毕业设计-110kv降压变电站电气一次部分设计论文

郑州大学本科自考助学

毕业设计（论文）

题目110kV降压变电站电气一次部分设计院校郑州大学电气工程学院

专业电力系统及自动化

110kV降压变电站电气一次部分设计

摘要

变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的场所。

110KV变电站属于高压网络，电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线直关系着全厂电气设备的选择、是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

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来选择。根据主变容量选择适合的变压器，主变压器的台数、容量及形式的选择是很重要，它对发电厂和变电站的技术经济影响大。

本变电所的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）高压配电装置及设备的选型校验。

最后，本设计根据典型的110kV发电厂和变电所电气主接线图，根据厂、所继电保护、自动装置、励磁装置、同期装置及测量表计的要求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，而后进行校验.

关键词：变电站；负荷；高压电气；配电系统

目录

摘要............................................................. II 第1章变电站负荷原始资料. (1)

1.1 原始数据 (1)

1.2 10kV负荷统计资料 (2)

第2章主接线的设计 (3)

2.1电气主接线的设计原则 (4)

2.1.1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用 (4)

2.1.2 考虑远期和近期的发展规模 (4)

2.1.3 考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响 (4)

2.1.4 考虑主变台数及容量对主接线的影响 (4)

2.2 对电气主接线的基本要求 (4)

2.2.1 可靠性 (4)

2.2.2 灵活性 (5)

2.2.3 经济性 (5)

2.2.4 可扩性 (5)

2.3 主接线选择 (5)

2.3.1 110kV侧接线的选择 (5)

2.3.2 10kV侧接线选择 (7)

2.4主变压器的选择 (8)

2.4.1 选择条件（按远景负荷选择） (9)

2.4.2 校验条件（按远景负荷校验） (9)

第3章短路电流的计算 (10)

3.1 短路电流计算的目的与系统运行方式的确定 (10)

3.1.1 短路电流计算的目的 (10)

3.1.2 系统运行方式的确定 (10)

3.2 短路形式的确定与短路计算点的确定 (10)

3.2.1 短路形式的确定 (10)

3.2.2 短路计算点的确定 (10)

3.3短路电流计算 (11)

3.3.1系统接线图与系统阻抗图 (11)

3.3.2短路电流计算 (11)

第4章电气设备的选择与校验 (15)

4.1 电气设备选择的一般原则与技术条件 (15)

4.1.1电气设备选择的一般原则 (15)

4.1.2 电气设备选择的一般技术条件 (15)

4.2 导体的选择和检验 (17)

4.2.1汇流母线 (18)

4.2.2分段回路 (19)

4.2.3主变引下线 (20)

4.2.4负荷出线 (21)

4.2.5所用变回路 (22)

4.3断路器的选择 (23)

4.3.1 110kV侧断路器的选择 (23)

4.3.2 10kV侧断路器的选择 (24)

4.4 隔离开关的选择 (25)

4.4.1 110kV侧隔离开关的选择 (25)

4.4.2 10kV侧隔离开关的选择 (26)

主要参考文献资料 (29)

致谢 (30)

附录 (31)

第1章变电站负荷原始资料

1.1 原始数据

1.1.1 建设性质及规模

本所位于市区。向市区工业、生活等用户供电，属新建变电所。

电压等级： 110/10kV

线路回数： 110kV：近期2回，远景发展2回；

10kV：近期12回，远景发展2回。

1.1.2 电力系统接线简图

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，X

S1=0.65；S2=170MVA，X

S2

=0.75。

1.1.3 负荷资料（10kV负荷的同时率k

t

取0.85）

列表如下页

1.1.4 所址条件

1．地理位置示意图如上页所示

2．地形、地质、水文、气象条件

所址地区海拔200米，地势平坦，非强地震地区。

年最高气温+40?C，年最低气温-20?C，年平均温度+15?C，最热月平均最高温+32?C。最大覆冰厚度 b=10mm。最大风速25m/s,，属于我国第六标准气象区。

线路从系统2（S2）110KV 母线出发至变电所南墙止。全长10km 。在距离

系统2北墙0.25、5、8、9.98km 处转角90、0025450、

、78四次进入变电所。 全线为黄土层地带，地耐力2.4kg/cm ２，天然容重γ=2g/3cm 。内摩擦角

023θ=，土壤电阻率100Ω?cm ，地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。土壤热阻系数t p =120?C ?cm/wm 。土温20?C 。

负荷资料表

电压

等级 负荷名称

最大负荷

(MW) 穿越功率(MW) 负荷组成（%）

自 然 力 率 Tmax

(h) 线长(km ) 近期 远景 近期 远

景

一级 二级

110kV

市系线 10 18 10 市甲线 10 18

10 备用1 10 备用2 12

10kV 棉纺厂1 2 2.5 20% 40% 0.75 5500 3.5 棉纺厂2 2 2.5 20% 40% 0.75 5500 3.5 印染厂1 2 3 30% 40% 0.78 5000 4.5 印染厂2 2 3 30% 40% 0.78 5000 4.5 毛纺厂 2 2.5 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

