110kv变电站课程设计最终版

摘要

本文主要进行110KV变电站设计。首先根据任务书上所给系统及线路和所有负荷的参数，通过对所建变电站及出线的考虑和对负荷资料分析，满足安全性、经济性及可靠性的要求确定了110KV、35KV、10KV侧主接线的形式，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数、容量、及型号，从而得出各元件的参数，进行等值网络化简，然后选择短路点进行短路计算，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，选择并校验电气设备，包括母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等，并确定配电装置。根据负荷及短路计算为线路、变压器、母线配置继电保护并进行整定计算。本文同时对防雷接地及补偿装置进行了简单的分析，最后进行了电气主接线图及110KV配电装置间隔断面图的绘制。 关键词：变电站设计，变压器，电气主接线，设备选择

I

目录

1 引言............................................................. 1

1.1 变电站的作用 ................................................ 1 1.2 我国变电站及其设计的发展趋势 ............... 错误！未定义书签。 1.3 变电站设计的主要原则和分类 .................................. 2 1.4 选题目的及意义 .............................................. 2 1.5 设计思路及工作方法 .......................................... 3 1.6 设计任务完成的阶段内容及时间安排 ............................ 3 2 任务书........................................................... 4

2.1 原始资料 .................................................... 4 2.2 设计内容及要求 .............................................. 6 3 电气主接线设计................................................... 8

3.1 电气主接线设计概述 .......................................... 8 3.2 电气主接线的基本形式 ....................................... 11 3.3 电气主接线选择 ............................................. 11 4 变电站主变压器选择.............................................. 15

4.1 主变压器的选择 ............................................. 15 4.2 主变压器选择结果 ........................................... 17 5 短路电流计算.................................................... 18

5.1 短路的危害 ................................................. 18 5.2 短路电流计算的目的 ......................................... 18 5.3 短路电流计算方法 ........................................... 18 5.4 短路电流计算 ............................................... 19

5.4.1 110kv侧母线短路计算 ................................. 21 5.4.2 35kv侧母线短路计算 .................................. 23 5.4.3 10kv侧母线短路计算 .................................. 24

6 电气设备的选择.................................................. 27

6.1 导体的选择和校验 ........................................... 27

6.1.1 110kv母线选择及校验 ................................. 28 6.1.2 35kv母线选择及校验 .................................. 29 6.1.3 10kv母线选择及校验 .................................. 30 6.2 断路器和隔离开关的选择及校验 ............................... 31

6.2.1 110kv侧断路器及隔离开关的选择及校验 ................. 32 6.2.2 35kv侧断路器及隔离开关的选择及校验 .................. 34 6.2.3 10kv侧断路器及隔离开关的选择及校验 .................. 36 6.3 电压互感器和电流互感器的选择 ............................... 38

6.3.1 电流互感器的选择...................................... 38 6.3.2 电压互感器的选择...................................... 40

7 继电保护的配置.................................. 错误！未定义书签。

7.1 继电保护的基本知识 ......................... 错误！未定义书签。 7.2 110kv线路的继电保护配置及整定计算......... 错误！未定义书签。

7.2.1 110kV线路继电保护配置 ............... 错误！未定义书签。 7.2.2 110kV线路继电保护整定计算 ........... 错误！未定义书签。 7.3 变压器的继电保护及整定计算 ................. 错误！未定义书签。

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7.3.1 变压器的继电保护...................... 错误！未定义书签。 7.3.2 变压器的继电保护整定计算.............. 错误！未定义书签。 7.4 母线保护 ................................... 错误！未定义书签。 7.5 备自投和自动重合闸的设置 ................... 错误！未定义书签。

7.5.1 备用电源自动投入装置的含义和作用...... 错误！未定义书签。 7.5.2 自动重合闸装置........................ 错误！未定义书签。

8 防雷与接地方案的设计............................................ 42

8.1 防雷保护 ................................................... 42 8.2 接地装置的设计 ............................................. 42 9 配电装置........................................ 错误！未定义书签。

