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1、电力工程系毕业设计（论文）农村10kV室内变电站电气部分设计 摘要：本论文主要闸述了110kV变电站电气部分的设计，设计的内容包括电气一次部分主接线，设备的选择和计算。在设计中，通过对任务书上所给系统与线路资料的要求分析，综合考虑、安全、经济和可靠性，对系统进行了短路计算和设备的选择、校验。除此之外，还对防雷接地保护系统和变电站监控系统的主要保护配置做了简单的闸述。在设计中绘出主执着线图等相关图纸信息，从而完成了10kV变电站电气一次部分的设计。关键词：10kV变电站 计算 设计 第一章 绪论一、设计目的贯彻实施集给化管理，统一建设标准，统一设备规范，方便设备招标，提高工作效率，方便运行维护，
2、加快设计评审进度，降低变电站建设和运行成本。二、设计原则 开展10KV变电站典型设计的原则是：安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效，努力做到统一性与可靠性、经济性、适应性、灵活性、先进性、时效性和和谐性的协调统一。（1）统一性：建设标准统一，基建和生产标准统一，外部形象体现国家电网公司企业文化特征。（2）可靠性：主接线方案安全可靠，典型设计模块重新组合后的方案仍能保证安全可靠。（3）经济性：按照企业利益最大化原则，综合考虑工程初期投资与长期运行费用，追求设备寿命期内最佳的企业经济效益。（4）适应性：综合考虑不同地区的实际情况，要在公司系统中具有广泛的适用性，并能在一定时期内，对不同
3、规模，不同形式，不同外部条件均能运用。（5）灵活性：模块划分合理，接口灵活，组合方案多样，规模增减方便；编制基本模块和子模块的概算，便于在实际工程中根据需要调整概算。（6）先进性：设备选择先进合理，占地面积小，注重环合，各项技术经济可比，指标先进。（7）时效性：建立典型设计滚动修订机制，随着电网发展和技术进步，不断更新，补充和完善典型设计。(8)和谐性：变电站整体发展状况与变电站周边人文地理环境协调统一。第二章 电气一次部分设计第一节 主变的选择1.1、主变容量的确定1.1.1、主变压器容量一般按变电所建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期1020年的负荷发展，对于农村室内变电所，主变
4、压器容量应与城市规划相结合，与城市保持同轨。1.1.2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷的能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器应能保证全部负荷的70%80%。1.1.3、同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应以全网出发，推行系列化标准化，所以，本设计采用容量为2500kVA的变压器。1.2、主变台数的确定1.2.1、对农村的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变为宜。1.2.2、对于规划只装设两台主变
5、的变电所，其变压器基础宜接大于变压器容量的12级设计，以使负荷发展时更换变压器的容量。1.3、主变相数的选择当不受运输条件限制时，农村10kv室内变电所，均应选用三相变压器。1.4、绕组数量的选择1.4.1、在具有三种电压的变电所中，如通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器的15%以上容量，但在变压器的15%以上，低压侧无负荷，在变电所装设无功补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器。1.4.2、变压器一般应选用三绕组变压器，其低压绕组可接高压T，用起动1备用变压器或无功补偿装置。1.5、绕组的连接方式的选择1.5.1、各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定、继电保护、潮流方向、无功分配、短路电流、系统内
