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1、装订线 华北水利水电大学继续教育学院毕业设计毕 业 设 计 任 务 书 设计题目：TS2A110kV降压变电所专 业： 电气工程及其自动化 班级学号： 41141020017 姓 名: 杨长岭 指导教师： 朱雪凌 院、系： 电力学院 2015年 7月 16日 第1章 绪论1.1概述本次所设计TS2A110kV降压变电所是该县的一个变电所，承担着该县工业、农业和服务业等各行各业的供电任务。根据电力系统技术规程中的有关部分，特别是：第1.0.2条：系统设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期，长期电力规划的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究提出系统设计的具体方案；应合理利用能源，合理布局电
2、源和网络，使发、输、变电及无功建设配套协调，并为系统的继电保护设计，系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条件。设计方案应技术先进，过度方便，运行灵活，切实可行，以经济，可靠质量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生活不断增长的需要。第1.0.3条： 变电所的设计应依据工程的510年发展规划进行；做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。 第1.0.4条： 变电所的设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理确定设计方案。 第1.0.5条： 变电所的设计必须坚持节约用地的原则。第1.0.6条：系统设
3、计的设计水平可为今后第五年至第十年的某一年，并应对过度年进行研究（五年内逐年研究），远景水平可为第十年至第十五年的某一年，且宜与国民经济计划的年份相一致。系统设计经审查后，二至三年进行编制，但有重大变化时，应及时修改。根据某县的经济发展速度，考虑到工业及生活用电的迅速增长，为了满足该县工农业生产及人民生活用电要求，决定建设TS2A110kV降压变电所。1.2 本次设计的内容变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。故本次TS2A110kV降压变电所设计主要分为电气一次部分设
4、计和电气二次部分设计两部分。1.2.1 电气一次部分设计电气一次部分设计主要包括变电所总体分析，电力系统分析，主接线的选择，主变的选择，所用变的选择，无功补偿的设计，短路电流的计算，电气设备的选择等内容。本部分设计主要参考了电力系统电气设计手册（电气一次部分），按照有关的技术规程和工程实例进行的。1.2.2 电气二次部分设计电气二次部分设计主要包括线路保护设计，变压器主保护设计，变压器后备保护设计 ，电容器保护设计,所用变保护设计等主要内容。本部分设计计算时按常规保护计算,实际配置以微机保护为主, 本部分设计主要参考了电力系统电气设计手册（电气二次部分），按照有关的技术规程和工程实例进行的。1
5、.3 本次设计的任务本次设计的主要任务是TS2A110kV降压变电所的设计，设计的内容包括电气的一次部分和二次部分的设计和计算。在一次部分中，要对电力系统和变电站进行总体分析，然后确定变电站电气主接线的型式，并在此过程中进行系统的无功补偿、调压计算、短路电流计算以及电气设备的选择。在具体计算后，还要为建造变电站进行配电装置及电气总平面的布置设计，使建站合理化，并进行防雷设计，保证安全。在二次部分中，要综合考虑保护的方式、系统运行的方式和短路点的选择，在此基础上进行整定计算（110KV线路、变压器、所用变、母线以及电容器组）。在设计过程中要绘制相关图纸，包括主接线、变压器控制回路等较重要图纸并掌
