降壓變電所電氣設計華中科技大學

1、電氣工程基礎課程設計110kV降壓變電所電氣設計專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 級： 設 計 者： 學 號： 指導教師: 吳耀武 2008年6月目 錄設計任務書第一部分一 確定變電站各電壓等級的合計負荷及負荷類型二 主變壓器選擇三 電氣主接線的選擇四 電氣主接線圖（見圖紙）五 短路電流、工作電流的計算5.1 設備選擇的電流計算(按最終規(guī)模計算)5.1.1 短路電流計算5.1.2各回路的工作電流5.2 各電壓等級出線的電流計算(按一臺變壓器運行、一臺檢修的運行方式計算)第二部分主要電氣設備選擇1.設備選擇原則2.開關電器的選擇3.導線（硬、軟母線及出線）選擇4.電流互感器選擇5.電壓互感器選擇6

2、.支撐絕緣子7.消弧線圈的選擇8.避雷器的選擇第三部分心得體會:參考文獻變電站電氣系統(tǒng)課程設計任務書一、設計要求1、待建變電站的建設規(guī)模 變電站類型： 110 kV降壓變電站 三個電壓等級： 110 kV、 35 kV、 10 kV 110 kV：近期進線 3 回，出線 1 回；遠期進線 2 回，出線 0 回 35 kV：近期 5 回；遠期 4 回 10 kV：近期 8 回；遠期 3 回2、電力系統(tǒng)與待建變電站的連接情況 變電站在系統(tǒng)中地位： 終端 變電站 變電站僅采用 110 kV的電壓與電力系統(tǒng)相連，為變電站的電源 電力系統(tǒng)至本變電站高壓母線的標么電抗（Sd=100MVA）為：最大運行方式

3、時 0.27 ；最小運行方式時 0.36 ；主運行方式時 0.30 上級變電站后備保護動作時間為 3.0 s3、待建變電站負荷 110 kV出線：負荷每回容量 11000 kVA，cosj0.9，Tmax 5000 h 35 kV負荷每回容量 5000 kVA，cosj0.85，Tmax 4000 h；其中，一類負荷 2 回；二類負荷 2 回 低壓負荷每回容量 2000 kW，cosj0.95，Tmax 5000 h；其中，一類負荷 0 回；二類負荷 2 回(4)負荷同時率 0.75 4、環(huán)境條件 當地年最高氣溫400C，年最低氣溫-200C，最熱月平均最高氣溫350C，年最低氣溫-50C 當

4、地海拔高度：600m 雷暴日： 10 日/年5、其它 變電站地理位置：城郊，距城區(qū)約6m 變電站供電范圍： 110 kV線路：最長 100 km，最短 50 km； 35 kV線路：最長 60 km，最短 20 km； 10 kV低壓饋線：最長30km，最短10km；第一部分一、確定變電站各電壓等級的合計負荷及負荷類型1、各電壓等級的合計負荷和符合類型 一期工程：1回110kV出線，合計負荷11000kVA 5回35kV出線，合計負荷25000kVA 8回10kV出線，合計負荷16000kW 二期工程 4回35kV出線，合計負荷20000kVA 3回10kV出線，合計負荷6000kW35kV側

5、的總負荷：10kV側的總負荷： 110kV的負荷不經過站內變壓器，故經過變壓器合計負荷 其中一期負荷為: 二、主變壓器選擇根據電力工程電氣設計手冊的要求，并結合本變電所的具體情況和可靠性的要求，選用兩臺同型號的無勵磁調壓三繞組自耦變壓器。變壓器的最大負荷為Pm=KoP，對具有兩臺主變的變電所，其中一臺主變的容量應大于等于70%的全部負荷或全部重要負荷。兩者中取最大值作為確定主變的容量依據?？紤]到變壓器每天的負荷不是均衡的，計及欠負荷期間節(jié)省的使用壽命，可用于在過負荷期間中消耗，故可選較小容量的主變作過負荷能力計算，以節(jié)省主變投資。最小的主變容量為擬選用兩臺SFSL31500/110型三相繞組變

