110KW变电所系统设计毕业设计论文.doc

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1、合肥通用职业技术学院毕业论文 I 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间环节，起着变换和 分配电能的作用。 这次设计以 110kV 降压变电所为主要设计对象，分析变电站的原始 资料确定变电所的主接线；通过负荷计算确定主变压器台数、容量 及型号。根据短路计算的结果，对变电所的一次设备进行了选择和 校验。同时完成防雷保护及接地装置方案的设计。 关键词: 电气主接线，短路电流计算，一次设备，防雷保护 合肥通用职业技术学院毕业论文 - 1 - 目录 摘 要 I 引言 - 2 - 一 原始资料分析 .- 3 - （一） 电源负荷地理位置

2、情况 - 3 - （二） 桥型接线 - 5 - 二 继电保护配置 .- 8 - （一） 变电所母线保护配置 - 8 - （二） 变电所主变保护的配置 - 8 - 三 防雷接地 - 10 - （一） 避雷器的选择 .- 10 - （二）变电所的进线段保护 - 11 - （三）接地装置的设计 - 12 - 参考文献 .- 15 - 致谢 .- 16 - 引言 本次设计题目为 110KV 变电所一次系统设计。此设计任务旨在体现 对本专业各科知识的掌握程度，培养对本专业各科知识进行综合运 用的能力，同时检验本专业学习三年以来的学习结果。 此次设计首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分 析负

3、荷发展趋势。通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑， 并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了 110kV 主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台 数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，在根据 最大持续工作电流及短路计算结果，对设备进行了选型校验，同时 考虑到系统发生故障时，必须有相应的保护装置，因此对继电保护 做了简要说明。对于来自外部的雷电过电压，则进行了防雷保护和 接地装置的设计，最后对整体进行规划布置,从而完成 110kV 变电所 一次系统的设计。 - 3 - 一 原始资料分析 （一） 电源负荷地理位置情况 1.电源分析 与本所连接的系统

4、电源共有 3 个，其中 110KV 两个，35KV 一个。具 体情况如下： （1）110KV 系统变电所 该所电源容量(即 110KV 系统装机总容量)为 200MVA(以火电为主)。 在该所等电压母线上的短路容量为 650MVA，该所与本所的距离为 9KM。以一回路与本所连接。 （2）110KV 火电厂 该厂距离本所 12KM，装有 3 台机组和两台主变，以一回线路与本所 连接，该厂主接线简图如图 1.1： 图 1.1 110KV 火电厂接线图 （3）35KV 系统变电所 该所距本所 7.5KM.以一回线路相连接，在该所高压母线上的短路容 量为 250MVA.。 以上 3 个电源，在正常运行

5、时，主要是由两个 110KV 级电源来供电 给本所。35KV 变电所与本所相连的线路传输功率较小，为联络用。 当 3 个电源中的某一电源出故障，不能供电给本所时，系统通过调 整运行方式，基本是能满足本所重要负荷的用电，此时 35KV 变点所 可以按合理输送容量供电给本所。 负荷资料分析 （1）35KV 负荷 表 1.1 35KV 负荷 用户名称 容量（MW） 距离（KM） 备注 化工厂 3.5 15 类负荷 铝厂 4.3 13 类负荷 水厂 1.8 5 类负荷 注：35KV 用户中，化工厂，铝厂有自备电源 （2）10KV 远期最大负荷 （3）本变电所自用负荷约为 60KVA； （4）一些负荷参

6、数的取值： 负荷功率因数均取 cos=0.85，负荷同期率 Kt=0.9c，年最大负荷 利用小时数 Tmax4800 小时/年，表中所列负荷不包括网损在内， 故计算时因考虑网损，此处计算一律取网损率为 5%，各电压等级的 出线回路数在设计中根据实际需要来决定。各电压等级是否预备用 线路请自行考虑决定。 电气主接线设计 电气主接线是变电所电气设计的首要核心部分，也是电力构成 的重要环节。电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电 所的性质，选择出某种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接 线方式。 主接线接线方式 (1) 单母线接线 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

