2020年(建筑电气工程)KV降压变电站电气初步设计

（建筑电气工程）KV降压变电站电气初步设计目录前言—————————————————————————2 一、设计说明书————————————————3～5二、设计计算书———————————————6～231、主变选择—————————————————62、主接线方案———————————————73、短路电流计算———————————————94、设备选择————————————————125、防雷保护计算——————————————186、接地网计算———————————————187、独立避雷针接地装置计算－————————198、变压器差动保护计算———————————209、10KV馈出线保护整定计算————————2110、110KV电源侧距离三段保护整定计算————2111、主变110KV侧过流及过负荷保护整定计算——23三、附主要设备材料一览表————————————24四、附设计任务书————————————————25五、附参考文献一览表——————————————26六、附设计图纸：1、电气主楼线图2、总面积布置图3、主变保护原理展开图4、中央信号原理展开图5、进线断面及避雷针保护范围图6、防雷及接地网配置图前言毕业设计是完成全部学业的最后一课，也是至关重要的一课。

通过毕业设计可以检验学员对基础理论和专业知识掌握的程度；检验学员理论结合实际的能力和技巧；检验学员毕业实习的效果和综合工作的能力。

毕业设计不但需要学员掌握十几门基础和专业课程的知识，同时还需要学员具有一定的实践经验和综合协调能力。

所以说，毕业设计是学员四年大学学习成果的全面体现。

为此，本学员高度重视、认真对待。

遵照学校和指导教师的安排，按照毕业设计任务书所要求的内容、范围和规定，在指导教师的指导下，用了两个多月的时间，完成了设计任务。

在此期间，本学员翻阅查看了大量教材、资料和图纸，在指导教师的指导下，学习了有关变电站设计方面的专业知识。

这些，无疑对提高设计水平、完成设计任务，起到了很大作用。

四年的大学函授学习已接近尾声，在这期间，本学员在学校各位领导和老师的培养教育下，学习并掌握了较为扎实的基础理论知识，学习并掌握了多门用于生产（工作）的专业知识和技能。

掌握这些知识和技能无疑将大大提高自身的专业素质，并会在今后的生产（工作）中得到应用和发挥。

在即将毕业之际，本学员向辛勤培养教育我多年的学校领导、各位老师们表示衷心感谢！同时对给予我大力支持和帮助的指导教师表示深深的谢意！设计说明书一、设计依据本设计是依据指导教师拟定的《110KV降压变电站电气初步设计任务书》的要求和学校关于毕业设计的相关规定，以及原始资料设计而成。

二、设计范围1、电气主接线方式的确定及主变的选择。

2、110KV室外配电装置和10KV室内配电装置。

3、变电站的防雷与接地装置。

4、变电站主要设备的继电保护配置和整定值计算。

三、主接线方案的确定与说明变电站主接线方案的确定，是变电站设计中最重要的环节。

主接线设计的好坏，将直接影响建设投资以及今后运行的可靠性，因此在本设计中，针对两种不同的主接线方式分别进行综合投资、年运行费用的计算，而后进行技术比较和经济比较。

