110kv降压变电站电气部分设计.docx
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110kv降压变电站电气部分设计
摘要...........................................................1
第一章原始资料及其分析..................................2
1.1原始资料....................................................2
1.2原始资料分析................................................3
第二章负荷分析..........................................4
2.1负荷分析的目的..............................................4
2.2待建变电站负荷计算..........................................5
第三章变压器的选择......................................6
3.1变电站主变压器的选择........................................6
3.2变压器类型的确定............................................8
3.3中性点的接地方式............................................9
第四章电气主接线.......................................10
4.1对电气主接线的基本要求.....................................10
4.2电气主接线的基本原则......................................11
4.3待建变电站的主接线形式.....................................12
第五章短路电流计算.....................................17
5.1短路电流计算的目的和条件...................................17
5.2短路电流的计算步骤和计算结果...............................18
第六章继电保护的配置...................................19
6.1保护原则...................................................19
6.2变电所继电保护配置.........................................21
第七章防雷及接地保护...................................23
7.1雷电的形式及防雷措施.......................................23
7.2接地的形式及作用...........................................24
结束语.........................................................25
致谢..........................................................26
参考文献.......................................................27
附录...........................................................28
摘要
本文为110kv降压变电站电气部分设计。
通过对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系统的主接线，然后又通过负荷计算供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法，计算负荷确定得是否正确无误，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
短路是电力系统中较常发生的故障。
短路电流直接影响电器的安全，危害主接线的运行。
为使电气设备能承受短路电流的冲击，往往需选用大容量的电气设备。
这不仅增加了投资，甚至会因开断电流不能满足而选不到符合要求的电气设备。
因此要求我们在设计变电站时一定要进行短路计算。
同时也确定了站用变压器的容量及型号，主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的选择依据除了依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，及系统联系的紧密程度。
另外主变选择的好坏对供电可靠性和以后的扩建都有很大影响。
从而完成了110kV变电站电气部分的设计。
关键词：
负荷计算，短路计算，变压器，继电保护
Inthispaper,thedesignof110kVsubstationelectricalpart.Throughthesummaryofthesubstationandoutletdirectiontoconsider,andthroughtheanalysisofthedataofload,security,economicandreliabilityconsiderations,determinedthe110kV,35kV,10kVsystemmainwiring,andthenthroughtheloadcalculationscopeofsupplyidentifiedmaintransformerunits,capacityandmodels,loadcalculationisthebasisandmethodofdesignandcalculationofpowersupply,loadcalculationdeterminedwhetheriscorrect,directlyaffectthechoiceofelectricalwireandcableiseconomicalandreasonable.Shortcircuitisacommonfaultinpowersystem.Shortcircuitcurrentdirectlyaffectsthesafetyoftheelectricalequipmentandtheoperationofthemainwiring.Inordertomakeelectricalequipmentwithstandtheimpactofshortcircuitcurrent,itisoftennecessarytouselargecapacityofelectricalequipment.Thisnotonlyincreasestheinvestment,andevencannotmeettherequirementsofthecurrentduetoopencurrentcannotmeettherequirementsoftheelectricalequipment.Itisthereforerequiredthatwemustcarryoutshort-circuitcalculationinthedesignofsubstation.Alsodefinethestationtransformercapacityandmodels,maintransformercapacityandunitsdirectlyinfluencethestructureofthemainwiringformsanddistributiondevice,itisthechoiceofbasisexceptonthebasisofdata,alsodependsonthetransmissionpowerofthesize,connectedtothesystemofclosedegree.Inaddition,thechoiceofthemaintransformerhasagreatinfluenceonthereliabilityofpowersupplyandthelaterexpansion.Thuscompletedthe110kVsubstationelectricalpartdesign.
