1、电力系统分析课程报告题目：IlOKV变电站设计专业：学号：一学生姓名：指导老师：目录摘要31.变电站发展的历史与现状41.2设计背景52变电站负荷计算和无功补偿的计算72.1 变电站的负荷计算72.2 无功补偿的目的83元件的选择93.1 变压器的选择93.2 高压断路器的选择103.3 高压隔离开关的选择113.4 配电设备及保护设备的选择124.主接线的方案与分析184.1 单母线184.2 单母线分段接线194.3 电气主接线的确定195.短路电流的计算205.1 短路计算206变电站二次回路方案的确定236.1 二次回路的定义和分类236.2 二次回路的操作电源246.3 电气测量仪表
2、及测量回路247.总结26附录28IloKV变电站设计摘要随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。IIOKV变电
3、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。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
4、新技术领域得到了充分的发展。关键词：变电站、负荷、输电系统、配电系统1 .变电站发展的历史与现状1.1 概况变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足现代电力系统管理模式的需求；而且随着社会经济的发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应。建国以来，我国的电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一不提高，电网自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化以具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重
5、要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一,也是满足现代化供用电的实时，可靠，安全，经济运行管理的需要，更是电力系统自动化EMS和DMS的基础。变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等）利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和调节的一种综合性的自动化系统。它是变电站的一种现代化技术装备，是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用，它可以收集较齐全的数据和信息。它具有功能综合化、，设备、操作、监视微机化，结构
6、分布分层化，通信网络光缆化及运输管理智能化等特征。变电站的综合自动化为变电站小型化、智能化、扩大监视范围及变电站的安全、可靠、优质、经济地运行提供了现代化手段和基础保证。1.2 设计背景本地区的供电系统是主要由水电供电，即使在最枯的月份，系统供电也能满足本地区的负荷需要。建站模式：(1)变电站类型：11OkV变电工程(2)主变台数：两台(3)电压等级：Ilokv、35kvIOkv(4)出线回数和传输容量IlOkv出线4回：本变一-A地BOOOkw5.5km1.GJ-120本变一.一系统13000kw70km1.GJ-120本变一-B地BOOOkw30km1.GJ-120备用一回35kv出线6回
7、本变一.-A地5000kw5.5km1.GJ-95本变一-C地5000kw10km1.GJ-95本变一-D地100OOkw12km1.GJ-95（两回）备用两回IOkv出线10回：本变一-E地250OkW5.5km1.GJ-95本变一-F地2000kw70km1.GJ-95（两回）本变一-G地2000kw30km1.GJ-95本变一-H地2500kw5.5km1.GJ-95本变一-I地150OkW70km1.GJ-95本变一-J地1500kw30km1.GJ-95备用三回(5)站用电站用电计算功率为98kwo(6)无功补偿配置2台容量为4.8MVar并联电容器组。(7环境条件站址在城郊，此地
8、地势平坦，海拔500m,站址标高高于50年一遇洪水水位和历史最高内涝水位。平均温度为25,最高气温为39,最低气温为零下100Co土壤电阻率50Qm,交通方便，水源充足。短路阻抗系统作无穷大电源考虑：。*2=5*m二02 .变电站负荷计算和无功补偿的计算2.1 变电站的负荷计算各组负荷的计算：(1) IlOKV出线的负荷计算1.有功功率P=P=13000x3=39000KW2.无功功率Q=P*tg=390000.62=24180KVAR3.视在功率S=45888KVA(2)35k，出线负荷计算:1.有功功率P=P=50002+10000x2=30000KW2.无功功率Q=pxtg（I）=300
