110kV降压变电所电气设计.docx

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1、电气工程基础 课程设计110kV降压变电所电气设计专业：电气工程及其自动化班级：设计者：学号：指导教师:吴耀武2008年6月 目录设计任务书第一部分一确定变电站各电压等级的合计负荷及负荷类型二主变压器选择三电气主接线的选择四 电气主接线图（见图纸）五短路电流、工作电流的计算5.1设备选择的电流计算（按最终规模计算）5.1.1短路电流计算5.1.2各回路的工作电流台检修的运行方5.2各电压等级出线的电流计算（按一台变压器运行、 式计算）第二部分主要电气设备选择1. 设备选择原则2. 开关电器的选择3. 导线（硬、软母线及出线）选择4. 电流互感器选择5. 电压互感器选择6. 支撑绝缘子7. 消弧

2、线圈的选择8. 避雷器的选择第三部分心得体会：参考文献变电站电气系统课程设计任务书一、设计要求1、待建变电站的建设规模 变电站类型：110 kV 降压变电站 三个电压等级：110 kV、 35 kV、 10 kV110 kV:近期进线_3_回，出线丄回；远期进线_2_回，出线_0_回35 kV :近期_5_回；远期_4回10 kV :近期_8_回；远期_3回2、电力系统与待建变电站的连接情况 变电站在系统中地位：终端 变电站 变电站仅采用110 kV 的电压与电力系统相连，为变电站的电源 电力系统至本变电站高压母线的标么电抗（Sd=100MVA为：最大运行方式时0.27；最小运行方式时 0.3

3、6；主运行方式时0.30上级变电站后备保护动作时间为3.0 s3、待建变电站负荷110 kV 出线：负荷每回容量 11000 kVA ,cos 0.9 , TmaQ 5000 h 35 kV负荷每回容量5000 kVA ,cos 0.85 , TmaQ 4000 h ;其中，一类负荷2回；二类负荷2 回低压负荷每回容量 2000 kW , cos 0.95 , Tma治5000 h ;其中，一类负荷_0回；二类负荷2回(4)负荷同时率 0.754、环境条件当地年最高气温400C,年最低气温-200C，最热月平均最高气温350C,年最低气温-50C当地海拔高度：600m雷暴日：10 日/年5、其

4、它 变电站地理位置：城郊，距城区约6m 变电站供电范围：110 kV线路：最长 100 km，最短 50 km ；35 kV 线路：最长 60 km ，最短 20 km ；10 kV 低压馈线：最长30km 最短10km第一部分一、确定变电站各电压等级的合计负荷及负荷类型1、各电压等级的合计负荷和符合类型一期工程：1回110kV出线，合计负荷11000kVA5回35kV出线，合计负荷25000kVA8回10kV出线，合计负荷16000kW二期工程4回35kV出线，合计负荷20000kVA3回10kV出线，合计负荷6000kW35kV侧的总负荷： 氐=5000 9 0.75kVA = 33750

5、kVA10kV 侧的总负荷：Sw=2000 11 0.75/0.95kVA=17368.4kVA110kV的负荷不经过站内变压器，故经过变压器合计负荷S =33750 17368.4 =51118.4kVA其中一期负荷为：S期=25000 16000/0.95 = 41842.1kVA二、主变压器选择根据电力工程电气设计手册的要求，并结合本变电所的具体情况和可靠性 的要求，选用两台同型号的无励磁调压三绕组自耦变压器。变压器的最大负荷为Pm=KP,对具有两台主变的变电所，其中一台主变的容 量应大于等于70%勺全部负荷或全部重要负荷。两者中取最大值作为确定主变的容 量依据。考虑到变压器每天的负荷不

6、是均衡的，计及欠负荷期间节省的使用寿命， 可用于在过负荷期间中消耗，故可选较小容量的主变作过负荷能力计算，以节省主 变投资。最小的主变容量为Se-0.7Pmcos 拟选用两台SFS 31500/110型三相绕组变压器，其容量比为：100/100/50 ; 电压比为：110 2X 2.5%/38.5 5%/11KV 接线方式为 YN yn0, d11(即 Y0/Yn/ -12-11);阻抗电压为：Uk*12 =10.5%，Uk*13=18%，Uk*23=6.5%。那么，(1) 若一台主变压器停运，另一台承担全部负荷，其负荷率为162.3%,应采取措施减负荷。正常并列运行时的负荷率为81.15%。

