(完整版)110kV变电站设计毕业设计(论文)

摘要

本次毕业设计以110kV 变电站为主要设计对象，该110kV变电站是地区重要变电站，是电力系统110kV电压等级的重要部分。该变电站设有2 台主变压器，站内主接线分为110kV、35 kV、和10 kV 三个电压等级。

本设计的第一章为绪论，主要阐述了变电站在电力系统中的地位。设计变电站的原则和目的以及变电站的基本情况。第二章是负荷计算及变压器的选择，根据已知变电站的负荷资料对变电站进行负荷计算。通过得出的负荷确定了主变的容量和台数、主变的型式及主变阻抗。第三章是变电站电气主接线的设计，分别通过对110kV、35kV、10kV侧电气主接线的拟定，选择出最稳定可靠的接线方式。第四章是短流计算，首先确定短路点，计算各元件的电抗，然后对各短路点分别进行计算，得出各短路点的短路电流。第五章是电气设备的选择，电气设备包括母线、断路器、隔离开关、电流和电压互感器、熔断器。第六章是配电装置，主要对变电站的配电装置进行设计。

通过对110kV变电站设计，使我对电气工程及其自动化专业的主干课程有一个较为全面，系统的掌握，增强了理论联系实际的能力，提高了工程意识，锻炼了我分析和解决电力工程设计问题的能力。

关键词：电气主接线  短路计算  电气设备

Abstract

This graduation project take the 110kV transformer substation as the main design object, this 110kV transformer substation is the local important transformer substation, is the electrical power system 110kV voltage rank important part. This transformer substation is equipped with 2 main transformers, in the station the  first chapter is an introduction, mainly elaborated the transformer substation in electrical power system status. Designs the transformer substation the principle and the goal as well as the transformer substation basic situation. Second chapter is shoulders the computation and the transformer choice, carries on the load computation according to the known transformer substation load material to the transformer substation. Through the load which obtains , the winding wiring way, the accent press the way and the  electricity , separately through to 110kV, 35kV, 10kV side electricity , first determined short-circuits the spot, calculates various parts reactance, then to respectively short-circuits separately to carry on the computation, obtains respectively short-circuits the short-circuit current. Fifth chapter is the electrical equipment choice, the electrical equipment including the generatrix, the circuit breaker, the isolator, the electric current and the voltage transformer, the fuse. Sixth chapter is the power distribution equipment, mainly carries on the design to the transformer substation power distribution equipment. Seventh chapter is anti-radar with the earth, this chapter  the choice to the arrester, as well as  design, causes me  electric power project design question ability.

Key words: The electrical   Electrical equipment

1 绪论    3

1.1 变电站设计的原因和目的以及原则    3

1.2 变电站的基本情况    3

1.2.1 原始资料    3

1.2.2 所选地址及环境    4

2 负荷计算及变压器选择    5

2.1 负荷计算    5

2.1.1 负荷资料    5

2.1.2 负荷计算    5

2.2 主变的选择    7

2.2.1 主变压器容量和台数的确定：    7

2.2.2 主变压器型式的确定：    7

2.2.3 主变压器阻抗的选择：    8

2.3 站用变压器的选择    9

2.3.1 站用变台数的确定：    9

2.3.2 站用变的容量确定：    9

2.4    无功补偿    10

2.4.1 补偿作用    10

2.4.2 无功补偿容量及电容器接线方式    10

3 变电站主接线形式    12

3.1 变电站主接线的要求及原则    12

3.1.1 设计要求    12

3.1.2 设计原则    13

3.2 变电站主接线形式的选取    14

3.2.1 110kV 侧主接线方案选取    14

3.2.2 35kV侧主接线方案选取    17

3.2.3 10kV 侧主接线方案选取    18

4 短路电流的计算    21

4.1 短路电流计算的目的    21

4.2 短路电流计算    21

4.2.1 各元件电抗计算及等值电路图    21

4.2.2 110kV母线侧短路电流的计算：    23

4.2.3 35kV母线侧短路电流的计算    24

4.2.4 10kV母线侧短路电流的计算    25

5 电气设备的选择    27

5.1 电气设备选择的一般原则    27

5.2 载流导体的选择    27

5.3 断路器和隔离开关的选择    30

5.4 电流互感器的选择    35

5.5 电压互感器的选择    38

5.6 高压熔断器选择    39

6 配电装置    41

6.1 配电装置概述    41

6.2 变电站各电压等级采用的配电装置    41

6.2.1 110kV配电装置    41

6.2.2 35kV～10kV配电装置    42

总结    43

致谢    44

参考资料    45

1 绪论

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。

1.1 变电站设计的原因和目的以及原则

毕业设计是本专业教学计划中的重要环节。此次毕业设计的目的是通过变电所设计实践，综合运用所学知识，贯彻执行我国电力工业有关方针，理论联系实践，锻炼分析和解决电力工程设计问题的能力。

该变电站主要是为营口市开发区盼盼工业园区供电和服务的，并支持当地工农业的持续发展，使初具规模的旅游事业上一新台阶，改善和提高该境内人民的物质和文化生活。本变电所属新建110kV区域性终端变电站，主要满足该地区工业用电。

