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1、华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文华北电力高校成人训练学院毕业设计 论文论 文 题 目:110kV 变电站电气一次系统设计专姓业:名:电力系统及其自动化专业张猛学函日授号:站:期:09202161郑州电力高等专科学校2021 年 08 月 30 日52华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文110kV 变电站电气一次系统设计摘要变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中的间环节，起着变换和安排电能的作用；电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线拟定直接关系着全所电气设备的挑选、配电装置的布置、继电爱护和自动装置的确定，是变电站电气
2、部分投资大小的打算性因素；本次设计建设一座110kV 降压变电站，第一，依据主接线的经济牢靠、运行敏捷的要求挑选各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取敏捷的最优接线 方式；其次，进行短路电流运算， 依据各短路点运算出各点短路稳态电流和短路冲击电流；最终，依据各电压等级的额定电压和最大连续工作电流进行设备挑选，然后进行校验；关键词:变电所；变压器；电力负荷；电气主接线；短路电流；电气设备华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文The Primary Design of 110 KV Transformer SubstationAbstractThe know-why the
3、learns , real circumstances of this engineering of combination are used , the analysis conscientiously careful by way of to the primary sources , as wellas short circuit calculation to decides on the scheme . The selection of the electric owner grasping the transformer substation wiring scheme , the
4、 mould selecting of major electric installation , the selection of main transformer platform number , capacityand model , as well as the various protections are surely calmly . Define finally this110 kV transformer substation electric owners wiring diagram , and accomplishes the preliminary design t
5、o the 110KV transformer substation . Designing by way of this , Ihave had a more overall understanding to the design of transformer substation , and makes me learn , not only the reliability will fully be thought over in the engineering designation and the flexibility , and still more will give cons
6、ideration to many things economy , long-range nature and technical .Key words :transformer substation； transformer；power load； the electricity mainwiring；the short-circuit current； electricity equipment华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文目 录第一章设计任务书 . .7设计资料 .7建所目的 . .7环境条件： . .7负荷资料 . .71.2设计要求 .8编写技术说明书 . .8编写运算书
7、 . .8绘制图纸 . .8其次章设计说明书 . .9、电气主接线设计.92.1.1电气主接线设计的原就 . .92.1.2电气主接线的设计程序 . .92.1.3主接线形式的挑选 . .112.2主变压器的挑选 .122.3短路电流的运算及负荷运算.132.3.1短路电流运算的目的和条件. .132.3.2短路时间的运算 . .142.3.3等效电路阻抗及短路电流的运算 . .14、设备的挑选与校验 .152.4.1导体和电气设备挑选的一般条件 . .15设备挑选 . .162.5 、防雷爱护的确定及接地网的设计.212.5.1 避雷针的作用 .212.5.2 防雷接地 .212.5.3 防
