110kV变电站（毕业设计）

福建电力职业技术学院毕业设计报告纸

福建电力职业技术学院

毕业设计说明书

题目：某110kV降压变电所电气部分设计（A型）

专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 日 期：

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内容提要

根据设计任务书的要求，本次毕业设计内容为110kV 降压变电站电气部分设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该变电站设有两台主变压器，有110kV、35kV 和10kV 三个电压等级,各个电压等级分别采用双母线接线、单母线分段接线和单母线分段接线的接线方式。

本次设计的主要内容有电气主接线设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等）、各电压等级配电装置设计、防雷保护规划、继电保护和安全自动装置的配置以及专题等，本课题的专题为变电所主变相间后备保护和10kV母线分段断路器备用电源自投装置的整定计算。

本设计以《电力工程电气设计手册》、《变电所设计规程》、《导体和电器选择设计技术规程》、《35～110kV 变电所设计规范》、《供配电系统设计规范》、《35～110kV高压配电装置设计规范》、《继电保护和安全自动装置技术规程》等规范规程为依据，并参考国家电网公司输变电工程典型设计110kV变电站分册，设计内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。

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目录

内容提要 ................................................................................................................................................ 2

前言 ........................................................................................................................................................ 4

第一章 设计说明书

第一节 原始资料................................................................................................................................... 5

第二节 负荷的分析与统计 ................................................................................................................... 7

第三节 无功补偿................................................................................................................................... 8

第四节 主变及所用变的选择 ............................................................................................................... 9

第五节 配电装置的规划 ..................................................................................................................... 13

第六节 电气主接线设计 ..................................................................................................................... 15

第七节 短路计算................................................................................................................................. 21

第八节 电气设备选择 ......................................................................................................................... 23

第九节 变电所防雷保护规划 ............................................................................................................. 26

第十节 变电所的继电保护配置 ......................................................................................................... 27

第十一节 变电所的安全自动装置配置 ............................................................................................. 29

第十二节 专题 .................................................................................................................................... 31

第二章 设计计算书

第一节 负荷计算................................................................................................................................. 34

第二节 短路计算................................................................................................................................. 35

第三节 电气设备选择 ......................................................................................................................... 44

第四节 整定计算................................................................................................................................. 47

参考文献 .............................................................................................................................................. 50

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前言

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与经济运行。电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线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大小的决定性因素。

本次毕业设计为110kV 变电站电气部分设计，设计成品包括设计说明书、设计计算书、设计图纸等三部分，所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本设计在电力工程系 老师的精心指导下完成的，设计期间 老师在设计思路上给予了我很多的指导和帮助， 老师、循循善诱的教学方法、热情待人的处事方式、一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了很深的印象。在此，我对恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！

本说明书从变电站设主变及所用变的选择、主接线确定、短路电流计算、主要电气设备选择、继电保护和安全自动装置的配置等几方面进行阐述，并分别绘制了电气主接线图、110kV配电装置间隔断面图、主变保护展开图等相关设计图纸。由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。

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第一章 设计说明书

第一节 原始资料

根据电网规划和地区电力负荷发展的需要，决定在某地区新建一座110kV降压变电所，以缓解地区用电的紧张局面，同时提高系统运行的可靠性。

（一） 一次系统接线图 110kV 110kV 50kM 60kM C Sc.max=300MVA G:T: Xc=20% 2*125MW 2*150MVA Sc.min=250MVA 13.8kV 13.8/121kV Xc=30% Ud=10.5% cosΦ= 0.85 Xd＂=18.3% 40KM 50KM 待设计变电所 30MW 40MW cosΦ=0.9 cosΦ=0.9

（二） 负荷情况

该变电所有110/35/10kV三种电压等级，35kV、10kV侧负荷情况见下表，负荷的同时率均为0.85，年增长率均为12%，最大负荷利用小时数均为5500h。

1、35kV 侧

表1 序号 负荷名称 最大负荷（kW） 功率因数 线路长度（km） 回路数 供电方式 1 变电所一 4800 0.80 25 2 架空 2 变电所二 5000 0.80 40 1 架空 3 变电所三 5000 0.85 30 2 架空 4 变电所四 4800 0.85 30 1 架空 5 变电所五 8000 0.90 40 2 架空 6 变电所六 8000 0.80 50 2 架空 - 5 -

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2、10kV 侧

序号 负荷名称 最大负荷（kW） 功率因数 线路长度（km） 回路数 1 电院 1500 0.80 10 2 2 普明村 3000 0.85 15 2 3 西湖公园 1500 0.85 15 1 4 医院 1500 0.80 10 2 5 电影院 1500 0.85 10 2 6 电院附小 1000 0.80 15 2 7 侨乡体育馆 1500 0.80 15 2 8 美食城 1500 0.80 10 1 9 商业中心 2000 0.80 15 1 10 民俗村 2500 0.80 20 2 11 步行街 2000 0.80 15 2 12 鲤城大酒店 1000 0.85 10 2

（三） 所址位置

该所址北侧有约宽80m的公路，交通方便，现有负荷中心和规划负荷中心均在该变电所周围55km范围内，所址所在位置地形平坦，海拔高度20m，空气污染不严重，土壤电阻率为1000Ω．М。

（四） 气象条件

当地年最高温度为40℃, 年最低温度为-10℃；最热月平均气温30℃；年主导风向东，最大定时 风速28m/s，基本风压值54kg/m2；雷暴日数为60日/年。

表2 供电方式 架空 架空 架空 电缆 电缆 架空 电缆 电缆 电缆 架空 架空 电缆 - 6 -

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第二节 负荷的分析与统计

电力系统负荷的确定，对于选择变电站主变压器容量，电源布点以及电力网的接线方案设计等，都是非常重要的，电力负荷应在调查和计算的基础上进行，对于近期负荷，应力求准确、具体、切实可行；对于远景负荷，应在电力系统及工农业生产发展远景规划的基础之上，进行负荷预测，负荷发展的水平往往需要多次测算，认真分析影响负荷发展水平的各种因素，反复测算与综合平衡，力求切合实际。

一、 负荷统计目的

负荷统计目的很多，本设计的目的有以下几个： （1） 确定主变电源侧容量； （2） 确定无功补偿容量； （3） 确定主变型式。本设计变电站有110kV、35kV 和10kV 三个电压等级, 110k侧为电源侧，

35kV 、10kV为负荷侧，需统计各侧负荷大小以确定主变是采用双绕组变或三绕组变，以及采用三绕组变时的结构、容量比等。

二、负荷统计方法

已知有功功率P ,功率因素cosф，先统计出 P、Q, 则根据公式S?P2?Q2,求出

S。

其中P的计算公式为： P'?Kt(1?n%)式中： P'——某电压等级的计算负荷 Kt——同时系数（本设计取0.85）

n?P

i?1nn%——年增长率

?P——各用户的负荷之和

i?1n本设计取同时率Kt=0.85，年增长率n%=12%,发展年限n=5。

三、负荷统计结果

负荷统计过程详见计算书，统计结果见下表：

表3 S (kVA) p' (kW) Q' (kvar) 10kV侧 35kV侧 110kV侧

30708.8 53328.5 84.37.3 20089.5 34852.2 54941.7 36696.3 63707.2 100403.5

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第三节 无功补偿

在电力系统中，很多用电设备都是感性负载，既需要电源向其提供一定的有功功率，还需要电源向其提供一定的无功功率。通常，电力用户的自然功率因数都比较低，因此必须进行无功补偿。合理的无功补偿和有效的电压控制，不仅可保证电压质量,而且还将提高电力系统运行的稳定性、安全性、可靠性和经济性。

