毕业设计
题目 110KV变电站一次电气初步设计
学生姓名 谭 向 飞 学 号 20XX****** 专 业 发电厂及电力系统 班 级 20XX3092 指导教师 陈春海 评阅教师 完成日期
20XX 年11月6日
三峡电力职业学院
毕业设计课题任务书
课题名称 学生姓名 指导教师 谭向飞 陈春海 110kV变电站一次电气初步设计 专 业 指导人数 发电厂及电力系统 班号 20XX3096 课题概述： 一、设计任务 1.选择110kV变电站接线形式； 2.计算110kV变电站的短路电流； 3.选择110kV变电站的变压器，高/低压侧断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器，并校验。 二、设计目的 掌握变电站一次电气设计的计算，能选择电气设备。 三、完成成果 110kV变电站一次电气接线及设备选择。 I
原始资料及主要参数： 1、110kV渭北变所设计最终规模为两台110/10kV主变，110kV两回进线路，变压器组接线线，10kV8回馈线，预计每回馈线电流为400A， 2、可行研究报告中变压器调压预测结果需用有载调压方式方可满足配电电压要求，有载调压开关选用德国MR公司M型开关，#2主变型号SZ9-40000/110， 5×110＋－32%/，YNd11，Uk%=。 3、110kV配电装置隔离开关GW5-110ⅡDW/630；断路器3AP1-FG-145kV， 3150A﹑40kA；复合绝缘干式穿墙套管带CT 2×300/5；中心点隔离开关GW13-63/630，避雷器HY5W-108/268及中心点/186。 4、出八回线路、10kVⅡ段母线设备﹑变二侧开关分段以及电容补偿。10kV断路器选用ZN28E-12一体化弹簧储能操作，支架落地安装；主变10kV侧及分段隔离开关用GN22-10G手动操作；10kV线路及电容器隔离开关用GN19-10Q手动操作；出线CT两相式，二组次级绕组，用作测量和保护；电容器回路三相式；变二侧CT三组次级用作测量﹑纵差﹑过流及无流闭锁。 参考资料及文献： 1、3～110kV高压配电装置设计规范 2、35～110kV变电所设计规范 3、变电所总布置设计技术规程 4、中小型变电所实用设计手册 丁毓山主编 5、低压配电设计规范 6、工业与民用电力装置的接地设计规范 7、电力工程电缆设计规范 8、并联电容器装置的电压、容量系列选择标准 设计成果要求： 1、说 明 书： ≥6000 字 2、图 纸： A3 号 1 张 号 张 号 张 3、实习报告： 字 4、论 文： 字 5、其 它：按要求提供论文及论文全文电子文档 II
起止日期 20XX~20XX秋季学期 第一周 进第二周 度 计第三周 划 安第八周 排 第十周 20XX~20XX春季学期 要求完成的内容及质量 接受毕业设计任务书，学习毕业设计要求及有关规定。 阅读指定的参考资料及文献，完成开题报告。 上交开题报告，指导教师批阅。 完成说明书，指导教师批阅。 完成毕业设计，全部成果交指导教师批阅。 毕业答辩 审核 批准
III
目 录
摘要： ...................................................................................................................................... 3 前言： ...................................................................................................................................... 4 第一章 电气主接线 ................................................................................................. 5
主接线的设计原则 ............................................................................................... 5 主接线设计的基本要求 ..................................................................................... 5 主接线的基本接线方式 ..................................................................................... 6
110kv电压侧接线 .................................................................................................. 8 10kv电压侧接线 .................................................................................................... 8
第二章 变压器选择 ................................................................................................... 9
主变压器的选择 .................................................................................................... 9
变压器容量及台数的选择 ...................................................................................... 9
主变压器型式选择 ............................................................................................ 10
主电站主变压器相数的选择 ................................................................................ 10 主变压器绕组与结构的选择 ................................................................................ 11
本变电站主要变压器选择 ............................................................................... 11 第三章 短路电流的计算........................................................................................ 12
短路电流计算的目的 ........................................................................................ 12 短路电流计算的一般规定 .............................................................................. 12 短路电流计算 ....................................................................................................... 13 第四章 高压电器设备选择 .......................................................................................... 16
电器选择的一般条件 ......................................................................................... 16 按正常工作条件选择电气设备 ...................................................................... 17
