課程設(shè)計（論文）110KV變電站一次回路設(shè)計

1、目 錄概述2第一章 接線設(shè)計21.1 110kv電氣主接線31.2 35kv電氣主接線41.3 10kv電氣主接線5第二章 負荷計算及變壓器選擇72.1 負荷計算72.2 主變臺數(shù)、容量和型式的確定7第三章 最大持續(xù)工作電流節(jié)短路計算83.1 各回路最大持續(xù)工作電流83.2 短路電流計算點的確定和短路電流計算結(jié)果9第四章 主要電氣設(shè)備選擇124.1 110kv 斷路器和隔離開關(guān)的選擇與校驗134.2 35kv 斷路器和隔離開關(guān)的選擇與校驗154.3 10kv 斷路器和隔離開關(guān)的選擇與校驗174.4 各級電壓母線的選擇19總 結(jié)23參考文獻24論文關(guān)鍵詞：變電站 變壓器 接線論文摘要：本文首先根

2、據(jù)任務(wù)書上所給系統(tǒng)與線路及所有負荷的參數(shù)，分析負荷發(fā)展趨勢。從負荷增長方面闡明了建站的必要性，然后通過對擬建變電站的概括以及出線方向來考慮，并通過對負荷資料的分析，安全，經(jīng)濟及可靠性方面考慮，確定了110kv，35kv，10kv以及站用電的主接線，然后又通過負荷計算及供電范圍確定了主變壓器臺數(shù)，容量及型號，同時也確定緣子和穿墻套管，電了站用變壓器的容量及型號，最后，根據(jù)最大持續(xù)工作電流及短路計算的計算結(jié)果，對高壓熔斷器，隔離開關(guān)，母線， 進行了選型，從而完成了110kv電氣一次部分的設(shè)計。概述1、待設(shè)計變電所地位及作用按照先行的原則，依據(jù)遠期負荷發(fā)展，決定在本區(qū)興建1中型110kv變電所。該變

3、電所建成后，主要對本區(qū)用戶供電為主，尤其對本地區(qū)大用戶進行供電。改善提高供電水平。同時和其他地區(qū)變電所聯(lián)成環(huán)網(wǎng)，提高了本地供電質(zhì)量和可靠性。北110kv出線3回，其中兩回與系統(tǒng)二相連，一回與系統(tǒng)一相連。 35kv出線8回，每回最大負荷4mw，最小2.5mw，tmax=5000小時。10kv線路12回，另有2回備用，每回最大1.5mw，最小負荷1.0mw，tmax=4500小時2、變電站負荷情況及所址概況本變電站的電壓等級為110/35/10。變電站由兩個系統(tǒng)供電，系統(tǒng)s1為600mva，容抗為0.38, 系統(tǒng)s2為800mva，容抗為0.45。該地區(qū)自然條件：年最高氣溫40攝氏度，年最底氣溫-

4、5攝氏度，年平均氣溫18攝氏度。出線方向110kv向北，35kv向西，10kv向東。所址概括，黃土高原，面積為100100平方米，本地區(qū)無污穢，土壤電阻率7000.cm。本論文主要通過分析上述負荷資料，以及通過負荷計算，最大持續(xù)工作電流及短路計算，對變電站進行了設(shè)備選型和主接線選擇，進而完成了變電站一次部分設(shè)計。第一章 接線設(shè)計現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個巨大的、嚴密的整體。各類發(fā)電廠、變電站分工完成整個電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電和配電的任務(wù)。其主接線的好壞不僅影響到發(fā)電廠、變電站和電力系統(tǒng)本身，同時也影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活。因此，發(fā)電廠、變電站主接線必須滿足以下基本要求。1 運行的可靠2 具有一定的

