110kv变电站设计

'课程设计（论文）任务书课题110kV变电站电气设计学院电气工程学院专业年级电气工程及其自动化姓名XXXXX学号XXXXXXXXXXXXXXXXX指导老师XXXXXXXXXXXXXXXX摘要37 本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kv降压变的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kv电气一次部分的设计。关键词：变电站设计，变压器，电气主接线，设备选择一、原始资料（一）、工程概况37 此变电站为某县的一个主要变电站,该县电力缺额将由电网通过此变电站供电。由负荷预测可知，2014年及2019年本变电站综合最大负荷为28200kW及39500kW。变电站电压等级采用110kV、35kV、10kV三个电压等级，根据电网发展确定：（1）110kV：进线2回（2）35kV：4回出线，外加广西主电网备用2回，共6回。最大一回线路的负荷为6MVA。（3）10kV：出线共8回。最大一回架空线路的负荷为1.5MW，一回电缆线路的负荷为0.8MW。根据电网及运行经验可知，系统等效容量为3500MVA，系统电抗标幺值为0.18（以系统容量为基准值）。年最大负荷利用小时数为5600h。线损率取5%，功率因素取0.9。（二）、设计任务1、电气主接线设计2、短路电流计算3、电流、电压互感器的配置4、电气设备选择（主变压器、断路器、隔离开关、母线、35kV架空线、10kV电缆、电流互感器及电压互感器）5、电气主接线图绘制第一章变电站电气主接线的选择37 现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足一下基本要求。（1）运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。（2）具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快的推出设备。切除故障停电时间短，影响范围就最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。（3）操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不但不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或者不必要的停电。（4）经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。（5）具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时还应考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。二、变电站电气主接线的设计原则在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的，设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。(1)接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥型接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110—37 220kv配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110—220kv出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。在大容量变电站中，为了限制6—10kv出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1.变压器分列运行2.在变压器回路中装置分裂电抗器。3.采用低压侧为分裂绕组的变压器。4.出线上装设电抗器。(1)断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。。三、电气主接线设计步骤（1）分析原始资料1.本工程情况包括变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。电气主接线方案选择依据原始资料，经过分析，根据可靠性和灵活性经济性的要求，高压侧有4回进线，宜采用双母线接线或单母线分段接线，中压侧有6回出线，其中两回备用，可以采用双母线接线、单母线分段接线方式，低压侧有8回出线，可以采用单母线分段、单母线分段带旁路母线的接线方式，经过分析、综合、组合和比较，提出两种方案：方案一：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，10kv侧采用单母线分段接线方式35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，优点是，检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电，和单母线分段接线方式相比，可靠性提高，灵活性增加，缺点是，增设旁路母线后，配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关的数目，接线复杂，投资增大。