1103510KV变电所一次系统设计毕业论文

1、成人教育毕业设计（论文） 论文题目：110/35/10KV变电所一次系统设计 年级.专业.层次： 10 电力专升本 学生姓名： 学号10720120 函授站：保定电院 指导教师姓名： 2012 年8 月 毕业设计任务书 一、毕业设计题目： 110/35/10kv 变电所电气一次系统设计 二、毕业设计工作起止时间： 2012.6.11 2012.9.02 三、毕业设计的内容要求： 设计内容要求： 1 根据原始资料选择 5-7 种合理的电气主接线 2 进行初步技术，经济比较，选择两种较好的电气主接线 3 选择主变压器的容量和型号 4 计算两种主接线的短路电流 5 根据短路电流计算结果选择电器设备

2、6 通过技术经济比较确定最佳方案 7 防雷及接地系统设计 8 屋内外配电装置设计和总平面布置 3-4 9 绘制图纸 : 电气主接线，电器总平面布置，防雷与接地各一张，配电装置断面图 张 设计成果： 1 收设计说明书一份 2 计算书一份（短路电流，设备教研，运行费，防雷校验等计算） 3 图纸 5-7 张 （ 电气主接线图，电气总平面布置图，屋外配电装置断面图，屋内配电装 置配置图，防雷校验图等 ） 四、原始数据和参考资料 ： 原始资料： 1 变电所类型： 110kv 降压变电所 2 电压等级： 110/35/10kv 3 负荷情况： 35kv 侧：最大负荷 25MW,最小负荷 18MW,Tmax

3、=5300 小时，cos =0.85 10kv 侧：最大负荷 18MW,最小负荷 12MW,Tmax=5300 小时，cos =0.85 负荷性质：工农业生产及城乡生活用电 4 出现情况： 110kv 侧：2 回（架空线）LGJ-185/25km 35kv 侧： 4 回（架空线） 10kv 侧： 10 回（电缆） 5 系统情况： 系统经双回线给变电所供电 系统 110kv 母线短路电流标幺值为 25（Sb=100MVA） 6 环境条件 最高温度40C，最低温度-25C，年平均温度20C 土壤电阻率p Ug,当额定电压在220kV及以下时为1.155。 额定电压与设备最高电压 受电设备或系统额定

4、 电压 供电设备额定 电压 设备最高电 压 10 10.5 11.5 35 38.5 40.5 110 121 126 b .电流：选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的 持续工作电流Ig，即Ie Ig。由于高压电器没有明显的过载能力，所以在选择其额定电 流时，应满足各种方式下回路持续工作电流。 c.机械负荷：所选电器端子的允许负荷，应大于电器引下线在正常运行和短路时的 最大作用力。 2）短路稳定条件 校验的一般原则 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定检验，检验的短路电 流，一般取三相短路时的短路电流。 短路的热稳定条件：lt2t Qt Q dt 在计算

5、时间tjs秒内，短路电流的热效应（kA2.S） 1 tt 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（ kA） T 设备允许通过的热稳定电流时间（ S） 短路的动稳定条件 i ch i dfI ch A I df ich短路冲击电流峰值（kA） idf短路全电流有效值 Ich电器允许的极限通过电流峰值（kA） Idf电器允许的极限通过电流有效值（kA） 绝缘水平 在工作电压和过电压下， 电气的内、外绝缘应保证必要的可靠性。 电器的绝缘水平， 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定。当所选电器的绝缘水平 低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算选用适当的电压保护设备。 2 、环境条

6、件 选择导体和电阻时，应按当地环境条件校核。 原始资料提供环境条件如下： 最高温度40C，最低温度-25 C,年平均温度20C，当地雷暴日数40日/年。 4 2 导线的选择和检验 载流导体一般采用铝质材料比较经济， 110kV 及以上高压配电装置一般采用软导线， 当负荷电流较大时，应根据负荷电流选用较大截面的导线。矩形导线一般只用于 35kV 及 以下，电流在4000A及以下时；槽形导体一般用于 40008000A的配电装置中；管形导体 用于 8000A 以上的大电流母线。 42.1 导线的选择 42.1.1 按回路最大持续工作电流选择： IxuA Ig.max 其中Ig.max导体回路持续工

