110KV变电站一次设计

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学号：

10128

成人高等教育 毕业设计（论文）

题 目110KV变电站一次设计 学 院______________________ 专 业______________________ 班 级______________________ 姓 名______________________ 指导教师______________________

（200 年 月）

内蒙古工业大学继续教育学院制

摘要

随着我国科学技术的发展，特别是计算机技术的进步，电力系统对变电站的要求也越来越高。

本设计讨论的是 110KV 变电站电气主接线的设计。首先对原始资料进行分析，选择主变压器，在此基础上进行主接线设计，再进行短路计算，选择设备，然后进行防雷

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接地以及保护、配电装置设计。

关键字：变电站；短路计算；设备选择

ABSTRACT

With the development of science and technology in China, particularly computing technology has advanced, the power system demands on substation more and more.

The design is refer to the part of 110kV electrical substation design. First of all, analyze

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the original data and choose the main transformer, based on it , design the main wiring and Short Circuit Calculation, at last choose equipment, then mine and the protection of earth and distribution device.

Key Words: Substation；Short Circuit Calculation；Equipment Selection

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目录

第一章 前言……………………………………………………………………… 01 第二章 电气主接线设计………………………………………………………… 02 主要设计原则………………………………………………………………… 02 2.1 主变压器选择……………………………………………………………… 02 2.1.2 变压器容量的确定……………………………………………………… 03 2.1.3 变压器相数的确定……………………………………………………… 04 2.1.4 绕组数量的确定………………………………………………………… 04 2.1.5 调压方式和冷却方式的选择…………………………………………… 04 2.2 电气主接线选择……………………………………………………………… 05 2.2.1 110kV侧主接线方案选取…………………………………………………05 2.2.2 35kV侧主接线方案选取…………………………………………………06 2.2.3 10kV侧主接线方案选取…………………………………………………07 2.3 中性点接地方式……………………………………………………………07 2.4 短路电流计算………………………………………………………………08 2.4.1 短路电流计算的目的………………………………………………………08 2.4.2 短路计算的原则………………………………………………………………08 2.4.3短路电流计算的基本假定……………………………………………………08 2.4.4 短路点的选择及计算………………………………………………………09 2.5 无功补偿………………………………………………………………………09 2.5.1 补偿装置的意义……………………………………………………………09 2.5.2 无功补偿装置类型的选择……………………………………………………09 2.5.3无功补偿装置容量的确定……………………………………………………10 2.5.4 并联电容器装置的分组………………………………………………………10 2.5.5并联电容器装置的接线………………………………………………………11 2.5.6并联电容器对10KV系统单相接地电流的影响………………………………11 第三章 电气设备的选择校验……………………………………………………12 3.1 电气设备选择校验一般条件………………………………………………………12 3.2 断路器与隔离开关的选择与校验…………………………………………………14 3.3 电流互感器的选择与校验…………………………………………………………16 3.4 电压互感器的配置与选择…………………………………………………………19

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3.5 裸导体的选择……………………………………………………………………21 3.5.1 选择的一般原则: ………………………………………………………………22 3.5.2 各电压等级母线的选择与校验…………………………………………………22 3.5.3 母线的选择依据………………………………………………………………22 3.6 电压控制 ……………………………………………………………………………23 3.7 所用电 ………………………………………………………………………………23 第四章 继电保护及微机监控系统…………………………………………………24 4.1 继电保护配置………………………………………………………………………24 4.1.1 110KV线路保护…………………………………………………………………24 4.1.2 主变保护： …………………………………………………………………… 24 4.1.3 35KV线路保护：…………………………………………………………………25 4.1.4 10KV线路保护：…………………………………………………………………25 4.1.5 10KV电容器保护(2套)：………………………………………………………25 4.2 照明…………………………………………………………………………………25 4.3 电气二次部分………………………………………………………………………26 4.3.1 计算机监控系统…………………………………………………………………26 4.3.2 操作控制方式……………………………………………………………………26 4.3.3 时钟同步…………………………………………………………………………26 4.3.4 防误闭锁系统……………………………………………………………………27 4.3.5 继电保护及安全自动装置配置…………………………………………………27 4.3.6 电能计量…………………………………………………………………………27 4.3.7 火灾探测报警装置………………………………………………………………27 4.3.8 图像监视及安全警卫系统………………………………………………………28 4.4 调度自动化配置……………………………………………………………………28 4.5 防雷保护……………………………………………………………………………28 4.5.1 变电站的直击雷保护……………………………………………………………29 4.5.2 避雷针的装设原则………………………………………………………………29 4.5.3 变电站内避雷器的保护…………………………………………………………30 4.5.4 本设计防雷保护…………………………………………………………………31 4.6 接地方案……………………………………………………………………………31 总结&致谢&参考文献

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第一章 前言

毕业设计是我们在校期间最后一次综合训练，它将从思维、理论以及动手能力方面给予我们严格的要求。使我们综合能力有一个整体的提高。它不但使我们巩固了本专业所学的专业知识，还使我们了解、熟悉了国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则以及各种图形、符号。它将为我们以后的学习、工作打下良好的基础。

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。电气主接线是发电厂变电站的主要环节，电气主接线直接影响运行的可靠性、灵活性，它的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

变电站电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线、避雷器等电气设备按一定顺序连接而成的,电气主接线的不同形式，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟定等都有决定性的影响。因此电气主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较方可确定。

110kV变电站电气部分的设计是根据毕业设计任务书提供的设计资料以及国家制订的技术规程，结合工程具体特点，在保证电力系统安全稳定、经济合理的条件下，力求接线简单、布置紧凑合理来进行设计的。

本次设计主要是针对电气一次部分，其中包括：主变压器的选择、电气主接线设计、短路计算、电气设备的选择等。二次部分主要是防雷规划和继电保护配置。

但由于时间和设计者知识水平有限，难免出现错误和不完善之处，敬请老师批评指正。

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第二章 电气主接线的设计

主要设计原则

电气主接线设计是变电站电气设计的主体，它与电力系统，基本原始资料及运行可靠性、经济性密切相关，并对电气设备的选择和布置、继电保护和控制方式都有较大的影响。因此，主接线设计必须结合电力系统和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理选择主接线方案。

