郊区110kV变电站电气设计_毕业设计.doc

石家庄铁道大学四方学院毕业设计 某郊区 110kv 变电站电气设计 the electrical design of 110kv substation for a suburb 毕业设计成绩单毕业设计成绩单 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 毕业设计题目某郊区 110kv 变电站电气设计 指导教师姓名胡立强 指导教师职称讲师 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人得分 答辩小组 组长 得分 成绩： 院长(主任) 签字： 年 月 日 毕业设计任务书毕业设计任务书 题 目某市郊 110kv 变电站电气设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 承担指导任务单位电气工程系 导师 姓名 导师 职称 讲师 一、主要内容 110kv 变电站设计，学会应用所学知识进行设计。 二、基本要求 1.电气主接线设计 2.短路电流计算 3.电气设备的选择 4.继电保护配置与整定计算 三、主要技术指标（或研究方法） 1.本变电站位于某市郊，向市区工业、生活及郊区乡镇工业与农业用户供电，为新建变电所。 电压等级：110/10kv 2.线路回数：110kv 近期 2 回，远景发展 2 回；10kv 近期 8 回，远景发展 2 回 电力接线图如图 1。 图 1 电力接线图 3.负荷情况 表 1 负荷情况 4.所处地理环境及条件 站址地区海拔高度 200m，地址平坦，地震烈度 6 度。年最高温度 40 度，年最低温度-20 度， 最热月平均最高温度+32 度，最大复冰厚度 10mm，最大风速为 25m/s，土壤热阻率 =100 cm/w，土壤温度 20c，地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。如图 2 为地理位置图。 最大负荷 mw穿越功率 mw 负荷组成% 电压等 级 负荷名称 近期远期近期近期一级二级三级 自然力率 市系 1 线1018 市系 2 线1018 备用 110 110kv 备用 212 棉纺厂 122.50.75 棉纺厂 222.50.75 印染厂 11.520.78 印染厂 21.520.78 水泥厂 133.50.75 水泥厂 233.50.75 耐火厂 122.50.75 耐火厂 222.50.75 郊一22.50.75 郊二22.50.75 毛纺厂220.75 针织厂12.50.75 柴油机厂 11.520.8 柴油机厂 21.520.8 橡胶厂11.50.72 市区 11.520.8 市区 21.520.8 食品厂1.21.50.8 备用 11.50.78 10kv 备用 21.50.78 图 2 地理位置图 四、应收集的资料及参考文献 1电气设计规范m. 中国建筑工业出版社. 2003. 2朱林根. 民用建筑变配电设计m. 第 2 版. 中国建筑工业出版社. 2004. 3航空工业部第四规划设计研究院. 工厂配电设计手册m. 北京水利电力出版社. 4黄益庄. 变电站综合自动化技术m. 北京：中国电力出版社. 2000. 5雍静主. 供配电系统m. 第 1 版. 机械工业出版社. 2004. 6刘介才. 工厂供电m. 机械工业出版社. 五、进度计划 1.第 1 周-第 2 周：收集材料，完成开题报告； 2.第 3 周-第 4 周：分析、确定方案； 3.第 5 周-第 7 周：设计、计算、绘图； 4.第 8 周：中期检查； 5.第 13 周-第 14 周：论文审核定稿； 6. 第 15 周-第 16 周：答辩。 教研室主任签字时 间 年 月 日 毕业设计开题报告毕业设计开题报告 题 目 某郊区 110kv 变电站电气设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 一、研究背景 110kv 变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节，变电所设计质量的好坏， 直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。为满足城镇负荷日益增长的需要，需提高 对用户供电的可靠性和电能质量。随着国民经济的发展，工农业生产增长的需要，迫切要求增长 供电容量，拟新建 110kv 变电所。变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统 的安全和经济运行，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。电气主接线 是发电厂和变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的 布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定因素。 二、国内外研究现状 目前，我国变电站具有功能综合化，设备、操作、监视微机化，结构分布分层化，通信网络 光缆化及运输管理智能化等特征。变电站的综合自动化为变电站小型化、智能化、扩大监视范围 及变电站的安全、可靠、优质、经济的运行提供了现代化手段和基础保证。