110KV变电站设计毕业设计 .doc

'重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计110KV变电站设计毕业设计目录摘要IAbstractII1绪论11.1变电站的概述11.2课题研究的目的与意义11.3国内外研究现状及发展趋势11.4课题设计的内容及要求31.5本设计的关键问题31.6本章小结42电气主接线设计及配电装置52.1原始资料及设计要求52.1.1原始资料52.1.2设计要求分析52.2主接线设计62.2.1设计原则62.2.2设计方案72.3配电装置102.3.1配电装置的介绍102.3.2配置选择112.3.3总布置122.4本章小结13 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计3负荷计算及主变压器选择143.1负荷计算143.1.1负荷计算的重要性143.1.2负荷计算143.2主变压器的选择153.2.1变压器选择原则153.2.2变压器确定173.3本章小结174短路计算184.1计算的目的184.2计算的方法184.3短路电流计算194.3.1参数计算194.3.2短路等效电路图214.3.3K1点短路计算234.3.4K2点短路计算254.3.5K3点短路计算284.4短路电流的效应334.4.1动稳定校验334.4.2热稳定校验344.5本章小结345电气主设备的选择和校验355.1电气主设备的介绍355.2断路器及隔离开关选择365.2.1断路器和隔离开关的介绍365.2.2主变110KV侧及母联选择365.2.3主变35KV侧及母联选择选择37 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计5.2.435KV出线侧选择385.2.5主变10KV侧及母联选择395.2.610KV侧出线选择405.3互感器及熔断器选择415.3.1互感器和熔断器的介绍415.3.2电流互感器选择425.3.3电压互感器及熔断器选择455.4导线选择465.4.1按发热条件选择导线截面465.4.2按经济电流密度选择导线截面475.4.3导体选择与校验485.5本章小结556继电保护配置和整定566.1主变压器保护配置与整定566.2主变压器的整定算例596.2.110KV侧过电流保护整定计算596.2.2过负荷保护整定计算606.3线路保护配置与整定606.4本章小结627防雷接地保护与无功补偿637.1输电线路的防雷保护637.1.1输电线路雷击介绍637.1.2输电线路的防雷637.2变电站的防雷保护647.2.1变电站对直接雷的防护647.2.2变电站对雷电侵入波的防护647.3防雷接地657.4无功补偿66 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计7.4.1无功补偿的必要性667.4.2系统无功补偿的计算667.5本章小结678结论68致谢69参考文献70附录：电气主接线图72文献综述73 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计摘要变电站是电力系统的重要组成部分，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。本设计是某地区110KV降压变电站设计，根据已给的条件可以完成设计，具有一定的实际意义。该变电站采用两台主变压器，变电站内的电气主接线分为110KV，35KV和10KV三个电压等级。其中110KV侧采用双母线接线方式，35KV和10KV采用单母线分段接线。变电站设计从主接线方案选择，配电装置布置，短路计算，主电气设备选择和校验，以及继电保护和防雷接地几个方面进行。上述内容也是目前国内外变电站设计的大致内容和部分，唯一不同的是越来越趋于智能化和简捷化。关键词：变电站电气主接线短路计算继电保护I 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计AbstractSubstationisanimportantpartofpowersystem.Itiscontactpowerplantsandusersoftheintermediatelinks,anditplaystheroletransformationanddistributionofelectricity.Thisdesignisaregionbuck110KVsubstationdesign,andwecancompleteitaccordingtothetermsandconditionshavebeengiven,andithassomepracticalsignificance.Therearetwomaintransformersinthesubstationinwhichmainelectricalconnectioncanbedividedintothreevoltagelevels:110KV,35KVand10KV.110KVsideusesdoublebuswiring,but35KVand10KVusesinglebusconnection.Substationdesignfromseveralaspects,suchas:theMainWiringchoice,distributionequipmentlayout,shortcircuitcalculations,themainelectricalequipmentselectionandvalidation,aswellaslightningprotectionandgrounding.Theabovecontentiscurrentlythegeneralcontentofdomesticandsubstationdesign,andtheonlydifferenceisbecomemoreandmoreintelligentandsimpletechnology.Keywords:Substation,Mainelectricalwiring,Short-circuitcalculation,relayselection.II 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计1绪论1.1变电站的概述变电站是电力系统中的重要环节，变电站是联系发电厂和用户的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。变电站的工作状态直接影响着整个电力系统的安全和经济运行。根据其在系统中的地位，可分为枢纽变电站，中间变电站，地区变电站和终端变电站。其中地区变电站是以向地区用户供电为主的变电站，是一个地区的主要变电站，其高压侧一般为110KV或220KV，全站停电后，仅使该地区中断供电。变电站设计的基本原则是安全可靠、技术先进、投资合理、运行高效。110KV变电站按照变电站布置方式分为户外变电站、户内变电站和半地下变电站三类；按照配电装置分为常规敞开式开关设备和全封闭式组合电气设备两类。1.2课题研究的目的与意义本课题是来源于某城市开发区新建110KV降压变电所研究和开发设计项目，具有一定的实践性和可行性。随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。为了保证在送变电过程中的供电可靠性，首先要满足的就是变电所的设计规范。近年来，变电所设计逐渐趋于综合自动化，因此本次设计旨在掌握变电站设计的基本流程。在设计过程中，可以学习到最新的，简单而有效的方式方法。同时通过本次设计，既能够使学生将所学到的理论知识运用起来，又是对专业知识的一次实践。通过这次设计能够扩宽我们的知识面，增强工程观念，逐步提高解决问题的能力。1.3国内外研究现状及发展趋势74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计我国电力工业的水平正在逐步提高，许多变电站已经实现了集中控制和计算机监控，所有电力工业都在努力降低成本，使用新设备，采用新技术。目前国内外的110KV变电站都在一定程度上拥有了自动化系统，而未来的发展趋势应该是向智能化，网络化，测量、温度、保护和控制为一体化发展。另一方面，随着竞争越发激烈，变电站对于地区性电能分配技术的要求也越来越高。国内外变电站设计主要部分还是大致为主接线设计、短路计算和电气主设备的选择以及防雷保护。国内变电站现在的发展是由老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电站转变，交流传输向直流传输转变。在城市型变电站中，户内型变电站也逐渐流行起来，屋内配电装置广泛使用。国外变电站当前主要是采用柔性技术使交流传输向直流传输转变。其中，我国许多220KV以下的变电站已经开始由监控中心进行监控，基本实现了变电站无人值守。在设计变电站的当前趋势下，数字化智能变电站已经成了主流趋势。在变电站自动化领域中,智能化电气的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现,以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用,使变电站所有信息的采集、传输实现全智能化处理提供了理论和物质基础。数字化智能变电站会做到站内所有信息数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备共享同一的信息平台。智能化变电站的技术特征：(1)各类数据从源头实现数字化，真正实现信息集成、网络通信、数据共享。在电流、电压的采集环节采用智能化电气测量系统，打破了常规变电站的监视、控制、保护、故障录波、量测与计量等几乎都是功能单一相互独立的装置的模式。(2)系统结构更加紧凑，数字化电气量监测系统具有体积小、重量轻等特点，可以有效地集成在智能开关设备系统中，按变电站机电一体化设计理念进行功能优化组合和设备布置。对一、二次设备进行统一建模，资源采用全局统一命名规则，变电站内及变电站与控制中心之间实现了无缝通信，从而简化系统维护、配置和工程实施。目前的技术问题：国外已有一定的成熟经验，国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究，并且在某些方面取得了实质性的进展。但归纳起来，目前主要存在的问题是:74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计(1)研究开发过程中专业协作需要加强，比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关；(2)材料器件方面的缺陷及改进；(3)试验设备、测试方法、检验标准，特别是EMC(电磁干扰与兼容)控制与试验还是薄弱环节。国内已有数个智能化变电站顺利投运，运行时间最长的已近两年，总的来看设备运行平稳，各类数据采集、传输无误，保护和自动装置动作正常，说明智能化变电站的技术运用到实际中已初步通过实践的检验，满足了安全、稳定的系统运行要求。但智能化变电站应用发展中遇到的主要问题，还有待进一步深入研究和解决。1.4课题设计的内容及要求内容：1.掌握110kV变电所电气主接线的基本设计方法；2.短路计算；3.继电保护；4.主要电气设备的选择与校验。要求：1.完成所要求的变电所的电气设计；2.完成毕业论文。