内江市城郊110kv变电站设计

'西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计本科生毕业设计(论文)题目：内江市城郊110kV变电站设计教学单位_电气信息工程学院____姓名________学号______年级___________专业_电气工程及其自动化__指导教师___职称___副教授2014年03月12日38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计摘要电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。电能有许多优点，它可以方便地转化为别种形式的能，它的输送和分配易于实现，因此，电能被极其广泛地应用于工农业等各种行业。发电厂把别种形式的能量转换成电能，电能经过变压器和不同电压等级的输电线路输送并被分配给用户，再通过用电设备转换成适合用户需要的别种能量，这些生产、输送、分配和消费电能的各种电气设备连接在一起组成了电力系统。变电站是电力系统的一个重要组成部分，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，电力系统的设计越来越全面系统，变电站作为电力系统中一个关键的环节也同样得到了充分的发展。本文主要讲诉110kV变电站一次系统的电气设计，首先根据题目及设计内容进行了负荷分析，之后是介绍变压器的选择，其中包括变压器台数、容量的确定，相数的选择，绕组形式确定及型号选择等内容，最后是待建变电站电气主接线形式确定，短路电流的计算，导体和电气设备的选择等内容。关键词电能，电力系统，变电站，负荷分析，电气主接线，短路电流，电气设备38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计ABSTRACTElectricityisthemostimportantenergyinmodernsociety.Itisalsothemostconvenientenergy.Ithasmanyadvantages.Itiseasytobeconvertedintootherformsofenergy,toimplementitstransmissionanddistribution.Therefore,electricityisverywidelyusedinindustryandagricultureandotherindustries.Powerplantschangeotherformsofenergyintoelectricity.Electricityisassignedtousersthroughthetransformeranddifferentvoltagegradesoftransmissionlines.Thenelectricityisconvertedintootherformsofenergybyelectricequipment.Theproduction,transmission,distribution,andconsumptionpowerofvariouselectricalequipmentsareconnectedtogethertoformthepowersystem.Substationisanimportantpartofthepowersystem,istheintermediatelink,whichcontactpowerplantsandusers.Andhasafunctionoftransforminganddistributingelectricenergy.Withthedevelopmentofeconomyandtherapidrisingofthemodernindustrialconstruction,thedesignofthepowersystemisbecomingacomprehensivesystem.Asakeylinkinpowersystem,transformersubstationalsogetsfullydevelopment.Thisarticlemainlyabout110kVsubstationelectricaldesignofasystem,firstofall,accordingtothesubject,andanalyzesloaddesigncontent,afterisaselectionoftransformer,includingthedeterminationofcapacityoftransformersets,thenumberofphaseselection,windingformandthecontentsuchasmodelselection,thefinalwasbuiltforsubstationmainelectricalline.Determinethetype,thecalculationofshort-circuitcurrent,conductorandtheselectionofelectricalequipment,etc.KEYWORDSpower,powersystem,substation,loadanalysis,themainelectricalwiring,short-circuitcurrent,electricalequipment38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计目录第一章给定资料内容及设计任务11.1资料内容11.1.1电压等级11.1.3待建变电站负荷数据21.1.4环境条件21.2设计任务3第二章负荷分析与计算42.1概述42.2待建变电站负荷计算4第三章变压器的选择63.1变压器台数和绕组数量的选择63.1.1变压器台数的选择63.1.2变压器绕组数量的选择63.2主变压器容量和相数的选择73.2.1主变压器容量的选择73.2.2主变压器相数的选择73.3主变电压调整方式和冷却方式的选择83.3.1主变电压调整方式的选择83.3.2主变冷却方式的选择83.4主变绕组连接方式的确定83.5主变型号表示方法8第四章电气主接线的初步设计104.1对电气主接线的基本要求104.2电气主接线的基本形式及选择114.2.1基本形式114.2.2选择电气主接线11第五章短路电流计算155.1短路电流计算的目的155.2计算步骤155.3计算回路电抗标幺值155.4短路电流计算17第六章电气设备的选择206.1电气设备及导线选择的一般原则206.2断路器的选择206.2.1断路器按下列条件选择和校验206.2.2根据上述条件具体选择断路器216.3隔离开关的选择246.3.1隔离开关246.3.2具体选择隔离开关246.4电流互感器的选择2638 