BY市110kV降压变电所设计.docx
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BY市110kV降压变电所设计
发电厂电气部分课程设计
级专业班级
题目
姓名学号
指导教师
题目BY市110kV降压变电所设计
一、设计内容
设计一110kV降压变电所，该所位于BY市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电。
电压等级：
110kV：
近期2回，远景发展2回；
10kV：
近期13回，远景发展2回。
电力系统接线简图、负荷资料及所址条件见附件。
二、设计任务
1．变电所总体分析；
2．负荷分析计算与主变压器选择；
3．电气主接线设计；
4．短路电流计算及电气设备选择。
三、设计成品要求
1．课程设计说明书1份；
2．电气主接线图1张。
1变电站总体分析
市变电站位于市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，是新建地区变电所。
变电站做为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重要环节。
本课程设计主要是关于本变电站的一次设计，为了是变电站的一次设计能够很好的接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对本变电站做初步分析的原始数据进行分析。
1．变电站类型：
110KV地方降压变电站
2．电压等级：
110/10KV
3．线路回数：
110KV：
2回，备用2回；
10KV：
13回，备用2回；
4．地理条件：
平均海拔100m，地势平坦，交通方便，有充足水源，属轻地震区。
年最高气温+42℃，年最低气温-18℃，年平均温度+16℃，最热月平均最高温度+32℃。
最大风速35m/s,主导风向西北，覆冰厚度
。
5．负荷情况：
主要是一、二级负荷，市内负荷主要为市区生活用电、棉纺厂、印染厂等工业用电；郊区负荷主要为郊区变电站及其他工业用电。
6．系统情况：
根据任务书中电力系统简图可以看到，本变电站位于两个电源中间，有两个发电厂提供电能，进而经过该变电站降压后用于工业、农业等负荷用电，需要一定的可靠性。
2负荷分析及主变压器的选择
2．1负荷计算的目的：
计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。
2．2负荷分析
10KV侧:
近期负荷：
P近=（2＋2＋1＋1＋2＋3＋2＋1.5＋1.5＋1.5）MW=17.5MW
远期负荷:
P远=（３＋３＋1.5＋1.5＋3＋4.5＋3.5＋2＋2＋2＋2＋2）=30MW
=17.5MW+30MW=47.5MW
综合最大计算负荷计算公式:
Sjs=Kt*
*（1+
%）
（注:
Kt:
同时系数，取85%;
%:
线损,取5%）
Sjs近=Kt*
*（1+
%）
=Kt*（
）*（1+
%）
=0.85*17.755*（1+0.05）=15.85MVA
Sjs远=Kt*
*（1+
%）
=Kt*（
）*（1+
%）
＝0.85*33.065*1.05=29.51MVA
视在功率:
S=Sjs近+Sjs远＝15.85MVA+29.51MVA=45.36MVA
2．3主变压器的选择
一．相数的确定：
330KV以下的电力系统，在不受运输条件限制时，应用三相变压器。
二．绕组数的确定：
对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。
三．主变压器台数的确定
在这次变电站设计中,可以采用一台或两台主变压器,下面对单台变压器和两台变压器进行比较：
比较
单台变压器
两台变压器
技
术
指
标
供电安全比
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
电压损耗略大
电压损耗略小
灵活方便性
灵活性差
灵活性好
扩建适用性
稍差
好
由前设计任务书可知、正常运行时，变电所负
由110kV系统供电，考虑到重要负荷达到47.5MW，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。
四．变压器容量和型号的确定
容量选择及检验公式:
n
，
（其中n为变电站设计中变压器的台数，在这次设计中，n=2）
因此根据上述式子及负荷分析可以选择两台型号为SFQ720000/110的有载调压变压器，变压器的技术参数如下表所示：
型号
额定电压（KV）
联接组接号
损耗（KV）
空载电流（%）
阻抗电压（%）
高压
低压
空载
负
载
SFQ720000/110
110±2*2.5%
11,10.5,
6.6,6.3
YN,
d11
27.5
104
0.9
10.5
3主接线的选择
3.1对电气主接线的基本要求
变电所主接线选择的主要原则有以下几点：
（1）供电可靠性：
如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。
（2）灵活性：
其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。
（3）操作方便、安全：
主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。
