kV降压变电所电气设计-华中科技大学Word版

1、电气工程基础课程设计110kV降压变电所电气设计专 业：电气工程及其自动化 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师: 吴耀武 2008年6月2 / 32目 录设计任务书第一部分一 确定变电站各电压等级的合计负荷及负荷类型二 主变压器选择三 电气主接线的选择四 电气主接线图（见图纸）五 短路电流、工作电流的计算5.1 设备选择的电流计算(按最终规模计算)5.1.1 短路电流计算5.1.2各回路的工作电流5.2 各电压等级出线的电流计算(按一台变压器运行、一台检修的运行方式计算)第二部分主要电气设备选择1.设备选择原则2.开关电器的选择3.导线（硬、软母线及出线）选择4.电流互感器选择5.电压

2、互感器选择6.支撑绝缘子7.消弧线圈的选择8.避雷器的选择第三部分心得体会:参考文献变电站电气系统课程设计任务书一、设计要求1、待建变电站的建设规模 变电站类型： 110 kV降压变电站 三个电压等级： 110 kV、 35 kV、 10 kV 110 kV：近期进线 3 回，出线 1 回；远期进线 2 回，出线 0 回 35 kV：近期 5 回；远期 4 回 10 kV：近期 8 回；远期 3 回2、电力系统与待建变电站的连接情况 变电站在系统中地位： 终端 变电站 变电站仅采用 110 kV的电压与电力系统相连，为变电站的电源 电力系统至本变电站高压母线的标么电抗（Sd=100MVA）为：

3、最大运行方式时 0.27 ；最小运行方式时 0.36 ；主运行方式时 0.30 上级变电站后备保护动作时间为 3.0 s3、待建变电站负荷 110 kV出线：负荷每回容量 11000 kVA，cosj0.9，Tmax 5000 h 35 kV负荷每回容量 5000 kVA，cosj0.85，Tmax 4000 h；其中，一类负荷 2 回；二类负荷 2 回 低压负荷每回容量 2000 kW，cosj0.95，Tmax 5000 h；其中，一类负荷 0 回；二类负荷 2 回(4)负荷同时率 0.75 4、环境条件 当地年最高气温400C，年最低气温-200C，最热月平均最高气温350C，年最低气温

4、-50C 当地海拔高度：600m 雷暴日： 10 日/年5、其它 变电站地理位置：城郊，距城区约6m 变电站供电范围： 110 kV线路：最长 100 km，最短 50 km； 35 kV线路：最长 60 km，最短 20 km； 10 kV低压馈线：最长30km，最短10km；第一部分一、确定变电站各电压等级的合计负荷及负荷类型1、各电压等级的合计负荷和符合类型 一期工程：1回110kV出线，合计负荷11000kVA 5回35kV出线，合计负荷25000kVA 8回10kV出线，合计负荷16000kW 二期工程 4回35kV出线，合计负荷20000kVA 3回10kV出线，合计负荷6000k

5、W35kV侧的总负荷：10kV侧的总负荷： 110kV的负荷不经过站内变压器，故经过变压器合计负荷 其中一期负荷为: 二、主变压器选择根据电力工程电气设计手册的要求，并结合本变电所的具体情况和可靠性的要求，选用两台同型号的无励磁调压三绕组自耦变压器。变压器的最大负荷为Pm=KoP，对具有两台主变的变电所，其中一台主变的容量应大于等于70%的全部负荷或全部重要负荷。两者中取最大值作为确定主变的容量依据。考虑到变压器每天的负荷不是均衡的，计及欠负荷期间节省的使用寿命，可用于在过负荷期间中消耗，故可选较小容量的主变作过负荷能力计算，以节省主变投资。最小的主变容量为拟选用两台SFSL31500/110

6、型三相绕组变压器，其容量比为：100/100/50；电压比为：11022.5%/38.55%/11KV；接线方式为YN，yn0，d11(即Y0/Yn/-12-11)；阻抗电压为：，。那么，（1） 若一台主变压器停运，另一台承担全部负荷，其负荷率为162.3%,应采取措施减负荷。正常并列运行时的负荷率为81.15%。（2）第一期工程主变压器负荷率为 =(50005+2000/0.958)0.75/31500100% =99.6%（3）事故情况下，变压器过载能力的校验 原则：1)二台主变，停一台，应承担全部负荷7080% 2)变压器过载能力：过负荷倍数 100MVA，过负荷倍数1.5 100MVA

