郑州大学110kV变电所毕业设计

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

摘要

电能是能量的一种表现形式，是现代社会中最重要的能源。电能的生产和消费具有同时性，且电能生产运行方式变化的过度过程十分短暂，电能与国民经济各部门和人民生活关系密切。变电站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。为此，建设可靠性高、经济性好的变电所成为此次课题研究的主题。本设计要求设计TX市近郊区的变电所，向市区工业区、生活区及郊区乡镇工业与农业用户供电，现有的变电所建设存在着资金和土地资源浪费、重复建设、改造困难以及影响周围环境等问题，不符合我国的可持续发展战略。为此，此次设计就这些方面提出了一些改进，以达到节约资源供电可靠效益最大化的目的。

关键词 变电所，变压器，可持续发展，可靠性

Abstract

Electric is one of the expression shape for energy.it's the most important energy in modern society,and the process of producing electric is brief,so is its change of running pattern. Electricity are closely related to national economic sectors and people's lives。Power plants and substations is to contact the user in the middle part, plays a role in transformation and distribution of electric energy。To this end, building high reliability, economy and good substation become part of the research topic.This design requires design TX substation in suburbs to urban industrial areas, living areas and rural township industrial and agricultural users supply, there is an existing substation construction waste of money, waste of land resources, redundant construction, renovation difficulties and affect the surrounding environment and other issues, do not meet our country's sustainable development strategy. For this reason, the design is made some improvements in these areas in order to achieve maximum efficiency and reliable power resource conservation purposes.

Keywords substations, transformers, sustainable development, reliability

I

TX 110kV变电站设计

目录

摘要………………………...………………………………………………………….....I Abstract………………………………………………………………...…................…..I

1绪论 ....................................................... 错误！未定义书签。 1.1 变电站的基本类型 ...................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2 变电站所址选择和所区分布 ................................................ 错误！未定义书签。 1.3 选题目的及意义 .................................................................... 错误！未定义书签。 2 任务书 ........................................... 错误！未定义书签。 2.1 毕业设计（论文）原始资料 ................................................. 错误！未定义书签。 2.2 电力系统接线简图 ................................................................. 错误！未定义书签。 2.3负荷资料 .................................................................................. 错误！未定义书签。 2.4 所址地址、气象等条件 ......................................................... 错误！未定义书签。 2.5设计计算任务 .......................................................................... 错误！未定义书签。 2.6设计绘图任务 .......................................................................... 错误！未定义书签。 2.7毕业设计(论文)应达到的主要指标 .................. 错误！未定义书签。 2.8设计(论文)成品要求 ................................................................ 错误！未定义书签。 2.9参考资料 .................................................................................. 错误！未定义书签。 3 总体分析 ......................................... 错误！未定义书签。 4电气主接线设计 .................................... 错误！未定义书签。 4.1电气主接线应满足的基本要求 .............................................. 错误！未定义书签。 4.2影响主接线设计方案的因素 .................................................. 错误！未定义书签。 4.3主接线设计的基本内容 .......................................................... 错误！未定义书签。 4.4各电压级主接线设计 .............................................................. 错误！未定义书签。 4.5主接线设计比较 ...................................................................... 错误！未定义书签。 4.6总结 .......................................................................................... 错误！未定义书签。 5主变压器选择 ...................................... 错误！未定义书签。 5.1主变选择 .................................................................................. 错误！未定义书签。 5.2主变压器型式选择 .................................................................. 错误！未定义书签。 5.3主变压器选择结果 .................................................................. 错误！未定义书签。 6无功补偿 .......................................... 错误！未定义书签。 6.1无功补偿的意义 ...................................................................... 错误！未定义书签。 6.2无功补偿的原则 ...................................................................... 错误！未定义书签。 7中性点接地方式的确定 .............................. 错误！未定义书签。

II

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

7.1 110kV电压级中性点接地方式 ............................................... 错误！未定义书签。 7.2 35kV与10kV电压级中性点接地方式 ................................... 错误！未定义书签。 7.3消弧线圈选择 .......................................................................... 错误！未定义书签。 8所用变压器的设计 .................................. 错误！未定义书签。 9短路电流计算 ...................................... 错误！未定义书签。 9.1 短路的危害 ............................................................................. 错误！未定义书签。 9.2 短路电流计算的目的 ............................................................. 错误！未定义书签。 9.3 短路电流计算的一般规定 ..................................................... 错误！未定义书签。 9.4 短路形式的确定 ..................................................................... 错误！未定义书签。 9.5 短路计算点的确定 ................................................................. 错误！未定义书签。 9.6 短路电流的计算 ..................................................................... 错误！未定义书签。 10电气设备选择 ..................................... 错误！未定义书签。 10.1 电气设备选择的一般原则与技术条件 .............................. 错误！未定义书签。 10.2 导体的选择 ........................................................................... 错误！未定义书签。 10.3 高压电器的选择 ................................................................... 错误！未定义书签。 11防雷保护设计 ..................................... 错误！未定义书签。 11.1 电力系统过电压及变电所防雷保护设计的必要性 ........... 错误！未定义书签。 11.2 直击雷保护设计 ................................................................... 错误！未定义书签。 11.3 雷电侵入波保护设计 ........................................................... 错误！未定义书签。 12 配电装置与电气总平面设计 ........................ 错误！未定义书签。 12.1 配电装置基本要求 ............................................................... 错误！未定义书签。 12.2 配电装置分类 ....................................................................... 错误！未定义书签。 12.3 配电装置的最小安全净距 ................................................... 错误！未定义书签。 12.4 电气总平面设计 ................................................................... 错误！未定义书签。 13电气二次部分 ..................................... 错误！未定义书签。 13.1 继电保护的意义 ................................................................... 错误！未定义书签。 13.2 电力系统对继电保护的要求 ............................................... 错误！未定义书签。 13.3 选择保护装置以及构成方案是的基本原则 ....................... 错误！未定义书签。 13.4本设计线路继电保护的类型 ................................................ 错误！未定义书签。 13.5计算结果 ................................................................................ 错误！未定义书签。 14变压器保护 ....................................... 错误！未定义书签。 14.1 变压器保护概述 ................................................................... 错误！未定义书签。 14.2 变压器保护配置 ................................................................... 错误！未定义书签。 14.3主变压器保护计算（微机保护） ........................................ 错误！未定义书签。 结论 ................................................................ 61

III

TX 110kV变电站设计

致

谢.................................................................................................................................62 参考文献………………………………………………………………………….........63 附A1.1

原

录文

一Urban

network

外

development

mode

文of

110

资kV

料...........................................................................................................64

Substation..........................64

A1.2 译文 城网110 kV 变电所发展模式探讨..........................................................69 附附

IV

录录

三

二

计

图算

纸...................................................................................................................72 书...............................................................................................................80

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

V

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

1 绪论

1.1 变电站的基本类型

1枢纽变电所

枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，汇集着电力系统多个大电源和多回大容量的联络线，连接着电力系统的多个大电厂和大区域系统。这类变电所的电压一般为330kV以上。枢纽变电所在系统中的位置非常重要，若发生全所停电事故，将引起系统解列，甚至系统崩溃的灾难局面。