（4）经济性：
即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。
根据以上的基本要求对主接线进行选择。
3.2110kV侧接线的选择
方案
（一）单母线分段接线
优点：
（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。
（２）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。
缺点：
当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电
方案
（二）:
桥形接线
110kV侧以双回路与系统相连，而变电站最常操作的是切换变压器，而与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换，因此可采用内桥式线，这也有利于以后变电站的扩建。
优点：
高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。
缺点：
可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。
方案（三）：
双母线接线
优点：
（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。
（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。
（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。
缺点：
（１）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投资大。
（2）当母线故障或检修时，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在隔离开关和断路之间装设连锁装置。
对于110kV侧来说，因为它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的可靠性。
对比以上三种方案,从经济性、可靠性等多方面因素考虑，最佳设计方案为方案
（一）。
具有一定的可靠性和可扩展性，而且比双母线投资小。
3.310kV侧接线选择
方案
（一）：
单母线接线
优点：
接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。
缺点：
可靠性、灵活性差、母线故障时，各出线必须全部停电。
方案
（二）：
单母线分段接线
优点：
（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。
（２）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。
缺点：
当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。
方案（三）：
分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段
优点：
有较大的可靠性和灵活性，且检修断路器时合出线不中断供电。
缺点：
投资增大、经济性能差。
对比以上三种方案：
单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线须全部停电，不能满足I、II类负荷供电性的要求，故不采纳；将I、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线提供电源，从而可保证供电可靠性；虽然分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段也能满足要求，但其投资大、经济性能差，故采用方案
（二）单母线分段接线。
主接线图见附录１
4短路电流计算
4.1电力系统简图
图4-1电力系统简图
注：
LGJ150：
0.416Ω/km
LGJ185:
0.410Ω/km
LGJ240:
0.401Ω/km
4.2各回路阻抗的计算（取SB=100MVA,VB=Vav）
图4-2电力系统化简图
最大运行方式下:
根据所选变压器的技术参数可以求变压器的阻抗:
4.3110KV侧短路分析:
图形化简:
图4-3110KV侧短路线路化简图
（1）
（2）△—Y
（3）Y—△
（4）
起始次暂态电流:
冲击电流：
计算电抗：
查表得：
t=0.2S时，
t=2S及2S后时，
4.4
10KV侧短路分析:
图4-410KV侧短路线路化简图
（1）
（2）△—Y
（3）
（4）Y—△
（5）
起始次暂态电流:
冲击电流：
计算电抗：
当计算电抗
＜3.45时,其短路电流查表得出;当计算电抗
≥3.45时,则可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变即
5电气设备的配置与选择
5.1断路器的选择
一.110kV侧断路器的选择
1、该回路为110kV电压等级，故可选用六氟化硫断路器。
2、断路器安装在户外，故选户外式断路器。
3、回路额定电压Ue≥110kV的断路器，且断路器的额定电流不得小于通过断路器的最大持续电流Imax=1.05×
