110kV变电站设计毕业设计论文.docx
《110kV变电站设计毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《110kV变电站设计毕业设计论文.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
110kV变电站设计毕业设计论文
优秀论文审核通过
未经允许切勿外传
*******大学毕业设计（论文）
题目110kV变电站一次系统设计
函授站
学生姓名
专业自动化
层次本科
年级
指导教师
******大学
年月日
摘要
本毕业设计为110kV变电站一次系统设计，主要内容包括：
变压器容量和主接线方式的选择；最大短路电流计算；一次设备的选择与校验。
变电站作为电力生产的关键环节，起着电压变换和电能分配的枢纽作用，其电气一次主接线形式直接决定着电力网的电压变换和电能分配。
本论文较好的应用了变电站设计基本理论知识，针对110kV高压配电变电站的基本特征，在仔细分析原始资料的基础上，确定了该站的一次主接线形式，能够充分保证电力系统安全稳定运行。
短路电流计算及设备选择校验保证了变电设备应用的安全稳定性及经济性。
关键词：
变电站，电力系统，设计
Abstract
Thecontentsofthisprojectisaboutthe110kVsubstation.Themainprogrammersline’schoice,theshort-circuit’scalculationandone-dimensionequipments’sverificationselection.
Thesubstationistheelectricalproduction’scrucialsector,it’simpactistotransformthevoltageandallocatetheelectricpower.Thesubstation’sone-dimensionelectricalmainlinedirectlydeterminethevoltage’stransformandtheelectricpower’sallocation.Thisarticletakesthe110kVsubstation’sbasicfeatureaspedestalandapplythetheorylearningofsubstation’sdesigntoassayprimitivedatumandundertaketheelectricsystem’ssecureandequableoperation.
Theshort-circuit’scalculationandtheequipments’sverificationundertakethesecurity,stabilityandeconomicsforthetransformingelectricpowerfacilities’sapplyment.
KEYWORDS:
Substation,Electricalpowersystem,Design
目录
摘要1
Abstract2
目录3
第1章设计基础资料及设计内容5
1.1设计基础资料5
1.2设计内容5
第2章电气主接线设计6
2.1主变压器的选择6
2.2断路器的选择6
2.3一次主接线选择6
第3章短路电流计算9
3.1计算说明9
3.2计算条件9
3.3计算等值电抗9
3.4绘制系统等值阻抗图10
3.5计算变电站110kV设备承受最大短路电流10
3.6计算10kV系统承受最大短路电流10
第4章一次设备选择与校验12
4.1选择的主要原则12
4.2断路器的选择与校验12
4.3隔离开关的选择与校验14
4.4硬母线的选择与校验15
4.510kV支持绝缘子选择与校验17
4.610kV穿墙套管选择与校验17
4.7其它设备参数选择17
第5章屋内外配电装置的确定19
5.1对配电装置的基本要求19
5.2屋外配电装置的确定19
5.3屋内配电装置的确定20
第6章变电站防雷保护21
6.1防雷保护的必要性21
6.2避雷针的设置21
6.3防雷保护范围计算21
6.4避雷器保护22
结论24
致谢25
参考文献26
附录1（译文）27
附录2（原文）29
第1章设计基础资料及设计内容
1.1设计基础资料
变电站建设规模：
