110kV变电站电气一次专业系统设计.doc

110kV变电站电气一次系统设计

窗体顶端

窗体底端
110kV 变电所电气一次系统设计 （110/35/10kV，2/6/12 回出线）
摘 要
电能是当代都市发展重要能源和动力。随着当代文明发展与进步，社会生产和生 活对电能供应质量和管理提出了越来越高规定。都市供电系统核心某些是变电所， 因而，设计和建造一种安全、经济变电所，是极为重要。本变电所设计除了注重变电 所设计基本计算外，对于主接线选取与论证等都作了充分阐明，其重要内容涉及： 变电所主接线方案选取，进出线选取；变电所主变压器台数、容量和型式拟定；短 路点拟定与短路电流计算，电气设备选取（断路器，隔离开关，电压互感器，电流 互感器，避雷器） ；配电装置设计和总平面布置；防雷保护与接地系统设计。此外，绘 制了六张图纸，涉及：电气主接线图，电气总平面布置图、防雷接地图、110kV 接线断面 图、35kV 配电装置平面与断面图、110kV 母线断面图。图纸规格与布图规范都按照了电力 系统有关图纸规定来进行绘制。
核心词：变电所；电气主接线；电气设备；设计
I
毕业设计（论文） A DESIGN OF ELETRIC SYSTEM FOR 110kV TERMINAL TRANSFORMER SUBSTATION Abstract Electric energy is the main energy and dynamism of modern city development. With development and progress of modern civilization，social production and is it put forward high request more and more to quality and management that electric energy supply to live. The core of city for supplying power is transformer. It is very important to design and build one safe and economical transformer substation. Besides paying attention to basic calculation of design for transformer substation，the design make satisfying narration toward choice and argumentation of main connection. The main content of this design include the choice of main connection for transformer substation；the choice of pass in and out line；the certainty of number，capacitance and model for main transformer；the certainty of short circuit points and calculation of short circuit；the choice electric equipment(breaker，insulate switch，voltage mutual-inductance implement，current mutual-inductance implement，arrester)；the design for distribution and disposal for chief plane；the design for lightning proof protection and earth system. In addition，drawing six blueprints include the main wiring diagram；the disposal drawing of electric plane；the drawing of lightning proof protection and earth system；the drawing of 110kV connection；switchgear layout and sections of 35 kV；the drawing of 110 kV bus connection. Both the specification of drawing and the criterion of disposal is based on requirement of drawing to electric power system.
Keywords：Transformer substation；Main connection；Electric equipment；Design
II
目 录
摘 要 ..................................................................... I

ABSTRACT.................................................................II
1前言..................................................................... 1
2 电气主接线设计 ...........................................................
2.1 主接线设计原则 ......................................................
2.2 主接线设计基本规定 ..................................................
2.2.1 主接线可靠性规定 ................................................
.2.2 主接线灵活性规定 ................................................
.2.3 主接线经济性规定 ................................................
2.3 电气主接线选取和比较 ................................................
2.3.1 主接线方案拟订 ..................................................
2.3.2 主接线各方案讨论比较 ............................................
2.3.3 主接线方案初选取 ................................................
3 主变压器选取与论证 .....................................................
. 3.1 SJD2—88 规程中关于变电站主变压器选取规定 ............................
3.2 主变压器选取普通原则与环节 ..........................................
3.2.1 主变压器台数拟定原则 ............................................
3.2.2 主变压器形式选取原则 ............................................
3.2.3 主变压器容量拟定原则 ............................................
3.3 主变压器计算与选取 ..................................................
3.3.1 容量计算 ..........................................................
3.3.2 变压器型号选取 .................................................. .....................................
. 4 短路电流计算 ......................................................................
4.1 网络等值变换与简化 ................................................
4.2 各短路点短路电流计算 .............................................
5 重要电气设备选取 .................................................................
5.1 断路器选取 .........................................................
5.1.1 断路器选取原则与技术条件 ........................................
. 5.1.2 断路器型号选取及校验 ...........................................
5.2 隔离开关选取 .......................................................
5.2.1 隔离开关选取原则及技术条件 .....................................
