常规变电站常规设计.doc

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1、 目 录1 绪论12 变电站主变压器及所用变的选择22.1 主变压器的选择22.1.1 主变压器台数的选择22.1.2 主变压器容量的选择22.1.3主变相数及接线组别的选择22.1.4结论33 电气主接线的设计33.1主接线的设计原则和要求33.2本所主接线的设计33.2.1 设计步骤33.2.2 初步方案设计43.2.3本变电所主接线方案的确定43.2.4选择结果54 短路电流的计算54.1短路电流54.1.1短路电流计算的目的54.1.2短路电流计算的一般规定65 母线的选择与校验95.1母线的选择95.2母线热稳定校验105.3母线动稳定性106 断路器的选择与校验116.1初选断路器

2、型号116.2确定短路计算点及相应短路电流126.3校验开断能力126.4校验动稳定126.5校验热稳定127 隔离开关的选择138 绝缘子的选择与校验13结束语14参考文献14附录151绪论变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。现在，我国电力工业已经进入了大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化、信息化发展的新时期。随着我国经济的蓬勃发展，电网的规模越来越大，电压越来越高，电网调度、安全可靠供电要求以及经济运行和管理水平都形成了一种新的格局。利用微机实施监控取代常规的控制保护方式，实现变电所的综合自动化，

3、进而施行无人值班，已成为各级电力部门的共识。在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电所采用了自动化技术实现无人值班,而且在110kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术,从而大大提高了电网建设的现代化水平,增强了输配电和电网调度的可能性,降低了电站建设的总造价,这已经成为不争的事实,也是目前变电所建设的主要模式。可见，变电所综合自动化技术取得了长足的进展，同时已成为我国电力工业推行技术进步的重点之一。如何合理的设计一个变电所，使之在技术上、管理上适应电力市场化体制和竞争需要，促使电网互联范围的不断扩大，是这次设计的主要目的。此次设计的关键的问题是合理确定电气一次主接线方案。电气一次

4、主接线方案的确定，对电气主接线的基本要求包括可靠性、灵活性和经济性三个方面，即对变电所一次主接线要求供电可靠、调度灵活、操作方便、检修安全、扩建方便、投资省、年运行费小、占地面积小等。因此，我们在设计中选出2-3个方案，经过计算比较选出最合适的既可靠又经济的方案。负荷计算、短路电流计算也非常重要，用于选择主变的容量和台数、导线型号和截面，使各设备能够安全可靠的担负起变换和分配电能的作用，降低能耗标准，提高能源利用率。短路电流计算，必须确定几个短路点，近似的进行计算来验证该主接线及主变的可靠性。同时进行防雷保护和接地装置计算，选择继电保护计量装置配置，以确保人员及设备安全。2.变电站主变压器及所

5、用变的选择2.1 主变压器的选择在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。变压器台数和容量的选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应依据电力系统5-10年的发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。选择主变压器型式时，应考虑以下问题：相数、绕组数与结构、 绕组接线组别（在电厂和变电站中

6、一般都选用YN，d11常规接线）、调压方式、 冷却方式。2.1.1 主变压器台数的选择因为负荷容量为250MW,所以变压器的容量应为：250/0.8（1+15%）=360MVA，查有关资料应选用：SFP-120000/110型的变压器四台满足本变电所的容量。其中三台为主变，另一台作为备用。2.1.2 主变压器容量的选择(1) 主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑确定。(2) 主变压器容量一般按变电所、建成后510年的规划负荷选择，并适当考虑到远期的负荷发展。对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。(3) 在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主

7、变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得跔容量的备用电源时，可装设一台主变压器。(4) 装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于70%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。(5)当一台事故停用时，另一台变压器事故过负荷能力查表得出过负荷倍数为1.3，允许时间为2小时。2.1.3主变相数及接线组别的选择（1）主变相数的选择根据选择主变相数所应考虑的原则：在运输条件不受限制时，330kV及以下的变电所均应选三相变压器。此次设计110/10KV变电所选择的是三相双绕组变压器。（2）主变绕组数的确定。此变电所为110/10

8、KV两个电压等级的变电所,因此主变压器应选双绕组变压器。 （3）主变接线组别的确定。本次设计电压等级为110kV、10kV降压变电所，由于本地区电网考虑供电的可靠性,35kV及以下电网采用不接地或采用小电流接地方式，所以主变采用Y /d11连接组别。2.1.4结论根据该变电所的原始资料、选择主变压器的原则，从对用户供电可靠、保证电能质量等方面考虑，本次设计选用三台主变压器，型号为SFP-120000/110型 。选定的主变型号、参数见表2-1：表2-1主变压器参数表额定容量高压空载电流低压连接组阻抗电压（%）120000KVA110KV0.8%10.5KVYd1110.53电气主接线的设计3.

