110k变电站设计.docx
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110k变电站设计
摘要
变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。
电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。
本次设计建设一座110KV降压变电站，首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。
其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。
最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择。
本工程初步设计内容包含变电所电气设计，变电所从110KV侧某变电所受电，其负荷分为35KV和10KV两个电压等级。
通过技术和经济比较，采用下列方案：
1.内设两台三绕组变压器，电压等级为121/37.8/11。
2.110KV进线采用内桥接线形式。
3.本工程初步设计内容包括变电所电气设计。
4.35KV和10KV配电装置同样采用单母线分段接线。
关键词：
变电所主变压器短路计算设备选型
SUMMARY
Transformersubstationisanimportantpartofpowersystem.itdirectlyaffectstheentirepowersystemsecurityandeconomicoperationofpowerplantsarelinkedandusersofintermediatelinks,transformationanddistributionofelectricpowerplaysarole.MainElectricalConnectionisthekeyfeaturesofsubstationpowerplants,electricalmainconnectiondirectlyrelatedtotheformulationofthewholeplant（by）thechoiceofelectricalequipment,powerdistributiondevicelayout,relayprotectionandautomaticdeviceidentification,ispartoftheelectricalsubstationthedecisivefactorintheinvestmentsize.
Transformersubstationisanimportantpartofpowersystem.itdirectlyaffectstheentirepowersystemsecurityandeconomicoperationwhichisanintermediatelinksofpowerplantsandusers,playingaroleoftransformationanddistributionofelectricpower.MainElectricalConnectionisthekeyfeaturesofsubstationpowerplants,electricalmainconnectiondirectlyrelatedtotheformulationofthewholeplant,thechoiceofelectricalequipment,powerdistributiondevicelayout,relayprotectionandautomaticdeviceidentification,isthedecisivefactorintheinvestmentsizeoftheelectricalsubstation.
Thedesignoftheconstructionofa110KVsubstationbuck,firstofall,accordingtothemainterminaloftheeconomicandreliableoperationoftherequirementsofaflexiblechoiceofvariousvoltagelevelsofconnectionmode,inthetechnicalaspectsandeconomicaspectsofcomparison,theflexibilitytoselecttheoptimalconnectionmode.
Secondly,tocarryoutshort-circuitcurrentcalculation,accordingtoshort-circuitpointtocalculatethepointsshort-circuittheimpactofsteady-statecurrentandshortcircuitcurrent,calculatedfromthethree-phaseshortcircuittobewhenashortcircuitoccurredintheworkofthebusvoltage,thesteady-statecurrentandtheimpactofshort-circuitcurrentvalue.
Finally,inaccordancewiththevoltagelevelofratedvoltageandmaximumsustainedcurrentequipmentchoice.
Thepreliminarydesignoftheprojectincludeelectricalsubstationdesign,substationfromthesideofa110KVsubstationbyelectricity,theloadisdividedintotwo35KVand10KVvoltage.
ThisengineeringfirststepdesigncontentsincludesthetransformersubstationofelectricDesign.Thenew-etupsaltaYanBeitransformersubstationobtainpowerformDongJiaosubstation（110KV）.Therearetwokindsoflocalloadsinthesubstation,.Oneis35KV,theotheris10KV.
Passthetechniquetocomparewiththeeconomy,adoptthefollowingschemenow:
1.Therearetwothree-windingtransformersinthesubstation.Voltagegradeadopt121KV38.5KVand11KV.
2.For110KVmainelectricalconnectionsshalladoptinsidebridgeconnection.
3.The110KVenterstheline2return,Theadoptionbuildstrolleywire.
4.For35KVand10KVmainelectricalconnectionsemploysinglesectionalizedbus.
