110kV降壓變電站電氣部分設(shè)計(jì)

110kV降壓變電站電氣部分設(shè)計(jì)

名目

1緒論(1)

1.1選題背景(1)

1.2選題意義(1)

1.3變電站進(jìn)展概況(1)

1.4設(shè)計(jì)原始資料(2)

2電氣主接線設(shè)計(jì)及短路電流計(jì)算(4)

2.1電氣主接線設(shè)計(jì)及主變壓器容量選擇(4)

2.2主接線方案比較(4)

2.3主變壓器的選擇(5)

2.4站用變壓器的選擇(6)

2.5短路電流計(jì)算(6)

2.5.1短路電流的計(jì)算目的(7)

2.5.2短路電流計(jì)算點(diǎn)的確定(7)

2.5.3計(jì)算步驟(7)

2.5.4變壓器、線路及電抗器的參數(shù)計(jì)算(7)

2.6系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)(9)

3電氣主設(shè)備的選擇及校驗(yàn)(17)

3.1選擇原則及規(guī)定(17)

3.1.1一般原則(17)

3.1.2校核電器的基本使用條件(17)

3.1.3各回路最大持續(xù)工作電流(17)

3.2主設(shè)備選擇及校驗(yàn)(18)

3.2.1斷路器的選擇及校驗(yàn)(18)

3.2.2隔離開關(guān)的選擇及校驗(yàn)(22)

3.3互感器的選擇及校驗(yàn)(26)

3.3.1互感器的作用：(26)

3.3.2電流互感器的配置原則(27)

3.3.3電流互感器的選擇(27)

3.4電壓互感器的選擇(32)

3.5避雷器的選擇及檢驗(yàn)(35)

3.6母線的選擇及校驗(yàn)(37)

3.7熔斷器的選擇(40)

4主變愛(ài)護(hù)整定計(jì)算及防雷接地計(jì)算(42)

4.1變壓器繼電愛(ài)護(hù)(42)

4.1.1變壓器差動(dòng)愛(ài)護(hù)計(jì)算(42)

4.1.2變壓器過(guò)流愛(ài)護(hù)及過(guò)負(fù)荷愛(ài)護(hù)計(jì)算(45)

4.2防雷接地計(jì)算(46)

4.2.1防雷計(jì)算(46)

4.2.2接地計(jì)算(48)

附錄A主接線方案圖(53)

附錄B系統(tǒng)正序等值圖(55)

附錄C設(shè)備選擇參照?qǐng)D(56)

附錄D短路電流計(jì)算結(jié)果表(57)

附錄E變電所主體設(shè)備型號(hào)一覽表(58)

1緒論

1.1選題背景

電力已成為人類歷史進(jìn)展的主要?jiǎng)恿Y源，要科學(xué)合理的使用及安排電力，必需從工程的設(shè)計(jì)來(lái)提高電力系統(tǒng)的平安性、牢靠性和運(yùn)行效率，從而達(dá)到降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。變電站是電力系統(tǒng)配電傳輸不行缺少的重要組成部分，它直接影響整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的平安和電力運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)成本，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和安排電能的作用。電氣主接線是發(fā)電廠變電所電氣部分的主體，電氣主接線的擬定直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電愛(ài)護(hù)和自動(dòng)裝置方式的確定，對(duì)電力系統(tǒng)的平安、牢靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著打算的作用。

目前，110kv、35kv常規(guī)變電站在城農(nóng)網(wǎng)中仍占有較大的比重，其一次、二次設(shè)備都比較落后，繼電愛(ài)護(hù)裝置多為電磁式繼電器組合而成，一般只具有當(dāng)?shù)卣莆展δ?，多為有人值班運(yùn)行方式。隨著電網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)化系統(tǒng)的提高，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)揮著越來(lái)越強(qiáng)大的作用，少人或無(wú)人值守變電站將成為今后變電運(yùn)行的主流方式，對(duì)原有電站及新建電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守勢(shì)在必行。對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)講，我們只有不斷提高自身素養(yǎng)，才能跟得上電力系統(tǒng)的飛速進(jìn)展，為電力事業(yè)的興盛盡一點(diǎn)微薄之力。