方案一的主接线图如下：37 图1—1方案一主接线图方案二：110kv侧，35kv侧，10kv侧采用单母线分段接线方式37 方案二的主接线图如下：图1—2方案二主接线图单母线分段可靠性1、检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电，提高运行的稳定性1、当出线开关检修，该回路停电2、继电保护简化，动作可靠性高灵活性1、检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电1、任一台开关检修或故障，操作都较简单，且操作过程不影响其它出线正常运行2扩建裕度大，容易扩建110kV用双母线，35kV用旁路母线，投资大37 经济性对于上述二种方案综合考虑：110kv侧采用单母线分段接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求，对于35kv及10kv侧，采用单母线分段接线方式。综合各种因素，宜采用第二种方案。第一章变压器的选择37 1.变电站容量一般应按5~10年规划负荷来选择，对于本设计按5年规划来选择。2.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％。(1)台数选择据资料分析以及线路来看，为保障对Ⅰ、Ⅱ类负荷的需要，以及扩建的可能性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电的可靠性，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倍最大负荷的容量。（2）主变压器的容量的选择近期负荷：∑PM=28.2MW远期总负荷：∑PM=39.5MW用电负荷的总视在功率为∑SM远期:∑SM=∑PM/COSφ=39.5/0.9=43.89MVA主变压器的总容量应满足：Sn≥K∑SM/S=0.9×43.89/（1-0.5）=41.58MVA(K为同时率，根据资料取0.9,线损5%)满载运行且留裕10%后的容量：S=Sn×（1+10%）=41.58/2×1.1=45.737MVA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，另一主变都要满足的容量:Sn≥45.737×70%=32.02MVA所以选每台主变容量：Sn=32.02MVA为了满足系统要求，以及通过查表，确定每台主变的装机容量为：40MVA总装机容量为2×40MVA=80MVA。（此处不考虑周围环境温度的影响）37 ⑶主变压器型式的选择相数的选择：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的单相变压器组，其金属材料少20%~25%，运行电能损耗少12%~15%，并且占地面积少，因此考虑优先采用。本变电所设在城郊附近，不受运输条件限制，所以采用三相变压器。综上，所选变压器型号参数如下表：选取主变压器参数表型号及容量（KVA）额定电压（KV）短路阻抗（%）空载电流（%）高中高低中低SFSL1-40000121/38.5/111810.56.50.837 第三章短路电流计算1、各回路最大持续工作电流根据公式=（3-1）式中----所统计各电压侧负荷容量----各电压等级额定电压----最大持续工作电流==/则：110kV进线：=39.5MVA/×110KV=0.208KA母线：35kV架空线出线：Igmax=母线：10kV架空线出线Ig.max=电缆出线Ig.max=37 母线2、短路电流计算在变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下一个方面：（1）电气主接线的比较（2）选择、检验导体和设备（3）在设计屋外髙型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对的安全距离（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。选择短路电流计算点取基准功率Sb=100MVA，基准电压。按通过电气设备的短路电流最大地点三相接地短路为短路计算点的原则，分别选出三个短路计算点，如图37 k1：110KV变电所主变110KV母线k2：110KV变电所主变35KV母线k3：110KV变电所主变10KV母线110KV变电所降压变压器2台40MW，并列运行：37 (取0)系统侧电抗归算：SB=100MVA，110kV系统UB=UN=110kV线路阻抗：系统侧阻抗：X=0.18系统等值电抗图如下37 当k1点短路时，化简等值电抗，最终得Xk1=X7=0.005+（0.090.5）=0.05当k2点短路时，化简等值电抗，最终得Xk2=0.5(0.175+0.275)+0.05=0.275当k3点短路时，化简等值电抗，最终得Xk3=0.50.275+0.05=0.1937 计算短路点的短路电流(冲击系数取为1.8)1、当110KV母线处即k1点短路时：短路电流有效值：kA冲击电流：kA最大电流有效值：kA短路容量：2、当35KV母线处即k2点短路时：短路电流有效值：kA冲击电流：kA最大电流有效值：kA短路容量：3、当10KV母线处即k3点短路时：短路电流有效值：kA冲击电流：kA最大电流有效值：kA短路容量：37 短路电流计算结果短路点编号短路点位置最大持续工作电流Igmax（kA）三相短路电流I”(KA)冲击电流Icj(KA)短路容量S〃(MVA)K1110KV母线0.2210.0425.562000K235KV母线0.695.6714.43363.37K310KV母线2.4228.9473.67526.3-110kV进线0.208----35kV出线0.110----10kV架空线0.096----10kV电缆0.051---37 第四章电气设备的选择正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。