7、(2) 第一期工程主变压器负荷率为B =(5000 X 5+2000/0.95 X 8) X 0.75/31500 X 100% =99.6%(3) 事故情况下，变压器过载能力的校验原则：1)二台主变，停一台，应承担全部负荷 70% 80%2)变压器过载能力：过负荷倍数 100MVA过负荷倍数1.3过载能力校验：51118.4 X 0.7/31500=1.1361.551118.4 X 0.8/31500=1.29850%选 SN35kV ：19.2/（25*2）=38.4%50%选 SN10kV ：10.1056/（25*2）=20.2%50%选 0.5SN所以，变压器容量比为： 100/5

8、0/50（ 6）接地方式110kV: 110KV及以上电压系统为大电流接地系统,所以主变压器110KV及以上电压 级中性点接地方式均应该选择中性点直接接地方式。我国110kV及以上电压、变压器都采用Y0连接。35kV: 35KV为小电流接地系统，中性点应选择不接地或经消弧线圈接地（通过对地 电容电流的大小计算决定）。我国35kV采用丫连接，其中性点经消弧线圈接 地。10kV：为了提高供电可靠性，其中性点不接地。即使有单相接故障，三相线电压仍然对称，用户可不受影响，但不可以长期运行，一般不能超过两个小时。由 于短路故障多为金属性接地故障，运用自动重合闸技术可以恢复线路在正常 运行状态。户可不受影

9、响，但不可以长期运行，一般不能超过两个小时。由 于短路故障多为金属性接地故障，运用自动重合闸技术可以恢复线路在正常 运行状态。 我国35kV以下电压变压器绕组都采用连接。根据选择原则可确定所选择变压器绕组接线方式为丫0/ 丫/接线。三、电气主接线选择1 、对电气主接线的基本要求（1）首先是保证供电的可靠性。（2）灵活性，即电气主接线是否能适应各种运行方式 （包括正常、 事故和检修 运行方式）并能够方便的通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时， 不影响其他贿赂继续运行，还有能考虑到将来扩建时的可能性。（3）操作安全、方便：主接线应该简明清晰、运行维护方便、设备切换所需的 操作步骤少。（

10、4）经济性， 即在满足可靠性、 灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提 下，应力求投资节省、占地面积小、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要 措施。2、各种主接线的比较（1）单母线 使用于出线回路比较少，用户对供电可靠性要求不高的场合。（2）单母分段可以减少停电范围，通常以2到3分段为宜，使用 于6到10kV的出现和 110220kV 出现为 3 到 4 回的接线。 但供电可靠性低， 当母线出线故障时， 用户全 部断电。（3）单母分段加旁路检修进出线变压器时可以不停电检修。适用于中小型发电厂和35110k V变电站。（4）双母线接线 与单母线相比，选择双母线运行方式可使其中一个母线出现故

11、障或者检修时仍能供电，而且双母接线具有扩延优点。供电可靠，调度灵活。但占地面积大，且用 很到隔离开关。（5）双母带旁路综合了 3、4 的优点，检修母线或者断路器时不停电， 母线出线故障时仍能后运 行。缺点是隔离开关多、占地面积大。（6）一台半接线主要用于330kV以上的超高压系统，供电可靠性非常高，但由于需要很多昂贵 的断路器，在220kV以下系统中很少使用（7）桥型接线只适用于两进线两出线的情况下，而本设计中的出线均大于两回，故不予考虑 桥型接线。3、可供选择的的接线方案110kV侧接线的选择方案（一）：双母线接线优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线 而

12、不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关 时只停该回路。（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的 电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会 如单母线分段那样导致交叉跨越。（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接 至一组母线上。缺点：（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投次大。（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避 免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。对于110k V侧来说，其要求有较高的可靠性。方案（二）：单母线分段优

