完整版110KV变电所电气部分毕业课程设计有用的.docx
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完整版110KV变电所电气部分毕业课程设计有用的
前言························································································
（1）
1变电所原始资料··································································
（2）
2变压器的设计·····································································（3）
2.1主变压器的选择·································································（3）
2.2所用变压器的选择······························································（4）
3电气主接线的设计·······························································（5）
3.1电气主接线方案的确定·························································（5）
3.2110KV侧电气主接线的选择····················································（6）
3.3变电所的无功补偿·······························································（7）
4短路电流计算······································································（7）
4.1短路计算的原则·································································（7）
4.2短路电流的计算方法和步骤····················································（8）
4.3短路电流计算结果表····························································（9）
4.4短路电流的计算·································································（9）
4.5短路电流计算列表······························································（9）
5电气设备的选择··································································（10）
5.1电气设备的选择原则···························································（11）
5.2电气设备选择的技术条件······················································（11）
5.3主要电气设备的选择···························································（12）
5.410KV高压开关柜选择···························································（14）
6配电装置的选择··································································（14）
6.1高压配电装置的选择···························································（14）
1.附录1短路电流的计算及程序说明······································（17）
2.附录2电气设备的选择······················································（20）
3.附录3主接线图······························································（29）
4.参考文献···········································································（29）
前言
电力工业是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的位置，是时间国家现代化的战略重点。
电能是一种无形的、不能大量储存的二次能源。
电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。
要满足国民经济发展的要求就必须加强电网建设，而变电站建设就是电网建设中的重要一环。
在变电站的设计中，既要求所变电能能很好地服务于工业生产，又要切实保证工厂生产和生活的用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
安全 在变电过程中，不发生人身事故和设备事故。
可靠 所变电能应满足电能用户对用电的可靠性的要求。
优质 所变电能应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。
经济 变电站的投资要少，输送费用要低，并尽可能地节约电能、减少有色金属的消耗量和尽可能地节约用地面积。
110KV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。
同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。
选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。
本变电所的初步设计包括了：
（1）总体方案的确定
（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷与接地保护等内容。
随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。
变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。
[关键词]变电站、变压器、接线、高压网络、配电系统
1变电所原始资料
建设性质及规模：
为满足某县城区及相关单位用电，建一座110KV降压变电所。
所址海拔为200m，为非地震多发区。
最高气温+39℃，最低气温为-18℃，最热月平均最高气温为30℃。
1110KV线路进线2回。
210KV线路的同时系数为0.9，线损率5%。
310KV线路8回，远期发展2回。
如下图
⑷说明：
①系统S容量（水电）Smax=1000MVA；Smin=880MVA；系统S阻抗Xsmax=1.58；Xsmin=1.25。
②系统低压侧功率因数要求不低于0.9。
