完整版110KV变电站主接线设计毕业设计.docx
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完整版110KV变电站主接线设计毕业设计
摘要
变电站作为电力系统中的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。
根据设计任务书的要求，本次设计为110kV变电站一次主接线的设计，并绘制电气主接线图和变电站平面布置图。
该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV、35kV和10kV三个电压等级。
110kV电压等级采用内桥接线，35kV和10kV电压等级都采用单母线分段接线。
首先根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求，选择了两种待选主接线方案进行了技术经济比较，淘汰较差的方案，确定了变电站电气主接线方案。
同时通过对原始资料的分析来选择变压器和无功补偿装置。
其次进行短路电流计算，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的母线上时，其短路稳态电流和冲击电流的值。
再根据计算结果及各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行主要电气设备选择及校验。
设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备大部分为国家推荐的产品，技术先进、运行可靠、经济合理。
关键词：
电气主接线；变压器；设备选型
Abstract
Substationasanimportantpartoftheentirepowersystemdirectlyaffectsthesafetyandeconomicoperation.Accordingtothedesignrequirementsofthemissionstatement,thisdesignisamainconnection110kVsubstationdesignanddrawelectricalsubstationmainwiringdiagramsandlayoutplans.Therearetwomaintransformersinthesubstationinwhichmainelectricalconnectioncanbedividedintothreevoltagegrades:
110kV,35kVwith10kV.Itdepositssectionalizedsinglebusbarschemepergrade.
First,accordingtothemainwiringofthereliableeconomyandflexibleoperationrequirements,selectthetwoproposedmainwiringschemesforthetechnicalandeconomiccomparison,eliminatingpoorschemes,thesubstationmainelectricalwiringschemeisdetermined.Atthesametime,throughtheanalysisofrawdatatochoosetransformerandreactivepowercompensationdevice.Second,short-circuitcurrentcalculation,thethree-phaseshort-circuitcalculatedwhentheshortcircuitoccursineachbusvoltagelevelwhentheshortcircuit,thesteady-statecurrentandimpactcurrentvalue.Accordingtotheresultsandofthemainelectricalequipmentselectionandcheckthevoltagelevelofvoltageandmaximumcontinuousworkingcurrent.
Thecontentofthedesigninaccordancewiththerelevantnationaltechnicalandeconomicpolicy,theselecteddeviceformostcountriesrecommendproducts,advancedtechnology,reliable,economicandreasonable.
KeyWords:
Electricalmainwiring,Transformer,Equipmenttypeselection
1绪论
1.1工程背景
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，对供电质量的要求日益提高。
国家提出了加快城网和农网建设和改造，拉动内需的发展计划，110kV变电站的建设迅猛发展。
供电可靠性是城网建设改造的一个重要目标，110kV变电站设计是城网建设中较为关键的技术环节，如何设计110kV变电站，是城网建设和改造中需要研究和解决的一个重要课题。
1.2设计范围
