110KV某降压变电所设计.doc

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1、目 录第一章 设计任务分析 3第一节 原始资料分析 3第二节 负荷分析及计算 6第三节 主变压器的确定 7第二章 电气主接线的设计原则 8第一节 电气主接线设计原则 8第二节 主接线方案的拟定 9第三节 本变电站主接线方案的确定14第三章 短路电流计算14第一节 短路电流计算的一般规定及过程14第二节 短路电流计算步骤16第四章 设备的选择23第一节 高压断路器和隔离开关的原理与选择23第二节 互感器的原理及选择25第三节 限流电抗器选择27第四节 裸导体的选择30第五章 继电保护配置46第二节 变压器保护配置47第三节 线路保护配置48第六章 改进意见20参考资料21第一章 设计任务分析1原

2、始资料分析1.1 电力系统接线图见设计任务书 1.2 系统情况：待设计变电所于系统联结的110kv单回线路的最大输送功率均不大于80MW。 1.3 负荷情况：35kV负荷数据见下表 名称Pmax (KW)线长(km)回路数供电方式变电所A100000.9401架空线路变电所B100000.9401架空线路钢铁厂20000.8152架空线路化肥厂50000.8201架空线路机器厂60000.85101架空线路合计33000考虑到同时系数Kt=0.8最大负荷利用小时数 Tmax4200h 10kV负荷数据见下表 名称Pmax (KW)线长(km)回路数供电方式配电站甲20000.85101电缆配电

3、站乙30000.8591电缆配电站丙20000.881电缆水厂20000.861电缆化工厂20000.85102电缆农药厂20000.8101电缆电化厂10000.861电缆医院10000.8541电缆纺织厂10000.871电缆合计16000考虑到同时系数Kt=0.85，最大负荷利用小时数 Tmax5500h 110kv负荷同时率为0.8 ，负荷年增长率5 1.4 环境条件 地区年最高温度40，年最低温度 -14 ，年平均气温 17，最热月平均最高温度 31 ，海拔 34.6m ，年平均气压 760mmHg。 2 负荷分析计算2.1 35kV侧P 35max =33000 kWP S35 =

4、 P 35max COS=（10000+10000）0.9）+（2000+5000）0.85）+60000.85=37516.34 kWQ 35 = P s2 -P 35max 2 =(37516.342 -330002 ) 1/2=17845.89kVar2.2 10kV侧P 10max =16000kwP S10 = P 10max COS=（2000+3000+2000+1000）0.85+（2000+2000+2000+1000+1000）0.8）= 19411.76 kWQ 10 = P s2 -P 10max 2 = (19411.762 -160002 ) 1/2 = 10991

5、.65 kVar2.3 待设计变电所容量S = (P 35max +P 10max)2+（Q35+Q10+)21/2= (33000+16000)2+(17854.89+10991.65)21/2= 56860.56kVA3 主变压器的确定3.1 变压器台数的确定考虑到35kV侧与10kV侧重要负荷达到比较多，为提高负荷供电可靠性，应采用两台容量相同的变压器并联运行。3.2 变压器容量和型号的确定 a）变电站的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的 70%。b)、应保证用户的一级和二级负荷（单台运行时）I、II 类负的需要。综合并考虑到两台容量之和必须大于S、再分析经济问题，查表得

6、所选择变压器容量SB=31.5MVA型 号额定容量(kVA)高压侧电 压（kV）中压侧电 压 (kV)低压侧电 压(kV)阻抗电压（%）空载电流（%）高中高低中低SFZ7-40000/11040000110351010.5186.51.3选择变压器的型号为SFSZ7-40000/110，其参数如下表：第三章 电气主接线的设计原则1电气主接线设计原则1.1对电气主接线的基本要求1.1.1 可靠性（1） 发电厂或变电所在电力系统中的地位和作用。发电厂或变电所都是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。（2） 负荷性质和类别。负荷按其重要性分为类、类和类之分。（3） 设备的制造水平。（4）

