110kV县城变电站设计毕业论文.doc

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1、110kV县城变电站设计目录引言01第一章 负荷分析02第二章 主变的选择052.1 主变台数052.2 主变容量052.3 主变形式05第三章 线路及变压器回路的计算07第四章 系统电压等级中性点运行方式选择094.1 110kV侧094.2 10 kV侧09第五章 电气主接线的选择10第六章 短路电流计算13第七章 电气设备选择167.1 110kV侧设备选择167.2 10 kV侧设备选择19第八章 配电装置的布置278.1 布置原则278.2 所用变压器的布置278.3 高压开关柜的布置278.4 全所整体布置28第九章 电气二次部分299.1 总的要求299.2 继电保护及自动装置2

2、9第十章 结论30 致谢31参考文献3232页110kV县城变电站设计 引言随着我国工业的发展，各行业对电力系统的供电可靠性和稳定性的要求日益提高。变电站是连接电力系统的中间环节，用以汇集电源、升降电压和分配电能。变电站的安全运行对电力系统至关重要，本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核。通过对原始资料的分析、主接线的选择及比较、短路电流的计算、主要电器设备的选择及校验、接线图的绘制以及防雷与接地设备的选择等步骤、最终确定了110kV变电站所需的主要电器设备、主接线图以及变电站防雷。通过本次毕业设计，达到了巩固发电厂电气部分及相关课程的理论知识，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的

3、基本方法，体验和巩固我们所学的专业基础和专业知识的水平和能力，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际问题，培养我们独立分析和解决问题的能力的目的。务求使我们更加熟悉电气主接线，短路计算以及各种电力手册及其电力专业工具书的使用，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，并在设计中增新、拓宽、提高专业知识，完善知识结构，开发创造型思维，提高专业技术水平，培养综合能力。我们要继续在电力方面深入研究学习，争取为中国的电力事业贡献我们的力量。第一章：负荷分析本次待设变电所均为10kW出线的负荷,且负荷所有出线一次上全部上完.根据任务书里给出的有功负荷和功率因数,可通过Q=Ptg(cos-1

4、)算出各线无功如下：电压(kV)负荷名称最大负荷(KW)回路数供电方式每回线长度kmCos无功Q(kVar)10震原线10001电缆1.50.875010凛苑线10001电缆1.20.856197410长舍线10001电缆1.60.875010东林印刷25002架空30.8187510彩岭化纤25002电缆1.50.851549.3610虹桥绸厂25002电缆1.10.83168010A服装厂20002电缆1.50.841291.8710B毛纺厂25002架空1.60.811809.9710C机械厂30002电缆1.30.8225010金海集团30002电缆1.50.851859.2310青江

5、宾馆25002电缆20.8187510临抗线7501电缆1.50.79582.0610东园线8001电缆0.90.78641.8310繁河线8001电缆1.20.860010庆连线7501电缆0.80.8562.510前站水厂40002架空3.20.783209.13P=30600KWQ=21905.69KVar此过程为：震原线：P1=1000KW Q1=1000tg(cos-10.8)=750kVar凛苑线：P2=1000KW Q2=1000tg(cos-10.85)=619.74kVar长舍线：P3=1000KW Q3=1000tg(cos-10.8)=750kVar东林印刷：P4=250

6、0KW Q4=2500tg(cos-10.8)=1875kVar彩岭化纤：P5=2500KW Q5=2500tg(cos-10.85)=1549.36kVar虹桥绸厂：P6=2500KW Q6=2500tg(cos-10.83)=1680kVarA服装厂：P7=2000KW Q7=2000tg(cos-10.84)=1291.87kVarB毛纺厂：P8=2500KW Q8=2500tg(cos-10.81)=1809.97kVarC机械厂：P9=3000KW Q9=3000tg(cos-10.8)=2250kVar金海集团：P10=3000KW Q10=3000tg(cos-10.85)=18

7、59.23kVar青江宾馆：P11=2500KW Q11=2500tg(cos-10.8)=1875kVar临抗线：P12=750KW Q12=750tg(cos-10.79)=582.06kVar东圆线：P13=800KW Q13=800tg(cos-10.78)=641.83kVar繁河线：P14=800KW Q14=800tg(cos-10.8)=600kVar庆连线：P15=750KW Q15=750tg(cos-10.8)=562.5kVar前站水厂：P16=4000KW Q16=4000tg(cos-10.78)=3209.13kVar因此:=1000+1000+1000+2500

