1、電力系統(tǒng)課程設計書（28）題目：110kv降壓變電站設計設計時間： 原始資料建設性質(zhì)及規(guī)模為滿足某鐵礦生產(chǎn)及礦區(qū)生活用電，擬新建一座電壓等級為110/10kv降壓變電站。線路回數(shù)：110kv現(xiàn)有2回，發(fā)展2回；10kv現(xiàn)有10回，發(fā)展2回所址條件新建變電站位于鐵礦區(qū)中心，所區(qū)海拔200m，為非地震多發(fā)區(qū)。最高氣溫+39，最低氣溫-18，最熱月平均最高氣溫為+30。負荷資料電壓等級負荷名稱穿越功率(mw)最大負荷(mw)負荷組成(mw)功率因數(shù) 同時率(%)線損率(%)近期遠景近期遠景一級二級三級110kv鐵鋼線35鐵區(qū)線35發(fā)展線16發(fā)展線2100.7210kv露天礦1露天礦21.221560

2、0.8855甲礦井1甲礦井21.224040乙礦井1乙礦井21.223050水泵站1水泵站20.50.82060生活區(qū)0.51農(nóng)業(yè)用電0.81.8發(fā)展線11.52060發(fā)展線21.52060注：表中功率因數(shù)欄內(nèi)值為負荷處最低值，本所低壓側(cè)功率因數(shù)應補償?shù)?.9以上。電力系統(tǒng)接線簡圖待建變電站23km18km110kv變電所a變電所b區(qū)域變電所110kv12km15km20km5kms=2360mvaxs=0.098110kv110kv注：1）圖中系統(tǒng)容量、系統(tǒng)阻抗均相當于最大運行方式；2）系統(tǒng)可保證本變電站110kv母線電壓波動在5%以內(nèi)；二、設計任務變電站總體分析，選擇變壓器的臺數(shù)、容量、型

3、號、參數(shù)。電氣主接線設計。計算短路電流，選擇電氣設備。三、成品要求電力系統(tǒng)課程設計書（附計算書、電氣主接線圖）1份附：1、要求選擇的電器設備包括：（1）110kv配電裝置中的主母線、高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器等；（2）10kv配電裝置中的主母線、高壓斷路器、高壓隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、高壓熔斷器、導線等；2、參考資料：（1）電力系統(tǒng)分析，吳俊勇等主編，北京，清華大學出版社，2014，isbn：978-7-302-36660-7（2）發(fā)電廠電氣部分，姚春球主編，北京，中國電力出版社，2013，isbn: 978-7-5123-4102-9。 （3）電力工程電氣設備

4、手冊，弋東方主編 ;電力工業(yè)部西北電力設計院 ;1998，isbn: 7-80125-507-0 摘要本文主要進行110kv變電站設計。首先根據(jù)任務書上所給系統(tǒng)及線路和所有負荷的參數(shù)，通過對所建變電站及出線的考慮和對負荷資料分析，滿足安全性、經(jīng)濟性及可靠性的要求確定了110kv、10kv側(cè)主接線的形式，然后又通過負荷計算及供電范圍確定了主變壓器臺數(shù)、容量、及型號，從而得出各元件的參數(shù)，進行等值網(wǎng)絡化簡，然后選擇短路點進行短路計算，根據(jù)短路電流計算結(jié)果及最大持續(xù)工作電流，選擇并校驗電氣設備，包括母線、斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器等。本文同時對防雷接地及補償裝置進行了簡單的分析，最后進

5、行了電氣主接線圖的繪制。關(guān)鍵詞：變電站設計，變壓器，電氣主接線，設備選擇目錄摘要3設計書4一、變電站整體分析61、基本情況62、所址條件63、設計內(nèi)容7二、 電氣主接線設計71、對電氣主接線的基本要求72、變電站電氣主接線的設計原則83、接線方式84、主接線設計方案確定8三、 主變壓器的選擇91、主變壓器臺數(shù)的選擇92、主變壓器容量的選擇10四 、短路電流計算111、短路電流的危害112、計算短路電流的目的113、計算過程：124、不同短路點的短路參數(shù)12五、 電氣設備的選擇121、長期工作電流和熱效應的計算132 母線的選擇和校驗133、 斷路器和隔離開關(guān)的選擇及校驗154、 電流互感器的選

