变电所一次系统设计

110KV变电所一次系统设计 摘 要

我国大部分农村电网薄弱，变电所数量少，供电半径长，线路损耗大，致使线路末端用户电压过低，影响人民正常的生活和生产，为了达到迅速改变我国农村电网目前的状况，满足人民生活用电兼顾工农业发展，本变电所属于中小型变电所，进线端电压为110kV变电所。

本次设计的变电所位于城市的工业区附近。其变电所电气一次部分主要采用110kV进线一回，10kV出线五回，35kV出线四回。由于此变电所所在位置交通便利,且为330kV以下,所以应选用三相变压器。

本次设计最重要的任务是一次系统中的接线形式、变压器、母线和电器设备的选择；变压器出线路的继电的继电保护等主要内容。设计本着使电力供应和传输安全、可靠、灵活、经济的原则。

其中主变压器容量的选择是根据所带负荷多少，并考虑到10年规划和线损，采用一台变压器（SFSL1-25000/110KV）。

关键词：电气一次部分，电气设备选择，主变保护

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110KV变电所一次系统设计 目 录

前言······································································································1 1.设计的要求及任务书················································································5 1．1设计的题目·······················································································5 1． 2设计的基本要求基本条件及原始数据························································5 1.2.1 变电所类型·····················································································6 2系统负荷计算及各种电气设备选择·······························································7 2．1系统的负荷计算··················································································7 2.2 主变的选择·························································································7 2.2.1 确定主变的额定容量··········································································9 3.主接线形式的选择···················································································9 3.1 变电所主接线的设计原则······································································10 3.2 选择主接线的形式··············································································10 4.短路电流计算························································································10 4.1短路计算···························································································12 5.电气设备的选择和及校验·········································································12 5.1母线的选择·························································································15 6.变电所主变继电保护·············································································15 6.1 10kV所用变的选择··············································································29 6.2 35kV所用变的选择··············································································29 7.防雷保护·····························································································44 8.总体布置设计························································································48 参考文献

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110KV变电所一次系统设计 前言

电力工业为现代化生产提供主要动力。电力科学的发展和广泛应用，对我国工农业的迅速发展及人民生活水平的提高起到了巨大的作用和深远的影响。

通过对理论的学习理解以及实际的工作，我对变电所的原理和设备有了初步的解了。为了增加自己的动手能力，为以后的工作打下良好的基础，我选择了110kV/35kV/10kV系统设计作为自己的毕业课题。

随着大规模农网发行事业的深入实施，一个优质、安全、可靠、宽松的供电环境已实步形成，我们国家的电力事业逐渐和国际接轨。为了适应我国电力事业的发展及将所学的知识运用到实际生产中去，我进行了变电所设计。

本次设计的是110kV的县级常规变电所，以提出地区供电质量，减少供电损失，满足该地区的负荷增长需要为目的，本着经济的原则进行设计，由于本地人口集中，工业负荷比重较大，以及各种农业用电较多，此变电所就要求各种配套设备齐全，并考虑到十年规划，从而使变电所的设计更加严密，跟得上时代发展的步伐。

由于知识的欠缺及设计资料的不足,设计中必然存在着很多问题,希望各位老师和同学能够热情帮助,提出宝贵意见.

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110KV变电所一次系统设计 1.设计的要求及任务书

1.1 设计题目：110KV变电所一次系统设计 1.2 设计的基本要求、基本条件及原始数据

1.2.1 变电所类型

该变电的为110kV终端变电所，进出线端电压为110kV，线路一条，35kV出线4条，10kV出线5条。

其中：110kV兴城线与朝阳变电所相连，35kV线路有镇南线——送电至双发乡，镇里线——送电至卫星牧场，朝阳线——送朝阳部分负荷，永胜线——送电至卫星牧场。 10kV线路分别为：城西线、城南线、城东线、城南线、镇北县

正常运行方式为110kV朝阳线送电，35kV四条线路，10kV 5条线路，35kV分段，镇里线及时10kV母线开关正常运行时热备用，所用电源两个，一个由10kV代出的10kV所有变，另一个是35kV所用变，由35kV镇里线代出

正常运行方式为110kV朝阳线送电，35kV四条线路，10kV 5条线路，35kV分段接线，镇里线及时10kV单母线接线，所用电源两个，一个由10kV代出的10kV所有变，另一个是35kV所用变，由35kV镇里线代出

1.2.2 变电所所处的地理位置

变电所位于城市的工业区附近，交通运输方便，变电所所处的地域及自然条件，变电所位于省界大庆市肇洲县，海拔400M，地势平坦，公路交通方便，无污染源，夏季最高温度零上36度，冬季最低气温为-20度，年平均气温为零上15度，最大风速为20m/s，覆冰厚度为5mm，土壤电阻率为<500Ω，冻土厚度为1.3m，主导风向：夏季为东南风，冬季为西北风。

1.2.3 负荷资料

有一处为二类负荷，容量2500kVA，其中为三类负荷，其中工业符合比重较大，容量总

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110KV变电所一次系统设计 和为15000kVA，10kV侧有5条出线，线损率10%，进线长度20kM，负荷统计如下：

负荷统计表

区域 回路名称 1 2 城西线 城南线 用户类型 居民 卫星牧场 3 4 城东线 城南线 居民 卫星牧场 5 镇北县 亚麻厂 6 7 8 9 镇南线 镇里线 朝阳 永胜 林场 医院 居民 居民 0.9 0.8 0.8 0.9 1500 2500 1000 800 10% 10% 10% 10% 一回 一回 一回 一回 15 20 25 30 三类 二类 三类 三类 0.75 1350 10% 一回 30 三类 0.9 0.9 2500 2700 10% 10% 一回 一回 25 20 三类 三类 需用负荷容线损率 供电线路长备注 系数 量（KVA） 0.8 0.7 2500 3000 10% 10% 回路 度（KM） 一回 一回 30 35 三类 三类 1.2.4 系统资料

变电所有一回110kV进线，进线长度20kM，系统的基准容量Sj=100MVA，系统在最大运行方式下，系统最小电抗标幺值Xmin=0.4,系统在最小运行方式下，系统最大电抗标幺

值Xmin=0.6上级出线保护整定时间t?=0 s,t??=0.5s规划年限为10年，年负荷增长率5% 。

设计说明书要求,说明书应包括摘要、前言、目录、设备选择、主变保护等内容,计算说明应包括负荷统计计算，短路电流计算，主变选择及各种电气设备的计算选择,设计中的一般图例.

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110KV变电所一次系统设计 2 系统负荷计算及各种电气设备选择

2.1 系统的负荷计算

用户计算负荷采用需用系数法进行计算 公式：计算负荷=容量*需用系数 各出线的计算负荷

1)Sjs1 = 2500×0.8=2000kVA 2)3)

Sjs2Sjs3= 3000×0.7=2100kVA = 2500×0.9=2250kVA

4)Sjs4= 2700×0.9=2430kVA 5)Sjs5= 1800×0.75 =1350kVA 6)Sjs6=1500×0.9=1350kVA 7)Sjs7=2500×0.8=2000kVA 8)Sjs8= 1000×0.8=800kVA 9)Sjs9= 800×0.9=720kVA 2.1.2变电所设计当年的负荷计算

?Si?1njsi=2000+2100+2250+2430+1350+1350+2000+800+720=15000kVA

Sjs=Kt

?Si?1njsi（1+x%） (kVA)

=0.9×15000×(1+10%)

