某农大110kV降压变电所电气部分初步设计典型案例要点.docx

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某农大110kV降压变电所电气部分初步设计典型案例要点

前言

设计是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，了解变电所设计的基本方法，了解变电所电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后从事供电技术工作奠定基础。

第一章：

毕业设计任务

一、设计题目：

110kV降压变电所电气部分初步设计

二、设计的原始资料

1、本变电所是按系统规划，为满足地方负荷的需要而建设的终端变电所。

2、该变电所的电压等级为110/35/10kV，进出线回路数为：

110kV：

2回

35kV：

4回（其中1回备用）10kV：

12回（其中三回备用）3、待设计变电所距离110kV系统变电所（可视为无限大容量系统）63.27km。

4、本地区有一总装机容量12MW的35kV出线的火电厂一座，距待设计变电所12km。

5、待设计变电站地理位置示意如下图：

：

6、气象条件：

年最低温度：

－5℃，年最高温度：

＋40℃，年最高日平均温度：

＋32℃，地震裂度6度以下。

7、负荷资料

（1）正常运行时由110kV系统变电所M向待设计变电所N供电。

（2）35kV侧负荷：

（a）35kV侧近期负荷如下表：

（b）在近期工程完成后，随生产发展，预计远期新增负荷6MW。

（3）10kV侧负荷

（a）近期负荷如下表：

（b）远期预计尚有5MW的新增负荷

荷

注：

（1）35kV及10kV负荷功率因数均取为cosΦ=0.85

（2）负荷同时率：

35kV：

kt=0.9

10kV：

kt=0.85

（3）年最大负荷利用小时均取为TmaX=3500小时／年（4）网损率取为A%=5%~8%

（5）所用电计算负荷50kW，cosΦ=0.87

三、设计任务

1、进行负荷分析及变电所主变压器容量、台数和型号的选择。

2、进行电气主接线的技术经济比较，确定主接线的最佳方案。

3、计算短路电流，列出短路电流计算结果。

4、主要电气设备的选择。

5、绘制变电所电气平面布置图，并对110kV、35kV户外配电装置及10kV户内配电装置进行配置。

6、选择所用变压器的型号和台数，设计所用电接线。

7、变电站防雷布置的说明。

四、设计成品

1、设计说明书一本。

2、变电所电气主接线图一张。

3、变电所电气总平面布置图一张。

4、短路电流计算及主要设备选择结果表一张。

5、110kV出线及主变压器间隔断面图一张。

6、主变、线路继电保护及测量仪表配置图及其说明。

7、防雷装置及接地装置配置说明。

第二章：

负荷分析及计算和主变的选择

一、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意义重大。

二、负荷分析：

１、35kV侧负荷

近期负荷：

P近35=5.5+15.5=21MW

远期负荷：

P远35=6MW

∑=n

iPi1＝21+6=27MW

P35＝∑=n

iPi1kˊ（1+k"＝27×0.9×（1+0.08＝26.24（MW

Q35＝P·tgφ＝P·tg（cos－10.85＝16.26（MVar

视在功率：

（供电容量）

Sg35＝

φ

cosP＝85.024.26＝30.89（MVAIN35＝NUS3＝35389.30⨯＝0.509（kA＝509（A

２、10kV侧负荷

近期负荷：

P近10=1.3+0.5+2.5+0.9+2.0+1.0+1.0+1.2+0.56

=10.9MW

远期负荷：

P远10=5MW

∑=n

iPi1＝10.9+5=15.9MW

P10＝∑=n

iPi1kˊ（1+k"＝15.9×0.85×（1+0.08＝14.596（MW

Q10＝P·tgφ＝P·tg（cos－10.85＝9.05（MVar

视在功率：

（供电容量）

Sg10＝φcosP＝85.0596.14＝17.17（MVA

IN10＝NUS

3＝1017.17⨯＝0.991（kA＝991（A

3、所用电供电容量

Sg所＝φ

cosP＝85.005.0＝0.057（MVA

4、等设计变电所供电总容量

S∑=Sg35+Sg10+Sg所=30.89+17.17+0.057＝48.12（MVA

P∑=P35+P10+P所=26.24+14.596+0.05＝39.15（MW

三、主变压器的确定

1、绕组数量的确定

确定原则：

在具有三种电压的变电所中，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%以上或低压侧虽无负荷，但在变电所内需设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。

