变电站电力系统设计.doc

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1、目录摘要0ABSTRACT11.1 负荷计算21.2 主变压器选择4二 电气主接线设计62.1 主接线的设计原则和要求72.2 变电站电气主接线设计7三 短路电流计算10四 电气设备选择114.1 电气设备选择的概述114.2 110KV侧电气设备的选择及校验124.3 35KV侧电气设备的选择及校验164.4 10KV侧电气设备的选择19五 继电保护规划235.1主变压器保护规划235.2变压器的接地保护：235.3线路保护的规划：245.4母线保护规划24六 防雷保护设计26总结29参考文献30附录31短路计算书31变电站电气主接线图34摘要 变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个

2、电力系统的安全与经济运行，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。本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷大小。然后通过对负荷资料的分析，线路安全、经济及可靠性等方面考虑，确定了110KV，35KV，10KV各侧电压等级的电气主接线，又通过负荷计算确定了主变压器台数，容量及型号。然后又根据短路计算的计算结果，对母线，高压断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器等电气设备进行了选型和校验。最后，对变电站的继电保护和防雷保护进行了设计，从而完成了110KV变电站一次系统的电气设计。 关键词：变电站 变压器 主接线 电气设备 ABSTRACTSubstation

3、is an important part of the power system, which directly affect the whole power system security and economic operation, power plants and users are linked to the intermediate link, plays a transformation and distribution of electric energy effect. This paper first according to the mission book to sys

4、tem and routes and all the parameters of the load, load size analysis. And then the load data analysis, circuit safety, economy and reliability into consideration, determine the 110 KV, 35 KV, 10 KV voltage grade each side of the main electrical wiring, and through the load calculation to determine

5、the main transformer sets, capacity and model. Then according to the calculation of short circuit calculation results, the bus, the high voltage circuit breaker, isolating switch, current transformer, voltage transformer, electric equipment selection and the calibration. Finally, the transformer sub

6、station of relay protection and lightning protection design, and completed the 110 KV substation a system of the electrical design. Keywords: Transformer Substation Lordwiring Electrical equipment 一 负荷计算及变压器选择1.1 负荷计算1.1.1负荷情况： 电压负荷名称每回最大负荷（KW）功率因数回路数供电方式线路长度（km）35KV1#出线60000.91架空152#出线70000.921架空83

7、#出线43000.882架空74#出线50000.851架空1110KV1#出线10000.93架空52#出线7000.891电缆33#出线8000.882架空74#出线6000.881架空45#出线7000.91架空56#出线8000.92电缆2 1.1.2 计算负荷要选择主变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括110kV负荷、35kV负荷和10kV侧负荷。由公式 式中 某电压等级的计算负荷同时系数（35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷与10kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85）% 该电压等级电网的线损率，一般取5%P、cos

8、各用户的负荷和功率因1.35KV及10KV各侧负荷的大小（1）35KV侧： （2）10KV侧： 所以：KVA考虑线损、同时系数时的容量：1.2 主变压器选择1.2.1 主变台数的确定对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。1.2.2 主变容量的确定主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。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，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压

9、器容量在计及过负荷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，其余变压器容量应能保证全部负荷的70-80。此变电所是一般性变电所。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：所以应选容量为40000KVA的主变压器。1.2.3 主变相数选择主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。1.2.4 主变绕组数量在具有三种电压的变

10、电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值： 高压侧：中压侧： 低压侧：由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。 1.2.5 主变绕组连接方式 变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有y和，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。35KV及以下电压，变压器绕组都采用连接。有以上知，此变电站110K

11、V侧采用Y0接线，35KV侧采用Y连接，10KV侧采用接线1.2.6 主变中性点的接地方式选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。 在我国110kv系统大多不采用经消弧线圈接地的运行方式而采用直接接地。主要是减少设备和线路的绝缘投资目前我国中性点不接地系统应用范围：35KV

