110kv城市变电站设计毕业设计

'江西理工大学本科毕业设计（论文）题目：110kV城市变电站设计专题题目：学院：电气工程与自动化学院专业：电气工程及其自动化专业时间：2015年6月10日 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，直接影响整个电力系统的安全经济运行。电气主接线的设计是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。它的拟定直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资的重要决定因素。此外，在变电站的设计中，既要求所变电能很好地服务于工业生产，又要切实保证工厂生产和生活的用电的需要，并做好节能工作，就必须达到满足安全、可靠、优质、经济这四点要求。本设计书中所要求的110kV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）变电所总体分析（2）主变压器的选择（3）电气主接线设计（4）短路电流的计算（5）电气设备的选择（6）防雷设计。关键词：主接线设计；短路电流；电气设备选择 ABSTRACTSubstationisanimportantpartofpowersystem,istheintermediatelinkbetweenpowerplantsandusers,playsaroleintransformationanddistributionofelectricenergy,adirectimpactonthesafeandeconomicoperationofthewholepowersystem.Thedesignofelectricalmainwiringisthemaintaskofthesubstationdesign,andistheimportantlinkofthepowersystem..Itsformulationisdirectlyrelatedtothechoiceofthetotalstationelectricalequipment,thearrangementofthedistributionequipment,therelayprotectionandthedeterminationoftheautomaticequipment,andtheimportantdeterminantoftheinvestmentoftheelectricalpartsofthesubstation..Inaddition,inthedesignofsubstation,notonlyrequiresthesubstationcanverygoodserviceinindustrialproduction,butalsotoensurethefactoryproductionandlivingelectricityneeds,anddoagoodjobofenergyconservationwork,wemusttomeetthesafety,reliability,quality,economicdemandsthesefourpoints.Requiredinthedesignofthebookofthe110kVsubstationbelongstothehighvoltagenetwork,theareachangeareinvolvedinmanyaspects,toconsidertheissue,andtaskssuchasuserloadofsubstationandanalysis,thechoiceofthesite,theuseofuserdataloadcalculationanddeterminetheuserofreactivepowercompensationdevice.Atthesametime,thechoiceofvarioustransformers,soastodeterminethesubstationwiring,andthenshort-circuitcurrentcalculation,choosepowerdistributionnetworkandwire,short-circuitcurrentcalculation.Selectthehighandlowvoltageelectricalequipmentinthesubstation,providethebasisforthesubstationplanandtheprofilemap..Preliminarydesignofthesubstation,including:(1)substationoverallanalysis(2)maintransformer(3)themainelectricalwiringdesign(4)shortcircuitcurrentcalculation(5)electricalequipmentselection(6)lightningprotectiondesign.Keywords:mainwiringdesign;short-circuitcurrent;electricalequipmentselection 目录第一章绪论11.1选题背景和意义11.2原始资料31.3变电所总体分析4第二章主变压器选择62.1负荷分析计算62.2主变压器的选择72.3站用变压器的选择11第三章电气主接线设计123.1电气主接线的设计原则123.2电气主接线方式设计的基本要求123.3电气主接线方案的确定14第四章短路电流计算174.1短路电流计算的目的174.2短路电流计算的一般规定174.3短路电流计算的步骤184.4短路电流计算过程184.5短路电流计算结果表23第五章电气设备选择255.1导体和电气设备选择的一般条件255.2主要电气设备的选择27 5.3电气设备的选择305.4高低压配电装置型式选择32第六章防雷设计366.1防雷保护措施366.2进线保护376.3防雷设计38总结40参考文献41致谢43 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)第一章绪论电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分。所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电站使电厂或上级电站经过调整后的电能书送给下级负荷，是电能输送的核心部分。其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。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。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户的中间环节。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。将压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是110KV降压变电站。它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。可见，变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。1.1选题背景和意义我选择设计本课题，是对自己已学知识的整理和进一步的理解、认识，学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法，培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。电力工业的迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，综合应用所学理论知识，开拓思路，49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)锻炼独立分析问题及解决问题的能力。110kV区域降压变电所是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节，所以做好110kV变电所的设计是我国电网建设的重要环节。在目前的电网建设中，尤其是在110kV变电所的建设中，土地、资金等资源浪费现象严重，存在重复建设、改造困难、工频电磁辐射、无线电干扰和噪声等环保问题、电能质量差等问题已成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展战略。所以110kV变电所需要采用节约资源的设计方案,要克服通信干扰和噪声、既要保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用率高的要求。110kV变电所的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，110KV变电所电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。因而，110kV变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保的设计方案。基于此，我以节约资源、保护环境、设计高安全、高质量的110KV变电所为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面提出了新的设计思路。1）变电所一次设备主接线方式的现状通常，110kV变电站最常用的主接线方式主要有：单母线、单母线分段带旁路、单母线分段、双母线分段带旁路、双母线、1个半断路器接线、线路变压器组接线及桥形接线等。随着生产厂生产的高压电气设备质量的不断提高以及电网可靠性要求的增加，变电站主接线方式简化趋于可能。例如，高压断路器是变电站主要的电气设备，其制造技术再近年来有了很大程度的发展，可靠性也大大提高，维护时间较少甚至免维护。特别是国外一些知名生产厂家的超高压断路器一般均可达到20年左右不大修，更换元件费时也很短。因此，从形式上看，变电站一次系统主接线的发展过程经历了由简单到复杂，再由复杂回到简单的过程。在70年代，由于当时受到制造技术、控制技术和通信技术等条件的制约，为了提高供电系统的可靠性，产生了主接线从简单到复杂的演变过程。在当今的技术环境下，随着新技术、高质量电气产品的广泛应用，某些条件下采用简单的主接线方式会比复杂主接线方式更加可靠、更加安全。因此，变电所主接线方式也就日趋简化。变电所电气主接线方式应该根据可靠性、经济性、灵活性及技术环境统一性来决定。为了进一步控制工程造价，提高经济效益，经过专家反复论证，我国少数变电站设计目前已经逐渐采用了一些新的、更为简单的主接线方式。近期，国内新建的部分110kV电压等级的枢纽变电站的主接线采用双母线不带旁路母线。在49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)采用GIS的情况下，优先采用单母线分段接线。而在终端变电站中，应尽量采用线路变压器组接线方式等。2）变电站二次回路的发展现状综合自动化变电站与传统的变电站在二次回路进行比较，综合自动化变电站具有接线较为简单，设备相对减少，接线方式更合理，系统性强等特点。