KV变电站电气部分初步设计

摘要本次毕业设计的题目是《110/35/10KV变电站电气部分初步设计》。根据设计的要求，在设计的过程中，根据变电站的地理环境、容量和各回路数确定变电站电气主接线和站用电接线，并选择各变压器的型号；进行参数计算、画等值网络图，并计算各电压等级侧的短路电流，列出短路电流结果表；计算回路持续工作电流、选择各种高压电气设备，并根据相关技术条件和短路电流计算结果表校验各高压设备。随着科学技术的发展，网络技术的普及，数字化技术成为当今科学技术发展的前沿，变电站数字化对进一步提升变电站综合自动化水平将起到极大促进作用，是未来变电站建设的发展方向。基于这种发展的需求，该变电站采用EDCS-6200型110kV变电站综合自动化。利用数字化技术来解决目前综合自动化变电站存在的问题已成为可能。本变电站就是利用数字化技术使变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，并使通信网络化、模型和通信协议统一化、设备智能化、运行管理自动化。通过本次设计，学习了设计的基本方法，巩固三年以来学过的知识，培养独立分析问题的能力，而且加深对变电站的全面了解。关键词主接线，短路电流，电气设备，主变保护，配电装置，EDCS-6200AbstractThisgraduationprojecttopicis:"110/35/10KVTransformersubstationElectricityPartPreliminarydesign".Accordingtothedesignrequest,inthedesignprocess,accordingtothetransformersubstationgeographicalenvironment,thecapacityandvariousreturnroutesnumberdeterminedthetransformersubstationelectricityhostwiringandthestationuseelectricitythewiring,andchoosesvarioustransformersthemodel;Carriesontheparametercomputation,thepictureequivalentnetworkchart,andcalculatesvariousvoltagesranksidetheshort-circuitcurrent,liststheshort-circuitcurrentresulttable;Calculatesthereturnroutecontinuallyoperatingcurrent,chooseseachkindofhighpressureelectricalequipment,andverifiesvarioushighpressureunitaccordingtothecorrelationengineeringfactorandtheshort-circuitcurrentcomputedresulttable.Alongwiththescienceandtechnologydevelopment,thenetworkingpopularization,thedigitizedtechnologywillbecomenowthescienceandtechnologydevelopmentthefront,thetransformersubstationdigitizationtofurtherpromotesthetransformersubstationsynthesisautomationleveltogetuptothelimitthebigpromoteraction,isthefuturetransformersubstationconstructiondevelopmentdirection.Basedonthiskindofdevelopmentdemand,thistransformersubstationusesEDCS-6200the110kVtransformersubstationsynthesisautomation.Solvesatpresentusingthedigitizedtechnologytosynthesizetheautomatedtransformersubstationexistencethequestionpossiblytobecome.Thistransformersubstationiscausesthetransformersubstationusingthedigitizedtechnologyinformationgathering,thetransmission,processing,theoutputprocesstodigitizecompletely,andcausesthecorrespondencenetwork,themodelandcommunicationprotocolunitizing,theequipmentintellectualization,themovementmanagementautomation.Throughthisdesign,hasstudiedthedesignessentialmethod,sincetheconsolidatedfouryearshavestudiedtheknowledge,raisestheindependentanalysisquestionability,moreoverdeepenstothetransformersubstationcomprehensiveunderstanding.KeywordsMainwiring,Short-circuitcurrent,Electricalequipment,Thehostchangestheprotection,Powerdistributionequipment,EDCS-6200目录绪论 1第1章变电站电气主接线设计及主变压器的选择 11.1主接线的设计原则和要求 