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1、毕 业 设 计 (论 文) 系（院） 电气工程及自动化 专业毕业设计（论文）题目 某110KV区域变电所电气部分 初步设计 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 摘要本论文设计了一个升压变电站,主要用于丰水季节区域小水电电力外送主网。此变电站有三个电压等级：高压侧电压为110kv,远期有二回出线；中压侧电压为35kv,远期有八回出线；低压侧电压为10kv,远期有十四回出线。同时对于变电站内的主设备进行合理的选型。本设计选择两台SFSZL-31500/110主变压器，其他设备如站用变，断路器，隔离开关，电流互感器，高压熔断器，电压互感器和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到
2、运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。使其更加贴合实际，更具现实意义。修改意见：1、电压单位：kV 电流单位：kA 容量单位：kVA或MVA ，文中要全部改正；2、每一章要另起一页；3、所有公式要有编号，且用公式编辑器编写；4、每一种主接线方案，在文中绘出主接线和主要设备（编号），便于比较；5、装设SF6开关，可以不用旁路（开关可靠，检修周期较长）；6、计算过程仔细检查，有些计算错误，7、主接线图，由于没装CAD，无法打开，请参照相关设计手册要求绘制；8、保护设计过于简单；9、加保护展开图；10、告诉学员，避免雷同（要上交学校存档），这是最大的问题，否则
3、自找麻烦；11、每人用硬皮封面做1份设计说明书，A2图纸的打印一套，答辩时给老师，自己留一份草稿。关键字： 变电站 设计目 录第一章 电气主接线的设计11.1 原始资料分析11.2 主结线的设计11.3 主变压器的选择5第二章 短路电流计算6第三章 电气设备的选择93.1断路器的选择103.2隔离开关的选择153.3电流互感器的选择203.4电压互感器的选择243.5熔断器的选择253.6避雷器的选择26第四章 导体、电缆的选择264.1 母线导体选择264.2 电缆选择29第五章 继电保护装置30第六章配电装置31第七章所用电系统33第八章结束语34第一章 电气主接线的设计一、原始资料分析本
4、设计的变电站主要用于丰水季节区域小水电电力外送主网，小部分就地消化，为升压变电站,有三个电压等级：高压侧电压为110kv,终期为二回出线，本期建设一回；中压侧电压为35kv,终期有八回出线，本期建设六回；低压侧电压为10kV,终期有十四回出线,本期建设七回。从以上资料可知本变电站是作为一个升压变电站。二、主接线的设计电气主接线得设计原则，应根据变电所在电力系统中得地位，负荷性质，出线回路数，设备特点，周围环境及变电所得规划容量等条件和具体情况，并满足供电可靠性，运行灵活，操作方便，节约投资和便于扩建等要求。具体如下:1、 变电所的高压侧接线，根据技术设计规程应尽量采用断路器较少或不用断路器的接
5、线方式。2、 在35kV配电装置中，当线路为3回及以上时，根据规程一般采用单母线或单母线分段接线。3、 在10kV配电装置中，当线路在6回及以上时，根据规程一般采用单母线分段接线方式。4、 如果线路不允许停电检修，则应增设相应的旁路设施。待设变电所可考虑以下几个方案，并进行经济和技术比较。方案1：采用单母线接线（各种方案，绘出主接线图）其优缺点：(1)线简单、清晰，操作方便。（字体）(2)可靠性、灵活性差。母线检修时，必须全停。(3)单母线便于过渡为双母线接线。(4)易于扩建，利于以后规划。方案2：采用单母线分段带旁路接线其优缺点：(1)对重要用户可采用从不同母线分段引出双回线供电电源。(2)
6、母线发生故障或检修时，仅断开该段电源和变压器，非故障段仍可继续工作，但需限制一部分用户的供电。(3)单母线分段任一回路断路器检修时，该回路必须停止工作。(4)单母线分段便于过渡为双母线接线。(5)采用的开关、刀闸较多，某一开关检修时，对有穿越电流的环网线路有影响。(6)开关检修时，可用旁路代路运行，无需停电。(7)易于扩建，利于以后规划。方案3：采用内桥接线其优缺点：(1)两台断路器1DL和2DL接在电源出线上，线路的切除和投入是比较方便。(2)当线路发生故障时，仅故障线路的断路器断开，其它回路仍可继续工作。(3)当变压器故障时，如变压器1B故障，与变压器1B连接的两台断路器1DL和3DL都将
7、断开，当切除和投入变压器时，操作也比较复杂。(4)较容易影响有穿越功率的环网系统，内桥接线适用于故障较多的长线路，且变压器不需要经常切换运行方式的变电所。方案4：采用外桥接线其优缺点：(1)当变压器发生故障或运行中需要切除时，只断开本回路的断路器即可。(2)当线路故障时，例如引出线1X故障，断路器1DL和3DL都将断开，因而变压器1B也被切除。 (3)桥接线适用于线路较短、变压器按经济运行需要经常切换且有穿越性功率经过的变电所。以上四个方案所需110KV断路器和隔离开关数量：方案比较单母线接线单母线分段接线带旁路内桥式接线外桥式接线断路器台数4533隔离开关组数81686经以上四种方案的分析比