传统的变电站的二次回路可以说是一个复杂的网络，它既包含了控制系统、测量系统、信号系统与监察系统，又包含了继电保护、调节系统、自动装置系统及操作电源系统等。其中光是信号系统就包含了位置信号、瞬时预警信号、事故音响信号、延时预警信号等。这些二次回路中，各系统之间都是靠硬件连接，因此二次接线就比较复杂。而综合自动化的变电站在基本原理上打破原来的框架。如原来靠硬件连线的系统，现在可以通过数字通信进行联系，原来控制屏、保护屏、信号屏等各屏内设备间的连线由保护装置内部的电路板取代，这样二次回路的接线就更简单得多了。传统变电站的二次设备，是分散地装设在控制屏、信号屏及保护屏上，每一个电气元件都要配置测量仪表、转换开关、光字牌、位置指示灯等。而每一套继电保护都是需要要有若干个中间继电器、交流测量继电器、信号继电器等组成。一个变电站包括多个电气单元就会有很多的二次设备。而综合自动化变电站一个电气单元的控制、测量、保护及信号可以在一个保护测控装置内实现，继电保护则是由一套微机保护装置组成。综合自动化变电站中，也可以取消中央信号屏及控制屏。这样，二次设备相应减少了很多。综合自动化变电站中，二次设备是按照每一个电气单元配置，二次接线也是按电气单元，一对一的方式进行连接。不同的电气单元之间，只有操作闭锁回路的连接，保护之间配合的连接，相应之间的连接大为减少。对变电站的一些公用二次设备和一些不属于各个电气单元的二次设备将它们组合为公用屏。这样，从变电站整体来看，二次回路的接线比较合理，系统性强，也有规律，使得运行维护人员易于掌握。1.2原始资料110kV城市变电站设计1）建设性质及规模为满足市区工业及城市生活用电，决定新建一座110kV降压变电所电压等级：110/10kV线路回数：110kV2回，发展2回10kV11回，发展2回2）电力系统接线简图（见图1-1）49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)图1-1电力系统接线简图注（1）图中系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式；（2）系统可保证本变电所母线电压波动在±5%以内；（3）甲变电所及乙变电所的主要负荷为煤矿，供电可靠性要求高。3）所址条件新建变电所位于市工业区，邻近负荷中心。所区海拔为100m，为非地震多发区。最高气温为+39℃，最低气温为-15℃，最热月平均最高气温为+32℃。4）设计任务（1）变电所总体分析，负荷分析计算与主变压器选择；（2）电气主接线设计；（3）短路电流计算及电气设备选择；（4）高、低压配电装置型式选择。1.3变电所总体分析市变电站位于市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，是新建地区变电所。变电站作为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重要环节。为了使变电站的一次设计能够很好地接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对本变电站做初步分析的原始数据进行分析。1）变电站类型：110kV城市降压变电站2）电压等级：110/10kV3）线路回数：110kV2回，发展2回10kV11回，发展2回49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)4）地理条件：所区海拔为100m，为非地震多发区。最高气温为+39℃，最低气温为-15℃，最热月平均最高气温为+32℃。5）负荷情况：主要是一二级负荷，负荷主要为市区生活用电和工业用电；49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)第二章主变压器选择2.1负荷分析计算2.1.1负荷分析的目的负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法，计算负荷确定得是否正确无误，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。对供电的可靠性非常重要。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确负荷计算的重要性。负荷计算不仅要考虑近期投入的负荷，更要考虑未来几年发展的远期负荷，如果只考虑近期负荷来选择各种电气设备和导线电缆，那随着经济的发展，负荷不断增加，不久我们选择的设备和线路就不能满足要求了。所以负荷计算是一个全面地分析计算过程，只有负荷分析正确无误，我们的变电站设计才有成功的希望。变电所进行电力设计的基本原始资料是根据各用电负荷所提供，但往往这些统计是不齐全的，所以在设计时必须考虑5到10年的负荷增长情况并如何根据这些资料正确估计变电所所需要的电力、电量是一个非常重要的问题。负荷计算直接影响着变压器的选择，计算负荷是根据变电所所带负荷的容量确定的，预期不便的最大假想负荷[1]。这个负荷是设计时作为选择变电所电力系统供电线路的导线截面，母线的选择，变压器容量，断路器，隔离开关，互感器额定参数的依据。2.1.2计算方法：根据原始材料给定的有功功率P、功率因素，求出无功功率。(2-1)=+++……+（2-2）=+++…+（2-3）计算负荷:（2-4）为需要系数一般取0.8。2.1.3负荷计算过程根据原始资料：cosφ=0.8，则tanφ=0.75，由公式可计算出：纺织机械厂2回：49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)Pc1=Pc2=7.5MWQc1=Qc2=Pc1×tanφ=7.5×0.75=5.625MVar肉联厂2回：Pc3=Pc4=2MWQc3=Qc4=Pc3×tanφ=2×0.75=1.5MVar拖拉机厂2回：Pc5=Pc6=6MWQc5=Qc6=Pc5×tanφ=6×0.75=4.5Mvar铁路枢纽站2回：Pc7=Pc8=8MWQc7=Qc8=Pc7×tanφ=8×0.75=6MVar市区南线1回，市区东线1回：Pc9=Pc10=1MWQc9=Qc10=Pc9×tanφ=1×0.75=0.75Mvar市区北线1回:Pc11=1.5MWQc11=Pc11×tanφ=1.5×0.75=1.125MVar发展线2回：Pc12=Pc13=3MWQc12=Qc13=Pc12×tanφ=3×0.75=2.25MVarP=Pc1×2+Pc3×2+Pc5×2+Pc7×2+Pc9+Pc10+Pc11+Pc12×2=7.5×2+2×2+6×2+2×2+1+1+1.5+3×2=44.5MWQ=Qc1×2+Qc3×2+Qc5×2+Qc7×2+Qc9+Qc10+Qc11+Qc12×2=5.625×2+1.5×2+4.5×2+6×2+0.75+1.125+2.25×2=42.375Mvar由公式得出：Sc=×P2+Q2=0.8×44.52+42.3752=49.65MVA2.2主变压器的选择49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的选择依据除了依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，与系统联系的紧密程度。另外主变选择的好坏对供电可靠性和以后的扩建都有很大影响。总之主变的选择关系到待建变电站设计的成功与否，所以对主变的选择我们一定要全方面考虑。既要满足近期负荷的要求也要考虑到远期。2.2.1变压器容量及台数的选择原则主变压器容量、台数直接影响主接线方式及高压配电装置的结构。它的确定除依据传递容量等基本原始资料外，还应根据电力系统5年～10年的发展规划、馈线回路数、输送功率大小、电压等级及接入系统的紧密程度等因素，进行合理选择和综合分析。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资成本，增大设备占地面积，而且也增加了设备运行电能的损耗，设备不能够充分的发挥效益；若变压器选择容量过小，会满足不了变电站负荷的需要。因此，在选择主变压器时，应按5年～10年内的规划负荷来选择容量。根据城市规划、电网结构、负荷性质等综合考虑确定变压器的容量。并应考虑变压器正常运行及事故时的过负荷能力。对装设两台变压器或两台以上变压器的变电站，每台变压器额定容量一般选择为变电站最大负荷。对于Ⅰ、Ⅱ级负荷占用比重较大的变电站，应能在1台主变压器检修或停役时，其余变压器的容量在过负荷能力允许的时间内，能够满足对Ⅰ、Ⅱ级负荷的正常供电。为保证供电可靠性，变电站一般来说装设两台主变压器。当只有一个电源或者变电站可由低压侧电网获得备用电源给其它负荷供电时，可以装设一台变压器。对于大型的枢纽变电站，根据现场实际情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上的主变压器。2.2.2变压器型式及结构的选择原则1）主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压等级的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均可以达到15%Sn以上时，可采用三绕组的变压器。其中，当主网电压采用110～220kV，而中压网络采用35kV时，由于中性点可以具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为220kV及以上，中压为110kV及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。2）绕组接线组别：变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，电力系统采用的绕组连接方式只有三角形“D”和星形“Y”两种，因此，变压器三相绕组的连接方式应根据现场实际来确定，我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都是采用“YN”连接；35kV都是采用“Y”连接，其中性点大多通过消弧线圈接地；35kV以下高压电压，变压器三相绕组都是采用“D”连接。3）49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)调压方式：为了保证变电站的供电质量，电压必须保持在允许的范围之内。通过变压器分接开关进行切换，改变变压器高压侧绕组的匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±2×2.5%之内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。其结构复杂，价格较贵，只有在电网电压不能满足要求时才采用。4）冷却方式：电力变压器的冷却方式随着变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫油循环水冷却、强迫风冷却、强迫油循环导向冷却、强迫油循环风冷却等。2.2.3主变压器台数的选择据资料分析以及线路来看，变电所的类型为110kV终端变电站，为保障对Ⅰ、Ⅱ类负荷的需要，以及扩建的可能性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电的可靠性，以便当其中一台主变故障或者检修时，另一台能继续供电约为1.2倍最大负荷的容量。2.2.4主变压器的容量的选择1）主变压器负荷的估算变电所中一般装设两台主变压器，考虑到今后的发展，主变压器的容量应根据电力系统的规划负荷来选择。