13、点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩 小母线故障影响范围。（2）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对 重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减 少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。对比以上两种方案，单母线分段接线可靠性和灵活性较好，但与双母线接线的 供电可靠性的差一点。且双母线有利于以后扩建，但双母线接线复杂，使用设备多、 投资较大；110kv母线放置较高，只要相与相之间距离大，因而各种小动作不能造 成故障，不会遭受雷击，因此综合考虑后采用方案（一）：双母线接法。35KV侧接线

14、方式选择方案（一）：单母线分段带旁路优点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，同 时可以通过旁路缩小母线故障影响范围。（2）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对 重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减 少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。方案（二）：双母线接线优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线 而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关 时只停该回路。（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组

15、母线的 电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会 如单母线分段那样导致交叉跨越。（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接 至一组母线上。缺点：（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投次大。（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避 免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。考虑经济和实际情况：单母线分段带旁路多采用2个隔离开关，且双母线能提供更可靠的性能，保障35kV侧重要负荷的持续供电，故35kV侧采用方案（二）：双 母线接线方式。10kV侧主接线选择方案（一）：单母线分段优点：（1）

16、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路， 用两个电路供电。（2）当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间缺点：（1）当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电。（2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。 （3）扩建时需向两个方向均衡扩建。方案（二）：单母线分段带旁路 优点：具有单母线分段的全部优点，并在检修断路器时不至于中断对用户供电。 缺点：与单母线分断的缺点相比少了缺点。方案（三）：双母线接线 优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线 而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线

17、隔离开关 时只停该回路。（2）调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵 活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。（3）扩建方便可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电 源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如 单母线分段那样导致交叉跨越。（4）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接 至一组母线上。缺点：（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关。（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避 免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。对比以上三种方案，以上三

18、种方案均能满足主接线要求，但采用双母线接线要 多用隔离开关，采用单母线带旁路要多用断路器，它们的经济性能较差，单母线分 段接线既能满足负荷供电要求又能节省大量资金，是一种较理想的接线方式，但 10kV 侧重要负荷较多，为确保可靠性，本次选用方案（二） ：单母线分段带旁路 综上所述，采用的主接线方式如下：110k V侧：双母线接线方式35 kV 侧：双母线接线方式10 kV侧：单母线分段带旁路四、电气主接线图 （见图纸 ）五、短路电流，工作电流计算5.1设备选择的电流计算(按最终规模计算)5.1.1短路电流计算(1)主变压器各侧阻抗的百分值Uk-仁1-(10.5 + 18-6.5)%=11%2U

19、k-21=-(10.5 + 6.5 18)% 0 2Uk-31一 (18 + 6.5 10.5)%=7%2其标幺值为* 11 100 Xi0.3510031.5X； =0*7100Xn0.2210031.5基准电流为110kV 侧二一Sd 二 100 kA 二 0.502kA3UdI3 11535kV 侧,Sd100 , A 1 d ； =kA = 1.56kA3Ud；3 3710kV 侧S.100Id 皿dkA = 1.56kA3Ud 皿.3 10.5(2)短路点的选取及其计算分别计算各级母线在最大运行方式下和一台检修另一台运行时的两种情况下的短路电流。1/0. 273/0, 223/0.

20、22k3在最大运行条件下的各点短路电流、冲击电流、短路容量;- “ 1 1K1 点：lk1IdI0.502kA=1.86kAXf1 0.27iShi =1&2|；1 =1.8,2 1.86kA = 4.73kA1 1Sk1Sd100MVA = 370.4MVAYXf 11 1K2 点：I k2I dnX f 2i；h2 =1.8 2l；2 =1.8、2 3.51kA = 8.92kA0.27 0.350.35 1.56kA - 3.51kA1XZSd10.27 0.350.35100MVA 二224.7MVA. , 1 1K3点：Ik3 _Xf3Idm_ 0.27 (0.35 0.22)/2

