110 35 10kv变电站设计 毕业论文

'110/35/10kV变电站设计摘要随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，本论文设计了一个降压变电站,此变电站有三个电压等级：高压侧电压为110kV,有二回线路；中压侧电压为35kV,有八回出线；低压侧电压为10kV,有十回出线。同时对于变电站内的主设备进行合理的选型。本设计选择选择两台SFSZ10-63000/110主变压器，其他设备如站用变，断路器，隔离开关，电流互感器，高压熔断器，电压互感器，无功补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。使其更加贴合实际，更具现实意义。关键字：变电站,设计,变压器I AbSTRACTAsthecontinuousdevelopmentofIndustrialEra,people’sdemandofpowersupplyincreasesrapidly,particularlyonthestability,reliabilityandsustainabilityofpowersupply.However,thosecharactersofthegridoftendependontherationaldesignandconfigurationoftransformersubstation.Theequipmentofatypicaltransformersubstationisrequiredtosatisfytheneedofreliableandflexibleoperationaswellaseconomicalandconvenientexpansion.Takeallthefactorsintoconsiderations,thispaperdesignedastep-downsubstation,thesubstationhasthreevoltagelevels:highsidevoltageof110kV,twobacklines;thepressuresideofthevoltageof35kV,andeightbackoutlet;lowsidevoltageto10kV,with10returnedtoqualify.Atthesametimethemainequipmentforthesubstationreasonableselection.ThedesignchoicesselectedtwoSFSZ10-63000/110maintransformerandotherequipmentsuchasstationTransformer,circuitbreaker,disconnectingswitch,currenttransformers,highvoltagefuses,voltagetransformers,reactivepowercompensationdevicesandprotectionequipment,etc.alsoinaccordancewiththespecificrequirementsofselection,designandconfiguration,triedtobereliable,simple,convenient,economical,withpossibilityofextensionoftimeandchangingtheoperatingmodeflexibility.Makeitmorefittingreal,morepracticalsignificance.KEYWORDS：Substation,design,transformerI 第1章前言随着现代化进程的快速推进，电力工业发展水平和电气化程度是国家国民经济发展的重要标志。我国的电力工业已经进入了大机组、大电厂、大电网、超高压、自动化、信息化发展的新时期。随着人们对电能的需求量日益增加，电能由发电厂发出要经过变压器变压供给用户，这时变电所就成为了发电厂到用户的媒介。这样就必须合理的规划变电所，以保证向用户可靠、安全的供电。本次设计题目为“郊区110kV变电站初步设计”，包括：110kV降压变电站电气主接线设计；选择确定主变压器的型号、容量；短路电流计算；主要电器设备选择、校验（包括母线，断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，避雷器，熔断器等）；配电装置的设计；防雷接地的计算。为了使变电所顺利完成变电、输配电任务，主接线设计要满足供电可靠性、运行的灵活性和经济性、先进性等项基本要求。根据负荷的大小确定既经济又实用的变压器，通过进行变电所短路电流计算，有助于我们选择能安全、可靠工作又经济的电气设备，也有助于设计和选择屋内、屋外配电装置。当变电所在运行时出现故障时而不间断地对Ⅰ、Ⅱ类负荷供电，就要对变电所的设备，尤其是对主要设备进行相应的保护，对变电所进行防雷接地计算和利用WBZ-500H微机型变压器保护装置对变压器进行相应的保护计算，从而保证变电所安全、经济地供电。47 第2章电气主接线设计电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站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。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线应合理。2.1原始资料变电所类型：110kV降压变电所电压等级：110/35/10kV负荷情况：35kV侧：最大负荷50MW，最小负荷35MW，=5300小时，=0.8510kV侧：最大负荷15MW，最小负荷12MW，=5300小时，=0.85负荷性质：工农业生产及城乡生活用电出线情况：110kV侧：2回（架空线）LGJ—185/30km35kV侧：8回（架空线）10kV侧：10回（电缆）系统情况：系统经双回给变电所供电;系统110kV母线短路电流标幺值为25（=100MVA）环境条件：最高温度400C，最低温度-250C，年平均温度200C；土壤电阻率欧姆当地雷暴日40日/年2.2主接线要求47 主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。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，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、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。