110KV降压变电所电气设计资料.docx

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110KV降压变电所电气设计资料

前言

通过三年的学习和两次简单的课程设计，为毕业设计打下了坚实的理论基础。

此次我们进行了为期十三周的毕业设计，设计题目“110KV降压变电所电气设计，它主要包括电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选型、所用电设计、配电装置设计继电保护整定计算、防雷及接地装置设计七个部分。

此次设计的特点是：

对专业知识进行更好的巩固与吸收。

参考了《电力工程电气设计手册1,2》、《新编工厂电气设备手册》、《现代建筑电气设计施工手册》、《发电厂电气》等书籍来完成这次设计，受益匪浅。

2004年6月1日

第一章原始材料分析………………………………………………（3）

第1.1节原始材料………………………………………………………………………（3）

第1.2节原始材料分析…………………………………………………………………（3）

第二章电气主接线的设计…………………………………………（4）

第2.1节主接线设计的原则……………………………………………………………（4）

第2.2节本变电所的主接线……………………………………………………………（4）

第2.3节方案比较………………………………………………………………………（5）

第2.4节主接线中的设备配置…………………………………………………………（6）

第2.5节电网中性点接地………………………………………………………………（7）

第2.6节主变压器的选择………………………………………………………………（9）

第三章短路电流计算……………………………………………（12）

第3.1节短路电流计算的目的.规定和步骤…………………………………………（12）

第四章电气主要接线的选择……………………………………（16）

第4.1节电气设备选择的基础知识…………………………………………………（16）

第4.2节电气设备选择………………………………………………………………（18）

第五章配电装置设计……………………………………………（26）

第5.1节配电装置的特点……………………………………………………………（26）

第5.2节配电装置的安全净距………………………………………………………（27）

第5.3节本变电所的配电装置………………………………………………………（29）

第5.4节中央信号设计………………………………………………………………（29）

第六章防雷及接地装置…………………………………………（31）

第6.1节　接地装置……………………………………………………………………（33）

第6.2节防雷保护……………………………………………………………………（33）

第七章继电保护整定计算………………………………………（35）

第7.1节变压器保护…………………………………………………………………（38）

参考文献……………………………………………………………（38）

第1章原始资料分析

第1.1节原始资料

1.1.1题目：

110/10KV枢纽变电站

（1）原始资料：

①电压等级：

110/10KV，回路数110KV进线2回，10V出线10回。

②10kv负荷情况：

2回2KM线，每回送2500KW,cosΦ=0.9;Tmax=6900h/年

2回1.5KM线，每回送2600KW,cosΦ=0.9;Tmax=6900h/年

4回2.5KM线，每回送2300KW,cosΦ=0.9;Tmax=6900h年

2回2KM线，每回送2675KW,cosΦ=0.9;Tmax=6900h/年

并且Ⅰ、Ⅱ类负荷占70%

③自然条件：

当地年最高气温37摄氏度，年最低气温-10摄氏度，当地海拔1000米，当地雷暴日30日/年，地震裂度：

3.5级；污秽等级：

0级；相对湿度：

〈65；土壤电阻率：

0.1*104Ω,地多人少，交通方便。

④枢纽变电站离化工厂50KM,系统Sd=500MW,X1*=1

⑤主变过流保护整定时间为2S,主保护开断时间：

tk=tb+tgf=0.04+0.06=0.1S

第1.2节原始资料分析

1.2.1主变选择

（1）由参考书可知变电所的最大负荷为PM=27500KV

（2）接线组别为：

Y0/△型

（3）额定电压比为：

121/11

1.2.3负荷分析

（1）110KV侧进线2回，在110KV及以上的供电要求有一定的可靠性。

（2）10KV侧出线10回，并且Ⅰ、Ⅱ类负荷占70℅，对变电所的可靠性、灵活性要求较高.

1.2.4气象及地形分析

当地年最高气温37摄氏度，年最低气温-10摄氏度，最热月平均温度25摄氏度，当地海拔1000米，当地雷暴日30日/年，，气象条件一般，根据《电力工程设计手册》故选用设备时不做考虑，选普通设备即可。

第2章　　电气主接线的设计

第2.1节主接线设计的原则

2.1.1设计主接线的要求

在设计电气主接线时，要使其满足供电可靠性、运行的灵活性和经济性等项基本要求。

（1）可靠性:

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。

电气主接线也必须满足这个要求。

衡量主接线运行可靠性的标志是:

①断路器检修时，能否不影响供电。

②线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电范围的大小和时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

③变电所全部停电的可能性（应尽量避免）。

（2）灵活性:

①调度灵活，操作简便。

②检修安全。

③扩建方便。

（3）经济性:

①投资省，主接线应简单清晰，以节约一次设备投资为主。

②占地面积小。

③电能损耗少。

第2.2节本变电所的主接线

2.2.1设计步骤

（1）设计步骤:

①拟定可行的主接线方案：

根据设计任务书的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，淘汰一些较差的方案，保留2个技术上相当的较好方案。

②对2个技术上较好的方案进行经济计算，选择出经济上的最佳方案。

③技术，经济比较和结论：

对２个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。

④绘制电气主接线单线图。

综上所述，根据主接线的各项要求，结合我们设计的具体情况，设计出以下两种方案进行比较，选出最合理的作为本次设计的主接线图。

2.2.2．本变电所主接线方案的确定

（1）110KV侧主接线设计

两个方案110侧都采用内桥接线：

①特点：

a：

造价低、并且容易发展为单母分段接线

b：

两条线路上都装一台断路器，线路的切除和投入都比较方便，当线路发生短路时，仅故障线路断路器跳开，仅停该线路，其他3个回路仍可继续工作，适应于故障机率较多，而变压器又不需要经常切除的情况。

而外桥则相反，当线路故障时，两断路器都要跳开，要影响同组变压器的工作。

根据以上内桥与外桥的特点分析，出于对经济性与实用性的角度来考虑，选择内桥是比较可行的。

（2）适用范围

16--10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要加装电抗器时。

235--63KV配电装置，当出线回路超过8回时。

3110--220KV配电装置，出线回路为4回及以上时。

（3）10KV侧主接线

单母分段带旁：

6-10KV配电装置，对于出线回路数或多数线路系向用户单独供电，以及不允许停电的单母线，单母分段装置，可设置旁路母线。

用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，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，保证正常段母线不间断供电和不使重要用户停电。

供电可靠，调度灵活。

第2.3节方案比较

2.3.1可靠性的比较：

（1）110KV侧两个方案都是用的内桥接线，故不再做比较。

（2）10KV侧Ⅰ、Ⅱ类负荷占70%，要求可靠性较高，不充许停电。

方案一带着旁路可以不停电检修断路器，而方案二检修断路时必须停电。

（3）上述方案一的可靠性要比方案二的可靠性好。

2.3.2灵活性的比较：

（1）110KV对灵活性要求不高。

（2）10KV侧ⅠⅡ类负荷占70%灵活性要求较高，明显带旁路比不带旁路灵活。

2.3.3经济性比较：

方案1：

10KV侧单母分段带旁

断路器：

线路上采用普通断路器，1100元/个

1100*5=5500元4170*3=12510元

5500+12510=18010元

隔离开关：

84元/个

84*14=1176元140*4=560元

1176+560=1736元

旁母：

假设母线长45M2.16Kg/m5270元／T

　　　选择：

45*2.16*5.27=512.244元

总计：

18010+1736+512.244=20258元

方案2：

10KV侧单母分段不带旁

断路器：

为了不停电检修断路器，只能采用手车式断路器

总计：

50550元

根据以上比较，方案1比方案2更为经济，所以选用方案1

2.3.4综合投资:

方案一:

综合投资为Z=43.4632（万元）

年运行费用为U=20.474（万元）

方案1与方案2维护费、小修、折旧费、变压器年电能损失总值均相等，所以，只需计算一个年运行费即可。

计算步骤见计算书

第2.4节主接线中的设备配置

2.4.1隔离开关的配置

（1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。

（2）中性点直接接地的普通变压器应通过隔离开关接地。

（3）桥接线中的跨条宜用两组隔离开源串联，以便于进行不停电检修。

（4）接在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。

（5）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。

2.4.2接地刀闸或接地器的配置

（1）35kV及以上每段母线根据长度宜装设1～2组接地刀闸或接地器，两组接地刀闸间的距离应保持适中。

母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母线隔离开关上，也可装在其他母线隔离开关的基座上。

必要时可设置独立式母线接地器。

（2）63kV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀闸。

（3）旁路母线一般装设一组接地刀闸，设在旁路回路隔离开关的旁路母线侧。

（4）63kV及以上主变压器进线隔离开关的变压器侧宜装设一组接地刀闸。

2.4.3电压互感器的配置

（1）电压互感器的数量和配置与主接线有关，应满足测量、保护和自动装置的要求。

应能保证在运行方式改变时，保护装置不失压。

（2）6～110kV级每组主母线的三相上应装设电压互感器。

（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

（4）兼作并联电容器组泄能和兼作限制切空线过电压的电磁式电压互感器，其与电容器组之间和与线路之间主应有断开点。

2.4.4电流互感器的配置

（1）装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置的要求。

（2）变压器的中性点、变压器的出口、桥形接线的跨条上，虽未设断路器，也应装设电流互感器

（3）对直接接地系统，一般按三相配置。

对非直接接地系统，可按两相或三相配置。

2.4.5避雷器的配置

（1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器。

（2）110kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

（3）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时，变压器中性点应装设避雷器。

变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时，变压器中性点应装设避雷器。

（4）不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点应装设避雷器

（5）变电所35kV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。

（6）变电所的出线如有架空线路出线时，在架空线出线处应装设避雷器。

第2.5节电网中性点接地

电网中性点接地方式与电网的电压等级、单相接地故障电流、过电压水平以及保护配置等有密切关系。

电网中性点接地方式直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。

2.5.1中性点非直接接地

（1）中性点不接地:

中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。

但由于过电压水平高，要求有较高的绝缘水平，不宜用于110KV及以上电网，在6-63KV电网中，则采用中性点不接地方式，但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网。

（2）中性点经消弧线圈接地:

当接地电容电流超过允许值时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过电压。

（3）中性点经高电阻接地:

当接地电容电流超过允许值时，也可采用中性点经高电阻接地方式。

此接地方式和经消弧线圈接地方式相比，改变了接地电流相位，加速泄放回路中的残余荷，促使接地电弧自熄，从而可提供足够的电流和零序电压，使接地保护可靠动作，一般用于大型发电机中性点。

2.5.2中性点直接接地

直接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备须立即切除，增加断路器负担，

降低供电连续性。

但由于过电压较低，绝缘水平可下降，减少了设备造价，特别是在高压和超高压电网，经济效益显著。

故适用于110KV及以上电网中。

此外，在雷电活动较强的山岳丘陵地区，结构简单的110KV电网，如采用直接接地方式，不能满足安全供电要求和对联网影响不大时，可采用中性点经消弧线圈接地方式。

2.5.3中性点接地方式

电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。

（1）变压器的110-500KV侧采用中性点直接接地方式

1自耦变压器，其中性点须要直接接地或经小阻抗接地。

2凡中、低压有电源的升压站和降压变电所至少有一台变压器直接接地。

3终端变电所的变压器中性点一般不接地。

4变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比X0/X1小于3，以使单相接地时健全相上工频过电压不超过阀型避雷器的灭弧电压；X0/X1尚应大于1- 1.5，以使单相接地短路电流不超过三相短路电流。

5所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地，以便于运行调度灵活选择接地点。

当变压器中性点可能断开运行时，若该变压器中性点绝缘不是按线电压设计，应在中性点装设避雷器保护。

6选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成为中性点不接地的系统。

（2）主变压器6-63KV侧采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式

6-63KV电网采用中性点不接地方式，但当单相接地故障电流大于30A，或10A时，中性点应经消弧线圈接地。

采用消弧线圈接地时，应注意以下几点：

16-63KV电网中需要安装的消弧线圈应由系统统筹规划，分散布置。

应避免整个电网只装一台消弧线圈，也应避免在一个变电所中装设多台消弧线圈。

在任何运行方式下，电网不得失去消弧线圈的补偿。

2在变电所中，消弧线圈一般装在变压器中性点中，6-10KV消弧线圈也可装在调相机的中性点上。

3当两台变压器合用一台消弧线圈时，应分别经隔离开关与变压器中性点相连。

平时运行只合其中一组隔离开关，以避免在单相接地时发生虚幻接现象。

4如变压器无性点或中性点未引出，应装设专用接地变压器。

其容量应与消弧线圈的容量相配合，选择接地变压器容量时，可考虑变压器的短时过负荷能力。

第2.6节主变压器选择

2.6.1台数和容量的选择

（1）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综合考虑确定。

（2）主变压器容量一般按变电所、建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期的负荷发展。

对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

（3）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、低压侧电力网取得跔容量的备用电源时，可装设一台主变压器。

（4）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70%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

（5）当一台事故停用时，另一台变压器事故过负荷能力查表得出过负荷倍数为1.3，允许时间为2小时。

2.6.2主变压器型式的选择

（1）110kV主变压器一般均应选用双绕组变压器。

（3）具有两个电压等级的变电所，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用双绕组变压器。

2.6.3．本变电所主变压器容量的确定

变压器最大负荷按下式确定：

　　　　PM≥KOΣP

式中：

KO---负荷同时系数

对于装设两台或三台主变的变电所，每台变压器的额定容量Sn通常按下式进行初选：

Sn≥0.7Smax　　Smax---变电所的最大计算负荷

对于此次设计的110kV变电所，当一台变压器故障时，另外一台承担70%的负荷，Sn=0.7Sm=0.7*27500=19250KVA　　　　　　　　　

∵两台变压容量相同∴选一台容量为20MVA的双绕组变压器

查表2-5，故选择一台双绕组变压器。

其参数：

表2.1

额定容量

额定电压（KV）

阻抗电压（%）

连接组标号

20MVA

11

10.5

Y0/△-11

2.6.4所用电设计

降压变电所的所用电负荷一般容量都不太大，对其可靠性的要求远不如发电厂的厂用电那样高，因此，变电所的所用电接线简单，所用电压也只需380/220V级，且动力与照明合用。