1.5本设计的关键问题关键问题一是电气主接线方面，选择各级电压母线的接线方式是我自己认为不熟的部分，初步印象就是在课本中学习过母线的几种接线方式，在接下来的设计过程中，我会先仔细理解这几种接线方式的好处和适用范围，然后通过本次设计任务的要求选择出各级母线的接线方式，从而选择出最佳的主接线方案。关键问题二74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计是短路电流的计算，在继电保护中学过几种简单的短路计算，而且几乎是默认为无限大系统。在本次设计，有最大和最小两种工作方式，明确规定了每种方式的具体情况，所以应该是计算复杂短路电流。这个较为麻烦，我的思路是可以默认为无限大的就采用公式手算短路电流，不能默认为无限大的，采用等效图记性简化，再用运算曲线法计算。找出几个电位不同的点，算出各点短路电流即可。关键问题三是电气主设备的选择，由于要考虑容量问题和实际负荷的计算，又需要短路电流和其他一些量的计算比较，过程较为复杂。在设计变电站中，一般主设备包括断路器、隔离开关、互感器和避雷器等。1.6本章小结本章介绍了变电站的重要性，以及本课题的研究意义，对于变电站设计的国内外发展现状及趋势也做了介绍，最后说明了本课题的具体设计内容及关键点。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计2电气主接线设计及配电装置2.1原始资料及设计要求2.1.1原始资料开发区新建110KV降压变电所，由两回110KV电源供电，其中一回来自东南方向30km处的火力发电厂；另一回来自正南方向20km处的地区变电所。本变电站与系统连接情况如图2.1所示。有8回35KV出线，每回负荷按3750kW考虑，,,一、二类负荷占50%，总出线长度约70km（其中最长一回35KV出线为9km）；另外有6回10KV出线，总负荷约15MW，,，一、二类负荷占30%。图2.1原始资料图最大运行方式时，系统1两台发电机和两台变压器均投入运行；最小运行方式时，系统1投入一台发电机和一台变压器，系统2可以视为无穷大电源系统。2.自然条件本变电站所在地区平均海拔1000m，年最高气温40℃，年最低气温-10℃，年平均气温20℃，年最热月平均气温30℃，年雷暴日为30天，土壤性质以沙砾粘土为主。2.1.2设计要求分析1.掌握110kV变电所电气主接线的基本设计方法74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计：110KV降压变电站有三个电压等级，分别为110KV，35KV和10KV，是不算太大的电压等级。变电站设计的基础也是主接线设计，掌握该设计方法，首先了解和选择合适的几种接线方式，如双母线接线，单母线接线，和分段母线等。然后根据各级电压测的负荷情况，实际情况和环境等，选用合适的方式接线。2.短路计算：短路计算是变电站设计至关重要的一部分，它可以为电气主设备选择，继电保护提供依据。本设计采用对三个不同电压等级的点进行短路计算，分别是110KV，35KV和10KV母线的三相短路计算。利用等效电路图，化简后进行公式计算，最后列出短路计算电流表。3.主要电气设备的选择与校验：变电站设计的主要电气设备包括母线，断路器，隔离开关和互感器等。这些也是都需要进行精心仔细选择和校验的设备。主要是通过电压等级、过电流要求以及稳定性等几方面记性选择和校验，是一个庞大的计算过程。4.继电保护：这是变电站设计的二次部分，不过在保护中是至关重要的。主要是对主变压器和线路进行保护，选择合适的保护方式，以及进行简单的计算和校验即可。2.2主接线设计2.2.1设计原则电气主接线是变电站电气设计的重要部分，也是构成电力系统的重要环节，它对于电气设备选择，配电装置布置和继电保护都有较大影响。因此必须优化电气主接线。对于电气主接线方案的选定，有以下几个要求点去进行选取：1、供电可靠性。主接线的设计必须满足当系统发生故障时，停电范围小，恢复供电快。2、经济性。在满足供电可靠和安全的前提下，尽量节省投资和减少占地面积。3、简化性。变电站自动化，无人控制是必然发展趋势，简化主接线可以为此提供方便。4、适应性和灵活性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化；改变运行方式时操作简便，恢复供电快。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计由于本设计的变电站有三个电压等级，所以在设计中需要考虑各等级的母线情况。再拟出方案将三个电压等级与变压器连接，对选出的方案进行综合比较，确定最佳方案。2.2.2设计方案本设计准备选用的主接线方法有如下几种：1、双母线接线（图2.2）：优点：运行方式灵活，可靠，便于事故处理和扩建。通过两组母线的隔离开关倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于停电，一组母线故障后能迅速恢复供电。缺点：隔离开关倒换工作容易引起电器误操作，增加了大量的隔离开关和母线长度。当任一回路断路器检修时，该回路仍然要停电。配电装置复杂，经济性较差。图2.2双母线接线2、单母线分段接线（图2.3）：74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，由两个电源供电。当一段母线发生故障，断路器自动将故障切除，从而保证正常母线段正常不间断供电。缺点：当断路器检修时需要全部停电。一条母线故障，该线路所有回路停电。图2.3单母线分段接线1、单母线接线（图2.4）：优点：结构简单清晰，设备较少，操作方便和占地少，有利于扩建。缺点：当母线或母线隔离开关进行检修或发生故障,或线路、变压器继电保护装置动作而断路器拒绝动作时，都会使整个母线断电；运行可靠性不高。图2.4单母线接线74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计主接线的总设计方案有两种选择：方案一：110V采用双母线接线，35KV和10KV采用单母线分段接线，如图2.5：图2.5方案一接线方案二：110KV、35KV和10KV都采用单母线分段接线，如图2.6：74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计图2.6方案二接线相对于方案二，方案一虽然结构稍微复杂，资金略高，但供电可靠性得到了很大的保障。110KV变电站对于供电可靠的要求很高，所以采用方案一进行设计。2.3配电装置2.3.1配电装置的介绍按主接线图，由开关设备、保护电器、母线与辅助设备所组成，用以接受和分配电能的装置总称为配电装置。通常，按布置场所配电装置可分为室内配电装置和室外配电装置。近几年，广泛采用了金属全封闭组合电器（GIS）。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计室内配电装置的优点：外界调节对电气设备的运行影响不大，因此可以减少维护工作量。提高运行可靠性。在室内操作，方便，占地面积也小。缺点是土建费用较大。室外配电装置的优点：土建工程量和费用较少，缩短建造时间。可使相邻设备之间的距离适当加大，运行更加安全，扩建也方便。缺点是电气设备都露在室外，环境条件影响较大，设备的外绝缘必须按室外来考虑，价格会增高。电气设备布置应根据设防烈度，场地条件和其他环境条件，并结合电气总布置及运行、检修条件，通过技术经济分析确定。2.3.2配置选择原始数据中，该变电所的平局海拔为1000米，年最高气温40℃，年最低气温-10℃，年平均气温20℃，年最热月平均气温30℃。由海拔1000米，不需要对配电装置的最小安全净距离进行修正。本设计110KV和35KV配电装置采用室外普通中型配置，这种配置的特点是布置清晰，结构可靠，维修方便，抗震性好，而且大都采用悬挂式软母线，用悬式绝缘子悬挂在母线架上。其中110KV母线进出线方式采用门形构架，经变压器高压侧拉出，但拉线与墙面的角度不应小于30°。35KV母线进出线方式采用形构架。电力变压器外壳不带电，可采用落地布置。主变压器与建筑物的距离不应小于3米，当变压器油重为2500KG以上时，两台变压器之间的防火距离不应小于8米。110KV的安全距离为1米，35KV的安全距离为0.75米。110KV的避雷器采用落地式布置，35KV的避雷器采用高式布置。户外配电装置应设有供运行操作、巡视和检修用的通道，其宽度为0.8—1米。户外配电装置的遮拦高度不应低于1.7米，网孔不应大于40mm40mm，栏杆高度不应低于1.2米，应装锁。10KV采用单层室内高压成套开关柜配置，将线路、母线联络断路器、电压互感器、电流互感器和避雷器组装在柜里。选用XGN2-10系列开关柜。该型号适于在3-10KV单母线系统中作为接受和分配电能的高压成套配电装置，为金属封闭箱型结构。柜内由钢板分割成断路器室、母线室、继电器室、电缆室，并可通过门面的观察窗和照明灯观察柜内各主要元件的运行情况。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计2.3.3总布置设计的配电装置的布置包括高压配电室（分别是110KV配电室、35KV配电室、10KV配电室）、电容器室、变压器室、低压配电室、中控室。如图2.7：图2.7变电站配电装置平面图对于其他一些配置的选取，如表2.1：表2.1变电站配置表房间名称高压配电室电容器室变压器室低压配电室中控室建筑物耐火等级二级二级二级一级一级采光宜有自然采光可设采光窗不设采光窗木窗木窗通风木制百叶窗加保护网，自然通风百叶窗设网口，自然通风车间内用非燃烧材质做通风窗，自然通风无要求采暖一般不采暖不采暖无要求一般不采暖规定采暖区74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计2.4本章小结本章对主接线进行了方案的比较和选取，考虑到供电可靠性，最终选择了110KV双母线接线，35KV和10KV单母线分段接线的接线方式。在确定好电气主接线后，对整个变电站的配电进行合理配置和布局。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计3负荷计算及主变压器选择3.1负荷计算3.1.1负荷计算的重要性负荷分为三类：一级负荷：中断供电将会造成人身伤亡或者重要设计损坏，且难以挽回，带来极大的经济损失和政治损失属于一级负荷。二级负荷：中断供电将会造成局部设计损坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，产品减产属于二级负荷。三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电。变电站建设工作中要考虑变电站的供电负荷选择和变压器的容量，而要选择变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流，首先必须要计算各侧的负荷。同时它也是正确选择供电系统中导线、开关电器等的基础，也是保障供电系统安全可靠运行必不可少的重要一环。在方案设计与初步设计时，其电力负荷计算过小或过大，都会引起严重的后果。如果电力负荷计算过小，就会引起供电线路过热，加速其绝缘的老化；同时，还会过多损耗能量，引起电气线路走火，引发重大事故。而电力负荷计算过大，将会引起变压器容量过剩，以及供电线路截面过大，相应的保护整定值就会定得过高，从而降低了电气设备保护的灵敏度，与此同时，电力负荷计算过大还增加了投资，降低了工程的经济性。