6、的调压手段和并联运行待方面进行综合考虑。1.5.2、对三绕组的普通型和自耦型变压器，其最大的阴抗是放在高、中、低，还是高、低侧，必须按上述1原则来确定。1.6、变压器调压方式的选择对于10KV及以下的变压器，家考虑到至少有一级电压的变压器宜采用有裁调压方式。1.7、根据以上要求及设计要求，所选变压器参数如下：1）型式：三相三绕组自冷有裁调压变压器。型号：S11-2500/102）容量：2500kVA3）额定电压：101.25%kV/0.4kV4）阻抗：6.28%连接组别：DYN11第二节 电气主接线设计2.1、对电气主接线的要求电气主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结
7、构的重要组成部分，它直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性关系。根据电力工业设计经验的积累和发电厂、变电站实际运行的经验，为满足电力系统的需要，对电气主接线提出了以下基本要求：（1）投资少、运行费用低，有扩建的可能性。（2）接线应力求简单、清晰、操作简便；（3）运行灵活、设备投、停方便、检修、隔离、维护方便；（4）保证对用户供电必要的可靠性；2.2、电气主接线的形式电气主接线的基本组成是电气设备，基本环节是：电源、母线和出线。当电源数和出线数不相等时，为了便于电能的汇集和分配，彩母线作为中间环节，可使接线简单清晰，有利于扩建，运行
8、方便。但加装母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备较多。若不要汇流母线，电气主接线占地面积及断路器数会减少、投资也小，但其只适用于进、出线回路少，不需再扩建的电厂或变电站。电气主接线的基本接线形式依据是否采用母线，分为有母线和无母线两大类。有线线类：单母线及单线分段接线、双母线及双母分段接线、单线性或双母线带旁路接线、一个半断路器接线等。无母线类：多角形接线、桥形接线、发电机变压器单元接线、发电机变压器线路组单元接线等。2.3、电气主接线的比较选择本设计基本条件：10KV出线：给期16回，本期8回。为满足本次设计要求，本设计的接线方式选择如下：2.3.1、10kV侧的接线设计方案一：单
9、母线分段接线接线特点：母线按电源的数目和功率，电网的接线及运行方式分段，通常以23段为宜，段数分得越多，故障时停电范围越小，但使用断路器的数量亦越多，配电装置和运行也越复杂。优缺点分析：单母分段接线的优缺点是：A、母线发生故障时，仅故障母线停止工作，非故障段仍可继续运行；B、对双回重要用户，将双回线路分别接于不同的段上，以保证对重要用户的供电；C当一段母线故障或检修时，将使该母线段电源，出线全部停电，减少了系统的发电量，该段单回出线用户停电；D、任一出线的断路器检修时，该回路必须停电。适用范围：一般来说单母线分段接线应用在电压等级为610KV，出线在6回及以上时，每段所接容量不宜超过25MW。
10、方案二：单母线分段带旁路母线接线特点：在出线隔离开关外侧，加装一条旁路母线，每一回出线通过一旁路隔离开关与旁母相连；在每段汇流母线与旁母之间加装一台断路器，组成专设旁路断路器的接线。优缺点分析：单母分段带旁路母线的优点是：简单、清晰、操作方便、易于扩建；当检修出线断路器时可不停电检修，其缺点是：当汇流母线检修或故障时，该段母线将全部停电。适用范围：10KV电压等级，当有不允许停断路器的要求时，可设置分段断路器兼旁路断路器的旁路母线接线。通过比较方案一比方案二好。2.4、综上述，单母分段带旁路母线可靠性高，但投资占地面积大；双母线开关操作频繁、危险性大，且占地面积大、投资大。所以，通过各个方面的
11、比较，本设计10kV侧选择单母线分段接线。2.5、中性点的接地方式10KV中性点采用不接地方式，不装设消弧线圈。第三节 短路电流计算3.1、短路电流计算和分析的目的考虑到短路故障对电力系统运行的严重危害性，为了保证系统的正常运行，在设计和运行中应使电力系统能克服短路故障造成的危害。为此，要进行一系列的短路电流计算，为选择电力系统的接线方式和电气设备选择和整定继电保护装置等准备必要的技术数据。3.2.1、有名值的归算计算各元件有各值电抗时，必须把不同电压等级各元件的电抗归算到同一电压等级，然后才能作出整个电力系统的等值电路，其参数归算过程如下：（1）选基本级（2）确定变比：精确归算：K=近似归算
12、：K=（3）参数归算3.2.2、标么值的归算方法一：先有名值归算后取标么值。先将网络中各待归算级的各元件参数的有名值归算到基本级上，然后再除以基本级与之对应的基准值，得到标么值。方法二：先基准值归算，后取标么值。先将基本级的基准值，归算到各待归算级，然后再用归算级的参数除以归算准值，得到标么值参数。3、3、短路电流计算 D1 I 110kV D235kV II D3 10kV 解：1）取基准容量SB=100MVA，基准电压取各级平均额定电压，即UBI=115KV，UB=37KV，UB=10.5KV。2）、计算各元件电抗标么值，作出等值电路图：变电器T1、T2的电抗为：则有：3)当D1点发生三相
