110kV变电站设计.docx
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110kV变电站设计
设计任务书------------------------------------------------2
第一章电气主接线设计-------------------------------------4
、
第一节110KV侧主接线方案选取------------------------------5
第二节35KV侧主接线方案选取-------------------------------7
第三节10KV侧主接线方案选取------------------------------9
第二章变压器的选择--------------------------------------10
第三章短路电流的计算------------------------------------13
第一节等值电路图及其各元件电抗计算---------------------14
第二节短路电流的计算-----------------------------------15
第四章载流导体和电器的选择------------------------------17
；
第一节选择的原则和回路工作电流计算--------------------17
第二节载流导体的选择----------------------------------18
第三节断路器和隔离开关的选择--------------------------20
第四节电流互感器的选择--------------------------------25
第五节电压互感器的选择--------------------------------29
第六节高压熔断器选择----------------------------------30
第五章变电所的防雷保护规划------------------------------31
第六章变电所的继电保护规划------------------------------32
·
第七章变电所的仪表配置规划------------------------------35
第八章变电所配电装置布置-------------------------------35
110KV降压变电所电气设计任务书
.
变电所是电力配送的重要环节，变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系统发展规划，拟建设一座110/35/10kV的区域性降压变电所，本文是针对石油管道区域内生产和生活用电的需要，进行变电所的设计。
所址：
位于新疆库尔勒市城郊附近，地形为戈壁地带，冬季最低气温-15摄氏度左右，夏季最高气温为40摄氏度左右，气候干燥，变电所所处海拔高度900m，选择地势平坦地形建站。
建设规模：
一、电压等级：
110/35/10kV。
二、设计容量：
设计拟安装两台主变压器，容量为31500KVA。
三、进出线及负荷情况：
1、110kV侧：
110kV侧进出线共7回，2回进线，5回出线，母线最大负荷预测为75000KVA。
2、35KV侧：
35KV侧进出线共2回，2回出线，每回出线均为17500KVA，35KV侧总共最大负荷预计可达40000KVA。
，
3、10kV侧：
10kV侧进出线共计10回，全为出线，均为架空线，每回负荷1800kVA，10kV侧总共最大负荷预测可达20000kVA，最小为10000kVA，负荷功率因数为左右，最大负荷利用小时数为5000h以上，其中一、二、类负荷占总最大负荷的50%。
四、本变电站与系统连接方式及地理位置示于图中。
、
五、所用电主要负荷表
序号
名称
额定容量（KW）
《
功率因数
安装台数
工作台数
备注
1
污水泵
30
）
1
1
周期性
2
空压机
1
。
1
经常性
3
空调
2
2
2
^
经常性
4
蓄电池及装置通风
3
3
周期性
）
5
交流焊机
1
1
周期性
6
）
检修间
13
1
1
经常性
7
办公设备
|
4
4
经常性
8
照明
20
"
经常性
9
生活水泵
8
^
经常性
10
采暖及其他
16
】
周期性
设计任务：
1、主接线方案设计论证，并选择主变压器台数及容量。
2、所用电接线设计，并确定所用变压器台数及容量。
3、短路电流计算。
4、选择主要电气设备。
5、确定主变分接头，并确定无功补偿装置形式及容量。
6、保护及仪表规划。
—
7、防雷规划。
8、做变电所进出线断面图。
设计成果：
1、说明书一本
2、设计图纸
3、主接线图；110kV出线间隔断面图；所用接线图。
设计参考资料：
1、《电力工程电气设计手册》1、2册
2、《导体和电器选择设计技术规定》
`
3、《35-110kV变电所设计规范》
4、《继电保护和安全自动装置技术规程》
5、《电力设备过电压保护设计技术规程》
第一章电气主接线设计
电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。
主接线方案的确定对电力系统及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。
因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电所主接线的最佳方案。
变电所主接线设计的基本要求：
1、保证必要的供电可靠性、要充分考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。
2、具有调度灵活，操作方便，能满足系统在事故、检修及特殊方式下的调整要求。
；
3、主接线应力求简单清晰，尽量节约一次设备的投资，节约占地面积，减少电能损失，即具有经济性。
4、应能容易地从初期过度到最终接线，并在扩建过度时，一次和二次设备所需的改造最小，即具有发展和扩建的可能性。
变电所主接线设计原则：
1、变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网上不得采用分支接线。
2、在35-60kV配电装置中，当线路为3回及以上时，一般采用单母线或单母线分段接线，若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。
