110变电厂电气毕业设计方案.doc

110kv变电站设计

概述
1、待设计变电所地位及作用
按照先行原则，根据远期负荷发展，决定在本区兴建1中型110kV变电所。该变电所建成后，重要对本区顾客供电为主，特别对本地区大顾客进行供电。改进提高供电水平。同步和其她地区变电所联成环网，提高了本地供电质量和可靠性。北110kV出线4回，2回备用35kV出线8回，2回备用10kV线路12回，另有2回备用.
2、变电站负荷状况及所址概况
本变电站电压级别为110/35/10。变电站由两个系统供电，系统S1为600MVA，容抗为0.38，系统S2为800MVA，容抗为0.45.线路1为30KM，线路2为20KM，线路3为25KM。该地区自然条件：年最高气温40氏度，年最底气温-5氏度，年平均气温18氏度。出线方向110kV向北，35kV向西，10kV向东。
所址概括，黄土高原，面积为100100平方米，本地区无污秽，土壤电阻率7000.cm。
本次重要通过度析上述负荷资料，以及通过负荷计算，最大持续工作电流及短路计算，对变电站进行了设备选型和主接线选取，进而完毕了变电站一次某些设计。
第一章电气主接线设计
当代电力系统是一种巨大、严密整体。各类发电厂、变电站分工完毕整个电力系统发电、变电和配电任务。其主接线好坏不但影响到发电厂、变电站和电力系统自身，同步也影响到工农业生产和人民寻常生活。因而，发电厂、变电站主接线必要满足如下基本规定。
1．运营可靠
断路器检修时与否影响供电设备和线路故障检修时，停电数目多少和停电时间长短，以及能否保证对重要顾客供电。
2．具备一定灵活性
主接线正常运营时可以依照调度规定灵活变化运营方式，达到调度目，并且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范畴最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员安全。
3．操作应尽量简朴、以便
主接线应简朴清晰、操作以便，尽量使操作环节简朴，便于运营人员掌握。复杂接线不但不便于操作，还往往会导致运营人员误操作而发生事故。但接线过于简朴，也许又不能满足运营方式需要，并且也会给运营导致不便或导致不必要停电。
4．经济上合理
主接线在保证安全可靠、操作灵活以便基本上，还应使投资和年运营费用小，占地面积至少，使其尽地发挥经济效益。
5．应具备扩建也许性
由于国内工农业高速发展，电力负荷增长不久。因而，在选取主接线时还要考虑到具备扩建也许性。
变电站电气主接线选取，重要决定于变电站在电力系统中地位、环境、负荷性质、出线数目多少、电网构造等。
1.1 110kV电气主接线
由于此变电站是为了某地区电力系统发展和负荷增长而拟建。那么其负荷为地区性负荷。变电站110kV侧和10kV侧，均为单母线分段接线。110kV～220kV出线数目为5回及以上或者在系统中居重要地位，出线数目为4回及以上配电装置。在采用单母线、分段单母线或双母线35kV～110kV系统中，当不容许停电检修断路器时，可设立旁路母线。
依照以上分析、组合，保存下面两种也许接线方案，.1及.2所示。
（1）单母线分段带旁母接线
（2）双母线带旁路母线接线
对.1及.2所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-1。
表1-1主接线方案比较表
项目方案
可靠性灵活性
Ⅰ：
①简朴清晰、操作以便、易于发展
②可靠性、灵活性差
③旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不断电检修出线断路器，保证重要顾客供电
Ⅱ
①运营可靠、运营方式灵活、便于事故解决、易扩建
②母联断路器可代替需检修出线断路器工作
③倒闸操作复杂，容易误操作
经济型
Ⅰ
①设备少、投资小
②用母线分段断路器兼作旁路断路器节约投资
Ⅱ
①占地大、设备多、投资大
②母联断路器兼作旁路断路器节约投资
在技术上第Ⅱ种方案明显合理，在经济上则方案Ⅰ占优势。鉴于此站为地区变电站应具备较高可靠性和灵活性。经综合分析，决定选第Ⅱ种方案为设计最后方案。
1.2 35kV电气主接线
电压级别为35kV～60kV，出线为4～8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对顾客供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。但由于设立旁路母线条件所限因此，35kV～60kV采用双母线接线时，不适当设立旁路母线，有条件时可设立旁路隔离开关。
据上述分析、组合，筛选出如下两种方案。.3及.4所示。
.3单母线分段带旁母接线
.4双母线接线
对.3及.4所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较。见表1-2
表1-2主接线方案比较
项目方案
技术性比较：
方案Ⅰ单
①简朴清晰、操作以便、易于发展
②可靠性、灵活性差
③旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不断电检修出线断路器，保证重要顾客供电
方案Ⅱ双
①供电可靠
②调度灵活
③扩建以便
④便于实验
⑤易误操作
经济性比较：
方案Ⅰ单
①设备少、投资小
②用母线分段断路器兼作旁路断路器节约投资
方案Ⅱ双
①设备多、配电装置复杂