13、短路时短路基准电流因系统为无限大容量电源，故它提供的三相短路电流周期分量不衰减，即I=I =5.02KA；故障点远离发电厂，故冲击系数kim=1.8。冲击电流ich=kim() 当D2点发生三相短路时：Xf2=xf1+xt=0.1+0.1=0.2短路基准电流次暂态电流因系统为无限大容量电源，故它提供的三相短路电流不衰减，；故障点远离发电厂，冲击系数kim=1.8。冲击电流ich=kim 为D3点发生三相短路时：Xf3=xf2+x8=0.2+0.07=0.27短路基准电流电流次暂态电流因系统为无限大容量电源，故它提供的三相短路电流不衰减，；故障点远离发电厂，冲击系数kim=1.8；冲击电流4)短
14、路电流计算结果表短路点I（KA）ich(KA)D15.025.0212.78D27.87.819.85D320.3720.3751.85第4节 设备选择4.1、电气设备和载流导体选择的一般条件4.1.1、按正常工作条件选择电器（1）根据额定电流选择。电器的额定电流In不应小于安装回路的最大工作电流Imax，即InImax。不同工作回路的最大工作电流计算方法如下：同步发电机、调相机、三相电力变压器最大工作电流为额定电流值的1.05倍；电动机的最大工作电流为其额定电流值。（2）根据额定电压选择，根据额定电压选择电器时应满足以下条件：电器的额定电压un不小于电器装设点电网的额定电夺unc，即unun
15、c。4.1.2、校验热稳定、动稳定和开断电流短路电流通过电器时，会引起电器温度升高，并产生巨大的电动力，校验电器和载流导体的热稳定、动稳定和开断能力应考虑到各种短路最严重的情况。（1）校验开断电流：额定开断电流Ikd应大于I，即IkdI。（2）校验热稳定，为保证电器的热稳定，在选择电器时满足电器所允许的热效应。（3)校验动稳定。为保证电器的最大三相冲击短路电流ich的条件即ipich；4.1.3、根据机械负荷选择根据机械负荷选择电器时，要求电器端子的允许机械负荷不小于电器引线在正常和短路时所承受的最大作用力。4.1.4、按电器工作的特殊要求校验根据各种电器的工作特点、用途等进行特殊项目的校验。
16、4.2、设备的选择与校验4.2.1 10KV电气一次设备的选择短路电流计算时间：主变进线侧tjs=1.5s主变出线侧xjs=0.5s且出线侧10KV变压器容量Snmax=16000KVA1、断路器的选择主变进线侧电压条件UNUNC=10KV电流条件INImax=1.05=3031A初选型号ZN-10/3150-40型号额定电压/KV最高工作电压/KV额定电流/A额定开断电流/KA动稳定电流峰值/KA热稳定电流/KAZN-10/3150-40104.531504010040(2s)校验：校验开断电流Ikd=40I=20.37，满足条件IkdI；校验动稳定ip=100ich=51.85，满足条件i
17、pich校验热稳定QK= It=20.3721.5=622.4(KA2S)It=4022=3200(KA2s) 满路条件ItQK综上述，所选断路器型号IN-10/3150-40符合要求主变出线侧电压条件UNUNC=10KV电流条件INImax=923.7A 初选型号ZNS-10/1250-25型号额定电压/KV最高工作电压/KV额定电流/A额定开断电流/KA动稳定电流峰值/KA热稳定电流/KAZN-10/1250-251011.51250256325(2s)校验：校验开断电流Ikd=25I=20.37，满足条件IkdI；校验动稳定ip=63ich=51.85，满足条件ipich校验热稳定It=
18、2522=1250(KA2s)QK= It=20.3720.5=207.5(KA2S) 满路条件ItQK综上述，所选断路器型号IN5-10/1250-25符合要求2、隔离开关的选择主变出线侧电压条件UNUNC=10KV电流条件INImax=3031A 初选型号GN2-10G/3150型号额定电压/KV额定电流/A动稳定电流/KA热稳定电流/KAXGN2-3535160031.516(2s)校验：校验动稳定ip=125ich=51.85，满足条件ipich校验热稳定It=5022=5000(KA2s)QK= It=20.3721.5=622.4(KA2S)满足条件ItQK综上述，所选隔离开关型号