2中间变电所

中间变电所的电压等级多为220~330kV，高压侧与枢纽变电所链接，以穿越功率为主，在系统中起交换功率的作用，或使高电压长距离输电线路分段。它一般汇集2~3个电源，其中压侧一般是110~220kV，供给所在地区的用电并接入一些中小型电厂。这样的变电所主要起中间环节作用，当全所停电时，将引起区域电网解列，影响面也比较大。

3地区变电所

地区变电所主要任务是给地区的用户供电，它是一个地区或城市的主要变电所，电压等级一般为110~220kV。全所停电只影响本地区或城市的用电。

4终端变电所

终端变电所位于输电线路的末端，接近负荷点，高压侧多为110kV或者更低（如35kV），经过变压器降压为6~10kV电压后直接向用户供电，其全所停电的影响只是所供电的用户，影响面较小。

5开关站

在超高压远距离输电线路的中间，用断路器将线路分段或者增加分支线路的

- 1 -

TX 110kV变电站设计 工程设施成为开关站。开关站与变电所的区别在于：①没有主变压器；②进出线属于同一电压等级；③站用电的电源引自站外其他高电压或中压线路。开关站的主要功能是：①将长距离输电线路分段，以降低工频过电压水平和操作过电压水平；②当线路发生故障时，由于在开关站的两侧都装有断路器，所以仅使一段线路被切除，系统阻抗增加不多，既提高了系统的稳定性，又缩小了事故范围；③超/特高压远距离交流输电，空载时线路电压随线路长度增加而增高，为了保证电能质量，全线需分段并设开关站安装无功补偿装置（电抗器）来吸收容性充电无功功率；④开关站可增设主变压器扩建为变电站。

1.2 变电站所址选择和所区分布

变电站所址的选择，应根据以下要求，综合考虑确定： 一、靠近负荷中心

二、节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地

三、与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出 四、交通运输方便

五、周围环境宜无明显污秽，如空气污秽时，所址宜设在受污染影响最小处 六、具有适宜的地质、地形和地貌条件（例如避开断层、滑坡、坍塌区、溶洞地带、山区风口和有危岩或者易发生滚石的场所），所址宜避免选在有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点，否则应征得有关部门的同意

七、所址标高宜在50年一遇高水度上，否则，所区应有可靠的防洪措施或与地区的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位 八、 应考虑职工生活上的方便和水源条件

九、应考虑变电所与周围环境、临近设施的相互影响

变电所宜设置不低于2.2米的实体围墙。城网变电所、工业企业变电所围墙的高度和形式，应与周围环境相协调。变电所内为满足消防要求的主要宽度要求，应为3.5m道宽，主要设备运输道路的宽度可根据运输要求设定，并应具备回车条件，变电所内的建筑物标高、基础埋深、路基和管线埋深，应相互配合；建筑物内地面标高宜高出屋外地面0.3m；屋外电缆沟壁，宜高出地面0.1m??

1.3 选题目的及意义

本次设计旨在掌握变电站设计的基本流程。这既是对平时理论知识的考察，更是对所学专业知识的一次实践。通过本次设计，巩固和加深专业课知识，掌握

- 2 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

发电厂部分初步设计和继电保护设计的过程，而且也可以拓宽知识面，增强工程观念，培养变电站设计的能力，逐步提高解决问题的能力。同时对能源、发电、变电、和输电的电气部分有了详细的概念，能熟练地运用所学专业知识，如短路计算的基本理论和方法，继电保护整定的基本理论和方法，主接线的设计，导体和电气设备的选择以及变压器的选择，防雷接地保护等。

- 3 -

TX 110kV变电站设计

2 任务书

2.1 毕业设计（论文）原始资料

变电所性质及基本数据

（1）设计的变电所位于近郊区，向市区工业区、生活及郊区乡镇工业与农

业用户供电，电压等级，110/35/10kV；

（2）线路回数：110kV近期2回， 远景发展2回；

35kV 近期4回， 远景发展2回； 10kV 近期8回， 远景发展2回。

2.2 电力系统接线简图

110kV240 50150 302×185 40110kV

1000MVA Xs1=0. 6 110kV 待设计变电所

200MVA Xs2=0.7 附注：1. 图中，系统容量，系统阻抗均相当于最大运行方式；

2. 最小运行方式下：S1=800MVA, Xs1=0.65；S2=170MVA, Xs2=0.75 3. 系统电力潮流变化较大，电压偏移也较大。

2.3负荷资料

表2.1各电压级负荷资料 最大负荷（MW） 电压等级 负荷名称 近 远 cosφ 线路长度（km） 重要负荷 Tmax 所占比例 （％）

- 4 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

机械厂 110kV 市甲线 备用1 备用2 35kV 钢厂 水泥厂 铁矿厂 冶炼厂 备用1 备用2 市区 针织厂 食品厂 医院 10kV 机修厂 棉纺厂 农机厂 纺织厂 备用1 备用2 13 10 2 2.5 1.5 1.5 2 1.5 2 1 1 1.5 1.5 1.3 15 18 10 13 3 3.5 2 2 2.5 2.5 2.5 2 2 1.5 1.5 2 2 1.5 1.5 1.5 0.8 0.8 0.85 0.85 0.85 0.85 0.8 0.85 0.9 0.85 0.8 0.9 0.8 0.85 18 15 11 10 13 12 3.5 4.5 2.5 3 3 3 2 1.5 5000 4000 5000 4000 4000 5000 3500 4000 4000 3500 4000 4500 3500 4000 65 50 50 60 55 55 35 25 25 35 35 25 35 45

2.4 所址地址、气象等条件

所处地区地势平坦，海拔高度为200m，年最高气温+40℃，年最低气温-20℃，年平均气温+15℃, 最热月平均最高温度+32℃。最大风速25m/s,最大覆冰厚度b＝10mm。土壤热阻系数＝120℃.cm/W，土温+20℃。

2.5设计计算任务

2.5.1 电气一次部分

①电力系统分析 ②变电所总体分析 ③电气主接线设计 ④无功补偿设计 ⑤短路电流计算 ⑥电气设备选择

- 5 -

TX 110kV变电站设计

⑦配电装置设计 ⑧电气总平设计 ⑨防雷保护设计

2.5.2 电气二次部分

①SW-变110kV线路保护的整定计算 ②SW-变10kV线路保护的整定计算 ③变压器保护的整定计算 ④站用变保护的整定计算 ⑤高压母线保护的整定计算 ⑥电容器组保护的整定计算

2.6设计绘图任务

2.6. 1电气一次部分

①电气主接线图 ②电气总平布置图（机绘） ③110kV主变进线间隔断面图 ④10kV配电装置平面布置图 ⑤避雷针平面布置图（草图） ⑥防雷保护图（草图）

2.6.2 电气二次部分

①变压器保护归总式原理图 ②变压器保护展开式原理图 ③变压器保护控制回路图 ④变压器保护信号回路图 ⑤中央信号图（机绘） ⑥变压器保护测量回路图 ⑦变电站保护总体配置图（草图） ⑧变压器保护总体配置图（草图）