7、作电流（A） Ixu 相应于导体在某一运行温度、环境条件下长期允许工作电流（ A） 若导体所处环境条件与规定载流量计算条件不同时，载流量应乘以相应的修正系 数。 42.1.2 按经济电流密度选择： Sj= Ig.max/j 其中Sj按经济电流密度计算得到体截面(mm2) j 经济电流密度(A/ mm2) 以下分别对各电压等级的导线进行计算选择。 110kV系统： 由于连线与110kV进线所承受的电流相同，故110kV所有连线与进线选择型号相同的 导线，即LGJ-185型。 35kV系统： 进线(母线)：lg.max=1.05le=1.05X 780=819(A) 查电力工程电气设计手册得修正系

8、数K=0.94 所以导线的最大载流量 lg=lg.max/K=819/0.94=871 (A) 查电力工程电气设计手册第 412页表，得LGJ-630/55型导线(长期允许载流量 1204A) 出线：按经济电流密度选择 Ig.max=50000/ (35 X 1.732) /6=137.5(A) 由于t=5300,查软导线经济电流密度表(电力工程电气设计手册第 377页)，得 j=0.96 (A/mm2) 所以 Sj= lg.max/J=137.5/0.96=143.2(mnf) 查表得LGJ-185/30型导线(长期允许最大载流量551A) 10kV系统： 进线：由于按主变额定容量计算太大，

9、故按10kV侧Pmax=18MW计算，cos =0.85 Ie=Pmax/ 3 U cos =18X 103/ ( . 3X 10X0.85)=1222.6(A) lg.max=1.05le=1.05X 1222.6=1283.73(A) 查电力工程电气设计手册得修正系数K=0.94 所以导线的最大载流量 lg=lg.max/K=1283.73/0.94=1365.67(A) 查电力工程电气设计手册第 333页表，得矩形导体80*8两条横放(长期允许载 流量1946A) 出线：由于不知道每回出线的负荷情况，故选10kV出线导线时按主变额定容量选择(按 经济电流密度选择) Ig=50000/10

10、/(10X 3 )=288.7(A) 架空线路： 由于t=5300，查软导线经济电流密度表，得j=0.96 (A/mm2) 所以 Sj= lg.max/j=288.7/0.96=300.7(mm2) 查表得LGJ-300型导线(长期允许最大载流量770A) 因为按经济电流密度选择的导线载面，应尽量接近经济计算载面Sj,当无合适规格导 体时，允许小于Sj。 4. 2.2导线的校验 4. 2.2.1按电晕电压校验： 110kV及以上电压的线路，变电所母线均应以当地气象条件下晴天不出现全面电晕为 控制条件，使导线安装处的最高工作电压小于临界电晕电压，即Ug Smin=l-/Cx（ tdzX kf）

11、其中：Smin根据热稳定决定的导体最小允许载面（mm2） C热稳定系数，查表得C=87 tdz短路电流等值时间 kf集肤效应系数。软导线取1,矩形母线取1.2（双层） 110kV 侧 Smin=6605/87X | 4.45=161 mm2v 300 mm2 35kV 侧 Smin=6250/87X 4.45=151.5 mm2v 630 mm2 10kV 侧 Smin=29568/87X. 4.45X 1.2 =717 mm2v2X （80 x 8） mm2 故热稳定校验合格。 4. 3断路器的选择和校验 4. 3.1断路器选择的技术条件 1、电压：Un Ug （Ug为电网工作电压） 2、电

12、流：In Ig max 3、开断电流（或开断容量）：IdtW lkd （或Sdt ich 5、动稳定校验：imax ich 6、热稳定校验：|2stdzW lt2t 4. 3.2断路器型式和种类的选择： 按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：多油断路器、少油断路器、压 缩空气断路器、真空断路器、 SF6 断路器等。 断路器型式的选择，除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和 运行维护，并以技术经济比较后确定。 43.3 断路器的选择和校验 1、电压选择： 110kV 侧： Ug=1.1Ue=121kV 35kV 侧： Ug=1.1Ue=38.5kV 10kV 侧： U

