某镇110kv变电站设计－－毕业设计

目 录 摘 要 1 2 第 1 章 绪论 3 电站发展的历史与现状 3 题来源及设计背景 4 第 2 章 变电站负荷计算和无功补偿 的 计算 5 电站的 负荷计算 5 功补偿的 目的 6 功补偿的计算 6 第 3 章 主变压器台数和容量的选择 8 压器的选择原则 8 压器台数的选择 8 压器容量的选择 8 第 4 章 主接线方案的确定 10 接线的 基本 要求 10 接线的方案与分 析 11 气主接线的确定 11 第 5 章 短路 电流的计算 13 制计算电路 13 路电流计算 14 第 6 章 高压侧配电系统的设计 17 压线路电缆的选择 17 压配电线路布线方案的选择 17 压配电系统设备 18 第 7 章 低压侧配电系统的设计 21 电站配电线路布线方案的选择 21 路导线、配电设备及其保护设备的选择 21 电站用电及照明 25 第 8 章 变电站 二次 回路方案的确定 27 次 回路的 定义和分类 27 次回路的操作系统 27 次回路的接线要求 27 气测量仪表及测量回路 28 路器的控制与信号回路 29 动装置 30 缘监视装置 30 电保护的选择与整定 32 第九章 防雷与接地方案的设计 39 雷保护 39 地装置的设计 39 结束语 41 致谢 42 参考文献 43 附录一： 一次主 接线图 附录二： 10电装置接线图 附录三：二次接线图 1 摘 要 随着经济的发展和现 代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。 变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。 作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。 110电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及 导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（ 1）总体方案的确定（ 2）负荷分析（ 3）短路电流的计算（ 4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（ 5）继电保护的选择与整定（ 6）防雷与接地保护等内容。 随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。 关键词 变电站、负荷、输电系统、配电系统、高压网络、补偿装置 2 of of of it to of in to in in in In a it is of is an of it is of It of to As an of s of to of of of 10to or an a of of At of of of to of of of 1) 2) ) of 4) of an to of 5) of 6) to of of of to 3 第 1 章 绪论 电站发展的历史与现状 况 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，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足 现代电力系统管理模式的需求；同时用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，不能充分利用微机数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。 而且社会经济的发展，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。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，更是电力系统自动化 基础。 变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等）利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和调节的一种综合性的自动化系统。它是变电站的一种现代化技术装备，是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的 综合应用，它可以收集较齐全的数据 和信息。它具有功能综合化、，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、经济地运行提供了现代化手段和基础保证。 电站综合自动化系统的设计原则 理和设置网络和功能终端。采用分布式分层结构，不须人工干预的尽量下放，有合理的冗余但尽量避免硬件不必要的重复。 证可用性（ 可扩充性（ 要求不同制造厂生产的设备能通过网络互连和互操作，同 时还要求以后扩建时，现有系统的硬件和软件能较方便的与新增设备实现互操作。 