工厂变电所电气毕业设计

摘要本毕业设计为变电所一次局部设计，对在变电所设计中的假设干问题：110KV变电所电气一次局部，电气设备设计选择，配电装置设计等几方面的设计进行了陈述，并对供电主接线的拓扑结构进行了阐述。该设计为110KV变电所一次局部初步设计，本所的设计电压等级为110/35/10KV。系统运行时不要求本所调压，与本所连接的系统电压共有3个，其中110KV的两个、35KV的一个。通过对负荷进行分析统计拟定主电压器的选择方案。然后，通过用户的需求对主接线方案进行可靠性、经济性比拟，确定最正确的主接线方案。对电网中各点进行短路计算进行母线的选择。通过对电路中短路电流的计算、各支路中电抗标幺值、电流标幺值等一系列的计算来确定断路器、隔离开关的选择。关键词电压等级，主接线设计，短路电流计算，电气设备设计，选择，配电装置设计

目录1.1电源情况 11.2本地区气象及地质条件 21.3负荷资料 32.110KV变电所的初步设计计算 42.1主接线设计 42.1.1负荷分析统计 42.1.2主变选择 42.1.3主接线方案拟定 52.1.4可靠性分析 72.2短路电流计算 82.3计算短路电流周期分量有名值 153.电气设备设计选择 173.1选择母线〔按最大允许电流选择〕 173.2选择断路器 203.3选择隔离开关 233.4选择10KV母线的支持绝缘子 243.5选择110KV一回路上一组CT 244.配电装置设计 264.235KV侧 264.310KV侧 264.4本所的户外式配电装置 27总结 27主要参考文献 281.110KV变电所电气一次局部初步设计电源情况与本所连接的系统电源共有3个，其中110KV两个，35KV一个.具体情况如下：(1)110KV系统变电所该所电源容量(即110KV系统装机总容量)为200MVA(以火电为主)。在该所等电压母线上的短路容量为634MVA，该所与本所的距离为8.2KM，以一回路与本所连接。(2)110KV火电厂该厂距离本所10.2KM。装有3台机组和两台主变，以一回线路与本所连接,该厂主接线简图如图1：(3)35KV系统变电所该所距本所6.17KM。以一回线路相了解，在该所高压母线上的短路容量为250MVA.。以上3个电源,在正常运行时,主要是由(1)(2)两个110KV级电源来供电给本所。35KV变电所与本所相连的线路传输功率较小，为联络用。当3个电源中的某一电源出故障，不能供电给本所时，系统通过调整运行方式，根本是能满足本所重要负荷的用电，此时35KV变电所可以按合理输送容量供电给本所。1.4本所地理概况1.5本地区气象及地质条件年最高气温：40℃最高月平均气温：34℃年最低气温：-4℃地震烈度：7度以上年平均雷电日：90天海拔高度：75M1.6负荷资料〔1〕35KV负荷用户名称容量〔MW〕距离〔KM〕备注化工厂15Ⅰ类负荷铝厂4.313Ⅰ类负荷水厂5Ⅰ类负荷塘源变74ⅡⅢ类负荷35KV用户中，化工厂，铝厂有自备电源〔2〕10KV远期最大负荷用户名称容量〔MW〕负荷性质机械厂Ⅲ自行车厂Ⅲ食品加工厂Ⅲ电台Ⅰ纺织厂Ⅰ木材厂Ⅱ齿轮厂Ⅱ10KV用户在距本所1-3KM范围内〔3〕本变电所自用负荷约为60KVA〔4〕一些负荷参数的取值：①.负荷功率因数均取cosφ②③.年最大负荷利用小时数Ｔmax＝4500小时/年④.表中所列负荷不包括网损在内，故计算时因考虑网损，此处计算一律取网损率为5%⑤.各电压等级的出线回路数在设计中根据实际需要来决定。2.110KV变电所的初步设计计算2.1主接线设计2.1.1负荷分析统计〔1〕35KV侧负荷：S35KV=(1+5%)××0.9=18.455MVA其中Ⅰ类负荷：SⅠ35KV=(1+5%)×× Ⅰ类负荷占总负荷百分数：×100%=×100%=57.8%〔2〕10K侧负荷：S10KV=(1+5%)××其中Ⅰ类负荷：SⅠ10KV=(1+5%)××Ⅱ类负荷：SⅡ10KV=(1+5%)××Ⅰ类负荷总负荷百分数：Ⅱ类负荷占总负荷百分数：〔3〕110KV侧负荷：S110KV=(1+5%)(S35KV+S10KV+S所用)=(1+5%)(18.455+4.781+0.06)2.1.2主变选择(1)台数分析：为了保证供电的可靠性，选两台主变压器(2)主变压器容量：主变压器容量应根据5—10年的开展规划进行选择，并考虑变压器正常运行和事故过负荷能力。