13、g=1.1Ue=11kV 2、电流选择： 由于高压断路器没有连续过流的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方 式下回路持续工作电流的要求。 110kV 侧： 进线：lg=1.05le=1.05X（ 2X 251） =527.1A 桥开关：Ig=1.05Ie=1.05X 25 仁263.6A 35kV 侧： 主变侧： Ig=1.05Ie=819A 出线： Ig=1.05Ie=1.05X 136.5=143.3A 10kV 侧： 主变侧： Ig=1.05Ie=2887.5A 出线： Ig=1.05Ie=1.05X 288.7=303A 3、开断电流（由短路电流计算得） ： 110kV 侧：

14、 Idt=6.605kA 35kV 侧： Idt=6.251kA 10kV 侧： Idt=29.568kA 4、 最大短路冲击电流（由短路电流计算得）： 110kV 侧： ich=16.814kA 35kV 侧： ich=15.82kA 10kV 侧： ich=75.3kA 通过以上所得数据，根据有关资料选择断路器，选择情况见下表: 安装位置 型号 电压（kV） 额定 电流 A 额定开 断电流 kA 极限通 过电流 kA 额定短 时耐受 电流kA 固有分 闸时间 s 合闸 时间 s 额定 最大 出线桥 LW6-110I 110 126 3150 31.5 100 40(3) 0.03 0.09

15、 主变分段 LW8-35 35 40.5 1600 25 63 25 0.06 0.15 出线 LW8-35 35 40.5 630 25 63 25 0.06 0.15 主变分段 ZN28-10 10 11.5 5000 31.5 300 120(5) 0.05 0.1 出线 ZN28-10 10 11.5 1250 31.5 300 120(5) 0.05 0.1 5、动稳定校验：ichW imax 110kV 侧：ichi=16.814kA imaxi=100kA 贝U ichK imaxi 35kV 侧：ich2=15.82kAimax2=63kA 贝U ich2V imax2 10k

16、V 侧：ich3=75.3kAimax3=300kA 贝U ich3V imax3 所以动稳定校验全部合格。 6、热稳定校验：|2gtdzW It2t 110kV 侧：tdz=tz+0.05 B 因厂 =1 /Is=1, t=3查表得，tz=2.45 则 tdz=2.45+0.05=2.5 |2Jdz=6.6052X 2.5lt2t=402X 3 所以 FstdzW It2t 35kV 侧：t=4 查表得，tz=3.4 则 tdz=3.4+0.05=3.45 I2stdz=6.2512 X 3.45It2t=252 X 4 所以 I2-tdz It2t 10kV 侧：tdz=tz+0.05 B

17、 因厂 =i /I s=1,t=5 查表得,tz=4.4 则 tdz=4.4+0.05=4.45 I2stdz=29.5682X 4.45It2t=1202X 5 所以 l2stdz |t2t 所以热稳定校验全部合格。 4 4 隔离开关的选择和校验 44.1 隔离开关的选择及校验原则 1、种类和型式的选择 隔离开关按安装地点的不同， 可分为屋内和屋外式， 按绝缘支柱数目又可分为单柱式、 双柱式和三柱式。其型式的选择应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合经 济比较。 2、额定电压选择：UgW Un 3、额定电流选择：Ig In 4、动稳定校验： ichW imax 5、热稳定校验：I2

18、-tdz It2t 44.2 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。 44.3 隔离开关的选择及校验 根据前面断路器计算数据，将选择的隔离开

