110kV变电站主接线设计.docx
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110kV变电站主接线设计
华北电力大学（北京）成教学院
2007届毕业设计（论文）任务书
姓名
专业
电气工程及其自动化
班级
毕业设计（论文）题目
110KV变电站主接线设计
毕业设计（论文）工作起止时间
8月～12月
地点
毕业设计（论文）的内容：
一．设计内容和要求：
1．电气主接线设计。
2．短路电流计算及设备选择。
3．防雷保护与接地设计。
二．设计图纸：
设计图纸（1张）：
电气主接线图
毕业设计（论文）的要求：
设计成果要求：
观点正确、逻辑性强、文理通顺、层次分明、表达确切，并提出自己的见解和观点；字数原则上在12000字左右。
教研室主任签名：
指导教师签名：
学生签名：
第一章引言
一、设计任务：
本次设计任务为新建一所110KV降压变电站。
二、设计依据：
1．电压等级：
110/35/10KV
2．出线回路数：
110KV侧2回（架空线）LGJ-300/35km
35KV侧6回（架空线）
10KV侧12回（其中电缆4回）
3．负荷情况
35KV侧：
最大40MW，最小25MW，Tmax=6000h，cosφ=0.85
10KV侧：
最大25MW，最小18MW，Tmax=6000h，cosφ=0.85
负荷性质：
工农业生产及城乡生活用电
4、系统情况：
（1）系统经双回路给变电站供电。
（2）系统110KV母线短路容量为3000NVA。
（2）系统110KV母线电压满足常调压要求。
5、环境条件：
年最高温度：
32℃
年最低温度：
-25℃
海拔高度：
1000m
雷暴日数：
40日/年
参考文献：
1、电力系统课程设计参考资料华北电力大学
2、发电厂电气部分天津大学
3、电力工程手册（1、2、3、4分册）西北、东北电力设计院
第二章主变压器的确定
一、主变压器台数的确定
为了保证供电的可靠性，变电所一般装设两台主变压器。
二、调压方式的确定：
据设计任务书中：
系统110KV母线电压满足常调压要求，且为了保证供电质量，电压必须维持在允许范围内，保持电压的稳定，所以应选择有载调压变压器。
三、主变压器容量的确定
主变压器容量一般按变电所建成后5~10年的规划负荷选择，亦要根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。
对装设两台主变压器的变电所，每台变压器容量应按下式选择：
Sn=0.6PM。
因对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证70~80%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%。
由于一般电网变电所大约有25%为非重要负荷，因此，采用Sn=0.6PM确定主变是可行的。
由原始资料知：
35KV侧Pmax=40MW，cosφ=0.85
10KV侧Pmax=25MW，cosφ=0.85
所以，在其最大运行方式下：
Sn=0.6*（40/0.85+25/0.85）=45.88（MVA）
参考《电力工程电气设计手册》选择两台西安变压器厂生产的三相三绕组风冷有载调压变压器两台，型号为：
SFSZ7-50000型变压器。
容量校验：
低负荷系数K1=实际最小负荷/额定容量=（25+8）/50=0.66
高负荷系数K2=实际最大负荷/额定容量=（40+25）/50=1.3
另外,《发电厂电气设备》P244规定:
自然油循环的变压器过负荷系数不应超过1.5。
综上,并查《发电厂电气设备》P244变压器过负荷曲线图（图9-11-a）可以得出过负荷时间T≈4h＜Tmax=6000/365=16.5h。
可见：
此变压器不能满足过负荷要求，故应选用更大型号的变压器。
查《手册》现选用两台西安变压器厂生产的三相三绕组风冷有载调压变压器两台，型号为：
SFSZ7-63000型变压器。
所选变压器主要技术参数如下表：
型号
额定电压（KV）
空载损耗（KW）
空载电流（%）
接线组别
阻抗电压
高-中
高-低
中-低
SFSZ7-63000
110±8×1.25%
38.5±2×2.5%
10.5
84．7
1.2
Yn,yn,d11
17.5
10.5
6.5
容量校验：
低负荷系数K1=实际最小负荷/额定容量=（25+8）/63=0.52
高负荷系数K2=实际最大负荷/额定容量=（40+25）/63=1.03
另外,《发电厂电气设备》P244规定:
自然油循环的变压器过负荷系数不应超过1.5。