建国以来，我国的电 力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的 质量的要求进一不提高，电网自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通信技术的发展及自 动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化以具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重 要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作 用。因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时，可靠， 安全，经济运行管理的需要。 三、研究方案 1.负荷分析及无功补偿 2.变压器的选择 3.电气主接线方案的选定 4.选择更安全可靠的一次电气设备 5.短路电流计算 6.继电保护 7.做好变电站的防雷设计和接地设计 根据变电所电气设备的总平面布置图确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应 符合各种规程范围的要求，初步确定避雷针的安装位置后再根据公式进行，校验是否在保护范围 之内。同时做好变电站的接地电网，也可以有效的防止电力事故的发生。 四、预期达到的结果 根据题目要求，确定变压器的容量与型号，并绘制出电气主接线图。需要装设两台变压器备 用，保证重要变电所的安全用电。根据负荷分析、变电所接线方案比较、供电方式确定、短路电 流计算、完成电气设备选择与继电保护以及防雷接地等重要内容。 指导教师签字时 间 年 月 日 i 摘 要 随着我国科学技术的发展，特别是计算机技术的进步，电力系统对变电站的更 要求也越来越高。变电站是电力系统中不可缺少的重要组成部分，它担负着电能转 换和分配的任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，是联系发电厂和 用户的中间环节。 变电站设计需要以电力系统分析、电力工程、继电保护和其他的专业知识为理 论基础。设计内容主要包括：负荷分析、变电所接线方案比较、供电方式确定、短 路电流计算、电气设备选择与继电保护以及防雷接地等内容。本设计讨论的是 110kv 变电站电气部分的设计。首先对原始资料进行分析，选择主变压器，并且在 此基础上进行主接线设计，按照任务书的要求，分析比较所得数据，画出主接线图， 再进行短路计算，选择设备，然后进行防雷接地以及保护、配电装置设计。 关键字：变电站 负荷计算 短路计算 设备选择 继电保护 ii abstract with the development of science and technology in china, particularly computing technology has been advanced, the power system demands on substation more and more. power system substation is an important and indispensable component of the power it assumed the task of conversion and distribution of grid security and the economy play a decisive role in running is to contact the users power plants and intermediate links. the design of power system substation should depend on the knowledge of factory substation power engineering，relay protection and other professional ones as the basic theoriesdesign contents would include load analysis，scheme comparison，power- supply modes，short-circuit，current calculation，electrical equipment selection and relay protection setting and lightning-proof with grounding，etcthe design is refer to the part of 110kv electrical substation design. first of all, analyze the original data and choose the main transformer, and based on it, do complete the project requirements，design calculation specifications, and draw the main hookup. and design the main wiring and short-circuit calculation, at last choose equipment, then mine and the protection of earth and distribution device. key words: substation load analysis short-circuit calculation equipment selection electrical equipment selection iii 目 录 第 1 章 绪论1 第 2 章 负荷分析及无功补偿2 2.1 概述 2 2.2 负荷计算的目的 2 2.3 负荷分析 3 2.4 无功补偿 