110KV变电站电气二次部分初步方案设计书.docx
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110KV变电站电气二次部分初步方案设计书
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
本科毕业设计
论文题目110kv变电站电气二次部分初步设计
学生姓名陶杰
学号073522008
所属院部电子与信息工程学院
专业电气工程及其自动化
班级电气2班
指导教师孟鹏
2011年5月
摘要
本次设计任务旨在体现对本专业各科知识的掌握程度，同时检验本专业的学习结果。
首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。
从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，做出线路保护，变压器保护，母线保护，防雷保护。
从而完成了110kV电气二次部分的设计。
关键词：
电力系统，短路电流，继电
ABSTRACT
Designthetaskthistimeisaimatintensityofmasteringofeverysubjectknowledgeofthisreflecting,andoftestthisstudyresult.first,analyzethetendofloaddepartmentaccordingtoallparameterofloadaboutsystemandcircuitontaskbook.Itexpoundsthenecessitytothissituationfromtherespectofincreasingload.Thenthroughtothegeneralizationofplanningtobuildthetransformersubstationandtheanalysisoftheloadmaterials,safe,economyanddependabilityareconsidered,hasconfirmedthemainlywiringformof110kv,35kv,10kv.CalculatedandsuppliedpowerintherangeandconfirmedTVstation'snumberofthemainvoltagetransformerthroughloadfinally,capacityandtype,capacityandtypeofusingthevoltagetransformerstandsurelyatthesametime,finally,theresultofcalculationofcalculatingthatandshortoutaccordingtotheelectriccurrentoflargestlastingjob,makethecircuittoprotect,thevoltagetransformerisprotected,thebusbarisprotected,preventthethunderfromprotecting.Thusfinishedelectricdesignsoftheparttwotimesof110kv
KeyWords：
Powersystem；shortoutintheelectriccurrent；relayprotection
1绪论1
2变电站的分析与设计3
2.1变电站的总体分析3
2.2变电站的负荷分析4
2.2.1Ⅰ、Ⅱ类负荷分析5
3主变压器的选择及主接线选择7
3.1主变压器的选择7
3.1.1主变容台数的选择7
3.1.2主变容量选择7
3.1.3主变容量选择原则7
3.1.4主变台数的选择原则8
3.1.5主变容量和台数选择计算8
3.1.6绕组数和绕组连接方式的选择8
3.1.7全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决8
3.1.8主变压器的冷却方式10
3.2电气主接线设计11
3.2.1电气主接线的设计要求11
3.2.2主接线选择原则11
3.2.3电气主接线形式的确定12
4短路电流的计算18
4.1短路的概念及路电流的种类18
4.1.1短路的概念18
4.1.2短路电流的暂态过程和短路电流种类18
4.2短路电流的计算19
4.3在最大运行方式下的短路电流22
4.4短路电流计算结果29
5线路保护30
5.1电力系统继电保护的作用30
5.1.1电力系统继电保护的基本任务32
5.1.2对继电保护的基本要求32
5.2输配电线保护32
5.3线路末端短路电流33
5.4线路保护整定34
5.4.135kv侧线路保护整定34
5.4.210kv侧线路保护整定34
6变压器的保护36
6.1变压器装设的保护36
6.1.1变压器装设的保护种类36
6.2变压器保护的整定方法37
6.2.1变压器电流速断保护37
6.2.2变压器纵联差动保护37
6.2.3变压器后备保护38
6.2.4变压器过负荷保护38
6.2.5变压器过电流保护38
6.3变压器差动保护整定计算39
6.4变压器最大运行方式下10kv侧的短路电流40
