110kV芙蓉变电站设计计算书

广西水利电力职业技术学院

110kV芙蓉变电站设计计算书

系 别： 专 业: 学 号: 学生姓名： 指导教师： 年1月

2014

目 录

第一章 任务书 ............................................................................................................................................................................... 2 第二章 负荷统计 ................................................................................................................................................. 3 第三章 主接线的确定 ....................................................................................................................................... 4

3.1主变的选择..................................................................................................................................................................... 4 3.2主接线的确定 ................................................................................................................................................................. 5 3.2.1主接线的拟定...............................................................................................................................................................5 3.2主接线的经济比较..........................................................................................................................................................9

第四章 短路电流计算 ..................................................................................................................................... 11

4.1等值电路计算 .............................................................................................................................................................. 22 4.2系统的等值电路计算 .................................................................................................................................................. 12 4.3短路电流计算 .............................................................................................................................................................. 14 4.4母线的工作电流 .......................................................................................................................................................... 16

第五章 导体及主要电气设备的选择 ................................................................................................. 17

5.1导体及主要电气设备的选择的一般原则 .................................................................................................................. 17 5.2母线选择.......................................................................................................................................................................18 5.3开关设备及隔离开关的选择 ....................................................................................................................................... 20 5.4 电流互感器及电压互感器的选择 ............................................................................................................................. 23

第六章 微机保护 ............................................................................................................................................. 25

6.1传统继电保护装置与微机保护装置的比较 ............................................................................................................... 25 6.2微机保护设计规程 ...................................................................................................................................................... 25 6.3微机保护的选择 .......................................................................................................................................................... 27

1

第一章 任务书

华北水利电力大学 “电气自动化”专业 电气课程设计任务书

题目：芙蓉110kV变电站电气一次部分初步设计

一. 设计题目：芙蓉110KV变电站电气一次部分初步设计

我们这次设计的题目是：芙蓉110KV变电站电气一次部分初步设计。设计变电所在芙蓉经济开发区，向开发区的502厂、污水厂、陈村变、机械厂、纺织厂、食品厂、汽车市场等等地方供电，在变电站附近还有地区负荷。确定本变电站的电压等级为110/35/10KV，110KV是本变电所的电源电压，35KV和10KV是二次电压。待设计变电站的电源，由110KV王村变线路和110KV青山火电厂送到本变电所；在中压侧35KV母线，送出3回线路，其中1回作备用，主要供给502厂、污水厂（一类负荷），最大负荷为4200KW,其中重要负荷占40%，COSФ=0.85；在低压侧10KV母线，送出10回线路，其中2回作备用，主要给部分工厂和民用，最大负荷为4200KW，其中重要负荷占36%；最大负荷利用小时数=hT4500max，同时率取0.85，线路损耗取5%。该变电所的所址，地势平坦，交通方便，环境最高温度为40oC。 通过选择本变电所主变的台数、容量和类型，设计本变电所电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个最佳方案。进行必要的短路电流计算，选择选择和校验所需的电气设备。并进行防雷保护规划设计。

二、设计内容

1.本变电所主变的台数、容量和类型。 2.设计本变电所电气主接线。 3.进行短路电流计算。 4.选择和校验所需的电气设备。 5.选择所用电接线方式和所用变压器。 6.进行防雷保护规划设计。

7.变压器（三个等级）继电保护方案的确定。逐一写明每个保护的作用、特点和保护范围。 8.电压互感器和电流互感器的配置。

9.主变压器控制、信号回路设计。在说明书上说明主变压器断路器动作过程。

10.中央信号回路设计。并在说明书上说明：（1）断路器事故跳闸动作过程；（2）具体说明如何发事故信号和预告信号。

三、待建变电站基本资料

1.设计变电站在芙蓉经济开发区，向开发区的502厂、污水厂、机械厂、纺织厂、食品厂等地方供电，在变电所

2

附近还有地区负荷。

2．确定本变电站的电压等级为110/35/10KV，110KV是本变电所的电源电压，35KV和10KV是二次电压。 3.待设计变电站的电源，由双回110KV线路送到本变电站；在中压侧35KV母线，送出3回线路，其中1回做备用；在低压侧10KV母线，送出10回线路，其中2回做备用；在本站110KV母线有4回进出线回路数，其中2回做备用。该变电站的选址，地势平坦，交通方便。

