110kV、10kV的变电所的电气设计.doc

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1、 摘要电能是发展国民经济的基础，是现代社会人们正常生活的重要保障，变电所作为电力系统中的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。本论文中待设计变电所是一座降压、枢纽变电站，在系统中起着汇聚、分配和平衡电能的作用，担负着向该地区工厂、用户供电的重要任务。该变电所的建成，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工农业生产提供了足够的电能，从而达到使本地区电网安全、可靠、经济地运行的目的。本论文，首先通过对原始资料的分析计算负荷，然后根据计算负荷确定所选变压器的总容量进行主变压器选择，同时根据主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求，确定了变电所电气主接线方案。最后进行短路计算结果（最大运

2、行方式、最小运行方式），算出最大持续电流、冲击电流进行对电气设备、母线、导线的选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器等），对变压器和线路进行继电保护，做好防雷接地工作。本次设计满足任务书中的要求，同时也满足了变电所的设计要求，能够使电力系统安全、稳定的运行。关键词 负荷计算 短路计算 电气设备选择 继电保护abstractEnergy is the foundation of the development of the national economy, is the important guarantee of the normal life of the people in mod

3、ern society, as an important part of power system in the substation, directly affect the safety and economic operation of the whole power system. The design of substation is a step-down transformer substation, this paper, plays together, the distribution and balance of power in the system, it plays

4、an important role in the factory to the region、the user power supply. The substation achieve, not only strengthen the local power grid network structure, but also provides enough power for the local industrial and agricultural production ,so as to make the network security, the reliable, economic op

5、eration purposes.This paper, based on the analysis of the original data of the load calculation, and then the main transformer is selected based on the total capacity of the computational load to determine the transformer, and according to the main wiring reliability, flexibility, economy requiremen

6、ts, determine the electrical substation main wiring plan.The final result is short (minimum maximum operation mode, operation mode), to calculate the maximum continuous current, impact current of electrical equipment, bar, wire selection and validation (including circuit breaker, isolating switch, c

7、urrent transformer, etc.) for protection of the transformer and line, good lightning protection and grounding work.The design meet the task book requirements, but also to meet the changing requirements of design, can make the safety, stability of power system operation.Keywords load calculation of s

8、hort-circuit selection calculation of relay protection of electrical equipment第1章 负荷计算41.110KV侧的负荷计算与无功功率补偿5第2章 主变压器的选择62.1 变电所主变压器台数的选择62.2变电所主变压器容量的选择：72.3 变压器并列运行条件：72.4 电站自用变压器的选择72.5 主变压器的选择8第3章电气主接线选择93.1 电气主接线设计原则93.2 对电气主接线的基本要求93.3设计程序93.4电气主接线的拟定10第4章 短路计算114.1 最大运行方式的短路计算114.2 最小运行方式的短路计算

9、13第5章 电气设备的选择165.1 断路器的选择与校验165.11 110kV侧断路器的选择与校验165.12 10kV侧断路器的选择与校验185.2隔离开关的选择与校验195.21 110kV隔离开关的选择与校验195.2210kV隔离开关的选择与校验205.3 电流与电压互感器的选择与校验215.31 110kV侧电流互感器的选择与校验215.3210kV侧电流互感器的选择与校验225.4电压互感器的选择235.41电压互感器的配置原则235.42 电压互感器的使用注意事项23第6章 母线与导线的选择246.1母线的选择246.11 110kV侧的母线的选择与校验246.12 10kV侧

10、的母线的选择与校验266.2 出线的选择266.21 10kV侧的出线选择与校验27第7章 继电保护287. 1 变压器保护287.11 纵差保护作为变压器的主保护287.12 变压器的后备保护307.2 导线保护311电流速断保护312 限时电流速断保护31第8章 防雷与接地328.1过电压的形式328.2雷电的名词概念338.3 防雷设备338.31接闪器338.32 避雷器348.4 电气装置的接地与有关保护358.41 接地的有关概念358.42 工作接地、保护接地和重复接地35设计总结36致谢36参考文献36第1章 负荷计算1.1 10KV侧的负荷计算与无功功率补偿K=0.85 co

11、s=0.82 tan=0.698有功计算负荷P=KPe=0.852.810=2.3810kW无功计算负荷Q= Ptan=2.38100.698=1.6610kvar视在计算负荷S= P/ cos=2.3810/0.82=2.910kVA因为供电营业规则中规定：100kVA及以上的高压用电的用户功率因为为0.90以上，所以需要无功补偿，在感性负载两端并联电容器，提高功率因数到0.92Q=q P= P（tan-tan）=2.3810（0.75-0.426）=0.6473610kvarQ= Q- Q=1.01310kvarS=2.5910kVAI= S/(U)=1495A查电力工程-常用数据资料与计