3 4 25% 40% 0.8 4000 3 柴油机厂

2 3 4 25% 40%

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 20% 40% 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

1.2 10kV 负荷统计资料

1.2.1 最大综合计算负荷的计算

n

imax

max t i=1

i

=K +%cos P S ∑

（）（1α）φ 式中 Pimax ——各出线的远景最大负荷； cos Φi ——各出线的自然功率因数；

Kt ——同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越 小，一般在0.8~0.95之间；

α%——线损率，取5%。

max 2.5 2.533 2.5 1.544 1.5

=++++++++0.750.750.780.780.750.750.80.80.72

22 1.5 1.5 1.5

++++++%0.80.80.80.780.78

S 0.85（

）（15）

=0.85×42.5×1.05% =37.9MVA

1.2.2 Ⅰ、Ⅱ类负荷统计

考虑同时率取0.85，线损率取5%

2.5 2.533

=20%+20%+30%+30%0.750.750.780.782.5 1.544 1.5 +20%+20%+25%+25%+30%

0.750.750.80.80.7222 1.5+20%+20%+15%+%0.80.80.8

S ????????????Ⅰ0.85（

）（15）

=0.85×9.1×1.05% =8.1MVA

2.5 2.533

=40%+40%+40%+40%0.750.750.780.782.5 1.544 1.5

+40%+40%+40%+40%+40%0.750.750.80.80.7222 1.5+40%+40%+30%+%0.80.80.8

S ????????????Ⅱ0.85（

）（15）

=0.85×15.3×1.05% =13.7MVA

第2章 主接线的设计

电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套配电装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电气图。电气主接线代表了变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。

2.1电气主接线的设计原则

2.1.1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用

变电所在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线的主要因素。本所是开环接入系统中的三个电压等级的地区变电所，对本地区负荷的供电具有重要意义和作用。

2.1.2 考虑远期和近期的发展规模

变电所主接线设计应根据5～10年电力系统发展规划进行，本所有关情况见表1.1所示。

2.1.3 考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响

对重要的Ⅰ级和Ⅱ级负荷必须有两个独立电源供电，主接线在回数较多的条件下采用旁母接线。重要负荷多的可以考虑使用双母线接线形式,电压等级高的甚至再加旁母。

2.1.4 考虑主变台数及容量对主接线的影响

本所有两台容量为25MVA的主变，属大型变压器，故其要求有很高的接线形式。

2.2 对电气主接线的基本要求

变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定，并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。对电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性、经济性以及可扩展性四个方面。以下就是分别从这四个方面先进行论述,而后再根据实际情况进行主接线的选择。

2.2.1 可靠性

(1)断路器检修时是否影响供电；

(2)线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；

(3)变电所全部停电的可能性。

2.2.2 灵活性

电气主接线应能适应各种运行状态,要能灵活地投、切某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能在事故检测及特殊运行方式下的调度要求，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。

2.2.3 经济性

主接线应在满足可靠性也灵活性的前提下应以以下几个方面考虑:

(1)投资省；

(2)占地面积少；

(3)电能损耗少。

2.2.4 可扩性

在设计主接线时应留有发展扩建的余地，不仅要考虑最终接线状况，还要考虑到从初期接线过度到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能地不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过度方案的实施，使改造工作量最少。

2.3 主接线选择

2.3.1 110kV侧接线的选择

方案(一) 单母线分段接线

图2-3-1-1 单母分段接线

优点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。

（２）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保

证对重要用户的供电。

缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电

方案（二）: 桥形接线

图2-3-1-2 内桥接线

110kV侧以双回路与系统相连，而变电站最常操作的是切换变压器，而与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换，因此可采用内桥式线，这也有利于以后变电站的扩建。

优点：高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。

缺点：可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。

方案（三）：双母线接线

图2-3-1-3 双母接线

优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。

（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。

（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。

缺点：（１）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投资大。

（2）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，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。

对于110kV侧来说，因为它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的可靠性。对比以上三种方案,从经济性、可靠性等多方面因素考虑，最佳设计方案为方案（一）母线分段接线。具有一定的可靠性和可扩展性，而且比双母线投资小。

110kV本期2回出线，每段母线各带1回，其余2个间隔作为远期工程的备用出线间隔。

2.3.2 10kV侧接线选择

方案（一）：单母线接线

图2-3-2-1 单母接线

优点：接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。

缺点：可靠性、灵活性差、母线故障时，各出线必须全部停电。

方案（二）：单母线分段接线

优点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。

（２）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。

缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。

方案（三）：分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段

图2-3-2-2 分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段接线

优点：有较大的可靠性和灵活性，且检修断路器时合出线不中断供电。

缺点：投资增大、经济性能差。

对比以上三种方案：单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线须全部停电，不能满足I、II 类负荷供电性的要求，故不采纳；将 I、II 类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线提供电源，从而可保证供电可靠性；虽然分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段也能满足要求，但其投资大、经济性能差，故采用方案（二）单母线分段接线。

