110kV降压变电站一次设计说明书.docx

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华北电力大学毕业设计

110kV 降压变电站一次

设计说明书

一．题目：

110kV降压变电站一次设计二．设计原始资料：

1．变电站的性质：

地区性降压变电所，主要供电地方负荷。

2.地理位置：

本所在新兴轻纺工业区。

3.自然条件：

所区地势平坦，海拔600m，交通方便，有公路，铁路经过本所附近。

最高气温+38℃，最低气温-25℃

年平均温度+15℃,最大风速25m/s；覆冰厚度5mm，地震烈度6级

土壤电阻率400W·m,雷电日30

周围环境：

条件较好，不受污染影响

冻土深度1.2m，主导风向：

夏东南、冬西北

4.系统短路容量：

100MVA

5.负荷资料：

电压等级

（Kv）

进出线回路数

（回）

每回线最大有功功率

（MW）

每回线最小负荷率

（MW）

平均功率因数cosф

年最大负荷利用小时数

（小时）

进出线长度（kM）

导线型号及参数

型号

电抗Ω/KM

110

2

90

45

0.85

4500

57

LGJ-240

0.401

1

100

70

35

2

50

40

0.80

4000

17

LGJ-

0.380

2

30

50

0

第页

20

185

2

21

35

25

10

2

15

50

3500

7

LGJ-95

0.356

1

12

14

2

10

55

16

2

13

9

三、设计任务

1.选择主要变压器容量、台数、型号、参数、

2.进行经济、技术比较，选择电气主接线方案、

3.计算短路电流、选择电气设备、

4.全所总平面布置

5.继电保护规划

6.防雷保护设计四、成品要求

1.说明书、计算书各一份

2.图纸：

（1）电气主接线图

（2）全所总平面布置图

（3）配电装置段截面

（4）防雷保护图

（5）继电保护规划图

15

第页

目 录

第一章 主变压器的选

择·································

···········4

第二章 电气主接线设

计·····························

···············6

第三章 主接线方案的确

定······································

··········11

第四章 短路电流计

算·································

·············13

第五章 设备的选择与校

验·································

·········19

第一节 设备选择的原则和规

定 19

第二节 导线的选择和检

验·································

·20

第三节 断路器的选择和校

验 22

第四节 隔离开关的选择和校

验 25

第五节 互感器的选择及校

验 27

第六节 避雷器的选择及校

验 29

第六章 屋内外配电装置设

计·································

·······31

第一节 配电装置的设计要

求 31

第二节 配电装置的选型、布

置 32

第七章 防雷及接地系统设

计·································

·······33

第一节 防雷系统

·································

······33

第二节 变电所接地装

置·································

···34

第八章 继电保护的说

明·································

···········36

第九章 变电所总体布

置·································

···········37

附录：

参考文献、设计图纸及说明

第一章 主变压器的选择

一、主变压器台数的确定

为了提高供电可靠性，防止一台主变运行故障时，停止对用户供电。

本站应装两台主变压器，这也为以后变电站扩建，用户需大量负荷提供基础。

二、调压方式的确定：

系统110KV母线电压满足常调压要求，且为了保证供电质量，电压必须维持在允许范围内，保持电压的稳定，所以选择有载调压变压器。

三、主变压器容量的确定

变电所装设两台主变压器时，每台变压器容量应按照其中任一组停用时，另外一组变压器容量至少保证变电站全部负荷的60%，即按下式选择：

Sn=0.6PM。

由原始资料知：

35KV侧Pmax=101MW，cosφ=0.80

10KV侧Pmax=50MW，cosφ=0.80

所以，在其最大运行方式下：

Sn=0.6*（101/0.80+50/0.80）=113.25（MVA）

参考《电力工程电气设计手册》选择两台西安变压器厂生产的三相三绕组风冷有载调压变压器两台，型号为：

SFSZ7-150000型变压器。

所选变压器主要技术参数如下表：

型号

额定电压（KV）

空载损耗

（kW）

空载电流

（%）

接线组别

阻抗电压

高-

中

高-

低

中-

低

SFSZ7-150000

110±8×1.25%

38.5±2×2.5%

10.5

150．7

2.5

Yn,yn,d11

17.5

10.5

6.5

容量校验：

低负荷系数K1=实际最小负荷/额定容量

=（50×0.4+30×0.5+21×0.35+27×0.5+23×0.55）

/150=0.457

高负荷系数K2＝实际最大负荷/额定容量

=（50+30+21+27+23）/150=1.007

另外,《发电厂电气设备》P244规定:

自然油循环的变压器过负荷系数不应超过1.5。

综上, 并查《发电厂电气设备》P244变压器过负荷曲线图（图9-11-a）可以得出过负荷时间T≈24h＞Tmax=6000/365=16.5h。

可见：

此变压器能满足要求，故应选用此型号的变压器。

第二章 电气主接线设计

变电所电气主接线是电力系统接线组成的一个重要部分。

主接线的确定，对电力系统的安全、灵活、稳定、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置等将会产生直接的影响。

一、主接线的设计原则：

在进行主接线方式设计时，应考虑以下几点：

1）变电所在系统中的地位和作用。

2）近期和远期的发展规模。

3）负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。

4）主变压器台数对主接线的影响。

5）备用容量的有无和大小对主接线的影响。

二、主接线的设计要求：

1、可靠性：

①断路器检修时,能否不影响供电。

②线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

③变电所全部停电的可能性。

④满足对用户的供电可靠性指标的要求。

2、灵活性：

①调度要求。

可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。

② 检修要求。

可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不影响对及户的供电。

③扩建要求。

应留有发展余地，便于扩建。

3、经济性：

①投资省； ②占地面积小； ③电能损失小。

三、拟定主接线方案

主接线的基本形式，概括地可分为两大类：

① 有汇流母线的接线形式：

单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁路母线或旁路隔离开关。

② 无汇流母线的接线形式：

变压器—线路单元接线、桥形接线、角形接线等。

接下来对以上几种接线方式的优、缺点及适用范围简单论述一下，看看是否符合原始资料的要求。

1、单母线接线。

优点：

接线简单清晰，设备少，投资省，运行操作方便，且便于扩建。

缺点：

可靠性及灵活性差。

适用范围：

只有一台主变压器，10KV出线不超过5回，35KV出线不超过

3回，110KV出线不超过2回。

2、单母线分段接线。

优点：

a．用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。

b．当一段母线故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。

缺点：

a．当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。

b．当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

C扩建时需两个方面均衡扩建。

适用范围：

适用于6~10KV配电装置出线6回及以上，35~60KV配电装置出线4~8回，110~220KV配电装置少于4回时。

3、双母线分段接线。

由于当进出线总数超过12回及以上时，方在一组母线上设分段断路器，根据原始资料提供的数据，此种接线方式过于复杂，故一不作考虑。

4、双母线接线。

优点：

供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于检修和试验。

缺点：

使用设备多，特别是隔离开关，配电装置复杂，投资较多，且操作复杂容易发生误操作。

适用范围：

出线带电抗器的6~10KV出线，35~60KV配电装置出线超过8

回或连接电源较多，负荷较大时，110KV~220KV出线超过5回时。

5、增设旁路母线的接线。

由于6~10KV配电装置供电负荷小，供电距离短，且一般可在网络中取得备用电源，故一般不设旁路母线；35~60KV配电装置，多为重要用户，为双回路供电，有机会停电检修断路器，所以一般也不设旁路母线；采用单母线分段式或双母线的110~220KV配电装置一般设置旁路母线，设置旁路母线后，每条出线或主变间隔均装设旁路隔离开关，这样一来，检修任何断路器都不会影响供电，将会大幅度提高供电可靠性。

优点：

可靠性和灵活性高，供电可靠。

缺点：

接线较为复杂，且操作复杂，投资较多。

适用范围：

① 出线回路多,断路器停电检修机会多；② 多数线路为向用户单供，不允许停电，及接线条件不允许断路器停电检修时。

6、变压器—线路单元接线。

优点：

接线简单，设备少，操作简单。

缺点：

线路故障或检修时，变压器必须停运；变压器故障或检修时，线路必须停运。

适用范围：

只有一台变压器和一回线路时。

7、桥形接线：

分为内桥和外桥两种。

⑴内桥接线：

连接桥断路器接在线路断路器的内侧。

优点：

高压断路器数量少，四回路只需三台断路器，线路的投入和切除比较方便。

缺点：

a．变压器的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路

暂时停运；b．出线断路器检修时，线路需长时间停运；c．连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。

适用范围：

容量较小的变电所，并且变压器容量不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。

⑵外桥接线：

连接桥断路器接在线路断路器的外侧。

优点：

设备少，且变压器的投入和切除比较方便。

缺点：

a．线路的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，且影响一台变压器暂时停运；b．变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运；c．连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。

适用范围：

容量较小的变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故

障率较低的情况，当电网中有穿越功率经过变电所时，也可采用此种接线。

8、角形接线：

由于保证接线运行的可靠性，以采用3~5角为宜。

优点：

a．投资少，断路器数等于回路数；b．在接线的任一段发生故障时，只需切除这一段及其相连接的元件，对系统影响较小；c．接线成闭合环形，运行时可靠、灵活；d．每回路都与两台断路器相连接，检修任一台断路器时都不致中断供电；e．占地面积小。

