110kV降压变电站电气一次部分设计.docx

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110kV降压变电站电气一次部分设计

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院

本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表

学生姓名：

学号：

专业：

电气工程及其自动化

毕业设计（论文）题目：

110kV降压变电站电气一次部分设计

指导教师意见：

（请对论文的学术水平做出简要评述。

包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。

还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。

）

论文的撰写符合设计要求，内容详实。

但部分论文结构、格式欠合理和规范，需进一步修改和调整。

指导教师结论：

合格（合格、不合格）

指导教师

姓名

所在单位

兰州工业学院

指导时间

2014.9

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院

本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表

学生姓名：

学号：

专业：

电气工程及其自动化

毕业设计（论文）题目：

110kV降压变电站电气一次部分设计

评阅意见：

（请对论文的学术水平做出简要评述。

包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。

还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。

）

该论文选题完全符合本专业培养要求，也具有较大的实际意义。

本设计是110kV降压变电站设计，负荷性质为地区负荷。

根据负荷性质和主接线方案的比较，确定了主接线及主变容量、台数。

根据所给系统参数计算系统阻抗及短路电流，并对主要电气设备及导线进行了选择和校验。

按常规无人值守站进行了保护配置。

文章资料详实，体现作者查阅了一定量的资料，观点明确，结构比较完整，论述比较具体合理，逻辑性较强写作基本符合规范，但是参考文献有的比较陈旧。

总体上说，该论文基本符合本科毕业论文的要求。

修改意见：

（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。

评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。

）

毕业设计（论文）评阅成绩（百分制）：

69

评阅结论：

同意答辩（同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）

评阅人姓名

所在单位

中国地质大学（武汉）

评阅时间

2014-10-01

论文原创性声明

本人郑重声明：

本人所呈交的本科毕业论文《110kV降压变电站电气一次部分设计》，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。

论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。

对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。

本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。

论文作者（签字）：

日期：

2014年8月10日

摘要

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

电气主接线是发电厂和变电站的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

本设计是110kV降压变电站设计，负荷性质为地区负荷。

根据负荷性质和主接线方案的比较，确定了主接线及主变容量、台数。

根据所给系统参数计算系统阻抗及短路电流，并对主要电气设备及导线进行了选择和校验。

按常规无人值守站进行了保护配置。

根据所给地形地理条件，对配电装置进行了布置。

对全站电工建筑物进行了防雷保护设计。

并力求在可靠性的前提下，做到运行操作简便，运行灵活，经济合理。

关键词：

1、变电站2、电气部分3、设计

（二）设计任务2

（三）设计原则2

二、方案设计3

（一）电力系统概述3

（二）设计流程3

三、电气主接线设计4

（一）电气主接线的设计原则及要求4

（二）电气主接线方案的初步设计4

四、主变容量与台数的确定8

（一）主变压器容量确定原则8

（二）主变压器台数选择8

（三）变压器型号及参数的选择9

五、短路电流计算10

（一）计算基础10

（二）计算短路电流10

六、主要电气设备的选择13

（一）负荷电流计算13

（二）断路器隔离开关选择及校验14

（三）互感器的选择及校验16

七、继电保护配置21

（一）概述21

（二）保护配置21

八、防雷保护设计23

（一）计算避雷针保护范围23

（二）计算各避雷针间的间距23

（三）计算在被保护物高度水平上的宽度BX23

（四）保护范围24

九、变电所总平面布置25

（一）变电所的布置设计原则25

（二）配电装置的布置设计25

（三）变电所其余设施的布置设计25

十、结论26

致谢27

参考文献28

附录29

一、设计任务

（一）设计依据

同谷地区地方负荷增长很快，原来的供电方案已难以满足当地用户用电需求，急需新建一座110kV变电所，从而缓解供电部门的供电压力。

待建变电所在城市近郊，向开发区的各工业用户供电，在变电所附近还有地区负荷，同时考虑未来10年的的负荷发展问题。

1.变电所建设规模：

（1）变电所电压等级为：

110/35/10kV，110kV是本变电所的电源电压，由双回110kV线路送到本变电所；35kV和10kV是负荷侧电压。

（2）10kV电压等级：

出线8回，本期上6回，备用2回。

负荷统计资料见表1.1。

（3）35kV电压等级：

出线6回，本期上4回，备用2回。

负荷统计资料见表1.2。

最大负荷利用小时数Tmax=5500h，同时率取0.9，线路损耗取5%。

2.系统归算到本变电所110KV母线阻抗值:

正序X1=0.06；零序Xo=0.15

3.气象条件：

年最高温度40度，平均温度25度，年平均雷暴日为38日，气象条件一般。

表1.110KV用户负荷统计资料

序号

用户名称

最大负荷（kW）

cosΦ

回路数

1

锰钢厂

8000

0.85

2

2

硅铁厂

7500

0.85

2

3

水泥厂

3000

0.85

2

4

蚕丝场

2500

0.85

1

5

选矿厂

6500

0.85

2

6

面粉厂

3000

0.85

1

表1.235KV用户负荷统计资料

序号

用户名称

最大负荷（kW）

cosΦ

回路数

1

小川变电站

8500

0.85

1

2

支旗变电站

6000

0.85

1

3

纸坊变电站

5500

0.85

1

4

店村变电站

6500

0.85

1

5

宋坪变电站

6000

0.85

1

6

土蒿坪变电站

7500

0.85

1

（二）设计任务

1、熟悉题目要求，查阅相关科技文献

2、主接线方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容）

3、选择主变压器

4、短路电流计算

5、电气设备的选择

6、配电部分设计

7、继电保护设计

8、变电所防雷与接地保护设计

9、撰写设计说明书，绘制图纸

（三）设计原则

110kV变电所系新建项目，为保证变电所安全生产，减少运行人员工作量，本变电所编制过程中，尽量采用综自技术和设备，以提高新建变电所的安全可靠运行和管理水平。

变电所的功率因数不低于0.9。

二、方案设计

（一）电力系统概述

新建110kV同谷变，主变建设规模为2×63000kVA，本期一次建成；110kV线路建设规模为二回；35kV线路建设6回（同谷变至小川变电站，同谷变至支旗变电站，同谷变至纸坊变电站、同谷变至店村变电站，同谷变至宋坪变电站，同谷变至土蒿坪变电站），其中备用二回。

10KV线路建设规模为8回（同谷至锰钢厂，硅铁厂，水泥厂，蚕丝场，选矿厂，面粉厂）备用2回。

（二）设计流程

1、从供电可靠性、运行灵活性、投资经济性等方面予以考虑、比较，确定主接线。

2、选择主变压器：

选择主变压器的容量、台数、型号等。

其次进行35kV侧、10kV侧短路计算，从而为其他设备的选型创造条件。

3、进行短路电流计算：

短路电流计算主要选择110kV、35kV、10kV三个母线处为计算点，由于110kV进线为负荷侧，不考虑110kV负荷外送，故不配置线路保护，所以也不单独计算110kV零序网络。

4、对其他电气设备进行选择，根据负荷及短路计算结果，对短路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等设备选择并校验。

5、根据设备选型，进行变电设备布置。

6、根据变电所设备布置设计情况，进行防雷保护设计和继电保护配置。

7、最后根据保护配置，对主变压器保护进行简单的整定计算。

三、电气主接线设计

（一）电气主接线的设计原则及要求

变电所电气主接线系指变电所的变压器，输电线路怎样与电力系统连接，从而完成输配电任务。

电气主接线关系着全站电气设备的选择，配电装置的布置继电保护及自动装置的确定，关系着电力系统的安全稳定，灵活和经济运行，根据我国能源部关于《220－500kV变电所设计技术规程》SDJ-88规定：

