110kV变电站电气控制系统设计.docx
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110kV变电站电气控制系统设计
110kV变电站电气控制系统设计
本文进行的是泰安南开发区110kV变电站设计，以一次部分为主。
首先根据任务书上所给各项参数，通过对所建变电站及出线的考虑和对负荷资料分析，满足安全性、经济性及可靠性的要求确定了110kV、35kV、10kV侧主接线的形式，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数、容量、及型号，从而得出各元件的参数，进行等值网络化简，并对变电站进行了无功补偿。
然后选择短路点进行短路计算，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，选择并校验电气设备，包括母线、导线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等，并确定配电装置。
本文同时对防雷和接地装置进行了简单的分析，最后进行了相关二十余张图纸的绘制。
1任务书1
1.1原始资料1
1.2设计内容及要求2
2电气主接线设计2
2.1电气主接线概述2
2.2电气主接线的基本形式2
2.3电气主接线的选择3
2.3.1电气主接线方案3
2.3.2电气主接线的确定3
3变电站主变压器选择3
3.1主变压器的选择3
3.1.1变压器容量的选择3
3.1.2变压器绕组数量的选择5
3.1.3变压器绕组连接方式的选择5
3.1.4变压器调压方式的选择5
3.1.5变压器冷却方式的选择5
3.2主变压器的最终确定5
4无功补偿装置的选择6
4.1无功补偿装置的选择6
4.1.1无功补偿装置类型的选择6
4.1.2无功补偿装置容量的确定6
4.1.3并联电容器装置的分组方式6
4.1.4并联电容器装置的接线方式6
4.2并联电容器装置的最终确定6
5短路电流的计算7
5.1短路的危害7
5.2短路的形式7
5.3短路电流的计算7
5.3.1110KV侧母线短路电流计算8
5.3.235KV侧母线短路电流计算8
5.3.310KV侧母线短路电流计算9
6电气设备的选择与校验9
6.1概述9
6.2变压器110kV侧电气设备的选择与校验10
6.2.1变压器110kV侧断路器的选择与校验10
6.2.2变压器110kV侧隔离开关的选择与校验11
6.2.3变压器110KV侧电流互感器和电压互感器的选择11
6.2.4110kV母线选择及校验12
6.3变压器35kV侧电气设备的选择与校验13
6.3.1变压器35kV侧高压开关柜的选择与校验13
6.3.2变压器35kV侧隔离开关的选择与校验14
6.3.3变压器35KV侧断路器的选择与校验14
6.3.4变压器35KV侧电流和电压互感器的选择与校验15
6.3.5变压器35KV侧母线的选择与校验15
6.3.6变压器35KV侧导线的选择与校验16
6.435kV母线出线侧电气设备的选择与校验17
6.4.135kV母线出线高压开关柜的选择与校验17
6.4.235kV母线出线隔离开关的选择与校验17
6.4.335kV母线出线断路器的选择与校验18
6.4.435kV母线出线电流互感器的选择与校验18
6.4.535kV母线出线导线的选择与校验19
6.5变压器10kV侧电气设备的选择与校验19
6.5.1变压器10kV侧高压开关柜选择与校验19
6.5.2变压器10kV侧隔离开关的选择与校验20
6.5.3变压器10KV侧断路器的选择与校验20
6.5.4变压器10KV侧电流互感器和电压互感器的选择与校验21
6.5.510KV母线的选择与校验22
6.5.6变压器10KV侧导体的选择与校验22
6.610kV母线出线侧电气设备的选择与校验23
6.6.110kV母线出线高压开关柜的选择与校验23
6.6.210kV母线出线隔离开关的选择与校验23
6.6.310kV母线出线断路器的选择与校验24
6.6.410kV母线出线电流互感器的选择与校验24
6.6.510kV母线出线导线的选择与校验25
7继电保护25
8防雷与接地方案的设计26
8.1防雷保护26
8.1.1直击雷保护26
8.1.2侵入波保护26
8.2接地装置的设计26
9所用电的设计27
9.1所用变压器的接线形式27
9.2所用变压器的选择27
1任务书
1.1原始资料
题目：
泰安南开发区110kV变电站电气设计
（1）待建变电站的规模、性质
待建变电站为终端降压变电站，拟定2台变压器。
本变电站的电压等级分别为110kV、35kV和10kV。
本变电站有2回110kV架空线路；4回35kV出线及8回10kV出线（其中有一回备用）。
变电站配有10kV无功补偿装置。
（2）系统情况
系统容量：
S=1000MVA,X=0.36（电抗为以电源容量为基值的标么值）,两条110kV进线均为LGJ-150，线路长度一条为16km,另一条为14km
（3）待建变电站各电压等级负荷数据
1）110kV电压等级
2回线路与系统相连。
2） 表1-110kV电压等级负荷数据
用电单位
最大负荷（MW）
功率因数
回路数
供电方式
距离（km）
大朗毛纺厂
6
0.9
1
架空
15
大朗纸厂
5
0.9
1
电缆
5
皮革厂
6
0.9
1
架空
10
红卫化工厂
7
0.8
1
架空
8
自来水厂
5
0．9
1
电缆
4
东配电站
6
0.85
1
架空
10
西配电站
5
0.85
1
架空
8
备用
1
负荷同时率：
0.68，一级负荷30%，二级负荷40%,三级负荷30%.
