110KV变电所电气部分专业课程设计.doc

目 录前言 （1）1 变电所原始资料 （2）2 变压器设计 （3）2.1 主变压器选取 （3）2.2 所用变压器选取 （4）3 电气主接线设计 （5）3.1 电气主接线方案拟定 （5）3.2 110KV侧电气主接线选取 （6）3.3 变电所无功补偿 （7）4 短路电流计算 （7）4.1 短路计算原则 （7）4.2 短路电流计算办法和环节 （8）4.3 短路电流计算成果表（9）4.4 短路电流计算 （9）4.5 短路电流计算列表 （9）5 电气设备选取 （10）5.1 电气设备选取原则 （11）5.2 电气设备选取技术条件 （11）5.3 重要电气设备选取 （12）5.4 10KV高压开关柜选取 （14）6 配电装置选取 （14）6.1 高压配电装置选取 （14）1. 附录1短路电流计算及程序阐明 （17）2. 附录2 电气设备选取 （20）3. 附录3主接线图 （29）4. 参照文献 （29）前 言电力工业是能源工业、基本工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要位置，是时间国家当代化战略重点。电能是一种无形、不能大量储存二次能源。电能发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完毕，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展规定就必要加强电网建设，而变电站建设就是电网建设中重要一环。 在变电站设计中，既规定所变电能能较好地服务于工业生产，又要切实保证工厂生产和生活用电需要，并做好节能工作，就必要达到如下基本规定：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顾客对用电可靠性规定。优质 所变电能应满足电能顾客对电压和频率等质量规定。经济 变电站投资要少，输送费用要低，并尽量地节约电能、减少有色金属消耗量和尽量地节约用地面积。 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，分析变电所肩负任务及顾客负荷等状况，选取所址，运用顾客数据进行负荷计算，拟定顾客无功功率补偿装置。同步进行各种变压器选取，从而拟定变电站接线方式，再进行短路电流计算，选取送配电网络及导线，进行短路电流计算。选取变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供根据。本变电所初步设计涉及了：（1）总体方案拟定（2）负荷分析（3）短路电流计算（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选取（5）继电保护选取与整定（6）防雷与接地保护等内容。随着电力技术高新化、复杂化迅速发展，电力系统在从发电到供电所有领域中，通过新技术使用，都在不断发生变化。变电所作为电力系统中一种核心环节也同样在新技术领域得到了充分发展。核心词 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：为满足某县城区及有关单位用电，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+39，最低气温为-18，最热月平均最高气温为30。 110KV线路进线2回。 10KV线路同步系数为0.9，线损率5%。 10KV线路8回，远期发展2回。如下图阐明：系统S容量 （水电） Smax=1000MVA； Smin=880MVA；系统S阻抗 Xsmax=1.58； Xsmin=1.25。系统低压侧功率因数规定不低于0.9。电压级别负荷名称穿越功率(MW)最大负荷(MW)负荷构成 (%)COS同步率(%)线损率(%)近期远景近期远景一级二级三级110KV新黄线35新区线3510KV机械厂食品厂 2.41.1321510603025600.80885855510KV汽配厂 1.222040400.885510KV城区2.542040400.885510KV工业园5283040300.885510KV自来水厂0.50.83050200.885510KV生活区0.5130700.885510KV转供电0.81.820800.885510KV发展线11.52060200.885510KV发展线21.52060200.88552 变压器设计 2.1主变压器选取 主变压器台数选取 据资料分析以及线路来看，为保障对、类负荷需要，以及扩建也许性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电可靠性，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倍最大负荷容量。 