5.2.2 隔离开关型号选取及校验 .........................................
6 方案 C 与方案 E 技术经济比较 .....................................................
6.1 方案总投资比较 .....................................................
6.2方案综合投资比较 ...................................................
6.3方案年运营费比较 ...................................................
6.4 最后方案拟定 .......................................................
7 其他电气设备选取 .................................................................
7.1 电流互感器选取 .....................................................
7.2 电压互感器选取 .....................................................
7.3 导线选取 ...........................................................
7.3.1 35KV 侧母线选取 .................................................
7.3.2 35KV 侧出线选取 .................................................
7.3.3 10KV 侧母线选取 .................................................
7.3.4 10KV 侧出线选取 .................................................
7.4 避雷器选取 .........................................................
7.4.1 110kV 母线接避雷器选取及校验 ....................................
7.4.2 35KV 母线接避雷器选取及校验 .....................................
7.4.3 10KV 母线接避雷器选取及校验 .....................................
7.5 站用变压器选取 .....................................................
7.6 支柱绝缘子、穿墙套管选取 .............................................
7.6.1 支柱绝缘子选取 ..................................................
7.6.2 穿墙套管选取 ....................................................
8 配电装置选取 ......................................................................
8.1 配电装置选取规定与分类 .............................................
8.2 配电装置设计选取 .....................................................
9 防雷保护设计 ........................................................................
9.1 避雷针作用 .........................................................
9.2 避雷针设计 .........................................................
9.2.1 避雷针保护范畴 .................................................
9.2.2 本所避雷针计算及校验 ............................................
10 接地网设计 .......................................................................
10.1 设计阐明 ............................................................
10.2 接地体设计 ........................................................
