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1、 课程设计说明书 110kV终端变电所电气部分设计 办学单位： 理工大学电力学院 班 级： 级电气 学 生： ） 指导教师： 提交日期： 2010 年 1 月 12 日 中 文 摘 要为了加强电网的供电可靠性，适应负荷发展的需要，需建设一个110kV的终端变电所。根据对原始资料的分析，拟出了电气主接线方案，经过可靠性、灵活性、经济性等三个方面的综合比较，最终确定了最佳方案；主变的选择由用电负荷的需求确定；电气设备的配置，通过短路计算结果选择和校验。关键词：主接线、主变容量、短路计算、设备选型Abstract: In order to strengthen power grid reliabil
2、ity and meet the development of the load, a 110kV terminal substation needs to be build. Based on the analysis of raw data, four main electrical wiring programs are carried out. After comprehensive comparison of the reliability, flexibility and economy, finally determined the best solution. The choi
3、ce of transformer is identified by the electricity load. The electrical equipments are chosen and checked by short-circuit calculation.Key words: main electrical wiring, transformer capacity, short-circuit calculation, equipment selection目 录第一章原始资料分析3第二章电气主接线的选择4第1节 主接线的设计要求4第2节 各种接线的优缺点分析4第3节 主接线选择
4、6第三章主变压器的选择8第1节 主变压器的容量选择8第2节 主变台数的选择8第3节 主变压器的选择结果8第四章短路计算9第1节 短路计算概述9第2节 相关参数的计算9第3节 短路计算11第五章电气设备的选择14第1节 电气设备选择的一般条件14第2节 断路器的选择14第3节 隔离开关的选择17第4节 互感器的选择18第5节 母线的选择20第6节 限流电抗器的选择21第7节 所用变压器的选择23结束语24参考文献24附录 电气主接线图25第一章 原始资料分析第1节 系统资料系统容量系统电抗(=100MVA)电压等级线路电抗(/km)系统C10.18110KV0.4第2节 负荷资料电压等级最大MW
5、最小MWcosTmax小时回路数负荷类型35kv30150.8550004二类10kV32160.8510016二类注：所用电为0.48MW，=0.8，电压：380/220V。第3节 站地理位置示意图（其中a/b表示回路最大最小负荷数，单位：MW，虚线表示不同等级分区。）第4节 其他资料（1）年最高气温为40OC，平均为20oC。（2）系统汽轮发电机组均有自动调压装置。（3）站后备保护的动作时间为0.5秒。第5节 资料分析本变电所是110KV的终端变电所，110KV侧电压与系统联络，35KV、10KV向地区负荷供电。本变电所的35KV侧有4回出线，最大负荷为30MW，最小负荷15MW，它们均以
6、单回路供电，其中两回构成环网；10KV侧有16回出线，最大负荷为32MW，最小负荷16MW，它们均以单回路供电。变电所的负荷全部为二类负荷，若停止供电将造成大量减产，工人怠工以及影响城市居民的正常生活，工作受到影响。第二章 电气主接线的选择第1节 主接线的设计要求我国变电所设计技术规程SDJ2-79规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。其基本要求如下：(1) 供电可靠性。主接线的设计首先应满足这一要求;当系统发生故障时,要求停电范围小,恢复供电快。(2) 适应性和灵活性。能适应一
7、定时期内没有预计到的负荷水平变化; 改变运行方式时操作方便,便于变电所的扩建。(3) 经济性。在确保供电可靠、满足电能质量的前提下, 要尽量节省建设投资和运行费用, 减少用地面积。(4) 简化主接线。配网自动化、变电所无人化是现代电网发展必然趋势,简化主接线为这一技术全面实施,创造更为有利的条件。(5) 设计标准化。同类型变电所采用相同的主接线形式,可使主接线规范化、标准化,有利于系统运行和设备检修。第2节 各种接线方式的优缺点分析1、单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使
8、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，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。单母接线适用于：110200kV配电装置的出线回路数不超过两回，3563kV，配电装置的出线回路数不超过3回，610kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式。 2、单母分段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，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，
9、该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：110kV220kV配电装置的出线回路数为34回，3563kV配电装置的出线回路数为48回，610kV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。3、双母接线它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，双母接线适用于：110kV220kV配电