7、，过负荷倍数1.3过载能力校验：51118.40.7/31500=1.1361.551118.40.8/31500=1.29850% 选 35kV ：19.2/(25*2)=38.4%50% 选10kV ：10.1056/(25*2)=20.2%50% 选所以，变压器容量比为：100/50/50（6）接地方式110kV：110KV及以上电压系统为大电流接地系统,所以主变压器110KV及以上电压级中性点接地方式均应该选择中性点直接接地方式。我国110kV及以上电压、变压器都采用Y0连接。35kV：35KV为小电流接地系统,中性点应选择不接地或经消弧线圈接地（通过对地电容电流的大小计算决定）。我国

8、35kV采用Y连接，其中性点经消弧线圈接地。10kV：为了提高供电可靠性，其中性点不接地。即使有单相接故障，三相线电压仍然对称，用户可不受影响，但不可以长期运行，一般不能超过两个小时。由于短路故障多为金属性接地故障，运用自动重合闸技术可以恢复线路在正常运行状态。户可不受影响，但不可以长期运行，一般不能超过两个小时。由于短路故障多为金属性接地故障，运用自动重合闸技术可以恢复线路在正常运行状态。 我国35kV以下电压变压器绕组都采用连接。根据选择原则可确定所选择变压器绕组接线方式为Y0Y接线。三、电气主接线选择 1、对电气主接线的基本要求（1）首先是保证供电的可靠性。 （2）灵活性，即电气主接线是

9、否能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能够方便的通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他贿赂继续运行，还有能考虑到将来扩建时的可能性。 （3）操作安全、方便：主接线应该简明清晰、运行维护方便、设备切换所需的操作步骤少。 （4）经济性，即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。 2、各种主接线的比较（1）单母线 使用于出线回路比较少，用户对供电可靠性要求不高的场合。 （2）单母分段可以减少停电范围，通常以2到3分段为宜，使用 于6到10kV的出现和110220kV 出现

10、为3到4回的接线。但供电可靠性低，当母线出线故障时，用户全部断电。（3）单母分段加旁路 检修进出线变压器时可以不停电检修。适用于中小型发电厂和35110kV变电站。（4）双母线接线 与单母线相比，选择双母线运行方式可使其中一个母线出现故障或者检修时仍能供电，而且双母接线具有扩延优点。供电可靠，调度灵活。但占地面积大，且用很到隔离开关。 （5）双母带旁路综合了3、4的优点，检修母线或者断路器时不停电，母线出线故障时仍能后运行。缺点是隔离开关多、占地面积大。 （6）一台半接线 主要用于330kV以上的超高压系统，供电可靠性非常高，但由于需要很多昂贵的断路器，在220kV以下系统中很少使用。 （7）

11、桥型接线 只适用于两进线两出线的情况下，而本设计中的出线均大于两回，故不予考虑桥型接线。 3、可供选择的的接线方案110kV侧接线的选择方案（一）：双母线接线优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。缺点：（1）增加一组母线和每回

12、路需增加一组母线隔离开关，投次大。（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。对于110kV侧来说，其要求有较高的可靠性。方案（二）：单母线分段优点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。（2）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。对比以上两种方案，单母线分段接线可靠性和灵活性较好，但与双母线接线的供电可靠性的差一点

13、。且双母线有利于以后扩建，但双母线接线复杂，使用设备多、投资较大；110kv母线放置较高，只要相与相之间距离大，因而各种小动作不能造成故障，不会遭受雷击，因此综合考虑后采用方案（一）：双母线接法。35KV侧接线方式选择方案（一）：单母线分段带旁路优点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，同时可以通过旁路缩小母线故障影响范围。（2）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。方案（二）：双母线接线优点：（1）供电可靠，

14、通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。缺点：（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投次大。（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。考虑经济和实际情况：单母线

15、分段带旁路多采用2个隔离开关，且双母线能提供更可靠的性能，保障35kV侧重要负荷的持续供电，故35kV侧采用方案（二）：双母线接线方式。10kV侧主接线选择方案（一）：单母线分段优点：（1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。（2）当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。缺点：（1）当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电。（2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。（3）扩建时需向两个方向均衡扩建。方案（二）：单母线分段带旁路优点：具有单母线分段的全部优点，并在检修断路器时不至于中断对

16、用户供电。缺点：与单母线分断的缺点相比少了缺点。方案（三）：双母线接线优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。（2）调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。（3）扩建方便可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。（4）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。缺点

