1、河南理工大学毕业设计（论文）说明书I摘要本设计主要根据所给数据和要求进行 110kV变电站一次部分设计。首先根据任务书所给系统及线路负荷的有关技术参数，通过对所建变电站出线的考虑和对负荷资料的分析，在满足安全性、经济性及可靠性的前提下确定了 110kV、35kV、10kV 侧主接线的形式，然后又通过负荷计算及对供电范围内一级负荷供电可靠性的考虑及对 N-1原则的应用，确定了主变压器台数、容量及型号，并依据 N+1原则设计了变电所所用电，为以后的计算和设备选取做好准备，又进行等值网络化简，选择短路点做出短路等值电路并进行短路计算，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，对包括母线、高压断路器、高
2、压隔离开关、互感器在内的电气设备进行了选择和校验，并根据工程情况参考有关技术手册确定了变电所的配电装置。本文同时对变电所防雷保护尤其是雷电沿导线进入变电所的侵入波保护进行了简单的分析并且还考虑了变电所接地网的设计，最后绘出了电气主接线图及配电装置图。关键词：电气主接线； 短路计算； 电气设备； 变电所设计； 配电装置河南理工大学毕业设计（论文）说明书IIABSTRACTThis paper designs a 110kV substation.Firstly,according to the given material,electricity line and the parameters
3、of the load which is provided by the assignment book,through considering the would-be substation,analyzing electrical data,confirming the Main electrical bus formation of 110kV、 35kV、10kV side based on security,economy and reliability,under the guide of dispiline N-1 then conform the numbers,volume
4、and type of the main transformer through circuit calculation and supply district,thus getting the parameters of all the component,at the same time with the use of displine N+1,my paper designs the consume of substation ,simplify electric circuit,select short point to carry on short circuit calculati
5、ons operation circuit, select and check out electrical equipment, including bus,breaker, disconnect switch, voltage transformer, current transformer and so on,so that conform the distribution apparatus.Configurating relay protection and setting-calculation for the electricity line,transformer and bu
6、s according to the load and short calculations.At the same time,this paper analyses simply lightning protection and grounding system.Finally,two pictures are given including main electrical wiring diagram and 110kV power distribution equipment sectional drawing Keywords: Substation design; Transform
7、er; Main electrical wiring; Equipment election河南理工大学毕业设计（论文）说明书III目录1 绪论 .11.1 变电站概述 .11.1.1 变电站在电力系统中的地位 .11.1.2 负荷对变电所供电的要求 .11.1.3 电力系统的额定电压 .21.2 我国变电站及其设计的现状、发展趋势及新变化 .31.3 变电站设计的主要原则 .41.4 设计任务书 .52 电气主接线设计 .82.1 电气主接线设计基础 .82.1.1 对电气主接线的基本要求 .82.1.2 变电站电气主接线的设计原则 .82.1.3 电气主接线设计步骤 .92.2 电气主接线
8、的基本形式 .112.3 电气主接线选择 .113 变电站主变压器选择 .153.1 主变压器台数的选择 .153.2 无功补偿措施 .153.2.1 无功功率补偿的必要性 .153.2.2 无功功率补偿的方法 .163.3 主变压器容量的选择 .173.4 主变压器型号的选择 .183.5 主变压器型号选择 .193.6 变电所所用电设计 .203.6.2 直流系统 .203.6.3 所用电选择 .214 短路电流计算 .224.1 短路形成原因 .224.2 短路的危害及预防办法 .224.3 短路电流计算的目的 .23河南理工大学毕业设计（论文）说明书IV4.4 短路电流计算方法 .23
