变电站一次电路设计

目 录

概述 .......................................................................................................................................... 2 第一章 接线设计 ................................................................................................................ 3

1.1 110kV电气主接线 ............................................................................................ 3 1.2 35kV电气主接线 .............................................................................................. 4 1.3 10kV电气主接线 .............................................................................................. 6 第二章 负荷计算及变压器选择 .......................................................................................... 7

2.1 负荷计算 ........................................................................................................... 7 2.2 主变台数、容量和型式的确定 .......................................................................... 8 第三章 最大持续工作电流节短路计算 ................................................................................ 9

3.1 各回路最大持续工作电流 ................................................................................. 9 3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 .................................................... 9 第四章 主要电气设备选择 .................................................................................................. 12

4.1 110KV 断路器和隔离开关的选择与校验 ...................................................... 13 4.2 35KV 断路器和隔离开关的选择与校验 ........................................................ 15 4.3 10KV 断路器和隔离开关的选择与校验 ...................................................... 17 4.4 各级电压母线的选择 ....................................................................................... 19

总 结 ................................................................................................................................ 23 参考文献 ............................................................................................................................. 24

论文关键词：变电站 变压器 接线

论文摘要：本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定缘子和穿墙套管，电了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线， 进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。

概述

1、待设计变电所地位及作用

按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建1中型110kV变电所。该变电所建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电。改善提高供电水平。同时和其他地区变电所联成环网，提高了本地供电质量和可靠性。 北

110kV出线3回，其中两回与系统二相连，一回与系统一相连。 35kV出线8回，每回最大负荷4MW，最小2.5MW，Tmax=5000小时。

10kV线路12回，另有2回备用，每回最大1.5MW，最小负荷1.0MW，Tmax=4500小时 2、变电站负荷情况及所址概况

本变电站的电压等级为110/35/10。变电站由两个系统供电，系统S1为600MVA，容抗为0.38, 系统S2为800MVA，容抗为0.45。该地区自然条件：年最高气温40摄氏度，年最底气温-5摄氏度，年平均气温18摄氏度。出线方向110kV向北，35kV向西，10kV向东。

所址概括，黄土高原，面积为100×100平方米，本地区无污秽，土壤电阻率7000Ω.cm。

本论文主要通过分析上述负荷资料，以及通过负荷计算，最大持续工作电流及短路计算，对变电站进行了设备选型和主接线选择，进而完成了变电站一次部分设计。

第一章 接线设计

现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。 1 运行的可靠 2 具有一定的灵活性 3 操作应尽可能简单、方便 4 经济上合理 5应具有扩建的可能性

1.1 110kV电气主接线

由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。那么其负荷为地区性负荷。变电站110kV侧和10kV侧，均为单母线分段接线。110kV～220kV出线数目为5回及以上或者在系统中居重要地位，出线数目为4回及以上的配电装置。在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV～110kV系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。

根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案，如图1.1及图1.2所示。

图1.1单母线分段带旁母接线

图1.2双母线带旁路母线接线

对图1.1及图1.2所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-1。 表1-1 主接线方案比较表

在技术上（可靠性、灵活性）第Ⅱ种方案明显合理，在经济上则方案Ⅰ占优势。鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选第Ⅱ种方案为设计的最终方案。

1.2 35kV电气主接线

电压等级为35kV～60kV，出线为4～8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。但由于设置旁路母线的条件所限（35kV～60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为2～3天。）所以，35kV～60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。 据上述分析、组合，筛选出以下两种方案。如图1.3及图1.4所示。

图1.3单母线分段带旁母接线

图1.4双母线接线

对图1.3及图1.4所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较。见表1-2 表1-2主接线方案比较

经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案Ⅰ。

1.3 10kV电气主接线

6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。 上述两种方案如图1.5及图1.6所示。

图1.5单母线分段接线

图1.6双母线接线

对图1.5及图1.6所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-3

表1-3主接线方案比较

经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。所以选用方案Ⅰ。

第二章 负荷计算及变压器选择

2.1 负荷计算

要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kV负荷、35kV负荷和110kV侧负荷。 由公式Sc Kt

P

cos (1 %)（2-1）

式中Sc——某电压等级的计算负荷

Kt——同时系数（35kV取0.9、10kV取0.85）

%——该电压等级电网的线损率，一般取5%

P、cos =1 -—各用户的负荷和功率因数 2.1.1 10kV负荷计算 S10KV=0.85×1.5×12×(1+5%) =16.065WVA 2.1.2 35kV负荷计算 S35KV=0.9×4×8×(1+5%) =30.24MVA

2.2 主变台数、容量和型式的确定

2.2.1变电所主变压器台数的确定 主变台数确定的要求：

1.对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。 2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。 考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。 2.2.2变电所主变压器容量的确定 主变压器容量确定的要求：

1.主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。

2.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。S35KV=30.24MVA由于上述条件所限制。所以，两台主变压器应各自承担15.12MVA。当一台停运时，另一台则承担70%为21.168MVA。故选两台30MVA的主变压器就可满足负荷需求。 2.2.3 变电站主变压器型式的选择