12、系统：接地电流IC=1010KV系统：接地电流ICiimp，校验合格2.动稳定校验：动稳定电流： idw=20KA, iimp=8.8KA, idwiimp3.热稳定效应： 校验合格4.3.3.2 LCZ-35型电流互感器的校验从电气工程电气设备手册中查得参数如表4-6:额定电流比准确级准短时热稳定电流动稳定电流20-1000/50.513(1S)(KA)42.4(KA)表4-61.热稳定性校验： kA2S 校验合格2.动稳定校验：iimpKA iimp=9.588KA iimp 校验合格4.3.4 母线选择与校验4.3.4.1母线选择1.按导线长期允许电流选择A，所选导线应大于此电流。2.按

13、经济电流密度选择截面选择与其相接近的截面积，从电力工程电气手册查得35KV选用矩形母线，单条横放。其参数如下：导线截面积2（505）mm，允许载流量665A4.3.4.2母线校验1.允许电流：Ial=665A, Imax=655.4A, Ial Imax, 校验合格2.短路热稳定性校验： 其热稳定性采用最小热稳定性截面进行校验，应满足因为 校验合格3.动稳定性校验： 其动稳定性的校验条件是最大相间计算应力不大于所选母线材料的允许应力，即。 硬铝的最大允许应力=Pa 因为 校验合格4.4 10KV侧电气设备的选择10KV电气设备属于户内配置，所以选择户内高压开关柜。从电气工程电气设备手册中比较各

14、开关柜，选择GBC10型手车式高压开关柜。技术数据如下表4-7：名称参数名称参数额定电压3/6/10KV额定电流630/1000/2500A母线系统单母线最高工作电压 11.5表4-74.4.1 10KV变压器出线侧开关柜选择：主要设备：LFS10型电流互感器 ZN310型真空断路器4.4.2 10KV线路出线开关柜方案选择：主要设备：LFS10型电流互感器 ZN310型真空断路器FS3型避雷器 JDZ型电压互感器RN2型熔断器4.4.3 开关柜设备校验4.4.3.1 ZN310型真空断路器校验ZN310型真空断路器的技术参数如表4-8：额定电压额定电流开断电流动稳定电流10KV 2500A2

15、0KA50KA热稳定电流（2S）合闸时间固有分闸时间生产厂家20KA0.1S0.05S四川电器厂表4-81.开断能力校验：此断路器的额定开断电流Ieg=20KA， ，校验合格2.动稳定校验：动稳定电流：, , ， 校验合格3.热稳定校验： 校验合格4.4.3.2 LFS-10型电流互感器的校验从电气工程电气设备手册查得参数如表4-9额定电流比准确级准热稳定电流动稳定电流5-1000/50.532(KA) (2S)80KA表4-91.热稳定校验： ， 校验合格2.动稳定校验：iimp ， 校验合格4.4.4母线选择与校验4.4.4.1母线选择 1.按导线长期允许电流选择A，所选导线应大于此电流。

16、2.按经济电流密度选择截面 选择与其相接近的截面积，从电力工程电气手册查得10KV选用矩形母线，双条横放。其参数如下：导线截面积2（1008）mm，允许载流量2390A。4.3.4.2母线校验1.允许电流：Ial=2390A, Imax=2309.47A, Ial Imax, 校验合格2.短路热稳定性校验： 其热稳定性采用最小热稳定性截面进行校验，应满足因为 校验合格3.动稳定性校验： 其动稳定性的校验条件是最大相间计算应力不大于所选母线材料的允许应力，即。 硬铝的最大允许应力=Pa 因为 ， 校验合格五 继电保护规划5.1主变压器保护规划现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但实际运

17、行中仍有可能发生各种类型故障和异常运行。为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量的大小、电压变压器保护的配置原则。变压器一般应装设以下保护：1. 变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护。2. 短路保护。3. 后备保护。4. 中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。5. 过负荷保护。5.1.1瓦斯保护 容量为800KVA级以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，当有内部故障时产生经微瓦斯后油面下降时保护应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保应动作与断开变压器各电源侧断路器。 瓦斯继电器又称气体继电器，瓦斯继电器安装在

18、变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。 目前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯式两种型式。在本设计中采用开口杯式。5.1.2纵联差动保护 瓦斯保护只能反应变压器油箱内部的故障，而不能反应油箱外绝缘套管及引出线的故障，因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，对容量较小的变压器可以在电源侧装设电流速断保护。但是电流速断保护不能保护变压器的全部，故当其灵敏度不能满足要求时，就必须采用快速动作并能保护变压器的全部绕组、绝缘套管及引出线上各种故障的纵联差动保护。5.2变压器的接地保护： 在中性点直接接地的变压器上，一般应装设反应接地短路的保护作为变压器的后备保护

