某郊区110kV变电站电气设计毕业设计 - 图文

石家庄铁道大学四方学院毕业设计

某郊区110kV变电站电气设计

The Electrical Design of 110kV Substation for

a Suburb

2012 届 电气工程 系

专 业 电气工程及其自动化 学 号 学生姓名 指导老师

完成日期 2012年5月15日

毕业设计成绩单

学生姓名 学号 班级 专业 电气工程及其自动化 毕业设计题目 某郊区110kV变电站电气设计 指导教师姓名 胡立强 指导教师职称 讲师 评 定 成 绩 指导教师 评阅人 答辩小组组长 成绩： 院长(主任) 签字： 年 月 日 得分 得分 得分

毕业设计任务书

题 目 学生姓名 学号 某市郊110kV变电站电气设计 班级 导师 姓名 专业 电气工程及其自动化 导师 职称 讲师 承担指导任务单位 电气工程系 一、主要内容 110kV变电站设计，学会应用所学知识进行设计。 二、基本要求 1.电气主接线设计 2.短路电流计算 3.电气设备的选择 4.继电保护配置与整定计算 三、主要技术指标（或研究方法） 1.本变电站位于某市郊，向市区工业、生活及郊区乡镇工业与农业用户供电，为新建变电所。 电压等级：110/10kv 2.线路回数：110kv近期2回，远景发展2回；10kv近期8回，远景发展2回 电力接线图如图1。 图1 电力接线图 3.负荷情况

表1 负荷情况 电压等级 110kV 负荷名称 市系1线 市系2线 备用1 备用2 棉纺厂1 棉纺厂2 印染厂1 印染厂2 水泥厂1 水泥厂2 耐火厂1 耐火厂2 郊一 郊二 毛纺厂 针织厂 柴油机厂1 柴油机厂2 橡胶厂 市区1 市区2 食品厂 备用1 备用2 最大负荷MW 穿越功率MW 负荷组成% 近期 远期 近期 近期 一级 二级 三级 2 2 1.5 1.5 3 3 2 2 2 2 2 1 1.5 1.5 1 1.5 1.5 1.2 10 12 2.5 2.5 2 2 3.5 3.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2 2.5 2 2 1.5 2 2 1.5 1.5 1.5 10 10 18 18 0.75 0.75 0.78 0.78 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.8 0.8 0.72 0.8 0.8 0.8 0.78 0.78 自然力率 10kV 4.所处地理环境及条件 站址地区海拔高度200m，地址平坦，地震烈度6度。年最高温度40度，年最低温度-20度，最热月平均最高温度+32度，最大复冰厚度10mm，最大风速为25m/s，土壤热阻率ρ=100°cm/W，土壤温度20°C，地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。如图2为地理位置图。

图2 地理位置图 四、应收集的资料及参考文献 [1]电气设计规范[M]. 中国建筑工业出版社. 2003. [2]朱林根. 民用建筑变配电设计[M]. 第2版. 中国建筑工业出版社. 2004. [3]航空工业部第四规划设计研究院. 工厂配电设计手册[M]. 北京水利电力出版社. [4]黄益庄. 变电站综合自动化技术[M]. 北京：中国电力出版社. 2000. [5]雍静主. 供配电系统[M]. 第1版. 机械工业出版社. 2004. [6]刘介才. 工厂供电[M]. 机械工业出版社. 五、进度计划 1.第1周-第2周：收集材料，完成开题报告； 2.第3周-第4周：分析、确定方案； 3.第5周-第7周：设计、计算、绘图； 4.第8周：中期检查； 5.第13周-第14周：论文审核定稿； 6. 第15周-第16周：答辩。 教研室主任签字 时 间 年 月 日

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第1章 绪论

变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。社会经济的发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应，建国以来，我国的电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一不提高，电网自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化以具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用[1]。

由于我国经济的高速发展，某些市区生产和生活的供电要求越来越大，在大力建设火力发电厂的同时，相应的配套电力设施也应跟上。其变电站的建设属于设施中较重要的一类。也是决定用电质量和效率的因素之一。对地区经济的发展有直接的关系，也是反映地区经济发展水平的重要参数之一。我们这里所要新建的是一所110kV降压变电站。变电站的站址选择在市郊，靠近负荷中心，有利于系统运行性能的提高，降低损耗，提高经济效益；此外，这些电力负荷位于变电站的北部和东部，避免了将变电站设在污染源的下风口，否则将会发生污闪事故和沿面放电，影响电力系统的运行性能；变电站东部没有重要的电力负荷，这为进出线提供了广阔的线路走廊，还有利于变电站的扩建；另外，变电站选址还考虑了变电站与附近设施的影响。因此，变电站选址不当，必将影响企业供电系统的主接线方式，送电线路的规格和布局，电网损失及投资的大小，还可能引起电力倒流，产生严重后果。变电站是电力系统的重要组成部分，它直接对电力用户馈送电能。变电站在电力系统中之所以起着十分重要的作用，是因为其运行性能的好坏直接影响到系统的稳定性。电力用户的直接利益。变电站是联系发电厂和电力用户的重要纽带，是将电能从产品变成商品的中间环节。它担负着电能转换和电能重新分配的重要任务。对国家经济的发展有着极其重要的作用

[2]

。

本次设计是对专业所学的内容进行一次系统的、全面的、内容较多的毕业设计。

设计内容为110kV变电站电气设计，分别对变电站作总体分析和负荷分析、变电站主变压器的选择、主接线方式选择、短路电流计算、电气设备的选择与校验、电力系统继电保护等部分的分析计算，在设计中发现所用数据不够准确，特别是在电力系统继电保护是计算中，存在很大缺陷，力求在以后的设计中能够逐步趋于完善，相信不久能实现无人值班高度自动化以弥补传统变电站的缺陷。

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第2章 负荷分析及无功补偿

2.1 概述

变电站位于某市郊，向市区工业、生活及郊区乡镇工业与农业用户供电，为新建变电所。变电站作为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重要环节。本课程设计主要是关于本变电站的一次设计，为了是变电站的一次设计能够很好的接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对本变电站做初步分析的原始数据进行分析。

1.变电站类型：110kV地方降压变电站 2.电压等级：110/10kV

3.线路回数：110kV：近期2回，远景发展2回；

10kV：近期8回，远景发展2回；

4.地理条件：站址地区海拔高度200m，地址平坦，地震烈度6度。年最高温度40度，年最低温度-20度，最热月平均最高温度+32度，最大复冰厚度10mm，最大风速为25m/s，土壤热阻率ρ=100°cm/W，土壤温度20°C，地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。

5.负荷情况：主要是一、二级负荷，市内负荷主要为市区生活用电、棉纺厂、印染厂等工业用电；郊区负荷主要为郊区变电站及其他工业用电。

6.系统情况：根据任务书中电力系统简图可以看到，本变电站位于两个电源中间，有两个发电厂提供电能，进而经过该变电站降压后用于工业、农业等负荷用电，需要一定的可靠性。