8、较：方案1（单母线接线）使用设备较少、节省投资，接线简单、清晰，操作方便。且容易进行扩建，对供电可靠性要求不高宜采用此种方案。方案2（单母线分段带旁路）使用设备多，不经济，但当任一回路的断路器检修时，变电站无需停电，对有重要负荷的地方有重要意义。方案3（内桥式接线）虽然所用设备少、节省投资，但以后扩建最终发展为单母线分段或双母线接线方式，且继电保护装置整定有点复杂。方案4（外桥式接线）虽然具有使用设备最少，且装置简单清晰和建造费用低等优点。但变压器随经济运行的要求需经常切换，当电网有穿越功率流经本站时比较适宜。由于本变电站主要为小水电外送，没有一、二类负荷且近期一回110KV出线，因此考虑单母
9、线接线方式，节省投资。 35KV主接线设计35KV共有8回出线，根据电力系统课程设计及毕业设计参考资料，35KV出线有8回及以上时，宜采用双母线，单母分段或者双母线带旁路接线方。比较以上三种接线，双母线及双母线带旁路接线，供电可靠性高，任一回路开关故障或检修，都不影响用户停电，但是倒闸操作复杂，造价高；单母线分断接线，接线简单，操作方便，便于扩建，在一定程度上也能提高供电可靠性。但是当一段母线上刀闸检修时，该段母线上全部出线都要长时停电，对于本所35KV出线无一类、二类负荷，从节省投资的角度看，采用单母线分段接线方式。10KV主接线设计对于10KV系统，出线回路数在6回及以上时，宜采用单母线分
10、段接线。220KV及以下的变电所，供应当地负荷的6-10KV配电装置，由于采用了制造厂制造的成套开关柜，地区电网成环的运行检修水平迅速提高，采用单母分段接线一般均能满足运行需求。考虑本所无一、二类负荷，因此采用单母分段接线。由以上分析比较，可得变电站的主接线方案为：110KV采用单母线接线方式，35KV采用单母分段接线方式，10KV采用单母分段接线方式。四种方案粗略的经济性比较：由于设备选型未定，只能选定某一典型的设备的参考价格进行计算，同时忽略一些投资比较小的，还有投资相对固定的，诸如基建，直流系统，控制系统及其他设备。第一种方案：110kV单母线分段带旁路，35kV单母线分段带旁路，10k
11、V单母线分段。110kV项目单位数量设备费安装费SF6断路器台5.002560009057.48110kV隔离开关组16.00240004410.53110kV电流互感器台5.00220001013.32110kV避雷器组4.00660002656.6110kV软母线跨3.002374.1435kV SF6断路器35kV台11.001833339057.48隔离开关35kV组36.00567001058.17电流互感器35kV台11.0046445706.31电压互感器35kV台2.004000749.5110kV进线断路柜台2.001193003711.72母联隔离柜台2.006990037
12、11.72母线设备柜台2.00285001782.64馈线柜台14.00927503711.72站用变保护柜台2.00510003711.72站用变柜(空柜)台2.00170001782.64封闭母线桥三相米10.005000.00394.08第二种方案：110kV单母线，35kV单母分段，10kV单母分段110kV项目单位数量设备费安装费SF6断路器台4.002048007245.98110kV隔离开关组8.00120002205.26110kV电流互感器台4.0017600810.65110kV避雷器组4.00660002656.6110kV软母线跨3.002374.1435kV SF6断
13、路器35kV台11.001833339057.48隔离开关35kV组24.00378001058.17电流互感器35kV台9.0038000706.31电压互感器35kV台3.006000749.5110kV方案同第一种方案第三种方案：110kV内桥接法，35kV单母分段，10kV单母分段110kV 项目单位数量设备费安装费SF6断路器台3.001536009057.48110kV隔离开关组8.00120002205.26110kV电流互感器台3.00132001013.32110kV避雷器组4.00660001992.4535kV方案同第二种方案10kV方案同第一种方案第四种方案：110kV
14、外桥接法，35kV单母分段，10kV单母分段110kV 项目单位数量设备费安装费SF6断路器台3.001536009057.48110kV隔离开关组6.0090001653.95110kV电流互感器台3.00132001013.32110kV避雷器组4.00660001992.4535kV设备同第二种方案10kV方案同第一种方案以上各方案投资费用计算：主变的费用为2*26000005200000第一种方案算得其投资为：5200000+387512+302049+4022566291817元第二种方案算得其投资为：5200000+315692+276704+4022566194653元第三种方案