所以每台变压器的额定容量按SnM〔PM为变电所最大负荷〕选择，即Sn×24460.7=17122.5KVA这样当一台变压器停用时，可保证对70%负荷的供电。考虑变压器的事故过负荷能力40%，那么可保证对98%的负荷供电由于一般电网变电所大约有25%的非重要负荷，因此采用SnM对变电所保证重要负荷来说是可行的。型号及容量〔KVA〕额定电压高/中/低损耗〔KW〕阻抗电压〔%〕空载电流〔%〕参考价格万元综合投资万元空载短路高-中上下中-低高中高-低中低SFSL-2000013118(3)绕组分析：通过主变压器各侧绕组的功率。均到达15%Sn以上时，可采用三绕组变压器。因15%Sn=2568.4KVA。所以S1＞S2＞S3＞15%Sn。即通过主变压器各绕组的功率均到达15%Sn以上，又因中性点具有不同的接地方式，所以采用普通的三绕组变压器。选为SFSL1—20000型，容量比为100/100/502.1.3主接线方案拟定110KV侧：本所在正常运行时主要是由〔1〕〔2〕两个110KV级电源来供电。所以必须考虑其可靠性。35KV侧：因为此侧Ⅰ类负荷占57.8%占的比例重大，考虑Ⅰ类用户的可靠性，应采用带有旁路的接线方式。10KV侧：此侧Ⅰ类负荷占26.7%比重不大，但负荷较多，且本所用电即从本侧取，所以应考虑带旁路和分段。方案Ⅰ110KV：采用桥形设备少，接线简单清晰，为了检修桥连断路器时不致引起系统开环运行，增设并联的旁路隔离开关以供检修用。但桥形可靠性不高。35KV：采用单母线分段带专用旁路。接线简单清晰，操作简单，当检修出线断路器时可不停电，可靠性比拟高，但当母线短路时要停电。10KV侧：采用单母线分段带专用旁路，所用电采用双回路供电提高了所用电可靠性。方案Ⅱ110KV：采用桥形接线，同方案Ⅰ35KV：双母线带专用旁路，可靠性更高，灵活。检查出线断路器不会停电。母线短路只出线短时停电，可靠地保证Ⅰ类用户用电，但投资大，操作较复杂，易出现误操作。10KV：采用单母线分段带专用旁路，同方案Ⅰ2.1.4可靠性分析方案Ⅰ：110KV侧采用桥形接线，使断路器到达最简。鉴于110KV为两回进线，所以采用桥形较合理。可靠性比单元接线要高，并易开展成单母线分段，为以后的开展打下根底。又因，两个110KV电源离本所不远出现故障的机率不多，所以虽可靠性不很多，但仍可满足需要。35KV：采用单母线分段带旁路，当检修出线断路器时可不停电，因为进行分段且是断路器分段，所以当一段母线发生故障时，可以保证正常段母线不间断供电，因为设置旁路母线，可以保证Ⅰ.Ⅱ类用户用电要求，同时它结构简单清晰，运行也相对简单，便于扩建和开展。同时它投资小，年费用较低，占地面积也比双母线带旁路小，年费用较小，所以满足35KV侧用户的要求，但当母线故障时，可能出现一半容量停运。10KV：采用单母线分段带旁路，因为本侧Ⅰ类用户仅占26.7%。所以完成可靠满足供电要求。方案Ⅱ：110KV侧采用桥形接线，可靠性同方案Ⅰ。35KV：采用双母线带旁路，通过两组母线隔离开关的刀闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一出线断路器无需停电。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上。能灵活地适应各种运行方式调度和潮流变化需要。扩建方便，但投资大，占地多，配电装置复杂，容易发生误操作。10KV：采用单母线分段，所用电因较重要，采用双回路供电来提高它的可靠性，同方案Ⅰ。