精品110Kv变电站电气主接线设计毕业论文论文28831078.docx
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精品110Kv变电站电气主接线设计毕业论文论文28831078
摘要
根据设计任务书的要求，本次设计为11010kV广阳变电站电气主接线的初步设计，并绘制电气主接线图。
该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV、10kV两个个电压等级。
110KV电压等级采用双母线接线，10KV电压等级采用单母线分段接线。
本次设计中进行了电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号的选择和校验；主要设备继电保护设计，包括线路等元件的保护方式选择和整定计算。
本设计以《35～110kV变电所设计规范》、《常用供配电设备选择手册》、《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。
关键词：
变电站；电气主接线；变压器；设备选型；继电保护。
Abstract
Fromtheguideofengineeringdesignassignment,weprimarypower-systemof110kV、10KVsubstationanddrawmainelectricalone-linediagram.Therearetwomaintransformerinthesubstationinwhichmainelectricalconnectioncanbedividedintotwovoltagegrades:
110kV,10kV.Itdepositssectionalizedsinglebusbarschemepergrade.
Thereisalsoadesignformainelectricalconnectioninthisengineering,thecalculationforshort-circuitelectriccurrent,theselectionofelectricaldeviceandcalibration（includingcircuitbreaker,isolator,currenttransformer,potentialtransformer,busbaretc.）andthedesignfordistributioninstallationper.voltagegrade,directcurrentsystemandlightningprotectionisalsoincluded
Keywords:
transformersubstation;electricalmainwiring;transformer;equipmenttypeselection;protectiverelaying；
摘要Ⅰ
AbstactⅡ
1变电站电气主接线设计及主变压器的选择1
1.1主接线的设计原则1
1.1.1主接线的设计原则1
1.2主接线的设计3
1.2.1设计步骤3
1.2.2初步方案设计3
1.2.3最优方案确定4
1.3主变压器的选择5
1.3.1主变压器台数的选择5
1.3.2主变压器型式的选择5
1.3.3主变压器容量的选择6
1.3.4主变压器型号的选择6
1.4站用变压器的选择9
1.4.1站用变压器的选择的基本原则9
1.4.3站用变压器型号的选择9
2短路电流计算10
2.1短路计算的目的、规定与步骤10
2.1.1短路电流计算的目的10
2.1.2短路计算的一般规定10
2.1.3计算步骤10
2.2变压器的参数计算及短路点的确定11
2.2.1变压器参数的计算11
2.2.2短路点的确定11
2.3各短路点的短路计算12
2.3.1短路点d-1的短路计算（110KV母线）12
2.3.2短路点d-3的短路计算（10KV母线）13
2.3.4短路点d-4的短路计算14
2.4绘制短路电流计算结果表14
3电气设备选择与校验16
3.1电气设备选择的一般规定16
3.1.1一般原则16
3.1.2有关的几项规定16
3.2各回路持续工作电流的计算16
3.3高压电气设备选择17
3.3.1断路器的选择与校验17
3.3.2隔离开关的选择及校验21
3.3.3电流互感器的选择及校验22
3.3.4电压互感器的选择及校验26
3.3.5熔断器的选择27
3.4母线与电缆的选择及校验28
3.4.1材料的选择28
3.4.2母线截面积的选择28
3.4.310KV出线电缆的选择30
4无功补偿设计32
4.1无功补偿的原则与基本要求32
4.1.1无功补偿的原则32
4.1.2无功补偿的基本要求32
4.2补偿装置选择及容量确定33
4.2.1补偿装置的确定33
4.2.2补偿装置容量的选择33
致谢35
参考文献36
附录37
1变电站电气主接线设计及主变压器的选择
变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。
变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。
主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。
1.1主接线的设计原则
1.1.1主接线的设计原则
（1）考虑变电站在电力系统的地位和作用
变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。
变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。
（2）考虑近期和远期的发展规模
变电站主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行。