8、雷爱护方案 .22华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文2.5.4 地网的设计 .24第三章运算书 . .273.1电力负荷的运算 .27、等效电路电抗的运算 .28、等效电路短路电流的运算.28、设备的挑选及校验 .32高压断路器 . .32隔离开关 . .34电流互感器 . .36电压互感器 . .383.4.5导线 . .38结 束 语. .40致谢语 . .41参考文献 . .42华 北电力大学 成人教育毕 业设计论 文前言电能是现代工业生产的主要能源和核心动力；电能既易于由其它形式的能量转换而来， 又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的安排既简洁经济，又便于掌握、调剂和测
9、量，有利于实现生产过程自动化；因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛；本次设计为 110kV 变电站电气一次部分初步设计，分为设计任务书、说明书、运算书、设计图纸等四部分；所设计的内容力求概念清晰，层次分明；！从主接线、短路电流运算、主要电气设备挑选等几方面对变电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图；由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批判指正；华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文第一章设计任务书建所目的随着工农业生产的快速进展，为满意该地区负荷日益增长的需要，提高对用户供电的 牢靠性和电能质量，依据系统进展规划，拟建设一座110/10kV 的区域性降
10、压变电所；向该地区供电；环境条件该变电所所址位于平原地带，交通便利，无特殊环境污染；该地区最热月平均气温30，年最高气温为 40，年平均气温 15，土壤温度 20；雷暴日： 30 日/年；负荷资料该地区负荷情形 :夏季Smax=55 MVAcos=Smin=49 MVAcos=冬季Smax=39 MVAcos=Smin=33MVAcos=10KV 用户负荷统计资料 :名称#1最大负荷MW功率因数回路数2#22#332#452#5552#62#71#830.851#940.851华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文#1031#11311.2 设计要求编写技术说明书(1) 电气主接线的设计(2
11、) 负荷运算(3) 主变压器的台数和容量的确定(4) 各支路最大负荷电流(5) 短路电流运算结果表(6) 各电压级各主要的电气设备结果表编写运算书(1) 短路电流运算过程(2) 各电压级主要的电气设备挑选运算绘制图纸1 确定电气主结线2 确定主变压器的台数和容量3 确定所用电接线4 确定所变压器的台数和数量5 确定各电压级配置6 确定各电压级各主要的电气设备7 确定防雷爱护及地网的设计华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文其次章设计说明书2.1 、电气主接线设计电气主接线是发电厂、变电所的设计主体；采纳何种形式的接线，与电力系统原始资料，发电厂、变电所本身的牢靠性、敏捷性、经济性的要求亲密相
12、关，并且对电气设备的挑选、配电装置布置、继电爱护和掌握方式的拟定都有较大的影响；因此，主接线的设计必需依据电力系统、 发电厂或变电站的详细情形， 全面分析， 正确地处理好各方面的关系， 合理地挑选主接线方案 ；电气主接线设计的原就电气主接线设计的基本原就是以设计任务书为依据，以技术规定、标准为准绳，结合实际情形，在保证供电牢靠、调度敏捷、满意各项技术要求的前提下，兼顾运行、爱护方 便，尽可能的节约投资，力争设备元件和设计的先进性与牢靠性，坚持牢靠、先进、适用、经济、美观的原就；在设计的过程中，将依据国家经济进展及电力负荷增长率的规划，给出所设计变电所的容量、机组台数、电压等级、出线回路数、主要
13、负荷要求、电力系统参数和对电厂的详细要求，以及设计的内容和范畴；设计的主接线应满意供电牢靠、敏捷、经济、留有扩建和进展的余地；设计时，在进行论证分析阶段，更应合理的统一供电牢靠性与经济性的关系，以便使设计的主接线具有先进性和可行性；电气主接线的设计程序设计步骤和内容如下：1 对原始资料分析：(1) 工程情形，包括设计规划容量近期、远景 ，变压器容量及台数，最大负荷利用小时数极可能的运行方式等；华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文(2) 电力系统情形，包括电力系统近期及远景进展规划5-10 年，变电站在电力系统中的位置容量位置和地理位置和作用，以及与电力系统连接方式和各级电压中性点接地方式等