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，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，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。（一）．主接线的设计依据1)变电所在电力系统中的地位和作用。2)变电所的分期和最终建设规模。3)负荷的大小和重要性，一级负荷必须设两个独立电源供电；二级负荷一般也设两个独立电源供电；三级负荷一般只设一个电源供电。4)系统备用容量大小。5)系统专业对电气主接线提供的具体资料。（二）．主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。（三）．主接线设计的基本要求1）运行可靠。断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。2）具有一定的灵活性。主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。3）操作应尽可能简单、方便。主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。4）经济上合理。主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。5）应具有扩建的可能性。由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选47 择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。6）变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。2.3高压配电装置的基本接线及适用范围（一）单母接线优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任意元件故障或检修，均须使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部母线仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电[2]。图1.1单母接线图适用范围：一般只适用于一台发电机和一台主变压器以下三种况：（1）6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回；（2）35-63kV配电装置的出线回路数不超过3回；（3）110-220kV配电装置的出线回路数不超过2回。（二）单母分段接线优点：（1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同断引出两个回路由两个电源供电；（2）当一段母线发生故障，分开母联断路器，自动将故障隔离，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。47 图1.2单母分段接线图缺点：（1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；（2）当出现为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；（3）扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：（1）6-10kV配电装置出线回路数为6回及以上时；（2）35-63kV配电装置出线回路数为4-8回时；（3）110-220kV配电装置出线回路数为4-8回时。（三）双母线接线优点：（1）供电可靠。通过两组母线隔离开关得到换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路；（2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；（3）扩建方便。向双母线的任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母分段那样导致出线交叉跨越；（4）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路断开，单独接至一组母线上。47 图1.3双母线接线图缺点：（1）增加一组母线时每回路就需要增加一组母线隔离开关；（2）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。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置；（3）当馈出线断路器或线路侧隔离开关故障时停止对用户供电。当出线回路数和母线上的电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下：（1）6～10kV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时；（2）35～63kV配电装置，当出线回路数超过8回时；或连接的电源较多、负荷较大时；（3）110～220kV配电装置出线回路数为5回及以上时；或当110～220kV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上时。（四）双母线分段接线图1.4双母线分段接线图47 双母线分段接线不仅具有双母线接线的各种优点，并且任何时候都有备有母线。双母线分段接线比双母线接线的可靠性更高，有较高的可靠性和灵活性。双母线分段接线比双母线接线增加了两台断路器，投资有所增加。适用范围：6～10kV配电装置中，当进出线回路数或母线上电源较多，功率较大时；220～500kV大容量配电装置中；发电厂的发电机电压配电装置中。（五）带旁路母线的接线图1.5带旁路母线的单母线分段接线图图1.6带旁路母线的双母线接线图当检修短路器时，将迫使用户停电。尤其是电压为35kV以上的线路输入电功率较大，短路器检修需要时间较长，会带来较大的经济损失，为此可增设旁路母线，可以保证重要用户的供电。优点：可靠性和灵活性高，供电可靠。缺点：接线较为复杂，且操作复杂，投资较多。