3.1.2负荷计算1，考虑一、二级负荷需求和城市规划；2，考虑当一台变压器停运时，另一台必须满足70%的全部最大综合计算负荷，即（式3-1）和（式3-2）74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计其中，最大综合计算负荷为（式3-3）式中，—各出线的最大功率；m—出线回路数；—各出线的自然功率因数；—同时系数，一般取0.8-0.95；—线损率，取5%。同时系数Kt：在配电干线上，多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷并非同时出现，因此在求配电干线的计算负荷时，应再计入一个同时系数。本设计原始资料中，35KV和10KV侧均给出了若干条负荷回路，所以需要计入同时系数，同时系数的选取也与回路数有关。根据现有资料的经验取值，取Kt=0.85。根据（式3-3），10KV侧容量的计算：考虑线损率5%，则=16.734MVA同理，35KV侧的计算：考虑线损率5%，则=33.469MVA所以，待建变电站的供电总容量为=+=50.203MVA。3.2主变压器的选择3.2.1变压器选择原则变压器是变电站的主要电气设备之一，降压变压器是将高电压降低为用户所需要的各级使用电压，以满足用户的需要。本设计就是一个降压变电站。主变的容量和台数直接影响到主接线的形式和配电装置的结构。在选择变压器时，要根据设计要求资料和所设计的变电站自身特点，在满足变压器的可靠性的前提下，充分考虑经济性来选取。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计（1）变压器台数：由设计要求资料可知，本次设计的变电站是某城市开发区的一个110KV降压变电站，通过两条进线向其输入电源，主变也通过35KV和10KV两条出线输送电能，是一个一般的地区变电站。在出线回路中，有很多部分是一二类负荷，所以为了满足供电可靠性，采用两台主变压器。这样可以防止因一台变压器出故障而导致整个变电站停运，造成对用户的停电。而且两台主变同时发生故障的几率很低，而且当一台变压器出故障时或检修时，另一台也能供应全部负荷的70%。（2）变压器容量：主变压器容量一般按变电站建成后5-10年规划负荷计划，并适当考虑远期的负荷发展。又因要考虑到一台变压器停运的情况下，另一台必须满足全部负荷的70%，根据（式3-1）有：=35.142MVA从单台变压器应满足全部一二类负荷的条件下计算，根据（式3-2）有：=18.75MVA=5.625MVA所以为24.375MVA。所以，主变的容量选取为40MVA。（3）变压器绕组和相数：变压器有单相和三相，主变压器采用何种相数主要考虑变压器的制造条件，可靠性和运输条件等。一般情况，现在社会技术条件和交通运输已经逐渐成熟，在330KV以下的变电站，均可采用三相变压器。而且一台三相变压器相对于三台单相变压器的变压器组而言，经济性更好。绕组的一般形式主要有双绕组和三绕组。在具有三种电压等级的降压变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器均可采用三绕组变压器。另一方面，一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比两台双绕组变压器都要少。因此选用三绕组变压器。变压器绕组的连接方式有Y型和△型，而且为了保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的。我国的110KV以上都用的中性点直接接地系统，所以110KV侧用Y型连接，且中性点直接接地。根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合3.1.2条规定：35KV单相接地电容电流大于10A时，应装设消弧线圈。本设计的变电站的35KV侧，单相接地电容电流74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计所以不需要装设消弧线圈，也用Y型连接。而10KV侧则采用△型连接。（4）变压器调压：变压器的电压调整就是通过分接开关切换分接头，从而改变变压器的变比实现变压。有两种调压方式：一是无励磁调压，就是必须断电再来调压，这种调压范围在；二是有载调压，可以带电操作进行调压，这种调压范围在，这种方式可以稳定电压，减少调压时的电压波动。110KV以及以下的变压器，考虑要有一级采用有载调压，所以设计中可以全部采用有载调压。对于有载调压变压器，首选SZ9系列的低损耗电力变压器。3.2.2变压器确定设计选取主变两台40MVA的三相油浸风冷式有载调压的三绕组变压器，型号为：SFSZ9-40000/110。查GB/T6451-2008可得，SFSZ9-40000/110的技术参数如下表3.1：表3.1SFSZ9-40000/110变压器技术参数型号电压组合及分接范围（KV）连接组别空载损耗（KW）短路损耗（KW）空载电流（%）阻抗电压（%）高压中压低压SFSZ9-40000/110110+8×1.25%353738.510.5YN/yn0/d1148.21890.45高-中10.5高-低17.5中-低6.53.3本章小结本章结合原始资料和设计要求的规定，对各侧的负荷进行了近似计算，用此数据进行变压器容量的选择，确定采用两台型号为SFSZ9-40000/110的主变压器。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计4短路计算所谓短路，就是供电系统中一相或者多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。主要原因是由于各种因素（如过电压、雷击、绝缘老化等）造成的电气设备和载流导体的绝缘损伤。4.1计算的目的短路电流能达到该电路额定电流的几倍甚至到几十倍，上百倍，某些场合短路电流可达到几万安，甚至几十万安。当大短路电流流过导体时，会严重发热，造成损坏。短路也会产生电弧，不仅可能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备。短路也会使得发电机的端电压下降，会造成线路、电抗器等的电压损耗增大，二者作用的后果将使网络电压降低，越靠近短路点降低得越多。短路还能破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至系统瓦解崩溃。在选择电气设备时，为了保证在正常运行和故障情况下都能可靠地工作，这都需要进行短路电流计算；在选择继电保护方式和整定计算时，也需要以短路电流为依据。通常用三相短路电流。4.2计算的方法求解不对称短路电流的一般方法是：利用对称分量法实现参数转换；列出正、负、零序网络方程；推导出故障点的边界条件方程；将网络方程与边界条件方程联立求解，求出短路电流及其他分量。三相短路是对称的短路计算，两相短路和单相短路是不对称短路计算。经验表明，单相短路发生的几率最大，三相短路的最小，但是三相短路的后果很严重，所以也要引起重视。对于任何不对称的短路进行计算，都可以采用对称分量法，归为对称短路的计算。一般在进行短路电流计算时，对于可以将电源容量视为无穷大的电力系统，当某处发生短路时，电源电压保持不变，即短路电流的周期分量在整个短路过程中不衰减。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计4.3短路电流计算4.3.1参数计算无论采用有名制或标幺制，对多电压等级的网络，都需将参数归算至同一电压等级。标幺值的电压级归算有两种方法，一是先将各电压级的各参数的有名值归算到基本电压级，再除以与基本电压级相对应的基准值；二是先将基本级的各参数基准值归算到各电压等级得到各级的基准值，再用各级的有名值除以各级的基准值得到标幺值。系统一是有限容量，可采用运算曲线（数字表）法，求出各系统到短路点的直接电抗（转移电抗）后，归算成对应于各等效电源容量下的计算电抗（式4-1），再根据查找相应短路电流周期分量的标幺值。只是当电源（系统一）的计算电抗＞3.45时，即可当初无穷大系统进行计算。再计算出归算到短路点的等效电源的额定电流（式4-2）。短路电流有名值计算将短路电流周期分量的标幺值×即可。=X（式4-1）式中，—系统的容量。(式4-2)式中，—短路点所在电压等级的平均额定电压。取基准容量为100MVA。主变压器的额定电压为110/37/10.5KV。本设计采用第二种方式进行标幺值电压级归算。各级的电压基准值为：=115KV，=37KV，=10.5KV。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计则各级的电流基准值为：==0.5KA==1.56KA==5.5KA基准值之间的关系式为：（式4-3）（式4-4）（式4-5）由式4-3，式4-4和式4-5可得，各电压等级的标幺值归算式：（式4-6）（式4-7）（式4-8）各元件参数计算式如下:发电机：（式4-9）双绕组变压器：(式4-10)74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计三绕组变压器：（式4-11）（式4-12）（式4-13）系统一的发电机和的容量均为62.5MVA，=12.4（由此可得，本次设计的发电机为汽轮发电机）。由（式4-6）和（式4-9）可得系统一的电抗标幺值为：===0.198由（式4-6）和（式4-10）可得双绕组变压器T1、T2、T3的电抗标幺值为：====0.167线路一的电抗标幺值为：==0.091线路二的电抗标幺值为：==0.06三绕组变压器T4、T5技术参数，由（式4-11）、（式4-12）和（式4-13)得=10.75=-0.250=6.75同双绕组变压器，可得其各绕组标幺值：===0.269==0===0.16974 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计4.3.2短路等效电路图最大运行方式下，系统一的两台发电机和两个双绕组变压器并列运行，则系统一的等效电抗标幺值为==0.274最小运行方式下，系统一仅投入一台发电机和变压器，则系统一的等效电抗标幺值为==0.456系统二的等效电抗标幺值为=+=0.227。系统短路等效电路图，如图4.1：图4.1系统短路等效图最大运行方式的短路等效电路图，如图4.2：74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计图4.2最大运行方式的短路等效图最小运行方式的短路等效电路图，如图4.3：图4.3最小运行方式的短路等效图4.3.3K1点短路计算K1点短路等效电路图可直接使用图4.2、图4.3（1）最大运行方式下的短路计算（图4.2）：由（式4-1），系统一的计算电抗为74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计=0.274=0.34＜3.45按有限容量系统计算，计算时使用运算曲线（或数字表）法。查汽轮发电机计算曲线数字表得，系统一在0S、0.2S、∞时刻对K1点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=3.159,=2.519,=2.283.