ZY市110KV变电所一次部分设计.doc

河南城建学院本科课程设计

河南城建学院
发电厂电气部分设计报告

ZY市110KV变电所一次部分设计

姓 名：
学 号：
专业班级： 电气工程及其自动化
指导老师： 朱更辉 　
所在院系： 电气与信息工程学院

2016年6月15 日

成绩评定•

一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。

成绩等级：

指导教师签字：

年 月 日

一丶设计依据数据
1.1 设计依据
省电力公司号文件关于ZY市郊110KV变电所设计任务
其电力系统接线简图1.1所示。

附注：1°图中，系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式；
2°最小运行方式下： S1=1300MVA Xs1=0.65
S2=170MVA Xs2=0.75
3°系统可保证本所110KV母线电压波动在±5％以内。
1.2 建设性质及其规模
随着ZY市经济的迅猛发展及人民群众生活的日益提高和改善，新企业、新用户用电量和大大增加，用电质量要求不断地提高，因此为了搞好本市的经济建设的高速发展以及满足人民群众生活的需要，在位于本市市郊建立110KV变电所已经成为必然，它向市区工业、生活及郊区乡镇与农户供电，以满足不同用户用电的需求。
电压等级：110/35/10KV
线路回路数： 110KV近期2回，远景发展2回；
35KV近期5回，远景发展2回；
10KV近期12回，远景发展2回。
1.3 所址条件
1、地理位置：
本所位于ZY市东南方向的郊区，毗邻城区，交通便利。
地理位置示意图

2、地形、地质、水文、气象等条件：

区。

1.4 负荷情况
1、 各电压等级主要负荷名称及行业性质

110KV 市系线、市甲线、备用1、备用2
35KV 郊区1、郊区2、水泥厂、耐火厂、备用1、备用2
10KV 纺织厂、印染厂、毛纺厂、针织厂、柴油机厂、橡胶厂、市区、食品厂、备用1、备用2

2、负荷资料

电压
等级
负荷名称
最大负荷MW

穿越功率MW
负荷组成（%）
自然功 率

线长
（km）
备注
近期
远景
近期
远景
一级
二级
三级
110KV

110
KV
市系线

10
18

0.8

10

市甲线

10
18

0.8

10

备用1

10

0.8

备用2

12

0.8

35KV

35
KV
郊区一
2
3

5
30

0.9

12

郊区二
2.5
3.5

0.9

16

水泥厂1
1.5
2

15
30

0.9

20

水泥厂2
1.5
2

0.9

20

耐火厂
1
1.5

15
35

0.9

18

备用1

2.5

0.9

15

备用2

2.5

0.9

15

补偿后 值

10KV

10
KV
棉纺厂1
2
2.5

20
40

0.75
5500
3.5

棉纺厂2
2
2.5

0.75
5500
3.5

印染厂1
1.5
2

30
40

0.78
5000
4.5

印染厂2
1.5
2

0.78
5000
4.5

毛纺厂
2
2

20
40

0.75
5000
2.5

针织厂
1
1.5

20
40

0.75
4500
1.5

柴油机厂1
1.5
2

25
40

0.8
4000
3

柴油机厂2
1.5
2

0.8
4000
3

橡胶厂
1
1.5

30
40

0.72
4500
3

市区1
1.5
2

20
40

0.8
2500
2

市区2
1.5
2

0.8
2500
2

食品厂
1.2
1.5

15
30

0.8
4000
1.5

备用1

1.5

0.78

备用2

1.5

0.78

棉纺厂：整理、纺纱、织布、通风、采暖、机修、照明等
印染厂：整理、上浆、印染、通风、采暖、机修、照明等
市 区：医院、商场、公交、影剧院、铁路、民航、市政区等
食品厂：磨粉、发酵、烘烤、照明等
柴油机厂：铸造、热处理、机加工、装配、机修等
水泥厂：旋转大窑、回转窑，机修、照明等
棉纺厂：整理、纺纱、织布、通风、采暖、机修、照明等
印染厂：整理、上浆、印染、通风、采暖、机修、照明等
市 区：医院、商场、公交、影剧院、铁路、民航、市政区等
食品厂：磨粉、发酵、烘烤、照明等
柴油机厂：铸造、热处理、机加工、装配、机修等
水泥厂：旋转大窑、回转窑，机修、照明等

二、负荷计算
2.1原始资料分析
由原始负荷资料知，35KV、10KV两个电压等级上有负荷，110KV近期无负荷。其中，35KV的负荷中有耐火厂和水泥厂等重要的工业负荷，同时承担郊区的供电，其负荷组成Ⅰ、Ⅱ类达15%左右，若断电将造成较大的经济损失和资源浪费。而10KV的负荷中有棉纺厂、印染厂、橡胶厂、柴油机厂等Ⅰ、Ⅱ类负荷组成较高的负荷，因而需要保证供电的可靠性；同时，由于10KV承担着市区的供电，市区的一些用户如医院、交通调度等单位对电力供应的可靠性要求也是极高的，故而在设计过程中应尽力保证供电的可靠性。
2.2 负荷计算
综合最大计算负荷：

