某地区110kv降压变电所电气设计任务书

1 某地区 110压变电所电气设计任务书 一、原始资料： 根据系统规律，需要建成一座 110计条件如下： 1 电压等级： 110/35/10 主变压器两台，每台容量为 期一次设计建成。 3、进出回数： （ 1） 110中两回与系统连接的双回线，每回送电容量为 45余四回为单电源出线，送电容量为 5 （ 2） 35中两回送电容量为 8外两回出 线，送电容量为 76 （ 3） 100回，其中六回架空出线，每回输电容量为 2回电缆线路，每回输电容量为 （ 4） 10组电容器容量为 5 4、系统情况： 本变电站为一次降压变电站，在系统中的地位比较重要。系统阻抗如下：（基准容量为 100 2 5、地理环境： 变电站海拔高度为 800m，附近无污染区，户外最拭热平均气温为 35。 6、线路长度： 7、所用电主要负荷表： 序号 名称 额定 容量 (功率因数 安装台数 工作台数 备注 1 充电机 30 1 周期性 2 浮充电机 1 经常性 3 主变通风 2 32 经常性 4 蓄电池及装置通风 3 周期性 5 交流焊机 1 周期性 6 检修间实验 13 1 经常性 7 载波远动 1 经常性 8 照明 20 经常性 9 生活水泵 8 经常性 10 采暖及其他 16 周 期性 二、设计任务： 1、设计变电站主接线，论证所设计的主接线是最佳方案。 2、计算短路电流。 3、选择导体及主要电气设备。 3 三、设计成果： 1、设计说明书及计算书一份。 2、变电所主接线图一张。 设计说明书 根据设计任务书的要求，依据电力工程电气设计手册中有关内容，遵照变电所设计技术规程中有关规定，现对 110设计的方法和步骤如下： 一、原始资料分析： 1、分析本变电站在电力系统中的作用： 本变电所的电压等级为 110一降压变电所，在系统中的地位比较重要，高压侧同时接收和变换功率，供 35荷和10于地区一般变电所。 2、建设规模： 1、 110中两回是与系统连接的双回线，每回送电容量为 45余四回为单电源出线，送电容量为 5 2、 35中两回出线每回送电容量为 8外两回出线，送电容量为 76 3、 10中六回架空出线，每回输电容量为2回电缆线路，每回输电容量为 二、主变压器的选择： 4 变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资，减少占地面积，同时也可减少运行电能损耗，提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。 1、主变压器台数： 为保证供电可靠性，变电所一般设有两台主变压器。 2、变压器容量： 装有两台变压器的变电站，采用暗备用方式，当其中一台主变因事故断开，另一台主变的容量应满足全部负荷的 70%，考虑变压器的事故过负荷能力为 40%，则可保证 80%负荷供电。 3、在 330般选三相为压器，采用降压结构的线圈，排列成铁芯 低压 中压 高压线圈，高与低之间阻抗最大。 4、绕组数和接线组别的确定： 该变电所有三个电压等级，所以选用三绕组变压器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行， 110上电压，变压器绕组都采用 35用 10 5、调压方式的选择： 普通型的变压器调压范围小，仅为 5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方 法就无法满足要求。另外，普通变压器的调整很不方便， 5 而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范围较大，一般在 15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，保证供电质量情况下，有载调压变压器，可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器。 6、冷却方式的选择： 主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却。考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选自然风 冷冷却方式。 所以用两台 31500/110型有载调压变压器，采用暗备用方式，查变压器的参数如下： 额定电压： 110 8 35 4 抗电压 : 接组别号： 、所用电接线设计和所用变压器的选择 变电所的所用电是变电所的重要负荷，因此，在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电所发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新 技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电所安全，经济的运行。 