(完整版)110kV变电站电气一次部分初步设计_毕业论文

重庆电力高等专科学校重庆教培中心教学点毕业论文专业：电力系统自动化班级：变检 0602二 OO 九年四月内容提要根据设计任务书的要求， 本次设计为 110kV 变电站电气一次部分初步设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为 110kV、35kV 和 10kV 三个电压等级。 各个电压等级分别采用单母线分段接线、单母线分段带旁母线和单母线分段接线。本次设计中进行了电气主接线的设计。电路电流计算、主要电气设备选择及效验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、母线等）、各电压等级配电装置设计及防雷保护的配置。本设计以电力工程专业毕业设计指南 、电力工程电气设备手册 、高电压技术、电气简图用图形符号（ GBT4728.13）、电力工程设计手册、城乡电网建设改造设备使用手册等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。目录前言第一部分第1章第2章110kV 变电站电气一次部分设计说明书原始资料电气主接线设计第 2.1节主接线的设计原则和要求第 2.2节主接线的设计步聚第 2.3节本变电站电气接线设计第 3 章 变压器选择第 3.1 节 主变压器选择第 3.2 节 站用变压器选择第 4 章 短路电流计算第 4.1 节 短路电流计算的目的第 4.2 节 短路电流计算的一般规定第 4.3 节 短路电流计算的步聚第 4.4 节 短路电流计算结果第 5 章 高压电器设备选择第 5.1 节 电器选择的一般条件第 5.2 节 高压断路器的选择第 5.3 节 隔离开关的选择第 5.4 节 电流互感器的选择第 5.5 节 电压互感器的选择第 5.6 节 高压熔断器的选择第 6 章 配电装置设计第 7 章 防雷保护设计第二部分110kV 变电站电气一次部分设计计算书第1章 负荷计算第 1.1 节 主变压器负荷计算第 1.2 节 站用变压器负荷计算第 2 章 短路电流计算第 2.1 节 三相短路电流计算第 2.2 节 站用变压器低压侧短路电流计算第 3 章 线路及变压器最大长期工作电流计算第 3.1 节 线路最大长期工作电流计算第 3.2 节 主变进线最大长期工作电流计算第 4 章 电气设备选择及效验第 4.1 节 高压断路器选择及效验第 4.2 节 隔离开关选择及效验第 4.3 节 电流互感器选择及效验第 4.4 节 电压互感器选择及效验第 4.5 节 熔断器选择及效验第 4.6 节 母线选择及效验第 5 章 防雷保护计算第三部分110KV 变电站电气一次部分设计图纸电气主接线图总结参考文献致谢前言变电站是电力系统的重要组成部分，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线的拟订直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。本次设计为 110kV 变电站电气一次部分初步设计， 分为设计说明书、 设计计算书、设计图纸等三部分。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本文是在老师们治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在毕业设计期间老师在设计的选题和设计思路上给了我很多的指导和帮助。在此，我对恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！本文从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对变电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图。由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。第一部分110kV 变电站电气一次部分设计说明书设计指导教师第1章原始资料1.1 地区电网的特点1) 本地区即使在最枯的月份， 水电站发电保证出力时亦能满足地区负荷的需要，加上小火电，基本不需要外系统支援。2) 本系统的水电大多数时径流式电站， 出发保证出力外的月份， 均有电力剩余，特别是 4至 7月份。1.2 建站规模1) 变电站类型： 110kV 变电工程2) 主变台数： 23) 电压等级： 110kV、 35kV、 10kV4) 出线回数及传输容量110kV 出线 6 回（ 2 回路备用）本变长泥坡15000kw6kmLGJ-120本变双旗变15000kw42.3kmLGJ-120本变系统30000kw66kmLGJ-150本变双桥8000kw30kmLGJ-12035kV 出线 8 回（ 2 回路备用）本变长泥坡8000kw6kmLGJ-95本变火电厂10000kw8kmLGJ-95本变中方变5000kw15kmLGJ-95本变水电站8000kw12kmLGJ-120 （ 2 回路）本变鸭嘴变5000kw10kmLGJ-9510kV 出线 10 回（ 3 回路备用）本变氮肥厂2500kw2km本变化工厂1500kw3km本变医院1500kw5km本变印刷厂2000kw4km（ 2 回路）本变造纸厂2500kw6km本变机械厂2500kw4km5) 无功补偿：采用电力电容器两组，容量为2*4500kva1.3 环境条件1) 当地年温最高为 40，年最低温度为 -5；2) 当地海拔高度为 800 米。3) 当地雷暴日数为 55 日年；4) 本变电站处于“薄土层石灰岩”地区，土壤电阻率高达1000.M1.4 电器主接线图建议 110kV 双母线分 4 段、 35kV 双母线带旁、 10kV 单母线分段带旁路接线，并考虑设置融冰措施。1.5 短路阻抗1) 系统作无穷大电源考虑：X 1 max0.05， X 0 max 0.04，X 1min0.1，X 0 min 0.05。2) 火电厂的装机容量为 3*7500kw ，X d 0.125 最大运行方式下，该火电厂 3 台机组全部投入并满发，最小运行方式下，该火电厂只投入 2 台机组。3) 水电厂的装机容量为 3*5000kw ，X d 0.27，最大运行方式下， 该水电厂 3 台机组全部投入并满发，最小运行方式下，该水电厂只投入 1 台机组。第 2 章 电气主接线设计电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并 b 主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。