5、靈活性3 操作應(yīng)盡可能簡單、方便4 經(jīng)濟上合理 5應(yīng)具有擴建的可能性1.1 110kv電氣主接線由于此變電站是為了某地區(qū)電力系統(tǒng)的發(fā)展和負荷增長而擬建的。那么其負荷為地區(qū)性負荷。變電站110kv側(cè)和10kv側(cè)，均為單母線分段接線。110kv220kv出線數(shù)目為5回及以上或者在系統(tǒng)中居重要地位，出線數(shù)目為4回及以上的配電裝置。在采用單母線、分段單母線或雙母線的35kv110kv系統(tǒng)中，當不允許停電檢修斷路器時，可設(shè)置旁路母線。根據(jù)以上分析、組合，保留下面兩種可能接線方案，如圖1.1及圖1.2所示。圖1.1單母線分段帶旁母接線圖1.2雙母線帶旁路母線接線對圖1.1及圖1.2所示方案、綜合比較，見表

6、1-1。表1-1 主接線方案比較表 項目方案方案方案技術(shù)簡單清晰、操作方便、易于發(fā)展可靠性、靈活性差旁路斷路器還可以代替出線斷路器，進行不停電檢修出線斷路器，保證重要用戶供電運行可靠、運行方式靈活、便于事故處理、易擴建母聯(lián)斷路器可代替需檢修的出線斷路器工作倒閘操作復(fù)雜，容易誤操作經(jīng)濟設(shè)備少、投資小用母線分段斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資占地大、設(shè)備多、投資大母聯(lián)斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資在技術(shù)上（可靠性、靈活性）第種方案明顯合理，在經(jīng)濟上則方案占優(yōu)勢。鑒于此站為地區(qū)變電站應(yīng)具有較高的可靠性和靈活性。經(jīng)綜合分析，決定選第種方案為設(shè)計的最終方案。 1.2 35kv電氣主接線電壓等級為35kv60k

7、v，出線為48回，可采用單母線分段接線，也可采用雙母線接線。為保證線路檢修時不中斷對用戶的供電，采用單母線分段接線和雙母線接線時，可增設(shè)旁路母線。但由于設(shè)置旁路母線的條件所限（35kv60kv出線多為雙回路，有可能停電檢修斷路器，且檢修時間短，約為23天。）所以，35kv60kv采用雙母線接線時，不宜設(shè)置旁路母線，有條件時可設(shè)置旁路隔離開關(guān)。據(jù)上述分析、組合，篩選出以下兩種方案。如圖1.3及圖1.4所示。 圖1.3單母線分段帶旁母接線圖1.4雙母線接線對圖1.3及圖1.4所示方案、綜合比較。見表1-2表1-2主接線方案比較項目 方案方案單方案雙技術(shù)簡單清晰、操作方便、易于發(fā)展可靠性、靈活性差旁

8、路斷路器還可以代替出線斷路器，進行不停電檢修出線斷路器，保證重要用戶供電供電可靠調(diào)度靈活擴建方便便于試驗易誤操作經(jīng)濟設(shè)備少、投資小用母線分段斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資設(shè)備多、配電裝置復(fù)雜投資和占地面大經(jīng)比較兩種方案都具有易擴建這一特性。雖然方案可靠性、靈活性不如方案，但其具有良好的經(jīng)濟性。鑒于此電壓等級不高，可選用投資小的方案。1.3 10kv電氣主接線610kv配電裝置出線回路數(shù)目為6回及以上時，可采用單母線分段接線。而雙母線接線一般用于引出線和電源較多，輸送和穿越功率較大，要求可靠性和靈活性較高的場合。上述兩種方案如圖1.5及圖1.6所示。圖1.5單母線分段接線 圖1.6雙母線接線對圖1