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110KV变电所一次系统设计 =14850kVA

其中：Sjs——变电所设计当年负荷计算

Kt——同时系数范围0.85-0.9本设计取0.9 X%——线损率 本设计取10%

Sjs?zdSjs?zd=

?em?n%

=14850?e10?5%

=24483.5kVA

m：表示年负荷增长率为5% n:表示年限为10年

2.2 主变的选择

在110KV的变电所中一般选择三相变压器，因为三相变压器运行时最经济可靠的，变电所的主变容量是根据农电负荷发展规划来确定的，由于农村负荷具有季节性强、谷峰差较大的特点，以及根据系统的特点和三类负荷的要求，本系统采用二台变压器，但从各方面的负荷考虑，从经济上考虑，以及目前发展状况，可选一台变压器，预留一台变压器较合适，变电所的高峰负荷有变压器的正常过负荷能力来承担，这是由变电所高峰负荷时间（0.5-1s）一端特点决定的，可使变压器在较长时间在接近满负荷状态下运行，使其安装能量得到充分利用，110KV的变电站容量较大，为满足不同电压等级用户要求，可采用三绕组变压器。

2.2.1 确定主变的额定容量se

根据我国变电压器运行的实际条件、实践经验，并参考国外的实践经验，se按下式进行选择；较为合适：

主变的额定容量

se≥0.75×Sjs·zd

即：se≥0.75×26899.2

根据电力工业常用设备手册（水利电力出版社），可选择SFSL1-25000/110(kVA)型变压

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110KV变电所一次系统设计 器技术数据见下表： 型号 额定容量(kVA) 25000 额定电压(kV) 高压 121±2×2.5%

损耗（kV） 阻抗电压(kV) 高-中 空载 短路过 高-中 高-低 42.7 219 224 中-低 172 10.5 18 6 3 高-低 中-低 空载电流（%） 中压 38.5±2×2.5% 低压 10.5 YN，yn0,d11 连接组标号 SFSL1-25000/110 3 主接线形式的选择

3.1 变电所主接线的设计原则

变电所的主接线是电气计算、电气设备选择、配电装置的布置，主变保护装置的确

定，因此主接线的形式直接影响系统运行的可靠性、灵活性、经济性。明确变电所在电力系统中的地位和作用

开关电气的设备，在满足供电可靠性要求的条件下，农村发电厂和变电所根据各自的特点，尽量减少断路器的数量。主接线拟定依据,变电所单回电源供电，一台主变一次侧电压等级110kV，二次侧35kV、10kV，35kV出线4条，10kV出线5条。主接线的基本要求,可靠性、灵活性、接线简单清晰、经济性、考虑将来的发展。

3.2 选择主接线的形式

方案一：单母线接线 特点就是整个配电装置只有一组母线，每个电源和引出线都经过开关电器接到同一组母线上 ，如下图：

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110KV变电所一次系统设计

其优点为接线简单、清晰、采用的电气设备少，比较经济，操作简单方便，便于扩建，缺点是母线和隔离开关检修或发生故障时，必须断开全部电源，是整个配电装置停电。 方案二：单母线分段

为了克服一段单母线接线存在的缺点提高供电可靠性、灵活性、可把单母线分成几段，在单母线每段之间装设一个分段断路器Dlf和两个隔离开关，其最大优点是当母线故障或检修时，停电局限于一段母线上，非故障母线保持正常供电，缺点是：

1.任何一段母线故障或检修时，必须断开连接在该段上的电源，故减少了发电量或供电量，并使单独由该段母线供电的用户停电。 2.检修任意出线断路器时，该出线必须停电

方案三：单母线带旁路母线

即出线侧带有旁路母线，装置正常运行时，旁母不带电，当检修母线时，而利用旁母，使各出线不断电，其可用在电压等级较高的如110kV，出线较多的变电所，接线如下：

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110KV变电所一次系统设计 根据上诉三种方案的比较，则考虑其为110kV常规变电所，出线较多，又考虑其经济性，且电压等级高，和可靠性，选择方案二，即单母线带旁路母线。

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110KV变电所一次系统设计 4 短路电流的计算

4.1 短路计算

f1f2f3f4f5f6f7f8f9f10f11f124.1.1已知条件

基准值 SB=100MVA ，VB=Vav，线路Xsmax=0.04（最大运行方式） （最小运行方式）,Us1% =-0.75 ,Us2%=11.25 ,Us3%=6.75

4.1.2 各段线路的电抗标幺值为

XUs1 ﹪S?0.75100T1=

100 ×BS =N100×25 =-0.03

XSBL1=0.4×L0×

V2=0.4×20×100B1212=0.05 —11—

Xsmin=0.06 110KV变电所一次系统设计 其它点电抗标幺值计算同上得电抗标幺值如表4-1

Tab 4-1 price of reactance 系统最小运行方式下的短路电流 XT1 -0.03 XT2 0.45 XT3 0.27 XL0 0.05 XL1 10.88 XL2 12.70 XL3 9.07 XL4 7.25

XL5 10.88 XL6 0.40 XL7 0.54 XL8 0.67 XL9 0.81 f1点短路时

Id1max*=1(xmax*?xl*)

= 1/(0.06+0.05) =9.091

Id(3)1max = Id1max*sB3?UB

=9.091× =4.338

1003?UB

Ich1=2.55×Idmax1*(3)=2.55×4.338=11.062kA

Idf1点短路时

(2)1max*33=?=22Id(3)1max*=

3×4.338=3.757kA 22. 最大运行状态时

Id1max*=1(xmax*?xl*)

= 1/(0.04+0.05) =11.111

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110KV变电所一次系统设计 Id(3)1max = Id1max*sB3?UB

=11.111× =5.302

1003?UB

Ich1=2.55×Idmax1*(3)=2.55×5.302=13.520kA

Id(2)1max*33=?=22Id(3)1max*=

3×5.302=4.59 2以下各点同上得短路计算值如表4-2

表4-2 短路电流计算 短路点 三相短路电流 最大运行方式 f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 5.302 16.658 2.941 0.489 0.423 0.583 0.726 0.489 1.648 1.428 1.270 最小运行方式 4.338 15.706 2.830 0.489 0.418 0.583 0.720 0.489 1.612 1.402 1.249 冲击电流 最大运行方式 13.520 42.478 7.400 1.247 1.079 1.487 1.851 1.247 4.202 3.641 3.239 最小运行方式 11.062 40.050 7.217 1.247 1.066 1.487 1.836 1.247 4.110 3.575 3.185 二相短路电流 最大运行方式 4.592 14.426 2 2.547 0.423 0.366 0.505 0.737 0.423 1.423 1.237 2.805 2.451 0.423 0.362 0.505 0.624 0.423 1.396 1.214 1.082 最小运行方式 3.757 13.60—13—

110KV变电所一次系统设计 f12 4.167 4.101 10.626 10.458 3.609 1.213 5. 导线及电气设备的选择

5.1 母线的选择

.110kV侧选择圆形截面，能有效防止电晕，因为圆形母线消除了电场集中的现象,35KV屋外配电装置、10KV的屋内配电装置，选择矩形截面母线，其原因是：同样截面的矩形母线周长比圆形母线的周长要长，散热面积大，冷却条件好；其次，由于集肤效应的影响，矩形母线的电阻比圆形的小，因而，在同一允许工作电流下，矩形母线截面要比圆形母线的截面积小，用金属量少。因此，屋内配电装置中采用矩形截面母线比圆形截面母线优越。

导线的选择（1）选择母线的形式：由于钢芯铝绞线的耐张性能比单股铝母线好，在允许电流相同时，其直径比单股母线直径大，其表面附近的电场强度小于单股母线，机械强度较大，集肤效应大，可以防止电晕的产生，并且起可以使变电站的屋外配电装置简单、投资少、比较经济，所以可采用钢芯铝绞线。

（2）放置形式：水平放置 相间距离： a =0.25m L=1m (3)按经济电流密度法来选择母线截面积

5.1.1 110kV侧母线选择

按经济电流密度选择母线截面： Sj?式中： Sj经济截面 ，m

2Igzd?m? J2Igzd：正常工作情况下电路中的最大长期工作电流A

J：经济电流密度 ，A/m 最大长期工用电流Igzd=1.05Ie=

21.05se3Ue

Igzd=

1.05?Se1.05?25000==137.777(A)