四、35KV和10KV用户负荷统计资料

序号 用户名称 最大负荷（KW） cosΦ 1 502厂 3400 2 污水厂 2800 3 陈村变 4200 4 备用（新用户） 5000 5 机械厂 800 6 凤岭小区 4200 0.85 7 纺织厂 1400 8 电视台 2500 9 民生商业区 4000 10 食品厂 1100 11 汽车市场 4300 12 兴和饮食城 2500 13 备用（新用户） 4000

回路数 重要负荷的百分数（％） 1 1 1 1 1 1 45% 1 1 2 1 1 1 1 最大负荷利用小时数Tmax=4500h，同时率取0.85，线路损耗取5%

第二章 负荷统计

2.1 负荷统计与分析 根据公式：

???/cos??(1?网损率）?Kt，则各电压等级的负荷如下。

∵最小负荷为最大负荷的60%

（1）35kV负荷统计：

cos??0.85，Kt?0.85,线损为5%

已知35kV最大负荷总计：

?P = （3400+2800+4200+5000）=15400KW=15.4MW

∴35kV最小负荷总计为

35kV计算总负荷容量：则

=60％×15.4=9.24MW

?35Kv??35Kv/cos??(1?网损率）?Kt?35Kv??35Kv/cos??(1?网损率）?Kt3

=[(15.4+9.24）／0.85]×（1+5%）×0.85

=25.872MVA （2）10kV负荷统计：

cos??0.85，Kt?0.85,线损为5%

已知10kV最大负荷总计：

?P = （800+4200+1400+2500+4000+1100+4300+2500+4000）=24800KW=24.8MW

=60％×24.8=14.88MW

∴10kV最小负荷总计为

10kV计算总负荷容量：则

P10小?60%P10大?10Kv??10Kv/cos??(1?网损率）?Kt

?10Kv??10Kv/cos??(1?网损率）?Kt =[(24.8+14.88）／0.85]×（1+5%）×0.85 =41.664（MVA） （2）110kV负荷统计：

?110KV??10KV??35KV?67.536MVA

（4）待建变电站的计算负荷容量为：

S110S∵==67.536MVA ∴

M?计算??35Kv??10Kv

=25.872+41.664=67.536MVA

第三章 主变的选择及主接线确定

3.1主变的选择

主变是变电运行中的核心部分，为了电网的安全、经济运行，在选择主变是应该全面、综合考虑，主变压器容量及台数选择条件一般考虑一下几方面的问题：

1）当一台主变发生故障或者检修时为了保证供电可靠性，一般取两台及以上； 2）考虑负荷的发展应当有10%的逾度；

3）一台主变故障时一类、二类负荷不能停，且可以保证84%的负荷不受影响，保证有60%的负荷供电，

SN?0.6?计算;

即：

S?0.6?67.536?40.5216MV?A

N 由计算知道：

?P?67.536MW，该变电站的厂用电比较负荷用电是很小的，所以在设计的时候没有考

4

虑站用电的负荷。为了避免电能与经济发展的矛盾，一般留10%的欲度作为长远的发展规划，此时应选择更大点的主变容量。如符合发展过快，扩建也是满足不了需求的，或不用考虑过于长远，考虑5年左右即可。当一台停运时，可保证对60%的负荷供电，考虑变压器40%的事故过负荷能力，则保证对84%负荷的供电。由于一般的电网变电站有25%左右的非重要负荷及从长远发展考虑，经查阅资料后，可确定主变容量选为50000KVA。 若考虑每年以5%的负荷发展则五年后得负荷为：?p1?67.536?1.05?86.195MW，由此可见五年后该

5变电站的总容量仍然可以满足要求，故选取容量为两台50000KVA的主变。由资料可以看出该地区的负荷的供电要求高不能停电，用无励磁调压不能满足，所以用有载调压；在高电压等级、大容量主变中一般选用自偶变压器获得更高的经济效益。

选择三绕组变压器技术数据及综合投资如下表：

额定电压组合 型号 容量 （KVA） 高压 （kV） 中压 连接组别 低压 损耗（KW） 短路阻抗（%） 空载电流参考价格 （万元） 空载 负荷 升压 降压 （%） SFSZ9-50000/110 50000 110 38.5 Ynyn10.5 49.52 225.0 高17.18 高10.5 中低6.5

高中8 高低28 中低18 0.91 461 0d11 3.2电气主接线的确定

3.2.1拟定电气主接线：【参考《电气设备》、《课程设计与毕业设计》】

主接线要求：可靠性、灵活性、经济性、操作方便、便于扩建。在该变电站中有110kV 4回进出线，35kV 5进回出线，10kV 10进回出线，故初拟以下五个方案进行综合比较。

