变电站设计项目设计方案

'变电站设计项目第1章电力系统及变电站概述1.1电力系统概述随着社会、经济和科学的发展，电能被越来越广泛的应用于工农也生产以及人民的日常生活中。电能可以方便的转化为其它形式的能源，并且电能的分配和输送易于实现，可以输送到需要它的工作场合和生活场合。为了安全、经济地发供电，满足国民经济和人民生活的需要，由发电机、变压器、输配电线路和电力用户的电器装置连接而成的整体，它完成了发电、输电、变电、配电、用电的任务，这就是电力系统。电力系统加上热力发电厂中的热能动力装置、热能用户和水电厂的水能动力装置，也就是加上锅炉、汽轮机、水库、水轮机以及原子能发电厂的反应堆等，称为动力系统。电力系统中各种电压的变电站及输配电线路组成的统一体，称为电力网。1.2变电站概述变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的场所，是发电厂和用户联系的中间环节。变电站按照其升降电压的不同分为升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站是为了减少电能在运输过程中的损耗，将发电厂发出的电升压后输送到远方，这种变电站通常与发电厂联系在一起；降压变电站与负荷中心比较靠近，将高压电通过变压器转变为适合的低压电。总的来说变电站内的总体布置合理，便于设备的操作、搬运、检修和巡视，当然也要便于未来的扩建性。根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，也就是一级负荷、二级负荷和三级负荷。等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。62 一级负荷是指将造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染对工业将造成经济的巨大损失，如重要的大型的设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响；二级负荷是指回造成较大的经济损失，产品大量报废或减产，还可能引起社会秩序的混乱或较严重的政治影响；三级负荷指造成的损失不大或者直接的经济损失。负荷的等级不同，对供电的要求也不同。对于一级负荷，必须有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电；对于三级负荷一般只需要一个电源供电。1.3变电站的分类1.3.1按照变电站在电力系统中的地位和作用（1）系统枢纽变电站枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，它的电压是系统最高输电电压，目前电压等级有220kv、330kV(仅西北电网)和500kv，枢纽变电站连成环网，全站停电后，将引起系统解列，甚至整个系统瘫痪，因此对枢纽变电站的可靠性要求较高。枢纽变电站主变压器容量大，供电范围广。（2）地区一次变电站地区一次变电站位于地区网络的枢纽点，是与输电主网相连的地区受电端变电站，任务是直接从主网受电，向本供电区域供电。全站停电后，可引起地区电网瓦解，影响整个区域供电。电压等级一般采用220kv或330kv。地区一次变电站主变压器容量较大，出线回路数较多，对供电的可靠性要求也比较高。（3）地区二次变电站地区二次变电站由地区一次变电站受电，直接向本地区负荷供电，供电范围小，主变压器容量与台数根据电力负荷而定。全站停电后，只有本地区中断供电。（4）终端变电站终端变电站在输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，全站停电后，只是终端用户停电。1.3.2按照变电站安装位置（1）室外变电站室外变电站除控制、直流电源等设备放在室内外，变压器、断路器、隔离开关等主要设备均布置在室外。这种变电站建筑面积小，建设费用低，电压较高的变电站一般采用室外布置。（2）室内变电站室内变电站的主要设备均放在室内，减少了总占地面积，但建筑费用较高，适宜市区居民密集地区，或位于海岸、盐湖、化工厂及其他空气污秽等级较高的地区。62 （3）地下变电站在人口和工业高度集中的大城市，由于城市用电量大，建筑物密集，将变电站设置在城市大建筑物、道路、公园的地下，可以减少占地，尤其随着城市电网改造的发展，位于城区的变电站乃至大型枢纽变电站将更多的采取地下变电站。这种变电站多数为无人值班变电站。（4）箱式变电站箱式变电站又称预装式变电站，是将变压器、高压开关、低压电器设备及其相互的连接和辅助设备紧凑组合，按主接线和元器件不同，以一定方式集中布置在一个或几个密闭的箱壳内。箱式变电站是由工厂设计和制造的，结构紧凑、占地少、可靠性高、安装方便，现在广泛应用于居民小区和公园等场所。箱式变电站一般容量不大，电压等级一般为3kv～35kv，随着电网的发展和要求的提高，电压范围不断扩大，现已经制造出了132kv的箱式变电站。箱式变电站按照装设位置的不同又可分为户外和户内两种类型。（5）移动变电站将变电设备安装在车辆上，以供临时或短期用电场所的需要。1.3.3按照值班方式（1）有人值班变电站大容量、重要的变电站大都采用有人值班变电站。（2）无人值班变电站无人值班变电站的测量监视与控制操作都由调度中心进行遥测遥控，变电站内不设值班人员。1.3.4根据变压器的使用功能（1）升压变电站升压变电站是把低电压变为高电压的变电站，例如在发电厂需要将发电机出口电压升高至系统电压，就是升压变电站。（2）降压变电站与升压变电站相反，是把高电压变为低电压的变电站，在电力系统中，大多数的变电站是降压变电站。1.4变电站主要设备组成62 发电厂和变电站中安装的各种电气设备，其主要任务是启停机组、调整负荷、切换设备和线路、监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理等。根据电气设备的作用不同，可将电气设备分为一次设备和二次设备。1．一次设备：通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备。主要包括：生产和转换电能的设备，如发电机等；接通或断开电路的开关设备，如断路器、隔离开关、负荷开关，熔断器、接触器等；限制故障电流和防御过电压的保护电器，如电抗器和避雷器等；载流导体，如裸导线和电缆等；接地装置。2．二次设备：把对一次设备和系统的运行进行测量、控制、监视、和保护的设备称为二次设备。主要包括：仪用互感器，如电压互感器和电流互感器；测量表计，如电压表、电流表、功率表和电能表等；继电保护及自动装置；直流电源设备；操作电器、信号设备及控制电缆。1.4.1变压器电力变压器是发电厂变电站中的重要元件之一。主变压器是变换电压的主要设备，一般可分为降压变压器和升压变压器。变压器由单相变压器和三相变压器。在运输等条件允许的情况下一般使用经济上有利的三相变压器，单相变压器仅在高电压、大容量的500KV变电站等由于受到搬运上的限制而被采用。1.4.2输电线和开关设备在变电站内汇集着许多集中和分配电力的输配电线，与主变压器一起接在母线上，在每一条线路的引出口除装设断路器和隔离开关。断路器通常用于电路的送出、停止或切换，当输、配电设备发生事故时则用来自动切断。隔离开关用于输、配电线路时，变压器和断路器等进行保护，检修时把他们从回路中断开，有时用来切换母线环。1.4.3控制装置与互感器控制装置是变电站的中枢神经，通过它值班员监视设备的运行状态，根据需要进行设备的操作以及联合互感器进行电压、电流和功率的测量。互感器主要测量于仪器：将高电压、大电流转换成低电压、小电流进行测量。62 1.4.4避雷器避雷器是把系统中如雷电和操作过电压之类的异常电压抑制在规定值以内，从而保护以主变压器为主的机器设备。1.4.5调相设备调相设备，因为在重负荷时可以使电流超前，轻负荷时可以使电流滞后，所以用来进行电压的调整。1.4.6其它设备变电站内除上述设备外，还有接地、屏蔽装置、站内电源蓄电池和照明设备等其它各种设备。1.5本次变电站设计任务1.5.1原始资料变电所位于某中小型城市边缘，所区西为城区，南为工业区，所址地势平坦，交通便利，进出线方便，空气污染轻微，不考虑对变电所的影响。所区平均海拔186米，最高气温40℃，最低气温-15℃，年平均气温14℃，土壤温度25℃,出线方向：110KV向北，35KV向西，10KV向东,拟建变电所概况如下图：62 图1-1概况图表1-1负荷表电压负荷名称每回最大负荷（kW）功率因数回路数供电方式线路长度（km）35kVA变电所60000.91架空15B变电所70000.921架空8C变电所45000.852架空10D厂43000.882架空7E厂50000.851架空11F变电所10000.93架空562 10kVG变电所8000.892电缆2H厂7000.891电缆3I厂8000.882架空7J厂2000.881架空4K厂1000.91架空5L厂5000.882架空21.5.2任务分析本次所设计变电站担负着向该城市市郊工农业生产和居民生活用电的工程，承担着该市的输变电任务。