某110kV变电站电气一次部分设计

目录

1前言 ......................................................................................................................................... 1 2变电站的原始资料 ................................................................................................................. 3

2.1变电站的规模 .............................................................................................................. 3 2.2系统情况 ............................................................................................................................. 3

2.3负荷数据 ...................................................................................................................... 4

2.3.1 35kV侧负荷（kW） ......................................................................................... 4 2.3.2 10kV侧负荷（kW） ......................................................................................... 4 2.4变电站所在地区温度 .................................................................................................. 4 3电气主接线的选择 ................................................................................................................. 5

3.2电气主接线设计的基本要求 ...................................................................................... 5 3.1电气主接线设计的原则 .............................................................................................. 5 3.2 主接线的基本形式和特点 ......................................................................................... 6 3.3主接线方案的选择 ...................................................................................................... 6

3.3.1 110kV侧电气主接线 ....................................................................................... 6 3.3.2 35kV侧电气主接线 ......................................................................................... 7 3.3.3 10kV侧电气主接线 ......................................................................................... 8

4负荷计算和主变压器选择 ..................................................................................................... 9

4.1负荷计算 ...................................................................................................................... 9

4.1.1 35kV侧负荷计算 ............................................................................................. 9 4.1.2 10kV侧负荷计算 ............................................................................................. 9 4.2 主变压器的选择 ......................................................................................................... 9

4.2.1主变压器选择原则 ......................................................................................... 10 4.2.2主变压器容量的选择 ..................................................................................... 10 4.2.3主变压器型式的选择 ..................................................................................... 11 4.3站用变压器的选择 .................................................................................................... 11

4.3.1站用变压器的台数确定 ................................................................................. 11 4.3.2站用变压器的容量确定 ................................................................................. 11 4.3.3站用变压器的型号确定 ................................................................................. 11

5变电站短路电流计算 ........................................................................................................... 13

5.1短路故障发生的原因 ................................................................................................ 13 5.2短路故障的危害 ........................................................................................................ 13 5.3短路电流计算规定 .................................................................................................... 13 5.4短路电流计算步骤 .................................................................................................... 14 6主要电气设备的选择 ........................................................................................................... 15

6.1高压断路器的选择 .................................................................................................... 15

6.1.1高压断路器选择的条件 ................................................................................. 15 6.1.2高压断路器的选择和校验 ............................................................................. 15

6.2隔离开关的选择 ............................................................................................................... 17

6.2.1隔离开关选择的条件和要求 ......................................................................... 17 6.2.2隔离开关的选择和校验 ................................................................................. 17

6.3互感器选择 ................................................................................................................ 18

6.3.1电流互感器的选择条件和要求 ..................................................................... 18 6.3.2电流互感器的选择和校验 ............................................................................. 19 6.3.2电压互感器的选择 ......................................................................................... 20 6.4母线的选择 ................................................................................................................ 20 6.5电力电缆的选择 ........................................................................................................ 22

6.5.1电力电缆的选择 ............................................................................................. 22 6.6避雷器的选择 ............................................................................................................ 23 6.7无功补偿装置 ............................................................................................................ 24

6.7.1补偿装置的容量选择 ..................................................................................... 24

7高压配电装置 ....................................................................................................................... 26

7.1配电装置的基本要求 ................................................................................................ 26 7.2配电装置的选择与设计 ............................................................................................ 26

7.2.1 110kV配电装置选择与设计 ......................................................................... 26 7.2.2 35kV配电装置选择与设计 ........................................................................... 26 7.2.3 10kV配电装置选择与设计 ........................................................................... 27

8过电压保护 ........................................................................................................................... 28 9接地网设计 ........................................................................................................................... 29 10结论 ..................................................................................................................................... 30 11总结与体会 ......................................................................................................................... 31 12谢辞 ..................................................................................................................................... 32 13参考文献 ............................................................................................................................. 33 附录1 短路电流计算书 ......................................................................................................... 34 附录2 外文文献翻译 ............................................................................................................. 40 附录3 电气主接线图 ............................................................................................................. 51 附录4 配电装置图 ................................................................................................................. 51

1前言

随着我国经济社会的迅速发展，用电量需求不断增加，电力负荷缺口逐渐扩大，对电力系统的安全运行以及国民经济的健康有序的发展构成了威胁。因此，国家不仅加大发电装机容量的投入，也积极支持电网配电设备的建设。与此同时，随着城市化的快速推进，为了解决城市用电负荷问题，越来越多的无人值班的室内变电站应运而生，显示出旺盛的生命力和优越性。在寸土寸金的城市土地上，合理的投资和建设一个变电站不但要考虑到其基本功能，并且要与周围的环境相适应，尽量减少对周围城市居民的正常生活的干扰，还得要进一步考虑其扩建的可能性。

变电站在电力系统中承担的角色十分重要，因而必须得有极高的可靠性，安全性。进入新世纪，特别是近几年来，我国电力设备生产行业的技术和产品有了较大的提升，各种型号的设备产品达到国际先进水平，关键技术与国际间距离拉近，这样，合格安全的电力设备就保证了变电站的可靠运行。电力是个投入资金十分巨大，考察建设工期较长的行业，我国技术水平出色的电气设备对电网投资成本的降低，节约占地，节省人力，保证系统稳定起了很重要的作用。

现在城市的迅速发展，城市用地面积的紧张,这对城市内的变电站的规划和设计、电气设备先进水平提出了很高的要求，全封闭组合电器的应用为缓解上述问题起到了积极作用。同时，随着现代通信技术的水平的不断提高，变电站综合自动化程度的不断提升，继而实现了变电站的无人值守，这使得当今智能变电站成为现代电力系统新的发展方向和趋势。

