广州某110KV变电站电气一次部分毕业设计.docx
《广州某110KV变电站电气一次部分毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《广州某110KV变电站电气一次部分毕业设计.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
广州某110KV变电站电气一次部分毕业设计
论文摘要
本文是对广州某110KV变电站一次部分的设计，变电站电压等级为110/35/10KV，110KV是本变电站的电源电压，35KV和10KV是二次电压。
待设计的变电站的电源，由双回110KV线路送到本变电站，在中压侧35KV母线送出7回线路，在低压侧10KV母线送出10回线路。
在本变电站110KV母线有2回输出线。
变电站从电力系统整体出发，力求电气主接线简化，配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、高质量的110KV变电所为目的，对所有的电气设备，电气主接线，电气设备保护装置等进行优化，使整个设计方案能够达到安全、可靠、经济、环保地对用户进行供电。
关键词：
变电站线路电气设备
Abstracts
Thispaperisapartof110kvsubstationsguangzhousomevoltagelevel,thedesignfor110/35/consumers10KV110kvsubstations,thispowersupplyvoltage35KVandconsumers10KV,secondaryvoltage.Todesignthepowersubstation,thedoublelineto110KVsubstations,inmediumvoltagesidethis35KVbusbarstruckoutsevenbacklines,thelowvoltagesidesentout10backconsumers10KVbusroutes.110KVsubstationsinthebushas2backoutputline.Startingfromthepowersubstationsystemasawhole,tryingtosimplifythemainelectricalwiring,configurationandgridstructurecorrespondingprotectionsystem,adoptingthecompactlayout,highqualityof110KVsubstations,forthepurposeofallelectricalequipment,themainelectricalwiring,equipmentelectricalprotectiondevices,etcisoptimized,makewholedesignschemecanreachsafe,reliable,economic,environmentalprotectiontotheusers'powersupply.
Keywords:
substationlineselectricalequipments
前言····················································
1电气主接线设计········································
1.1电气主接线基本要求······························
1.2电气主接线方案确定······························
1.3变压器方案确定··································
1.4电气主接线初步设计图····························
2短路电流计算···································
2.1计算短路电流的原因······························
2.2电路元件参数计算································
2.3短路电流计算····································
3导体和电器的选择·······························
3.1母线导体与引线的选择及校验·····················
3.2电气设备选择的一般条件·························
3.3高压断路器的选择及校验·························
3.4隔离开关的选择及校验···························
3.5电流互感器的选择及校验·························
3.6电压互感器的选择及校验·························
3.7高压限流熔断器的选择及校验·····················
3.8接地开关的现则及校验···························
3.9避雷器的选择及校验·····························
4防雷规划设计··································
4.1雷电过电压及其保护·····························
4.2线路的防雷措施·································
4.3发电厂、变电站的直击雷保护·····················
4.4变电站的入侵保护·······························
4.5变电站的进线段保护·····························
4.6变压器的防雷保护·······························
致谢··················································
前言
广州某年最高用电负荷将达到1030万千瓦，称为全国第5个突破千万负荷的城市。
据了解，因变电站布点，仍满足不了现有的用电需求，造成广州结构性缺点。
所以，广州将投资67.23亿元建设电网，计划新建变电站15个左右。
