110KV变电站方案设计书大学本科课程文库.docx

1、110KV变电站方案设计书大学本科课程文库封 面作者：Pan Hongliang仅供个人学习 本文由jssbs0402贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 目 录 摘要 （3） 概 述 （4） 第一章 电气主接线 （6） 11 110kv 电气主接线 （7） 12 35kv 电气主接线 （8） 13 10kv 电气主接线 （10） 14 站用变接线 （12） 第二章 负荷计算及变压器选择 （13） 21 负荷计算 （13） 2 主变台数、 2 容量和型式的确定 （14） 2 站用变台数、 3 容量和型式的确定 （16） 第三章 最大持续工作

2、电流及短路电流的计算 （17） 3 各回路最大持续工作电流 1 （17） 32 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 （18） 第四章 主要电气设备选择 （19） 41 高压断路器的选择 （21） 4 隔离开关的选择 2 （22） 4 母线的选择 3 （23） 4 绝缘子和穿墙套管的选择 4 （24） 4 电流互感器的选择 5 （24） 4 电压互感器的选择 6 （26） 1 4 各主要电气设备选择结果一览表 7 （29） 附录 I 设计计算书 （30） 附录 II 电气主接线图 （37） 10kv 配电装置配电图 （39） 致谢 （40） 参考文献 （41） 2 摘 要 本文首先根据任务书

3、上所给系统与线路及所有负荷的参数， 分析 负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟 建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安 全，经济及可靠性方面考虑，确定了 110kV，35kV，10kV 以及站用电 的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容 量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大 持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母 线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而 完成了 110kV 电气一次部分的设计。 关键词：变电站 变压器 接线 3 概 1、 待设计变电所地位及作用

4、 述 按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建 1 中型 110kV 变电所。该变电所建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对 本地区大用户进行供电。改善提高供电水平。同时和其他地区变电所 联成环网， 提高了本地供电质量和可靠性。 北 待设计变电站 110kV 出线 4 回，2 回备用 35kV 出线 8 回，2 回备用 10kV 线路 12 回，另有 2 回备用 2、 变电站负荷情况及所址概况 本变电站的电压等级为 110/35/10。变电站由两个系统供电， 4 系统 S1 为 600MVA，容抗为 0.38, 系统 S2 为 800MVA，容抗为 0.45. 线路 1 为 30KM,

5、 线路 2 为 20KM, 线路 3 为 25KM。该地区自然条件： 年最高气温 40 摄氏度，年最底气温- 5 摄氏度，年平均气温 18 摄 氏度。出线方向 110kV 向北，35kV 向西，10kV 向东。 所址概括，黄土高原，面积为 100100 平方米，本地区无污秽， 土壤电阻率 7000.cm。 本论文主要通过分析上述负荷资料，以及通过负荷计算，最大持 续工作电流及短路计算，对变电站进行了设备选型和主接线选择，进 而完成了变电站一次部分设计。 5 第一章 电气主接线设计 现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站 分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的

6、好坏 不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生 产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本 要求。 1 运行的可靠 断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多 少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 2 具有一定的灵活性 主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式， 达到调 度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除 故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检 修人员的安全。 3 操作应尽可能简单、方便 主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人 员掌握。复杂的接

7、线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操 作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要， 而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。 4 经济上合理 主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运 行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。 6 5 应具有扩建的可能性 由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接 线时还要考虑到具有扩建的可能性。 变电站电气主接线的选择， 主要决定于变电站在电力系统中的地 位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。 1.1 110kV 电气主接线 由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟

8、建 的。那么其负荷为地区性负荷。变电站 110kV 侧和 10kV 侧，均为单 母线分段接线。110kV220kV 出线数目为 5 回及以上或者在系统中 居重要地位，出线数目为 4 回及以上的配电装置。在采用单母线、分 段单母线或双母线的 35kV110kV 系统中， 当不允许停电检修断路器 时，可设置旁路母线。 根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案，如图 1.1 及 图 1.2 所示。 图 1.1 单母线分段带旁母接线 7 图 1.2 双母线带旁路母线接线 对图 1.1 及图 1.2 所示方案、综合比较，见表 1-1。 表 1-1 项目 方案 主接线方案比较表 方案 简单清晰、操作方

