110kv变电站课程设计

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课程设计报告

课程：电气综合课程设计学院：电子工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：

学号：班级：指导教师：

职称：讲师完成日期： 2015年 11月 12日

摘要

随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反应在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。

变电所是电力系统的一个重要组成部分，有电气设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与控制的枢纽，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代的电力系统、现代工业化生产和社会生活的发展趋势。随著计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的坚实、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了有优化组合和系统集成的技术基础。110Kv变电所属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，分析变电所担负的任务及用结构化负荷等情况，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。

电力技术高新化、复杂化的迅速发展，使电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发展变化。变电所为电力系统中的一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。

……

【关键词】迅速崛起变电所可靠性电力技术

1 引言 ........................................................................................................................................ 4

1.1 变电站的作用 ................................................ 4 1.2 我国变电站及其设计的发展趋势 ................................ 5 1.3 变电站设计的主要原则和分类 .................................. 7

2 任务书 .................................................................................................................................. 8

2.1 原始资料 .................................................... 8 2.2 负荷计算 .................................................... 9

3 电气主接线设计 ........................................................................................................... 10

3.1 电气主接线设计概述 ......................................... 10 3.2 电气主接线的基本形式 ....................................... 12 3.3 电气主接线选择 ............................................. 13

4 变电站主变压器选择 ................................................................................................. 14

4.1 主变压器的选择 ............................................. 17 4.2 主变压器选择结果 ........................................... 18

5 短路电流计算................................................................................................................. 19

5.1 短路的危害 ................................................. 19 5.2 短路电流计算的目的 ......................................... 19 5.3 短路电流计算方法 ........................................... 19

6 电气设备的选择 ........................................................................................................... 21

6.1 导体的选择和校验 ........................................... 21 6.2 断路器和隔离开关的选择及校验 ............................... 21 6.3 电压互感器和电流互感器的选择 ............................... 21 6.3.1 电流互感器的选择........................................ 223 6.3.2 电压互感器的选择......................................... 24 参考文献......................................................................................................................................... 25

1 引言

1.1 变电站的作用

一、变电站在电力系统中的地位

电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机）、变换（变压器、整流器、逆变器）、输送和分配（电力传输线、配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。

变电站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。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类：

（1）枢纽变电站；位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330—500kv的变电站，成为枢纽，全所停电后，将引起系统解列，甚至出项瘫痪。

（2）中间变电站：高压侧以交换潮流为主，其系统变换功的作用。或使长距离输电线路分段，一般汇聚2—3个电源，电压为220—330kv，同时又降压供当地供电，这样的变电站起中间环节的作用，所以叫中间变电站。全所停电后，将引起区域电网解列。

（3）地区变电站：高压侧一般为110—220kv，向地区用户供电为主的变电站，这是一个地区或城市的主要变电站。全所停电后，仅使该地区中断供电。

（4）终端变电站：在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧的电压为110kv，经降压后直接向用户供电的变电站，即为终端变电站。全所停电后，只是用户受到损失。

二、电力系统供电要求

（1）保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备的安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。因此，电力系统运行首先足可靠、持续供电的要求。

（2）保证良好的电能质量：电能质量包括电压质量，频率质量和波形质量这三个方面，电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定的数来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定电压的正负5%，给定的允许频率偏移为正负0.2—0.5%HZ等，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。所有这些质量指标，都必须采取一切手段来予以保证。

（3）保证系统运行的经济性：电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占的比重约为1/3 ，而且在电能变换，输送，分配时的损耗绝对值也相当可观。因此，降低每生产一度电能损耗的能源和降低变换，输送，分配时的损耗，又极其重要的意义。

1.2 我国变电站及其设计的发展趋势

一、我国变电站的发展趋势

近年来，在我国在经济技术领域中取得了快速发展，特别是计算机网络技术和通信技术的发展，为我国变电站的发展起到了强有力的推动作用，越来越多的新技术新产品应用到变电站方面，具体来说，使我国变电站设计呈现以下发展趋势：

1. 智能化

智能化变电站的发展是随着高压高精度的智能仪器的出现而逐渐发展的，特别是计算机高速通信网络在实时系统中的开发和应用，使变电站的所有信息采集、传输实现的智能化处理提供的强大的物质和理论基础。智能化主要体现在以下几个方面：

?紧密联结全网。 ?支撑智能电网。

?高电压等级的智能化变电站满足特高压输电网架的要求。 ④中低压智能化变电站允许分布式电源的接入。 ⑤远程可视化。

另外，为了加强对变电站及无人值守变电站在安全生产、防盗保安、火警监控等方面的综合管理水平，越来越多的电力企业正在考虑建设集中式远程图像监控系统，这促使了电力综合监控的网络化发展。以IP数字视频方式，能够对各变电站/所的有关数据、环境参量、图像进行监控和监视，实时、直接地了解和掌握各个变电站/所的情况，并及时对发生的情况做出反应，适应许多地区变电站的需要。