主变压器容量选取 近期负荷： PM=25.6 MW 远期总负荷： PM =14.2 MW 用电负荷总视在功率为 SM远期： SM =PM /COS=25.6/0.8=32 MVA主变压器总容量应满足： SnKSM /S=0.932/0.95=30.32MVA (K为同步率，依照资料取0.9,线损5%)满载运营且留裕10%后容量：S = Sn/2 （1+10%）=30.32/21.1=16.676 MVA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，另一主变都要满足容量：Sn30.3270% =21.224 MVA因此选每台主变容量：Sn=21.224 MVA为了满足系统规定，以及通过查表，拟定每台主变装机容量为：25MVA总装机容量为225MVA=50MVA考虑周边环境温度影响：p=(max+min)/2=（39-18）/2=10.5 K=（15-10.5）/100+1=1.045依照Sn0.6KSM / K=0.60.932/1.055=16.38 MVA 即Sn=25MVA16.38 MVA 满足规定。 主变压器型式选取相数选取：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单相变压器组，其金属材料少20%25%，运营电能损耗少12%15%，并且占地面积少，因而考虑优先采用。本变电所设在城郊附近，不受运送条件限制，因此采用三相变压器。绕组拟定：该变电所只有两个电压级别（110KV和10KV），且自耦变压器普通用在220KV以上变电所中，因此这里选取双绕组变压器。绕组接线方式选取：变压器绕组连接方式必要和系统电压连接方式相位一致，否则不能并联运营。国内110KV及以上变压器绕组都选用Y连接，35KV及如下电压，绕组都选取连接方式，因此该变电站两台主变，高压侧（110KV）采用Y连接，低压侧(10KV)采用连接方式。依照110KV变电所设计指引，以上选取符合系统对变电所技术规定，两台相似变压器同步投入时，可选取型号为SF9-25000/110主变，技术参数如下： 表2.1 主变压器技术参数型号高压低压空载电流空载损耗负载电流阻抗电压连接组别SF9-25000/11011022.5%1050.225.2110.7105Yn,d112. 2 所用变压器选取2.2.1所用变压器选取依照35110KV变电所设计规范规定，在有两台及以上主变压器变电所中，宜装设两台容量相似可互为备用所用变压器，分别接到母线不同分段上。变电所所用负荷，普通都比较小，其可靠性规定也不如发电厂那样高。变电所重要负荷是变压器冷却装置、直流系统中充电装置和硅整流设备、油解决设备、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，因而变电所所用电压只需0.4KV一级，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型号额定容量 (KVA)高压侧 (KV)低压侧(KV)接线组方式短路损耗(W)短路电压(%)空载损耗(W)空载电流(%)S9-100/10100100.4Y,yn0150042901.62.2.2 所用变压器低压侧接线所用电系统采用380/220V中性点直接接地三相四线制，动力与照明合用一种电源，所用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运营，以限制故障范畴，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电气主接线设计发电厂、变电站主接线须满足如下基本规定：（1）运营可靠断路器检修时与否影响供电；设备和线路故障检修时，需要停电顾客数目多少和停电时间长短，以及能否保证对重要顾客供电。（2）具备一定灵活性主接线正常运营时可以依照调度规定灵活变化运营方式，达到调度目，并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、影响范畴最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员安全。（3）操作应尽量简朴、以便主接线应简朴清晰、操作以便，尽量使操作环节简朴，便于运营人员掌握。复杂接线不但不便于操作，还往往会导致运营人员误操作而发生事故。但接线过于简朴，也许又不能满足运营方式需要，并且也会给运营导致不便或导致不必要停电。（4）经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活以便基本上，还应使投资和年运营费用小，占地面积至少，使其尽地发挥经济效益。（5） 应具备扩建也许性由于国内工农业高速发展，电力负荷增长不久。因而，在选取主接线时还要考虑到具备扩建也许性。变电站电气主接线选取，重要决定于变电站在电力系统中地位、环境、负荷性质、出线数目多少、电网构造等3.1电气主接线方案拟定 由于类、类负荷居多（将近60%），为了安全可靠起见，保存2种方案。 110kv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。 110kv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。 3.1.1 10KV侧2种接线方案比较表3.1 接线方案单母分段单母分段带旁路比较成果可靠性比纯粹单母线高，但是整体稳定性不算高比不带旁路稳定可靠610kV普通不设旁路母线，由于供电负荷小，供电距离短，并且普通可在网络中获得备用电源，同步大多为电缆出线，事故跳闸次数很少。因此选取单母线分段接线方式输出。灵活性简朴、以便、易于扩建倒闸操作简朴经济性具备单母线接线经济特点设备增多，投资增大，占地面积也相应增大 3.1.2 10KV侧电气主接线选取由上表可以得到10KV侧接线方式选取，咱们要选取占地和资金少线路，但是必要在保障安全，灵活前提下，资金和占地相差不是多，而安全性和灵活性提高诸多。