110kv变电站电气一次部分设计毕业论文.doc

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1、河南理工大学万方科技学院毕业设计/论文 I 摘 要 本设计是针对“ZYA 市新建 110KV 变电站”一次设计的要求， 对电力系统及变电所的具体情况进行了分析与说明，对主变压器 和主接线进行了设计与选择，并进行了短路电流的计算，根据所 求的结果和已知的数据确定了母线、母线引下线、断路器、隔离 开关、绝缘子、避雷器等必需的电气设备，且对变电所进行了防 雷设计。 根据变电所给定的负荷，我们不难对主变进行选择，并用一 级和二级负荷对其容量的选择进行校验，根据远景与近景负荷的 比较确定一期工程主变的台数。电气主接线的设计是变电站电气 设计的主体，在设计中应以任务书为依据，以国家经济建设的方 针、政策、

2、技术规定、标准为保证供电可靠、调度灵准绳，结合 工程实际情况在活、满足各项技术要求的前提下兼顾运行、维护 方便，尽可能的节省投资。导体和电气设备的选择是电气设计的 主要内容之一，电力系统中各种电气设备的作用和工作条件不一 样，具体选择的方法也不完全相同，但对它们都有一致的要求， 电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按 短路状态来校验热稳定和动稳定。配电装置是根据电气主接线的 连接方式，由开关电器、保护和测量电器，母线和必要的辅助设 备组建而成的总体装置。以本设计来看 110KV 宜采用室外形式， 35KV 和 10KV 宜采用室内形式。为了预防和限制雷电的危害性， 变电站中还

3、应采用防雷措施和防雷保护装置。 河南理工大学万方科技学院毕业设计/论文 II 关键词：断路器 隔离开关 配电装置 避雷器 Abstract 河南理工大学万方科技学院毕业设计/论文 III This design aims at the request which WH the city newly built 110KV transformer substation time designs, has carried on the analysis and the explanation to the electrical power system and the transformer su

4、bstation special details, has carried on the design and the choice to the main transformer and the host wiring, and has carried on the short-circuit current computation, according to result and known data determination generator, generator download, circuit breaker, isolator, insulator, and so on wh

5、ich asks essential electrical equipment, also has carried on the anti-radar design to the transformer substation. According to the given load substation, we not difficultly change to the host carry on the choice, and carries on the verification with level of and two level of loads to its capacity ch

6、oice, changes the Taiwan number according to the prospect and the close view load quite definite issue of project host. The electrical host wiring design is the transformer substation electricity design main body, in the design should take the project description as the basis, take the national econ

7、omic construction policy, the policy, the technical stipulation, the standard as the criterion, the union project actual situation in the guarantee power supply reliable, the dispatcher nimble, satisfies each specification under the premise to give dual attention to the movement, the maintenance is

8、convenient, as far as possible saves the investment. The conductor and the electrical equipment choice is one of electrical design main contents, in the electrical power system each kind of electrical equipment function and the working condition are dissimilar, concrete choice method quite same not

9、less than, but all has the unanimous request to them, the electrical equipment must be able the reliable work, must carry on the choice according to the regular service condition, and according to short-circuits the condition to verify the thermally stable and to move stably. The power distribution

10、equipment is according to the electrical host wiring connection way, by the switch electric appliance, the protection and the survey electric appliance, the generator and the essential supporting facility sets up the overall installment which but becomes. By this design looked 110KV suitably uses ou

11、tdoor form, 35KV and 10KV suitably uses in the room the form. In order to prevent with the limit thunder and lightning hazardous 河南理工大学万方科技学院毕业设计/论文 IV nature, in the transformer substation also should use the anti-radar measure and the anti-radar protective device. Key words: circuit breaker discon

12、nect switch switchyard lightning arrester 目 录 前 言 .1 1 电力系统概述 .3 1.1 电力系统分析 .3 1.2 变电站总体分析 .5 1.2.1 建设规模 .5 河南理工大学万方科技学院毕业设计/论文 V 1.2.2 选址概况 .5 1.3 负荷分析 .5 2 主变压器的选择 .8 2.1 主变容量选择应考虑问题 .8 2.2 主变额定容量的选择计算 .8 2.3 变压器相数的形式的选择 .9 2.3.1 变压器相数的选择 .9 2.3.2 绕组数和绕组连接方式的选择 .9 2.3.3 主变阻抗和调压方式的选择 .10 2.3.4 容量比

