我的本科毕业论文变电所设计.docx
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我的本科毕业论文变电所设计
前言
在这次设计的选题上我是根据自己现在所实习的岗位来确定的，题目是《110KV降压变电站的部分设计》，而且我认为这次选题也是很好的结合了我在学校所学的工厂供电这门课程，让实践和理论知识相结合。
学习了工厂供电,为了更好的掌握这门功课，切实保证工厂生产的正常工作需要,我们进行了这次设计.要完成这次设计就必须了解工厂供电的基本知识.包括供电系统的一般原则,内容和程序.须要进行负荷计算,无功补偿以及继电保护。
首先介绍工厂供电设计的基本知识,包括供电设计的内容和程序,供电设计依据的主要技术基础,供电设计常用的电气图形符号和文字符号.接着依次讲述负荷计算和无功补偿,变配电所主接线方案的设计,短路计算及一次设备选择,继电保护及二次回路的选择,变配电所的布置与结构设计,供配电线路的设计计算,防雷保护和接地装置的设计。
本次设计最重要的设计原则和方法,我们认为,就是在设计中一定要遵循国家的最新标准和设计规范.因此设计中着力介绍与工厂供电设计有关的最新标准和设计规范的规定和要求.限于我们的水平,加之时间非常的紧促,因此设计书中可能有错漏和不妥之处,是很难避免的,请老师批评指正。
毕业设计（论文）任务书
题目110kV降压变电站电气一次部分设计
一、毕业设计（论文）内容
本所位于某市区。
向市区工业、生活等用户供电，属新建变电所。
电压等级：
110kV：
近期2回，远景发展2回；
10kV：
近期12回，远景发展2回。
电力系统接线简图、负荷资料及所址条件见附件。
二、毕业设计（论文）应达到的主要指标
1、变电所总体分析；
2、负荷分析计算与主变压器选择；
3、电气主接线设计；
4、短路电流计算及电气设备选择；
5、配电装置及电气总平面布置设计。
三、设计（论文）成品要求
1．毕业设计说明书（论文）1份；
2．图纸：
1套（电气主接线）。
附件：
一.题目：
110kV降压变电站电气一次部分设计
二.原始资料
（一）建设性质及规模
本所位于市区。
向市区工业、生活等用户供电，属新建变电所。
电压等级：
110/10kV
线路回数：
110kV：
近期2回，远景发展2回；
10kV：
近期12回，远景发展2回。
（二）电力系统接线简图
附注：
1.图中，系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式；
2.最小运行方式下：
S1=1300MVA，XS1=0.65；S2=170MVA，XS2=0.75。
（三）负荷资料（10kV负荷的同时率kt取0.85）
列表如下页。
（四）所址条件
1．地理位置示意图如上所示
2．地形、地质、水文、气象条件
所址地区海拔200米，地势平坦，非强地震地区。
年最高气温+40˚C，年最低气温-20˚C，年平均温度+15˚C，最热月平均最高温+32˚C。
最大覆冰厚度b=10mm。
最大风速25m/s,，属于我国第六标准气象区。
线路从系统2（S2）110KV母线出发至变电所南墙止。
全长10km。
在距离系统2北墙0.25、5、8、9.98km处转角
、
四次进入变电所。
全线为黄土层地带，地耐力2.4kg/cm２，天然容重γ=2g/
。
内摩擦角
，土壤电阻率100Ω·cm，地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。
土壤热阻系数
=120˚C·cm/wm。
土温20˚C。
负荷资料表
电压
等级
负荷名称
最大负荷
（MW）
穿越功率（MW）
负荷组成（%）
自然
力率
Tmax
（h）
线长（km）
近期
远景
近期
远景
一级
二级
110kV
市系线
10
18
10
市甲线
10
18
10
备用1
10
备用2
12
10kV
棉纺厂1
2
2.5
20%
40%
0.75
5500
3.5
棉纺厂2
2
2.5
20%
40%
0.75
5500
3.5
印染厂1
2
3
30%
40%
0.78
5000
4.5
印染厂2
2
3
30%
40%
0.78
5000
4.5
毛纺厂
2
2.5
20%
40%
0.75
5000
2.5
针织厂
1
1.5
20%
40%
0.75
4500
1.5
柴油机厂1
3
4
25%
40%
0.8
4000
3
柴油机厂2
3
4
25%
40%
0.8
4000
3
橡胶厂
1
1.5
30%
40%
0.72
4500
3
市区1
1.5
2
20%
40%
0.8
2500
2
市区2
1.5
2
20%
40%
0.8
2500
2
食品厂
1.2
1.5
15%
30%
0.8
4000
1.5
备用1
1.5
0.78
备用2
1.5
0.78
机修变：
这个变电所主要对机修车间供电，车间负责工厂零部件的加工，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。
厂前区变：
主要是负责工作人员的日常办公照明，空调的制冷，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。
空分变：
这个环节在生产上非常重要，负责把所需的气体从空气中分离出来，如果突然失电，将会对整个生产停止，所以应属于二级负荷。
合成变：
