110kV变电站设计 (4).doc

1、本科毕业设计（论文） 110kV变电站设计摘 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、同时也更系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济适用状况、供电的稳定性指标也日益提高，因此对供配电设计的要求也更加完善。设计的合理性，不仅直接影响有色金属的消耗、基础设施建设的投资和运行的费用，也会反映在供电的稳定性和生产安全方面，它和企业的生产利润、设备的安全运行密不可分1。按照设计任务书的要求，初步设计110kV变电站的电气部分，并绘制电气一次主接线图。变电站包含两台主变压器，站内电压等级为110kV、35kV和10kV。单母线分段接线是各个电压等级的主要接线方式。设计主

2、要有电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等）。关键词：110kV变电站，短路电流，电流互感器The Design of 110kV SubstationAbstract 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

3、the quickly increase electricity of factories, it also increases seriously to the dependable index of the economic condition, power supply in quantity. Whether Design reasonable, not only affect directly the base investment and circulate the expenses with have the metal depletion in color metal, but

4、 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. Form the guide of engineering design assignment, designing primary power-system of 110kV substation and draw main electrical one-line diagr

5、am and others. There are two main transformer in the substation in which main electrical connection can be divided into three voltage grades: 110kV, 35kV with 10kV. It deposits sectionalized single bus bar scheme. There is also a design for main electrical connection in this engineering, the calcula

6、tion for short-circuit electric current, the selection of electrical device and calibration (including circuit breaker, isolator, current transformer, potential transformer, bus bar etc).Key words: 110kV substation, Short circuit current, Current transformer27目 录第一章 绪论11.1 国内外现状11.2 研究目的意义1第二章 分析负荷及

7、选择主变压器32.1 负荷分析32.2 主变压器的选择3第三章 电气主接线设计53.1 主接线的设计原则53.2 对主接线设计的基本要求53.3 待建变电站的主接线方式5第四章 短路电流的计算84.1 短路基本的知识84.2 计算短路电流的目的84.4 短路电流的计算8第五章 继电保护的配置145.1 线路的继电保护配置145.2 变压器保护14第六章 设备的选择与校验166.1 高压开关电器166.1.1 高压断路器166.1.2 高压隔离开关166.2 互感器166.3 侧断路器的选择166.3.1 110kV侧断路器的选择166.3.2 35kV侧断路器的选择176.3.3 10kV侧断

8、路器的选择186.4 隔离开关的选择196.4.1 110kV侧隔离开关的选择196.4.2 35kV侧隔离开关的选择196.4.3 10kV侧隔离开关的选择206.5 电流互感器的选择216.5.1 110kV进线及母联电流互感器选择：216.5.2 35kV进线及母联电流互感器选择226.5.3 10kV进线及母联电流互感器选择22第七章 结论24参考文献25致 谢26附 录27 第一章 绪论研究的内容以及变电站的研究水平不仅与我们的生活息息相关，还对我们的生活和生产起着至关重要的影响。1.1 国内外现状自1882年我国有电以来，电力工业已经发展了120多年，解放前，我国电力工业和其他工业

9、一样，处于非常落后的状态，而且有明显的半殖民地的特点，新中国成立后，经过50多年的创新，电力工业的发展速度，令世人所瞩目1。现阶段我国变电站典型设计逐步向自动化靠近，提高电力整体收益，自电力建设以来，110kV电力网络在电力系统中的地位和功能发生了转变，110kV变电站已成为配电系统，大部分110kV变电站也变为终端变电站，成为负荷型，电网是国家重要发展的项目，形成统一的联合电网是我们当前的主要任务1。目前一些发达国家的电能也处于紧缺状态，电力资源紧缺能延缓一个国家的发展，为了工业用电需求，发达国家通过各种方式来减少电能的损耗。例如通过升压来减低输电线路的损耗，这些国家已经形成了比较完善的变电