具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y连接；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压变压器绕组都采用接。

故主变参数如下：

连

第三章 最大持续工作电流节短路计算

3.1 各回路最大持续工作电流

根据公式 Smax UeIgmax（3-1） 式中Smax---- 所统计各电压侧负荷容量

Ue--- 各电压等级额定电压

Igmax---- 最大持续工作电流

Smax UeIgmax

Igmax

Smax3UeSmax3Ue

则：10kV

Igmax =16.065MVA/( ×10.5KV)

=0.883KA 35kV

Igmax

Smax3Ue

=30.24 MVA/(×37KV)

=0.471KA 110KV

Igmax

Smax3Ue

=1400MVA/(×115KV)

=7.03KA

3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果

短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。

短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有3个，即110KV母线短路（K1点），35KV母线短路（K2）点，10KV电抗器母线短路（K3点）。 当K1点断路时:

等效电路图

选基准:

S

B

=100MVA

U=U

B

av

等效电路图

当K1点断路时:

Us(1-3)%=10.5 % Us(2-3)%=10.5% Us(1-2)%=6.5% X1= X5=1/200×[(10.5+6.5-10.5)×100/31.5]=0.103 X2= X4=1/200×[(10.5+6.5-10.5)×100/31.5]=0.103 X6= X3=1/200×[(10.5+10.5-6)×100/31.5]=0.238 X8=0.38×1102/600=7.7

X7=0.45×1102/800=6.8 短路电流有名值:

I´=7.24×100/ (3×115)=3.63KA 冲击电流:

Ish=2×1.8×3.63=9.25KA

最大电流有效值:

Iz=3.63×1.51=5.48KA

短路容量:

S =×3.63×115=723MVA

K2点短路： 短路电流有名值:

I

1X16 100

3U 16.17KA av

冲击电流:

Ish= 2×1.8×16.17=41.15KA

最大电流有效值:

Iz=16.17×1.51=24.4KA 短路容量:

S =×16.17×37=1036.2MVA

K3点短路时: 短路电流有名值:

I 1/0.102 100/3Uav 56.6KA

冲击电流:

Ish= 2×1.8×56.6=144KA

最大电流有效值:

Iz=56.6×1.51=85.5KA

短路容量:

S =×56.6×10.5=1029.3MVA

第四章 主要电气设备选择

由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。 技术条件：

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 1.电压

选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug,即，Umax>Ug 2.电流

选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig ，即Ie>Ig 校验的一般原则：

1.电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。

2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。 3.短路的热稳定条件

Qd Q

td

12

I

"2

10Itd/2 Itd

22

Qdt——在计算时间ts内，短路电流的热效应（KA2S） It——t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S） T——设备允许通过的热稳定电流时间（s） 校验短路热稳定所用的计算时间Ts按下式计算 t=td+tkd式中td ——继电保护装置动作时间内（S） tkd——断路的全分闸时间（s） 4.动稳定校验