＝0.1054（kA）=105.4（A）
4、为方便运行管理及维护，选取110kVSF6断路器为同一型号产品，选为OFPT（B）-110断路器，其主要技术参数如下：
型号
额定
电压
kV
额定
电流
A
最高
工作
电压
kV
额定
开断
电流
kA
动稳
定
电流
kA
4S热稳
定电流
kA
自动重合闸无电流间隔时间
S
固有分闸时间
S
合闸
时间
S
OFPT-110
110
1250
126
31.5
80
31.5
0.03
0.12
5、对所选的断路器进行校验
（1）断流能力校验
所选断路器的额定开断电流I。
=31.5kA＞
=7.32kA，则断流能力满足要求。
（2）短路关合电流的校验
所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为80kA，流过断路器的冲击电流为18.63kA，则短路关合电流满足要求，因为其动稳定的校验参数与关合电流参数一样，因而动稳定也满足要求。
（3）热稳定校验
设后备保护动作时间1s，所选断路器的固有分闸时间0.03s，选择熄弧时间t=0.03S。
则短路持续时间t=1+0.03+0.03=1.06s。
因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计，则
短路热效应
Qk=I”2t=7.322×1.06=56.79kA2.s
允许热效应Ir2t=31.52×4=396
Ir2t＞Qk热稳定满足要求。
以上各参数经校验均满足要求，故选用OFPT（B）-110断路器。
（4）断路器配用CD5-XG型电磁操作机构
二.10kV侧断路器的选择
1、该回路为10kV电压等级，故可选用真空断路器。
2、该断路器安装在户内，故选用户内式断路器。
3、回路额定电压为10kV，因此必须选择额定电压Ue≥10kV的断路器，且其额定电流不小于流过断路器的最大持续电流Imax=1.05×
＝1150.7（A）
4、初选SN9-10真空断路器，主要数据如下：
型号
额定
电压
kV
额定
电流
kA
额定开断流电
kA
动稳定
电流
kA
4S热稳定电流kA
固有分闸时间
s
SN9-10
10
1.25
25
63
25
0.05
5、对所选的断路器进行校验
（1）断流能力的校验
流过断路器的短路电流IK=9.91kA。
所选断路器的额定开断电流I=25kV＞IK，即断路器的断流能力满足要求。
（2）动稳定校验
所选断路器的动稳定电流为63kA，流过断路器的冲击电流ish=25.22KA＜63KA则动稳定满足要求。
（3）热稳定校验
设后备保护动作时间1s，所选断路器的固有分闸时间0.05s，选择熄弧时间t=0.03s。
则短路持续时间t=1+0.05+0.03=1.08s。
则Qk=9.912×1.08=94.01kA2.s
允许热效应Ir2t=252×4=2500kA2.s
由于短路时间大于1s,非周期分量可忽略不计
则Qk=94.01kA2.s，由于Ir2t＞QK，所以热稳定满足要求
从以上校验可知该断路器满足要求，所以确定选用SN9-10真空断路器。
4、该断路器配用CD10－III型操作机构
5.2隔离开关的选择
一.110kV侧隔离开关的选择
1、为保证电气设备和母线检修安全，选择隔离开关带接地刀闸。
2、该隔离开关安装在户外，故选择户外式。
3、该回路额定电压为110kV，因此所选的隔离开关额定电压Ue≥110kV，且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流
ImaX=1.05×
＝105.4（A）
4、初选GW4—110D型单接地高压隔离开关其主要技术参数如下
型号
额定
电压
kV
额定
电流
A
最大工作电压
kV
接地
刀闸
A
极限通过电流kA
4S热稳定电流
kA
有效值
峰值
GW4-110D
110
1250
126
2000
32
55
10
5、校验所选的隔离开关
（1）动稳定校验
动稳定电流等于极限通过电流峰值即idw=55kA
流过该断
器的短路冲击电流ish=18.54kA.s
即idw＞ish（55KA＞18.63KA）动稳定要求满足。
（2）热稳定校验
断路器允许热效应Ir2t=102×4=400kA2.s
短路热效应QK=
=7.322×1.06＝56.79kA2.s
Ir2t＞QK热稳定满足要求。
经以上校验可知，所选隔离开关满足要求，故确定选用GW4—110D型高压隔离开关。
（3）该隔离开关配用CS6型手动式杠杆操作机构。
二10kV侧隔离开关的选择
1、为保证电气设备和母线检修安全，隔离开关选择不带接地刀闸。
2、隔离开关安装在户内，故选用户内式。
3、该回路的额定电压为10kV所选隔离开关的额定电压Ue≥10kV，额定电流大于流过隔离开关的最大持续电流
Imax=1.05×
＝1150.7（A）
4、初选GN19—10型隔离开关，其主要技术数据如下：
型号
额定电压（KV）
额定电流
（A）
允许热效应（kA2.s）
动稳态电流（KA）
GN19-10
10
1250
3200
100
5、校验所选的隔离开
（1）动稳定校验
所选隔离开关的动稳定电流100kA
短路冲击电流ish=23.79kA
idw＞ish,动稳定满足要求。
（2）热稳定校验
断路器允许热效应I2rt=3200KA2S
短路热效应Qk=94.01KA2S
I2rt＞Qk热稳定满足要求.