根据《电力系统技术规程》中的有关规定：系统设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期、长期电力规划的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究提出系统设计的具体方案；应合理利用能源，合理布局电源和网络，使发、输、变电及无功建设配套协调，并为系统的继电保护设计，系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条件。设计方案应技术先进、过度方便、运行灵活、切实可行，以经济、可靠、质量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生活不断增长的需要。系统设计的设计水平可为今后第五年至第十年的某一年，并应对过度年进行研究(五年内逐年研究)，远景水平可为第十年至第十五年的某一年，且宜与国民经济计划的年份相一致。系统设计经审查后，二至三年进行编制，但有重大变化时，应及时修改。该市郊110KV变电站是地区性城市变电站，它由系统S1和系统S2供电，该站建成后与系统S1和系统S2构成110kV环网，与电网系统联系较为紧密，在整个电网系统中占有重要地位。62 第2章电力系统及变电站总体分析2.1电力系统分析电力系统及变电所的设计首先要对电力系统进行分析才能选择正确的方案，及对变电所进行总体分析才能设计比较经济、可靠的变电所方案。根据《35~110KV变电站设计规范》第1.0.3—1.0.6条规定：变电站的设计应根据工程的5~10年发展规划进行做到远近期结合。以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能；变电站的设计，必须以全出发，统筹兼顾。按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案；变电站的设计，必须坚持节约用地的原则；变电站设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。设计中应遵循国家电网公司“两型一化”变电站设计建设导则，参照国家电网公司输变电工程典型设计110kV变电站分册执行。2.2变电站总体分析2.2.1变电所的总体分析1．设计依据根据相关委托书及批复文件。2．变电所的建设的必要性该所位于某中小城市郊区，为满足该地区经济发展及人民生活需要，决定在此建设此区域性变电所。3．变电所的建设规模根据电力系统规划，本变电所的规模如下:电压等级：110KV/35KV/10KV,线路回数：110KV近期2回，远景发展2回；35KV近期7回，远景发展2回；10KV近期12回，远景发展4回。4．所址概况变电所位于某中小型城市边缘，所区西为城区，南为工业区，所址地势平坦，交通便利，进出线方便，空气污染轻微，不考虑对变电所的影响。所区平均海拔186米，最高气温40℃，最低气温-15℃，年平均气温14℃，土壤温度25℃,出线方向：110KV向北，35KV向西，10KV向东,拟建变电所概况如下图：62 5．气象条件：年最高气温＋40℃,年最低气温－10℃，年平均温度＋15℃,最热月平均最高温度＋33℃,水温度为+10℃，最大风速30m/s,属于我国第V级标准气象区。2.2.2负荷分析　1．110KV负荷分析从拟建变电站概况图中，近期规模中的两个110kV线路L2、L3使系统中的S1、S2和拟建变电站构成110kV环网，供电可靠性较高。2．35KV负荷分析在35KV负荷中三回线路是三个35kV变电站的电源线，是电网中的线路，两回是分别供D厂和E厂的专线，因此要尽可能保证其供电可靠性。其中不同负荷的年利用时间为：城市生活用电2500h，化学工业7300h。表2-235KV负荷分析电压负荷名称每回最大负荷（kW）功率因数回路数供电方式线路长度（km）A变电所60000.91架空1562 35kVB变电所70000.921架空8C变电所45000.852架空10D厂43000.882架空7E厂50000.851架空113．10KV负荷分析在10KV负荷中，除两回是供往变电站的线路外，其它均为工厂用电，必须保证其供电可靠性。其中不同负荷的年利用时间为：纺织工业6000h，城市生活用电2500h，食品工业4500h，机械制造工业5000h，其他工业4000h。表2-310KV负荷分析电压负荷名称每回最大负荷（kW）功率因数回路数供电方式线路长度（km）10kVF变电所10000.93架空5G变电所8000.892电缆2H厂7000.891电缆3I厂8000.882架空7J厂2000.881架空4K厂1000.91架空5L厂5000.882架空22.2.3电力系统接线图图2-1电力系统接线图62 62 第3章变压器选择3.1主变选择变压器是变电所中最重要的和最贵重的是设备，变压器的选择在变电所中是比较重要的。3.1.1变压器容量和台数的选择1．主变容量选择考虑原则：(1)主变容量选择一般应按变电所建成后5~10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。(2)根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主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、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60％。(3)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。2．主变台数的考虑原则：(1)对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。(2)对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。(3)对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。3．主变容量和台数选择计算由以上分析可知应选两台主变由任务书中所提供负荷资料和前面所做负荷分析，近期主变额定容量Se的选择计算：(1)35KV中压侧：其出线回路数为7回，取=0.95,结合负荷情况分析知62 MVA(2)10KV低压侧：其出线回路数为12回，取=0.9,=0.85结合负荷情况分析知：MVA则三绕组变压器的计算容量为：MVA(3)由选择条件：得：MVA故可选用主变的容量为31.5。4．校核条件：则：成立，满足条件要求。综上所述，选用主变的容量为31.5合格。5．近期与远景容量问题(分期建设计划)上述计算结果是近期规模变电所的台数和容量，远期容量问题应考虑5~10年规划的最终变电所的台数和容量。由于本期负荷较重，考虑本期上两台主变2×31.5MVA,；本地区近期负荷47.8MVA，结合本地区经济发展情况，负荷按10%增长率预测，考虑终期两台主变2×31.5MVA，35kV、10kV出线相应增加。详细预测结果如下：项目2009年2010年2011年2012年本地区最高负荷（MW）47.852.557.863.63.2变压器型式的选择3.2.1相数的选择由相应规程规定，若站址地势开阔，交通运输方便，也不是由于容量过大而无法解决制造问题，在330KV及其以下的发电厂和变电所中，62 宜采用三相变压器，结合以上分析，本次变电所应采用三相变压器。3.2.2绕组数和绕组连接方式的选择绕组数的选择：《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15％以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况中，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。故本次设计变电所主变选择三绕组变压器。绕组连接方式的选择：《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点，所以都需要选择的连接方式。对于110KV变电所的35KV侧也采用的连接方式，而6~10KV侧采用△型的连接方式。故本次设计变电所主变应采用的绕组连接方式为：3.2.3主变阻抗和调压方式的选择《电力系统电气设计手册》和相应规程中指出：变压器各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应由对工程起决定性作用的因素来确定。变压器的阻抗选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此变压器可以分为升压结构和降压结构两种类型。由于绝缘因素，高压绕组总放在最外侧，而中、低压绕组可以分别缠绕在变压器的铁心的中间或者最里面。由于变压器的阻抗实际上就是绕组之间的漏抗，因此可见，升压型结构的变压器大而降压结构的大。那么看潮流传输的大小，在传输潮流大的一侧采用阻抗小的以减小正常损耗。但是也还要其他因素的影响，综合考虑，比如为选择轻型的电器需要加限制短路电流的措施，那么为限制短路电流，可以考虑优先采用降压结构(其大)，这样可以不再加限流电抗器常用的调压方式手动调压和有载调压。