变电站的设计应根据工程的5—10年发展规划进行，做到远近结合、以近为主，正确处理近期建设与远景发展的关系，适当考虑扩建的可能性。必须从全局出发、统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案，必须节约用地的原则。

本站的设计是在国家和地方的规划下进行的，是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、、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。

1.2 变电站的基本情况

1.2.1 原始资料

为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系统发展规划，拟建设一座kV 的区域性终端变电站，设计原始资料要求如下：

1）、电压等级： kV

2）、设计容量：拟设计安装两台主变压器。

3）、进出线及负荷情况

①、110kV 侧，110kV 侧进出线共4 回,其中两回为进线，最大负荷利用时间为4200h。

②、35kV 侧，35kV 侧出线共4 回，最大负荷利用时间为4000h。

③、l0kV 侧，l0kV 侧出线共计8 回，无电源进线，最大负荷利用时间为5000h。

④、系统阻抗值为S=100MVA 时的值。

1.2.2 所选地址及环境

变电站位于城市的工业区附近，交通运输方便，海拔400M，地势平坦，公路交通方便，无污染源，夏季最高温度零上38度，冬季最低气温为-15度，年平均气温为零上15度，最大风速为20ms，覆冰厚度为5mm，土壤电阻率为<500Ω，冻土厚度为0.7m，主导风向：夏季为东南风，冬季为西北风。

2 负荷计算及变压器选择

2.1 负荷计算

2.1.1 负荷资料

站用电负荷见表2-1，变电站主要负荷见表2-2。

表2-1站用电负荷统计

负荷计算采用：需用系数法计算电力负荷。公式如下：

；；;

最大负荷时：

1.35kV出线侧负荷计算

×=6.54×tan（arccos0.91）=2.98

表2-2变电站主要负荷统计

×=5.05×tan（arccos0.88）=2.72

×=5.57×tan（arccos0.85）=3.45

2.10kV出线侧负荷计算

      =×=2.04×tan（arccos0.92）=0.87

=×=1.75×tan（arccos0.）=0.90

=×=1.92×tan（arccos0.87）=1.09

      =×=1.88×tan（arccos0.86）=1.12

=×=1.93×tan（arccos0.93）=0.76

=×=1.48×tan（arccos0.88）=0.80

=×=1.74×tan（arccos0.88）=0.94

      =×=1.76×tan（arccos0.90）=0.85

于是母线侧的总负荷为

+=0.85(6.54+6.53+5.05+5.57)+0.8(2.04+1.75+1.92+1.88+1.93+1.48+1.74+1.76) = 31.74MW

+=0.85(2.98+3.70+2.72+3.45)+0.8(0.87+0.90+1.09+1.12+0.76+0.80+0.94+0.85) = 16.78Mvar

则系统的计算负荷为：

最大运行方式下：

  MVA

2.2 主变的选择

主变压器的选择主要包括变压器的容量、变压器的台数、变压器的形式、绕组连接方式、变压器的调压方式和对变压器的阻抗选择。以下分别根据本次设计进行详细的阐述。

2.2.1 主变压器容量和台数的确定：

主变压器的容量一般按变电所建成5—l O 年的规划负荷选取，并适当的考虑到远期10—20 年的负荷发展。再者，可根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变故障或检修停运时，其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应能保证用户的一级和二级负荷，一般性变电所，应能保证全部负荷的70%。

根据负荷计算： MVA,主变压器的台数，对于大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。故选择两台31500 kVA 主变压器。

2.2.2 主变压器型式的确定：

变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性及运输条件等因素，在不受运输条件时，330kV 及以下的变电所均应选用三相变压器，对具有三种电压的变电所，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15％以上时，采用三绕组变压器，本变电站变压器各侧绕组的功率均已达到了总容量的15%，故选三相三绕组变压器。

1）. 绕组连接方式选择：

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行，电力系统采用的绕组连接方式只有星形和三角形，如何组合要根据具体工程来确定，我国ll0kV 及以上电压变压器绕组都采用Y0 连接，35kV 采用Y 连接，35kV 以下电压等级、变压器绕组都采用△连接，所以本变电所主变压器绕组连接方式为Y0Y△。

2）. 调压方式的选择：

普通型的变压器调压范围很小，仅为±5%而且当调压要求的变化趋势与实际相反(如逆调压)时，仅靠调整普通变压器的分接头就无法满足要求，有载调压它的调整范围较大，一般在15%以上，而且，既要向系统传输功率，又可能从系统倒送功率，要求母线电压恒定保证供电质量的情况下，有载调压变压器可以实现。因此选用有载调压变压器。

2.2.3 主变压器阻抗的选择：

对于三绕组变压器目前在制造上有两种基本的组合方式，即“升压结构”和“降压结构”。“升压型”的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为中、低、高，所以变压器中压侧阻抗最大。“降压型”的绕组排列顺序为自铁芯向外依次为低、中、高，所以高、低压侧阻抗最大。