3、在6-10kV配电装置中，线路回数不超过5回时，一般采用单母线接线方式，线路在6回以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大时，可采用双母线接线。
4、110-220kV配电装置中，线路在４回以上时，一般采用双母线接线。
5、当采用SF6等性能可靠、检修周期长的断路器以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设施。
<
总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规范、规程为标准，结合具体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。
第一节110kV侧主接线方案选取
据任务书要求，110kV侧进出线共7回，其中2回为电源进线，另5回为负荷出线。
本设计提出三种方案进行经济和技术比较。
根据《35kV-110kV变电所设计规范》第条和第条：
110kV线路为6回及以上时，宜采用双母线带旁路接线，由于本次设计110KV侧为7回进出线，故可以采用单母线，分段单母线接线，双母线接线。
预选方案为：
双母接线、单母分段接线和单母线接线。
方案一：
双母线接线
优点：
1、供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组导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，只停该回路。
2、调度灵活，各个电源和各个回路负荷可任意切换，分配到任意母线上工作，能够灵活地适应系统中各种运行方式调度和系统潮流变化的需要。
：
3、扩建方便，向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。
当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线时，不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。
4、便于实验，当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
缺点：
1、增加一组母线和每回路就需增加一组母线隔离开关。
2、当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。
为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。
适用范围：
1、6-10kV配电装置，当短路电流较大，需要加装电抗器。
2、35-63kV，回路总数超过8回，或连接电源较多，回路负荷较大时。
…
3、110-220kV，出线回路在5回及以上时；或当110-220kV配电装置，在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上时。
!
（双母线接线示意图）
方案二：
单母线分段接线
优点：
１、用短路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。
２、当一段母线发生故障，分段短路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：
１、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。
：
２、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
３、扩建时需向两个方向均衡扩建。
适用范围：
１、６～10kV配电装置的出线回路数６回及以上。
２、35～63KV配电装置的出线回路数为4～8回。
３、110～220KV配电装置的出线回路数为3～４回。
-
；
（单母分段接线）
方案三：
单母线接线
优点：
1、结构简单、清晰，操作方便，不易误操作。
2、节省投资，占地少，易于扩建。
缺点：
母线检修或故障停电，将使全部支路停电，停电范围为母线管辖范围的100%，且停电时间较长。
方案比较：
方案一，在操作和调度上有一定的优势，相对应的高压电器设备也随之增加，使建造费用增多，不经济。
方案二，相对方案一，在检修母线隔离开关时造成对用户的短时间停电，但此种接线方式，具有使用电器最少，且装置清晰简单，和建造费用低等优点。
:
方案三，一旦停电，影响下一级电压等级供电，其重要性较高。
通过对以上三种方案比较，结合经济建设的需要，在满足供电可靠，调度灵活，扩建方便的前提下，尽可能保证变电所稳定供电的情况下，故变电所110kV接线选取方案一，双母线接线，即能满足要求。
结论：
110kV侧采用双母线接线。
第二节35kV侧主接线方案选取
根据任务书要求，35kV侧进出线共2回，2回出线，一类负荷占最大负荷的20%，二类负荷占20%，其余为三类负荷。
同样本设计提出两种方案进行经济和技术比较。
根据《35kV-110kV变电所设计规范》第条：
35kV-110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线，超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。
35kV-63kV线路为8回及以上时，也可采用双母线接线。
故预选方案为：
单母线分段接线和内桥形接线。
方案一、单母线分段接线：
优点：
[
1、用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，提供双回路供电。
2、安全性，可靠性高。
当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：
1、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停电。
2、扩建时需要向两个方向均衡扩建，以保证负荷分配的均匀。
3、当出线回路为双回路时，常使母线出线交叉跨越。
适用范围：
6-10kV配电装置出线回路为6回及6回以上。
"
35-63kV配电装置出线回路为4-8回。
110-220kV配电装置
出线为3-4回。
（单母分段接线）
方案二，双母线接线
由于该方案在110kV主接线选取中已经列出，在此不作重复。
方案比较：
