（完整版）地方降压变电站电气一次系统初步设计 - 毕业设计

110KV变电站电气一次系统设计

摘要

随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。

变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。

110kV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）短路电流的计算（3）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（4）防雷保护等内容。

随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电

的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。

关键词： 变电站；输电系统；配电系统；高压网

ABSTRACT

Along with the economic development and the modern industry developments of quick rising, the design of the power supply system become more and more completely and system. Because the quickly increase electricity of factories, it also increases seriously to the dependable index of the economic condition, power supply in quantity. Therefore they need the higher and more perfect request to the power supply. Whether Design reasonable, not only affect directly the base investment and circulate the expenses with have the metal depletion in colour metal, but also will reflect the dependable in power supply and the safe in many facts. In a word, it is close with the economic performance and the safety of the people.

The substation is an importance part of the electric power system, it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution. It obtains the electric power from the electric power system, through its function of transformation and assign, transport and safety. Then transport the power to every place with safe, dependable, and economical. As an important part of power’s transport and control, the transformer substation must change the mode of the traditional design and control, then can adapt to the modern electric power system, the development of modern industry and the of trend of the society life.

The region of 110-voltage effect many fields and should consider many problems. Analyse change to give or get an electric shock a mission for carrying and customers carries etc. circumstance, choose the address, make good use of customer data proceed then carry calculation, ascertain

the correct equipment of the customer. At the same time following the choice of every kind of transformer, then make sure the line method of the transformer substation, then calculate the short-circuit electric current, choosing to send together with the electric wire method and the style of the wire, then proceeding the calculation of short-circuit electric current. This first step of design included:(1) ascertain the total project (2) the

calculation of the short-circuit electric current . (3) the design of an electric shock the system design to connect with system and the choice of line project .(4) the contents to defend the thunder and so on. Along with the high and quick development of electric power technique, electric power system then can change from the generate of the electricity to the supply the power.

Key words：Substation; Transmission System; Distribution; High Voltage Network

目 录

摘要 ....................................................................

ABSTRACT ................................................................

前言 ....................................................................

原始数据 ................................................................

一、主变压器容量、台数及形式的选择 .......................................

1 概述 .................................................................

2 主变压器台数的选择 ...................................................

3 主变压器容量的选择 ...................................................

3.1主变容量的确定计算 ................................................

4主变压器型式的选择 ...................................................

4.1主变压器相数的选择 ................................................

4.2绕组数的选择 ......................................................

4.3主变调压方式的选择 ................................................

4.4连接组别的选择 ....................................................

4.5容量比的选择 ......................................................

4.6主变压器冷却方式的选择 ............................................

二、电气主接线选择 .......................................................

1概述 .................................................................

1.1可靠性 ...........................................................

1.2灵活性 ...........................................................

1.3经济性 ...........................................................

2主接线的接线方式选择 .................................................

2.1单母线接线 ........................................................

2.2单母分段 .........................................................

2.3单母分段带旁路母线 ................................................

2.4桥形接线 .........................................................

2.5一个半断路器（3/2）接线 ...........................................

2.6双母接线 .........................................................

2.7双母线分段接线 ....................................................

3主接线比较选择 .......................................................

三、短路电流计算.........................................................

1 概述 .................................................................

2短路计算的目的及假设 .................................................

2.1短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节 ......................

2.2短路电流计算的一般规定 ............................................

2.3短路计算基本假设 ..................................................

2.4基准值 ...........................................................

2.5短路电流计算的步骤 ................................................

3计算变压器各绕组电抗 .................................................

4计算系统及线路阻抗 ...................................................

5等值网络 .............................................................

四、电气设备的选择 .......................................................

1概述 .................................................................

1.1一般原则 .........................................................

1.2技术条件 .........................................................

2断路器的选择 .........................................................

2.1按开断电流选择 ....................................................

2.2短路关合电流的选择 ................................................

2.3断路器选择计算 ....................................................

3隔离开关的选择 .......................................................

3.1隔离开关选择计算 ..................................................

4高压熔断器的选择 .....................................................

4.1按额定电压选择 ....................................................

4.2按额定电流选择 ....................................................

4.3高压熔断器的计算 ..................................................

5互感器的选择 .........................................................

5.1电流互感器的选择 ..................................................

5.2电流互感器的计算 ..................................................

5.3电压互感器的选择 ..................................................

5.4电压互感器计算 ....................................................

6母线的选择 ...........................................................

6.1裸导体的选择条件选择和校验 ........................................

6.2母线及电缆截面的选择 ..............................................

6.3 110kV、35kV、10kV侧母线及其10kV侧电缆出线选择计算 ..............

7支持绝缘子及穿墙套管的选择 ...........................................

7.1支持绝缘子的选择 ..................................................

7.2支持绝缘子的计算 ..................................................

7.3穿墙套管的选择 ....................................................

7.4穿墙套管的计算 ....................................................

8主变压器之间的消弧线圈 ...............................................

9电抗器选择 ...........................................................

10经济性比较 ..........................................................

五、电气总平面布置及配电装置的选择 .......................................

1概述 .................................................................

2高压配电装置的选择 ...................................................

六、防雷设计规划.........................................................

1防雷保护的设计 .......................................................

2主变中性点放电间隙保护 ...............................................

3避雷器的选择 .........................................................

4避雷针的选择 .........................................................

5 保护全面积的校验 .....................................................

6 接地网的设计 .........................................................

