毕业设计（论文）110KV变电站电气部分设计2.doc

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1、 摘 要本文分析拟建变电站的进出线方向和负荷等资料，从可靠性、安全性、经济性等方面考虑，确定了电气主接线方式。然后又通过负荷计算确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号。再根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对110KV断路器、隔离开关、母线、电压互感器，电流互感器等电器进行了选型。最后对10KV配电设施进行设计，从而完成了该站电气主接线部分的设计。关键词：110kv；变电站；变压器；电气主接线Abstract ：Based on the book by the mandate given by the system and the load line and

2、the parameters,I can analysis of the progress of the proposed substation wit direction and load information.Also I can identify the main electrical wiring methods from the reliability, security, economic and other considerations. Then load calculated by the main transformer Number and capacity model

3、s, also define the station transformer capacity and models. According the maximum continuous current and short-circuit work of the calculated results of 110 KV circuit breakers, Isolation switches, bus voltage transformer and current transformer and other electrical appliances for the selection. Fin

4、ally, the 10 KV distribution facilities for design, thus completing the main electrical wiring stations part of the design.Keywords ：110kV; Substation; Transformer; Main Electrical Wiring 前 言毕业设计是教学计划中很重要的环节，通过毕业设计，能使我们综合地运用所学的知识，独立分析问题、解决实际工程技术问题的初步能力。同时,也是学习电力工业有关方针政策、技术规程，进行某些基本技能训练。（如绘图，计算，编写工程报

5、告等）的机会。这次毕业设计是设计一个110KV的降压变电站，具体的情况在“设计任务书”中己给出，在老师们的耐心辅导下，经过这半年的学习、设计过程，我们的设计己初步完成，由于我水平有限，在设计中可能会出现不少的问题，希望老师们、同学们批评指导。 2012年6月1日 目 录摘要. .1前言 . .2第一章 电气主结线的设计.6第一节 负荷分析及调整.6第二节 主变压器的选择.7 第三节 主结线的拟定.8第二章 短路电流计算及电气设备选择15第一节 短路电流计算的目的.15 第二节 短路电流计算.16第三节 电气设备选择及校验.17第三章 继电保护、测量仪表及配电装置的规划.33第一节 继电保护规划

6、.33第二节 测量仪表的配置.34第三节 互感器的配置.35第四节 配电装置的规划.36第四章 防雷保护设计.39 附录：防雷保护计算书.43结束语.46参考书.47一题目：110KV降压变电所电气部分设计二、设计资料 1建设性质及规模： 待设计变电所为某一中型钢铁联合企业专用变电所。电压等级：110/10KV进出线回路数：110KV 最终为两回 10KV 最终为七回 2所址地理及气象条件： 本变电所所址位于钢铁联合企业附近的丘陵地带，土地贫瘠，平均海拔为550米，地下水位较低，邻近有铁路干线，有公路相通。110KV和10KV出线方便，周围空气较脏。 年最高温度+42。C，最低温度20。C，年

7、平均温度+20。C 3. 10KV负荷情况：负荷名称最大负荷（MW）回路数功率因数供电方式线路长度KM采 矿2.210.85电缆40选 矿910.85电缆30冶 炼1010.8电缆20轧 钢1510.8电缆15供 水510.8电缆20其 他410.8电缆25备 用1同时率0.9,Tmax=5000h,、类负荷70% 4电力系统结线图如下：220kv 110kv 待设计变电站S= 70km 三、设计内容：1负荷分析2. 主变压器选择 2电气主结线选择3短路电流计算4. 电气设备选择5配电装置规划6继电保护规划四、设计成品：1设计说明书一份2变电所电气主结线图一张第一章 主接线的设计第一节 负荷分