可见，变电所在10KV侧为居民供电系统中，应当选取单母线分段接线。3.2 110KV侧电气主接线选取高压侧，即110kV电源侧采用单母分段接线，长处是以便，经济灵活接线简朴，缺陷是可靠性普通；高压侧采用双母线接线，两个线路断路器、两个主变断路器、尚有一种母连断路器，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。经比较高压侧选取单母线分段接线。如下图所示图3.2 高压侧单母线分段接线图3.3 变电所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顾客电压，以及提高系统运营稳定性、安全性和经济性，应进行合理无功补偿。无功补偿应依照分散补性质测定。依照电力系统电压质量和无功电力管理规定规定，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10-30%作为所有需要补偿最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近变电所，取较低者。地区无功缺额较多或距离电源点较远变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远变电所取较高者。无功补偿容量：QP（ tan-tan）P 有功计算负荷（MW）tan 补偿前用电单位自然功率因数角正切角tan 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）=22.85MWQc= P( tan- tan）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选取如表：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/KVarTBB10-5000AK105000Y11/334依照设计规范，自然功率应未达到规定原则变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设立在主变压器低压侧或重要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地星型接线。 4 短路电流计算4.1 短路电流计算条件 由于系统电压级别较高，输电导线截面较大、电阻较小、电抗较大，因而在短路电流计算过程中忽视R、计及X。 计算短路电流时所用接线方式，应是也许发生最大短路电流正常接线方式（即最大运营方式），而不能用仅在切换过程中也许并列运营接线方式。 计算容量按无穷大系统容量进行计算。 短路种类普通按三相短路进行计算。 短路计算点如下a. d-1110kV母线短路时短路计算点；b. d-2两台主变并列运营时35kV母线短路时计算点。cd-310KV母线短路时计算点。4.2 短路电流计算办法与环节4.2.1办法在工程设计中，短路电流计算普通采用实用运算曲线法。4.2.2短路电流计算环节 选取计算短路点； 画出等值网络（次暂态网络）图a. 一方面去掉系统中所有负荷分支、线路电容、各元件电阻，发电机用次暂态电抗Xd”；b. 选用基准容量Sj和基准电压Uj（kV）（普通取各级平均电压），计算基准电流Ij= Sj/3Uj（kA）；c. 计算各元件换算为同一基准值标么电抗；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； 化简等值网络图a. 为计算不同短路点短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心辐射形等值网络；b. 求出各电源与短路点之间电抗，即转移电抗Xnd； 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）为基准计算电抗Xjs1，Xjs2； 由Xjs1，Xjs2值从恰当运算曲线中查出各电源供应短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到Xjs=3）； 计算无限大容量（Xjs3）电源供应短路电流周期分量； 计算短路电流周期分量有名值和短路容量； 计算短路电流冲击值； 绘制短路电流计算成果表。4.2.3三相短路电流计算过程(附录1)4.3 短路电流计算成果表表4.1 短路电流计算成果表结 项 果 目序号短路点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)I(kA)Sd(MVA)标么值I*”有名值I”(kA)标么值icj*有名值icj(kA)d-11150.502.9759.306.1515.709.309.301225.0d-236.52.6892.53739.066.015.39.069.06 384.5d-310.57.42.424.68.77148.2624.624.6447.4、4.4 短路电流计算各回路最大持续工作电流依照公式 = 式中 - 所记录各电压侧负荷容量 - 各电压级别额定电压 - 最大持续工作电流 = =/（）则：10kV =32MVA/（100）KV =0.185KA 110kV =33.6 MVA/（110）KV =0.194KA4.5 短路电流计算列表短路是电力系统中最常用且很严重故障。