110千伏终端变电站一次系统设计毕业设计(论文).doc

毕业设计(论文)论文题目： 110千伏终端变电站一次系统设计学生姓名： 学号 年级、专业、层次： 目 录第一章设计题目1一毕业设计课题1二毕业设计的内容要求1第二章变压器容量确定2一主变容量的确定2二所用变压器容量的确定3第三章电气主接线确定4一方案技术经济比较原则4第四章短路电流及主要设备选择5一短路电流计算5二主设备选择8三主设备校验10第五章绝缘配合及过电压保护16一绝缘配合16二过电压保护17三接地17四泄漏比距18第六章电气设备布置及配电装置19一电气设备布置19二配电装置的型式19第七章电容器补偿装置19第八章保护配置及交直流部分19一110千伏线路保护配置19二变压器保护配置20三35千伏线路保护配置20四10千伏线路保护配置20五10千伏电容器组保护配置21六逻辑闭锁21七交流系统21八直流系统21第九章监控系统功能配置22一系统结构22二硬件设备配置22三软件系统23四系统功能23第十章其他26第十一章设计参考文献27附图：1 电气一次主接线图2 电气总平面布置图3 配电装置间隔断面图4 避雷针保护范围及接地装置图24第一章 设计题目一 毕业设计课题 110kv变电站一次、二次系统设计二 毕业设计的内容要求1 设计内容和要求（1） 电气主接线的设计（2） 短路电流的计算和设备选择（3） 配电装置的设计（4） 防雷保护和接地设计2 设计图纸设计图纸4张：电气主接线图；总平面布置图；配电装置断面图；防雷与接地布置图3 原始资料（1） 电压等级：110/35/10kv（2） 出线回路数：110kv侧 2回（架空线）LGJ-300/35km 35kv侧 6回（架空线） 10kv侧 16回（其中电缆4回）（3） 负荷情况35kv侧：最大40MW，最小25MW，Tmax=6000h，cos=0.8510kv侧：最大25MW，最小18MW，Tmax=6000h，cos=0.85（4） 系统情况（1） 系统经双回路给变电站供电（2） 系统110kv母线短路容量为3000MVA（3） 系统110kv母线电压满足常调压要求（5） 环境条件年最高温度：40 0C年最低气温：-5 0C海拔高度： 200米土质：粘土、土壤电阻率<250·m（6） 补充材料a 最大冻土深度： 100mmb 地震基本烈度： VI度c 污秽等极： II级d 最大雷暴日：20天/年e 该变电站站址的南北方向出线均便利，无出线限制，东、西侧为工业区。f 近期（5年）增长负荷按照15000kVA计算g 35kv侧一级负荷2回，二级负荷2回。10kv侧一级负荷2回，二级负荷4回。第二章 变压器容量确定一 主变容量的确定1最大负荷情况，按照35kv和10kv侧最大负荷计算：35kv侧：最大40MW，最小25MW， cos=0.8510kv侧：最大25MW，最小18MW， cos=0.85Pmax=（40000+25000）/0.85=76471kVAPmin=（25000+18000）/0.85=50588kVA近期总负荷：76471+15000=91471kVA2根据负荷情况变压器容量方案见下表2-1 表2-1 方案 比较内容方案一40000+50000kVA1能满足总负荷需要；2(40000kVA/76471kVA)X100%=52%<60%，即当另一台变压器检修时，40000kVA不能满足60%负荷的需要。3(50000kVA/76471kVA)X100%=65%>60%，即当另一台变压器检修时，50000kVA能满足60%负荷的需要。440000kVA+50000kVA=90000kVA<91471kVA，即不能满足负荷增长的需要。方案二2*50000kVA1能满足总负荷需要；2(50000kVA/76471kVA)X100%=65%>60%，即当另一台变压器检修时，一台变压器能满足60%负荷的需要。32*50000kVA=100000kVA>91471kVA，即能满足负荷增长的需要。方案三50000 kVA+63000 kVA 1能满足总负荷需要；2(50000kVA/76471kVA)X100%=65%>60%，即当另一台变压器检修时，一台变压器能满足60%负荷的需要。