由（式4-2）得，归算到短路点的等效电源的额定电流为==0.628KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K1点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K1点提供的短路电流周期分量有效值为===2.203KA所以流入K1点的总短路电流为=+=3.78KA=+=3.64KA===10.67KK1点的短路容量：==798.279MVA（2）最小运行方式下的短路计算（图4.3）：系统一的计算电抗为=0.456=0.28使用运算曲线（或数字表）法，查汽轮发电机计算曲线数字表得，系统一在0S、0.2S、∞时刻对K1点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=3.872,=2.939,=2.378.归算到短路点的等效电源的额定电流为74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计==0.314KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K1点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K1点提供的短路电流周期分量有效值===2.203KA所以流入K1点总短路电流为=+=3.126KA=+=2.95KA===8.7KAK1点的短路容量==651.197MVA4.3.4K2点短路计算（1）最大运行方式下的短路计算：等效电路图的简化过程：图4.4为简化第一步，图4.5为简化第二步，合并阻抗8,11，得Y型等效图，图4.6为Y—△变换。其中：=0.227+0.135+=0.47474 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计图4.4K2点短路最大运行方式等效化简图1图4.5K2点短路最大运行方式等效化简图2图4.6K2点短路最大运行方式等效化简图3系统一的计算电抗为==0.72查汽轮发电机计算曲线数字表得系统一在0S、0.2S、∞时刻对K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=1.45,=1.3,=1.68.74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计归算到短路点的等效电源的额定电流为==1.951KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K2点提供的短路电流周期分量有效值===3.291KA所以流入K2点总短路电流为=+=5.827KA=+=6.569KA===15.579KAK2点的短路容量==408.094MVA（1）最小运行方式下的短路计算：等效电路图的简化过程：图4.7为简化第一步，图4.8为简化第二步，合并阻抗8,11为16，得Y型等效图，图4.9为Y—△变换。其中：=0.227+0.135+=0.42974 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计图4.7K2点短路最小运行方式等效化简图1图4.8K2点短路最小运行方式等效化简图2图4.9K2点短路最小运行方式等效化简图3系统一的计算电抗为=0.862=0.54使用运算曲线（或数字表）法，查汽轮发电机计算曲线数字表得，系统一在0S、0.2S、∞时刻对K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=1.92,=1.79,=1.972.归算到短路点的等效电源的额定电流为==0.975KA74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K2点提供的短路电流周期分量有效值为===3.636KA所以流入K2点总短路电流为=+=5.381KA=+=5.559KA===14KAK2点的短路容量==367.284MVA4.3.5K3点短路计算（1）最大运行方式下的短路计算：等效电路图的简化过程：图4.10为简化第一步，图4.11为简化第二步，合并阻抗8,10,11,13得Y型等效图，图4.12为Y—△变换。其中：=0.227+0.219+=0.62774 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计图4.10K3点短路最大运行方式等效化简图1图4.11K3点短路最大运行方式等效化简图2图4.12K3点短路最大运行方式等效化简图3系统一的计算电抗为==0.9574 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计查汽轮发电机计算曲线数字表得系统一在0S、0.2S、∞时刻对K3点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=1.091,=1.002,=1.2.归算到短路点的等效电源的额定电流为==6.873KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K3点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K3点提供的短路电流周期分量有效值为===8.772KA所以流入K3点总短路电流为=+=15.659KA=+=17.02KA==41.42KAK3点的短路容量==295.886MVA（2）最小运行方式下的短路计算：等效电路图的简化过程：图4.13为简化第一步，图4.14为简化第二步，合并阻抗8,10,11,13得Y型等效图，图4.15为Y—△变换。其中：=0.227+0.219+=0.55574 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计图4.13K3点短路最小运行方式等效化简图1图4.14K3点短路最小运行方式等效化简图2图4.15K3点短路最小运行方式等效化简图3系统一的计算电抗为==0.7查汽轮发电机计算曲线数字表得系统一在0S、0.2S、∞时刻对K3点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为：=1.492,=1.336,=1.734.74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计归算到短路点的等效电源的额定电流为==3.437KA系统二视为无穷大电源系统，所以系统二对K3点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值为=,则系统二对K3点提供的短路电流周期分量有效值===9.9KA所以，流入K3点的总短路电流为=+=14.492KA=+=15.86KA==38.257KAK3点的短路容量==273.3MVA短路电流计算结果如下表4.1：表4.1短路电流计算表短路点系统最大运行方式系统最小运行方式三相短路电流/KA三相短路电流/KA74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计短路容量/MVA短路容量/MVAK14.193.783.6410.67798.2793.4183.1262.958.7651.197K26.125.8276.56915.579408.0945.5085.3815.55914367.284K316.2715.65917.0241.42295.88715.02814.49215.8638.257273.34.4短路电流的效应短路电流通过电气设备和导体时，一方面产生很大的电动力，即力效应；另一方面会产生很高的温度，即热效应。力效应可能会使设备变形损坏，而热效应可能会烧毁电气设备。因此电力系统中的设备和载流导体应能承受住这两种效应的作用，并依此两种效应校验电气设备的动、热稳定性。4.4.1动稳定校验短路时，相邻载流导体间产生很大的电动力，可能会使电气设备和载流导体遭到破坏。所以必须要求电气设备有足够承受电动力的能力，即动稳定性。一般电器的动稳定校验，应满足的条件为（式4-14）式中，为电器的极限通过电流峰值。4.4.2热稳定校验短路时，通过导体的电流比正常工作电流大很多。虽然继电保护能在很短的时间切除故障，但导体的温度仍有可能被加热到很高，导致电气设备的损坏。如果导体在短路时的最高温度不超过设计规程规定的允许温度，就认为满足热稳定的要求。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计热量的Q的计算是短路电流与短路电流作用时间的关系，但短路电流变化规律比较复杂，一般用稳态短路电流来代替实际短路电流，并设定一个假想时间，认为短路电流在此时间内作用。这样，短路电流产生的热量恰好等于稳态短路电流在假想时间内产生的热量，即Q=R（式4-15）假想时间主要是由周期分量假想时间构成。短路计算时间t，与系数作出的关系曲线，可用来查。其中的短路实际计算时间t，是继电保护动作时间和相应断路器开闸时间之和。若是在无限大容量系统中，可以认为=t+0.05S。在验算裸导体的短路热效应时，宜采用主保护动作时间。在验算电器的短路热效应时，宜采用后备保护动作时间。一般电器的热稳定校验，应满足的条件为（式4-16）式中，为电器的热稳定试验电流；t为电器的热稳定试验时间。4.5本章小结本章主要是针对短路计算，涉及大量计算。通过分别对电网进行最大运行方式和最小运行方式下的等值电路图转化，再利用运算曲线法，较为简单快速地得出指定几个点的短路电流。本设计的短路计算采用标幺值，计算量较大的情况下，采用标幺值计算更方便。最后再将下章要用到的热稳定和动稳定提前进行介绍。5电气主设备的选择和校验74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计5.1电气主设备的介绍在电力系统中所使用的高压电器除了变压器外，主要是各种高压开关电器（如断路器、隔离开关等）和互感器。高压开关电器的总任务是：在正常工作情况下，可靠地接通或断开电路；在改变运行方式时，灵活地进行切换操作；系统发生故障时，迅速切除故障部分以保证非故障部分正常运行；在设备检修时，隔离带电部分以保证工作人员的安全。对于电气设备的选择，按正常工作条件（额定电压、额定电流和自然条件）进行选择，按短路条件校验其动、热稳定性。本设计因为海拔1000米,所以对于110KV及以下的电气设备均可无修正选择使用。输配电线路导线截面的选择对电力网的技术经济性能有很大的影响。输配电线路导线截面的选择应满足以下基本原则：1、符合电力系统发展规划要求，首先要满足容量要求，并考虑短期内的发展要求，在5年内不会因为负荷的增加而增加截面。2、发热条件的满足。为了保证输配电线路的安全可靠运行，导线的温度应限制在一定的允许范围之内。一般裸导线的正常运行的最高允许温度为70℃。应保证导线在通过正常额定工作电流（计算电流）时产生的发热温度不超过正常运行的最高允许温度。3、机械强度条件的满足。要经受风雨、覆冰和多种因素的影响，因此必须有足够的机械强度以保证安全运行。4、经济条件的满足。既要降低线路的电能损耗和维修费等年运行费用，又要尽可能减少线路投资和有色金属消耗量，通常按国家规定的经济电流密度选择导线截面。导线种类有很多，但系统中大多线路一般采用钢芯铝绞线以在保证可靠运行的条件下提高经济性。5.2断路器及隔离开关选择74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计5.2.1断路器和隔离开关的介绍对于断路器的基本要求是：具有足够的开断能力；尽可能短的动作时间和高的动作可靠性；结构简单，便于操作和检修；尺寸和质量小；价格低等。