110kv降压变电站说明书-学位论文.doc

110kV降压变电站

毕业设计
说明书

目录
一. 原始资料；
二. 设计说明；
1.电器主接线设计；
2.电气主设备选择；
3.各级电压配电装置的设计；
4.变电站防雷
三. 计算书；
1.主接线；
2.短路电流计算；
3.断路器及隔离开关的选择；
4.互感器的选择；
5.消弧线圈的选择；
6.导线的选择；
7.保护装置选择；
8.补偿装置的选择；
四. 附图；
1.电气主接线图；
2.全站总平面布置图；
3.110kV配电装置进线间隔断面图；
4.避雷针保护范围图
附录一：参考文献

一.原始资料
1. 变电站的电压等级
2. 电力负荷水平
35kV电压级：共计6回出线，3回最大输送功率8MW，送电距离20公里；3回最大输送功率7MW，送电距离25公里，功率因数，一二类负荷所占比重65%。
10kV电压级：共计12回出线，6回最大输送功率1.7MW，送电距离6公里；6回最大输送功率1.5MW，送电距离8公里，功率因数，一二类负荷所占比重68%。
变电站综合负荷曲线见图一，其中最大负荷同时率0.9，负荷曲线上部为冬季213天，下部为夏季152天。

3. 系统情况
系统接线图及参数见图二，系统中性点接地方式为两台主变只一点接地，线路零序电抗与正序电抗的关系为；系统最小运行方式为接线图左边电源侧停运一台100MW机组。
待设计变电站的110kV侧两回架空线进线方向为：正北一回，东北一回；35kV侧出线方向味：正西两回，西南四回；10kV侧出线方向待定。
4. 自然条件
站址为农田，土质为沙质粘土；海拔高度为180m；地震裂度为4，处于Ⅳ类气象区；等级为1；土壤电阻率。

二. 设计说明
1.电气主接线设计
1.1 电气负荷
35kV电压级负荷：3回最大输送功率8MW和3回最大输送功率7MW，功率因数，一、二类负荷占65%。
10kV电压级负荷：6回最大输送功率1.7MW和6回最大输送功率1.5MW，功率因数，一、二类负荷占68%。

kW
cosφ
tgφ
P
(kW)
Q
(kvar)
S
(kVA)
35kV负荷
24000
0.85
0.62
24000
14880
28239
35kV负荷
21000
0.85
0.62
21000
15750
26250
小计1
45000

45000
30630
54489

10kV负荷
10420
0.80
0.75
10420
7815
13025
10kV负荷
9000
0.80
0.75
9000
6750
11250
小计2
19420

19420
14565
24275
补偿容量(kvar)

4820

补偿后

0.9
0.4843
19420
9745
21728

合计

64420
40375
76027
最大负荷同时系数0.9

57978
36338
68424

一、二类负荷：
负荷：
负荷：
1.2 主变压器容量及台数的确定
根据GB50059-92《35~110kV变电所设计规范》§3.1.2条：“在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，……。”又按§3.1.3条：“装有两台主变压器的变电所，当断开一台时，其余变压器的容量不应小于的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。”再根据§3.1.4条：“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以上，主变压器宜采用三线圈变压器。”
因此，主变压器选择两台容量为的三线圈变压器。这样均符合上述规范的要求。
1.3 变电所主接线的确定
根据上述规范§3.2.3条：“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。……。”又按§3.2.5条：“当变电所装有两台主变压器时，6～10kV侧宜采用分段单母线。……。”
因此，本变电站的主接线确定为：采用内桥接线，及均采用分段单母线接线。
另按上述规范§3.3.1条：“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。……。”故本变电站设置两台所用变压器。
1.4 关于各级电压中性点的接地方式
中性点直接接地。
中性点宜接消弧线圈接地。因为单相接地电容电流，按架空线路，其单相接地电容电流可按下式计算：