手动调压用于调整范围±2×2.5%以内；有载调压用于调整范围可达30%，其结构复杂，价格较贵，常用于以下情况：1.接于出力变化大的发电厂的主要变压器。2.接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作的特点联络变压器。3.发电机经常在低功率因数下运行时。62 在能满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式(手动调压方式的变压器便宜、维修方便)，但是，近年来随着对电压质量的要求的提高和有载调压变压器的质量的提高，作为城市变电站，一般也都用有载调压方式。综合以上分析本设计中变电站的主变宜采用有载调压方式。3.2.4主变压器的冷却方式变压器的冷却方式主要有自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。而油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风冷后可使变压器的容量增加30%～35%。强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷两种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。这种方式若把油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%。综合经济性和本变电站的实际情况考虑，本次110KV变电站宜选用自然风冷式。3.2.5变压器各侧电压的选择作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在10%电压损耗的情况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于110KV的变电站应用近似计算，额定电压选线路两端电压的平均值，110KV侧应该选115KV，35KV侧选37KV，10KV侧选10.5KV。3.2.6全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决在110KV及以上的中型点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护，35KV及10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。因此本次设计110KV侧采用分级绝缘，35KV及10KV采用全绝缘。62 3.2.7主变型号的选择综上所述，可以选择三相风冷式有载调压变压器，其型号为SFSZ9-31500/110表3-1SFSZ9-31500/110型变压器参数型号额定容量KVA额定电压(KV)空载电流(%)空载损耗KW阻抗电压(%)SFSZ9-31500/11031500高压中压低压1.1550.3高-中高-低中-低10.517.56.562 第4章电气主接线设计4.1电气主接线设计电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家的经济建设方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，它要求用规定的设备文字和图形符号，并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置全部基本组成和连接关系，代表该变电站电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重要组成部分。电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。4.2主接线设计应满足的基本要求《35～110KV变电所设计规范》第3.2.1条：变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。4.3接线设计变电站电气主接线设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，我们要重视电气主接线的设计。设计时应依据35～110kV变电所设计规范原则及其它设计规程。第3.2.1条：变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。62 第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，35～63kV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线，110kV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。第3.2.4条：在采用单母线、分段单母线或双母线的35～110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可以设置旁路设施。当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼做旁路断路器的接线，当110kV线路为6回及以上，35～63kV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器，主变压器35～110kV回路中的断路器，有条件时，亦可接入旁路母线，采用断路器的主接线不宜设旁路设施。第3.2.5条：当变电站装有两台主变时，6～10kV侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。结合目前国网公司文件建设和本变电站的实际情况，110KV侧有4回出线(近期2回，远景发展2回)，35KV侧有9回出线(近期7回，远景发展2回)，10KV侧有16回出线(近期12回，远景发展4回).又由前面的变电站分析部分和负荷情况分析部分，该变电站在整个电力网络中处于重要的地位，各侧均不允许断电。故可对各电压等级侧主接线设计方案作以下处理：1．110KV侧根据要求可以草拟以下两种方案：图4-1方案1单母线分段接线图4-2方案2单母线接线表4-1两种方案进行比较方案项目方案1单母线分段接线方案2单母线接线62 可靠性用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间断供电，可靠母线既可以保证电源并列运行，又能使任一条出线都可以从任一电源获得电能，但是对有些设备检修时会造成停电，对用户供电不可靠灵活性当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电当一回线路故障或有些设备检修时，连接在母线上的所有回路都需停止工作，会造成停电，对用户供电不可靠经济性接线简单,运行设备少，投资少，年运行费用少接线简单，运行设备少，投资少由于本变电站在整个系统中占有较重要的地位，要求保证某些重要的用户不可中断供电，故要求系统有更好的供电可靠性，已知110KV侧有4回出线(近期2回，远景发展2回)，根据《35～110KV变电所设计规范》，所以110KV侧宜采用方案1。2．35KV侧根据要求可以草拟以下两种方案：方案1单母线接线带旁路，方案2单母线分段接线；表4-2两种方案进行比较方案项目方案1单母线接线带旁路方案2单母线分段接线可靠性可以不停电检修断路器，提高了供电可靠，但是当母线出现故障或检修时，仍然会造成整个主接线停止工作用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间断供电，可靠；检修出线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高灵活性当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电经济性占地面积大，多一旁路增加了投资接线简单,运行设备少，投资少，年运行费用少在35KV此用电负荷中有少量的一级负荷和二级负荷，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短和一定的经济损失.因此要尽可能保证其供电可靠性。根据《35～110KV变电所设计规范》考虑了今后经济的发展，通过比较，35KV62 侧宜采用方案2：单母线分段接线。3．10KV侧根据要求可以草拟以下两种方案：方案1单母线接线带旁路，方案2单母线分段接线；表4-3两种方案进行比较方案项目方案1单母线分段带旁路母线接线方案2单母线分段接线可靠性用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间断供电，可靠；检修出线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间断供电，可靠灵活性当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电，扩建方便经济性占地面积大，多一旁路增加了投资接线简单,运行设备少，年运行费用少，占地面积小在10KV此用电负荷中各回路出线的一，二级负荷较多，且进出线回路数比较多，通过对主接线基本要求的考虑，合理考虑市区电力负荷的基本情况以及市区的经济状况以及今后经济的发展，还有扩建和扩展的可能。