②投资和占地面大
经比较两种方案都具备易扩建这一特性。虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但其具备良好经济性。鉴于此电压级别不高，可选用投资小方案Ⅰ。
1.3 10kV电气主接线
6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线普通用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，规定可靠性和灵活性较高场合。
上述两种方案.5及.6所示。
.5单母线分段接线
.6双母线接线
对.5及.6所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-3
表1-3主接线方案比较
项目方案
方案Ⅰ单分
方案Ⅱ双
技术
①不会导致全所停电
②调度灵活
③保证对重要顾客供电
④任一断路器检修，该回路必要停止工作
方案Ⅱ双
①供电可靠
②调度灵活
③扩建以便
④便于实验
⑤易误操作
经济
①占地少
②设备少
方案Ⅱ双
①设备多、配电装置复杂
②投资和占地面大
通过综合比较方案Ⅰ在经济性上比喻案Ⅱ好，且调度灵活也可保证供电可靠性。因此选用方案Ⅰ。
1.4 站用电接线
普通站用电接线选用接线简朴且投资小接线方式。故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案。
上述两种方案.7及.8所示。
.7单母线分段接线
.8单母线接线
对.7及.8所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-4。
表1-4主接线方案比较
项目方案
①不会导致全所停电
②调度灵活
③保证对重要顾客供电
④任一断路器检修，该回路必要停止工作
⑤扩建时需向两个方向均衡发展
①简朴清晰、操作以便、易于发展
②可靠性、灵活性差
经济性
①占地少
②设备少
①设备少、投资小
经比较两种方案经济性相差不大，因此选用可靠性和灵活性较高方案Ⅰ。

第二章负荷计算及变压器选取
要选取主变压器和站用变压器容量，拟定变压器各出线侧最大持续工作电流。一方面必要要计算各侧负荷，涉及站用电负荷、10kV负荷、35kV负荷和110kV侧负荷。
由公式
式中某电压级别计算负荷
同步系数
а%该电压级别电网线损率，普通取5%
P、cos各顾客负荷和功率因数
2.1.1 站用负荷计算
S站=0.85
=96.075KVA=
0.096MVA
2.1.2 10kV负荷计算
S10KV=0.85
=38.675WVA
2.1.3 35kV负荷计算
S35KV=0.9
=27.448MVA
2.1.4 110kV负荷计算
S110KV=0.9+S站
=68.398+0.096
=68.494MVA
2.2 主变台数、容量和型式拟定
2.2.1 变电所主变压器台数拟定
主变台数拟定规定：
1.对大都市郊区一次变电站，在中、低压侧已构成环网状况下，变电站以装设两台主变压器为宜。
2.对地区性孤立一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器也许性。
考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变方式。故选用两台主变压器，并列运营且容量相等。
2.2.2变电所主变压器容量拟定
主变压器容量拟定规定：
1.主变压器容量普通按变电站建成后5～规划负荷选取，并恰当考虑到远期10～负荷发展。
2.依照变电站所带负荷性质和电网构造来拟定主变压器容量。对于有重要负荷变电站，应考虑当一台主变压器停运时，别的变压器容量在设计及过负荷能力后容许时间内，应保证顾客一级和二级负荷：对普通性变电站停运时，别的变压器容量就能保证所有负荷60～70%。S=68.494MVA由于上述条件所限制。因此，两台主变压器应各自承担34.247MVA。当一台停运时，另一台则承担70%为47.946MVA。故选两台50MVA主变压器就可满足负荷需求。
2.2.3 变电站主变压器型式选取
具备三种电压级别变电站中，如通过主变压器各侧绕组功率均达到该变压器容量15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动因此选取有载调压方式，且规程上规定对电力系统普通规定10kV及如下变电站采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。国内110kV及以上电压变压器绕组都采用Y连接35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV如下电压变压器绕组都采用连接。
故主变参数如下：
2.3站用变台数、容量和型式拟定
2.3.1 站用变台数拟定
对大中型变电站，普通装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电站具备两台主变压器和两段10kV母线，为提高站用电可靠性和灵活性，因此装设两台站用变压器，并采用暗备用方式。
2.3.2 站用变容量拟定
站用变压器容量选取规定：站用变压器容量应满足经常负荷需要和留有10%左右裕度，以备加接暂时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常状况下为单台变压器运营。每台工作变压器在不满载状态下运营，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好站用变压器承担。