主要设计原则为：

1) 以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定标准为准绳。 2) 在满足变电站安全、可靠运行，方便检修的前提下，力求减少占地面积、接

线简单、除主变压器外设备选型无油化、控制采用综合自动化、节约投资等。 3) 变电站按无人值守设计，保护、监控采用微机综合自动化系统。 4) 坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

2.1 主变压器选择

主变压器是指在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器。主变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资、减少占地面积，同时也可以减少运行电能的损耗，提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。 2.1.1主变压器台数的确定

确定原则：根据《电力工程电气设计手册》及任务书所给条件“在系统中的地位比较重要，

110KV有两回与系统连接的双回路。”，可以确定本变电站设两台主变较适合。

a) 对于大城市郊区的一次变电站在中压侧已构成环网的情况下，变电站一般装设两

台变压器为宜。

b) 对于地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站在设计时应考虑装设三台变

压器。

c) 对于规划只装设两台变压器的变电站，其变压器容量宜按大于变压器容量的1—2

级设计，以便负荷发展时，更换变压器容量。

装设单台变压器和两台变压器比较如表21所示：

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表21变压器台数的性能比较

比较 技 术 指 标 供电安全比 供电可靠性 供电质量 灵活方便性 扩建适用性 经济指标 选择：根据原始资料分析，本变电站为降压变电站，与用户联系紧密，考虑到其在电力系统中重要的地位，当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，必须可以保证用户的一级和二级负荷。因此，本变电站选用两台容量相同的主变压器并列运行，以保证供电可靠性。 2.1.2 变压器容量的确定

a) 主变压器容量一般按变电站建成后5~10年规划负荷选择，并适当考虑远期10~20

年的负荷发展，对于城市郊区变电站，主变压器与城市规划相结合。

b) 根据变电站带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量；对于有重要负荷的

变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应能保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电站，当一台变压器停运时，其余变压器容量能保证全部负荷的70%~80%。

c) 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，

标准化、简单化和灵活化。

由于本站为110/35/10 KV三个电压等级，需通过主变压器输出的负荷有： 35KV出线负荷: M2=12000×4=48000KVA 10KV出线负荷: M3=1600×12=19200KVA 故主变压器输出的最大负荷为：

M= M2+ M3=67200KVA

为节约投资，考虑到各回路最大负荷同时率、同时系数的问题，工程计算中一般取0.8。

故M总=0.8×0.8×67200KVA=43008KVA

由原始资料得：所用的一二级负荷和为（20%+40%）M2+ 50%M3=38400KVA

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单台变压器 满足要求 基本满足要求 电压损耗略大 灵活性差 稍差 跟两台变压器相比花费较少 两台变压器 满足要求 满足要求 电压损耗略小 灵活性好 好 电力变压器的综合投资 花费投资较大 内蒙古工业大学专科毕业设计（论文）

由此推算变压器总容量应大于43008KVA 选择：本变电站选用2台31.5MVA变压器。

2.1.3 变压器相数的确定

在330KV以一下电力系统中，一般选用三相变压器，采用“降压结构”的线圈，排列成铁芯—低压—中压—高压线圈，高压与低压之间阻抗最大，且在相同容量的情况下，一台三相变压器比由三台单相变压器组成的变压器组便宜很多，并且占地少，损耗小。因此，本变电站中选用三相变压器。 2.1.4绕组数量的确定

确定原则：在具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。因此，主变压器选为三绕组变压器。 2.1.5调压方式和冷却方式的选择

无载调压变压器调压范围小，一般在±5%以内，一般只能在停电时候调节分接头来进行调压。有载调压变压器的调压范围较大，一般在±15%以上，并且能在不停电时调节分接头来进行调压。因此，本次设计选用有载调压变压器。

主变压器的冷却方式有：自然风冷却、强迫由循环风冷却、强迫由循环水冷却、强迫导向油循环冷却。原始资料中指出当地最高气温为38摄氏度，因此选用自然风冷却就可以满足运行要求了。

综上所述，本次设计选用两台SSZ10-31500/110型有载调压变压器，其参数如表2.2示：

表2.2 Z10-31500/110型变压器参数 变压器型号 联结组标号 阻抗电压（%） 损耗（kW） 额定电压（kV） 高压110±8×1.25% SSZ10-31500/110 YNyn0d11 中压38.5±2×2.5% 低

根据本地电网中变压器常规选型型号及规范要求，选择两台容量为31500KVA的三相三线圈自冷免维护式变压器，查变压器选型手册可选变压器型号为： SSZ10-31500/110 110±8X1.25%/38.5±2X2.5%/10.5KV,容量比:100/100/100,UK1-II%=10.5、UK1-III%=17.5、UK1I-III%=6.5，接线组别：YN、yn0、d11，110KV侧三相各附套管式电流互感器LR/LRD-110

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高中 高低 中低 空载 负载 10.5 17-18 6.5 43.3 212.5 压6.3/ 6.6/10.5/11 内蒙古工业大学专科毕业设计（论文）

2x200/5A 0.5/10P/10P 一只,由设计资料知系统为中性点直接接地系统,故变压器附零序电流互感器LR-35/150/5A(10P)一只。

2.2 电气主接线选择

2.2.1 110kV侧主接线方案选取

据任务书要求，ll0kV侧进出线共4回，本设计提出两种方案进行经济和技术比较。根据《35kV～ll0kV变电站设计规范》第3.2.3条和第3.2.4条：110kV线路超过2回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线，在采用单母线、分段单母线或双母线的35～ll0kV主接线中，当不容许停电检修断路器时，可设置旁路母线和旁路隔离开关。故预选方案为：单母线分段接线和单母线接线。 方案一、单母线分段接线：

优点：

1、用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，提供双回路供电。

2、安全性，可靠性高。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：

1、一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。 2、扩建时需要向两个方向均衡扩建，以保证负荷分配的均匀。 3、当出线回路为双回路时，常使母线出线交叉跨越。 适用范围：

1、6～10KV配电装置出线回路数为6回及以上时。 2、35～63KV配电装置出线回路数为4～8回时。 3、110KV～220KV配电装置出线回路数为3～4时。 方案二、单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。 缺点：不够灵活可靠，任一组件（母线及隔离开关等）故障或检修，均需要使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线分段后才能恢复非故障段的供电。