6 所用变台数的确定： 一般变电所装设一台所用变压器，对于枢纽变电所、装有两台以上主变压器的变电所中应装设两台容量相等的所用变压器，互为备用，如果能从变电所外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台所用变压器。根据如上规定，本变电所选用两台容量相等的所用变压器。 所用变压器的容量应按所用负荷选择。计算负荷可按照下列公式近似计算： S照明负荷 +其余负荷 所用变压器的容量： S 照明 (根据任务书给出的所用负荷计算： S 0+32+3+10.5+l 3+)+20+ 根据容量选择所用电变压器如下： 型号： 125 量为： 125(连接组别号： 调压范围为：高压： 5 阻抗电压为 (%)： 4 所用电接线方式： 一般有重要负荷的大型变电所， 380 220台所用变压器各接一段母线，正常运行情况下可分列运行，分段开关设有自动投入装置 。每台所用变压器应能担负 7 本段负荷的正常供电，在另一台所用变压器故障或检修停电时，工作着的所用变压器还能担负另一段母线上的重要负荷，以保证变电所正常运行。 四、电气主接线的选择： 电气主接线的确定对电力系统整体及发电厂，变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择配电装置选择，继电保护和控制方式的拟定有较大影响，因此，必须正确外理为各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。 （一）设计的基本要求为： 1、满足对用户供电必要的可靠性和保证 电能质量。 2、接线应简单，清晰且操作方便。 3、运行上要具有一定的灵活性和检修方便。 4、具有经济性，投资少，运行维护费用低。 5、具有扩建和可能性。 （二）设计主接线的原则： 采用分段单母线或双母线的 110 220断路点不允许停电检修时，一般需设置旁路母线。对于屋内配电装置或采用 不设旁母。 35 6般不设旁路母线，因为重要用户多系双回路供电，且断路器检修时间短，平均每年约 2线路断路 器不允许停电检修时，可设置其它旁路设施。 6 10不设旁 8 路母线，对于初线回路数多或多数线路向用户单独供电，以及不允许停电的单母线，分段单母线的配电装置，可设置旁路母线，采用双母线 6 10 对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路 变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。 拟定可行的主接线方案 2 3种，内容包括主变的形式，台数以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的基 本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰差的方案，保留一种较好的方案。 （三）方案的比较： 110（ 1）单母分段带旁路 断路器经过长期运行和切断数次短路电流后都需要检修，为了检修出线断路器，不致中断该回路供电，可增设旁路母线。 优点： 接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置，检修与其相连的任一回线的断路器时，该回路均可以不停电，可以提高供电的可靠性。 缺点： 9 此种接线多装了价格较高的断路器和隔离开关，增大了投资。 （ 2）双母线接线 优点： 检修任一母线时，不会停止对用户的连续供电，当检修任一母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此刀闸相连的该组母线，其它回路均可通过另一组母线继续运行，从而提高了供电可靠性。 缺点： 1、投资较大，所用设备多，占地面积大，增加了一组母线和一组刀闸。 2、配电装置复杂，经济性差。 3、在运行中隔离开关做为操作电器，易发生误操作事故。 从以上两种方案比较，方案一虽然用设备较少，减少了投资，但由于供电可靠性较低故不易采用；方案二虽然操作复杂、设备较多，投资较大，且根据 电力设计手册可知 110采用双母线接线方式，提高了可靠性，易于扩建，故选择方案二。 35 所设计的变电所 35终四回，本期工程一次完成，在考虑主接线方案时，应首先满足运行可靠，操作灵活，节省投资。 方案一： 10 单母线接线方式： 接线简单、清晰。操作方便，投资少便于扩建；母线或隔离开关检修或故障时连接在母线上的所有回路必须停止工作；检修任一电源或线路的断路器时，该回路必须停电；当母线或母线上的隔离开关上发生短路以及断路器在 继电保护作用下都自动断开，因而造成全部停电。 方案二： 单母分段接线方式： 当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。 以上两种方案比较，在供电可靠性方面，方案一较差，故 35方案一： 单母线接线： 具有接线简单清晰，操作方便，所用设备比较少，投资少等优点，但当母线或母侧隔离 开关检修故障时，连接在母线上的所有回路都将停止工作，当母线发生短路时，所有电源回路的断路器在继电保护作用中自动跳闸，因而造成母线电压失压全部停电，检修任一电源或线路的断路器时，该回路必须停电。 