BY市110kv降压变电所设计--牛

BY市牛

--110kv降压变电所设计第 2 页 共 18 页

课 程 设 计

电气工程及其自动化_专业 班级

题 目 BY市110kV降压变电所设计 姓 名 学 号 指导教师

二О 年 月 日

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一． 变电站概括 1.1变电站总体分析

BY市变电站位于市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，是新建地区变电所。变电站做为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重要环节。本课程设计主要是关于本变电站的一次设计，为了是变电站的一次设计能够很好的接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对本变电站做初步分析的原始数据进行分析。 1． 变电站类型：110KV地方降压变电站 2．电压等级：110/10KV

3．线路回数：110KV：2回，备用2回；10KV：13回，备用2回；

4．地理条件：平均海拔100m，地势平坦，交通方便，有充足水源，属轻地震区。年最高气温+42℃，年最低气温-18℃，年平均温度+16℃，最热月平均最高温度+32℃。最大风速35m/s,主导风向西北，覆冰厚度 。 5．负荷情况：主要是一、二级负荷，市内负荷主要为市区生活用电、棉纺厂、印染厂等工业用电；郊区负荷主要为郊区变电站及其他工业用电。

6．系统情况：根据任务书中电力系统简图可以看到，本变电站位于两个电源中间，有两个发电厂提供电

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能，进而经过该变电站降压后用于工业、农业等负荷用电，需要一定的可靠性。 1.2 负荷分析及主变压器的选择 负荷计算的目的：

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子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。 负荷分析 10KV侧:

近期负荷：P近=(2＋2＋1＋1＋2＋3＋2＋1.5＋1.5＋1.5)MW=17.5MW

远期负荷: P远=（３＋３＋1.5＋1.5＋3＋4.5＋3.5＋2＋2＋2＋2＋2）=30MW Pi=17.5MW+30MW=47.5MW

i1nP综合最大计算负荷计算公式: Sjs=Kt*cosii1n*(1+%)

i

(注:Kt:同时系数，取85%; %:线损,取5%)

%) Sjs近=Kt*P*(1+cosimax近ii1n4

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22112321.51.51.5=Kt*(0.8) *(1+%) 0.80.80.780.750.780.80.80.750.8

=0.85*17.755*(1+0.05)=15.85MVA S

js远=Kt*

Pimax远*(1+%) i1cosin331.51.534.53.5222)*（1+%） =Kt*（0.80.80.80.780.750.780.80.80.750.8＝0.85*33.065*1.05=29.51MVA 视在功率:

S=Sjs近+Sjs远＝15.85MVA+29.51MVA=45.36MVA 1.3主变压器的选择 一． 相数的确定：

330KV以下的电力系统，在不受运输条件时，应用三相变压器。 二． 绕组数的确定：

对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。 三． 主变压器台数的确定

在这次变电站设计中,可以采用一台或两台主变压器,下面对单台变压器和两台变压器进行比较： 比 较 单台变压器 两台变压器 技 供电安全比 满足要求 满足要求

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术 供电可靠性 基本满足要求 满足要求 指 供电质量 电压损耗略大 电压损耗略小 标 灵活方便性 灵活性差 灵活性好 扩建适用性 稍差 好

由前设计任务书可知、正常运行时，变电所负荷由110kV系统供电，考虑到重要负荷达到47.5MW，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。 3.3． 变压器容量和型号的确定 容量选择及检验公式:

容量选择及检验公式: n

SNS10kv远，

n1SN0.6S10kv远，

n1SNS10kv.区, SNS10kv近

（其中n为变电站设计中变压器的台数，在这次设计中，n=2）

因此根据上述式子及负荷分析可以选择两台型号为SFQ720000/110的有载调压变压器，变压器的技术参数如下表所示：

型号 额定电压(KV) 高压 低压 联接损耗(KV) 组接空载 负 号 载 空载阻抗电电流压(%) (%) SFQ20000/110 110±11,10.5, YN, 27.5 104 0.9 10.5 72*2.5% 6.6,6.3 d11 6

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二、 主接线的选择

2.1 对电气主接线的基本要求

变电所主接线选择的主要原则有以下几点：

（1）供电可靠性：如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。

（2）灵活性：其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。

（3）操作方便、安全：主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。

（4）经济性：即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。

根据以上的基本要求对主接线进行选择。

2.2 110kV侧接线的选择

方案(一) 单母线分段接线

优点：（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母

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线故障影响范围。

（２）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。

缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电

方案（二）: 桥形接线

110kV侧以双回路与系统相连，而变电站最常操作的是切换变压器，而与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换，因此可采用内桥式线，这也有利于以后变电站的扩建。 优点：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接线。

