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电气课程设计110kv降压变电所电气部分设计 课程设计 110kv降压变电所电气部分设计 第组 班级：电气班 姓名： 学号： 同组人： 时间：2011 XX高校XX学院电光系 一、原始资料 1.负荷状况 本变电所为某城市开发区新建110KV降压变电所，有6回35KV出线，每回负荷按4200KW考虑，cos=0.82, Tmax=4200h，一、二类负荷占50%，每回出线长度为10Km；另外有8回10KV出线，每回负荷2200KW，cos=0.82, Tmax=3500h，一、二类负荷占30%，每回出线长度为10km； 2.系统状况 本变电所由两回110KV电源供电，其中一回来自东南方向30Km处的火力发电厂；另一回来自正南方向40Km处的地区变电所。本变电所与系统连接状况如图附I1所示。 图附I1 系统示意图 最大运行方式时，系统1两台发电机和两台变压器均投入运行；最小运行方式时，系统1投入一台发电机和一台变压器运行，系统2可视为无穷大电源系统。 3.自然条件 本所所在地的平均海拔1000m，年最高气温40,年最低气温-10，年平均气温20，年最热月平均气温30，年雷暴日为30天，土壤性质以砂质粘土为主。4.设计任务 本设计只作电气初步设计，不作施工设计。设计内容包括：主变压器选择；确定电气主接线方案；短路电流计算；主要电气设备及导线选择和校验；主变压器及出线继电爱护配置与整定计算所用电设计；防雷和接地设计计算。 二、电气部分设计说明书 （一） 主变压器的选择（组员：丁晨 ） 本变电全部两路电源供电，三个电压等级，且有大量一、二级负荷，所以应装设两台三相三线圈变压器。35KV侧总负荷P=4.2×6MW=25.2MW，10KV侧总负荷P=2.2×8=17.6MW， 因此，总计算负荷S为 S=(25.217.6)/0.82MVA=52.50MVA 每台主变压器容量应满意全部负荷70%的须要，并能满意全部一、二类负荷的须要，即 S0.7 S30=0.7×52.20MVA=36.54MVA 且 S（25.2×50%17.6×30%）/0.82MVA=21.80MVA 故主变压器容量选为40MVA，查附录表-5，选用SFSZ940000/110型三相三线圈有载调压变压器，其额定电压为110±8×1.25%/38.5±5%/10.5KV。YNyn0d11接线，阻抗电压U%=10.5, U%=17.5, U%=6.5. （二） 电气主接线 本变电所110KV有两回进线，可采纳单母线分段接线，当一段母线发生故障，分段断路器自动切除故障段，保证正常母线不间断供电。35KV和10KV出线有较多重要用户，所以均采纳单母线分段接线方式。主变压器110KV侧中性点经隔离开关接地，并装设避雷器进行防雷爱护。本所设两台所用变压器，分别接在10KV分段母线上。 电气主接线如图所示。 （三） 短路电流计算（组员： 陆晓敏 於佳 ） 1.依据系统接线图，绘制短路等效电路图如图所示 取基准容量S=100MVA,基准电压U=115KV、U=U=37KV、U=10.5KV，则 I=KA=0.5KA I=I=KA=1.56KA I=KA=5.5KA 各元件电抗标幺值计算如下： （1） 系统1电抗标幺值 X= X=0.198 （2） 变压器T1、T2电抗标幺值 X=X=0.167 （3） 线路WL1电抗标幺值 X=0.091 （4） 线路WL2电抗标幺值 X=0.12 （5） 变压器T3电抗标幺值 X=0.167 （6） 三绕组变压器的电抗标幺值 主变压器各绕组短路电压为 U%=0.5×（U%+U%U%）=10.75 U%=0.5×（U%+U%U%）0 U%=0.5×（U%+U%U%）=6.75 故各绕组电抗标幺值为 8*=X9*= X10*=X11*= X12*=X13*= （7）35kv出线线路电抗标幺值 35KV出线型号为LGJ120(见导线选择部分)，设线距为1500mm，查附录表2-15得x1=0.347欧姆/千米，则 X14*=0.347*10*100/(37*37)=0.253 2.