8、+2500+2500+2000+2500+3000+3000+2500+750+800+800+750+4000=30600KW=750+619.74+750+1875+1549.36+1680+1291.87+1809.97+2250+1859.23+1875+582.06+641.83+600+562.5+3209.13=21905.69kVar考虑负荷同率，取0.9S=T=0.9 =33869.42KVA考虑增长，按5-8年计，（所用变太小可忽略不计算）则S= S(1+7%)8=33869.42(1+7%)8=33869.421.71818618=58193.97KVA第二章：主变的选择

9、主变的台数、容量、形式的选择直接影响到电气主接线和配电装置的布置以及系统的安全经济运行。此外，主边的选择还应根据5-8年的发展规划、馈线回路数、电压等级等因素。21主变台数：如果设置一台主变，那当主变故障或者检修时，将造成全所停电，无法保证供电可靠性，如果设置三台及以上主变，尽管满足供电可靠性，但是接线方式复杂，运行维护工作量大且成本高备用容量下降。装设两台变压器既满足了供电性又符合了投资的经济性，因此本次待设变电所选择两台主变压器。22主变容量：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。根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定变压器的容量。对于有重要负荷变压器的变电所，应考虑当

10、断开一台主变压器时，另外一台的容量应不小于65%的全部负荷，并应该保证用户的一、二级负荷。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。23主变的形式231 一般3-330kv变电系统均采用三相变压器，因为因为一台三相式较同容量的三台单相式投资小，占地少，损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。232 待设变电所只有110KV和10KV两个电压等级所以采用双绕组变压器233 由于次待设变电所工业用电占了很大一部分，用户对电压质量要求比较高，并且负荷波动比较大，而有载调压的变压器分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可在带负荷的情况下调节，能提高供电质量同时又能稳定系统电压，所以采用

11、有载调压的变压器。234 考虑到待设变电所的地理环境是在城市西北部且东面靠近居住区，所以决定采用自然冷却的方式，同时也增加变压器的散热面积以及散垫片数。235 我国电力系统绕组的接线方式只有星形和三角形两种。110KV系统一般采用“Y”接法，同时为了抑制三次谐波对电源的影响，10KV侧采用“”接法。故连接组别采用 Ynd11 236 变压器中性点经一个隔离开关接地，这样可以更灵活地控制系统的运行方式，使系统更安全的运行。 综合上述：选用型号为 SZ9-40000/110 的主变压器，它的技术参数如下： 型号额定容量(kVA)额定电压(kV)空载电流 (%)空载损耗(kW)负载损耗(kW)阻抗电

12、压(%)连接 方式高压低压SZ94000011081.25%10.51.050.517412.5YNd11第三章：线路及变压器回路的计算31： 10KV出线 IFmax=1. 震原线：IFmax=75.78A2. 凛苑线：IFmax=71.32A3. 长舍线：IFmax=75.78A4. 东林印刷：IFmax=189.44A5. 彩岭化纤：IFmax=178.52A6. 虹桥绸厂：IFmax=182.6A7. A服装厂：IFmax=144.34A8. B毛纺厂：IFmax=187.1A9. C机械厂：IFmax=227.33A10. 金海集团：IFmax=213.97A11. 青江宾馆：IFm

13、ax=189.44A12. 临抗线：IFmax=57.55A13. 东圆线：IFmax=62.18A14. 繁河线：IFmax=60.62A15. 庆连线：IFmax=56.83A16. 前站水厂：IFmax=310.88A32：10KV主变进线:IFmax=2424.87A3 3：10KV进线（考虑一线供两变）:IFmax=2=2440.89A第四章：系统电压等级中性点运行方式选择目前，我国电力系统中性点的接地方式可分为两大类：一类是有效接地系统，即中性点直接接地系统，包括中性点直接接地和中性点经小电抗接地系统；另一类是中性点非有效接地系统，即小电流接地系统，包括有中性点不接地、中性点经消弧

14、线圈接地以及中性点经电阻接地系统。中性点在不同的系统电压中通常有以下的运行方式：550KV、220KV、110KV系统中性点直接接地，35KV系统中性点经消弧线圈接地，10KV系统中性点不接地或经消弧线圈、电阻、电抗接地。41：110KV侧：变压器中性点不接地系统发生单相接地故障，相间电压不变，仍然对称，系统可继续运行2小时，因此供电可靠性较高。但非故障相电压升高倍，由于非故障相电压升高为线电压，就要求系统中的各种电气设备的绝缘必须按线电压设计。但在电压等级较高的系统中，绝缘费用比较高，降低绝缘水平带来的经济效益比较显著，因此一般不采用中性点不接地方式。因此110KV及以上电网广泛采用中性点直

