1、第 1 页 共 14 页1课 程 设 计电气工程及其自动化_专业 班级题 目 BY 市 110kV 降压变电所设计 姓 名 学 号 指导教师 二 年 月 日第 2 页 共 14 页2一 变电站概括1.1 变电站总体分析BY 市变电站位于市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，是新建地区变电所。变电站做为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重要环节。本课程设计主要是关于本变电站的一次设计，为了是变电站的一次设计能够很好的接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对本变电站做初步分析的原始数据进行分析。1 变电站类型：110KV 地方降压变电站2电压等级：110/10KV3线路
2、回数：110KV：2 回，备用 2 回；10KV：13 回，备用 2 回；4地理条件：平均海拔 100m，地势平坦，交通方便，有充足水源，属轻地震区。年最高气温+42，年最低气温-18，年平均温度+16，最热月平均最高温度+32。最大风速 35m/s,主导风向西北，覆冰厚度 。5负荷情况：主要是一、二级负荷，市内负荷主要为市区生活用电、棉纺厂、印染厂等工业用电；郊区负荷主要为郊区变电站及其他工业用电。6系统情况：根据任务书中电力系统简图可以看到，本变电站位于两个电源中间，有两个发电厂提供电能，进而经过该变电站降压后用于工业、农业等负荷用电，需要一定的可靠性。1.2 负荷分析及主变压器的选择负荷
3、计算的目的：计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。负荷分析10KV 侧:近期负荷：P 近=(2 2112321.51.51.5)MW=17.5MW远期负荷: P 远=（1.51.534.53.52 2222）=30MW=17.5MW+30MW=47.5MWni1综合最大计算负荷计算公式: Sjs =Kt* *(1+ %)1cosniiP(注:Kt:同
4、时系数，取 85%; %:线损,取 5%) Sjs 近=Kt* *(1+ %)max1cosniiP近 =Kt*( ) *(1+ %)2231.5.0.8.078.50.78078=0.85*17.755*(1+0.05)=15.85MVA第 3 页 共 14 页3Sjs 远=Kt* *(1+ %)max1cosniiP远 =Kt*（ )*（1+ %）3.534.520.8078.08.750.80.85*33.065*1.05=29.51MVA视在功率:S=Sjs 近+Sjs 远15.85MVA+29.51MVA=45.36MVA1.3 主变压器的选择一 相数的确定：330KV 以下的电力系
5、统，在不受运输条件限制时，应用三相变压器。二 绕组数的确定：对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。三 主变压器台数的确定在这次变电站设计中,可以采用一台或两台主变压器,下面对单台变压器和两台变压器进行比较：比 较 单台变压器 两台变压器技 供电安全比 满足要求 满足要求术 供电可靠性 基本满足要求 满足要求指 供电质量 电压损耗略大 电压损耗略小标 灵活方便性 灵活性差 灵活性好扩建适用性 稍差 好由前设计任务书可知、正常运行时，变电所负荷由 110kV 系统供电，考虑到重要负荷达到47.5MW，并考虑到现今社会用户需
6、要的供电可靠性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。3.3 变压器容量和型号的确定容量选择及检验公式:容量选择及检验公式:n ， ，远10kvNS 远10kvN6S.1n, 区.10kv 近v0kNSS（其中 n 为变电站设计中变压器的台数，在这次设计中，n=2）因此根据上述式子及负荷分析可以选择两台型号为 SFQ720000/110 的有载调压变压器，变压器的技术参数如下表所示：额定电压(KV) 损耗(KV)型号 高压 低压联接组接号 空载 负载空载电流(%)阻抗电压(%)SFQ720000/110 1102*2.5%11,10.5,6.6,6.3YN,d1127.5 104 0.