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计6.4.1电流互感器的选择及校验条件266.4.2根据以上条件具体选择电流互感器276.5电压互感器的选择286.6母线的选择296.6.1母线的选择和校验条件296.6.2根据以上原则具体选择母线型式30第七章总结3338 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计第一章给定资料内容及设计任务1.1资料内容随着内江市经济的快速发展，各大厂区纷纷在市所辖区域内兴起，原有的供电系统已渐渐的不能满足负荷发展的需要；为了适应城郊负荷发展的需要，拟在该地区建设一个110kV终端变电站。该变电站周围交通便利，且该变电站有大量一、二级负荷，有三个电压等级，具体内容如下：1.1.1电压等级待建变电站的三个电压等级分别为：110kV,35kV,10kV，110kV是电源电压，35kV和10kV是二次电压，供电源由50公里外的110kV的系统变电站（视为无限大容量系统）供给，各电压等级回路数如下：110kV:2回35kV:6回（其中有1回备用）10kV:8回（其中有2回备用）1.1.2待建变电站粗略图待建变电站110kV系统变电站35kV侧10kV侧图1.1待建变电站粗略图说明：1.110kV系统变电站到待建变电站距离为50km;2.因待建变电站所供用户中存在大量一、二级负荷，所以系统变电站到待建变电站采用双回路供电。38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计1.1.3待建变电站负荷数据1.35kV侧：负荷功率因数均取为，负荷同时率，年最大负荷利用小时小时/年，线路损耗取为8%，在近期工程完成后，随生产发展，预计远期新增负荷6MW,负荷其他数据如下表：表1.135kV负荷数据表序号用电名称最大负荷（MW）负荷类别回路数供电方式距离（km）1钢铁厂101级负荷1架空252冶炼厂5.51级负荷1架空393机械厂4.32级负荷1架空154砖厂53级负荷1架空115A变电站201级负荷1架空356备用12.10kV侧：负荷功率因数均取为，负荷同时率，年最大负荷利用小时小时/年，线路损耗取为8%，在近期工程完成后，随生产发展，预计远期新增负荷5MW,负荷其他数据如下表：表1.210kV负荷数据表序号用电名称最大负荷（MW）负荷类别回路数供电方式距离（km）1手机厂1.22级负荷1架空42纺织厂11.62级负荷1架空33纺织厂20.92级负荷1架空44纺织厂30.82级负荷1架空75电视机厂0.83级负荷1架空146配电变压器2.53级负荷1架空167备用23.所用电计算负荷，。1.1.4环境条件年最低温度：－5℃，年最高温度：＋40℃，年最高平均温度：＋31℃，地震裂度6度以下。38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计1.2设计任务负荷分析；主变压器的选择；电气主接线的设计；短路电流计算；电气设备选择；无功补偿装置的选择38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计第二章负荷分析与计算2.1概述负荷计算是供配电设计的基础，必须正确计算负荷，才能设计出合理的供配电系统。供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定得过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，从而造成更大损失。[1]由此可见，正确确定计算负荷非常重要。2.2待建变电站负荷计算所用公式为(2-1)式中P—最大负荷；—同时系数；—线路损耗，取8%。35kV侧：近期负荷：远期负荷：(2-2)视在功率:(2-3)38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计(2-4)10kV侧：近期负荷：远期负荷：视在功率：2.3所用电供电容量2.4待建变电站供电总容量(2-5)(2-6)38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计第三章变压器的选择在各级电压等级的变电站中，变压器是主要的电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。变压器的选择影响着电气主接线的基本形式和变电所总体布置形式。在供电系统设计中，应经济合理地选择变压器的型式、台数及容量等。3.1变压器台数和绕组数量的选择3.1.1变压器台数的选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：1.应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障时或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相联的联络线作为备用电源，或另有自备电源。2.对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。3.除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。4.在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。通过对待建变电站资料内容的分析知，该变电站供有大量一、二级负荷，再参考上面的原则，可以确定待建变电站应采用两台变压器[2]。3.1.2变压器绕组数量的选择在具有三种电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上时或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装置时，变压器宜采用三绕组变压器[3]。根据以上规程，下面计算主变压器各侧的功率与该主变压器容量的比值：（3-1）（3-2）而且本次设计的变电所具有三种电压等级，因此，满足以上条件，而且一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，故选择三绕组变压器。