根据电气设备选择的一般原则，按正常运行情况选择设备，按短路情况校验设备。同时兼顾今后的发展，选用性能价格比高，运行经验丰富、技术成熟的设备，尽量减少选用设备的类型，以减少备品备件，也有利于运行，检修等工作。要做到先进、合理、可靠、灵活，而且要符合现场的自然条件要求。所选设备正常时应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。电气设备的选择应遵循以下两个原则：1.按正常工作状态选择；2.按短路状态校验。按正常工作状态选择的具体条件：（1）额定电压：按电气设备和载流导体的额定电压UN不小于装设地点的电网额定电压UNS选择，即UNUNS。（2）额定电流：所选电气设备的额定电流IN或载流导体的长期允许电流Iy（经温度或其他条件修正后而得到的电流值），不得小于装设回路的最大持续工作电流，即IN或（Iy）Imax。按短路状态校验的具体条件：（1）热稳定校验：当短路电流通过所选的电气设备时，其热效应不应该超过允许值。（2）动稳定校验：所选电气设备通过最大短路电流值时，不应因短路电流的电动力效应而造成变形或损坏。37 （一）断路器的选择高压断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并且经过经济技术方面都比较厚才能确定。根据目前我国高压断路器的生产情况，电压等级在10Kv～220kV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用断路器。断路器选择和校验的原则就是：按正常工作状态选择，按短路状态校验。所以选择必须满足条件：、，所以根据电压等级及开断电流，由表可得断路器型号为：110KV进线侧断路器选择1．电压：因为Ug=110KVUn=110KV所以Ug=Un2．电流：查表4-1得：Ig.max=0.22kA选出断路器型号为SW4－110－1000型，如表4-2：表4-2110KV母线断路器参数表型号电压(KV)额定电流(A)额定断开电流(KA)断开容量(MVA)极限通过电流(KA)热稳定电流(KA)合闸时间(s)固有分闸时间(s)重合性能额定最大额定重新*最大有效1S2S3S4S电流休止时间(s)重合时间(s)SW4-110110126100018.43500300055323215.82114.80.250.060.30.4因为In=1000AIg.max=220A所以Ig.max1s故tdz=tz+0.05=2.4+0.05×12=2.45因为I²tdz=10.042×2.45=246.96It²t=212×3=1323所以I²tdz1s故tdz=tz+0.05=1.85+0.05×12=1.90因为I²tdz=5.672×1.90=61.1It²t=6.62×4=128所以I²tdz1s故tdz=tz+0.05=1.85+0.05×12=1.90因为I²tdz=28.942×1.90=1591.3It²t=31.52×4=3969所以I²tdzIg.max2．热稳定校验：S≥Smin=tdz为主保护动作时间加断路器固有分闸时间即tdz=0.1+0.06=0.16s查书知，其中热稳定系数C=87，满足热稳定要求的最小截面为:可见，前面所选母线截面S=2(100×10)=2000mm2≥Smin=133mm2能满足短路热稳定要求。电气主接线图：37 37 结束语由于此次毕业设计的题目是110KV变电站设计，所涉及的内容比较多，也比较繁琐，包括了这个专业中所学的好几门主干课程。通过搜集、参阅、整理、计算、选择、校验和绘图这些阶段，在这其中由于其他的一些事情，总体来说是时间紧任务重。通过本次设计，不但复习了原来所学的专业知识并有了更深层次的认识，更重要的是提高了综合运用专业知识的能力。变电站设计是一个严密的理论设计过程，在这个过程中，我做到了学以致用，使自己的理论知识在设计中得以应用。通过查阅资料，结合自己的设计，虽然其中遇到了不少问题，但在同学的帮助下，都得以解决。这次设计充分检验了自己的设计能力，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；同时，也使我体会到了做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。这次毕业设计的经验以及感受，使我获益匪浅。通过毕业设计，我深刻地认识到自己知识的浅薄与匮乏，东西需要我们去学习和领悟。今后的工作学习中，我将不断充实自己，不断学习知识，虚心请教，争取有更大的进步。由于所学知识有限，加上缺乏实践经验，在设计过程中仍有许多不足之处，有待更进一步的改善，敬请老师批评指正。设计期间，龙军老师给了我悉心指导，帮我解决了很多技术困难，使我顺利完成了设计任务。在完成课程设计之际，在此向老师表示衷心的感谢！参考文献[1]陈珩.电力系统稳态分析第三版.北京:中国电力出版社,2007.[2]李光琦.电力系统暂态分析第三版.北京:中国电力出版社,2007.[3]陈跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册第二版.北京:中国水利水电出版社,2003.[4]毛力夫发电厂变电站电气设备中国电力出版社[5]谢承鑫、王力昌工厂电气设备手册水利电力出版社37 37'