已知10KV侧有11回出线(近期12回，远景发展4回)。由于本设计中采用10kV中置式高压开关柜，配真空断路器，在检修过程中手车式断路器具有检修安全，操作方便的特点。根据《35～110KV变电所设计规范》通过比较，10KV侧宜采用方案2：单母线分段接线。综上分析可以得出，本次新建变电站的电气主接线形式为:110KV电压级采用单母线分段接线形式，35KV电压级采用单母线分段接线形式，10KV电压级采用单母线分段接线形式。62 第5章短路电流的计算在电力供电系统中，对电力系统危害最大的就是短路。短路的形式可以分为三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地。在短路电流计算过程中，一般都以最严重的短路形式为依据。因此，本文的短路电流计算都以三相短路为例。5.1短路电流的计算目的5.1.1短路电流的危害在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆；在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。5.1.2计算短路电流的目的计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电器设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采用限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。为了达到上述目的，须计算出下列各短路参数：I″—次暂态短路电流，用来做为继电保护的整定计算和校验断路器额定断流容量。应采用(电力系统在最大运行方式下)继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。—三相短路冲击电流，用来检验电器和母线的动稳定。I—三相短路电流有效值，用来检验电器和母线的热稳定。S″—次暂态三相短路容量，用来检验断路器的遮断容量和判断母线短路容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。62 5.2短路电流的计算为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因素的影响，做出一下规定：1.所有的电源电动势相位角均相等，电流的频率相同，短路前，电力系统的电势和电流是对称的。2.认为变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态，即电抗值不随电流的变化而变化。3.输电线路的分布电容略去不计。4.每一个电压级采用平均电压，这个规定在计算短路电流时，所造成的误差很小。唯一例外的是电抗器，应该采用加于电抗器端点的实际额定电压，因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多，否则，误差偏大。5.计算高压系统短路电流时，一般只计及发电机、变压器、电抗器、线路等元件的电抗，因为这些元件X/3>R时，可以略去电阻的影响。只有在短路点总电阻大于总电阻的1/3时才加以考虑，此时采用阻抗等于电抗计算。6.短路点离同步调相机和同步电动机较近时，应该考虑对短路电流值的影响。有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：在母线附近的大容量电动机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。此时，电动机将变为发电机运行状态，母线上电压低于电动机的反电势。7.在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不能合并。8.以供电电源为基准的电抗标幺值＞3,可以认为电源容量为无限大容量的系统,短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。5.2.1短路电流计算结果：表5-1短路电流计算结果短路点I"(KA)Itk/2(KA)Itk(KA)Ish(KA)110KV母线3.423.423.778.735KV母线4.834.834.8312.310KV母线12.9612.9612.96335.2.2计算过程如下：62 系统等效图如下：图5-1系统等效图1．作电力系统结构简图的等值电路图基准容量：100MVA基准电压：各级平均电压设计条件：假设电源S1、S2为无线大系统，假设110kV线路L2为10km，110kV线路L3为7km。(1)选择基准容量、基准电压：=100MVA、=115KV、=37KV、=10.5KV则基准电流基准电抗Xd1=Xd2=(2)计算各条线路的阻抗值62 参考《电力工程电气设计手册》，架空线路的单位电抗统一选0.4Ω/km，10kV电缆线的单位电抗统一选0.08Ω/kmXL2=L2×x1=10×0.4=4XL3=L3×x1=7×0.4=2.8它们相对应的标幺值为：X*L2=XL2×=4×=0.0302X*L3=XL3×=2.8×=0.0212归算至本变电站110kV母线的系统阻抗为0.01252．计算短路点d1的短路电流参数110KV侧短路电流计算：则图5-1可以转化为：图5-2110KV系统等效转化图将图5-2网络中的三角形接线转化为星形接线：X1*=X2*==0.052X3*==0.008电源相对于d1的转移电抗：XM*=星形接线转化为三角形接线62 分别求Ⅰ、Ⅱ两条支路的计算电抗：按上述计算结果查汽轮机的计算表可知：当s时1.10.37短路电流周期分量标幺值为：KA当=4s时：=1.2=0.41KA当Tk/2=2s时3.42KA因t=∞时和t=4s时，随着计算电抗的减小，它们所对应的曲线逐渐重合，所以3.77KAKA(表示短路冲击电流为周期分量幅值的倍数，其大小取决于，取值范围为，在高电压电路中一般取1.8)3．计算短路点d2的短路电流参数35KV侧短路电流计算：系统等效图可转换为62 图5-335KV系统等效转化图星形接线转化为三角形接线分别求Ⅰ、Ⅱ两条支路的计算电抗因两个计算电抗有一个大于3，所以，，，时相等62 4．计算短路点d3的短路电流参数10KV侧短路电流计算：系统等效图可转换为系统等效图可转换为图5-410KV系统等效转化图星形接线转化为三角形接线分别求Ⅰ、Ⅱ两条支路的计算电抗因两个计算电抗有一个大于3，所以得：62 62 第6章电气设备选择6.1电气设备选择（1）设计中电器选择的主要任务：①导体和绝缘子导体的选择主要有：各电压级的汇流母线、主变引下线、出线以及各电压级的绝缘子等。②电气设备电气设备包括各电压级的出线断路器、旁路断路器、分段断路器、以及相应的隔离开关、熔断器等。用于保护和测量用的电流互感器，包括穿墙套管、开关柜的选择及其一次接线的编号。（2）选择导体和电器的一般原则根据《导体和电器选择技术规定》SDGJ14-1986第1.1.2条规定选择导体和电器的一般原则如下：应力求技术先进、安全适用、经济合理；应满足正常运行、检修、短路、过电压情况下的要求，并考虑远景发展；应按当地环境条件校准；选择的导体品种不宜过多；应与整个工程建设标准协调一致；选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。6.2选择导体和电器的技术条件6.2.1按长期工作条件选择《导体和电器的选择设计技术规定》中规定：第1.1.3条:选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压。即：，其中，、，一般按照选择电气设备的额定电压。第1.1.4条:选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流，由于高压开路电器没有连续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。在断路器、隔离开关、空气自然冷却限流电抗器等电器各部分的最大允许发热温度，不超过《交流高压电器在长期工作时的发热》GB763-74所规定的数值情况下，当这些电器使用在环境温度高于+40℃(但不高于+60℃)时，环境温度每增加1℃，减少额定电流的1.8%；当使用在环境温度低于+40℃时，环境温度每降低1℃，增加额定电流的0.5%62 ，但其最大过负荷不得超过额定电流的20%，即：对于导体：；对于电器：对于的计算方法1．汇流主母线(1)110KV主母线：按实际功率分布进行计算(2)35KV主母线：(3)10kV主母线：2．旁路母线回路3．主变的引下线4．出线单回线：双回线：5．母联回路6．分段回路(K=0.5～0.8)6.2.2按经济电流密度选择导体《导体和电器选择设计技术规定》一书中规定：第2.1.3条：载流导体应选择铝质材料。第2.1.6条：除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济密度选择，导体的经济电流密度可按照附录四所列数值选取。