110kV变电站毕业设计

1、毕 业 设 计 专 业: 学生姓名： 指导老师： 2005年7月目录目录2摘要3abstract4第一章110kv变电所电气设计说明51.1所址选择：51.2主变压器的选择：51.3变电站电气主接线：51.4高压断路器和隔离开关的选择：71.5互感器的选择：71.6裸导体的选择：81.7补偿装置的选择：91.8避雷装置的选择：91.9变电所的自动化控制：101.10电缆设施及防水：111.11 110kv、35kv线路保护部分：12第二章 计算部分122.1变压器的选择：122.1.1负荷计算：122.2变压器选用方案探讨：132.3主变方案经济比较142.3.1主变及其附属设备综合投资比较1

2、4第三章 短路电流计算：16第四章 电气设备的选择174.1断路器及隔离开关：174.2隔离开关的选择244.3导线截面的选择：294.4电压互感器的选择：384.5补偿装置的选择：394.6避雷器的选择：404.7消弧线圈设计：41第五章 继电保护装置415.1110kv部分：425.235kv部分：425.310kv部分：42参考文献44附录44摘要为满足经济发展的需要，根据有关单位的决定修建1座110kv变电所。本工程初步设计内容包含变电所电气设计，新建的变电所从110kv侧东郊变电所受电，其负荷分为35kv和10kv两个电压等级。通过技术和经济比较，现采用下列方案：1. 内设两台三绕组

3、变压器，电压等级为121/37.8/11。2. 110kv进线采用内桥接线形式。3. 本工程初步设计内容包括变电所电气设计。4. 35kv和10kv配电装置同样采用单母线分段接线。5. 所用电分别从10kv两端母线获得。关键词：变电所 主变压器 潮流计算 短路计算 设备选型abstractfor satisfying the demand that economy development, the authorities concerned decide to construct a transformer substation.this engineering first step desi

4、gn contents includes the transformer substation of electric design. the new-et up salt a transformer substation obtain power form dong jiao substation (110kv) . there are two kinds of local loads in the substation,. one is 35kv,the other is 10kv.pass the technique to compare with the economy, adopt

5、the following scheme now:1. there are two three-winding transformers in the substation. voltage grade adopt 121kv 38.5kv and 11kv.2. for 110kv main electrical connections shall adopt inside bridge connection.3. the 110kventers the line 2 return, the adoption builds trolley wire.4. for 35kv and 10kv

6、main electrical connections employ single sectionalized bus.5. auxiliary power system get power form the 10kv sectionalized bus.keywords: substation； main transformer；flow calculation；short-circuit calculation；equipment selection第一章110kv变电所电气设计说明1.1所址选择：首先考虑变电所所址的标高，历史上有无被洪水浸淹历史；进出线走廊应便于架空线路的引入和引出，尽

7、量少占地并考虑发展余地；其次列出变电所所在地的气象条件：年均最高、最低气温、最大风速、覆冰厚度、地震强度、年平均雷暴日、污秽等级，把这些作为设计的技术条件。1.2主变压器的选择：变压器台数和容量的选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应依据电力系统5-10年的发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。选择主变压器型式时，应考虑以下问题：相数、绕组数与结构、 绕组接线组别（在电厂和变电站中一般都选用yn，d11常规接线）、调压方式、 冷却方式。 由于本变电所具有三种电压等级110kv、35kv、1

8、0kv，各侧的功率均达到变压器额定容量的15%以上，低压侧需装设无功补偿，所以主变压器采用三绕组变压器。为保证供电质量、降低线路的损耗此变压器采用的是有载调压方式，在运行中可改变分接头开关的位置，而且调节范围大。由于本地区的自然地理环境的特点，故冷却方式采用自然风冷却。 为保证供电的可靠性，该变电所装设两台主变压器。当系统处于最大运行方式时两台变压器同时投入使用，最小运行方式或检修时只投入一台变压器且能满足供电要求。 所以选择的变压器为2sfszl7-31500/110型变压器。1.3变电站电气主接线： 变电站主接线的设计要求，根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况

9、确定。通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用短路器数目教少的接线，以节省投资，随出线数目的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。如果变电站电压为超高压等级，又是重要的枢纽变电站，宜采用双母线带旁母接线或采用一台半断路器接线。变电站的低压侧常采用单母分段接线或双母线接线，以便于扩建。610kv馈线应选轻型断路器，如sn10型少油断路器或zn13型真空断路器；若不能满足开断电流及动稳定和热稳定要求时，应采用限流措施。在变电站中最简单的限制短路电流的方法，是使变压器低压侧分列运行；若分列运行仍不能满足要求，则可装设分列电抗器，一般尽可能不装限流效果较小的母线电抗器。故综合从以下几个方面考虑：

