110KV降压变电站部分设计书

1 110压变电站部分设计书 第一章：毕业设计任务书 一、 设计题目 110二、 所址概况 1、气象资料 1）年平均温度为 30 。 2) 工厂最热月的平均温度为 40 。 3) 地中最热月的平均温度为 32 。 4）工厂环境，属正常湿润环境。 2、地质水文资料 变电所位于海南省某工厂，厂区原为沙地，靠近海边，地势平坦，地层以砂土为主。交通便利，空气污染轻微。 三、系统情况 四、负荷情况 名称 负荷之和（ 功率因数 回路数 供电方式 线路长度（ 机修变 600 电缆 前区变 1200 电缆 分变 4000 电缆 成变 8000 电缆 环水变 8000 电缆 装变 600 电缆 合肥变 1400 电缆 用变 100 电缆 不计 共用变 500 电缆 2 表 1工厂负荷 五、设计任务 1、 负荷分析及主变压器的选择 2、 电气主接线的设计 3、 变压器的运行方式以及中性点的接地方式 4、 无功补偿装置的形式及容量确定 5、 短路电流计算（包括三相、两相、单相短路） 6、 各级电压配电装置设计 7、 各种电气设备选择 8、 继电保护规划 9、 主变压器 的继电保护整定计算 六、设计目的 总体目标 培养学生综合运用所学各科知识，独立分析各解决实际工程问题的能力 第二章：负荷分析 一、本工厂的负荷分析 机修变：这个变电所主要对机修车间供电，车间负责工厂零部件的加工，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。 厂前区变：主要是负责工作人员的日常办公照明，空调的制冷，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。 空分变：这个环节在生产上非常重要，负责把所需的气体从空气中分离出来，如果突然失电，将会对整个生产停止，所以应属于二级负荷。 合成 变：和空分变一样也是生产环节上不可缺少的，它主要负责生产原料氨气的合成，所以应属于二级负荷。 循环水变：主要对高压水泵提供电源，使冷却水循环，负责工厂生产设备的散热，如果失电设备将因温度过高无法运行或损坏，所以应属于二级负荷。 包装变：主要是对包装车间供电，将生产出来的成品进行最后的包装，失电对生产不会产生影响，所以应属于二级负荷。 复合肥变：这个变电所失电将直接不能进行生产，所以应属于二级负荷。 所用变：主要提供总变电所的日常用电，这个电是很重要的，如果失电，监控器，微机系统将停电。工作人员将不知道电压， 电流以及频率等等的波动情况，会严重影响整个工厂的生产。所以应属于二级负荷。 共用变：这个变电所失电不会对生产有很大影响，所以应属于三级负荷。 二、 6在以下的计算中， 示需要系数， 机修变： P=600 30=00=90 30=0=155.7 30=179.8 3 厂前区变： ， 。 P=1200 30=11200=1200 30=0 30=34.6 30= 空分变： P=4000 30=000=3200 30=200=2400 30=34.6 30= 合成变： P=8000 30=000=6400 30=400=4800 30=8000 30= 循环水变： P=8000 30=000=6400 30=400=4800 30=8000 30= 包装变： P=600 30=00=90 30=0=155.7 30=179.8 30= 复合肥变： P=1400 30=400=1050 30=050=787.5 30=1312.5 30= 所用变： ， 。 P=100 30=1100=100 30=0 30=100 30= 公用变： 。 4 P=50030=00=35030=0 30=350 30= 所以，总的有功计算负荷 90+1200+3200+6400+6400+90+1050+100+350 18880 400+4800+4800+3400 以： S 188802+134002 23152 虑线损、同时系数时的容量： 315219448 算结果如下表所示（表 2 名称 P （ A ) 机修变 600 90 前区变 1200 1200 0 分变 4000 3200 2400 成变 8000 6400 4800 8000 环水变 8000 6400 4800 8000 装变 600 90 合肥变 1400 1050 用变 100 100 0 100 用变 500 350 0 350 2厂负荷计算结果 第三章：主变压器的选择 （参考资料：电工作 业手册，第十章：电力变压器选择） 一、主变台数的确定 从电气工程电气设计手册（一次部分） 表 4比较得，变电所以装设两台主变压器为宜。而且这样就更加的保证了运行的可靠性，此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。 二、主变容量的确定 1、主变压器容量一般按变电所建成后 5的规划负荷选择，并适当考虑到远期 5 10工厂变电所，主变压器容量应与工厂规划扩建相结合。 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 ，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在过负荷后的允许时间内，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 此变电所是化工厂总变电所，属于重要负荷变电所，所以当一台变压器停运，另一台也能保证全部负荷不断电。 有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为： S=9448 要考虑到工厂即将有新项目建设。 