方案二： 11 单母分段接线： 接线简单清晰，设备少，且操作方便，可提高供电可靠性和灵活性，不仅便于检修母线而减少母线故障影响范围，对于重要用户可以从不同段引两个回路，而使重要用户有两个电源供电，在这种情况下，当一段母线发生故障，由于分段断路器在继电保护装置的作用下，能自动将故障段切除，因而保证了正常段母线不间断供 电。 综上所述，单母分段接线的可靠性较高，而且比较经济，故10母分段接线。 五、短路电流计算： 短路电流计算的目的： （ 1）电气主接线比选；（ 2）选择导体和电器；（ 3）确定中性点接地方式 ; （ 4）计算软导线的短路摇摆；（ 5）确定分裂导线间隔棒的间距；（ 6）验算接地装置的接触电压和跨步电压；（ 7）选继电保护装置，进行整定。 、系统负荷情况计算 1、 35荷同时率按 荷增长率为 4%。 12 35（ 8 1+4%） 5=、 10荷同时率按 荷增长率为 4%。 10 6 2 (1+4%)5=以变电站考虑扩建后送出的总负荷为： S 总 = 10=短路电流的计算： 1、变压器阻抗计算： 系统参数： 阻抗电压： 2)%= 3)%= 3)%=10=00选出的 31500/110型变压器参数： 2%= 3%=3%=1/2(2% 3% 3%)=1/2(1/2(2% 3% 3%)=1/2( 0 1/2(3% 3% 2%)=1/2(13 100 100 100 63 2*=0 100 9 100 100 63 压器的等值电路： 1 2*/0 2 短路电流计算等值电路图及短路点选择： 1*/ 1152/ 354/ 14 2、 110I*=1/： 110路电流的有名值： I/= I* 击电流： 电流最大有效值： I/=路容量： 1/、 15 6 6= +1/2 路电流： I*=1/ ： 有名值： I/= I* 击电流： 电流最大有效值： I/=路容量： 4、 a、并列 16 1 4 X5 * = 路电流： I*=1/ X* =1/准电流： 有名值： I/= I* 击 电流 I/=流最大有效值： 17 I/=路容量： b、分列 1 4 * = 路电流： I*=1/ X* =1/准电流： 有名值： I/= I* 击电流 18 I/=路容量： 由于 10路电流为 于并列运行时的短路电流 以无需加装电抗器来限制短路电流。 计算参数表 短路点 名称 短路电流 I/（ 3） 冲击电流 电流 路容量S/ 1050、主要电气设备的选择及校验 ： 电气设备的选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，正确地选择设 备是使电气主接线和配电装置达到安全运行的重要条件，在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术并注意节约，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。 （一）断路器及隔离开关的选择及校验： 1、选择： 19 （ 1）按正常工作条件选择： a、按额定电压选：额定电压和最高工作电压，一般按所选电器和电缆允许最高工作电压 即 ： b、 按额定电流选：在额定周围环境温度下长期允许电流 不小于该回 路 最大持续工作电流 ： 变侧 ： 1105010荷侧 35荷侧 20 10荷侧 短路计算参数如下： 110I/= S/=5 I/= S/=0 I/= S/=10择 110 型断路器 计算数据 U（ 110 110 ) 174 ) 2000 I/(r(31.5 A) A) 80 3 35择 断路器 计算数据 （ 35 ) 496 ) 1600 I/(r(25 A) 21.2 A) 63 52 4 10变侧选 荷侧选 算数据 算数据 （ 35 12 U（ 10 12 ) 1989 ) 3150 ) e(A) 1250 I/(r(40 I/(r(21 A) A) 100 A) A) 80 02 4 4 隔离开关选择 结果如下： 11035 10变侧隔离开关选 ，负荷侧选 2、校验： （ 1） 110110型断路器 000A 74A 所以 e= 10 所以 足要求 a、热稳定校验： 路电流的假想时间，等于后备保护动作时间与断路器全分闸时间之和 即 ： 中 ： 即 ： 22 因： 1s 所以应考虑 /=1 非周期分量作用时间 在 /=1时，查发电厂电气设备中周期分量等值时间曲线，得 所以 以 S) 3=S) b、动稳定校验 ： 0 所以满足要求 c、开断电流校验： I/ I/= 所以 I/满足要求 故所选 110型断路器符合要求 110110000A 74A 所以 10所以 足要求 a、热稳定校验： 2 S) 5=S) b、动稳定校验 ： 0 故所选 110（ 2） 3535 23 600A 96A 所以 8 所以 足要求 a、热稳定校验： ： 1s 所以应考虑在 /=1非周期分量作用时间 /=1时，查发电厂电气设备中周期分量等值时间曲线，得 