kV降压变电站毕业设计方案.docx
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kV降压变电站毕业设计方案
兰州理工大学
毕业设计
110kV降压变电所电气部分设计
姓名石磊
学号
专业电气系统自动化
班级2007
指导教师
日期2009年10月
电气工程学院本科生毕业
设计任务书
题目：
110kV降压变电所电气部分设计
一、原始资料
1、变电所规模：
1）建设两台三绕组降压变压器，电压等级为：
110/38.5/10.5kV
2）气象条件：
气象条件为典II级:
年最高温度40度，平均温度20度，最大风速30M/秒,最大覆冰，无特殊要求。
2、各电压等级负荷及与系统的连接情况：
3）110kV电压等级：
系统采用两条110kV线路向本所供电，当取基准容量为100MW，系统归算为110kV母线的等值电抗为0.2
4）35kV电压等级：
35kV架空出线8回,线路全长共50km，最大负荷40MW，最小负荷38MW，cosφ=0.85，Tmax=4800h/a。
5）10kV电压等级：
10kV电缆出线10回,线路全长40km，最大负荷14MW，最小负荷10MW，cosφ=0.8，Tmax=4800h/a。
二、设计内容
1、设计各电压等级的电气主接线。
2、短路电流的计算。
3、选择主要电气设备并校验。
4、设计主变压器保护。
5、设计变电所防雷保护。
三、设计成品
1、说明书一份
2．图纸两张：
（1）电气主接线图一张
（2）配电装置断面图一张
四、设计目和及要求
毕业设计的主要目的是：
培养综合运用所学基础课、理论课、专业课知识去分析和理解本专业范围内的一般工程技术问题的能力，通过专业设计进一步巩固、扩大和深化所学的理论知识和基本技能，从而实现理论与实践相结合的最终目的：
毕业设计应达到下列要求：
1．熟悉电力行业有关技术规程、规定、导则，树立供电必须安全、可靠、经济的观点；
2．掌握电力系统设计的基本方法；
3．熟练一些电力系统中的基本计算；
4．学习工程设计说明书的撰写；
5．所学理论知识能通过做毕业设计得到复习、运用、验证；
6、培养电力工程设计能力。
摘要
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，确定了主接线形式及主变容量、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。
关键词：
〔变电站 设计〕
Thesummary
Itisthat110kVsstepdownthetransformersubstationisdesignedtooriginallydesign,loadnatureistheregionalload.Andmainlywirethecomparisonoftheschemeaccordingtoloadnature,thecapacity,platformarecountedafterdefiningthemainwiringformandmainlybecome.Andholdupintheelectriccurrentaccordingtotheimpedancecalculatedforparameterssystematically,andinghaschosentothemainelectricequipmentandwireandcheck-up.Nobodystoodondutilyandprotecteddisposingtofittheroutine.Accordingtogivingthetopographyageographicalcondition,haveassignedtothedistributiondevice.Tostandingelectriciangoonanddefendthunderprotectsandsetupbybuildingcompletely
Thekeyword：
〔TransformersubstationThedesign〕
电气工程学院本科生毕业
设计说明书
第一章绪论
电力工业在社会主义现代化建设中占有十分重要的地位，因为电能与其他能源比较具有显著的优越性，它可以方便地与其他能量相互转换，可以经济的远距离输送，并在使用时易于操作和控制，根据工农业生产的需要，决定新建一座110kV降压变电所，培养综合运用所学知识的能力，扩大和深化所学的理论知识和基本技能，从而使理论与实践相结合。
通过此次设计，主要掌握发电厂和变电所电气部分中各种电器设备和一、二次系统的接线和装置的基本知识，并通过相应的实践环节，掌握基本技能。