9、00*0.62=18600KVR3.视在功率S=+0=35298KVA(3)10KV出线负荷计算1.有功功率P=P=2500x2+2000x2+15002=l2000KW2.无功功率Q=Pxtg=12000X0.62=7440KVR3.视在功率S=P=14120KVA式中：P:每组设备容量之和，单位为KW;COS=0.85,:功率因数。(4)总负荷的计算：1.有功功率P=P=3900030000+l2000+98=81098KW2.无功功率Q=Q=24180+18600+7440=50220KVAR3.视在功率S=VZ=95388KVA2.2 无功补偿的目的电力系统中的无功功率就是要使系统中无
10、功电源所发出的无功功率与系统的无功负荷及网络中的无功损耗相平衡;按系统供电负荷的功率因数达到0.95考虑无功功率平衡。无功补偿的目的是系统功率因数低，降低了发电机和变压器的出力，增加了输电线路的损耗和电压损失，这一些原因是电力系统基本的常识，在这里不多作特别的说明。电力系统要求用户的功率因数不低于09(本次设计要求功率因为为0.95以上)，因此，必须采取措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设电容器补偿无功。(1)无功补偿的计算1 .计算考虑主变损耗后的自然因数Cosl:Pl=P+PbQl=Q+QbCosl=Pl八匕+；2 .取定补偿以后的功率因数：COS2为0.95:3 .计
11、算补偿电容器的容量：Qc=KlP(tgl+tg2)式中：Kl=O.80.94 .计算补偿电容器的个数：Nc=Qc/qc式中：qc单个电容器的容量，单位kavr。按照3的整数倍取定补偿器的个数Ncs,然后计算出实际的补偿容量：Qcs=NcSXqC5 .计算补偿以后实际的功率因数，补偿后实际的功率因数大于09为合理Cos2=P八(,+J10KV:COSl0.9.选CoSS=O.9来考虑:P=81098KWS=810980.90=9001OKVAQ=9001OXtgl=l9000Kvar110KV:COS20.85.COS2=0.85来考虑;P=81098KWS=810980.85=95294KVA
12、Q=95294tg2=31110Kvar故主接线采用两台高压并联补偿电容器，每台主变安装一台。电容器组的额定容量：4.8Mvar,单Y接线。3 .元件的选择3.1 变压器的选择为了保证每年电容按10%的增长，并在10年内能满足要求，并按下例方案进行综合考虑：1 .明备用方式，即2台主变压器的容量都满足要求，任何情况下都只有1台运行，两台主变压器互相备用。2 .暗备用方式，即2台主变压器的容量之和满足要求。正常情况下两台主变运行，故障情况下一台运行，因此，每台变压器的容量应满足安全用电的要求,即负荷的供电，一般要求能满足全部负荷的70%-80%。p=70%x81098=56768.6KWS=56
13、768.6+0.8=70960.75KVA表3.1主变压器的选择额定容量电压组合及分接范围联接组标号短路损耗KW高中/高低/中低空载损耗KW空裁电流(%)变压器型号短路电压(%)KVA高压KV中压KV低压KV高中/高低/中低8000011051.25%38.52X5%10.5YN,dl127/83/1914.21.26SFSll-8000/11017.5/10.5/6.53.2 高压断路器的选择高压断路器除在正常情况下通断电路外，主要是在发生故障时，自动而快速的将故障切除，以保证设备的安全运行。常用的高压断路器有油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器。(1) .高压断路器的主要参数：额定电压：是
14、指断路器正常工作时的线电压；额定电流：是指环境温度在40度时，断路器允许长期通过的最大工作电流；额定断开电流：它是断路器开断能力的标志，其大小与灭弧室的结构和介质有关；额定开断容量：开断能力常用断流容量表示，；热稳定电流：热稳定电流是表示断路器能随短路电流热效应的能力；动稳定电流或极限通过电流：表示能承受短路电流所产生的电动力的能力；断路器的分、合闸时间：表示断路器的动作速度。(2)选择时，除按一般原则选择外，由于断路器还有切断短路电流，因而必须校验短路容量，热稳定性及动稳定性等各项指标。按工作环境选择:选择户外或户内，若工作条件特殊,还需要选择特殊型式；按额定电压选择：应该大于或等于所在电网
15、的额定电压，即：U、u按额定电流选择：应该等于或大于负载的长时最大工作电流，即：校验高压断路器的热稳定性：It2t1002tima;校验高压断路器的动稳定性：心、2。；校验高压断路器的断流容量(或开断电流)：熔断断流容量按SS.校验；根据上述分析并查资料：断路器选择SF6IlOW型高压六氟化硫断路器；3.3 高压隔离开关的选择(1) .高压隔离开关的作用：高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备。(2) .形式结构：高压隔离开关一般有底座、支柱绝缘子、导电刀闸、动触头、静触头、传动机构等组成。一般配有独立