电压等级
负荷名称
穿越功率（MW）
最大负荷（MW）
负荷组成（%）
COSΦ
同时率
（%）
线损率
（%）
近期
远景
近期
远景
一级
二级
三级
110KV
新黄线
3
5
新区线
3
5
10KV
机械厂
食品厂
2.4
1.1
3
2
15
10
60
30
25
60
0.8
0．8
85
85
5
5
10KV
汽配厂
1.2
2
20
40
40
0.8
85
5
10KV
城区
2．.5
4
20
40
40
0.8
85
5
10KV
工业园
5．2
8
30
40
30
0.8
85
5
10KV
自来水厂
0.5
0.8
30
50
20
0.8
85
5
10KV
生活区
0.5
1
30
70
0.8
85
5
10KV
转供电
0.8
1.8
20
80
0.8
85
5
10KV
发展线1
1.5
20
60
20
0.8
85
5
10KV
发展线2
1.5
20
60
20
0.8
85
5
2变压器的设计
2.1主变压器的选择
⑴主变压器台数的选择
据资料分析以及线路来看，为保障对Ⅰ、Ⅱ类负荷的需要，以及扩建的可能性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电的可靠性，以便当其中一台主变故障或者检修时，另一台能继续供电约为1.2倍最大负荷的容量。
⑵主变压器的容量的选择
近期负荷：
∑PM=25.6MW
远期总负荷：
∑PM=14.2MW
用电负荷的总视在功率为∑SM
远期:
∑SM=∑PMCOSφ=25.60.8=32MVA
主变压器的总容量应满足：
Sn≥K∑SMS=0.9×320.95=30.32MVA（K为同时率，根据资料取0.9,线损5%）
满载运行且留裕10%后的容量：
S=Sn2×（1+10%）=30.322×1.1=16.676MVA
变电所有两台主变压器，考虑到任意一台主变停运或检修时，另一主变都要满足的容量:
Sn≥30.32×70%=21.224MVA
所以选每台主变容量：
Sn=21.224MVA
为了满足系统要求，以及通过查表，确定每台主变的装机容量为：
25MVA总装机容量为2×25MVA=50MVA
考虑周围环境温度的影响：
θp=（θmax+θmin）2=（39-18）2=10.5℃
Kθ=（15-10.5）100+1=1.045根据Sn≥0.6K∑SMKθ=0.6×0.9×321.055=16.38MVA
即Sn=25MVA＞16.38MVA满足要求。
⑶主变压器型式的选择
相数的选择：
电力系统中大多数为三相变压器，三相变压器较之于同容量的单相变压器组，其金属材料少20%~25%，运行电能损耗少12%~15%，并且占地面积少，因此考虑优先采用。
本变电所设在城郊附近，不受运输条件限制，所以采用三相变压器。
绕组的确定：
该变电所只有两个电压等级（110KV和10KV），且自耦变压器一般用在220KV以上的变电所中，所以这里选择双绕组变压器。
绕组接线方式的选择：
变压器绕组的连接方式必须和系统电压的连接方式相位一致，否则不能并联运行。
我国110KV及以上变压器绕组都选用Y连接，35KV及以下电压，绕组都选择△连接方式，所以该变电站的两台主变，高压侧（110KV）采用Y连接，低压侧（10KV）采用△连接方式。
根据110KV变电所设计指导，以上选择符合系统对变电所的技术要求，两台相同的变压器同时投入时，可选择型号为SF的主变，技术参数如下：
表2.1主变压器的技术参数
型号
高压
低压
空载电流
空载损耗
负载电流
阻抗电压
连接组别
SF
110±2×2.5%
10．5
0.2
25.2
110.7
10．5
Yn,d11
2.2所用变压器的选择
2.2.1所用变压器的选择
根据《35～110KV变电所设计规范》规定，在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同可互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。
变电所的所用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。
变电所的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。
这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需0.4KV一级，采用动力与照明混合供电方式。
380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。
本变电所所用容量为100KVA，选用两台型号为S的三相油浸自冷式铜线变压器，接入低压侧,互为暗备用。
参数如下表：
表2.2站用电变压器参数表
产品
型号
额定容量（KVA）
高压侧（KV）
低压侧（KV）
接线组方式
短路损耗（W）
短路电压（%）
空载损耗（W）
空载电流（%）
S
100
10
0.4
Y,yn0
1500
4
290
1.6
2.2.2所用变压器低压侧接线
所用电系统采用380220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源，所用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。
380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段。
3电气主接线的设计
发电厂、变电站主接线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，需要停电的用户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
3.1电气主接线方案的确定
由于Ⅰ类、Ⅱ类负荷居多（将近60%），为了安全可靠起见，保留2种方案。
⑴110kv侧进线以单母线分段接线方式引入，10kv侧同样以单母线分段接线方式输出。
⑵110kv侧进线以双母线接线方式引入，10kv侧以单母线分段接旁路接线方式输出。
3.1.110KV侧2种接线方案的比较
表3.1接线方案
单母分段
单母分段带旁路
比较结果
可靠性
比纯粹单母线高，但是整体稳定性不算高
比不带旁路稳定可靠
6～10kV一般不设旁路母线，因为供电负荷小，供电距离短，而且一般可在网络中取得备用电源，同时大多为电缆出线，事故跳闸次数很少。
所以选择单母线分段接线方式输出。
灵活性
简单、方便、易于扩建
倒闸操作简单
经济性
具有单母线接线经济的特点
设备增多，投资增大，占地面积也相应增大
3.1.210KV侧电气主接线的选择
由上表可以得到10KV侧接线方式选择，我们要选择占地和资金少的线路，但是必须在保障安全，灵活的前提下，资金和占地相差不是多，而安全性和灵活性提高很多。
可见，变电所在10KV侧为居民供电系统中，应该选择单母线分段接线。
3.2110KV侧电气主接线的选择
高压侧，即110kV电源侧采用单母分段接线，优点是方便，经济灵活接线简单，缺点是可靠性一般；高压侧采用双母线接线，两个线路断路器、两个主变断路器、还有一个母连断路器，总共5个断路器，可靠性还可以了。
跟单母线分段接线方式输出比较经济性欠完好。
经比较高压侧选择单母线分段接线。
如下图所示
图3.2高压侧单母线分段接线图
3.3变电所的无功补偿
因本站有许多无功负荷，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。