本设计的无功补偿设备采用并联电容器组，并采用集中补偿方式，将并联电容器组接在变电站10kV两段母线上进行补偿。 一、提高功率因数的意义

为了保证供电质量和节能，充分利用电力系统中发变电设备的容量，减小供电线路的截面，节省有色金属，减小电网的功率损耗、电能损耗，减小线路的电压损失，改变电网的无功潮流分布，必须提高用电单位的功率因数到0.9以上，从而配置无功功率补偿设备，但应注意，任何情况下，都不允许无功功率向电网倒送。 1、 35kV侧

cos?=p'(35kv)S(35kv)?53328.5?0.84?0.9

63707.2即35kV侧需进行无功补偿，但根据就地补偿原则，其无功补偿装置应设置在变电站的下一级，故本变电所不予考虑。

2、 10kV侧

cos?=p'(10kv)S(10kv)?30708.8?0.84?0.9

36696.3故需对10kV侧进行无功补偿。

二、补偿容量

QC?p'(10kv)?(tan?1?tan?2)?30708.8?[tan(arccos0.84)?tan(arccos0.96)]?11055.2(kvar) 分两组进行补偿，每组的补偿容量为：QC'?QC/2?11055.2/2?5527.6(kvar)

每组每相的补偿容量：QC(单相)?QC'/3?5527.6/3?1842.5(kvar)

根据GB50053-1994《10kV及以下变电所设计规范》规定：高压电容器组宜接成中性点不接地星形。本设计采用Y形接线，选择BWM11/3—334—1W型电容器。 n?1842.5?6(只)

334所以需 BWM11/3—334—1W型电容器 6*3*2=36（只）

10kV侧采取无功补偿后的功率因数：

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cos?'=即满足要求。

p'(10kv)S'(10kv)?30708.830708.8?(20089.5?334*36)22?0.97?0.9

第四节 主变及所用变的选择

主变是一个变电站的最重要设备，选择得是否合理将关系到变电站的方方面面。 一、 主变压器的选择 （一）、主变压器台数

目前，主变本身的可靠性已很高，单台容量可以做得很大，且单位造价（kVA/元）随单台容量的增加而下降，因此，在确定主变时，应尽量减少其台数。台数越少，变压器的单台容量即越大，其本体投资将越低，与之配套的电气设备将越少，同时节约了占地面积，简化了配电装置等。

为保证供电的可靠性，本设计变电站拟采用两台主变压器。

（二）、主变压器容量

主变容量应综合考虑城市规划、负荷性质及电网结构等因素进行确定,并遵循下面几个原则：

（1）按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。 （2）当一台主变压器停运时，在计及变压器过负荷能力后的允许时间内，应保证全部一级负荷和二级负荷的供电。对一般性变电站而言，其一级负荷、二级负荷大致占变电站全部负荷的70～80%。

（3）同级电压的单台降压变压器容量级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。 即

SN?S(110kv)

SN?0.6S(110kv)?0.6*100403.5?60242.1(KVA) 取主变容量为63000kVA。 （三）、主变压器型式： 1、 相数

该变电所有110kV、35kV、10kV三种电压等级，考虑到单相变压器组相对来说投资大、占地多、运行损耗又较大，同时配电装置结构复杂，增加了维护工作量，为了节约投资，提高效率，在330kV及以下电力系统中，一般选三相变压器，故本设计选用两台三相变压器。 2、 绕组数量

具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的容量均达到该变压器容量的15%以上时，宜采用三绕组变压器。 35kV侧：

S(35kv)?S?S??N63707.2?0.506?15%

2*6300036696.3?0.291?15%

2*6300010kV侧：

S(10kv)N所以选用三绕组变压器。

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3、 主变容量比

110kV侧：为变压器的电源侧，容量63000kVA，以其为基准，取100%，则 35kV侧：

0.5S(35kv)SN0.5S(10kv)SN?0.5*63707.2*100%?50.6%?50%

630000.5*36696.3*100%?29.1%?50%

63000 取100% 10kV侧：

?取50%

故容量比为：100/100/50。 4、 绕组排列

三绕组变压器的绕组排列方式有升压结构和降压结构两种，本设计的功率交换主要出现在变压器的高—中压侧，故可采用降压型布置。

采用降压结构的变压器三侧线圈，从铁芯开始依次是低压—中压—高压线圈，如下图，其高与低压侧之间阻抗最大。

低 中 高

5、 冷却方式

主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却。考虑到冷却系统的供电可靠性、要求及维护工作量，首选自然风冷冷却方式。

（四）、主变压器的额定电压

本设计变压器为降压变压器，相当于受电设备，故其一次侧额定电压等于受电设备额

定电压，取110kV；又由于变压器二次侧额定电压是指其二次侧空载运行时的额定值，考虑到变压器带上负载运行时的电压损耗及电能在线路传输过程中的电压损耗，本设计变压器中压侧的额定电压取高于线路额定电压10%，即38.5kV，而低压侧额定电压取高于线路额定电压5%，即10.5kV。 故本设计变压器的额定变比为110kV/38.5kV/10.5kV。 （五）、主变压器中性点运行方式：

根据国家规定：110kV：侧采用中性点直接接地方式。

本设计变电站有两台主变，其高压侧中性点通过隔离刀闸直接接地，正常运行时只有一台接地，哪台接地由系统调度决定。为节约投资，中性点直接接地系统变压器通常采用分级绝缘，中性点承受过电压的能力较弱，因此，当其中性点隔离刀闸打开时，应装有保护间隙起保护作用。此外，在配置变压器接地后备保护时，应保证保护的动作是先跳开不接地变，再跳接地变。

35kV侧和10kV侧：采用中性点非直接接地方式，有中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种，通过以下计算确定。

35kV侧发生单相接地流过接地点的电容电流：

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UNL架35*（25*2+40+30*2+30+40*2+50*2）??36(A)>10(A) 350350所以应装设消弧线圈。

?IC?消弧线圈的容量：Q?KICUN3?1.35*36*35?982.1(KVA) 3查《常用电气工厂设备手册》，选择型号如下：

表4 型号 XHDC-1100/35

10kV侧：采用中性点非直接接地方式 10kV侧发生单相接地流过接地点的电容电流：

电流范围（A） 额定电压（kV） 额定电抗（Ω） 损耗（120℃，W） 接线端子（Md） 25.0~50.0 21218 848.7~424.4 10670 6.2 UNL架/2UNL缆/2 ?3501010*（10*2+15*2+15+15*2+20*2+15*2）10*(10*2?10*2?15*2?10?15?10*2)??

350*210*2?2.4?57.5?59.9(A)?30(A)

?IC?所以应装设消弧线圈。 消弧线圈的容量：Q?KICUN3?1.35*59.9*10?466.9(KVA) 3查《常用电气工厂设备手册》，选择型号如下：

表5 型号 XHDC-600/10 电流范围（A） 额定电压（kV） 额定电抗（Ω） 损耗（120℃，W） 接线端子（Md） 20.0~100.0 6062 303.1~60.6 5007 6.1 由于目前消弧线圈电感电流的调整级差已做得很小，根据现场设计的经验，只要选择消弧线圈的容量即可满足要求，无需再校验其脱谐度等。

本设计参照现场经验不对消弧线圈进行校验。

（六）、绕组接线组别:

该变电所有三个电压等级，所以选用三绕组变压器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。为节约投资，本设计变压器110kV侧绕组、35kV侧三相绕组均采用Y形连接，而10kV绕组采用Δ连接，以改善变压器铁芯磁通波形，改善电能质量。故本设计变压器的接线组别为：YN，yn0，d11。

（七）、调压方式的选择：

普通型的变压器调压范围小，仅为±5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范围较大，一般在15%以上，而且在出现