短路故障将使系统电压减少和回路电流大大增长，它不但会影响顾客正常供电，并且会破坏电力系统稳定性，并损坏电气设备。因而，在发电厂变电站以及整个电力系统设计和运营中，都必要对短路电流进行计算。短路电流计算目是为了选取导体和电器，并进行关于校验。按三相短路进行短路电流计算。也许发生最大短路电流短路电流计算点有2个，即110KV母线短路（f1点），10KV母线短路（f2点）如下图： 图4.2 短路发生点示意图计算成果:(计算过程见附录1) 高压短路电流计算普通只计算各元件电抗，采用标幺值进行计算，为了计算以便选用基准值如表4.3表4.3基准值列表基准容量：S = 100MVA基准电压：V（KV）10.5115基准电流：I（KA）5.4990.502计算成果如表4.4：表4.4 计算成果列表项目成果短路点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)I(kA)Sd(MVA)标么值I*”有名值I”(kA)标么值icj*有名值icj(kA)序号F11150.5028.0844.05820.6110.3484.39439808.2F210.55.4990.2216.490.56242.0542.0542.05299.95 电气设备选取5.1 电气设备选取原则由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因而它们选取校验项目和办法也都完全不相似。但是，电气设备和载留导体在正常运营和短路时都必要可靠地工作，为此，它们选取均有一种共同原则：按正常工作状态选取；按短路状态校验。电气设备选取普通原则为：(1)应满足正常运营检修短路和过电压状况下规定并考虑远景发展。(2)应满足安装地点和本地环境条件校核。(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)与整个工程建设原则协调一致。(6)选用新产品均应具备可靠实验数据并经正式订立合格特殊状况下选用未经正式鉴定新产品应经上级批准。5.2 电气设备选取技术条件高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流状况下保持正常运营。(1)电压：选用电器容许最高工作电压Umax不得低于该回路最高运营电压Ug。(2)电流:选用电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种也许运营方式下持续工作电流Ig。校验普通原则：电器在选定后应按最大也许通过短路电流进行动热稳定校验，校验短路电流普通取最严重状况短路电流。用熔断器保护电器可不校验热稳定。短路热稳定条件 Qdt在计算时间ts内，短路电流热效应（KA2S）Itt秒内设备容许通过热稳定电流有效值（KA2S）T设备容许通过热稳定电流时间（s）校验短路热稳定所用计算时间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能力，称动稳定。满足动稳定条件是： 上式中 短路冲击电流幅值及其有效值 容许通过动稳定电流幅值和有效值(5)绝缘水平： 在工作电压作用下，电器内外绝缘应保证必要可靠性。接口绝缘水平应按电网中浮现各种过电压和保护设备相应保护水平来拟定。由于变压器短时过载能力很大，双回路出线工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应依照实际需要拟定。高压电器没有明确过载能力，因此在选取其额定电流时，应满足各种也许方式下回路持续工作电流规定。5.3 重要电气设备选取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号额定电压（KV）额定电流（A）额定开断电流(KA)动稳定电流(KA)热稳定电流（KA）（4S）LW6-110110630164016 表5-2 隔离开关GW13-110参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)GW13-110110630165510KV 侧断路器和隔离开关 表5-3 真空断路器ZN12-10参数表电压级别型号额定电压额定电流 （KA）额定关合电流（KA） 动稳定电流10kVZN12-1012KVA50140140kA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/10001010005220母线选取表5-5 110KV线路LGJQ-185/25参数表线路型号集肤效应Kf长期容许载流量（A）半径(cm)电抗（/KM）LGJQ-185/2515051.840.1542表5-6 10KV矩型铝母线参数表截面尺寸mm条数母线截面mm2集肤效应系数容许电流A放置方式hb330001.73284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）BN3-1010 7510表5-8 电流互感器LCW-110参数表设备 项目LCW-110产品数据计算数据UeUew110KV110KVIeImax600A347AKdIe ich42.5KA10.9KA(KrIe)21Qd2025KA2S1208.6KA2S表5-9 电流互感器LAJ-10参数表设备 项目LAJ-10产品数据计算数据UeUew10KV10KVIeImax4000A3820AKdIe ich360KA94.1KA(KrIe)21Qd40000 KA2S1470.5 KA2S表5-10 电压互感器参数表位置型号额定电压/(KV)二次绕组精确级额定输出/(VA)110KV侧JCC6-110/测量0.5300保护3P300剩余3P15010KV侧JSJW-1010/0.1测量0.5120保护3P5.4 10KV高压开关柜选取国内当前生产3KV到35KV高压开关柜分为固定式和手车式两类。