19、GN2-10G/3150符合要求主变出线侧电压条件UNUNC=10KV电流条件INImax=923.7A 初选型号GN2-10/1000型号额定电压/KV额定电流/A动稳定电流/KA热稳定电流/KAGN2-10/10001010008040(5s)校验：校验动稳定ip=80ich=51.85，满足条件ipich校验热稳定It=4025=8000(KA2s)QK= It=20.3720.5=207.5(KA2S)满足条件ItQK综上述，所选隔离开关型号GN2-10/1000符合要求3、电流互感器的选择主变进线侧电流条件INImax=3031A电压条件UNUNC=10KV 所选型号LZZBJ9-1
20、2，0.2S/0.5/10P/10P,1000/5A 型号额定电流/A动稳定电流/KA热稳定电流/KALZZBJ-10100010040(2s)校验：校验动稳定ip=100ich=51.85，满足条件ipich校验热稳定It=4022=3200(KA2s)QK= It=20.3720.5=207.5(KA2S)满足条件ItQK综上述，变压器出线侧电流互感器型号LZZBJ-10符合要求4、站用变的选择设计任务中给出条件：站变从站内10KV侧接入，站用负荷按典型站用负荷考虑，站用变容量2100KVA选出站用变型号SCL2-100/10型号容量/KVA电压/KV连接组标号空载损耗/KW负载损耗/KV
21、阻抗电压/%SCL2-100/1010010/0。4Y，gno/D,ynll0.531.643、避雷器的选择型式选择：氧化锌避雷器；额定电压：UNUNC=10KV选出型号YH5WS-17/45型号避雷器额定电压有效值/KV系统额定电压/KV8/20us雷电冲击波线压峰值不大于/KVYH5WS-17/4S1710451、穿墙套管的选择电压条件：UNUNC=10KV电流条件：INImax=3031A选出型号CWWL-10/3150-37、导体的选择（1）主变进线侧：铜排2（TMY-12510）（2）主变出线侧：10KV交联聚乙烯电力电缆，YJV22-8.7/10-31508、10KV并联电容器成套
22、装置本设计任务书中给出条件，无功补偿：10KV侧采用电力电容器两组，本期容量3900KVar+5400kVar选出型号TBB310-10020/334型号额定电压/KV总标称容量/kVar单台标称容量/kVar接线方式TBB310-10020/3341010020334单Y9、开关柜的选择电压条件：UNUNC=10KV电流条件：INImax=3031A选出型号KYN-12Z型号额定电压/KV总标称容量/kVar单台标称容量/kVar接线方式KYNZ-12Z10315032115电气一次部分主要材料表序号名称型号及规格单位备注110KV真空断路器ZN-10/3150-40额定电压：10KV，额定
23、电流：3150A最高工作电压：11.5KV，额定开断电流：40KA动稳定电流：100KA，热稳定电流：401KA（2S）台主变进线侧210KV真空断路器ZN5-10/125-25额定电压：10KV，额定电流：1250A最高工作电压：11.5KV，额定开断电流：25KA动稳定电流：63KV,热稳定电流：25KA（2S）台主变出线侧310KV隔离开关GN2-10G/3150额定电压：10KV，额定电流：3150A动稳定电流：125KA，热稳定电压：50KA（2S）组主变出线侧410KV隔离开关GN2-10/1000额定电压：10KV，额定电流：1000A动稳定电流：80KA，热稳定电流40KA（5
24、S）组主变出线侧510KV电流互感器LZZJB9-120.2S/0.5/10P/10P,4000/5ALZZBJ-100.2S/0.5/10P/10P，4000/5A台主变出线侧LZZBJ-100.2S/0.5.10P,1000/5A台610KV站用变压器SCL2-100/10容量：100KVA，额定电压：10/0.4KV空载损耗：0.53KW，负载损耗：1.6KW阻抗电压：4%，连接组别：Y,yno/D,yn11台710KV氧化锌避雷器YH5WS-17/45避雷器额定电压有效值：17KV系统额定电压：10KV8/20US雷电冲击波残压峰值不大于45KV只10KV主变进线8穿墙套管CWWL-1
25、0/3150-3M10KV主变进线910KV导体10交联聚乙烯电力电缆铜排2（TMY-12510）Y5V22-8.7/10-3150M1010并联电容器成套装置TBB310-10020/334额定电压：10KV，接线方式：单Y总标称容量：10020kVar单位标称容量：334kVar套1110KV开关柜KYN-12z额定电压：10KV，额定电流：3150A最高工作电压：11.5kV,额定开断电流：31.5KA动稳定电流80KA，热稳定电流：31.5KA(4S)面 第三章 接地 为保护站内设备及人身安全，变电站内敷设以水平接地体为主，辅以直接地板的人工接地网，水平接地带用60MM60MM热镀锌扁