根据DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》§3.1.2条规定：“单相接地故障电流不应超过。”现已超过此值，故宜装置消弧线圈予以补偿。
中性点可采用不接地系统。因按题目分析应为架空线路，总长为，其单相接地电容电流为：
低于规范要求钢筋混凝土电杆。故采用不接地方式。
低压则采用中性点直接接地系统。
主接线系统见电气主接线图
2. 电气主设备选择
由于本变电站处于海拔高度为处，故可选用海拔以下的通用设备。该处污秽等级为1级，属于轻度污秽地区，故不必为此加强电气设备的外绝缘。
2.1 主变压器
根据GB50052-95《供配电系统设计规范》第407条规定，以上电压变电所中的降压变压器，直接向、电网送电时，应采用有载调压变压器。
考虑到及送电距离较远，变压器空载电压选用高出额定电压。
为降低侧的短路电流，三绕组变压器选用降压型，即最大阻抗电压置于高—低侧。
变压器的绕组的联接方式及其标号选择为：高压为中性点引出的星形接线；中压为中性点引出（以便连接消弧线圈）的星形接线；低压为三角形接线。
因此，主变压器的规格为：
型号：SFSZ7-50000/110型三绕组有载调压电力变压器
容量：，电压：，侧为有载调压，联接组标号为。阻抗值为，，。
2.2 断路器
根据短路电流计算结果，（点）在最大运行方式下的短路电流,故可选择六氟化硫（）断路器：，额定短路开断电流。
（点）,故可选择户外少油断路器：，额定短路开断电流。
（点）,故可选择真空断路器： ，额定短路开断电流。
2.3 电压互感器
各级电压都选用带有第三绕组（剩余绕组）的电压互感器。
开口三角接线，由三个单相电压互感器组成，规格为，，油浸式；：和三角接线，由三个单相电压互感器组成，规格为，，环氧树脂浇注式；：和三角接线，由三个单相电压互感器组成，规格为，，环氧树脂浇注式。
2.4 电流互感器
，油浸式，一次侧电流按需要，二次侧电流为5A，
准确级 测量回路 0.2或0.5FS5
保护回路 5P或10P/10或20
各级电压的电流互感器要满足短路时的动、热稳定的要求。
3. 各级电压配电装置的设计
根据GB50260-96《电力设施抗震设计规范》第5.1.1条规定，电压为及以下的电气设施，8度及以上时，应进行抗震设计。
本变电站处于地震烈度为4度地区，故不需进行抗震设计。
、配电装置采用屋外布置，由于处在Ⅳ类气象区，故屋外构架的计算要按大气强度最高，最低，覆冰时计算，风速为最大，覆冰时，覆冰厚度为计算。
配电装置均采用屋内式，采用成套开关柜。
全站总平面布置见全站总平面布置图。
4. 变电站防雷
采用四根独立避雷针对屋外配电装置进行直接雷保护，每支避雷针设有接地装置，为防止反击，独立避雷针的接地装置与变电站接地网之间的地中距离不小于。
变电站的进线段，由架空线路的架空地线进行保护。
避雷针保护范围见避雷针保护范围图。
三. 计算书
1. 变电站主变压器
根据GB50059-92《35~110kV变电所设计规范》§3.1.2条：“在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，……。”又按§3.1.3条：“装有两台主变压器的变电所，当断开一台时，其余变压器的容量不应小于的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。”
现有：
35kV电压级负荷：3回最大输送功率8MW和3回最大输送功率7MW，功率因数，一、二类负荷占65%。
10kV电压级负荷：6回最大输送功率1.7MW和6回最大输送功率1.5MW，功率因数，一、二类负荷占68%。
负荷计算：

kW
cosφ
tgφ
P
(kW)
Q
(kvar)
S
(kVA)
35kV负荷
24000
0.85
0.62
24000
14880
28239
35kV负荷
21000
0.85
0.62
21000
15750
26250
小计1
45000

45000
30630
54489

10kV负荷
10420
0.80
0.75
10420
7815
13025
10kV负荷
9000
0.80
0.75
9000
6750
11250
小计2
19420

19420
14565
24275
补偿容量(kvar)

4820

补偿后

0.9
0.4843
19420
9745
21728

合计

64420
40375
76027
最大负荷同时系数0.9

57978
36338
68424

一、二类负荷：
负荷：
负荷：
一、 二类总负荷：S1、2=31876+13298=45174kVA
60%总负荷：S60%=684240.6=41054 kVA
故主变压器选二台，变压器，满足了上述规范的要求。即当一台主变压器断开时，另一台保证全部负荷，又保证一、二级负荷。