根据以上综合比较，所选主变压器的特性数据如下：

形式：SFSZ—31500ll0；各侧容量比为：100l0050

连接组别号：Yn，yn0，d11

调压范围为：高压ll0±8×1.25% kV

中压38.5±2×2.5% kV

低压10.5 kV

阻抗电压为：高—中：10.5

高—低：18

中—低：6.5

结构形式为：降压结构

空载损耗(kW)：50.3

负载损耗(kW)：175 空载电流(%)：1.4

2.3 站用变压器的选择

变电所的所用电是变电所的重要负荷，因此，在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电所发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电所安全，经济的运行。

2.3.1 站用变台数的确定：

一般变电所装设一台所用变压器，对于枢纽变电所、装有两台以上主变压器的变电所中应装设两台容量相等的所用变压器，互为备用，如果能从变电所外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台所用变压器。根据如上规定，本变电所选用两台容量相等的所用变压器。

2.3.2 站用变的容量确定：

所用变压器的容量应按所用负荷选择。计算负荷可按照下列公式近

似计算：

；；;

根据原始资料给出的所用负荷计算：

KVA

根据容量选择所用电变压器如下：

型号：S—80l0；容量为：80(kVA)

连接组别号：Y，yn0

调压范围为：高压：±5％

阻抗电压为(%)：4

结构形式为：降压结构

空载损耗(W)：270

负载损耗(W)：1650

空载电流(%)：2.4

无功补偿

无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。

无功补偿方式有两种：即高压集中补偿和低压分散补偿本所是地区变电所采用10kV侧补偿方式：

补偿装置分类：串联补偿装置和并联补偿装置。

2.4.1 补偿作用

  （1）对110kV及以下电网中的串联电容补偿装置：用以减少线路电压降，降低受端电压波动，提高供电电压，在闭合电网中，改善潮流分布，减少有功损耗。

  （2）在变电所中，并联电抗补偿装置常接在主变压器的低压侧，对调相机，并联电容补偿装置和静止补偿装置都直接连接或通过变压器并接于需补偿无功的变电所、换流站的母线上，也可连接在变电所110kV电压母线上。

  （3）补偿装置设置于发电厂、变电所、配电所、换流站或开关站中大部分连接在这些厂站母线上，也有的补偿装置是关联或串联在线路上。

2.4.2 无功补偿容量及电容器接线方式

 本设计采用并联电容器作为无功补偿装置。

（1）无功补偿装置容量的确定

现场经验一般按主变容量的10％--15％来确定无功补偿装置的容量。此设计中主变容量为31500KVA故并联电容器的容量为：3150KVA—4725KVA为宜，在此设计中取4725KVA。

（2）并联电容器装置的接线

并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（△）两种。经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。

本设计采用双星形接线。因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。

中性点接地方式：对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。

3 变电站主接线形式

3.1 变电站主接线的要求及原则

3.1.1 设计要求

电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。主接线方案的确定对电力系统及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电所主接线的最佳方案。

（1）可靠性

对于一般技术系统来说，可靠性是指一个元件、一个系统在规定的时间内一定条件下完成预定功能的能力。电气主接线属可修复系统，其可靠性用可靠度表示，即主接线无故障工作时间所占的比例。

主接线可靠性的具体要求：

   ①断路器检修时。不宜影响对系统的供电：

②断路器或母线故障。以及母线或母线隔离井关抢修时,尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对I、II类负荷的供电。

③尽量避免发电厂或变电站全部停电。

④对装有大型机组的发电厂及超高压变电所，应满足可靠性的特殊要求。

 （2）灵活性

    ①调度灵活，操作方便。应能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，灵活的调配电源和负荷，满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求。

   ②检修安全。应能方便地停运线路、断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求。

   ③扩建方便，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过渡到最终接线，使在扩建时一、二次设备所需的改造最少。

 （3）经济性

     可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活．将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求的前提下，做到经济合理。

    ①投资省。主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资；应适当短路电流，以便选择轻型电器设备；对110kV及以下的终端或分支变电所，应推广采用直降式[110(6～l0)kV]变电所和质量可靠的简易电器(如熔断器)代替高压断路器。

②年运行费小。年远行费包括电能损耗费、折旧费及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择变压器的型式、容量、台数 。 

③占地面积小。主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地相节省构架、导线、绝缘子及安装费用。

   ④在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。

3.1.2 设计原则

1 变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网上不得采用分支界线。

2 在35-60kV 配电装置中，当线路为3 回及以上时，一般采用单母线或单母线分段接线，若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。

3 6-10kV 配电装置中，线路回路数不超过5 回时，一般采用单母线接线方式，线路在6 回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大时，可采用双母线接线。

4 kV 配电装置中，线路在4 回以上时一般采用双母线接线。

5 当采用SF6 等性能可靠、检修周期长的断路器以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设施。

总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规范、规程为标准，结合具体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。

3.2 变电站主接线形式的选取

3.2.1 110kV 侧主接线方案选取

本设计提出两种方案进行经济和技术比较。根据《35kV—ll0kV 变电所设计规范》第3.2.3 条和第3.2.4 条：110kV 线路为六回及以上时，宜采用双母线接线，在采用单母线，分段单母线或双母线的35—ll0kV主接线中，当不容许停电检修断路器时，可设置旁路母线和旁路隔离开关。故预选方案为：双母接线和双母线带旁母接线。