2.7毕业设计(论文)应达到的主要指标

毕业设计是本专业教学计划中的重要环节，本次设计的目的是通过变电站设计，综合运用所学的知识，理论联系实际，培养和提高独立分析和解决实际问题的能力，培养工程意识，为将来的实际工作奠定基础。毕业设计应达到的主要指标是：

1. 通过电气一次设计计算，进一步巩固和学习《电力系统分析》和《发电厂电气部分》的基本理论和基本计算方法，了解变电站设计计算的基本内容和方法。

2. 通过电气二次设计计算，进一步巩固和学习《电力系统继电保护原理》的基本理论和基本计算方法，初步掌握常规保护和微机保护的整定计算原则，了

- 6 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

解变电站保护的配置原则和设计计算的基本内容和方法。

3. 通过绘制变电站设计的一次、二次相关图纸，学习和掌握工程制图的基本方法、基本要求和手绘的基本技能，学会使用AutoCAD绘图软件。

2.8设计(论文)成品要求

1. 毕业设计说明书（论文）1份；说明书用A4纸打印完成，计算书须手工书写完成。

2. 专业外文翻译资料1份（不少于3000汉字）； 3. 图纸：一次6张，二次6张。

2.9参考资料

1.《电力系统继电保护》； 2.《电气部分设计参考图册》 3.《电气工程设计手册》； 4.《常用电气设备手册》；

- 7 -

TX 110kV变电站设计

3 总体分析

该变电所属于110kV地方降压变电站，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，有三个电压等级（110/35/10kV）。负荷的大小和类型影响主接线形式和主变容量选择，计算负荷是变电站设计的基本依据，其直接影响电器和电缆的选择经济性和可靠性。该变电站主要为机械厂、钢厂、水泥厂、铁矿厂、市区、针织厂等工业供电，主要负荷为一、二级负荷，该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，需要一定可靠性。

对于变电所，应根据电力系统5-10年发展规划及本所负荷资料，系统逐年电力电量平衡确定主变压器台数、容量和分期装设计划。对于一类负荷必须要由两个独立的电源供电，并且当任何一个电源失去作用后，能保证对全部一类负荷不间断供电；对于二类负荷，一般要有两个独立电源供电，并且当任何一个电源失去作用后，能保证对大部分二类负荷的供电，对于三类负荷，一般只需要一个电源供电。

最大综合计算负荷的计算影响主变的选择，主变选择影响主接线形式和变电站设计的选择。最大综合计算负荷可通过下式进行计算： Smax=Kt（?i?1nPimax）（1+α%） （3.1）

COS?i式中Pimax—各出线的远景最大负荷； COS?—各出线的自然功率因数；

Kt—同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小，一般在0.8~0.95之间； α% —线损率，取5%

此次设计为三绕组变压器，三绕组变压器还应该考虑中、低压侧间的负荷同时系数，中、低压侧的最大综合计算负荷分别按上式计算，总的最大综合计算负荷为它们之和再乘以中、低压侧间负荷的同时系数。

最大综合计算负荷计算过程见“附录二”，计算结果

- 8 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

表3.1最大综合计算负荷 综合最大负荷 Smax（MVA） 近期 110kV 35kV 10kV 35kV和10kV合计 25.659 7.872 12.477 20.349 远期 62.475 16.279 19.064 35.343 重要负荷 S（MVA） 远期 36.32 8.98 6.07 15.05

- 9 -

TX 110kV变电站设计

4电气主接线设计

发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路，电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。

4.1电气主接线应满足的基本要求

4.1.1可靠性

（1）断路器检修时，能否不影响供电。

（2）断路障器或母线故以及母线或母线隔离开关检修时，停运的回路数的多少和停电的时间的长短，能否保证对I类负荷和大部分II类负荷的供电。 （3）发电厂、变电所全部停运的可能性。

（4）大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求。

4.1.2灵活性

（1）调度灵活 （2）检修安全、方便 （3）扩建方便

4.1.3经济性

节约投资，限制短路电流措施、占地面积小和年运行费用小。

4.2影响主接线设计方案的因素

- 10 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

（1）变电所在系统中所处的地位、作用、规模 （2）负荷性质及要求 （3）电压等级及线路回数

（4）主要设备特点(如六氟化硫断路器) （5）厂（所）址条件

（6）配电装置选型(屋内或屋外)

4.3主接线设计的基本内容

（1）初期与远景工程的主变压器配置 （2）各电压级主接线的形式

（3）6~10kV电压级的限流措施变电所限制短路电流的措施有：变压器分列运行；在变压器回路装设电抗器或分裂电抗器；装设出线电抗器。 （4）所用电的选择 （5）中性点接地方式的确定 （6）无功补偿

4.4各电压级主接线设计

在进行电气主接线设计时，一般根据设计任务书的要求，综合分析有关基础资料，拟定出2~3个技术上能满足要求的较好方案进行详细技术经济比较，最后确定最佳方案。

经济比较中，一般只比较各个方案的不同部分，因而不必计算出各方案的全部费用。

4.5主接线设计比较

4.5.1 110kV侧主接线的选择

根据设计任务书的要求及对电力系统的分析，本设计变电站的110kV侧可选择单母线分段接线和桥形接线。因110kV侧以双回路与系统相连，而变电站最常操作的是切换变压器，而与系统连接的线路不易发生故障或频繁切换，故可采用内桥形接线，这也有利于以后变电站的扩建。

- 11 -

TX 110kV变电站设计

表4.1 110kV接线比较 接线名称 接线简图 方案一 内桥形接线 方案二 单母线分段接线 可靠性 可靠性差：任一出线断路器检修时该回路停电；当联络断路器或隔离开关检修时两出线都将成为单电源供电；全场所停运的可能性较大 灵活性 灵活性较差：无母线，只适用于两台变压器和两条出线的场合；可以发展过度为单母线分段接线 经济性 接线简单清晰，无母线，投资小；变压器出口可以不设断路器，只设一组隔离开关 可靠性较好：任一段接线检修或故障时，该母线上所偶回路均停电；任一母线断路器检修时，该断路器所带用户将停电；全厂停运的可能性较低 灵活性较高：有单母线运行，各段并列运行和各段分别运行各种运行方式；有母线，各主变增加或出线增加时，易于扩散 有母线，投资及维护费用较高；主变压器出口需装设断路器 经过两个方案的比较分析以及110kV侧近期两回远景发展两回的实际情况分析得出结论：近期按桥形接线运行，远景发展时可扩建为单母线分段接线形式

4.5.2 35kV侧主接线形式设计

- 12 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

35kV侧近期发展4回，远景发展两回主要为钢厂、水泥厂、铁矿场、市炼厂供电，可选择单母线接线和单母线分段接线形式。

表4.2 35kV接线比较 接线名称 接线简图 方案一 单母线接线 方案二 单母线分段接线 可靠性 可靠性低：母线故障，所有回路均需停电；任一断路器检修时，该断路器所带用户也将停电；全场停运的可能较大 可靠性较好：任一段接线检修或故障时，该母线上所偶回路均停电；任一母线断路器检修时，该断路器所带用户将停电；全厂停运的可能性较低 灵活性 只有一种运行方式，运行方式单一 灵活性较高：有单母线运行，各段并列运行和各段分别运行各种运行方式；有母线，各主变增加或出线增加时，易于扩散 经济性 经济性较好，占地面积窄，比单母线分段少用一台联络断路器和两台隔离开关 有母线，投资及维护费用较高；主变压器出口需装设断路器 单母线接线可靠性较低，当母线故障时，各出线需全部停电，不能满足、II类负荷供电可靠性的要求，单母线分段接线将、II类负荷的双回电源线接入到不同分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线提供电源，从而保证供电可靠性。故采用单母线分段接线方式。

