110kv变电所电气部分初步设计.docx
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110kv变电所电气部分初步设计
题目：
110kV变电所电气部分初步设计
单
位：
xxxxxx大学
姓
名：
xxxxx
职
称：
xx工程师
摘要----------------------------------------------6
前言----------------------------------------------------------------7ξ0.1毕业设计目的意义--------------------------------------------7
ξ0.2设计任务要求、原始资料分析、完成计划------------------------8
第一章变电所电气主接线优化设计---------------------------------------9ξ1.1电气主接线设计概述------------------------------------------9ξ1.2电气主接线的初步方案选择设计--------------------------------9ξ1.3电气主接线方案的经济技术比较-------------------------------11
ξ1.4最优电气主接线方案的确定-----------------------------------15ξ1.5变电所主变和厂用变选择-------------------------------------16ξ1.6变电所所用电设计-------------------------------------------17ξ1.7最优电气主接线图绘制---------------------------------------18
附：
电气主接线方案图
第二章短路电流计算--------------------------------------------------19
ξ2.1短路电流计算概述-------------------------------------------19ξ2.2短路电流计算过程-------------------------------------------21ξ2.3短路电流计算成果-------------------------------------------31
附：
短路电流计算成果表
第三章变电所导体和电器选择设计--------------------------------------32
ξ3.1导体和电气选择设计概述-------------------------------------32ξ3.2导体的选择与校验-------------------------------------------32ξ3.3主要电气设备的选择和校验-----------------------------------40ξ3.4无功补偿装置选择设计--------------------------------------53ξ3.5导体和电气选择成果汇总-------------------------------------54
附：
导体和电气选择成果表
第四章屋外高压配电装置优化设计-----------------------------------------------------------------56
ξ4.1高压配电装置概述-------------------------------------------56ξ4.2高压配电装置优化设计---------------------------------------58ξ4.3高压配电装置平面布置图和断面图-----------------------------60
附：
高压配电装置平面布置图和断面图
第五章防雷保护规划设计----------------------------------------------61
ξ5.1变电所过电压及防护分析-------------------------------------61ξ5.2避雷器的配置规划与选择-------------------------------------62ξ5.3变电所避雷针配置规划及保护范围计算-------------------------63ξ5.4变电所接地设计---------------------------------------------64
附：
变电所直击雷保护范围图
第六章仪表与继电保护的配置规划设计---------------------------------65
ξ6.1仪表与继电保护的配置规划概述-------------------------------65ξ6.2仪表配置规划设计-------------------------------------------65ξ6.3继电保护配置规划设计---------------------------------------66ξ6.4仪表、继电保护配置图绘制-----------------------------------67
附：
变电所继电保护配置图
结论---------------------------------------------------------------71总结与体会-----------------------------------------------------------72谢辞---------------------------------------------------------------73参考文献-------------------------------------------------------------74附录-----------------------------------------------------------------电气主接线图