9、.5及圖1.6所示方案、綜合比較，見表1-3表1-3主接線方案比較項目方案方案單分方案雙技術(shù)不會造成全所停電調(diào)度靈活保證對重要用戶的供電任一斷路器檢修，該回路必須停止工作供電可靠調(diào)度靈活擴建方便便于試驗易誤操作經(jīng)濟 占地少設(shè)備少設(shè)備多、配電裝置復(fù)雜投資和占地面大經(jīng)過綜合比較方案在經(jīng)濟性上比方案好，且調(diào)度靈活也可保證供電的可靠性。所以選用方案。第二章 負荷計算及變壓器選擇2.1 負荷計算要選擇主變壓器和站用變壓器的容量，確定變壓器各出線側(cè)的最大持續(xù)工作電流。首先必須要計算各側(cè)的負荷，包括站用電負荷（動力負荷和照明負荷）、10kv負荷、35kv負荷和110kv側(cè)負荷。由公式（2-1）式中某電壓等級

10、的計算負荷同時系數(shù)（35kv取0.9、10kv取0.85）該電壓等級電網(wǎng)的線損率，一般取5%p、=1 -各用戶的負荷和功率因數(shù)2.1.1 10kv負荷計算s10kv=0.851.512(1+5%)=16.065wva2.1.2 35kv負荷計算s35kv=0.948(1+5%)=30.24mva2.2 主變臺數(shù)、容量和型式的確定2.2.1變電所主變壓器臺數(shù)的確定主變臺數(shù)確定的要求：1.對大城市郊區(qū)的一次變電站，在中、低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，變電站以裝設(shè)兩臺主變壓器為宜。2.對地區(qū)性孤立的一次變電站或大型專用變電站，在設(shè)計時應(yīng)考慮裝設(shè)三臺主變壓器的可能性。考慮到該變電站為一重要中間變電站，與系

11、統(tǒng)聯(lián)系緊密，且在一次主接線中已考慮采用旁路呆主變的方式。故選用兩臺主變壓器，并列運行且容量相等。2.2.2變電所主變壓器容量的確定主變壓器容量確定的要求：1.主變壓器容量一般按變電站建成后510年的規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮到遠期1020年的負荷發(fā)展。2.根據(jù)變電站所帶負荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量。對于有重要負荷的變電站，應(yīng)考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在設(shè)計及過負荷能力后的允許時間內(nèi)，應(yīng)保證用戶的一級和二級負荷：對一般性變電站停運時，其余變壓器容量就能保證全部負荷的6070%。s35kv=30.24mva由于上述條件所限制。所以，兩臺主變壓器應(yīng)各自承擔15.12mva。當

12、一臺停運時，另一臺則承擔70%為21.168mva。故選兩臺30mva的主變壓器就可滿足負荷需求。2.2.3 變電站主變壓器型式的選擇具有三種電壓等級的變電站中，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率均達到該變壓器容量的15%以上或低壓側(cè)雖無負荷，但在變電站內(nèi)需裝設(shè)無功補償設(shè)備時，主變壓器采用三饒組。而有載調(diào)壓較容易穩(wěn)定電壓，減少電壓波動所以選擇有載調(diào)壓方式，且規(guī)程上規(guī)定對電力系統(tǒng)一般要求10kv及以下變電站采用一級有載調(diào)壓變壓器。故本站主變壓器選用有載三圈變壓器。我國110kv及以上電壓變壓器繞組都采用y連接；35kv采用y連接，其中性點多通過消弧線圈接地。35kv以下電壓變壓器繞組都采用連接。故主變

13、參數(shù)如下：型號電壓組合及分接范圍阻抗電壓空載電流高壓中壓低壓高-中高-低中-低1.0sfsl731500/11011022.5%352*2.5%10.51110.510.56.5第三章 最大持續(xù)工作電流節(jié)短路計算3.1 各回路最大持續(xù)工作電流根據(jù)公式（3-1）式中- 所統(tǒng)計各電壓側(cè)負荷容量 - 各電壓等級額定電壓- 最大持續(xù)工作電流則：10kv=16.065mva/( 10.5kv)=0.883ka35kv=30.24 mva/(37kv)=0.471ka110kv=1400mva/(115kv)=7.03ka3.2 短路電流計算點的確定和短路電流計算結(jié)果短路是電力系統(tǒng)中最常見的且很嚴重的故障

