110~66kV变电站设计

辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）

辽 宁 工 业 大 学

供配电技术课程设计（论文）

题目： 110/66kV变电站设计

院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气08 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：2011-6-27至2011-7-8

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课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程及自动化学院 教研室：电气工程及其自动化 学 号 课程设计（论文）题目 学生姓名 专业班级 电气08 110/66kV变电站设计 要求对110／66kV变电站供配电进行设计，已知负荷如表。要求工厂的功率因数不得低于0.97， 序号 1 最大负荷（kW） 近期 10000 5000 2000 3000 2000 3000 3200 2700 2900 远期 15000 12000 5000 6000 4000 7000 6000 5000 4000 功率 因素 0.90 0.89 0.90 0.91 0.90 0.89 0.91 0.90 0.91 出线 回路数 2 2 2 1 1 2 2 1 1 附注 有重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 有季节性重要负荷 有季节性重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 III类负荷 III类负荷 课程设计（论文）任务2 3 4 5 6 7 8 9

设计具体内容： 负荷计算；无功补偿方案设计；变压器的选择； 变电所主接线方案设计；短路电流计算；电气设备选择及校验；撰写课程设计说明书 平时成绩： 论文成绩： 答辩成绩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日 指导教师评语及成绩 注：成绩：平时20%；论文质量60%；答辩20%。以百分制算 2

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摘要

本文研究的是110/66kV变电站设计。在实际中的生活中，变电站在电力系统中有着起承转合的重要作用，对国民经济和人民的日常生活，所以变电站的设计在实际中起到了不可忽略的重要作用。

这次课程设计对110/66kV变电站的负荷、无功补偿进行计算，考虑实际情况对对变压器进行选择，对变电站的主接线图进行设计，多方案比较选择合理的设计方案，考虑到实际运行中会出现短路故障，对短路进行进行计算，又对器件进行了选择，最后对所用到的电气器件进行选择和校验。

110/66kV变电站设计任务完成可被实际采用。

关键词：负荷计算；无功补偿；变压器；主接线

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目录

第一章 绪论 ........................................................ 5

1.1变电所概况 ................................................... 5 1.2本文研究内容 ................................................. 5 第二章 负荷计算和无功补偿 ........................................... 6

2.1负荷计算 ..................................................... 6 2.2无功功率补偿 ................................................. 8 第三章 变压器选择 .................................................. 10

3.1变压器的作用 ................................................ 10 3.2变压器的分类 ................................................ 10 3.3变压器性能比较和选择 ........................................ 11 第四章 变电所主接线方案设计 ........................................ 13

4.1主接线的作用 ................................................ 13 4.2主接线基本要求 .............................................. 13 4.3方案选择 .................................................... 14 第五章 短路计算 .................................................... 16

5.1短路计算目的 ................................................ 16 5.2产生短路的主要原因 .......................................... 16 5.3短路计算过程 ................................................ 16 第六章 电气设备选择及校验 .......................................... 18

6.1 断路器的选择和校验 ......................................... 18 6.2隔离开关 .................................................... 19 6.3电压、电流互感器选择和校验 .................................. 20 第七章 总结 ........................................................ 22 参考文献 ........................................................... 23

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第一章 绪论

1.1变电所概况

电力系统中，发电厂将天然的一次能源转变成电能，向远方的电力用户送电，为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降，需要将电压升高；为了满足电力用户安全的需要，又要将电压降低，并分配给各个用户，这就需要能升高和降低电压，并能分配电能的变电所。所以变电所是电力系统中通过其变换电压、接受和分配电能的电工装置，它是联系发电厂和电力用户的中间环节，同时通过变电所将各电压等级的电网联系起来，变电所的作用是变换电压，传输和分配电能。变电所由电力变压器、配电装置、二次系统及必要的附属设备组成。

变电所(substation)就是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。变电站的主要作用是进行高底压的变换，一些变电站是将发电站发出的电升压，这样一方面便于远距离输电，第二是为了降低输电时电线上的损耗；还有一些变电站是将高压电降压，经过降压后的电才可接入用户。对于不同的情况，升压和降压的幅度是不同的，所以变电站是很多的，比入说远距离输电时，电压为11千伏，甚至更高，近距离时为1000伏吧，这个电压经变压器后，变为220伏的生活用电，或变为380伏的工业用电。

