110KV降压变电站电气部分设计

摘要此次设计的题目是“110KV降压变电站电气部分设计”。

主要任务是根据变电所运行安全性、可靠性、经济性的要求，确定主接线方案；根据35kV侧和10kV侧的负荷算出变压器容量选择主变压器；画出短路图，计算出最大运行方式下的三相短路电流和最小运行方式下的两相短路电流；计算各回路的最大持续工作电流，选择断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、熔断器、母线等设备，并通过短路计算结果校验所选的设备；最后对主变压器进行了继电保护并计算出了整定值，使变压器安全、稳定的运行。

关键词主接线；短路电流计算；设备选择与校验；继电保护目录前言 (3)设计任务书 (4)第一章110KV变电站电气主接线设计 (5)第一节主接线设计原则 (5)第二节本变电站主接线方案的确定 (5)第二章主变压器选择 (7)第一节主变压器台数的选择 (7)第二节主变压器容量的确定 (7)第三章短路电流的计算 (9)第一节短路电流计算的目的及基本假定 (9)第二节基准值计算 (9)第三节最大运行方式下的短路电流计算 (9)第四节最小运行方式下的短路电流计算 (12)第四章电气设备的选择 (15)第一节断路器的选择 (15)第二节隔离开关的选择 (19)第三节互感器的选择 (21)第四节母线的选择 (25)第五节避雷器的选择 (29)第六节熔断器的选择 (30)第五章变电站主变压器的继电器保护设计 (33)第一节变压器瓦斯保护整定 (33)第二节纵联差动保护整定 (34)第三节变压器过负荷保护整定 (37)第四节变压器零序过电流过电压保护整定 (38)参考文献 (39)致谢 (40)前言“工业要发展，电力需先行”，电能作为一种能量的表现形式，以成为我国工农业生产中不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。

本次设计的变电站为一中型地区终端变电所，它的任务是将系统所送的110KV电压降为35KV和10KV两个电压等级供给附近用户和企业用电。

我组于2009年3月10日接到设计任务，主要设计内容为：1．确定电气主接线方案；2．选择主变压器容量及型号；3．短路电流计算；4．主要一、二次设备的选择；5．变压器继电保护整定计算。

设计任务于2009年6月18日完成。

我组为了学会综合应用理论知识的目的和符合毕业生设计要求而开展设计工作。

首先阅读了发电厂电气设备、电力系统分析、电力系统继电保护、电机学、高电压技术等课程内容，查阅了电力工程设计手册的设计原则，在此基础上确定了电气主接线，然后进行了最大运行方式下的短路电流计算和电气设备的选取，变压器继电保护整定，最后根据设计要求最后整理了计算说明和绘出电气主接线图纸。

由于时间紧，设计任务较难的情况下，设计中难免有疏漏和错误，敬请指正，我们将以谦虚、严谨的态度加以改正。

通过本次设计，我们的动手和思考能力都得到了锻炼，相信在以后的工作和学习中都会受益非浅。

05级电自2班徐冬设计任务书一、设计题目：110KV变电站部分初步设计二．任务简介变电站为终端降压变电所，电压等级110/35/10KV三级电压。

2回110KV架空进线，线路长度两条为20KM。

110KV侧平均功率因数cosΦ=0.85，T=4800h。

110KV采用中性点直接接地的运行方式。

35KV、110KV采用中性点不接地的运行方式。

8回35KV出线，主要供电给煤矿（一类负荷），最大负荷为41.5MVA，其中重要负荷占60%，最大一回负荷为6MVA，cosΦ=0.85，Tmax=5000h。

35KV用户除本所外无别的电源。

10回10KV出线，主要给部分工厂和民用（主要为二、三类负荷），最大负荷为18MVA，最大一回负荷为2MVA，cosΦ=0.8，Tmax=4200h。

变电所地处平原地区，海拔高度100M，年平均气温17C O,最热平均气温35C O，绝对最高气温为40C O，最热月土壤温度18C O。

三、设计内容：1. 完成电站电气主接线方案设计，并确定主变压器的台数、容量及型号；2. 根据设计资料计算短路电流；3. 主要开关设备的选择；4. 提交用A4纸打印的设计说明书；5. 提交采用CAD绘制A3电气主接线图。

