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第一部分.设计说明书

第一章：

毕业设计任务书

一、设计题目：

110KV降压变电站部分的设计

二，所址概况

1、地理位置及地理条件的简述

变电所位于某城市，地势平坦，交通便利，空气污染轻微，区平均海拔200米，最高气温40℃，最低气温-18℃，年平均气温14℃，最热月平均最高气温30℃，土壤温度25℃。

三、系统情况如下图

四、负荷情况：

电压

负荷

名称

每回最大负荷（KW）

功率因数

回路数

供电方式

线路长度（km）

35KV

乡镇变1

6000

0.9

1

架空

15

乡镇变2

7000

0.92

1

架空

8

汽车厂

4300

0.88

2

架空

7

砖厂

5000

0.85

1

架空

11

10KV

乡区变

1000

0.9

3

架空

5

纺织厂1

700

0.89

1

电缆

3

纺织厂2

800

0.88

2

架空

7

纺织厂3

600

0.88

1

架空

4

加工厂

700

0.9

1

架空

5

材料厂

800

0.9

2

架空

2

五、设计任务

1、负荷分析及主变压器的选择。

2、电气主接线的设计。

3、变压器的运行方式以及中性点的接地方式。

4、无功补偿装置的形式及容量确定。

5、三相短路电流计算

6、各级电压配电装置设计。

7、各种电气设备选择。

8、继电保护规划。

9、主变压器的继电保护整定计算。

六、设计目的

培养学生综合运用所学各科知识，独立分析各解决实际工程问题的能力。

第二章：

负荷分析

一、负荷分类及定义

一级负荷：

中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。

一级负荷要求有两个独立电源供电。

二级负荷：

中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。

二级负荷应由两回线供电。

三级负荷：

不属于一级和二级的一般电力负荷。

三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。

一、本设计中的负荷分析

乡镇区变：

镇区变担负着对所辖区域的电力供应，若中止镇区变的电力供应，将会带来大面积停电，带来极大的政治、经济损失，所以应属于一级负荷。

砖厂：

砖厂的生产过程与电的联系不是非常紧密，若终止电力供应，只会造成局部破坏，生产流程混乱，所以应属于三级负荷。

汽车厂：

汽车厂的生产过程几乎全为自动化生产与电联系十分紧密，若中止供电，将会带来损失，所以应属于二级负荷。

纺织厂：

若中断纺织厂的电力供应，就会引起跳线，打结，从而使产品不合格，所以应属于二级负荷。

加工厂：

若中止供电将会造成材料浪费和生产的产品质量不合格。

属于二级负荷。

材料厂：

若中止供电将会造成大量的原材料浪费。

属于一级负荷。

二、35KV及10KV各侧负荷的大小

1、35KV侧：

ΣP1＝6000+7000+4500*2+4300*2+5000＝35600KW

ΣQ1=6000*0.48+7000*0.426+4500*0.62*2+4300*0.54*2+5000*0.62=19186Kvar

2、10KV侧：

ΣP2＝1000*3+800*2+700+800*2+600+700+800*2＝9800KW

ΣQ2=1000*3*0.48+700*0.512+800*0.512*2+800*0.54*2+

600*0.54+700*0.48+800*0.48*2=4909.6Kvar

ΣP＝ΣP1+ΣP2=35600KW+9800KW=45400KW

ΣQ=ΣQ1+ΣQ2=19186+4909.6=24095.6Kvar

所以：

ΣS＝（454002+24095.62）1/2＝51398KVA

考虑线损、同时系数时的容量：

ΣS2=51398*0.8*1.05=43174.3KVA

第3章：

主变压器的选择

一、主变台数的确定

对于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压器为宜。

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。

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，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，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