当一台主变压器检修和事故时，另一台主变压器的容量应保证70％的全部负荷或重要用户的主要生产负荷的需要。2）电力负荷估算电力负荷估算公式为(2-5)式中——某一级电压的最大视在计算负荷，kV·A；Kt——同时系数，一般取Kt＝0.85-0.9，当输电线路在三回以下时，取Kt=0.95-1.00；α%——该电压等级电网的线损率，一般取5%；P一一各工厂或农业负荷馈电线最大有功计算负荷，kw，最小负荷的计算值一般取最大值的60％一70％，若主要为农业用电负荷，则取最大值的20％一30％。cos——功率因数远期总负荷：∑PM=44.5MW，用电负荷的总视在功率为：∑SM=∑Sc=49.65MVA49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)主变压器的总容量应满足：Sn≥=49.65MVA变电所有两台主变压器，考虑到任意一台主变停运或检修时，另一主变要满足的容量：Sn≥49.65×70%=34.755MVA所以选每台主变容量：Sn=34.755MVA为了满足系统要求，以及通过查表，确定每台主变的装机容量为：40MVA总装机容量为：2×40MVA=80MVA考虑周围环境温度的影响：θp=(θmax+θmin)/2=（39-15）/2=12℃Kθ=（15-12）/100+1=1.03根据Sn≥0.6K∑SM/Kθ=0.6×0.8×49.65/1.03=24.58MVA即Sn=40MVA＞24.58MVA满足要求。2.2.5主变压器型式的选择1）相数的选择：电力系统中大多数为三相变压器，三相变压器较之于同容量的单相变压器组，其金属材料少20%～25%，运行电能损耗少12%～15%，并且占地面积少，因此考虑优先采用。本变电所设在城郊附近，不受运输条件限制，所以采用三相变压器。2）绕组的确定：该变电所只有两个电压等级（110kV和10kV），且自耦变压器一般用在220kV以上的变电所中，所以这里选择双绕组变压器。3）绕组接线方式的选择：变压器绕组的连接方式必须和系统电压的连接方式相位一致，否则不能并联运行。我国110kV及以上变压器绕组都选用Y连接，35KV及以下电压，绕组都选择△连接方式，所以该变电站的两台主变，高压侧（110kV）采用Y连接，低压侧(10kV)采用△连接方式。根据110kV变电所设计指导，以上选择符合系统对变电所的技术要求，两台相同的变压器同时投入时，可选择型号为SF9-25000/110的主变，技术参数如表2-1：49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)表2-1主变压器的技术参数型号高压低压空载电流空载损耗负载电流阻抗电压连接组别SFL1-40000/110121±2×2.5%10．50.742110.710．5Yn,d112.3站用变压器的选择根据《35～110kV变电所设计规范》规定，在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。变电所的所用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电所的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需0.4KV一级，采用动力与照明混合供电方式。380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。本变电所所用容量为100KVA，选用两台型号为S9-100/10的三相油浸自冷式铜线变压器，接入低压侧,互为暗备用。参数如表2-2所示：表2-2站用电变压器参数表产品型号额定容量(KVA)高压侧(KV)低压侧(KV)接线组方式短路损耗(W)短路电压(%)空载损耗(W)空载电流(%)S9-100/10100100.4Y,yn0150042901.6站用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源，所用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)第三章电气主接线设计3.1电气主接线的设计原则电气主接线的设计以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程的实际情况，在保证供电可靠性、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护的方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争电气设备元件与设计的先进性和可靠性，坚持可靠、适用、先进、美观、经济的原则。同时，设计的主接线方式应该能够满足供电可靠、经济、灵活、留有扩建及发展的余地。1）考虑变电站在电力系统中的位置变电站在电力系统中的地位和作用是决定电气主接线方式的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对其电气主接线方式的可靠性、经济性和灵活性的要求也不同。2）考虑近期与远期的发展规模变电所电气主接线方式的设计，应根据5年-10年电力发展规划要求进行。根据负荷的大小、分布及增长速度。根据地区网络情况与潮流的分布，分析各种可能的运行方式，来确定电气主接线方式的形式及连接电源数和出线回数。3）考虑负荷的重要性分级及出线回数对一级负荷，必须有两个独立的电源供电，且当其中一个电源失电后，应保证全部一级负荷能够不间断供电；对二级负荷，一般要求有两个电源供电，且当其中一个电源失电后，应保证大部分的二级负荷供电；三级负荷一般只需要一个电源供电.4）考虑主变台数变电所主变压器的台数对电气主接线的选择将产生直接的影响。变压器传输容量的不同，对主接线的可靠性、灵活性的要求也不相同。5）考虑备用容量的有无及大小发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、故障停运、设备检修等情况下的应急要求，电气主接线方式的设计要根据备用容量的有无有所区别，例如，当断路器或者母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响着电气主接线的形式。3.2电气主接线方式设计的基本要求变电所的电气主接线方式应该根据变电站在电力系统中的地位、变电站的实际规划容量、线路、负荷性质、设备特点、变压器连接元件总数等条件确定，并应综合考虑供电的可靠性、检修操作方便、运行灵活性便于过渡、节约投资和扩建等要求。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)3.2.1供电可靠性安全可靠是电力系统首要任务，保证供电可靠也是电气主接线方式最基本的要求。电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂或变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂或变电站则不一定能够满足可靠性要求。因此，在分析电气主接线方式的可靠性时，要考虑发电厂或变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平和运行经验等诸多因素。1）发电厂和变电站在电力系统中所处的地位和作用。发电厂和变电站都是电力系统中的重要组成部分，其可靠性应该与电力系统相适应。评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。2）负荷性质和类别。负荷按其重要性可分成Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷和Ⅲ类负荷。Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷都要求必须有两路电源供电。3）设备的制造水平。主接线的可靠性，是由其各组成元件（一次设备、二次设备）的可靠性的综合。电气设备制造水平决定的设备质量和可靠度直接影响着电气主接线的可靠性。因此，主接线方式的设计必须同时考虑到一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。4）长期实践运行经验。主接线方式可靠性和运行管理水平、运行值班人员的综合素质等因素有着密切的关系，衡量可靠性的客观标准就是运行实践，估价一个主接线方式的可靠性时，应充分考虑到长期积累的运行经验。我国现行得设计技术规程中的各项规定，就是对国、内外长期的运行实践经验的总结，设计时均应该予以遵循。评价电气主接线方式可靠性的标志是:（1）断路器检修时，不应该影响对系统的供电；（2）线路或者母线发生故障时，应该尽量减少线路的停运回路数机主变的停运台数，尽量保证对重要用户的供电；（3）尽量避免变电站全停的可能性。3.2.2运行检修的灵活性电气主接线应该能够适应各种运行状态，并能够灵活的进行运行方式的改变。主接线方式的灵活性要求有以下三个方面：1）调度灵活，操作简便。应该能够灵活的投入（或切除）某些变压器或线某些路，调能够配电源及负荷，能够满足电力系统在事故、检修及其它特殊运行方式下的调度要求，实现变电站的无人值班；2）检修时，可以方便的停运断路器、继电保护设备及母线等，在保证检修安全的情况下，而不致于影响电力系统的运行及对用户的供电。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)3）适应性和可扩展性能适应一定时期内没有预计到的负荷水平的变化，满足供电需求。扩建时，可以适应从初期的接线方式过渡到最终的接线方式。在影响连续供电或停电时间最少的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且使一次、二次部分的改建工作量最少。3.2.3经济性主接线方式在满足可靠性、灵活性等要求的前提下，要求做到经济合理。1)投资省。即变电站的建筑工程费、安装工程费、设备购置费和其它费用应节省，采用不同的接线方式，其投资额度具有明显的不同。2）占地面积小。电气主接线设计要为高压配电装置的布置创造条件，以便节约用地、节省构架、绝缘子、导线和安装费用。在运输条件许可的区域，都应采用三相变压器。3）能量损失小。在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量及台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。3.2.4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。3.2.5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，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。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3.3电气主接线方案的确定《35～110KV变电所设计规范》规定，35～110kV线路为两会及以下时，宜采用桥形线路变压器货单母线接线。超过两回时采用扩大桥形双母线或单母线分段的接线。在采用单母线、单母线分段或双母线的35～110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。线或单母线接线分段接线两种方案由于Ⅰ类、Ⅱ类负荷居多（将近60%），为了安全可靠起见，保留2种方案。