110kV地区变电站（低压侧为10kV）
该地区负荷：
夏季Smax=90MVAcosφ=0.75Smin=75MVAcosφ=0.8
冬季Smax=70MVAcosφ=0.85Smin=50MVAcosφ=0.9
利用小时数：
5400小时年
进线回路数：
110kV四回
环境条件：
海拔：
60米
年雷暴日数：
25个
月均最高温度：
32℃
历史最高温度：
42℃
历史最低温度：
―19℃
1.2设计内容
本设计只作电气部分一次系统初步设计，不作施工设计和土建设计，主要设计范围包括：
确定电气一次主接线、确定电气布置原则、短路电流计算、主导体和电气设备的选择及校验、防雷保护系统。
第2章
电气主接线设计
变电站电气一次主接线是整个电力系统接线的主要组成部分，它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式。
电气一次主接线的形式，直接关系到全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，主接线设计形式的合理与否还关系到整个电力系统能否安全、稳定、灵活和经济的运行。
2.1主变压器的选择
为了保证供电的可靠性，变电站一般装设两台主变压器，当其中一台检修或故障停运时，另一台变压器可以保证70%重要用户的供电。
在负荷较轻时，可以一台变压器处于热备用状态，另一台变压器带全部负荷。
主变压器的容量按照未来10年的发展规划，并考虑变压器正常运行和事故时过负荷能力，接照重要用户最大负荷70MVA计算，对装两台变压器的变电站每台变压器额定容量一般选为：
Sn=0.7Pm=0.7×70MVA=49MVA。
据此本站主变额定容量选作Sn=50MVA。
变压器型式为三相式双绕组自冷变压器。
为了提高供电电压质量，采用有载调压变压器。
2.2断路器的选择
考虑到变电站的综合自动化程度提高以及无人值班需要，选用质量较高、性能较好、关合故障电流大、维护量少的SF6断路器或真空断路器，本站设计110kV断路器选用SF6型，10kV断路器选用真空型。
2.3一次主接线选择
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。
可靠性的客观衡量标准是运行实践，评估一个主接线的可靠性时，应以长期运行经验为准。
主接线的可靠性是由各元件的可靠性综合，要充分考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响，在设备检修和故障情况下，由灵活的运行方式，保持正常运行。
主接线的灵活性主要考虑调度灵活、操作方便、检修安全等因素，其次主接线设计还要做到经济合理、占地面积少、电能损耗少。
2.3.1主接线备选方案
方案一：
110kV侧采用隔离开关分段接线，10kV侧采用单母线断路器分段接线。
方案二：
110kV侧采用单母线断路器分段接线，10kV侧采用单母线断路器分段接线。
方案三：
110kV侧采用双母线接线，10kV侧采用单母线断路器分段接线。
（详见附图一：
主接线方案比较图）
2.3.2主接线备选方案比较
评价
方案一
方案二
方案三
高压断路器台数
六
七
七
占地面积
更少
少
多
供电可靠性
一般
高
最高
运行方式
不灵活
灵活
更灵活
检修方便
不方便
方便
方便
保护接线
简单
简单
复杂
2.3.3主接线方案确定
设计本变电站主供城网，重要负荷较多；同时本变电站非终端变电站且高压侧对外供电，这就要求本变电站具有较高的供电可靠性。
本设计选择较适合本站情况的方案：
110kV侧采用单母线断路器分段接线，10kV侧采用单母线断路器分段的接线形式，即方案二。
单母线断路器分段的主接线形式用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线引出电源供电，当一段母线发生故障，分段断路器快速将正常母线和故障母线分离，保证正常段母线不间断供电。
这种接线形式运行方式灵活，供电可靠性较高。
考虑到用电峰谷差较大以及供电电能质量的问题，10kV侧装设两台电容器，以便调整力率，提高电压质量。
10kV两段母线各设计5条10kV出线和1台站用变，每段母线各装设母线PT一组。
（详见附图二：
电气一次主接线图）
第3章
短路电流计算
3.1计算说明
本设计110kV变电站其110kV部分主接线为单母线断路器分段接线，10kV侧也为单母线断路器分段。