8、析负荷调整 从设计任务书中知，本变电站只有10kV侧的负荷，有采矿、选矿、冶炼、轧钢，供水及其它。变电站作为钢厂配套建设的专用变电站，所有负荷，均为钢厂服务。由于钢铁企业的性质，本变电站月负荷效为均衡。为满足电力系统对无功的需要，须在用户侧加装电容器，进行无功补偿，使功率因数提高。一般对不同电压等级的线路有不同的要求，有以下规定：（1）35KV线路用户功率因数提高到0.9为宜；（2）10KV线路用户功率因数应不低于0.9。根据原始资料中的最大有功调整后的功率因数，算出最大无功，可得以下数据：负 荷名 称最大负荷（MW）无功（Mvar）功率因数供电方式线路长度（KM）采 矿2.21.070.9电

9、缆40选 矿94.360.9电缆30冶 炼104.840.9电缆20轧 钢157.260.9电缆15供 水52.420.9电缆20其 他41.940.9电缆25备 用同时率0.9,Tmax=5000h,、类负荷70%第二节 主变压器的选择 根据变电所设计规程，变电站只从110KV侧取得电源，最终装设两台变压器，只有两个电压等级，且是终端变压站。故选用双绕组变压器。 从保证供电的可供性方面看，选择两台变压器可保证可供性，在选择时，即要满足最大负荷情况，又要满足当一台变压器停止工作时，另一台变压器容量能保证一类有记或70%的全部负荷（规程）。 故选择一台变压器的最小容量，为：45.270%=31.

10、64MVA查产品目录试选两台SFL1-40000变压器。 其容量：240 45.2MVA满足最大负荷要求。 可保证、类负荷,并能带部份的类负荷正常运行。其技术数据如下： 空载损耗：41.5KW 短路损耗：204KW 阻抗电压百分比：10.5% 连接组别：YO/-11故我们选取SFL1-40000的变压器的合作为本变电所的主变压器。考虑到当一台变压器故障需检修时，另一台变压器可过负荷运行一段时间，从关系曲线可查出共过负荷运行的时间，如：日负荷率0.8，过负荷系数1.10，则查关系曲线为：运行时间5小时。带负荷：1.131.64/45.2100=77 这样, 我们可以根据冬、夏季不同的负荷，日负荷

11、曲线来决定定期检修变压器的日程。据体的时间可根据不地负荷大小，由手册中查出相应的过负荷运行时间也就是相应的检修时间。 第三节 主接线的拟定对主接线的基本要求：（1）根据系统与用户的要求，应保证供电的可靠性和电能的质量。（2）接线应力求简单、清晰、操作简便，不应有多余的设备，并尽量减少操作次序，以避免发生误操作。（3）能保证进行一切倒闸操作的工作人员及设备的安全，并能保证维护、检修工作的安全进行。（4）应使接线的投资和运行的费用最经济。（5）具有扩建的可能性。总的来说，对主接线的要求是要可靠而经济。一、110KV侧的结线选择： 此变电站的110KV出线最终为2回，根据规程中第22条“当出线为回时

12、，一般采用桥形接线”，并且，当进出的回路数相等时，还可采用角形接线，现在进线是条，可采用四角型结线。下面就桥形接线的有形接线作一比较。来确定110kv侧的结线形式。 图(1-01)四角形接线形式如上图。具有双断路器双母线接线的优点，既经济灵活，工作可靠性又高，检修任一断路器时，全部电源和引出线仍可继续工作，并且，角形接线的隔离开关，只在检修时用之。不作操作用，故使误操作减少，易于实现自动遥控。此接线需使用4台断路器。与相同出线的单母分段相比， 可减少一台断路器，如图(1-02)分段画所示，这就比单母分段要节省投资。但四角表接线存在的问题是很多的:如图(1-01)接线图，检修任一断路器时，四角形

13、的环形被断开。此时，若其它回路发生知事短路故障，接线将被分割成两个独立的部份。在这种情况下,电源的工率分配可能很不平衡。这是存在的问题之一。(1-02)这种接线的电器，不能按一条回路的工作电流来选择。如1DL需检修时，2DL将流过正常时的工频电流，这就要选用额定电流很大的电器，使投资增大，这是问题之二。 由于不同运行方式下的工作电流改变使继电保护装置的整定复杂化。另外，这种接线，没有发展的可能性。扩建困难。桥形接线如下图，分内桥接线(a)和外桥接线(b)。外桥接线适用于线路较短和变压器经济运行需要经常切换的情况。而内桥则适用于线路较长.变压器无需经常切换的运行方式。此变电站的变压器是不需要经常

