11010kV变电所设计

1、目 录摘要11电气主接线的设计31.1主接线的设计原则和要求31.2本变电所主接线的设计3 1.2.1 设计步骤3 1.2.2初步方案设计3 1.2.3本变电所主接线方案的确定3 1.2.4选择结果52 变电站主变压器的选择72.1主变压器的选择7 2.1.1主变压器台数与容量的选择条件7 2.1.2主变相数及接线组别的选择7 2.1.3选择结果73 短路电流的计算83.1短路电流8 3.1.1短路电流计算的目的83.2短路电流的计算步骤9 3.2.1主变压器及进线线路参数计算9 3.2.2短路点得确定9 3.2.3 各短路点的短路计算103.3 计算结果134 导体和主要电气设备选择144.

2、1汇流主母线的选择14 4.1.1 110kV侧汇流主母线14 4.1.2 10kV侧母线选择164.2 断路器的选择16 4.2.1 断路器Qf1、Qf2、Qf3的选择16 4.2.2 断路器QF4、QF5的选择17 4.2.3 断路器QF6、QF7的选择184.3 隔离开关的选择194.4 熔断器的选择及校验204.5互感器的选择及校验20 4.5.1 电流互感器选择20 4.5.2电压互感器选择234.6绝缘子的选择及校验254.7各主要电气设备选择结果一览表25结束语26参考文献27110/10kV变电所设计王超毅摘要: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

3、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110KV的主接线，然后又通过发电机的台数和容量确定了主变压器台数，容量及型号。最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压断路器，隔离开关，母线，绝缘子，进行了选型，从而完成110电气一次部分的设计。关键词：变电站；变压器 ；接线；110/10kV110/10kV Substation designWang ChaoyiAbstract: In this paper, according to the

4、system on the mission statement and all load and lineparameters, load analysis of trends. From load growth illustrates the necessity of establishment of the station, then a summary ofthe proposed substation and

5、 the outlet direction to consider, and through the analysis ofload data, security, economic and reliability considerations, to determine the 110KV mainwiring, then by the number and capacity of the generat

6、or sets of the main transformerstation to determine the number, capacity and model. Finally, based on the maximum continuous current and short circuit calculation results, thehigh-voltage circuit breakers, isolating switches, busb

7、ars, insulators, carried out selection,thus completing the first part of the 110 electrical design.Key words: Transformer substation; Transformer; Wiring; 110/10kV 1 电气主接线的设计1.1主接线的设计原则和要求变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。主接线

8、的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。电气主接线的设计是发电厂或变电所电气设计的主体，它与电力系统、电厂动能参数、待建变电所基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性要求有密切的关系，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式有较大的影响。因此，主接线设计必须结合电力系统和发电厂或变电所的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理选择方案。1.2本变电所主接线的设计1.2.1 设计步骤拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案

9、，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，保留几个技术上相当的较好方案。对几个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案，然后绘制最优方案电气主接线图。1.2.2初步方案设计在设计电气主接线时，要使其满足供电可靠性、运行的灵活性和经济性等项基本要求。(1)可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。电气主接线也必须满足这个要求。衡量主接线运行可靠性的标志是:断路器检修时，能否不影响供电。线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电范围的大小和时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

10、变电所全部停电的可能性（应尽量避免）。(2)灵活性调度灵活，操作简便。 检修安全。 扩建方便。(3)经济性投资省，主接线应简单清晰，以节约一次设备投资为主。占地面积小。电能损耗少。1.2.3本变电所主接线方案的确定方案1：采用单母线接线优点：接线简单清晰、设备少操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需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。适用范围：一般适用于一台发电机或一台变压器的110-220KV配电装置的出线回路数不超过两

11、回。单母线接线如图1.1所示 图1.1 单母线接线方案2：采用单母线分段接线优点：1）用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；2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，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故或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；2）当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越；3）扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：一般认为单母线分段接线应用在610kV，出线在6回及以上时，每段所接容量不宜超过25MW；用于3566kV时，出线回路不宜超过8回；用于110220kV时，出线回路不宜超