在本变电所中:

Sg35／S∑=30.89／48.12=0.64＞15%

Sg10／S∑=17.17／48.12=0.36＞15%

因此，主变压器选为三绕组变压器。

2、主变压器台数的确定

确定原则：

（1）对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。

（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。

（3）对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1—2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

选择：

由前设计任务书可知、正常运行时，变电所负荷由110kV系统供电，考虑到重要负荷达到9.9MW。

而附近35kV火电厂装机容量只有12MW，为提高负荷供电可靠性，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。

由110kV系统供电，考虑到重要负荷达到9.9MW。

而附近35kV火电厂装机容量只有12MW，为提高负荷供电可靠性，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。

3、变压器容量和型号确定

确定原则：

（1）主变压器容量一般按变电所建成后5~10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10~20年的负荷发展，对于城市郊区变电所，主变压器应与城市规划相结合。

（2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所应考虑，当一台变压器停止运行时，其余变压器容量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负荷，对一般性变电所，当一台主变停止运行时，其余变压器应能保证全部负荷的60%~70%。

（3）同一个等级的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系统化、标准化、简单化、方便灵活化。

确定：

（1）变电所的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的60%，即

/BS=S∑60%=28.87（MVA

（2）应保证用户的一级和二级负荷（单台运行时）I、II类负荷的总和为：

5.5+0.5+0.9+2.0+1.0=9.9MW还加上负荷的同时率9.9+0.8=11.64MW

综合

（1）

（2）并考虑到两台容量之和必须大于S∑、再分析经济问题，查

表得所选择变压器容量SB=31.5MVA

查110kV三相三绕组电力变压器技术时数据表，选择变压器的型号为SFSQ7—31500/110，其参数如下表：

4、绕组连接方式的确定

原则：

我国110kV及以上电压、变压器都采用Y。

连接，35kV采用Y连接，其中性点经消弧线圈接地、35kV以下电压变压器绕组都采用△连接。

根据选择原则可确定所选择变压器绕组接线方式为Y。

／Y／△接线。

第三章：

变电所主接线的选择

一、对电气主接线的基本要求

（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。

二、110kV侧接线的选择

方案

（一）:

采用单母线接线

考虑到110kV侧只有两条进线和有两条出线，因而可以选用单母线接线。

其优点：

简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。

缺点是：

（1）当母线或母线隔离开关检修或发生故障时，各回路必须在检修和短路时事故来消除之前的全部时间内停止工作，造成经济损失很大。

（2）引出线电路中断路器检修时，该回路停止供电。

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，因此可采用外桥式线，这也有利于以后变电站的扩建。

优点是：

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。

缺点是：

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，投次大。

（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，单母线接线供电可靠性、灵活性最差，不符合变电所的高可靠性的要求；桥形接线比单母线接线供电可靠性高，且有利于以后扩建，虽然可靠性比双母线接线稍低，但双母线接线复杂，使用设备多、投资较大；110kv母线放置较高，且相与直之间距离大，因而各种小动作不能造成故障，同时母线放在防雷区内，不会遭受雷击，因此桥形接线比较可靠，也能够满足要求。

因此，对于110kV侧选用外桥式接线。

二、35kV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

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。

四、10kV侧主接线选择

方案

（一）：

单母线分段

优点：

（1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。

（2）当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：

（1）当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电。

（2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

（3）扩建时需向两个方向均衡扩建。

方案

（二）：

单母线分段带旁路

优点：

具有单母线分段的全部优点，并在检修断路器时不至于中断对用户供电。

缺点：

与单母线分断的缺点相比少了缺点。

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）调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

（3）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。

（4）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。

（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。

对比以上三种方案，以上三种方案均能满足主接线要求，但采用双母线接线要多用十二个隔离开关，采用单母线带旁路要多用2个断路器，它们的经济性能较差，单母线分段接线既能满足负荷供电要求又有节省大量资金，是一种较理想的接线方式。

