电气工程毕业论文110kV降压变电站电气设计.docx
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电气工程毕业论文110kV降压变电站电气设计
110kV降压变电站电气设计摘要
本设计是110kv降压变电站设计，负荷性质为地区负荷。
根据负荷性质和主接线方案的比较确定了主接线形式及主变容量、台数。
根据所给系统参数计算系统阻抗及短路电流，并对主要电气设备及导线进行了选择和校验。
设计各电压等级的电气主接线；短路电流的计算；选择主要电气设备并校验；设计主变压器保护；设计变电所防雷保护。
按常规无人值守站进行了保护配置。
根据所给地形地理条件，对配电装置进行了布置。
对全站电工建筑物进行了防雷保护设计。
关键词：
变电站设计、主接线设计、短路电流计算
五、继电保护的整定及配置12
一、绪论
电力工业在社会主义现代化建设中占有十分重要的地位，因为电能与其他能源比较具有显著的优越性，它可以方便地与其他能量相互转换，可以经济的远距离输送，并在使用时易于操作和控制，根据工农业生产的需要，决定新建一座110kV降压变电所，培养综合运用所学知识的能力，扩大和深化所学的理论知识和基本技能，从而使理论与实践相结合。
通过此次设计，主要掌握发电厂和变电所电气部分中各种电器设备和一、二次系统的接线和装置的基本知识，并通过相应的实践环节，掌握基本技能。
设计变电站为降压变电站，其电压等级为110kV，具有中型容量的规模的特点，在系统中将主要承担负荷分配任务，从而该站主接线设计务必着重考虑可靠性。
该工程的实施有利于完善和加强110kV电网功能，提高电网安全运行水平。
从负荷特点及电压等级可知，它具有110、35、10kV三级电压。
110kV进线两回。
35kV出线回路数为6回；10kV出线回路数为8回。
二、电气主接线设计
（一）对电气主接线的基本要求
现代电力系统是一个巨大的严密整体，各类发电厂和变电所分工完成整个电力系统的发电、变电和配电任务，主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电所和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民生活，因此，发电厂、变电所的主接线，必须满足以下基本要求：
（1）必须保证发供电的可靠性。
（2）应具有一定的灵活性。
（3）操作应尽可能简单、方便。
（4）经济上应合理。
主接线除应满足以上技术经济方面的基本要求外，还应有发展和扩建的可能性，以适应发电厂和变电所可能扩建的需要。
（二）对电气主接线方案的初步设计
电气主接线基本要求：
可靠性、灵活性、经济性三项基本要求。
1、主接线的初步选择
（1）、110kV系统的主接线选择
根据《电力工程设计手册》：
110kV～220kV配电装置出线回路不超过2回时一般选用单母线接线；出线回路3～4回时一般选用单母线分段接线，故选用单母线接线与单母线分段接线两种方案进行比较决定。
（2）、35kV侧的主接线形式
根据《电力工程设计手册》：
1）35kV～6.3kV的配电装置出线回路数在4～8回时采用单母线分段接线。
2）35kV的出线多为双回路，且检修时间短，一般不设旁母，当配电装置出线回路数在8回以上时；或连接的电源较多，负荷较大时采用双母线接线。
故选用单母线分段接线与双母线接线两种方案进行比较决定。
（3）、10kV侧接线形式选择
根据《电力工程设计手册》：
6～１0kV系统中，出线在6回或以上时一般使用单母线分段接线形式，当用户要求不能停电时可装设旁路母线。
故选用单母线分段接线与单母线分段带旁母接线两种方案进行比较决定。
2、可靠性的要求
（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间。
（3）避免全所停电的可能。
3、灵活性的要求
（1）调度时，可灵活的投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷。
（2）检修时，方便的停运断路器、母线及保护，进行安全检修。
（3）扩建时，容易从初期接线过渡到最终接线。
4、经济性的要求：
（1）投资省。
（2）主接线力求简单，以节省一次设备。
（3）二次回路简单。
（4）能限制短路电流，以便选择价廉的设备。
（5）占地面积小。
（6）电能损失少。
三、短路电流计算
1、本计算中采用以下的假设：
正常情况下，三相系统对称运行，所有的电源的电动势相位角相同，电力系统中所有电机为理想电机。
电力系统所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷在高压母线上，50%负荷接在系统侧，短路发生在短路电流最大的瞬间，不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流，输电线路的电容略去不计。
