110kv变电站一次接线设计

毕业设计指导老师：王必生老师学校：湘西职业技术学院专业：电力系统自动化技术班级：113电力一班姓名：llOkv变电站一次接线设计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 llOkv, 35kV, 10kV以 及站用电的主接线，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，同时也确定了站用变压器的容量及型号，M 后，根据城大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器 ,隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器 进行了选型，从而完成了 llOkV电气一次部分的设计。一.待设计变电所地位及作用按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建1中型 llOkV变电所。该变电所建成后，主要对本区用户供电为主，尤其 对本地区大用户进行供电。改善提高供电水平。同时和其他地区变 电所联成环网，提高了本地供电质量和可靠性。北h丿待设计变电站40 ollOkV出线4回，2回备用35kV出线8回，2回备用10kV线路12回，另有2回备用2、 变电站负荷情况及所址概况本变电站的电压等级为110/35/10o变电站由两个系统供电， 系统S1为600MVA,容抗为0. 38,系统S2为800MVA,容抗为0. 45. 线路1为30KM,线路2为20KM,线路3为25K仁该地区自然条件 :年最高气温40摄氏度，年城底气温- 5摄氏度，年平均气温18 摄氏度。出线方向110kV向北,35kV向西，10kV向东。所址概括，黄土高原，面积为100X100平方米，本地区无污秽 ,土壤电阻率7000Q. cmo本论文主要通过分析上述负荷资料，以及通过负荷计算，最大 持续工作电流及短路计算，对变电站进行了设备选型和主接线选择 ,进而完成了变电站一次部分设计。二设计步骤：第一章变压器选择 （6）1主变台数、容量和型式的确定 （7）2站用变台数、容量和型式的确定（9）第二章电气主接线（10）1 llOkv电气主接线（11）2 35kv电气主接线 （12）3 10kv电气主接线（14）4 站用变接线（16）第三章般大持续工作电流及短路电流的计算）(171各回路最大持续工作电流（17）2短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 （18）第四章 主要电气设备选择 （19）1高压断路器的选择 （21）2隔离开关的选择（22）3母线的选择（23）4绝缘子和穿墙套管的选择（24）5电流互感器的选择（24）6电压互感器的选择（26）7各主要电气设备选择结果一览表（29）附录I设计计算书（30）附录II电气主接线图（37）(3910kv配电装置配电图1.负荷计算及变压器选择1负荷计算要选择主变压器和站用变压器的容量，确立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，包括站用电负荷(动力负荷和照明负荷)、10kV4负荷、35kY负荷和llOkV侧负荷。由公式一K首急(%)(2-n式中 5c某电压等级的计算负荷比 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)a%该电压等级电网的线损率，一般取5%P、cos孑用户的负荷和功率因数1. 站用负荷计算S 站=0. 85 X (91. 5/0. 85) X (1+5%)=96. 075KVAQ0. 096MVA2. 10kV负荷计算S10KV=0. 85 (4+3+3. 5+3. 2+3. 4+5. 6+7. 8) X0. 85+3/9X4X (1+5%)=38. 675WVA3. 35kV负荷计算S35KV=0. 9X (6+6+5+3)/0, 9+(2. 6+3. 2)/0. 85 X (1+5%)=27. 448MVA4. 110kV负荷计算S110KV=0. 9X (20/0. 9+5. 8/0. 85+25. 5/0. 85+12/0. 9) X (1+5%)+ S 站=68. 398+0. 096=6& 494MVA2主变台数、容最和型式的确定1. 变电所主变压器台数的确定主变台数确立的要求：1. 对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电 站以装设两台主变压器为宜。2. 对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三 台主变压器的可能性。考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等.2. 变电所主变压器容最的确定主变压器容量确左的要求：1. 主变压器容量一般按变电站建成后510年的规划负荷选择，并适当考 虑到远期1020年的负荷发展。2. 根据变电站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 重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容星在设计及 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：对一般性变电站 停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的6070%。S6=68. 494MVA由于上 述条件所限制。所以，两台主变压器应各自承担34.247MVA。当一台停运时， 另一台则承担70%为47. 946MVA。故选两台50MVA的主变压器就可满足负荷需求。3 变电站主变压器型式的选择具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该 变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备 时，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳左电压，减少电压波动所以选 择有载调压方式，且规程上规立对电力系统一般要求10KV及以下变电站采用 一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国110kV及以 上电压变压器绕组都采用Y连接；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线0圈接地。