2.1.5经济比拟统一初选同一类型主变压器和断路器主变压器型号SFSL1—20000110KV断路器型号DW3—11035KV断路器型号DW3—3510KV断路器型号GG—1A—25方案Ⅰ：电压等级接线形式价格变压器年电能损失总量△A△Q0=I0〔%〕△Q=Ud〔%〕=36万元△A=n〔P0+K△Q0〕T0+×〔1.496+0.85+0.1143〕×计算年运行费用U1U2U1方案Ⅱ：Z=〔23.6+31.4+25.786+8.415〕1.9=169.482〔万元〕UⅡ××10-4+U1+U2××10-4+3.728+9.83=21.21〔万元〕∵I2＞I1UⅡ＞UⅠ∴经比拟选用方案I2.2短路电流计算〔1〕短路电流计算，求各支路元件电抗标幺值取SB=100MVAUB=Upj计算各元件参数标幺值110KV系统：X1=线路：X2××110KV火电厂：X12=线路：X16××火电厂变压器〔见等值电路图2〕VS1%=〔V12%+V31%-V23%〕=VS2%=〔V12%+V23%-V31%〕=VS3%=〔V23%+V31%-V12%〕=因为第二绕组与本线路无关，所以可以不算它的电抗X14=VS1%X13=VS3%110KV火电厂化简〔见图3〕其中X12=X12‘=X12“X17=X12//X12‘//X12“X18=〔X13+X14〕//〔X13‘+X14’本所变压器VS1%=〔18+10.5-6.5〕=11VS2%=〔18+6.5-10.5〕=7VS3%=设在d1，d2，d3点短路〔见图4〕计算各点短路时的电流标幺值X5=X6=X7=其中因为本所所取的两台主变型号相同，所以有X8=X5X9=X6X10=X735KV系统：SS取250MVAX11=线路X11××因为本所的第三绕组的电抗标幺值为负数，所以可以视为一导线，所以总等值电路图可化简为图4X19=X1+X2X20=X3+X4X21=X5//X8X22=X6//X9X23=X11+X12〔2〕设在d1.d2.d3点短路〔见图4〕计算各点短路时的电流标幺值Ad1点短路，电路图化简图X14=X21+X22+X23各电源到短路点的转移电抗为X1f=X19X2f=X20X3f=X24计算电抗为Xjs1×Xjs2×因为35KV侧系统视为无限大容量电源，所以直接得IPS*=X25=X22+X21计算转移电抗，用星三角变换可求：X26=X1f=X19+X25+=0.1828+0.45+X27=X2f=0.2633+0.45+计算电抗为Xjs1×Xjs2×IPS*=Cd3点短路〔见下列图〕X28=X22+X23计算转移电抗，用星三角变换可求；X29=X1f=X19+X21+=0.1828+0.275+X30=X2f=0.2633+0.275+X28=X3f求计算电抗Xjs1=X1f×XjS2×IPS*=至此，已将各点短路时。各电源的计算电抗求出，据此查?电力工程设计手册?上册附表，可得到各电源在不同点短路电流〔标幺值〕制成下表计算时间——为方便设计，此处规定保护时间统一取0.4S，断路器动作时间可取0.2S。各电源在不同点短路时的短路电流〔tK=0.4+0.2=0.6S〕短路点110KV火电厂110KV系统35KV系统000d1d20.54d3 2.3计算短路电流周期分量有名值根据公式Iztm=Itm*×IN=Itm*×〔KA〕计算基准电流IN〔1〕d1点短路①.110KV系统变IN==1.004〔KA〕②.110KV火电厂IN==0.4717〔KA〕③.35KV系统变IN==0.502〔KA〕计算短路电流有名值①.110KV系统变I″×1.004=2.9116〔KA〕I×1.004=2.30〔KA〕I×1.004=2.1545〔KA〕②.110KV火电厂I″×0.4717=2.113〔KA〕I×0.4717=1.417〔KA〕I×0.4717=1.287〔KA〕③.35KV系统变I″=I=I×0.502=0.4872〔KA〕〔2〕d2点短路①.110KV系统变IN==3.121〔KA〕②.110KV火电厂IN==1.463〔KA〕③.35KV系统变IN==1.560〔KA〕计算短路电流有名值①.110KV系统变I″×3.121=1.685〔KA〕×3.121=1.610〔KA〕×3.121=1.698〔KA〕②.110KV火电厂I″×1.463=1.1836〔KA〕×1.463=1.104〔KA〕×1.463=1.145〔KA〕③.35KV系统变I″×1.560=2.688〔KA〕〔3〕d3点短路①.110KV系统变IN==10.997〔KA〕②.110KV火电厂IN==5.155〔KA〕③.35KV系统变IN==5.499〔KA〕计算短路电流有名值①.110KV系统变I″×10.997=8.721〔KA〕×10.997=8.160〔KA〕×10.997=8.468〔KA〕②.110KV火电厂I″×5.155=6.186〔KA〕×5.155=5.593〔KA〕×5.155=5.73〔KA〕③.35KV系统变I″×1.324=7.281〔KA〕3.