、
方案一，在操作和调度上有一定的优势，相对应的高压电器设备也随之增加。
使建造费用增多，不经济。
方案一，相对方案二，此种接线方式，具有使用电器最少，且装置清晰简单，和建造费用低等优点，尽可能节约设备的投资，故待设计的变电所35kV接线选取方案一，单母线分段接线即能满足要求。
结论：
35kV侧采用单母线分段接线。
第三节10kV侧主接线方案选
根据任务书要求，10kV侧进出线共计10回，均为出线，10回均为架空线，其中一、二类负荷占总最大负荷的50%。
据《35kV-110kV变电所设计规范》第条：
当变电所装有两台主变压器时，6-10kV侧宜采用单母分段接线，线路为12回及以上时，也可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。
故预选方案为：
单母线分段接线和双母线接线。
由于所预选方案在第一节、第二节中均已列出，故在此不再重复。
结论：
10kV侧采用单母分段接线。
…
]
第二章变压器的选择
主变压器的选择主要包括变压器的容量、变压器的台数、变压器的形式、绕组连接方式、变压器的调压方式和对变压器的阻抗选择。
以下分别根据本次设计进行详细的阐述。
{
主变压器容量和台数的确定：
主变压器的容量一般按变电所建成5-10年的规划负荷选取，并适当的考虑到远期10-20年的负荷发展。
再者，可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。
对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变故障或检修停运时，其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应能保证用户的一级和二级负荷，一般性变电所，应能保证全部负荷的70%-80%。
根据设计任务：
S=S35KV+S10KV
=40000+20000
=60000（kVA）
主变压器的台数，对于城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。
故选择两台31500kVA主变压器。
（
主变压器型式的确定：
变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性及运输条件等因素，在不受运输条件限制时，330kV及以下的变电所均应选用三相变压器，对具有三种电压的变电所，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15％以上时，采用三绕组变压器，本变电所变压器各侧绕组的功率均已达到了总容量的15％，故选三相三绕组变压器。
绕组连接方式确定：
变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行，电力系统采用的绕组连接方式只有星形和三角形，如何组合要根据具体工程来确定，我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y0连接，35kV采用Y连接，35kV以下电压等级、变压器绕组都采用连接，所以本变电所主变压器绕组连接方式为Y0/Y/。
调压方式的选择：
普通型的变压器调压范围很小，仅为
5%而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头就无法满足要求，有载调压它的调整范围较大，一般在15％以上，而且，既要向系统传输功率，又可能从系统倒送功率，要求母线电压恒定保证供电质量的情况下，有载调压变压器可以实现。
因此选用有载调压变压器。
主变压器阻抗的选择：
对于三绕组变压器目前在制造上有两种基本的组合方式，即“升压结构”和“降压结构”。
“升压型”的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为中、低、高，所以高、中压侧阻抗最大。
“降压型”的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为低、中、高，所以高、低压侧阻抗最大。
$
根据以上综合比较，所选主变压器的特性数据如下：
形式：
SFSZL7—31500/110；各侧容量比为：
100/100/50
连接组别号：
Yn,yn0,d11
调压范围为：
高压110
8×%kV
中压
×%kV
低压
阻抗电压为：
高—中：
18
高—低：
（
中—低：
结构形式为：
降压结构
空载损耗（kW）：
负载损耗（kW）：
175
空载电流（%）：
所用电接线设计和所用变压器的选择
变电所的所用电是变电所的重要负荷，因此，在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电所发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电所安全，经济的运行。
所用变台数的确定：
《
一般变电所装设一台所用变压器，对于枢纽变电所、装有两台以上主变压器的变电所中应装设两台容量相等的所用变压器，互为备用，如果能从变电所外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台所用变压器。
根据如上规定，本变电所选用两台容量相等的所用变压器。
所用变的容量确定：
所用变压器的容量应按所用负荷选择。
计算负荷可按照下列公式近似计算：
S=照明负荷+其余负荷×（kVA）
所用变压器的容量：
Se>=S=∑P+P照明（kVA）
根据任务书给出的所用负荷计算：
S=（30++2×2++13+×4+8）+20+16
=（kVA）
>
根据容量选择所用电变压器如下：
型号：
SL7—125/6-10；容量为：
125（kVA）
连接组别号：
Yn,yn0
调压范围为：
高压：
5%
阻抗电压为（%）：
4
结构形式为：
降压结构
空载损耗（W）：
370
负载损耗（W）：
2450
【
空载电流（%）：
所用电接线方式：
一般有重要负荷的大型变电所，380/220V系统采用单母线分段接线，两台所用变压器各接一段母线，正常运行情况下可分列运行，分段开关设有自动投入装置。
每台所用变压器应能担负本段负荷的正常供电，在另一台所用变压器故障或检修停电时，工作着的所用变压器还能担负另一段母线上的重要负荷，以保证变电所正常运行。
所用电接线图如下所示：
!
