110kV降压变电站电气部分一次系统设计毕业作品文档格式.docx
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参考文献……………………………………………………………………………44
摘要
本文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，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，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。
关键词：
变电站变压器接线
Abstract
Thisarticlefirstbookunderthemandategivenbythesystemloadandlineandalltheparametersofloadtrends.Fromloadgrowthillustratestheneedtobuiltthem,andthensummarizedbytheproposedsubstationandtheoutletdirectiontoconsider,andthroughtheanalysisofloaddata,security,economicandreliabilityconsiderations,todeterminethe110kV,10kVandthestation'
smainpowerwiring,andthenthroughtheloadcalculationanddeterminethescopeofthemainpowertransformerstationnumber,capacityandmodels,butalsotodeterminethestationtransformercapacityandtype,andfinally,basedonthemaximumcontinuousoperatingcurrentandshortcircuitcalculationTheresults,onthehigh-voltagefuse,disconnectingswitch,busbar,insulatorandwallbushing,voltagetransformers,currenttransformersfortheselection,thuscompletingthefirstpartoftheelectricaldesignof110kV.
KeyWords:
substation,transformer,powerwiring
1.变压器容量及台数选择
1.1.台数选择
该变电所负荷性质为工农业生产及城乡生活用电,应为地区重要变电所，并且由两回110kV架空线供电，因此应装设两台变压器。
因该变电所具有二种电压，所以采用二绕组变压器。
1.2.主变压器容量的确定
装有两台及以上主变压器的变电所,其中一台事故断开,其余主变压器的容量应保证该所70%的全部负荷,在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。
因此，采用Sn=0.7PM确定主变容量。
由原始资料知：
10kV侧Pmax=25MW，Pmin=18MW，Tmax+6200h,cosφ=0.85
所以，在其最大运行方式下：
Sn=0.7×
（25/0.85）=20.59（MVA）
a、调压方式的确定：
为了保证供电质量，电压必须维持在允许范围内，为保证电压的稳定，选择有载调压变压器。
b、主变压器的冷却方式：
采用风冷却方式，达到散热效率高、节省材料、减少占地面积的目的。
c、参考《电力工程电气设计手册》选择主变压器为两台二绕组，型号为：
SZ10-31500/110
1.3.变压器中性点接地方式：
110kV侧：
直接接地或不接地。
10kV侧：
不接地。
因该变电所所选主变的台数和容量相同，故不须进行主变方案比较。
主变压器选择结果表
项目
参数
型式
三相双绕组油浸式自冷有载调压
型号
SZ10-31500/110
容量
31.5/31.5MVA
额定电压
110±
8×
1.25%/10.5kV
接线组别
YN，d11
阻抗电压
Uk%=10.5
2.变电所的电气主接线设计
变电所电气主接线是电力系统接线组成的一个重要部分。
主接线的确定，对电力系统的安全、灵活、稳定、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置等将会产生直接的影响。
2.1.主接线的设计原则：
在进行主接线方式设计时，应考虑以下几点：
a变电所在系统中的地位和作用。
b近期和远期的发展规模。
c负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。
d主变压器台数对主接线的影响。
e备用容量的有无和大小对主接线的影响。
2.2.主接线的设计要求
2.2.1.可靠性
A、断路器检修时,不宜对用户影响供电。
B、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，以及能否保证对重要用户的供电。
C、尽量避免变电所全部停电的可能性。
D、满足对用户的供电可靠性指标的要求。
2.2.2.灵活性
A、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、检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。
B、检修要求。
可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不影响对及户的供电。
C、扩建要求。
应留有发展余地，便于扩建。
2.2.3.经济性
A投资省；
B占地面积小；
C电能损失小。
2.3.拟定主接线方案
主接线的基本形式，概括地可分为两大类：
A、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。
B、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、缺点及适用范围简单论述一下，看看是否符合原始资料的要求。
A、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：