10、装置的出线回路数为5回及以上或当110220kV配电装置在系统中居重要地位，出线回路为4回及以上时；3563kV配电装置的出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；610kV配电装置当短路电流较大、出线需要带电抗器时，则采用双母接线。4、双母线分段接线双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数
11、在11回及以下时，母线不分段。为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。5、双母带旁路110220kV线路输送功率较多、送电距离较远、停电影响较大，并且110及220kV少油断路器平均每台每年检修时间约需5天及7天，停电时间较长。因此，一般需设置旁路母线或旁路隔离开关。（1）设置旁路母线时，首先采用以母联或分段断路器兼作旁路断路器。但在下列情况下，则装设专用旁路断路器：1）当110kV出线为7回及以上，220kV出线为5回及以上时，一般装设专用旁路断路器。2）对于在系统中居重要地位的配电装置，110kV出线为
12、6回及以上，220kV出线为4回及以上时，也可装设专用旁路断路器。变电所主变压器的110220kV侧断路器，宜接入旁路母线。（2）具备下列条件时，可不设置旁路母线：1）采用可靠性高、检修周期长的SF6断路器或采用可以迅速替换的手车式断路器时。2）系统条件允许线路停电检修时。3）接线条件允许断路器停电进行检修时。（3）110220kV屋外配电装置是最终出线回路数较少，不需设专用旁路断路器时，也可以采用简易的旁路隔离开关代替旁路母线。第3节 主接线选择方案一：110kV、35kV、10kV侧均采用双母线接线方式；方案二：110kV、35kV、10kV侧侧均采用单母线分段接线方式；方案三：110 k
13、V侧采用双母线接线，35kV、10kV侧采用双母线带旁路母线接线方式；方案四： 110kV侧采用单母线分段接线、35kV、10kV侧采用单母线分段接线带旁路母线接线方式。下面根据实际情况对各电压等级进行分析：（1）110 kV110 kV 侧，采用单母线接线,若母线或母线隔离开关发生故障和需要检修时,都必须断开全部电源,造成整个变电所停电,无法满足对重要用户供电的需要;采用双母线接线,尽管提高了供电可靠性,但相应增加了设备,增加了接线的复杂性,也增加了设备的布置场地考虑到110kV侧有两回进线，可采用单母线分段接线方式，其可靠性及灵活性都较单母线接线方式高，且投资费用较双母线接线方式低。（2）
14、35kV 采用单母线接线，若母线或母线隔离开关发生故障和需要检修时，都必须断开全部电源，造成整个变电所停电，无法满足对重要用户供电的需要；单母线分段接线可以减少母线故障的影响范围，提高供电的可靠性；双母线接线,双母线带旁路母线接线则具有很高的可靠性。但投资费用较高。综合考虑各种接线方式，主要由于35kV侧有环形网络，负荷较为重要，最终选择双母线接线方式。（3）10 kV 侧 由于10 kV 侧回路数较多，若采用单母线分段接线方式，在一段母线故障或者检修的时候，仍可能造成另一段母线所接用户停电带来停电影响，可靠性较差。故10kV 侧宜采用双母线接线方式。双母线带旁路母线的接线方法，虽然具有很高的
15、可靠性，但接线复杂，所有设备明显增加，占地面积大，整体投资和年维护费用都明显增加，故方案三和方案四不作进一步考虑。方案一与方案二的综合比较如下：方案一方案二比较结果可靠性均采用双母线接线方式，可轮流检修两组母线，当某一组母线故障后，能迅速恢复供电采用单母分段接线，对重要用户可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，分段断路器自动将故障切除，但仍可能对与该段母线上的用户产生停电影响方案一优于方案二灵活性采用接线较为简单的双母线接线方式，检修及维护时倒闸操作较为方便，且便于扩建和发展单母线分段接线，具有一定的灵活性，但任一分段母线或母线隔离开关检修或故障时，连接在该分段母线上的所
16、有进出回路都要停止工作，这对于容量大、出线回路数较多的配电装置仍是严重的缺点方案一优于方案二经济性增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关，占地面积较大，年运行维护费用高只需增加一组分段断路器，投资费用及维护费用较方案一低方案二优于方案一由上表可以看出，采用双母线接线方式，可靠性及灵活性都较方案二要高，跟方案二比虽投资费用有所增加，但考虑到供电可靠灵活及日后的扩建等方面，方案一体现出明显的优势，现确定方案一为最终设计方案。第三章 主变压器的选择第1节 主变压器的容量选择1、主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。2、根据变电所所带负荷
17、的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的级和级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其余主变的容量应保该所全部负荷的60以上。第2节 主变压器台数的选择1、对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。2、对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。3、对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。第3节 主变压器的选择结果 本变电所35kV 侧最大负荷为30MW，功率因数为0.85；10k