所以应选容量为 25000 三、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 ，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。 我国 110压器绕组都采用 35连接，其中性点多通过消弧线接地。 35压器绕组都采用 连接。 有以上知，此变电站 110接线， 6 接线。 主变中性点的接地方式： 选择电力网中性点接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。 在本设计中 110压器采用中性点直接接地方式。但是由于上一级配电站中性点已经接地，这里就不需要接地。主变绕组采用的接线方式为 四、 主变的调压方式 由于电网电压的不稳定性，需要调压操作频率较高，而且大多数的设备属于二级负荷不能停电进行调压。 所以，此变电所的主变压器采用有载调压方式。 本设计中主变压器的型号是： 25000/110 第四章 : 无功补偿装置的选择 一、 补偿装置的意义 无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，为感应式电器设备（电动机，发电机）提供足够的无功，保证正常运行，同时对增强系统的稳定性有重要意义。 二、无功补偿装置容量的确定 根据该厂的实际情况，采用高压集中补偿，考虑功率因数不能低于 厂未补偿前的功率因数为 偿后要求达到 所以补偿容量为： 30 (18880 170 故在此设计中，在电容器额定电压 4200 三、并联电容器装置的分组 由于电容器是采用的高压集中补偿，考虑到整个变电站的运行方式（母线分段），所以 6 要考虑到只投入一条母线进行运行时也要能够进行无功补偿。 综上所述，在本设计中，无功补偿装置分作方式采用等容量分组方式，电容器分为每组 2100 四、并联电容器装置的接线 并联电容器 装置的基本接线分为星形（ Y）和三角形（ ）两种。经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。 从电气工程电气设计手册（一次部分） 表 9比较得，应采用双星形接线。因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于 10 中性点接地方式：对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。 第五章： 电气主接线的 初步设计及方案选择 参考资料： 1、发电厂电气设备（于长顺主编）第十章 2、电力工程电气设计手册（一次部分）第二章 一、电气主接线的概况 1、发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装 置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。 2、在选择电气主接线时的设计依据 1）、发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用 2）、发电厂、变电所的分期和最终建设规模 3）、负荷大小和重要性 4）、系统备用容量大小 5）、系统专业对电气主接线提供的具体资料 3、主接线设计的基本要求 1）、安全性 2）、可靠性 3）、灵活性 4）、经济性 二、电气主接线的选择设计 电气主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线。 1、单母线分为单母线不分段（图 4单母线分段 (图 4图 4母线不分段接线 图 4母线分段接线 单母线不分段的优点：电路简单，使用设备少以及配电装置的建造费用低；缺点是可靠性和灵活性较差。这种接线方式只实用于容量较小和对供电可靠性要求不高的中小型工厂。 单母线分段的优点： 母线检修时可以分段进行，出现故障时，经过倒闸操作切除故障段，保证另一段继续运行，比单母线不分段提高了可靠性。 2、 双母线接线（图 4 7 图 4母线接线 双母线接线的优点：两条母线互为备用，具有较高的可 靠性和灵活性。一般只用在要求很高的大型工厂。缺点：电路复杂，使用设备多，建造费用高。 3、桥式接线分为外桥、内桥和全桥 外桥式接线（图 4 图 4侨式接线 外侨式接线一般情况下适用于电源线路较短，故障检修机会较少，但变电所负荷变动较大且需经常切换变压器的总降压变电所。 内桥式接线（图 4 图 4桥式接线 内桥式接线一般情况下适用于电源线路较长，故障检修机会较多，且变压器不需要经常切换的总降压变电所。 全桥式接线（图 4 图 4桥式接线 全桥式接线在检修和进行倒闸操作时比内外桥更加的方便，但是建造投资的费用比内外桥高。 根据实际情况最后选择电气主接线的基本形式为单母线分段全桥式接线。 三、主接线中的设备配置 1、隔离开关的配置 （ 1）容量为 220以上大机组与双绕组变压器为单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。 （ 2）接在发电机、变压器因出线或中性点上的避雷器不可装设隔离开关。 （ 3）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自藕变压器的中性点则不必装设隔离开关 。 2、接地刀闸或接地器的配置 （ 1）为保证电器和母线的检修安全， 110段母线根据长度宜装设 1 2 组接地刀闸或接地器，每两接地刀闸间的距离应尽量保持适中。母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关和母联隔离开关上，也可装于其他回路母线隔离开关的基座上。必要时可设置独立式母线接地器。 （ 2） 110 3、电流互感器、电压互感器配置图 图 3电流互感器配置图 图 3电压互感器配置图 4、避雷器的装置 （ 1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线装设避雷器时除外。 （ 2） 110在变压器附近增设一组避雷器。 （ 3）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。 8 （ 4）下列情况的变压器中性点应装设避雷器 1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。 2）直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。 3）接地和经消弧线圈 接地系统中，雷区的单进线变压器中性点上。 （ 5） 避雷器的配置图如下所示（图 5 图 5雷器配置图 第六章 各级配电装置的配置 在变电站主接线中，所装开关电器、载留导体以及保护和测量电器等设备，按一定要求建设而成的电工建筑物，称为配电装置。它的作用是接受电能和分配电能，所以它是发电厂和变电所的重要组成部分。 一、配电装置的要求 （ 1） 配电装置的设计和建设， 应认真贯彻国家的技术经济政策和有关规程的要求，特别注意应节约用地，争取不占或少占良田。 （ 2） 保证运行安全和工作可靠。设备要注意合理选型，布置应力求整齐、清晰。 （ 3） 便于检修、操作和巡视。 （ 4） 便于扩建和安装。 （ 5） 在保证上述条件下，应节约材料，减少投资。 二、配电装置的分类及使用范围 配电装置按电气设备装置的地点，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按组装的方式，可分为在现场组装而成的装配式配电装置，以及在制造厂将开关电器等按接线要求组装成套后运至现场安装用的成套配电装置。 屋 内配电装置是将电气设备安装在屋内，它的特点是占地面积小，运行维护和操作条件较好，电气设备受污秽和气候条件影响较小；但需建造房屋，投资较大。 屋外配电装置是将电气设备装置在屋外，它的特点是土建工程量小，投资小，建造工程短，易扩建，但占地面积大，运行维护条件较差，易受污秽和气候条件影响。 在发电厂和变电所中，一般 35以下的配电装置采用屋内配电装置， 110以上的配电装置多采用屋外配电装置。但 110以上的配电装置，在严重污秽地区，如海边和化工厂区或大城市中心，当技术经济合理时，也可 采用屋内配电装置。 成套配电装置一般布置在屋内，特点是结构精密，占地面积小，建设期短，运行可靠，维护方便，但耗用钢材较多，造价较高。目前我国生产的 3 35发电机和变电站中已广泛应用。 由以上各种方案比较得： 在本设计中， 110 第七章 短路电流的目的及结果 一、短路电流计算的目的 在变电所和发电厂的电气设计中，短路电流计算是一个重要环节。计算的目的是选择主接线，比较各种接线方案：选择电气设备，校验设备提供依据，为继电保护整定计算 提供依 9 据等。 二、短路电流计算的结果 1、确定基准值 设 00c，即高压侧 15压侧 d/0015 .5 005.8 、 计算短路电路中各元件的标幺值 （ 1）电力系统 00/500 2）架空线路 由图 120=线路长 10 0） 500 115 2= 3）电力变压器 查表可得 8%，故 500 5000 此绘制等效电路图，如图 7 图 7等效电路 3、计算 110短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 （ 1）总电抗标幺值 =2= 2）三相短路电流周期分量有效值 =.5 3) 其他短路电流 I（ 3） =kA 4) 三相短路容量 S（ =、计算 6.3 短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 （ 1）总电抗标幺值 =2+ 2）三相短路电流周期分量有效值 =5.8 (3) 其他短路电流 I（ 3） =kA 4) 三相短路容量 S（ =上计算结果综合如表 7 表 7 短路计算表结果 短路计算点 三相短路电流 /相短路容量 （ 3） I （ k 10 、变电所一次设备的选择效验 1、 在本设计中 110为与传统的断路器相比 断性能好，结构简单，尺寸小，质量轻，操作噪音小，检修维护方便等优点，已在电力系统的各电压等级得到广泛的应用。 在本设计中， 110以断路器也采用户内式。 这里选择的断路器型号为 验 额定电压 110 额定电流 1250A 额定开断电流 稳定电流 63稳定电流 25定关合电流 上表知： 1）断路器的额定电压为 110小于装设断路器所在电网的额定电压。 2）该断路器的最大持续工作电流： 5000/(10)=断路器的额定电流为 1250大于通过该断路器的最大持续工作电流 此断路器的额定开断电流 路电流周期分量： 、此断路器的额定关合电流 0KA 、动稳定校验 动稳定电流： 0 稳定效应： 5d，满足要求。 4、电流互感器选择 由电气工程电气设备手册（上册）中比较分析得，在本设计中宜采用 110（ W）型号的电流互感器，技术数据如下： 额定电压 110定电流 600A 准确级准 时热稳定电流 A) 动稳定电流 40A) 此电流互感器为多匝油浸式瓷绝缘电流互感器，其性能符合国际和 有关标准，具有结构严密，绝缘强度高，介质损耗率和局部放电量低，可靠性高以及运行维护简单方便等特点。 =5000/（ 10） =00A, 稳定效验： 热稳定能力用热稳定倍数 示。热稳定倍数 于 1S 内允许通过的热稳定电流与一次额定电流之比。 11 (tt=(I热 et=(1=d= (符合要求 动稳定效验： 动稳定能力用动稳定倍数 示。 于内部允许通过极限电流的峰值与一次额定电流之比。 （ I(3)（ =21/240=最小动稳定电流计算 ) ( 符合要求。 