13、.10 2.3.5 变压器各侧电压的选择 .10 3 电气主接线设计 .11 3.1 电气主接线设计 .11 3.2 主接线设计应该考虑的基本问题 .11 3.3 主接线的设计步骤.12 3.3.1 110V 电压等级接线方式的确定.12 3.3.2 35KV 电压等级主接线的分析设计.13 3.3.3 10KV 电压等级主接线的确定.14 4 短路电流的计算 .16 4.1 选择基准容量 .16 4.2 计算各线路电抗 .17 4.3 对应的标幺值 .17 4.4 系统电抗 .17 4.5 各电压侧计算 .18 5 电气设备的选择 .24 5.1 电器选择 .24 5.1.1 导体和绝缘子

14、.24 5.1.2 电气设备 .24 5.2 选择导体和电器设备的技术条件 .24 5.3 母线选择和负荷出线选择的计算过程 .25 5.3.1 110KV 母线选择.25 5.3.2 110KV 侧主变引下线.26 5.3.3 35KV 母线发热及稳定性较验计算书.27 5.3.4 35KV 侧主变引下线的计算.28 5.3.5 10KV 侧电气计算书.29 5.3.6 10KV 侧主变引下线的计算.30 河南理工大学万方科技学院毕业设计/论文 VI 5.4 电气设备的选择 .31 5.4.1 断路器选择和隔离开关的选择 .31 5.4.2 110KV 侧计算书.32 5.4.3 35KV

15、侧计算书.33 5.4.4 10KV 侧计算书.34 5.5 电压互感器和电流互感器的选择 .38 6 配电装置设计 .40 6.1 配电装置设计 .40 6.1.1 配电装置概述 .40 6.1.2. 配电装置设计原则 .40 6.1.3 配电装置型式选择 .40 6.1.4. 各电压等级配电装置设计 .41 6.1.5 35KV 及 10KV 配电装置设备列表.42 7 防雷保护 .44 7.1 变电所的直击雷保护 .44 7.2 雷电过电压波的防护 .45 总 结 .47 致 谢 .48 参考文献 .49 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 1 前前 言言 变电站是电力系统中不可缺少的

16、重要环节，对电网的安全和经济运 行起着举足轻重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操 作为主，将无法满足现代电力系统管理模式的需求；同时用于变电站的 监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，不能充分利用微机 数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。而且社会经济的 发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应，建国以来，我国的电力事业 已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复 杂和用户对电能的质量的要求进一不提高，电网自动化就显得极为重要； 近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网 调度与管理自动化以具备了条件。变电站在配电网中的地位十

17、分重要， 它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运 行起着举足轻重的作用。因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基 础之一，也是满足现代化供用电的实时，可靠，安全，经济运行管理的 需要，更是电力系统自动化 EMS 和 DMS 的基础。变电站的设计，除 了能够满足用电的需求的基本条件外，还必须考虑到自身的建站经济性、 调度的灵活性和可靠性，并易于扩建和升级改进成微机综合自动化。变 电站自动化的发展将是以后变电站发展的主导方向，它不但节省了人力、 物力、财力，而且从更大程度上可以保证供电质量，提高供电的可靠性。 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 2 1 1 电力系统概述电

18、力系统概述 1.11.1 电力系统分析电力系统分析 电力系统规划，设计与运行的根本任务是在国家发展计划的统筹计 划下，合理开发动力资源用最少的支出（含投资和运行成本）为国民经 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 3 济各部门与人民生活提供充足，可靠和质量合格的电能，根据国民经济 的需要和能源，在电力系统规划中就已经对有功电源的安排，受端系统 的建设电源的接入，系统见的联络线，无功电源与电压控制，继电保护 与安全自动，调度自动化与通信做了统筹的安排与考虑。电力系统的运 行与其他电力系统相比较，有非常明显的特点： 1. 传递速度快，过渡时间短。 2. 电能不能大量存储，电能的生产，输送，分配，使

19、用是同时进 行的。 3. 与现代工业，农业，科学技术以及整个国家的国防事业都有紧 密的联系。 电力系统根据其生产的特点，必须满足下列要求： 1. 保护供电的可靠性 如果供电中断将会使生产停顿，人民生活发生混乱，甚至危及人身 设备安全，造成十分严重的后果。所以在任何情况下，都应该尽可能的 保证电力系统运行的可靠性。根据负荷允许停电程度的不同，将负荷分 成 3 级：第级：如果停电将造成人身，设备事故，生产废品，使生产 秩序长期不能恢复或产生严重政治影响，使人民生活发生混乱等。第 级：如果停电将造成大量减产，使人民生活受到影响。第级：不属于 第、级的负荷，如工厂的附属车间，小城镇等。 对于第级负荷，