适用范围：当110kV出现在6回及以上时，220kV在4回及以上时，多数线路为向用户单供，不允许停电，及接线条件不允许断路器停电检修时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线，在不允许停电检修断路器的殊殊场合下设置旁路母线。（六）变压器—线路单元接线。图1.7变压器—线路单元接线图优点：接线简单，设备少，操作简单。47 缺点：线路故障或检修时，变压器必须停运；变压器故障或检修时，线路必须停运。适用范围：只有一台变压器和一回线路时。（七）桥形接线：分为内桥和外桥两种。图1.7内桥接线图1.8外桥接线⑴内桥接线：连接桥断路器接在线路断路器的内侧。优点：高压断路器数量少，四回路只需三台断路器，线路的投入和切除比较方便。缺点：①变压器的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，切换主变时一回线路暂时停运；②出线断路器检修时，线路需长时间停运；③连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。适用范围：容量较小的变电所，并且变压器容量不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。⑵外桥接线：连接桥断路器接在线路断路器的外侧。优点：设备少，且变压器的投入和切除比较方便。缺点：①线路的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，切换线路时一台变压器暂时停运；②变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运；③连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。适用范围：容量较小的变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较低的情况，当电网中有穿越功率经过变电所时，也可采用此种接线。（八）角形接线：由于保证接线运行的可靠性，以采用3～5角为宜。优点：①投资少，断路器数等于回路数；②在接线的任一段发生故障时，只需切除这一段及其相连接的元件，对系统影响较小；③接线成闭合环形，运行时可靠、灵活；④每回路都与两台断路器相连接，检修任一台断路器时都不致中断供电；⑤占地面积小。47 缺点：在开环、闭环两种运行状态时，各支流通过的电流差别很大，使电器选择困难，并使继电保护复杂化，且不便于扩建。适用范围：出线为3～5回且最终规模较明确的110kV以上的配电装置中。综上所述八种接线形式的优缺点，结合原始资料所给定的条件进行分析，拟定主接线方案。2.4电气主接线的选择（一）110kV侧主接线：110kV只有2回出线，双回供电，进线输电距离较长，且作为降压变电所，110kV侧无穿越功率，两回线路都可向变电所供电，亦可一回向变电所供电，另一回作为备用电源。所以，从可靠性和经济性来定，110kV部分适用的接线方式为单母线分段接线和内桥接线两种。                           （二）35kV侧主接线：35kV侧有8回出线，可采用的主接线接线有：单母线分段接线、双母线接线、单母线分段带旁路接线。双母线及单母线分段带旁路接线，供电可靠性高，任一回路开关故障或检修，或任一母线故障或检修，都不影响用户停电，但是倒闸操作复杂，造价高。单母线分段接线接线简单，操作方便，便于扩建，造价低，可以提高供电可靠性和灵活性。现在35kV断路器普遍采用真空断路器或六氟化硫断路器，检修周期长，故障后维修时间较短，负荷性质为工农业生产及城乡生活用电，出线多为下级变电所双回供电，故我们采用单母线分段接线。（三）10kV侧主接线本所10kV出线共10回线路，对于10kV系统，出线回路数在6回及以上时，宜采用单母线分段接线，本变电所10kV用户负荷较轻，负荷性质为工农业生产及城乡生活用电，故采用单母线分段接线。有以上看出，主接线方案有两种：方案一：110kV侧主接线为内桥接线；35kV侧主接线为单母线分段接线；10kV侧主接线为单母线分段接线。方案二：110kV侧主接线为单母线分段接线；35kV侧主接线为单母线分段接线；10kV侧主接线为单母线分段接线。主接线方案的确定两方案35kV、10kV侧主接线相同，110kV侧主接线不同，故只比较110kV侧即可47 （1）主接线方案的可靠性比较：方案I：采用内桥接线，当一条线路故障或切除时，不影响变压器运行，不中断供电；桥断路器停运时，两回路将解列运行，亦不中断供电。任一主变故障或切除时，本侧线路断路器和桥断路器需短时停运。接线简单清晰，全部失电的可能性小，但变压器二次配线及倒闸操作复杂，易出错。方案II：采用单母线分段接线，任一台变压器或线路故障或停运时，不影响其它回路的运行；分段断路器停运时，两段母线需解列运行，全部失电的可能稍小一些，不易误操作。（2）主接线方案的灵活性比较方案I：主变的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，误操作的可能性大，扩建方便。线路的投入和切除比较方便。方案II：可以灵活地投入和切除线路及变压器，误操作可能性小，而且便于扩建。（3）主接线方案的经济性比较将两方案主要设备比较列表如下：表1.1主接线方案的经济性比较项目方案110kV断路器（台）110kV隔离开关（组）I38II510 从上表可以看出，方案I比方案II少两台110kV断路器、两组110kV隔离开关，所以说方案I比方案II综合投资少。（四）主接线方案的确定综上所述，在可靠性上方案II优于方案I，灵活性上方案II优于方案I，在经济性上方案II远不如方案I。结合原始资料：该变电所为110kV终端降压变电所，110kV母线无穿越功率，110kV出线2回，主变故障几率很小,主变检修操作次数少,35kV负荷较多，对供电可靠性方面要求较高，但现在35kV、10kV全为真空断路器，停电检修的几率极小，再加上电网越来越完善，双电源供电方案的实施，第I方案在可靠性和灵活性上完全可以满足要求，第II方案增加的投资有些没必要。经综合分析，决定选第I方案为最终方案，即110kV系统采用内桥接线、35kV、10kV系统为单母线分段接线。47 第3章主变压器的选择3.1主变压器台数的确定（一）主变台数确定的要求：1)主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合因素考虑确定。2)对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。