断路器根据装设地点可分为室内式和室外式；根据灭弧介质的种类可分为油断路器、空气断路器、真空断路器和六氟化硫（）断路器。高压断路器按下列项目进行选择和校验：1、型式和种类；2、额定电压；3、额定电流；4、额定短路开断电流；5、动稳定；6、热稳定。高压隔离开关俗称刀闸，它没有专门的灭弧装置，断流能力差，所以不能带负荷操作。它经常与断路器配合使用，由断路器来完成带负荷小路的接通和断开任务。隔离开关的用途如下：（1）隔离电压：隔离开关断开后在电路中可以造成一明显可见的断开点，建立可靠的绝缘间隙，保证检修人员及设备的安全。（2）倒闸操作：合闸送电时，应先和尚隔离开关，最后再合上断路器；跳闸断电时，应先断开断路器，最后再断开隔离开关。上述操作决不允许颠倒。（3）分、合小电流：隔离开关可以接通或断开电流较小的回路，如电压互感器、避雷器等。5.2.2主变110KV侧及母联选择110KV侧的额定工作电流为=210A（式5-1）110KV为室外布置，短路冲击电流=10.67KA，短路电流周期分量次暂态=4.19KA，==50.4（式5-2）由这些参数可选择型号为LW6-110的户外SF6断路器，型号为GW4-110D/600的户外隔离开关，如表5.1：74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计表5.1110KV侧断路器和隔离开关型号安装地点电气条件设备型号规格设备型号规格项目数据项目LW6-110断路器项目GW4-110D/600隔离开关额定电压/KV110额定电压/KV110额定电压/KV110额定工作电流/A210额定电流/A2500额定电流/A600/KA4.19额定开断电流/KA31.5额定开断电流/KA/KA10.67极限通过电流峰值/KA125极限通过电流峰值/KA5050.4/=7500/=980该断路器的固有分闸时间为0.03S，合闸时间为0.09S.5.2.3主变35KV侧及母联选择35KV侧的额定工作电流电流=600A（式5-3）35KV为室外布置，短路冲击电流=15.579KA,短路电流周期分量次暂态=6.12KA，==134（式5-4）由这些参数可选择型号为SW2-35/1000的户外少油断路器，型号为GW5-35G/1000的户外隔离开关，如表5.2：表5.235KV侧断路器和隔离开关型号74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计安装地点电气条件设备型号规格设备型号规格项目数据项目SW2-35/1000断路器项目GW5-35G/1000隔离开关额定电压/KV35额定电压/KV35额定电压/KV35额定工作电流/A600额定电流/A1000额定电流/A1000/KA6.12额定开断电流/KA16.5额定开断电流/KA/KA15.579极限通过电流峰值/KA45极限通过电流峰值/KA83134/=1089/=2500该断路器的固有分闸时间为0.06S，合闸时间为0.4S.5.2.435KV出线侧选择35KV出线线路功率最大一回路的额定工作电流电流=69A（式5-5）35KV出线配置为室外布置，短路冲击电流=15.579KA,短路电流周期分量次暂态=6.12KA，==90.65（式5-6）由这些参数可选择型号为SW2-35/600的户外少油断路器，型号为GW4-35G/600的户外隔离开关，如表5.3：74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计表5.335KV出线断路器和隔离开关型号安装地点电气条件设备型号规格设备型号规格项目数据项目SW2-35/600断路器项目GW5-35G/600隔离开关额定电压/KV35额定电压/KV35额定电压/KV35额定工作电流/A69额定电流/A600额定电流/A600/KA6.12额定开断电流/KA6.6额定开断电流/KA/KA15.579极限通过电流峰值/KA17极限通过电流峰值/KA7290.65/=174.24/=1024该断路器的固有分闸时间为0.06S，合闸时间为0.12S.5.2.5主变10KV侧及母联选择SN10-10型三相少油断路器是目前在3-10KV配电装置中使用十分广泛的断路器。10KV侧的额定工作电流=2199.4A（式5-7）10KV配置为室内布置，短路冲击电流=41.42KA,短路电流周期分量次暂态=16.67KA，==753（式5-8）74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计由这些参数可选择型号为SN10-10Ⅲ/3000的户内少油断路器，型号为GN10-10T/3000的户内隔离开关，如表5.4：表5.410KV侧断路器和隔离开关型号安装地点电气条件设备型号规格设备型号规格项目数据项目SN10-10Ⅲ/3000断路器项目GN10-10T/3000隔离开关额定电压/KV10额定电压/KV10额定电压/KV10额定工作电流/A2199.4额定电流/A3000额定电流/A3000/KA16.67额定开断电流/KA40额定开断电流/KA/KA41.42极限通过电流峰值/KA125极限通过电流峰值/KA160753/=6400/=28125该断路器的固有分闸时间为0.06S，合闸时间为0.2S.5.2.610KV侧出线选择10KV出线线路功率最大一回路的额定工作电流电流=171.84A（式5-9）10KV配置为室内布置，短路冲击电流=41.42KA，短路电流周期分量次暂态=16.67KA，==579.36（式5-10）由这些参数可选择型号为SN10-10Ⅱ/1000的户内少油断路器，型号为GN19-10/630的户内隔离开关，如表5.5：74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计表5.510KV出线断路器和隔离开关型号安装地点电气条件设备型号规格设备型号规格项目数据项目SN10-10Ⅱ/1000断路器项目GN19-10/630隔离开关额定电压/KV10额定电压/KV10额定电压/KV10额定工作电流/A171.84额定电流/A1000额定电流/A630/KA16.67额定开断电流/KA31.5额定开断电流/KA/KA41.42极限通过电流峰值/KA80极限通过电流峰值/KA50579.36/=1984.5=1600该断路器的固有分闸时间为0.06S，合闸时间为0.2S.综上数据分析，本设计中的断流电流均不大，可以通过使用断路器实现保护，不需要使用限流电抗器。5.3互感器及熔断器选择5.3.1互感器和熔断器的介绍互感器是按照比例变化电压或电流的设备。在高压电力系统中，为了测量和继电保护的需要，必须要用到互感器。一是能够将大电压、大电流变换成标准低电压、低电流，以便实现测量和保护；二是可用来隔开高压系统，以保证人身和设备安全。主要分为电压互感器TV和电流互感器TA两大类。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计它们的工作原理都与变压器类似，利用电磁感应原理进行信号变换，这种也叫电磁式互感器，是目前使用最广泛的。同时要求互感器一次、二次绕组之间要足够绝缘。电压互感器二次侧不能短路，电流互感器二次侧不能开路，否则会烧坏互感器，甚至影响到一次电路的安全运行。因此互感器通常与熔断器相连，起到保护作用。高压熔断器是高压电网中一种最简单的保护电器，当被保护线路流过短路电流或过负荷电流时，熔体会自身产生热量而自行熔断，从而达到切断电路、保护设备的目的。高压熔断器有户内型和户外型。户内型熔断器主要有RN1型和RN2型，RN1型用于线路和变压器的短路保护，RN2型用于电压互感器的短路保护。通常使用熔断器对电压互感器进行短路保护，并且由于110KV和35KV侧电压互感器的电压等级很高，不宜装设熔断器，所以只需对10KV侧的电压互感器进行熔断器选择配置。5.3.2电流互感器选择为了满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线等回路中均设有电流互感器。在中性点直接接地系统中，一般按三相配置；在中性点非直接接地系统中，视情况可选用两相配置。可以按一次额定电压和一次额定电流进行选择，式中为安装处的工作电压，为安装处的工作电流。（1）选择校验条件：电流互感器一次回路额定电压不小于电流互感器回路所在电网的额定电压；电流互感器一次额定电流不小于装设回路的最大持续工作电流，电流互感器的二次额定电流在强电系统中取为5A。校验热稳定时用热稳定倍数表示，条件为（式5-11）74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计校验动稳定时用动稳定系数表示，条件为（式5-12）（2）110KV母联及进线：工作电流为210A，冲击短路电流=10.67KA，=50.4。初步选定LCWD-110-2×150型电流互感器，一次额定电流为2×150A，级次组合为0.5/D1/D2，1S热稳定系数=75，动稳定系数=130。由（式5-11）校验热稳定得：所以满足热稳定要求。由（式5-12）校验动稳定得：所以满足动稳定要求。综上，选用LCWD-110-2×150型电流互感器。（3）35KV母联及进线：工作电流为600A，冲击短路电流=15.579KA，=134。初步选定LCW-35-800型电流互感器，一次额定电流为800A，级次组合为0.5/D，1S热稳定系数=65，动稳定系数=100。同上，校验热稳定得：所以满足热稳定要求。同上，校验动稳定得：所以满足动稳定要求。综上，选用LCW-35-800型电流互感器。（4）35KV出线：工作电流为69A，冲击短路电流=15.579KA，=90.6574 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计。初步选定LB-35-300型电流互感器，一次额定电流为300A，级次组合为0.5/D，1S热稳定系数=55，动稳定系数=140。同上，校验热稳定得：所以满足热稳定要求。同上，校验动稳定得：所以满足动稳定要求。综上，选用LB-35-300型电流互感器。（5）10KV母联及进线：工作电流为2199.4A，冲击短路电流=41.42KA，=753。初步选定LAJ-10-3000型电流互感器，一次额定电流为3000A，级次组合为0.5/D，1S热稳定系数=50，动稳定系数=90。同上，校验热稳定得：所以满足热稳定要求。同上，校验动稳定得：所以满足动稳定要求。综上，选用LAJ-10-3000型电流互感器。（6）10KV出线：工作电流为171.84A，冲击短路电流=41.42KA，=579.36。初步选定LA-10-400型电流互感器，一次额定电流比为400A，级次组合为0.5/3，1S热稳定系数=75，动稳定系数=135。同上，校验热稳定得：74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计所以满足热稳定要求。同上，校验动稳定得：所以满足动稳定要求。综上，选用LA-10-400型电流互感器。本设计的电流互感器选取如下表5.6：表5.6变电站电流互感器安装处110KV母联及进线35KV母联及进线35KV出线10KV母联及进线10KV出线电流互感器型号LCWD-110-2×150LCW-35-800LB-35-300LAJ-10-3000LA-10-4005.3.3电压互感器及熔断器选择电压互感器一次绕组的额定电压应与安装地点的额定电压相同，已经标准化，二次绕组的额定电压通常为100V或110/V。