kv变电站设计(1).doc

课程设计（论文）任务书 课题 110kV变电站电气设计 学 院 电气工程学院 专业年级 电气工程及其自动化 姓 名 XXXXX 学 号 XXXXXXXXXXXXXXXXX 指导老师 XXXXXXXXXXXXXXXX 摘要 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，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kv降压变的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kv电气一次部分的设计。关键词：变电站设计，变压器，电气主接线，设备选择一、原始资料（一）、工程概况此变电站为某县的一个主要变电站,该县电力缺额将由电网通过此变电站供电。由负荷预测可知，2014年及2019年本变电站综合最大负荷为28200kW及39500kW。变电站电压等级采用110kV、35kV、10kV三个电压等级，根据电网发展确定： （1）110kV：进线2回 （2）35kV：4回出线，外加广西主电网备用2回，共6回。最大一回线路的负荷为6MVA。 （3）10kV：出线共8回。最大一回架空线路的负荷为1.5MW，一回电缆线路的负荷为0.8MW。 根据电网及运行经验可知，系统等效容量为3500MVA，系统电抗标幺值为0.18（以系统容量为基准值）。年最大负荷利用小时数为5600h。线损率取5%，功率因素取0.9。（二）、设计任务1、电气主接线设计2、短路电流计算3、电流、电压互感器的配置4、电气设备选择（主变压器、断路器、隔离开关、母线、35kV架空线、10kV电缆、电流互感器及电压互感器）5、电气主接线图绘制第一章 变电站电气主接线的选择现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足一下基本要求。（1） 运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。（2） 具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快的推出设备。切除故障停电时间短，影响范围就最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。（3） 操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不但不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或者不必要的停电。（4） 经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。（5） 具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时还应考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。二、变电站电气主接线的设计原则在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的，设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。(1) 接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥型接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110220kv配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110220kv出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。在大容量变电站中，为了限制610kv出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1. 变压器分列运行2. 在变压器回路中装置分裂电抗器。3. 采用低压侧为分裂绕组的变压器。4. 出线上装设电抗器。(2) 断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。三、电气主接线设计步骤（1）分析原始资料1. 本工程情况包括变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。电气主接线方案选择依据原始资料，经过分析，根据可靠性和灵活性经济性的要求，高压侧有4回进线，宜采用双母线接线或单母线分段接线，中压侧有6回出线，其中两回备用，可以采用双母线接线、单母线分段接线方式，低压侧有8回出线，可以采用单母线分段、单母线分段带旁路母线的接线方式，经过分析、综合、组合和比较，提出两种方案： 方案一：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，10kv侧采用单母线分段接线方式35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，优点是，检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电，和单母线分段接线方式相比，可靠性提高，灵活性增加，缺点是，增设旁路母线后，配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关的数目，接线复杂，投资增大。