以 S) 52 4=2500(S) b、动稳定校验 ： 3 c、开断电流校验： I/ 5 I/= I/所以满足要求 故所选 353535型 00A 96A 所以 5所以 足要求 a、热稳定校验： 2 S) 5=S) 24 b、动稳定校验 ： 0 故所选 35型隔离开关符合要求 (3)10A、主变侧选 12/3150A 型断路器 150A 819A 所以 12 所以 足要求 a、 热稳定校验： ： s(不考虑非周期分量 ) 在 /=1时，查发电厂电气设备中周期分量等值时间曲线，得 以 S) 02 4=6400(S) b、 动稳定校验 ： 00 c、 开断电流校验： I/ 0 I/= I/所以满足要求 故所选 12/31501010型 000A 819A 所以 0所以 足要求 25 a、热稳定校验： 2 S) 62 5=6480(S) b、动稳定校验 ： 5 故所选 10型隔 离开关符合要求 B、负荷侧选 12 1250型断路器 250 A 所以 12 0所以 足要求 a、 热稳定校验： 2 S) 4=3696(S) b、 动稳定校验 ： 0 c、 开断电流校验： I/ A I/= I/所以满足要求 故所选 12 1250型断路器符合要求 1010型 00A 所以 0所以 足要求 26 a、热稳定校验： 2 S) 02 5=4500(S) b、动稳定校验 ： 5 故所选 10型隔离开关符合要求 高压开关柜的选择： 根据所选择的形式，所选开关柜的型号如下： 1054 1A 25D 1A 07（ 6） 3535 03 35 112 （三）电流互感器的选择与校验 ： 1、选择：根据电网额定电压等其他条件，查常用设备手册选电流互感器型号如下： 27 当电流互感器用于测量时，其一次侧额定电流应尽量选择比回路中工作电流大 1/3左右，以保证测量仪表最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。 a、回路最大持续工作电流： 110 35 10 b、馈路最大持续工作电流： 110 35 28 10 （四）、电压互感器的选择 ： 根据电网额定电压、一次电压、二次电压等条件，查常用设备手册，选择电压互感器型号如下： （ 五）、高压熔断器的选择： 根据电网电压的要求，本站 3510护电压互感器的熔断器只需按额定电压和开断容量来选择，查阅有关设计资料得： 35用 35型高压限流熔断器，其技术参数： 5000 10用 10型高压熔断器，其技术参数：0000 高压熔断器选择结果： 安装地 型号 电压 电流 断流容量 最 大 分断流 数量 备 注 35压互感器 35 350002 组 保护室内电压互感器 10压 10 10000 组 保护室内电压互感器 29 互感器 （ 六）、母线的选择与校验： 1） 常用导体材料在铜、铝等。载 流导体一般采用铝质材料， 110 2）硬母线截面在矩形、槽形、管形等。 矩形母线用于 35流在 4000 导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择，变电所的汇流母线均按长期发热允许电流进行选择，各引线则按经济电流密度选择。 按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数 。 按经济电流密度选择的导体截面的允许电流还必须满足 电晕电压校验 当 1100不作电晕电压校验。矩形导体不作电晕电压校验。 热稳定校验 动稳定校验 各电压等级负荷，最大负荷利用率为： 30 110000小时 35500小时 104000小时 110验 5 110据设计要求及有关资料可知 110宜采用硬导体。因这个电压等级以上的硬件导体散热条件较差。故主变 110按经济电流密度选择软导体，并按 三相短路条件进行热稳定校验，最大运行方式的最大持续工作电流： 设本站 110000 相关资料查的钢芯铝绞线的经济电流密度为： J=的经济截面为： 经查有关设计手册得： 240型的导线在高温度 +70 ,基准环境温度为 +25 时截流量为 610A,取综合系数为 有关资料可知）实际允许截流量为 610=于最大持续工作电流 174A。 热稳定校验：查有关资料得： C=87， )点三相稳定短路电流I =设变压器保护动作时间为 1 间为 变压器短路电流计算时间 1s 查短路电流周期分量发热等值时间曲线得 所选 240型钢芯铝绞线满足稳定的要求，同时按设计要求及规定可知，可不进行电晕校验（可不进行电晕校验的最小导体为 70） 2、 110按最大负荷电流选择截面，并按照 ) 点的短路条件进行稳定的校验。 110000h 以上，由相关资料查的钢芯铝绞线的经济电流密度为： J=的经济截面为： 经查有关设计手册得：试选 240 型钢芯铝绞线在最高允许温度 +70 基准环境温度为 +25 时，截流量为 610A,取综合系数为 610=于最大持续工作电流 校验在 )点短路条件下的热稳定 32 按线热稳定校验公式：满足热稳定的最小截面： 查相关资料得 87， )三相短路电流 I =设线路主保护动作的时间 线路短路电流计算查短路电流同期分量等值时间曲线得 所造 时也大于可不进行电晕校验的最小导体 不进行电晕校验。 