3(63000kVA/76471kVA)X100%=82%>60%，即当另一台变压器检修时，一台变压器能满足60%负荷的需要。463000kVA+50000kVA=113000kVA>91471kVA，即能满足负荷增长的需要。5（76471/2÷ 63000）X100%=61%，即当两台变压器并列运行时，63000kVA变压器的损耗较大。根据上表的比较，为便于经济运行，主变容量确定为2*50000kVA三相三圈调压电力变压器。二 所用变压器容量的确定负荷情况见表2-2 表2-2序号名称额定总容量（kw）运行方式1主控制室照明2.0经常、连续2配电室照明2.0经常3值班室照明及其他10经常、连续4屋外设备区照明5经常5载波机电源5经常、连续6直流屏电源10经常、连续7计算机电源2.0经常、连续8生活用电30经常、连续9采暖15经常、连续10变压器风机负荷10经常、连续11维修负荷20不经常合计111同时折算系数取0.75SKP=0.75X111=83.25kW经表三计算，所用变压器容量确定为100kVA。为了保证所用电供电的可靠性，选用两台所用变压器，接于10kv母线。第三章 电气主接线确定一 方案技术经济比较原则（1） 根据变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件进行方案比较。（2） 接线方案应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约和便于扩建等要求。（3） 根据工程特点、规模和发展规划,做到远、近期结合,以近期为主,并适当考虑扩建的可能二 电气主接线方案（1） 电气主接线方案一(见图一)110kv系统采用内桥型接线； 35kv系统采用单母线分段接线，35kv母线电压互感器两组，出线6回（不包括主变回路），一级负荷分别由两段母线各出一回，形成双回路供电； 10kv系统采用单母线分段接线出线16回（不包括主变回路），一级负荷分别由两段母线各出一回，形成双回路供电，10kv母线电压互感器两组，10kv电容器补偿装置两组，容量7200kVAR。主变容量为2*50000kVA三相三圈调压电力变压器。（2） 电气主接线方案二(见图二)110kv系统采用单母线分段接线； 35kv系统采用双母线接线，35kv母线电压互感器两组，出线6回（不包括主变回路）； 10kv系统采用双母线接线，出线16回（不包括主变回路），10kv母线电压互感器两组，10kv电容器补偿装置两组，容量7200kVAR，本期一次上齐。主变容量为2*50000kVA三相三圈调压电力变压器。三 电气主接线方案技术经济比较 方案类别 比较内容方案一方案二110kv系统接线方式采用内桥型接线。优点为断路器数量少，节约投资；缺点为变压器的切除和投入较复杂，一回出线需暂时停运采用单母线分段接线。优点为当一段母线故障和检修时，另一段母线保证部分负荷，便于扩建；缺点为当一段母线故障和检修时，该段母线的所有回路需全部停运，投资较大。35kv系统接线方式采用单母线分段接线。优点为当一段母线故障和检修时，另一段母线保证部分负荷，便于扩建；缺点为当一段母线故障和检修时，该段母线的所有回路需全部停运。 采用双母线接线。优点为供电可靠、调度灵活、便于扩建，能满足出线回路增加后对电气主接线的要求；缺点为每一回路需增加一组隔离开关，投资较大。且操作量大。10kv系统接线方式采用单母线分段接线。优点为当一段母线故障和检修时，另一段母线保证部分负荷，便于扩建；缺点为当一段母线故障和检修时，该段母线的所有回路需全部停运。一级负荷可由另一段母线供电。 采用双母线接线。优点为供电可靠、调度灵活、便于扩建；缺点为每一回路需增加一组隔离开关投资较大，且操作量大。中心点接地方式110kv采用中心点直接接地系统，35kv和10kv采用中心点不接地系统110kv采用中心点直接接地系统，35kv和10kv采用中心点不接地系统根据上表的比较，为了供电可靠和节约投资，在选用高可靠性的设备后可简化电气主接线的原则，推荐电气主接线方案一。