YX110kv中心变电所设计精简.docx
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YX110kv中心变电所设计精简
110kv中心变电所设计
专业班级：
电气化铁道技术1323班
学生姓名：
于鑫
学号：
20132333
指导老师：
周雪冬
目录
第1章110KV变电所设计1
1.1设计目的1
1.2设计要求1
1.3设计依据1
第2章主变压器的选择2
3.1主变压器台数的确定2
3.2主变压器容量的确定2
3.3主变型及接线组别的确定2
.3.4变压器的计算2
第3章电气接线的设计4
2.1电气主接线的设计4
2.2变电所主接线的选择4
2.3变电所电气主接线方案比较与选择4
2.3.1方案比较4
2.3.2中性点运行方式的确定6
2.3.3综合分析7
2.3.4主接线方案的拟定7
第4章短路电流计算8
4.1短路电流计算的目的8
4.2短路电流计算的一般规定8
4.2.1计算的基本情况8
4.2.2接线方式8
4.2.3计算容量8
4.2.4短路种类9
4.2.5短路计算点9
第5章电气设备的选择9
5.1电气设备选择及参数9
5.2电气设备选择的一般原则9
5.3母线的选择10
5.3.1按导体长期发热允许电流来选择10
5.3.2按经济电流密度选择11
5.3.3校验11
5.4断路器的选择11
5.5隔离开关的选择12
5.5.1隔离开关的主要用途12
5.5.2隔离开关的选择12
5.6互感器的选择13
5.6.1电流互感器的选择13
5.6.2电压互感器的选择15
总结16
第1章110KV变电所设计
1.1设计目的
本课程设计较系统的阐明了中心牵引变电设计的基本方法和步骤。
重点在于对牵引变压器的选择、牵引变压器的容量计算、运行技术指标的计算；电气主接线的设计；导线的选择。
1.2设计要求
（1）确定该牵引变电所高压侧的电气主接线的形式，并分析其正常运行时的运行方式
（2）确定牵引变压器的容量，台数及接线形式
（3）确定牵引负荷侧电气主接线形式
（4）对变电所进行短路计算，并进行电气设备选择
（5）设置合适的过电压保护装置，防雷装置以及提高接触网功率因数的装置
（6）用CAD画出整个牵引变电所的电气主接线图
1.3设计依据
区域电网以双回路110kV输送电能，选取基准容量为100MVA，在最大运行方式下，电力系统的电抗标幺值为0.23；在最小运行方式下，电力系统的标幺值为0.25.
中心式牵引变电所采取直接供电方式向双线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5kV，三相接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如表1-1所示。
表1-1两供电臂电流归算到27.5kV侧电流
牵引变电所
供电臂长度km
端子
平均电流A
有效电流A
短路电流A
穿越电流A
最大电流A
B
18.3
217
295
818
148
320
13.3
144
218
637
144
390
环境资料：
本牵引变电所地区平均海拔为400米，地层以砂质黏土为主，地下水位为5.5米。
该牵引变电所位于电气化铁路的中间位置，所内不设铁路岔线，外部有公路直通所内。
本变电所地区最高温度为38，年平均温度为21，年最热月平均最高气温为33，年雷暴雨日数为26天，土壤冻结深度为1.2m。
第2章主变压器的选择
3.1主变压器台数的确定
1）对于规划只装设两台主变的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1～2级设计，一边负荷发展时，更换变压器的容量。
2）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变为宜；
3）一般情况下220KV及以下的变电所设2台主变压器。
3.2主变压器容量的确定
1）主变压器容量一般按照变电所建成后五至十年的规划负荷选择，并适当考虑远期十至二十年的负荷发展；且待建变电所属于终端变电所，主要是供电给企业，故主变压器应与城市规划相结合。
2）当变电所装设两台主变时，必须满足：
当一台主变事故停运时，另一台变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%；保证在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷供电。
3.3主变型及接线组别的确定
1.主变相数的选择
根据选择主变相数所应考虑的原则：
在运输条件不受限止时，330kv及以下的变电所均应选三相变压器。
此次设计的变压器选三相变压器。
2.主变接线组别的确定。
本次设计电压等级为110kV、27.5kV降压变电所，因110kV侧根据主网接线方式，27.5kV采用小电流接线方式。
.3.4变压器的计算