4.5.3 10kV侧主接线方式设计

- 13 -

TX 110kV变电站设计 6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。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。

表4.3 10kV接线比较 接线名称 接线简图 方案一 单母线分段 方案二 手车式单母线分段 可靠1、一组母线检修时停检修段 2、任一母线短路时停故障段 1、一组母线检修时停检修段 2、任一母线短路时停故障段 3、出线断路器检修仅短时停电 性 3、出线断路器检修该检修线路停电 4、用断路器把母线分段后，对重要用户可4、用断路器把母线分段后，对重要用户可以以从不同段引出两个回路，有两个电源供电 从不同段引出两个回路，有两个电源供电 灵活1、单母线运行 2、各段并列运行 1、单母线运行 2、各段并列运行 3、各段分列运行 4、扩建时需向两个方向均衡扩建 投资略大 性 3、各段分列运行 4、扩建时需向两个方向均衡扩建 经济性 设备少、投资小

参照GB_50059-1992 35kV-110kV变电所设计规范第3.2.5条约定：当变电所有

- 14 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

两台主变压器时，6-10kV侧宜采用单母线分段接线。线路为12回及以上时，亦可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

本所采用手车式高压开关柜，故不设旁路母线。10kV采用手车式单母线分段接线。

4.6总结

综上所述，110kV、35kV侧均选择单母线分段连接方式，10kV侧选择手车式单母线分段连接方式。

- 15 -

TX 110kV变电站设计

5主变压器选择

5.1主变选择

选择内容：台数、容量、型式

5.1.1台数选择

变电所中一般装设两台主变压器，以免一台主变故障或检修时中断供电。对大型超高压枢纽变电所，可根据具体情况装设3~4台主变压器，以便减小单台容量。对个别的终端变电所只一个电源供电可只装一台。

5.1.2容量选择

选择条件（按远景负荷选择），所选择的n台主变压器的容量nSN ，应该大于等于变电所的最大综合计算负荷Smax ，即

nSN≥Smax （5.1）

5.1.3校验条件（按远景负荷校验）

装有两台及以上主变压器的容量一般应满足60%（220kV及以上电压等级的变电所中，当其中一台主变压器停运时，其余主变压器的变电所应满足（60%~70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷SI和大部分II类负荷SII（ 220kV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部I类负荷SI和II类负荷SII）即

(n-1)SN≥(0.6~0.7)Smax 和(n-1)SN≥ SI + SII （5.2）

5.1.4近期只上一台的校验

SN?Smax近

- 16 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

5.2主变压器型式选择

主变压器型式的选择主要包含有：相数、绕组数、电压组合、容量组合、绕组结构、冷却方式、调压方式、绕组材料、全绝缘还是半绝缘、连接组别、是否选择自耦变、主变中性点接地方式等。

相数：330kV及以下的变电所，一般选用三相变压器 绕组数：本设计三个电压等级，变压器应选择三绕组变压器

绕组连接方式：变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种。高压绕组为星形联结时，用符号Y表示，如果将中性点引出则用ＹＮ表示，对于中＼低压绕组则用ｙ及ｙｎ表示；高压绕组为三角形联结时，用符号Ｄ表示，低压绕组用ｄ表示。三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响，而采用全星形的变压器用于中性点不直接接地系统时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变，使电压的峰值增大，危害变压器的绝缘，还会对通信设备产生干扰，并对继电保护整定的准确性和灵敏度有影响。

调压方式：变电所的变压器一般选择有载调压方式。 主变选择计算书见“附录二”

5.3主变压器选择结果

表5.1 主变选择 型号 额定容量/kVA 高压（kV） 中压（kV） 低压（kV） 空载损高低短阻抗电空载电连接组别 耗/KW 路损耗/KW 压（%） 流（%） SFSZ9- 25000/ 110±38.5±2*2.5% 10.5 21.8 112.5 降压型 0.53 高中YN y0 d11 25000/110 25000/ 8*1.25% 25000 10.5 高低17.5 中6.5 低

- 17 -

TX 110kV变电站设计

6无功补偿

6.1无功补偿的意义

电压是电能质量的重要指标，电压质量对电力网络安全经济运行，对保证用户的安全用电和产品质量是非常重要的，根据统计，用户消耗的无功功率是它的有功功率的50~100%，同时电力系统本身消耗的无功功率可达到用户的25~75%。无功功率的不足，将造成电压的下降，电能损耗增大，电力系统稳定的破坏，所以电力系统的无功电源和无功功率必须平衡，系统的无功电源不仅靠发电机供给，而且调相机、并联电容器组均可提供无功电源，电力系统的无功电源可以采用分散补偿的方式，具体的无功补偿方式就是在高压网上的低压侧并联电容器，利用阶梯式调节的容性无功补偿感性无功，而配电所装设的并联电容器装置的目的是为了改善电网的功率因数，并联电容器装置向电网提供阶梯式调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电压。

总之，补偿变压器的无功损耗，补偿高压网的无功缺额。在进行主接线设计时，应确定为了平衡无功功率而需要在变电所中装设无功补偿装置的类型、台数和容量。

6.2无功补偿的原则

根据《并联电容器装置设计技术规程》SDJ25-85：

第1.02条 电容器装置的设计须执行国家的技术经济政策，并根据安装地点的电网条件、谐波水平、自然环境、运行和检修要求等合理地选择接线方式，布置型式和控制、保护方式，做到安全可靠、经济合理和运行检修方便。

第1.03条 电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计，调相调压计算及技术经济比较确定，对35~110kV变电所中电容器装置的总容量，按照无功功率就近平衡的原则，可按主变压器容量的10%~30%考虑。

第2.1.3条 电容器装置宜设在主变的低压侧或主变主要负荷侧。

第2.1.1条 小电流接地系统的电容器装置应采用中性点不接地的星形或双星形接地。

对无功电源与无功负荷采取在各级电压电网中分级补偿、就地平衡的原则。

- 18 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

在220kV及以下电压级变电所常用并联电容器补偿 并联电容器容量的选择：对35-110kV变电站中的电容器总容量，按无功功率就地平衡原则，可按主变容量的10%~30%考虑，分在6~10kV两段母线上安装。（此设计选取10%）。

并联电容器型式及其接线方式的选择：无功补偿的并联电容器可以选择密集型电容器或者由单个的电容器组成的电容器组（单个容量选100kVar），电容器组的数量由上述计算出的总容量和单个电容器的容量计算而得，还要将他们分成两部分，接在变电所的两个低压母线上。他们的接线方式有三角形（一般用于较小容量的电容器组）和星形接线两种方式，星形接线的电容器额定电压应该为所接母线电压的相电压，而三角形接线的电容器额定电压应该为所接母线电压的线电压。在星形接线方式中，一般还采用双星形接线方式，以便采用中性线不平衡电流保护，双星形台数为6的倍数，单星形台数为3的倍数。