缺点：可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。

方案（三）：双母线接线

优点：（1）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。

（2）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，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。

（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。 缺点：（１）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投资大。

（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作，为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。

对于110kV侧来说，因为它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的可靠性。对比以上三种方案,从经济性、可靠性等多方面因素考虑，最佳设计方案为方案（一）。具有一定的可靠性和可扩展性，而且比双母线投资小。

2.3 10kV侧接线选择

方案（一）：单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。 缺点：可靠性、灵活性差、母线故障时，各出线必须全部停电。

方案（二）：单母线分段接线

优点：

（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。

（２）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。

缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了

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系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。

方案（三）：分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段

优点：有较大的可靠性和灵活性，且检修断路器时合出线不中断供电。 缺点：投资增大、经济性能差。

对比以上三种方案：单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线须全部停电，不能满足I、II 类负荷供电性的要求，故不采纳；将 I、II 类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线提供电源，从而可保证供电可靠性；虽然分段断路器兼作旁路断路器的单母线分段也能满足要求，但其投资大、经济性能差，故采用方案（二）单母线分段接线。

三、短路电流计算

3.1电力系统简图

图3-1 电力系统简图

注：LGJ150：0.416Ω/km LGJ185: 0.410Ω/km LGJ240: 0.401Ω/km

3.2 各回路阻抗的计算(取SB=100MVA,VB=Vav)

图3-2 电力系统化简图

最大运行方式下:

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SB1000.6*0.048S11250

SB100X2XS20.8*0.229S2350X1XS11000.0432115100X40.416*6*0.0192115100X50.401*10*0.030 2115100X60.410*20*0.0631152100X70.410*26*0.0811152X30.410*14*根据所选变压器的技术参数可以求变压器的阻抗:

1VS%SB10.5100XT••*0.525

2100STN100203.3 110KV侧短路分析:

图形化简:

图3-3 110KV侧短路线路化简图

(1)

X8X2X70.2290.080.310

X9X3X40.0430.0190.062(2) △—Y

X9X50.062*0.0300.012X5X6X90.0300.0620.062X9X60.062*0.062X110.025

X5X6X90.0300.0620.062X5X60.062*0.030X120.012X5X6X90.0300.0620.062X1010

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(3) Y—△

（X1X10）X12X13（X1X10）X120.0907X8X11

(X8X11)X12X14(X8X11)X120.0399X1X10（4）

XfX13//X140.074

起始次暂态电流:

I''E1.08SB1.08100IB*7.32KAXfXf3Uav0.0743*115

冲击电流：

Iishkim*2*I\"1.8*2*7.3218.63KA

If0.26.73KAP*计算电抗：

XjsX*SISII12503500.074*1.184SB100查表得： t=0.2S时，I3.4 10KV侧短路分析:

P*0.920

t =2S及2S后时，I1.029 If7.532KA

图3-4 10KV侧短路线路化简图

(1)

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X8X2X70.2290.0830.312

X9X3X40.0430.0190.062(2) △—Y

X9X50.062*0.0300.012X5X6X90.0300.0620.062X9X60.062*0.062X110.025

X5X6X90.0300.0620.062X5X60.062*0.030X120.012X5X6X90.0300.0620.062X10(3)

X13X1X100.00.0120.076X14X8X110.3120.0250.337 X15XTX120.5250.0120.537(4) Y—△

X13X150.734X14

X14X15X17X14X153.255X13X16X13X15（5）

XfX16//X170.599 起始次暂态电流:

I''E1.08SB1.08100IB9.91KA XfXf3Uav0.5993*10.5冲击电流：

Iimkim*2*I\"1.8*2*9.9125.23KA 计算电抗：

SISII1250350XjsX*0.599*9.584 SB100当计算电抗Xjs＜3.45时,其短路电流查表得出; 当计算电抗Xjs≥3.45时,则可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变 即

If0.29.91KA

If9.91KA四、 电气设备的配置与选择

4.1 110kV侧断路器的选择

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1、该回路为 110 kV电压等级，故可选用六氟化硫断路器。 2、断路器安装在户外，故选户外式断路器。