16、的电动或手动操动机构，单相或三相操动。高压隔离开关主刀闸与接地刀闸间一般都设有机械连锁装置，确保两者之间操作顺序正确。各类高压隔离开关、接地开关根据不同的安装场所有各种不同的安装方式(3) .选择条件：海拔高度不大于100o米为普通型，海拔高度大于100o米为高原型；地震烈度不超过8度；环境温度不高于+400C,户内产品环境温度不低于-100C,户外产品环境温度不低于-300C;户内产品空气相对湿度在+25OC时其日平均值不大于95%,月平均值不大于90%（有些产品要求空气相对湿度不大于85%）;户外产品的覆冰厚度分为5毫米和10毫米；户内产品周围空气不受腐蚀性或可燃气体、水蒸气的显著污秽的污
17、染，无经常性的剧烈震动。户外产品的使用环境为普通型，用于I级污秽区，防污型用于口级（中污型）、In级（重污型）污秽区。根据设计条件，选择户外型高压隔离开关，它可用于户外有电压无负载时切断或闭合6-500KV电压等级的电气线路。户外型高压隔离开关一般由底座、支柱绝缘子、主刀闸、接地刀闸、动触头和操动机构等组成，单相或三相连联动进行操作。户外隔离开关可安装在户外支架或支柱上，也可安装在户内。根据上述条件和要求并查表有：11OKV侧的高压隔离开关选择GW4-11OIID型；35KV、IOKV侧的高压隔离开关选择GWl3-63D型高压隔离开关的选择3.4 配电设备及保护设备的选择1 .断路器、隔离开关
18、熔断器的选择方法与高压侧的相同2 .电流互感器的选择电流互感器是一次电路与二次电路间的连接元件，用以分别向测量仪表和继电器的电压线圈与电流线圈供电。电流互感器一次侧匝数少，串接在主电路中，二次线圈与负载的电流线圈串联，接近短路状态。电流互感器的选择条件：(1) .额定电压大于或等于电网电压：UtNu.(2) .原边额定电压大于或等于长时最大工作电流：w(1.2-i.(3) .二次侧总容量应不小于该精度等级所规定的额定容量：SlNNST1.(4) .校验：内部动稳定按孙心：电流互感器额定一次电流；.动稳定倍数(KJN-外部动稳定按：表3.2电流互感器额定电压因数标准值额定电压因数额定时间初级绕
19、组接地法和系统接地方式1.2连续任一网络中相与相间1.2连续中性点有效接地系统中相与地间1.530s1.2连续带自动切除接地故障的中性点非有效接地系统中相与间1.930s1.2连续中性点非有效接地系统中相与地间1.98h根据上述选择条件并查表有：IlOKV侧的电流互感器选择DP-1.DJl23KV,附放电记录器隔离开关GN30-10D/1250A一组；附带电显示装置一组。固定式封闭开关柜XGN2-12Z(Q)-131:开关柜额定电流3150A。内装：三相电流互感器1.MZB3-10Q3000/1/1A10P250.5;15VA/10P25;15VAO.5其中O.5S级带中间抽头，隔离开关GN3
20、0-10/3150A一组。附带电显示装置一组，用于母线分段隔离。固定式封闭开关柜XGN2-12Z(Q)-126:开关柜额定电流3150A。内装：真空开关，ZN28-12Q,3150A,40KA,配CT19III型弹簧操动机构；分合闸直流IlOV,隔离开关GN30103150A一组。附带电显示装置一组，用于母线分段断路器。4 .主接线的方案与分析4.1 单母线1 .优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置；2 .缺点：不够灵活可靠，任一元件(母线及母线隔离开关等)故障检修，均需要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离
21、开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。3 .适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：6IlOKV配电装置的出线回路数不超过6回；3563KV配电装置的回线数不超过3回；110220KV配电装置的出线回路数不超过2回。4.2 单母线分段接线1.优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路自动将故障段切断，保障正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。2 .缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均等扩建