在本所设计中，将采用高压集中补偿的方式，在10kV母线上装设补偿电容器，采用双星形连接方式。 查《〈发电厂电气部分〉设计计算资料》可选择型号为BGF11/3-100-3W的电容器，其技术参数为： 表6.1 电容器选择

型号 额定电压（kV） 额定容量（kVar） BGF11/3-100-3W 11/3 100 7.9 3 65 额定电容（uF） 相数 重量（kg） 台数计算：n=25000*2*0.1kVar/100kVar=50（台），因为本所采用双星形连接，而且要在10kV单母线分段的两端各接入一组，电容器个数应为12的倍数，应选60台。

- 19 -

TX 110kV变电站设计

7中性点接地方式的确定

电力系统三相交流发电机、变压器接成星形绕组的公共点，称为电力系统的中性点。电力系统的中性点的接地方式有中性点直接接地方式（大电流接地系统）和中性点不接地方式（小电流接地系统）或经消弧线圈及高阻抗接地方式。根据我国电力系统的实际情况，110kV及以上电力系统为降低绝缘水平和费用而采用中性点直接接地方式；而63kV及以下电力系统采用中性点不接地方式或经消弧线圈及高阻抗接地方式。所以，变压器不同电压等级绕组的中性点接地方式由相应的电力系统中性点接地方式决定。

根据《电气设计手册I》第2.7节中关于“主变压器中性点接地方式”的规定，电力网中性点的接地方式，决定了主变压器的中性点的接地方式。

（1）变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比X0/X1<3，以使单相接地时全相上工频电压不超过阀型避雷器的灭弧电压；X0/X1<1.5以使单相接地时短路电流不超过三相短路电流。

（2）所有普通变压器的中性点都经隔离开关接地，以使运行调度灵活选择接地点。 （3）选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成中性点不接地的系统。

7.1 110kV电压级中性点接地方式

110kV及以上电压级系统为大电流接地系统，所以主变压器110kV电压级中性点接地方式，应选择中性点直接接地方式。

7.2 35kV与10kV电压级中性点接地方式

在我国63kV、35kV和6~10kV系统均为小电流接地系统，它们的中性点应选用中性点不接地、经消弧线圈接地或高电阻接地的方式。在中性点不接地系统中，当发生单相接地故障时，不能构成短路回路，故短路电流不大，但故障点与导线对地分布电容形成回路，故障点又不太大的容性电流通过，有可能使故障点的电弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电压，甚至发展成相间短路故障，使事故扩大。在变压器的中性点装设消弧线圈，使消弧线圈产生的感性电流与接地容性电流相抵消，减小了接地故障点的电流，提高了供电可靠性。中性点经消弧线圈接地时，

- 20 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

有完全补偿、过补偿与欠补偿之分，为防止部分线路停运且合并运行线路出现单相接地故障时，欠补偿可能出现电弧谐振，一般采用过补偿方式。35~63kV系统接地电容电流大于10A，6~10kV系统若接地电容电流大于30A时，应选择经消弧线圈接地的接地方式。具体电容电流计算公式如下：

架空线路 IC?(2.7~3.UN3L)?

式中 L—线路的长度（km）；

IC—架空线路的电容电流（A）；

2.7、3.3—系数，前者适用于无架空地线的线路，后者适用于有架空地线的线路（有些35kV架空线路全长无架空地线，仅在靠近变电所的1~2km有架空地线，称为进线保护段）；

UN—线路的额定线电压（kV）。 Ic=3.3*35*70*0.001*1.13=9.69A<10A,不接地

电缆线路 IC?0.U 1NL （7.2）

式中 L—线路的长度（km）；

IC—架空线路的电容电流（A）；

UN—线路的额定线电压（kV）。

?3 1 0 （7.1）

Ic=0.1*10*30*1.16=34.8>30A,选择经消弧线圈接地。

由于变电所本身母线对地也有分布电容电流，所以在上述计算的基础上还应该增加一个百分数。6kV系统增加18%、10kV系统增加16%、35kV系统增加13%、63kV系统增加12%、110kV系统增加10%。

由计算结果知道，110kV侧选择直接接地方式，35kV侧选择不接地方式，10kV选择经消弧线圈接地。

7.3消弧线圈选择

用消弧线圈接地时应注意：

（1）消弧线圈应由系统统筹规划，分散布置，应避免整个电网中只装一台消弧线圈，也应避免在一个变电所中装设多台消弧线圈，在任何运行方式下，电网不得失去消弧线圈的补偿。

（2）在变电所中，消弧线圈一般装在变压器中性点上6~10kV消弧线圈也可装在调相机的中性点上。

- 21 -

TX 110kV变电站设计 （3）当两台主变压器合用一台消弧线圈时，应分别经隔离开关与变压器中性点相连。

消弧线圈容量选择公式为

Q=KIcUN/3 （7.3）

K—系数，过补偿时取1.35；

6~10kV系统需要加装消弧线圈时，由于主变的6~10kV侧一般是三角形接线，没有中性点，故对6~10kV侧需要加装专用接地变压器，因接地变压器高压绕组为星形接线，可以利用接地变6~10kV侧的中性点接入消弧线圈。接地变的容量应该大于消弧线圈的容量，一般应该在6~10kV的每一段母线上都安装型号一样、相同容量的接地变。接地变的低压侧可以兼做所用电。

- 22 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

8所用变压器的设计

参考《设计手册I》第3-10，《35~110kV设计规范》第3-3，《发电厂电气部分》第3-3。

根据《发电厂电气部分》第3-3节中关于变电所所用电接线的介绍：变电所的所用电负荷，一般都比较小，变电所的主要所用电负荷是变压器冷却装置（包括风扇、油泵、水泵），支流系统中的充放电装置和硅整流设备、空气压缩机、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等，当变电所装有同步调相机时，还有调相机的空气冷却器和润滑系统的油泵和水泵等负荷。这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电只需0.4kV一级，采用动力和照明混合供电方式。

根据《35~110kV设计规范》第3.3.1条 在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同、可互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。

根据《设计手册I》第3-10，所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，所用低压侧多采用单母线接线，当有两台所用变时，采用单母线分段接线方式，平时分列运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。

所以综合考虑各种因素，装设两台S11-100/10电力变压器作为本变电所的所用变压器，并将它们分别接在主变压器低压侧母线的不同分段上。这种所用电源引接方式具有经济性好和供电可靠性高的特点。

表8.1 所用变压器选择 型号 额定容量/kVA 高压 S11-100/10 100 10.5 低压 0.4 空载 0.2 短路 1.5 4 1 额定电压/kV 损耗/KW 阻抗电空载电联接总体质量/t 压（%） 压（%） 组别 Y yn0 0.645 D yn11