高压配电装置平面图高压配电装置断面图
摘要
本论文为110kV通过变电所电气一次部分初步设计。
根据设计任务书给定的条件来设计，其主要包括以下内容：
在对各种电气主接线比较后确定本厂的电气主接线，对主变压器、厂用变压器和导体和重要电气设备进行选择，然后绘制主接线图、设备平面布置图、断面图、防雷配置图和继电保护规划配置图。
关键词：
主接线短路计算设备选择防雷保护继电保护
前言
第0-1节毕业设计目的意义
毕业设计是完成教学计划、实现培养目标的一个重要教学环节，是全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计的综合训练，是培养学生综合素质和工程实践能力的教育过程。
对学生的思想品德、工作态度、工作作风和独立工作能力具有深远的影响。
毕业设计的目的、意义是：
（1）、巩固和扩大所学的专业理论知识，并在毕业设计的实践中得以灵活运用；
（2）、学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法，树立正确的设计思想；
（3）、培养独立分析和解决实际问题的工作能力及解决实际工程设计的基本技能；
（4）、学习查阅有关设计手册、规范及其他参考资料的技能。
拿到题目后，先认真的审题，然后根据题目的要求，将《电力工程设计手册》及以
前学的专业课书籍相关内容再次阅读了一遍。
第一步，拟订初步的主接线图，列出可能的主接线形式进行比较，最后确定两个可能的主接线形式比较，最终确定方案。
第二步，经过计算，然后选择主变压器和厂用变压器。
第三步，短路计算和做短路计算结果表。
第四步，导体和设备的选择及校验，做设备清册。
第五步，继电保护、配电设备和防雷接地的布置。
通过这次设计将理论与实践相结合，更好的理解电气一次部分的设计原理。
通过毕业设计应达到以下要求：
熟悉国家能源开发的方针政策和有关技术规程、规定等；树立设计必须安全、可靠、经济的观点；巩固并充实所学基础理论和专业知识，能够灵活应用，解决问题；初步掌握电气工程专业的设计流程和方法。
在指导老师的帮助下，完成工程设计。
绘图等相关设计任务，培养严肃、认真、实事求是和刻苦钻研的作风。
第0-2节原始资料分析
本次的设计任务是：
设计一座110/35/10kV通过变电所的电气主接线和配电装置、防雷接地、继电保护的配置规划。
设计的重点是对变电所电气主接线的拟订及配电装置
的布置。
设计的内容包括：
1、电气主接线方案的设计；2、短路计算；3、导体、设备选型；
4、设计防雷保护和接地装置；5、继电保护的配置规划；6、按设计方案绘制电气一次主接线图、配电装置的平面布置图、断面图以及防雷图；7、写设计说明书。
设计已知的基本条件：
设计一座110/35/10kV通过变电所，110kV部分有110kV进出线6回，电源距离46公里，系统容量2500MVA，最大利用小时4200h，系统电抗2.20，所用电率0.36％。
35kV部分，出线6回，供电距离24公里，供电负荷41MW。
10kV部分，出线18回，供电距离7公里，供电负荷25MW，其中有一回电缆供电，供电距离1.6公里。
功率因数0.7，穿越功率64MVA。
设计自然条件：
变电所在地海拔<1100米，本地区污秽等级2级，地震烈度<6级，最高气温310C，最低气温-50C，平均气温150C，最大风速3m/s，其他条件不限。
第一章变电所电气主接线设计
§1-1电气主接线设计概述
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，是构成电力系统的主要环节，代表了发电厂或变电所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，直接影响电力系统运行的稳定性、灵活性，并对电气的选择，配电装置的布置，继电保护，自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。
因此，主接线的正确合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。
对电气主接线的基本要求包括可靠性、灵活性和经济性三方面。
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、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就地取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
§1-2电气主接线的初步方案选择设计
一、110kV侧主接线选择
110kV侧进线4回，出线2回，共有进出线6回。
名称
优点
缺点
适用范围
备注
单母线分段接线
1、用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段进行供电；2、任意一段母线故障时，可保证正常母线不间断供电。
1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都在检修期内停电；
2、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
3、扩建时需向两个方向均衡扩
建。
110～220kV配电装置出线回路数为
3～4回
不适应本站。
双母线接线
1、供电可靠，检修母线及工作母线发生故障时，能利用备用母线正常工作；2、调度灵活，能适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需
要；3、扩建方便；4、便于
1、增加一组母线每回路就需增加母线隔离开关；2、母线故障或检修时，容易误操作；
3、出线断路器检修时，线路无法供电。