10kV远期共12回出线，每段母线各带7回。

图2-3-2-3 主接线示意图

2.4主变压器的选择

主变压器是发电厂和变电站中最主要的设备之一,它在电气设备的投资中所占的比例较大,同时与之相配的电气装置的投资也与之密切相关。因此，对变压器的台数，容量和型式的选择是至关重要的，它对发电厂变电站的技术经济影响

很大时，它也是主接线方案确定的基础。

一、主变台数的确定

本期工程负荷总量较大，为提高供电可靠性，设主变两台，互为备用。

二、主变压器容量的选择

容量选择的要求：站用变电站的容量应满足正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。

主变压器容量的确定

(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年的负荷发展.对于城郊变电所,主变压器容量应于城市规划相结合.

(2)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多,应从全网出发,推行系列化,标准化.

2.4.1 选择条件（按远景负荷选择）

所选择的n台主变压器的容量nSN ，应该大于等于变电所的最大综合计算负荷Smax ，即

nSN≥Smax

2SN≥37.9MVA

SN≥19.0MVA

2.4.2 校验条件（按远景负荷校验）

装有两台及以上主变压器的变电所中，当其中一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%（220kV及以上电压等级的变电所应满足70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷SI和大部分II类负荷SII （ 220kV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部I类负荷SI和II类负荷SII）即

(n-1)SN≥(0.6~0.7)Smax

SN≥0.6×37.9=22.7MVA

和(n-1)SN≥ SI+ SII

SN≥8.1+13.7=21.8MVA

为提高供电可靠性，本期设两台主变，当一台主变故障或者检修停运时，另外一台主变还能承担60%负荷，或者全部的I、II类负荷。单台主变变压器的容量选择为25000kVA。

根据容量以及查阅相关的规程选择SSZ9-25000/110型号的变压器，

变压器的选择如表2-4：

表2-4 主变压器参数

型号及容量(kVA) 连接组别容量比空载电流

(%)

投资(万元)

SSZ9-25000/110 Yn/Δ100/100 0.6 250x2电压组合及分接范围

（kV）

损耗（kW）阻抗电压（%）

高压低压空载负载高-低

110±

8x1.25%

10.5 24.2110.7 10.5

第3章短路电流的计算

3.1 短路电流计算的目的与系统运行方式的确定

3.1.1 短路电流计算的目的

本设计中计算短路电流另成一章，可知其具有一定的意义，其目的主要有三个方面：

（1）为了进行电气设备的选择与校验；

（2）为了进行继电保护的整定计算与灵敏度校验；

（3）为了分析前章低压侧电气主接线中有关限流问题。

3.1.2 系统运行方式的确定

系统运行方式主要有三种，即系统最大运行方式、系统最小运行方式和系统正常运行方式。现将简介前两种系统运行方式。

3.1.2.1 系统最大运行方式

根据系统最大负荷的需要，电力系统中的所有可以投入的发电设备都投入运行，以及所有线路和规定接地的中性点全部投入运行的方式。该运行方式是考虑了系统5～10年的发展，对于本设计要考虑远景发展。该运行方式主要用在电气设备的选择校验和保护的整定计算中。

3.1.2.2 系统最小运行方式

根据系统负荷为最小，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少数接地的运行方式。该运行方式主要针对近期系统规模而言，主要用在保护的灵敏度校验当中。

3.2 短路形式的确定与短路计算点的确定

3.2.1 短路形式的确定

三相系统中短路的基本类型有四种，即三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。

电气设备的动、热稳定校验，一般按短路情况最严重的短路形式计算，而电气距离距电源较远的变电所，一般三相短路最严重，故本设计中短路电流均按三相短路的情况进行计算。

3.2.2 短路计算点的确定

选取短路计算点的个数，主要依据变电所的电压等级数，故本所设三个短路

点，分别以K

1、K

2

、K

3

表示110kV、35kV和10kV工作母线上的短路点。然后根据

这三个短路点来依次计算对应点的短路电流值，并利用这三个短路点的短路电流值来校验电气设备和继电保护。

3.3短路电流计算

3.3.1系统接线图与系统阻抗图

与待设计变电所连接的对侧电源的110kV 母线视为无穷大电源系统。按本期2条110kV 线路并列、两台主变中低压并列运行的最大运行方式，进行短路电流计算,系统等值电路图如下图所示：

图3-3-1 系统阻抗图

3.3.2短路电流计算

25000N S kVA = '

'd

j S

S S S X X =* 21

0U S l

X X j =* ???

?

???=

N j

K T S S U X 100%* MVA S j 100= 12%10.5U -?=

110100

0.502()3115

J I kA =

=? 10100

5.50()310.5

J I kA =

=?

3.3.2.1 各参数标幺值

系统1：系统阻抗10.61S X =，从基准容量为1700MVA 换到100MVA