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电气一次毕业设计

电力工业是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的位置，是时间国家现代化的战略重点。

电能是一种无形的、不能大量储存的二次能源。

电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。

要满足国民经济发展的要求就必须加强电网建设，而变电站建设就是电网建设中的重要一环。

在变电站的设计中，既要求所变电能能很好地服务于工业生产，又要切实保证工厂生产和生活的用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：

安全在变电过程中，不发生人身事故和设备事故。

可靠所变电能应满足电能用户对用电的可靠性的要求。

优质所变电能应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。

经济变电站的投资要少，输送费用要低，并尽可能地节约电能、减少有色金属的消耗量和尽可能地节约用地面积。

110KV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。

同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。

选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。

本变电所的初步设计包括了：

（1）总体方案的确定

（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷与接地保护等内容。

随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。

变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。

[关键词]变电站、变压器、接线、高压网络、配电系统

1变电所原始资料

建设性质及规模：

为满足某县城区及相关单位用电，建一座110KV降压变电所。

所址海拔为200m为非地震多发区。

最高气温+39C，最低气温为-18C,最热月平均最高气温为30C。

⑴110KV线路进线2回。

⑵10KV线路的同时系数为0.9,线损率5%。

⑶10KV线路8回，远期发展2回。

如下图

Smin=880MVA;系统S阻抗

⑷说明：

①系统S容量（水电）Smax=1000MVA;

Xsmax=1.58;Xsmin=1.25。

②系统低压侧功率因数要求不低于0.9

电压

等级

负荷名称

穿越功率

（MW）

最大负荷

（MW）

负荷组成

（%）

COS①

同时率

线损率

近期

远景

近期

远景

一级

二级

三级

（%）

（%）

110KV

新黄线

3

5

新区线

3

5

10KV

机械厂

2.4

3

15

60

25

0.8

8「

5:

食品厂

1.1

2

10

30

60

0.8

85

5

10KV

汽配厂

1.2

2

20

40

40

0.8

85

5

10KV

城区

2..5

4

20

40

40

0.8

85

5

10KV

工业园

5.2

8

30

40

30

0.8

85

5

10KV

自来水厂

0.5

0.8

30

50

20

0.8

85

5

10KV

生活区

0.5

1

30

70

0.8

85

5

10KV

转供电

0.8

1.8

20

80

0.8

85

5

10KV

发展线1

1.5

20

60

20

0.8

85

5

10KV

发展线2

1.5

20

60

20

0.8

85

5

2变压器的设计

2.1主变压器的选择

⑴主变压器台数的选择

据资料分析以及线路来看，为保障对I、u类负荷的需要，以及扩建的可能性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电的可靠性，以便当其中一台主变故障或者检修时，另一台能继续供电约为1.2倍最大负荷的容量。

⑵主变压器的容量的选择

近期负荷：

刀Pm=25.6MW

远期总负荷：

刀Pm=14.2MW

用电负荷的总视在功率为刀Sm

远期：

刀Sm=EPM/COS忻25.6/0.8=32MVA

主变压器的总容量应满足：

Sn>KESm/S=0.9X32/0.95=30.32MVA（K为同时率，根据资料取0.9,线损5%）

满载运行且留裕10%后的容量：

S=Sn/2X（1+10%）=30.32/2X1.仁16.676MVA

变电所有两台主变压器，考虑到任意一台主变停运或检修时，另一主变都要满足

的容量：

Sn》30.32X70%=21.224MVA

所以选每台主变容量：

Sn=21.224MVA

为了满足系统要求，以及通过查表，确定每台主变的装机容量为：

25MVA总装

机容量为2X25MVA=50MVA

考虑周围环境温度的影响：

$=（9nax+6min）/2=（39-18）/2=10.5°C

Ke=（15-10.5）/100+1=1.045根据Sn>0.6KESm/Ke=0.6X0.9X32/1.055=16.38MVA即Sn=25MVA>16.38MVA满足要求。

⑶主变压器型式的选择

相数的选择：

电力系统中大多数为三相变压器，三相变压器较之于同容量的单相变压器组，其金属材料少20%~25%运行电能损耗少12%~15%并且占地面积少，因此考虑优先采用。

本变电所设在城郊附近，不受运输条件限制，所以采用三相变压器。

绕组的确定：

该变电所只有两个电压等级（110KV和10KV，且自耦变压器一般用在220KV以上的

变电所中，所以这里选择双绕组变压器

绕组接线方式的选择：

变压器绕组的连接方式必须和系统电压的连接方式相位一致，否则不能并联运行。

我国110KV及以上变压器绕组都选用丫连接，35KV及以下电压，绕组都选择△连接方式，所以该变电站的两台主变，高压侧（110KV采用丫连接，低压侧（10KV）采用△连接方式。

根据110KV变电所设计指导，以上选择符合系统对变电所的技术要求，两台相同的变压器同时投入时，可选择型号为SF9-25000/110的主变，技术参数如下：

表2.1主变压器的技术参数

型号

咼压

低压

空载电流

空载损耗

负载电流

阻抗电压

连接组别

SF9-25000/110

110±2X

10.5

0.2

25.2

110.7

10.5

Yn,

2.5%

d11

2.2所用变压器的选择

2.2.1所用变压器的选择

根据《35〜110KV变电所设计规范》规定，在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同可互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。

