110kV降压变电所设计.docx

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1、键入文字毕 业 设 计(论文) 题 目 降压变电站电气一次系统设计系 别电力工程系专业班级农电15k1班学生姓名 史鲁鲁指导教师 牛胜锁二一九年六月II华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）摘 要由于经济的快速发展，用户用电量不断增加，用户对电能质量的要求也更加严格，电力压力的不断增大，因为变电站的功能是接受、输送、分配电能，它是电力系统的关键枢纽。所以，能否安全运行对整个电网有着重要的影响，因此我们对变电站设计不能忽视。 对于本次设计，是一座担负着50%一二级负荷的110kV降压变电所，经过电气主接线，变压器，短路计算，电气设备等一系列的选择与设计，完成本站的电气一次系统设计。 关键词：

2、变电站；电气主接线；变压器；短路计算；电气设备；配电装置；防雷；接地网AbstractWith the fast development of economy, the electricity consumption is increasing day by day, the stricter requirement of power quality and the increasing power pressure, the function of substation is to receive, transmit and distribute electric energy, and i

3、t is the key hub of power system. As a consequence, the transformer station running safely of the entire power grid has a significant influence, and so we cannot give too little care to the substation design.For my subject design, it is a 110kV step-down substation, this substation has 50% 1st and 2

4、nd category load. Through the selection and design of electrical main wiring, transformer, short circuit calculation, electrical equipment, distribution device ，and so on, the primary electrical system design of this station is completed.Keywords：Transformer station; Main electrical connection; Tran

5、sformer; Short circuit calculation; Electrical Equipment; Power distribution unit; Anti-thunder; Grounding grid;目录摘 要IABSTRACTII绪论51原始数据及电气主接线选择61.1原始数据61.2电气主接线选择原则61.3主接线接线形式71.4主接线方案的比较选择82主变压器的选择122.1 概述122.2主变压器台数的选择122.3变压器容量的确定122.4变压器容量比132.5最终选择的主变参数133短路电流计算143.1短路计算的目的及假设143.2短路电流计算的步骤143

6、.3 短路电流计算144 电气设备的选择194.1概述194.2 电气设备选择的条件194.4 电气设备选择的校验204.5 断路器的选择214.6 隔离开关选择244.7 电流互感器的选择254.8 电压互感器的选择274.9 导线的选择294.10 支持绝缘子及穿墙套管325电气总平面布置及配电装置的选择345.1 概述345.2 配电装置的选择346防雷设计规划386.1 防雷保护概述386.2 避雷器的选择386.3 避雷针的选择406.4 保护全面积的校验427接地网的设计427.1 接地体选择427.2 接地网计算42参考文献44致谢44绪论电能作为推动经济发展的基础能源，它关系着

7、国家经济安全，也关系着人民生活和社会稳定。倘若没有电力工业的全力支持经将会影响到社会经济和社会发展，它是重要的基础能源工业。在现代科技发展中，电力工业是我国工业中最特殊的一种工业，电能的生产与输送是同时进行的，时间上不能任何差错，电能关系着我们每一个人的生活工作与学习。因此，为了更好的满足用户的电能需求，我们必须保证电力系统的安全可靠运行。其中变电所的重要性也就不言而喻了，为保证能够远距离大容量送电，发电厂发出的电能必须要经过变压器层层升压，然后到了用户侧要经过多次降压才能给用户使用。因此，变电所的安全可靠的运行是至关重要的。 1原始数据及电气主接线选择1.1原始数据1变电站类型：110/35

8、/10 kV地方变电所；2具体负荷情况如表1-1：表1-1负荷侧最大负荷（Pmax）最小负荷(Pmin)Tmax功率因数（cos）出线回数35kV侧31MW23MW5400h0.905回10kV侧33MW21MW4800h0.8513回4. 系统情况：110kV侧双回线进线，导线型号为LGJ-185/30km，110kV侧要求常调压， XS*=0.23(SB=100MVA，UB=Uav)；5. 具体环境条件如表1-2：表1-2最高温度最低温度年平均温度土壤电阻率（m）当地雷暴日(日/年)40252030%2）10kV侧：S3N=330.85=38.823MVAS3NSN=38.823250=3