方案一的主接线图如下：图11 方案一主接线图 方案二：110kv侧，35kv侧，10kv侧采用单母线分段接线方式方案二的主接线图如下：图1 2 方案二主接线图单母线分段可靠性1、检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电，提高运行的稳定性1、 当出线开关检修，该回路停电2、继电保护简化，动作可靠性高灵活性1、检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电1、 任一台开关检修或故障，操作都较简单，且操作过程不影响其它出线正常运行2扩建裕度大，容易扩建经济性110kV用双母线，35kV用旁路母线，投资大对于上述二种方案综合考虑：110kv侧采用单母线分段接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求，对于35kv及10kv侧，采用单母线分段接线方式。综合各种因素，宜采用第二种方案。第二章 变压器的选择1. 变电站容量一般应按510年规划负荷来选择，对于本设计按5年规划来选择。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。(1)台数选择据资料分析以及线路来看，为保障对、类负荷的需要，以及扩建的可能性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电的可靠性，以便当其中一台主变故障或者检修时，另一台能继续供电约为1.2倍最大负荷的容量。 （2）主变压器的容量的选择 近期负荷： PM=28.2MW 远期总负荷： PM =39.5MW 用电负荷的总视在功率为 SM远期: SM =PM /COS=39.5/0.9=43.89MVA主变压器的总容量应满足： SnKSM /S=0.943.89/（1-0.5）=41.58MVA (K为同时率，根据资料取0.9,线损5%)满载运行且留裕10%后的容量：S = Sn（1+10%）=41.58/21.1=45.737MVA变电所有两台主变压器，考虑到任意一台主变停运或检修时，另一主变都要满足的容量: Sn45.73770% =32.02MVA所以选每台主变容量：Sn=32.02MVA为了满足系统要求，以及通过查表，确定每台主变的装机容量为：40MVA总装机容量为240MVA=80MVA。（此处不考虑周围环境温度的影响） 主变压器型式的选择相数的选择：电力系统中大多数为三相变压器，三相变压器较之于同容量的单相变压器组，其金属材料少20%25%，运行电能损耗少12%15%，并且占地面积少，因此考虑优先采用。本变电所设在城郊附近，不受运输条件限制，所以采用三相变压器。综上，所选变压器型号参数如下表： 选取主变压器参数表型号及容量（KVA）额定电压（KV）短路阻抗（%）空载电流（%）高中高低中低SFSL1-40000121/38.5/111810.56.50.8第3章 短路电流计算1、各回路最大持续工作电流根据公式 = （3-1） 式中 - 所统计各电压侧负荷容量 - 各电压等级额定电压 - 最大持续工作电流 = =/则：110kV进线： =39.5 MVA/110KV =0.208 KA母线： 35kV架空线出线： Ig max=母线：10kV 架空线出线 Ig.max=电缆出线 Ig.max=母线 2、短路电流计算在变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下一个方面：（1） 电气主接线的比较（2） 选择、检验导体和设备（3） 在设计屋外髙型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对的安全距离（4） 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。选择短路电流计算点取基准功率Sb=100MVA，基准电压。按通过电气设备的短路电流最大地点三相接地短路为短路计算点的原则，分别选出三个短路计算点，如图k1：110KV变电所主变110KV母线k2：110KV变电所主变35KV母线k3：110KV变电所主变10KV母线110KV变电所降压变压器2台40MW，并列运行： (取0) 系统侧电抗归算：SB=100MVA， 110kV系统UB=UN=110kV线路阻抗： 系统侧阻抗：X=0.18系统等值电抗图如下当k1点短路时，化简等值电抗，最终得 Xk1=X7=0.005+（0.090.5）=0.05当k2点短路时，化简等值电抗，最终得 Xk2=0.5 (0.175+0.275)+0.05=0.275当k3点短路时，化简等值电抗，最终得 Xk3=0.50.275+0.05=0.19 计算短路点的短路电流(冲击系数取为1.8)1、当110KV母线处即k1点短路时： 短路电流有效值： kA冲击电流：kA最大电流有效值： kA短路容量：2、当35KV母线处即k2点短路时：短路电流有效值： kA冲击电流：kA最大电流有效值： kA短路容量： 3、当10KV母线处即k3点短路时：短路电流有效值： kA冲击电流：kA最大电流有效值： kA短路容量：短路电流计算结果短路点编号短路点位置最大持续工作电流Ig max（kA）三相短路电流I”(KA)冲击电流Icj(KA)短路容量S(MVA)K1110KV母线0.2210.0425.562000K235KV母线0.695.6714.43363.37K310KV母线2.4228.9473.67526.3-110kV进线0.208-35kV出线0.110-10kV架空线0.096-10kV电缆0.051- 第四章 电气设备的选择正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。