纵观国内外的研究现状：国家电网公司在《国家电网公司“十二五”科技发展规划》中明确提出在‘十二五’期间要研究、实施示范智能变电站。对于我国智能变电站的建设，有的地方已经开始建设，其技术基本成熟，但是有的还尚且处于研究发展阶段。如：(1)一次设备智能化的实践：目前已有应用。(2)二次功能网络化的实践：目前已有工程应用。(3)设备状态检修的实践：智能一次设备状态检修的实践，继电保护二次设备状态检修的实践。(4)站内智能高级应用方案研究：智能告警及分析决策经济运行与优化控制等。(5)分布协同智能控制与智能保护研究 (6)主变压器应用新型光栅式温度在线监控系统(7)GIS组合电气应用SF6压力、微水在线监测系统。

国外的智能变电站的发展：国外的变电站智能化的发展是从上个世纪七八十年代开始的，以著名的德国Siemens公司为例，该公司于1985年投运了第一套变电自动化系统，该系列的变电站综合自动化系统上个世纪九十年代左右在中国大陆正式投运。这个系统结构有两类：一类是全分布式系统；另一类是集中与分布式相结合的系统。20世纪90年代，日本在多座变电站首次采用了以计算机在线监控为技术手段的运行系统，使得

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其告别了人为的监控，其主要特点是继电保护装置下放至开关站，并设置微机控制终端，采集测量值和断路器触点信息，通过光缆传输到主控制室的后台计算机系统中，断路器及隔离开关的操作命令也由主控制室通过光缆下达至终端执行。总体上来看，国外变电站自动化技术的发展趋势同国内的发展趋势基本上一致，分布式变电站自动化系统已逐步成为技术发展的主流。

本变电站初步设计包括以下几个部分：(1)待设计变电站的原始基础资料数据综合分析。(2)待设计变电站负荷计算及主变压器的选择。(3)待设计变电站电气主接线的比较与设计。(4)待设计变电站的短路电流计算。(5)待设计变电站主要电气设备选择与校验。(6)待设计变电站的过电压保护和接地保护等。

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2变电站的原始资料

2.1变电站的规模

本次变电站设计为城市一11OkV无人值班智能室内变电站，拥有110kV、35kV、10kV三个电压等级，以供给附近地区的工业、农业和民用电。该变电站的建设，将惠及到周边的工厂和居民，对当地的负荷水平的平衡起到极其重要的作用。此外，待设计变电站与其他变电站之间实现互联，对整个电网的系统稳定性提供保障，同时，促进当地经济水平的快速发展。

2.2系统情况

待设计变电所110kV进线4回，本期2回，分别从变电站A和变电站B各引出一回架空线至本变电所，预留2回。其中变电站A距离本站18km；系统容量为100MVA，电抗标幺值为0.01；变电站B距离本站20km：系统容量为200MVA，电抗标幺值为0.05。待设计变电所与系统连接的110kV单回线路的最大输出功率不大于50MW，cos?=0.9,Tmax=5500h。

图2.1 待设计变电站系统接线图

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2.3负荷数据

2.3.1 35kV侧负荷（kW）

表2.1 35kV侧负荷 负荷名称 变电所甲 变电所乙 变电所丙 预留 最大负荷 13000 11000 7000 回路数 2 2 1 2 供电方式 架空 架空 电缆 电缆 线路长度 20km 25km 5km 功率因数 0.85 0.85 0.9

2.3.2 10kV侧负荷（kW）

10kV侧负荷共计15000kW。公用馈线6回，其中预留3回；专用馈线8回，预留4回，均为电缆线。

最小负荷是最大负荷的70% 最大负荷利用时间Tmax =5500h

2.4变电站所在地区温度

最高温度+35度 最热月平均最高温度+30度 最低温度-5度 年平均温度+18度

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3电气主接线的选择

电气主接线的设计是变电站设计十分重要的环节。它确定了变电站内各种电气设备之间的连接方式。同时，它的确定对此后的变电站设备的选择、短路电流的计算，高压配电装置选择等的重要依据。所以，主接线的选择要妥善处理好各方面的关系，力争实现方案的最优化。

3.2电气主接线设计的基本要求

变电站主接线设计的基本要求： (1)可靠性

变电站供电的可靠性是最基本要求，也就是说不仅要保证对周围地区的有效供电，而且还得要实现对电网的运行平稳水平不产生影响。

(2)操作应尽可能方便简单

电气主接线应该尽量力求简单清晰，使得工作人员操作方便，技术人员检修方便。 (3)应具有扩建的可能性

我国的经济社会发展十分迅速，并且同用电量成正相关，因此对于负荷的增长极限有个估计，前期要考虑变电站扩充建设的可能。 （4）经济性

变电站在生产建设时期，在充分考虑各方面的因素下，力求做到节约经济，节省开支。

（5）灵活性

在周围地区负荷发生较大变化时或者是要对变电站进行安全检修，要快速灵敏地对主接线形式切换和改变。

3.1电气主接线设计的原则

变电站的电气主接线的设计原则是：在满足各方面要求的前提之下，力求减少各种开关电气设备，无需断路器的地点尽量可以不安装，分支接线方式的采取要符合继电保护规范。

（1）在6-10kV配电装置中，若出线回路数不超过5回时，一般采用单母线接线方式，出线回路数在6回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大，出线需要带电抗器时，可采用双母线接线。

（2）在35-66kV配电装置中，当出线回路数不超过3回时，一般采用单母线接线，当出线回路数为4～8回时，一般采用单母线分段接线。

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（3）在110-220kV配电装置中，出线回路数不超过2回或者有3～4回时，均可采用单母线分段接线；出线回路数在5回及以上，或者配电装置在系统中处于比较关键地位；出线回路数在4回及以上时，一般采用双母线接线。