应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。
（3）考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响
对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。
（4）考虑主变台数对主接线的影响
变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。
通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。
而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。
（5）考虑备用量的有无和大小对主接线的影响
发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。
电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。
1.2主接线的设计
1.2.1设计步骤
电气主接线的设计，将分以下几步：
（1）拟定可行的主接线方案：
根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式和各类设备的选择等，并依据对主接线的要求，从技术和经济上论证各方案的优、缺点，保留2到3个技术上相当的较好方案。
（2）对较优方案进行经济计算。
（3）对较优全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。
（4）绘制最优方案电气主接线图，提供包括包括线路的原件的保护方式的选择和整定计算。
1.2.2初步方案设计
根据原始资料，此变电站有两个个电压等级：
11010KV，根据变电站与系统连接的系统图知，变电站出线回路数是110kv为本期两回、远期四回，10kv的出线输出回路是本期12回、远期36回，10kv开关布置室为24回，为保证供电可靠性，可装设两台三相三绕组主变压器，可见此变电站还应该具备扩建方便的特性。
为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下几种接线方案供最优方案的选择。
方案一：
110KV侧采用双母线接线，10KV侧采用单母分段接线，10kv侧开关布置室采用单母线分段接线。
方案二：
110KV侧采用单母分段接线，10KV侧采用单母分段接线，10kv侧开关布置室采用单母线分段接线。
方案三：
110kv侧采用双母线分段接线，10kv侧采用双母线接线，10kv侧开光布置室采用单母线分段接线。
方案四：
110kv侧采用双母线分段带旁母接线，10kv侧采用双母线接线，10kv侧开关布置室采用双母线接线。
分析可知：
从可靠性上，该变电站将为附近的高校进行供电，属于三级负荷，只需要单电源供电，可靠性要求可适当降低，减少投资，因此方案一和方案二为较优方案。
两种方案接线形式如下：
图1-1主接线方案一
图1-2主接线方案二
1.2.3最优方案确定
1.2.3.1技术比较
在初步设计的两种方案中，方案一：
110KV侧采用双母线接线；方案二：
110KV侧采用单母分段接线。
采用双母线接线的优点：
①系统运行、供电可靠；②系统调度灵活；③系统扩建方便等。
采用单母分段接线的优点：
①接线简单；②操作方便、设备少等；缺点：
①可靠性差；②系统稳定性差。
所以，110KV侧采用双母线接线。
在初步设计的两种方案中，方案一：
10KV侧采用单母分段接线；方案二：
10KV侧采用双母线接线。
由原材料可知，此为三级负荷，所以，10KV侧采用单母分段接线。
1.2.3.2经济比较
对整个方案的分析可知，在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及土建费用上，在运行灵活性上110KV侧远期增设两回线路、10KV侧远期增设24回线，由于单母线分段接线比双母线接线有更大大的灵活性，故110KV侧选择双母线接线，保障功率主要接受测的可靠性为主，并且提供了一定的扩建性，而10kv侧由于需求大的灵活性，且属于三级负荷，故选择单母线分段接线更加合适。
关于10KV侧开关室根据负荷等级和不具远期扩建性，选择单母线分段接线。
由以上分析，最优方案可选择为方案一，即110KV侧为采用双母线接线，10KV侧为单母分段接线。
其接线图见以上方案一。
1.3主变压器的选择
在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压，进行电力传输的重要任务。
确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。
因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。
1.3.1主变压器台数的选择
为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。
本设计变电站有本期将有两回110KV电源进线（远期为四回），且低压侧电源只能由这两回（远期为四回）进线取得，故可选择两台主变压器。
1.3.2主变压器型式的选择
1.3.2.1相数的确定
在330kv及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。
因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。
如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。
1.3.2.2绕组数的确定
在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。
1.3.2.3绕组连接方式的确定