根据电气设备选择的一般原则，按正常运行情况选择设备，按短路情况校验设备。同时兼顾今后的发展，选用性能价格比高，运行经验丰富、技术成熟的设备，尽量减少选用设备的类型，以减少备品备件，也有利于运行，检修等工作。要做到先进、合理、可靠、灵活，而且要符合现场的自然条件要求。所选设备正常时应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。电气设备的选择应遵循以下两个原则：1.按正常工作状态选择；2.按短路状态校验。按正常工作状态选择的具体条件：（1）额定电压：按电气设备和载流导体的额定电压UN不小于装设地点的电网额定电压UNS选择，即UNUNS。（2）额定电流：所选电气设备的额定电流IN或载流导体的长期允许电流Iy（经温度或其他条件修正后而得到的电流值），不得小于装设回路的最大持续工作电流，即IN或（Iy） Imax。按短路状态校验的具体条件：（1）热稳定校验：当短路电流通过所选的电气设备时，其热效应不应该超过允许值。（2）动稳定校验：所选电气设备通过最大短路电流值时，不应因短路电流的电动力效应而造成变形或损坏。（一）断路器的选择高压断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并且经过经济技术方面都比较厚才能确定。根据目前我国高压断路器的生产情况，电压等级在10Kv220kV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用断路器。断路器选择和校验的原则就是：按正常工作状态选择，按短路状态校验。所以选择必须满足条件：、，所以根据电压等级及开断电流，由表可得断路器型号为：110KV进线侧断路器选择1电压：因为Ug=110KVUn=110KV所以Ug= Un2电流：查表4-1得：Ig.max=0.22kA选出断路器型号为SW41101000型，如表4-2：表4-2 110KV母线断路器参数表型号电压(KV)额定电流(A)额定断开电流(KA)断开容量(MVA)极限通过电流(KA)热稳定电流(KA)合闸时间(s)固有分闸时间(s)重合性能额定最大额定重新*最大有效1S2S3S4S电流休止时间(s)重合时间(s)SW4-110110126100018.43500300055323215.82114.80.250.060.30.4因为In=1000AIg.max=220A所以Ig.max In3开断电流：IdtIkd 因为Idt=10.04KAIkd=18.4KA所以IdtIkd4动稳定：ichimax 因为ich =25.56KAimax=55KA所以ich1s 故tdz=tz+0.05=2.4+0.0512=2.45 因为Itdz=10.0422.45=246.96 Itt=2123=1323所以ItdzItt经以上校验此断路器满足各项要求。母联断路器由于其性能要求与进线断路器一致，故母联断路器也选择SW41101000型35KV出线侧断路器选择1电压： Ug= Un =35KV2电流：查表4-1得：Ig.max=0. 69KA690A 选出断路器型号为SW2-35-1000型，如表4-3：表4-3 35KV母线断路器参数表型号电压(KV)额定电流(A)额定断开电流(KA)动稳定电流(KA)4s热稳定电流(KA)合闸时间(s)固有分闸时间(s)额定峰值ZW2-353510006.61716.50.060.12因为In=1000AIg.max=690A所以Ig.max In3开断电流：IdtIkd因为Idt=5.67KAIkd=6.6KA所以IdtIkd4动稳定：ichimax因为ich =14.43KAimax=17KA所以ich1s故tdz=tz+0.05=1.85+0.0512=1.90因为Itdz=5.6721.90=61.1Itt=6.624=128所以ItdzItt经以上校验此断路器满足各项要求。10KV母线断路器选择1电压：因为Ug=10KVUn=10KV所以Ug= Un2电流：查表4-1得：Ig.max=2.42KA2420A选出断路器型号为ZN12-10-2500型，如表4-4：表4-4 10KV母线断路器参数表型号额定电压(KV)额定电流(A)额定断开电流(KA)额定断开容量(MVA)极限通过电流(KA)热稳定电流(KA)合闸时间(s)固有分闸时间(s)峰值1s3s5sZN12-1010250031.5180080-31.5-0.0650.075因为In=2500AIg.max=2420A所以Ig.max In3开断电流：IdtIkd因为Idt=28.94KAIkd=31.5KA所以IdtIkd4动稳定：ichimax因为ich =73.67KAimax=80KA所以ich1s故tdz=tz+0.05=1.85+0.0512=1.90因为Itdz=28.9421.90=1591.3Itt=31.524=3969所以ItdzItt经以上校验此断路器满足各项要求。