1.2選題意義

照先行的原則，依據(jù)遠(yuǎn)期負(fù)荷進(jìn)展，打算在本區(qū)興建一中型110kv變電所。該變電所建成后，主要對(duì)本區(qū)用戶供電為主，尤其對(duì)本地區(qū)大用戶進(jìn)行供電，改善提高供電水平。同時(shí)和其他地區(qū)變電所聯(lián)成環(huán)網(wǎng)，提高了本地供電質(zhì)量和牢靠性。

本設(shè)計(jì)針對(duì)變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇、主接線的選擇、短路電流的計(jì)算、主要電器設(shè)備的選擇和校驗(yàn)、繼電愛(ài)護(hù)及變電站防雷等。通過(guò)對(duì)110KV降壓變電所電氣部分的設(shè)計(jì)，使我明白其目的在于使我們通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，能夠得到各方面的充分訓(xùn)練，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)加深對(duì)所學(xué)學(xué)問(wèn)內(nèi)在聯(lián)系的理解，并能敏捷的運(yùn)用。

1.3變電站進(jìn)展概況

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，它集變電站中的掌握、愛(ài)護(hù)、測(cè)量、中心信號(hào)、故障錄波等功能于一身，替代了原常規(guī)的突出式和插件式電磁愛(ài)護(hù)、晶體管愛(ài)護(hù)、集成電路愛(ài)護(hù)。常規(guī)掌握、愛(ài)護(hù)裝置已逐步從電力系統(tǒng)中退出，取而代之的則是這種新型的微機(jī)監(jiān)控方式，它運(yùn)用了自動(dòng)掌握

技術(shù)、微機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，經(jīng)過(guò)功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，組成計(jì)算機(jī)的軟硬件設(shè)備代替人工,利用變電站中的遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備來(lái)完成對(duì)站中設(shè)備的遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、遙控即四遙功能。這就為實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值守供應(yīng)了前提條件。變電站、所綜合自動(dòng)化和無(wú)人值守是當(dāng)今電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域中熱門的話題，在當(dāng)今城、農(nóng)網(wǎng)建設(shè)改造中正被廣泛采納。

1.4設(shè)計(jì)原始資料

1.變電站出線

設(shè)計(jì)某變電站的電壓等級(jí)為110kV/35kV/10kV，設(shè)兩臺(tái)主變，變電站最終規(guī)模的進(jìn)出線回路數(shù)為：

110kV：2回（雙電源進(jìn)線）

35kV：6回（終端用戶）

10kV：12回（終端用戶）

2.地理環(huán)境：

變電站海拔高度為800m，四周無(wú)污染區(qū)，戶外最拭熱平均氣溫為35℃。

3.負(fù)荷狀況：

35kV、10kV側(cè)負(fù)荷狀況見(jiàn)下表。

表1.1負(fù)荷狀況表

4.線路長(zhǎng)度：

110kV：架空線，170公里35kV：架空線，76公里10kV：架空線，27公里

2電氣主接線設(shè)計(jì)及短路電流計(jì)算

2.1電氣主接線設(shè)計(jì)及主變壓器容量選擇

依據(jù)GB50059-92《35-110kv變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》，設(shè)計(jì)任務(wù)書中站給資料中要求，變電站的主接線，應(yīng)依據(jù)變電站在電力網(wǎng)中的地位，出線回路數(shù)，設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，并應(yīng)滿意供電牢靠，運(yùn)行敏捷，操作檢修便利，節(jié)省投資和便于擴(kuò)建，同時(shí)應(yīng)滿意以下條件：

1．當(dāng)能滿意運(yùn)行要求時(shí)，變電站高壓側(cè)宜采納斷路器較少或不用斷路器的接線。

2．35-110kv線路為兩回以下時(shí)，宜采納橋形，線路變壓器組線路分支接線。

3．當(dāng)變電站裝有兩臺(tái)主變時(shí)，6-10kv側(cè)宜采納分段單母線。線路12回及以下時(shí)，變電站10kv可用雙母線；當(dāng)不許停電檢修斷路器時(shí)，可裝設(shè)旁路設(shè)施。