方案比较：方案二的接线方式，灵活性和可靠性太低，一条线路有故障所有设备均要停电，影响供电可靠性，因此可以排除。故接线选取方案一，接线方式为单母线分段接线。 结论：110kV侧采用单母分段接线。

2.2.2 35kV侧主接线方案选取

根据任务书要求，35kV侧进出线共4回，一类负荷占最大负荷的20%，二类负荷占20%，其余为三类负荷。且本变电站处于中度污染地区。同样本设计提出两种方案进行经济和技术

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比较。根据前述变电站主接线设计原则：2、在35～60kV配电装置中，当线路为3回及以上时，一般采用单母线或单母线分段接线，若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。故本预选方案为单母线分段和双母线接线。 方案一、单母线分段接线：

优点：

1、用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，提供双回路供电。

2、安全性，可靠性高。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：

1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。 2、扩建时需要向两个方向均衡扩建，以保证负荷分配的均匀。 3、当出线回路为双回路时，常使母线出线交叉跨越。 方案二、双母线接线

优点：

1、供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组导线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路母线隔离开关，只停该回路。

2、调度灵活，各个电源和各个回路负荷可任意切换，分配到任意母线上工作，能够灵活地适应系统中各种运行方式调度和系统潮流变化的需要。

3、扩建方便，向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线时，不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。

4、便于实验，当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。

缺点：

l、增加一组母线和每回路就需增加一组母线隔离开关。

2、当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

适用范围：

1、6～l0kV配电装置，当短路电流较大，需要加装电抗器。

2、35～63kV，回路总数超过8回，或连接电源较多，回路负荷较大时。

3、ll0～220kV，出线回路在5回及以上时；或当ll0～220kV配电装置，在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上时。 方案比较：

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方案二，在操作和调度上有一定的优势，但其增加了一条母线，相对应的高压电器设备也随之增加。使建造费用增多，不经济。且隔离开关的增多容易使误操作机会增加。

方案一相对于方案二，在检修母线隔离开关时造成对用户停电，但此种接线方式，具有使用电器最少，且装置清晰简单，和建造费用低等优点。通过对以上两种方案比较，结合现代科学进步，新型断路器的停电检修周期延长，没有必要考虑停电检修断路器，结合经济建设的需要，在满足要求的前提下，尽可能节约设备的投资故待设计的变电站35kV接线选取方案一，单母线分段接线，即能满足要求。 结论：35kV侧采用单母分段接线。 2.2.3 10kV侧主接线方案选取

根据任务书要求，l0kV侧进出线共计l2回，无电源进线，均为电缆出线，其中一、二类负荷占总最大负荷的50%。据《35kV～ll0kV变电站设计规范》第3.2.5条：当变电站装有两台主变压器时，6～l0kV侧宜采用单母分段接线，线路为l 2回及以上时，也可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。故预选方案为：单母线分段接线和双母线接线。

由于所预选方案在第一节、第二节中均已列出，故在此不再重复。 结论：10kV侧采用单母分段接线。 线路选取总结：

(1) 110kV最终为单母线分段接线，进线2回，出线2回。 (2) 35kV为单母线分段接线，出线4回。 (3) 10kV为单母线分段接线，出线12回。 2.3 中性点接地方式

1) 当本变电站与系统解列后，本站主变110KV中性点应接地，故110KV采用主变中

性点经电动隔离开关直接接地，以便于系统灵活选择接地点。

2) 由于本变电站中压侧（35KV侧）及低压侧出线回路较少，任务书也未提及单相接

地电流，根据《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》主变压器中性点接地方式部分（P70）：“6～63KV电网采用中性点不接地方式，但当单相接地故障电流大于30A（6～10KV电网），或10A（20～63KV电网）时，中性点应经消弧线圈接地。”

本站35KV及10KV侧采用中性点不接地方式。

2.4 短路电流计算 2.4.1 短路电流计算的目的

a) 电气主接线的比较与选择； b) 选择断路器、隔离开关等电器设备；

c) 评价并确定网络方案，研究限制短路电流措施； d) 为继电保护设计与调供依据；

e) 分析计算送电线路对通讯设施的影响等。

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2.4.2 短路计算的原则

在电力系统设计中，短路电流的计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平年一般取工程建成后5~10年中的某一年。计算内容为系统在最大运行方式时，各枢纽点的三相短路电流和单相接地短路电流，并列表供查用。假若短路电流过大，应采取措施将其限制到合理水平。

在工程设计中，短路电流计算均采用实用计算法。所谓实用计算法，是指在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量，而不是用微分方程去求解短路电流的完整表达式。

实用的工程计算通常是不计负荷（即不及短路电流中的正常分量），并认为正常运行时各节点电压均为1，这样可用叠加原理方法中短路电流故障分量的计算步骤得到短路电故障电流，即将系统中所有电源短路接地，化简合并网络求得网络对短路点的等值电抗X，取其倒数即为所求。也可认为各电源点电势均相等且为1，直接将短路点接地，将含源网络向短路点化简，最终求得短路电流。 2.4.3短路电流计算的基本假定

a) 正常工作时，三相系统对称运行； b) 所有电源的电动势相位相同；

c) 短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

d) 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

e) 除去短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都忽略不计； f) 元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围； g) 输电线路的电容忽略不计。 2.4.4 短路点的选择及计算

短路点选择一般通过导体和电气设备的参数短路电流为最大的那些点。由于该变电站连接的系统可视为无限大系统，因此，I﹡为计算电抗得倒数，且短路电流周期分量的幅值是恒定不变的，因而有I‘=I∞=It，因此暂态短路电流等于稳态短路电流等于任意时刻周期分量有效值。

对于本次设计的变电站而言，发生短路最严重的地方是330KV、110KV、10KV母线上，根据设计的变电站电气主接线，绘制等值网络图，采用标幺值计算，计算过程见附录A。

短路计算结果如2.3表：

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表2.3 短路计算结果

短路 短路点 类型 编号 d1 三相 短路 短路点 短路平均 基准电短路电流周期分短路电流短路全电流最 流 量 冲 位置 电压（KV） （KA） 起始有效值（KA） 击值（KA） 大有效值（KA） 110KV母线 d2 35KV母线 37 1 1 7.8 6.2 19.9 15.8 28.5 9.4 115 1 13.2 33.7 19.9 d3 10KV母线 10.5 2.5 无功补偿的意义

