《110kV变电站电气设备的选择探究》8900字（论文）

kV变电站电气设备的选择研究内容摘要如同人们所了解的,变电站系统实际上是构成我们的供电系统当中非常关键的一部分,它既直接同时也间接地影响了人们所了解的整个电力系统系统,同时在安全和经济效益方面也起到了非常关键的作用,而作为其中一员的中间环节,它所发挥的功能并不仅仅是联系发电厂和用户,而且是还有转换和分配能源的重要作用。所以,我们整体的方案设计就是：先通过采用一百一十kV的变电所为主要的设计对象,之后决定使用哪一个具体的作为变电所的一个主接线;最终通过负荷计算的本质方法,将主变压器台数、容量和型号进一步进行相对应的研究。但是总的来说,我们应该通过整个的短路计算结果,通过对变电站的大部分设备做出最终的选型与校验,最终进一步完成所有的有关配电装置的整体布置。关键词变电站；电流短路；电气配电目录TOC\o"1-3"\h\u29070第一章原始资料分析 41241第二章电气主接线设计 476792.1电气主接线设计基本要求 470142.2主接线基本接线形式 4171112.2.1单母线接线 4161332.2.2单母线分段接线 4160452.2.3双母线接线 5163972.2.4桥形接线 5256202.2.5角形接线 5174042.3主接线方案的比较选择 513054第三章主变压器的选择 586343.1相数和台数的确定 5108573.2绕组数的确定 6146293.3绕组接线方式的确定 6236293.4调压方式的确定 6265433.5冷却方式的确定 6322923.6主变压器容量的确定 62914第四章短路电流计算 7170274.1短路电流计算条件 7200974.2短路电流计算 727798第五章导体和电气设备的选择与校验 1024555.1断路器的选择与校验 10216425.1.1断路器的选择与校验的一般规则 10140155.1.2110kV侧断路器的选择与校验 1031065.1.335kV侧断路器的选择与校验 1121505.2隔离开关的选择与校验 1333335.2.1110kV侧隔离开关的选择与校验 1317485.2.235kV侧隔离开关的选择与校验 13262595.2.310kV侧隔离开关的选择与校验 14295015.3电压互感器的选择 14202865.4电流互感器的选择与校验 15256475.4.1电流互感器的选择与校验的一般规则 15239865.4.2110kV侧电流互感器的选择与校验 15283075.4.335kV侧电流互感器的选择与校验 1541915.4.410kV侧电流互感器的选择与校验 1619535.5导体的选择与校验 17158975.5.1导体的选择与校验的一般规则 17285265.5.235kV侧导体的选择与校验 1784225.5.310kV侧导体的选择与校验 18125505.6避雷器的选择与校验 19297625.6.1110kV侧避雷器选择与校验 19276895.6.235kV侧避雷器选择与校验 20108355.6.310kV侧避雷器选择与校验 2032295第六章配电装置的设计 2161156.1配电装置的设计原则 2126766.2室外配电装置 2116766总结 2328316参考文献 2414198附录 25原始资料分析该变电站110kV侧通过2回架空线与系统相连，35kV侧出线8回，最大负荷40Mw,COSΦ=0.85。本变电站一共的主变压器的数量是两台，并且我们的每一台变压器的条件其实也都是符合70%的负载条件,所以应先按照要求选好主接线电源回路,然后再按照不同负载要求计算各短接点的短路电压,再按照短路电压选用适当的高压电器装置,要做动稳、热稳定的校核工作,而且都要保持在一定的预度。在设计主接线系统时,要充分考虑到安全可靠、稳定性与经济效益,在确保安全可靠、稳定性的同时,也要兼顾到经济效益上的效益,对各个元器件的选型都要合理,减少花费资源来提高经济效益。电气主接线设计2.1电气主接线设计基本要求可靠性在研究电气主接线的可行性时,应充分考虑变电站在电力系统中的地位与功能、设备的负荷特性与类型、设备能力与操作经验等多种因素。灵活性电气主接线主要是可以满足不同情况和程度下的工作状态,并且它还可以直接通过工作的方式直接或间接地体现出来其中的变化,灵活性我们一般分为运行的、调度、扩建三方面。