12、过4回。单母线分段接线如图1.2所示 图1.2 单母线分段接线 方案三：双母线接线优点：1）供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障时，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，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。向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电；4）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。缺点：1）增加一组母线和使每回线路需要增加一组母线隔离开关；2）当母线故障或检修时，

13、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器之间装设连锁装置。适用范围：6-10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；35KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；110-220KV配电装置，出线回路数为5回及以上时，或110-220KV配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为4回及以上时。双母线接线如图1.3所示 图1.3 双母线接线1.2.4选择结果结合任务书给的要求，二类负荷占总负荷的60%，三类负荷占总负荷的40%，根据本次设计的具体情况及终端变电所在可靠性、灵活性的基础上力求经性原则，参照上述方案，选择如下：

14、在10kV侧：采用单母线接线；在110kV侧：采用单母线分段接线电气主接线图如图1.4所示所示2.变电站主变压器的选择2.1主变压器的选择在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。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

15、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。2.1.1主变压器台数与容量的选择条件(1) 主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑确定。(2) 主变压器容量一般按变电所、建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期的负荷发展。对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。(3) 在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得跔容量的备用电源时，可装设一台主变

16、压器。(4) 装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于70%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。(5)当一台事故停用时，另一台变压器事故过负荷能力查表得出过负荷倍数为1.3，允许时间为2小时。2.1.2主变相数及接线组别的选择（1）主变相数的选择根据选择主变相数所应考虑的原则：在运输条件不受限制时，330kV及以下的变电所均应选三相变压器。此次设计110/10kV变电所选择的是三相双绕组变压器。（2）主变绕组数的确定。此变电所为110/10kV两个电压等级的变电所,因此主变压器应选双绕组变压器。 （3）主变接线组别的确定。本次设计电压等级为110kV、10k

17、V降压变电所，由于本地区电网考虑供电的可靠性,35kV及以下电网采用不接地或采用小电流接地方式，所以主变采用Yn /d11连接组别。2.1.3选择结果根据该变电所的原始资料、选择主变压器的原则，从对用户供电可靠、保证电能质量等各方面考虑，本次设计选用三台主变压器，其中一台留作备用，由于本变电站的总容量是250MVA,所以三台变压器的总容量应满足以下条件： (2-1) （2-2）因为本变电站只有二类负荷和三类负荷，且二类负荷占总容量的60%，即是150MVA,三类负荷为100MVA,所以选择容量为150MVA型号为SSPL-150000/110的变压器三台。 （2-3） （2-4） 由此可知所选

18、型号满足条件，即主变压器选择型号为SSFPL-150000/110选定的主变型号、参数见表1表1 主变压器参数表额定容量 高压 低压 短路电压（%） 空载电流（%） 连接组150000KVA 121KV 13.8KV 12.68 1.73 Ynd113 短路电流的计算3.1短路电流所谓短路，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的最大电流。造成短路的主要原因是电气设备的绝缘损坏、误操作、雷击、过电压击穿等。3.1.1短路电流计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确

19、定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。3.2短路电流的计算步骤3.2.1主变压器及进线线路参数计算，（1）主变压器参数计算 (3-1)（2）进线线路等值电抗进线线路选择型号为LGJ-1

20、20， (3-2)3.2.2短路点得确定此变电站设计中，电压等级有两个，选择两个短路点。依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如下：图2.1网络等值图3.2.3 各短路点的短路计算3.2.3.1 当110kV母线上的QF合上时，K1点短路点的计算(110kV母线)网络化简如图2.2所示：图2.2 K1(110kV母线)点短路等值图 (3-3) (3-4)所以短路电流周期分量的有效值为 (3-5) (3-6)取冲击系数则冲击电流为 (3-7)短路电流有效值为 (3-8) 3.2.3.2 当110kV母联断路器断开时，K2短路点的短路计算（10kV母线）网络化简如图2.3所