6、握其内容。本次设计属于毕业设计,是在学习了相关专业课程(如发电厂电气部分，电力系统分析, 电力系统继点保护原理等等),且对各类变电所后设计的.本次设计是为了使同学们在走出校园前对具体的工程设计有细致的了解,并掌握一定的工程设计方法而设的.在本次设计中,同学们在老师细心指导下,自己亲自动手进行设计方案比较,计算,查找相关资料等技术设计过程,对此有了深入细致的了解,为以后的工作打下了坚实的基础。第2章 变电所总体分析2.1 概述 变电所总体分析总体分析是设计的基础，为以后的设计定下基调。某县境内矿产资源丰富，工农业发展前景良好，为满足该县工农业生产及人民生活用电要求，决定新建本变电所。根据GB50
7、059-92 35-110kV变电所设计规范2.0.1条要求，结合本县地理环境，确定本变电所位置：处于公路和河流附近，交通运输便利，距离各电压及负荷中心距离较为合理，基本位于负荷中心，并与城乡及工矿企业规划相协调。变电所所址地区海拔250m，地势平坦，输电线路走廊开阔，地震烈度6度。土壤性质为黄粘土，地耐力2.5kg/平方厘米,土壤电阻率120欧姆米。年最高气温+40，年最低温度为-10，年平均气温15，最热月平均最高温度为+32。最大风速为25m/s,微风风速3.5m/s，属于我国典型级气象区。长年主导风向：NW。历年最大覆冰厚度：5mm。热阻系数=120.cm/W，土温20。设计变电所为终
8、端变电所，主要向本县的工矿、企业、事业单位、政府部门及附近乡镇供电。电压等级为110/35/10kV，出线回路数如下：110kV 近期3回， 远景发展2回；35kV 近期6回， 远景发展2回；10kV 近期12回， 远景发展3回。其中，110kV电压级通过县甲线、县丙线与电网相连（电网中包括系统S1和S2），110kV电压级负荷主要为县光线及2回备用负荷；35kV电压级线路主要向铁矿和水泥厂供电，并输往甲镇变和乙镇变，并设有2回备用负荷；10kV电压级线路主要向相对集中的磷肥厂、纺织厂、玻璃厂、罐头厂、机修厂、中药厂、县直、医院以及南关、西关、北关供电，设有3回备用负荷。第3章 负荷分析及主变
9、压器选择3.1 负荷分析3.1.1 负荷总体分析负荷的大小和种类影响主接线型式和主变压器容量的选择。负荷按其对供电可靠性要求的不同分类如下：类负荷：凡短时停电将造成人员伤亡和重大设备损坏以及重大经济损失的负荷。 供电要求：任何时间都不能停电。可采用双回路供电（自动切换或同时工电）。类负荷：凡停电造成减产，使用户蒙受较大的经济损失的负荷。 供电要求：可短时停电几分钟。可采用双回路供电，不需自动切换。类负荷：、类负荷以外的其它负荷。 供电要求：可长时间停电。3.1.2 负荷资料分析见前面毕业设计（论文）任务书附件中负荷资料表。3.1.3 负荷计算双绕组变压器：计算负荷Sjs=Sjs低=Kt（Pim
10、ax/cosa）(1+%) 式中 Kt同时率，取0.850.9; %线损率，取5%。三绕组变压器：计算负荷Sjs=Kt(Sjs中+Sjs低) 式中 Kt中、低压侧负荷同时率，取0.850.9。本变电所选用三绕组变压器。根据负荷资料，计算如下：Sjs中=0.9(3/0.9+3/0.9+2/0.9+2/0.9+2/0.9+2/0.9+2/0.9+2/0.9)（1+5%）18.9MVA Sjs低=0.85(2.5/0.8+2.5/0.8+2/0.75+1/0.85+1.5/0.8+1.5/0.8+1.5/0.8+3/0.8+0.6/0.8+1.5/0.78+2/0.78+2.5/0.78+1.5/0
11、.8+1.5/0.8+1.5/0.8)(1+5%) 29.930MVA Sjs =Kt(Sjs中+Sjs低)=0.85(18.9+29.930)41.506MVA3. 2 主变压器选择3.2.1 型式选择相数选择时，自由电压等级较高，三项变压器重量、体积较大，不乏年运输与安装时，采用三台单向变压器组合成三相变压器。结合冷却方式、调压方式、绕组型式，本设计变电所采用三相三绕组有载调压铜材料变压器。3.2.2 台数选择为保证供电可靠性，一般选2台以上。本设计中选2台。3.2.3 容量选择主变压器容量一般按变电所建成后510年的规划容量考虑。依据以下两条要求：（1） Sn=(0.60.7)Sjsma