38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计3.2主变压器容量和相数的选择3.2.1主变压器容量的选择1.只装一台主变压器的变电所：主变压器容量SN.T应满足用电设备总计算负荷S30的需要即（3-3）2.装有两台主变压器的变电所：每台变压器的容量SN.T应同时满足以下两个条件：[4]（1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约70%~80%的需要，即（3-4）（2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即（3-5）3.根据以上两点原则，确定变压器容量：（1）变电所的一台变压器停运时，另一台变压器能保证全部负荷的70%，即（3-6）（2）单台变压器运行要满足一级和二级负荷的供电需要（3-7）（3）变压器的容量等级:30、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300、8000、10000、12500、16000、20000、25000、31500、40000、50000、63000、90000、、、、、、kVA.因此，变压器容量最少为50.381MVA，查变压器容量等级知，变压器容量为。3.2.2主变压器相数的选择选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及变电所的实际情况来选择。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断路保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电所应尽可能采用三相变压器。在第一章中曾提到，待建变电站周围交通便利，所以交通运输应该不是问题，变压器不受运输条件限制，因此，变电所应采用三相变压器。38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计3.3主变电压调整方式和冷却方式的选择3.3.1主变电压调整方式的选择变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比。切换方式有两种：不带负荷切换，称为无励磁调压，调整范围通常在5%以内；另一种是带负载切换，称为有载调压，调整范围可达20%~30%。选择调压方式原则如下：1.对于220kV及以上的降压变压器，仅在电网电压可能有较大波动的情况下，采用有载调压方式，一般不应采用。2.对于110kV及以下的变压器，设计时宜考虑至少有一级变压器采用有载调压方式。3.由于普通变压器调节固定分接头都要变压器停运后才能调整，当负荷变化很大或用户对电压波动要求较高时，变压器的固定分接头不能满足要求，就需要采用有载调压变压器。综上所述，应选择有载调压方式。3.3.2主变冷却方式的选择主变压器的冷却方式有：油浸自冷，干式空气自冷，干式浇注绝缘，油浸风冷,油浸水冷等。对于小容量变压器一般采用自然风冷却。大容量变压器一般采用油浸风冷方式。在发电厂水源充足的情况下，为了压缩占地面积，大容量变压器也有采用油浸水冷方式[5]。由上文可知，待建变电站所选变压器为大容量的变压器，所以在此选择油浸风冷方式。3.4主变绕组连接方式的确定变压器绕组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、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。35KV以下电压，变压器绕组都采用△连接。由以上知，此变电站110KV侧采用Y连接，35KV侧采用Y连接，10KV侧采用△接线。3.5主变型号表示方法变压器产品型号的表示方法：-7/838 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计1-相数（S-三相，D-单相）2-冷却方式（J-油浸自冷，也可不标，G-干式空气自冷，C-干式浇注绝缘，F-油浸风冷，S-油浸水冷）3-循环方式（自然循环不标，P-强迫循环）4-绕组数（双绕组不标，S-三绕组，F-双分裂绕组）5-调压方式（无励磁调压不标，Z-有载调压）6-设计序号7-额定容量（kVA）8-高压绕组额定电压等级（kV）综上五点，选择两台容量为63000kVA的三相、油浸风冷、三绕组、有载调压的变压器，查电力系统设计手册附表16-38知，待建变电站的主变压器型号选为：表3.1变压器型号表型号额定容量（kVA）主接头额定电压（kV）阻抗电压（%）SFSZ-63000/11063000高中低高-中高-低中-低11038.51110.515.56.538 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计第四章电气主接线的初步设计电气主接线是指发电厂、变电站、电力系统中，通过连接线，将发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线等高压电气设备连接起来组成的汇集和分配电能的电路，以满足功率传送方式和运行等的要求，又被称为一次接线或电气主系统。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。用规定的文字和图形符号，按实际工作顺序排列，详细地表示全部电气设备的基本组成、连接关系及各回路间相互关系的单线接线图，称为电气主接线图。4.1对电气主接线的基本要求要正确、合理地设计主接线，应根据发电厂或变电站的规模、在电力系统中的地位、电压等级和出线回数、电气设备的特点、负荷性质等，综合考虑各方面的因素，经技术、经济比较后方可确定。所设计的电气主接线应满足以下基本要求：1.可靠性。停电将给电力部门以及国民经济其他部门造成重大损失，甚至导致人身伤亡、城市生活混乱，影响很大。供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力。发电厂和变电站是电力系统的重要组成部分，其主接线的可靠性直接影响着系统的供电可靠性，因此保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。2.灵活性。电气主接线应力求简单、明了，运行灵活，操作方便，能够适应各种运行条件的变化。