短路电流计算应计算最大运行方式下、最严重短路故障情况下短路电流。
110kV电压等级采用双回电源供电，但考虑上一电压等级的环网运行，正常时单回运行，以防止两级电压的电磁环网。
110kV侧最大运行方式为距离较近且系统母线短路容量较大的220kV变电站供电运行的方式，此方式下发生三相短路故障情况时的短路电流最大。
10kV侧正常情况下分段运行，短路电流按110kV侧最大运行方式（两台主变并列运行）下，10kV侧母线发生三相短路故障时的短路电流计算。
3.2计算条件
1、220kV变电站110kV母线短路计算电抗Xj=0.1（基准容量Sn=100MVA）
2、110kV输电线路长度L=10Km,线路电抗X=0.4ΩKm（假定已知条件）
3、110kV变电站主变压器参数：
SN=50MVA,Ud=10.5%
说明：
变电站110kV开关设备承受的最大短路电流应为主变压器前侧，发生三相短路时，10kV设备承受的最大短路电流应为出线始端或10kV母线发生三相短路时。
3.3计算等值电抗
选取系统基准容量Sn=100MVA
选取各级电压水平的平均值为作为基准电压，
即110kV系统UB=115kV；10kV系统基准电压UB=10.5kV。
110kV线路计算电抗：
XL=L×X=10×0.4=4Ω
XL.J=XL·=4×=0.03
主变压器计算电抗（折算高压侧110kV侧）：
XTJ=Xxd=
两台主变压器并列运行时计算电抗：
XTJ’=XTJ=×0.21=0.105
3.4绘制系统等值阻抗图
见附图三：
短路电流计算图
3.5计算变电站110kV设备承受最大短路电流
即故障点①处最大短路电流：
计算电抗：
Id=Xj∑=Xj+XLJ=0.1+0.03=0.13
短路容量：
短路电流周期分量起始标么值：
基准电流：
短路电流周期分量有效值：
短路电流冲击值：
3.6计算10kV系统承受最大短路电流
UB=10.5kVSB=100MVA
基准电流：
最大短路点短路电抗标么值：
Xx=Xj∑=0.1+0.03+0.105=0.235
短路容量：
短路电流周期分量起始标么值：
最大短路电流周期分量有效值：
短路电流冲击值：
第4章
一次设备选择与校验
4.1选择的主要原则
1、满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的要求；
2、按当地环境条件校核；
3、力求技术先进和经济合理；
4、选用新产品，均应具体可靠的试验数据，并经过正式鉴定合格，具有入网证明；
5、与本工程建设标准应协调一致；
6、同类设备应尽量减少品种。
4.2断路器的选择与校验
4.2.1110kV断路的选择与校验
1、系统电压Un=110kV，最高工作电压Ug=126kV
2、最大工作电流：
Ig·max=最大持续工作电流
变压器额定电流，考虑系统电压降低5%，出力保持不变，故其相应回路的最大持续工作电流Ig·max=Ie×1.05
Ie=变压器额定电流
Ig·max=Ie×1.05=276A
由于本站非终端变电站，有其它110kV线路，线路端电流比较大按Ig·ma×3=276×3=828A
3、开断短路容量：
由短路电流计算知，110kV断路器实际开断短路电流周期分量有效值I=3.86KA
4、最大开断容量：
根据上述参数、考虑断路器在全站的作用地位以及设备长期运行，选用110kVSF6型断路器，型号为LTB145D1型，参数如下：
额定工作电流：
IN=3150A
额定工作电压：
UN=126kV
额定开断电流：
IekG=40KA
额定关合电流：
Ieg=100KA
3秒短路电流热效应Qd=4800KA2·S
极限通过电流峰值：
Imax=100KA
热稳定校验：
实际安装位置3秒短路电流热效应最大值
Qmax=t×I2=3×3.862=44.7<4800KA2·S
动稳定校验：
实际安装位置三相短路电流冲击值
ich=2.55×I=2.55×3.86=9.8KA
断路器极限通过电流峰值imax=100KA
ich所以，热稳定和动稳定均满足要求.
4.2.210kV断路器的选择与校验
主变10kV进线最大工作电流：
正常电压额定负荷
即断路器最大工作电流Imax=2887A、额定工作电压UN=10.5kV.
10kV出线额定工作电流设计IN=300A
考虑过负荷：
额定工作电压：
UN=10.5kV.