6、壓器，其容量比為：100/100/50；電壓比為：11022.5%/38.55%/11KV；接線方式為YN，yn0，d11(即Y0/Yn/-12-11)；阻抗電壓為：，。那么，（1） 若一臺主變壓器停運，另一臺承擔全部負荷，其負荷率為162.3%,應采取措施減負荷。正常并列運行時的負荷率為81.15%。（2）第一期工程主變壓器負荷率為 =(50005+2000/0.958)0.75/31500100% =99.6%（3）事故情況下，變壓器過載能力的校驗 原則：1)二臺主變，停一臺，應承擔全部負荷7080% 2)變壓器過載能力：過負荷倍數 100MVA，過負荷倍數1.5 100MVA，過負荷倍數

7、1.3過載能力校驗：51118.40.7/31500=1.1361.551118.40.8/31500=1.29850% 選 35kV ：19.2/(25*2)=38.4%50% 選10kV ：10.1056/(25*2)=20.2%50% 選所以，變壓器容量比為：100/50/50（6）接地方式110kV：110KV及以上電壓系統(tǒng)為大電流接地系統(tǒng),所以主變壓器110KV及以上電壓級中性點接地方式均應該選擇中性點直接接地方式。我國110kV及以上電壓、變壓器都采用Y0連接。35kV：35KV為小電流接地系統(tǒng),中性點應選擇不接地或經消弧線圈接地（通過對地電容電流的大小計算決定）。我國35kV采用

8、Y連接，其中性點經消弧線圈接地。10kV：為了提高供電可靠性，其中性點不接地。即使有單相接故障，三相線電壓仍然對稱，用戶可不受影響，但不可以長期運行，一般不能超過兩個小時。由于短路故障多為金屬性接地故障，運用自動重合閘技術可以恢復線路在正常運行狀態(tài)。戶可不受影響，但不可以長期運行，一般不能超過兩個小時。由于短路故障多為金屬性接地故障，運用自動重合閘技術可以恢復線路在正常運行狀態(tài)。 我國35kV以下電壓變壓器繞組都采用連接。根據選擇原則可確定所選擇變壓器繞組接線方式為Y0Y接線。三、電氣主接線選擇 1、對電氣主接線的基本要求（1）首先是保證供電的可靠性。 （2）靈活性，即電氣主接線是否能適應各種

9、運行方式（包括正常、事故和檢修運行方式）并能夠方便的通過操作實現(xiàn)運行方式的變換而且在基本一回路檢修時，不影響其他賄賂繼續(xù)運行，還有能考慮到將來擴建時的可能性。 （3）操作安全、方便：主接線應該簡明清晰、運行維護方便、設備切換所需的操作步驟少。 （4）經濟性，即在滿足可靠性、靈活性、操作方便安全這三個基本要求的前提下，應力求投資節(jié)省、占地面積小、電器數量少、選用輕型電器是節(jié)約投資的重要措施。 2、各種主接線的比較（1）單母線 使用于出線回路比較少，用戶對供電可靠性要求不高的場合。 （2）單母分段可以減少停電范圍，通常以2到3分段為宜，使用 于6到10kV的出現(xiàn)和110220kV 出現(xiàn)為3到4回的

10、接線。但供電可靠性低，當母線出線故障時，用戶全部斷電。（3）單母分段加旁路 檢修進出線變壓器時可以不停電檢修。適用于中小型發(fā)電廠和35110kV變電站。（4）雙母線接線 與單母線相比，選擇雙母線運行方式可使其中一個母線出現(xiàn)故障或者檢修時仍能供電，而且雙母接線具有擴延優(yōu)點。供電可靠，調度靈活。但占地面積大，且用很到隔離開關。 （5）雙母帶旁路綜合了3、4的優(yōu)點，檢修母線或者斷路器時不停電，母線出線故障時仍能后運行。缺點是隔離開關多、占地面積大。 （6）一臺半接線 主要用于330kV以上的超高壓系統(tǒng)，供電可靠性非常高，但由于需要很多昂貴的斷路器，在220kV以下系統(tǒng)中很少使用。 （7）橋型接線 只

