110KV变电站设计110kv35kv10kv三个电压等级.docx

1、110KV变电站设计110kv35kv10kv三个电压等级第 1 章 原始资料及其分析1.1绪论电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将 煤、石 油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业， 它为国民经济的 其他各部门快速、 稳定发展提供足够的动力， 其发展水平是反映国家 经济发展水平的重要标 志。由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领 域不可缺 少的组成部分。 所以输送和分配电能是十分重要的一环。 变电站使电厂或上 级电站经过调整 后的电能输送给下级负荷， 是电能输送的核心部分。 其功能运行情况、 容量大小直接

2、影响下 级负荷的供电， 进而影响工业生产及生活用电。 若变电站系统中 某一环节发生故障， 系统 保护环节将动作。 可能造成停电等事故， 给生产生活带来很 大不利。 因此，变电站在整个 电力系统中对于保护供电的可靠性、 灵敏性等指标十分 重要。变电站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。这就要 求变电所 的一次部分经济合理， 二次部分安全可靠， 只有这样变电所才能正常的运行 工作，为国民经 济服务。变电站是汇集电源、 升降电压和分配电力场所， 是联系发电厂和用户的中间环节。 变 电站 有升压变电站和降压变电站两大类。 升压变电站通常是发电厂升压站部分， 紧靠 发电厂，降 压变电

3、站通常远离发电厂而靠近负荷中心。 这里所设计得就是 110KV 降压 变电站。它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这 些保护装 置是根据下级负荷的短路、 最大负荷等情况来整定配置的， 因此，在发生类 似故障是可根据 具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护， 并且，现在的跳闸保护整 定时间已经很短， 在故 障解除后， 系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。 这 对于保护下级各负荷是十分有 利的。 这样不仅保护了各负荷设备的安全有利于延长使 用寿命， 降低设备投资， 而且提高 了供电的可靠性， 这对于提高工农业生产效率

4、是十 分有效的。 工业产品的效率提高也就意味 着产品成本的降低， 市场竞争力增大， 进而 可以使企业效益提高， 为国民经济的发展做出 更大的贡献。 生活用电等领域的供电可 靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。可 见，变电站的设计是工业效率提 高及国民经济发展的必然条件。1.2原始资料预计使用 3 台变压器，初期一次性投待建变电站是该地区农网改造的重要部分， 产两台变压器，预留一台变压器的发展空间。1.2.1电压等级 变电站的电压等级分别为 110kV 、 35kV 、 10kV 。110kV : 2 回35kV : 5 回（ 其中一回备用 ）10kV : 12 回（ 其中四回备用 ）1

5、.2.2变电站位置示意图：1.2.3待建变电站负荷数据 （表 1-1 ）表 1-1 待建成变电站各电压等级负荷数据电压等级用电单位最大负荷(MW)用电类别回路数供电方式距离(km)35kV铝厂1511架空39钢铁厂101, 21架空25A 变电站1531架空35B 变电站2031架空40备用110kV无线电厂0.5631电缆4仪表厂0.531电缆5手机厂0.6322电缆4电机厂0.4221电缆3电视机厂0.831架空14配电变压器 A0.7811架空15配电变压器 B0.931架空16其它0.732电缆4备用2注：(1).35kV,10kV 负荷功率因数均取 cosC =0.85(2). 负荷

6、同时率： 35kV kt=0.910kV kt=0.85(3). 年最大负荷利用小时数均为 Tmax=3500 小时 /年(4). 网损率为 A%=8%(5). 站用负荷为 50kW cos g =0.87.35kV 侧预计新增远期负荷 20MV 10kV 侧预计新增远期负荷 6MV1.2.4地形地质站址选择在地势平坦地区，四周皆为农田，地质构造皆为稳定区，站址标高在 50 年一遇的洪水位以上，地震烈度为6 度以下。1.2.5水文 气象年最低气温为 5度，最高气温为 40度，月最高平均气温为 31 度，年平均气温为 22 度，降水量为 2000 毫米，炎热潮湿。1.2.6环境站区附近无污染源1