“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。

并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。

”我们在电气主接线设计中可依据以下原则：

1、保证必要的供电可靠性和电能质量；

2、具有运行维护的灵活性和方便性，既要适应各种运行方式和检修维护方面的要求，并能灵活地进行运行方式地转换。

在操作时简便、安全、不易发生误操作；

3、在满足可靠性、灵活性要求地前提下做好经济性。

即投资省，电能损失小，占地面积小；

4、保证电气主接线具有继续发展和扩建的可靠性。

（二）电气主接线方案的初步设计

从本所符合特点及电压等级可知，可分为110、35、10kV三级电压。

系统采用110kV进线2回向本所供电。

35kV单母分段，出线6回，备用2回，10KV单母分段，出线8回，备用2回，按一类、二类负荷同时存在考虑，也要求供电可靠性高。

主接线设计方案如下：

方案一：

110kV采用内桥接线，35kV、10kV采用单母分段接线。

（见图3.1）。

方案二：

110kV采用单母分段接线，35kV、10kV采用双母线接线。

（见图3.2）。

两种电气主接线方案优缺点比较见表3.1。

图3.1电气主接线方案一

图3.2电气主接线方案二

表3.1主接线方案比较

电压等级

方案一

方案二

110kV

优点：

1.高压断路器3台，占地面积少，经济性好。

缺点：

变压器的切除和投入复杂，扩建不方便。

优点：

1.对母线进行分段，能够根据用户需要从不同段引出，提供双电源供电。

缺点：

开关、CT数量多，经济性差。

35～10kV

优点：

1.对母线分段后，对重要用户从不同段引出两个回路，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，不致使重要用户停电，可靠性高。

2.占地面积小，经济性好。

缺点：

1、当一段母线或母线刀闸故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期内停电。

2、当出线为双回路时，常使架空出线呈交叉跨越。

3、扩建需要两个方向延伸。

优点：

1.供电可靠2.调度灵活3.扩建方便4.便于试验。

缺点：

1、增加一组母线和使用每回路就需要增加一组母线隔离开关。

2、当母线故障或者检修时，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，需要在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

3、占地面积大，刀闸多，投资较大。

由于待建同谷变电所所属地区变电所，负荷主要是地区性负荷，现对各电压等级的分析比较如下：

1、110kV主接线：

进线具备系统联网，不考虑110kV母线扩建出现的可能，即110kV进出线按2回考虑。

110kV内桥接线与单母线分段接线相比，可节约高压断路器2台，高压隔离刀闸2组，电流互感器6只，相应较少附属二次设备，减少设备投资约80多万元，可节约占地面积约1.5亩。

综合考虑将改变电所110kV接线选为内桥接线。

2、35kV主接线：

35kV部分负荷均为地区性负荷，采用单母线分段的主接线即可满足供电可靠性的要求。

单母线分段比双母线可减少设备高压隔离刀闸8组，相应减少附属二次设备，减少设备投资约6万元，可节约占地面积0.5亩左右，综合考虑，将该变电站35kV接线选为单母分段接线。

3、10kV主接线：

为了减少设备投资及节约占地面积，10kV部分按典型的配电负荷考虑，对该变电站10kV接线采用单母分段接线。

对一类负荷采用从两段母线各取一回电源的办法，满足不允许停电检修断路器的要求。

纵上所述，本所电气主接线采用方案一。

四、主变容量与台数的确定

（一）主变压器容量确定原则

1、一般应按5-10年的规划负荷来选择，留有一定的余地，但是又需顾及变压器的正常过负荷能力，需要设计的变电站的总容量是

2、当联络变压器为两台时，考虑一台突然切除后，另一台短路时承担全部负荷，因此选择每台变压器的容量为总容量的50～70％，采用50％时，一台变压器突然切除，另一台过载倍率为2，允许运行7.5分钟，采用70％时，过载倍率为1.3，允许运行2小时，应保证上述时间内电网调度能妥善的调整系统潮流，降低联络点的穿越功率。