9、1主接线的设计原则和要求变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。电气主接线的设计是发电厂或变电所电气设计的主体，它与电力系统、电厂动能参数、待建变电所基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性要求有密切的关系，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式有较大的影响。因此，主接线设计必须结合电力系统和发电厂或变电所的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系

10、，经过技术、经济比较，合理选择方案。3.2本所主接线的设计3.2.1 设计步骤（1）拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，保留几个技术上相当的较好方案。（2）对几个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。（3）绘制最优方案电气主接线图。3.2.2 初步方案设计在设计电气主接线时，要使其满足供电可靠性、运行的灵活性和经济性等项基本要求。(1)可靠性:供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。电气主接线也必须满足这个要求。

11、衡量主接线运行可靠性的标志是:断路器检修时，能否不影响供电。线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电范围的大小和时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。变电所全部停电的可能性（应尽量避免）。(2)灵活性:调度灵活，操作简便。 检修安全。 扩建方便。(3)经济性:投资省，主接线应简单清晰，以节约一次设备投资为主。占地面积小。电能损耗少。3.2.3 本变电所主接线方案的确定方案1：采用单母线接线优点：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。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，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，

12、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。适用范围：一般适用于一台发电机或一台变压器的110-220KV配电装置的出线回路数不超过两回。方案2：采用单母线分段接线优点：1）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回路，有两个电源供电。2）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。缺点：1）当一段母线或母线隔离开关故或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。2）当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越。3）扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：一般认为单母线分段接线应用在

13、610kV，出线在6回及以上时，每段所接容量不宜超过25MW；用于3566kV时，出线回路不宜超过8回；用于110220kV时，出线回路不宜超过4回。3.2.4选择结果根据本次设计的具体情况及终端变电所在可靠性、灵活性的基础上力求经性原则，参照上述方案，选择如下：10kV侧：采用单母线分段接线4 短路电流的计算4.1短路电流所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定的最大电流。造成短路的主要原因是电气设备的绝缘损坏、误操作、雷击、过电压击穿等。4.1.1短路电流计算的目的（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，

14、均需进行必要的短路电流计算。（2）在选择电器设备时，为了保证设备在正常运行和故障下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。（3）在设计户外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。接地装置需根据短路电流进行设计。4.1.2短路电流计算的一般规定（1）、计算的基本情况1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。2）所有同步电机都有自动调整励磁装置。3）短路发生在短路电流为最大的瞬间。4）所有电源的电动势相位相同。5）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电

15、弧电阻。（2）、接线方式计算短路电流，确定变电所的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（最大运行方式）。（3）、计算容量应该按工程所规定的容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，一般取工程建成后的510年。（4）、短路种类一般按照三相短路计算。（5）、短路计算点在正常接线方式时，通过设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。在变电所短路电流计算中，一般取变压器高、低压侧母线为短路点，计算三相短路电流。（6）、短路计算方法1) 选择短路电流计算点。2) 绘制等值网络，并将各元件电抗同意编号。3) 简化等值网络。利用星、角变换进行网络简化。4) 求计算电抗。5) 由运算曲线查出各电源

16、提供的短路电流周期分量的标幺值。6) 计算容量为无穷大的电网提供的短路电流周期分量的标幺值。7) 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。8) 计算短路电流冲击值。（7）、短路电流计算结果如图4.1.2选择a，b两点为短路点：图4.1.2 变电所等值网络a点短路电流的计算做短路点a的等值网络如图4.1.2.1图4.1.2.1 短路点A的等值网络线路阻抗：变压器阻抗：做转移阻抗等效变换图如图4.1.2.2所示：图4.1.2.2 短路点a的转移阻抗图由图知转移阻抗： 所以有 ： b点短路电流的计算做短路点b的等值网络如图4.1.2.3所示图4.1.2.3 短路点b的等值网络最大短路点取b点，其冲击电

17、流：5母线的选择与校验5.1母线的选择为了保证供电系统的安全可靠、优质及经济运行，母线选择时必须满足下列条件：导线及母线在通过正常最大负荷电流即线路计算时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度，即应使允许载流量不小于通过相线的计算电流,即导线(母线)截面的选择可按长期允许电流或经济电流密度来选择.对年负荷利用小时数超过5000,传输容量大,长度在20m以上的导体,如发电机、变压器的连接导线,其截面积一般按经济电流密度来选择,而汇流母线通常在正常运行方式下,传输容量不大,可按长期允许电流来选择。按经济电流密度选择导线的截面，由于，查表。 10KV侧按的SFP-120000/10型变压