经济性在工程设计主接线系统时,重要问题常常出现在安全可靠和经济型中间,一般工程设计在同时保证安全可靠与灵巧的条件下实现了经济运行科学合理,而效益则一般从节省一次投入,减少占用建筑面积,减小电力消耗等几方面来考虑。2.2主接线基本接线形式2.2.1单母线接线单母线的好处是简洁清晰,设备小,使用简便,而且易于扩充。其缺陷是安全程度低,任何元件的故障及检修都必须先将所有回路或装置全部断电。本次设计不采用该种接线方式。2.2.2单母线分段接线单母线分段提高了可靠性和灵敏度,从而其使用范围也将比单母线接线的更广。其缺点是检修时更会有停电现象发生。这种接线最适合的变压器有二个主变以及6kV~10kV配电系统。本次设计35kV出线有8回,又有两台主变,故10kV和35kV侧可以考虑该种接线。2.2.3双母线接线双母线好处是用电安全性可靠性、调节灵活性、改造简单,其缺点为经济性差且隔离开关作为作为操作元件,有致命的安全隐患。这种方法,广泛适用于一百一十kV配电设备出线回路数六回及以上时,或二百二十kV配电设备的出线回路数为四回及以上时,同时也适用于第35~60kV出现数大于八回,或连接的电源电流很大、负载很大时。本次设计35kV出线有8回，故35kV侧可以考虑该种接线。2.2.4桥形接线①内桥形接线其好处是经济效益较好断路器数量小,且4个电路中仅需三台隔断。弊端有对变压器设备的投入和切除都比较复杂;桥连切断器检查时,两电路均须运转;出线切断器检查时,该线均须较长时间停机。其主要应用:对于较小容积的发电厂,变电站且变压器不能多次转换或线路较长,事故发生率较高的情形。本次设计中，110kV侧满足这个要求，且较经济，可考虑选用该种接线方式。②外桥形接线其优势与内桥形接线方式一致。但主要缺点有线路的投入与切断过程较繁杂,必须同时进行二个断路器故障,或有一个断路器故障临时停下;桥连的断路器故障大修时,二个电路必须解列工作;变压器设备侧断路大修时,变压器设备须较长时间停用。其范围:主要适用于较小容量的发电机或变压器系统设备,以及变压器系统设备的电流转换比较常见或该线较短,但发生故障率较少的特殊情况。另外,当该线中有穿越电量时,也应使用外桥。2.2.5角形接线角形接线优点是可靠性和经济性可以兼顾。其弊端主要是不利于扩建;断路器在大修时会开环运行,因此安全性也会下降;潮流变化较大,且继电保护整定技术相当繁杂。因此这种接线方法最多的应用回路较少,且可在一次性完成、不再要求改造的110kV及以上配电装置中。本次设计不采用该种接线方式。2.3主接线方案的比较选择根据上述资料可知,此变压器的主要接线方式有以下二个方案。方法一:110kV侧采取桥形的方式,35kV侧采取单母分段方式,10kV侧采取单母分段方式。方法二:110kV侧采用的是桥形的方式,而我们的35kV侧采用的是双母线的方式,10kV侧则最终采取的是单母分段方式。方案一和方案二相比,使用単母分段和双母都能达到可靠性要求,但使用双母的连接方法操作比较繁琐,很容易导致最终的误操作,而且经济性也较差,所以将二者比较,方案一效果更好。主变压器的选择3.1相数和台数的确定为了进一步提高电力控制系统的可靠性,变电站系统通常需装有二台主变。当只是单一供电系统或变压器设备的一级设备而又有备用电源的地方用电时,应装设一套主变。而针对特大型枢纽变电所,按照建筑物的结构特点,可装设2~4台主变。当变压器装有二个或以上,其余容量必须能保证提供一级负载或为变压器所有负载的60~百分之七十五。常用一次性变压器选用百分之七十五,二次变压器选用百分之六十。本次设计选用两台主变。在一百一十kV的供电系统中,通常都要选三相变压器。如果受到时间限制,也可用单相式代替三相。本设计所给要求中并未提出特殊控制要求,故选用三相变压器。3.2绕组数的确定目前，国内已有的相关供电的系统当中，使用的变压器分为双绕组普通型,自耦式和低压绕组分裂等变压器。按已知要求该主变有三种电压级别,110/35/10kV。所以使用了三绕组变压器。3.3绕组接线方式的确定在中国的普遍规范,35kV之上使用Y联接,而35kV及之下的电力变压器三相绕组均使用D联接。按照设计已知要求,所给电流等级中的110kV采用YN接线35kV采用y接线,10kV采用d接线,故原本工程设计中的变电站三相接线方案即为YN/y/d11。3.4调压方式的确定为保证发电机及变压器电能品质,电流应当保持在规定区域内。