可靠性及灵活性差。
适用范围：
只有一台主变压器，10KV出线不超过5回，110kV出线不超过2回。
B、单母线分段接线。
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。
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。
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。
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。
适用于6~10kV配电装置出线6回及以下，35~60kV配电装置出线4~8回，110~220kV配电装置少于4回时。
C、双母线分段接线。
由于当进出线总数超过12回及以上时，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。
D、双母线接线。
供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于检修和试验。
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。
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。
E、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。
可靠性和灵活性高，供电可靠。
接线较为复杂，且操作复杂，投资较多。
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，及接线条件不允许断路器停电检修时。
F、变压器—线路单元接线。
接线简单，设备少，操作简单。
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。
只有一台变压器和一回线路时。
G、桥形接线：
分为内桥和外桥两种。
⑴内桥接线：
连接桥断路器接在线路断路器的内侧。
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。
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。
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。
⑵外桥接线：
连接桥断路器接在线路断路器的外侧。
设备少，且变压器的投入和切除比较方便。
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；
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。
假设：
变电所类型：
地区降压变电所
电压等级：
110/10kV
出线情况：
110kV出线两回，架空线LGJ-240/25km，LGJ-240/30km
10kV出线12回，Pmax=25MW,Pmin=18MW,Tmax=6200h,
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虽然只有两回出线，但作为地区降压变电所，110KV侧可能要交换潮流，两回线路都可向变电所供电，亦可一回向变电所供电，另一回向外输出电能。
所以，从可靠性和经济性来定，110KV部分适用的接线方式为外桥接线和单母线分段两种。
2、10kV部分定为单母线分段带旁路和单母线分段两种。
这样，拟定两种主接线方案：
方案I：
110kV采用内桥接线，10kV采用单母线分段接线，
方案II：
110kV采用单母线分段接线，10kV为单母线分段接线。
2.4.主接线方案的确定
2.4.1.主接线方案的可靠性比较：
采用内桥接线，当桥连断路器停运时，两回路将解列运行。
接线简单清晰，有全所失电的可能。
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。
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，当任一母线故障检修时，本段母线上线路需停运。
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。
2.4.2.主接线方案的灵活性比较
操作时变压器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。
调度操作时可以灵活地投入和切除线路及变压器，而且便于扩建。
运行方式简便，调度操作简单灵活，易于扩建。
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，检修方式及特殊运行方式下的调度要求，但不易于扩建。
2.4.3.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）
10kV断路器（台）
10kV隔离开关（组）
I
2
3
8
13
26
II
5
10
2.4.4.主接线方案的确定
通过以上比较，在可靠性和灵活性上第II方案优于第I方案，经济性上第I方案优于第II方案。
该变电所为地区降压变电所，110kV母线有穿越功率，选用单母线分段要优于外桥接线。
在经济性上，第I方案少两台断路器，设备投资少60多万元，且占地面积小于第二方案；
又因为10KV用户多为重要负荷，为双回路供电（从不同变电站出线），有可能停电检修断路器，且由于选择SF6断路器，出现故障机率很小，所以两种方案可靠性基本相同。
第I方案操作相对方便，且易于扩建（第I方案10KV侧分段旁路接线不易于扩建），在灵活性上优于第II方案。
经综合分析，决定选第I方案为最终方案，即110kV侧为内桥接线、10kV侧均为单母线分段。
3.短路电流计算
3.1.短路电流计算的目的
a）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，需要进行必要的短路电流计算。
b）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠地工作，同时又力求节约资金，需要全面的短路电流计算。
c）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。
