毕业设计电气.docx
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毕业设计电气
山东化工职业学院
毕业设计（论文）
题目：
110Kv变电所设计
年级专业：
2008级电气自动化技术专业
学生姓名：
孙嘎嘎学号：
200802020043
指导教师：
于露露职称：
副教授
导师单位：
山东化工职业学院机电工程系
山东职业技术学院经济管理系
论文完成时间：
2011年4月30日
山东职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
发给学生孙嘎嘎
1．设计（论文）题目：
110Kv变电所设计
2．学生完成设计（论文）期限：
2011年5月30日
3．设计（论文）课题要求：
（1）所选题目应体现本专业基本训练内容，有利于巩固、深化和扩充所学知识；
（2）论文观点要正确，论述要充分，结构要合理，层次要清晰；
（3）论文应能充分分析工作现实中存在的问题，并有针对性地提出具体的解决措施，要有自己的独到见解，不能套用和抄袭他人成果；
（4）论文字数应不少于5000字；
（5）论文写作格式按山东化工职业学院机电工程系毕业设计（论文）规定写作格式书写；
（6）论文写作中要大量查阅资料，以加深对理论知识的理解，提高解决实际工作问题的能力；
（7）严格按时间控制点完成。
4．实验（上机、调研）部分要求内容：
通过实地调查和访谈，获得相关课题具体、翔实的第一手资料。
试验的方法和数据要真实可靠，调研的单位要有代表性，能够切实反映大多数企业的情况。
5．文献查阅要求：
通过查阅书籍、杂志，上网浏览等措施，切实了解当前相关课题研究的最新成果。
阅读中外文与课题有关的资料应不少于两万字。
6．发出日期：
2011年01月05日
7．学生完成日期：
2011年03月30日
指导教师签名：
学生签名：
附注：
1、任务书应附于完成的设计（论文）中，并与设计（论文）一并提交答辩委员会；
2、任务书须由指导教师填写。
审批意见：
系主任签名：
年月日
摘要
110kV/35KV/10KV变电所是城市地区重要变电所，是电力系统110kV电压等级的重要部分。
本次设计只涉及一次部分，对于二次部分只涉及到继电保护方法的选择。
一次部分由说明书，计算书与设备清单和电气工程图组成，说明书和计算书包括整定及整定原则概述：
电气主接线的选择；电气设备的选择；线路保护的整定计算；主变压器的保护整定计算；电容器的保护整定计算。
设备清单和电气工程图为附录部分。
其中一次部分电气AutoCAD制图三张。
本变电所设计为毕业设计课题，目的是巩固大学所学知识。
通过本次设计，使我对电气工程及其自动化专业的主干课程有一个较为全面，系统的掌握，增强了理论联系实际的能力，提高了工程意识，锻炼了我独立分析和解决电力工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定了必要的基础。
关键词变电所，变压器，主接线，继电保护
摘要.............................................................I
第1章绪论.....................................................1
1.1原始条件...................................................1
1.2站址选择的基本原则.........................................1
1.3变电站规模规划.............................................2
1.4本设计的优点和意义..........................................2
第2章电气主接线方案的确定......................................3
2.1概述........................................................3
2.2电气主接线方案的基本要求....................................3
2.2.1可靠性...................................................3
2.2.2灵活性...................................................4
2.2.3经济性...................................................4
2.2.4可扩性...................................................4
2.3110KV、35KV及10KV侧的电气主接线............................4
2.3.1高、中、低各等级的接线形式...............................4
2.3.2初步方案.................................................5
2.4无功补偿设计...............................................9
第3章变压器的选择..............................................10
3.1概述........................................................10
3.2主变压器台数的选择..........................................10
3.3主变压器容量的选择..........................................10
3.4选择变压器的型号............................................11
第4章继电保护配置与规划........................................14
4.1概述........................................................14
4.2主变压器保护的配置..........................................14
4.3母线的保护配置..............................................16
4.4电容器保护..................................................17
第5章接地与防雷................................................19
5.1接地........................................................19
5.2防雷........................................................20
结论..............................................................21
致谢..............................................................22
参考文献..........................................................23