包括负荷计算、短路计算，主接线方式的选择、变压器的选择、电气设备的选型和校核等。
最后利用AutoCAD绘制变电所的主接线图和变电所平面布置图。
1.3设计依据
（1）相关专业提供的工程设计资料。
（2）国家现行有关设计规程、规范及标准，主要包括：
②国家现行的标准图。
电气设备用图符合国家标准汇编、电气制图国家标准汇编。
1.4设计目标
以AutoCAD作为设计平台，根据给定的地区35kV、10kV负荷情况，完成地区110kV变电所主回路设计，以变电所对周围各集中用电负荷的可靠安全供电，设计出一个经济实用的110kV变电站。
1.5设计任务
（1）结合所给地区负荷性质，选择合适的主接线形式。
（2）选择合适的计算方法，进行地区变电所负荷计算，完成变压器选择。
（3）进行短路计算，完成设备选择与校验。
2电气主接线设计
2.1主接线的设计原则
2.1.1主接线的设计依据
（1）考虑变电站在电力系统的地位和作用。
（2）考虑近期和远期的发展规模。
（3）考虑负荷的重要性和出线回路多少对主接线的影响。
（4）考虑主变台数对主接线的影响。
2.1.2主接线设计的基本要求
主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。
2.2主接线的设计
2.2.1设计步骤
电气主接线设计，一般分以下几步：
（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，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，保留2个技术上相当的较好方案。
（2）对2个方案进行全面的技术比较，确定最优的主接线方案。
2.2.2初步方案设计
根据原始资料，此变电站有三个电压等级：
1103510kV，故可初选三相三绕组变压器。
为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。
为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下两种接线方案供最优方案的选择。
方案一：
110kV侧采用内桥接线，35kV和10kV侧都采用单母分段接线。
方案二：
110kV侧采用外桥接线，35kV和10kV侧都采用单母分段接线。
2.2.3最优方案确定
采用内桥接线的优点是供电可靠和运行灵活性好。
适用于变压器不需要经常投切的总降压变电所。
采用外桥接线的优点：
同内桥接线。
适用于变压器需要经常切换的变电所。
由以上比较可得：
110kV侧采用内桥接线[1]。
3负荷计算
负荷计算选择变压器容量和电气设备的依据[2]。
3.1负荷计算的公式
3.1.1低压侧负荷计算的公式
（1）视在功率：
（3.1）
其中，为线路每回最大负荷；为功率因数角。
（2）线路功率损耗：
（3.2）
其中，为线路的计算电流；为线路每相的电阻；为线路每相的电抗。
、为线路单位长度交流电阻及电抗；为线路计算长度。
（3）出线侧计算负荷：
（3.3）
其中，为线路回路数。
（4）低压侧总计算负荷：
（3.4）
3.1.2高压侧负荷计算的公式
（1）变压器损耗：
（3.5）
（2）高压侧总计算负荷：
（3.6）
其中，，代表侧的总计算负荷；，代表侧的总计算负荷。
3.210kV和35kV的负荷计算
3.2.110kV线路负荷计算
（1）10kV负荷原始数据
10kV负荷原始数据如表3.1表述。
表3.110kV负荷原始数据表
符合名称
每回最大负（kW）
功率因数
回路数
供电方式
线路长度（km）
乡区变
1000
0.9（25.8°）
3
架空
5
纺织厂1
700
0.89（27.1°）
1
电缆
3
纺织厂2
800
0.88（28.36°）
2
架空
7
纺织厂3
600
0.88（28.36°）
1
架空
4
加工厂
700
0.9（25.8°）
1
架空
5
材料厂
800
0.9（25.8°）
2
架空
2
电视机厂
800
0.87（29.5°）
1
架空
14
配电变压A
780
0.9（25.8°）
1
架空
15
配电变压B
900
0.92（23°）
1
架空
16
（2）10kV负荷计算结果
由式3.1～式3.3可得10kV负荷计算结果如表3.2表述。
表3.210kV负荷计算表
符合名称
（kW）
（kvar）
（kW）
（kvar）
（kW）
（kvar）
乡区变
1000
483.4
56.7
24.7
3170.1
1524.3
纺织厂1
700
358.2
0
0
700
358.2
纺织厂2
800
431.8
53.2
23.1
1706.4
909.8
纺织厂3
600
323.9
17.1
7.4
617.1
331.3
加工厂
700
338.4
27.8
12
727.8
350.4
材料厂
800
386.7
14.5
6.3
1629
786
电视机厂
800
452.6
108.8
47.3
908.8
500
配电变压器A
780
377
103.6
45
883.6
422
配电变压器B
900
382
140.7
61.2
1040
443.2
由式3.4得：
，，。
由式3.5得：
，。
由式3.6得：
，。
3.2.235kV线路负荷计算
（1）35kV负荷原始数据
35kV负荷原始数据如表3.3表述。
表3.335kV负荷原始数据表
符合名称