IV
环境条件对设备选择的影响 ........................................................................... 18 高压断路器的选择 ............................................................................................. 18
高压断路器的种类 ............................................................................................... 18 本变电站高压断路器选择 ................................................................................... 19
隔离开关选择 ....................................................................................................... 21
隔离开关的作用 ................................................................................................... 21 本变电站隔离开关选择 ....................................................................................... 22
致 谢 ............................................................................................................................... 24 附 录 ............................................................................................................................... 25
主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样，为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建，下面介绍几种常用的主接线方式。 单母线接线：
单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件故障或检修时，均需使整个配电装置停电，一般只适用于一台主变压器。 单母分段：
用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。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内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。 单母分段带旁路母线:
这种接线方式具有相当高的当高的可靠性和灵活性，广泛应用于出线回路不多，负荷较为重要的中小型发电厂。 一个半断路器接线:
两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大，一般在超高压电网中使用。 双母接线:
双目接线有两组母线，并且可以相互备用。每一电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线相连。它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。但在检修某线路的断路器时，如果不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。
7
110kv电压侧接线
本变电站110 kV线路有2回，可选择单元接线或双母线接线两种方案，如图 所示。
方案一 方案二
图 110kV电压侧接线方案
方案一优点 ：接线简单清晰，节省设备和占地，操作简便，经济性好。不设发电机电
压母线，发电机电压侧的短路电流减小。 缺 点：扩大接线的运行灵活性较差。 适 用 范 围：发电机侧
方案二优点 ：运行方式灵活。可以采用将电源和出线均衡地分配在两组母线上，母联 断
路器合闸的双母线同时运行方式；也可以采用任意一组母线工作，另一组母线备用，母联断路器分闸的单母线运行方式，所在回路均不中断工作。
缺 点：变更运行方式时，需利用隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂， 本变电站110 kV线路有2回，变压器单元接线双绕组变压器组成的单元，断路器装于主变压器高压侧作为该单元共同的操作和保护电器，在发电机和变压器之间不设断路器，可装一组隔离开关供试验和检修时隔开之用。比较方案一、方案二,采用方案一更合理。容易出现误操作，从而导致设备或人身事故。根据上面所述高压侧应选用方案一 单元接线
10kv电压侧接线
8
6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上时，可选择单母线分段接线或单母线带旁路母线接线两种方案，如图所示。方案一可以提供单母线运行、各段并列运行、各段分列运行等运行方式，且便于分段检修母线，减小母线故障的影响范围。当任一段母线故障时，继电保护装置可使分段断路跳闸，保证正常母线段继续运行。若分段断路器平时断开，则当任一段母线失去电源时，可备用电源自动投入装置使分段断路器合闸，继续保持该母线段的运行。方案二这种接线方式具有相当高的当高的可靠性和灵活性，广泛应用于出线回路不多，负荷较为重要的中小型发电厂或35～110KV变电站中。
方案一 方案二
图 10kV电压侧接线方案
方案二为单母线分段带旁路母线接线，当检修出线断路器时可不停电，因其进行了分段且是断路器分段，所以当一段母线发生故障时，可以保证正常段母线不间断供电，因为设置旁路母线，可以保证Ⅰ、Ⅱ类用户用电要求，同时它结构简单清晰，运行也相对简单，便于扩建和发展。它投资小，费用低，运行可靠性和灵活性比方案一好，可以满足10kV侧用户的要求。故10kV 侧接线采用方案二。
2.变压器选择
在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量选的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因
9
此，确定合理的变压器容量是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。
主变压器的选择
变压器容量及台数的选择
主变容量一般按变电站建成近期负荷5～10年规划选择，并适当考虑远期10～15年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，从长远利益考虑，本站应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电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所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。所以每台变压器的额定容量按Sn选择，即Sn=×=这样当一台变压器停用时，也保证70%负荷的供电。于一般电网变电所大约有25%的非重要负荷，因此采用式Sn来计算主变容量对变电所保证重要负荷来说是可行的。通过计算本变电站可选择额定容量为40M的主变压器。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，电站中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时也增加了配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作的复杂化。考虑到两台主变同时发生故障机率较小，且适用远期负荷的增长以及扩建，故本变电站选择两台主变压器完全满足要求。
主变压器型式选择
主电站主变压器相数的选择