35kY以下电压变压器绕组都采用连接。故主变参数如下：型号电压组合及分接范围阻抗电压空载 电流连接 组高压中压低压高冲高低中-低1. 3YN，yn0,dl1SFSZ9- 5000 0/11 01108XU 25%38. 55%10. 51110.517. 56.53站用变台数、容量和型式的确定1 站用变台数的确定对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到 该变电站具有两台主变压器和两段10RV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性, 所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。2 站用变容量的确定站用变压器容屋选择的要求：站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和 留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用 暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下 运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器 承担。S 站=96. 075/(1-10%)=106KVA3. 站用变型式的选择考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无汕化过 渡的目标，可选用干式变压器。故站用变参数如下：型号电压组合连接组 标号空载损耗负载损耗空载 电流阻 抗 电 压高压高压分 接范围低压S9-200/1010;6.3;65%0.4Y, ynO0. 482.61.34因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也为了保证 用户的电压，以及提高系统运行的稳怎性、安全性和经济性，应进行合理的无 功补偿。根据设计规范第3.7.1条自然功率应未达到规左标准的变电所，应安装并联 电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器 装置宜用中性点不接地的星型接线。电力工程电力设计手册规定对于35-110KV变电所，可按主变压器额 定容量的10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功星，地区无功或距离电源 点接近的变电所，取较低者。地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所， 取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。2电气主接线电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率 传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能 的电路。现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、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以下基本要求：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，能尽快地退出设备。切除故障停电时间 最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。3操作应尽可能简单、方便主接线应简单淸晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌 握。复杂的接线不仅不便于操作，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 或造成不必要的停电。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，使其尽地发挥经济效益。5应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 还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要决定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。1. 110kV电气主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liOkv侧和lOkv侧，均为单母线分段接线。 HOkV220kV出线数目为5回及以上或者在系统中居重要地位，岀线数目为 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35kVHOkV 系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。根据以上分析、组合，保留下而两种可能接线方案，如图1.1及图1.2所示。图1.1单母线分段带旁母接线图1.2双母线带旁路母线接线对图1.1及图1.2所示方案I、II综合比较，见表1-1。表1-1主接线方案比较表目方方案I方案II技 术简单请晰、操作方便、易 于发展可靠性、灵活性差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 用户供电运行可靠、运行方式灵活、便于 事故处理、易扩建母联断路器可代替缶检修的出线 断路器工作倒闸操作复杂，容易误操作经 济设备少、投资小用母线分段断路希兼作旁 路断路器节省投资占地大、设备多、投资大 母联断路器兼作旁路断路器节省 投资在技术上（可靠性、灵活性）第II种方案明显合理，在经济上则方案I占 优势。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 定选第II种方案为设计的最终方案。2. 35kV电气主接线电压等级为35kV60kV,出线为48回，可采用单母线分段接线，也可 采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接 线和双母线接线时，可增设旁路母线。但由于设置旁路母线的条件所限（35kV60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为 23天。）