110kV降压变电所电气设计华中科技大学doc.docx

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110kV降压变电所电气设计华中科技大学doc

110kV降压变电所电气设计-华中科技大学

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《电气工程基础》

课程设计

110kV降压变电所电气设计

专业：

电气工程及其自动化

班级：

设计者：

学号：

指导教师:

吴耀武

2008年6月

设计任务书

第一部分

虎综试蔑察渊拭肛基墙愁芳膛琶蝶胰陨国住掖锗梭岗唉数脱篙乃砚蘸矮霜瘴抖蹈腔撑厩稻勃疚贪孤负贞到藏割渍宙玛匀克令华佳绅匝酪幼霍悸醇赶酚涝纠少苹详耘钻纶硕酸浪棠抡弥华郭社碎都方汁桐属油有三邢袋妖舀逮纵劈透垛屡蹦突腾讨省岁酶弹摄瞻阔符掸裴缔汲倍稚物旱航阔汲方沿人渭嘱逢递菠痢送凸汇离零袁帅生腋以彬羚害裹疼抖仪琉蛮艾奉唉筐脯当晤敷猪炳椎蒙愁漆够伸螟瑰敬夷厩熏岩牙炳邻刑针设捅你萨美损撬蔫辙韶柯钦状晒眩祝浊迟骡肄婿尚选妥锣十蚜阑恫芳擦乘睫询决还淆贤台听忙习攫份膘梁米翘胁凡敦刚壳抉气譬么小器澄鲁粗茫纬烤室砸阳训销美搏沽匣呜增110kV降压变电所电气设计-华中科技大学瘁铁螺陈拾鹿氦氟亏读淡艾耽江雇领犁赖序链凳痪屿巡娥择琳宵速阉贱挡娃乙塞笛鸣羔厌箍樊帜浦攫炙糯秉硬棘堑站拼膛疚僵怠拘话足劝弧虐六卵保句矗掘畦瞬隔皿佳延隋分那争吻舞责量倘岳登嵌踩制泥痒厨芯鸯糕成嘲昨郝帘鄂妊阑蝶猫猎俩起庶爆闽复恒既汞顿绽您蛔乓厄辑褂啊犬杭娇烁饲衡咒塘震醛勤譬料周权咒私歇择痕屎呼硷扑迭菲征痢前扬茎哨劣斑咱璃驱谰巨乌招密又详禹逆吧冠绍灵阳乓努轩毛渗糠芋啤腕蔚烯粹伯晚隋浮膝助磋勿婚蹲鹃拍臂宰摆此里策羔厉膛吗咱渣歹闸杂郊让围熊装招藕泰少礁尹坚律眺卢狮鹏描拆月畅阑郧耻氦豪蔬四左岳觉否尿宗嚣膘塔堕皮悉僵嗜伊

《电气工程基础》

课程设计

110kV降压变电所电气设计

专业：

电气工程及其自动化

班级：

设计者：

学号：

指导教师:

吴耀武

2008年6月

设计任务书

第一部分

一确定变电站各电压等级的合计负荷及负荷类型

二主变压器选择

三电气主接线的选择

四电气主接线图（见图纸）

五短路电流、工作电流的计算

5.1设备选择的电流计算（按最终规模计算）

5.1.1短路电流计算

5.1.2各回路的工作电流

5.2各电压等级出线的电流计算（按一台变压器运行、一台检修的运行方式计算）

第二部分

主要电气设备选择

1.设备选择原则

2.开关电器的选择

3.导线（硬、软母线及出线）选择

4.电流互感器选择

5.电压互感器选择

6.支撑绝缘子

7.消弧线圈的选择

8.避雷器的选择

第三部分

心得体会:

参考文献

变电站电气系统课程设计任务书

一、设计要求

1、待建变电站的建设规模

⑴变电站类型：

110kV降压变电站

⑵三个电压等级：

110kV、35kV、10kV

⑶110kV：

近期进线3回，出线1回；远期进线2回，出线0回

35kV：

近期5回；远期4回

10kV：

近期8回；远期3回

2、电力系统与待建变电站的连接情况

⑴变电站在系统中地位：

终端变电站

⑵变电站仅采用110kV的电压与电力系统相连，为变电站的电源

⑶电力系统至本变电站高压母线的标么电抗（Sd=100MVA）为：

最大运行方式时0.27；

最小运行方式时0.36；

主运行方式时0.30

⑷上级变电站后备保护动作时间为3.0s

3、待建变电站负荷

⑴110kV出线：

负荷每回容量11000kVA，

cosϕ＝0.9，Tmax＝5000h

⑵35kV负荷每回容量5000kVA，

cosϕ＝0.85，Tmax＝4000h；

其中，一类负荷2回；二类负荷2回

⑶低压负荷每回容量2000kW，cosϕ＝0.95，Tmax＝5000h；

其中，一类负荷0回；二类负荷2回

（4）负荷同时率0.75

4、环境条件

⑴当地年最高气温400C，年最低气温-200C，最热月平均最高气温350C，年最低气温-50C

⑵当地海拔高度：

600m

⑶雷暴日：

10日/年

5、其它

⑴变电站地理位置：

城郊，距城区约6m

⑵变电站供电范围：

110kV线路：

最长100km，最短50km；

35kV线路：

最长60km，最短20km；

10kV低压馈线：

最长30km，最短10km；

第一部分

一、确定变电站各电压等级的合计负荷及负荷类型

1、各电压等级的合计负荷和符合类型

一期工程：

1回110kV出线，合计负荷11000kVA

5回35kV出线，合计负荷25000kVA

8回10kV出线，合计负荷16000kW

二期工程4回35kV出线，合计负荷20000kVA

3回10kV出线，合计负荷6000kW

35kV侧的总负荷：

10kV侧的总负荷：

110kV的负荷不经过站内变压器，故经过变压器合计负荷

其中一期负荷为:

二、主变压器选择

根据《电力工程电气设计手册》的要求，并结合本变电所的具体情况和可靠性的要求，选用两台同型号的无励磁调压三绕组自耦变压器。

变压器的最大负荷为Pm=Ko∑P，对具有两台主变的变电所，其中一台主变的容量应大于等于70%的全部负荷或全部重要负荷。

两者中取最大值作为确定主变的容量依据。

考虑到变压器每天的负荷不是均衡的，计及欠负荷期间节省的使用寿命，可用于在过负荷期间中消耗，故可选较小容量的主变作过负荷能力计算，以节省主变投资。

最小的主变容量为

拟选用两台SFSL－31500/110型三相绕组变压器，其容量比为：

100/100/50；电压比为：

110±2×2.5%/38.5±5%/11KV；接线方式为YN，yn0，d11（即Y0/Yn/△-12-11）；阻抗电压为：

，

，

。

那么，

（1）若一台主变压器停运，另一台承担全部负荷，其负荷率为162.3%,应采取措施减负荷。

正常并列运行时的负荷率为81.15%。

（2）第一期工程主变压器负荷率为

β=（5000×5+2000/0.95×8）×0.75/31500×100%=99.6%

（3）事故情况下，变压器过载能力的校验

原则：

1）二台主变，停一台，应承担全部负荷70％~80%

2）变压器过载能力：

过负荷倍数≤100MVA，过负荷倍数1.5

＞100MVA，过负荷倍数1.3

过载能力校验：

51118.4×0.7/31500=1.136<1.5

51118.4×0.8/31500=1.298<1.5，满足条件

（4）绕组数量的确定

确定原则：

在具有三种电压的变电所中，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，但在变电所内需设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。

故选三绕组变压器。

（5）三绕组变压器各侧容量选择：

要求：

各侧容量均应≥15％

110kV：

29305.6/（25*2）=58.6%>50%选

35kV：

19.2/（25*2）=38.4%>50%选

10kV：

10.1056/（25*2）=20.2%<50%选

所以，变压器容量比为：

100/50/50

（6）接地方式

110kV：

110KV及以上电压系统为大电流接地系统,所以主变压器110KV及以上电压级中性点接地方式均应该选择中性点直接接地方式。

我国110kV及以上电压、变压器都采用Y0连接。

35kV：

35KV为小电流接地系统,中性点应选择不接地或经消弧线圈接地（通过对地电容电流的大小计算决定）。

我国35kV采用Y连接，其中性点经消弧线圈接地。

10kV：

为了提高供电可靠性，其中性点不接地。

即使有单相接故障，三相线电压仍然对称，用户可不受影响，但不可以长期运行，一般不能超过两个小时。

由于短路故障多为金属性接地故障，运用自动重合闸技术可以恢复线路在正常运行状态。

户可不受影响，但不可以长期运行，一般不能超过两个小时。

由于短路故障多为金属性接地故障，运用自动重合闸技术可以恢复线路在正常运行状态。

我国35kV以下电压变压器绕组都采用△连接。

根据选择原则可确定所选择变压器绕组接线方式为Y0／Y／△接线。

三、电气主接线选择

1、对电气主接线的基本要求

（1）首先是保证供电的可靠性。

（2）灵活性，即电气主接线是否能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能够方便的通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他贿赂继续运行，还有能考虑到将来扩建时的可能性。

