文）
题目名称： 110KV变电站设计 院系名称： 班 级: 学 号: 学生姓名：教师：
2016年5月
论文编号:
指导 110K变电站设计
110KV Substation Design
院系名称：电子信息学院导教师：
班2016年 5 月
学 号：学生姓名： 指 级： 摘要
本文主要进行 110KV 变电站设计。首先根据任务书上所给系统及线路和所 有负荷的参数，通过对所建变电站及出线的考虑和对负荷资料分析， 满足安全性、 经济性及可靠性的要求确定了 110KV、35KV 、10KV 侧主接线的形式，然后又 通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数、 容量、及型号， 从而得出各元件 的参数，进行等值网络化简， 然后选择短路点进行短路计算， 根据短路电流计算 结果及最大持续工作电流， 选择并校验电气设备， 包括母线、断路器、隔离开关、 电压互感器、电流互感器等，并确定配电装置。根据负荷及短路计算为线路、变 压器、母线配置继电保护并进行整定计算。 本文同时对防雷接地及补偿装置进行 了简单的分析，最后进行了电气主接线图及 110KV 配电装置间隔断面图的绘制。 关键词 ：变电站设计，变压器，电气主接线，设备选择
I
Abstract
This paperdesign a 110KV substation.Firstly,according to the gaved system, electricity line and the parameters of load ,which provided by the assignment book,through considering the substation which will be built and feeders,analysising load materials,confirming the Main electrical wiring form of 110KV 、35KV 、10KV side based on security,economy and reliability,then conform the numbers,volume and type of the main transformer through load calulation and supply district,thus getting the parameters of all the component,simplify electric circuit,select short point carry on short circuit calculations 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 bus according to the load and short calculations.At the same time,this paper analyse simply lightning protection and grounding system.Finally,two pictures be drawed which include Main electrical wiring diagram and 110KV Power distribution equipment sectional drawing interval. KeyWords: Substation design,Transformer,Main electrical wiring,Equipment election
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目录
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引言 .................................... 1 1.1 变电站的作用 ................................ 1 1.2 我国变电站及其设计的发展趋势 ........................ 2 1.3 变电站设计的主要原则和分类 .......................... 5 1.4 选题目的及意义 .............................. 5 1.5 设计思路及工作方法 ............................ 6 1.6 设计任务完成的阶段内容及时间安排 ....................... 6 2
任务书 .................................. 7 2.1 原始资料 ................................. 7 2.2 设计内容及要求 .............................. 9 3
电气主接线设计 ............................... 11 3.1 电气主接线设计概述 ............................ 11 3.2 电气主接线的基本形式 .......................... 14 3.3 电气主接线选择 .............................. 14 4
变电站主变压器选择 .............................. 18 4.1 主变压器的选择 .............................. 18 4.2 主变压器选择结果 ............................ 20 5
短路电流计算 ............................... 21 5.1 短路的危害 ............................... 21 5.2 短路电流计算的目的 ............................ 21 5.3 短路电流计算方法 ............................ 21 5.4 短路电流计算 ............................. 22
5.4.1 110kv 侧母线短路计算 ....................... 5.4.2 35kv 侧母线短路计算 ......................... 5.4.3 10kv 侧母线短路计算 ......................... 6
电气设备的选择 ............................... 30 6.1 导体的选择和校验 ............................ 30
6.1.1 110kv 母线选择及校验 ....................... 6.1.2 35kv 母线选择及校验 ......................... 6.1.3 10kv 母线选择及校验 ......................... 6.2 断路器和隔离开关的选择及校验 ........................ 34
6.2.1 110kv 侧断路器及隔离开关的选择及校验 .................. 35 6.2.2 35kv 侧断路器及隔离开关的选择及校验 ................... 37 6.2.3 10kv 侧断路器及隔离开关的选择及校验 ................... 39 6.3 电压互感器和电流互感器的选择 ........................ 41
6.3.1 电流互感器的选择 .......................... 6.3.2 电压互感器的选择 .......................... 7
继电保护的配置 ............................... 45 7.1 继电保护的基本知识 ............................ 45
7.2 110kv 线路的继电保护配置及整定计算 .................... 45
7.2.1 110kV 线路继电保护配置 ........................ 7.2.2 110kV 线路继电保护整定计算 ...................... 7.3 变压器的继电保护及整定计算 ......................... 50
7.3.1 变压器的继电保护 ....................... 50 7.3.2 变压器的继电保护整定计算 ..................... 51 7.4 母线保护 ................................ 53 7.5 备自投和自动重合闸的设置 .......................... 55
3
24262731323341434545
备用电源自动投入装置的含义和作用 ................. 55 自动重合闸装置 ......................... 55
8 防雷与接地方案的设计 ............................. 57
8.1 防雷保护 ................................ 57 8.2 接地装置的设计 .............................. 57 9 配电装置 .................................. 59
9.1 配电装置概述 ............................... 59 9.2 配电装置类型 ............................... 59 9.3 对配电装置的基本要求和设计步骤 ....................... 59 7.5.1 7.5.2
9.4 屋内配电装置 ............................... 60 9.5 屋外配电装置 ............................... 60 10 结束语 ................................... 62 参考文献 ..................................... 63 致谢 ...................................... 附录 ...................................... 65
附录一 电气主接线图 .............................. 65
附录二 110KV 屋外普通中型单母线分段接线的进出线间隔断面图 ............ 4
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毕业设计（论文）
1引言
1.1变电站的作用
一、 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，它包括通过电的或机 械的方式连接在网络中的所有设备。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，它们对电能进行生产（发电机）、变换（变压器、整流器、逆变器）、 输送和分配（电力传输线、配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变 系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。
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。变电所 根据它在系统中的地位，可分为下列几类：
（1） 枢纽变电站；位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部 分，汇集多个
电源，电压为330— 500kv的变电站，成为枢纽，全所停电后，将引起 系统解列，甚至出项瘫痪。
（2） 中间变电站：高压侧以交换潮流为主，其系统变换功的作用。或使长距离 输电线路分
段，一般汇聚 2—3个电源，电压为220— 330kv，同时又降压供当地供 电，这样的变电站起中间环节的作用，所以叫中间变电站。全所停电后，将引起区 域电网解列。
（3） 地区变电站：高压侧一般为110— 220kv，向地区用户供电为主的变电站， 这是一个
地区或城市的主要变电站。全所停电后，仅使该地区中断供电。
（4） 终端变电站：在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧的电压为
降压后直接向用户供电的变电站，即为终端变电站。全所停电后，只是用户受到 损失。
二、 电力系统供电要求
（1） 保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人 身和设备的安
全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力 系统本身的损失。因此，电力系统运行首先足可靠、持续供电的要求。
（2） 保证良好的电能质量：电能质量包括电压质量，频率质量和波形质量这三 个方面，电压
质量和频率质量均以偏移是否超过给定的数来衡量，例如给定的允许 电压偏移为额定电压的正负5%给定的允许频率偏移为正负0.2 — 0.5%HZ等，波形 质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。所有这些质量指标，都必须采取一切手段 来予以保证。
（3）保证系统运行的经济性：电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经 济一次能源总消
耗占的比重约为1/3，而且在电能变换，输送，分配时的损耗绝对 值也相当可观。因此，降低每生产一度电能损耗的能源和降低变换，输送，分配时 的损耗，又极其重要的意义。
110kv， 经
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毕业设计（论文）
三、电力系统的额定电压
（1） 额定电压是指能使电气设备长期运行的最经济的电压。
电压等级是不同的。三相交流系统中，三相视在功率
在系统中，各部分
S=3UI。当输出功率一定时，
电压越高，电流越小，线路、电气的载流部分所需的截面积就越小，有色金属的投 资也越小，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，对绝缘水平的要求就越高，变压器、开关等设备的投资也越大。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。
（2） 用电设备的额定电压：经线路向用电设备输送电能时，由于用电设备大都 是感性负荷，
沿线路的电压分布往往是首段高于末端，系统标称电压与用电设备的 额定电压取值一致，使线路的实际电压与用电设备要求的额定电压之间的偏差不致 太大。
（3） 变压器额定电压：变压器一次侧接电源，相当于用电设备，二次侧向负荷 供电，有相当
于电源，因此变压器一次侧额定电压等于用电设备的额定电压，由于 变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压，额定负载下变压器内部的电压降落约
为5%当供电线路较长时，为使正常运行时变压器二次侧电压较系统标称电压高 以便补偿线路电压损失。变压器二次侧额定电压较用电设备额定电压高
5%
10%只有
当变压器二次侧与用电设备间电气距离很近时，其二次侧额定电压才取为用电设备 额定电压的1.05倍。
1.2我国变电站及其设计的发展趋势
一、我国变电站的发展趋势
近年来，在我国在经济技术领域中取得了快速发展，特别是计算机网络技术和 通信技术的发展，为我国变电站的发展起到了强有力的推动作用，越来越多的新技 术新产品应用到变电站方面，具体来说，使我国变电站设计呈现以下发展趋势：
1. 智能化
智能化变电站的发展是随着高压高精度的智能仪器的出现而逐渐发展的，特别 是计算机高速通信网络在实时系统中的开发和应用，使变电站的所有信息采集、传 输实现的智能化处理提供的强大的物质和理论基础。智能化主要体现在以下几个方 面：
紧密联结全网。 支撑智能电网。
高电压等级的智能化变电站满足特高压输电网架的要求。 中低压智能化变电站允许分布式电源的接入。
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毕业设计（论文）
远程可视化。
装备与设施标准化设计，模块化安装。
另外，为了加强对变电站及无人值守变电站在安全生产、防盗保安、火警监控 等方面的综合管理水平，越来越多的电力企业正在考虑建设集中式远程图像监控系 统，这促使了电力综合监控的网络化发展。以
IP数字视频方式，能够对各变电站/
所的有关数据、环境参量、图像进行监控和监视，实时、直接地了解和掌握各个变 电站/所的情况，并及时对发生的情况做出反应，适应许多地区变电站的需要。
不过我国目前还没用完全实现真正意义山的智能化一次设备，一次设备的智能 化仍然需要通过一定的二次设备俩转化实现，一般采用智能终端的模式。目前在国 内进行的数字化变电站项目，虽然大多数采用此种方式，但是普遍没有对开关内部 的二次回路进行集成化改造，智能终端与开关整合度较低，还有很大的发展空间。
2. 数字化
通过采用现代化的精密仪器仪表，以及实时性较高的通信网络，因此在此基础 上出现了数字化变电站，数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑 意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站 在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。