3、回路额定电压Ue≥110kV的断路器，且断路器的额定电流不得小于通过 断路器的最大持续电流 Imax=1.05×

20000＝0.1054（kA）=105.4(A) 31154、为方便运行管理及维护，选取110kV SF6断路器为同一型号产品，选为OFPT(B)-110断路器，其主要技术参数如下： 5、对所选的断路器进行校验

自动重最高 额定 动稳 4S热固有（1）断流能力

额定 额定 合闸无合闸 工作 开断 定 稳 分闸校验

型号 电压 电流 电流间时间 电压 电流 电流 定电流 时间 所选断路器的

kV A 隔时间 S kV kA kA kA S 额定开断电流

S I。= 31.5kA＞ I'' OFPT-110 110 1250 126 31.5 80 31.5 0.03 0.12 =7.32kA，则断流能力满足要求。 （2）短路关合电流的校验

所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为 80kA，流过断路器的冲击电流为18.63kA，则短路关合电流满足要求，因为其动稳定的校验参数与关合电流参数一样，因而动稳定也满足要求。 （3）热稳定校验

设后备保护动作时间 1s，所选断路器的固有分闸时间 0.03s，选择熄弧时间 t =0.03S。则短路持续时间 t =1+0.03+0.03 =1.06s。

因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计，则 短路热效应

Qk = I”2t =7.322×1.06=56.79kA2.s

允许热效应 Ir2t =31.52× 4 = 396 Ir2t＞Qk 热稳定满足要求。

以上各参数经校验均满足要求，故选用OFPT(B)-110断路器。 （4）断路器配用CD5-XG型电磁操作机构

6.2 10 kV侧断路器的选择

1、该回路为 10kV 电压等级，故可选用真空断路器。 2、该断路器安装在户内，故选用户内式断路器。

3、回路额定电压为 10kV，因此必须选择额定电压 Ue ≥ 10 kV的断路器，且其额定电流不小于流过断路器的最大持续电流 Imax=1.05×4、初选 SN9-10真空断路器，主要数据如下：

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20000＝1150.7（A）

310.5第 14 页 共 18 页

型号 额定 电压 kV 10 4S热额定 额定开动稳定 固有分稳定电流 断流电 电流 闸时间 电流kA kA kA s kA 1.25 25 63 25 0.05 SN9-10 5、对所选的断路器进行校验

（1）断流能力的校验

流过断路器的短路电流 IK =9.91kA。所选断路器的额定开断电流 I =25kV ＞ IK，即断路器的断流能力满足要求。 （2）动稳定校验

所选断路器的动稳定电流为63kA， 流过断路器的冲击电流ish = 25.22KA＜63KA则动稳定满足要求。

（3）热稳定校验

设后备保护动作时间 1s，所选断路器的固有分闸时间 0.05s，选择熄弧时间 t =0.03s。则短路持续时间 t =1+0.05+0.03 =1.08s。 则Qk = 9.912×1.08 = 94.01 kA2.s 允许热效应 Ir2t = 252 ×4 = 2500 kA2.s

由于短路时间大于 1 s ,非周期分量可忽略不计 则Qk =94.01kA2.s，由于 Ir2t ＞QK

，所以热稳定满足要求

从以上校验可知该断路器满足要求，所以确定选用 SN9-10真空断路器。 4、该断路器配用 CD10－III型操作机构

4.2 110kV侧隔离开关的选择

1、为保证电气设备和母线检修安全，选择隔离开关带接地刀闸。 2、该隔离开关安装在户外，故选择户外式。

3、该回路额定电压为 110kV，因此所选的隔离开关额定电压 Ue≥ 110kV，且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流 ImaX=1.05×

20000＝105.4（A） 31154、初选GW4—110D型单接地高压隔离开关其主要技术参数如下 额额最接地 极 限通过4S热型 号 定 定 大刀闸 电流kA 稳定电14

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电电工A 压 流 作kV A 电压 kV GW4-110D 110 1250 有效值 流 kA 峰值 126 2000 32 55 10 5、校验所选的隔离开关 （1）动稳定校验

动稳定电流等于极限通过电流峰值即idw = 55kA 流过该断路器的短路冲击电流ish = 18.54kA.s 即 idw ＞ ish （55KA＞18.63KA）动稳定要求满足。 （2）热稳定校验

