110千伏城北变电站电气设计毕业设计论文.docx
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110千伏城北变电站电气设计毕业设计论文
前言
本毕业设计题目为：
110kV城北变电站电气设计。
此设计任务宗旨在于体现我对本专业各科知识的掌握程度，培养我对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验我对本专业学习四年以来的学习成果。
电力生产过程有别于其他工业过程的一个重要特点，就是它的生产、输送、变换、分配、消费的几个环节是在同一个时间内同步瞬间完成。
电力生产过程要求供需严格动态平衡，一旦失去平衡生产过程就要受到破坏，甚至造成系统瓦解，无法维持正常生产。
随着经济的快速发展，负荷大幅度增加，使电网规模不断扩大，高电压、大机组、长距离输电、电网互联的趋势，使电网结构越来越复杂，加强电力资源的优化配置，最大限度满足电力需求，保证电网的安全稳定成为人们探讨的问题之一。
在这种要求下，110kV变电站电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑已是大势所趋。
因而，110kV变电站从电力系统整体出发，力求电气主接线简化，配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保的设计方案。
基于此。
我以节约资源、设计高安全、高质量的110kV变电所为目的，从主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面提出了设计思路。
第一章概述
第一节待设计变电站地位及作用
按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建1中型110kV变电所。
该变电所建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电，改善提高供电水平。
第二节工程概况
本变电所的电压等级为110／35／10kV，属于地方变电所。
110kV：
变电所有双回110kV线路与大系统相连，长度为40km，系统最大方式容量为3500MVA，相应的系统电抗为0.448；系统最小方式容量为2800MVA，相应的系统电抗为0.455；35kV侧，线路共4回，容量为36MVA，已考虑发展后的最大负荷。
10kV侧：
10KV线路共6回，容量为14.8MVA,已考虑发展后最大负荷，其中903线为电缆出线，其余出线为架空线出线。
表1-135kV和10kV负荷情况
电压等级
负荷名称
容量（MVA）
负荷性质（类）
距离（km）
10kV
901
1
902
2
1
纺织厂
1
1
机械厂
2
水厂
2
市政用电
1
1
35kV
301
2
20
302
2
18
303
1
17
304
10.0
1
15
第二章电气主接线
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、变电站主接线必须满足以下基本要求。
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。
第一节主变压器选择
为了保证供电的可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所一般装设两台主变压器。
主变压器的容量应根据5—10年的发展规划进行选择，适当考虑到远期10-20年的负荷发展。
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，当一台主变停用时，另一台变压器容量在考虑了住变压器过负荷能力和过负荷时间等因素后，应能保证用户的一级和二级负荷供电的连续性；对于一般变电所，当一台住变压器停运时，另一台住变压器容量应能保证70—80%变电所总负荷供电的连续性。
因此一般每台额定容量按70%的裕度来选择可以考虑选用双绕组自耦变压器或三绕组变压器。
由于三绕组变压器具有供电可靠、运行安全、灵活性好、设备少、接线简单等优点，再结合本变电所的负荷情况，综合考虑决定采用两台并列运行的110kV／35kV／10kV有载调压三绕组变压器。
负荷平均功率因数，线损率为5%。
35kV和10kV的综合最大负荷分别为：
=（8+8+10+10）××
=（2.5+3.5+1.2+1.6+1.2+2.5）××
所以每台变压器容量为：
×（+×
所以本变电站采用两台容量均为31.5MVA的有载调压三绕组变压器，型号为：
SFSL7-31500/110。
变压器主要参数如下：
表2-1变压器主要参数表
型号
容量
电压组合及分接范围
短路阻抗电压
空载电流
容量比
SFSZ7-
31500/110
高压
中压
低压
高
中
低
1108*1.25%
2*2.5%
6.3,11
18
100/100/50
第二节110kV侧主接线选择
对于35～60kV系统中，容量在48MVA及以下，出线回路不多时，或者110～220kV系统中出线在4回及以下时，可以考虑单母分段接线；若有一类负荷，应当用双回路供电，每回路要分接在不同母线上，因此该级电压母线可以是单母线分段或双母线接线。
因此对于110kV侧为两条进线，与40km外的系统相连接，系统的最大方式容量为3500MVA。
有两个方案可供选择：
单母线分段接线；双母线接线。
如图2.1及图2.2所示。
单母线分段接线双母线接线
对图2.1及图2.2所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表2-2。
