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发电厂变电所毕业设计

重庆水利电力职业技术学院

专科生毕业设计

题目：

110kV降压变电站电气部分设计

系别电气工程系

专业发电厂及电力系统

学号XXXXXXXXXX

姓名XXX

指导教师XXX

2011年4月—6月

摘要

 随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。

然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。

一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。

出于这几方面的考虑，本论文设计了一个降压变电站,此变电站有三个电压等级：

高压侧电压为110kv,有二回线路；中压侧电压为35kv,有六回出线；其中有四回出线是双回路供电。

低压侧电压为10kv,有八回出线,其中有六回是双回路供电。

同时对于变电站内的主设备进行合理的选型。

本设计选择选择两台SFSZL-31500/110主变压器，其他设备如站用变，断路器，隔离开关，电流互感器，高压熔断器，电压互感器，无功补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。

使其更加贴合实际，更具现实意义。

关键字：

  变电站     设计    

第一章 电气主接线的设计

一、       原始资料分析

本设计的变电站为降压变电站,有三个电压等级：

高压侧电压为110kv,有二回线路；中压侧电压为35kv,有六回出线；其中有四回出线是双回路供电。

低压侧电压为10kv,有八回出线,其中有六回是双回路供电。

从以上资料可知本变电站为配电变电站。

二、       主接线的设计

配电变电站多为终

1运行的可靠端或分支变电站，降压供给附近用户或一个企业，其接线应尽可能采用断路器数目较少的接线，以节省投资和减少占地面积。

随着出线数的不同，可采用桥形、单母分段等。

低压侧采用单母线和单母线分段。

可按一下几个原则来选：

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。

1． 110KV侧

根据原始资料，待设变电站110kv侧有两回线路。

按照《发电厂电气部分课程设计参考资料》规定：

在110~220kv配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4回时，一般采用分段单母线接线。

待设变电所可考虑以下几个方案，并进行经济和技术比较。

方案1：

采用单母线分段带旁路接线

其优缺点：

⑴对重要用户可采用从不同母线分段引出双回线供电电源。

⑵当母线发生故障或检修时，仅断开该段电源和变压器，非故障段仍可继续工作，但需限制一部分用户的供电。

⑶单母线分段任一回路断路器检修时，该回路必须停止工作。

⑷单母线分段便于过渡为双母线接线。

⑸采用的开关、刀闸较多，某一开关检修时，对有穿越电流的环网线路有影响。

〔6〕开关检修时，可用旁路代路运行，无需停电。

〔7〕易于扩建，利于以后规划。

方案2：

采用内桥接线

其优缺点：

⑴两台断路器1DL和2DL接在电源出线上，线路的切除和投入是比较方便。

⑵当线路发生故障时，仅故障线路的断路器断开，其它回路仍可继续工作。

⑶当变压器故障时，如变压器1B故障，与变压器1B连接的两台断路器1DL和3DL都将断开，当切除和投入变压器时，操作也比较复杂。

⑷较容易影响有穿越功率的环网系统，内桥接线适用于故障较多的长线路，且变压器不需要经常切换运行方式的变电所。

方案3：

采用外桥接线

其优缺点：

⑴当变压器发生故障或运行中需要切除时，只断开本回路的断路器即可。

⑵当线路故障时，例如引出线1X故障，断路器1DL和3DL都将断开，因而变压器1B也被切除。

        ⑶外桥接线适用于线路较短、变压器按经济运行需要经常切换且有穿越性功率经过的变电所。

以上三个方案所需110KV断路器和隔离开关数量：

方案比较

单母线分段接线

内桥式接线

外桥式接线

断路器台数

5

3

3

隔离开关组数

16

8

6

经以上三种方案的分析比较：

方案1虽然所用设备多，不经济，（单母线分段带旁路接线）但当任一回路的断路器检修时，该电站无需停电，对有重要负荷的地方有重要意义。

方案2（内桥式接线）虽然所用设备少、节省投资，但以后扩建最终发展为单母线分段或双母线接线方式，且继电保护装置整定有点复杂。

方案3（外桥式接线）虽然具有使用设备最少，且装置简单清晰和建造费用低等优点。

但变压器随经济运行的要求需经常切换，当电网有穿越功率流经本站时比较适宜。

由于110kv只有2条进线，出于经济考虑，综合以上各个方案优缺点，决定采用单母分段带旁路接线方式.

