110KV降压变电站电气一次部分毕业设计

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110KV降压变电站电气一次部分设计

第一部分 设计说明书 ................................................................................................................... 2

第1章 设计说明 ................................................................................................................... 2

1.1 环境条件 .................................................................................................................. 2 1.2 电力系统情况 .......................................................................................................... 2 1.3 设计任务 .................................................................................................................. 3 第2章 电气主接线的设计 ................................................................................................... 3

2.1 电气主接线概述

[1] ............................................................................................ 3

2.2 110KV侧主接线的设计 ......................................................................................... 4

2.3 35KV侧主接线的设计 ........................................................................................... 4 2.4 10KV侧主接线的设计 ........................................................................................... 4 2.5 主接线方案的比较选择 .......................................................................................... 4 2.6 主接线中的设备配置 .............................................................................................. 6 第3章 主变压器的选择 ....................................................................................................... 8

3.1 负荷分析 .................................................................................................................. 8 3.2 主变压器台数的确定 .............................................................................................. 9 3.3 主变压器相数的确定 .............................................................................................. 9 3.4 主变压器容量的确定 .............................................................................................. 9 第4章 短路电流的计算 ..................................................................................................... 10

4.1 短路电流计算的目的及规定 ................................................................................ 10 4.2 短路电流的计算结果 ............................................................................................ 11 第5章 主要电气设备的选择 ............................................................................................. 12

5.1 电气设备选择概述 ................................................................................................ 12 5.2 高压断路器及隔离开关的选择 ............................................................................ 13 5.3 母线的选择 ............................................................................................................ 15 5.4 绝缘子和穿墙套管的选择 .................................................................................... 16

F?FP （5-3） .................................................................................... 17

5.5 电流互感器的选择 ................................................................................................ 18 5.6 电压互感器的选择 ................................................................................................ 19 5.7 熔断器的选择 ........................................................................................................ 21 5.8 避雷器选择 ............................................................................................................ 21

（1） 型式选择 ............................................................................................................................. 22 （2） 避雷器灭弧电压Um选择 .................................................................................................. 22 第6章 变电站防雷规划 ..................................................................................................... 23

6.1 防雷规划原则 ........................................................................................................ 23 6.2 防雷规划结果 ........................................................................................................ 24

第二部分 设计计算书 ................................................................................................................... 25

第1章 短路电流计算 ......................................................................................................... 25

1.1 计算变压器电抗 ...................................................................................................... 26 1.2 系统等值网络图 .................................................................................................... 26

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1.3 短路计算点的选择 ................................................................................................ 27 1.4 短路电流计算

[2][6][7] ........................................................................................... 27

第2章 电气设备选型 ......................................................................................................... 32

2.1 断路器及隔离开关选择 ........................................................................................ 32 2.2 母线选择 ................................................................................................................ 39 2.3 绝缘子和穿墙套管的选择 .................................................................................... 43 2.4 电流互感器的选择 .................................................................................................. 45 2.5 高压熔断器的选择 ................................................................................................ 47 2.6 避雷器的选择 ........................................................................................................ 48

2.7 电容电流计算

[2] .................................................................................................. 49

2.8 消弧线圈的选择 .................................................................................................... 49

结束语 ............................................................................................................................................ 50 参考文献......................................................................................................................................... 51 致谢 ................................................................................................................................................ 52 附录Ⅰ：专业相关文献翻译 ......................................................................... 错误！未定义书签。 中文译文：..................................................................................................................................... 53 附录Ⅱ：电气主接线图 ................................................................................................................. 57

第一部分 设计说明书

第1章 设计说明

1.1 环境条件

（1）变电站所在高度70M

（2）最高年平均气温19摄氏度，月平均气温27摄氏度 1.2 电力系统情况

（1）110KV变电站，向该地区用35KV和10KV两个电压等级供电。110KV以双回路与 35km外的系统相连。系统最大方式的容量为2900 MVA，相应的系统电抗为0.518；系统最小的方式为2100 MVA，相应的系统电抗为0.584，（一系统容量及电压为基准的标么值）。系统最大负荷利用小时数为TM=5660h。