第一章110kV变电站电气主接线设计第一节主接线设计原则电气主接线是变电站电气部分的主体，它表明了发电机，变压器，断路器和线路等电气设备的数量，规格，连接方式及可能运行方式。

各设备的作用和回路之间的相互联系。

在电力系统中I类负荷在任何时间都不能停电，II类负荷仅在必要时可短时停电，经过对原始资料的分析该变电站35kv侧主要接I类负荷且占60%，10kv侧主要为I,II类负荷。

在设计电气主接线兼顾上述原则的同时，也要使其满足供电可靠性，运行的灵活性和经济性等基本要求。

第二节本变电站主接线方案的确定为保证供电可靠性，该变电站设计装设两台三绕组变压器。

根据主接线的各项要求，结合设计的具体情况。

设计出以下两种方案进行比较，选出最合理的作为本次设计的主接线图。

两种方案如图1—1、1—2所示：一、110KV侧主接线设计110KV侧的主接线方式有：不分段单母线，分段单母线，双母线，分段单母线带旁路。

两个方案中110KV侧一种采用内桥接线。

因外侨接线适用于线路较短，变压器需要经常切换，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，桥形接线的两条线路接入环行电网等情况，而该设计系统以火电为主，变压器不需经常切换，再者从经济考虑桥形接线的造价都很低，并且容易发展或单母分段接线，所以110kv侧采用内桥接线为宜。

二、35KV侧主接线的设计35KV侧的主接线接线方式有：单母线接线及单母分段接线，双母接线及双母线分段接线，带旁路母线的单母线和双母线接线等。

考虑到35KV侧有8回出线，且主要供电给一类负荷（占60%），所以该侧可靠性要求交高。

方案一采用双母分段接线，方案二采用带旁母单母线且分段断路器兼作旁路断路器的接线。

比较可知，方案二在可靠性不低于方案一的情况下可以节省二台断路器减小了投资，且接线复杂程度也差不多，所以在此我选择方案二的35KV侧设计。

三、10KV侧主接线的设计10KV侧主接线的接线方式有：单母及分段单母线，双母线。

考虑到10KV 侧有10回出四、主接线的确定综合以上分析，我选择方案二。

第二章 主变压器选择第一节 主变压器台数的选择一、该变电站110KV 有两回进线。

二、对大城市郊区的一次变电所，在中，低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台变压器为宜。

三、对于规划只装设两台主变压器的变电站，其变压基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换变压器的容量按上述分析我设计的主电站应装设两台同型号的三绕组变压器。

第二节 主变压器容量的确定一、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。

二、对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器在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，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%-80%。

三、其容量可按以下公式确定：对于使用两台变压器的变电所，其额定容量可按下式确定变压器的额定容量：()1)7.0~6.0(-≈n S S MAXn式中 MAX S ：变电所最大负荷,n 为变压器台数。

()MVA S MAX 5.59185.41=+= ()MVA S N 675.385.5965.0=⨯=选择变压器的容量为40000KVA,四、查《电力工程电气设计手册（1）》P184,表4—9，型号SFPSL 1—40000的变压器符合要求。