4 题来源及设计背景 题来源 本课题是来源于本人联系的实习单位中山电力设计院正在研究和开发的项目，具有一定的实践性和可行性。 计背景 大冲镇现有 110电站（大冲站）一座，向全镇范围内供电。大冲站共有主变 2台，容量为 40+有 110路 2 回，分别来自 110美变电站（联冲线）和南丰变电站（冲丰线）。 目前大冲站的最大负荷为 千瓦，到 2003 年，大冲镇的用电量将达 千瓦时，最大负荷达 千瓦。随着工业的发展与工业区的开发，对电力电量的需求也相应的增加，预计到 2005 年，全镇用电量将达 千瓦时，最大负荷达 千瓦； 2010 年，用电量将达到 千瓦时，最大负荷达到 千瓦。 由此分析，仅靠目前大冲镇仅有的一个 110电站是远远不够满足负荷增长需求的。若按照城市电网规划设计导则的要求，主变容量按 计算， 2005 年大冲共需要 110变容量 约 111129 兆伏安，而目前大冲站主变容量只有 80需要增加 3149满足用电负荷增长的需要到 2005 年建设新的 110电站是十分必要的。而且大冲镇现有的 10路大部分是放射形网，无法形成合理的环网和分段，结构比较单一和薄弱，供电可靠性差。加上部分线路供电半径大、用户多、负荷重，线路压降过高，供电质量差，但城南变电站建成后可承担大冲镇南部的用电负荷，释放大冲站的供电能力，提高大冲镇的供电可靠性、改善电能质量和降低网损。并且，城南站建成后，可以与大冲站的 10成环网，有效的提高 负荷转移能力，从而进一步提高供电可靠性。 综上所述，新建 110南变电站是电源合理分布点，改善 10电网络结构，满足新增用电需要的必要措施。 5 第 2 章 变电站负荷计算和无功补偿的计算 电站的负荷计算 荷统计 大冲镇的用电负荷统计如下表： 表 1 用电负荷统计（单位：千瓦） 用电单位 负荷统计（ 负荷类别 火车站 2500 I 洗衣机厂 3500 饰厂 3000 元鞋厂 12000 一中 800 中心小学 400 水泥厂 1700 珠旅店 1800 惠商城 2000 政府 1650 I 博爱医院 750 I 市公安局 1800 I 中心市场 1000 I 百乐休闲中心 900 I 其他散户 5000 计 38800 表 2 负荷性质分析结果表 负荷等级 负荷值（ 占总负荷百分比（ %） I 8600 I 30200 6 荷计算 各组负荷的计算： P= Q=P S=22 式中： 组设备容量之和，单位为 用系数； 功率因数。 总负荷的计算： P Q 22 = 式中： 间同时系数，取为 电力系统中的无功功率就是要使系统中无功电源所发出的无功功率与系统的无功负荷及网络中的无功损耗相 平衡 ;按系统供电负荷的功率因数达到 虑无功功率平衡。 变电站所供负荷的总数： P 总 =38800电站所供一类负荷总数 ： P 总 1=8600电站所供二类负荷总数： P 总 2=30200类负荷占总负荷的百分比： = P 总 1/ P 总 =8600 38800 100%=二类负荷占总负荷的百分比： = P 总 2 /P 总 =30200 38800 100%=功补偿的目的 无功补偿的目的是系统功率因数低，降低了发电机和变压器的出力，增加了输电线路的损耗和电压损失，这一些 原因是电力系统基本的常识，在这里不多作特别的说明。电力系统要求用户的功率因数不低于 次设计要求功率因为为 上），因此，必须采取措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设电容器补偿无功。 功补偿的计算 ： + 1= 7 = 2121 为 1 (+ ) 式中 ： c / 中： 个电容器的容量，单位 按照 3 的整数倍取定补偿器的个数 Nc s，然后计算出实际的补偿容量： Qc s = Nc s * 偿后实际的功率因数大于 合理 = 22 )(10 选 =考虑： P=38800=38800 3111=43111 082210 选 =考虑 ; P=38800=38800 5647=45647 8301 3 负荷计算结果表 电压等级 有功功率（ 无功功率（ 视在功率（ 10 38800 20822 43111 110 38800 28301 45647 主接线采用两台高压并联补偿电容器，每台主变安装一台。 电容器组的额定容量： 4800 Y 接线 8 第 3 章 主变压器台数和容量的选择 压器的选择原则 为了保证每年电容按 10%的增长，并在 10 年内能满足要求， 并按下例方案进行综合考虑： 2 台主变压器的容量都满足（ 2的要求，任何 情况下都只有 1台运行，两台主变压器互相备用。 2 台主变压器的容量之和满足（ 2的要求。正常情况下两台主变运行，故障情况下一台运行，因此，每台变压器的容量应满足安全用电的要求 ,即保证、类负荷的供电，一般要求能满足全部负荷的 70% 期主变压器可采用明备用方式，随着负荷的增加和发展，后期可采用暗备用方式。 压器台数的选择 中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以两台主变压器为宜。 