（二）隔离开关的选择隔离开关的选择，由于隔离开关没有灭弧装置，不能用来开断和接通负荷电流及短路电流，故没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。它的主要用途是隔离电压、倒闸操作、分合小电流，用于不产生强大电弧的某些切换操作。根据电压等级及极限通过电流，由表可得隔离开关型号为： 110KV母线侧隔离开关选择1电压：因为Ug=110KVUn=110KV所以Ug= Un2电流：查表4-1得：Ig.max=220A选出GW2110600型，如表4-6：表4-6 110KV隔离开关参数表型号额定电压(KV)额定电流(A)动稳定电流(KA)热稳定电流(s)(KA)GW21101106005014(5)因为In=600AIg.max=220A所以Ig.max In3动稳定：ichimax因为ich =25.56KAimax=50KA所以ichimax4热稳定：ItdzItt前面校验断路器时已算出Itdz =246.96Itt=1425=980所以Itdz Itt经以上校验此隔离开关满足各项要求。 35KV母线侧；1电压：因为Ug=35KVUn=35KV所以Ug= Un2电流：查表4-1得：Ig.max=690A选出GW2351250型，如表4-7：表4-7 35KV隔离开关参数表型号额定电压(KV)额定电流(A)动稳定电流(KA)热稳定电流(s)(KA)GW2353512505020(4)因为In=1250AIg.max=690A所以Ig.max In3动稳定：ichimax因为ich =14.43KAimax=50KA所以ichimax4热稳定：ItdzItt前面校验断路器时已算出Itdz =78.76Itt=2024=1600所以Itdz Itt经以上校验此隔离开关满足各项要求。 10KV母线侧，选用。1电压：因为Ug=10KVUn=10KV所以Ug= Un2电流：查表4-1得：Ig.max=2420A选出GN1103000型，如表4-9：表4-9 10KV隔离开关参数表型号额定电压(KV)额定电流(A)动稳定电流(KA)热稳定电流(s)(KA)GN11010300010050(10)因为In=2000AIg.max=2420A所以Ig.max In3动稳定：ichimax因为ich =73.67kAimax=100kA所以ichimax4热稳定：ItdItt前面校验断路器时已算出Itdz=2051.9Itt=50210=25000所以ItdzItt经以上校验此隔离开关满足各项要求。（三）电压互感器选择电压互感器的选择620KV屋内配电装置，一般采用油侵绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器对于35110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构的电压互感器。根据电压等级及短路电流，由表可得电压互感器型号为：110KV母线侧，1一次电压：2二次电压：3准确等级：1级供运行监视估算的电度表、功率表和电压继电器等，其准确级要求一般为1级。查表，选择JCC110型，如表4-16：表4-16 110KV母线电压互感器参数表型式额定变比在下列准确等级下额定容量(VA)最大容量(VA)连接组1级3级单相(屋外式)JCC-110500100020001/1/1-12-1235KV母线侧，1一次电压：2二次电压：3准确等级：1级选择JDJ35型，如表4-16：表4-16 110KV母线电压互感器参数表型式额定变比在下列准确等级下额定容量(VA)最大容量(VA)0.5级1级3级单相(屋外式)JDJ-35150250600120010KV母线侧，1一次电压：2二次电压：3准确等级：1级选择JDZ10型，如下表4-17：表4-17 110KV母线电压互感器参数表型式额定变比在下列准确等级下额定容量(VA)最大容量(VA)0.5级1级3级单相(屋外式)JDZ-1010000/10080150300500（四）电流互感器选择电流互感器是将大电流按比例变成小电流。选择互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。320KV屋内配电装置的电流互感器，应采用瓷绝缘或树脂浇注绝缘结构；35KV及以上配电装置宜采用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器；有条件安装于断路器或电压器瓷套管内，且准确级满足要求时，应采用价廉、动热稳定性好的套管式电流互感器（1）额定电压的选择：电流互感器的额定电压不得低于其安装回路的电网额定电压，即 （6-12）（2）额定电流的选择：电流互感器的额定电流不得低于其所在回路的最大持续工作电流，即 （6-13）为了保证电流互感器的准确级，应尽可能接近。