21、示：图2.3 K2(10kV母线)点短路等值图 (3-9) (3-10) (3-11)所以短路电流周期分量的有效值为 (3-12) (3-13)取冲击系数 则冲击电流为 (3-14)短路电流有效值为 (3-15)3.2.3.3当110kV母联断路器断开时，K2点短路电流计算网络化简如图2.4所示：图2.4 K2(10kV母线)点短路等值图 (3-16) (3-17) (3-18)所以短路电流周期分量的有效值为 (3-19) (3-20)取冲击系数 则冲击电流为 (3-21)短路电流有效值为 (3-22)3.2.3.4当110kV母联断路器断开 K1点短路计算网络化简只需在图2.4上加站用变压器

22、的电抗标幺值即可，如下图所示：图2.5 K1(110kV母线)点短路等值图所以短路电流周期分量的有效值为 (3-23) (3-24)取冲击系数则冲击电流为 (3-25)短路电流有效值为 (3-26)33 计算结果由以上的计算可知最大运行方式下最小运行方式下4 导体和主要电气设备选择4.1汇流主母线的选择为了保证供电系统的安全可靠、优质及经济运行，母线选择时必须满足下列条件：导线及母线在通过正常最大负荷电流即线路计算时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度，即应使允许载流量IA不小于通过相线的计算电流IaN,即IAIaN。导线(母线)截面的选择可按长期允许电流或经济电流密度来选择.对

23、年负荷利用小时数超过5000,传输容量大,长度在20m以上的导体,如发电机、变压器的连接导线,其截面积一般按经济电流密度来选择,而汇流母线通常在正常运行方式下,传输容量不大,可按长期允许电流来选择。4.1.1 110kv侧汇流主母线4.1.1.1 110kv侧汇流主母线正常发热校验由Tmax=3200h 查得 J=1.42A/ mm2 （4-1） （4-2） （4-3）查书后附录选择LMY-2*125*8型号母线。得： 又由任务书里的温度条件得； （4-4）所以： （4-5） 所以可满足母线正常发热需求 ； 4.1.1.2 110kV侧汇流主母线热稳定性校验 tk=tp+tb( tk:热稳定时

24、间、tp:后备保护时间tb:全分闸时间tg：固有分闸时间)； tp=0.3s; tb=0.06; 所以：tk=0.36s （4-6）由于是无限大容量无须考虑非周期分量 （4-7）查表得C=99； （4-8）4.1.1.3 110kv侧汇流主母线动稳定性校验 （4-9） (4-10) (4-11) 作用在母线上的最大电动力： (4-12) (4-13)相间应力： (4-14)母线允电动： (4-15) 母线允许相间应力: 比较得：其校验均满足要求，综上所述110kV侧选择LMY-2*125*8型号母线4.1.2 10kV侧母线选择4.1.2.1 10kv侧汇流主母线正常发热校验由Tmax =32

25、00h 查得: J=1.42A/ mm Sn=150MVA； (4-16) (4-17)由于截面积过大可选择多n条母线并联，此处n可取14 (4-18)由前面得 ： 选用LMR-2*100*10 母线 ；所以由7组这样的双母线并联即可 查表得： (4-19) 4.1.2.2 10Kv侧汇流主母线热稳定校验tk=tp+tb=0.3s；Qk的值即 Qp； 短路前温度之前求过同理查表得C=99；软母线无须校验其动稳定性。 (4-20)其校验均满足要求，综上所述10kV侧选择选用LMR-2*100*10 母线。4.2 断路器的选择4.2.1 断路器QF1、QF2、QF3的选择 S=300MVA; (4