电气主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、美观的原则。1) 接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在 110kV220kV 配电装置中，当出线为 2 回时，一般采用桥形接线；当出线不超过 4 回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当 110kV220kV出线在 4 回及以上时，一般采用双母线接线。在大容量变电站中，为了限制6 10kV 出线上的短路电流，一般可采用下列措施：a) 变压器分列运行；b) 在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；c) 采用低压侧为分裂绕组的变压器；d) 出线上装设电抗器。2) 主变压器选择a) 主变压器台数：为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。对于大型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。b) 主变压器容量：主变压器容量根据 5 10 年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。对装设两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按下式选择Sn 0.6 P MPM为变电站最大负荷。这样，当一台变压器停用时，可保证对60负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40，则可保证对84负荷的供电。由于一般电网变电站大约有25的非重要负荷，因此，采用Sn 0.6 P M，对变电站保证重要负荷来说多数是可行的。对于一、二级负荷比重大的变电站，应能在一台停用时，仍能保证对一、二级负荷的供电。c) 主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到 15 Sn以上时，由于中性点具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为 220kV 及以上，中压为 110kV 及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。3) 断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。4) 为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据：a) 最小负荷为最大负荷的 60 70，如主要是农业负荷时则宜取 2030；b) 负荷同时率取 0.85 0.9 ，当回路在三回一下时且其中有特大负荷时，可取0.95 1；c) 功率因数一般取 0.8 ；d) 线损平均取 5。设计主接线的基本要求在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。1) 可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：a) 可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。b) 主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。c) 可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：a) 断路器检修时，能否不影响供电。b) 线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。c) 变电站全部停运的可能性。2) 灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面：a) 调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。b) 检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力的正常运行及对用户的供电。c) 扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。3) 经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。a) 投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电器设备； 在终端或分支变电站中， 应推广采用直降式（110610kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。b) 占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。c) 电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。第 2.2 节 主接线的设计步聚电气主接线图的具体设计步聚如下：a) 分析原始资料a) 本工程情况 变电站类型，设计规划容量（近期，远景） ，主变台数及容量等。b) 电力系统情况 电力系统近期及远景发展规划 （510），变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。c) 负荷情况 负荷的性质及其地理位置、 输电电压等级、出线回路及输送容量等。d) 环境条件 当地的气温、湿度、覆水、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。e) 设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。b) 拟定主接线方案根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。c) 短路电流计算对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。d) 主要电器选择包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。