摘要……………………………………………………………………………………1

概述……………………………………………………………………………………3

1 电气主接线的设计…………………………………………………………………3    

1.1主接线的设计原则和要求……………………………………………………3

1.2本变电所主接线的设计………………………………………………………3

1.2.1 设计步骤……………………………………………………………………3

1.2．2初步方案设计………………………………………………………………3

1.2.3本变电所主接线方案的确定………………………………………………4

1.2.4选择结果……………………………………………………………………4

2 变电站主变压器的选择……………………………………………………………5    

2.1主变压器的选择………………………………………………………………5

2.1.1主变压器台数的选择………………………………………………………5

2.1.2主变压器容量的选择………………………………………………………5

2.1.3主变相数及接线组别的选择………………………………………………5

2.1.4选择结果……………………………………………………………………6

3 短路电流的计算……………………………………………………………………6

3.1短路电流………………………………………………………………………6

3.1.1短路电流计算的目的………………………………………………………6

3.2 计算结果………………………………………………………………………6

4 导体和主要电气设备选择…………………………………………………………7

4.1汇流主母线的选择……………………………………………………………7

4.1.1 110Kv侧汇流主母线………………………………………………………7

4.1.2 10KV侧母线选择……………………………………………………………7

4.2  断路器的选择………………………………………………………………7

4.2.1 断路器:Qf1、Qf2、Qf3.的选择…………………………………………7

4.2.2 断路器QF4、QF5的选择…………………………………………………7

4.2.3  断路器QF6、QF7的选择…………………………………………………8

4.3  隔离开关的选择……………………………………………………………8

4.4  熔断器的选择及校验………………………………………………………9

4.5互感器的选择及校验…………………………………………………………9

4.5.1 电流互感器选择……………………………………………………………9

4.5.2电压互感器选择…………………………………………………………12

4.6绝缘子的选择及校验………………………………………………………13

4.7各主要电气设备选择结果一览表…………………………………………14

结束语………………………………………………………………………………15

参考文献……………………………………………………………………………16

附录1………………………………………………………………………………17

110/10KV变电所设计

李锐帆

摘要:本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110KV的主接线，然后又通过发电机的台数和容量确定了主变压器台数，容量及型号。最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压断路器，隔离开关，母线，绝缘子，进行了选型，从而完成110电气一次部分的设计。

关键词：变电站；变压器 ；接线；110/10KV

110/10KV Substation design

Li ruifan

Abstract: In this paper, according to the system on the mission statement and all load and lineparameters, load analysis of trends. From load growth illustrates the necessity of establishment of the station, then a summary ofthe proposed substation and the outlet direction to consider, and through the analysis ofload data, security, economic and reliability considerations, to determine the 110KV mainwiring, then by the number and capacity of the generator sets of the main transformerstation to determine the number, capacity and model. Finally, based on the maximum continuous current and short circuit calculation results, thehigh-voltage circuit breakers, isolating switches, busbars, insulators, carried out selection,thus completing the first part of the 110 electrical design.

Key words: Transformer substation; Transformer; Wiring; 110/10KV

概述

本变电站的电压等级为110/10。变电站由2个系统供电，每系统S1为150MVA，负荷功率因数为0.8，4条负荷线路,均为为100km。

该地区自然条件：海拔高度为100米，土壤电阻系数Р＝2.5×104Ω.cm，土壤地下0.8米处温度20℃；该地区年最高温度40℃，年最低温度－25℃，最热月7月份其最高气温月平均34.0℃，最冷月1月份，其最低气温月平均值为－17℃；年雷暴日数为250天。

本设计主要通过分析上述资料，以及通最大持续工作电流及短路计算，对变电站进行了设备选型和主接线选择，进而完成了变电站一次部分设计。

1.电气主接线的设计

1.1主接线的设计原则和要求

变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。

电气主接线的设计是发电厂或变电所电气设计的主体，它与电力系统、电厂动能参数、待建变电所基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性要求有密切的关系，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式有较大的影响。因此，主接线设计必须结合电力系统和发电厂或变电所的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较，合理选择方案。

1.2本变电所主接线的设计

1.2.1 设计步骤

（1）拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，保留几个技术上相当的较好方案。

（2）对几个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。

（3）绘制最优方案电气主接线图。

1.2.2初步方案设计

在设计电气主接线时，要使其满足供电可靠性、运行的灵活性和经济性等项基本要求。

(1)可靠性:

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。电气主接线也必须满足这个要求。衡量主接线运行可靠性的标志是:

①断路器检修时，能否不影响供电。

②线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电范围的大小和时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

③变电所全部停电的可能性（应尽量避免）。

(2)灵活性:

①调度灵活，操作简便。

    ②检修安全。

    ③扩建方便。

(3)经济性:

①投资省，主接线应简单清晰，以节约一次设备投资为主。

②占地面积小。

③电能损耗少。

1.2.3本变电所主接线方案的确定

方案1：采用单母线接线

优点：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。

缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

适用范围：一般适用于一台发电机或一台变压器的110-220KV配电装置的出线回路数不超过两回。

方案2：采用单母线分段接线

优点：

1）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，有两个电源供电。

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

缺点：

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

2）当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越。

3）扩建时需向两个方向均衡扩建。

适用范围：一般认为单母线分段接线应用在6～10kV，出线在6回及以上时，每段所接容量不宜超过25MW；用于35～66kV时，出线回路不宜超过8回；用于110～220kV时，出线回路不宜超过4回。

1.2.4选择结果

结合任务书给的要求，二类负荷占总负荷的60%，三类负荷占总负荷的40%，根据本次设计的具体情况及终端变电所在可靠性、灵活性的基础上力求经性原则，参照上述方案，选择如下：

在10kV侧：采用单母线接线

在110kV侧：采用单母线分段接线

主接线图如附录1所示

2.变电站主变压器的选择：

2.1主变压器的选择

在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。

变压器台数和容量的选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应依据电力系统5-10年的发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

选择主变压器型式时，应考虑以下问题：相数、绕组数与结构、 绕组接线组别（在电厂和变电站中一般都选用YN，d11常规接线）、调压方式、 冷却方式。

2.1.1主变压器台数的选择

因为负荷容量为250MW,功率因数为0.8，查有关资料应选SSPL-150000/110型的变压器两台满足本变电所的容量。

2.1.2主变压器容量的选择

(1) 主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑确定。

(2) 主变压器容量一般按变电所、建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期的负荷发展。对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

(3) 在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得跔容量的备用电源时，可装设一台主变压器。

(4) 装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于70%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

(5)当一台事故停用时，另一台变压器事故过负荷能力查表得出过负荷倍数为1.3，允许时间为2小时。

2.1.3主变相数及接线组别的选择

（1）主变相数的选择

根据选择主变相数所应考虑的原则：在运输条件不受时，330kV及以下的变电所均应选三相变压器。此次设计110/10KV变电所选择的是三相双绕组变压器。

（2）主变绕组数的确定。

此变电所为110/10KV两个电压等级的变电所,因此主变压器应选双绕组变压器。 

（3）主变接线组别的确定。

本次设计电压等级为110kV、10kV降压变电所，由于本地区电网考虑供电的可靠性,35kV及以下电网采用不接地或采用小电流接地方式，所以主变采用

Yn /d11连接组别。

2.1.4选择结果

根据该变电所的原始资料、选择主变压器的原则，从对用户供电可靠、保证电能质量等方面考虑，本次设计选用三台主变压器，型号为SFP-120000/110型 。

选定的主变型号、参数见表1

 表1 主变压器参数表

3.1短路电流

所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定的最大电流。造成短路的主要原因是电气设备的绝缘损坏、误操作、雷击、过电压击穿等。

3.1.1短路电流计算的目的

在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：

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。

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。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

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

3．2 计算结果

    最终结果

110KV侧最大冲击电流  

最大短路电流有效值

10KV侧最大冲击电流  

最大短路电流有效值

4 导体和主要电气设备选择

4.1汇流主母线的选择

为了保证供电系统的安全可靠、优质及经济运行，母线选择时必须满足下列条件：导线及母线在通过正常最大负荷电流即线路计算时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度，即应使允许载流量IA不小于通过相线的计算电流IaN,即IAIaN。

导线(母线)截面的选择可按长期允许电流或经济电流密度来选择.对年负荷利用小时数超过5000,传输容量大,长度在20m以上的导体,如发电机、变压器的连接导线,其截面积一般按经济电流密度来选择,而汇流母线通常在正常运行方式下,传输容量不大,可按长期允许电流来选择。

4.1.1   110Kv侧汇流主母线

查书后附录选择LMY-2*125*8型号母线

4.1.2   10KV侧母线选择

选用LMR-2*100*10 母线

4.2  断路器的选择

4.2.1  断路器:Qf1、Qf2、Qf3.的选择

断路器选择结果

4.2.2 断路器QF4、QF5的选择

4.2.3  断路器QF6、QF7的选择

断路器选择如下表

与实际数据比较得下表：

QS1---QS6隔离开关型号选择

熔断器的选择：110Kv侧选择RN2型号（RN2型号还分好多种！）

4.5.1 电流互感器选择

（1）电流互感器选择的具体技术条件如下：

一次回路电压：

式中：——电流互感器安装处一次回路工作电压；

      ——电流互感器额定电压。

一次回路电流：

式中：——电流互感器安装处的一次回路最大工作电流；

      ——电流互感器原边额定电流。

当电流互感器使用地点环境温度不等于时，应对进行修正。修正的方法与断路器的修正方法相同。

准确级

准等级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准等级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。