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要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定保证供电质量的情况时，有载调压变压器，可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器。

查手册，选出的设备如下表：

表6 型号 额定 容量 （kVA） SFSZ7-63000/110

二、所用变压器的选择

变电所所用电是变电所的重要负荷，承担了变压器的冷却机械、蓄电池的充电设备或整流操作电源、采暖通电、照明及检修用电等任务，因此，在所用电设计时应保证运行可靠、检修和维护方便，并考虑变电所发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电所安全，经济的运行。 1、所用变台数的确定

相关规程规定，一般变电站装设一台所用变压器；枢纽变电所、总容量在60MVA及以上的变电站等装设两台容量相等的所用变压器，互为备用；但如果能从变电所外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台所用变压器。

本设计变电站总容量为126MVA，故选用两台容量相等的所用变压器。 2、所用电源引接方式

对于无人值守的变电站、采用交流操作的变电站、及虽然采用直流操作但没有蓄电池系统的变电站，其所用电源应分别接至两个不同电压等级的电源或独立电源，500kV变电所，则多出由附近的发电厂或变电所引接专用线作为所用电源。除此之外，当所内有较低电压母线时,一般均由这类母线上引接1～2个所用电源。由于这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点，故有广泛应用。

本设计变电站为一般变电站，故其两台所用变可分别接在变电所中最低一级电压的两组10kV母线上。 3、 所用电源备用方式

所用电源的备用方式分为明备用和暗备用两种。本设计采用暗备用的方式，两台所用变变压器相互备用，当一台退出运行时，由另一台承担变电站的全部负荷。 4、 所用变接线组别

为了提供380/220V的所用电压，本设计所变低压侧绕组应接成Y形，因此，为改善电能质量，本设计所变高压侧绕组接成Δ形，故本设计所用变的接线组别为D，yn11。 5、 所用变压器的容量

S?(0.1~0.5)%SN (取0.3%)

63000 额定电压（kV） 高压 中压 空空载负载损耗 阻抗电压（%） 低压 载损耗 高高 中高-高-低 中-电- - - 中 低 流 中 低 低 300 10.5 17-18 6.5 110±38.5±10.5 1.2 84.7 8*1.25% 2*2.5% S?0.3%*63000*2?189*2?378(KVA)

查手册，选出所变，如下表：

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表7 型号 电压 （kV） 接线 组别 空载损耗（KW） 负载损耗(KW) 阻抗电压（%） SCL2—400/10 10/0.4 D，yn11 1.35 4.38 4 6、 所用电系统接线方式： 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，两台所用变压器各接一段母线，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。 7、所用电系统接线图 如下图：

第五节 配电装置的规划

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。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。

配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置；按其组装方式，又可分为由电气设备在现场组装的配电装置（称为配式配电装置）和成套配电装置。 一、配电装置的基本要求

配电装置是根据电气主接线的连接方式,由开关电器﹑保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时,迅速切断故障部分，维持系统正常运行。为此,应满足以下要求:

1) 保证运行可靠 2) 便于操作﹑巡视和检修 3) 保证工作人员的安全 4) 力求提高经济性 5) 具有扩建的可能

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二、配电装置的设计原则

1） 节约用地；

2）运行安全和操作巡视方便； 3）考虑检修和安装条件；

4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行； 5）节约器材，降低造价； 6）安装和扩建方便。

三、配电装置的选用

本变电所三个电压等级：即110kV、35kV、10kV，根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所110kV采用屋外配电装置，35kV及10kV采用屋内配电装置。

四、电气总平面布置

1）布置要求

（1）充分利用地形，方便运输、运行、监视和巡视等。 （2）出线布局合理、布置力求紧凑，尽量缩短设备之间的连线。 （3）符合外部条件，安全距离要符合要求。 2） 布置方案图

1号电容器 2号电容器 10KV配电装置 35KV配电装置 大门 1号 主变 2号 主变 主控室 110KV配电装置 检修间 雨水泵房 - 14 -

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第六节 电气主接线设计

电气主接线的设计与所在电力系统及所采用的设备密切相关。随着电力系统的不断发展、新技术的采用、电气设备的可靠性不断提高 ，设计主接线的观念也应与时俱进，不断创新。 变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。

一、 电气主接线的一般要求

1）满足对用户供电必要的可靠性和保证电能质量。 2）接线应简单，清晰且操作方便。

3）运行上要具有一定的灵活性和检修方便。 4）具有经济性，投资少，运行维护费用低。

二、主接线选择的主要原则

1）变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所在系统中的地位，作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。 2）变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出故障时应处理的要求。 3）各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备情况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。 4）近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程。 5）在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。

三、电气主接线设计步骤 1)分析原始资料

①本工程情况 变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量等。

②电力系统情况 电力系统近期及远景发展规划（5～10 年），变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。 ③负荷情况 负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。

④环境条件 当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。

⑤设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。 2)拟定主接线方案

根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为

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对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理，经济可行的主接线 方案。

3)主接线方案的评定 4)绘制电气主接线图

将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。 四、主接线方案设计 1、 方案拟定及技术比较：

表8 方案 方案一 方案二 1）单母线分段

优点: 母线经断路器分段后，重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个供电电源;一段母线故障时(或检修),仅停故障(或检修)段工作,非故障段仍可继续工作。

缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,接在该段母线上的电源和出线,在检修期间必须全部停电;任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作。

通过该接线优缺点的分析,可见,方案一中35kV、10kV采用此接线方式，其优点是当一母线发生故障时,分段断路器能自动把故障切除,保证正常段母线不间断供电和不至于造成用户停电;缺点是当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时,接在该母线上的回路都要在检修期间停电。所以,该接线方式对于35kV、10kV侧可以考虑。另一方面是考虑到地区性一般变电所对经济性的考虑。

2）双母线接线

优点:供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断,一组母线故障后，能迅速恢复供电;调度灵活;扩建方便。

缺点:接线复杂,设备多,母线故障有短时停电。

通过该接线优缺点的分析可见,在方案一和方案二中的应用此接线方式,主要是因为它对供电可靠性的保证。即是说,当一母线故障或检修的时候，由母联断路器向另一母线充电,直到完成母线转换过后，在断开母联断路器,使原工作母线退出运行。缺点是当母线故障或检修的时候,会有短时停电.但是对于方案中的用户侧是可以考虑的。

表9 接线方式 可靠性 母线故障时 母线检修时 断路器检修时 母线侧隔离开关检修时 单母线分段 母线所有连接元件停电 母线所有连接元件停电 该回路停电 母线所有连接元件停电 双母线 短时停电 不停电 短时停电 该回路停电 110kV 双母线 双母线 35kV 单母线分段 双母线 10kV 单母线分段 双母线 主变台数 2 2 - 16 -

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灵活性 操作 经济性

从上述的比较可以看出,三种接线从技术的角度来看主要的区别是在可靠性上，双母线比单母线可靠性高，但对于110kV变电站来说，单母线分段接线的可靠性已能达到要求,且变电站主要是要求经济性.所以,确定选择第一种接线方案。 2、 方案的经济性比较

1）从电气设备的数目及配电装置上进行比较

表10 方 案 项 目 110kV配电装置 35kV配电装置 10kV配电装置 主变台数 断路器 数目 110kV 35kV 10kV 隔离 开关 数目 110kV 35kV 10kV 双母线 单母线分段 单母线分段 2 9 13 24 26 26 28 双母线 双母线 单母线分段 2 9 13 24 26 38 48 方案一 方案二 操作简单 占地面积较少，投资较少 操作复杂，易误操作 占地面积较大，投资较大 2）计算综合投资Z

（1）Z＝Z0(1＋a100) (元)