7、.3原始资料分析要设计的变电站由原始资料可知有 110 千伏， 35 千伏， 10 千伏三个电压等级。 由于 该变电站是在农网改造的大环境下设计的，所以一定要考虑到农村的实际情况。 农忙期和农闲 期需电量差距较大， 而且考虑到城镇地区的经济发展速度很快， 所以变 压器的选择考虑大容 量的， 尽量满足未来几年的发展需要。 为了彻底解决农网落后的 情况， 待建变电站的设计 尽可能的超前， 采用目前的高新技术和设备。 待建变电站选 择在地势平坦区为以后的扩建提 供了方便。 初期投入两台变压器， 当一台故障或检修 时，另一台主变压器的容量应能满足该 站总负荷的 60% ，并且在规定时间内应满足一、 二

8、级负荷的需要。站址选择在地势平坦地 区，四周皆为农田，地质构造皆为稳定区， 站址标高在 50 年一遇的洪水位以上，地震烈度为 6 度以下。2.1 负荷分析的目的第 2 章负荷分析负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法， 计算负荷确定得是否正确无误，直 接影响 到电器和导线电缆的选择是否经济合理。 对供电的可靠性非常重要。如计算负 荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负 荷确定过 小又将使电器和导线电缆处过早老化甚至烧毁， 造成重大损失，由此可见正 确负荷计算的重要性。负荷计算不仅要考虑近期投入的负荷， 更要考虑未来几年发展 的远期 负荷，如果只考虑近期负荷来

9、选择各种电气设备和导线电缆， 那随着经济的发 展，负荷不断增加，不久我们选择的设备和线路就不能满足要求了。 所以负荷计算是 一个全 面地分析计算过程，只有负荷分析正确无误，我们的变电站设计才有成功的希 望。2.2 待建变电站负荷计算2.2.1 35kV 侧近期负荷： P 近 35=15+10+15+20=60MW(2.1)远期负荷： P 远 35=20MW(2.2)nPi =60+20=80MW1(2.3)n /P 35= Pi k / (1+k)=80*0.9*(1+0.08)=77.76MW (2.4)i 11Q5= P -tg ? = P ? tg(cos 0.85)=48.20 MVa

10、r(2.5)视在功率PS g35 cos77.76- O.85 =91.482 MVAN35 =3U91.482=3 35 =1.509kA(2.6)(2.7)222 10kV 侧近期负荷： P 近 i =0.56+0.5+0.63+0.42+0.8+0.78+0.9+0.7=5.29MW(2.8)远期负荷： P 远 10=6MWnPi =5.29+6=11.29MWi 1(2.9)(2.10)nRo= Pi k / (1+k)=11.29*0.85*(1+0.08)=10.364MW (2.11)i 11Q 10= P -tg ? = P ? tg(cos 0.85)=6.423 MVar(

11、2.12)视在功率P 10.364S g10= co = =12.192 MVAcos 0.85(2.13)S 12.192I N10= 3UN = 3 10 =0 7039kA14)2.2.3站用电容量P 0.05g 所= cOs= 0.87 =0 057MVA15)(2.16)(2.17)2.2.4待建变电站供电总容量S 刀=S335+Sg10+Sg 所=91.482+12.192+0.057 = 103.731(MVA)P 刀=F35+RO+P 所=77.76+10.364+0.05 = 88.174(MW)第 3 章 变压器的选择主变的容量、 台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，

12、 它的选择依据除了 依据基 础资料外， 还取决于输送功率的大小， 与系统联系的紧密程度。 另外主变选择 的好坏对供电 可靠性和以后的扩建都有很大影响。 总之主变的选择关系到待建变电站 设计的成功与否， 所 以对主变的选择我们一定要全方面考虑。 既要满足近期负荷的要 求也要考虑到远期。3.1变电所主变压器的选择有以下几点原则：(1). 在变电所中，一般装设两台主变压器；终端或分支变电所，如只有一个电源 进线，可 只装设一台主变压器；对于 330kV 、550kV 变电所，经技术经济为合理时， 可装设 34 台主 变压器。(2). 对于 330kV 及以下的变电所，在设备运输不受条件限制时，均采用

13、三相变压 器。 500kV 变电所，应经技术经济论证后，确定是采用三相变压器，还是单相变压器 组，以及是否 设立备用的单相变压器。(3). 装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台是当停运后，其余主变压器的 容量应保证该所全部负荷的 60% 以上，并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。(4). 具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的 15% 以上， 或低压侧虽无负荷， 但需装设无功补偿设备时， 主变压器一般先用三绕组变压 器。(5). 与两种 110kV 及以上中性点直接接地系统连接的变压器， 一般优先选用自耦 变压 器，当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时， 应