10、设计整套方案，并且具有节约、集约、高效等特点。可以看出，发达国家通过改良变电站结构，降低变电站损耗，注重变电所的灵活性，最终达到提高收益。1.2 研究目的意义工业时代的迅速发展，使得电力成为人类发展的主要动力资源，要懂得科学合理的运用，就必须从电力的设计原则和方法上理解和掌握它的实质。众所周知，电能是经济发展的基础，是一种无形的，不能大量存储的二次能源。发、变、送、配电和用电，几乎是在同一时间完成的，必须相互协调，变电和配电的目的是电能的传输和分配，其都是由变压器来完成的，因此变电所在供电系统中的重中之重。高新技术在工业生产中的应用，需要更好地电能质量和更稳定的供电性能。当前形势需要新的变电站

11、设计方案来适应，因而，电网结构的改善，供电能力与可靠性以及自动化程度的提高，是电力企业满足日益增长的社会需求的首要目标。变电所这一关键的中间环节，变压器及其控制和保护装置是其重要组成部分。为了保证在变电中的供电可靠性，首先要满足的就是变电所设计的国家标准。然后综合各种因素，考虑如何设计一个变电所，使之无论技术上还是管理上适应电力市场化体制和竞争需要，促使电网互联范围的不断扩大，是这次设计的主要目的。第二章 分析负荷及选择主变压器2.1 负荷分析负荷分类主要考虑两个因素：在发电厂运行中厂用负荷中所起的作用，人身、设备和生产在供电中断时所受的影响。一般归为四类负荷：（1）类运行负荷。接有类负荷的厂

12、用电母线，应由两个独立电源供电，当一个电源断电后，另一个电源通过检测，先断开母线电源，然后投入；（2）类厂用负荷。接有类负荷的厂用电母线，由两个采用手动切换的独立电源供电；（3）类厂用负荷。一般由一个电源供电；（4）事故保安负荷。通过对大容量机设置事故保安负荷来满足事故保安负荷的供电要求3。表2-1 35kV用户负荷统计资料表2-2 10kV用户负荷统计资料2.2 主变压器的选择主变压器在电气设备的投资中所占的比例较大，是变电站中最主要的设备。1.主变压器台数的确定一台主变压器故障或检修时中断供电会对生产生活造成很大影响，因而变电站中要装设两台变压器。2.主变压器容量的选择选择容量的要求：主变

13、压器的容量应与发电机容量配套，按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留10%的裕度选择3。主变压器容量的确定：最大综合计算负荷的计算为各出线最大负荷；为各出线的自然功率因数；是指同时系数；取5% 。装有两台及以上主变压器的变电站中，当其中一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足70% 的全部最大综合计算负荷3，因此，因为变压器的容量需按变电所竣工后五到十年的规划负荷来选择,还应当考虑到远期十到二十年的负荷发展3。故可选择两台型号为SSZ10-50000/110的变压器。表2-3 主变压器技术参数/第三章 电气主接线设计为了满足供配电需要，变电站中安装有变压器、互感器、断路器、接地装

14、置等电气设备，而且依照设计的方案连接起来，把上述一次设备按预期设计连成的电路，称为电气主接线4。3.1 主接线的设计原则设计变电所的电气主接线是指既要在国标的基础上，又要考虑其个体的特殊性，合理地设置主接线方案，满足可靠、经济、灵活、便于发展和扩建的综合要求4。3.2 对主接线设计的基本要求主接线要求：经济性、可靠性、灵活性和发展性（1）经济性 主接线的设计，首先保证变电站安全可靠，其次是投资费和占地面积，使两者都最少，这样体现出最大经济效益，另外还要考虑到几年后的扩建，因为我国工农业发展迅速，电力负荷急剧增长，所以扩建是必然的；（2）运行的可靠 检修和线路故障时，应使停电数目最少，停电时间最