22、3 .适用范围：610KV配电装置出线回路数为6及以上时；3563KV配电装置出线回路数为48回时；110220KV配电装置出线回路数为34回时。4.3电气主接线的确定采用单母线分段的接线：单母线分段是借助于3D1.,进行分段，当母线故障时，经倒闸操作可切除故障段，保证其它段继续运行，当母线检修可分段进行，这能始终保证一台主变的供电，当进线电源一回发生故障，通过倒闸操作可保证两台主变的供电，单母线分段的结线可以作分段运行，也可做并列运行，采用分段运行时，各段相当于单母线运行状态，各段母线所带的主变压器是分列进行，互不影响任一母线故障或检修时，仅停止该段母线所带变压器的供电，两段母线同时故障的
23、机率很小，可以不予考虑，采用并列运行时，电源检修无需母线停电，只需断开电源的断路器及其隔离开关就能保证两台主变压器的供电，对本站HOKV两回供电（小于4回路）较为适合。该设计的电气主接线:IlOKV采用线路变压器组接线，进线侧设断路器；IOKV和35KV接线为单母线分段接线，#1主变IOKV侧单臂出IOKV、35kV母线，无功补偿电容器组1组；#2主变IoKV、35KV双臂各出一段IOKV母线，无功补偿电容器1组。在IlOKV两条进线的A相上各装设一台电容式电压互感器供二次闭锁采压用。主变压器IlOKV侧中性点采用避雷器保护，并可经隔离开关接地。供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和
24、生活的正常进行。但是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。5.短路电流的计算进行计算的物理量，不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，这种计算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是：某量的标幺值二该量的实际值（任意单位）/该量的标准值（与实际值同单位）所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度，用标幺值表示的物理量是没有单位的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线路，为了求出电源至短路点电抗标幺值，需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值。5.1短路计算变压器通常给出短路电压百分数AUA%,得looIsJ1.本设计选SB=100MVA取Ubi=35KV则IBI=Io0/(
25、石X35)=1.65取Ub2=10KV则=100(6X10)=5.78取Ub3=IIOKV则3=1。/(6XIIO)=0.53计算各元件的阻抗标幺值1.llOKV线路母线短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量“%100*=UM)XO=0.21,=0.05+0.21=0.26,w=0.1+0.21=0.31最大运行方式下：=1i=3.85J/”=3.850.53=1.08KAz“=2.55*1.08=2.76KA晨&二1.51x1.08=1.63KA3=1.63x100=163MVA最小运行方式下：/=1X产=3.231.=3.230.53=1.712、35KV线路母线短路电流的周期分量，冲击电
26、流及短路容量If%100XTy*=100KO=0.13xl=0.05+0.13=0.18x,w=0.1+0.13=0.23最大运行方式下：/YuW/“二1/人Zl=5.56J/“=5.56x1.65=9.17KAJvM=2.55*9.17=23.38KAw=1.51x1.08=13.85KA3S“=13.85X100=1385MVA最小运行方式下：/.=1X严=4,351.=4.35x1.65=7.173、IOKV线路母线短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量“%100XTY*=00XU=0.08YM,=0.05+0.08=0.13Xy,=0.1+0.08=0.18最大运行方式下：ly=,=1
27、2.5w=5.78x12.5=72.25KA=2.55x72.25=184.23KAI也3=1.51*1.08=109.10KA最小运行方式下:/yX严=5.56/-=5.56X5.78=32.11KASW=32.1lx100=3211MVA表5.1.短路电流计算结果表短路点短路容量Sd(MVA)短路电流周期分量(有效值)Id(KA)短路冲击电流(有效值)Ish(KA)短路冲击电流(峰值)ish(IV)HoKV侧1633.851.632.7635KV侧13859.1723.3838.298IOKIV侧321112.5109.10184.236变电站二次回路方案的确定6.1 二次回路的定义和分类
