110KV降压变电所电气一次部分设计.docx

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110KV降压变电所电气一次部分设计

郑州电力职业技术学院毕业生论文

题目：

110KV降压变电所电气一次部分设计

系别＿＿＿＿＿＿

专业＿＿

班级＿＿＿＿＿

学号

姓名＿＿＿＿

论文成绩

指导教师

答辩成绩

主答辩教师

综合成绩

答辩委员会主任

摘要...................................................................4

第一章前言..........................................................5

第二章主变压器的选择..............................................6

第三章电气主接线的设计............................................7

3.1电气主接线设计的基本要求......................................7

3.2本变电站电气主接线设计........................................7

第四章短路电流计算.................................................11

4.1短路电流计算步骤...............................................11

4.2本变电站短路电流计算..........................................11

第五章主要电气设备的选择和校验...................................19

5.1高压断路器的选择...............................................19

5.2隔离开关的选择和校验..........................................21

5.3电流互感器的选择与校验........................................23

5.4电压互感器的选择与校验........................................25

5.5高压熔断器的选择与校验........................................25

5.6母线选择与校验.................................................26

第六章继电保护设计...............................................29

6.1对继电保护装置的基本要求.....................................29

6.2本变电站的继电保护设计.......................................29

第七章变电所的防雷接地保护设计...................................31

7.1本变电站防雷保护..............................................31

7.2变电所的接地装置..............................................32

7.3本变电所的接地设计............................................32

附录...................................................................34

参考文献...............................................................36

摘要

本文主要介绍了110KV降压变电站一次电路部分的设计。

根据任务书中的原始数据进行了负荷分析和计算，利用计算结果，参考当地经济发展状况，确定主变压器的容量，今儿选择变压器的型式，确定主变压器的型号。

然后分析不同主接线的适用范围选择各电压等级的主接线方式制定主接线方案，通过比较选择最优方案，根据配电装的目的。

置的适用范围选取不同电压等级的配电装置。

最后，按照所选设计的方案，绘制出了110KV降压变电站的电气主接线图。

本设计初步实现了对电力用户提供安全，可靠。

优质电能

关键词:

主接线短路电流计算电器设备防雷保护

第一章前言

我国电力工业从改革开放以来一直保持高速发展的态势。

1978年，全国装机容量为5712万千瓦，发电量2566亿千瓦时，分别居世界第八位和第七位。

改革开放30年后的2007年，全国装机容量为7.1822亿千瓦，发电量为32644亿千瓦时，分别是改革开放之初的12.6倍和12.7倍。

随着我过电力工业的技术水平和管理水平的逐步提高，现在有许多变电站已经实现了集中控制和采用计算机远程监控。

电力系统也实现了分级集中调度，电力工业都必须把节约能源，降低消耗，确保安全经济运行提高供电可靠性放在重要位置。

我国电力工业将逐步跨入世界先进水平行列。

变电所示生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑。

近几年，随着电力工业的不断发展，根据电力工业的发展方针及大机组、大电网、超高压、交直流的电网发展趋势，使得对变电所建筑结构和设计不断的改进和发展。

如今，我国已经加入WTO七年了，在激烈的国际竞争环境中，中国GDP增长要保持9%以上，电力工业的发展是GDP增长的必要保障。

如今面对世界金融危机的影响，作为一个发展中国家，我国的经济发展已经受到了一定的冲击，这对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。

第二章主变压器的选择

在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。

《35~110KV变电所设计规范》规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。

在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。

装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。

此外，在确定变电所主变压器台数和容量时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。

主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。

主变压器的确定：

已知该变电站有三种电压，主变压器采用三线圈绕组变压器。

由负荷计算可知，本变电站的远景负荷为28334.6KVA，因此装设两台主变压器，每台变压器额定容量按下式选择：

S’N=0.7

故可选择两台型号为SFSZ7-20000/110的变压器

第三章电气主接线的设计

在发电厂和变电所中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能产生、汇集和分配的电气主回路。

这个电气主回路将称为电气一次系统，又称为电气主接线。

用规定的设备图形和文字符号，按照各电气设备实际的连接顺序而绘成的能够全面表示电气主接线的电路图，称为电气主接线图。

发电厂、变电所的电气主接线有多种形式。

选择何种电气主接线。

是发电厂、变电所电气部分设计中的最重要问题，对各种电气设备的选择。

配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响，并将长期地影响电力系统运行的可靠性、灵活性和经济性。