6.5纵差保护的整定计算43
6.6变压器过流保护整定计算45
7母线保护48
7.1简介48
7.2母线的保护方式48
7.3双母线同时运行时母线保护50
8防雷保护和接地设计51
8.1直击雷保护51
8.1.1保护对象51
8.1.2保护措施51
8.1.3避雷针装设应注意的问题51
8.2雷电侵入波保护51
8.2.1保护措施51
8.2.2避雷器的设置52
8.2.3变电站的保护52
总结54
致谢55
参考文献56
附录1电气主接线图57
附录2变压器保护原理图58
附录3线路电流保护59
一绪论
电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。
由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分。
所以输送和分配电能是十分重要的一环。
变电站使电厂或上级电站经过调整后的电能书送给下级负荷，是电能输送的核心部分。
其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。
若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。
可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。
因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。
变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。
这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。
变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户的中间环节。
变电站有升压变电站和降压变电站两大类。
升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。
将压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。
这里所设计得就是110KV降压变电站。
它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。
变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。
这对于保护下级各负荷是十分有利的。
这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。
工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。
生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。
可见，变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。
由于本地区经济发展的需要电力供不应求的情况下，为了适应本地区经济的发展要在本地区建设110kV变电站。
具体要求如下：
本电力系统应包括变电，配电以及相应的通信、安全自动、继电保护、调度自动化等设施。
在国家发展计划的统筹规划下，合理的开发资源，用最少的资金为国民经济各部门及人民生活提供充足、可靠、合格的电能。
本次设计的变电站为110KV变电站，其下级负荷为35KV级乡镇企业、农业和10KV级工业及其它负荷。
这些负荷不仅包括水泥厂、开关厂等工业部门，也有政府、市区等非工业部门。
他们对供电的要求不同。
依照先行的原则，依据远期负荷发展本设计该变电所，本变电站主要任务是把110KV变成35kV和10kV电压供周边城乡使用。
尤其对本地区大用户进行供电，改善提高供电水平，提高了本地供电质量和可靠性。
现在，随着大电网系统的建设，输电的电压等级越来越高，这一方面使降低损耗的需要，另一方面也是工业生产等负荷发展的需要。
我国目前广泛采用的输电等级有110KV、220KV等级别，还有500KV级的输电线路也在迅速发展，所以110KV级的变电站在电力系统中的应用也十分广泛。
并且伴随电力系统中所用电气元件产品诸如断路器、继电器、隔离开关等性能指标的提高，变电站的功能也会越来越完善，可靠性也会得到很大的提高。
二变电站的分析与设计
变电站的总体分析
电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。
随着社会的发展，电能被日益广泛的应用于工农业生产以及人民的日常生活中。
电能可以方便的转化为期他形式的能源，例：
机械能、热能、光能、磁能等，并且电能的输送和分配易于实现，可以输送到需要它的人和工作场所和生活场所。
电能的应用规模也很灵活以电能作为动力，可以促进工农业的机械化和自动化。
保证产品质量大幅度提高劳动生产率。
同时提高电气化程度以电能代替其它形式的能源，是节约能源消耗的一个重要的途径。
为了满足市区生产和生活的供电要求，决定要在YB市新建一所110KV降压变电站。
变电站的站址选择靠近公路，有良好的交通运输条件，同时也为变电站职工的生活提供了方便。