K—同时系数，对于出线回数较少的情况，可取0.9~0.95,出线回数较多时，取0.85~0.9;
%—线损，取值为5%；
35KV近期:
=MVA
35KV远景：
=
.=18.84MVA
10KV近期：

=+
=21.03MVA
10KV远景：

=0.85 =30.58MVA
综上：
近期负荷：MVA
远期负荷：MVA

三、电气主接线
3.1电气主接线
满足以下基本要求：
(1) 运行的可靠；
(2) 具有一定的灵活性：
(3)操作应尽可能简单、方便；
(4) 经济上合理；
..(5)应具有扩建的可能性。
3.2 主变的选择
3.2.1 主变的相数
当不受运输条件制约，在330KV以下的发电厂和变电所均应选用三相变压器。
本所为110KV变电所且交通便利，故采用三相变压器。

3.2.2主变各侧电压
110KV侧：110KV为首端，选110KV；35KV、10KV，选+10%即38.5、11KV。

3.2.3主变台数的选择
变电站主变的容量一般应根据5～10年规划负荷、城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电站，需考虑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允许时间内，应满足Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%～80%。
对于枢纽变电站在中、低压侧已形成环网的情况下，以设置两台主变压器为宜；对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，可设3台主变压器，以提高供电可靠性。
所以本变电站可采用2台主变压器。
3.2.4 主变的容量
两台主变压器容量的选择条件是其中，由前面计算结果按远景发展计算：
=22.24MVA
基于本变电站的情况，由国家标准容量系列R标准，宜选容量为30MVA的变压器。
以一台变压器停运检修时，保证Ⅰ、Ⅱ级负荷不断电，按近期校验：
，
；
带入数据:
=20.5575,满足；
++=18.43MVA
满足近期需求；
3.2.5 冷却方式
对于110KV变压器，由于容量不大，采用自然油强迫空气冷却，即风冷式。
综上所述，选择变压器型号为SFSZ9-31500/110
S：三相变压器
F：风冷
S：三绕组
Z：有载调压
9：设计序号
31500 容量31.5MVA
110：一次侧额定电压110KV

3.3 主接线设计
电气主接线的设计基本要求是可靠性、灵活性、经济性三方面。
对于Ⅰ级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部Ⅰ级负荷不间断供电；
对于Ⅱ级负荷，必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分的Ⅱ级负荷供电；
对于Ⅲ级负荷一般只需一个电源供电。
3.3.1 各电压等级的主接线设计
110KV的接线形式
出线回路数有4回，根据规范可采用单母线分段或单母线分段带旁母。

单母线分段
单母线分段带旁母
供电可靠性
不带旁母，当检修断路器时须对用户停电，但是由于使用的SF6短路器无故障工作时间很长，所以认为单母分段也有不错的供电可靠性。
由于使用了旁路母线，当检修断路器不会对用户停电，使用的SF6断路器使供电可靠性很高。
运行灵活性
接线简单清晰，运行操作方便，且有利于扩建
接线相对复杂，调度灵活。

节约投资
单母分段占地面积少，土建投资相对较小隔离开关的用量也小，总体投资都小于单母分段带旁母，较经济。
占地面积较大，土建投资大，所用的隔离开关多，较单母分段投资较高。

表3.1 110KV方案对比

ZY市郊变为地区性变电所，而由于其负荷的重要性，考虑到占地和经济性的要求，110KV选用单母线分段，采用分段断路器兼作旁路断路器的接线形式。

35KV的接线形式
出线回路数为7回，根据上述规范采用单母线分段。

表3.2 35KV方案对比

单母线分段
单母线分段带旁母
供电可靠性
重要用户可以从不同分段引线，当一条母线发生故障时还能保证另一条母线的正常供电，供电可靠性较高。
加装旁路母线后，当出线断路器故障或检修时，可避免对此回路停电，提高了可靠性。
运行灵活性
接线简单清晰，运行操作方便，且有利于扩建。
接线相对复杂，调度灵活。
节约投资
单母分段占地面积少，土建投资相对较小隔离开关的用量也小，总体投资都小于单母分段带旁母，较经济。
单母分段带旁母占地面积大，土建投资大，所用的隔离开关多，不够经济。