无功补偿应根据分散补性质测定。
根据《电力系统电压质量和无功电力管理规定》的要求，在最大负荷时，一次侧不应低于0.9。
《电力工程电力设计手册》规定“对于35-110KV变电所，可按主变压器额定容量的10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。
地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。
无功补偿容量：
Q＝P（tanφ-tanφ）
P————有功计算负荷（MW）
tanφ——补偿前用电单位自然功率因数角正切角
tanφ——补偿后用电单位功率因数角正切角
P=0.85（3+2+2+4+8+0.8+1+1.8+1.5+1.5）（1+0.05）=22.85MW
Qc=P（tanφ-tanφ）＝6.09MVar
选用2台5MVar并联电容器在10kv2段母线上进行无功补偿。
无功补偿并联电容器的选择如表：
表3.3
型号
额定电压KV
额定容量KVar
连接方式
配套电容器
额定电压KV
额定容量KVar
TBBAK
10
5000
Y
11
334
根据设计规范，自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。
4短路电流计算
4.1短路电流计算条件
⑴因为系统电压等级较高，输电导线的截面较大、电阻较小、电抗较大，因此在短路电流的计算过程中忽略R、计及X。
⑵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），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
⑶计算容量按无穷大系统容量进行计算。
⑷短路种类一般按三相短路进行计算。
⑸短路计算点如下
a.d-1—110kV母线短路时的短路计算点；
b.d-2—两台主变并列运行时35kV母线短路时的计算点。
c．d-3—10KV母线短路时的计算点。
4.2短路电流计算方法与步骤
4.2.1方法
在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用运算曲线法。
4.2.2短路电流计算的步骤
1选择计算短路点；
2画出等值网络（次暂态网络）图
a.首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机用次暂态电抗Xd”；
b.选取基准容量Sj和基准电压Uj（kV）（一般取各级的平均电压），计算基准电流Ij=Sj√3Uj（kA）；
c.计算各元件换算为同一基准值的标么电抗；
d.绘制等值网络图，并将各元件统一编号，分子标各元件编号，分母标各元件电抗标么值；
3化简等值网络图
a.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的等值网络；
b.求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd；
4求计算电抗Xjs，即将各转移电抗换算为各电源容量（等值发电机容量）为基准的计算电抗Xjs1，Xjs2……；
5由Xjs1，Xjs2……值从适当的运算曲线中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）；
6计算无限大容量（Xjs≥3）的电源供给的短路电流周期分量；
7计算短路电流周期分量有名值和短路容量；
8计算短路电流冲击值；
9绘制短路电流计算结果表。
4.2.3三相短路电流计算过程（附录1）
4.3短路电流计算结果表
表4.1短路电流计算结果表
结项
果目
序号
短路点编号
短路点基准电压Uj（kV）
短路点基准电流Ij（kA）
短路电流
冲击电流
I0.2
（kA）
I∞
（kA）
Sd（MVA）
标么值I*”
有名值I”（kA）
标么值icj*
有名值icj（kA）
ⅰ
d-1
115
0.50
2.975
9.30
6.15
15.70
9.30
9.30
1225.0
ⅱ
d-2
36.5
2.689
2.5373
9.06
6.0
15.3
9.06
9.06
384.5
ⅲ
d-3
10.5
7.4
2.4
24.6
8.771
48.26
24.6
24.6
447.4、
4.4短路电流的计算
各回路最大持续工作电流
根据公式=
式中----所统计各电压侧负荷容量
----各电压等级额定电压
----最大持续工作电流
=
=（）
则：
10kV=32MVA（×100）KV
=0.185KA
110kV=33.6MVA（×110）KV
=0.194KA
4.5短路电流计算列表
短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。
短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。
因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。
短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。
按三相短路进行短路电流计算。
可能发生最大短路电流的短路电流计算点有2个，即110KV母线短路（f1点），10KV母线短路（f2点）如下图：
图4.2短路发生点示意图
计算结果:
（计算过程见附录1）高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取基准值如表4.3
表4.3基准值列表
基准容量：
S=100MVA
基准电压：
V（KV）
10.5
115
基准电流：
I（KA）
5.499
0.502
计算结果如表4.4：
表4.4计算结果列表
项目
结果
短路点编号
短路点基准电压Uj（kV）
短路点基准电流Ij（kA）
短路电流
冲击电流
I0.2
（kA）
I∞
（kA）
Sd（MVA）
标么值I*”
有名值I”（kA）
标么值icj*
有名值icj（kA）
序号
Ⅰ
F1
115
0.502
8.084
4.058
20.61
10.348
4.39
439
808.2
Ⅱ
F2
10.5
5.499
0.22
16.49
0.562
42.05
42.05
42.05
299.9
5电气设备选择
5.1电气设备选择的原则
由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。
但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则：
按正常工作状态选择；按短路状态校验。
电气设备选择的一般原则为：
（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远景发展。
（2）应满足安装地点和当地环境条件校核。
（3）应力求技术先进和经济合理。
（4）同类设备应尽量减少品种。
（5）与整个工程的建设标准协调一致。
（6）选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。
5.2电气设备选择的技术条件
高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持
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