2、本计算中一律采用短路电流的工程实用解法，运算曲线法，先计算出各电源到短路点的运算阻抗Xjs,再化为该电源标幺值下的Xjs'。
当Xjs'<3时查运算曲线求取短路瞬间的Z0，短路后0.1s的Z0.1和稳定电流I（无穷）;
当Xjs'>3时，Z0=Z0.1=I（无穷）=1/Xjs
（一）画等值电路图
1、计算系统阻抗：
基准容量：
Sj=100MVA
基准电压：
Uj=115/37/10.5kV
额定电压：
110±8×1.25％/38.5±2×2.5％/10.5kV
容量比：
40/40/40
Ij=Sj/√3*Uj
=100/√3*115=100/199.18≈0.5021KA
2、各元件参数计算公式为：
X变压器=（Ud%/100）*（Sj/Se）
则有：
Ud1%=（1/2）*（UdⅠ-Ⅱ%+UdⅢ-Ⅰ%-UdⅡ-Ⅲ%）
=（1/2）*（17+17-6.5）
=13.75
Ud2%=（1/2）*（UdⅡ-Ⅲ%+UdⅠ-Ⅱ%-UdⅢ-Ⅰ%）
=（1/2）*（6.5+17-17）
=3.25
Ud3%=（1/2）*（UdⅢ-Ⅰ%+UdⅡ-Ⅲ%-UdⅠ-Ⅱ%）
=（1/2）*（17+6.5-17）
=3.25
X1=X2
=（Ud1%/100）*（Sj/Se）
=（13.75/100）*（100/40）
=0.343
X3=X4
=（Ud2%/100）*（Sj/Se）
=（3.25/100）*（100/40）
=0.081
X5=X6
=（Ud2%/100）*（Sj/Se）
=（3.25/100）*（100/40）
=0.081
（二）计算短路电流
考虑最大运行方式为两台主变三测并列运行，最大短路电流为母线三相短路的电流，选择短路点为
D1：
110kV母线三相短路点
D2：
35kV母线三相短路点
D3：
10kV母线三相短路点
1>当D1点短路时:
Id1=1/X系统
=1/0.2
=5
2>当D2点短路时,其等值电路图为:
由化简图1得:
X7=X5+X6=0.081+0.081=0.162
由化简图2得:
X8=X1*X2/（X1+X2+X7）
=0.343*0.343/（0.343+0.343+0.162）
≈0.1387
X9=X1*X7/（X1+X2+X7）
=0.343*0.162/（0.343+0.343+0.162）
≈0.0655
X10=X7*X2/（X1+X2+X7）
=0.162*0.343/（0.343+0.343+0.162）
≈0.0655
由化简图3得:
X11=（X3+X9）//（X4+X10）
=（1/2）（0.081+0.0655）
≈0.0733
Id2=1/（X11+X系统+X8）
=1/（0.0733+0.2+0.1387）
=2.427
3>当D3点短路时,其等值电路图为:
由化简图1得:
X7=X3+X4=0.081+0.081=0.162
由化简图2得:
X8=X1×X2/（X1+X2+X7）
=0.343×0.343/（0.343+0.343+0.162）
=0.1715
X9=X1×X7/（X1+X2+X7）
=0.343*0.162/（0.343+0.343+0.162）
≈0.0655
X10=X7×X2/（X1+X2+X7）
=0.343*0.162/（0.343+0.343+0.162）
≈0.0655
由化简图3得:
X11=（X5+X9）//（X6+X10）
=（1/2）（0.081+0.0655）
≈0.07325
Id3=1/（X11+X系统+X8）
=1/（0.07325+0.2+0.1715）
=2.25
4>根据公式:
I=Ij×I*则有:
I1〃=Ij×Id1*
=0.5021×5
≈2.5105KA
I2〃=I3〃=Ij×Id2*
=0.5021×2.427
≈1.2186KA
ich1=1.8×√2I1〃
=2.55×I1〃
=2.55×2.5105
≈6.4018KA
ich2=ich3
=1.8×√2I2〃
=2.55×I2〃
=2.55×1.3572
≈3.4609KA
Ich1=1.52×I1〃
=1.52×2.5105
≈3.816KA
Ich2=Ich3
=1.52×I2〃
=1.52×1.2186
≈1.8523KA
（三）短路电流计算结果汇总
短路类型
编号
短路点名称
短路电流周期分量起始有效值（KA）I〃
短路全电流最大有效值（KA）Ich
短路电流冲击值（KA）ich
三相
D1
110kV母线（并列）
2.5105
3.816
6.4018
D2
35kV母线（并列）
1.2186
1.852
3.107
D3
10kV母线（并列）