10、1 断路器检修时，是否影响连续供电；2 线路能否满足,类负荷对供电的要求；3大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。主接线方案的拟定：对本变电所原始材料进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。故拟定的方案如下：方案：110kv侧采用内桥接线，35kv采用单母分段，10kv单母接线。 方案：110kv侧采用单母分段，35kv采用单母分段带旁母

11、，10kv采用单母分段。 由以上两个方案比较可知方案的110kv母线侧若增加负荷时不便于扩建，35kv、10kv出线的某一回路出现故障时有可能使整个线路停止送电，所以很难建，35kv线路故障、检修、切除或投入时，不影响其余回路工作，便于倒闸操作，10kv侧某一线路出现故障时不至于使整个母线停电，满足供电可靠、操作灵活、扩建方便等特点，所以采用方案，主接线图如图 所示。1.4高压断路器和隔离开关的选择：1 断路器种类和型式的选择按照断路器采用的灭弧介质可分为油断路器、压缩空气断路器、sf6断路器、真空断路器等。 2 额定电压和电流选择，式中 、分别为电气设备和电网的额定电压，kv、分别为电气设备

12、的额定电流和电网的最大负荷电流，a。3 开断电流选择 高压断路器的额定开断电流，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量，即4 短路关合电流的选择 为了保证断路器在关合短路电流时间的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值。5 断路热稳定和动稳定的校验 校验式，隔离开关的选择：隔离开关也是发电厂和变电所中常用的开关电器。它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。1.5互感器的选择： 互感器是电

13、力系统中测量仪表、继电保护等一次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、100/）和小电流（5、1a）。电流互感器的二次侧绝对不能够开路。电压互感器的二次侧绝对不能够短路1 种类和型式的选择 选择电流互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式）选择其型式。当一次电流较小时，宜优先采用一次绕组多匝式，弱电二次额定电流尽量采用1a，强电采用5a。2 一次回路额定电压和电流的选择， 式中 、分别为电气设备和电网的额定电压，kv、分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电3准确级和额定容量的选择 互感器所选定准确级所规定的额定

14、容量应大雨等于二次册所接负荷，即4 热稳定和动稳定的校验，为电流互感器1s通过的热稳定电流，为电流互感器的动稳定电流。1.6裸导体的选择： 导体截面可按照长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（通常指5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机、变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，传输容量大，可按长期允许电流来选择。1 按导体长期发热允许电流选择k2 按经济电流密度选择=3 电晕电压校验4 热稳定动稳定校验=按电压损失要求选择导线截面（一般用于10kv以下）：为保证供电质量，导线上的电压损失应低于最大允许值，通

15、常不超过5%。因此，对于输电距离较长或负荷电流较大的线路，必须按允许电压损失来选择或校验导线截面。设线路允许电压损失为ual%即 p（rl）+q（xl）/102ual%1.7补偿装置的选择：电力系统的无功功率平衡是系统电压质量的根本保证。在电力系统中，整个系统的自然无功负荷总大于原有的无功电源，因此必须进行无功补偿。通常情况下110kv的变电所是在35kv母线和10kv母线上进行无功补偿，本变电所是在10kv母线上并联电容器和可调节的并联电抗器为主要的无功补偿（并联电容器和并联电抗器是电力系统无功补偿的主要常用设备，予优先采用），既将功率因数由0.8提高至0.92，合理的无功补偿和有效的电压控

16、制，不仅可以提高电力系统运行的稳定性、安全性和经济性，故所选的电容器型号为10-1500/50。1.8避雷装置的选择：避雷针：单根接地电阻不大雨10，应布置单根垂直接地体，p=50/m ，l=2.5m，d=0.05m的钢管，由60*6的扁钢连接，埋入地下3m处。接地电阻rc=22.9。避雷器：对于本变电所来说，采用氧化锌避雷器，110kv线路侧一般不装设避雷器，主变压器低压侧的一相上宜装设一台y5w-12.7/42型避雷器，35kv出线侧装设y10w5-42/142型避雷器。接地网：变电所内必须安装闭合的接地网，并装设必需的均压带，接地网采用水平接地为主，辅以垂直的封闭复合式接地网。主接地网电