⑴110kV侧进线以单母线分段接线方式引入，10kV侧同样以单母线分段接线方式输出。⑵110kV侧进线以双母线接线方式引入，10kV侧以单母线分段接旁路接线方式输出。3.3.110KV侧2种接线方案的比较49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)表3-1接线方案单母分段单母分段带旁路比较结果可靠性比纯粹单母线高，但是整体稳定性不算高比不带旁路稳定可靠6～10kV一般不设旁路母线，因为供电负荷小，供电距离短，而且一般可在网络中取得备用电源，同时大多为电缆出线，事故跳闸次数很少。所以选择单母线分段接线方式输出。灵活性简单、方便、易于扩建倒闸操作简单经济性具有单母线接线经济的特点设备增多，投资增大，占地面积也相应增大由表3-1可以得到10KV侧接线方式选择，我们要选择占地和资金少的线路，但是必须在保障安全，灵活的前提下，资金和占地相差不是多，而安全性和灵活性提高很多。可见，变电所在10KV侧为居民供电系统中，应该选择单母线分段接线。3.3.2110KV侧电气主接线的选择高压侧，即110kV电源侧采用单母分段接线，优点是方便，经济灵活接线简单，缺点是可靠性一般；高压侧采用双母线接线，两个线路断路器、两个主变断路器、还有一个母连断路器，总共5个断路器，可靠性还可以了。跟单母线分段接线方式输出比较经济性欠完好。经比较高压侧选择单母线分段接线。图3-1为电气主接线图。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)图3-1电气主接线图49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)第四章短路电流计算4.1短路电流计算的目的在发电厂、变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个非常重要的环节。短路电流计算的目的主要有以下几方面：1）在选择电气主接线方式时，为了比较各种接线方案，或者确定某一接线方式是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行短路电流的计算。2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行情况下及故障情况下都能够安全、可靠的工作，同时又力求尽量节约资金，这就需要进行短路电流的计算。例如：计算某一时刻短路电流的有效值，用以校验高压开关设备的开断能力，以及确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间内短路电流的有效值，用以校验电气设备的热稳定；计算短路电流的冲击值，用以校验电气设备的动稳定。3）在设计室外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相对相之间及相对地的安全距离。4）在选择继电保护方式及进行继电保护整定计算时，需要以各种短路时的短路电流作为依据。5）接地装置的设计，也需用考虑到短路电流的大小。4.2短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定：1）计算的基本情况（1）电力系统中所有电源点都在额定负荷下运行；（2）同步电机具有自动励磁调整装置(包括强行励磁)；（3）短路发生在短路电流最大值的瞬间；（4）所有电源电动势相位角相同；（5）正常工作时，系统三相负荷对称运行；（6）应考虑对短路电流大小有影响的所有元件，但不考虑短路点电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值及最大全电流有效值时才予以考虑。2）接线方式计算短路电流时所采用的接线方式，应该是可能发生最大短路电流时的正常接线方式，即最大运行方式，而不能用仅在改变运行方式过程中并列运行的接线方式。3）计算容量应按设计规划容量计算，并且要考虑到电力系统远景发展规划（一般考虑工程建成后5年～10年）。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)4）短路种类一般是按三相短路计算。若发电机出口两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路比三相短路情况严重时，则应该按照严重情况进行校验。5）短路计算点在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流值最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的6～10kV出线与厂用分支回路，在选择母线至母线侧隔离开关间的引线及套管时，短路计算点应取在电抗器前。选择其余的导体和电气设备时，短路计算点一般取在电抗器后。4.3短路电流计算的步骤在工程设计中，短路电流的计算一般采用实用计算曲线法。其具体计算步骤如下：1）绘制等值网络。（1）选取基准功率及基准电压；（2）略去网络各个元件的电阻、输电线路的电容及变压器的励磁支路；（3）无限大功率电源的内电抗等于零；（4）略去负荷。2）进行网络变换。按网络变换的原则，将网络中的各个电源合并成若干组。如共有N组，每组用一个等值的发电机代表。无限大功率电源（如果有的话）则另成一组。求出各等值发电机对短路点的转移电抗以及无限大功率电源对短路点的转移电抗。3）将求出的转移电抗按照各自相应的等值发电机的容量进行计算，便可得出各个等值发电机对短路点的计算电抗。4）分别根据适当的计算曲线，找出在指定时刻各等值发电机提供的短路周期电流的标幺值。5）计算短路电流周期分量有名值。6）计算短路容量及短路电流冲击值。7）绘制短路电流计算结果表。4.4短路电流计算过程查资料可知，架空线电抗X一般取为0.4Ω/km.选基准:=100MVA==1.05Un=115kV49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)110kV侧:=0.50KA10kV侧：=5.50KA1）110KV高压侧K1（3）短路计算：即当K1（3）点短路时，等值电路及其简化电路如下：(1)求短路点K1（3）的总电抗标么值求各元件的电抗标么值。求发电机G1的电抗标么值XpuG1=SbXpuG1″SNG1=100×0.61250=0.048求发电机G2的电抗标么值XpuG1=SbXpuG1″SNG1=100×0.8350=0.229架空线路的电抗标幺值：X3=X0L3SbUb=0.4×(14+6)×=6.957X4=X0L4SbUb=0.4×10×=3.478X5=X0L5SbUb=0.4×20×=6.957X8=X0L8SbUb=0.4×26×=9.043电力变压器TM1、TM2的电抗标幺值：XPUT1=XPUT2=X6=X7=Uk%Sb100SN=10.5××40=0.26349 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)图4-1短路电流计算电路图化简等值电路△—Y：X9=X11=X3×X4X3+X4+X5=24.19617.392=1.391X10=X3×X5X3+X4+X5=48.40017.392=2.78349 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)图4-2△—Y等值电路化简图化简电抗器等值电路。化简过程如图：X1与X9串联得：X12=X1+X9=0.048+1.391=1.439X2与X8、X10串联得：X13=X2+X8+X10=12.055X12与X13并联得：X14=X12×X13X12+X13=1.439×12.0551.439+12.055=1.286X6与X7并联得：X15=X6×X7X6+X7=0.263×0.2630.263+0.263=0.132X14与X11串联得：X16=X14+X11=1.286+1.391=2.677短路点K1（3）总电抗：Xpu1=X16=2.67749 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)图4-3等值电路化简图（2）短路点K1（3）的三相短路电流：取Sb=100MV·A，Ub=Uav=1.05UN1=115kV①三相短路电流周期分量的有效值三相短路电流的标么值：Ipub1(3)=1Xpu1=12.677=0.37三相短路电流的基准值：Ib1(3)=Sb3Ub=1003×115=0.50KA三相短路电流周期分量的有效值：Ik1(3)=Ib1(3)Xpu1=0.502.677=0.19KA三相短路次暂态电流及短路稳态电流：Ik1(3)=I1""(3)=I∞1(3)=0.19KA求K1（3）点的三相短路冲击电流：瞬时值：ish1(3)=2.55I1""(3)=2.55×0.19=0.48KA有效值：Ish1（3）=1.52I1""(3)=1.52×0.19=0.29KA②K1（3）点的三相短路容量Sb1(3):49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)Sb1(3)=3UbIk1(3)=3×115×0.19=37.8MV·A2)10KV低压侧K2（3）短路计算：（1）短路点K2（3）总电抗：X17=Xpu2=X16+X15=2.677+0.132=2.809（2）短路点K2（3）的三相短路电流：取Sb=100MV·A，Ub=Uav=1.05UN2=10.5kV①周期分量有效值：标幺值：Ipub2(3)=1Xpu2=12.809=0.36基准值：Ib2(3)=Sb3Ub2=1003×10.5=5.50KA周期分量有效值：Ik2(3)=Ib2(3)Xpu2=5.502.809=1.96KA次暂态电流及短路稳态电流：Ik2(3)=I2""(3)=I∞2(3)=1.96KA求K2（3）点的三相短路冲击电流瞬时值：ish2(3)=2.55I2""(3)=2.55×1.96=5.0KA有效值：Ish2（3）=1.52I2""(3)=1.52×1.96=3.0KA②K2（3）点的三相短路容量Sb2(3)：Sb2(3)=3UbIk2(3)=3×10.5×1.96=35.65MV·A4.5短路电流计算结果表短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有2个，即110KV母线短路（K1点），10KV母线短路（K2点）49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)计算结果:高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取基准值如表4-1.表4-1基准值列表基准容量：S=100MVA基准电压：V（KV）10.5115基准电流：I（KA）5.500.50短路电流计算结果如表4-2：表4-2短路电流计算结果列表项目结果短路点编号短路点基准电压Uj（kV）短路点基准电流Ij（kA）短路电流冲击电流Sd(MVA)标么值I*”有名值I”(kA)标么值icj*有名值icj(kA)序号ⅠK11150.500.370.190.480.2937.8ⅡK210.55.500.361.965.03.035.65第五章电气设备选择5.1导体和电气设备选择的一般条件49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)导体和电气设备选择是电气设计的主要内容之一。尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电器设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来效验热稳定和动稳定。正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。5.1.1一般原则1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况的要求，并考虑远景发展的需要；2）应按当地环境条件校核；3）选择导体时应尽量减少品种；4）应力求技术先进和经济合理；5）扩建工程应尽量使新老电器型号一致；6）选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格5.1.2技术条件选择的高压电器，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）长期工作条件（1）电压选用电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug，即Umax≥Ug(5-1)（2）电流选用的电器额定电流Ie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Ig，即Ie≥Ig(5-2)由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。所选用电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。2)短路稳定条件校验的一般原则（1）49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)电器在选定后按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流。（2）用熔断器保护的电器可不验算热稳定。2（3）短路的热稳定条件Itt≥Qd(5-3)2式中Qdt—在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应（kA•s）It—t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）t—设备允许通过的热稳定电流时间（s）校验短路热稳定所用的计算时间tjs按下式计算：tjs=tb+td(5-4)式中tb—继电保护装置后备保护动作时间（s）td—断路器全分闸时间（s）（4）短路动稳定条件ich≤idf(5-5)Ich≤Idf(5-6)式中ich—短路冲击电流峰值（kA）idf—短路全电流有效值（kA）Ich—电器允许的极限通过电流峰值（kA）Idf—电器允许的极限通过电流有效值（kA）3)绝缘水平在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘保证必要的可靠性。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，选用适当的过电压保护设备。5.1.3环境条件环境条件主要有温度、日照、风速、冰雪、湿度、污秽、海拔、地震。按照规程上的规定，普通高压电器在环境最高温度为+40ºC时，允许按照额定电流长期工作。当电器安装点的环境温度高于+40ºC时，每增加1ºC建议额定电流减少1.8%；当低于+40ºC时，每降低1ºC，建议额定电流增加0.5%。5.2主要电气设备的选择5.2.1高压开关的概述1）49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)在电力系统的各类电力装置中，主要电力元件如发电机、变压器、线路、母线等，在改变运行方式或停电检修时，需要进行正常的投入与切出；在出现故障时，则需迅速分断短路电流，切除故障电路，以保证系统或装置的其他部分的正常工作。这种直接用于正常投切电路的电器一次设备称开关电器。开关电器的分类有以下三种方式：（1）按电压高低分类。开关电器按使用电压的高低分为高压开关电器和低压开关电器两类，后者用于1KV及以下电力网路中。（2）按安装场所分类。开关电器按安装场所分为户内式和户外式两类，其中低压开关电器除少数例外，多为户内式；110KV及以上的开关电器主要是户外式。（3）按功能分类。根据开关电器在开断和关合电路中所担负的任务的不同，分为以下几类：断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器。高压断路器是高雅电器中最重要的部分，是电力系统一次设备中控制和保护的关键电器，受它控制和保护的电路，无论在空载、负载或短路故障状态，都应可靠地动作。2）对高压断路器的基本要求：（1）工作可靠（2）具有足够的开断能力（3）动作快速（4）具有自动重合闸性能（5）结构简单，经济合理5.2.2断路器的基本参数1）额定电压。指断路器长时间运行能承受的正常工作电压。它不仅决定了断路器的绝缘水平，而且在相当程度上决定了断路器的总体尺寸和灭弧条件。由于输电线路由电压降，电网不同地点的电压可靠高出额定电压10%左右，使断路器可能在高于额定电压下长期工作，故制造厂规定断路器高电压对于10～220KV为1.15倍额定电压，对于330KV及以上为1.1倍额定电压。2）额定电流。它是断路器的触头结构和导电部分在规定环境温度下允许通过的长期工作电流，其相应的发热温度不会超过国家标准。它决定了断路器触头及导电部分的截面，并且在某种程度上页决定了他的结构。3）额定开断电流。指断路器在耳朵电压下能可靠断开的最大短路电流的有效值。他表征断路器的开断能力。由于开断电流与电压有关，当断路器降低电压级使用（例如10KV断路器用于3～6kV电网）时，其开断电流相应增大，但有一最大值，称为极限开断电流。4）额定开断容量。断路器的开断能力也可间接用开断容量S来表示，在三相电路中其大小等于额定电压与耳朵开断电流的√3倍。5）49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)动稳定电流。表明断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力。其值由导电和绝缘等部件的机械强度决定。6）热稳定电流。表明断路器承受短路电流热效应的能力。用通电时间（一般取4S）和最大电流有效值综合表示。7）开断时间。从操作机构跳闸线圈接通脉冲起，到三相电弧完全熄灭时止的一段时间称为断路器的开断时间，它等于断路器的固有分闸时间T1和熄弧时间T2之和。5.2.3.高压断路器的分类1）油断路器。指采用变压器油作为灭弧介质的断路器。它又可分为多油断路器和少油断路器。多油断路器的油除了作灭弧介质和触头开断后的绝缘外，还作为带电对地绝缘采用瓷件或其他介质。和多油断路器相比，少油断路器具有用油最少、体积小、重量轻、运输安装方便、有利于防火等优点。2）压缩空气断路器。指采用压缩空气作为灭弧介质和弧隙绝缘介质的断路器。压缩空气断路器的特点是灭弧能力强，动作迅速，能快速自动重合闸。此外，其体积小，防火爆，在低温下能可靠地工作，维护检修方便。缺点是工艺要求，消耗有色金属多，操作时噪声大，并需一套专供操作作用的压缩空气设备等。3）真空断路器。指采用真空的高绝缘强度来灭弧的断路器。这种断路器的动静触头密封在真空泡内，利用真空作为灭弧介质和绝缘介质。它的特点是体积小，能频繁操作，维修工作量小。4）六氟化硫（SF6）断路器。指利用具有优异的绝缘性能和灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质和绝缘介质的断路器。由于SF6气体的电气性能好，所以SF6断路器的断口电压较高，在电压等级相同、开断电流和其他性能相近的情况下，SF6断路器比少油断路器串联断口要少，可使制造、安装、调试和运行比较方便和经济。它的特点是：灭弧能力强，绝缘强度高，开断电流大，燃烧时间短；断开电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低；电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作；操作功小，机械特性稳定，操作噪音小。5.2.4隔离开关隔离开关是电气装置中保证工作安全的开工电器，其结构简单。隔离开关在分闸的状态下，动静触头间应有明显可见的断口，绝缘可靠；在关合状态下，其导电系统中可以通过正常的工作电流和故障下的短路电流。隔离开关没有灭弧装置，除了开断很小的电流外，不能用来开断负荷电流，更不能用来开断短路电流，但隔离开关必须具备一定的动、热稳定。隔离开关的作用：1）49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)隔离电源，保证安全。利用隔离开关将高压电气装置中需要检修的部分与其他带电部分可靠地隔离，这样，工作人员可以安全地进行作业，不影响其部分的正常工作。2）倒闸操作。隔离开关经常用来进行电力系统运行方式改变时的倒闸操作。3)接通或切断小电流电路。可以利用隔离开关接通或切断下列电路：电压互感器，避雷器，长度不超过10km的35kV空载线路或长度不超过5km的10kV空载线路，35kV、100kVA及以下和110kV、3200kVA及以下的空载变压器等5.2.5高压熔断器熔断器是最简单和最早使用的一种保护电气，它串联在电路中，当电路发生短路或过载时，熔断器自动断开电路，使其他电气设备得到保护。与现在受电保护控制的断路器相比，熔断器保护显得较为原始和简陋，如每次熔断后需要停电更换容件才能再次使用；且其保护特性不够稳定，常使用保护的选择性动作发生困难。但它直接动作，无需断电保护和二次回路相配合；本身结构简单、体积小、布置紧凑。5.2.6互感器互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈的电流线圈供电，正确反映电器设备的正常运行和故障情况。其一、二次绕组与系统的连接方式。互感器的作用：将一次回路的高电压和大电流变为一次回路标准的低压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化、结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装。5.2.7母线电缆及绝缘子的用途及类别母线（也称汇流排）是汇集和分配电流的裸导体，指发电机、变压器和配电装置等大电流回路的导体，也泛指用于多种电气设备连接的导线。母线处于配电装置的中心环节，作用十分重要。由于母线在正常运行中，通过的功率大，在发生短路故障时承受很大的热效应和电动力效应，因此应合理选择母线材料、截面形状及布设方式，正确地进行安装和运行，以确保母线的安全可靠和经济运行。母线有软、硬之分。软母线一般采用钢芯铝绞线，用悬式绝缘子将其两端拉紧固定。软母线在拉紧在时存在适当的度。工作时会产生横向摆动，故软母线的线间距离要大，常用于室外配电装置。硬母线采用矩形、糟形或管形截面的导体，用支柱绝缘子固定，多数只作横向约束，而沿纵向则可以伸缩，主要承受弯曲和剪切应力。硬母线的相间距离小，广泛用于室内、外配电装置。绝缘子的作用：绝缘子被广泛用于室内外配电装置、变压器、开关电器级输配电线路中，用来支持和固定带电导体，并与地绝缘，或作为带电导体之间的绝缘。因此，它必须具有足够的机械强度和电器强度，并能在恶劣环境下安全运行。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)使二次设备与高电压部分隔离且互感器二次侧均接地，从而保证了二次设备和人身的安全。