1.2186
1.852
3.107
四、主要电气设备的选择
（一）变压器的选择
1、可按下述原则确定变压器容量
（1）变压器的容量和台数的选择
（2）根据变电站的实际情况，应根据以下的原则进行选择
（3）主变得容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择
（4）根据电压网络的结构和变电站所带的负荷的性质来确定主变的容量，对于有重要用户的变电站应考虑当一台主变停运时其余变压器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的负荷，对一般性变电站，一台机停用时，应使其余变压器保证全部负荷的70%~80%。
（1）同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化
（2）对于大城市市郊的一次变电站，在中低压侧已构成环网的基础上，变电所以装设两台变压器为宜。
2、变压器绕组形式选择
根据：
不受运输条件限制时，在330kV及其以下的发电厂和变电所中，均采用三相变压器。
（1）变压器绕组数量的选择
根据：
在具有三种电压的变电站中，如通过主变各侧的功率均达到该主变容量的15%及以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功功率补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器。
（2）绕组连接方式
根据：
我国110kV及以上的电压级别，变压器绕组均用Y0的接法，35kV用Y连接，其中性点经过消弧线圈接地。
第三绕组用三角形连接。
（1）高、中压电网的联络变压器应按两级电网正常与检修状态下可能出现的最大功率交换确定容量,依赖于两级电网的合理调度。
（2）当联络变压器为两台时，考虑一台突然切除后，另一台短时承担全部负荷，因此选择每台变压器的容量为总容量的50~75%，采用50%时，一台变压器突然切除，另一台过载倍率为2，允许运行7.5分钟，采用75%时，过载倍率为1.3，允许运行2小时，应保证上述时间内电网调度能妥善的调整系统潮流，降低联络点的穿越功率。
（二）、主变压器台数的确定
1、减少变压器台数的途径如下：
（1）使用发电机—变压器扩大单元。
（2）在需要变压器并联以相互备用的情况下，使用两台变压器比较便利。
考虑一台变压器退出工作后的备用能力相当，使用两台变压器时，其总容量较使用各台数变压器的总容量有所增加，但考虑上述因变压器台数减少取得的综合效益及损耗的减少仍将使用两台变压器更为合理。
2、负荷变电站的降压变压器，发电厂、变电站高、中压电网的联络变压器一般情况下选用两台主变压器比较合理。
（1）选择降压结构：
绕组排列结构从里往外为：
低中高；
（2）选择容量：
S35max=14/0.8
=17.5MVA
S10max=50/0.8
=50MVA
则:
S总max=S35+S10=17.5+50=67.5MVA
按冗余考虑配置主变:
单台主变故障时,另一台承担50%～75%负荷,
选50%时:
S1=67.5*0.5=33.75MVA
选75%时:
S1=67.5*0.75=50.625MVA
如按国家标准规定的R10系列10√10倍数系列容量等级的原则选主变则为:
从40MVA、50MVA、63MVA中选40MVA为宜。
为了减少维护费用，选择三相油浸风冷、铝线圈、有载调压的主变为宜，查表选：
SFSZ9-40000kVA/110kV±8*1.25%/38.5±2*2.5%/10.5,查表，选择
主变型号为：
主变
Ud%
额定电流
△Po
Io
名称
高--中
高--低
中--低
（高/中/低）（A）
（KW）
（%）
1#、2#
17.0%
17.0%
6.5%
262.4/749.8/2749.4
84.70
1.200
容量比
△Pd（kw）
变压器
变压器
（MVA）
高--中
高--低
中--低
调压范围
型号
40/40/40
110±8x1.25%/38.5±2x2.5%/10.5kV
SFSZ9-40000kVA/110kV
（三）母线的选择
1、对于敞露式的母线一般按下列的选项进行选择和校验：
导体的材料，类型和敷设的方式，导体的截面，电晕，热稳定，动稳定，共振频率
2、导体截面选择的原则
（1）首先应按允许工作电流的情况加以选择，此处一般选取母线上最大的一台主变来选择母线电流，或根据全部的负荷进行选择，此处应考虑到温度对允许工作电流的影响。
（2）按热稳定来选择母线的截面。
（3）动稳定校验（采用应力的计算方法）
（4）电晕校验：
110kV及其以上的线路发电厂变电站母线均应以当地气象条件下晴天不出现全面电晕为控制条件，即使导体安装处的最高工作电压小于临界电晕电压。
