果等因素。
2.灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。
灵活性包括以下几各方面：
（1）操作方便。
电气主接线应该在满足可靠性的条件下，接线简单，操作方便，尽可能地是操作步骤少，以便于运行人员掌握，不至于在操作过程中出差错。
（2）调度的方便性。
电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求，方便地改变运行方式，并且在发生事故时，要能尽快地切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。
（3）扩建的方便性。
对将来要扩建的发电厂或变电所，其主接线必须具有扩建的方便性。
尤其是火电厂和变电所，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。
设计时不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑从初期接线过度到最终接线的可能和分段施工的可能方案，使其尽可能地不影响连续供电过在停电时间最短的情况下，将来肯那个顺利完成过渡方案的实施，是改造工作量减到最少。
3.经济性
在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。
通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。
经济性主要从以下几个方面考虑：
（1）节省一次投资。
主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关数量，选用价廉的电器，以便降低投资。
（2）占地面积少。
主接线设计要为配电装置布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积少，同时应注意节约搬迁费用，安装费用和外汇费用。
对大容量发电厂或变电所，在可能和允许的条件下，应采取一次设计，分期投资、投建，尽快发挥经济效益。
（3）电能损耗少。
在发电厂或变电所中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器型式，容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。
二、电气主接线设计的原则
电气主接线设计的原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活，满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的减少投资，就地取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
第二节主接线方案的拟定
主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体，由于各个发电厂或变电所的出现回路数和电源数不同，且每条回路馈线所传输的功率不也一样，因而为便于电能的汇集和分配，在进出线数较多时（一般4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单、运行方便，由利于安装和扩建。
而与由母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备少、配电装置占地面积较小，通常用于进出回路数少，不再扩建和发展的发电厂或变电所。
一、单母线线接线
WL1WLn
QS12QSn2
QF1QFn
QS11QSn1
W
S1Sn
如上图所示单母线接线，其供电电源在发电厂是发电机或变压器，在变电所是变压器或高压进线回路。
母线即可保证电源并列工作，又能使任何一条出线都可以从任一个电源获得电能。
各出线回路输送功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡死分配于各出线上，以减少功率在母线上的传输。
每条回路中都装有断路器和隔离开关，仅靠母线侧的隔离开关称坐母线隔离开关，靠近线路侧的隔离开关称为线路隔离开关。
在运行操作时必须严格遵守下列操作顺序：
在接通电路时，应先合断路器两侧隔离开关，再合断路器；再切断电源时，应断开断路器，再依次断开线路隔离开关和母线侧隔离开关。
这样的操作顺序遵守了两条基本原则：
一是防止隔离开关带负荷合闸或拉闸；二是在断路器处于合闸状态下（或虽在分闸位置，但因绝缘介质性能破坏儿导通），误操作隔离开关的事故不发生在母线侧隔离开关上，以避免误操作的电弧引起母线短路事故；反之，误操作发生在线路隔离开关时，至引起本线路短路事故，不影响母线上其他线路的运行，造成的事故范围及修复时间将大为缩小。
为防止误操作，除严格按照操作规程试行操作制度外，还应在隔离开关和相应的断路器之间加装电磁闭锁、机械闭锁或电脑钥匙。
单母线接线的优点是：
接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于想两端延伸，扩建方便。
而缺点是：
（1）可靠性差。
母线或母线隔离开关检修故障时，所有回路都要停电；
（2）调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。
综上所述，这种接线形式一般只用在出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂或变电所中。
二、单母线分段接线
WL1WL2
WIWII
QFd
单母线分段接线如上图所示。
单母线分段断路器QFd进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电；两端母线同时故障的几率很小，可不予考虑。
在可靠性要求不高时，亦可以用隔离开关分段，任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可恢复送电。
通常，为了限制短路电流，简化继电保护，在降压变电所中，采用单母线分段接线时，低压侧母线分段断路器通常处于断开状态，电源是分列运行的。
为了防止电源断开而引起的停电，应在分段断路器QFd上装备用电源自动投入装置，在任一分段的电源断开时，将QFd自动接通。
分段的数目，取决于电源的数量和容量，段数分得越多，故障时停电范围越小，但适用断路器的数量亦越大，且配电装置和运行也越复杂，通常以2～3段为宜。
但是，由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整个母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷出线回路较多、供电容量较大时，一般不予采用。
三、双母线接线
W2
W1
QFc
双母线接线如图所示，双母线有两组母线，可以互为备用。
每一电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，分别与两组母线之间的联络，通过母线联络断路器（简称母联断路器）QFc来实现。
其特点如下：
（1）供电可靠。
通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；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时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此相连的该组母线，其他电路均可通过另一条电路和与此隔离开关相连的该组母线继续运行，但其操作步骤必须正确。
（2）调度灵活。
各个电源和回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的的需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式。
根据系统需要，双母线还可以完成一些特殊功能。
例如：
用母联与系统进行同期或解列的操作；当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路单独接到备用母线上运行；当线路利用短路方式熔冰时，亦可以用一组备用母线作为熔冰母线，不致影响其他回路工作等。
（3）扩建方便。
向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的带电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。
由于双母线接线有较高的可靠性，广泛用于：
出线带电抗器的6～10kV配电装置；35～60kV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110～220kV出线数为5回及以上时。
四、桥型接线
WL1WL2WL1WL2
QF1QF2
QF3
QF3
QF1QF2
T1T2T1T2
图1（内桥接线）图2（外桥接线）
当只有2台变压器和2条线路时，宜采用桥形接线，根据桥断路器QF3的安装位置，可分为内桥接线和外侨接线两种。
桥形接线至用了3台断路器，比具有4条回路的单母线接线节省了1台断路器，并且没有母线，投资省，但可靠性不高，只适用于小容量的发电厂或变电所，以及作为终端发展为单母线分段或双母线接线的工程初期接线方式，也可用于大型发电机组的启动、备用变压器的高压侧接线方式。
1.如图1所示为内桥接线，此接线在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路个工作，并且操作简单；而在变压器故障或切除、投入时，要使相应的线路短时停电，并且操作复杂。
因而该接线一般适用于线路较长（相对来说线路故障几率较大）和变压器不需要经常切换（如火电厂）的情况。
2.如图2所示为外桥接线，此接线在运行中的特点于内桥接线相反，适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。
当系统中有穿越功率通过主接线为桥形接线的发电厂或变电所高压侧时，或者桥形接线的2条线路介入环行电网时，都应该采用外桥接线。
因为如果采用内桥接线，穿越功率将通过3太断路器，继电保护配置复杂，并且起重任一台断路器断开都将使穿越功率无法通过，或使环形电网必须开环运行。
在上述情况下采用外桥接线时，应在桥断路器的外侧加装一个“跨条”（如图2中虚线所示），在桥断路器检修时，能使穿越功率冲“跨条”通过，也能使环形电网不会被迫开环运行。
装设2台过来隔离开关构成“跨条”是为了便于轮流检修任意一台隔离开关。
第三节本变电站主接线方案的确定
电力系统中的变电所可分为为枢纽变电所、区域变电所和配电变电所三种主要类型。
本变电所为终端变电所，且最大负荷量不高，最高电压等级为110Kv，因此可按区域变电所进行设计。
因为本变电所是该地区的主供电电源，所以必须着重保证供电可靠，再依次根据灵活性和经济性进行分析，再确定最终的方案。
另外，停电对于非工业部门带来的损失，尽管无法用货币形式表达，但其影响也十分严重，过度频繁的停电，将对人民生活、社会安全产生不良影响，这点爱设计和确定
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