14、切换的，全线路也较长，故可选内桥接线。 桥式接线具有工作可靠、灵活、使用的电器少，装置简单清晰，维护操作比较方便，并且桥型接线能够满足将来可能发展的要求，能过渡到单母分段运行或双母线的接线方式。这样，可使建设投资分期投入，建造费用低，与四角接线相比，可节省一台断路器，但从内桥接线图看出，当1台变压器故障时，1DL.3DL将都断开。从而使没有故障的出线1x停止工作，这种接线的操作较复杂。这是内桥接线的缺点。从上述的分析看，内桥接线的投资比四角形接线的投资要小。由于四角形接线运行方式的复杂,使设备投资增大，保护复杂,这从经济上、技术上都不合适。而内桥接线则不同，虽然它可靠性不及四角表接线，但变压器

15、一般是故障率很低的设备，并且此变电站的高压侧操作很少，故内桥接线的缺点是可以避免。我们国家现在继电保护的技术水平有限，而且四角形保护复杂，在应用当中不受欢迎。故，四角形接线不能采用。内桥式接线的继电保护比四角形简单，一次接线清晰、整齐、美观。故，我们选择内桥接线。这样，当检修任一台断路器时，都可以满足不开环运行的要求，出线的电功率合理分配在两台变压器上.二、10kv侧主接线的选择 1单母线接线 单母线接线具有简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便，且有利于扩建等优点。但可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所接的电源；与之相接的所有电力装置，在整个检修期间的均需停止工

16、作。为了弥补单母线接线的不足，可采取以下措施：（1）母线分段 （2）加设旁路母线2双母线接线（1）供电可靠 （2）调度灵活但设备较多操作复杂，易发生误操作等事故。3一台半断路器接线这种接线，使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资较大，二次控制接线和继电保护配置都比较复杂。4. 变压器母线接线 此变电站的低压侧有六条出线，一条备用。负荷比较（、类负荷占70%）， 根据规程，可采用双母带旁母的户外配电装置（方案一）。10KV配电装置可采用户内的配电装置。就此可采用单母分段的屋内配电装置（方案二）。下面对两种方案作一比较，来确定10KV侧接线。 方案一的结线如下图。供电的可靠性高，检修任一台D

17、L时，都不停止供电，并且，检修隔离开关可不带电操作。有高的灵活性，考虑到此变电站周围空气较脏，并检出线断路器可能造成用户停电。我们加设旁路母线，以母联断路器代替旁路母线断路器。 方案一的缺点是接线较复杂。倒闸操作繁琐，并且误操作事故多。没有设专门的旁路断路器，如果加装旁路断路器，则又增加了设备的投资，且比单母分段接线的占地面积大。 方案一（如上图）：方案二（如图1-02）就避免了无法检修断路器时，只需对用户短时间停电，将备用DL换上即可。方案二从经济方面考虑比方案一节省，又考虑到“周围空气较脏”这一点，采用户内配电装置来改善环境，减少母线的故障率，但基建投资增大。初步估算两方案的投资差不多，由

18、于采用户内配电装置，减少了由事故引的损失，且方案二运行、维护比方案一要方便。据上比较，我们选用单母分段接线作为10kv侧的主结线。第二章 短路电流计算及电气设备选择第一节 短路电流计算的目的 在发电厂和变电所的电器设计中短路电流的计算其中一个重要环节，计算的目的主要有以下几个方面：1. 在选择电气主接线时，为比较各种接线方案，或确定某一主接线需采取限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。2. 在选择电气设备时，为保障设备在正常运行和故障情况下均能安全可靠的工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全方位短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用于检验开关设备的开端能力和确定电抗器