电气设备设计选择3.1选择母线〔按最大允许电流选择〕〔1〕d1点短路。〔110KV侧〕母线最大工作电流按一台〔主〕变容量来计算Imax=〔A〕eq\o\ac(○,1)按长期发热允许电流选择截面。因为110KV侧为户外配电装置。所以选用软导线。查?电力网及电力系统?表5-13初选用型号为LGJ—50的钢芯铝绞线，由于是户外装置，所以按最热月平均最高温。即34℃查?电气工程设计手册?附表3得环境修正系K=0.88。数〔LGJ—50型导线在基准温度25℃时，载流量为210.0A〕Ial34℃×210.0=184.8〔A〕>110.22〔A〕eq\o\ac(○,2)热稳定校验〔tk=0.4+0.2=0.6S〕周期分量热效应QP=Qnp=T×I″2×2故QP+Qnp=QK正常运行时的导体温度θ=θ0+〔θal-θ0〕=34+〔70-34〕℃查?电气工程设计手册?表4-6得C=88，满足短路时发热的最小截面Smin=所以选择LGJ-50型导线满足要求由于是软导线，所以可不必校验动稳定〔2〕d2点短路35KV侧35KV母线。按一台主变容量来计算。因为35KV电压母线接于主变二次侧，所以Imax=〔A〕eq\o\ac(○,1)．因为35KV为室外设备，所以选用软导线，查?电力网及电力系统?表5-13。初选用LGJ-120型导线。在基准温度25℃时载流量为380A，K值取0.88。那么Ial34℃×380=334.4>314.918〔A〕eq\o\ac(○,2)．热稳定校验〔tk=0.4+0.2=0.6S〕同期分量热效应QP=因为tk<1S，Qnp=I〃22×故：Qk=Qp+Qnp正常运行时导体温度θ=θ0+〔θal-θ0〕=34+〔70-34〕℃查?电力工程设计手册?表4-6得C=89，满足短路时发热的最小截面Smin=满足热稳定要求。〔3〕d3点短路10KV侧eq\o\ac(○,1)．该侧采用室内配电装置。所以θ0应取最热月平均最高温度再加5℃，即34℃+5℃=39℃。查?电力工程设计手册?附表3，K取0.81。导体采用矩形。因为矩形导体一般用于35KV及以下，电流在400A及以下的配电装置中。而且矩形导体散热条件好，便于固定和连接。查?电力工程设计手册?表5-4。选用1条80×10矩形导体，平放允许电流为1411A。竖放允许电流为1535A，集肤效应系数KSIal34℃×1411=1142.91〔A〕10KV母线按一台主变容量来计算,因为10KV电压母线接在主变低压侧,所以Imax=〔A〕Ial34℃>Imaxeq\o\ac(○,2)．热稳定效验：〔tk=0.4+0.2=0.6S〕周期分量热效应：QP=非周期分量热效应QnpQnp=I〃22×故：Qk=Qp+Qnp正常运行时导体温度θ=θ0+〔θal-θ0〕=39+〔70-39〕℃查?电力工程设计手册?表4-6得C=92，满足短路时发热的最小截面Smin=满足热稳定要求。eq\o\ac(○,3)．动稳定效验：导体自振频率由以下求得m=h×b×pw××2700=2.16〔kg/m〕I=bh3×3×10-7〔m4〕按汇流母线为两端简支多跨梁方式查表4-5，Nf那么f1=〔L取1m〕==418.289〔HZ〕>155〔HZ〕故β=1变压器出口断路器侧短路时，〔K=1.8〕那么冲击电流IshI〃××22.188=56.481〔KA〕母线相间引力〔a=0.25m〕fph×10-7××10-7×〔〕=2207.585〔N/m〕导体截面系数2××2=32×10-6m3那么δ==6.899*106〔Pa〕硬铝最大允许应力δal=70×106×106〔Pa〕绝缘子间最大允许跨距Lmax===〔m〕所以L=1m满足要求。3.2选择断路器〔1〕设在110KV火电厂侧变电站短路，那么应将110KV系统和35KV系统变两个电源送出的短路电流与110KV火电厂送出的短路电流相比拟，以两者间大者为基准选择断路器和隔离开关。