26、钢，直接地极用L50MM50MM2500MM热镀锌角钢，主接地网外缘闭合，在建筑物四周埋设环防接地网，地下连接处理设以址接地极组成的集中接地装置。继电器室及屋内配电装置埋设环形接地网，构架避雷针，独立避雷针和避雷器设置以垂直接地极组成的集中接地装置，集中接地装置与屋外主接地网相连。各种设备接地部位应与产接地网相连。第四章 电气二次部分设计第一节 二次设备的布置1、主要二次设备组屏原则（1）同一变电站二次设备柜体结构，外形及颜色均应一致。（2）监控测控屏，每台主变压顺组面测控屏，共2面。（3）故障录波。线路和主变压器配置1面故障灵波器屏。（4）10KV二次设备采用保护测控一体化装置，装于10KV
27、开关柜上，每个单元配置1台保护测控装置。2、二次设备布置方案计算机监控系统的站控层设备布置在继电器室内，各单元的测控屏及相应的公用测控屏、保护屏、备自投屏、故障灵波器屏、直流屏、蓄电池屏、站用电屏、通信屏、电能表屏、消弧线圈控制屏等二次设备布置在继电器室内。预留5面备用屏位。3、直流系统直流系统电压采用220V，设置一组免维护阀控式铅酸蓄电流，蓄电池容量按2h放电计算（无人值班）容量为200Ah，不设端电池，电池为104个，每个2V，通信不另设蓄电池，全站合同一套蓄电池组，蓄电池组柜置于继电器室内。直流系统采用两套高频开关充电装置（充电模块按N+1配置），配置两组各3个10A模块，系统接线采用
28、单母分段接线。4、元件保护及自动装置配置。元件保护设计按GB14258-1993继电保护和安全装置技术规程及国家电网公司十八项电网重大反事故措施的规定，主原原则如下：（1）主变压器配置一套主后备保护及非电量保护，彩微机型。（2）两台变压器自己置1面故障灵波器柜（与110KV线路合用）。（3）10线路保护采用保护测控一体化的微机型装置。（4）10KV电容器保护采用保护测控一体化的微机型装置。（5）10KV电容器装置设自动投切装置与保护配套。（6）10KV可根据需要设置备自投装置，与110KV备自投合组一面柜。备自投装置具备10分段自换功能及10KV进线互投功能。5、图像监视安全及警卫系统6、火灾
29、自动报警系统本站设置火灾自选报警装置一套，火灾报警信号送至微机监控第二节 主要保护配置举例一、10KV线路保护配置三段式定时限过流保护后加速保护过负荷保护三相一次重合闸低周减载小电流接地发信零序过流保护不完全电流差保护二、10KV电容器保护配置（1）电流速断保护；（2）定时限过电流保护；（3）零序电流保护；（4）不平衡电压保护（5）过电压保护；（6）失压保护（7）独立操作回路第三节 主要设备材料清单1、电气二次部分主要设备材料表序号名称单位1变压器保护柜面2变压器及10KV线路电能表柜面3变压器故障录波器柜面4消弧线圈控制柜面5电能表只6防火防盗报警装置套7直流成套装置面8控制电缆kM9电力电
30、缆Km10防火涂料Kg11防火堵料Kg12防火包Kg13电缆支架T14接地铜排M15电缆穿管M2、计算机监控主要设备材料序号名称单位1远动通信柜面2公用测控柜面3主变测控柜面410KV线路保护测控装置台510KV电容器保护测控装置台6TV并列切换柜面7备自投柜面8数据网接入设备套9后台计算机设备套10打印机台11网络附件套12电能量综合处理装置台13模块化逆变电源、装置柜面结论日子过得真快，转眼间，两个月的毕业设计就要过去了。在老师和同学们的帮助下，我顺利的完成了本次的毕业设计工作。回顾这两个月，既忙碌，又充实，有许多值得总结和反思的地方。不管在自我摸索，还是在共同讨论中，我都以培养自我学习能
31、力，提高自我的素质为目标，力求让毕业设计对我的成长和发展起到更大的作用。参考文献1电力工程设计手册（一分册）东北、西北电力设计院2电力工程电气设备手册电力西北电力院设计3电力系统课程设计及毕业设计参考资料东南在大学4发电厂变电所电气接线和布置西北电力设计院编5发电厂变电站电气设备重庆电专 黄益华主编6变电所设计 辽宁科学技术出版社7国家电网公司输变电工程典型设计（110KV变电所分册中国电力出版社附录：1、电气主接线图2、41主米间隔断面图3、110KV母线间隔断面图4、35KV进线断面图5、10KV进线断面图6、35KV配电装置平面布置图7、10KV配电装置平面布置图8、防雷布置图第 14 页