电压互感器的工作特点：电压互感器也是一种特殊的变压器，电压互感器的一次侧并联接入电网，电压额定值不低于3kV。二次侧并联接入测量仪表和继电器等的电压绕组，其阻抗都非常大，故所带负荷很小且恒定不变，致使电压互感器正常工作状态接近变压器空载状态。和普通变压器一样，电压互感器的二次侧负载不允许短路，否则就有被烧毁的危险，故一般在二次侧装设熔断器或自动开关作短路保护。为了防止互感器本身出现故障而影响电网的正常运行，其一次侧也需装设熔断器和隔离开关。5.3电气设备的选择综上所述，经分析可得如下的电气设备的选择：110KV侧断路器和隔离开关表5-1断路器LW6-110参数表断路器型号额定电压（KV）额定电流（A）额定开断电流(KA)动稳定电流(KA)热稳定电流（KA）（4S）LW6-110110630164016表5-2隔离开关GW13-110参数表隔离开关型号额定电压（KV）额定电流（KA）热稳定电流(KA)（4S）额定短路电流峰值(KA)GW13-110110630165510KV侧断路器和隔离开关表5-3真空断路器ZN12-10参数表电压等级型号额定电压额定电流（KA）额定关合电流（KA）动稳定电流10kVZN12-1012KV2000A50140140kA表5-4隔离开关GN6-10T/1000参数表隔离开关型号额定电压（KV）额定电流（KA）动稳定电流(KA)热稳定电流(KA)（10S）GN6-10T/1000101000522049 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)母线的选择表5-5110KV线路LGJQ-185/25参数表线路型号集肤效应Kf长期允许载流量（A）半径(cm)电抗（Ω/KM）LGJQ-185/2515051.840.1542表5-610KV矩型铝母线参数表截面尺寸mm条数母线截面mm2集肤效应系数容许电流A放置方式hb330001.73284平放高压熔断器表5-7高压熔断器BN3-10参数表型号额定电压（KA）额定电压（KA）熔断器额定电压（A）额定电流（A）BN3-1010107510表5-8电流互感器LCW-110参数表设备项目LCW-110产品数据计算数据Ue≥Uew110KV110KVIe≥Imax600A347AKdIe≥ich42.5KA10.9KA(KrIe)2×1＞Qd2025KA2·S1208.6KA2·S表5-9电流互感器LAJ-10参数表设备项目LAJ-10产品数据计算数据Ue≥Uew10KV10KV49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)Ie≥Imax4000A3820AKdIe≥ich360KA94.1KA(KrIe)2×1＞Qd40000KA2·S1470.5KA2·S表5-10电压互感器参数表位置型号额定电压/(KV)二次绕组准确级额定输出/(VA)110KV侧JCC6-110/测量0.5300保护3P300剩余3P15010KV侧JSJW-1010/0.1测量0.5120保护3P5.4高低压配电装置型式选择5.4.1高压配电装置的设计原则与要求配电装置是变电站的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备、保护和测量电器、母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。形式有屋内和屋外配电装置，装配式配电装置和成套式配电装置。1）总的原则高压配电装置的设计必须认真贯彻国家技术经济政策，遵循上级颁布的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件，自然环境特点和运行检修，施工方面的要求，合理制定布置方案和使用设备，积极慎重地选用亲布置新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新做到技术先进，经济合理运行可靠、维护方便。火力发电厂及变电所的配置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地并结合运行检修和安装要求通过技术经济比较予以确定，在确定配电装置形式时，必需满足下列4点要求。（1）节约用地（2）运行安全和操作巡视方便。（3）便于检修和安装。（4）节约材料、降低造价。2）设计要求（1）满足安全净距要求。（2）施工、运行和检修要求。（3）噪声的允许标准及限制措施。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)（4）静电感应的场强水平和限制措施。（5）电晕条件无线电干扰的特性和控制。5.4.2高压配电装置的选择配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外型尺寸，检修运输的安全距离等因素而决定，对于散露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为最高正常工作电压或出现内外过电压时，不致使空气间隙击穿。表5-11屋内配电装置的安全净距（mm）符号适用范围额定电压（KV）361015203560110J110220JA11、带电部分至接地部分之间2、网状和板状遮栏向上延伸距地2.3m处，与遮栏上方带电部分之间701001251501803005508508501800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间7510012515018030055090010002000B11、栅栏遮栏至带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间82585087590093010501300160017002550B2网状遮栏至带电部分之间17520022525028040065095010501900C无遮栏裸导线至地(楼)面之间237524002425245024802600285031503250410049 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)D平行的不同时停电检修的无遮栏裸导线之间1875190019251950198021002350265027503600E通向屋外的出线套管至屋外通道的路面4000400040004000400040004500500050005500表5-12屋外配电装置的安全净距（mm）符号适用范围额定电压（kV）3－1015－23560110J110220J330J500JA11、带电部分至接地部分之间2、网状遮栏向上延伸距地2.5m处与遮栏上方带电部分之间2003004006509001000180025002800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间20030040065010001100200028004300B11、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3、栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间9501050115014001650175025503250455049 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)4、带电作业时的带电部分至接地部分之间B2网状遮栏至带电部分之间30040050075010001100190026003900C1、无遮栏裸导线至地面之间2、无遮栏裸导体至建筑、构筑物顶部之间270028002900310034003500430050007500A值与电极形状、冲击电压波形、过电压及其保护水平和环境条件等因素有关，一般地说，220kV以下的配电装置，大气过电压起主要作用，330kV及以上，内过电压起主要作用，采用残压较低的避雷器时，A1和A2值可减小，屋内、外装置中各有关部分之间个电压等级，即110KV、10KV根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV采用屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置.第六章防雷设计6.1防雷保护措施49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)防止直击雷的最有效办法是装设避雷针。避雷针是将雷电吸引到自己身上来，把天空中积云的雷电流安全地导入大地，从而大大的减小雷电向其附近物体放电的可能，以达到保护的作用。避雷针是利用尖端放电原理，避免设置处所遭受雷击。同时变压器、其他电气设备或建筑物均在其保护范围内，以防止遭到直击雷的破坏。避雷针适用于保护细高的建筑物或构筑物。可以用圆钢或钢管制成，在顶端砸尖，以利于放电。在雷电时期，一般在避雷针接地装置附近约10m的范围内是比较危险的。为了使避雷针接地装置附近地面的电位降落缓和而且均匀一些，以利于工作人员的安全，接地装置的安设可采取下面特殊的方法。埋在地下的接地体（角钢或钢管）用水平敷设与地下的扁钢焊接起来，构成一个接地网，这样就可以使接地装置附近的地面电位均匀分布，使跨步电压降低。对于有爆炸危险，且爆炸后可能波及发电厂内主要设备或严重影响发供电的建筑物，如制氢站、露天氢气储罐、氢气罐储存室、易燃油泵房、装卸油台和天然气管道等，应采用独立避雷针保护，并应采取防止感应雷的措施。独立避雷针应设独立的接地装置。直击雷保护装置包括兼作接闪器的设备金属外壳、电缆金属外皮、建筑物金属构件等。将这些部分接地就能起到防雷的作用。其接地可以利用发电厂的主接地网，但应在直击雷保护装置附近装设集中接地装置。避雷针可以装在发电厂的主厂房或其他建筑物上，其接地装置可以利用发电厂范围内原有的接地网。但需要装设专用的接地引下线。在接地引下线与接地网连接处应在地上另打入几根铁管作为加强的集中接地装置。其接地电阻一般不应大于10Ω。已在相邻建筑物保护范围内的设备或建筑物，不需要再装避雷针。发电厂烟囱附近的引风机及其电动机的机壳，应与主接地网连接，并装设集中接地装置。该接地装置宜于烟囱的接地装置分开。如不能分开，引风机的电源线应采用带金属外皮的电缆，电缆的金属外皮与接地装置连接。选择独立避雷针的安装地点时，避雷针及其接地装置与配电装置之间应保持以下距离。在地上，由独立避雷针到配电装置的导电部分之间，以及到变电所电气设备与构架接地部分之间的空气隙一般不小于5m。在地下，由独立避雷针本身的接地装置与变电所接地网间最近的地中距离一般不小于3m。装设架空避雷线及其他避雷装置作为变电所进出线段的防雷保护。这主要是用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所损坏了主变电所的这一关键设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。装设阀型避雷器对沿线路侵入变电所的雷电波进行防护。变电所的进出线段虽已采取防雷措施，且雷电波在传播过程中也会逐渐衰减，但沿线路传入变电所内的部分，其过电压对内设备仍有一定危害。特别是对价值最高、绝缘相对薄弱的主变压器更是这样。故在变压器母线上，还应装设一组阀型避雷器进行保护。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)低压侧应装设避雷器。