17、阻r4；避雷针设独立接地体，它于主接地网地中距离t5m，其接地电阻r10。接地网有均压、减少接触电势和跨步电压的作用，又有散流作用。在防雷接地装置中，可采用垂直接地体作为避雷针、避雷线和避雷器附近加强集中接地和散泄电流的作用。变电所不论采用何种接地体应敷设水平接地体为主的人工接地网。 人工接地网的外缘应闭合，外缘的各角应做成圆弧行，圆弧半径不宜小于均牙带间距的一半，接地网内敷设水平的均压带。接地网一般采用0.6m0.8m，在冻土地区应敷设在冻土层以下。 均压带经常有人出入的走道应铺设沥青面（采用高电阻率的路面结构层），接地装置敷设成环形，目的是防止应接地网流过中性点的不平衡电流在雨后地面积水成

18、泥污时，接地装置附近的跨步电压引起行人和牲畜的触电事故。 此接地网水平接地体采用的是60*6的扁钢敷于地下0.8m处，垂直接地体为50 ，l=2.5m的圆钢，自地下0.8m处与水平接地体焊接，接地体引上线采用25*4的扁钢与设备焊接。接地网的工频电阻r0.5。 敷设在大气和土壤中有腐蚀的接地体和接地引下线，需采取一定的防腐措施（热镀锌，镀锡）。所用变的设置：为保证重要变电所的安全用电，所以需装设两台所用变，以备用。为了保证供电的可靠性应在35kv和10kv母线上各装设一台变压器。若只在10kv母线上引接所用电源，由于低压线路故障率较高，所以不能保证变电所的不间断供电。故所用变采用的型号是s6-

19、50/10、s6-50/35。接线图如下所示： 1.9变电所的自动化控制：本变电所采用综合自动化设备，远动信息按四遥配置。1. 遥测35kv线路有功功率、电流和电能；10kv 线路有功功率、电流和电能；10kv电容器电流和电能；110kv、35kv、10kv各段母线电压；主变压器高、中、低侧有功功率、电流和电能；所用电和直流系统母线电压；2. 遥信110kv、35kv、10kv线路断路器、隔离开关、pt隔离刀闸位置；主变三侧断路器、隔离开关、中性点接地位置；主变瓦斯动作信号；差动保护动作信号；复合电压闭锁过电流保护动作信号；低频减载动作信号；35kv、10kv系统接地信号、保护动作信号；断路器

20、控制回路断线总信号；变压器油温过高信号；主变压器轻瓦斯动作信号；变压器油温过低总信号；微机控制系统交流电源消失信号；微机控制系统下行通道信号；直流系统绝缘监测信号；遥控转为当地控制信号；3. 遥调变压器档位调节4. 遥控110kv及以下断路器分合、预告信号复归。1.10电缆设施及防水：该变电所配电设有电缆沟，电缆沟沿主建筑物至主变区配合装置。通过电缆沟把控制及动力电缆引接到控制室及动力屏，在电缆沟进建筑物时，加装穿墙孔板，待电缆施工后进行封墙，防止火的蔓延和小动物进入。为防止干扰，二次电缆采用屏蔽电缆。变压器事故排油系统：变电所设有两台变压器，当主变压器发生事故时，要排出变压器油。因此，考虑设

21、一座变压器排油井，用dn150铸铁管排入事故贮油井内，不考虑回收利用，排油井设在所区内空地。消防系统： 变电所一般为多油、电引起火灾，危险性较大，宜选用化学和泡末剂灭火，且变压器旁可设置消防砂。保护配置：主变保护部分：采用微机保护装置a. 差动保护 防止变压器绕组和引出线相间短路，直接接地系统侧和引出线的单相接地短路及绕组见的短路。b. 瓦斯保护 防止变压器油箱内部或断线故障及油面降低。c. 零序电流保护、零序电压保护 防止直接接地系统中变压器外部接地短路并作为瓦斯保护和差动保护的后备。d. 防止变压器过励磁。e. 过电流保护（或阻抗保护） 防止变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护的后备

22、。f. 过负荷保护 防止变压器对称过负荷。g. 反映变压器油温及油箱内压力升高和冷却系统故障的相应保护。1.11 110kv、35kv线路保护部分：a. 距离保护b. 零序过电流保护c. 自动重合闸d. 过电压保护 在变电所周围装设独立避雷针，为防止直击雷和雷电波的危害，在35kv和10kv出线均安装金属氧化物避雷器；变压器安装金属氧化物避雷器；10kv母线也用一组金属氧化物避雷器进行过压保护。10kv线路保护：1、10kv线路保护：采用微机保护装置，实现电流速断及过流保护、实现三相一次重合闸。 2、10kv电容器保护：采用微机保护装置，实现电流过流保护、过压、低压保护。 3、10kv母线装设

