110KV变电站电气一次系统设计毕业

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110KV变电站电气一次系统设计毕业论文

目录

1主变压器的确定…………11.1主变压器台数的确定…………………11.2调压方式的确定………11.3主变压器容量的确定…………………12电气主接线的确定………32.1接线选择的主要原则…………………32.2电气主接线的一般要求………………42.3拟定主接线方案………42.4主接线方案的可靠性比较……………82.5主接线方案的灵活性比较……………92.6主接线方案的经济性比较……………92.7主接线方案的确定……………………103短路电流计算……………113.1短路电流计算的目的…………………113.2短路电流计算的一般规定……………123.3短路电流计算…………124设备的选择与校验………184.1设备选择的原则和规定………………184.2导线的选择和校验……………………20

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4.3断路器的选择和校验………………264.4隔离开关的选择和校验………………294.5互感器的选择及校验…………………314.6避雷器的选择及校验…………………355屋内配电装置设计………365.1配电装置的设计要求…………………365.2配电装置的选型、布置………………386防雷及接地系统设计……………………396.1防雷系统………………396.2变电所接地装置………417变电所总体布置…………417.1总体规划………………417.2总平面布置……………428结论………………………43

2、变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出故障时应处理的要求。

3、各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备状况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。

4、近期接线与远景接线相结合，便利接线的过程。5、在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。

2.2电气主接线的一般要求

1、应按电源状况、负荷性质、容量大小及邻近变配电所联系等因素确定主接线型式。力求简单可靠，维护便利，使用灵活，便于发展。

2、架空进线避雷器设在靠近变压器的架空进线处；电缆进线的避雷器设在进线开关后的母线上。

3、一段母线设一组电压互感器。当分段的单母线在正常运行时不为分段，亦可仅设一组电压互感器。

4、设在母线上的电压互感器及避雷器可合用一组隔离开关。5、按供电公司要求必需设置高压计费时，则必需在计费处装设电流互感器及电压互感器专柜。

6、在所以进出线回路上按指示计量、继电保护的要求装设电流互感器。

7、在电源进线上应装设带电指示装置。若采用真空断路器时，为防止操作过电压，应在供电变压器的10-35KV线路上装设阻容吸收器或氧化锌避雷器。

2.3拟定主接线方案

主接线的基本形式，概括地可分为两大类：

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1、有汇流母线的接线形式：单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁路母线或旁路隔离开关。

2、无汇流母线的接线形式：变压器—线路单元接线、桥形接线、角形接线等。

接下来对以上几种接线方式的优、缺点及适用范围简单论述一下，看看是否符合原始资料的要求。

1、单母线接线。

优点：接线简单明了，设备少，投资省，运行操作便利，且便于扩建。

缺点：可靠性及灵活性差。

适用范围：只有一台主变压器，10KV出线不超过5回，35KV出线不超过3回，110KV出线不超过2回。

2、单母线分段接线。

优点：a．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。b．当一段母线故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不休止供电。

缺点：a．当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。b．当出线为双回路时，常使架空线路出现交织跨越。C扩建时需两个方面均衡扩建。

适用范围：适用于6~10KV配电装置出线6回及以下，35~60KV配电装置出线4~8回，110~220KV配电装置少于4回时。

3、双母线分段接线。

由于当进出线总数超过12回及以上时，方在一组母线上设分段断路器，根据原始资料提供的数据，此种接线方式过于繁杂，故一不作考

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虑。

4、双母线接线。

优点：供电可靠，调度灵活，扩建便利，便于检修和试验。缺点：使用设备多，特别是隔离开关，配电装置繁杂，投资较多，且操作繁杂简单发生误操作。

适用范围：出线带电抗器的6~10KV出线，35~60KV配电装置出线超过8回或连接电源较多，负荷较大时，110KV~220KV出线超过5回时。

5、增设旁路母线的接线。

由于6~10KV配电装置供电负荷小，供电距离短，且一般可在网络中取得备用电源，故一般不设旁路母线；35~60KV配电装置，多为重要用户，为双回路供电，有机遇停电检修断路器，所以一般也不设旁路母线；采用单母线分段式或双母线的110~220KV配电装置一般设置旁路母线，设置旁路母线后，每条出线或主变间隔均装设旁路隔离开关，这样一来，检修任何断路器都不会影响供电，将会大幅度提高供电可靠性。