9、 便、易于发展 可靠性、灵活性差 旁路断路器还可以 代替出线断路器， 进行不停电检修出 线断路器，保证重 要用户供电 设备少、投资小 用母线分段断路器 兼作旁路断路器节 省投资 方案 运行可靠、运行方 式灵活、便于事故 处理、易扩建 母联断路器可代替 需检修的出线断路 器工作 倒闸操作复杂，容 易误操作 占地大、设备多、 投资大 母联断路器兼作旁 路断路器节省投资 技 术 经 济 在技术上（可靠性、灵活性）第种方案明显合理，在经济上则 方案占优势。鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活 性。经综合分析，决定选第种方案为设计的最终方案。 1.2 35kV 电气主接线 电压等级为 35kV6

10、0kV，出线为 48 回，可采用单母线分段接 线，也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电， 8 采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。但由于设置 旁路母线的条件所限（35kV60kV 出线多为双回路，有可能停电检 修断路器，且检修时间短，约为 23 天。 ）所以，35kV60kV 采用 双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。 据上述分析、组合，筛选出以下两种方案。如图 1.3 及图 1.4 所 示。 图 1.3 单母线分段带旁母接线 图 1.4 双母线接线 9 对图 1.3 及图 1.4 所示方案、综合比较。见表 1-2 表 1-2 项目 技

11、术 方案 主接线方案比较 方案单 简单清晰、操作方便、易 于发展 可靠性、灵活性差 旁路断路器还可以代替 出线断路器， 进行不停电检 修出线断路器， 保证重要用 户供电 设备少、投资小 用母线分段断路器兼作 旁路断路器节省投资 方案双 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 易误操作 经 济 设备多、配电装置复杂 投资和占地面大 经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案可靠性、灵 活性不如方案，但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可 选用投资小的方案。 1.3 10kV 电气主接线 610kV 配电装置出线回路数目为 6 回及以上时，可采用单母 线分段接线。而双母线接线一般用于引出线

12、和电源较多，输送和穿越 功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。 上述两种方案如图 1.5 及图 1.6 所示。 10 图 1.5 单母线分段接线 图 1.6 双母线接线 对图 1.5 及图 1.6 所示方案、综合比较，见表 1-3 表 1-3 主接线方案比较 项目 技术 方案 方案单分 不会造成全所停电 调度灵活 保证对重要用户的供电 任一断路器检修， 该回路 必须停止工作 方案双 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 易误操作 经济 占地少 设备少 设备多、配电装置复杂 投资和占地面大 经过综合比较方案在经济性上比方案好， 且调度灵活也可保 证供电的可靠性。所以选用方案。 11 1.4

13、站用电接线 一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。 故提出单母 线分段接线和单母线接线两种方案。 上述两种方案如图 1.7 及图 1.8 所示。 图 1.7 单母线分段接线 图 1.8 单母线接线 对图 1.7 及图 1.8 所示方案、综合比较，见表 1-4。 表 1-4 主接线方案比较 12 项目 技 术 方案 方案单分 不会造成全所停电 调度灵活 保证对重要用户的供电 任一断路器检修， 该回路 必须停止工作 扩建时需向两个方向均 衡发展 占地少 设备少 方案单 简单清晰、操作方便、 易于发展 可靠性、灵活性差 经济 设备少、投资小 经比较两种方案经济性相差不大， 所以选用可靠性和灵

