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110Kv变电所一次系统初步设计 华北科技学院本 科 毕 业 设 计（论 文） 设计题目：110KV/35KV变电所一次系统初步设计 姓 名学 号系(部、院): 机电工程学院 指导教师 2012年6月20日第 1 页 共 67 页110KV/35KV变电所一次系统初步设计摘要本次设计根据某城镇的负荷对110kV 变电所进行一次系统初步设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该变电所设有两台主变压器，所内主接线分110kV、和35kV两个电压等级。通过对电气主接线的设计、短路电流计算、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、母线等)、典型器件继电保护计算以及防雷保护的配置的选择，实现了变电所对安全性、可靠性、经济性以及先进性的要求。本设计以35110kV 变电所设计规范、供配电系统设计规范、35110kV高压配电装置设计规范等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。关键词：供电负荷；主变压器；短路电流；一次设备；继电保护；防雷接地第 2 页 共 67 页Abstract：The design load according to a town on the 110kV substation preliminary design of a system, and draw the main electrical wiring diagrams and other drawings. The substation has two transformers, are within the main connection points 110kV and 35kV voltage level. The design of the main electrical wiring short-circuit current calculation, selection and calibration of electrical equipment (including circuit breakers, isolating switches, current transformers, voltage transformers, bus, etc.), the calculation of typical device protection and lightning protection choice of configuration and substation requirements on safety, reliability, economy, and advanced.The design for the "35 110kV substation design specifications, design specifications for the supply and distribution system," 35 110kV high-voltage power distribution equipment design specifications "standardize procedures, designed in line with national economic and technological policies, the selected device are all recommended by the state of new products, advanced technology, reliable, and economic rationality.Keywords: power supply load; main transformer; short-circuit current; primary equipment; protection; lightning protection and grounding。第 3 页 共 67 页110KV/35KV变电所一次系统初步设计前 言随着科技的不断发展，电能越来越成为生产，生活的主要能源和动力。生产实现电气化，可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动效率，降低生产成本，改善人们的生活质量。如果供电系统出现故障，则对人们的生活，工业生产造成严重的后果，甚至给国家和人民带来严重的经济损失。变电所作为电网中的一个中间环节，它的作用就是通过变压器和线路将各级电压器的电力网联系起来，以用于变换电压、接受和分配电能，控制电流的流向和调整电压，起着变换和分配电能的作用，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。