3、负荷计算：

S35max＝50/0.8＝62.5MVA

S10max＝16/0.8＝20MVA

则：

S总max＝S35×0.9+S10×0.9＝62.5×0.9＋20×0.9＝74.25MVA（同时率均按0.9考虑）

4、按冗余考虑选择主变容量：

当变电站有两台及以上的主变压器时，单台容量的选择应按照其中任一台停用时，可保证另一台承担70％的负荷。

选70％时：

Sn=0.7Pm（Pm为变电站最大负荷）

5、主变容量

Sn＝=0.7Pm=74.25×0.7＝51.98MVA

如按国家标准规定的R10系列10√10倍数系列容量等级的原则选主变则为：

从50MVA、63MVA中选63MVA为宜。

（二）主变压器台数选择

1、应满足用电负荷对供电可靠性的要求，对供有大量一、二类负荷的变电站，采用两台变压器，以便当一台变压器故障或检修时，另一台能对一、二类负荷继续供电。

2、在确定变电站主变压器数量时，应适当的考虑负荷的发展，留有一定的余地。

主变因本身的可靠性高，本设计不考虑主变的备用。

3、为了提高供电可靠性，在部分检修时不影响对重要负荷供电，按设计规范要求，装设两台及以上变压器。

根据本所负荷大小，选择两台变压器。

（三）变压器型号及参数的选择

1、变压器相数选择

由于330kV以下的变压器在不受运输条件限制时，均应选择三相变压器，本所地理条件较好，交通方便，故将变压器相数选择为三相。

（1）变压器绕组数量的选择

本所有110kV、35kV、10kV三个电压等级，且通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15％以上，因此主变压器采用三相绕组变压器。

（2）变压器连接方式的选择

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，负则不能并列运行，电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△两种，我国110kV及以上电压，变压器都采用Y0连接；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈连接；35kV及以下电压变压器绕组都采用△连接。