综上,并查《发电厂电气设备》P244变压器过负荷曲线图（图9-11-a）可以得出过负荷时间T≈24h＞Tmax=6000/365=16.5h。
可见：
此变压器能满足要求，故应选用此型号的变压器。
第三章电气主接线设计
变电所电气主接线是电力系统接线组成的一个重要部分。
主接线的确定，对电力系统的安全、灵活、稳定、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置等将会产生直接的影响。
一、主接线的设计原则：
在进行主接线方式设计时，应考虑以下几点：
1）变电所在系统中的地位和作用。
2）近期和远期的发展规模。
3）负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。
4）主变压器台数对主接线的影响。
5）备用容量的有无和大小对主接线的影响。
二、主接线的设计要求：
1、可靠性：
①断路器检修时,能否不影响供电。
②线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。
③变电所全部停电的可能性。
④满足对用户的供电可靠性指标的要求。
2、灵活性：
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，且不影响对及户的供电。
③扩建要求。
应留有发展余地，便于扩建。
3、经济性：
①投资省；②占地面积小；③电能损失小。
三、拟定主接线方案
根据以上要求和本设计任务书要求，初步选择主接线如下：
原始资料：
变电所类型：
降压变电所
电压等级：
110/35/10KV
出线情况：
110KV出线两回，35KV出线6回（架空），10KV出线12回（其中电缆四回）
负荷性质：
工农业生产及城乡生活用电
结合原始资料所提供的数据，权衡各种接线方式的优缺点，将各电压等级适用的主接线方式列出：
1、110KV只有两回出线，且作为降压变电所，110KV侧无交换潮流，两回线路都可向变电所供电，亦可一回向变电所供电，另一回作为备用电源。
所以，从可靠性和经济性来定，110KV部分适用的接线方式为内桥接线和单母线分段两种。
2、35KV部分可选单母线分段及单母线分段兼旁路两种。
3、10KV部分定为单母线分段。
这样，拟定两种主接线方案：
方案I：
110KV采用内桥接线，35KV采用单母线分段接线，10KV为单母线分段接线。
方案II：
110KV采用单母线分段接线，35KV采用单母线分段兼旁路接线，10KV为单母线分段接线。
绘出方案I、方案II的接线图如下
方案I接线图：
方案II接线图：
第四章主接线方案的确定
一、主接线方案的可靠性比较：
110KV侧：
方案I：
采用内桥接线，当一条线路故障或切除时，不影响变压器运行，不中断供电；桥连断路器停运时，两回路将解列运行，亦不中断供电。
且接线简单清晰，全部失电的可能性小，但变压器二次配线及倒闸操作复杂，易出错。
方案II：
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，全部失电的可能稍小一些，不易误操作。
35KV侧：
方案I：
单母线分段接线，检修任一台断路器时，该回路需停运，分段开关停运时，两段母线需解列运行，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不致失电，另一段母线上其它线路需停运。
方案II：
单母线分段兼旁路接线，检修任一台断路器时，都可用旁路断路器代替；当任一母线故障检修时，旁路断路器只可代一回线路运行，本段母线上其它线路需停运。
10KV侧：
由于两方案接线方式一样，故不做比较。
二、主接线方案的灵活性比较
110KV侧：
方案I：
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II：
调度操作时可以灵活地投入和切除线路及变压器，而且便于扩建。
35KV侧：
方案I：
运行方式简便，调度操作简单灵活，易于扩建，但当开关或二次检修时线路要停运，影响供电。
方案II：
运行方式复杂，调度操作复杂，但可以灵活地投入和切除变压器和线路，能满足在事故运行方式，检修方式及特殊运行方式下的调度要求，较易于扩建。
10KV侧：
两方案相同。
三、主接线方案的经济性比较
将两方案主要设备比较列表如下：
项目
方案
主变压器（台）
110KV断路器（台）
110KV隔离开关（组）
35KV断路器（台）
35KV隔离开关（组）
10KV设备
I
2
3
8
8
18
相同
II
2
5
10
8
28
相同
从上表可以看出，方案I比方案II少两台110KV断路器、两组110KV隔离开关，10组35KV隔离开关，方案I占地面积相对少一些（35KV侧无旁路母线），所以说方案I比方案II综合投资少得多。
