110kV变电站的初步设计_110kV变电站的电气主接线图形论文

毕业设计（论文）

110kV变电站的初步设计

摘要

根据对原始资料背景和设计要求的分析，110kV变电站初步设计的主要内容包括：先试选电气主接线方案，然后进行技术性和经济性的比较，最终选择最合理的主接线形式；通过经济截面电流法，先选择变电所进线导线，为后续三相短路电流计算做铺垫；根据三相短路电流计算结果，选择符合使用要求的各种电气设备；最终是对变压器、线路进行保护。

通过综合分析，110kV侧入线是双电源供电，35kV和10kV母线选择的都是单母线接线。导线选择后，采用标幺值法计算等效电抗，通过查电源运算曲线的图表，找出短路瞬间、4s后的短路电流标幺值，而后将其转换成有名值，通过公式计算出冲击电流。至于电气设备的选择则是通过最大负荷电流和开断电流进行选择，根据4s后电流有名值和短路冲击电流有名值进行热稳定性和动稳定性校验；至于保护方面，主要是变压器的保护，通过延时时间不同，来让不同断路器动作，进而起到保护作用。

关键词：电气主接线，三相短路电流，变压器，线路保护，标幺值

PRELIMINARY DESIGN OF 110 kV SUBSTATION

ABSTRACT

According to the analysis of raw data background and design requirements, the main content of the preliminary design of the 110 kV substation including: Try to choose the main electrical wiring scheme, then carries on the technical and economical comparison, and finally choose the most appropriate form of the main wiring. Through the economical section current method, choose the substation into line conductor, which will pave for the subsequent three-phase short-circuit current calculation. According to the results of the three-phase short-circuit current calculation to choose all kinds of electrical equipment, which conform to the requirements. Transformer and line are ultimately to be protected.

Through the comprehensive analyse, the side into line of 110 kV is double power supply, while 35 kV and 10 kV busbar selection are single busbar wiring. Use standard per unit method to calculate the equivalent reactance after selecting wire, and to find out the per unit's short-circuit current value of short circuit instantaneous and after 4s’through checking the power operation curve chart, and then convert them into actual value, calculate the shock current based on the formula. As for the selection of electrical equipment, which is through the choice of maximum load current and open circuit current, carries on the thermal stability and dynamic stability check according to the after 4s’current actual value and short circuit impact current actual value. The protection of transformer is mainly in protection, which protects further through the different delay time to make the different circuit breaker action.

KEY WORDS: main electrical wiring, three-phase short-circuit current, transformer, line protection, per unit

目录

前言 (1)

第1章原始资料分析及变压器的选择 (2)

1.1 原始资料简介及分析 (2)

1.1.1 原始资料简介 (2)

1.1.2 原始资料分析 (2)

1.2 变压器的选择 (3)

1.2.1 变压器数量的选择 (3)

1.2.2 变压器容量的选择 (3)

第2章电气主接线的设计 (5)

2.1 电气主接线 (5)

2.1.1 电气主接线的基本要求 (5)

2.2 母线制 (5)

2.2.1 单母线接线 (5)

2.2.2 单母线分段接线 (6)

2.2.3 双母线接线 (7)

2.2.4 桥形接线 (7)

2.3 电气主接线设计方案的比较及选择 (7)

第3章短路电流的计算 (9)

3.1 概述 (9)

3.1.1 短路类型 (9)

3.1.2 短路计算步骤 (9)

3.2 变电站电源进线的选择 (9)

3.2.1 变电站容量补偿后的初步估计 (9)

3.2.2 变电站进线的选择 (10)

3.3短路计算 (10)

3.3.1 各元件电抗标幺值的计算 (11)

3.3.2 K1点（35kV母线）短路电流计算13

3.3.3 K2点（10kV母线）短路电流计算16

3.3.4 K3点（110kV母线）短路电流计算19

3.3.5 K4点（110kV母线）短路电流计算21

3.4 短路电流计算总结 (22)

第4章变电所电气设备的选择及校验 (23)

4.1 断路器和隔离开关的选择与校验 (23)

4.1.1 断路器的选择 (23)

4.1.2 断路器的校验 (24)

4.1.3 隔离开关的选择 (24)

4.1.4 隔离开关的校验 (25)

4.2 电压互感器的选择 (26)

4.2.1 电压互感器 (26)

4.2.2 电压互感器的选择 (27)

4.3 电流互感器的选择 (28)

4.3.1 电流互感器的特点 (28)

4.3.2 电流互感器的选择及校验 (29)

4.3.3 各电压侧电流互感器的选择及校验30

4.4 母线的选择 (32)

4.4.1 母线 (32)

4.4.2 母线的分类及各颜色含义 (32)

4.4.3 母线的截面尺寸选择及短路稳定性校验33

4.4.4 35kV、10kV、110kV侧母线的选择及校验34

4.5 避雷器的选择 (36)

4.5.1 避雷器的特点 (36)

4.5.2 避雷器的配置原则 (36)

4.5.3 避雷器的选择 (37)

4.6 熔断器的选择 (37)

4.6.1 熔断器的特点 (37)

4.6.2 熔断器的选择 (38)

4.6.3 各电压侧熔断器的选择 (38)

4.7 电气设备选择汇总 (39)

第5章继电保护的配置 (40)

5.1 继电保护及其基本要求 (40)

5.1.1 继电保护装置 (40)