9.1 配电装置概述 ............................... 错误！未定义书签。 9.2 配电装置类型 ............................... 错误！未定义书签。 9.3 对配电装置的基本要求和设计步骤 ............. 错误！未定义书签。 9.4 屋内配电装置 ............................... 错误！未定义书签。 9.5 屋外配电装置 ............................... 错误！未定义书签。 10 结束语......................................................... 44 参考文献........................................................... 45 致谢............................................................... 46 附录............................................... 错误！未定义书签。

附录一 电气主接线图 ........................... 错误！未定义书签。 附录二 110KV屋外普通中型单母线分段接线的进出线间隔断面图错误！未定义书签。

III

毕业设计（论文）

1 引言

1.1 变电站的作用

一、变电站在电力系统中的地位

电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机）、变换（变压器、整流器、逆变器）、输送和分配（电力传输线、配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。

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。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类：

（1）枢纽变电站；位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330—500kv的变电站，成为枢纽，全所停电后，将引起系统解列，甚至出项瘫痪。

（2）中间变电站：高压侧以交换潮流为主，其系统变换功的作用。或使长距离输电线路分段，一般汇聚2—3个电源，电压为220—330kv，同时又降压供当地供电，这样的变电站起中间环节的作用，所以叫中间变电站。全所停电后，将引起区域电网解列。

（3）地区变电站：高压侧一般为110—220kv，向地区用户供电为主的变电站，这是一个地区或城市的主要变电站。全所停电后，仅使该地区中断供电。

（4）终端变电站：在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧的电压为110kv，经降压后直接向用户供电的变电站，即为终端变电站。全所停电后，只是用户受到损失。

二、电力系统供电要求

（1）保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备的安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。因此，电力系统运行首先足可靠、持续供电的要求。

（2）保证良好的电能质量：电能质量包括电压质量，频率质量和波形质量这三个方面，电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定的数来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定电压的正负5%，给定的允许频率偏移为正负0.2—0.5%HZ等，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。所有这些质量指标，都必须采取一切手段来予以保证。

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毕业设计（论文）

（3）保证系统运行的经济性：电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占的比重约为1/3 ，而且在电能变换，输送，分配时的损耗绝对值也相当可观。因此，降低每生产一度电能损耗的能源和降低变换，输送，分配时的损耗，又极其重要的意义。

1.3 变电站设计的主要原则和分类

变电站设计的原则是：安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效、，努力做到统一性与可靠性、先进性、经济性、适应性、灵活性、时效性和和谐性的协调统一。1. 统一性：建设标准统一，基建和生产标准统一，外部形象提醒公司企业的文化特征。2. 可靠性：主接线方案安全可靠。3. 经济性，按照利益最大化原则，综合考虑工程初期投资与长期运行费用，追求设备寿命期内最佳经济效益。4. 先进性：设备选型先进合理，占地面积小，注重环保，各项技术经济可比指标先进。5. 适应性：综合考虑不同地区的实际情况，要在系统中具有广泛的适应性，并能在一定时间内对不同规模，不同形式，不同外部条件均能适应。6. 灵活性：规模划分合理，接口灵活，组合方案多样，规模增减方便，能够运行于不同的情况环境下。7. 时效性：建立滚动修改机制，随着电网的发展和技术的进步，不断更新、补充和完善设计。8. 和谐性：变电站的整体状况与变电站周边人文地理环境相协调

变电站设计的分类按照变电站标准方式、配电装置型式和变电站规模3个层次进行划分。

（1）按照变电站布置方式分类。110kv变电站分为户外变电站、户内变电站和半地下变电站3类。在变电站设计中，户外变电站是指最高电压等级的配电装置、主变布置在户外的变电站；户内变电站是指配电装置布置在户内，主变布置在户内、户外或者户内的变电站。半地下变电站是指主变布置在地上，其它主要电气设备布置在地下建筑内的变电站；地下变电站是指主变及其他主要电气设备布置在地下建筑内的变电站。

（2）按配电装置型式分类。110kv配电装置可再分为常规敞开式开关设备和全封闭式组合电气2类进行设计。

（3）按变电站规模进行分类。例如户外AIS变电站，可按最高电压等级的出线回路数和主变台数、容量等不同规模分为终端变电站、中间变电站和枢纽变电站。

1.4 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

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毕业设计（论文）

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，掌握发电厂部分初步设计的过程，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。