23、小电流接地选线装置，发送有选择性的单相接地遥信。 第二章 计算部分2.1变压器的选择：2.1.1负荷计算：最大负荷时：1. 35kv出线在最大负荷水平下的流过的无功负荷：=tan=50tan（arccos0.85）=40mvar在最小负荷水平下的流过的无功负荷：=tan=28tan（arccos0.85）=22.4mvar2. 10kv出线在最大负荷水平下的流过的无功负荷：=tan=20tan（arccos0.85）=16mvar在最小负荷水平下的流过的无功负荷：=tan=12tan（arccos0.85）=9.6mvar在最大负荷水平下的流过主变的负荷： 则系统的计算负荷为：最大运行方式下：

24、若待建变电所考虑15%的负荷发展余地，则=105.46 mva考虑到变电所的安全运行，故需选用两台同样的变压器，且在系统最大运行方式下两台变压器并列运行。系统最小运行方式下只起用一台变压器。对于有重要负荷的变电所，应考虑一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计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，当一台变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的7080。2.2变压器选用方案探讨：1、 方案一，如图35kv负荷由两台电压为110kv/35kv变压器供电，其中一台主变事故停运后，另一台主变压器的容量应保证35kv用户的一级和二级全部负荷的供电。 35kv用户的一级

25、和二级全部总容量： s35 = 89.57 (mva), 因此可选择两台sfpsz9-90000/110型三相三绕组有载调压变压器，接线组别：yn, d11。10kv负荷由两台电压为110kv/10kv变压器供电，其中一台主变事故停运后，另一台主变压器的容量应保证10kv用户的一级和二级全部负荷的供电。 10kv用户的一级和二级全部总容量： s10 = 11.08 (mva), 因此可选择两台sfsz9-12500/110型三相三绕组有载调压变压器，接线组别：yn, d11。2、 方案二，如图所有负荷均由两台电压为110kv/35kv/10kv变压器供电，其中一台主变事故停运后，另一台主变压器

26、的容量应保证所有用户的70全部负荷的供电。 用户的70全部总容量： s110 = 76.3 (mva), 因此可选择sfpsz9-75000/110型三相三绕组有载调压变压器，接线组别：yn,yn0, d11。由于15s110 = 15105.46 (mva)16.38(mva) s10 = 20 (mva)， 15s110 = 15105.46(mva)16.38(mva) 变电所最大长期工作电流igmax （考虑变压器事故过负荷的能力40%）(3)根据有关资料选择lw25-110/1250型断路器型号数量技术参数额定电流i（a）额定开断电流（ka）极限通过电流 igf (ka)4秒热稳定电

27、流(ka)lw25-110/125031250252525 (4)校验：ue=110kv=uni=1250a1102a 额定开断电流校验：110kv母线三相稳态短路电流i(4) =2.71 ka lw25-110/1250断路器的额定开断电流25ka符合要求。动稳定校验 ： 110kv母线短路三相冲击电流：ich=7.83(ka) lw25-110/1250断路器的极限通过电流igf=25(ka) ichigf 符合动稳定要求热稳定校验：/=i(0) /i(4)=3.07 / 2.71=1.13查曲线：tep3.6秒 110kv母线短路热容量：qdt=i（4）2tep=26.4(ka2s) l

28、w25-110/1250断路器的4秒热稳定电流：it=25(ka) it2t=2524=2500(ka2s)i（4）2tepigmax=1326a额定开断电流校验：35kv母线三相稳态短路电流i(4) =7.28 ka lw8-35/1600断路器的额定开断电流25ka符合要求。动稳定校验 ： 35kv母线短路三相冲击电流：ich=19.84(ka) lw8-35/1600断路器的极限通过电流igf=25(ka) ichigf 符合动稳定要求热稳定校验：/=i(0) /i(4)=7.78 / 7.28=1.07查曲线：tep3.55秒 35kv母线三相短路热容量：qdt=i(4)2tep=18

29、8(ka2s) lw8-35/1600断路器的4秒热稳定电流：it=25(ka) it2t=2524=2500(ka2s)i(4)2tepigmax=464a额定开断电流校验：35kv母线三相稳态短路电流i(4) =7.28 ka lw8-35/1600断路器的额定开断电流25ka符合要求。动稳定校验 ： 35kv母线短路三相冲击电流：ich=19.84(ka) lw8-35/1600断路器的极限通过电流igf=25(ka) ichigf 符合动稳定要求热稳定校验：/=i(0) /i(4)=7.78 / 7.28=1.07查曲线：tep3.55秒 35kv母线三相短路热容量：qdt=i(4)2