10.3 典型接地体接地电阻计算 ............................................
10.4 接地网设计计算 ......................................................
11 结论 ................................................................................
参照文献 ..............................................................................
道谢 ................................................................... 错误！未定义书签。

1 前言

在高速发呈当代社会中，电力工业是国民经济基本，在国民经济中作用已为人 所共知：它不但全面地影响国民经济其她部门发展，同步也极大地影响人民物质和文 化生活水平提高，影响整个社会进步。
变电站是电力系统一种重要环节，是电力网中线路连接点，其作用是变换电压、汇集、分派电能。变电站能否正常运营关系到电力系统稳定和安全问题。而电网稳固 性、可靠性和持续性往往取决于变电站合理设计和配备。
当前，国内都市电力网和农村电力网正进行大规模改造，与此相应，城乡变电所也正不 断更新换代。国内电力网现状是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变 电所，综合自动化变电所相继浮现，并得到迅速发展。然而，所有变化发展都是依照 变电设计基本原理而来，因而对于变电设计基本原理掌握是创新主线。本毕业设计 内容为 110kV 变电所电气一次系统设计，正是最为常用常规变电所，并依照变电所设 计基本原理，务求掌握常规变电所电气一次系统原理及设计过程。

2 电气主接线设计

2.1 主接线设计原则
变电站电气主接线是电力系统接线重要构成某些。 它表白了发电机、变压器、线路、和断路器等数量和连接方式及也许运营方式，从而完毕发电、变电、输配电任务。 它设计，直接关系着全站电器设备选取、配电装置布置、继电保护和自动装置确 定，关系着电力系统安全、稳定、灵活和经济运营。主接线设计是一种综合性问题。 必要在满足国家关于技术经济政策前提下，力求使其技术先进、经济合理、安全可靠。
对于 6～220kV 电压配电装置接线，普通分两类：一为母线类，涉及单母线、单母 线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线接线；其二为无母线类，涉及单元接线、桥形接线和多角形接线等。应视电压级别和出线回数，酌情选用。
旁路母线设立原则：
（1）采用分段单母线或双母线 110kV 配电装置，当断路器不容许停电检修时，普通 需设立旁路母线。由于 110kV 线路输送距离长、功率大，一旦停电影响范畴大，且断路器 检修时间较长（平均每年 5～7 天） ，故设立旁路母线为宜。当有旁路母线时，应一方面采用 以分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器接线。
（2）35kV 配电装置中，普通不设旁路母线，因重要顾客多系双回路供电，且断路器 检修时间短，平均每年 2～3 天。如线路断路器不容许停电检修时，可设立其他旁路设施。
（3）10kV 配电装置，可不设旁路母线。对于出线回路数多或多数线路系向顾客单独 供电，以及不容许停电单母线、分段单母线配电装置，可设立旁路母线。
对于变电站电气接线，当能满足运营规定期，其高压侧应尽量采用断路器少或不用 断路器接线。当出线为 2 回时，普通采用桥形接线。
2.2 主接线设计基本规定
变电站电气主接线应依照该变电站所在电力系统中地位，变电站规划容量、负 荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件拟定。并应综合考虑供电可靠、运 行灵活、操作检修以便、投资节约和便于过渡或扩建等规定。
2.2.1 主接线可靠性规定
可靠性工作是以保证对顾客不间断供电。衡量可靠性客观原则是运营实践。主 接线可靠性是它各构成元件，涉及一、二次某些在运营中可靠性综合。因而，不但 要考虑一次设备对供电可靠性影响，还要考虑继电保护二次设备故障对供电可靠性 影响。评价主接线可靠性标志是：
（1）断路器检修时与否影响停电；
（2） 线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路回数和停运时间长短，以及 2 毕业设计（论文） 能否对重要顾客供电；
（3）变电站所有停电也许性。
2.2.2 主接线灵活性规定
主接线灵活性有如下几种方面规定：
（1）调度规定。可以灵活投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；可以满足 系统在事故运营方式下、检修方式下以及特殊运营方式下调度规定。
（2）检修规定。可以以便停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且 不致影响对顾客供电。