根据27.5KV侧负荷为4回，且考虑具有15%的发展裕量，则
27.5KV侧各线路最大负荷如下：
=3.12MW
=3.2MW
=4.25MW
=8.0MW
=6.25MW
=6.5MW
=7.5MW
=5.5MW
则可得出各条线路的：
=3.120.6197=2.23092Mvar
=3.20.6197=1.36334MVar
=4.250.6197=2.78865Mvar
=8.00.6197=3.40835MVar
=6.250.6197=3.7182Mvar
=6.50.6197=2.16895MVar
=7.50.6197=1.54925Mvar
=5.50.6197=1.766145MVar
所以27.5KV侧最大有功和最大无功分别为：
=
+
+
+
+
+
+2*
+2*
=57.32MW
=
+
+
+
+
+
+2*
+2*
=35.5053MVar
=
=67.4255MVA
根据本次设计中的设计原始资料然后考虑到本变电所15%的负荷发展余地可得
S=（1+15%）×67.4255=77.539325MVA
如果考虑到一台变压器单独运行时应该保证总负荷的70％所以变压器必须提供的最大功率计算为：
=77.539325×70%=54.2775275MVA
所以经查资料可以选取SFPQ7-63000/110型变压器
变压器的台数为2台
此变电所变压器的具体参数如下
高压110低压27.5阻抗电压
第3章电气接线的设计
2.1电气主接线的设计
电气主接线表示电能由电源分配给用户的主要电路，应表示出所有的电气设备及其关系，对变电所的主接线的基本要求安全、经济，还必须按照国家的标准规定和设计规范。
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的主要部分，是构成电力系统的主要环节，它是由电气设备通过连接线，按其功能组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。
2.2变电所主接线的选择
电气主接线是变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。
主接线的确定对电力系统整体及电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和系统经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。
因此，选择电气主接线必须满足以下基本要求：
⑴、保证必要的供电可靠性和电能质量。
⑵、具有灵活性和方便性。
⑶、具有经济性。
⑷、具有发展和扩建的可能性
根据对原始资料的分析和变电所的主接线选择的主要原则，现将各电压级可能采取的较佳方案列出分析，进而以优化组合的方式，组成最佳可比方案。
2.3变电所电气主接线方案比较与选择
2.3.1方案比较
本变电所有两个电压等级，110kv两回进线，从两个不同电源引入；27.5KV侧负荷较为重要。
方案一：
主接线图如下：
图2-1单母线分段接线
本方案高压侧采用单母分段接法；27.5KV侧负荷都比较重要，为了提高供电可靠性，27.5KV侧采用单母线带旁母接线方式。
110KV侧采用单母线分段接线方式，其可靠性高，接线清晰，投入设备少，操作和检修都比较方便灵活；27.5KV侧采用单母分段带旁路运行方式，设专用旁母断路器，增加了若干台断路器和隔离开关的投资，但提高了供电可靠性，对重要用户可以从不同段供电，缩短了短时停电，减少了停电影响范围，最重要的是，可以在不停电的情况下检修出线断路器。
由110KV侧采用单母分段运行方式，配电设备较多，因此操作比较繁琐，而且容易引起误操作，经济性不好。
故此方案仅供参考。
方案二：
电气主接线图如下：
图2-2单母线接线
本方案高压侧采用单母分段接法；27.5KV侧负荷都比较重要，为了提高供电可靠性，27.5KV侧采用单母线带旁母接线方式。
110KV侧采用单母线接线方式，其可靠性高，接线清晰，投入设备少，操作和检修都比较方便灵活，具有发展和扩建的可能性；27.5KV侧采用单母线带旁路运行方式，设专用旁母断路器，增加了若干台断路器和隔离开关的投资，但提高了供电可靠性，对重要用户可以从不同段供电，缩短了短时停电，减少了停电影响范围，最重要的是，可以在不停电的情况下检修出线断路器。
2.3.2中性点运行方式的确定
电力系统中性点运行方式主要有两类：
直接接地方式和非直接接地方式。
在中性点直接接地系统中，当发生单相对地绝缘破坏时，即构成单相短路，供电中断，可靠性降低。
但是，该方式下，非故障相对地电压不变，电气设备绝缘水平可按相电压考虑。
中性点不接地方式，在正常运行时，各相对地分布电容相同，三相对地电容电流对称且其和为零，各相对地电压为相电压；当系统发生单相接地故障时，线电压不变，而故障相对地电压升高到原来相电压的倍，故障相电容电流增大到原来的3倍。