11、適用于兩進線兩出線的情況下，而本設計中的出線均大于兩回，故不予考慮橋型接線。 3、可供選擇的的接線方案110kV側接線的選擇方案（一）：雙母線接線優(yōu)點：（1）供電可靠，通過兩組母線隔離開關的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不至于供電中斷，一組母線故障后能迅速恢復供電，檢修任一組的母線隔離開關時只停該回路。（2）擴建方便，可向雙母線的左右任何一個方向擴建，均不影響兩組母線的電源和負荷的平均分配，不會引起原有回路的停電，以致連接不同的母線段，不會如單母線分段那樣導致交叉跨越。（3）便于試驗，當個別回路需要時單獨進行試驗時可將該架路分開，單獨接至一組母線上。缺點：（1）增加一組母線和每回路需增加一組

12、母線隔離開關，投次大。（2）當母線故障或檢修時，隔離開關作為倒換操作電器容易誤操作，為了避免隔離開關誤操作需在隔離開關和斷路之間裝設連鎖裝置。對于110kV側來說，其要求有較高的可靠性。方案（二）：單母線分段優(yōu)點：（1）母線發(fā)生故障時，僅故障母線停止供電，非故障母線仍可繼續(xù)工作，縮小母線故障影響范圍。（2）對雙回線路供電的重要用戶，可將雙回路接于不同的母線段上，保證對重要用戶的供電。缺點：當一段母線故障或檢修時，必須斷開在該段上的全部電源和引出線，這樣減少了系統(tǒng)的供電量，并使該回路供電的用戶停電。對比以上兩種方案，單母線分段接線可靠性和靈活性較好，但與雙母線接線的供電可靠性的差一點。且雙母線有

13、利于以后擴建，但雙母線接線復雜，使用設備多、投資較大；110kv母線放置較高，只要相與相之間距離大，因而各種小動作不能造成故障，不會遭受雷擊，因此綜合考慮后采用方案（一）：雙母線接法。35KV側接線方式選擇方案（一）：單母線分段帶旁路優(yōu)點：（1）母線發(fā)生故障時，僅故障母線停止供電，非故障母線仍可繼續(xù)工作，同時可以通過旁路縮小母線故障影響范圍。（2）對雙回線路供電的重要用戶，可將雙回路接于不同的母線段上，保證對重要用戶的供電。缺點：當一段母線故障或檢修時，必須斷開在該段上的全部電源和引出線，這樣減少了系統(tǒng)的供電量，并使該回路供電的用戶停電。方案（二）：雙母線接線優(yōu)點：（1）供電可靠，通過兩組母線

14、隔離開關的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不至于供電中斷，一組母線故障后能迅速恢復供電，檢修任一組的母線隔離開關時只停該回路。（2）擴建方便，可向雙母線的左右任何一個方向擴建，均不影響兩組母線的電源和負荷的平均分配，不會引起原有回路的停電，以致連接不同的母線段，不會如單母線分段那樣導致交叉跨越。（3）便于試驗，當個別回路需要時單獨進行試驗時可將該架路分開，單獨接至一組母線上。缺點：（1）增加一組母線和每回路需增加一組母線隔離開關，投次大。（2）當母線故障或檢修時，隔離開關作為倒換操作電器容易誤操作，為了避免隔離開關誤操作需在隔離開關和斷路之間裝設連鎖裝置。考慮經濟和實際情況：單母線分段帶旁路多