e) 绘制电气主接线图将最终确定的主接线，按工程要求，绘画工程图。第 2.3 节 本变电站电气主接线设计110kV 电压侧接线 35110kV 变电所设计规范 规定，35kV 110kV 线路为两回以下时， 宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。 3563kV 线路为 8 回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV 线路为 6 回及其以上时，宜采用双母线接线。在采用单母线、分段单母线或双母线的35 110kV 主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本变电站 110kV 线路有 6 回，可选择用双母线或单母线分段接线两种方案，如图 2.1所示。方案一供电可靠、运行方式灵活、倒闸操作复杂,容易误操作；占地大、设备多、投资大。图 2.1。方案二简单清晰、操作方便、不易误操作，设备少, 投资小 , 占地面积小 , 但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。 本变电站为地区性变电站， 电网特点是水电站发电保证出力时能满足地区负荷的需要， 加上小火电， 基本不需要外系统支援 , 电源主要集中在 35KV 侧,110KV 侧是为提高经济效益及系统稳定性 , 采用方案二能够满足本变电站 110KV 侧对供电可靠性的要求 , 故选用投资小、节省占地面积的方案二 。35kV 电压侧接线本变电站 35kV 线路有 8 回，可选择双母线或单母线分段带旁路母线接线两种方案，根据本地区电网特点，本变电站电源主要集中在 35kV 侧，不允许停电检修断路器，需设置旁路设施，如图 2.2 所示。图 2.2方案一供电可靠、 调度灵活，但是倒闸操 作复杂，容易误操作， 占地面积大， 设备多，配电装置复杂，投资大。方案二简单清 晰，操作方便，不易误操作， 设备少，投资小，占地面积小，旁路断路器可以代替出 线断路器，进行不停电检修出线断路器， 保证重要回路特别是电源回路不停电。 方案 二具有良好的经济性， 供电可靠性也能满足要求， 故 35kV 侧接线采用方案二。10kV 电压侧接线 35110kV 变电所设计规范规定，当变电所装有两台主变压器时， 610kV 侧宜采用分段单母线。 线路为 12 回及以上时，亦可采用双母线。 当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本变电站 10kV 侧线路为 10 回，可采用双母线接线或单母线分段接线两种方案，如图 2.3 所示。方案一一般用于出线较多，输送和穿越功率较大 , 供电可靠性和灵活性要求较高得场合，设备多，投资和占地面积大，配电装置复杂，易误操作。方案二简单清晰，调度灵活，不会造成全场停电 , 能保证重要用户的供电 , 设备少 , 投资和占地小。故选用投资小、节省占地面积的方案二。综上所述，本变电站主接线如图2.4 所示。图 2.4站用变压器低压侧接线站用电系统采用380220V 中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源，站用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行， 以限制故障范围，提高供电可靠性。 380V 站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或 闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。站用变压器低压侧接线如图 2.5 所示。图 2.5 站用变压器低压侧接线第 3 章 变压器选择第 3.1 节 主变压器选择在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。 35110kV 变电所设计规范 规定，主变压器的台数和容量， 应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变器的容量不应小于60的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15以上，主变压器宜采用三线圈变压器。主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。由负荷计算（设计计算书第1 章）可知，本变电站远景负荷为PM30.15 (MVA)，装设两台主变压器，每台变压器额定容量按下式选择SN0.6P M 18.09(MVA)表 3.1主变压器技术参数型号额定额定电压 (kV)空载空载负载损耗 (kW)阻抗电压 (%)连接组标号容量电流损耗(kVA)高压中压低压( %)( kW)高 -高 -中 -高- 高- 中 -中低低中低低2000011038.510.51.535.8131.7 12599.710.517.56.5YN,yn0,d11第 3.2 节 站用变压器选择35110kV 变电所设计规范规定，在有两台及以上主变压器的变电站中，宜 装设两台容量相同可互为备用的站用变压器，分别接到母线的不同分段上。变电站的站用负荷， 一般都比较小， 其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电站的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、 通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大， 因此变电站的站用电压只需 0.4kV 一级，采用动力与照明混合供电方式。380V 站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。本变电站计算站用容量为100kVA（设计计算书第 1 章），选用两台型号为S910010的变压器，互为暗备用。 10kV 级 S9 系列三相油浸自冷式铜线变压器，是全国统一设计的新产品，是我国国内技术经济指标比较先进的铜线系列配电变压器。站用变压器参数如表3.2 所示。表 3.2站用变压器技术参数型号额定容量(kVA)额定电压 (kV)空载电流损耗 (W)阻抗电压连接组标号高压低压(%)空载短路( %)S9-10010100100.41.629015004Y,yn0第4章 短路电流计算第 4.1 节短路电流计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。