课程设计（论文）110KV变电站一次回路设计

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1、目 录概述2第一章 接线设计21.1 110kV电气主接线31.2 35kV电气主接线41.3 10kV电气主接线5第二章 负荷计算及变压器选择72.1 负荷计算72.2 主变台数、容量和型式的确定7第三章 最大持续工作电流节短路计算83.1 各回路最大持续工作电流83.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果9第四章 主要电气设备选择124.1 110KV 断路器和隔离开关的选择与校验134.2 35KV 断路器和隔离开关的选择与校验154.3 10KV 断路器和隔离开关的选择与校验174.4 各级电压母线的选择19总 结23参考文献24论文关键词：变电站 变压器 接线论文摘要：本文首先根

2、据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定缘子和穿墙套管，电了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线， 进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。概述1、待设计变电所地位及作用按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建1中型110kV变电所。该变

3、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。北110kV出线3回，其中两回与系统二相连，一回与系统一相连。 35kV出线8回，每回最大负荷4MW，最小2.5MW，Tmax=5000小时。10kV线路12回，另有2回备用，每回最大1.5MW，最小负荷1.0MW，Tmax=4500小时2、变电站负荷情况及所址概况本变电站的电压等级为110/35/10。变电站由两个系统供电，系统S1为600MVA，容抗为0.38, 系统S2为800MVA，容抗为0.45。该地区自然条件：年最高气温40摄氏度，年最底气温-

4、5摄氏度，年平均气温18摄氏度。出线方向110kV向北，35kV向西，10kV向东。所址概括，黄土高原，面积为100100平方米，本地区无污秽，土壤电阻率7000.cm。本论文主要通过分析上述负荷资料，以及通过负荷计算，最大持续工作电流及短路计算，对变电站进行了设备选型和主接线选择，进而完成了变电站一次部分设计。第一章 接线设计现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。1 运行的可靠2 具有一定的

5、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1.1 110kV电气主接线由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。那么其负荷为地区性负荷。变电站110kV侧和10kV侧，均为单母线分段接线。110kV220kV出线数目为5回及以上或者在系统中居重要地位，出线数目为4回及以上的配电装置。在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV110kV系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案，如图1.1及图1.2所示。图1.1单母线分段带旁母接线图1.2双母线带旁路母线接线对图1.1及图1.2所示方案、综合比较，见表

6、1-1。表1-1 主接线方案比较表 项目方案方案方案技术简单清晰、操作方便、易于发展可靠性、灵活性差旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建母联断路器可代替需检修的出线断路器工作倒闸操作复杂，容易误操作经济设备少、投资小用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资占地大、设备多、投资大母联断路器兼作旁路断路器节省投资在技术上（可靠性、灵活性）第种方案明显合理，在经济上则方案占优势。鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选第种方案为设计的最终方案。 1.2 35kV电气主接线电压等级为35kV60k

7、V，出线为48回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。但由于设置旁路母线的条件所限（35kV60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为23天。）所以，35kV60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。据上述分析、组合，筛选出以下两种方案。如图1.3及图1.4所示。 图1.3单母线分段带旁母接线图1.4双母线接线对图1.3及图1.4所示方案、综合比较。见表1-2表1-2主接线方案比较项目 方案方案单方案双技术简单清晰、操作方便、易于发展可靠性、灵活性差旁

8、路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电供电可靠调度灵活扩建方便便于试验易误操作经济设备少、投资小用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资设备多、配电装置复杂投资和占地面大经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案可靠性、灵活性不如方案，但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案。1.3 10kV电气主接线610kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。上述两种方案如图1.5及图1.6所示。图1.5单母线分段接线 图1.6双母线接线对图1

9、.5及图1.6所示方案、综合比较，见表1-3表1-3主接线方案比较项目方案方案单分方案双技术不会造成全所停电调度灵活保证对重要用户的供电任一断路器检修，该回路必须停止工作供电可靠调度灵活扩建方便便于试验易误操作经济 占地少设备少设备多、配电装置复杂投资和占地面大经过综合比较方案在经济性上比方案好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。所以选用方案。第二章 负荷计算及变压器选择2.1 负荷计算要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kV负荷、35kV负荷和110kV侧负荷。由公式（2-1）式中某电压等级

