变电站电气主接线课程设计.docx
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变电站电气主接线课程设计
变电站电气主接线课程设计
摘要
本论文为110KV变电站电气主接线设计。
依照设计任务书给定的条件来设计，其要紧包括以下内容：
在对各种电气主接线比较后确定本厂的电气主接线，对主变压器、厂用变压器和导体和重要电气设备进行选择，然后绘制主接线图、设备平面布置图、断面图、防雷配置图和继电爱护规划配置图。
关键词：
主接线短路运算设备选择防雷爱护继电爱护
前言
第0-1节毕业设计目的意义
毕业设计是完成教学打算、实现培养目标的一个重要教学环节，是全面运用所学基础理论、专业知识和差不多技能，对实际问题进行设计的综合训练，是培养学生综合素养和工程实践能力的教育过程。
对学生的思想品德、工作态度、工作作风和独立工作能力具有深远的阻碍。
毕业设计的目的、意义是：
〔1〕、巩固和扩大所学的专业理论知识，并在毕业设计的实践中得以灵活运用；
〔2〕、学习和把握变电所电气部分设计的差不多方法，树立正确的设计思想；
〔3〕、培养独立分析和解决实际问题的工作能力及解决实际工程设计的差不多技能；
〔4〕、学习查阅有关设计手册、规范及其他参考资料的技能。
拿到题目后，先认确实审题，然后依照题目的要求，将«电力工程设计手册»及往常学的专业课书籍相关内容再次阅读了一遍。
第一步，拟订初步的主接线图，列出可能的主接线形式进行比较，最后确定两个可能的主接线形式比较，最终确定方案。
第二步，通过运算，然后选择主变压器和厂用变压器。
第三步，短路运算和做短路运算结果表。
第四步，导体和设备的选择及校验，做设备清册。
第五步，继电爱护、配电设备和防雷接地的布置。
通过这次设计将理论与实践相结合，更好的明白得电气一次部分的设计原理。
通过毕业设计应达到以下要求：
熟悉国家能源开发的方针政策和有关技术规程、规定等；树立设计必须安全、可靠、经济的观点；巩固并充实所学基础理论和专业知识，能够灵活应用，解决问题；初步把握电气工程专业的设计流程和方法。
在指导老师的帮助下，完成工程设计。
绘图等相关设计任务，培养严肃、认真、实事求是和刻苦钻研的作风。
第0-2节原始资料分析
本次的设计任务是：
设计一座110/110/35kV终端变电所的电气主接线和配电装置、防雷接地、继电爱护的配置规划。
设计的重点是对变电所电气主接线的拟订及配电装置的布置。
设计的内容包括：
1、电气主接线方案的设计；2、短路运算；3、导体、设备选型；
4、设计防雷爱护和接地装置；5、继电爱护的配置规划；6、按设计方案绘制电气一次主接线图、配电装置的平面布置图、断面图以及防雷图；7、写设计说明书。
设计的差不多条件：
设计一座110/110/35kV终端变电所，110kV部分有110kV进出线2回，电源距离46公里，系统容量5800MVA，最大利用小时5800h，系统电抗1.51，所用电率0.042％。
110kV部分，出线11回，供电距离52公里，供电负荷165MW。
35kV部分，出线9回，供电距离23公里，供电负荷56MW，其中有一回电缆供电，供电距离4.8公里。
功率因数0.77。
设计自然条件：
变电所在地海拔<1100米，本地区污秽等级2级，地震烈度<6级，最高气温310C，最低气温-50C，平均气温150C，最大风速3m/s，其他条件不限。
第一章变电所电气主接线设计
1-1电气主接线设计概述
电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，是构成电力系统的要紧环节，代表了发电厂或变电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直截了当阻碍电力系统运行的稳固性、灵活性，并对电气的选择，配电装置的布置，继电爱护，自动装置和操纵方式的拟定都有决定性的关系。
因此，主接线的正确合理设计，必须综合处理各个方面的因素，通过技术、经济论证比较后方可确定。