从以上校验可知,所选隔离开关满足要求,故确定选用GN19—10型隔离开关。
（3）该隔离开关配用CS6型手动式杠杆操作机构。
5.3导线的选择
本设计的110kV为屋外配电装置，故母线采用钢芯铝绞线LGJ，而10kV采用屋内配电装置，故采用硬母线。
一.110KV母线的选择与校验：
1、按最大工作电流选择导线截面S
Imax=1.05×
＝105.4（A）
年最高平均温度为+32℃，而导线长期允许温度为+80℃，查表得温度修正系数K0＝0.89
IYj=Imax/K0=105.4/0.89=118.4（A）
选择110KV母线型号为：
LGJ—150/25，查表得IY=472A。
Imax=118.4A＜KθIY=0.89×472=420.08A满足要求
2、热稳定校验：
S=150mm2＞Smin=
=
=127.9mm2
满足热稳定要求。
二.10KV母线的选择与校验：
由于安装在室内，选用硬母线
1、按最大持续工作电流选择母线截面:
Imax=1.05×
＝1150.7（A）
IYj=Imax/k0=1150.7/0.89=1292.9（A）
选择10KV母线型号为h100×b8（单条矩形），查表得IY=1547A。
Imax=1150.7A＜KθIY=0.89×1547=1376.8A满足要求
2、热稳定校验：
S=800mm2＞Smin=
=
=158.97mm2
满足热稳定要求。
3、动稳定校验
母线采取水平排列平放
则W=bh2/6=8×1002/6=13333（mm3）=13.33×10-6m3
相邻支柱间跨距取L=1.2m
相间母线中心距离取a=0.25m
σmax=0.173ish2×
=0.173×23.792×
=4.51×106pa
σmax＜σy=70×106pa
满足动稳定要求。
5.4互感器的选择
一.电压互感器的选择
变电所每组母线的三相上均安装电压互感器。
详见电气主接线图。
电压互感器应按工作电压来选择：
1、110KV电压互感器选择JCC1—110
2、10KV电压互感器选择JDZJ—10
二.电流互感器的选择
凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量符合测量仪表、保护和自动装置的要求。
电流互感器配置详见电气主接线图。
1．110KV电流互感器的选择
选择电流互感器型号:
LCWD—110，变比如下：
（1）线路侧：
I=
=78.73A则取变比取：
100/5
（2）变压器至母线及母线分段断路器处：
I=
=104.97A则取变比取：
200/5
2．10KV电流互感器的选择
选择10KV侧电流互感器型号:
LZZ1—10，变比如下：
（1）变压器至母线及母线分段断路器处：
I=
=1049.7A则取变比为：
2000/5
（2）线路处，取最大负荷的线路选取：
I=
=236.1A则取变比为：
300/5
5.5避雷器的选择
一.避雷器的配置
1、配电装置的每组母线上，均装设避雷器。
2、双绕组变压器的低压侧一相上设置一组避雷器。
3、变压器高、低压侧中性点均装置避雷器。
变电所避雷器的配置详见电气产接线图。
二.避雷器的选择
1、110KV选择：
Y1.5W60/144（变压器）
110KV选择：
Y1０WE-100/260（母线侧）
2、10KV选择：
Y0.5W-14/43
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