14、。短路故障將使系統(tǒng)電壓降低和回路電流大大增加，它不僅會影響用戶的正常供電，而且會破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并損壞電氣設(shè)備。因此，在發(fā)電廠變電站以及整個電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，都必須對短路電流進行計算。短路電流計算的目的是為了選擇導(dǎo)體和電器，并進行有關(guān)的校驗。按三相短路進行短路電流計算。可能發(fā)生最大短路電流的短路電流計算點有3個，即110kv母線短路（k1點），35kv母線短路（k2）點，10kv電抗器母線短路（k3點）。當k1點斷路時: 等效電路圖選基準: =100mva =等效電路圖當k1點斷路時: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 來源: .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短路電流有名值:i=7.24100/ (115)=3.63ka 沖擊電流:=1.83.63=9.25ka最大電流有效值:=3.631.51=5.48ka短路容量:=3.63115=723mvak2點短路： 短路電流有名值:沖擊電流:= 1.816.17=41.15ka最大電

16、流有效值:=16.171.51=24.4ka 短路容量:=16.1737=1036.2mvak3點短路時: 短路電流有名值: 沖擊電流:= 1.856.6=144ka最大電流有效值:=56.61.51=85.5ka短路容量:=56.610.5=1029.3mva第四章 主要電氣設(shè)備選擇由于電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體得用途及工作條件各異,因此它們的選擇校驗項目和方法也都完全不相同。但是，電氣設(shè)備和載留導(dǎo)體在正常運行和短路時都必須可靠地工作，為此，它們的選擇都有一個共同的原則。技術(shù)條件：選擇的高壓電器，應(yīng)能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。1.電壓 選用的電器允許最高工作電壓uma

17、x不得低于該回路的最高運行電壓ug,即，umaxug2.電流選用的電器額定電流ie不得低于所在回路在各種可能運行方式下的持續(xù)工作電流ig ，即ieig校驗的一般原則：1.電器在選定后應(yīng)按最大可能通過的短路電流進行動熱穩(wěn)定校驗，校驗的短路電流一般取最嚴重情況的短路電流。2.用熔斷器保護的電器可不校驗熱穩(wěn)定。3.短路的熱穩(wěn)定條件qdt在計算時間ts內(nèi)，短路電流的熱效應(yīng)（ka2s）itt秒內(nèi)設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流有效值（ka2s）t設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流時間（s）校驗短路熱穩(wěn)定所用的計算時間ts按下式計算t=td+tkd式中td 繼電保護裝置動作時間內(nèi)（s）tkd斷路的全分閘時間（s）4.動穩(wěn)定

18、校驗電動力穩(wěn)定是導(dǎo)體和電器承受短時電流機械效應(yīng)的能力，稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件是： 上式中 短路沖擊電流幅值及其有效值 允許通過動穩(wěn)定電流的幅值和有效值4.1 110kv 斷路器和隔離開關(guān)的選擇與校驗1.按額定電壓選擇2.按額定電流選擇3.按開斷電流來選擇4.按短路關(guān)合電流選擇根據(jù)以上計算，可以初步選擇sw3-110g/1200型斷路器，其參數(shù)見下表：表4-1 110kv 斷路器選擇與校驗結(jié)果表型號額定電壓/kv額定電流/a額定開斷電流/ka額定關(guān)合電流峰值/ka開斷容量mva4s 熱穩(wěn)定電流/ka固有分閘時間/s合閘時間/ssw3-110g/1200110120015.841300015.