短路电流计算的目的主要有以下几方面：1) 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制断流电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2) 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3) 在设计屋外高压配置时， 需按短路条件效验导线的相间和相对地的安全距离。4) 在选择继电保护方式和进行整定计算时， 需以各种短路时的短路电流为依据。5) 接地装置的设计，也需用短路电流。第 4.2 节短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定：1) 计算的基本情况a) 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行；b) 同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁） ；c) 短路发生在短路电流为最大值的瞬间；d) 所有电源的电动势相位角相同；e) 正常工作时，三相系统对称运行；f) 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。2) 接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。3) 计算容量应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后 5 10 年）。4) 短路种类一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行效验。5) 短路计算点在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。第 4.3 节 短路电流计算的步聚在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用计算曲线法。其具体步聚如下：1) 选择计算短路点2) 绘制等值网络，并将各元件电抗统一编号。a) 选取基准功率 SB 和基准电压 VB Vav；b) 发电机电抗用 Xd，略去网络各个元件的电阻、输电线路的电容和变压器的励磁支路；c) 无限大功率电源的内电抗等于零；d) 略去负荷。3) 化简等值网络：将等值网络化简为短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗 X。4) 求计算电抗 Xjs 。5) 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标么值。6) 计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标么值。7) 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。8) 计算短路电流冲击值。9) 计算异步电机供给的短路电流10) 绘制短路电流计算结果表。第 4.4 节短路电流计算结果本变电站短路电流计算结果如下（计算过程见设计计算书第计算电路图及其网络如图4.1 所示。3 章）：三相短路电流图 4.1计算电路图及其等值网络当短路发生在 f3 点时，分变压器低压侧并列运行和变压器低压侧分列运行两种情况进行计算，变压器低压侧分列运行三相短路电流计算电路图及其等值网络如图4.2所示图 4.2 变压器低压侧分列运行计算电路图及其等值网络三相短路电流计算结果见表 4.1 。表 4.1 短路电流计算结果表 4.1第5章 高压电器设备选择第 5.1 节 电器选择的一般条件电器选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。1) 按正常工作条件选择电器a) 额定电压和最高工作电压在选择电器时，一般可按照电器的额定电压U N不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即UNUNsb) 额定电流电器的额定电流I N是指在额定周围环境温度0 下，电器的长期允许电流。I N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I max，即I NI maxc) 按当地环境条件校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境 （尤其是小环境）条件当气温、风 速、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器使用条件是， 应采取措施。2) 按短路情况校验a) 短路热稳定校验 短路电流通过电器时，电器各部件温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为I t 2t Qk式中 Qk短路电流产生的热效应；I t 、t电器允许通过的热稳定电流和时间。b) 电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力， 亦称动稳定。满足动稳定的条件为i es i sh或I Ishes式中 ish 、 I sh短路冲击电流幅值及其有效值；i es 、 I es电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：i) 熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。ii) 采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。iii) 装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。b) 短路电流计算的条件 为使电器具有足够的可靠性、 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，作验算用的短路电流应按下列条件确定：i) 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。ii) 短路种类 一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按 最严重的情况验算。