切换方法主要有二种:不带电的转换,又称无励磁调压,调压范围一般在2×2.5%之内;另一为带负载转换,称有载调压,调压范围一般超过30%。设计有载调压的原则如下:(1)对220kV及之上的降压变压器来说,仅在电网电压可以有很大变化的情形下,才使用有载调压工作方式,且通常不能使用。(2)对110kV及以下的变压器来说的话,我们其实需要考虑的应该是如何使我们的电流至少有一种变压器能够采用有载调压的方式呈现。(3)或接于出力变动相对来说大的发电机的主变压器上,或接于有时为输出端,时而为受端变压器系统上的发电机联接变压器系统,通常都应选用有载调压的形式。在本系统中,根据系统任务书可选择有载调压的方式。3.5冷却方式的确定中、小型化变压器系统,一般采取依托安装于变压器系统油罐上的片状或管形辐射式制冷器和电动风机的自然风制冷,或强制以风冷方式排放热能。容量在31.5MVA及以上的大容量变压器系统则通常使用强制油循环风冷,而容量在时速350MVA及以上的特大变压器系统则通常使用强制油循环导向风冷。本设计采用强迫油循环风冷却。3.6主变压器容量的确定(1)主变压器容量的规定,须按照国家电力在5~10年内的发展计划实施。对于原始资料,应该达到百分之七十的负荷要求。（2）主变压器的最大负荷按下式确定式中——负荷同时系数——综合用电负荷Sn=0.7×Pm=0.7×（40+20）÷0.85=49.41MVA综上所述：查表选出变压器为110kV三相有载调压变压器SFSZ7-50000/110，其具体参数见表3-1短路电流计算短路故障是所有电源控制系统中最普遍的,且很重大的故障。短路故障将使整个系统的电压下降和外回路保护电流增大,它不但会危害使用者的健康供电,同时也会损害整个供电系统的稳定性,并损伤设备。所以,在发电厂变电站及其整个供电系统的设计与工作过程中,都需要对短路电压加以估算。4.1短路电流计算条件容量与接线容量主要按工程的能力计算,同时兼顾了其建成后5~10年内电力系统的远景开发。其接线选用能够产生较大短路电压的正常连接形式,而不考虑转换过程中的短时并列的形式。短路种类短路类型通常按三相短路电流计算,当其他短路种类的短路电流比三相短路电压大时,应该按最恶劣的情况计算。计算短路点在系统中中,通过同一电位的所有短接点的短接电压大小都相等,而通过不同支路的短路电压大小则由于短接点的相对位置的变化而发生了变化。在进行导线和设备的校验时,应该查明导线和设备处在最危险情形的短路地点,使通过最大的短路电压。4.2短路电流计算假设SB=1000MVAXX则XXT1xX主变压器：Uk1−2Uk1−3Uk2−3XXX化简得：XXXXX①110kV侧三相短路（f1XX查运算曲线得I有名值为Ii②110kV侧单相短路X11=3.194 Xs11=XT=1.15 XL1(2)=XL1=2.571 XL22=XL2=2.268X12=X22=X(2)=X1(2)//X∴XI③35kV侧三相短路（f2XX查运算曲线得I有名值为Ii④10kV侧三相短路（f3XX查运算曲线得I有名值为Ii由计算得，各点压等级最大短路电流分别为：110kVI''=3.648kA35kV I''=6.652kA10kV I''=26.63kA导体和电气设备的选择与校验尽管在供电系统中导体和电气设备的功用和工作要求都多种多样,其选型方式也不相同,但对他们都有一致的基本规定,只要导体和电气设备都能够顺利地动作,就应该按一般工作要求选型,按短路情况校验。5.1断路器的选择与校验5.1.1断路器的选择与校验的一般规则1.种类和型式的选择①SF选择不能点燃并具有优异绝缘和灭弧特性的SF六气体用作灭弧材料,产生优异的开断特性。SF六型剩余电流断路器的运行安全性较高,适合于各种电压级别,尤其在高压、超高压系统和特高压供电装置中获得最普遍的运用。②真空断路器使用最大真空度的高技术强度灭弧,由于具备灭弧持续时间快、低噪声、高延寿和可频繁使用的优势,已在世界35kV及以下供电装置中得到了最普遍的应用。2.额定电压和电流选择额定电压U额定电流I3.开断电流选择高压断路器在较低额定值电压下,开断电压可能增加,因受到灭弧设备机械操作力度的影响,所以开断电压仍有某个极端值,该极端值也就是控制开断电压,即高压断路器的开断电压还没有达到控制开断电压。在小型工厂的变电所使用中、慢速线路,由于开断持续时间较长(≥0.1s),因此短接的电压非周期分量衰减较多,应不计非周期分数损失,但通过起始的暂态输出电流I''校验,即INbr≥I''4.