Keywords:
loadcalculation,shortcircuitcalculation,transformer,relayprotection
第一章原始资料及其分析
1.1原始资料
待建变电站在输电线路的终端，接近负荷中心，高压侧为110KV，经降压后直接向所属地区供电。
因此，本变电站是按系统规划，为满足地方负荷的需要而建设的地区变电所。
电压等级
变电站的电压等级分别为110kV,35kV,10kV。
110kV：
2回
35kV：
7回
10kV：
12回
地形地质环境
站址选择在地势平坦地区，位于城郊结合部，交通便利，进出线方便，完全污染轻微，待设计变电站选在黄沙土地壤时：
电阻率不大于500。
待建变电站负荷数据（表1-1）
表1-1待建成变电站各电压等级负荷数据
电压等级
用电单位
最大负荷（kW）
功率因数
回路数
供电方式
线路长度（km）
35kV
市镇变1
6000
0.9
1
架空
15
市镇变2
7000
0.92
1
架空
8
煤矿变
4500
0.85
2
架空
10
化肥厂
4300
0.85
2
架空
7
砖厂
5000
0.85
1
架空
11
10kV
镇区变
1000
0.9
3
架空
5
机械厂
800
0.89
2
电缆
2
纺织厂1
700
0.89
1
电缆
3
纺织厂2
800
0.88
2
架空
7
农药厂
600
0.88
1
架空
4
面粉厂
700
0.9
1
架空
5
耐火材料厂
800
0.9
2
架空
2
注：
（1）35kV,10kV负荷功率因数均取cos
=0.9（无功补偿以后）
（2）负荷同时率：
35kVkt=0.910kVkt=0.85
（3）网损率为A%=5%
（4）站用负荷为50kW
1.2原始资料分析
机组停运
要设计的变电站由原始资料可知有110千伏，35千伏，10千伏三个电压等级。
待建变电站选择在地势平坦区为以后的扩建提供了方便。
初期投入两台变压器，当一台故障或检修时，另一台主变压器的容量应能满足该站总负荷的70%，并且在规定时间内应满足一、二级负荷的需要。
无功补偿
无功补偿的目的是系统功率因数过低，降低了发电机和变压器的出力，增加了输电线路的损耗和电压损失。
电力系统要求用户的功率不低于0.9，因此必须采取措施提高系统功率因数，目前提高功率因数的常用方法是装设电容器补偿无功。
计算得：
35kv侧：
Q35KV=15120kvar
10kv侧：
Q10KV=13230kvar
第二章负荷分析
2.1负荷分析的目的
负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法，计算负荷确定得是否正确无误，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
对供电的可靠性非常重要。
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，由此可见正确负荷计算的重要性。
负荷计算不仅要考虑近期投入的负荷，更要考虑未来几年发展的远期负荷，如果只考虑近期负荷来选择各种电气设备和导线电缆，那随着经济的发展，负荷不断增加，不久我们选择的设备和线路就不能满足要求了。
所以负荷计算是一个全面地分析计算过程，只有负荷分析正确无误，我们的变电站设计才有成功的希望。
2.2待建变电站负荷计算
由公式：
式中Sc——某电压等级的计算负荷
Kt
——同时系数
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
（1）35kV侧
S35KV=58.8MVA
（2）10kV侧
S10KV==48.6MVA
（3）站用电容量
S站=0.0525MVA
第三章变压器的选择
主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的选择依据除了依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，及系统联系的紧密程度。
另外主变选择的好坏对供电可靠性和以后的扩建都有很大影响。
总之主变的选择关系到待建变电站设计的成功及否，所以对主变的选择我们一定要全方面考虑。
既要满足近期负荷的要求也要考虑到远期。
3.1变电站主变压器的选择
变压器选择原则：
（1）在变电所中，一般装设两台主变压器；终端或分支变电所，如只有一个电源进线，可只装设一台主变压器；对于330kV、550kV变电所，经技术经济为合理时，可装设3-4台主变压器。
（2）对于330kV及以下的变电所，在设备运输不受条件限制时，均采用三相变压器。
500kV变电所，应经技术经济论证后，确定是采用三相变压器，还是单相变压器组，以及是否设立备用的单相变压器。
（3）装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事帮停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的60%以上，并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。
（4）具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但需装设无功补偿设备时，主变压器一般先用三绕组变压器。
（5）及两种110kV及以上中性点直接接地系统连接的变压器，一般优先选用自耦变压器，当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时，应根据无功功率的潮流情况，校验公共绕组容量，以免在某种运行方式下，限制自耦变压器输出功率。
（6）500kV变电所可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。
主变压器的阻抗电压（即短路电压），应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。
（7）对于深入负荷中心的变电所，为简化电压等级和避免重复容量，可采用双绕组变压器。
3.1.1主变台数的确定
由原始资料可知，待建变电站负荷大，出线多，所以考虑初期用两台大容量主变。
两台主变压器，可保证供电的可靠性，避免一台变压器故障或检修时影响对用户的供电。
随着未来经济的发展，可再投入一台变压器。
3.1.2主变压器容量的确定
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，主变压器应及城市规划相结合。
此待建变电站坐落在郊区，10kV主要给某开发区供电，35kV主要给下面乡镇及几个大企业供电。
考虑到开发区及其乡镇的发展速度非常快，所以我们选择大容量变压器以满足未来的经济发展要求。
确定变压器容量:
（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70%，即
=S∑70%=107.4×70%＝75.18（MVA）
（2）单台变压器运行要满足一级负荷的供电需要
一级负荷为0.9×（18+16+12+10+9+12）/0.9=77MVA
由于变压器允许过负荷10%，即过负荷以后容量至少大于77MVA
所以变压器的容量确定为75MVA