正常运行时，要能够根据调度的要求，灵活的进行各种运行方式的转换，能够灵活地投入或切除发电机、变压器和线路，灵活地调配电源和负荷，以满足系统正常运行的需要；故障时，应能方便、迅速地将故障部分进行隔离，转移负荷并尽量恢复供电，力求停电影响范围最小，时间最短；当某一设备需要检修时，应能方便地将其退出运行，并使该设备与带电运行部分有可靠的安全隔离，以保证检修人员检修时的安全。3.经济性。在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。因此，电气主接线的设计必须综合考虑技术和经济两个方面的情况，在满足运行可靠、灵活的基础上，尽量使主接线简单清晰，经济合理，做到投资省、占地面积少、年运行费用低[6]。38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计4.2电气主接线的基本形式及选择4.2.1基本形式根据是否有母线，可将主接线的基本形式分为有母线的接线方式和无母线的接线方式。有母线的接线方式主要包括单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、双母线分段接线、带旁路母线的接线、一个半断路器接线等几种。无母线的接线方式主要包括角形接线、桥形接线、单元接线等几种。[7]对于进出线回路少，不再扩建的发电厂或变电站，常采用无母线的接线方式，其使用开关电器数量少，占地面积也小。4.2.2选择电气主接线发电厂或变电站中一般引出线的数目比电源的多，而且每回出线的功率也不一样。当进、出线的数量较多（超过4回）时，为了便于电能的汇集与分配，电气主接线中常设置母线作为中间环节。采用母线后，可使接线简单清晰，运行方便，便于扩建，但同时也使断路器等开关设备使用数量增多，配电装置占地面积增大，经济性变差。[8]由原始资料可知，待建变电站有远景发展，有扩建的可能，因此本文主要考虑有母线的接线方式，对无母线的接线方式不再赘述。查看原始资料知，该待建变电站不管是35kV侧还是10kV侧重要负荷都较多，对于单母线接线是一种最原始、最简单的接线，其基本特点是：其所有的电源线及出线均接在同一母线上，这种接线形式的优点是简单明了，采用设备较少，运行操作简单，便于扩建、造价低；其缺点是供电可靠性低，灵活性较差，当母线或母线侧隔离开关等元件发生故障时或检修时，所有接在该母线上的回路都要受到影响而停电；当某一回路断路器检修时，该回路也需要停电。因此，单母线接线方式不能满足重要用户的要求，所以本文110kV侧、35kV侧、10kV侧均不考虑该接线方式。双母线分段接线适应范围为：当220kV进出线回路甚多时，双母线需要分段，鉴于本次所设计变电站电压等级为110kV等级，所以不考虑双母线分段接线方式。35kV及以下的配电装置，只有在有特殊要求时才装设旁路母线，一般不装设。旁路母线增加了投资和占地面积而且旁路断路器的保护为了适应各回出线的要求，整定也比较复杂。因此，35kV侧、10kV侧不考虑带旁路母线的接线方式。查电力工程电气设计手册知，旁路母线或旁路隔离开关在110kV~220kV配电装置的设置原则为：110kV~220kV38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计线路输送功率较多，送电距离较远，停电影响较大时，一般需要设置旁路母线或旁路隔离开关，因为待建变电站一、二级负荷较多，停电影响较大，所以110kV侧采用带旁路母线的接线方式。具体110kV侧、35kV侧、10kV侧采用何种接线方式下面具体分析：1.110kV侧：根据以上所述，110kV侧接线方式有以下两种：（1）单母线分段接线带旁路母线、（2）双母线接线带旁路母线从供电可靠性上讲，两者均具有比较高的可靠性，灵活性要求也能满足工程设计的需要，但是双母线接线带旁路母线使用设备更多，投资更大，从经济方面考虑，所以选择单母线分段带旁路母线的接线方式。2.35kV侧：从上文得知，35kV侧接线方式也有两种：（1）单母线分段接线、（2）双母线接线单母线分段接线在35kV~63kV配电装置中的适用范围为：35kV~63kV配电装置出线回路数为4~8回时；双母线接线在35kV~63kV配电装置中的适用范围为：35kV~63kV配电装置出线回路数超过8回时或连接的负荷较大时。因为35kV侧有6回出线而且负荷也较大，为重要负荷，粗看两种接线方式都满足要求。但是查35kV负荷数据知，负荷几乎都为一、二级负荷，对可靠性要求比较高。对于单母线分段接线，在某一段母线或母线侧隔离开关发生故障或检修时，该段母线的所有回路都要长时间停电，而双母线接线相对于单母线分段接线来说虽然投资要大一些，但是却克服了这一弊端，所以35kV侧选择双母线接线方式。3.10kV侧：由上文知，10kV侧也有两种接线方式，分别为：（1）单母线分段接线、（2）双母线接线单母线分段接线适用范围为：6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上时；双母线接线适用范围为：6~10kV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时。因为10kV侧出线为8回，而单母线分段接线已能够满足可靠性和灵活性的要求，投资较双母线接线小，所以10kV侧选择单母线分段接线方式。综上所述，110kV侧采用单母线分段带旁路母线的接线方式，如下图：38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计图4.1单母线分段带旁路母线35kV侧采用双母线接线方式，如下图：图4.2双母线接线10kV侧采用单母线分段接线方式，如下图：38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计图4.3单母线分段接线38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计第五章短路电流计算短路的概念是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接；短路的类型有三相短路、两相短路、两相接地短路、单相短路；短路的原因有电气设备绝缘损坏、有关人员误操作、鸟兽为害事故。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线路。[9]5.1短路电流计算的目的1.进行短路电流的计算，正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性。2.为确定送电线路对附近通信线电磁危险的影响提供计算资料。3.