21、5.5kA_9.91kAi；h3 =1& 21；3 =1.8 2 9.91kA = 25.23kAS3 口厂。.27 (0.35 0.22)/2 100MV 180.2MVA(3)短路计算时间热稳定计算时间也成为短路持续时间，为继电保护时间与断路器全开断时间之 和，即继电保护动作时间+断路器灭弧时间+非周期分量热效应的等效时间。电弧 燃烧时间，少油断路器为0.05-0.06S , SF6和压缩空气断路器为0.02-0.04S因此110kV 进线为：3.0+0.05+0.仁3.15s110kV主变侧为：2.5+0.05+0.仁2.65s110kV 出线为：2.5+0.05+0.仁2.65s35k

22、V 主变侧为：2+0.05+0.15=2.2s35kV 出线为：1+0.05+0.15=1.2s10kV 主变侧为：1.5+0.05+0.2=1.7510kV 出线为：0.5+0.05+0.2=0.75s附表1短路点编号短路电流计算值(kA)热稳定计算参数Sk(MVA)HIkLoish等效时间(s)110kV母线k1370.41.861.864.733.1535kV母线k2224.73.513.518.922.2010kV母线K3180.29.919.9125.231.755.1.2各回路的工作电流 三相变压器回路SN也 t05In057U；主变压器 110kV侧：I 产1.05 -31500

23、-A =173.6 A如110主变压器35kV侧：12=1.05 -B1500-A =496.0 A 丁338.5主变压器 10kV 侧：13=1.05 31500/2 A=868.0A3x11馈电线路max3U N COS申N按潮流分布计算10kV出线电流：2000丨4AT21.5Ax/3x10x0.9535kV出线电流：5000I5A=82.5A3 35110kV出线电流：11000I6A = 64.2A3 110 0.9110kV进线电流：2121I7h T6173.6 64.2 =82.28A5555汇流母线根据电源支路与负荷支路在母线上的排列顺序确定110kV母线：|8=h 2 I6

24、 1 =173.6 X 2+64.2 X 1=411.4A 35kV母线按35kV侧的总负荷的60%+算；10kV母线按10kV侧的总负荷的60%+算；35kV母线：I? J 9 0.6=82.5 X 9X 0.6=445.5A 10kV母线：|10 =|4 11 0.6=121.5 X 11X 0.6=801.9A分段断路器和母联断路器的选择Imax 一般为该段母线上所连接的发电机和变压器中单台容量最大设备的持续电 流.故而选择三相变压器回路中的工作电流.5.2各电压等级出线的电流计算（按一台变压器运行、一台检修的运行方式计算）附表2短路点KiK2Kb系统阻抗电压等级110kV35kV10k

25、V最大运行方2.512.445.980.20最小运彳亍方1.672.115.390.30主运行方式2.012.265.670.254k2g 2 0.353 0.2222 O.JrT/ssrkl42/0.35 2 0.353; 0.22k3第二部分主要电气设备的选取1 、设备选择原则电气设备选取的一般原则：电气设备应能满足正常、短路、过压和特定条件下 的安全可靠的要求。并力求技术的先进和经济的合理。 通常电气设备选择分两步走, 第一按正常工作条件选择，第二按短路情况校验其热稳定性和电动力作用下的动稳 定性。2、开关电器的选择1. 断路器、隔离开关选取原则a. 电压：UN _Ug （电网工作电压）

26、b. 电流：In- Igmax （最大持续工作电流）C.开断电流：lbr _ldt （断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量，t为继电保 护主动作时间与断路器固有分闸时间之和）d. 动稳定性：imax-ish （断路器极限通过电流峰值大于等于三相短路电流冲击值）e. 热稳定性：lt2t _ 12tdz2. 断路器和隔离开关的选择（1）变压器110kV侧断路器，110kV分段断路器和隔离开关选择型号及有关参数 如表附3。表附3设备型号SW8-110G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110kV110kV110kV110kV额定电流12

27、00A82.28A600A82.28A热稳定2 215.8 X4kA s2 21.86 x 3.15kA 14 x 5kA s2 21.86 X3.15kA s动稳定41kA4.73kA50kA4.56kA开断电流15.8kA1.86kA操动机构CD5-XGCS-14（2）110kV出线断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附4表附4设备型SW8-110G/1200型 断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电110kV110kV110kV110kV额定电1200A82.28A600A82.28A热稳定15.8 X4kA s1.86 x 3.15kA 14