主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。特别是大型变压器，尤其需要考查其运输可能性，保证运输尺寸不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力。
选择主变压器的相数，需考虑如下原则：
当不受运输条件时，在330kV及以下的变电站，均应选用三相变压器。 对于500kV变电站，除需考虑运输条件外，尚应根据所供电负荷和系统情况，分析一台变压器故障或停电检修时对系统的影响。尤其在建站初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全站停电；如
10
用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成全站停电。为此，要经过技术经济论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。
主变压器绕组与连接方式的选择
1、 变电站主变压器绕组的数量
联络变压器一般应选用三绕组变压器，其低压绕组可接高压厂用启动／备用变压器或无功补偿装置。
在具有三种电压的变电站中，如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，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。
对深入引进至负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。 2、 绕组连接方式
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Ｙ和△，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。
我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接； 35kV以下电压，变压器绕组都采用△连接。
本变电站主要变压器选择
根据变电站的实际情况，应根据以下的原则进行选择：
主变得容量一般按变电站建成后5~10 年的规划负荷选择
型号 空载 空载 额定容电流损耗量 负载损耗 阻抗电压 联结组标号 根据电压网络的结构和变电站所带的负荷的性质来确定主变的容量，对于有重要用户的变电站应考虑当一台主变停运时其余变压器在计及过负荷能力后的允许时间内应保证用户的一级和二级的负荷，对一般性变电站，一台机停用时，应使其余变压器保证全部负荷的70%~80%。
同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化
对于大城市市郊的一次变电站，在中低压侧已构成环网的基础上，变电所以装设两台变压器为宜
所以应选容量为40000KVA 的主变压器SZ9—40000/110
11
SZ9-40000/110 40000 % YN，yn0，d11 表 主变压器技术参数
3.短路电流的计算
电力系统正常运行的破坏多半是短路故障引起的。发生短路时，系统从一种运行状态剧变到另一种运行状态，并伴随产生复杂的暂态现象。短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地发生通路的情况。
[6]
在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路情况最严重，破坏最大，应给以足够的重视。因此，我采用三相短路来计算，以此为依据选择和检验电气设备，以保证其安全可靠。
短路电流计算目的
在选择电气设备时，选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，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，以此为依据。
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。
[7]
为了合理配置各种继电保护方式和进行整定计算、接地装置的设计等，必须对电力系统网络中发生的各种短路进行计算和分析。
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。
短路电流计算的一般规定
12
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，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。
短路电流计算
三相短路电流计算
在最大运行方式下对三相短路的情况进行计算 1、 画出计算电路图，如图所示。 本设计取基准容量Sj=100MVA Uj=Up
基准电压 115kV 计算阻抗图
图(a)
标么值：
线路阻抗： Xd1\
110kV短路母线正序阻抗：Xd2\
Xd14 13
主变阻抗：Xd3'计算过程： 基准值：
Ud00Sj 100Sc40110kV侧 基准容量Sj100MVA基准电压Uj115kV
基准电流Ij错误！未找到引用源。基准阻抗Xj错误！未找到引用源。
10kV侧 基准容量Sj=100MVA 基准电压Uj= 基准电流Ij错误！未找到引用源。
110kV侧短路：
次暂态短路电流有效值的标么值I\\ 错误！未找到引用源。 次暂态短路电流有效值I''IIj 稳态短路有效值II\
冲击短路电流有效值IchI\\12(KC1)2 Kc取，可得Ich\\'\所以Ich
冲击短路电流峰值IchI\\2Kc Kc取，可得Ich\\ 所以Ich\\ 短路容量S\\3UjI\\2872MVA 10kV侧短路：
次暂态短路电流有效值的标么值I错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。
\次暂态短路电流有效值I\\IIj 稳态短路有效值II\
冲击短路电流有效值Ich= I” 12(Kc1)2 Kc取，可得Ich\\ 所以Ich
冲击短路电流峰值IchI\\2KcKc取，可得Ich\\ 所以Ich\
短路容量S\\3UjI\\18048336MVA 计算结果：
14
\
短路点 基准 基准 基准 次 暂 稳 态冲 击冲 击短路 容量 电压 电流 态 短 短 路短 路短 路容量 路 电 电 流电 流电 流流 有 有 效有 效峰 效 值 值 值 值 SUI” I错误！Ich i” j j Ij ch SMVA KV KA KA 未找到KA KA MVA 引用源。 KA K1(110KV 100 115 2872 短路点) K2(10KV100 336 短路点) 15
4.高压电器设备选择
选择正确的电器是保证电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，尽量采用新技
[8]
术，并注意节省投资。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定，使所选的电器能在长期工作的条件下及发生过电压、过电流的情况下能保持正常运行。
电器选择的一般条件
(1)电器选择的原则:
①应满足正常运行、检修、短路和过电压等情况下的要求； ②应按当地环境条件校核； ③应力求技术先进和经济合理； ④选择导体时应尽量减少品种；
⑤扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；
⑥选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 (2)电器选择的技术条件:
①电压：所选电器和电缆允许最高工作电压Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax，即
Vymax≥Vgmax
一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220kV及以下时为,而实际电网运行的Vgmax一般不超过。
②电流:导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax，即
Iy ≥Igmax
于变压器在电压降低5%时出力保持不变，故其相应回路的Igmax ③按当地环境条件校核：
当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q0不等时，其长期允许电流IyQ可按下式修正 ：
16
毕业设计