电网接线和电厂、变电所电气主接线的比选。5.2计算步骤在工程计算中，短路电流其计算步骤如下：1.选定基准电压和基准容量，把网络参数化为标么值；2.画等值网络图；3.化简等值网络图，求出组合阻抗；4.选择短路点算出短路电流。5.3计算回路电抗标幺值等值网络图如下：图5.1等值网络图38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计在用标么值法进行短路计算时，首先应选定基准值，下面选定基准容量和基准电压。工程设计中，通常取基准容量,取元件所在处的短路计算电压为基准电压，即平均额定电压,我国电力系统各级电压的平均额定电压如下表：[10]表5.1我国电力系统各级电压的平均额定电压额定电压级（kV）3610153560110154220330500平均额定电压（kV）3.156.310.515.753763115162230345525因为待建变电站有110kV/35kV/10kV三个电压等级，所以由上表知,,。1.下面对回路电抗计算中涉及的公式及相关知识点汇总如下：（1）架空线路及电缆线路电抗标么值：（5-1）（其中x0为线路每公里电抗实际值）（2）变压器电抗标么值：（5-2）(其中SN:变压器额定容量，为短路电压)（3）对于三绕组变压器各绕组短路电压分别为[11]：（5-3）（5-4）（5-5）（4）一般单导线线路每公里的电抗x0为0.4Ω左右。2.回路的电抗标么值具体计算如下：（1）线路的电抗标么值：（2）变压器的电抗标么值38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计3.组合电抗标幺值由于两台变压器型号完全相同，其中性点电位相等，因此等值电路图可化简为：图5.2简化等值网络图所以，组合电抗标幺值如下：（5-6）5.4短路电流计算电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作，因此作为选择检验电气设备的短路计算中，以三相短路计算为主。因此，下文中计算的短路电流均为三相短路情况下的电流。1.所涉及的公式和相关知识点有：（1）在无限大容量系统中，由于系统馈电母线电压维持不变，所以其短路电流周期分量有效值（习惯上用表示）在短路的全过程中维持不变[12]，即38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计（5-7）（I〃:短路次暂态电流有效值，I∞：短路稳态电流有效值）（2）无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值：（5-8）（XΣ*:总电抗标幺值）（3）基准电流：（5-9）（4）有名值=标幺值×基准值（5）高压电路发生三相短路时，（5-10）(其中：短路冲击电流，：短路冲击电流有效值，：短路次暂态电流有效值)[13]（6）三相短路容量的计算公式：（5-11）(：短路电流周期分量有效值，：平均额定电压)2.具体计算如下：K1点短路时：总电抗标幺值短路电流周期分量标幺值短路次暂态电流有效值短路冲击电流短路全电流最大有效值（短路冲击电流有效值）短路容量38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计K2点短路时：总电抗标幺值短路电流周期分量标幺值短路次暂态电流有效值短路冲击电流短路全电流最大有效值（短路冲击电流有效值）短路容量K3点短路时：总电抗标幺值短路电流周期分量标幺值短路次暂态电流有效值短路冲击电流短路全电流最大有效值（短路冲击电流有效值）短路容量通过对短路电流的基本计算，为下一章电气设备的选型奠定了基础。38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计第六章电气设备的选择在电力系统中，虽然各种电气设备的功能不同，工作条件各异，具体选择方法和校验项目也不尽相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路条件来校验动、热稳定性。本设计中，电气设备的选择包括：导线的选择，高压断路器和隔离开关的选择，电流互感器、电压互感器的选择。6.1电气设备及导线选择的一般原则1.应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2.应按当地环境条件校核；3.应力求技术先进和经济合理；4.与整个工程的建设标准应协调一致；5.同类设备应尽量减少品种；6.选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。7.在发电厂和变电所中，一般35kV及以下的配电装置采用屋内配电装置，110kV及以上的配电装置采用屋外配电装置[14]。由以上原则第七条，因此110kV侧采用屋外配电装置，35kV和10kV侧均采用屋内配电装置。6.2断路器的选择6.2.1断路器按下列条件选择和校验1.断路器型式的选择：断路器型式的选择，应在全面了解其使用环境的基础上，结合产品的价格和已运行设备的使用情况，经技术经济比较后确定。随着断路器无油化进程的发展，油断路器用得越来越少，真空断路器和SF6断路器得到日益广泛的应用。真空断路器常用于10kV、35kV等电压等级中，尤其是在10kV电压等级，真空断路器已成为主流产品，市场占有率达90%以上。SF6断路器常用于35kV及以上电压等级中，尤其是在超高压领域，大都选用SF6断路器；[15]2.根据安装地点选择户内式或户外式；3.断路器的额定电压应不小于变电所所在电网的额定电压；38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计4.断路器的额定电流应不小于通过断路器的最大持续电流；5.校验断流能力：断路器的额定开断电流短路电流周期分量有效值（短路次暂态电流有效值；6.断路器的额定关合电流（一般等于动稳定电流）应不小于短路冲击电流；7.校验动稳定：断路器的动稳定电流短路冲击电流；8.校验热稳定：短路的热效应应小于断路器在tk时间内的允许热效应。