式中: Z0—为主体设备的综合投资,包括变压器﹑高压断路器﹑高压隔离开关及配电装

置等设备的中和投资;

a--为不明显的附加费用比例系数,一般220取70,110取90。 （2）主体设备的综合投资如下 ①主变

表11 主变容量MVA 63 ②110kV侧断路器

每台主变的参考价格(万元/台) 400 变压器的投资(万元) 23400＝800 - 17 -

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表12 每台断路器的参数价格 (万元/台) 24.5 ③110kV侧隔离开关

表13 每台隔离开关的参数价格方案一隔离开关投资 (万元/台) (万元) 2.8 ④35kV侧断路器

表14 每台断路器的参数价格 (万元/台) 7.8 ⑤35kV侧隔离开关

表15 每台隔离开关的参数价格(万元/台) 2 ⑥10kV侧断路器

表16 每台断路器的参数价格 (万元/台) 10 ⑦10kV侧隔离开关

表17 每台隔离开关的参数价格(万元/台) 1.5 ⑧配电装置

表18 接线方式 单母分段 双母线 方案一隔离开关投资 (万元) 4831.5=72 方案二隔离开关的投资 (万元) 4831.5=72 方案一断路器投资 (万元) 14310＝240 方案二断路器的投资 (万元) 24310＝240 方案一隔离开关投资 (万元) 2632＝52 方案二隔离开关的投资 (万元) 3832＝76 方案一断路器投资 (万元) 7.8313＝101.4 方案二断路器的投资 (万元) 7.8313＝101.4 2.8313＝36 方案二隔离开关的投资 (万元) 2.8313＝36 方案一断路器投资 (万元) 9324.5＝220 方案二断路器的投资 (万元) 9324.5＝220 - 18 -

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投资(万元) ⑨综合投资

表20 主体设备总投资 (万元) 综合投资 (万元) Z＝Z0(1＋a100)＝2101.43（1＋0.9）＝3992.7 Z＝Z0(1＋a100)＝2345.43（1＋0.9）＝4456.3 方案一 方案二 120 340 Z0＝800＋220＋36＋101.4＋52＋240＋72＋120＋120+340＝2101.4 Z0＝800＋220＋36＋101.4＋76＋240＋72＋340＋340＋120＝2345.4 (3)计算年运行费用U

①U＝a△A＋U1＋U2(万元)

式中: U1—检修、维护费,一般取(0.022～0.042)Z U2—折旧费,一般取(0.005～0.058)Z

a—电能电价,一般可取0.513元/kw2h △A—变压器电能损失(kw2h) ②三绕组变压器

1S32S12S22△A＝[n(△P0＋K△Q0)＋(?PK?K?QK)(2?2?)]*T

2nSNSNS3NSN式中: n—台数, T—三绕组变压器的年运行小时数,

K—无功经济当量,系统中的变压器取0.1

△P0﹑△Q0—分别为三绕组变压器的空载有功损耗和空载无功损耗 Kw，kvar ?PK、?QK —分别为三绕组变压器有功损耗和无功损耗Kw，kvar ?P0=84.7（Kw） ?Pk=300（Kw）

?Q0＝?I%SN*10?2＝1.2*63000*10-2 ＝756(kVar) U1?2%?10.5 U1?3%?17 U2?3%?6.5

UK1%?UK3%?11(10.5?17?6.5)?21 UK2%?(10.5?6.5?17)?0 221(17?6.5?10.5)?13 2?Q1K＝UK1％3

SN?2＝21*63000*10?13230(kvar) 100- 19 -

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?Q2K＝UK2％3

SNS＝0 ?Q3K＝UK3％3N＝13*31500*10?2?4095(kvar) 100100?QK??Q1K??Q2K??Q3K?13230?4095?17325(kvar) T＝5500 h

1S32S12S22△ A＝[n(△P0＋K△Q0)＋(?PK?K?QK)(2?2?)]*T

2nSNSNS3NSN160.2263.723.62(300?0.1*17325)(2??)]*5500 ?[2(84.7?0.1*756)?22*2636363*31.5=5384331425 （kw2h） 方案一与方案二的年运行费用：

方案一：U1＝a△A＋0.022Z+0.005Z＝2762162129(万元) 方案二：U2＝a△A＋0.022Z+0.005Z＝2762162141(万元) （4）方案的确定：

1）技术的比较：单母线分段接线简单，控制简单，有利于变电站的运行。双母线接线

可靠性较高，能满足110kV变电站。所以，选择方案一 2）经济的比较：U1＜U2，方案一投资少，且能满足技术的要求。所以，从运行费用的角度考虑，选择方案一。 五、主接线方案草图 110kV：

35kV：

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10kV：

第七节 短路计算

一、短路计算的目的

在发电厂和变电站的电气设计中，短路计算是其中的一个重要环节。短路计算的目的主要有以下几方面：

(1)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，均需进行必要的短路电流计算。

(2)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，也需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

(3)在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 (4)接地装置的设计，也需用短路电流数据。

二、短路电流计算的一般规定

(1)验算导体和电器的动稳定以电器的开断电流，应按本工程的设计容易计算，并考虑电力系统的远景发展规划

(2)确定短路电流应按可能发生的最大短路的正常接线，而不能按反在切换过程中可能并列运

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行的接线方式

(3)一般电器设备可按三相零秒短路容易进行选择 (4)短路点的选择，各级母线作为短路点

三、短路电流计算的内容

短路计算的具体项目及其计算条件，取决于短路计算的目的 。本次设计的短路计算内容包括计算最大运行方式下最大短路电流、最小运行方式下最小短路电流、中性点不接地系统的单相短路电流等，并根据电气设备选择和继电保护整定需要，分别计算t=0s、0.1s、4s的短路电流周期分量有效值或瞬时值。 四、短路电流计算方法

供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值，其中电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法，本设计为简化计算采用标幺值法；同时，为减少计算误差，采用个别变换法进行变换。 五、短路点及短路类型的确定

短路点的选取：按计算目的选择在各级电压母线、各级线路末端，如下图，短路类型取三相短路最严重考虑。

GC110KVK135KVK210KVK4K3K5

六、短路计算结果

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单位：（kA） 表21 短路点 110kV母线 K1 35kV母线 K2 系统最大，主变并列运行 系统最小，主变并列运行 系统最小，主变并列运行 系统最大，主变并列运行 系统最大，主变单台运行 系统最小，主变并列运行 10kV母线出线末端K5

系统最小，主变并列运行 运行方式 系统最大 回路名称 电厂 系统C 电厂 系统C 电厂 系统C 电厂 系统C 电厂 系统C 电厂 系统C 电厂 系统C 电厂 系统C I'' iim 2.806 3.765 4.233 5.055 2.868 3.901 0.385 0.531 11.321 14.847 7.278 8.743 8.491 11.547 0.306 0.422 7.155 9.601 10.769 12.890 / / / / I? 用途 2.880 110kV系统电气设备选择 30238 4.682 6.329 / / / / 35kV系统电气设备选择 主变相间近后备保护校验 主变相间远后备保护校验 35kV母线出线末端K3 10kV母线 K4 28.869 12.130 10kV出线回路电气设备选择 37.860 16.331 18.559 22.295 / / / / 7.278 9.238 / / / / 10kV侧主变回路电气设备选择 主变相间近后备保护校验 主变相间远后备保护校验 第八节 电气设备选择

电气设备的选择设计，同样必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有余地，以满足电力系统安全经济运行的需求。 一、电气设备选择的一般原则

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。 2.应满足安装地点和当地环境条件校核。 3.应力求技术先进和经济合理。 4.同类设备应尽量减少品种。

5.与整个工程的建设标准协调一致。

6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

二、有关的几项规定

电气设备应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动、热稳定，并按环境条件校核设备的基本使用条件。

