某110kV变电站电气一次设计指导书

湖南水利水电职业技术学院HunanTechnicalCollegeofWaterResourcesandHydroPower毕业设计指导书题目：某110kV变电站电气一次设计院（系）：电力工程系专业：电力系统自动化技术题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发2011年11月1日一、电力网的经济输送容量和输送距离额定电压（kV）额定容量（MW）输送距离（km）30.1～1.01～360.1～1.24～15100.2～2.06～20352.0～1020～5011010～5030～150220100～200100～300330200～500200～600500400～1000150～850二、负荷计算负荷计算的目的是为了掌握用电情况,合理选择配电系统的设备和元件,如导线、电缆、变压器、开关等。负荷计算过小,则依此选用的设备和载流部分有过热危险,轻者使线路和配电设备寿命降低,重者影响供电系统的安全运行.负荷计算偏大,则造成设备的浪费和投资的增大计算负荷是一个假想的持续性负荷，这个负荷是设计时选择电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等额定参数的依据，通常采用30min的最大平均负荷。负荷计算采用需要系数法。对于多组用电设备：计入同时系数。对于线:K∑p取0.80~1.0K∑q取0.85~1.0对于母线：K∑p取0.75~0.90K∑q取0.80~0.95三、变电所主变压器容量和台数的确定为保证供电的可靠性，避免一台主变故障或检修时影响供电，变电所一般装设两台主变压器，但一般不超过两台变压器。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。对于大型超高压枢纽变电所，装设两台大型变压器，当一台发生故障时，要切断大量负荷是很困难的，因此，对大型枢纽变电所，根具工程具体情况，应安装台主变压器。这种装设方法可以提高变电所的供电可靠性，变压器的单台容量以及安装的总容量皆可有所节约，且可根据负荷的实际增长的进程，分别逐台装设变压器，而不致积压资金。当变电所装设两台以及以上的主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，其余变压器容量至少能保证所供的一级负荷或为变电所全部负荷的60%～75%。通常一次变电所采用75%，二次变电所采用60%。变压器型号的意义及技术参数：第一段：第一部分：型式及材料S－三相D－单相第二部分：冷却方式J－油浸自能E－油浸风冷第三部分：绕组数S－三绕组第四部分：变压器特性Z-带负荷调压Q－全绝缘第一段：额定容量和电压四、电气主接线1、单母分段接线的优缺点：优点：○1用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同断引出两个回路由两个电源供电。○2当一段母线发生故障，分开母联断路器，自动将故障隔离，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：○1当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。○2当出现为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。○3扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：○16-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时。○235-63KV配电装置出线回路数为4-8回时。○3110-220KV配电装置出线回路数为4-8回时。2、双母线接线优缺点：优点：○1供电可靠。通过两组母线隔离开关得到换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电一组母线故障后，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，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。向双母线的任何一个方向扩建，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。当有双架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母分段那样导致出线交叉跨越。○4便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路断开，单独接至一组母线上。缺点：○1增加一组母线时每回路就需要增加一组母线隔离开关。○2当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。适用范围：当出线回路数和母线上的电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下：○16～10KV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时。○235～63KV配电装置，当出线回路数超过8回时；或连接的电源较多、负荷较大时。○3110～220KV配电装置出线回路数为5回及以上时；或当110～220KV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上时。3、带旁路母线的单母线分段接线优缺点：当检修短路器时，将迫使用户停电。尤其是电压为35KV以上的线路输入电功率较大，短路器检修需要时间较长，会带来较大的经济损失，为此可增设旁路母线，可以保证重要用户的供电。适用范围：当110KV出现在6回及以上时，220KV在4回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线，在不允许停电检修断路器的殊殊场合下设置旁路母线。五、短路电流的计算短路电流的计算步骤短路电流计算条件：为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作校验用的短路电流应按下列条件确定。（1）容量和接线按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建成后5～10年）：其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。（如切换厂用变压器时的并列）。（2）短路种类一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，即应按最严重的情况验算。