3?1103?VN—14—

110KV变电所一次系统设计 因为最大利用小时数：tdz(h/a)>5000h/a 取J=0.9×10A/m

6

2

Sj=

Igzd137.7772

=6=153.085(mm) 0.9?10J2

查θ=25℃时母线载流量表选取截面为153.085mm钢芯铝绞线LGJ-185,

其技术数据见表40-3所示。

表40-3 LGJ型钢芯铝绞线参数表 标称截面（mm） 185 2结构尺寸（mm） 铝股 28×2.87 钢芯 7×2.5 计算截面（mm） 铝股 181.00 钢芯 34.40 2计算外径（mm） 电线 19.00 钢芯 7.50 校验母线的热稳定性： 最小允许截面积 Szx=

I×tdz?Kj C圆形铝和铜母线直径在20mm以下时Kj=1；截面超过以上个数值时Kj值可查设计手册，本母线Kj=1.1。

实际环境温度为37℃，母线平放，母线计算温度为25℃，允许最高温度为70℃。 温度修正系数为 K=

70?37=0.856

70?25室温下母线允许最大电流 Iy=185A 实际环境温度为37℃时母线允许的电流

Iy?=K×Iy=0.856×185=158.36A

母线运行时的最高温度为

37+（70－37）×(热稳定校验

查θc=70℃农村发电厂变电站电气部分表3-5得C=87×10

6137.7772)=61.979℃

158.36—15—

110KV变电所一次系统设计 主保护动作时间tb=1.5s,全分闸时间tf包括断路器固有分闸时间tg和燃弧时间thu

取tg=00.4，thu=0.04；短路时间 t=tb+tg+thu=1.5+0.04+0.04=1.58s>1s 所以要考虑短路电流非周期分量的影响 ∵ I(3)〉I(2) ∴按三相短路校验热稳定性

β″=1,t=1.58s

由短路电流周期分量等值曲线查的tz=1.3s

tdz=tz=1.3s

Szx=

I?×tdz?Kj C36=5.302×10/87×10×1.3?1 =69.474mm<185 mm

所以钢芯铝绞线LGJ-185满足热稳定性的要求

2

2

5.1.2 10kV母线选择及校验

Igzd=

1.05?Se1.05?25000==1515.544(A)

3?103?VN因为最大利用小时数：tzd(h/a)<3000h/a 取J=1.65×10A/m

6

2

Sj=

Igzd1515.5442

==459.255(mm) 61..65?10J集肤效应 35℃ 平放 40℃ 竖放 1950 2120 1809 1965 1 最大允许电流（A） 母线截面 (mm) 225℃ 平放 竖放 2410 Kf 竖放 平放 2×(80×10) 2237 —16—

110KV变电所一次系统设计 Igzd=1515.544 母线平放和母线计算环境温度θ0=25℃查母线载流量表，选择2×

(80×10)(mm)的铝母线Iy=890A温度修正系数为：

2

?y??k????y??0同理：校验与110kV校验相同

670?37?0.8670?25

查表3-5 C=95×10按热稳定条件所需最小母线截面为：

I?×tdz?Kj C16.6582mm2 =×1.2?1=209mm?1600687?10Szx=

同理：满足热稳定要求。 动稳定校验

母线所受的电动力

L2×Ich a1?72 =1.73×10××42.478

3F=1.73×10

?7×

=104.053N

母线所受的最大弯矩

M=

截面系数：

F?L104.053?1==10.405（Nm）

1010b?h22?10?3?(800?10?3)2-63

W===213.333×10(m)

66母线最大 计算应力为：

δzd=

满足动稳定要求。

M10.40566==0.049×10Pa〈 95?10Pa ?6W213.333?105.1.3 10KV侧出线选择及校验

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110KV变电所一次系统设计 Igzd=

1.05?Se1.05?2430==147.311(A)

3?103?VN因为最大利用小时数：tzd(h/a)<5000h/a 取J=0.9×10A/m

6

2

Igzd147.3112

=Sj=6=163.679(mm) 0.9?10J10kV出线校验与110kV母线校验相同。

2

查θ=25℃时母线载流量表选取截面为163.679mm钢芯铝绞线LGJ-185, 其技术数据见表40-3所示。

表40-3 LGJ型钢芯铝绞线参数表 标称截面2（mm） 185 结构尺寸（mm） 铝股 28×2.87 6计算截面（mm） 铝股 181.00 钢芯 34.40 2计算外径（mm） 电线 19.00 钢芯 7.50 钢芯 7×2.5 查表3-5 C=87×10按热稳定条件所需最小母线截面为：

I?×tdz?Kj C0.726 =×1.3?1 687?10Szx=

=9.513mm<185mm

所以钢芯铝绞线LGJ-185满足热稳定性的要求

2 2

5.1.4 35kV侧母线选择

因为最大利用小时数：tzd (h/a)<3000h/a 取J=1.15×10A/m

6

2

Igzd433.0132

=Sj=6=376.532(mm) 1.15?10J查θ=25℃时母线载流量表选取截面为376.532mm钢芯铝绞线LGJ-400,

其技术数据见表40-3所示。

表40-3 LGJ型钢芯铝绞线参数表 标称截面2（mm） 结构尺寸（mm） 铝股 钢芯 计算截面（mm） 铝股 钢芯 22

计算外径（mm） 电线 钢芯 —18—

110KV变电所一次系统设计 400 28×4.24 19×2.20 395.00 72.20 28.00 11.00 室温下母线允许最大电流 Iy=800A 实际环境温度为35℃时母线允许的电流

Iy0=K×Iy=0.856×800=684.48A

校验同110kV侧母线校验相同

I?×tdz?Kj C2.941 =×0.08?1

95?106Szx=

=7.420mm?480mm 所以钢芯铝绞线LGJ-400满足热稳定性的要求

225.1.5 35KV侧出线选择及校验

Igzd=

1.05?Se1.05?2710==46.939(A)

3?353?VN因为最大利用小时数：tzd(h/a)<5000h/a 取J=0.9×10A/m

6

2

46.939Igzd2

=Sj=6=52.154(mm) 0.9?10J查θ=25℃时母线载流量表选取截面为52.154mm钢芯铝绞线LGJ-70,

其技术数据见表40-3所示。

表40-3 LGJ型钢芯铝绞线参数表 标称截面2（mm） 70 结构尺寸（mm） 铝股 6×3.8 钢芯 1×3.80 计算截面（mm） 铝股 68.00 钢芯 11.30 22

计算外径（mm） 电线 11.40 钢芯 3.80 校验与35kv侧母线校验相同。

查表3-5 C=99×10按热稳定条件所需最小母线截面为：

6Szx=

I?×tdz?Kj C—19—

110KV变电所一次系统设计 =

4.167×1.2?1 699?1022 =11.905mm?70mm 所以钢芯铝绞线LGJ-70满足热稳定性的要求

5.2.1 断路器的选择与校验

5.2.1.1 110kV断路器的选择及校验

(1) 按额定电流和额定电压选择

Ue≥Uw

式中 Uw—断路器安装地点电网的额定电压为110kV,所以选Ue为 110kV

Ie≥Igzd

Igzd=

1.05?Se1.05?25000==137.777(A)

3?1103?Ue选择SW3-110G/1200型高压少油断路器技术数据

查农村发电厂变电所电气一次设计手册附表3-10

型号 额定电额定断流容量（MVA） 6KV 额定断流量（KA） 根限通过电流 峰有热稳定电流（KA） 固有分闸时间（s） 合闸时间（s） 压（KV） 电 流（A） 值 效值 SW3-110G/1200 110 1200 3000 15.8 5秒 41 - (15.8)4秒 0.04 0.2 (2) 校验