变压器绕组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星接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。
我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。
35KV及以下电压，变压器绕组都采用角接。
1.3.2.4结构型式的选择
三绕组变压器在结构上有两种基本型式。
（1）升压型。
升压型的绕组排列为：
铁芯—中压绕组—低压绕组—高压绕组，高、中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。
（2）降压型。
降压型的绕组排列为：
铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。
（3）应根据功率传输方向来选择其结构型式。
变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。
1.3.2.5调压方式的确定
变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。
无励磁调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可带负荷调节，但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。
根据变电所变压器配置，应选用无载调压变压器。
1.3.3主变压器容量的选择
变电站主变压器容量一般按建站后5~10年的规划负荷考虑，因此此处应按3*50MVA=150MVA来考虑,并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷的50%~70%（35~110KV变电站为60%），或全部重要负荷（当Ⅰ、Ⅱ类负荷超过上述比例时）选择，由于此处为11010kv变电站，且为三类负荷，故考虑当其中一台停用时能满足最大负荷的0.6来考虑。
即
（1-1）
式中N——变压器主变台数
1.3.4主变压器型号的选择
Sjs=Ke（∑Pimaxcosφi）（1+α%）
Sjs----最大计算负荷（KVA）
Pimax----每个用户的最大负荷（KW）
Cosφi---功率因数
Ke----同时系数
α%----线损率（取为5%）
全所最大计算负荷：
Sjs∑=Ke'∑Sjs（10KV）
1.3.4.110KV线路负荷计算
表1-110KV负荷
名称
最大负荷（KW）
cosφ
回路数
化工厂
3500
0.85
1
铝厂
5000
0.85
2
医院
1500
0.85
2
氮肥厂
2000
0.85
1
印刷厂
1500
0.85
1
表格中各负荷间同时系数为0.85
Sjs=0.85*（35000.85+2*50000.85+2*15000.85+20000.85+15000.85）*（1+5%）=21（MVA）
1.3.4.235KV线路负荷计算
表1-235KV负荷
名称
最大负荷（KW）
COSΦ
回路数
火电厂一
8000
0.9
1
火电厂二
5000
0.9
1
表格中各负荷间同时系数为0.9
Sjs=0.9*（80000.9+50000.9）*（1+5%）=13.65（MVA）
1.3.4.3110KV级负荷计算
35KV各负荷与10KV各负荷间的同时系数为0.9
Sjs∑=0.9（21+13.65）=31.185（MVA）
所用电负荷计算
Sjs=（K1*∑P1+∑P2）
K1----所用动力负荷换算系数，一般取0.85
∑P1---所用动力负荷之和
∑P2---所用照明负荷之和
表1-3110kV变电站自用电负荷
类别
名称
容量（KW）
功率因数
安装台数
工作台数
备注
照明
主充电机
20
0.85
1
1
周期
照明
浮充电机
4.5
0.85
1
1
经常
动力
主变通风
0.15
0.85
32
32
经常
动力
蓄电池通风
2.7
0.85
1
1
经常
照明
检修、试验用电
15
0.85
1
1
经常
照明
载波通讯用电
1
0.85
1
1
经常
照明
屋内照明
5.2
0.85
1
1
经常
照明
屋外照明
4.5
0.85
1
1
经常
动力
生活水泵
4.5
0.85
2
2
周期
照明
福利区用电
1.5
0.85
1
1
周期
Sjs=0.85（0.15*32+2.7*1+4.5*2）+20+4.5+15+1+5.2+4.5+1.5=0.0653（MVA）
由上述计算结果可知：
10KV侧PLMAX=21（MVA）
35KV侧PLMAX=13.65（MVA）
高压侧PLMIN=0.6*（21+13.65）=20.79（MVA）
变电站用电负荷Pz为：
Pz=0.0653（MVA）
所以变电站最大负荷Smax为：
Smax=20.79+0.0653=20.9（MVA）
由以上计算，查《发电厂电气部分》选择主变压器型号如下：
表1-4主变压器型号及参数
型号及容量（KVA）
额定电压（KV）
连接组
损耗（KW）
阻抗电压（%）
空载电流（%）
空载
负载
高中
高
低
中低
高
中
低
SFSL
10122.5%
12122.5%
38.522.5%
3522.5%
10.5
YN,yn0,d11
38
125
10.5
17.5
6.5
1.1
1.4站用变压器的选择
1.4.1站用变压器的选择的基本原则
（1）变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适应；
（2）阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围内，站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的；