电压互感器不需要进行动稳定和热稳定校验。电压互感器通常接成（开口三角形）接线，这样可以防止铁磁谐振引起过电压。因为电压互感器是用熔断器进行保护的，不会受到大的电流冲击，所以不需要进行动稳定和热稳定校验。（1）配置原则：母线（除旁路母线外）一般都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置；35KV及以上输电线路，输电线路中当对端有电源时，装设一组单相电压互感器。根据配置原则，本设计只需对110KV、35KV和10KV母线进行电压互感器选择配置。（2）110KV母线：采用JCC6-110型单相三绕组串级式电压互感器，电压互感器的额定电压为KV/KV/KV，最大容量为2000VA，采用74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计（开口三角形）接线。该产品具有良好的励磁特性，抗谐振能力强，运行可靠，维护方便，为全密封结构，起电压、电能测量和继电保护作用。（3）35KV母线：采用JDJJ-35型单相三绕组油浸式电压互感器，电压互感器的额定电压为KV/KV/KV，最大容量为1200VA，使用时三台一组，采用（开口三角形）接线。（4）10KV母线：采用JDZJ-10型单相三绕组环氧树脂浇注绝缘户内式电压互感器。该系列电压互感器的额定电压为KV/KV/KV，最大容量为300VA，采用（开口三角形）接线，主要用于小电流接地系统中的电压、电能测量和绝缘监视。由上述介绍可得，10KV母线的电压互感器采用户内式RN2—10/0.5熔断器进行保护。该熔断器参数为：额定电压，额定电流，最大开断电流，最大开断容量。对额定电压及开断电流两项进行校验，其中：（式5-13）（式5-14）所以选择RN2-10/0.5熔断器。本设计的电压互感器和熔断器的选取如下表5.7：表5.7变电站电压互感器及相应熔断器安装处110KV母线35KV母线10KV母线电压互感器JCC6-110JDJJ-35JDZJ-10熔断器无无RN2-10/0.574 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计5.4导线选择5.4.1按发热条件选择导线截面当导线通过正常最大负荷电流（计算电流）时，导线发热的温度不应超过它的最高允许温度。根据最高允许温度，可以计算出导线在某一截面的允许载流量，按这个值进行选择叫做按发热条件选择截面，也叫按允许载流量选择截面。汇流母线及较短导体（20米以下）按发热条件选择截面。导线的允许载流量不小于通过导线的计算电流。导线允许载流量与环境温度有关，如果环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不相同时，则导线的允许载流量应乘以温度校正系数=（式5-15）式中为导线的允许载流量所采用的环境温度，一般为25℃；为导线材料的最高允许温度，一般取为70℃；为实际环境温度。在室外，环境温度一般取当地最热月平均温度，在室内则取当地最热月平均温度加5℃。因此按发热条件选择截面的条件为（、）（式5-16）5.4.2按经济电流密度选择导线截面导线截面越大，线路的功率损耗和电能损耗越小，但是线路投资和有色金属消耗量都要增加；反之，导线截面越小，线路投资和有色金属消耗量越少，但线路的功率损耗和电能损耗却要加大。线路投资和电能损耗都影响年运行费。所以，使年运行费用达到最小、初投资费用又不过大而确定的符合总经济利益的导线截面，称为经济截面，用来表示。对应于经济截面的导线电流密度，称为经济电流密度，用表示。我国现行的经济电流密度规定如表5.8所示：表5.8我国现行的经济电流密度表74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计（单位：A/）导线材料年最大负荷利用小时数/h小于30003000-5000大于5000铝线1.651.150.9铜线3.002.251.75按经济电流密度选择导线截面时，可按下式计算：=（式5-17）计算出后，应选最接近的标准截面。20米以上的导体均可用按经济电流密度选择截面。5.4.3导体选择与校验室外配电装置的母线主要是采用铜芯铝绞线，由于是软导线，所以不需要进线动稳定校验。室内的配电装置多采用硬母线，包括矩形、槽型和管型，在中小型变电站多采用矩形铝导线。（1）110KV母线及进线侧：步骤一：按发热条件选择截面线路的额定工作电流（计算电流）为=210A，由（式5-15）得：==0.94所以，由（式5-16）得：=223A可初选LGJ-70型钢芯铝绞线（因为为275A）。步骤二：校验发热条件74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计为275A，温度校正系数=0.94，所以，=0.94275=258.5A＞210A所以满足发热条件。步骤三：校验机械强度35KV及以上线路的钢芯铝绞线的最小允许截面面积为25，70＞25，所以LGJ-70型钢芯铝绞线满足机械强度的要求。步骤四：校验热稳定对于导线和电缆，除了采用的方法校验热稳定，也可采用导体最小允许截面的方法来校验热稳定，即=（式5-18）式中，—集肤效应系数，一般可取为1；—三相稳态短路电流；C—热稳定系数，其值与导体材料及发热温度有关，可查表5.9。表5.9热稳定系数表工作温度/℃50556065707580铝95939189878583铜181179176174171169166由（式5-18）得，110KV汇流母线：==86.76同上，得110KV进线侧：==81.56实际选用的母线截面70＜81.5674 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计，不满足热稳定要求。所以改选用LGJ-95型钢芯铝绞线。因为110KV以及下可不进行电晕校验的最小软导线型号为LGJ-70或者管型导线外径为20mm，LGJ-95大于LGJ-70，故不进行电晕校验。（2）35KV母线及进线侧步骤一：按发热条件选择截面线路的额定工作电流（计算电流）为=600A，==0.94由此可得：=638A可选LGJ—300型钢芯铝绞线（因为为700A）。步骤二：校验发热条件为700A，温度校正系数=0.94，所以，=0.94700=658A＞600A所以满足发热条件。步骤三：校验机械强度35KV及以上线路的钢芯铝绞线的最小允许截面面积为25，300＞25，所以LGJ-300型钢芯铝绞线满足机械强度的要求。步骤四：校验热稳定取=1，35KV汇流母线：==11935KV侧进线：==133实际选用的母线截面300＞133，所以满足热稳定要求。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计由于LGJ-300大于可不校验电晕的最小软导体LGJ-70，故不进行电晕校验。（3）35KV出线侧步骤一：按经济电流密度选择截面35KV出线线路功率最大一回路的额定工作电流电流=69A根据年最大负荷利用小时为4500h，查表5.8可得=1.15A/，所以导线的经济截面由（式5-17）可得：==60初选LGJ—70型钢芯铝绞线。步骤二：校验发热条件为275A，温度校正系数=0.94，所以，=0.94275=258.5A＞69A所以满足发热条件。步骤三：校验机械强度35KV及以上线路的钢芯铝绞线的最小允许截面面积为25，70＞25，所以LGJ-70型钢芯铝绞线满足机械强度的要求。步骤四：校验热稳定取=1，35KV出线侧：==109.4实际选用的母线截面70＜109.4，所以不满足热稳定要求。改用LGJ—120型钢芯铝绞线。由于LGJ-120大于可不校验电晕的最小软导体LGJ-70，故不进行电晕校验。（4）10KV母线及进线侧步骤一：按发热条件选择截面74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计线路的额定工作电流（计算电流）为=2199.4A，==0.88所以可得：=2499A可初选双条、平放LMY—10010型的矩形硬铝母线，=1.42。步骤二：校验发热条件为2613A，温度校正系数=0.88，所以=0.882613=2299.44A＞2199.4A所以满足发热条件。步骤三：校验热稳定10KV汇流母线：==345.7810KV侧进线：==321实际选用的母线截面10010=1000＞345.78，所以满足热稳定要求。步骤四：校验动稳定对于母线，一般按短路时所受的最大应力来校验其动稳定性，满足的条件是（式5-19）式中—母线材料的允许的最大应力，与材料有关，如铝为7000N/；—冲击短路电流通过时的最大计算应力，N/。=（式5-20）74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计式中M—短路冲击电流通过时母线所受的最大弯曲力矩，N·cm；W—母线截面系数，。M与母线的档距数有关，当档距数为1，2时：M=（式5-21）当档距数大于2时：M=（式5-22）式中，F=（式5-23）L—每个母线档距段的长度，cm。矩形截面横放时，W=（式5-24）矩形截面竖放时，W=（式5-25）取母线档距L=1.2m，相邻相母线的轴线距离=0.25m，因==2.18＞2所以M=。由（式5-23）可得：F==1426.3N由（式5-22）可得：M==17115.5N·cm因为是选用的平放，所以由式（5-24）得：W===66.67所以由（式5-20）计算冲击短路电流通过时的最大计算应力74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计和由（式5-19）判断动稳定性得：===256.72N/＜7000N/所以满足动稳定要求。（5）10KV出线侧步骤一：按经济电流密度选择截面10KV出线线路功率最大一回路的额定工作电流电流=171.84A根据年最大负荷利用小时为3500h，查表5.8可得=1.15A/，所以导线的经济截面由（式5-17）得：==149可初选单条、平放LMY—405型的矩形铝导体。步骤二：校验发热条件为515A，温度校正系数=0.88，所以=0.88515=453.2A＞171.84A所以满足发热条件。步骤三：校验热稳定取=1，10KV出线侧：==276.7实际选用的母线截面405=200＜276.7，所以不满足热稳定要求。改用单条、平放LMY—636.3型矩形铝导体。步骤四：校验动稳定取母线档距为1.2m，相邻相母线的轴线距离=0.25m，因==3.5＞274 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计所以M=。F==1188.58NM==14262.96N·cmW===4.17所以冲击短路电流通过时的最大计算应力===3420.37N/＜7000N/所以满足动稳定要求。所以，本设计的导线及母线选取如下表5.10：表5.10变电站母线及导线表安装处110KV母线及进线侧35KV母线、进线侧35KV出线侧10KV母线、进线侧10KV出线侧导线型号LGJ-95LGJ-300LGJ—120双条、平放LMY—1010单条、平放LMY—636.35.5本章小结本章就是对主要的电气设备进行选择和校验，包括断路器和隔离开关、互感器和熔断器以及导线。在变电站一次设计中，这些设备都非常有用，所以选择必须合理。通过第四章的短路计算，以及动稳定和热稳定校验的介绍，本章的设计，就比较方便了。