变电站所处区域地势平坦、土质为黏土，海拔200M，地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊宽阔，有利于线路架设和电气设备的安装，全线为黄土层带。
地耐力为2.4，天然容重r＝2，内擦角＝，土壤电阻率为小于100欧·M，变电所保护地下水位低，水质良好，无腐蚀性。
有利于变电站的经济运行，另外，也降低对防雷保护装置的要求。
气象条件：
年最高气温＋40c，年最低气温－20，年平均气温＋15，最热月平均最高气温＋32，最大复水厚度b=10mm，最大风速25m/s。
变电站选址避开了大气严重污秽和严重盐雾地区及冬季主导风向的影响，即避开了工业电力负荷，如化肥厂、纺织厂、水泥厂、柴油机厂等污染企业的影响。
此外，这些电力负荷位于变电站的北部和南部，变电站设在污染源的下风口（冬季主导风向为西北风），受到轻微污染，影响电力系统的运行性能。
变电站东部没有重要的电力负荷，这为进出线提供了广阔的线路走廊，还有利于变电站的扩建，另外，变电站选址还考虑了变电站与附近设施的影响。
因此，若变电站选址不当，必将影响企业供电系统的主接线方式，电网的损失及投资的大小，还可能引起电力倒流，甚至产生更严重的后果。
根据电力系统规划，本变电所的规模如下:
电压等级：
110/35/10KV
线路回数：
110KV近期2回，远景发展2回。
35KV近期4回。
10KV近期9回，远景发展2回。
该变电所位于YB市郊东南郊，交通便利，变电所的西边为10KV负荷密集区，主要有棉纺厂、食品厂、印染厂、针织厂、柴油机厂、毛纺厂及部分市区用电。
变电所以东主要有35KV的水泥厂、化肥厂及市郊其它用电。
图1－1系统接线简图
变电站的负荷分析
根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，即一级负荷、二级负荷、三级负荷。
等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。
如果停电，一级负荷将造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染对工厂将造成经济上的巨大损失，如重要的大型的设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响。
二级负荷会造成较大的经济损失，如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产；还可能引起社会秩序混乱或较严重的政治影响。
三级负荷造成的损失不大或不会造成直接经济损失。
由此可知，供电的稳定性直接影响经济的发展，负荷等级不同，对供电的要求也不相同：
对于一级负荷，必须有二个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。
对特别重要的一级负荷应该由二个独立电源点供电。
对于二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电。
对于三级负荷，一般只需一个电源供电。
对于110KV侧，有市甲线、市系线，通过甲变电站、乙变电站和S、SII相连，构成了电力系统环网。
如果有任何一条线路发生故障，会直接影响电力系统环网运行的稳定性。
由于各条线路的最大穿越功率不同，对电力系统造成的破坏程度也有所不同。
但是，它们都会影响变电站的稳定运行，电能质量下降，导致变电
站变压器容量在三相不平衡负荷下运行，产生谐波电流，造成严重的后果。
表2—135kv负荷分析
电压
等级
负荷
名称
最大负荷（MW）
负荷组成（﹪）
自然
功率
（h）
线长
（km）
近期
远景
一
二
35
kv
郊一
5.8
7.2
5
30
0.9
12
郊二
6
8.4
5
30
0.9
16
水泥厂1
4.6
5.8
15
30
0.9
20
水泥厂2
4.6
5.8
15
30
0.9
20
Ⅰ、Ⅱ类负荷分析
＝
＝27.048MVA
＝（2.8＋3.27＋2.4＋2.4+2.8+2.4）1.050.92
＝10.5MVA
＝
在35KV负荷中一、二类负荷比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短产品质量下降和一定的经济损失.因此要尽可能保证其供电可靠性。
表2-210KV负荷分析
电压
等级
负荷
名称
最大负荷（MW）
负荷组成（﹪）
自然功率
（h）
线长
（km）
近期
远景
一
二
10kv
棉纺厂1
4.8
6
20
40
0.75
6000
3.5
棉纺厂2
4.8
6
20
40
0.75
6000
3.5
印染厂1
3.6
9.6
30
40
0.78
6000
4.5
印染厂2
3.6
4.8
30
40
0.78
6000
4.5
毛纺厂
2.4
4.8
20
40
0.75
6000
2.5
针织厂
2.4
3.6
20
40
0.75
6000
1.5
橡胶厂
2.4
3.6
30
40
0.72
6000
3
市区1
3.6
4.8
20
40
0.8
6000
2
市区2
3.6
4.8
20
40
0.8
6000
2
备用1
3.6.