比较结果是：甲方案综合投资为145.16万元，年运行费用12.34万元；乙方案综合投资为161万元，年运行费用12.91万元；最终确定甲方案为最佳选择方案。

选择甲方案的优点是：1、采用外桥接线，能保证主变的切换灵活可靠、简便。

2、110KV侧的隔离开关使用数量最少，故占地面积少，布置简单，且总投资少。

3、选择2台容量为20000KVA的主变。

能够满足其经济运行的条件，使主变的可变损耗大大下降；能够满足系统5—10年负荷增长的需要。

4、110KV侧采用外桥接线的主接线方式，能够保证供电的可靠性。

四、配电装置的设计与说明1、配电装置的设计和设备选择，是按其在正常工作条件下进行选择，按其在最严重短路情况下进行动、热稳定的检验。

2、设备选择的技术条件为：电网电压低于所选电气设备的额定电压；所选设备的额定电流大于其运行时的最大持续工作电流。

主变回路和其它设备的最大持续工作电流，是按其 1.05I e计算。

校验是按各侧母线上发生的三相短路电流来判定动、热稳定是否符合要求。

3、短路电流的计算时间t，为继电保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。

t dz＝t z+0.05β；取β＝1。

t z由短路电流周期分量发热值的时间曲线查得。

4、本站110KV采用室外配电装置，所有电气设备（不包括主变）处于同一水平上，并以一定高度的构架为底面基础，工作人员可安全地在周围工作。

110KV断路器选用少油断路器，这样占地面积小，造价低。

5、10KV侧采用室内成套配电装置，型号GG—A。

断路器选择SN10—10型可少油断路器。

五、变电站防雷及接地装置设计说明1、本站防雷保护采用四支避雷针，相邻两针的中心距为：a1＝a3＝45.6m；b2＝b4＝55.7m；针高23m。

经计算、校验，保护范围及保护高度完全符合要求。

除在站内装设避雷针外，110KV输电线路全线架设避雷线。

本站110KV避雷器选择FZ－110J型；10KV选择FZ—10型。

2、接地网的设计：本站为终端变电站，采用中性点不接地的小接地运行方式。

按规程要求其接地电阻R jd≤4Ω，但在设计中考虑今后发展和运行安全，故按大接地运行方式设计，其接地电阻小于0.5Ω。

接地网联接方式采用复式连接，由100根直径为φ48mm、每根长2.5m的钢管和40×4mm2长700m的扁钢组成。

3、避雷针接地采用独立地网，也采用复式接地方式。

由7根直径为φ48mm长2.5m的钢管和40×4mm2长36m的扁钢组成。

4、避雷针的独立接地网和主接地网的间隔完全按规程规定设计，故不发生反击。

接地网热稳定校验是按I d⑶＝6900A进行校验的，且完全合格。

六、本站继电保护的配置与整定说明1、10KV馈出线保护是本站最基本的保护，采用二段电流保护加装绝缘监视。

电流保护的Ⅰ段按1.5I dZd本末整定,动作时间：t＝0(s)；Ⅱ段按线路的最大负荷电流整定，过流保护的动作时间：t＝0.5(s)。

10KV侧的绝缘监视只发出信号，不作用于跳闸。

2、变压器保护是本站保护的重要部分，因此进行了以下设计：（1）、设计配置了差动保护，以保护主变的内部故障，作用于跳闸。

（2）、配置了瓦斯保护。

轻瓦斯动作发出信号，重瓦斯动作跳开主变两侧断路器。

（3）、配置了过流保护和过负荷保护。

过流保护按主变的额定电流整定，动作时间为4(S)；过负荷保护是按单台变压所带最大负荷电流整定，动作时间为10(S)，仅发出信号。

（4）、配置了温度监视。

当主变超温时，发出信号。

3、110KV电源侧设距离保护并进行整定计算。

Ⅰ段按本段线路全长的85%线路阻抗整定；Ⅱ段按1.5倍的本段线路全长阻抗整定；Ⅲ段按最小负荷阻抗整定。

七、有待探讨的问题1、如何实现随负荷功率因数的变化,而自动分组、分段投切补偿电容。

2、如何限制避免因投容而产生的高次谐波和振荡。

设计计算书一、主变选择（一）、方案1：10KV侧: P10＝22MW ；a＝0.85；补偿前COS∮1＝0.7；tg∮1＝45.6°；无功补偿后COS∮2＝0.9 ；tg∮2＝25.8°。

10KV侧总无功功率：Q10＝Ptg∮1＝22MW×tg45.6°＝22.4（MVAR）未补偿前的视在功率：S10＝P10/ COS∮1＝22/0.7＝31.4（MVA）应补偿的无功功率：Q JP＝a P10（tg∮1－tg∮2）＝0.85×22（1.02－0.484）＝10（MVA）补偿后的视在功率：S１0/ ＝（a P10）2+(a×P10×tg∮1－Q JP)2＝（0.85×22）2+(0.85×22×1.02－10)2＝21（MVA）选择单台主变的容量：S n＝0.6P m＝0.6×21（MVA）＝12.6（MVA）考虑主变的过负荷能力（K fh＝1.14），则主变容量：S e＝S n/K fh＝12.6/1.14＝11（MVA）考虑今后5—10年的负荷发展，可选择容量为16MVA的主变两台。

（二）、方案2：S10＝P10×K fh/ COS∮1＝22×0.85/0.7＝26.7（MVA）S n＝0.6 P m＝0.6×26.7MVA＝16(MVA)考虑到今后5—10年系统发展规划和变压器的经济运行，本设计选择2台20MVA主变。