1、 正常运行条件下，各回路的最大持续工作电流应按规定公式计算；

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2、 校验电气设备时，所用短路电流的值一定要是在规定的条件下求得；

3、 校验短路热稳定时，所用的时间一般采用主保护的动作时间加相应的断路器全分闸

时间，同时要考虑到主保护的死区；电气设备的短路电流计算时间，一般采用后备保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间；

4、 环境条件：选择导体和电器时，应按当地环境条件校核。当气温、风速、湿度、污

秽、海拔、地震、覆冰等环境条件超出一般电器的规定时，应通过技术经济比较后分别采取下列措施：1）向制造部门提出补充要求，订制符合当地环境的产品；

2）在设计或运行中采取相应的防护措施如采用屋内配电装置，加减震器等。

三、电气设备选择

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却是一致的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

(1)按正常工作条件选择电气设备 ①额定电压和最高工作电压

在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压

UNS的条件选择，即:

UN?UNS ②额定电流

电气设备的额定电流IN是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。IN应不小于该回路在各种正常运行方式下的最大持续工作电流Igmax，即：

IN?Igmax

③按当地环境条件校核

在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境条件当气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件，应采取措施。

(2)按短路情况校验 ①短路热稳定校验

短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件。

It2t?Qk

式中：Qk—短路电流产生的热效应

Itt—电气设备允许通过的热稳定的电流和时间 ②电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为：

2imax?iim

式中： iim—短路冲击电流幅值

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imax—电气设备允许通过的动稳定电流幅值

（3）短路计算时间

校验热稳定的短路计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tbr之和，即：

tk?tpr?tbr

tpr一般取保护装置的后备保护动作时间

四、电气设备型号的确定 电气设备型号如下表：

表22 电气设备 断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 电压等级 110kV LW25?126 GW4?110 LB1?110G TYD110/3 表23 电压等级 开关柜型号 设备型号 ZN-35 KYN-40.5(Z)-016 LZZBJ9-35 JN35/31.5 GSN-35 YH5WZ-51/134 35kV 隔离插头 KYN-40.5(Z)-006 KYN-40.5(Z)-005 RN2-35/0.5 YH5WZ-51/134 JDZX8?35 350.10.1///0.1/3kV333 10kV KYN-12Z-02 ZN-12/3150A LZZBJ-10 JN15-12 GSN-10T YH5WZ-17/45 隔离插头 ZN-12/1250A LZZBJ-10 JN15-12 GSN-10T KYN-12Z-55 KYN-12Z-03 - 25 -

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YH5WZ-17/45 YJV22-3*240 LJZ-Φ100 XRNP-10/0.5A YH5WZ-17/45 KYN-12Z-41 JDZX?12 100.10.1///0.1/3kV333

第九节 变电所防雷保护规划

变电所是重要的电力枢纽,一旦发生雷击事故,就会造成大面积停电。一些重要设备如变压器等,多半不是自恢复绝缘,其内部绝缘如果发生闪络,就会损坏设备。

变电所的雷害事故来自两个方面:一是雷直击变电所；二是雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入变电所。

对直击雷的防护一般采用避雷针或避雷线。对雷电侵入波的防护的主要措施是阀式避雷器限制过电压幅值,同时辅之以相应措施,以限制流过阀式避雷器的雷电流幅值和降低侵入波的陡度。

为了防止变电所遭受直接雷击,需要安装避雷针、避雷线和覆设良好的接地网。装设避雷针(线)应该使变电所的所有设备和建筑物处于保护范围内，还应该使被保护物体与避雷针(线)之间留有一定距离。因为雷直击避雷针(线)瞬间，在避雷针(线)和其接地装置上都出现瞬时高电位，如果这一距离不够大，则有可能在它们之间发生放电，这种现象称避雷针(线)对电气设备的反击或逆闪络。逆闪络一旦出现,高电位将加到电气设备上，有可能导致设备绝缘的损坏，故为了避免这种情况发生,被保护物体与避雷针间在空气中以及地下接地装置间应有足够的距离。 一、直击雷的过电压保护

为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，可在变电站内装设装设一定数量和高度的避雷针，使变电所内所有设备及建筑物均处于避雷针保护范围内。避雷针的冲击接地电阻不宜超过10?，同时为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电装置架构之间的空气中的距离不宜小于5m，独立避雷针的接地装置与电气设备接地装置之间的地中距离应大于3m。

架构避雷针应与变电站的主接地网相连，但其与主接地网的地下连接处至变压器与主接地网上的连接处，沿接地体的长度不得小于15m。独立避雷针一般具有独立的接地装置，但当其接地电阻难以满足要求时，其接地装置也可以和变电站的主接地网相连，但其与主接地网的地下连接处至35 kV及以下电气设备与主接地网上的连接处，沿接地体的长度也不得小于15m。 本设计变电站的110kV线路拟沿全线架设避雷线，以避免受到雷电直击；35 kV线路由于

绝缘水平较低，耐压水平较低，为了节省投资一般只在距离近变电所1-2km内装设避雷线； 10 kV线路的绝缘水平更低，耐压水平也更低，避雷线的保护作用很小，故不再装设避雷线，但采取了以下措施减小其影响：①采取中性点非直接接地的运行方式；②采取自动重合闸装置；③采用电缆；④在线路外侧装设避雷器等。 二、雷电侵入波的过电压保护

变电所限制雷电侵入波的主要措施如下：

（一）装设避雷器。避雷器动作后，可将侵入波幅值加以限制,使变电所内所有设备的绝缘都得到可靠的保护。本变电站避雷器的配置如下：

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1、每组母线上各装设一组；

2、主变压器中压侧引线上装设一组； 3、主变压器低压侧装设一个；

4、主变压器高压侧中性点装设一个； 5、消弧线圈装设一个；

6、10kV架空线路的外侧装设一组；电缆架空混合线路，在其交接处也装设一组。

（二）装设进线段保护

为了限制侵入波的陡度和幅值,使避雷器可靠动作，变电所必须有一段进线段保护。若没有此进线段，在雷电直击变电所附近线路时,流过避雷器的雷电流幅值和陡度是有可能超过容许值的,因此,在靠近变电所的一段进线上,必须加装避雷线或避雷针,以减少雷电直击线路的几率，同时利用避雷线降低雷电侵入波的陡度和幅值。

本设计在35kV靠近变电所l-2km的进线上架设避雷线，其耐雷水平分别不应低于30kA和75kA保护角在25°和30°范围内，冲击接地电阻在l0Ω左右，以保证大多数雷电波只在此线段外出现。

第十节 变电所的继电保护配置

一、继电保护的基本要求

（一）根据《继电保护和安全自动装置技术规程》SDJ6-83 中，第2.1.1 条规定：电力系统中

电力设备和线路应装设短路故障和异常运行保护装置。电力设备和线路的短路保护应配置有主保护和后备保护，必要时再增设辅助保护。

（二）根据《继电保护和安全自动装置技术规程》SDJ6-83 第2.1.2 条规定：电力系统的短路

保护应满足可靠性、选择性、灵活性和速动性等基本要求。 二、继电保护配置基本原则

确定继电保护及构成方案时应考虑以下几个方面： （1）电力设备和电力网的结构和运行特点 （2）故障出现的概率和可能出现的后果 （3）电力系统近期发展情况 （4）经济上的合理性 （5）国内外的成熟经验 三、继电保护配置方案

本设计根据现场情况进行配置，福建省目前电力系统继电保护普遍采用南瑞集团的产品，因此，本设计拟采用南瑞集团的继电保护产品。通过网上搜索得，配置如下： （一）主变压器