3. 装配化
装配式变电站采用全预制装配结构的建筑形式，大幅缩短了设计及建设周期， 减少了变电站占地面积，节约了土地资源。随着国网公司“两型一化”的推广，装 配式变电站在全国各地均成功试点，成为今后变电站建设的一种新型模式。 二、我国变电站设计的发展趋势
依据我国的国情，以及我国多年来积累的关于变电站设计的实践和经验，可以 看出我国变电站设计的发展趋势有以下几个方面。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。
1 、变电站接线方案趋于简单化
随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简 化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了较大 发展，可靠性大为提高，检修时间少。特别国外一些知名厂家生产的超高压断路器 均可达到20年不大修，更换部件费时很短。为了进一步控制工程造价，提高经济效 益，经过专家反复论证，我国少数变电站设计已逐渐采用一些新的更为简单的接线
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毕业设计（论文）
2 、大量米用新的电气一次设备
近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，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向高电压、 大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工 程、用户工程都考虑采用 GIS配电装置。变电站设计的电气设备档次不断提高，配 电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、 SF6开关和机、电组合一体化的小 型设备发展。
这些户外高压和超高压组合电器共同特点是以
SF6断路器为核心，与其它高压
电气设备进行组合，形式繁多。这些设备运行可靠性高、节省占地面积和空间、施 工安装简单、运行维护方便，价格介于常规电气设备与
发展的一个方向，符合我国目前的国情和技术发展方向。
GIS之间，是电气设备今后
3、 变电站占地及建筑面积减少
随着经济和城市建设的发展，市区的用电负荷增长迅速，而城市土地十分宝贵， 地价越来越昂贵。新建的城市变电站必须符合城市的形象及环保等要求，追求综合 经济、社会效益，所以建设形式多采用地面全户内型或地下等布置形式，占地面积 有效减少。另外，针对一些110kV及以下变电站实现无人值班，设计中取消了与运 行人员有关的建筑和设施，建筑面积更是大为减少。
4、 变电站综合自动化技术
变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，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。随着自动化技术、 通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或 更新传统的变电站二次系统，已经成为必然趋势。另一方面，保护本身也需要自检 查、故障滤波、事件记录、运行监视和控制管理等功能。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。
变电站综合自动化技术将会引起电力行业的重视，成为变电站设计核心技术之 。
变电站综合自动化发展趋势主要表现在一下几个方面：⑴全分散式变电站自动 化系统•⑵引入先进的网络技术。
总之，变电站综合自动化向着使电力系统的运行和控制更方便、快捷、安全、 灵活的方向发展。
1.3变电站设计的主要原则和分类
变电站设计的原则是：安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效、， 努力做到统一性与可靠性、先进性、经济性、适应性、灵活性、时效性和和谐性的 协调统一。1.统一性：建设标准统一，基建和生产标准统一，外部形象提醒公司企 业的文化特征。2.可靠性：主接线方案安全可靠。3.经济性，按照利益最大化原则， 综合考虑工程初期投资与长期运行费用，追求设备寿命期内最佳经济
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毕业设计（论文）
效益。
4.先进
性：设备选型先进合理，占地面积小，注重环保，各项技术经济可比指标先进。5.适 应性：综合考虑不同地区的实际情况，要在系统中具有广泛的适应性，并能在一定 时间内对不同规模，不同形式，不同外部条件均能适应。6.灵活性：规模划分合理， 接口灵活，组合方案多样，规模增减方便，能够运行于不同的情况环境下。
7.时效
性：建立滚动修改机制，随着电网的发展和技术的进步，不断更新、补充和完善设 计。8.和谐性：变电站的整体状况与变电站周边人文地理环境相协调
变电站设计的分类按照变电站标准方式、配电装置型式和变电站规模 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
3个层次
3类。在变电站设计中，户外变电站是指最高电压等级的配电装置、 主变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， 主变布置在户内、 户外或者户内的变电站。半地下变电站是指主变布置在地上，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及其他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2类进行设计。
（3） 按变电站规模进行分类。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
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选题目的及意义
本次设计旨在掌握变电站设计的基本流程。这既是对平时理论知识的考察，更 是对所学专业知识的一次实践。通过本次设计，巩固和加深专业课知识，掌握发电
厂部分初步设计的过程，而且也可以拓宽知识面，增强工程观念，培养变电站设计 的能力，逐步提高解决问题的能力。同时对能源、发电、变电、和输电的电气部分 有了详细的概念，能熟练地运用所学专业知识，如短路计算的基本理论和方法，继 电保护整定的基本理论和方法，主接线的设计，导体和电气设备的选择以及变压器 的选择，防雷接地保护等。
1.5设计思路及工作方法
分四步完成：
1. 变电站电气主接线的设计（完成主接线，主变及站变的选择：包括容量计算、 台数和型号的
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毕业设计（论文）
选择，绘出主接线）；
2. 短路电流计算及继电保护整定计算； 3. 主要电气设备选择； 4. 配电装置设计。
1.6设计任务完成的阶段内容及时间安排
设计（论文）各阶段名称 起止日期 大四上学期第14、15周 1 2 3 4 查阅资料，翻译文献 了解设计内容及要求，熟悉设计题目，收集 与设计相大四上学期第16、17、18 关的资料并阅读，完成开题报告 实习，并进行开题答辩 周 大四下学期第1、2周 第3、4周 初步完成电气主接线设计，完成主接线、主 变及站变的选择（容量计算、台数和型号的 选择） 5 6 7 8
完成短路计算和继电保护整定计算 完成导体和电气设备的选择 完成防雷接地设计 配电装置设计 完成毕业设计论文及图纸的绘制，准备答辩 第5、& 7、8周 第9、 10周 第11周 第12周 第 13、14、15 周 9 6
毕业设计（论文）
2任务书
2.1原始资料
一、 二、
题目：110KV变电站设计 原始资料
（一）建设性质及规模
本所为于某市边缘。除以10K V电压供给市区工业与生活用电外, 向郊区工矿企业及农业供电。其性质为区域变电站。
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
并以35KV电压
S1 =200MV
Sx仁 0.6
1200MVA Sx2=0.6
110KV
图2-1电力系统接线图
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： S1=170MVA XS1=0.85
S2=1050MVAXS2=0.65
3
、系统可保证本所110KV母线电压波动在土 5%以内'
7
毕业设计（论文）
（三）负荷资料
电压 等级 负荷 名称 最大负荷 MW 近 期 远 景 穿越功率 MW 近 期 远 景 级 级 级 负荷组成 （% 自然 力率 线 Tmax (h) 长 备 （km 注 ） 市系一线 15 15 20 12 市甲线 110 KV 备用一 20 25 10 备用二 10 煤矿1 煤矿2 甲乡镇 乙乡镇 1.5 1.5 2 2 2 40 40 30 0.9 20 2 3 30 0.9 20 20 20 30 0.9 10 2.5 1.5 30 0.9 20 35 KV 备用1 备用2 0.9 15 2 0.9 12 0.9 均为 补偿 后值 化肥厂1 化肥厂2 开关厂 电线电缆 厂1 2.5 2.5 1 1 2.5 40 40 20 0.78 0.78 5500 5500 4000 4500 2 2.5 2.5 20 30 2 20 20 0.75 0.73 3 1.5 30 2 电线电缆 厂2 1 1.5 30 30 0.73 4500 2 10 KV 玻璃厂 机械厂 食品厂 市区 1 1 1 1 30 30 30 0.75 0.78 5000 4000 4500 3000 2 1.5 1.5 30 30 3.5 20 20 0.8 0.8 3.5 1.2 2 40 1.5 8
毕业设计（论文）
备用一 1 0.78 备用二 1 0.78 （四）地形、地质、水文、气象等条件 所址地区海拔185m地势平坦，属轻微地震区。
年最高气温+40° C,年最低气温-10 ° C,年平均气温+12° C,最热月平均最高 温度+34° C。最大风速30m/s，复水厚度为10mm属于我国第V标准气象区。
线路由系统变电所S,南墙出发至RM变电所南墙上，全长共12KM在线路3、7、 9、11KM处共转角四次。其角度为28°、6°、90°、78°。全线地质为亚黏土地层， 地耐力为2.5kg/cm，天然容重2.7kg/cm，土壤电阻率为100Q。地下水位较低， 水质良好，无腐蚀作用。土壤热阻率 p T=120O
C/w, 土温20° Co
三、 设计任务
1、 变电所总体分析；
2、 负荷分析计算与主变压器选择； 3、 电气主接线设计；
4、 短路电流计算及电气设备选择； 5、 配电装置设计；
& 110K V线路保护整定计算； 7、 变压器保护整定计算；
8、 110KV或 35KV母线保护整定计算；
四、 设计成品
（一） 毕业设计说明书一册（包括：电气一次、二次部分）； （二） 设计图纸
（1） 电气主接线图（#2图）；
（2） 110KV配电装置间隔断面图（#2图）；
2.2设计内容及要求
1、 主接线设计：分析原始资料，根据任务数的要求拟出各级电压母线接线方式， 选择变压器
型式及连接方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。
2、 短路电流计算：根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路
电流并列表示出短路电流计算结果。 3、 主要电气设备选择。
4、 110kV高压配电装置设计。 5、 进行继电保护的规划设计。（简略）
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毕业设计（论文）
6线保护和变压器主保护进行整定计算
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毕业设计（论文）
3电气主接线设计
发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互 感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电 能的电路，电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电站电气 部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方 式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。
3.1电气主接线设计概述
一、对电气主接线的基本要求
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个 电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站 和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电 站主接线必须满足一下基本要求。
（1） 运行的可靠
断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间 的长短，以及能否保证对重要用户的供电。
（2） 具有一定的灵活性
主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的, 而且在各种事故或设备检修时，能尽快的推出设备。切除故障停电时间短，影 响范围就最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。
（3） 操作应尽可能简单、方便
主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。
复杂的接线不但不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但 接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或 者不必要的停电。 （4） 经济上合理
主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小, 占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。 （5） 具有扩建的可能性
由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时还应 考虑到具有扩建的可能性。
变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负 荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。 二、 变电站电气主接线的设计原则
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毕业设计(论文)
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、、 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，兼顾运行和维护的方便，尽可能地节省投资，就进取材，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、经济、美观的原则。
电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。他与电力系统、电厂动 能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气 设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大影响。因此，主接线设计，必须 结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况， 全面分析有关影响因素，正确处理他
们之间的关系，合理的选择主接线方案。
在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的，设 计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。
(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
能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路一变压器组或桥型接线等。若能 满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在
110—220kv配电装置中，当出线
为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过 4回时，一般采用单母线接线，在枢 纽变电站中，当
110—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6— 10kv
出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1.变压器 分列运行2.在变压器回路中装置电抗器。3.采用低压侧为绕组的变压器。