优点：可靠性和灵活性高，供电可靠。缺点：接线较为繁杂，且操作繁杂，投资较多。

适用范围：①出线回路多,断路器停电检修机遇多；②多数线路为向用户单供，不允许停电，及接线条件不允许断路器停电检修时。

6、变压器—线路单元接线。

优点：接线简单，设备少，操作简单。

缺点：线路故障或检修时，变压器必需停运；变压器故障或检修时，线路必需停运。

适用范围：只有一台变压器和一回线路时。

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7、桥形接线：分为内桥和外桥两种。

（1）内桥接线：连接桥断路器接在线路断路器的内侧。

优点：高压断路器数量少，四回路只需三台断路器，线路的投入和切除比较便利。

缺点：a．变压器的投入和切除较繁杂，需动作两台断路器，影响一回线路暂时停运；b．出线断路器检修时，线路需长时间停运；c．连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。

适用范围：容量较小的变电所，并且变压器容量不经常切换或线路较长，故障率较高的状况。

（2）外桥接线：连接桥断路器接在线路断路器的外侧。优点：设备少，且变压器的投入和切除比较便利。

缺点：a．线路的投入和切除较繁杂，需动作两台断路器，且影响一台变压器暂时停运；b．变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运；c．连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。

适用范围：容量较小的变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较低的状况，当电网中有穿越功率经过变电所时，也可采用此种接线。

8、角形接线：由于保证接线运行的可靠性，以采用3~5角为宜。优点：a．投资少，断路器数等于回路数；b．在接线的任一段发生故障时，只需切除这一段及其相连接的元件，对系统影响较小；c．接线成闭合环形，运行时可靠、灵活；d．每回路都与两台断路器相连接，检修任一台断路器时都不致中断供电；e．占地面积小。

缺点：在开环、闭环两种运行状态时，各支流通过的电流区别很大，使电器选择困难，并使继电保护繁杂化，且不便于扩建。

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适用范围：出线为3~5回且最终规模较明确的110KV以上的配电装置中。

综上所述八种接线形式的优缺点，结合原始资料所给定的条件进行分析，拟定主接线方案。将各电压等级适用的主接线方式列出：

1、110KV只有两回出线，且作为降压变电所，110KV侧无交换潮流，两回线路都可向变电所供电，亦可一回向变电所供电，另一回作为备用电源。所以，从可靠性和经济性来定，110KV部分适用的接线方式为内桥接线和单母线分段两种。

2、35KV部分可选单母线分段及单母线分段兼旁路两种。3、10KV部分定为单母线分段。这样，拟定两种主接线方案：

方案I：110KV采用内桥接线，35KV采用单母线分段接线，10KV为单母线分段接线。

方案II：110KV采用单母线分段接线，35KV采用单母线分段兼旁路接线，10KV为单母线分段接线。

2.4主接线方案的可靠性比较

110KV侧：

方案I：采用内桥接线，当一条线路故障或切除时，不影响变压器运行，不中断供电；桥连断路器停运时，两回路将解列运行，亦不中断供电。且接线简单明了，全部失电的可能性小，但变压器二次配线及倒闸操作繁杂，易出错。

方案II：采用单母线分段接线，任一台变压器或线路故障或停运时，不影响其它回路的运行；分段断路器停运时，两段母线需解列运行，全部失电的可能稍小一些，不易误操作。

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35KV侧：

方案I：单母线分段接线，检修任一台断路器时，该回路需停运，分段开关停运时，两段母线需解列运行，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不致失电，另一段母线上其它线路需停运。

