3KV 地区降变电站电气设计说明书文档格式.docx

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在设计过程中我们不但遇到了不少的难题，同时也发现了自己知识结构的薄弱环节，但在周文华老师精心指导和严格要求下我们收获了很多也学到了很多，终于圆满的完成此次设计任务，在这次设计中我们运用平时所学的知识同时参考了《电力工程电气设计手册1,2》、《发电厂电气设备教科书》、《变电运行技能培训教材》、《发电厂电气部分课程设计参考资料》等书籍来完本次设计。

本次设计是对学习电力专业综合性很好的一次训练，通过三年的学习和两次简单的课程设计，为毕业设计打下了坚实的理论基础使我们受益匪浅。

电力学院的三年我们掌握很多相关的专业知识，使我得到了很大的进步。

但是由于基础较差，设计中存在一些错误。

望各位老师予以指正。

学生：

辛华

2004年6月

内容摘要

本次设计是110KV/35/10KV变电所设计。

着重培养学生对电力系统的基本设计能力，也特别注重培养对三年来所学的综合应用。

全部内容共分五章，第一章概述，第二章电气主接线设计，第三章短路计算，第四章主要电气设备选择，以及计算书和电气设备主接线图的绘制。

计算书主要介绍了短路计算和设备选择。

设计图为电气主接线图<

1号图纸）

通过本次设计，我学习了设计的基本方法，巩固三年以来学过的知识，培养独立分析，并加深对变电站的理解。

本次设计历时50天，查阅了大量的相关资料，在周文华老师的大力

支持.帮助下，现已基本完成。

在此对老师表示忠心的感谢！

本人水平有

限，有不足之处请各位老师见谅。

[关键词]电气主接线短路计算电气设备选择电气设备检修

第1章：

概　述

电力工业是国民经济发展的基础工业，随着我国电力工业的发展，电力已经成为工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常方面。

农村、乡镇及城市也越来越需要建设降压变电站，为乡镇及城市低压的各种工厂、农业提供电力。

公共建筑面积达十几万平方M至几十万平方M，用电负荷很大，对供电的安全性、可靠性和持续性要求较高。

其供电的变电所都与城网供电相结合，设在公共建筑中，一般多设在某一建筑物地下设备层。

根据负荷容量供电电压为220KV或110KV，供电容量为几十万千伏安或几万千伏安，主变压器单台容量220KV可达63000KVA，110KV可达3150KVA。

其主接线220KV单电源时双母线接线，110KV多、采用单母分段接线，也有采用内桥接线的。

同时为确保对消防等一级负荷的供电可靠性，建筑物内还要设柴油发电机电源。

在电气设备选型时，要考虑设备的技术先进性、安全性和可靠性，要求设备体积小以节省占地，运行维护工作量少，设备具有不燃性能。

在室内或地下变电所不能采用可燃油绝缘的电气设备和电缆。

由于电气设备布置在地下设备层因此设计中要考虑设备的通风散热，变压器室、开关设备室、电缆层及电缆竖井、控制室等的通风非常重要，变压器室和电缆层最好的是自然进风机械排风，加大排风量以利电器设备的降温。

在设计中应考虑建筑物和电器设备的防火、防洪、抗震以及防噪音，防振动和防电磁干扰，甚至还要考虑防污染措施。

在电气设备防火方面应设火灾报警和消防联动的灭火设施，电缆敷设中应设阻火隔火设施。

在人身电气安全方面应严格遵守有关电气设计规范，特别是电力装置的接地设计规范的有关规定。

第二章：

电气主接线

变电所电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。

它表明了发电机、变压器、线路和断路器设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。

它的设计，直接关系着全厂电器设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。

由于电能生产的特点是：

发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。

因此，主接线的设计是一个综合性的问题。

必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。

第2.1节：

本次设计变电所主接线

当有旁路母线时，首先宜采用分段断。

2.1.1设计原则：

（1>

一般城网变电所及大型公共建筑变电所多为终端和地区变电所电压为220KV或110KV。

（2>

变电所根据5-10年电网发展规划进行设计。

在有一、二级负荷的变电所中宜采用双路电源供电装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设三台主变压器，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，可装设一台主变压器。