第四章 短路电流及主要设备选择一 短路电流计算（1）系统基准容量为Sj=100MVA，基准电压为Uj=115（37、10.5）KV。系统110kv母线短路容量为3000MVA，归算至该110kv变电站110kv、35kv、10kv母线阻抗图（2）设备阻抗标么值计算见下表名称计算公式标么值系统X*=Sj /Sd0.033110kv一、二回双回线X*= X ×Sj /U2j0.106#1、#2主变压器 高-中X*d= Ud%/100 ×Sj /SeSe为最大容量绕组的额定容量，MVA0.42#1、#2主变压器 高-低X*d= Ud%/100 ×Sj /SeSe为最大容量绕组的额定容量，MVA0.72（3） 计算结果系统等值简化接线图 Xs11* Xs12* Xs1n* XL11* XL12* . XL1n* d1 d2 ¤ ¤ Xd11* Xd21* Xd13* Xd12* Xd23* Xd22* ¤ d3 Xk1* Xk2* d4 ¤ 短路点: d1等值电抗X*1=0.03333 短路容量sd1=3000.000(MVA)三相短路(kA): 有效值Iz3=14.996 全电流Ich3=22.644 冲击电流Ich3=38.174两相短路(kA): 有效值Iz2=12.987 全电流Ich2=19.609 冲击电流Ich2=33.059短路点1等值简化示意图 XL1* 0.033 ¤d1 短路点: d2等值电抗X*1=0.13833 短路容量sd1=722.892(MVA)三相短路(kA): 有效值Iz3=11.357 全电流Ich3=17.148 冲击电流Ich3=28.910两相短路(kA): 有效值Iz2=9.835 全电流Ich2=14.850 冲击电流Ich2=25.036短路点2等值简化示意图 XL1* 0.033 Xd11* Xd21* 0.225 0.225 Xd12* Xd22* -0.015 -0.015 ¤ d2 短路点: d3等值电抗X*1=0.21833 短路容量sd1=458.015(MVA)三相短路(kA): 有效值Iz3=25.184 全电流Ich3=38.027 冲击电流Ich3=64.109两相短路(kA): 有效值Iz2=21.810 全电流Ich2=32.932 冲击电流Ich2=55.518短路点3等值简化示意图 XL1* 0.033 Xd11* Xd21* 0.225 0.225 Xd13* Xd23* 0.145 0.145 ¤d3 短路点: d4等值电抗X*1=0.21833 短路容量sd1=458.015(MVA)三相短路(kA): 有效值Iz3=25.184 全电流Ich3=38.027 冲击电流Ich3=64.109两相短路(kA): 有效值Iz2=21.810 全电流Ich2=32.932 冲击电流Ich2=55.518短路点4等值简化示意图 XL1* 0.033 Xd11* Xd21* 0.225 0.225 Xd13* Xd23* 0.145 0.145 ¤d4 （4） 110千伏母线、35千伏母线和10千伏母线短路电流见下表（单位：kA）二 主设备选择1主设备选择技术原则（1） 选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压，即Umax Ug 。（2） 选用的电器额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流，即Ie Ig 。（3） 选用的电器应满足在短路情况下的动、热稳定条件。（4） 在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。（5） 选用的电器应满足现场的环境温度条件。（6） 选用的电器应满足现场海拔高度的条件。（7） 选用的电器应满足现场污秽等级的气象条件。（8） 选用的电器应满足现场海拔高度的条件。（9） 选用的电器应满足现场地震基本烈度的技术条件。