四、主接线方案的确定
对方案I、方案II的综合比较列表，对应比较一下它们的可靠性、灵活性和经济性，从中选择一个最终方案（因10KV侧两方案相同，不做比较）。
方案
项目
方案I
方案II
可
靠
性
①简单清晰，设备少
②35KV母线故障或检修时，将导致该母线上所带3回出线全停
③任一主变或110KV线路停运时，均不影响其它回路停运
④各电压等级有可能出现全部停电的概率不大
⑤操作简便，误操作的机率小
①简单清晰，设备多
②35KV母线检修时，旁路断路器要代该母线上的一条线路，给重要用户供电，任一回路断路器检修，均不需停电
③任一主变或110KV线路停运时，均不影响其它回路停运
④全部停电的概率很小
⑤操作相对简便，误操作的机率大
灵
活
性
①运行方式简单，调度灵活性强
②便于扩建和发展
①运行方式复杂，操作烦琐，特别是35KV部分
②便于扩建和发展
经
济
性
①高压断路器少，投资相对少
②占地面积相对小
①设备投资比第I方案相对多
②占地面积相对大
通过以上比较，经济性上第I方案远优于第II方案，在可靠性上第II方案优于第I方案，灵活性上第I方案远不如第II方案
该变电所为降压变电所，110KV母线无穿越功率，选用内桥要优于单母线分段接线。
又因为35KV及10KV负荷为工农业生产及城乡生活用电，在供电可靠性方面要求不是太高，即便是有要求高的，现在35KV及10KV全为SF6或真空断路器，停电检修的几率极小，再加上电网越来越完善，N+1方案的推行、双电源供电方案的实施，第I方案在可靠性上完全可以满足要求，第II方案增加的投资有些没必要。
经综合分析，决定选第I方案为最终方案，即110KV系统采用内桥接线、35KV系统采用单母分段接线、10KV系统为单母线分段接线。
第五章短路电流计算
一、短路电流计算的目的
1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，需要进行必要的短路电流计算。
2、在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠地工作，同时又力求节约资金，需要全面的短路电流计算。
3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。
4、设计接地装置时，需用短路电流。
5、在选择继电保护和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
二、短路电流计算的一般规定
1、计算的基本情况
a．系统中所有电源均在额定负荷下运行。
b．短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
c．所有电源的电动势相位角相同。
d．应考虑对短路电流值有影响的所有元件。
2、接线方式
计算短路电流时所用的接线方式，应是最大运行方式，不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
3、计算容量
按该设计规划容量计算。
4、短路种类：
均按三相短路计算。
5、短路计算点
在正常运行方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。
三、短路电流计算
1、选择计算短路点
在下图中，d1，d2，d3分别为选中的三个短路点
2、画等值网络图
XS
110KVd1
X1X1X235KV
X2
X3X3
d2
d310KV
3、计算：
已知：
（1）系统电压等级为110KV、35KV、10KV，基准容量Sj=100MVA，系统110KV母线系统短路容量为3000MVA,110KV侧为双回LGJ-300/35KM架空线供电。
（2）视系统为无限大电流源，故暂态分量等于稳态分量，即I＂=I∞，S＂=S∞
（3）主变为SFSL1-63000型变压器，基准容量Sj=100MVA
基准电压Uj=1.05Ue=115（KV）
基准电流Ij=Sj/3Uj=100/（115×3）=0.502（KA）
基准电抗Xj=Uj/3Ij=Uj2/Sj=1152/100=132（Ω）/平；【
∴对侧110kv母线短路容量Skt的标幺值为
Skt*=Skt/Sb=3000/100=30
∴对侧110kv母线短路电流标幺值
Ikt*=Skt*=30
∴对侧110kv系统短路阻抗标幺值
xs*=1/Ikt*=1/30=0.0333
查《电力工程电气设计手册》第189页对于LGJ-300线路X=0.382Ω/KM
∴XS*=0.0333+（0.382×35）/132/2=0.084