12、算速查手册第六篇电力电容器与避雷器常用数据资料:型号规格额定电压/ kV额定容量/ kvar外形尺寸/mm额定电容/F重量/kgABCDEFBFM11-3000-3W11300013401550770820224079.02240大容量并联电容器电容器个数n= Q/Q=0.6473610/3000=2.15所以n=3第2章 主变压器的选择电力变压器（Power transformer，文字符号为T或TM），是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。2.1 变电所主变压器台数的选择遵循原则：1、应满足用电负荷对供电的可靠性，对供有大

13、量一、二级负荷的变电所，应采用2台变压器； 2、对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行的变电所也可考虑2台变压器； 3、除以上两种情况外，一般的车间变电所宜采用1台变压器，但负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器 4、在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷发展，留有一定余地。2.2变电所主变压器容量的选择：1、主变压器的S应满足全部用电设备总计算负荷S的需要，即 S S 2、装有两台变压器的变电所满足下列条件: (1)任一台变压器单独运行时，宜满足计算负荷S的60%70%的需要，即 S=（0.60.7）S（2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、

14、二级负荷的需要， 即 S S2.3 变压器并列运行条件：1、并列变压器的额定一、二次电压必须对应相等； 2、并列变压器的的阻抗电压（短路电压）必须相等；3、并列变压器的联结组别必须相同；4、并列变压器的容量应尽量相同或相近，其最大容量与最小容量之比一般不能超过3:1。2.4 电站自用变压器的选择S=60kVA P= Scos=600.85=51kWQ= Ptan=510.62=31.62kvar I= S/( U)=60/(0.38)=91.16A考虑损耗S=1.05 S=66kVA查阅发电厂变电所电气部分可选变压器型号如下：型号额定容量额定电压连接组损耗空载电流（%）阻抗电压（%）重量（kg

15、）高低空载短路S9-80/1080kVA6,6.3,105%kv0.4kvYyn00.251.252.046052.5 主变压器的选择S= S+S =2.5910+60 =2.5910kVA考虑损耗需有10%的发展所以S= S（1+10%）=2.8610kVA计算两台变压器并列运行分担的容量S0.7 S=6.13100.7=2.00210kVAS 0.3 S=0.7710kVA一台变压器供电保证全部负荷的60%70%,两台共同供电分别承担0.5S=1.4310kVA的负荷。查阅发电厂变电所电气设备选主变压器如下：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（kV

16、）阻抗电压(%)联结组别高中低高中低高中低SFSZ7-63000/1106300011081.25%38.522.25%6.6,10.56.3,111.284.730010.5(1718)171810.56.5Ynyn0d11第3章电气主接线选择3.1 电气主接线设计原则电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理地选

17、择主接线方案。3.2 对电气主接线的基本要求：1、 可靠性要求2、 灵活性要求3、 经济性要求4、 先进性要求3.3设计程序对任务书的资料进行分析，设计规划变电站容量(近期、远景)，单机容量及台数，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等，包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电站电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间(510年)的检

18、验，也包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响。对此，应予以重视。对重型设备的运输条件亦应充分考虑。 设备供货情况。这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较。3.4电气主接线的拟定根据任务书的要求，查阅电力工程课本，选择最优接线方式，可以确定110kV母线可用单母线接线方式，单母线接线相比于内桥接线源于供电的可靠性，当一条母线或某一台母线隔离开关故障及检修时，仅有一半线路停电，另一条母线上的各回路仍可正常运行，它的适用范

19、围是110220kV配电装置的出线不超过2回，所以选用单母线接线，考虑安全性等问题，最后拟定110kV母线接线方式为单母线带分段接线，10kV侧的出线为6回，变电站自用电为1回，确定10kV母线最优接线为单母线带分段接线。 第4章 短路计算4.1 最大运行方式的短路计算X1X2X3X4X5110kVX6X1X2X3X4X7X8X7X8X9X935kV10kVS1S2S3S4采用标幺值法进行短路计算取S=100MVA U=115kV U=37kV U=10.5kVI= S/(U)=100/(115)=0.50kAI= S/(U)=100/(37)=1.56kAI= S/(U)=100/(10.5

20、)=5.5kA计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值X=X=（XScos）/S=0.1241000.8/50=0.1984X=X=(U%S)/(100S)=10.5100/(10063)=0.1667X=XlS/ U=0.445100/115=0.1361X= XlS/ U=0.435100/115=0.1059所选变压器阻抗电压U%=10.5 U%=18 U%=6.5U%=0.5(U%+ U%- U%)=11U%=0.5(U%+ U%- U%)=-0.5U%=0.5(U%+ U%- U%)=7X= U% S/100S=1100/6300=0.1746X= U% S/100S=-50/6300=