2主设备选择（1） 电力变压器SFSZ9-50000/110,110±8*1.25%/38.5±2*2.5%/10.5kV,Uk1-2=10.5%，Uk1-3=18%，Uk2-3=6.5%，YN.yno.d11（2） 所用变压器 SC8-100/10, 10/0.4kV,Uk=4.0%,Y.yno（3） 110kv断路器选用 LW25-126W/3150A-31.5KA；附弹簧机构（4） 35kv断路器选用 LW8-40.5/1250A-25KA；附弹簧机构（5） 10kv断路器选用 ZN65-10,2000A-40KA； ZN65-10,3150A-40KA；（6） 110kv隔离开关选用 GW4-110D/1250A-31.5 KA； GW4-110IID/1250A-31.5KA；（7） 35kv隔离开关选用 GW4-35/1250A-31.5 KAGW4-35/630A-20 KA；GW4-35D/630A-20KA；（8） 10kv接地隔离开关选用 JN19-10（9） 110kv电流互感器选用 LB7-110（10） 35kv电流互感器选用 LR-35,LRD-35套管式电流互感器（11） 10kv电流互感器选用 LZZBJ15-10（12） 110kv电压互感器选用 JDCF-100，户外式，0.2/0.5/10P级（13） 35kv电压互感器选用 JDJJ-35, 户外式，0.2级（14） 10kv电压互感器选用 REL-10，0.2级（15） 110kv避雷器选用 Y5W5-100/260（16） 主变中心点避雷器选用 Y1W-73/200（17） 35kv避雷器选用 Y5WZ1-51/134（18） 10kv母线避雷器选用 Y5WZ1-17/45（19） 10kv电容器用避雷器选用 Y5WR1-17/45三 主设备校验1110千伏断路器：LW25-126工作电压: UgUe=126kV 通过.工作电流: Ie=1250Ig=524A 通过.分断电流: Ib=20Iz3=14.996 通过.动稳定: imax=80ich3=38.174 通过.热稳定: Iz3=Izt/2=I" Qz=(Iz3×Iz3+10(Izt/2)×(Izt/2)+I"×I")t/12=Iz32Xt=22.49 Qf=I"0s2×T=11.24 Qt=Qz+Qf=33.73 Qy=It2XTt=1600.00 QyQt 热稳定校验通过 235千伏断路器： LW8-35 工作电压: UgUe=40.5kV 通过.工作电流: Ie=1250Ig=824A 通过.分断电流: Ib=25Iz3=11.357 通过.动稳定: imax=63ich3=28.910 通过.热稳定: 取Iz3=Izt/2=I" Qz=(Iz3×Iz3+10(Izt/2)×(Izt/2)+I"×I")t/12=Iz32Xt=12.90 Qf=I"0s2×T=6.45 Qt=Qz+Qf=19.35 Qy=It2×Tt=2500.00 QyQt 热稳定校验通过3 . 10千伏断路器：ZN65-10 工作电压: Ug=Ue=10kV 通过.工作电流: Ie=3150Ig=2886A 通过.分断电流: Ib=40Iz3=25.184 通过.动稳定: imax=80ich3=64.109 通过.热稳定: 取Iz3=Izt/2=I" Qz=(Iz32+10(Izt/2)×(Izt/2)+I"×I")t/12=Iz32Xt=63.42 Qf=I"0s2×T=31.71 Qt=Qz+Qf=95.14 Qy=It2×Tt=6400.00 QyQt 热稳定校验通过4110千伏电流互感器： LB7-110 工作电压: Ug=Ue=110kV 通过.工作电流: Ie1=5001.33×Ig=345.80A 通过.内部动稳定:Kd=115.0ich3/(2×Ie1)×1000=53.99 通过.外部动稳定:Kd=115.0ich3/(2×Ie1)×1000/(a×50/40×Lm)=0.18通过.热稳定:取Iz3=Izt/2=I" Qz=(Iz32+10(Izt/2)×(Izt/2)+I"×I")t/12=Iz32Xt=22.49 Qf=I"0s2×T=11.24 Qt=Qz+Qf=33.73 Kr'=(Qt/t)/Ie1×1000=36.73 KrKr' 热稳定校验通过;535千伏电流互感器：由于采用套管电流互感器，动、热稳定与断路器相同对待，因此不再重复效验。