3.1电气主接线设计的基本要求

1.供电可靠性

设计主接线时，必须考虑安全可靠性，避免出现人身和设备事故，同时还要考虑到检修方便，以及要保证对对重要用户的供电。

2.供电经济性

在满足可靠性的前提下，应尽量降低投资和运行费用，以求得良好的经济性。

经济性是设计主接线的重要原则之一，要从整个国民经济的利益出发来考虑，必须在保证可靠性的前提下，再求得经济性。

3.设计力求简单、操作方便

主接线设计应当力求简单明了、运行操作方便，不应有多余的设备；主接线布置应明显堆成，操作程序不繁琐，避免误操作，并便于处理事故。

4.运行灵活性

电气主接线运行要灵活，检修维护安全方便；要考虑各种运行方式，采用各种不同的接线和措施。

5.发展和扩建需求

考虑发展和扩建主接线的设计应考虑到将来的发展和扩建需要。

3.2本变电站电气主接线设计

3.2.1110KV电压侧接线

《35~110KV变电所设计规范》规定，35~110KV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。

超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。

110KV线路为6回及其以上时，应采用双母线接线。

本变电站110KV线路有2回，可采用桥式接线，桥式接线按照连接线的位置，可分为内桥接线和外桥接线两种形式，如同4-1所示。

下面对图所示的两种桥式接线方案进行技术、经济比较，确定出一个合理的选择方案。

1.内桥、外桥接线经济比较

从图4-1可以明显看出，无论采用内桥或外桥接线，在110KV侧使用的开关设备，从数量，型号，价格上比较，两种方案经济指标相差不多，所以重点应进行两种方案的技术比较。

2.内桥、外桥接线技术比较

按供电协议书要求，该厂总降压变电所距离供电电源端有80km,从技术方面比较，外桥接线使用与变压器运行需要经常切换操作；而内桥接线适用于线路长需要经常切换操作。

由于总降压变电所带有分厂负荷较多，各分厂负荷经常变化，供电线路又较长。

所以从技术方面比较，选择内桥接线时合理的选择方案。

因此，110KV电压侧，选择内桥接线。

3.2.235KV10KV电压侧接线

《35~110KV变电所设计规范》规定，当变电所装有两台主变压器时，6~10KV侧宜采用分段单母线。

线路为12回及以上时，亦可采用双母线。

当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

当6~35KV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。

方案一：

采用单母线分段接线

如图为单母线分段接线

优点：

单母线分段接线能提高供电的可靠性。

当任一段母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，自动或手动跳开分段断路器QF，仅有一半线路停电，另一段母线上的各回路仍可正常运行。

重要负荷分别从两段母线上各引出一条供电线路，就保证了足够的供电可靠性。

两段母线同时故障的概率很小，可以不予考虑。

当可靠性要求不高时，也可用隔离开关QS将母线分段，故障时将会短时全长停电，待拉开分段隔离开关后，无故障段即可恢复运行。

单母线分段接线除具有简单、经济和方便的优点，可靠性又有一定程度的提高，因此在中、小型发电厂和变电所中仍被广泛应用。

缺点：

某分段上的母线发生故障或检修时，电源只能通过一回进线供电，供电效率较低，可能会使部分用户停电；当分段上进行修理时，该段重要用户失去备用。

方案二：

采用双母线接线

如图为双母线接地

优点：

双母线接线与单母线接线相比，停电的机会减少了，必须的停电时间缩短了，运行的可靠性和灵活性有了显着的提高。

另外，双母线接线在扩建时也比较方便，施工时可不必停电。

缺点：

使用设备较多，投资较大，配电装置较为复杂，造价高。

同时在运行中需将隔离开关作为操作电器。

若未严格按照规定顺序进行倒闸操作，会造成严重事故。

所以，本设计110KV变电站的负荷属于二级负荷的范围，如采用双母线制会造成不必要的资金浪费，如果操作失误，也会带来严重的后果；采用单母线分段接线，就可以满足要求，也可以减少花费。

