110KV变电站一次部分设计

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摘 要

根据设计任务书的要求，本次设计为110kV变电站电气一次部分初步设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV、35kV和10kV三个电压等级。各个电压等级分别采用单母线分段接线、单母线分段带旁母线和单母线分段接线。 本次设计中进行了电气主接线的设计。电路电流计算、主要电气设备选择及效验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、母线等）、各电压等级配电装置设计及防雷保护的配置。

本设计以《电力工程专业毕业设计指南》、《电力工程电气设备手册》、《高电压技术》、《电气简图用图形符号（GB/T4728.13）》、《电力工程设计手册》、《城乡电网建设改造设备使用手册》等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。

关键词 电气主接线设计，短路电流计算，电气设备选择

Abstract

According to the requirements of the design plan descriptions of the design of 110 kv substation electrical part of the preliminary design, and draw the main electrical wiring diagram and other drawings. The substation equipped with two sets of the main transformer, station NaZhu wiring is divided into 110 kv, 35 kv and 10 kv voltage grade three. Each voltage grade respectively by a single bus section of wiring, the single by the bus section take bus and the bus section connection.

The design of the main electrical wiring design. Circuit current calculation, the main electrical equipment selection and efficacy (including circuit breaker, isolating switch, current transformer, bus, etc.), the voltage

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level distribution equipment design and configuration of lightning protection.

This design is to \engineering specialized graduation design guide\

Key words: the main electrical wiring design，Short circuit current calculation，

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Electrical equipment choice，

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目录

摘 要 ........................................................ I 绪论 ................................................................................................................ 1 第1章 原始资料 ............................................................................................. 3

1.1 地区电网的特点 ....................................... 3 1.2 建站规模 ............................................. 3 1.3 环境条件 ............................................. 4 1.4 电器主接线图 ......................................... 4 1.5 短路阻抗 ............................................. 4 第2章 变压器选择 ....................................................................................... 5

2.1 主变压器选择 ......................................... 5 2.2 站用变压器选择 ....................................... 6 2.3 主变压器负荷计算 ..................................... 6 2.4 站用变压器负荷计算 ................................... 8 第3章 电气主接线设计 ................................................................................. 9

3.1 电气主接线 ........................................... 9 3.2 主接线的设计步聚 .................................... 12 3.3 本变电站电气主接线设计 .............................. 13 第4章 短路电流计算 .................................................................................... 16

4.1 短路电流计算的目的 .................................. 16 4.2 短路电流计算的一般规定 .............................. 16 4.3 短路电流计算的步聚 .................................. 17 4.4 短路电流计算结果 .................................... 17 4.5 三相短路电流计算 .................................... 18 4.6 站用变压器低压侧短路电流计算 ........................ 24 第5章 高压电器设备选择............................................................................ 25

5.1电器选择的一般条件 .................................. 25 5.2高压断路器的选择 .................................... 27 5.3隔离开关的选择 ...................................... 27 5.4电流互感器的选择 .................................... 28 5.5电压互感器的选择 .................................... 28 5.6高压熔断器的选择 .................................... 28 5.7高压断路器选择及校验 ................................ 29 5.8隔离开关选择及校验 .................................. 30

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5.9电流互感器选择及校验 ................................ 31 5.10电压互感器选择及校验 ............................... 32 5.11高压熔断器选择及校验 ............................... 33 5.12母线选择及校验 ..................................... 33 第6章 配电装置设计 .................................................................................. 36 第7章 防雷保护设计 .................................................................................. 37

7.1变电站的防雷保护 .................................... 37 7.2避雷针保护范围计算 .................................. 38 第8章 展望 ....................................................................... 错误！未定义书签。 致谢 ................................................................................................................ 40 参考文献 .......................................................................................................... 41

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绪论

本电力系统应包括变电，配电以及相应的通信、安全自动、继电保护、调度自动化等设施。在国家发展计划的统筹规划下，合理的开发资源，用最少的资金为国民经济各部门及人民生活提供充足、可靠、合格的电能。

本次设计的变电站为110KV变电站，其下级负荷为35KV级乡镇企业、农业和10KV级工业及其它负荷。这些负荷不仅包括水泥厂、开关厂等工业部门，也有政府、市区等非电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。

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。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。

变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户的中间环节。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。将压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是110KV降压变电站。它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。

变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。。

由于本地区经济发展的需要电力供不应求的情况下，为了适应本地区经济的发展要在本地区建设110kV变电站。

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具体要求如下：

工业部门对供电的要求不同。依照先行的原则，依据远期负荷发展本设计该变电所，本变电站主要任务是把110KV变成35kV和10kV电压供周边城乡使用。尤其对本地区大用户进行供电，改善提高供电水平，提高了本地供电质量和可靠性。

现在，随着大电网系统的建设，输电的电压等级越来越高，这一方面使降低损耗的需要，另一方面也是工业生产等负荷发展的需要。我国目前广泛采用的输电等级有110KV、220KV等级别，还有500KV级的输电线路也在迅速发展，所以110KV级的变电站在电力系统中的应用也十分广泛。并且伴随电力系统中所用电气元件产品诸如断路器、继电器、隔离开关等性能指标的提高，变电站的功能也会越来越完善，可靠性也会得到很大的提高。