系统最大运行方式下，本变电所两台主变器（简称主变）并列运行时的短路电流计算 在系统最大运行方式下，系统1两台变压器和两台变压器均投入运行，短路等效电路图如图所示 X15*= =0.167+0.12=0.287 （1）K1点短路 系统1的计算电抗为 =0.274 查附录3-1汽轮发电机计算曲线的，系统1在0s、0.2s、时刻向K1点供应的短路电流重量有效值的幺值分别为 I”*=3.159,I0.2*=2.519,I*=2.283 系统2向K1点供应的短路电流为 Ik= 则流入K1点总得短路电流为 I”=I”* =3.159kA+1.742kA=3.73kA I0.2=I0.2* =2.519kA+1.742kA=3.32 kA I= I=2.283kA+1.742kA=3.18 kA （2）K2点短路 短路等效电路图如图所示。图中 图附-4 系统短路等效电路图 图附-6 X17*= X18*= X15*+ X17*+=0.274+0.135+ X19*= X16*+ X17*+=0.287+0.135+ 系统1的电抗为 Xc*= X18*=0.572 查附录3-1汽轮发电机计算曲线得，系统1在0s，0.2s，时刻向K2点供应的短路电流周期重量有效值的标幺值分别为 I”*=1.45, I0.2*=1.3, I=1.68 系统2向K2点供应的短路电流为 Ik= =2.771kA 则流入K2点总的短路电流为 I”=I”*=1.45kA+2.771kA=5.6kA I0.2=I0.2*=1.3kA+2.771kA=5.31kA I= I=1.68kA+2.771kA=6.05 kA （3）k3点短路 短路等效电路图如图附1-7所示。图中 图附1-7 X20*= X21*= X15*+ X20*+=0.243+0.219+ X22*= X16*+ X20*+=0.274+0.219+ 系统1的计算电抗为 Xc*= X21*=0.757 查附录3-1汽轮发电机计算曲线得，系统1在0s，0.2s，时刻向K1点供应的短路电流周期重量有效值的标幺值分别为 I”*=1.091, I0.2*=1.002, I=1.2 系统2向K3点供应的短路电流为 Ik= =7.483 kA 则流入K3点的短路电流为 I”=I”*=1.091kA+7.483kA=14.98kA I0.2=I0.2*=1.002kA+7.483kA=14.37kA I= I=1.2kA+7.483kA=15.73 kA （4）K4点短路 短路等效电路图如图附1-8所示。图中 图附1-8 X23*= X17*+ X14*=0.388 X23*= X17*+ X14*+=0.274+0.388+ 则流入k4点总的短路电流为： 3.00kA 2.90kA 3.09kA 系统最大运行方式下，本变电所两台变压器一台运行一台备用时的短路电流计算及系统最小运行方式下短路电流计算过程与上述过程类似，限于篇幅，不一一排列，仅将短路电流计算结果列于附录表I-1。 附录表 短路电流计算结果汇总表 主变压器运行方式 短路点 系统最大运行方式 系统最小运行方式 三相短路电流 三相短路电流 I I0.2 I ish I I0.2 I ish 并列运行 k1 3.73 3.32 3.18 9.51 2.89 2.75 2.95 7.37 k2 5.60 5.31 6.05 14.28 5.10 4.94 5.28 13.01 k3 14.98 14.37 15.73 38.20 14.01 13.65 14.31 35.73 k4 3.00 2.90 3.09 7.65 2.79 2.73 2.82 7.11 一运一备 k1 3.73 3.32 3.18 9.51 2.89 2.75 2.95 7.37 k2 3.88 3.72 4.06 9.89 3.55 3.46 3.61 9.05 k3 8.99 8.73 9.13 22.92 9.01 8.84 9.08 22.98 k4 2.38 2.31 2.43 6.07 2.25 2.21 2.26 5.74 （四） 主要电气设备的选择和校验（组员： 方民兴 付仁龙 ） 1.假想时间tima的确认 假想时间 tima等于周期重量假想时间tima·p和非周期重量假想时间tima·np之和。