d1,d2,d3点的等值电抗值计算公式：
x1=1/2×｛U（1-2）%+U（1-3）%-U（2-3）%｝
x2=1/2×｛U（1-2）%+U（2-3）%-U（1-3）%｝
x3=1/2×｛U（1-3）%+U（2-3）%+U（1-2）%｝
其中：
U（1-2）%—变压器高压与中压绕组间短路电压
U（1-3）%—变压器高压与低压绕组间短路电压
U（2-3）%—变压器中压与低压绕组间短路电压
由变压器参数表得知，绕组间短路电压值分别为：
U（1-2）%=17.5%U（1-3）%=10.5%U（2-3）%=6.5%
主变额定容量SN=63MVA
所以x1=1/2×（17.5+10.5-6.5）=10.75
x2=1/2×（17.5+6.5-10.5）=6.75
x3=1/2×（10.5+6.5-17.5）=-0.25
标么值:
x1*=x1/100×（Sj/SN）=10.75/100×（100/63）=0.17
x2*=x2/100×（Sj/SN）=6.75/100×（100/63）=0.11
x3*=x3/100×（Sj/SN）=-0.25/100×（100/63）=-0.004
已知110KV系统折算到110KV母线上的等值电抗Xs*=0.084
当d1点短路时
XS
d1
I″d*1=1/Xs*=1/0.084=11.905
Ij=Sj/3Uj=100/（3×115）=0.502（KA）
I″d1=I″d*1×Ij=11.905×0.502=5.976（KA）
I″d1=I∞
Ich=1.8×2×I″d=1.8×2×5.976=15.239（KA）
S∞=3Uj×I∞=3×115×5.976=1190.3（MVA）
其中Id：
短路电流周期分量有效值
Id″：
起始次暂态电流I∞：
t=∞时稳态电流S∞：
短路容量
第六章设备的选择与校验
第一节设备选择的原则和规定
导体和设备的选择设计，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。
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）应力求技术先进和经济合理。
3）选择导体时应尽量减少品种。
4）应按当地环境条件校核。
5）扩建工程应尽量使新老电器型号一致。
6）选用的新产品，均应有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。
二、有关规定
1、技术条件：
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。
1）长期工作条件
a．电压：
选用的电器允许的最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压，即Umax＞Ug，当额定电压在220KV及以下时为1.15UN。
额定电压与设备最高电压
受电设备或系统额定电压
供电设备额定电压
设备最高电压
10
10.5
11.5
35
38.5
40.5
110
121
126
b．电流：
选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即Ie≥Ig。
由于高压电器没有明显的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种方式下回路持续工作电流。
c．机械负荷：
所选电器端子的允许负荷，应大于电器引下线在正常运行和短路时的最大作用力。
2）短路稳定条件
①校验的一般原则
电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定检验，检验的短路电流，一般取三相短路时的短路电流。
②短路的热稳定条件：
It2t＞Qdt
Qdt—在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应（KA2.S）
It—t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA）
T—设备允许通过的热稳定电流时间（S）
③短路的动稳定条件
ich≤idfIch≥Idf
ich—短路冲击电流峰值（KA）
idf—短路全电流有效值
Ich—电器允许的极限通过电流峰值（KA）
Idf—电器允许的极限通过电流有效值（KA）
④绝缘水平
在工作电压和过电压下，电气的内、外绝缘应保证必要的可靠性。
电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。
当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算选用适当的电压保护设备。