7、长期的实践运行经验。1.1.2 灵活性（1） 操作方便。电气主接线应该在满足可靠性的条件下，接线简单，操作方便。（2） 调度的方便性。在发生事故时，要能尽快地切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。（3） 扩建的方便性。对将来要扩建的发电厂或变电所，其主接线必须具有扩建的方便性。尤其是火电厂和变电所，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。1.1.3 经济性在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要从以下方面考虑：（1） 节省一次投资。（2） 占地面积少。（3） 电能损耗少。2

8、 主接线方案的拟定2.1 单母线线接线WL1WLnQS12QSn2QF1QFnQS11QSn1 WS1Sn单母线接线的优点是：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且母线便于想两端延伸，扩建方便。而缺点是：（1）可靠性差。母线或母线隔离开关检修故障时，所有回路都要停电；（2）调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。2.2单母线分段接线WL1WL2WIWIIQFd单母线分段接线如上图所示。单母线分段断路器QFd进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离

9、，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电；两端母线同时故障的几率很小，可不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可以用隔离开关分段，任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可恢复送电。2.3双母线接线 W2 W1 QFc双母线接线如图所示，双母线有两组母线，可以互为备用。每一电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，分别与两组母线之间的联络，通过母线联络断路器（简称母联断路器）QFc来实现。其特点如下：（1） 供电可靠。（2） 调度灵活。（3） 扩建方便。3 本变电站主接线方案的确定对于本变电所，110kV部分，有2回进线，可以考虑单母线分

10、段接线、桥形接线（外桥）或双母线接线。单母线分段接线是经济性最好的，采用两段电源供电，可靠性能够满足，且操作灵活；桥形接线（外桥）对供电的可靠性也能满足要求，且调度灵活，但投资比单母线分段接线的投资要略大一些；双母线接线是可靠性最高的，但是投资也是最大的。35kV部分，有5回出线（I级负荷2回），可以考虑单母线分段接线或双母线接线，双母线接线的可靠性略高于单母线接线，而单母线接线的经济性、灵活性要高于双母线接线形式。110kV部分，有9回出线（I级负荷4回），可以考虑单母线分段接线。综上分析，本变电所110kV部分、35kV部分、10kV部分都采用单母线分段接线方式。第四章 短路电流计算1 短

11、路电流计算步骤1.1 计算公式：发电机：X”d = (X”a % /100) (sj / Pe / COS)变压器：Xd* = (Ua % /100) (sj / se)线路：X* = X (sj / U2av)1.2 等值网络图：X19 电化厂纺织厂 X1X18 医院X2 10kVX17 农药厂110kVX16 化工厂 X3低X5K3X15 水厂 X14 配丙 高X4X13 配乙 X12 配甲 中X5 K2 35kV X7 X8 X9 X10 X11 变A 变B 钢铁厂 化肥厂 机器厂计算步骤：X1 = (0.148100)/(75/0.8) = 0.16 X2 = (10.5/100)(1

12、00/90) = 0.12X3 = (1/2)0.490(100/1152) = 0.136X4 = (1/200)(10.5+18-6.5) = 0.225X5 = (1/200)(18+6.5-18) = 0.175X6 = (1/200)(10.5+6.5-18) = 0 （负值取0）X7 = 0.450(100/372) = 1.46X8 = (1/2)0.440(100/372) = 0.58X9 = (1/2)0.430(100/372) = 0.44X10 = 0.420(100/372) = 0.58X11 = 0.450(100/372) = 1.46X12 = 0.415(

13、100/10.52) = 5.44X13 = 0.410(100/10.52) = 3.63X14 = 0.45(100/10.52) = 1.81X15 = (1/2)0.41.9(100/10.52) = 0.34X16 = (1/2)0.48(100/10.52) = 1.45X17 = (1/2)0.42(100/10.52) = 0.36X18 = 0.412(100/10.52) = 4.35X19 = (1/2)0.420(100/10.52) = 3.63当K1点短路时的简化等值网络图如下：X20K1X4X5X22X6X21简化为： X20 K1 X25X20 = X1+X2+