- 23 -

TX 110kV变电站设计

9短路电流计算

9.1 短路的危害

1、通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。

2、短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命。

3、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产品质量。

4、破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。

9.2 短路电流计算的目的

1、电气主接线比选比较与选择

2、选择断路器等的电器设备，或对这些设备提出技术要求 3、为继电保护的设计以及调试提供依据

4、评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施 5、分析计算送电线路对通讯设施的影响

9.3 短路电流计算的一般规定

为了所选到合适的高压电器，为了能合理选择轻型电器，在主接线设计时，应考滤限电器具有足够的可靠性、经济性、灵活性并在一定的时期内满足电力系统发展的需要，应对不同点的短路电流进行校验。短路电流计算应包括以下规定： 第3.2.1条 验算导体的稳定性和电器的动稳定热稳定以及电器开断电流的能力，应按本设计的设计规划容量来计算，并考虑到电力系统的5~10年发展规划（一般应按本工程的建成之后的5~10年）。在确定短路电流时应按可能发生的短路电流的正常接线方式，而不应按照仅在切换时过程中的可能的并列运行方式的接线方式。

第3.2.2条 选择导体和电器时所用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

第3.2.3条 选择导体和电器时，对不带电抗的回路的计算短路点，应选择在正常

- 24 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

接线方式时短路电流最大的地点，对带电抗器6~10kV出线与厂用分支回路，除其母线与隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器之前外，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。

第3.2.4条 导体和电器的动稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机的出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相，两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。

9.4 短路形式的确定

三相系统中短路的基本类型有四种，即三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。电气设备的动、热稳定校验，一般按短路情况最严重的短路形式计算，而电气距离距电源较远的变电所，一般三相短路最严重，故本设计中短路电流均按三相短路的情况进行计算。

9.5 短路计算点的确定

选取短路计算点的个数，主要依据变电所的电压等级数，故本所设三个短路点，分别以K1、K2、K3。K4表示110kV、35kV和10kV工作母线和变压器分裂运行时10kV母线上的短路点。然后根据这四个短路点来依次计算对应点的短路电流值，并利用这四个短路点的短路电流值来校验电气设备和继电保护。

9.6 短路电流的计算

高压短路电流计算一般只计及各元件的电抗，采用标幺值形式的近似计算法。标幺值中各物理量均用标幺值来表示，此方法使运算步骤简单、数值简明便于分析。

9.6.1 基准值的选取

基准有四个，即基准容量（SB）、基准电流（IB）、基准电压（UB）和基准阻抗（ZB）。在此计算中，选取基准容量SB=100MVA，基准电压UB为各电压级的平均额定电压（115kV、37kV、10.5kV）。选定基准量后，基准电流和基准阻抗便已确定：

- 25 -

TX 110kV变电站设计 基准电流：IB?SB （9.1） 3UB

2UB基准阻抗：ZB? SB （9.2）

9.6.2 元件电抗标幺值的计算

9.6.2.1系统S或发电厂G的等效电抗标幺值： SSXS??XSB或XG??XGB SSSG （9.3）式中 SSSG— 系统或发电厂的容量，MVA； XSXG—系统或发电厂以其本身容量为基准的等效电抗标幺值。 9.6.2.2线路电抗标幺值：

XL*?X0L

式中 X0— 线路单位长度的电抗值，其中，单根导线为0.4Ω/km，二分裂导线为0.31Ω/km；

L—— 线路的长度，km。 9.6.2.3变压器电抗标幺值：

本设计中主变为三绕组，已给出了各个绕组两两之间的短路电压百分数，即UK(1—2)%、UK(1—3）%、UK(2—3）%。则由以下公式可求变压器的等值电抗：

X1*?U1?2?U1?3?U2?3SB 200SN （9.5）U?U2?3?U1?3SB X2*?1?2 200SN （9.6）SB （9.4） 2UB X3*?

U1?3?U2?3?U1?2SB 200SN （9.7）

- 26 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

9.6.3 网络化简

网络化简的目的是简化短路电流计算，以求得电源至短路点间的等值阻抗。

9.6.4 各短路点的短路电流计算

本设计仅有两个电源，电力系统接线图也较简单，故采用个别法来计算各短路点的短路电流比较精确。各短路点的短路电流计算步骤如下： 1、网络化简，得到各电源对短路点的转移电抗Xf；

2、求各电源的计算电抗Xjs（将各转移电抗按各电源容量S∑归算）： S Xjs?Xf?SB （9.8）3、取tK为0.2s，查运算曲线，得到以各电源容量为基准值的各电源至短路点电流标幺值；

4、求（3）中各电流的有名值之和，即为短路点的短路电流，并计算短路电流冲击值Ich。短路电流计算书见“附录三” 根据计算得出结论：

表9.1 短路电流计算结果 短路点 110kV母线 35kV母线 10kV母线 I0/kA 4.845 4.837 14.901 I0.1/kA 4.380 4.307 14.297 I0.2/kA 4.037 4.12 14.022 Ich/kA 12.355 12.334 37.998

- 27 -

TX 110kV变电站设计

10电气设备选择

10.1 电气设备选择的一般原则与技术条件

10.1.1 选择导体和电器的一般原则

1、应力求技术先进、安全使用、经济合理；

2、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； 3、应按当地环境条件校核；

4、应与整个工程的建设标准协调一致； 5、选择的导体品种不宜太多；

6、选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。

10.1.2 选择导体和电器的技术条件

10.1.2.1按长期工作条件选择

电气设备所在的电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1~1.5倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15倍，因此，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安身之处电压UNS的条件选择即

UN?UN S （10.1）

0

电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度θ

下，电气设备的长期允许电

流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即 IN?Ima x （10.2）

- 28 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

表10.1 回路最大持续工作电流Imax的计算

回路名称 最大持续工作电流 110kV主母线 汇流母线 35kV、10 kV主母线 Imax?2SN?S穿??S1103UNSN3UN Imax?1.05110 kV系统联络线 Imax?Imax?2SN?S穿??S1103UN2SN?S穿??S1103UNSN3UNSN3UN 110kV分段 分段母线 35 kV、10 kV分段 Imax?1.05Imax?1.05（0.5~0.8） 主变引下线 单回路负荷 负荷出线 双回路负荷 Imax?Pmax(1??%)3UNcos? Imax?(0.8~1)?P(1??%)3UNcos?QC3UNQC3UN 10kV并联电容器补偿回路 Imax?1.3Imax?1.3所用变（或接地变）回路

10.1.2.2按经济电流密度选择导体

按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用（折算到每年的投资逾年费用之和）最小。除汇流母线、厂用电动机的电缆外，年负荷利用小时较大，长度在20m以上的导体，如发电机和变压器的引出线，其截面一般按经济电流密度选择。经济截面用下式计算：

S?

- 29 -

Imax （10.3） J

TX 110kV变电站设计

式中 Imax—正常运行方式下导体的最大持续工作电流，计算时不考虑过负荷和故时转移过来的负荷；

J—经济电流密度，常用导体的J值，可根据最大负荷利用时数Tmax查经济电流密度图所得。

按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近式（10.3)计算的经济截面，当无适合规格的导体时，允许选用小于但接近经济截面的导体。

10.1.2.3按当地环境条件校验

当实际环境温度θ不同于导体的额定环境温度θ0时，其长期允许电流应该进行修正

Ia?l?KIa l （10.4）

式中 K—综合修正系数。

不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数为

K?