其中tima·p 可依据查图4-27得到，非周期重量假想时间tima·np可以忽视不计（因短路时间均大于1s），因此，假想时间tima就等于周期重量假想tima·p。不同地点的假想时间如附录表I-2 所示。 附录表I-2假想时间tima的大小 地点 后备爱护动作时间tpr/s 断路器跳闸时间tQF/s 短路持续时间tk/s 周期重量假想时间tima·p/s 假想时间tima·p/s 主变110kV侧 4 0.1 4.1 3.73/3.18= 1.17 3.9 3.9 110kV母线分段 4.5 0.1 4.6 3.73/3.18= 1.17 4.4 4.4 主变35kV侧 3.5 0.15 3.65 5.60/6.05= 0.93 3.2 3.2 35kV母线分段 3 0.15 3.15 5.60/6.05= 0.93 2.6 2.6 35kV出线 2.5 0.15 2.65 5.60/6.05= 0.93 2.2 2.2 主变10kV侧 3 0.2 3.2 14.98/15.73=0.95 2.7 2.7 10kV母线分段 2.5 0.2 2.7 14.98/15.73=0.95 2.3 2.3 2.高压电气设备的选择与校验 （1）主变110kV侧 主变110kV侧计算电流，由于110kV配电装置为室外布置，故断路器选用SW4-110/1000型；隔离开关选用GW4-110D/600型；电流互感器选用LCWD2-110，变比为Ki=400/5，级次组合为0.5/D/D，1s热稳定倍数为35，动稳定倍数为65；电压互感器和避雷器分别选用JCC2-110型和FZ-110型。各设备有关参数见附录表I-3。 附录表I-3 主变110kV侧电气设备 安装地点电气条件 设备型号规格 项目 数据 项目 SW4-110/1000断路器 GW4-110D/600隔离开关 LCWD2-110电流互感器 JCC2-110电压互感器 FZ-110避雷器 110 110 110 110 110 210 1000 600 400/5 3.32 18.4 10.26 55 50 36.77 36.2 2205 980 196 110kV母线与110kV侧进线的电气设备与主变110kV侧所选设备相同。 （2）主变35kV侧计算电流，故断路器选用SW2-35/1000型，隔离开关选用GW5-35G/1000型，电流互感器选用LCWD1-35型，电压互感器和避雷器分别选用JDJJ-35型和FZ-35型。各35kV电气设备有关参数见附录表I-4。 附录表I-4 主变35kV侧电气设备 安装地点电气条件 设备型号规格 项目 数据 项目 SW2-35/1000断路器 GW5-35G/1000隔离开关 LCWD1-35电流互感器 JDJJ-35电压互感器 FZ-35避雷器 35 35 35 35 35 600 1000 1000 1200/5 5.478 24.8 15.19 45 83 115.4 1089 2500 2079.4 35kV母线与35kV出线电气设备的选择方法与主变35kV侧相同，从略。 （3）主变10kV侧 主变10kV侧计算电流，故断路器选用SN10-10/3000型，隔离开关选用GN10-10T/3000型。各10kV电气 设备有关参数见附录表I-5。 附录表I-5 主变10kV侧电气设备 安装地点电气条件 设备型号规格 项目 数据 项目 SN10-10/3000断路器 GN10-10T/3000隔离开关 LAJ-10电流互感器 JDZJ-10电压互感器 FZ-10避雷器 10 10 10 10 10 2199.4 3000 3000 3000/5 14.923 40 41.08 125 160 381.8 715.4 6400 28125 22500 10kV母线与10kV出线电气设备的选择方法与主变35kV侧相同，从略。 3.消弧线圈的选择 当35kV系统的单相接地电容电流大于10A时，应装设消弧线圈。由式（1-14），本变电所35kV架空线路的电容电流（接地故障电流）为： 所以不需装设消弧线圈。