20、至少要有由两个 独立电源供电，其中每一个电源的 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 4 容量，都应在另一个电源发生故障时仍能完全保证级负荷的用电；对 第级负荷是否需要备用电源，要进行技术经济比较后才能确定，而对 第级负荷，一般不学要备用电源。 2. 保证良好的电能质量 电压、频率和波形是电能的质量指标，也是电器设备设计和制造的 主要技术参数。当电力系统运行电压和频率超过允许的偏移值时，将影 响设备的安全运行，并可能造成减产，产生废品等。我国规程规定： 1035KV 及以上电压供电的用户和对电压质量有特殊要求的低呀用户 允许偏移为（正负）5%；频率允许偏移为（正负）5%HZ。 3. 保证系统运

21、行的经济性 电能的生产规模大，其消耗的一次能源站国民经济能源总消耗的比 重很大。 电力系统运行有三个主要经济指标，即生产每度电的能源消 耗量（煤耗量、油耗量、水耗量等） ，生产每度电的有用电量（自用电 率） ，以及供、配电每度电在电力网中的电能损耗量（线损率）应在电 力系统中开展经济运行工作，在安全、可靠地发供电及电能质量达到一 定指标的前提下，合理地安排各类发电厂所承担的负荷力求降低能源消 耗，厂用电率和电力网的输配电损耗等，以求得最大的经济效益。 1.21.2 变电站总体分析变电站总体分析 1.2.1 建设规模建设规模 该变电站电压等级为：110/35/10KV 线路回数：110KV 近期

22、 2 回，远景发展 2 回 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 5 35KV 近期 3 回，远景发展 2 回 10KV 近期 9 回，远景发展 2 回 1.2.2 选址概况选址概况 该变电所位于 ZYA 市郊东南郊，交通便利，变电所的西边为 10KV 负荷密集区，主要有棉纺厂，食品厂，印染厂，真挚厂，柴油机厂，橡 胶厂以部分失去用电。变电所以东主要有 35KV 的水泥厂，耐火厂以市 郊其他用电。该变电所所址海拔 220m，地势平坦，为非强地震区，输 电线路走廊阔，架设方便，全线为黄土层地带，地耐力为 2.4 1.31.3 负荷分析负荷分析 表 1-1 35KV 负荷情况 最大负荷 （mW）

23、负荷组成 () 负荷 名称 近期远景一二 自然 力率 maxT (h) 线长 (km) 备 注 水泥 厂 1 1.52 15 300.9350020 水泥 厂 2 1.52 15 300.9400020 耐火 厂 11.5 15 350.9500018 备用 1 2.50.915 35 电压 备用 2 2.50.915 35KV 侧负荷分析：水泥厂 1 和水泥 2 及耐火厂以及市郊的备用线 路，停电将可能出现残次品或造成机器设备的损坏，导致严重的经济损 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 6 失，必须对生产和人民群众的生活进行连续可靠的线路电能。 表 1-2 10KV 负荷情况 最大负荷 m

24、W 负荷组成 () 电 压 等 级 负荷 名称 近期远景一二 自然力 率 maxT (h) 线长 (km) 备 注 棉纺厂 1 22.520400.7555003.5 棉纺厂 2 22.520400.7555003.5 印染厂 1 1.5230400.7850004.5 印染厂 2 1.5230400.7850004.5 毛纺厂 2220400.7550002.5 针织厂 11.520400.7545001.5 市区 1 1.5220400.825002 市区 2 1.5220400.825002 食品厂 1.21.515300.840001.5 备用 1 1.50.78 10 kv 备用 2

25、 1.50.78 10KV 侧负荷分析：主要针对棉纺厂 1、2；印染厂 1、2；市区等， 其中第、级负荷比重较大。停电意味着出现残次品或造成机器设备 的损坏，带来严重的经济损失，甚至出现事故。为能确保对企业单位可 靠的供电，保证工业区的各项工作顺利进行，不能因中断供电或电能质 量的问题给企业生产造成影响。 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 7 2 2 主变压器的选择主变压器的选择 2.12.1 主变容量选择应考虑问题主变容量选择应考虑问题 根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷 的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变容量在计及过负荷能力 后的允许时间内，应保证用户的