6、擇175、電壓互感器的選擇186、低壓側(cè)限流熔斷器的選擇和校驗：187、防雷與保護188、功率因數(shù)補償20計算書21一、主變壓器的容量的計算221、10kv側(cè)最大綜合計算負荷的計算222、10kv側(cè)按一、二類負荷計算22二、短路計算22三、電氣設備計算241、長期發(fā)熱電流和短路電流熱效應計算242、母線選擇及校驗253、斷路器的選擇和校驗274、隔離開關(guān)的選擇與校驗285、無功功率的補償計算30參考文獻31結(jié)束語32附圖：變電所電氣主接線圖33設計書一、變電站整體分析1、基本情況為了滿足某鐵礦生產(chǎn)及礦區(qū)生活用電，擬新建一座電壓等級為110/10kv降壓變電站。線路回數(shù)：110kv現(xiàn)有2回，發(fā)展

7、2回；10kv現(xiàn)有10回，發(fā)展2回作為新建站，除了能夠滿足用電的需求和基本條件外，還必須考慮到自身的建站經(jīng)濟性、調(diào)度靈活性和可靠性，并易于擴建和升級該進程危機綜合自動化。2、所址條件新建變電站位于鐵礦區(qū)中心，所區(qū)海拔200m，為非地震多發(fā)區(qū)。最高氣溫+39，最低氣溫-18，最熱月平均最高氣溫為+30。3、設計內(nèi)容本設計針對變電站設計包括了電氣一次部分。電氣一次部分主要包括變電站總體分析、負荷分析計算與主變壓器選擇、電氣主接線設計、短路電流計算及電氣設備選擇、配電裝置及電氣總平面布置設計、防雷保護設計。二、 電氣主接線設計發(fā)電廠和變電所的電氣主接線是指由發(fā)動機、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、

8、母線和電纜等電氣設備，按一定順序連接的，用以表示生產(chǎn)、匯集和分配電能的電路，電氣主接線又稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)，代表了發(fā)電廠和變電站電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，直接影響著配電裝置的布置、繼電保護裝置、自動裝置和控制方式的選擇，對運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性起決定性的作用。1、對電氣主接線的基本要求現(xiàn)代電力系統(tǒng)是一個巨大的、嚴密的整體，各個發(fā)電廠、變電站分工完成整個電力系統(tǒng)的發(fā)電、變電和配電的任務。其主接線的好壞不僅影響到發(fā)電廠、變電站和電力系統(tǒng)本身，同時也影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活。因此，發(fā)電廠、變電站主接線必須滿足一下基本要求。（1）運行的可靠（2）具有一定的靈活性（3）操作應盡可能簡單、方便

9、（4）經(jīng)濟上合理（5）具有擴建的可能性變電站電氣主接線的選擇，主要取決于變電站在電力系統(tǒng)中的地位、環(huán)境、負荷的性質(zhì)、出線數(shù)目的多少、電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)等。2、變電站電氣主接線的設計原則電氣主接線的基本原則是以設計任務書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟建設的方針、政策、技術(shù)規(guī)定、標準為準繩，結(jié)合工程實際情況，在保證供電可靠、調(diào)度靈活、滿足各項技術(shù)要求的前提下，兼顧運行和維護的方便，盡可能地節(jié)省投資，就進取材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經(jīng)濟、美觀的原則。3、接線方式對于變電站的電氣接線，當能滿足運行要求時，其高壓側(cè)應盡可能采用斷路器較少的或不用斷路器的接線，如線路變壓器組或橋型接線等。若

10、能滿足繼電保護要求時，也可采用線路分支接線。在110220kv配電裝置中，當出線為2回時，一般采用橋型接線，當出線不超過4回時，一般采用單母線接線，在樞紐變電站中，當110220kv出線在4回及以上時，一般采用雙母線接線。4、主接線設計方案確定方案比較如表所示：方案一方案二方案三接線名稱單母線單母分段單母分段帶旁母可靠性簡單，方便，但是不能進行倒閘操作，可靠性差簡單清晰、設備少、設備本身故障小。線路斷路器檢修故障時，該線路停電；任意母線或者母線隔離開關(guān)檢修時，僅停故障段。可靠性高，當接線復雜，無論檢修母線或者設備均可使線路不停電。當母線斷路器檢修，兩段母線不分列運行。靈活性不夠靈活。 可以提高