4. 出线上装设电抗器。
(2) 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。
(3) 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，可采取下列数据：1.最小负荷为最大负荷的60 —70%如主要农业负荷时则取20— 30% 2.负荷同时率取0.85 — 0.9，当馈线在三 回以下且其中有特大负荷时，可取
0.95 — 1; 3.功率因数 一般取0.8 ; 4 .线损 平均取5%
三、 电气主接线设计步骤
(1)分析原始资料
1. 本工程情况
包括变电站类型，设计规划容量(近期，远景)，主变台数及容量，最大负荷利 用小时数及可能的运行方式等。
2. 电力系统状况
12
毕业设计（论文）
包括电力系统近期及远景规划（5—10年），变电站在电力系统中的位置（地理 位置和容量位置）和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性 点接地方式等。
主变压器中性点接地方式是一个综合问题，他与电压等级、单相接地短路电流、 过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连 续性、主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。我国一般对35kv及以下电压 电力系统采用中性点非直接接地系统 （中性点不接地或经消弧线圈接地），又称小电 流接地系统，对110kv就以上咼压系统，皆米用中性点直接接地系统，有称大电流 接地系统。
3. 负荷情况
包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电 力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的 重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测， 还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电站电 气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间（
年）的检验。
5—10
4. 环境条件
包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主 接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响，特别是我国土地辽阔，各地气 象、地理条件相差较大，应予以重视。
5. 设备制造情况
这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对 各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等质量汇集并分析比较，保证 设计的先进性、经济性和可靠性。
（2） 主接线方案的拟定与选择
根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电 压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方 案（近期和远景）。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理 的方案，最终保留2—3个技术上相当，有能满足任务书要求的方案，再进行经济比 较，结合最新技术，最终确定出在技术上合理、经济山可行的最终方案。
（3） 短路电流计算和主要电气设备选择
对选定的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。
（4）绘制电气主接线
对最终确定的电气主接线，按照要求，绘图。
13
毕业设计（论文）
3.2电气主接线的基本形式
主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种接线方式，它以电源和出线 为主体。由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源回路数不同。且各回馈线中 所传输的容量也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，再进出线较多（一般超过 4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。 而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电装置占地面积 较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂和变电站。
有汇流母线的接线方式可概括为单母线接线和双母线接线两大类，无汇流母线 的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。
3.3电气主接线选择
依据原始资料，经过分析，根据可靠性和灵活性经济性的要求，高压侧有 出线，其中两回备用，宜采用双母线接线或单母线分段接线，中压侧有 其中两回备用，可以采用双母线接线、单母线分段接线方式，低压侧有
4回
6回出线， 11回出线，
其中两回备用，可以采用单母线分段、单母线分段带旁路母线的接线方式，经过分 析、综合、组合和比较，提出三种方案：
方案一：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用双母线接线方式，10kv侧 采用单母线分段接线方式。
110kv侧采用双母线接线方式，优点是运行方式灵活，检修母线时不中断供电， 任一组母线故障
时仅短时停电，可靠性高。缺点是，操作复杂，容易出现误操作， 检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电，任一母线故障仍会短时停电， 结构复杂，占地面积大，投资大。10kv侧采用单母线分段接线方式，供给市区工业 与生活用电，由于一级负荷占 25流右，二级负荷占30流右，一级和二级负荷占 55%左右，采用单母线分段接线方式，优点是接线简单清晰，操作方便，造价低，扩 展性好，缺点是可靠性灵活性差。方案一主接线图如下：
14
毕业设计（论文）
图3— 1方案一主接线图
方案二：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接 线方式，10kv侧采用单母线分段接线方式
15
毕业设计（论文）
35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，优点是，检修任一进出线断路器时, 不中断对该回路
的供电，和单母线分段接线方式相比，可靠性提高，灵活性增加， 缺点是，增设旁路母线后，配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关的数 目，接线复杂，投资增大。 方案二的主接线图如下：
图3—2方案二主接线图
方案三：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方 式，10kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式 方案三的主接线图如下：
16
毕业设计（论文）
1 」
图3—3方案三主接线图
对于上述三种方案综合考虑：
该地区海拔185m海拔并不高，对变电站设计没有特殊要求，地势平坦，属平原地 带，为轻微地震区，年最高气温 +40° C,年最低气温-10 ° C,年平均气温+12° C, 最热月平均最高温度+34° C。最大风速30m/s，复水厚度为10mm属于我国第V标 准气象区。
因此110kv侧采用单母线分段接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求，对 于35kv及
10kv侧，采用单母线分段接线方式。
综合各种因素，宜采用第三种方案。
17
毕业设计(论文)
4变电站主变压器选择
主变压器的选择：再各级电压等级的变电站中，变压器是主要的电气设备之一＜ 其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器台数、容量和 型号是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。 特别是我国当前的能源是开发、 利用、节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变 压器的台数、容量和型号，提高网络的经济运行将具有明显的经济效益。
4.1主变压器的选择
一、 主变压器台数的选择
在变电站设计过程中，一般需要装设两台主变压器，防止其中一台出现故障或 检修时中断对用户的供电。对 110kv及以下的终端或分支变电站，如果只有一个电 源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压 器，对大型超高压枢纽变电站，可根据具体情况装设
台容量。因此，在本次设计中装设两台主变压器。 二、 主变压器容量的选择
2—4台主变压器，以便减小单
1、 主变容量一般按变电所建成后5〜10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑 远期10〜20年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。
2、 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。
的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足
对于有重要负荷
60%
(220kV及以上电压等级的变电所应满足 70%的全部最大综合计算负荷，以及满足 全部I类负荷
S和大部分II类负荷S二(220kV及以上电压等级的变电所，在计及过 负荷能力后的允许时间内，
应满足全部
I类负荷S•和II类负荷旺)，即
(n-1) SN — (0.6-0.7)Smax和 5-1) SN - S- 旺 (4-1 ) 最大综合计算负荷的
计算：
(m R
Smax =Kt 送|(1+d%)
li# COS屮i 丿
式中，Rmax —各出线的远景最大负荷；
(4-2 )
m —出线回路数；
COS ；—各出线的自然功率因数；
Kt —同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小，
18
毕业设计(论文)
一般在0.8〜0.95之间；
:% —线损率，取5%
因此，由原始材料可得：
35kv 侧：
S^ (2 2 3 2.5 1.5 2)/0.9 =14.44MVA 10kv 侧：
S2 =2.5/0.78 2.5/0.78 2.5/0.75 1.5/0.73
1.5/0.73 1/0.75 1.5/0.78 1.5/0.8 2/0.8 1/0.78 1/0.78 =24.053MVA
则总的负荷为：S总=S1 S^ -38.493MVA
取 Kt =0.85，则:
Smax =0.85 38.493 1.05-34.355MVA
贝U, SN _0.7Smax =0.7 34.355 = 24.0485MVA 因此主变容量为：SN - 24.0485MVA 三、主变压器型号的选择
1. 相数选择
变压器有单相变压器组和三相变压器组。在
330kv及以下的发电厂和变电站中，
一般选择三相变压器。单相变压器组由三个单相的变压器组成，造价高、占地 多、运行费用高。只有受变压器的制造和运输条件的时，才考虑采用单相 变压器组，因此在本次设计中采用三相变压器组。
2. 绕组数选择：在具有三种电压等级的变电所中，
到该
如果通过主变各绕组的功率达
变压器容量的15%^上,或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所内需要装无功补 偿设备时，主变压器宜选用三绕组变压器。
3. 绕组连接方式的选择：变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，
不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种。
否则 高
压绕组为星形联结时，用符号 丫表示，如果将中性点引出则用YN表示，对于中 \\低压绕组则用y及yn表示；高压绕组为三角形联结时，用符号D表示，低压 绕组用d表示。三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响，
而采用全星形的变
压器用于中性点不直接接地系统时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变， 使电压的峰值增大，危害变压器的绝缘，还会对通信设备产生干扰，并对继电保 护整定的准确性和灵敏度有影响。
19
毕业设计（论文）
4.2主变压器选择结果
根据以上计算和分析结果，查《发电厂电气主系统》可得，选择的主变压器型
号为：SFSZ9-25000/110。
主要技术参数如下： 额定容量： 25000kVA 额定电压：
高压一110土 8X 1.25% ( kv);中压一38.5 ± 2X 2.5% (kv);低压一
10.5 （kv）
连接组别： YN/y n0 /d11 空载损耗： 21.8 (kw) 短路损耗： 112.5kw
空载电流： 0.53%
阻抗电压（%：高中：US2）%=10.5 ；中低 US（2
」）％
=
6.5 ;高低 US（3_I）%=17.5，
因此选择SFSZ9-25000/110型变压器两台。
20
毕业设计（论文）
5短路电流计算
5.1短路的危害
（1） 通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。
（2） 短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短 他们的使用寿命。
（3） 电力系统中部分地区的电压大大降低， 破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品 质量。
（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解
5.2短路电流计算的目的
在变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节， 其计算的目的主要有以 下一个方
面：
（1） 电气主接线的比较 （2） 选择、检验导体和设备
（3） 在设计屋外髙型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对的 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。
5.3短路电流计算方法
在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。电 力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但一般三 相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最 严重的短路状态下也能可靠工作，因此作为选择检验电气设备的短路计算中，以三 相短路计算为主。三相短路用文字符号 k表示。在计算电路图上，将短路所考虑的 额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要 选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。在等效电路图 上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，由于将电力系统当 做有限大容量电源，短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串并联的方法即
可将电路化简，求出求等效总阻抗，在换算成计算电抗，根据计算曲线查出短路电 流标幺值，在换算成有名值。
21
毕业设计（论文）
5.4短路电流计算
确定短路点：在本次设计过程中，为了方便选择电气设备及校验，选取的短路点为 110kv, 35kv 及 10kv 母线。
电力系统接线图为：
S,=200MV
Sx仁 0.6
图5-1电力系统接线图
首先计算电路的参数：选取 SB = 100MVA，UB二UAV 等值电路如下：
22
1200MVA Sx2=0.6
110KV
毕业设计（论文）
三相变压器: S11%
S12%
W
3
=U S21 % -1(U U
S(1_2) 2
=U S22
'U S(3 J) _U S(2J3)
1
10.5 17.5-6.5 =10.75
%
_1(U 2
S(1 _2)
U
1
_U S(3 4)
S( 2 J3)
吋
1 2
06
\"—25
S13
% -U S23 %
= XX21
则:
XX11
US11 SB 10.75 100 100SN _ 100 25
—Us(2,) 'U S(3 J) - U S(1 J2)
2
()
17.5 6.5-10.5 二 6.75
U S13 SB
X X13
=XX23
6.75 100 100 25
100SN
.