110～220kV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110～
220kV配电装
适用于本站，但可靠性稍差。
试验。
置，在系统中居于重要地位，出线回路为4回及以上
时。
双母线带旁路接线
1、具有双母线接线的各种优点；2、检修出线断路器时，能够正常供电。
增加投资。
110kV出线在
6回及以上，
220kV出线在
4回及以上。
适用于本站，满足供电可靠性。
二、35kV侧主接线选择
35kV侧出线6回，供电负荷41MW。
名称
优点
缺点
适用范围
备注
单母线接线
接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。
不够灵活可靠，母线任一元件故障或检修均需使整个配电装置停电。
35～63kV配电装置的出线回路数不
超过3回。
不适应本站。
单母线分段接线
1、用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段进行供电；2、任意一段母线故障时，可保证正常母线不间断供电。
1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都在检修期内停电；2、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
3、扩建时需向两个方
向均衡扩建。
35～63kV配电装置的出线回路为4～
8回时。
适用于本站，但可靠性较差，扩建困难。
双母线接线
1、供电可靠，检修母线及工作母线发生故障时，能利用备用母线正常工作；2、调度灵活，能适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需要；3、扩建方便；4、便于试验。
1、增加一组母线每回路就需增加母线隔离开关；2、母线故障或检修时，容易误操作；3、出线断路器检修时，线路无法供电。
35～63kV配电装置的出线回路数超过8回时，或连接电源较多，负荷较大
时。
适用于本站。
三、10kV侧主接线选择
10kV侧出线18回，供电负荷25MW。
名称
优点
缺点
适用范围
备注
单母线接线
接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。
不够灵活可靠，母线任一元件故障或检修均需使整个配电装置停电。
6～10kV配电装置的出线回路数不超
过5回。
不适应本站。
单母线分段接线
1、用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段进行供电；2、任意一段母线故障时，可保证正常母线不间断供电。
1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都在检修期内停电；2、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。
3、扩建时需向两个方
向均衡扩建。
6～10kV配电装置的出线回路为6回及以上。
适用于本站。
双母线接线
1、供电可靠，检修母线及工作母线发生故障时，能利用备用母线正常工作；2、调度灵活，能适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需要；3、扩建方便；4、便于试验。
1、增加一组母线每回路就需增加母线隔离开关；2、母线故障或检修时，容易误操作；3、出线断路器检修时，线路无法供电。
6～10kV配电装置，当短路电流较大出线需要带电抗器时。
适用于本站。
四、初步方案的选定
1、110kV侧接线：
方案I双母带旁路接线这种接线增加了旁母、旁路断路器、旁路隔离开关等，虽然增加投资成本，但供电可靠性提高，出线断路器故障或检修时，保证了对该站供电，同时保证了穿越功率对外输送。
方案II双母线接线据《电力工程电气设计手册》，110kV至220kV配电装置出线回路数5回或者以上必须选择双母线接线规定。
而本站110kV侧有出线6回，但出线断路器检修或故障时，该回路必须停电。
2、35kV侧接线：
方案I双母线接线据《电力工程电气设计手册》，35kV至63kV配电装置出线
回路数超过8回，或连接电源较多，负荷较大时，选择双母线接线规定。
但出线断路器检修或故障时，该回路必须停电。
而本站35kV侧有出线6回，供电负荷41MW，平均单条线路供电负荷6.833MW，且35kV断路器检修时间较短，故选择双母线接线。
方案II与方案I相同。
3、10kV侧接线：
方案I单母线分段接线据《电力工程电气设计手册》，6kV至10kV配电装置出线回路数为6回及以上，选用单母线分段接线的规定。
本站10kV共有出线18回，为提高供电可靠性，在选择10kV出线断路器时，用性能较好的空气断路器开关，所以选择单母线分段接线。
方案II与方案I
初步方案主接线一
110kV侧
35kV侧
10kV侧
双母线分段接线
双母线接线
单母线分段接线
初步方案主接线二
110kV侧
35kV侧
10kV侧
双母线接线
双母线接线
单母线分段接线
§1-3电气主接线的经济技术比较
一、经济比较的说明
本所初步设计的两个方案中，只有110kV配电装置部分不同，做比较时，仅对110kV配电装置部分进行比较。
因设备造价资料有限，本所比较设备造价仅为估计造价，与实际造价会有很大出入。
另外，比较时用的设备与后面选定的设备可能存在出入。
二、从电气设备的数目及配电装置上进行比较
方案项目
方案一
方案二
110KV配电装置
双母线带盘路
双母线
主变台数
2
2
断路器的数目
110KV
10
9
隔离开关的数目
110KV
39
29
三、计算综合投资Z
（1）Z＝Z0（1＋a
100）（元）
式中:
Z0—为主体设备的综合投资,包括变压器﹑高压断路器﹑高压隔离开关及配
电装置等设备的中和投资;
a—为不明显的附加费用比例系数,一般220取70％,110取90％.