设计变电站为降压变电站，其电压等级为110kV，具有中型容量的规模的特点，在系统中将主要承担负荷分配任务，从而该站主接线设计务必着重考虑可靠性。
该工程的实施有利于完善和加强110kV电网功能，提高电网安全运行水平。
从负荷特点及电压等级可知，它具有110、35、10kV三级电压。
110kV进线两回。
35kV出线回路数为6回；10kV出线回路数为8回。
第二章电气主接线设计
2第一节对电气主接线的基本要求
现代电力系统是一个巨大的严密整体，各类发电厂和变电所分工完成整个电力系统的发电、变电和配电任务，主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电所和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民生活，因此，发电厂、变电所的主接线，必须满足以下基本要求：
1）必须保证发供电的可靠性。
2）应具有一定的灵活性。
3）操作应尽可能简单、方便。
4）经济上应合理。
主接线除应满足以上技术经济方面的基本要求外，还应有发展和扩建的可能性，以适应发电厂和变电所可能扩建的需要。
第二节对电气主接线方案的初步设计
电气主接线基本要求：
可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。
一、主接线的初步选择
1、110kV系统的主接线选择
根据《电力工程设计手册》：
110kV～220kV配电装置出线回路不超过2回时一般选用单母线接线；出线回路3～4回时一般选用单母线分段接线，故选用单母线接线与单母线分段接线两种方案进行比较决定。
2、35kV侧的主接线形式
根据《电力工程设计手册》：
1）35kV～6.3kV的配电装置出线回路数在4～8回时采用单母线分段接线。
2）35kV的出线多为双回路，且检修时间短，一般不设旁母，当配电装置出线回路数在8回以上时；或连接的电源较多，负荷较大时采用双母线接线。
故选用单母线分段接线与双母线接线两种方案进行比较决定。
3、10kV侧接线形式选择
根据《电力工程设计手册》：
6～１0kV系统中，出线在6回或以上时一般使用单母线分段接线形式，当用户要求不能停电时可装设旁路母线。
故选用单母线分段接线与单母线分段带旁母接线两种方案进行比较决定。
二、可靠性的要求
1.断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
2.断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间。
3.避免全所停电的可能。
三、灵活性的要求
1．调度时，可灵活的投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷。
2．检修时，方便的停运断路器、母线及保护，进行安全检修。
3．扩建时，容易从初期接线过渡到最终接线。
四、经济性的要求：
1．投资省。
2.主接线力求简单，以节省一次设备。
3.二次回路简单。
4.能限制短路电流，以便选择价廉的设备。
5.占地面积小。
6.电能损失少。
第三节几种方案的比较及最终接线
根据以上几点要求对主接线的初设方案进行比较，结果如下：
110kV
方案一：
为“单母线接线”
方案二：
为“单母线分段接线”
优点：
接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩展。
缺点：
不够灵活可靠。
优点：
用断路器把母线分段后，对重要用户从不同段引出，有两个电源供电。
当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线供电，供电可靠性高。
缺点：
占地面地大，投资较多。
35kV
方案一：
为“单母线分段接线”
优点：
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．扩建需两个方向。
方案二：
为“双母线接线”
优点：
供电可靠性高，一般不对歪停电。
缺点：
占地面地大，刀闸多，投资较多。
10kV
方案一：
为“单母线分段接线”
优缺点：
同上
方案二：
为“单母线分段带旁母接线”
优点：
供电可靠性高。
缺点：
占地面地大，刀闸多，投资较多。
由于待建变电所属地区变电所，负荷主要是地区性负荷，该变电站110kV、35kV、10kV侧均采用单母线分段接线。
第三章短路电流计算
1.本计算中采用以下的假设：
正常情况下，三相系统对称运行，所有的电源的电动势相位角相同，电力系统中所有电机为理想电机。
电力系统所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷在高压母线上，50%负荷接在系统侧，短路发生在短路电流最大的瞬间，不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流，输电线路的电容略去不计。