= 0.27
X
「
XL1JV48
器巾叱 理-0.0907
115
2
XL^XL2-S| -12
uAv
23
毕业设计（论文）
XL3 = XL3-S|^ =0.5 32
卫=0.1210
115
2
UAv
XL4
二 XL4 孚
uAv -10
単\"0756
115
2
XSI 二 XSI U
SB = 0.6 100 =0.3
N1
200
XS2
SB = 0.6
U N 2
1200
100
0.05
计算后等值电路如下
W
3
图5-3系统等值网络化简图
5.4.1 110kv侧母线短路计算 网络为：
24
毕业设计（论文）
△ /Y
变换:
Y/ △变换: 则有:
图5-5 110kV侧短路的等值电路图
S2
S1
0. 3841
0. 2679
S2
图5-7 110kV侧短路的等值电路图
S
弘-0.2679 1200 =1.5348 X2 XjS2 UB 100 查计算曲线数字表可得：10厂1.360, 1
2
I20 =0.70, 121 =0.671, 122 =0.671 换算成有名值为： I。十。）3U T2（O） 弘十60 Av -3U Av
XJSI = X!
^ 二 0.384 = 0.768 UB 100
200
二
；（
妁=1.284 , 1；
二
（
1.4
200
0.7
1200
3 115
200
\"5827KA
3 115
20
* S
SN 2
5戶；八贰—十八矿\"
I2
284S
Av Av
3\"15
0.671” J°-=5.3317KA
心115
* SN1 丄 * SN2
I 2 = I1 ⑵泊一N1—常12（2）泊=—=1.4 ' 丿 J3UAv 、'3UAv 200 丄 1200
0.671
乜3\"15 73X15
25
5.5124KA
毕业设计（论文）
Ich =2.551(0)=2.55 5.5827 =14.2359KA
5.4.2 35kv侧母线短路计算
S1
S1
丫/ △变 换:
CXT21
图5-8 35kV侧短路的等值电路图
0.3 0. 0279 0.0577 6 1710
----- WWW W ------------------- ----------- OULJTWW
WWW
S2.0231
❻215
图5-9 35kV侧短路的等值电路图
26
毕业设计（论文）
0. 9074
1. A z fl
少 0- 6329
1 ” d Z >■
图5-11 35kV侧短路的等值电路图
X JS1
UB
SN 2
=0.9074 =1.8148
100
200
XJS2 =X2-^ -0.6329
*
UB
1200
7.5948>3.45 100
查计算曲线数字表可得：If 厂0.5653, h严厂0.5793, 1；料
=0.5793 换算成有名值为：
I2(0)
=0.5653
SN2
200 1 3 37 7.5948
200
1
1200 , 3 37
12
-4.2297KA
I0.5 /(0.5)
■v3J Av
S
N1
'I2(1)
SN1
-I2(0.5)
S
.3U Av
N2
-=0.5793
3 37 7.5948
°°-=4.2734KA
3 37
12
1(2)
= 0.5793
-3U Av 3U Av
〉—
200 1
°°—=4.2734 KA
Ich =2.55I(O)=2.55 4.2297 =10.7857KA
7.5948
、3><37
5.4.3 10kv侧母线短路计算
图5-12 10kV侧短路的等值电路图
27
毕业设计（论文）
S2
图5-13 10kV侧短路的等值电路图
丫/ △变换:
S2
图5-14 10kV侧短路的等值电路图
S1
L 2359
0.8620
S2
图5-15 10kV侧短路的等值电路图
SN1 Xj®=X1
U^
= 1.2359 空=2.4718
100
X JS2 - X2
SN2 U^
-0.8620
-10.344>3.45 100
I10 =0.4135， 110.5 - 0.4151， h 1 =0.4151
查计算曲线数字表可得: 换算成有名值为:
l0^0）
工I⑼
恥 “4135
200
丄 1200「0.926KA
3UAv
*
（0.5）
SN1
3 10.5
200
10.344
1
3 10.5
°°-=10.9437KA 3 37
12
*
I 0.5 - 丨1（0.5）
JU Av
11 讥）N1 V <3U Av
S
丨2
沖「SN2一0.4151
.3U Av
200
3 37 10.344
.3 37
」
1200
- 12（1） N2 = 0.4151
-3UAV
S
2（1）
- -10.9437KA
10.344 . 3 37
28
毕业设计（论文）
Ich =2.551(0)=2.55 10.926 = 27.8613KA
29
毕业设计（论文）
6电气设备的选择
在电力系统中，虽然各种电气设备的功能不同，工作条件各异，具体选择方法 和校验项目也不尽相同，但对它们的基本要求却是一致的。 电气设备要可靠地工作, 必须按正常工作条件进行选择，并按短路条件来校验动、热稳定性。
本设计中，电气设备的选择包括：导线的选择，高压断路器和隔离开关的选择， 电流、电压互感器的选择，避雷器的选择。
6.1导体的选择和校验
裸导体应根据具体情况，按导体截面，电晕（对 110kV及以上电压的母线），动 稳定性和机械强度，热稳定性来选择和校验，同时也应注意环境条件，如温度、日 照、海拔等。
一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和 软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根、双分和组合导体等形式，因其机械强度决 定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。
导体的选择校验条件如下： 一、导体截面的选择：
1、按导体的长期发热允许电流选择
lai - max
1
（6-1）
当实际环境温度二不同于导体的额定环境温度 -时，其长期允许电流应该用下 式修正
I aid _ KI ai
式中
K —综合修正系数
(6-2)
不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数为
(6-3)
式中，
备一导体的长期发热最高允许温度，裸导体一般为 肌一导体的额定环境温度，裸导体一般为 25 C。
（
lai「：下為-亠）可得，正常运行时导体温度二为 由载流量
R
70 C ；
2 max 2 ai
(6-4)
30
毕业设计（论文）
二必须小于导体的长期发热最高允许温度 70 C
2、按经济电流密度选择
按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小。除配电装置的汇流
母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在 截面一般按经济电流密度选择。
经济截面积用下式计算：
1
20米以上的导体，其
S 二 ---
J
式中，I max —正常运行方式下导体的最大持续工作电流，
和事故时转移过来的负荷；
计算式不考虑过负荷
max
J —经济电流密度，常用导体的J值，可根据最大负荷利用时数Tmax， 由经济电流密
度曲线中查出来。
按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近上式计算出的经济截面积。 、导体的校验:
1、电晕电压校验
cr
max
220kV采用了不小于LGJ-300或110kV采用了不小于LGJ-70钢芯铝绞线，或 220k V采用了外径不小于
时，可不进行电晕电压校验
30型或110k V采用了外径不小于 20型的管形导体
2、热稳定校验
按最小截面积进行校验
_ 1 , --------
Smin
C
Qk Ks
(6-5)
当所选导体截面积S 一 Smin时，即满足热稳定性要求
6.1.1 110kv母线选择及校验 按导体的长期发热允许电流选择:
I max
1 .05SN 1.05 38493
UN、3
3
110 ^3
= 212.14A
1.05 38493 k
=216.06A [70-34 '■ 70 - 25
打
查矩形导体长期允许载流量表，每相选用单条
25 4mm矩形铝导体，平放时允许电
流Ial =292A，集肤系数为Ks =1,环境温度为34度时的允许电流为：
31
毕业设计（论文）
7门 _ 34
打口 =心引=292=— =261.17=216.06，满足长期发热条件要求 \" 70一25
热稳定校验：
短路电流热效应：Qk二Qp Qnp
Qp
2 2 2 2 2
=—x 5.5827 10 5.3317 12
2 2 2
2
2
5.5124 >57.63 kA .s
Qnp =TI =0.05疋5.5827 =1.55&kA)\" Qk 二 Q p Qnp 二 57.63 1.558 二 59.218 kA .s
短路前导体的工作温度为:
2
=34 70-34
1 alQ
261.17
2
212.142 =57.75 由插值法得:
C =C2
2
G —C2 = 91 日2-6
2 w
1
2
6057.75 - 60-55
93一91 =91.9
Smin = ^jQkKs
C
91.9
—況(59.218 \"X106mm2 = 83.735mm2
所选截面S = 100mm2 • Smin 83.735mm2，能满足热稳定性要求
6.1.2 35kv母线选择及校验 按导体的长期发热允许电流选择:
I max
1 .05SN 1.05 14440
UN 3
35
14440
3
-250.11A
打一电=.空空=279.63A
k 70-34 70-25
查矩形导体长期允许载流量表，每相选用单条
25 5mm矩形铝导体，平放时允许电
流Ial =332A，集肤系数为Ks=1，环境温度为34度时的允许电流为：
70 - 34
Iai日=KI ai =332汉J ---------- = 296.95 >279.63，满足长期发热条件要求。
70 - 25
热稳定校验:
32
毕业设计（论文）
短路电流热效应：Qk二Qp - Qnp
QP
2
4.2297 10 4.2734
2
2
2
4.2734 =18.23 kA .s
2
2
2
Qnp 二 Tl 二 0.05 4.2297 二 0. kA 爪 Qk =Qp Qnp =18.23 0. =19.12 kA s
4
2
短路前导体的工作温度为:
1
2
ax
=34 70-34
250.11
= 59.539
296.95
2
2
由插值法得:
C 二 C2
G -C2 [=91
91.184
2
60 - 59.539 93-91 =91.184
60-55
6
2
2
Smin J QkKs
C
所选截面
1
19.12 1 10mm =47.95mm
2
125mm - Smin = 47.95mm，能满足热稳定性要求
6.1.3 10kv母线选择及校验 按导体的长期发热允许电流选择:
,
I max
1 .05SN 1.0574053 彳
UNJ3
1023
24053
11
打-金二
3 105
-1630A k 70-34 .70-25
查矩形导体长期允许载流量表，每相选用单条
125 8mm®形铝导体，平放时允许电
流Ial =1920A，集肤系数为KS =1.08，环境温度为34度时的允许电流为： 打「=心引=1920 • 70-34 =仃17 .代彳。，满足长期发热条件要求
70-25
热稳定校验：
短路电流热效应：Qk =Qp - Qnp
QP^ 10.926
2
10 1094372 1094372
..