12、x/(n-1) 式中 n变压器台数； 系数：对35kV110kV，取0.6 ，对220kV以上500kV，取0.7。（2） Sn=(S+S)/(n-1)即在一台变压器已故停运时，其余变压器能够满足变电所最大负荷的60%70%，或全部的、类负荷。根据其中较大者选择主变压器额定容量。3.3 本设计变电所负荷分析及主变压器选择依据（1）： Sn=0.6Sjsmax/(n-1)=0.641.506/(2-1)24.903MVA依据（1）： Sn=(S+S)/(n-1)=(30.62/0.9+20.44/0.9+2.520.6/0.8+20.6/0.75+10.6/0.85+1.50.6/0.8+1.5
13、0.52/0.8+30.6/0.8+0.60.6/0.8+60.5/0.78+40.4/0.9+4.50.4/0.8)/(2-1) 27.19MVA根据分析计算，并考虑各种影响因素，选用主变压器：2台SFSZ731500/110型三相风冷三绕组有载调压铜材料变压器额定电压：110/38.5/11kV第4章 电气主接线设计4.1 绪言 电气主接线设计的内容及要求4.1.1 电气主接线设计应满足的基本要求4.1.1.1 可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。（1） 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。（2） 母线检修、母线隔离开关检修，尽量减少停运的回路数和停运时
14、间，并保证对级负荷及全部或大部分级负荷的供电。（3） 母线故障、断路器故障，尽量减少停运的回路数和停运时间。（4） 尽量避免全所停电的可能性。4.1.1.2 灵活性主接线灵活性有以下要求：（1） 调度要求。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。（2） 检修要求。可以方便的停运断路器、母线，对继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。4.1.1.3 经济性经济性主要指节约投资、电能损耗要少、占地面积少，节约材料。4.1.1.4 可扩性 可扩性指可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造
15、量最小。4.1.2 变电所主接线设计应考虑的基本问题4.1.2.1 变电所在系统中的地位和作用 本设计变电所为终端变电所，主要满足该县工农业生产以及人民生活用电要求。4.1.2.2 负荷性质、类负荷的比例、双回供电等 本设计变电所主要负荷为工矿、企业、事业单位、政府部门及附近乡镇；、类负荷的比例见前面负荷资料分析，为保证其供电可靠性可采用双回供电。4.1.2.3 电压等级及出线回路数 电压等级为110/35/10kV，出线回路数如下：110kV 近期3回， 远景发展2回；35kV 近期6回， 远景发展2回；10kV 近期12回， 远景发展3回。4.1.2.4 主要电气设备的特点 本设计变电所中
16、变压器2台SFSZ731500/110型 三相风冷三绕组有载调压铜材料变压器 额定电压110/38.5/11kV 接线组别Ynyn0d114.1.2.5 配电装置的选型 配电装置的设计应根据电力负荷性质及容量、环境条件和运行、安装维修等要求合理的选用设备和制定布置方案，必须坚持节约用地的原则。配电装置分类如下： 屋内型：三层式 双层式 单层式 屋外型：高型 半高型 普通中型 110kV配电装置一般采用屋外型；35kV配电装置可采用屋内型，防污性能好，便于运行维护，节约用地；10kV配电装置一般为屋内布置，可采用手车式开关柜。4.1.2.6 所址条件 本设计变电所所址地区海拔250m，地势平坦，
17、输电线路走廊开阔，地震烈度6度。土壤性质为黄粘土，地耐力2.5kg/平方厘米,土壤电阻率120欧姆米。年最高气温+40，年最低温度为-10，年平均气温15，最热月平均最高温度为+32。最大风速为25m/s,微风风速3.5m/s，属于我国典型级气象区。长年主导风向：NW。历年最大覆冰厚度：5mm。热阻系数=120.cm/W，土温20。4.1.3 电气主接线设计的基本内容4.1.3.1 高、中、低各级接线型式4.1.3.2 各回路电气设备的详细配置4.1.3.3 6-10kV电压等级的限流问题：变压器分列运行，采用分列变压器4.1.3.4 所用电设计4.1.3.5 主变压器中性点接地方式设计4.1