9、4.5 短路电流计算 .234.5.1 110kV 侧母线短路计算 .264.5.2 35kV 侧母线短路计算 .274.5.3 10kV 侧母线短路计算 .285 电气设备的选择 .315.1 导体的选择和校验 .315.1.1 110kV 母线选择及校验 .335.1.2 35kV 母线选择及校验 .335.1.3 10kV 母线选择及校验 .345.2 断路器和隔离开关的选择及校验 .355.2.1 110kV 侧断路器及隔离开关的选择及校验 .365.2.2 35kV 侧断路器及隔离开关的选择及校验 .385.2.3 10kV 侧断路器及隔离开关的选择及校验 .405.2.4 10kV
10、 侧母联断路器的选择和校验 .425.3 互感器的选择 .445.3.1 电流互感器的选择 .445.3.2 电流互感器的校验 .455.3.3 电压互感器的选择 .466 防雷保护 .486.1 直击雷保护 .496.2 侵入波保护 .496.3 变电所接地装置 .507 配电装置 .517.1 配电装置概述 .517.1.1 配电装置的类型及其特点 .517.1.2 配电装置型式的选择 .527.2 对配电装置的基本要求和设计步骤 .527.3 屋内配电装置 .537.4 屋外配电装置 .538 结论与展望 .56河南理工大学毕业设计（论文）说明书V致谢 .57参考文献 .58河南理工大学
11、毕业设计（论文）说明书01 绪论1.1 变电站概述1.1.1 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，它包括通过电气的或机械的方式连接在网络中的所有设备。变电站是电力系统的至关重要的组成部分，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，其工作状况直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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，它们能实现电能生产、变换、输送和分配、消费任务称之为电力系统一次部分；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如电力系统的保护、监控及远动等功能组成等称之为电力系统二次部分。根据变电站在系统中的地位和作用，可将变电
12、站分为下列几类：（1)枢纽变电站枢纽变电站是位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压部分起汇集多个电源作用的电压为 330500kV的变电站，枢纽变电站是整个系统的神经中枢，枢纽变电站一旦停电，将引起大面积停电事故，严重影响国民经济的发展和人民生活，重者将引起系统解列，甚至出现系统瘫痪。（2)中间变电站中间变电所的高压侧以交换潮流为主，起系统变换功率的作用。系统中为了使长距离输电线路分段，一般汇聚 23个电源，电压等级为 220330kV，同时又降压供当地负荷用电，中间变电所停电以后，将引起本区域的部分负荷供电，重者引起区域电网解列。（3)地区变电站地区变电站是以向地区用户供电为主的变电站
13、，是一个地区或城市的主要变电站，其高压侧一般为 110或 220kV，全所停电后，仅使该地区中断供电。（4)终端变电站终端变电站在输电线路的终端，接近负荷点，其高压侧的电压为 110kV，经降压后直接向用户供电的变电站，全所停电后，只是用户受到损失，一般不会对系统造成较大影响。河南理工大学毕业设计（论文）说明书11.1.2 负荷对变电所供电的要求(1)保证可靠的持续供电。电力系统供电的可靠性是其能不间断供电的可靠程度。对于系统中的一级负荷，一旦出现供电中断，不仅影响生产，而且可能使设备损坏，进而影响社会稳定甚至会因断电而引起人员伤亡事故，更有甚者将造成整个系统的的瘫痪，停电给国民经济和人民生活
14、造成的损失远远大于电力系统本身的损失。(2)保证良好的电能质量即满足供电的技术合理性。良好的电能质量即供电的技术合理性是指电能的电压、频率、波形等技术指标要达到一定的标准。国家标准规定：35kV 及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的5%，10kV 及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的7%，220V 单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。频率质量的偏差会影响到某些电气设备如电动机和军用雷达的正常工作。国家标准规定：3000MW 以及上系统不超过0.2Hz，3000MW 以下系统不超过0.5Hz，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。(3)保证系统运行的经济性：衡量
15、电力系统经济性的两个重要指标是煤耗率和网损率。即便是损耗的比率不是特别大，但电能生产的规模很大，消耗的一次能源总消耗占的比重约为 70，输送和分配时的损耗绝对值也非常巨大。因此，降低每向用户供应一度电能损耗的能源和降低变换、输送、分配时的损耗对于提高电力系统的经济性又十分重要的意义。1.1.3 电力系统的额定电压为了使电力设备的生产实现标准化、系列化并实现各设备间互换，系统中发电机、变压器、电力线路及各种设备都是按规定的额定电压进行设计和制造的。电力系统的额定电压等级是国家根据国民经济发展的需要及电力工业的发展、运行水平，经全面经济技术分析后确定的。我国现阶段电力设备的额定电压分三类：第一类额
16、定电压在 100V以下，这类电压主要用于国民经济的照明、蓄电池及开关设备的操作电源中；第二类额定电压高于 100V，低于 1000V，这类电压主要用于低压三相电动机及照明设备，常见的有 380V和 660V；第三类额定电压高于 1000V，这类电压主要用于发电机、变压器、输配电线路及设备。河南理工大学毕业设计（论文）说明书2三相系统的功率 S=3UI，当输出功率为定值时，电压升高，电流降低，线路、电气设备的载流部分所需的截面积就变小，有色金属的投资也降低，同时由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损耗也较小；另一方面，电压越高，对设备和导线绝缘水平的要求就越高，变压器、开关等设备绝缘方面的投资