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电站起变换电压作用的设备是变压器，除此之外，变电站的设备还有开闭电路的开关设备，汇集电流的母线，计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置、调度通信装置等，有的变电站还有无功补偿设备。 变电站的主要设备和连接方式，按其功能不同而有差异。

1.2本文研究内容

本文主要研究110/66kV变电站的设计，通过负荷计算，无功补偿计算和短路计算对电气设备进行选择和校验，对变电所主接线进行不同方案的设计，进行比较确定接线方案。

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第二章 负荷计算和无功补偿

2.1负荷计算

供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。

计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定得过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，从而造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷非常重要。但是，负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定的规律可循，但仍然难准确确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织，生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关。因此负荷计算只能力求接近实际。

负荷计算所用公式如下： 每组无功计算负荷为

Q30i=P30itan? （2-1）

设cos?=k则

tan?=tanarccosk （2-2）

总的有功计算负荷为

P30=K?pP30i （2-3）

总的无功计算负荷为

Q30=K?qQ30i （2-4）

总的视在计算负荷为

S30=P30?Q3022 （2-5）

总的计算电流为

I30=S30/（3UN） (2-6)

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根据表2.1进行负荷计算

表2.1 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 最大负荷（kW） 近期 10000 5000 2000 3000 2000 3000 3200 2700 2900 远期 15000 12000 5000 6000 4000 7000 6000 5000 4000 功率 因素 0.90 0.89 0.90 0.91 0.90 0.89 0.91 0.90 0.91 出线 回路数 2 2 2 1 1 2 2 1 1 附注 有重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 有季节性重要负荷 有季节性重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 III类负荷 III类负荷 （1） 负荷组1 cos?=0.90，tan?=tanarccos0.90=0.484

P30(1)=10000kW Q30(1)=10000*0.484=4840kvar

（2）负荷组2 cos?=0.89，tan?=tanarccos0.89=0.512

P30(2)=5000 kW Q30(2)=5000*0.512=2560kvar

s=0.90，tan?=tanarccos0.90=0.484 （3）负荷组3 co?P30(3)=2000 kW Q30(3)=2000*0.484=968kvar

s=0.91，tan?=tanarccos0.91=0.456 （4）负荷组4 co?P30(4)=3000kW Q30(4)=3000*0.456=1368kvar

s=0.90，tan?=tanarccos0.90=0.484 （5）负荷组5 co?P30(5)=2000 kW Q30(5)=2000*0.484=968kvar

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（6）负荷组6 co?s=0.89，tan?=tanarccos0.89=0.512

P30(6)=3000kW Q30(6)=3000*0.512=1536kvar

（7）负荷组7 co?s=0.91，tan?=tanarccos0.91=0.456

P30(7)=3200kW Q30(7)=3200*0.456=1459kvar

s=0.90，tan?=tanarccos0.90=0.484 （8）负荷组8 co?P30(8)=2700kW Q30(8)=2700*0.484=1307kvar

s=0.91，tan?=tanarccos0.91=0.456 （9）负荷组9 co?P30(9)=2900kW Q30(9)=2900*0.456=1322kvar

因此总的计算负荷为（取K?p=0.95，K?q=0.97）

P30= 0.95(10000+5000+2000+3000+2000+3000+3200+2700+2900)=32110kW Q30=0.97(4840+2560+968+1368+968+1536+1459+1307+1322)=15838kvar

S30=321102?158382=35804kVA

I30=35804/(3*66)=314A 2.2无功功率补偿

工厂中由于有大量的异步电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载，还有感性的电力变压器，从而使功率因素降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。

在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总的视在计算负荷减

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小，从而可使变电所主变压器容量选得小一些，这不仅可降低变电所的初投资，而且可减少工厂的电费开支。因此，提高功率因数不仅对整个电力系统大有好处，而且对工厂也是有一定经济实惠的。

无功功率补偿所用公式： 功率因数为

cos?=P30/S30 （2-7）

cos?=32110/35804=0.90

无功补偿容量为

tanarccosk1-tanarccosk2) （2-8） QC=P30(

QC=32110*（tanarccos0.90-tanarccos0.97）=7504kvar

补偿电容采用的并联电容器选择BWF70?100?1W,其工作电压为66KV,额定容量为200Kvar,额定电容为16.0uF.