11.1.1主接线的设计原则 11.1.2主接线设计的基本要求 11.2主接线的设计 21.2.1设计步骤 21.2.2初步方案设计 21.2.3最优方案确定 31.3主变压器的选择 41.3.1主变压器台数的选择 41.3.2主变压器型式的选择 41.3.3主变压器容量的选择 51.3.4主变压器型号的选择 51.4站用变压器的选择 51.4.1站用变压器的选择的基本原则 51.4.3站用变压器型号的选择 6第2章短路电流计算 72.1短路计算的目的、规定与步骤 72.1.1短路电流计算的目的 72.1.2短路计算的一般规定 72.1.3计算步骤 72.2变压器的参数计算及短路点的确定 82.2.1变压器参数的计算 82.2.2短路点的确定 82.3各短路点的短路计算 92.3.1短路点d-1的短路计算(110KV母线) 92.3.2短路点d-2的短路计算(35KV母线) 92.3.3短路点d-3的短路计算(10KV母线) 102.3.4短路点d-4的短路计算 102.4绘制短路电流计算结果表 11第3章电气设备选择与校验 123.1电气设备选择的一般规定 123.1.1一般原则 123.1.2有关的几项规定 123.2各回路持续工作电流的计算 123.3高压电气设备选择 133.3.1断路器的选择与校验 133.3.2隔离开关的选择及校验 163.3.3电流互感器的选择及校验 173.3.4电压互感器的选择及校验 203.3.5母线与电缆的选择及校验 213.3.6熔断器的选择 23第4章无功补偿设计 254.1无功补偿的原则与基本要求 254.1.1无功补偿的原则 254.1.2无功补偿的基本要求 254.2补偿装置选择及容量确定 254.2.1补偿装置的确定 254.2.2补偿装置容量的选择 26第5章变电站配电装置的设计 275.1概述 275.2高压配电装置的选择 285.3电气总平面布置 295.3.1电气总平面布置的要求 295.3.2电气总平面布置 305.4本变电站的配电装置 30第6章EDCS-6200型110kV变电站综合自动化装置 336.1EDCS-6200型110kV变电站综合自动化装置的结构 336.1.1现地单元层的设备配置原则 336.1.2主控层硬件设备的配置 336.1.3站级管理机的软件功能 346.2.1基本功能 356.2.2附加设备 36第7章EDCS-6200型综合自动化装置的布置 397.1EDCS-6200型110kV综合自动化装置的设备 397.2综合自动化装置的附加设备 417.3110kV变电站的二次设备的布置 41结论 43致谢 44参考文献 45附录 46绪论电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。电力系统规划设计及运行的任务是：在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供可靠、充足、质量合格的电能。所以在本次设计中选择变电站电气部分的初步设计，是为了更多的了解现代化变电站的设计规程、步骤和要求，设计出比较合理变电站。根据设计要求的任务，在本次设计中主要通过变电站电气主接线、短路电流计算、设备选择与校验、无功补偿、主变保护和配电装置部分的设计，使我对三年来所学的知识更进一步的巩固和加强，并从中获得一些较为实际的工作经验。由于在设计中查阅了大量的相关资料，所以开始逐步掌握了查阅，运用资料的能力，又可以总结三年来所学的电力工业的部分相关知识，为我们日后的工作打下了坚实的基础第1章变电站电气主接线设计及主变压器的选择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。1.1主接线的设计原则和要求主接线的设计原则考虑变电站在电力系统的地位和作用变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。考虑近期和远期的发展规模变电站主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。考虑主变台数对主接线的影响变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。考虑备用量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。1.1.2主接线设计的基本要求根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。评价主接线可靠性的标志如下：断路器检修时是否影响供电；线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；变电站全部停电的可能性。灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。扩建方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。经济性可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。1.2主接线的设计1.2.1设计步骤电气主接线设计，一般分以下几步：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，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2个技术上相当的较好方案。对2个技术上比较好的方案进行经济计算。对2个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。绘制最优方案电气主接线图。1.2.2初步方案设计根据原始资料，此变电站有三个电压等级：110/35/10KV，故可初选三相三绕组变压器，根据变电站与系统连接的系统图知，变电站有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下两种接线方案供最优方案的选择。方案一：110KV侧采用双母线接线，35KV侧采用单母分段接线，10KV侧采用单母分段接线。