主接线图

2. 短路电流计算
主接线

图十一
变电所运行方式，115kV内桥断路器合上，35kV及10kV母线分段断路器断开。
2.1 最大运行方式下的三相短路电流

2.1.1 计算电抗图

图十二
将相同发电机合并，合并后，的容量为，， 合并后为的容量为，，电抗用标幺值表示，取基准容量。

三绕组变压器的电抗百分值

图十三

故：

2.1.2 点三相短路电流计算
将计算电抗图逐步化简

图十四

将组成的三角形变换为星形

图十五

图十六

将叉形电路变换为非叉形

将换算到以发电机为基准的电抗

以上均小于，故按有限容量系统计算，应用计算曲线（毕业设计参考资料上）。则从发电机送出的短路电流：
查曲线，零秒时即初始值为，而
则
从发电机送出的短路电流：
查曲线，零秒时即初始值为，而
则
故d1点总的三相短路电流为：
或
2.1.3 d2点三相短路电流计算

图十七

从发电机送出的短路电流：
查曲线，则
从发电机送出的短路电流：
查曲线，则
故点总的三相短路电流为：
或
2.1.4 点三相短路电流计算
图十八

从发电机送出的短路电流：
查曲线，则
从发电机送出的短路电流：
查曲线，则
故点总的三相短路电流为：
或

2.2最小运行方式下的三相短路电流（一台发电机退出运行）
主接线

图二十一

2.2.1 计算电抗图

图二十二
将相同发电机合并，的容量为，， 合并后为的容量为，，电抗用标幺值表示，取基准容量。

三绕组变压器的电抗百分值

图二十三

故：

2.2.2 点三相短路电流计算
将计算电抗图逐步化简

图二十四

将组成的三角形变换为星形

图二十五

图二十六

将义形电路变换为非义形

将换算到以发电机为基准的电抗

以上均小于，故按有限容量系统计算，应用计算曲线（毕业设计参考资料上）。
从发电机送出的短路电流：
查曲线，零秒时即初始值为，而
则
从发电机送出的短路电流：
查曲线，零秒时即初始值为，而
则
故点总的三相短路电流为：
或
2.2.3 点三相短路电流计算

图二十七

从发电机送出的短路电流：
查曲线，则
从发电机送出的短路电流：
查曲线，则
故点总的三相短路电流为：
或
2.2.4 点三相短路电流计算

图二十八

从发电机送出的短路电流：
查曲线，则
从发电机送出的短路电流：
查曲线，则
故点总的三相短路电流为：
或

3 断路器及隔离开关的选择
3.1 110kV侧母联的断路器及隔离开关的选择
其额定工作电流 ：
根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求，查表可选择LW6-110Ⅱ型断路器。
短路时间：=0.2+0.1+0.15=0.45S
周期分量的热效应：

非周期分量的热效应：，T=0.05

短路电流的热效应：
冲击电流：
断路器及隔离开关的相关数据并与计算值相比较，如下所示：
计算数据
LW6-110Ⅱ型断路器
GW5-110/630型隔离开关
110kV
524.9A
4.52kA
11.5kA

11.5kA
110kV
3150A
40kA
125kA
125kA
110kV
630A

50kA
由以上数据比较可知LW6-110Ⅱ型断路器和GW5-110/630D型隔离开关均能够满足要求。
3.2 35kV进线和母联的断路器选择
其额定工作电流：
根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋内的要求，查表可选择ZN-35型断路器。
短路时间：=0.7+0.1+0.15=0.95S
周期分量的热效应：

非周期分量的热效应：，T=0.05

短路电流的热效应：
冲击电流：
断路器的相关数据并与计算值相比较，如下所示：
计算数据
SW2-35型断路器
GW4-35/1250型隔离开关
35kV
824.5A
4.895kA
12.5kA

12.5kA
35kV
1000A
24.8kA
63.4kA
63.4kA
35kV
1250A

50kA
由以上数据比较可知SW2-35型断路器和GW4-35/1250型隔离开关均能够满足要求。

3.3 10kV进线和母联的断路器选择
其额定工作电流：
根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋内的要求，查表可选择ZN12-12型断路器。
短路时间：=0.7+0.1+0.15=0.95S
周期分量的热效应：