3)对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。4)在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。根据以上准则和现有的条件确定选用两台主变压器。3.2主变压器容量的确定（一）负荷计算在最大负荷水平下主变的负荷：=50/0.85=58.82MVA=15/0.85=17.65MVA=58.82+17.65=76.47MVA在最小负荷水平下主变的负荷：=35/0.85=41.18MVA=12/0.85=14.12MVA=41.18+14.12=55.30MVA（二）容量选择主变压器容量一般按5～10年规划负荷选择，并适当考虑到远期的负荷发展。对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。设每年负荷增长率为5%，则=×（1+5%）5=76.47×1.28=97.60MVA47 装有两台及以上主变压器的变电所，根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级负荷或保证全部负荷的60～70%。对于使用两台变压器的变电所其额定容量可按下式确定变压器的额定容量：>0.6×97.60=58.56MVA故选用63MVA变压器。3.3主变压器参数的确定（一）相数的确定：在330kV及以下的变电所中，一般选用三相变压器。（二）绕组数的确定：有三种电压等级的变电所宜采用三绕组变压器。（三）绕组接线组别的确定：110kV及以上电压均采用“YN”及中性点引出并直接接地；35kV以下的电压，变压器绕组都采用△连接；35kV作为高、中压侧时都可能采用“Y”形接线，其中性点不接地或经消弧线圈接地。（四）结构形式的比较：变电所的三绕组变压器，以高压侧向中压侧供电为主，向低压侧供电为辅，则选降压型。（五）冷却方式的选择：电力变压器的冷却方式，随其型式和容量不同而异，选择普通型强迫空气冷却的变压器（风冷式）。参考《电力工程电气设备手册》选择三相三绕组、有载调压、风冷式变压器两台，型号为：SFSZ10-63000/110型。所选变压器主要技术参数如下表：表2.1变压器主要技术参数型号电压组合(kV)连接组标号空载损耗(KW)负载损耗(KW)空载电流(%)短路阻抗(%)容量分配（%）高压中压低压SFSZ10-63000/110110±8×1.25%38.5±2×2.5%10.5YNyn0d1159.3255.01.0高-中10.5高-低17.5中-低6.5100100503.4所用变压器的选择（一）所用台数的确定：47 对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段10kV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。（二）所用变容量的确定110kV变电站站用负荷较小，可选择100kVA变压器。（三）站用变型式的选择考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。故站用变参数如下：表2.2站用变参数型号电压组合(kV)连接组标号空载损耗(KW)负载损耗(KW)空载电流(%)短路阻抗(%)高压高压分接范围低压SC9—100/1010±2×2.5%0.4Dyn110.482.61.34（四）所用电接线方式：一般有重要负荷的大型变电所，380／220V系统采用单母线分段接线，两台所用变压器分别接在变电所最低一级电压母线的不同分段上，正常运行情况下可分列运行，分段开关设有自动投入装置。每台所用变压器应能担负本段负荷的正常供电，在另一台所用变压器故障或检修停电时，工作着的所用变压器还能担负另一段母线上的重要负荷，以保证变电所正常运行。47 第4章短路电流计算4.1短路电流计算的目的（一）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，需要进行必要的短路电流计算。（二）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠地工作，同时又力求节约资金，需要全面的短路电流计算。（三）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。（四）设计接地装置时，需用短路电流。（五）在选择继电保护和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。4.2短路电流计算的一般规定（一）计算的基本情况：（1）系统中所有电源均在额定负荷下运行。（2）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（3）所有电源的电动势相位角相同。（4）应考虑对短路电流值有影响的所有元件。（二）接线方式：计算短路电流时所用的接线方式，应是最大运行方式，不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。（三）计算容量：按该设计规划容量计算。（四）短路种类：均按三相短路计算。（五）短路计算点：在正常运行方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。经常选择在各电压等级的母线上。4.3短路电流计算结果47 表2.3短路电流计算结果短路点基准电压(kV)基准电流(kA)电压等级(kV)电抗标么值0S短路电流周期分量稳态短路电流短路电流冲击值(kA)最大电流有效值(kA)短路容量(kVA)标么值有名值(kA)标么值有名值(kA)公式d11100.5251100.042513.1252513.12533.46919.952500.575d238.51.50350.17755.6348.4515.6348.45121.54912.846563.53d310.55.50100.2593.86121.2363.86121.23654.15132.279386.19847 第5章设备的选择与校验5.1设备选择的原则和规定导体和设备的选择设计，应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。（一）一般原则1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。2）应力求技术先进和经济合理。3）选择导体时应尽量减少品种。4）应按当地环境条件校核。5）扩建工程应尽量使新老电器型号一致。