14、；(3) 变压器的中性点接地方式与电压等级、单向接地短路电流、过电压水平、爱护配置等有关，直接影响系统供电的牢靠性；2 对电气主接线的基本要求：对电气主接线的基本要求，概括的应包括牢靠性、敏捷性和经济性三方面；(1) 牢靠性在分析电气主接线牢靠性时，要考虑变电站在系统中的位置和作用、用户的负荷性质及类别、设备制造水平及运行体会等诸多因素；(a) 电站在电力系统中的位置和作用；变电站是电力系统的重要组成部分，其牢靠性应与系统相适应；此次设计的110kV 变电所在 10kV 电压级有近区负荷，容量不大，此时10KV电压即宜采纳供电牢靠性较高的母线接线方式，以便适应近区各类负荷对供电牢靠 性的要求；
15、(b) 负荷性质和类别；负荷按其重要性有类、类和类之分；(c) 设备的制造水平；电气设备制造水平打算的设备质量和牢靠程度直接影响着电气主接线的牢靠性；(d) 长期实践运行体会；(2) 敏捷性电气主接线应能适应各种运行状态，并能敏捷地进行运行方式的转换；敏捷性包括以下几个方面：(a) 操作的便利性；电气主接线应当在满意牢靠性的条件下，结线简洁，操作便利， 尽可能使操作步骤少，以便于运行人员把握，不致在操作过程中出过失；(b) 调度的便利性；电气主接线在正常运行时，要能依据调度要求，便利的转变运行方式，并且在发生事故时，要能尽快的切除故障，使停电时间最短，影响范畴最小，不致过多的影响对用户的供电和
16、破坏系统的稳固运行；(c) 扩建的便利性；对将来要扩建的变电站，其主接线必需具有扩建的便利性，应留有进展扩建的余地；(3) 经济性在设计主接线时，主要冲突往往发生在牢靠性和经济性之间；通常设计应在满意牢靠华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文性和敏捷性的前提下做到经济合理；经济性主要从以下几方面考虑：(a) 节约一次投资；主接线应简洁清晰，并要适当采纳限制短路电流的措施，以节约开关电器数量、选用廉价的电器或轻型电器，以便降低投资；(b) 占地面积小；(c) 电能损耗少；在变电站中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理的挑选变压器的形式、容量和台数，尽量防止两次变压而增加电能损耗；(d) 负荷情
17、形，包括负荷的性质、输电电压等级、出线回路数及输送容量等；对电力的负荷不仅应有短期负荷猜测，仍应有中长期负荷猜测，对电力负荷猜测的精确性，直接关系着变电站电气主接线设计成果的质量， 一个设计应能经受当前及较长远时间 5-10 年的检验；主接线形式的挑选1110kV电压等级主接线的确定方案 1：双母线接线方案 2：单母线分段方案 3：单母线分段带旁路双母线接线：供电牢靠、调度敏捷；当母线检修时可以不停电，母线故障时、回路短路时停电；母线侧隔离开关检修时只停本回路的电；单母线分段： 母线故障或检修时， 不会导致全部停电； 断路器检修时会造成回路停电；但接线简洁、操作修理便利、设备较少、经济性好；单
18、母线带旁路：单母线分段带有专用旁路断路器的旁路母线接线，可以削减设备、节约投资；随着高压配电装置广泛采纳六氟化硫断路器及国产断路器、隔离开关的质量逐步提高，同时系统备用容量的增加、电网结构趋于合理和联系紧密、爱护双重化的完善以及设备检测逐步由方案检修向状态检修过渡，为简化接线，总的趋势将逐步取消旁路设施；此次 110kV 侧采纳单母线分段的接线方式；这种接线，每一回路都通过一台断路器和一组隔离开关并连接到母线上； 适用范畴： 110220kV 配电装置当出线回数不超过 5 回时；与双母线接线相比，单母线分段接线具有下述优点：(1) 可以轮番检修母线而不致中断供电；只需将要检修的那一段母线上的全
19、部元件倒闸操作到另一组母线上；华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文(2) 检修任一回路隔离开关时，只停该回路，母线故障后，可快速复原供电；(3) 调度敏捷，各电源和各负荷回路可以任意安排到某一组母线上；(4) 有利于扩建和便于试验；210kV 电压等级主接线的确定采纳单母线分段接线方式此方案可以提高供电牢靠性和敏捷性，对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路， 由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常母线不间断供电，不致使重要用户停电，两段母线同时故障的几率很小，可以不予考虑；在牢靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在
20、判别故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可复原供电；2.2 主变压器的挑选降压变电所的变压器或自耦变压器额定容量和台数应以下述几点要求为依据：(1) 在计及变压器过负荷才能及负荷增进步程的条件下，充分利用所安装的变压器容量；(2) 使变电所的每个进展阶段，能到达投资最少运算费用最省，并且投资不集中；(3) 供电牢靠；(4) 运行便利；(5) 变电所扩建时无大改造，且不中断对用户的供电；(6) 对变压器额定容量的挑选，特殊要重视确定运算负荷，尽量得到最精确地挑选结果；变压器的容量大小、型式、规格：依据变电所主变压器挑选的原就，对供有大量一、二级负荷的变电所，应采纳两台变压器，并且任一台变压器单独运