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第1章 原始资料

1.1 地区电网的特点

1) 本地区即使在最枯的月份，水电站发电保证出力时亦能满足地

区负荷的需要，加上小火电，基本不需要外系统支援。

2) 本系统的水电大多数时径流式电站，出发保证出力外的月份，

均有电力剩余，特别是4至7月份。

1.2 建站规模

1) 变电站类型：110kV变电工程 2) 主变台数：2

3) 电压等级：110kV、35kV、10kV 4) 出线回数及传输容量

5) 无功补偿：采用电力电容器两组，容量为2*4500kva 110kV出线6回（2回路备用）

本变－长泥坡 15000kw 6km LGJ-120 本变－双旗变 15000kw 42.3km LGJ-120 本变－系统 30000kw 66km LGJ-150 本变－双桥 8000kw 30km LGJ-120 35kV出线8回（2回路备用）

本变－长泥坡 8000kw 6km LGJ-95 本变－火电厂 10000kw 8km LGJ-95 本变－中方变 5000kw 15km LGJ-95

本变－水电站 8000kw 12km LGJ-120（2回路） 本变－鸭嘴变 5000kw 10km LGJ-95 10kV出线10回（3回路备用）

本变－氮肥厂 2500kw 2km 本变－化工厂 1500kw 3km 本变－医院 1500kw 5km

本变－印刷厂 2000kw 4km（2回路）

本变－造纸厂 2500kw 6km 本变－机械厂 2500kw 4km

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1.3 环境条件

（1）当地年温最高为40℃，年最低温度为-5℃； （2）当地海拔高度为800米。 （3）当地雷暴日数为55日/年；

（4）本变电站处于“薄土层石灰岩”地区，土壤电阻率高达1000Ω.M

1.4 电器主接线图

建议110kV双母线分4段、35kV双母线带旁、10kV单母线分段带旁路接线，并考虑设置融冰措施。

1.5 短路阻抗

（1）系统作无穷大电源考虑：

X1Σ

max

＝0.05，X0Σ

max

＝0.04，X1Σ

min

＝0.1，X0Σ

min

＝0.05。

（2）火电厂的装机容量为3*7500kw，Xd＝0.125最大运行方式下，该火电厂3台机组全部投入并满发，最小运行方式下，该火电厂只投入2台机组。

（3）水电厂的装机容量为3*5000kw，Xd＝0.27，最大运行方式下，该水电厂3台机组全部投入并满发，最小运行方式下，该水电厂只投入1台机组。

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第2章 变压器选择

2.1 主变压器选择

在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。

《35～110kV变电所设计规范》规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。

在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。

装有两台以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变器的容量不应小于60％的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15％以上，主变压器宜采用三线圈变压器。

主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。 由负荷计算（设计计算书第1章）可知，本变电站远景负荷为PM＝30.15 (MVA)，装设两台主变压器，每台变压器额定容量按下式选择

SN＝0.6PM＝18.09(MVA)

故可选择两台型号为SFSZ7-20000/110的变压器 表 2-1 主变压器参数

型号 额定电压(kV) 额定容量 (KVA) 高 中 低 空载空载 负载损耗(kW) 阻抗电压(%) 连接组标 高 号 高高中低 低 中 低 低 中 SFSZ7-20000/110 20000 损耗 高电流 压 压 压 中 (kW(%) ) 110 38.10.1.5 35.1315 5 8 YN,yn125 9910.17.6.5 0,d11 .7 .7 5 5

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2.2 站用变压器选择

《35～110kV 变电所设计规范》规定，在有两台及以上主变压器的变电站中，宜 装设两台容量相同可互为备用的站用变压器，分别接到母线的不同分段上。

变电站的站用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电站 的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、 检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电站的站 用电压只需 0.4kV 一级，采用动力与照明混合供电方式。380V 站用电母线可采用低 压断路器或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。

本变电站计算站用容量为 100kVA（设计计算书第 1 章），选用两台型号为 S9—100/10 的变压器，互为暗备用。10kV 级 S9 系列三相油浸自冷式铜线变压器，是全国 统一设计的新产品，是我国国内技术经济指标比较先进的铜线系列配电变压器。

站用变压器参数如表 2.2 所示。 表 2-2 站用变压器参数 型号 额定容量(KVA) S9-100100 额定电压 空载电流低压 (%) 空短 (%) 连接组标号 Y,yn0 损耗(W) 阻抗电压高压 10 0.4 1.6 290 1504 载 路

2.3 主变压器负荷计算

电力系统负荷的确定，对于选择变电站主变压器容量，电源布点以及电力网的接 线方案设计等，都是非常重要的，电力负荷应在调查和计算的基础上进行，对于近期 负荷，应力求准确、具体、切实可行；对于远景负荷，应在电力系统及工农业生产发 展远景规划的基础之上，进行负荷预测，负荷发展的水平往往需要多次测算，认真分 析影响负荷发展水平的各种因素，反复测算与综合平衡，力求切合实际。