（四）高压断路器的选择
高压断路器是发电厂或变电站中最重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧装置，是在正常和故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。
1、高压断路器的用途
高压断路器是在正常和故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。
为保证高压断路器能在正常或故障的任何情况下，可靠地接通与断开电路，要求高压断路器必须具有很完善的灭弧装置和快速动作的特性。
2、高压断路器的主要技术参数
高压断路器的主要技术参数有：
额定电压、额定电流、额定开断电流、额定峰值耐受电流（额定动稳定电流）、额定短时耐受电流（额定热稳定电流）、额定短路持续时间（额定热稳定时间）、额定短路关合电流（峰值）和动作时间（分闸时间、燃弧时间与开断时间）。
（1）额定电压。
断路器的额定电压是指其导电和载流部分允许承受的（线）电压等级。
由于输电线路首、末端等处的运行电压不同，所以断路器所能承受的最高工作电压高于额定电压值的10%～15%，例如断路器的额定电压为10kV时，其最高工作电压为11.5kV。
（2）额定电流。
断路器的额定电流是指在规定的环境温度下，当断路器的绝缘和载流部分不超过其长期工作的最高允许温度时，断路器允许通过的最大电流值。
（3）额定短路开断电流。
额定短路开断电流简称为额定开断电流，它是指断路器在频率为50Hz的瞬态恢复电压下，能够开断的最大短路电流值。
（4）额定峰值耐受电流（额定动稳定电流）。
额定峰值耐受电流是表明断路器能承受短路电流电动力作用的性能，即断路器在闭合状态时能通过的不妨碍其继续正常工作的最大短路电流（峰值）。
（5）额定短时耐受电流（额定热稳定电流）。
额定短时耐受电流是表明断路器承受短路电流热效应的性能。
额定短时耐受电流应等于额定短路开断电流值。
（6）额定短路持续时间（额定热稳定时间）。
当额定短时耐受电流通过断路器的时间为额定短路持续时间，断路器的各部分温度不超过短时所允许发热的最高温度，并且不发生触头熔接或其他妨碍正常工作的异常现象。
额定短路持续时间一般为2s。
（7）额定短路关合电流（峰值）。
保证断路器能关合短路而又不致于发生触头熔焊或其他损伤，所允许接通的最大短路电流称为额定短路关合电流。
（8）动作时间。
断路器的动作时间包括分闸时间、燃弧时间和开断时间。
1）分闸时间。
处于合闸状态的断路器，从分闸回路接受分闸命令（脉冲）瞬间起，直到所有灭弧触头均分离瞬间的时间间隔。
2）燃弧时间。
从首先分离主回路触头刚脱离电接触起，到断路器各极中触头间的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。
3）开断时间。
从断路器接受分闸命令瞬间起，到断路器各极触头间的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。
3、断路器的基本结构
（1）高压断路器的种类繁多，具体构造也不相同，但就其基本结构而言，可分为电路通断元件、绝缘支撑元件、基座、操动机构及其中间传动机构等几部分。
（2）断路器中的电路通断元件是关键部件，它承担着接通或断开电路的任务。
断路器的通断由操动机构控制，分合闸操是作由操动机构经中间传动机构控制动触头的运动而实现的。
电路通断元件主要包括接线端子、导电杆、触头和灭弧室等，这些元件均安装在绝缘支撑元件之上。
绝缘支撑元件，起着固定通断元件的作用，并使其带电部分之间或带电部分与地之间绝缘。
（五）、主要设备参数
LW6-126型六氟化硫断路器
使用环境：
环境温度-30～+40（SF60.6MPa.20°C时）；-40～+40（SF60.4MPa.20°C时）
海拔高度：
≤1000M（LW6-72.5）；≤2000M（LW6-126/145）
风速：
≤40m/s
耐受地震条件：
水平加速度≤0.5g;垂直加速度≤0.25g
产品特点：
1、具有优良的开断性能，电寿命长。
50KA短路电流可连续开断19次以上，累计开断电流不少于4200KA；
2、检修周期长达15年以上。
3、机械寿命不少于3000次，适用于频繁操作。
4、安装、调试十分简单。
产品到现场安装无任何调整环节。
5、具有优良的抗震性能，可耐受水平加速度0.5g，垂直加速度0.25g，适用于任何地震区。
五、继电保护整定及配置
（一）概述
随着继电保护技术的发展，微机保护在电力系统中已被广泛应用，实践证明：
微机保护的性能优于其他保护的性能，微机保护便于调试、维护、运行，设计中推荐已通过鉴定的微机保护装置。
（二）保护配置