2.5.1 补偿装置

无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。 2.5.2 无功补偿装置类型的选择

（1）、无功补偿装置的类型

无功补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置。 目前常用的补偿装置有：静止补偿器、同步调相机、并联电容器。

（2）、常用的三种补偿装置的比较及选择

这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。

? 同步调相机：

同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。

装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出或汲取的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大。小容量的调相机每千伏安容量的投入费用也较大。故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。在我国，同步调相机常安装在枢纽变电站，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。 ? 静止补偿器：

静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。静止补偿器是一种技术先进、调节性能、使用方便、经纪性能良好的动态无功功率补偿装置。静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷，且

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调节不能连续的缺点。与同步调相机比较，静止补偿器运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿以适应不平衡负荷的变化，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统得到越来越广泛的应用。（但此设备造价太高，不在本设计中不宜采用）。 ? 电力电容器：

电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电站母线上。它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。

电力电容器的装设容量可大可小。而且既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功率，运行时功率损耗亦较小。此外，由于它没有旋转部件，维护也较方便。为了在运行中调节电容器的功率，也可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入和切除。

综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。 2.5.3无功补偿装置容量的确定

依据设计规程规定：按单台主变压器容量的10～30％设置，每台主变10kV侧装设1×3000kVAR并联电容器。 2.5.4 并联电容器装置的分组

(1)、分组原则：

a.并联电容器装置的分组主要有系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素确定。

b.对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与设备相联接，并与该设备同时投切。

对于110KV—220KV、主变代有载调压装置的变电站，应按有载调压分组，并按电压或功率的要求实行自动投切。

c.终端变电站的并联电容器设备，主要是为了提高电压和补偿变压器的无功损耗。此时，各组应能随电压波动实行自动投切。投切任一组电容器时引起的电压波动不应超过2.5％。 (2)、分组方式：

a.并联电容器的分组方式有等容量分组、等差容量分组、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。

b.各种分组方式比较：

? 等差容量分组方式：由于其分组容量之间成等差级数关系，从而使并联电容器装置可

按不同投切方式得到多种容量组合。既可用比等容量分组方式少的分组数目，达到更多种容量组合的要求，从而节约了回路设备数。但会在改变容量组合的操作过程中，会引起无功补偿功率较大的变化，并可能使分组容量较小的分组断路器频繁操作，断路器的检修间隔时间缩短，从而使电容器组退出运行的可能性增加。因而应用范围有限。

? 带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组，当某一并联电容器组

因短路故障而切除时，将造成整个并联电容器装置退出运行。

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? 等容量分作方式，是应用较多的分作方式。

综上所述，在本设计中，无功补偿装置分作方式采用等容量分组方式。 2.5.5并联电容器装置的接线

并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（△）两种。经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。

从《电气工程电气设计手册》（一次部分）P502页表9-17中比较得，应采用双星形接线。因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。

中性点接地方式：对该变电站进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电站低压侧，故采用中性点不接地方式。 2.5.6并联电容器对10KV系统单相接地电流的影响

10KV系统的中性点是不接地的，该变电站采用的并联电容器组的中性点也是不接地的，当发生单相接地故障时，构不成零序电流回路，所以不会对10KV系统造成影响。

第三章 电气设备的选择校验

电气设备的选择是发电厂和变电站设计的主要内容之一，正确的选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全运行的重要条件，在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极地采用新技术并注意节约。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。 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、 应按当地环境条件校核； 3、 应力求技术先进和经济合理； 4、 与整个工程的建设标准应协调一致； 5、 同类设备应尽量减少品种；

6、 选用的新产品均具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

技术条件：选择高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正

常运行。

3.1 电气设备选择校验一般条件

1） 按正常工作条件选择 ① 额定电压：

选用的电气设备允许最高工作电压Umax 不得低于该回路的最高运行电压Ug，即，Umax

≥Ug

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UNS11

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的条件选择。

② 额定电流：

电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。选用的电气设备额定电流不得低于其所在回路在各种可能运行方式下持续工作电流Imax，即，IN≥Imax。

变电站不同回路的持续工作电流如表3.1。

高压断路器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。

表3.1 各回路持续工作电流 回路名称 带电抗器出线回路 出 线 单回路 双回路 一台半断路器接线回路 变压器回路 母线分段回路

2) 校验

① 校验的一般原则：电气设备在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳

定校验。校验短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统及自藕变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。

② 短路热稳定校验：

短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。 满足热稳定的条件为：It2t≥Qk

式中：Qk—在计算时间tK内，短路电流产生的热效应；

It—t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（Ka）；

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计算工作电流 电抗器IN 线路最大负荷电流 （1.2—2）倍一回线的的正常最大负荷电流 两个相邻回路正常负荷电流 1.05倍的变压器额定电流 分段电抗器额定电流 内蒙古工业大学专科毕业设计（论文）

t— 设备允许通过的热稳定电流时间（s）。

校验短路热稳定所用的计算时间tjs按下式计算：tjs=tpr+tbr 式中：tpr一般取保护装置的后备保护动作时间；

tbr—断路器的全分闸时间（S）。 采用无延时保护时，tjs可取下表3.2：

表3.2 断路器开断速度 高速断路器 中速断路器 低速断路器 全分闸时间tbr（s） ＜0.08 0.08—01.12 ＞0.12

该数据为继电保护装置的起动机构和执行机构的动作时间，断路器的固有分闸时间以及断路器触头电弧持续时间的总和。当继电保护装置无延时整定时，则应按表中数据加上相应的整定时间。

③ 短路动稳定校验：

电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定

的条件为：

ies?ish或 Ies?Ish

式中：ish、 Ish—短路冲击电流峰值及其有效值；

ies、 Ies—电气设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值。

计算时间tK(s) 0.1 0.15 0.2 3.2 断路器与隔离开关的选择与校验

高压断路器是发电厂和变电站电气主系统的重要的开关设备，它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统故障的情况下自动迅速地断开电路。高压断路器主要功能是：

1) 正常运行倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行，起着控制作用； 2) 当设备或线路发生故障时，能迅速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起着

保护作用。

高压断路器是开关电器中功能最为完善的一种设备，其最大特点是能断开电器中负荷电流和短路电流。断开电路时会在断口处产生电弧，为此断路器设有专门的灭弧装置。 选择计算过程见附录B.

