110KV降压变电所开题报告.docx
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110KV降压变电所开题报告
110kV降压变电所电气一次系统设计
摘要
电能是现代城市发展的主要能源和动力。
随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。
城市供电系统的核心部分是变电所。
因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。
本变电所设计除了注重变电所设计的基本计算外，对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明，其主要内容包括：
变电所主接线方案的选择，进出线的选择；变电所主变压器台数、容量和型式的确定：
短路点的确定与短路电流的计算，电气设备的选择（断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器，避雷器）；配电装置设计和总平面布置；防雷保护与接地系统的设计。
另外，绘制了十张图纸，包括：
电气主接线图，电气总平面布置图，ll0kV接线断面图，35kV接线断面图，防雷接地图等等。
图纸规格与布图规范都按照了电力系统相关的图纸要求来进行绘制。
关键词：
变电所：
电气主接线；电气设备：
设计
ADESIGNOFELETRICSYSTEM
FORll0kVTERMINALTRANSFORMER
SUBSTATION
Abstract
Electricenergyisthemainenergyanddynamismofmoderncitydevelopment.Withdevelopmentandprogressofmoderncivilization,socialproductionandisitputforwardhighrequestmoreandmoretoqualityandmanagementthatelectricenergysupplytolive.Thecoreofcityforsupplyingpoweristransformer.Itisveryimportanttodesignandbuildonesafeand
economicaltransformersubstation.Besidespayingattentiontobasiccalculationofdesignfortransformersubstation,thedesignmakesatisfyingnarrationtowardchoiceandargumentationofmainconnection.Themaincontentofthisdesignincludethechoiceofmainconnectionfortransformersubstation;thechoiceofpassinandoutline;thecertaintyofnumber,capacitanceandmodelformaintransformer;thecertaintyofshortcircuitpointsandcalculationofshortcircuit,thechoiceelectricequipment（breaker,insulateswitch,voltagemutual-inductanceimplement,currentmutual-inductanceimplement,arrester）,thedesignfordistributionanddisposalforchiefplane;thedesignforlightningproofprotectionandearthsystem.Inaddition,drawingtenblueprintsincludethemainwiringdiagram;thedisposaldrawingofelectricplane;thedrawingoflightningproofprotectionandearthsystem;thedrawingofll0kVconnection;thedrawingof35kVconnectionandsoon.Boththespecificationofdrawingandthecriterionofdisposalisbasedonrequirementofdrawingtoelectricpowersystem.
Keywords:
Transformersubstation;Mainconnection;Electricequipment;Design
摘要
ABSTRACT
l前言
2变压器的选择
2.1变压器的设计原则
2.1.1主变压器台数的确定原则
2.1.2主变压器形式的选择原则
2.2主变压器的计算与选择
2.2.1主变压器容量的确定
2.2.2主变压器形式的选择原则
3电气主接线设计
3.1主接线的设计原则
3.2主接线设计的基本要求
3.2.1主接线可靠性的要求
3.2.2主接线灵活性的要求
3.2.3主接线经济性的要求
3.3电气主接线的选择和比较
3.3.1主接线方案的拟订
3.3.2主接线各方案的讨论比较
3.3.3主接线方案的初选择
3.4主接线方案的确定
3.4.1主接线方案的可靠性比较
3.4.2圭接线方案灵活性比较
4短路电流的计算
4.1各回路最大持续工作电流
4.2短路电流计算点的确定和短路电流计算结果
4.2.1当kl短路时
4.2.2当k2短路时
4.2.3当k3短路时
5主要电气设备选择
5.1断路器的选择
5.1,1断路器选择原则与技术条件
5.1.2断路器型号的选择及校验
5.2隔离开关的选择
5.2.1隔离开关的选择原则与技术条件
5.1.2隔离开关的型号的选择及校验
5.3电流互感器的选择
5.3.1电流互感器的选择原则与技术条件
5.3.2电流互感器型号的选择及校验
5.4电压互感器的选择
5.5导线的选择和校验
5.5.1导线的选择
5.5.2架空线的校验
5.6避雷器的选择
5.6.1ll0kV侧避雷器的选择
