110kv变电站毕业设计说明书.docx

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110kv变电站毕业设计说明书

第1章绪论

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力，是实现生产自动化的重要物质基础。

电能从区域变电站进入工厂后，首先要解决的就是如何对电能进行控制、变换、分配和传输等问题。

在工厂，担负这一任务的是供电系统，供电系统的核心部分是变电站。

一旦变电所出了事故而造成停电，则整个工厂的生产过程都将停止进行，甚至还会引起一些严重的安全事故。

因此，设计和建造一个以“安全、可靠、经济、优质”为标准的变电所，对保障工厂生产安全、连续的进行时极为重要的。

因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中和国家经济建设中应用极为广泛。

1.1变电站设计的原因和目的以及原则

毕业设计是本专业教学计划中的重要环节。

此次毕业设计的目的是通过变电所设计实践，综合运用所学知识，贯彻执行我国电力工业有关方针政策，理论联系实践，锻炼独立分析和解决电力工程设计问题的能力。

该变电站主要是为营口市开发区盼盼工业园区供电和服务的，并支持当地工农业的持续发展，使初具规模的旅游事业上一新台阶，改善和提高该境内人民的物质和文化生活。

本变电所属新建110kV区域性终端变电站，主要满足该地区工业用电。

变电站的设计应根据工程的5—10年发展规划进行，做到远近结合、以近为主，正确处理近期建设与远景发展的关系，适当考虑扩建的可能性。

必须从全局出发、统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案，必须节约用地的原则。

本站的设计是在国家和地方的规划下进行的，是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资、就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性。

1.2变电站的基本情况

1.2.1原始资料

为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系统发展规划，拟建设一座110/35/10kV的区域性终端变电站，设计原始资料要求如下：

1.电压等级：

110/35/10kV

2.设计容量：

拟设计安装两台主变压器。

3.进出线及负荷情况

（1）110kV侧，110kV侧进出线共4回,其中两回为进线，最大负荷利用时间为4200h。

（2）35kV侧，35kV侧出线共4回，最大负荷利用时间为4000h。

（3）l0kV侧，l0kV侧出线共计8回，无电源进线，最大负荷利用时间为5000h。

（4）系统阻抗值为S=100MVA时的值。

1.2.2所选地址及环境

变电站位于城市的工业区附近，交通运输方便，海拔400M，地势平坦，公路交通方便，无污染源，夏季最高温度零上38度，冬季最低气温为-15度，年平均气温为零上15度，最大风速为20m/s，覆冰厚度为5mm，土壤电阻率为<500Ω，冻土厚度为0.7m，主导风向：

夏季为东南风，冬季为西北风。

第2章负荷分析计算

2.1电力负荷的概述

电力负荷（electricload）使用电能的用电设备消耗的电功率。

电力负荷包括异步电动机、同步电动机、各类电弧炉、整流装置、电解装置、制冷制热设备、电子仪器和照明设施等。

它们分属于工农业、企业、交通运输、科学研究机构、文化娱乐和人民生活等方面的各种电力用户。

2.1.1电力负荷分类方法

一、按用电的部门属性来划分：

　　1.工业用电。

　　其特点是用电量大，用电比较稳定，一般冶炼工业的用电量大，而且负荷稳定，负荷率高，一般在0.95以上；而机械制造行业和食品加工业的用电量就小些，且负荷率也较低，一般在0.70以下。

但是，无论是重工业还是轻工业，或者是冶炼业、加工业，电力负荷在月内、季度内和年度内的变化是不大的，是比较均衡的。

　　2.农业用电。

　　农业用电在全部电力消耗中的比重较小，即使象我国这样的农业大国，其农业用电量在全国电力消耗中的比重仍然很低。

农业用电的一个突出的特点，就是季节性很强，从负荷特性上看农业用电在日内的变化相对较小，但在月内，特别季度内和年度内，负荷变化很大，呈现出不均衡的特点。

　　3.交通运输用电。

　　目前我国的交通运输用电比重较小，而且除电气化铁路的负荷比较稳定，今后随着电气化铁路运输及其它运输事业的发展，交通运输用电量也会有较大的增长，但交通运输用电比重不会有多大变化。