21、行时变压器容量应满意总运算负荷的大约70% 75%的需要，因此变压器容量S=70% s+S 所用=0.7042.266+12.734=550=3MVA华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文(1) 相数依据所运算的容量，选用两台双绕组无励磁调压电力变压器；(2) 组数与结构在 110kV 中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器，其损耗小，价格低，但主要潮流方向应为低高压同时向低压和中压送电，且变化不宜过大，并留意自耦变压器限制短路电流的成效较差，所以选用两台双绕组变压器；2.3 短路电流的运算及负荷运算短路电流运算的目的和条件1短路电流运算的目的在发电厂和变电
22、站的设计中，短路运算是其中的一个重要环节；其运算的目的主要有以下几个方面：(1) 电气主接线的比较；(2) 挑选导体和电器；(3) 在设计户外高型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相同和相对地的安全距离；(4) 在挑选继电爱护装置和运行整定运算时，需以各种短路时的短路电流为依据；(5) 接地装置的设计，也需要用短路电流；2短路电流的运算条件为使所选设备具有足够的牢靠性、经济性和合理性，并在肯定的时期内适应电力系统进展的需要，做验算用的短路电流应按以下条件确定：(1) 容量与接线；按设计的最终容量运算，并考虑电力系统远景进展规划一般为建成后 510 年；其接线应采纳可能发生最大短路电流的正常
23、接线方式；(2) 短路种类；一般按三相短路运算，或其他种类较三相短路严峻时，就按最严峻的情形运算；(3) 运算短路点；在运算电路图中，同电位的各短路点的短路电流值均相等，但通过华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文各支路的短路电流将随着短路点的位置不同而不同；在校验电器和载流导体时，必需确定电气设备和载流导体处于最严峻的短路点，使通过的短路电流校验值为最大；短路时间的运算效验热稳固的短路运算时间 tk 为急电爱护动作时间 tpr 和相应短路器的全开断时间 tbr 之和，即tkt prtbrt pr一般取爱护装备的后备爱护动作时间，这是考虑到主爱护有死区或拒动；而tbr 指对短路器的分闸脉冲传
24、送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各相触头别离后的电弧完全熄灭为止的时间段；明显，t br 包括两个部分，即tbrtinta式中， tin 为断路器的分闸时间，它是由断路器接到分闸命令起，到灭弧触头刚别离的一段时间，此值可在相应手册中查出；ta 为断路器开断时电弧连续时间，它是指由第一个灭弧触头别离瞬时起，到最终一级电弧熄灭为止的时间，对少油断路器为0.040.06s，对SF6 断路器压缩空气断路器约为 0.020.04s，真空断路器约为 0.015s；断路器不仅在电路中作为操作开关，而且在短路时要快速牢靠的切断短路电流，作为t应k爱护电器；为此，这种断路器应能在最严峻的情形下开断短路电流，
25、 故短路运算的时间 为主爱护动作时间 tpr1 和断路器固有分闸时间tin 之和，即ttkpr1tin对于无延时爱护， tpr1 为主爱护启动和执行机构动作时间之和，一般0.050.06s；为便利设计，此处规定各电源在不同短路点的短路运算时间为t k =4s；等效电路阻抗及短路电流的运算用于设备挑选的短路电流是依据变电所最终规模：两台40MVA主变压器及 110kV 远景系统阻抗，考虑两台主变并列运行的方式进行运算的；运算结果如下：表一 等效电路阻抗运算结果表阻抗名称系统 X发电机 XG变压器XT 1主变 XT2线路 1 X L1线路 2 X L 2短路阻抗标幺值表二 短路电流运算结果表短路电
26、流最大有效值kA三相短路f1110kV 母线10kV母线115f2华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文短路短路点短路点短路点平均基准电流短路电流周期分短路电流冲类型编号位置电压 kVkA量起始有效值击值 kA2.4 、设备的挑选与校验导体和电气设备挑选的一般条件正确的挑选设备是使电气主接线和配电装置到达安全、经济运行的重要条件；在进行设备挑选时， 应依据工程实际情形， 在保证安全牢靠的前提下， 积极而稳固的采纳新技术， 并留意节约投资，挑选合适的电气设备；1一般原就(1) 应满意正常运行检修短路和过电压情形下的要求，并考虑远景进展的需要；(2) 应按当地环境条件校核；(3) 应力求技术先进
27、和经济合理；(4) 挑选导体时应尽量削减品种；(5) 扩建工程应尽量使新老电器型号一样；(6) 选用的新产品，均应具有牢靠的试验数据，并经正式鉴定合格；2短路状态热稳固和动稳固的校验1 短路热稳固校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度或发热效应应不超过答应值，满意热稳固的条件为tkI 2 tQ式中Qk 短路电流产生的热效应I t 、t 电气设备答应通过的热稳固电流和时间华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文2 电动力稳固校验电动力稳固是电器承担短路电流机械效应的呢公里；亦称动稳固， 满意动稳固的条件：i esish , I esI sh式中ish 、 I sh 短路冲击电流幅值及其有效值