33
毕业设计（论文）
Qnp 二TI =0.05 10.926 = 5.97 kA 爪
2
2
2 2 2
Qk 二Qp Qnp =119.73 5.97 =125.7 kA 护
短路前导体的工作温度为：
2 2
2
g「 嘉-)字=34 70 -34
la旧 由插值法得:
1630
2 -59.95
1920
C = C2
-%
二2 --1
G -C2 =91 一
60
59・95
93-91 =91.02
2
2
60-55
91.02
2
Smin = 1 QkKs 1
C
所选截面
125.7 1 10mm =123.17mm
6
1000mm
Smin = 123.17mm，能满足热稳定性要求
2
6.2断路器和隔离开关的选择及校验
高压断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安 装调试和运行维护，并且经过经济技术方面都比较厚才能确定。根据目前我国高压 断路器的生产情况，电压等级在
10Kv〜220kV的电网一般选用少油断路器，而当少
油断路器不能满足要求时，可以选用
SF6断路器。
高压断路器选择的技术条件如下：
1、额定电压选择：
U N
丄 U Ns (6-6)
2、额定电流选择：
丨N -丨max
(6-7)
3、额定开断电流选择：
丨Nbr -丨k
(6-8)
4、额定关合电流选择：
iNcl - ish
(6-9)
5、热稳定校验：
Itt - Qk
2
(6-10)
34
毕业设计(论文)
6、动稳定校验：
ies - ish 或 I es - I sh
( 6-11 )
隔离开关的选择，由于隔离开关没有灭弧装置，不能用来开断和接通负荷电流及 短路电流，故没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电流选 择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。
6.2.1 110kv侧断路器及隔离开关的选择及校验
1.断路器的选择和校验 流过断路器的最大持续工作电流：
1 max
1.05SN
1.0^ 3849^ 212.14A -,3 110
选择及校验过程如下:
(1) 额定电压选择: (2) 额定电流选择: (3) 额定开断电流选择:
由上述短路计算得，Ik
UN _UNS =110kV
]N 丄
1 max = 21214A
.
= 5.5827kA
所以，
INbr - Ik =5.5827kA
(4) 额定关合电流选择：
ish =2.55ik -2.55 5.5827 =14.2359kA iNcl -ish =14.2359kA
根据以上条件查手册，选择的满足要求的高压断路器的型号为
SW—110 1
/1200，技术参数如下表：
表6-1 SW6 —110 I /1200技术参数表 型号 SW—110 I /1200 额定电 压/kV 110 额定电 流/A 1200 额定开断 电流/kA 31.5 动稳定电 流/kA 80 热稳定电流/kA 4s 31.5 固有分闸时 间/S 0.04 (5) 热稳定校验： | ：t _ Qk
根据110kV侧短路计算结果，查短路电流周期分量计算曲线数字表，计算 短路电流，从而：
Qk
二 Qp Qnp
2
2
2
2
Qn - 5.5827 10 5.3317 5.5124 = 57.63 kA 衣
2 2 2
12
35
毕业设计（论文）
Qnp 二 TI =0.05 5.5827 =1.558 kA 护
2
2
2
Qk 二 Q p Qnp 二 57.63 1.558 二 59.218 kA 爪
根据表6-1数据，得
ltt =31.52x4=3969（kA 冷
2
2
所以，
2
I t t 丄 Qk
即满足热稳定校验。
（6）动稳定校验： 根据表6-1数据，ies =80kA
由110kV短路计算结果得，iSh =14.2359kA 所以，
ies
即满足动稳定校验。
」
h
2隔离开关的选择与校验
隔离开关的选择，没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电 流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。 选择及校验过程如下： （1） 额定电压选择： （2） 额定电流选择：
UN _UNs=110kV
IN 一 Imax -212.14A
根据以上条件查手册，选择的满足要求的隔离开关的型号为 术参数如下表：
表6-2 GW5-110 n /630技术参数表 型号 GW—110 n /630 额定电压 /kV 110 额定电 流/A 630 GW—110H /630，其技
动稳定电 流/kA 50 热稳定电流/kA 4s 20
（3）热稳定校验：
l：t_Qk
l；t =20
2
4 =1600 kA ・s
2
所以
Itt - Qk
2
36
毕业设计（论文）
即满足热稳定校验。
37
毕业设计（论文）
（4）动稳定校验：
根据表6-2数据，ies =50kA
由110kV短路计算结果得，ish =14.2359kA 所以，
i es - i sh
即满足动稳定校验。
622 35kv侧断路器及隔离开关的选择及校验
1.断路器的选择和校验
流过断路器的最大持续工作电流：
1 max
1.05SN
3U
1.05 14440
、3 35
= 250.11A
选择及校验过程如下： （1） 额定电压选择： （2） 额定电流选择：
UN _UNS =35kV
lN - Imax =250.11A
（3） 额定开断电流选择：
由上述短路计算得，I k二4.2297kA
所以， I Nb^ I k =4.2297kA
（4）额定关合电流选择：
ish =2.55ik =2.55 4.2297 = 10.786kA
iNcl _ ish = 10.786kA
根据以上条件查手册，选择的满足要求的高压断路器的型号为 技术参数如下表：
表6-3 SN10 — 35/1000技术参数表 型号 SN10- 35/1000
SN10-35/1000，
额定电压 /kV 35 额定电 流/A 1000 额定开断 电流/kA 16.5 动稳定 电流/kA 41 热稳定电流/kA 4s 16.5 固有分闸 时间/S 0.04 （5）热稳定校验：
I ：t 一 Qk
根据35kV侧短路计算结果，查短路电流周期分量计算曲线数字表，计算短 路电流，从而：
Q
k
- Qp ' np
Q
1 d 2 2 2
Qn =丄＞＜（4。297 +10汇4。734 +4。734 ）=18.23（kA）卡
2
2
2
2
38
毕业设计（论文）
12
Qnp 二 Tl 二 0.05 4.2297 二 0. kA 爪
2
2
2
Qk =Qp Qnp -18.23 0. =19.12 kA .s
根据表6-3数据，得
2 2 2
2
l：t =16.5 4 =10kA
2
.s
所以，
I^ - Qk
即满足热稳定校验。 （6）动稳定校验：
根据表6-3数据，ies =41kA
由35kV短路计算结果得，ish = 10.786kA 所以，
i es - i sh
即满足动稳定校验。
2隔离开关的选择与校验
隔离开关的选择，没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电 流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。 选择及校验过程如下： （1） 额定电压选择： （2） 额定电流选择：
UN _UNs=35kV IN —Imax =250.11A
根据以上条件查手册，选择的满足要求的隔离开关的型号为 技术参数如下表：
表6-4 GN2 — 35T/400技术参数表 型号 GN2- 35T/400 额定电压 /kV 35 额定电流 /A 400 动稳定电流 /kA 52 GN— 35T/400，其
热稳定电流/kA 5s 14
(3) 热稳定校验： Ift-Qk
Itt =14
2
25 =980 kA ・s
2
39
毕业设计(论文)
所以，
Itt -Qk
2
即满足热稳定校验
(4) 动稳定校验：
根据表6-4数据，ies = 52kA
由35kV短路计算结果得，ish =10.786kA 所以，
i es - i sh
即满足动稳定校验。
由于按按该母线最大工作电流选定的断路器和隔离开关是该电压级别的最小型 号，那么如果按各个负荷算计出来的工作电流选择的设备至少也应是这个型号。 623 10kv侧断路器及隔离开关的选择及校验
1. 断路器的选择和校验
选择最大负荷支路进行最大持续工作电流计算，则有
“咼」05 2500 .202.07A
3UN 3 10 0.75
I max
选择及校验过程如下:
(1) 额定电压选择:
UN —UNS =10kV IN -Imax =202.07A
(2) 额定电流选择: (3) 额定开断电流选择:
lk =10.926kA
所以，
由上述短路计算得, INN _ Ik =10.926kA
(4)额定关合电流选择：
ish =2.55ik =2.55 10.926 = 27.8613kA iNcl -ish =27.8613kA
根据以上条件查手册，选择的满足要求的高压断路器的型号为 技术参数如下表：
表6-5 SN10-10 I /630技术参数表
额定电压 额定电 额定开断 动稳定电 型号 SN10-10I /630 /kV 10 2
SN10-10I /630 ,
热稳定电流/kA 2s 16 固有分闸 时间/S 0.04 流/A 630 电流/kA 16 流/kA 40 (5)热稳定校验：
I tt _ Qk 40
毕业设计(论文)
根据10k V侧短路计算结果，查短路电流周期分量计算曲线数字表，计算短 路电流，从
而：
Qk
=
Qp ' Q
np
Q1 . 2 2 2 2
n
2
2
2
12
10.926 10 10.9437 10.9437 = 119.73 kA S
Qnp 二Tl2
=0.05 10.926^5.97 kA2
.s
Qk =Q2 p +Qnp =119.73 + 5.97 =125.7(kA)
*S
根据表6-5数据，得
|：t =162
汉4 =1024(kA$ 卡
所以，
I；t — Qk
即满足热稳定校验。 (6)动稳定校验：
根据表6-5数据，ies =40kA
由10kV短路计算结果得，ish = 27.8613kA 所以，
・ \\・
les - Ish
即满足动稳定校验。
由于按按该母线最大工作电流选定的断路器是该电压级别的最小型号， 按各个负荷算计出来的工作电流选择的设备至少也应是这个型号。
2隔离开关的选择与校验
隔离开关的选择，没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电 流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。 选择及校验过程如下：
选择第大负荷支路进行最大持续工作电流值进行选择，则有（1） 额定电压选择： UN _UNs =10kV
（2） 额定电流选择：
IN _ lmax =202.07A
根据以上条件查手册，选择的满足要求的隔离开关的型号为 GN—技术参数如下表：
表6-6 GN6 — 10T/400技术参数表
41
那么如果
，其
10T/400
毕业设计（论文）
型号 GN6- 10T/400 额定电压 /kV 10 额定电流 /A 400 动稳定电流 /kA 40 热稳定电流/kA 5s 14
（3） 热稳定校验：
l；t_Qk
l：t=14 5 =980 kA .s
2
2
所以，
ltt -Qk
2
即满足热稳定校验。
（4） 动稳定校验：
根据表6-6数据，ies二40kA
由10kV短路计算结果得，ish = 27.8613kA 所以，
i es — i sh
即满足动稳定校验。
对于其他支路由于在满足动稳定行的前提下，按支路的最大工作电流选定的隔离 开关是该级别的最小型号，那么如果按其他各个负荷算计出来的工作电流选择的设 备至少也应是这个型号。
6.3电压互感器和电流互感器的选择
6.3.1电流互感器的选择 （1）额定电压的选择：
电流互感器的额定电压UN不得低于其安装回路的电网额定电压 UNS，即
UN -UNS
（ 6-12 ）
（2）额定电流的选择:
电流互感器的额定电流INI不得低于其所在回路的最大持续工作电流Imax，即
I N1 亠 I max
为了保证电流互感器的准确级，Imax应尽可能接近INI
（ 6-13 ）
（一）110kv侧电流互感器的选择
额定电压：UN _UNs =110KV
42
毕业设计（论文）
额定电流：1 N1 一 1 max = 212.14A
查表，选用选LCWB110— (50~100)〜(300~600)/5型，如下表所示:
表 6-7 LCWD- 110— (50~100)〜(300~600)/5 技术参数 额定电流比 级次组合 准确级次 二次负荷（Q） 型号 (A) 10%咅数 二次负荷倍数 30 1S热稳定 动稳定倍 倍数 数 1级 3级 2 4 （Q） (50-100)〜 LCWD-110 (300-600)/5 D 1 D 1 1.2 1.2 0.8 1.2 75 15 150 因为 IN1 = 50~100 ~ 300~600A，Imax=212.14A，所以 IN1 - Imax
（二）35kv侧电流互感器的选择
额定电压：UN -UNS =35KV 额定电流：IN1 - Imax =250.11A 查表，选用型，如下表所示：
表 6-8 LCWDL— 35 — 2X 20〜2X 300/5 技术参数
型号 LCWDL-35 额定电流比 （A） 2X 20〜 ' 2 X 300/5 二次负荷（Q） 级次组合 准确级次 0.5级 1S热稳 动稳定倍 1级 二次负荷（Q ） 倍数 定倍数 数 10%咅数 0.5 D 0.5 D 2 2 15 75 135 因为 IN1 =300A，Imax =250.11A，所以 IN1 - Imax
（三）10kv侧电流互感器的选择
额定电压：UN -UNS =10KV 额定电流：IN1 - lmax -1458A
查表，选用LBJ— 10-2000〜6000/5型，如下表所示：
表 6-9 LBJ — 10— 2000〜6000/5 技术参数 额定电流比型号 （A） 二次负荷（Q） 级次组合 准确度 0.5/D1 LBJ-10 2000 〜6000/5
0.5级 2.4 1级 3级 10%咅数 <10 <10 > 15 1s热稳定 倍动稳定倍 数 数 0.5 1 D 1/D D/D 2.4 50 90 4.0 因为 INI =2000~6000A，Imax =1458A，所以 INI - Imax
6.3.2电压互感器的选择
43
毕业设计（论文）
（一）110kv侧电压互感器的选择 1.