3.2 主接线的基本形式和特点

变电站的进出线较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为桥梁勾通环节，可使接线简洁清楚，运行起来便利，检修起来操作流畅，有利于新设备的安装和扩充建设变电站。不足之处是运用母线后，配电装置所需的占用空间较大，使各种电气设备增多。

无汇流母线的接线使用，其优点是可以使得开关电气设备减少，占用空间面积少，但是只适用于进出线回路不多，不会再次扩充建设的变电站。

单母线接线和双母线接线都属于汇流母线的方式。不分段的单母线接线一般只用在6～220kV系统中只有一台主变压器，且出线回路数不多的中、小型变电所。

双母线接线又分为一般双母线接线、双母线分段接线、带旁路母线的双母线接线等方式。双母线接线中的两条母线即能同时运行，又能互为备用。它的适用的电压等级范围及情况如下：在6～10kV配电装置中，当短路电流较大、出线要安装限流电抗器时；35～63kV配电装置，当出线回路数超过9回或者互联着的电源较多、电力负荷较大时；缺点就是增加了变电站的占用空间以及有关的电气开关设备数量，对于 220kV配电装置，其进出线回路数为9-13回时，采用双母线三分段，14回及以上，采用双母线多（四）分段接线；330kV～500kV,进出线回路数是5-6回时，采用双母线三分段，,进出线回路数是7回及以上时，采用双母线四分段接线。

无汇流母线的主接线形式有四种。当仅有两台变压器和两条线路时，可采用桥形接线，其中包括内桥接线和外桥接线，内桥接线的桥断路器接在变压器侧，一般适用于线路较长、变压器不需要经常切换操作机穿越功率不大的小容量配电装置中。外桥接线时桥断路器接在线路侧，另外两台断路器接在变压器线路中，这种方式适用于线路不长，并且变压器需要时常倒闸操作的情况。桥形接线简洁清楚、使用的电气设备少、造价不高等优点。

3.3主接线方案的选择

3.3.1 110kV侧电气主接线

考虑到本变电所的本期是两条来自两处变电站的110kV的进线，变压器不用经常切换，加之变电站的负荷总量不大，因此可以选择内桥接线的方式，当线路故障时，仅故障线路侧的断路器断开，其余线路可以正常继续工作，并且操作简单。加之此变电站还

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有远期的计划，将扩建至四条架空进线。

图3.1 内桥接线图

3.3.2 35kV侧电气主接线

35kV侧的出线接的是变电所甲、乙、丙，并且每个变电所都拥有两条回路保证供电，因此，为了保证安全性和可靠性，从经济的角度考虑，同样选择单母线双分段的接线形式。

图3.2 单母线分段接线

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3.3.3 10kV侧电气主接线

通过对原始资料的分析，10kV侧的出线回路数有14回，出线回路数较多，宜采用单母线分段方式，考虑到其中有几回线路预留，则采用单母线双分段接线，这样的接线简单清晰，投资省、操作方便、扩建也比较容易。

图3.3 单母线分段接线

综上，比较和选择出该变电站的电气主接线图形式，见附录3。

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4负荷计算和主变压器选择

主变压器和站用变压器是变电站里有着举足轻重的作用。它们担负着转变系统网络电压和电力传输的重要责任，决定适用的变压器的数量、容量是变电站能够向负荷区域可靠传输功率和电力系统经济运行的保障。

4.1负荷计算

要选择变压器的容量，就必须计算出变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要确定各级的使用负荷，包括变电站的用电负荷、l0kV侧负荷、35kV侧负荷和110kV侧负荷。 所用公式为：

Sc?Kt?i?1nP(1??%) cos?式中： Sc —某电压等级的计算负荷 Kt —同时系数

?% —该电压等级电网的线损率，一般取5% P,cos? —各用户的负荷和功率因数

4.1.1 35kV侧负荷计算

由原始资料，根据公式，得：

13000110007000??)?(1?5%)?37.81MVA S35kV?(0.850.850.9

4.1.2 10kV侧负荷计算

由原始资料，根据公式，得

15000?(1?5%)?17.50MVA S10kV?0.9

4.2 主变压器的选择

一般正常环境的变电站，可选油浸式变压器，考虑到本地区冬天多雾，阴冷潮湿的气候，初步选用防尘型或着防腐型变压器。并且本地区属于城市腹地，供电电压水平、

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电压的波形稳定水平等要求的供电质量十分之高，因此可选用有载调压型变压器，如SZ系列。

4.2.1主变压器选择原则

(1)相数

在容量为400MW及以下的变压器和220kV及以下电力系统中，一般都应选用三绕组变压器。因为单绕组变压器相对造价高，占用空间大，使用时产生的铜耗和铁耗也较大。同时与之相匹配的配电装置构造十分复杂，也增加了检修运行工作人员的劳动强度。

(2)绕组数与结构

电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式。在变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。

(3)绕组接线组别

变压器三绕组的接线组别必须和所传输的电力系统电压相位一致，满足变压器并列运行的条件。电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。这里的主变压器选择是星形，星形，三角形接线。

(4)调压方式

为了保证变电站的电压水平和电压波形稳定，电压必须保持在安全可靠的范围内，通过主变压器的的分接抽头开关的改变，从而改变变压器高压侧绕组匝数，进而改变其变比数，最终完成电压的调整。带负荷的切换，叫做有载调压。

(5) 冷却方式

电力变压器的冷却方式随不同的变压器型式和容量而异，由于该地区的平均温度适宜，待设计变电站的变压器采用强迫风冷却的方式。

4.2.2主变压器容量的选择

容量一般按变电站近几年的规划负荷选择。待设计本变电站是枢纽变电站，应选择当一台主变压器因事故或者需要检修停运时，其余的变压器的总容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电，变压器的容量满足全部负荷70﹪～80﹪。即