2.2 负荷计算的目的

计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性[3]。

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2.3 负荷分析

10kV侧：

近期负荷：P近=(2＋2＋1.5＋1.5＋3＋3＋2＋2＋2＋2＋2＋1＋1.5＋1.5＋1＋1.5＋ 1.5＋1.2)MW=32.2MW

远期负荷：P远=(2.5＋2.5＋2＋2＋3.5＋3.5＋2.5＋2.5＋2.5＋2.5＋2＋2.5＋2＋2＋ 1.5＋2＋2＋1.5＋1.5＋1.5)=44.5MW

n?Pi=32.2MW+44.5MW=76.7MW

i?1综合最大计算负荷计算公式：S30?Kt??i?1nPi×(1+?%) cos?iKt：同时系数，取85%，?%：线损,取5% 。

S30近?Kt×?i?1nPimax近(1+?%) cos?i=Kt×(2/0.75+2/0.75+1.5/0.78+1.5/0.78+3/0.75+3/0.75+2/0.75+2/0.75+2/0.75+2/0.75+ 2/0.75+ 1/0.75+1.5/0.8+1.5/0.8+1/0.72+1.5/0.8+1.5/0.8+1.2/0.8) ×(1+?%) =0.85×45.960×(1+0.05)=41.019MVA

S30远?Kt×?i?1nPimax远×(1+?%) cos?i=Kt×(2.5/0.75+2.5/0.75+2/0.78+2/0.78+3.5/0.75+3.5/0.75+2.5/0.75+2.5/0.75+2.5/0.75+ 2.5/0.75+2/0.75+2.5/0.75+2/0.8+2/0.8+1.5/0.72+2/0.8+2/0.8+

1.5/0.8+1.5/0.78+1.5/0.78) ×(1+?%)＝0.85×58.265×1.05=52.002MVA

视在功率：

S30?S30近?S30远?41.019?52.002?93.021MW P30?S30cos??93.021?0.8?74.42MW Q30?P30tan??74.42?0.75?55.81MW

2.4 无功补偿

无功补偿的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联补偿电容两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍[6]。该变电站10kV侧平均功率因数取0.8，应提高到0.92，因此10kV侧所需无功功率补偿的补偿容量为：

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QC?P30[tan(arccos0.8)?tan(arccos0.92)]?74.42?0.32?23.82Mvar

约取QC?24Mvar补偿器件为GMKPBAMH10-4000-3W，数目为6个。

补偿后的无功功率为Q30(2)?P30tan??55.81?24?31.81Mvar 补偿后的变电站低压侧的视在负荷为S30(2)?80.93Mvar 变压器的功率损耗为：PT?0.01?S30?0.9302MW

QT?0.05?S30?4.651MW

补偿后的功率因数为： cos?\?0.931

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第3章 主变压器的选择

3.1 相数的确定

330kV以下的电力系统，在不受运输条件限制时，应用三相变压器。

3.2 绕组数的确定

对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。

3.3 主变压器台数和容量的确定

在这次变电站设计中，可以采用一台或两台主变压器，表3-1所示对单台变压器和两台变压器进行比较：

表3-1 单台与两台变压器比较

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

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

两台变压器 满足要求 满足要求 电压损耗略小 灵活性好 好

由110kV系统供电，考虑到重要负荷达到80.93MW，并考虑到现今社会用户需要的供电可靠 性的要求更高，应采用两台容量相同的变压器并联运行。

容量选择及检验公式：?n?1?SN?0.6~0.7S30（其中n为变电站设计中变压器的台数，在这次设计中，n=2）[6]。

因此根据上述式子及负荷分析可以选择两台容量为50MW的有载调压变压器，其型号为SFSZ9-50000/110。

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3.4 变压器型号的确定

表3-2 变压器参数

型号 SFSZ9-50000/110

额定电压(kV) 高压 低压 110±8*1 25%

10.5,11

联接组接号

损耗(kV)

空 载 负载 27.5

104

空载电流(%) 0.9

阻抗电压(%) 10.5

YNd11

表3-2所示为SFSZ9-50000/110变压器的主要参数。

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第4章 主接线方式的选择

4.1 主接线选择的基本要求

1.可靠性 2.灵活性 3.经济性

4.2 对变电站电气主接线的设计原则

1.按变电所在电力系统的地位和作用选择。 2.考虑变电所近期和远期的发展规划。 3.按负荷性质和大小选择。

4.按变电所主变压器台数和容量选择。

5.当变电所中出现二级电压且低压侧负荷超过变压器额定容量15%时，通常采用双绕组变压器。

6.电力系统中无功功率需要分层次分地区进行平衡，变电所中常需装设无功补偿装置。

7.当母线电压变化比较大而且不能用增加无功补偿容量来调整电压时，为了保证电压质量，则采用有载调压变压器。

8.如果不受运输条件的限制，变压器采用三相式，否则选用单相变压器。 9.对220kv及以上的联络变压器通常采用自耦变。

10.各级电压的规划短路电流不能超过所采用断路器的额定开断容量。 11.各级电压的架空线包括同一级电压的架空出线应尽量避免交叉[4]。

4.3 各电压等级线路的出线回数选择电气主接线形式

1.110kv侧主接线方式：

110kv侧出线近期2回，远景发展2回。

所以根据出线回数电压等级初步可以选择双母不分段接线和双母带旁路母接线。由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。那么其负荷为地区性负荷。变电站110kV侧和10kV侧，110kV～220kV出线数目为5回及以上或者在系统中居重要地位，出线数目为4回及以上的配电装置。在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV～110kV系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。

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单母线带旁路接线与双母线带旁路接线的比较如下: 方案一：单母线带旁路

技术：(1)简单清晰、操作方便、易于发展。

(2)可靠性、灵活性差。

(3)旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电。 经济：(1)设备少、投资小

(2)用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资

方案二：双母线带旁路

技术：(1)运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建。

(2)母联络线上的断路器可代替需检修的出线断路器工作。 (3)倒闸操作复杂，容易误操作。

经济：(1)占地大、设备多、投资大。

(2)母联络线上的断路器兼作旁路断路器节省投资。

所以，比较后说明在技术上（可靠性、灵活性）双母线带旁路接线方案明显合理，在经济上则单母线带旁路接线方案占优势。对于双母线不分段接线，当母线故障或检修时，将隔离开关运行倒闸操作，容易发生误操作。鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选双母线带旁路接线方案为设计的最终方案，如图4-1所示。