15、短，断路器检修时不应影响到对重要用户的供电；（3）灵活性 当事故或者检修时，要在最短时间断开设备，隔断故障。使停电时间最短、影响范围最小，还应保证检修人员的安全4。3.3 待建变电站的主接线方式主接线方案主要有两种，在满足对主接线的基本要求的前提下，从技术上、经济上比较两者的优缺点。110kV电压侧的接线：35110kV变电所设计规范规定，35110kV线路为两回及以下时，采用桥形即可，在当线路分支线超过两回时使用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线，在采用单母线、分段单母线或双母线的35110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施，因而，110kV变电站可选择双母线接线或单母线

16、分段接线两种方案4。如图所示：方案（一）图3-1 双母线接线方案（二） 图3-2 单母线分段接线方案一可靠性高、灵活性强，但是倒闸操作复杂，易误操作，占地面积大，设备多，耗费大。方案二操作简单，误操作事故少，耗资少，占地面积小，缺点是可靠性和灵活性较方案一差。由于电源主要集中在35kV侧，110kV测主要是提高经济效益及系统稳定性。采用方案二能够满足变电站110kV侧对供电可靠性的要求，故选用方案二。变电站110kV侧不设旁路母线，其采用断路器为SF6 断路器。因SF6 断路器检修周期长。35kV电压侧接线：可以选择双母线接线或单母线分段带旁路母线接线两种方案，由于在35kV侧不允许停电检修断

17、路器，因而需设置旁路设施。但旁路断路器可以代替出线断路器，这样可以进行不停电检修，保证重要用户不停电。故35kV侧接线采用单母线分段接线。图3-3 35kV侧单母线分段接线10kV电压侧接线：35110kV变电所设计规范规定，在变电所装有两台变压器时，分段单母线适用于10kV侧，设置旁路设施是解决不停电检修断路器的适用方法，出线较多，输送功率较大，供电可靠性要求高，灵活性较高的场合宜采用双母线接线，但是这种主接线投资和占地面积大，配电装置复杂，容易误操作，而单母线分段接线清晰简明，调度方面很灵活，同时不会造成全站停电，关键的是能保证对重要用户的供电，而且设备少，投资和占地小，手车式断路器的出现

18、，使得断路器检修问题可不用复杂的旁路设施接线来解决，采用备用的手车断路器来代替需要检修的断路器，采用手车式中置柜，旁路设施也就没有必要了4。图3-4 10kV侧单母线分段接线第四章 短路电流的计算4.1短路基本的知识在发电厂以及变电站的设计中，短路电流的计算是选用一次二次设备的前提。短路电流计算的目的主要有以下几方面：（1）在选择电气设备时，应该能保证设备在正常运行和故障情况下都能可靠、安全地工作，同时又力求经济性，这就需要短路电流值来作参考；（2）设计屋外高压配电装置时，将短路值用来校验带电体相间和相对地的安全距离；（3）继电保护需要短路电流值作参考；（4）选择接地装置时，需要短路电流值4。

19、4.2计算短路电流的目的短路故障对电力系统的正常运行造成很大的影响，同时造成非常严重的后果，因此在系统的设计，设备的选择和系统运行中，都应该重点限制所影响的范围。短路的问题也一直是电力技术的基本问题之一，无论从设计、运行和维护检修等各方面来说，都必须了解短路电流的产生和变化规律，掌握分析计算短路电流的方法。4. 3 短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定：（1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；短路发生在短路电流最大值的瞬间；正常工作时，A、B、C三相的相位相同且三相平衡；（2）接线方式 计算短路电流时所用的接线方式，应是最大运行方式；（3）短路种类 一般按三

20、相短路计算4。4.4 短路电流的计算 图4-1 供电系统简图图4-2 短路电流计算图变压器的额定容量：电力线路的电抗标幺值： （4-1）电力变压器的电抗标幺值： （4-2）断路器的断流容量：基准容量：查表得变压器的阻抗电压： 基准电流，计算各主要元件的参数标么值： Ij110=0.5KA Ij35= =1.561KA Ij10= =5.77KA电力系统的电抗标幺值：线路的电抗标幺值： 已知变压器的阻抗电压： 电力变压器的电抗标幺值： 当在K1处发生三相短路时： 电源至短路点的总电抗的标么值为：短路电流周期分量的有效值：冲击电流：短路全电流最大有效值短路容量算法：当在K2处发生三相短路时： 电源