本设计中110KV侧性点直接接地运行，27.5KV侧采用中性点不接地运行。
2.3.3综合分析
（一）110KV侧：
由于变压器高压侧传输容量大，要求高的可靠性，本电压等级应采用单母线接线和单母线分段接线两方案。
1）采用单母线接线，对于终端变电所来说，具有足够的可靠性，灵活性及便于扩建，且断路器设备少，投资不大。
2）采用单母线分段接线，较单母线接线具有高的可靠性，灵活性，实现不停电检修，但增加了旁路母线和旁路断路器，配电装置复杂，投资和占地面积大，故可选单母线接线。
（二）27.5KV侧：
由于该变电所脸有两台主变，为保证线路的可靠性，经济性及灵活性，本电压等级可采用单母接线、单母线分段接线和单母线带旁路运行方式。
采用单母线带旁路运行方式。
2.3.4主接线方案的拟定
根据本次设计的具体情况及终端变电所在可靠性、灵活性的基础上力求经济性原则，参照上述方案，选择如下：
110kV侧：
采用单母线接线
27.5kV侧：
单母线带旁路运行方式
具体接线见后附的图纸。
（图号：
KCSJ-1）
图2-3单母线接线
第4章短路电流计算
4.1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，均需进行必要的短路电流计算。
2）在选择电器设备时，为了保证设备在正常运行和故障下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
3）在设计户外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。
4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
5）接地装置需根据短路电流进行设计。
4.2短路电流计算的一般规定
验算导体和电器时所用短路电流，一般有以下规定。
4.2.1计算的基本情况
1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；
2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；
3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；
4）所有电源的电动势相位角相同；
5）应考虑对短路电流值有影响的所有的元件，但不考虑短路点的电弧电阻。
对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大安全电流有效值时才予以考虑。
4.2.2接线方式
计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
4.2.3计算容量
应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5～10年）。
4.2.4短路种类
一般按三相短路计算。
若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应该按严重情况的进行校验。
在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。
4.2.5短路计算点
计算步骤:
在工程设计中，短路电流的计算通常采用使用曲线法。
步骤如下：
1.选择计算短路点
2.画等值网络（次暂态网络）图
1）首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗。
2）选取基准容量和基准电压（一般取各级的平均电压）。
3）将各元件电抗换算为同一基准值的标幺电抗。
4）绘出等值网络图，并将各元件电抗统一编号。
3.化简等值网络：
为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。
计算电抗。
第5章电气设备的选择
5.1电气设备选择及参数
电气装置中的载流导体和电气设备，在正常运行和短路状态时，都必须安全可靠地工作。
为了保证电气装置的可靠性和经济性，必须正确的选择电气设备。
各种电气设备选择的一般程序是：
先按正常工作选出设备，再按短路条件进行动、热稳定校验。
5.2电气设备选择的一般原则
电气设备的选择及设计，必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和为今后发展留有一定余地。
1、按正常工作条件选择
1）额定电压电气设备和载流导体的额定电压
应不小于装设地点的电网额定电压，既
2）额定电流所选电气设备的额定电流不得小于装设回路的最大持续工作电流，即
2、按短路状态进行校验
当电气设备通过短路电流时，会产生电动力和发热两种效应，一方面使电气设备受到很大的电动力作用，同时又使其温度突然升高，这可能使电气设备的绝缘受到损害。
为此，在选择电气设备时，必须对短路电流进行电动力和发热计算，并且进行校验。