对电气主接线的差不多要求包括可靠性、灵活性和经济性三方面。
差不多原那么是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情形，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节约投资，就地取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原那么。
1-2电气主接线的初步方案选择设计
一、110kV侧主接线选择
110kV侧进线4回，出线2回，共有进出线6回。
名称
优点
缺点
适用范畴
备注
单母线分段接线
1、用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段进行供电；2、任意一段母线故障时，可保证正常母线不间断供电。
1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都在检修期内停电；
2、当出线为双回路时，常使架空线路显现交叉跨过。
3、扩建时需向两个方向均衡扩
建。
110～110kV配电装置出线回路数为
3～4回
不适应本站。
双母线接线
1、供电可靠，检修母线及工作母线发生故障时，能利用备用母线正常工作；2、调度灵活，能适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需
要；3、扩建方便；4、便于
1、增加一组母线每回路就需增加母线隔离开关；2、母线故障或检修时，容易误操作；
3、出线断路器检修时，线路无法供电。
110～110kV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110～
110kV配电装
适用于本站，但可靠性稍差。
试验。
置，在系统中居于重要地位，出线回路为4回及以上
时。
双母线带旁路接线
1、具有双母线接线的各种优点；2、检修出线断路器时，能够正常供电。
增加投资。
110kV出线在
6回及以上，
110kV出线在
4回及以上。
适用于本站，满足供电可靠性。
二、110kV侧主接线选择
110kV侧进线4回，出线2回，共有进出线6回。
名称
优点
缺点
适用范畴
备注
单母线分段接线
1、用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段进行供电；2、任意一段母线故障时，可保证正常母线不间断供电。
1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都在检修期内停电；
2、当出线为双回路时，常使架空线路显现交叉跨过。
3、扩建时需向两个方向均衡扩
建。
110～110kV配电装置出线回路数为
3～4回
不适应本站。
双母线接线
1、供电可靠，检修母线及工作母线发生故障时，能利用备用母线正常工作；2、调度灵活，能适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需
要；3、扩建方便；4、便于
1、增加一组母线每回路就需增加母线隔离开关；2、母线故障或检修时，容易误操作；
3、出线断路器检修时，线路无法供电。
110～110kV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110～
110kV配电装
适用于本站，但可靠性稍差。
试验。
置，在系统中居于重要地位，出线回路为4回及以上
时。
双母线带旁路接线
1、具有双母线接线的各种优点；2、检修出线断路器时，能够正常供电。
增加投资。
110kV出线在
6回及以上，
110kV出线在
4回及以上。
适用于本站，满足供电可靠性。
三、35kV侧主接线选择
35kV侧出线6回，供电负荷41MW。
名称
优点
缺点
适用范畴
备注
单母线接线
接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采纳成套配电装置。