3 第 3 章 主变压器的选择5 3.1 相数的确定 5 3.2 绕组数的确定 5 3.3 主变压器台数和容量的确定 5 3.4 变压器型号的确定 6 第 4 章 主接线方式的选择7 4.1 主接线选择的基本要求 7 4.2 对变电站电气主接线的设计原则 7 4.3 各电压等级线路的出线回数选择电气主接线形式 7 第 5 章 短路电流的计算10 5.1 电力系统简图 10 5.2 各回路阻抗的计算 10 5.3 短路计算 11 5.3.1 110kv 侧短路计算11 5.3.2 10kv 侧短路计算12 第 6 章 电气设备的选择与校验14 6.1 断路器的选择 14 6.1.1 110kv 侧断路器的选择14 6.1.2 10kv 侧断路器的选择15 6.2 隔离开关的选择 16 6.2.1 110kv 侧隔离开关的选择16 6.2.2 10kv 侧隔离开关的选择16 6.3 导线的选择 17 6.3.1 110kv 母线的选择与校验17 6.3.2 10kv 母线的选择与校验17 6.4 互感器的选择 18 6.4.1 电压互感器的选择18 6.4.2 电流互感器的选择18 iv 第 7 章 继电保护21 7.1 概述 21 7.2 继电保护的基本原理和任务 21 7.3 继电保护的基本要求 21 7.4 变压器的继电保护 22 7.5 电力线路的继电保护 24 7.6 母线保护 25 7.7 二次接线图 26 第 8 章 防雷接地设计27 8.1 防雷设计 27 8.1.1 防雷设计原则27 8.1.2 避雷器的选择27 8.1.3 避雷针的配置29 8.2 接地设计 30 8.2.1 接地设计的原则30 8.2.2 接地网型式选择及优劣分析31 第 9 章 电气总平面布置及配电装置的选择32 9.1 概述 32 9.1.1 配电装置特点32 9.1.2 配电装置类型及应用32 9.2 配电装置的确定 33 9.3 电气总平面布置 35 第 10 章 结论与展望36 10.1 结论 36 10.2 展望 36 参考文献37 致谢38 附录39 附录 a 外文资料39 附录 b 电气设备表48 附录 c 电气主接线图50 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 1 第 1 章 绪论 变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足 轻重的作用。社会经济的发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应，建国以来，我 国的电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益 复杂和用户对电能的质量的要求进一不提高，电网自动化就显得极为重要；近年来 我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化 以具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新 分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用1。 由于我国经济的高速发展，某些市区生产和生活的供电要求越来越大，在大力 建设火力发电厂的同时，相应的配套电力设施也应跟上。其变电站的建设属于设施 中较重要的一类。也是决定用电质量和效率的因素之一。对地区经济的发展有直接 的关系，也是反映地区经济发展水平的重要参数之一。我们这里所要新建的是一所 110kv 降压变电站。变电站的站址选择在市郊，靠近负荷中心，有利于系统运行性 能的提高，降低损耗，提高经济效益；此外，这些电力负荷位于变电站的北部和东 部，避免了将变电站设在污染源的下风口，否则将会发生污闪事故和沿面放电，影 响电力系统的运行性能；变电站东部没有重要的电力负荷，这为进出线提供了广阔 的线路走廊，还有利于变电站的扩建；另外，变电站选址还考虑了变电站与附近设 施的影响。因此，变电站选址不当，必将影响企业供电系统的主接线方式，送电线 路的规格和布局，电网损失及投资的大小，还可能引起电力倒流，产生严重后果。 变电站是电力系统的重要组成部分，它直接对电力用户馈送电能。变电站在电力系 统中之所以起着十分重要的作用，是因为其运行性能的好坏直接影响到系统的稳定 性。电力用户的直接利益。变电站是联系发电厂和电力用户的重要纽带，是将电能 从产品变成商品的中间环节。它担负着电能转换和电能重新分配的重要任务。对国 家经济的发展有着极其重要的作用2。 本次设计是对专业所学的内容进行一次系统的、全面的、内容较多的毕业设计。 设计内容为 110kv 变电站电气设计，分别对变电站作总体分析和负荷分析、变电站 主变压器的选择、主接线方式选择、短路电流计算、电气设备的选择与校验、电力 系统继电保护等部分的分析计算，在设计中发现所用数据不够准确，特别是在电力 系统继电保护是计算中，存在很大缺陷，力求在以后的设计中能够逐步趋于完善， 相信不久能实现无人值班高度自动化以弥补传统变电站的缺陷。 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 2 第 2 章 负荷分析及无功补偿 2.1 概述 变电站位于某市郊，向市区工业、生活及郊区乡镇工业与农业用户供电，为新 建变电所。变电站作为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重 要环节。本课程设计主要是关于本变电站的一次设计，为了是变电站的一次设计能 够很好的接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对本变电站做初步分析 的原始数据进行分析。 