主变压器主要参数见下表2—1。

表2—1 主变压器主要参数五、主变压器的参数计算 （一）各绕组的短路电压计算根据《电力系统分析》上册P31页（2—67）Vs 1％=1/2(Vs(1—2)％+ Vs(3—1)％－Vs(2—3)％)=1/2（17.5+10.5－6.5）=10.5 Vs 2％ =1/2(Vs(1—2)％+Vs(2—3)％－Vs(1—3)％)=1/2（17.5+6.5－10.5）=6.75 Vs 3％=1/2(Vs(2—3)％+Vs(3—1)％－Vs(1—2)％)=1/2（6.5+10.5－17.5）=－0.25(二)各绕组等值电抗的计算()Ω=⨯⨯=⨯⨯=529.32104000011010075.101010000323211N N S S V V X()Ω=⨯⨯=⨯⨯=419.20104000011010075.61010000323221N N S S V V X ()Ω-=⨯⨯-=⨯⨯=756.0104000011010025.01010000323231N N S S V V X （三）选取基准值S B =100MVA ，V B =V N ，X B =V B 2/S B ×103=121(Ω)，各绕组的等值电抗标幺值如下：269.01*1==B X X X 169.02*2==B X X X 006.03*3-==BX X X第三章短路电流的计算第一节短路电流计算的目的及基本假定一、目的为各种电气设备的选择及继电保护整定提供有利的依据。

二、基本假定（一）正常工作时，三相系统对称运行。

（二）所有电源的电动势相位角相同。

（三）系统中电机均为理想电机。

（四）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行。

（五）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

第二节基准值计算高压短路电流计算一般只计及各元件的电抗，采用标幺值计算，为了计算方便，取基准容量SB =100MVA ，基准电压UB=Var , 基准电流arBB VSI3，基准电抗X B= V B2/S B 第三节最大运行方式下的短路电流计算通过保护装置(断路器)的短路电流为最大时的系统运行方式为最大运行方式,此时的短路电流可作为高压开关设备的选择依据.等值网络制定如下:火电系统电抗表幺值：X 1=0.092//0.075=0.041110线路电抗表幺值:X 2=1/2×0.4×20×100/1152=0.030变压器电抗表幺值:X 3= X 1﹡/2=0/135 X 4= X 2﹡/2=0.085 X 5= X 3﹡/2=-0.003综合负荷电抗表幺值:X 6=0.35×100/41.5=0.843 X 7=0.35×100/18=1.944一、当短路发生在f1点时基准电流：()()()KA V S I BBBf 502.0115310031=⨯==短路电流标幺值：034.17439.08.0071.008.11*=+=f I短路电流有名值：()KA I I I Bf f f 551.8034.17502.011*1=⨯=⋅=冲击电流：()KA I k I k i LD LD im im im 767.21551.828.122''''=⨯=+=⋅ (im k 和LD im k ⋅都取1.8)按照短路容量近似计算公式计算短路容量：()MVA I S X S S f B ffB1703034.171001*=⨯=⋅==二、当短路发生在f2点时基准电流：()()()KA V S I BBBf 560.137310032=⨯==短路电流标幺值：824.4843.08.0271.005.12*=+=f I短路电流有名值：()KA I I I Bf f f 525.7560.1824.422*2=⨯=⋅=冲击电流：()KA I k I k i LD LD im im im 155.19525.728.122''''=⨯=+=⋅ (im k 和LD im k ⋅都取1.8)按照短路容量近似计算公式计算短路容量：()MVA I S X S S f B ffB482824.41002*=⨯=⋅==三、当短路发生在f3点时基准电流：()()()KA V S I BBBf 499.55.10310033=⨯==短路电流标幺值：616.6944.18.0166.003.13*=+=f I短路电流有名值：()KA I I I Bf f f 383.36616.6499.533*3=⨯=⋅=冲击电流：()KA I k I k i LD LD im im im 617.92383.3628.122''''=⨯=+=⋅ (im k 和LD im k ⋅都取1.8) 按照短路容量近似计算公式计算短路容量：()MVA I S X S S f B ffB662616.61003*=⨯=⋅==最大运行方式下三相短路电流计算结果第四节 最小运行方式下的短路电流计算当通过保护装置的短路电流为最小时的系统运行方式为最小运行方式，此时的短路电流为最小，可作为检验继电保护设备灵敏度及保护整定的主要依据。