双母线带旁路接线最大优化是提供了供电可靠性，当出线断路器需要停电检修时，可将专用旁路断路器投运，从而将检修断路器出线有旁路代替供电[5]。

图4-1 双母线带旁路母线接线

2.10kV侧主接线方式：

10kV出线近期8回，远景发展2回。

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6～10kV配电装置的出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线或单母线带旁路母线接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。

(1)单母线分段带旁路母线：

优点：供电可靠性高，运行灵活，但是主要用于出线回路数不多。但负荷叫重要

的中小型发电厂及35-110kV的变电所。 (2)单母线带旁路母线：

优点：供电可靠性高，断路器故障检修时，可不停负荷进行检修，供电可靠运行

灵活，适用于重要用户供电，出线回数较多的变电所[6]。 所以选择单母线分段带旁路母线，如图4-2所示。

图4-2 单母线分段接线

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第5章 短路电流的计算

5.1 电力系统简图

图5-1 电力系统简图

图5-1所示为本设计的电力系统简略图，根据此图进行短路计算的研究。

5.2 各回路阻抗的计算

图5-2 电力系统化简图

根据图5-2所示选择短路点，取SB?100MVA UB?Uav，最大运行方式下：

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X1?XS1SB/S1?0.6?100/1500?0.04 X2?XS2SB/S2?0.7?100/200?0.35

查表得单位长度电抗平均值为x0?0.40Ω/km

X3?0.4?20?100/(115?115)?0.06

X4?0.4?70?100/(115?115)?0.21 X5?0.4?25?100/(115?115)?0.08 X6?0.4?60?100/(115?115)?0.18

根据所选变压器的技术参数可以求变压器的阻抗

X110.5100T?2VS%SB/(100?SNT)?100?50?0.21

5.3 短路计算

5.3.1 110kV侧短路计算

图形的化简：

图5-3 110kV侧短路线路化简图

(1)

X8?X2?0.35

X9?X3?X4?0.06?0.21?0.27

(2) △—Y

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X10?X9X5/(X5?X6?X9)?0.04

X11?X9X6/(X5?X6?X9)?0.09 X12?X6X5/(X5?X6?X9)?0.03

(3) Y—△

X13?(X1?X10)+X12?(X1?X10)X12/(X8?X11)?0.1155

X14?(X8?X11)+X12?(X8?X11)X12/(X1?X10)?0.635

(4)

Xf??X13//X14?0.0977

起始次暂态电流：I?E?IB/Xf??5.55kA 在高压侧电路发生三相短路时，一般可取ksh?1.8 冲击电流：Ish?ksm?2?I?14.13kA 计算电抗：Xjs?Xf??(S?+S??)/SB?1.6609

I?I??Ik?5.55kA

两相短路电流：I(2)k?32?I（3）3k?2?5.55kA?4.81kA 5.3.2 10kV侧短路计算

图5-4 10kV侧短路线路化简图

(1)

X8?X2?0.35

X9?X3?X4?0.06?0.21?0.27

(2) △—Y

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X10?X9X5/(X5?X6?X9)?0.27?0.08?0.041

0.08?0.18?0.27X11?X9X6/(X5?X6?X9)?0.092 X12?X6X5/(X5?X6?X9)?0.027

(3)

X13?X1?X10=0.04+0.041=0.081

X14?X8?X11=0.35+0.092=0.442 X15?XT?X12=0.21+0.027=0.237

(4) Y—△

X16?X13?X15+X13X15/X14=0.081?0.237?X17?X14?X15+X14X15/X13=1.972

0.081?0.237?0.361

0.442(5)

0.361?1.972 ?0.3050.361?1.9721.08100起始次暂态电流:I?E?IB/Xf???19.47kA

0.3053?10.5 Xf??X16//X17?在高压侧电路发生三相短路时，一般可取ksh?1.8[6]。

冲击电流：Ish?ksm?2?I?1.8?2?19.47?49.56kA

1500?200计算电抗：Xjs?Xf??(S?+S??)/SB?0.305??5.185

100I?I??Ik?19.47kA

(2)两相短路电流：Ik

?33（3）?Ik??19.47kA?16.86kA 22 13

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第6章 电气设备的选择与校验

6.1 断路器的选择

6.1.1 110kV侧断路器的选择

1.该回路为 110 kV电压等级，故可选用六氟化硫断路器。

2.断路器安装在户外，故选户外式断路器。

3.回路额定电压Ue?110kV的断路器，且断路器的额定电流不得小于通过断路

50000器的最大持续电流Imax=1.05×?0.2635kA=263.5A。

3?1154.为方便运行管理及维护，选取110kV SF6断路器为同一型号产品，选为SF6-110断路器，其主要技术参数如表6-1所示。

表6-1 断路器参数

额定 型号 电压

kV

额定 电流 A

最高 工作 电压 kV

额定 开断 电流 kA

动稳 定 电流 kA

4S热稳 定电流 kA

自动重合闸无电流间隔时间 S

固有分闸时间 S

合闸 时间 S

SF6-110 110 1250 126 31.5 80 31.5 0.03 0.12

5.对所选的断路器进行校验 (1)断流能力校验

所选断路器的额定开断电流I0?31.5?I?5.55kA，则断流能力满足要求。 (2)短路关合电流的校验

所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为 80kA，流过断路器的冲击电流为14.13kA，则短路关合电流满足要求，因为其动稳定的校验参数与关合电流参数一样，因而动稳定性也满足要求。

(3)热稳定校验

设后备保护动作时间1s，所选断路器的固有分闸时间0.03s，选择熄弧时间 t=0.03S。则短路持续时间 t=1+0.03+0.03 =1.06s。

因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计，则短路热效应：Q?I2?t?Ik?32.65kA2.s。

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允许热效应：Irt?31.52?4?396，则Irt?Q 热稳定满足要求。