2.本计算中一律采用短路电流的工程实用解法，运算曲线法，先计算出各电源到短路点的运算阻抗Xjs,再化为该电源标幺值下的Xjs'。
当Xjs'<3时查运算曲线求取短路瞬间的Z0，短路后0.1s的Z0.1和稳定电流I（无穷）。
当Xjs'>3时，Z0=Z0.1=I（无穷）=1/Xjs
第一节画等值电路图
1.计算系统阻抗：
基准容量：
Sj=100MVA
基准电压：
Uj=115/37/10.5kV
额定电压：
110±8×1.25％/38.5±2×2.5％/10.5kV
容量比：
40/40/40
Ij=Sj/√3*Uj
=100/√3*115=100/199.18≈0.5021KA
2.各元件参数计算公式为：
X变压器=（Ud%/100）*（Sj/Se）
则有：
Ud1%=（1/2）*（UdⅠ-Ⅱ%+UdⅢ-Ⅰ%-UdⅡ-Ⅲ%）
=（1/2）*（17+17-6.5）
=13.75
Ud2%=（1/2）*（UdⅡ-Ⅲ%+UdⅠ-Ⅱ%-UdⅢ-Ⅰ%）
=（1/2）*（6.5+17-17）
=3.25
Ud3%=（1/2）*（UdⅢ-Ⅰ%+UdⅡ-Ⅲ%-UdⅠ-Ⅱ%）
=（1/2）*（17+6.5-17）
=3.25
X1=X2
=（Ud1%/100）*（Sj/Se）
=（13.75/100）*（100/40）
=0.343
X3=X4
=（Ud2%/100）*（Sj/Se）
=（3.25/100）*（100/40）
=0.081
X5=X6
=（Ud2%/100）*（Sj/Se）
=（3.25/100）*（100/40）
=0.081
第二节计算短路电流
考虑最大运行方式为两台主变三测并列运行，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
1>当D1点短路时:
Id1=1/X系统
=1/0.2
=5
2>当D2点短路时,其等值电路图为:
由化简图1得:
X7=X5+X6=0.081+0.081=0.162
由化简图2得:
X8=X1*X2/（X1+X2+X7）
=0.343*0.343/（0.343+0.343+0.162）
≈0.1387
X9=X1*X7/（X1+X2+X7）
=0.343*0.162/（0.343+0.343+0.162）
≈0.0655
X10=X7*X2/（X1+X2+X7）
=0.162*0.343/（0.343+0.343+0.162）
≈0.0655
由化简图3得:
X11=（X3+X9）//（X4+X10）
=（1/2）（0.081+0.0655）
≈0.0733
Id2=1/（X11+X系统+X8）
=1/（0.0733+0.2+0.1387）
=2.427
3>当D3点短路时,其等值电路图为:
由化简图1得:
X7=X3+X4=0.081+0.081=0.162
由化简图2得:
X8=X1×X2/（X1+X2+X7）
=0.343×0.343/（0.343+0.343+0.162）
=0.1715
X9=X1×X7/（X1+X2+X7）
=0.343*0.162/（0.343+0.343+0.162）
≈0.0655
X10=X7×X2/（X1+X2+X7）
=0.343*0.162/（0.343+0.343+0.162）
≈0.0655
由化简图3得:
X11=（X5+X9）//（X6+X10）
=（1/2）（0.081+0.0655）
≈0.07325
Id3=1/（X11+X系统+X8）
=1/（0.07325+0.2+0.1715）
=2.25
4>根据公式:
I=Ij×I*则有:
I1〃=Ij×Id1*
=0.5021×5
≈2.5105KA
I2〃=I3〃=Ij×Id2*
=0.5021×2.427
≈1.2186KA
ich1=1.8×√2I1〃
=2.55×I1〃
=2.55×2.5105
≈6.4018KA
ich2=ich3
=1.8×√2I2〃
=2.55×I2〃
=2.55×1.3572
≈3.4609KA
Ich1=1.52×I1〃
=1.52×2.5105
≈3.816KA
Ich2=Ich3
=1.52×I2〃
=1.52×1.2186
≈1.8523KA
第三节短路电流计算结果汇总
短路类型
编号
短路点名称
短路电流周期分量起始有效值（KA）I〃
短路全电流最大有效值（KA）Ich
短路电流冲击值（KA）ich
三相
D1
110kV母线（并列）
2.5105
3.816
6.4018
D2
35kV母线（并列）
1.2186
1.852
3.107
D3
