毕业设计(论文)-某110kV变电站电气一次部分设计

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目录

1前言 (1)

2变电站的原始资料 (3)

2.1变电站的规模 (3)

2.2系统情况 (3)

2.3负荷数据 (4)

2.3.1 35kV侧负荷（kW） (4)

2.3.2 10kV侧负荷（kW） (4)

2.4变电站所在地区温度 (4)

3电气主接线的选择 (5)

3.2电气主接线设计的基本要求 (5)

3.1电气主接线设计的原则 (5)

3.2 主接线的基本形式和特点 (6)

3.3主接线方案的选择 (6)

3.3.1 110kV侧电气主接线 (6)

3.3.2 35kV侧电气主接线 (7)

3.3.3 10kV侧电气主接线 (8)

4负荷计算和主变压器选择 (9)

4.1负荷计算 (9)

4.1.1 35kV侧负荷计算 (9)

4.1.2 10kV侧负荷计算 (9)

4.2 主变压器的选择 (9)

4.2.1主变压器选择原则 (10)

4.2.2主变压器容量的选择 (10)

4.2.3主变压器型式的选择 (11)

4.3站用变压器的选择 (11)

4.3.1站用变压器的台数确定 (11)

4.3.2站用变压器的容量确定 (11)

4.3.3站用变压器的型号确定 (11)

5变电站短路电流计算 (13)

5.1短路故障发生的原因 (13)

5.2短路故障的危害 (13)

5.3短路电流计算规定 (13)

5.4短路电流计算步骤 (14)

6主要电气设备的选择 (15)

6.1高压断路器的选择 (15)

6.1.1高压断路器选择的条件 (15)

6.1.2高压断路器的选择和校验 (15)

6.2隔离开关的选择 (17)

6.2.1隔离开关选择的条件和要求 (17)

6.2.2隔离开关的选择和校验 (17)

6.3互感器选择 (18)

6.3.1电流互感器的选择条件和要求 (18)

6.3.2电流互感器的选择和校验 (19)

6.3.2电压互感器的选择 (20)

6.4母线的选择 (20)

6.5电力电缆的选择 (22)

6.5.1电力电缆的选择 (22)

6.6避雷器的选择 (23)

6.7无功补偿装置 (24)

6.7.1补偿装置的容量选择 (24)

7高压配电装置 (26)

7.1配电装置的基本要求 (26)

7.2配电装置的选择与设计 (26)

7.2.1 110kV配电装置选择与设计 (26)

7.2.2 35kV配电装置选择与设计 (26)

7.2.3 10kV配电装置选择与设计 (27)

8过电压保护 (28)

9接地网设计 (29)

10结论 (30)

11总结与体会 (31)

12谢辞 (32)

13参考文献 (33)

附录1 短路电流计算书 (34)

附录2 外文文献翻译 (40)

附录3 电气主接线图 (51)

附录4 配电装置图 (51)

1前言

随着我国经济社会的迅速发展，用电量需求不断增加，电力负荷缺口逐渐扩大，对电力系统的安全运行以及国民经济的健康有序的发展构成了威胁。因此，国家不仅加大发电装机容量的投入，也积极支持电网配电设备的建设。与此同时，随着城市化的快速推进，为了解决城市用电负荷问题，越来越多的无人值班的室内变电站应运而生，显示出旺盛的生命力和优越性。在寸土寸金的城市土地上，合理的投资和建设一个变电站不但要考虑到其基本功能，并且要与周围的环境相适应，尽量减少对周围城市居民的正常生活的干扰，还得要进一步考虑其扩建的可能性。

变电站在电力系统中承担的角色十分重要，因而必须得有极高的可靠性，安全性。进入新世纪，特别是近几年来，我国电力设备生产行业的技术和产品有了较大的提升，各种型号的设备产品达到国际先进水平，关键技术与国际间距离拉近，这样，合格安全的电力设备就保证了变电站的可靠运行。电力是个投入资金十分巨大，考察建设工期较长的行业，我国技术水平出色的电气设备对电网投资成本的降低，节约占地，节省人力，保证系统稳定起了很重要的作用。

现在城市的迅速发展，城市用地面积的紧张,这对城市内的变电站的规划和设计、电气设备先进水平提出了很高的要求，全封闭组合电器的应用为缓解上述问题起到了积极作用。同时，随着现代通信技术的水平的不断提高，变电站综合自动化程度的不断提升，继而实现了变电站的无人值守，这使得当今智能变电站成为现代电力系统新的发展方向和趋势。