17、：（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关。（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。对比以上三种方案，以上三种方案均能满足主接线要求，但采用双母线接线要多用隔离开关，采用单母线带旁路要多用断路器，它们的经济性能较差，单母线分段接线既能满足负荷供电要求又能节省大量资金，是一种较理想的接线方式，但10kV侧重要负荷较多，为确保可靠性，本次选用方案（二）：单母线分段带旁路。综上所述，采用的主接线方式如下：110kV侧：双母线接线方式35 kV侧：双母线接线方式10 kV侧：单母线分段带旁路四、电气主接线图(见图纸

18、)五、短路电流,工作电流计算5.1 设备选择的电流计算(按最终规模计算)5.1.1 短路电流计算（1）主变压器各侧阻抗的百分值 Uk-1= (10.5186.5)%=11% Uk-2 (10.56.518)%0 Uk-3 (186.510.5)%=7% 其标幺值为 基准电流为110kV侧 35kV侧 10kV侧 （2）短路点的选取及其计算分别计算各级母线在最大运行方式下和一台检修另一台运行时的两种情况下的短路电流。在最大运行条件下的各点短路电流、冲击电流、短路容量；K1点： K2点： K3点： （3）短路计算时间热稳定计算时间也成为短路持续时间，为继电保护时间与断路器全开断时间之和，即继电保护

19、动作时间断路器灭弧时间非周期分量热效应的等效时间。电弧燃烧时间，少油断路器为0.05-0.06s，SF6和压缩空气断路器为0.02-0.04s因此 110kV进线为：3.0+0.05+0.1=3.15s 110kV主变侧为：2.5+0.05+0.1=2.65s 110kV出线为：2.5+0.05+0.1=2.65s 35kV主变侧为：2+0.05+0.15=2.2s 35kV出线为：1+0.05+0.15=1.2s 10kV主变侧为：1.5+0.05+0.2=1.75 10kV出线为：0.5+0.05+0.2=0.75s附表 1短路点编号短路电流计算值(kA)热稳定计算参数Sk(MVA)等效时

20、间(s)110kV母线k1370.41.861.864.733.1535kV母线k2224.73.513.518.922.2010kV母线K3180.29.919.9125.231.755.1.2各回路的工作电流三相变压器回路 主变压器110kV侧: 主变压器35kV侧: 主变压器10kV侧：馈电线路 按潮流分布计算10kV出线电流：35kV出线电流：110kV出线电流：110kV进线电流：汇流母线根据电源支路与负荷支路在母线上的排列顺序确定110kV母线：=173.62+64.21=411.4A35kV母线按35kV侧的总负荷的60%计算；10kV母线按10kV侧的总负荷的60%计算；35k

21、V母线： =82.590.6=445.5A10kV母线： =121.5110.6=801.9A分段断路器和母联断路器的选择一般为该段母线上所连接的发电机和变压器中单台容量最大设备的持续电流.故而选择三相变压器回路中的工作电流.5.2各电压等级出线的电流计算(按一台变压器运行、一台检修的运行方式计算) 附表 2短路点K1K2K3系统阻抗电压等级110kV35kV10kV最大运行方式2.512.445.980.20最小运行方式1.672.115.390.30主运行方式2.012.265.670.25第二部分主要电气设备的选取 1、设备选择原则电气设备选取的一般原则：电气设备应能满足正常、短路、过压

22、和特定条件下的安全可靠的要求。并力求技术的先进和经济的合理。通常电气设备选择分两步走，第一按正常工作条件选择，第二按短路情况校验其热稳定性和电动力作用下的动稳定性。2、开关电器的选择1.断路器、隔离开关选取原则a.电压：（电网工作电压）b.电流：（最大持续工作电流）c.开断电流：（断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量，t为继电保护主动作时间与断路器固有分闸时间之和）d.动稳定性：（断路器极限通过电流峰值大于等于三相短路电流冲击值）e.热稳定性：2.断路器和隔离开关的选择（1）变压器110kV侧断路器， 110kV分段断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附3。表 附3设备型号SW8-110

23、G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110kV110kV110kV110kV额定电流1200A82.28A600A82.28A热稳定15.824kA2s 2s1.8623.15kA2ss1425kA2ss1.8623.15kA2s动稳定41kA4.73kA50kA4.56kA开断电流15.8kA1.86kA操动机构CD5-XGCS-14（2）110kV出线断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附4。表 附4设备型号SW8-110G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110kV1