（2）主体设备的综合投资如下
①主变
主变容量MVA
每台主变的参考价格（万元/台）
变压器的投资（万元）
63
630
2×630＝1260
②110KV侧SW6−110Ι型断路器
每台断路器的参数价格（万元/台）
方案一断路器投资（万元）
方案二断路器的投资（万元）
65
10×65＝650
9×65＝585
③110KV侧GW4—110型隔离开关
每台隔离开关的参数价格（万元/台）
方案一隔离开关投资（万元）
方案二隔离开关的投资（万元）
2.5
39×2.5＝97.5
29×2.5＝72.5
方案一
方案二
主体设备总投资
（万元）
Z0＝1260＋650＋97.5＝
2007.5
Z0＝1260＋585＋72.5＝1917.5
综合投资（万元）
Z＝Z（1＋a100）＝2007.5
×（1＋0.9）＝3814.25
Z＝Z（1＋a100）＝1917.5×（1＋
0.9）＝3643.25
⑨综合投资
00
四、计算年运行费用C
C＝αΔA+α1I+α2I
（万元）
式中:
α1—检修、维护费,一般取（0.022～0.042）Z
α2—折旧费,一般取（0.05～0.058）
a—电能电价,取0.3元/kw·h
△A—变压器电能损失（kw·h）主变的参数如下表：
空载有功损耗
负载损耗
阻抗电压%
高中
高低
中低
84.7
300
12-14
22-24
7-9
1S2S2S2
∆A=n（∆P0+k∆Q0）+
（∆P+k∆Q）×（1+2+3）τ
S
n
2n2
SnS2n
SnS3n
ΔQ0＝I0％×
SN
100
＝1.2×2400＝2160
ΔQ1K＝U1％×
SN
100
＝14×2400＝33600
ΔQ2K＝U2％×
SN
100
＝－1×2400＝－2400
ΔQ3K＝U3％×
SN
100
＝9×2400＝21600
S1=
38+24+0.186
0.8
38
=77.733MVA=77733kVA
S 2=
0.8
=47.5MVA=47500kVA
S3=
24+0.186
0.8
=30.2325MVA=30233kVA
τ=4200，k=0.1电能损耗为：
Sn3=Sn2=63000÷ 2=31500kVA
ΔA= 2×（84.7+216）+1
777332
×（84.7+216）×（+
475002
+
302332
）
2×2
×4200=985061（kWh）
方案一与方案二的年运行费用：
方案一：
C＝αΔA+α1I+α2I
630002
630002
63000×31500
=0.3×9.85+0.03×3814.25+0.02×3814.25=193.67
（万元）
方案二：
C＝αΔA+α1I+α2I
=0.3×9.85+0.03×3643.25+0.02×3643.25=185.12
（万元）
五、经济比较成果
经济比较成果表
名称
方案Ⅰ
方案Ⅱ
综合投资（万元）
3814.25
3643.25
年运行费用（万元）
193.67
185.12
主接线所选的两个初步方案，主接线中压、低压二次侧方案相同，只比较一次侧方案。
方案一的特点如下：
当本所出线断路器故障或检修检修时，均可通过旁路母线正常正常送电，提高供电可靠性；今后扩建方便，但占地面积有所增加。
方案二的特点如下:
今后扩建也方便；当进出线断路器故障或检修时，故障或检修断路器的进出线必须停电；占地面积较第一方案少。
从经济性来看，由于第一方案增加了盘路母线，占地面积较有所增加，从设备上来看，需多加一个间隔设备及7组隔离开关，综合投资费用和运行费增加增加。
从可靠性来看，第二方案当进出线断路器故障或检修时，故障或检修线路只好停运，而第一方案中当进出线断路器故障或检修时，可由盘路临时供电。
从改变运行方式灵活性来看，两个方案都能适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需要，试验方便。
§1-4最优主接线方案的确定
通过以上分析比较，可以发现第一方案虽然投资费用有所增加，但可以保证断路器故障或检修时正常供电，110kV断路器故障修复时间是6至7天，而且因故障停电造成
的停电损失是少供电量电费的成本的十倍；本所35kV侧供电负荷37MW，10kV侧供电负
荷25MW，110kV侧有穿越功率23MVA。
以断路器故障停电一次造成少供负荷10MVA，6天修复，将造成少供电量99.36万kWh,造成的损失就相当于993.6万kWh。
考虑综合因素选第一方案为本变电所的主接线方案。
最优主接线方案
110kV侧
35kV侧
升级会员 