15、接接地。中性点直接接地方式是将变压器的中性点直接于大地相连，强迫中性点保持地电位，正常运行时，中性点无电流流过，单相接地构成短路时，各相电压不对称，为了防止大的短路电流损坏设备必须快速切断故障，提高供电可靠性，可采用自动重合闸装置。中性点直接接地系统对线路的绝缘水平要求较低，可按相电压设计绝缘，能降低绝缘造价，经济效益明显。4 2：10KV侧：3-10KV系统发生发生单相接地故障时，接地点处的接地电流为一容性电流，其值为正常时一相电容电流的3倍。若接地电流不大，则接地点处的电弧通常可以自行熄灭。系统的运行经验表明，10KV及以下电力网的接地电流不超过30A时，接地电弧通常自行熄灭；当10KV电

16、网接地电流超过30A可能在接地点处产生间歇性电弧或稳定燃烧的电弧。在间歇性电弧的作用下，网络中的电感和电容可能产生震荡，造成电弧过电压、甚至多点接地故障。在待设的变电所10KV出线有24回，其电缆长度和架空线长度总和不小，因此当发生接地故障时，其电容电流会很大，故中性点采用经消弧线圈的运行方式。 综上所述：110KV侧系统采用中性点直接接地系统 10KV侧系统采用中性点经消弧线圈接地第五章：电气主接线的选择电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和系统经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置

17、布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，选择电气主接线必须满足以下基本要求：一、必须保证供电的安全可靠性。二、应具有一定的灵活性。三、操作尽可能简单、方便。四、经济上应合理。(一)110KV电气主接线：当仅有两台变压器和两条线路时，采用桥形接线。方案一：内桥接线（1）优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。（2）缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时投运。桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。出线断路器检修时，线路需较长期停运。（3）适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长、故障率较高的情况。方案二：外桥接线（1）优

18、点：同内桥接线。（2）缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。变压器侧断路器检修时，变压器需较长时期停运。（3）适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短、故障率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，也宜采外桥形接线。此次设计，因待建变电所主供城市负荷，对供电可靠率要求较高，且变电所两条进线长度分别为40KM与30KM，变电所的两台变压器不需要经常切换操作，故采用方案一：内桥接线。（二）kV电气主接线：对于有多回引出线的变电所，电压为660kV侧的母线，可采用单母线、单母分段及双母线等形式的接线

19、。方案一：单母线接线。（1）优点：接线简单清晰、设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。（2）缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电。（3）适用范围，一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：610KV配电装置的出线回路数不超过5回。3563KV配电装置的出线回路数不超过3回。110220KV配电装置的出线回路数不超过2回。方案二：单母线分段接线。（1）优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个

20、回路有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电（2）缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。（3）适用范围：610KV配电装置的出线回路数为6回及以上时。3563KV配电装置的出线回路数为48回时。110220KV配电装置的出线回路数为34回时。方案三：双母线接线。（1）优点：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致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停

21、该回路。调度灵活:各个电源和各回路负荷可以任意分配到一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建方便：向双母线的左右任一方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电，当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同母线段时,不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路断开，单独接至一组母线上。（2）缺点：增加一组母线,使每回路就需要增加一组隔离开关(母线)。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器，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器之间装设连锁装置。（3）适用范围。当出线回路数

22、或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电，母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度时对接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下：610KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时。3563KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时。110220KV配电装置出线回路数为5回及以上时；或当110220配电装置，在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上时。此次设计，出线回路数较多，有不少双回路供电重要用户，故不采用单母线接线。双母线的设备较多，配电装置布置复杂，投资和占地面积增大，因本次设计的变电所为城市变，用地较

23、为紧张，故不采用双母线接线。而单母线分段接线，较单母线接线提高了供电可靠性和灵活性，又比双母线接线节约投贸和占地面积，故采用此方案。综上所述，本次设计电气主接线选择如下：（1）110KV：选用内桥接线。（2）10KV：选用单母分段接线。第六章：短路电流计算短路是电力系统非常普遍的现象。在发生短路的时候，由于电源供电回路的阻抗减小以及短路瞬间的暂态过程，使短路回路电流激烈增加，可达额定电流的数十乃至数百倍。而短路造成的危害包括以下几方面：（1） 短路故障会使短路点附近支路的电流迅速增大。（2） 短路鼓掌会使系统电压大幅度下降。（3） 短路鼓掌会破坏系统的稳定运行。（4） 不对称短路会影响高压线路

