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1、.-110kV变电站一次系统设计 摘 要 本设计首先对课题所给原始数据进行分析，然后进行变电站的负荷计算和无功补偿计算。确定无功补偿装置及无功补偿容量。其次就是根据原始数据，进行短路计算和主接线的选择，然后根据短路计算的结果，对各种一次设备进行选型校验；完成主接线选择及设备选型后，根据设计要求绘制该变电站一次系统图。最后进行防雷、接地、变电站布置以及变电站自用电系统的设计，其中电器设备的选择主要包括：断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、绝缘子、套管、电缆母线、避雷器等。关键词：变电站；一次系统；负荷计算；无功补偿；短路计算 Design of 110kV Substation and P
2、rimary System Abstract The design first to subject the original data analysis，and substations loads computation and no work make the calculation. Then precede the burthen calculation of the transformer substation with have no the coefficient the in expiation of calculation the etc. Secondly, accordi
3、ng to the original data, for short terms and the choice, And according to short-circuit the result, a device would the checksum ；Complete the connection to choose the type and equipment designed to draw, when the substations a system. Finally, to prevent ground, ready for substations, and the electr
4、icity system in substations, Of electrical equipment chosen primarily includes ： breaker, isolated from a switch, voltage, potential transformer , current transformer, post-type insulator, bushing and cables etc., lightning arrester，bus etc.Keywords: Transformer Substation, The Primary System, load
5、calculation，Reactive power compensation，Short-circuit calculation 目 录摘 要IAbstractII前言.1第1章 原始数据21.1 原始数据21.1.1 自然概况21.1.2 供电现状21.1.3 工程规模21.2 设计任务3第2章 主接线设计与一次设备的选择42.1 主接线的基本要求42.2 主接线方案分析比较52.2.1 单母线52.2.2 单母线分段接线62.2.3 桥式接线62.3 电气主接线的确定72.4 一次设备选择82.4.1 高压断路器的选择82.4.2 高压隔离开关的选择122.4.3 母线及电缆线的选择13
6、2.4.4 绝缘子和穿墙套管的选择152.4.5 电压互感器的选择172.4.6 电流互感器的选择182.4.7 避雷器的选择21第3章 负荷计算与主变压器选择223.1 负荷计算223.2 无功补偿233.2.1 无功补偿的原理及原则233.2.2 无功补偿设计233.3 主变压器的选择24第4章 短路计算254.1 短路概述254.2 短路电流计算25第5章 防雷与接地系统的设计285.1 防雷保护285.1.1 直击雷保护285.1.2 侵入波保护285.1.3 变压器的保护295.1.4 变电站的防雷接地295.1.5 避雷针保护范围的计算295.2 接地系统的设计305.2.1 变电
7、站接地设计原则315.2.2 接地装置的设计31第6章 变电站布置336.1 变电站布置概述336.2 总体布置34第7章 变电站自用电系统设计357.1 站用电系统概述357.2 直流操作电源357.3 站用变压器的选择36结 论37参考文献38 前 言 变电站是接受、变换、分配电能的环节，是供电系统中极其重要的组成部分。它是由变压器（有变流器的叫变流站）、配电装置、保护及控制设备、测试仪表以及其它附属设施（实验、维修、油处理等）及有关建筑物组成的。变电站是电力系统的中心环节,尤其是现在大容量发电机的不断投运和超高压远距离输电和大网的出现,使电力系统的安全控制更加复杂,如果依靠原来的人工操作
8、、人工监视、人工抄表、记录等,依靠原有的电磁型,或晶体管等旧技术装备,而不进行技术改造必然没法满足安全、稳定运行的需要,更谈不上适应现代电力系统计算机管理模式的需要。本文对一个110kV变电所的一次系统进行设计，主要设计内容包括：负荷计算，无功补偿，短路计算，电气主接线的选择，设备选型校验，防雷接地系统，变电站布置以及变电站自用电系统进行设计。.- 第1章 原始数据1.1 原始数据1.1.1 自然概况环境条件年最高温度：40；年最低温度5；年平均温度25；海拔高度：150m；土质：粘土；雷暴日：30日/年。1.1.2 供电现状离该变电站10km和8km各处有一系统变电站，由这两个变电站用110