UN=110KV
一次电压 Ui : 1.1UN -U, _0.9UN UI =110KV
2. 二次电压 U2N : U2N =100
3. 准确等级：1级
查表，选择JCC- 110型，如下表所示：
型式
表6-10 JCC — 110技术参数 在下列准确等级下额定容量额定变比 （VA1级 3级 最大容量（VA） 2000 单相 JCC-110 110000/100 500 1000 （二） 35kv侧电压互感器的选择
1.
35KV
2. 二次电压 U2N : 5N \"00 3. 准确等级：1级
一次电压 U1 : 1.1UN -U^0.9UN U^35KV UN =
由以上查表，选择JDJ— 35型，如下表所示：
表6-11 JDJ — 35技术参数 在下列准确等级下额定容量额定变比 0.5级 1级 3（级VA 35000/100 150 250 600 型式
最大容量（VA） 1200 单相 JDJ-35 （二）10kv侧电压互感器的选择 1.
2. 二次电压 U2N : U2N =100
3. 准确等级：1级
由以上查表，选择JDZ—10型，如下表所示：
表6-12 JDZ — 10技术参数
型式 单相 JDZ-10 额定变比 10000/100 在下列准确等级下额定容量 0.5级 80 1级 150 一次电压 U1 : 1.1UN _0.9UN U1 =10KV UN =10KV
（VA） 3级 300 最大容量（VA） 500 44
毕业设计（论文）
7继电保护的配置
7.1继电保护的基本知识
在变电所的设计和运行中，当电力系统发生故障和不正常运行的可能性，如设 备的相间短路、对地短路及过负荷等故障。
为了保证用户的可靠供电，防止电气设备的损坏及事故扩大，应尽快地将故障 切除。这个任务靠运行人员进行手动操作控制是无法实现的，必须由继电保护装置 自动地、迅速地、有选择性地将故障设备切除，而当不正常运行情况时，要自动地 发出信号以便及时处理，这就是继电保护的任务。
7.2 110kv线路的继电保护配置及整定计算
7.2.1 110kV线路继电保护配置
距离保护是根据故障点距离保护装置处的距离来确定其动作电流的，
较少受运行
方式的影响，在110—220kV电网中得到广泛的应用。故在本设计中，米用三段式阶 梯时限特性的距离保护。距离保护的第一段保护范围为本线路长度的
80%--85 %,
TU约
TI约为0.1S，第二段的保护范围为本线路全长并延伸至下一线路的一部分，
为0.5 — 0.6S，距离第一段和第二段构成线路的主保护。距离保护的第三段作为相 邻线路保护和断路器拒动的远后备保护，和本线路第一段和第二断保护的近后备。 722 110kV线路继电保护整定计算
A.对线路L1进行整定计算
图7-1系统等值电路图
45
毕业设计（论文）
1. 对距离保护的I段进行整定计算
46
毕业设计（论文）
Zset.^ KrJlL1Z^ 0.8^ 1^0.^ 4.08 t< = 0s
2. 对距离保护的U段进行整定计算 原网络可等效化简如下：
(XS1+XS2+XL3)//XL2+XL4
WWWTU
XL1
图7-2系统等值电路图II断的整定计算与相邻下级的I段相配合
Zset.1 =Krel Zi Kb.min Zset.3
Zset.3 二 KrelZt1 =0.85 0.43 =0.3655 K12 b
Il
Xs1 Xs2 XL3 〃XL2
XL4
—
2XL1
Xs1.min Xs2.min ' X L3
X
Kb.min
〃 L2 ' X
L4
2XLI
_ 0.3 0.05 0.1210 //0.0907 0.0756
- 2 5.0363
= 2.08
Zset.1 二 Kd 乙 Kb.min Zset.3
= 0.8 4.8 2.08 0.3655 = 4.4508
灵敏性校验：
Z 'I 4 4508
Ksen = 3 二
= 0.927 ：1.25,不满足要求
乙 4.8
应与下一级的I段相配合。t「二t2…0.5
47
XT11 XT21 XT 13
WH-fWU™
XT23
毕业设计（论文）
3. 对距离保护的川段进行整定计算 按躲
开最小负荷阻抗整定：
L.min
L.min
L .max
0.9U
L. max
0.9
110
3
=2.618」 0.216
set.1
rel
L.min
ss
re
取Krel =1.2, Kss “,Kre \".15，选用全阻抗圆特性继电器，则有:
set.1
1 K K K
ZL.min
1.2 1 1.15
2.618 =191.752
rel ss re
门
灵敏性校验： 作为近后备时,
K
Zset.1 N
sen
191.725 4.8
=39.885_1.5
满足要求。 作为远后备时,
K sen
K
set 1
乙 b. max
Kb
Zt1
11
Xs1 Xs2 XL3
〃XL2
XL4
2XL1
X S1. max
b. max
S2.max
XL3 //XL2 XL4
2XL1
_ 0.5
0.0619 0.1210 //0.0907
2 90363
= 2.144
0.0756
Ksen 二
Z K
1
set. 1
I Z»
b.max
Z
t1
48
毕业设计（论文）
165
一 4.8 2.144 0.43 28.836 _ 1.2
满足要求。t「=2s
对线路L4进行整定计算
1. 对距离保护的I段进行整定计算 Zs!t.i = Kr!i L4Z0 =0.85x 25x 0.4 =8.5 ti =0s
2. 对距离保护的U段进行整定计算 原网络可等效化简如下：S1
(XS1+XS2+XL3)//XL2+XL1
WWWW ----------------------------------------------------------------------------------------------
XL4
图7-3系统等值电路图
II断的整定计算与相邻下级的I段相配合
Z4 K b. min Zset.3
set.4
Zs!t.3 =心驶廿=0.85 汇 0.43 = 0.3655
Kb
11
XS1 XS2 XL3
〃X
L2
XL1
2XL4
X S1.min
Xs2.min
XL3 b.min
〃X
L2
XL4
2XL1
0.3 0.05 0.1210 //0.0907 0.0363
2 x 0.0756
= 0.743
set.4
乙 Kb.min Zset.3
49
XT11 XT21XT13
XT 23
B.