24、附近的通信。因此我们要进行短路计算再根据其值采取减小短路电流的措施以避免短路电流过大带来的严重后果。短路电流计算的目的主要是为了解决以下的问题：电气设备的选择、继电保护的设计和整定、接线方式的比较和选择。（一）原来的计算电路图如下： 220kV110kV220kV110kV1234718d2d1S=S=65 （二）等值电路图如下：S=S=1d1d2（三）等值电路图的简化如下：d2d1d2d1（四）参数计算 （以下均为标幺值）设变压器：=0.07=0.07线路：=0.06064=0.067变压器：=0.2625=(/)+=0.07/2+0.061=0.096=(/)+=0.07/2+0.067=

25、0.102=(/)=0.262/2=0.131=(/)=0.096/0.102=0.049=+=0.131+0.049=0.18（五）短路电流计算 110kV侧短路电流为：*=10.4559=0.50210.4559=5.25kA 10kV侧短路电流为：*=2.7922=5.52.7922=15.36kA10kV侧短路电流小于16kA 因限制短路电流的需要本变电所应采用全分裂或一线带两变的运行方式。其冲击电流为： =2.555.25=13.39kV =2.5515.36=39.17kV第七章：电气设备的选择电气设备是系统正常运行的重要组成部分。尤其在系统发生短路时，设备更要经受短路电流，可靠地

26、运行。为了保证系统安全、经济、可靠地运行，正确合理地选择电气设备尤为重要。各种电气设备的选择要按最大负荷电流来选择型号，按最大短路电流来来校验；也可按照设备的特点要求来满足特殊条件。根据前面的短路计算，得到以下的结果：电压短路电流(kA)冲击电流 （kA）热效应(4s)负荷电流(A)110KV10.2426.11419.43440.8910KV30557747369152424.8771：110KV侧711：110KV各电气元件相互联结用的软导线（1）主变出口软导线的选择： 按最大负荷电流选择：Imax =293.92 A查导体载流量选LGJ-240/30 70时载流量为655A热稳定校验：

27、短路时间为： tk= 短路电流产生的热效应： = =84.34 导体正常工作时温度为： =49 查得： C=95热稳定允许的最小截面积为： / 95 =96.67 mm2（2）断路器的选择由于本变电所为室内布置，最热月平均最高温度为35，实际环境温度则电器设备的温度修正系数进线回路考虑一线带两变的运行方式 则有 A短路时间为： tk= 短路电流产生的热效应： = =84.34 断路器ZF5T组合电器组SF6断路器计算值项目单位参数项目数值额定电压UNkV126系统电压Us110额定电流INA1250最大工作电流Imax419.89额定开断电流INbrkA31.5短路电流5.25额定关合电流iN

28、clkA80冲击电流ish13.39热稳定热效应84.34动稳定电流ishkA80冲击电流ish13.39所选断路器校验合格隔离开关ZF5T组合电器组件计算值项目单位参数项目数值额定电压UNkV126系统电压Us110额定电流INA1250最大工作电流Imax419.89热稳定热效应84.34动稳定电流ishkA80冲击电流ish13.39所选隔离开关校验合格电流互感器ZF5T组合电器组件 2300/5A计算值项目单位参数项目数值额定电压UNkV126系统电压Us110一次侧额定电流INA600最大工作电流Imax419.89热稳定热效应84.34动稳定电流ishkA80冲击电流ish13.3

29、9所选电流互感器校验合格电压互感器 额定电压:126kV 变比为：桥回路考虑单台主变过负荷运行则有 A 短路时间为： tk= 短路电流产生的热效应： = =84.34 断路器ZF5T组合电器组件SF6断路器计算值项目单位参数项目数值额定电压UNkV126系统电压Us110额定电流INA1250最大工作电流Imax293.92额定开断电流INbrkA31.5短路电流5.25额定关合电流iNclkA80冲击电流ish13.39热稳定热效应84.34动稳定电流ishkA80冲击电流ish13.39所选断路器校验合格隔离开关ZF5T组合电器组件计算值项目单位参数项目数值额定电压UNkV126系统电压U