18、器的额定电压选择，则变压器的额定电流：查有关手册，选用截面为的槽型母线，环境温度为40摄氏度时，温度修正，可满足母线正常发热要求.5.2母线热稳定校验短路切除时间：周期电流热效应：短路电流热效应：短路前母线工作温度：=查表得满足热稳定要求的母线最小截面所选母线截面，满足热稳定要求。5.3母线动稳定性 ，硬铝最大允许用应力为:,流过母线的最大冲击电流作用在母线上最大电动力及相间应力母线条衬垫间的临界距离因为，所以母线动稳定。6断路器的选择与校验断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。真空断路器、SF6断路器在技术性能和运行维护

19、方面有明显优势，深受用户欢迎，是发展方向。根据如下条件选择断路器：电压：电流：6.1初选断路器型号线路的最大长期工作电流：根据，及布置要求，查附录二初选型号为 型断路器，其额定技术数据为：，额定开断电流，动稳态电流热稳定电流（及时间）固有分闸时间,燃弧时间6.2确定短路计算点及相应短路电流短路热稳定计算时间 ：短路切断计算时间 ： 6.3校验开断能力因为故 所以满足要求.6.4校验动稳定 满足要求6.5校验热稳定因为 所以可不计非固期分量的发热影响 满足要求。以上表明，选用型断路器可满足要求7隔离开关的选择隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它

20、有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。由 查手册，选用型隔离开关可以满足要求。其 所以满足要求8.绝缘子的选择与校验根据母线额定电压10.5KV和户外装设的要求，选用ZPD-10-35型支柱绝缘子，其抗弯破坏负荷=2000*9.8=19600N。作用在绝缘子上的电

21、动力为：=0.173rsh=0.173*195.95*1=11387.290.6=0.6*19600=11760，因母线为两片平放，此时，可以认为作用在绝缘子帽处，由于=11387.2811760，满足动稳定要求。变电所主要一次设备清单：设备名称设备个数设备型号隔离开关22个GN1010T/6000断路器15个SN410G/6000主变压器3SFP120000/110备用变压器1SFP120000/110绝缘子2PD10-35结束语经过两周学习和研究我终于完成了该课程设计110/10KV变电所的设计，从开始拿到任务书到收集资料，再到相关计算和论文文章、相关图纸的完成，每走一步对于我来说都是新的

22、尝试和挑战。在这两周之中，通过对本次设计的不断完善和修改，不仅使我更加深入的了解了本专业的相关知识，使我的专业知识更加扎实。通过这次设计我更加体会到独立学习和探索以及团队合作的重要，查看相关的资料和书籍，让自己头脑模糊的大概到逐渐清晰，使自己的设计逐步完善起来，每一次改进都使我收益不浅。通过这次设计我感觉到：人，要做一件事情，就得用心去做，相信自己，相信伙伴不要畏惧困难，不懂就问，细心思考。只有自己真正参与了学习的过程和研究的过程，才能体会到其中的乐趣。设计刚开始感觉自己知道的很有限，利用图书馆网络及所学的专业课课本，仔细学习有关变电所设计和有关CAD制图方面的知识。在具体设计的过程中，我们遇

23、到了很多的困难。然后询问指导老师、同学，查相关的资料，解决问题，再接着出新的问题。在这个循环往复的过程中，我们的设计日臻完善。每一次改进我都收获良多，在自己的努力和大家的帮助下完成设计。虽然我们的设计不是很成熟，还有很多不足之处，但是我们付出了自己的劳动，这是我们引以自豪的地方，我相信只有经历过的人才会明白其中的酸甜苦辣。 本次设计在小组全体同学的努力学习、研究下顺利完成！参考文献：1 王士正，冯金光.发电厂电气部分（第三版）.中国水利水电出版社.2004.2 于永源，杨绮雯.电力系统分析.中国电力出版社.2007.3 狄富清.变电设备合理选择与运行检修.机械工业出版社.2005.4 宋继成.220500KV变电所电气接线设计.中国电力出版社.2004.5 卓乐友.电力工程电气设计200例.中国电力出版社.2003.6 辽宁省电力有限公司用电检查处.变电所技术标准及规程规范应用手册.辽宁科学技术出版社.2004.附录图1 本变电所电气主接线图图2 本变电所电气设备布置图 17