14、根据无功功率的潮流情况， 校验公共绕 组容量，以免在某种运行方式下，限制自耦变压器输出功率。(6).500kV 变电所可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。 主变压器的阻抗电压 (即 短路电 压)，应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。(7). 对于深入负荷中心的变电所，为简化电压等级和避免重复容量，可采用双绕 组变压 器。3.2主变台数的确定由原始资料可知， 待建变电站是在农网改造的大环境下建设的。 负荷大，出线多， 且农 用电受季节影响大， 所以考虑初期用两台大容量主变。 两台主变压器， 可保证供 电的可靠 性，避免一台变压器故障或检修时影响对用户的供电。 随着未来经济的发展， 可

15、再投入一台变 压器。3.3主变压器容量的确定主变压器容量一般按变电所建成后 5? 10 年规划负荷选择，并适当考虑到远期10? 20 年的负荷发展，对于城市郊区变电所，主变压器应与城市规划相结合。此待 建变电站坐落在郊区， 10kV 主要给某开发区供电， 35kV 主要给下面乡镇及几个大企 业供电。 考虑到开发区及 其乡镇的发展速度非常快， 所以我们选择大容量变压器以满 足未来的经济发展要求。 确定变压器容量 :(1). 变电所的一台变压器停止运行时， 另一台变压器能保证全部负荷的 60%，即 :SB =SE6O%=1O3.731X 60%= 62.241(MVA)(2). 单台变压器运行要满

16、足一级和二级负荷的供电需要一，二级负荷为 :15+10+0.63+0.42+0.78=26.83MVA所以变压器的容量最少为 62.241MVA3.4变压器类型的确定3.4.1相数的选择变压器的相数形式有单相和三相， 主变压器是采用三相还是单相， 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。 一台三相变压器比三台单相变压器组 成的变压器组，其经 济性要好得多。规程上规定，当不受运输条件限制时，在 330kV 及以下的发电厂用变电站， 均选 用三相变压器。 同时，因为单相变压器组相对来讲投 资大、占地多、运行损耗也较大，而不作考 虑。因此待建变电站采用三相变压器。3.4.2绕组形

17、式绕组的形式主要有双绕组和三绕组。规程上规定在选择绕组形式时， 一般应优先考虑三绕组变压器， 因为一台三绕组 变压器的 价格及所用的控制电器和辅助设备， 比两台双绕组变压器都较少。 对深入引 进负荷中心， 具有 直接从高压变为低压供电条件的变电站， 为简化电压等级或减少重 复降压容量，可采用双绕组变 压器。三绕组变压器通常应用在下列场合：(1). 在发电厂内，除发电机电压外，有两种升高电压与系统连接或向用户供电。(2). 在具有三种电压等级的降压变电站中，需要由高压向中压和低压供电，或高 压和中压向低压供电。(3). 在枢纽变电站中，两种不同的电压等级的系统需要相互连接。(4).在星形 -星形

18、接线的变压器中，需要一个三角形连接的第三绕组。 本待建变电站具有 110kV,35kV,10kV 三个电压等级所以拟采用三绕组变压器。3.4.3普通型和自耦型的选择自耦变压器是一种多绕组变压器，其特点就是其中两个绕组除有电磁联系外， 在 电路上也有联系。因此，当自耦变压器用来联系两种电压的网络时， 一部分传输功率 可以利用电磁联系，另一部分可利用电的联系，电磁传输功率的大小决定变压器的尺 寸、重量、铁芯截面积和损耗，所以与同容量、同电压等级的普通变压器比较，自耦 变压器的经济效益非常 显著。由于自耦变压器的结构简单、经济，在 110kV 级以上中 性点直接接地系统中，应用非常 广泛，自耦变压器