15、算得其投资为：5200000+255517+276704+4022566138029元第四种方案算得其投资为：5200000+255517+276704+4022566134478元可知总投资方面四种方案相差不是很大，出于操作方便、节省投资及以后扩建的可能性，采用第二种方案三、变电站主变压器的选择根据设计任务书，本期主变选择为1台31.5MVA，远期2台31.5MVA。现状年110KV侧最大上网负荷为：34343KW；远景年40669KW；现状年主变最大负荷： 远期主变最大负荷： 根据容量计算，选择两台SFSZ9-31500/110升压变变压器选择结果及参数型号容量kva）连接组别Ue(kv)
16、P0（kw）UK(%)SFSZ9-31500/110031500Yn/Yn/D11高中低38.4高-中高-低中-低11081.5%38.522.5%10.517.510.56.5第二章 短路电流的计算(另起一页)一、选择短路电流计算点按通过电气设备的短路电流最大地点为短路计算点的原则，分别选出三个短路计算点：即：D1：待建110KV变电所主变110KV侧 D2：待建110KV变电所主变35KV母线D3：待建110KV变电所主变10KV母线二、列出主变的各种数据SN(MVA)UK(1-2)(%)UK(1-3)(%)UK(2-3)(%)I0%231.517.510.56.50.77三、变电所电抗的
17、归算：选取SB100MVA；UBUav1、系统电抗归算：按照毕业设计任务书，110KV侧电源容量为1000MVA，则系统电抗：XS=SB/Soc=100/1000=0.1;归算至本所110KV母线侧阻抗为：X110= 0.32归算本所总系统电抗：X*= XS + X110 =0.1+0.32=0.332、变压器电抗归算： (5)该变电所升压变压器2台31.5MVA，并列运行： 等效电路图：四、短路电流计算1、当D1点短路时：短路电流有名值：冲击电流：短路容量： 2、当D2点短路时：短路电流有名值：冲击电流：短路容量：3、当D3点短路时：短路电流有名值：冲击电流：短路容量：计算结果如下表：短路点
18、Un(KV)运行方式暂态短路电流I(KA)冲击电流ish(KA)全电流有效值Ish(KA)短路容量Sd(MVA)D1110kV最大1.523.872.29730.3D235kV最大2.586.5793.89616.53D310kV最大11.06428.21316.70720.12第三章 变电所电气设备选择电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。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。在进行电气设备选择时必须符合国家有关经济技术政策。技术要先进，经济要合理，安全要可靠，运行要灵活，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
19、受多种短路效应。电气设备的选择应遵循以下两个原则：一是按正常工作状态选择；二是按短路状态校验。按正常工作状态选择的具体条件：（1）额定电压：电气设备的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运行电压。一般220KV及以下的电气设备的最高允许工作电压为1.15Ue。所以一般可以按照电气设备的额定电压Ue不低于装设地点的电网的额定电压Uew: UeUew（2）额定电流：所选电气设备的额定电流Ie不得低于装设回路最大持续工作电流Imax: IeImax。计算回路的Imax应该考虑回路中各种运行方式下的在持续工作电流：变压器回路考虑在电压降低5时出力保持不变，所以Imax1.05 Iet;母联断路器回路
20、一般可取变压器回路总的Imax；出线回路应该考虑出线最大负荷情况下的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：QyQd（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：ichidw一、选择设备的基本原则1、设备按照主接线形式进行配置2、按装置位置及系统正常运行情况进行选择，按短路情况进行校验3、所选择设备在系统中最恶劣运行方式下仍能可靠工作，动作。4、同类设备尽量同一型号，便于设备的维护，订货和相互备用。5、 考虑近期5年发展的要求。二、断路器的选择高压断路器是主系统的重要设备之
