1、- 1 - 机电 工程学院 课程设计报告 课 程 工厂供电 题 目 110kV 降压变电所一次系统设计 专 业 电气工程及自动化 姓 名 兰国成： 1410060322 刘 接： 1409040415 杨文龙： 1409040414 王久阳： 1409040408 张志伟： 1409040411 指 导 教 师 廖美英 学 期 2016-2017 学年第 2 学期 - 2 - 110KV 降压 变电 所一次侧 设计 摘要 变电站作为电力系统中的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。本论文设计的中间变电站，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工农业生产提供了足够的电能，从而达
2、到使本地区电网安全、可靠、经济运行的目的。 本论文通过对原始资料的分析及根据变电站的总负荷选择主变压器，同时根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求，选择了两种主接线方案，并且进行技术比较，淘汰较差的方案，确定了变电站的电气主接线方案。 其次进行短路电流计算， 从三相短路计算中得到当短路发生在各自电压等级的母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。再根据计算结果及电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等），其中也包括智能设备的选择和校验。 最后，并绘制了电气主接线图、电气总平面布置图、等相关设计图纸。 关键词 电气主接线设计 短路电
3、流计算 电气设备选择 智能设备选择 - 3 - 引言 110KV 降压变电站作为一个中间变电站，将发电厂与负荷中心连接起来，起到了交换功率或长距离输电线路分段的作用，它的投入使用 给我们带来了极大的便利。 在我国，电力工业正迅速发展，因此对发电厂（变电所）的设计也提出了更高的要求，而在发电厂（变电所）的设计组成中，电气设计是一重要组成部分，需要我们认真地研究对待。 随着高新技术的发展和应用，对电能质量和供电可靠提出了新的要求，高压、超高压变电站的控制和保护系统必须适应这种新形势，因此，改善电网结构，提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度，以满足日益增长的社会需求是电力企业的首要目标。在我国近几
4、年发展迅速，产品的更新换代及定型也越来越快。从这几年应用和实践看，数字化变电站给变电站设计安 装、调试和运行、维护、管理等方面都带来了一系列自动化技术的变革。但是，目前国内数字化变电站的运用还不够成熟，因此，我们应该努力朝着数字化变电站 1，以及智能电网 2方向发展。近年来 110kV 变电站的建设迅猛发展。科学的变电站设计方案能够提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，减少电力设施占地资源，体现“增容、升压、换代、优化通道”的技术改造思路。同时可以增加系统的可靠性，节约占地面积，使变电站的配置达到最佳，不断提高经济效益和社会效益。为了保障我国经济的高速发展，以及持续的城镇化进
5、程，我 国电力系统进入了一个快速发展阶段，电网建设得到进一步完善。目前，我国 110KV 及以上变电站的智能化程度总体水平较低。所以迫切需要提高变电站的智能化水平。 本次设计在一般变电站的基础上增加智能化的设备，例如在 110KV 侧智能断路器，电子式互感器等，提高了变电站的智能化水平，迎合了国内变电站的发展需求。在变电站自动化领域中，智能化电气的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现，变电站自动化技术即将进入新阶段。变电站自动化系统是在计算机技术和网络通信技术基础上发展起来的。它以其简单可靠、可扩展性 强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获
6、得成功的应用。随着智能化开关，光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测及自诊断、变电站运行操作培训仿真这些新技术的日趋成熟以及广泛应用必将对现有变电站自动化技术产生深刻的影响，带来全数字化的变电站新概念。 引入了智能化设备，提高变电站的综合自动化水平 3是本次设计的亮点。但从整体上来讲，其设计与一般变电站相似，那么，本设计将分别阐释原始资料，主接线设计，短路电流计算，相关电气设备选择，变电站的整体布置，配电装置的安装，以及保护监测 设备的使用，还有母线选择布置，无功补偿等等。本设计将会全面的讲述 110KV 降压变电站的初步设计内容，以及相关计算，选型和校验。从经济型，安全性，可靠性，实
7、用性等多方面考虑，认真探讨研究了 110kv变电站的一次部分初步设计。 - 4 - 3 电气主接线设计和选择 3.1 概述 电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此必须正确处理好各方面的关系， 全面分析有关影响，通过技术经济比较，合理确定主接线。在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据：变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 1. 可靠性 可靠性是电力生产
8、和分配的首要要求。主接线首先应满足这个要求。 主接线可靠性的具体要求： 1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电 2) 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或部分二级负荷的供电。 3) 尽量避免发电厂、变电所全部停运。 2. 灵活性 主接 线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 1) 调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。 2) 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。 3) 扩建时，可以容