19、80.070.45.校驗熱穩(wěn)定，取后備保護動作時間 為0.15s。tk=0.07+0.4+0.15=0.62s從而知，滿足要求。6.校驗動穩(wěn)定 滿足要求。將上述計算結(jié)果列表如下：表4-2 110kv斷路器選擇與校驗結(jié)果表設(shè)備項目lw6-220/3150產(chǎn)品數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)電壓/kv110110電流 /a1200165開斷電流/ka15.85.48關(guān)合電流/ka419.26熱穩(wěn)定/ ka 2 s748.9218.62動穩(wěn)定/ka419.26從上表可知，選擇sw3-110g/1200 型斷路器滿足要求。110kv隔離開關(guān)的選擇與校驗表4-3 110kv隔離開關(guān)選擇表型號額定電壓/kv額定電流/a額定動

20、穩(wěn)定電流峰值/ka額定熱穩(wěn)定電流kagw4-110d/1000-8011010008021.5校驗熱穩(wěn)定，取后備保護動作時間為0.15s。tk=0.07+0.4+0.15=0.62s從而知，滿足要求。校驗動穩(wěn)定,滿足要求。表4-4 110kv隔離開關(guān)選擇與校驗結(jié)果表設(shè)備項目lw14-110/2000產(chǎn)品數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)電壓/kv110110電流/a1000165熱穩(wěn)定/ ka 2 s184918.62動穩(wěn)定/ka809.264.2 35kv 斷路器和隔離開關(guān)的選擇與校驗1.按額定電壓選擇2.按額定電流選擇3.按開斷電流來選擇4.按短路關(guān)合電流選擇根據(jù)以上計算，可以初步選擇sw2-35/1000型斷

21、路器，其參數(shù)見下表：表4-5 110kv 斷路器選擇與校驗結(jié)果表型號額定電壓/kv額定電流/a額定開斷電流/ka額定關(guān)合電流峰值/ka開斷容量mva4s 熱穩(wěn)定電流/ka固有分閘時間/s合閘時間/ssw2-35/100035100024.863.4150024.80.060.45.校驗熱穩(wěn)定，取后備保護動作時間 為0.15s。tk=0.06+0.4+0.15=0.61s從而知，滿足要求。6.校驗動穩(wěn)定 滿足要求。將上述計算結(jié)果列表如下：表4-6 35kv斷路器選擇與校驗結(jié)果表設(shè)備項目sw2-35/1000產(chǎn)品數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)電壓/kv3535電流 /a1000520開斷電流/ka24.824.4關(guān)

22、合電流/ka63.441.15熱穩(wěn)定/ ka 2 s1845363.2動穩(wěn)定/ka63.441.15從上表可知，選擇sw2-35/1000 型斷路器滿足要求。35kv隔離開關(guān)的選擇與校驗表4-7 35kv隔離開關(guān)選擇表型號額定電壓/kv額定電流/a額定動穩(wěn)定電流峰值/ka額定熱穩(wěn)定電流kagw5-35g/600-72356007216校驗熱穩(wěn)定，取后備保護動作時間為0.15s。tk=0.06+0.4+0.15=0.61s從而知，滿足要求。校驗動穩(wěn)定 ,滿足要求。表4-8 110kv隔離開關(guān)選擇與校驗結(jié)果表設(shè)備項目lw14-110/2000產(chǎn)品數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)電壓/kv3535電流/a600520熱

23、穩(wěn)定/ ka 2 s768363.2動穩(wěn)定/ka7241.154.3 10kv 斷路器和隔離開關(guān)的選擇與校驗1.按額定電壓選擇2.按額定電流選擇3.按開斷電流來選擇4.按短路關(guān)合電流選擇根據(jù)以上計算，可以初步選擇sn4-10g型斷路器，其參數(shù)見下表：表4-910kv 斷路器選擇與校驗結(jié)果表型號額定電壓/kv額定電流/a額定開斷電流/ka額定關(guān)合電流峰值/ka開斷容量mva5s 熱穩(wěn)定電流/ka固有分閘時間/s合閘時間/ssn4-10g10500010530018001200.150.655.校驗熱穩(wěn)定，取后備保護動作時間 為0.15s。tk=0.15+0.15+0.65=0.95s從而知，滿足