18、.3.6 无功补偿设计4.2 各电压级电气主接线设计4.2.1 设计方法各电压级拟定2个合理的可行初步方案4.2.2 几种基本接线型式的使用范围 桥型接线 110kV 出线2回 主变压器2台 单母线分段 6-10kV 主变压器2台35kV 出线3-8回110kV 出线3-5回 双母线 6-10kV 出线大于12回 35kV 出线大于8回 110kV 出线大于6回4.2.3 设置旁路母线的原则4.2.3.1 110kV优先采用简易旁母形式即分段断路器兼旁路断路器，出线大于6回，可设专用旁路断路器。4.2.3.2 35kV一般不采用旁路母线。4.2.3.3 6-10kV当不允许停电检修断路器时，可
19、设旁路母线，一般采用专用旁路断路器。4.2.4 对初步方案的提示 110kV 单母线分段 单母线分段带旁母 35kV 单母线分段 单母线分段带旁母（简易旁母室外） 10kV 单母线分段带旁母 单母线分段（手车式开关柜）4.2.5 根据以上分析，选择比较如下：项目 方案 方案1 方案2110kV电压级接线名称单母线分段单母线分段带简易旁母接 线简 图可靠性灵活性经济性分 析a任一母线母隔检修仅停检修段；任一母线故障仅停故障段；任一出线断路器检修仅停所在回路。b简单清晰，经济性好。c具有一定的灵活性。a检修进出线断路器时所在回路通过旁母不停电，可靠性高。b经济性好。c灵活性好。 但接线复杂。35k
20、V电压级接线名称单母线分段单母线分段带简易旁母35kV电压级与110kV选用方案相同，分析比较如前面分析。10kV 电 压 级接线名称单母线分段(手车式开关柜)单母线分段带专用旁母接 线简 图可靠性灵活性经济性分 析a采用可迅速替换的手车式开关柜,检修时可迅速替换，不会长时间停电。b灵活性好。c经济性好。a检修进出线断路器经旁母供电，不中断所在回路供电。b灵活性较好。c采用专用旁路断路器和隔离开关,增加了投资。根据以上分析比较，电气主接线方式选择如下： 110kV电压级 单母线分段方式 35kV电压级 单母线分段方式，采用手车式开关柜 10kV电压级 单母线分段方式，采用手车式开关柜4.3 所
21、用电设计4.3.1 所用电源数量的确定4.3.1.1 规程3.3.1规定：在有2台及以上主变压器的变电所中，宜装设2台容量相同可互为备用的所用电源。 规程3.3.5规定:变电所宜设置固定的检修电源。4.3.2 所用电源引接方式4.3.2.1 由所内较低电压母线不同分段上引接2个所用电源；4.3.2.2由主变压器第三绕组引接，此时所用变压器高压侧需要大断流容量设备或加装限流电抗器。4.3.3 所用变压器选择 型式：油浸自冷式 台数：2台 容量：由换算系数法SeK1P1+P2 式中K1系数， P1动力负荷， P2电热照明负荷4.3.4 本设计变电所所用变设计所用电由所内较低电压母线不同分段上引接2
22、个所用电源；所用变压器选2台 S950kVA 油浸自冷式变压器。4.4 主变压器中性点接地方式设计4.4.1 110kV侧中性点直接接地 我国的110kV以上电压级变压器一般均采用中性电直接接地方式，即大电流接地系统。对2台主变压器一般采用1台中性电直接接地，另1台不接地方式。4.4.2 6-35kV中性点不接地或经消弧线圈接地 当单相接地电容电流 Ic30A(6-10kV),Ic10A(35kV)时,采用消弧线圈接地。4.4.2.1 Ic的计算方法：（1） 架空线路的电容电流Ic=(2.73.3)UnL0.001AL线路总长度，Un电网额定电压2.7系数，适用于无架空地线情况3.3系数，适用
23、于有架空地线情况 （2） 电缆线路的电容电流Ic=0.1UnL(A) （3） 所（厂）母线增加的Ic值电网电压（kV）6 10 35Ic%值 18% 16% 13%4.4.2.2 消弧线圈的选择型式：油浸自冷式 容量计算：Q=1.35IcUn/1.732(kVA)6-10kV为三角形接线，不能直接接消弧线圈，若需接地，应加装接地变压器。KSTD高压容量（与消弧线圈匹配）/低压容量（与所用电匹配）4.4.3 本设计变电所中低压侧中性点接地方式设计4.4.3.1 本设计中负荷出线35kV电压级采用架空线，10kV电压级采用电缆；并且35kV以下电压级无架空地线。4.4.3.2 35kV电压侧Ic=