综合以上三种主接线所选的接线方式，画出主接线图，如电气主接线图所示。

第三章：

短路电流的计算

一、计算各回路电抗（取基准功率Sd=100MVAUd=Uav）

根据前所选择变压器各参数得

X1＝X2＝ｘ

2

av

USd

＝0.4×63.37×2115100＝0.192X3＝X6＝1/200×（UK12%＋UK31%－UK23%N

dSS

＝1/200×（17.5＋10.5－6.5×5

.31100

＝0.341

X4＝X7＝1/200×（UK12%＋UK23%－UK31%N

d

SS＝1/200×（17.5＋6.5－10.5×5

.31100

＝0.214

X5＝X8＝1/200×（UK23%＋UK31%－UK12%N

d

SS＝1/200×（6.5＋10.5－17.5×5.31100

＝－0.0079≈0X9＝ｘ

2

av

USd

＝0.4×12×237100＝0.355查火电厂设备有关资料《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》可得变压器：

SN＝16MVA；UK%＝8

汽轮机（QF2－12－2）：

SN＝12MW；cosφ＝0.8；ｘ//

d＝0.1133

X10＝100%KUNNSU2

2

av

USd＝1008×18100＝0.50X11＝ｘ//dNd

SS＝0.1133×ϕ

cos/12100＝0.76

因为两台变压器型号完全相同，其中性点电位相等，故等值电路图可化简

为如图所示：

X12＝X1／2＝0.19／2＝0.096X13＝X3／2＝0.341／2＝0.171X14＝X4／2＝0.214／2＝0.107

X15＝X9＋X10＋X11＝0.355＋0.5＋0.76＝1.615

二、计算各点短路点的最大短路电流

1、K１点短路时

（1、对于110kV系统电源（无穷大容量）XΣ*＝X12＝0.096

I”*＝IS∞*＝1／XΣ*＝1／0.096＝10.417短路次暂态电流：

I”S＝IS∞＝I”S*Id＝10.417×

115

3100⨯＝5.23（kA）

短路冲击电流：

ish.S＝2.55I”S＝2.55×5.23＝13.34（kA）（2、对于火电厂侧电源

XΣ*＝X13＋X14＋X15＝0.171＋0.107＋1.615＝1.893Xca*＝XΣ*d

NSS＝1.893×

100

8

.0/12＝0.284查短路电流运算曲线[（一t=0]，得I”*＝3.8

I”G＝I”*av

NUS3＝3.8×115

8

.0/12⨯＝0.286（kA）

短路冲击电流：

ish.G＝2.55I”G＝2.55×0.286＝0.729（kA）（3、由此可得K1点

总次暂态电流：

I”Σ＝I”S＋I”G＝5.23＋0.286＝5.516（kA）

总冲击电流：

ishΣ＝ish.S＋ish.G＝13.34＋0.729＝14.069（kA）

2、K2点短路时

（1、对于110kV系统电源（无穷大容量）

XΣ*＝X12＋X13＋X14＝0.096＋0.171＋0.107＝0.374

I”*＝IS∞*＝1／XΣ*＝1／0.374＝2.674

短路次暂态电流：

I”S＝IS∞＝I”S*Id＝2.674×373100

⨯＝4.173（kA）

短路冲击电流：

ish.S＝2.55I”S＝2.55×4.173＝10.641（kA）

（2、对于火电厂侧电源

XΣ*＝X15＝1.615

Xca*＝XΣ*dNSS＝1.615×100

8.0/12＝0.242查短路电流运算曲线[（一t=0]，得I”*＝4.6

I”G＝I”*avNUS3＝4.6×37

8.0/12⨯＝1.076（kA）

短路冲击电流：

ish.G＝2.55I”G＝2.55×1.076＝2.744（kA）

（3、由此可得K2点

总次暂态电流：

I”Σ＝I”S＋I”G＝4.173＋1.077＝5.25（kA）

总冲击电流：

ishΣ＝ish.S＋ish.G＝10.641＋2.746＝13.387（kA）

3、K3点短路时

（1、对于110kV系统电源（无穷大容量）

XΣ*＝X12＋X13＝0.096＋0.171＝0.267

I”*＝IS∞*＝1／XΣ*＝1／0.267＝3.745

短路次暂态电流：

I”S＝IS∞＝I”S*Id＝3.745×5.103100

⨯＝20.59（kA）