不够灵活可靠，母线任一元件故障或检修均需使整个配电装置停电。
35～63kV配电装置的出线回路数不
超过3回。
不适应本站。
单母线分段接线
1、用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段进行供电；2、任意一段母线故障时，可保证正常母线不间断供电。
1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都在检修期内停电；2、当出线为双回路时，常使架空线路显现交叉跨越。
3、扩建时需向两个方
向均衡扩建。
35～63kV配电装置的出线回路为4～
8回时。
适用于本站，但可靠性较差，扩建困难。
双母线接线
1、供电可靠，检修母线及工作母线发生故障时，能利用备用母线正常工作；2、调度灵活，能适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需要；3、扩建方便；4、便于试验。
1、增加一组母线每回路就需增加母线隔离开关；2、母线故障或检修时，容易误操作；3、出线断路器检修时，线路无法供电。
35～63kV配电装置的出线回路数超过8回时，或连接电源较多，负荷较大
时。
适用于本站。
四、初步方案的选定
1、110kV侧接线：
方案I双母带旁路接线这种接线增加了旁母、旁路断路器、旁路隔离开关等，尽管增加投资成本，但供电可靠性提高，出线断路器故障或检修时，保证了对该站供电，同时保证了穿越功率对外输送。
方案II双母线接线据«电力工程电气设计手册»，110kV至110kV配电装置出线回路数5回或者以上必须选择双母线接线规定。
而本站110kV侧有出线6回，但出线断路器检修或故障时，该回路必须停电。
2、110kV侧接线：
方案I双母带旁路接线这种接线增加了旁母、旁路断路器、旁路隔离开关等，尽管增加投资成本，但供电可靠性提高，出线断路器故障或检修时，保证了对该站供电，同时保证了穿越功率对外输送。
方案II双母线接线据«电力工程电气设计手册»，110kV至110kV配电装置出线回路数5回或者以上必须选择双母线接线规定。
而本站110kV侧有出线6回，但出线断路器检修或故障时，该回路必须停电。
3、35kV侧接线：
方案I双母线接线据«电力工程电气设计手册»，35kV至63kV配电装置出线
回路数超过8回，或连接电源较多，负荷较大时，选择双母线接线规定。
但出线断路器检修或故障时，该回路必须停电。
而本站35kV侧有出线6回，供电负荷41MW，平均单条线路供电负荷6.833MW，且35kV断路器检修时刻较短，应选择双母线接线。
方案II与方案I相同。
4、10kV侧接线：
方案I单母线分段接线据«电力工程电气设计手册»，6kV至10kV配电装置出线回路数为6回及以上，选用单母线分段接线的规定。
本站10kV共有出线18回，为提高供电可靠性，在选择10kV出线断路器时，用性能较好的空气断路器开关，因此选择单母线分段接线。
方案II与方案I
初步方案主接线一
110kV侧
110kV侧
35kV侧
双母线分段接线
双母线分段接线
双母线接线
初步方案主接线二
110kV侧
110kV侧
35kV侧
双母线分段接线
双母线接线
双母线接线
1-3电气主接线的经济技术比较
一、经济比较的说明
本所初步设计的两个方案中，只有110kV配电装置部分不同，做比较时，仅对110kV配电装置部分进行比较。
因设备造价资料有限，本所比较设备造价仅为估量造价，与实际造价会有专门大出入。
另外，比较时用的设备与后面选定的设备可能存在出入。
二、从电气设备的数目及配电装置上进行比较
方案项目
方案一
方案二
110KV配电装置
双母线带盘路
双母线
主变台数
2
2
断路器的数目
110KV
10
9
隔离开关的数目
110KV
39
29
三、运算综合投资Z
〔1〕Z＝Z0（1＋a
100）（元）
式中:
Z0—为主体设备的综合投资,包括变压器﹑高压断路器﹑高压隔离开关及配
电装置等设备的中和投资;
a—为不明显的附加费用比例系数,一样110取70％,110取90％.