I〃II周期分量热效应Qp=[〔KA〕2·S]Qnp=TI″2×2=0.5776[〔KA〕2·S]Qk=Qp+Qnp=4.811+0.5776=5.3886[〔KA〕2·S]冲击电流ish=8.652〔KA〕imax==0.135〔KA〕由以上计算参数，参考?电力工程设计手册?表5-26可选择SW6—110型断路器。其计算参数与SW6—110参数比拟如下：计算数据SW6—110UNS110KVUN110KVImax IN1200KAI″ Inbr21KAish8.652KAiwt55KAQK5.3886[〔KA〕2·S]It2*t×4[〔KA〕2·S]通过以上比拟SW6—110型断路器完全能满足要求〔2〕35KV侧出线断路器选择最大持续工作电流Imax==0.1297〔KA〕最大短路电流I″=1.1836+1.685=2.8686〔KA〕I=1.104+1.610=2.714〔KA〕I=1.145+1.698=2.843〔KA〕冲击电流ish=7.302〔KA〕周期分量热效应Qp=[〔KA〕2·S]非周期分量Qnp=I〃2×故：Qk=Qp+Qnp由计算数据与SW3—35/600参数比拟如下：计算数据SW3—35/600UNS35KVUN35KVImax129.7AIN600AI″Inbrishiwt17KAQK5.321[〔KA〕2·S]It22×4[〔KA〕2·S]通过以上比拟：SW3—35/600型断路器完全能满足要求〔3〕10KV侧断路器选择Imax==0.0648〔KA〕=64.8〔A〕I″=6.186+8.721=14.907〔KA〕I=5.593+8.160=13.753〔KA〕I=5.730+8.468=14.198〔KA〕周期分量热效应Qp=[〔KA〕2·S]非周期分量Qnp=I22×故：Qk=Qp+Qnp冲击电流ish=53.665〔KA〕由计算数据与SN10—10/1000参数比拟如下：计算数据SN10—10/1000UNS10KVUN10KVImaxIN1000AI″14.904KAInbrish53.665KAiwt71KAQK126.874[〔KA〕2·S]It2*t292×4[〔KA〕2·S]通过以上比拟：SN10—10/1000型断路器完全能满足要求3.3选择隔离开关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、热稳定的工程相同。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〕110KV侧选GW2—110计算数据GW2—110UNS110KVUN110KVImax135AIN600Aish ies50KAQK5.3886[〔KA〕2·S]It2*t142×5[〔KA〕2·S]〔2〕35KV侧选GW2—35计算数据GW2—35UNS35KVUN35KVImaxAIN600AishKA ies50KAQK[〔KA〕2·S]It2*t142×5[〔KA〕2·S]〔3〕10KV侧选GN6—10/1000计算数据GN6—10/1000UNS10KVUN10KVImaxA ishKA QK[〔KA〕2·S]3.4选择10KV母线的支持绝缘子由前面的计算可知UN=10KVImaxish=53.665KAQK[〔KA〕2·S]查表5-52，试选用型号为ZNA—10的支持绝缘子Fmax=m=ZNA—10支持绝缘子的机械破坏负荷为375Kg可见满足要求。3.5选择110KV一回路上一组CT互感器是电力系统中测量仪表、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负载接线如图电流互感器的负荷统计表如下仪表名称CT的二次侧负载〔V.A〕A相B相C相电流表〔A〕——3——功率表〔W〕——电度表〔wh〕——总计3〔2〕选择互感器：110KV有关数据如下：UN=110KVImax=135Aish=8.652KAQK[〔KA〕2·S]互感器选择：电流互感器安装处电压为110KV，最大工作电流为135A，安装在室外。查表5-51选LCWD—110室外型电流互感器，互感器变比为600/5，级数组合，选0.5级。其