（3）扩建规定。可以容易从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次 设备改造量至少。
2.2.3 主接线经济性规定
在满足技术规定前提下，做到经济合理。
（1）投资省：主接线简朴，以节约断路器、隔离开关等设备投资；占地面积小： 电气主接线设计要为配电装置布置创造条件，以节约用地、架构、导线、绝缘子及安装费 用。
（2）电能损耗少：经济选取主变压器型式、容量和台数，避免两次变压而增长电能 损失。
2.3 电气主接线选取和比较
2.3.1 主接线方案拟订
高压侧是 2 回出线，可选取桥型接线。
中压侧有 6 回出线，低压侧有 12 回出线，均可以采用单母线、单母分段、单母分段 带旁路和双母线接线。在比较各种接线优缺陷和合用范畴后，提出如下五种方案：
方案 A （图 2-1） 高压侧：内桥接线；中压侧：双母线接线；低压侧：单母分段 图 2-1 方案 A 主接线图 3 毕业设计（论文） 方案 B（图 2-2） 高压侧：内桥型接线；中压侧、低压侧：单母分段 图 2-2 方案 B 主接线图 方案 C（图 2-3） 高压侧、中压侧：单母分段带旁路；低压侧：单母分段 图 2-3 方案 C 主接线图 方案 D（图 2-4） 高压侧：外桥；中压侧：双母线；低压侧：单母线分段 图 2-4 方案 D 主接线图 4 毕业设计（论文） 方案 E（图 2-5） 高压侧：外桥接线；中压侧：单母分段带旁路；低压侧：双母线 图 2-5 方案 E 主接线图 2.3.2 主接线各方案讨论比较现将方案中所用到五种接线形式比较如下： 内桥接线：在线路故障或切除、投入时，不影响别的回路工作，并且操作简朴；而在 变压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电，并且操作复杂。因而该接线普通适 用于线路较长（相对来说线路故障机率较大）和变压器不需要经常切换（如火电厂） 状况。内桥接线合用范畴为两回进线，两台主变，正常运营方式下，桥开关处在闭合状 态，此接线方式长处是具备一定供电可靠性，使用高压断路器少，一次投资少；缺陷是没 有扩建也许性，高压进线只有两回，没有出线也许，内桥接线不适合有穿越功率通过。 双母线接线：长处是供电可靠，通过两组母线隔离开关倒换操作，可以轮流检修一 组母线而不致使供电中断。一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一回路母线隔离开 关时，只需断开此隔离开关所属一条电路和与此隔离开关相连该组母线，其她线路均 可通过另一组母线继续运营；调度灵活，各个电源和各个回路负荷可以任意分派到某一组 母线上，能灵活地适应电力系统中各种运营方式调度和潮流变化地需要，通过倒换操作可 以构成各种运营方式；扩建以便。缺陷是增长一组母线和各种隔离开关，一定限度上增长 一次投资。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作，需装设连锁 装置。双母线接线适合于出线回路为 5 回及以上且在系统内居重要地位时。 单母分段接线：接线比较简朴，操作以便，有扩建第三台变压器也许，且可从不同 线分段引出两个回路， 使重要顾客有两个电源供电。 单母线分段接法可以提供单母线运营， 各段并列运营，各段分列运营等运营方式，便于分段检修母线，减小母线故障影响范畴。 任一母线发生故障时，继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证对的母线继续运营。缺陷 是在检修母线或断路器时会导致停电，特别在夏季雷雨较多时，断路器经常跳闸，因而要 相应地增长断路器检修次数，这使得这个问题更加突出。 5 毕业设计（论文） 单母分段带旁路：该接线办法具备单母分段接线长处同步，可以在不中断该回路供 电状况下检修断路器或母线，从而得到较高可靠性。这样就较好解决了在雷雨季节 断路器频繁跳闸而检修次数增多引起系统可靠性减少问题。但同步增长了一组母线和两 个隔离开关，从而增长了一次设备投资。并且由于采用分段断路器兼做旁路断路器，虽 然节约了投资， 但在检修断路器或母线时， 倒闸操作比较复杂,容易引起误操作， 导致事故。 外桥法接线：与内桥法同样,该接线形式所用断路器少，四个回路只需三个断路器，具 有可观经济效益。当任一线路发生故障时，需同步动作与之相连两台断路器，从而影 响一台未发生故障变压器运营。但当任一台变压器故障或是检修时，能迅速切除故 障变压器，不会导致对无端障变压器影响。因而，外桥接线只能用于线路短、检修和故 障少线路中。此外，当电网有穿越性功率通过变电站时，也采用外桥接线。 2.3.3 主接线方案初选取（1）110kV 侧主接线拟定： 通过对上述五种主案分析，依照本次设计变电站属于小型无人值班变电站，110kV 连接两个系统，两台相似变压器，在保证技术性和经济性基本上，应采用内桥接线 接线形式。 （2）35kV 侧主接线拟定： 当接线回路数较多，输出功率较大，母线故障后规定迅速供电，母线或母线设备检修 时，不容许影响顾客供电系统运营，调度对接线灵活性有一定规定且投资较少时，采用 单母线分段和双母线接线形式。