当无合适规定导体时，导体面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选取。选取条件：经济截面J—经济电流密度按此法选择导体后，必须按长期发热进行校验。6.3导体和电器的选取及校验条件6.3.1导体的选择62 1．母线的选择《导体和电器选择设计技术规定》一书中规定：第2.1.3条：载流导体宜采用铝质材料，下列场所可选用铜质材料的硬导体。(1)持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部或采用硬铝导体穿墙套管有困难时；(2)污秽对铜腐蚀较轻微而对铝有较严重腐蚀的场所。第2.3.1条：20KV以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜采用矩形导体，在4000-8000A时，宜选用槽形导体,110KV及以上高压配电装置，当采用硬导体时，宜选用铝合金管形导体。2．10KV出线电缆选择(1)依据《发电厂电气部分》电力电缆应按下列条件选择和校验:1)电缆芯线材料及型号2)额定电压3)截面选择4)允许电压降校验5)热稳定校验6)电缆的动稳定由厂家保证，可不必校验。(2)电缆芯线材料及型号选择电缆芯线有铜芯和铝芯，国内工程一般选用铝芯，电缆的型号应根据其用途，敷设方式和使用条件进行选择，RMA市郊变10KV出线选用三相铝芯电缆。(3)电压选择：电缆的额定电压应大于等于所在电网的电压。(4)截面选择：电力电缆截面一般按长期发热允许电流选择，当电流的最大负荷利用小时数大于5000小时且长度超过20m时，应按经济电流密度选择。6.3.2电器选择1．断路器选择依据《电力工程电气设计手册》中高压断路器选择规定：断路器型式的选择除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定选择断路器。根据《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)规定：35KV及以下可选用少油、真空、多油断路器等，应注意经济性。35KV~220KV可选用少油、SF6、空气断路器等。综合考虑，尽量利用经过国家鉴定推荐使用的新产品和经过运行经验安全可靠的产品，所以110KV、35KV选用SF6断路器，10KV选用真空断路器。62 2．隔离开关的选择隔离开关的型式，应根据配电装置的布置特点和适用要求等因素，进行综合技术经济比较后确定。110KV选用GW4型双柱单端口隔离开关，35KV、10KV侧选屋内隔离开关。3．电压互感器选择依据《电力工程设计手册》对电压互感器配置的规定：(1)电压互感器的配置与数量和配置、主接线方式有关，并应满足测量、保护周期和自动装置的要求。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。(2)6～220KV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否需要装设压互，应视各回出线外侧装设压互的情况和需要确定。(3)当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设压互。根据《导体和电器选择技术规定》SDGJ14-86：第10.0.1条：电压互感器应按下列技术条件选择和校验1)一次回路电压2)二次电压3)二次负荷4)准确度等级5)继电保护及测量的要求第10.0.3条：电压互感器的型式应按下列使用条件选择：1)3～20KV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。2)35KV配电装置宜采用电磁式电压互感器。3)110KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。第10.0.7条：用于中型点直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100V，用于中性点非直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100/3V。根据以上原则，可选择电压互感器。4．电流互感器选择根据《导体和电器选择设计技术规定》第9.0.3条：3～20KV屋内配电装置的电流互感器，应根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。35KV及以上配电装置的电流互感器，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，应采用套管式电流互感器。根据《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)：62 (1)凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。(2)发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等也应装设电流互感器。(3)对直接接地系统，按三相配置；对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配。在10KV此用电负荷中各回路出线的一、二级负荷较多，且进出线回路数比较多，通过对主接线基本要求的考虑，合理考虑市区电力负荷的基本情况以及市区的经济状况以及今后经济的发展，还有扩建和扩展的可能。5．接地刀根据《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)第2—8节：(1)为保证电器和母线的检修安全，35KV及以上每段母线根据长度宜装设1到2组接地刀或接地器，两组接地刀间的距离应尽量保持适中，母线的接地刀宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联隔离开关上。(2)63KV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀闸。(3)旁路母线一般装设一组接地刀闸，设在旁路隔离开关的旁路母线侧。(4)63KV及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧宜装设一组接地刀闸。注：110KV接地刀型号为JW2-110。6．绝缘子和穿墙套管依据《导体和电气选择设计技术规程》第11.0.7条:屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子。屋外支柱绝缘子需倒装时，可用悬挂式支柱绝缘子。屋内支柱绝缘子宜采用联和胶装的多棱式支柱绝缘子。第11.0.8条：屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管。对于母线型穿墙套管应该校核窗口允许穿过的母线尺寸。高压穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种。瓷绝缘的穿墙套管适用于交流电压6～35KV系统，油纸电容式绝缘适用于交流电压60～500KV中性点直接接地系统。6.4电气设备表6.4.1导体选择一览表表6-1主母线、主变引下线、负荷出线选择一览表62 项目电压级别主母线主变引下线负荷出线110KVLGJ-400(屋外)LGJ-240(屋外)LGJ-18535KVLMY矩形铝母线(单条63×10)(屋内)LMY矩形铝母线(单条63×8)(屋内)LGJ-15010KVLMY矩形铝母线(双条100×8)(屋内)LMY矩形铝母线(双条100×8)(屋内)ZLQ2-3×150三芯电缆(两根)(埋地)6.4.2断路器和隔离开关选择一览表表6-2断路器和隔离开关一览表设备项目断路器隔离开关110KV出线LTB145D1/B，2000A，31.5kAGW4-126D/1250110KV分段LTB145D1/B，2000A，31.5kAGW4-126D/1250110KV主变引下线LTB145D1/B，2000A，31.5kAGW4-126D/1250110KV母线设备GW4-126D/63035KV出线L42-40.5，1600A，31.5kAG4-40.56D/63035KV分段L42-40.5，1600A，31.5kAG4-40.56D/63035KV主变引下线L42-40.5，1600A，31.5kAG4-40.56D/63010KV出线ZN□-12，25kV，630A/10KV分段ZN□-12，31.5kV，1250A/10KV主变引下线ZN□-12，31.5kV，1250A/6.4.3电压互感器与电流互感器表6-3电压互感器和电流互感器一览表电压级别设备类型110KV35KV10KV62 母线电压互感器TYD-110/√3-0.02HJDZX9-35JDZXR-10线路电压互感器TYD-110/√3-0.01HJDJJ-35JSJW-10分段电流互感器LCWB6-110GYW22×300/5LRD-352×400/5LAJ-10W13000/5出线电流互感器LCWB6-110GYW22×300/5LRD-352×300/5LAJ-10W1300-600/5主变引下线电流互感器LCWB6-110GYW22×300/5LRD-352×400/5LAJ-10W13000/56.4.4绝缘子和穿墙套管表6-4绝缘子和穿墙套管一览表电压级别设备类型110KV35KV10KV绝缘子ZS-110/4ZL-35/8ZN-10/8穿墙套管CRLQ1-110/600CLB-35/600CLC-10/20006.5电气设备选择具体计算书6.5.1110KV计算书1．