　　4.市政生活用电。

　　目前我国的市政生活用电还不太高，远小于工业化国家，但今后随着事业的日益发展，生活设施的日益现代化及居民生活水平的提高，市政生活用电的比重会有所上升。

　二、按负荷的大小可以划分为：

最大负荷、平均负荷、最小负荷。

　　最大负荷也就是最高负荷或尖峰负荷，最大负荷又分为日最大负荷、月最大负荷、年最大负荷。

　　最小负荷又称为最低负荷或低谷负荷，又可分为：

日最小负荷、月最小负荷、年最小负荷。

　　平均负荷就是在一定观察统计时段内出现的负荷的平均值称为平均负荷，根据观察统计期的不同，一般可划分为日平均负荷、月平均负荷、年平均负荷。

　　三、按使用电力的目的划分：

可分为动力用电、照明用电、电热用电、各种电气设备仪器的操作控制用电及通讯用电。

　　四、按用电用户的重要性划分：

　　1.Ⅰ类负荷（Ⅰ级负荷）：

它关系到国民经济的命脉及人民生命财产的安全，由于停电或突然停电造成的损失太大，故而这类用户是必须保证高度供电的可靠性。

　　2.Ⅱ类负荷（Ⅱ级负荷）：

它在国民经济中的地位相比之下，不如一类用户重要，计划停电或事故停电虽然会造成较大的损失，但是这种损失是可以挽回的，一般情况下，电力系统至少要对这类用户提供中等程度的供电可靠性。

　　3.Ⅲ类负荷（Ⅲ级负荷）：

这类负荷在国民经济中地位很低，与人民的生命财产安全并无关系，中断这类负荷的供电，带来的损失最小，因此，这类用户的供电可靠性是最低的。

　　五、按负荷预测期的时间长短，一般划分为近期负荷、中期负荷和长期负荷。

　　电力规划中的负荷预测一般是指对年最大负荷的预测，5年以内为近期，10—15年为中期，15—30年为长期，与此相对应的负荷水平称为短期负荷、中期负荷和长期负荷。

　　六、电力负荷按电能的生产和销售过程分类可以分为发电负荷、供电负荷、用电负荷。

　　七、电力负荷按所属行业分类可以分为城乡居民生活用电和国民经济行业用电。

国民经济行业用电分7大类：

　　1.农、林、牧、渔、水利业；2.工业；3.地质普查和勘探业；4.建筑业；5.交通运输业；6.商业、公共饮食业、宾馆、广告、物资供销和仓储业的用电；7.其他事业。

2.2负荷分析与计算

要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。

首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kVφ负荷、35kV负荷和110kV侧负荷。

由公式   

   （2-1）

式中 

    ——某电压等级的计算负荷

——同时系数（35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷与10kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85）

а%——该电压等级电网的线损率，一般取5%

P、cos

——各用户的负荷和功率因数

110kV负荷计算

S110KV=0.9×（20/0.9+5.8/0.85+25.5/0.85+12/0.9）×（1+5%）+S站

=68.398+0.096

=68.494MVA

站用负荷计算

S站=0.85×（91.5/0.85）×（1+5%）

=96.075KVA

≈0.096MVA

2.3主变台数、容量和型式的确定

2.3.1变电所主变压器台数的确定

主变台数确定的要求：

1.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。

2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。

考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。

故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。

2.3.2变电所主变压器容量的确定

主变压器容量确定的要求：

1.主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。

2.根据变电站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站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设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：

对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。

由于上述条件所限制。

所以，两台主变压器应各自承担34.247MVA。

当一台停运时，另一台则承担70%为47.946MVA。

故选两台50MVA的主变压器就可满足负荷需求。

2.3.3变电站主变压器型式的选择

 具有三种电压等级的变电站中，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，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。