21、至短路点的总电抗的标么值为：短路电流周期分量的有名值：冲击电流：短路全电流最大有效值：短路容量算法：当在K3处发生三相短路时： 电源至短路点的总电抗的标么值为：短路电流周期分量的有名值：冲击电流：短路全电流最大有效值短路容量算法表4-1 短路电流计算结果表在后面的设备选择中，应该用短路电流进行校验。第五章 继电保护的配置5.1 线路的继电保护配置（1）段、段定时限无方向过电流保护。动作原理：在保护出口投入时，任一相电流高于整定电流并且超过整定时限时，保护出口动作。在报警出口投入时，任一相电流高于整定电流并且超过整定时限时，报警出口动作。当时限设为0时，为传统的速断保护，故障30ms内保护动作5

22、。图5-1 定时限无方向过电流保护（2）定时限零序电流保护。动作原理适用于接地电流较大的系统，零序电流由专用的零序电流互感器引入，在保护出口投入时。当零序电流高于整定电流并且超过整定电流时，保护出口动作。在报警出口投入时，当零序电流高于整定电流并且超过整定时限时，报警出口动作。（3）三相一次自动重合闸保护，三相过电压保护5。5.2 变压器保护变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来研总的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障

23、，油箱内部故障包括相间短路，绕组的匝数短路和单相接地短路，外部故障包括引线及套管处会产生各相间短路和接地故障。变压器的不正常工作状态主要是由外部短路或过负荷引起的过电流油面降低和过励磁等。瓦斯保护为保护方式之一，为了反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的保护。它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。另外过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流；为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。还有零序过流保护，对

24、于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式5。表5-1 变压器的继电保护第六章 设备的选择与校验6.1 高压开关电器在变电所中，通过高压开关对电机、变压器和输电线路进行正常的投入运行操作或退出运行的操作。6.1.1 高压断路器断路器是电力系统中用来接通和断开电路的关键设备，其工作十分重要，要求可靠性高。对断路器的基本要求是：在合闸状态运行时，热稳定性和动稳定性应足够；应具有足够的开断能力和

25、开断速度；要求结构简单。安装维护方便和使用寿命尽可能长的。6.1.2 高压隔离开关隔离开关的作用为：隔离电源，在电气设备检修时，为了安全，需要使用隔离开关将停电检修的设备与正在运行的设备隔离，形成明显的断口；倒闸操作，在双母线接线倒换母线时，隔离开关可以进行分闸或合闸操作，对断路器完成改变运行方式的倒闸操作起到配合作用，断开或合小电流电路，可用来接通或断开电压互感器、避雷器以及空载母线；接通或断开励磁电流小于2A的空载变压器，关合电容电流不超过5A的空载线路5。6.2 互感器电压互感器和电流互感器将一次系统和二次系统联系起来，用来反应电气设备运行时的参数。6.3 侧断路器的选择6.3.1 11

26、0kV侧断路器的选择 （1） 表6-1 SFM110-110/2000断路器参数（2）额定电压的选择为：（3）额定开断电流的检验条件为：It = =（4）动稳定的校验条件：KA（5）热稳定的校验：取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s110KV则短路电流热稳定电流为： 故： SFM110-110/2000的断路器，可满足技术条件要求。6.3.2 35kV侧断路器的选择（1）预选LW8-40.5的断路器表6-2 LW8-40.5 断路器参数（2）额定电压的选择为：（3）额定开断电流的检验条件为：It

27、= =（4）动稳定的校验条件：KA（5）热稳定的校验 取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s110KV则短路电流热稳定电流为： 故： LW8-40.5的断路器，可满足技术条件要求。6.3.3 10kV侧断路器的选择（1）预选ZN12-10的断路器表6-3 ZN12-10 断路器参数（2）额定电压的选择为：（3）额定开断电流的检验条件为： It = =（4）动稳定的校验条件：KA（5）热稳定的校验 取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to