每回最大负荷（kW）
功率因数
回路数
供电方式
线路长度（km）
乡镇变1
6000
0.9
1
架空
15
乡镇变2
7000
0.92
1
架空
8
汽车厂
4300
0.88
2
架空
7
砖厂
5000
0.85
1
架空
11
（2）35kV负荷计算结果
由式3.1～式3.3可得35kV负荷计算结果如表3.4表述。
表3.435kV负荷计算表
符合名称
（kW）
（kvar）
（kW）
（kvar）
（kW）
（kvar）
乡镇变1
6000
2900.5
500.3
217.5
6500.3
3118
乡镇变2
7000
3072.8
351.1
152.7
7351.1
3225.5
汽车厂
4300
2321
125.5
54.6
8851
4751.2
砖厂
5000
3098．9
285.9
124.3
5285.9
3223.2
由式3.4得：
，，。
由式3.5得：
，。
由式3.6得：
，。
3.3变压器的选择
3.3.1确定变压器容量的公式
变压器容量的确定所需公式如下：
（1）110kV侧的总计算负荷：
（3.7）
（2）高压侧功率因数：
（3.8）
（3）无功补偿容量：
（3.9）
其中，为补偿前的功率因数角；为补偿后的功率因数角。
（4）变压器的容量：
（3.10）
3.3.2主变压器台数的选择
对供有大量一、二级负荷的变电站，宜采用两台主变压器，以便当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。
本变电站有大量的一、二级负荷，故选择两台主变压器。
3.3.3主变压器容量的确定
由式3.7得：
，。
由式3.8得：
0.86。
我国相关技术导则规定，110kV变电站高压侧功率因数，在主变最大负荷时不低于0.9[3]。
由式3.9得：
。
由式3.10得：
。
3.3.4主变压器型号的确定
已知：
变电站自用电负荷为（MVA）。
装有两台主变压器的变电站，每台变压器的容量应该满足任一台变压器单独运行时，满足总计算负荷的大约70%的需要，即：
（3.11）
变压器容量由式3.11得：
（MVA）。
表3.5主变压器型号及参数
型号及容量（kVA）
额定电压（kV）
连接组
损耗（kW）
短路电压（%）
空载电流（%）
空载
负载
高中
高
低
中低
高
中
低
12122.5%
38.522.5%
10.5
YN,yn0,d11
37.2
125
18
10.5
10.5
18
6.5
6.5
0.8
0.8
3.4站用变压器的选择
3.4.1站用变压器的选择的原则
《35～110kV变电所设计规范》规定，在有两台及两台以上主变压器的变电站中，宜装设两台容量相同可互为备用的站用变压器，分别接到母线的不同分段上[4]。
3.4.2站用变压器型号的选择
选择站用变压器型号为SC9-8010，其具体参数如表3.6表述。
表3.6站用变压器型号及参数
型号
额定容量（kVA）
额定电压（kV）
连接组
损耗（W）
阻抗电压（%）
空载电流（%）
空载
短路
SC9-8010
80
10.50.4
Y,yn0
340
1140
4
2
3.5无功补偿装置的选择
3.5.1补偿装置的确定
由于本次设计的变电站为110kV变电站，而原始资料可知，补偿装置主要补偿负荷的无功容量及平衡主变损耗。
故一般首先考虑装设并联电容器。
3.5.2补偿位置的确定
目前，电力系统中110kV变电站普遍采用在10kV低压侧加装并联电容器组以满足电网对无功功率的需求[5]。
3.5.3电容器型号的选择
表3.7电容器参数
电容器型号
额定电压（kV）
额定容量（kvar）
额定电流（A）
10
1800
94.78
4短路电流计算
4.1短路计算规定与步骤
4.1.1短路计算的一般规定
（1）计算的基本情况：
①每一个电压级采用平均额定电压。
②以供电电源为基准的电抗标幺值大于3，可认为电源容量为无限大的系统，短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。
（2）短路种类：
一般按三相短路计算。
4.1.2短路计算的步骤
（1）按照供电系统图绘制等效电路图，要求在图上标出各元件的参数，对复杂的供电系统，还要绘制出简化的等效图。
（2）选定基准容量和基准电压，并按照公式求出基准电流和基准电抗。
（3）求出供电系统中各元件电抗标幺值。
（4）求出电源至短路点的总电抗。
（5）当所选取的基准容量与电源的总额定容量不相等时，必须将总电抗标幺值换算成以电源总额定容量为基准的计算电抗。
即：
（4.1）
其中，为基准容量；为全部发电机的总额定容量。
（6）按此式可求出短路电流标幺值。
即：
（4.2）
（7）若电源是无限大容量，则短路电流周期分量保持不变。
即：
（4.3）
（8）求出基准电流。
即：
（4.4）
（9）按此式求出实际电流。
即：
（4.5）
（10）求出稳态短路电流。
即：
（4.6）
（11）求出短路冲击电流和短路全电流最大有效值。
即：
（4.7）
（12）求出短路容量。
即：
（4.8）
4.2变压器的参数计算及短路点的确定
4.2.1变压器参数的计算
（1）基准值的选取：
，取各侧平均额定电压[6]。
各绕组短路电压百分数如下：
（4.9）
各绕组电抗标幺值如下：
%（4.10）
由表3.5得：
%，%，%。
由式4.9得：
%，%，%。
由式4.10得：
，，。
由表3.6得：