19、关列表如下: 安装位置 型号 额定 电压 kV 最咼工 作电压 kV 额定 电流 A 热稳定 电流kA 极限电 流峰值 kA 110kV出线、桥及主变 110kV 侧 GW4-110 110 126 1250 31.5(4) 80 110kV PT GW4-110 110 126 630 20 50 主变110kV侧中性点 GW8-110 110 126 400 4.2(10) 15.5 分段及主变35kV侧 GW5-35 35 40.5 1250 31.5(4) 100 35kV 出线及 35kV PT GW5-35 35 40.5 630 20 100 分段及主变10kV侧 GN19-10

20、 10 11 5000 100 (5) 200 10kV 出线及 10kV PT 站用变 GN19-10 10 11 1250 40 100 110kV 侧：ichi=16.814kA imax1=80(50)kA 贝U ichlV imaxl 35kV 侧：ich2=l5.82kA 10kV 侧：ich3=75.3kA 所以动稳定校验全部合格 热稳定校验：I2-tdzU10.9Un Un电压互感器额定一次线电压，1.1和0.9是允许的一次电压的波动范围，即为土 10%U n。 2、二次电压U2:电压互感器在高压侧接入方式接入相电压。因此，所选电压互感器 副绕组二次额定电压为100/ 3 ,

21、110kV电压互感器辅助绕组二次额定电压为100V, 35kV、10 kV电压互感器辅助绕组二次额定电压为100/ 3 V 依据以上条件，所选各电压等级电压互感器如下表： S3- = | 3 Uj3X I- = 3 X10.5X 29.568=537.7(MVA) 型号 额定电压(kV) 原绕组 副绕组 辅助绕组 JCC2-110 1103 0.13 0.1 JDJJ-35 35血 0.1五 0.1/3 JDZJ-10 10五 0.1鵡 0.1/3 4. 5.2电流互感器的选择 1、电流互感器选择的技术条件 按一次回路额定电压和电流选择 |ln IgmaxUn Ug 其中Iln为电流互感器原边

22、额定电流 I gmax为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流 Un为电流互感器额定电压 U g为电流互感器安装处的一次回路工作电压 二次额定电流选择：一般弱电系统 1A，强电系统5A 准确等级：电流互感器准确级不得小于所供仪表的类型要求 二次负荷S2 : S2V Sn 其中 Sn=|22n X ZnS2= |22nX Z 根据前面的数据，选择电流互感器如下表: 型号 额定电 流(A) 级次组 合 准确 等级 二次负荷 (Q) 10%倍数 热稳 定倍 数 动稳 定倍 数 0.5 1 3 二次 负荷 倍数 LCWB6-110 2 X 400/5 P/P/P/0.5 P P P 0.5 1.2 2

23、 15 31.5 80 LCW-35 1200/5 400/5 0.5/3 0.5 3 2 4 2 65 100 LAJ-10 4000/5 0.5/D 0.5 D 2.4 10 50 90 LA-10 400/5 0.5/3 0.5 3 0.4 0.6 10 75 135 4. 5.3电流互感器的校验 4. 5.3.1热稳定校验： |24dzV(|lnKl) 2 其中Ki为电流互感器在t=1s时允许通过一定额定电流的倍数 110kV 侧：I2tdz=6.6052X 2.5=109.1 2 2 (linKi) 2=(0.4X 31.5)2=158.76 35kV 侧：l2tdz=6.2512X

24、3.45=134.8 (IlnKl) 2=(0.4X 65)2=676 10kV 侧：l2tdz=29.5682 X4.45=3890 (IlnKl) 2=(4X 50)2=40000 则I2tdzV( IlnKl) 2,故热稳定校验全部合格。 4. 5.3.2动稳定校验： 1)内部动稳定检验：ich CU。 Uk避雷器灭弧电压有效值 Ube避雷器额定电压有效值 Cd接地系数，对非直接接地10kV取1.1 , 35kV及以上取1.0 U最高运行线电压 4. 6.3工频放电电压Ugf 对于不保护内部过电压的普通阀形避雷器，它的工频放电电压下限值Ugfx不应低于 允许的内部过电压计算值，保证在内部