19、的电抗值；计算短路后较长时间的短路电流有效值，用于检验设备的热稳定；计算短路冲击电流，用于检验设备动稳定。3. 设计屋外配电装置时，需按短路条件考虑软导线和相对地的安全距离。4. 选择继电保护方式和进行整定计算时，须以各种短路时的短路电流为依据。5. 接地装置的设置，也需用短路电流。第二节 短路电流计算d2 1 120M VA220/121KVUk(%)=20.570kmS=240MVA110/10.5KVUk(%)=10.5 己知：1=4/km首先计算各元件参数的标值电流*1=URSB/100SN=（205100）/（100120）0.171 x2=X1LSB/UN2 =0470100/11

20、52 =0.21 X*3=X*4=URSB/100SN= (10.5100 )/(10040)=0.263 取E*=1.作成等值网络如图d1点短路时：其短路回路的等值电抗为： X*0.171+0.231=0.402 短路电流周期分量的有效值为： 1 1 I*W = = =2.488 X* 0.402 . Iw=I*WIB=2.488100/(310.5 )=1.3(KA) 若取冲击系数kimp=1.8,则冲击电流为： Iimp=1.8 2 1/2Iw=2.551.3=3.32KAd2点短路时： 其短路回路的等值电抗为： X*0.402+1/20.263=0.53 短路电流周期分量的有效值为：

21、I*W=1/0.53=1.89 Iw=1.89100/（310.5）=10.37(kA)若取kimp=1.8,则冲击电流为： iimp=1.8210.37=26.41(kA). 第三节 电气设备的选择及校验一、电器设备选择的一般条件（理论部分） 正确选择电器是使电气接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件，电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来检验热稳定和动稳定。1）按正常工作条件选择电器额定电压和最高工作电压 电器允许最高工作电压UOLm不得低于所接电网的最高运行电压，即UOLmUSM一般电器允许的最高工作电压:当额定电压在220KV及以下时为1.15UX,额定电压

22、为330500KV时为1.1UX，而实际电网的最高运行电压USM一般不超过1.1UNS，因此在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择。即UNUNS额定电流电器的额定电流IN是指在额定周围环境Q0温度下，电器的长期允许电流，IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即INImax 由于变压器在电压下降5%时出力保持不变，故其相应回路的Imax为变压器的额定电流的1.05倍，若变压器有过负荷运行的可能时，Imax应按过负荷确定，母联断路器回路一般可取母线上最大一台变压器的Imax。2）按短路情况校验短路热稳定校验 短路电流通过电器

23、时，电器各部件温度不超过允许值，满足热稳定的条件为：I2ctQk 其中式中：QK-短路电流产生的热效应Ict电器允许通过的热稳定电流和时间。电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定，满足动稳定的条件为： iesiSh 或IesIsh 式中Ish. ish断路冲击电流幅值及其有效值 Ies. ies-电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值下列情况可不校验热稳定或动稳定(1)用熔断器保护的电器，其热能稳定由熔断时间保证,故可不校验热稳定(2)采用限流电阻熔断器保护的设备可不校验动稳定(3)装设有电压互感器回路中的裸导体和电器可不校验动热稳定.二、高压断路器的选择（1

24、）断路器种类的型式的选择 按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为多油式断路器，少油式断路器，压缩空气高压断路器SF6断路器，真空断路器。(2)额定电压的选择： UNUNs(3)额定电流的选择:INImax(4)开断电流的选择 高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量,即InbrIpt当断路器的INbr较系统短路电流大很多时,为了简化计算,也可用次暂态电流I进行选择,即INbrI(5)ixd的选择 断路器的额定关合电流不应小于短路最大冲击值ish 即incLish(6)热稳定校验 I2ctQk(7)动稳定校验 iesish三、隔离开关的选择（1）种类和形式的