不过我国目前还没用完全实现真正意义山的智能化一次设备，一次设备的智能化仍然需要通过一定的二次设备俩转化实现，一般采用智能终端的模式。目前在国内进行的数字化变电站项目，虽然大多数采用此种方式，但是普遍没有对开关内部的二次回路进行集成化改造，智能终端与开关整合度较低，还有很大的发展空间。

2. 数字化

通过采用现代化的精密仪器仪表，以及实时性较高的通信网络，因此在此基

础上出现了数字化变电站，数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。

3. 装配化

装配式变电站采用全预制装配结构的建筑形式，大幅缩短了设计及建设周期，减少了变电站占地面积，节约了土地资源。随着国网公司“两型一化”的推广，装配式变电站在全国各地均成功试点，成为今后变电站建设的一种新型模式。二、我国变电站设计的发展趋势

依据我国的国情，以及我国多年来积累的关于变电站设计的实践和经验，可以看出我国变电站设计的发展趋势有以下几个方面。我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。 1、变电站接线方案趋于简单化

随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间少。特别国外一些知名厂家生产的超高压断路器均可达到20年不大修，更换部件费时很短。为了进一步控制工程造价，提高经济效益，经过专家反复论证，我国少数变电站设计已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案。

2、大量采用新的电气一次设备

近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工程、用户工程都考虑采用GIS配电装置。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。

这些户外高压和超高压组合电器共同特点是以SF6断路器为核心，与其它高压电气设备进行组合，形式繁多。这些设备运行可靠性高、节省占地面积和空间、施工安装简单、运行维护方便，价格介于常规电气设备与GIS之间，是电气设备今后发展的一个方向，符合我国目前的国情和技术发展方向。 3、变电站综合自动化技术

变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维

护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，已经成为必然趋势。另一方面，保护本身也需要自检查、故障滤波、事件记录、运行监视和控制管理等功能。发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。

1.3 变电站设计的主要原则和分类

变电站设计的原则是：安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效、，努力做到统一性与可靠性、先进性、经济性、适应性、灵活性、时效性和和谐性的协调统一。1. 统一性：建设标准统一，基建和生产标准统一，外部形象提醒公司企业的文化特征。2. 可靠性：主接线方案安全可靠。3. 经济性，按照利益最大化原则，综合考虑工程初期投资与长期运行费用，追求设备寿命期内最佳经济效益。4. 先进性：设备选型先进合理，占地面积小，注重环保，各项技术经济可比指标先进。5. 适应性：综合考虑不同地区的实际情况，要在系统中具有广泛的适应性，并能在一定时间内对不同规模，不同形式，不同外部条件均能适应。6. 灵活性：规模划分合理，接口灵活，组合方案多样，规模增减方便，能够运行于不同的情况环境下。7. 时效性：建立滚动修改机制，随着电网的发展和技术的进步，不断更新、补充和完善设计。8. 和谐性：变电站的整体状况与变电站周边人文地理环境相协调

变电站设计的分类按照变电站标准方式、配电装置型式和变电站规模3个层次进行划分。

（1）按照变电站布置方式分类。110kv变电站分为户外变电站、户内变电站和半地下变电站3类。在变电站设计中，户外变电站是指最高电压等级的配电装置、主变布置在户外的变电站；户内变电站是指配电装置布置在户内，主变布置在户内、户外或者户内的变电站。半地下变电站是指主变布置在地上，其它主要电气设备布置在地下建筑内的变电站；地下变电站是指主变及其他主要电气设备布置在地下建筑内的变电站。

（2）按配电装置型式分类。110kv配电装置可再分为常规敞开式开关设备和全封闭式组合电气2类进行设计。

（3）按变电站规模进行分类。例如户外AIS变电站，可按最高电压等级的出线回路数和主变台数、容量等不同规模分为终端变电站、中间变电站和枢纽变电站。

2 任务书

2.1 原始资料

一、题目： 110KV变电站设计二、原始资料

（一）建设性质及规模

(1) 系统至城中变110KV母线的短路界景为398MVA (2) 待建城中变电所有关资料；110KV进线2回。负荷情况10 KV出线10回：加工厂1回，1.5MW/回，4KM; 机械厂2回，1.2MW/回，3KM; 药棉厂1回，2MW/固，3KM; 棉纺厂2回，1.8MW/回，4KM; 水厂 2 回，1.6MW/回，2.5KM 化工厂2回，2MW/回, 3KM;

功率因数为0.85 。最人负荷利用小时数：T=5000h/年。 (3) 发电厂变电所地理位罝图如图所示。

图1-1 变电所地理位置图

G1：汽轮发电机，2?12.5MW，Xd”=0.125,cosφ=0.8； G2：汽轮发电机，30MW，Xd”=0.13,cosφ=0.8； (4)环境最高气温400C，最热月最高平均气温320C (5)变电所10KV侧过电流保护动作时间为1S。（二）电力系统接线简图

变电所10KV侧过电流保护动作时间为1S。

2.2 负荷计算

计算方法：根据材料给定的有功功率P、功率因数cos&，求出无功功率Q=P*tan&

?P?P?P?P???????P

123n?Q?Q?Q12?Q3???????Qn

计算负荷：Sc??*?P??Q22,?为需要系数一般取0.85.