选择结果为下表3.3，3.4，3.5,3.6,3.7

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110KV侧:

表3.3

选型 计算数据 断路器 Lw25-110/2000A-31.5KA(4S) 110KV 2000A 31.5KA 80KA 3969KA2·S 55KA 隔离开关 Gw4G-110/1250A-31.5KA(4S) 110KV 1250A UNS 110KV IMAX 275.6A I'' 13.2KA ish 33.7KA QK 697KA·S ish 33.7KA 2UN IN INbr INcl It2t ies UN IN ies 80KA

35KV侧

方案一：户内布置

表3.4

选型 计算数据 断路器 ZN12-40.5/1600-31.5KA(4S) 40.5KV 1600A 24.8KA 63.4KA 2460KA·S 63.4KA

2隔离开关 GN27-35G/1250-25KA (4S) 35KV 1000A UNS IMAX I'' ish QK ish 35KV 788A 7.8KA 19.9KA 243.4KA·S 19.9KA 2UN IN UN IN INbr INcl It2t ies It2t ies 2500KA2·S 85KA

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方案二：户外布置

表3.5

选型 计算数据 断路器 Zw7-40.5/1600-31.5(4S) 40.5KV 1600A 24.8KA 63.4KA 2460KA·S 63.4KA

10KV侧：手车式开关柜

主变及分段：

表 3.6

选型 计算数据 断路器 ZN63-10/3000-40KA (4S) 2隔离开关 Gw4-35G/1250-25 (4S) UNS IMAX I'' ish QK ish 35KV 788A 7.8KA 19.9KA 243.4KA·S 19.9KA 2UN IN INbr INcl 2Itt ies UN IN 2t 35KV 1250A It2500KA2·S 85KA ies UNS IMAX ''I ish QK ish 110KV 2886.8A 6.22KA 15.8KA 1422KA2·S 15.8KA UN IN 110KV 1000A 31.5KA 75KA 3969KA2·S 75KA INbr INcl It2t ies

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表3.9 电压互感器的参数

电压等级（kV） 母线: 选用：TYD110/3-0.02(W) (31.5KA ·3S) 变比: 110/3/0.1/3/0.1/3/0.1/3(KV) 110 线路: 选用：TYD110/3-0.01(W) (31.5KA ·3S) 变比: 110/3/0.1/3/0.1/3(KV) 准确级:0.2/0.5/3P 校验:Ug(110KV)≥Ue(110KV) 选用：TYD35/3-0.02(W) (31.5KA ·3S) 35 变比: 35/√3/0.1/√3/0.1/√3/0.1/3(KV) 准确级:0.2/0.5/3P 校验:Ug(35KV)≥Ue(35KV) 选用：JDZXF71-10 (31.5KA ·3S) 10 变比: 10 /3/0.1/3/0.1/3/0.1/3(KV) 准确级:0.2/0.5/3P 校验:Ug(10KV)≥Ue(10KV)

型号及规范 3.5 裸导体的选择

导体截面可以按照长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（通常指5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体其截面一般按经济电流密度选择，而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量大，可按长期允许电流来选择。详细选择过程见附录B。

3.5.1 选择的一般原则:

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； 应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致； 为了选择导线时应尽量减少器种；

所选导体和电器力求技术先进、安全适用、经济合理、贯穿以铝铜、节约占地等国策。选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管部门鉴定合格。

在选择导体和电器时，应按正常工作条件进行选择选择，并按短路情况校验其动稳定和热稳定。以满足正常运行、检修和短路情况下的要求。

验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，按本工程的设计容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行计算。

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所选的导体和电器应按当地的气温、风速、覆冰、海拔等环境条件校核电器的基本使用条件。

3.5.2 各电压等级母线的选择与校验

选择母线时主要考虑下面几个内容： a) 选择母线的材料、结构和排列方式； b) 选择截面的大小；

c) 校验母线短路时的热稳定性和动稳定性；

d) 对于110kV及以上电压的母线，应校验它在当地气候条件下是否发生电晕； e) 对于重要母线和大电流母线，由于电网母线振动，为避免共振，应交验母线的共振

频率。

3.5.3 母线的选择依据

a) 按型式选择：

导体一般分为软母线和硬母线。软母线是钢芯铝绞线，有单根、双分裂和组合导线等型式。因为其机械强度取决于支撑悬挂的绝缘子，所以不需校验其机械强度。硬母线的截面形状有矩形、槽形和管形。当正常工作电流不大于4000A时，宜选用矩形导体；在4000-8000A时，一般选用槽形导体；8000A以上的工作电流选管形导体或钢芯铝绞线构成的组合导体。 b) 按最大持续工作电流选择：

导体截面应满足：?dl??max 式中?dl—导体长期允许的载流量。 c) 按经济电流密度选择：

在选择导体截面时，根据确定的母线材料和最大负荷年利用小时?max查出经济电流密度J，再按下式计算出母线的经济截面积Se。

Se??max Jd) 母线的热稳定性校验：

满足热稳定要求的母线最小截面积Smin为：

Smin?1KfQk C只要实际选用的母线截面积S?Smin，母线便是热稳定的。 e) 硬母线的动稳定性校验：（软母线不需要校验动稳定性）

导体最大相间应力应小于导体材料允许应力即：

?ph??al

式中：?ph—母线材料所受的最大应力；

?al—母线材料的允许应力；

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f) 电晕电压校验：

母线不发生电晕的条件是母线相间电压要低于电晕起始电压，即

U??Ucr 3式中:U?—母线的线电压；

Ucr—电晕起始电压；

式中：K—三相导体布置方式系数，水平不知时K=0.96；三相不知时为=1；

m1—导体表面状况系数，管形母线及单股到县为0.98-0.93； m2—天气系数，晴好天气为1，阴雨天为0.8； ?—空气相对密度，在海拔1000米及以下地区为1； R—导体半径；