所以，35kV60kY采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件 时可设置旁路隔离开关。据上述分析、组合，筛选出以下两种方案。如图1.3及图1.4所示。图1.3单母线分段带旁母接线图1.4双母线接线对图1.3及图1.4所示方案I、II综合比较。见表1-2表卜2主接线方案比较方案I单方案I【双技 术 简单请晰、操作方便、 易于发展 可靠性、灵活性差 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 要用户供电供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 易误操作经 济 设备少、投资小 用母线分段断路器兼作 旁路断路器廿省投资设备多、配电装置复杂 投资和占地面大经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案I可靠性、灵活性 不如方案II,但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可选用投资 小的方案Io3.10kV电气主接线610kY配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。 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。上述两种方案如图1. 5及图1. 6所示。图1.5单母线分段接线图1.6双母线接线对图1.5及图1.6所示方案I、II综合比较，见表1-3表1-3主接线方案比较方案I单分方案II双技术不会造成全所停电调度灵活保证对重要用户的供电 任一断路器检修.该回路必 须停止工作 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 易误操作经济占地少 设备少设备多、配电装置复 杂资和占地面大经过综合比较方案I在经济性上比方案II好，且调度灵活也可保证供电的 可靠性。所以选用方案I。4站用电接线一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。故提岀单母线分段接 线和单母线接线两种方案。上述两种方案如图1. 7及图1. 8所示。图1.8单母线接线对图1.7及图1.8所示方案I、II综合比较，见表1-4。 表1-4主接线方案比较方案项目方案I单分方案II单技 术 不会造成全所停电 调度灵活 保证对重要用户的供 电 任一断路器检修，该 回路必须停止工作 扩建时需向两个方向 均衡发展简单淸晰、操作方便、 易于发展可靠性、灵活性差经济 占地少 设备少设备少、投资小经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案1。3-最大持续工作电流节短路计算1.各回路最大持续工作电流根据公式（3-1）式中S 所统计各电压侧负荷容量1 maxuIgo校验的一般原则：1. 电器在选立后应按最大可能通过的短路电流进彳亍动热稳定校验，校验的短路 电流一般取垠严重情况的短路电流。2. 用熔断器保护的电器可不校验热稳定。3. 短路的热稳宦条件lQdQd = Q =巻+ 0 2 + ” fdQdt在计算时间ts内，短路电流的热效应(KA2S)Itt秒内设备允许通过的热稳定电流有效值(KA2S)T-设备允许通过的热稳定电流时间(s)校验短路热稳左所用的计算时间Ts按下式计算t=td+tkd式中td 一一继电保护装置动作时间内(S)tkd一断路的全分闸时间(s)4. 动稳定校验电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳主。满足 动稳宦的条件是：Ich IdwI ch I dw上式中 J1“ 一短路冲击电流幅值及其有效值J允许通过动稳定电流的幅值和有效值5. 绝缘水平：在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口的绝缘 水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确泄。由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较 大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可 能方式下回路持续工作电流的要求。1 高压断路器的选择高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的 电器设备。1. 型式选择：本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号断路器, 以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。2. 选择断路器时应满足以下基本要求：(1) 在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电 流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。(2) 在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。(3) 应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。(4) 应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量 轻、安装维护方便。考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无由化目标， 且由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。故在 110KV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、 使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器由于其 噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开 距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电 源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于 开断容性负荷电流等特点。因而被大量使用于35KV及以下的电压等级中。