26、-21) 由Un=110KV，查表使用：LW6-110（FA1-126）断路器。断路器的各项数据如下：In=3.15KA,Ibr=31.5KA,It=50kA(3s),Imax=125kA,tb=0.06s,tp=0.3s ;其中110kV侧: 校验开断能力 t1=tp+tg0.1s 则.校验热稳定：.校验热稳定：tk=0.3+0.06=0.36s<1s. （4-22） （4-23）以上校验均满足要求，故QF1、QF2、QF3选择LW6-110（FA1-126）断路器实际计算值与理论值的比较如表4-1所示表4-1 计算数据LW6-110（FA1-126）断路器 110kV 1635A 1

27、0.1398kA 16.9813kA 30.84 kAs. 110kV 3150A 31.5kA 125kA 10000 kAs. 4.2.2 断路器QF4、QF5、QF8的选择 （4-24）Un、Igmax值选定使用SW3-11G/1200断路器断路器各项指标为In=1.2kA，Ibr=15.8kA，Imax=41kA,It=15.8kA(4s)tg=0.07s,tb=0.4s.校验开断能力：;校验热稳定： 故 （4-25） (4-26)以上校验均满足要求故QF4、QF5、QF8选择SW3-11G/1200断路器实际计算值与理论值的比较如表4-2所示表4-2 计算数据SW3-11G/1200

28、断路器 110kV 827A 10.1398kA 16.9813kA 30.84 kA2s. 110kV 1200A 15.8kA 41kA 998.56 kA2s.4.2.3 断路器QF6、QF7、QF9的选择 ； （4-27） （4-28） 选用SN4-10G/6000断路器:参数为Un=10kV，In=10kA，Ibr=105kA， Imax=300kA；It=120kA（5s） 校验开端能力：t1=tp+tb>0.1s 故校验热稳定： （4-29）（4-30）以上校验均满足要求故QF6、QF7、QF9选择SW3-10G/1200断路器。实际计算值与理论值的比较如表4-3所示表4-

29、3 计算数据SW3-10G/1200断路器 10kV 0.932kA 71.388kA 119KA 1885.6 kAs 10kV 1kA 105kA 300kA 720000 kAs. 4.3 隔离开关的选择通过与实际计算值相比较总结出下列各表：QS1-QS6隔离开关型号选择如表4-4所示表4-4 计算数据隔离开关 GW5-126 110kV 1.653kA 16.9813kA 30.84kAs. 110kV 2kA 80kA 3969kAsSQ7-QS10、SQ15、16、19-21隔离开关型号的选择如表4-5所示表4-5 计算数据隔离开关 GW5-126 110kV 1.653kA 16

30、.9813kA 30.84kAs. 110kV 1.25kA 80kA 3969kAs SQ11-SQ14、SQ17、18隔离开关的型号选择如表4-6所示表4-6 计算数据隔离开关 GW5-126 10kV 9093A 119.4294kA 1885.6kAs. 10kV 10000A 200kA 55125kAs4.4 熔断器的选择及校验熔断器的选择如表4-7所示表4-7 110kV侧的2个熔断器 10kV侧的2个熔断器 RN2型号（110kV）计算结果 熔断器参数 RN2（10kV）计算结果 熔断器参数 4.5互感器的选择及校验4.5.1 电流互感器选择（1）电流互感器选择的具体技术条件如

31、下：一次回路电压： 式中：电流互感器安装处一次回路工作电压； 电流互感器额定电压。一次回路电流： 式中：电流互感器安装处的一次回路最大工作电流； 电流互感器原边额定电流。当电流互感器使用地点环境温度不等于时，应对进行修正。修正的方法与断路器的修正方法相同。准确级准等级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准等级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。 与仪表连接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于下要求：与仪表相配合分流器、变压器的准确级为0.5级，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级为0.5。仪表的准确级为1.5

32、时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级0.5。仪表的准确级为2.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级1.0。 用于电能测量的互感器准确级：0.5级有功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级，2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器。 一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。动稳定校验：