26、、负荷；对一般性变电站，当一台 主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷运行的 60%正常运行。 2.22.2 主变额定容量的选择计算主变额定容量的选择计算 1. 根据各电压等级侧出线数目的多少选择各电压等级的同时系数： 中压 35KV 侧出线回路数为 3 回，故可取 Kt=0.9； 低压 10KV 侧出线回 路数为 9 回，取 Kt=0.85 由负荷资料表的数据经计算得到： MVASjs025.11%51 9 . 0 5 . 25 . 25 . 15 . 25 . 2 9 . 035 远 MVASjs 5 . 21%51 8 . 0 5 . 122 75 . 0 5 . 12225 . 25

27、 . 2 85 . 0 10 远 2. 变压器的近期计算容量： 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 8 MVA68.1716.64.285 . 0 85 . 0 1035 近近近jsjsjs SSS 3. 由选择条件： MVAS js 2 . 4%51 9 . 0 15 . 15 . 1 9 . 0 35 近 MVASjs6 .16%51 8 . 0 2 . 15 . 15 . 1 75 . 0 125 . 15 . 122 85. 0 10 近 MVA65.2721.511.02585 . 0 85. 0 1035 远远 远 jsjs SSSjs 装有 2 台及以上主变压器的变电所，其中一

28、台事故断开，其余变压 器的容量应保证该所 60%的全部负荷。 得：MVASS jsjs 59.1665.276 . 06 . 0 远 那么一台主变电压器的容量16.59MVA。故可选用主变容量为: N S 31.5MVA. 4. 校核条件：一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过 负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷正常供电，即： 21 ) 1SSSne（ 则： 成立，满足条件要求。 又有： 21 25) 12(SSSe MVAMVA SS 2505.17%)30%15( 8 . 0 5 . 1 2%)40%20( 8 . 0 2 %)40%20( 75 . 0 5 . 1 %

29、)40%20( 75 . 0 2 2%)40%30( 78 . 0 2 2%)40%20( 75 . 0 2 %)35%15( 9 . 0 5 . 1 2%)30%15( 9 . 0 2 21 显然满足条件： 21) 1(SSSne 所以选取结果如下：可选主变容量为:25MVA台数 2 台 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 9 2.32.3 变压器相数的形式的选择变压器相数的形式的选择 2.3.1 变压器相数的选择变压器相数的选择 由相关规程规定，若站址地势开阔，交通运输方便也不是由于容量 过大无法解决制造问题宜选择三相变压器。 2.3.2 绕组数和绕组连接方式的选择绕组数和绕组连接方式的

30、选择 在电力工程电气设计手册和相应规程中指出：在具有三种电压 的变电所 中，如果通过主变所各绕组的功率达到该变电站容量的 15% 以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所内需要装无功补偿设备时， 主变压器宜选择三绕组变压器，结合本次设计的具体 110KV 变电所的实 际情况，都应该选择三绕组变压器。 2.3.3 主变阻抗和调压方式的选择主变阻抗和调压方式的选择 电力系统电气设计手册和相应规程中指出：变压器各侧阻抗值 的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电 流，系统内的调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应以对工 程起决定性作用的因素来确定。 2.3.4 容量比容量

31、比 变压器的绕组容量有 100/100/100、100/100/50 和 100/50/50 等几 种，对于 100KV 变压器总容量不大，其绕组容量对于造价影响不大，所 以宜采用 100/100/100 的容量比。 2.3.5 变压器各侧电压的选择变压器各侧电压的选择 作为电源侧，为保证想线路末端供电的电压质量，即保证在有 10% 电压损失的情况下，线路末端的电压应保证在额定值。所以，电源侧的 主变压器按照 10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可以按照额定 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 10 电压选。所以，对本次设计的 110KV 变电站，考虑选择节能新型的变压 器，110KV

32、侧选 110KV, 35KV 侧选 37KV， 10KV 侧选 10.5KV。 3 3 电气主接线设计电气主接线设计 3.13.1 电气主接线设计电气主接线设计 主接线设计应该满足的基本要求： 应该考虑可靠性、经济性、灵活性、扩建可能性等，同时应该考虑 国家的方针政策，如不占或少占良田；尽量选用国家过关的设备；采用 新设备应该经过试验等。 3.23.2 主接线设计应该考虑的基本问题主接线设计应该考虑的基本问题 1电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受 和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，它要求用规定的 设备文字和图形符号，并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套