15、采用2個隔離開關，且雙母線能提供更可靠的性能，保障35kV側重要負荷的持續(xù)供電，故35kV側采用方案（二）：雙母線接線方式。10kV側主接線選擇方案（一）：單母線分段優(yōu)點：（1）用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同母線段引出兩個回路，用兩個電路供電。（2）當一段母線故障時，分段斷路器自動切除故障母線保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電 。缺點：（1）當一段母線或母線隔離開關檢修時該母線各出線須停電。（2）當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。（3）擴建時需向兩個方向均衡擴建。方案（二）：單母線分段帶旁路優(yōu)點：具有單母線分段的全部優(yōu)點，并在檢修斷路器時不至于中斷對用戶供電。缺

16、點：與單母線分斷的缺點相比少了缺點。方案（三）：雙母線接線優(yōu)點：（1）供電可靠，通過兩組母線隔離開關的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不至于供電中斷，一組母線故障后能迅速恢復供電，檢修任一組的母線隔離開關時只停該回路。（2）調度靈活，各個電源和各回路負荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應系統(tǒng)中各種運行方式調度和潮流變化的需要。（3）擴建方便可向雙母線的左右任何一個方向擴建，均不影響兩組母線的電源和負荷的平均分配，不會引起原有回路的停電，以致連接不同的母線段，不會如單母線分段那樣導致交叉跨越。（4）便于試驗，當個別回路需要時單獨進行試驗時可將該架路分開，單獨接至一組母線上。缺點：（1）增加

17、一組母線和每回路需增加一組母線隔離開關。（2）當母線故障或檢修時，隔離開關作為倒換操作電器容易誤操作，為了避免隔離開關誤操作需在隔離開關和斷路之間裝設連鎖裝置。對比以上三種方案，以上三種方案均能滿足主接線要求，但采用雙母線接線要多用隔離開關，采用單母線帶旁路要多用斷路器，它們的經濟性能較差，單母線分段接線既能滿足負荷供電要求又能節(jié)省大量資金，是一種較理想的接線方式，但10kV側重要負荷較多，為確?？煽啃?，本次選用方案（二）：單母線分段帶旁路。綜上所述，采用的主接線方式如下：110kV側：雙母線接線方式35 kV側：雙母線接線方式10 kV側：單母線分段帶旁路四、電氣主接線圖(見圖紙)五、短路電

18、流,工作電流計算5.1 設備選擇的電流計算(按最終規(guī)模計算)5.1.1 短路電流計算（1）主變壓器各側阻抗的百分值 Uk-1= (10.5186.5)%=11% Uk-2 (10.56.518)%0 Uk-3 (186.510.5)%=7% 其標幺值為 基準電流為110kV側 35kV側 10kV側 （2）短路點的選取及其計算分別計算各級母線在最大運行方式下和一臺檢修另一臺運行時的兩種情況下的短路電流。在最大運行條件下的各點短路電流、沖擊電流、短路容量；K1點： K2點： K3點： （3）短路計算時間因此 110kV進線為：3.0+0.05+0.1=3.15s 110kV主變側為：2.5+0.

19、05+0.1=2.65s 110kV出線為：2.5+0.05+0.1=2.65s 35kV主變側為：2+0.05+0.15=2.2s 35kV出線為：1+0.05+0.15=1.2s 10kV主變側為：1.5+0.05+0.2=1.75 10kV出線為：0.5+0.05+0.2=0.75s附表 1短路點編號短路電流計算值(kA)熱穩(wěn)定計算參數Sk(MVA)等效時間(s)110kV母線k1370.41.861.864.733.1535kV母線k2224.73.513.518.922.2010kV母線K3180.29.919.9125.231.755.1.2各回路的工作電流三相變壓器回路 主變壓器

