1、毕业设计（论文） I 毕业设计（论文） 题目 110KV变电站电气主接线设计 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学生姓名 指导教师 毕业设计（论文） II 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，也会反映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。 变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器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，
2、通过其变换、分配、输送与保护等功能，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，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。 本次设计为 110kV降压变电站电气一 次部分的初步设计， 根据原始资料，以设计任务书和国家有关电力工程设计的规程、规范及规定为设计依据。变电站的设计在满足国家设计标准的基础上，尽量考虑当地的实际情况。 在本变电站的设计中，包括对变电站总体分析和负荷分析、变电站主变压器的选择 、电气主接线、 电气设备选择、短路电流计算等部分的分析计算以及 防雷设计。在保证供电可靠性的前提下，减少
3、事故的发生，降低运行费用。 关键词 ： 电力系统； 110kV 变电站；短路电流；一次部分；设备选择 毕业设计（论文） III 目录 摘要 . 第一部 分 设计说明书 1 原始资料 . 1 1.1 变电站的基本情况 . 1 1.2 设计任务 . 2 2 变压器选择 . 3 2.1 变压器绕组与调压方式的选择 . 3 2.2 变压器相数的选择 . 3 2.3 变压器容量和台数的选择 . 3 2.4 变压器的冷却方式 . 4 3 电气主接线设计 . 5 3.1 主接线的设计原则 . 5 3.2 主接线设计的基本要求 . 6 3.3 主接线方案的比较和确定 .7 4 短路电流计算 .11 4.1 短
4、路电流计算的目的 . 11 4.2 短路电流计算的规定 . 11 4.3 短路电流计算的步骤 . 12 4.4 短路类型及其计算方法 . 12 5 高压电器选择 . 14 5.1 高压断路器 的选择 . 14 5.2 隔离开关的选择 . 14 5.3 各级电压母线的选择 . 15 5.4 电流互感器的选择 . 15 5.5 电压互感器的选择 . 16 毕业设计（论文） IV 5.6 避雷器的选择 . 16 6 配电装置设计 . 18 6.1 配电装置的基本要求 .18 6.2 配电装置的种类及应用 .18 7 防雷保护设计 . 19 7.1 防雷保护的特点 . 19 7.2 变电站直击雷防护
5、. 19 7.3 进线保护 .19 8 变压器容量计算及选择 . 20 8.1 本站负荷计算 . 20 8.2 变压器容量及型号的选择 . 20 9 短路电流计算 . 21 9.1 原始资料 . 21 9.2 短路计算 . 21 10 高压电器的选择与校验 . 27 10.1 最大持续工作电流计算 . 27 10.2 断路器的选择及校验 . 27 10.3 隔离 开关的选择及校验 . 30 10.4 电流互感器的选择及校验 . 31 10.5 限流电抗器的选择及校验 . 35 10.6 电压互感器的选择及校验 . 35 10.7 导体的选择及校验 . 37 10.8 绝缘子及穿墙套管的选择 .
6、 39 总结 . 40 参考资料 . 41 致谢 . 42 毕业设计（论文） 1 1 原始资料 1.1变电站的基本情况 1.1.1变电站建设性质及规模 本 站 位于 城市 边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，系新建变电 站 。 电压等级： 110/10kV 线路回数： 110kV： 2 回，备用 2 回 10kV： 13 回，备用 2 回 1.1.2 电力系统接线简图 ： 图 1.1 电力系统接线简图 1.1.3 变电站规模和电力系统情况 （ 1）变电站性质： 110kV 变电站。 （ 2） 110kV 最终两回进线四回出线。每回出线输送容量为 15MVA，本期工程2 回 进线， 2 回
7、 出线。 毕业设计（论文） 2 （ 3） 10kV 出线最终 15 回，本期 13 回，备用 2 回， Tmax=5500 小时 ，负荷同时率 0.85， 备用总负荷 4MW,COS =0.85。 （ 4） 根据当地电力系统的远景规划， 110kV 和 10kV 负荷的具 体参数如下表： 表 1.1 110kV 和 10kV 负荷具体参数表 电压等级 负荷名称 最大穿越功率（ MW） 最大负荷 （ MW） 负荷组成 （ %） cos Tmax (h) 线长(km) 同时率 线损 近期 远景 近期 远景 一级 二级 三级 110kV BZ 线 10 15 BI线 10 15 备用（一） 10 备
8、用（二） 10 10 kV 市 区一 2 3 30 50 0.8 1 85% 5% 市区二 2 3 30 50 0.8 2.5 食品厂 1 1.5 20 40 0.8 4000 1.75 针织厂 1 1.5 20 40 0.78 4000 1.8 棉纺厂一 2 3 30 40 0.75 5500 1 棉纺厂二 印染厂一 3 4.5 35 40 0.78 5500 2 印染厂二 柴油机厂一 2 3.5 30 40 0.8 5500 2.5 柴油机厂二 水泥厂 1.5 2 25 30 0.8 3500 2.5 机修厂 1.5 2 20 30 0.75 3000 2 郊区变 1.5 2 15 30
9、0.8 1.5 备用一 2 3 备用二 2 3 1.2 设计任务 （ 1） 变电站电气主接线的设计 （ 2） 主变压器的选择 （ 3） 短路电流的计算 （ 4） 电气设备的选择 毕业设计（论文） 3 （ 5） 配电装置及电气总平面设计 （ 6）防雷保护设计 1.3 本站负荷计算 根据初步设计原始资料计算 %)1(c o sn 1it apKS C （ 8.1） 式中 某电压等级的计算负荷 Kt 同时系数 10kV 取 0.85 % 该电压等级电网的线损率，一般取 5% P、 cos 各用户的负荷和功率因数 考虑电力系统的远景发展规划此变电站 10kV 侧负荷为 M V A.%)(.). . .