在实际运行中，断路器的可靠性高，一般不需检修，故可以借鉴经验考虑不设旁母；而在电力系统中负荷大、出线多时，单母线接线已经满足不了供电要求，故对负荷大，出线多的一般不予考虑；10KV一般的供电可靠性要求不如110KV及以上，但是为了可靠性不至于过低，一般用单母线分段；规程提出，当出线多于8回时可以采用双母线接线方式，所以列出了一下几种常见的运行方式。及各方案主接线图及技术（优缺点）比较。 方案一：110kV：双母线 35kV：双母线 10kV：双母线

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双母线与单母线相比灵活可靠，扩建方便，对高电压等级、进出线较多、重要负荷的变电站中广泛使用，但投资大，配电装置复杂倒闸操作比较复杂，在10kV配电系统中虽然出线多，但是对于面对用户配电则需经常操作，不能体现其优点。 方案二：110kV：双母线 35kV：单母线分段 10kV：双母线

与方案一相比，投资较少，运行也比较简单。配电装置相对简单，但该变电站的110KV的出线少，仍然可以

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满足负荷的要求，但10kV一样与方案一有着类似的问题。 方案三：110kV：双母线 35kV：单母线分段 10kV：单母线分段

与方案一相比，投资较少，运行也比较简单。虽然降低的110Kv、10kV的可靠性，对110kV出线少、10kV经常操作的系统，两者的可靠性依然满足。 方案四 35kV：双母线

110kV：内桥接线

10kV：单母线分段

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由于110kV仅有2回线路，且在只有2回线路是经常使用内桥接线，该接线QF少，比较经济，也利于扩建。常用于容易发生故障的长线路、主变不经常切换的运行方式，可靠性不如单母线分段。

方案五：110kV：双母线

35kV：双母线

10kV：单母线分段

该方案与一二方案相比操作简单，但不如方案三、方案四操作简单，且造价也相对较高，如使用单母分段等负荷发展时在扩建一样可以，不必造成资源浪费。 优缺点分析： 优点：

经过分析后得：双母线的可靠性最高、灵活，但投资大，操作复杂；单母线分段可靠性不如双母线，但其可以满足出线少、负荷较小的系统。根据实际情况分析:110kV出线为4回，负荷要求高，优先考虑双母线接线；35kV负荷大，但出线少则考虑单母线分段或内桥接线即可满足；10kV的出线多，负荷要求高，运行操作多，用双母线时操作复杂。由于该电压等级采用室内配电，有运行经验可以看出单母线分段与双母线的可靠性没有明显变化，所以用单母线更好。经过综合比较后留下了方案三和方案四。

3.2.2 经济比较

经过技术比较后，选择方案三和方案四再进行经济比较。

经济计算（参考《课程设计与毕业设计》、《发电厂变电所电气一次部分课程设计指导资料》）

A)方案三经济计算

1综合投资：Z?ZT?ZD

?a?1?? ① 变压器的综合投资：ZT?Z0??100? 8

变压器本身Z0=461万元

ａ——不明显的附加费用比例系数，一般110KV取90,35KV取100.

ZT90???461??1???875.9万元

?100? 本次设计采用2台变压器所以：

2ZT?2?ZT?2?875.9?1751.8万元

(2) 配电装置综合投资：

参考《发电厂及变电所电气一次部分课程设计指导资料》知： 项目名称 主变进线 馈线 10 kV（单母线分段） 2 29.5 35kV（单母线分段） 4 177 35kV（桥型线） — 136 110kV（双母线） 2 418.5 (3) ZD?Z配电10Kv?Z配电35Kv?Z配电110KV

增加一馈线（万元） 2.6 9.1 — 42.1 ZD?29.5?177?418.5?625万元

所以， 综合投资：Z?2ZT?ZD?1751.8?625?2376.8万元2 年运行费用：U?y?U1?U2

计算年运行费用U：

U=y+ U1 + U2 （万元）

式中：U1——小修、维护费，一般为（0.022～0.042）本次设计取0.022Z（变电工程）

U2——折旧费，一般为（0.005～0.058）Z，本次设计取0.058Z。（变电工程）

ａ——电能电价，由各省市实际电价确定。本次设计取0.50元/KW·h △A——变压器年电能损失总值（KW·h） (1) 小修、维护费:U1?0.022?Z?0.022?2376.8?52.2896万元 (2) 拆旧费： U2?0.058?Z?0.058?2376.8?137.8544万元 (3) 电能电价：本次设计取0.5元/KW·h 其中：（1）有功损耗：ΔP＝P0＋KTβ2PK