和空分变一样也是生产环节上不可缺少的，它主要负责生产原料氨气的合成，所以应属于二级负荷。
循环水变：
主要对高压水泵提供电源，使冷却水循环，负责工厂生产设备的散热，如果失电设备将因温度过高无法运行或损坏，所以应属于二级负荷。
包装变：
主要是对包装车间供电，将生产出来的成品进行最后的包装，失电对生产不会产生影响，所以应属于二级负荷。
复合肥变：
这个变电所失电将直接不能进行生产，所以应属于二级负荷。
所用变：
主要提供总变电所的日常用电，这个电是很重要的，如果失电，监控器，微机系统将停电。
工作人员将不知道电压，电流以及频率等等的波动情况，会严重影响整个工厂的生产。
所以应属于二级负荷。
共用变：
这个变电所失电不会对生产有很大影响，所以应属于三级负荷。
6KV侧负荷大小
在以下的计算中，Kd表示需要系数，tany表示功率因素角的正切值。
机修变：
Kd=0.15，tany=1.73。
P=600KW
P30=0.15×600=90KW
Q30=1.73×90=155.7kvar
S30=179.8kVA
I30=30.4A
厂前区变：
Kd=1，tany=0。
P=1200KW
P30=1×1200=1200KW
Q30=0kvar
S30=34.6kVA
I30=115.4A
空分变：
Kd=0.8，tany=0.75。
P=4000KW
P30=0.8×4000=3200KW
Q30=0.75×3200=2400kvar
S30=34.6kVA
I30=115.4A
合成变：
Kd=0.8，tany=0.75。
P=8000KW
P30=0.8×8000=6400KW
Q30=0.75×6400=4800kvar
S30=8000kVA
I30=769.8A
循环水变：
Kd=0.8，tany=0.75。
P=8000KW
P30=0.8×8000=6400KW
Q30=0.75×6400=4800kvar
S30=8000kVA
I30=769.8A
包装变：
Kd=0.15，tany=1.73。
P=600KW
P30=0.15×600=90KW
Q30=1.73×90=155.7kvar
S30=179.8kVA
I30=30.4A
复合肥变：
Kd=0.75，tany=0.75。
P=1400KW
P30=0.75×1400=1050KW
Q30=0.75×1050=787.5kvar
S30=1312.5kVA
I30=152.3A
所用变：
Kd=1，tany=0。
P=100KW
P30=1×100=100KW
Q30=0kvar
S30=100kVA
I30=16.6A
公用变：
Kd=0.7，tany=0。
P=500KW
P30=0.7×500=350KW
Q30=0kvar
S30=350kVA
I30=58.3A
所以，总的有功计算负荷
ΣP30＝90+1200+3200+6400+6400+90+1050+100+350＝18880KW
ΣQ30=155.7+2400+4800+4800+155.7+787.5=13400Kvar
所以：
ΣS＝√188802+134002＝23152KVA
考虑线损、同时系数时的容量：
ΣS1=23152×0.8×1.05＝19448KVA
计算结果如下表所示（表2-1）
名称
P
（KW）
P30（KW）
Q30
（kvar）
S30
（KVA）
I30
（A）
机修变
600
90
155.7
179.8
30.4
厂前区变
1200
1200
0
34.6
115.4
空分变
4000
3200
2400
34.6
115.4
合成变
8000
6400
4800
8000
769.8
循环水变
8000
6400
4800
8000
769.8
包装变
600
90
115.7
179.8
30.4
复合肥变
1400
1050
787.5
1312.5
152.3
所用变
100
100
0
100
16.6
共用变
500
350
0
350
58.3
第三章：
主变压器的选择
一、主变台数的确定
变电所以装设两台主变压器为宜。
而且这样就更加的保证了运行的可靠性，此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。
二、主变容量的确定
1、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，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。
对工厂变电所，主变压器容量应与工厂规划扩建相结合。
2、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。
对于有重要负荷的变电所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在过负荷后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70％-80％。
此变电所是化工厂总变电所，属于重要负荷变电所，所以当一台变压器停运，另一台也能保证全部负荷不断电。
有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：
S=ΣS1KVA
还要考虑到工厂即将有新项目建设。
所以应选容量为25000KVA的两台主变压器。