10、的计算负荷同时系数（35kV取0.9、10kV取0.85）该电压等级电网的线损率，一般取5%P、=1 -各用户的负荷和功率因数2.1.1 10kV负荷计算S10KV=0.851.512(1+5%)=16.065WVA2.1.2 35kV负荷计算S35KV=0.948(1+5%)=30.24MVA2.2 主变台数、容量和型式的确定2.2.1变电所主变压器台数的确定主变台数确定的要求：1.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系

11、统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。2.2.2变电所主变压器容量的确定主变压器容量确定的要求：1.主变压器容量一般按变电站建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期1020年的负荷发展。2.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的6070%。S35KV=30.24MVA由于上述条件所限制。所以，两台主变压器应各自承担15.12MVA。当

12、一台停运时，另一台则承担70%为21.168MVA。故选两台30MVA的主变压器就可满足负荷需求。2.2.3 变电站主变压器型式的选择具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y连接；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压变压器绕组都采用连接。故主变

13、参数如下：型号电压组合及分接范围阻抗电压空载电流高压中压低压高-中高-低中-低1.0SFSL731500/11011022.5%352*2.5%10.51110.510.56.5第三章 最大持续工作电流节短路计算3.1 各回路最大持续工作电流根据公式（3-1）式中- 所统计各电压侧负荷容量 - 各电压等级额定电压- 最大持续工作电流则：10kV=16.065MVA/( 10.5KV)=0.883KA35kV=30.24 MVA/(37KV)=0.471KA110KV=1400MVA/(115KV)=7.03KA3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果短路是电力系统中最常见的且很严重的故障

14、。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有3个，即110KV母线短路（K1点），35KV母线短路（K2）点，10KV电抗器母线短路（K3点）。当K1点断路时: 等效电路图选基准: =100MVA =等效电路图当K1点断路时:Us(1-3)%=10.5 % Us(2-3)%=10.5% Us(1-2)%=6.5%X1= X

15、5=1/200(10.5+6.5-10.5)100/31.5=0.103 来源: .comX2= X4=1/200(10.5+6.5-10.5)100/31.5=0.103X6= X3=1/200(10.5+10.5-6)100/31.5=0.238X8=0.381102/600=7.7X7=0.451102/800=6.8短路电流有名值:I=7.24100/ (115)=3.63KA 冲击电流:=1.83.63=9.25KA最大电流有效值:=3.631.51=5.48KA短路容量:=3.63115=723MVAK2点短路： 短路电流有名值:冲击电流:= 1.816.17=41.15KA最大电

16、流有效值:=16.171.51=24.4KA 短路容量:=16.1737=1036.2MVAK3点短路时: 短路电流有名值: 冲击电流:= 1.856.6=144KA最大电流有效值:=56.61.51=85.5KA短路容量:=56.610.5=1029.3MVA第四章 主要电气设备选择由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。技术条件：选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。1.电压 选用的电器允许最高工作电压Uma

17、x不得低于该回路的最高运行电压Ug,即，UmaxUg2.电流选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig ，即IeIg校验的一般原则：1.电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。3.短路的热稳定条件Qdt在计算时间ts内，短路电流的热效应（KA2S）Itt秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S）T设备允许通过的热稳定电流时间（s）校验短路热稳定所用的计算时间Ts按下式计算t=td+tkd式中td 继电保护装置动作时间内（S）tkd断路的全分闸时间（s）4.动稳定

18、校验电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是： 上式中 短路冲击电流幅值及其有效值 允许通过动稳定电流的幅值和有效值4.1 110KV 断路器和隔离开关的选择与校验1.按额定电压选择2.按额定电流选择3.按开断电流来选择4.按短路关合电流选择根据以上计算，可以初步选择SW3-110G/1200型断路器，其参数见下表：表4-1 110KV 断路器选择与校验结果表型号额定电压/KV额定电流/A额定开断电流/KA额定关合电流峰值/KA开断容量MVA4s 热稳定电流/KA固有分闸时间/s合闸时间/sSW3-110G/1200110120015.841300015.