11、供電的靈活性，對重要用戶可以從不同段引出饋線線路，有兩個電源供電。運行復雜，但是靈活性高。各個電源和負荷可以任意分配到某一母線上可組成多種運行方式。經(jīng)濟性投資少、年費用小、占地面積小投資少、年費用小、占地面積小投資高，年費用大，占地面積大經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟綜合比較后，本設計110kv有2回進線，遠景發(fā)展2回進線，進線總數(shù)少，可以采用單母線分段接線方式。10kv近期12回 遠景發(fā)展2回，出線回數(shù)較多，也宜采用單母分段接線形式。三、 主變壓器的選擇1、主變壓器臺數(shù)的選擇在變電站設計過程中，一般需要裝設兩臺主變壓器，防止其中一臺出現(xiàn)故障或檢修時中斷對用戶的供電。對110kv及以下的終端或分支變電站，如果只

12、有一個電源，或變電所的重要負荷有中、低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源時，可只裝設一臺主變壓器，對大型超高壓樞紐變電站，可根據(jù)具體情況裝設24臺主變壓器，以便減小單臺容量。因此，在本次設計中裝設兩臺主變壓器。2、主變壓器容量的選擇主變?nèi)萘恳话惆醋冸娝ǔ珊?10年的規(guī)劃負荷來進行選擇，并適當考慮遠期1020年的負荷發(fā)展。對于城郊變電所，主變壓器容量應與城市規(guī)劃相結(jié)合。根據(jù)變電所所帶負荷的性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變的容量。對于有重要負荷的變電所，應考慮當一臺主變壓器停運時，其余主變壓器的容量一般應滿足60%（220kv及以上電壓等級的變電所應滿足70%）的全部最大綜合計算負荷，以及滿足全部i類負荷 和大部分i

13、i類負荷 (220kv及以上電壓等級的變電所，在計及過負荷能力后的允許時間內(nèi)，應滿足全部i類負荷 和ii類負荷 )，即最大綜合計算負荷的計算： 式中， 各出線的遠景最大負荷； m 出線回路數(shù)； cos各出線的自然功率因數(shù)； k同時系數(shù)，其大小由出線回路數(shù)決定，出線回路數(shù)越多其值越小，一般在0.80.95之間； %線損率，取5%。根據(jù)變壓器容量計算結(jié)果，變壓器的容量應為16mva，查表可知可采用sf10-16000kva/110kv/型號變壓器，其參數(shù)如下表所示：高壓（kv）低壓(kv)聯(lián)結(jié)組空載損耗(kw)負載損耗(kw)空載電流（%）阻抗電壓sf10-16000kva/110kv11010y

14、nd1116730.510.5%四 、短路電流計算1、短路電流的危害通過故障點的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞。短路電流通過非故障元件，由于發(fā)熱和電動力的作用，引起他們的損壞或縮短他們的使用壽命。電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量。破壞電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至整個系統(tǒng)瓦解。2、計算短路電流的目的在變電站的設計中，短路計算是其中的一個重要環(huán)節(jié)，其計算的目的主要有以下幾個方面：電氣主接線的比較；選擇、檢驗導體和設備；在設計屋外髙型配電裝置時，需要按短路條件校驗軟導線的相間和相對的安全距離；在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，需以各種

15、短路時的短路電流為依據(jù)。3、計算過程：在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路。電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，而發(fā)生三相短路的可能性最小，但一般三相短路的短路電流最大，造成的危害也最嚴重。為了使電力系統(tǒng)中的電氣設備在最嚴重的短路狀態(tài)下也能可靠工作，因此作為選擇檢驗電氣設備的短路計算中，以三相短路計算為主。三相短路用文字符號k表示。在計算電路圖上，將短路所考慮的額定參數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計算點，短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，由于將

16、電力系統(tǒng)當做有限大容量電源，短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出求等效總阻抗，在換算成計算電抗，根據(jù)計算曲線查出短路電流標幺值，在換算成有名值。4、不同短路點的短路參數(shù)根據(jù)計算書中的內(nèi)容制成如下不同短路點短路電流表：短路點短路電流沖擊電流最大有效值短路功率高壓側(cè)8.626ka21.958ka13.111ka1721.4mva低壓側(cè)1.301ka3.311ka1.978ka297.1mva五、 電氣設備的選擇1、長期工作電流和熱效應的計算詳細內(nèi)容見計算書，結(jié)果如下表所示：故障點最大工作電流熱效應高壓側(cè)293.729a83.724(ka.ka).s低壓側(cè)141.

