信息工程類本科電力系統及其自動化畢業論文
前 言
电力工业在社会主义现代化建设中占有十分重要的地位，因为电能与其他能源相比具有显著的优越性，它可以方便地与其他能量相互转换，可以远距离输送，输送的经济性较好,且在使用时易操作和控制.所以在现代化生产和人民生活中，电能得到日益广泛的应用。世界上许多国家已把电力工业的发展水平作为衡量一个国家现代化水平的标志之一。近年来许多20KW及以上大型机组的相继投产，330KV及以上超高压输变电工程的陆续建成和各地区电力网的不断扩大，标志着我国的电力工业已经进入了一个发展的新阶段。
本设计过程中得到了电力系大量专业老师的大力支持，在此表示感谢，由于本人水平有限，所学知识不全面，设计经验还不足，恳请老师们指导。
设 计 任 务 书
一、设计题目：
某110KV变电所电气一次设计
二、设计原始资料：
1、系统接线示意图：
该变电站电压等级为 110/35/10KV。选取基准Sj =100MVA和基准Uj = Uav ,系统电抗已向基准值进行归算。
2、所址情况：
4平原地区，无高产农作物，土壤电阻率ρ=0.8×10
均最高气温37oc 3、负荷数据：
?.cm，年雷电日50个，历年平
（1）110KV系统四回（二进二出）。110KV母线转供负荷约30MW，功率因数0.85，同时率0.9，这部分负荷不经过变压器。
（2）35KV系统进出线六回（二进四出），对侧有电源。同时率0.9，年最大负荷利用小时数取Tmax=4500h,预计五年内大约还有10MW的新增负荷。
1、2线最大负荷4000h，功率因数0.8，对侧有电源； 3线最大负荷8000KW，功率因数0.85； 4线最大负荷6500KW，功率因数0.90；
5线最大负荷7000KW，功率因数0.85； 6线最大负荷6000KW，功率因数0.80；
其中3、4出线要求双回路供电。
（3）10KV侧无电源，10KV侧系统十回（出线）。同时率0.85，年最大负荷利用小
时数Tmax=4000h，预计五年内有6MW的新增负荷。
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1-----4出线，最大负荷4500KW，功率因数0.80； 5-----6出线，最大负荷3000KW，功率因数0.80； 7-----10出线，最大负荷2000KW，功率因数0.85； 其中5、6出线为Ⅰ类负荷，要求双回线供电 （4）变电所自用电负荷如表：
序 设备 名称 号 1 2 3 4 5 6 7 8 主变风扇 主流电机 浮冲电机 生活水汞 电焊机 检修用电 生活区用电 照明负荷 额定功率（KW） 安装台数 工作台数 功率因数 备注 0.4 20 4.2 4.5 15 5 19 20 60 1 1 2 1 60 1 1 2 1 0.85 0.85 0.85 0.85 0.6 0.6 经常、连续 不经常、连续 经常、连续 经常、短时 不经常、连续 不经常、短时 不经常、连续 经常、连续
三、设计主要任务：
1、主变容量、形式及台数的选择； 2、电气主接线方案论证； 3、短路电流计算；
4、主要电气设备选择； 5、配电装置选择；
6、选择所用变压器的容量、台数； 7、变压器保护配置；
四、设计成果：
1、设计说明书一份； 2、设计计算书一份；
3、电气主接线图；
第一章、主变压器的选择
主变压器是变电所的重要设备,合理正确地选择主变的台数,容量和型式是系统规划和变电所设计的一个重要的问题,在选择主变时考虑负荷增长为7%,并以5~10年后的情况作为远期负荷资料。
为了保证供电的可靠性、灵活性和经济性，避免一台主变压器故障或检修是影响供电，变电所装设两台变压器，主变压器的容量根据电力系统5—10的发展规划进行选择，对两台主变的额定容量按70%的全部负荷供电，考虑到变压器的事故过负荷能力40%，则可保证一台退出间检修时剩余负荷的70%供电。
主变压器台数的确定
发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级，接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。
(1)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，变电所以装设两台主变压器为宜。
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(2)对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变电器的可能性。
(3)对于规划只装设两台变压器的变电所其变压器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。
综上所述，由原始资料可知，我们本次设计的变电站是一个位于郊区的110KV降压变电所，主要是接受110KV的功率，通过主变向110KV线路输送，是一个重要的枢纽变电站，全所停电后将造成地区电网的瓦解，造成整修个市区停电，并影响下一级变电站供电，对生产和生活造成不良后果。因此为了提高供电的要可靠性，防止因一台主变故障或检修时影响整个变电站的供电，变电站中一般装设两台主变压器，互为备用，可以避免因主变检修或故障而造成对用户的停电。考虑到两台主变同时发生故障或检修时由另一台主变压器可带全部负荷的70%，能保证正常供电，故可选择两台主变压器。
主变压器容量的确定
(1)主变压器容量一般按变电所建成后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。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。 (2)根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量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，对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量能保证全部负荷的70%—80%。
综上所述，由于本变电站近期和远期负荷都已给定，所以，应按近期和远期总负荷来选择主变容量，因为该变电所的电源引进是110KV侧引进，高压侧110KV母线负荷不需要经过主变倒送，其中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至母线上。
主变型式的选择 相数的选择：
根据《设计规程》当不受运输条件限制时，在330KV及以下的变电所，均选用三相变压器。
选择主变的相数，需要考虑如下原则：
1当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应选用三相变压器。 2当发电厂与系统连接的电压为500KV时，宜经济技术比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组，对于单机容量为300MW并直接升压到500KV的宜选用三相变压器。
绕组数量和连接方式的选择：
1在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变电所容量的15%以上时，主变压器宜采用三绕组变压器。
变电所中具有三个电压等级的，通常采用普通三绕组变压器、自耦变压器等。 2绕组连接方式