25、过电压作用下不动作。 即 Ugfx A K0Uxg 其中K0为内部过电压允许计算倍数。对直接接地，110kV K0=3;非直接接地，63kV 及以下K0=4，110kV及以下K0=3.5。 Uxg为设备最高运行相电压。 4. 6.4避雷器冲击残压： U bc=Kbh X 2Umt Kbh保护比。FZ 型 Kbh=2.32.35 110kV 侧：Umt=CdX Um=0.8X 126=100kV Ugfx=Ko Uxg=3X 73=215kV Ugfs=1.2Ugfx=1.2X 215=258kV Ubc=2.35X .2 X Umt=2.35X. 2 X 100=332kV 35kV 侧：Um

26、t=CdX Um=1.0X 40.5=40.5kV Ugfx=KoUxg=3.5 X 24=84kV Ugfs=1.2Ugfx=1.2X 84=101kV Ubc=2.35X 2x Umt=2.35X. 2X 40.5=135kV 10kV 侧：Umt=CdX Um=1.1X 11.5=12.65kV Ugfx =K0 Uxg=3.5X 7=24.5kV Ugfs=1.2Ugfx=1.2 X 24.5=29.4kV Ubc=2.35X 2x Umt=2.35X. 2X 11.5=38kV 根据以上计算结果选择避雷器如下表: 型号 额定电压（有 效值）（kV） 灭弧电压（有 效值）（kV） 工频

27、放电电压（有 效值）（kV） 5kA时冲击 残压（kV） 不大于 不小于 不大于 FZ-110 110 100 224 268 352 FZ-35 35 41 84 104 135 FZ-10 10 12.7 26 31 45 第五章 屋内外配电装置设计 5. 1配电装置的设计要求 5. 1.1配电装置应满足的基本要求 1、其设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策，节约土地。 2、保证运行可靠合理选择设备，布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离 3、便于安装、检修，操作巡视方便。 4、在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。 5. 1.2配电装置的安全净距 5. 1

28、.2.1屋外配电装置的安全净距（mrh 序号 适用范围 额定电压（kV） 10 35 110 1 带电部分至接地部分之间 200 400 1000 2 1、不同相的带电部分之间；2、隔离开关和断路器的 断口两侧引线带电部分之间 200 400 1100 3 1、设备运输时，其外廓至无遮栏带电部分之间；2、 交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 950 1150 1750 4 网状遮栏至带电部分之间 300 500 110 5 无遮栏裸导体对地面、建筑物及构筑物顶部之间 2700 2900 3500 6 平仃的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间带电部 分与建筑物、构筑物的边沿部分之间 220

29、0 2400 3000 5. 1.2.2 10kV屋内配电装置安全净距（mm 序号 适用范围 净距 1 带电部分至接地部分之间 125 2 不同带电部分之间 125 3 交叉的不同时停电检修的带电体间 875 4 裸导体至地面间 2425 5 平行的不同时停电的裸导体间 1925 5. 2 配电装置的选型、布置 配电装置是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器。母线和必要的辅 助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置电器装设地点不同，可分为屋内 和屋外配电装置。 5. 2.1屋内配电装置的特点 1由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小 2维修、巡视和操作在室内进行

30、，不受气候影响 3外界污秽空气对电器影响较小 4房屋建筑投资较大 5. 2.2屋外配电装置的特点 1 土建工作量和费用较小，建设周期短 2扩建比较方便 3相邻设备之间距离较大，便与带电作业 4占地面积大 5受外界环境影响，设备运行条件差，需加强绝缘 6不良气候对设备维修和操作有影响 由于原始资料，可确定该变电站的配电装置为： 屋艸屮塑配电華査 52.3 屋外配电装置选择 52.3.1 屋外配电装置可分为中型、半高型和高型三种。 （1）中型配电装置 这种配电装置将所有电气设备都安装在地面设备支架上，母线下不布置设备， 优点：接线清晰，巡视、检修方便。 缺点：占地面积大。 （2）高型配电装置 将母

