110kV变电站电气设计

山东电力高等专科学校题目：110kV变电站设计专业：发电厂及电力系统学生姓名：指导教师：-2-摘要变电站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变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（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，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。本次设计建设一座110KV降压变电站，首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后进行校验。关键词:变电站电气主接线主变压器电气设备选择-1-目录第一章分析原始资料…………………………………………3第二章主变压器容量、型号和台数的选择…………………42.1主变压器台数选择………………………………………42.2主变压器的选择…………………………………………42.3主变型号选择……………………………………………5第三章电气主接线设计………………………………………53.1110KV侧主接线的设计……………………………………63.235KV侧主接线的设计……………………………………63.310KV侧主接线的设计……………………………………63.4主接线方案的比较选择……………………………………7第四章电气设备的选择…………………………………………74.1.按正常工作条件选择电气设备……………………………74.2按短路状态校验…………………………………………84.3断路器的选择及校验………………………………………94.4隔离开关的选择及校验……………………………………124.5电压互感器的选择及校验……………………………………144.6电流互感器的选择及校验……………………………………144.7接地开关的选择及校验………………………………………154.8载流导线的选择………………………………………………15-2-4.9避雷器选择及校验……………………………………………20总结…………………………………………………………………21参考文献……………………………………………………………21附录1：变电站主接线图…………………………………………22第一章分析原始资料原始资料：-3-1、变电站类型：110kV地方降压变电站2、电压等级：110kV/35kV/10kV3、负荷情况35kV：最大25MW最小18MWTmax＝6000hcosφ＝0.810kV:：最大15MW最小12MWTmax=6000hcosφ＝0.84、出线回路：110kV侧2回35kV侧6回10kV侧12回5、系统情况：系统110kV母线短路容量Sd=2500MVA，110kV架空线两回为LGJ-300/35km。系统为无限大电流源，0sx变电站是电力系统的需要环节，它在整个电网中起着输配电的重要作用。本期设计的110kV降压变为110kV地方变电站，其主要任务是向地区用户供电，为保证可靠的供电及电网发展的要求，在选取设备时，应尽量选择动作可靠性高，维护周期长的设备。根据设计任务书的要求，设计规模为110kV出线2回，35kV出线6回，10kV出线12回；负荷状况为35kV最大25MW，10kV最大15MW。本期设计要严格按《电力工程手册》、《发电厂电气部分》等参考资料进行主接线的选择，要与所选设备的性能结合起来考虑，最后确定一个技术合理，经济可靠的最佳方案。-4-第二章主变压器容量、型号和台数的选择2．1主变压器台数选择在《电力工程电气设计手册》中可知：“对大城市郊区的一次变电站，在中、低压已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜”。在运行或检修时，可以一台工作，一台备用或检修，并不影响供电，也可以两台并列运行。根据设计任务书中所示本变电所为地方变电所，且出线回路数较多，为保证供电的可靠性，参照规程要求，宜选用两台主变压器。2.2主变压器的选择主变压器容量应根据负荷情况进行选择。在《电力工程电气设计手册》中规定对于装设两台及以上主变压器的变电所，应满足当一台主变停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%－80%。为保证可靠供电，避免一台主变故障或检修时影响对用户的供电，主变容量就为总负荷的70%－80%。容量计算如下：已知35kVPmax1=25MW，cosφ＝0.8得Qmax1=Pmax1*tanφ=18.75MVA已知10kVPmax2=15MW，cosφ＝0.8得Qmax2=Pmax2*tanφ=11.25MVA有上述计算得每台主变压器的容量：S=70％×22Qmax2)(Qmax1Pmax2)(Pmax1=70％×9001600=35000KVA经查设备手册，选每台主变压器容量为40000KVA。2.3主变型号选择-5-本变电所有110kV、35kV、10kV三个电压等级，根据设计规程规定，“具有三个电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器各容量的15%以上，主变压器一般采用三绕组变压器”。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=(25000+15000)*0.8/40000=0.80.15中压侧：K2=25000*0.8/40000=0.50.15低压侧：K3=15000*0.8/40000=0.30.15由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。故选择三相三绕组有载调压降压变压器，其型号及参数如下：型号SFSZ9－40000/110额定容量（KVA）额定电压（kv）连接组别空载损耗（kw）负载损耗（kw）空载电流（%）阻抗电压（％）绕组阻抗百分数电抗标么值40000110/38.5/10.5y/y/d1136.6189.00.36Uk1-2=10.5Uk1-3=17.5Uk2-3=6.5X1=10.75X2=-0.25X3=6.75X*1=0.2688X*2=-0.0063X*3=0.1687第三章电力主接线设计根据毕业设计任务书的要求和设计规模。