发布时间 : 星期六 文章110kV变电站电气一次系统方案设计书更新完毕开始阅读4a70476a91c69ec3d5bbfd0a79563c1ec4dad76c
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9 防雷保护设计 ........................................................................ 9.1 避雷针的作用 ......................................................... 9.2 避雷针的设计 ......................................................... 9.2.1 避雷针的保护范围 ................................................. 9.2.2 本所避雷针的计算及校验 ............................................ 10 接地网的设计 ....................................................................... 10.1 设计说明 ............................................................ 10.2 接地体的设计 ........................................................
10.3 典型接地体的接地电阻计算 ............................................ 10.4 接地网设计计算 ...................................................... 11 结论 ................................................................................ 参考文献 ..............................................................................
致谢 ................................................................... 错误！未定义书签。 1 前言
在高速发展的现代社会中，电力工业是国民经济的基础，在国民经济中的作用已为人 所共知：它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大地影响人民的物质和文 化生活水平的提高，影响整个社会的进步。 变电站是电力系统一个重要的环节，是电力网中线路的连接点，其作用是变换电压、 汇集、分配电能。变电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全问题。而电网的稳固 性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。 目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也正不 断的更新换代。我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变 电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。然而，所有的变化发展都是根据 变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。本毕业设计 的内容为 110kV 变电所电气一次系统设计，正是最为常见的常规变电所，并根据变电所设 计的基本原理，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程。 2 电气主接线设计
2.1 主接线的设计原则
变电站电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。 它表明了发电机、 变压器、 线路、 和断路器等的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。 它的设计，直接关系着全站电器设备的选择、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。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，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。
对于 6～220kV 电压配电装置的接线，一般分两类：一为母线类，包括单母线、单母 线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括单元接线、 桥形接线和多角形接线等。应视电压等级和出线回数，酌情选用。
旁路母线的设置原则：
（1）采用分段单母线或双母线的 110kV 配电装置，当断路器不允许停电检修时，一般 需设置旁路母线。因为 110kV 线路输送距离长、功率大，一旦停电影响范围大，且断路器 检修时间较长（平均每年 5～7 天） ，故设置旁路母线为宜。当有旁路母线时，应首先采用 以分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。
（2）35kV 配电装置中，一般不设旁路母线，因重要用户多系双回路供电，且断路器 检修时间短，平均每年 2～3 天。如线路断路器不允许停电检修时，可设置其它旁路设施。
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（3）10kV 配电装置，可不设旁路母线。对于出线回路数多或多数线路系向用户单独 供电，以及不允许停电的单母线、分段单母线的配电装置，可设置旁路母线。
对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器少或不用 断路器的接线。当出线为 2 回时，一般采用桥形接线。
2.2 主接线设计的基本要求
变电站的电气主接线应根据该变电站所在电力系统中的地位，变电站的规划容量、负 荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运 行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。
2.2.1 主接线可靠性的要求
可靠性的工作是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。主 接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅 要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的 影响。评价主接线可靠性的标志是：