1、RCS－9661C 为变压器的非电量保护装置。主要适用于110kV 及以下电压等级的变压器。 保护配置：1) 8 路非电量保护(通过选配F3 插件，可到10 路非电量保护)；

2) 装置还有四路不按相操作断路器的独立的跳合闸操作回路； 3) 两个电压切换回路（或两个电压并列回路，可选配）。

2、RCS-9671C 装置为由多微机实现的变压器差动保护，适用于110kV 及以下电压等级的双圈、三圈变压器，满足四侧差动的要求。 保护配置：1) 差动速断保护；

2) 比率差动保护（经二次谐波制动）； 3) 中、低侧过流保护； 4) CT 断线判别。

3、RCS-9681C 为用于110kV 电压或以下等级变压器的110kV 或35kV 或10kV 侧后备保护装置。 保护配置：1) 五段复合电压闭锁过流保护（可带方向，方向灵敏角45/225），一段过流保护；

2) 接地零序保护（三段零序过流保护，I、Ⅱ段各二时限可经方向闭锁，Ⅲ段一时

限可选跳闸或报警）

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3) 不接地零序保护（一段定值二段时限的零序过压保护、一段定值二段时限的间隙

零序过流保护（跳闸或报警））；可通过控制字选择间隙零序电压过流保护方式。

4) 保护出口采用跳闸矩阵方式，可灵活整定； 5) 过负荷发信号； 6) 启动主变风冷； 7) 过载闭锁有载调压；

（二）所用变压器

本设计所用变容量小，其故障可直接采用熔断器进行保护，所以无需选型。否则，可选择RCS-9621A 为用于3～10kV 电压等级小电流接地系统或小电阻接地统中所用变或接地变的保护测控装置。 （三）线路

1、110kV线路：RCS-941A输电线路保护适用于110kV 及以下电压等级的直接接地系统的纵差和电流电压保护及测控装置。

保护方面的主要功能有：（1）短线路光纤纵差保护；

（2）三段式可经低电压闭锁的定时限方向过流保护，其中第三段可整

定为反时限段；

（3）零序过流保护/小电流接地选线；

（4）三相一次重合闸(检无压、同期、不检)；

（5）一段定值可分别独立整定的合闸加速保护(可选前加速或后加

速)；

（6）低周减载保护等；

（7）独立的操作回路及故障录波。

2、35 kV线路、10 kV线路：RCS-9615Ⅱ为用于35kV 或66kV 电压等级的非直接接地（经消弧线圈接地系统或不接地系统）中线路距离保护测控装置，可在开关柜就地安装。

保护方面的主要功能有：（1）三段式相间距离保护及三段式相间定时限过流保护；

（2）不对称故障相继速动；

（3）零序过流保护/小电流接地选线；

（4）三相一次重合闸(检无压、同期、不检)及合闸加速保护； （5）低周减载保护等；

（6）独立的操作回路及故障录波。

3、平行线路：RCS-9617 横差保护装置为110kV 及以下电压等级的平行双回线提供了完善的主保护与后备保护。

保护方面的主要功能有：1)横联差动电流方向保护；

2)电流平衡保护；

3)双回线和电流保护：四段可低电压闭锁的方向过流保护；

4)两回线的三相一次重合闸（检无压、检同期、检邻线电流、不检）； 5)一段和电流过流后加速保护，可低电压闭锁； 6)横联差动零序电流方向保护；

7)双回线和电流零序保护：两段零序过流保护，其中Ⅰ段可方向闭锁； 8)一段零序电流过流后加速保护 9)故障录波。

（四）并联电容器组

RCS-9631A 适用于110kV 以下电压等级的非直接接地系统或小电阻接地系统中所装设的单Y、双Y、△形接线并联电容器组的保护及测控装置。可在开关柜就地安装。

保护方面的主要功能有：（1）三段定时限过流保护，其中第三段可整定为反时限段；

（2）过电压保护；

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（3）低电压保护；

（4）不平衡电压（零序电压保护）保护； （5）不平衡电流（零序电流保护）保护； （6）自动投切功能；

（7）零序过流保护/小电流接地选线；

（8）非电量保护：重瓦斯跳闸；轻瓦斯报警；超温报警或跳闸； （9）独立的操作回路及故障录波。

（五）母线

110kV侧母线 ：RCS-915SH 型微机母线保护装置适用于双母及双母单分主接线系统，最大允许

连接件数为21 个（包括母联和分段开关）。另外，该装置可以满足有母联兼旁路运行方式主接线系统的要求。

保护方面的主要功能有：母线差动保护；母联充电保护；母联死区保护；母联失灵保护；母联

过流保护；母联非全相保护；断路器失灵保护；母线运行方式识别；TA断线检测；TV断线检测；刀闸位置告警；电压切换功能

35kV、10kV侧母线 ：本设计采用相邻元件对母线进行保护，所以无需选择母线保护。

第十一节 变电所的安全自动装置配置

电力系统是电能从电源到符合的一个紧密连接且分布十分广泛的大系统，因此，电力系统中局部的故障，如处理不当，会影响整个电力系统的安全运行。显然，仅凭人工进行监视是无法满足电力系统运行要求，为满足电力系统安全经济运行的要求，电力系统必须借助于自动装置来完成对电力系统及设备监视、控制、保护和信息传递。

一、自动重合闸装置 1、装设原则

1)1kV及以上的架空线路和电缆架空混合线路，只要具有断路器，应装设； 2)旁路断路器及兼旁路用的母联断路器上，也应装设。 2、装设情况

本设计变电所110kV侧、35kV 侧及10kV 侧的架空线路上，都应装设有自动重合闸装置。 3、配置情况：110kV侧：RCS-941A输电线路保护中有此功能，无须单独配置；35kV、10kV系统采用微机型保护测控一体化装置，装设在成套开关柜上，因此也无须专门装设。

二、备用电源自动投入装置 1、装设原则

降压变电所中有互为备用的母线段，其分段断路器上应装设。 2、装设情况

本设计变电所10kV侧、0.4kV 侧分段断路器上，都装设有备用电源自动投入装置。

3、配置情况：RCS-9654B装置适用于装设两台降压三圈变压器的变电站，实现变压器备自投和

中低压两侧分段断路器备自投。

保护方面的主要功能有：1）备自投逻辑：包括中低压两套备自投共十种备用电源自投逻辑；四

种分段备自投方式：中低压两侧分别通过本侧分段断路器实现Ⅱ母和Ⅰ母互为暗备用；四种变压器备自投方式；两种分段断路器偷跳备自投方式：变压器备自投方式下中低压两侧分段偷跳自动重合。

2）过负荷减载：判断主变高压侧（或可选其他侧）电流，动作延时长达50分钟的三轮过负荷减载。设置两套独立定值，适应两台主变容量不同的情况。

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3）测控功能 4）保护信息功能

三、按频率自动减负荷装置

1、装设原则：电力系统所装设AFL，应根据电力系统的结构和负荷分布情况，分散设在电力系

统中相关的发电厂、变电所中。

2、装设情况：本设计变电所为一般变电站，有参与系统调频任务，拟装设1-2级。

3、配置情况：RCS-941A输电线路保护、RCS-9615Ⅱ线路保护中均有低周减载保护，因此，本

设计不予单独装设。

四、同期装置

装设原则：变电所中由于调压、调频困难，一般不装设。如果需要，可装设手动或半自动

的并列操作装置

五、故障录波装置

1、装设原则：220kV及以上的变电所、重要110kV变电所装设

2、装设情况：本设计变电所中，110kV线路上（3-4回线路用一套）上 、主变上（两台主变用一套）上和母联断路器（分段断路器）上都有装设，以用于电力系统故障动态过程的记录，其主要任务是记录系统大扰动发生后的有关系统电参量的变化过程及继电保护与安全自动装置的动作行为。