以上各参数经校验均满足要求，故选用SF6-110断路器。

226.1.2 10kV侧断路器的选择

1.该回路为 10kV 电压等级，故可选用真空断路器。

2.该断路器安装在户内，故选用户内式断路器。

3.回路额定电压为 10kV，因此必须选择额定电压Ue?110kV的断路器，且其额

50000定电流不小于流过断路器的最大持续电流Imax=1.05×?2886.8A。

3?10.54.初选 SN9-10真空断路器，主要数据如表6-2所示。

表6-2 断路器参数

型号

额定 电压 kV 10

额定 电流 kA 1.25

额定断开电流 kA 25

动稳定 电流 kA 63

4S热稳定电流kA

25

固有分闸时间

s

0.05

SN9-10

5.对所选的断路器进行校验 (1)断流能力的校验

流过断路器的短路电流Ik?19.47kA。

所选断路器的额定开断电流，I?25kA>Ik?19.47kA，即断路器的断流能力满足要求。 (2)动稳定校验

所选断路器的动稳定电流为63kA， 流过断路器的冲击电流为：

Ish?49.56kA?63kA，则动稳定性满足要求。

(3)热稳定校验

设后备保护动作时间 1s，所选断路器的固有分闸时间 0.05s，选择熄弧时间 t=0.03s。则短路持续时间 t=1+0.05+0.03 =1.08s。

则Q?19.472?1.08?409.41kA2.s 允许热效应Irt?252?4?2500kA2.s

由于短路时间大于1s ,非周期分量可忽略不计。

则Q?409.41kA2.s，由于Irt?Q ，所以热稳定满足要求。

从以上校验可知该断路器满足要求，所以确定选用 SN9-10真空断路器[8]。

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6.2 隔离开关的选择

6.2.1 110kV侧隔离开关的选择

1.为保证电气设备和母线检修安全，选择隔离开关带接地刀闸。

2.该隔离开关安装在户外，故选择户外式。 3.该回路额定电压为 110kV，因此所选的隔离开关额定电压Ue?110kV，且隔离

50000开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流 Imax?1.05??263.5A。

3?1154.初选GW4—110D型单接地高压隔离开关其主要技术参数如表6-3所示。.

表6-3 隔离开关参数

型 号

额定 电压 kV 110

额定 电流 A 1250

最大工作电压

kV

接地 刀闸 A 2000

极限通过电流kA

4S热稳定电流

kA

有效值 32

峰值 55

10

GW4-110D 126

5.校验所选的隔离开关 (1)动稳定校验

动稳定电流等于极限通过电流峰值即Idv?55kA 流过该断器的短路冲击电流Ish?49.56kA 即Idv?55kA>Ish?49.56kA，动稳定要求满足。 (2)热稳定校验

断路器允许热效应Irt?102?4?400kA2.s

短路热效应Q?I2t?5.552?1.06?32.65kA2.s，则Irt?Q，所以热稳定满足要求。

经以上校验可知，所选隔离开关满足要求，故确定选用 GW4— 110D型高压隔离开关。

226.2.2 10kV侧隔离开关的选择

1.为保证电气设备和母线检修安全，隔离开关选择不带接地刀闸。 2.隔离开关安装在户内，故选用户内式。

3.该回路的额定电压为10kV所选隔离开关的额定电压Ue?110kV，额定电流大于流过隔离开关的最大持续电流：Imax?1.05?500003?10.5?2886.8A。

4.初选GN19—10型隔离开关，其主要技术数据如表6-4所示。

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表6-4 隔离开关参数 额定电流 允许热效应(kA2.s) (A) 1250 3200

型号 GN19-10

额定电压(Kv)

10

动稳态电流(kA)

100

5.校验所选的隔离开 (1)动稳定校验

所选隔离开关的动稳定电流100kA。

短路冲击电流Ish?49.56kA，Idv>Ish，动稳定满足要求。 (2)热稳定校验

断路器允许热效应：Irt?3200kA2.s。

短路热效应：Q?409.41kA2.s，则Irt?Q，热稳定满足要求。.

从以上校验可知，所选隔离开关满足要求，故确定选用GN19—10型隔离开关。

226.3 导线的选择

本设计的110kV为屋外配电装置，故母线采用钢芯铝绞线LGJ，而10kV采用屋内配电装置，故采用硬母线[6]。

6.3.1 110kV母线的选择与校验

1.按最大工作电流选择导线截面 最大持续工作电流为：Imax?1.05?500003?115?263.5A。

年最高平均温度为+32℃，而导线长期允许温度为+80℃，查表得温度修正系数

k0?0.89，IYj?Imax/k0=296.1A 。

选择110KV母线型号为：LGJ—150/25，查表得IY?472A。

Imax=263.5A

2.热稳定校验

Amin?I?(3)tmiaC?5550?222?94.6mm，S?150mm>Amin满足热稳定要求。 836.3.2 10kV母线的选择与校验

由于安装在室内，选用硬母线。 1.按最大持续工作电流选择母线截面

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Imax?1.05?500003?10.5?2886.8A

?3243.6A IYj?Imax/k0= 2886.80.89选择10kV母线型号为LMY-63×8（双条竖放矩形铝导体），查表得I?3288A。

Imax=2886.8A?k0I?0.89?3288?2926.32A，满足要求。

2.热稳定校验 S=1008mm2?Smin?3.动稳定校验

母线采取水平排列平放。

则母线的截面系数为：W=bh2/6=10×1252/6=26042(mm3) =26.04×10-6 m3 相邻支柱间跨距取：L=1.2m 相间母线中心距离取：a=0.25m

母线在三相短路使所受到的计算应力为：

L21.2226 2σmax=0.173Ish×=0.173×49.56×=9.40×10pa

10aW10?0.25?26.04?10?6σmax＜?y=70×106pa（?y为硬母线允许应力），因此满足动稳定要求。

IkCtmia?19470832?331.69mm2，满足热稳定要求。

6.4 互感器的选择

6.4.1 电压互感器的选择

电压互感器应按工作电压来选择：

1.110kV电压互感器，经过查表选用JCC-110型串级式瓷绝缘电压互感器，系统的最高电压为126kV，额定绝缘水平为200/480kV，额定一次，二次电压之比为：110/3/0.1/3/0.1/3/0.1kV，额定负载150VA/150VA/100VA，准确级0.2/0.5/6P。

2.10KV电压互感器，查表选择JSJW-10型三相五柱式电压互感器，额定变比10000/100，最大容量为400MVA。

6.4.2 电流互感器的选择

为防止电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧，即尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。所以，母线上不考虑装设电流互感器。

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110kV侧：

1.主变侧、母联兼旁路电流互感器

Ue?110kV Imax?263.5A

所以初选LCWB6—110B型电流互感器 额定电流比：（27?75）~（2?600）/5 热稳定电流：It=2?11~2?30kA/1s 动稳定电流：imax=2?2.8~2?76kA

一次回路电压: UN?110kV ?Ue?110kV 一次回路电流: IN1?1200A>263.5A 二次回路电流: IN2=5A 准确度等级:0.2级

热稳定校验: I2t?3600kA2.s >I?t?5.552?1?30.80kA2.s ,则满足热稳定要求。 动稳定校验：Imax?2?76=152kA>Ish=49.56kA满足动稳定要求。

所以选择LCWB6—110B型电流互感器。 2.出线电流互感器

Ug?110kV Imax?263.5A，所以初选LCWB6-110B型电流互感器。

2一次回路电压 UN?110kV? Ug?110kV 一次回路电流 IN1?1200A>Imax?263.5A

热稳定、动稳定校验同上。 10kV侧：

1.主变侧、分段电流互感器

Ug?10kV Imax?3243.6A，所以初选LBJ—10型电流互感器。

额定电流比 2000~6000/5 1S热稳定倍数：Kt?50 动稳定倍数 ：Kes?50

一次回路电压：UN?110kV ?Ue?110kV 一次回路电流：IN1?1200A>Imax?3243.6A 二次回路电流：IN2=5A 准确度等级 ：0.5级