24、要求。6.校驗動穩(wěn)定 滿足要求。將上述計算結(jié)果列表如下：表4-10 110kv斷路器選擇與校驗結(jié)果表設(shè)備項目lw6-220/3150產(chǎn)品數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)電壓/kv1010電流 /a50001819開斷電流/ka10585.5關(guān)合電流/ka300144熱穩(wěn)定/ ka 2 s432006725動穩(wěn)定/ka300144從上表可知，選擇sn4-10g型斷路器滿足要求。10kv隔離開關(guān)的選擇與校驗表4-11 10kv隔離開關(guān)選擇表型號額定電壓/kv額定電流/a額定動穩(wěn)定電流峰值/ka額定熱穩(wěn)定電流kagn10-10t/300010300016075校驗熱穩(wěn)定，取后備保護動作時間為0.15s。tk=0.15+

25、0.15+0.65=0.95s從而知，滿足要求。校驗動穩(wěn)定,滿足要求。表4-12 10kv隔離開關(guān)選擇與校驗結(jié)果表設(shè)備項目lw14-110/2000產(chǎn)品數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)電壓/kv1010電流/a30001819熱穩(wěn)定/ ka 2 s225006725動穩(wěn)定/ka1601444.4 各級電壓母線的選擇選擇配電裝置中各級電壓母線，主要應(yīng)考慮如下內(nèi)容：、選擇母線的材料，結(jié)構(gòu)和排列方式；、選擇母線截面的大??；、檢驗?zāi)妇€短路時的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定；、對35kv以上母線，應(yīng)檢驗它在當?shù)鼐μ鞖庀髼l件下是否發(fā)生電暈；、對于重要母線和大電流母線，由于電力網(wǎng)母線振動，為避免共振，應(yīng)校驗?zāi)妇€自振頻率。110kv母線的選擇采

26、用圓管形鋁錳合金線導(dǎo)體=1400mva/(115kv)=7.03ka按最大持續(xù)工作電流選擇查設(shè)備手冊選槽型鋁導(dǎo)體，其技術(shù)參數(shù)如下表： 導(dǎo)體尺寸h/ b/c/r (mm)導(dǎo)體截面s(mm2)截面系數(shù)w(cm3)慣性半徑ri(cm)慣性矩j(cm4)200/90/10/146870402.75254已知本地區(qū)年最高氣溫40攝氏度，年最低氣溫-5攝氏度，年平均氣溫18攝氏度。溫度修正系數(shù)k=1.07=1.077550=8078.5 imax =7030熱穩(wěn)定校驗:正常運行時導(dǎo)體溫度:=18+(70-18)70302 /75502=63.08查發(fā)電廠電氣部分表c=89，則滿足短路時發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面為

27、:smin=52.54 mm2 ug=1.05110=115.5kv滿足電暈電壓要求35kv母線的選擇采用圓管形鋁錳合金線導(dǎo)體 =30.24 mva/(37kv)=0.471ka按最大持續(xù)工作電流選擇查設(shè)備手冊選圓管形鋁錳合金線導(dǎo)體，其技術(shù)參數(shù)如下表：導(dǎo)體尺寸d1/ d2 (mm)導(dǎo)體截面s(mm2)截面系數(shù)w(cm3)慣性半徑ri(cm)導(dǎo)體最高溫度為下值時的載流量a慣性矩j(cm4)+70+8040/352942.601.337707125.20已知本地區(qū)年最高氣溫40攝氏度，年最低氣溫-5攝氏度，年平均氣溫18攝氏度。溫度修正系數(shù)k=1.07=1.07770=823.9ka imax =471ka熱穩(wěn)定校驗:正常運行時導(dǎo)體溫度:=18+(70-18)imax2/ial2=157查發(fā)電廠電氣部分表c=8