设备选择：
主变10kV侧选择：
ZN28A真空断路器。
10kV出线侧选择：
ZN28A.5断路器。
ZN28A真空断路器参数为：
额定电压：
UN=10kV
额定电流：
ZN=3150A
3S短路电流热效应值：
Qd1=4800KA2·S
极限通过电流峰值：
imax=100KA
ZN28A.5断路器参数：
额定电压：
UN=10kV
额定电流：
IN=1250A
3S短路电流热效应值：
Qd1=2977KA2·S
极限通过电流峰值：
imax=80KA
校验：
由短路电流计算知10kV母线短路电流值：
I=23.43KA
3S短路电流热稳定值：
Ddj=t×Z=3×23.432=1647KA2·S
短路电流冲击值：
ichj=2.55×I=23.43×2.55=59.7KA
所以3秒短路电流热稳定计算值：
Qdj短路电流冲击值：
ichjichj所以，所选用两种真空断路器均满足动稳定和热稳定的要求。
4.3隔离开关的选择与校验
4.3.1110kV隔离开关的选择与校验
主变110kV进线最大工作电流Igmax=276A，选择GW4-110DW型户外高压隔离开关
参数为：
额定电压：
UN=110kV
额定电流：
IN=1250A
4S短路电流热效应值：
Qd1=1600KA2·S
极限通过电流峰值：
imax=50KA
校验：
短路电流热效应：
Qdj=59.6短路电流冲击值：
ichmax=9.8KA所以，动稳定、热稳定性均满足要求。
4.3.210kV隔离开关的选择与校验
主变10kV侧最大工作电流Igmax=2887A
10kV出线侧最大工作电流Igmax=315A
设备选择：
主变10kV出线侧选择GN型户内隔离开关
参数：
额定电压：
UN=10kV；
额定电流：
IN=3150A；
4S短路电流热效应值：
Qd1=6400KA2·S
极限通过电流峰值：
imax=100KA
10kV出线选择GN型户内高压隔离开关
参数：
额定电压：
UN=10kV；
额定电流：
IN=630A；
4S短路电流热效应值：
Qd2=3969KA2·S
极限通过电流峰值：
imax=50KA
校验：
短路电流热效应：
Qdj=2195KA2·S极限通过峰值电流计算值：
ichmax=23.43KA所以，动稳定、热稳定性均满足要求。
4.4硬母线的选择与校验
4.4.110kV硬母线选型
10kV母线选择矩形铜质硬母线。
铜的电阻率低、抗腐蚀性强、机械强度大，选择铜质材料有利结构紧凑、耐维护性好，防污性能好，矩形母线散热条件好、机械强度高，便于固定与联接。
4.4.2截面选择
按经济电流密度选择：
本站设计年最大负荷利用小时Tmax=5400小时，查电力工程设计手册，对应Tmax=5400小时的裸导体经济电流密度J=2.25Amm2
经济截面：
1283.1mm2
正常工作的最大持续工作电流：
Igmax=2887A
选择硬铜母线截面为S=1000mm2，即TMY10010型。
4.4.3TMY10010型铜母线保证值参数：
截面：
S=1000mm2
40℃载流量：
Z40℃=1728A
40℃载流量：
Z40℃=2×1728=3456A
最大允许应力：
σ=137×106Pa
4.4.4长期允许电流校验
40℃载流量：
Z40℃=3456A>Zgmax=2887A
4.4.5动稳定校验
固定形式：
三相同一平面且水平固定
相间距离：
a=0.25m；固定点跨距l=1.2m
短路冲击电流峰值计算：
ich=23.43KA；
aa
b
截面系统计算
b=1cm；etal.ElectronicsfortheModernScientistsPrentice-HallInc.1985
[12]R.J.HiggensElectronicsWithDigitalandAnalogIntegratedCircuits,N.J.Prentice-HallInc,1983
[13]R.A.Colclaseretal.ElectronicCircuitAnalysis,NewYork,JohnWilleySons,1984
[14]SQUIRED.ELECTRICALCONTROLEQUIPMENT,1984
[15]I.L.KONSOW,CONTROLOFELECTRCMACHINES,1983
[16]ElectricPowerApplicationsIEEConferencePublicationJ.TBoysJanuary1989
附录1（译文）
电磁感应
一些进行电磁实验的科学家发现，电流的磁效应可通过让电流流过线圈而得到强化，线圈就是绕成螺线型的导线，围绕的线圈数越多，磁性就会越强，电流也就越强。