10kV母线（并列）
1.2186
1.852
3.107
第四章主要电气设备的选择
第一节变压器选择
1.可按下述原则确定变压器容量
（1）变压器的容量和台数的选择
（2）根据变电站的实际情况，应根据以下的原则进行选择
（3）主变得容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择
（4）根据电压网络的结构和变电站所带的负荷的性质来确定主变的容量，对于有重要用户的变电站应考虑当一台主变停运时其余变压器在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级的负荷，对一般性变电站，一台机停用时，应使其余变压器保证全部负荷的70%~80%。
（5）同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化
（6）对于大城市市郊的一次变电站，在中低压侧已构成环网的基础上，变电所以装设两台变压器为宜。
2.变压器绕组形式选择
根据：
不受运输条件限制时，在330kV及其以下的发电厂和变电所中，均采用三相变压器。
3.变压器绕组数量的选择
根据：
在具有三种电压的变电站中，如通过主变各侧的功率均达到该主变容量的15%及以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功功率补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器。
4.绕组连接方式
根据：
我国110kV及以上的电压级别，变压器绕组均用Y0的接法，35kV用Y连接，其中性点经过消弧线圈接地。
第三绕组用三角形连接。
5.高、中压电网的联络变压器应按两级电网正常与检修状态下可能出现的最大功率交换确定容量,依赖于两级电网的合理调度。
6.当联络变压器为两台时，考虑一台突然切除后，另一台短时承担全部负荷，因此选择每台变压器的容量为总容量的50~75%，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75%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。
二．主变压器台数的确定
1.减少变压器台数的途径如下：
1）使用发电机—变压器扩大单元。
2）在需要变压器并联以相互备用的情况下，使用两台变压器比较便利。
考虑一台变压器退出工作后的备用能力相当，使用两台变压器时，其总容量较使用各台数变压器的总容量有所增加，但考虑上述因变压器台数减少取得的综合效益及损耗的减少仍将使用两台变压器更为合理。
2.负荷变电站的降压变压器，发电厂、变电站高、中压电网的联络变压器一般情况下选用两台主变压器比较合理。
（1）选择降压结构：
绕组排列结构从里往外为：
低中高；
（2）选择容量：
S35max=14/0.8
=17.5MVA
S10max=50/0.8
=50MVA
则:
S总max=S35+S10=17.5+50=67.5MVA
按冗余考虑配置主变:
单台主变故障时,另一台承担50%～75%负荷,
选50%时:
S1=67.5*0.5=33.75MVA
选75%时:
S1=67.5*0.75=50.625MVA
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40MVA、50MVA、63MVA中选40MVA为宜。
为了减少维护费用，选择三相油浸风冷、铝线圈、有载调压的主变为宜，查表选：
SFSZ9-40000kVA/110kV±8*1.25%/38.5±2*2.5%/10.5,查表，选择
主变型号为：
主变
Ud%
额定电流
△Po
Io
名称
高--中
高--低
中--低
（高/中/低）（A）
（KW）
（%）
1#、2#
17.0%
17.0%
6.5%
262.4/749.8/2749.4
84.70
1.200
容量比
△Pd（kw）
变压器
变压器
（MVA）
高--中
高--低
中--低
调压范围
型号
40/40/40
110±8x1.25%/38.5±2x2.5%/10.5kV
SFSZ9-40000kVA/110kV
第二节母线选择
1.对于敞露式的母线一般按下列的选项进行选择和校验：
导体的材料，类型和敷设的方式，导体的截面，电晕，热稳定，动稳定，共振频率
2.导体截面选择的原则
1）首先应按允许工作电流的情况加以选择，此处一般选取母线上最大的一台主变来选择母线电流，或根据全部的负荷进行选择，此处应考虑到温度对允许工作电流的影响。
2）按热稳定来选择母线的截面。
3）动稳定校验（采用应力的计算方法）
4）电晕校验：