〔2〕主体设备的综合投资如下
①主变
主变容量MVA
每台主变的参考价格（万元/台）
变压器的投资（万元）
63
630
2×630＝1260
②110KV侧SW6−110Ι型断路器
每台断路器的参数价格（万元/台）
方案一断路器投资（万元）
方案二断路器的投资（万元）
65
10×65＝650
9×65＝585
③110KV侧GW4—110型隔离开关
每台隔离开关的参数价格（万元/台）
方案一隔离开关投资（万元）
方案二隔离开关的投资（万元）
2.5
39×2.5＝97.5
29×2.5＝72.5
方案一
方案二
主体设备总投资
（万元）
Z0＝1260＋650＋97.5＝
2007.5
Z0＝1260＋585＋72.5＝1917.5
综合投资（万元）
Z＝Z（1＋a100）＝2007.5
×〔1＋0.9〕＝3814.25
Z＝Z（1＋a100）＝1917.5×〔1＋
0.9〕＝3643.25
⑨综合投资
00
四、运算年运行费用C
C＝αΔA+α1I+α2I
（万元）
式中:
α1—检修、爱护费,一样取（0.022～0.042）Z
α2—折旧费,一样取（0.05～0.058）
a—电能电价,取0.3元/kw·h
△A—变压器电能缺失（kw·h）主变的参数如下表：
空载有功损耗
负载损耗
阻抗电压%
高中
高低
中低
84.7
300
12-14
22-24
7-9
1S2S2S2
∆A=n（∆P0+k∆Q0）+
（∆P+k∆Q）×（1+2+3）τ
S
n
2n2
SnS2n
SnS3n
ΔQ0＝I0％×
SN
100
＝1.2×2400＝2160
ΔQ1K＝U1％×
SN
100
＝14×2400＝33600
ΔQ2K＝U2％×
SN
100
＝－1×2400＝－2400
ΔQ3K＝U3％×
SN
100
＝9×2400＝21600
S1=
38+24+0.186
0.8
38
=77.733MVA=77733kVA
S 2=
0.8
=47.5MVA=47500kVA
S3=
24+0.186
0.8
=30.2325MVA=30233kVA
τ=4200，k=0.1电能损耗为：
Sn3=Sn2=63000÷ 2=31500kVA
ΔA= 2×（84.7+216〕+1
777332
×（84.7+216）×〔+
475002
+
302332
〕
2×2
×4200=985061〔kWh〕
方案一与方案二的年运行费用：
方案一：
C＝αΔA+α1I+α2I
630002
630002
63000×31500
=0.3×9.85+0.03×3814.25+0.02×3814.25=193.67
（万元）
方案二：
C＝αΔA+α1I+α2I
=0.3×9.85+0.03×3643.25+0.02×3643.25=185.12
（万元）
五、经济比较成果
经济比较成果表
名称
方案Ⅰ
方案Ⅱ
综合投资〔万元〕
3814.25
3643.25
年运行费用〔万元〕
193.67
185.12
主接线所选的两个初步方案，主接线中压、低压二次侧方案相同，只比较一次侧方案。
方案一的特点如下：
当本所出线断路器故障或检修检修时，均可通过旁路母线正常正常送电，提高供电可靠性；今后扩建方便，但占地面积有所增加。
方案二的特点如下:
今后扩建也方便；当进出线断路器故障或检修时，故障或检修断路器的进出线必须停电；占地面积较第一方案少。
从经济性来看，由于第一方案增加了盘路母线，占地面积较有所增加，从设备上来看，需多加一个间隔设备及7组隔离开关，综合投资费用和运行费增加增加。
从可靠性来看，第二方案当进出线断路器故障或检修时，故障或检修线路只好停运，而第一方案中当进出线断路器故障或检修时，可由盘路临时供电。
从改变运行方式灵活性来看，两个方案都能适应系统中各种运行方式调度和潮流变化需要，试验方便。
1-4最优主接线方案的确定
通过以上分析比较，能够发觉第一方案尽管投资费用有所增加，但能够保证断路器故障或检修时正常供电，110kV断路器故障修复时刻是6至7天，而且因故障停电造成
的停电缺失是少供电量电费的成本的十倍；本所35kV侧供电负荷37MW，10kV侧供电负
荷25MW，110kV侧有穿越功率23MVA。
以断路器故障停电一次造成少供负荷10MVA，6天修复，将造成少供电量99.36万kWh,造成的缺失就相当于993.6万kWh。
考虑综合因素选第一方案为本变电所的主接线方案。
最优主接线方案
110kV侧
35kV侧
10kV侧
双母线分段接线
双母线接线
单母线分段接线
最优主接线方案图如下：
1-5变电所主变和厂用变选择
有原始资料可知，我们本次所设计的变电所是110kV通过变它是以110kV受功率为主，把所受功率通过主变传输至35kV及10kV母线上，因此，选择主变台数时，要确保供电的可靠性。
为了保证供电可靠性，幸免一台主变压器故障或检修时阻碍供电，变电所中一样装设两台主变压器。
考虑到两台主变压器同时发生故障机率较小，适用远期负荷的增长及扩建，而当一台主变压器故障或检修时，另一台主变压器可承担70％的负荷，保证全变电所正常供电，应选择两台主变压器互为备用，提高供电可靠性。
在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器