（2） 35KV电压级，架空线6回，3回输送功率12MVA；3回输送功率8MVA。 （3） 10KV电压级，电缆出线3回，每回输送功率3MW；架空输电线4回，

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每回输送功率4MW。 1.3 设计任务

（1）变电站电气主接线的设计 （2）主变压器的选择 （3）短路电流计算 （4）主要电气设备选择 （5）变电站继电保护

第2章 电气主接线的设计

2.1 电气主接线概述[1]

发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。 2.1.1 在选择电气主接线时的设计依据[2]

（1）发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用 （2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模 （3）负荷大小和重要性 （4）系统备用容量大小

（5）系统专业对电气主接线提供的具体资料

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2.1.2 主接线设计的基本要求[3] （1）可靠性 （2）灵活性 （3）经济性

2.1.3 6-220KV高压配电装置的基本接线[2]

有汇流母线的连线：单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线或旁路隔离开关等。

无汇流母线的接线：变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。 6-220KV高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。 2.2 110KV侧主接线的设计

110KV侧是以双回路与系统相连。

由《电力工程电气一次设计手册》[4]第二章第二节中的规定可知：35—110KV线路为两回以下时，宜采用桥形，线路变压器组线路分支接线。

故110KV侧采用桥形的连接方式。 2.3 35KV侧主接线的设计 35KV侧出线回路数为6回。

[4]由《电力工程电气一次设计手册》第二章第二节中的规定可知：当35—63KV

配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接，当连接的电源较多，负荷较大时也可采用双母线接线。

故35KV可采用单母分段连接也可采用双母线连接。 2.4 10KV侧主接线的设计 10KV侧出线回路数为7回。

由《电力工程电气设计手册》[4]第二章第二节中的规定可知：当6—10KV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接。

故10KV采用单母分段连接。 2.5 主接线方案的比较选择

由以上可知，此变电站的主接线有两种方案

方案一：110KV侧采用外桥形的连接方式，35KV侧采用单母分段连接，10KV侧采用单母分段连接，如图2-1所示。

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图2-1 110KV电气主接线方案一

方案二：110KV侧采用外桥形的连接方式，35KV侧采用双母线连接，10KV侧采用单母分段连接，如图2-2所示。 此两种方案的比较

方案一 110KV侧采用外桥形的连接方式，便于变压器的正常投切和故障切除，35KV、10KV采用单母分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。

方案二虽供电更可靠，调度更灵活，但与方案一相比较，设备增多，配电装置布置复杂，投资和占地面增大，而且，当母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器使用，容易误操作。

由以上可知，在本设计中采用第一种接线，即110KV侧采用外桥形的连接方式，35KV侧采用单母分段连线，10KV侧采用单母分段连接。

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（1） 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行； （2） 短路种类：一般以三相短路计算；

（3） 接线方式应是可能发生最大短路电流的正常方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式；

（4） 短路电流计算点：在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。

4.2 短路电流的计算结果

在本设计中，选取5个短路点，分别为35KV、10KV的母线，各个电压等级的主变压侧。将所计算最大方式下短路电流值列成表4-1所示。

表4-1 最大方式下各个短路点的短路电流值

基准电压名 称 短路点 （KV） I''(KA)三相 I''（KA）两相 ish(KA) Ish(KA) S(MVA) d1 d2 37 10.5 115 37 10.5 1.76 6.71 0.64 1.64 6.32 1.52 5.81 0.55 1.42 5.47 4.49 17.11 3.98 4.18 16.12 2.66 10.13 0.97 2.48 9.54 112.79 122.03 127.48 105.1 114.94 d3 d4 d5