方案一、双母线接线如图3－1

图3-1双母线接线

1、优点：

（1） 供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组导线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路母线隔离开关，只停该回路。

（2） 调度灵活，各个电源和各个回路负荷可任意切换，分配到任意母线上工作，能够灵活地适应系统中各种运行方式调度和系统潮流变化的需要。

（3） 扩建方便，向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线时，不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。

（4） 便于实验，当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。

2、缺点：

（1） 增加一组母线和每回路就需增加一组母线隔离开关。

（2） 当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

3、适用范围：

（1） 6—l0kV 配电装置，当短路电流较大，需要加装电抗器。

（2） 35—63kV，回路总数超过8 回，或连接电源较多，回路负荷较大时。

（3） ll0—220kV，出线回路在5 回及以上时；或当ll0—220kV配电装置，在系统中居重要地位，出线回路数为4 回及以上时。

方案二、单母线分段接线如图3－2。

1、优点：

（1） 用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，提供双回路供电。

（2） 安全性，可靠性高。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。

2、缺点：

（1） 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。

（2） 扩建时需要向两个方向均衡扩建，以保证负荷分配的均匀。

图3-2单母线分段接线

（3） 当出线回路为双回路时，常使母线出线交叉跨越。

3、适用范围：

（1） 6～10KV 配电装置出线回路数为6 回及以上时。

（2） 35～63KV 配电装置出线回路数为4～8 回时。

（3） 110～220 配电装置出线回路数为3～4 回时。

方案比较：

方案一相对方案二调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，所以当该母线或母线隔离开关故障或检修时，该母线上的回路不需要停电，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。而且方案一在扩建时比方案二方便，在有双回架空线时也不会导致出线交叉跨越。通过对以上两种方案比较，结合现代科学进步，新型断路器的停电检修周期延长，没有必要考虑停电检修断路器，结合经济建设的需要，在满足要求的前提下，尽可能节约设备的投资故待设计的变电所110kV接线选取方案一，双母线接线，即能满足要求。

结论：110kV 侧采用双母线接线。

3.2.2 35kV侧主接线方案选取

根据任务书要求，35kV 侧进出线共6 回，本期4 回，每回最大负荷7500KVA。同样本设计提出两种方案进行经济和技术比较。根据《35kV—ll0kV 变电所设计规范》第23 条：35kV—60kV 配电装置中，当出线为2 回时，一般采用桥形接线，当出线为2 回以上时，一般采用单母线或分段单母线的接线。

方案一、单母线分段接线如图3－3

图3-3单母线分段接线

1、优点：

（1） 用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，提供双回路供电。

（2） 安全性，可靠性高。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。

2、缺点：

（1） 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。

（2） 扩建时需要向两个方向均衡扩建，以保证负荷分配的均匀。

（3） 当出线回路为双回路时，常使母线出线交叉跨越。

方案二、单母线接线如图3－4

 图3-4单母线接线

由于此种接线，可靠性低，一条线路有故障所有设备均要停电，影响供电可靠性因此可以排除。

结论：35kV 侧采用单母线分段接线。

3.2.3 10kV 侧主接线方案选取

根据任务书要求，l0kV 侧进出线共计6 回，留两回为备用间隔，据《35kV—ll0kV 变电所设计规范》第3.2.5 条：当变电所装有两台主变压器时，6—l0kV 侧宜采用单母分段接线，线路为l 2 回及以上时，也可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。故预选方案为：单母线分段接线或分段单母线的接线。

方案一、单母线分段接线如图3－5

图3-5单母线分段接线

1、优点：

    (1)  用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，提供双回路供电。

    (2)  安全性，可靠性高。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。

2、缺点：

    (1)  当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。

 (2)  扩建时需要向两个方向均衡扩建，以保证负荷分配的均匀。

    (3)  当出线回路为双回路时，常使母线出线交叉跨越。

方案二、单母线接线如图3－6

由于此种接线，可靠性低，一条线路有故障所有设备均要停电，影响供电可靠性因此可以排除。

结论：10kV 侧采用单母线分段接线。

图3-6单母线接线

4 短路电流的计算

4.1 短路电流计算的目的

（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。

（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

（5）按接地装置的设计，也需用短路电流。

4.2 短路电流计算

为选择ll0kV—35kV—l0kV 配电装置的电器和导体，需计算在最大运行方式下流过电气设备的短路电流，变电站用电回路共选3个短路点，即：d1、d2、d3。

系统为无限大容量，选=100MVA

4.2.1 各元件电抗计算及等值电路图

等值电路图及其各元件电抗计算为了计算不同短路点的短路电流值，需要将等值网络分别化简为以短路点为中心的等值网络，常常采用的方法有：网络等值变换、利用网络的对称性简化、并联电源支路的合并和分布系数法四种。

