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1、华北电力大学成人教育毕业设计（论文）毕 业 设 计(论文)110kV降压变电所电气一次系统设计系 别 电力工程系 专业班级 电气08K5班 学生姓名 严 丽 指导教师 胡永强 二一二年六月 I摘要随着经济的发展和人民生活水平的提高，对供电质量的要求也日益提高。国家提出了加快城网和农网建设及改造、拉动内需的发展计划，城网110kV变电站的建设迅猛发展。如何设计城网110kV变电站，是成网建设、改造中需要研究和解决的一个重要课题。变电站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，是联系发电厂与用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的中间环节，电气主
2、接线的拟定直接关系着全厂（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，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。本次设计建设一座110kV降压变电站。首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择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。选取灵活的最优接线方式。其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，从三项短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后进行校验。关键词：变电站；电气主接线；短路电流；设备选择；校验1 原始数据1、变电站类型
3、：110kV降压变电所2、电压等级：110/10kV3、负荷情况：最大25MW，最小16MW，Tmax = 5000小时，cos= 0.85负荷性质：工业生产用电4、出线情况：(1) 110kV侧：2回（架空线） LGJ185/28km；(2) 10kV侧： 12回（电缆）。5、系统情况：(1) 系统经双回线给钢厂供电；(2) 系统110kV母线短路电流标幺值为33（S100MVA）6、环境条件：(1)最高温度40，最低温度-25，年平均温度20；(2)土壤电阻率 400 欧米；(3)当地雷暴日 40日/年。12 电气主接线的设计与选择2.1 概述主接线是变电站电气设计的首要部分，它是由高压电
4、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主要环节。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。2.2 主接线设计的基本要求发电厂的电气主接线应根据变电所在电力系统中的地位、发电厂的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件参数、设备特点等条件，并应综合考虑供电可靠、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。对于主接线设计的基本要求，概括的说应包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。2.2.1 可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供
5、电可靠和电能质量是对主接线最基本要求。主接线能可靠地工作， 以保证对用户不间断供电。评价电气主接线可靠性的标志是：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或母线隔离开关检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对全部一级负荷和大部分二级负荷的供电；3）尽量避免变电所全部停运的可能性。2.2.2 灵活性电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性要求应包括以下几个方面：1) 操作的方便性。在服从可靠性的基本要求条件下，接线简单，操作方便，便于运行人员掌握，不至于在操作过程中出差错；2) 调度的方便性。调度运行中应可以灵活地操作，投入或切
6、除某些变压器及线路，调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式、检修方式以及特殊运行方式下的调度要求； 3) 扩建的方便性。可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。4）检修的方便性。可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电。2.2.3 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。经济性主要从以下几个方面考虑：1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限
7、制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；2）占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。3）电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。2.3 主接线的选择原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等的不同考虑，最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。2.4 主接线方案选择2.4.1电压110kV侧接线（1）采用单母线分段接线图2-1 110kV单母线分段接线
8、优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以缩小母线故障（或检修）的停电范围。一组母线故障后，另一组母线能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电。运行灵活性高，变压器既可以并列运行，也可以分列运行2 4。2 熊信银，朱永利发电厂电气部分M北京：中国电力出版社，20094 石磊110kV降压变电所电气部分设计D兰州：理工大学电气工程学院，2009缺点：在一段母线故障或检修期间,该母线上所有回路均需停电。（2）采用内桥形接线图2-2 110kV内桥形接线优点：内桥接线在线
9、路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单。高压电器少，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分段接线。在高压线路运行操作频繁并且不承担电网穿越功率的城网变电站这种情况下,比较适合用这种接线方式。缺点：在变压器发生故障或切除、投入时,要使未发生故障的线路短时停电且操作复杂。运行灵活性和可靠性较差。（3）电力工程设计手册规定：110kV220kV配电装置出线回路不超过2回时一般选用单母线接线或单母线分段接线。电力系统课程设计参考资料规定：在满足运行要求的条件下，变电所高压侧尽可能考虑采用断路器较少或不用断路器的接线。在具有两台主变压器的变电所中，当35kV22
10、0kV线路为双回时，若无特殊要求，该电压级主接线均采用桥形接线。故选择单母线分段接线和内桥形接线两个方案进行技术经济比较3。3 西北电力设计院电力工程设计手册M上海：科学技术出版社，19782.4.2电压10kV侧接线（1）采用双母线接线图2-3 10kV双母线接线优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以不停电轮流检修任意一组母线。一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组母线隔离开关时只需停该回路。调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建方便可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均
11、分配。缺点：设备多，投资和占地面积大，配电装置复杂，易发生误操作。 （2）采用手车式高压开关柜单母线分段接线图2-4 10kV手车式高压开关柜单母线分段接线35110kV 变电所设计规范规定，当变电所装有两台主变压器时，610kV侧宜采用分段单母线。线路为12 回及以上时，亦可采用双母线。本变电站10kV 侧线路为14 回，可采用双母线接线或手车式高压开关柜单母线分段接线两种方案5。5 江苏省电力设计院35110kV变电所设计规范M北京：中国电力出版社，1988与（1）相比，（2）简单清晰，调度灵活，能保证对重要用户的供电，设备少，投资和占地小。采用手车式高压开关柜，断路器检修问题可不用复杂的
12、旁路设施来解决，大大缩短了用户的停电时间，保证了供电可靠性。这也是目前10kV电压等级最为常见的接线形式。根据钢厂调研的数据及具体情况的考虑，设计出的主接线图如下： 图2-5主接线图此方案：110kV侧位内桥形接线，10kV侧单母分段接线。内桥接线的任一线路投入、断开、检修或路障时，都不会影响其他回路的正常运行，但当变压器投入、断开、检修或故障时，则会影响另一回线路的正常运行。桥形接线中使用断路器台数少，其配电装置占地也少，能满足变电所可靠性要求，具有一定的运行灵活性，桥形接线适用于线路为两回、变压器为两台变电站。3 变压器的选择3.1 概述在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气
13、设备之一，其担任着变换网络电压进行电力传输的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况。在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。确定合理的变压器容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证【】。3.2 主变压器台数的选择由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是郊区110kV降压变电所，它是以110kV受功率为主。把所受的功率通过主变传输10kV母线上，再将电能分配出去。因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或
14、检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担60%80%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。3.3 主变压器容量的选择变电所主变容量一般按510年规划负荷选择，并适当考虑远期1020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，该所最大负荷给定，所以应按最大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，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，
15、应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的60%80%，该变电所是按70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电所的总装容量为： 当一台变压器停运时，可保证对70%负荷的供电。因此主变压器的容量为：本设计任务中110kV侧电源为无限大系统，该侧的出线负荷功率由该无限大系统供给，不需通过主变传送。10kV侧的最大负荷25MW，最小负荷16MW，功率因素为0.85，需要从110kV侧系统通过主变来传送。因此，在正常运行情况下，主变传送的最大总容量为25MW。已知10kV侧最大负荷为25MW，5，由计算可知单台主变的最大容量为： 则=0.7=0.729.412=20.59MVA所以，选择两台25MVA的变压器并列运行。3.4 主变压器型式的选择1、相数的选择当不受运输条件限制时，在330kV以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。单相变压器组，相对