2．10KV侧（8回出线）

分析：

6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时，一般采用单母线分段接线

220KV及以下的变电所，供应当地负荷的6-10KV配电装置，由于采用了制造厂制造的成套开关柜，地区电网成环的运行检修水平迅速提高，采用单母分段接线一般均能满足运行需求。

（出线回路数增多时，单母线供电不够可靠）

3． 35KV侧（6回出线）

35kv送出六回线路,可采用单母线接线或单母线分段接线方式。

但单母线接线方式只适用于6~220kv系统中只有一台发电机或一台主变压器的发电厂或变电所。

一般主变不少于2台，故选用单母分段带旁路接线方式。

主接线 由以上分析比较，可得变电站的主接线方案为：

110KV采用单母分段带旁路接线方式，10KV采用单母分段接线，35KV采用单母分段带旁路接线方式。

三种方案粗略的经济性比较：

由于设备选型未定，只能选定某一典型的设备的参考价格进行计算，同时忽略一些投资比较小的，还有投资相对固定的，诸如基建，直流系统，控制系统及其他设备。

第一种方案：

110kV单母分段带旁路，35kV单母分段带旁路，10kV单母分段

110kV

项目

单位

数量

设备费

安装费

SF6断路器

台

5.00

256000

9057.48

110kV隔离开关

组

16.00

24000

4410.53

110kV电流互感器

台

5.00

22000

1013.32

110kV避雷器

组

4.00

66000

2656.6

110kV软母线

跨

3.00

2374.14

10kV

进线断路柜

台

2.00

119300

3711.72

母联隔离柜

台

2.00

69900

3711.72

母线设备柜

台

2.00

28500

1782.64

馈线柜

台

8.00

53000

3711.72

电容保护柜

台

2.00

51000

3711.72

站用变保护柜

台

2.00

51000

3711.72

站用变柜（空柜）

台

2.00

17000

1782.64

封闭母线桥

三相米

10.00

5000.00　

394.08

穿墙套管

个

6.00

2000.00　

236.59

35kV

SF6断路器35kV

台

9.00

150000

9057.48

隔离开关35kV

组

20.00

31500

1058.17

电流互感器35kV

台

9.00

38000

706.31

电压互感器35kV

台

3.00

6000

749.51

第二种方案：

110kV内桥接法，35kV单母分段，10kV单母分段110kV

项目

单位

数量

设备费

安装费

SF6断路器

台

3.00

256000

9057.48

110kV隔离开关

组

8.00

24000

4410.53

110kV电流互感器

台

3.00

22000

1013.32

110kV避雷器

组

4.00

66000

2656.6

35kV

SF6断路器35kV

台

9.0

150000

9057.48

隔离开关35kV

组

18.0

31500

1058.17

电流互感器35kV

台

9.00

38000

706.31

电压互感器35kV

台

3.00

6000

749.51

10kV方案同第一种方案

第三种方案：

110kV外桥接法，35kV单母分段，10kV单母分段

110kV

项目

单位

数量

设备费

安装费

SF6断路器

台

3.00

256000

9057.48

110kV隔离开关

组

6.00

24000

4410.53

110kV电流互感器

台

3.00

22000

1013.32

110kV避雷器

组

4.00

66000

2656.6

35kV设备同第二种方案

10kV方案同第一种方案

主变的费用为2*2600000＝5200000

第一种方案算得其投资为：

5200000+2176671.3+2451286.04+1231278.42＝11059235.76元

第二种方案算得其投资为：

5200000+1366123.04+2386169.7+1231278.42＝10183571.16元

第三种方案算得其投资为：

5200000+1309301.98+2386169.7+1231278.42＝10126750.54元

可知总投资方面三种方案相差不是很大，出于可靠性及以后的扩建的可能性，采用第一种方案

四、       变电站主变压器的选择

1、容量选择

按变电所所建成5～10年的规划选择并适当考虑远期10－20年的发展，对城郊变与城郊规划结合。

根据变电所负荷性质和电网结构来确定，对有重要的负荷的变电所应考虑一台主变停运时，其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内能保证用户1～2级负荷。