18、V 侧最大负荷为32，功率因数为0.8。准备选用两台主变压器。全部负荷最大值：单台变压器容量应满足故本变电所采用两台型号为SFS9-50000/110的三绕组变压器，其主要参数如下：型 号联结组标号电压组合(KV)空载损耗(KW)负载损耗(KW)空载电流(%)短路阻抗(%)高压中压低压SFS9-50000/110YNyn0d11 110或12122.5% 3538.56.36.610.51153.72250.50降 压 用 高-中:10.5高-低:17-18中-低:6.5第四章 短路计算第1节 短路计算概述1、短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节，其计算目的是：（1）在选择电气主接线时
19、，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。（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。（5）按接地装置的设计，也需用短路电流。2、短路电流计算的一般规定：（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后51
20、0年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。3、短路计算基本假设：（1）正常工作时，三相系统对称运行；（2）所有电源的电动势相位角相同；（3） 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；（4）不考虑短路点的电
21、弧阻抗和变压器的励磁电流；（5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；（6）系统短路时是金属性短路。第2节 相关参数的计算选取, , 负荷以额定标幺电抗为0.35，电势为0.8的电源表示。1、变压器由已选变压器型号参数可知：Vs(1-2)%=10.5， Vs(1-3)%= 17-18，取17.5， Vs(2-3)%=6.52、110kV侧，3、35kV侧, , 5km回路：4、10kV侧, 图1 系统等值网络图2 环网经星三角变换后的等值网络， ， ， ， 图3 化简后的等值网络图第3节 短路计算1、110kV侧母线处发生短路等效电路图如右图所示。等效电源：系统提供的电流，
22、 负荷提供的电流110kV电压基准电流冲击电流短路电流短路容量2、35kV侧母线处发生短路等效电路图如下图所示：， 等效电源系统提供的电流， 负荷提供的电流35kV电压基准电流冲击电流短路电流短路容量3、10kV侧母线处发生短路等效电路图如下图所示：， 等效电源系统提供的电流， 负荷提供的电流10kV电压基准电流冲击电流短路电流短路容量短路计算结果统计如下：短路点基准电压(kV)短路电流(kA)冲击电流(kA)短路容量(MVA)d11152.9076.787579.03d2377.0916.96454.37d310.520.7947.89378.10第五章 电气设备的选择第1节 电气设备选择的
23、一般条件1、绝缘可靠，能承受正常工作电压的长期作用，并能承受规定的过电压。2、通过正常工作电流时，其发热不超过长期工作允许的温度，在通过短路电流时具有足够的动稳定和热稳定性能。3、工作可靠，结构简单，价格低廉。4、能适应环境的要求。第2节 断路器的选择1、断路器选择的具体技术条件（1）电压： -电网工作电压, -断路器的额定电压（2）电流： -最大持续工作电流， -断路器的额定电压（3）开断电流： -断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；-断路器额定开断电流（4）动稳定： -断路器极限通过电流峰值；-三相短路电流冲击值（5）热稳定：- 短路电流的热效应或热脉冲；- 断路器t秒热稳定电流2、
24、主变110kV侧的断路器短路点位置基准容量Sb（MVA）基准电压Vav（kV）稳态短路电流有名值（kA）短路电流冲击值ich(kA)短路容量St( MVA)110kV侧母线处1001152.9076.787579.03全电流最大有效值Ug=110kV-， Igmax=1.05Smax/(Un)=1.0575.3/(2110)=0.207kA选择LW-110 SF6断路器表4-2 LW-110 SF6 断路器参数表型号额定电压（kV）额定电流（kA）额定短路开断电流（kA）额定短路关合电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）3秒热稳定电流（kA）全开断时间（s）LW-1101101250256363
25、250.05热稳定校验：Qk=(Qp+Qnp)Itt Qk, Qp , Qnp - 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应, 短路电流非周期分量的热效应 Qp = tk(I2+10 I2tk/2+ I2tk)/12 Qnp=T I2(可由发电厂电气部分P73页表3-3查出)It- 断路器t秒热稳定电流 短路计算时间： tk=tpr+tbr tpr- 后备保护动作时间tbr- 断路器全开断时间tk=tpr+tbr=0.5+0.05=0.55s1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应Qpiq2 tk=4.39020.55=10.598 (kA)2 s (iq为全电流的最大有效值)Q
26、npiq2T=4.39020.05=0.964(kA)2 sQk 11.562(kA)2 s=Qk , 满足热稳定要求。动稳定校验：ichimaximax-断路器极限通过电流峰值；ich -三相短路冲击值。ich=6.787 kA imax=63kA，满足动稳定要求。3、主变35kV侧的断路器短路点位置基准容量Sb（MVA）基准电压Vav（kV）稳态短路电流有名值（kA）短路电流冲击值ich(kA)短路容量St( MVA)35kV侧母线处100377.0916.96454.37全电流最大有效值Ug=35kV-， Igmax=1.05Smax/(Un)=1.0575.3/(235)=0.652k