14、X3 = 0.396X21 = X7/X8/X9/X10/X11 = 0.136X22 = X12/X13/X14/X15/X16/X17/X18/X19 = 0.126X23 = X6+X21 = 0.136X24 = X5+X22 = 0.3X25 = X23/X24+X3 = 0.369K1点短路时:SNE = (75/0.8) = 93.75Xf = (X29/X25)/(X20+X25) = (0.3960.368)/(0.396+0.368) = 0.19查运算曲线得：t=0s时，I1* = 5.28t=4s时，I”1* = 3.217I1 = I1* (SN/1.732Uav)

15、= 5.28(93.75/1.732115) = 2.49(kA)I”1 = I”1* (SN/1.732Uav) = 3.217(93.75/1.732115) = 1.51(kA)取冲击系数Kim=1.85，则：冲击电流ich = 1.414KimI1 =1.4142.491.85=6.51（kA）当K2点短路时简化等值网络图如下：短路容量：Sk1 = IUk1 =2.49115 = 495.96(MVA) Sk”1 = IUk1 =1.51115 = 300.76(MVA) X20 X21 X23K2 X6K2X22 X22X20 = X1+X2+X3+X4 = 0.691X21 = X

16、5+X12/X13/X14/X15/X16/X17/X18/X19 = 0.3X23 = X6+X20/X21 = 0.21Xf = X23/X22 = 0.126查运算曲线得：t=0s时，I2* = 6.237 t=4s时，I”2* = 3.081I2 = I2* (SN/1.732Uav) = 6.237(93.75/1.73237) = 9.12(kA)I”2 = I”2* (SN/1.732Uav) = 3.081(93.75/1.73237) = 4.51(kA)取冲击系数Kim=1.85，则：冲击电流ich = 1.414KimI2 =1.4141.859.12=23.86（kA）

17、短路容量：Sk2 = IUk2 =9.1237.5 = 592.34(MVA) Sk”2 = IUk2 =4.5137.5 = 292.92(MVA)当K3点短路时简化等值网络图如下：X20X5 K3 X22 X23 K3 X22X21X20 = X1+X2+X3+X4 = 0.691X21 = X6+X7/X8/X9/X10/X11 = 0.136X22 = 0.126X23 = X20/X21+X5 = 0.288Xf = X23/X22 = 0.088查运算曲线得：t=0s时，I3* = 8.963 t=4s时，I”3* = 2.512I3 = I3* (SN/1.732Uav) = 8

18、.963(93.75/1.73210.5) = 46.2(kA)I”3 = I”3* (SN/1.732Uav) = 2.512(93.75/1.73210.5) = 12.95(kA)取冲击系数Kim=1.85，则：冲击电流ich = 1.414KimI3 =1.4141.8546.2=101.4（kA）短路容量：Sk3 = IUk3 =46.210.5 = 840.19(MVA) Sk”3 = IUk3 =12.9510.5 = 235.51(MVA)1.4 短路电流计算结果表短路点编号基准电压短路电流(kA)冲击电流(kA)短路容量(MVA)t=0t=4sK11152.491.516.5

19、1495.96K237.59.125.5123.86592.34K310.546.212.95101.4840.19第五章 设备的选择1 高压断路器和隔离开关的原理与选择1.1 高压断路器的选择1.1.1 根据短路电流计算，查表选得个电压等级的断路器为：型号电压(kV)额定电流(A)断开电流(kA)断开容量(MVA)热稳定电流(kA)额定最大1s4s5s10sSN4-10G106000105180017312085SW2-353540.5100024.8150024.8SW4-110G110126100015.8300021 1.1.2校验(2) 动稳定校验，校验式为：ies ish ：10k