非周期分量的热效应：，T=0.05

短路电流的热效应：
冲击电流：
断路器的相关数据并与计算值相比较，如下所示：
计算数据
ZN12-10型断路器。
10kV
2886.8A
11.209kA
28.5kA

28.5kA
12kV
3150A
55kA
125kA
125kA
由以上数据比较可知ZN12-10型断路器能够满足要求。

3.4 35kV出线断路器的选择
线路功率最大一回路的额定工作电流：

根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋内的要求，查表可选择ZN-35型断路器。
短路时间： =0.7+0.08+0.15=0.93S
周期分量的热效应：

非周期分量的热效应： ，T=0.05

短路电流的热效应：
冲击电流：
断路器的相关数据并与计算值相比较，如下所示：
计算数据
SW2-35型断路器
GW5-35/630型隔离开关
35kV
155.3A
4.859kA
12.5kA

12.5kA
35kV
1000A
24.8kA
63.4kA
63.4kA
35kV
630A

50kA

由以上数据比较可知SW2-35型断路器和GW4-35/1250型隔离开关均能够满足要求。

3.5 10kV出线断路器的选择
线路功率最大一回路的额定工作电流：

根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋内的要求，查表可选择ZN12-10型断路器。
短路时间：=0.7+0.08+0.15=0.93S
周期分量的热效应：

非周期分量的热效应：，T=0.05

短路电流的热效应：
冲击电流：
断路器的相关数据并与计算值相比较，如下所示：
计算数据
ZN12-10型断路器。
10kV
122.7A
11.209kA
28.5kA

28.5kA
10kV
1250A
31.5kA
80kA
80kA
由以上数据比较可知ZN12-10型断路器能够满足要求。

3.6 110kV中性点隔离开关的选择
根据本变电站的原始材料分析，选择GW13-63型隔离开关，额定电压63kV，额定电流630A，4S热稳定电流16kA，动稳定电流55kA。

3.7 35kV中性点隔离开关的选择
根据本变电站的原始材料分析，选择GW13-35型隔离开关，额定电压35kV，额定电流630A，4S热稳定电流16kA，动稳定电流55kA。
4互感器的选择
4.1电流互感器的选择：
4.1.1 110kV进线和母联电流互感器的选择
其额定工作电流：
可选择LCWB6-110户外电流互感器，变比为2x600/5A。由于用于测量和保护故选用二次组合接线为0.5/B/B/B，其额定阻抗为，1s热稳定电流，动稳定电流。
校验热稳定：
动稳定校验：
由此可见所选的互感器能够满足要求。
4.1.2 35kV进线和母联电流互感器的选择
其额定工作电流：
可选择LCW-35户外电流互感器，变比为1000/5A。由于用于测量和保护故选用二次组合接线为0.5/B，其额定阻抗为，1s热电流，动稳定电流。
校验热稳定：
动稳定校验：
由此可见所选的互感器能够满足要求。

4.1.3 10kV进线和母联电流互感器的选择
其额定工作电流：
可选择JDJ-10屋内电流互感器，变比为3000/5A。由于用于测量和保护故选用二次组合接线为0.5/B，其额定阻抗为，2s热电流，动稳定电流。
校验热稳定：
动稳定校验：
由此可见所选的互感器能够满足要求。

4.1.4 35KV出线电流互感器的选择
35kV出线线路功率最大一回路的额定工作电流：
可选择LCW-35户外电流互感器，变比为300/5。由于用于测量和保护故选用0.5FS5级，其额定阻抗为，1s热电流，动稳定电流。
校验热稳定：
动稳定校验：
由此可见所选的互感器能够满足要求。

4.1.5 10kV出线电流互感器
10kV出线线路功率最大一回路的额定工作电流：
可选择LA-10屋内电流互感器，变比为200/5。由于用于测量和保护故选用0.5FS5级，其额定阻抗为，1s热电流，动稳定电流。
校验热稳定：
动稳定校验：
由此可见所选的互感器能够满足要求。