专业用变电站，在设计时要考虑设三台主变压器的可能性。 变压器基础宜大于变压器容量的 1设计，以便符合发展时更换变压器的容量。 压器容量的选择 按照上述原则确定变压器容量后，最终应选用靠近的国家的系列标准规格。变压器容量系列有两种，一种是按 量系列，它是按 10 倍数增加的，如 10035180240320420；另一种是国际通用的 量系列，它是按 010 8 倍数增加的。如容量有 10012516020050315。我国国家标准 力变压器确定采用 量系列。 综合上述各种因数，确定该站主压器采用 2 台 50000变压器。 当前我国电力系统基本都是三相制接线，尤其我省电力系统还没有单相供电的系统，故为了能接入系统运行，并能保证系统的安全稳定运行。所以该站选择三相供电。结合该 9 地区的实际情况，故采用双卷变压器，电压等级为 110 10 因为该地区 110压不是很稳定，为了保证 10电系统电压质量，本站采用有载调压方式，这样才能达到随时调整电压的目的。冷却方式采用自冷型冷却方式。变压器110中性点经隔离开关接地，同时装设避雷器保护。 综合上述几种情况，结合厂家的一些产品情况，故本站的主变压器选用的型号：10。 变电站全部负荷 45647压器的初选容量 S=80%45647=36517两台 50000变压器。 主变压器： 2 50000相双卷自冷型油浸变压器。 电压等级： 1100线： 110， 10。 无功补偿容量： 4 4800 4 主变压器的选择 额定容量 电压组合及分接范围 联接组 标号 空载 损耗 载 损耗 载 电流 % 阻抗 电压 % 压 压 压 0000 110 8 5% N,50 4 10 第 4 章 主接线方案的确定 接线的基本要求 全性 高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关；低压断路器（自动开关）的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须设低压刀开关；装设高压熔断器 负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关；变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器宜与电压互感器共用一组隔离开关，线路上避雷器前不必装隔离开关。 靠性 断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷 及全部大部分二级负荷的供电；尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性；大机组超高压电气主接线应满足可靠的特殊要求；采用综合自动化，优化变电所设计：国内变电所自动化发展进程分为三个阶段。第一阶段由集中配屏以装置为核心的方式，向分散下放到开关柜以系统为核心的方式发展；第二阶段由单一功能、相互独立向多功能、一体化过渡；第三阶段由传统的一次、二次设备相对分立向相互融合方式发展。变电所综合自动化就是在第二阶段。 活性 变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线；两路电源进线，装有两台主变压器的 变电所，当两路电源同时供电时，两台主变压器一般分列运行；当只一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并列运行；带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关；主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。 济性 主接线方案应力求简单，采用的一次设备特别是高压断路器少，而且应选用技术先进、经济适用的节能产品；由于工厂变配电所一般都选用安全可靠且经济美观的成套配电装置，因此变配电所主接线方案应与所选成套配电装置的主接线方案配合一致。柜型一般宜采用固定式；只在供电可靠性要求较高 时，才采用手车式或抽屉式；中小型工厂变电所一般才用高压少油断路器，在需频繁操作的场合，则应采用真空断路器或 路器。断路器一般采用就地控制，操作多用手力操作机构，但这只适用于三相短路电流不超过 61 （ 10 100电路中。如短路电流较大或有远控、自控要求时，则应采用电磁操作机构或弹簧操作机构；工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其互感器只供计费的电度表用，应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因素达到规定的要求；优化接线及布置，减少变电所占地面积 总之，变电所通过合理的接线、 设备无油化、布置的紧凑以及综合自动化技术，并将通信设施并入主控室，简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。 