21、-0.00794X= U% S/100S=700/6300=0.1111计算k-1点的电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量X= X/ X+ X/ X+ X/( X/ X+ X/ X+ X)=0.1473三相短路电流周期分量有效值I= I/ X=0.5/0.1473=3.39kA三相短路次暂态电流和稳态电流I=I= I=3.39kA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=2.55 I=8.64kAI=1.51 I=5.12kA三相短路容量S= S/ X=100/0.1473=678.89MVA计算k-2的电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量X=0.1473+0.5（X+ X）=0

22、.23063三相短路电流周期分量有效值I= I/ X=1.56/0.23063=6.76kA三相短路次暂态电流和稳态电流I=I= I=6.76kA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=2.55 I=17.24kAI=1.51 I=10.20kA三相短路容量S= S/ X=100/0.23063=433.59MVA计算k-3电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量X=0.1473+0.5(X+ X)=0.29015三相短路电流周期分量有效值I= I/ X=5.5/0.29015=18.96kA三相短路次暂态电流和稳态电流I=I= I=18.96kA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流

23、有效值i=2.55 I=48.34kAI=1.51 I=28.63kA三相短路容量S= S/ X=100/0.29015=344.65MVA4.2 最小运行方式的短路计算110kVX7X8X7X8X9X910kV35kVX1X3X5S1采用标幺值法计算取S=100MVA U=115kV U=37kV U=10.5kVI= S/(U)=100/(115)=0.50kAI= S/(U)=100/(37)=1.56kAI= S/(U)=100/(10.5)=5.5kA计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值X=X=（XScos）/S=0.1241000.8/50=0.1984X=X=(U%S)/(100

24、S)=10.5100/(10063)=0.1667X=XlS/ U=0.445100/115=0.1361X= U% S/100S=1100/6300=0.1746X= U% S/100S=-50/6300=-0.00794X= U% S/100S=700/6300=0.1111计算k-1点的电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量X= X+ X+ X=0.5012三相短路电流周期分量有效值I= I/ X=0.5/0.5012=0.9976kA三相短路次暂态电流和稳态电流I=I= I=0.9976kA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=2.55 I=2.54kAI=1.51 I=1

25、.50kA三相短路容量S= S/ X=100/0.5012=199.52MVA计算k-2的电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量X=0.5012+0.5（X+ X）=0.58453三相短路电流周期分量有效值I= I/ X=1.56/0.58453=2.67kA三相短路次暂态电流和稳态电流I=I= I=2.67kA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=2.55 I=6.80kAI=1.51 I=4.03kA三相短路容量S= S/ X=100/0.58453=171.08MVA计算k-3电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量X=0.5012+0.5(X+ X)=0.64405三相短路

26、电流周期分量有效值I= I/ X=5.5/0.64405=8.54kA三相短路次暂态电流和稳态电流I=I= I=8.54kA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=2.55 I=21.78kAI=1.51 I=12.90kA三相短路容量S= S/ X=100/0.64405=155.27MVA第5章 电气设备的选择5.1 断路器的选择与校验5.11 110kV侧断路器的选择与校验110kV侧计算最大电流S=K（1+5%）=(0.93.4810+0.852.5910)1.05=5.610kVAI= S/(U)=5.610/(/110)=293.93A查阅发电厂变电所电气部分附录根据电流电

27、压选择断路器如下：型号额定电压最高工作电压额定电流额定短路开断电流额定关合电流动稳定电流4s热稳定电流合闸时间分闸时间Sw7-110110kV126kV1250A21kA32,55kA32,55kA31kA0.220.045额定操作顺序是：分-0.3s-合分-180s-合分，（1）开断电流校验条件：III=3.39kA I=21kA满足校验要求（2）动稳定校验 条件：iii=8.64kAi=32kA 满足校验要求（3）热稳定校验条件：ItIt查表t=t+0.05=1.7sIt=3.391.7=19.54It=314=3844满足校验要求5.12 35kV侧断路器的选择与校验I= S/(U)=3

28、.8410/(35)=574A查阅发电厂变电所电气部分附录根据电流电压选择断路器如下：型号额定电压最高工作电压额定电流额定短路开断电流额定关合电流动稳定电流4s热稳定电流合闸时间分闸时间Sw2-3535kV40.5kV1500,2000A25kA63kA63kA25kA0.250.06额定操作顺序是：分-0.5s-合分-180s-合分（1）短路开断电流的校验条件：III=6.76kA I=25kA满足校验要求（2）动稳定校验 条件：iii=17.24kAi=63kA 满足校验要求（3）热稳定校验条件：ItIt查表t=t+0.05=1.7sIt=6.761.7=77.68It=254=2500满

