110kV降压变电站电气部分设计

摘要

电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理的使用及分配电力，必须从工程的设计来提高电力系统的安全性、可靠性和运行效率，从而达到降低成本、提高经济效益的目的。变电站是电力系统配电传输不可缺少的重要组成部分，它直接影响整个电力网络的安全和电力运行的经济成本，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电气部分的主体，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择，配电装置的布置，继电保护和自动装置方式的确定，对电力系统的安全、可靠、经济运行起着决定的作用。

本设计针对110kV降压变电站进行电气部分设计，电压等级110kV/35kV/10kV；设计内容包括：变压器台数和容量的选择、主接线的选择、短路电流的计算、主要电器设备的选择和校验、继电保护及变电站防雷等。

设计中依据国家和电力行业有关110kV变电所设计、标准、规程、规范及国家有关安全、环保等强制性标准。

关键词：110kv；降压；变电站；设计。

目录

1 绪论 (1)

1.1 选题背景 (1)

1.2 选题意义 (1)

1.3 变电站发展概况 (1)

1.4 设计原始资料 (2)

2 电气主接线设计及短路电流计算 (4)

2.1 电气主接线设计及主变压器容量选择 (4)

2.2 主接线方案比较 (4)

2.3 主变压器的选择 (5)

2.4 站用变压器的选择 (6)

2.5 短路电流计算 (6)

2.5.1 短路电流的计算目的 (7)

2.5.2 短路电流计算点的确定 (7)

2.5.3 计算步骤 (7)

2.5.4 变压器、线路及电抗器的参数计算 (7)

2.6 系统网络化简 (9)

3 电气主设备的选择及校验 (17)

3.1 选择原则及规定 (17)

3.1.1 一般原则 (17)

3.1.2 校核电器的基本使用条件 (17)

3.1.3 各回路最大持续工作电流 (17)

3.2 主设备选择及校验 (18)

3.2.1 断路器的选择及校验 (18)

3.2.2 隔离开关的选择及校验 (22)

3.3 互感器的选择及校验 (26)

3.3.1 互感器的作用： (26)

3.3.2 电流互感器的配置原则 (27)

3.3.3 电流互感器的选择 (27)

3.4 电压互感器的选择 (32)

3.5 避雷器的选择及检验 (35)

3.6 母线的选择及校验 (37)

3.7 熔断器的选择 (40)

4 主变保护整定计算及防雷接地计算 (42)

4.1 变压器继电保护 (42)

4.1.1 变压器差动保护计算 (42)

4.1.2 变压器过流保护及过负荷保护计算 (45)

4.2 防雷接地计算 (46)

4.2.1 防雷计算 (46)

4.2.2 接地计算 (48)

附录A 主接线方案图 (53)

附录B 系统正序等值图 (55)

附录C 设备选择参照图 (56)

附录D 短路电流计算结果表 (57)

附录E 变电所主体设备型号一览表 (58)

1 绪论

1.1 选题背景

电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理的使用及分配电力，必须从工程的设计来提高电力系统的安全性、可靠性和运行效率，从而达到降低成本，提高经济效益的目的。变电站是电力系统配电传输不可缺少的重要组成部分，它直接影响整个电力网络的安全和电力运行的经济成本，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电气部分的主体，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置方式的确定，对电力系统的安全、可靠、经济运行起着决定的作用。

目前，110kv、35kv常规变电站在城农网中仍占有较大的比重，其一次、二次设备都比较落后，继电保护装置多为电磁式继电器组合而成，一般只具有当地控制功能，多为有人值班运行方式。随着电网运行自动化系统的提高，变电站综合自动化系统发挥着越来越强大的作用，少人或无人值守变电站将成为今后变电运行的主流方式，对原有电站及新建电站实现无人值守势在必行。对设计人员来讲，我们只有不断提高自身素质，才能跟得上电力系统的飞速发展，为电力事业的兴盛尽一点微薄之力。

1.2 选题意义

照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建一中型110kv变电所。该变电所建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电，改善提高供电水平。同时和其他地区变电所联成环网，提高了本地供电质量和可靠性。

