电气主接线设计论文

第一章设计要求及任务1.1目的要求通过本设计，进一步熟悉变电站的相关知识。并且，随着国内经济的发展和相关科学技术的进步，国家电网的规划日渐成熟，与此同时带来一个关键性问题：越来越多的相关工作人员对变电站，尤其是对输电技术低端110/35/10Kv降压变电站电气设计部分概念模糊，难以掌握其设计步骤。本次设计依据110kv变电站设计要求，针对主电路部分给出较为详细的设计步骤，以填补现阶段该方面的知识空白。1.2课程设计使用的原始资料（数据）及设计要求1.2.1原始资料（二）变电站环境条件气象条件：（1）最热月平均最高温度35℃；（2）土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20℃；（3）年雷暴日为31天；（4）土壤冻结深度为0.75米；（5）夏季主导风向为南风。地质及水文条件：根据工程地质勘探资料获悉，厂区地质为耕地，地势平坦，地层为砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8～5.3米，抵制压力为20吨/平方米。（三）变电站负荷情况负荷分布如下表：工业和民业用户同时系数均取0.75。1.2.2设计要求该110kV变电站地处城市郊区，通过两条110kV架空线与系统相连，其中一回距离本站50km，另一回距离变电站35km，线路阻抗为0.4Ω/km。变电站分别用35kV和10kV向工业和民用负荷供电，35kV和10kV线路的功率因数都为cos=0.8。站用电为160kVA。供电系统在最大运行方式下三相短路容量为2200MVA，最小运行方式下三相短路容量为1750MVA。电业部门要求110kV配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2秒，变电站不应大于1.5秒。1.2.3成果形式（1）设计说明书一份。（2）电气主接线图一张。（A3图样）负荷类别与变电站的距离（km）负荷（MW）工业负荷预制板厂58.8纺织厂911.7拖拉机厂79.2电缆厂620.6民用负荷民用152.2民用241.1民用351.2民用433.1民用525.1民用633.2民用740.6民用851.5民用920.8第二章主回路电气设计2.1110kv变电站的技术背景近年来，我国的电力工业在持续迅速的发展，而电力工业是我国国民经济的一个重要组成部分，其使命包括发电、输电及向用户的配电的全部过程。完成这些任务的实体是电力系统，电力系统相应的有发电厂、输电系统、配电系统及电力用户组成。110KV变电所一次部分的设计，是主要研究一个地方降压变电所是如何保证运行的可靠性、灵活性、经济性。而变电所是作为电力系统的一部分，在连接输电系统和配点系统中起着重要作用。2.2负荷计算和分析要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作流。首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kV负荷、35kV负荷和110kV侧负荷。n由公式SC=Kt∑p/cos(1+a%)i=1式中SC:某电压等级的计算负荷Kt:同时系数（35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷与10kV各负荷之间取0.9、站负荷取0.85）；а%——该电压等级电网的线损率，一般取5%；P、cos:各用户的负荷和功率因数。站用负荷的计算：Sn=0.85*0.16/0.85*(1+5%)=0.168MVA10KV负荷计算：民用总负荷为18.8MVA则10KV负荷为：S10KV=0.75*18.8/0.8*(1+5%)=18.506MVA35KV负荷计算：工用总负荷为50.3MVA则35KV负荷为:S35KV=0.75*50.3/0.8*(1+5%)=49.514MVA110KV负荷计算：S110KV=0.9*（18.506+49.514）*（1+5%）+0.168=64.4469MVA2.3主变压器的选择主变压器选择的要求主变台数确定的要求：（1）对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。（2）对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。主变压器容量的确定要求：（1）主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。（2）根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：对一般性变电站停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：对一般性变电站停运时，其余变压器变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。总容量为64.4469MVA，由于上述条件所限制，所以，两台主变压器应各自承担32.223MVA。当一台停运时，另一台则承担70%为45.113MVA。故选两台63MVA的普通三相三绕组主变压器就可满足负荷需求。变压器型号选择要求本次设计的变电所的三个电压等级分别为110kV、35kV和10kV，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。同时考虑到限制短路电流，所以选用“降压型”，并且选用阻抗较大，损耗较小的变压器；根据原始资料计算可知，35kV和10kV侧负荷容量都比较大，所以容量比选择为100/100/100，且调压方式为有载调压，采用强迫油循环风冷却方式综上所述，故选择主变压器型号SFSZ10-50000/110，其具体参数如下表：变压器型号SFS-50000/110额定容量（KVA）50000额定电压110±2×2.5%连接组标号YN,yno,d11空载损耗（KW）39.6负载损耗（KW）212.5空载电流0.1短路阻抗（%）高~中10.5高~低17.5中~低6.52.4站用变压器的选择站用变压器容量选择的要求站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。