20、V： ies 105 kA ish 101.4kA 满足要求；35kV： ies 24.8kA ish 23.86kA 满足要求；110kV：ies 15.8kA ish 6.51 kA 满足要求。(2) 热稳定校验，校验式为：I2tt Qk 10kV：I2tt 101.421=10281.96千焦 Qk 17321=29929千焦满足要求；35kV:I2tt 23.8624=2277.2千焦 Qk 24.824=2460.16千焦满足要求；110kV：I2tt 6.525=211.25千焦 Qk 2125=2205千焦满足要求。1.2 隔离开关的选择1.2.1 根据短路电流计算，查表选得个电

21、压等级的隔离开关为：型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流(s)(kA)附注GN10-10T10300040005000600016016020020075(5)85(5)100(5)105(5)GW2-35D3560010002000508010415.8(4)23.7(4)46(4)GW4-110D1101.2.2 校验(1) 动稳定校验，校验式为：ies ish ：10kV： ies 160kA ish 101.4kA 满足要求；35kV： ies 50 kA ish 24.8kA 满足要求；110kV：ies 50 kA ish 6.51kA 满足要求。(2)

22、热稳定校验，校验式为：I2tt Qk 10kV：I2tt 101.421=10281.96千焦 Qk 16021=25600千焦满足要求；35kV: I2tt 23.8624=2277.2千焦 Qk 5024=10000千焦满足要求；110kV：I2tt 6.525=211.25千焦 Qk 5025=12500千焦满足要求。2 互感器的原理及选择2.1 电流互感器的误差电流互感器的误差为10%，需要强调的是电流互感器在运行时，二次绕组严禁开路。二次绕组开路时，电流互感器由正常短路工作状态变为开路工作状态，I2=0,励磁磁动势由于正常为数甚小的IoN,骤增为I1N1，铁心中的磁通波形呈现严重饱和

23、的平顶波，因此二次绕组将在磁通过零时，感应产生很高的尖顶波电动势，其值可达数千伏甚至上万伏（与ki及I大小有关），危及工作人员的安全和仪表、继电器的绝缘。由于磁感应强度骤增，会引起铁心和绕组过热。因此，在铁心中还会产生剩磁，使互感器准确级下降。2.2电流互感器的准确级和额定容量 电流互感器的准确级。电流互感器根据测量时误差的大小换分为不同的准确级。如下表所示。由表中可得我国电流互感器准确级和误差限制。准确级是指在规定的二次负荷变化范围内，一次电流为额定值时的最大电流误差。 保护型准确级。保护用电流互感器按用途可分为稳态保护(P)和暂态保护用(TP)型两类。 电流互感器的额定容量。电流互感器的额

24、定容量S2N系指电流互感器在额定二次电流I2N和额定二次组抗Z2N下运行时，二次绕组输出的容量，即S2N = I22NZ2N2.3电流互感器的选择(1) 种类和型式的选择。主要为屋内型和户外型两种。(2) 一次回路额定电压和电流的选择。一次回路额定电压UN和额定电流IN应满足：UN UNS I1N Imax 为确保所供仪表的准确度，电流互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。(3) 准确级和额定容量的选择。为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。(4) 热稳定和动稳定校验 只对本身

25、带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流I1N的倍数Kt来表示，热稳定校验式为：It2 Qk 或 (KtI1N)2 Qk 动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验，以及不同相的电流相互作用产生的外部电动力校验。显然，多匝式一次绕组主要经受内部电动力；单匝式一次绕组不存在内部电动力，则电动力稳定性由外部电动力决定。内部动稳定校验式为：ies ish 或 1.414 I1N Kes ish式中：ies、Kes 电流互感器的动稳定电流及倍数。有制造厂家提供。外部动稳定校验式为：Fal 0.51.7310-7 i2s