5.6.2变压器ll0kV侧中性点避雷器的选择
5.6.335kV侧避雷器的选择
5.6.4l0kV避雷器的选择
6配电装置的选择
6.1配电装置的选择要求与分类
6.2配电装置设计选择
7防雷保护设计
7.1避雷针的作用
7.2避雷针的设计
7.2.1三只避雷针的保护范围及计算公式
7.2.2本所避雷针的设计过程
8接地网的设计
8.1设计说明
8.2接地体的设计
8.3典型接地体的接地电阻计算
8.4接地网设计计算
9结论
参考文献
致谢
1前言
目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也正不断的更新换代。
我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监
测变电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。
然而，所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。
本毕业设计的内容为ll0kV终端变电所电气一次系统设计，正是最为常见的常规变电所，并根据变电所设计的基本原理设计，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计程。
2变压器的选择
在各级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站安全可靠供电和网络经济运行的保证。
特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。
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效益。
2.1变压器的设计原则
2.1.1主变压器台数的确定原则
保证供电的可靠性，变电站一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变。
当只有一个电源或变电站的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。
对大型枢纽变电
站，根据工程的情况，应装设2～4台主变。
当变电站装设两台变压器的时候当一台停运时，另一台应该能够70%以上的负担。
按照上述原则我设计的变电所应装设两台降压变压器。
2.1.2主变压器形式的选择原则
主变压器一般采用三相变压器。
当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。
对新建的变电站，从网络经济运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。
具有三个电压等级的变电站，一般采用三绕组变压器。
2.2主变压器的计算与选择
2.2.1主变压器容量的确定
1）主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。
2）根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。
对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：
对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。
要选择主变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大工作持续电流，首先必须要计算各侧的负荷包括10千伏侧负荷，35千伏侧负荷和110千伏侧负荷。
由公式
式中Sc——某电压等级的计算负荷；
Kt——同时系数（35kV取0.9、10kv取0.85，35kV各负荷与l0kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85）；
%——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
S
=0.85*
*（1+5%）=21MVA
S
=0.9*
*（1+5%）=44.47MV
S
=S
+S
=21+44.47=65.47MVA
所以，两台主变压器应各自承担32.735MvA。
当一台停运时，另一台则承担70%为45.829MvA。
故选两台50MvA的主变压器就可满足负荷需求。
2.2.2主变压器形式的选择原则
1）ll0kV主变一般采用三相变压器。
2）当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。
对新建的变电站，从网络经济运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。
3）具有三个电压等级的变电站，一般采用三绕组变压器。
所选择型号如下表（2.1）：
3电气主接线设计
3.1主接线的设计原则
主接线代表了变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。
它对电气设备选择、配电装置的布置及运行的可靠性和经济性等都有重大影响。
因此，电气主接线应满足以下要求。
1）根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量。
因事故被迫停电的机会也少，事故后的影响范围越小，主接线的可靠性就越高。
2）应具有一定的灵活性，以适应各种运行状态。
主接线的灵活性表现在：
能，满足调度灵活，操作方便的基本要求，可以方便地投入或切除某些机组、变压器或线路，还能满足系统在事故检修及特殊运行方式下的调度要求，不致过多影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。
3）接线应尽可能简单明了，以便减少倒闸操作且维护检修方便。
4）在满足上述要求后，应使接线的投资和运行费达到最经济。
5）在设计主接线时应考虑留有发展的余地。
3.2主接线设计的基本要求