表2-2主接线方案比较
方案
项目
方案Ⅰ单
方案Ⅱ双
技
术
不会造成全所停电
调度灵活
保证对重要用户的供电
任一断路器检修，该回路必须停止工作
供电可靠
调度灵活
扩建方便
便于试验
易误操作
经
济
占地少
设备少
设备多、配电装置复杂
投资和占地面大
在技术上（可靠性、灵活性）第Ⅱ种方案明显合理，在经济上则方案Ⅰ占优势。
鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。
经综合分析，决定选第Ⅱ种方案为设计的最终方案。
第三节35kV侧主接线选择
电压等级为35kV～60kV，出线为4～8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。
为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。
但由于设置旁路母线的条件所限（35kV～60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为2～3天。
）所以，35kV～60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。
由于35kV侧负荷在整个变电站中的比重较大，再加上该侧的一级负荷占该侧总负荷的70%以上。
有两个方案可供选择：
双母线接线；单母线分段接线。
有两个方案可供选择：
单母线分段；双母线接线。
如图2.3及图2.4所示。
单母线分段接线双母线接线
Ⅰ、Ⅱ综合比较。
见表2-3
表2-3主接线方案比较
方案
项目
方案Ⅰ单
方案Ⅱ双
技术
不会造成全所停电
调度灵活
保证对重要用户的供电
任一断路器检修，该回路必须停止工作
供电可靠
调度灵活
扩建方便
便于试验
易误操作
经济
占地少
设备少
设备多、配电装置复杂
投资和占地面大
经比较两种方案都具有易扩建这一特性。
虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但其具有良好的经济性。
鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案Ⅰ。
第四节10kV侧主接线选择
6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。
而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。
由于10kV侧负荷中有一级负荷，有两个方案可供选择：
单母线分段接线；双母线接线。
上述两种方案如图2.5及图2.6所示。
单母线分段接线双母线接线
表2-4主接线方案比较
方案
项目
方案Ⅰ单分
方案Ⅱ双
技术
不会造成全所停电
调度灵活
保证对重要用户的供电
任一断路器检修，该回路必须停止工作
供电可靠
调度灵活
扩建方便
便于试验
易误操作
经济
占地少
设备少
设备多、配电装置复杂
投资和占地面大
经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。
所以选用方案Ⅰ。
第三章短路电流计算
第一节元件参数计算
选择流过所要校验的设备内部和载流量导体的短路电流最大的短路点为短路计算点，短路电流的计算通常采用标幺值法，必须根据各个短路点分别进行等值电路的化简，求得电源至短路点的短路回路总电抗标幺值。
用标幺值进行计算，基准容量取100MVA，基准电压用各级的平均电压，平均电压为1.05倍的额定电压。
经过计算，在最大方式下线路的短路电流比在最小方式下要大，所以选择最大方式下来计算。
表3-1各等级电压的平均电压
额定电压kV
110
35
10
平均电压kV
115
37
已知三绕组是降压变压器，其阻抗为：
UⅠ-Ⅱ=10.5%，UⅠ-Ⅲ=18%，UⅡ-Ⅲ=6.5%，
线路电抗：
X1=X0*L*0.5*（Sj/Uj2）=0.5*0.4*40*（100/1152
最大运行方式下的系统等值电抗：
X=Xs*（Sj/Ss
变压器的等值电抗：
X2=X3=（Xd1%*Sj）/（100*SN）=[0.5*（Ud1-2%+Ud1-3%-Ud2-3%）=[0.5*（10.5+18-6.5）*100]
X4=X5=（Xd2%*Sj）/（100*SN）=[0.5*（Ud1-2%+Ud2-3%-Ud1-3%）*100]/（100*31.5）=[0.5*（10.5+6.5-18）*100]/100*31.5＜0
通常认为X4=0
X6=X7=（Xd3%*Sj）/（100*SN）=[0.5*（Ud1-3%+Ud2-3%-Ud1-2%）*100]/（100*31.5）=[0.5*（6.5+18-10.5）*100]/100*31
所以可得整个系统的等值接线图和正序阻抗图:
等值接线图
正序阻抗图
第二节110kV母线三相短路电流计算
当k1短路时,短路点的总电抗为：
电源对短路点的计算阻抗为（由于短路电流由系统供给，所以将系统看作一台等值发电机，再查该发电机的运算曲线，故须将基准容量改为3500MVA.）
由于＜3，按有限电源对短路点短路，假定电源为汽轮发电机组，以电源容量为基准的计算电抗按Xjs值查相应的发电机运算曲线图，可得到短路电流周期分量的标么值。
短路电流的周期分量（t=时），=”*
110kV侧基准电流为==17.57（kA）
短路电流的有名
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