7、9 10.5第 4 页 共 14 页4二、 主接线的选择2.1 对电气主接线的基本要求变电所主接线选择的主要原则有以下几点：（1）供电可靠性：如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。（2）灵活性：其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。（3）操作方便、安全：主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。（4）经济性：即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这
8、三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。根据以上的基本要求对主接线进行选择。2.2 110kV侧接线的选择方案(一) 单母线分段接线优点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。（）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。第 5 页 共 14 页5缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电方案（二）: 桥形接线110kV 侧以双回路与系统相连，而变电站最常
9、操作的是切换变压器，而与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换，因此可采用内桥式线，这也有利于以后变电站的扩建。优点：高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。缺点：可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。方案（三）：双母线接线优点：（1）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至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。（2）扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。（3）便于
10、试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。缺点：（）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投资大。（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换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之间装设连锁装置。对于 110kV 侧来说，因为它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的可靠性。对比以上三种方案,从经济性、可靠性等多方面因素考虑，最佳设计方案为方案（一） 。具有一定的可靠性和可扩展性，而且比双母线投资小。2.3 10kV侧接线选择方案（一）：单母线接线优点：接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。缺点：可靠性、灵活性
11、差、母线故障时，各出线必须全部停电。方案（二）：单母线分段接线优点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。（）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。方案（三）：分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段优点：有较大的可靠性和灵活性，且检修断路器时合出线不中断供电。缺点：投资增大、经济性能差。对比以上三种方案：单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线须全部停电，不能满足 I、 II 类负荷供电性的要
12、求，故不采纳；将 I、II 类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线提供电源，从而可保证供电可靠性；第 6 页 共 14 页6虽然分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段也能满足要求，但其投资大、经济性能差，故采用方案（二）单母线分段接线。三、短路电流计算3.1电力系统简图图 3-1 电力系统简图 注：LGJ150：0.416/km LGJ185: 0.410/kmLGJ240: 0.401/km3.2 各回路阻抗的计算(取 SB=100MVA,VB=Vav)图 3-2 电力系统化简图最大运行方式下:11220.6*.485.8.293BSX第 7 页 共 14 页7