33、装置全部基本组成和连接关系，代表该变电站电气部分的主体结构，是 电力系统结构网络的重要组成部分。它的设计的合理性直接影响电力系 统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配电装置、继电保护、自动 控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，我们要重视电气 主接线的设计。 2. 110KV 进线回路数为 4 回，出线回路数为 2 回，为了使进出线断 路器在检修时不停电，经过初步考虑采用方案(1) 单母线分段接线(2) 单母线接线 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 11 35KV 和 10KV 侧电压级出线回路数比较多，而且多为直接馈线、电 压较低，而且供电负荷中含有大量的一级负荷和二级负荷，

34、为了保证供 电的可靠性及灵活性，不至于对重要的电力负荷中断供电，经过初步考 虑采用方案(1)单母分段的主接线形式 (2)单母线。 3.33.3 主接线的设计步骤主接线的设计步骤 3.3.1 110V 电压等级接线方式的确定电压等级接线方式的确定 图 3-1 主接线方案 表 3-1 110KV 侧主接线方案比较 基本要求/方案方案 1 ：单母线分段方案 2 ：单母线 可 靠 性 1.无论检修断路器或变压器故障时， 均不会造成重要的电力负荷停电。 1.供电可靠性差。 2.设备维护及维修都要对负 荷停止供电。 灵 活 性 1.电气主接线的结构简单，调度灵 活性较高。 2.易于扩建和扩展。 1.运行方

35、式相对简单，调度 灵活性差。 2.易于扩建和扩展 经 济 1.使用的电气设备较少，投资相对 较小，年运行费用较低。 1. 选择轻型的电气设备，投 资较少，年运行费用较低。 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 12 性2.占地面积比较小。2.占地面积比较小。 通过对以上几种可行性方案的比较可知，110KV 电压级，综合考虑 各种因素，电气主接线的基本要求以及市区的经济水平等，最后，选定 单母线分段的接线主接线形式。这种电气主接线形式可以满足该市郊经 济发展的需要，而且也进行长远的考虑，随着经济的发展，市区用电总 负荷也将会不断增加，现在的总电能已经不能满足各行各业发展的需要， 必须进行扩建才能

36、满足需求，因此，电气主接线要留有一定的余量，能 够进行再扩建，选择单母线分段的电气主接线形式还是比较好的 3.3.2 35KV 电压等级主接线的分析设计电压等级主接线的分析设计 图 3-2 主接线方案 表 3-2 35KV 侧主接线方案比较 基本要求/方案方案 1 ：单母线分段方案 2 ：单母线 可 靠 性 1.无论检修断路器或变压器故障 时，均不会造成重要的电力负荷 停电。 1.供电可靠性差。 2.设备维护及维修都要对负 荷停止供电。 灵1.电气主接线的结构简单，调度1.运行方式相对简单，调度 河南理工大学万方科技学院毕业设计论文 13 活 性 灵活性较高。 2.易于扩建和扩展。 灵活性差。

37、 2.易于扩建和扩展 经 济 性 1.使用的电气设备较少，投资相 对较小，年运行费用较低。 2.占地面积比较小。 1. 选择轻型的电气设备， 投资较少，年运行费用较低。 2.占地面积比较小。 由表中分析可以知道，35KV 电压级，综合考虑主接线的基本要求， 合理考虑市区电力负荷的基本情况以及市区的经济状况，通过比较，最 后选择第方案：单母线分段的电气主接线形式。这种主接线形式能够 满足市区各级电力负荷的用电要求，考虑了今后随着经济的发展，还有 扩建和扩展的可能，另外，由于出线回路数比较多，且各回路出线的负 荷大小也不一样，因此，选择了单母分段电气主接线形式。 3.3.3 10KV 电压等级主接线的确定电压等级主接线的确定 10KV 电压等级下两种电气主接线形式如上图，综合考虑该电压等 给下主接线的基本要求，合理分析出线回路数的多少和重要负荷的容量， 结合该地区电力负荷的基本情况以及市区的经济状况，比较结果如下： 选择第单母线分段的电气主接线形式，考虑到今后随着经济的发展，还 有扩建和扩展的可能性，因此在设计时应留出一定量了扩展空间。 综上分析可以得出：市区新建变电站的电气主接线形式为， 110KV、35KV、10KV 电压级均采用单母线分段的主接线形式. 河南理工大学万方科