110KV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)

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110KV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

目錄

1主變壓器的確定…………11.1主變壓器臺數(shù)的確定…………………11.2調(diào)壓方式的確定………11.3主變壓器容量的確定…………………12電氣主接線的確定………32.1接線選擇的主要原則…………………32.2電氣主接線的一般要求………………42.3擬定主接線方案………42.4主接線方案的可靠性比較……………82.5主接線方案的靈活性比較……………92.6主接線方案的經(jīng)濟性比較……………92.7主接線方案的確定……………………103短路電流計算……………113.1短路電流計算的目的…………………113.2短路電流計算的一般規(guī)定……………123.3短路電流計算…………124設(shè)備的選擇與校驗………184.1設(shè)備選擇的原則和規(guī)定………………184.2導(dǎo)線的選擇和校驗……………………20

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4.3斷路器的選擇和校驗………………264.4隔離開關(guān)的選擇和校驗………………294.5互感器的選擇及校驗…………………314.6避雷器的選擇及校驗…………………355屋內(nèi)配電裝置設(shè)計………365.1配電裝置的設(shè)計要求…………………365.2配電裝置的選型、布置………………386防雷及接地系統(tǒng)設(shè)計……………………396.1防雷系統(tǒng)………………396.2變電所接地裝置………417變電所總體布置…………417.1總體規(guī)劃………………417.2總平面布置……………428結(jié)論………………………43

2、變電所主接線的選擇應(yīng)考慮電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的要求，還應(yīng)滿足電網(wǎng)出故障時應(yīng)處理的要求。

3、各種配置接線的選擇，要考慮該配置所在的變電所性質(zhì)，電壓等級、進出線回路數(shù)、采用的設(shè)備狀況，供電負荷的重要性和本地區(qū)的運行習慣等因素。

4、近期接線與遠景接線相結(jié)合，便利接線的過程。5、在確定變電所主接線時要進行技術(shù)經(jīng)濟比較。

2.2電氣主接線的一般要求

1、應(yīng)按電源狀況、負荷性質(zhì)、容量大小及鄰近變配電所聯(lián)系等因素確定主接線型式。力求簡單可靠，維護便利，使用靈活，便于發(fā)展。

2、架空進線避雷器設(shè)在靠近變壓器的架空進線處；電纜進線的避雷器設(shè)在進線開關(guān)后的母線上。

3、一段母線設(shè)一組電壓互感器。當分段的單母線在正常運行時不為分段，亦可僅設(shè)一組電壓互感器。

4、設(shè)在母線上的電壓互感器及避雷器可合用一組隔離開關(guān)。5、按供電公司要求必需設(shè)置高壓計費時，則必需在計費處裝設(shè)電流互感器及電壓互感器專柜。

6、在所以進出線回路上按指示計量、繼電保護的要求裝設(shè)電流互感器。

7、在電源進線上應(yīng)裝設(shè)帶電指示裝置。若采用真空斷路器時，為防止操作過電壓，應(yīng)在供電變壓器的10-35KV線路上裝設(shè)阻容吸收器或氧化鋅避雷器。

2.3擬定主接線方案

主接線的基本形式，概括地可分為兩大類：

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1、有匯流母線的接線形式：單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段、增設(shè)旁路母線或旁路隔離開關(guān)。

2、無匯流母線的接線形式：變壓器—線路單元接線、橋形接線、角形接線等。

接下來對以上幾種接線方式的優(yōu)、缺點及適用范圍簡單論述一下，看看是否符合原始資料的要求。

1、單母線接線。

優(yōu)點：接線簡單明了，設(shè)備少，投資省，運行操作便利，且便于擴建。

缺點：可靠性及靈活性差。

適用范圍：只有一臺主變壓器，10KV出線不超過5回，35KV出線不超過3回，110KV出線不超過2回。

2、單母線分段接線。

優(yōu)點：a．用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電。b．當一段母線故障時，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不休止供電。