9、8.823%30%那么，容量比为100/100/100。2.5最终选择的主变参数表2-1变压器型号SFSL1-50000kVA/110额定容量（kVA）50000kVA容量比100/100/100额定电压（kV）高压中压低压121kV38.5kV11kV联结组编号Yo/Yo/-12-11空载损耗Po（kW）53.2kW短路损耗PK（kW）高中（Pk(1-2)）高低（Pk(1-3)）中低（Pk(2-3)）350kW300kW255kW空载电流Io%0.8阻抗电压UK%高中高低中低17.510.56.53短路电流计算3.1短路计算的目的及假设具体如下表3-1表3-1短路电流计算的目的短路计算基本假

10、设1）校验所选电气主接线是否需要采取限流措施。2）为了选择和校验电气设备，保证电气设备能够安全有效合理地工作。3）通过短路电流进行继电保护设备的整定和灵敏度的校验等。4）为配电装置和接地装置的设计做基础。1）所有电源的电动势相位角相同；2）正常工作时，三相系统对称运行；3）电力系统中各元件都视为线性元件4）只考虑元件的感抗；5）由于短路电流远远大于负荷电流，因此不考虑负荷电流的影响；6）系统短路时过渡电阻为零。确定基准容量，计算主要元件电抗标幺值3.2短路电流计算的步骤确定短路点画等值网络图并进行简化求电源点到短路点的等值电抗X求三相短路电流和短路容量3.3 短路电流计算（1）基准值SB=10

11、0MVA UB1=Uav1=115kV IB1=SB3Uav1=100MVA3115kV=0.502kAUB2=Uav2=37kV IB2=SB3Uav2=100MVA337kV=1.56kAUB3=Uav3=10.5kV IB3=SB3Uav3=100MVA310.5kV=5.499kA（2）各元件电抗标幺值表3-2主变压器型号及参数变压器型号额定容量（kVA）额定电压（kV）损耗（kW）阻抗电压（%）空载电流（%）高压中压低压短路空载高中高低中低高中高低中低SFSL1-5000050000/50000/5000012138.51135030025553.217.510.56.50.81）系

12、统电抗标幺值XS*=0.23。2）线路电抗标幺值110kV侧2回架空线为LGJ-185，长度为30km，查表得电抗为0.4/km，则XL*=XoLSBUB12=0.4301001152=0.0913）变压器电抗标幺值Uk1%=12(Uk1-2%+Uk1-3%-Uk2-3%)=12(17.5+10.5-6.5)=10.75Uk2%=12(Uk1-2%+Uk2-3%-Uk1-3%)=12(17.5+6.5-10.5)=6.75Uk3%=12Uk2-3%+Uk1-3%-Uk1-2%=126.5+10.5-17.5=-0.25XT1*=Uk1%SB100STN=10.7510010050=0.215X

13、T2*=Uk2%SB100STN=6.7510010050=0.135XT3*=Uk3%SB100STN=-0.2510010050=-0.0050（3）等值网络等值电路如图3-1图3-1（4）短路计算1） K-1点短路等值网络：图3-2总阻抗标幺值：X(K-1)*=XS*+XL*XL*=0.23+0.0910.091=0.275三相短路电流周期分量有效值：IK-1(3)=IB1/XK-1*=0.502kA/0.275=1.825kA其他三相短路电流：IK-1(3)=IK-1(3)=IK-1(3)=1.825kAish(3)=2.55IK-1(3)=2.551.825kA=4.655kAIsh

14、(3)=1.51IK-1(3)=1.511.825kA=2.756kA三相短路容量： SK-1(3)=SB/XK-1*=100/0.275=363.636MVA2）K-2点短路：图3-3X(K-2)*=XS*+XL*XL*+(XT1*+XT2*)(XT1*+XT2*)=0.23+0.0912+(0.215+0.135)2=0.451IK-2(3)=IB2/XK-2*=1.650kA/0.451=3.659kAIK-2(3)=IK-2(3)=IK-2(3)=3.659kAish(3)=2.55IK-2(3)=2.553.659kA=9.329kAIsh(3)=1.51IK-2(3)=1.513.