因此10KV、35KV电压侧选用单母线分段接线法

第四章短路电流计算

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流，其值可远远大于额定电流，并取决于短路距电源的电气距离。

例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10~15倍。

大容量电流系统中，短路电流可达数万安。

这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

4.1短路电流计算步骤

在工程计算中，短路电流的计算通常采用的是无穷大电源系统供出的三相短路电流计算方法，并且用表玄值进行计算。

其具体计算步骤如下；

1.网络化简步骤，画出等值电路，并进行网络变换。

2.参数计算；

3.计算各电源供给的短路电流；

4.求短路点总的三相短路电流；

5.求短路点的短路容量；

6.求三相短路冲击电流。

4.2本变电站短路电流计算

4.2.1确定短路电流计算点

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3个即110KV母线110KV区域变电所以此系统短路（d1点）,35KV母线短路（d2点），10KV母线短路（d3点），（d4,d5）用作继电保护整定。

计算短路电流的电路图如图4-1所示。

4.2.2基准值和标幺值计算

110千伏最大运行方式和最小运行方式时的短路容量按1500MVA和1250MVA计算。

选取基准值:

110KV线路电抗：

10KV线路电抗：

4.2.3计算各线路短路电流

计算短路电流的等效电路图如图4-2所示

1.d1点变压器110kV侧

（1）最大运行方式

总电抗幺值：

其他三项短路有效值：

（2）最小运行方式

总电抗标幺值：

其他三项短路有效值：

2.d2点变压器35kV侧

（1）最大运行方式

总电抗标幺值：

其他三项短路有效值：

（2）最小运行方式

总电抗标幺值：

其他三项短路有效值：

3.d3点变压器10kV侧

（1）最大运行方式

总电抗标幺值：

其他三项短路有效值：

（2）最小运行方式

总电抗标幺值：

其他三项短路有效值：

4.d4点35kV线路

（1）最大运行方式

总电抗标幺值：

其他三项短路有效值：

（2）最小运行方式

总电抗标幺值：

其他三项短路有效值：

5.d5点10kV线路

（1）最大运行方式

总电抗幺值：

其他三项短路有效值：

（2）最小运行方式

总电抗幺值：

其他三项短路有效值：

第五章主要电气设备选择和校验

电气设备的选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。

正确的选择电器是使电器主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。

在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择适合的电器。

根据它们在运行中所起的作用不同，通常将它们分为电器一次设备和电器二次设备。

根据设计要求，我们只分析电器一次设备。

直接参与生产、变换、传输、分配和消耗电能的设备称为电器一次设备。

主要电器一次设备有：

1.进行电能生产、应用和变换的设备，如发电机、电动机、变压器等。

2.接通、断开电路的开关电器，如断路器、隔离开关、接触器、熔断器等。

3.限制过电流或过电压的设备，如限流电抗器、避雷器等。

4.将电路中的电压和电流降低，供测量仪表和继电保护装置使用的变换设备，如电压互感器、电流互感器等。

5载流导体及其支撑和绝缘设备，如母线、电力电缆、绝缘子、穿墙套管等。

6为电气设备正常运行及人员、设备安全而采取的相应措施，如接地装置等。

5.1高压断路器的选择和校验

高压断路器是电力系统中最重要的开关设备，它的主要功能是：

在正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用：