纵观国内外的研究现状：国家电网公司在《国家电网公司“十二五”科技发展规划》中明确提出在‘十二五’期间要研究、实施示范智能变电站。对于我国智能变电站的建设，有的地方已经开始建设，其技术基本成熟，但是有的还尚且处于研究发展阶段。如：(1)一次设备智能化的实践：目前已有应用。(2)二次功能网络化的实践：目前已有工程应用。(3)设备状态检修的实践：智能一次设备状态检修的实践，继电保护二次设备状态检修的实践。(4)站内智能高级应用方案研究：智能告警及分析决策经济运行与优化控制等。(5)分布协同智能控制与智能保护研究 (6)主变压器应用新型光栅式温度在线监控系统(7)GIS组合电气应用SF6压力、微水在线监测系统。

国外的智能变电站的发展：国外的变电站智能化的发展是从上个世纪七八十年代开始的，以著名的德国Siemens公司为例，该公司于1985年投运了第一套变电自动化系统，该系列的变电站综合自动化系统上个世纪九十年代左右在中国大陆正式投运。这个系统结构有两类：一类是全分布式系统；另一类是集中与分布式相结合的系统。20世纪90年代，日本在多座变电站首次采用了以计算机在线监控为技术手段的运行系统，使得

其告别了人为的监控，其主要特点是继电保护装置下放至开关站，并设置微机控制终端，采集测量值和断路器触点信息，通过光缆传输到主控制室的后台计算机系统中，断路器及隔离开关的操作命令也由主控制室通过光缆下达至终端执行。总体上来看，国外变电站自动化技术的发展趋势同国内的发展趋势基本上一致，分布式变电站自动化系统已逐步成为技术发展的主流。

本变电站初步设计包括以下几个部分：(1)待设计变电站的原始基础资料数据综合分析。(2)待设计变电站负荷计算及主变压器的选择。(3)待设计变电站电气主接线的比较与设计。(4)待设计变电站的短路电流计算。(5)待设计变电站主要电气设备选择与校验。(6)待设计变电站的过电压保护和接地保护等。

2变电站的原始资料

2.1变电站的规模

本次变电站设计为城市一11OkV无人值班智能室内变电站，拥有110kV、35kV、10kV 三个电压等级，以供给附近地区的工业、农业和民用电。该变电站的建设，将惠及到周边的工厂和居民，对当地的负荷水平的平衡起到极其重要的作用。此外，待设计变电站与其他变电站之间实现互联，对整个电网的系统稳定性提供保障，同时，促进当地经济水平的快速发展。

2.2系统情况

待设计变电所110kV进线4回，本期2回，分别从变电站A和变电站B各引出一回架空线至本变电所，预留2回。其中变电站A距离本站18km；系统容量为100MVA，电抗标幺值为0.01；变电站B距离本站20km：系统容量为200MVA，电抗标幺值为0.05。待设计变电所与系统连接的110kV单回线路的最大输出功率不大于50MW，

cos=0.9,Tmax=5500h。

图2.1 待设计变电站系统接线图

2.3负荷数据

2.3.1 35kV侧负荷（kW）

2.3.2 10kV侧负荷（kW）

10kV侧负荷共计15000kW。公用馈线6回，其中预留3回；专用馈线8回，预留4回，均为电缆线。

最小负荷是最大负荷的70%

最大负荷利用时间

T =5500h

max

2.4变电站所在地区温度

最高温度+35度最热月平均最高温度+30度

最低温度-5度年平均温度+18度

3电气主接线的选择

电气主接线的设计是变电站设计十分重要的环节。它确定了变电站内各种电气设备之间的连接方式。同时，它的确定对此后的变电站设备的选择、短路电流的计算，高压配电装置选择等的重要依据。所以，主接线的选择要妥善处理好各方面的关系，力争实现方案的最优化。