6.2.2根据上述条件具体选择断路器1.110kV侧断路器选择（1）该回路为110kV电压等级，故选用SF6断路器；（2）根据上文电气设备及导线选择的一般原则第七点，故选择户外式断路器；（3）断路器的额定电压应大于或等于110kV；（4）断路器的额定电流应大于或等于通过断路器的最大持续工作电流（6-1）因此，初选型号为LW11-110的户外式SF6断路器，其参数如下表表6.1LW11-110型断路器参数额定电压（kV）最高工作电压（kV）额定电流（A）额定开断电流（kA）动稳定电流（峰值）（kA）热稳定电流（3s有效值）（kA）额定关合电流（峰值）（kA）固有分闸时间（ms）110126160031.58031.58040（5）校验断流能力：额定开断电流为短路电流周期分量有效值（短路次暂态电流有效值,则断流能力满足要求；（6）校验额定关合电流：此处额定关合电流等于动稳定电流为短路冲击电流，因此满足要求；（7）校验动稳定：此处动稳定电流与额定关合电流相等，因此动稳定满足要求；（8）热稳定校验：设后备保护动作时间为1.9s，所选断路器的固有分闸时间（查上表得），选择熄弧时间,则短路持续时间（6-2）因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计。那么短路热效应（6-3）38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计而允许热效应（6-4）（其中为热稳定电流），因为，所以满足要求。因此，110kV侧断路器选择LW11-110型。2.35kV侧断路器选择（1）根据上文电气设备及导线选择的一般原则第七点，故选择户内式断路器；（2）该回路为35kV电压等级，本应选择SF6断路器，但因35kV电压等级SF6断路器无户内的，因而选择真空断路器；（3）断路器的额定电压应大于或等于35kV；（4）断路器的额定电流应大于或等于通过断路器的最大持续工作电流（6-5）因此，初选型号为ZN-35/1250-16的户内式真空断路器，其参数如下表：表6.2ZN-35/1250-16型断路器参数额定电压（kV）最高工作电压（kV）额定电流（A）额定短路开断电流（kA）额定关合电流（峰值）（kA）动稳定电流（峰值）（kA）2s热稳定电流（kA）固有分闸时间（不大于）（s）3540.51250164040160.08（5）校验断流能力：额定开断电流为16kA短路电流周期分量有效值（短路次暂态电流有效值I〃=9.814kA,则断流能力满足要求；（6）校验额定关合电流：此处额定关合电流等于动稳定电流为40kA短路冲击电流，因此满足要求；（7）校验动稳定：此处动稳定电流与额定关合电流相等，因此动稳定满足要求；（8）热稳定校验：设后备保护动作时间为1.9s，所选断路器的固有分闸时间t固=0.08s（查上表得），选择熄弧时间t=0.03s,则短路持续时间（6-6）因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计。那么短路热效应（6-7）而允许热效应（6-8）38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计（其中为热稳定电流）因为，所以满足要求。因此，35kV侧断路器选择ZN-35/1250-16型。3.10kV侧断路器选择（1）根据上文电气设备及导线选择的一般原则第七点，故选择户内式断路器；（2）该回路为10kV电压等级，因而选择真空断路器；（3）断路器的额定电压应大于或等于10kV；（4）断路器的额定电流应大于或等于通过断路器的最大持续工作电流（6-9）因此，初选型号为ZN-10/1250的户内式真空断路器，其参数如下表：表6.3ZN-10/1250型断路器参数额定电压（kV）额定电流（A）开断电流（kA）极限通过电流（即动稳定电流）峰值（kA）热稳定电流有效值（kA）固有分闸时间（s）（不大于）10125031.58031.5（2s）0.06（5）校验断流能力：额定开断电流为31.5kA短路电流周期分量有效值（短路次暂态电流有效值I〃=27.631kA,则断流能力满足要求；（6）校验额定关合电流：此处额定关合电流等于动稳定电流为80kA短路冲击电流，因此满足要求；（7）校验动稳定：此处动稳定电流与额定关合电流相等，因此动稳定满足要求；（8）热稳定校验：设后备保护动作时间为1.9s，所选断路器的固有分闸时间t固=0.06s（查上表得），选择熄弧时间t=0.03s,则短路持续时间（6-10）因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计。那么短路热效应（6-11）而允许热效应Ir2t=31.522=1984.5kA2s（6-12）（其中为热稳定电流），因为，所以满足要求。因此，10kV侧断路器选择ZN-10/1250型。38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计6.3隔离开关的选择6.3.1隔离开关相较于断路器，没有开断电流和关合电流的校验，其他选择条件和校验条件相同，即：1.隔离开关的额定电压应不小于变电所所在电网的额定电压；2.隔离开关的额定电流应不小于通过断路器的最大持续电流；3.根据安装地点选择户内式或户外式；4.校验动稳定：隔离开关的动稳定电流短路冲击电流；5.校验热稳定：短路的热效应应小于隔离开关在时间内的允许热效应。6.3.2具体选择隔离开关1.110kV侧隔离开关的选择（1）隔离开关的额定电压应大于或等于110kV；（2）隔离开关的额定电流应大于或等于通过断路器的最大持续工作电流：（6-13）（3）根据电气设备及导线选择的一般原则第七点，故选择户外式隔离开关；由以上计算数据可以初步选择户外GW4-110型，其参数如下表：表6.4GW4-110型隔离开关参数额定电压（kV）最高工作电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（kA）4s热稳定电流有效值（kA）1101266005016（4）校验动稳定：此处动稳定电流为50kA短路冲击电流，因此满足要求；（5）热稳定校验：设后备保护动作时间为1.9s，110kV侧选的断路器的固有分闸时间t固=0.04s，选择熄弧时间t=0.03s,则短路持续时间（6-14）因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计。那么短路热效应（6-15）38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计而允许热效应（6-16）（其中为热稳定电流），因为，所以满足要求。因此，110kV侧隔离开关选择GW4-110型。