28、ies 、 I es 电气设备答应通过的动稳固电流及其有效值以下几种情形可不校验热稳固或动稳固：(1) 用熔断器爱护的电气设备，其热稳固由熔断器时间保证，故可不验算热稳固(2) 采纳有限电流电阻熔断器爱护的设备，可不校验动稳固(3) 装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳固3环境条件环境条件主要有温度、日照、风速、冰雪、湿度、污秽、海拔和地震；由于设计条件有限，所以在设计中没有考虑温度因素；依据工程上的规定，一般高压电器在环境温度为四十度时，答应依据额定电流长期工作；当电器安装饰的环境高于四十度时， 每增加一度建议额定电流削减 1.8%；当低于四十度时，每降低一度建议额定电流
29、增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%；设备挑选结合以往 110kV 变电所设计及运行情形，本次选用110kV 及 10kV 开关开断电流采纳31.5kA ；并依次对设备进行了挑选和校验；主要设备参数如下：主变：双绕组无励磁调压电力变压器额定容量额定高压额定低压空载电流空载损耗负载损耗阻抗电压kVAkVkVAkVAkWkV %11040000 2 2.5%12145174型号SFL-40000/11 0110kV侧高压断路器：高压断路器的功能是，不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承担肯定时间的短路电流，并能在爱护装置作用下自动跳闸，切断短路故障；选用 SW4-110型断路器华北电
30、 力大学成人 教育毕业 设计 论文型号额定电压 kV最高工作电压kV额定电流A额定开断电流 kA动稳固电流 kASW4-1101101261250804s 稳固电流KA自动重合闸无电流间隔时间 s固有分闸时间s合闸时间s断路器本体质量三相kg油重 kg3360120110kV侧高压隔离开关：高压隔离开关的功能是，隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修，其特点是不答应带负荷操作；选用 GW4-110DW型隔离开关额定电型号压kV额定电流A动稳固电流峰值kA热稳固电流操动机构型号kA接地刀2s4s5s主刀闸单相质量kg闸GW4-110DW11016000100CS17G、 CJ2-GCS17
31、G255110kV侧电流互感器：电流互感器的功能是： 1将一次回路的大电流变为二次回路的小电流5A 或 1A， 使测量外表和爱护装置标准化，小型化，价格廉价和便于屏内安装；2使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身的安全；选用 LCWB4-110型号的电流互感器二次负荷 10%倍数额定电级次组精确流比 A合级次1级3级二次负荷 倍数 倍1s 热稳固型号倍数 倍质量 kg2 0.5 / B2油质总质数量量LCWB4-110500B2 / B3B130B22075145580华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文B3220110kV侧电压互感器：电压互感器的功能： 1将
32、一次回路的高电压变为二次回路的低电压，使测量外表和爱护装置标准化，小型化，并使其结构巧，价格廉价和便于屏内安装；2使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身的安全；选用 Jcc2-110 电压互感器额定电压一次绕组 1 额定容量V.A二次绕组 2 额定容量V.A最大容量型号一次绕组二次绕组帮助绕组133P6PV.AJcc2-110110/335001000200010kV 侧断路器：额定电压型号kV额定电流A额定开断电流kA额定断流容量MVA极限通过电流峰值kASN10-10SN10-10/103000750130机械寿命热稳固电流有效值合闸时间故有分闸时间kAss43
33、.34s自重配用操动机构型号操作循环分-180s- 合 次油重 无油 型号SN10-10SN10-10/分-180s- 合分105013190CD1010kV 侧隔离开关：采纳 GN2-10/3000 型号的隔离开关型号额定电压 kV额定电流 A动稳固电流 kA热稳固电流有效值峰值2s4s5s10s三相质量 kg华北电 力大学成人 教育毕业 设计 论文GN2-10/3000103000301004020705015410kV 侧电流互感器：挑选 LMC-10型 3000/5 的电流互感器准二次负荷10%倍数1s 热稳固动稳固型号额定电流比2000,级次组合确精确等级等级13二次负荷 倍 电流数 kA倍 电流倍数 kA数长度HmmLMC-103000/5,4000,5000/53275610362010kV 侧电压互感器：选用型号为 JSW-10三台单相三绕组电压互感器型号一次绕额定电压二次绕帮助绕一次绕组 1 额定容量V.A二次绕组 2 额定容量V.A最大容量V.A组组组133P6PJSW-1010120200480960110KV侧母线的挑选：选用 LGJ-210/25 型钢芯铝绞线标称截面铝/