17、也越大。综合考虑这些因素，对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济合理的输电电压，当从设备制造角度考虑，为保证产品的标准化和系列化，又不应随意确定输电电压。1.2 我国变电站及其设计的现状、发展趋势及新变化新世纪以来，我国电力系统进入了一个快速发展阶段，电力建设得到长足发展。由于我国电力建设起步比较晚，目前我国变电站主要趋势是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电站转变，交流传输向直流传输转变，在城市变电站建设中，户内型变电站大幅增加，屋内配电装置广泛使用。国外变电站主要是采用柔性技术由交流输出向直流输出转变，而数字化智能变电站也是国内外变电站未来发展趋势之一。1.无人值守变电站 我
18、国变电站的发展趋向于变电站无人值班运行管理，许多 220 kV及以下电压等级变电站已经开始由监控中心进行监控，基本上实现了变电站无人值守。但作为国内电网中最高电压等级的 500kV和 330kV变电站，即使采用了变电站综合自动化系统的，也基本上都是实行有人值守的管理方式。而在欧美发达国家，各个电压等级变电站都能实现无人值守,由此可见，在国内外无人值守变电站之间、国内外变电站自动化系统之间都还有很大的差异。全面实现变电站无人值守对我国电网建设有非常明显的技术经济效益:（1)大幅度提高了运行可靠性；(2)加快了对事故处理的速度；(3)提高了电力行业劳动生产率；(4)降低了电力基础建设成本；(5)降
19、低系统运行费用。2.城市变电站建设 多种变电站的型式中屋内型变电站受到各方面的重视，在最近几年得到飞速发展，由于屋内变电站允许安全净距小且可以分层布置而使占地面积较小并且室内变电站的维修、巡视和操作在室内进行，可减轻维护工作量，变电所运行不受气候影响。 3.数字化智能变电站 河南理工大学毕业设计（论文）说明书3在变电站综合自动化领域中，智能化电器的发展，特别是智能化开关设备、光电式互感器等机电一体化设备的出现，变电站自动化技术即将进入新阶段，这些新技术的日趋成熟带来全数字化的变电站新概念。数字化变电站三个最重要的特征就是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合 IEC61850标准” ，即数字化
20、变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。依据我国电力工业发展的实际情况，电力系统的变电所运行技术有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。1.变电站接线方案趋于简单化制造厂生产的电气设备质量以及电网运行可靠性的提高，为变电站接线简化提供了可能。例如，高压断路器是变电站的主要电气设备之一，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间缩短。2.新的电气一次设备大量采用近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、高可靠性新型设备不断出现，电气设备趋于无油化，采用 SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产 GIS
21、向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用范围不断扩大。 3.变电站占地及建筑面积减少经济和城市建设的发展要求新建的城市变电站必须符合城市的形象及环保要求，追求综合经济和社会效益，所以设计形式多采用地面全户内型或地下等布置形式，这使得占地面积有效减少。4.变电站综合自动化技术变电站综合自动化是一项新兴的用以提高变电站运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。 1.3 变电站设计的主要原则变电站设计的基本原则是：安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效，时效性和和谐性的统一。变电站
22、设计的分类可依据变电站标准方式、配电装置型式和变电站规模三个层次进行划分。(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三类。户外变电站是指最高电压等级的配电装置、主变压器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，主变压器布置在户外或者户内的变电站。河南理工大学毕业设计（论文）说明书4半地下变电站是指主变压器布置在地上，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压器及其它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设备两类。(3)按变电站规
23、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压器台数、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 设计任务书一、题目： 110kV 变电站设计二、原始资料（一）变电所性质及规模本所位于某市郊区。10kV 除了向本地区生活用电外，还向工矿企业供电，并以35kV电压向郊区企业及几个乡镇的农业负荷供电。其性质为区域性终端变电站。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=200MVA 1SXS1=0.6 S2=1200MVAXS2=0.6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： =170MVA， XS1=0.91S图 2-1电力系统接线图图 2-1电力系统接线图1 1 0 k V甲变L 3L 4L 1L 2F S 市变s1s2