24、Ic(1+13%)=10.3951.13=11.746A10A 需通过消弧线圈接地10kV电压侧Ic=Ic(1+16%)=22.51.16=26.1A3.45时，可以看作无穷大电源系统，这时I=I1/2tk=Itk=I=1/Xjs5.2.6 求短路电流的有名值I=IIb, Ib=Se/1.732Up5.2.7 求冲击电流ish=(1.81.9)1.414 I,低压系统取1.9,本设计中取1.8。ish=2.55 I5.2.8 列出短路电流计算结果计算中取Sb=100MVA,Ub=Up甲变主变：SFPSZ-120000/220 X=（Ud-+Ud-+ Ud-） =(14+24-8)%100/12
25、0 =0.125 X=(14+8-24)0 X=(24+8-14)=0.075线路：Xl* =L0.4l系统简图如下：FY县变主变压器：SFSZ7-31500/110X=（Ud-+Ud-+ Ud-） =（10.5+17.5-6.5）%=0.341 X = (10.5+6.5-17.5)% 0 X = (17.5+6.5-10.5)% =0.214系统:Xs1= Xs2=0.025各短路点计算用等值网络图:1. K1点短路:S1对K1点转移阻抗为:X18=0.180, 计算电抗XS1.JS=0.1803.45 S2对K1点转移阻抗为:X19=0.600 计算电抗XS2.JS=3.45短路电流=
26、总短路电流为 2.K2点短路 S1对K2点转移电抗:X21=0.402,计算电抗S2对K2点转移电抗: X22=1.338计算电抗: 3.K3点短路:低压侧10kV并列运行 S1对K3点转移电抗:X23=0.541计算电抗S2对K3点转移电抗: X24=1.802计算电抗: 由于 所以不需要计算变压器分列运行情况.计结果表如下:(单位:KA)电压级短路点110kV K13.6213.6213.6213.6219.23435kV K25.055.055.055.0512.8810kV K3 13.21313.21313.21313.21333.69第6章 电气设备的选择6.1本次设计的主要任务6
27、.1.1 导体和绝缘子的选择；各电压级汇流母线、主变引下线、出线的选择；绝缘子串选择；6.1.2 断路器、隔离开关、高压熔断器的选择；6.1.3 电压互感器、电流互感器的选择；绝缘子和穿墙套管的选择（610KV电压级选室内型）；6.1.4 开关柜一次接线编号。6.2 导体和电器选择的一般原则参照导体和电器选择设计技术规定SDGJ1486 规程1.1.2条 选择导体和电器的一般原则：1、 应力求技术先进，安全适用，经济合理；2、 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；3、 应按当地环境校核；4、 应与整个工程的建设标准协调一致；5、 选择的导体品种不宜太多；6、 选用新
28、产品应积极慎重。新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。6.3 选择导体和电器的技术条件6.3.1 按长期工作条件选择1.1.3条 选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压。 UalmUsn, Ualm=1.15Un,Usn1.1Uns 从而UnUns1.1.4条 选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流。 KialImax导体，InImax电器，其中K温度修正系数6.3.1.1 Imax的计算方法（1）汇流主母线110kV电压级: 实际潮流分布 Imax=（2Se+S穿越功率+S110负荷）/1.732Un35kV电压级：1.05ITn10kV电压级：1.05