毕业设计（论文）
= 0.8 10 0.743 0.3655 = 8.217
灵敏性校验：
7 11
Ksen
8 217
= — =0.8217 ::： 1.25，不满足要求 Z4 10
应与下一级的U段相配合。t4「= t5「0.5
3. 对距离保护的川段进行整定计算 按躲开最小负荷阻抗整定：
0.9U
L. max
0.9
110
L.min
L.min
L .max
-------- =2.618
30.216 3
set.4
rel
ss
re
L.min
取Krel \"2,Kss =1Ke儿15，选用全阻抗圆特性继电器，则有:
set.4
K
rel K K ss re
Z L.min
1.2 1 1.15 ，
皿N
-set.4
2.618 =191.752
门
灵敏性校验： 作为近后备时,
K sen
满足要求。 作为远后备时，
191.725 -10
= 19.1725 — 1.5 I Z»
Ksen
乙 Kb.max Zt1
Kb
I 2
XS1 XS2 11
XL3 XL2 XL1
2XL4
〃
50
毕业设计（论文）
丄 Sl.max + X S2.max + XL3
b. max
〃X
L2
XLI
2XL4
0.5 0.0619 2
0.1210 //0.0907 0.0363
疋 0.0756
K
= 0.7696
sen
Zset4
乙 b. max
K
165 _
10 0.7696 0.43 =15.97 _ 1.2
满足要求。
7.3变压器的继电保护及整定计算
7.3.1变压器的继电保护
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，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。
对于上述故障和不正当工作状态，根据 置技术规程》的规定，变压器应装设以下保护：
DL400--91《继电器保护和安全起动装
1、 瓦斯保护
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。
2、 纵差动保护
为了反应变压器绕组和引出线的相间短路以及中性点直接接地电网侧绕组和引 线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速动保护。纵差动保护适用 于并列运行的变压器，容量为
6300KVA以上时；单独运行的变压器，容量为10000KVA 以上时；发电厂常用工作变压器和工业
企业中的重要变压器，容量为 时。
6300KVA以上
51
毕业设计（论文）
3、复合电压启动的过电流保护
为了反映外部短路引起的变压器过电流和作为变压器主保护的后备保护，根据 变压器容量的不同和系统短路电流的不同，须装设不同的过电流保护。三绕组变压 器在外部故障时，应尽量减小停电范围，因此在外部发生短路时，要求仅断开故障 侧的断路器，而使另外两侧继续运行。而当内部发生故障时，保护应起到后备作用。
复合电压启动的过电流保护，既能反应不对称短路的故障，也能反应对称短路 的故障；并且其灵敏度也较高。
7.3.2变压器的继电保护整定计算
1、 瓦斯保护
轻瓦斯保护的动作值采用气体体积表示。通常气体体积的整定范围为 250-350 cm2.对于容量在
10MVA以上的变压器，整定值多采用 250cm，气体体积的 调整可通过改变重锤的位置来实现。
2
重瓦斯保护的动作值采用油流流速表示。一般整定范围在
0.6-1.5m/s，在整定
流速时均以导中油速为准，而不依据继电器处的流速。根据运行经验，管中油 流速度整定为
0.6-1.5m/s时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变 压器外部故障时，由于穿越性
故障电流的影响，在导中油流速度为0.4-0.5m/s。 因此，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定为
1m/s左右。
瓦斯保护的主要优点是能反映变压器油箱内各种故障，灵敏度高，结构简单， 动作迅速。但它的缺点是不能反映变压器油箱外故障如变压器引出端上的故障或变 压器与断路器之间连接导线的故障。
因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，
须与差动保护配合共同作为变压器的主保护。
2、 纵联差动保护
变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线上的各种短路故障，是变 压器的主保护之一。变压器的纵差动保护的工作原理与线路纵差保护的工作原理相 同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小，即比较相量。
要实现变压器的纵差动保护，必须适当选择两侧电流互感器的变比，使其比值 等于变压器的变比。
引起变压器纵联差动保护准确工作的因素主要流过差动回路中的不平衡电流。 这些不平衡电路主要有：由变压器两侧接线不同产生的不平衡电流；由变压器调节 分接头产生的不平衡电流；变压器两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流；变 压器的励磁涌流。
（1）纵差动保护的整定计算：
52
毕业设计（论文）
a）躲过外部短路时的最大不平衡电流，即
1 op
-K rei
1 unb.max
(7-1)
式中，Krel——可靠系数，取1.3
I unb.max 一一变压器外部短路时差动回路中最大的不平衡电流，其值
为:
1 unb. max
二• ：fm U O.IKnpKst Ik.max
式中，.fm ――由于采用的电流互感器变比或平衡线圈的匝数与计算值不
同，所引起的相对误差；单相变压器二1 一片初丁/叫2，Yd11接线的三相 变压器 Afm
= 1 -nTAInT / j3nTA2
U ――有变压器带负荷调压所引起的相对误差，去电压调整范围的 一半；
0.1
电流互感器允许的最大相对误差；
Kop ――考虑短路电流非周期分量影响系数，去 Kst ――电流互感器同型系数，取值为 I k.max ----------保护范围外最大电流
1
1.5 — 2；
Iop =KrelIunb.max =1.3 汉（0.422+0.05 + 0.1\".5><1}<10.926 = 8820A b ）躲过变压器最大的励磁涌流，即
lop =KrelK』N
式中，Krel——可靠系数，取1.3
（ 7-2）
I N --------- 变压器的额定电流
K.i――励磁涌流的最大倍数（即励磁涌流与变压器的额定电流的比值），取 4—8.由于变
压器的励磁涌流很大，实际的纵差保护通常采用其他措施来减少它的影 响：一种是采用具有速饱和变流器的差动继电器（
BCH2型），可以减少励磁涌流产
生的不平衡电流，此时取=1；另一种通过鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别，在 励磁涌流时将差动保护闭锁，此时在整定时可以不考虑励磁涌流的影响，此时取
K.=0
53
毕业设计（论文）
I op = K rei K ||[1 N =1.3 0 = 0 ,不考虑
C）躲过电流互感器二次回路断线时的最大负荷电流，即
1 op
=Krel
l.max
(7-3)
式中，Krel——可靠系数，取1.3 ；
I l.max ――变压正常运行时的最大负荷电流。在最大负荷电流不确定时， 可取变压器
额定电流。
变压器某侧电流互感器二次回路断线时，另一侧电流互感器的二次电流全部 流入差动继电器
中，要引起保护的误动作。有的差动保护采用断线的措施，在电流 互感器二次回路断线时将其差动保护闭锁，此时可以不考虑这个条件。取上述整定 值大的作为保护动作电流的整定值。所有电流指的都是二次侧的值。
Iop =KrelI「max =1.3^125.51 =163.16 A
（2）灵敏系数校验
纵差动保护灵敏系数按下式校验，即
Kse^S
I op
（ 7-4）
式中，Ik.min.r为各种运行方式下变压器保护范围内部故障时，流经差动继电器的 最小差动电流；灵敏系数 Ksen 一般不应低于2
K
k.min .r
I op
sen
5.5827
二 0.63 ：： 2
8.820
不满足灵敏度要求时，需要采用具有制动特性的差动继电器。
7.4母线保护
（1）母线保护的要求
必须快速有选择性地切除故障母线；应能可靠、方便地适应母线运行方式的变 化；接线尽量简化。母线保护的接线方式，对于中性点直接接地系统，为反映相间 短路和单相接地短路，须采用三相式接线；对于中性点非直接接地系统只需反映相 间短路，可采用两相式接线。母线保护大多采用差动保护原理，动作后跳开连接在 该母线上的所有断路器。母线是电力系统汇集和分配电能的重要元件，母线发生故 障，将使连接在母线上的所有元件停电。若在枢纽变电所母线上发生故障，甚至会
54
毕业设计(论文)
破坏整个系统的稳定，使事故进一步扩大，后果极为严重。 对发电厂和主要变电所
的3〜10 kV分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护 实现对母线的保护。下列情况下，应装设专用母线保护：①必须快速而有选择地切 除一段或一组母线上的故障，以保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供 电时；②当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。
(2)母线完全电流差动保护及整定计算
母线完全电流差动保护常用作单母线或只有一组母线经常运行的双母线的保
护。母线上连接的元件都装设有相同变比、相同特性的电流互感器，所有电流互感 器的二次绕组的同极性端连接在一起，
差动继电器KD的绕组和电流互感器的二次绕
组并联。母线差动保护范围是各电流互感器之间的一次电力设备。
正常运行或外部故障时，流入母线的电流等于流出母线的电流，即 |： =0。流入差动继电器的电流只是由于电流互感器特性不同而引起的 不平衡电流，差动继电器不会动作。
发生内部故障时，所有带电源的连接元件都会向短路点供给短路电流，这时流 入继电器的电流为I： = I； • I： • I；，即故障点的全部短路电流，差动继电器 KD动作, 时连接在母线上断路器全部跳闸。
差动继电器的动作电流按一下两个条件考虑，
并选择其中较大的一个进行整定：
1、按躲过外部故障时的最大不平衡电流整定
母线所有连接元件的电流互感器应满足 作电流按下式计算
Jp.r
10%误差曲线的要求，差动继电器的动
=
K
rei 0
-
1I k.max / KTA
(
7-5
)
其中，Krei ――可靠系数，一般取1.3
I k.max ――保护范围外部故障时，流过母线完全差动电流保护用电流互
感器的最大短路电流；
KTA ――母线保护用电流互感器变比。
Iop.r = Krel K0.1Ik.max/KTA =1.3汉0.1汉10.9：6 = 14：0A 2、按躲过电流互感器二次回路断线整定
连接元件较多，接线复杂，出现电流互感器二次回路断线的几率较大，差动继 电器的动作电流大于任一元件中最大的负荷电流
Il.max，即
55
毕业设计（论文）
I op. r -K rel
l. max
/KTA
= 1.3 212.14/60 = 4.597A
3、灵敏系数校验
保护元件的灵敏系数要求在最小运行方式下，母线保护范围内部短路时，最小 灵敏系数应大于2。保护装置的灵敏系数用下式校验
J\" Ik，min = 4230 =
2.979 兰 2，满足要求 lop.rKTA 1420
式中，I k. min ------------- 母线上连接元件最少时，母线故障的最小短路电流。
7.5备自投和自动重合闸的设置
7.5.1备用电源自动投入装置的含义和作用
备用电源自动投入装置是指当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备 用电源投入或将用电设备自动切换到备用电源上去，使用户不至于停电的一种自动 装置，简称备自投。一般在下列情况装设：