25、选择 隔离开关的形式很多，按安装地点可分为屋内式和屋外式,按绝缘支柱数目又分为单柱式、双柱式和三相五柱式。（2）额定电流选择：INImax（3）额定电压选择: UNUNS (4)热稳定校验:I2ctQK (5)动稳定校验:iesish四、电流互感器的选择（1） 一次回路额定电压和电流的选择即应满足：UNUNS INImax(2)二次回路额定电流有5A和1A两种,一般弱电流系统用1A,强电流系统用5A。当配电装置距控制室较远时，为提高准确级，应尽量用1A。（3）电流互感器种类和形式的选择在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择其型式。（4）电流互

26、感器的准确级和额定容量的选择 为了保证电感器的准确级，互感器二次测所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SN2 即 SN2S2=I2N2Z2 互感器二次负荷包括测量仪表,电流线圈电阻,连接导线电阻和接触电阻,即ZH=ra+ rre +r1+rc式中ra 、rre可由回路是所接仪表和继电器的参数求得rc一般取0.1,仅连线电阻r1为未知数 r1 SN2-I2N2(ra+rre+rc)/I2N2 (5)热稳定和动稳定校验 电流互感器热稳定能力常以1s所允许的热稳定电流It或一次额定电流IN1的倍数Ke表示。故热稳定应按下式校验。即I2ttQk或（ktIN1）2QK (t=1)电流互感器内部动

27、稳定能力可用下列校验：iesish或21/2INkesish 对于瓷绝缘型电流互感器应校验瓷套管的机械强度,故外部动稳定应满足: Fal0.51.7310-7i2shL/a 电气设备的选择与计算：. . 一.110kv侧电器设备的选择及检验： 主变选择容量为40MVA，Un110kV，母线侧发生短路 时，iw1.3KA,iimp= 3.32kA 主变高压侧最大持续工作电流为： imax= (1.0540103)/(3115)=210.86A 根据有关数据，查发电厂及电气部分，可选用LW6-110I型断路器，首先计算由短路电流引起的热效应： Qk=（Iw）2. T (t=5s) =1.325 =

28、8.45(KA)2.s 列表比较有关数据：计算数据LW6-110IUns110(kv)Ux=110（KV）Imax210.86(A) Ix=3150AIw t1.3KA Inbr=40（kA）Iimp3.32KA Ind =100(KA)Qk8.45(KA)2.S Ie2t =4800(kA)2.SIimp3.32KA Ies =100(kA)通过以上比较，选择LW6-110I型开关能满足设计要求。 2.隔离开关的选择： 根据110侧的计算数据Uns=110KV , Imax=210.86A QR=8.45(KA)2.s ish= 3.32KA 查发电厂电气部分附表，可选用GW4-110W型号

29、刀闸。列表比较有关数据： 计算数据 GW4110W Uns110kv UN110kv Imax210.86A IN630A Qk8.45（KA）2.s Ie2t1600(KA)2.s Iimp3.32KA ies50KA 由以上比较可知选择GW4110W型刀闸合格。 3.在110kv侧，主变最大工作电流Imax=210.86A Iw=I =1.3KA 根据电流互感器选择的原则,由产品查得型号为LlWD-110型,其参数为Un=110KA, 电流表与侧量仪表相距离50m,Im=200A Ix=5A 准确级0.5,二次负荷Zzx=1.2, 热稳定倍数UR=75 动稳定UB=130 选择连接导线截面

30、ra=1.45 / 52 =0.058 ZN2=0.8 电流互感的接线为不完全星形,则 900 1.7510-83 50 S = =2.36(mm) 2WHWH ZN2-ra-rc 0.8-0.058-0.1 选用标准截面为2.5mm的钢线热稳定校验: (750.2) 2 =2058.45(KA) 2. s内部动稳定校验: 2 InKd=20.2130=36.77KA3.32KA若选择LlWD-110型电流互感器满足要求.二、10KA侧电气设备的选择及校验（一）10KA侧短路器隔离开关选择 由于10KA侧的最大负荷为15/0.9=16.67MVA,所以一台变压器最大工作状态下10kv侧输出容量