（2）无功损耗：ΔQ＝Q0＋KTβ2QK

（3）综合功率损耗：ΔPZ＝ΔP＋KQΔQ Q0≈I0％SN，QK≈UK％SN

式中：Q0——空载无功损耗（kVar） P0——空载损耗（kW）

PK——额定负载损耗（kW） SN——变压器额定容量（kVA） I0％——变压器空载电流百分比。

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UK％——短路电压百分比 β——平均负载系数

KT——负载波动损耗系数

QK——额定负载漏磁功率（kVar） KQ——无功经济当量（kW／kVar） 上式计算时各参数的选择条件： （1）取KT＝1.05；

（2）对城市电网和工业企业电网的6kV～10kV降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量KQ＝0．1kW／kVar； （3）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β＝20％；对于工业企业，实行三班制，可取β＝75％；

（4）变压器运行小时数T＝8760h，最大负载损耗小时数：t＝5500h；

（5）变压器空载损耗P0、额定负载损耗PK、I0％、UK％，见产品资料所示。 P0——空载损耗56kW 式中 Sn——一台变压器额定容量（KVA）

T0——变压器全年实际运行小时数（h）,一般可取8000h τ——最大负荷损耗时间（h），可查《电力系统分析》课本。

K——无功经济当量，即为每多发送（或补偿）1kVar无功功率，在电力系统中所引起的有功功率损耗增加（或减少）的值。一般发电厂取0.2，变电所取0.1~0.15.

Q0≈I0％SN，QK≈UK％SN PK——额定负载损耗255kW Q0≈I0％SN=24kW QK≈UK％SN=3600kW

?P?p0?2Kt?PK?56?2?0.1?0.6?255?86.6KW/hK

?Q?Q?2Kt?Q?24?2?0.1?0.6?3600?456KW/h

0?A??P???86.6?5500?476300KW/h

则电能损耗为：y?a??P?h?0.5?86.6?5500?23.815万 所以 ， 年运行费用:

U?y?U1?U2?23.815?52.2896?137.8544 ?213.959万元 B)方案四经济计算：

1综合投资：Z?ZT?ZD

② 变压器的综合投资：ZTa???Z0?1???100?

变压器本身Z0=461万元

ａ——不明显的附加费用比例系数，一般110KV取90,35KV取100，

?100? ?461??1???922万元

ZT?100? 本次设计采用2台变压器所以： 2ZT?2?ZT?2?922?1844万元

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(4) 配电装置综合投资：

(5) ZD?Z配电10Kv?Z配电35Kv?Z配电110kv

ZD?29.5?136?418.5?584万元

所以， 综合投资：

Z?2ZT?ZD?1844?584?2428万元

(1) 小修、维护费:U1?0.022?Z?0.022?2428?53.416万元 (2) 拆旧费： U2?0.058?Z?0.058?2428?140.824万元 (3)则电能损耗为：y?a??P?h?0.5?86.6?5500?23.815万 所以 ， 年运行费用:

U?y?U1?U2?23.815?53.416?140.824

?218.055万元方案三、方案四（仅包含一次设备）经济指标结果比较表 综合投资Z 年运行费用U 方案三 2376.8万元 213.959万元 方案四 2428万元 218.055万元 经比较后得出以上结果，可知方案四的造价比方案三的造价多51.2万，运行费用也多4.096万，而且从供电可靠与运行方式来说方案三有的操作更简单；从发展的角度考虑，方案四要扩建才能满足供电要求，这么一算在经济上反而没有优势，所以本次拟用方案三：110kV双母线；35kV单母线分段；10kV单母线接线。

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第四章 短路电流计算

计算各元件的电抗标么值:

基准容量：

SB=100MVA

U=UBaV=1.05

UN 额定容量：

SN

XG?发电机：

SB????XdSGN

XT?变压器：

SB?Ud%?SN

XL? 线路：

SB?X0L?2UB

SB????XdSGN1.1、110kV青山火电厂

XG1??XG2?发电机：变压器：∵

=0.122×100/（25/0.8）=0.39

U1?2%=18

U1?3%=10.5

U2?3%=6.5

1Ud1%?(U1?2%?U1?3%?U2?3%)200 ∴

=1/200×（18+10.5-6.5）

=0.11

1Ud2%?(U1?2%?U2?3%?U1?3%)200

=1/200×（18+6.5-10.5）

=0.07

1Ud3%?(U1?3%?U2?3%?U1?2%)200

=1/200×（10.5+6.5-18）

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=-0.005＜0 则电抗为：

XT1?