电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是：

INbr Iz INcl Ish

上式中Ish Iz——短路冲击电流幅值及其有效值

INbr INc——l允许通过动稳定电流的幅值和有效值

4.1 110KV 断路器和隔离开关的选择与校验

1.按额定电压选择

UN et 1.15UN＞Ur max 1.1UN

2.按额定电流选择

IN et≥Ir max

Irmax

3.按开断电流来选择

30 1.05 110

0.165KA

INbr Iz 5.48KA

4.按短路关合电流选择

INcl Ish 9.26KA

根据以上计算，可以初步选择SW3-110G/1200型断路器，其参数见下表：

表4-1 110KV 断路器选择与校验结果表

5.校验热稳定，取后备保护动作时间tbr 为0.15s。

Tk=0.07+0.4+0.15=0.62s

Qk I2Tk 5.482 0.62 18.62KA2s Qn In2t 15.8 3 748.92KA2s

从而知Qk Qn，满足要求。

6.校验动稳定

Ish 9.26KA Id 41KA 满足要求。

将上述计算结果列表如下：

表4-2 110KV断路器选择与校验结果表

从上表可知，选择SW3-110G/1200 型断路器满足要求。 110KV隔离开关的选择与校验

表4-3 110KV隔离开关选择表

校验热稳定，取后备保护动作时间tbr为0.15s。

Tk=0.07+0.4+0.15=0.62s

Qk I2Tk 5.482 0.62 18.62KA2s Qn In2t 21.52 4 1849KA2s

从而知Qk Qn，满足要求。 校验动稳定

Ish 9.26KA Id 80KA,

满足要求。

表4-4 110KV隔离开关选择与校验结果表

4.2 35KV 断路器和隔离开关的选择与校验

1.按额定电压选择

UN et 1.15UN＞Ur max 1.1UN

2.按额定电流选择

IN et≥Ir max

Irmax

3.按开断电流来选择

30 1.05 35

0.52KA

INbr Iz 24.4KA

4.按短路关合电流选择

INcl Ish 41.15KA

根据以上计算，可以初步选择SW2-35/1000型断路器，其参数见下表：

表4-5 110KV 断路器选择与校验结果表

5.校验热稳定，取后备保护动作时间tbr 为0.15s。

Tk=0.06+0.4+0.15=0.61s

Qk I2Tk 24.42 0..61 363.2KA2s Qn In2t 24.82 3 1845KA2s

从而知Qk Qn，满足要求。

6.校验动稳定

Ish 41.15KA Id 63.4KA 满足要求。

将上述计算结果列表如下：

表4-6 35KV断路器选择与校验结果表

从上表可知，选择SW2-35/1000 型断路器满足要求。 35KV隔离开关的选择与校验

表4-7 35KV隔离开关选择表

校验热稳定，取后备保护动作时间tbr为0.15s。

Tk=0.06+0.4+0.15=0.61s

Qk I2Tk 24.42 0..61 363.2KA2s

Qn In2t 162 4 1024KA2s

从而知Qk Qn，满足要求。

校验动稳定

Ish 41.15KA Id 72KA ,满足要求。

表4-8 110KV隔离开关选择与校验结果表

4.3 10KV 断路器和隔离开关的选择与校验

1.按额定电压选择

UN et 1.15UN＞Ur max 1.1UN

2.按额定电流选择

IN et≥Ir max

Irmax

3.按开断电流来选择

30 1.05 10

1.819KA

INbr Iz 85.5KA

4.按短路关合电流选择

INcl Ish 144KA

根据以上计算，可以初步选择SN4-10G型断路器，其参数见下表：

表4-910KV 断路器选择与校验结果表

5.校验热稳定，取后备保护动作时间tbr 为0.15s。

Tk=0.15+0.15+0.65=0.95s

Qk I2Tk 85.52 0.92 6725KA2s Qn In2t 1202 3 43200KA2s

从而知Qk Qn，满足要求。

6.校验动稳定

Ish 144KA Id 300KA 满足要求。

将上述计算结果列表如下：

表4-10 110KV断路器选择与校验结果表

从上表可知，选择SN4-10G型断路器满足要求。 10KV隔离开关的选择与校验

表4-11 10KV隔离开关选择表

校验热稳定，取后备保护动作时间tbr为0.15s。

Tk=0.15+0.15+0.65=0.95s

Qk I2Tk 85.52 0.92 6725KA2s Qn In2t 752 4 22500KA2s

从而知Qk Qn，满足要求。 校验动稳定

Ish 144KA Id 160KA,

满足要求。

表4-12 10KV隔离开关选择与校验结果表

4.4 各级电压母线的选择

选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容： ⑴、选择母线的材料，结构和排列方式； ⑵、选择母线截面的大小；

⑶、检验母线短路时的热稳定和动稳定；

⑷、对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；

⑸、对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。 110KV母线的选择

采用圆管形铝锰合金线导体

Igmax

Smax3Ue

=1400MVA/(×115KV)

=7.03KA

按最大持续工作电流选择查设备手册选槽型铝导体，

已知本地区年最高气温40摄氏度，年最低气温-5摄氏度，年平均气温18摄氏度。 温度修正系数 Kθ=1.07

Ial18 k Imax=1.07×7550=8078.5> Imax =7030

热稳定校验: 正常运行时导体温度:

θ=18+(70-18)×70302 /75502=63.08℃

查发电厂电气部分表C=89，则满足短路时发热的最小导体截面为:

Smin

QkKfC

.62 1.175 106 52.54mm2

89

Smin=52.54 mm2<6870 mm2 满足热稳定要求 电晕校验：

Ucr Ug 1.05Un

取m1 0.9,m2 1.0, 1,Dm 1000mm

Ucr 49.3m1m2 rlg

满足电晕电压要求 35KV母线的选择

Dm

=1151> Ug=1.05×110=115.5KV r

采用圆管形铝锰合金线导体 Igmax

Smax3Ue

=30.24 MVA/(×37KV)

=0.471KA

按最大持续工作电流选择查设备手册选圆管形铝锰合金线导体，

已知本地区年最高气温40摄氏度，年最低气温-5摄氏度，年平均气温18摄氏度。 温度修正系数 Kθ=1.07

Ial18 k Imax=1.07×770=823.9KA> Imax =471KA

热稳定校验: 正常运行时导体温度: θ=18+(70-18)Imax2/ial2=157℃

查发电厂电气部分表C=81足短路时发热的最小导体截面为: Smin=41.69 mm2<294 mm2 满足热稳定要求 电晕校验：

取m1 0.9,m2 1.0, 1,Dm

D1D2

Ucr 49.3m1m2 rlg

满足电晕电压要求 10KV母线选择

Dm

=180.5KV>1.05×35=36.75KV r

采用圆管形铝锰合金线导体

Igmax

Smax3Ue

=16.065MVA/( ×10.5KV)

=0.883KA

按最大持续工作电流选择查设备手册选圆管形铝锰合金线导体，

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7gt1.html