3、配置情况：PCS-997A故障录波装置，本装置主要本装置采用了分布式体系，尤其适合广域

的多个厂站的系统量测和记录。

第十二节 专题

本设计专题为变电所主变相间后备保护和10kV母线分段断路器备用电源自投装置的整定计算

一、主变相间后备保护

变压器，是发电厂、变电所的重要组成设备，它的安全运行将直接关系到电力系统供电的可靠性及运行的稳定性。变压器一旦发生故障，影响范围很大。因此，《规程》规定，在变压器中，必须装设动作可靠、性能良好的继电保护装置。 （一）主变相间后备保护的作用

变压器相间短路的后备保护既是变压器主保护的后备又是相邻母线或线路的后备保护，其保护方式根据变压器容量和系统短路电流水平不同，可采用过电流保护、低电压启动的过流保护、复合电压启动的过流保护、负序电流保护或低阻抗保护等。 本设计拟采用复合电压启动的过流保护。 （二）对三绕组主变相间后备保护的要求

对于单侧电源三绕组变压器，应设置两套后备保护。一套装在负荷侧，作为本侧相邻元件的后备保护，保护的动作结果是跳本侧断路器，动作时间为t2（按阶梯原则整定）。另一套装在电源侧，具有两个动作时限，分别作为变压器另一负荷侧及本身的后备，保护以较短的延时t3动作于跳开变压器该负荷侧的断路器，短延时t3应与t2及该负荷侧相邻元件得后备保护按阶梯原则整定，保护以较长的延时t1动作于跳变压器三侧的断路器，长延时t1?t3??t。

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（三）主变相间后备保护的形式

变压器相间后备的形式有一般过流保护、低压启动过流保护、复合电压启动过流保护、负序电流保护及低阻抗保护等多种形式，本设计主变容量为63000kVA，其相间后备保护拟采用复合电压启动的过流保护，若Ksen校验不满足要求，再改用低阻抗保护。 （四）主变相间后备保护的整定计算 1、复合电压启动过流保护 （1）Iact

Iact?Krel?IN?T

Kre式中：Krel——可靠系数，通常取1.2 Kre——返回系数，通常取0.85 （2）tact（按阶梯原则整定） （3）Ksen校验 ①近后备 Ksen②远后备

I(2)K?min??1.3

IactI(2)K?min??1.2

IactKsen式中：I(2)K?min——后备保护范围末端发生两相金属性短路时流过保护的最小短路电流

若Ksen校验不满足要求，则改用低阻抗保护，作为后备保护的变压器低阻抗保护一般由两段构成，第I段的保护范围包括变压器受电侧的母线，第II段的保护范围至变压器受电侧引出线的末端，其整定计算如下。 2、低阻抗保护

（1）I段(按二次侧母线故障有足够的Ksen校验) 1) Zact

Zact?Ksen?ZT 式中：Ksen——灵敏系数取1.3 ZT——变压器阻抗 2）tact

tact?0.5S

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（2）II段 1) Zact

Zact?0.9UN

KrelKreKMSIloa?maxcos(?sen??loa)式中：Iloa?max——最大负荷电流 UN——母线额定相电压 Krel——可靠系数，通常取1.2 Kre——返回系数，通常取1.1 KMS——电动机自启动系数，取1

?sen——方向阻抗继电器最灵敏角，等于或接近线路阻抗角

?loa——负荷的功率因素角

2）tact（按阶梯原则整定） 3）Ksen校验 ①近后备

Ksen?②远后备

Zact?1.5 ZTKsen?ZactZT?Kbra?max?ZL?K2?1.2

式中：Kbra?max——相邻元件末端短路时可能出现的最大分支系数 二、备用电源自投装置

电力系统对发电厂厂用电、变电所所用电的供电可靠性要求很高，因为发电厂厂用电、变电所所用电一旦供电中断，可能造成整个发电厂停电、变电所无法正常运行，后果十分严重。因此发电厂、变电所的厂用电均设置有备用电源。

（一）备用电源自投装置的作用

（1）提高供电可靠性,节省建设投资. （2）简化继电保护。

（3）限制短路电流,提高母线残余电压。

由于ATS装置具有上述优点,而且结构简单,造价低,可靠性高,所以在电力系统中得到了广泛的应用。通常它被看成是一种很好的安全,经济的反事故措施。 （二）备用电源自投装置的要求

1、工作电源的电压不论何种原因消失时，ATS装置均应动作。 2、应保证在工作电源断开后ATS装置才动作。 3、ATS装置应保证只动作一次。

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4、当工作母线和备用母线同时失去电压时，ATS装置不应动作。 5、ATS装置的动作时间应使负荷的停电时间尽可能短为宜。

6、当测量工作电源电压的电压互感器的二次侧熔断器熔断时，ATS装置不应动作。

7、一个备用电源同时作为几个工作电源的备用时，如果备用电源已代替一个工作电源，当另一个工作电源有被断开时，ATS装置应仍能动作。

8、应当校验ATS装置动作时备用电源的过负荷情况及电动机自启动情况。 （三）整定计算

1、低电压继电器的动作电压 考虑两方面：首先，躲过工作母线上电抗器后或者变压器后发生短路故障时的残余电压，即KV1、KV2不应动作；其次，躲过工作母线出线故障切除后电动机自起动时的母线最低电压。

一般选择等于额定电压工作电压的25%，就可满足上述两个条件。 2、 KT动作时限

整定原则是应保证ATS装置动作的选择性。当电网内发生低电压继电器动作的短路故障时，应由电网保护切除故障而不应使ATS装置动作，为此KT的动作时间tKT应满足下式：

tKT=tact.max+?t

式中：tact.max——当电网内发生使低电压继电器动作的短路故障时，切除该短路故障的电网保护最大动作时限 ?t——时间级差，取0.5～0.7s 3、 KL触点延时返回时间

整定原则是既要保证QF可靠合闸，又要保证ATS装置只动作一次。因此有:

tYC?tKL?2tYC

或 tKL=tYC+?t

式中：?t——时间裕度，取0.2～0.3S 4、 过电压继电器的动作电压

整定原则是：躲过备用母线在正常运行时的最低运行电压；同时在备用母线出线故障切除后电动机自起动过程中运行电压很低时，允许ATS装置动作。

一般 Uact值不应低于额定工作电压的70%即可满足上述要求。

第二章 设计计算书

第一节 负荷计算

一、35kV侧

cos?1?0.8 tan?1?0.75 cos?2?0.85 tan?2?0.62 cos?3?0.90 tan?3?0.90

n?Pi?1(35kV)?P1?P2?P3?P4?P5?P6

n ?4800?5000?5000?4800?8000?8000?35600(KW)

P'(35kV)?Kt(1?n%)n?Pi?1(35kV)?0.85*(1?12%)*35600?53328.5(KW)

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?Qi?1n(35kV)?P1tan?1?P2tan?2?..........?P6tan?1

?4800*0.75?5000*0.75?8000*0.75?(5000?4800)*0.62?8000*0.48 ?23266(Kvar)

nQ'(35kV)?Kt(1?n%)S(35kV)?

二、10kV侧

n?Qi?1(35kV)?0.85*(1?12%)*23266?34852.2(Kvar)

P'(35kV)2?Q'(35kV)2?63707.2(KVA)

?Pi?1n(10kV)?P1?P2?...........?P12

?1500*6?3000?1000*2?2000*2?2500?20500(KW)

nP'(10kV)?Kt(1?n%)n?Pi?1(10kV)?0.85*(1?12%)*20500?30708.8(KW)

?Qi?1n(10kV)?P1tan?1?P2tan?2?..........?P12tan?2

?13411(Kvar)

nQ'(10kV)?Kt(1?n%)S(10kV)?n?Qi?1(10kV)?0.85*(1?12%)*13411?20089.5(Kvar)

P'(10kV)2?Q'(10kV)2?36696.3(KVA)

三、110kV侧

P(110kV)?P'(35kV)?P'(10kV)?84037.3(KW)

Q(110kV)?Q'(35kV)?Q'(10kV)?54941.7(Kvar) S(110kV)?