SB?Ud1%?SNSB?Ud2%?SNSB?Ud3%?SN=0.11×100/31.5=0.349

XT2?

=0.07×100/31.5=0.222

XT3?

＜0（取0）

线路：该所距待设计变电所距离：L=7kM

XL?SB?X0L?2UB=7×0.4×100/1152=0.021

1.2、110kV系统王村变电站 最大短路容量：

S

K

=300MVA 该所距待设计变电所距离：L=7kM

XXT?系统：

SB?SK=100/300=0.333

XL?SB?X0L?2UBS=0.4×7×100/1152=0.021

1.3、35kV系统芦坡变电站 最大短路容量：

K=200MVA 该所距待设计变电所距离：L=12kM

XXT?系统：

SB?SK=100/200=0.5

XL?SB?X0L?2UB=0.4×12×100/372=0.351

1.4、待设计变电所 变压器：∵

U1?2%=10.5

U1?3%=18

U2?3%=6.5

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1Ud1%?(U1?2%?U1?3%?U2?3%)200 ∴

=1/200×（10.5+18-6.5）

=0.11

Ud2%?

=1/200×（10.5+6.5-18） =-0.005

1(U1?2%?U2?3%?U1?3%)200

1Ud3%?(U1?3%?U2?3%?U1?2%)2001 ??(18?6.5-10.5)200????? ??????????

则电抗为：

XT1?

SB100?Ud1%??0.11??0.349SN31.5 SB?Ud2%?SN＜0（取0）

XT2?

XT3?

画等效电路图

SB100?Ud3%??0.07??0.222SN31.5

14

X4?0.759?0.111?(1111???)?0.7590.6870.8510.1111.092

1111X5?0.687?0.111?(???)?0.9880.7590..6870.8510.1111111X6?0.851?0.111?(???)?0.7590.6870.8510.1111.223

（2）K3点短路时的计算电抗

XjsX4110kV火电厂：

SGN∑?X4??1.092?SB2?250.8?0.683100

∵

XjsX4=0.683＜3

∴查汽轮机发电机运算曲线得：

I0S?=1.5

I0.6S?=1.3

I1.2S?=1.33

SB100I0S?I0S??3U?1.5?3?10.5?8.248B有名值：KA

I0.6S?I0.6S??

SB100?1.3??7.1483UB3?10.5KA

SB100I1.2S?I1.2S??3U?1.33?3?10.5?7.313B KA

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XjsX5110kV系统：∵

SK300?X5??0.988??2.964SB100

1XjSX51??0.3372.964I∴

0S??I0.6S??I1.2S??

I有名值

0S?I0.6S?I1.2S?I?SB100?0.337??1.8533UB3?10.5KA

XjsX635kV系统：∵

SK200?X6??1.223??2.446SB100

1XjSX61??0.4092.446I∴

0S??I0.6S??I1.2S??

I有名值

0S?I0.6S?I1.2S?I?SB100?0.409??2.2493UB3?10.5KA

K1点短路时的短路冲击电流：

∥I∵0S=2.269+0.473+0.244=2.986KA

I=1.359+0.244+0.473=2.076KA 0.6s//I//1.2s=1.29+0.473+0.244=2.007KA

∥∴ch=2.550S=2.55×2.968=7.614KA

IIK2点短路时的短路冲击电流：

∥I∵0S=3.683+0.757+0.918=5.358KA

I=2.793+0.757+0.918=4.468KA 0.6s//I//1.2s=2.86+0.757+0.918=4.535KA

∥∴ch=2.550S=2.55×5.358=13.663KA

IIK3点短路时的短路冲击电流：

∥I∵0S=8.248+1.853+2.249=12.35KA

I=7.148+1.853+2.249=11.25KA 0.6s//I//1.2s=7.313+1.853+2.249=11.415KA

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∥II∴ch=2.550S=2.55×12.35=31.493KA

第五章 导体及主要电气设备的选择

5.1 导体及主要电气设备的选择的一般原则

导线继电器设备的选择设计，必须执行国家有关技术经济政策，并应该做到技术先进、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。【参考《电气设备》P281页、《课程设计》P111页】

