变电所一次设计.docx
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变电所一次设计
毕业设计（论文）
110kv变电所电气一次设计
班级供电08-2
姓名孔祥瑞
学号03
系部
指导老师郭方正
2011年1月3号
5
5
8
8
8
13
14
15
16
22
23
24
24
摘要4
第一章无功补偿的计算.5
1.1负荷计算的意义
1.2负荷计算过程
第二章电流的计算8
2.1短路的原因
2.2短路的危害
2.3短路电流的计算
第三章变压器选择及主接线方案的确定13
3.1主变压器台数选择
3.2主变压器容量选择
3.3主接线的设计原则和要求
3.4主接线的设计步骤
第四章变电站一次设备的选择与校验22
4.1电气设备的选择
4.2电流互感器的选择
4.3电压互感器的选择
4.4断路器的选择
参考文献25
摘要
本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。
从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV变电所电气一次设计。
Thispaperfirstaccordingtothemissionbooktosystemandlineandallloadparameter,thispaperanalysesloaddevelopmenttrend.Fromtheloadincreasingillustratestheestablishmentofthenecessityofconstruction,andthenthroughthegeneralizationandsubstation_directiontoconsider,andthroughtheloaddataanalysis,safety,economyandreliabilityintoconsideration,determinethe110kvandstandingelectricityLordwiring,andthenthroughtheloadcalculationandpowersupplyrangedeterminesthemaintransformersets,capacityandmodels,alsoidentifiedthestandingwiththecapacityoftransformerandmodel,intheend,basedonthemaximumcontinuousworkingcurrentandshortcircuitcalculationresultsofhigh-voltagefuse,isolatingswitch,bus,insulatorandwearwallbushing,voltagetransformer,currenttransformer,thustheselectionof110kvelectricsubstationcompletedadesign.
1.1负荷计算的意义
计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷。
它是设计时作为选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感
器等的额定参数的重要依据。
负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。
负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行•负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。
为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。
1.2负荷计算过程
按照原始负荷资料如下：
负荷（35KV:
同时系数Km=0.9表2-1
负荷名称
额定容量
（KW
额定电压
（KV
负荷特性
Cos©
供电线路长度
（m）
1#出线
860
6
0.8
200
2#出线
400
6
0.82
250
3#出线
760
6
0.75
100
4#出线
1600
6
0.8
80
水源变电所
1200
6
0.85
200
生活区变电所
2000
6
0.8
90
锅炉变电所
1100
6
0.8
100
污水处理电源
1200
6
0.8
80
计算过程如下:
「，4J1一cos26
〔#出线：
tan寸
工“75，P30
0.8
KdPN
0.9860=774KW,
Q30二P30tan二7740.75
=580.5KW
2#出线:
tan
cos'■
—瞬0.698，P30
Pn
=0.9400=360KW
3#出线:
4#出线:
Q30
tan
Q30
tan
0.82
=P30tan•=3600.698=251.28KW
，^os^=^^“882，P30
Pn
=0.9760=684KW
cos
0.75
=P30tan=684
J1-cos2©
0=
cos'■
Q30=P30tan=1440
0.882二603.288KW
上叵二0.75，P30
KdPN
0.91600=1440KW
0.8
0.75=1080KW
-cos2$
水源变电所：
tan■■