Idt=I??=5.320kA＜Iekd=15.8k(A)

所以满足额定开断电流的要求

1) 热稳定校验

—20—

110KV变电所一次系统设计 短路计算时间

t=tb+tg+thu=0.06+0.04+0.04=0.14(s)

查农村发电厂变电所电气一次设计手册附表3-10 选择SN3-10G/1200型高压少油断路器技术数据

由于?\=1 ,查短路电流周期分量等值时间为tz=0.8s，故短路电流发热等值时间为tdz =

tz=0.8(s)

110kV侧短路时短路发热量为

22222×tdz=5.320×0.8(kAs)＜Ir2×t=15.8×5(kAs) I?满足热稳定要求

2) 动稳定校验

极限通过电流 Ij=41(kA)＞Ich=13.520(kA) 满足动稳定要求

5.2.1.2 10kV侧断路器的选择及校验

(1) 按额定电流和额定电压选择

Ue≥Uw

式中 Uw—断路器安装地点电网的额定电压为10kV,所以选Ue为 10kV

Ie≥Igzd

Igzd=

1.05?Se1.05?2430==147.311(A)

3?103?UeIdt=I??=5.320kA＜Iekd=29k(A)

同理：满足热稳定要求 动稳定校验

Ij=75(kA)（极限峰值）＞Ich=(13.520)kA

—21—

110KV变电所一次系统设计 满足动稳定要求。

10kV出线上断路器的选择与10kV侧断路器的选择相同

5.2.1.3 35kV断路器的选择及校验

(1) 按额定电流和额定电压选择

Ue≥Uw

式中 Uw—断路器安装地点电网的额定电压为35kV,所以选Ue为 35kV

Ie≥Igzd

Igzd=

1.05?Se1.05?2710==46.939(A)

3?353?Ue查农村发电厂变电所电气一次设计手册附表3-10 选择SW2-35型高压少油断路器技术数据

型号 额定电额定断流容额定断量根限通过电流 热稳定电流（KA） 固分时5秒 有闸间合闸时间（s） 压（KV） 电 流量（MVA） 流（A） 6KV （KA） 峰值 有效值 （s） 0.02 SW2-35 35 1500 1500 24.8 63.4 39.2 24.8(4)秒 0.04 2×tdz=2.941×0.8〈Ir2×t=24.8×4 I?同理：满足热稳定要求

动稳定校验

Ij=63.4(kA)＞Ich=7.400kA

满足动稳定要求

35kV出线上断路器的选择与35kV侧断路器的选择相同

5.3.1 隔离开关的选择与校验

5.3.1.1 110kV侧隔离开关的选择与校验

—22—

110KV变电所一次系统设计 (1) 根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW13—110/600型隔离开关。

查《电力工程设计手册》得技术特性如表4-6

表4-6 GW13—110/600的技术数据

4-6 Technological data list of GW13—110/600

型号 额定电压 额定电流 600 极限通过电流 峰值 GW13—110/600 110 55 有效值 29KA 5s热合闸稳定时间 电流 分闸时间 14KA 0.06s 0.1s 222×tdz=14>5.320 Ir2×t>I?同理：满足热稳定要求

动稳定校验

Ij=55(kA)＞Ich=13.520(kA)

满足动稳定条件

5.3.1.1 10kV侧进线隔离开关的选择与校验

(1) 根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GN2—10T/2000型隔离开关。

查《电力工程设计手册》得技术特性如表4-6

表4-6 GN2—10T/2000 的技术数据

4-6 Technological data list of GN2—10T/2000 号 额定电压 额定电流 极限通过电流 10s峰值 有效值 热稳定电流 55 85KA 合闸时间 分闸时间 GN2—10T/2000 10KV 2000A 36KA 0.06s 01s 222×tdz=36>16.658 Ir2×t>I?同理：满足热稳定要求

动稳定校验

Ij=85(kA)＞Ich=42.478(KA)

满足动稳定条件

5.3.1.2 10kV侧出线隔离开关的选择与校验

—23—

110KV变电所一次系统设计

选择屋外GN6—10T/600型隔离开关

型号 额定电压 额定电流 极限通过电流 峰值 有效值 10s热稳定电流 合闸时间 分闸时间 GN6—10T/600 10KV 600A 52KA 36KA 0.06s 0.1s 222×tdz=36>16.658 Ir2×t>I?同理：满足热稳定要求

动稳定校验

Ij=52(kA)＞Ich=42.478(KA)

满足动稳定条件

5.3.1.3 35kV侧进线隔离开关的选择与校验

(1) 根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW5-35GD/1000型隔离开关。

查《电力工程设计手册》得技术特性如表4-6

表4-6 GW5-35GD/1000 的技术数据

Technological data list of GW5-35GD/1000

型号 额定电压 额定电流 1000A 极限通过电流 5s热合闸峰值 有效值 稳定时间 电流 29KA 分闸时间 GW5-35GD/1000 35KV 14kA 0.06s 0.1s 222×tdz=14>2.941 Ir2×t>I?同理：满足热稳定要求

动稳定校验

Ij=29(kA)＞Ich=7.400(KA)

满足动稳定条件

5.3.1.4 35kV侧出线隔离开关的选择与校验

根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW5-35GD/600型隔离开关。

—24—

110KV变电所一次系统设计

查《电力工程设计手册》得技术特性如表4-6

表4-6 GW5-35GD/600 的技术数据

4-6 Technological data list of GW5-35GD/600 额定电压 GW5-35GD/600 35KV 额定电流 600A 极限通过电流 峰值 有效值 29KA 5s热合闸稳定时间 电流 分闸时间 14KA 0.06s 0.1s 同理：经校验符合动热稳定要求。

5.4.1 电力电容的选择

为了降低线路的功率损耗，由电力电容进行功率补偿。

实际要求达到的功率因数（无功补偿后）coφ =0.9,无功补偿前功率因数 cosδ=0.75.

电力电容采用三相三角形接线

P=S cosδ=Sjs.zd* cosδ=6899.2×0.75=20174.4kVA

补偿为 Qbso=P×(tgδ－tgφ)=24483.5×(0.882－0.484)=9744.433kvar

2

电容器其容量为 Qbso=3WU线Cx×10=3×2Л×50×10×Cx×10

?32?3Cx=Qbso/3×2Л×5=517.220uF

根据电压等级，标称容量可选BFM11-1200-3W型电力电容器 技术数据见表2-13所示。

表2-13 BFM11-1200-3W型电力电容器参数

额定电压型 号 （kV） BFM11-1200-3W 11 （kvar） 1200 （uF） 94.75 YN 额定容量额定电容内部接线结构 每相可并联的电容器的个数为：

n=Cx/Ce=517.220/94.75= 5.46 取1个

—25—

110KV变电所一次系统设计 三相共用并联电力电容器为3×n=16台

5.5.1 绝缘子及穿墙套管的选择

5.5.1.1 绝缘子的选择

110kV侧瓷横担绝缘子的选择

瓷横担绝缘子适用于高压输配电线路上，可代替目前大量使用的针式绝缘子和悬式绝缘子，所以选择CD35—1瓷横担绝缘子，有较高绝缘水平，在断线时能自行转动，不致因一处断线而扩大事故，瓷件表面便函于雨水冲洗，减少线路维修工作，节约木材、金属，能有效地利用杆塔高度，降低线路造价，且其结构简单，安装连接方便，可加速施工进度。

110kV侧悬式绝缘子的选择

选择LXWP—120钟罩型防污悬式玻璃绝缘子

查《电力工程设计手册》得技术特性如表4-11 表4-11 LXWP—120的技术数据

4-11 Technological data list of LXWP—120 泄露距离 工频实验电压有效值不小于 湿闪络 击穿电压 50%全波冲击闪络电压幅值 不小于450mm 45kV 泄露距离选择同上