7、 电装置。 缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线或母线隔离开关等）故障时 检修，均需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母线的供电。 适用范围： 35-63KV 配电装置出线回路数不超过 3 回；110-220KV 配电装置的出线回路数不超过 2 回。 （2） 单母线分段接线 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，分段断路器自动将 故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。 缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该

8、段母线的回路 都要在检修期间内停电。当出线为双回路时，常使架空线路出现交 叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围： 35KV 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。 （3） 单母分段带旁路母线 这种接线方式在进出线不多，容量不大的中小型电压等级为 35- 110KV 的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 （二） 桥型接线 内桥形接线 优点：高压断器数量少，四个回路只需三台断路器。 缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回 线路的暂时停运；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行；出线 断路器检修时，线路需较长

9、时期停运。 适用范围：适用于较小容量的发电厂，变电所并且变压器不经常切 换或线路较长，故障率较高的情况。 2、外桥形接线 优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。 缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变 压器暂时停运。高压侧断路器检修时，变压器较长时期停运。 适用范围：适用于较小容量的发电厂，变电所并且变压器的切换较 频繁或线路较短，故障率较少的情况。 双母线接线 优点： （1）供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母 线故障时，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停 该回路。 （2）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

10、，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。 （3）扩建方便。向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响两 组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。 （4）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开， 单独接至一组母线上。 双母线分段接线 双母线分段可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可 完全分别接到不同的母线上，对大容量且相互联系的系统是有利的。 由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保 护方式和操作运行方面都不会发生问题，而较容易实现分阶段的扩 建优点。但容易受到母线故障的影响，断路器检修时需要停运线路。 占地面积较大。一般当连

11、接的进出线回路数在 11 回及以下时，母线 不分段。 35kV 电气主接线 根据资料显示,由于 35KV 的出线为 4 回，一类负荷较多，可以初步 选择以下两种方案： （1）单母分段带旁母接线且分段断路器兼作旁路断路器，电压等级 为 35kV60kV，出线为 48 回，可采用单母线分段接线，也可采 用双母线接线。 （2）双母接线接线 表 35KV 主接线方案比较 方案项目 方案单母分段带 旁母 方案双母接线 技术 单清晰、操作方 便、 易于发展 可靠性、灵活性差 旁路断路器还可以 代替出线断路器， 进行不停电检修出 线断路器，保证重 要用户供电 扩建时需向两个方 向均衡扩建 供电可靠 调度灵活

12、 扩建方便 便于试验 易误操作 经济 设备少、投资小 用母线分段断路 器兼作旁路断路器 节省投资 设备多、配电装置 复杂 投资和占地面 大 虽然方案可靠性、灵活性不如方案，但其具有良好的经济性。 鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案。 110kV 电气主接线 根据资料显示，由于 110KV 没有出线只有 2 回进线，可以初步选择 以下两种方案： （1）桥行接线,根据资料分析此处应选择内桥接线。 （2）单母接线。 表 110KV 主接线方案比较 经比较两种方案都具有接线简单这一特性。虽然方案可靠性、灵 活性不如方案，但其具有良好的经济性。可选用投资小的方案 方案项目 方案内桥接线 方案单母分段

13、 技术 线清晰简单 调度灵活，可 靠性 不高 简单清晰、操作 方便、易于发展 可靠性、灵活性 差 经济 占地少 使用的断路器 少 备少、投资小 二 继电保护配置 继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计变电站继 电保护结合我国目前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠性、 快速性、灵敏性、运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变电 站综合自动化水平。 （一） 变电所母线保护配置 1、110KV、35KV 线路保护部分： （1)距离保护 （2)零序过电流保护 （3)自动重合闸 （ 4)过电压保护 2、10KV 线路保护： （1)10kV 线路保护：采用微机保护装置，实现电流速断及过流保

14、护、 实现三相一次重合闸。 （2)10kV 电容器保护：采用微机保护装置，实现电流过流保护、过 压、低压保护。 （3)10kV 母线装设小电流接地选线装置 （二） 变电所主变保护的配置 电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电 可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，而本次所设计的变电所 是 110kv 降压变电所，如果不保证变压器的正常运行，将会导致全 所停电，影响变电所供电可靠性。 主变压器的主保护 （1） 、瓦斯保护 对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它 反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信 号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断