26、h(L/a) (N)式中：Fal 作用于电流互感器瓷帽端部的允许力，有制造厂家提供； L 电流互感器出现端至最近一个母线之主绝缘子之间的跨距； a 相见距离； 0.5 系数，表示互感器瓷帽端部承受该跨距上电动力的一半。2.4电压互感器目前电力系统广泛运用的电压互感器主要有电磁式和电容分压式两种。电磁式电压互感器电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同，其特点是： 容量很小类似一台小型变压器，但结构上要求有较高的安全系数。 二次侧仪表和继电器的电压线圈阻抗大，互感器在近于空载状态下运行。由于电压互感器误差与二次负荷有关，所以同一台电压互感器对于不同的准确级便有不同的容量。通常，额定容量是指对应于最

27、高准确级的容量。电压互感器按照在最高工作电压下长期工作容许发热条件，还规定了最大容量。：电容式电压互感器 目前我国500kV电压互感器只生产电容式。它结构简单、成本低，且电压越高经济性越显著，同时分压电容还可兼做载波通信的耦合电容，因此，广泛应用于110kV500kV中性点直接接地系统；电容式电压互感器的缺点是输出容量较小，误差较大。2.5电压互感器选择(1) 种类和型式的选择。根据装设地点和使用条件进行电压互感器的种类和型式。(2) 根据一次额定电压和二次额定电压选择。 一台单相电压互感器。 三台单相三绕组电压互感器。 两台单相互感器分别跨接于电网的UAB及UBC的线间电压上。3 限流电抗器

28、选择常用的限流电抗器，有普通电抗器和分裂电抗器两种，选择方法基本相同。4.1额定电压和额定电流的选择UN UNS，IN Imax式中：Imax 一般按发电机或主变压器额定电流的70%选择。4.2 电抗百分数的选择4.2.1普通电抗器的电抗百分数的选择 按将短路电流限制到一定数值的要求来选择。以额定参数下的百分电抗表示，则应选择电抗器的百分点抗为：XL(%) = (Id/I”)-X*(INUd/IdUN)100% 正常运行电压损失U(%)校验U(%) XL(%)(Imax/IN)sin 5% 母线残压校验Ure(%) = XL(%)(I”/IN) (60%70%)UNS如不满足，可加设快速保护或

29、在线路正常运行电压降允许范围内加大电抗。4.2.2分裂电抗器的百分数的选择 分裂电抗器电抗百分值按将短路电流限制到要求值来选XL(%) = (Id/I”)-X*(INUd/IdUN)100% I段母线电压百分数校验，段母线电压百分数校验：U1(%) = U(%)-XL1(%)(I1/IN)sin1-f(I2/IN) sin2U2(%) = U(%)-XL1(%)(I2/IN)sin2-f(I1/IN) sin14.2.3热稳定和动稳定校验It2t Qk , ies ish分裂电抗器除分别按单臂流过短路电流校验外，还应按两臂同时流过反向短路电流进行动稳定校验。在选择分裂电抗器时，还应注意电抗器布

30、置方式和进出线端子角度的选择。4 裸导体的选择5.1导体选型导体通常由铜、铝合金制成。硬导体截面常用的有矩形、槽型和管型。软导线常采用的有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于330kV及以上配电装置。5.2 导体截面的选择导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。a）按导体长期发热允许电流选择计算式：Imax kIal式中：Imax 导体所在回路中最大持续工作电流，A Ial 与实际环境温度o=+25oC时导体允许电流，A k 与实际环境温度和海拔有关的综合校正系数。B）按经济电流密度选择按经济电力密度选择导体截面可是年计算费用最低。Sj = Imax (mm2)第七章