接线的方案与分析 母线 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； 够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关 将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。 一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况： 6 110电装置的出线回路数不超过 6 回； 35 63电装置的回线数不超过 3 回； 110 220电装置的出线回路数不超过 2 回。 母线分段接线 断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路自动将故障段切断，保障正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段 母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均等扩建。 6 10电装置出线回路数为 6 及以上时； 35 63电装置出线回路数为 4 8 回时； 110 220电装置出线回路数为 3 4 回时。 气主接线的确定 采用单母线分段的结线： 单母线分段是借助于 3行分段，当母线故障时，经倒闸操作可切除故障段，保证其它 12 段继续运行，当母线检修可分段进行，这能始终保证一台主变的供电，当进线电源一回发生故障，通过倒闸操作可保证两台主 变的供电，单母线分段的结线可以作分段运行，也可做并列运行，采用分段运行时，各段相当于单母线运行状态，各段母线所带的主变压器是分列进行，互不影响任一母线故障或检修时，仅停止该段母线所带变压器的供电，两段母线同时故障的机率很小，可以不予考虑，采用并列运行时，电源检修无需母线停电，只需断开电源的断路器 1 2其隔离开关就能保证两台主变压器的供电，对本站110回供电（小于 4 回路）较为适合。 该设计的电气主接线： 110用线路变压器组接线，进线侧设断路器； 10线为单母线分段接线， #1主变 10单臂进 10线，各带 10线 12 回，无功补偿电容器组 2 组； #2 主变 10臂各进一段 10线，每段母线各带 10线 6 回，无功补偿电容器 1 组。 在 110条进线的 A 相上各装设一台电容式电压互感器供二次闭锁采压用。主变压器 110中性点采用避雷器保护，并可经隔离开关接地。 表 5 主要电气设备表 序号 设备名称 型号和规格 1 110路器 150A 40 隔离开关 W） 1250 4S） 3 主变中性点隔离开关 W） /630A 4 110路避雷器 81（ W） 5 主变中性点避雷器 86 6 10线桥避雷器 5 7 10容器 气集合式 33 8 接地变压器 10关柜 Q）系列，其中断路器配置为： 进线断路器 Q）， 3150A， 40段断路器 Q）， 3150A， 40他 Q）， 1250A， 13 第 5章 短路电流的计算 供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。 所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。 造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电压击穿等。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电气 设备时，设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定。短路电流在线路上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。 制计算电路 图 1 短路电流计算图 大冲站 Y Y 城南站 101014 路电流计算 进行计算的物理量，不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，这种计算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是： 某量的标幺值 = 与实际值同单位该量的标准值 任意单位该量的实际值所谓基准值是衡量某个物 理量的标准或尺度，用标幺值表示的物理量是没有单位的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线路，为了求出电源至短路点电抗标幺值，需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值。 