110KV变电站电气一次初步设计 毕业设计.doc

第 1 页 共 45 页 摘 要 电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接 使用的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可少的动 力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。电力工业的发展必 须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。 本次设计任务为 110KV 变电站电气一次初步设计。其内容包括设计原始资料，主变的选 择，电气主接线的选择，短路电流的计算，电气设备的选择，配电装置的结构型式，站用电 源的选择，防雷保护，接地装置的说明，无功补偿。 关键词：变电站；负荷；主变；主接线；短路电流 第 2 页 共 45 页 Abstract The power industry is an important sector of the national economy, which is responsible for the energy provided by nature for people to be directly converted into electrical energy used in the industry. It is the modern industry, modern agriculture, modern science and technology and to provide essential modern defense force, again, and the daily lives of the masses is closely related. Electricity is the industry's first. Development of power industry must take precedence over other industrial sectors, the entire national economy can continue to move forward. This design task for 110KV substation electrical a preliminary design. Its content includes the original design data, the main choice of change, the main electrical wiring, short-circuit current calculation, electrical equipment choice, structure of power distribution device, station selection of power supply, lightning protection, grounding device, no power compensation. Keywords: substation; load; transformer; main connection; short circuit current 第 3 页 共 45 页 目 录 第一章 原始资料 .4 1.1 环境条件 4 1.2 电力系统情况 4 第二章 主变压器的选择 .6 第二章 主变压器的选择 .6 2.1 负荷分析 6 2.2 主变台数的确定 .7 2.3 主变容量的确定 .7 2.4 主变相数选择 .7 2.5 主变绕组数选择 .7 2.6 主变绕组连接方式 .8 2.7 所用变选择 9 第三章 电气主接线的选择 .10 3.1 电气主接线概述 10 3.2 110KV 侧主接线的设计 11 3.3 35KV 侧主接线的设计 12 3.4 10KV 侧主接线的设计 13 3.5 主接线方案的最终确定 .14 第四章 短路电流的计算 .16 4.1 短路电流计算的目的及规定 .16 4.2 短路电流的计算 .16 第五章 主要电气设备的选择 .22 5.1 电气设备选择概述 .22 5.2 110KV 侧断路器隔离开关的选择 23 5.3 35KV 侧断路器隔离开关的选择 25 5.4 10KV 断路器隔离开关的选择 28 5.5 电流互感器的选择 .30 5.6 电压互感器的选择 .35 5.7 10KV 侧熔断器的选择 36 第六章 防雷保护和接地装置 .38 6.1 变电所的保护对象 .38 6.2 电工装置的防雷措施 .38 6.3 本设计的防雷保护方案 .40 6.4 接地装置 .42 结 论 .43 致 谢 .44 参考文献 .45 第 4 页 共 45 页 第一章 原始资料 1.1 环境条件 （1）变电站地处坡地 （2）土壤电阻率 =1.79*10000/cm2 （3）温度最高平均气温+33，年最高气温 40，土壤温度+15 （4）海拔 1500m （5）污染程度：轻级 （6）年雷暴日数：40 日/年 1.2 电力系统情况 （1）系统供电到 110kV 母线上，35KV、10kV 侧无电源，系统阻抗归算到 110kV 侧母线上 UB=Uav SB=110MVA 系统 110kV 侧参数 X110max=0.0765，X110min=0.162 （2）110kV 最终两回进线四回出线，每回负荷为 45MVA，本期工程两回进线，两回出线。 （3）35kV 侧最终四回出线，全部本期完成，其中两回为双回路供杆输电 Tmax=4500h，负荷 同时率为 0.85 （4）10kV 出线最终 10 回，本期 8 回 Tmax=4500 h，负荷同时率 0.85，最小负荷为最大负荷 的 70%，备用回路 3 MW，6 MW，cos=0.85 计算 （5）负荷增长率为 2% 第 5 页 共 45 页 电压 等级 回路 名称 近期最大负 荷（MW） 功率因数 cos 回路数 线路长度 （km） 供电方式 1# 12 0.85 1 25 双回共杆 2# 10 0.85 1 25 双回共杆 3# 20 0.85 1 23 单回架空 35KV 4# 10 0.85 1 19 单回架空 1 3 0.85 1 5 架空 2 4 0.85 1 4 架空 3 2 0.80 1 6 架空 4 3 0.80 1 5 电缆 5 3 0.85 1 3 电缆 6 2 0.80 1 7 电缆 7 4 0.80 1 6 电缆 10KV 8 2 0.85 1 8 电缆 第 6 页 共 45 页 第二章 主变压器的选择 2.1 负荷分析 2.1.1 负荷分类及定义 一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、 经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。 二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量 产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有 困难时（如边远地区） ，允许有一回专用架空线路供电。 三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长 时间停电，可用单回线路供电。 2.1.2 35KV 及 10KV 各侧负荷的大小 35KV 侧： P1=12+10+20+10=52MW Q1=12×0.62+10×0.62+20×0.62+10×0.62=32.24MVar S1=（522+32.242）1/2 =61.18 MVA 10KV 侧： P2=3+4+2+3+3+2+4+2+3+6=32MW Q2=3×0.62+4×0.62+2×0.75+3×0.75+3×0.62+2×0.75+4×0.75+2×0.62+3×0.62 +6×0.62=21.27MVar S2=（322+21.272）1/2 =38.42 MVA P=52+32=84 MW ，Q=32.24+21.27=53.51 MVar S=（842+53.512）1/2=99.60 MVA 考虑同时系数时的容量： S=99.60×0.85=84.66 MVA 考虑到 2%的负荷增长率时的容量： S=84.66×1.02=86.353MVA 第 7 页 共 45 页 2.2 主变台数的确定 对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台 主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，因此选择 2 台变压器即可满足负荷的要求。 2.3 主变容量的确定 主变压器容量一般按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择，并适当考虑 到远期 10-20 年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电 所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内， 应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量 应能保证全部负荷的 70-80。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为： S=S×0.7=86.353×0.7=60.447MVA 所以应选容量为 63MVA 的主变压器 2.4 主变相数选择 主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因 素。 当不受运输条件限制时，在 330KV 及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社 会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程 可知，此变电所的主变应采用三相变压器。 2.5 主变绕组数选择 在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的 15以 上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压 器。 根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值： 高压侧：K1=(52+32) ×0.8/63=1.070.15 第 8 页 共 45 页 中压侧：K2=52×0.8/63=0.660.15 低压侧：K3=32×0.8/63=0.410.15 由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。 2.6 主变绕组连接方式 变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组 连接方式只有 y 和，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。 我国 110KV 及以上电压，变压器绕组都采用变压器绕组都采 Y0 连接；35KV 亦采用 Y 连 接，其中性点多通过消弧线接地。35KV 及以下电压，变压器绕组都采用连接。 有以上知，此变电站 110KV 侧采用 Y0 接线 35KV 侧采用 Y 连接，10KV 侧采用接线 主变中性点的接地方式： 选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压 水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和 发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧 线圈接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。