容量的15％以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采纳三绕组变压器。
一台三绕组变压器的价格及所用的操纵和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行爱护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。
一、主变压器的选定
35kV侧负荷为41MW，10kV侧负荷为25MW，功率因数0.7。
当一台主变压器故障或检修时，另一台主变压器可承担70％～80％的负荷保证全变电所的正常供电。
S=0.7×〔41＋25〕/0.7＝66（MVA）*1-2
查«电力工程电气设计手册»184页〔Sj=100MVA〕，
型号
容量比
额定电压〔kV〕
U*1-2%
U*1-3%
U*2-3%
高压侧
中压侧
低压侧
SSPSL1-63000
100/100/50
121
38.5
10.5
18.5
10.5
6.5
二、所用变压器的选定
当所内有较低电压母线时，一样均由这类母线上引接1～2个所用电源，所用电源引接方式具有经济性和可靠性较高的特点。
本所所用电占用率0.36％。
所用变压器容量的确定：
S＝〔41＋25〕×0.36％/0.7＝0.339〔MVA〕＝339〔kVA〕
查«发电厂和变电所电气部分毕业设计指导»附表1-1，选择SL7-400/10型变压器，其技术数据见下表。
型号
额定容量
〔kVA〕
额定电压（kV）
损耗〔kW〕
阻抗电压〔％〕
空载电流〔％〕
连接组别
高压
低压
空载
负载
SL7-400/10
400
10
0.4
0.92
5.8
4
2.1
Y，yno
1-6变电所用电设计
变电所的所用电是变电所的重要负荷。
在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便是要求，使设计达到经济合理、技术先进，保证变电所安全、经济的运行。
一、所用变压器台数的确定
本变电所总容量为2500MVA，另有64MVA穿越功率，且变压器采纳强迫油循环水冷型，为保证所用电运行可靠、安全，装设两台所用变压器。
二、所用电源的引接方式
依照当所内有较低电压母线时，一样均由这类母线上引接1～2个所用电源，这一所用电源引接具有经济和可靠性较高的特点。
本所采纳从10kVⅠ段母线引接一个电源，从
10kVⅡ段母线引接一个电源的接线方式。
三、所用变压器低压侧接线
所用电系统采纳380/110V中性点直截了当接地的三相四线制，动力与照明和用一个电源。
所用电低压侧采纳单母线分段接线方式，平常分列运行。
所用电接线图如下：
1-7最优电气主接线图绘制
见附图
第二章短路电流运算
2-1节短路电流运算概述
电力系统的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路，因为它们会破坏对用户的正常供电，电气设备的正常运行。
短路是电力系统的严峻故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地〔对于中性点接地系统〕发生通路的情形。
在三相系统中，可能发生的短路有：
三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。
其中三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路差不多上不对称短路。
电力系统的运行体会说明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。
但三相短路情形最严峻，应给予足够的重视。
因此，我们都采纳三相短路来运算短路电流，并检验电气设备的稳固性。
一、短路运算的目的
1.在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，确定接线方案是否需要采取限制短路电流的措施等。
2.在选择电气设备时，为了保证各种电气设备和导体在正常运行和故障情形下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要用短路电流进行校验。
3.运算软导线的短路摇摆。
4.在选择继电爱护装置和进行整定运算。
二、电力系统短路电流运算的条件
1.正常工作时，三相系统对称运行。
2.所有电源的电动势相位角相同。
3.系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等阻碍；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差120o电气角度。
4.电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备阻抗值不随电流大小发
生变化。
5.电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50％负荷接在高压母线上，50
％负荷接在系统侧。
6.同步电机都具有自动
升级会员 