当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，能起保护作用。

高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。

其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。

本变电站高压断路器选择如下：

（1）110kV线路侧：

选择SW6-110型户外稍有断路器

额定电压：

额定电流：

额定开端电流：

动稳定校验：

短路关合电流

热稳定校验：

本设计效验电器的热稳定的短路计算时间取：

校验通过。

（2）35kV线路侧：

选用SN10-35型户内少油断路器，选择KUN10-40.5型高压开关柜尺寸为1400×2200×2650。

额定电压：

合格；

额定电流：

合格；

额定开断电流：

合格；

动稳定校验：

短路关合电流

合格；

热稳定校验：

校验通过。

（3）10kV线路侧：

选择SN10-10I型户内少油断路器，选择KYN28A-12/1250型高压开关柜，尺寸为800×1500×2300。

额定电压：

合格；

额定电流：

合格；

额定开断电流：

合格；

动稳定校验：

短路关合电流

合格；

热稳定校验：

校验通过。

5.2隔离开关的选择和校验

隔离开关也是变电站中常用的电器，他需于断路器配套使用。

但隔离开关没有灭弧装置。

它既不能断开正常负荷电流，更不能断开短路电流。

5.2.1隔离开关的主要作用

（1）隔离电压。

在校修电器设备时，将隔离开关打开，形成明显可见的断点，使带电部分与被校修的部分隔开，以确保校修安全。

（2）可接通或断开很小的电流。

如电压互感器回路，励磁电流不超过2A的空载变压器回路及电容电流不超过5A的空载线路等。

（3）可与断路器配合或单独完成倒闸操作。

5.2.2本变电站隔离开关的选择

（1）110KV：

选择GW4-110/1250户外型隔离开关

额定电压：

合格；

额定电流：

合格；

动稳定校验：

短路关合电流

合格；

热稳定校验：

校验通过。

（2）35kV线路侧选用GN2-35T户内型隔离开关。

额定电压：

合格；

额定电流：

合格；

动稳定校验：

短路关合电流

合格；

热稳定校验：

校验通过。

（3）10kV：

选择GN2-10/2000户内型隔离开关

额定电压：

合格；

额定电流：

合格；

动稳定校验：

短路关合电流

合格；

热稳定校验：

校验通过。

5.3电流互感器的选择与校验

互感器分为电流互感器TA和点互感器TV，它们既是电力系统中一次系统与二次系统间的联络元件，同时也是一次系统与二次系统的隔离元件。

它们将一次系统的高电压、大电流，转变为二次系统的低电压、小电流，共测量、监视、控制及继电保护使用。

互感器的作用是：

将一次系统各级电压均变成110（或对地100/

）以下的低电压，将一次系统各回路电流均变成5A（或1A、0.2A）以下的小电流，以便于测量仪表及继电器的小型化、系统化、标准化。

将一次系统与二次系统在电气方面隔离，同时互感器二次侧必须有一点可靠接地，从而保证了二次设备及人员的安全。

本变电站互感器的选择

（1）110kV线路侧选用LCW-110户外瓷绝缘式电流互感器，校验合格。

一次回路额定电压及电流：

动稳定校验：

热稳定校验：

（2）35KV线路侧选用LCZ-35瓷绝缘式电流互感器，校验合格。

一次回路额定电压及电流：

动稳定校验：

热稳定校验：

（3）10kV线路侧选用LMZ-10母线绝缘浇注式电流互感器，校验合格。

一次回路额定电压及电流：

合格；

合格；

动稳定校验：

合格。

热稳定校验：

5.4电压互感器的选择与校验

国家标准《3~110KV高压配电装置设计规范》第4.0.8条用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动稳定和热稳定。