本所 35kV 出线共 6 条，都适合这两种接线，因此 35kV 采用单母线分段和双母线接线方式。 （3）10kV 侧主接线拟定： 依照《电力工程电气设计手册》 ，6—10kV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时，可 采用单母线分段接线，本次设计变电站，10kV 侧有 12 回，符合条件，因此采用此种接 线。 （4）两个初选方案拟定： 依照以上 110kV、35kV、10kV 侧主接线拟定，兼顾可靠性、灵活性，最后拟定方案 A 和方案 B 为初选方案，待选取完重要电气设备后再进行更详尽技术经济比较来拟定最 终方案。 6 毕业设计（论文） 3 主变压器选取与论证在各级电压级别变电站中，变压器是重要电气设备之一，其肩负着变换网络电压进 行电力传播重要任务。拟定合理变压器容量是变电站安全可靠供电和网络经济运营 保证。特别是国内当前能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。因而，在保证安 全可靠供电基本上，拟定变压器经济容量，提高网络经济运营素质将具备明显经 济效益。 3.1 SJD2—88 规程中关于变电站主变压器选取规定（1）主变容量和台数选取，应依照《电力系统设计技术规程》SDJ161—85 关于规 定和审批电力规划设计决定进行。 凡有两台及以上主变变电站， 其中一台事故停运后， 别的主变容量应保证供应当站所有负荷 70—80%， 在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。 （2）依照电力负荷发展和潮流变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电 保护、对通信线路影响、调压和设备制造等条件容许时，应采用自耦变压器。 （3）主变调压方式选取，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ161 关于规定。 3.2 主变压器选取普通原则与环节 3.2.1 主变压器台数拟定原则为保证供电可靠性，变电站普通应装设两台主变，但普通不超过两台主变。当只有 一种电源或变电站一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变 电站，依照工程状况，应装设 2～4 台主变。 当变电站装设两台变压器时候当一台停运时，一台检修时，另一台应当可以 70%以 上承担。 3.2.2 主变压器形式选取原则（1）110kV 主变普通采用三相变压器。 （2）当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。对新建变电站，从网络经济 运营观点考虑，应采用有载调压变压器。 （3）具备三个电压级别变电站，普通采用三绕组变压器。 3.2.3 主变压器容量拟定原则（1）为了精确选取主变容量，要绘制变电站年及日负荷曲线，并从该曲线得出 变电站年、日最高负荷和平均符合。 （2）主变容量拟定应依照电力系统 5～10 年发展规划进行。 7 毕业设计（论文） （3）变压器最大负荷按下式拟定： PM ≥ K 0 ∑ P 式中 K0 ——负荷同步系数； （3-1） ∑ P ——按负荷级别记录综合用电负荷。对于两台变压器变电站，其变压器容量可以按下式计算： S e = 0.6 PM （3-2） 如此，当一台变压器停运，考虑变压器过负荷能力为 40%，则可保证 84%负荷供 电。 3.3 主变压器计算与选取 3.3.1 容量计算在《电力工程电气设计手册》可知：装有两台及以上主变压器变电所中，当断开一 台主变时，别的主变压器容量应能保证顾客一级和二级负荷，其主变压器容量应满足 。 “不应不大于 70%-80%所有负荷” 已知 35kV 侧最大负荷 25MW，10kV 侧最大负荷为 15MW，cos?= 0.85 ,由计算可知单 台主变最大容量为（设负荷同步率为 0.85） ； Sn = 0.6Smax = 0.6Pmax 0.6 × (25 + 15) = = 28.23(MVA) cos?0.85 (3-3) 结论：选取两台 31.5MVA 变压器并列运营。 3.3.2 变压器型号选取由于本次设计中有三个电压级别，且当变压器最小负荷侧通过容量不不大于主变容量 15%时，宜选用三绕组变压器。 由于： S 35 15 ÷ 0.85 = = 37.5 > 15% ， S110 25 ÷ 0.85 + 15 ÷ 0.85 (3-4) 因此本设计用三绕组变压器，绕组排列顺序为（由内向外） ：10 kV、35 kV、110 kV。 综上所述： 主变压器选用三相三线圈有载调压、户外油浸式降压变压器。 型 容 号： SSZ 9 ?31500 /110 量：31500kVA 电压比： 110 ± 4 × 2.0% / 38.5 /10.5 接线方式、组别： YN .Y0 .D11 阻抗电压比例：高-中 10.47% 高-低 18.23% 中-低 6.41% 空载损耗：38.4KW 8 毕业设计（论文） 短路损耗：高-中 229KW 高-低 212KW 中-低 181.6KW 容量比 ：100 / 100 / 100 空载电流： 0.8% 调压方式： 有载调压 冷却方式：逼迫油循环水冷 9 毕业设计（论文） 4 短路电流计算 4.1 网络等值变换与简化选 d1,d2,d3 为短路点进行计算。 