14、活性较高 的方案。 第二章 负荷计算及变压器选择 2.1 负荷计算 要选择主变压器和站用变压器的容量， 确定变压器各出线侧的最 大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动 力负荷和照明负荷） 、10kV负荷、35kV 负荷和 110kV 侧负荷。 由公式 式中 Sc = K t n i =1 p (1 + % ) cos ? （2-1） s C 某电压等级的计算负荷 t k 同时系数（35kV 取 0.9、10kV 取 0.85、35kV 各负荷 与 10kV 各负荷之间取 0.9、站用负荷取 0.85） %该电压等级电网的线损率，一般取 5% P、cos ? 各用户的负荷和

15、功率因数 2.1.1 站用负荷计算 =0.85(91.5/0.85) S 站=0.85(91.5/0.85)(1+5%) 13 =96.075KVA 0.096MVA 2.1.2 10kV 负荷计算 =0.85(4+3+3.5+3.2+3.4+5.6+7.8)0.85+3/9 S10KV=0.85(4+3+3.5+3.2+3.4+5.6+7.8)0.85+3/94 (1+5%) =38.675WVA 2.1.3 35kV 负荷计算 =0.9(6+6+5+3)/0.9+(2.6+3.2)/0.85 S35KV=0.9(6+6+5+3)/0.9+(2.6+3.2)/0.85(1+5%) =27.4

16、48MVA 2.1.4 110kV 负荷计算 =0.9 S110KV=0.9(20/0.9+5.8/0.85+25.5/0.85+12/0.9) (1+5%)+ S 站 =68.398+0.096 =68.494MVA 2.2 主变台数、容量和型式的确定 2.2.1 变电所主变压器台数的确定 主变台数确定的要求： 1.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况 下，变电站以装设两台主变压器为宜。 2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站， 在设计时应考 虑装设三台主变压器的可能性。 考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一 次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。

17、故选用两台主变压器，并 14 列运行且容量相等。 2.2.2 变电所主变压器容量的确定 主变压器容量确定的要求： 1.主变压器容量一般按变电站建成后 510 年的规划负荷选择， 并适当考虑到远期 1020 年的负荷发展。 2.根据变电站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站，应考虑当一台主变压器停运时， 其余变压器容量在设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：对一般性变电站停运时，其余变压器 容量就能保证全部负荷的 6070%。S 总 =68.494MVA 由于上述条 件所限制。所以，两台主变压器应各自承担 34.247MVA。当一台 停运

18、时，另一台则承担 70%为 47.946MVA。故选两台 50MVA 的主 变压器就可满足负荷需求。 2.2.3 变电站主变压器型式的选择 具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的 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 站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。而有载调压 较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程 上规定 对电力系统一般要求 10KV 及以下变电站采用一级有载调 压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国 110kV 及 以上电压变压器绕组都采用 Y 连接；35kV 采用 Y 连接，其中性点 0 多通过消弧线圈接

19、地。35kV 以下电压变压器绕组都采用 ? 连接。 15 故主变参数如下： 电压组合及分接范围 型号 高压 中压 低压 高-中 阻抗电压 高-低 中-低 空载 电流 连接组 SFSZ9-50 000/110 1108 1。25% 55% 38 105 11 10.5 175 6.5 13 YN， yn0,d11 2.3 站用变台数、容量和型式的确定 2.3.1 站用变台数的确定 对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较 重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段 10kV 母线，为提 高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用 暗备用的方式。 2.3.2 站用变容量的

20、确定 站用变压器 容量选择的要求： 站用变压器的容量应满足经常 的负荷需要和留有 10%左右的裕度， 以备加接临时负荷之用。 考虑 到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器 运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器 因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。 S 站=96.075/(1-10%) =106KVA 2.3.3 站用变型式的选择 考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备 16 逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。 故站用变参数如下： 电压组合 连接组 空载损 型号 高压 接范围 S9-200/10 10;6.3;6 5%

21、0.4 Y,yn0 0.48 2.6 1.3 4 高压分 低压 标号 耗 损耗 电流 电压 负载 空载 阻抗 因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也 为了保证用户的电压， 以及提高系统运行的稳定性、 安全性和经济性， 应进行合理的无功补偿。 根据设计规范第 3.7.1 条自然功率应未达到规定标准的变电所， 应安装并联电容补偿装置， 电容器装置应设置在主变压器的低压侧或 主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。 电力工程电力设计手册规定“对于 35-110KV 变电所，可按 主变压器额定容量的 10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功 量，地区无功或距离电源点接近