电所是一般性变电所。

有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：

S=ΣS2*0.8=43174.3*0.8=34539.48KVA

所以应选容量为40000KVA的主变压器。

根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值：

高压侧：

K1=（35600+9800）*0.8/40000=0.9>0.15

中压侧：

K2=35600*0.8/4000=0.7>0.15

低压侧：

K3=9800*0.8/40000=0.2>0.15

此变电所的电压等级在330kv以下主变应采用三相变压器。

由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组三相变压器。

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Y0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Y0接线。

35KV侧采用Y连接，10KV侧采用△接线

主变中性点的接地方式：

选择电力网中性点接送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。

35KV系统，IC<=10A；10KV系统；IC<=30A（采用中性点不接地的运行方式）

35KV：

Ic=UL/350=35*（15+8+10*2+7*2+11）/350=6.8A<10A

10KV：

Ic=10*（5*3+7*2+4+5+7*2）/350+10*（2*2+3）/10=8.2A<30A

所以在本设计中110KV采用中性点直接接地方式

35、10KV采用中性点不接地方式

四、主变的调压方式

调压方式变压器的电压调整是用分解开关切换变压器的分接头，从而改变变压器比来实现的。

切换方式有两种：

不带电切换，称为无励磁调压，调压范

围通常在+5％以内，另一种是带负荷切换，称为有栽调压，调压范围可达到+30％。

由以上知，此变电所的主变压器采用有载调压方式。

五、变压器冷却方式选择

主变一般的冷却方式有：

自然风冷却；强迫有循环风冷却；强迫油循环水冷却；强迫、导向油循环冷却。

小容量变压器一般采用自然风冷却。

大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。

故此变电所中的主变采用强迫油循环风冷却方式。

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，同时对增强系统的稳定性有重要意义。

二、无功补偿装置类型的选择

1、无功补偿装置的类型

无功补偿装置可分为两大类：

串联补偿装置和并联补偿装置。

目前常用的补偿装置有：

静止补偿器、同步调相机、并联电容器。

2、常用的三种补偿装置的比较及选择

同步调相机：

同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。

在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。

静止补偿器：

静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。

与同步调相机比较，静止补偿器运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿以适应不平衡负荷的变化，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统得到越来越广泛的应用。

（但此设备造价太高，不在本设计中不宜采用）。

电力电容器：

电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。

它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。

综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。

三、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。

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

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。

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

可靠性、灵活性、经济性

4、6-220KV高压配电装置的基本接线

有汇流母线的连线：

单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线或旁路隔离开关等。

无汇流母线的接线：

变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。

6-220KV高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。

二、110KV侧主接线的设计

110KV侧初期设计回路数为2，最终为4回

110KV侧配电装置宜采用单母线分段的接线方式。

110KV侧采用单母线分段的接线方式，有下列优点：

（1）供电可靠性：

当一组母线停电或故障时，不影响另一组母线供电；

（2）调度灵活，任一电源消失时，可用另一电源带两段母线：

（3）扩建方便；

（4）在保证可靠性和灵活性的基础上，较经济。

故110KV侧采用单母分段的连接方式。

三、35KV侧主接线的设计

35KV侧出线回路数为5回

《电力工程电气设计手册》第二章第二节中的规定可知：

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。

故35KV可采用单母分段连接也可采用双母线连接。

四、10KV侧主接线的设计

10KV侧出线回路数为10回

由《电力工程电气设计手册》第二章第二节中的规定可知：

当6—10KV配电装置出线回路数为10~14回时采用双母分段母分段连接

故10KV采用双母分段连接

五、主接线方案的比较选择

由以上可知，此变电站的主接线有两种方案

方案一：

110KV侧采用单母分段的连接方式，35KV侧采用单母分段连接，10KV侧采用单母分段连接。

方案二：

110KV侧采用单母分段的连接方式，35KV侧采用单母分段连接，10KV侧采用双母分段连接。

此两种方案的比较

方案一110KV侧采用单母分段的连接方式，供电可靠、调度灵活、扩建方便，35KV、10KV采用单母分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。