2、环境条件
选择导体和电阻时，应按当地环境条件校核。
原始资料提供环境条件如下：
年最高温度+30℃，最低气温-5℃，当地雷暴日数30日/年。
第二节导线的选择和检验
载流导体一般采用铝质材料比较经济，110KV及以上高压配电装置一般采用软导线，当负荷电流较大时，应根据负荷电流选用较大截面的导线。
矩形导线一般只用于35KV及以下，电流在4000A及以下时；槽形导体一般用于4000~8000A的配电装置中；管形导体用于8000A以上的大电流母线。
一、导线的选择
1、按回路最大持续工作电流选择：
Ixu≥Ig.max
其中Ig.max—导体回路持续工作电流（A）
Ixu—相应于导体在某一运行温度、环境条件下长期允许工作电流（A）
若导体所处环境条件与规定载流量计算条件不同时，载流量应乘以相应的修正系数。
2、按经济电流密度选择
Sj＝Ig.max/j
其中Sj—按经济电流密度计算得到体截面（mm2）
j—经济电流密度（A/mm2）
以下分别对各电压等级的导线进行计算选择。
110KV系统：
由于连线与110KV进线所承受的电流相同，故110KV所有连线与进线选择型号相同的导线,即LGJ-300型（长期允许载流量770A>2*320A）。
35KV系统：
进线（母线）：
Ig.max=1.05Ie=1.05×980=1029（A）
查《电力工程电气设计手册》第337页表，按最高允许温度为+70℃，当地环境温度最高为+30℃，修正系数K=0.94
所以导线的最大载流量
Ig=Ig.max/K=1029/0.94=1094（A）
查《电力工程电气设计手册》第412页表，得LGJ-630/55型导线（长期允许载流量1204A）
出线：
按经济电流密度选择
Ig.max=63000/（35×1.732）/6=173.2（A）
由于t=6000，查软导线经济电流密度表（《电力工程电气设计手册》第377页），得j=0.95（A/mm2）
所以Sj=Ig.max/J=173.2/0.95=182.3（mm2）
查表得LGJ-185/30型导线（长期允许最大载流量551A）
10KV系统：
进线：
由于按主变额定容量计算太大，故按10KV侧Pmax=25MW计算，cosφ=0.85
Ie=Pmax/3Ucosφ=25×103/（3×10×0.85）=1698.09（A）
Ig.max=1.05Ie=1.05×1698.09=1782.99（A）
查《电力工程电气设计手册》第337页表，按最高允许温度为+70℃，当地环境温度最高为+30℃，修正系数K=0.94
所以导线的最大载流量
Ig=Ig.max/K=1782.99/0.94=1897（A）
查《电力工程电气设计手册》第333页表，得矩形导体80*8两条横放（长期允许载流量1946A）
出线：
由于不知道每回出线的负荷情况,故选10KV出线导线时按主变额定容量选择（按经济电流密度选择）
Ig=63000/12/（10×3）=303.12（A）
架空线路：
由于t=6000，查软导线经济电流密度表，得j=0.95（A/mm2）
所以Sj=Ig.max/J=303.12/0.95=319（mm2）
查表得LGJ-300型导线（长期允许最大载流量770A）
因为按经济电流密度选择的导线载面，应尽量接近经济计算载面Sj，当无合适规格导体时，允许小于Sj。
二、电力电缆的选择
要求：
电缆截面应满足持续允许电流、短路热稳定、允许电压降等要求，当最大负荷利用小时Tm>5000h且长度超过20M时，还应按经济电流密度选取。
1、按持续允许电流选择
1计算公式
敷设在空气中和土壤中的电缆允许载流量按下式计算：
KIxu≥Ig
Ig：
计算工作电流
Ixu：
电缆在标准敷设条件下的额定载流量
K：
不同敷设条件下综合校正系数，对于土壤中单根敷设的电缆K=KτK3
查《电力工程电气设计手册》第1001页表，50℃时
Kτ=0.895K3=1.09
∴Ixu≥Ig/K=303.12/（0.895×1.09）=311A
查《电力工程电气设计手册》第934页表,选用YJV-3*185电力电缆（额定载流量281×1.29=362.5（A）
2、按持续经济电流密度选择
公式:
S=Ig/j
Ig：
计算工作电流
J：
经济电流密度（A/mm2）
查《电力工程电气设计手册》第942页表j=0.93
S=303.12/0.93=326mm2截面积太大,故其工作电流按最大负荷计算
Ig=25/（10×1.732×12）=0.12（KA）=120A
S=120/0.9
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