式中θal—导体的长期发热允许最高温度，裸导体一般为70℃；

θ0—导体的额定环境温度，裸导体一般为25℃；

?al?? （10.5） ?al??0θ—安装地点周围环境温度。

选择导体和电器的实际环境温度与其类别及安装场所有关，屋外裸导体和屋外电缆沟中的电缆用最热月平均最高温度；屋外电器采用年最高温度；屋内裸导体、屋内电缆沟中的电缆和屋内电器采用屋内通风设计温度，当无资料时，可取最热月平均最高温度加5℃；电缆隧道中的电缆采用该处通风设计温度，当无资料时，可取最热月平均最高温度加5℃；土中直埋电缆采用最热月的平均地温。最热月平均最高温度为最热月每日最高温度的月平均值，取多年平均值。

10.1.2.4按短路情况校验 1）短路热稳定校验

热稳定校验是指电气设备承受短路电流热效应而不损坏的能力。热稳定校验的是指实施电气设备承受短路电流热效应时的短时发热最高温度不超过短时最高允许温度。对于导体通常按最小截面法校验热稳定。电器的热稳定是由热稳定电流及其通过时间来决定的，满足热稳定的条件为

- 30 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

It2t?Qk （10.6）

式中 Qk—短路电流热效应；

It—所选用电器t（单位为s）时间内允许通过的热稳定电流。

对于特定网络和短路切除时间，短路电流热效应Qk保持不变，取短时最高允许温度θal计算短路终了时的A值得Ah，取短路前导体的工作温度θw计算短路开始时的A值得Aw，热稳定系数C?Ah?Aw达到上限值，若计及集肤负效应系数Ks影响，可得到满足热稳定的导体最小截面（单位为mm2）为

Smin?1QkKs （10.7） C

显然，当所选导体截面S?Smin时，由于短路电流热效应Qk保持不变，短路终了时的A值Af减小，Af?Ah，故导体短路时的温升不会超过短时最高允许温度。热稳定系数C值（）可以根据短路前导体的工作温度由表10.2查出。 J/(Ω?mm4）表10.2 不同工作温度下裸导体的C值 工作温度/℃ 硬铝及铝锰合金 硬铜 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 99 97 95 93 91 176 89 174 87 171 85 169 83 166 81 164 79 161 186 183 181 179

且短路前导体的工作温度为

2Imax（?a? ?w??? （10.8） l?)2Ial?

式中 θ、Ial?—实际环境温度和对应于实际环境温度θ的允许电流。 2）短路动稳定校验

动稳定是指电气设备承受短路电流产生的电动力效应而不损坏的能力。电器

- 31 -

TX 110kV变电站设计 满足动稳定的条件为

ies?is或hIes?Ish （10.9）

''式中ish、Ish—短路冲击电流的幅值和有效值，ish?2KshIN，Ksh为冲击系数，发电机终端取1.9，发电厂高压母线及发电机电压电抗器后取1.85，远离发电机时取1.8；

ies 、Ies—电器允许通过的动稳定电流幅值和有效值。

固定在支柱绝缘子上的硬导体，在短路电流产生的电动力作用下会发生弯曲，承受很大的应力，可能使导体变形或折断。为了保证硬导体的动稳定，必须进行应力计算与校验。硬导体的动稳定校验条件为最大计算应力σmax不大于导体的最大允许应力σal，即

硬导体的最大允许应力：硬铝为70×106Pa，硬铜为140×106Pa。 下面列出了几种情况可不校验热稳定或动稳定：

①用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 ②采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 ③在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。 3）电晕电压校验

导体的电晕放电会产生电能损耗、噪声、无线电干扰和金属腐蚀等不良影响。为了防止发生全面电晕，要求110kV及以上裸导体的电晕临界电压Ucr应大于其最高工作电压Umax，即

Ucr＞Umax （10.11）

在海拔不超过1000m的地区，当110kV采用了不小于LGJ-70型，220kV采用了不小于LGJ-300型钢芯铝绞线或110kV采用了外径不小于φ20型，220kV采用了外径不小于φ30型的管形导体，可不进行电晕电压校验。

σmax?σal （10.10）

10.2 导体的选择

- 32 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

10.2.1 导体选择的原则

依据《导体和电器选择技术规定》：

第2.1.6条 除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济电流密度选择。 第2.1.3条 载流导体应选择铝质材料。

10.2.2 10kV电缆的选择

依据《发电厂电气部分》电力电缆应按下列条件选择和校验： a电缆芯线材料及型号； b额定电压； c截面选择； d允许电压降校验； e热稳定校验；

f电缆的动稳定由厂家保证，可不必校验。

电缆芯线有铜芯和铝芯，国内工程一般选用铝芯，电缆的型号应根据其用途，敷设方式和使用条件进行选择，ZX变10kV出线选用三相铝芯电缆。 电压选择：电缆的额定电压应大于等于所在电网的电压。

截面选择：电力电缆截面一般按长期发热允许电流选择，当电流的最大负荷利用小时数大于5000小时且长度超过20m时，应按经济电流密度选择。 具体的导体选择见“附录四”，导体一览见表10.3。

表10.3 导体一览表 项目 电压级 110kV 35kV 10kV 主母线 LGJ-240 LGJQ-185 两条80×8LMY平放 主变引下线 LGJ-120 LGJQ-185 三条125×10LMY平放 负荷出线 LGJ-120 LGJ-95 单条185 mm三芯电力电缆 2

10.3 高压电器的选择

10.3.1 断路器的选择

按照《电力工程设计手册》高压断路器选择规定：断路器型式的选择除应满

- 33 -

TX 110kV变电站设计 足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定选择断路器。

根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）第6-2节规定：35kV及以下，可选用少油、真空、多油断路器等，应注意经济性。35kV~220kV可选用少油、SF6、空气断路器等。

综合考虑，110kV为检修方便，选用SF6断路器， 10kV侧均采用真空断路器。

10.3.2 隔离开关的选择

种类和形式的选择：隔离开关的型式很多，按安装地点的不同可分为屋内式和屋外式。按绝缘支柱数目可分为单柱式和双柱式。它对配电装置的占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置的特点和使用要求以及经济技术条件来确定。 根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）第2-8节规定：

（1）接在发电机，变压器引出线及中性点上的避雷器可不装设隔离开关。 （2）接在母线上的避雷器和电压互感器可合用一组隔离开关。 （3）桥型接线中的跨条宜采用两组隔离开关串联，以便于不停电检修。 （4）断路器两侧均应装设隔离开关，以便于断路器检修时隔离电源。 （5）中性点直接接地的普通型变压器应通过隔离开关接地。

10.3.3 电压互感器的选择

依据《电力工程设计手册》对电压互感器配置的规定：

（1）电压互感器的配置与数量和配置，主接线方式有关，并应满足测量，保护周期和自动装置的要求。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。

（2）6~220kV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否需要装设压互，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。

（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 根据《导体和电器选择技术规定》SDGJ14-86： 10.0.1条：电压互感器应按下列技术条件选择和校验 （1）一次回路电压 （2）二次电压 （3）二次负荷 （4）准确度等级