由于10kv母线上接的出线比较多，负荷大，单母分段可靠性能达不到要求。

故不采用。

方案二虽投资和占地面增大，操作上复杂。

但供电更可靠，调度更灵活，同时可以避免母线发生故障造成特大面积的停电。

由以上可知，在本设计中采用第二种接线，即110KV侧采用单母分段的连接方式，35KV侧采用单母分段连线，10KV侧采用双母分段连接。

六、主接线中的设备配置

1、隔离开关的配置

（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关：

容量为220MW及以上大机组与双绕组变压器为单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。

（2）在出线上装设电抗器的6—10KV配电装置中，当向不同用户供电的两回

线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。

（3）接在发电机、变压器因出线或中性点上的避雷器不可装设隔离开关。

（4）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自藕变压器的中性点则不必装设隔离开关。

2、接地刀闸或接地器的配置

为保证电器和母线的检修安全，35KV及以上每段母线根据长度宜装设1—2组接地刀闸或接地器，每两接地刀闸间的距离应尽量保持适中。

3、电压互感器的配置

（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。

电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。

（2）6—220KV电压等级的每组母线的三相上应装设电压互感器。

（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

（4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。

（5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置

需要。

4、电流互感器的配置

（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。

（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器：

发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。

（3）对直接接地系统，一般按三相配置。

对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。

5、避雷器的装置

（1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线装设避雷器时除外。

（2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。

（3）220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

（4）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。

第六章各级配电装置的配置

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。

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，10KV采用屋内配电装置，手车式高压开关柜；35KV采用屋内配电装置，手车式高压开关柜

；110KV采用屋外半高型配电装置

第7章电气设备选择

一、电气设备选择的概述

1、选择的原则

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。

2）、应按当地环境条件校核。

3）、应力求技术先进和经济合理

4）、与整个工程的建设标准应协调一致。

5）、同类设备应尽量减少种类。

6）、选用的新产品均应具有可靠的实验数据。

2、设备的选择和校验。

1、电气设备和载流导体选择的一般条件

（1）按正常工作条件选择

A.额定电压：

所选电气设备和电缆的最高允许工作电压，不得低于装设回路的最高运行电压Ue≥Uew.

B.额定电流：

所选电气设备的额定电流IO，或载流导体的长期允许电流Iy，不得低于装设回路的最大持续工作电流Imax。

计算回路的最大持续工作电流Imax时，应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流，选用最大者。

（2）按短路状态校验

A.热稳定校验：

当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值，Qd≤Qy，Qd≤I2rt，t=tb+tdf

校验电气设备及电缆（3～6KV厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。

B.动稳定校验：

ich≤idw，Ich≤Idw，

用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定；

（3）短路校验时短路电流的计算条件

所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。

二、敞露母线选择

目前母线材料广泛采用铝材，因为铝电阻率较低，有一定的机械强度，质量轻、价格较低，我国铝材的储量丰富。

综上所述，在本设计中母线材料才用铝。

硬母线截面积形状一般有矩形、槽型、和管型。

矩形母线散热条件好，有一定的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应较大，矩形母线一般只用于35KV及以上，电流在4000A级以下的配电装置中。

三、110KV电流互感器选择

此电流互感器为多匝油浸式瓷绝缘电流互感器，其性能符合国际和IEC的有关标准，具有结构严密，绝缘强度高，介质损耗率和局部放电量低，可靠性高以及运行维护简单方便等特点。