120kV 不小于120kV 不小于120kV 机电试验负荷破坏值 n=

d?U=3.9 s考虑到有一片故障的情况选择5片 10kV侧支柱绝缘子的选择

按安装地点选择户内绝缘子;在由额定电压10kV选择联合胶装ZN-10/400型的绝缘子 其抗弯破坏负荷为Fp=400×9.8=3920N,高度H=120mm 母线所受的最大电动力

Fzd=1.73×10?7×

L1?72×ich=1.73×10××(1.851)2×106=2.37N

0.25a式中 L—穿墙套管端部至最近一个支柱绝缘子的距离。L=1m

H1--绝缘底部到导线水平中心线的距离

H1=H+12+

h=120+12+50=182cm 2—26—

110KV变电所一次系统设计 绝缘子帽所受到得力：F=Fzd×Kz=2.37×

182=35.95N 120绝缘子的允许负荷：0.6Fp=0.6×3920=2352N>F=35.95 满足动稳定

5.5.1.2 穿墙套管的选择

按额定电压，装设地点和最大长期工作电流选择

Ig.zd=1515.544A

选择10kV屋外用的CLWB-10/2000型铝体穿墙套管 技术数据如下：

额定电压Ue=10kV, 额定电流Ie=2000A, 最大负荷电动力Fp==7350N, 5s的热稳定电流为Ir=20A, 套管长度L2=0.362m.

穿墙套管在θ=35℃时的允许电流

Iy?=Ie×

80?35=2000×1.06=2121.32A 40Iy?=2121.32A>Ig.zd=1515.544A

热稳定性校验：

Ir2×t=202×5=2000kA2s

I2×tdz=(8.3213)2×0.83=57.4725kA2s

Ir2×t=202×5=2000kA2s>I2×tdz=(8.3213)2×0.83=57.4725kA2s

所以满足热稳定性要求

动稳定性校验：

套管的允许负荷为0.6Fp=0.6×7350=4410N 套管瓷帽受得力为

F=1.73×10?7×

(L1?L2)2×ich 2a—27—

110KV变电所一次系统设计 =1.73×10×

?7(1?0.362)×(16.658)2×106=130.575N

2*0.250.6Fp=0.6×7350=4410N> F=130.575N

式中 L1—穿墙套管端部至最近一个支柱绝缘子的距离。L1=1m

L2--套管长度， L2=0.362m

0.6Fp=0.6×7350=4410N> F=130.575N

所以满足动稳定性的要求

同理：与35KV侧绝缘子的选择 选择X-4，5C型支柱绝缘子

5.6.1 熔断器的选择

(1) 保护35kV侧所用变的熔断器的选择

Ig.zd=1.05Ieb=1.05×

503?37503?37=0.82A

Ierj=Kb×Ieb=1.5×

=1.17A

由于交流高压跌落式熔断器的切断短路电流的能力是用额定容量来表示的，所以应计算短路容量，短路电流采用冲击电流有效值。

Sd=3Upich=3×37×1.52×3.239=316MVA

由此可选RW5–35型户外交流高压跌落式熔断器 技术数据见表27-9所示。

表27-9 RW5–35/100–400型户外跌落式熔断器参数 型 号 RW5–35/100–400 额定电压（kV） 35 额定电流（A） 100 切断电流（kA） 100 切断容量（MVA） 500 熔件电流规格化可选用 Ierj=50A

额定电流为 Ie.r.q=100A>Ierj=50A>Ig.zd=0.82A 所以满足额定电流选择的条件。

—28—

110KV变电所一次系统设计 额定切断容量 Sekd=500MVA>Sd=316MVA

所以满足额定断流容量的选择条件。 保护10kV侧所用变熔断器的选择

由此可选RN1–10型户内管形熔断器 技术数据见表27-3所示。

表27-3 RN1–10型户内管形熔断器参数

型 号 额定电压（kV） 额定电流（A） 切断电流（kA） 切断容量（MVA） RN1–10 10 40 12 200 额定电流为 Ie.r.q=40A=Ierj=20A>Ig.zd=2.89A 同理：满足额定电流选择的条件。 额定切断容量Sekd=200MVA>Sd=51.17MVA

所以满足额定断流容量的选择条件。 保护35kV侧电压互感器的熔断器的选择 三相短路容量 Sd=3Upich=3×37×1.52×3.239=316MVA

所以选择RW10-35/0.5型户外高压熔断器，技术数据见表2-20所示

表2-20 RW10-35/0.5型户外高压熔断器参数

型 号 RW10–35/0.5 额定电压（kV） 35 额定电流（A） 0.5 切断电流（kA） 8 切断容量 400 同理：满足额定电流选择的条件。 额定切断容量Sekd=400MVA>Sd=316MVA 保护10kV侧电压互感器的熔断器的选择

三相短路容量 Sd=3Up，ich=3×10.5×1.52×1.851=51.17MVA 由此可选RN1–6型户内管形熔断器，技术数据见表2-21所示。

表20-21 RN1–6型户内管形熔断器参数

型 号 RN2–10 额定电压（kV） 10 额定电流（A） 7 切断电流（kA） 20 切断容量（MVA） 200 —29—

110KV变电所一次系统设计 额定切断容量 Sekd=200MVA>Sd=51.17MVA

设备的额定开断电流大于次暂态短路电流的有效值 同理：所以满足选择的要求。 保护电力电容的熔断器的选择：

电力电容器在合闸时产生冲击电流，此时熔断器的熔件不应熔断，保证正常工作。熔件的额定电流应按如下计算：

Kc--系数 取1.3—1.8 Iec--电力电容器的额定电流

Iec=

Se3?Ue=

100?33?10=17.3A

Ierj=Kc×Iec=1.5×17.3=25.95A

额定电压10kV,所以选择RN1-10型户内高压熔断器 技术数据见表2-22所示。

表2-22 RN1-10型户内高压熔断器

型 号 额定电压（kV） RN1-10 10 开断电流（kA） 40 250 200 额定电流（A） 切断容量（MVA） 熔断器的额定电流Ierq>Ierj 所以熔断器满足要求。

5.7.1 电流互感器的选择 5.7.1.1 110kV侧电流互感器的选择

根据额定电压等级及最大长期工作电流，选择LB1—110型电流互感器。

查《电力工程设计手册》得技术特性如表17-99 表17-19 LB1—145户外电流互感器的技术数据 17-19 Technological data list of LB1-110 型号 LB1-110 电流互感器的校验 额定电压 额定一次电流(A) 110 2×75 额定二次电流(A) 5 1s热稳定倍数(kA) 20 动稳定倍数(kA) 50 —30—

110KV变电所一次系统设计 热稳定校验

2（I1e×kr）×t=（150×75）×1＞I?×tdz=5.320×1.58

222满足热稳定要求

动稳定校验

内部动稳定校验

2×I1e×kd=2×150×50=106.06(kA)＞Ich=13.520(kA)

满足内部动稳定要求

5.7.1.2 10kV侧电流互感器的选择

根据额定电压等级及最大长期工作电流。 选择LFZJ3—10型电流互感器

查《电力工程设计手册》得技术特性如表17-136

表4-16 LFZJ3—10的技术数据

4-16 Technological data list of LFZJ3—10 型号 LFZJ3-10 热稳定校验

2（I1e×kr）×t=（1500×40）×2＞I?×tdz=5.320×1.08

222额定电压 额定一次电流(A) 10 1200-1500 额定二次电流(A) 5 2s热稳定倍数(kA) 40 动稳定倍数(kA) 100 满足热稳定要求 动稳定校验

内部动稳定校验

2×I1e×kd=2×1500×100=212.132(kA)＞Ich=42.478(kA)