固定式高压开关柜,涉及断路器室，仪表室，母线室，电缆室。构造简朴，放置合理，占地面积小。手车式高压开关柜。这种系列高压开关柜为单母线接线，封闭室构造，涉及手车室，继电器仪表室，母线室，出线室，小母线室。可防尘和防止小动物侵入导致短路，运营可靠，维护工作少，可用于6-10KV，但占地面积较大。在这里咱们选取GG1A-(F)，GG1A-(F)防误型高压开关柜系固定式具备防误装置高压开关柜，合用于交流50HZ，额定电压3.012KV，额定电流最大至3000A，额定开断电流最大至31.5KA单母线系统中作为接受或分派电能户内成套电高压设备。 本柜柜体宽敞，内部空间大，间隙合理、安全，具备安装、维护以便，运营可靠等特点，主回路方案完整，可以满足各种供配电系统需要。 本柜是GG1A型高压开关柜改进后产品，能满足原电力部提出五防规定。6 配电装置选取6.1高压配电装置选取配电装置整个构造尺寸，是综合考虑设备外型尺寸，检修运送安全距离等因素而决定，对于散露在空气中配电装置，在各种间隔距离中是带电某些对接地某些之间和不同相带电某些之间空间最小安全净距，在这一距离下，无论为最高正常工作电压或浮现内外过电压时，不致使空气间隙击穿。表6-1 屋内配电装置安全净距（mm）符号合用范畴额定电压 （KV）361015203560110J110220JA11、带电某些至接地某些之间2、网状和板状遮栏向上延伸距地2.3m处，与遮栏上方带电某些之间701001251501803005508508501800A21、不同相带电某些之间2、断路器和隔离开关断口两侧带电某些之间751001251501803005509001000B11、栅栏遮栏至带电某些之间2、交叉不同步停电检修无遮栏带电某些之间82585087590093010501300160017002550B2网状遮栏至带电某些之间17520022525028040065095010501900C无遮栏裸导线至地(楼)面之间2375240024252450248026002850315032504100D平行不同步停电检修无遮栏裸导线之间1875190019251950198021002350265027503600E通向屋外出线套管至屋外通道路面4000400040004000400040004500500050005500表6-2 屋外配电装置安全净距（mm）符号合用范畴额定电压 （kv）3101523560110J110220J330J500JA11、带电某些至接地某些之间2、网状遮栏向上延伸距地2.5m处与遮栏上方带电某些之间2003004006509001000180025002800A21、不同相带电某些之间2、断路器和隔离开关断口两侧引线带电某些之间2003004006501000110028004300B11、设备运送时，其外廓至无遮栏带电某些之间2、交叉不同步停电检修无遮栏带电某些之间3、栅状遮栏至绝缘体和带电某些之间4、带电作业时带电某些至接地某些之间95010501150140016501750255032504550B2网状遮栏至带电某些之间30040050075010001100190026003900C1、无遮栏裸导线至地面之间2、无遮栏裸导体至建筑、构筑物顶部之间270028002900310034003500430050007500A值与电极形状、冲击电压波形、过电压及其保护水平和环境条件等因素关于，普通地说，220kv如下配电装置，大气过电压起重要作用，330kv及以上，内过电压起重要作用，采用残压较低避雷器时，A1和A2值可减小，屋内、外装置中各关于某些之间个电压级别，即110KV、10KV依照电力工程电气设计手册规定，110KV采用屋外配电装置，10KV采用屋内配电装置.附录1 短路电流计算以及程序阐明查资料可知，架空线电抗X普通取为0.4/km.选基准： =100MVA =110kv侧:=0.502 KA 10kv侧：=5.499 KA 1.1 110KV高压侧短路计算1.1.1 等值电路图110kv侧即当f1点断路时，等值电路及其简化电路如图1-1附图111.1.2 短路参数计算x0.0514xxxx=xx=x= 经查表得： 短路电流有名值：冲击电流:短路容量：当只有一回进线提供电源时，通过桥连断路器最大持续电流也许值：当由一台变压器给负荷供电时通过变压器高压侧最大持续电流也许值：比较可知：通过变压器高压侧最大持续电流: 1.2 110KV高压侧短路计算1.2.1 等值电路图在10KV侧母线发生短路即f2短路时，等值电路及其简化电路如图1-3附图131.2.2短路参数计算 短路电流有名值：冲击电流:最大持续电流：当由一台变压器给负荷供电时低压侧最大持续电流也许值：比较可知：通过变压器低压侧最大持续电流：短路容量：附录2 电气设备选取110KV