1.变电站类型：110kv 地方降压变电站 2.电压等级：110/10kv 3.线路回数：110kv：近期 2 回，远景发展 2 回； 10kv：近期 8 回，远景发展 2 回； 4.地理条件：站址地区海拔高度 200m，地址平坦，地震烈度 6 度。年最高温度 40 度，年最低温度-20 度，最热月平均最高温度+32 度，最大复冰厚度 10mm，最大 风速为 25m/s，土壤热阻率 =100cm/w，土壤温度 20c，地下水位较低，水质良 好，无腐蚀性。 5.负荷情况：主要是一、二级负荷，市内负荷主要为市区生活用电、棉纺厂、 印染厂等工业用电；郊区负荷主要为郊区变电站及其他工业用电。 6.系统情况：根据任务书中电力系统简图可以看到，本变电站位于两个电源中 间，有两个发电厂提供电能，进而经过该变电站降压后用于工业、农业等负荷用电， 需要一定的可靠性。 2.2 负荷计算的目的 计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影 响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线 选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导 线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性 3。 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 3 2.3 负荷分析 10kv 侧： 近期负荷：=(221.51.5332222211.51.511.5 近 p 1.51.2)mw=32.2mw 远期负荷：=(2.52.5223.53.52.52.52.52.522.522 远 p 1.5221.51.51.5)=44.5mw =32.2mw+44.5mw=76.7mw n i pi 1 综合最大计算负荷计算公式：(1+%) kts30 1cos n i i i p ：同时系数，取 85%，%：线损,取 5% 。kt kt(1+%) 近30 s max 1 cos n i i i p 近 =(2/0.75+2/0.75+1.5/0.78+1.5/0.78+3/0.75+3/0.75+2/0.75+2/0.75+2/0.75+2/0.75+kt 2/0.75+ 1/0.75+1.5/0.8+1.5/0.8+1/0.72+1.5/0.8+1.5/0.8+1.2/0.8) (1+%) =0.8545.960(1+0.05)=41.019mva kt(1+%) 远30 s max 1 cos n i i p i 远 =(2.5/0.75+2.5/0.75+2/0.78+2/0.78+3.5/0.75+3.5/0.75+2.5/0.75+2.5/0.75+2.5/0.75+kt 2.5/0.75+2/0.75+2.5/0.75+2/0.8+2/0.8+1.5/0.72+2/0.8+2/0.8+ 1.5/0.8+1.5/0.78+1.5/0.78) (1+%)0.8558.2651.05=52.002mva 视在功率： mw021.93002.52019.41 303030 远近 sss mw42.748 . 0021.93cos 3030 sp mw81.5575 . 0 42.74tan 3030 pq 2.4 无功补偿 无功补偿的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联补偿电容两种。由于并联 电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点， 因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍6。该变电站 10kv 侧平均功率因数取 0.8，应提高到 0.92，因此 10kv 侧所需无功功率补偿的补偿容量为： 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 4 mvar82.2332 . 0 42.74)92 . 0 tan(arccos)8 . 0stan(arcco 30 pqc 约取补偿器件为 gmkpbamh10-4000-3w，数目为 6 个。var24mqc 补偿后的无功功率为mvar81.312481.55tan 30)2(30 pq 补偿后的变电站低压侧的视在负荷为mvar93.80 )2(30 s 变压器的功率损耗为：mw9302 . 0 01 . 0 30 spt mw651 . 4 05 . 0 30 sqt 补偿后的功率因数为：931 . 0 cos “ 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 5 第 3 章 主变压器的选择 3.1 相数的确定 330kv 以下的电力系统，在不受运输条件限制时，应用三相变压器。 3.2 绕组数的确定 对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电 压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。 