110KV终端变电站(电气部分)设计解析

前言本毕业设计为贵州电力职业技术学院二○○八级供用电技术专业第一组毕业设计，设计题目为：110KV终端变电站（电气部分）设计。此设计任务旨在体现我本专业各科知识的掌握程度，培养我对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业学习三年以来的学习结果。首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。本设计书仅为本人专业所学之成绩，不免出现纰漏或是错误，望老师及同学予以指正，将感激不尽。至此，感谢给予我指导和帮助的老师和同学们！杨茂二○一一年二月二十八日目录前言第一章负荷计算及变压器选择1.1变电所位置分析1.2负荷计算1.3主变压器的选择第二章电气主接线设计2.1电气主接线的设计原则2.2设计方案进行比较第三章短路电流计算3.1短路电流计算的目的3.2短路电流计算过程第四章电气设备及母线的选择4.1选择电气设备和母线的主要技术条件4.2断路器,隔离开关的选择原则4.3110KV母线,断路器,隔离开关的选择4.435KV母线,断路器,隔离开关的选择4.510KV母线，断路器，隔离开关的选择第五章继电保护设计及整定5.1主变压器保护规划与整定5.2母线保护第六章防雷保护和接地装置6.1变电所的防雷设计原则6.2变电所的主要防雷设计参考文献第一章负荷计算及变压器选择1.1变电所位置分析变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂和变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电所电气部分投资大小的决定性因素。110kv两回出线线路长20km(户外配电装置)35kv六回出线(屋外配电装置)10kv二十回出线(成套固定开关柜)(正常运行时由远方通过远动通道监控，QF就地操作)系统大方式阻抗：X=0.016系统最小方式阻抗：X=0.024零序阻抗:X=0.048线路阻抗：X=0.4欧/kmX0=3.5X1.35kv金磨线磨料厂7500kva磨具厂10050kva2.35kv花纱线砂轮厂12600kva金钢玉厂7030kva棕钢玉厂2715kva水泥厂1600kva3.10kv金华线198台配电变压器2155kva1.2负荷计算要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kV负荷、35kV负荷。由公式%1cos1nitcpKS式中sC——某电压等级的计算负荷kt——同时系数（35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷与10kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85）а%——该电压等级电网的线损率，一般取5%P、cos——各用户的负荷和功率因数（由于任务书已给出该变电所主变为:两台50MVA故负荷不再做计算，只校验其容量是否满足要求。）1.2.110kV负荷计算S10KV==2155kva1.2.235kV负荷计算S35KV=7500+10050+12600+7030+2715+1600=41495kvaSΣ=2155+41495=43650=44MVA可见，任务书所给变压器容量符合要求。1.3主变压器的选择1.3.1主变压器的选择变电所主变压器容量一般应按5-10年规划负荷来选择。根据城市规划，负荷性质，电网结构等综合考虑确定其容量。对于重要变电所应考虑以1台主变压器停运时其余变压器容量在计及负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电。对于一般变电所，当一台主变停运时，其余变压器的容量应能满足全部负荷的70%-80%，在目前实际的运行情况变电所中一般均是采用两台变压器互为暗备用并联运行。变压器容量首先应满足在cS下，变压器能够可靠运行。对于单台：NTS≥cS对于两台并联运行：1NTS+2NTS＞cS1NTS≥1cS+2cS2NTS≥1cS+2cS变压器除满足以上要求外还需要考虑变电所发展和调整的需要，并考虑5-10年的规划，并留有一定的裕量并满足变压器经济运行的条件。根据现实运行的经验，一般是采用两台变压器互为备用。对于两台互为备用并联运行的变压器，变电所通常采用两台等容量的变压器，单台变压器容量视它们的备用方式而定：○1暗备用：两台变压器同时投入运行，正常情况下每台变压器各承担负荷的50%，此时，变压器的容量应按变压器最大负荷的70%选择，其有显著的优势：1.正常情况下，变压器的最大负荷率为70%，符合变压器经济运行并留有一定的裕量。2.若一台变压器故障，另一台变压器可以在承担全部最大负荷下（过负荷40%）继续运行一段时间。这段时间完全有可能调整生产，切除不重要负荷，保证重要负荷的正常供电。这种暗备用的运行方式具有投资省，能耗小的特点，在实际中得到广泛应用。○2明备用：一台变压器工作，另一台变压器停止运行作为备用。此时，两台变压器按最大负荷时变压器负荷率为100%考虑，较暗备用能耗大，投资大，故在实际中不常采用。变压器选择方法：根据负荷计算出的cS，由于采用两台变压器互为暗备用并联运行，单台变压器容量按70%*cS选择，并考虑5-10年规划，留有15%的发展余地。一、主变台数的确定对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。二、主变容量的确定1、主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70％-80％。此变电所是一般性变电所。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：S=ΣS2*0.8=43174.3*0.8=34539.48KVA所以应选容量为40000KVA的主变压器。三、主变相数选择1、主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。2、当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。四、主变绕组数量1）、在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15％以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值：高压侧：K1=(35600+9800)*0.8/40000=0.90.15中压侧：K2=35600*0.8/4000=0.70.15低压侧：K3=9800*0.8/40000=0.20.15由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。五、主变绕组连接方式变压器的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y和△，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。35KV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。有以上知，此变电站110KV侧采用Y0接线35KV侧采用Y连接，10KV侧采用△接线主变中性点的接地方式：选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。35KV系统，IC=10A；10KV系统；IC=30A（采用中性点不接地的运行方式）35KV：Ic=UL/350=35*(15+8+10*2+7*2+11)/350=6.8A10A10KV：Ic=10*(5*3+7*2+4+5+7*2)/350+10*(2*2+3)/10=8.2A30A所以在本设计中110KV采用中性点直接接地方式35、10KV采用中性点不接地方式六、主变的调压方式《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第三节规定：调压方式变压器的电压调整是用分解开关切换变压器的分接头，从而改变变压器比来实现的。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调压范围通常在+5％以内，另一种是带负荷切换，称为有栽调压，调压范围可达到+30％。对于110KV及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。由以上知，此变电所的主变压器采用有载调压方式。七、变压器冷却方式选择参考《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第四节主变一般的冷却方式有：自然风冷却；强迫有循环风冷却；强迫油循环水冷却；强迫、导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。故此变电所中的主变采用强迫油循环风冷却方式。附：主变型号的表示方法第一段：汉语拼音组合表示变压器型号及材料第一部分：相数S----三相；D------单相第二部分：冷却方式J----油浸自冷；F----油浸风冷；S----油浸水冷；G----干式；N----氮气冷却；FP----强迫油循环风冷却；SP----强迫油循环水冷却本设计中主变的型号是：SFPS7—50000/110表1-1SFPS7—50000/110型变压器技术参数型号额定容量KVA高压KV高压分接范围SFPS7—50000/11050000110110±2*2.5%空载损耗KW空载电流I%联结组标号阻抗电压s%U65250Yn,yn0,d11高中：10.5高低：18中低：6.51.3.2站用变台数、容量和型式的确定站用变台数的确定对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段10kV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。站用变容量的确定站用变压器容量选择的要求：站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。S站=96.075/(1-10%)=106KVA站用变型式的选择考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。故站用变参数如下：型号电压组合连接组标号空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压高压高压分接范围低压S9-200/1010;6.3;6±5%0.4Y,yn00.482.61.34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用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。根据设计规范第3.7.1条自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。《电力工程电力设计手册》规定“对于35-110KV变