9、kV双回架空线路向该变电站供电，待设计的变电站高压母线上的短路功率为1000MVA。该变电站初期设10回架空出线，每回线路的最大输送功率为2000kVA，Tmax=4000h，COS=0.85。1.1.3 工程规模为保证该地区供电需要，现在该地区建设一座231.5MVA 110/10kV降压变电所，以架空线路给各10kV变电所供电。工程示意图如图1-1 图1-1 工程示意图1.2 设计任务根据设计原始数据，在规定时间内完成一下计算、设计等内容：（1）主接线方案设计；（2）负荷统计计算与无功补偿设计； （3）一次设备的选择与校验； （4）防雷与接地系统设计； （5）变电站布置； （6）所用电系统
10、设计； 第2章 主接线设计与一次设备的选择2.1 主接线的基本要求主接线是变电所电气设计的重要要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体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、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。我国变电所设计技术规程规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建（1）安全性高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高
11、压隔离开关；低压断路器（自动开关）的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须设低压刀开关；装设高压熔断器负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关；变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器宜与电压互感器共用一组隔离开关，线路上避雷器前不必装隔离开关。（2）可靠性断路器检修时，不宜影响对系统的供电；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大部分二级负荷的供电；尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性；大机组超高压电气主接线应满足可靠的特殊要求；采用综合自动化，优化变电所设计：国内变电所自动化发展进程分为三个阶段。第一阶段由集中
12、配电屏以装置为核心的方式，向分散下放到开关柜以系统为核心的方式发展；第二阶段由单一功能、相互独立向多功能、一体化过渡；第三阶段由传统的一次、二次设备相对分立向相互融合方式发展。变电所综合自动化就是在第二阶段。（3）灵活性变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线；两路电源进线，装有两台主变压器的变电所，当两路电源同时供电时，两台主变压器一般分列运行；当只有一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并列运行；带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关；主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。（4）经济性主接线方案应力求简单，采用的一次设备特别是高压断路器
13、少，而且应选用技术先进、经济适用的节能产品；由于工厂变配电所一般都选用安全可靠且经济美观的成套配电装置，因此变配电所主接线方案应与所选成套配电装置的主接线方案配合一致。柜型一般宜采用固定式；只在供电可靠性要求较高时，才采用手车式或抽屉式；中小型工厂变电所一般才用高压少油断路器，在需频繁操作的场合，则应采用真空断路器或SF6断路器。断路器一般采用就地控制，操作多用手力操作机构，但这只适用于三相短路电流不超过6kA（10kV的SK3100MVA）的电路中。如短路电流较大或有远控、自控要求时，则应采用电磁操作机构或弹簧操作机构；工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其互感器只供计费的电度表用，应考虑无
14、功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因素达到规定的要求；优化接线及布置，减少变电所占地面积.。总之，变电所通过合理的接线、设备无油化、布置的紧凑以及综合自动化技术，并将通信设施并入主控室，简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。2.2 主接线方案分析比较2.2.1 单母线(1) 优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置；(2) 缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全