本设计针对变电站进行设计，设计内容包括：变压器台数和容量的选择、主接线的选择、短路电流的计算、主要电器设备的选择和校验、继电保护及变电站防雷等。通过对110KV降压变电所电气部分的设计，使我明白其目的在于使我们通过这次毕业设计，能够得到各方面的充分训练，结合毕业设计任务加深对所学知识内在联系的理解，并能灵活的运用。

1.3 变电站发展概况

随着计算机技术的飞速发展，微型计算机技术在电力系统中得到了越来越广泛的应用，它集变电站中的控制、保护、测量、中央信号、故障录波等功能于一身，替代了原常规的突出式和插件式电磁保护、晶体管保护、集成电路保护。常规控制、保护装置已逐步从电力系统中退出，取而代之的则是这种新型的微机监控方式，它运用了自动控制

技术、微机及网络通信技术，经过功能的重新组合和优化设计，组成计算机的软硬件设备代替人工,利用变电站中的远动终端设备来完成对站中设备的遥信、遥测、遥调、遥控即四遥功能。这就为实现变电站无人值守提供了前提条件。变电站、所综合自动化和无人值守是当今电网调度自动化领域中热门的话题，在当今城、农网建设改造中正被广泛采用。

1.4 设计原始资料

1.变电站出线

设计某变电站的电压等级为110kV/35kV/10kV，设两台主变，变电站最终规模的进出线回路数为：

110kV：2回（双电源进线）

35kV：6回（终端用户）

10kV：12回（终端用户）

2.地理环境：

变电站海拔高度为800m，附近无污染区，户外最拭热平均气温为35℃。

3.负荷情况：

35kV、10kV侧负荷情况见下表。

表1.1 负荷情况表

4.线路长度：

110kV：架空线，170公里35kV：架空线，76公里10kV：架空线，27公里

2 电气主接线设计及短路电流计算

2.1 电气主接线设计及主变压器容量选择

根据GB50059-92《35-110kv变电站设计规范》，设计任务书中站给资料中要求，变电站的主接线，应根据变电站在电力网中的地位，出线回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠，运行灵活，操作检修方便，节约投资和便于扩建，同时应满足以下条件：

1．当能满足运行要求时，变电站高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。

2．35-110kv线路为两回以下时，宜采用桥形，线路变压器组线路分支接线。

3．当变电站装有两台主变时，6-10kv侧宜采用分段单母线。线路12回及以下时，变电站10kv可用双母线；当不许停电检修断路器时，可装设旁路设施。

4．接在母线上的：避雷器和电压互感器可合用一组隔离开关，对接在变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。

根据以上要求初步选择主接线如下：

方案一（接线图见：附录A）

1．110kv侧、35kv侧和10kv侧均采用单母分段的接线方式。

2．主变容量及台数的选择：2台主变容量相同。

方案二（接线图见：附录A）

1．110kv侧采用桥形接线，35kv侧和10kv侧采用单母分段的接线。

2．主变容量及台数的选择：2台主变容量相同。

2.2 主接线方案比较

综上所述，由于方案二采用桥形接线，使用的断路器比方案一少，主变台数、型号、参数均相同，同时又不降低用电和供电可靠性，又符合现场实际和设计规程的要求，从经济角度考虑选择方案二比较合适，达到了工程造价较低，同时考虑了变电站随着负荷的增加，进行扩建和增容的可能性，因为桥式接线在负荷增加时，可很方便的改造为单母线分段，以适应负荷增加和供电可靠性的要求。

同时，从技术角度，方案一中断路器3、断路器4之间及母线发生短路，则断路器3、断路器4、断路器5分别跳闸，即所有负荷由1号主变承担；方案二中当断路器3至变压器绕组内及断路器2右侧发生短路，则断路器2、断路器3及变压器中、低侧分别跳闸，即所有负荷由1号主变承担。再如，方案一如母线发生短路，断路器4、断路器5、断路器3分别跳闸，2号主变停止向负荷供电；方案二中内桥断路器2侧母线发生短路，