3.3 主变压器台数和容量的确定 在这次变电站设计中，可以采用一台或两台主变压器，表 3-1 所示对单台变压 器和两台变压器进行比较： 表 3-1 单台与两台变压器比较 比 较单台变压器两台变压器 供电安全比满足要求满足要求 供电可靠性基本满足要求满足要求 供电质量电压损耗略大电压损耗略小 灵活方便性灵活性差灵活性好 技 术 指 标 扩建适用性稍差好 由 110kv 系统供电，考虑到重要负荷达到 80.93mw，并考虑到现今社会用户需 要的供电可靠 性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。 容量选择及检验公式：（其中 n 为变电站设计中变压0.76.0s1n n 30 s 器的台数，在这次设计中，n=2）6。 因此根据上述式子及负荷分析可以选择两台容量为 50mw 的有载调压变压器， 其型号为 sfsz9-50000/110。 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 6 3.4 变压器型号的确定 表 3-2 变压器参数 额定电压(kv)损耗(kv) 型号高压低压 联接组接号 空 载负载 空载电 流(%) 阻抗 电压 (%) sfsz9-50000/1101108*1 25%10.5,11ynd1127.51040.910.5 表 3-2 所示为 sfsz9-50000/110 变压器的主要参数。 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 7 第 4 章 主接线方式的选择 4.1 主接线选择的基本要求 1.可靠性 2.灵活性 3.经济性 4.2 对变电站电气主接线的设计原则 1.按变电所在电力系统的地位和作用选择。 2.考虑变电所近期和远期的发展规划。 3.按负荷性质和大小选择。 4.按变电所主变压器台数和容量选择。 5.当变电所中出现二级电压且低压侧负荷超过变压器额定容量 15%时，通常采 用双绕组变压器。 6.电力系统中无功功率需要分层次分地区进行平衡，变电所中常需装设无功补 偿装置。 7.当母线电压变化比较大而且不能用增加无功补偿容量来调整电压时，为了保 证电压质量，则采用有载调压变压器。 8.如果不受运输条件的限制，变压器采用三相式，否则选用单相变压器。 9.对 220kv 及以上的联络变压器通常采用自耦变。 10.各级电压的规划短路电流不能超过所采用断路器的额定开断容量。 11.各级电压的架空线包括同一级电压的架空出线应尽量避免交叉4。 4.3 各电压等级线路的出线回数选择电气主接线形式 1.110kv 侧主接线方式： 110kv 侧出线近期 2 回，远景发展 2 回。 所以根据出线回数电压等级初步可以选择双母不分段接线和双母带旁路母接线。 由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。那么其负荷为地 区性负荷。变电站 110kv 侧和 10kv 侧，110kv220kv 出线数目为 5 回及以上或 者在系统中居重要地位，出线数目为 4 回及以上的配电装置。在采用单母线、分段 单母线或双母线的 35kv110kv 系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 8 母线。 单母线带旁路接线与双母线带旁路接线的比较如下: 方案一：单母线带旁路 技术：(1)简单清晰、操作方便、易于发展。 (2)可靠性、灵活性差。 (3)旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器， 保证重要用户供电。 经济：(1)设备少、投资小 (2)用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资 方案二：双母线带旁路 技术：(1)运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建。 (2)母联络线上的断路器可代替需检修的出线断路器工作。 (3)倒闸操作复杂，容易误操作。 经济：(1)占地大、设备多、投资大。 (2)母联络线上的断路器兼作旁路断路器节省投资。 所以，比较后说明在技术上（可靠性、灵活性）双母线带旁路接线方案明显合 理，在经济上则单母线带旁路接线方案占优势。对于双母线不分段接线，当母线故 障或检修时，将隔离开关运行倒闸操作，容易发生误操作。鉴于此站为地区变电站 应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选双母线带旁路接线方案为设计 的最终方案，如图 4-1 所示。 双母线带旁路接线最大优化是提供了供电可靠性，当出线断路器需要停电检修 时，可将专用旁路断路器投运，从而将检修断路器出线有旁路代替供电5。 图 4-1 双母线带旁路母线接线 2.10kv 侧主接线方式： 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 9 10kv 出线近期 8 回，远景发展 2 回。 610kv 配电装置的出线回路数目为 6 回及以上时，可采用单母线分段接线或 单母线带旁路母线接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功 率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。 (1)单母线分段带旁路母线： 优点：供电可靠性高，运行灵活，但是主要用于出线回路数不多。但负荷叫重 要的中小型发电厂及 35-110kv 的变电所。 (2)单母线带旁路母线： 优点：供电可靠性高，断路器故障检修时，可不停负荷进行检修，供电可靠运 行灵活，适用于重要用户供电，出线回数较多的变电所6。 所以选择单母线分段带旁路母线，如图 4-2 所示。 图 4-2 单母线分段接线 石家庄铁道大学四方学院毕业论文 10 第 5 章 短路电流的计算 5.1 电力系统简