15、659kA=5.524kASK-2(3)=SB/XK-2*=100/0.451=221.729MVA3）K-3点短路：图3-4X(K-3)*=XS*+XL*XL*+(XT1*+XT3*)(XT1*+XT3*)=0.23+0.0910.091+(0.215+0)2=0.383IK-3(3)=IB3/XK-3*=5.499kA/0.383=14.358kAIK-3(3)=IK-3(3)=IK-3(3)=14.385kAish(3)=2.55IK-3(3)=2.5514.358kA=36.612kAIsh(3)=1.51IK-3(3)=1.5114.358kA=21.680kASK-3(3)=SB/

16、X(K-3)*=100/0.383=261.096MVA综上，短路计算结果如表3-2：表3-2短路计算结果表 项目 短路点三相短路电流周期分量有效值IK(3)（kA）次暂态短路电流有名值IK(3)（kA）冲击电流ish(3)（kA）全电流最大有效值Ish(3)（kA）短路容量SK(3)（MVA）110kV1.8251.8254.6552.756363.63635kV3.6593.6599.3295.524221.72910kV14.35814.35836.61221.680261.0964 电气设备的选择4.1概述简而言之，所谓的电力系统就是各种电力设备的组合体，但是组合也不能是简单的无厘头的

17、组合，而是要按照不同的需要不同的条件不同的作用将设备组装起来，所以说电力设备选择的是否合理将影响到电力系统能否安全运行，能否可靠的给用户提供电能。具体选择时，要结合实际环境，在满足安全可靠的同时，尽量采用经济优质的电气设备。具体选择校验依据如下表4-1表4-1选择电气设备时应校验的项目电器设备名称电压（KV）电流（A）断流能力（KA）短路电流校验动稳定度热稳定度高压熔断器高压隔离开关高压负荷开关高压断路器电流互感器电压互感器高压电容母线电缆支柱瓷瓶套管瓷瓶选择条件设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压设备额定电流应不小于通过设备的计算电流设备的最大开断电流（或功率）应不小于它可能开断的最大电

18、流（或功率）按三相冲击电流校验按三相短路稳态电流和发热假想时间校验4.2 电气设备选择的条件以以往的经验来说，在选择设备时首先按照额定的情况也就是正常的运行情况初步选择一个比较合适的导体或者电器，然后前面计算出来的短路结果就要发挥它的作用，我们要通过短路计算结果去校验我们最初选择的导体或者电器，还没有结束，最后我们要根据具体使用环境校核一下是否合适。额定电压所选设备所在回路的电压不可以比所选的设备的额定电压高，公式表达也就是：UNUNS额定电流Ial=KINImaxIN额定环境条件下，电气设备长期允许电流；Ial当设备所处环境不同于额定环境时，需要通过温度修正系数K来修正；Imax电气设备所在

19、回路的最大持续工作电流。其中的K，对不同的电气设备其值是不同的，裸导体和电缆的K值计算公式只有一个：K=al-al-25；而电器的K值计算方法是要分情况的，当4060时，K=1-(-40)0.018当040时，K=1-(40-)0.005当0时，K=1.2；实际环境温度，按表取值；al裸导体或电缆芯正常情况下允许的最高温度，。经验来说裸导体的al通常是70；电缆芯的al大概在5090这个范围内，电缆的结构不同可能会影响到电缆散热的速度，散热速度越快其值就会越高，散热速度越慢其值就会越低。环境条件除以上几项内容要考虑外，我们还要考虑其他环境因素可能会对电气设备带来的影响，比如说覆冰或者风速对一些

20、室外的电气设备的机械性能的影响，还有海拔的高度会对绝缘性能带来的影响，如果说我们所用的设备已经在这种特殊的环境下不能满足，我们应当向制造商说明情况，方便制造商在制造的时候采取应对措施，特别的如果海拔高度已经超过一千米，我们在选设备的时候直接选用高一级的绝缘等级或者选用专门用于高海拔地区的产品就可以了。4.4 电气设备选择的校验 我们在进行热稳定性校验时，要通过考虑最大的短路电流产生发热效应，因为所选的设备既然能够承担的了最大的短路电流所产生的热量，那么它就一定可以扛得住其他的短路电流所产生的热能，一般情况下，三相短路电流是所有短路电流中最大的，所在进行热稳定校验的时候通常会采用它。热稳定校验当