4．接在母線上的：避雷器和電壓互感器可合用一組隔離開關(guān)，對(duì)接在變壓器引出線上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開關(guān)。

依據(jù)以上要求初步選擇主接線如下：

方案一（接線圖見(jiàn)：附錄A）

1．110kv側(cè)、35kv側(cè)和10kv側(cè)均采納單母分段的接線方式。

2．主變?nèi)萘考芭_(tái)數(shù)的選擇：2臺(tái)主變?nèi)萘肯嗤?/p>

方案二（接線圖見(jiàn)：附錄A）

1．110kv側(cè)采納橋形接線，35kv側(cè)和10kv側(cè)采納單母分段的接線。

2．主變?nèi)萘考芭_(tái)數(shù)的選擇：2臺(tái)主變?nèi)萘肯嗤?/p>

2.2主接線方案比較

綜上所述，由于方案二采納橋形接線，使用的斷路器比方案一少，主變臺(tái)數(shù)、型號(hào)、參數(shù)均相同，同時(shí)又不降低用電和供電牢靠性，又符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和設(shè)計(jì)規(guī)程的要求，從經(jīng)濟(jì)角度考慮選擇方案二比較合適，達(dá)到了工程造價(jià)較低，同時(shí)考慮了變電站隨著負(fù)荷的增加，進(jìn)行擴(kuò)建和增容的可能性，由于橋式接線在負(fù)荷增加時(shí)，可很便利的改造為單母線分段，以適應(yīng)負(fù)荷增加和供電牢靠性的要求。

同時(shí)，從技術(shù)角度，方案一中斷路器3、斷路器4之間及母線發(fā)生短路，則斷路器3、斷路器4、斷路器5分別跳閘，即全部負(fù)荷由1號(hào)主變擔(dān)當(dāng)；方案二中當(dāng)斷路器3至變壓器繞組內(nèi)及斷路器2右側(cè)發(fā)生短路，則斷路器2、斷路器3及變壓器中、低側(cè)分別跳閘，即全部負(fù)荷由1號(hào)主變擔(dān)當(dāng)。再如，方案一如母線發(fā)生短路，斷路器4、斷路器5、斷路器3分別跳閘，2號(hào)主變停止向負(fù)荷供電；方案二中內(nèi)橋斷路器2側(cè)母線發(fā)生短路，

斷路器2、斷路器3、2號(hào)主變中、低壓側(cè)分別跳閘，停止向負(fù)荷供電。

由以上分析，方案一和方案二在技術(shù)上是相當(dāng)?shù)?，而從?jīng)濟(jì)上講，方案一比方案二多用了兩組斷路、兩組隔離開關(guān)和母線，所以，最終確定方案二為本設(shè)計(jì)的主接線。2.3主變壓器的選擇

1.運(yùn)行主變壓器的容量應(yīng)依據(jù)電力系統(tǒng)10-20年的進(jìn)展規(guī)劃進(jìn)行選擇。由于任務(wù)書給定的是一個(gè)三個(gè)電壓等級(jí)的變電站，而且每個(gè)電壓等級(jí)的負(fù)荷均較大，故采納三繞組變壓器2臺(tái)，運(yùn)行主變壓器的容量應(yīng)依據(jù)電力系統(tǒng)10-20年的進(jìn)展規(guī)劃進(jìn)行選擇。并應(yīng)考慮變壓器正常運(yùn)行和事故過(guò)負(fù)荷力量，以變壓器正常的過(guò)負(fù)荷力量來(lái)?yè)?dān)當(dāng)變壓器遭受的短時(shí)高峰負(fù)荷，過(guò)負(fù)荷值以不縮短變壓器的壽命為限。通常每臺(tái)變壓器容量應(yīng)是在當(dāng)一臺(tái)變壓器停用時(shí)，另一臺(tái)容量至少保證對(duì)60%負(fù)荷的供電，并考慮事故過(guò)負(fù)荷力量選擇變壓器容量，亦即短路時(shí)可擔(dān)當(dāng)100%的負(fù)荷。