对于一般性变电所，当一台主变停运后嗣，期于主变应保证全部负荷的70%～80%。

Se（0.7~0.8）Smax

    　（0.7~0.8）Smax=（0.7~0.8）*37.72=26.40~30.18MVA

同级电压的单台降压变压器容量级别不宜太多，应从全网出发，推行标准化系统化。

2、台数确定

对大城市郊区的依次变电所在中低压构成环网的情况下装两台。

对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所应考虑装三台的可能。

对规划只装两台主变的变电所其主变基础按大于主变容量的1～2级设计以便主变发展时更换。

根据以上准则和现有的条件确定选用2台主变为宜。

选择的条件2Se≥Sjs（MVA）     n=2

  根据容量计算，选择两台SFSZL-31500/110

变压器选择结果及参数

型号

容量（kva）

连接组别

△P0（kw）

Ue（kv）

SFSL-31500/110

31500

Yn/Yn/D11

38.4

高

中

低

110

38.5

10.5，

五、       变电站运行方式的确定

该站正常运行方式：

110kV、35kV、10kV母线分段开关（在下面选择设备都以该方式下出现的最大短路电流来选择）在合闸位置，#1、#2主变变高、变中中性点只投#1主变，#2主变变高中性点在断开位置。

第二章    短路电流的计算

根据变电所电气主接线做出等值电路，采用标么值计算，取Sb=1000MVA，Vb=Vav，Ib=Sb/Vb。

为了选择各级电压的设备，选取两短路点d1、d2进行短路计算，计算过程见计算书，结果如下表：

短路点

Vn（KV）

运行方式

暂态短路电流I"（KA）

冲击电流ich（KA）

全电流有效值Ich（KA）

短路容量Sd（MVA）

D1

110kV

最大

7.17

18.28

10.90

1429

D2

35kV

最大

2.5

6.38

3.8

160

D3

10kV

最大

23.64

60.28

35.93

422

第三章 电器设备选择

正确地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，选择合适的电器。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。

电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

电器主要选择项目汇总表

设备名称

一般选择项目

特殊选择项目

额定电压

额定电流

热稳定

动稳定

断路器

，

隔离开关

——

电流互感器

高压熔断器

——

——

；选择性

电压互感器

——

——

——

以下各节列出了各种电器设备选择结果，其计算过程详见计算书。

一、 断路器选择：

据能源部《导体和电器选择设计技术规程》，对主电路所有电气设备进行选择和校验，各级电压的断路器的选择成果见表 

型号

设备参数

 计算数据

安装地点

台数

LW-126/T4000-40

126

110

变压器110KV侧，母联及出线

5

4000

173.6

40

7.17

100

18.28

6400

63.75 

型号

设备参数

 计算数据

安装地点

台数

LW8-35

35

35 

35KV主变回路，母联及出线

9

1600

545.6

25

2.5

63

6.38

2500

7.88

型号

设备参数

 计算数据

安装地点

台数

ZN98

12

10

10KV    出线回路

8

1250

103.8

31.5

23.64

80

60.28

3969

706.94

型号

设备参数

 计算数据

安装地点

台数

ZN63

12

10

10KV主变回路及母联

3

4000

1909.59

40

23.64

100

60.28 

6400

706.94

二、隔离开关的选择

   选择隔离开关的方法和要求与选择断路器相同，为了使所选择的隔离开关符合要求，又使计算方便，各断路器两侧的隔离开关，原则上按断路器计算数据进行选择。

隔离开关选择表：

型号

设备参数

 计算数据

安装地点

台数

GW4-110/1000

110

110

变压器110KV侧及母联两侧

16

1000

173.6

80

18.28

2246.76

63.75

型号

设备参数

 计算数据

安装地点

台数

GW4-35/1000

35

35

35KV主变回路及母联两侧

28

1000

545.60

80

6.38

2246.76

7.88

型号

设备参数

 计算数据

安装地点

台数

KYN27-12/180

12

10

10KV主变、分段开关及馈线

11

4000

1909.598

100

60.28

6400

706.94

三、电流互感器的选择：

 电流互感器的配置原则：

1、为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。

对于中性点直接接地系统，一般按三相配置；对于中性点非直接接地系统，依照具体情况（如符合是否对称、保护灵敏度是否满足等）按二相或三相配置。

2、对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。

例如：

若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。

3、为了防止支持式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。

4、为了减轻内部故障时发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。

为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器已装在发电机中性点测。

根据以上配置原则和电流互感器选择条件和校验标准选出电流互感器如下：

安装地点

型号

额定电流比

1S热稳定倍数Kt

动稳定倍数Kdw

主变110KV侧

LCWDL-110

2*600/5

75

135

主变

35KV侧

LCWDL-35

2*300/5

75

135

主变

10KV侧

LAJ-10

3000/5

50

90

10KV馈线

LAJ-10

3000/5

50

90

四、电压互感器的选择：

各电压互感器除供给测量仪表和继电保护外，另有辅助绕组，供给保护及绝缘监察装置用。

电压互感器的配置原则如下：

1、母线 除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置。

2、线路35KV级以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压、进行同步和设置重合闸，装有一台单相电压互感器。