方案二：110KV侧采用单母分段接线，35KV侧采用双母线接线，10KV侧采用单母分段。两种方案接线形式如下：图1.1方案一图1.2方案二1.2.3最优方案确定技术比较在初步设计的两种方案中，方案一：110KV侧采用双母线接线；方案二：110KV侧采用单母分段接线。采用双母线接线的优点：①系统运行、供电可靠；②系统调度灵活；③系统扩建方便等。采用单母分段接线的优点：①接线简单；②操作方便、设备少等；缺点：①可靠性差；②系统稳定性差。所以，110KV侧采用双母线接线。在初步设计的两种方案中，方案一：35KV侧采用单母分段接线；方案二：35KV侧采用双母线接线。由原材料可知，问题中未说明负荷的重要程度，所以，35KV侧采用单母分段接线。经济比较对整个方案的分析可知，在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及土建费用上，在运行灵活性上35KV、10KV侧单母线形接线比双母线接线有很大的灵活性。由以上分析，最优方案可选择为方案一，即110KV侧为采用双母线接线，35KV侧为单母线形接线，10KV侧为单母分段接线。其接线图见以上方案一。1.3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，其担负着变换网络电压，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。1.3.1主变压器台数的选择为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。本设计变电站有两回电源进线，且低压侧电源只能由这两回进线取得，故选择两台主变压器。1.3.2主变压器型式的选择相数的确定在330kv及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。绕组数的确定在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。绕组连接方式的确定变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星接，35KV也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV及以下电压，变压器绕组都采用角接。结构型式的选择三绕组变压器在结构上有两种基本型式。升压型。升压型的绕组排列为：铁芯—中压绕组—低压绕组—高压绕组，高、中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。降压型。降压型的绕组排列为：铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。调压方式的确定变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。无励磁调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可带负荷调节，但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置，应选用无载调压变压器。1.3.3主变压器容量的选择变电站主变压器容量一般按建站后5~10年的规划负荷考虑，并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷的50%~70%（35~110KV变电站为60%），或全部重要负荷（当Ⅰ、Ⅱ类负荷超过上述比例时）选择。即（1.1）式中N——变压器主变台数1.3.4主变压器型号的选择由所给材料可知：10KV侧35KV侧高压侧变电站用电负荷为：所以变电站最大负荷为：则：由以上计算，查《发电厂电气部分》第481页，选择主变压器型号如下：表1.1主变压器型号及参数型号及容量(KVA)额定电压(KV)连接组损耗(KW)阻抗电压(%)空载电流(%)空载短路高中高低中低高中低SFSL1-15000/11012182.5%38.522.5%10.5YN,yn0,d1122.712010.51761.3其容量比为：15000/15000/15000。1.4站用变压器的选择1.4.1站用变压器的选择的基本原则变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适应；阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围内，站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的；变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率。1.4.3站用变压器型号的选择参考《发电厂电气部分》第475页，选择站用变压器如下：表1.2站用变压器型号及参数型号额定容量(KVA)额定电压(KV)连接组损耗(W)阻抗电压(%)空载电流(%)空载短路SC10-200/1020010.5/0.4Y,yn0480186041.3第2章短路电流计算2.1短路计算的目的、规定与步骤2.1.1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。2.1.2短路计算的一般规定计算的基本情况电力系统中所有电源均在额定负载下运行。所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。所有电源的电动势相位角相等。应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2.1.3计算步骤选择计算短路点。画等值网络图。首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。选取基准容量和基准电压（一般取各级的平均电压）。将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。