28、 x 5kA s1.86 X3.15kA s动稳定41kA4.73kA50kA4.73kA开断电15.8kA1.86kA操动机CD5-XGCS-14110kV 进线断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附5表附5设备型号SW8-110G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110kV110kV110kV110kV额定电流1200A82.28A600A82.28A热稳定15.8 X4kA s1.86 x 3.15kA2 214 x 5kA s1.86 X3.15kA s动稳定41kA4.73kA50kA4.73kA开断电流15.8kA1.8

29、6kA操动机构CD5-XGCS-14(4)变压器35kV侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附6表附6设备型号SW3-35型断路器:GW2-35G/60C型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压35kV35kV35kV35kV额定电流600A496.0A600A496.0A热稳定c小226.6 X4kA s2.521.2kA2 s142 汇 5S s2.52 1.2kA2 s动稳定17kA6.41kA50kA6.41kA开断电流6.6kA2.52kA操动机构CD3-XCS8-3(5) 35kV出线断路器，母联兼分段断路器和隔离开关如表附7表附7设备型号SW3-35/600型断

30、路器GW2-35/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压35kV35kV35kV35kV额定电流600A82.5A600A82.5A热稳定6.64kA2 s3.512.2kA2 s145kA2 s3.511.2kA2 s动稳定17kA8.92kA50kA8.92kA开断电流6.6kA3.51kA操动机构CD3-XCS8-3(6)变压器10kV侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附8表附8设备型号SN3-10/2000型断路器GN2-10/2000-85型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压10kV10kV10kV10kV额定电流2000A868.0kA

31、2000A868.0kA热稳定302x5kA2 s6.552.75kA2 515kA2 s6.55 1.75kA2 -s动稳定75kA16.67kA85kA16.67kA开断电流29kA6.55kA(7) 10kV出线断路器，分段断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附9表附9设备型号SN810-10II/600 型断路器GN8-10T/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压10kV10kV10kV10kV额定电流600A121.5A600A121.5A热稳定11.6110x0.8=88(224 268) 100x1.8 =180主变中性点2沃 FZ -201102汽 2

32、5 a花0.6 = 38.12汉(49 60) a 501.8 = 9035kV母线FZ-3541 35x1.1 =38.5(84 104) 41x1.8 =73.8主变35kV侧FZ-3541 35x1.1 =38.5(84 104) 41x1.8 =73.8主变10kV侧FZ-1012.7 A10U1 =11(2631)12.7x1.8 = 23第三部分心得体会本次电气工程课程设计，和以往做的电磁装置课程设计有诸多不同之处。比如1由于吴老师每周布置任务并检查指导，所以此次课程设计不再像以往那样累积到 最后才做，而是每周做一部分，慢慢累积。2课程设计中的很多资料，需要去图书馆查阅相关书籍，有

33、时是因为课设资料讲解的不够详细，需要再研究；有时是因为 很多计算数据课设资料给的很粗糙，希望精益求精。正是由于以上的两点不同，让我觉得本次课程设计不再是对着书本做习题，而是一次真正的对于已学习只是的运用，感粗颇深，简而言之，大约以下几点：一、温故而知新。课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，意识到自己对于理论知识学习不够扎实，通过查阅书籍和与同学讨论，领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感二、实践出真知。因为在教材上的很多计算方法和老师在实际涉及中的要求有 区别，通过询问吴老师，才知道，正真的工程实施是需要经验的，经验对于一个工 程师来说是莫大的财富。三、过而能改，善莫大焉。课程设计中我们漏洞百出，吴老师始终坚持“不抛 弃，不放弃”，和我们讲解课设中的种种，从排版到数据计算，无一落下，相信这对 于我们大四的毕业设计会是一个很好的基础。综上所述，电气工程课程设计给我很多专业知识以及专业技能上的提升，给了 我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。参考文献35kV 110kV输电线路设计中国水利水电出版社发电厂变电所电气主接线和布置西北电力设计院编 电气工程基础华中科技大学出版社大学生毕业设计指南 - 电力系统分册中国水利水电出版社 小型热电站实用设计手册水利水电出版社