30、s110额定电流INA1250最大工作电流Imax293.92热稳定热效应84.34动稳定电流ishkA80冲击电流ish13.39所选隔离开关校验合格电流互感器ZF5T组合电器组件 400/5A计算值项目单位参数项目数值额定电压UNkV126系统电压Us110一次侧额定电流INA400最大工作电流Imax293.92热稳定热效应84.34动稳定电流ishkA80冲击电流ish13.39所选电流互感器校验合格主变高压套管CT 电流互感器LRB-110 400/5A计算值项目单位参数项目数值额定电压UNkV126系统电压Us110一次侧额定电流INA400最大工作电流Imax293.92热稳定热

31、效应84.34动稳定电流ishkA80冲击电流ish13.39所选电流互感器校验合格7.2 10kV侧设备选择 （1）10kV母线及主变引出线的选择 按最大工作电流选择 A查矩形导体长期允许载流量表 选用两条120mm10mm（=2400mm2）矩形铜导体，竖放时其载流量 A 当时允许电流为： A3233.16 A满足长期允许发热条件热稳定校验： 正常运行最高温度为：68查得C=171共振校验：取=3.56 选取 则动稳定校验：冲击电流ish=39.17kA相间应力 N/m Pa由 查矩形导体截面形状系数曲线得 N/m m即每跨内满足动稳定所必须的最少衬垫数为1个。实际衬垫跨距为 1/1=1

32、m 临界夸距为：满足 （2）10kV各开关柜的选择 10kV采用KYN28系列中置开关柜 27 1）主变出口开关柜 KYN28-12/27（G） A 短路时间为： tk= 短路电流产生的热效应： = =957.87 接地闸刀 JN15-12 断路器VD4-12计算值项目单位参数项目数值额定电压UNkV12系统电压Us10额定电流INA4000最大工作电流Imax3233.16额定开断电流INbrkA25短路电流15.36额定关合电流iNclkA80冲击电流ish39.17热稳定热效应957.87动稳定电流ishkA80冲击电流ish39.17所选断路器校验合格电流互感器LZZBJ9-12 40

33、00/5A计算值项目单位参数项目数值额定电压UNkV126系统电压Us110一次侧额定电流INA4000最大工作电流Imax3233.16热稳定热效应957.87动稳定电流ishkA80冲击电流ish39.17所选电流互感器校验合格 2） 母分柜KYN28-12/07 KYN28-12/55 A 07 55 短路时间为： tk= 短路电流产生的热效应： = = 957.87 断路器VD4-12计算值项目单位参数项目额定电压UNkV12系统电压Us10额定电流INA3150最大工作电流Imax2424.87额定开断电流INbrkA25短路电流15.36额定关合电流iNclkA80冲击电流ish3

34、9.17热稳定热效应957.87动稳定电流ishkA80冲击电流ish39.17所选断路器校验合格电流互感器LZZBJ9-12 2500/5A计算值项目单位参数项目额定电压UNkV12系统电压Us10一次侧额定电流INA2500最大工作电流Imax2424.87热稳定热效应957.87动稳定电流ishkA80冲击电流ish39.17所选电流互感器校验合格3）出线柜 KYN28-12/02 02 A短路时间为： tk= 短路电流产生的热效应： = = 957.87 接地闸刀 JN15-12 断路器VD4计算值项目单位参数项目额定电压UNkV12系统电压Us10额定电流INA1250最大工作电流I

35、max296.08额定开断电流INbrkA25短路电流15.36额定关合电流iNclkA80冲击电流ish3617热稳定热效应957.87动稳定电流ishkA80冲击电流ish39.17 所选断路器校验合格电流互感器LZZBJ9-12 300/5A计算值项目单位参数项目额定电压UNkV12系统电压Us10一次侧额定电流INA300最大工作电流Imax296.08热稳定热效应957.87动稳定电流ishkA80冲击电流ish39.17所选电流互感器校验合格零序电流互感器LZZBJ9-12 300/5A计算值项目单位参数项目额定电压UNkV12系统电压Us10一次侧额定电流INA300最大工作电流

36、Imax296.08热稳定热效应957.87动稳定电流ishkA80冲击电流ish39.17所选电流互感器校验合格4） 接地变压器及电容器开关柜 KYN28-12/05 05 A短路时间为： tk= 短路电流产生的热效应： = = 957.87 接地闸刀 JN15-12断路器VD4计算值项目单位参数项目额定电压UNkV12系统电压Us10额定电流INA630最大工作电流Imax138.56额定开断电流INbrkA25短路电流15.36额定关合电流iNclkA80冲击电流ish3617热稳定热效应957.87动稳定电流ishkA80冲击电流ish39.17所选断路器校验合格电流互感器LZZBJ9-12 150/5A计算值项目单位参数项目额定