根据本次设计所选主接线方式和长期运行方式(两台主变压器并联

运行)，对网络图进行简化。

绘制网络等值电路如下图4－1：

图4-1 短流计算网络等值电路图

线路电抗的计算：

＝(0.42)×(100)×40＝0.06

2＝(0.42)×(100)×l8＝0.0272

变压器电抗的计算：

根据所选主变压器型号，查表得：

阻抗电压分别为：＝18＝l0.5＝6.5

＝(+－)2＝(10.5+18－6.5)2＝11

＝(+－)2＝(10.5+6.5－l8)2＝0

＝(+－)2＝(18+6.5－10.5)2＝7

阻抗的标么值：

＝100＝(11×l00)(100×31.5)＝0.349

＝l00＝0

＝l00＝(7×100)(100×31.5)＝0.222

由于是本次设计是两台变压器并联运行，所以：

＝0.3492＝0.1745

＝0

＝0.2222＝0.111

4.2.2 110kV母线侧短路电流的计算：

1、点短路：＝ll5kV

等值电路如图：

图4-2点短路电流等值电路图

点转移阻抗：

对点： ＝0.06

对点：＝0.0272

  总的转移阻抗：＝0.060.0272＝0.0186

短路电流标么值：

＝l＝10.0186＝53.76

有名值：＝＝(53.76×l00)(×115)＝26.99

冲击值：＝2.55＝2.55× 26.99＝68.825

短路容量：＝＝×115× 26.99=5376.025

全电流最大有效值：＝1.52＝1.52×26.99=41.025

4.2.3 35kV母线侧短路电流的计算

2. 点短路：＝37kV

等值电路如图：

图4-3点短路电流等值电路图

点的转移阻抗：

对点：＝0.06

对点：＝0.0272

、对点：＝()+ + =0.1931

标么值：＝l＝10.1931＝5.179

有名值：＝＝(5.179×l00)(×37)＝8.081

冲击值＝2.55  ＝20.607

短路容量：＝＝  ×37× 8.081=517.878

全电流最大有效值：＝1.52＝12.283

4.2.4 10kV母线侧短路电流的计算

3、点短路：＝10.5kV

等值电路如图：

图4-4点短路电流等值电路图

点的转移阻抗：

对点： =0.06

对点： =0.0272

、对点：＝()+ +＝0.3041

标么值：＝l＝10.3041＝3.288

有名值：  ＝＝ (3.288 × l00)(× 10.5) ＝18.081(KA)

冲击值：＝2.55＝46.108

短路容量：S＝＝×10.5× 18.081=328.831

全电流最大有效值：＝1.52＝1.52×18.081=27.483

短流计算结果统计如下表4-1所示

表4-1短流计算统计表

5.1 电气设备选择的一般原则

1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；

2、应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致；

3、同类设备应尽量减少器种；

4、所选导体和电器力求技术先进、安全适用、经济合理、贯穿以铝铜、节约占地等国策。选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管部门鉴定合格。

5、在选择导体和电器时，应按正常工作条件进行选择选择，并按短路情况校验其动稳定和热稳定。以满足正常运行、检修和短路情况下的要求。

6、验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，按本工程的设计容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行计算。

7、所选的导体和电器应按当地的气温、风速、覆冰、海拔等环境条件校核电器的基本使用条件。

5.2 载流导体的选择

本次载流导体设计包含两部分：软导体、硬导体。对于ll0kV、35kV侧的主母线和相对应的变压器引线选用软导体，对于l0kV 侧的主母线和相对应的变压器引线选用硬导体。下面分别进行选取：

1、110KV 侧：

（1）、110kV 侧主母线：

对于ll0KV 侧主母线按照发热选取，本次设计的110kV 侧的电源进线为两回，一回最大可输送60000kVA 负荷，最大持续工作电流按最大负荷算：

＝1.05＝1.05S ×＝(1.05×60000)( ×ll0)＝330.66(A)

查设备手册表选择LGJ—18510 钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为539A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。

（2）、ll0kV 侧主变压器引接线：

110kV 侧主变压器引接线按主变压器的持续工作电流计算，按经济电流密度进行选取。

＝1.05＝1.05S ×＝(1.05×31500)( × ll0)＝173.6(A)

＝4200h，查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：J=1.2A

＝J＝173.61.2＝144.67()

查设备手册表选择LGJ—18510 钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为539A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。

（3）、110KV 侧出线：

ll0KV 侧出线：＝1.05＝1.05S  ×＝(1.05×35000)(×110)＝192.(A)＝4200h，查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：J=1.2A＝J＝192.1.2＝160.74()

查设备手册表选择LGJ—15025 钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为478A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。

2、35KV 侧

（1）、35kV 侧主母线：

对于35kV 侧主母线按照发热选取，本次设计的35kV 侧一回最大可输送7500kVA 负荷，主变压器的容量为31500kVA，所以最大持续工作电流按最大负荷主变压器的持续工作电流计算：

＝1.05＝1.05S  ×＝(1.05×31500)(×35)＝545.61(A)

查设备手册表选择LGJ 一185 钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为552A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，

故在此不作校验。

（2）、35kV 侧主变压器引接线：

35kV 侧主变压器引接线的选择同上。

（3）、35KV 侧出线：

35KV 侧出线：＝1.05＝1.05S  ×＝(1.05×7500)( ×35)＝129.9(A)