21、短路电流流过设备时，在设备上产生的热量不能超过设备允许的那个值，即 QKIt2t (4-1)QK=I2tdz (4-2)tdz=tz+0.05 (4-3)=IIQK短路电流产生的热效应；Itt秒内允许通过的热稳定电流；tz短路电流周期分量等值时间；tdz短路电流发热等值时间（或称假想时间）。动稳定校验当电流流过导体的时候，导体之间由于电磁感应的原因会有很大的电动力产生，这个力可能会将绝缘瓷瓶击碎，还可能使支柱绝缘子或者设备本身变形，然而冲击短路电流流过设备时产生的电动力是最大的，那么就采用冲击短路电流校验，即 IshIes (4-4)Ish三相短路电流冲击电流的幅值；Ies电器允许通过的极限通

22、过电流峰值。值得注意的是，也并不是所有的设备选择的时候都要进行动、热稳定校验，像有的设备是采用熔断器保护的，因为一旦温度过高达到熔断器的熔断值短路电流就会随着熔断器的断开而快速消失，所以这种设备也就没必要进行热稳定校验了，总而言之，要具体情况具体分析。4.5 断路器的选择因为断路器使用的时候会有的时候需要装设到房子里面，有时候需要装设在房间外面，就此看来断路器就会有室内和室外两种类型，当然如果考虑到它采用不同的灭弧方式也会有不同的断路器类型，就像油断路器或者六氟化硫断路器等。断路器最杰出的一个特点就是，它可以轻松开关在它负荷以内任何电流，比如，短路的时候产生的电流或过载的时候产生的电流等等，当

23、然能做到这一点是因为它装设着特殊的灭弧设施。就本设计来说，各电压等级推荐使用断路器型号如表4-2.表4-2 电压等级断路器型号110kVSW-110、KW-110、LW-110系列；35kVDW-35、SN10-35、SW2-35、ZN-35、LN-35、LW-35系列；10kVSN10-10、ZN-10、LN-10系列、SN4-10G。 电压：UNUNS（电网工作电压） 电流：INImax（所在回路最大持续工作电流）表4-3回路最大持续工作电流计算表回路名称计算公式出线回路Imax=Pmax3UNcos变压器回路Imax=1.05SN3UN其中SN为变压器各侧绕组容量母线联络回路Imax为该

24、母线上最大一台发电机或一组变压器的持续工作电流1. 110kV侧对于这次的设计，高压侧要安装的断路器位置是在变压器回路，那么从上表4-3可知，变压器回路的Imax，通常在变压器允许正常或事故过负荷的情况下，按1.05倍变压器额定电压计算，必要有的时候在必要的情况下要按1.32.0倍算。Imax=1.05SN3UN=1.05500003110=275.55A Imax一般为该母线上最大一台发电机或变压器的持续工作电流。依据断路器所在回路的电压电流以及它需要装设在室外等条件，我们初选了SW6-110型号的断路器。 表4-3 SW6-110断路器参数断路器型号额定电压最高工作电压额定电流额定开断电流

25、动稳定电流峰值热稳定电流SW6-110110kV126kV1200A31.5kA80kA31.5kA（4S）额定电压：UNS=110kVUN=110kV额定电流： Imax=275.55AIN=1200A断开电流： IK-1(3)=1.825KAINbr=31.5kA满足要求。热稳定校验：tdz=tz+0.05=tz+0.05II=3.4+0.051.8251.825=3.45S 短路电流热效应： QK=I2tdz=1.82523.45=11.49KA2SQKIt2t=31.524=3969KA2S满足热稳定；动稳定校验：ies=80kAish=4.655kA满足动稳定校验。2.35kV侧那么