满足内部动稳定要求。

5.7.1.3 10kV侧出线电流互感器的选择

根据额定电压等级及最大长期工作电流。 选择LDZ1—10型电流互感器

查《电力工程设计手册》得技术特性如表4-17

表4-17 LDZ1—10 的技术数据

4-17 Technological data list of LDZ1—10 型号 额定电压 额定一次电流(A) 额定二次电流(A) 2s热稳定倍数(kA) 动稳定倍数(kA) —31—

110KV变电所一次系统设计 LFZJ3-10 校验同理

经校验满足要求

10 150-200 5 16 40 5.7.1.4 35kV侧电流互感器的选择

根据额定电压等级及最大长期工作电流。 选择LDB-35型电流互感器

查《电力工程设计手册》得技术特性如表17-91

表17-91 LDB-35 的技术数据

17-91Technological data list of LDB-35 型号 额定电压 额定一次(kV) LDB-35 校验同理 经校验满足要求

35 电流(A) 750/5 额定二次电流(A) 5 2s热稳定动稳定倍倍数（kA） 数(kA) 30 75 5.7.1.5 35kV侧出线电流互感器的选择

根据额定电压等级及最大长期工作电流。 选择LAN-35型电流互感器

查《电力工程设计手册》得技术特性如表17-91

表17-91 LAN-35 的技术数据

17-81Technological data list of LAN-35 型号 额定电压 额定一次(kV) LAN-10 35 电流(A) 50 额定二次电流(A) 5 2s热稳定动稳定倍倍数（kA） 数(kA) 20 50 选择LAN—35型电流互感器型额定电流比200/5 校验同理

经校验满足要求

5.8.1 电压互感器的选择

110kV侧电压互感器的选择：

电压互感器的选择是按安装地点，构造形式，装置的种类，额定电压，准确度等级及副边负荷的选择。而副边负荷是在确定二次回路方案以后计算的。

—32—

110KV变电所一次系统设计 因此选择JCC1-110型电互感器，技术数据见表2-27所示:

表2-27 JCC1-110型电互感器参数 型号 （老型号） JCC1-110

额定电压（V）

一次绕组

二次绕组 剩余电压绕组

二次绕组额定输出（VA）

1级 500

3级 1000

1100003

1003

100

用准确等级选择1级的 35kV侧电压互感器的选择:

由电压互感器的构造形式，装置的种类，额定电压，准确等级选择JDX6-35型户外电压互感器，技术数据见表17-23所示。

表17-23 JDX6-35型户外电压互感器参数

二次绕组额定输出

额定电压比

型号

（kV）

测量绕组

JDX6-35

保护

剩余

绕组 电压 250

500

（VA）

350003,1003,100

3150

10kV侧电压互感器的选择：

由电压互感器的装设地点选择户内式电压互感器，再由电压互感器的额定电压选择。

因此选择JDZX7-10型户内式电压互感器,技术数据见表2-29所示。

表2-29 JDZX7-10型户内式电压互感器参数

二次额定容量

额定电压（V）

（VA）

型号

二 次 剩 余 0.5

一次绕组

绕 组 电 压

JDZX7-10

级 50

级 80

级 200

级 6P

输出 40

400

1

3

准确 额定

（VA）

100组

限容量

剩余电压绕

二次极

100003 10033

准确度等级选0.5级

—33—

110KV变电所一次系统设计

6. 所用变的选择

对于110kV终端变电所，从可靠性角度来说，应选择两台等容量的所用变。实际上正常运行时变电所的所用负荷是很小的，只有十几千瓦，最大负荷也只有几十千瓦。在考虑全站检修和特殊情况下的用电，选择所用变的容量为50kVA较好。

对于110kV的终端变电站的两台所用变，一台接在35kV母线上，另一台接在10kV母线上。

6.1 10kV所用变的选择

由所用变的容量和所用变压器的特点选择S9-50/10型少油变压器 技术数据见表4-5所示。

表4-5 S9-50/10系列6-10KV级铜绕组配电变压器技术数据

型号 S9-50/10 额定电压（KV） 损耗（KW） 阻抗电压（%） 空载电流（%） 4 2.4 高压 低压 空载 短路 10 0.4 0.17 0.87 6.2 35kV所用变的选择

由所用变的容量和所用变压器的特点选择S9-50/35型双绕组无励磁调压电力变压器，技

—34—

110KV变电所一次系统设计 术数据见表2-17所示。

表2-17 S9-50/35型双绕组无励磁调压电力变压器参数

型号 S9-50/35 额定电压（KV） 35 0.4 损耗（KW） 阻抗电压（%） 空载电流（%） 6.5 2.8 高压 低压 空载 短路 0.27 1.35 7. 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，并应满足速动性、选择性、

可靠性和灵敏性四项基本要求。本所主要对变压器、线路、电力电容器进行保护，同时也对其它设备进行保护。

7.1 主变压器的保护

根据电力变压器继电保护装置选择的一般要求，对110kV变电所的主变需要装设差动保护，零序保护，过电流保护，过负荷保护等几种保护方式。

7.1.1 变压器的纵联差动保护

最大运行方式和最小运行方式下，各母线发生短路时的短路电流归算到高压侧的电流见表3-1所示。

表3-1 短路电流归算到高压侧电流表 归算前数据（kA）

短路点

最大运行方式

110kV侧 35kV侧 10kV侧

4.3429 2.915 8.3213

最小运行方式

3.7024 2.81 8.0766

最大运行方式

4.3429 0.9275 0.7565

最小运行方式

3.7024 0.8941 0.7342

归算到高压侧数据(kA)

（1）确定基本侧：

由下表可以看出是以110kV侧的电压为基本侧电压的，列表见表3-3所示。

表3-3 以110kV侧的电压为基本侧电压列表

—35—

110KV变电所一次系统设计 额定电压（kV） 额定电流（A） 电流互感器接线方式 电流互感器计算变比 电流互感器实际变比

110 131 星形 26.2 2×50-2×300/5

38.5 45 三角形

143 2×20-2×300/5 0.65

10.5 140 星形 289 2000/5

流入差动继电器回路中的电

流

（2）确定差动保护的一次动作电流： 1）躲开励磁电流进行保护：

1.09 0.35

Idz.jb?Kk?Ieb=1.5×131=196.5A

2) 躲开电流互感器的二次断线电流进行保护：

Idz.jb?Kk?Ieb=1.5×131=196.5A

3）躲开变压器二次侧（35kV侧）短路时的最大不平衡电流进行保护：

Idz.jb?Kk(Kfz?Ktx?Klh?fph+△U) ×Idmax

=1.3×(0.1+0.05+0.05) ×4167=1083.42A

从以上的计算可知，以躲开外部短路最大不平衡电流为计算条件，差动保护的动作电流应该取其中最大值1083.42A。

(3) 差动线圈的匝数及实际动作电流的计算：

Idz.j.jb.js?Idz.jsnlh?kjx?1083.42?3=15.64A

120Wcd.js?(AW)?dz60=3.84匝 ?Idz.j.jb.js15.6460?15.63A 3.84差动继电器的实际匝数应向小的去整定，所以取4匝。 继电器的实际动作电流为Idz.j.jb.sj?(4) 计算非基本侧平衡线圈的匝数： 1）35kV侧平衡线圈匝数的计算：

—36—

110KV变电所一次系统设计 Wph.35.js?Iz.jb?Izfj.35Izfj.35?Wcd.zd?1.09?0.65×4=2.7匝

0.65取35kV侧平衡线圈匝数为3匝。 2）10kV侧平衡线圈匝数的计算：

Wph.10.js?Iz.jb?Iz.fj.10Iz.fj.10?1.09?0.35?4?8.46匝

0.35取10kV侧平衡线圈匝数为8匝 (5) 平衡线圈的误差整定：

fph.10?Wph.js?Wph.sjWph.js?Wph.sj?8.46?8=0.03

8.46?8?Wcd.zd

Wzh.js? =

Kk(Kfz?Kth?Kth?u?fph)tg01.3?(0.1?0.05?0.05?0.009)?4=0.92

0.9制动线圈的实际匝数应向上整定，取Wzh.sj=1匝

(6) 灵敏度校验：

在校验点10kV母线上短路时，流过制动线圈的电流为负荷电流，安装的制动匝数为： (AW)zh?IeB.35j?Wzh.zd=0.35×1=0.35（安匝） 继电器的动作安匝取为60安匝 灵敏度:Klm?(AW)?dminIdmin?Kjx?Wcd.zd3?4?4338 ??(W)?dznlh?(AW)?dz120?60 =4.17>2.7 所以合格