变电站的电气主接线应根据该变电站所在电力系统中的地位，变电站的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。
并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。
3.2.1圭接线可靠性的要求
可靠性的工作是以保证对用户不间断的供电。
衡量可靠性的客观标准是运行实践。
主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。
因此，不仅
要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。
评价主接线可靠性的标志是：
1）断路器检修时是否影响停电；
2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否对重要用户的供电；
3）变电站全部停电的可能性。
3.2.2主接线灵活性的要求
主接线的灵活性有以下几个方面的要求：
1）调度要求。
可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。
2）检修要求。
可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。
3）扩建要求。
可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最少。
3.2.3主接线经济性的要求
在满足技术要求的前提下，做到经济合理。
1）投资省：
主接线简单，以节约断路器、隔离开关等设备的投资；占地面积小：
电气主接线设计要为配电装置布置创造条件，以节约用地、架构、导线、绝缘子及安装费用。
2）电能损耗少：
经济选择主变压器型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。
3.3电气主接线的选择和比较
3.3.1主接线方案的拟订
高压侧是2回出线，可选择线路变压器组，单母线分段、单母线分段带旁路母线。
中压侧有4回出线，低压侧有9回出线，均可以采用单母线、单母分段、单母分段带旁路和双母线接线。
在比较各种接线的优缺点和适用范围后，提出如下五种方案：
方案A（图3-1）高、中，低压侧均为单母分段
方案B（图3-2）高压侧：
内桥型接线；中压侧，低压侧：
单母分段
方案C（图3-3）高压侧：
外桥接线；中压侧：
单母分段带旁路母线；低压侧：
双母线
方案D（图4-4）高压侧：
线路变压器组；中压侧，低压侧：
单母线分段
方案E（图4-5）高压侧：
单母线分段；中压侧，低压侧：
单母线分段带旁路方式
3.3.2主接线各方案的讨论比较
1）方案A:
110kv侧：
用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。
当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
35kV和l0V侧：
采用单母分段接线的形式使得重要用户可从不同线分段引出两个回路，使重要用户有两个电源供电。
单母线分段接法可以提供单母线运行，各段并列运行，各段分列运行等运行方式，便于分段检修母线，减小母线故障影响范围。
任一母线发生故障时，继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正确运行。
当然这种接线也有它本身的缺点，那就是在检修母线或断路器时会造成停电，特别在夏季雷雨较多时，断路器经常跳闸，因此要相应地增加断路器的检修次数，这使得这个问题更加突出。
2）方案B:
110kv侧：
采用外侨法接线。
与内桥法一样，该接线法式所用断路器少，四个回路只需三个断路器，具有可观的经济效益。
具有可观的经济效益。
连接桥断路器接在线路断路器的内侧。
因此，线路的投入和切除比较方便。
当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。
但是当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障的运行。
由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。
35kV和l0kv与方案A一致
3）方案C:
110kv侧：
采用外桥法接线。
内桥法一样，该接线形式所用断路器少，四个回路只需三个断路器，具有可观的经济效益。
当任一线路发生故障时，需同时动作与之相连的两台断路器，从而影响一台未发生故障的变压器的运行。
但当任一台变压器故障或是检修时，能快速的切除故障变压器，不会造成对无故障变压器的影响。
因此，外桥接线只能用于线路短、检修和故障少的线路中。
此外，当电网有穿趣性功率经过变电站时，也采用外桥接线。
35kV侧：
采用单母分段带旁路母线接线。
该接线方法具有单母分段接线优点的同时，可以在不中断该回路供电的情况下检修断路器或母线，从而得到较高的可靠性。
这样就很好的解决了在雷雨季节断路器频繁跳闸而检修次数增多引起系统可靠性降低的问题。
但同时我们也看到，增加了一组母线和两个隔离开关，从而增加了一次设备的投资。
而且由于采用分段断路器兼做旁路断路器，虽然节约了投资，但在检修断路器或母线时，倒闸操作比较复杂，容易引起误操作，造成事故。
10kv侧：
采用双母接线。
优点：
供电可靠.可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一路母线而不致供电中断；
一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一回路母线的隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母
线，其他线路均可通过另一组母线继续运行，调度灵活，各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化地需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式，扩建方便。
缺点：
增加一组母线和多个隔离开关，一定程度上增加一次投资。