缺點：a．當一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，該母線的回路都要在檢修期間停電。b．當出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交織跨越。C擴建時需兩個方面均衡擴建。

適用范圍：適用于6~10KV配電裝置出線6回及以下，35~60KV配電裝置出線4~8回，110~220KV配電裝置少于4回時。

3、雙母線分段接線。

由于當進出線總數(shù)超過12回及以上時，方在一組母線上設(shè)分段斷路器，根據(jù)原始資料提供的數(shù)據(jù)，此種接線方式過于繁雜，故一不作考

5

慮。

4、雙母線接線。

優(yōu)點：供電可靠，調(diào)度靈活，擴建便利，便于檢修和試驗。缺點：使用設(shè)備多，特別是隔離開關(guān)，配電裝置繁雜，投資較多，且操作繁雜簡單發(fā)生誤操作。

適用范圍：出線帶電抗器的6~10KV出線，35~60KV配電裝置出線超過8回或連接電源較多，負荷較大時，110KV~220KV出線超過5回時。

5、增設(shè)旁路母線的接線。

由于6~10KV配電裝置供電負荷小，供電距離短，且一般可在網(wǎng)絡(luò)中取得備用電源，故一般不設(shè)旁路母線；35~60KV配電裝置，多為重要用戶，為雙回路供電，有機遇停電檢修斷路器，所以一般也不設(shè)旁路母線；采用單母線分段式或雙母線的110~220KV配電裝置一般設(shè)置旁路母線，設(shè)置旁路母線后，每條出線或主變間隔均裝設(shè)旁路隔離開關(guān)，這樣一來，檢修任何斷路器都不會影響供電，將會大幅度提高供電可靠性。

優(yōu)點：可靠性和靈活性高，供電可靠。缺點：接線較為繁雜，且操作繁雜，投資較多。

適用范圍：①出線回路多,斷路器停電檢修機遇多；②多數(shù)線路為向用戶單供，不允許停電，及接線條件不允許斷路器停電檢修時。

6、變壓器—線路單元接線。

優(yōu)點：接線簡單，設(shè)備少，操作簡單。

缺點：線路故障或檢修時，變壓器必需停運；變壓器故障或檢修時，線路必需停運。

適用范圍：只有一臺變壓器和一回線路時。

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7、橋形接線：分為內(nèi)橋和外橋兩種。

（1）內(nèi)橋接線：連接橋斷路器接在線路斷路器的內(nèi)側(cè)。

優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)量少，四回路只需三臺斷路器，線路的投入和切除比較便利。

缺點：a．變壓器的投入和切除較繁雜，需動作兩臺斷路器，影響一回線路暫時停運；b．出線斷路器檢修時，線路需長時間停運；c．連接橋斷路器檢修時，兩個回路需解列運行。

適用范圍：容量較小的變電所，并且變壓器容量不經(jīng)常切換或線路較長，故障率較高的狀況。

（2）外橋接線：連接橋斷路器接在線路斷路器的外側(cè)。優(yōu)點：設(shè)備少，且變壓器的投入和切除比較便利。

缺點：a．線路的投入和切除較繁雜，需動作兩臺斷路器，且影響一臺變壓器暫時停運；b．變壓器側(cè)斷路器檢修時，變壓器需較長時間停運；c．連接橋斷路器檢修時，兩個回路需解列運行。

適用范圍：容量較小的變電所，并且變壓器的切換較頻繁或線路較短，故障率較低的狀況，當電網(wǎng)中有穿越功率經(jīng)過變電所時，也可采用此種接線。

8、角形接線：由于保證接線運行的可靠性，以采用3~5角為宜。優(yōu)點：a．投資少，斷路器數(shù)等于回路數(shù)；b．在接線的任一段發(fā)生故障時，只需切除這一段及其相連接的元件，對系統(tǒng)影響較??；c．接線成閉合環(huán)形，運行時可靠、靈活；d．每回路都與兩臺斷路器相連接，檢修任一臺斷路器時都不致中斷供電；e．占地面積小。