（3）变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率。
1.4.2站用变压器型号的选择
参考《发电厂电气部分》，选择站用变压器如下：
表1-5站用变压器型号及参数
型号
额定容量（KVA）
额定电压（KV）
连接组
损耗（W）
阻抗电压（%）
空载电流（%）
空载
短路
SC9-8010
80
10.50.4
Y,yn0
340
1140
4
2
2短路电流计算
2.1短路计算的目的、规定与步骤
2.1.1短路电流计算的目的
在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。
其计算的目的主要有以下几方面：
（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。
（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
例如：
计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。
（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。
2.1.2短路计算的一般规定
2.1.2.1、计算的基本情况
（1）电力系统中所有电源均在额定负载下运行。
（2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。
（3）短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。
（4）所有电源的电动势相位角相等。
（5）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。
对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。
2.1.2.2、接线方式
计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
2.1.3计算步骤
（1）选择计算短路点。
（2）画等值网络图。
①首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。
②选取基准容量Sb和基准电压Ub（一般取各级的平均电压）。
③将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。
④绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。
（3）化简等值网络：
为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd。
（4）求计算电抗Xjs。
（5）由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到Xjs=3.5）。
①计算无限大容量（或Xjs≥3）的电源供给的短路电流周期分量。
②计算短路电流周期分量有名值和短路容量。
2.2变压器的参数计算及短路点的确定
2.2.1变压器参数的计算
基准值的选取：
，取各侧平均额定电压
（1）主变压器参数计算
由表1.4查明可知：
U12%=10.5U13%=17.5U23%=6.5
U1%=0.5（U12%+U13%-U23%）=0.5（10.5+17.5-6.5）=10.75
U2%=0.5（U12%+U23%-U13%）=0.5（10.5+6.5-17.5）=-0.25<0所以U2%=0
U3%=0.5（U13%+U23%-U12%）=0.5（17.5+6.5-10.5）=6.75
电抗标幺值为：
X1=U1%100*SBSN=10.75100*10031.5=0.341
X2=U2%100*SBSN=-0100*10031.5=0
X3=U3%100*SBSN=6.75100*10031.5=0.214
（2）站用变压器参数计算
由表1.5查明：
X4=Ud%100*SBSN=4100*1000.08=50
（3）系统等值电抗
2.2.2短路点的确定
此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中110KV进线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点。
依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如下：
图2-1短路等值图
2.3各短路点的短路计算
2.3.1短路点d-1的短路计算（110KV母线）
网络化简如图2.2所示：
图2-2d-1点短路等值图
Xf1=Xs＝x0l（SjUj2）＝0.4×150×（）＝0.454
Xjs1=Xf1×SnSb=0.454×=4.54
因为Xjs1=4.54>3
所以I"*=I∞*=I0.2*=1Xjs1=14.54=0.22
Ib=Sb（√3×Ub）=100（√3×115）=0.502（KA）
In=Ib×SnSb=0.502×=5.02（KA）
I"=I∞=I0.2=I"*In=I∞*In=I0.2*In=0.22×5.02=1.1（KA）
ich=2.55×I"=2.55×1.1=2.8（KA）
ich=1.52×I"=1.52×1.1=1.672（KA）
S"=√3×I"×Un=√3×1.1×110=209.58（MVA）
2.3.2短路点d-2的短路计算（35KV母线）
网络化简为：
图2-3d-2点短路等值图
Xf2=Xs+（X1+X2）（X1+X2）=0.454+（0.341+0）（0.341+0）=0.6245
Xjs2=Xf2×SnSb=0.6245×=6.245
I"*=I∞*=
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