上曲“62代=5“91200=1080KW
生活区变电所:
P30=KdPN
锅炉变电所:
污水处理电源:
P30_KdPN
cos
0.85
Q30二P30tan=10800.62=669.6KW
J1-cos2$J1-0.82
tan0.75，
=0.9
Q30
tan
cos
0.8
2000=1800KW
=F30tan=18000.75=1350KW
1「cos2¥.」'1-0.82
0.75，P30=KdPN=0.91100=990KW
cos
0.8
Q30=P3otan=9900.75=742.5KW
tan.=^£o^=^0Z.0.75，
cos
0.8
=0.91200=1080KW
Q30=P30tan=10800.75=810KW
Q30=P30tan•=18000.75=1350KW
负荷计算结果如下表2-2:
负荷名称
额定
容量
（Kvy
额定电压
（KV
负荷特性cos©
tan©
供电线路长度
（m）
P30
（KW）
Q0
（KVar）
1#出线
860
6
0.8
0.75
200
774
580.5
2#出线
400
6
0.82
0.70
250
360
252
3#出线
760
6
0.75
0.88
100
684
601.9
4#出线
1600
6
0.8
0.75
80
1440
1080
水源变电所
1200
6
0.85
0.62
200
1080
669.6
生活区变电所
2000
6
0.8
0.75
90
1800
1350
锅炉变电所
1100
6
0.8
0.75
100
990
742.5
污水处理电源
1200
6
0.8
0.75
80
1080
810
备用
2000
6
0.8
0.75
200
1800
1350
备用
2000
6
0.8
0.75
200
1800
1350
为保证供电的可靠性，避免一台主变故障或检修时影响供电，变电所一般装设两台主变压器，但一般不超过两台变压器。
当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。
对于大型超高压枢纽变电所，装设两台大型变压器，当一台发生故障时，要切断大量负荷是很困难的，因此，对大型枢纽变电所，根具工程具体情况，应安装2:
4台主变压器。
这种装设方法可以提高变电所的供电可靠性，变压器的单台容量以及安装的总容量皆可有所节约，且可根据负荷的实际增长的进程，分别逐台装设变压器，而不致积压资金。
当变电所装设两台以及以上的主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运
时，其余变压器容量至少能保证所供的一级负荷或为变电所全部负荷的60%-
第二章电流的计算
2.1短路的原因
发生短路的主要原因是由于电力系统的绝缘被破坏。
在大多数情况下，绝缘的破坏多数是由于未及时发现和未及时消除设备中的缺陷，以及设计、安装和运
行维护不当所，例如：
过电压、直接雷击、绝缘材料的陈旧、绝缘配合不好、机械损坏等，运行人员的错误操作，如带负荷拉开隔离开关，或者检修后未拆接地线就接通断路器；在长期过负荷元件中，由于电流过大，载流导体的温度升高到不能容许的程度，使绝缘加速老化或破坏；在小接地电流系统中未及时或消除一相接地的不正常工作状态，此时，其它两相对地电压升高-3倍，造成绝缘损坏；在某些化工厂或沿海地区空气污秽，含有损坏绝缘的气体或固体物质，如不加强绝缘，经常进行维护检修或者采取其他特殊防护措施等，都很容易造成短路。
此
外，在电力系统中，某些事故也可能直接导致短路，如杆塔塌导线断线等。
动物或飞禽跨接载流导体也会造成短路事故。
2.2短路的危害
短路电流所产生的电动力能形成很大的破坏应力，如果导体和它们的支架不
够坚固，则可能遭到严重破坏。
短路电流越大，通过的时间越长，对故障元件破坏的程度也越大。
由于短路电流很大，即使通过的时间很短，也会使短路电流所经过的元件和导体收起不能容许的发热，从而破坏绝缘甚至使载流部分退火、变形或烧毁。
既然发生短路时流通很大的短路电流（超过额定电流许多倍），这样
大的短路电流一旦流经电气设备的载流导体，必然要产生很大的电动力和热的破坏作用，随着发生短路地点和持续时间的长短，其破坏作用可能局限于一小部分，也可能影响整个系统。
2.3短路电流的计算
进行短路电流计算时，首先应收集相关的资料，如电力系统接线图、运行方
式和各元件的技术参数等。
然后绘制计算电路图。
然后再根据对短路点做出等值电路图，利用网络变化规则，将其逐步简化，求出短路回路总电抗。
最后根据总电抗即可求出短路电流值。
以下分别讨论计算电路图、等值电路图和短路回路总
电抗的确定。
短路电流的计算
选取基准容量Sj=100MVA
取Uj3=0.4KV则Ij3二---
V3Uj3（3汉0.4
（2）计算系统各元件阻抗的标么值，绘制等效电路图。
最大运行方式和最小运行方式下系统的阻抗乂讪和X
*Sj100
X1M■“0.125
SKMAX800
*Sj100
X1m“°.167
SKmin600
线路阻抗一
*Sj100
X2-x1l1•—-=0.43一二0.088
Ua2v372
变压器阻抗
=0.64
iUk%''Sj'8100
=X
100©nt,,10012.5
线路阻抗二
*Sj
X4=x2l22~
Uav
100
二0.40.082二0.081
6.3
等效电路图如下所示:
图5-1计算电路图
短路电流的计算