3） 表1-235kV电压等级
用电单位
最大负荷（MW）
功率因数
回路数
供电方式
距离（km）
化肥厂
12
0.9
1
架空
25
汽配厂
10
0.9
1
架空
28
糖厂
12
0.9
1
架空
30
钢铁厂
15
0.8
1
架空
32
负荷同时率：
0.8，一级负荷35%，二级负荷50%,三级负荷15%.
4）所用负荷
计算总负荷：
150kVA，其中：
一级负荷20%，二级负荷40%,三级负荷40%.
（4）继电保护动作时间
变电站110KV电源侧线路过电流保护动作时间：
3秒，
（5）其它原始资料
1）地形、地质
站址选于山坡上，南面靠丘陵，东、西、北面分别是果树、桑园和农田，地势平坦，地质构造为稳定区。
地震基本烈度为6度，土壤电阻率为1.5×102欧·米。
2）气象条件
①绝对最高温度为40℃;②最高月平均气温为23℃；③年平均温度为10.7℃；④风向以东北风为主。
1.2设计内容及要求
（1）主接线设计：
分析原始资料，根据任务书的要求拟出各级电压母线接线方式，选择变压器型式及连接方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。
（2）短路电流计算：
根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流。
（3）主要电气设备选择。
（4）110kV高压配电装置设计。
（5）35KV高压配电装置设计。
（6）10KV高压配电装置设计。
（7）防雷与接地设计。
（8）所用变设计。
（9）相关图纸的绘制。
2电气主接线设计
2.1电气主接线概述
电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路，电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。
2.2电气主接线的基本形式
主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种接线方式，它以电源和出线为主体。
由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源回路数不同。
且各回馈线中所传输的容量也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，再进出线较多（一般超过4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。
而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂和变电站。
有汇流母线的接线方式可概括为单母线接线和双母线接线两大类，无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。
2.3电气主接线的选择
2.3.1电气主接线方案
依据原始资料，经过分析，并结合《35kV-110kV变电站设计规范GB50059-2011》（下称《GB50059-2011》）、《国家电网110kV变电站通用设计规范Q/GDW203-2008》和《电力工程电气设计手册电气一次部分》及相关规范,根据可靠性和灵活性经济性的要求分析如下：
110kV侧有2回电源进线，可采用无汇流母线中的桥形接线形式或者单母线分段；当35—63KV配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接，当连接的电源较多，负荷较大时也可采用双母线接线。
而35kV侧有4回出线，仅有两个电源，负荷不大，故采用单母分段连接；当6—10KV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接，
而10kV侧有8回出线，故10kV采用单母线分段连接。
经过分析、综合、组合和比较，提出两种方案：
方案一：
110kV侧采用内桥式接线，35kV侧采用单母线分段接线，10kV侧采用单母线分段接线。
方案二：
110kV侧采用单母线分段，35kV侧采用单母线分段接线，10kV侧采用单母线分段接线。
2.3.2电气主接线的确定
（1）安全性比较
两种方案仅仅是110kV侧主接线不同，两者安全性均满足要求。
（2）经济性比较
方案一少用两个110kV断路器，经济性明显优于方案二。
（3）远期效应比较
考虑到将来110kV进线可能会增加，所以方案二远期效应好于方案一
最终结合任务书，本设计采用方案二。
3变电站主变压器选择
在各级电压等级的变电站中，变压器是主要的电气设备之一。
其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器台数、容量和型号是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。
3.1主变压器的选择
根据设计原始资料要求，本次变电站主变压器采用两台110kV/35kV/10kV电力变压器。
3.1.1变压器容量的选择
由《电力工程电气设计手册电气一次部分》并结合《工厂供电》可知：
（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年负荷发展。
对城郊变电站，主变压器容量应与城市规划相结合
（2）装有两台主变压器的变电站，每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：
任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约70%~80%的需求。
任一台变压器单独运行时，应满足全部一，二级负荷的要求，即
由原始资料可知：
10kV侧:
35kV侧：
根据相关规定，此变电站补偿后功率因数应达到0.9~0.95，此设计采取0.95。
故补偿容量为：
补偿后的变电站低压侧的视在计算负荷为：
考虑到作为区变电站将来的扩建需要以及变压器规格的限制，故采用两台63MVA的变压器。
3.1.2变压器绕组数量的选择
由相关规范：
在具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15％以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿装备
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