21、一。它的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备和线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。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。1、110kV断路器的选择 (1)额定电压：Ue=110kV (2)额定电流：Ie变电所最大长期工作电流Igmax （考虑变压器事故过负荷的能力40%）(3)根据有关资料选择LW25-110/1250型断路器型号数量技术参数额定电流I（A）额定开断电流（KA）极限通过电流Igf (kA)4秒热稳定电流(kA)LW25-110/12504125025252
22、5 (4)校验：Ue=110kV=UNI=1250A463A额定开断电流校验：110kV母线三相稳态短路电流I =1.52 KA LW25-110/1250断路器的额定开断电流25KA符合要求。动稳定校验 ： 110kV母线短路三相冲击电流：ish=3.87(kA) LW25-110/1250断路器的极限通过电流Igf=25(kA) ishIgf 符合动稳定要求热稳定校验：110kV母线短路热容量：Qdt=I2tep=1.5224=9.24(kA2S)LW25-110/1250断路器的4秒热稳定电流：It=25(kA)It2t=2524=2500(kA2S)Qdt Igmax=450A额定开断
23、电流校验：35kV母线三相稳态短路电流I =2.58 KA LW8-35/1600断路器的额定开断电流25KA符合要求。动稳定校验 ： 35kV母线短路三相冲击电流：ish=6.579(kA) LW8-35/1600断路器的极限通过电流Igf=25(kA) ishIgf 符合动稳定要求热稳定校验： 35kV母线短路热容量：Qdt=I2tep=2.5824=26.63(kA2S) LW8-35/1600断路器的4秒热稳定电流：It=25(kA) It2t=2524=2500(kA2S)Qdt Igmax=297A额定开断电流校验：35kV母线三相稳态短路电流I =2.58 KA LW8-35/6
24、30断路器的额定开断电流25KA符合要求。35kV母线短路三相冲击电流：ish=6.579(kA) LW8-35/630断路器的极限通过电流Igf=25(kA)ishIgf 符合动稳定要求热稳定校验：35kV母线短路热容量：Qdt=I2tep=2.5824=26.63(kA2S) LW8-35/630断路器的4秒热稳定电流：It=25(kA)It2t=2524=2500(kA2S)Qdt It2t 符合热稳定要求温度校验：LW8-35/630断路器允许使用环境温度：-4040变电所地区气温：-9.539.5，所以符合要求。过以上校验可知， 35kV出线断路器的选择符合要求。4、主变10kV侧断
25、路器及分段断路器的选择(1)额定电压：Ue=10kV(2)额定电流：按10KV最大负荷考虑(3)据有关资料选择断路器如下型号数量技术参数额定电流I（A）额定开断电流（KA）极限通过电流Igf (kA)4秒热稳定电流(kA)ZN12-12/10003100031.58031.5(4)校验：Ue=10kVIgmax=718A额定开断电流校验：10kV母线三相稳态短路电流I =11.064 KA ZN12-12/1000断路器的额定开断电流31.5KA符合要求。动稳定校验 ：10kV母线短路三相冲击电流：ish=28.213(kA)ZN12-12/1000断路器的极限通过电流Igf=80(kA)is
26、hIgf 符合动稳定要求热稳定校验：10kV母线三相短路热容量：Qdt=I2tep=11.06424=490(kA2S)ZN12-12/1000断路器的4秒热稳定电流：It=31.5(kA)It2t=31.524=3969(kA2S)Qdt It2t 符合热稳定要求温度校验：ZN12-12/1000断路器允许使用环境温度：-4040变电所地区气温：-9.539.5，所以符合要求。通过以上校验可知，主变10kV侧断路器及10KV分段断路器的选择符合要求。5、10kV出线断路器的选择(1)额定电压：Ue=10kV(2)额定电流：按负荷最大的10KV出线考虑(3)根据有关资料选择断路器如下型号数量技
27、术参数额定电流I（A）额定开断电流（KA）极限通过电流Igf (kA)4秒热稳定电流(kA)ZN12-12/6301463031.58031.5(4)校验：Ue=10kVIgmax=173A额定开断电流校验：10kV母线三相稳态短路电流I =11.064 KA ZN12-12/630断路器的额定开断电流31.5KA符合要求。动稳定校验 ：10kV母线短路三相冲击电流：ish=28.213(kA)ZN12-12/630断路器的极限通过电流Igf=80(kA)ishIgf 符合动稳定要求热稳定校验：10kV母线三相短路热容量：Qdt=I2tep=11.06424=490(kA2S)ZN12-12/