9、易地从初期接线过度到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下投入新设备并且对一次和二次部分的改建工作最少。 3. 经济性 主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，做到经济合理 （ 1）投资省。 1) 主接 线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。 2) 要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备控制电缆。 3) 如能满足系统安全运行及继电保护要求， 110KV 及以下终端或分支变电所可采用简易电器。 （ 2）占地面积小。主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。 （ 3）电能损失少。经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组、自
10、耦变压器），容量、数量，要避免两次变压器而增加电能损失。 3.2 电气主接线方式的选择 3.2.1 电气主接线 - 5 - 根据电力系统和变电站具体 条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线较多时（一般超过 4 回），为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。本次所设计的变电站 110KV进出线有 2 回， 10KV 进出线有 16 回，所以采用有母线的连接。 （ 1）单母线接线 优点：接线简单，操作方便，设备少、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便。 缺点：可靠性差。母线或母线格力开关检修或故障时，所有回路都要停止运行；调度不方便，电
11、源只能并列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。所以这种接线形式一般只用在 发电机容量小、太熟较多而符合较近的小型电厂和出现回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。 （ 2）单母线分段接线 优点：单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性，不致使重要用户停电； 缺点：这种接线当进出线较多或需要对重要负荷采用两回出线供电时，增加了出线数目，且常使架空线交叉跨越，使整个母线系统的可靠性受到限制； 适用范围：在具有两回进线电源的条件下，采用单母线分段接线比较优越。1610KV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时； 2 35KV 配电装置出线回路数为48 回时； 110220
12、KV 配电装置出线回路数 34 回时。 （ 3）双母线接线 双母线接线有两组母线，并且可以相互备用，两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。具有供电可靠、调度灵活、扩建方便的优点，与单母线接线相比，投资有所增加，但使运行的可靠性和灵活性大为提高。其缺点是：当母线故障或检修时，需要隔离开关进行倒闸操作，容易发生误操作事故，需要隔离开关和断路器之间装设可靠的联锁装置，对运行人员的要求比较高。 适用范围： 610KV 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时， 35KV配电装置，当出线回路数超过 8 回时或连接的电源 较多、负荷较大时； 110220KV配电装置，出线回路数为 5 回及以上
13、时，或 110220KV 配电装置在系统中站重要地位，出线回路数 4 回及以上时。 （ 4）桥形接线 当只有两台变压器和两条线路时，宜采用桥型接线。内桥接线在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单；而在变压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电且操作复杂。因而该接线一般适用于线路较长和变压器不需要经常切换的情况。外桥接线在运行中的特点与内桥接线相反，使用于线路夹断和变压器需啊哟经常切换的情况。桥形接线投资省，但可靠性不高，只使 用于小容量发电厂或变电站。 3.2.2 110KV 侧方案拟定 方案一：采用单母分段接线 考虑到 110 侧只有两条进线，因而可以选用单母分段接线
14、。 - 6 - 其优点是：单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性，不致使重要用户停电； 缺点是：这种接线当进出线较多或需要对重要负荷采用两天出现供电时，增加了出现数目，且常使架空线交叉跨越，使整个母线系统的可靠性受到限制； 方案二：内桥型接线 110KV 侧以双回路与系统相连，只有两台变压器，在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，而且线路较长，但不经常投切， 因此可采用内桥式接线。 优点是：高压器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线接线。 缺点是：可考性不是太高，切换操作比较麻烦。 对于 110KV 侧来说，因而它要供给较多的一类、二类负荷