而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。

故本站主变压器选用有载三圈变压器。

我国110kV及以上电压变压器绕组都采用连接；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。

35kV以下电压变压器绕组都采用

连接。

故主变参数如下：

表2-1主变参数

型号

电压组合及分接范围

阻抗电压

空载电流

连接组

高压

中压

低压

高-中

高-低

中-低

1.3

YN,yn0,d11

SFSZ9-50000/110

110±8×1。

25%

38．5±5%

10.5

10.5

17．5

6.5

2.4站用变台数、容量和型式的确定

2.4.1站用变台数的确定

对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。

因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段10kV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。

2.4.2站用变容量的确定

 站用变压器容量选择的要求：

站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。

考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。

每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。

2.4.3站用变型式的选择

考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。

故站用变参数如下：

表2-2主变参数

型号

电压组合

连接组标号

空载损耗

负载损耗

空载电流

阻抗电压

高压

高压分接范围

低压

S9-200/10

10;6.3;6

±5%

0.4

Y,yn0

0.48

2.6

1.3

4

因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。

根据设计规范第3.7.1条自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。

《电力工程电力设计手册》规定“对于35-110KV变电所，可按主变压器额定容量的10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。

地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。

第3章电气主接线设计

3.1变电站主接线的要求及设计原则

1.运行的可靠

断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

2.具有一定的灵活性

主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。

切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。

3.操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。

复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。

但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。

4.经济上合理

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。

5.应具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。

因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。

变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。

3.1.1变电站主接线基本要求

110kV电气主接线

由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。

那么其负荷为地区性负荷。

变电站110kV侧和10kV侧，均为单母线分段接线。

110kV～220kV出线数目为5回及以上或者在系统中居重要地位，出线数目为4回及以上的配电装置。

在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV～110kV系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。

根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案，如图3-1及图3-2:

图3-1单母线分段带旁母接线

图3-2双母线带旁路母线接线

对图3-1及图3-2所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表3-1

表3-1 主接线方案比较表

项目方案

方案Ⅰ

方案Ⅱ

技术

①简单清晰、操作方便、易于发展②可靠性、灵活性差③旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电

①运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建②母联断路器可代替需检修的出线断路器工作③倒闸操作复杂，容易误操作

经济

①设备少、投资小②用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资

①占地大、设备多、投资大②母联断路器兼作旁路断路器节省投资

在技术上（可靠性、灵活性）第Ⅱ种方案明显合理，在经济上则方案Ⅰ占优势。

鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。

经综合分析，决定选第Ⅱ种方案为设计的最终方案。

3.1.2站用电接线的选择

一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。

故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案。

上述两种方案如图3-3及图3-4所示。

图3-3单母线分段接线

图3-4单母线接线

对图3-3及图3-4所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表3-2。

表3-2 主接线方案比较

项目     方案

方案Ⅰ单分

方案Ⅱ单

技

术

①不会造成全所停电②调度灵活③保证对重要用户的供电④任一断路器检修，该回路必须停止工作⑤扩建时需向两个方向均衡发展

①简单清晰、操作方便、易于发展②可靠性、灵活性差

经

济

①占地少②设备少

①设备少、投资小

经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案Ⅰ。

第4章最大持续工作电流节短路计算

4.1各回路最大持续工作电流

根据公式 

=

 （4-1） 

式中 

 ----所统计各电压侧负荷容量 

  ----各电压等级额定电压

 ----最大持续工作电流

=

=

/

则：

10kV   

=38.675MVA/

×10KV

               =2.232KA

   35kV   

=27.448MVA/

×35KV

                =1.58KA

   110kV  

=68.494MVA/

×110KV

                 =3.954KA

4.2短路电流计算点的确定和短路电流计算结果

短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。

短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。

因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。

短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。

按三相短路进行短路电流计算。

可能发生最大短路电流的短路电流计算点有４个，即110KV母线短路（K1点），35KV母线短路（K2）点，10KV电抗器母线短路（K3点），0.4KV母线短路（K4点）。