Sn?(0.7~0.8)Smax/(n?1) （MVA）

式中 Smax—变电所最大负荷，MVA； n —变电所主变压器台数。

全部负荷：S总=S10kV?S35kV?37.81MVA?17.50MVA?55.31MVA

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单台变压器最大负荷：Smax?0.7?S总=38.71MVA

SN?38.71MVA 故选两台40MVA 的主变压器即可满足容量要求

4.2.3主变压器型式的选择

本变电站有三种电压等级，主变压器采用三绕组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，故本站主变压器选用有载三相变压器。我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y。联结组别；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压变压器绕组都采用△连接。故选择主变压器型号SFSZQ7-40000/100，参数如下表：

表4.1 主变参数

额定电压 高压110?8?1.25%kV 中压38.5?5%kV 低压10.5kV 空载电流 1.1% 空载损耗 60.2kW 负载损耗 210kW 阻抗电压 VS(1?2)%?10.5 VS?1?3?%?17.5 Vs?2?3?%?6.5

4.3站用变压器的选择

4.3.1站用变压器的台数确定

待设计变电站考虑到站内的动力和照明负荷，需要在变电站低压母线侧安装站用变压器，考虑到待设计变电站10kV侧是单母线双分段且保证站用变压器对站用负荷的可靠性和安全性，因此在两段母线上都安装站用变，作为暗备用。

4.3.2站用变压器的容量确定

站用变压器容量选择的允许条件：站用变压器的容量应满足常用负荷需求和留有10％左右的裕度，以备加接临时负荷之用。两台站用变压器为采用暗备用的方式，一般情况下为一台变压器单独运行。每台工作变压器在不满载运行的条件下运行，当任意一台变压器因某种事故停运时，另外一台站用变压器要负责其全部负荷。

4.3.3站用变压器的型号确定

根据我国现有的技术条件，可选用干式变压器。因此选择两台站用变压器，选择型号为：SC—100／10，故站用变参数如下：

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表4.2站用变参数

额定电压 绕组联结组别 阻抗电压 高压10.5?5% 低压0.4kV D,yn0 4%

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5变电站短路电流计算

5.1短路故障发生的原因

工业与民用建筑中正常的生产活动以及人民的正常生活，都要求供电系统保证持续、安全、可靠地运行．但是由于各种原因，系统会经常出现一些故障，使正常运行状态遭到某种程度的破坏。

网络发生短路故障的原因很多，主要有：电气设备、配件的损坏。如：电力设备主绝缘部分的渐渐老化或者设备本身固有的绝缘缺陷，正常运行时绝缘被击穿，发生短路；以及在施工安装过程中不当所造成的设备固有缺陷而产生的短路；气候条件的不适合，由于架空线覆盖厚厚的冰层引起杆塔断裂断线；或者应遭受直击雷过电压或感应雷过电压，设备冲击过电压，造成绝缘部分被击穿；电力工作人员违反安全操作规程带负荷倒闸，造成相与相之间电弧短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金属性短路等。

5.2短路故障的危害

(1) 短路电流通过正常工作的元件，由于元件产生的安培热和其被电场应力的作用，引起他们在功能和外形的损害；

(2) 通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；

(3) 破坏电力系统电气设备，如变压器的并列运行的稳定性，引起电网不稳定性波动，严重情况下导致部分系统瓦解；

(4) 电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂电气设备，如电机的转动，影响其对产品的正常加工。

5.3短路电流计算规定

为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因素的影响，做出以下规定：

（1）变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态； （2）每一个电压级采用平均电压；

（3）计算高压系统短路电流时，一般只计及发电机、变压器、电抗器、线路等元件的电抗。在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不能合并；

（4）

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5.4短路电流计算步骤

（1）计算各元件电抗标幺值，并折算到同一基准容量下； （2）绘制电气主接线等值电抗图网络，进行网络的等效变换； （3）根据需要取不同的短路点进行短路电流计算；

（4）对网络进行化简，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值；

(5)计算短路容量，短路电流冲击值：

短路容量：S?3UI\ 短路电流冲击值：Ich?2.55I\ (6)短路电流计算结果如下表

表5.1 短路电流计算结果

短路点编号 短路点 平均工作电压 短路电流周期分量起始值 稳态短路电流 有效值 短路电流冲击值 短路全电流最大有效值 短路容量 U?kV? f1 f2 f3 f4 115 115 10.5 37 I\?kA? 7.0400 6.0775 24.2540 9.4300 I(kA) 7.0400 6.0775 24.2540 9.4300 ich?kA? 17.9520 15.4976 Ich?kA? S(MVA) 10.7008 1402.2 9.2378 1210.6 441.0 604.3 61.8477 36.8660 24.0465 14.3336

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6主要电气设备的选择

6.1高压断路器的选择

高压断路器是变电站里的重要电气设备，用来接通和开断负荷电流，才外，还可以通过倒闸来切换电气主接线的运行方式，实现变电站的可靠运行，目前普遍采用六氟化硫断路器。

6.1.1高压断路器选择的条件

（1）额定电压：按照额定电压UN不低于装置处电网额定电压USN的选择，即

UN?USN

（2）额定电流：额定电流IN 应不低于回路中最大持续工作电流Imax ，即

IN?Imax

（2）额定开断电流：一般按大于或等于次暂态短路电流进行选择，即

INbr?I\

（4）额定关合电流：一般按大于等于短路电流冲击值选择，即

iNcl?ich

6.1.2高压断路器的选择和校验

(1)110kV侧断路器的选择和校验 流过断路器的最大持续工作电流: Imax?验过程如下：

1）额定电压选择：UN?UNS?110kV 2）额定电流选择：IN?Imax?275.56A

3）额定开断电流选择，由Ik?7.0402kA ，所以INbr?Ik?7.0402kA 4）额定关合电流选择：ish?2.55ik?2.55?7.0402?17.852kA ，