35验 1、 35根据设计要求，本变电站 35此， 35截面应按最大持续工作电流选择，并按 ) 短路进行动热稳定校验。变压器 35 经查有关设计手册得：试选用 100 8 单条矩形铝线平放时，长期允许载流量为 1542A，取综合校正系数 K=实际载流量为 1542 33 校验在 ) 点短路时的动稳定，取 L=1M， a= 作用在母线上的最大计算应力按公式： = l2/107 105 式中， 即震动系数取 1 W 为截面系数， W=b=5 h=50 直有关资料得硬铝线的最大应力 =69 106 即 故满足动稳定要求。 校验在 ) 点，短路时的热稳定系数 C=87,I =变压器 主保护动作时间为 路器合分闸时间为 短路电流计算时间 t= /=1查短路电流周期分量发热等值时间曲线得 选铝母线的截面为 100 8=800 6.6 满足热稳定的要求。 6 主变 355根据设计要求及有关规定一般选矩形铝母线做变压器至母线的连接线， 496500h，查有关资料得，J=34 经查有关设计手册得：试选用 100 8 单条矩形铝线平放时，长期允许载流量为 1542A，取综合校正系数 K=实际载流量为 1542 100 8单条矩形铝母线动稳定和热稳定此前校验过，满足要求。 3、 35应按其最大负荷电流选择导体截面，并按 )点短路条件进行热稳定的校验。 500h，查有关资料得， J=导体的经济截面为： 经查有关资料得，试选 185型钢芯铝绞线，在最高允许温度 +70基准环境温度为 +25时，截流量为 510A，取综合校正系数为 实际载流为 510=验在 )点短路条件下的热稳定 按导体热稳定校验公式：满足热稳定的最小截面： 查相关资料得 87， )点短路电流 I =线路主保护动作的时间 路器全分闸时间为 短路电 流计算时间曲线得 t 35 =1时，查短路电流周期分量的等值时间曲线得 ： =所选 185型钢芯铝绞线满足热稳定要求，则同时也大于可不校验电晕的最小导体 70，故不进行电晕校验。 三、 10 1 10 根据设计要求，本变电所 10此 10截面应按最大持续工作电流选择，并按)点短路条件进 行，动稳定和热稳定的校验，因为 10此导体可按半容量选择。 变压器 10 经查有关资料得：试选用双片 100 8 矩形铝母线平放时，长期允许载流量为 2298A，取综合校正系数 K=实际载流量 2089 验 )点短路时的动稳定： 取 L=1m,a=作用在母线上的最大计算应按公式： = l2/10(103)2 1/ 10 1025 10 10106式中 =1，即振动系数取 1。 36 W 为截面系数， W=b=10 h=125有关资料得： 硬铝绞线的最大应力 =69 106即： 故满足稳定的要求。 校验在 )点，短路时的热稳定系数 C=87设变压器主保护动作时间为 路器合分闸时间为 短路电流计算时间 t= = 1查短路电流周期 分量发热等值时间曲线得 =选铝母线的截面为 2 (100 8)=160027.3 2 主变 100根据设计要求及有关规定一般选矩形铝母线做变压器至母线的连接线， 819A 按经济电流密度选设 000h，查有关资料得，J=查有关设计手册得：试选用 2（ 100 8）条矩形铝母线平放时，长期 允许载流量为 2298A，取综合校正系数 K=实际载流量为 2298 160A 1819A 100 8双条矩形铝母线动稳定和热稳定此前校验过，满足要求。 3、 10按最大负荷电流选择导体截面，并按短路条件下进行校验： 37 000J=导体的经济截面为： 经有关设计手册得：试选 最高允许温度 +70基准环境温度 +25时，载流量为 470A，取综合修正系数 实际载流量 470= 热稳定校验： 查有关资料得 C=87， I =主保护动作时间为 路器全分闸时间为 短路电流计算时间为 t= =1查短路电流周期分量等值时间曲线得： 故所选 150型钢芯铝绞线满足热稳定要求，则同时也大于可不校验电晕的最小导体 70，故不进行电晕校验。 电压等级 型号 截面积（ 载流量 备注 38 110出线及母线 40 610A 敝露式装设 输电线路 40 610A 架空线 35线及母变连接线 1008 800 1542A 单片矩形室内混装 输电线路 85 510A 架空线 10线及母变连接线 2（ 1008 ） 1600 2298A 双片矩形室内外混装 输电线路 50 470A 架空线 七、变电所的防雷保护规划 避雷针、避雷器 是变电所屋外配电装置和所区电工建筑物防护直击雷过电压的主要措施。变电所借助屋外配电装置架构上的避雷针和独立避雷针共同组成的保护网来实现，主控制室和屋内配电要采用屋顶上的避雷带。 1、直击雷的过电压保护： 装设独立避雷针，为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，其冲击接地电阻不宜超过 10 欧，为防止避雷针落雷引起的反击事故，独