附录
附录1电气设备一览表
第1章前言
110KV/35KV/10KV变电所是城市地区重要变电所，是电力系统110KV电压等级的重要组成部分。
1.1原始条件
地理及气候条件如下：
该开发区地势平坦，交通便利，空气污染轻微，区平均海拔200米，最高气温40℃，最低气温-12℃，年平均气温16℃，最热月平均最高气温30℃，土壤温度25℃。
1.2站址选择的基本原则
（1）站址应选在靠近负荷中心，进出线走廊开阔，交通运输方便，四周无明显的污染源。
（2）应节约用地，不占或少占耕地和经济效益高的土地。
（3）与城乡或工矿企业相协调，便于架高空线路、电缆线路的引入。
（4）宜设在受污秽影响最小处。
（5）具有适宜的地质、地形和地貌条件（例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所），应避免选在重要文物地点或开采后对变电站有影响的矿藏地区。
（6）站址标高宜高于频率为2％的高水位，否则应有可靠的防洪措施或与地区的防洪标准相一致。
（7）应考虑水源及排水条件。
（8）应考虑与周围环境、邻近设施的相互影响。
1.3变电站规模规划
本变电站规划容量为2×31.5MVA,采用三相三绕组油浸风冷式有载调压电力变压器，变电站由两座220KV变电所的两回110KV出线供电。
110KV配电装置选用GIS组合电器,35KV配电装置选用JGN2B-35Z（F）固定开关柜,10KV配电装置选用GG-1A（F）型固定开关柜。
110KV采用内桥接线，进线2回；35KV采用单母线分段带旁路方式接线，出线8回；10KV采用采用单母线分段带旁路方式接线，出线12回。
无功补偿采用2×4200（2100+2100）kvar并联电容器补偿装置。
1.4本设计的优点及意义
本设计中110KV配电装置选用GIS组合电器,35KV配电装置选用JGN2B-35Z（F）固定开关柜,10KV配电装置选用GG-1A（F）型固定开关柜。
110KV采用内桥接线，具有电源线路投入和切除是操作简便的优点；10KV、35KV采用单母线分段带旁路方式接线，具有供电可靠性更高，运此更加灵活的优点。
通过本次设计，使我对电气工程及其自动化专业的主干课程有一个较为全面，系统的掌握，增强了理论联系实际的能力，提高了工程意识，锻炼了我独立分析和解决电力工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定了必要的基础。
第2章电气主接线方案的确定
2.1概述
变电所电气主接线根据变电所电能输送和分配的要求，表示主要电气设备相互之间的连接关系，以及本变电所与电力系统的电气连接关系，通常以单线图表示。
电气主接线通常是根据变电所在电力系统中的地位和作用，首先满足电力系统的安全运行与经济调度的要求，然后根据规划容量、供电负荷、电力系统短路容量、线路回数以及电气设备特点等条件确定，并具有相应得可靠性、灵活性和经济性。
变电所电气主接线方式的选择，将直接影响到变电所电气设备的选择。
因此必须在合理的确定变电所的主接线方案后，才能做到合理选择变电所的电气设备。
2.2电气主接线的基本要求
变电所的主接线应满足可靠性、灵活性、经济性、可扩性的基本要求，当满足以上要时变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。
2.2.1可靠性
安全可靠是电力生产的首要任务,保证供电的可靠性是电气主接线的最基本要求，对于本设计，年最大使用时间在5000小时以上，且主要是对1，2类负荷供电，必须采用供电可靠的主接线形式，且保证有两路电源供电，电气主接线由电气设备组成,电气设备本身的质量及可靠程度直接影响着主接线的可靠性，综合考虑，应从以下的几个方面考虑：
因事故被迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠性程度越高；
供电可靠性准则：
连续性供电，同时保证电压频率在规定范围内；
通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几个方面考虑：
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，以及母线或母线隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对Ⅰ、Ⅱ类用户的供电；
3）发电厂或变电所全部停电的可能性；
4）大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响与后果等因素。
2.2.2灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态,要能灵活地投、切某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能在事故检测及特殊运行方式下的调度要求，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。
2.2.3经济性
主接线应在满足可靠性也灵活性的前提下做到经济合理，应以以下几个方面考虑：
⑴节约投资，主接线应简单，清晰，以节省开关电器的数量,，适当采用限制短路电流的措施,以便选用低廉的电器或轻型的电器，二次控制与保护，不应过于复杂。
以便利于运行和节约二次设备及电缆的投资。
⑵电能损耗小，电能损耗主要来自变压器，应经济合理的选择变压器形式，容量和台数尽量避免两次变压而增加电能损耗。
⑶占地面积小，节约材料，包括建筑材料和投资材料。
2.2.4可扩性
在设计主接线时应留有发展扩建的余地，不仅要考虑最终接线状况，还要考虑到从初期接线过度到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能地不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过度方案的实施，使改造工作量最少。
2.3110、35及10KV侧的电气主接线
2.3.1高、中、低各等级的接线形式
单母线分段适用于6～10kV2台主变，出线8回
35kV出线8回，
110Kv进线2回。
由已知出线回数可知，110kV、35kV、10kV都可选用单母线分段接线。
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。
2.3.2初步方案
110kV：
可用单母线分段（室内、外）和内桥接线；
35kV：
可用单母线分段（室内、外）和单母线分段带旁母（简易旁路）（室外）；
6～10kV：
可用单母线分段（专用旁路断路器，一般用固定式的开关柜：
GG—1A（F））或单母线分段（手车式开关柜：
JYN2—10），一般都是室内。
详见下表
表2.1设计方案对比
方案
方案一
方案二
110kV
接线
名称
内桥接线
单母线分段
可靠性
可靠性比单元接线要高，并易发展成单母线分段，为以后的发展大下基础。
又因，两个110KV电源离本所不远出现故障的机率不多，所以虽可靠性不很多，但仍可满足需要。
简单清晰，设备少，设备本身故障小。
线路断路器检修故障时，该线路停电；任意母线母隔检修时，仅停检修段；任一段母线故障，仅停故障段。
当母线断路器检修，可能造成两段母线分列运行。
灵活性
较为灵活，电源投入和切除时操作简便，变压器故障时操作较为复杂，适用于线路较长、变压器不需要经常
换操作的情况
可以提高供电的灵活性,对重要用户可以从不同的段引出馈线线路,有两个电源供电.