Keyphrase:
Changetogiveorgetanelectricshock
MaintransformerShortcircuitcalculation
Theequipmentschoosethetype
目录
第一章:
原始资料分析……………………………………………………第5页
第二章:
主变压器的选择…………………………………………………第6页
第三章电气主接线的设计……………………………………………………第8页
第四章:
短路电流的计算……………………………………………………第10页
第五章:
短路电流计算过程…………………………………………………第10页
第六章:
电气设备的选择…………………………………………………第19页
第七章：
参考文献……………………………………………………………第25页
第一章：
原始资料分析
一、原始资料
1、待设110KV变电站从相距30km的110KV某变电站受电。
2、待建110KV盐北变电站年负荷增长率为5%，变电站总负荷考虑五年发展规划。
3、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℃。
4、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
二、对原始资料的分析计算
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
Q2=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
第二章：
主变压器的选择
变压器的型式、容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。
它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5～10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。
在选择主变压器容量时对重要变电所，应考虑当一台主变器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电；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满足全部负荷的60%~70%。
本变电所主变容量按远景负荷选择，并考虑到正常运行和事故时过负荷能力。
（参考资料：
《电力工程电气设计手册》电器一次部分，第五章：
主变压器选择）
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。
对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。
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。
由以上规程可知，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。
三、主变相数选择
1、主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。
2、当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。
社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。
四、主变绕组数量
在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧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装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。
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
由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。
五、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。
由以上知，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。
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。
35KV：
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
六、主变的调压方式
《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第三节规定：
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％。
对于110KV及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。
由以上知，此变电所的主变压器采用有载调压方式。
七、变压器冷却方式选择
参考《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第四节可知：
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。
附：
主变型号的表示方法：
第一段：
汉语拼音组合表示变压器型号及材料
第一部分：
相数S----三相；D------单相
第二部分：
冷却方式J----油浸自冷；F----油浸风冷；
S----油浸水冷；G----干式；N----氮气冷却；
FP----强迫油循环风冷却；SP----强迫油循环水冷却
本设计中主变的型号是：
SFPSL—40000/110
第三章电气主接线的设计
一、选择原则
电气主接线得设计原则，应根据变电所在电力系统中得地位，负荷性质，出线回路数，设备特点，周围环境及变电所得规划容量等条件和具体情况，并满足供电可靠性，运行灵活，操作方便，节约投资和便于扩建等要求。
具体如下:
变电所的高压侧接线，根据技术设计规程应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式。
1、在35kV配电装置中，当线路为3回及以上时，根据规程一般采用单母线或单母线分段接线。
2、在10kV配电装置中，当线路在6回及以上时，根据规程一般采用单母线分段接线方式。
3、如果线路不允许停电检修，则应增设相应的旁路设施。
二、110KV主接线设计
1、方案选择
方案一：
线路－变压器单元接线
方案二：
单母线接线
方案三：
单母线分段接线
方案四：
内桥接线
2、技术比较
方案
线－变单元接线
单母线接线
单母分段接线
内桥接线
优点
接线简单；安装2台开关，开关使用量最少，节省投资
接线简单、清晰，操作方便。
接线简单、清晰，操作方便。
可靠性、灵活性较高。
接线简单、清晰，使用开关量相对较少。
具有一定的可靠性和灵活性。
缺点
串联回路任意设备故障或检修，整个单元停电。
可靠性差。
可靠性、灵活性差。
安装5台开关，开关使用量最多，投资较大。
不适用于主变经常投切的情况。
外桥接线的特点与内桥接线相反，连接桥断路器在线路侧，其他两台断路器在变压器回路中，线路故障和进行投入和切除操作时，操作较复杂，且影响一台正常运行的变压器。
所以外桥接线用于输电线路短，检修和倒闸操作以及设备故障几率均较小，而变压器需要经常切换或电网有穿越功率经过的变电所。
分析盐北变电所可以看出这是一座终端变电所。
110KV只有两回进线，进线输电距离较长。
综合四个要求的考虑，选择内桥接线方式。
三、35k主接线设计
35KV共有5回出线由《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。
由于此变电站负荷不多，连接电源也不多，故35KV可采用单母分段连接也可采用双母线连接。
四、10KV主接线设计
本所10KV出线共10回线路，对于10KV系统，出线回路数在6回及以上时，宜采用单母线分段接线，本变电所10KV用户负荷较轻，负荷性质为一级，二级负荷，宜采用单母线分段接线。
第四章短路电流的计算
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、计算结果
短路
电压
d（3）
d
（2）
d（1.1）
d
（1）
I″（KA）
ich（KA）
I″（KA）
ich（KA）
I″（KA）
ich（KA）
I″（KA）
ich（KA）
110kv
2.70
6.88
2.335
5.943
2.903
7.388
3.036
7.272
35kv
3.434
8.741
10kv
8.779
22.349
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。
第五章短路电流计算过程
一、三相短路计算
1.计算各阻抗标值
查222KV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：
5/0.004
图1
图2
简化得图2（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
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