FS市110KV降压变电所设计说明.docx

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FS市110KV降压变电所设计说明

课程设计名称:

FS市110KV降压变电所设计

（全屋GIS配电装置）

:

学号:

专业:

电气工程与其自动化

组员:

指导老师:

王瑞霞

地方降压变电所系统设计

摘要：

国城乡工业农业发展迅猛，对电力的需求也日益增加，各地也相应建立了许多输变电系统以供需求。

本次设计是110地方降压变电所的设计，该变电所是一个地区性重要的降压变电所，它主要承担220KV110kV与10kV三个电压等级功率的交换，把接受功率全部送往110kV与10kV侧线路。

本次所设计的变电所是枢纽变电所，全所停电后，将影响整个地区以与下一级变电所的供电。

我主要负责电气总平面设计、编写说明书、绘图。

关键词：

变电所、电气总平面、电气总接线

第一章.设计任务：

1.1设计容要求：

1.主变容量以与台数选择。

2.电气主接线设计。

（方案比较，2-3个方案进行比较，最终确定一个最佳方案。

）

3.短路电流计算以与设备选择。

4.屋外配电装置设计。

5.防雷保护以与接地系统的设计。

1.2阶段完成时间：

2012.9.7—2012.9.14变电所电气主接线的确定

2012.9.7—2012.9.14完成短路电流计算，电气设备选择以与变压器设备容量和台数的选择；

2012.9.14—2012.9.16完成变电所屋外配电装置的确定，防雷保护以与地网设计；

2012.9.16—2012.9.17撰写论文，绘制图纸；

1.3原始数据和参考资料：

原始资料：

1.电压等级：

220/110/10KV

2.出线回路数：

220KV侧：

2回（架空线）；

110KV侧：

近2回（架空线）；

10KV侧：

近16回，远景发展2回（架空线）。

1.4地址条件：

图一：

地理位置示意图

第二章负荷计算和无功功率补偿

2.1负荷分类与定义

（1）一级负荷：

中断供电将造成人身伤亡或重大设计破坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失属于一级负荷。

一级负荷要求有两个独立电源供电。

（2）二级负荷：

中断供电将会造成设计局部或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。

二级负荷应有两回线供电。

但当两回线路有困难时，如边远地区，允许有一回专用架空线路供电。

（3）三级负荷：

不属于一级和二级的一般电力负荷。

三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回路供电。

2.2负荷计算

10KV侧负荷大小

近期：

∑P=10+0.8+4+1.5+1.2+2.5+3.5+1.3+0.4+1.5+1.2=27.9MW

∑Q=0.8*0.88+1.2*0.802+（4+1.5+2.5+3.5+1.3+0.4+1.5+1.2）*0.75=13.5274VAR

∑S=（27.9*27.9+13.5274*13.5274）1/2=31.006MW

考虑同时系数时的容量：

∑S‘=0.85*31.006=26.3555MW

远景：

∑P=1.5+6+3+3+4+5+2+1+2.5+2+1+1=32MW

∑Q=1.5*0.88+3*0.802+（6+3+4+5+2+1+2.5+2+1+1）*0.75=24.405VAR

∑S=40.244MW

考虑同时系数时的容量：

∑S‘=0.85*40.244=34.21MW

第三章变电所主变压器的选择和主结线方案的选择

3.1主变的台数确定

对于大城市郊区的一次变电所，在低压侧构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。

此设计中的变电所符合此情况，因此选择两台变压器可满足符合要求。

3.2主变容量的确定

（1）主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20负荷发展。

对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

（2）根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器容量。

对于有重要负荷的变电所，应考虑到一条主变压器停运时，其余变压器再设计过负荷能力后的允许时间，应保证用户的一级和二级负荷：

对一般性变电所，当一台主变器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%~80%。

由以上规程可知，此变电所单台主变容量为：

近期：

S=∑S‘*0.7=18.449MVA

远景：

S=0.7*∑S‘=23.947MVA

所以选择31.5MVA的主变压器

3.3主变相数选择

（1）主变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件，可靠性要求与运输条件等因素。

（2）当不受运输条件限制时，在330KV与以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。

社会日新月异，变压器的制造，运输等等已不成问题，所以变电所的主变采用三相变压器。

3.4主变绕组数选择

一般情况下宜采用三绕组变压器

3.5主变绕组连接方式

变压器的连接方式必须和系统的电压相位一致，负责不能并列运行。

电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△，高压侧和低压侧分开讨论。

我国110KV与以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35KV与以下电压，变压器都采用△连接。