1.5 设计思路及工作方法

分四步完成：

1. 变电站电气主接线的设计（完成主接线，主变及站变的选择：包括容量计算、台数和型号的选择，绘出主接线）； 2. 短路电流计算及继电保护整定计算； 3. 主要电气设备选择； 4. 配电装置设计。

1.6 设计任务完成的阶段内容及时间安排

1 2 3 4 设计（论文）各阶段名称 查阅资料，翻译文献 与设计相关的资料并阅读，完成开题报告 实习，并进行开题答辩 变及站变的选择（容量计算、台数和型号的选择） 5 6 7 8 9 完成短路计算和继电保护整定计算 完成导体和电气设备的选择 完成防雷接地设计 配电装置设计 第5、6、7、8周 第9、10周 第11周 第12周 起止日期 大四上学期第14、15周 周 大四下学期第1、2周 了解设计内容及要求，熟悉设计题目，收集大四上学期第16、17、18初步完成电气主接线设计，完成主接线、主第3、4周 完成毕业设计论文及图纸的绘制，准备答辩 第13、14、15周 3

毕业设计（论文）

2 任务书

2.1 原始资料

一、 题目： 110KV变电站设计 二、 原始资料

（一）建设性质及规模

本所为于某市边缘。除以10KV电压供给市区工业与生活用电外，并以35KV电压向郊区工矿企业及农业供电。其性质为区域变电站。

电压等级：110/35/10KV 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9回，远景发展2回； （二）电力系统接线简图

S1=200MV

Sx1=0.6

~ 110KV 甲交 240 30150 121200MVA Sx2=0.6

~ 185240 2（） 2580 110KV

FS市变 图2-1电力系统接线图

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=170MVA，XS1=0.85

S2=1050MVA，XS2=0.65

3、系统可保证本所110KV母线电压波动在±5%以内。

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（三）负荷资料 电压 最大负荷 MW 近期 远 景 穿越功率 MW 近 期 远 景 负荷组成 （%） 一级 二级 三级 自然 线长 （km） 110 KV 市系一线 市甲线 备用一 备用二 35 KV 煤矿1 煤矿2 甲乡镇 乙乡镇 备用1 备用2 10 10 15 15 20 20 40 40 20 20 30 30 30 30 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 均为补偿后值 10 KV 化肥厂1 化肥厂2 开关厂 电线电缆厂1 电线电缆厂2 玻璃厂 机械厂 食品厂 市区

备注 等级 负荷 名称 力率 Tmax （h） 12 25 20 20 10 20 15 12 1.5 2 1.5 2 2 2 3 2.5 1.5 2 2.5 2.5 2.5 2.5 1 1 2.5 1.5 40 40 20 20 20 20 30 30 0.78 5500 0.78 5500 0.75 4000 0.73 4500 2 2 3 2 1 1.5 30 30 0.73 4500 2 1 1 1 1 1.5 1.5 5

30 30 20 20 30 30 30 40 0.75 5000 0.78 4000 0.8 0.8 4500 3000 2 3.5 3.5 1.5 1.2 2 毕业设计（论文）

备用一 备用二 1 1 0.78 0.78 （四）地形、地质、水文、气象等条件

所址地区海拔185m，地势平坦，属轻微地震区。

年最高气温+40°C，年最低气温-10°C，年平均气温+12°C，最热月平均最高 温度+34°C。最大风速30m/s，复水厚度为10mm，属于我国第V标准气象区。 线路由系统变电所S1,南墙出发至RM变电所南墙上，全长共12KM，在线路3、7、9、11KM处共转角四次。其角度为28°、6°、90°、78°。全线地质为亚黏土地层，地耐力为2.5kg/cm2，天然容重2.7kg/cm3，土壤电阻率为100Ω。地下水位较低，水质良好，无腐蚀作用。土壤热阻率ρT=120°C/w，土温20°C。 三、设计任务

1、变电所总体分析；

2、负荷分析计算与主变压器选择； 3、电气主接线设计；

4、短路电流计算及电气设备选择； 5、配电装置设计；

6、110KV线路保护整定计算； 7、变压器保护整定计算；

8、110KV或35KV母线保护整定计算； 四、设计成品

（一）毕业设计说明书一册（包括：电气一次、二次部分）； （二）设计图纸

（1）电气主接线图（#2图）；

（2）110KV配电装置间隔断面图（#2图）；

2.2 设计内容及要求

1、主接线设计：分析原始资料，根据任务数的要求拟出各级电压母线接线方式，选择变压器型式及连接方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。