短路冲击电流：

ish.S＝2.55I”S＝2.55×20.59＝52.505（kA）

（2、对于火电厂侧电源

XΣ*＝X14＋X15＝0.107＋1.615＝1.722

Xca*＝XΣ*dNSS＝1.722×100

8.0/12＝0.258查短路电流运算曲线[（一t=0]，得I”*＝4.2

I”G＝I”*avNUS3＝4.2×5

.108.0/12⨯＝3.464（kA）

短路冲击电流：

ish.G＝2.55I”G＝2.55×3.464＝8.833（kA）

（3、由此可得K3点

总次暂态电流：

I”Σ＝I”S＋I”G＝20.59＋52.505＝73.096（kA）

总冲击电流：

ishΣ＝ish.S＋ish.G＝3.464＋8.833＝12.297（kA）

第四章：

配电装置及电气设备的配置与选择

一、高压配电装置的配置

（一）、高压配电装置的设计原则与要求

1、总的原则

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家技术经济政策，遵循上级颁布的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件，自然环境特点和运行检修，施工方面的要求，合理制定布置方案和使用设备，积极慎重地选用亲布置新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新做到技术先进，经济合理运行可靠、维护方便。

火力发电厂及变电所的配置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地并结合运行检修和安装要求通过技术经济比较予以确定，在确定配电装置形式时，必需满足下列4点要求。

A、节约用地

B、运行安全和操作巡视方便。

C、便于检修和安装。

D、节约材料、降低造价。

2、设计要求

A、满足安全净距要求。

B、施工、运行和检修要求。

C、噪声的允许标准及限制措施。

D、静电感应的场强水平和限制措施。

E、电晕条件无线电干扰的特性和控制。

（二）、高压配电装置的配置。

1、35kV、110kV配电装置采用屋外普通中型配电装置，其优点是：

布置比较清晰，不易误操作；运行可靠，施工和维修都比较方便；构架高度较低，所用钢材较少，造价低；经过多年实践已积累了丰富的经验。

2、10kV配电装置，采用单层屋内成套配电装置，即用制造厂成套供应的高压开关柜，高压开关柜为单列独立式布置、电气主接线为单母线分段接线，共有12组出线。

二、高压断路器的选择

（一、高压断路器的配置与选择

1、高压断路器的配置

（1）、110kV侧由于采用外桥式接线，故选用三台断路器。

（2）、35kV、110kV侧的变压器至每一条母线均分别安装一台断路器；母线分段也各安装一台断路器。

（3）、35kV、110kV侧每条出线均安装一台断路器。

2、高压断路器按下列条件进行选择和校验

（1）、选择高压断路器的类型，按目前我国断路器的生产情况，少油断路器的构造简单、价格便宜、维护工作量少，6—220kV一般选用少油断路器。

（2）、根据安装地点选择户外式或户内式。

（3）、断路器的额定电压不少于装设电所所在电网的额定电压。

（4）、断路器的额定电流不少于通过断路器的最大持续电流。

（5）、校核断路器的断流能力，一般可按断路器的额定开断电流大于或等于断路器触头刚分开时实际开断的短路电流周期分量有效值来进行选择，当断路器的额定开断电流比系统的短路电流大得多的时，为了简化计算也可用次暂态短路电流进行选择。

（6）、按短路关合电流选择，应满足条件是：

断路器额定关合电流不少于短路冲击电流ish，一般断路器的额定关合电流等于动稳定电流。

（7）、动稳定校验应满足的条件是：

短路冲击电流应小于断路器的动稳定电流，一般在产品目录是给出的极限过电流峰值。

（8）、热稳定校验应满足的条件是：

短路的热效应小于断路器在tK时间内的允许热效应。

（9）、根据对断路器操作控制要求、选择与断路器配用的操作机构。

按上述原则选择和校验断路器

（二）、110kV侧断路器的选择

1、该回路为110kV电压等级，故可选用少油断路器。

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=1.05×115

12.48＝0.253（kA）4、为方便运行管理及维护，选取3台110k