断路器2、断路器3、2号主变中、低压侧分别跳闸，停止向负荷供电。

由以上分析，方案一和方案二在技术上是相当的，而从经济上讲，方案一比方案二多用了两组断路、两组隔离开关和母线，所以，最终确定方案二为本设计的主接线。2.3 主变压器的选择

1.运行主变压器的容量应根据电力系统10-20年的发展规划进行选择。由于任务书给定的是一个三个电压等级的变电站，而且每个电压等级的负荷均较大，故采用三绕组变压器2台，运行主变压器的容量应根据电力系统10-20年的发展规划进行选择。并应考虑变压器正常运行和事故过负荷能力，以变压器正常的过负荷能力来承担变压器遭受的短时高峰负荷，过负荷值以不缩短变压器的寿命为限。通常每台变压器容量应是在当一台变压器停用时，另一台容量至少保证对60%负荷的供电，并考虑事故过负荷能力选择变压器容量，亦即短路时可承担100%的负荷。

2.主变容量选择Sn＝0.6Sm。(Sm为变电站最大负荷)

3.两台主变可方便于运行维护和设备的检修同时能满足站用负荷的供电要求。

4.主变压器形式的选择：

①相数的确定

为了提高电压质量最好选择有载调压变压器。

②绕组的确定

本站具有三种电压等级，且通过主变各侧绕组功率均达到该变压器容量的15%以上，故选三绕组变压器。

③绕组的连接方式

考虑系统的并列同期要求以及三次谐波的影响，本站主变压器绕组连接方式选用Y0/Y/△－11。

采用“△”接线的目的就是为三次谐波电流提供通路，保证主磁通和相电势接近正弦波，附加损耗和局过热的情况大为改善，同时限制谐波向高压侧转移。

5.主变容量的确定：

考虑变压器有1.3倍事故过负荷能力，则0.6*1.3=78%，即退出一台时，可以满足78%的最大负荷。本站主要负荷占60%，在短路时（2小时）带全部主要负荷和一半左右Ⅰ类负荷。在两小时内进行调度，使主要负荷减至正常水平。

cos（2-1）

Sn=0.6Pmax/

=0.6×(22+16)/0.92

=24.783MV A=24783KV A

选SSPSL-25000型，选择结果如表2.1：

表2.1主变压器参数表

2.4 站用变压器的选择

由主变压器容量为25000KV A，站用电率为0.5%，可选用变压器容量为：Sn=25000×0.5%=125KV A。

选SJL1-160型，选择结果如表2.2：

表2.2 站用变压器参数表

2.5 短路电流计算

在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下几个方面：

在选择电气主接线时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。

在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路的短路电流为依据。接地装置的设计，也需要短路电流。

2.5.1 短路电流的计算目的

1．电气主设备的选择和比较

2．电气设备和载流导体的选择和校验

3．继电保护整定计算

2.5.2 短路电流计算点的确定

1．确定原则：计算短路电流时，短路点的选择，应使站选择的电气设备和载流导体通过可能最大的短路电流。

2．短路点的确定，根据以上原则，选择了4个短路点。

3．基准值的选取：Sb ＝100MV A ，Ub 取各侧平均额定电压

2.5.3 计算步骤

1．选择计算短路点

2．画等值网络（次暂态网络）图

首先去掉系统中的所有负荷分支，线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗Xd”

3．选取基准容量Sb 和基准电压Ub （一般取后级的平均电压）

4．将各元件电抗换算为同一基准值的标么值

5．给出等值网络图，并将各元件电抗统一编号

6．化简等值网络，为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗

nd X 。 7．求计算电抗js X 。

8．由运算曲线查出（各电源供给的短路电流周期分量标么值运算曲线只作到js X =3.5）。

9．计算无限大容量（或js X =3）的电源供给的短路电流周期分量。

10．计算短路电流周期分量有名值和短路容量。

11．计算短路电流冲击值。

12．计算异步电动机攻击的短路电流。

13．绘制短路电流计算结果表。

2.5.4 变压器、线路及电抗器的参数计算

变压器参数的计算

XB*.1—高压绕组电抗

XB*.2—中压绕组电抗

XB*.3—低压绕组电抗

Ud(1-2)%—高压与中压绕组短路电压百分值

Ud(1-3)%—高压与低压绕组短路电压百分值

Ud(2-3)%—中压与低压绕组短路电压百分值

1．主变压器参数计算

由表2-1查明，选SSPSL-25000型号参数：

Ud(1-2)%=10.5，Ud(1-3)%=18，Ud(2-3)%=6.5

Ud1%= 1/2(Ud(1-2)%+ Ud(1-3)%- Ud(2-3)%)

=1/2(10.5+18-6.5)

=11

Ud2%=1/2(Ud(1-2)%+Ud(2-3)%-Ud(1-3)%)

=1/2(10.5+6.5-18)

=-0.5

Ud3%=1/2(Ud(2-3)%+Ud(1-3)%-Ud(1-2)%)

=1/2(6.5+18-10.5)

=7 XB*.1=25100

10011100%1?=?n b

d S S

U =0.44

(2-1) XB*.2=25100

1005

.0100%2?-=?n b d S S U =-0.02

(2-2) XB*.3=25100

1007100%3?=?n b

d S S U =-0.28

(2-3) 3．站用变压器参数计算

由表2-2查明：选SJLI-160型号参数：

Ud%=4 XB*.4=16.0100

1004100%?=?n b

d S S U =8

(2-4) 线路参数计算

110kV 线路：XL*1 =XOL1?2b b U S =168?0.2?2115100=0.222 (2-5)

35kV 线路：XL*2 =XOL2?2b b U S =78?0.4?2115100=0.236 (2-6)

10kV 线路：XL*3 =XOL3?2b b U S =26?0.4?2115100=0.078 (2-7)

电抗器的参数计算

1．出线电抗器电抗标幺值参数计算： In= X*N 1003300

3max ,?=N

N U U =173.210 A (2-8) 所以取In=200 A 由表4-2查得：Ib=5.5 A XK.* = XK 5.1010200105.5100

63???=??b N N b U U I I =1.565 (2-9) 2．分段电抗器电抗标幺值参数计算：

In=200 A

XK=10

查表可得：XK.*=2.62

2.6 系统网络化简

依据本变电站选定的接线方式及设备参数，进行网络化简如下：（系统最大运行方式时，归算到Sb ＝100MV A 的等值电抗Xs ＝0.5）

图2.2

110kV 母线短路点1K 的短路计算

网络化简如图2.3：

图2.3

X ∑*=Xs= XL*1=0.222 Xjs=Xmd 100233517.0?=b n S S = 0.517 (2-10)

因为Xjs=0.517〈 3

所以查表得：

"

I * =1.913

"2.0I * =1.655

∞I * =1.953

"1I * =1.635

b I =1153100

3?=

b b U S = 0.502 KA (2-11) n I =b I 100233

502.0?=b n

S S =1.170 KA (2-12) "

I ="

I *n I =1.913×1.170=2.238 KA (2-13) "2.0I ="2.0I * n I =1.665×1.170=1.947 KA (2-14) ∞I =∞I * n I =1.953×1.170= 2.285 KA (2-15) "1I ="1I * n I =1.635×1.170= 1.913 KA (2-16) ich=2.55"

I =2.55×2.238=5.707 KA

(2-17) ioh=1.52"

I =1.52×2.238=3.402 KA

(2-18) "S =3"

I Un=3?2.238×110=426.384 MV A

(2-19) 35KV 母线短路点2K 的短路计算

网络化简如图2.4：

图2.4

X ∑*=X3=XS 202.044.00222221-+=+X X =0.432 (2-20) Xjs=Xmd 100233432.0?=b

n S S =1.007 因为Xjs=1.007〈3

所以查表得：

"

I * =0.985

"2.0I * =0.910

∞I * =1.067

"1I * =1.003

b I =3731003?=b b

U S =1.56 KA

n I = b I 10023356.1?=b n S S =3.635 KA