22、的变电所，取较低者。地区无功缺额 较多或距离电源点较远的变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距 离电源点较远的变电所取较高者。 第三章 最大持续工作电流节短路计算 3.1 各回路最大持续工作电流 根据公式 S max max = 3Ue I g max （3-1） 式中 S 所统计各电压侧负荷容量 各电压等级额定电压 17 U e I g max 最大持续工作电流 S I 则：10kV 10kV max = 3Ue I g max g max = S max / 3 U e =38.675MVA/ 3 10KV =2.232KA I g max 35kV I g max =27.448 MVA

23、/ 3 35KV =1.58KA =1.58KA 110kV I g max =68.494 MVA/ 3 110KV =3.954 KA 3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。 短路故障将使系统 电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且 会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站 以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。 短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校 验。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电 流计算点有个， 110KV 母线短路 即 （K1

24、点） 35KV 母线短路 ， （K2） 点，10KV 电抗器母线短路（K3 点） ，0.4KV 母线短路（K4 点） 。 计算结果:(计算过程见附录) 当 K1 点断路时: I =5.58KA i ch =14.2 I ch =8.43 8.43 s =1111.4 当 K2 点断路时: 18 I =1.85KA i ch =4.7 I ch =2.8 2.8 s =120.2 当 K3 点断路时: I =38KA i ch =96.7 I ch =57.4 57.4 s =691 当 K4 点断路时: I =1000KA i ch =2542 I ch =1510 1510 s =692.8

25、 第四章 主要电气设备选择 由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选 择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正 常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同 的原则。 电气设备选择的一般原则为： 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.应满足安装地点和当地环境条件校核。 3.应力求技术先进和经济合理。 4.同类设备应尽量减少品种。 5.与整个工程的建设标准协调一致。 6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格 的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批

26、准。 技术条件： 选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过 电流的情况下保持正常运行。 19 1.电压 选用的电器允许最高工作电压 Umax 不得低于该回路的最高运 行电压 Ug,即，UmaxUg 2.电流 选用的电器额定电流 Ie 不得低于 所在回路在各种可能运行方 式下的持续工作电流 Ig ，即 IeIg 校验的一般原则： 1.电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校 验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。 2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。 3.短路的热稳定条件 I 2 rt Qd Qd = Q = td 12 (I 2 + 10 I td / 2 +

27、 I td 2 2 ) Qdt在计算时间 ts 内，短路电流的热效应（KA2S） Itt 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S） T设备允许通过的热稳定电流时间（s） 校验短路热稳定所用的计算时间 Ts 按下式计算 t=td+tkd 式中 td 继电保护装置动作时间内（S） tkd断路的全分闸时间（s） 4.动稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力， 称动 稳定。满足动稳定的条件是： i ch i dw I ch I dw 20 上式中 i I ch dw ch 短路冲击电流幅值及其有效值 允许通过动稳定电流的幅值和有效值 i I dw 5.绝缘水平： 在工作电压的

28、作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接 口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护 水平来确定。 由于变压器短时过载能力很大， 双回路出线的工作电流变化幅度 也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。 高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满 足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。 4.1 高压断路器的选择 高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电 路中最重要的电器设备。 型式选择： 本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能采用 同一型号断路器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和 检修。 选择断路器时应满足以下基本要求： 1.在合

29、闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即 使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。 2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。 3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。 21 3.应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、 体积小、重量轻、安装维护方便。 考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设 备的无由化目标，且由于 SF6 断路器以成为超高压和特高压唯 一有发展前途的断路器。 故在 110KV 侧采用六氟化硫断路器， 其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和 检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器 由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使 用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操 作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄 弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适 于开断容性负荷电流等特点。