3.2电气主接线设计的基本要求

变电站主接线设计的基本要求：

(1)可靠性

变电站供电的可靠性是最基本要求，也就是说不仅要保证对周围地区的有效供电，而且还得要实现对电网的运行平稳水平不产生影响。

(2)操作应尽可能方便简单

电气主接线应该尽量力求简单清晰，使得工作人员操作方便，技术人员检修方便。

(3)应具有扩建的可能性

我国的经济社会发展十分迅速，并且同用电量成正相关，因此对于负荷的增长极限有个估计，前期要考虑变电站扩充建设的可能。

（4）经济性

变电站在生产建设时期，在充分考虑各方面的因素下，力求做到节约经济，节省开支。

（5）灵活性

在周围地区负荷发生较大变化时或者是要对变电站进行安全检修，要快速灵敏地对主接线形式切换和改变。

3.1电气主接线设计的原则

变电站的电气主接线的设计原则是：在满足各方面要求的前提之下，力求减少各种开关电气设备，无需断路器的地点尽量可以不安装，分支接线方式的采取要符合继电保护规范。

（1）在6-10kV配电装置中，若出线回路数不超过5回时，一般采用单母线接线方式，出线回路数在6回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大，出线需要带电抗器时，可采用双母线接线。

（2）在35-66kV配电装置中，当出线回路数不超过3回时，一般采用单母线接线，当出线回路数为4～8回时，一般采用单母线分段接线。

（3）在110-220kV配电装置中，出线回路数不超过2回或者有3～4回时，均可采用单母线分段接线；出线回路数在5回及以上，或者配电装置在系统中处于比较关键地位；出线回路数在4回及以上时，一般采用双母线接线。

3.2 主接线的基本形式和特点

变电站的进出线较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为桥梁勾通环节，可使接线简洁清楚，运行起来便利，检修起来操作流畅，有利于新设备的安装和扩充建设变电站。不足之处是运用母线后，配电装置所需的占用空间较大，使各种电气设备增多。

无汇流母线的接线使用，其优点是可以使得开关电气设备减少，占用空间面积少，但是只适用于进出线回路不多，不会再次扩充建设的变电站。

单母线接线和双母线接线都属于汇流母线的方式。不分段的单母线接线一般只用在6～220kV系统中只有一台主变压器，且出线回路数不多的中、小型变电所。

双母线接线又分为一般双母线接线、双母线分段接线、带旁路母线的双母线接线等方式。双母线接线中的两条母线即能同时运行，又能互为备用。它的适用的电压等级范围及情况如下：在6～10kV配电装置中，当短路电流较大、出线要安装限流电抗器时；35～63kV配电装置，当出线回路数超过9回或者互联着的电源较多、电力负荷较大时；缺点就是增加了变电站的占用空间以及有关的电气开关设备数量，对于 220kV配电装置，其进出线回路数为9-13回时，采用双母线三分段，14回及以上，采用双母线多（四）分段接线；330kV～500kV,进出线回路数是5-6回时，采用双母线三分段，,进出线回路数是7回及以上时，采用双母线四分段接线。

无汇流母线的主接线形式有四种。当仅有两台变压器和两条线路时，可采用桥形接线，其中包括内桥接线和外桥接线，内桥接线的桥断路器接在变压器侧，一般适用于线路较长、变压器不需要经常切换操作机穿越功率不大的小容量配电装置中。外桥接线时桥断路器接在线路侧，另外两台断路器接在变压器线路中，这种方式适用于线路不长，并且变压器需要时常倒闸操作的情况。桥形接线简洁清楚、使用的电气设备少、造价不高等优点。

3.3主接线方案的选择

3.3.1 110kV侧电气主接线

考虑到本变电所的本期是两条来自两处变电站的110kV的进线，变压器不用经常切换，加之变电站的负荷总量不大，因此可以选择内桥接线的方式，当线路故障时，仅故障线路侧的断路器断开，其余线路可以正常继续工作，并且操作简单。加之此变电站还

有远期的计划，将扩建至四条架空进线。

图3.1 内桥接线图

3.3.2 35kV侧电气主接线

35kV侧的出线接的是变电所甲、乙、丙，并且每个变电所都拥有两条回路保证供电，因此，为了保证安全性和可靠性，从经济的角度考虑，同样选择单母线双分段的接线形式。

图3.2 单母线分段接线

3.3.3 10kV侧电气主接线

通过对原始资料的分析，10kV侧的出线回路数有14回，出线回路数较多，宜采用单母线分段方式，考虑到其中有几回线路预留，则采用单母线双分段接线，这样的接线简单清晰，投资省、操作方便、扩建也比较容易。

图3.3 单母线分段接线

综上，比较和选择出该变电站的电气主接线图形式，见附录3。

4负荷计算和主变压器选择

主变压器和站用变压器是变电站里有着举足轻重的作用。它们担负着转变系统网络电压和电力传输的重要责任，决定适用的变压器的数量、容量是变电站能够向负荷区域可靠传输功率和电力系统经济运行的保障。

4.1负荷计算

要选择变压器的容量，就必须计算出变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要确定各级的使用负荷，包括变电站的用电负荷、l0kV 侧负荷、35kV 侧负荷和110kV 侧负荷。 所用公式为：

1(1%)cos n

c t i P

S K α?