（3）计算短路点选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。（一）、作计算电路图1、以电气主接线为基础：只作G，T，WL，L的符号，其连接顺序不变2、标示各元件文字符号，计算编号，有关参数（Up）3、根据计算目的，标出计算短路点（二）、作初始等值电路1、作出短路回路。即从电源到计算短路点的全部网络，中间流过短路电流的回路2、每一计算短路点对应唯一短路回路3、各元件用电抗符号表示：有源元件包括电势和电抗4、通过电抗计算，各元件参数用分数表示：元件电抗值元件编号因为高压电路的短路电流计算均采用标幺基准值，算式中电抗符号的脚码可只标编号而省略标幺基准值符号（三）、等值电路图的简化（计算过程）将初始等值电路图逐步进行等值变换，直到只有一个总电源经一个总电抗至短路点的最简等值电路图1、串联等值电抗：X=X1+X2+……+Xn2、并联等值电抗：X=nXXX1.......111213、Δ→Y：X=三边之和相邻两边乘积X11323121312XXXXXX13231223122XXXXXX13231213233XXXXX4、Y→Δ：X=相邻两边之和+第三边相邻两边之积X3212112XXXXXX1323223XXXXXX2313113XXXXX5、∑Y法：∑Y=11X+21X+……Xn1+X1转移电抗:Xd1=X1.X.∑YXd2=X2.X.∑YXnd=Xn.X.∑Y短路回路总电抗X※.：只有一个总电源经一个总电抗至短路点的最简电路六、电气设备的选择（一）、高压电气设备选择的一般条件电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件，按正常工作条件包括：电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。由于各种高压电气设备具有不同的性能特点，选择与校验条件不尽相同，高压电气设备的选择与校验项目见表1。表1高压电气设备的选择与校验项目电气设备名称额定电压额定电流开断能力短路电流校验环境条件其它动稳定热稳定断路器√√√○○○操作性能负荷开关√√√○○○操作性能隔离开关√√○○○操作性能熔断器√√√○上、下级间配合电流互感器√√○○○电压互感器√○二次负荷、准确等级支柱绝缘字√○○二次负荷、准确等级穿墙套管√√○○○母线√○○○电缆√√○○注：表中√为选择项目，○为校验项目。1、按正常工作条件选择高压电气设备（1.）额定电压和最高工作电压高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最高运行电压。一般电气设备允许的最高工作电压可达1.1~1.15UN，而实际电网的最高运行电压Usm一般不超过1.1UNs因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即UN≥UNs（2）.额定电流电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Iw.max，即IN≥Imax计算时有以下几个应注意的问题：（1）由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Iw.max为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.5倍；（2）若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定（1.3～2倍变压器额定电流）；（3）母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；（4）出线回路的Iw.max除考虑正常负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其它回路转移过来的负荷。此外，还应按电气设备的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电气设备进行种类(屋内或屋外)和型式的选择。2、按环境工作条件校验在选择电气设备时，还应考虑电气设备安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。例如：当地区海拔超过制造部门的规定值时，由于大气压力、空气密度和湿度相应减少，使空气间隙和外绝缘的放电特性下降，一般当海拔在1000~3500m范围内，若海拔比厂家规定值每升高l00m，则电气设备允许最高工作电压要下降1%。当最高工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。对于110kV及以下电气设备，由于外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。当污秽等级超过使用规定时，可选用有利于防污的电瓷产品，当经济上合理时可采用屋内配电装置。当周围环境温度θ0和电气设备额定环境温度不等时，其长期允许工作电流应乘以修正系数K，即NNNIKImax0max我国目前生产的电气设备使用的额定环境温度θN=25℃。如周围环境温度θ0高于25℃(但低于60℃)时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8%进行修正，当环境温度低于40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。应该指出，式（１）也适用于求导体的在实际环境温度下的长期允许工作电流，此时公式中的θN一般为25℃。3、按短路条件校验(1）.短路热稳定校验短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定的条件为It2t≥I∞2tdz式中It—由生产厂给出的电气设备在时间t秒内的热稳定电流；I∞—短路稳态电流值；（计算短路点选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点）t—与It相对应的时间；tdz—短路电流热效应等值计算时间。当短路持续时间大于ls时，校验热稳定的等值计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tab之和，即tdz=tpr+tab而tab=tin+ta式中tab——断路器全开断时间；tpr——后备保护动作时间；tin——断路器固有分闸时间，可查附表15；ta——断路器开断时电弧持续时间，对少油断路器为0.04～0.06s，对SF6和压缩空气断路器约为0.02～0.04s。当短路持续时间小于ls时，校验热稳定的等值