110KV终端变电站电气设计指导书(电自3061)

110KV终端变电所电气部分设计

指导书 编写： 李仙琪

贵州电网培训中心电力工程系电网教研室

毕业设计《变电所电气部分》

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前言

一、毕业设计的目的和要求

毕业设计是学生在学完全部理论课程及各项实习的基础上进行的一项综合性教学环节。是培养学生综合运用所学理论知识和技能。解决工程问题能的一个重要环节。

1、 通过设计工作，将课程的理论知识和技能综合地运用一遍，进一步加深体会，巩固和提高所学的理论知识和技能；

2、 培养理论联系实际，独立工作和独立思考的能力； 3、 初步培养解决工程问题的能力；

4、 通过在设计过程中教师讲解和辅导，学生查阅手册、资料，扩大学生专业知识面。 二、毕业设计的基本内容

变电所毕业设计大体上相当于实际工程设计中电气一次部分初步设计的内容，其中一部分可达到技术设计的要求深度。具体内容如下： 1、 对原始资料的分析

1）本工程的情况：变电所类型及设计规划容量，主变容量及台数，运行方式，最大负荷利用小时数等。

2）电力系统情况：电力系统近期及远景发展规划，变电所在电力系统中的地位和作用，本期和远景与电力系统连接方式，各级电压系统中性点接地方式等。

3）负荷情况：负荷的性质及地理位置，输电线路电压等级，进出线回路数及输送容量等。 4）环境条件：当地的气温、温度、覆冰、污秽、地质、水文、海拨高度及地震烈度等。 5）设备制造情况：各生产厂的电器性能，制造能力和供应情况等。 2、 电气主接线的方案比较与确定包括主变压器及连络变压器的选择，各级电压接线方式。 3、 所用电及附近用户供电方式的选择设计：包括所用变压器和限流电抗器的选择。 4、 短路电流计算：确定主接线的运行方式，绘制等值网络图，计算各短路计算点的短路电流值。

5、 选择主要电器设备：包括断路器、隔离开关、电抗器、互感器、消弧线圈、导线和电缆等，并汇总电器设备选择表。

6、 屋内、外配电装置的布置：根据变电所类型和地理位置，初步拟定变压器、开关站及所内主要电器设备的布置方案。

7、 继电保护配置及局部设计；配置各电气元件的保护方案，并对其中某一主要设备的完成局部设计任务。

8、 规划变电所的过电压保护：包括对直击雷过电压、感应雷过电压、雷电侵入波和内部过电压的保护设施。

9、 绘制工程设计图纸：包括电气主接线图的单线图、配电装置布置图、继电保护展开图等。

10、编写设计说明书：设计说明书包括设计任务书、所采用的基本资料和原始数据，方案选择论证，主要计算方法和结果。其计算过程可作为附件，列在计算书中。

11、毕业设计答辨：答辨是教师对学生的考核方式之一，考核内容包括全部设计过程所用知识和技能，同时还要求学生牢。0固掌握下列知识：

1） 对所设计的变电所的特点以及它在电力系统中的地位、作用和运行方式等应有比较清晰的概念；

2） 熟悉主接线图，掌握各种运行方式的倒闸操作程序；

3） 熟悉主要设备装设的继电保护的作用及原理，并能读懂展开图；

4） 熟悉说明书书所有结果的推导、计算过程，并能写出相应的计算式或原则；

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5） 熟悉所用配电装置的类型及特点，能读懂配电装置图。 应当指出，由于条件限制，毕业设计和现场设计是有区别的。

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设计题目：110KV终端变电所的电气部分设计

使用班级：贵阳08级昆工“电气专生本”第三组 设计指导教师：李仙琪（T：13639102950、519950）

一、 原始资料 1、 变电所的建设规模： 1） 为满足工农业负荷增长的需要，新建一座110KV农用降压变电所，以10KV电压

供农业用电及乡镇企业用户；

2） 变电所安装两台6300KVA的主变压器，一次设计并建成。 2、 电力负荷水平

1）110KV进线两回，每回线的输送容量为12000KVA，Ⅱ次负荷，Tmax=3500h。

2）10KV出线共8回，其中6回为架空线，每回线路的输送容量为1800KVA，另两回线路为电缆出线，每回线输送容量为1600KVA。要求预留两回扩建间隔为备用，10KV均为Ⅲ级负荷。