＝4000h，查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：

J=1.24A＝J＝129.91.24＝104.76()

查设备手册表选择LGJ—9515 钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为357A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。

3、10KV 侧：

（1）、10kV 侧主母线：

＝1.05＝1.05S  ×＝(1.05×315002)(×10)＝954.79(A)

查设备手册表选择63×8 单片矩形铝母平放，平放时长期允许载流量为995A。按点的短路条件校验：

热稳定的校验： C：为热稳定系数

T＝保护时间+全分闸时间＝1.5+0.1＝1.6S

＝T×（+l0＋）l2＝1.6×(+l0×+)l2＝523.076

如果短路电流切除时间，导体的发热主要由周期分量来决定，在此情况下可以不计非周期分量的影响。所以：

≈=523.067 S 

查表得，当硬铝在工作温度为70℃时取C＝87

＝√C＝266.79 

所选矩形母线63×8＝504 266.79,故满足热稳定要求。

动稳定的校验：取支持跨距：L=1m

相间距离：a＝50cm＝0.5m，震动系数：β＝1

截面系数：W＝b6＝8××6＝5292×

M=1.73×××8×a

=1.73××18×0.5

=32.667（Nm）

σ=MW=32.×=6.17×

硬铝的最大允许应力=70× (pa)，故能满足要求。

（2）、10 kV 侧主变压器引接线同10KV 主母线。

（3）、10KV 侧出线：

＝1.05＝1.05S×＝（1.05×1900）（  ×10）

＝115.18(A)

＝5000h，查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：

J=1.06A 

＝J＝115.181.06＝108.66()

查设备手册表选择LGJ—9515 钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为478A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。

5.3 断路器和隔离开关的选择

（一）110KV 侧

1、ll0kV 侧断路器的选择：

点的短路参数：

＝68.825(kA)； I"＝I∞＝26.99(kA)

＝ll0KV

＝1.05＝1.05S ×＝(1.05×60000)(×ll0)＝330.66(A)

查设备手册试选LW35—l26 型六氟化硫断路器。LW35—l26 型六氟化硫断路器参数如下：

额定电压：＝l26kV 额定电流：＝3l50A

三秒热稳定电流： ＝40kA 额定短路开断电流：＝31.5kA

额定峰值耐受电流：＝＝l00kA 额定短路关合电流：100kA

动稳定校验：

＝330.66(A)＜

＝68.825 (kA)＜＝l00(kA)

动稳定校验合格。

热稳定校验：＝十

T＝保护时间+全分闸时间＝0.5+0.1＝0.6 s

＝T×(+l0+)l2＝ 0.6 × (+l 0 ×  十)  l2 ＝437.076

＝×T 查表得：T＝0.05

＝×0.05＝36.423

＝437.076+36.423＝473.499 (·S)

＝×＝×3＝4800 (·S)

＞热稳定校验合格。

所以，所选断路器满足要求。

2、l10kV 侧隔离开关的选择：

＝ll0kV＝330.66(A)

查设备手册试选—ll0 型隔离开关，参数如下：

额定电压： =ll0kV 额定电流: =600A

动稳定电流：＝55kA 5s 热稳定电流：14kA

动稳定校验：

＝4l3.33(A)＜

＝23.705 (kA)＜＝55(kA)

动稳定校验合格。

热稳定校验：

＝51.85+4.32＝56.17 (·S)

＝×＝×5＝980 (·S)

＞热稳定校验合格。

所选隔离开关满足要求。

（二）35KV 侧

1、35kV 侧断路器的选择：

＝1.05＝1.05S×＝(1.05×31500)(×35)＝545.60(A)

点的短路参数：

＝20.607 (kA)＝＝8.081(kA)＝35kV

查设备手册试选—40.5 型真空断路器。

ZW8—40.5 型真空断路器参数如下：

额定电压：＝40.5kV 额定电流：＝2000A

三秒热稳定电流：＝20kA 额定短路开断电流：＝31.5kA

额定峰值耐受电流：＝＝50kA 额定短路关合电流：50kA

动稳定校验：

＝545.60 (A)＜

＝20.607 (kA)＜＝50(kA)

动稳定校验合格。

热稳定校验：＝十

T＝保护时间+全分闸时间＝0.5+0.1＝0.6 s

＝T×(+l0+)l2＝0.6×(8.0812+l0×十)l2＝39.18

＝I"2×T 查表得：T＝0.05

＝×0.05＝3.265

＝39.18+3.265＝42.445 (·S)

＝×＝×3＝1200 (·S)

＞热稳定校验合格。

所以，所选断路器满足要求。

2、35KV 侧隔离开关的选择

＝35kV  ＝545.60(A)

查设备手册试选—35（D）型隔离开关，参数如下：

额定电压： =35kV 额定电流: =1250A

动稳定电流：＝40kA 2s 热稳定电流：16kA

动稳定校验：

＝545.60(A)＜

＝20.07 (kA)＜＝40(kA)

动稳定校验合格。

热稳定校验：

＝39.18+3.265＝42.445 (·S)

＝×＝162×2＝512 (·S)