15、、因此其要求有较高的可靠性。对比以上两种方案，单母分段接线供电可靠性、灵活性较差，桥型接线供电可靠性比单母分段接线高，且有利于以后扩建，而且比较简单，设备少，投资也不大， 因此，对于 110KV 侧选用内桥接线。 3.2.3 10KV 侧主接线拟定 方案一：单母分段接线 优点：单母线用分段断路器进行分段，可以 提高供电可靠性和灵活性，不致使重要用户停电； 缺点：这种接线当进出线较多或需要对重要负荷采用两天出现供电时，增加了出现数目，且常使架空线交叉跨越，使整个母线系统的可靠性受到限制； 方案二：双母线接线 双母线接线有两组母线，并且可以相互备用，两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。具
16、有供电可靠、调度灵活、扩建方便的优点，与单母线接线相比，投资有所增加，但使运行的可靠性和灵活性大为提高。其缺点是：当母线故障或检修时，需要隔离开关进行倒闸操作，容易发生误操作事故，需要隔离开关和断路器之间装设可靠的联锁装置， 对运行人员的要求比较高。 对比以上两种方案，均能满足主接线要求，但采用双母线要经济性差，采用单母线分段技能满足负荷供电要求，又节省大量资金，而且其中有重要负荷，此种接线能给重要负荷提供双回路供电，所以这是一种较理想的接线方式。 综合以上所选主接线方式，画出主接线图，如图所示。 - 7 - 1 图 4 主变压器的选择 4.1 主变压器的型号选择 4.1.1 台数 由原始资料
17、可知，我们本次设计的变电站是一个 110KV 降压变电站，主要是接受 110KV 的功率，通过主变向 10KV 线路输送，是一个一般地区的变电站。由于出线有多回一 类负荷，停电会对生产造成重大的影响。因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。 为了提高供电的可靠性，防止一台主变压器故障或检修时影响整个变电站的供电，变电站中一般装设两台主变压器，互为备用，可以避免因主变检修或故障而造成对用户的停电。而且该变电站的电源来自两座变电站，即 2 有两条进线，所以选择两台主变压器。 4.1.2 计算负荷 最大综合计算负荷的计算可按照公式： %1cos1 m a x.m a x miiit PKS （ 4-
18、1） 求得。 式中 tK 同 时系数，出线回数较少时，可取 0.9 0.95，出线回数较多时，取 0.85 0.9； % 线损，取 5% - 8 - %1c o s1 m a x.m a x miiit PKS %5185.01 8 0 0 085.02 5 085.04 5 085.03 0 085.03 8 085.03 0 085.03 0 085.08 0 085.02 6 085.0 MVA10.22 4.1.3 容量， 相数，绕组数和联结组号 本变电站应选用三相绕组。而且因为该电站是 110KV 到 10KV 的降压变电站，所以应选用双绕组。 装有两台及以上主变压器的变电所中，当其
19、中一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足 60%的全部最大综合计算负荷。即 （ n-1） max6.0 SSN （ 4-2）由上可知，此变电站单台主变压器的容量为： NS maxS 60%=22.10 60%= 13.26MVA 所以应选容量为 16 MVA 的主变压器 在发电厂和变电站中，一般考考虑系统或机组的同步并列要求以及限制 3 次谐波对电源的影响等因素，主变压器联结组号一般选用 YNd11 常规接线。 综合以上分析计算， 选择变压器型号为 SFZ9 16000/110 YNd11 型，其参数如表 4-1 所示。 表 4-1 SFZ9 16000/110 变压器参数 变压器
20、型号 额定容量（ KVA） 电压（ KV） 阻抗电压（ %） SFZ9 16000/110 16000 高压侧 低压侧 10.5 110 8 1.25% 10.5 - 9 - 5 短路电流计算 5.1 短路电流的计算条件 验算导体和电器时所用短路电流，一般有以下规定： 1、计算的基本情况 (1) 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行： (2) 所有同步电机都具有 自动调整励磁装置 (包括强行励磁 )； (3) 短路发生在短路电流为最大值的瞬间； (4) 所有电源的电动势相位角相同： (5) 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值
21、和最大全电流有效值时才予以考虑。 2、接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式 (即最大运行方式 )，而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 3、计算容量应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划 (一般考虑本工程建成后 5 10 年 )。 4、短路种类一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相 (或两相 )接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的进行校验。 5、短路计算点在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的 6 10kV 出线与厂用
22、分支线回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。 5.2 短路电流的计算过程 选取基准容量 MVASB 100 ，同时取各级电压的平均额定值为基准值，既有 KVUC 5.1151 KVUC 5.102 再计算系统到母线的电抗标幺值（双回路供电）： 1.0ocd2s1s SSXX 线路阻抗： 0 7 5.02d02L1L CUSLXXX 变压器电抗标 幺值： 67.0100 % N d2T1T SSUXX K 5.2.1 110kV 侧最大短路电流计算： - 10 - 1、 合上联络断路器时，阻抗图如图 2 所示： 图 2 08.0X KAXUSXIICK68.53 dd)3( 2、 断开 联络断路器时，阻抗如图 3 所示： 图 3