28、630断路器的4秒热稳定电流：It=31.5(kA)It2t=31.524=3969(kA2S)Qdt 变电所最大长期工作电流Igmax（考虑变压器事故过负荷的能力40%）(3)根据有关资料选择GW4-110/1250型隔离开关型号数量技术参数额定电流I（A）极限通过电流 Igf (kA)4秒热稳定电流(kA)GW4-110/12501012502525(4)校验：Ue=110kV=UNI=1250A463A动稳定校验 ：110kV母线短路三相冲击电流：ish=3.87(kA)GW4-110/1250断路器的极限通过电流Igf=25(kA)ishIgf 符合动稳定要求热稳定校验：110kV母线
29、短路热容量：Qdt=I2tep=1.5224=9.24(kA2S)GW4-110/1250断路器的4秒热稳定电流：It=25(kA)It2t=2524=2500(kA2S)Qdt Igmax=450A动稳定校验 ：35kV母线短路三相冲击电流：ish=6.579(kA)GW5-35/1600隔离开关的极限通过电流Igf=25(kA)ishIgf 符合动稳定要求热稳定校验：35kV母线短路热容量：Qdt=I2tep=2.5824=26.63(kA2S)GW5-35/1600隔离开关的4秒热稳定电流：It=25(kA)It2t=2524=2500(kA2S)Qdt Igmax=297A动稳定校验
30、：35kV母线短路三相冲击电流：ish=6.579 (kA)GW5-35/630隔离开关的极限通过电流Igf=25(kA)ishIgf 符合动稳定要求热稳定校验：35kV母线短路热容量：Qdt=I2tep=2.5824=26.63(kA2S) GW5-35/630隔离开关的4秒热稳定电流：It=25(kA)It2t=2524=2500(kA2S)Qdt Igmax=718A动稳定校验 ：10kV母线短路三相冲击电流：ish=28.213(kA)GN19-10/1000隔离开关的极限通过电流Igf=80(kA)ishIgf 符合动稳定要求热稳定校验：10kV母线三相短路热容量：Qdt=I2tep
31、=11.06424=490(kA2S)GN19-10/1000隔离开关的4秒热稳定电流：It=31.5(kA)It2t=31.524=3969(kA2S)Qdt Igmax=173A动稳定校验 ：10kV母线短路三相冲击电流：ish=28.213(kA)GN19-10/630隔离开关的极限通过电流Igf=80(kA)ishIgf 符合动稳定要求热稳定校验：10kV母线三相短路热容量：Qdt=I2tep=11.06424=490 (kA2S) GN19-10/630隔离开关的4秒热稳定电流：It=31.5(kA)It2t=31.524=3969(kA2S)I(4)2tepIt2t 符合热稳定要求
32、温度校验：GN19-10/630隔离开关允许使用环境温度：-4040变电所地区气温：-9.539.5，所以符合要求。通过以上校验可知，10kV出线断路器两侧隔离开关及10KV母线PT隔离开关的选择符合要求。四、电流互感器的选择(一) 总的说明1、根据电流互感器装置处电压等级确定额定电压2、根据Ie=Igmax110%确定CT一次额定电压3、根据互感器CT用途，确定其级次组别及接线方式4、110kV线路侧设置零序、过电流、测量三组CT，接成三相星形；110kV主变出口设置差动、过电流、测量三组CT，接成三相星形，另一侧设置差动一组CT，接成三相星形；35kV主变出口处设置差动、计量、测量及电流保
33、护三组CT，接成三相星形；35kV负荷出线处设置计量、测量及电流保护二组CT，接成二相星形；10kV主变出口处设置差动、计量、测量及电流保护三组CT，接成三相星形；10kV负荷出线处设置计量、测量及电流保护二组CT，接成二相星形5、选定型号，根据短路情况校验热稳定及动稳定（二）CT选择1、 110KV电流互感器选择（1）U1e=U1g=110kV（2）Igmax=110%I1e（3）预选：LB7-110 ,技术参数如下表型号技术参数电流比级次组合KdKtLB7-110600/50.2/10P15/10P2013575/1s（4）校验： 热稳定校验：I2tep =9.24 (kA2S)I1e=6
34、00A；Kt=75；t=1s(I1eKt)2t=(0.675)21=2025(kA2S)I2tep (I1eKt)2t符合要求 动稳定校验：K=135；I1e=600A；ish=3.87(kA) (kA)符合要求通过以上校验可知，选择LB7-110型电流互感器符合要求。2、主变35KV侧总开关CT及35KV分段开关CT选择（1）U1e=U1g=35kV（2）Igmax=110%I1e（3）预选：LB6-35 ,技术参数如下表型号技术参数电流比级次组合KdKtLB6-35600/50.2/10P15/10P2013575/1s（4）校验：热稳定校验：I2tep=26.63(kA2S)I1e=60