短路关合电流的选择在剩余电流断路器合闸运行以前,如果线路上已出现过短路故障,那么在剩余电流断路器的合闸操作过程中,动、静态触头之间若在未接触时就有大量的短路电压经过(预击穿),更易于引起熔断导致破坏。断路器的短路关合电流INcl不应小于冲击电流最大值Isℎ5.短路热稳定和动稳定校验短路热稳定和动稳定的校验式分别为为It25.1.2110kV侧断路器的选择与校验额定电压U额定电流k温度修正I=(k=1+(40−θ)×0.5%=1.025)查表选择断路器型号LW11-110，详情见表5-1。短路计算时间t查运算曲线得（差值法）110kV时 Itk∗其有名值为 Itk=3.243kA①开断电流 I''=3.048kAINbr>②关合电流 Isℎ=7.759kAiNcl>③动稳定校验 isℎ=7.759kAies④热稳定校验 t=3s IθIt25.1.335kV侧断路器的选择与校验1.35kV变压器侧额定电压Uk温度修正I=787.296÷1.025=768.09A查表选出断路器型号为ZN-35/1000-12.5，其具体参数见表5-2短路计算时间t查运算曲线（差值法）35kV时 Itk∗有名值 Itk=6.84kA①开断电流 I''=6.652kA<②关合电流 isℎ③动稳定校验 isℎ=16.94kA<④热稳定校验 t=2s IθkIt22.35kV馈线侧k温度修正I=94.66A查表选出断路器型号为ZN-35/1000-12.5,与35kV变压器侧相同，故校验过程同上，符合要求5.1.410kV侧断路器的选择与校验1.10kV变压器侧额定电压Uk温度修正I=I查表选出断路器型号为ZN-10/3150-40，其具体参数见表5-3t查运算曲线 tk∗有名值 tk=27.67kA①开断电流 I''②关合电流 isℎ③动稳定校验 isℎ④热稳定校验 t=2s ItθkIt22.10kV馈线侧k温度修正I=132.54A查表选出断路器型号为ZN-10/3150-40,与10kV变压器侧相同，故校验过程同上，符合要求5.2隔离开关的选择与校验5.2.1110kV侧隔离开关的选择与校验选择GW4-110型隔离开关，其参数如表5-4①动稳定校验 isℎ=7.759kA<②热稳定校验 It2⋅t=It25.2.235kV侧隔离开关的选择与校验1.35kV变压器侧选择型号为GN2-35T/1000的隔离开关，详情如表5-5①动稳定校验 isℎ②热稳 It2⋅t=It22.35kV馈线侧选择型号为GN2-35T/400的隔离开关，详情如表5-6①动稳定校验 isℎ=16.94kA<②热稳定校验 It2⋅t=It25.2.310kV侧隔离开关的选择与校验1.10kV变压器侧选择型号为GN2-10/3000的隔离开关，详情如表5-7①动稳定校验 isℎ②热稳定校验 It2⋅t=It22.10kV馈线侧选择型号为GN2-10/1000的隔离开关，详情如表5-85.3电压互感器的选择电压互感器 110kV 电容式 单相 户外 —TYD-110/3-0.008 35kV 电磁式 单相 油浸式 —JD×6-35 10kV 电磁式 三相 油浸式 —JSJW-105.4电流互感器的选择与校验5.4.1电流互感器的选择与校验的一般规则1.一次侧额定电压和电流的选择额定电压U额定电流I2.额定容量的选择S2NZ2L3.动稳定和热稳定校验动稳定校验2I1N热稳定校验ktI5.4.2110kV侧电流互感器的选择与校验选择型号为LCW-110的电流互感器，详情如表5-10ra=S≥选取1.5mm①rZ2L②动稳定校验 2I③热稳定校验 kt5.4.335kV侧电流互感器的选择与校验1.35kV变压器侧选择LCW-35的电流互感器，其参数如表5-11ra=0.058S≥选取1.5mm①rZ2L②动稳定校验 2I③热稳定校验 kt2.35kV馈线侧查表选出断路器型号为LCW-35,与35kV变压器侧相同，故校验过程同上，符合要求5.4.410kV侧电流互感器的选择与校验1.10kV变压器侧选择LMC-10的电流互感器，其参数如表5-12ra=0.058S≥选取3mm①rZ2L②动稳定校验 2I③热稳定校验 kt2.10kV馈线侧选择LAJ-10的电流互感器，其参数如表5-13ra=0.058S≥选取1.5mm①rZ2L②动稳定校验 2I③热稳定校验 kt5.5导体的选择与校验5.5.1导体的选择与校验的一般规则1.