1.05SN3UN?1.05?50000?275.56A,选择及校

3?110 15 页 第

iNcl?ish?17.955kA

由于110kV采用户内三相共筒GIS,额定电流按1250A，热稳定电流31.5kA/4s

5）热稳定校验：It2t?31.52?4?3969(kA)2?s ,QK?23.448 (kA)2?s ,满足要

求；

6）动稳定校验：ies?80kA ,ish?17.952kA ,ies?ish ，满足要求 （2）35kV侧断路器选择和校验 最大持续工作电流：Imax?1.05SN3UN?1.05?31000?536.9A

3?351）额定电压选择：UN?UNS?35kV 2）额定电流选择：IN?Imax?536.9A

3）额定开断电流选择:Ik?9.4302kA ,所以INbr?Ik?9.4302kA 4）额定关合电流选择：ish?2.55ik?24.047kA ,iNcl?ish

查《电力工程电气设备手册（上）》，选择ZN-35/1250，额定开断电流16kA ,额定关合电流40kA ,动稳定电流40kA，热稳定电流16kA/4s

5）热稳定校验：It2t?162?4?1024(kA)2?s， QK?62.68(kA)2?s ，It2t?QK ，

满足校验要求。

6）动稳定校验：ies?40kA ，ish?17.952kA, ies?ish ，满足校验要求 （3）10kV侧断路器选择和校验 最大持续工作电流，Imax?1.05SN3UN?1.05?15000?909.32A

3?101)额定电压选择：UN?UNS?10kV 2)额定电流选择： IN?Imax?909.32A

3)额定开断电流选择：Ik?24.254kA ,所以INbr?Ik?24.254kA 4)额定关合电流选择：ish?2.55ik?61.847kA

查《电力工程电气设备手册（上）》，选择ZN18-10/630，额定电流630kA ,额定开

16 页 第

断电流63kA ,动稳定电流63kA ,热稳定电流25kA/3s

5）热稳定校验：It2t?252?3?1875(kA)2?s ，Qk?460.67(kA)2?s，It2t?QK ，

满足校验要求。

6）动稳定校验，ies?63kA,ish?61.847kA , ies?ish,满足校验要求。

6.2隔离开关的选择

6.2.1隔离开关选择的条件和要求

（1）额定电压应大于装设处电路所在的电网额定电压 （2）额定电流应大于装设电路的最大持续工作电流

6.2.2隔离开关的选择和校验

（1）110kV侧隔离开关选择

1）额定电压：UN?USN?110kV 2)额定电流：IN?Imax?275.56A

由于选择是110kV的户内三相共筒GIS，额定电流选择630A ，动稳定电流50kA ,热稳定电流20kA/4s。

3）热稳定校验：It2t?202?4?1600(kA)2?s ，Qk?23.448kA2?s ，It2t?QK，

满足要求。

4）动稳定校验：ies?50kA ，ish?17.952kA ,ies?ish ，满足要求。 （2）35kV侧隔离开关选择 1）额定电压：UN?USN?35kV 2）额定电流：IN?Imax?536.9A

查《电力工程电气设备手册（上）》，选择GW4-35，额定电流630A ,动稳定电流50kA,

热稳定电流20kA/4s。

3）热稳定校验：It2t?202?4?1600(kA)2?s ，Qk?62.88(kA)2?s ，It2t?QK，

满足要求。

4）动稳定校验：ies?50kA ，ish?24.007kA ,ies?ish ，满足要求。 （3）10kV侧隔离开关选择

17 页 第

1）额定电压：UN?USN?10kV 2）额定电流：IN?Imax?909.32A

查《电力工程电气设备手册（上）》，选择GN-19-10XQ，额定电流1000A ,动稳定电流80kA, 热稳定电流31.5kA/4s。

23）热稳定校验：It2t?31.52?4?3969(kA)2?s ，Qk?460.67(kA)?s ，It2t?QK，

满足要求。

4）动稳定校验：ies?80kA ，ish?61kA ,ies?ish ，满足要求。

6.3互感器选择

互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，能够正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用是：

（1)将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标小型化，并使其外观轻巧、造价便宜，便于屏内安装。

（2)使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，保证设备和人身的安全。

6.3.1电流互感器的选择条件和要求

（1）根据安装地点、安装使用条件等选择电流互感器的型式。

（2）按一次回来的电压和电流选择电流互感器的一次额定电压和电流时，必须满足，

UN1?UNW Ial?KIN1?Imax

式中UNW-电流互感器处的电网的额定电压 K -温度修正系数

Imax-电流互感器装设处一次回路的最大持续工作电流

UN1 ,IN1-电流互感器的一次额定电压和额定电流

18 页 第

UC?Um/3?115/3?66.4kV 选择氧化锌避雷器Y10W-100/260 (2) 主变压器中性点保护用避雷器

1)避雷器额定电压：UN?kUT 其中k?1 ，

UT?1.4Um/3?1.4?115/3?93kV ,UN?93kV

2)避雷器最大持续工作运行电压：UC?Um/3?115/3?66.4kV 选择无间隙氧化锌避雷器Y1W5-73/200 (3) 35kV进线侧避雷器选择

1)避雷器额定电压：UN?kUT 其中k?1 ，UT?37.5?1?37.5kV ,UN?37.5kV 2)避雷器最大持续工作运 行电压：UC?37.5kV 选择氧化锌避雷器Y10W-100/260

6.7无功补偿装置

对于10kV低电压等级的母线，往往需要安装并联电容器装置，向系统提供可阶梯调剂的容性无功，用来补偿多余的感性无功，降低电网的有功损耗以及提高电网运行电压。

6.7.1补偿装置的容量选择

对于枢纽变电站和地区变电站，所要安装的最大容性无功量，应该按经济功率因数法确定线路补偿的最大容性无功量，即

??11Qb?Pf?tan?1?tan?2????cos??1?cos??1??