变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网按一定的接线方式所构成，它从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济地输送到每一个用电设备的转设场所。
作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代工业生产和社会生活的发展趋势。
随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。
110KV变电站是电网建设和电网改造中非常重要的技术环节，变电站中各种设备的合理布置和安全运行直接关系到电力系统的安全和稳定，所以110KV变电站的设计要在保证安全可高性和灵活性的情况下，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。
110KV变电所电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。
因而，110KV变电站应从电力系统整体出发，力求电气主接线简化，配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、高质量的110KV变电所为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面提出了新的设计思路。
我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高。
而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势：
造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。
而且近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备趋于无油化。
配合我国经济建设的迅速发展，搞好电网建设尤为重要。
待变电站在城市近郊，向本地用户供电。
本变电站的电压等级为110/35/10KV，110KV是本变电站的电源电压，35KV和10KV是二次电压。
待设计的变电站的电源，由双回110KV线路送到本变电站，在中压侧35KV母线送出7回线路，在低压侧10KV母线送出10回线路。
在本变电站110KV母线有2回输出线。
这次设计应该注意紧密结合变电站的生产实际和变电站设计要求及国内外变电
站设计存在的问题和困难、与其他电力系统课程相关资料之间的联系。
通过合理的电气主接线设计、电气设备合理选择，达到电气设备能够从分合理的利用，既能保证设备容量要求，又要保证电气设备充分利用资源。
整体布局的紧凑以及综合自动化技术设计和应用，合理地将通信设施并入主控室，达到简单高效地监控目的，简化变电站内附属设备，从而达到减少变电站地面积，优化变电站设计，降低投资的目的。
在最后对所有的电气设备，电气主接线，电气设备保护装置等进行优化，使整个设计方案能够达到安全、可靠、经济、环保地对用户进行供电。
1电气主接线设计
1.1电气主接线基本要求
电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。
主接线的确定对电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟订有较大影响。
因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响，通过技术经济比较，合理确定主接线。
在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据：
变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。
1.1.1可靠性。
可靠性是电力生产和分配的首要要求。
主接线首先应满足这个要求。
主接线可靠性的具体要求：
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，并要保证对一级负荷及全部或部分二级负荷的供电。
3）尽量避免发电厂，变电所全部停运。
1.1.2灵活性。
主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
1）调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
2）检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。
3）扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下投入新设备并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
1.1.3经济性。
主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，做到经济合理。
1）投资省
①主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。
②要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备控制电缆。
③要能限制短路电流、以便于选择价廉的电气设备或轻型电缆。
④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简单电器。
2）占地面积小，主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。
3）电能损失少，经济合理地选择主变压器的种类（比如绕组、三绕组、自耦变压器），容量、数量，要避免两次变压而增加电能损失。
1.2电气主接线方案确定
1.2.1电气主接线类型选择
1.2.1.1单母接线：
优点：
接线简单清晰，设备少，操作方便，造价便宜，只要配电装置留有余地，母线可以向两端延伸，可扩性好。
缺点：
是可靠性和灵活性都较差，它只有一种运行方式，母线和母线隔离开关检修时，全部回路均需停运，任一断路器检修时，其所在回路也将停运。