缺點：在開環(huán)、閉環(huán)兩種運行狀態(tài)時，各支流通過的電流區(qū)別很大，使電器選擇困難，并使繼電保護繁雜化，且不便于擴建。

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適用范圍：出線為3~5回且最終規(guī)模較明確的110KV以上的配電裝置中。

綜上所述八種接線形式的優(yōu)缺點，結(jié)合原始資料所給定的條件進行分析，擬定主接線方案。將各電壓等級適用的主接線方式列出：

1、110KV只有兩回出線，且作為降壓變電所，110KV側(cè)無交換潮流，兩回線路都可向變電所供電，亦可一回向變電所供電，另一回作為備用電源。所以，從可靠性和經(jīng)濟性來定，110KV部分適用的接線方式為內(nèi)橋接線和單母線分段兩種。

2、35KV部分可選單母線分段及單母線分段兼旁路兩種。3、10KV部分定為單母線分段。這樣，擬定兩種主接線方案：

方案I：110KV采用內(nèi)橋接線，35KV采用單母線分段接線，10KV為單母線分段接線。

方案II：110KV采用單母線分段接線，35KV采用單母線分段兼旁路接線，10KV為單母線分段接線。

2.4主接線方案的可靠性比較

110KV側(cè)：

方案I：采用內(nèi)橋接線，當一條線路故障或切除時，不影響變壓器運行，不中斷供電；橋連斷路器停運時，兩回路將解列運行，亦不中斷供電。且接線簡單明了，全部失電的可能性小，但變壓器二次配線及倒閘操作繁雜，易出錯。

方案II：采用單母線分段接線，任一臺變壓器或線路故障或停運時，不影響其它回路的運行；分段斷路器停運時，兩段母線需解列運行，全部失電的可能稍小一些，不易誤操作。

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35KV側(cè)：

方案I：單母線分段接線，檢修任一臺斷路器時，該回路需停運，分段開關(guān)停運時，兩段母線需解列運行，當一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障段切除，保證正常段母線不致失電，另一段母線上其它線路需停運。

方案II：單母線分段兼旁路接線，檢修任一臺斷路器時，都可用旁路斷路器代替；當任一母線故障檢修時，旁路斷路器只可代一回線路運行，本段母線上其它線路需停運。

10KV側(cè)：由于兩方案接線方式一樣，故不做比較。

2.5主接線方案的靈活性比較

110KV側(cè)：

方案I：操作時，主變的切除和投入較繁雜，需動作兩臺斷路器，擴建便利。線路的投入和切除比較便利。

方案II：調(diào)度操作時可以靈活地投入和切除線路及變壓器，而且便于擴建。

35KV側(cè)：

方案I：運行方式簡便，調(diào)度操作簡單靈活，易于擴建，但當開關(guān)或二次檢修時線路要停運，影響供電。

方案II：運行方式繁雜，調(diào)度操作繁雜，但可以靈活地投入和切除變壓器和線路，能滿足在事故運行方式，檢修方式及特別運行方式下的調(diào)度要求，較易于擴建。

10KV側(cè)：兩方案一致。

2.6主接線方案的經(jīng)濟性比較

將兩方案主要設(shè)備比較列表如下：

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表2-1兩方案主要設(shè)備

項目方案III

從上表可以看出，方案I比方案II少兩臺110KV斷路器、兩組110KV隔離開關(guān)，10組35KV隔離開關(guān)，方案I占地面積相對少一些（35KV側(cè)無旁路母線），所以說方案I比方案II綜合投資少得多。

主變壓器22110KV斷路器35110KV隔離開81035KV斷35KV隔路器88離開關(guān)（組）182810KV設(shè)備一致一致（臺）（臺）關(guān)（組）（臺）2.7主接線方案的確定