Dm—三相导体的相间距离。 3.6 电压控制

为保证用户电压质量，除装设无功补偿装置外，变压器还应选择有载调压型变压器，由综合自动化设备对电压、无功的综合智能控制，对主变分接开关位置和电容器的投切调容进行综合控制，以尽可能的减轻因系统的负荷变化和电厂出力变化带来的电压波动，提高电网运行稳定水平，保证电压质量。 3.7 所用电

为保证对本站电气设备操作、控制及其它低压负荷的用电，变电站设计应装所用变压器，因无具体数据确定所用电负荷，故本设计据实际运行变电站所用变压器容量确定本站所用变压器容量为2X80KVA，在10KV母线两段各装设一台SC8-80/0.4KV所用变压器, 变压器及保护设备均装于10KV开关柜内。

第四章 继电保护及微机监控系统

4.1 继电保护配置

本站所有保护、自动装置出于先进及综合自动化系统要求考虑，全部选用微机型产品。

4.1.1 110KV线路保护（进、出线共4回）采用微机线路保护屏四面（带操作箱）（装

于主控室）。

保护配置应具备的主要功能： a) 三段相间距离保护； b) 三段接地距离保护； c) 四段零序方向过流保护；

d) 三相一次重合闸（进线需设检无压功能）； e) 无故障快速整组复归功能； f) 遥测、遥信、遥控功能； g) 其它应具备的功能。

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4.1.2 主变保护：

采用微机主变保护屏二面（装于主控室）。 保护配置应具备的主要功能： a) 主保护：

① 主保护为差动速断和二次谐波制动的比率差动保护（可由屏上压板投退）。 ② 变压器本体及调压重瓦斯作用于跳闸并能发出信号，压力释放保护于跳闸或发出

信号（由压板投退）。 b) 后备保护：

① 110KV侧复合电压（低电压和负序电压）闭锁过电流保护； ② 110KV侧零序电流、电压保护； ③ 35KV侧复合电压闭锁过电流保护； ④ 10KV侧复合电压闭锁过电流保护； ⑤ 过负荷发信号并启动通风，闭锁有载调压； ⑥ 本体轻瓦斯、调压轻瓦斯；

⑦ 油位高、低及调压油位低作用于发信号； ⑧ 温度保护：启动通风回路并发信号。

4.1.3 35KV线路保护：

采用微机四合一保护装置,装设于开关柜内. 保护配置应具备的主要功能：

a) 三段定时限过流保护；

b) 三相一次重合闸（进线需设检无压功能）； c) 低频减载； 4.1.4 10KV线路保护：

采用10KV微机线路保护装置，分散安装于10KV各开关柜上。 保护配置应具备的主要功能：

a) 三段定时限过流保护； b) 三相一次重合闸； c) 低频减载； d) 小电流接地选线。 4.1.5 10KV电容器保护(2套)：

采用10KV微机电容器保护装置，分散安装于10KV 电容器柜上。 保护配置应具备的主要功能： a) 三段定时限过流保护；

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b) 过电压保护； c) 电容器失压保护； d) 零序不平衡电压保护。

4.2 照明

变电站正常照明电源由380/220V照明配电箱上供电，主控制室和10kV配电室设有工作照明及事故照明，事故照明电源直接由直流屏供电。

灯型采用考虑节约能源，主控制室、辅助房间、10kV配电室均采用节能灯，户外设备区采用低位投光灯作为检修照明；户内配电装置及主要进出口通道处均装设事故照明灯；户内照明线采用暗线穿管敷设方式，户外照明线采用电缆沟道或直埋敷设方式。 4.3 电气二次部分 4.3.1 计算机监控系统

110kV变电站监控系统采用成熟先进的计算机监控系统，按无人值班设计。 设计原则如下：

1)计算机监控系统为分层分布式网络结构，变电站采用具有远方控制功能的监控计算机。

2)计算机系统完成对变电站内所有设备的实时监视和控制，数据统一采集处理，资源共享，不再另外设置其它常规的控制屏以及模拟屏。

3)计算机监控系统具有与电力调度数据专网的接口，软、硬件配置应能支持联网的网络通信技术以及通信规约的要求

4)计算机监控系统能实现与变电站有关的全部远动功能，满足电网调度实时性、安全性和可靠性要求。尤其要满足与调度及集控站的信息传输要求。

5）远动数据传输设备冗余配置，计算机监控主站与远动数据传输设备信息资源共享，不重复采集。

6）计算机监控系统有较多的通讯接口驱动软件，提供与微机保护装置通讯接口，智能直流系统通讯接口、微机五防系统通讯接口，电能量计量系统通讯接口，火灾报警系统通讯接口，逆变电源系统通讯接口以及与远方控制端系统、数据网接入设备等通讯接口。 4.3.2 操作控制方式

变电站监控系统要满足无人值班要求。操作控制功能按集控中心（调度端）、站控层、间隔层、设备级的顺序层层下放。在监控系统正常运行的情况下，任何一层的操作、设备的运行状态和选择切换开关都应处于计算机监控系统监视之中。任何一层操作时，其它操作级均应处于被闭锁状态，系统出现故障（软硬件）时，应能立即发信至集控站或调度端并闭锁远方控制。 4.3.3 时钟同步

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全站设置一套时钟同步系统，计算机监控系统在主控制室接受全球卫星定位系统(GPS)的标准授时信号，对各测控单元及站级计算机等具有时钟的设备进行同步的时钟校正，保证各部件时钟同步率达到精度要求。当本站GPS系统故障时，可实现与调度端的时钟同步。 4.3.4 防误闭锁系统

本站采用微机型防误闭锁系统，同时保留成套开关柜上的机械闭锁功能。 4.3.5 继电保护及安全自动装置配置

1) 主变压器保护：主变保护选用微机型保护装置，组屏于控制室。主保护采用二次谐波制动的比率差动保护和差动速断保护；后备保护设有各侧复合电压闭锁过电流保护；各侧过负荷保护；110kV零序过电流；主瓦斯、调压瓦斯、油温过高、油位异常及压力释放等非电量保护。

2) 110kV线路保护：根据电网运行方式及线路特点。故本期110kV线路两侧均配置光纤差动保护，后备保护为距离保护，具备三相一次重合闸、断路器失灵启动、低周减载等功能。