求计算电抗。由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到）。计算无限大容量（或）的电源供给的短路电流周期分量。计算短路电流周期分量有名值和短路容量。2.2变压器的参数计算及短路点的确定2.2.1变压器参数的计算基准值的选取：，取各侧平均额定电压主变压器参数计算由表1.1查明可知：电抗标幺值为：站用变压器参数计算由表1.2查明：系统等值电抗2.2.2短路点的确定此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中110KV进线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点。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：2.3各短路点的短路计算2.3.1短路点d-1的短路计算(110KV母线)网络化简如图2.2所示：图2.2d-1点短路等值图因为所以2.3.2短路点d-2的短路计算(35KV母线)网络化简为：图2.3d-2点短路等值图2.3.3短路点d-3的短路计算(10KV母线)网络化简为：图2.4d-3点短路等值图2.3.4短路点d-4的短路计算网络化简只需在图2.4上加站用变压器的电抗标幺值即可，如下图所示：图2.5d-4点短路等值图2.4绘制短路电流计算结果表总结以上各短路点短路计算，得如下短路电流结果表：表2.4短路电流计算结果表短路点编号基值电压基值电流支路名称支路计算电抗额定电流0S短路电流周期分量稳态短路电流0.2短路电流短路电流冲击值全电流有效值短路容量标幺值有名值标幺值有名值标幺值有名值公式2.55~2.71.52~1.62d-11150.502110kv1.975.020.5082.550.5082.550.5082.556.53.876485.826d-2371.5635kv1.815.60.568.7360.568.7360.568.73622.2813.29529.58d-310.55.510kv4.62550.21611.9040.21611.9040.21611.90430.35518.094206.177d-40.4144.340.4kv254.621443.40.003935.6690.003935.6690.003935.66914.468.6173.731第3章电气设备选择与校验导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。3.1电气设备选择的一般规定3.1.1一般原则应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。3.1.2有关的几项规定导体和电器应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动、热稳定，并按环境条校核电器的基本使用条件。在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按下表计算。表3.1各回路持续工作电流回路名称计算公式变压器回路馈电回路注：等都为设备本身的额定值。3.2各回路持续工作电流的计算依据表4.1，各回路持续工作电流计算结果见下表：表3.2各回路持续工作电流结果表回路名称计算公式及结果110KV母线Ig.max==82.67A110KV进线Ig.max==89.23A35KV母线Ig.max==259.82A35KV出线Ig.max==58.92A10KV母线Ig.max==454.68A10KV出线Ig.max==51.96A0.4KV母线Ig.max==255.25A3.3高压电气设备选择3.3.1断路器的选择与校验断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压6－220kV的电网一般选用少油断路器，断路器选择的具体技术条件如下：电压：（3.1）电流：（3.2）开断电流：（3.3）式中：——断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；

——断路器的额定开断电流。动稳定：（3.4）式中：——断路器极限通过电流峰值；——三相短路电流冲击值。热稳定：（3.5）式中：——稳态三相短路电流；其中：，由和短路电流计算时间t，可从《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页，查短路电流周期分量等值时间t,从而计算出。断路器的选择根据如下条件选择断路器：电压：电流：，各回路的见表3.2。各断路器的选择结果见下表：表3.3断路器的型号及参数性能指标位置型号额定电压（KV）额定电流（A）额定断开电流（KA）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）固有分闸时间（s）合闸时间（s）110KV侧OFPI-110110125031.58031.5(3)<0.03变压器35KV侧HB35361250258025(3)0.060.0635KV出线侧HB35361250258025(3)0.060.06变压器10KV侧HB-101012504010043.5(3)0.060.0610KV出线侧ZN4-10C1060017.329.417.3(4)0.050.2站用DW5-400380-400400其中：OFPI-110号断路器见《发电厂电气部分》第491页；HB35号断路器见《发电厂电气部分》第490页；HB-10号断路器见《发电厂电气部分》第489页；ZN4-10C号断路器见《电力工程电气设备手册—电气一次部分》第649页。断路器的校验校验110KV侧断路器=1\*GB3①开断电流：=2\*GB3②动稳定：=3\*GB3③热稳定：查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页得：则：经以上校验此断路器满足各项要求。