根据电压等级及短路电流， 110KV母线侧，1一次回路电压：因为Ug=110KVUn=110KV所以Ug= Un2一次回路电流：查表4-1得：Ig.max=220A选LCWD110(50100)(300600)/5型，如表4-11：表4-11 110KV进线电流互感器参数表型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷()10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数重量(kg)价格(元)1级3级二次负荷()倍数油总重LCWD-110(50100)(300600)/5D1.220.83075150125500430011.241.215因为I1n=300AIg.max= 220A所以Ig.max I1n3动稳定：ichImKdw因为ImKdw=300150=63630A=63.630KA ich=25.56KA所以ichImKdw4热稳定：Itdz(ImKt)2由断路器校验时已算出Itdz =246.96(ImKt)2=（0.375）2=506.25所以Itdz (ImKt)2经以上校验此电流互感器满足各项要求。 35KV变压器侧，选用LCWD3515600/5；表4-12 35KV变压器侧电流互感器参数表型号额定电流比(A)级次组合准确度 二次负荷()10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数0.5级1级3级LCWDL-3515600/50.521575 135D 10KV变压器侧，选用LMCD102000/5。表4-14 10KV出线电流互感器参数表型号额定电流比(A)级次组合准确度 二次负荷()10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数0.5级1级D级LA-10300/50.5/D1/DD/D0.50.412.41075135110D1535kV 10kV的电流互感器与110kV的电流互感器的校验方法相同。（五）架空线路及电缆 架空线路是电力系统连接变电站到用户之间的桥梁，架空送电线路导线截面一般按照经济电流密度来选择，并根据电晕、机械强度以及事故情况下的发热条件进行校验。（1） 按最大经济电流密度选择，并且考虑一定的裕度。（2） 按照最大短路电流和最大持续工作电流热稳定校验。（3） 按照最大短路电流动稳定校验。 一、110kv架空线导体1、 按经济密度选择（j=0.9A/mm2） Smin1=I/j=208/0.9=231 mm2 2、按照最大持续工作电流选择（K=0.89）允许电流 Imax=Ig。Max/K=208/0.89=233.71A 由此选择型号LGJ-240/40 热稳定校验(C=87)： S=I稳*/C=10.04*/87=219240,符合要求。二、35kV架空线导体 1、按经济密度选择（j=0.9A/mm2） Smin1=I/j=110/0.9=122.2 mm2 2、按照最大持续工作电流选择（K=0.89） 允许电流 Imax=Ig。Max/K=110/0.89=123.6 A 由此选择型号LGJ-120/70（铝截面120.88mm2）热稳定校验(C=87)： S=I稳*/C=5.67*/87=120.88120.88,，符合要求。三、10kV架空线导体 1、按经济密度选择（j=0.9A/mm2） 允许电流 Imax=I/j=96/0.9=106.67 A 2、按照最大持续工作电流选择（K=0.89） Imin2=Ig。Max/K=96/0.89=123.60 mm2 由此选择型号LGJ-120/17 热稳定校验(C=87)： S=I稳*/C=29.33*/87=625.27120 mm2 ，不符合要求 因此选择LGJ-630/55导线。四、10kV电缆 1、按经济密度选择（j=1.54A/mm2） Smin1=I/j=51/1.54=33.12mm2 2、按照最大持续工作电流选择（K=1）允许电流 Imax=Ig。Max/K=51由此选择VLV-P型号35mm2的电缆热稳定校验(C=95)： 由S=I稳*/C校验满足要求。（六）母线选择载流导体一般使用铝或铝合金材料，裸导体的选型应根据其机械强度、载流量及其各自的优缺点来选择。而导体截面选择可按长期发热允许电流或经济电流密度或按经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（一般指大于5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机、电压器的连接导体其截面一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，故可按长期允许电流来选择。 110kv及以上高压配电装置，一般采用软导线。当采用硬导体时，宜用铝锰合金管形导体。（一） 110KV母线的选择及校验1110KV及以上高压配电装置，一般采用软导线。2按经济电流密度选择母线截面：查表4-1得，Ig.max=0.22KA=220A。按Tmax=5600h可得经济电流密度J=0.94A/mm2则母线经济截面为Sj= Ig.max/J=220/0.94=234 mm2选LGJ-185型，如表4-61：表4-61 110KV母线参数表 长期允许截流量(A)导体最高允许温度导线型号+70+80LGJ-185510531LGJ-185，在Qy=70,Q0=25时，Iy=510A综合校正系数K01.00K0Iy=1.00510=510A所以Ig.max K0Iy3热稳定校验：SSmin= tdz为主保护动作时间加断路器全分闸时间即tdz=0.1+0.06=0.16s其中热稳定系数C=87，满足热稳定要求的最小截面为