对本所变压器采用常规绕组连接方式。

即110kV采用Y0连接，35kV采用Y连接，10kV采用△接。

（3）确定主变

为了减少维护费用，选择油浸自冷、低损耗、低噪音三相三绕组有载调压变压器，查设备手册选：

SSZ9-63000/110kV±8×1.25%/38.5±2×2.5％/10.5主要差数如下（表4.1）：

表4.1主变压器铭牌参数表

主变参数

Ud％

额定电流（A）

△PO

IO

高－中

高－低

中－低

（高/中/低）

（KW）

（％）

1＃、2＃

10.5

17.5

6.5

330.1/1039.2/1732

55.2

0.32

容量比

△Pd（kw）

变压器

调压范围

变压器型号

（MVA）

高－中

高－低

中－低

63.5/63.5/31.5

270

110kV±8×1.25%/38.5±2×2.5％/10.5

SSZ9-630000/110

五、短路电流计算

（一）计算基础

基准容量：

Sj＝100MVA

基准电压：

Uj＝115/37kv/10.5kV

规算到110KV母线系统阻抗：

Xs＝0.2

（二）计算短路电流

考虑最大运行方式为两台主变三侧并列运行，最大短路电流为母线三相短路的电流，选择短路点为

D1：

110kV母线三相短路点

D2：

35kV母线三相短路点

D3：

10kV母线三相短路点

各元件参数为：

Ud1％＝（1/2）×（UdⅠ－Ⅱ％＋UdⅢ－Ⅰ％－UdⅡ－Ⅲ％）

＝（1/2）×（10.5＋17.5-6.5）＝10.75％

Ud2％＝（1/2）×（UdⅡ－Ⅲ％＋UdⅠ－Ⅱ％－UdⅢ－Ⅰ％）

＝（1/2）×（6.5＋10.5-17.5）＝－0.25％

Ud1％＝（1/2）×（UdⅢ－Ⅰ％＋UdⅡ－Ⅲ％－UdⅠ－Ⅱ％）

＝（1/2）×（17.5+6.5－10.5）＝6.75％

X1=X2=（Ud1％/100）×（Sj/Se）=（10.75/100）×（100/63）≈0.170635

X3=X4=（Ud2％/100）×（Sj/Se）=（－0.25/100）×（100/63）≈－0.003968

X5=X6=（Ud2％/100）×（Sj/Se）=（6.75/100）×（100/63）≈0.107143

根据计算参数，作出短路电流计算接线图如图5.1所示。

短路电流计算正序阻抗图如图5.2所示。

D1点短路时：

I″＝Ij×1/XS=100/（√3×115）×1/0.2＝2.51kA

最大运行方式下三相短路，（两台变压器并列运行），短路电流最大

D2点短路时：

I″＝Ij×1/（XS+1/2（X1+X3））

=100/（√3×37）×1/{0.2+1/2（0.170635－0.003968）}＝5.51kA

D2点短路时：

I″＝Ij×1/（XS+1/2（X1+X5））

=100/（√3×10.5）×1/{0.2+1/2（0.170635+0.107134）}＝16.23kA

最小运行方式（两台主变分列运行）

D2点三相短路时：

I″＝Ij×1/（XS+（X1+X3））1

＝100/（√3×37）×1/{0.2+（0.170635－0.003968）}＝4.17kA

D2点两相短路时：

I″＝4.17×√3/2=3.61kA

D3点三相短路时：

I″=Ij×1/（XS+（X1+X5））

=100/（√3×10.5）×1/{0.2+（0.170635+0.107134）}＝11.51kA

D3点两相短路时：

I″=11.51×√3/2=9.97kA

图5.1短路电流计算接线图

图5.2正序阻抗图

短路电流计算结果汇总见表5.1和表5.2。

表5.1短路电流计算结果

短路点编

基准电压

基准电流

三相短路电流周期分量起始值

稳态短路电流有效值

三相短路冲击电流

三相起始短路容量

三相短路全电流

校验热效应计算时间

短路电流热效应

Ujkv

IjKA

I″KA

I∞KA

Ich

KA″

S″

MVA

Ich

KA

tjs

S

Qt

KA2S

d1

115

0.502

2.51

2.51

6.4

500

3.79

2

13

d2

37

1.56

5.51

5.51

14.01

356

8.32

2

61

d3

10.5

5.5

16.23

16.23

41.31

295

24.51

2

527

表5.2短路电流计算表

短路点编号

电压等级KV

最大运行方式

最小运行方式

三相短路kA

三相短路kA

两相短路kA

d1

115

2.51

d2

37

5.51

4.47

3.61

d3

10.5

16.23

11.51

9.97

冲击电流计算公式：

ich1≈1.8×√2I″＝2.55I″

全电流计算公式：

Ich1=I″√[1+2×（Kch－1）2]≈1.51×I″

周期分量热效应：

Qz＝（Iz″2+10Izt/2″2+Izt″2）×t/12

非周期分量热效应：

Qf=T×Iz″2

保护动作时间＋断路器动作时间最长按2s考虑。

六、主要电气设备的选择

（一）负荷电流计算

1、110kV电流计算

单回线供全部负荷时为I＝74250/115√3＝373

2、35kV电流计算

对主变及分段回路，应考虑35kV系统发展的可能性，35kV现有4回出线，考虑扩建四回出线的可能、按规范允许35kV出线最大负荷10MVA、8回出线、未来满负荷、主变各带一半负荷、同时率0.9计算：

I＝10000×8×0.9/（2×37√3）＝562A

对35KV出线回路，按规范允许输送容量10MVA计算：

I＝10000×37√3＝156A

3、10kV电流计算

对主变及分段回路，因设计16回出线，考虑10kV系统的发展，按规范允许10kV出线最大负荷5MVA、16回出线、未来满负荷、主变各带一半负荷、同时率0.9计算：

I＝5000×16×0.9/（2×10.5√3）＝1979.5A

对10KV出线回路，按规范允许10KV出线最大负荷5MVA计算：

I＝5000/10.5√3＝275A

4、计算结果汇总如下（表6.1）：

表6.1各回路负荷及设备的选择

序号

设备安装地点

工作电压（kV）

工作电流（A）

备注

1

110KV配电装置

115

373

满负荷计算

2

35KV配电装置（主变、分段设备）

37

562

系统发展、满负荷，两台主变各带一半负荷

3

35KV配电装置

37

157

按35kV出线最大负荷10MVA计算

4

10KV配电装置（主变、分段设备）

10.5

1979.5

系统发展、满负荷，两台主变各带一半负荷

5

10KV配电装置

10.5

275

按规范允许10kV出线最大负荷5MVA计算

（二）断路器隔离开关选择及校验

高压断路器是变电站主要的电气设备之一，其选择的好坏，不但直接影响

变电站的正常状态下的运行，而且也影响在故障时是否能够可靠的断开电路。

断路器的选择应根据额定电压、额定电流、装置种类、构造形式、开断电流或开断容量等各类技术参数，还要进行稳定和热稳定的校验。

1、设备选择

110kV断路器选用户外LW25－126W/2000A/31.5kA防污型瓷柱式高压SF6断路器，主要技术参数如下（表6.2）：

表6.2LW25－126W/2000A/31.5SF6断路器参数

型号

LW25－126W/2000A/31.5kA

额定电压：

110kV

断路器的最高工作电压

126kV

额定电流

2000A

额定短路开断电流

31.5kA

额定热稳定电流

25kA

热稳定电流