选取基准容量Sj=100MVA
最大运行方式和最小运行方式下系统的阻抗X1*M和X
*Sj100
X1M"0.125
SKMAX800
*Sj100
X1m"0.167
SKmin600
线路阻抗
*Sj100
X2=x1l1-=0.43-=0.088
U37
av
变压器阻抗
线路阻抗二
等效电路图如下所示:
1111
0.1250.0880.640.08
分别计算k1k2k3短路点在最小运行方式下的短路电流k1点短路：
X区皿=X仆+X2=0.167+0.088=0.255
*11
I1m:
3.922
X、m0.255
|$）=|；m.5=3.922心.56=6.12KA
ish^=2.55I：
：
=2.556.12=15.61KA
k2点短路：
X*^m=X；+X2+x3=0.167+0.088+0.64=0.895
I2m二l2mIj2=1.129.16=10.26KA
i：
2=2.5512爲=2.5510.26=26.16KA
k3点短路:
=0.976
x^m=x；m+x；+x4=0.167+0.088+0.64+0.081
I3m*1.025
Xs0・976
仁=仁Ij2=1.0259.16=9.394KA
is^=2.55
I3m2.55疋9.394=23.955KA
◎3=1.51
（3）
l3m）=1.519.394=14.185KA
3m
由上可知道最大短路电流是K2短路时
12M=I2M
Ij2=1.179.16=10.72KA
is^=2.55
l2M=2.5510.72=27.34KA
◎2=1.51
（3）
I2M）=1.5110.72=16.2KA
短路地点
短路点编号
短路点平均电压（KV
短路现暂态电流有效值
1”（KA）
短路稳态电流有效值
No（KA）
短路冲击电流
ich（KA）
短路点容量
S（KVA）
35KV母线
k1
37
18.456
18.456
47
3676
6KV母线
k2
6.3
5.38
5.38
13.72
:
344.77
6KV出线
K3
6.3
19.64
19.64
50
214.3
第三章变压器选择及主接线方案的确定
3.1主变压器台数选择矿井供电负荷中，主要为一、二级负荷，三级负荷所占比例很小。
所以矿井变电所都是按两回路电源一回路故障，另一回路可负担矿井全部负荷来设计。
矿井变电所主变压器容量不单要满足矿井全部负荷的需要，而且运行方式也要满足一级负荷对双电源的要求。
矿井变电所主接线就有设两台主变压器或设三台主变压器两种方案。
采用两台主变压器方案时，在正常情况下两台变压器分列运行，每台变压器带50％负荷。
变压器二次侧为分列运行母线。
当一回电源线路故障或一台变压器故障时，另一台变压器立刻带全部负荷运行，此时矿井暂时处于单电源供电状态，故障排除后再恢复分列运行。
在整个切换过程中，对负荷来说不会出现两回电源同时中断的现象。
这种方案的优点是占地小，使用断路器少，接线简单，操作方便，提升了矿井供电的安全性和可靠度（矿井二级负荷也按一级负荷的双电源要求供电了）。
缺点是正常运行时，变压器负载率低，增加了供电贴费，加大了运行费用。
采用三台变压器方案时，在正常情况下，两台变压器以较高的负载率分列运行，第三台变压器备用。
当一回电源线路故障或一台变压器故障时，投入第三台变压器。
此前，有一台变压器仍在带电运行。
第三台变压器的投入有两种职能：
一回电源发生故障时，可确保矿井全部负荷供电，此时矿井暂时处于单电源工作状态；一台变压器发生故障时，可确保矿井双电源供电。
三台变压器这种运行方式与两台变压器“一用一备”运行的区别在于，前者确保了矿井一级负荷的两回电源不会同时中断，满足了一级负荷的供电要求。
后者却做不到这一点。
三台变压器这种运行方案的优点是变压器负载率高，减少了供电贴费；缺点是占地面积比前一个方案大，接线和倒闸操作较复杂，为了避免正在运行的变压器过载，在切换操作过程中要中断一部分二级负荷的供电。
上述两种分列运行方案都满足矿井供电的安全性要求，但从国内两部电价管理体制的实际出发，推荐大型矿井主变电所采用双母线接线的三变压器方案。
3.2主变压器容量选择
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条件综合考虑确定。
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、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。
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%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。
具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。
电力潮流变化大和电压偏移大的变电所，如经计算普通变压器不能满足电力系统和用户对电压质量的要求时，应采用有载调压变压器。
变电所的主接线，应根据变电所在电力网中的地位、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。
当能满足运行要求时，变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接
线。