110KV母线选择按导体长期发热允许电流选择截面：IKIK===0.81（A）考虑两台主变负荷经过110kV母线并预留容量，故选择型号为LGJ-240/30的钢芯铝绞线，查表知LGJ-240/30导线（最高允许温度70℃，基准环境温度25℃）的载流量610A。62 （1）母线截面选择，由于母线传输容量大，=5000h，长度超过20m故按经济电流密度选择截面查《电力手册》当T=5000h时，J=1.4A/m、=1.0mm2﹤240mm2（2）热稳定校验短路持续时间为：t=t+t=1.09s周期分量的热效应Q=因t1s,故不计算非周期分量的热效应故Q=Q=12.97正常导体运行时导体温度=+(–)=40+(70–40)=52.7C根据《发电厂电气部分》查表6-9，C=91,1满足短路时发热的最小导体截面为S=mm240mm所以满足热稳定要求（3）动稳定校验由于所选是软母线，故不进行动稳定校验2．110KV侧主变引下线按回路持续工作电流选择：110KV侧室外型主变引下线一般用钢芯铝绞线LGJ查表知LGJ-240/30导线（最高允许温度70℃，基准环境温度25℃）的载流量610A。(1)热稳定效验短路持续时间为：t=t+t=1.09s周期分量的热效应62 Q==12.97因t>1S故不计算非周期热效应Q=Q=12.97正常运行时导体温度：=+(–)=34+(70–34)44.5C查《电气手册》C=98,=1,满足短路时发热的最小导体截面为S=mm120mm所以满足热稳定要求。电晕校验，根据《电气手册》中指出海拔不超过1000m的地区，在正常相间距离情况下：如导体型号和外径不小于一定数值时，可不进行电晕。故电压为110KV软导线型号为LGJ-240/30，可不进行电晕校验。6.5.235KV计算书：1．35KV母线选择母线截面选择，由于母线传输容量大，5000h，长度超过20m故按经济电流密度选择截面查《电力手册》当T=5000h时，J=1.3A/m,=1.04(mm)查《电力手册》得，我们选用单条63MM×10MM矩形铝导体，导体平放长期允许电流为1129A，K=0.81(1)热稳定效验短路持续时间为：周期分量的热效应62 Q=因t>1S故不计算非周期热效应Q=Q=25.43正常运行时导体温度：C查《电气手册》C=95,满足短路时发热的最小导体截面为S==630所以满足热稳定要求。(2)动稳定效验计算条间应力抗弯矩==单位长度的相间电动力为2．35KV主变引下线的计算：按长期发热允许电流选择截面，查《电力手册》选单条63MM×8MM矩形铝导体，平放允许电流为995A，=1.03，K=0.81(1)热稳定效验62 短路持续时间为：t=t+t=1.09s周期分量的热效应Q=因t>1S故不计算非周期热效应Q=Q=25.43正常运行时导体温度：=+(–)=40+(70–40)52.3C查《电气手册》C=95，满足短路时发热的最小导体截面为S=mm504mm所以满足热稳定要求(2)动稳定效验导体自震频率为汇流母线为单跨，两端固定多跨，简支，>155故母线出口短路时，冲击系数K=1.9则母线相间应力抗弯矩==62 查《电气手册》得导体形状系数，可算得：条间衬垫跨距计算条间衬垫最大跨距6.5.310KV侧电气计算书1．10KV母线选择按长期发热允许电流选择截面，查《电力手册》选双条100MM×8MM矩形铝导体，平放导体长期允许电流为2259A，K=0.81(1)热稳定效验短路持续时间为：周期分量的热效应Q=因t>1S故不计算非周期热效应Q=Q=183.1正常运行时导体温度：62 查《电气手册》C=88，满足短路时发热的最小导体截面为S==800所以满足热稳定要求(2)动稳定效验导体自震频率为汇流母线为单跨，两端固定多跨，简支，故母线出口短路时，冲击系数K=1.9则母线相间应力抗弯矩当L=1m时，条间衬垫跨距计算条间衬垫最大跨距62 为便于安装，每跨绝缘子中不设衬垫2．10KV主变引下线线选择母线截面选择，由于母线传输容量大，＞5000h，长度超过20m故按经济电流密度选择截面查《电力手册》当T=5000h时，J=1.3A/=1.45，查《电力手册》得，我们选用两条100MM×8MM矩形导体，导体允许电流为2259A，K=0.81(1)热稳定效验短路持续时间为：周期分量的热效应Q==183.1因t>1S故不计算非周期热效应正常运行时导体温度：=+(–)=40+(70–40)69.6C查《电气手册》C=88，满足短路时发热的最小导体截面为S==800所以满足热稳定要求(2)动稳定效验导体自震频率为62 汇流母线为单跨，两端固定多跨，简支，故母线出口短路时，冲击系数K=1.9则母线相间应力抗弯矩条间衬垫跨距计算单位长度的相间电动力为6.5.4用户出线选择：1．110KV负荷出线I=(1+5)=(1+5)=158.15(A)(1)截面选择：T=5000h长度超过20m，故按经济电流密度选择截面。根据《发电厂电气部分》由图4-26曲线1查得，当T=5000h时，铝导体的J=1.6A/mm。导体的截面62 S=I/J=158.15/1.6=98.84选用单根110KVLGJ-185/25钢芯铝绞线，I=552AA158.15A(2)热稳定效验短路持续时间为：t=t+t=1.09s周期分量的热效应Q==12.97因t>1S故不计算非周期热效应Q=Q=12.97正常运行时导体温度：=+(–)=40+(70–40)=44C查《电气手册》C=98,=1,满足短路时发热的最小导体截面为S=mm120mm所以满足热稳定要求,故选用LGJ-185/25钢芯铝绞线。2．35KV负荷出线I=(1+5)=(1+5)=81.9(A)(1)截面选择T=5000h长度超过20m，故按经济电流密度选择截面。根据《发电厂电气部分》由图4-26曲线1查得当T=5000h时，铝导体的J=1.1A/mm。导体的截面S=I/J=81.9/1.1=74.45故选用单根35KVLGJ-120/20钢芯铝绞线，I=407AA81.9A(2)热稳定校验短路时的周期分量的热效应62 Q=25.43正常运行时导体温度=+(–)=40+(70–40)=42C查表得，C=99，满足短路时发热的最小导体截面为S==mm120mm所以满足热稳定故LGJ-120/20满足要求。3．10KV负荷出线按长期发热允许电流选择截面，查《电力手册》选铝芯电缆5000h时J=1.73A/选用两条10KVZLQ2三芯油浸纸绝缘铝芯铅包刚带防腐电缆，每条电缆S=150正常允许最高温度为60度。x=0.076r=0.274(1)热稳定效验短路持续时间为：短路时的周期分量的热效应Q==84短路电流非周期热效应短路电流的热效应62 84+83.98=167.98短路前电缆最高运行温度查表得C=96，热稳定所需最小截面为(2)电压损失校验结果表明选两根ZLQ2-3×150电缆能满足要求。6.5.5断路器选择1．主变引下线断路器选择(1)110KV侧根据110KV侧的额定电压，及安装在屋内的要求，查《电气手册》，可选SF6断路器,由前知周期分量热效应=12.97因>1S故不计算非周期热效应，短路电流引起的热效应为=12.97`8.7KA表6-5110KV断路器选择结果表计算数据SW4-110/100062 110KV110KV166A1000A3.42KA18.4KA8.7KA55KA12.97隔离开关的选择查表可选用GW4-110D/600型号的隔离开关。表6-6110KV隔离开关选择结果表计算数据GW4-110D/600U110KVU110KVI166AI600AQ12.97980i8.7KAi50KA(2)35KV侧根据35KV侧的额定电压，及安装在屋内的要求，查《电气手册》，可选SF6型少油断路器，由前数据知周期分量热效应25.43因>1S故不计算非周期热效应，短路电流引起的热效应为=25.4313KA表6-735KV断路器选择结果表计算数据SN10-35Ⅰ/1000U35KVU35KVI516.12AI1000AI4.83KAI16KA62 i13KAi45KAQ25.43(3)10KV侧根据10KV侧的额定电压，及安装在屋内的要求，查《电气手册》，可选真空断路器，周期分量效应183.1因>1S故不计算非周期热效应，短路电流引起的热效应为=183.134.8KA表6-810KV断路器选择结果表计算数据SN10-10Ⅲ/2000U10KVU10KVI1819AI2000AI12.96KAI43.3KAi34.8KA130KAQ183.12．