S站=96.075/
=106KVA
2.3.3站用变型式选取
考虑到当前国内配电变压器生产厂家状况和实现电力设备逐渐向无油化过渡目的，可选用干式变压器。
故站用变参数如下：
S9-200/10
106.36
5%
0.4
Y，yn0
0.48
2.6
1.3
4
因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也为了保证顾客电压，以及提高系统运营稳定性、安全性和经济性，应进行合理无功补偿。
依照设计规范第3.7.1条自然功率应未达到规定原则变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设立在主变压器低压侧或重要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地星型接线。
《电力工程电力设计手册》规定对于35-110KV变电所，可按主变压器额定容量10-30%作为所有需要补偿最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近变电所，取较低者。地区无功缺额较多或距离电源点较远变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远变电所取较高者。

第三章最大持续工作电流节短路计算
3.1各回路最大持续工作电流
依照公式=式中----所记录各电压侧负荷容量----各电压级别额定电压
----最大持续工作电流
==/则：10kV=38.675MVA/10KV
=2.232KA
35kV=27.448MVA/35KV
=1.58KA
110kV=68.494MVA/110KV
=3.954KA
3.2短路电流计算点拟定和短路电流计算成果
短路是电力系统中最常用且很严重故障。短路故障将使系统电压减少和回路电流大大增长，它不但会影响顾客正常供电，并且会破坏电力系统稳定性，并损坏电气设备。因而，在发电厂变电站以及整个电力系统设计和运营中，都必要对短路电流进行计算。
短路电流计算目是为了选取导体和电器，并进行关于校验。按三相短路进行短路电流计算。也许发生最大短路电流短路电流计算点有4个，即110KV母线短路，35KV母线短路点，10KV电抗器母线短路，0.4KV母线短路。
计算成果:
当K1点断路时:=5.58KA=14.2=8.43=1111.4当K2点断路时:
=1.85KA=4.7=2.8=120.2
当K3点断路时:=38KA=96.7=57.4=691
当K4点断路时:=1000KA=2542=1510=692.8

第四章重要电气设备选取
由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异，因而它们选取校验项目和办法也都完全不相似。但是，电气设备和载留导体在正常运营和短路时都必要可靠地工作，为此，它们选取均有一种共同原则。
电气设备选取普通原则为：
1.应满足正常运营检修短路和过电压状况下规定并考虑远景发展。
2.应满足安装地点和本地环境条件校核。
3.应力求技术先进和经济合理。
4.同类设备应尽量减少品种。
5.与整个工程建设原则协调一致。
6.选用新产品均应具备可靠实验数据并经正式订立合格特殊状况下选用未经正式鉴定新产品应经上级批准。
技术条件：
选取高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流状况下保持正常运营。
1.电压选用电器容许最高工作电压Umax不得低于该回路最高运营电压Ug，即，UmaxUg
2.电流
选用电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种也许运营方式下持续工作电流Ig，即IeIg
校验普通原则：
1.电器在选定后应按最大也许通过短路电流进行动热稳定校验，校验短路电流普通取最严重状况短路电流。
2.用熔断器保护电器可不校验热稳定。
3.短路热稳定条件
Qdt在计算时间ts内，短路电流热效应
Itt秒内设备容许通过热稳定电流有效值
T设备容许通过热稳定电流时间
校验短路热稳定所用计算时间Ts按下式计算
t=td+tkd式中td继电保护装置动作时间内
tkd断路全分闸时间
4.动稳定校验
电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应能力，称动稳定。满足动稳定条件是：
上式中短路冲击电流幅值及其有效值
容许通过动稳定电流幅值和有效值
5.绝缘水平：在工作电压作用下，电器内外绝缘应保证必要可靠性。接口绝缘水平应按电网中浮现各种过电压和保护设备相应保护水平来拟定。
由于变压器短时过载能力很大，双回路出线工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应依照实际需要拟定。
高压电器没有明确过载能力，因此在选取其额定电流时，应满足各种也许方式下回路持续工作电流规定。
4.1高压断路器选取
高压断路器在高压回路中起着控制和保护作用，是高压电路中最重要电器设备。
型式选取：
本次在选取断路器，考虑了产品系列化，既尽量采用同一型号断路器，以便减少备用件种类，以便设备运营和检修。