三、主变绕组连接方式
变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接方式只有y和△，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。
我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。
35KV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。
有以上知，此变电站110KV侧采用Y接线，6KV侧采用△接线。
主变中性点的接地方式：
选择电力网中性点接地方式是一个综合问题。
它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。
主要接地方式有：
中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。
电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。
电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。
在本设计中110KV变压器采用中性点直接接地方式。
但是由于上一级配电站中性点已经接地，这里就不需要接地。
主变绕组采用的接线方式为Ynd11。
四、 主变的调压方式
由于电网电压的不稳定性，需要调压操作频率较高，而且大多数的设备属于二级负荷不能停电进行调压。
所以，此变电所的主变压器采用有载调压方式。
本设计中主变压器的型号是：
SFPSL—25000/110
第四章:
无功补偿装置的选择
一、 补偿装置的意义
无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，为感应式电器设备（电动机，发电机）提供足够的无功，保证正常运行，同时对增强系统的稳定性有重要意义。
二、无功补偿装置容量的确定
根据该厂的实际情况，采用高压集中补偿，考虑功率因数不能低于0.9，该厂未补偿前的功率因数为0.88，补偿后要求达到0.98。
所以补偿容量为：
Qc=P30（tany1-tany2）=18880×[tan（arccos0.88）-tan（arccos0.98）]kvar=4170kvar
故在此设计中，在电容器额定电压6.3kv情况下，取4200kvar。
三、并联电容器装置的分组
由于电容器是采用的高压集中补偿，考虑到整个变电站的运行方式（母线分段），所以要考虑到只投入一条母线进行运行时也要能够进行无功补偿。
综上所述，在本设计中，无功补偿装置分作方式采用等容量分组方式，电容器分为每组2100kvar并联在6KV母线上。
四、并联电容器装置的接线
并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（△）两种。
经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。
从《电气工程电气设计手册》（一次部分）P502页表9-17中比较得，应采用双星形接线。
因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。
中性点接地方式：
对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。
第五章：
电气主接线的初步设计及方案选择
参考资料：
1、《发电厂电气设备》（于长顺主编）第十章
2、《电力工程电气设计手册》（一次部分）第二章
一、电气主接线的概况
1、发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。
它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。
它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。
所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。
2、在选择电气主接线时的设计依据
1）、发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用
2）、发电厂、变电所的分期和最终建设规模
3）、负荷大小和重要性
4）、系统备用容量大小
5）、系统专业对电气主接线提供的具体资料
3、主接线设计的基本要求
1）、安全性
2）、可靠性
3）、灵活性
4）、经济性
二、电气主接线的选择设计
电气主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线。
1、单母线分为单母线不分段（图4-1），单母线分段（图4-2）
图4-1单母线不分段接线 图4-2单母线分段接线
单母线不分段的优点：
电路简单，使用设备少以及配电装置的建造费用低；缺点是可靠性和灵活性较差。
这种接线方式只实用于容量较小和对供电可靠性要求不高的中小型工厂。
单母线分段的优点：
母线检修时可以分段进行，出现故障时，经过倒闸操作切除故障段，保证另一段继续运行，比单母线不分段提高了可靠性。
2、双母线接线（图4-3）
图4-3双母线接线
双母线接线的优点：