分段断路器选择(1)110KV侧根据110KV侧的额定电压，及安装在屋内的要求，查《电气手册》，可选SF6型少油断路器周期分量效应12.97因>1S故不计算非周期热效应，短路电流引起的热效应为=12.97表6-9-1110KV分段断路器选择结果表62 计算数据SW4-110Ⅰ/1000U110KVU110KVI133AI1000AI3.42KAI18.4KAi8.7KAi55KAQ12.97(2)35KV侧根据35KV侧的额定电压，及安装在屋内的要求，查《电气手册》，可选SF6型少油断路器周期分量效应25.43因>1S故不计算非周期热效应，短路电流引起的热效应为=25.43表6-9-235KV分段断路器选择结果表计算数据SN10-35Ⅰ/1000U35KVU35KVI413AI1000AI4.83KAI16KAi13KAi45KAQ25.43(3)10KV侧根据10KV侧的额定电压，及安装在屋内的要求，查《电气手册》，可选真空型少油断路器周期分量效应183.1因>1S故不计算非周期热效应，短路电流引起的热效应为=183.162 表6-9-310KV分段断路器选择结果表计算数据SN10-10III/2000U10KVU10KVI1455AI2000AI12.96KAI43.3KAi34.8KAi130KAQ183.13．用户出线断路器选择计算公式算出35KV、10KV的负荷出线的情况：表6-1035KV出线断路器选择结果表计算数据SN10-35Ⅰ/1000U35KVU35KVI81.9AI1000AI4.83KAI16KAi13KAi45KAQ25.43表6-1110KV出线断路器选择结果表计算数据SN10-10I/630U10KVU10KVI259.8AI630AI12.96KAI16KAi34.8KA40KA62 Q167.986.5.6互感器的选择依电压互感器的选择条件，可分别选出110KV、35KV、10KV压互，其型号分别为：TYD-110/√3-0.02H（母线型）、TYD-110/√3-0.01H（线路型）、JDZX9-35（母线型）、JDJJ-35线路型）、JDZXR-10（母线型）、JSJW-10（线路型）。依电流互感器的选择条件，可分别选出各电压等级的电流互感器，其型号具体如下：110KV侧：主变引下线的电流互感器选LCWB6-110GYW2(2×300/5)母联的电流互感器选LCWB6-110GYW2(2×300/5)35KV侧：主变引下线的电流互感器选LRD-35(2×400/5)母联的电流互感器LRD-35(2×300/5)用户出线的电流互感器选LRD-35(2×300/5)10KV侧：主变引下线的电流互感器选LAJ-10W1(3000/5)母联的电流互感器选LAJ-10W1(3000/5)用户出线的电流互感器选LAJ-10W1(300/5)LCWB型为多匝油浸式绝缘电流互感器，LRD型套管式电流互感器适用于安装在变压器，断路器或其他油浸式电器的套管上，在交流50HZ，额定电压为35—500KV的线路中，LAJ型为半封闭和全封闭环氧树脂浇注绝缘电流互感器。6.5.7绝缘子和穿墙套管选择110KV侧支柱绝缘子所选型号为：ZS-110/4型普通型棒式支柱绝缘子，穿墙套管选用油纸电容式穿墙套管CRLQ1-110/600。1．35KV侧(1)支柱绝缘子选择由选择条件知，选户内联合胶装支柱绝缘子ZL-35/8型，其，=400mm，D=110mm,h=65mm则400+12+65/2=444.5(mm)62 由上述计算，所选型号满足要求。(2)穿墙套管选择根据工作电压额定电流来选择，CLB-35/600符合其要求。2．10KV侧(1)支柱绝缘子选择由选择条件知，选户内内胶装支柱绝缘子，其型号为ZN-10/8，其、=120mm，D=100mm,h=125mm则120+12+125/2=194.5(mm)由上述计算，所选型号满足要求。(2)穿墙套管选择根据工作电压额定电流来选择，CLC-10/2000符合要求，因不是母线穿墙套管所以不用校验。62 第7章配电装置和总平面布置设计7.1概述配电装置是变电站的重要组成部分，它是根据主接线的连接方式，由开关电器保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置和总平面布置的设计是整个变电站设计的一个重要环节，是全面贯彻国家方针政策的重要环节，对变电站的多、快、好、省的建设和安全、经济、可靠地运行有重要意义。7.2配电装置设计7.2.1配电装置设计的基本原则1．配电装置设计原则依据《高压配电装置设计技术规程》SDJ5—85中第1.0.1条规定：高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并根据电力系统条件，自然环境特点和运行检修的要求，合理的制定布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置，新设备和新材料，使设计技术先进，经济合理，可靠运行，巡视方便，同时注意节约三材。2．型式选择(1)选择配电装置应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约土地并保证运行和检修的要求，通过技术经济比较，35KV及以下配电装置宜采用屋内型。(2)当采用管型母线的配电装置时，管母选用单管或分裂结构，固定方式宜采用支撑式或悬挂式，当地震烈度为8度及以上宜选用悬挂式。配电装置应满足以下基本要求：1)配电装置的设计必须贯彻执行国家基本方针和技术经济政策，如节约土地。2)保证运行可靠。按照系统和自然条件，合理选择设备，在布置上力求清晰，整齐，保证具有足够的安全距离。3)便于检修，巡视和操作。4)在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。5)安装和扩建方便。62 7.2.2各电压等级配电装置设计1．110KV侧配电装置型式选择屋内配电装置的特点是将母线、隔离开关、断路器等电气设备上下重叠布置在屋内，这样自动化程度高，可靠性更好，便于检修，但造价高。该变电站位于市郊，综合考虑110kV采用屋外中型布置方式。2．35KV侧配电装置设计35KV侧配电装置屋内与屋外相比较，在经济上两者总投资接近，因屋内式电器投资较屋外略少，而土建投资又稍高于屋外式，但屋内式具有节约用地、便于运行维护、防污等优点，且参考以上原则可知，应采用屋内配电装置。考虑到RMA市郊变电站35KV侧采用了单母分段型式的主接线，为了提高运行可靠性，节约用地，故采用手车式高压开关柜，所以35KV配电装置采用屋内单层式。3．10KV侧配电装置的型式选择依据上述原则，10KV配电装置一般采用屋内配置。当出线不带电抗器时，一般采用成套开关柜双列布置。考虑到RMA市地区经济较发达，故采用中置式开关柜。7.2.335KV及10KV配电装置设备列1．35KV侧设备表7-135KV侧设备表序号名称规格单位数量近期远期1出线柜GBC-35面722主变进线柜GBC-35面203电压互感器、避雷器柜GBC-35面204母线分段柜GBC-35面105母线分段柜GBC-35面102．10KV侧设备表7-210KV侧设备表名称规格单位数量62 1出线柜KYN-10面122主变进线柜KYN-10面23电压互感器柜KYN-10面24母线分段柜KYN-10面25并联电容器柜KYN-10面47.3总平面布置设计根据《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63—84第1.0.1条规定：变电所的总平面布置必须全面贯彻现行的各项技术经济的政策精心设计，努力创新，因地制宜，合理布置，充分利用荒地，坡地，劣地，不占或少占良田，认真做好技术经济论证，选择最佳设计方案，提高经济效益，为安全运行创造条件。应在满足安全运行的前提下，尽量简化。1．屋外配电装置要考虑道路的设置：根据《变电所总平面设计技术规定》SDG63—84：(1)所外道路应利用已有道路或现成道路。(2)当路基宽度小于5.5m时且道路亮端不能通过时，适当位置设置错车道。(3)所外道路宜采用中级路面，根据施工条件可采用次高级路面。(4)所内路面宽度为3.5m；220KV及以上变电所，有所大门至主空楼、主变前和调相机各路面可宽至4—5m。(5)所内道路转弯半径不小于7m。1)根据各侧、各回路相序排列尽量一致的原则。按面向出线，由远到近，由上到下为A、B、C相。2)《高压配电装置技术规程》SDJ5-85第4.4.4条规定：储油池和挡油板的长度尺寸一般较设备外廓尺寸每边相应大1m。储油池内一般铺设厚度不小于250mm的卵石层(卵石的直径为50—80mm)。3)《高压配电装置技术规程》SDJ5-85第4.4.6条规定：油量在2500kg以上的变压器或电抗器与油量在600kg以上的充油设备之间其防火净距不小于5m。4)根据《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63-84第3.2.1条：主控楼的位置在便于运行人员相互联系，便于巡视检查和观察屋外设备和减少电缆长度，避开噪音影响地段，在可布置的主配电装置一侧，配电装置之间结合前面设施进行布置。5)端子箱、配电箱电缆沟的位置：电缆沟应位于各条母线下方，然后通向主控室，端子箱位于电缆沟旁。