28、=0.6+0.03=0.63s110kV则短路电流热稳定电流为： 故： ZN12-10的断路器，可满足技术条件要求。6.4 隔离开关的选择6.4.1 110kV侧隔离开关的选择（1）预选GW41102000的隔离开关表6-4 GW41102000的隔离开关参数（2）额定电压的选择为：（3）动稳定的校验条件：KA（4）热稳定的校验 取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s110KV则短路电流热稳定电流为： 故： 根据上述计算110kV可选用：GW41102000的隔离开关，可满足技术条件要求。6.4.2

29、 35kV侧隔离开关的选择（1）预选GW4-351250的隔离开关表6-5 GW4-351250的隔离开关参数（2）额定电压的选择为：（3）动稳定的校验条件：KA（4）热稳定的校验：取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s110KV则短路电流热稳定电流为： 根据上述计算35kV可选用：GW4-351250的隔离开关，可满足技术条件要求。6.4.3 10kV侧隔离开关的选择（1）预选GN2-102000的隔离开关表6-6 GN2-102000的隔离开关参数（2）额定电压的选择为：（3）动稳定的校验条件：

30、KA（4）热稳定的校验 取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s110KV则短路电流热稳定电流为： 故： 根据上述计算10kV可选用：GN2-10 的隔离开关，可满足技术条件要求。6.5 电流互感器的选择6.5.1 110kV进线及母联电流互感器选择：表6-7 预选LB7-110型号表6-8 LB7-110型号的电流互感器的额定二次负载准确限值系数（1）额定电压的选择为：（2）动稳定的校验条件：KA（3）热稳定的校验 取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则

31、tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s110KV则短路电流热稳定电流为： 故： 经校验所选的电流互感器附合要求。6.5.2 35kV进线及母联电流互感器选择表6-9 预选LB7-35型号表6-10 LB7-35型号的电流互感器的额定二次负载准确限值系数（1）额定电压的选择为：（2）动稳定的校验条件：KA（3）热稳定的校验 取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s110kV则短路电流热稳定电流为： 经校验所选的电流互感器附合要求。6.5.3 10kV进线及母联电流互感器选择表6-11 预选L

32、ZZBJ9-10型号表6-12 LZZBJ9-10型号的电流互感器的额定二次负载准确限值系数（1）额定电压的选择为：（2）动稳定的校验条件：KA（3）热稳定的校验 取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s110KV则短路电流热稳定电流为： 故： 经校验所选的电流互感器附合要求。第七章 结论参考文献1 范锡普.发电厂电气部分M. 中国电力出版社, 1995:29-352 肖艳萍.发电厂变电站电气设备M.北京:中国电力出版社,2008:12-203 孙成普.变电所及电力网设计与应用M.北京:中国电力出版社

33、,2008:10-154 戈东方.电力工程电气设计手册 第一册 电气一次部分M.北京:中国电力出版社,1989:36-505 沈诗佳.电力系统继电保护及二次回路M.北京:中国电力出版社,2007:20-406 陈利.发电厂及变电所二次回路M.北京:中国电力出版社,2007:23-377 朱军.35kv及以上工程（下）M.北京:中国电力出版社,2002:11-208 尧有平,李晓华.电力系统工程CAD设计与实训M.北京:北京理工大学出版社,2008:12-369 常美生.高电压技术2版.北京:中国电力出版社,2007:11-2210 冯霞.110KV变电站数字化二次设计J.电力学报,2011.1

34、1 姜玉贤,浅谈.110KV变电站电气的一次设计J.科技资讯,2011.12 Han ke Wei Jen Lee ,Mo Shing Chen .Groanding Techniques and Induced Surge Voltage on The Control Cables Signal 外文期刊 1998（04） doi ：10.1109/28.70395513 IEEE Std 525-1992 ,IEEE Guide for the Design and Installation of Cable Systems In Substations附 录 附图1 35kV分段接线附图2 10kV分段接线.忽略此处.