10KV无电源，也不考虑装设电容器。 3） 变电所自用电的负荷见表1。 序号 名称 额定容功率因数安装台数 量（cosΦ） （KW） 20 4.5 2.7 1.1 10.5 13 0.96 14 10 0.88 0.85 0.88 0.79 0.5 0.8 0.69 1 1 1 2 1 1 1 工作台数 备注 1 2 3 4 5 6 电 主充电机 浮充电机 蓄电池室通风 屋内配电装置通风 交流焊机 检修间试验用载波远动用电 照明负荷 生活水泵等用电 1 1 1 2 1 1 1 周期性负荷 经常性 经常性 周期性 周期性 经常性 经常性 经常性 经常性 7 8 9 3、 变电所与电力系统连接情况

1） 待设计变电所的两回110KV进出线间大约有2000KVA的穿越功率；

2） 变电所在系统最大运行方式下的系统阻抗标么值0.13，基准容量S=100MVA； 3） 变电所在电力系统中所处的地理位置、供电范围如图1所示。

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4、 环境条件

1） 当地年最高温度39.30 C，年最低温度-30.60C,最热月平均最高温度29.40C，月平均地下

0.8m土壤温度21.50C。

2） 当地海拔高度1113.1m，雷电日23.3日/年。 二、 设计任务

1、 确定主变型号；

2、 电气主接线及自用电路的设计；

3、 短路电流计算及主要电气设备的选择设计； 4、 屋内、屋外配电装置的布置； 5、 全所继电保护配置及设计； 6、 变电所防雷保护的设计和计算。 三、 设计成果

1、 设计说明书及计算书； 2、 变电所主接线图1张；（1#） 3、 变电所电气总平面布置图1张；（1#） 4、 变电所继电保护配置图1张。（1#） 四、 参考资料

1、 电力工程手册（一次部分）

2、 电力工程电气设备手册（一次部分）；

3、 35~110KV无人值班变电所典型方案设计； 4、 变电所设计规范；

5、 继电保护及自动装置设计规范；

6、 电力系统课程设计及毕业设计参考资料； 7、 其它电专业课程书。

接受设计任务日期 2009年10月 完成设计任务日期 2009年2月

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如果电气设备的工作环境最高气温大于或小于４０°Ｃ时， 由于冷却条件不同，其允许电流应加以校正：

⑴当环境温度高于＋４０°Ｃ时，每增高１°Ｃ， 额定电流应减少1.8％

⑵当环境温度低于＋４０°Ｃ时，每降低１°Ｃ， 额定电流可增加0.5％。但增加的总数不得超过２０％Ｉe。

回路长期最大工作电流计算方法列于表５－１。

３．选择设备时应考虑设备的装设地点，即按工作环境， 运行条件和要求，选择设备的型号、规格。如屋内或屋外设备； 防爆型或普通型设备；如工作环境污染严重，应选用加强绝缘的设备；电路操作频繁时， 应选用真空断路器而不是少油式断路器等等。 （二）、按短路情况校验 １．热稳定校验

热稳定校验就是要求所选的电气设备，当短路电流流过它时， 其最高温度不应超过制造厂规定的短路时发热最高允许温度，即

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Ｉ∞Ｒｔj ≤ Ｉt Ｒｔ

2

或 Ｉ∞ｔj ≤Ｉｔt

2

式中 Ｉ∞Ｒｔj －－短路电流产生的热量

2

Ｉt Ｒｔ－－电器在短路时的允许发热量。制造厂通常以t秒（一般为１，４，５秒）内允许通过的电流Ｉt所产生的热量表示 ｔj－－短路电流的假想时间 ｔj＝ｔd＋０．０５s