610千伏电流互感器：LZZBJ15-10（按照最小变比效验） 工作电压: Ug=Ue=10kV 通过.工作电流: Ie1=2001.33×Ig=172.90A 通过.内部动稳定:Kd=400.0ich3/(2×Ie1)×1000=226.66 通过.外部动稳定:Kd=400.0ich3/(2×Ie1)×1000/(a×50/40×Lm)=6.83通过.热稳定:取Iz3=Izt/2=I" Qz=(Iz32+10(Izt/2)×(Izt/2)+I"×I")t/12=Iz32Xt=63.42 Qf=I"0s2×T=31.71 Qt=Qz+Qf=95.14 Kr'=（Qt/t)/Ie1×1000=154.22KrKr' 热稳定校验通过7110千伏软导体校验: LJ-185 工作电流: Ie=536Ig×Kw=494.03A 通过. 其中Kw=(70-Tw)/(70-25)=0.94热稳定: 取Iz3=Izt/2=I" Qz=(Iz32+10(Izt/2)×(Izt/2)+I"×I")t/12=Iz32Xt=22.49 Qf=I"0s2×T=11.24 Qt=Qz+Qf=33.73 S=182.80(Qt)/C=0.07 热稳定校验通过.电晕电压:U0=84×m1×m2×k×(2/3)×n×r0×(1+0.301/sqrt(r0×)×lg(ajj/rd)/k0粗糙系数m1=0.9,天气系数m2=0.85,不均匀系数k=0.96,几何均距ajj=1.26×a,导线半径r0=0.5×d0 rd=r0×n(a/(2×sin/n)(n-1)(1/n)=8.75 k0=1+2×r0(n-1)sin/n/d=1.00U0=84×m1×m2×k×(2/3)×n×r0×(1+0.301/sqrt(r0×)×lg(ajj/rd)/k0 =61.69×(2/3)×n×r0×(1+0.301/(r0×)×lg(1.26a/rd)/k0=808.62 U0=808.62<Ug 电晕电压校验通过.由于变电站内导线短，因此按照工作电流选择，并适当放大的原则选用LGJ-300导线。835千伏软导体校验2*LGJ-400/65 工作电流: I=n×Ie/sqrt(B)=1472.67Ig×Kw=776.87A 通过.其中B=1-1+(1+0.25×Z×Z)(1/4)+10/(20+Z×Z)×Z×Z×d0/(16+Z×Z)d(-1/2)=1.49 Z=4×3.14×S×/(+1) 次导线电导=3.7×0.0001 绞合率=0.8 导体截面外径d0 相间距d 其中Kw=sqrt(70-Tw)/(70-25)=0.94电晕电压:U0=84×m1×m2×k×(2/3)×n×r0×(1+0.301/sqrt(r0×)×lg(ajj/rd)/k0粗糙系数m1=0.9,天气系数m2=0.85,不均匀系数k=0.96,几何均距ajj=1.26×a,导线半径r0=0.5×d0 rd=r0×n(a/(2×sin/n)(n-1)(1/n)=42.66 k0=1+2×r0(n-1)sin/n/d=3.80U0=84×m1×m2×k×(2/3)×n×r0×(1+0.301/sqrt(r0×)×lg(ajj/rd)/k0 =61.69×(2/3)×n×r0×(1+0.301/sqrt(r0×)×lg(1.26a/rd)/k0=267.07 U0=267.07<Ug 电晕电压校验通过.9硬导体校验:2(100x10) 工作电流: Ie=2860Ig×Kw=2720.95A 通过. 其中Kw=sqrt(70-Tw)/(70-25)=0.94热稳定: 取Iz3=Izt/2=I" Qz=(Iz32+10(Izt/2)×(Izt/2)+I"×I")t/12=Iz32Xt=63.42 Qf=I"0s2×T=31.71 Qt=Qz+Qf=95.14 S=2000.00(Qt)/C=0.11 热稳定校验通过.