热稳定校验：Qt=(Kt?IN1)2=(50?2.5)2=15625 kA2.s

2QK=I??t=35.872?1=1286.66 kA2.s，Qt>QK，满足热稳定要求。 动稳定校验：Imax?2INKes=2?2.5?90=318.15kA，Ish?19.47kA

即Imax>Ish?19.47kA，满足动稳定要求。所以选择LBJ—10型电流互感器合格。

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2.出线电流互感器

Ug?10kV Imax=106.29A，所以初选LBJ-10型电流互感器。

额定电流比600~800/5 1S热稳定倍数：Kt?50 动稳定倍数 ：Kes?50

一次回路电压：UN?10kV?Ug?10kV 一次回路电流：IN1?800A>Imax?106.29A 二次回路电流：IN2=5A 准确度等级：0.5级

2热稳定校验 ：Qt=(Kt?IN1)2==1600 kA2.s （50?0.8）2QK=I??t=19.47*19.47=379.08 kA2.s,则Qt>QK，满足热稳定要求。

动稳定校验:Imax=2INKes=2?0.8?90=101.81kA，Ish=19.47kA

则Imax>Ish，满足动稳定要求。所以选择LBJ-10型电流互感器[6]。

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第7章 继电保护

7.1 概述

电力系统的规模随着经济的发展越来越大，结构越来越复杂。运行就得要求安全可靠电能质量高、经济性好。由于自然条件、设备及人为因素的影响，可能出现各种故障和不正常运行状态。故障中最常见，危害最大的是各种型式的短路。

故障或不正常运行状态若不及时正确处理，都可能引发事故。为了及时正确处理故障和不正常运行状态，避免事故发生，就产生了继电保护，它是一种重要的反事故措施。继电保护装置是完成继电保护功能的核心，它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置[7]。

7.2 继电保护的基本原理和任务

在电力系统发生短路故障时，许多参量比正常时候都有了变化，有的变化明显，有的不明显。明显的有电流剧增、电压大幅下降、线路测量阻抗减少、功率方向变化、负序或零序分量出现等，根据不同电气量的变化，可构成不同原理的继电保护配置。不论那种电气量变化，当其测量值超过一定数值时，继电保护将有选择地切除故障或显示电气设备的异常情况，如根据短路电流较正常电流升高的特点，可构成过电流保护，利用电压与电流之间相位差的改变可构成方向保护等。

继电保护的任务是：

(1)当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动、迅速，有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。

(2)当电力系统中某电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。

7.3 继电保护的基本要求

根据继电保护任务，对动作于跳闸的继电保护其具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这些要求是相辅相成、相互制约的，需要根据具体的使用环境进行协调保证。

(1)选择性：是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量减小停电范围。

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(2)速动性：是指保护快速切除故障的性能，故障切除的时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。

(3)灵敏性：是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏地正确地反应出来。

(4)可靠性：是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，而在不该动作时，它能可靠不动。即不发生拒绝动作也不发生错误动作[7]。

7.4 变压器的继电保护

图7-1 故障网络图

图7-1所示为故障网络简略图。

1.110kV/10kV 50000kVA主变压器根据要求需装设的保护：

高压母线侧三相短路电流为I(3)k?5.55kA高压侧继电保护用电流互感器的变比为1200/5A，继电器采用DL-110型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。 过电流保护动作电流的整定：

Krel?1.3，Kre?0.8，Kw?1，Ki?1200/5?240， ILmax?2I1N。T?2?50000kV?A/(3?110kV)?524.86A

故其动作电流：Iop?KwKrel1.3?1ILmax??524.86A?3.55A

KiKre0.8?240动作电流整定为4A。 ①过电流保护动作时限的整定：

(3)由于低压母线侧三相短路电流为Ik?5.55kA，则KA2点发生三相短路时的电

流为：Ik(2)?Kw1Ik?1??5550A?23.125A Ki24022

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查故对KA2的动作电流整定为：n1?Ik23.125A??6 Iop4A'对KA2点整定时限为0.5s，则KA2的实际动作时间为t2=0.3s。则KA1实际动作时间为t1=t2+0.7s=1s.KA1的10倍动作电流为1.4s。所以需装设电流速断按保护。 ②电流速断保护速断电流倍数整定：Krel?1.5,Ikmax?5.55kA?10/110kV?504.5A 故其速断电流为：Iqb?Krel1.5?1Ik.max??504.5A?3.2A Ki240IqbIop?3.2A?0.8 4A''因此速断电流倍数整定为：nqb?电流速断保护灵敏系数的检验：Ik?min?IqbKiKW0.866Ik0.866?5.55kA??2.4kA 223.2?240?768A 1Iqb?1??因此其保护灵敏系数为：Sp?Ik?min2400A??3.125?2 Iqb?1768A根据GB50062-1992规定，电流保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数为1.5，这里的灵敏系数满足要求。不需装设差动保护。 ③过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的额定一次电流I1N.T来整定，其计算为：

Iop(ol)?1.3?262.43A?1.42A，动作时间取10-15s。 2402.变压器瓦斯保护：

瓦斯保护是变压器的主要保护,能有效地反应变压器内部故障。轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成,作用于信号。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成,作用于跳闸。正常运行时，瓦斯继电器充满油,开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧触点断开。

当变压器内部故障时，故障点局部发生过热,引起附近的变压器油膨胀，油内溶解的空气被逐出，形成气泡上升，同时油和其它材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。当故障轻微时，排出的瓦斯气体缓慢地上升而进入瓦斯继电器，使油面下降，开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动，使干簧触点接通,发出信号。

当变压器内部故障严重时，产生强烈的瓦斯气体，使变压器内部压力突增，产生

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很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移劝，使干簧触点接通，作用于跳闸[7]。

7.5 电力线路的继电保护

1.110kV高压线路侧继电保护

①在此选用DL-110型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流5.55kA；变比为1200/5A保护用电流互感器动作电流为5A。下面对高压母线处的过电流保护装置进行整定（高压母线处继电保护用电流互感器变比为1200/5A）。 整定KA2的动作电流

故Iop?KrelKw1.3?1ILmax??524.86A?3.55A KreKi0.8?240根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为3A 。 整定KA1的动作时限：

母线三相短路电流Ik反映到KA2中的电流：

Ik(2)Kw1?Ik??5550A?23.125A Ki240Ik(2)Iop?23.125A?6.51

3.55A'Ik对KA2的动作电流Iop的倍数，即：n2?对K2点整定定时间为0.5s，则KA2的实际动作时间为t2=0.1s。则KA1实际动作时间为t1=t2+0.7s=0.8s.KA1的10倍动作电流为0.5s。无需装设电流速断保护。 ②过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的计算电流I30来整定，其计算为：