iii) 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。c) 短路计算时间校验电器的热稳定和开断能力时，还必须合理的确定短路计算时间。验算热稳定的计算时间 t k 为继电保护动作时间t pr 和相应断路器的全开断时间t ab 之和，即：t kt pr +t ab而tabt in +t a式中 tab断路器全开断时间；t pr 后备保护动作时间；t in 断路器固有分闸时间；t a 断路器开断时电弧持续时间。开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，故电器的开断计算时间t br 应为主保护时间 t pr1 和断路器固有分闸时间之和，即Tbr t pr1 +t in第 5.2 节 高压断路器的选择高压断路器的主要功能是： 正常运行时，用它来倒换运行方式， 把设备或线路接 入电路或退出运行， 起着控制作用；当设备或线路发生故障时， 能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种 设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。本变电站高压断路器选择如下（选择和校验计算见计算书第4章）：(1)110kV线路侧及变压器侧：选择LW11-110 型 SF6 户外断路器。(2)35kV线路侧及变压器侧：选择ZW7-40.5型真空户外断路器。UNsI max Ii sh Qki shUNsI max Ii shQki sh计算数据10(kV)UN189.4(A)I N12.0(kA)I Nbr24.96(kA)i Ncl22111.86(kA s )It t24.96(kA)ies计算数据10(kV)UN189.4(A)I N12.0(kA)I Nbr24.96(kA)i Ncl22111.86(kA s )I t t24.96(kA)i es计算数据12(kV)1250(A)31.5(kA)80(kA)23969(kA s)12(kV)1250(A)31.5(kA)80(kA)23969(kA s)80(kA)U10(kV)U12(kV)NsNI max1212.47(A)I N2000(A)I12.0(kA)I Nbr31.5(kA)i sh24.96(kA)i Ncl80(kA)Q2223969(kA s)k111.86(kA s )I t ti sh24.96(kA)i es80(kA)第 5.3 节 隔离开关的选择隔离开关也是变电站中常用的电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关的主要用途：1) 隔离电压在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。2) 倒闸操作投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。3) 分、合小电流 因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：a) 分、合避雷器、电压互感器和空载母线；b) 分、合励磁电流不超过 2A 的空载变压器；c) 关合电容电流不超过 5A 的空载线路。本变电站隔离开关的选择计算数据U110(kV)U110(kV)NsNI max206.7(A)I N1000(A)Qk222311(kA2 s)6.53(kA s )I t ti sh6.93(kA)i es80(kA)计算数据U35(kV)U12(kV)NsNI max346.42(A)I N1000(A)Q222500(kA2 s)k21.17(kA s )It ti sh14.36(kA)ies83(kA)第 5.4 节 电流互感器的选择互感器（包括电流互感器 TA 和电压互感器 TV）是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、 继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。互感器的作用是：将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压(100V) 和小电流 (5A 或 1A) ，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构小巧、价格便宜和便于屏内安装。使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。本变电站电流互感器选择：110k 线路侧及变压器侧选用LCWB6-110型瓷绝缘户外电流互感器，校验合格。35kV 线路侧选用 LZZB8-35 型支柱式、 LRD-35、LR-35 型装入式电流互感器， 校验合格，配置位置参见主接线图； 35kV 变压器侧选用 LRD-35、LR-35 型装入式电流互感器，校验合格，配置位置参见主接线图。10kV 线路侧及变压器侧选用LA-10 型穿墙式电流互感器，校验合格。第 5.5 节电压互感器的选择110kV 出线选用 TYD110 3 型成套电容式电压互感器，校验合格。110kV 母线选用 JDCF-110型单相瓷绝缘电压互感器，校验合格。35kV 母线选用 JDZXW-35型单相环氧浇注绝缘电压互感器，校验合格。10kV 母线选用 JSZX1-10F 型三相环氧浇注绝缘电压互感器，校验合格。第 5.6 节 高压熔断器的选择熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。35kV 母线电压互感器选用RXW-350.5型户外跌落式高压熔断器保护，校验合格。10kV 母线电压互感器选用RN2-100.5 型户内限流式高压熔断器保护，校验合格。第 6 章配电装置设计配电装置是变电站的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关设备、保护和测量电路、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置应满足以下基本要求：1) 配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策。2) 保证运行可靠。按照系统和自然条件，合理选用设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。3) 便于检修、巡视和操作。