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第5章 主要电气设备的选择

5.1 电气设备选择概述 5.1.1 选择的原则

（1） 应满足正常运行、检修、短路、和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。

（2） 应按当地环境条件校核。 （3） 应力求技术先进和经济合理 （4） 与整个工程的建设标准应协调一致。 （5） 同类设备应尽量减少种类。

（6） 选用的新产品均应具有可靠的实验数据。 （7） 设备的选择和校验。

5.1.2 电气设备和载流导体选择的一般条件

（1） 按正常工作条件选择

① 额定电压：所选电气设备和电缆的最高允许工作电压，不得低于装设回路的最高运行电压UN≥UNs

② 额定电流：所选电气设备的额定电流IN，或载流导体的长期允许电流Iy，不得低于装设回路的最大持续工作电流I max 。计算回路的最大持续工作电流I max 时，应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流，选用最大者。

（2） 按短路状态校验 。

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① 热稳定效验：

当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值，It2t> Qk，tk=tin+ta，校验电气设备及电缆（3～6KV厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。

② 动稳定校验：

ies＞ish，用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定；

（3） 短路校验时短路电流的计算条件：

所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。 5.2 高压断路器及隔离开关的选择 5.2.1 断路器及隔离开关的选择方法 （1） 选择形式

电压等级在35kV及以下的可选用户内式少油断路器、真空断路器或 SF6 断路器 ；35kV的也可选用户外式多油断路器、真空断路器或SF6断路器 ；电压等级在110～330kV范围，可选用户外式少油断路器或SF6断路器。

（2） 选择电压

所选断路器的额定电压应大于或等于安装处电网的额定电压。 （3） 选择额定电流

按IN?Imax选择断路器的额定电流。 （4） 校验额定开断能力

为使断路器安全可靠地切断短路电流，应满足下列条件：

（5-1） INbr?Ik

式中 INbr——断路器的额定开端电流，kA；

Ik——刚分电流，kA。 （5） 校验动稳定

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按ies?ish进行校验。 （6） 校验热稳定 按It2t?Qk进行校验。

隔离开关的选择与断路器选择相比，不用进行额定开断能力校验。其他与断路器均相同，且与其成为配套装置。 5.2.2 断路器和隔离开关的选择结果

依据上述原则，断路器[5]选择结果如下表5-1所示：

表5-1 断路器选择的结果

安装 地点 型号 额定电压（KV） 额定电额定开断流极限通过电流热稳定电固有分流（KA） 闸时间（S） 50（3S） 0.03 流（A） 电（KA） 110KV主变压器侧 35KV出线侧 35KV主变压器侧 10KV出线侧 10KV主变压器侧 110 3150 31.5 （KA） 125 LW6?110 SW2?35 35 2000 6.6 17 6.6(4S) 0.06 SW2?35 35 2000 6.6 17 6.6(4S) 0.06 SN10?10 SN10?10 10 12500 28.9 71 43.2(1S) 0.06 10 12500 28.9 71 43.2(1S) 0.06 隔离开关[5]的选择结果如下表5-2所示：

表5-2 隔离开关的选择结果

安装地点 型号 额定电压（KV） 110KV主变压器侧 额定电流（A） 630 极限通过电流（KA） 80 热稳定电流（KA） 31.5(4S) GW5?110Ⅰ/630 110 第 14 页 共 57 页

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35KV出线侧 35KV主变压器侧 10KV出线侧 10KV主变压器侧 GW5?35ⅡDW GW5?35ⅡDW GN10?10T GN10?10T 35 2000 100 31.5(4S) 35 2000 100 31.5(4S) 10 6000 200 105(5S) 10 6000 200 105(5S) 5.3 母线的选择

5.3.1 导体选择的一般要求

裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择和校验； 工作电流；

电晕（对110KV级以上电压的母线）； 动稳定性和机械强度； 热稳定性；

同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。

导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20M以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。

一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根，双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必效验其机械强度。 5.3.2 母线选择的方法