29、ITn（2）旁路回路Imax=需旁路的回路的最大额定电流 （3）主变引下线Imax=1.05IT（4）负荷出线单回线 Imax=线路的最大负荷电流双回线 Imax=(1.22)倍某一线路的最大负荷电流（5）母联回路Imax=母线上最大一台主变压器的Imax（6）分段回路Imax=1.05IT(0.50.8)（7）10kV并联电容器回路Imax=1.3Ic（8）所用变Imax=1.05IT附注：若主变压器10kV侧装设有接地变压器，一般考虑采用接地变压器兼做所用变压器。6.3.2 按经济电流密度选择导体 除汇流母线外，较长导体截面积按经济电流密度选择。规程2.1.6条 除配电装置的汇流母线外，较
30、长导体的截面应按经济电流密度选择。当无合适规格导体时，导体截面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选择。 S选接近SJ=Imax/J,选择后，按长期发热进行校验。6.4 电气设备型式选择6.4.1 主母线、主变引下线、负荷出线选择规程2.1.3条 载流导体宜采用铝质材料。下列场所可采用铜质材料硬导体：（1）持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部或采用硬铝导体串套管有困难时；（2）污秽对铜腐蚀轻微而对旅游较严重腐蚀的场所。2.3.1条 20kV及以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜选用矩形导体；4000A8000A时，宜选用槽型导体。 110kV及以上高压配电装置，当
31、采用硬导体时，宜选用铝合金管形导体。 500kV硬导体可采用单根大直径圆管或多根小直径圆管组成的分列结构，固定方式可采用支持式或悬吊式。硬导体 管形 110kV及以上电压级，8000kA以上 槽形 20kV级以下电压级， 4000A8000A 矩形 610kV,35kV级以下电压级，小于4000A 35kV及以下电压级，小于4000A软导体 LJ,TJ,LGJ 35kV 110kV室外 电缆附注：选择导体时，同种条件下优先选择单条，矩形导体优先选择平放。6.4.2 断路器、隔离开关选择6.4.2.1 断路器QF （1）110kV SW 110 LW 110（2）35kV SW 35 LW 35
32、 （3）610kV SN1010/ ZN 10 LW 106.4.2.2 隔离开关QS GW GN6.4.3电压互感器电流互感器选择6.4.4 绝缘子选择、穿墙套管选择悬式绝缘子：普通性 防污型支柱绝缘子穿墙套管6.5 按当地环境条件校验 修正系数 K=（al）/（al0）安装处实际环境温度规程1.2.2条 选择导体和电器的环境温度以采用表中所列数值类别安装场所环境温度最高最低裸导体屋外最热月平均最高温度屋内最热月平均最高温度加5，该处通风设计温度电器屋外年最高温度年最低温度屋内电抗器该处通风设计最高排风温度。无资料同上屋内其它该处通风设计温度。无资料同上 查表可得数值，电器校验一般不需修正。
33、6.6 按短路条件校验6.6.1 热稳定校验电器：ItIttQk，其中QkQpQnp，Qp1/12tk（II10I1/2tk QnpT I，T0.056.6.2 动稳定校验 硬导体需要进行动稳定校验； 6.7 电晕校验规程2.1.7条 110kV及以上导体的电晕临界电压应大于导体安装处的最高工作电压。 海拔高度不超过1000m的地区，在常用相间距离情况下，如导体型号或外径不小于下表数值时，可不进行电晕校验： 电压等级（kV）110220330软导线型号LGJ70LGJ-300LGKK590/50，2LGJQ300管型导体外径2030406.8 一些补充数据 110kV 普通中型 软母线 L7.58m,a2.2m 管型母线 L8m, a1.31.4m 半高型 软母线 L8m， a2.2m 管型母线 L10.5m，a1.4m 屋内 管型母线 L6m， a1.2m 35kV 屋外 L5m， a1.6m屋内 L3m， a0.5m 10kV 屋内 固定开关柜 L1.25m，a0.25m 手车开关柜 L1.5m， a0.60.7m 主变压器引下线母线桥 L1.5m， a0.60.7m6.9 参考资料 （1） 导体和电器选择设计技术规定SDGJ1486 （2） 电力工程电气设计手册 （3） 发电厂电气部分教材
