1、 华北电力大学成人教育学院毕 业 设 计(论文)题 目 110kV 降压变电站电气一次系统设计系 别专业班级学生姓名指导教师二一四年九月110kV 降压变电站电气一次系统设计摘要变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，它从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化
2、组合和系统集成的技术基础。本说明书以 110kV 变电站设计为例，论述了电力系统工程中变电站部分电气设计（一次部分）的全过程。通过对变电站的主接线设计，短路电流计算，主要电气设备型号和参数的确定，电气设备的动热稳定校验，备用电源的自动投入设计，无功补偿设计，防雷和过电压保护装置的设计以及电气总平面和配电装置的设计，较为详细地完成了电力系统中变电站的设计。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断地发生变化。变电站作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域取得了充分的发展。关键词：变电站；短路电流；动热稳定；输电系统；配电系统A DE
3、SIGN OF ELETRIC SYSTEM FOR 110kV STEP-DOWN TRANSFORMER SUBSTATIONAbstractThe substation is an importance part of the electric power system, it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution. It obtains the electric power from the electric power system, t
4、hrough its function of transformation and assign, transport and safety. Then transport the power to every place with safe, dependable, and economical. As an important part of powers transport and control, the transformer substation must change the mode of the traditional design and control, then can
5、 adapt to the modern electric power system, the development of modern industry and the of trend of the society life.The statement introduces the 110kV transformer of a campus design, discussed some electrical transformer substations design (one part) in power systems engineering of the entire proces
6、s. Through the main transformer stations wiring design, short circuit current calculation , set the main electrical equipment models and the parameters, check electrical equipment moving and thermal stability, emergency power supply，without power compensation, design over voltage protection and mine
7、 devices, design general electric graphic and distribution devices flood. Lastly, completed substation design in power system.Along with the high and quick development of electric power technique, electric power system then can change from the generatation of the electricity to the supply the power.
8、Key Words：Substation; Short circuit currents; Moving and Thermal stability;transmission system; distribution变电站原始资料1 变电站类型地方降压变电站。2 电压等级110/35/10 kV。 3 负荷情况35kV 侧：最大 30 MW，最小 16 MW， =6000h，cos =0.85。maxT10kV 侧：最大 18 MW，最小 12 MW， =6000h，cos =0.85。负荷性质：工农业生产及城乡生活用电。4 出线回路110kV 侧 2 回（架空线） LGJ-300/20km。
9、35kV 侧 6 回（架空线） 。10kV 侧 10 回（电缆） 。5 系统情况系统经双回路给变电站供电。系统 110kV 母线短路容量为 2000MVA。系统 110kV 母线电压满足常调压要求。6 气象条件最高气温 40，最低气温 30，年平均气温 20。土壤电阻率 250 欧米。当地雷暴日：40 日/年。目 录摘要 .IAbstract .II变电站原始资料 .III目 录 .11 前言 .11.1 课题背景 .11.1.1 我国电力工业现状 .11.1.2 发展形势 .11.2 主要解决的问题 .11.3 本文主要研究内容 .22 变电站的设计 .32.1 电气主接线的选择 .32.1
10、.1 电气主接线的设计原则 .32.1.2 主接线设计的基本要求 .32.2 主接线方式的初步选择 .42.2.1 几种主接线方式的简介 .42.2.2 选择初步设计方案 .62.3 主变压器台数、容量及形式的选择 .112.3.1 概述 .112.3.2 主变压器台数的选择 .112.3.3 主变压器容量的选择 .112.3.4 主变压器型式的选择 .122.3.5 主变压器的选择 .143 变电站短路电流计算 .153.1 短路故障产生的原因 .153.2 短路电流计算目的 .153.3 短路故障的类型 .153.4 短路故障的危害 .163.5 短路电流计算的内容 .163.6 短路电流
11、计算方法 .163.7 短路电流计算的步骤 .173.8 短路电流计算 .174 电气设备的选择 .214.1 概述 .214.1.1 一般原则 .214.1.2 技术条件 .214.2 断路器的选择 .224.2.1 按开断电流选择 .224.2.2 短路关合电流的选择 .224.2.3 断路器选择计算 .224.3 隔离开关的选择 .274.3.1 隔离开关选择标准 .274.3.2 隔离开关选择计算 .274.4 高压熔断器的选择 .284.5 电流互感器的选择 .294.5.1 电流互感器的特点 .294.5.2 电流互感器的选择标准 .294.5.3 电流互感器的选择计算 .294.