Ⅰ所用电设计的要求及原则

（1）所用电设计要求：

所用电设计应按照运行，检修和施工的需要，考虑全厂发展规划，积极慎重的采用经过试验鉴定是新技术和新设备，使设计达到技术先进，经济合理。

所用电接线应满足正常运行的安全，可靠，灵活，经济和检修，维护方便等一般要求外，还应满足下列特殊的要求：

1尽量缩小所用电系统的故障影响范围，并应尽量避免引起全厂停电事故。

2便于全期扩建连续施工，对公用负荷的供电要结合远景规划。

3所用电设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全所发展的规划，积极慎重的采用经过实验鉴定的新技术和新设备，使设计达到技术先进，经济合理。

4在选择所用电设备的形式时，应结合所用配电装置的布置。

（2）所用电的设计原则：

1所内有较低电压母线时，可将一台变压器通过旁母断路器开关接到旁路母线上。

正常运行时，由工作母线供电，在工作检修或进行试验时，则倒换旁路母线上供电

2由主变压器的低压侧引接，所用变压器要选用大断流容量开关设备，否则还要加电抗器。

3所用电设备的布置应符合电力生产的工艺流程的要求，作到设备布局和空间利用合理。

4变电所的安全运行和维护创造良好的工作环境，巡回检查道路畅通，设备的布置满足安全净距并符合防火、防暴、防潮、防冻和防尘的要求。

5设备的检修和搬运不影响运行设备的安全。

6在选择所用电设备的形式时，应结合所用配电装置的布置特点，择优选用适当的产品。

。

Ⅱ本变电所所用电的设计

对于本次设计总容量为20MVA,枢纽变电所、总装机容量在60MVA及以上的变电

应装设两台变压器一台所用一台备用，应装设备用电源自动投入装置。

当一台变压器出现故障时，另一台利用空气开关自动投入。

所用电占总负荷的0.5%。

（1）所用变压器的选择：

S所用=Pmax×0.5%

　　　　　　　　　=20×0.5%

　　　　　　　　　=0.1MVA

　　　　　　　　　=100KVA　　　　　　　　　　　　　

查表3-6。

故选择一台双绕组标准容量电力变压器。

其参数：

表2.2

型号容量

低压侧额定电压（KV）

连接组标号

SJL1-100

0.4

Y/Y0-12

两台双绕组标准容量电力变压器,一台投入一台备用。

第3章：

短路电流计算

第3.1节短路电流计算的目的、规定和步骤

3.1.1短路电流计算的目的：

变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

其计算的目的主要有以下几方面：

（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。

（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

（5）接地装置的设计，也需用短路电流。

3.1.2短路电流计算的一般规定

（1）计算的基本情况

①电力系统中所有电源均在额定负载下运行。

②所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。

③短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。

④所有电源的电动势相位角相等。

⑤应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。

对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

（2）接线方式：

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），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（3）计算容量：

应按本工程设计规划容量计算，考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑工程建成后5－10年）。

（4）短路种类：

一般按三相短路计算。

若自耦变压器等回路中单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应该按严重情况的进行校验　

（5）短路计算点：

在正常接线方式中，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。

对于带电抗器的6－10KV出线与厂用分支线回路母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取电抗器前。

选择其导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。

3.1.3计算步骤:

（1）选择计算短路点:

（2）画等值网络（次暂态网络）图

①首先去掉系统中的所有负荷分支，线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗Xd"。

②选取基准容量Sb和基准电压Ub（一般取后级的平均电压）

③将各元件电抗换算为同一基准值的标么值

④给出等值网络图，并将各元件电抗统一编号

（3）化简等值网络，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辅射形等值网络，并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

（5）由运算曲线查出（各电源供给的短路电流周期分量标幺值运算曲线只作到Xjs=3.5）。

（6）计算无限大容量（或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）计算异步电动机供给的短路电流。

（10）绘制短路电流计算结果表。

表3-2常用基准值

电气量

关系式

基准值

Sb（MAV）

100（或1000,或某元件的额定容量）

Ub（KV）

3.15

6.3

10.5

15.75

37

115

230

345

Ib（KA）

Ib=Sb/（

Ub）

18.3

9.16

5.5

3.66

1.56

0.502

0.251

0.167

Xb（Ω）

Xb=Ub/（

Ib）=Ub2/Sb

0.0995

0.397

1.10

2.49

13.7

132

530

1190