由以上可知，变电站110KV侧采用Y0连接

10KV侧采用△接线。

3.6主变中性点的接地方式

选择电力网中性点接地方式是一个综合问题。

它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全与对通信线路的干扰。

主要的接地方式有：

中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。

电力网中性点的接地方式，决定了变电器中性点的接地方式。

电力网中性点的接地方式。

电力网中性点接地与否，取决于主变压器中性点运行方式。

10KV系统：

IC≤30A（采用中性点不接地的运行方式）

所以在本设计中110KV采用中性点直接接地方式

10KV采用中性点不接地方式。

3.7主变的调压方式

调压方式变压器的电压调整使用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器比来实现的。

切换方式有两种：

不带电切换，成为无励磁调压，调压围通常在-5%~~+5%以，另一种带负荷切换，成为有载调压，围可达-30%~~+30%。

对于110与以下的变压器，已考虑至少一级电压的变压器采用有载调压。

所以，此变电所的主变压器采用有载调压。

3.8变压器冷却方式选择

主变一般的冷却方式有：

自然风冷却；强迫循环风冷却；强迫油循环水冷却；强迫、导向油循环冷却。

小容量变压器一般采用自然风冷却。

大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。

故变电所的主变采用油循环冷却方式。

3.9对电气主接线的基本要求

变电所主接线选择的主要原则有以下几点

1.供电可靠性如何保证可靠地不断地向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务这是第一个基本要求。

2.灵活性其含义是电气主接线能适应各种运行方式包括正常、事故和检修运行方式并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时不影响其他回路继续运行灵活性还应包括将来扩建的可能性。

3.操作方便、安全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.经济性。

即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。

根据以上的基本要求对主接线进行选择。

3.10110kV侧接线选择

3.10.1方案

（一）单母线分段接线

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。

3.10.2方案

（二）桥形接线

110kV侧以双回路与系统相连而变电站最常操作的是切换变压器而与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换因此可采用桥式线这也有利于以后变电站的扩建。