13、3245267210.*.435.6.910.*.35.4.610.*.85XX根据所选变压器的技术参数可以求变压器的阻抗: %.*0.52210SBTTNVX3.3 110KV侧短路分析:图形化简:图 3-3 110KV 侧短路线路化简图(1) 8279340.9.80.3162X(2) Y 9510659612 0.*.30.1262.50.*.30.1262XX(3) Y第 8 页 共 14 页810121310284810.97()().3XX（ ）（ ）（4） 134/0.7fX起始次暂态电流: .81.80 *7.3245BBffESI KAUav冲击电流： *2“1.827.31
14、8.6ishimIkI计算电抗： *50.4*.4IjsBSX查表得： t=0.2S 时， *.92PI0.673fIKAt =2S 及 2S 后时， 1.52f3.4 10KV侧短路分析:图 3-4 10KV 侧短路线路化简图(1) 8279340.9.830.126X(2) Y第 9 页 共 14 页99510659612 0.62*.30.12.50.62*.30.12XX(3) 1304852.4.1.732503.T(4) Y 13516354741130.72XX（5） 167/0.59fX起始次暂态电流: .81.80 9.133*5BBffESI KAUav冲击电流： *2“1
15、.8*29imiIkI计算电抗： *503. .84IjsBSX当计算电抗 3.45 时,其短路电流查表得出; 当计算电抗 3.45 时,则可以近似地js jsX认为短路周期电流的幅值已不随时间而变 即0.29.1fIKA四、 电气设备的配置与选择4.1 110kV侧断路器的选择1、该回路为 110 kV 电压等级，故可选用六氟化硫断路器。2、断路器安装在户外，故选户外式断路器。3、回路额定电压 Ue110kV 的断路器，且断路器的额定电流不得小于通过第 10 页 共 14 页10断路器的最大持续电流 Imax=1.05 0.1054（kA ）=105.4(A)203154、为方便运行管理及维
16、护，选取 110kV SF6 断路器为同一型号产品，选为 OFPT(B)-110 断路器，其主要技术参数如下：5、对 所选的断路器 进行校验（1） 断流能力校验所选断 路器的额定开 断电流 I。= 31.5kA =7.32kA，则断流能力满足要求。I（2）短路关合电流的校验所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为 80kA，流过断路器的冲击电流为18.63kA，则短路关合电流满足要求，因为其动稳定的校验参数与关合电流参数一样，因而动稳定也满足要求。（3）热稳定校验设后备保护动作时间 1s，所选断路器的固有分闸时间 0.03s，选择熄弧时间 t =0.03S。则短路持续时间 t =1+0.03+
17、0.03 =1.06s。因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于 1s 而忽略不计，则 短路热效应 Qk = I”2t =7.3221.06=56.79kA2.s允许热效应 Ir2t =31.52 4 = 396Ir2tQ k 热稳定满足要求。以上各参数经校验均满足要求，故选用 OFPT(B)-110 断路器。（4）断路器配用 CD5-XG 型电磁操作机构6.2 10 kV侧断路器的选择1、该回路为 10kV 电压等级，故可选用真空断路器。2、该断路器安装在户内，故选用户内式断路器。3、回路额定电压为 10kV，因此必须选择额定电压 Ue 10 kV 的断路器，且其额定电流不小于流过
18、断路器的最大持续电流 Imax=1.05 1150.7（A）2031.54、初选 SN9-10 真空断路器，主要数据如下：型号额定电压kV额定电流kA额定开断流电kA动稳定电流kA4S热稳定电流kA固有分闸时间s型号额定电压kV额定电流A最高工作电压kV额定开断电流kA动稳定电流kA4S 热稳定电流kA自动重合闸无电流间隔时间S固有分闸时间S合闸时间SOFPT-110 110 1250 126 31.5 80 31.5 0.03 0.12第 11 页 共 14 页11SN9-10 10 1.25 25 63 25 0.055、对所选的断路器进行校验（1）断流能力的校验流过断路器的短路电流 IK
19、 =9.91kA。所选断路器的额定开断电流 I =25kV IK，即断路器的断流能力满足要求。（2）动稳定校验所选断路器的动稳定电流为 63kA， 流过断路器的冲击电流 ish = 25.22KA63KA 则动稳定满足要求。（3）热稳定校验设后备保护动作时间 1s，所选断路器的固有分闸时间 0.05s，选择熄弧时间 t =0.03s。则短路持续时间 t =1+0.05+0.03 =1.08s。则 Qk = 9.9121.08 = 94.01 kA2.s允许热效应 Ir2t = 252 4 = 2500 kA2.s 由于短路时间大于 1 s ,非周期分量可忽略不计则 Qk =94.01kA2.s
20、，由于 Ir2t QK，所以热稳定满足要求从以上校验可知该断路器满足要求，所以确定选用 SN9-10 真空断路器。4、该断路器配用 CD10III 型操作机构4.2 110kV侧隔离开关的选择1、为保证电气设备和母线检修安全，选择隔离开关带接地刀闸。2、该隔离开关安装在户外，故选择户外式。3、该回路额定电压为 110kV，因此所选的隔离开关额定电压 Ue 110kV，且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流 ImaX=1.05 105.4（A）203154、初选 GW4110D 型单接地高压隔离开关其主要技术参数如下极限通过电流 kA型 号额定电压kV额定电流A 最大工作电压kV接地