电力网 中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。 35KV 系统，ICImax=661.33A 开断电流选择：INbrI=7.22KA (d1 点短路电流) 在本设计中 110KV 侧断路器采用 SF6 高压断路器，因为与传统的断路器相比 SF6 高压断路器 具有安全可靠，开断性能好，结构简单，尺寸小，质量轻，操作噪音小，检修维护方便等优 点，已在电力系统的各电压等级得到广泛的应用。 110KV 的配电装置是户外式，所以断路器也采用户外式。 采用 LW11-110II 型号的断路器。其技术参数如下： 极限通过 电流 KA 热稳定电 流 KA 断路器型号 额定电 压 KV 额定电 流 A 最高 工作 电压 KV 额定 断流 容量 KA 峰值 3S 固有分 闸时间 S LW11-110II 110 3150 126 31.5 100 40 0.03 热稳定校验：It2t Qk It2t=402 ×3=4800（KA）2S 电弧持续时间取 0.04S，热稳定时间为：tk =0.15+0.03+0.04=0.22 Qk 满足热稳定校验 第 24 页 共 45 页 动稳定校验： ies=100KAish =18.41KA 满足动稳定校验，因此所选断路器合适。 具体参数如下表： 计算数据 LW11-110II UNs 110KV UN 110KV Imax 661.33A IN 3150A I 7.22KA INbr 31.5KA ish 18.41KA ies 100KA Qk 18.04（KA）2s It2t 402 ×3=4800 （KA）2s 5.2.2 主变压器侧断路器的选择 Imax =(1.05×SN )/( ×UN)=(1.05×63000)/( ×110)=347.20 (A)33 额定电压选择：UNUNs=110KV，额定电流选择：INImax=347.20A 开断电流选择：INbrI=7.22KA (d4 点短路电流) 由上表可知 LW11-110II 满足主变侧断路器的选择，其动稳定、热稳定计算与母联侧相 同 5.2.3 进线侧隔离开关、母联断路器隔离开关的选择 额定电压选择：UNUNs=110KV 额定电流选择：INImax=661.33A 极限通过电流选择：iesish=18.41KA(d1 点短路电流) 选用 GW4-110D 型隔离开关，其技术参数如下： 极限通过 电流 KA 热稳定 电流 KA 隔离开关 型号 额定 电压 KV 额定 电流 A 峰值 4S GW4-110D 110 1000 62.5 25 热稳定校验：It2tQk 第 25 页 共 45 页 It2t=252×4=2500 Qk =14.08（KA）2S 动稳定校验： ies=62.5KAish =18.41KA 满足动稳定和热稳定要求 具体参数如下表： 计算数据 GW4-110D UNs 110KV UN 110KV Imax 661.33A IN 1000A Qk 14.08（KA）2S It2t 252×4=2500 （KA）2S ish 18.41KA ies 62.5KA 5.2.4 主变压器侧隔离开关的选择 额定电压选择：UNUNs=110KV 额定电流选择：INImax=347.20A 极限通过电流选择：iesish=18.41KA(d4 点短路电流) 由上表可知 GW4-110D 同样满足主变侧隔离开关的选择。 其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。 5.3 35KV 侧断路器隔离开关的选择 5.3.1 出线侧断路器、母联断路器的选择 流过断路器的最大持续工作电流 Imax =(2×SN )/( ×UN)=(2×63000)/( ×35)=2078.46(A)33 额定电压选择：UNUNs=35KV 额定电流选择：INImax=2078.46A 开断电流选择：INbrI=7.64KA (d2 点短路电流) 选用 SW4-35I 型断路器，其技术参数如下： 第 26 页 共 45 页 极限通过 电流 KA 热稳定电 流 KA 断路器型 号 额定电 压 KV 额定电 流 A 最高工作 电压 KV 额定断 流容量 KA 峰值 4S 固有分 闸时间 S SW4-35I 35 1250 40.5 16 40 16 0.08 热稳定校验：It2t Qk It2t=162×4=1024（KA）2S 电弧持续时间取 0.04S，热稳定时间为：tk =0.15+0.08+0.06=0.29 Qk 满足热稳定校验 动稳定校验： ies=40KAish =19.48KA 满足动稳定校验，因此所选断路器合适。 具体参数如下表： 计算数据 SW4-35I UNs 35KV UN 35KV Imax 2078.46A IN 1250A I 7.64KA INbr 16KA ish 19.48KA ies 40KA Qk 19.85 （KA）2s It2t 162×4=1024 （KA）2s 5.3.2 主变压器侧断路器的选择 Imax =(1.05×SN )/( ×UN)=(1.05×63000)/( ×35)=1091.19(A)33 第 27 页 共 45 页 额定电压选择：UNUNs=35KV 额定电流选择：INImax=1091.19A 开断电流选择：INbrI=6.12KA (d5 点短路电流) 由上表可知 SW4-35I 同样满足主变侧断路器的选择。 其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。 