15、部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。(3) 适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：6-110kV配电装置的出线回路数不超过6回；3563kV配电装置的回路数不超过3回；110-220kV配电装置的出线回路数不超过2回。2.2.2 单母线分段接线(1) 优点：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；当一段母线发生故障，分段断路自动将故障段切断，保障正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。(2) 缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空
16、线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均等扩建。(3) 适用范围：6-10kV配电装置出线回路数为6及以上时；35-63kV配电装置出线回路数为4-8回时；110-220kV配电装置出线回路数为3-4回时。(4) 采用单母线分段的结线形式：单母线分段是借助于3DL，进行分段，当母线故障时，经倒闸操作可切除故障段，保证其它段继续运行，当母线检修可分段进行，这能始终保证一台主变的供电，当进线电源一回发生故障，通过倒闸操作可保证两台主变的供电，单母线分段的结线可以作分段运行，也可做并列运行，采用分段运行时，各段相当于单母线运行状态，各段母线所带的主变压器是分列进行，互不影响任一母线故障或检修时，仅停止
17、该段母线所带变压器的供电，两段母线同时故障的机率很小，可以不予考虑，采用并列运行时，电源检修无需母线停电，只需断开电源的断路器及其隔离开关就能保证两台主变压器的供电，对本站110kV 两回供电（小于4回路）较为适合。2.2.3 桥式接线（1）内桥接线 1）接线方法： 桥断路器位于线路断路器内侧。 2）主要优缺点: 优点 接线简单、经济（断路器最少），布置简单占地小，可发展为单母线分段接线，线路投、切灵活，不影响其它电路的工作。 缺点 变压器投切操作复杂，故障检修影响其它回路，桥断路器故障检修全厂分列为两部分，出线断路器故障检修该回路停电。 3）适用范围 双线双变的水电站、变电所35220kV侧
18、： 线路较长（故障多），而主变年负荷利用小时数高（不经常切换）且无功率穿越的场合。内桥接如图2-1（2）外桥接线 1）接线方法：桥断路器位于线路侧。 2）特点：与内桥接线相对应“变压器”“线路”3）适用范围 双线双变的水电站、变电所35220kV侧： 主变年负荷利用小时数低（经常切换），而线路较短（故障少）或有功率穿越的场合。 外桥接线如图2-2图2-1 内桥接线示意 图2-2 外桥接线示意图2.3 电气主接线的确定（1）110KV侧根据原始数据，该变电站由系统变电站用双回架空线路向该变电站供电，所以供电可靠性较高，变电站负荷利用小时数少、故障少，所以110KV侧应选择外桥接线，且装设断路器、
19、互感器、隔离开关、避雷器等电气设备。（2）10KV侧根据设计要求，10KV侧应使用单母线分段接线，每段母线上各带出线5回，且每段母线上都带有无功补偿电容器组及其他电气设备；另外，10KV侧装设站用变一台，以供站用负荷。2.4 一次设备选择电气设备的选择是变电所电气设计的主要内容之一。正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时必须符合国家有关经济技术政策。技术要先进，经济要合理，安全要可靠，运行要灵活，而且要符合现场的自然条件要求。所选设备正常时应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。电气设备的选择应遵循以下两个原则：（1）按正常工作状态选择；
20、2.按短路状态校验。按正常工作状态选择的具体条件：1）额定电压：电气设备的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运行电压。一般220KV及以下的电气设备的最高允许工作电压为1.15Ue。所以一般可以按照电气设备的额定电压Ue不低于装设地点的电网的额定电压Uew: UeUew2） 额定电流：所选电气设备的额定电流Ie不得低于装设回路最大持续工作电流Imax: IeImax。计算回路的Imax应该考虑回路中各种运行方式下的在持续工作电流：变压器回路考虑在电压降低5时出力保持不变，所以Imax1.05 Iet;母联断路器回路一般可取变压器回路总的Imax；出线回路应该考虑出线最大负荷情况下的Imax
21、。按短路状态校验的具体条件：1）热稳定校验：当短路电流通过所选的电气设备时，其热效应不应该超过允许值：QyQd2）动稳定校验：所选电气设备通过最大短路电流值时，不应因短路电流的电动力效应而造成变形或损坏：ichidw2.4.1 高压断路器的选择高压断路器除在正常情况下通断电路外，主要是在发生故障时，自动而快速的将故障切除，以保证设备的安全运行。常用的高压断路器有油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器。（1）高压断路器的主要参数：额定电压：是指断路器正常工作时的线电压；额定电流：是指环境温度在40度时，断路器允许长期通过的最大工作电流；额定断开电流：它是断路器开断能力的标志，其大小与灭弧室的结构和
22、介质有关；额定开断容量：开断能力常用断流容量表示，；热稳定电流：热稳定电流是表示断路器能随短路电流热效应的能力；动稳定电流或极限通过电流：表示能承受短路电流所产生的电动力的能力；断路器的分、合闸时间：表示断路器的动作速度。（2）选择时，除按一般原则选择外，由于断路器还有切断短路电流，因而必须校验短路容量，热稳定性及动稳定性等各项指标。按工作环境选择：选择户外或户内，若工作条件特殊，还需要选择特殊型式；按额定电压选择：应该大于或等于所在电网的额定电压，即： ；按额定电流选择：应该等于或大于负载的长时最大工作电流，即： ；校验高压断路器的热稳定性： It2tI2tima； 校验高压断路器的动稳定性