一般电气设备选择应满足以下原则：

1 满足正常运行、检修情况下的要求，短路和过电压时都能可靠运行。 2 按短路状态校验动稳定和热稳定。 3 应按当地环境条件校核。 4 应力求工程技术先进和经济合理。 5 选择导体时应尽量减少品种。 6 应考虑远景发展。

7 一般电气设备的使用条件为不超过1000m.。

8 配电装置为室内布置时，设备应选户内式；配电装置为户外布置时，设备则 户外式

载流导体选应满足一下原则：

（1）导线在通过正常最大负荷电流即线路计算电流产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。 （2）导线和电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗

（3）35KV以上的高压线路，以及电压在35KV以下但距离长，电力大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流

密度选择，可使线路的“年费用支出”最小。

（4）导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其机械强度最小允许截面。对于工厂的电力线路，只需按其最

小截面校验就行了。对于电缆，不必校验其机械强度。

（5）对于60KV以上电压的架空线路，为了防止电晕损耗和对无线电波的干扰，在正常运行情况下不允许出线全

面电晕。因此避免电晕的发生已成为高业与超高压线路选择导线截面技术的重要技术条件。对一定的导体，影响其会否出现电晕的重要因素。是导线的半径或截面。在选择导线截面时，要求导线在晴天不出现全面电晕的导线最小直径或相应的导线型号。

5.2主母线的选择

A)10kV主母线的选择。

1 母线型号（材料、类型、布置方式）的选择：

（1）常用导线材料有铜、铝、铝合金及钢材料制成，其中铜的电阻率低，抗腐蚀性强，机械强度大，但是价格

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较贵；铝的电阻率虽为铜的1.7~2倍，但是密度只有铜的30%，但是价格较低，因此，都采用铝或铝合金材料。

（2）工业上常用的硬母线截面为矩形，槽型和管型，根据工作电流的大小，该母线所选的是矩形. （3）根据实际情况，可选三相水平位置。母线平方在绝缘子上。 2 母线截面的选择

配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择，其余导体的截面一般按经济电流密度选择，

因此，按导体长期发热允许电流选择。

如果母线较长，应按经济电流密度选择母线截面。查表后得Jec=0.9A/mm，

Igmax=565A，则

Sec?IJgmaxec?5652?627.8mm 0.9??为节省材料，应选取相近的截面矩形铝母线，即S=63×10(mm)，但还需进性热稳定计算。

Kf2已知短路电流为7.148KA,短路热效应的计算时间为0.6S（保护定时限为0.5s，瞬时动作的保护装置时限为0.05s，

拟采用高速动作的高压断路器其固有开断时限为0.05s。），查表知C=95，肌肤效应稳定的最小截面为：

?1.02,则可求得热

Smin?ItKC?dzf?714820.6?1.02?59.4?630mm可见，该母线满足热稳定。 95A（mm） 250 1000 400 l（mm） 1000 400 1150 本次设计中【参考《电气设备》P195页】

电压 10KV 110KV 35KV

三相母线中间相上最大受力为：

查表后可确定母线的跨距为（参考《电气设备》）：

F?1.73?10?72l1?7?1.73??31493?31493??686N icha100.25因母线上有多条出线，其跨距系数大于2，则母线的弯曲力矩为：

M?Fmax?l10?686?1?68.6(N?m) 10矩形铝母的截面系数为：

W?0.167?bh?0.167?0.063?0.01?6.6?10(m)

母线的硬力计算为：

22?63?

?jsM10.866??10?12.45?10(Pa) W6.623

显然，计算硬力

?小于允许硬力js

?xu(?xu?69?10)，故满足动稳定要求。

6查阅资料后知道ZA-10Y型母线支持瓷瓶的破坏荷重为3675N，允许荷重为0.6*3675=2205(N),大于计算力822N。

故用ZA-10Y型瓷瓶。 B)110kV母线选择：

同理110kV母线按经济电流密度选择母线截面。查表后得Jec=0.9A/mm，

Igmax=219A,则

Sec?IJgmaxec?2192?244mm 0.9??为节省材料，应选取相近的截面，故选取300

mmLJ导线。但还需进性热稳定计算。

2已知短路电流为2.31KA,短路热效应的计算时间为0.1S（保护为全线速动0s，瞬时动作的保护装置时限为0.05s，

拟采用高速动作的高压断路器其固有开断时限为0.05s。），查表知C=95，肌肤效应稳定的最小截面为：

Kf?1.02,则可求得热

Smin?ItKC?dzf?27932.0.1?1.02?9.5?300mm 95可见，该母线满足热稳定。 三相母线中间相上最大受力为：

F?1.732?10?72l4?7?1.732??13663?13663??129N icha101 定由于本次采用LJ型母线，所以110kV母线可以不用进行动稳定校验。