12??式中 Qb为应该补偿的最大容性无功量，kvar Pf为最大有功负荷，kW

?1补偿前的最大功率因数角，这里cos?1取0.85

?2补偿后的最大功率因数角，这里cos?2取0.9

则Qb?2035.17kvar

24 页 第

这里选择10kV并联电容器成套装置，型号为TBBK-3000/30-3，一台安装在10kV第Ⅰ段母线侧，一台安装在10kV第Ⅱ段母线侧，包括一下设备

表6.1 10kV并联电容器成套装置

集合式并联电容器 氧化锌避雷器 放电线圈 隔离开关 BAHM113?3000?3W HY5R?17/45 FDR2?113?1.7?1W GW4?20D/630

25 页 第

7高压配电装置

配电装置是110kV变电站重要的组成部分。配电装置根据主接线的连接形式，由开关电器、保护和测量电器、母线等组建而成的整体装置。这里选择屋内配电装置组装方式选择成套式。

7.1配电装置的基本要求

（1）必须保证配电装置在变电站内的运行可靠性，保证足够的安全净距，采取一定的防护措施；

（2）配电装置的结构应该在一定的电气主接线方式下方便运行人员的操作、巡视及检修；

（3）安全是生产的第一落脚点，合适的配电装置必须保证工作人员的安全； （4）在综合考虑之下，力求提高配电装置的经济性；

（5）根据具体情况，充分分析变电站的扩充建设的可能性，给配电装置的占地面积留有余地。

7.2配电装置的选择与设计

7.2.1 110kV配电装置选择与设计

市区变电站必须坚持节约用地、减少建筑面积的原则及随着城市居民对居住环境的要求日益提高,110k市区变电站宜采用全户内布置方式。

110kV的配电装置采用六氟化硫全封闭组合电器，选用全封闭组合电器的原因：本变电站位于城市内，占地面积比较有限；其占用空间少，运行可靠性很高，对于工作人员的维护量较小，检修设备的周期较长，并且不受周围环境的影响，，无静电感应和电晕干扰，噪声水平比较低，也不会对周边居民的日常生活带来干扰，对于地震比较频繁的地区而言，它的抗震性很强，充分保障了其对电网运行的可靠性。

布置在厂房一层，厂房层高9.5m,可以满足不同厂家GIS设备的布置和安装。

7.2.2 35kV配电装置选择与设计

35kV配电装置采用成套式高压开关柜配置型式，布置在厂房二层，采用中置式手车开关柜，空气绝缘，各相带电体之间绝缘距离不小于300mm,各开关柜间隔宽度1400mm,

占地面

积小，少维护无污染，考虑到出线有电缆接线和架空接线，并且接的都是变电所。

26 页 第

接变电所甲、乙的出线为架空出线，根据最大持续工作电流，选择出线柜的型号为KYN-40.5-05，包含真空断路器ZN-35/1250,开断电流25kA，动稳定电流63kA，4s热稳定电流25kA，电流互感器LZZBJ-35三只，其变比为300/5,准确等级0.5级，避雷器3只，型号为YH5WZ-51/134和接地开关。

接变电所丙以及预留部分出线为电缆出线，根据最大持续工作电流，选择出线柜的型号为KYN-40.5-05，包含真空断路器ZN-35/1250,开断电流25kA，动稳定电流63kA，4s热稳定电流25kA，电流互感器LZZBJ-35三只，其变比为600/5,准确等级10P级，避雷器3只，型号为YH5WZ-51/134和接地开关。

35kV主变压器柜选择KYN-40.5-014，包含真空断路器ZN-35/1250,开断电流25kA，动稳定电流63kA，4s热稳定电流25kA，电流互感器LZZBJ-35三只，其变比为1000/5，准确等级0.2S级。

35kV母线设备柜选择KYN-40.5-005，包含手车式熔断器1组，型号为RN2-35 /0.5,断流容量1000MVA,电压互感器1组，型号为JDZX8-35，其变比为避雷器3只，型号为YH5WZ-51/134,分段柜选择KYN-40.5-006。

7.2.3 10kV配电装置选择与设计

10kV配电装置布置在厂房一楼，采用中置式手车开关柜，双列布置。该开关柜采用加强绝缘型结构，配真空断路器，少维护，无污染。柜体宽度仅为0.8m,节约用地。柜间母线采用绝缘套管封护和支持，减少母线故障率，断路器中置，维护、检修方便。

由于出线全部是电缆线，这里的所有的出线柜选择型号KYN-12Z-03，包含真空断路器ZN-12/1250,开断电流25kA，动稳定电流63kA，4s热稳定电流25kA，电流互感器LZZBJ-35两只，其变比为1000/5,准确等级10P级。避雷器3只，型号为YH5WZ-17/45, 接地开关一组，型号为JN15-12。

架空进线侧的主变压器柜，型号KYN-12Z-02，包含真空断路器ZN-12/3150,开断电流31.5kA，动稳定电流80kA，4s热稳定电流31.5kA，电流互感器LZZBJ-12三只，其变比为3000/5,准确等级10P级。避雷器3只，型号为YH5WZ-17/45，接地开关一组，型号为JN15-12。