62 6)围墙与大门：《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63—84：第3.5.1条：所区应设置实体围墙，围墙高度为2.2—2.5m。第3.5.4条：所区大门应采用钢门，门宽应满足大型设备的要求。⑦补偿电容器的位置：它应布置在变电所年主导风向的下风侧，装置应设维护通道，其宽度不宜小于1200毫米，装置为户内时，维护通道可设在户外，电容器构架与墙间设维修走廊时，其宽度不宜小于1000毫米，电容器与其它生产建筑物连接布置时，其间应设防火墙。⑧配电装置方位选择结果：进线方位由负荷分布分析，考虑到出线尽量避免交叉等问题，110KV侧设在变电站西部，35KV侧可设在变电所南部，10KV侧设在变电站北部。主变位置位于变电所110KV配电装置与主控楼之间。62 第8章防雷设计8.1变电站的防雷保护概述发电厂、变电站的直击雷过电压保护，可采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊接成网等。变电站一般多采用装设避雷针的方式来实现变电站的直击雷过电压保护。按安装方式的不同，将独立避雷针和构架避雷针两类。从经济观点出发，当然希望用希望避雷针，以为它既能节约支座的钢材，又能省去专门的接地装置，但对绝缘水平不高的35KV以下的配电装置来说，雷击构架避雷针很容易导致绝缘逆闪落，这当然不能容许，独立避雷针是指具有专门的支座和接地装置的避雷针，其接地电阻一般不超过。《电力工程设计电气手册》关于防雷有如下规定：（1）110KV以上的配电装置，一般将避雷针装在构架上，但在土壤电阻率大于1000的地区，仍装设独立避雷针，以免发生反击。（2）63KV的配电装置，在土壤电阻率大于500的地区宜采用独立避雷针，在土壤电阻率小于500的土壤容许采用构架避雷针。（3）35KV及一下的配电装置应采用独立避雷针来保护。（4）装在构架上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。（5）在主变压器的门型架上不应装设避雷针。当独立避雷针遭受雷击时，雷电流将在避雷针电感L和接地电阻R上造成压降，避雷针支座上高度为H处的对地电压(H为相邻配电装置构架的高度)(KV)接地装置的对地电压：(KV)式中——独立避雷针的冲击接地电阻,——避雷针单位高度的等值电感,如果空气间隙的平均冲击击穿场强为E(KV/M)，为了防止避雷针对构架发生反击，其空气间隙S应满足下面要求：(m)与此相似，如果土壤的平均冲击击穿场强为E(KV/M)，为了防止避雷针接地装置与变电站接地网之间因土壤击穿而连在一起，其地下距离S应满足下面要求：(m)62 我国的标准是取雷电流I的幅值I=100KA平波波前陡度()我国标准推用下面两个公式校验独立避雷针的空间距离Sk和地中距离Sd：，；其中Rch为独立避雷针的冲击接地电阻，h为避雷针校验点的高度。8.2避雷针保护范围的计算方法设避雷针的高度为h(m),被保护的物体的高度为(m),则避雷针的有效高度为，在高度上避雷针保护范围的半径由下式计算：当时，当时，式子中P是考虑避雷针高度影响的修正系数，称为高度影响系数。当,,时，；时按照120m计算。从避雷针定点向下作45度斜线，此斜线旋转形成的锥体，构成时的保护范围，从地平面距避雷针1.5h处按照下步骤计算。两针之间的保护范围由通过1，2，o,三个点的圆弧画出o点的高度按下式计算：式中的D为两针之间的距离，p为校正系数，在o截面上高度水平的最小保护宽度为，当时，取。为两避雷针间的最小保护宽度。为了达到联合保护效果，两针间的距离之比不宜大于5。8.3避雷针保护范围计算根据平面布置设计，该变电站外形设计为矩形，长为73m，宽为71m，由变电站实际情况知，避雷针选址选择在各个电压等级母线与主控室相临的拐角处，选择四支等高的避雷针，其中两支构架避雷针、两支独立避雷针，其代号分别为：#162 #2#3#4,根据变电站设计的实际情况，被保护物的高度为11m，,由图可选取D=62.5m选取四支等高避雷针高度h=30m则P=1当=11.00m时，因故=(1.5h-2)P=(1.530-211.00)1=23.00m下面分别计算两支避雷针之间的保护情况：#1-#2避雷针之间D=43.00mmm#2-#3避雷针之间D=69.40mmm#3-#4避雷针之间D=73.14mmm#4-#1避雷针之间D=64.83mmm#3-#1避雷针之间D=64.83mmm根据计算和绘制防雷图可知，在高度为11.00m的水平面上，整个变电站在避雷针的保护范围内。变电站的其它房屋或设备低于11.00m，更在保护范围内。所以按次四支30.00m等高避雷针的设计，全站不受雷电的袭击,确保变电站在雷电天气时能够正常稳定运行，保证供电的可靠性。62 第9章结论本次毕业设计针对“110KV变电站一次设计”，从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对变电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图、防雷保护配置图等相关设计资料。随着社会的发展，电力的作用越来越重要，所以更需要可靠的系统保护。保证电力系统可靠运行将面临许多新问题，所以我们应在电力系统的保护上，从设计、设备、人员、技术等多方面深入研究和探讨。在设计中重新把以前所学的专业课翻阅好多遍，在图书馆反复查阅资料，从中获得了新的体会，对以前理解不透的知识，又作了反复的理解。本次设计是在学习了相关专业课程(《电力系统分析》、《电力系统继电保护原理》、《高电压技术》等)专业课的基础上进行的基本性的设计。本次设计使我对具体的工程设计有细致的了解,并掌握一定的工程设计方法。在本设计过程中也遇到不少问题，比如在进行短路电流计算时短路点的选择,若选择不当就会给计算过程复杂，在短路电流的计算，电气设备的选择等方面遇到了一系列的问题，在老师和同学的细心指导和帮助下,对设计方案中遇到的困难进行一一的解决,对此有了深入细致的了解,为以后的工作打下了坚实的基础。在以后的技术发展过程中，110KV变电站逐渐发展成为无人变电站，因此应该采用自动化程度比较高的变电站自动化系统，用以提高系统的正确性和灵敏性和动作的快速性。通过这次论文设计是我充分认识到理论知识的重要性。同时感到它的用处之大、范围之广，所以今后我无论从事任何工作岗位我都会继续学习它。我也建议我们每位大学生都要认真学习这门课，当你接触它、了解它才能够认识它的重要性，对你今后无论干什么都是有益而无害。62 致谢三年的大学生活在不知不觉中就要过去了，就这样我的大学生活就要结束了，它是短暂的。毕业设计是对我们大学三年所学知识综合运用的一个重要考查，是对我们综合能力的考查。对我们以后踏入社会能灵活运用所学知识，干出一番事业打下坚实的基础。我们毕业设计的制作，是将三年来我们所学习的知识的总结。首先感谢河南机电高等专科学校的各位恩师们对我学习过程的严格指导，三年来各位老师们在生活和学习中给了我很大的帮助，交给我如何在日益激烈的社会竞争中生存和发展自己，直此即将大学毕业走向社会之际我要郑重的向您们道一声深情的“谢谢”，真心的感谢三年来对我的培养和关爱。本次设计由姚娟老师指导，在设计的过程中，姚老师细心的对我们进行了辅导，并且给我们提供了许多资料以供参考，在此表示衷心的感谢！在三年的大学生活中我感受颇多，同时也学到了许多，使我在今后的工作和学习当中得到了深深的教益，在这里我要特别感谢各位老师的悉心教导和培养，同时感谢我的父母，是他们给我提供了一个良好的学习机会。本设计因为时间仓促，设计水平有限，本设计中难免有错误，希望老师批评指正。62 参考文献[1]范锡普.发电厂电气部分.中国电力出版社.1987年版[2]中国电机工程协会.供用电实用手册.辽宁科学技术出版社.1998年版[3]解广润.电力系统过电压.水利电力出版社.1985年[4]刘介才.工厂供电简明设计手册.机械工业出版社.1998年版[5]焦留成.供配电设计手册.中国计划出版社.1999年版[6]戈以草.电工技能手册.上海交通大学出版社.2001年版[7]张仁豫.高电压实验技术.清华大学出版社.1992年版[8]刘炳尧.高电压绝缘基础.湖南大学出版社.1986年版[9]赵智大.电力系统中性点接地问题.中国工业出版社.1983年版[10]J.S.Czuba,L.N.Hannett,J.R.Willis.ImplementationofPowerSystemStabilizerattheLudingtonPumpedStoragePlant.IEEETransonPWRS.1986,1(1):121~128[11]郑忠.新编工厂电气设备手册.兵器工业出版社.1994年版[12]朴在林.变电所电气部分.中国水利水电出版社.2002年版[13]王锡凡.电力工程基础.西安交通大学出版社.1998年版[14]刘介才.工厂供电设计指导.机械工业出版社.2000年版[15]刘介才.工厂供电.机械工业出版.1999年1版[16]胡庄朔.汉英电力工程手册.中国电力出版社.1998年版[17]ProtectiverelayA.RvanC.warrington1974[18]张炜.电力系统分析.中国水利水电出版社.1999年版[19]马长贵.高电网继电保护原理.水利电力出版社.1987年版62'