本变电站负荷分析计算如下(线损平均取 5%，功率因数取 0.8，负荷同时率取0.9)：线损5% ,功率因数0.8,负荷同时率0.9

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1) 10KV侧

P1=2500+1500+1500+2000+2500+2500=12500(KW)=12.5(MW) Q1= P1×tan(cos-10.8)=9.4(MVAR) PK=K×P=0.9×12.5=11.3(MW) QK=K×Q=0.9×9.4=8.5(MVAR) S1= Pk?Qk=14.1(MVA) 有功损耗和无功损耗

△ Pk=0.02S1=0.02×14.1=0.3(MW) △ Qk=0.1S1=0.1×14.1=1.4(MVAR) 变压器10KV侧总高压

P=PK+△Pk=11.3+0.3=11.6(MW) Q=QK+△QK=8.5+1.4=9.9(MVAR)

令变电站功率因素为cosφ=0.9,则tanφ=0.4843,则系统供给的无功功率Q2

Q2=P×tanφ=11.6×0.4843=5.6(MVAR) 变电站主变压器容量为 SJ=P2?Q2=12.9(MVA) 2）35KV侧

P1=8000-10000+5000-8000+5000=0(MW)

功率可以直接通过母线传输,而不通过变压器传输。 2) 110KV侧

P1=15000+15000-30000+8000=8(MW)

10KV侧所需负荷功率可通过主变压器由110KV母线取得。 110KV变电站总负荷为

考虑增长,按8年计算,负荷在一定范围内的负荷增长率是按指数规律变化的,即

S=S〞×e荷增长率

所以,考虑负荷增长以及线损,年负荷增长率取10%,按8年计算,本变电站负荷为

S=S〞×emx(1+5%) MX 222式中S〞为初期负荷,x为年数,一般按5～10年规划考虑,m为年负

=12.9×e0.1×8×(1+5%)

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= 30.15(MVA)

2.4站用变压器负荷计算

目前采用的站用变压器负荷计算的主要方法有：(1)换算系数法；(2)分别将每台 电动机的 kW 换算成 KVA，再考虑不同时运行情况的计算方法。

本变电站采用第二种计算方法。 按每台电动机的功率因数、效率、负荷系数分别由 kW 换算成 KVA，再考虑不同时运行的情况，计算出总负荷。本变电站需要计入的经常性电力负荷为：主变压器风 扇，蓄电池的充电和浮充电机组、蓄电池室通风、取暖、照明等；短时不经常及断续 不经常运行的设备如检修负荷等不计算再内。

充电机系不经常连续运行的设备，故其负荷应予以计算，但此时可考虑浮充电机 不运行，不必计算。

计算公式如下： 电力负荷 ：

照明和加热负荷：

所用电总负荷：

S g 2 = ∑P 2 (KVA) S g = S g1 + S g 2 (KVA)

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第3章 电气主接线设计

电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。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。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并b主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。

3.1电气主接线

3.1.1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、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，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、美观的原则。

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或不用断路器的接线，如线路－变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110kV～220kV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当110kV～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：

a) 变压器分列运行；

b)在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；

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c)采用低压侧为分裂绕组的变压器； d)出线上装设电抗器。 2) 主变压器选择

a) 主变压器台数：为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变

压器。当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。对于大型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。

b) 主变压器容量：主变压器容量根据5～10年的发展规划进行选

择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。对装设两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按下式选择

Sn＝0.6 PM

PM为变电站最大负荷。这样，当一台变压器停用时，可保证对60％负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40％，则可保证对84％负荷的供电。由于一般电网变电站大约有25％的非重要负荷，因此，采用Sn＝0.6 PM，对变电站保证重要负荷来说多数是可行的。对于一、二级负荷比重大的变电站，应能在一台停用时，仍能保证对一、二级负荷的供电。

c) 主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电

压的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15％Sn以上时，由于中性点具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为220kV及以上，中压为110kV及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。

3) 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。

4) 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，可采用下列数据：

a) 最小负荷为最大负荷的60～70％，如主要是农业负荷时则宜

取20～30％；

b) 负荷同时率取0.85～0.9，当回路在三回一下时且其中有特大

负荷时，可取0.95～1；

c) 功率因数一般取0.8； d) 线损平均取5％。

3.1.2设计主接线的基本要求

在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项

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基本要求。

1) 可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题： 应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。

b) 主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设

备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。

c) 可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另

一些所可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。

通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑： a) 断路器检修时，能否不影响供电。

b) 线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路

数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。

c) 变电站全部停运的可能性。

2)灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面：

a) 调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器

或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

b) 检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，

进行安全检修而不影响电力的正常运行及对用户的供电。

c) 扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡

时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。

3) 经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。

a) 投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次

设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设

b) 备和电缆投资；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电器

设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。

c) 占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，

以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。

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a) 可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性

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