单相接地短路灵敏度校验：

K所以合格

(1)lm(1)Id?Wcd.zd4338?4??=2.89>2.7

nlh?60100?60—37—

110KV变电所一次系统设计 7.1.2 变压器的瓦斯保护

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，对于容量在0.8MVA以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护。

瓦斯保护的主要优点：其主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。 原理接线如图3-1所示。

瓦斯保护继电器的选择：DX-8J型信号继电器，DZ-32B型中间继电器

7.1.3 变压器的过电流保护

变压器过电流保护原理及接线图 原理：变压器过电流保护是反应相间短路电流增大而动作的后备保护。三绕组变压器内部故障时作为近后备保护的过电流保护应该动作，因此过电流保护应该安装在电源侧。当在远后备保护范围内故障时，过电流保护动作要保证选择性。

单侧电流的三绕组降压变压器，除了在电源侧安装过电流保护外，在时限短路的低压侧安装过电流保护作为选择性的元件。假设散绕组变压器的三个绕组侧断路器的跳闸时间为t1>t2>t3，在变压器的电源侧的断路器装设过电流保护而且有两个时限。保护的测量元件动作后起动两个时间继电器，以较短的时间t2使二次侧的断路器跳闸，若为变压器外部35kV侧线路故障则故障被切除，过流保护返回，变压器继续向10kV侧线路供电；若故障发生在10kV侧的母线上，变压器的110kV侧的过电流保护及10kV侧过电流保护的选择元件皆动作，10kV侧的保护以较短的时限t3使变压器的低压侧的断路器跳闸后，110kV侧的过电流保护恢复，继续向35kV侧线路供电;若为变压器本身的内部故障，35kV侧断路器跳开后，故障点没有被切除，过电流保护的测量元件不返回，必须经过较长的时间t1的延时再跳开电源侧的断路器，保证了选择性，将故障变压器从电源上切除，不损坏上级设备。

(2) 过电流保护的整定计算

—38—

110KV变电所一次系统设计 按躲开变压器可能出现的最大负荷电流进行整定

过电流保护的动作电流为

Idz?Kk?KzqKf?IeB

Kk： 可靠系数，一般取1.2~1.3； Kf：返回系数，一般取0.85 Kzq: 自起动系数，一般取1.5~2.5

所以 ，过电流保护的动作电流

图3-2 过电流保护原理图

(3) 灵敏度的校验

Idz?

Kk?KzqKf?IeB=

1.3?2.525000? =131.22A

0.853?110 近后备保护: Klm?Idmin4338=30.06>1.2 合格 ?Idz131.22 远后备保护：Klm=

Idmin489=3.73>1.5 合格 ?Idz131.22 经校验灵敏度均符合要求

(4) 电流继电器的选择

因此，查手册选DL-34型电流继电器。

—39—

110KV变电所一次系统设计 7.1.4 变压器的过负荷保护

变压器过负荷电流三相对称，过负荷保护装置只采用一个电流继电器接于一相电流回路中，经过较长的延时后发出信号，对于三绕组变压器，变压器的三侧都安装有过负荷起动元件。

(1) 原理及接线图

原理：变压器可能出现过负荷的情况，因此需装设过负荷保护。过负荷保护装置只采用一个电流继电器接于一项电流回路中，经过较长的延时后发出信号。 接线图如图3-3所示。

(2) 过负荷保护的整定计算

按躲过变压器的额定电流进行整定

110kV侧：Idz?Kk?IeB KhKk： 可靠系数，一般取1.05;

Kh: 继电器的返回系数，一般取0.85； IeB： 保护安装侧变压器的额定电流。

可得Idz?Kk1.0525000?=162.09A ?IeB=

0.85Kh3?110过负荷保护的延时应比变压器过电流保护时延长一个时限阶段，一般取10s

同理：35kV侧：

Idz?Kk1.0525000?=509.43A ?IeB=

0.85Kh3?3510kV侧：Idz?Kk1.0512500?=891.50A ?IeB=

0.85Kh3?10(3) 电流继电器的选择

选DL-31型电流继电器，JSMJ电子式时间继电器。

—40—

110KV变电所一次系统设计

图3-3 过负荷保护接线原理图

7.1.5 变压器的电流速断保护

(1) 原理及接线图

原理：变压器的电流速断保护是反应电流增大而瞬时动作的保护。装于变压器的

电流侧，对变压器及其引出线上各种形式的短路进行保护。它只能保护变压器的部分，一般能保护变压器的原绕组。

接线图如图3-4所示。

图3-4 电流速断保护接线原理图

(2) 电流速断保护的整定计算

1) 按躲开变压器负荷侧出口d1点短路时的最大短路电流来整定

Idz?Kk?Idmax

—41—

110KV变电所一次系统设计 Kk ：可靠系数，一般取1.4 Idmax：外部短路的最大三相短路电流

Idz?Kk?Idmax=1.4×1.05×

2) 按躲过的励磁涌流来整定

25000=2206.15A

16.658Idz?(3~4)Iet Iet：变压器的额定电流

Idz?(3~4)Iet=4×

25000=6003.12A

16.658选择(1)和(2)中较大值作为变压器电流速断保护的起动电流 即

Idz?6003.12A

(3) 灵敏度的校验

Klm?Idmin≥2 Idmin:保护安装处最小电流 Idz经校验灵敏度符合要求 (4) 电流继电器的选择

因此，查手册选择DL-7型电流继电器

人为延时是零，但要躲过避雷器的放电时间0.04-0.06s

7.1.6 变压器的零序电流保护

对于大接地电流系统的变压器，应装设零序电流保护，作为变压器接地故障主保护的后备保护和相邻元件或线路接地故障的后备保护。零序保护要求整个系统内变压器中性点接地的位置和数量不变。整定计算按避开正常运行时变压器中性点上流过的最大不平衡电流整定。

Iodz.j?Kk?0.25?Ieb KiKk：可靠系数，一般取1.2~1.3 Ieb：变压器二次额定电流，

11025000??1.67?1.05?1252.5AA 35110—42—

110KV变电所一次系统设计 Ki：保护安装处电流互感器的实际变比，Ki=

Iodz.j?Kk?600?120 50.25?Ieb0.25?1252.5=1.3×=2.61A

120Ki电压整定按躲开正常运行时最大不平衡零序电压来整定。在工程中零序电压元件的二次动作电压即继电器的动作电压，一般取5V。电压互感器的变比为110则电压继电器的动作电压为：Udz.o=5×110=317.5V.

3，

3灵敏度校验：按系统最小运行方式时二次侧母线或干线末端单相接地短路电流校验。

Klm?3?Id下一段末Io.dz>1.2

Io.dz：出线末端接地故障时流过变压器零序保护的最小零序电流

线路长度L取最短出线长度5km,

Ia1?EE

X1?X2?X0X1?X2?X3*?XT*?XL*

=9.07+0.4×5×

100×0.4+0.024=10.2 23*110(10.5)+

100工程中一般取X0?3X1=3×10.2=30.6

Ia1?EE11==0.033 ?X1?X2?X05X15?30.6100=0.181kA

3?10.5有名值Ia1?0.033?故障点短路电流有名值If1?3Ia1=544A

Id0.下一段末=544×

1103=431.858A

4005—43—

110KV变电所一次系统设计 灵敏度 Klm?3Id0.下一段末3?431.858=6.376>1.2 合格 ?I0.dz2.54?80所以，灵敏度校验满足条件。

接线图如图3-5所示。

零序保护原理接线图

综合以上计算，变压器零序保护选用DL-33型电流继电器，JSJ1-A/D时间继电器，LY-31电压继电器。

7.2 防雷保护

(1)直击雷和感应雷保护： 防雷保护装置： 避雷针的设计：

2

根据总平面装设避雷针并确定位置和高度。本所主要设备在40×70 m的范围内可装设四个等高避雷针.