P'(110kV)2?Q'(110kV)2?100403.5(KVA)

第二节 短路计算

1、 各元件参数的计算

Sj?100MVA Uj?Uav 发电机：X1*?X2*?xd\?x?0.4?/km

1SjSNUk%Sj变压器：X3*?X4*??100SNSj100系统：X9max*?Xc??0.2*?0.067

Sc?max300- 34 -

?0.18*100*0.85?0.122

12510.5100?*?0.070

100150福建电力职业技术学院毕业设计报告纸

X9min*?xc?SjSc?min?0.3*100?0.120

250线路：60km：X5*?X6*?x1l? 50km：X7*?X8*?x1l?主变：

SjUavSjUav?0.4*60*?0.4*50*100?0.182

1152100?0.151 2115Sj1X10*?X13*?(U%?Uk高?低%?Uk中?低%)?200k高?中SN

1100?(10.5?17?6.5)?0.16720063Sj1(Uk高?中%?Uk中?低%?Uk高?低%)?200SN

1100?(10.5?6.5?17)?020063Sj1X12*?X15*?(Uk高?低%?Uk中?低%?Uk高?低%)?200SN

1100?(6.5?17?10.5)?0.10320063

X16、X17？

2、 画等值电路图

X11*?X14*?GC110KVK135KVK210KVK4K3K5

3、 各短路点的计算

一、110kV母线K1点：当系统为最大运行方式

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①电厂

X18*?(X1*?X3*)/2?X5*/2?(0.122?0.070)/2?0.182/2?0.187

S2*125/0.85XC*?X18*?N??0.187??0.550

Sj100查汽轮发电机运算曲线得：

t?0'',I*''?1.9 I''?I*''?t?4'',I?*②系统C

2*125/0.85?2.806(KA)

3Uav3*115S2*125/0.85?2.880(KA) ?1.95 I??I?*?N??1.95*3Uav3*115?1.9*SN?X19*?X19max*?X7*/2?0.067?0.151/2?0.143

S300XC*?X19*?Cmax?0.143??0.429

Sj100查汽轮发电机运算曲线得：

300?3.765(KA)

3Uav3*115S300?3.238(KA) t?4'',I?*?2.15 I??I?*?Cmax?2.15*3Uav3*115K1点的短路电流：I''?2.806?3.765?6.571(KA) I??2.880?3.238?6.118(KA)

K1点的冲击电流：iim?2.55I''?2.55*6.571?16.756(KA)

t?0'',I*''?2.5 I''?I*''?SCmax?2.5*

二、35kV母线K2点：当系统为最大运行方式，主变并列运行

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① 电厂

X20*?(X10*?X11*)/2?(0.167?0)/2?0.084

经Y-Δ变换后：

X18*?X20*0.187*0.084?0.187?0.084??0.381

X19*0.143X*?X20*0.143*0.084X22*?X19*?X20*?19?0.143?0.084??0.291

X18*0.187S2*125/0.85XC*?X21*?N??0.381??1.121

Sj100X21*?X18*?X20*?查汽轮发电机运算曲线得：

t?0'',I*''?0.92 I''?I*''?SN?3UavSt?4'',I?*?1.02 I??I?*?N?3Uav② 系统C

?0.92*2*125/0.85?4.223(KA)

3*372*125/0.85?1.02*?4.682(KA)

3*37XC*?X22*?SCmax300?0.291??0.873 Sj100SCmax?1.08*查汽轮发电机运算曲线得：

300?5.055(KA)

3Uav3*37S300?6.319(KA) t?4'',I?*?1.35 I??I?*?Cmax?1.35*3Uav3*37K2点的短路电流：I''?4.223?5.055?9.278(KA) I??4.682?6.319?11.001(KA)

K2点的冲击电流：iim?2.55I''?2.55*9.278?23.659(KA) t?0'',I*''?1.08 I''?I*''?

三、35kV母线K2点：当系统为最小运行方式，主变并列运行

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① 电厂

X23*?X1*?X3*?X5*?0.122?0.07?0.182?0.374 X24*?X9min*?X7*?0.12?0.151?0.271 经Y-Δ变换后： X25*?X23*?X20*?X23*?X20*0.374*0.084?0.374?0.084??0.574

X24*0.271X*?X20*0.271*0.084X26*?X24*?X20*?24?0.271?0.084??0.416

X23*0.374S125/0.85XC*?X24*?N??0.574??0.844

Sj100查汽轮发电机运算曲线得：

t?0'',I*''?1.25 I''?I*''?② 系统C

SN?3Uav?1.25*125/0.85?2.868(KA)

3*37XC*?X20*?SCmin250?0.416??1.04 Sj100SCmin?1.0*查汽轮发电机运算曲线得：

250?3.091(KA)

3Uav3*37K2点的短路电流：I''?2.868?3.901?6.769(KA)

t?0'',I*''?1.0 I''?I*''?

四、35kV母线出线末端K3点：当系统为最小运行方式，主变并列运行

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① 电厂

X27*?x0l?SjUav2?0.4*50*100?1.461 237经Y-Δ变换后：

X23*?(X20*?X27*)

X24*0.374*(0.084?1.461)?0.374?(0.084?1.461)??4.051

0.271X*?(X20*?X27*) X29*?X24*?(X20*?X27*)?24

X23*0.271*(0.084?1.461)?0.271?(0.084?1.461)??2.936

0.374S125/0.85XC*?X28*?N??4.051??5.957（相当于无限大系统）

Sj100 X28*?X23*?(X20*?X27*)?I''?1X28*?Ij?1100??0.385(KA)

4.0513*37② 系统C

SCmin250?2.936??7.34 （相当于无限大系统） Sj10011100?Ij???0.531(KA) I''?X29*2.9363*37K3点的短路电流：I''?0.385?0.531?0.916(KA)

XC*?X29*?

五、10kV母线K4点：当系统为最大运行方式，主变并列运行

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① 电厂

X30*?(X10*?X12*)/2?(0.167?0.103)/2?0.135 经Y-Δ变换后：

X18*?X30*0.187*0.135?0.187?0.135??0.499

X19*0.143X*?X30*0.143*0.135X32*?X19*?X30*?19?0.143?0.135??0.381

X18*0.187S2*125/0.85XC*?X31*?N??0.499??1.468

Sj100X31*?X18*?X30*?查汽轮发电机运算曲线得：

t?0'',I*''?0.7 I''?I*''?t?4'',I?*?0.75 I??I?*?② 系统C

SN?3UavSN?3Uav?0.7*2*125/0.85?11.321(KA)

3*10.52*125/0.85?0.75*?12.130(KA)

3*10.5XC*?X32*?SCmax300?0.381??1.143 Sj100SCmax?0.9*查汽轮发电机运算曲线得：

300?14.847(KA)

3Uav3*10.5S300?16.331(KA) t?4'',I?*?0.99 I??I?*?Cmax?0.99*3Uav3*10.5K4点的短路电流：I''?11.321?14.847?26.168(KA) I??12.310?16.331?28.461(KA)

t?0'',I*''?0.9 I''?I*''?K4点的冲击电流：iim?2.55I''?2.55*26.168?66.728(KA)

六、10kV母线K4点：当系统为最大运行方式，主变单台运行

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/eap3.html