6）选用的新产品，均应有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。（二）有关规定技术条件：选择的电气设备，应能在长期工作条件下和发生过电压过电流的情况下保持正常运行。1）正常工作条件a．额定电压：选用的电气设备和电缆允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1～1.15倍，电气设备所在电网的运行电压波动不超过电网额定电压的1.15倍，故选用的电气设备和电缆的额定电压不得低于装置地点电网额定电压，即b．额定电流：选用的电器额定电流或载流导体的长期允许电流不得低于装设回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流，即。由于高压电器没有明显的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种方式下回路持续工作电流。c．机械负荷：所选电器端子的允许负荷，应大于电器引下线在正常运行和短路时的最大作用力。2）短路状态校验47 ①校验的一般原则  电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定检验，检验的短路电流，一般取三相短路时的短路电流。②短路的热稳定条件：—短路电流产生的热效应（kA2.S）  —设备允许通过的热稳定电流（kA）  —设备允许通过的热稳定电流时间（S） ③短路的动稳定条件                —短路冲击电流幅值（kA）    —电器设备允许通过的动稳定（极限）电流幅值    —短路冲击电流有效值（kA）    —电器设备允许通过的动稳定（极限）电流有效值（kA） ④绝缘水平 在工作电压和过电压下，电气的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算选用适当的电压保护设备。环境条件：选择导体和电阻时，应按当地环境条件校核。原始资料提供环境条件如下：年最高温度+40℃，最低气温-25℃，当地雷暴日数40日/年。5.2断路器的选择和校验（一）断路器选择的技术条件1)额定电压：（为电网额定电压）2)额定电流：（为电网最大负荷电流）3)开断电流（或开断容量）：（或）47 —断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；—断路器额定开断电流；—断路器额定t秒的开断容量；—断路器额定开断容量1)短路关合电流：2)动稳定校验： 3)热稳定校验：（二）断路器型式和种类的选择：按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：多油断路器、少油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器等。断路器型式的选择，除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并以技术经济比较后确定。（三）断路器的选择和校验通过计算所得数据，拟定110kV侧使用SF6断路器，35kV、10kV侧使用真空断路器，选择情况见下表：表5.1断路器的选择和校验47 安装位置型号额定电压（kV）额定（计算）电流A额定（计算）开断电流kA极限（计算）通过电流kA额定短时耐受电流（kA）110kV进线LW11-110110160031.58031.5（4s）3969计算数据11042113.12533.469586110kV桥（分段）LW11-110110160031.58031.5（4s）3969计算数据11042113.12533.46958635kV主进，分段ZW37-40.540.5160031.58031.5（4s）3969计算数据38.59928.45121.54924335kV出线ZW37-40.540.51250205020（4s）1600计算数据38.53308.45121.54924310kV进线、分段ZN28-121231504010040(2s)3200计算数据10.5181921.23654.15176710kV出线ZN28-1212630256325(2s)1250计算数据10.529121.23654.1517675.3隔离开关的选择和校验（一）隔离开关的选择及校验原则1）种类和型式的选择隔离开关按安装地点的不同，可分为屋内和屋外式，按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式。其型式的选择应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合经济比较。2）额定电压选择：（为电网额定电压）3）额定电流选择：（为电网最大负荷电流）4）动稳定校验： 5）热稳定校验：（二）隔离开关的选择及校验根据计算数据，将选择的隔离开关列表如下：47 表5.2隔离开关的选择及校验安装位置型号额定电压kV最高工作电压kV额定电流A热稳定电流kA极限电流峰值kA110kV出线、桥（分段）及主变110kV侧GW4-110110126125031.5(4s)803969计算数据11042133.469586110kV PT、桥（分段）主变110kV侧中性点GW4-11011012663020(4s)501600计算数据11042133.46958635kV侧GW5-40.540.540.5125031.5(4s)1003969计算数据38.599221.54924310kV分段及主变10kV侧GN10-10T1011400085(5s)16036125计算数据10.5181954.151225510kV出线、PT及站用变GN19-101011100030(4s)753600计算数据10.529154.15115335.4互感器的选择及校验（一）电压互感器的选择本站电压互感器的配置：10kV、35kV的接线形式为单母线分段。10kV侧单母线分段共装两组电压互感器，35kV侧单母线分段共装2组电压互感器，110kV侧是桥形接线（单母线分段接线），从系统中有两条进线，在每条进线各装设一组电压互感器。电压互感器的选择原则：1）一次电压：电压互感器额定一次线电压，1.1和0.9是允许的一次电压的波动范围，即为。2）二次电压U2：电压互感器在高压侧接入方式接入相电压。