110kV线路侧选用JDCF-110单相户内式电压互感器，校验合格。

35kV线路侧选用JDZ-35单相户内式电压互感器，校验合格。

10kV线路侧选用JDZ-10单相户内式电压互感器，校验合格。

5.5高压熔断器的选择与校验

熔断器是勇于保护短路和过负荷的最简单的保护设备，它用来保护电器设备免受过载和短路电流的损害。

高压熔断器应根据额定电压、额定电流、户型种类、升断电流、保护的选择性等进行选择。

但其容量小，保护特性较差，一般仅适用于35kV及以下电压等级，主要用于电压互感器短路保护。

（1）35kV线路侧高压熔断器选择RN2-35/0.5户内限流式高压熔断器，校验合格。

额定电压：

合格，

断流容量：

合格。

、

（2）10kV线路侧高压熔断器选择RN2-10/0.5户内限流式膏药熔断器，校验合格。

额定电压：

合格；

断流容量：

合格。

5.6母线选择与校验

5.6.1母线选择及校验的一般规定

（1）汇流母线按正常工作最大电流Igmax选着其截面

，即按长期发热允许电流选择，要求导体所的电路中最大持续工作电流Igmax应不大于导体长期发热的允许电流Iy，即

（2）按短路热稳定校验：

式中C—散热系数

Kf—集肤效益系数

按电晕电压校验（35kV及以上电压级母线需要校验）：

使晴天工作电压小于临界电晕电压，即

式中Ucr—临界电晕电压（KV），其值按下式计算：

式中K—三相道题等边三角形布置取1，水平布置取0.96；

Mr—导线表面粗糙系数，管理母线及单股导线取0.96~0.93，多股绞线取0.83~0.80；

—空气相对密度；

r—导线半径，矩形母线为四角的曲率半径，mm；

a—导线相间距离，cm。

（4）硬母线校验动稳定

式中

为允许应力

5.6.2本变电站母线选择及校验

1．110kV母线选择

（1）110KV汇流母线按最大可能负荷20137kVA计算，则在当地常温25℃时，最大持续工作电流为：

归算到温度为t=41℃，则

式中Ko—温度校正系数。

该级汇流母线采用管型母线，选择LGJ-70，载流量为275A。

（2）热稳定校验：

（1）电晕校验：

校验合格。

2.35kV母线

（1）最大持续工作电流为：

归算到温度为t=41℃，则

该级汇流母线采用矩形铝母线，选择LMY-40×4，载流量为375A。

（2）热稳定校验：

校验合格。

3.10kV母线

（1）最大持续工作电流为：

归算到温度为t=41℃，则

（2）热稳定：

校验合格。

因此本变电站母线选择为：

（1）110kV母线选择管型母线，选择LGJ-70，载流量为275A。

（2）35kV母线选择管型母线，选择LMY-40×4，载流量为375A。

（3）10kV母线选着矩形铝母线LMY-60×10，其允许载流量为890A。

第六章继电保护设计

6.1对继电保护装置的基本要求

1．可靠性

指保护装置该动作时动作，不拒动；而不该动作时不误动。

前者为信赖性，后者为安全性，及可靠性包括信赖性和安全性。

为此，继电保护装置应简单可靠，使用的元件和接点应尽量少，接线回路应力求简单，运行维护方便，在能够满足要求的前提下宜采用最简单的保护。

2.选择性

指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障。

当故障设备或线路本身的保护拒动时，则应由相邻设备或线路的保护切除故障。

为此，对相邻设备和线路有配合要求的保护，前后两级之间的灵敏性和动作时间应相互配合。

3.灵敏性

指在被保护设备或线路范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏性。

4.速动性

指保护装置应能晶块地切除短路故障，提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度。

当需要加速切除短路故障时，可允许保护装置无选择性动作，但应利用自动重合闸或备用电源自动投入装置，缩小停电范围。

6.2本变电站的继电保护设计

6.2.1主变压器保护

1.瓦斯保护

防御变压器内部短路和油面降低，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作与跳闸。

2．纵联差动保护

采用差动继电器做保护的测量元件，用来比较被保护元件各端电流的大小和相位之差，从而半段保护区内是否发生短路。

由于纵联差动保护只在保护区内短路时才动作，不存在与系统中相邻元件保护的选择性配合为题，因而可以快速切除整个保护区内任何一点的短路。

3．电流速断保护

防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作与跳闸。

4．过电流