母线设备柜的型号为KYN-12-41，附熔断器XRNP-10/0.5三只，电压互感器三台，型号为JDZX24-12，变比为100.10.10.1///kV，避雷器3只，型号为YH5WZ-17/45。

3333350.10.10.1///kV,3333站用变压器柜选择KYN-12Z-77，其中包括熔断器3只，SDLAJ-12/16A,负荷开关一组，ISARC2-12，干式变压器一台SC9-100/10。

27 页 第

8过电压保护

根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》,待设计变电站应装设有防雷等过电压保护措施。110 kV 进线无电缆段的GIS 变电站,在GIS 管道与架空线路的连接处,应装设现在常设的氧化锌避雷器,其接地端要与管道金属的外壳相连接。

避雷带一般采用Ф16的热镀锌圆钢，避雷针与建筑物钢筋隔离，并采用3根引下线与主接地网相连接，连接点与其他设备接地点的电气距离应满足规范要求。在110KV进线，35KV母线及10KV每段母线上分别安装氧化锌避雷器。为保护主变压器中性点绝缘，在主变110KV侧中性点装设氧化锌避雷器。

待设计变电在厂房四角安装25米左右的避雷针，这里避雷针的选择是由折线法计算出的。避雷针的保护范围足够覆盖整个变电站。

28 页 第

9接地网设计

变电站要有可靠的的接地保护装置用来满足防雷保护的要求，所以就要要敷设一个统一的结构坚强合理的接地网，然后再在避雷器和避雷针下面加设接地体。按照设计规程，待设计变电站接地网应当由扁钢水平连接，埋入地下0.6-0.8m处，其面积S大体与变电站的面积相同。已知变电站所在地区土壤电阻率为100? ，则

接地网的总的接地电阻为：R?0.5?S?0.5100?0.1??0.5? ，符合要求 2200本变电站敷设已水平接地体为主，辅以垂直接地极的人工接地网，水平接地带用

60mm?8mm 热镀锌扁钢，垂直接地极用?50mm?50mm?2500mm热镀锌角钢，主接线

地网外缘闭合。在建筑物四周设环形接地网，地下连接处埋设一垂直接地极组成的集中接地装置。

29 页 第

10结论

本次毕业设计论文中主要谈到了：待设计变电站的原始基础资料综合数据分析、负荷计算及主变压器选择、电气主接线的设计、变电站短路电流计算、主要电气设备选择与校验、变电站的过电压保护、防雷保护、接地保护等。

首先根据变电站基础数据进行负荷计算和近远期负荷分析，确定主要电气设备变压器的负荷容量，选择主变压器型号为SFSZQ7-40000/100。紧接着就是选择好变电站电气一次主接线形式，待设计的变电站拥有三个电压等级，分别是110kV,10kV，35Kv,这里通过全局考虑和工程上的惯例，我选择了与之相对应的内桥接线和单母线二分段接线，这样不仅给设计带来方便，也无需占用大面积的城市土地，造价也会相应的降下来。其次就是对电气主接线等值电抗图的短路电流计算，分别选择四个典型位置，计算其短路电流和冲击电流幅值，通过短路电流筛选断路器、隔离开关、避雷器、互感器、架空线、电缆等电气设备以及其必要的设备校验。然后就是重要的配电装置的选择，由于是全室内变电站，对于110kV部分选择现在常见的全封闭组合电器（GIS），型号IGIS-2000-40N，而低压侧选择成套电气柜，35kV选择型号为KYN-40.5(Z)的电气柜，10 kV选择型号为KYN-12(Z)的电气柜。再就是变电站的防雷设计，由于是室内变电站，除了必要的进线处，变压器处安装避雷器和可靠接地之外，厂房屋顶还得安装避雷针，这是建筑物防雷击的不可或缺的措施。另外，对于低压侧母线，要安装无功补偿装置用来调节无功功率，进而达到电压的稳定目的。

本设计也显示了一些不足之处，整个设计只是按照变电站的工程设计的规范来做的，没有切实考虑实际过程中所遇到的各种具体问题。

30 页 第

11总结与体会

通过这三个月的毕业设计，我对变电站的电气一次部分设计有了更加深刻的了解和认识，对自己以后所要研究的方向和从事的行业确定了更加清晰的目标。首先，本人前期积极查找相关文献资料，去图书馆借阅相关设计书籍和图纸集，力求从总体上把握好整个设计。本次对变电站的设计，使我比较全面的了解了电力系统，特别是变电站里的各种电气设备，也基本掌握了各种电气设备参数的意义和型号的辨别。此外就是熟悉了变电站自最初的原始资料分析，至最后的防雷保护接地保护的整个流程，对电气一次部分设计有更加理性的认识和感性的认识，最后就是对工程设计软件AUTOCAD有了进一步的操纵，CAD软件是我们电力设计行业最重要的软件之一，作为将来从事电力行业的人，熟练掌握它是最基本要求。同样，我在里面也寻找出了自己的不足，也使自己所学的专业知识得以进一步巩固。还体会到了作为一个电气设计者，在设计中的面对的困难如何化解。

受益匪浅的同时，本设计依旧还存在有些不完美的部分，一是主要涉及的变电站内部电气部分的设计减少了，没有涉及电气二次部分，二是在变电站设计上没有表现其所谓的智能方式。

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12谢辞

本次毕业设计能够顺利完成，除了自己的勤勤恳恳的日复一日的做设计外，还必须得感谢那些给予我支持和鼓励的人，他们在我此次毕业设计完成中起到了不可磨灭的作用。首先，我必须得感谢带我的毕业设计的老师，亲切和蔼，每周的毕业设计答疑她总是准时参加，有的时候还带着病，面对我们许许多多各种各样的问题，她总是很耐心地给我们说，不仅解除了我们心中的疑惑，也从陶老师那里学到了不少知识，受益匪浅。再者就是感谢一同做毕业设计的同学们，当老师不能及时解决我们心中的难题的时候，寻找周边的同学，要求帮助，往往会得到意想不到的效果，我们可能会遇到相似的问题，在暂时无法解决的情况下，我们总是会经历一番热烈的讨论，这样一来不仅迅速的化解了脑中的疑问，也巩固了我们对知识的掌握，增进了同学之间的友谊。