优点：

高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。

缺点：

可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。

3.10.3方案（三）双母线接线

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，投资大。

（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。

综上所述：

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。

对比以上三种方案,从经济性、可靠性等多方面因素考虑最佳设计方案为方案

（一）。

具有一定的可靠性和可扩展性，而且比双母线投资小。

3.1110kV侧接线选择

3.11.1方案

（一）：

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。

3.11.2方案

（二）：

单母线分段接线

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。

3.11.3方案（三）：

分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段

优点：

有较大的可靠性和灵活性，且检修断路器时合出线不中断供电。

缺点：

投资增大、经济性能差。

3.12主接线设计图

第四章短路电流的计算

4.1计算各回路电抗

（取基准功率Sd=100MVAUd=Uav）

根据前所选择变压器各参数得

X1＝X2＝ｘL

＝0.4×50×

＝0.151

X3＝X6＝1/200×（UK12%＋UK31%－UK23%）

＝1/200×（17.5＋10.5－6.5）×

＝0.341

X4＝X7＝1/200×（UK12%＋UK23%－UK31%）

＝1/200×（17.5＋6.5－10.5）×

＝0.214

X5＝X8＝1/200×（UK23%＋UK31%－UK12%）

＝1/200×（6.5＋10.5－17.5）×

＝－0.0079≈0

X9＝ｘL

＝0.4×12×

＝0.351

查火电厂设备有关资料《电力系统课程设计与毕业设计参考资料》可得

变压器：

SN＝16MVA；UK%＝8

汽轮机（QF2－12－2）：

SN＝12MW；cosφ＝0.8；ｘ

＝0.1133

X10＝

＝

×

＝0.50

X11＝ｘ

＝0.1133×

＝0.76

因为两台变压器型号完全一样，其中性点电位相等，故等值电路图可化简为如图所示：

X12＝X1／2＝0.151／2＝0.0755

X13＝X3／2＝0.341／2＝0.171

X14＝X4／2＝0.214／2＝0.107

X15＝X9＋X10＋X11＝0.355＋0.5＋0.76＝1.615

4.2计算各点短路点的最大短路电流

当K１点短路时

（a）、对于110kV系统电源（无穷大容量）

XΣ*＝X12＝0.0755

I”*＝IS∞*＝1／XΣ*＝1／0.0755＝13.245

短路次暂态电流：

I”S＝IS∞＝I”S*Id＝13.245×

＝6.65（kA）

短路冲击电流：

ish.S＝2.55I”S＝2.55×6.65＝16.96（kA）

（b）、对于火电厂侧电源

XΣ*＝X13＋X14＋X15＝0.171＋0.107＋1.615＝1.893

Xca*＝XΣ*

＝1.893×

＝0.284

查短路电流运算曲线[

（一）t=0]，得I”*＝3.8

I”G＝I”*

＝3.8×

＝0.286（kA）

短路冲击电流：

ish.G＝2.55I”G＝2.55×0.286＝0.729（kA）

（c）、由此可得K1点

总次暂态电流：

I”Σ＝I”S＋I”G＝6.65＋0.286＝6.936（kA）

总冲击电流：

ishΣ＝ish.S＋ish.G＝16.96＋0.729＝17.689（kA）

当K2点短路时

（a）、对于110kV系统电源（无穷大容量）

XΣ*＝X12＋X13＋X14＝0.0755＋0.171＋0.107＝0.3535

I”*＝IS∞*＝1／XΣ*＝1／0.3535＝2.829

短路次暂态电流：

I”S＝IS∞＝I”S*Id＝2.829×

＝4.414（kA）

短路冲击电流：

ish.S＝2.55I”S＝2.55×4.414＝11.2557（kA）

（b）、对于火电厂侧电源

XΣ*＝X15＝1.615

Xca*＝XΣ*

＝1.615×

＝0.242

查短路电流运算曲线[

（一）t=0]，得I”*＝4.6

I”G＝I”*

＝4.6×

＝1.076（kA）

短路冲击电流：

ish.G＝2.55I”G＝2.55×1.076＝2.744（kA）

（c）、由此可得K2点

总次暂态电流：

I”Σ＝I”S＋I”G＝4.414＋1.076＝5.49（kA）

总冲击电流：

ishΣ＝ish.S＋ish.G＝11.2557＋2.744＝14.0（kA）

当K3点短路时

（1）、对于110kV系统电源（无穷大容量）

XΣ*＝X12＋X13＝0.0755＋0.171＝0.2465

I”*＝IS∞*＝1／XΣ*＝1／0.2465＝4.057

短路次暂态电流：

I”S＝IS∞＝I”S*Id＝4.057×

＝22.308（kA）

短路冲击电流：

ish.S＝2.55I”S＝2.55×22.308＝56.8854（kA）

（2）、对于火电厂侧电源

XΣ*＝X14＋X15＝0.107＋1.615＝1.722

Xca*＝XΣ*

＝1.722×

＝0.258

查短路电流运算曲线[

（一）t=0]，得I”*＝4.2

I”G＝I”*

＝4.2×

＝3.464（kA）

短路冲击电流：

ish.G＝2.55I”G＝2.55×3.464＝8.833（kA）

（3）、由此可得K3点

总次暂态电流：

I”Σ＝I”S＋I”G＝22.308＋3.464＝25.772（kA）

总冲击电流：

ishΣ＝ish.S＋ish.G＝56.8854＋8.833＝56.7184（kA）

第五章二次回路方案的选择和继电保护整定

5.1二次回路方案选择

1）二次回路电源选择

二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。

考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。

这里采用交流操作电源。

2）高压断路器的控制和信号回路

高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。

结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。

3）电测量仪表与绝缘监视装置

这里根据GBJ63-1990的规要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。

（1）10KV电源进线上：

电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。

（2）变电所每段母线上：

装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。

（3）电力变压器高压侧：

装设电流表和有功电能表各一只。

（4）380V的电源进线和变压器低压侧：

各装一只电流表。

（5）低压动力线路：

装设电流表一只。

4）电测量仪表与绝缘监视装置

在二次回路中安装自动重合闸装置、备用电源自动投入装置。

5.2继电保护的整定

继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性与灵敏性。

由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。

对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。

型号都采用GL-25/10。

其优点是：

继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。

此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。

1）变压器继电保护

变电所装有两台10/0.4

800

的变压器。

低压母线侧三相短路电流为

，高压侧继电保护用电流互感器的变比为100/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。

下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。

第六章变压所的防雷保护

6.1防雷装置意义

雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。

下面分情况对防雷装置进行选择。

6.2直击雷的防治

根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。

在进线段的1km长度进行直击雷保护。

防直击雷的常用设备为避雷针。

所选用的避雷器：

接闪器采用直径

的圆钢；引下线采用直径

的圆钢；接地体采用三根2.5m长的

的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。

6.3雷电侵入波保护

由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。

对变电所来说，雷电侵入波保护利用阀式避雷器以与与阀式避雷器相配合的进线保护段；为了其部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置安放阀式避雷器。