Iop(ol)?Krel1.3I30??263.5A?1.43A，动作时间取10-15s。 Ki240''2.10kV侧线路继电保护：

①低压母线侧三相短路电流为I(3)k?19.47kA低压侧继电保护用电流互感器的变比为6000/5A，继电器采用DL—10/5型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。

取 Krel?1.3，Kre?0.8，Kw?1，Ki?6000/5?1200，

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ILmax?2I1N。T?2?50000kV?A/(3?10kV)?5773.5A

Iop?KrelKw1.3?1ILmax??5773.5A?7.8A KreKi0.8?1200根据DL—10/5型继电器的规格，动作电流整定为8A。 整定KA2的动作时限：

母线三相短路电流Ik反映到KA2中的电流：

Ik(2)?Kw1Ik??19.47kA?16.225A Ki1200Ik(2)Iop?16.225A?2.03 8A'Ik对KA2的动作电流Iop的倍数，即：n2?对K2点整定时限为0.5s，则KA2的实际动作时间为t2=0.3s。则KA1实际动作时间为t1=t2+0.7s=1.0s.KA1的10倍动作电流为1.4s。需装设电流速断保护。

电流速断保护速断电流倍数整定Ikmax?19470A 故其速断电流为：Iqb?Krel1.5?1Ik.max??19470A?24.34A Ki1200IqbIop?24.34A?3.04 8A''因此速断电流倍数整定为：nqb?②过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的计算电流I30来整定，其计算为：

Iop(ol)?1.31.3?I30??2886.8A?3.13A，动作时间取10s-15s。 120012007.6 母线保护

母线配置的保护有：母线差动保护。

为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。实现母线差动保护必须考虑在母线上一般连接较多的电气元件，因此，就不能向发电机的差动保护那样，只能用简单的接线加以实现。但不管母线上元件有多少，实现差动保护的基本原则仍是适用的，即：

(1)在正常运行以及母线范围以外故障时，在母线上所有的连接元件中，流入的电流和流出的电流相等；

(2)当母线上发生故障时，所有与母线连接的元件都向故障点供给短路电流或流

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出残留的负荷电流，按基尔霍夫定律；

(3)从每个连接元件中电流的相位来看，在正常运行及外部故障时，至少有一个

元件中的电流相位和其余元件中的电流相位是相反的。具体来说，就是电流流入的元件和电流流出的元件中电流的相位相反。当母线故障时，除电流等于零的元件以外，其他元件中的电流是接近同相位的。

根据原则(1)和原则(2)可构成电流差动保护，根据原则(3)可工程电流比相式差动保护[7]。

7.7 二次接线图

图7-2 二次接线图

图7-2所示为继电保护的二次接线图，包括过电流保护和电流速断保护。

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第8章 防雷接地设计

8.1 防雷设计

8.1.1 防雷设计原则

已在输电线路上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电所的母线上，并对于母线有连接的电气设备构成威胁。在母线上装设避雷器是限制雷电入侵波过电压的主要措施。

双绕组在正常运行时可能存在只有高、低压绕组工作低压绕组开路的情况，这在防雷中带来了需要特别考虑的问题。在双绕组变压器中，若低压绕组开路，则C2很小（仅为其对地电容），静电分量可能危及低压绕组的绝缘，故应采取防雷措施。考虑到静电分量将使低压绕组三相的电位同时升高，故只要在任意相绕组直接出口处装设一个避雷器即可[8]。

8.1.2 避雷器的选择

阀式避雷器应按下列条件选择：

型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，按表8-1所示进行选择。

表8-1 避雷器类型

型号 FS FZ FCZ FCD

型式 配电用普通阀型 电站用普通阀型 电站用磁吹阀型 旋转电机用磁吹阀型

应用范围

10kV以下配电系统、电缆终端盒 3~220kV发电厂、变电站配电装置

1.330kV及需要限制操作的220kV以及以下配电 2.某些变压器中性点 用于旋转电机（屋内）

1.额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。

2.灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）。

3.工频放电电压：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般大于最大运行相电压的3.5倍。在中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍。

4.冲击放电电压和残压：一般国产阀式避雷器的保护特性与各种电器的具有均可

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配合，故此项校验从略。

根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间；110、35kV线路侧一般装设避雷器。本工程采用110kV配电装置构架上设避雷针，10kV配电装置设独立避雷针进行直接保护为了防止反击，主变构架上不设置避雷针。考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器，且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程110kV系统中，采用氧化锌避雷器。

1.110kV侧避雷器的选择和校验 (1)型式选择：

根据设计规定选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。 (2)额定电压的选择：UN?UNS?110kV 因此选FCZ-110避雷器，其参数如表8-2所示：

表8-2 避雷器参数

型号

额定电灭弧电压有

压（kV） 效值（kV）

工频放电电压有效

值（kV） 不小于 不大于

冲击放电电

压峰值（1.5/20?s）不大于（kV）

FCZ-110

110

126

255

290

345

365

8/20?s冲

击残压不大于（kV）

(3)灭弧电压校验：

最高工作允许电压：Um?1.15UN?1.15?110?126.5kV 直接接地：Umh?CdUm?0.8?126.5?101.2kV，满足要求。 (4)工频放电电压校验： 下限值：Ugfx?k0Uxg?3?126.53?219kV

上限值：Ugfs?1.2Ugfx?1.2?219?262kV＜290kV，上、下限值均满足要求。 (5)残压校验：Ubc?kbhUmh?2.35?2?101.2?336kV＜365kV，满足要求。 (6)冲击放电电压校验：

Ubc?336kV＜365kV，满足要求。

所以，所选FCZ-110 型避雷器满足要求。

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2.10KV侧避雷器的选择和校验

(1)型式选择： 根据设计规定选用FS系列普通阀式避雷器。 (2)额定电压的选择：UN?UNS?110kV

因此，选择FS—10型磁吹阀式避雷器，其参数如表8-3所示。

表8-3 FS-10主要技术数据

型式

额定电灭弧电压有压（kV） 效值（kV）

工频放电电压有效

值(kV) 不小于 不大于

26

31

冲击放电电压峰值（1.5/20?s）不大于（kV）

FS—10

10

12.7

50

50

8/20?s冲击残

压不大于（kV）

(3)灭弧电压校验

最高工作允许电压：Um?1.15UN?1.15?10?11.5kV 直接接地：Umh?CdUm?1.1?11.5?12.65kV，满足要求。 (4)工频放电电压校验 下限值：Ugfx?k0Uxg?3.5?11.53?23kV