两条母线互为备用，具有较高的可靠性和灵活性。
一般只用在要求很高的大型工厂。
缺点：
电路复杂，使用设备多，建造费用高。
3、桥式接线分为外桥、内桥和全桥
外桥式接线（图4-4）
图4-4外侨式接线
外侨式接线一般情况下适用于电源线路较短，故障检修机会较少，但变电所负荷变动较大且需经常切换变压器的总降压变电所。
内桥式接线（图4-5）
图4-5内桥式接线
内桥式接线一般情况下适用于电源线路较长，故障检修机会较多，且变压器不需要经常切换的总降压变电所。
全桥式接线（图4-6）
图4-6全桥式接线
全桥式接线在检修和进行倒闸操作时比内外桥更加的方便，但是建造投资的费用比内外桥高。
根据实际情况最后选择电气主接线的基本形式为单母线分段全桥式接线。
三、主接线中的设备配置
第六章 各级配电装置的配置
在变电站主接线中，所装开关电器、载留导体以及保护和测量电器等设备，按一定要求建设而成的电工建筑物，称为配电装置。
它的作用是接受电能和分配电能，所以它是发电厂和变电所的重要组成部分。
一、配电装置的要求
（1） 配电装置的设计和建设，应认真贯彻国家的技术经济政策和有关规程的要求，特别注意应节约用地，争取不占或少占良田。
（2） 保证运行安全和工作可靠。
设备要注意合理选型，布置应力求整齐、清晰。
（3） 便于检修、操作和巡视。
（4） 便于扩建和安装。
（5） 在保证上述条件下，应节约材料，减少投资。
二、配电装置的分类及使用范围
配电装置按电气设备装置的地点，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按组装的方式，可分为在现场组装而成的装配式配电装置，以及在制造厂将开关电器等按接线要求组装成套后运至现场安装用的成套配电装置。
屋内配电装置是将电气设备安装在屋内，它的特点是占地面积小，运行维护和操作条件较好，电气设备受污秽和气候条件影响较小；但需建造房屋，投资较大。
屋外配电装置是将电气设备装置在屋外，它的特点是土建工程量小，投资小，建造工程短，易扩建，但占地面积大，运行维护条件较差，易受污秽和气候条件影响。
在发电厂和变电所中，一般35KV及以下的配电装置采用屋内配电装置，110KV及以上的配电装置多采用屋外配电装置。
但110KV及以上的配电装置，在严重污秽地区，如海边和化工厂区或大城市中心，当技术经济合理时，也可采用屋内配电装置。
成套配电装置一般布置在屋内，特点是结构精密，占地面积小，建设期短，运行可靠，维护方便，但耗用钢材较多，造价较高。
目前我国生产的3—35KV各种成套配电装置，在发电机和变电站中已广泛应用。
由以上各种方案比较得：
在本设计中，110KV采用屋内配电装置。
第七章 短路电流的目的及结果
一、短路电流计算的目的
在变电所和发电厂的电气设计中，短路电流计算是一个重要环节。
计算的目的是选择主接线，比较各种接线方案：
选择电气设备，校验设备提供依据，为继电保护整定计算提供依据等。
二、短路电流计算的结果
1、确定基准值
设Sd=500MVA，Ud=Uc，即高压侧Ud1=115kV,低压侧Ud2=6.3kV，则
Idl=Sd/1.732Ud1=500MVA/1.732×115kV=2.5kA
Id2=Sd/1.732Ud2=500MVA/1.732×6.3kV=45.8kA
2、计算短路电路中各元件的标幺值
（1）电力系统
X1=100/500MVA=0.2
（2）架空线路 由图12-12得X0=0.35Ω/km,而线路长10km，故
X2=（0.35×10）×500MVA/（115kV）2=0.13
（3）电力变压器 查表可得UZ%=8%，故
X3=8/100×500MVA/25000kVA=1.6
因此绘制等效电路图，如图7-1所示。
、计算K-1点（110kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
XZ（K-1）=X1+X2=0.2+0.13=0.33
（2）三相短路电流周期分量有效值
IZ（K-1）=Id/XZ（K-1=2.5kA/0.33=7.58kA
（3）其他短路电流
I（3）=7.58kA
ish=2.55×7.58=19.32kA
Ish=1.51×7.58=11.45kA
（4）三相短路容量
S（k-1）=Sd/XZ（K-1=1515.2MVA
4、计算K-2点（6.3kV）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
XZ（K-2）=X1+X2+X3=0.2+0.13+1.6=1.93
（2）三相短路电流周期分量有效值
IZ（K-2）=Id/XZ（K-2=45.8kA/6.3=7.27kA
（3）其他短路电流
I（3）=7.27kA
ish=1.84×7.27=13.38kA
Ish=1.09×7.27=7.92kA
（4）三相短路容量
S（k-2）=Sd/XZ（K-2=259.07MVA
以上计算结果综合如表7-1所示。
表7-1 短路计算表结果
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量
Ik
I（3）
I∞
ish
Ish
S（k
K-1
7.58
7.58
7.58
19.32
11.45
1515.2
K-2
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