3.2变压器类型的确定
相数的选择
变压器的相数形式有单相和三相，主变压器是采用三相还是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。
一台三相变压器比三台单相变压器组成的变压器组，其经济性要好得多。
规程上规定，当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂用变电站，均选用三相变压器。
同时，因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，而不作考虑。
因此待建变电站采用三相变压器。
绕组形式
绕组的形式主要有双绕组和三绕组。
规程上规定在选择绕组形式时，一般应优先考虑三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比两台双绕组变压器都较少。
对深入引进负荷中心，具有直接从高压变为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。
三绕组变压器通常应用在下列场合：
（1）在发电厂内，除发电机电压外，有两种升高电压及系统连接或向用户供电。
（2）在具有三种电压等级的降压变电站中，需要由高压向中压和低压供电，或高压和重压向低压供电。
（3）在枢纽变电站中，两种不同的电压等级的系统需要相互连接。
（4）在星形-星形接线的变压器中，需要一个三角形连接的第三绕组。
本待建变电站具有110kV,35kV,10kV三个电压等级，所以拟采用三绕组变压器。
普通型和自耦型的选择
自耦变压器是一种多绕组变压器，其特点就是其中两个绕组除有电磁联系外，在电路上也有联系。
因此，当自耦变压器用来联系两种电压的网络时，一部分传输功率可以利用电磁联系，另一部分可利用电的联系，电磁传输功率的大小决定变压器的尺寸、重量、铁芯截面积和损耗，所以及同容量、同电压等级的普通变压器比较，自耦变压器的经济效益非常显著。
由于自耦变压器的结构简单、经济，在110kV级以上中性点直接接地系统中，应用非常广泛，自耦变压器代替普通变压器已经成为发展趋势。
因此，综合考虑选用自耦变压器。
3.3中性点的接地方式
电网的中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。
本变电站所选用的主变为自耦型三绕组变压器。
规程上规定：
凡是110kV-500kV侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地；主变压器6-63kV采用中性点不接地。
所以主变压器的110kV侧中性点采用直接接地方式，35kV，10kV侧中性点采用不接地方式。
综上所述和查有关变压器型号手册所选主变压器的技术数据如下表3-1：
表3-1变压器型号
型号及容量（kVA）
额定电压
高压/中压/低压（kV）
空载损耗（kW）
短路损耗（kW）
空载电流%
阻抗电压（%）
高中
高低
中低
SFPSZ7-75000/110
115/38.5/10.5
80
385
1.2
22.5
13
8
第四章电气主接线
电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电气系统的主要部分。
电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线。
由于本设计的变电站有三个电压等级，所以在设计的过程中首先分开单独考虑各自的母线情况，考虑各自的出线方向。
论证是否需要限制短路电流，并采取什么措施，拟出几个把三个电压等级和变压器连接的方案，对选出来的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案。
4.1对电气主接线的基本要求
对电气主接线的基本要求，概括地说包括可靠性、灵活性和经济性三方面
安全可靠是主接线的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
电气主接线的可靠性不是绝对的。
所以在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备的制造水平及运行经验等诸多因素。
灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活的进行运行方式的转换。
灵活性包括以下几个方面：
（1）操作的灵活性
（2）调度的灵活性
（3）扩建的灵活性
经济性
在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。
通常设计应满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。
经济性主要通过以下几个方面考虑：
一、节省一次投资。
如尽量多采用轻型开关设备等。
二、占地面积少。
由于本变电站占用农田所以要尽量减少用地。
三、电能损耗小。
电能损耗主要来源变压器，所以一定要做好变压器的选择工作。
另外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。
4.2电气主接线的基本原则
电气主接线的基本原则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、标准为准则，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各种技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就地取材，力争设备元件和设计的先进性及可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
4.3待建变电站的主接线形式
110kV侧
方案
（一）:
采用单母线接线如图4-1
图4-1
考虑到110kV侧有两条进线，因而可以选用单母线接线。
其优点：
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。
（3）调度不方便，电源只能并列运行，不能分裂运行，并且线路侧发生故障时，有较大的短路电流。
方案
（二）：
单母线分段如图4-2
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。
图4-2
方案（三）：
双母线接线如图4-3
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。
图4-3
对比以上三种方案，单母线接线供电可靠性、灵活性最差，不符合变电所的供电可靠性的要求；双母线接线供电可靠性高，但无旁路母线检修断路器时需要停电而且双母线接线复杂，使用设备多、投资较大；采用单母线分段带旁路的电气接线可将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；而且带旁路可以在检修断路器时对用户进行供电。
故经过综合考虑采用方案
（二）。
35kV侧
方案
（一）:
采用单母线接线
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
升级会员 