31、线和隔离刀闸上下重叠布置。 优点：占地面积小。 缺点：钢材耗量大，土建投资多，安装及运行、维护条件差。 （3）半高型配电装置 将母线及母线隔离开关抬高，将断路器、电流互感器等电气设备布置在母线下面。 优点：布置紧凑清晰，占地面积小。 52.3.2 屋外配电装置选择 根据原始资料，且 110kV 侧为内桥接线，设备较少，占地面积不大，中型布置便于运 行和维护，故采用中型配电装置。 35kV侧4回出线，为单母线分段接线，综合 110kV和10kV配置，亦采用中型布置。 52.4 10kV 屋内配电装置选择 变电站 10kV 配电装置，按其布置型式一般可分为三层、二层和单层式。单层式占地 面积较大，

32、如容量不太大，通常采用成套开关柜。 本设计10kV采用成套开关柜单列布置。 第六章 防雷及接地系统设计 6 1 防雷系统 对于变电站的防雷保护，通常采用装设避雷针和避雷器的措施。避雷器的设置前面已 作选择，故本节只对避雷针选择。进行防雷设计和防雷措施时，必须从该地区雷电具体情 况出发，原始资料提供，当地雷暴日为 40日/年，属中等雷电活动强度地区。 根据平面布置，该变电所长75m，宽62m,变电所110kV系统杆塔及门型架构最高为 12.8m,故hx取13m，该变电所初步选定用4支30米等高避雷针来保护全所的架构、主变 及主控室、高压室等，因为所内110kV系统杆塔及门型架构即最高设备，所以按

33、 hx=13m计 算避雷针的保护范围可满足保护全所的要求。 * h x=llm的保护范围 1、单只避雷针保护范围计算 当 hx h/2 时，rx=(h-hx)P 当 hx v h/2 时，rx=(1.5h-2hx)P 其中：h为避雷针高度hx为被保护物的高度 P为高度影响系数。当h 0 bx23= 1.5(21.3-13)=12.45 0 bx34= 1.5(19.2-13)=9.3 0 bx41= 1.5(22.2-13)=13.8 0 bx13= 1.5(17.1-13)=6.15 0 故变电所全部面积受保护。 6. 2变电所接地装置 变电所内需要良好的接地装置，以满足工作、安全和防雷保护

34、的接地要求，一般的做 法是根据安全和工作接地的要求，敷设一个统一接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增 加接第一满足防雷接地的要求。 接地网的水平接地体由扁钢水平连接构成网孔形，两水平接地带间距离一般取 310m 埋入地下0.8m处，其面积大体与变电所面积相同，接地网外沿应闭合，将各角做成圆弧 状，圆弧半径小于均压带半径的一半。垂直角接地体一般用角钢或钢管，长度2.5m，间距 大于5m避雷器应以最短的接地线与主接地网连接，且应装设集中接地装置，避雷针与主 变压器接地距离应大于 15米，与设备接地距离大于 3米，避雷针与架构间距离大于 5米 第七章 变电所总体布置 7 1 总体规划 变电所总体规划

35、可协调所区与各级电压进出线的关系，所区的方向、朝向与进出线相 配合，同时合理地安排所区、生活区、水源地、排出口等位置，合理选择所道路，解决变 电所与城镇发展的矛盾。 变电所的总体规划一般采用一次性规划，结合外部条件合理确定各级电压的出线方 向，并有足够的出线走廓， 尽量减少交叉跨越， 当必须跨越时， 电压等级高的出线在上侧。 就近解决水源，为运输创造良好条件。 7 2 总平面布置 72.1 总平面布置的主要内容 解决和协调全所建筑物、 道路在平面布置上的相互关系和相对位置， 主要有方向布置， 管沟布置、道路、绿化及美化。 72.2 总平面布置的基本原则 （1）重视外部条件，发挥优势。 （2）满足功能要求，布局合理。 （3）布置紧凑合理，节约用地。 （4）结合地形地势，因地制宜。 （ 5）符合防为规定，确保安全。 （6）注意风向朝向，有利环境。 （7）便于巡视运输，路径短捷。