＝ｔb＋ｔfd＋０．０５s 式中 ｔd－-短路延续时间 tb－-主保护动作时间 tfd－-断路器分闸时间

如果缺乏断路器分闸时间数据，当主保护为速动时， 短路延续时间可取下列数值： ⑴对于快速及中速断路器，td＝０．１５s ⑵对于低速断路器，td＝０．２s 此外，当td＞１s时，可认为td＝tj ２．动稳定校验

动稳定是指电器承受短路电流引起机械效应的能力，在校验时， 用短路电流的最大幅值与制造厂规定的最大允许电流进行比较，即 ich≤imax

或 Ｉch≤Ｉmax

式中 ich，Ｉch－－短路冲击电流及其有效值

imax，Ｉmax－－电器极限通过电流的最大值及有效值

为便于查阅，现将应选的各种电气设备及其校验项目汇于表4－3。

设计结果：１．设备选择的原则、依据、方法。

２．设备选择的结果列表。（计算过程作为附录附于计算书里）。 表4－１ 回路最大持续工作电流 回路 计算工作电流 电抗器额定电流 线路最大负荷电流 计算工作电流 电抗器额定电流 线路最大负荷电流 说明 包括线路损耗与事故时转移过来的负荷 出线回带电抗器出线 单回路 毕业设计《变电所电气部分》 11

路 双回路 （1.2 ~ 2）一回线的正常最大负荷电流 最大元件负荷电流 （1.2 ~ 2）一回线的正常最大负荷电流 最大元件负荷电流 同上 桥回路须考虑系统穿越功率 根据在0.95额定电压以上桥型接线 变压器回路 1.05变压器额定电流 1.05变压器额定电流 时其容量不变；带负荷调压变压器应按变压器的最大工作电流 考虑电源元件事故跳闸后任能保证该段母线负荷；分段电抗器一般发电厂为最母线分段回路 分段电抗器额定电流 分段电抗器额定电流 大一台发电机额定电流的50～80%，变电所应满足用户的一类负荷和大部分二类负荷 母线联络回路 一个最大电源元件的计算电流 带旁路的回路最大额定电流 1.05发电机额定电流 一个最大电源元件的计算电流 带旁路的回路最大额定电流 旁路回路 当发电机冷却气体温度低发电机回路 1.05发电机额定电流 于额定值时，允许提高电流为每低1度加0.5% 表4-2断路器的选型 安装使用场所 发电机回路 中小型机组 大型机组 配 电 装 置 35～220KV 330KV及以上 35KV及以下 少油断路器 真空断路器 多油断路器 少油断路器 六氟化硫断路器 空气断路器 六氟化硫断路器 空气断路器 少油断路器 专用断路器 可选择的主要型式 少油断路器 需注意的技术特点 额定电流、短路电流和非周期分量均较大，无重合闸要求，注意国产少油断路器达到的实际水平。 额定电流大，短路电流大，非周期分量可能超过周期分量，要求开断电流大，热稳定、动稳定要求高。 用量大，注意经济实用性，多用于屋内或成套高压开关柜内，采用多油或老型号少油断路器需注意产品和重合闸影响，电缆线路开断应无重燃。 开断220KV空载长线时，过电压水平不应超过允许值，开断无重燃，有时断路器的两侧为互不联系的电源。 当采用单相重合闸或综合重合闸时，断路器应能分相操作，考虑适应开断的要求，断路器要能在一定程度上限制过电压，开断无重燃，分合闸时间要短，技术条件要求较轻的场合可用少油型。 表4－3 电气设备的选择校验项目 序 号 选择项目 设备名称 额定电流 额定电压 其他 校验项目 动稳定 热稳定 毕业设计《变电所电气部分》 12

1 2 3 4 5 断路器 隔离开关 熔断器 负荷开关 电流互感器 # # # # 一次电流 # # # # 一次电压 断流容量 断流容量 准确等级二次负荷 准确等级二次负荷 电抗百分值 # # # # # # 6 7 8 9 电压互感器 套管绝缘子 支柱绝缘子 母线 # 经济电流 经济电流 # 一次电压二次电压 # # # # # # # # # # # # # # 10 电缆 11 电抗器 注：１．表内有#者为必须进行的项目。