上限值：Ugfs?1.2Ugfx?1.2?26?28kV＜31kV，上、下限值均满足要求。 (5)残压校验：Ubc?kbhUmh?2.35?2?12.65?42kV＜50kV，满足要求。 (6)冲击放电电压校验：Uchfd?Ubc?42kV＜50kV，满足要求。 故所选FS—10阀式避雷器合格。

8.1.3 避雷针的配置

1.避雷针的配置原则：

(1)独立式避雷针宜装设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻Re?10?。当有困难时，可将该接地装置与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点沿接地线的长度不得小于15m。

(2)独立式避雷针与变配电装置在空气中的间距d1?0.2Ri?0.1h，且

d1?5m；独立式避雷针的接地装置与变配电所主接地网在地中距离d2?0.3Ri，

且d2?3m，式中Ri为冲击接地电阻。 2.避雷针位置的确定：

首先应根据变电所设备平面布置图的情况而确定，避雷针的初步选定安装位

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置与设备的电气距离应符合各种规程规范的要求。

(1)电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000?m的地区，宜装设独立的避雷针。

(2)独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10?。 (3)35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。

(4)在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在地址中距离很难达到不小于15m的要求[8]。

8.2 接地设计

随着电力事业的快速发展，电力系统中对接地装置的要求越来越严格，变电所接地系统直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。然而由于接地网设计考虑不全面、施工不精细、测试不准确等原因，近年来，发生了多起地网引起的事故，有的不仅烧毁了一次设备，而且还通过二次控制电缆窜入主控室，造成了事故扩大，故接地网对电力系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。

8.2.1 接地设计的原则

按接地装置内、外发生接地故障时，经接地装置流入地中的最大短路电流所造成的接地电位升高及地面的电位分布不至于危及人员和设备的安全，将变电站范围的接触电位差和跨步电位差限制在安全值之内的原则，进行本变电站接地装置的设计。

1.由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足电力行业标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5?，而是允许放宽到5?，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5?，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施;考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3-10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏;应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求,施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。

2.在接地故障电流较大的情况下，为了满足以上要求，还是得把接地电阻值尽量减小。接地电阻的合格值既不是0.5?，也不是5?，而应根据工程的具体条件，在满足附加条件要求的情况下，不超过5?都是合格的[8]。

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8.2.2 接地网型式选择及优劣分析

110kV及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带布置按经验设计，水平接地带间距通常为5m～8m。除了在避雷针（线）和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置2.5m～3m的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带，接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。

长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序和对计算结果进行分析，设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的3～4倍，因此，地网边缘部分的电场强度比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀。接地钢材用量多，经济性差。在110kV及以下的变电工程中采用长孔网或方孔网，因为入地故障电流相对较小，地网面积不大，缺点不太突出[8]。

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第9章 电气总平面布置及配电装置的选择

9.1 概述

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，它是根据主接线的联结方式，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，用来接受和分配电能的装置。

配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。

9.1.1 配电装置特点

屋内配电装置的特点：

1.由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小； 2.维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响； 3.外界污秽空气对电器影响较小，可减少维护工作量； 4.房屋建筑投资较大。 屋外配电装置的特点：

1.土建工作量和费用较少，建设周期短； 2.扩建比较方便；

3.相邻设备之间距离大，便于带电作业； 4.占地面积大；

5.受外界环境影响，设备运行条件差，须加强绝缘； 6.不良气候对设备维修和操作有影响[8]。

9.1.2 配电装置类型及应用

根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、半高型和高型等。 1.中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我

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国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装枪修方面积累了比较丰富的经验。

2.半高型配电装置：半高行配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置。半高型配电装置介于高型和中型之间。具有以下优点：

(1)占地面积约在中型布置减少30%； (2)节省了用地，减少高层检修工作量；

(3)旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。 缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。

3.高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢多，安装检修及运行条件均较差，一般适用下列情况：

(1)配电装置设在高产农田或地少人多的地区； (2)原有配电装置需要扩速，而场地受到限制； (3)场地狭窄或需要大量开挖[8]。

9.2 配电装置的确定

本变电所两个电压等级：即110kV、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及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，10kV采用屋内配电装置。

设计的变电站位于市郊区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以该变电所110kV电压等级均采用普通中型配电装置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运行维护还是安装检修，方面都积累了比较丰富的经验。

若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所，适用普通中型屋外配电装置，该变电所是最合适的[8]。

屋内、屋外配电装置的安全净距如表9-1与表9-2所示。

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石家庄铁道大学四方学院毕业论文 表9—1 屋内配电装置安全净距（mm）

符号

适用范围

额定电压10kV 125

A1

(1)带电部分直接接地部分之间

(2)网状和栅状遮栏向上延伸线距地2.3m处，与遮栏上方

带电部分之间

A2

(1)不同相的带电部分之间

(2)断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间 (1)栅状遮栏至带电部分之间

(2)交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间

网状遮栏至带电部分之间

125

B1

875

B2

225

C 无遮栏裸导体至地面之间

平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间 通向屋内的出线套管至屋外通道的路面

表9—2 屋外配电装置的安全净距（mm）

2425 1925 4000

D E

符号 适用范围 额定电压（kV）

110 1000

A1

(1)带电部分直接接地部分之间

(2)网状和栅状遮栏向上延伸线距地2.5m处，与遮栏上方带电部

分之间

A2

B1

(1)不同相的带电部分之间

(2)断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间 (1)设备运行时，其外廓至无遮栏带电部分之间 (2)交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 (3)栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间 (4)带电作业时的带电部分至接地部分之间

网状遮栏至带电部分之间

1100 1750

B2

1100 3500 3000

C

D

(1)无遮栏裸导体至地面之间

(2)无遮栏裸导体至建筑物、构筑物顶部之间 (1)平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 (2)带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间

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9.3 电气总平面布置

1.电气总平面布置的要求

(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.电气总平面布置

本变电所主要由屋外配电装置，主变压器、主控制室、及10kV屋内配电装置和辅助设施构成，屋外配电装置在整个变电所布置中占主导地位，占地面积大，本所有110kV各电压等级集中布置，将110kV配电装置布置在南侧，这样各配电装置位置与出线方向相对应，可以保证出线顺畅，避免出线交叉跨越，两台主变位于电压等级配电中间，以便于高中低压侧引线的连接，便于运行人员监视控制，主控制楼布置在10kV屋内配电装置并排在南侧，有利于监视110kV及主变。

(1)110kV高压配电装置

采用屋外普通中型布置、断路器单列布置，且共有10个间隔，间隔宽度为14m，近期出线5个间隔，两个连线间隔，母联和旁路断路器各一个间隔，电压互感器和避雷器共占一个间隔。

(2)10kV高压配电装置

采用屋内配电装置,且采用两层式。 (3)道路

因设备运输和消防的需要，主控楼、主变110kV侧配电装置处铺设环形行车道路，路宽4m，“丁”型、“十”字路口弧形铺设，各配电装置主母线与旁母之间道路宽3m，为方便运行人员操作巡视检修电器设备，屋外配电装置内设0.8～1m环形小道，电缆沟盖板也可作为部分巡视小道，行车道路弧形处转弯半径不小于7m[8]。