19、代替普通变压器已经成为发展趋势。 因此，综合考虑选用自耦变压器。3.4.4中性点的接地方式电网的中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。本变电站所选用的主变为自耦型三绕组变压器。 规程上规定：凡是 110kV-500kV 侧其中 性点必须要直接接地或经小阻抗接地 ( 大电流接地系统 ) ；主变压器 6-63kV 采 用中性点不接地 ( 小电流接地系统 ) 。中性点直接接地系统主要优点是发生三相短路时，未故障相对地电压不升高， 因此，电网中设备各相对地绝缘水平取决于相电压， 使电网的造价在绝缘方面的投资 越低，当电压越高，其经济效益越明显，因此我国规定电压大于或等于 110kV 的系统

20、 采用中性 点直接接地。所以主变压器的 110k V 侧中性点采用直接接地方式， 35kV, 10kV 侧中性点采用 不接地方 式。3.4.5变压器类型的确定综上所述和查有关变压器型号手册所选主变压器的技术数据如下表：表 3-1 变压器型号型号及容量(kVA)额定容比 高压/中压/低压(%)额定电压 高 压/中压/低压(kV)空载损 耗(kW)负载损 耗(kW)空载 电 流%阻抗电压 (% )高中高低中低SFS7-63000/110100/100/50121/38.5/10.5773000.810.5186.5表 3-2 变压器型号型号额定容量(kVA)重量(T)外形尺寸 ( MM)油重运输重

21、总重LBHHLTSSZ9-63000/1106300015.972.181.278804890605087202000绕组排列方式 ：由原始资料可知，变电所主要是从高压侧向中压侧供电为主，向低压侧供电为 辅。因此选 择降压结构，能够满足降压要求，主要根据的依据的电力系统分析， 其绕组排列方式如 下图所示图 3-1 绕组排列方式术参数如下 :图 3-2 型号意义及技术参数第 4 章 电气主接线电气主接线是发电厂、 变电站电气设计的首要部分， 也是构成电气系统的主要部 分。电气 主接线是由电气设备通过连接线， 按其功能要求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， 故又称为一次接

22、线。 由于本设计的变电站有三个电 压等级， 所以在设计的过程 中首先分开单独考虑各自的母线情况， 考虑各自的出线方 向。论证是否需要限制短路电流， 并 采取什么措施， 拟出几个把三个电压等级和变压 器连接的方案，对选出来的方案进行技术和经济 综合比较，确定最佳主接线方案。4.1对电气主接线的基本要求对电气主接线的基本要求，概括地说包括可靠性、灵活性和经济性三方面4.1.1可靠性安全可靠是主接线的首要任务， 保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。 电气 主接线的 可靠性不是绝对的。 所以在分析电气主接线的可靠性时， 要考虑发电厂和变 电站的地位和作 用、 用户的负荷性质和类别、 设备的制造水平及

23、运行经验等诸多因素。4.1.2灵活性电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活的进行运行方式的转换。灵活性包 括以下几个 方面：(1). 操作的灵活性(2). 调度的灵活性(3). 扩建的灵活性4.1.3经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。通常设计应满足可 靠性和灵活 性的前提下做到经济合理。经济性主要通过以下几个方面考虑：(1). 节省一次投资。如尽量多采用轻型开关设备等。(2). 占地面积少。由于本变电站占用农田所以要尽量减少用地。(3). 电能损耗小。电能损耗主要来源变压器， 所以一定要做好变压器的选择工作。(4). 另外主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换

24、所需的操作步骤少， 尽量避免用隔离开关操作电源4.2电气主接线的基本原则电气主接线的基本原则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、 标准为准则，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各种 技术要求的前提下，兼 顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，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、美观的原则。4.3待建变电站的主接线形式4.3.1 110kV 侧方案 (一)单母线分段接线7段1 C- 厂 J段111 j ?- &应丁图 4-1分段的单母线的评价为 ：单母线分段接线示意图优点：(1). 具有单母线接线简单、清晰、方便、经

25、济、安全等优点。(2).较之不分段的单母线供电可靠性高，母线或母线隔离开关检修或故障时的停 电范围缩小 了一半。与用隔离开关分段的单母线接线相比， 母线或母线隔离开关短路 时，非故障母线段可以 实现完全不停电，而后者则需短时停电。(3). 运行比较灵活。分段断路器可以接通运行，也可断开运行。(4). 可采用双回线路对重要用户供电。 方法是将双回路分别接引在不同分段母线 上。缺点：(1).任一分段母线或母线隔离开关检修或故障时，连接在该分段母线上的所有进 出回路都要 停止工作，这对于容量大、出线回路数较多的配电装置仍是严重的缺点。(2). 检修任一电源或出线断路器时，该回路必须停电。这对于电压等