4.2电压互感器的选择：
电压互感选择时要考虑所在回路中检测元件及继电器等设备，上述设备无法确定,故无法计算，因些电压互感器按最大容量选择。
110kV侧电压互感器可选JCC2-110W1，额定电压，最大容量1000VA，连接组标号。
35kV侧电压互感器可选JDJJ2-35，额定电压，最大容量2000VA，连接组标号。
10kV侧电压互感器可选JDZJ-10，额定电压，最大容量300VA，连接组标号。
5 消弧线圈的选择
按架空线路，其单相接地电容电流可按下式估算： ；变电所所增加电容电流按线路电容电流10%考虑，为1.35A，共计14.85A。
消弧线圈的容量：
式中 ——消弧线圈容量，;
——过补偿系数，取1.5;
——电网额定线路电压，；
——电容电流，；
故：
可选XDJL-550/35型消弧线圈电压，系统电压35kV，消弧线圈电压电压22.2kV，额定容量550kVA，电流12.5~25A，档数9。

6 导线截面的选择：
6.1 110kV侧进线及母线的选择
按经济电流密度选择导线的截面，由于，查表可得。
其额定工作电流
所以
故可选择型号为的导线，其载流量为
热稳定校验：
查表C=98 则
满足导线的最小截面的要求。
6.2 35kV侧进线及母线的选择
按经济电流密度选择导线的截面，由于，查表可得。
其额定工作电流
所以
故可选择型号为的矩形铝导体，其载流量为2089A
热稳定校验：
查表C=98 则
满足导线的最小截面的要求。
6.3 10kV侧进线及母线的选择
按经济电流密度选择导线的截面，由于，查表可得。
其额定工作电流
所以
故可选择型号为的矩形铝导体，其载流量为3725A
热稳定校验：
查表C=95 则
满足导线的最小截面的要求。
6.4 35kV出线导线截面的选择
按经济电流密度选择导线的截面，由于，查表可得。
出线最大一回路的额定工作电流:

所以
故可选择型号为的导线，其载流量为
热稳定校验：
查表C=99 则
满足导线的最小截面的要求。

7 保护装置的选择
7.1 避雷针的选择：
避雷针保护范围计算：避雷针高度，被保护物高度，
故
现则

避雷针：，

避雷针：，

避雷针：，

避雷针：，

避雷针：，

避雷针：，

现相邻各对避雷针，故全部面积已得到保护，故选用高避雷针。

7.2避雷器的选择
避雷器是电力系统中主要的防雷保护装置之一，只有正确地选择避雷器，方能发挥其应有的防雷保护作用。
氧化锌避雷器是目前国际最先进的过电压保护器。由于其核心元件采用氧化锌电阻片，与传统碳化硅避雷器相比，改善了避雷器的伏安特性，提高了过电压通流能力，从而带来避雷器具特征的根本变化。避雷器是电力系统中主要的防雷保护装置之一，只有正确地选择避雷器，方能发挥其应有的防雷保护作用。
     当避雷器在正常工作电压下，流过避雷器的电流仅有微安级，当遭受过电压时，由于氧化锌电阻片的非线性，流过避雷器的电流瞬间达数千安培，避雷器处于导通状态，释放过电压能量，从而有效地限制了过电压对输变电设备的侵害。
故根据本变电所的特点避雷器的选择如下：
110kV侧选择Y10W1-100/248型避雷器；
110kV中性点选用Y1.5W-72型避雷器；
35kV侧选用Y5W5-42/134型避雷器；
10kV侧选用Y5W-12.7/42型避雷器；
主变10kV出口选用Y5W-12.7/42型避雷器（仅需一相装设）。

8 补偿装置的选择
对系统10kV母线侧进行无功补偿，将功率因数提高至0.9。
则需要补偿的容量
=0.85*40.5（tanarccos0.85-tanarccos0.9）
=4820Mvar
考虑线路中的电抗，两段母线分别装设一台TBB10.5-3000/25型并联电容器。

附录一：参考文献
《电力工程设计手册》--------------------------------------------上海人民出版社
《高电压技术》-----------------------------------------------------水利电力出版社
《发电厂电气设备》-----------------------------------------------水利电力出版社
《架空送电线路设计原理》--------------------------------------农业出版社
《电力系统课程设计及毕业调参考资料》--------------------农大信电学院

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