在分析原始资料的基础上，参照电气主接线设计参考资料。依据对主接线的基本要求和适用范围，首先淘汰一些明-6-显不合格的接线型式，保留2－3个技术上相当，又都满足设计要求的方案。对较好的2-3个方案，进行详细的技术经济比较，最后确定一个技术合理，经济可靠的主接线最佳方案。3.1110KV侧主接线的设计110KV出线回路数为2，由《电力工程电气设计手册》中的规定可知：当110—220KV配电装置出线回路数不超过2回，采用单母线接线故110KV侧采用单母分段的连接方式。3.235KV侧主接线的设计35KV侧出线回路数为6回由《电力工程电气设计手册》中的规定可知：当35—63KV配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接，当连接的电源较多，负荷较大时也可采用双母线接线。故35KV可采用单母分段连接也可采用双母线连接。3.310KV侧主接线的设计10KV侧出线回路数为12回由《电力工程电气设计手册》中的规定可知：当6—10KV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接故10KV采用单母分段连接3.4、主接线方案的比较选择由以上可知，此变电站的主接线有两种方案方案一：110KV侧采用单母线的连接方式，35KV侧采用单母分段连接，10KV侧采用单母分段连接。方案二：110KV侧采用单母线的连接方式，35KV侧采用双母线连接，10KV-7-侧采用单母分段连接。此两种方案的比较方案一110KV侧采用单母线的连接方式，接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且，母线便于向两端延伸，扩建方便，35KV、10KV采用单母分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。方案二虽供电更可靠，调度更灵活，但与方案一相比较，设备增多，配电装置布置复杂，投资和占地面增大，而且，当母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器使用，容易误操作。由以上可知，在本设计中采用第一种接线，即110KV侧采用单母线的连接方式，35KV侧采用单母分段连线，10KV侧采用单母分段连接。第四章电气设备的选择电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。4.1按正常工作条件选择电气设备4.1.1额定电压电气设备的额定电压是标示在其铭牌上的线电压。另外，电气设备还有一个最高工作电压，即：允许长期运行的最高工作电压，一般不得超过其额定电压的10%至15%。在选择时，电气设备的额定电压不应低于安装地点的电网额定电压。即：UNe≥UNS式中：UNe——电气设备铭牌上所标示的额定电压（kV）；UNS——电网额定工作电压（kV）。4.1.2额定电流-8-在额定周围环境条件下，导体和电器的额定电流不应小于所在回路的最大工作电流。即：IN≥IWmax式中：IN——电气设备铭牌上所标示的额定电流（A）；IWmax——回路中最大长期工作电流（A）。在决定IWmax时，应以发电机、变压器、电动机的额定容量和线路的负荷作为出发点，同时考虑这些设备的长期工作状态。例如：由于发电机、调相机在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的IWmax为1.05倍的IN，IN为电机的额定电流；在确定变压器回路的最大长期工作电流时，应考虑到变压器过负荷运行的可能性；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的最大长期工作电流；母线分段电抗器的最大长期工作电流应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该母线负荷所需的电流；出线回路的最大长期工作电流，除考虑线路正常过负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。4.1.3环境条件对设备选择的影响当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。一般非高原的电器设备使用环境的海拔高度不超过1000m，当地区海拔高度超过规定值时，由于大气压，空气密度，湿度的减小，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降，一般海拔比规定值每升高100m，电气设备而允许之高工作电压下降1%。当最高工作电压不满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。此外，还应按电器的装置地点，使用条件，检修和运行等要求，对电器进行种类和形式地选择4.2按短路状态校验4.2.1热稳定校验：当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值，Qd≤Qy，Qd≤I2rt，t=tb+tdf校验电气设备及电缆（3～6KV厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。-9-4.2.2动稳定校验：ich≤idw，Ich≤Idw，用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定；4.2.3短路校验时短路电流的计算条件所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。4.3断路器的选择及校验4.3.1110千伏侧选用六氟化硫断路器：型号；GL312-145该断路器的具体技术参数如下：额定电压110KV最高工作电压145KV额定电流3150A额定短路开断电流40KA关合电流100kA固有分闸时间0.035s（1）按额定电压选择，选择的断路器的最高工作电压为145KV,大于系统额定电压为110KV。（2按额定电流选择。变电所按2台变压器同时运行时，则110kV侧额定负荷为420A该断路器的额定电流为3150A，满足要求。（3）校验断路器的断流能力此断路器额定开断电流40kA大于110侧三相短路电流周期分量的有效值