（五） 继电爱护配置与整定计算（组员：崔其兵 陈亮 ) 1、 主变压器爱护配置 容量为40MVA的变压器应配置以下爱护： （1）瓦斯爱护 包括动作与信号的轻瓦斯爱护盒动作于跳闸的重瓦斯爱护 （2）纵联差动爱护 无延时跳开主三侧断路器，可作为变压器的主爱护 （3）包括110KV侧复合电压启动的过电流爱护和10KV侧过电流爱护，其中10KV侧过电流爱护作为本侧外部短路后备爱护，以较短时限t1断开该断路器；110KV侧爱护作为主变压器内部故障及35KV侧外部短路后备，带两段时限t2和t3（t3> t2> t1），以t2时限断开35KV侧断路器，以t3时限断开主变三侧断路器。（4）零序爱护 作为变压器本身主爱护的后备爱护和相邻元件接地短路的后备爱护 （5）过负荷爱护 爱护装设在主变110KV侧，动作后经延时发出预报信号 2、 主变压器继电爱护整定 （1） 瓦斯爱护 一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250-300cm3，本所主变压器容量为40MVA，整定值取250cm3；重瓦斯爱护油流速整定范围为0.6-1.5m/s，为防止穿越型故障时瓦斯爱护误动作，将油速整定为1m3/s. （2） 纵联差动爱护 由BCH-2型差动继电器构成。1） 计算各侧一次额定电流，选择电流互感器变比，确定个互感器的二次额定电流，计算结果如表 名称 各侧数值 额定电压/kV 110 38.5 10.5 额定电流/A 40000/ (x 110)=210 40000/ (x 38.5)=600 40000/ (x 10.5)=2199.4 电流互感器的接线方式 D d y 电流互感器一次电流计算值/A x210=363.7 x600=1039 2199.4 电流互感器变比的选择 400/5=80 1200/5=240 3000/5=600 电流互感器二次额定电流/A 363.7/80=4.55 1039/240=4.33 2199.4/600=3.67 取二次额定电流的最大的110KV侧位基本侧 2） 按下列三条件确定爱护装置的动作电流 1）躲过变压器的励磁涌流，即 Iop=Krel IN1T=1.3x210A=273A 2）躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流，即 Iop=Krel Idsq max=krerl（KnpKsamfi+Uh+Umid+fb2）Ikmax =1.3x（1x1x0.1+0.1+0.05+0.05）x3.73x103x37/115A =468A 3)躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流，即 Iop=Krel IN1T=1.3x210=273A，取Iop=522A，则差动继电器的动作电流值为Iopk= x468/80=10.1A 3） 确定基本侧差动线圈的匝数 Ndc=ANo/ Iop=60/10.1=5.94 实际整定匝数为Ndset=5匝，则继电器实际动作电流为Iopk=60/5=12A，爱护装置实际动作一次电流为 Iop=12x80/ A=554.3A。4） 确定非基本侧平衡线圈的匝数 35KV侧 4.33x（Nb2c + 5）=4.55x5 Nb2c=4.55x5/4.33-5=0.25 10KV侧 3.67x（Nb2c + 5）=4.55x5 Nb2c=4.55x5/3.67-5=1.2 去平衡线圈匝数Nb2set=0，Nb3set=1匝。5） 校验相对误差fb 35KV侧 fb2=（0.25-0）/(0.25+0)=0.048 10KV侧 fb3=（1.2 -1）/(1.2+1)=0.032 fb2、fb3均小于0.05，说明以上选择的结果有效，无需重新计算 6） 校验爱护灵敏度 在主变10KV侧出口两处短路时归算到110KV侧的最小短路电流为 Ikmin= Ks=Ikmin/ Iop =565.8/554.3=1.03<2 灵敏度不满意要求，请改用带制动性的BCH-1型差动继电器。（3） 过电流爱护 1）110KV侧复合电压起动的过电流爱护 过电流爱护采纳三相星形接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比为Ki=400/5=80；电压元件接近110KV母线电压互感器。