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110kV变电站设计电气工程毕业论文

110KV变电站设计说明书

摘要

随着经济的发展和现代化工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。

设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会放映在供电的可靠行和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全。

密切相关。

一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。

出于这几方面的考虑，本论文设计了一个城区降压变电站,主要针对城区供电，此变电站有二个电压等级：

高压侧电压为110kv,有二回线路；低压侧电压为10kv,有十四回出线。

同时对于变电站的主设备进行合理的选型。

本设计选择选择两台SFs7-31500/110主变压器，其他设备如站用变，断路器，隔离开关，电流互感器，高压熔断器，电压互感器，无功补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。

使其更加贴合实际，更具现实意义。

关键词电气设计说明短路计算变电站保护

第一章 110kv变电所电气设计说明     

1.1 工程建设规模…………………………………………………………4

1.2 主接线的设计…………………………………………………………4

1.3 主变压器的选择………………………………………………………4

1.4 变电站运行方式的确定………………………………………………4

第二章 短路电流计算………………………………………………5

第三章 电气设备的选择

3.1　断路器的选择…………………………………………………………10

3.2　隔离开关的选择………………………………………………………11

3.3　电流互感器的选择……………………………………………………13

3.4　电压互感器的选择……………………………………………………14

3.5熔断器的选择…………………………………………………………18

3.6　无功补偿装置…………………………………………………………19

3.7　避雷器的选择…………………………………………………………21

第四章 继电保护装置

4.1 变压器保护……………………………………………………………22

4.2 线路保护……………………………………………………………25

4.3 自动装置………………………………………………………………25

4.4 二次设计方案…………………………………………………………25

第五章防雷设计……………………………………………………………27

结论……………………………………………………………………………29

致……………………………………………………………………………29

参考文献………………………………………………………………………30

附图……………………………………………………………………………31

110KV变电站设计说明书

第一章：

110kV变电所电气设计说明

一．工程建设规模

本次城南110kV变电站新建工程规模如下：

1、110kV出线回路数：

最终2回，本期2回。

2、110kV主变压器：

最终2×31.50KVA,本期2×31.50KVA。

3、10kV出线回路数：

最终14回，本期14回。

4、10kV无功电容补偿量：

最终2×4008kVar，本期2×4008kVar。

二、主接线的设计（附设计图纸一）

1.110kv出线回路：

2回出线，单母线分段

2.10kv出线，14回，单母线分段

室配置，电缆出线，成套开关柜（GG—1A）

三、主变压器的选择

1.变压器：

两台

SFs7—31500/110、低损耗变压器调压方式：

无载调压.

Ue：

110±2×2.5%10.5kv.110kv中性点直接接地

容量比：

100/100.

阻抗电压：

Ud1-2=10.5%Ud1-3=17%Ud2-3=6.5%

接线组别：

Yo/Y/Δ-12-11

2.所用变压器：

10kVI、II段上各设一台

10kvS7-50/1010.5±5%/0.4kvY/Yo-12Ud=4%

四、变电站运行方式的确定

该站正常运行方式：

110kV、10kV母线分段开关（在下面选择设备都以该方式下出现的最大短路电流来选择）在合闸位置，#1、#2主变变高、变中中性点只投#1主变，#2主变变高中性点在断开位置