这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器的低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。需要注意的是，防雷系统的各种钢材必须采用镀锌防锈钢材，联接方法要用焊接。圆钢搭接长度不小于6倍直径，扁钢搭接长度不小于2倍宽度。为防止雷击避雷针时雷电波沿导线传入室内，危及人身安全，所以照明线或电话线不要架设在独立的避雷针上。独立避雷针及其接地装置，不应装设在行人经常通行的地方。避雷针及其接地装置与道路或出入口的距离不应小于3m，否则应采取均压措施，或铺设厚度为50mm到80mm的沥青加碎石层。为了防止感应雷的危害，应使一切处于雷电流产生的电磁场内延伸开的金属物件都有良好的闭合回路。建筑物内凡有管道接头、弯头等连接不可靠的地方，都要用金属跨接。对于建筑物内有长的并行敷设的导电物体如金属管道的情况，若其间距较小也应用金属将其连接起来。综上所述，只要我们了解了雷电产生的危害，正确合理的选择发电厂、变电所的防雷保护措施和接地保护方式，保证电力系统的长期安全稳定运行，我们就能尽可能预防和减小雷电的危害。6.2进线保护除了直击雷和感应雷外，当线路上受雷击时，雷电进行波就会沿着线路向变电所袭来，由于线路的绝缘水平较高，侵入变电所的雷电进行波的幅值往往很高，就有可能使主变压器和其他电气设备发生绝缘损坏事故。此外，由于变电所和线路直接相连，线路分布广，长度较长，遭受雷击的机会也较多，所以对变电所的进线线段必须有完善的保护措施，这是能否保证设备安全运行的关键。当变电所上有了避雷线保护以后，就可以防止在变电所附近的线路导线上落雷。如果雷落在了保护线的首段，雷电波就会沿着线路侵入变电所。如果进线端采用钢筋混凝土杆木横担或磁横担等电路，为了限制从进线端以外沿导线侵入的雷电波的幅值，应在进线端的首端装设一组管型避雷器，保护段内的杆塔工频接地电阻不应大于10Ω。钢塔和钢筋混凝土杆铁横担线路以及全线有避雷线的线路，其进线段的首端可不装设管型避雷器。当电缆长度不超过50m或根据经验算法装设一组避雷器即能满足保护要求时，可只装设一组阀型避雷器；当电缆长度超过50m，而且，断路器在雨季可能经常短路运行，应在电缆末端装设管型避雷器或阀型避雷器。此外，靠近电缆段的1km架空线路上还应架设避雷线保护。架空进线采用双回路塔杆，有同时遭到雷击的可能，在确定避雷器与主变压器的最大电气距离时，应按一路考虑，而且，在雷雨季节中应避免将其中的一路断开。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)6.3防雷设计防止雷电直击的主要电气设备是避雷针，避雷针由接闪器和引下线、接地装置等构成。避雷针的位置确定，是变电所防雷设计的关键步骤。首先应根据变电所电气设备的总平面布置图确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程范围的要求，初步确定避雷针的安装位置后再根据下列公式进行，校验是否在保护范围之内。单根避雷针的保护范围应按下列公式确定：(6-1)式中：——被保护物高度，——避雷针的高度，——每侧保护范围的宽度，——高度影响系数，当当两支等高避雷针保护范围确定方法：两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定，两针间的保护最低点高度应按下式计算：(6-2)式中：——两针间保护最低点的高度——两避雷针间的距离两针间在水平面上的保护范围的一侧的最小宽度按下式计算：当时，(6-3)当时，(6-4)式中—保护范围的一侧最小宽度求出后就可以确定两针间的保护范围。三支等高避雷针所形成的外侧保护范围，分别按两支等高避雷针的计算方法确定；如果在三针内侧各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)，则全面积即受到保护，。四支以上等高避雷针所形成的四角形或多边形，可先将其分成两个或多个三角形，然后按三支等高的避雷针的方法计算确定保护范围。在作防雷设计前，应到当地气象部门了解最新的当地年平均雷暴日数和年平均雷暴次数，以便确定计算标准。1）根据开关场布置形式，确定避雷针的支数、高度。2）充分利用进线终端杆的高度，设计安装避雷针。3）避雷针与主变压器应尽量保持15m到20m的距离，避免对主变压器的逆闪络和逆变电压。4）应充分考虑跨步电压的危险，建议避雷针到主控制室的距离不小于10m，独立避雷针距道路应在3m以上。5）接地电阻必须符合各种规程、规范的要求。6）在设计标准时和设备选型应留有适当的裕度。根据防雷及过电压保护规范，为防止直接雷击，在所区四周设置四支高度为30m钢构架避雷针，保护所区建筑、构架和设备。每支避雷针设置单独接地装置，其冲击电阻小于等于10。为防止雷电侵入波损坏设备，设计采用在110KV、10KV母线处装设避雷器。本设计选择的避雷器型号为：110KV母线及进线上：Y10W5—108/280。10KV母线上：Y5WZ5—17/45型。总结本设计书中所要求的110KV49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）变电所总体分析（2）主变压器的选择（3）电气主接线设计（4）短路电流的计算（5）电气设备的选择（6）防雷设计。经过三个多月的时间，我顺利的完成了这次毕业设计。从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，也基本上达到了老师的要求。这段时间我翻阅了许多的书籍，从对变电站的生疏，到了解，再到深入研究，第一次完成了一件实际应用的设计。不过由于本人经历、阅历、实际操作能力有限。难免存在一些不近人意的地方，请老师指点。通过本次设计，不仅丰富了我的专业知识，还让我深深体会到了认识事物的过程。从拿到题目，再查阅资料，对题目进行设计、论证、修改到设计的完成。体现了理论联系实际的重要性。更重要的是这次设计让我学会了让自己独立完成一件事情，为将来参加工作做好基础。本设计的顺利完成，自己付出了许多劳动，我在设计过程中不但学会了勤奋求实的工作精神，更懂得了待人的品质。这一切将在我以后的工作生涯中起着重要的作用。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，设计虽然完成了，但我只是掌握了变电站设计中很少的一部分知识，还有很多深奥的专业知识等着我们去挖掘、去探索、去学习。我也将会在今后的工作学习中不断充实自己，不断完善自己的专业知识，为自身的发展打下坚实的基础。由于所学知识和时间有限，加上缺乏实践经验，在设计过程中难免出现错误，敬请各位专家和老师批评指正。在设计期间，指导老师给了我悉心指导，帮我解决了很多技术困难，使我能顺利完成设计任务，圆满结束四年的大学学习生活，借此机会，向帮助过我的老师和同学，表示衷心的谢意！参考文献［1］孙成普.变电所及电力网设计与应用.中国电力出版社.200849 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)［1］娄和恭.发电厂变电所电气部分.北京：水利电力.1994.06［2］牟道槐.发电厂变电站电气部分.重庆大学出版社.1996［3］罗崇熙，罗伟坚，李其智．110kV户内配电装置应用探讨．华中电力1999,12(6):29.30［4］张肖青．县（市）级110kV变电所电气主接线一般模式探讨．浙江电力．2000,l:26-28［5］许建明，陈恳．110kV变电站三种典型接线方式的探讨．华东交通大学报．2006,23(2):89.91［6］张敏，许主平，罗安．电气主接线可靠性的仿真计算方法．电工技术杂志．2001,9:45-47［7］任孝岐．110kV城区变电所设计思路．西北电力技术．2004,3［8］卢青松，付仪．110kV变电站电气主接线及配电装置型式变化与发展．四川电力技术．2006,29(3):48-50［9］许轶珊．变电站电气主接线综合评价系统的研究．硕士学位论文．郑州大学．2007［10］电力工程电气设计手册（1）、（2）．水利电力出版社．1989［11］关根志．高电压工程基础．中国电力出版社．2003［12］中华人民共和国能源部编35—110kV变电所设计规范．中国计划出版社．1993［13］胡志淳．YWKVQP型电压无功自动控制装置在变电所的应用．贵州电力技术．1994,4:47.48［14］张惠刚．变电站综合自动化原理与系统．中国电力出版社．2004,240-243［15］杨奇逊．变电站综合自动化技术发展趋势．电力系统自动化．1995，19(10)［16］陈飞，俞寿南．无人值班变电所二次接线设计特点及要求．电力系统自动化．1998［17］丁书文．电力系统微机型自动装置．中国电力出版社．2005,234-245［18］张纬拔，高玉明．电力系统过电压与绝缘配合．清华大学出版社．1988［19］电力设备接地设计技术规程（SDJ8-79）．第一版．水利电力出版社.1979［20］郭火庆，邱水平．110kV变电站防雷接地常见问题和对策．湖北电力.2003,4［21］胡邦基．全封闭组合电器在电力系统中的应用．华北电力技术．1994,7:45-49［22］Ranjan,Rakesh;Venkatesh,B.;Das,DAnewalgorithmforpowerdistributionsystemplanning.ElectricPowerResearch，Volume:62,Issue:l,May28,2002,pp.55-65［23］Budinich,MarcD;Trahan,RussellEDynamicanalysisofsubsattionbusbarstructuersElectric.PowerSystemsResearchVolume:42,Issue:1,July,1997,pp.47-53［24］AckermanWilliamJ．SubstationautomationandtheEMS[C]．ProceedingsoftheIEEE49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)PowerEngineeringSocietyTransmissionandDistributionConference，1999，l：274-279［1］JinWugiao．Developmentstrategiesofsubstationautomationsystem[J]．AutomationofElectricPowerSystem，1999，23(22)：58—6249 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)致谢本次毕业设计得到了严教授的大力支持。他不仅给我们提供了优雅的学习环境和先进的工作设备，而且他在百忙当中抽出大量时间和精力给我细心的指导和帮助，毕业设计能按期完成严老师付出很多。严老师工作很忙，为了我的毕业设计他经常放弃周末休息时间来为我解答问题，对此我对严老师表示深深的谢意和无限的感激。同时感谢四年来学院老师对我的培养和教育，谢谢学校给了我这样好的学习环境，让我在学习大学度过了美好的大学生活。在即将离校之际我向你们表示感谢和美好的祝福。更要感谢我的父母二十几年来的养育之恩，使能完成学业。我将努力工作来报答他们的恩情。