1、 发电厂的厂用电和变电所的所用电。
2、 有双电源供电的变电所和配电所，其中一个电源经常断开作为备用。 3、 降压变电所内装有备用变压器或互为备用的母线段。 4、 生产过程中某些重要的备用机组。
该变电所的10KV母线为单母分段接线形式，变电所内有两台主变压器，正常运 行时为两台变压器运行，其备用方式为互为备用的“暗备用”，因此考虑在母联 断路器上装设有备自投装置以提高供电的可靠性。 7.5.2自动重合闸装置
电力系统的运行经验表明，架空线路故障大多是瞬时故障。在线路上发生瞬时 故障时，线路被保护断开后，由自动重合闸装置再进行一次合闸，恢复供电，从而 大大提高供电的可靠性。重合闸在电力系统中有重要的作用：
1、 大大提高供电的可靠性，减少停电次数，特别时对单侧电源的单回线路尤为 显著。 2、 提高电力系统并列运行的稳定性。
3、 弥补输电线路耐雷水平将定的影响。在电力系统中，
10KV线路一般不装设 避
56
毕业设计（论文）
雷线，35KV线路一般只在进线端1-2km范围内装设避雷线，线路耐雷水平较低， 装自动重合闸后，可提高供电可靠性。
4、对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸, 作用。
能其纠正的
57
毕业设计（论文）
8防雷与接地方案的设计
8.1防雷保护
8.1.1
直击雷保护
直击雷过电压：雷电直接击中电气线路、设备或建筑物而引起的过电压，又称 直击雷。在雷电的主放电过程中，其传播速度极快（约为光速的
50%-10%,雷电压
幅值达10-100MV雷电流幅值达数百千安，伴以强烈的光、热、机械效应和危险的 电磁效应以及强烈的闪络放电，具有强烈的破坏性和对人员的杀伤性。
110KV配电装置、主变压器为户外布置、采用在构架上设置 2支避雷针，及其
余设备均为户内布置，采用配电楼屋顶设避雷带，和避雷针联合作为防直击雷保护， 确保户外主变压器、110KV配电装置在其联合保护范围内。避雷带采用 ①16的热镀 锌圆钢，避雷针与建筑物钢筋隔离，并采用
与其他设备接地点的电气距离应满足规范要求。
3根引下线与主接地网相连接，连接点
8.1.2
侵入波保护
雷电波入侵（高电位侵入）：架空线路遭受雷击或感应累的影响，在线路上形成沿 线路传播的高电压行波.此种电压波入侵到建筑物内或进入电气设备造成过电压。
据
统计城市中雷击事故的 50%-70混由于这种雷电波侵入造成的。因此，在工厂中应 予以重视，对其危害给予足够的防护。为防止线路侵入雷电波的过电压，在
110KV
进线，35KV母线及10KV每段母线上分别安装氧化锌避雷器。为保护主变压器中性 点绝缘，在主变110KV侧中性点装设氧化锌避雷器。
8.2接地装置的设计
本变电站主接地网以水平接地体加垂直地极构成，水平接地体采用 ①16热镀锌 圆钢，垂直接地极用/ 50 X 50X 2500和/ 50X 50X 3000两种长度的热镀锌角钢，布 置尽量利用配电室以外的空地。变电站主接地网的接地电阻应满足 RW0.5 Q的要求。 根据原始资料有，土壤电阻率为
100欧，根据公式：
取 S = 10000 m2，则有,
c 0.5，
0.5 1000
58
毕业设计（论文）
r_> —> _________ — __________________ —
IX ■ - ■
，
59
毕业设计（论文）
如实测接地电阻值不能满足要求，贝嚅扩大接地网面积或采取其他降阻措施。
所有设备的底座或基础槽钢均采用 ①16的热镀锌圆钢焊接并接入主接电网，与 主接地网可靠焊接。带有二次绕组的设备底座应采用两根接地引下线，与电网两个 不同点可靠焊接。施工中应保证避雷针（网）引下线与主接地网的地下连接点至变 压器和10KV及以下设备的接地线与接地网的地下连接点沿接地体的长度不小于 15m
变电站四周与人行道相邻处，设备与主网相连接的均压带。 主控室内米取防静电接地及保护接地措施。
60
毕业设计（论文）
9配电装置
9.1配电装置概述
配电装置是发电厂与变电所的重要组成部分，是发电厂与变电所电气主接线的 具体实现。配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关设备、保护设备、测量 设备、母线以及必要的辅助设备组成，辅助设备包括安装布置电气设备的构架、基 础、房屋、和通道等。配电装置的功能是正常运行时用来接受和分配电能，发生故 障时通过自动或手动操作，迅速切除故障部分，恢复正常运行。可以说，配电装置 是具体实现电气主接线功能的重要装置。
9.2配电装置类型
按配电装置的设备装设地点，可分为屋内配电装置与屋外配电装置两大类。
屋内配电装置的特点是：所有电气设备放置在屋内，安全净距小，可采用分层 布置，占地面积小；外界污秽气体及灰尘对电气设备的影响较小；操作、维护与检 修都在室内进行，工作条件好，不受气候影响；土建工程量大，投资较大。
屋外配电装置的特点是：所有电气设备放置在屋外，土建工程量小，相应的投 资较小，建设工期短；扩建方便；相间及设备之间距离大，便于带电作业；受外界 环境影响，设备的运行条件及人员进行操作维护的工作条件较差，
而且占地面积大
按照配电装置的安装方法，又可以分为装配式配电装置和成套式配电装置。
9.3对配电装置的基本要求和设计步骤
一、基本要求
（1） 在配电装置设计中，必须认真贯彻国家的技术经济，遵循国家颁发的 有关规程、规范、及技术规定，做到安全可靠、技术先进、经济合理和维修方便。
（2） 根据其在电力系统中的地位、环境条件和运行、安装检修的要求，合理的 制定布置方案和选用设备，保证足够的安全距离。应采用行之有效的新技术、新设 备、新布置和新材料
（3） 保证运行安全和操作巡视方便。
（4） 必须坚持节约用地的原则，应布置紧凑、少占地（尤其是良田） （5） 节省材料、降低造价。
（6）根据工程特点、规模和发展规划，远近期结合，以近期为主，适当考虑扩 建的要求。
61
毕业设计（论文）
二、设计基本步骤
（1） 选择配电装置的型式
根据电压等级、电气设备的型式、出线多少和方式，有无电抗器、地质、地形 及环境条件等因素选择配电装置的型式
（2） 拟定配置图
（3） 设计配电装置的平面图和断面图
9.4屋内配电装置
屋内配电装置的类型按其布置型式分为单层式、两层式和三层式。单层式屋内 配电装置将所有电气设备都布置在一层房屋内，建筑结构简单、投资低、运行维护 与检修工作方便，但占地面积大。多层式屋内配电装置是将各回路电气设备的轻重, 自上而下的分层布置在多层楼房内，占地面积小，但建筑结构复杂、投资高、运行 维护与检修工作不方便，与三层式相比，两层式占地面积略有增加，但运行维护与 检修均较方便，造价也明显下降。
9.5屋外配电装置
根据母线和电气设备布置的高度，屋外配电装置可分为中型、高型、半高型和 GIS型，中型配电装置又分为普通中型和分相中型两类。 一、中型配电装置
（1） 屋外普通中型配电装置
屋外普通中型配电装置的特点是将所有电气设备均安装在同一水平面上，并安 装在一定高度的基础上，而母线一般采用软导线安装在构架上，稍高于电气设备所 在平面。
中型配电装置应设备安装位置较低，便于施工、安装、检修与维护操作，构架 高度低，抗震性能好；布置清晰，不易发生误操作，运行可靠；所用的钢材比较少， 造价低。主要缺点是占地面积大。普通中型配电装置是我国有丰富设计和运行经验 的配电装置，广泛应用于220kV及以下的屋外配电装置中。
（2） 分相中型配电装置
隔离开关分相布置在母线正下方的中型配电装置，称为分相中型配电装置。分 相中型配电装置除具有中型配电装置的优点外，还具有接线简单清晰，由于采用铝
合金硬圆管母线，可以缩小母线相间距离，较低架构高度，采用伸缩式隔离开关可 以进一步减小占地面积，较普通中型布置节省占地面积 杂，使用的支柱绝缘子防污还抗震能力差。
1/3左右。其缺点是施工复
62
毕业设计（论文）
二、 高型配电装置
屋外高型配电装置的特点是母线及电气设备分别布置在几个不同的高度上，两 组母线及母线隔离开关上下重叠布置。与普通中型配电装置相比，可节省占地面积 50%左右。高型配电装置的主要缺点是对上层设备的操作与维护工作条件较差；耗 用钢材比普通中型高15%—60%;抗震性能差。高型配电装置主要用于土地及其匮 乏的地区，或场地狭窄或需要大量开挖、回填土石方的地方等。 三、 半高型配电装置
半高型配电装置吸收了中、高型配电装置的优点，并克服两者的缺点。它的特 点是两组母线的高度不同，将旁路母线或主母线置于高一层的水平面上，并与断路 器、电流互感器等设备重叠布置，从而缩小了纵向尺寸。高型配电装置的优点是： 占地面积比普通中型布置减少 30%;除旁路母线和旁路隔离开关布置在上层外，其 余部分有中型布置基本相同，运行维护较方便，易被运行人员所接受。这种布置的 缺点是检修上层母线和隔离开关不方便。半高型布置适用于 110-220kV配电装置，
但在110kV配电装置中应用的比较广泛。 四、 屋外GIS配电装置
SF6全封闭组合电器的所有电器都被密闭在充满 SF6气体的金属壳体内，不存在 触电的危险，
安全性高，且受外界环境条件的影响小，运行的可靠性高，维护方便， 检修周期长，占地面积小。
SF6全封闭组合电器分三相共箱式和分箱式两种。
电压级为三相共箱式，220kV及以上电压级为分箱式。
110kV
本次设计中110kv电压等级采用屋外普通中型配电装置，35kv及10kv电压等 级采用屋内成套式配电装置，开关柜型号为KYN28A-12和JYN-35, JYN1-35。63
毕业设计（论文）
10结束语
由于此次毕业设计的题目是110KV变电站设计，所涉及的内容比较多，也比较 繁琐，包括了这个专业中所学的好几门主干课程。通过搜集、参阅、整理、计算、 选择、校验和绘图这些阶段，在这其中由于其他的一些事情，总体来说是时间紧任 务重。通过本次设计，不但复习了原来所学的专业知识并有了更深层次的认识，更 重要的是提高了综合运用专业知识的能力。
变电站设计是一个严密的理论设计过程，在这个过程中，我做到了学以致用， 使自己的理论知识在设计中得以应用。通过查阅资料，结合自己的设计，虽然其中 遇到了不少问题，但在老师和同学的帮助下，都得以解决。
这次设计充分检验了自己的设计能力，丰富了自己在电气设计特别是变电站设 计方面的知识，为自己将来从事该专业工作打下了坚实的基础；同时，也使我体会 到了做设计或科研需要具备严谨求实、一丝不苟和勇于献身的精神。这次毕业设计 的经验以及感受，使我获益匪浅。
通过毕业设计，我深刻地认识到自己知识的浅薄与匮乏，东西需要我们去学习 和领悟。今后的工作学习中，我将不断充实自己，不断学习知识，虚心请教，争取 有更大的进步。
由于本人所学知识及实践有限，加之时间仓促，错误及不当之处在所难免，敬 请各位老师及广大同行批评指正，不胜感激。
毕业设计（论文）
参考文献
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毕业设计（论文）
致谢
本设计是在查丛梅老师的直接指导下完成的，在设计过程中，查老师多次进行 了详细的指导，并给我提出了许多珍贵的修改意见。在此向查丛梅老师表示衷心的 感谢。
另外，在设计期间，对于徐其迎老师和朱永胜老师给予我的指导和帮助，也表 示深切的谢意。
对于在答辩过程中的各位答辩老师，在此也向他们表示由衷的谢意。
在设计的整理、资料的收集、图片的处理、软件的应用、图纸的绘制等方面, 学的帮助，在此向他们表示感谢。
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得到了很多同
毕业设计（论文）
附录
电气主接线图
附录
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附录二 110KV屋外普通中型单母线分段接线的进出线间隔断面图
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