导体选型线材普遍由青铜、铝、铝合金等构成,而载流导体则大多选用铝及铝合金材质。硬导线截面积最常见的形式有矩形、槽形和管形。矩形单条横截面最高不宜达到1250㎟,但为了降低集肤效应,大输出电流应用时也可采用2~4个矩形引线并排应用;矩形引线往往仅应用在35kV及以内、电压在4000A及以内的供电装置中。槽形引线由于机械硬度较好,且载流速大,因此集肤交应关系也较小,大多应用在4000~8000A的供电装置中。而管形电线集肤响应系数较低、机械强度高,普遍适用于8000A及以上的大电母纫,及在要求电晕放电压力较高的110kV及以上的配电设备中。本设计35kV及10kV均选择矩形导体。2.导体截面积选择对于年负荷用时间数较高,输送容积大,且直径在20m以上的国民经济线路如发电厂、变压器设备等的并联线路。而供电设备的汇流母线一般处于正常工作模式下,且输送容积较小。①按导体长期发热允许电流选择，则计算式为Imax≤K②按经济电流密度选择通过电流密度来对导线截面积进行选择,可使年计费最小化。导体的经济截面积SJ为应尽量选择接近经济截面积的标准截面积，同时还要满足Imax3.热稳定与动稳定校验校验方法见具体计算5.5.235kV侧导体的选择与校验按经济电流密度选择Tmax=5000ℎ J=0.78S选择单条平放h×b=63×8(mm×mm)的截面积504mm225℃时载流量10A ①k=0.88 kI②热稳定校验 θ=查表CSmin=③动稳定校验m=ℎ×b×J=f1冲击系数取k=1.8 ifW=σpℎ5.5.310kV侧导体的选择与校验按经济电流密度选择Tmax=5000ℎ J=0.78S选择三条竖放h×b=125×8(mm×mm)的截面积3000mm2 ①k=0.88 kIal②热稳定校验 θ=查表CSmin③动稳定校验m=ℎ×b×J=8.25ℎf1冲击系数k取1.8 ifW=σpℎ5.6避雷器的选择与校验5.6.1110kV侧避雷器选择与校验1.11okV线路侧Um额定电压U持续运行电压U选择型号Y10W1-96/250，其参数如表5-14校验 BIL=450kV Ugs=200kV 雷电冲击残压校验Ubl操作冲击残压校验Ubcc陡波冲击残压校验Ubcc2.110kV中性点处Um额定电压U持续运行电压U选择型号Y10W1-96/250，其参数如表5-15表5-15避雷器相关参数一览表型号避雷器额定电压有效值（kV）持续运行电压有效值（kV）雷电冲击坡残压峰值（kV）操作残压峰值（kV）陡波残压峰值（kV）Y10W1-96/2509673250212280校验 BIL=400kV Ugs=200雷电冲击残压校验 Ubl⩽操作冲击残压校验 Ubcc陡波冲击残压校验 Ubcc5.6.235kV侧避雷器选择与校验额定电压U持续运行电压U选择型号Y5W21-42/134，其参数如表5-16校验 BIL=200kV 雷电冲击残压校验 Ubl陡波冲击残压校验 Ubcc5.6.310kV侧避雷器选择与校验额定电压U持续运行电压U选择型号Y5WS1-12.7/50，其参数如表5-17校验 BIL=100kV K雷电冲击残压校验 Ubl陡波冲击残压校验 U配电装置的设计6.1配电装置的设计原则配电装置的设计在一定程度上还是十分需要我们严格按照相关的经济政策来施行,并且还需要严格遵守有关的法律规定,并针对电力、自然环境特性以及操作、检测、施工等方面的特点,合理制定布置方法和选型设备,使配电装置工程的设计不断创新,以达到科技领先、经济合理、操作安全和维修简便。发电厂与变电站之间的配电装置类型选定,应当充分考虑所属区域的地质状况和环境保护要求,在制定配电装置类型时应当符合下列条件:节约土地;操作安全和运行监测简单;便于检查与施工;节省材料,减少费用。6.2室外配电装置1.室外配电装置分类及特点按照设备的母线布置的宽度,大型配电设施可包括中型、高型、半高型。中型供电装置一般来说是把全部电气设备均布置在同一个水准面内,或装在规定标高的基石上,使带电部分对地保证了一定的标高。此种供电装置的好处是:布线相对清晰,不易误操作,运转安全,且具有较多年的操作经验;但弊端则是:占地面积过大。高型供电设备,是指由一个配电母线或间隔控制器与另一组配电母线串联,或由间隔控制器左右交叉安装的供电设备。根据其构架的差异,可分成单骨架双列式、双骨架单列式和三骨架双列式等三个类别。好