110kV的绝缘子选择破坏荷重为4000N，允许荷重为0.6*4000=2400(N)，大于计算力343N。用户外型支柱绝

缘子ZS-110/4绝缘子。 C)35kV母线选择：

由上可知35kV母线的最小的截面为：

Sec?IJgmaxec?85.52?85.5mm 0.9??在实际运行中11kV及以上的电压等级运行一般采取管母，但管母的载流量大，易造成资源浪费，故选取截面最

合理的铜型管母线如下：

序号 1

外径 mm 60 壁厚 mm 10 铜管母线数据 内径 mm 40 截面积 铜管重量 电流密度 载流量 mm kg/m A/mm2 A 1570.8 4.27 1.02 1600 Smin?

I?CtKdzf?140020.1?1.02?4.7?300mm 9524

路的负荷、自身的运行情况(当设备自身某种故障,微机保护通过自检功能,把故障进行呈现),采用计算机原理进行远程控制和监视.。

传统继电保护装置和微机保护装置的比较： 传统继电保护装置的缺点： 1、占的空间大,安装不方便 2、采用的继电器触点多,大大降低了保护的灵敏度和可靠性 3、调试及检修复杂,一般要停电才能进行,影响正常生产 5、使用寿命太短,由于继电器线圈的老化直接影响保护的可靠动作 6、继电器保护功能单一,要安装各种表计才能观察实时负荷 7、数据不能远方监控,无法实现远程控制 8、继电器自身不具备监控功能,当继电器线圈短路后,不到现场是不能发现的 9、继电器保护是直接和电器设备连接的,中间没有光电隔离,容易遭受雷击 10、

常规保护已经逐渐淘汰,很多继电器已经停止生产 11、运行维护工作量大,运行成本比微机保护增加60%左右。

微机保护优点： 1、由于微机保护采用各种电力逻辑运算来实现保护功能,所以只需要采集线路上的电流电压,这样大大简化了接线 2、微机保护的保护出口、遥控出口、就地控制出口都是通过一组继电器动作的,所以非常可靠 3、 微机保护采用计算机控制功能,保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑,这样可以随时修改保护参数,修改保护功能,不用重新调试 4、微机保护还具备通讯功能,可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心,进行集中调度 5、 微机保护采用CPU进行数据处理,加大了数据处理速度 6、 微机保护采用光电隔离技术,把所有采集上来的电信号统一形成光信号,这样有强电流攻击时候,设备可以建立自身保护机制 7、微机保护的寿命长,由于设备在正常状态处于休眠状态,只有程序实时运行,各个元器件的寿命大大加长 8、微机保护具备时钟同步功能,对于故障可以记录,采用故障录波的方式把故障记录下来,便于对故障的分析 9、易用性:用户界面标准化,易学、易用、易维护。

经过比较后本次设计采用微机保护方案。

6.2微机保护设计规程

微机保护配置

变电站需要配置已下保护装置：主变压器保护，110kV线路保护，35kV线路保护，10kV线路保护，母线保护；此外还需备用电源自动投入自动装置，绝缘监察装置等保护。

（1） 主变保护

根据规程主变应该设以下保护：参考【继电保护技术规程GB14285-2006】

0.8MVA及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护；电压在10kV以上、容量在10MVA及以上的变压器，采用纵差保护；110kV～500kV降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，相间短路后备保护用过电流保护不能满足灵敏性要求时，宜采用复合电压起动的过电流保护或复合电流保护；与110kV及以上中性点直接接地电网连接的降压变压器、升压变压器和系统联络变压器，对外部单相接地短路引起的过电流，应装设接地短路后备保护，该保护宜考虑能反映电流互感器与断路器之间的接地故障；对自耦变压器，为增加切除单相接地短路的可靠性，可在变压器中性点回路增设零序过电流保护，所以主变设以下保护。 A、差动保护