电气主接线是变电所设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线的拟订直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电所电气部分投资大小的决定性因素。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。第 4 页 共 67 页 目录摘要 . 2前 言 . 4目录 . 51 原始资料与负荷计算 . 81.1 原始负荷资料 . 81.2 建所规模 . 81.3 负荷计算 . 81.4 技术参数 . 111.5 电气主接线 . 111.6 短路阻抗 . 112 主变压器的选择 . 122.1 变压器的发展 . 122.2 主变压器 . 122.3 主变压器的选择原则 . 122.4 主变压器的型号确定 . 143 电气主接线的设计 . 163.1 电气主接线设计的基本要求 . 163.1.1 可靠性 . 163.1.2 灵活性 . 163.1.3 经济性 . 173.2 电气主接线设计的基本原则 . 173.3 主接线接线方式的选择 . 173.3.1 主接线的一般接线形式 . 173.3.2 方案拟定 . 214 短路电流的计算 . 2367 页 第 5 页 共110KV/35KV变电所一次系统初步设计4.1 短路故障产生的原因 . 234.2 短路故障的危害 . 234.3 短路电流计算的目的 . 244.4 短路电流计算的一般规定 . 244.5 短路电流的计算 . 254.5.1 等值电路及计算初始值 . 254.5.2 f1、f2点短路电流计算 . 265 高压一次设备的选择 . 295.1 高压一次设备选择的一般条件 . 295.1.1 按正常工作条件选择电气设备 . 295.1.2 按短路状态校验 . 295.2 断路器的选择 . 305.2.1 110kV主变侧断路器的选择. 315.2.2 35KV侧断路器及分段断路器的选择. 325.2.3 母联断路器的选择 . 325.3 隔离开关的选择 . 335.3.1 110kV主变侧隔离开关的选择. 335.3.2 35KV侧隔离开关及分段断路器隔离开关的选择. 345.3.3 母联断路器隔离开关的选择 . 355.4 导线的选择 . 355.4.1 110kV侧母线选择与校验. 365.4.1 35kV侧母线选择与校验 . 385.5 互感器的选择 . 385.5.1 电流互感器的选择 . 385.5.2 电压互感器的选择 . 396 继电保护的配置 . 416.1 电力变压器的保护 . 41第 6 页 共 67 页 6.1.1 瓦斯保护 . 426.1.2 变压器的纵联差动保护 . 436.1.3 变压器相间短路的过电流保护 . 446.1.4 变压器的过负荷保护 . 446.1.5 零序电流保护 . 456.2 母线的保护 . 456.2.1 110kV母线的保护. 456.3 自动重合闸 . 466.4 继电保护配置 . 466.4.1 主变压器保护配置 . 466.4.2 母线保护 . 476.4.3 线路保护 . 476.5 变电所继电保护解决方案 . 477 变电所的防雷保护和接地设计 . 487.1 过电压及雷电的相关概念 . 487.1.1 防雷与接地 . 487.1.2 雷电放电过程 . 487.1.3 雷电过电压 . 487.2 防雷设备及其选型 . 507.2.1 避雷针、避雷线 . 507.3 变电所的防雷保护 . 548 结论 . 56致谢 . 57参考文献 . 58附录I 变电所主接线图 . 60附录II 变电所平面布置图. 61附录III 变电所避雷针布置图 . 62附录IV 英文资料及其翻译 . 6367 页 第 7 页 共110KV/35KV变电所一次系统初步设计 1 原始资料与负荷计算1.1 原始负荷资料根据主管部门审批下达的供电协议书规定，某镇110kV变电所工程设计要求如下：(1) 总降压变压器装设自动有载调压变压器，以提高电能质量，保证供电可靠性。(2) 一二级符合占总区域负荷的70%，年最大符合利用小时Tmax=6500h以上。(3) 其供电系统图如下图： 图1.1 供电系统图 1.2 建所规模(1) 变电所类型：110kV 变电工程(2) 主变台数：最终两台(3) 电压等级：110kV、35kV(4) 出线回路数：110kV 2回；35kV 10回1.3 负荷计算(1) 变电所计算负荷的确定计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处于过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷十分重要。(2) 负荷计算的要求第 8 页 共 67 页 电力系统设计时，必须具备确定的电力负荷水平，电力负荷发展水平，一般以今后5-10年中的某一年的负荷作为设计水平，而今后10-15年中的某一年的负荷作为远景水平年。本次设计考虑5-10年规划。(3) 负荷计算的方法目前负荷计算的常用方法有需要系数法、二项式法和利用系数法。