1、110kV母线保护
110kV系统继电保护及安全自动装置的配置遵照“继电保护和安全自动装置技术规程”有关条款进行。
本期两回110kV进线，暂不配置母线保护装置。
2、35kV线路保护
（1）.配置距离保护三段式和相电流保护作为线路的主保护，主变过流保护保护作为后备保护。
（2）.配置35kV接地选线装置
3、10kV线路保护
（1）.配置三段式相电流保护作为线路的主保护，主变过流保护保护作为后备保护。
（2）.配置10kV接地选线装置
4、35、10kV线路重合闸方式
（1）配置三相一次重合闸装置。
（2）10kV配置地低周减载装置
5、主变保护
（1）配置比率制动差动保护和瓦斯保护作为主保护
（2）.过流保护作为三测后备保护，第一时限切母联开关，第二时限切本侧，第三时限切三测的复合电压闭锁过流保护。
（3）.配备零序电流保护，作为单相故障主保护。
（4）.配备过负荷保护发信号
（三）主变保护的整定计算
比率制动差动保护整定计算
1、计算变压器三侧的一.二次额定电流,确定电流互感器变比
一次额定电流已在设备选型时计算完毕,分别是
一次额定电流：
Ie1/Ie2/Ie3=262.4A/749.8A/2749.4A
电流互感器变比：
110kV侧：
Δ接√3*262.4/5=454.5/5选500/5=100
35kV侧：
Δ接√3*749.8/5=1298.7/5选1500/5=300
10kV侧：
Y接2749.4/5选3000/5=600
二次额定电流为：
110kV侧：
Ie1=454.5/100=4.55A
35kV侧：
Ie2=1298.7/300=4.33A
10kV侧：
Ie3=2749.4/600=4.58A
1、确定插头位置
取n1=4.55An2=4.33An3=4.58A
根据实际选择抽头位置
2、制动系数的确定
Kz=α+β+γ=0.1+0.1+0.2=0.4
α-----电流互感器误差取0.1
β-----分接头调整误差取0.1
γ-----可靠系数取0.1—0.2。
3、保护动作电流整定
Idz=（α1+β+γ）Ie
（α1---正常运行时电流互感器的最大误差取0.01—0.05）
=（0.03+0.1+0.2）Ie
=0.33Ie
对110kV侧Idz=0.33*4.55=1.5A
对35kV侧Idz=0.33*4.33=1.43A
对10kV侧Idz=0.33*4.58=1.51A
5.差电流速动元件整定
对110kV侧Idz=8Ie=8*4.55=36.4A
对35kV侧Idz=8Ie=8*4.33=34.64A
对10kV侧Idz=8Ie=8*4.58=36.64A
4、差电流闭锁元件整定
Idz.bs=0.8Idz=0.8*36.64=29.32A
5、校验灵敏度
最小运行方式按解列运行考虑
Idmin
（2）=1/（0.2+0.275+0.065）*0.5021=930A
归算至二次侧
Id.2min
（2）=930/300=3.1
Klm=3.1/1.51=2.05满足要求
由于35kV侧与10kV侧短路阻抗相同，故略
复合电压闭锁过流保护整定计算
1、保护动作电流
（1）按变压器额定电流，三绕组变压器考虑两侧保护定值的配合。
Idz=KpKk/Kf*Ie
Kp----配合系数取1.15—1.25高压有载调压取较大
Kk----可靠系数取1.15—1.2
Kf----返回系数取0.85
Ie----变压器额定电流
Idz=KpKk/Kf*Ie
=1.25*1.2*262.4/0.85
=463A
I2.dz=463/100
=4.63A
（2）校验灵敏度
Klm=Id.2min
（2）/I2.dz
=930/100/4.63
=2＞1.25满足要求
2、负序电压继电器动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定
U2.dz=0.06Ue
Ue---额定相间电压（100v）
U2.dz=6V
3、低电压继电器动作电压整定
U2.dz=0.9Ue/KkKf
Kk----可靠系数取1.2—1.25
Kf----返回系数取1.15—1.2
U2.dz=0.9Ue/KkKf
=90/1.25*1.2
=60V
4、动作时间
第一时限与相邻线路配合t1=0.5+t相邻（取1s）=1.5s
第二时限与第一时限配合t2=0.5+t1=2s
第三时限与第二时限配合t3=0.5+t2=2.5s
过负荷保护
装设在高压侧，按躲过额定电流整定，只发信号，不跳闸
Idz=Kk/Kf*Ie
Kk----可靠系数取1.05
Kf----返回系数取0.85
Idz=Kk/Kf*Ie
=1
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