15、路器。 （2） 、差动保护 对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护 瞬时动作，跳开各侧电源断路器。 主变压器的后备保护 （1） 、过流保护 为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变 压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过 电流保护。 （2） 、过负荷保护 变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装 设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三 绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。 （3） 、变压器的零序过流保护 对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变 压器主保护的后备保护和相邻元

16、件接地短路的后备保护，一般变电 所内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装 设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于 中性点不接地运行方式 - 13 - 三 防雷接地 变电所是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生 雷击事故，将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损 坏，绝大多数不能自行恢复会严重影响国民经济和人民生活，因此， 要采取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。 变电所的雷害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输 电线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入，对直击雷的保护，一 般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避雷针（线）的保护

17、范 围之内，此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。 对侵入波防护的主要措施是变电所内装设阀型避雷器，以限制 侵入变电所的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过其中击耐 压值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护。 避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入 大地，从而保护设备，避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情 况或装设在配电构架上，或独立装设，避雷线主要用于保护线路， 一般不用于保护变电所。 避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电 器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷 器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。 （一

18、） 避雷器的选择 1 避雷器的配置原则 （1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器。 （2）旁路母线上是否应装设避雷器，应在旁路母线投入运行时，避 雷器到被保护设备的电气距离是否满足而定。 （3）220KV 以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并尽可能 靠近设备本体。 （4）220KV 及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在 变压器附近增设一组避雷器。 （5）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。 避雷器选择技术条件 （1） 、型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和 使用特点，按下表选择如表: 表 避雷器型号选择表 型号 型式 应用范围 FS 配电用普通阀型 1

19、0KV 以下配电系统、电缆终端盒 FZ 电站用普通阀型 3-220KV 发电厂、变电所配电装 置 FCZ 电站用磁吹阀型 330KV 及需要限制操作的 220KV 以及以下配电 某些变压器中性点 FCD 旋转电机用磁吹 阀型 用于旋转电机、屋内 型号含义： F阀型避雷器； S配电所用；Z发电厂、 变电所用； C磁吹；D旋转电机用；J中性点直接接地 （2） 、额定电压 NU：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。 （二）变电所的进线段保护 为使避雷器可靠的保护变压器，还必须设法限制侵入波陡度和流过 避雷器的冲击电流幅值。因为避雷器的残压与雷电流的大小有关， 过大的雷电流致使 RU过高，而且阀片通

20、流能力有限，雷电流若超过 阀片的通断能力，避雷器就会坏。因此，还必须增加辅助保护措施 配合避雷器共同保护变压器，这一辅助措施就是进线段。 如果线路没有进线段保护，雷直击变电所附近导线时，流过避雷器 的雷电流幅值和陡度是有可能超过容许值的。因此，为了限制侵入 波的陡度和幅值，使避雷器可靠动作，变电所必须有一段进线段保 护。本设计中采用的是在进线进线 12km 范围内装设避雷器。 （三）接地装置的设计 接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体 与大地相连，使该物体或节点与大地保持等电位，埋入地中的金属 接地体称为接地装置。 1 设计原则 （1） 、由于变电站各级电压母线接地故障电

21、流越来越大，在接地设 计中要满足电力行业标准 DL/T621-1997交流电气装置的接地中 R2000/I 是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的 区别是对接地电阻值不再规定要达到 0.5，而是允许放宽到 5， 但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用 5，接地电阻放宽 是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离 措施; 考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3- 10kV 避雷器不应动作或动作后不应损坏; 应采取均压措施，并验算 接触电位差和跨步电位差是否满足要求, 施工后还应进行测量和绘 制电位分布曲线。 （2） 、在接地故障电流较大的情况下，为了满足

22、以上几点要求，还 是得把接地电阻值尽量减小。接地电阻的合格值既不是 0.5，也 不是 5，而应根据工程的具体条件，在满足附加条件要求的情况 下，不超过 5 都是合格的。 接地网型式选择及优劣分析 220kv 及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带布 置按经验设计，水平接地带间距通常为 5m-8m。除了在避雷针（线） 和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地 带交叉点设置 2.5m-3m 的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带， 接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。 长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序和 对计算结果进行分析，设计