计算结果:

当K1点断路时:

=5.58KA  

=14.2 

=8.43   

 =1111.4

当K2点断路时:

=1.85KA  

=4.7  

=2.8   

=120.2

当K3点断路时:

=38KA    

=96.7 

=57.4   

=691

当K4点断路时:

=1000KA  

=2542 

=1510   

=692.8

第5章开关设备的选择与校验

5.1电气设备选择的概述

由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。

但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。

电气设备选择的一般原则为：

1.应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展。

2.应满足安装地点和当地环境条件校核。

3.应力求技术先进和经济合理。

4.同类设备应尽量减少品种。

5.与整个工程的建设标准协调一致。

6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

技术条件：

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。

5.2断路器的选择

选择断路器时应满足以下基本要求：

1.在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。

2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。

3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。

3.应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。

考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无由化目标，且由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。

故在110KV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。

真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。

因而被大量使用于35KV及以下的电压等级中。

所以，35KV侧和10KV侧采用真空断路器。

又根据最大持续工作电流及短路电流得知如表5-2:

表5-2最大持续工作电流及短路电流表

电压等级

型号

额定电压

额定电流

动稳定电流

110kV

LW14-110

110KV

31500A

31.5

80KA

35kV

ZN23-35

35KV

1600

25

63KA

10kV

ZN-10

10KV

600A

8.7kA

5.3隔离开关的选择

隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。

选择隔离开关时应满足以下基本要求：

1.隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。

2.隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。

3.隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。

4.隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。

5.隔离开关的结构简单，动作要可靠。

6.带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。

又根据最大持续工作电流及短路电流得知如表5-3

表5-3最大持续工作电流及短路电流

电压等级

型号

额定电压

额定电流

动稳定电流

110kV

GW4-110G

110KV

1000A

80

35kV

GW4-35

35KV

1000A

50

10kV

GN8-10

10KV

600A

75

5.4互感器的选择

5.4.1电流互感器的选择

35kV以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，如回路中有变压器套管，穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资，减少占地。

110KV侧CT的选择

根据《设计手册》35KV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器常用L（C）系列。

出线侧CT采用户外式，用于表计测量和保护装置的需要准确度。

当电流互感器用于测量、时，其一次额定电流尽量选择得比回路中正常工作电流的1/3左右以保证测量仪表的最佳工作、并在过负荷时使仪表有适当的指标。

选择型号为LCWB6-110W型 如表5-3：

表5-3型号图

电压等级

型号

110kV

LCWB-6-110

35kV

LCZ-35

10kV

LMC-10

5.4.2电压互感器的选择

35～110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。

35-110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电式互感器，接在110KV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯，应尽量与耦合电容器结合。

统一选用电容式电压互感器。

35KV及以上的户外装置，电压互感器都是单相的出线侧PT是当首端有电源时，为监视线路有无电压进行同期和设置重合闸。

表5-4监视线路有无电压进行同期和设置重合闸

型号

额定电压（V）

二次绕组额定输出（VA）

电容量

载波耦

合电容

一次绕组

二次绕组

剩余电压绕组

0.5级

1级

高压

电容

中压

电容

YDR-110

110000/

100/

100

150VA

300VA

12.5

50

10

5.5母线选择及校验

选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容：

1.选择母线的材料，结构和排列方式；

2.选择母线截面的大小；

3.检验母线短路时的热稳定和动稳定；

4.对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；

5.对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。

110kV母线一般采用软导体型式。

指导书中已将导线形式告诉为LGJQ-150的加强型钢芯铝绞线。

根据设计要求，35KV母线应选硬导体为宜。

LGJ—185型钢芯铝绞线即满足热稳定要求，同时也大于可不校验电晕的最小导体LGJ—70，故不进行电晕校验。

本变电所10KV的最终回路较多，因此10KV母线应选硬导体为宜。

故所选LGJ—150型钢芯铝绞线满足热稳定要求，则同时也大于可不校验电晕的最小