＞热稳定校验合格。

所选隔离开关满足要求。

（三）10KV 侧

1、l0kV 主变侧断路器的选择：

＝1.05＝1.05S×＝(1.05×315002)( ×l0)＝954.79(A)

点的短路参数：

＝46.108(kA)；＝＝18.081 (kA)＝l0kV

由于l0kV 选用为户内成套设备，根据厂家提供的型号，选空气绝缘金属铠装移开式KYN28 型开关柜。

断路器型号为ZN63A-12T1250A-31.5

其参数如下：

额定电压：＝l2kV 

额定电流：＝l250A

四秒热稳定电流：＝31.5kA    额定短路开断电流： =31.5kA

额定峰值耐受电流：＝＝80kA    额定短路关合电流：80kA

动稳定校验：

＝954.79(A)＜

＝46.108(kA)＜＝80(kA)

动稳定校验合格。

热稳定校验：

＝+

 T＝保护时间+全分闸时间＝1.9+0.1＝2s

＝T×(+l0+)l2＝2×(+l0×+)l2＝653.85

＝×T 查表得：T＝0.05

＝×0.05＝16.35

＝653.85+16.35＝670.20 (·S)

＝×＝31.52×4＝3969(·S)

＞热稳定校验合格。

所选断路器满足要求。

2、l0kV 侧出线断路器的选择：

＝1.05＝1.05S  ×＝(1.05×l900)( ×l0)＝l15.18(A)

点的短路参数：

＝46.108(kA)；＝＝18.081(kA)＝l0kV

与上同样，选空气绝缘金属铠装移开式KYN28 型开关柜。

断路器型号为ZN63A-12T630A-20

其参数如下：

额定电压：＝l2kV 额定电流：＝630A

四秒热稳定电流：＝20kA 额定短路开断电流： =20kA

额定峰值耐受电流：＝＝50kA 额定短路关合电流：50kA

动稳定校验：＝115.18A)＜

＝46.108(kA)＜＝50(kA)

动稳定校验合格。

热稳定校验：＝+

T＝保护时间+全分闸时间＝1.9+0.1＝2 s

＝T×(+l0+)l2＝2×(+l0×+)12＝653.85

＝×T 查表得：T＝0.05

＝×0.05＝16.35

＝653.85+16.35＝670.20 (·S)

＝×＝202×4＝l600(·S)

＞热稳定校验合格。

所选断路器满足要求。

主变中性点隔离开关选取中性点专用型号：—60 型

主要参数： 额定电压：＝1l0kV 额定电流：＝400A

动稳定电流：＝15.5kA 10s 热稳定电流：4.2 kA

断路器、隔离开关选取结果见表5－1

5.4 电流互感器的选择

1、110kV 主变压器侧：

＝(1.05×31500)(×ll0)＝l73.6(A)

＝110kV

选取：LVQB—110， 3005， 0.5D10P

电流互感器参数：

1 秒热稳定电流：40kA

表5-1 断路器、隔离开关

动稳定校验：＝68.825kA     ≤100kA

动稳定校验合格。

热稳定校验：

＝473.499 (·S)

＝×＝1×＝1600（S）

＜

热稳定校验合格。

2、110kV 进线侧： 

＝(1.05×60000)(×110)＝330.66(A)

＝ll0（kV）

选取：LVQB—110, 4005, 0.55P10P,校验同上

3、110kV 出线侧：

＝(1.05×35000)(×l10)＝l92.（A）

＝ll0（kV）

选取：LVQB—110, 3005, 0.55P10P,校验同上

4、35kV 主变压器侧：

＝(1.05×31500)(×35)＝545.6l(A)

＝35（kV）

选取：LZZB7-35，6005, 0.5D10P,

电流互感器参数：

短时热稳定电流：31.5kA

动稳定电流：80kA

动稳定校验：＝20.607kA      ≤80kA

动稳定校验合格。

热稳定校验：

＝42.445 (·S)

＝

2×＝1×＝992.25（S）

＜

热稳定校验合格。

5、35kV 出线侧：

＝(1.05×7500)(×35)＝129.94(A)

＝35（kV）

选取：LZZB7-35，3005, 0.510P,校验同上

6、l0kV 主变压器侧：

＝(1.05×315002)( ×l0)＝945.8(A)

＝l0（kV）

由于l0kV 选用为户内成套设备，所以选取和开关柜配套

使用的型号：LMZ－l215005

电流互感器参数：

雷电冲击耐受电压(kV)，75

短时工频耐受电压(kV)，42

7、l0kV 出线侧：

＝(1.05×l900)(×l0)＝115.18(A)

＝l0kV

10kV 选用为户内成套设备，所以选取和开关柜配套

使用的型号：LZZBJ1－l21505

电流互感器参数：

雷电冲击耐受电压(kV)，75

5.5 电压互感器的选择

电压互感器的选择应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。

1、3－20kV 配电装置，宜采用油绝缘结构，也可采用树脂

浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。

2、35kV 配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器。

3、ll0kV 及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求

时，宜采用电容式电压互感器。

根据上述条件，选择如下：

110kV 母线选单相、串级式、户外式电压互感器。

35kV 母线选单相、户外式电压互感器。

10kV 母线成套设备配套电压互感器。

电压互感器选择结果见表5－2所示；

表5-2 电压互感器

变电所35kV 电压互感器和l0kV 电压互感器以及所用变压器都用高压熔断器进行保护，不需装设断路器，保护电压互感器的熔断器，需按额定电压和开断电流进行选取。

＜＜

＝(1.05×l25)( ×l0)＝7.58(A)