3) 110kV分段保护：该保护应具有充电、过流及零序保护等功能。

4) 110kV备自投装置：当－回进线线路故障断开时，另一回线路进线开关自动合上。故配置备自投装置，该装置还必须具有分段自投功能，以便系统灵活运行。

5) 10kV侧配置专用低周低压减载装置。该装置独立组屏，当综合自动化系统带有低周低压减载功能时，可以将两者同时投入。但在任何情况下均应将低周低压减载装置投入运行。

6) 故障录波装置：为了正确记录电力系统故障波形和数据， 鉴别继电保护、安全自动装置的动作行为，正确分析处理事故，本期设计配置故障录波装置。录波装置采用微机型，模拟量和开关量的容量必须满足该变最终规模录波要求。

7) 35kV出线保护：三相三段式电流速断保护，三相一次重合闸，低周减载。 8) 35kV备自投： 分段自投装置(带测控功能)，35kV电压切换并列装置。 9) 10kV出线保护：两相三段式电流速断保护，三相一次重合闸，低周减载。 10) 10kV备自投：分段自投装置(带测控功能)，10kV电压切换并列装置。 11) 10kV电容器保护：三相两段式过电流保护，欠电压、过电压保护，不平衡电压保护。

12) 10kV配置专用小电流接地选线装置，就地安装在隔离开关柜上。 4.3.6 电能计量

采用电子式多功能电度表，主变压器各侧母线设置电子式失压计时仪，对于110kV出线、主变压器两侧，电度表集中组屏装设， 10kV出线、电容器、站用电等就地安装于开关柜上。配置电能量采集装置一套，装于电度表屏上，将收集来的计量点电能通过485总线送入综合自动化系统，传输到调度端。 4.3.7 火灾探测报警装置

变电站内设计一套火灾报警及控制系统。火灾报警装置的容量、性能要求及相应接口

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均按照最终规模考虑。火灾报警区域10kV配电装置室、主控制室以及各辅助房间。火灾报警控制器设置在主控制室内，当有火情发生时，火灾报警控制器可及时发出声光报警信号，显示发生火警的地点。并可通过通信接口将信息发送至变电站的计算机监控系统或通过光缆将信息传至集控站，同时还可以通过数据网远传至调度端。 4.3.8 图像监视及安全警卫系统

为便于运行管理，保证变电站安全运行，在变电站内设置一套图像监视及安全警卫系统。其功能按满足安全防范的要求配置，不考虑对设备的运行状态进行监视。配置原则如下：沿变电站围墙四周设置远红外线探测器或电子栅栏；大门或主控制室入口处设置摄像头；110kV配电装置区设置室外摄像头； 10kV配电装置室、控制室均设置室内摄像头。完成变电站安全、防火、防盗功能。安全警卫系统警报警接点信号可远传至集控中心或调度端。

4.4 调度自动化配置

根据《35～110kV无人值班变电站设计规程》等规程要求，保证变电站远动信息采集完整性，远动信息内容配置如下： (1)遥信量

1)断路器，隔离开关、接地开关位置信号，各断路器弹簧储能状态信号。 2)110kV SF6断路器及SF6电流互感器气压异常及闭锁信号。 3)35kV 、10kV母线接地信号。 4)母线PT二次切换、并列信号。

5)主变压器有载调压抽头位置信号；调压装置运行状态信号。

6)主变压器轻重瓦斯、调压瓦斯、油位异常、油温过高、压力释信号。 7)保护、安全自动装置的动作和故障信号。 8)交、直流电源失压信号，充电装置故障信号。 9)火灾报警信号；变电站大门开启信号 10)微机“五防”异常信号。 (2)遥测量

1)110kV/35kV /10kV线路有功功率、无功功率、线路电流、有功/无功电能量。 2)主变压器各侧有功功率、无功功率、电流、有功/无功电能量；主变油温。 3)110kV、35kV 10kV母线电压及频率、分段电流。 4)10kV无功补偿装置无功功率及电流。 5)站用电0.4kV回路电流、电压。 6)直流母线电压。 (3)遥控

1)所有110kV、35kV 10kV断路器的分、合。 2)主变中性点接地刀闸的分、合。

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(4)遥调量

1)变压器分接头的自动调整。 (5)二次设备布置

1)主控制室内最终按27个屏位进行设计，本期拟上计算机监控系统的地站控设备以及远动屏，公用屏，主变压器保护测控屏，110kV分段保护测控屏，110kV线路保护测控屏，35kV线路保护测控屏（方案二），故障录波屏，低周减载屏，直流屏，站用电屏，电度表屏，通讯直流屏，通讯屏及综合配线柜，其余屏位预留。

2）35kV、10kV测控保护一体化装置、备自投装置、电压切换并列等装置就地布置在35kV、10kV开关柜上。 4.5 防雷保护

变电站是电力系统的中心环节，如果发生雷击事故，将造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活，因此变电站的防雷保护必须是十分可靠的。

变电站遭受雷害可能来自两个方面：雷直击于变电站；雷击线路，沿线路向变电站入侵的雷电波。

4.5.1 变电站的直击雷保护

为了防止雷击于变电站，可以装设避雷针，应该使所有设备都处于避雷针保护范围之内，此外，还应采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。 4.5.2 避雷针的装设原则

a) 在变电站所址周围装设避雷针； b) 在架空线路上安装避雷针；

c) 在避雷针不能保护到的配电室装设避雷线。

（以上避雷措施均应可靠接地，独立避雷针或避雷线要设独立的接地装置） d) 对于110kV级以上的变电站，可以将避雷针架设在配电装置的构架上，这是由于此

类电压等级配电装置的绝缘水平较高，雷击避雷针时在配电构架上出现的高电位不会造成反击事故。

e) 由于变压器的绝缘较弱，又是变电站中最重要的设备，故在变压器门星构架上不应

装设避雷针。

f) 对于35kV及以下的变电站，因其绝缘水平较低，故不允许将避雷针装设在配电

构架上，以免出现反击事故，需要假设独立避雷针，并应满足你发生反击

4.5.3 变电站内避雷器的保护

变电站内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，这是变电站防雷保护的基本措施之一。避雷器实质上是一种放电器，其某一端接地，正常运行时，避雷器的电阻成无限大状态，不会对地短路；当雷电波入侵眼线路进入变电站时，避雷器的电阻自动变得很小，是巨大的雷电冲击电流顺利入地，此时避雷器两端电压并不高，不会危及被保护设备的绝缘，冲击大电流过后，在一小段时间内，有线路正常工作电压驱动的电流也经过避雷器入地，这是避雷器自动恢复很大的电阻，于是电力系统又恢复了正常运行。