（1） 选择母线的材料、截面形状：

载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流在4000A及以下时，一般采用矩形导体；在110KV及以上高压配电装置，一般采用软导体。

软母线（钢芯铝绞线）适用于各个电压等级。

（2） 选择母线的截面积：对于汇流母线须按照其最大长期工作电流选择截面积。

（3） 校验母线的动稳定和热稳定：如果选用软母线，则此项校验可以省略。 （4） 电晕校验：对于110kV及以上的母线，还应校验能否发生电晕。但是如果截面积大于最小电晕校验截面积，则不需电晕校验。

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表2-8 LDB?35型电流互感器的技术参数

型号 额定电压（KV） 电流比 准确级次组合 热稳定电流（KA） 动稳定电流（KA） 75 LDB?35 35 2000/5 0.5/10P/10P 30 动稳定效验：ish?2ImKdw

2ImKdw?2?2000?2.5?30?212.13KA?ish?4.49KA 满足动稳定要求

热稳定效验：Qk??ImKt?

2?ImKt?2??2000?30?2?3600(KA)2S?Qk满足热稳定要求

?0.914(KA)2S

总是所述，所选LDB?35户外独立式电流互感器满足要求。 （2）35KV母联电流互感器的选择

由于35KV母联与变高35KV侧的运行条件相应，故同样选用LDB?35型电流互感器。

2.4.3 10KV侧电流互感器的选择

（1）主变压器侧电流互感器的选择 一次回路电压：UN?Ug?10KV

4??50000???3???二次回路电流：Im?Igmax(3?10)?3849A

根据以上两项，初选LMZD?10型电流互感器[5]，其参数如下表2-9所示：

表2-9 LMZD?10型电流互感器的技术参数

型号 额定电压（KV） 电流比 准确级次组合 热稳定电流（KA） 动稳定电流（KA） 90 LMZD?10 10 11000/5 0.5/D 40 动稳定效验：ish?2ImKdw

2ImKdw?2?11000?90?1400.07KA?ish?17.11KA

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满足动稳定要求

热稳定效验：Qk??ImKt?

2?ImKt?2??11000?40?2?193600(KA)2S?Qk满足热稳定要求

?13.51(KA)2S

总是所述，所选LMZD?10户外独立式电流互感器满足要求。 （2） 10KV母联电流互感器的选择

由于10KV母联与变高10KV侧的运行条件相应，故同样选用LMZD?10型电流互感器。

2.5 高压熔断器的选择 2.5.1 35KV侧熔断器的选择

由于35KV采用屋外布置，初选RXW10-35型熔断器[5]参数如下表2-10所示：

表2-10 RXW10-35型熔断器技术参数

型号 额定电压（KV） 额定电流（A） 额定开断容量（MVA） RXW10-35 35 0.5 1000 电流效验：

额定开断电流INbr大于或等于冲击电流有效值Ish。

INbr?10003?35?16.495KA?Ish?2.66KA

断流量满足要求，所选熔断器合适。 2.5.2 10KV侧熔断器的选择

由于10KV采用屋内布置，初选RN2-10型熔断器[5]参数如下表2-11所示：

表2-11 RN2-10型熔断器的技术参数

型号 额定电压（KV） 额定电流（A） 额定开断容量（MVA） RN2-10 10 0.5 1000 电流效验：

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额定开断电流INbr大于或等于冲击电流有效值Ish。

INbr?10003?10?577.35KA?Ish?10.13KA

断流量满足要求，所选熔断器合适。 2.6 避雷器的选择

2.6.1 35KV侧避雷器的选择

避雷器灭弧电压有效值：

Umi?1.15UN?1.15?35?40.25KV CdUmi?1.0?40.25?40.25KV

要求避雷器灭弧电压有效值不小于40.25KV，故可选用FZ-35型避雷器，其灭弧电压为41KV，满足要求。其参数如表2-12所示：

表2-12 FZ-35型避雷器的技术参数

型号 额定电压（KV） FZ-35 35 灭弧电压（KV） 41 工频放电电压（KV） 84～104 冲击放电电压幅值（KV） 134 2.6.2 10KV侧避雷器的选择