- 34 -

TX 110kV变电站设计 110kV 及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于1000??m的地区，宜装设独立避雷针。否则，应通过验算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施 60kV 的配电装置，允许将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于500??m 的地区，宜装设独立避雷针。 35kV 及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针。装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。装有避雷针的架构上，接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度；但在空气污秽地区，如有困难，空气中距离可按非污秽区标准绝缘子串的长度确定。避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线。 （4）规程第72条：

110kV 及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架构上，土壤电阻率大于1000??m 的地区，应装设集中接地装置。35~60kV 配电装置，在土壤电阻率不大于500??m 的地区，允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。在土壤电阻率大于500??m 的地区，避雷线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护，可采用独立避雷针，也可在线路终端杆塔上装设避雷针。 （5）规程第74条：

独立避雷针、避雷线与配电装置带电部分间的空气中距离，以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网间的地中距离，应符合下列要求：

1）独立避雷针与配电装置带电部分、发电厂和变电所电力设备接地部分、架构接地部分之间的空气中距离，应符合下式要求：

Sk ≥ 0.3Rch + 0.1H （11.1）

式中 Sk —空气中距离，m；

Rch —独立避雷针的冲击接地电阻，Ω； H—避雷针校验点的高度，m。

2）独立避雷针的接地装置与发电厂、变电所接地网间的地中距离，应符合下式要求：

Sd ≥.0.3 Rch (11.2)

式中 Sd —地中距离，m。

- 40 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

3）除上述要求外，对避雷针和避雷线，Sk 不宜小于5m， Sd 不宜小于3m。

11.3 雷电侵入波保护设计

(1)保护措施：避雷器结合进线段保护

(2)避雷器的设置：《电力设备过电压保护技术规程》SDJ7-79中的规定

第78条：变电站的每相母线上都应装设阀型避雷器，应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近架设集中接地装置。

第80条：大接地短路电流系统中的中性点不接地变压器如中性点绝缘按线电压设计，应在中性点装设保护装置；如中性点绝缘按线电压设计，但变电所为单进线且为单台变压器运行，也应在中性点装设保护装置。

第83条：与架空线联络连接的三绕组变压器的10kV绕组，如有开路运行的可能，应采用防止静电感应电压危害该绕组绝缘的措施。在其一相出线上装设一只阀型避雷器。

第85条：变电站3~10kV配电装置，应在每相母线和每路架空线上装设阀型避雷器。

避雷针保护范围计算见“附录四”

- 41 -

TX 110kV变电站设计

12 配电装置与电气总平面设计

12.1 配电装置基本要求

配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关设备、保护设备、测量设备、母线以及必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常运行情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维持系统正常运行。可以说，配电装置是具体实现电气主接线功能的重要装置。为此配电装置应满足以下基本要求： 1、保证运行可靠 2、保证工作人员的安全 3、力求提高经济性 4、具有扩建的可能

根据《高压配电装置设计技术规程》SDJ5－79的规定：

第1.0.1条 高压配电装置（简称配电装置）的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并应根据电力系统条件，自然环境特点和运行、要求，合理地制订布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置、新设备和新材料，使设计做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。

第4.1.4条 配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时，应按较高的额定电压确定其安全净距。

第4.1.5条 屋外配电装置带电部分的上面或下面不应有照明、通信和信号线路架空跨越或穿过；屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷或动力线路跨。 第4.2.1条 考虑地理情况的环境条件，因地制宜，节约用地。35kV及以下宜采用屋内布置。

12.2 配电装置分类

配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按其组装方式，又可分为装配式和成套式。在现场将电器组装而成的称为装配配电装置；在制造厂按要求预先将开关电器、互感器等组成各种电路成套后运至现场安装使用的称为成套配电装置。

（1）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，可减轻维护工作量，不受气候影响；③

- 42 -

郑州大学电气工程学院毕业设计（论文）

外界污秽空气对电气设备影响较小，可以减少维护工作量；④房屋建筑投资圈套，建设周期长，但可采用价格较低的刻内型设备。

（2）屋外型配电装置的特点：①土建工作较大和费用较小，建设周期短；②与屋内配电装置相比，扩建比较方便；③相信设备之间距离较大，便于带电作业；④与屋内配电装置相比，占地面积大；⑤受外界环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘；⑥不良气候对设备维修和操作有影响。

（3）成套配电装置的特点：①电气设备布置在封闭或半封闭的金属（外壳或金属框架）中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；②所有电气设备已在工厂组装成一体，如SF6全封闭组合电器、开关柜等，大大减少现场安装工作量，有等于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁；③运行可靠性高，维护方便；④耗用钢材较多，造价较高。

在发电厂与变电所的设计中，配电装置的选择是根据电气主接线的形式、其在电力系统中的地位、周围环境、气象、交通、地质地形等情况，因地制宜地做综合的技术经济比较之后得出的。

12.3 配电装置的最小安全净距

因电压等级、安装地点以及布置型式的不同，各种型式配电装置的结构尺寸有很大差异，在设计中需要综合考虑电气设备的外形尺寸、安装布置、运行环境、检修、维护和运输等各种情况下的安全距离。对于敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接地部分之间和不同相带电部分之间的空间最小安全净距，即所谓的A1和A2值。最小安全净距的含义是：在此距离下，无论是处于最高工作电压之下，还是处于内外过电压之下，空气间隙均不致被击穿。这些标准尺寸是在理论分析、试验以及运行实践的总结等基础上加以综合得出的。表7.1和表7.2是我国设计规程规定的屋内、屋外配电装置最小安全净距。表7.1和表7.2种B、C、D、E等值均系在A1 值基础上再考虑一些其它实际因素得出的。

在工程中，实际采用的安全距离均大于表中所列数值，这是因为在确定这些距离时，还考虑了减小相间短路的可能性；软到现在短路电动里、风摆、温度、覆冰及弧垂摆动下乡鉴于相对地间距离的减小；降低大电流导体周围钢构的发热与电动力；减小电晕损失以及带电检修等因素。

- 43 -

TX 110kV变电站设计

表12.1 屋内配电装置的最小安全净距 单位：mm 符号 适用范围 1.带电部分与接地部分之间 A1 2.网状和板状遮栏向上延伸线距地2.3m处与遮栏上方带电部分之间 1.不同相带电部分之间 A2 2.断路器和隔离开关断口两侧带电部分之间 1.栅状遮栏至 带电部分之间 B1 2.交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 B2 网状遮栏至带电部分之间 无遮栏裸导体与地（楼）之间 平行的不同时检修的无遮栏裸导体之间 通向屋外的出线套管之屋外通道的路面 175 200 225 250 280 400 650 950 1050 1900 825 850 875 900 930 1050 1300 1600 1700 2550 75 100 125 150 180 300 550 900 1000 2000 75 100 125 150 180 300 550 850 950 1800 额定电压/kV 3 6 10 15 20 35 60 110J 110 220J C 2375 2400 2425 2450 2480 2600 2850 3150 3250 4100 D 1875 1900 1925 1950 1980 2100 2350 2650 2750 3600 E 4000 4000 4000 4000 4000 4500 4500 5000 5000 5000 注：1.J系指中性点直接接地系统。 2.板状遮栏时，值B2 值可取A1+30。

- 44 -

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