所以, 35KV侧和10KV侧采用真空断路器。又根摒最大持续工作电流及短路电流得知电压等级型号额定电 压额定电 流L/动稳定电 流llOkVLW14-110U0KV31500A31.531.5力80KA35kVZN23-3535KV16002525*463KA10kVZN-1010KV600A8. 7kA2隔离开关的选择隔离开关是髙压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作 的，还可以拉、合小电流电路。选择隔离开关时应满足以下基本要求：1隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。2. 隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的 情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。3. 隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。4隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽 可能降低操作时的过电压。5隔离开关的结构简单，动作要可靠。6带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确 操作。又根据最大持续工作电流及短路电流得知电压等级型号额怎电压额定电流动稳左电 流llOkVGW4-110G110KV1000A8035kVGW4-3535KV1000A5010kVGN8-1010KV600A753.各级电压母线的选择选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容：选择母线的材料，结构和排列方式；(2)选择母线截面的大小；检验母线短路时的热稳定和动稳定：对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕：(5) 对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校 验母线自振频率。110RV母线一般采用软导体型式。指导书中已将导线形式告诉为LGJQ-150 的加强型钢芯铝绞线。根据设计要求，35KV母线应选硕导体为宜。LGJ-185型钢芯铝绞线即满 足热稳定要求。本变电所1OKV的最终回路较多，因此1OKV母线应选硬导体为宜。故所选 LGJ-15O型钢芯铝绞线满足热稳定要求。4 绝缘子和穿墙套管的选择在发电厂变电站的各级电压配电装置中，高压电器的连接、固定和绝缘， 是由导电体、绝缘子和金具来实现的。所以，绝缘子必须有足够的绝缘强度和 机械强度，耐热、耐潮湿。选择户外式绝缘子可以增长沿面放电距离，并能在雨天阻断水流，以保证 绝缘子在恶劣的气候环境中可靠的工作。穿墙套管用于母线在屋内穿过墙壁和天花板以及从屋内向屋外穿墙时使用， 635KY为瓷绝缘，60220KY为油浸纸绝缘电容式。5电流互感器的配置和选择一. 参数选择1. 技术条件(1) 正常工作条件一次回路电流，一次回路电压，二次回路电流，二次回 路电压，二次侧负荷，准确度等级，(2) 短路稳定性动稳定倍数，热稳定倍数(3) 承受过电压能力绝缘水平，泄鉤比2. 环境条件环境温度，最大风速，相对湿度。二. 型式选择35kV以下的屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况， 采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。35kV以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器。110KV侧CT的选择根据设计手册35KV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独 立式电流互感器常用L(C)系列。出线侧CT采用户外式，用于表计测量和保护装置的需要准确度。当电流互感器用于测量、时，其一次额定电流尽星选择得比回路中正常工 作电流的1/3左右以保证测量仪表的最佳工作、并在过负荷时使仪表有适当的 指标。根据UPUzI j gtrax选择型号为LCWB6-110W型35KV侧CT可根据安装地点和最大长期工作电流选LCZ-35系列CT电压等级型号llOkVLCWB-6-11035kVLCZ-3510kVLMC-1O6电压互感器的配置和选择一. 参数选择1. 技术条件(1)正常工作条件一一次回路电压，一次回路电流，二次负荷，准确度等级, 机械负荷(2)承受过电压能力一-绝缘水平，泄露比距。二. 环境条件环境温度，最大风速，相对湿度，海拔高度，地丧烈度。三. 型式选择1. 620kV配电装置一般采用油浸绝缘结构，在高压开关柜中或在布置地 位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压是，一般采用三相 五住电压互感器。2. 35llOkV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。四. llOkV侧PT的选择35-11OKV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电式互感器，接在11OKV 及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯，应尽量与耦合电容器结 合。统一选用电容式电压互感器。35KV及以上的户外装置，电压互感器都是单相的出线侧PT是当首端有电 源时，为监视线路有无电压进行同期和设置重合闸。型号额定电压（V）二次绕组额定输出（VA）电容量载波 耦合 电容一次绕组二次绕组剩余电 压绕组0.5级1级高压电容中压电容YDR-110110000/ V3100/100150VA300VA12.55010电压互感器按一次回路电压、二次电压、安装地点二次负荷及准确等级要 求进行选择。所以选用YDR-11O型电容式电压互感器。五.35kV母线PT选择：35-11KV配电装置安装台单相电压互感器用于测量和保护装置。 选四台单相带接地保护油浸式TDJJ-35型PT选用户内式型号额定电压（V）接线方式一次绕组二次绕组剩余电压绕组TDJJ-3535000/100/侖100/3Y/Yo/准确度测量准确度测量计算与保护用的电压互感器，其二次侧负荷较小，一般满足准 确度要求，只有二次侧用作控制电源时才校验准确度，此处因有电度表故选编 0.5 级。PT与电网并联，当系统发生短路时，PT本身不遭受