缺点：

在开环、闭环两种运行状态时，各支流通过的电流差别很大，使电器选择困难，并使继电保护复杂化，且不便于扩建。

适用范围：

出线为3~5回且最终规模较明确的110KV以上的配电装置中。

综上所述八种接线形式的优缺点，结合原始资料所给定的条件进行分析，

拟定主接线方案。

原始资料：

变电所类型：

降压变电所电压等级：

110/35/10KV

出线情况：

110KV出线三回，35KV出线6回，10KV出线7回

结合原始资料所提供的数据，权衡各种接线方式的优缺点，将各电压等级适用的主接线方式列出：

1、110KV有三回出线，且作为降压变电所，110KV侧有交换潮流。

所以，从可靠性和经济性来定，110KV部分适用的接线方式为单母线分段和角型接线两种。

2、35KV部分可选单母线分段及单母线分段兼旁路两种。

3、10KV部分定为单母线分段。

这样，拟定两种主接线方案：

方案I：

110KV采用单母线分段接线，35KV采用单母线分段接线，10KV

为单母线分段接线。

方案II：

110KV采用单母线分段接线，35KV采用单母线分段兼旁路接线，

10KV为单母线分段接线。

绘出方案I、方案II的单线图。

35KV

110KV

#1B

#2B

10KV

方案I

方案II

35KV

110KV

10KV

第三章 主接线方案的确定

一、主接线方案的技术性能比较：

1、110KV侧：

由于两方案接线方式一样，故不做比较。

2、35KV侧：

有两种方案可供选择，其优缺点如下：

方案I：

在可靠性方面，单母线分段接线，检修任一台断路器时，该回路需停运，分段开关停运时，两段母线需解列运行，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不致失电，另一段母线上其它线路需停运；在灵活性上，该方案运行方式简便，调度操作简单灵活，易于扩建，但当开关或二次检修时线路要停运，影响供电。

方案II：

在可靠性方面，单母线分段兼旁路接线，检修任一台断路器时，都可用旁路断路器代替；当任一母线故障检修时，旁路断路器只可代一回线路运行，本段母线上其它线路需停运；在灵活性上，该方案运行方式复杂，调度操作复杂，但可以灵活地投入和切除变压器和线路，能满足在事故运行方式，检修方式及特殊运行方式下的调度要求，较易于扩建。

3、10KV侧：

由于两方案接线方式一样，故不做比较。

二、主接线方案的经济性比较

项目方案

主变压器

（台）

110KV断

路器（台）

110KV隔离

开关（组）

35KV断路器（台）

35KV隔离开关（组）

10KV

设备

I

2

6

12

8

18

相同

II

2

6

12

8

28

相同

从上表可以看出，方案I比方案II少10组35KV隔离开关，方案I占地面积相对少一些（35KV侧无旁路母线），所以说方案I比方案II综合投资少得多。

三、主接线方案的确定

对方案I、方案II的综合比较列表，对应比较一下它们的可靠性、灵活性和经济性，从中选择一个最终方案（因110KV、10KV侧两方案相同，不做比较）。

方案

项目

方案I

方案II

可靠性

①简单清晰，设备少

①简单清晰，设备多

②35KV母线检修时，旁路断路器要代该母线上的一条线路，给重要用户供电，任一回路断路器检修，均不需停电

③ 任一主变或110KV线路停运时，均不影响其它回路停运

④全部停电的概率很小

⑤操作相对简便，误操作的机率大

②35KV母线故障或检修时，将导致该

母线上所带3回出线全停

③任一主变或110KV线路停运时，均

不影响其它回路停运

④ 各电压等级有可能出现全部停电的

概率不大

⑤操作简便，误操作的机率小

灵活

性

①运行方式简单，调度灵活性强

②便于扩建和发展

①运行方式复杂，操作烦琐，特别是

35KV部分

②便于扩建和发展

经济

性

①设备投资相对少

②占地面积相对小

①设备投资比第I方案相对多

②占地面积相对大

通过以上比较，经济性上第I方案远优于第II方案，在可靠性上第II方案优于第I方案，灵活性上第I方案远不如第II方案

该变电所为降压变电所，110KV母线有穿越功率，选用单母线分段接线比较合适。

又因为35KV及10KV负荷为工农业生产及城乡生活用电，在供电可靠性方面要求不是太高，即便是有要求高的，现在35KV及10KV全为SF6或真空断路器，停电检修的几率极小，再加上电网越来越完善，N+1方案的推行、双电源供电方案的实施，第I方案在可靠性上完全可以满足要求，第II方案增加的投资有些没必要。

经综合分析，决定选第I方案为最终方案，即110KV系统采用单母线分段接线、35KV系统采用单母分段接线、10KV系统为单母线分段接线。

第四章 短路电流计算

一、短路电流计算的目的

1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，需要进行必要的短路电流计算。

2、在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠地工作，同时又力求节约资金，需要全面的短路电流计算。