校验变压器35KV侧断路器=1\*GB3①开断电流：=2\*GB3②动稳定：=3\*GB3③热稳定：查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页得：则：经以上校验此断路器满足各项要求。校验35KV出线侧断路器此断路器与35KV变压器侧断路器型号相同，且短路电流与校验35KV变压器侧断路器为同一短路电流，则：校验过程与校验35KV变压器侧断路器相同。校验变压器10KV侧断路器=1\*GB3①开断电流：=2\*GB3②动稳定：=3\*GB3③热稳定：查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页得：则：经以上校验此断路器满足各项要求。校验10KV出线侧断路器=1\*GB3①开断电流：=2\*GB3②动稳定：=3\*GB3③热稳定：查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页得：则：经以上校验此断路器满足各项要求。3.3.2隔离开关的选择及校验隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。隔离开关的选择根据如下条件选择隔离开关：电压：电流：，各回路的见表3.2。各隔离开关的选择结果见下表：表3.4隔离开关的型号及参数开关编号型号额定电压(KV)额定电流(A)动稳定电流(KA)热稳定电流(s)(KA)110KV侧GW2-1101106005014(5)35KV变压器侧GW4-353510008023.7(4)35KV出线侧GW8-3535400155.6(5)其中：GW2-110型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页；GW4-35型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页；GW8-35型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页；隔离开关的校验110KV侧隔离开关的校验=1\*GB3①动稳定：=2\*GB3②热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此隔离开关满足各项要求。35KV变压器侧隔离开关的校验=1\*GB3①动稳定：=2\*GB3②热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此隔离开关满足各项要求。35KV出线侧隔离开关的校验=1\*GB3①动稳定：=2\*GB3②热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此隔离开关满足各项要求。3.3.3电流互感器的选择及校验电流互感器选择的具体技术条件如下：一次回路电压：（3.6）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：（3.7）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。=1\*GB3①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。=2\*GB3②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。=3\*GB3③一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：（3.8）式中：——短路电流冲击值；——电流互感器原边额定电流；——电流互感器动稳定倍数。热稳定校验：（3.9）式中：——稳态三相短路电流；——短路电流发热等值时间；——电流互感器原边额定电流。——t秒时的热稳定倍数。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：见表3.2。各电流互感器的选择结果见下表：表3.5电流互感器的型号及参数参数位置型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷(Ω)10%倍数1S热稳定倍数动稳定倍数0.5级1级二次负荷(Ω)倍数110KV进线侧LB-1102300/50.5/BB/B0.5B2.02.01570183变压器35KV侧LCW-3515-1000/50.5/30.5/3242286510035KV出线侧LB-35300/50.5/B1/B20.5/0.5/B2B2/B2/B20.5B1B22.02.01555140变压器10KV侧LBJ-101000/50.5/D1/DD/D0.51D0.5<10509010KV出线侧LA-10300/50.5/31/30.5130.41075135其中：LB-110型号电流互感器见《发电厂电气部分》第498页；LCW-35型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第194页；LB-35型号电流互感器见《发电厂电气部分》第498页；LBJ-10型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第187页；LA-10型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第186页。电流互感器的校验110KV进线侧电流互感器=1\*GB3①动稳定：=2\*GB3②热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。变压器35KV侧电流互感器=1\*GB3①动稳定：=2\*GB3②热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。35KV出线侧电流互感器=1\*GB3①动稳定：=2\*GB3②热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。