方案II：单母线分段兼旁路接线，检修任一台断路器时，都可用旁路断路器代替；当任一母线故障检修时，旁路断路器只可代一回线路运行，本段母线上其它线路需停运。

10KV侧：由于两方案接线方式一样，故不做比较。

2.5主接线方案的灵活性比较

110KV侧：

方案I：操作时，主变的切除和投入较繁杂，需动作两台断路器，扩建便利。线路的投入和切除比较便利。

方案II：调度操作时可以灵活地投入和切除线路及变压器，而且便于扩建。

35KV侧：

方案I：运行方式简便，调度操作简单灵活，易于扩建，但当开关或二次检修时线路要停运，影响供电。

方案II：运行方式繁杂，调度操作繁杂，但可以灵活地投入和切除变压器和线路，能满足在事故运行方式，检修方式及特别运行方式下的调度要求，较易于扩建。

10KV侧：两方案一致。

2.6主接线方案的经济性比较

将两方案主要设备比较列表如下：

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表2-1两方案主要设备

项目方案III

从上表可以看出，方案I比方案II少两台110KV断路器、两组110KV隔离开关，10组35KV隔离开关，方案I占地面积相对少一些（35KV侧无旁路母线），所以说方案I比方案II综合投资少得多。

主变压器22110KV断路器35110KV隔离开81035KV断35KV隔路器88离开关（组）182810KV设备一致一致（台）（台）关（组）（台）2.7主接线方案的确定

对方案I、方案II的综合比较列表，对应比较一下它们的可靠性、灵活性和经济性，从中选择一个最终方案（因10KV侧两方案一致，不做比较）。

表2-2两方案比较

方案方案I项目方案II①简单明了，设备多。①简单明了，设备少。②35KV母线故障或检修时，②35KV母线检修时，旁路断将导致该母线上所带3回出路器要代该母线上的一条线可靠性线全停。路，给重要用户供电，任一回③任一主变或110KV线路停路断路器检修，均不需停电。运时，均不影响其它回路停③任一主变或110KV线路运。部停电的概率不大。10

停运时，均不影响其它回路停④全部停电的概率很小。④各电压等级有可能出现全运。

⑤操作简便，误操作的机率⑤操作相对简便，误操作的机小。灵活性经济性

率大。特别是35KV部分。②便于扩建和发展。多。②占地面积相对大。①运行方式简单，调度灵活①运行方式繁杂，操作烦琐，性强。②便于扩建和发展。少。②占地面积相对小。①高压断路器少，投资相对①设备投资比第I方案相对通过以上比较，经济性上第I方案远优于第II方案，在可靠性上第II方案优于第I方案，灵活性上第I方案远不如第II方案

该变电所为降压变电所，110KV母线无穿越功率，选用内桥要优于单母线分段接线。又由于35KV及10KV负荷为工农业生产及城乡生活用电，在供电可靠性方面要求不是太高，即便是有要求高的，现在35KV及10KV全为SF6或真空断路器，停电检修的几率微小，再加上电网越来越完善，N+1方案的推行、双电源供电方案的实施，第I方案在可靠性上完全可以满足要求，第II方案增加的投资有些没必要。

经综合分析，决定选第I方案为最终方案，即110KV系统采用内桥接线、35KV系统采用单母分段接线、10KV系统为单母线分段接线。

3短路电流计算

3.1短路电流计算的目的

1、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，需要进行必要的短路电流计算。

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2、在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全可靠地工作，同时又力求俭约资金，需要全面的短路电流计算。

3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。

4、设计接地装置时，需用短路电流。

5、在选择继电保护和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

3.2短路电流计算的一般规定

1、计算的基本状况

a.系统中所有电源均在额定负荷下运行。

b.短路发生在短路电流为最大值的瞬间。c.所有电源的电动势相位角一致。d.应考虑对短路电流值有影响的所有元件。2、接线方式

计算短路电流时所用的接线方式，应是最大运行方式，不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

3、计算容量

按该设计规划容量计算。

4、短路种类：均按三相短路计算。5、短路计算点

在正常运行方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。

3.3短路电流计算

1、选择计算短路点

在下图中，d1，d2，d3分别为选中的三个短路点。

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2、画等值网络图

XS110KVd1X1X1X235KVX2X3X3d2d310KV

图3-1等值网络图

3、计算：

已知：a.系统电压等级为110KV、35KV、10KV，基准容量Sj=100MVA，系统110KV母线系统短路容量为2500MVA，110KV侧为双回LGJ-300/35KM架空线供电。