动稳定: 相间应力x-x=(17.248×0.001×L×L×ich×ich×)/(×W)=1116.61自振频率Fm=(112×Ri×)/(L×L)=501.70 =0.35×Nm=1.05 材料系数=15500.0 片间应力x=(Fx×Fx×L×L)/h×b×b=1962.97 电动力Fx=(0.098Kx×ich×ich)/b=4.43 形状系数Kx=0.11 总应力=x-x+x=3079.58 xu=6860.00=3079.58 通过.机械强度允许最大跨距: 片数N=2 Ljmax=(Xjmax×(a×xu)/ich=166.63 Ljmax=166.63L=100.00 通过.共振允许最大跨距: Lzmax=108.00L=100.00 通过.共振允许最大同相片距: Lzmax=61.00Lc=10.00 通过.由于变电站内母线短，每段长度小于20米，因此按照工作电流选择，采用并适当放大的原则选用2*（LMY-125*10）10110千伏隔离开关校验: GW4-110D 工作电压: Ug=Ue=110kV 通过.工作电流: Ie=1250Ig=582A 通过.动稳定: imax=50ich3=38.174 通过.热稳定: 取Iz3=Izt/2=I" Qz=(Iz32+10(Izt/2)×(Izt/2)+I"×I")t/12=Iz32Xt=22.49 Qf=I"0s2×T=11.24 Qt=Qz+Qf=33.73 Qy=It2×Tt=1024.00 QyQt 热稳定校验通过;1135千伏隔离开关校验: GW4-35/630 工作电压: Ug=Ue=35kV 通过.工作电流: Ie=630Ig=250A 通过.动稳定: imax=50ich3=28.910 通过.热稳定: 取Iz3=Izt/2=I" Qz=(Iz32+10(Izt/2)×(Izt/2)+I"×I")t/12=Iz32Xt=12.90 Qf=I"0s2×T=6.45 Qt=Qz+Qf=19.35 Qy=It2×Tt=1024.00 QyQt 热稳定校验通过第五章 绝缘配合及过电压保护一 绝缘配合 110kv变电站的绝缘配合以氧化锌避雷器的保护特性为基础，氧化锌避雷器既作为大气过电压保护，又作为操作过电压保护。 110kv电气设备的基准绝缘水平 工频耐压（相对地） 200kv 冲击耐压（相对地） 480kv35kv电气设备的基准绝缘水平 工频耐压（相对地） 95kv 冲击耐压（相对地） 185kv 10kv电气设备的基准绝缘水平 工频耐压（相对地） 42kv 冲击耐压（相对地） 75kv 本站的海拔为200米，设备外绝缘水平按照200米进行设计制造。二 过电压保护（1） 直击雷的过电压保护a. 为了防止直击雷对屋外配电、设备主控制室的侵害，本变电站装设四只30m高的独立避雷针。独立避雷针装设独立的接地装置，其接地电阻不大于10b. 独立避雷针保护范围详见BS-ZDBDS-0101-04图纸：避雷针保护范围及接地装置图。c. 独立避雷针保护范围按照被保护物高度hx=10m绘制。d. 独立避雷针保护范围最小保护宽度: bx12=9.35m bx23=13.842mbx34=8.623m bx14=14.102m因此，被保护物的全面积均受到保护。（2） 雷电入侵波的过电压保护 为了防止雷电入侵波对设备绝缘的损害，110kv变电站的110kv 、35kv、10kv母线均装设避雷器。三 接地1 110kv变电站的主接地网采用水平敷设接地网为主的人工复合接地网，设备的外壳、构支架均应采用-50*5的镀锌扁钢与主接地网可靠接地，每台（组）设备的接地点不应少于两处。2 主接地网采用-60*6的镀锌扁钢，由于短路电流周期分量有效值4000A，主接地网接地电阻不得大于0.53 主接地网接地电阻根据图纸中所示敷设接地网，接地电阻估算如下： R=0.5×/S=0.5×250/(36.4×99.2+16.2×70) =1.815 0.54 由于估算接地电阻大于主接地网接地电阻规定值，因此在敷设主接地网时，应采取降阻措施。如：使用降阻剂、敷设外引接地体等。5 避雷针采用独立的接地网。6 避雷针独立接地网的接地电阻估算如下：（1） 垂直接地体工频接地电阻：R=0.3=0.3×250=75(2) 水平接地体工频接地电阻：R=/2L×ln(L2/hd)=250/2·5×ln(5