因此，所选电压互感器副绕组二次额定电压为，110kV电压互感器辅助绕组二次额定电压为V，35kV、10kV电压互感器辅助绕组二次额定电压为V47 依据以上条件，所选各电压等级电压互感器如下表：表5.3各电压等级电压互感器型号额定电压（kV）准确级次原绕组副绕组1副绕组2辅助绕组JCC2-110  JDZX6-35  JDZJ-10   （二）电流互感器的选择电流互感器选择的技术条件①按一次回路额定电压和电流选择    其中：为电流互感器原边额定电流 为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流   为电流互感器额定电压   为电流互感器安装处的一次回路工作电压②二次额定电流选择：一般弱电系统1A，强电系统5A③准确等级：电流互感器准确级不得小于所供仪表的类型要求④二次负荷：根据前面的数据，选择电流互感器如下表：表5.4电流互感器的选择使用处所型号额定电流（A）级次组合额定输出1S热稳定电流（kA）动稳定电流（kA）47 110kV进线、桥开关LCWB6-110500/50.2S/0.5/10/1050/50/50/50VA4511535kV进线、分段LCZ-351000/50.2S/0.5/1050/50/50VA6521235kV出线LCZ-35400/50.2S/0.5/1050/50/50VA2656.410kV进线、分段LZZBJ9-102000/50.2S/0.5/1030/30/60VA10025010kV出线LZZBJ9-10300/50.2S/0.5/1010/15/15VA31.560 5.5导线的选择和检验载流导体一般采用铝质材料比较经济，110kV及以上高压配电装置一般采用软导线，当负荷电流较大时，应根据负荷电流选用较大截面的导线。矩形导线一般只用于35kV及以下，电流在4000A及以下时；槽形导体一般用于4000～8000A的配电装置中；管形导体用于8000A以上的大电流母线。（一）导线截面的选择原则（1）按回路最大持续工作电流选择：     其中—导体回路最大持续工作电流（A），母线的最大持续电流需计及可能的过负荷。—相应于导体在某一运行温度、环境条件下长期允许工作电流（A）若导体所处环境条件与规定载流量计算条件不同时，载流量应乘以相应的修正系数。按经济电流密度选择：（二）导线截面的选择110kV侧：LGJ—40035kV侧：进线LGJ—800出线LGJ—30010kV侧：进线矩形铝母线100×10两条横放；出线矩形铝母线63×10单条横放47 5.6高压熔断器的选择高压熔断器在电网中作为供电元件的过电流保护，当过电流流过时，元件本身发热熔断借灭弧介质的作用使电路开断，达到保护电力线路和电气设备的目的。校验断流容量的时候，应不小于短路容量。限流式熔断器的额定电压应与电网的额定电压相符。35kV侧电压互感器、10kV侧电压互感器、10kV站变侧高压熔断器其型号、参数:如下表：表5.5互感器及熔断器的型号安装位置型号额定电压kV额定电流A三相断流容量MVA最大开断电流kA35kVPTRW10-35/0.5350.5200010kVPTRN4-10/0.5100.5100010kV站变RN5-10/7.5107.5200125.7避雷器的选择及校验避雷器是电力系统中主要的防雷保护装置之一，氧化锌避雷器是目前较先进的过电压保护器。由于其核心元件采用氧化锌电阻片，与传统碳化硅避雷器相比，改善了避雷器的伏安特性，提高了过电压通流能力，从而带来避雷器特征的根本变化。当避雷器在正常工作电压下，流过避雷器的电流仅有微安级，当遭受过电压时，由于氧化锌电阻片的非线性，流过避雷器的电流瞬间达数千安培，避雷器处于导通状态，释放过电压能量，从而有效地限制了过电压对输变电设备的侵害。故根据本变电所的特点避雷器的选择如下：表5.6避雷器的选择使用处所型号避雷器额定电压(kV)系统标称电压(kV)持续运行电压(kV)直流1mA参考电压(不小于)(kV)操作冲击残压(不大于)(kV)110kV进线HY10WZ-102/26510211081.614822647 变压器110kV中性点HY1.5W-55/13255110447912635kV母线HY5WZ-51/134513540.873.011410kV母线HY5WZ-17/45171013.624.038.35.8绝缘子选择及穿墙套管的选择支柱绝缘子按额定电压和类型选择，进行短路时动稳定校验。穿墙套管应按额定电压、额定电流和类型选择，按短路条件检验动、热稳定。本设计选择的绝缘子如下：表5.7绝缘子的选择电压等级（kV）型号额定电压(kV)绝缘子高度(mm)机械破坏负荷（kg）110ZS-1101101200200035ZS-35354851000本设计选择的穿墙套管如下:表5.8穿墙套管的选择电压等级（kV）型号额定电流（A）套管长度（mm）10CLD-10400062047 第6章屋内外配电装置设计6.1配电装置的设计要求（一)配电装置应满足的基本要求1）其设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策，节约土地。2）保证运行可靠合理选择设备，布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。3）便于安装、检修，操作巡视方便。4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。（二)配电装置的安全净距1）屋外配电装置的安全净距（mm）表6.1屋外配电装置的安全净距序号适用范围额定电压（kV）10351101带电部分至接地部分之间200400100021、不同相的带电部分之间；2、隔离开关和断路器的断口两侧引线带电部分之间200400110031、设备运输时，其外廓至无遮栏带电部分之间；2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间950115017504网状遮栏至带电部分之间3005001105无遮栏裸导体对地面、建筑物及构筑物顶部之间2700290035006平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间22002400300047 2）10kV屋内配电装置安全净距（mm）表6.210kV屋内配电装置安全净距序号适用范围净距1带电部分至接地部分之间1252不同带电部分之间1253交叉的不同时停电检修的带电体间8754裸导体至地面间24255平行的不同时停电的裸导体间19256.2配电装置的选型、布置（一)屋外配电装置选择1）屋外配电装置可分为中型、半高型和高型三种。①　中型配电装置这种配电装置将所有电气设备都安装在地面设备支架上，母线下不布置设备，其优点：接线清晰，巡视、检修方便；缺点：占地面积大。