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避雷器的配置：

a) 配电装置的每组母线上，一般装设避雷器； b) 旁路母线上是否需要装设避雷器，应视情况而定；

c) 330kV及以上变压器和并联电抗器处必须装置避雷器，并应尽可能靠近变压器； d) 220kV级以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避

雷器；

e) 三绕组变压器低压测的一相上宜装设避一台避雷器； f) 自耦变压器必须在其两个绕组出线上装设避雷器； g) 110、220kV线路侧一般不装设避雷器； h) 变压器的中性点应装设避雷器。 避雷器的选择依据：

① 避雷器持续运行电压Uby Uby?Uxy

式中：Uby—ZnO避雷器的持续运行电压有效值（kV）；

Uxy—系统最高相电压有效值（kV）。

② 避雷器的额定电压

避雷器的额定电压通常按电力系统单相接地并考虑甩负荷条件下健全相的最高暂

时过电压选择。110kV中性点有效接地系统，接地故障因数不超过1.4， 避雷器的额定电压一般采用1.4Uxy。

③ 避雷器的选择：避雷器的类型主要有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和氧化避

雷器等几种。氧化锌避雷器是目前最先进的过电保护设备，它具有：可以做成无间隙, 无续流，保护性能优越，通流容量大等优点。

氧化锌避雷器发展潜力很大，是避雷器发展的主要方向，正逐步取代传统的带间隙的碳化硅避雷器，也是未来特高压系统关键的过电压保护装置。 4.5.4 本设计防雷保护

各配电装置的电气设备，按设计规范要求，采用避雷针防直击雷保护；对于各电压等级母线及电气设备，装避雷器来防雷电波侵入过电压保护。

由于未作电气平面布置的设计，这里只简单根据经验估算避雷针的高度和根数，选用4根30米高的避雷针（两根30米高独立避雷针及两根30米高架构避雷针）来防直击雷保护，其保护范围： D≤8hap≤8x(30-10.5)x1 ≤156(M)

其中: ha=h-hx,h为避雷针高度,

hx为被保护物高度;

P—系数,当h≤30M时,p=1

算出避雷针最大保护范围D=156米，得保护范围长、宽约110米（即保护面积约18.2亩）,应能满足要求。

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4.6 接地方案

(1)接地

依据DL/T621-1997《交流电气装置的接地》计算：R≤2000/I=2000/4010＝0.5Ω (入地短路电流I=4.01kA)，即接地网的接地电阻不应大于0.5欧姆。

变电站的接地网采用水平敷设的接地干线为主、垂直接地极为辅，联合构成的复合式人工接地装置，并在架构避雷针及独立避雷针处设置中接地装置，考虑到土壤对接地体的腐蚀，接地体寿命按30年，年腐蚀率取0.1mm。接地装置的材料选用-60mm×8mm热镀锌扁钢。

(2)接地装置校验

接地电阻估算：R=0.28ρ/r=0.28×60/35.65=0.47Ω

最大接触电势校验：Utmax=KtmaxUg=0.188×2000=376V〉（174+0.17ρ/ =184.2V tf）不满足要求（ρf值取60，t值取1）。

最大跨步电势校验：Usmax= KsmaxUg =0.074×2000=148V<（174+0.7ρtf）/ =216V 满足要求（ρb值取60，t值取1）。

上述校验可看出最大接触电势不满足规程要求，故设备操作处必须进行绝缘地坪处理。

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结论：

通过本次设计，我明确了变电站电气主系统设计的步骤。对于主接线的设计做到了理论与实际相结合，并严格遵守相关设计规范，了解了选择主变压器要考虑的因素，学会了选择和校验电器设备，我对于负荷计算，短路计算等计算方法可以熟练的应用，并学会了使用auto CAD软件进行简单绘图。

毕业设计的过程是将理论与实际结合的过程。为已进入工作岗位的学生提示了工作将会遇到的问题，教会我们分析问题解决问题的方法。我们所学的知识在本次毕业设计中转变为工作的能力。

在本次设计中，难免会出现错误和不完善之处，敬请老师批评指正。

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致谢

两年多的函授学习时光一晃而过，回首往事，感慨良多，当我写完这篇毕业论文的时候，有一种特别的感觉。首先诚挚的感谢我的论文指导老师孟军老师。他在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的论文。感谢教过我的所有老师们，老师们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪

在此感谢所有老师，谢谢老师们给予我的帮助，谢谢！

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参考文献

［1］国家技术监督局,中华人民共和国建设部联合发布 《35-110Kv变电站设计规范》 GB50059-92.1992年9月25日发布 1993年5月1日实施.

［2］熊信银 《发电厂电气部分》 中国电力出版社 2004.

［3］西北电力设计院 《电力工程电力设计手册1》 中国电力出版社 1999. ［4］西北电力设计院 《电力工程电力设计手册2》 中国电力出版社 1999. ［5］宋士杰 《发电厂电气设备及运行》 中国电力出版社 1997. ［6］马永翔 《电力系统继电保护》 北京大学出版社 2006.

［7］杨奇逊 黄少锋 《微机型继电保护基础》 中国电力出版社 2005.

［8］曹绳敏 《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》 水利电力出版社 1995. ［9］西北电力设计院 《发电厂、变电站电气接线和布置》 水利电力出版社 1984. ［10］张明君编著 电力系统微机保护．北京．冶金工业出版社：2002

［11］水利电力部西北电力设计院．水利电力出版社电力工程设计手册（电气一次部分）：1989 ［12］高压配电装置设计技术规程 SDJ5－85．水利电力出版社：1986 ［13］导体和电器选择设计技术规定 SDGJ14－86．水利电力出版社：1986

［14］四川联合大学范锡普主编 发电厂电气部分（第二版）．中国电力出版社：1998 ［15］陈怡 《电力系统分析》 中国电力出版社 2005

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