19、和相邻元件接地短路的后备保护。如果变压器中性点直接接地运行，其接地保护一般采用零序电流保护，保护接于中性点引出线的电流互感器上。所以在本设计中变压器的接地保护采用零序电流保护。过负荷保护反应变压器对称负荷引起的过流保护。保护用一个电流继电器接于一相电流上，经延时动作于信号。对于两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设保护。5.3线路保护的规划：5.3.1 110KV侧保护： 距离保护是根据故障点到保护装置处的距离来确定其动作电流的，较少受运行方式的影响，在110220KV电网中得到广泛的应用。 故在本设计中，采用三段式阶梯时限特性的距离保护。距离保护的第一段保护范围为本线路长度的80-85，

20、T1约为0.1S，第二段的保护范围为本线路全长并延伸至下一线路的一部分，T11约为0.50.6S，距离第一段和第二段构成线路的主保护。距离保护的第三段作为相邻线路保护和断路器拒动的远后备保护，和本线路第一段和第二断保护的近后备。 110KV以上电压等级的电网通常均为中性点直接接地电网，在中性点直接接地电网中，当线路发生单相接地故障时，形成单相接地短路，将出线很大的短路电流，所以要装设接地保护。5.3.2 35KV、10KV侧保护 从电力装置的继电保护和自动装置设计规范中查得，在35KV、10KV侧无时限和带时限电流速断保护配合，可作为本线路的主保护，但它不能起远后备保护的作用，为了能对线路起到

21、近后备和对相邻线路起到运后备作用，还必须装设第三套电流保护，即定时限过电流保护。5.4母线保护规划5.4.1 110KV母线保护规划 110KV220KV电网中母线保护应用较多的是母联相位比较差动保护，故在本设计中110KV母线保护母采用联相位比较差动保护。5.4.2 35KV，10KV母线保护规划 35KV，10KV采用的都是单母分段连线，35KV，10KV单母分段连线，一般采用低阻抗的电流差动母线保护，故在本设计中35KV，10KV母线保护采用低阻抗的电流差动母线保护。六 防雷保护设计电力系统在正常运行时，线路、变压器等电气设备绝缘的电压为其相应的额定电压。但由于某种原因，可能会发生电压升

22、高的现象，以致引起电气设备的绝缘遭到破坏。这种对电气设备绝缘有危险的电压升高称之为过电压。过电压一般分为内部过电压和外部过电压。内部过电压指电力系统内部进行操作或发生故障，使能量转化或传递而引起的过电压。内部过电压对变配电装置中的电气设备危害较小。大气过电压指大气中雷云放电而引起的过电压，大气过电压所形成的雷电流及冲击波电压可达到几十万安和一亿伏，破坏性极大。6.1 避雷针保护设计6.1.1避雷针保护范围 在一定高度的避雷针下面，有一个安全区域，通常认为是一个闭合的锥体空间在这个区域中的物体基本上不致遭受雷击。若采用多支避雷针，只要所有相邻避雷针之间的联合保护范围都能保护，而且通过三支避雷针所

23、做的直径，或者有四支或更多避雷针组成多边形的对角线长度D不超过有效高度的8倍（即D8h0），则避雷针间的全部面积都可以受到保护。本变电所采用四支避雷针联合保护，起保护范围如图6-1所示： 图6-1避雷针保护范围计算公式：rx=（h-hx）p， （hxh2） （1）rx=（1.5h-2hx）p， （hxh2） （2）式中： rx在被保护高度平面上的保护半径，m； hx被保护物高度，m； h避雷针高度，m； p系数，当h30m时，p=1； 当h30m时，p=5.5h。bx的尺寸由相邻两支避雷针的装设条件决定： h0=h-D7p （3） bx=1.5（h0-hx）p （4）保护全部面积的条件： D8(h-hx)p （5）6.1.2 本变电站避雷针的计算及校验 变电站面积为6050m，避雷针装设在变