2.主變?nèi)萘窟x擇Sn＝0.6Sm。(Sm為變電站最大負(fù)荷)

3.兩臺(tái)主變可便利于運(yùn)行維護(hù)和設(shè)備的檢修同時(shí)能滿意站用負(fù)荷的供電要求。

4.主變壓器形式的選擇：

①相數(shù)的確定

為了提高電壓質(zhì)量最好選擇有載調(diào)壓變壓器。

②繞組的確定

本站具有三種電壓等級(jí)，且通過(guò)主變各側(cè)繞組功率均達(dá)到該變壓器容量的15%以上，故選三繞組變壓器。

③繞組的連接方式

考慮系統(tǒng)的并列同期要求以及三次諧波的影響，本站主變壓器繞組連接方式選用Y0/Y/△－11。

采納“△”接線的目的就是為三次諧波電流供應(yīng)通路，保證主磁通和相電勢(shì)接近正弦波，附加損耗和局過(guò)熱的狀況大為改善，同時(shí)限制諧波向高壓側(cè)轉(zhuǎn)移。

5.主變?nèi)萘康拇_定：

考慮變壓器有1.3倍事故過(guò)負(fù)荷力量，則0.6*1.3=78%，即退出一臺(tái)時(shí)，可以滿意78%的最大負(fù)荷。本站主要負(fù)荷占60%，在短路時(shí)（2小時(shí)）帶全部主要負(fù)荷和一半左右Ⅰ類負(fù)荷。在兩小時(shí)內(nèi)進(jìn)行調(diào)度，使主要負(fù)荷減至正常水平。

cos（2-1）

Sn=0.6Pmax/

=0.6×(22+16)/0.92

=24.783MVA=24783KVA

選SSPSL-25000型，選擇結(jié)果如表2.1：

表2.1主變壓器參數(shù)表

2.4站用變壓器的選擇

由主變壓器容量為25000KVA，站用電率為0.5%，可選用變壓器容量為：Sn=25000×0.5%=125KVA。

選SJL1-160型，選擇結(jié)果如表2.2：

表2.2站用變壓器參數(shù)表

2.5短路電流計(jì)算

在發(fā)電廠和變電所的電氣設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其計(jì)算的目的主要有以下幾個(gè)方面：

在選擇電氣主接線時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障狀況下都能平安、牢靠地工作，同時(shí)又力求節(jié)省資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。例如：計(jì)算某一時(shí)刻的短路電流有效值，用以校驗(yàn)開關(guān)設(shè)備的開斷力量和確定電抗器的電抗值；計(jì)算短路后較長(zhǎng)時(shí)間短路電流有效值，用以校驗(yàn)設(shè)備的熱穩(wěn)定；計(jì)算短路電流沖擊值，用以校驗(yàn)設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定。

在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件校驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相對(duì)地的平安距離。

在選擇繼電愛(ài)護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需以各種短路的短路電流為依據(jù)。接地裝置的設(shè)計(jì)，也需要短路電流。

2.5.1短路電流的計(jì)算目的

1．電氣主設(shè)備的選擇和比較

2．電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的選擇和校驗(yàn)

3．繼電愛(ài)護(hù)整定計(jì)算

2.5.2短路電流計(jì)算點(diǎn)的確定

1．確定原則：計(jì)算短路電流時(shí)，短路點(diǎn)的選擇，應(yīng)使站選擇的電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體通過(guò)可能最大的短路電流。

2．短路點(diǎn)的確定，依據(jù)以上原則，選擇了4個(gè)短路點(diǎn)。

3．基準(zhǔn)值的選?。篠b＝100MVA，Ub取各側(cè)平均額定電壓

2.5.3計(jì)算步驟

1．選擇計(jì)算短路點(diǎn)

2．畫等值網(wǎng)絡(luò)（次暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)）圖

首先去掉系統(tǒng)中的全部負(fù)荷分支，線路電容、各元件的電阻，發(fā)電機(jī)電抗用次暫態(tài)電抗Xd”