绕有铁芯的线圈会进一步增大电磁感应，因为铁自身会被磁化。
所有这些发现使人们找到了把电磁能转变成动能的途径。
这种能量转换的最大优点就是：
基于电磁感应原理的这些装置可很容易地通过开闭电流而得到控制。
电动机就是这些装置之一，里面有一个叫转子的轴安放在一块马蹄铁的中间。
让电流通过环绕转子的线圈，转子中的磁极就会得到感应，随后磁力使转子以同极相吸的方向转动。
当然，如果转子的两极直接相对着马蹄形磁铁的两个异极处，转子就会定住而不再转动，因此，有必要阻止不同极成一直线。
在直流电机中，这可由叫做整流子的装置来完成，它可以改变电流方向，每半圈转换转子的磁极。
这使转子朝着相吸的新极方向运动，完成一个完整的循环，或叫“一个周期”。
在交流电机中，不动部分叫定子，旋转部分叫转子。
随着电流的变化，电子流以很高的速度不断换向，换向间隔时间固定，目的是同时改变定、转子的极以使转子不断旋转。
在美国，交流电机定时为每秒60周（缩写为60cps），而在欧洲则是每秒50周。
电磁感应的这种特性对于生产电能也是至关重要的。
化学反应产生的电——干电池或蓄电池——仅适用于特定的有限的范围。
而根据电磁感应原理制成的发电机则能生产出大量便宜的电能以满足世界上大部分的需求。
在发现电流能够产生出磁场后不久，英国科学家迈克尔·法拉第发现反过来也行——磁场也能产生电流。
当一个闭合环路通过磁场时，会产生电动势，使电流流过导线，这就是发电的基本原理。
由于电动势由此而产生，发电机的功率以伏特计算，这是电动势的度量单位。
要产生电动势，导线必须切割磁力线，如果导线与磁力线平行移动，就不会产生电动势。
当然，导线移动速度越快，产生的电动势就越强。
正因为如此，旋转（或圆周）运动应用在发电机中而不是往复（上下或来回）运动——高速时旋转运动更容易保持。
一台发电机中包括一个定子，即一块不动的磁铁，而转子被置于磁铁的南北极之间。
转子转动时，其中的导线切割定子中的磁力线。
每半圈电流就变换一次方向。
这就是交流电，其中的电流一次又一次地快速变换方向。
转子是由一台涡轮机带动的，它是一种带大叶片一般由水或蒸汽驱动的的机器。
发电厂的蒸汽是由煤或油燃烧、或核裂变所提供的热量而获得的。
现代发电机的巨大外型和转子的转速向我们表明它能发出高压电，高达五十万伏的电力可通过高压线输送到各个变电站。
在那里，电压被降到工厂和家庭适用的强度。
在美国，家用电器通用电压为伏，因为人们发现，高压会引起致命的伤害事故。
不过220伏电压也还用在象电炉这样的重负荷电器上。
附录2（原文）
Thepropertyofelectromagnetism
Otherscientistsexperimentingwithelectromagnetismfoundthatthemagneticeffectofanelectriccurrentcouldbestrengthenedbysendingthecurrentthroughacoil－awireconductortwistedintoaspiralshape．Agreaternumberofturnsofwireinthecoilstrengthensthemagnetism，asdoesastrongerelectriccurrent．Wrappingthecoilaroundacoreofironfurtherincreasesthemagnetism，becausetheironitselfbecomesmagnetized．Allthesediscoveriesledthewaytoconvertingelectromagneticenergyintomotion．Thegreatadvantageofthisenergyconversionisthatdevicesbasedonelectromagnetismcanbecontrolledsimplybyswitchingthecurrentonoroff．
Onesuchdeviceisanelectricmotor，Inwhichabarknownasanarmatureisplacedbetweenthetwoarmsofthearmaturebysendingacurrentthroughacoilwrappedaroundit．Magneticforcethencausesittomoveinthedirectioninwhichtheunlikepolesattracteachother,Ofc
升级会员 