第二章电流计算（设备选择用）

1、短路计算基本假设

1）正常工作时，三相系统对称运行；

2）所有电源的电动势相位角一样；

3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；

4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，与不计负荷的影响；

6）系统短路时是金属性短路。

2、短路电流计算

（1）主变压器各侧阻抗的百分值：

X1%=0.5*（10.5+17-6.5）%=10.5%

X2%=0.5*（10.5-17+6.5）%=0%

X3%=0.5*（17+6.5-14）%=4.75%

其标幺值为（近似计算法）

X1*=0.105×100/31.5=1/3；

X2*=0×100/31.5=0；

X3*=0.0475×100/31.5=0.15；

（2）基准值

设短路故障点为2处，即110KV母线短路d1点，10KV母线短路点为d2点。

基准容量：

Sj=100MVA

基准电压：

UB1=115KVUB3=10.5KV

基准电流：

121kv侧：

10.5kv侧：

短路电流计算（3）在最大运行方式下，计算各种情况下最大短路电流

K1点短路电流计算：

Ik〞=Id1/∑X1*=0.502/0.03kA=16.73kA

ish=2.55Ik〞=2.55×16.73kA＝33.47kA

Sk=Sd/∑X1*=100/0.03MVA=3334MVA

K2点短路电流计算：

Ik〞=Id2/∑X2*=5.6/（0.03+0.17+0.075）kA=20.36kA

ish=2.55Ik〞=2.55×20.36kA＝51.93kA

Sk=Sd/∑X2*=100/（0.03+0.17+0.075）MVA=364MVA

结果附表一。

附表一：

最大运行方式下各短路点短路电流和短路容量

短路点

编号

短路电流计算值（kA）

Sk（MVA）

I”k

I∞

ish

110kV母线

K1

3334

16.73

16.73

33.47

10kV母线

K2

364

20.36

20.36

51.93

3、各回路的工作电流

主变110kV侧

主变10kV侧

第三章电气设备选型

正确地选择电器是使电器主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。

在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全一样，但对它们的基本要求却是一致的。

电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

概述

导体和电器的选择是变电所设计的主要容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。

在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。

电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，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。

一、一般原则

1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；

2）应按当地环境条件校核；

3）应力求技术先进和经济合理；

4）选择导体时应尽量减少品种；

5）扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；

6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

二、技术条件

1、按正常工作条件选择导体和电气

1）电压：

所选电器和电缆允许最高工作电压Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax

即Vymax≥Vgmax

一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV与以下时为1.15Ve，而实际电网运行的Vgmax一般不超过1.1Ve。

2）电流

导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax

即Iy≥Igmax

由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Igmax=1.05Ie（Ie为电器额定电流）。

3）按当地环境条件校核

当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q0不等时，其长期允许电流IyQ可按下式修正

IyQ=Iy

=Kiy

基中K—修正系数

Qy—导体或电气设备正常发热允许最高温度

我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。

=40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。

2、按短路情况校验

电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。

当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。

1）短路热稳定校验

Qd≤Qr

满足热稳定条件为

Ir2tdz≤Ir2t

Q0L—短路电流产生的热效应

Qr—短路时导体和电器允许的热效应

Ir—t秒允许通过的短时热电流

验算热稳定所用的计算时间：

tdz=tb+toL

tb—断电保护动作时间

110KV以下导体和电缆一般采用主保护时间

110KV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间

toL—相应断路器的全开断时间

2）短路的动稳定校验

满足动稳定条件为：

ich≤idf

Ich≤Idf

Ich—短路冲击直流峰值（KA）

Ich—短路冲击电流有效值（KA）

Idf、Idf—电器允许的极限通过电流峰值与有效值（KA

电器主要选择项目汇总表

设备名称

一般选择项目

特殊选择项目

额定电压

额定电流

热稳定

动稳定

断路器

，

隔离开关

——

电流互感器

高压熔断器

——

——

；选择性

电压互感器

——

——

——

以下各节列出了各种电器设备选择结果:

一、断路器选择：

 变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电与系统的稳定性。

高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类与型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35～220KV一般采用SF6断路器。

真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。

1、按开断电流选择

高压断路器的额定开断电流Iekd应不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流的有效值Ie（td）

即：

Iekd≥Iz（KA）

Iekd—高压断路器额定开断电流（KA）

Iz—短路电流的有效值（KA）

2、短路关合电流的选择

在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流ieg不应小于短路电流最大冲击值。

即：

ieg≥icj或idw≥icj

ieg—断路器额定关合电流

idw—额定动稳定电流

icj—短路冲击电流

3、关于开合时间的选择

对于110KV与以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间大于0.04~0.06s。

据能源部《导体和电器选择设计技术规程》，对主电路所有电气设备进行选择和校验，各级电压的断路器的选择成果见表

 计算数据

 设备参数

型号

（KV）

 （A）

（KA）

（KA）

安装

地点

台数

LW-126/T4000-40

 110

 126

173.6

 4000

 16.73 

40

18.28

100

33.47 

6400

变压器110KV侧，出线

GG-1A-12

 10 

 12

103.8

 1250

20.36

 31.5

60.28

  80

51.93

3969

10KV    出线回路

ZN63

 10 

 12

1909.59 

4000

23.64 

 40

60.28 

100

706.94

6400

10KV主变回路

二、隔离开关的选择

隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路与设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置与开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵倒闸操作顺序。

送电：

首先合上母线隔离开关（M6）其次合上线路侧隔离开关（X6）最后合上断路器，停电则与上述相反。

隔离开关的配置：

1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；

2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；

3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。

63KV与以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。

应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；

4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；

5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。

选择隔离开关的方法和要求与选择断路器一样，为了使所选择的隔离开关符合要求，又使计算方便，各断路器两侧的隔离开关，原则上按断路器计算数据进行选择。

隔离开关选择表：

 计算数据

    设备参数

型号

（KV）

 （A）

（KA）

安装

地点

GW4-110/1000

110

110

173.6

1000

18.28

80

63.75

2246.76

变压器110KV侧

KYN27-12/180

10

12

1909.598

4000

60.28

100

706.94

6400

10KV主变、分段开关与馈线

三、电流互感器的选择：

 电流互感器的配置原则：

1、为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段与母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。