26、级高的配电装置也是严重缺点。因为电压等级高的断路器检修时间较长，对用户影响甚大 母线图 4-2 不分段的双母线接线示意图双母线接线的特点：(1). 可轮流检修母线而不影响正常供电。(2). 检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电。(3). 工作母线发生故障后，所有回路短时停电并能迅速恢复供电。(4). 可利用母联断路器替代引出线断路器工作。(5). 便于扩建。(6).由于双母线接线的设备较多、配电装置复杂，运行中需要用隔离开关切换电 起误操作；同时投资和占地面积也较大。方案 (二)不分段的双路，容易引方案(三) 单母分段带旁路接线图 4-3 单母分段带旁路接线示意图单母分段带旁路接线的特点

27、：优点：(1). 单母分段带旁路接线方式采用母线分断路器和旁路母线断路器， 供电可靠性比单母分段接线更高，运行更加灵活，一般用在 35-110kv 的变电所的母线。(2). 旁路母线是为检修断路器而设的，通常采用可靠性高，检修周期长的 SF6 断 路器，或气体绝缘金属封闭开关设备时，可取消旁路母线。缺点(1).单母分段带旁路接线倒闸操作比较复杂，占地面积比较大，花费比较高。以上三种方案比较：方案 ( 一)主接线供电可靠性与灵活性高，用于 110KV 出线 回路适合本站设计，因此此方案可行。方案 (二) 由于双母线接线具有较高的可靠性， 这种接线在大、中型发点厂和变电站得到广泛的使用。用于电源较

28、多、输送和穿越功 率较大、要求可靠性和灵活性较高的场合。 因此此方案不可行。方案 (三) 在供电可靠 性与灵活性方面能满足本站供电要求，但考虑 到接线较复杂，占地面积大且费用较高， 所以也不符合要求。4.3.2 35kV 侧方案 (一)单母线分段接线对用断路器分段的单母线的评价为 ：优点：(1) . 具有单母线接线简单、清晰、方便、经济、安全等优点。(2).较之不分段的单母线供电可靠性高，母线或母线隔离开关检修或故障时的停 电范围缩小了一半。与用隔离开关分段的单母线接线相比， 母线或母线隔离开关短路 时，非故障母线段可以 实现完全不停电，而后者则需短时停电。(3). 运行比较灵活。分段断路器可

29、以接通运行，也可断开运行。(4). 可采用双回线路对重要用户供电。 方法是将双回路分别接引在不同分段母线 上。 缺点：(1) .任一分段母线或母线隔离开关检修或故障时，连接在该分段母线上的所有进 出回路都要停止工作，这对于容量大、出线回路数较多的配电装置仍是严重的缺点。(2) . 检修任一电源或出线断路器时，该回路必须停电。这对于电压等级高的配电 装置也是严要缺点。因为电压等级高的断路器检修时间较长，对用户影响甚大。方案 (二)内桥接线|_ 1 I图 4-5 内桥接线示意图内桥接线中 ， 桥回路置于线路断路器内侧 ，此时线路经线断路器和隔离开关接至 桥接点， 构成独立单元；而变压器支路只经过隔

30、离开关与桥接点相连， 是非独立单元 内桥接线的特点为：(1) . 线路操作方便。如线路发生故障，仅故障线路的断路器跳闸，其余三回路可 继续工作， 并保持相互的联系。(2) . 正常运行时变压器操作复杂。(3). 桥回路故障或检修时全厂分裂为两部分，使两个单元之间失去联系；同时， 出现断路器 故障或检修时，造成该回路停电。为此，在实际接线中可采用设外跨条来 提高运行灵活性。内桥接线使用于两回进线两回出线且线路较长、 故障可能性较大和变压器不需要经常切换的运行方式的变电站中方案 （三）外桥接线LzHl. R图 4-6 外桥接线示意示意图外桥接线的特点为：（1） .变压器操作方便。（2） .线路投入与切除时，操作复杂。如线路检修或故障时，需断开两台断路器， 并使该 侧变压器停止运行，需经倒闸操作恢复变压器工作，造成变压器短时停电，这 刚好与内桥相反，概