6.4变电所公共接地装置的设计

（1）接地电阻的要求按表9-23，本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：

且

式中

因此公共接地装置接地电阻应满足

（2）接地装置的设计采用长2.5m、

50mm的镀锌钢管数，按式（9.24）计算初选16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排），管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。

管间用

的镀锌扁钢焊接相连。

变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地线与室外公共接地装置焊接相连。

接地干线均采用采用

的镀锌扁钢。

变电所接地装置平面布置图如附录1所示。

接地电阻的演算：

满足

的要求。

第七章电气总平面布置（本人完成部分）

7.1电气总平面布置的要求

1、充分利用地形，方便运输、运行、监视和巡视等；

2、出线布局合理、布置力求紧凑，尽量缩短设备之间的连线；

3、符合外部条件，安全距离要符合要求。

7.2电气总平面布置

本变电所主要由屋外配电装置，主变压器、主控制室、调相机补偿装置与10KV屋配电装置和辅助设施构成，屋外配电装置在整个变电所布置中占主导地位，占地面积大，本所有220kV、110kV各电压等级集中布置，将220kV配电装置布置在北侧，110kV配电装置布置在西侧，这样各配电装置位置与出线方向相对应，可以保证出线顺畅，避免出线交叉跨越，两台主变位于电压等级配电中间，以便于高中低压侧引线的连接，便于运行人员监视控制，主控制楼布置在10kV屋配电装置并排在南侧，有利于监视220kV配电装置与主变压器。

7.2.1、220kV高压配电装置

采用屋外普通中型布置，断路器单列布置，中间共有14个间隔，每个间隔宽度为14米，近期出线5个间隔，远期出线3个间隔，两个连线间隔，母联和旁路断路器各一个间隔，电压互感器和避雷器共占一个间隔。

7.2.2、110kV高压配电装置

110kV同样采用屋外普通中型单列布置，它共有16个间隔，近期出线10个间隔，远期没有，每台主变进线各占一个间隔，电感互感器与避雷器各占一个间隔，母联和旁路断路器各占一个间隔，每个间隔宽度为8米。

7.2.3、道路

因设备运输和消防的需要，主控楼、主变220kV、110kV侧配电装置处铺设环形行车道路，路宽4米，“丁”型、“十”字路口弧形铺设，各配电装置主母线与旁母之间道路宽3米，为方便运行人员操作巡视检修电器设备，屋外配电装置设0.8~1米环形小道，电缆沟盖板也可作为部分巡视小道，行车道路弧形处转弯半径不应小于7米。

为了便于更好的直观的了解变电所的地理位置与厂房布置，在设计中引用了电气平面布置符号说明，见表7-3:

表7-3电气平面布置符号说明

名称

符号

断路器

隔离开关

变压器

电流互感器

支柱绝缘子

道路

7.3电力系统接线简图：

7.4电力系统主接线图：

第八章：

总结

8.1个人总结

我做的110KV降压变电所设计（全屋GIS配电装置）.通过这次课程设计，我加深了对供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，象总降压的设计，我与其他同学一起进行课题分析、查资料，进行设计，一个月的时间就这样匆匆的过去了，我们刻苦研究，终于有了一定的收获。

这次设计使我对工厂供电有了新的认识，对总降压变电所的设计由一无所知到现在的一定程度的掌握，起到了非常重要的作用，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，说明书编辑，各种信息的分析，对WORD文档的使用等多方面的能力。

8.2设计总结

本设计说明书以110KV变电所为例，简要介绍了电力系统中变电所部分的一次主接线设计：

（1）对原始资料进行分析，设计出从技术和经济上都比较满意的主接线形式。

（2）设计出站用电接线形式和备用电源方案。

（3）选择高压电器和母线，然后校验它们的动、热稳定性。

（4）设计出本站的防雷和过电压防护系统，其中主要是避雷针的布置。

（5）最后设计出本站的总平面图和各电压等级侧的高压配电装置断面图，然后进行了简要的运行分析。

通过这次变电所的设计，使我对理论的知识有了深刻的认识，另外本设计只是理论上的设计，离实际工程设计还很远，而且本设计只涉与到一次部分，没有提到二次部分，所以设计还不完善，以后还会加强.

参考文献

1、《工业企业供电》冶金工业丁昱编

2、《发电厂电气部分》中国电力锡普编

3、《电气工程电气设计手册》西北电力编

4、《220kV～500kV变电所设计技术规程》中华人民国国家发展和改革委员会发布

指导老师：

红玲