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第10章 结论与展望

10.1 结论

为了能够把所学电力系统的知识得到加强，能够对变电站的设计有初步认识，对110kV变电站进行了简单的一次设计。设计中我主要完成了负荷分析及无功补偿设计、变压器的选择和主接线方式的选择、短路电流计算和电气设备的选择、继电保护设计和防雷接地设计、并应用CAD作图，画出电气主接线图。课程设计任务基本完成。

本次经过三个多月的时间，我顺利的完成了这次毕业设计。从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，也基本上达到了老师的要求。在这段时间理我翻阅了许多的书籍，从对变电站的生疏，到了解，再到进一步地深入研究，第一次完成了一件实际应用的设计。不过由于本人经历、阅历、实际操作能力有限。难免存在一些不近人意的地方，请各位老师指点。

10.2 展望

通过这次毕业设计，巩固了所学的专业知识，了解并掌握了供配电的一般设计方法，具备了初步的独立设计能力；提高了综合运用所学理论知识独立分析问题解决问题的能力，为我们今后的发展打下了良好的基础。但是毕业设计也暴露出一些不足之处，比如对于原始数据中未给出，尚缺的，自己没有充分收集和补充。由于受条件的限制，有些地方不尽如人意，程序的设计中，需要完善继电保护内容和防雷接地设计，即出现故障时可以自动检测并排除故障，实现自动控制运行。

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参考文献

[1] 雍静主. 供配电系统[M]. 第1版. 机械工业出版社. 2004.

[2]朱林根. 民用建筑变配电设计[M]. 第2版. 中国建筑工业出版社. 2004. [3]航空工业部第四规划设计研究院. 工厂配电设计手册[M]. 北京水利电力出版社. [4]黄益庄. 变电站综合自动化技术[M]. 北京:中国电力出版社. 2000. [5]电气设计规范[M]. 中国建筑工业出版社. 2003. [6]刘介才. 工厂供电[M]. 机械工业出版社.

[7]张保会, 尹项根. 电力系统继电保护[M]. 第2版. 中国电力出版社. 2009. [8]尹克宁. 电力工程[M]. 中国电力出版社. 2008.

[9]J.Duncan Glover, Power System Analysis and Design, China Machine Press, 2004. [10]Zhu Bangshen China Safety Science Journal, China Science Press, 2004.

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致 谢

本设计的顺利完成，自己付出了许多劳动，但与王老师、杨老师和胡老师的细心指教是分不开的。在过程中体现出老师的渊博的专业知识，更体现出了老师严谨的教学态度。老师们耐心解答我在设计中所遇到的问题，并对论文设计的内容、方法提出了很多建议。王老师严谨的教学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度，使我受益匪浅，同时也培养了我独立思考、解决问题的能力。我在设计过程中不但学会了勤奋求实的工作精神，更懂得了待人接物的相处之道。这一切将会在我以后的工作生涯中起着重要的作用。

最后，借此机会，向本文借鉴引用著作的作者和帮助过我的老师，特别是王老师、胡老师、杨老师等老师们表示衷心的谢意！此外，我还要特别感谢给予我帮助的同学，是在他们的鼓励、支持下我才会有今天的成绩。

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附 录

附录A 外文资料

The Importance of Power System Substation

With the development of science and technology in China, particularly computing technology has been 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 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.

In electric power systems, the modern society depends on the electricity supply more heavily than ever before. It can not be imagined what the world should be if the electricity supply were interrupted all over the world. Electric power systems (or electric energy systems), providing electricity to the modern society, have become indispensable components of the industrial world.

In the early period of AC power transmission, frequency was not standardized. Many different frequencies were in use: 25, 50, 60, 125, and 133 Hz. This poses a problem for interconnection. Eventually 60 Hz was adopted as standard in North America, although 50 Hz was used in many other countries. The increasing need for transmitting large amounts of power over longer distance created an incentive to use progressively high voltage levels. To avoid the proliferation of an unlimited number of voltages, the industry has standardized voltage levels. In USA, the standards are 115, 138, 161, and 230 kV for the high voltage (HV) class, and 345, 500 and 765 kV for the extra-high voltage (EHV) class. In China, the voltage levels in use are 10, 35, 110 for HV class, and 220, 330 (only in Northwest China) and 500 kV for EHV class .The first 750kV transmission line will be built in the near future in Northwest China. With the development of the AC/DC converting equipment, high voltage DC (HVDC) transmission systems have become more attractive and economical in special situations. The HVDC transmission can be used for transmission of large blocks of power over long distance, and providing an asynchronous link between systems where AC interconnection would be impractical because of system stability consideration or because nominal frequencies of the systems are different. The

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basic requirement to a power system is to provide an uninterrupted energy supply to customers with acceptable voltages and frequency. Because electricity can not be massively stored under a simple and economic way, the production and consumption of electricity must be done simultaneously. A fault or operation in any stages of a power system may possibly result in interruption of electricity supply to the customers. Therefore, a normal continuous operation of the power system to provide a reliable power supply to the customers is of paramount importance.

Power System Substation is an important and indispensable component of the power it assumed the task of conversion and distribution of grid security and the economy play a decisive role in running is to contact the user's power plants and intermediate links. With economic development, expanding grid capacity, reliability of operation of the power grid is getting higher and higher requirements. Development of science and technology, intelligent switches, photoelectric current and voltage transformer, a run-line state detection, training simulation Substation Operation matures, such as high-tech, as well as fiber-optic technology, computer high-speed network system in the development of real-time applications, bound to the existing substation automation technology have a profound impact, all-digital substation automation system development trend.

Power system is operated by the production, transmission, distribution and consumption of a variety of power linked to the composition of electrical equipment. As a result of a large number of powers can not be stored, we must ensure that the production of electricity and energy balance. With the scientific and technological advances in the technological development of our country has reached a certain level. Intelligent switches, photoelectric current and voltage transformer, a run-line state detection, training simulation Substation Operation matures, such as high-tech, as well as fiber-optic technology, computer high-speed network system in the development of real-time applications, significantly increase the transformation degree of automation.

Designs of our substation substations cable programs tend to be simple, many of the recent domestic new 220kV substation and 110kV voltage levels of wiring without the use of dual-bus bypass bus. The use of GIS, the priority sub-bus single wire. Terminal substation, is the line as far as possible, such as transformer unit wiring. A large number of the introduction of new technology, transformer substation rising level of electrical equipment, power distribution devices from the traditional form of moving toward oil-free, vacuum switches, SF6 switches and mechanical, electrical equipment combination of the

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qmh8.html