表3.2 35KV方案对比

35KV考虑到占地面积问题，建议采用屋内手车式高压开关柜，则不宜设置旁路母线。从保证负荷用电可靠性来讲，对于重要的用户可采用双回接入，而对于没有双回接入的负荷，通过经济论证，可用自备的发电机或从相邻的甲、乙变加设回线保证供电可靠性。

10KV的接线形式
出线回路数为14回，根据上述规范可采用单母线两分段或单母线分段带旁母。

表3.3 10KV方案对比

单母线分段
单母线分段带旁母

供电可靠性
重要用户可以从不同分段引线，当一条母线发生故障时还能保证另一条母线的正常供电，供电可靠性较高。
加装旁路母线后，当出线断路器故障或检修时，可避免对此回路停电，提高了可靠性。
运行灵活性
接线简单清晰，运行操作方便。
接线相对复杂，调度灵活。
节约投资
少用了断路器、隔离开关，较经济。
单母分段带旁母占地面积大，土建投资大，所用的隔离开关多。不够经济。

表3.3 10KV方案对比

由于ZY市郊变位于城市郊区，为节约用地，10KV多为室内，采用单母分段的接线型式。
四、短路电流的计算
4.1 短路计算的目的
供配电系统中的短路，是指导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电气连接。短路是电力系统中常发生的故障，短路电流直接影响电器的安全，危害电力系统的安全运行，假如短路电流较大，为了使电器能承受短路电流的冲击，往往需要选择重型电器。这不仅会增加投资，甚至会因开断电流不满足而选择不到合适的高压电器，为了能合理选择轻型电器，在主接线设计时，应考虑限制Id的措施，即而需要计算Id。短路电流计算是选择和检验电气设备的前提和基础，也是载流导体选择和二次设备保护的基础。
4.2 参数计算
4.2.1选择基准值

4.2.2 计算
在基准下系统各部分的标幺值电抗：
系统1 最大运行方式：
Xs1max*=Xs1maxSBSN1=0.6×10001500=0.4
系统2 最大运行方式：
Xs2max*=Xs2maxSBSN2=0.6×1000200=3

各线路：
XL1*=X0L1×SBUB2=0.4×60×10001152=1.81
XL2*=X0L2×SBUB2=0.4×10×10001152=0.302
XL3*=X0L3×SBUB2=0.4×80×10001152=2.42
主变： 短路阻抗：高-中：10.5%；高-低：17~18%；中-低：6.5%

可令

根据以上计算数据画出等值网络如下

1) 110KV母线短路电流计算

转移电抗: ;
计算电抗:

查汽轮机运算曲线表，有：
；

2) 35KV母线短路电流计算

转移电抗: ;
计算电抗:
.
汽轮机运算曲线表，有：

3) 10KV母线短路电流计算
转移电抗: ;
计算电抗:

X>3.45,有：
汽轮机运算曲线表，有：

五、电气选择及校验

5.1、选择导体和电器的一般原则
1、应力求技术先进、安全适用、经济合理。
2、应满足正常运行、检修、短路时和过电压情况下的需要，并考虑远景发展。
3、应按当地环境校验。
4、与整个工程的建设标准协调一致。
5、选择导体的品种不宜太多。
...6、选择新产品应积极谨慎。新产品应有可靠的实验数据，并经主管单位鉴定合格。
5.2 选择导体和电器的技术条件
一般按正常情况选择，短路情况校验，如【表5-2-1】

短路点
基准电流（KA）

d
5.02
4.618
4.197
4.177
4.825
11.756
d
15.6
5.56
5.49
5.49
5.49
14.15
d
54.99
13.52
13.83
13.83
13.52
34.42

表5-2-1 各情况电流

5.3 导体的选择
5.3.1按长期发热选择导体
选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压，即;
又因为 , 所以实际用
选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流，即对于导体
由于高压开断电器没有连续过载能力，在选择其额定电流时应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求，即对于电器。
5.3.2按经济电流密度选择导体
除配电装置的汇流主母线外，较长导体的截面积应按经济电流密度选择。当无合适规格导体时，导体面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选取。
即： ⑴ 应最接近。
⑵按经济电流密度选择后，还应按长期允许电流校验。