补偿电容个数:n= QC/QC1=7504/200=38(个)

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第三章 变压器选择

3.1变压器的作用

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

电力变压器是发电厂和变电站的主要设备之一。变压器的用途是多方面的，不但可用于升高电压把电能送到用电地区，还可用于把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之升压和降压都必须由变压器来完成。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压平方成正比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。

3.2变压器的分类

1.按冷却方式分类

干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器； 2.按防潮方式分类

开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器； 3.按铁芯或线圈结构分类

芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器； 4.按电源相数分类

单相变压器、三相变压器、多相变压器； 5.按用途分类

电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器； 6.按中性点绝缘水平分类

有全绝缘变压器、半绝缘（分级绝缘）变压器。

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3.3变压器性能比较和选择

1干性变压器和油性变压器的比较，如表3.1所示

表3.1 干变与油变的比较 项目 特点 干式变压器 （长期耐热180摄氏度）； 短路能力特强，节能； 3. 低压为箔绕组短路能力强； 4. 防潮能力强； 5. 长期运行免维护； 6. 散热性能好 高 油浸变压器 油中的，绝缘介质就是油，迫油循环冷却，其优点是冷却效果好，可以满足大容量，瓦斯继电器可以及时反映出绕组的故障，保证系统的稳定运行，不足之处是得经常了油是件很危险的事情，变压器油随着时间失去功效；需要防止变压器的渗漏；不适宜在地下室及消防要求高的区域安装。 1. 高低压线圈采用F级绝缘材料油浸式变压器的绕组是浸在2. 线圈环氧浇注，器身紧固，抗冷却方式有自冷、风冷和强能承受一定的湿度，对环境要求不巡视，关注油位的变化，缺投入成本 使用场所 运行成本 高 任何场所 长期运行免维护 成本为干式的60% 室外 需要经常性的维护，由于该变压器每1.5年~2年需要更换冷却油 使用寿命 20 20 2.根据负荷性质选择变压器

（1）有大量一级或二级负荷时，宜装设二台及以上变压器，当其中任一台变压器断开时，其余变压器的容量能满足一级及二级负荷的用电。一、二级负荷尽可能集中，不宜太分散。

（2）季节性负荷容量较大时，宜装设专用变压器。 （3）集中负荷较大时，宜装设专用变压器。

（4）当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器。一般情况下，动力与照明共用变压。 3.根据使用环境选择变压器

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（1）在正常介质条件下，可选用油浸式变压器或干式变压器。 （2）在多层或高层主体建筑内，宜选用不燃或难燃型变压器。

（3）在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选封闭型或密封型变压器。

（4）不带可燃性油的高、低配电装置和非油浸的配电变压器，可设置在同一房间内，此时变压器应带IP2X保护外壳，以策安全。 4.根据用电负荷选择变压器

（1）配电变压器的容量，应综合各种用电设备的设施容量，求出计算负荷（一般不计消防负荷），补偿后的视在容量是选择变压器容量和台数的依据。一般变压器的负荷率85%左右。此法较简便，可作估算容量之用。

（2）GB/T17468-1998《电力变压器选用导则》中，推荐配电变压器的容量选择，应根据GB/T17211-1998《干式电力变压器负载导则》及计算负荷来确定其容量。上述二导则提供了计算机程序和正常周期负载图来确定配电变压器容量。

根据各种选择要求，确定此变电所选择变压器型号为SFCSZ4-19000/110，台数为2台。

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第四章 变电所主接线方案设计

4.1主接线的作用

电气主接线主要是指发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字符号表示的电路图成为电气主接线图。

电气主接线它不仅表示各种电气设备的规格、数量、连接方式和作用，而且反映了各电力回路的相互关系和运行条件，从而构成了发电厂和变电所电气部分的主体。

4.2主接线基本要求

电气主接线的优劣，将直接影响到系统运行的可靠性和灵活性，并对电气设备选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定，都具有决定性的作用。 1. 可靠性