2.35kV侧隔离开关的选择（1）隔离开关的额定电压应大于或等于35kV；（2）隔离开关的额定电流应大于或等于通过断路器的最大持续工作电流（6-17）（3）根据电气设备及导线选择的一般原则第七点，故选择户内式隔离开关；由以上计算数据可以初步选择户内GN16-35G/1250型，其参数如下表：表6.5GN16-35G/1250型隔离开关参数额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流峰值（kA）4s热稳定电流有效值（kA）3512506325（4）校验动稳定：此处动稳定电流为63kA短路冲击电流，因此满足要求；（5）热稳定校验：设后备保护动作时间为1.9s，35kV侧选的断路器的固有分闸时间t固=0.08s，选择熄弧时间t=0.03s,则短路持续时间（6-18）因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计。那么短路热效应（6-19）而允许热效应（其中为热稳定电流），因为，所以满足要求。因此，35kV侧隔离开关选择GN16-35G/1250型。3.10kV侧隔离开关的选择（1）隔离开关的额定电压应大于或等于10kV；（2）隔离开关的额定电流应大于或等于通过断路器的最大持续工作电流38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计（6-20）（3）根据电气设备及导线选择的一般原则第七点，故选择户内式隔离开关；由以上计算数据可以初步选择户内GN5-10/1000型，其参数如下表表6.6GN5-10/1000型隔离开关参数额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流峰值（kA）5s热稳定电流有效值（kA）1010007530（4）校验动稳定：此处动稳定电流为75kA短路冲击电流，因此满足要求；（5）热稳定校验：设后备保护动作时间为1.9s，10kV侧选的断路器的固有分闸时间t固=0.06s，选择熄弧时间t=0.03s,则短路持续时间（6-21）因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计。那么短路热效应（6-22）而允许热效应（6-23）（其中为热稳定电流）因为，所以满足要求。因此，10kV侧隔离开关选择GN5-10/1000型。6.4电流互感器的选择6.4.1电流互感器的选择及校验条件1.额定电压的选择：电流互感器的额定电压不得低于其安装回路的电网额定电压；2.额定电流的选择：电流互感器的额定电流不得低于其所在回路的最大持续工作电流；3.热稳定校验：电流互感器热稳定能力常以1s内允许通过一次额定电流Ie1的倍数Kr来表示，即：（6-24）（t为热稳定校验时间，通常取1s或5s，为短路电流引起的热效应）38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计4.动稳定校验：电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（Ie1）的倍数-动稳定电流倍数表示其内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验：[16](6-25)6.4.2根据以上条件具体选择电流互感器1.110kV侧电流互感器的选择（1）额定电压应大于或等于110kV；（2）额定电流应大于或等于回路最大持续工作电流，即：(6-26)根据以上计算数据可初步选择LCW-110型电流互感器，其参数为额定电流比：（50~100A）~（300~600A）/5,1s热稳定电流倍数为：75，动稳定倍数为：150（3）热稳定校验：短路热效应:(6-27)(6-28)因为，所以热稳定满足要求；（4）动稳定校验：(6-29)因为，所以动稳定满足要求；综上所述，110kV侧选择LCW-110型电流互感器。2.35kV侧电流互感器的选择（1）额定电压应大于或等于35kV；（2）额定电流应大于或等于回路最大持续工作电流，即：(6-30)根据以上计算数据可初步选择LB6-35型电流互感器，其参数为额定电流比：2000/5,1s热稳定电流倍数为：40，动稳定倍数为：75（3）热稳定校验：38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计短路热效应:(6-31)(6-32)因为，所以热稳定满足要求；（4）动稳定校验：(6-33)因为，所以动稳定满足要求；综上所述，35kV侧选择LB6-35型电流互感器。3.10kV侧电流互感器的选择（1）额定电压应大于或等于10kV；（2）额定电流应大于或等于回路最大持续工作电流，即：(6-34)根据以上计算数据可初步选择LBJ-10型电流互感器，其参数为额定电流比：2000~6000/5,1s热稳定电流倍数为：50，动稳定倍数为：90（3）热稳定校验：短路热效应:(6-35)(6-36)因为，所以热稳定满足要求；（4）动稳定校验：(6-37)因为，所以动稳定满足要求；综上所述，10kV侧选择LBJ-10型电流互感器。6.5电压互感器的选择查相关书籍知，电压互感器不需要进行选择计算或校验额定电流、热稳定、动稳定，只需要对额定电压进行选择。38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计鉴于本次设计只针对于电气一次系统，故只根据电压互感器一次额定电压进行选择；为了确保电压互感器的安全和在规定的准确级，电压互感器一次侧额定电压与所接入电网的额定电压UWN应相适应，即满足：（6-38）故110kV侧选择3JCC-110型电压互感器，35kV侧选择3JDJ-35型电压互感器,10kV侧选择3JDZ-10型电压互感器。6.6母线的选择母线分为硬母线和软母线。硬母线机械强度高、载流量大、布置上要求的相间距离较小，故主要作为发电机至变压器的引出线及屋内高低压配电装置；软母线施工方便，主要适用于架空电力线路及各型户外配电装置。常用的硬母线的截面形状有矩形、槽形、和管形。矩形导体具有结构简单、安装施工方便的特点。它适用于发电厂和变电所中35kV及以下各级电压配电装置；管形主要用于110kV及以上各级电压配电装置中；槽形一般适用于10万kW及以下发电机与变压器之间母线桥连接。本设计的110kV为屋外配电装置，故母线采用软母线（一般考虑钢芯铝绞线），而35kV、10kV采用屋外配电装置，故采用矩形硬母线；体的正常最高允许温度以70℃计；本设计中母线截面的选择按最大长期工作电流选择。6.6.1母线的选择和校验条件1.按最大长期工作电流选择截面：为保证母线正常工作时温度不超过允许温度，满足条件（6-39）式中：为母线允许载流量，单位A；Imax为通过母线的最大长期工作电流，单位A。