30、tep=188(ka2s) lw8-35/1600断路器的4秒热稳定电流：it=25(ka) it2t=2524=2500(ka2s)i(4)2tepigmax=820a额定开断电流校验：10kv母线三相稳态短路电流i(4) =22.4 ka zn28-10/1000断路器的额定开断电流31.5ka符合要求。动稳定校验 ： 10kv母线短路三相冲击电流：ich=58.4(ka) zn28-10/1000断路器的极限通过电流igf=80(ka) ichigf 符合动稳定要求热稳定校验：/=i(0) /i(4)=22.93 / 22.44=1.02查曲线：tep3.6秒 10kv母线三相短路热容量

31、：qdt=i(4)2tep=1806(ka2s) zn28-10/1000断路器的4秒热稳定电流：it=31.5(ka) it2t=31.524=3969(ka2s)i(4)2tepigmax=246a额定开断电流校验：10kv母线三相稳态短路电流i(4) =22.4 ka zn28-10/630断路器的额定开断电流31.5ka符合要求。动稳定校验 ： 10kv母线短路三相冲击电流：ich=58.4(ka) zn28-10/630断路器的极限通过电流igf=80(ka) ichigf 符合动稳定要求热稳定校验：/=i(0) /i(4)=22.93 / 22.44=1.02查曲线：tep3.6秒

32、 10kv母线三相短路热容量：qdt=i(4)2tep=1806(ka2s) zn28-10/630断路器的4秒热稳定电流：it=31.5(ka) it2t=31.524=3969(ka2s)i(4)2tep变电所最大长期工作电流igmax （考虑变压器事故过负荷的能力40%）(3)根据有关资料选择gw4-110/1250型隔离开关型号数量技术参数额定电流i（a）极限通过电流 igf (ka)4秒热稳定电流(ka)gw4-110/12501012502525 (4)校验：ue=110kv=uni=1250a1102a动稳定校验 ： 110kv母线短路三相冲击电流：ich=7.83(ka) gw

33、4-110/1250断路器的极限通过电流igf=25(ka) ichigf 符合动稳定要求热稳定校验：/=i(0) /i(4)=3.07 / 2.71=1.13查曲线：tep3.6秒 110kv母线短路热容量：qdt=i（4）2tep=26.4(ka2s) gw4-110/1250断路器的4秒热稳定电流：it=25(ka) it2t=2524=2500(ka2s)i（4）2tepigmax=1326a动稳定校验 ： 35kv母线短路三相冲击电流：ich=19.84(ka) gw5-35/1600隔离开关的极限通过电流igf=25(ka) ichigf 符合动稳定要求热稳定校验：/=i(0) /

34、i(4)=7.78 / 7.28=1.07查曲线：tep3.55秒 35kv母线三相短路热容量：qdt=i(4)2tep=188(ka2s) gw5-35/1600隔离开关的4秒热稳定电流：it=25(ka) it2t=2524=2500(ka2s)i(4)2tepigmax=464a动稳定校验 ： 35kv母线短路三相冲击电流：ich=19.84(ka) gw5-35/630隔离开关的极限通过电流igf=25(ka) ichigf 符合动稳定要求热稳定校验：/=i(0) /i(4)=7.78 / 7.28=1.07查曲线：tep3.55秒 35kv母线三相短路热容量：qdt=i(4)2tep

35、=188(ka2s) gw5-35/630隔离开关的4秒热稳定电流：it=25(ka) it2t=2524=2500(ka2s)i(4)2tepigmax=820a动稳定校验 ： 10kv母线短路三相冲击电流：ich=58.4(ka) gn19-10/1000隔离开关的极限通过电流igf=80(ka) ichigf 符合动稳定要求热稳定校验：/=i(0) /i(4)=22.93 / 22.44=1.02查曲线：tep3.6秒 10kv母线三相短路热容量：qdt=i(4)2tep=1806(ka2s) gn19-10/1000隔离开关的4秒热稳定电流：it=31.5(ka) it2t=31.52

36、4=3969(ka2s)i(4)2tepigmax=246a动稳定校验 ： 10kv母线短路三相冲击电流：ich=58.4(ka) gn19-10/630隔离开关的极限通过电流igf=80(ka) ichigf 符合动稳定要求热稳定校验：/=i(0) /i(4)=22.93 / 22.44=1.02查曲线：tep3.6秒 10kv母线三相短路热容量：qdt=i(4)2tep=1806(ka2s) gn19-10/630隔离开关的4秒热稳定电流：it=31.5(ka) it2t=31.524=3969(ka2s)i(4)2tepit2t 符合热稳定要求温度校验： gn19-10/630隔离开关允许使用环境温度：-4040 变电所地区气温：-1039，所以符合要求。通过以上校验可知，10kv出线断路器两侧隔离开关及10kv母线pt隔离开关的选择