6.1接地体的设计 ......................................................

6.2 典型接地体接地电阻计算 ............................................

6.3接地网设计计算 ....................................................

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

设计图纸说明 ............................................................

致谢 ....................................................................

前言

目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也正不断的更新换代。我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。然而，所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。

本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核。内容为110kV终端变电所电气一次系统设计，正是最为常见的常规变电所，并根据变电所设计的基本原理设计，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程。通过对原始资料的分析、主接线的选择及比较、短路电流的计算、主要电器设备的选择及校验、线路图的绘制以及避雷器、避雷针的选择等步骤、最终确定了110kV变电站所需的主要电器设备、主接线图以及变电站防雷保护方案。

通过本次毕业设计，不仅巩固了专业知识，而且培养了我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际问题的能力。

由于本人掌握的知识有限、又无设计经验，设计中难免存在不足及错误，恳请各位老师和同学批评指正。

原始数据

1、变电站类型：地方降压变电站 2、电压等级： 110/35/10kV 3、负荷情况：

35kV：最大40MW，最小25MW，Tmax = 5000小时，cosφ= 0.85 10kV：最大20MW，最小12MW，Tmax = 5000小时，cosφ= 0.85 负荷性质：工农业生产及城乡生活用电 Tmax= 5400小时

4、出线情况：(1) 110kV侧：2回（架空线） LGJ—185/20km；

(2) 35kV侧：8回（架空线） (3) 10kV侧：12回（电缆）。

5、系统情况：(1) 系统经双回线给变电所供电；

(2) 系统110kV母线电压满足常调压要求；

(3) 系统110kV母线短路电流标幺值为25（ＳB＝100MVA）

6、环境条件：(1)最高温度40℃，最低温度-30℃，年平均温度20℃；

(2)土壤电阻率 ρ<400欧·米； (3)当地雷暴日 40日/年。

一、主变压器容量、台数及形式的选择

1 概述

在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。

在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

2 主变压器台数的选择

由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是郊区110kV降压变电所，它是以110kV受功率为主。把所受的功率通过主变传输至35kV及10kV母线上，再将电能分配出去。因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一

台主变压器可承担60%～70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

3 主变压器容量的选择

主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所最大负荷给定，所以应按最大总负荷来选择主变的容量，根据变电所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所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的60%～80%，该变电所是按70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电所的总装容量为：

S总?S35kV?S10kV?P35kVP?10kV

cos?35kVcos?10kV当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电，而高压侧110kV母线的负荷不需要通过主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是110kV侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。因此主变压器的容量为：

3.1主变容量的确定计算

本设计任务中110kV侧电源为无限大系统，该侧的2回出进线负荷功率由该无限大系统供给，不需通过主变传送；35kV侧最大负荷40MW，最小负荷25MW,功率因数为0.85，该侧共8回出线，需要由两台主变压器供电。10kV侧的最大负荷20MW，最小负荷12MW，功率因素为0.85也需要从110kV侧系统通过主变来传送。因此，在正常运行情况下，主变传送的最

大总容量为60MVA。

已知35kV侧最大负荷40MW ，, 10kV侧最大负荷为20MW，,由计算可知单台主变的最大容量为： 则

S总?0.7?S总?0.7?70.58?49.42MVA

所以，选择两台50MVA的变压器并列运行。

4主变压器型式的选择

4.1主变压器相数的选择

当不受运输条件限制时，在330kV以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。

单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。

本次设计的变电所，位于市郊区，负责工农业生产及城乡用电，不受运输的条件限制，故本次设计的变电所选用三相变压器。

4.2绕组数的选择

在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的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，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。

一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。

在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。

自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。

由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性。而自耦变压器的变化较小，由原始资料可知，该所的电压波动较大，故不选择自耦变压器。

分裂变压器：

分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。由于本次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。

普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它

的供电可靠性也高。所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。

4.3主变调压方式的选择

为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，110kV及以上网络电压应符合以下标准：

1)枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的1～1.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。

2)电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%～100%。

调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。

由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。

4.4连接组别的选择

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。

4.5容量比的选择

1)35kV侧：

S2n?40?47.0588MVA?47058.8kVA 0.85S2n47058.8??100%?47.06%?30% Sn2?500002)10kV侧：

S3n?20?23.5294MVA?23529.4kVA 0.85S3n23529.4??100%?23.53% Sn2?500003)因35kV侧大于变压器容量的30%，故可选主变容量比为100/100/50或100/100/100。但考虑到为使各绕组能够充分利用，在这里应选用100/100/100。

4.6主变压器冷却方式的选择

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。

综合以上，确定所选变压器型号：SFSZ8—50000/110。

二、电气主接线选择

1概述

主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系。

我国《变电所设计技术规程》SDJ2-79规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。

1.1可靠性

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。 主接线可靠性的具体要求：

1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；

2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电； 3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。

1.2灵活性

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性：

1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；

2）为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，

进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；

3）为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。

1.3经济性

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理： 1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；

2）占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。

3）电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。

2主接线的接线方式选择

电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。

2.1单母线接线

单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需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段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。

2.2单母分段

用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，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内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：

110～220kV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63kV可配电装置的出线回路数为4～8回，6～10kV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。

2.3单母分段带旁路母线

这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。

2.4桥形接线

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。

内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除情况。

外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。

2.5一个半断路器（3/2）接线

两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。

2.6双母接线

它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110～220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。

2.7双母线分段接线

双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。

为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。

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