b.视系统为无限大电流源，故暂态分量等于稳态分量，即I＂

=I∞，S＂=S∞。

c.主变为SFSL1-63000型变压器，基准容量Sj=100MVA。

基准电压Uj=1.05Ue=115（KV）（3-1）基准电流Ij=Sj/3Uj=100/(115×3)=0.502（KA）（3-2）

基准电抗Xj=Uj/3Ij=Uj2/Sj=1152/100=132(Ω)（3-3）

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∴对侧110kv母线短路容量Skt的标幺值为

Skt*=Skt/Sb=2500/100=25（3-4）∴对侧110kv母线短路电流标幺值

Ikt*=Skt*=25（3-5）∴对侧110kv系统短路阻抗标幺值

xs*=1/Ikt*=1/30=0.04（3-6）查《电力工程电气设计手册》第189页对于LGJ-300线路X=0.382Ω/KM

∴XS*=0.04+(0.382×35)/132/2=0.091（3-7）d1、d2、d3点的等值电抗值计算公式：

x1=1/2×｛U（1-2）%+U（1-3）%-U（2-3）%｝（3-8）x2=1/2×｛U（1-2）%+U（2-3）%-U（1-3）%｝x3=1/2×｛U（1-3）%+U（2-3）%+U（1-2）%｝

其中：U（1-2）%—变压器高压与中压绕组间短路电压U（1-3）%—变压器高压与低压绕组间短路电压U（2-3）%—变压器中压与低压绕组间短路电压

由变压器参数表得知，绕组间短路电压值分别为：

U（1-2）%=17.5%U（1-3）%=10.5%U（2-3）%=6.5%主变额定容量SN=63MVA

所以：x1=1/2×(17.5+10.5-6.5)=10.75（3-9）

x2=1/2×(17.5+6.5-10.5)=6.75x3=1/2×(10.5+6.5-17.5)=-0.25

标么值：x1*=x1/100×(Sj/SN)=10.75/100×(100/63)=0.17（3-10）x2*=x2/100×(Sj/SN)=6.75/100×(100/63)=0.11

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x3*=x3/100×(Sj/SN)=-0.25/100×(100/63)=-0.004已知110KV系统折算到110KV母线上的等值电抗Xs*=0.084

当d1点短路时

XSd1图3-2d1点短路

I″d*1=1/Xs*=1/0.091=10.989Ij=Sj/3Uj=100/(3×115)=0.502(KA)I″d1=I″d*1×Ij=10.989×0.502=5.516(KA)I″d1=I∞

Ich=1.8×2×I″d=1.8×2×5.516=14.039(KA)S∞=3Uj×I∞=3×115×5.516=1098.7(MVA)其中Id：短路电流周期分量有效值Id″：起始次暂态电流I∞：t=∞时稳态电流S∞：短路容量当d2点短路时

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3-11）3-12）3-13）3-14）3-15）（（（

（（

0.0840.170.170.0840.2240.110.110.14d2d2

图3-3d2点短路

I″d*2=1/Xd*2=1/0.224=4.46

Ij=Sj/(3Uj)=100/(3×37)=1.56(KA)I″d2=I∞=I″d*2×Ij=4.46×1.56=6.958(KA)

Ich=1.8×2×I″d2=1.8×2×6.958=17.74(KA)S2∞=3Uj×I∞=3×37×6.958=445.9(MVA)当d3点短路时0.0840.0840.170.170.083-0.004-0.004d3d3图3-4d3点短路

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d20.167d3

I″d*3=1/Xd*3=1/0.167=5.988

Ij=Sj/(3Uj)=100/(3×10.5)=5.5(KA)I″d3=I∞=I″d*2×Ij=5.988×5.5=32.9(KA)

Ich3=1