与仪表连接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于下要求：与仪表相配合分流器、变压器的准确级为0.5级，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级为0.5。仪表的准确级为1.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级0.5。仪表的准确级为2.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级1.0。

用于电能测量的互感器准确级：0.5级有功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级，2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器。

一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。

动稳定校验：

式中：——短路电流冲击值；

      ——电流互感器一次额定电流；

——电流互感器动稳定倍数。

热稳定校验：

式中：——最大短路电流；

      ——短路电流发热等值时间；

      ——电流互感器一次额定电流。

——t秒时的热稳定倍数。

（2）电流互感器的选择

根据如下条件选择电流互感器：

一次回路电压： 

一次回路电流： 

110KV侧电流互感器安装处的一次回路最大工作电流

10KV侧电流互感器安装处的一次回路最大工作电流

因为我们组的10KV侧电流互感器安装处的一次回路最大工作电流过大，导致找不到合适的电流互感器，经老师同意采用能找到的最合适的电流互感器替代。

各电流互感器的选择结果见下表：

表3.5    电流互感器的型号及参数

参数

110KV侧电流互感器

动稳定： 

符合要求

热稳定： 

由校验断路器可知： 

经以上校验此电流互感器满足各项要求。

2) 10KV侧电流互感器

动稳定： 

符合要求

热稳定： 

由校验断路器可知： 

经以上校验此电流互感器满足各项要求。

4.5.2电压互感器选择

（1）电压互感器选择的具体技术条件如下：

一次电压：

式中：——电压互感器额定一次线电压，其允许波动范围为

二次电压：电压互感器二次电压，应根据使用情况，按《发电厂电气部分课程设计参考资料》第118页、表538进行选择。

准确等级：电压互感器应在那一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。

二次负荷：

式中：——二次负荷；

      ——对应于在测量仪表所要求的最高准确等级下，电压互感器的额定容量。

（2）电压互感器的选择：

由电压互感器选择的技术条件及各侧使用情况：

110KV侧：

10KV侧：

三侧电压互感器准确等级：0.5级

电压互感器型号及参数

根据母线额定电压10KV和户外装设的要求，选用ZPD-10-35型支柱绝缘子，其抗弯破坏负荷=2000N

作用在绝缘子上的电动力为：

=0.173=0.173*40.6034**1=488.94N

0.6=0.6*2000=1200N，因母线为两片平放，此时，可以认为作用在绝缘子帽处，由于=488.94<1200，满足动稳定要求。

根据母线额定电压110KV和户外装设的要求,选用ZS-110型支柱绝缘子。其抗弯破坏负荷=300N

=0.173=0.173*

0.6=0.6*300=180N, 因母线为两片平放，此时，可以认为作用在绝缘子帽处，由于=1.467<180, 满足动稳定要求。

4.7各主要电气设备选择结果一览表

经过三周学习和研究我终于完成了该课程设计——110/10KV变电所的设计，从开始拿到任务书到收集资料，再到相关计算和论文文章、相关图纸的完成，每走一步对于我来说都是新的尝试和挑战。在这两周之中，通过对本次设计的不断完善和修改，不仅使我更加深入的了解了本专业的相关知识，使我的专业知识更加扎实。通过这次设计我更加体会到学习和探索以及团队合作的重要，查看相关的资料和书籍，让自己头脑模糊的大概到逐渐清晰，使自己的设计逐步完善起来，每一次改进都使我收益不浅。

通过这次设计我感觉到：人，要做一件事情，就得用心去做，相信自己，相信伙伴不要畏惧困难，不懂就问，细心思考。只有自己真正参与了学习的过程和研究的过程，才能体会到其中的乐趣。设计刚开始感觉自己知道的很有限，利用图书馆网络及所学的专业课课本，仔细学习互感器的选择和各种设备选型问题。在具体选型的过程中，我遇到了很多的困难。然后询问指导老师、同学，查相关的资料，解决问题，再接着出新的问题。在这个循环往复的过程中，我负责的方面日益完善。每一次改进我都收获良多，在自己的努力和大家的帮助下完成设计。虽然我负责的部分还不是很成熟，还有很多不足之处，但是我付出了自己的劳动，这是我引以自豪的地方，我相信只有经历过的人才会明白其中的酸甜苦辣。

    本次设计在小组全体同学的努力学习、研究下顺利完成！

参考文献：

[1] 王士正，冯金光.发电厂电气部分（第三版）.中国水利水电出版社.2004.

[2] 于永源，杨绮雯.电力系统分析.中国电力出版社.2007.

[3] 狄富清.变电设备合理选择与运行检修.机械工业出版社.2005.

[4] 宋继成.220~500KV变电所电气接线设计.中国电力出版社.2004.

[5] 卓乐友.电力工程电气设计200例.中国电力出版社.2003.

[6] 辽宁省电力有限公司用电检查处.变电所技术标准及规程规范应用手册.辽宁科学技术出版社.2004.下载本文