31、为166700.7=11667KVA,母线侧发生短路时，短路电流Iw=10.37KA, 冲击电流Iimp=26.41KA 主变最大持续工作电流为： Imax= 10.511667/(310.5)=673.6A 根据Uns Imax及安装在屋内的要求根据Imax Uxs及安装在屋内的要求，查高压电器设备技术参数， 可选择ZN5-10II型断路器。计算由短路电流引起的热效应： Qk=（Iw）2. T (t=5s) =10.3725 =537.7(KA)2.s 列表比较有关数据：计算数据ZN5-10IIUns10(kv)Ux=10（KV）Imax673.6(A) Ix=1000AIw t10.37K

32、A Inbr=20（kA）Iimp26.41KA Ind =50(KA)Qk537.7(KA)2.S Ie2t =1600(kA)2.SIimp26.41KA Ies =50(kA)通过以上比较，选择ZN5-10II型开关能满足设计要求。2.隔离开关的选择： 根据10KV侧的计算数据Uns=10KV , Imax=673.6A QR=537.7(KA)2.s , ish= 26.41KA 查发电厂电气部分附表，可选用GN19-10XQ型号刀闸。列表比较有关数据： 计算数据GN19-10XQ Uns10kvUN10kv Imax673.6AIN1000A Qk537.7（KA）2.sIe2t39

33、69(KA)2.s Iimp26.41KAIes80KA由以上比较可知选择GN19-10XQ型刀闸合格。（二） 10KV侧电流互感器选择：10KV侧采用ZN5-10II型断路器，变压器低压侧可配套装没LA-10型电流互感器带有两组二次线圈1变压器低压侧电流互感器的选择： 最大工作电流：Imax=627.45A二次负荷统计 如下表B相负荷最大,为0.22计及接触电阻0.1 总负荷0.22(略去电缆负荷)查产品目录选取额定电流为名称二次负荷ABC电流012过流010101功率006006总计0160220166001500内的LA-10型电流互感器，0.5级的额定二次负荷为1.2,满足选择的要求.

34、母联互感器变比取:750/52. 10KV出线电流互感器的选择 出线上都装设三段过电流保护,重合闸的测量元件,所以二次负荷都相等,统计如下页所示:有一无功 有功 无功 A C 名称二次负荷AC电流0.12-有一无功0.060.06有功电度0.020.02无功电度0.020.02总计0.220.1A相负荷大，为0.22。各条出线均采用LA-10型电流互感器，下面根据各条出线的负荷电流，决定各电流互感器的变比。（1）采矿回路： 一次最大负荷电流： I=2.2(1+5)/310.5 =0.127kA=127A故,选取额定电流为300-1500的型电流互感器变比：300/5（2）选矿回路： I=9(1

35、+5)/(310.5)=0.519KA=519A变比取：600/5（3）冶炼： I= 9(1+5)/(310.5) =0.519KA=519A 变比取：600/5 （4）轧钢： I=15(1+5)/(310.5)=0.864KA=864A 变比取：1000/5（5）供水： I=5(1+5)/(310.5)=0.288KA=288A(6)其他 I=4(1+5)/(310.5) =0.231KA=231A变比取：300/5（三）10KV侧的电压互感器的选择： 该互感器与10KV侧的电流互感器构成电度表，故也架用双 原边接地辅助线圈开口三角形接法。有应为1级。可选择JDZ-10型电压互感器。 技术数据：额定电压：原线圈10/31/2 付线圈0.1/31/2 辅助线圈：0.1/31/2 额定容量：（1级）150VA二次负荷校验，根据保护及仪表情况，作出接负载的三相电路图： A B C N其中，有功电度表采用DS1型，cos=0.38，每一线圈吸收容量为115VA，有功一无功功率表采用101-WVAR， cos=1,每一根线圈吸收容量为0.75VA。电压表选用1T1型， cos=1,线圈消耗容量为4.5VA。 下面求电压互感器的各相副线圈所提供的功率，按一台变压