5.3母线的选择
为了保证供电系统的安全、靠、优质及经济运行，母线选择时必须满足下列条件：
导线及母线在通过正常最大负荷电流即线路计算时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度，即应使允许载流量
不小于通过相线的计算电流
即
导线（母线）截面的选择可按长期允许电流或经济电流密度来选择.对年负荷利用小时数超过5000,传输容量大,长度在20m以上的导体,如发电机、变压器的连接导线,其截面积一般按经济电流密度来选择,而汇流母线通常在正常运行方式下,传输容量不大,可按长期允许电流来选择。
5.3.1按导体长期发热允许电流来选择
计算式为:
式中
-----导体所在回路中最大持续工作电流（A）
------在额定环境温度
=
度时导体允许电流（A）
K----与实际温度和海拔有关的综合校正系数,当导体允许最高温度为
℃和不计日照时,K可有下式计算:
----导体长期发热允许最高温度
-----导体安装地实际环境温度
----标准环境温度
=
℃
5.3.2按经济电流密度选择
按经济电流密度选择导体截面,可使计算费用最低。
不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数Tmax,将有一个年计算费用最低的电流密度,即经济电流密度J。
导体截面（经济截面）按下式计算:
=
（
）
----经济电流密度
5.3.3校验
导体（母线）需要进行：
（1）热稳定效验
=
/C
S满足热稳定的最小截面（
）
C母线热稳定系数
短路电流热效应（
）
（2）动稳定效验
母线材料的允许应力≤其所受到的最大应力
（3）电晕校验110KV及以上的母线进行电晕校验。
5.4断路器的选择
1.断路器的主要用途
断路器的主要功能：
正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，起着保护作用。
高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。
其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。
因此，在运行中其开断能力是标志性能的基本指标。
所谓开断能力，就是指断路器在切断电流时熄灭电弧的能力，以保证顺利地分、合电路的任务。
2.断路器的选择
按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：
多油式断路器、少油式断路器、压缩空气高压断路器、SF6断路器、真空断路器等，但目前常用的为SF6断路器和真空断路器。
其主要特点如下表
类别
SF6断路器
真空断路器
结构特点
结构简单，但工艺及密封要求严格，对材料要求高，体积小，重量轻，有屋外敞开式和屋内落地罐式之别，更多用于GIS封闭式组合器。
体积小，重量轻，灭弧室及材料要求高，以真空作为绝缘和灭弧介质，触头不易氧化。
技
术
性
能
特
点
额定电流和开断电流都可以做得很大，开断性能好；可适用于各种工况开断，SF6气体灭弧，绝缘性能好，所以断口电压可以做得较高，断口开矩小。
可连续多次操作，开断性能好，灭弧迅速，动作时间短，开断电流和断口电压不能做得很高，目前只生产35KV以下级。
所谓真空是指绝对压力低于101.3Kpa的空间，断路器中要求的真空度为133.3
Pa。
运行
维护
特点
噪声低，维护工作量小，不检修间隔时间长，断路器目前价格较高，运行稳定，安全可靠，寿命长。
运行维护简单，灭弧室不需要检修，无火灾及爆炸危险，噪声低。
安装使用场所
35～500KV
6～35KV
5.5隔离开关的选择
5.5.1隔离开关的主要用途
1）隔离电压在检修电器设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。
2）倒闸操作投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。
3）分、合小电流因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力。
故一般可用来进行以下操作：
①分、合避雷器、电压互感器和空载母线；
②分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；
③关合电容电流不超过5A的空载线路。
5.5.2隔离开关的选择
隔离开关的型式较多，按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式。
它对配电装置的布置和占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。
使用场合
特点
屋内
屋内配电装置成套高压开关柜
三级：
10kv以下
发电机回路，大电流回路