17、74a2.067(ka.ka)s在電力系統(tǒng)中，雖然各種電氣設備的功能不同，工作條件各異，具體選擇方法和校驗項目也不盡相同，但對它們的基本要求卻是一致的。電氣設備要可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路條件來校驗動、熱穩(wěn)定性。本設計中，電氣設備的選擇包括：導線的選擇，高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇，電流、電壓互感器的選擇，避雷器的選擇。2 母線的選擇和校驗裸導體應根據(jù)具體情況，按導體截面，電暈（對110kv及以上電壓的母線），動穩(wěn)定性和機械強度，熱穩(wěn)定性來選擇和校驗，同時也應注意環(huán)境條件，如溫度、日照、海拔等。一般來說，母線系統(tǒng)包括截面導體和支撐絕緣兩部分，載流導體構(gòu)成硬母線和軟母線，軟母

18、線是鋼芯鋁絞線，有單根、雙分和組合導體等形式，因其機械強度決定支撐懸掛的絕緣子，所以不必校驗其機械強度。（1）、導體的選擇校驗條件如下：當實際環(huán)境溫度不同于導體的額定環(huán)境溫度時，其長期允許電流應該 下式修正： 綜合修正系數(shù)。不計日照時，裸導體和電纜的綜合修正系數(shù)為導體的長期發(fā)熱最高允許溫度，裸導體一般為；導體的額定環(huán)境溫度，裸導體一般為。 由載流量可得，正常運行時導體溫度為必須小于導體的長期發(fā)熱最高允許溫度（2）、按經(jīng)濟電流密度選擇按經(jīng)濟電流密度選擇導體截面可以使年計算費用最小。除配電裝置的匯流母線外，對于年負荷利用小時數(shù)大，傳輸容量大，長度在20米以上的導體，其截面一般按經(jīng)濟電流密度選擇。

19、經(jīng)濟截面積用下式計算： 式中， 正常運行方式下導體的最大持續(xù)工作電流，計算式不考慮過負荷和事故時轉(zhuǎn)移過來的負荷；經(jīng)濟電流密度，常用導體的值，可根據(jù)最大負荷利用時數(shù)，由經(jīng)濟電流密度曲線中查出來。按經(jīng)濟電流密度選擇的導體截面應盡量接近上式計算出的經(jīng)濟截面積。（3）、導體的校驗：a、電暈電壓校驗220kv采用了不小于lgj-300或110kv采用了不小于lgj-70鋼芯鋁絞線，或220kv采用了外徑不小于30型或110kv采用了外徑不小于20型的管形導體時，可不進行電暈電壓校驗。b、熱穩(wěn)定校驗 按最小截面積進行校驗當所選導體截面積時，即滿足熱穩(wěn)定性要求。根據(jù)計算書中的計算結(jié)果，母線選擇結(jié)果如下：型號

20、30攝氏度時載流量高壓側(cè)母線單條504mm矩形鋁導體586a低壓側(cè)母線單條208mm矩形鋁導體202a3、 斷路器和隔離開關(guān)的選擇及校驗高壓斷路器的選擇，除滿足各項技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應考慮到要便于安裝調(diào)試和運行維護，并且經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)方面都比較厚才能確定。根據(jù)目前我國高壓斷路器的生產(chǎn)情況，電壓等級在10kv220kv的電網(wǎng)一般選用少油斷路器，而當少油斷路器不能滿足要求時，可以選用斷路器。高壓斷路器選擇的技術(shù)條件如下：額定電壓選擇： 額定電流選擇： 額定開斷電流選擇： 額定關(guān)合電流選擇： 熱穩(wěn)定校驗： 動穩(wěn)定校驗： 隔離開關(guān)的選擇，由于隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，不能用來開斷和接通負荷電流及短路電