20、110kV側: 主變壓器35kV側: 主變壓器10kV側：饋電線路 按潮流分布計算10kV出線電流：35kV出線電流：110kV出線電流：110kV進線電流：匯流母線根據電源支路與負荷支路在母線上的排列順序確定110kV母線：=173.62+64.21=411.4A35kV母線按35kV側的總負荷的60%計算；10kV母線按10kV側的總負荷的60%計算；35kV母線： =82.590.6=445.5A10kV母線： =121.5110.6=801.9A分段斷路器和母聯(lián)斷路器的選擇一般為該段母線上所連接的發(fā)電機和變壓器中單臺容量最大設備的持續(xù)電流.故而選擇三相變壓器回路中的工作電流.5.2各電

21、壓等級出線的電流計算(按一臺變壓器運行、一臺檢修的運行方式計算) 附表 2短路點K1K2K3系統(tǒng)阻抗電壓等級110kV35kV10kV最大運行方式2.512.445.980.20最小運行方式1.672.115.390.30主運行方式2.012.265.670.25第二部分主要電氣設備的選取 1、設備選擇原則電氣設備選取的一般原則：電氣設備應能滿足正常、短路、過壓和特定條件下的安全可靠的要求。并力求技術的先進和經濟的合理。通常電氣設備選擇分兩步走，第一按正常工作條件選擇，第二按短路情況校驗其熱穩(wěn)定性和電動力作用下的動穩(wěn)定性。2、開關電器的選擇1.斷路器、隔離開關選取原則a.電壓：（電網工作電壓）

22、b.電流：（最大持續(xù)工作電流）c.開斷電流：（斷路器實際開斷時間t秒的短路電流周期分量，t為繼電保護主動作時間與斷路器固有分閘時間之和）d.動穩(wěn)定性：（斷路器極限通過電流峰值大于等于三相短路電流沖擊值）e.熱穩(wěn)定性：2.斷路器和隔離開關的選擇（1）變壓器110kV側斷路器， 110kV分段斷路器和隔離開關選擇型號及有關參數如表附3。表 附3設備型號SW8-110G/1200型斷路器GW4-110/600型隔離開關項目設備參數使用條件設備參數使用條件額定電壓110kV110kV110kV110kV額定電流1200A82.28A600A82.28A熱穩(wěn)定15.824kA2s 2s1.8623.15

23、kA2ss1425kA2ss1.8623.15kA2s動穩(wěn)定41kA4.73kA50kA4.56kA開斷電流15.8kA1.86kA操動機構CD5-XGCS-14（2）110kV出線斷路器和隔離開關選擇型號及有關參數如表附4。表 附4設備型號SW8-110G/1200型斷路器GW4-110/600型隔離開關項目設備參數使用條件設備參數使用條件額定電壓110kV110kV110kV110kV額定電流1200A82.28A600A82.28A熱穩(wěn)定15.824kA2s 2s1.8623.15kA2ss1425kA2ss1.8623.15kA2s動穩(wěn)定41kA4.73kA50kA4.73kA開斷電流

24、15.8kA1.86kA操動機構CD5-XGCS-14 (3)110kV進線斷路器和隔離開關選擇型號及有關參數如表附5。表 附5設備型號SW8-110G/1200型斷路器GW4-110/600型隔離開關項目設備參數使用條件設備參數使用條件額定電壓110kV110kV110kV110kV額定電流1200A82.28A600A82.28A熱穩(wěn)定15.824kA2s 2s1.8623.15kA2ss1425kA2ss1.8623.15kA2s動穩(wěn)定41kA4.73kA50kA4.73kA開斷電流15.8kA1.86kA操動機構CD5-XGCS-14 （4）變壓器35kV側斷路器和隔離開關選擇型號及有

25、關參數如表附6。表 附6設備型號SW3-35型斷路器GW2-35G/600型隔離開關項目設備參數使用條件設備參數使用條件額定電壓35kV35kV35kV35kV額定電流600A496.0A600A496.0A熱穩(wěn)定6.624kA2s2.5221.2kA2s1425kA2s2.5221.2kA2s動穩(wěn)定17kA6.41kA50kA6.41kA開斷電流6.6kA2.52kA操動機構CD3-XCS8-3 （5）35kV出線斷路器，母聯(lián)兼分段斷路器和隔離開關如表附7。表 附7設備型號SW3-35/600型斷路器GW2-35/600型隔離開關項目設備參數使用條件設備參數使用條件額定電壓35kV35kV3