2.弧线圈及避雷器的选择详见后面，本章可不作。

3.有关设备的具体选择过程及相关资料， 可查阅《发电厂电气部分课程设计参考资料》第五章。

第五章 变电所的继电保护配置

一、 继电保护

继电保护的设计应以合理的运行方式和故障类型作为依据， 并满足以下四项基本要求：

１．速动性 对动作于跳闸的保护装置，应尽快切除故障； ２．选择性 发生故障时，仅将故障部分切除；

３．可靠性 有故障时，该动作的继电器不拒动，不该动作不误动； ４．灵敏性 保护装置应具有较高的反应能力。 选择保护方式除应满足上述基本要求外，还应考虑经济条件。 继电保护装置主要有发电机的保护，变压器的保护，线路的保护， 母线的保护，断路器失灵保护，调相机保护，

电容器保护，电动机保护等， 本章只介绍发电机和变压器的保护。 二．变压器保护

根据变电所的类型和主变压器的容量，主变压器一般应装设下列保护：

1、 防御变压器铁壳内部短路和油面降低的瓦斯保护，重瓦斯动作于跳闸，轻瓦斯动作于信号；

2、 防御变压器线圈和引出线的多相短路，大接地电流电网侧线圈和引出线的接地短路以及线圈匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护；

3、 防御外部相间短路并作瓦斯保护和纵联差动保护（或电流速断保护）后备保护的过电

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流保护（或复合电压起动的过电流保护、或负序保护）； 4、 防御大接地电流电网中单相接地短路的零序电流保护； 5、 在主变压器各侧电压出线上装设过负荷保护，动作于信号； 自耦变压器与普通变压器的保护有相同之处也有不同之处： 相同：1、设计原则相同； 5、 装设保护类型相同； 6、 纵联差动保护相同； 7、 相间后备保护相同；

不同：1、由于自耦变压器的高压和中压线圈具有共同的接地中性点，并要求直接接地，因此，高、中压侧各装零序方向电流保护； 2、自耦变压器的过负荷保护与其各侧容量比和负荷分布有关，而负荷分布又与运行方式和负荷功率因数有关。因此，自耦变压器的过负荷保护应对具体情况分来决定。 表5－１ 变压器的继电保护装置 变压器容量（KVA） 过流保护 1000～1800 装设 2000～6300 装设 过电流保护时限〉0.5s时装设 当速断保护不差动保护 不装 能满足灵敏度要求时装设 瓦斯保护 零序电流保护 过负荷 保护 装设 变压器中性点接地运行时装 并联运行的变压器装设 装设 同左 6300～8000 装设 单独运行或负荷不太重要的变压器装设 与上相反或速断保护不能满足灵敏度时装 装设 同左 装设 同左 装设 不装 ＞10000 装设 保 护 名 称 速断保护 同右 同左 同左 同左 设计结果：１．说明主变装设继电保护装置的原因及类型。

2、绘制主变保护的展开图。

第六章 配电装置及防雷保护

一、 配电装置

配电装置的布置和导体、电器的选择，应满足必要的安全净距、 稳定度和绝缘强度的要求，配电构架应能承受风力、 冰冻和短路时的电动力作用，这是保证安全运行的基本前提。 配电装置的规划设计应参照《电力工程设计手册》的有关条文进行，这里仅给出一些原则，供参考。 （一）． 为使发电厂和重要变电所的屋外３～２０ＫＶ支柱绝缘子和穿墙套管不致因污秽或冰雪等原因发生闪络事故， 一般采用高一电压等级的产品，但对３ＫＶ或６ＫＶ，也可采用提高两级电压的产品。 （二）．屋内配电装置对污秽空气有阻隔作用，但造价较高， 应做技术经济比较。３５ＫＶ及以下电气设备均有户内式产品， 屋内和屋外布置造价相差不多，可优先采用屋内配电装置。 （三）．在海岸、盐湖、泥污、化学工厂以及其他有污秽空气的工厂附近，大气中含有