28、二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护装置、自动装置和运动装置等。根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备互相连接关系的电路，称为二次接线或二次回路。按二次接线的性质来分，有交流回路和直流回路，按二次接线的用途来分,有操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等。6.2 二次回路的操作电源操作电源：操作电源主要指供指示信号、继电保护和自动装置工作以及断路器跳合闸的操作电源。继电保护装置的操作电源要求非常的可靠，以期在故障情况下，装置能可靠的动作。工厂供电系统中所采用的操作电源有三种：由蓄电池供电的直流电源，整流电源和交流电源。交流电
29、源可以从所用变压器或仪用互感器取得：(1)由所得变压器取得(2)用仪用互感器作交流操作电源直流系统：全站设一套直流系统，用于站内一、二次设备、通信及自动化系统的供电直流系统电压为IlOV,容量为200Ah(两台主变)，全所事故停电按2小时考虑。直流系统采用单母线分段接线，设分段开关，每段母线各带一套充电装置和一组蓄电池组，充电装置采用高频开关电源，蓄电池采用阀控式密封铅酸电池，放置方式采用蓄电池屏。每套系统设一套微机型绝缘监控装置和蓄电池容量检测仪，直流系统应具有智能化功能并能与站内自动化系统通信。直流系统采用混合式供电方式。IlOKV部分采用放射型供电。IOKV母线则按分段情况设置。6.3
30、电气测量仪表及测量回路(1)电气测量的任务与要求为了监视供电系统的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行，在变配电装置中必须装设一定数量的电气测量仪表。对电气测量仪表，要保证其测量范围和准确度满足变配电设备运行监视和计量的要求，并力求外形美观，便于观测，经济耐用等。具体要求可参照GBJ63-90电力装置的电测量仪表装置设计规范。为了安全和标准化小型化，电气测量仪表一般通过电流互感器和电压互感器接入一次系统中，因此，其测量范围和准确度还需和互感器相配套。互感器的准确度等级应比测量仪表高一级，如1.O级的测量仪表应配置不低于05级的互感器，0.5级的专用计量
31、电能表应配置不低于0.2级的互感器。电流互感器变比的选择,宜满足装置回路最大负荷运行时，仪表的指示在满量程的的70%IO0%处。(2)电气测量仪表的配置供电系统变配电装置中各部分仪表的配置要求如下：3511010.5kV电力变压器，应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各1只，装在变压器哪一侧视具体情况而定。2)1OkV进线，应装设1只电流表。由树干式线路供电的或由公用电网供电的变电所，还应再装设有功电能表和无功电能表各一只。供电部门计费用的电能表装设在专用的计量柜中。(3) IOkV母线(每段母线)上，必须装设1只电压表测量线电压。在中性点非有效接地的系统中，1OkV配
32、电所的每段母线上还应装设绝缘监视装置，并装设3只电压表测量相对地电压以判断哪一相发生接地。(4) IokV母线联络柜上，应装设1只电流表。(5) 100.4kV配电变压器，应装设电流表、有功电能表各1只，如为单独经济核算单位的变压器，还应再装设1只无功电能表。(6) IOkV出线，应装设电流表、有功电能表各1只，如为单独经济核算单位的线路，还应再装设1只无功电能表。7.总结设计的时候，画原理图经常会连错线，元件的位置摆放得不好，有一些元件不会画等等这次的设计,时间短、内容多。我经过了从收集资料、设计、绘图的整个过程。时间既充实又紧张。设计过程中，我获得了综合运用过去所学过的大部分课程进行设计的
33、基本能力。变电站设计是一个思维创造与运用的过程，在这个过程中，我做到了学以致用，使设计思维在设计中得到锻炼和发展。在相关资料的帮助下，能结合自己的思路去设计。在设计期间，自己动手查阅了大量的资料，一方面，充分地检验自己的设计能力，丰富了自己在电气设计特别是变电站设计方面的知识，为自己将来从事该专业工作打下了坚实的基础；另一方面，使我体会到搞设计或科研需要具备严谨求实、一丝不苟和勇于献身的精神。这次的设计，我最大的收获就是学到了变电站的设计步骤与方法，还有学会了如何使用资料。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，设计虽然完成了，但我只是掌握了变电站设计中很少的一部分知识，还有很多深奥的专业知识等着
34、我们去挖掘、去探索、去学习。我也将会在今后的工作学习中不断充实自己，不断完善自己的专业知识，为自身的发展打下坚实的基础。由于所学知识和时间有限，加上缺乏实践经验，在设计过程中难免出现错误，敬请各位专家和老师批评指正。在设计期间，指导老师给了我悉心指导，帮我解决了很多技术困难，使我能顺利完成设计任务，圆满结束四年的大学学习生活，在此表示衷心的感谢!参考文献1于永源,杨绮雯.电力系统分析M.北京:中国电力出版社,2006.2温步瀛.电力工程基础IMJ.北京:中国电力出版社,2003.3都洪基.电力系统机电保护原理M东南大学出版社,2004.4张云杰.ActuCAD2010教材M.北京:清华大学出版社,2006.附录