B、过电流保护或复合电流闭锁（方向）保护 C、零序过电流保护 D、接地短路后备保护

E、非电量保护：轻瓦斯保护、重瓦斯保护、温度升高保护、温度过高保护 (2)10kV线路保护

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3kV～10kV中性点非有效接地电力网的线路，对相间短路和单相接地应按本节规定装设相应的保护。 可装设两段过电流保护，第一段为不带时限的电流速断保护；第二段为带时限的过电流保护，保护可采用定时限或反时限特性，必要时，可配置光纤电流差动保护作为主保护，带时限的过电流保护为后备保护，则10kV线路设以下保护：

A过流（Ⅰ段：电流速断保护，Ⅱ段：时限过电流保护）保护 B绝缘监察 C自动重合闸 （3）35kV线路保护

35kV线路的后备保护宜采用近后备方式，对需要装设全线速动保护的电缆线路及架空短线路，宜采用光纤过电流保护作为全线速动主保护；可装设阶段式接地距离保护，阶段式零序电流保护或反时限零序电流保护 在平行线路上，对于35kv线路，一般应装设距离保护或电流、电压速断保护作为主保护。以距离保护或阶段式保护带方向或不带方向电流或电压作为后备保护。在平行线路上，一般装设零序横差动方向保护作为主保护，如果根据系统运行稳定性等要求，需装设全线速动保护。故35kV线路设以下保护： A、纵联电流差动保护

B、距离保护（接地距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段；相间距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段） C、过电流保护

D、电流、电压速断保护 (4)110kV线路保护

对多级串联或采用电缆的单侧电源线路，为满足快速性和选择性的要求，可装设全线速动保护作为主保护； 110kV线路的后备保护宜采用远后备方式； 单侧电源线路，可装设阶段式相电流和零序电流保护，作为相间和接地故障的保护，如不能满足要求，则装设阶段式相间和接地距离保护，并辅之用于切除经电阻接地故障的一段零序电流保护。故110kV线路设以下保护：

A、距离保护（接地距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段；相间距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段） B、零序保护（零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段） C、过流保护 D、自动重合闸 (5)母线保护

对3kV～10kV分段母线宜采用不完全电流差动保护，保护装置仅接入有电源支路的电流。保护装置由两段组成，第一段采用无时限或带时限的电流速断保护，当灵敏系数不符合要求时，可采用电压闭锁电流速断保护；第二段采用过电流保护，当灵敏系数不符合要求时，可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路，以降低保护的起动电流。

A、电流差动保护 B、电流速断保护 C、低频保护 D、断路器失灵保护

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6.3微机保护的选择

经过查阅资料，与老师同学讨论后，从南瑞、四方、许昌灯多家知名品牌中选择微机保护，本次拟用南瑞的

保护方案。选择初步选择南瑞微机保护装置如下，视具体情况而定，有不足者另行选择。

保护类型 主变 型号 RCS-978GE型变压器保护装置 使用范围 RCS-978GE型微机变压器保护适用于适用于110kV及以上系统，适用于三圈变；四侧差动：高、中压侧双母线或双母带旁路，低压侧双分支接线方式。 110kV线路 PCS-941系列高压输电线路保护装置 PCS-941系列装置为微机型数字式高压输电线路成套保护装置，可用作 110kV电压等级输电线路的主保护及后备保护。 35kV线路 PCS-941A系列高压输电线路保护装置 PCS-902系列装置为微机型数字式超高压线路成套快速保护装置，可用作35kV及以上电压等级输电线路的主保护及后备保护。 10kV线路 RCS-9623馈线保护测控装置 RCS-9623装置为数字式电流、电压保护装置，可用作10kV线路、变压器及380V线路的保护。 RCS-915AB 型微机母线保护装置，适用于各种电压等级的单母线、单母分段、双母线等各种主接线方式，母线上允许所接的线路与元件数最多为21个（包括母联），并可满足有母联兼旁路运行方式主接线系统的要求。 RCS-9700系列变电站自动化系统是南瑞继保电气有限公司为适应变电站母线 RCS-915AB型母线保护装置 综合自动化 RCS-9700系列变电站自动化系统 自动化的需求，在总结多年从事变电站自动化系统开发、研究经验的基础 上，结合所承担的国家电力公司重点科研项目《500kV变电站综合自动化系统的研制》（国家电力公司科学技术项目合同编号KJ00-01-09），基于变电站自动化整体解决方案，运用新一代计算机技术、网络通信技术、最新国际标准，而推出的新一代集保护、测控、远动功能于一体的新型变电站自动化系统。

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参考文献

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3 王士政.《 电力类专题课程设计与毕业设计指导教程》.北京：中国水利水电出版社，2007

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