4) 在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。5) 安装和扩建方便。配电装置设计的基本步骤：1) 根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式；2) 拟定配电装置的配置图；3) 按照所选设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照配电装置设计技术规程的有关规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册，设计绘制配电装置的平、断面图。普通中型配电装置， 我国有丰富的经验， 施工、检修和运行都比较方便， 抗震能力好，造价比较低，缺点是占地面积较大；半高型配电装置占地面积为普通中型的47%，而总投资为普通中型的98.2%，同时，该型布置在运行检修方面除设备上方有带电母线外，其余布置情形与中型布置相似，能适应运行检修人员的习惯与需要。高型一般适用于 220kV 及以上电压等级。本变电站有三个电压等级，110kV 主接线不带旁路母线，配电装置采用屋外中型单列布置；35kV 主接线带旁路母线， 配电装置采用屋外半高型布置； 10kV 配电装置采用屋内成套高压开关柜布置。第 7 章防雷保护设计变电站的防雷保护具有以下特点：1) 变电站属于“集中型”设计，直接雷击防护以避雷针为主。2) 变电站设备与架空输电线相联接，输电线上的过电压波会运动至变电站，对电气设备过程威胁。因此变电站要对侵入波过电压进行防护，主要手段是避雷器。3) 变电站内都安装有贵重的电气设备，如变压器等，这些电气设备一旦受损，一方面会对人民的生活和生产带来巨大损失，造成严重后果；另一方面，这些设备的复困难，需要花费很长时间和大量金钱，给电力系统本身带来重大经济损失。所以修变电站要采取周密的过电压防护措施。4) 为了充分发挥防雷设备的保护作用，变电站应有良好的接地系统。变电站直击雷防护户外配电装置一般都采用避雷针做为直击雷保护，本变电站直击雷防护采用避雷针，变电站围墙四角各布置 1 支避雷针，共布置 4 支避雷针，每支避雷针高 30m。本站东西向长 99m，南北向宽 68m，占地面积 6732m2，110kV 配电装置构架高 12.5m， 35kV 终端杆高 13.5m 。屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。侵入波过电压防护已在输电线上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电站的母线上，并对与母线有联接的电气设备构成威胁。在母线上装设避雷器是限制雷电侵入波过电压的主要措施。进线段保护所谓进线段保护是指临近变电站1 2km 一段线路上的加强型防雷保护措施。当线路无避雷线时，这段线路必须架设避雷线； 当沿线路全长架设避雷线时， 则这段线路应有更高的耐雷水平，以减少进线段内绕击和反击的概率。三绕组变压器和变压器中性点的防雷保护三绕组变压器只要在低压任一相绕组直接出口处装一个避雷器即可。110kV 中性点有效接地系统，若变压器不是采用全绝缘，则应在中性点加装一台避雷器。第二部分110kV 变电站电气一次部分设计计算书设计指导教师第1章负荷计算第 1.1 节 主变压器负荷计算电力系统负荷的确定，对于选择变电站主变压器容量，电源布点以及电力网的接线方案设计等，都是非常重要的，电力负荷应在调查和计算的基础上进行，对于近期负荷，应力求准确、具体、切实可行；对于远景负荷，应在电力系统及工农业生产发展远景规划的基础之上，进行负荷预测，负荷发展的水平往往需要多次测算，认真分析影响负荷发展水平的各种因素，反复测算与综合平衡，力求切合实际。本变电站负荷分析计算如下( 线损平均取5%，功率因数取0.8 ，负荷同时率取0.9) ：线损 5% , 功率因数 0.8, 负荷同时率 0.91)10KV侧P1=2500+1500+1500+2000+2500+2500=12500(KW)=12.5(MW)Q1= P1 tan(cos -1 0.8)=9.4(MVAR)PK=K P=0.912.5=11.3(MW)QK=K Q=0.99.4=8.5(MVAR)S1= =14.1(MVA)有功损耗和无功损耗 Pk=0.02S1=0.02 14.1=0.3(MW) Qk=0.1S1=0.1 14.1=1.4(MVAR)变压器 10KV侧总高压P=Pk+ Pk=11.3+0.3=11.6(MW)Q=Qk+ Qk=8.5+1.4=9.9(MVAR)令变电站功率因素为cos =0.9, 则 tan =0.4843, 则系统供给的无功功率Q2Q2=P tan =11.6 0.4843=5.6(MVAR)变电站主变压器容量为Sj =12.9(MVA)2)35KV侧功率可以直接通过母线传输, 而不通过变压器传输。3)110KV侧10KV侧所需负荷功率可通过主变压器由110KV母线取得。110KV变电站总负荷为考虑增长 , 按 8 年计算 , 负荷在一定范围内的负荷增长率是按指数规律变化的, 即S=S emx式中 S为初期负荷 ,x 为年数 , 一般按 510 年规划考虑 ,m 为年负荷增长率所以 , 考虑负荷增长以及线损, 年负荷增长率取10%,按 8 年计算 , 本变电站负荷为S=S emx(1+5%)=12.9 e0.1 8 (1+5%)= 30.15(MVA)第1.2 节 站用变压器负荷计算目前采用的站用变压器负荷计算的主要方法有： (1) 换算系数法；(2) 分别将每台电动机的 kW换算成 kVA，再考虑不同时运行情况的计算方法。本变电站采用第二种计算方法。 按每台电动机的功率因数、效率、负荷系数分别由 kW换算成 kVA，再考虑不同时运行的情况， 计算出总负荷。 本变电站需要计入的经常性电力负荷为： 主变压器风扇，蓄电池的充电和浮充电机组、 蓄电池室通风、取暖、照明等；短时不经常及断续 不经常运行的设备如检修负荷等不计算再内。充电机系不经常连续运行的设备， 故其负荷应予以计算， 但此时可考虑浮充电机不运行，不必计算。计算公式如下：电力负荷：Sg 1=P1 K f(kVA) ?cos照明和加热负荷：S g2= P2 (kVA)所用电总负荷：S g= S g1 + S g 2 (kVA)本变电站所用变压器选择计算结果如表3.2 所示。表 3.2 110kV 变电站站用变压器选择计算结果序名称计算额定功率因数经常性负荷非经常性负荷安装运行运行容量安装运运行容号容容(cos ) 和(kW)(kVA)(kWkV数数数行量量效率 ( )A1. 动力1充电机34.840.781134.844.8