23、：；校验高压断路器的断流容量（或开断电流）：熔断断流容量按校验4；根据上述分析并查资料：（1）主变110kV侧高压断路器选择1)额定电压：Ue=121kV 2)额定电流：Ie变电所最大长期工作电流Igmax （考虑变压器事故过负荷的能力40%）3)根据有关资料选择LW25-126型断路器，技术参数见表2-1表2-1 LW25-126型断路器技术参数型号技术参数额定电流I（A）额定开断电流（KA）极限通过电流 Igf (kA)4秒热稳定电流(kA)LW25-126/2000200040100404)校验：Ue=126kVUNI=2000A463A额定开断电流校验：110kV侧三相稳态短路电流I(
24、4) =5.0 (kA) LW25-126断路器的额定开断电流40 (kA)符合要求。动稳定校验 ： 110kV侧短路三相冲击电流：ich=12.75 (kA) LW25-126断路器的极限通过电流Igf=100 (kA) ichIgf 符合动稳定要求热稳定校验： 110kV母线短路热容量：Qdt=I（4）2tep=100 (kA2S) LW25-110/1250断路器的4秒热稳定电流：It=40 (kA) It2t=4024=6400(kA2S)It2tepIgmax=1818.7A额定开断电流校验：10kV侧三相稳态短路电流I(4) =20.7 （kA） ZN28-10/2000断路器的额
25、定开断电流31.5 （kA）符合要求。动稳定校验 ： 10kV母线短路三相冲击电流：ich=52.5 (kA) ZN28-10/2000断路器的极限通过电流Igf=80 (kA) ichIgf 符合动稳定要求热稳定校验： 10kV侧三相短路热容量：Qdt=I(4)2tep= 1698(kA2S) ZN28-10/2000断路器的4秒热稳定电流：It=31.5(kA) It2t=31.524=3969(kA2S)I(4)2tep变电所最大长期工作电流Igmax （考虑变压器事故过负荷的能力40%）3)根据有关资料选择GW10-126/1250型隔离开关，技术参数见表2-32-3 GW10-126
26、/1250型隔离开关技术参数型号技术参数额定电流I（A）极限通过电流 Igf (kA)3秒热稳定电流(kA)GW10-126/12501250 8031.5 4)校验：Ue=126kVUnI=1250A463A动稳定校验 ： 110kV母线短路三相冲击电流：ich=12.75 (kA) GW10-126/1250隔离开关的极限通过电流Igf=80 (kA) ich= UNS IN1= IMAX 式中UN1、IN1：电流互感器的一次额定电压和额定电流3）二次额定电流的选择CT二次额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A。当配电装置（例如超高压）距离控制系统室较远时，为了能使C
27、T能多带二次负荷或减少电缆截面，提高准确级，应尽量采用1A。4）按准确度级选择CT的准确度应符合二次测量、继电保护等的要求，用于电能计量的CT，准确度级不应低于0.5级，用于继电保护的CT误差应在一定的限值内，以保证过电流测量准确度的要求。5）检验二次负荷的容量为保证CT工作准确度要求，CT的二次负荷不超过允许的最大负荷，CT的二次负荷包括测量仪表、继电器电流线圈，二次电缆和接触电阻等电阻；检验二次负荷的公式：按容量检验：S2= SN2按阻抗检验：Z2= ZN2式中：S2：CT的二次最大一相负荷，VA； SN2：CT的二次额定负荷，VA； Z2：CT的二次最大一相阻抗，；ZN2：CT的二次额定
28、阻抗，。6）热稳定校验：CT的内部热稳定能力用热稳定倍数Kr表示，热稳定倍数Kr等于互感器1s热稳定电流与一次额定电流IN1之比，故热稳定条件为： （Kr* IN1）2*1= QK 式中QK-短路热效应1）动稳定校验：CT的内部动稳定能力用动稳定倍数Kd表示, Kd等于CT内部允许通过的极限电流（峰值）与Kd倍一次额定电流IN1之比，故：CT的内部动稳定条件为： （Kd*1.414* IN1）= im式中im：通过二次侧绕组的最大冲击电流电流互感器的选择结果见表2-7：2-7 CT选择结果安装地点型号额定电流比1s热稳定倍数动稳定倍数110kV侧LCWDL-1102*200/57513510k
29、V侧LAJ-102000/5509010kV侧馈线LAJ-102000/55090110kV侧CT校验额定电流200A 大于 工作电流165A 小于1.5倍工作电流 247.5A热稳定检验：（Kr*IN1）2*1=（75*0.2）2*1=225(kA)2*S QK=5.04(kA)2*S内部动稳定校验：Kd*1.414*IN1=135*1.414*0.2=38.18kA7.63kA因此 LCWDL-110 满足要求10kV侧CT校验额定电流2000A大于 工作电流1818.7A 小于1.5倍工作电流 2727A热稳定检验：（Kr*IN1）2*1=（50*2）2*1=1000(kA)2*S QK=86.03 (kA)2*S内部动稳定校验： Kd*1.414*IN1=90*1.414*2=254.2kA31.52kA因此：LAJ-10满足要求2.4.7 避雷器的选择避雷器配置原则：（1）配电装置每组母线上，一般应装设避雷器；（2）220kV及以下的变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一台避雷器；（3）以下情况中性点应装设避雷器：