根据原始资料：cos&=0.85,则tan&=tan(arccos0.85)=0.62 加工厂1回：

Pc1=1500kW,Qc1?Pc1*tan&=1500*0.62=930kVar 机械厂2回：

Pc2= Pc3=1200kW,Qc2?Qc3?Pc2*tan&=1200*0.62=744kVar 药棉厂1回：

Pc4=2000kW,Qc4?Pc4*tan&=2000*0.62=1240kVar 棉纺厂2回：

Pc5= Pc6=1800kW,Qc5?Qc6?Pc5*tan&=1800*0.62=1116kVar 水厂2回：

Pc7= Pc8=1600kW,Qc7?Qc8?Pc7*tan&1600*0.62=992kVar 化工厂2回：

Pc9= Pc10=1200kW,Qc9= Qc10=Pc9* tan&=2000*0.62=1240kVar

?P?Pc1?2*Pc2?Pc4?2*Pc5?2*Pc7?2*Pc9

=1500+1200*2+1800*2+1600*2+2000*2=16700kW

?P?Qc1?2*Qc2?Qc4?2*Qc5?2*Qc7?2*Qc9

=930+2*744+1240+1116*2+992*2+1240*2=103454kW

Sc?K*(?P)2?(?Q)2 ?P?Pc1?Pc2(Pc1)2?(Pc2)2 Sc=16.7MVA

3 电气主接线设计

发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路，电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。

3.1 电气主接线设计概述

一、对电气主接线的基本要求

现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、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一下基本要求。

（1）运行的可靠

断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

（2）具有一定的灵活性

主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快的推出设备。切除故障停电时间短，影响范围就最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。

（3）操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不但不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或者不必要的停电。

（4）经济上合理

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。

（5）具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时还应考虑到具有扩建的可能性。

变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。

图3-3 方案三主接线图

对于上述三种方案综合考虑：

110kv侧采用单母线分段接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求，对于35kv及10kv侧，采用单母线分段接线方式。综合各种因素，宜采用第三种方案。

4 变电站主变压器选择

主变压器的选择：再各级电压等级的变电站中，变压器是主要的电气设备之一。其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器台数、容量和型号是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发、利用、节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的台数、容量和型号，提高网络的经济运行将具有明显的经济效益。

4.1 主变压器的选择

一、主变压器台数的选择

在变电站设计过程中，一般需要装设两台主变压器，防止其中一台出现故障或检修时中断对用户的供电。对110kv及以下的终端或分支变电站，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器，对大型超高压枢纽变电站，可根据具体情况装设2—4台主变压器，以便减小单台容量。因此，在本次设计中装设两台主变压器。二、主变压器容量的选择

1、主变容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%（220kV及以上电压等级的变电所应满足70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷S?和大部分II类负荷S?(220kV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部I类负荷S?和II类负荷S?)，即

（n?1）SN?(0.6?0.7)Smax和（n?1）SN?S??S? 最大综合计算负荷的计算：

Smax?mPimax??Kt???cos???(1??%)

i??i?1式中， Pimax—各出线的远景最大负荷；

m —出线回路数；

cos?i—各出线的自然功率因数；

Kt—同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小，一般在0.8～0.95之间； ?%—线损率，取5%。因此，由原始材料可得：

SZ=Sc(1+15%)*0.7=16700*1.15*0.7=13443.5KVA

因此主变容量大于13443.5KVA。三、主变压器型号的选择

1.相数选择:变压器有单相变压器组和三相变压器组。在330kv及以下的发电厂和变电站中，一般选择三相变压器。单相变压器组由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高。只有受变压器的制造和运输条件的限制时，才考虑采用单相变压器组，因此在本次设计中采用三相变压器组。

2.绕组数选择：在具有三种电压等级的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15%以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所内需要装无功补偿设备时，主变压器宜选用三绕组变压器。

3.绕组连接方式的选择：变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种。高压绕组为星形联结时，用符号Y表示，如果将中性点引出则用ＹＮ表示，对于中＼低压绕组则用ｙ及ｙｎ表示；高压绕组为三角形联结时，用符号Ｄ表示，低压绕组用ｄ表示。三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响，而采用全星形的变压器用于中性点不直接接地系统时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变，使电压的峰值增大，危害变压器的绝缘，还会对通信设备产生干扰，并对继电保护整定的准确性和灵敏度有影响。

4.2 主变压器选择结果

根据以上计算和分析结果，查《发电厂电气主系统》可得，选择的主变压器型号为：SFSZ9-25000/110。主要技术参数：额定容量：25000kVA

额定电压：高压—110±8×1.25%（kv）；中压—38.5±2×2.5%（kv）；低压—10.5 （kv）

连接组别：YN/yn0/d11 空载损耗：21.8（kw）短路损耗：112.5kw 空载电流：0.53%

阻抗电压（%）：高中:US(1?2)%?10.5；中低US(2?3)%?6.5；高低US(3?1)%?17.5，因此选择SFSZ9-25000/110型变压器两台。

5 短路电流计算

5.1 短路的危害

（1）通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。

（2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命。

（3）电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。

5.2 短路电流计算的目的

在变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下一个方面：