33、式中：短路电流冲击值； 电流互感器一次额定电流；电流互感器动稳定倍数。热稳定校验：式中：最大短路电流； 短路电流发热等值时间； 电流互感器一次额定电流。t秒时的热稳定倍数。（2）电流互感器的选择根据如下条件选择电流互感器：一次回路电压：一次回路电流：110KV侧电流互感器安装处的一次回路最大工作电流 (4-31) (4-32)10kV侧电流互感器安装处的一次回路最大工作电流 (4-33)因为我们组的10KV侧电流互感器安装处的一次回路最大工作电流过大，导致找不到合适的电流互感器，经老师同意采用能找到的最合适的电流互感器替代。各电流互感器的选择结果见下表：表4-1 电流互感器的型号及参数 二次负

34、荷 热稳 动稳位置 型号 额定 准确 0.5级() 10P级(VA) D() 定倍数 定倍数 电流比 级次 110kV LBG-110 2500/5 0.5B 2.0 75 130 0.2 0.5110kV LVQB-110w2 200-2500/5 10P 50 75 135 0.510kV LBJ-10 6000/5 1 2.4 4 50 90 D（3）电流互感器的校验110KV侧电流互感器 动稳定： (4-33) (4-34)符合要求 热稳定：由校验断路器可知： (4-35) (4-36)符合要求二次负荷校验电流互感器两侧均有电流表，有功功率表，无功功率表，功率因素表，其负荷因小于电流互

35、感器负荷则满足校验：电流表0.2 有功功率表0.4 无功功率表0.4 功率因素表0.2 电流表5VA 有功功率表10VA 无功功率表10VA 功率因素表5VA LBG-110型号符合要求 LVQB-110w2型号符合要求 经以上校验LBG-110、LVQB-110w2电流互感器满足各项要求。2) 10KV侧电流互感器 动稳定： (4-37) (4-38)符合要求 热稳定：由校验断路器可知： (4-39) (4-40)二次负荷校验电流互感器两侧均有电流表，有功功率表，无功功率表，功率因素表，其负荷因小于电流互感器负荷则满足校验：电流表0.4 有功功率表0.6 无功功率表0.6 功率因素表0.4L

36、BJ-10型号符合要求经以上校验LBJ-10电流互感器满足各项要求。4.5.2电压互感器选择（1）电压互感器选择的具体技术条件如下：一次电压：电压互感器额定一次线电压，其允许波动：电压互感器二次电压，应根据使用情况，按发电厂电气部分课程设计参考资料第118页、表538进行选择。准确等级：电压互感器应在那一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。：二次负荷； 对应于在测量仪表所要求的最高准确等级下，电压互感器的额定容量。（2）电压互感器的选择：由电压互感器选择的技术条件及各侧使用情况：110kV侧：10kV侧：三侧电压互感器准确等级：0.5级表4-2 电

37、压互感器型号及参数型式 额定变比（V） 在下列准确等级 最大容量(VA) 下额定容量(VA) 0.5级 1级 3级JCC-110 250 500 1000 2000JDJ-10 10000/100 80 150 320 500 1)110kV侧电压互感器两侧均有电压表，有功功率表，无功功率表，功率因素表，其负荷因小于电压互感器负荷则满足校验：电压表25VA 有功功率表50VA 无功功率表50VA 功率因素表25VAJCC-110型号符合要求 2)10kV侧 电压互感器两侧均有电压表，有功功率表，无功功率表，功率因素表，其负荷因小于电压互感器负荷则满足校验：电压表15VA 有功功率表20VA 无功功率表20VA 功率因素表15VAJDJ-10型号符合要求 经以上校验JCC-110、JDJ-10电压互感器满足各项要求。4.6绝缘子的选择及校验根据母线额定电压10kV和户外装设的要求，选用ZPD-10-35型支柱绝缘子，其抗弯破坏负荷作用在绝缘子上的电动力为