已知，选用 100MVA 为基准容量，查表得，基准电压为 115kV，基准电流为 0.502kA， 基准电抗为 132Ω，系统为无穷大系统，发生短路时，短路电流周期分量在整个短路过 程中不衰减。由原始资料可知： 系统到 110kV 母线短路电抗 X ?= U?1 = = 0.033 I ?30 (4-1) 又由所选变压器参数阻抗电压：18.23% (高-中)，10.47% (高-低)，6.41%（中-低） 算得 X1 = 1 2[U (1?2) % + U (1?3) % ?U (2 ?3) %] 1 2[U (1?2) % + U (2 ?3) % ?U (1?3) %] 1 2[U (1?3) % + U (2 ?3) % ?U (1?2) %] = 11.145 (4-2) X2 = = ?0.675 (4-3) X3 = = 7.085 (4-4) 主变容量为 31.5MVA，标幺值： X 1?= X 1 Sb × = 0.354 100 S n X 2 Sb × = ?0.021 100 S n X 3 Sb × = 0.225 100 S n (4-5) X 2?= (4-6) X 3?= (4-7) 方案 A 与方案 B 短路计算系统化简阻抗图及各阻抗值、短路点均同样。 系统阻抗图（图 4-1） 10 毕业设计（论文） 图 4-1 系统阻抗图 由于两主变压器型号同样，因而两变压器中间点等电位，用导线连起来，其转化图 如图 4-2 图 4-2 系统阻抗转化图 11 毕业设计（论文） 4.2 各短路点短路电流计算简化后阻抗图如图 4-3： 图 4-3 系统阻抗简化图 （1）当 d1 点短路时： X js?1 = 0.033 I d 1?= 1 X js ?1 = 30 100 = 0.502( KA) 3 × 115 （4-8） （4-9） Ib = Sb = 3U b1 （4-10） （4-11） （4-12） （4-13） （4-14） I " = I d 1?× I b = 30 × 0.502 = 15.06( kA) I ∞ = I " = 15.06( kA) I ch = 2 K ch × I " = 38.34( kA) I ch = I " 1 + 2( K ch ?1) = 15.06 × 1 + 2 × (1.8 ?1) = 22.89( kA) （110kv 及以上网络 Kch 取 1.8） S ∞ = 3U b I " = 3 × 15.06 × 115 = 2999.74( MVA) （4-15） 其中，Id:短路电流周期分量有效值 I " ：起始次暂态电流 S∞：短路容量 12 I∞：t=∞时稳态电流 毕业设计（论文） （2）当 d2 短路时： X js?2 = 0.033 + 0.177 ?0.0105 = 0.1995 I d 2?= 1 X js ?2 = 1 = 5( kA) 0.1995 （4-16） （4-17） Ib = Sb 3U b 2 = 100 = 1.560(kA) 3 × 37 (4-18) I " = I d 2?I b = 5 × 0.502 = 7.80(kA) I ∞ = I " = 7.80(kA) (4-19) (4-20) (4-21) (4-22) (4-23) ich = 2kch × I " = 19.89(kA) I ch = I " 1 + 2( K ch ?1) = 1.52 × 7.8 = 11.86(kA) S∞ = 3U b × I" = 3 × 37 × 7.8 = 499.89( MVA) （3）当 d3 点短路时： X js?3 = 0.033 + 0.177 + 0.1125 = 0.3225 I d 3?= 1 X js?3 = 1 = 3.1( kA) 0.3225 (4-24) (4-25) Ib = Sb 3U b 3 = 100 = 5.50(kA) 3 × 10.5 (4-26) I " = I d 3?I b = 3.1× 0.502 = 17.05(kA) I ∞ = I " = 17.05(kA) ) (4-27) (4-28) (4-29) (4-30) (4-31) ich = 2kch × I " = 43.48(kA) I ch = I " 1 + 2( K ch ?1) = 1.52 × 17.05 = 25.92(kA) S∞ = 3U b × I" = 3 × 10.5 × 17.05 = 310.07( MVA) 短路计算成果列表于下： 短路点 基准电压（KV） 115 37 10.5 表 4-1 短路计算成果表 短路电流(KA) 15.06 7.80 17.05 13 冲击电流(KA) 38.34 19.89 43.48 短路容量(MVA) 2999.74 499.89 310.07 d1 d2 d3 毕业设计（论文） 5 重要电气设备选取本设计中，电气设备选取涉及：断路器和隔离开关选取，电流、电压互感器选 择、避雷器选取，导线选取[4]。 电气设备选取普通原则： (1) 应