S=0.168/(1-10%)=0.1867MVA站用变压器型式选择要求：考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。故选择的站用变压器型号为S9-200/10，变压器参数如下：型号电压组合连接组标号空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压高压高压分接范围低压S9-200/1010;6.3;6±5%0.4Y,yn00.482.61.342.5主接线的选择与设计2.5.1主接线的设计原则在进行主接线方式设计时，应考虑以下几点：（1）变电所在系统中的地位和作用（2）近期和远期的发展规模（3）负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响（4）主变压器台数对主接线的影响（5）备用容量的有无和大小对主接线的影响2.5.2主接线设计的基本要求主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要素。可靠性：所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。灵活性：主接线的灵活性有以下几方面的要求：(1)调度灵活，操作方便；(2)检修安全；(3)扩建方便。经济性:可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理,要满足这些要求：(1)投资省；(2)年运行费小；(3)占地面积小；(4)在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。考虑该变电站以后的发展，使变电站能扩建方便，同时考虑经济性和可靠性，本次设计110kV侧采用单母线分段接线，35kV出线共4回，所以决定采用单母线分段接线，10kV出线共13回，故选择单母线分段接线。2.6各级电压中性点运行方式选择中性点接地一般有三种方式：中性点直接接地，中性点高阻抗或经消弧线圈接地，中性点不接地。110KV采用中性点直接接地，35KV采用中性点经消弧线圈接地，由于10kV侧为三角形接线，所以不需要消弧线圈接地。第三章短路电流计算3.1短路简介短路是电力系统中最常见和最严重的的一种故障，所谓短路，是指电力系统正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。引起短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。引起绝缘顺坏的原因有：过电压、绝缘材料的自然老化、机械损伤及设备运行维护不良等。此外，运行人员的误操作、鸟兽跨接在裸露的载流部分以及风、雪、雨、雹等自然现象均会引起短路故障。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。运行经验表明，在电力系统各种故障中，单相接地短路占大多数，两相短路较少，而三相短路的机会最少，但三相短路的短路电流最大，故障产生的后果也最为严重，必须给予足够的重视。因此采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。3.1.1短路计算的目的短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。3.2短路计算的一般规定（1）验算导体和电器的动、热稳定及电器开断电流所用的短路电流、应按工程的设计手册规划的容量计算、并考虑电力系统5－10年的发展。（2）接线方式应按可能发生最大短路电流和正常接线方式，而不能按切换中可能出现的运行方式。（3）选择导体和电器中的短路电流，在电气连接的电网中，应考虑电容补偿装置的充放电电流的影响。（4）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时，Id最大的点，对带电抗器的6－10kV出线应计算两点，电抗器前和电抗器后的Id。短路时，导体和电器的动稳定、热稳定及电器开断电流一般按三相电流验算，若有更严重的按更严重的条件计算。3.3短路计算的方法对应系统最大运行方式，按无限大容量系统，进行相关短路点的三相短路电流计算，求得I〞、ish、Ish值。I〞──三相短路电流。ish──三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。Ish──三相短路全电流最大有效值，用来校验电器和载流导体的的热稳定。3.4短路电流的计算等值网络图如下：可能发生最大短路电流的短路电流计算点有3个，即110kV母线短路（d1点），35kV母线短路（d2）点，10kV电抗器母线短路（d3点）。取SB=100MVA,UB=UavXT1=5010010025.65.175.10=0.215XT2=5010010025.175.65.10=0.005XT3=5010010025.105.65.17=0.135XL1=1001154.0352=0.106XL2=1001154.0502=0.151XL=151.0106.0151.0106.0=0.0623最大运行方式下系统阻抗标幺值Xsmax=2200100=0.0455最小运行方式下系统阻抗标幺值Xsmin=1750100=0.0571X=XL+Xs(1)d1点发生三相短路时，等值网络图如下：最大运行方式下：X=0.0623+0.0445=0.1078I=1078.01=9.276IB=1153100=0.502KA短路点的起始次暂态电流为：If=9.2760.502=4.657KA最小运行方式下：X=0.0623+0.0571=0.1194I=375.81194.01短路点的起始次暂态电流为：If=204.4502.0375.8KA(2)d2点发生三相短路时，等值网络图如下：最大运行方式下：X=0.1078XT1+XT2=0.215+0.005=0.220X1=0.1078+220.0210.2178I=591.42178.01IB=KA560.1373100电路点起始次暂态电流为：If=KA162.7560.1591.4最小运行方