单母线接线只能用于某些出线回数较少，对供电可靠性要求不高的小容量发电厂和变电所中。
适用范围：
1）6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回；
2）35-63KV配电装置出线回路数不超过3回；
3）110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回。
1.2.1.2单母分段接线：
优点：
重要用户可从不同母线段上分别引出两回馈线向其供电，保证不中断供电。
单母线分段接线有单母线运行，各段并列运行和各段分列运行等运行方式。
任一母线或母线隔离开关检修时，仅停该段，不影响其他段运行，减小了母线检修时的停电范围。
任一段母线故障时，继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正常母线段继续运行，减小了母线故障的影响范围。
采用此接线时，应尽量将电源与负荷均很的分配于各母线段上，以减少各分段间的穿越功率。
缺点：
在任一一段母线故障或者检修期间，该段母线上的所有回路均需停电；任一断路器检修时，该断路器所带用户也将停电。
这种接线广泛应用于中，小容量发电厂和变电所的6-10KV配电装置及出线回路数较少的35-220KV配电装置中。
适用范围：
1）6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时；
2）35kV配电装置出线回路数为4-8回时；
3）110-220kV配电装置出线回路数为3-4回时。
1.2.1.3带旁路母线的单母线分段接线:
为了使单母线分段接线在检修任一出线断路器时不中断对该回路的供电，可增设旁路母线。
旁路母线的作用是：
检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电。
适用范围：
这种接线方式在进出线不多，容量不大的中小型电压等级为35-110kV的变电所较为实用。
1.2.1.4双母线接线：
优点：
1）运行方式灵活可以采用两组母线同时工作，将母联断路器合闸，而进出线均衡的分配在两组母线上的运行方式，当一组母线故障时，在继电保护作用下，母联断路器断开，保证未故障的母线继续运行，可见这相当于单母线分段的运行方式；也可以采用一组母线工作，另一组母线备用，母联断路器断开的但路线运行方式。
2）检修母线时不中断供电由于每个回路都有两组隔离开关，所以只需将欲检修母线上的所有回路通过倒闸操作均换接至另一组母线上，即可不中断供电地进行检修。
3）任一组母线故障时仅短时停电双母线接线与单母线分段相比，母线故障时停电时间短，任一母线故障时，只需将接于该母线上的所有回路切换至另一组母线，故障母线上的回路经短时间停电便可恢复供电
缺点：
1）变更运行方式时，都是用各回路母线侧的隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，容易出现误操作。
2）检修任一回路断路器时，该回路任需停电或短时停电。
3）任一母线故障任会短时停电。
母联断路器故障两组母线全部停电。
4）由于增加了大量的母线隔离开关和母线长度，双母线的配
电装置结构比较复杂，占地面积达，投资大。
适用范围：
1）6-10kV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器；
2）35KV配电装电装置，当出线回路超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；
3）110-220kV配电装置，出线回路数为5回及以上时，或110-220kV配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为4回及以上时。
1.2.1.5桥型接线：
桥型接线简单清晰，没有母线，用三台断路器带四个回路工作，所用断路器数量最少，可节省投资，也易于发张过渡为单母线分段或双母线接线。
但其工作可靠性和灵活性不够高，根据我国多年运行经验，桥形接线一般可用于条件适合的中小型发电厂和变电所，或作为最终接线为单母线分段或双母线接线的工程初期接线方式。
适用范围：
适用于较小容量的发电厂，变电所并且变压器的切换较频繁或线路短，故障率较少的情况。
1.2.2电气主接线方案确定：
110KV母线：
本站经2回110KV线路与系统相连，选用单母接线
35KV母线：
35KV出线7回，选用单母分段接线
10KV母线：
10KV出线10回，选用单母分段接线
1.3变压器方案确定：
1.3.1主变压器形式选择要求：
合理选择主变压器的形式、台数、容量，是电器主接线设计的重要内容，其选择结果直接影响着主接线的形式和配电装置的结构。
选择主变压器时，应根据发电厂、变电所的性质、容量、与电力系统联系情况、电压等级、发电机电压及升高电压负荷状况等基本资料，并结合电力系统5-10年发展规划进行综合分析。
1.3.1.1容量选择
变电所中一般装设两台主变压器，以免一台主变压器故障或检修时
中断供电。
对110KV及以下的终端或分支变电所，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷能由中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器。
对大型超高压枢纽变电所，可根据具体情况装设2-4台主变压器，以便减小单台容量。
所选择的N台主变压器的容量和，应该大于等于变电所的最大综合计算负荷，即
nSN≥Smax（1.3）
装有两台或者两台以上主变压器的变电所中，当其中一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷S1和大部分Ⅱ类负荷SⅡ。
1.3.1.2相数选择
变压器有三相变压器和单相变压器组。
在330KV及以下的发电厂和变电所，一般都选用三相变压器。
单相变压器组是由三个单相的变压器组成的，造价高、占地多、运行费用高。
只有受变压器的制造和运输条件限制时，才考虑用单相变压器组。
1.3.1.3绕组数选择
