110kV变电所电气一次设计

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第1页共30页第1章原始资料分析1.变电站的地址和地理位置选择：建设一个变电站要考虑到地理环境、气象条件等因素，包括：⑴年最高温度、最低温度。⑵冬季、夏季的风向以及最大风速。⑶该地区的污染情况。2.确定变电站的建设规模设计⑴电压等级有两个：110kV10kV。⑵主变压器用两台。⑶进出线情况：110kV有两回进线，10kV有18回出线。3.设计110kV和10kV侧的电气主接线：通过比较各种接线方式的优缺点、适用范围，确定出最佳的接线方案。⑴110kV侧有两回进线，为电源进线，此时宜采用桥形接线，根据桥断路器的安装位置，可分为内桥和外桥接线两种，比较这两种接线的特点，适用范围，确定110kV侧的接线方式为内桥接线。⑵10kV侧有18回出线，可供选择的接线方式有：①单母线分段接线。②双母线以及双母线分段。③带旁路母线的单母线和双母线接线。比较这几种接线方式的优缺点，适用范围，确定出10KV侧的接线方式为单母线分段接线。4.计算短路电流及主要设备选型。⑴主变压器的型号、容量、电压等级、冷却方式、结构、容量比和中性点接地方式的选择等。①主变的容量：主变容量的确定应根据电力系统5-10年发展规划进行。当变电所装设两台吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第2页共30页及以上主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60-80%。②接线方式：我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”联接；35kV采用“Y”联接，其中性点多通过消弧线圈接地。因此，普通双绕组一般选用YN，d11接线；三绕组变压器一般接成YN，y，d11或YN，yn，d11等形式。5.绘制电气主接线图；总平面布置图；110kV和10kV的进出线间隔断面图等有关图纸。6.简要设计主变压器继电保护的配置、整定计算选择几个特殊的短路点：如110kV侧、10kV母线上。根据系统的短路容量进行整定计算。7.防雷接地设计防雷设计要考虑到年雷暴日，保护范围等因素。接地设计考虑到主要的电气设备能可靠的接地，免受雷电以及短路。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第3页共30页第2章主变压器的选择在发电厂和变电所中，用来向系统和用户输送功率的变压器，称为主变压器。2.1主变压器选择的原则主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除了根据传输容量等原始数据外，还应根据电力系统5~10年的发展规划、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。如果变压器的容量选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且还增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；如果容量选得过小，就不能满足变电所负荷的实际需要，这在技术和经济上都是不合理的。2.2主变压器台数、容量的选择2.2.1主变压器台数的确定根据变电所建设的规模，电压等级有两个：110kV和10kV，110kV侧有两回进线，宜装设两台主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于全部负荷的60~80%，并应保证用户的一、二级负荷供电。2.2.2主变压器容量的选择主变压器容量的确定应根据电力系统5~10年发展规划进行。该变电所选用两台主变压器，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，另一台变压器的容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60~80%。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第4页共30页maxS=0.8nncos2.518=0.80.7=36VA型号为：SFZ10-40000/110。2.2.3变压器相数的确定电力变压器按相数可分为单相变压器和三相变压器两类，三相变压器与同容量的单相变压器组相比较，价格低、占地面积小，而且运行损耗可以减少12～15％。因此，在330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。2.2.4变压器绕组的确定电力系统中采用的变压器按绕组数分类，有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等型式。该变电站有110kV和10kV两个电压等级，根据设计规程规定：具有两个电压等级的变电站中，首先考虑双绕组变压器。2.2.5变压器的连接组别的确定变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力系统中常用的绕组连接方式只有星形（Y）和三角形（△）两种。我国110kV及以上电压等级，变压器三相绕组都采用“YN”联接，中性点直接接地；35kV采用“Y”联接，其中性点多通过消弧线圈接地；10kV中性点不接地，绕组多采用△连接。因此，普通双绕组一般选用YN，d11接线；三绕组变压器一般接成YN，y，d11或YN，yn，d11等形式。2.2.6变压器调压方式的确定为了保证变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过变压器的吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第5页共30页分接头切换开关，可改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。分接头切换开关有两种切换方式：⑴带电切换，称为无激磁调压，调压范围较小。⑵另一种是带负荷切换，称为有载调压，调压范围大。该变压器采用有载调压方式。2.2.7变压器冷却方式的选择电力变压器的冷却方式，一般有以下几种类型：⑴自然风冷。⑵油浸自冷。⑶油浸水冷。⑷强迫空气冷却，简称为风冷式。⑸强迫油循环水冷却。该变压器采用油浸自冷式，根据以上条件，选择变压器的型号为：SFZ10-40000/110。该变压器的参数为：表2-1SFZ10-40000/110型号额定容量（kVA）额定电压（kV）连接组标号损耗（kW）空载电流（%）阻抗电压（%）高压低压空载负载SFZ10-40000/1104000011010.5YN,d1132.61420.410.5吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第6页共30页第3章电气主接线的选择电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。