为避免反击，避雷针应距变电所5m，其布置如图1-1所示。 相邻避雷针间距：

a1?80m ,a2?40m。

对角避雷针间距：

—44—

110KV变电所一次系统设计 2D?a12?a2?802?402?89.44m

避雷针的有效高度ha,

由D?8ha求出，ha?D/8?89.44/8?11.18m 避雷针的高度

h?hx?ha?13?11.18?24.18m

式中 hx—变电所高度，13m 在h高度上的保护半径为：

rx?(1.6?ha)/(1?hx/h)?(1.6?11.18)/(1?13/24.18)?11.63m

又因为 a1/ha?80/11.18?7.16

hx/h?13/24.18?0.54

查文献[8]中图16-4曲线得： b1x?0.09?11.18?1.01m 再因为： a2/ha?40/11.18?3.58

查文献[8]中图16-4曲线得： b2x?0.50?11.18?5.59m

可见全所皆在保护范围之内，所设置四根高为h?24.18m的避雷针。如图5-1所示。

—45—

110KV变电所一次系统设计

图5-1 防雷保护接线图

2）配电装置对侵入雷电波的保护： 雷击线路的机会比雷击变电所多，所以沿线路侵入变电所的雷电过电压行波很常见。又因为线路的绝缘水平（u 50%）比变压器（或其他设备）的冲击试验电压高的多，所以变电所须设有雷电侵入波防护。

1) 保护措施：

50％冲击放电电压见表4-1所示。

表4－1 50％冲击放电电压

电压等级

110kV

绝缘子

50％冲击放电电压（正极性，kV）

700

7 (x—4.5) 6（x—7）

侵入配电装置的雷电波陡度与进线保护段的长度有关。雷电波侵入计算陡度见表4-2所示。

表4－2 雷电波侵入计算陡度 kV/m

雷电波侵入计算陡度 kV/m

1km进线保护段

1.5

2km进线保护段

0.75

雷电侵入波保护是利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相配合的进线保护段。

配电装置的雷电侵入波幅值取进线保护段绝缘水平的负极性冲击强度，即进线段绝缘的50％冲击放电电压。

7.2.2 .进线段保护

—46—

110KV变电所一次系统设计 对110kV侧避雷器选用Y10W-108/268型，35kv侧选用Y5W-42/134型,10kv侧选用Y5WZ—12.7/45型，其技术数据见表7-3、7-4、7-5所示。：

表7-3 Y10W-108/268型避雷器技术数据 型号 系统额定电压（KV） Y10W-108/268 110 避雷器额定电持续运行电压雷电冲击残压4/10us冲击电流（?KA） 100 压（KV） （KV） 108 73 （?KV） 268 表7－4 Y5W-42/134型避雷器技术数据

型号 系统额定电压（KV） Y5W-42/134 35 避雷器额定电持续运行电压雷电冲击残压4/10us冲击电压（KV） （KV） 42 23.4 （?KV） 流（?KA） 134 150 同理：35kV侧出线与35KV侧相同

表7－5 Y5WZ—12.7/45型型避雷器技术数据

型号 系统额定壁垒器额持续运行雷电冲击压4/10us冲击电流（?KA） 40 电压（KV） 定电压（KV） Y5WZ-12.7/45 10 12.7 电压（KV） 残（?KV） 6.6 45 同理：10kV侧出线与10KV侧相同 进线保护接线图如图4—2所示。

图4－2 进线保护接线图

—47—

110KV变电所一次系统设计 进线保护：

对于沿全线装设避雷线的110kV架空线路，在本变电所的进线1—2 km 长度内，进行直击雷保护。

进线段保护使雷电不直接击在导线上，且利用进线段本身阻抗来限制雷电波幅值，利用导线的电晕衰耗来降低雷电波陡度。因此雷电波的保护设计除考虑在配电装置内装设阀型避雷器外，还必须对线路的进线保护措施提出要求。 配电装置的布置

电气设备的屋外配电装置

由于本变所为户外型，则可以只对其屋外配电装置进行布局。

35kV、110kV侧配电装置均采用户外式，东侧进线，西侧出线，本着节约占地，少占农田的原则，并为了进行维护、安装的方便及各种安全，此屋外配电装置采用半高式双层布置方式，这种布置方式整齐紧凑，巡视特别方便，110Kv,35Kv侧母线，以及35Kv,出线均采用门型构造两层布置。

农村变电站屋外配电装置的母线一般采用钢芯铝绞线，三相水平放置，用悬式绝缘子，悬挂在母线构架上，软母线可选用较大的档距，但档距越大，导线弧垂越大，因而导线相间及对地距离要增加，母线及跨越线构架的宽度和高度均需回大，屋外配电装置的构架，采用钢筋混凝土结构，构架配镀钢梁具有节省钢材，经久耐用，维护简单等特点。

主变压器的布置：变压器外壳不带电，故采用落地式，安装在钢筋混凝土基础上，主变压器与建筑物的距离不小于1.25m，且距离变压器5米以上建筑物，在变压器部高度以下外廊两侧米的范围内，不应有门窗和通风口，变压器油超过2500kg以上的，两台变压器之间火净距不应小于5-10米。

断路器的布置：根据布置条件，选择高式布置，安装在高约2米的的混凝土基础上。 隔离开关和电流互感器均可采用高式布置，其支架高度在2-2.5米之间。 避雷器的布置：110kv侧采用高式布置，支架高度为2.5米。

电容器采用低式布置，为了人身安全，应装设围栏，杆台上的电容器组，其台架底部对地高度为2.5米。

电缆沟和通道：屋外配电装置中，电缆沟布置应使电缆走的路径最短，所区内道路宽广，大门正对道路，运输设备方便，主变搬运道路宽4.5米，其它道路宽为3米，电气设备附近电缆沟铺设水泥板，配电装置巡视小道。

110kv 配电装置的有关尺寸

弧垂：母线 1.0米 线间距离：门型母线架1.6米 出线 0.1米 出线1.3米

构架高度：母线 5.5米 构架宽度：门型母线架3.2米 出线 7.3米 出线 5.0米 变电所的平面布置 布置情况

—48—

110KV变电所一次系统设计 全所占地面积为100?50=5000M新建所外10米沙石道路，场内道路95延米水泥路，住厂房为一层砖混结构，建筑面积100平方米，设置高压室、主控室、所长室、办公室、值班室、检修间及锅炉房，在所区适当位置设置防火设备，在所内打一口机井作为引用水，挖一口渗水并作为排水，以及设置室外厕所。 控制室的平面布置

本控制室其屏分三排布置，共13块屏，其中包括2块电池柜，具体由面主变保护屏、1面线路保护屏、1面计量屏、2面直流屏及2面电池屏构成。

2参 考 文 献

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[1] 何仰赞. 电力系统分析. 1984. 华中理工大学出版社

[2] 孙国凯 霍利民 柴玉华. 电力系统继电保护原理. 1985. 中国水利水电出版社 [3]．国外科持信息 中国电力 2002年1月第1期45页 [4] 电力工程设计手册. 1985. 中国水利水电出版社 [5]．国内科技信息 中国电力 2002年3月期84页 [6] 丁毓山. 变电所设计. 2000. 辽宁科学技术出版社

—49—

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