29、足校验要求5.13 10kV侧断路器的选择与校验I= S/(U)=2.5910/(10=1495A查阅发电厂变电所电气部分附录根据电流电压选择断路器如下：型号额定电压最高工作电压额定电流额定短路开断电流额定关合电流动稳定电流4s热稳定电流合闸时间分闸时间SN10-1010kV11.5kV1250,2000,3000A40kA125kA125kA40kA0.20.07额定操作顺序是：分-180s-合分-180s-合分（1）短路开断电流的校验条件：III=18.96kA I=40kA满足校验要求（2）动稳定校验 条件：iii=48.34kAi=125kA 满足校验要求（3）热稳定校验条件：ItIt

30、查表t=t+0.05=1.7sIt=18.961.7=611.11It=404=6400满足校验要求5.2隔离开关的选择与校验5.21 110kV隔离开关的选择与校验110kV侧最大持续电流I= S/(U)=5.610/(/110)=293.93A查阅发电厂变电所电气部分附录根据电压等级与最大持续电流选择隔离开关如下：型号额定电压额定电流动稳定电流4s热稳定电流热稳定时间GW4-110110kV6302500A50,80,100kA20,31.5,40kA4sII满足要求动稳定校验条件：iii=8.64kA i=50kA满足要求热稳定校验条件：ItItIt=3.391.7=19.54It=20

31、4=1600满足要求5.22 35kV隔离开关的选择与校验 35kV侧最大持续电流I= S/(U)=3.8410/(35)=574A 查阅发电厂变电所电气部分附录根据电压等级与最大持续电流选择隔离开关如下：型号额定电压额定电流动稳定电流4s热稳定电流热稳定时间GN2-3535V4001000A4063kA1625kA4sII满足要求动稳定校验条件：iii=17.24kA i=40kA满足要求热稳定校验条件：ItItIt=6.761.7=77.68It=204=1024满足要求5.23 10kV隔离开关的选择与校验10kV侧最大持续电流I= S/(U)=2.5910/(10=1495A查阅发电厂

32、变电所电气部分附录根据电压等级与最大持续电流选择隔离开关如下：型号额定电压额定电流动稳定电流4s热稳定电流热稳定时间GN2-1010V2000A100kA40kA2sII满足要求动稳定校验条件：iii=48.34kA i=100kA满足要求热稳定校验条件：ItItIt=18.961.7=611.11 i=8.64kA满足要求热稳定校验条件：KIIKI=421.2=50.4i=17.24kA满足要求热稳定校验条件：KIIKI=651.0=65i=48.34kA满足要求热稳定校验条件：KIIKI=551.5=82.5 I/K=293.93/=333.28A根据工厂供电附录17选择LMY矩形硬铝母线

33、为LMY-404，单条母线，平放，查表得I=480校验 ：35时的校正系数为0.88I0.88=422.4A333.28A 满足要求母线选择的是铝母线，它的热稳定系数C=87A/mm最小截面积A=I/C=3.391000/87=50.8 mm I/K=574/=650.85A根据工厂供电附录17选择LMY矩形硬铝母线为LMY-636.3单条母线，平放时查表得I=910A校验 ：35时的校正系数为0.88I0.88=800.8A650.85A 满足要求最小截面积A=I/C=6.761000/87=101.3mm I/K=1495/=1695.17A根据工厂供电附录17选择LMY矩形硬铝母线为LM

34、Y-12510单条母线，平放时查表得I=2089A校验 ：35时的校正系数为0.88I0.88=20890.88=1838.32A1695.17A 满足要求最小截面积A=I/C=18.961000/87=284.14m I=57.45A,因此满足发热条件。校验机械强度查工厂供电表附录14得35kV架空钢芯铝线的最小截面A=35 mm I=284.5A,因此满足发热条件。校验机械强度查工厂供电表附录14得10kV架空钢芯铝线居民区的最小截面A=25 mm240 mm,非居民区的最小截面A=16 mm240 mm，因此所选LCJ-50的钢芯铝线也满足机械强度要求。第7章 继电保护 7. 1 变压器

35、保护7.11 纵差保护作为变压器的主保护纵差保护的整定计算原则（1） 躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为I=KIK为可靠系数，取1.3.I包括电流互感器和变压比不完全匹配产生的最大不平衡电流和互感器传变误差引起的最大不平衡电流I=（+U+0.1KK）II为外部故障时的最大短路电流I=2S/(110)=263000/(110)=0.661kA由于电流互感器计算变化比不一致引起的相对误差，由于所采用的变比或平衡线圈的匝数与计算值不同所引起的相对误差算时取0.05.U由变压器分接头改变引起的相对误差，一般可取调整范围的一半，0.050.1是电流互感器容许的最大稳态相对误差K电流互感器同型系数，取为1K非周期分量系数，取1.52，当采用速饱和变流器时，由于非周期分量会使其饱和，抑制不平衡输出，可取为1.I=KI=I=（+U+0.1KK）I=（0.05+0.05+0.111.5）0.661=0.1625kA（2）躲过变压器的最