對方案I、方案II的綜合比較列表，對應(yīng)比較一下它們的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性，從中選擇一個最終方案（因10KV側(cè)兩方案一致，不做比較）。

表2-2兩方案比較

方案方案I項目方案II①簡單明了，設(shè)備多。①簡單明了，設(shè)備少。②35KV母線故障或檢修時，②35KV母線檢修時，旁路斷將導(dǎo)致該母線上所帶3回出路器要代該母線上的一條線可靠性線全停。路，給重要用戶供電，任一回③任一主變或110KV線路停路斷路器檢修，均不需停電。運時，均不影響其它回路停③任一主變或110KV線路運。部停電的概率不大。10

停運時，均不影響其它回路停④全部停電的概率很小。④各電壓等級有可能出現(xiàn)全運。

⑤操作簡便，誤操作的機率⑤操作相對簡便，誤操作的機小。靈活性經(jīng)濟性

率大。特別是35KV部分。②便于擴建和發(fā)展。多。②占地面積相對大。①運行方式簡單，調(diào)度靈活①運行方式繁雜，操作煩瑣，性強。②便于擴建和發(fā)展。少。②占地面積相對小。①高壓斷路器少，投資相對①設(shè)備投資比第I方案相對通過以上比較，經(jīng)濟性上第I方案遠優(yōu)于第II方案，在可靠性上第II方案優(yōu)于第I方案，靈活性上第I方案遠不如第II方案

該變電所為降壓變電所，110KV母線無穿越功率，選用內(nèi)橋要優(yōu)于單母線分段接線。又由于35KV及10KV負荷為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鄉(xiāng)生活用電，在供電可靠性方面要求不是太高，即便是有要求高的，現(xiàn)在35KV及10KV全為SF6或真空斷路器，停電檢修的幾率微小，再加上電網(wǎng)越來越完善，N+1方案的推行、雙電源供電方案的實施，第I方案在可靠性上完全可以滿足要求，第II方案增加的投資有些沒必要。

經(jīng)綜合分析，決定選第I方案為最終方案，即110KV系統(tǒng)采用內(nèi)橋接線、35KV系統(tǒng)采用單母分段接線、10KV系統(tǒng)為單母線分段接線。

3短路電流計算

3.1短路電流計算的目的

1、在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，需要進行必要的短路電流計算。

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2、在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障狀況下都能安全可靠地工作，同時又力求儉約資金，需要全面的短路電流計算。

3、在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件檢驗軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離。

4、設(shè)計接地裝置時，需用短路電流。

5、在選擇繼電保護和整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。

3.2短路電流計算的一般規(guī)定

1、計算的基本狀況

a.系統(tǒng)中所有電源均在額定負荷下運行。

b.短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。c.所有電源的電動勢相位角一致。d.應(yīng)考慮對短路電流值有影響的所有元件。2、接線方式

計算短路電流時所用的接線方式，應(yīng)是最大運行方式，不能用僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。

3、計算容量

按該設(shè)計規(guī)劃容量計算。

4、短路種類：均按三相短路計算。5、短路計算點

在正常運行方式時，通過電氣設(shè)備的短路電流為最大的地點。

3.3短路電流計算

1、選擇計算短路點

在下圖中，d1，d2，d3分別為選中的三個短路點。

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2、畫等值網(wǎng)絡(luò)圖

XS110KVd1X1X1X235KVX2X3X3d2d310KV

圖3-1等值網(wǎng)絡(luò)圖

3、計算：

已知：a.系統(tǒng)電壓等級為110KV、35KV、10KV，基準容量Sj=100MVA，系統(tǒng)110KV母線系統(tǒng)短路容量為2500MVA，110KV側(cè)為雙回LGJ-300/35KM架空線供電。