变压器10KV侧电流互感器=1\*GB3①动稳定：=2\*GB3②热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。10KV出线侧电流互感器=1\*GB3①动稳定：=2\*GB3②热稳定：由校验断路器可知：经以上校验此电流互感器满足各项要求。3.3.4电压互感器的选择及校验电压互感器选择的具体技术条件如下：一次电压：（3.10）式中：——电压互感器额定一次线电压，其允许波动范围为二次电压：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：（3.11）式中：——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。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：35KV侧：10KV侧：三侧电压互感器准确等级：1级参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》185页表5.44，三侧电压互感器选择如下表所示：表3.6电压互感器型号及参数型式额定变比在下列准确等级下额定容量(VA)最大容量(VA)0.5级1级3级单相(屋外式)JCC-11050010002000JDJ-3535000/1001502506001200JDZ-1010000/10080150300500其中：JCC-110型号电压互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第185页；JDJ-35型号电压互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第185页；JDZ-10型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第184页。3.3.5母线与电缆的选择及校验35KV母线的选择按经济电流密度选择母线截面，35KV最大持续工作电流查表4.2得，采用铝母线，由《发电厂电气部分》第242页、图6.4查得时，经济电流密度则母线经济截面为：（3.14）参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》第142页、表5.14，选择35KV母线为：（）型矩形铝母线，平放，允许载流量。因实际环境温度，综合修正系数，故（3.15）可满足长期发热要求。10KV母线的选择及校验按经济电流密度选择母线截面10KV最大持续工作电流查表4-2得，采用铝母线，由《发电厂电气部分》第242页、图6.4查得时，经济电流密度则母线经济截面为：参考《发电厂电气部分》附表2.1，选用每相2条矩形铝导体，平方时，集肤效应系数因实际环境温度，参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》第114页、表5-17，综合修正系数，故时允许电流为：可满足长期发热的要求。热稳定校验由校验短路器可知，短路电流周期分量母线正常运行最高温度为：（3.16）参考《发电厂电气部分》243页、表6.3得：，则母线最小截面为：（3.17）满足热稳定。动稳定校验由短路电流计算结果表查得，短路冲击电流为：相间距离取（3.21）（3.22）（3.23）由、，参考《发电厂电气》图2.15得：同相条间应力为：（3.24）（3.25）,即每跨内满足动稳定所必须的最少衬垫数为2个。实际衬垫距为：满足动稳定的要求。10KV出线电缆的选择及校验按额定电压：按最大持续工作电流选择电缆面积S，查表3.2得：参考《发电厂电气部分》附表2-4、附表2.6，选择电缆，时，、。温度修正系数（3.26）其中为土壤温度参考《发电厂电气部分》附表2.9及附表2-10得土壤热阻修正系数,直埋两根并列敷设系数。允许载流量（3.27）满足长期发热要求。3.3.6熔断器的选择高压熔断器应按所列技术条件选择，并按使用环境条件校验。熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害，屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，而在电厂中多用于保护电压互感器。熔断器选择的具体技术条件如下：电压：（3.28）限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中，以免因过电压而使电网中的电器损坏，故应为电流：（3.29）式中：——熔体的额定电流。——熔断器的额定电流根据保护动作选择性的要求校验熔体额定电流，应保证前后两级熔断器之间，或熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。断流容量：（3.30）式中：——三相短路冲击电流的有效值。——熔断器的开断电流。熔断器的选择依据以上熔断器选择的技术条件，参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》166页表5-35，35KV和10KV熔断器如下表所示：表3.8熔断器的型号及参数系列型号额定电压(KV)额定电流(A)断流容量(MVA)备注RN2100.51000保护户内电压互感器RW9-35350.52000保护户外电压互感器其中：RN2型号熔断器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第166页；RW9-35型号熔断器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页；第4章无功补偿设计无功电源和有功电源一样是保证系统电能质量和安全供电不可缺少的。据统计，电力系统用户所消耗的无功功率大约是它们所消耗的有功功率的50~100%。另外电力系统中的无功功率损耗也很大，在变压器内和输电线路上所消耗掉的总无功功率可达用户消耗的总无功功率的75%和25%。因此，需要由系统中各类无功电源供给的无功功率为总有功功率的1~2倍。由无功功率的静态特性可知，无功功率与电压的关系较有功功率与电压的关系更为密切，从根本上来说，要维持整个系统的电压水平就必须有足够的无功电源。