19、80.070.45.校验热稳定，取后备保护动作时间 为0.15s。Tk=0.07+0.4+0.15=0.62s从而知，满足要求。6.校验动稳定 满足要求。将上述计算结果列表如下：表4-2 110KV断路器选择与校验结果表设备项目LW6-220/3150产品数据计算数据电压/KV110110电流 /A1200165开断电流/KA15.85.48关合电流/KA419.26热稳定/ KA 2 s748.9218.62动稳定/KA419.26从上表可知，选择SW3-110G/1200 型断路器满足要求。110KV隔离开关的选择与校验表4-3 110KV隔离开关选择表型号额定电压/KV额定电流/A额定动

20、稳定电流峰值/KA额定热稳定电流KAGW4-110D/1000-8011010008021.5校验热稳定，取后备保护动作时间为0.15s。Tk=0.07+0.4+0.15=0.62s从而知，满足要求。校验动稳定,满足要求。表4-4 110KV隔离开关选择与校验结果表设备项目LW14-110/2000产品数据计算数据电压/KV110110电流/A1000165热稳定/ KA 2 s184918.62动稳定/KA809.264.2 35KV 断路器和隔离开关的选择与校验1.按额定电压选择2.按额定电流选择3.按开断电流来选择4.按短路关合电流选择根据以上计算，可以初步选择SW2-35/1000型断

21、路器，其参数见下表：表4-5 110KV 断路器选择与校验结果表型号额定电压/KV额定电流/A额定开断电流/KA额定关合电流峰值/KA开断容量MVA4s 热稳定电流/KA固有分闸时间/s合闸时间/sSW2-35/100035100024.863.4150024.80.060.45.校验热稳定，取后备保护动作时间 为0.15s。Tk=0.06+0.4+0.15=0.61s从而知，满足要求。6.校验动稳定 满足要求。将上述计算结果列表如下：表4-6 35KV断路器选择与校验结果表设备项目SW2-35/1000产品数据计算数据电压/KV3535电流 /A1000520开断电流/KA24.824.4关

22、合电流/KA63.441.15热稳定/ KA 2 s1845363.2动稳定/KA63.441.15从上表可知，选择SW2-35/1000 型断路器满足要求。35KV隔离开关的选择与校验表4-7 35KV隔离开关选择表型号额定电压/KV额定电流/A额定动稳定电流峰值/KA额定热稳定电流KAGW5-35G/600-72356007216校验热稳定，取后备保护动作时间为0.15s。Tk=0.06+0.4+0.15=0.61s从而知，满足要求。校验动稳定 ,满足要求。表4-8 110KV隔离开关选择与校验结果表设备项目LW14-110/2000产品数据计算数据电压/KV3535电流/A600520热

23、稳定/ KA 2 s768363.2动稳定/KA7241.154.3 10KV 断路器和隔离开关的选择与校验1.按额定电压选择2.按额定电流选择3.按开断电流来选择4.按短路关合电流选择根据以上计算，可以初步选择SN4-10G型断路器，其参数见下表：表4-910KV 断路器选择与校验结果表型号额定电压/KV额定电流/A额定开断电流/KA额定关合电流峰值/KA开断容量MVA5s 热稳定电流/KA固有分闸时间/s合闸时间/sSN4-10G10500010530018001200.150.655.校验热稳定，取后备保护动作时间 为0.15s。Tk=0.15+0.15+0.65=0.95s从而知，满足

24、要求。6.校验动稳定 满足要求。将上述计算结果列表如下：表4-10 110KV断路器选择与校验结果表设备项目LW6-220/3150产品数据计算数据电压/KV1010电流 /A50001819开断电流/KA10585.5关合电流/KA300144热稳定/ KA 2 s432006725动稳定/KA300144从上表可知，选择SN4-10G型断路器满足要求。10KV隔离开关的选择与校验表4-11 10KV隔离开关选择表型号额定电压/KV额定电流/A额定动稳定电流峰值/KA额定热稳定电流KAGN10-10T/300010300016075校验热稳定，取后备保护动作时间为0.15s。Tk=0.15+