（三）、主变的技术数据及综合投资比较二、主接线方案(一)、两种方案的主接线图如下：（图一）甲方案主接线简图(图二) 乙方案主接线简图（二）、技术比较甲方案：110KV侧主接线采用外桥式接线，10KV侧采用分段母线。

其优点：（1）投资较少，安装接线简单，配电室占地面积少。

（2）能保证在输电线路其中的一条故障或停电检修时，继续向两台主变供电。

（3）变压器的投切简便可靠。

乙方案：110KV侧主接线采用内桥式接线，10KV侧采用分段母线加旁路。

其优点是：（1）能保证在输电线路其中的一条故障或停电检修时，继续向两台主变供电。

（2）由于10KV侧加装了旁路母线，提高了供电的可靠性。

（三）、经济比较1、甲方案综合投资和年运行费用的计算（1）、综合投资计算：两台主变: Z B=2×16=32(万元)110KV桥形接线: Z Q=33.6(万元)10KV单母线分段:Z Dm＝7.5+6×0.55＝10.8（万元）∑Z0＝Z B+ Z Q+ Z Dm＝32+33.6+10.8＝76.4（万元）Z甲＝∑Z0（1+δ/100）＝76.4×（1+90/100）＝145.16（万元）（2）、年运行费用计算：根据设计要求，年负荷曲线如（图三）所示：求出变压器年电能损耗总值：先列出参数n＝2 ；K＝0.15ΔQ0＝I0%×S e/100（KVA）＝0.8×20000/100＝160（KVAR）ΔQ＝U d%×S e/100（KVA）＝10.5×20000/100＝2100（KVAR）S j1＝P10/ COS∮2＝22000/0.9＝22444（KVA）S j2＝22000×0.75/0.9＝18333（KVA）S j3＝22000×0.5/0.9＝12222（KVA）S j4＝22000×0.25/0.9＝61111（KVA）ΔP0+KΔQ0＝22+0.15×160＝46（KW）ΔP+KΔQ＝135+0.15×2100＝450（KW）ΔA＝n(ΔP0+KΔQ0)t0+1/n(ΔP+KΔQ)(S J/S n)2t j＝2×46×8760+1/2×450×（22444/20000）2×2000+1/2×450×（18333/20000）2×2000+450×（12222/20000）2×2000+450×（6111/20000）2×2760＝2202784（KWh）年运行费用：U甲＝aΔA×10－4+U1+U2＝0.03×2202784×10－4+0.035×145.16+0.005×145.16＝12.34（万元）2、乙方案综合投资和年运行费用的计算（1）、综合投资计算：两台主变: Z B=2×15=30(万元)110KV桥形接线: Z Q=33.6(万元)10KV单母线分段加旁路:Z Dm+PL＝15.1+6×1＝21.1（万元）∑Z0＝Z B+ Z Q+ Z Dm+PL＝30+33.6+21.1＝84.7（万元）Z乙＝∑Z0（1+δ/100）＝84.6×（1+90/100）＝161（万元）（2）、年运行费用计算：求出变压器年电能损耗总值ΔQ0＝I0%×S e/100（KVA）＝0.9×16000/100＝144（KVAR）ΔQ＝U d%×S e/100（KVA）＝10.5×16000/100＝1680（KVAR）ΔP0+KΔQ0＝18.5+0.15×144＝40.1（KW）ΔP+KΔQ＝110+0.15×1680＝362（KW）ΔA＝n(ΔP0+KΔQ0)t0+1/n(ΔP+KΔQ)(S J/S n)2t j＝2×40.1×8760+1/2×362×（22444/16000）2×2000+1/2×362×（18333/16000）2×2000+1/2×362×（12222/16000）2×2000+362×（6111/16000）2×2760＝2247104（KWh）年运行费用：U乙＝aΔA×10－4+U1+U2＝0.03×2247104×10－4+0.035×161+0.005×161＝12.91（万元）3、甲乙两种方案的比较因为：Z甲＝145.16（万元）＜Z乙＝161（万元）U甲＝12.34（万元）＜U乙＝12.91（万元）结论：通过以上两种方案的技术和经济比较，最终选择甲方案为最佳方案。