5.3.3导体、电器设备的选型
导体材料的基本特征：导体通常由铜、铝、铝合金及钢材料制成。载流导体一般使用铝或铝合金材料。纯铝的成型导体一般为矩形、槽形和管形。由于纯铝的管形导体强度稍低，110KV及以上配电装置敞露布置时不宜采用。
铝合金导体有铝锰合金和铝镁合金两种，形状均为管形。铝锰合金导体载流量大，但强度较差，采用一定的补强措施后可广泛使用；铝镁合金导体机械强度大，但载流量小，主要缺点是焊接困难，因此使用受到限制。
5.3.4主母线、主变引下线、负荷出线
载流导体宜采用铝质材料，下面场所可选用铜质材料的硬导体：
持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部或采用硬铝导体穿墙套管有困难时；
污秽对铜腐蚀轻微但对铝有较严重腐蚀的场所。
20KV及以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜选用矩形导体；在4000～8000A时，宜选用槽形导体；
110KV及以上高压配电装置，当采用硬导体时，宜采用铝合金管形导体；
500KV硬导体可采用单根大直径圆管或多根小直径圆管组成的分裂结构，固定方式可采用支持式或悬吊式。
5.4 断路器
断路器型号的选择，除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定。
5.5隔离开关
对隔离开关型式选择应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合技术比较后确定。
5.6电压互感器
电压互感器的型式按下列使用条件选择。
（1）、3—20KV屋内配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可以采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。
（2）、35KV配电装置，宜采用电磁式电压互感器。
（3）、110KV及以上的配电装置，当容量和准确级满足要求时，应采用电容式电压互感器。
5.7电流互感器
3—20KV屋内配电装置的电流互感器应根据安装使用条件及产品情况采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构，35KV及以上配电装置的电流互感器，宜采用油浸绝缘瓷管式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，应采用套管式电流互感器。
5.8绝缘子
屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子，屋外支柱绝缘子需倒装时，可用悬挂式支柱绝缘子。

5.9选择结果
5.9.1线路选择结果如下表：
设备
电压
汇流主母线
主变引下线
分段回路
110KV
LGJQ--240
LGJQ--185
LGJQ--185
35KV
LMY 636.3 平放
LGJQ--500
LMY 636.3 平放
10KV
LMY 2(1008)平放
LMY 2(10010)平放
LMY 2(10010)平放

表5-9-1 线路的选择
5.9.2电器选择结果
1、断路器和隔离开关选择
设备
项目

断路器

隔离开关
110KV出线

110KV分段

110KV主变引下线

35KV出线

35KV分段

35KV主变引下线

10KV出线

10KV分段

10KV主变引下线

110KV压互

主变中性点接地

表5-9-2 隔离开关及断路器

2、电压互感器和电流互感器
电压级
设备类型

110KV

35KV

10KV
电压互感器

,0.1

,0.1

,
分段电流互感器

600/5
LZC-35
500/5

2000/5
出线电流互感器

600/5，200/5
LZC-35
100/5

150/5,200/5
主变引下线电流互感器

300/5
LZC-35
600/5

2000/5
保护间隙
/300/5

中性点接地处
/300/5

表5-9-3 电压互感器及电流互感器

3、其他设备如下：
电压级
设备类型
110KV
35KV
10KV
母线变压器侧上避雷器

变压器中性点上避雷器

绝缘子
悬式 XP-10 8片
支柱 ZS-110/4
悬式 XP-10 4片
支柱 ZL-35/4
母线桥 ZPB-10
支柱 ZL-10/4
穿墙套管

出线 LWL-35/200
进线 CWL-35/600
进线 CMW-20-180
阻波器
耦合电容器
XZK-630-1.0
OW110/-0.0066

表5-9-4 其他设备

六、防雷电波设计和防雷计算
6.1 装设点的选择
根据《电力设备过电压保护设计技术规程》的要求，变电站的每组母线上，都应安装避雷器，作为防止高压雷电波沿架空线路、设备侵入变电站的最主要措施。据变电站设备要求及主接线形式应在下列点装设避雷器：110KV、10KV母线各段母线上，主变中性点接地处。
6.2避雷器的选择应尽量按以下三个方面选择
1) 按额定电压选择：避雷器的额定电压必须大于或等于安装处的电网额定电压。
2) 按工作环境温度选择：选择工作环境温度在-40℃至+40℃之间，适用高寒、高温工作环境设备。
3) 应首先采用高新技术产品，并有一定可靠运行记录的新产品。选用通流能力强，工频续流小，放电时间短，稳定性高，残压低的避雷器。
6.3 防雷计算
D12=60m,D23=45m,,D34=60m,D41=45m；所内最高建筑物高度；取避雷针的高度为h=30m。
1） 保护计算
由得：p=1
1－2针联合保护：
a.
则：；
b.
则：；
1－3针联合保护：
a.
则：；
b.
则：；
2－4针联合保护：
a.
则：；
b.
则：；
3－4针联合保护：
a.
则：；
b.
则：；
4号针保护：
经计算，本次设计中的避雷器可按下表选择：
名称
项目
避雷器
110KV中性点
Y1W-73/200W
110KV侧母线
Y5W-100/260Z
35KV侧母线
Y5W-42/134Z
35KV侧主变引下线
Y5W-42/134Z
10KV侧母线
Y5W-12.7/45Z
10KV侧侧主变引下线
Y5W-12.7/45Z

表6-3-1 避雷器选择