通过额定电压、电流初选断路器和隔离开关，互感器和熔断器后，采用各自的校验方式进行校验，适用的就选定，不适用的就改选后再校验，直到适用为止。对于导线，有两种选择方式，初选导线后同样采用其校验方式进行校验，直到适用为止。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计6继电保护配置和整定为了及时切除故障，避免故障线路或设备对全网或其他线路和设备造成影响，必须在变电站设计中进行继电保护设计。继电保护装置是指能反应电力系统中电气元件故障或不正常运行状态，并动作与断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置应满足四点要求：可靠性、选择性、速动性、灵敏性。6.1主变压器保护配置与整定变压器故障可分为油箱内和油箱外故障。油箱内故障主要是指发生在变压器油箱内包括高压侧或低压侧绕组的相间短路、匝间短路、中性点直接接地系统侧绕组的单相接地短路。油箱外故障最常见的是变压器绕组引出线的相间短路和中性点直接接地系统侧的单相接地短路。按GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：容量为40MVA的主变压器应配置以下保护：（1）瓦斯保护：应对油箱内的各种短路故障和油面降低，包括动作与信号的轻瓦斯保护和动作与跳闸的重瓦斯保护。可作为变压器的主保护。（2）纵差动保护：应对绕组及其引出线的故障，以及中性点直接接地侧的故障，可作为变压器的主保护。（3）过电流保护：应对外部相间短路引过的过电流以及为瓦斯保护和纵差动保护做后备保护。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计（4）零序电流保护：应对中性点直接接地电网的外部接地短路。（5）过负荷保护：防止对称过负荷，保护装设在主变110KV侧，动作后经延时发出预告信号。（一）瓦斯保护由瓦斯继电器（也叫气体继电器）构成，安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱中的气体通过瓦斯继电器流向油枕。国内使用最广泛的是开口杯挡板式瓦斯继电器。一般气体继电器的气体整定范围为250-300，变压器容积在1000KVA以上时，可取整定值为250。本变电站变压器容量为40MVA，所以取整定值为250；根据经验，重瓦斯保护油流速度整定范围为0.6-1.5m/s，但为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，将油流速度整定为1m/s。由于瓦斯保护仅能反映油箱内的各种故障，不能单独作为变压器的主保护，所以应与纵差动保护配合工作，共同作为变压器的主保护。（二）纵差动保护纵差动保护由差动继电器构成，主要原理是根据不同状态下，流入差动继电器的电流不同来判断是否故障。流入差动继电器的差动电流为，式中、为相应的电流互感器二次电流，纵差动保护的动作判据为＞，式中为纵差动保护的设定动作电流。正常运行和区外故障时，流入的差动电流为零，保护不会动作；变压器内部故障时，差动电流等于故障点电流，只要故障电流大于差动继电器的动作电流，保护就会动作。但实际上，由于有励磁电流，导致正常运行或外部故障时，流入差动继电器的电流不为零，设定动作电流就不能为零，而是用不平衡电流表示。纵差动保护动作电流的整定原则为：（1）按躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为=1.374 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计（式6-1）式中为外部短路故障时的最大不平衡电流。（2）按躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为=1.3（式6-2）式中为励磁涌流的最大倍数，为变压器的额定电流。由于主变压器的容量为40MVA，可以查出取4.3。（3）按躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流，整定式为=1.3（式6-3）式中为正常工作时的变压器的最大负荷电流，也可用额定电流表示。按上面三个条件计算纵差动保护的动作电流，并选取最大值。计算出保护的一次动作电流后，还需求出继电器的二次动作电流=（式6-4）式中为电流互感器的变比，为电流互感器的接线系数，当TA为星形接线时其值为1，当TA为三角形接线时其值为。纵差动保护灵敏系数的校验：=（式6-5）式中为最小运行方式下的两相短路电流，是最小运行方式下的三相短路电流的倍。（三）过保护电流过电流保护是变压器相间短路的后备保护。通过电流互感器采集电流大小，与整定值进行比较，当大于整定值后，保护动作，跳开变压器两侧的断路器。保护的启动电流按躲过变压器可能出现的最大负荷电流计算，整定式为74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计=（式6-6）式中为变压器可能出现的最大负荷电流。变压器可能出现的最大负荷电流的选择：（1）对于降压变压器，如本变电站的两台，应考虑自启动时的最大电流，计算式为=（式6-7）式中为自启动系数，10KV侧取1.5，35KV及以上侧取2。（2）对并列运行的变压器，应考虑切除一台后，在其他变压器中出现的过负荷，当每台变压器容量相同时，计算式为=（式6-8）式中n为并列运行变压器台数，为每台变压器的额定电流。灵敏系数的校验同纵差动保护。（四）零序电流保护接与中性点直接接地的变压器，一般要在变压器上装设接地保护，做为变压器主保护的后备保护。中性点直接接地运行的变压器都是采用零序过电流保护作为变压器接地保护的后备保护。零序过电流保护采用两段式，每段可设两个时限，较短的时限用于缩小故障保护范围，较长的时限用于断开变压器各侧的断路器。零序电流保护段Ⅰ段的动作电流整定计算式为=1.2×（式6-9）式中为零序电流分支系数，为相邻元件的零序电流Ⅰ段的动作电流。灵敏系数的校验同纵差动保护，≥1.2即可。（五）过负荷保护74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计用来反应变压器的三相对称过负荷，因此，过负荷保护只采用一个电流继电器接于一相电流回路中，经较长的延时后发出信号。对于单电源的三绕组降压变压器，若三侧绕组容量相同，过负荷保护仅装在电源侧。过负荷保护的动作电流，按躲开变压器的额定电流整定，计算式为=（式6-10）过负荷保护的整定时限，应比变压器后备保护的最大时限再增加一个Δt。6.2主变压器的整定算例6.2.110KV侧过电流保护整定计算过电流保护采用三相星形接线，电流互感器选用的是LAJ-10-3000型，其变比为3000/5=600。由（式6-6）和（式6-7）得，按躲过自启动的最大电流：==×1.5×2199.4=5045.68A由（式6-6）和（式6-8）得，按躲过并列运行时，切除一台产生的过负荷电流：==×=××2199.4=6727.58A取=6727.58A，则由（式6-4）得，继电器的二次动作电流===11.21A作为近后备保护，保护的灵敏度系数由（式6-5）得：===1.93＞1.5满足灵敏要求，动作时间为3S。6.2.2过负荷保护整定计算过负荷保护装设在主变的110KV侧，该侧装设的是LCWD-110-2×150型电流互感器，变比为（2×150）/5=60。由（式6-10）得，按躲过变压器的额定电流整定计算：74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计===×=259.4A则继电器的二次动作电流===4.32A6.3线路保护配置与整定对于主干线路，配置电流速断保护加上限时电流速断保护作为主保护，定时限过电流保护作为后备保护。这样的保护配置也叫做电流三段式保护。（一）Ⅰ段保护电流速断保护，反应与短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护，它只能保护整条线路60%—70%。其整定是按躲过线路末端的最大短路电流（或下级线路出口处的最大短路电流），整定计算式为=1.3（式6-11）式中为下级线路出口处的最大短路电流。计算出保护的一次动作电流后，还需求出继电器的二次动作电流，原理同上。保护范围的校验：在已知保护的动作电流后，大于一次动作电流的短路电流对应的短路点区域就是保护范围。保护灵敏系数的计算式为=（式6-12）式中为保护安装处的最小运行方式的两相短路电流，同时也是最小运行方式下的三相短路电流的倍。动作时间很短，近似为0。（二）Ⅱ段保护限时电流速断保护，是带时限的保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障。由于限时电流速断保护必须保护线路的全长，因此它的保护范围必须延伸到下级线路中去。为了保证动作的选择性，它必须带有一定的时限。其整定是按不超过下级线路的电流速断保护的保护范围，整定计算式为74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计=1.2（式6-13）式中为下级线路电流速断保护的整定动作值。计算出保护的一次动作电流后，还需求出继电器的二次动作电流，原理同上。灵敏系数的检验：为了能保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有足够的反应能力。灵敏系数的计算式为=（式6-14）式中同上，的值≥1.5即可。动作时间比电流速断保护多Δt—2Δt。（三）Ⅲ段保护定时限过电流保护，是作为线路的后备保护，一般情形下，它既能保护本线路的全长，也能保护相邻下级线路的全长。在Ⅲ段保护要考虑外部故障切除后电压恢复，引用自启动系数和电流继电器的返回系数。动作电流的整定计算式=（式6-15）式中为本线路的最大负荷电流。计算出保护的一次动作电流后，还需求出继电器的二次动作电流，原理同上。灵敏系数的校验：原理同上，灵敏系数的计算式=（式6-16）式中同上，的值≥1.5即可。动作时间比限时速断电流保护多Δt，且是固定值，一般取4S-4.5S。6.4本章小结74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计本章是属于二次设计部分，但继电保护对于变电站的作用十分重要。主要是针对变压器保护和线路保护。其中介绍了变压器的五种保护，分别是瓦斯保护、纵差动保护、过电流保护、零序电流保护和过负荷保护，前两种是主保护，后三种是后备保护。每种保护的使用条件和校验也详细介绍了。接着也对变压器保护的选择举例，主要是为了将选择变压器继电保护的过程表示出来。然后也对线路的保护进行了介绍，现在使用广泛的三段式电流保护。每段保护的整定和校验也都做了公式说明。7防雷接地保护与无功补偿雷电主要有直击雷、感应雷、雷电波侵入和球状雷。雷电是大气云中发生的剧烈放电现象，其中的云地雷电对于人类活动和生命安全有较大威胁。对于变电站，防雷设计也是必不可少的环节。防雷保护装置是能使被保护的物体免于雷击，并将雷电引到自身然后导入大地的装置。防雷装置一般由接闪器、引下线和接地装置组成。7.1输电线路的防雷保护7.1.1输电线路雷击介绍架空线路暴露在外，容易遭受雷击，雷击线路使绝缘子闪络，导致跳闸。线路上的雷过电压分为直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压分为两种：一是雷击线路杆塔过避雷线时，使其对地电位升高，超过绝缘的冲击放电电压，对导线放电，出线过电压；二是雷电直接击中导线或避开避雷线击中导线，直接在导线上引起过电压，也称为绕击。