24、10kV110kV110kV额定电流1200A82.28A600A82.28A热稳定15.824kA2s 2s1.8623.15kA2ss1425kA2ss1.8623.15kA2s动稳定41kA4.73kA50kA4.73kA开断电流15.8kA1.86kA操动机构CD5-XGCS-14 (3)110kV进线断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附5。表 附5设备型号SW8-110G/1200型断路器GW4-110/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压110kV110kV110kV110kV额定电流1200A82.28A600A82.28A热稳定15.824kA2s

25、2s1.8623.15kA2ss1425kA2ss1.8623.15kA2s动稳定41kA4.73kA50kA4.73kA开断电流15.8kA1.86kA操动机构CD5-XGCS-14 （4）变压器35kV侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附6。表 附6设备型号SW3-35型断路器GW2-35G/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压35kV35kV35kV35kV额定电流600A496.0A600A496.0A热稳定6.624kA2s2.5221.2kA2s1425kA2s2.5221.2kA2s动稳定17kA6.41kA50kA6.41kA开断电流6.6kA2.

26、52kA操动机构CD3-XCS8-3 （5）35kV出线断路器，母联兼分段断路器和隔离开关如表附7。表 附7设备型号SW3-35/600型断路器GW2-35/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压35kV35kV35kV35kV额定电流600A82.5A600A82.5A热稳定6.624kA2s3.5121.2kA2s1425kA2s3.5121.2kA2s动稳定17kA8.92kA50kA8.92kA开断电流6.6kA3.51kA操动机构CD3-XCS8-3（6）变压器10kV侧断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附8。表 附8设备型号SN3-10/2000型断路器G

27、N2-10/2000-85型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压10kV10kV10kV10kV额定电流2000A868.0kA2000A868.0kA热稳定3025kA2s6.5521.75kA2s5125kA2s6.5521.75kA2s动稳定75kA16.67kA85kA16.67kA开断电流29kA6.55kA（7）10kV出线断路器，分段断路器和隔离开关选择型号及有关参数如表附9。表 附9设备型号SN810-10II/600型断路器GN8-10T/600型隔离开关项目设备参数使用条件设备参数使用条件额定电压10kV10kV10kV10kV额定电流600A121.5A6

28、00A121.5A热稳定11.624kA2s9.9120.75kA2s2025kA2s9.9120.75kA2s动稳定33kA25.23kA52kA25.23kA开断电流11.6kA9.91kA3.导线（硬、软母线及出线）选择 选择原则：按周围环境温度校正后的允许载流量不小于最大工作电流，只有长线路才按经济电流密度选择；校验热稳定时，按公式， c=97主变压器10kV侧引出线和10kV母线选用的矩形铝排、平置。支撑绝缘子取2.5m，相间中心线距0.4m。那么允许载流量为788A，可以满足要求。(1)热稳定校验，符合要求(2)截面系数 (3)电动力(4)其他线路软导线按经济电流密度选择表 附10

29、设备型号工作电流JSISmin导线型号Iat110kV母线411.41.123671.8625LGJ-400800110kV主变侧引线173.61.121551.8625LGJ-150445110kV出线64.21.12571.8625LGJ-7027535kV母线445.51.283483.5148LGJ-40080035kV主变侧引496.01.283882.4433LGJ-40080035kV出线82.51.28643.5148LGJ-7027510kV母线801.91.087439.91135LGJ-800140310kV主变侧引868.01.088055.9882LGJ-800140

30、310kV出路121.51.081139.91135LGJ-1203804.电流互感器选择主变110kV侧电流互感器：选用LCWD-110型，Ki=200A/5A，级次0.5/p/5p，每相两只串联使用。热稳定倍数75，动稳定倍数135。热稳定和动稳定计算结果如下其余的列表表 附11设备型号电流互感器型号Ki热稳定动稳定110kV出线LCWD-110100A/5A75150110kV进线LCWD-110300A/5A75150主变35kV侧LCWD-35600A/5A6515035kV出线LCW-35150A/5A65100主变10kV侧LAJ-101200A/5A509010kV出线LAJ-10150A/5A50905.电压互感器选择表 附12设备型号电压互感器型号额定变压比110kV母线JCC-11035kV母线JDJJ-3510kV母线JSJW-106.支撑绝缘子和穿墙套管选择110kV线路拟采用X-4.5型悬式绝缘子，每相8片。35kV线路拟采用X-4.5型悬式绝缘子，每相4片。10kV户外支持绝缘子采用ZS-10/500型，其动稳定校验如下： 满足动稳定条件。10kV进