Imax=1.05In=1.05Sn/（31/2Un）=1.05*40000/（31/2*110）=220.4KA

Ie1=300A,Ie1>Imax

热稳定效验：

LH的热稳定能力用热稳定倍数Kr表示。

热稳定倍数Kr等于1S内允许通过的热稳定电流与一次额定电流之比。

（KrIe1）2*t≥Qd

（KrIe）2*t=（I热min/Ie*Ie）2*t=（15.8）2*1=249.64A

Qd=27.65∴（KrIe1）2>tQd符合要求

动稳定效验：

LH的动稳定能力用动稳定倍数Kr表示。

Kd等于内部允许通过极限电流的峰值与一次额定电流之比。

（Kd21/2Ie1）≥I（3）ch

（Kd21/2Ie1）=21/2*40=56.56KA（按最小动稳定电流计算）

ich=7.74KA∴（Kd21/2Ie1）>ich符合要求

四、电压互感器的选择

该系列电压互感器为单相、三绕组、串及绝缘，户外安装互感器，适用于

交流50HZ电力系统，作电压、电能测量和继电保护用。

五、高压开关柜的选择

近年来高压开关柜（简称开关柜）的开发和制造发展的步伐比较快。

额定电压有3、6、10、35KV等多种，额定电流可达到3150A，开断电流可达到50KA。

高压开关柜应实现电器和机械的“五防闭锁”，防止误操作，提高安全可靠性，“五防”的具体要求是：

1.防止误合、误分断路器。

2.防止带负荷分、合隔离开关。

3.防止带电挂接地线。

4.防止带接地线合闸。

5.防止误入带电间隔。

第二部分.计算说明书

第一章短路电路计算

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。

一、三相短路计算

解：

1.计算各阻抗标值

查220KV及三相双绕组电力变压器技术数据

查不到容量为240MVA变压器的参数

查260MVA变压器的技术数据得：

Ud%=14

容量为120MVA的变压器（额定容量为：

12000/12000/6000）的阻抗电压（％）：

Ud12%＝24.7,Ud23%=8.8,Ud31%=14.7

200MW的发电机的电抗标值：

X1*=Xd″*（Sj/Se）=0.167*〔（100*0.86）/800〕=0.018

4*240MVA的变压器：

X2*=（Ud%/100）*（Sj/Sd）=（14/100）*〔100/（260*4）〕=0.0135

75Km线路：

X3*=X0L*（Sj/U2p）=0.4*75*（100/2302）=0.057

80Km线路：

X4*=X0L*（Sj/U2p）=0.4*80*（100/2302）=0.06

容量为1000MVA的发电机

X5*=Xd″*（Sj/Se）=0.04*（100/1000）=0.004

2*120MVA的变压器：

Ud1%=1/2（Ud12%+Ud31%-Ud23%）=1/2（24.7+14.7-8.8）=15.3

Ud2%=1/2（Ud12%+Ud23%-Ud31%）=1/2（24.7+8.8-14.7）=9.4

Ud3%=1/2（Ud23%+Ud31%-Ud12%）=1/2（8.8+14.7-24.7）=-0.6≈0

∴X6*=X7*=（Ud1%/100）*（Sj/SB）=（15.3/100）*（100/120）=0.1275

X8*=X9*=（Ud2%/100）*（Sj/SB）=（9.4/100）*（100/120）=0.078

30km线路：

X10*=X11*=X0L*（Sj/U2p）=0.4*30*（100/1152）=0.091

SFPSL-40000/110的技术参数：

Ud12%=10.5，Ud23%＝17.5，Ud31%＝6.5

Ud1%=1/2（Ud12%+Ud31%-Ud23%）=1/2（10.5+17.5-6.5）=10.75

Ud2%=1/2（Ud12%+Ud23%-Ud31%）=1/2（10.5+6.5-17.5）=-0.25≈0

Ud3%=1/2（Ud23%+Ud31%-Ud12%）=1/2（17.5+6.5-10.5）=6.75

∴X12*=（Ud1%/100）*（Sj/SB）=（10.75/100）*（100/40）=0.269

X14*=（Ud3%/100）*（Sj/SB）=（6.75/100）*（100/40）=0.169X13*=0

等值电路图：

简化得2图（如上）

其中：

X15*=X4*+X5*=0.06+0.004=0.064

X16*=X1*+X2*+X3*=0.057+0.0135+0.018=0.0885

X17*=（X6*+X8*+X10*）/2=（0.1275+0.078+0.091）/2=0.014825

X18*=X12*+X13*=0.269

X19*=X12*+X14*=0.269+0.169=0.438