b.視系統(tǒng)為無限大電流源，故暫態(tài)分量等于穩(wěn)態(tài)分量，即I＂

=I∞，S＂=S∞。

c.主變?yōu)镾FSL1-63000型變壓器，基準容量Sj=100MVA。

基準電壓Uj=1.05Ue=115（KV）（3-1）基準電流Ij=Sj/3Uj=100/(115×3)=0.502（KA）（3-2）

基準電抗Xj=Uj/3Ij=Uj2/Sj=1152/100=132(Ω)（3-3）

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∴對側(cè)110kv母線短路容量Skt的標幺值為

Skt*=Skt/Sb=2500/100=25（3-4）∴對側(cè)110kv母線短路電流標幺值

Ikt*=Skt*=25（3-5）∴對側(cè)110kv系統(tǒng)短路阻抗標幺值

xs*=1/Ikt*=1/30=0.04（3-6）查《電力工程電氣設(shè)計手冊》第189頁對于LGJ-300線路X=0.382Ω/KM

∴XS*=0.04+(0.382×35)/132/2=0.091（3-7）d1、d2、d3點的等值電抗值計算公式：

x1=1/2×｛U（1-2）%+U（1-3）%-U（2-3）%｝（3-8）x2=1/2×｛U（1-2）%+U（2-3）%-U（1-3）%｝x3=1/2×｛U（1-3）%+U（2-3）%+U（1-2）%｝

其中：U（1-2）%—變壓器高壓與中壓繞組間短路電壓U（1-3）%—變壓器高壓與低壓繞組間短路電壓U（2-3）%—變壓器中壓與低壓繞組間短路電壓

由變壓器參數(shù)表得知，繞組間短路電壓值分別為：

U（1-2）%=17.5%U（1-3）%=10.5%U（2-3）%=6.5%主變額定容量SN=63MVA

所以：x1=1/2×(17.5+10.5-6.5)=10.75（3-9）

x2=1/2×(17.5+6.5-10.5)=6.75x3=1/2×(10.5+6.5-17.5)=-0.25

標么值：x1*=x1/100×(Sj/SN)=10.75/100×(100/63)=0.17（3-10）x2*=x2/100×(Sj/SN)=6.75/100×(100/63)=0.11

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x3*=x3/100×(Sj/SN)=-0.25/100×(100/63)=-0.004已知110KV系統(tǒng)折算到110KV母線上的等值電抗Xs*=0.084

當d1點短路時

XSd1圖3-2d1點短路

I″d*1=1/Xs*=1/0.091=10.989Ij=Sj/3Uj=100/(3×115)=0.502(KA)I″d1=I″d*1×Ij=10.989×0.502=5.516(KA)I″d1=I∞

Ich=1.8×2×I″d=1.8×2×5.516=14.039(KA)S∞=3Uj×I∞=3×115×5.516=1098.7(MVA)其中Id：短路電流周期分量有效值Id″：起始次暫態(tài)電流I∞：t=∞時穩(wěn)態(tài)電流S∞：短路容量當d2點短路時

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3-11）3-12）3-13）3-14）3-15）（（（

（（

0.0840.170.170.0840.2240.110.110.14d2d2

圖3-3d2點短路

I″d*2=1/Xd*2=1/0.224=4.46

Ij=Sj/(3Uj)=100/(3×37)=1.56(KA)I″d2=I∞=I″d*2×Ij=4.46×1.56=6.958(KA)

Ich=1.8×2×I″d2=1.8×2×6.958=17.74(KA)S2∞=3Uj×I∞=3×37×6.958=445.9(MVA)當d3點短路時0.0840.0840.170.170.083-0.004-0.004d3d3圖3-4d3點短路

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d20.167d3

I″d*3=1/Xd*3=1/0.167=5.988

Ij=Sj/(3Uj)=100/(3×10.5)=5.5(KA)I″d3=I∞=I″d*2×Ij=5.988×5.5=32.9(KA)

Ich3=1