10、 . . . . . . .(S C773451850800 02750 02800 02800 53780 54750 03780 51800 51800 030 8 003 考虑到备用情况，因此 本变电 站 的最终综合用电负荷为： Sm=SC+2+2=38.77MVA 2 变压器选择 2.1 变压器绕组与调压方式的选择 （ 1）绕组连接方式 参考电力工程电气设计手册和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则 不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有 Y 和 型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是型的，我国 110kV及以上的电压等级均为大电流接地
11、系统，为取得中性点，所以都需要选择 NY 的连接方式，而 6-10kV 侧采用型的连接方式。故该 110kV 变电站主变应采用的绕组连接方式为： YN， 。 sC毕业设计（论文） 4 （ 2）调压方式的确定 变压器的电压调整是用分解开关切换变压器的分接头，从而改变变压器比来实现的。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调压范围通常在 +5 以内，另一种是带负荷切换，称为有载调压，调压范围可达到 +30 。对于 110kV 及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。 由以上知，此变 电所的主变压器采用有载调压方式。 2.2 变压器相数的选择 主变压器采用三相或是单相，主要考
12、虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。当不受运输条件限制时，在 330kV 及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。 2.3 变压器容量和台数的选择 主变容量一般按变电站建成近期负荷 5 10 年规划选择，并适当考虑远期 1015 年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合， 从长远利益考虑，本站应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电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所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压
13、器容量在过负荷能力允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。 所以每台变压器的额定容量按 mn PS 7.0 ，其中 mP 为变电所最大负荷选择，即 nS =0.7 38.77=27.14kVA 这样当一台变压器停用时，也保证 70%负荷的供电。由于 一般电网变电所大约有 25%的非重要负荷，因此采用式 mn PS 7.0 来计算 主变容量 对变电所保证重要负荷来说是可行的。 通过计算本变电站 可选择额定容量为 31.5MVA 的主变压器。为 了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电站一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，
14、且投资增大，同时也增加了配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作的复杂化。考虑到两台主变同时发生故障机率较小，且适用远期负荷的增长以及扩建，故本 变电站选择两台主变压器完全满足要求。 综上所述根据以上设计原则，本次设计变电站主变确定为双绕组有载调压电力变压器，相关数据如下表所示： 毕业设计（论文） 5 表 2.1 主变压器的相关数据 变压器型号 SFL7-31500/110 额定容量 (kVA ) 31500 额定电压 (kV) 5102518110 .%/. 连接组标号 YN， d11 短路阻抗 % 10.5 空载电流 % 1.1 空载损耗（ kVA） 42.2 负载损耗（ kVA
15、） 148 2.4 变压器的冷却 方式 根据变压器型号的不同 ,其冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。 油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。而油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风冷后可使变压器的容量增加 30% 35%。强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷两种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作 冷却介质，把热量带走。这种方式若把油的循环速度比自然对流
16、时提高 3 倍，则变压器可增加容量 30%。 综上所述， 110kV 变电站冷却方式宜采用强迫油循环风冷。 3 电气主接线设计 电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家的经济建设方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。 电气主接线是由高压电器通过连接线，按其 功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，它要求用规定的设备文字和图形符号，并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套
17、装置全部基本组成和连接关系，代表该变电站电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重要组成部分。 3.1 主接线的设计原则 毕业设计（论文） 6 （ 1） 考虑变电所在电力系统中的地位和作用 变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。不论是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。 （ 2） 考虑近期和远期的发展规模 变电所主接线设计应根据 5 10 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式来确定主接线的形式以及所
18、连接的电源数和出线回数。 （ 3） 考虑负荷的重要性和分级和出线回数多少对主接线的影响 对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。 （ 4） 考虑 主变台数对主接线的影响 变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此对主接线的可靠性、灵活性的要求也比较高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。 （ 5） 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影
19、响 发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电器主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同。例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故 障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。 3.2 主接线设计的基本要求 主接线 设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。 根据 电力工程电气设计手册 (电气一次部分 ） 中有关 规定： “变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求 ”。 主接线设计的基本要求 如下： 3.2.1 可靠性