25、0.15+0.65=0.95s从而知，满足要求。校验动稳定,满足要求。表4-12 10KV隔离开关选择与校验结果表设备项目LW14-110/2000产品数据计算数据电压/KV1010电流/A30001819热稳定/ KA 2 s225006725动稳定/KA1601444.4 各级电压母线的选择选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容：、选择母线的材料，结构和排列方式；、选择母线截面的大小；、检验母线短路时的热稳定和动稳定；、对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；、对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。110KV母线的选择采

26、用圆管形铝锰合金线导体=1400MVA/(115KV)=7.03KA按最大持续工作电流选择查设备手册选槽型铝导体，其技术参数如下表： 导体尺寸h/ b/c/r (mm)导体截面S(mm2)截面系数W(cm3)惯性半径ri(cm)惯性矩J(cm4)200/90/10/146870402.75254已知本地区年最高气温40摄氏度，年最低气温-5摄氏度，年平均气温18摄氏度。温度修正系数K=1.07=1.077550=8078.5 Imax =7030热稳定校验:正常运行时导体温度:=18+(70-18)70302 /75502=63.08查发电厂电气部分表C=89，则满足短路时发热的最小导体截面为

27、:Smin=52.54 mm2 Ug=1.05110=115.5KV满足电晕电压要求35KV母线的选择采用圆管形铝锰合金线导体 =30.24 MVA/(37KV)=0.471KA按最大持续工作电流选择查设备手册选圆管形铝锰合金线导体，其技术参数如下表：导体尺寸D1/ D2 (mm)导体截面S(mm2)截面系数W(cm3)惯性半径ri(cm)导体最高温度为下值时的载流量A惯性矩J(cm4)+70+8040/352942.601.337707125.20已知本地区年最高气温40摄氏度，年最低气温-5摄氏度，年平均气温18摄氏度。温度修正系数K=1.07=1.07770=823.9KA Imax =

28、471KA热稳定校验:正常运行时导体温度:=18+(70-18)Imax2/ial2=157查发电厂电气部分表C=81足短路时发热的最小导体截面为:Smin=41.69 mm21.0535=36.75KV满足电晕电压要求10KV母线选择采用圆管形铝锰合金线导体=16.065MVA/( 10.5KV)=0.883KA按最大持续工作电流选择查设备手册选圆管形铝锰合金线导体，其技术参数如下表：导体尺寸D1/ D2 (mm)导体截面S(mm2)截面系数W(cm3)惯性半径ri(cm)导体最高温度为下值时的载流量A惯性矩J(cm4)+70+80110/100164941.43.7225692217228

29、已知本地区年最高气温40摄氏度，年最低气温-5摄氏度，年平均气温18摄氏度。温度修正系数K=1.07=1.072569=2748.8 Imax =883热稳定校验:正常运行时导体温度:=18+（70-18）2748.82/8832=522查发电厂电气部分表C=90，则满足短路时发热的最小导体截面为: Qk=19.85（KA）2s, Kf=1106Smin=49.50 mm2 Ug=1.0510=10.5KV, 满足电晕电压要求。总 结 通过对变电所的设计的，使我对我的学习有了一个新的认识，在设计之前，我只是知道把书上的看懂就好，但是还是联系不上，比如我学过的发电厂，继电保护，电力系统等课程，在

30、学习是时候有很多的地方我都是弄不懂，不知道为什么要这样子做。通过对变电站的设计我认识到了，我清楚了为什么要这么做了，也对我学过的课程有了进一步的学习。在作设计过程中，我和同学讨论如何设计，如何对短路电流等一些数据的计算，使我更深入的学习，让我知道互助的力量。 在宋老师的指导下，我顺利的作完了变电所的一次接线设计，使我认识到我还有很多的不足，还有很多的地方需要我努力。在设计过程中，得到同学的帮助，我非常感谢同学对我的帮助。感谢老师对我教导。参考文献1 戈东方 电力工程电气设计手册 水利电力出版社2 毛力夫 发电厂变电站电气设备 中国电力出版社3 范锡普 发电厂电气部分 中国电力出版社4谢承鑫. 王力昌 工厂电气设备手册 水利电力出版社5 熊信银 发电厂电气部分 中国电力出版社6 陈跃 电力系统分册 中国水利水电出版社24