3．選取基準(zhǔn)容量Sb和基準(zhǔn)電壓Ub（一般取后級(jí)的平均電壓）

4．將各元件電抗換算為同一基準(zhǔn)值的標(biāo)么值

5．給出等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號(hào)

6．化簡(jiǎn)等值網(wǎng)絡(luò)，為計(jì)算不同短路點(diǎn)的短路電流值，需將等值網(wǎng)絡(luò)分別化簡(jiǎn)為以短路點(diǎn)為中心的輻射形等值網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點(diǎn)之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗

ndX。7．求計(jì)算電抗jsX。

8．由運(yùn)算曲線查出（各電源供應(yīng)的短路電流周期重量標(biāo)么值運(yùn)算曲線只作到j(luò)sX=3.5）。

9．計(jì)算無(wú)限大容量（或jsX=3）的電源供應(yīng)的短路電流周期重量。

10．計(jì)算短路電流周期重量出名值和短路容量。

11．計(jì)算短路電流沖擊值。

12．計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)攻擊的短路電流。

13．繪制短路電流計(jì)算結(jié)果表。

2.5.4變壓器、線路及電抗器的參數(shù)計(jì)算

變壓器參數(shù)的計(jì)算

XB*.1—高壓繞組電抗

XB*.2—中壓繞組電抗

XB*.3—低壓繞組電抗

Ud(1-2)%—高壓與中壓繞組短路電壓百分值

Ud(1-3)%—高壓與低壓繞組短路電壓百分值

Ud(2-3)%—中壓與低壓繞組短路電壓百分值

1．主變壓器參數(shù)計(jì)算

由表2-1查明，選SSPSL-25000型號(hào)參數(shù)：

Ud(1-2)%=10.5，Ud(1-3)%=18，Ud(2-3)%=6.5

Ud1%=1/2(Ud(1-2)%+Ud(1-3)%-Ud(2-3)%)

=1/2(10.5+18-6.5)

=11

Ud2%=1/2(Ud(1-2)%+Ud(2-3)%-Ud(1-3)%)

=1/2(10.5+6.5-18)

=-0.5

Ud3%=1/2(Ud(2-3)%+Ud(1-3)%-Ud(1-2)%)

=1/2(6.5+18-10.5)

=7XB*.1=25100

10011100%1?=?nb

dSS

U=0.44

(2-1)XB*.2=25100

1005

.0100%2?-=?nbdSSU=-0.02

(2-2)XB*.3=25100

1007100%3?=?nb

dSSU=-0.28

(2-3)3．站用變壓器參數(shù)計(jì)算

由表2-2查明：選SJLI-160型號(hào)參數(shù)：

Ud%=4XB*.4=16.0100

1004100%?=?nb

dSSU=8

(2-4)線路參數(shù)計(jì)算

110kV線路：XL*1=XOL1?2bbUS=168?0.2?2115100=0.222(2-5)

35kV線路：XL*2=XOL2?2bbUS=78?0.4?2115100=0.236(2-6)

10kV線路：XL*3=XOL3?2bbUS=26?0.4?2115100=0.078(2-7)

電抗器的參數(shù)計(jì)算

1．出線電抗器電抗標(biāo)幺值參數(shù)計(jì)算：In=X*N1003300

3max,?=N

NUU=173.210A(2-8)所以取In=200A由表4-2查得：Ib=5.5AXK.*=XK5.1010202405.5100

63???=??bNNbUUII=1.565(2-9)2．分段電抗器電抗標(biāo)幺值參數(shù)計(jì)算：

In=200A

XK=10

查表可得：XK.*=2.62

2.6系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)

依據(jù)本變電站選定的接線方式及設(shè)備參數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)如下：（系統(tǒng)最大運(yùn)行方式時(shí)，歸算到Sb＝100MVA的等值電抗Xs＝0.5）

圖2.2

110kV母線短路點(diǎn)1K的短路計(jì)算

網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)如圖2.3：

圖2.3

X∑*=Xs=XL*1=0.222Xjs=Xmd100233517.0?=bnSS=0.517(2-10)

由于Xjs=0.517〈3

所以查表得：

"

I*=1.913

"2.0I*=1.655

∞I*=1.953

"1I*=1.