23、简单而粗略。因为接地网边缘部分的导 体散流大约是中心部分的 3-4 倍，因此，地网边缘部分的电场强度 比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀。接地 钢材用量多，经济性差。在 220kV 及以下的变电工程中采用长孔网 或方孔网，因为入地故障电流相对较小，地网面积不大，缺点不太 突出。而在 500kV 变电站采用，上述缺点的表现会十分明显，建议 500kV 变电站不采用长孔或方孔地网。 降低接地网电阻的措施 （1）利用地质钻孔埋设长接地极 根据接地理论分析，接地网边缘设置长接地极能加强边缘接地体的 散流效果，可以起到降低接地电阻和稳定地网电位的作用。如果用 打深井来装设长接地极，则施

24、工费很高，如利用地质勘察钻孔埋设 长接地极，施工费将大大节省。但需注意：利用地网边缘的地质钻 孔，间距不小于接地极长的两倍；钻孔要伸入地下含水层方可利用， 工程 中我们曾经进行过实测，未插入到含水层的长接地极降阻效果差。 （2） 、使用降阻剂 在高土壤电阻率区的接地网施工中使用降阻剂，无论是变电还 是发电工程例子都很多。20 世纪的 70 年代到 80 年代，使用较多的 是膨润土降阻剂和碳基类降阻剂。据了解，多个使用降阻剂的工程， 接地完工后测量接地电阻情况都不错，但由于缺乏长期的跟踪监测， 对降阻剂性能的长效性和对接地极材料的腐蚀性的信息返回少。确 实也有质量差的降阻剂，降阻效果不能持久，对

25、接地网造成腐蚀， 引起各地对降阻剂使用意见分岐。 （3） 、利用地下水的降阻作用,深井接地,引外接地。 当变电站附近有低土壤电阻率区（水塘、水田、水洼地） ， 可以敷设辅助接地网与所内主接地网连接，这种方式叫引外接地。 这也是降低接地电阻的有效措施。 （4）. 扩大接地网面积 我们知道，在均匀分布的土壤电阻率条件下，接地电阻与接地 网面积的平方成反比，接地网面积增大，则接地电阻减小，因此， 利用扩大接地网面积来降低接地电阻是可能预见的有效降阻措施。 四 接地刀闸的选择 （1） 、110KV 侧接地刀闸的选择： 根据系统电压可以选择 JW2-110 型接地刀闸。 表 JW2-110 型接地刀闸参

26、数表 型号 额定 电压 Ue(k V) 最 高 工 作 电 压 长 期 通 流 能 力 (A) 全波 （8/20s ）全 波冲击对 地耐压 （KV） 动稳定 电 流峰值 (kA) 热稳定 电流 2S(kA) 2 JW2- 10 110K V 126 600 30.5 100 40 根据系统电压可以选择 JW-35 型接地刀闸。 表 JW2-35 型接地刀闸参数表 型号 额定 电压 Ue(kV ) 最高 工作 电压 长期 通流 能力 (A) 全波 （8/20 s ）全波冲 击对地耐 压（KV） 动稳定 电流峰 值(kA) 热稳定电 流 2S(kA) JW-35 35KV 37 5 50 20 并

27、联 参考文献 1 电力工业部西北电力设计院. 电气工程设计手册电气一次部分 M. 中国电力出版社,1998. 2 弋东方. 电气设计手册电气一次部分M. 中国电力出版社 2002 3 陈学庸编. 电力工程电气设备手册（电气二次部分）M. 北京： 中国电力出版社，1996. 4 曹绳敏编. 电力系统课程设计及毕业设计参考资料 M. 北京： 中国电力出版社，1995.5. 5 文远芳编. 高电压技术M. 武汉：华中科技大学出版社， 2001.1. 6 孟祥萍. 电力系统分析M. 高等教育出版社,2004. 7 刘吉来、黄瑞梅. 高电压技术M. 中国水利水电出版社 ,2004 8 熊信银、吴希再. 电力工程M. 武汉: 华中科技大学，1997 致谢 感谢老师在我写论文前后给予的帮助，督促我把论文及时完成，内 心的激动实在难以表达。在此祝老师身体健康，工作顺利！