经济性
接线简单，使用设备少（相对于单母线分段接线少用两台断路器），造价低，经济性较好
投资少，年费用小，占地面积小。
可扩性
便于扩建和发展。
便于扩建和发展。
35kV
接线名称
单母线分段
单母线分段带旁母
可靠性
简单清晰，设备少，设备本身故障小。
线路断路器检修故障时，该线路停电；任意母线母隔检修时，仅停检修段；任一段母线故障，仅停故障段。
当母线断路器检修，可能造成两段母线分列运行。
见110kV
可靠性高，当接线复杂，无论检修母线或设备均可使线路不停电。
当母线断路器检修，两段母线不分列运行。
灵活性
可以提高供电的灵活性,对重要用户可以从不同的段引出馈线线路,有两个电源供电.
运行相对复杂，但灵活性高。
各个电源和负荷可以任意分配到某一母线上可组成多种运行方式
经济性
投资少，年费用小，占地面积小。
投资高，年费用大，占地面积大。
10kV
接线名称
单母线分段
单母线分段带旁母
可靠性
可靠性相对较差。
母线检修设备检修故障，该线路停电；母线断路器检修可能造成两段母线分列运行。
可靠性高，任一母线检修，设备检修都不停电；任一母线断路器故障短时停电。
灵活性
手车开关柜灵活，简单，操作方便。
运行相对复杂，灵活性不高。
经济性
投资少，年费用小，占地面积小。
投资高，年费用大，占地面积大。
可扩性
便于扩建和发展
便于扩建和发展
表2-1
综上：
本设计110kV可选用内桥接线，内桥接线方式如图:
2-1
图2-1内桥接线
35kV可选用单母线分段带旁路接线方式，单母线分段带旁路接线方式如图2-2
图2-2单母线分段带旁母线接线方式
10KV也选用单母线分段带旁路接线方式，如图2-2。
2.4无功补偿设计
无功补偿装置的容量确定原则：
依据《电力设计技术规范》
电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计，调相调压计算及技术经济比较确定，对于35-110kV变电所中电容器装置的总容量，按照无功功率就近平衡的原则或可按主变容量的15%考虑。
2.41.无功补偿的意义
配电站装设的并联电容器装置的主变目的是为了改善电网的功率因数，并联电容器装置向电网提供可阶梯调节的容性无功以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电压。
电压是电能质量的重要指标，电压质量对电力网络安全经济运行，对保证用户的安全用电和产品质量是非常重要的。
根据统计，用户消耗的无功功率是它有功功率的50%-100%。
同时，电力系统本身消耗的无功功率也很大。
在变压器和高压输电线路上消耗的无功功率可以达到用户的25%-75%，无功功率不足，将造成电压的下降，电能损耗增大，电力系统稳定的破坏，所以电力系统的无功电源和无功功率必须平衡，系统的无功功率不仅靠发电机供给，而且调相机并联电力系统的无功补偿可以采用分散补偿的方式，因为电力系统的无功负荷主要是感性功率，所以具体无功补偿就是高压网上的低压侧并联电容器，利用阶梯式调节的容性无功补偿感性无功，所以无功补偿意义为：
补偿变压器的无功损耗，补偿高压网的无功缺额。
2.4.2无功补偿容量的选择
《并联电容器装置设计技术规程》第1.0.3条规定“电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计、调相调压计算及技术经济比较确定。
对35-110kV变电所中的电容器总容量，按无功功率就地平衡的原则，可按主变容量的10-30%考虑。
”一般取主变的15%，在6-10kV两段母线上安装。
2.4.3.电容器及接线方式的选择
电容器的接线方式有三角型和星型接线方式，选择不同的接线方式电容器
1）无功补偿方法：
高压集中补偿和低压分散补偿
2）并联电容器的接线：
有星形和双星形,采用双星形
3）并联电容器的选择：
a.容量：
主变容量的10%-30%两台主变的容量为2×31.5MVA，取15%
电容器的容量Qc总为
Qc总=31500×15%kvar=4725kvar
b.型号：
TBB23—（2100+2100）/200-2B
c.数量:
2套
第3章变压器的选择
3.1概述
一个县市地区、一个城市郊区、一个大型企业，在建设新变电所时，首先应考虑当地经济的现状及发展趋势。
根据当地电网结构的现状，最高供电负荷和售电量的现状增长趋势，确定新建变电所的规模，合理选择主变压器的容量和台数，以确定主变压器的型号。
变电所主变压器容量和台数影响电网结构、可靠性和经济性的一个重要因素。
变电所的主变压器容量和台数不同，电网中变电所的总数、变电所的主接线形式i和电力系统的接线方式也就不同，必然对电网的经济性和可靠性产生不同的影响。
所以在变电所扩容或新建时，必须合理选择主变压器的容量和台数。
3.2主变压器台数的选择