再次对指导我顺利完成毕业设计的老师表示衷心感谢！

32 页 第

13参考文献

[1] 熊信银.发电厂电气部分[M].北京:中国电力出版社.2009

[2] 贾沛义.35～110kV无人值班变电所典型方案设计[M]. 北京:中国电力出版社.2001 [3] 电力工程设计手册[M].北京:中国电力出版社[M].1998

[4] 刘天琪等.电力系统分析理论（第二版）[M].北京：科学出版社.2011 [5] 郭琳.发电厂电气部分课程设计[M].北京:中国电力出版社[M].2009

[6] 刘振亚等.国家电网公司输变电工程通用设备[M].北京:中国电力出版社.2009 [7] 戴玉松等.高电压技术[M].重庆:重庆大学出版社.2002

33 页 第

附录1 短路电流计算书

系统的等值电抗图如下：

图1

(1) 各绕组电抗计算

1 Vs1%?Vs?1?2?%?Vs?1?3?%?Vs?2?3?%?10.75

21 Vs2%?Vs?1?2?%?Vs?2?3?%?Vs?1?3?%??0.25

21 Vs3%?Vs?2?3?%?Vs?1?3?%?Vs?1?2?%?10.75

2??????（2）各阻抗标幺值计算，基准容量SB?100MVA 则 变压器：X?T?11?X?T?21?Vs1%?SB10.75?100??0.267

100?SN100?40 X?T?12?X?T?22?0

34 页 第

X?T?13?X?T?23? 架空线：X?L1?18?0.4?Vs3%?SB6.75?100??0.169

100?SN100?40100?0.0544 1152100?0.0605 X?L2?20?0.4?2115(3)各短路点短路电流计算

1) 当f1 处发生短路，经过阻抗等效变换后

图2

X?js1?X1SN1?0.0644 UBSN2?1.288 UBX?js2?X1由计算曲线数字表根据线性差值得到查表结果：

I1??0??12.4241，I1??1??3.5232，I1??2??2.7586

?I2?0??0.8007，I2??1??0.8380，I2??2??0.8451

短路电流周期有名值：

I?0??I1??0??I?1??I1??1??I?2??I1??2??SN13UAVSN13UAVSN13UAV??I2?0??SN23UAVSN23UAVSN23UAV?12.4241?100200?0.8007??7.0402kA3?1153?115??I2?1???3.5232?100200?0.8390??2.6102kA3?1153?115100200?0.8451??2.8546kA 3?1153?115??I2?2???2.7586?2）f2 处发生短路，经过阻抗等效变换后

35 页 第

图3

X?js1?X1SN1?0.598 UBSN2?0.221 UBX?js2?X1由计算曲线数字表根据线性差值得到查表结果：

I1??0??1.748，I1??1??1.698，I1??2??1.884

?I2?0??5.185，I2??1??2.777，I2??2??2.584

短路电流周期有名值：

I?0??I1??0??I?1??I1??1??I?2??I1??2??SN13UAVSN13UAVSN13UAV??I2?0??SN23UAVSN23UAVSN23UAV?1.748?100200?5.185??6.0775kA3?1153?115100200?2.777??3.641kA3?1153?115100200?2.584??5.046kA 3?1153?115??I2?1???1.699???I2?2???1.884?短路冲击电流Ich?2.55I?0??2.55?6.0775?15.4976kA 3）f3 处发生短路，经过Y/△等效变换后

36 页 第

图4

Z12?Z1?Z2?Z1?Z20.331?0.3775?0.331?0.3775??2.1872 Z30.0845Z2?Z30.845?0.3775?0.845?0.3775??0.5583 Z10.331Z3?Z10.331?0.0845?0.0845?0.331??0.4261 Z20.3775 Z23?Z2?Z3? Z31?Z3?Z1?X?js1?X1SN1?0.4261 UBSN2?1.1161 UBX?js2?X1由计算曲线数字表根据线性差值得到查表结果：

I1??0??2.531，I1??1??1.946，I1??2??1.956

?I2?0??0.940，I2??1??0.876，I2??2??0.966

短路电流周期有名值：

I?0??I1??0??SN13UAV??I2?0??SN23UAV?2.531?100200?0.940??24.254kA3?10.53?10.5 37 页 第

I?1??I1??1??I?2??I1??2??SN13UAVSN13UAV??I2?1??SN23UAVSN2?1.946?100200?0.876??20.322kA

3?10.53?10.5100200?0.966??21.378kA

3?10.53?10.5??I2?2??3UAV?1.956?短路冲击电流Ich?2.55I?0??2.55?24.254?61.8477kA 4）f4 处发生短路，经过阻抗等效变换后

图5

X?js1?X1SN1?0.331 UBSN2?0.755 UBX?js2?X1由计算曲线数字表根据线性差值得到查表结果：

I1??0??3.2635，I1??0.5??2.312，I1??1??2.2665

?I2?0??1.390，I2??0.5??1.225，I2??1??1.305

短路电流周期有名值：

I?0??I1??0??I?1??I1??1??SN13UAVSN13UAV??I2?0??SN23UAVSN23UAV?13.2635?100200?1.390??9.4302kA3?373?37??I2?1???2.312?100200?1.225??7.4306kA3?373?37 38 页 第

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