②　高型配电装置将母线和隔离刀闸上下重叠布置，其优点：占地面积小；缺点：钢材耗量大，土建投资多，安装及运行、维护条件差。③　半高型配电装置将母线及母线隔离开关抬高，将断路器、电流互感器等电气设备布置在母线下面，优点：布置紧凑清晰，占地面积小。2）屋外配电装置选择该变电所110kV及35kV电压等级均采用普通中型，配电装置，而本变电所采用的是软导线，采用普通中型布置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运行维护还是安装检修，方面都积累了比较丰富的经验。（二)10kV屋内配电装置选择变电站10kV配电装置，按其布置型式一般可分为三层、二层和单层式。单层式占地面积较大，如容量不太大，通常采用成套开关柜。47 本设计10kV采用成套开关柜单列布置。47 第7章防雷及接地系统设计7.1防雷系统对于变电站的防雷保护，通常采用装设避雷针和避雷器的措施。避雷器的设置前面已作选择，故只对避雷针选择。进行防雷设计和防雷措施时，必须从该地区雷电具体情况出发，原始资料提供，当地雷暴日为40日/年，属中等雷电活动强度地区。（一）单只避雷针单只避雷针的保护范围如图，在高度为的水平面上，其保护半径为时，图7.1单只避雷针的保护范围时，为避雷针高度;被保护物体的高度;为高度影响系数（二）双只等高避雷针：图7.2双只等高避雷针保护范围47 （三）多只等高避雷针图7.3三只等高避雷针保护范围图7.4四只等高避雷针保护范围根据平面布置，该变电所长83m，宽75m，变电所110kV系统杆塔及门型架构最高为10m，故取11m。该变电所选定用4支30米等高避雷针来保护全所的架构、主变及主控室、高压室等。7.2变电所接地装置变电所内需要良好的接地装置，以满足工作、安全和防雷保护的接地要求，一般的做法是根据安全和工作接地的要求，敷设一个统一接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增加接第一满足防雷接地的要求。接地网的水平接地体由扁钢水平连接构成网孔形，两水平接地带间距离一般取3～10m，埋入地下0.8m处，其面积大体与变电所面积相同，接地网外沿应闭合，将各角做成圆弧状，圆弧半径小于均压带半径的一半。垂直角接地体一般用角钢或钢管，长度2.5m，间距大于5m。避雷器应以最短的接地线与主接地网连接，且应装设集中接地装置，避雷针与主变压器接地距离应大于15米，与设备接地距离大于3米，避雷针与架构间距离大于5米。在本设计中，水平接地体用40×4扁钢，垂直接地体用40×4角钢，皆全镀锌。通用接地网的接地电阻小于4Ω，避雷针接地网的接地电阻小于10Ω47 第8章计算书8.1短路电流计算（一）已知条件（1）系统电压等级为110kV、35kV、10kV，基准容量=100MVA，系统110kV母线短路电流标幺值为25（2）视系统为无限大电流源，故暂态分量等于稳态分量，即=I∞，=（3）主变为2台SFSZ10-63000/110型变压器，参数： 阻抗电压：；；（二）基准值选取（1）基准容量=100MVA（2）基准电压110kV：35kV：10kV：（3）点基准电流点基准电流点基准电流（三）选择短路点计算变压器阻抗计算：47 点为110kV进线侧短路。点为35kV母线处短路。点为10kV母线处短路。短路电流计算网络化简图如图3-1：110KV35KVX1*X2*X4*d1d2d310KVX3*X6*X5*X7*图8.1网络化简图（1）110kV进线侧短路110KVX1*d1图8.2110kV进线侧短路网络化简图110kV母线短路电流标幺值为25则0s短路电流周期分量有名值短路电流冲击值      全电流最大有效值     47 短路容量        （2）35kV母线处短路110KV35KVX1*X2*X4*d1d2Xd2*X5*X7*d2图8.335kV进线侧短路网络化简图0s短路电流周期分量标幺值0s短路电流周期分量有名值短路电流冲击值      全电流最大有效值      短路容量         47 （3）10kV母线处短路110KVX1*X2*d1d310KVX3*X6*X5*Xd3*d310KV图8.410kV进线侧短路网络化简图0s短路电流周期分量标幺值0s短路电流周期分量有名值短路电流冲击值      全电流最大有效值      短路容量         47 表8.1短路电流计算短路点基准电压(kV)基准电流(kA)电压等级(kV电抗标么值0S短路电流周期分量稳态短路电流短路电流冲击值(kA)最大电流有效值(kA)短路容量(kVA)标么值有名值(kA)标么值有名值(kA)公式d11100.5251100.042513.1252513.12533.46919.952500.575d238.51.50350.17755.6348.4515.6348.45121.54912.846563.53d310.55.50100.2593.86121.2363.86121.23654.15132.279386.1988.2设备的校验（一）电压选择：110kV侧：35kV侧：10kV侧：（二）电流选择：由于高压断路器没有连续过流的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。(1)110kV侧：最大负荷电流进线：(2)35kV侧：额定电流进线：出线：最大出线负荷按平均负荷3倍计算(3)10kV侧：额定电流47 进线、分段开关：出线：最大出线负荷按平均负荷3倍计算（三）开断电流和最大短路冲击电流（由短路电流计算得）：110kV侧：35kV侧：10kV侧：（四）断路器的校验（1）动稳定校验：110kV侧：   则35kV侧：   则10kV侧：   则所以动稳定校验全部合格。（2）热稳定校验：110kV侧：因，； 查表得，，,则   35kV侧：因，；查表得，，,则  10kV侧：因,；查表得,，,则47  所以热稳定校验全部合格。（五）隔离开关的校验（1）动稳定校验：110kV侧：   则35kV侧：   则10kV侧：   则所以动稳定校验全部合格。（2）热稳定校验：110kV侧：因，； 查表得，，,则      35kV侧：因，；查表得，，,则            10kV侧：a.进线及分段：因,；查表得,，,则   47 b.出线、站变及PT：因,；查表得,，,则  所以热稳定校验全部合格。（六）电流互感器的校验（1）动稳定校验：其中为电流互感器的动稳定电流110kV侧： 则35kV侧：   则10kV侧：   则所以动稳定校验全部合格。(2)热稳定校验：其中It为电流互感器在t=1s时允许通过热稳定电流110kV侧：35kV侧进线：35kV侧出线：10kV侧进线：10kV侧出线：故热稳定校验全部合格。