5、电压互感器的选择 从 电气工程设备手册（电气一次部分）中比较各种电压互感器后选择 该系列电压互感器为单相、三绕组、串及绝缘，户外安装互感器，适用于交流 50电压、电能测量和继电保护用。 型号含义： J:电压互感器， C:串级绝缘， C:瓷箱式。 在这里选用的是与断路器 四、变压器进出线与邻近线的选择 1、 110 采用 铝绞线架空敷设，接往 110 1） 按发热条件选择 由 0A 及室 外环境温度 40 ,查表可得 ,初选 40 时的 00A足发热件。 2）效验机械强度 查表得，最小允许截面 5此 改选为 由于此电路很短不需要效验电压损耗。 2、变压器出线的选择 变压器的出线用的是母线来连接变压器的出线端和进线柜。 本设计中母线的截面按长期允许电流选择。 按长期允许电流选择时，所选母线截面积的长期允许电流应大于装设回路中最大持续工作电流即， Iy=许电流 6 电力工程电气手册第八章第一节表 8837（ A）的双槽形母线，其参数如下： h(： 75， b( 35， t( 4， r( 6 双槽形导体截面积 S( 1040，集肤效应系数： 6名称 柜号 缆的型号选择 机修变 0624 395 备用 0620、 0612、 0613 _ _ 厂前区 0618、 0619 395 空分 0616、 0617 395 12 包装 0614、 0615 395 循环水 0610、 0611 3300 合成 0608、 0609 3300 所用 0606、 0607 395 复合肥 0623 395 公用 0625 395 表 7力电缆型号 1、 101） 按发热条件选择 由 0 ,查表可得 ,初选 395,其 35 时的26A 足发热件。 2）效验机械强度。 查表得， 小允许截面 此 395满足机械强度要求。 由于此电路很短不需要效验电压损耗。 2） 按发热条件选择 由 室内环境温度 30 ,查表可得 ,初选 43300,其 35 时的 00A 足发热件。 2、效验机械强度 查表得， 小允许截面 23此 43300满足机械强度要求。 由于此电路很短不需要效验电压损耗。 五、 6 从电气工程电气设备手册（电气一次部分）第 11 章中比较各开关柜选择上海西门子公司的 80 技术数据如下： 额定电压 12定电流 630/1000/2500A 额定母线电流 3150A 额定回路电流 1250A 热稳定电流 动稳定电流 80要设备： 10型电流互感器 10型真空断路器 60621、 0622）方案选择： 500A 主要设备： 85h/2型电流互感器 85h/4型电流互感器 3 10/27型避雷器 100060604、 0605方案的选择： 主要设备： 85h/2 31000 100型零序电流互感器 60619、 0617、 0615、 0613、 0611、 0619、 0607、 0606、 0608、 0610、 0612、 13 0614、 0616、 0618、 0620、 0624、 0625、 0623、 )方案的选择： 主要设备： 85h/2型 电流互感器 85h/4型电流互感器 85h/2 3100型零序电流互感器 100060603、 0602）方案的选择： 主要设备： 41型电压互感器 9放电计数器 10/27型避雷器 1000母联开关柜（ 0601）方案的选择： 主要设备： 3空断路器 85h/4型电流互感器 六、 66 表 7关柜保护定值表 第八章 继电保护规划及整定 一、主变压器保护规划与整定 现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但实际运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 1、瓦斯保护 容量为 800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。 瓦斯保护装置及整定： 瓦斯继电器又称气体继电器，瓦斯继电器安装在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。 瓦斯保护的整定： （ 1）、一般瓦斯继电器气体容积整定范围为 250 300m，变压器容量在 10000上时，一般正常整定值为 250体容积值是利用调节重锤的位置来改变。 （ 2）、重瓦斯保护油流速度的整定 重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为 s，在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。 根据运行经验，管中油速度整定为 护反映变压器内 部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度约为 14 此，本设计中，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定在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。 瓦斯保护职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全部绕组，绝缘套管及引出线上各种故障的纵差动保护。 在本设计中，采用由 保护动电流作如下所示： 这个保护器采用以下元件： （ 1）瞬动元件，防止较大内 部故障短路电流所造成的据动； （ 2） 比率制动回路，防止变压器外部故障时不平衡电流造成的误动； （ 3） 谐波制动回路，防止变压器空载投入或切除外部故障后电压恢复时的励磁涌流造成的误动。 3、目前，已广泛采用复合电压起动的过流保护作为变压器的后备保护。故在本设计也采用复合电压起动的过流保护。 整定计算： （ 1） 电流继电器： 电流继电器一次动作电流按躲过变压器额定电流整定