无功电源不足会使系统电压降低发送变电设备达不到正常出力，电网电能损失增大，故需要无功补偿。4.1无功补偿的原则与基本要求4.1.1无功补偿的原则根据技术规程规定按主变容量的10%～20%进行无功补偿；分级补偿原则，按主变无功损耗减去电缆充电功率确定无功补偿的容量；且10KV和110KV侧电压不能低于标称电压；在轻负荷（2%～30%主变容量计时）时由于电缆充电功率的影响，其充电功率与补偿功率近似抵消；4.1.2无功补偿的基本要求电力系统的无功电源与无功负荷，在各种正常及事故运行时，都应实行分层分区、就地平衡的原则，并且无功电源应具有灵活的调节能力和一定的检修备用、事故备用。在正常运行方式时，突然失去一回线路，或一台最大容量的无功补偿设备，或一台最大容量的发电机（包括失磁）之后，系统无功电源事故备用的容量方式及配电方式，应能保持电压稳定和正常供电，避免出现电压崩溃；在正常检修运行方式时，若发生上述事故，应允许采取切除部分负荷或并联电抗器等必要措施，以维持电压稳定。对于110KV及以上系统的无功补偿，应考虑提高电力系统稳定性的作用。4.2补偿装置选择及容量确定4.2.1补偿装置的确定同步调相机：同步调相机在额定电压±5%的范围内，可发额定容量，在过励磁运行时，它向系统供给感性的无功功率起无功电源作用，能提高系统电压，在欠励磁运行时，它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用，可降低系统电压。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸收）无功功率，进行电压调节，但是调相机的造价高，损耗大，维修麻烦，施工期长。串联电容补偿装置：在长距离超高压输电线路中，电容器组串入输电线路，利用电容器的容抗抵消输电线的一部分感抗，可以缩短输电线的电气距离，提高静稳定和动稳定度。但对负荷功率因数高（＞0.95）或导线截面小的线路，由于PR/V分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。静电补偿器补偿装置：它由静电电容器与电抗器并联组成电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率的静止补偿器，与同步调机相相比较，运行维护简单，功率损耗小，但相对串联电容及并联电容补偿装置，其造价高维护较复杂，一般适用以较高的电压等级500KV变电所中。并联电容器补偿装置：并联电容器是无功负荷的主要电源之一。它具有投资省，装设地点不受自然条件限制，运行简便可靠等优点，故一般首先考虑装设并联电容器。由于本次设计的变电站为110KV降压变电站，以补偿的角度来选择，以上四种均能满足要求，但是在经济和检修方面来考虑，首先选择并联和串联补偿装置。而原始资料可知，补偿装置主要补偿负荷的无功容量及平衡主变损耗。所以选择并联补偿装置。4.2.2补偿装置容量的选择负荷所需补偿的最大容性无功量计算参考《电力系统电气设备选择与实用计算》第202页，利用电容器改善功率因数需要补偿的无功量为：（4.1）式中：——负荷所需补偿的最大容性无功量（Kvar）——母线上的最大有功负荷（KW）——补偿前的最大功率因数角（）——补偿后的最小功率因数角（）——由所需补偿的容性无功值（Kvar/KW）则本站所需补偿的无功值为：（其中功率因数是由0.85补偿到0.9）电容器型号的选择参考《电力工程电气设备手册-电气一次部分》997页，选择电容器如下表：表4.1电容器参数型号额定电压（KV）额定容量（Kvar/KW）2400第5章变电站配电装置的设计5.1概述配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置。屋内配电装置的特点：①由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；②维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；③外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；④房屋建筑投资大。屋外配电装置的特点：①土建工程量和费用较小，建设周期短；②扩建比较方便；③相邻设备之间距离较大，便于带电作业；④占地面积大；⑤受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；⑥外界气象变化对设备维修和操作有影响。成套配电装置的特点：①电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；②所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；③运行可靠性高，维护方便；④耗用钢材较多，造价较高。配电装置应满足以下基本要求：1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策；2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离；3）便于检修、巡视和操作；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）安装和扩建方便。配电装置的设计原则：1）节约用地；2）运行安全和操作巡视方便；3）考虑检修和安装条件；4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行；5）节约三材，降低造价；6）安装和扩建方便。5.2高压配电装置的选择配电装置的整个结构天寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿，屋外配电装置的安全净距如表5.1。