==+∑

式中： c S —某电压等级的计算负荷 t K —同时系数

%α —该电压等级电网的线损率，一般取5% ,cos P ? —各用户的负荷和功率因数

4.1.1 35kV 侧负荷计算

由原始资料，根据公式，得：

35k 13000110007000

(

)(15%)37.810.850.850.9

V S MVA =++?+=

4.1.2 10kV 侧负荷计算

由原始资料，根据公式，得

1015000

(15%)17.500.9

kV S MVA =

?+=

4.2 主变压器的选择

一般正常环境的变电站，可选油浸式变压器，考虑到本地区冬天多雾，阴冷潮湿的气候，初步选用防尘型或着防腐型变压器。并且本地区属于城市腹地，供电电压水平、

电压的波形稳定水平等要求的供电质量十分之高，因此可选用有载调压型变压器，如SZ 系列。

4.2.1主变压器选择原则

(1)相数

在容量为400MW 及以下的变压器和220kV 及以下电力系统中，一般都应选用三绕组变压器。因为单绕组变压器相对造价高，占用空间大，使用时产生的铜耗和铁耗也较大。同时与之相匹配的配电装置构造十分复杂，也增加了检修运行工作人员的劳动强度。

(2)绕组数与结构

电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式。在变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。

(3)绕组接线组别

变压器三绕组的接线组别必须和所传输的电力系统电压相位一致，满足变压器并列运行的条件。电力系统采用的绕组连接有星形“Y ”和三角形“D ”。这里的主变压器选择是星形，星形，三角形接线。

(4)调压方式

为了保证变电站的电压水平和电压波形稳定，电压必须保持在安全可靠的范围内，通过主变压器的的分接抽头开关的改变，从而改变变压器高压侧绕组匝数，进而改变其变比数，最终完成电压的调整。带负荷的切换，叫做有载调压。

(5) 冷却方式

电力变压器的冷却方式随不同的变压器型式和容量而异，由于该地区的平均温度适宜，待设计变电站的变压器采用强迫风冷却的方式。

4.2.2主变压器容量的选择

容量一般按变电站近几年的规划负荷选择。待设计本变电站是枢纽变电站，应选择当一台主变压器因事故或者需要检修停运时，其余的变压器的总容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电，变压器的容量满足全部负荷70﹪～80﹪。即

max (0.7~0.8)S /(n 1)n S ≈- （MVA ）

式中 max S —变电所最大负荷，MVA ； n —变电所主变压器台数。

全部负荷：10k 35=37.8117.5055.31V kV S S S MVA MVA MVA +=+=总

单台变压器最大负荷：max 0.7=38.71S S MVA =?总

38.71N S MVA ≥ 故选两台40MVA 的主变压器即可满足容量要求

4.2.3主变压器型式的选择

本变电站有三种电压等级，主变压器采用三绕组。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，故本站主变压器选用有载三相变压器。我国110kV 及以上电压变压器绕组都采用Y 。联结组别；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。故选择主变压器型号SFSZQ7-40000/100，参数如下表：

表4.1 主变参数

4.3站用变压器的选择

4.3.1站用变压器的台数确定

待设计变电站考虑到站内的动力和照明负荷，需要在变电站低压母线侧安装站用变压器，考虑到待设计变电站10kV 侧是单母线双分段且保证站用变压器对站用负荷的可靠性和安全性，因此在两段母线上都安装站用变，作为暗备用。

4.3.2站用变压器的容量确定

站用变压器容量选择的允许条件：站用变压器的容量应满足常用负荷需求和留有10％左右的裕度，以备加接临时负荷之用。两台站用变压器为采用暗备用的方式，一般情况下为一台变压器单独运行。每台工作变压器在不满载运行的条件下运行，当任意一台变压器因某种事故停运时，另外一台站用变压器要负责其全部负荷。

4.3.3站用变压器的型号确定

根据我国现有的技术条件，可选用干式变压器。因此选择两台站用变压器，选择型号为：SC —100／10，故站用变参数如下：

表4.2站用变参数