26、该侧的最大持续的工作电流：Imax=Pmax3UNcos=310003350.9=568.19A同理，该侧初选SW2-35。 表4-4 SW2-35型断路器参数断路器型号额定电压额定电流额定断开电流动稳定电流峰值热稳定电流SW2-3535kV600A6.6kA17kA6.6kA（4S）额定电压：UNS=35kVUN=35kV额定电流：Imax=568.19AIN=600A额定断开电流：IK-2(3)=3.659KAINbr=6.6kA满足要求。 热稳定校验：tdz=tz+0.05=tz+0.05II=3.4+0.053.6593.659=3.45S 短路电流热效应：QK=I2tdz=3.659

27、23.45=46.19KA2SQKIt2t=6.624=174.24KA2S满足热稳定；动稳定校验：ies=17kAish=9.329kA满足动稳定。310kV侧该侧的最大持续工作电流：Imax=Pmax3UNcos=330003100.85=2241.48A同理，初步选择SN10-10。表4-5 SN10-10型断路器参数断路器型号额定电压最高工作电压额定电流额定开断电流动稳定电流峰值热稳定电流SN10-1010kV11.5 kV3000A40kA125kA40kA（4S）额定电压：UNS=10kVUN=10kV额定电压:Imax=2241.48AIN=3000A额定断开电流：IK-3(3)

28、=14.358KAINbr=40kA满足要求。 热稳定校验：tdz=tz+0.05=tz+0.05II=3.4+0.0514.35814.358=3.45S 短路电流热效应：QK=I2tdz=14.35823.45=711.225KA2SQKIt2t=4024=6400KA2S满足热稳定校验；动稳定校验：ies=125kAish=36.612kA满足动稳定校验。4.6 隔离开关选择与断路器不同的是，隔离开关没有灭弧的能力，在这就意味着我们在操作的时候不能带负荷拉刀闸，如果要操作尽可能地要搭配着断路器来使用。1.110kV侧与断路器类似，初选GW4-110表4-6 GW4-110型隔离开关参数型

29、号额定电压额定电流动稳定电流热稳定电流GW4-110110kV630 A50kA14kA（4S）额定电压：UNS=110kVUN=110kV Imax=275.55AIN=630A热稳定校验：tdz=tz+0.05=tz+0.05II=3.4+0.051.8251.825=3.45S 短路电流热效应：QK=I2tdz=11.49KA2SQKIt2t=2024=1600KA2S满足热稳定。动稳定校验：ies=50kAish=4.655kA满足动稳定。2 35kV侧同理，该侧初选GW4-35表4-7 GW4-35型隔离开关参数型号额定电压额定电流动稳定电流热稳定电流GW4-3535kV1000 A

30、80kA23.7kA（4S）额定电压：UNS=35kVUN=35kV额定电流：Imax=568.19AIN=1000A热稳定校验：tdz=tz+0.05=tz+0.05II=3.4+0.053.6593.659=3.45S 短路电流热效应：QK=I2tdz=46.19KA2SQKIt2t=23.724=2246.76KA2S满足热稳定；动稳定校验：ies=80kAish=9.329kA满足动稳定校验3.10kV侧同理，初选GN2-10表4-8 GN2-10型隔离开关参数型号额定电压额定电流动稳定电流热稳定电流GN2-1010kV3000 A100kA70kA（5S）额定电压：UNS=10kVU

31、N=10kV额定电流：Imax=2241.48AIN=3000A热稳定校验：tdz=tz+0.05=tz+0.05II=4.4+0.0514.35814.358=4.45S QK=I2tdz=14.35824.45=917.38KA2SQKIt2t=7025=24500KA2S满足热稳定校验动稳定校验：ies=100kAish=36.612kA满足动稳定校验互感器不仅有使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘的功能，还可以扩大仪表和继电器的使用范围，也可以使测量仪表和继电器小型化标准化等。4.7 电流互感器的选择1 电流互感器的选择配置条件电流互感器推荐使用型式如表4-9表4-9环境推荐型号610kV屋内配电装置和高压开关柜LA、LDZ、LFZ型35kV及以上配电装置油浸瓷箱式的独立式电流互感器，如LCW系列准确等级：根据与CT二次回路连接的仪表类型及其对精度等级的要求，并以对准确等级要求最高的表计来选择的原则来确定