（1） 供电可靠性。因设备操作、检修或故障等因素，被迫中断供电的影响范围

越小、停电时间越短，表明主接线的供电可靠性越高。

（2） 结构可靠性。由于电气主接线结构因素，造成停电的几率大小，将直接对

供电可靠性的影响。电气主接线由多个设备组成，将导致其结构复杂、停电几率上升。 2. 灵活性

在满足可靠性的前提下，具有一定的灵活性。应当具有多种运行方式，以适应不同运行方式的需求。 3. 方便性

在满足可靠性和灵活性的前提下，具有一定的方便性。主要表现在操作、巡视、维护、检修方面的方便性。 4. 经济性

在满足前三项技术要求的前提下，做到经济合理。

（1） 投资省。包括主设备投资、电工建（构）筑物投资、占地面积投资； （2） 经济效益。包括供电可靠性高、年运行费小等。

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5. 扩建可行性

一般有母线的主接线扩建方便；无母线的主接线扩建不方便，但应注意留有扩建的空间。

4.3方案选择

对此变电所的主接线设计有两种方案，单母线分段和双母线分段，对两种方案进行优缺点比较，确定此变电的的电气主接线图。 1. 单母线分段，如图4.1所示 单母线分段优点有以下几个方面：

（1） 接线简单清晰,设备少,操作方便,投资少,便于扩建。

（2） 用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同的段引出两个回路，有两

个电源供电。

（3） 当一段母线发生故障，分段短路器自动将故障切断，保障正常段母线不间

断供电和不致使重要用户停电。 单母线分段缺点有以下几个方面：

（1） 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开接在该分段上的全部

电源和出线，这样就减少了系统的发电量，并使该段单回路供电的用户停电。

（2） 任一出线断路器检修时，该回路必须停止工作。

（3） 不能满足不允许停电的供电要求,一般用于6～220kV系统中,出线回路较

少,对供电可靠性要求不高的中,小型发电厂与变电站中。

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图4.1 单母线分段

2. 双母线分段，如图4.2所示 双母线分段优点有以下几个方面： （1） 检修任一组母线可不中断供电；

（2） 检修任一回路的母线隔离开关时，只断开该回路；

（3） 当工作母线故障时，可将全部回路转移到备用母线上，从而使各回路迅速

恢复供电；

（4） 检修任一回路断路器时，可将被检修的断路器位置用“跨条”连接后，用

母联断路器代替被检修的断路器，不至使该回路长时间中断供电； （5） 在个别回路需要单独进行试验时，可将该回路单独接至备用母线上； （6） 便于扩建。

双母线分段缺点有以下几个方面：

（1） 接线较复杂，在倒母线过程中，有可能把隔离开关当成操作电器使用，易

发生误操作而引起重大事故；

（2） 当工作母线故障时，在切换母线的过程中仍要短时停电；

（3） 检修线路断路器时，在装接“跨条”期间仍需短时停电，这对重要用户来

说是不容许的；

（4） 需用的隔离开关数目比单母线增加许多，使配电装置复杂，增加了设备投

资。

图4.2 双母线分段

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（2） 电压互感器的二次侧有一端必须接地 （3） 电压互感器在连接时也应该注意端子的极性

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第七章 总结

本次110/66kV变电站设计课程设计，结合实际，符合现实生活对不同电压等级电能的需求，可以解决变电站供电问题。

这次课设根据设计程序，首先对变电站的负荷进行计算，从而来确定此变电站所承载负荷能力，为下一步设计打下基础。对于一切感性负荷，系统将出现无功损耗，根据实际要求，进行无功补偿，使系统的功率因数提高，以达到所需要的高利用率的电能，变电站的灵魂是变压器，所以对变压器的选择必不可少，它决定系统供电方式，也决定着变电站的主接线连接方式，对主接线进行设计，和比较，选择合理的设计方案，并对在接线中起重要作用的电气设备进行选择和校验，让此课设更加可靠，可以在实际中实现对变电站的修建。

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参考文献

1.《工厂供电》刘介才编

2.《工厂供电设计指导》刘介才编 3.《电工技能手册》戈以草编

4.《供用电实用手册》中国电机工程协会 5.《供配电设计手册》中国电机工程协会 6.《变电所电气部分》朴在林编 7.《电气设备手册》

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/50da.html