（3>

装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部电荷，并应保证用户的一、二级负荷。

（4>

变电所的主接线，应根据变电所在电力网中的位置、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。

并应满足供电可靠，运行灵活，操作检修方便，节约投资和便于扩建等要求。

主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。

主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度。

主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活性。

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理<

即投资省、占地面积小，电能损失少）。

<

1）10—220KV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组成或线路分支接线。

超过两回时，宜采用双母线、单母线或单母分段的接线。

10KV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。

110—220KV线路为6回及以上时，亦可采用双母线接线。

2）在采用单母线、单母线分段或双母线的10-220KV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。

当220KV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器。

当110KV线路为6回及以上时，可装设专用的旁路断路器。

当变电所装有两台主变压器时，6—10KV侧宜采用单母线分段。

线路为12回及以上时，亦可采用双母线。

当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

当6—35KV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。

2.1.2：

本次设计主接线的方法和步骤

设计步骤

1）拟定可行的主接线方案：

根据设计任务书的要求，在分析原始资料的

基础上，拟订出若干可行方案<

本期反远景），内容包括主变压器型式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等。

并依据主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，淘汰一些较差的方案，保留技术上相当的较好方案。

2）选择出经济上的最佳方案。

3）技术，经济比较和结论：

经济比较，确定最优的主接线方案。

4）绘制电气主接线单线图。

综上所述，根据主接线的各项要求，结合我们设计的具体情况，设计出以下方案进行比较，选出最合理的作为本次设计的主接线图。

第2.2节：

基本接线及适用范围

2.2.1单母线分段接线

用断路器将母线分段后，对重要用电负荷可从不同段引出两个回路，有两个电源供电。

当一段母线发生故障时分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电，不致使重要负荷停电。

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。

当出线为双回路架空线路时，出现交叉跨越。

扩建时需要向两个方向均衡扩建。

范围：

6~10KV配电装置出线回路为6回及以上时。

35~63KV配电装置出线回路为4~8回时。

110KV配电装置出线回路为3~4回时。

2.2.2双母线接线

优点

供电可靠。

通过两组母线隔离开关的倒换操作，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；

检修任一回路母线隔离开关时，只停该路。

调度灵活。

扩建方便。

便于实验。

2）缺点

增加一组母线该回路就需要增加一组母线隔离开关。

当母线故障或检修隔离开关时隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。

3）使用范围

6-10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要加装电抗器时。

35-63KV配电装置，当出线回路超过8回时。

110-220KV配电装置地，出线回路为4回及以上时。

第2.3节：

主变压器选择

2.3.1台数和容量的选择

（1）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综合考虑确定。

（2）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，并适当考虑到远期的负荷发展。

对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

（3）在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时。

可装设两台以上主变压器。

如变电所可由中、低压侧电力网取得容量的备用电源时，可装设一台主变压器。

（4）装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部电荷，并应保证用户的一、二级负荷。

2.3.2主变压器型式的选择

1）110KV主变压器一般均应选用双绕组变压器。

2）具有两种电压的变电所，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，主变压器宜采用双绕组变压器。

3）110KV及以上电压的变压器绕组一般均为Y/△连接.

2.3.3110KV变电所主变压器容量的确定

变压器最大负荷按下式确定:

PM≥KOΣP

式中:

KO----负荷同时系数

对于装设两台或三台主变的变电所,每台变压器的额定容量Sn通常按下式进行初选:

Smax-----变电所的最大计算负荷

亦可按下式进行选择：

总符合/0.87

87%的经济性最好

2.3.4变压器的调压方式

下面重点介绍有载调压：

1）中、小电厂<

一般单机容量50MW及以下）设立发电机电压母线，连接该母线与高、中压电网的变压器可能出现功率方向倒换时，为了保证该母线负荷供电电压质量需要带负荷调节电压。

此中情况是由于接入该母线的发电机容量不足引起的。

因此，在母线动、热稳固性允许条件下，接入该母线的发电机容量，应保证切除1台之后满足最大母线负荷的要求。

因此而避免功率倒送，降送传输损耗。

水电站丰、枯季节可能出现上诉母线上变电站潮流反向，如仅属于季节性的倒换<

非频繁的倒换）也不必装设有载调压变压器。

2）地方变电站、工厂、企业的自用变电站往往出现日负荷变化幅度很大的情况，如要满足电能质量的要求往往需要装设有载调压变压器。

3）330KV及以上变电站，由于高压电网无功调节设备<

电抗器等）容量不足，在昼夜负荷变化时，由于超高压输电线电容充电功率的影响使变压器高压端电压变化幅度很大，为维护中、低压电压水平往往需要装设有载调压变压器。

第2.4节：

主接线中的设备装置

2.4.1隔离开关的配置

1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。

2）中性点直接接地的普通变压器应通过隔离开关接地。

3）桥接线中的跨条宜用两组隔离开关串联，以便于进行不停电检修。

4）接在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。

5）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。

2.4.2接地倒闸或接地器的配置

1）35KV及以上每段母线根据长度宜装设1~2组接地刀闸或接地器，两组接地刀闸间的距离应保持适中。

母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母线隔离开关上，也可装在其他母线隔离开关的基座上。

必要时可设置独立式母线接地器。

2）63KV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀闸。

3）旁路母线一般装设一组接地刀闸，设在旁路回路隔离开关的旁路母线侧。

4）63KV及以上主变压器进线隔离开关的变压器侧宜装设一组接地刀闸。

2.4.3电压互感器的配置

1）电压互感器的数量和配置与主接线有关，应满足测量、保护和自动装置的要求。

应能保证在运行方式改变时，保护装置不失压。

2）6~110KV级每组主母线的三相上应装设电压互感器。

3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

4）兼作并联电容器组泄能和兼作限制切空线过电压的电磁式电压互感器，其与电容器之间和与线路之间应有断开点。

2.4.4电流互感器的配置

1）装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置的要求。

2）变压器的中性点、变压器的出口、桥行接线的跨条上。

3）对直接接地系统，一般按三相配置。

对非直接接地系统，可按两相或三相配置。

2.4.5避雷器的配置

1）配电装置的每组母线上，装设避雷器。

2）110KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

3）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时，变压器中性点应装设避雷器。

变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时，变压器中性点应装设避雷器。

4）不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点应装设避雷器。

5）变电所35KV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。

6）SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。

7）变电所的出线如有架空线路出线时，在架空线出线处应装设避雷器。

第2.5节：

电网中性点接地方式

电网中性点接地方式与电网的电压等级，单相接地故障电流，过电压水平以及保护配置等有密切关系。

电网中性点接地方式直接影响电网的绝缘水平；

电网供电的可靠性、连续性和运行的安全性；

电网对通信线路及无线电的干扰。

中性点有效接地

220KV电网采用中性点有效接地方式，单相短路电流很大，电网中设备或线路发生单相短路故障时须立即切除，增加了断路器的负担，降低了供电连续性。

但由于过电压较低设备和线路的造价，经济效益显著。

当选择接地点时应保证在任何故障形式下，都不应使电网解列成为中性点不接地系统。

变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比x0/x1为正值并且不大于3，而其零序电阻与正序电抗之比R0/x1为正值并且不大于1。

以使单相接地时健全相上工频过电压不超过阀型避雷器的灭弧器电压；

x0/x1还应大于1~1.5，以使单相接地短路电流不超过三相短路电流。

普通变压器重型点都应经隔离开关接地，以便于运行调度灵活选择接地点。

当变压器重型点可能断开运行是，若该变压器中性点绝缘为非全绝缘，应在中性点装设避雷器保护。

终端变电所的变压器中性点一般不接地。

第3章短路电流计算

第3.1节：

短路电流计算的目的、规定和步骤

3.1.1：

短路电流计算的目的

在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

其计算的目的主要有以下几个方面：

在选择电气主接线时，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，这就需要进行全面的短路电流计算。

例如：

计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；

计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；

计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。

在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路的短路电流为依据。

接地装置的设计，也需要短路电流。

3.1.2短路电流计算的一般规定

（1）电力系统中所有电源均在额定负载下运行。

（2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置<

包括强行励磁）。

（3）短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。

（4）所有电源的电动势相位角相等。

（5）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。

对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

3.1.3接线方式：

计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线

方式<

即最大运行方式），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

3.1.4计算容量：

应按本工程设计规划容量计算，考虑电力系统的远景发展规划<

一般考虑工程建成后5-10年）

3.1.5短路种类：

一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中单相<

或多相）接地系统较三相短路情况严重时，则应该按严重情况的进行校验

3.1.6短路计算点：

在正常接线方式中，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。

对于带电抗器的6-10KV出线与厂用分支线回路母线和母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取电抗器前。

选择其导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。

第3.2节计算步骤

1）选择计算短路点

2）画等值网络<

次暂态网络）图

首先去掉系统中的所有负荷分支，线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗Xd”

3）选取基准容量Sb和基准电压Ub<

一般取后级的平均电压）

4）将各元件电抗换算为同一基准值的标么值

5）给出等值网络图，并将各元件电抗统一编号

6）化简等值网络，为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd。

7）求计算电抗Xjs。

8）由运算曲线查出<

各电源供给的短路电流周期分量标么值运算曲线只作到Xjs=3.5）。

9）计算无限大容量<

或Xjs=3）的电源供给的短路电流周期分量。

10）计算短路电流周期分量有名值和短路容量。

11）计算短路电流冲击值。

12）计算异步电动机攻击的短路电流。

13）绘制短路电流计算结果表。

第3.3节：

限流措施

1）发电厂中，在发电机电压母线分段回路中安装电抗器。

2）变压器分裂运行。

3）变电所中，在变压器回路中装设分裂电抗器或电抗器。

4）采用低压侧为分裂绕组的变压器。

5）出线装设电抗体。

第四章电气设备选型

导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。

第4.1节电气设备选择的基础知识

4.1.1一般原则

1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑发展。

2）应按当地环境条件校核。

3）应力求技术先进和经济合理。

4）与整个工程的建设标准应协调一致。

5）同类设备应尽量减少品种。

6）选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格，在特殊情况下，用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。

4.1.2有关的几项规定

电器设备应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动热稳定，并按环境条件

校核电器的基本使用条件:

在正常运行条件下，各回路的持续工作电流Ig.max；

按短路电流的有关规定来验算导体和电器设备；

验算110KV以下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，一般采用主保护的

动作时间加相应的断路器全分闸时间，断路器全分闸时间和电弧燃烧。

4.1.3技术条件

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压和过电流的情况下保

持正常运行。

长期工作条件

①电压

选用的电器在允许最高工作电压Umax不低于该回路的最高运行电压Ug,即：

Umax≥Ug

②电流

选用的电器额定电流In不得低于所在回路在各种可能方式下的持续工作电流

Ig,即：

In≥Ig

短路稳定条件`

①校验的一般原则

1）电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动稳定校验。

校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，则应按严重情况校验。

2）用熔断器保护的电器可不校验热稳定。

当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。

用熔断器保护的电压互感器，可不验算动、热稳定。

②短路的热稳定条件：

It²

t≥I∞²

tdz

It---t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA>

t---设备允许通过的热稳定电流时间（s>

校验短路热稳定所用的计算时间tdz按下式计算：

tdz=tb+td

tb---继电保护装置后备保护动作时间<

s）

td---断路器全分闸时间<

注：

验算导体和110KV以下电缆适中热稳定时，用的计算时间釆用主保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间。

③短路的动稳定计算：

imax≥ich

ich-----短路冲击电流峰值<

kA）

imax-----电器允许的极限通过电流峰值<

第4．2节高压电气设备选择

4.2.1高压断路器的选择

断路器型式的选择：

除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。

根据我国当前制造情况，电压6－220kV的电网一般选用少油断路器，电压110－330kV电网，可选用SF6或空气断路器，大容量机组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。

断路器服选择的具体技术条件如下：

1）电压：

Ug≤Un

Ug---电网工作电压

2）电流：

Ig.max≤In

Ig.max---最大持续工作电流

3）开断电流：

Ip.t≤Inbr

Ipt---断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量

Inbr---断路器额定开断电流

4）动稳定：

ich≤imax

imax---断路器极限通过电流峰值

ich---三相短路电流冲击值

5）热稳定：

I∞²

tdz≤It²

t

I∞---稳态三相短路电流

tdz---短路电流发热等值时间

It---断路器t秒热稳定电流　

其中tdz=tz+0.05β"

²

由βI∞---稳态三相短路电流

tdz---短路电流发热等值时间

It---断路器t秒热稳定电流β"

=I"

/I∞和短路电流计算时间t，可从《发电厂电气部分课程设计参考资料》P112，图5－1查出短路电流周期分量等值时间，从而可计算出tdz。

具体选择计算见毕业设计计算书）

4.2.2隔离开关的选择

隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。

但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。

隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。

1）对隔离开关的要求

有明显的断开点。

为了确切的鉴别电器是否已经与电网隔离，隔离开关应具有可以直接看见的断口。

断开点应有可靠的绝缘。

隔离开关的断开点的动静触头之间，必须有足够的绝缘距离，使其在过电压或相间闪络情况下，也不会被击穿而危及工作人员的安全。

具有足够的动稳定性和热稳定性。

隔离开关在运行中，经常受