断路器允许热效应 Ir2t = 102×4 =400 kA2.s 短路热效应 QK = I''2t = 7.322×1.06＝56.79kA2.s

Ir2t ＞QK热稳定满足要求。

经以上校验可知，所选隔离开关满足要求，故确定选用 GW4— 110D型高压隔离开关。

4.3 10kV侧隔离开关的选择

1、为保证电气设备和母线检修安全，隔离开关选择不带接地刀闸。 2、隔离开关安装在户内，故选用户内式。

3、该回路的额定电压为10kV所选隔离开关的额定电压Ue≥10kV，额定电流大于流过隔离开关的最大持续电流 Imax = 1.05×20000＝1150.7（A）

310.5 4、初选GN19—10型隔离开关，其主要技术数据如下： 型号 额定电压额定电流 允许热效应动稳态电流（KV） （A） （kA2.s） （KA） GN19-10 10 1250 3200 100 5、校验所选的隔离开关 （1）动稳定校验

所选隔离开关的动稳定电流100kA

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短路冲击电流ish = 23.79kA idw＞ ish , 动稳定满足要求。

（2）热稳定校验

断路器允许热效应 I2rt = 3200KA2S 短路热效应 Qk =

94.01KA2S

I2rt＞Qk 热稳定满足要求.

从以上校验可知,所选隔离开关满足要求,故确定选用GN19—10型隔离开关。 (3)该隔离开关配用CS6型手动式杠杆操作机构。

4.4导线的选择

本设计的110kV为屋外配电装置，故母线采用钢芯铝绞线LGJ，而10kV采用屋内配电装置，故采用硬母线。

（1） 110KV母线的选择与校验：

1、按最大工作电流选择导线截面S Imax=1.05×

20000＝3115105.4 (A)

年最高平均温度为+32℃，而导线长期允许温度为+80℃，查表得温度修正系数K0＝0. IYj= Imax/K0=105.4/0.=118.4(A)

选择110KV母线型号为：LGJ—150/25，查表得IY=472A。 Imax=118.4A＜KθIY=0.×472=420.08A 满足要求 2、热稳定校验： S=150mm2＞Smin=

IKCtdz=

7320832=127.9mm2

满足热稳定要求。

（2） 10KV母线的选择与校验：

由于安装在室内，选用硬母线

1、按最大持续工作电流选择母线截面: Imax = 1.05×20000＝1150.7（A）

310.5IYj= Imax/k0=1150.7/0.=1292.9(A)

选择10KV母线型号为h100×b8（单条矩形），查表得IY=1547A。 Imax=1150.7A＜KθIY=0.×1547=1376.8A 满足要求 2、热稳定校验： S=800 mm2＞Smin=

IKCtdz=

9910832=158.97mm2

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满足热稳定要求。 3、动稳定校验

母线采取水平排列平放

则W=bh2/6=8×1002/6=13333(mm3) =13.33×10-6 m3 相邻支柱间跨距取 L=1.2m 相间母线中心距离取a=0.25m

2Lσmax=0.173 ish2 ×

10aW

=0.173×23.792×

1.22100.2513.33106

=4.51×106pa

σmax＜σy=70×106pa 满足动稳定要求。

4.5互感器的选择

（1） 电压互感器的选择

变电所每组母线的三相上均安装电压互感器。详见电气主接线图。 电压互感器应按工作电压来选择：

1、110KV电压互感器选择 JCC1—110 2、10 KV电压互感器选择 JDZJ—10

（2）. 电流互感器的选择

凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量符合测量仪表、保护和自动装置的要求。电流互感器配置详见电气主接线图。

1．110KV电流互感器的选择

选择电流互感器型号:LCWD—110，变比如下： （1）线路侧：I=15000=78.73A 则取变比取：100/5 3115（2）变压器至母线及母线分段断路器处： I=20000=104.97A 则取变比取：200/5 31152．10KV电流互感器的选择

选择10KV侧电流互感器型号:LZZ1—10，变比如下： （1）变压器至母线及母线分段断路器处： I=20000=1049.7A 则取变比为：2000/5 310.517

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（2）线路处，取最大负荷的线路选取：

I=4500=236.1A 则取变比为：300/5 310.54.6避雷器的选择

一.避雷器的配置

1、配电装置的每组母线上，均装设避雷器。 2、双绕组变压器的低压侧一相上设置一组避雷器。 3、变压器高、低压侧中性点均装置避雷器。 变电所避雷器的配置详见电气产接线图。 二.避雷器的选择

1、110KV选择：Y1.5W60/144(变压器) 110KV选择：Y1０WE-100/260(母线侧) 2、10 KV选择：Y0.5W-14/43

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