（1）断路器检修时是否影响停电； （2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及 2 毕业设计（论文） 能否对重要用户的供电； （3）变电站全部停电的可能性。 2.2.2 主接线灵活性的要求
主接线的灵活性有以下几个方面的要求：
（1）调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足 系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。
（2）检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且 不致影响对用户的供电。
（3）扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次 设备改造量最少。
2.2.3 主接线经济性的要求
在满足技术要求的前提下，做到经济合理。
（1）投资省：主接线简单，以节约断路器、隔离开关等设备的投资；占地面积小： 电气主接线设计要为配电装置布置创造条件，以节约用地、架构、导线、绝缘子及安装费 用。 （2）电能损耗少：经济选择主变压器型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能 损失。 2.3 电气主接线的选择和比较 2.3.1 主接线方案的拟订
高压侧是 2 回出线，可选择桥型接线。
中压侧有 6 回出线，低压侧有 12 回出线，均可以采用单母线、单母分段、单母分段 带旁路和双母线接线。在比较各种接线的优缺点和适用范围后，提出如下五种方案：
方案 A （图 2-1） 高压侧：内桥接线；中压侧：双母线接线；低压侧：单母分段 图 2-1 方案 A 主接线图 3 毕业设计（论文） 方案 B（图 2-2） 高压侧：内桥型接线；中压侧、低压侧：单母分段 图 2-2 方案 B 主接线图 方案 C（图 2-3） 高压侧、中压侧：单母分段带旁路；低压侧：单母分段 图 2-3 方案 C 主接线图 方案 D（图 2-4） 高压侧：外桥；中压侧：双母线；低压侧：单母线分段 图 2-4 方案 D 主接线图 4 毕业设计（论文） 方案 E（图 2-5） 高压侧：外桥接线；中压侧：单母分段带旁路；低压侧：双母线 图 2-5 方案 E 主接线图 2.3.2 主接线各方案的讨论比较现将方案中所用到的五种接线形式比较如下： 内桥接线：在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单；而在 变压器故障或切除、投入时，要使相应线路短时停电，并且操作复杂。因而该接线一般适 用
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于线路较长（相对来说线路的故障机率较大）和变压器不需要经常切换（如火电厂）的 情况。内桥接线的适用范围为两回进线，两台主变，正常运行方式下，桥开关处于闭合状 态，此接线方式优点是具有一定供电可靠性，使用高压断路器少，一次投资少；缺点是没 有扩建可能性，高压进线只有两回，没有出线可能，内桥接线不适合有穿越功率通过。 双母线接线：优点是供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一 组母线而不致使供电中断。一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一回路母线的隔离开 关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其他线路均 可通过另一组母线继续运行；调度灵活，各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组 母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化地需要，通过倒换操作可 以组成各种运行方式；扩建方便。缺点是增加一组母线和多个隔离开关，一定程度上增加 一次投资。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，需装设连锁 装置。双母线接线适合于出线回路为 5 回及以上且在系统内居重要地位时。 单母分段接线：接线比较简单，操作方便，有扩建第三台变压器的可能，且可从不同 线分段引出两个回路， 使重要用户有两个电源供电。 单母线分段接法可以提供单母线运行， 各段并列运行，各段分列运行等运行方式，便于分段检修母线，减小母线故障影响范围。 任一母线发生故障时，继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正确母线继续运行。缺点 是在检修母线或断路器时会造成停电，特别在夏季雷雨较多时，断路器经常跳闸，因此要 相应地增加断路器的检修次数，这使得这个问题更加突出。 5 毕业设计（论文） 单母分段带旁路：该接线方法具有单母分段接线优点的同时，可以在不中断该回路供 电的情况下检修断路器或母线，从而得到较高的可靠性。这样就很好的解决了在雷雨季节 断路器频繁跳闸而检修次数增多引起系统可靠性降低的问题。但同时增加了一组母线和两 个隔离开关，从而增加了一次设备的投资。而且由于采用分段断路器兼做旁路断路器，虽 然节约了投资， 但在检修断路器或母线时， 倒闸操作比较复杂,容易引起误操作， 造成事故。 外桥法接线：与内桥法一样,该接线形式所用断路器少，四个回路只需三个断路器，具 有可观的经济效益。当任一线路发生故障时，需同时动作与之相连的两台断路器，从而影 响一台未发生故障的变压器的运行。但当任一台变压器故障或是检修时，能快速的切除故 障变压器，不会造成对无故障变压器的影响。因此，外桥接线只能用于线路短、检修和故 障少的线路中。此外，当电网有穿越性功率经过变电站时，也采用外桥接线。 2.3.3 主接线方案的初选择（1）110kV 侧主接线的确定： 通过对上述五种主案的分析，根据本次设计变电站属于小型无人值班变电站，110kV 连接两个系统，两台相同的变压器，在保证技术性和经济性的基础上，应采用内桥接线的 接线形式。 （2）35kV 侧主接线的确定： 当接线回路数较多，输出功率较大，母线故障后要求迅速供电，母线或母线设备检修 时，不允许影响用户供电系统运行，调度对接线的灵活性有一定要求且投资较少时，采用 单母线分段和双母线的接线形式。本所 35kV 出线共 6 条，都适合这两种接线，所以 35kV 采用单母线分段和双母线的接线方式。 （3）10kV 侧主接线的确定： 根据《电力工程电气设计手册》 ，6—10kV 的配电装置出线回路数为 6 回及以上时，可 采用单母线分段接线，本次设计的变电站，10kV 侧有 12 回，符合条件，所以采用此种接 线。 （4）两个初选方案的确定： 根据以上 110kV、35kV、10kV 侧主接线的确定，兼顾可靠性、灵活性，最终确定方案 A 和方案 B 为初选方案，待选择完主要电气设备后再进行更详尽的技术经济比较来确定最 终方案。 6 毕业设计（论文） 3 主变压器的选择与论证在各级电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进 行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的 保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安 全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经 济效益。 3.1 SJD2—88 规程中有关变电站主变压器选择的规定（1）主变容