12、6 电压互感器的选择 .314.6.1 电压互感器的特点 .314.6.2 电压互感器的选择标准 .324.6.3 电压互感器的选择计算 .324.7 母线及导线的选择 .334.7.1 裸导体的选择条件选择和校验 .344.7.2 母线及电缆截面的选择 .344.7.3 母线选择计算 .354.8 绝缘子的选择 .374.8.1 绝缘子选择的条件 .374.8.2 绝缘子的选择 .374.9 穿墙套管的选择 .374.10 避雷器的选择 .384.10.1 避雷器选择的条件 .384.10.2 避雷器的选择 .384.11 最佳方案确定 .394.11.1 概述 .394.11.2 计算综合
13、投资 .404.11.3 计算年运行费 .405 电气总平面布置及配电装置的选择 .435.1 概述 .435.1.1 配电装置类型与特点 .435.1.2 配电装置的基本要求 .435.1.3 配电装置的设计原则 .445.1.4 高压配电装置的选择 .445.2 电气总平面布置 .455.2.1 电气总平面布置原则 .455.2.2 电气总平面布置 .456 变电站防雷保护设计 .466.1 防雷规划 .466.1.1 变电所的防雷设计原则 .466.1.2 变电所的主要防雷设备 .466.2 防雷保护 .466.2.1 变电所防雷保护的特点 .466.2.2 各种设施防雷保护 .466.
14、3 防雷设计 .476.3.1 避雷针的计算 .476.3.2 防雷设计的基本经验 .487 接地网的设计 .497.1 设计说明 .497.2 接地体的设计 .497.3 典型接地体的接地电阻计算 .497.4 接地网设计计算 .50图纸说明 .52结论 .53参 考 文 献 .54致谢 .551 前言1.1 课题背景电力工业是国民经济的重要部门之一，它负责把自然界提供的能源转换为供人类直接使用到的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供必不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切联系，电力是工业的先行。电力工业的发展必须优先于其他部门，整个国民经济才能不断前进
15、。1.1.1 我国电力工业现状 我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。随着经济的快速发展，电力能源的需求持续增长，城市和农村用电量和密度越来越来高，需要更多的深入市区农村的变电站，以减少线路的功率损耗，提高电力系统的稳定性等，然而这些变电站占地面积大，而且城区地价昂贵，环境要求严格，在稠密的市区选择变电站址相当困难。在农村，农田的保护非常严格，从而使变电站的发展受到严重影响。随
16、着社会的快速发展，科学技术成为发展的主要动力，从而人才的培养就显得额外重要，所以我国加大教育的投入，兴建和扩建改造了许多学校。保证学校的正常工作，电力供应的可靠保证是其中的重要方面，因此校园变电站的设计和建设的好坏也就很重要，需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化，确保学校的日常工作和学校正常运作。展望未来，我们坚信在新世纪中，我国的电力工业必能持续高速的发展，取得更加辉煌的成就。1.1.2 发展形势计算机的渗透已经达到每一个角落，电力系统也不可避免地进入了微机控制时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前电力系统发展的趋势。我国变电站综
17、合自动化技术应用的越来越成熟。变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。其技术动向主要集中在以下两个方面, 全分散式变电站自动化系统和引入先进的网络技术。1.2 主要解决的问题 1.变电所建设规模：变电所容量和台数以及型号的选择。2.电气主接线的设计确定主接线的形式。3.短路电流的计算及电气设备的选择。4.变电所平面布置图。1.3 本文主要研究内容110kV 供电系统研究主要内容是结合相关的设计手册，相关的专业书籍和国家有关规程，主要完成该变电站的电气一次、二次部分设计，电气主接线方案，主变压器的选择，电气设备
18、的选择（包括断路器，隔离开关，熔断器等） ，配电装置的选择以及防雷保护的设计。主变压器、各侧电压等级的电气主接线和相关一次、二次设备、避雷装置、继电保护装置进行选择。同时，完成变电站接线图、110kV 变电所平面布置初步设计图和详细设计图。其中还要有相关计算的详细过程。2 变电站的设计2.1 电气主接线的选择2.1.1 电气主接线的设计原则变电站电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路、和断路器等的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全站电器设备的选择、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、
19、稳定、灵活和经济运行。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，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。对于 6220kV 电压配电装置的接线，一般分两类：一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。应视电压等级和出线回数，酌情选用。旁路母线的设置原则：（1）采用分段单母线或双母线的 110kV 配电装置，当断路器不允许停电检修时，一般需设置旁路母线。因为 110kV 线路输送距离长、功率大，一旦停电影响范围大，且断路器检修时间较长（平均每年 57 天） ，故设置旁路母线为宜。当有
20、旁路母线时，应首先采用以分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。（2）35kV 配电装置中，一般不设旁路母线，因重要用户多系双回路供电，且断路器检修时间短，平均每年 23 天。如线路断路器不允许停电检修时，可设置其它旁路设施。（3）10kV 配电装置，可不设旁路母线。对于出线回路数多或多数线路系向用户单独供电，以及不允许停电的单母线、分段单母线的配电装置，可设置旁路母线。对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器少或不用断路器的接线。当出线为 2 回时，一般采用桥形接线。2.1.2 主接线设计的基本要求变电站的电气主接线应根据该变电站所在电力系统中的地位，变电站的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。（1）主接线可靠性的要求可靠性的工作是以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。评价主接线可靠性的标志是：