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严重腐蚀设备和降低绝缘的物质，统称（电气上的）污秽地区。加强绝缘是保证电气设备在污秽地区安全运行的重要措施。 （四）．地震基本烈度超过７度的地区， 屋外配电装置中的电气设备在布置时应采取抗震措施。 （五）．安全净距中的Ａ值，当海拔超过１０００米时， 应按每升高１００米，增大１％～１．２５％修正。 （六）．对有些产品，制造厂已规定了允许使用的最大风速范围， 在设计时应根据当地的最大风速选用设备。 （七）．配电装置的布置应综合考虑设备的操作、搬运、 检修和试验的便利。 屋内配电装置的布置原则：

1、 同一回路的电气设备和载流导体应布置在同一间隔内，间隔之间及两套母线之间应用隔墙分隔开，以保证安全限制故障范围。

2、 电源进线和用户出线间隔的位置，应使进出线方便。电源进线尽可能布置在一段母线的中间，以减少通过母线的电流。

3、 较重的设备如电抗器等应布置在底层，以减轻楼板的荷重并便于安装。 4、 充分利用间隔的位置。

5、 布置应清晰，力求对称，并便于运行人员记忆和操作。 屋外配电装置的布置原则：

1、 中型配电装置：把所有电气设备都布置在较低的基础和支架上，使各种电气设备基本处在同一水平内，母线的布置高度高于电气设备所在水平面，母线和电气设备不上下重迭。 2、 半高型配电装置：将母线抬高，母线与断路器、电流互感器和隔离开关等电气设备上下重迭，而母线不上下重迭布置。

3、 高型配电装置：母线布置高度，两组母线和两组母线隔离开关上下重迭布置，并且可以双侧出线。

中型配电装置，母线下不布置电气设备，占地面积过大，近些年来逐步限制了它的使用范围，110～220KV采用高型半高型增多，一般只在地震裂度为8度及以上地区或土地贫脊地区才考虑采用中型配电装置。330～500KV的高压屋外配电装置，因电气设备体积庞大，一般采用中型配电装置。 二、 防雷保护

发电厂、变电所的放雷保护包括直击雷防护（采用避雷针或避雷线）、进线保护（避雷线和管型避雷器）、 设备保护（阀型避雷器和消弧线圈）以及旋转电机保护（阀型避雷器和电容器）。在该章中， 主要是作设备和电机保护的规划设计，其他两项可从简， 具体原则和措施可参照《电力工程设计手册》，这里仅给出一些原则供参考。 （一）．避雷针和避雷线 发电厂、变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针或避雷线。 下列设施应装设直击雷保护装置：

１．屋外配电装置，包括组合导线和母线廊道； ２．烟囱、冷却塔和输煤系统的高建筑物；

３．油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装卸油台、 大型变压器修理间、易燃材料仓库等建筑物；

４．乙炔发生站、制氢站、露天氢气罐、氢气罐储存室、 天然气调压站、天然气架空管道及其露天贮罐；

发、变电站电工建筑物防雷措施

序号 名称 结构特点 防雷措施 毕业设计《变电所电气部分》 15

1 2 35KV屋外配电装置 110KV及以上配电装置 钢筋混凝土结构 金属结构 钢筋混凝土结构 装设独立避雷针 在架构上装设避雷针或装设独立避雷针 同上，当在架构上装设避雷针时可将架构支柱引下线接线地。 3 4 屋外安装的变压器 屋外组合导线及母线桥 装设独立避雷针 装设独立避雷针，在不能装设独立避雷针时，可以考虑在附近主厂房或屋内配电装置屋顶装设独立避顽雷针。 5 主控制楼（室） 金属结构 钢筋混凝土结构 金属架构接地 钢筋焊接成网并接地 金属架构接地 钢筋焊接成网并接地 6 屋内配电装置 钢筋混凝土结构 为了防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电装置带电部分间的空气中距离，以及独立避雷针的接地装置与接地网间的地中距离，应符合下列要求： Sk≥0.3Rch+0.1hx Sd≥0.3Rch Sk——空气中距离（m）； Sd——地中距离（m）；