21、流，故沒有開斷電流和關(guān)合電流的校驗，隔離開關(guān)的額定電壓、額定電流選擇和熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗項目與斷路器相同。根據(jù)計算書中的計算結(jié)果在手冊中可以查的，斷路器和隔離開關(guān)的選擇如下圖所示：型號額定電壓/kv額定電流/a額定開斷電流/ka動穩(wěn)定電流/ka熱穩(wěn)定電流/ka固有分閘時間/s高壓側(cè)斷路器sw6110/1200110120031.58031.5（4s）0.04低壓側(cè)斷路器sn1o10/63010630164016(2s)0.05型號額定電壓/kv額定電流/a動穩(wěn)定電流/ka熱穩(wěn)定電流/ka4s低壓側(cè)隔離開關(guān)gn10/600-52106005220高壓側(cè)隔離開關(guān)gw5110/63011063050

22、204、 電流互感器的選擇（1）額定電壓的選擇：電流互感器的額定電壓不得低于其安裝回路的電網(wǎng)額定電壓，即 （2）額定電流的選擇：電流互感器的額定電流不得低于其所在回路的最大持續(xù)工作電流，即，為了保證電流互感器的準確級，應盡可能接近。電流互感器要校驗最大工作電壓、最大工作電流、熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。其中持續(xù)最大工作電流亞考慮到遠景規(guī)劃的負載，計算方法和斷路器個隔離開關(guān)的計算方法類似，選擇結(jié)果如下：110kv側(cè)電流互感器選擇為lcwd2-110，其額定電流之比（250）（2600）/5，級次組合：0.5/d1/d2。1秒熱穩(wěn)定系數(shù)為90，動穩(wěn)定系數(shù)為110。.10kv側(cè)電流互感器選擇為lwz-10

23、1500/5，級次組合0.5/d，其1秒熱穩(wěn)定系數(shù)為50，動穩(wěn)定系數(shù)為90。5、電壓互感器的選擇電壓互感器的作用是將電力系統(tǒng)的以此電壓按照一定的變比轉(zhuǎn)換為要求的二次電壓，其工作原理與變壓器基本相同。電壓互感器的以此繞組并聯(lián)接在主電路上，二次繞組接負荷。電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。連接型式：完全星形接線額定電壓（kv）二次繞組額定容量（va）最大容量(va)高壓側(cè)電壓互感器jcc2-1105002000低壓側(cè)電壓互感器jsjw-104809606、低壓側(cè)限流熔斷器的選擇和校驗：（1）、熔管額定電流的選擇 前者為熔管額定電流，后者為熔體額定電流（2）、熔體額定電流的選擇 k是可靠系數(shù)

24、，為1.11.3根據(jù)計算書的計算結(jié)果，查手冊可得高壓熔斷器如下表所示。型號額定電壓（kv）額定電流（a）最大開斷電流有效值過電壓倍數(shù)rn1102040040kaish（2）、10kv側(cè)流過斷路器的最大持續(xù)工作電流：選擇及校驗過程如下：額定電壓選擇： 額定電流選擇： 額定開斷電流選擇：由上述短路計算得， 所以， 額定關(guān)合電流選擇：表6-1 sn1010/630技術(shù)參數(shù)表型號額定電壓/kv額定電流/a額定開斷電流/ka動穩(wěn)定電流/ka熱穩(wěn)定電流/ka固有分閘時間/s2sn1o10/630106301640160.05熱穩(wěn)定校驗 動穩(wěn)定校驗： iesish4、隔離開關(guān)的選擇與校驗(1)高壓側(cè)隔離開關(guān)選擇與校驗隔離開關(guān)的選擇，沒有開斷電流和關(guān)合電流的校驗，隔離開關(guān)的額定電壓、額定電流選擇和熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗項目與斷路器相同。選擇及校驗過程如下：額定電壓選擇： 額定電流選擇： 根據(jù)以上條件查手冊，選擇的滿足要求的隔離開關(guān)的型號為gw5110/630，其技術(shù)參數(shù)如下表：表6-2 gw5110/630技術(shù)參數(shù)表型號額定電壓/kv額定電流/a動穩(wěn)定電流/ka熱穩(wěn)定電流/ka4sgw5110/6301106305020熱穩(wěn)定校驗： 所以，即滿足熱穩(wěn)定校驗。 動穩(wěn)定校驗：根據(jù)表6-5數(shù)據(jù)，.由10kv短路計算結(jié)果得，10kv側(cè)沖擊電流為3.336k