电气主接线又称电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序以及相关要求绘制的单相接线图。电气主接线直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备选择、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面有决定性的关系。因此，主接线设计必须综合考虑各个方面的影响因素，最终确定最佳方案。3.1电气主接线设计的基本要求电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平以及运行实验等因素。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。通常设计在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理，经济性主要从以下几个方面考虑。⑴节省一次投资。主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省开关电器的数量、选用廉价的电器或轻型电器，降低投资。⑵占地面积少。主接线设计要为配电装置创造节约土地的条件、尽可能使占地面积少。⑶能损耗少。经济合理的选择变压器的形式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第7页共30页3.2电气主接线基本接线形式的选择3.2.1电气主接线的概述主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，以电源和出线为主体。由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同，并且每路馈线所传输的功率也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，在进出线数较多时（一般超过4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。然而与有母线的接线方式相比，无汇流母线的接线使用开关电器较少，配电装置占地面积较少，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂或变电站中。有汇流母线的接线形式概括的可分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。3.2.2主接线方案的拟定根据设计任务书的要求，在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，可拟定出若干个主接线方案。根据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2-3个技术上相当、又都能满足任务书要求的方案，在进行经济比较。对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。1.110kV主接线的选择110kV侧有两回进线，为电源进线，此时宜采用桥形接线，根据桥断路器的安装位置，可分为内桥和外桥接线两种。⑴内桥接线在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单；而在变压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电并且操作复杂。因而该接吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第8页共30页线一般适用于线路较长（相对来说线路的故障几率较大）和变压器不需要经常切换的情况，如图3-1所示。110kV110kV图3-1内桥接线⑵外桥接线在运行中的特点与内桥接线相反，适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。当系统中有穿越功率通过主接线为桥形接线的发电厂或变电站高压侧，或者桥形接线的2条线路接入环形电网时，通常宜采用外桥接线，如图3-2所示。110kV110kV图3-2外桥接线比较这两种接线方式的特点、适用范围，确定出110kV侧的接线方式为内桥接线。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第9页共30页2.10kV主接线的选择根据设计任务书，10kV共有18回出线，每回出线负荷2.5MVA，可供选择的接线方式有：⑴单母线分段接线单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电；而两段母线同时故障的几率很小，可以不考虑。分段的数目，取决于电源数量好容量。段数分的越多，故障时停电范围越小，但使用的分段断路器的数量也就越多，并且配电装置和运行也就越复杂，通常以2~3段为宜。该接线适用于：①小容量发电厂的发电机电压配电装置，一般每段母线上所接发电容量为12MW左右每段母线上出线不多于5回。②变电站中有两台主变压器时的6～10kV配电装置。③35～63kV配电装置的出线4～8回。④110～220kV配电装置的出线3～4回。⑵双母线接线双母线接线有两组母线，并且可以互为备用。两组母线的联络，通过母线联络断路器来实现。与单母线相比，投资有所增加，但使运行的可靠性和灵活性大大提高。其特点如下：①供电可靠；②调度灵活；③扩建方便。由于双母线有较高的可靠性，广泛用于一下情况：①进出线回数较多、容量较大、出线带电抗器的6～10kV配电装置。②35～60kV出线数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第10页共30页③110kV出线数为6回及以上时。④220kV出线数为4回及以上时。⑶双母线分段接线双母线分段接线不仅能缩小母线故障的停电范围，而且比双母线接线的可靠性更高。但是增加了两台断路器，投资有所增加，双母线分段不仅具有双母线的各种优点，并且任何时候都有备用母线，有较高的可靠性和灵活性。双母线分段接线多用于220kV配电装置，当进出线数为10～14回时采用三分段，15回及以上时采用四分段；同时在330～500kV大容量配电装置中，出线为6回及以上时一般也采用双母线分段接线。⑷带旁路母线的单母线接线和双母线接线断路器经过长期运行和切断数次短路电流后都需要检修，为了能使采用单母线分段或双母线的配电装置检修断路器时，不致中断该回路供电，可增设旁路母线，也就是说不停电检修断路器。6～10kV配电装置一般不设置旁路母线，特别是当采用手车式成套开关柜时，由于断路器可迅速置换，可以不设旁路母线。而6～10kV单母线及单母线分段的配电装置，在采用固定式成套开关柜式，例如：出线回路数很多，断路器停