感应雷过电压是在雷击线路附近大地，因电磁感应在导线上产生的过电压。衡量线路耐雷性能优劣的重要指标有两个：一是线路耐雷水平；二是线路雷击跳闸率。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计7.1.2输电线路的防雷（1）架设避雷线：这是输电线路防雷保护的最有效和最基本的措施，防止雷直击导线。为了减少绕击率，避雷线对边导线的保护角应做的小一些，一般采用20°至30°。为了起到保护作用，避雷线应在每座铁塔处接地。110KV一般全线装设避雷线，35KV只在进线段1-2KM线路上装设避雷线，10KV一般不装设避雷线。（2）安装线路避雷器：即使在全线架设避雷线，也不能完全排除在导线上出现过电压的可能性。在线路绝缘子旁边安装线路避雷器，可以使由于雷击所产生的过电压超过一定幅值时动作，给雷电流提供一个低阻抗的通道，使其泄放到大地。由于避雷器的价格问题，这种线路避雷器只能安装在线路的易击点。7.2变电站的防雷保护变电站除了可能遭受直击雷以外，还有可能雷击线路形成的过电压沿输电线路传播并侵入变电站，造成雷害事故。7.2.1变电站对直接雷的防护变电站对直击雷的防护，主要是通过装设避雷针。对于110KV级别的变电站，由于此电压等级配电装置的绝缘水平较高，采用在配电装置的架构上设置两支间距为100米，高度为35米的等高避雷针，雷击避雷针不会产生反击现象。安装避雷针的架构应铺设辅助接地体，此接地体与主变压器接地点之间的电气距离应大于15M。为了保证主变压器的安全，在主变压器的门型架构上不能装设避雷针。7.2.2变电站对雷电侵入波的防护74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计变电站对雷电侵入波的防护主要是在架空线路上安装阀式避雷器以限制电气设备上的过电压幅值，同时与进线段保护配合。所谓进线段保护，是指在110KV、35KV靠近变电站1-2KM的进线上架设避雷线，如果不装设进线段保护，流过阀式避雷器的雷电电流可能会超过5KA，且陡度也会超过允许值。在进线段保护中，还装设两个管式GB型避雷器，如本设计的GB-110，GB-35。其中一个是在进线段首端限制侵入波的幅值，另一一个是保护断路器。在主变压器的各侧出口还应安装阀式（FZ）避雷器。根据SDJ7-79《电力设备过电压保护技术规程》规定：变电站110KV、35KV和10KV每段母线都应装设阀式避雷器，如本设计的FZ-110，FZ-35，FZ-10；主变压器的中性点应装设避雷器；主变压器的低压侧在任一相绕组安装避雷器即可。变电站防雷保护如图7.1：图7.1变电站防雷保护7.3防雷接地74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计防雷接地的作用是减小雷电流通过接地装置时对地电位的升高，其接地是否良好，对保护作用的发挥有着直接影响。在变电站的防雷满足要求后，还要根据安全和工作接地的要求，敷设一个统一的接地网，然后在避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷的要求。接地电阻分为工频接地电流流过的工频接地电阻和雷电流流过的冲击接地电阻。任一接地体的冲击接地电阻都比它的工频接地电阻小。因为本变电站所在地区是砂纸粘土为主的土壤性质，所以接地体用垂直埋设，一般用直径为50mm，长度为2.5M的钢管，接地体之间的距离为5M，将各接地体打入地中后，使其上端离地面0.8M，再用40mm×4mm的扁钢连城一体。7.4无功补偿7.4.1无功补偿的必要性在工业企业供电系统中，绝大部分用电设备（如感应电动机、变压器、电抗器、电焊机等）为感性负荷，这些设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以产生正常工作所必须的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，功率因素下降会带来一些不良后果：（1）引起线路电流增大，使供电网络中的功率损耗和电能损耗增大。（2）使供电网络的电压损失增大，影响负荷端的电压质量。（3）使供配电设备的容量不能得到充分利用，降低了供电能力。（4）使发电机的输处能力下降，发电机效率降低，发电成本提高。由此可见，必须提高功率因素，需要安装无功功率补偿装置，其中使用最广泛的人工补偿无功功率的方法是采用移相电容器（即静电电容器）。根据《全国供用电规则》规定：高压供电的用户，其功率因素不应低于0.9。7.4.2系统无功补偿的计算根据并联电容器在企业供配电系统中的装设位置不同，通常有高压集中补偿，低压分组补偿和个别就地补偿。本设计采用高压集中补偿。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计高压集中补偿：将高压电容器组集中安装在变电站6-10KV母线上。这种补偿方式只能补偿6-10KV母线以前线路上的无功功率，不能补偿工业企业内部的无功功率。但这种补偿方式投资较小，电容器组的利用率较高，能够提高整个变电站的功率因素。10KV补偿前：由=0.8得：=0.75（式7-1）10KV补偿后：由=0.9得：=0.484（式7-2）由P=15MW，=0.75，=0.484可得：=P（—）=15000×（0.75—0.484）kvar=3990kvar选择BWF10.5-200-1W型电容器，则所需电容器个数为==19.95个，考虑到三相均衡分配，应装设21个BWF10.5-200-1W型电容器。无功补偿的电容器组接10KV高压母线，其电容器柜一般装设在电容器室内（见图2.7）。7.5本章小结本章对变电站防雷进行设计。变电站防雷包括线路和变电站防雷两方面，线路防雷采用避雷针，变电站防雷要考虑侵入波，所以不仅采用了避雷线，还使用进线保护配合，避雷器包括FZ阀式避雷器和用于进线保护的GB管式避雷器。最后对于变电站的接地网设计，按照所在地区的土质，选用垂直埋设。最后选择10KV无功补偿，通过计算得出补偿容量和选择合适的电容器。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计8结论本设计是某地区110KV降压变电站设计，具有很强的实际能力。作为一名本科毕业生，仅仅所学的知识用在设计中完全是捉襟见肘，平日累计不足，不过在指导老师的悉心帮助和自己勤奋学习下，设计的困难也被一一击破。这次的设计是一次实践，在完成设计后，我明显感觉到自己不再是一问三不知，至少也能有一些了解了。目前国内外变电站的设计情况，还是属于一个模板，内容上差不多，设备也差不多，所以我需要去学习的就是如何分析选择和计算校验。这个设计锻炼了我的耐心，也让我学会更踏实地做事，很多步骤都要仔细去做，不然就会乱了手脚，计算量也较大，所以能够完成这次设计，我感到自己还是提升了能力。在每个模块遇到不懂的地方，我都会自主去学习和了解，网上的资料和图书馆的资料也为我提供了大量有用可靠的信息和资源，在设计过程中，也丰富了我的知识积累。在未来的学习和工作中，我会保持这种努力学习，刻苦钻研的精神，让自己能够将工作做得踏实稳当。74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计致谢胡老师作为一名优秀的，同时知识和经验积累丰富的教师，在整个论文设计和论文写作过程中，给予了我耐心的指导和帮助。从选题开始，胡老师就积极帮助我，经常询问情况和解答我的疑惑。老师也无私地拿出了自己的参考资料给我，让我在寻找参考资料上减轻了一点负担，特别是刚开始的时候，老师的帮助带着我慢慢开始去熟悉这个设计。第一次自己做一个完整的设计，不仅在知识上进行了大量的补充，也在逻辑思维上得到了很大的提升，也对如何写好一篇论文有了一些认识，这一切都是老师在帮助着我，引领着我不断开阔思路，为我答疑解惑，鼓励我大胆创新，使我在这一段宝贵的时光中，既增长了知识、开阔了视野、锻炼了心态，又培养了良好的科研精神。在此，我向我的指导老师表示最诚挚的谢意！再次感谢指导老师对我的帮助，也感谢一起探讨的同学们，这次的毕业设计是一次很好的经历，为即将工作的我打下一点基础。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师批评和指正！74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计参考文献[1]王邦林.电气工程一次部分.2010.7北京中国水利水电出版社[2]刘宝贵，杨志辉，马仕海.发电厂变电所电气部分（第二版）.2012.6北京中国电力出版社[3]白桂欣.电气工程常用数据速查手册.2007.1北京机械工业出版社[4]张铁岩.电气工程基础.2012.12北京人民邮电出版社[5]GB/T6451-2008油浸式电力电压器技术参数和要求.2008.10.30中国标准出版社[6]尹克宁.电力工程.2008北京中国电力出版社[7]孙丽华.电力工程基础.2006.1北京机械工业出版社[8]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理（增订版）.2004北京中国电力出版社[9]方大千，方亚平.实用高低压电器速查速算手册.2013.3北京化学工业出版社[10]DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合.1997.10.1中华人民共和国电力工业部[11]张保会，尹项根.电力系统继电保护（第二版）.2009.12北京中国电力出版社[12]王锡凡.现代电力系统分析.2003北京科学出版社[13]陈慈萱.电气工程基础（上册）.2002北京中国电力出版社[14]马永翔，王世荣.电力系统继电保护.2004北京中国电力出版社74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计[15]冯建勤等.电力工程基础.2010北京中国电力出版社[16]张伟钹，高玉明.电力系统过电压与绝缘配合.1988北京清华大学出版社[17]GB50062-92电力装置的继电保护和自动装置设计规范.1992.12.1北京中国计划出版社[18]全国供用电规则.1983.8北京国家经济委员会批准颁布[19]S.LI,Z.L.JiaandZ.H.Ying.Reconstructionofnon-integratedautomationsubstationbasedonIEC61850.May2010ElectricPowerAutomationEquipment[20]Y.C.Qian,J.Z.Yuan,L.ZhaoandY.M.Ren.ThepracticeofdigitalsubstationautomationsysteminTangshanGuojiatun220kV.Dec.2009projectAutomationofElectricPowerSystems[21]F.Tian,P.SunandS.R.Zhang.Researchonpatternofconventionalsubstationtransformedintodigitizedsubstation.Oct.2009PowerSystemProtectionandControl74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计附录：电气主接线图74 重庆理工大学毕业设计110KV变电站设计文献综述74'