在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15％以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所内需要装无功补偿设备时，主变压器宜选择三绕组变压器。
1.3.1.4绕组联结方式
变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点都需要选择YN的联结方式，对于110KV变压器的35KV侧也采用yn的联结方式以便接入消弧线圈，而6-10KV侧采用d形。
1.3.1.5调压方式的选择
变压器的调压方式分带负荷切换的有载调压方式和不带负荷切换的无载调压方式两种。
对于大型枢纽变电所，为了保证系统的电压质量，一般变压器都选用有载调压方式，在能满足电压正常波动情况下可以采用无载调压方式。
1.3.1.6容量比
变压器各绕组容量相对总容量有100/100/100、100/100/50、100/50/50等几种形式。
由于100KV变压器总容量不大，其绕组容量对造价影响不大，但其中、低压侧的传输功率相对总量容量都比较大，为调度灵活，一般采用100/100/100的容量比。
1.3.1.7变压器的冷却方式
变压器的冷却方式有自然风冷、强迫风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷和强迫导向油循环冷却等，它随变压器的形式和容量不同而异。
一般中小容量的变压器选择自然风冷和强迫风冷；大容量的变压器采用强迫油循环风冷；对水源充足的发电厂的主变压器，为节约占地，也可采用强迫油循环水冷。
强迫导向油循环冷却一般用在大型变压器中，它是在采用强迫油循环环风冷或强迫油循环水冷的变压器中。
1.3.1.8变压器各侧电压的选择
变压器的某个电压级若作为电源，为保证向线路末端供电的电压质量，既保证在有10％电压损失的情况下，线路末端的电压为定额值，该侧的电压按照110%额定电压选择。
而如果某个电压级是电网的末端，该侧的电压应按照电网额定电压选择。
1.3.2主变压器选择台数比较：
方案1：
主变压器2台
方案2：
主变压器4台
方案比较：
方案1变压器总容量小，变压器台数少，使用的开关电器少，配电装置占地面积较小，投资较少。
但此方案灵活性与可靠性不高。
虽35KV,10KV负荷分别供电，但设备检修时必然造成供电中断。
方案2变压器总容量小，变压器台数多，使用的开关电器多，配电装置变压器占地面积较大，投资较多。
但此方案灵活性与可靠性很高。
开关在检修试验时仍能保证供电，而且在小负荷运行时可切除一台主变运行，以降低损耗。
总结：
根据设计资料分析，110KV终站变电站，采用双回110KV进线，应该是比较重要的变电站，设计思想应侧重于可靠性，所以方案2为最终方案。
1.3.3变压器容量计算及型号选择
1.3.3.1主变压器容量计算条件：
1）按年负荷增长率6%计算，考虑10年
2）双变压器并联运行，按每台变压器承担70%负荷计算
3）35KV负荷为10000KVA，10KV负荷为3600KVA
则总负荷为13600KVA
1.3.3.2主变压器容量计算：
1）负荷预测：
35KV负荷：
10000KVA×（1+6%）=17908.48KVA
10KV负荷：
3600KVA×（1+6%）=6447.05KVA
共计：
17908.48KVA+6447.05KVA=24355.53KVA
2）主变压器有功和无功损耗计算：
因为所占比重较小，而本站考虑的容量裕度比较大，所以不需要计算。
3）主变压器承担负荷：
1号变压器：
24355.53×0.5×0.7=8524.44KVA
2号变压器：
24355.53×0.5×0.7=8524.44KVA
3号变压器：
6447.05×0.5×0.7=2256.47KVA
4号变压器：
6447.05×0.5×0.7=2256.47KVA
表1.3
（1）主变压器选择型号
主变压器
承担负荷（KVA）
容量计算（KVA）
型号选择
1号
8524.44
8000
SZL7-8000/110
2号
8524.44
8000
SZL7-8000/110
3号
2256.47
2000
SL7-2000/35
4号
2256.47
2000
SL7-2000/35
1.3.3.3站用变压器容量计算及型号选择
因为设计书已经给出站用电容量为160KVA,所以直接可选择，从主接线方案分析，站用变接于35KV母线更可靠，所以选型号为SL7-160/35。
表1.3
（2）所选变压器的技术参数
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KVA）
损耗
（KW）
阻抗电压（%）
空载电流（%）
连接组别
SZL7-8000/110
8000
110/38.5
15/50
10.5
1.4
Ynd11
SL7-2000/35
2000
35/10
3.4/19.8
6.5
1.4
Ynd11
SL7-160/35
160
35/0.4
0.47/3.15
6.5
2.5
YnYno
1.4电气主接线的初步设计图：
2短路电流计算
2.1计算短路电流的原因
变电所中的各种电气设备必须能承受短路电流的作用，不致因过热或电动力的影响造成设备损坏。
短路电流的大小也是比较主接线方案、分析运行方式时必须考虑的因素。
系统短路时还会出现电压降低，靠近短路点尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠性。
为限制故障范围，保护设备安全，继电保护装置整定必须在主回路通过短路电流时准确动作。
因此，短路电流计算成为变电所电气部分设计的基础。
2.2电路元件参数计算
2.2.1等值网络图
2.2.2电路元件参数计算
表2.2常用基准值
SB（MVA）
SB=100MVA
UN（KV）
3
6
10
35
60
110
UB（KV）
3.15
6.3
10.5
37
63
115
IB（KA）
18.3
9.16
5.5
1.56
0.92
0.502
XB（Ω）
0.095
0.397
1.1
13.7
39.2
132
1）系统容量为无限大，Sc=∞，取基准值SB100MVA，基准电压UB取各级平均电压，UN为额定电压。
UB（KV）10.537115
IB（KA）5.51.560.502
XB（Ω）1.113.7132
2
升级会员 