变电所的所用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。

变电所的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。

这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需0.4KV—级，采用动力与照明混合供电方式。

380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。

本变电所所用容量为100KVA选用两台型号为S9-100/10的三相油浸自冷式铜线变压器，接入低压侧，互为暗备用。

参数如下表：

表2.2站用电变压器参数表

产品

额定容量

高压侧

低压侧

接线组

短路损

短路电

空载损

空载电流

型号

（KVA）

（KV）

（KV）

方式

耗（W）

压（%）

耗（W）

（%）

S9-100/10

100

10

0.4

Y,yn0

1500

4

290

1.6

2.2.2所用变压器低压侧接线

所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源，所用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。

380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段。

3电气主接线的设计

发电厂、变电站主接线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，需要停电的用户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。

（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

3.1电气主接线方案的确定

由于I类、U类负荷居多（将近60%，为了安全可靠起见，保留2种方案。

⑴110kv侧进线以单母线分段接线方式引入，10kv侧同样以单母线分段接线方式输出。

⑵110kv侧进线以双母线接线方式引入，10kv侧以单母线分段接旁路接线方式输出。

3.1.110KV侧2种接线方案的比较

表3.1接线方案

单母分段

单母分段带旁路

比较结果

可靠性

比纯粹单母线高，但是整体稳定性不算咼

比不带旁路稳定可靠

6〜10kV一般不设旁路母线，因为供电负何小,供电距离短，而且一般可在网络中取得备用电源，同时大多为电缆出线，事故跳闸次数很少。

所以选择单母线分段接线方式输出。

灵活性

简单、方便、易于扩建

倒闸操作简单

经济性

具有单母线接线经济的特点

设备增多，投资增大，占地面积也相应增大

3.1.210KV侧电气主接线的选择

由上表可以得到10KV侧接线方式选择，我们要选择占地和资金少的线路，但是必须在保障安全，灵活的前提下，资金和占地相差不是多，而安全性和灵活性提高很多。

可见，变电所在10KV侧为居民供电系统中，应该选择单母线分段接线。

3.2110KV侧电气主接线的选择

高压侧，即110kV电源侧采用单母分段接线，优点是方便，经济灵活接线简单，缺点是可靠性一般；高压侧采用双母线接线，两个线路断路器、两个主变断路器、还有一个母连断路器，总共5个断路器，可靠性还可以了。

跟单母线分段接线方式输出比较经济性欠完好。

经比较高压侧选择单母线分段接线。

如下图所示

图3.2高压侧单母线分段接线图

VL.E>VLl

3.3变电所的无功补偿

因本站有许多无功负荷，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。

无功补偿应根据分散补性质测定。

根据《电力系统电压质量和无功电力管理规定》的要求，在最大负荷时，一次侧不应低于0.9。

《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%乍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。

无功补偿容量：

QC=P（tan©1-tan©2）

P有功计算负荷（MW

tan©i――补偿前用电单位自然功率因数角正切角

tan©2――补偿后用电单位功率因数角正切角

P=0.85（3+2+2+4+8+0.8+1+1.8+1.5+1.5）（1+0.05）=22.85MW

Qc=P（tan©1-tan©2）=6.09MVar

选用2台5MVar并联电容器在10kv2段母线上进行无功补偿。

无功补偿并联电容器的选择如表：

表3.3

型号

额定电压

/KV

额定容量

/KVar

连接方式

配套电容器

额定电压

/KV

额定容量

/KVar

TBB10-5000AK

10

5000

Y

11/后

334

根据设计规范，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。

4短路电流计算

4.1短路电流计算条件

⑴因为系统电压等级较高，输电导线的截面较大、电阻较小、电抗较大，因此在短路电流的计算过程中忽略R、计及X。

⑵计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

⑶计算容量按无穷大系统容量进行计算。

⑷短路种类一般按三相短路进行计算。

⑸短路计算点如下

a.d-1—110kV母线短路时的短路计算点；

b.d-2—两台主变并列运行时35kV母线短路时的计算点。

c.d-3—10KV母线短路时的计算点。

4.2短路电流计算方法与步骤

4.2.1方法在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用运算曲线法。

4.2.2短路电流计算的步骤

⑴选择计算短路点；

⑵画出等值网络（次暂态网络）图

a.首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机用次暂态电抗Xd”；

b.选取基准容量S和基准电压U（kV）（一般取各级的平均电压），计算基准电流

Ij=Sj/V3U（kA）；

c.计算各元件换算为同一基准值的标么电抗；

d.绘制等值网络图，并将各元件统一编号，分子标各元件编号，分母标各元件电抗标么值；

⑶化简等值网络图

a.为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形的等值网络；

b.求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd；

⑷求计算电抗Xjs，即将各转移电抗换算为各电源容量（等值发电机容量）为基准的

计算电抗Xjs1,Xjs2；

⑸由Xs1,Xs2……值从适当的运算曲线中查出各电源供给的短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到Xs=3）;