对于中性点直接接地系统，一般按三相配置；对于中性点非直接接地系统，依照具体情况（如符合是否对称、保护灵敏度是否满足等）按二相或三相配置。

2、对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。

例如：

若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护围之中。

3、为了防止支持式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。

4、为了减轻部故障时发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。

为了便于分析和在发电机并入系统前发现部故障，用于测量仪表的电流互感器已装在发电机中性点测。

根据以上配置原则和电流互感器选择条件和校验标准选出电流互感器如下：

安装地点

型号

额定电流比

1S热稳定倍数Kt

动稳定倍数Kdw

主变110KV侧

LCWDL-110

2*600/5

75

135

主变

10KV侧

LAJ-10

3000/5

50

90

10KV馈线

LAJ-10

3000/5

50

90

电流互感器的选择

1、电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流I1与-I′2在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。

2、电流互感器10%误差曲线：

是对保护级（BlQ）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。

对测量级电流互感器的要在正常工作围有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流围误差限制不超过-10%。

电流互感器的10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗Z2f关系曲线。

3、额定容量

为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。

即：

Se2≥S2=Ie22z2f

z2f=Vy+Vj+Vd+Vc（Ω）

Vy—测量仪表电流线圈电阻

Vj—继电器电阻

Vd—连接导线电阻

Vc—接触电阻一般取0.1Ω

4、按一次回路额定电压和电流选择

电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右以保证测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：

Ve≤VewIe1≥Igmax，为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流

Vew—电流互感器所在电网的额定电压

VeIe1—电流互感器的一次额定电压和电流

Igmax—电流互感器一次回路最大工作电流

5、种类和型式的选择

选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点（屋、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、装入式等）来选择。

6、热稳定检验

电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流Ie1的倍数Kr来表示，即：

（KrIe1）2≥I2tdz（或≥Qd）

7、动稳定校验

电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（

Ie1）的倍数kd—动稳定电流倍数，表示其部动稳定能力，故部动稳定可用下式校验：

Ie1kd≥icj

短路电流不仅在电流互感器部产生作用力，而且由于其邻相之间电流的相互作用使绝缘帽上受到外力的作用。

因此需要外部动稳定校验，即：

Fy≥0.5×1.73icy2×

×10-7N

对于瓷绝缘的母线型电流互感器（如LMC型）可按下式校验

Fy≥1.73×iy2

×10-7N

在满足额定容量的条件下，选择二次连接导线的允许最小截面为：

S≥

m2

四、电压互感器的选择：

1.互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：

1）将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量

仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏安装。

2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。

电流互感器的特点：

1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；

2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。

电压互感器的特点：

1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数；

2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。

互感器的配置：

1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段与所有断路器回路中均装设电流互感器；

2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：

发电机和变压器的中性点；

3）对直接接地系统，一般按三相配制。

对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；

4）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；

5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

电压互感器的选择

1、电压互感器的准确级和容量

电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化围，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。

由于电压互感器本身有励磁电流和阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。

2、按一次回路电压选择

为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.1~0.9）Ve围变动，即应满足：

1.1Ve1>V1>0.9Ve1

3、按二次回路电压选择

电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，电压互感器二次侧额定电压可按下表选择

接线型式

电网电压

（KV）

型式

二次绕组电压（V）

接成开口三角形辅助绕组电压IV

一台PT不完全符形接线方式

3~35

单相式

100

无此绕组

Yo/Yo/□

110J~500J

单相式

100/

100

3~60

单相式

100/

100/3

3~15

三相五柱式

100

100/3（相）

4、电压互感器与型式的选择

电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在6～35KV屋配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。

110～220KV配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。

220KV与以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。

5、按容量的选择

互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），Se2应不小于互感器的二次负荷S2，即：

Se2≥S2

S2=

Po、Qo—仪表的有功功率和无功功率

各电压互感器除供给测量仪表和继电保护外，另有辅助绕组，供给保护与绝缘监察装置用。

电压互感器的配置原则如下：

1、I、II段母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置。

4、变压器 变压器低压侧有时为了满足同步或继电保护的要求，设有一组电压互感器。

根据以上配置原则和电压互感器选择和校验条件选出电压互感器如下：

安装地点

型 号

数 量

额定变比

最大容量（VA）

110KV母线

TYD110/－0.005H