0.78
备用2
3.6
0.78
在10KV负荷中，印染、毛纺厂、针织厂、棉纺厂、橡胶厂、市区一、二、三类负荷比较大；若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，对市区医院则造成不良政治和社会影响，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，必须保证其供电可靠性。
三主变压器的选择及主接线选择
主变压器的选择
主变容台数的选择
（1）对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。
（2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。
（3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。
变压器的容量、台数直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。
它的确定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统5—10年的远景发展计划，输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的紧密程度等因素，进行综合分析与合理的选择。
主变容量选择
根据“35～110KV变电所设计规范”主要变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。
在有一、二级负荷变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。
装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60％的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。
具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器的15％以上，主要变压器宜采用三线圈变压器。
由于我国电力不足、缺电严重、电网电压波动较大。
变压器的有载调压是改善电压质量、减少电压波动的有效手段。
对电力系统，一般要求110KV及以下变电所至少采用一级有载调压变压器，因此城网变电所采用有载调压变压器的较多。
主变容量选择原则
（1）主变容量选择一般应按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。
（2）根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主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、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60％。
（3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。
（主要考虑备用品，备件及维修方便）
主变台数的选择原则
（1）对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。
（2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。
（3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。
（4）在有一级，二级负荷的变电站中，应该装设两台主变电压器。
当技术经济比较合理时主变压器的台数也可以多于两台。
如果变电站可由中、低压侧电力网中取得足够能量的备用电源时，可以装设一台主变压器。
（5）装设两台及其以上主变压器的变电站中，当断开一台时，其余主变压器的容量应保证用户一级负荷和部分二级负荷（一般不应小于主变压器容量的60%）。
具有三种电压等级的变电站中，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到主变压器容量的15%时，主变电压器宜采用三绕组变压器。
主变容量和台数选择计算
（1）35KV中压侧：
其出线回路数为4回，,结合“1.2变电站的负荷分析”35kv负荷情况分析表3－1知：
＝
＝27.048MVA
（2）10KV低压侧：
由于其出线回路数共12回，故可取Kt=0.85,结合10kv负荷情况分析可知：
＝0.851.05（
＝0.851.05（8＋8＋6.15＋6.15＋6.4＋4.8+5+6+6+4.615+4.615）
＝58.664MVA
则三绕组变压器的计算容量：
因此，选择两台50MVA的变压器。
校验：
（1）
（2-1）>
满足一台停运时另一台不小于全部容量的60％。
＝31.8MVA
（2）
（2-1）>
也满足一台停运时另一台满足全部一、二类负荷。
综上所述，最终确定为SFSZ7—50000/110型变压器。
绕组数和绕组连接方式的选择
参考《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：
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，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。
故YB市郊变电所主变选择三绕组变压器。
参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：
变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。
电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种，而且为保证消除
三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要选择的连接方式。
对于110KV变电所的35KV侧也采用的连接方式，而6-10KV侧采用△型的连接方式。
故YB市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为：
。
全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决
在110KV及以上的中性点直接接地系统中，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侧为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。
主变压器的冷却方式
根据主变压器的型号有：
自然风冷式、强迫油循环风冷式、强迫油循环水冷式、强迫导向油循环式等。
然而自然风冷却适用于7.5MVA以下小容量变压器。
容量大于10MVA的变压器采用人工风冷。
从经济上考虑，结合本站选用50MVA的变压器，应选用强迫空气冷却。
表3-1SFSZ7-50000/110系列电力变压器主要技术参数
型号
额定
容量（KVA）
额定电压（KV）
连接组别
阻抗电压（%）
空载电流（%）
损耗
（KW）
高
压
中
压
低
压
高低
高
中
中低
空
载
负载
SFSZ7-50000/110
50000
110±8×1.25%
38.5±2×
2.5%
10.5
YNyn0d11
18
10.5
6.5
1.3
71.2
250
=11
=-0.5
=7
（记为0）
电气主接线设计
电气主接线的设计要求
变电所主接线设计是电力系统总体设计的组成部份。
变电所主接线形式应根据变电所在电力系统中的地位、作用、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求。
主接线设计的基本要求为：
（1）供电可靠性。
主接线的设计首先应满足这一要求；当系统发生故障时，要求停电范围小，恢复供电快。
（2）适应性和灵活性。
能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化；改变运行方式时操作方便，便于变电所的扩建。
（3）经济性。
在确保供电可靠、满足电能质量的前提下，要尽量节省建设投资和运行费用，减少用地面积。
（4）简化主接线。
配网自动化、变电所无人化是现代电网发展必然趋势，简化主接线为这一技术全面实施，创造更
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