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量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规程》SDJ161—85 有关规 定和审批的电力规划设计决定进行。 凡有两台及以上主变的变电站， 其中一台事故停运后， 其余主变的容量应保证供应该站全部负荷的 70—80%， 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。 （2）根据电力负荷的发展和潮流的变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电 保护、对通信线路的影响、调压和设备制造等条件允许时，应采用自耦变压器。 （3）主变调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ161 的有关规定。 3.2 主变压器选择的一般原则与步骤 3.2.1 主变压器台数的确定原则为保证供电的可靠性，变电站一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变。当只有 一个电源或变电站的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变 电站，根据工程的情况，应装设 2～4 台主变。 当变电站装设两台变压器的时候当一台停运时，一台检修时，另一台应该能够 70%以 上的负担。 3.2.2 主变压器形式的选择原则（1）110kV 主变一般采用三相变压器。 （2）当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。对新建的变电站，从网络经济 运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。 （3）具有三个电压等级的变电站，一般采用三绕组变压器。 3.2.3 主变压器容量的确定原则（1）为了准确选择主变的容量，要绘制变电站的年及日负荷曲线，并从该曲线得出 变电站的年、日最高负荷和平均符合。 （2）主变容量的确定应根据电力系统 5～10 年发展规划进行。 7 毕业设计（论文） （3）变压器最大负荷按下式确定： PM ≥ K 0 ∑ P 式中 K0 ——负荷同时系数； （3-1） ∑ P ——按负荷等级统计的综合用电负荷。对于两台变压器的变电站，其变压器的容量可以按下式计算： S e = 0.6 PM （3-2） 如此，当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力为 40%，则可保证 84%的负荷供 电。 3.3 主变压器的计算与选择 3.3.1 容量计算在《电力工程电气设计手册》可知：装有两台及以上主变压器的变电所中，当断开一 台主变时，其余主变压器的容量应能保证用户的一级和二级负荷，其主变压器容量应满足 。 “不应小于 70%-80%的全部负荷” 已知 35kV 侧最大负荷 25MW, 10kV 侧最大负荷为 15MW，cos? = 0.85 ,由计算可知单 台主变的最大容量为（设负荷同时率为 0.85） ； Sn = 0.6Smax = 0.6Pmax 0.6 × (25 + 15) = = 28.23(MVA) cos? 0.85 (3-3) 结论：选择两台 31.5MVA 的变压器并列运行。 3.3.2 变压器型号的选择因为本次设计中有三个电压等级，且当变压器最小负荷侧通过的容量大于主变容量的 15%时，宜选用三绕组变压器。 因为： S 35 15 ÷ 0.85 = = 37.5 > 15% ， S110 25 ÷ 0.85 + 15 ÷ 0.85 (3-4) 所以本设计用三绕组变压器，绕组排列顺序为（由内向外） ：10 kV、35 kV、110 kV。 综上所述： 主变压器选用三相三线圈有载调压、户外油浸式降压变压器。 型 容 号： SSZ 9 ? 31500 /110 量：31500kVA 电压比： 110 ± 4 × 2.0% / 38.5 /10.5 接线方式、组别： YN .Y0 .D11 阻抗电压百分比：高-中 10.47% 高-低 18.23% 中-低 6.41% 空载损耗：38.4KW 8 毕业设计（论文） 短路损耗：高-中 229KW 高-低 212KW 中-低 181.6KW 容量比 ：100 / 100 / 100 空载电流： 0.8% 调压方式： 有载调压 冷却方式：强迫油循环水冷 9 毕业设计（论文） 4 短路电流的计算 4.1 网络的等值变换与简化选 d1,d2,d3 为短路点进行计算。 已知，选取 100MVA 为基准容量，查表得，基准电压为 115kV，基准电流为 0.502kA， 基准电抗为 132Ω，系统为无穷大系统，发生短路时，短路电流的周期分量在整个短路过 程中不衰减。由原始资料可知： 系统到 110kV 母线短路电抗 X ? = U? 1 = = 0.033 I ? 30 (4-1) 又由所选的变压器参数阻抗电压：18.23% (高-中)，10.47% (高-低)，6.41%（中-低） 算得 X1 = 1 2[U (1? 2) % + U (1? 3) % ? U (2 ?3) %] 1 2[U (1? 2) % + U (2 ?3) % ? U (1?3) %] 1 2[U (1?3) % + U (2 ?3) % ? U (1? 2) %] = 11.145 (4-2) X2 = = ?0.675 (4-3) X3 = = 7.085 (4-4) 主变容量为 31.5MVA，标幺值： X 1? = X 1 Sb × = 0.354 100 S n X 2 Sb × = ?0.021 100 S n X 3 Sb × = 0.225 100 S n (4-5) X 2? = (4-6) X 3? = (4-7) 方案 A 与方案 B 的短路计算的系统化简阻抗图及各阻抗值、短路点均一样。 系统阻抗图（图 4-1） 10 毕业设计（论文） 图 4-1 系统阻抗图 因为两主变压器型号一样，因此两变压器的中间点等