为保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变压器，但一般不超过四台。
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。
对大型枢纽变电所，根据工程的具体情况，应安装2台主变。
当变电所装设两台及以上主变时，每台容量的选择应该按照其中一台停运时，其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60~75%。
通常一次变电所采用75%，二次变电所采用60%。
因此确定：
本设计中变电所选用两台主变压器。
3.3主变压器容量的选择
1.按照电网发展规划选择主变压器的容量
按照电网发展规划的要求，主变压器容量的选一般按变电所建成后5～10年的发展规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发发展。
对于城市郊区变电所，选择的主变压器的容量应与城市发展规划相结合。
2.根据变电所所带的负荷的性质和电网结构选择主变压器的容量。
对于有重要负荷的变电所，应当考虑当一台主变压器停运石，其余变压器在计及过负荷能力时，在允许的时间内应保证用户的一级负荷和二级负荷；对于一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量应能保证全部负荷的70%～80%。
3.110KV变电所的单台主变压器容量一般选用31.5MVA、40MVA及50MVA三种。
综合以上条件考虑，本地区用电负荷30000KW以上，为提高电能质量，保证当一台主变压器停运时，另一台主变压器的容量应能保证全部负荷的70%～80%满足该地区发展用电的需要，本设计中选择单台变压器的容量为31.5MVA。
3.4选择主变压器的型号
3.4.1.主变压器相数和绕组数量的选择
（1）依据《电力工程设计手册》（电气一部分）主变压器形式的选择原则：
当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电所均应选用三相变压器。
因此本设计应选择三相变压器。
[7]
（2）依据《电力工程设计手册》（电气一部分）的规定:
在具有三种电压等级的变电所中，如通过各侧绕组的功率均达到该变压容量的15%以上，主变压器宜采用三绕组变压器。
因此在本设计中应选择三绕组变压器
3.4.2.主变压器连接方式和调压方式的选择
（1）依据《电力工程设计手册》（电气一部分）的规定:
变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接方式只有Ｙ和△型两种。
高中低三侧绕组如何组合，要根据具体工程来定。
我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Ｙ0连接，35kV亦采用Ｙ型，其中性点通过消弧线圈接地。
35kV以下电压变压器绕组都采用△连接。
在本设计中变电站电压等级为110/35/10kV，因此接线方式采用YN/yn0/d11接线方式。
（2）为保证供电所或发电厂的供电质量，电压必须维持在允许的范围内，调压方式有两种，一种称为无载调压，调整范围在±载调压，调整范围达30%，其结构复杂，价格昂贵；一种为由有载调压，使在变压器负载运行中通过改变其有效匝数，进行分级调压。
对于110KV及以下的变电所的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用带负荷方式。
根据目前电网结构现状，110KV变电所一般选用有载调压变压器。
因此在本设计中选择调压方式为有载调压。
3.4.3.各侧额定端电压的选择
变压器110kV侧接电源，相当于用电设备与线路额定电压相等；35kV侧向负荷供电，相当于发电机二次侧。
电压较额定电压高5%；而10kV侧要考虑负荷，线路损耗以及无功补偿等因素，所以电压等级为
110±8×1.25﹪/38.5±2×2.5﹪/10.5。
3.4.4.冷却方式和绝缘方式的选择
（1）冷却方式：
油浸风冷
（2）在110kV及以上的中型点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。
110kV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。
35kV及10kV侧中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。
3.4.5.主变压器容量比的选择
本设计为110kV电压级的系统，为使各绕
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