3、发电机 一般装2~3组电压互感器。

一组（三只单相、双绕组）供自动调节励磁装置。

另一组供测量仪表、同步和保护装置使用，该互感器采用三相五柱式或三只单相接地专用互感器，，其开口三角形供发电机在未并列之前检查是否接地之用。

当互感器负荷太大时，可增设一组不完全星形连接的互感器，专供测量仪表使用。

5万KW级以上发电机中性点常接有单相电压互感器，用于100%定子接地保护。

4、变压器 变压器低压侧有时为了满足同步或继电保护的要求，设有一组电压互感器。

根据以上配置原则和电压互感器选择和校验条件选出电压互感器如下：

安装地点

型 号

数 量

额定变比

最大容量（VA）

110KV母线

TYD110/－0.005H

6

10000/100/100/3

1200

35KV母线

 JDJJ-35

6

10000/100/100/3

1200

10KV母线

JSJW-10

2

10000/100/100/3

960

五、     熔断器选择：

由于110KV和35KV侧电压互感器的电压等级很高，不宜装设熔断器，下面对10KV侧熔断器进行选择。

由于PT一次绕组电流很小，故熔断器只需按额定电压和开断电流进行选择。

即：

选择结果如下表：

安装地点

型 号

额定电压（KV）

额定电流（A）

最大开断电流（KA）

断流容量（MVA）

10KV电压互感器

RN2—10/0.5

10

0.5

85

1000

六、     无功补偿装置

由于负荷的变化明显，波动性大，对线路末端的用户极为不利，特别在负荷高峰期电压太低，在低谷期电压有明显偏高，使电压质量下降，站内的调压装置有有载调压装置，但单纯地依靠有载调压进行调压效果也不是很理想，尤其在出线无功缺额，功率因数较低的情况下。

再者频繁调节有载调压对该装置的寿命影响很大。

考虑到上述因素，在10kV母线处加装几组电容进行无功补偿。

根据电容容量的选择原则：

＝6.3MVar－9.45MVar（功率因数偏低时用30％）

选用型号为的电容器

额定电压：

10ｋＶ　　　　额定容量：

334ｋＶａｒ

组数：

 （考虑站端功率因数为0.85）　　取ｓ＝28

组别接法：

采用星型接法，每段母线各带14组电容器

七、     避雷器选择：

   根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器；变压器中心点接地必须装设避雷器，并应接在变压器与断路器之间；110、35KV线路侧一般不装设避雷器。

本工程采用110KV、35KV配电装置构架上设避雷针；10KV配电装置设独立避雷针进行直接雷保护。

   为了防止反击，主变构架上不设置避雷针。

采用避雷器来防止雷电侵入波对电器设备绝缘造成危害。

避雷器的选择，考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器（磁吹避雷器），且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程110KV和35KV系统中，采用氧化锌避雷器。

由于金属氧化物避雷器没有串联间隙，正常工频相电压要长期施加在金属氧化物电阻片上，为了保证使用寿命，长期施加于避雷器上的运行电压不可超过避雷器允许的持续运行电压。

避雷器选择情况见下表：

型 号

安装地点

额定电压（KV）

灭弧电压（KV）

工频放电电压

（KV）

冲击放电电压（KV）不大于

不小于

不大于

FCZ-110

110KV侧

110

126

255

290

365

FZ-35

35KV侧

35

41

84

104

148

FZ-110J

变压器110KV中性点

110

100

224

268

364

FZ-40

变压器35KV中性点

40

50

98

121

154

FZ-10

10KV母线

10

12.7

26

31

45

FS-10

10KV出线

10

12.7

26

31

45

第4章     导体、电缆、绝缘子和套管的选择

一、   母线导体的选择

目前常用的导体有硬导体和软导体，硬导体形式有矩形、槽形和管形。

各种导体的特点：

矩形导体：

散热条件较好，便于固定和连接，但集肤效应大，因此，单条矩形导体最好不超过1250mm2，当工作电流超过最大截面单条导体允许载流量时，可将2-4条矩形导体并列使用。

矩形导体一般只用于35KV以下，电流4000A及以下的配电装置中。

槽形导体：

机械强度好，载流量大，