表5.1屋外配电装置的安全净距（mm）符号额定电压（KV）63110A1200300400650900A2200300400650B1950B2300400500750CD注：110J、22J、330J、500J系指中性点直接接地网以上表中所列出各种间隔距离中最基本的最小安全净距，《高压配电装置设计技术规程》中所规定的A值，它表明带电部分至接地部分或相间的最小安全净距，保持这一距离时，无论正常或过电压的情况下，都不致发生空气绝缘的电击穿。其余的B、C、D值是在A值的基础上，加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而确定的。本变电所三个电压等级：即110KV、35KV、10KV根据《电力工程电气设计手册》规定，故本所110KV及35KV采用屋外配电装置，10KV采用屋内配电装置。根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、早高型和高型等。(1)中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作售货员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装枪修方面积累了比较丰富的经验。(2)半高型配电装置:它是特母线及母线隔离开关抬高将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，优点有：①占地面积约在中型布置减少30%；②节省了用地，减少高层检修工作量；③旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。(3)高型配电装置:它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢多，安装检修及运行纵条件均较差，一般适用下列情况：1）配电装置设在高产农田或地少人多的地区；2）原有配电装置需要扩速，而场地受到限制；3）场地狭窄或需要大量开挖。本次所设计的变电站位于市郊区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以该变电所110KV及35KV电压等级均采用普通中型，配电装置，而本变电所采用的是软导线，采用普通中型布置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运行维护还是安装检修，方面都积累了比较丰富的经验。若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所，适用普通中型屋外配电装置，该变电所是最合适的。5.3电气总平面布置本变电所主要由屋外配电装置，主变压器、主控制室、补偿装置及10KV屋内配电装置和辅助设施构成。5.3.1电气总平面布置的要求(1)分利用地形，方便运输、运行、监视和巡视等；(2)出线布局合理、布置力求紧凑，尽量缩短设备之间的连线；(3)符合外部条件，安全距离要符合要求。5.3.2电气总平面布置本变电所主要由屋外配电装置，主变压器、主控制室、补偿装置及10KV屋内配电装置和辅助设施构成，屋外配电装置在整个变电所布置中占主导地位，占地面积大，本所有110KV、35KV各电压等级集中布置，将110KV配电装置布置在北侧，35KV配电装置布置在西侧，这样各配电装置位置与出线方向相对应，可以保证出线顺畅，避免出线交叉跨越，两台主变位于电压等级配电中间，以便于高中低压侧引线的连接，便于运行人员监视控制，主控刺楼布置在10KV屋内配电装置并排在南侧，有利于监110KV及主变。110KV高压配电装置采用屋外普通中型、布置、断路器单列布置，且共有14个间隔，间隔宽度为14米，近期出线5个间隔，远期出线3个间隔，两个连线间隔，母联和旁路断路器各一个间隔，电压互感器和避雷器共占一个间隔。(2)35KV高压配电装置110KV同样采用屋外普通中型单列布置，它共有16个间隔，近期出线10个间隔，远期没有，台主变进线各一个间隔，电感互感器及避雷器占一个间隔，母联和旁路断路器各占一个间隔，间隔宽度为8米。(3)道路因设备运输和消防的需要，主控楼、主变110KV、35KV侧配电装置处铺设环形行车道路，路宽4米，“丁”型、“十”字路口弧形铺设，各配电装置主母线与旁母之间道路宽3米，为方便运行人员操作巡视检修电器设备，屋外配电装置内设0.8~1米环形小道，电缆沟盖板也可作为部分巡视小道，行车道路弧形处转弯半径不小于7米。在本次设计中，符号说明如表5.2。表5.2由气平面布置符号说明名称符号断路器隔离开关变压器电流互感器支柱绝缘子道路5.4本变电站的配电装置10KV母线侧的配电装置设计本变电站10KV母线侧采用二层单通道单母线分段、出线不带电抗器的配电装置配置方式如图5.1。母线和隔离开关设在第二层。为了充分利用第二层的面积，母线呈单列布置，三相垂直排列，乡间距离为750㎜，用隔板隔开。母线隔离开关装在母线下面的敞开小间，二者之间用隔板隔开，以防止事故蔓延第二层中有两个维护通道，母线隔离开关靠近通道的一侧，设有网状遮拦，以便巡视。第一层布置断路器和电抗器等笨重设备，分两列布置，中间为操作通道，断路器及隔离开关均集中在第一层操作通道内操作，比较方便。出线电抗器小室与出线断路器沿纵向前后布置，电抗器垂直布置，下部有通风道，能引入冷空气，而热空气则从靠外墙上部的百叶窗排出。发电机、变压器回路采用架空引入，出线采用电缆经电缆隧道引出。35KV和110KV型配电装置设计根据上述配电装置设计原则，以及所设计的变电站为建设在农村或地方不受限制的变电站，故35KV和110KV均可采用中型屋外配电装置，具体布置如图5.2。35KV侧出线为7回，占地约为8.5~9母，母线相间距离为1.4m或1.5m，间隔宽度为7~8m。110KV侧有两回进线，导线采用钢芯铝绞线，三相水平布置，用悬式绝缘子悬挂在钢筋混凝土构架上。具体布置如图5.3所示。变压器采用落地布置，安装置于钢筋混凝土基础上。避雷器采用低式布置（安装在0.4m高的基础上），其余电气设备均安装在高约2~2.5m的混凝土基础上，电缆沟采用横向布置（即与母线平行），一般布置在QF和QS之间。7.2综合自动化装置的附加设备(1)计量屏：屏内安装计量电度的电度表，根据计量要求，可选用普通电度表，复费率表和智能式电子电度表，采用带通信的复