1、所用变压器高压侧熔断器属成套设备选用—10 型熔断器进行保护。

2、35kV 电压互感器选取—35 型高压熔断器。

3、l0kV 电压互感器属成套设备，选取—l0 型高压熔断器。

高压熔断器选择结果如表5－3所示；

表5-3 高压熔断器

6.1 配电装置概述

配电装置是电气—次接线的工程实施。选择安装场地、布置设备、每个设备的固定、设备之间的连接。电缆沟道及运输道路的分布等问题对完成一次接线并使之具有优良的技术经济性影响极大。

配电装置的设计必须满足下述基本要求：

（1）安全可靠。首先应保证运行与检修人员的安全、使运行人员巡视与检修人员检修时与带电体边缘有足够的安全距离，同时还要考虑设备运输时不致与带电体之间发生放电现象。必须考虑到事故发生时事故扩大的措施。

（2）在符合规程规定的条件下，与国家经济发展相同步，改善运行与检修的条件

（3）防震、防污。我国部分地区属地层地区，因此应考虑防震措施，以确保电力系统的安全，发生地层灾害时迅速恢复电力供应对保护人民的安全，恢复生产具有十分重要的意义。配电装置应防止电厂自身及周围工厂排废的污染，应根据污秽等级确定扩大屋内配电装置使用的电压等级(一般清洁地区跟用于35kV及以下电压级)或采取其它的措施

（4）考虑扩建。热电厂和变电站往往需要扩建，除近期已确定的扩建工程外，在可能的情况下，应为尚难预料的远期扩建留有余地。

（5）节省投资，减少占地。在保证前述四项要求的前题下，依靠精心设计，使用经实践证明可靠的新技术、新材料以降低投资和减少占地。在土地紧张的情况下，占地可能成为设计配电装置的主要制约因素。

6.2 变电站各电压等级采用的配电装置

6.2.1 110kV配电装置    

采用户外双列布置，进线采用悬挂式软母线，进出线架构高10米，间隔宽度均8米，母线及进出线相间距离为2.2米。

6.2.2 35kV～10kV配电装置

采用双层屋内配电装置，10kV在一楼，采用CP800型中置式金属铠装高压开关柜，单母线分段，双列布置，10kV出线均为电缆出线。35kV在二楼，采用KYN-35Z型金属铠装高压开关柜，单列布置，35kV均为架空进出线。

总结

经过近一个月的努力，毕业设计终于完成了。毕业设计是对四年来所学知识的综合考察，不仅要求全面掌握所学知识，还要能够综合运用，并结合自学有关知识才能完成。通过本次毕业设计，掌握了110kV 变电站的设计的过程。这是对所学知识进行的一次实践，使电气专业知识得到巩固和加深，逐步提高了解决问题的能力，但在本次设计中仍有存在不足与疏漏，我将在以后的工作、学习中扬长避短，发扬严谨的科学态度，使所学到的知识不断的升华。

在设计过程中，得到了老师和同学们的指导和帮助，设计才得以顺利的进行。有了这次毕业设计的经历，为我今后的工作也垫定了基础。 

致谢

通过此次毕业设计，加深了我所学的电气工程专业知识，为今后顺利的开展工作打下良好的基础，特别是对认识问题、分析问题、解决问题的能力有了较大的提高。本次毕业设计也是对我整个学习阶段的一次综合测试。

在毕业设计过程中，衷心的感谢王玉梅老师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议。他那严谨求实的教学作风、诲人不倦的耐心，给我留下了难以磨灭的印象。同时，我还要感谢河南理工大学大学带过我们的所有老师，你们对待知识严谨求实的态度、一丝不苟的工作作风，使我受益匪浅。在此，我对你们表示最衷心的感谢，我将在今后的工作中不断追求新知识、继续努力，不辜负老师们对我们悉心的培养。

参考资料

1、电力工程设计手册1              上海科学技术出版社

2、电力工程设计手册3              上海科学技术出版社

3、电力工程电气设计手册1  水利电力部西北电力设计院编

4、发电厂电气部分                     中国电力出版社

5、电力系统分析（上、下）         华中理工大学出版社

6、煤矿电工手册。 煤矿工业出版社

7、电力工程。 华中科技大学出版社

8、供电技术。 煤炭工业出版社

9、变电所设计（10-220kV）  辽宁科学技术出版社

10、变电所所址选择和布置  水利电力出版社

11、电力设备接地设计技术规程SDJ8-97  水利电力出版社

12、电力设备过电压保护设计规程SDJ7-79  水利电力出版社

13、变电所总布置设计技术规定（试行）SDGJ63-84  中国电力出版社

14、电力系统技术导则（试行）SD131-84  中国电力出版社

15、高电压配电装置设计技术规程SDJ5-85  中国电力出版社