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)110kV城市变电站设计王朝阳指导老师：严慕秋（江西理工大学电气工程与自动化学院，江西赣州）摘要：本设计书中所要求的110kV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）变电所总体分析（2）主变压器的选择（3）电气主接线设计（4）短路电流的计算（5）电气设备的选择（6）防雷设计。关键词：主接线设计；短路电流；电气设备选择0、引言电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。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。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户的中间环节。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。将压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是110KV降压变电站。它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。1、主变压器的选择主变压器容量的选择远期总负荷：∑PM=44.5MW，用电负荷的总视在功率为：∑SM=∑Sc=49.65MVA主变压器的总容量应满足：49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)Sn≥=49.65MVA变电所有两台主变压器，考虑到任意一台主变停运或检修时，另一主变要满足的容量：Sn≥49.65×70%=34.755MVA所以选每台主变容量：Sn=34.755MVA为了满足系统要求，以及通过查表，确定每台主变的装机容量为：40MVA总装机容量为：2×40MVA=80MVA考虑周围环境温度的影响：θp=(θmax+θmin)/2=（39-15）/2=12℃Kθ=（15-12）/100+1=1.03根据Sn≥0.6K∑SM/Kθ=0.6×0.8×49.65/1.03=24.58MVA即Sn=40MVA＞24.58MVA满足要求。根据110KV变电所设计指导，以上选择符合系统对变电所的技术要求，两台相同的变压器同时投入时，可选择型号为SF9-25000/110的主变，技术参数如表1：表1主变压器的技术参数型号高压低压空载电流空载损耗负载电流阻抗电压连接组别SFL1-40000/110121±2×2.5%10．50.742110.710．5Yn,d112、电气主接线的设计电气主接线的设计以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程的实际情况，在保证供电可靠性、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护的方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争电气设备元件与设计的先进性和可靠性，坚持可靠、适用、先进、美观、经济的原则。同时，设计的主接线方式应该能够满足供电可靠、经济、灵活、留有扩建及发展的余地。《35～110KV变电所设计规范》规定，35～110kv线路为两会及以下时，宜采用桥形线路变压器货单母线接线。超过两回时采用扩大桥形双母线或单母线分段的接线。我们要选择占地和资金少的线路，但是必须在保障安全，灵活的前提下，资金和占地相差不是多，而安全性和灵活性提高很多。可见，变电所在10KV侧为居民供电系统中，应该选择单母线分段接线。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)高压侧，即110kV电源侧采用单母分段接线，优点是方便，经济灵活接线简单，缺点是可靠性一般；高压侧采用双母线接线，两个线路断路器、两个主变断路器、还有一个母连断路器，总共5个断路器，可靠性还可以了。跟单母线分段接线方式输出比较经济性欠完好。经比较高压侧选择单母线分段接线。图2为电气主接线图。图2电气主接线图3、短路电流计算在发电厂、变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个非常重要的环节。短路电流计算的目的主要有以下几方面：1)在选择电气主接线方式时，为了比较各种接线方案，或者确定某一接线方式是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行短路电流的计算。2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行情况下及故障情况下都能够安全、可靠的工作，同时又力求尽量节约资金，这就需要进行短路电流的计算。例如：计算某一时刻短路电流的有效值，用以校验高压开关设备的开断能力，以及确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间内短路电流的有效值，用以校验电气设备的热稳定；计算短路电流的冲击值，用49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)以校验电气设备的动稳定。3)在设计室外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相对相之间及相对地的安全距离。4)在选择继电保护方式及进行继电保护整定计算时，需要以各种短路时的短路电流作为依据。5)接地装置的设计，也需用考虑到短路电流的大小。表4-1短路电流计算结果列表项目结果短路点编号短路点基准电压Uj（kV）短路点基准电流Ij（kA）短路电流冲击电流Sd(MVA)标么值I*”有名值I”(kA)标么值icj*有名值icj(kA)序号ⅠK11150.500.370.190.480.2937.8ⅡK210.55.500.361.965.03.035.654、电气设备选择导体和电气设备选择是电气设计的主要内容之一。尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电器设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来效验热稳定和动稳定。正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。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)应按当地环境条件校核；(3)选择导体时应尽量减少品种；(4)应力求技术先进和经济合理；(5)扩建工程应尽量使新老电器型号一致；(6)选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。110KV侧断路器和隔离开关表5-1断路器LW6-110参数表49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)断路器型号额定电压（KV）额定电流（A）额定开断电流(KA)动稳定电流(KA)热稳定电流（KA）（4S）LW6-110110630164016表5-2隔离开关GW13-110参数表隔离开关型号额定电压（KV）额定电流（KA）热稳定电流(KA)（4S）额定短路电流峰值(KA)GW13-1101106301655母线的选择表5-3110KV线路LGJQ-185/25参数表线路型号集肤效应Kf长期允许载流量（A）半径(cm)电抗（Ω/KM）LGJQ-185/2515051.840.15425、防雷设计防止直击雷的最有效办法是装设避雷针。避雷针是将雷电吸引到自己身上来，把天空中积云的雷电流安全地导入大地，从而大大的减小雷电向其附近物体放电的可能，以达到保护的作用。除了直击雷和感应雷外，当线路上受雷击时，雷电进行波就会沿着线路向变电所袭来，由于线路的绝缘水平较高，侵入变电所的雷电进行波的幅值往往很高，就有可能使主变压器和其他电气设备发生绝缘损坏事故。此外，由于变电所和线路直接相连，线路分布广，长度较长，遭受雷击的机会也较多，所以对变电所的进线线段必须有完善的保护措施，这是能否保证设备安全运行的关键。防止雷电直击的主要电气设备是避雷针，避雷针由接闪器和引下线、接地装置等构成。避雷针的位置确定，是变电所防雷设计的关键步骤。首先应根据变电所电气设备的总平面布置图确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程范围的要求，初步确定避雷针的安装位置后再根据下列公式进行，校验是否在保护范围之内。本设计选择的避雷器型号为：110KV母线及进线上：Y10W5—108/280。10KV母线上：Y5WZ5—17/45型。49 江西理工大学2015届本科生毕业设计(论文)6、结语“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，设计虽然完成了，但我只是掌握了变电站设计中很少的一部分知识，还有很多深奥的专业知识等着我们去挖掘、去探索、去学习。我也将会在今后的工作学习中不断充实自己，不断完善自己的专业知识，为自身的发展打下坚实的基础。由于所学知识和时间有限，加上缺乏实践经验，在设计过程中难免出现错误，敬请各位专家和老师批评指正。在设计期间，指导老师给了我悉心指导，帮我解决了很多技术困难，使我能顺利完成设计任务，圆满结束四年的大学学习生活，借此机会，向帮助过我的老师和同学，表示衷心的谢意！参考文献［1］孙成普.变电所及电力网设计与应用.中国电力出版社.2008［2］娄和恭.发电厂变电所电气部分.北京：水利电力.1994.06［3］牟道槐.发电厂变电站电气部分.重庆大学出版社.1996［4］罗崇熙，罗伟坚，李其智．110kV户内配电装置应用探讨．华中电力1999,12(6):29.30［5］张肖青．县（市）级110kV变电所电气主接线一般模式探讨．浙江电力．2000,l:26-28［6］许建明，陈恳．110kV变电站三种典型接线方式的探讨．华东交通大学报．2006,23(2):89.91［7］任孝岐．110kV城区变电所设计思路．西北电力技术．2004,3［8］电力工程电气设计手册（1）、（2）．水利电力出版社．1989［9］关根志．高电压工程基础．中国电力出版社．2003［10］中华人民共和国能源部编35—110kV变电所设计规范．中国计划出版社．1993［11］电力设备接地设计技术规程（SDJ8-79）．第一版．水利电力出版社.1979［12］郭火庆，邱水平．110kV变电站防雷接地常见问题和对策．湖北电力.2003,4［13］Ranjan,Rakesh;Venkatesh,B.;Das,D.Anewalgorithmforpowerdistributionsystemplanning.ElectricPowerResearch，Volume:62,Issue:l,May28,2002,pp.55-65［14］Budinich,MarcD;Trahan,RussellE.DynamicanalysisofsubsattionbusbarstructuersElectric.PowerSystemsResearchVolume:42,Issue:1,July,1997,pp.47-53［15］AckermanWilliamJ．SubstationautomationandtheEMS[C]．ProceedingsoftheIEEEPowerEngineeringSocietyTransmissionandDistributionConference，1999，l：274-27949'