5.1.2 继电保护的基本要求 (40)

5.2 变压器的保护 (40)

5.2.1 保护类型 (40)

5.2.2 变压器的电流速断保护 (41)

5.2.3 变压器的过电流保护 (41)

5.2.3 变压器的过负荷保护 (42)

5.3 母线的保护 (43)

5.3.1 母线故障原因 (43)

5.3.2 母线的保护方法 (43)

5.4 线路的保护 (43)

5.4.1 各电压侧保护概述 (43)

5.4.2 线路的三段式保护 (43)

结论 (47)

谢辞 (48)

参考文献 (49)

附录 (50)

外文资料翻译 (52)

前言

我国电力工业近年来发展迅速，其技术水平和管理水平正在朝着集中控制和计算机监控的方向迈进,电力系统也已经实现了分级集中调度。各电力企业正以节能高效高产为目标，努力做到安全高效远行。目前国内外110kV以上变电站及相当一部分35kV变电站都不同规模地实现了远动及自动化控制，而未来变电站的发展趋势也是向着智能化，网络化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。

根据对原始资料和设计要求的分析，110kV变电站的设计主要包括电气主接线方案的分析和选择、三相短路电流的计算、主要电气设备的选择及变压器保护等。通过技术性和经济性比较、论证，110kV侧采用双回路供电，35kV侧采用单母线接线，10kV侧也采用单母线接线的设计方案；短路电流的计算是为了选择各种合适的电气设备，并进行有关的校验。通常三相短路产生的短路电流最大，在选取短路点之后，采用运算曲线法完成三相短路电流的计算；在短路电流计算的基础上对电气设备进行选择，电气设备一般按正常工作条件进行选择，并按照短路状况来校验热稳定和动稳定。重点对高压断路器、高压隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、避雷器等设备进行了选择。由于变压器在电力系统中占有十分重要的地位，其故障会对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，必须进行各种保护。

第1章原始资料分析及变压器的选择

1.1 原始资料简介及分析

1.1.1 原始资料简介

1. 设计变电所在城市近郊，在变电所附近有地区负荷。

2. 确定本变电所的电压等级为110/35/10kV，110kV是本变电所的电源电压，35kV和10kV是二次电压。

3. 待建变电所的电源，由双回110kV线路送到本变电所；在中压侧35kV母线，送出6回线路,每回路输送容量2MW,功率因数0.85；在低压侧10kV母线，送出12回线路，为近区负荷，每回路输送容量1.5MW，自然功率因数0.85；该变电所的所址，地势平坦，交通方便。其对应如图1-1所示：

图1-1 待建变电所示意图

1.1.2 原始资料分析

所建变电所既然在城市近郊，说明是向城市供电，城市中一级、二级负荷比较多。由图中变电所出线有三条线，结合本变电所的电压等级为110/35/10kV，可以知道本变电所一条代表10kV，一条代表35kV，另外一

条直接供电。结合电源是双电源双回路供电，地区一、二级负荷比较多，可以考虑用两台变压器供电。

根据每条回路的传输容量和功率因数，可以选择合适的变压器。

1.2 变压器的选择

1.2.1 变压器数量的选择

由于变电所在城市近郊，其主要向城市及其郊区的企业供电。可以认为该地区一、二级负荷较多，为了满足供电可靠性，应采用两台变压器供电。

1.2.2 变压器容量的选择

变压器容量选择时需要注意的几个问题[1]：

1. 变电站运行需要消耗电能，故厂用电取为5%。

2. 由于两台变压器互为暗备用，当一台变压器故障或检修时，另一台变压器承担负荷取为70%。

3. 为了适应城市发展和调整的需要，变压器容量应保留15%～25%的裕量，此处取为20%。

4. 由于所有负荷大多数情况下不会同时工作，故取同期系数为0.9。 变压器容量可按以下公式计算： ()t 1%cos GN N d N

p S K K φ≥?+??∑ (1-1) ()0.91+20%70%cos 6212 1.50.9(

) 1.20.726.68()0.850.85GN N N

N P S S MVA ?≥????≥?+??= 通过综合分析，110kV 变电站变压器应采用两台完全相同的有载调压三绕组电力变压器，变压器容量为31500kVA 。查《35-110kV 变电所设计规范》选择：SFSZ7—31500/110型号的变压器。其技术参数如下表1-1所示：

表1-1 所选变压器参数

第2章电气主接线的设计

2.1 电气主接线

电气主接线是高压电气设备连成的接收和分配电能的电路，是发电站和变电所最主要的组成部分之一，对安全可靠至关重要。

2.1.1 电气主接线的基本要求

电气主接线的基本要求如下[2]：

(1) 安全性

安全性主要指设备安全和人身安全。设备安全主要指电气设计符合国家标准和电气设计规范。人身安全指操作人员具有操作资历，能按要求操作。

(2) 可靠性

可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力。

(3) 灵活性

操作的方便性和调度时的灵活性。

(4) 经济性

投资少，占地面积小，电能损耗少。

此外，选择主接线时还要考虑到扩建的可能性。设计时不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，将来可顺利完成过渡方案的实现，使改造的工作量最少。

2.2 母线制

2.2.1 单母线接线

单母线接线的优点：接线简单清晰、设备少，投资少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。

单母线接线的严重缺陷是母线停运，将使全部支路停运，且停电时间较