避雷器灭弧电压有效值：

Umi?1.15UN?1.15?10?11.5KV CdUmi?1.0?11.5?12.65KV

要求避雷器灭弧电压有效值不小于12.65KV，故可选用FZ-10型避雷器，其灭弧电压为12.7，满足要求。其参数如表2-13所示：

表2-13 FZ-10型避雷器的技术参数

型号 额定电压（KV） FZ-10 10 灭弧电压（KV） 12.7 工频放电电压（KV） 26～31 冲击放电电压幅值（KV） 45 2.6.3 110KV侧避雷器的选择

避雷器灭弧电压有效值：

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Umi?1.15UN?1.15?110?126.5KV CdUmi?0.8?126.5?101.2KV

要求避雷器灭弧电压有效值不小于101.2KV，故可选用FZ-110型避雷器，其灭弧电压为126，满足要求。其参数如表2-14所示：

表2-14 FZ-110型避雷器的技术参数

型号 额定电压（KV） FZ-110 110 灭弧电压（KV） 126 工频放电电压（KV） 254～312 冲击放电电压幅值（KV） 375 2.7 电容电流计算[2]

35kV及以下的系统，其中性点的接地方式分为不接地和经消弧线圈接地。是否需要消弧线圈则需要对中性点的电容电流进行计算后确定。

电容电流计算： 35KV电容电流为：

IC?35?(25?25?25?15?15?15)?12A?10A

350故需要消弧线圈。 10KV电容电流为：

IC?10?(4?4?4)10?(7?7?7?7)??12.8A?30A

10350故不需要消弧线圈。 2.8 消弧线圈的选择

由于35KV系统其中性点经消弧线圈接地，故需选择消弧线圈。 所选消弧线圈的容量为：

S?1.5ICU?1.5?12?35?630KVA

要求消弧线圈的容量不小于630KVA，故可选用XDJL-1100/35型消弧线圈，

其容量为1100KVA，满足要求。其参数如表2-15所示：

表2-15 XDJL-1100/35型消弧线圈的技术参数

型号 额定电压（KV） 额定容量（KVA） 消弧线圈电压（KV） 第 49 页 共 57 页

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XDJL-1100/35 35 1100 22.2

结束语

由于我对电力这方面很感兴趣，因此选择了电力方向的毕业设计题目。上学期放寒假的时候学习了两门专业课《发电厂电气部分》和《电力系统暂态分析》，虽说有点难学，尤其是暂态部分，但经过自身的努力，总算是大概学懂了。为这学期的毕业设计打下了理论基础。

经过两个多月的努力，我终于完成了这个题目。在此过程中，我从对变电站的生疏，到了解，再到深入研究，第一次完成了一件实际应用的设计，感觉有不少的收获：1.巩固了以前学的专业知识，并在以前的基础上理解的更加透彻，掌握的更加熟练；2.锻炼了自己的实际应用能力，将课本上学到的理论知识和实际生产联系了起来；3.增强了自己独立解决问题的能力。虽然，在这个过程中我也曾遇到了不少困难，但是，在老师和同学们的热情帮助和我自己的不懈努力下，所有的难题都被我逐个解决，我也从中获得了胜利的喜悦。这也让我明白了一个道理:前途是光明的，道路是曲折的，只有靠自己顽强拼搏的精神和坚持不懈的努力才能够到达成功的彼岸。正所谓：天下无难事，只要肯攀登。只要有契而不舍的精神，就没有办不到的事！

总之，我觉得我的毕业设计做的还是比较成功的，因为我有不小的收获。就快要毕业了，也为我的大学画上一个完美的句号。在此，我还要感谢在我做毕业设计的过程中，给与我帮助的老师和同学。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4pi2.html