5.3.3 出线侧隔离开关、母联断路器隔离开关的选择 Imax =(2×SN )/( ×UN)=(2×63000)/( ×35)= 2078.46 (A)33 额定电压选择：UNUNs=35KV 额定电流选择：INImax=2078.46A 极限通过电流选择：iesish=19.48KA (d2 点短路电流) 选用 GW4-35DW 型隔离开关，其技术参数如下： 极限通过电流 KA 热稳定电流 KA隔离开关型号 额定电压 KV 额定电流 A 峰值 4S GW4-35DW 35 1250 63 31.5 热稳定校验：It2t Qk It2t=31.52×4=3969 Qk=19.85（KA）2S 动稳定校验： ies=63KAish =19.48KA 满足动稳定和热稳定要求 具体参数如下表： 计算数据 GW4-35DW UNs 35KV UN 35KV Imax 2078.46A IN 1250A Qk 19.85（KA）2S It2t 31.52×4=3969 （KA）2S ish 19.48KA ies 62.5KA 第 28 页 共 45 页 5.3.4 主变压器侧隔离开关的选择 Imax =(1.05×SN )/( ×UN)=(1.05×63000)/( ×35)=1091.19(A)33 额定电压选择：UNUNs=35KV 额定电流选择：INImax=1091.19A 极限通过电流选择：iesish=15.61KA(d5 点短路电流) 由上表可知 GW4-35DW 同样满足主变侧隔离开关的选择。 其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。 5.4 10KV 断路器隔离开关的选择 5.4.1 出线侧断路器、母联断路器的选择 限流后 I=20KA，ish =2.55×20=51KA 流过断路器的最大工作电流为： Imax =(2×S2 )/( ×UN)=(2×38420)/( ×10)=4436.36(A)33 额定电压选择：UNUNs=10KV 额定电流选择：INImax=4436.36A 开断电流选择：INbrI=20KA (加装限流电抗器后 d3 点短路电流) 选择 SN410G/5000 型断路器，其技术参数如下表： 极限通过 电流 KA 热稳定 电流 KA 断路器 型号 额定 电压 KV 额定 电流 A 断流 容量 MVA 额定 断流 容量 KA 峰值 4S 固有分 闸时间 S SW4-10G/5000 10 5000 1800 105 300 120 0.15 热稳定校验 It2t=1202×4=57600 （KA）2S 设后备保护时间为 2S，灭弧时间为 0.06S tk =2+0.15+0.06=2.21S1S，因此不计短路电流的非周期分量 第 29 页 共 45 页 =2.21×(12×202)/12=884 （KA）2S It2t Qk ，因此所选断路器满足热稳定要求 动稳定校验： ies =300KAish=51 KA，满足动稳定要求 因此，所选断路器合适 具体参数如下： 计算数据 SN4-10G/5000 UNs 10KV UN 10KV Imax 4436.36A IN 5000A I 20KA INbr 105KA QK 884 （KA）2s It2t 1202×4=57600 （KA）2s ish 51KA ies 300KA 5.4.2 主变压器侧断路器的选择 Imax =(1.05×S2 )/( ×UN)=(1.05×38420)/( ×10)=2329.09(A)33 额定电压选择：UNUNs=10KV 额定电流选择：INImax=2329.09A 开断电流选择：INbrI=29.82KA (d6 点短路电流) 由上表可知 SW4-10G/5000 同样满足主变侧断路器的选择。 其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。 5.4.3 出线侧隔离开关、母联断路器隔离开关的选择 Imax =(2×S2)/( ×UN)=(2×38420)/( ×10)= 4436.36 (A)33 额定电压选择：UNUNs=10KV 额定电流选择：INImax=4436.36A 极限通过电流选择：iesish=91.77KA (加装限流电抗器后 d3 点短路电流) 选用 GN1010T/5000200 型隔离开关，其技术参数如下： 第 30 页 共 45 页 极限通过电流 KA 热稳定电流 KA 隔离开关型号 额定电压 KV 额定电流 A 峰值 5S GN10-110T/5000-200 10 5000 200 100 热稳定校验：It2t Qk It2t=1002×5=50000（KA）2s 所以，It2t Qk= 884 （KA）2s，满足热稳校验 动稳定校验： ies=200kAish=51kA，满足校验要求 因此，所选隔离开关合适 具体参数如下表： 计算数据 GN10-10T/5000-200 UNs 10KV UN 10KV Imax 4436.36A IN 5000A QK 884 （KA）2S It2t 1002×5=50000（KA）2S ish 51KA ies 200KA 5.4.4 主变压器侧隔离开关的选择 Imax =(1.05×S2)/( ×UN)=(1.05×38420)/( ×10)= 2329.09 (A)33 额定电压选择：UNUNs=10KV 额定电流选择：INImax=2329.09A 极限通过电流选择：iesish=76.04KA(d6 点短路电流) 由上表可知 GN10-10T/5000-200 同样满足主变侧隔离开关的选择。 其动稳定、热稳定计算与母联侧相同。 5.5 电流互感器的选择 电流互感器的选择和配置应按下列条件： 型式：电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。对于 620KV 屋内配电装置， 可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于 35KV 及以上配电装置，一般采