3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。

4、设计接地装置时，需用短路电流。

5、在选择继电保护和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

二、短路电流计算的一般规定

1、计算的基本情况a．系统中所有电源均在额定负荷下运行。

b．短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

c．所有电源的电动势相位角相同。

d．应考虑对短路电流值有影响的所有元件。

2、接线方式

计算短路电流时所用的接线方式，应是最大运行方式，不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

3、计算容量

按该设计规划容量计算。

4、短路种类：

均按三相短路计算。

5、短路计算点

在正常运行方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。

三、短路电流计算

1、选择计算短路点

在下图中，d1，d2，d3分别为选中的三个短路点

2、画等值网络图

XS

110KV

d1

X1

X1

X2

3

X2

X3

X3

d2

5KV

d3 10KV

3、计算：

已知：

（1）系统电压等级为110KV、35KV、10KV，基准容量Sj=100MVA，系统110KV母线系统短路容量为100MVA,110KV侧为双回LGJ-

240/57KM架空线和单回LGJ-240/70KM架空线供电。

（2）视系统为无限大电流源，故暂态分量等于稳态分量，即I＂=I∞，S＂=S∞

（3）主变为SFSL1-63000型变压器，基准容量Sj=100MVA

基准电压Uj=1.05Ue=115（KV）

基准电流Ij=Sj/3Uj=100/（115×3）=0.502（KA）

/3

基准电抗Xj=Uj Ij=Uj2/Sj=1152/100=132（Ω）

∴对侧110kv母线短路容量Skt的标幺值为Skt*=Skt/Sb=100/100=1

∴对侧110kv母线短路电流标幺值

Ikt*=Skt*=1

∴对侧110kv系统短路阻抗标幺值xs*=1/Ikt*=1/1=1

查《电力工程电气设计手册》第189页对于LGJ-240线路X=0.388Ω/KM

∴Xl1=（0.388×57）/132/2=0.0838

Xl2=（0.388×70）/132=0.2058

∴XS*=1+（0.0838×0.2058）/（0.0838+0.2058）=1.0596

d1,d2,d3点的等值电抗值计算公式：

x1=1/2×｛U（1-2）%+U（1-3）%-U（2-3）%｝x2=1/2×｛U（1-2）%+U（2-3）%-U（1-3）%｝x3=1/2×｛U（1-3）%+U（2-3）%-U（1-2）%｝

其中：

U（1-2）%—变压器高压与中压绕组间短路电压

U（1-3）%—变压器高压与低压绕组间短路电压U（2-3）%—变压器中压与低压绕组间短路电压

由变压器参数表得知，绕组间短路电压值分别为：

U（1-2）%=17.5% U（1-3）%=10.5% U（2-3）%=6.5%

主变额定容量SN=150MVA

所以x1=1/2×（17.5+10.5-6.5）=10.75x2=1/2×（17.5+6.5-10.5）=6.75x3=1/2×（10.5+6.5-17.5）=-0.25

标么值:

x1*=x1/100×（Sj/SN）=10.75/100×（100/150）=0.0714

x2*=x2/100×（Sj/SN）=6.75/100×（100/150）=0.0462x3*=x3/100×（Sj/SN）=-0.25/100×（100/150）=-0.00168

已知110KV系统折算到110KV母线上的等值电抗Xs*=1.0596

XS

d1

当d1点短路时：

I″d*1=1/Xs*=1/1.0596=0.9438

Ij=Sj/3Uj=100/（3×115）=0.502（KA）I″d1=I″d*1×Ij=0.9438×0.502=0.4738（KA）

I″d1=I∞

华北电力大学毕业设计

Ich=1.8×2×I″d=1.8×2×0.4738=1.208（KA）

S∞=3Uj×I∞=3×115×0.4738=94.37（MVA）

其中Id：

短路电流周期分量有效值

Id″：

起始次暂态电流 I∞：

t=∞时稳态电流 S∞：

短路容量当d2点短路时

d2

1.0596

0.0714 0.0714 1.0596 1.1184

0.0462 0.0462 0.0588

d2 d2

I″d*2=1/Xd*2=1/1.1184=0.894

Ij=Sj/（3Uj）=100/（3×37）=1.56（KA）I″d2=I∞=I″d*2×Ij=0.894×1.56=1.4（KA）Ich=1.8×2×I″d2=1.8×2×1.4=3.57（KA）S2∞= 3Uj×I∞=3×37×1.4=89.72（MVA）

当d3点短路时

1.0596

0.035

第页

1.0596

0.0714 0.0714 1.0946

-0.00168 -0.00168

16

华北电力大学毕业设计

d3

d3

d3

I″d*3=