31、继电保护配置1 变压器保护配置 11主变压器保护(1) 瓦斯保护：重瓦斯动作于断路器跳闸，轻瓦斯动作于信号；(2) 纵联差劲保护；(3) 后备保护：高、中压侧装设复合电压起动的过电流保护，低压侧装设过电流保护；(4) 复合电压过电流保护；(5) 变压器中胜点装设零序过电流保护。(6) 在高、中压侧绕组装设过负荷保护，动作于信号；(7) 中性点零序电流保护。1.2 所用变保护瓦斯保护、过流保护。2 线路保护配置2.1 110kV线路保护(1) 三段式高频闭锁距离保护；(2) 阶段式零序电流保护；(3) 断路器失灵保护；(4) 综合重合闸装置；(5) 完全差动保护。2.2 35kV线路保护(1)

32、横联差动万向保护；(2) 电压闭锁的电流速断保护；(3) 过电流保护；(4) 综合自动重合闸装置，绝缘监测装置。2.3 10kV线路保护(1) 横联差动万向保护；(2) 电压闭锁的电流速断保护；(3) 过电流保护；(4) 综合自动重合闸装置，绝缘监测装置。3母线保护母线保护配置的保护有：高频距离保护、接地距离保护、高频方向零序保护。第六章 改进意见110KV某降压变电所设计按照学院教学计划，使我们三年来所学知识有一个连贯性，能学以致用。也是对所学知识堂握程度作次大检验。学院安排了这次毕业设计，在这短短的三个月里，我们都很勤奋刻苦、勇于探索，圆满地完成了这次设计的任务，达到了设计目的，学到了许多

33、新缸识通过这次毕业设计为我们以后的三作打下了坚实的基础，是我们在今后叫电力工作中取之不尽的知识根源。在此我由衷地感谢指导我们设计的何光剑老师。在这次设计中，我遇到了很多问题。比如，知作以流计算，变电所防雷规划，以及电气设备选择等，通过自己的努力，和何老师的指导，遥阅资料，最终解决了所有问题。在今后工作中遇到这方面的问题，有了一点解决方法和经验，提高了分析问题和解决问题的能力。通过本次毕业设计，掌握了11OKV 变电所的初步设计的过程。这是对三年来所学的专业知识进行的一次实践和急结，通过这次设计，既可以巩固所学的理论知识，又可以运用所学的知识分析和解决工程实际问题的综合能力，给自己的工作岗位起到

34、了桥梁和纽带作用。但在本次设计中，仍有存在不足与疏漏，我将在以后的工作、学习中、扬长避短，发扬严谨的科学态度，使所学到的知识不断的升华加深了所学专业知识，为今后的工作顺利开展打下了坚实的基础，我将为电力工作做出一份应有的力量。110KV某降压变电所设计通过这次毕业设计，加深了我所学的电气工程专业知识，为今后顺利的开展工作打下了良好的基础，特别是对认识问题、分析问题、解决问题的能力有了较大的提高。本次毕业设计也是对我整个学习阶段的一次综合测试。在毕业设计过程中，林老师要求我们用认真的态度来对待这次设计，每遇到问题时，总是不厌其烦的给我们细心讲解，在此我衷心的感谢何老师及学院的有关领导给我们的大力

35、支持。在此我对所有关心和指导我这次设计的领导、老师及同学表示衷心的感谢。我将在今后的工作中不断追求新知识，继续努力，不辜负老师对我的精心培养。我将用我所学的知识为电力事业做出应有的力量。参考文献1熊信银主编.发电厂电气部分.北京：中国电力出版社，2009. 2陈跃主编.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册.中国水利水电出版社.2008. 3韩笑主编.电气工程专业毕业设计指南继电保护分册.中国水利水电出版社.2008. 4西北电力设计院.电力工程电气设计手册（电气一次部分）.中国电力出版社. 5西北电力设计院.电力工程电气设计手册（电气二次部分）.中国电力出版社. 6李光琦主编.电力系统暂态分析.北京：中国电力出版社.2007. 7张宝会主编.电力系统继电保护原理.北京：中国电力出版社.2006.