第三章短路电流的计算
所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接，在变电所的电气设备中，短路电流的计算是一个重要环节。
{
短路电流计算的目的：
1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，确定某接线方案是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算；
2、在选择电气设备时，为了保证各种电气设备和导体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，这就需要用短路电流进行校验；
3、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；
4、在选择继电保护方法和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
计算短路电流的一般规定：
1、验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统5-10年的远景发展规划。
确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的按线方式。
@
2、选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿放电电流的影响。
3、选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的点；对带电抗器6-10kv出线，选择母线到母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应取在电抗器之前、其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。
4、电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路电流计算。
若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短路严重时，则应按严重的计算。
第一节等值电路图及其各元件电抗计算
为了计算不同短路点的短路电流值，需要将等值网络分别化简为以短路点为中心的等值网络，常常采用的方法有：
网络等值变换、利用网络的对称性简化并联电源支路的合并和分布系数法四种。
根据本次设计所选主接线方式和长期运行方式（两台主变压器并联运行），对网络图进行简化。
绘制网络等值电路如下：
（
!
线路电抗的计算：
X*=XSj/U2j
XL1*=XL1Sj/U2j=×（100/1152）×140=
（
XL2*=XL2Sj/U2j=XL1*=
变压器电抗的计算：
X*=Ud1%Sj/100Sje
根据所选主变压器型号，查表得：
阻抗电压分别为：
U13=18U12=U23=
US1%=（U12+U13-U23）/2=+18－/2=11
US2%=（U12+U23-U13）/2=+－18）/2=0
~
US3%=（U13+U23-U12）/2=（18+－/2=7
阻抗的标幺值：
X*1=US1Sj/100Sje=（11×100）/（100×20）=
X*2=US2Sj/100Sje=0
X*3=US3Sj/100Sje=（7×100）/（100×20）=
X*4=US4Sj/100Sje=（4×100）/（100×=32
由于是本次设计是两台变压器并联运行，所以：
X*1=2=
，
X*2=0
X*3=2=
X*4=32/2=16
XL3*=XL1*/2=
第二节短路电流的计算
为选择110kV-35kV-10kV配电装置的电器和导体，需计算在最大运行方式下流过电气设备的短路电流，连同所用电回路共选4个短路点，即：
d1、d2、d3、d4如图。
因为设计任务书已给出系统为无限大容量，S=∞、t。
≌t任意时刻，故不考虑短路电流周期分量的衰减，所以只算It。
时刻短路电流周期分量的起始值
系统为无限大容量，选Sj=100MVA
d1点短路：
Up=115kV
|
等值电路如图：
S
d1点转移阻抗：
S1对d1点总的转移阻抗：
X*d1=X*L3=
Ij=Sj/√3Up=100/（√3×115）=
短路电流标么值：
I*d1=1/X*d1=1/=5
！
有名值：
Id1=I*d1Sj/√3Up=（5×100）/（√3×115）=
冲击值：
ich=Id1=×=
短路容量：
Sd1=√3UpId1=√3×115×=498
全电流最大有效值：
Ich=Id1=×=
d2点短路：
Up=37kV
等值电路如图：
）
SXL3X7X8D2
d2点的转移阻抗：
S1对d2点：
X*L3+X*7+X*8=++0=
Ij=Sj/√3Up=100/（√3×37）=
;
标么值：
I*d2=1/Xd2=1/=
有名值：
Id2=I*d2Sj/√3Up=×100）/（√3×37）=
冲击值：
ich=Id2=
短路容量：
Sd2=√3UpId2=√3×37×=
全电流最大有效值：
Ich=Id2=5
d3点短路：
Up=kV
等值电路如图：
[
SXL3X7X9D3
d3点的转移阻抗：
S1对d3点：
X*d3=X*L3+X*7+X*9=
Ij=Sj/√3Up=100/（√3×=
标么值：
I*d3=1/Xd3=1/=
·
有名值：
Id3=I*d3Sj/√3Up=×100）/（√3×=
冲击值：
ich=Id3=
短路容量：
Sd3=√3UpId3=√3××=149
全电流最大有效值：
Ich=Id3=×=
对所有计算结果统计如下：
短路电流计算结果表（Sj=100MVA）
》
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