（七）导线截面的选择及校验：导线截面的选择（1）110kV系统47 按经济电流密度选择：由，查软导线经济电流密度表，得 故按经济电流密度选择的导线载面，应尽量接近经济计算载面，当无合适规格导体时，允许小于。查表得LGJ-400型导线(长期允许最大载流量825A)按照经济电流密度选择导线,LGJQ-400型。查《发电厂电气部分》第344页表，按最高允许温度为+80℃，当地环境温度最高为+40℃，修正系数故长期允许电流进线采用LGJ-185型导线(长期允许最大载流量515A)故长期允许电流可以使用（2）35kV系统进线：按经济电流密度选择,母线最大持续工作电流不超过一台主变压器的最大持续工作电流，即 由，查软导线经济电流密度表，得 故查表得LGJQ-800型导线(长期允许最大载流量1205A)按照经济电流密度选择导线,LGJQ-600型。查《发电厂电气部分》第344页表，按最高允许温度为+80℃，当地环境温度最高为+40℃，修正系数故长期允许电流出线：按经济电流密度选择： 由，查软导线经济电流密度得 故47 查表得LGJ-300型导线(长期允许最大载流量700A)按照经济电流密度选择导线,LGJ-300型。查《发电厂电气部分》第344页表，按最高允许温度为+80℃，当地环境温度最高为+40℃，修正系数故长期允许电流（3）10kV系统进线及10kV汇流母线：按长期允许电流选择母线截面。母线最大持续工作电流不超过一台主变压器的最大持续工作电流，即所以导线的最大载流量。查表，得矩形铝母线100×10两条横放（基准条件下长期允许载流量2613A）查表，按最高允许温度为+70℃，当地环境温度最高为+40℃，修正系数故长期允许电流出线：因出线负荷不一样，最大出线负荷按平均负荷3倍计算，即 由，查铝母线经济电流密度得 故查表，得矩形铝母线63×10单条横放（基准条件下长期允许载流量1129A）查表，按最高允许温度为+70℃，当地环境温度最高为+40℃，修正系数故长期允许电流热稳定校验：若不计集肤效应系数的影响，可得到短路热稳定决定的导体最小截面为110kV侧：查表得35kV侧：查表得47 10kV侧：查表得由于所选截面，故热稳定校验合格（八）高压熔断器校验：保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流容量校验。即35kV侧  10kV侧故校验全部合格。8.3避雷针保护范围校验的保护范围（一）单只避雷针保护范围计算当时，当时，其中：h为避雷针高度hx为被保护物的高度P为高度影响系数。当时，该设计中：,,所以所以即该避雷针在11m水平面上的保护半径为23m。（二）四支等高避雷针保护范围计算：四支避雷针具体布置如图示意，(具体见设计图纸)    则        47    故变电所全部面积受保护。47 结束语本次毕业设计以110KV郊区变电站为例，简要介绍了电力系统中变电站一次部分的主接线设计，包括了主接线方案选择、主变压器台数和容量的选择、短路电流计算、高压电气设备（断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器和高压熔断器）的选择、各级母线选择以及避雷器的选择，并附有A3主接线图纸，较为详细的完成了变电站一次部分的设计。在设计中参考了许多资料，从中学到了不少新的知识和设计规约。尽管如此，本次设计只是基于理论形式，距离实际工程设计应用还很远。比如：1）在实际应用中，所有的电网都组成环网，出线与进线分的不是很明确，根据环网潮流分布的不同负荷线可以变成电源线供电，电源线可以变成负荷线；2）在实际工程中主变压器保护较为复杂，一般包括瓦斯保护，两套差动保护作为主保护，过电流保护作为后备保护；3）在实际工程中，每隔10米就应该考虑设置避雷器，而在设计中是不这么考虑的。此外，本次设计没有考虑二次部分的设计。就一次部分设计而言，也有一定的不足之处，还有待在今后的学习和工作中继续完善。通过本次设计，对变电站设计有了一个初步的认识，也学会了CAD电气制图，收获很大。47 参考文献[1]电力工业部西北电力设计院《电力工程电气设备手册：电气一次部分》水利电力出版社1998.[2]卢文鹏《发电厂变电站电气设备》中国电力出版社2007第一版.[3]孙成普《变电所及电力网设计与应用》中国电力出版社2007[4]周泽存《高电压技术（第三版）》中国电力出版社2007[5]王锡凡《电力工程基础.》西安交通大学出版社.2002第一版.[6]华中科技大学《电力系统分析》华中科技大学出版社2005.[7]国家电力公司农电工作部《35KV变电站及以上工程》中国电力出版社2003.[8]电力工业部电力设计总院《电力系统设计手册》中国电力出版社1999.[9]熊信银，范锡普《发电厂电气部分》中国电力出版社2004[10]刘介才《工厂供电(第四版)》机械工业出版社2004[11]曹绳敏《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》水利电力出版社2007[12]《电力工程电气设备手册》中国电力出版社2004[13]G.Bontemp.A.Vaccaro.andD.villacci。Granulatedblastfurnaceslagtoreducegroundingresistance.IEEProceedingsTransmision&Distribution，Volume151number2May2004：367-374.[14]Y.C.Kang.B.E.Lee.S.H.KangandP.A.Crossley。TransformerProtectionbasedontheincrementoffluxlinkage.IEEProceedingsTransmision&Distribution，Volume151number2July2004：269-280.[15]A.D.Polykrati.M.P.PaisiosC.G.ParagiannopoulosandP.D.Bourkas.Modelfortemperatureestimationofelectriccouplingsufferingheavylightningcurrents。IEEProceedingsTransmision&Distribution，Volume151number2January2004：156-170.47 附录附录1110KV/35KV/10KV降压变电站电气一次主接线47 附录2防雷校验图47 附录3变电所总体平面布置图47 附录4变电站断面图47'