1、输电线路 已知输电线路的长度为 l ，每公里电抗值为0X，线路所在区段的平均电压为输电线路电抗相对于基准容量U 的标幺值为20* 2、变压器 变压器通常给出短路电压百分数 %，得 TN 0 0 %*图 2 短路等效电路图 洗衣机厂 大冲站 1 3 火车站 市水泥厂 市一中 15 （ 1）本设计选 00 7 则 73100 10则 03100 2）计算各元件阻抗的标幺值 系统电抗： 3(1 221111 00100 *1 M V 3）求电源至短路点的总阻抗 : 1 0 4 2 1 11 : 3 8 4 2 1 112 : 2 2 7 11 111113 bL X 4）求短路电源的周期分量、冲击电流和短路 容量 *1* 11 111 9 1 3 M V j 01 0 06 0 6 0 4 *1* 22 2222 16 2 M V j 2 3 8 7 *1* 33 3333 3 6 M V j 3 （ 5）短路电流的计算结果如下表： 表 6 短路电流计算结果表 短路点 短路 容量 短路电流周期分量（有效值） A) 短路冲击电流 （有效值） A) 短路冲击电流（峰值） V) 110线侧（ 10列运行（ 10列运行（ 17 第 6 章 高压配电系统的设计 压侧进线线路的选择 高低压配电电路最普 遍的两种户外结构是架空线和电缆。 电力电缆及控制电缆全部选用铜芯电缆。控制电缆全部选用阻燃型电缆。微机监控和微机保护的电流、电压、信号接点引入线均采用屏蔽电缆。 户内采用电缆沟及穿管明敷方式，户外采用电缆沟敷设方式。 架空线的主要优点是： （ 1）设备简单，造价低； （ 2）有故障易于检修和维护； （ 3）利用空气绝缘，建造比较容易。 为了加强铝线的机械强度，采用多股绞线，用抗张强度为 1202钢作为线芯，把铝线绞在芯子外面 ,作为导线的导电部分，称为钢芯铝线。 铝绞线在 35上架空线路用得较多，在需要高机械强度的地方，如跨越时则用加强型 以 110线选用 0 型号的架空线。 铝绞线在 35 所以 110线选用 0 型号的架空线。 压配电线路布线方案的选择 在确定了供电电压，变、配电所的位置和容量及变、配电所的接线图后，便要进一步确定工厂厂区高压电路的配电方式 配电方式可分为放射式、树干式和环式。 射式 放射式配电方式的优点是： （ 1）线路上的故障不影响其他用户； （ 2）容易进行继电保护装置的 整定，并易于实现自动化； （ 3）根据实际运行经验，即使在厂区内采用电缆的单回路放射式，可靠性也较高。 高压供电系统放射式接线一般采用电缆，中、小型工厂厂区高压配电只有一级放射，大型工厂可以有两级放射，实际设计时应避免采取二级以上的高压放射式配电系统，已减少开关柜数量及继电保护的延时时限。 18 干式 树干式配电系统有可能降低投资费用和有色金属消耗量，使变、配电所的馈出线路减少，结构简化，但车间变电所的位置必须恰当。这种接线方式只有一个电源，干线上的任何故障必将引起用户的全部停电。 单树 干式配电不像放射式那样，能在 380V 侧取得联络线，所以它只能用于三级负荷，为了减少干线故障时影响用户范围，干线上接连的变压器不能超过 5 台，总容量不应大于3000 式 环式对工厂供电系统来说，只不过是树干式的另一种型式。环式供电与树干式供电一样，正常是开环运行，环中连接的变压器数目和容量亦与树干式供电系统一样。 以上只是从原则上进行一般分析，实际上放射式和树干式各有其特点，要结合具体的使用条件进行分析比较后，才能确定最后的方案。 压侧配电系统设备 压断路器的选择 高压断路器除在正常情况下通断电路外，主要是在发生故障时，自动而快速的将故障切除，以保证设备的安全运行。常用的高压断路器有油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器。 （ 1） 额定电压：是指断路器正常工作时的线电压；额定电流：是指环境温度在 40 度时，断路器允许长期通过的最大工作电流；额定断开电流：它是断路器开断能力的标志，其大小与灭弧室的结构和介质有关；额定开断容量：开断能力常用断流容量表示，. 3；热稳定电流：热稳定电流是表示断路器能随短路电流热效应 的能力； 动稳定电流或极限通过电流：表示能承受短路电流所产生的电动力的能力；断路器的分、合闸时间：表示断路器的动作速度。 （ 2）选择时，除按一般原则选择外，由于断路器还有切断短路电流，因而必须校验短路容量，热稳定性及动稳定性等各项指标。 按工作环境选择：选择户外或户内，若工作条件特殊，还需要选择特殊型式；按额定电压选择：应该大于或等于所在电网的额定电压，即： 按额定电流选择：应该等于或大于负载的长时最大工作电流，即： I .；校验高压断路器的热稳定性： I 2 校验高压断路器的动稳定性： 验高压断路器的断流容量（或开 19 断电流）：SS 校验； 根据上述分析并查资料： 110压断路器选择 110W 型高压六氟化硫断路器； 表 高压断路器的选择校验表 序 号 装置地点的电气条件 110W 项目 数据 项目 数据 结论 1 格 2 30格 3 格 压隔离开关的选择 （ 1） 压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与带 电的高压线路进行电气隔离的设备。 （ 2） 压隔离开关一般有