26、5kV35kV額定電流600A82.5A600A82.5A熱穩(wěn)定6.624kA2s3.5121.2kA2s1425kA2s3.5121.2kA2s動穩(wěn)定17kA8.92kA50kA8.92kA開斷電流6.6kA3.51kA操動機構CD3-XCS8-3（6）變壓器10kV側斷路器和隔離開關選擇型號及有關參數如表附8。表 附8設備型號SN3-10/2000型斷路器GN2-10/2000-85型隔離開關項目設備參數使用條件設備參數使用條件額定電壓10kV10kV10kV10kV額定電流2000A868.0kA2000A868.0kA熱穩(wěn)定3025kA2s6.5521.75kA2s5125kA2s6.

27、5521.75kA2s動穩(wěn)定75kA16.67kA85kA16.67kA開斷電流29kA6.55kA（7）10kV出線斷路器，分段斷路器和隔離開關選擇型號及有關參數如表附9。表 附9設備型號SN810-10II/600型斷路器GN8-10T/600型隔離開關項目設備參數使用條件設備參數使用條件額定電壓10kV10kV10kV10kV額定電流600A121.5A600A121.5A熱穩(wěn)定11.624kA2s9.9120.75kA2s2025kA2s9.9120.75kA2s動穩(wěn)定33kA25.23kA52kA25.23kA開斷電流11.6kA9.91kA3.導線（硬、軟母線及出線）選擇 選擇原則

28、：按周圍環(huán)境溫度校正后的允許載流量不小于最大工作電流，只有長線路才按經濟電流密度選擇；校驗熱穩(wěn)定時，按公式， c=97主變壓器10kV側引出線和10kV母線選用的矩形鋁排、平置。支撐絕緣子取2.5m，相間中心線距0.4m。那么允許載流量為788A，可以滿足要求。(1)熱穩(wěn)定校驗，符合要求(2)截面系數 (3)電動力(4)其他線路軟導線按經濟電流密度選擇表 附10設備型號工作電流JSISmin導線型號Iat110kV母線411.41.123671.8625LGJ-400800110kV主變側引線173.61.121551.8625LGJ-150445110kV出線64.21.12571.8625

29、LGJ-7027535kV母線445.51.283483.5148LGJ-40080035kV主變側引496.01.283882.4433LGJ-40080035kV出線82.51.28643.5148LGJ-7027510kV母線801.91.087439.91135LGJ-800140310kV主變側引868.01.088055.9882LGJ-800140310kV出路121.51.081139.91135LGJ-1203804.電流互感器選擇主變110kV側電流互感器：選用LCWD-110型，Ki=200A/5A，級次0.5/p/5p，每相兩只串聯(lián)使用。熱穩(wěn)定倍數75，動穩(wěn)定倍數135

30、。熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定計算結果如下其余的列表表 附11設備型號電流互感器型號Ki熱穩(wěn)定動穩(wěn)定110kV出線LCWD-110100A/5A75150110kV進線LCWD-110300A/5A75150主變35kV側LCWD-35600A/5A6515035kV出線LCW-35150A/5A65100主變10kV側LAJ-101200A/5A509010kV出線LAJ-10150A/5A50905.電壓互感器選擇表 附12設備型號電壓互感器型號額定變壓比110kV母線JCC-11035kV母線JDJJ-3510kV母線JSJW-106.支撐絕緣子和穿墻套管選擇110kV線路擬采用X-4.5型懸式絕緣子，每相8片。35kV線路擬采用X-4.5型懸式絕緣子，每相4片。10kV戶外支持絕緣