110kV及其以上的线路发电厂变电站母线均应以当地气象条件下晴天不出现全面电晕为控制条件，即使导体安装处的最高工作电压小于临界电晕电压。
第三节高压断路器选择
高压断路器是发电厂或变电站中最重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧装置，是在正常和故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。
1.高压断路器的用途
高压断路器是在正常和故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。
为保证高压断路器能在正常或故障的任何情况下，可靠地接通与断开电路，要求高压断路器必须具有很完善的灭弧装置和快速动作的特性。
2.高压断路器的主要技术参数
高压断路器的主要技术参数有：
额定电压、额定电流、额定开断电流、额定峰值耐受电流（额定动稳定电流）、额定短时耐受电流（额定热稳定电流）、额定短路持续时间（额定热稳定时间）、额定短路关合电流（峰值）和动作时间（分闸时间、燃弧时间与开断时间）。
（1）额定电压。
断路器的额定电压是指其导电和载流部分允许承受的（线）电压等级。
由于输电线路首、末端等处的运行电压不同，所以断路器所能承受的最高工作电压高于额定电压值的10%～15%，例如断路器的额定电压为10kV时，其最高工作电压为11.5kV。
（2）额定电流。
断路器的额定电流是指在规定的环境温度下，当断路器的绝缘和载流部分不超过其长期工作的最高允许温度时，断路器允许通过的最大电流值。
（3）额定短路开断电流。
额定短路开断电流简称为额定开断电流，它是指断路器在频率为50Hz的瞬态恢复电压下，能够开断的最大短路电流值。
（4）额定峰值耐受电流（额定动稳定电流）。
额定峰值耐受电流是表明断路器能承受短路电流电动力作用的性能，即断路器在闭合状态时能通过的不妨碍其继续正常工作的最大短路电流（峰值）。
（5）额定短时耐受电流（额定热稳定电流）。
额定短时耐受电流是表明断路器承受短路电流热效应的性能。
额定短时耐受电流应等于额定短路开断电流值。
（6）额定短路持续时间（额定热稳定时间）。
当额定短时耐受电流通过断路器的时间为额定短路持续时间，断路器的各部分温度不超过短时所允许发热的最高温度，并且不发生触头熔接或其他妨碍正常工作的异常现象。
额定短路持续时间一般为2s。
（7）额定短路关合电流（峰值）。
保证断路器能关合短路而又不致于发生触头熔焊或其他损伤，所允许接通的最大短路电流称为额定短路关合电流。
（8）动作时间。
断路器的动作时间包括分闸时间、燃弧时间和开断时间。
1）分闸时间。
处于合闸状态的断路器，从分闸回路接受分闸命令（脉冲）瞬间起，直到所有灭弧触头均分离瞬间的时间间隔。
2）燃弧时间。
从首先分离主回路触头刚脱离电接触起，到断路器各极中触头间的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。
3）开断时间。
从断路器接受分闸命令瞬间起，到断路器各极触头间的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。
3.断路器的基本结构
（1）高压断路器的种类繁多，具体构造也不相同，但就其基本结构而言，可分为电路通断元件、绝缘支撑元件、基座、操动机构及其中间传动机构等几部分。
（2）断路器中的电路通断元件是关键部件，它承担着接通或断开电路的任务。
断路器的通断由操动机构控制，分合闸操是作由操动机构经中间传动机构控制动触头的运动而实现的。
电路通断元件主要包括接线端子、导电杆、触头和灭弧室等，这些元件均安装在绝缘支撑元件之上。
绝缘支撑元件，起着固定通断元件的作用，并使其带电部分之间或带电部分与地之间绝缘。
绝缘支撑元件安装在断路器的基座之上。
第四节隔离开关的选择
隔离开关的主要用途是隔离电压、切换电路或拉合小电流回路（例如电压互感器与避雷器回路等）。
隔离开关的结构简单，它没有特殊的灭弧装置，不能用来接通或断开有负荷电流或短路电流的电路，否则会在其触头间形成电弧，危及人身和设备的安全，造成误拉合隔离开关的恶性事故。
电气设备停电检修时,通常用隔离开关将需要停电部分与其他带电工作部分可靠地隔离（绝缘），以保证工作人员安全。
隔离开关的触头全部敞露在空气之中，断开点明显可见，隔离开关断开后，其动静触头之间的击穿电压必须大于每相对接地的击穿电压，以便使电路中意外出现高电压时，相对地先于断开点间击穿，从而保证检修人员的安全。
隔离开关在结构上没有特殊的灭弧装置、不能用于接通或断开有负荷电流与短路电流的电路，倒闸操作中要求断路器断开电路后才允许拉开隔离开关。
隔离开关的参数选择的情况如下：
技术条件主要有：
正常工作
升级会员 