2、短路电流计算：根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流并列表示出短路电流计算结果。 3、主要电气设备选择。 4、110kV高压配电装置设计。

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5、进行继电保护的规划设计。（简略） 6、线保护和变压器主保护进行整定计算。

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3 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。

3.1 电气主接线设计概述

一、对电气主接线的基本要求

现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足一下基本要求。

（1）运行的可靠

断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

（2）具有一定的灵活性

主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快的推出设备。切除故障停电时间短，影响范围就最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。 （3）操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不但不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或者不必要的停电。 （4）经济上合理

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。 （5）具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时还应考虑到具有扩建的可能性。

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变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。 二、变电站电气主接线的设计原则

电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行和维护的方便，尽可能地节省投资，就进取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。他与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素 ，正确处理他们之间的关系，合理的选择主接线方案。

在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的，设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。

(1)接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥型接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110—220kv配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110—220kv出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。在大容量变电站中，为了限制6—10kv出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1. 变压器分列运行2. 在变压器回路中装置分裂电抗器。3. 采用低压侧为分裂绕组的变压器。4. 出线上装设电抗器。

(2)断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。

(3)为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够 的资料时，可采取下列数据：1. 最小负荷为最大负荷的60—70%，如主要农业负荷时则取20—30%；2. 负荷同时率取0.85—0.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0.95—1；3. 功率因数 一般取0.8；４. 线损平均取5%。

三、电气主接线设计步骤

（1）分析原始资料 1. 本工程情况

包括变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量，最大负荷利

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毕业设计（论文）

用小时数及可能的运行方式等。

2. 电力系统状况

包括电力系统近期及远景规划（5—10年），变电站在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。

主变压器中性点接地方式是一个综合问题，他与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。我国一般对35kv及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地），又称小电流接地系统，对110kv就以上高压系统，皆采用中性点直接接地系统，有称大电流接地系统。

3. 负荷情况

包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电站电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间（5—10年）的检验。

4. 环境条件

包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响，特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差较大，应予以重视。

5. 设备制造情况

这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等质量汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可靠性。

（2）主接线方案的拟定与选择

根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案（近期和远景）。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2—3个技术上相当，有能满足任务书要求的方案，再进行经济比较，结合最新技术，最终确定出在技术上合理、经济山可行的最终方案。

（3）短路电流计算和主要电气设备选择

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对选定的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。

（4）绘制电气主接线

对最终确定的电气主接线，按照要求，绘图。

3.2 电气主接线的基本形式

主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种接线方式，它以电源和出线为主体。由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源回路数不同。且各回馈线中所传输的容量也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，再进出线较多（一般超过4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂和变电站。

有汇流母线的接线方式可概括为单母线接线和双母线接线两大类，无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。

3.3 电气主接线选择

依据原始资料，经过分析，根据可靠性和灵活性经济性的要求，高压侧有4回出线，其中两回备用，宜采用双母线接线或单母线分段接线，中压侧有6回出线，其中两回备用，可以采用双母线接线、单母线分段接线方式，低压侧有11回出线，其中两回备用，可以采用单母线分段、单母线分段带旁路母线的接线方式，经过分析、综合、组合和比较，提出三种方案：

方案一：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用双母线接线方式，10kv侧采用单母线分段接线方式。

110kv侧采用双母线接线方式，优点是运行方式灵活，检修母线时不中断供电，任一组母线故障时仅短时停电，可靠性高。缺点是，操作复杂，容易出现误操作，检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电，任一母线故障仍会短时停电，结构复杂，占地面积大，投资大。10kv侧采用单母线分段接线方式，供给市区工业与生活用电，由于一级负荷占25%左右，二级负荷占30%左右，一级和二级负荷占55%左右，采用单母线分段接线方式，优点是接线简单清晰，操作方便，造价低，扩展性好，缺点是可靠性灵活性差。方案一主接线图如下：

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图3—1 方案一主接线图

方案二：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，10kv侧采用单母线分段接线方式

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