题目 110KV变电站一次电气初步设计
学生姓名 谭 向 飞 学 号 20XX309232 专 业 发电厂及电力系统 班 级 20XX3092 指导教师 陈春海 评阅教师 完成日期
20XX 年11月6日
三峡电力职业学院
毕业设计课题任务书
课题名称 学生姓名 指导教师 谭向飞 陈春海 110kV变电站一次电气初步设计 专 业 指导人数 发电厂及电力系统 班号 20XX3096 课题概述： 一、设计任务 1.选择110kV变电站接线形式； 2.计算110kV变电站的短路电流； 3.选择110kV变电站的变压器，高/低压侧断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器，并校验。 二、设计目的 掌握变电站一次电气设计的计算，能选择电气设备。 三、完成成果 110kV变电站一次电气接线及设备选择。 I
原始资料及主要参数： 1、110kV渭北变所设计最终规模为两台110/10kV主变，110kV两回进线路，变压器组接线线，10kV8回馈线，预计每回馈线电流为400A， 2、可行研究报告中变压器调压预测结果需用有载调压方式方可满足配电电压要求，有载调压开关选用德国MR公司M型开关，#2主变型号SZ9-40000/110， 5×110＋－32%/，YNd11，Uk%=。 3、110kV配电装置隔离开关GW5-110ⅡDW/630；断路器3AP1-FG-145kV， 3150A﹑40kA；复合绝缘干式穿墙套管带CT 2×300/5；中心点隔离开关GW13-63/630，避雷器HY5W-108/268及中心点/186。 4、出八回线路、10kVⅡ段母线设备﹑变二侧开关分段以及电容补偿。10kV断路器选用ZN28E-12一体化弹簧储能操作，支架落地安装；主变10kV侧及分段隔离开关用GN22-10G手动操作；10kV线路及电容器隔离开关用GN19-10Q手动操作；出线CT两相式，二组次级绕组，用作测量和保护；电容器回路三相式；变二侧CT三组次级用作测量﹑纵差﹑过流及无流闭锁。 参考资料及文献： 1、3～110kV高压配电装置设计规范 2、35～110kV变电所设计规范 3、变电所总布置设计技术规程 4、中小型变电所实用设计手册 丁毓山主编 5、低压配电设计规范 6、工业与民用电力装置的接地设计规范 7、电力工程电缆设计规范 8、并联电容器装置的电压、容量系列选择标准 设计成果要求： 1、说 明 书： ≥6000 字 2、图 纸： A3 号 1 张 号 张 号 张 3、实习报告： 字 4、论 文： 字 5、其 它：按要求提供论文及论文全文电子文档 II
起止日期 20XX~20XX秋季学期 第一周 进第二周 度 计第三周 划 安第八周 排 第十周 20XX~20XX春季学期 要求完成的内容及质量 接受毕业设计任务书，学习毕业设计要求及有关规定。 阅读指定的参考资料及文献，完成开题报告。 上交开题报告，指导教师批阅。 完成说明书，指导教师批阅。 完成毕业设计，全部成果交指导教师批阅。 毕业答辩 审核 批准
III
目 录
摘要： ...................................................................................................................................... 3 前言： ...................................................................................................................................... 4 第一章 电气主接线 ................................................................................................. 5
主接线的设计原则 ............................................................................................... 5 主接线设计的基本要求 ..................................................................................... 5 主接线的基本接线方式 ..................................................................................... 6
110kv电压侧接线 .................................................................................................. 8 10kv电压侧接线 .................................................................................................... 8
第二章 变压器选择 ................................................................................................... 9
主变压器的选择 .................................................................................................... 9
变压器容量及台数的选择 ...................................................................................... 9
主变压器型式选择 ............................................................................................ 10
主电站主变压器相数的选择 ................................................................................ 10 主变压器绕组与结构的选择 ................................................................................ 11
本变电站主要变压器选择 ............................................................................... 11 第三章 短路电流的计算........................................................................................ 12
短路电流计算的目的 ........................................................................................ 12 短路电流计算的一般规定 .............................................................................. 12 短路电流计算 ....................................................................................................... 13 第四章 高压电器设备选择 .......................................................................................... 16
电器选择的一般条件 ......................................................................................... 16 按正常工作条件选择电气设备 ...................................................................... 17
IV