母线实际允许载流量与周围环境温度及母线的布置方式有关，若实际周围环境温度与规定的环境温度不同时，母线的允许温度要修正，即引入温度修正系数。公式如下（6-40）式中：为母线最高长期允许温度，℃；θ0为规定的标准环境温度，℃；θ1为母线运行的实际温度，℃；即，则截面满足要求。[17]38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计2.母线的热稳定校验：按上述情况选择的母线截面S（mm2），还应校验其在短路条件下的热稳定，即[18]（6-41）为短路时满足热稳定要求的导体最小截面积（mm2）C为与导体材料和导体短路前的温度有关的热稳定系数，工作温度为70℃，硬铝及铝合金的C值为87I∞为稳态短路电流（A）为短路等值时间（s）3.动稳定校验：动稳定必须满足下列条件（6-42）y为母线材料的允许应力，Pamax为母线受到的最大相间应力，Pa（6-43）其中f=0.1732ish2/a为单位长度三相母线的相间电动力，N/mL为相邻支柱间跨距，mW为母线截面系数，m3，当母线水平排列平放时，W=bh2/6a为相间母线中心距离，m为短路冲击电流，kA注：软母线不需要校验动稳定，必须对硬母线进行动稳定校验。[19][20]6.6.2根据以上原则具体选择母线型式1.110kV母线的选择和校验（1）按最大工作电流选择导线截面S年最高平均温度为31℃，而导线长期允许温度为70℃，则温度修正系数：=0.931选择母线型号为：LGJ-185，查表得38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计所以满足要求；（2）热稳定校验：=107.28mm2满足热稳定要求，故110KV侧母线选择LGJ-185。2.35kV母线的选择和校验（1）按最大工作电流选择导线截面S选择35kV母线型号为h100b10(单条矩形铝母线)，查表得满足要求；（2）热稳定校验：=159.93mm2满足热稳定要求；（3）动稳定校验：设母线采取水平排列平放，则相邻支柱间跨距取，相间母线中心距离取满足动稳定要求；综上，35KV侧母线选择h100b10(单条矩形铝母线)。3.10kV母线的选择和校验（1）按最大工作电流选择导线截面S选择10kV母线型号为h100b10(单条矩形铝母线)，查表得38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计满足要求；（2）热稳定校验：=448.027mm2满足热稳定要求；（3）动稳定校验：设母线采取水平排列平放，则相邻支柱间跨距取，相间母线中心距离取满足动稳定要求；综上，10KV侧母线选择h100b10(单条矩形铝母线)。38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计第七章总结本论文是内江市城郊110kV变电站的设计，其主要内容是负荷分析计算，变压器的选择，电气主接线的设计，短路电流计算，电气设备的选择与校验等,首先根据各电压侧的负荷数据计算出待建变电站的总负荷，然后根据负荷计算的结果选择变电站的主变压器和选择变电站的电气主接线，最后计算短路电流并用以选择各高压电气设备，完成变电站一次系统的设计。变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分，主接线的确定，对电力系统可靠、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择将会产生直接的影响，通过短路点的计算来对系统的各种故障进行分析，并以此来校验各种电气设备的选择是否符合要求。通过本设计，实现了变电站的可靠性、灵活性和经济性的运行，基本上满足了本变电站的设计要求。38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计参考文献[1]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册.中国电力出版社.2005[2]刘介才.工厂供电.机械工业出版社.2009[3]电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册.中国电力出版社.1998[4]中华人民共和国能源部.35-110kV变电所设计规范.1993[5]水利电力西北电力设计院.电力工程电气设计手册.中国电力出版社.1989[6]韩学山.电力系统工程基础.机械工业出版社.2008[7]许珉.发电厂电气主系统.机械工业出版社.2006[8]张铁岩.电气工程基础.人民邮电出版社.2012[9]邹有明.现代供电技术.中国电力出版社.2008[10]电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册.中国电力出版社.1998[11]何仰赞.电力系统分析.华中科技大学出版社.2002[12]关大陆.工厂供电.清华大学出版社.2008[13]唐小波.变电所运行与管理.化学工业出版社.2008[14]电力工业部西北电力设计院.电力工程电气设备手册.中国电力出版社.1998[15]王成江.发电厂变电站电气部分.中国电力出版社.2013[16]朴在林.变电站电气部分.中国水利水电出版社.2008[17]温步瀛.电力工程基础.中国电力出版社.2006[18]唐志平.供配电技术.电子工业出版社.2009[19]杨洋.供配电技术.西安电子科技大学出版社.2007[20]杨岳.供配电系统.科学出版社201138 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计附录电气主接线图纸1.110kV侧：38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计2.35kV侧：38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计3.10kV侧:38 西南民族大学本科毕业论文内江市城郊110kV变电站设计致谢110kV变电站设计是在邵老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了邵老师很多的宝贵时间和精力，在此向邵老师表示衷心地感谢！导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！还要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意。38'