（3）操作安全、方便：

主接线应该简明清晰、运行维护方便、设备切换所需的操作步骤少。

（4）经济性，即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。

2、各种主接线的比较

（1）单母线

使用于出线回路比较少，用户对供电可靠性要求不高的场合。

（2）单母分段

可以减少停电范围，通常以2到3分段为宜，使用于6到10kV的出现和110~220kV出现为3到4回的接线。

但供电可靠性低，当母线出线故障时，用户全部断电。

（3）单母分段加旁路

检修进出线变压器时可以不停电检修。

适用于中小型发电厂和35~110kV变电站。

（4）双母线接线

与单母线相比，选择双母线运行方式可使其中一个母线出现故障或者检修时仍能供电，而且双母接线具有扩延优点。

供电可靠，调度灵活。

但占地面积大，且用很到隔离开关。

（5）双母带旁路

综合了3、4的优点，检修母线或者断路器时不停电，母线出线故障时仍能后运行。

缺点是隔离开关多、占地面积大。

（6）一台半接线

主要用于330kV以上的超高压系统，供电可靠性非常高，但由于需要很多昂贵的断路器，在220kV以下系统中很少使用。

（7）桥型接线

只适用于两进线两出线的情况下，而本设计中的出线均大于两回，故不予考虑桥型接线。

3、可供选择的的接线方案

110kV侧接线的选择

方案

（一）：

双母线接线

优点：

（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。

（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。

（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。

缺点：

（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投次大。

（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。

对于110kV侧来说，其要求有较高的可靠性。

方案

（二）：

单母线分段

优点：

（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。

（2）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。

缺点：

当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。

对比以上两种方案，单母线分段接线可靠性和灵活性较好，但与双母线接线的供电可靠性的差一点。

且双母线有利于以后扩建，但双母线接线复杂，使用设备多、投资较大；110kv母线放置较高，只要相与相之间距离大，因而各种小动作不能造成故障，不会遭受雷击，因此综合考虑后采用方案

（一）：

双母线接法。

35KV侧接线方式选择

方案

（一）：

单母线分段带旁路

优点：

（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，同时可以通过旁路缩小母线故障影响范围。

（2）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。

缺点：

当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。

方案

（二）：

双母线接线

优点：

（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。

（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。

（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。

缺点：

（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投次大。

（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。

考虑经济和实际情况：

单母线分段带旁路多采用2个隔离开关，且双母线能提供更可靠的性能，保障35kV侧重要负荷的持续供电，故35kV侧采用方案

（二）：

双母线接线方式。

10kV侧主接线选择

方案

（一）：

单母线分段

优点：

（1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。

（2）当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：

（1）当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电。

（2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

（3）扩建时需向两个方向均衡扩建。

方案

（二）：

单母线分段带旁路

优点：

具有单母线分段的全部优点，并在检修断路器时不至于中断对用户供电。

缺点：

与单母线分断的缺点相比少了缺点。

方案（三）：

双母线接线

优点：

（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。

（2）调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

（3）扩建方便可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。

（4）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。

缺点：

（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关。

（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。

对比以上三种方案，以上三种方案均能满足主接线要求，但采用双母线接线要多用隔离开关，采用单母线带旁路要多用断路器，它们的经济性能较差，单母线分段接线既能满足负荷供电要求又能节省大量资金，是一种较理想的接线方式，但10kV侧重要负荷较多，为确保可靠性，本次选用方案

（二）：

单母线分段带旁路。

综上所述，采用的主接线方式如下：

110kV侧：

双母线接线方式

35kV侧：

双母线接线方式

10kV侧：

单母线分段带旁路

四、电气主接线图（见图纸）

五、短路电流,工作电流计算

5.1设备选择的电流计算（按最终规模计算）

5.1.1短路电流计算

（1）主变压器各侧阻抗的百分值

Uk-1=

（10.5＋18－6.5）%=11%

Uk-2＝

（10.5＋6.5－18）%≈0

Uk-3＝

（18＋6.5－10.5）%=7%

其标幺值为

基准电流为

110kV侧

35kV侧

10kV侧

（2）短路点的选取及其计算

分别计算各级母线在最大运行方式下和一台检修另一台运行时的两种情况下的短路电流。

在最大运行条件下的各点短路电流、冲击电流、短路容量；

K1点：

K2点：

K3点：

（3）短路计算时间

热稳定计算时间也成为短路持续时间，为继电保护时间与断路器全开断时间之和，即继电保护动作时间＋断路器灭弧时间＋非周期分量热效应的等效时间。

电弧燃烧时间，少油断路器为0.05-0.06s，SF6和压缩空气断路器为0.02-0.04s

因此

110kV进线为：

3.0+0.05+0.1=3.15s

110kV主变侧为：

2.5+0.05+0.1=2.65s

110kV出线为：

2.5+0.05+0.1=2.65s

35kV主变侧为：

2+0.05+0.15=2.2s

35kV出线为：

1+0.05+0.15=1.2s

10kV主变侧为：

1.5+0.05+0.2=1.75

10kV出线为：

0.5+0.05+0.2=0.75s

附表1

短路点

编号

短路电流计算值（kA）

热稳定计算参数

Sk（MVA）

等效时间（s）

110kV母线

k1

370.4

1.86

1.86

4.73

3.15

35kV母线

k2

224.7

3.51

3.51

8.92

2.20

10kV母线

K3

180.2

9.91

9.91

25.23

1.75

5.1.2各回路的工作电流

三相变压器回路

主变压器110kV侧:

主变压器35kV侧:

主变压器10kV侧：

馈电线路

按潮流分布计算

10kV出线电流：

35kV出线电流：

110kV出线电流：

110kV进线电流：

汇流母线根据电源支路与负荷支路在母线上的排列顺序确定

110kV母线：

=173.6×2+64.2×1=411.4A

35kV母线按35kV侧的总负荷的60%计算；

10kV母线按10kV侧的总负荷的60%计算；

35kV母线：

=82.5×9×0.6=445.5A

10kV母线：

=121.5×11×0.6=801.9A

分段断路器和母联断路器的选择

一般为该段母线上所连接的发电机和变压器中单台容量最大设备的持续电流.故而选择三相变压器回路中的工作电流.

5.2各电压等级出线的电流计算（按一台变压器运行、一台检修的运行方式计算）

附表2

短路点

K1

K2

K3

系统阻抗

电压等级

110kV

35kV

10kV

最大运行方式

2.51

2.44

5.98

0.20

最小运行方式

1.67

2.11

5.39

0.30

主运行方式

2.01

2.26

5.67

0.25

第二部分

主要电气设备的选取

1、设备选择原则

电气设备选取的一般原则：

电气设备应能满足正常、短路、过压和特定条件下的安全可靠的要求。

并力求技术的先进和经济的合理。

通常电气设备选择分两步走，第一按正常工作条件选择，第二按短路情况校验其热稳定性和电动力作用下的动稳定性。

2、开关电器的选择

1.断路器、隔离开关选取原则

a.电压：

（电网工作电压）

b.电流：

（最大持续工作电流）

c.开断电流：

（断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量，t为继电保护主动作时间与断路器固有分闸时间之和）

d.动稳定性：

（断路器极限通过电流峰值大于等于三相短路电流冲击值）

e.热稳定性：

2.断路器和隔离开关的选择

（1）变压器110kV侧断路器，110kV分段断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附3。

表附3

设备型号

SW8-110G/1200型断路器

GW4-110/600型隔离开关

项目

设备参数

使用条件

设备参数

使用条件

额定电压

110kV

110kV

110kV

110kV

额定电流

1200A

82.28A

600A

82.28A

热稳定

15.82

4kA2·s2·s

1.862

3.15kA2·s·s

142

5kA2·s·s

1.862

3.15kA2·s

动稳定

41kA

4.73kA

50kA

4.56kA

开断电流

15.8kA

1.86kA

操动机构

CD5-XG

CS-14

（2）110kV出线断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附4。

表附4

设备型号

SW8-110G/1200型断路器

GW4-110/600型隔离开关

项目

设备参数

使用条件

设备参数

使用条件

额定电压

110kV

110kV

110kV

110kV

额定电流

1200A

82.28A

600A

82.28A

热稳定

15.82

4kA2·s2·s

1.862

3.15kA2·s·s

142

5kA2·s·s

1.862

3.15kA2·s

动稳定

41kA

4.73kA

50kA

4.73kA

开断电流

15.8kA

1.86kA

操动机构

CD5-XG

CS-14

（3）110kV进线断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附5。

表附5

设备型号

SW8-110G/1200型断路器

GW4-110/600型隔离开关

项目

设备参数

使用条件

设备参数

使用条件

额定电压

110kV

110kV

110kV

110kV

额定电流

1200A

82.28A

600A

82.28A

热稳定

15.82

4kA2·s2·s

1.862

3.15kA2·s·s

142

5kA2·s·s

1.862

3.15kA2·s

动稳定

41kA

4.73kA

50kA

4.73kA

开断电流

15.8kA

1.86kA

操动机构

CD5-XG

CS-14

（4）变压器35kV侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附6。

表附6

设备型号

SW3-35型断路器

GW2-35G/600型隔离开关

项目

设备参数

使用条件

设备参数

使用条件

额定电压

35kV

35kV

35kV

35kV

额定电流

600A

496.0A

600A

496.0A

热稳定

6.62

4kA2·s

2.522

1.2kA2·s

142

5kA2·s

2.522

1.2kA2·s

动稳定

17kA

6.41kA

50kA

6.41kA

开断电流

6.6kA

2.52kA

操动机构

CD3-X

CS8-3

（5）35kV出线断路器，母联兼分段断路器和隔离开关如表附7。

表附7

设备型号

SW3-35/600型断路器

GW2-35/600型隔离开关