21、刀闸A 有效值 峰值4S 热稳定电流kAGW4-110D 110 1250 126 2000 32 55 105、校验所选的隔离开关（1）动稳定校验动稳定电流等于极限通过电流峰值即 idw = 55kA流过该断路器的短路冲击电流 ish = 18.54kA.s 即 idw ish （55KA18.63KA）动稳定要求满足。（2）热稳定校验断路器允许热效应 Ir2t = 1024 =400 kA2.s 短路热效应 QK = = 7.3221.0656.79kA 2.s IIr2t Q K 热稳定满足要求。第 12 页 共 14 页12经以上校验可知，所选隔离开关满足要求，故确定选用 GW4 11
22、0D 型高压隔离开关。4.3 10kV侧隔离开关的选择1、为保证电气设备和母线检修安全，隔离开关选择不带接地刀闸。2、隔离开关安装在户内，故选用户内式。3、该回路的额定电压为 10kV 所选隔离开关的额定电压 Ue10kV，额定电流大于流过隔离开关的最大持续电流Imax = 1.05 1150.7 （A ）2031.54、初选 GN1910 型隔离开关，其主要技术数据如下：型号 额定电压（KV）额定电流（A）允许热效应（kA 2.s）动稳态电流（KA）GN19-10 10 1250 3200 1005、校验所选的隔离开关（1）动稳定校验所选隔离开关的动稳定电流 100kA短路冲击电流 ish
23、= 23.79kAidw ish , 动稳定满足要求。（2）热稳定校验断路器允许热效应 I2rt = 3200KA2S短路热效应 Qk = 94.01KA2S I2rtQ k 热稳定满足要求.从以上校验可知,所选隔离开关满足要求,故确定选用 GN1910 型隔离开关。(3)该隔离开关配用 CS6 型手动式杠杆操作机构。4.4 导线的选择本设计的 110kV 为屋外配电装置，故母线采用钢芯铝绞线 LGJ，而 10kV 采用屋内配电装置，故采用硬母线。（1） 110KV 母线的选择与校验：1、按最大工作电流选择导线截面 SImax=1.05 105.4 (A)20315年最高平均温度为+32，而导
24、线长期允许温度为+80，查表得温度修正系数K00.89IYj= Imax/K0=105.4/0.89=118.4(A) 选择 110KV 母线型号为：LGJ150/25，查表得 IY=472A。Imax=118.4AK IY=0.89472=420.08A 满足要求2、热稳定校验：S=150mm2S min= = =127.9mm2Cdzt73208第 13 页 共 14 页13满足热稳定要求。（2） 10KV 母线的选择与校验：由于安装在室内，选用硬母线1、按最大持续工作电流选择母线截面:Imax = 1.05 1150.7 （A ）2031.5IYj= Imax/k0=1150.7/0.8
25、9=1292.9(A) 选择 10KV 母线型号为 h100b8（单条矩形） ，查表得 IY=1547A。Imax=1150.7AK IY=0.891547=1376.8A 满足要求2、热稳定校验： S=800 mm2S min= = =158.97mm2Cdzt910832满足热稳定要求。3、动稳定校验母线采取水平排列平放则 W=bh2/6=81002/6=13333(mm3) =13.3310-6 m3相邻支柱间跨距取 L=1.2m相间母线中心距离取 a=0.25m max=0.173 ish2 aWL10=0.17323.79226.5310=4.51106pa max y=70106p
26、a满足动稳定要求。4.5 互感器的选择（1） 电压互感器的选择变电所每组母线的三相上均安装电压互感器。详见电气主接线图。电压互感器应按工作电压来选择：1、110KV 电压互感器选择 JCC11102、10 KV 电压互感器选择 JDZJ10（2）. 电流互感器的选择凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量符合测量仪表、保护和自动装置的要求。电流互感器配置详见电气主接线图。第 14 页 共 14 页141110KV 电流互感器的选择选择电流互感器型号:LCWD110，变比如下：（1）线路侧：I= =78.73A 则取变比取：100/51503（2）变压器至母线及母线分段断路器处：I= =10
27、4.97A 则取变比取：200/50315210KV 电流互感器的选择选择 10KV 侧电流互感器型号:LZZ110，变比如下：（1）变压器至母线及母线分段断路器处：I= =1049.7A 则取变比为： 2000/503.5（2）线路处，取最大负荷的线路选取：I= =236.1A 则取变比为： 300/5 410.4.6 避雷器的选择一.避雷器的配置1、配电装置的每组母线上，均装设避雷器。2、双绕组变压器的低压侧一相上设置一组避雷器。3、变压器高、低压侧中性点均装置避雷器。变电所避雷器的配置详见电气产接线图。二.避雷器的选择1、110KV 选择：Y1.5W60/144( 变压器)110KV 选择：Y1WE-100/260( 母线侧)2、10 KV 选择：Y0.5W-14/43