Iop= 则 低电压继电器动作电压按躲过电动机自启动的条件整定，即 则 负序电压继电器的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定，即 则 爱护的灵敏度按后备爱护范围末端最小短路电流来校验，即 2）10KV侧过电流爱护 过电流爱护采纳三相星形接线，继电器为DL-11,电流互感器变比为Ki=3000/5=600，动作电流应满意以下条件： 1）躲过并列运行中，切除一台变压器时所产生的过负荷电流，即 2）躲过电动机自起动的最大工作电流，即 去Iop=6210A， 则 作近后备爱护时，爱护的灵敏度为 灵敏度不满意要求，应改用复合电压起动的过电流爱护 3）动作时间 10KV侧过电流爱护动作时间t1=3s，110KV侧过电流爱护第一段动作时间t2=3s+0.5s=3.5s，其次段的动作时间为t3=3.5s+0.5s=4s。4）过负荷爱护 过负荷爱护装设在主变110KV侧，按躲过变压器额定电流整定，即 动作时间取10s 3、35KV线路爱护 （1）电流速断爱护 电流速断爱护采纳的是两相继电器式接线，继电器为DL-11型，电流互感器的变比Ki=150/5=30(35KV出线的计算电流为77.3A)，动作电流按躲过线路末端最大短路电流整定，即 灵敏度按爱护安装处两最小相短路电流来校验，即 灵敏度不满意要求，因此改用电流电压连锁速断爱护。（2）定时限过电流爱护 点时限过电流爱护采纳两相两继电器式接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比为Ki=30，动作电流按躲过线路最大负荷电流整定，即 灵敏度按线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流来校验： 动作时间t=2.5s （六） 所用电设计 为保证所用电牢靠性，所用变压器分别安装于10kV母线I，II段上。所用变压器容量的选择，应按变电所自用电的负荷大小来选取。这里选两台型号为S9-63/10的所用变压器可满意要求。（七） 防雷和接地（组员： 陈鑫 ） 1. 直击雷防护 在变电所纵向中心轴线位置设置两支间距D=98、高度为h=35m的等高避雷针，爱护室外高压配电装置、主变压器及全部建筑物。已知出线构架高12.5m（变电所最高点），其最远点距较近避雷针11.5m，建筑物高7m，其最远点距较近避雷针18.7m。按“滚球法”检验避雷针爱护范围如下： 本变电所建筑物防雷级别为二级，滚球半径为hr=45m。因为h=35m<hr=45m,且D=98m>m=87.7m,所以避雷针在出线构架高度上的水平爱护半径为 而其最远点距避雷针11.5m<，可见出线架构在避雷针爱护范围内。避雷针在建筑物高度上的水平爱护半径为 而其最远点距避雷针18.7m<，可见建筑物也在避雷针爱护范围内。依据以上计算结果可知，变电所装设的两支35m等高避雷针能爱护变电所内的全部设施。2. 雷电波侵入爱护 为防止线路侵入的雷电波过电压，在变电搜12km的110kV进线段架设避雷线，主变压器各侧出口分别安装阀型避雷器。为爱护主变压器中性点绝缘，在主变压器110kV侧中性点装设一台避雷器。3. 接地装置设计 110kV为大电流接地系统，查表9-4，其接地电阻要求不大于0.5；35kV系统的接地电流为7A，故要求接地电阻，由表9-4，；10k系统的接地电阻要求不大于10；所用电380/220V系统的接地电阻要求不大于4。故共用接地装置的接地电阻应不大于0.5。接地装置拟采纳直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，垂直埋入地下，间距5m，管间用40的扁钢焊接相连成环形，则单根钢管的接地电阻为 式中，K、查表9-5和表9-6. 因为，考虑到管间电流屏蔽效应的影响，初选10根钢管作接地体。管间距离a与管长l之比a/l=5/2.5=2，依据n=10和a/l=2查表9-8得，则钢管根数为 最终选10根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，用404的扁钢焊接相连，环形布置。由此算得接地电阻为 符合要求。南jing理工高校紫金学院