选取断路器时应满足如下基本规定：
1.在合闸运营时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，虽然通过短路电流，也应当具备足够热稳定性和动稳定性。
2.在跳闸状态下应具备良好绝缘性。
3.应有足够断路能力和尽量短分段时间。
3.应有尽量长机械寿命和电气寿命，并规定构造简朴、体积小、重量轻、安装维护以便。
考虑到可靠性和经济性，以便运营维护和实现变电站设备无由化目的，且由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前程断路器。故在110KV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长并且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精准，所须操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。因而被大量使用于35KV及如下电压级别中。因此，35KV侧和10KV侧采用真空断路器。又依照最大持续工作电流及短路电流得知
4.2隔离开关选取
隔离开关是高压开关设备一种，它重要是用来隔离电源，进行倒闸操作，还可以拉、合小电流电路。
选取隔离开关时应满足如下基本规定：
1.隔离开关分开后应具备明显断开点，易于鉴别设备与否与电网隔开。
2.隔离开关断开点之间应有足够绝缘距离，以保证过电压及相间闪络状况下，不致引起击穿而危及工作人员安全。
3.隔离开关应具备足够热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。
4.隔离开关在跳、合闸时同期性要好，要有最佳跳、合闸速度，以尽量减少操作时过电压。
5.隔离开关构造简朴，动作要可靠。
6.带有接地刀闸隔离开关，必要装设连锁机构，以保证隔离开关对的操作。
又依照最大持续工作电流及短路电流得知
4.3各级电压母线选取
选取配电装置中各级电压母线，重要应考虑如下
精确度测量
精确度测量计算与保护用电压互感器，其二次侧负荷较小，普通满足精确度规定，只有二次侧用作控制电源时才校验精确度，此处因有电度表故选编0.5级。
PT与电网并联，当系统发生短路时，PT自身不遭受短路电流作用，因而不校验热稳定和动稳定。
4.7各重要电气设备选取成果一览表
电压级别
电气设备
附录:Ⅰ短路电流计算书
0.4KV
35KVK2
10KV
K2K3
110KVK1
等效电路图
查表知
LGJQ-150X*=0.1989/KM
选基准:=100MVA=0.4KV9K4
35KV
4512K3
K23610KVK1110KV
78
1011
等效电路图
当K1点断路时:
Us%=10.5%Us%=6%Us%=17%
X1=X4=1/00/50=0.215
X2=X5=1/00/50=0.125
X6=X3=1/00/50=0
Xl=X*L=0.198930/2=2.95=X7‖X8
X10=0.38/600=7.7X11=0.45/800=6.8
X9=4%/100100/0.22=0.18X12=0.1075
X13=0.0625
X14=0
X15=7.76.8/+2.95=6.56
X=X12‖‖X15=0.09
=1/X=11.1
短路电流有名值:
==5.58KA冲击电流:
=1.85.58=14.2
最大电流有效值:
=15.581.51=8.43
短路容量:
=5.58115=1111.4
K2点短路时:
X15=7.76.8/+2.95=6.56
`X17=X15‖=0.72
X=X12+X17=0.83
=1/X=1/0.83=1.2
短路电流有名值:
==1.85KA
冲击电流:
=1.81.85=4.7
最大电流有效值:
=1.851.51=2.8
短路容量:
=1.8537.5=120.2
K3点短路时:
X18=X14+X15=6.56
X19=X12‖X18=0.106
X=‖X9=0.145
=1/X=1/0.145=6.9
短路电流有名值:
==38KA
冲击电流:
=1.838=96.7
最大电流有效值:
=381.51=57.4
短路容量:
=3810.5=691
K4点短路时:
X18=X14+X15=6.56
X19=X12‖X18=0.106
X=‖X9=0.145
=1/X=1/0.145=6.9
短路电流有名值:
==1000KA
冲击电流:
=1.81000=2545
最大电流有效值:
=10001.51=1510
短路容量:
=10000.4=692.8
附录Ⅱ主接线图
10kV配电装置
对配电装置基本规定:
1.符合国家技术经济政策，满足关于规程规定
2.设备选取合理，布置整洁、清晰，要保持其最小安、全净距。
3.节约用地4.运营安全和操作巡视以便
5.便于检修和安装
6.节约用材，减少造价。
对6～10kV配电装置屋外式较少，且由于屋内式具备节约用地便于运营维修、防污性能好等长处，因此采用屋内式配电装置。采用成套开关柜单层单列布置，又柜体和小车开关两某些构成。10kV配电装置图如下：
10kV配电装置图
2m
参照文献
戈东方电力工程电气设计手册水利电力出版社
毛力夫发电厂变电站电气设备中华人民共和国电力出版社
范锡普发电厂电气某些中华人民共和国电力出版社
谢承鑫、王力昌工厂电气设备手册水利电力出版社
引用网址：