27、A选择ZN12-35真空断路器表4-2 ZN12-35断路器参数表型号额定电压（kV）额定电流（kA）额定短路开断电流（kA）额定短路关合电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）全开断时间（s）ZN12-35350.125256363250.09热稳定校验：Qk=(Qp+Qnp)Itt Qk, Qp , Qnp - 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应, 短路电流非周期分量的热效应 Qp = tk(I2+10 I2tk/2+ I2tk)/12 Qnp=T I2(可由发电厂电气部分P73页表3-3查出)It- 断路器t秒热稳定电流 短路计算时间： tk=tpr+
28、tbr tpr- 后备保护动作时间tbr- 断路器全开断时间tk=tpr+tbr=0.5+0.09=0.59s1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应Qpiq2 tk=10.70620.59=67.625 (kA)2 s (iq为全电流的最大有效值)Qnpiq2T=10.70620.05=5.731(kA)2 sQk 73.356(kA)2 s=Qk , 满足热稳定要求。动稳定校验：ichimaximax-断路器极限通过电流峰值；ich -三相短路冲击值。ich=16.96 kA imax=63kA，满足动稳定要求。4、主变10kV侧的断路器短路点位置基准容量Sb（MVA）基准电压Vav（k
29、V）稳态短路电流有名值（kA）短路电流冲击值ich(kA)短路容量St( MVA)10kV侧母线处10010.520.7947.89378.10全电流最大有效值Ug=10kV-， Igmax=1.05Smax/(Un)=1.0575.3/(210)=2.282kA选择ZN12-10真空断路器表4-2 ZN12-10断路器参数表型号额定电压（kV）额定电流（kA）额定短路开断电流（kA）额定短路关合电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）全开断时间（s）ZN12-10102.531.5808031.50.075热稳定校验：Qk=(Qp+Qnp)Itt Qk, Qp , Qnp
30、- 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应, 短路电流非周期分量的热效应 Qp = tk(I2+10 I2tk/2+ I2tk)/12 Qnp=T I2(可由发电厂电气部分P73页表3-3查出)It- 断路器t秒热稳定电流 短路计算时间： tk=tpr+tbr tpr- 后备保护动作时间tbr- 断路器全开断时间tk=tpr+tbr=0.5+0.075=0.575s1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应Qpiq2 tk=31.39320.575=566.67 (kA)2 s (iq为全电流的最大有效值)Qnpiq2T=31.39320.05=46.19(kA)2 sQk 61
31、2.86(kA)2 s=Qk , 满足热稳定要求。动稳定校验：ichimaximax-断路器极限通过电流峰值；ich -三相短路冲击值。ich=47.89 kA imax=80kA，满足动稳定要求。第3节 隔离开关的选择1、隔离开关形式的选择隔离开关的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较然后确定，参数的选择要综合考虑技术条件和环境条件。选择的具体技术条件如下：1）电压：Ug Un Ug-电网工作电压2）电流：Ig.max In Ig.max-最大持续工作电流3）动稳定： ich imax4）热稳定：QkIt卜t2、主变110kV侧隔离开关Ug=110kV-，
32、Igmax=1.05Smax/(Un)=1.0575.3/(2110)=0.207kA选择选择GW5110 D/1000-50隔离开关表4-8 GW5110D/1000-50隔离开关参数型号额定电压（kV）额定电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）GW5-110D/1000-501100.635020热稳定校验：Qk=(Qp+Qnp)IttQk Qk ，满足热稳定要求。动稳定校验：ichimaxich=6.787 kA imax=50kA , 满足动稳定要求。3、主变35kV侧隔离开关Ug=35kV-， Igmax=1.05Smax/(Un)=1.0575.3/(235)=
33、0.652kA选择选择GW535 D隔离开关表4-8 GW535 D隔离开关参数型号额定电压（kV）额定电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）GW535 D351.258031.5热稳定校验：Qk=(Qp+Qnp)IttQk Qk ，满足热稳定要求。动稳定校验：ichimaxich=16.96 kA imax=80kA , 满足动稳定要求。4、主变10kV侧隔离开关Ug=10kV-， Igmax=1.05Smax/(Un)=1.0575.3/(210)=2.282kA选择选择GN10-10T隔离开关表4-8 GN10-10T隔离开关参数型号额定电压（kV）额定电流（kA）额定峰值耐受电流（kA）4秒热稳定电流（kA）GN10-10T103.0016075热稳定校验：Qk=(Qp+Qnp)IttQk Qk ，满足热稳定要求。动稳定校验：ichimaxich=47.89 kA 207A（1） 热稳定校验：tk=tp