当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，客易误操作。
4）方案D:
110kv侧：
采用线路变压器组。
优点：
线路简单，开关设备少，节省投资，操作简单。
不过缺点也相当突出：
任一元件发生故障或经行检修时，整个单元需停止工作。
35kv与10kv侧均采用单母线分段的方式。
5）方案E：
110kv侧：
采用内桥接线。
35kv与10kv侧均采用单母线分段带旁路母线的的接线方式。
3.3.3主接线方案的初选择
通过分析原始资料，可以知道该变电站在系统中的地位较重要，年运行小时数较高，因此主接线要求有较高的可靠性和调度的灵活性．根据以上各个方案的初步经济与技术性综合比较，兼顾可靠性，灵活性，我选择方案A与方案C。
方案A:
110、35、l0kV均为单母线分段。
方案C:
ll0kV侧外桥法接线，35kV侧单母线分段带旁路，l0kV侧双母线。
外桥接线：
a优点：
高压断路器数量少，四个回路只需要三台断路器。
b缺点：
线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行；变压器侧断路器检修时，变压器需要较长时间停运。
适用范围：
适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。
35kV和l0kV设计手册中规定对于35kV和l0kV出线在6回及以上时，一般采用单母线分段接线，在采用手车式开关后，可以有效的避免因检修断路器而造成线路停电的问题，其可靠性与单母线分段带旁路已很接近，且其操作起来的灵活性又较单母线分段带旁路简单，最终确定采用单母线分段接线。
3.4主接线方案的确定
3.4.1主接线方案的可靠性比较
1）ll0kV侧：
方案A:
采用单母线分段接线。
任一台变压器或线路故障或停运时，不影响其它回路的运行；分段断路器停运时，两段母线需解列运行，全部失电的可能性稍小一些，不易误操作。
方案C：
采用外桥接线。
优点：
高压断路器数量少，四个回路只需要三台断路器。
缺点：
线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行：
变压器侧断路器检修时，变压器需要较长时间停运。
适用范围：
适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。
2）35、l0kV侧：
方案A:
均采用单母线分段接线。
方案C：
采用单母线分段带旁路和双母线。
在双母线接线方式中，增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关；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。
因此最终确定采用单母线分段接线。
3.4.2主接线方案灵活性比较
1）ll0kV侧：
方案A:
操作时，主变的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，扩建方便。
线路的投入和切除比较方便。
方案C：
调度操作时可以灵活投入和切除线路及变压器，而且便于扩建。
2）35kV和l0kV侧：
由于两方案接线方式一样，故不做比较。
经综合分析，决定选方案A为最终方案，即110、35、l0kV侧均采用单母线分段接线。
4短路电流的计算
4.1各回路最大持续工作电流
根据公式：
S
=
U
I
（4-1）
式中S
——所统计各电压侧负荷容量
Ue——电压等级额定电压
Igmax——最大持续工作电流
则：
10KVIgmax=21MVA/（
*10KV）=1.212KA
35KVIgmax=44.47MVA/（
*35KV）=0.734KA
110KVIgmax=65.47MVA/（
*110KV）=0.344KA
4.2短路电流计算点的确定和短路电流计算结果
短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。
短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。
因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。
短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。
按三相短路进行短路电流计算。
如下图（4-1），流的短路电流计算点有3，即ll0KV母线短路（Kl点），35KV母线短路（K2）点，lOkV电抗器母线短路（K3点）。
查表知：
LGJ-185x=0.398
/km
选基准：
=100MVA
=Uav
Uk=（1-3）%=10.5%Uk=（2-3）%=6.5%Uk=（1-2）%=17%
=
=
（17+10.5-6.5）*
=0.21
=
=
（6.5+17-10.5）*
=0.13
=
=
（10.5+6.5-17）*
=0
=
=30*0.398*
=0.09
4.2.1当K1短路时（图4-3）和（图4-4）
If=25，则X9=
=0.04
X10=
=0.045
=X10+X9=0.085
=
=11.76
短路电流有名值：
I=
*
=11.76*
=5.904KA
冲击电流：
ich=
*1.8*5.904=15.06KA
最大冲击电流有效值：
Ich=I*1.51=5.904*1.51=8.92KA
短路容量：
=
*5.904*115=1175.86
4.22当K2点短路时（图4-5）和（图4-6）
X11=X1
X4=0.105
=X11+X12+X10+X9=0.105+0+0.045+0.04=0.19
=
=
=5.26
短路电流有名值：
I=
*
=5.26*
=8.21KA
冲击电流：
ich=
*1.8*8.21=20.9KA
最大电流有效值：
Ich=I*1.51=8.21*1.51=12.4KA
短路容量：
=
*8.21*37=526.13
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