需要系数法比较简单因而广泛使用，但当用电设备台数少而功率相差悬殊时，需要系数法的计算结果往往偏小，故此法较适用于计算变、配电所的负荷；二项式法是考虑用电设备和大容量用电设备对计算负荷影响的经验公式，它适用于确定台数较少而容量差别较大的低干线和分支线的计算负荷；利用系数法以概率论为理论基础，分析所用用电设备在工作时的功率叠加曲线而得到的参数为依据来确定计算负荷，计算结果接近实际负荷，但计算方法复杂。需要系数法负荷计算公式： 有功计算负荷为Pjs=KdåPe (1-1)式中 Pjs 有功计算负荷，单位为kW；Pe 用电设备组的设备额定容量，但不包括备用设备容量，单位为kW；Kd 用电设备组的需要系数。 无功计算负荷为j (1-2) Qjs=Pjstan式中 Qjs 无功计算负荷，单位为kvar；tanj 对应于用电设备组功率因数cosj的正切值。 视在计算负荷为Sjs=Pjscosj (1-3)式中 Sjs 视在计算负荷，单位为kVA。 计算电流为Ijs=式中 Ijs 计算电流，单位为A；67 页 第 9 页 共Sjs3UN (1-4)110KV/35KV变电所一次系统初步设计UN 用电设备额定电压，单位为kV。(4) 由需要系数法负荷计算公式可求得电力负荷参数如下表：表1-1 电力负荷表计算负荷序号负荷 名称用电设备容量PekW需要系数kdcosjtanjPjs(kw) Qjs(kar)Sjs(kVA) 11944.75 15434.2 12320.85 10612.5 7265.55 5827.75 5763.75 9513.75 2536 5953.35Ijs(A)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10张村 王村 李村 赵村 陈村 鲁村 魏村 刘村 污水厂 化工厂13350 17250 14785 12735 10060 7740 7685 12685 6340 117500.85 0.85 0.75 0.75 0.65 0.65 0.6 0.6 0.32 0.380.95 0.95 0.9 0.9 0.9 0.87 0.8 0.8 0.8 0.750.33 0.33 0.48 0.48 0.48 0.57 0.75 0.75 0.75 0.8811347.5 14662.5 11088.75 9551.25 6539 5031 4611 7611 2028.8 44653744.7 4838.65 5322.6 4584.6 2490.7 2867.65 3458.25 5708.25 1521.6 3929.2197.05 254.6 185.1 175.05 119.85 95.4 30.25 49.95 13.3 31.25 (5) 无功补偿1010P总=åPjsj=1=76935.8KW Q总=åQjsj=1=38466.2kvar10S总=åj=1j=Sjs=87172.45kVA cosP总S总=0.88278<0.9需要在35kV侧进行无功功率补偿,实际补偿功率为1300kvar。补偿后计算负荷为S30=85442.6KVA 一二级负荷为总负荷的0.7倍，即S(I-P)30=0.7S30=59809.82KA采用第 10 页 共 67 页电力电容两组, 容量为2×650kvar。1.4 技术参数(1) 220kV/110kV的某两个区域变电所的110kV母线提供电源，采用双电源双回路为该变电所供电。(2) 区域变电所110kV母线出口断路器，最大运行方式时的断流容量为Sdmax=500MVA(3) 当地雷暴日数为55 日/年；根据中国气象局有关雷暴日指数的规定，年雷暴日数在4090天属多雷区，90天以上属强雷区我国70%以上地区都在多雷区到强雷区的范围防雷变压器接线形式 (4)本变电所处于“薄土层石灰岩”地区，土壤电阻率高达1000。1.5 电气主接线建议110kV、35kV 均采用单母线分段带旁路母线接线，并考虑设置熔冰措施。1.6 短路阻抗(1) 系统作无穷大电源考虑：XS1åmax=0.05，XS0åmax=0.04，XS1åmin=0.1，XS1åmin=0.05。(2) 110kV侧架空输电线路长100km，xL=0.4W/km，故XL=40W。67 页 第 11 页 共110KV/35KV变电所一次系统初步设计2 主变压器的选择2.1 变压器的发展变压器主要有两方面应用：一是用于大型电站或电力输电网络，其正朝着超高压方向发展。我国首台出口美国的沈阳变压器集团生产的900kVA变压器已于2004年在洛杉矶水电部西马(sylmar)电站正式运行。它连接美国南加利福尼亚与洛杉矶水电部电压。二是向节能化、小型化、低噪声、高阻抗、防爆型发展，主要以中小型产品为主。随着国际城市化的发展，大城市人口集密，高层建筑林立，用电量急剧增加，使得变压器数量不断增加。传统的大容量油寖式变压器因用油量大，一旦故障失火，将对高层建筑和人们的生命、财产安全构成严重威胁。为此人们对不燃型的研究和变压器应用日益重视。2.2 主变压器在变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。35110kV 变电所设计规范规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负