Rch——独立避雷针的冲击接地电阻（Ω）； hx——避雷针校验点的高度（m）；

本设计要求对全厂装设的避雷针做一规划，其中对户外升压站的避雷针布置方案提出2～3个，经过经济比较后，选最佳方案，根据户外变电站占地面积、架构尺寸计算避雷针保护范围，绘制 （二）．阀型避雷器

阀型避雷器的灭弧电压，在一般情况下，宜按下列要求确定：

１．中性点直接接地的电力网中， 应取设备最高运行线电压的８０％；

２．中性点非直接接地的电力网中， 不应低于设备最高运行线电压的100％。

保护变压器中性点绝缘的阀型避雷器型式，宜按表6－1、表6－2选定。对中性点为分级绝缘的２２０ＫＶ变压器， 中性点绝缘可用棒型间隙或避雷器保护，如使用同期性能不良的断路器， 变压器中性点宜用间隙保护。

表6－1 中性点非直接接地系统中避雷器型式

变压器额定电压（KV） 避雷器型式 ３５ FZ-35或FZ-30 (或FZ-15+FZ-10)* ６０ FZ-40 １１０ １５４ FZ-110J FZ-154J 注* 变压器中性点连接有绝缘较弱的消弧线圈时用 表6－2 中性点直接接地系统中避雷器型式 变压器额定电压（ＫＶ） 变压器中性点绝缘形式 避雷器型式 全绝缘 FZ-110J 或FZ-60 １１０ 分级绝缘 ** ２２０ 分级绝缘 FZ-110J ３３０ 分级绝缘 FCZ-154J 或FZ-154J 三．消弧线圈

电力网中消弧线圈装设的地点应符合下列要求：

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１．应保证电力网在任何运行方式下，断开一、两条线路时， 大部分电力网不致失去补偿。

２．不应将多台消弧线圈集中安装在电力网中的一处， 并应尽量避免电力网中只装设一台消弧线劝圈。

３．消弧线圈宜接于Ｙ－△或Ｙ－Ｙ－△接线的变压器中性点上。

４．如变压器无中性点或中性点未引出， 应装设专用接地变压器，其容量应与消弧线圈的容量相配合。

设计结果：１．各电压等级侧的配电装置类型。

２．变压器以及其他设备的防雷保护措施。 ３．避雷器、消弧线圈的型号

【附一】 设计说明书

本指导书参照大量的设计规程编写而成，内容力求接近实际， 使用简单方便，在按照任务书的要求进行完初步的规划设计和选择计算后， 应精心汇总，编写设计说明书，其内容大致可按照下列形式编写。

第一部分 设计说明

〖第一章 总论〗

附入设计任务书。根据任务书和设计的要求，分析、叙述设计的内容，考虑的原则，进行设计的方法、步骤；负荷分析的内容和结果。 〖第二章 电气主接线〗

主接线方案的拟制，主变选择，较佳方案的技术比较， 经济比较确定最佳方案；厂用电供电压等级，厂用电源引接、备用方式及接线。 〖第三章 短路电流〗

计算的原则、方法说明；计算结果一览表。 〖第四章 主要电气设备〗

选择的依据、原则、方法说明； 选择结果一览表（表中须有计算值和额定值）。 〖第五章 继电保护〗

主要设备装设继电保护的原则、类型、接线，所装保护的原理、 反应的故障、动作的情况；装设自动装置的原则、类型及动作情况。 〖第六章 配电装置及防雷保护〗

采用配电装置的原则、类型、特点、断面图；防雷保护的原则、措施，所用避雷器的型号。

第二部分 计算说明

〖第一章 短路电流计算过程〗 〖第二章 主要电气设备选择过程〗

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