35〜110kV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。
35〜63kV
线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。
110kV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。
在采用单母线、分段单母线或双母线的35〜110kV主接线中，当不允许停
电检修断路器时，可设置旁路设施。
当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。
当110kV线路为6回及以上，35〜63kV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器。
主变压器35〜110kV回路中的断路器，有条件时亦可接入旁路母线。
采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。
当变电所装有两台主变压器时，6〜10kV侧宜采用分段单母线。
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。
当需**变电所6〜10kV线路的短路电流时，可采用下列措施之一：
一、变压器分列运行；
二、采用高阻抗变压器；
三、在变压器回路中装设电抗器。
接在母线上的避雷器和电压互感器，可合用一组隔离开关。
对接在变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。
3.3主接线的设计原则和要求
对于福州、厦门、泉州、晋江石狮、漳州、龙岩、三明、南平、宁德等地的市、区，城市变电所在满足供电规划的条件下接线应力求简化并尽量按终端变设计，电压为110/10kV，变电站可以采用二回或三回进线（如双T接线和三T接线）。
变压器为三台、二回进线时采用双内桥接线，三回进线三台主变时则采用三个线路变压器组接线。
10kV侧采用单母线四分段接线，40MV/变压器10kV出线为8-10回，50MV变压器10kV出线为10-12回。
内桥接线和双内桥接线时电压互感器和避雷器合用一组隔离刀闸接于线路侧。
双内桥中间主变110kV侧不装设电压互感器，该主变的110kV侧的电压测量电源由二次侧装设电压切换装置，切换至线路侧互感器。
对于经济欠发达的山区县市、110kV变电所一般为二个或三个电压等级（110/35/10kV）。
除承当变电所周围地区的供电外还作为中小水电站接入联网点，同时尚需用35KV供电到县（市）较边远乡、镇的35KV变电所。
此类变电所110kV进出线回路数较多，具有电厂的电源接入110kV出线4回及以下的用单母线接线，5回及以上的用单母线分段接线。
35kV及10kV母线一般也采用单母线分段（二台变压器）和单母线三分段（三台变压器）。
35kV及10kV出线回路数以满足用户的需要可适当增加。
（因农村用电量较小回路数较多，变电所出线回路增加了可减免建开闭所的费用）。
一般10kV以每回送出2000-3000kVA考虑。
110kV主变用自冷变压器。
在技术条件许可、经济合理的情况下，120MVA及以下220kV主变可采用自冷变压器。
150MVA及以上的220千伏主变可采用风扇冷却或混合冷却方式，在油泵、风扇全停时能长期运行在60%的负荷，空气温
度40C时上层油温不超过75C。
主变压器应采用低损耗，低噪音、低局放、抗短路能力强的，可靠性高的产品。
在电压波动允许范围内，主变中低压侧短路电流应在允许的控制范围内，
10kV和35kV侧一般用分裂运行方式降低短路电流值。
设备动稳定校验不考虑低压侧短时间并联时的短路电流值。
对于确实短路电流超过控制标准的可以考虑增加变压器短路阻抗或装串联抗器（对220千伏变压器），应注意阻抗加大将增加变压器的有功、无功损耗，增加无功补偿容量，短路时由于电容器助增电流作用而增加了短路电流值。
应注意根据电网的结构，并考虑系统远景发展引起的潮流变化，选择变压器的分接头抽头的电压值。
一般有载调压的分接头为+8X1.25%,靠近电源点或远离电源点的变电所分接头的电压值应经计算确定。
110kV变电所的110kV配电装置及主变一般采用户外或户内布置，户外布置采用中型或半高型布置方式；户内布置采用敞开元件组合布置方式。
地位特别重要的城区变电所受高地价及占地面积太小等因素制约的，可以考虑选用GIS组合电气户内布置。
3.4主接线的设计步骤
当牵引变电所只有两回电源进线和两台主变压器时，常在电源线路间用横向
母线将它们连接起来，即构成桥形接线。
根据中间横向母线的位置不同而分为内桥接线和外桥接线两种，前者的桥接母线连接在靠变压器侧，而后者则连接在靠
线路侧。
内桥接线适用于线路故障较多的场所，外桥接线适用于变压器故障较多的场所，而变压器又不需要频繁的操作，故在此选内桥接线。
2）牵引变压器主接线
在乙变电所中采用三相YN,d11牵引变压器，当采用直接供电方式时，原边绕组接成Y接线，低压侧两边绕组，各取一端联至27.5kV的a相和b相母线上，它们的公共端接至接地网和钢轨。
三相双绕组YN,d11接线牵引变电所如
图2-1（a）。
直接供电方式下三相YN，d11变压器主接线如图2-1（b）
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