单级：
大电流3000～13000A
三级：
15kv,200～600A
三级：
10kv,2000～3000A
单级：
插入式结构，带封闭罩20kv，大电流10000～13000A
屋外
220kv及以下各型配电装置
双柱式，220kv及以下
高型，硬母线分布
V型，35～110kv
硬母线分布
单柱式，220～500kv
220kv及以上中型配电装置
三柱式220～500kv
5.6互感器的选择
互感器（包括电压互感器和电流互感器）是一次系统和二次系统的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。
互感器的作用是：
1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压（110v）和小电流（5A和1A），使测量仪表和保护装置标准化，小型化，并使其结构轻巧，价格便宜和便于屋内安装。
2）使二次设备和高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。
3）作为测量、保护以及自动装置的电源
5.6.1电流互感器的选择
原则：
选择时按一次回路额定电压和额定电流，满足准确度，按短路时的动稳定和热稳定校验。
1.按一次回路额定电压和额定电流的选择
≥
≥
（回路中的最大持续的工作电流）
根据规程用于测量时，其一次额定电流应尽量选择比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表的最佳工作，在过负荷时仪表有适当的指示;用于继电保护时其额定电流大于电气设备可能出现的最大长期工作电流;对于主变中性点，其一次额定电流大于变压器的不平衡电流，一般情况下按变压器的额定电流的1/3选择。
2.二次额定电流的选择
一般弱电系统用1A,强电系统用5A
3.型式：
电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。
对于6-20kV户内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂绝缘的互感器，对于35kV及以上配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。
4.准确度的选择：
用于电度测量，准确度不能低于0.5级
用于电压电流测量，不能低于1级
用于继电保护测量的，应用D级或B级
5.热稳定和动稳定校验
热稳定：
或（
）
≥
（t=1）
内部动稳定：
或
电流互感器配置：
所有的断路器回路中均装置电流互感器，以满足测量仪表、保护及自动装置的要求，变压器中性点装设一台，用于检修零序电流。
电流互感器一般三相配置，对于10KV系统，因不设全线速动保护，故母线分断及出线按两相配置，一组保护用，一组测量用，以节省投资同时提高供电可靠性。
特点：
1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关。
2）电流互感器的二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小。
所以，正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。
电流互感器的误差和二次负荷有关，故一台电流互感器使用在不同准确级时，会有不同额定容量。
电流互感器准确级和误差限值
准确级次
一次电流为额定电流的百分数%
误差限值
二次负荷变化范围
电流误差（
%）
相位差（±`）
0.2
10
0.5
20
20
0.35
15
100～120
0.2
10
0.5
10
1
60
（0.2～1）
20
0.75
45
100～120
0.5
30
1
10
2
120
20
1.5
90
100～120
1
60
3
50～120
3
不规定
（0.5～1）
电流互感器的分类：
1）按安装地点可分为屋内和屋外式。
20kv及以下制成屋内式；35kv及以上多制成屋外式。
2）按安装方式可分为穿墙式、支持式和装入式。
3）按绝缘可分为干式、浇注式，油浸式。
干式用绝缘胶浸渍，用于屋内低压电流互感器；浇注式以环氧树脂作绝缘，目前，仅用于35kv及以下的屋内电流互感器；油浸式多为屋外型。
4）按一次绕组匝数可分为单匝式和多匝式。
单匝式结构简单、尺寸小、价廉，其内部电动力不大。
缺点是一次电流小时，一次安匝
与励磁安匝
相差不大，故误差大，因此，额定电流在400A及以下多采用多匝式。
5.6.2电压互感器的选择
1）电压互感器的配置:
应能保证在主接线的运行方式改变时，保护装置不得失电压，同期点的两侧都能取得电压。
在每组母线上的三相均配置电压互感器。
2）电压互感器的型式选择:
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