⑹计算无限大容量（Xjs>3）的电源供给的短路电流周期分量；

⑺计算短路电流周期分量有名值和短路容量；

⑻计算短路电流冲击值；

⑼绘制短路电流计算结果表。

423三相短路电流计算过程（附录1）

4.3短路电流计算结果表

表4.1短路电流计算结果表

结项

■

序号

短

路

占

八、、

编

L

号

短路点基准电

压Uj（kV）

短路点基准电

流Ij

（kA）

短路电流

冲击电流

I0.2

（kA）

（kA）

Sd（MVA）

标么值I*”

有名值

I”（kA）

标么值icj*

有名值

icj（kA）

i

d-1

115

0.50

2.975

9.30

6.15

15.70

9.30

9.30

1225.0

ii

d-2

36.5

2.689

2.5373

9.06

6.0

15.3

9.06

9.06

384.5

iii

d-3

10.5

7.4

2.4

24.6

8.771

48.26

24.6

24.6

447.4、

4.4短路电流的计算

各回路最大持续工作电流

根据公式Smax=、3Ue|g

式中

e

所统计各电压侧负荷容量

Igmax

各电压等级额定电压

最大持续工作电流

Smax=3UeI

gmax

gmaxmax

（3Ue）

贝U:

10kVIgmax=32MVA/（73X100）KV

=0.185KA

110kV|=33.6MVA//：

.3X110）KV

gmax、-

=0.194KA

4.5短路电流计算列表

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2个，即110KV母线短路/fl点），10KV母线短路/f2点）如下图：

图4.2短路发生点示意图

计算结果:

（计算过程见附录1）高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用

标幺值进行计算，为了计算方便选取基准值如表4.3

表4.3基准值列表

基准容量：

SB=100MVA

基准电压：

VB/KV）

10.5

115

果

短路占

八、、编号

短路点基准电压Uj

（kV）

短路点基准电流Ij

（kA）

短路电流

冲击电流

I0.2

（kA）

Ico

（kA）

Sd（MVA）

标么值1*”

有名值

1”（kA）

标么值icj*

有名值

icj（kA）

I

F

1

115

0.502

8.084

4.058

20.61

10.348

4.39

439

808.2

n

F

2

10.5

5.499

0.22

16.49

0.562

42.05

42.0

5

42.0

5

299.9

计算结果如表4.4:

基准电流：

1b（KA）

5.499

0.502

表4.4计算结果列表

5电气设备选择

5.1电气设备选择的原则

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：

按正常工作状态选择；按短路状态校验。

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准。

5.2电气设备选择的技术条件

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。

（1）电压：

选用的电器允许最高工作电压Uma＞不得低于该回路的最高运行电压Ug。

（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校验的一般原则：

⑴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。

⑵用熔断器保护的电器可不校验热稳定。

⑶短路的热稳定条件

2—

I,-Qdtd/"222.

Qd=QI10Itd/2Jtd

Qdt——在计算时间ts内，短路电流的热效应（KA2S

It――t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

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：

|ch—|dw

Ich-Idw

上式中ichIch——短路冲击电流幅值及其有效值

idwIdw—允许通过动稳定电流的幅值和有效值

（5）绝缘水平：

在工作电压的作用下，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。

5.3主要电气设备的选择

110KV侧断路器和隔离开关

表5-1断路器LW6-110参数表

断路器型

额定电压

额定电流

额定开断电

动稳定电流

热稳定电流

号

（KV）

（A）

流（KA）

（KA）

（KA）（4S）

LW6-110:

110

630

16

40

16

表5-2隔离开关GW13-11C参数表

隔离开关型号

额定电压

（KV）

额定电流

（KA）

动稳定电流（KA）

（4S）

额定短路电流峰

值（KA）

GW13-11

0

110

630

16

55

10KV侧断路器和隔离开关

表5-3真空断路器ZN12-10参数表

电压等级

型号

额定电压

额定电流

Ir（KA）

额定关合电

流（KA

J

动稳定电流

10kV

ZN12-10

12KV

2000A

50

140

140kA

表5-4隔离开关GN6-10T/1000参数表

隔离开关型号

额定电压

（KV）

额定电流（KA）

动稳定电流

（KA）

热稳定电流（KA）

（10S）

GN6-10T/1000

10

1000

52

20

母线的选择

表5-5110KV线路LGJQ-185/25参数表

线路型号

集肤效应&

长期允许载流量（A）

半径（cm）

电抗（Q/KM）

LGJQ-185/25

1

505

1.84

0.1542

表5-610KV矩型铝母线参数表

截面尺寸mm

条数

母线截面mm

集肤效应系数

容许电流A

放置方式

h

b

3

3000

1.7

3284

「平放「

高压熔断器

表5-7高压熔断器BN3-10参数表

型号

额定电压（KA）

熔断器额定电压（A）

额定电流（A）

BN3-10

10

7