%。
由式4.10得：
。
（2）系统等值电抗：
（4.11）
由式4.11得：
。
4.2.2短路点的确定
根据变电站选定的主接线形式、设备参数和短路点选择，等值网络如图4.1所示。
图4.1短路等值网络图
4.3各短路点的短路计算
4.3.1短路点k-1的短路计算（110kV母线）
短路点k-1的等值网络如图4.2所示。
图4.2k-1点短路等值图
由式4.1得：
。
由于，则此系统为无限大系统。
由式4.2得：
。
由式4.3得：
。
由式4.4得：
。
由式4.5得：
。
由式4.6得：
。
由式4.7得：
，。
由式4.8得：
。
4.3.2短路点k-2的短路计算（35kV母线）
短路点k-2的等值网络如图4.3所示。
图4.3k-2点短路等值图
等值电阻如下：
由式4.1得：
。
由于，则此系统为无限大系统。
由式4.2得：
。
由式4.3得：
。
由式4.4得：
。
由式4.5得：
。
由式4.6得：
。
由式4.7得：
，。
由式4.8得：
。
4.3.3短路点k-3的短路计算（10kV母线）
短路点k-3的等值网络如图4.4所示。
图4.4k-3点短路等值图
等值电阻如下：
由式4.1得：
。
由于，则此系统为无限大系统。
由式4.2得：
。
由式4.3得：
。
由式4.4得：
。
由式4.5得：
。
由式4.6得：
。
由式4.7得：
，。
由式4.8得：
。
4.3.4短路点k-4的短路计算（0.4kV母线）
短路点k-4的等值网络如图4.5所示。
图4.5k-4点短路等值图
等值电阻如下：
由式4.1得：
。
由于，则此系统为无限大系统。
由式4.2得：
。
由式4.3得：
。
由式4.4得：
。
由式4.5得：
。
由式4.6得：
。
由式4.7得：
，。
由式4.8得：
。
5电气主设备的选择及校验
5.1各回路最大持续工作电流一览表
各回路最大持续工作电流一览表如表5.1所述。
表5.1各回路持续工作电流结果表
回路名称
计算公式及结果
110kV进线
35kV母线
35kV出线
乡镇变1
乡镇变2
汽车厂（2回）
砖厂
10kV母线
10kV出线
乡区变（3回）
纺织厂1
纺织厂2（2回）
纺织厂3
加工厂
材料厂（2回）
电视机厂
配电变压器A
配电变压器B
0.4kV母线
5.2断路器的选择及校验
5.2.1断路器选择的具体条件
（1）电压：
其中，为电网工作电压。
（2）电流：
其中，为最大持续工作电流。
（3）开断电流：
其中，为断路器实际开断时间秒的短路电流周期分量；为断路器额定开断电流。
（4）动稳定：
其中，为断路器通过电流峰值。
（5）热稳定：
其中，为假想时间。
5.2.2断路器的选择与校验
断路器的选择与校验如表5.2和表5.3表述。
表5.2断路器的型号及参数
位置
型号
额定
电压
（kV）
额定
电流
（A）
额定开断电流（kA）
动稳定电流（kA）
热稳定
电流
（kA）（s）
固有分闸时间（s）
合闸
时间
（s）
变压器110kV侧
SW3-110G1200
110
1200
15.8
41
15.8（4）
0.07
0.06
变压器35kV侧
SN10-351250
35
1250
16
40
16（4）
0.06
0.12
35kV出线侧
SN10-351250
35
1250
16
40
16（4）
0.06
0.12
变压器10kV侧
SN10-10Ⅲ2000
10
2000
43.3
130
43.3（4）
0.06
0.2
10kV出线侧
SN10-10Ⅰ630
10
630
16
40
16
（2）
0.06
0.2
表5.3断路器的校验表
型号
电压（kV）
电流（A）
开断电流（kA）
动稳定（kA）
热稳定（kA）（s）
是否满足要求
SW3-110G1200
110
110
166.05
1200
1.1
15.8
2.8
41
2.057
516.75
是
SN10-351250
35
35
495.99
1250
2.48
16
6.324
40
10.58
527.4
是
SN10-351250
35
35
118.73
1250
2.48
16
6.324
40
10.58
527.4
是
SN10-10Ⅲ2000
10
10
1818.65
2000
7.44
43.3
18.97
130
95.2
3880
是
SN10-10Ⅰ630
10
10
61.1
630
7.44
16
18.97
40
94.65
527.4
是
5.3隔离开关的选择及校验
隔离开关没有专门的灭弧结构，所以不能用来切断和接通负载电流和短路电流，使用时应与断路器配合[7]。
隔离开关的选择与校验如表5.4和表5.5表述。
表5.4隔离开关的型号及参数
开关编号
型号
额定电压（kV）
额定电流（A）
动稳定电流（kA）
热稳定电流（kA）（s）
110kV侧
GW4-110
110
630
50
20（4）
35kV变压器侧
GN1-35600
35
600
50
20（5）
35kV出线侧
GN1-35600
35
600
50
20（5）
变压器10kV侧
GN1-102000
10
2000
85
36（5）
10kV出线侧
GN5-10T200
10
200
25.5
10（5）
表5.5隔离开关的校验表
型号
电压（kV）
电流（A）
动稳定（kA）
热稳定（kA）（s）
是否满足要求
GW4-110
110
升级会员 