d）设计接地装置时，需用短路电流。
e）在选择继电保护和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
3.2.短路电流计算的一般规定
3.2.1.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相同。
d）应考虑对短路电流值有影响的所有元件。
3.2.2.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。
3.2.3.计算容量
按该设计规划容量计算。
3.2.4.短路种类：
均按三相短路计算。
3.2.5.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。
3.3.短路电流计算
（1）已知：
系统电压等级为110kV、10kV，系统110kV母线短路容量Sd=2500MVA，110kV架空线两回为LGJ-240/30km。
视系统为无限大电流源，故暂态分量等于稳态分量，
即I＂=I∞，S＂=S∞
（2）取基准值：
基准容量Sj=100MVA，基准电压Uj=Up=1.05Ue
110kV侧：
基准电压Uj=1.05Ue=115（kV）
基准电流Ij=Sj/√3Uj=100/115/√3=0.502（kA）
基准电抗Xj=Uj/Ij=Uj2/Sj=1152/100=132（Ω）
系统110kV母线等值电抗值Xs*=Sj/Sd=100/2500=0.04
110kV每条线路等值电抗值XL*=XL/Xj=0.4×
35/132=0.1061
变压器每个绕组的电抗百分值:
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）%=17.5%U（1-3）%=10.5%U（2-3）%=6.5%
主变额定容量SN=40MVA
所以x1=1/2×
（17.5+10.5-6.5）=10.75
（17.5+6.5-10.5）=6.75
（10.5+6.5-17.5）=-0.25
标么值:
x1*=x1/100×
（Sj/SN）=10.75/100×
（100/40）=0.2688
x2*=x2/100×
（Sj/SN）=6.75/100×
（100/40）=0.1688
x3*=x3/100×
（Sj/SN）=-0.25/100×
（100/40）=-0.006
（4）当D1点短路时，系统等效电抗为：
X*1=Xs*+1/2×
XL*=0.04+1/2*0.1061=0.09305
I″d*1=1/X*1=1/0.09305=10.7469
Ij=Sj/√3Uj=100/√3×
115=0.502（kA）
I″d1=I″d*1Ij=10.7469*0.502=5.395（kA）
ich1=√2×
KchI″d1=2.55I″d1=2.55×
5.395=13.757（kA）
Ich1=√1+2（Kch-1）2I″d1=1.51I″d1=1.51×
5.395=8.146（kA）
其中Ich：
短路电流周期分量有效值ich:
：
短路冲击电流
Id″：
起始次暂态电流，冲击系数取Kch=1.8
当D2点短路时，系统等效电抗为：
（按变压器并列运行）
X*2=Xs*+1/2×
（XL*+X1*+X2*）=0.04+1/2×
0.1061+1/2×
（0.2688+0.1688）=0.3119
I″d*2=1/X*21=1/0.3119=3.21
37=1.56（kA）
I″d2=I″d*2×
Ij=3.21×
1.56=5.008（kA）
ich2=√2×
KchI″d2=2.55×
I″d2=2.55×
5.008=12.78（kA）
Ich2=√1+2（Kch-1）2I″d2=1.51×
I″d2=1.51×
5.008=7.561（KA）
当D3点短路时，系统等效电抗为：
（按变压器分列运行）
X*3=Xs*+XL*+（X1*+X3*）=0.04+0.1061+（0.2688-0.006）=0.4089
I″d*3=1/Xd*3=1/0.4089=2.446
Ij=Sj/√3Uj=100/√3×
10.5=5.5（kA）
I″d3=I″d*3×
Ij=2.446×
5.5=13.453（kA）
ich3=√2×
KchI″d3=2.55×
I″d3=2.55×
13.453=34.3（kA）
Ich3=√1+2（Kch-1）2I″d3=1.51I″d3=1.51×
13.453=20.85（kA）
变压器额定电流计算
因IN=IjSN/Sj，SN=40MVA，Sj=100MVA，
Ij1=0.502kA,Ij2=1.56kA,Ij3=5.5kA
所以IN1=0.502×
40/100=0.20（kA）IN2=1.56×
40/100=0.624（kA）
IN3=5.5×
40/100=2.2（kA）
（5）短路电流计算结果表
短路点
公式
D1
D3
基准电压（KV）
Uj=Up
115
10.5
基准电流（kA）
Sj/√3Uj
0.502
5.5
电压等级（kV）
110
计算电抗
X*
0.09305
0.4089
额定电流（kA）
IjSN/Sj
0.20
2.2
电流同期分量起始值（kA）
I″d*Ij=
1/X*Ij
5.395
13.453
短路电流冲击值（kA）
2.55I″d
13.757
34.3
全电流最大有效值（kA）
1.51I″d
8.146
20.85
根据以上计算结果，10kV侧采用分列运行方式；
电气设备的短路电流取值如下：
1、110kV电压等级：
31.5kA；
2、10kV电压等级：
主变及分段31.5kA，出线25kA。
4.设备的选择与校验
4.1.设备选择的原则和规定
导体和设备的选择设计，应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。
4.1.1.一般原则
a）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。
b）应力求技术先进和经济合理。
c）选择导体时应尽量减少品种。
d）应按当地环境条件校核。
e）扩建工程应尽量使新老电器型号一致。
f）选用的新产品，均应有可靠的实验数据，并经正式鉴
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