国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分类有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等型式变压器。
在具有三种电压等级的变电站中，如通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器的容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装置时，主变采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，与对应的两台双绕组变压器的较少。
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由于本次设计的变电所具有三个电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量，及占地面积等因素，所以选择三绕组变压器。
在生产及制造中三绕组变压器有自耦变压器、分裂变压器、普通三绕组变压器。自耦变与普通变相比具有很多优点，如耗材料少，造价低，有功和无功损耗少，效率高，由于高、中压线圈的自耦联系阻抗小，对改善系统稳定性有一定作用，还可以扩大变压器极限制造容量，便于运输和安装，自耦变虽有许多优点，但也存在一些缺点。
由于自耦变公共组绕的容量最大只等于电磁容量,因此在某些运行方式下，自耦变压器的传输容量不能充分利用，而在另外一些运行方式下，又会出现过负荷，由于自耦变高、中压绕组间的自耦联系，其阻抗比普通变压器小，它的中性点要直接接地，所以使单相和三相短路电流急剧增加，有时单相短路电流会超过三相短路电流，造成选择变压器电气设备的困难和通信设备的危险干扰。同时自耦变零序保护的装设与普通变不同，自耦变的高、中压两侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成的零序电流互感器上并根据选择性的要求装设方向元件，自耦变压器中的冲击过电压比普通变严重得多，另一个原因是从高压侧绕组上进入的冲击波加在自耦变的串联绕组上，而串联绕组的匝数少得多，因此在公共绕组中感应出来的过电压大大超过普通变侵入波幅值，当一次电压波动时为了得到稳定的二次电压，一次绕组匝数作相应的调整以维护每匝电势不变，以及维持铁芯磁通密度不变，如高压侧电压升高则应增加高压绕组而中性点调压的自耦变则要减少匝数，亦维护二次电压不变，这就导致每匝电势增加，亦导致铁芯更加饱和，由于本次设计变电所需装设两台变压器并列运行，电网电压波动范围较大，如果选择自耦变，其两台自耦变压器的高、中压侧需直接接地,这样会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性,而自耦变压器的变比较小,由原始资料可知该所的电压波动为±8%，故不选自耦变压器。
因此，本次设计的变电站选择普通三绕组变压器。
变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和Δ，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。
我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35KV也采用Y连接；其中性点多通过消弧线圈接地。35KV以下电压变压器绕组都采用Δ连接。
主变的冷却方式
主变压器一般采用的冷却方式：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却，强迫、导向油循环冷却。
小容量变压器一般采用自然风冷却。
大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却变压器。
强迫油循环水冷却方式散热效率高，节约材料，减少变压器本体尺寸，但它的缺点是这样冷却方式要有一套水冷却系统和有关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。
经比较，选择适合本变电站的强迫油循环风冷却。
运行方式
两台变压器并联运行
选择原则
1能满足负荷现状及发展的需要，保证重要负荷的供电可靠性。 2投资省。
3占地面积小。
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4电能损耗少。
由于该变电所具有三个电压等级，两个电源供电，35KV侧采用小电流系统无中性点接地，而自耦变压器高、中压侧公用中性点接地，因此不能选用自耦变压器，因选用普通三绕组变压器，而不选用自耦变压器。
由于中、低压侧负荷与总负荷的比值大于30%（流入各侧的功率大于15%）故选用三绕组变压器，且容量比为100/100/100
根据负荷发展情况考虑，若按5年负荷发展考虑则选用25000KVA变压器两台；若按10年负荷发展规划考虑则选用31500KVA变压器两台，这样形成两种方案，通过静态经济比较选用某方案。
具体的计算过程和计算方法见计算书第一章 主变选择结果：
选用：SFSZ7—25000 110±8×1.25/38.5±4×2.5/11KV 额定容量： 25000KVA
电压组合： 高-110KV 中-38.5KV 低-11KV 空载损耗： 52.6KW 负载损耗： 185KW
阻抗电压%：Us (1-2)%=10.5 Us(2-3)%=6.5 Us(3-1)%=17 空载电流%： 1.4 连接组别号： Y0，y,d11
第二章、电气主接线的方案比较与确定
电气主接线是电力系统接线的主要组成部分，是发电厂变电所电气部分的主体。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，它的设计，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。因此它必须满足工作可靠，调度灵活，运行检修方便，且具有经济性和发展的可能性等基本要求。
由于电能生产的特点是发电，供电同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业和人民生活的稳定。主接线的设计是一个综合性的问题，其设计原则应以设计任务书为依据，以国民经济建设方针政策及有关技术规范，规程为准则，结合工程具体特点，准确地掌握基础资料，全面综合分析，力争使其技术先进，经济合理、安全可靠。
110KV侧主接线分析
规程规定：当110KV~220KV配电装置的出线回数为4回时，一般采用单母分段接线。 由于110KV线路输送距离较远，输送功率较大，停电的影响较大，断路器平均每年检修的时间为5~7天，因此一般不允许因断路器检修而使停电时间太长，故需设置旁母，以使其在不停止供电的情况下检修。
由于带电作业的成功与发展，母线检修可带电进行,母线故障的可能性很小，因此从母线本身来讲用不着考虑备用，即可不用双母，当不采用双母接线时，隔离开关不再是倒闸操作电器，仅作为检修断路器时隔绝电源用，这就避免了双母接线中因用隔离开关进行倒闸操作引起的一些容易出现的误操作事故。
综上所述：110KV侧接线采用的接线型式可有以下几种：
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