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1、毕业设计（论文）系 部： 电气工程系 专 业： 电力系统自动化技术 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 年 月 日摘要本文主要进行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、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
2、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AbstractThis 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 substa
3、tion 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 p
4、arameters 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
5、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
6、 wiring diagram and 110KV Power distribution eqpment sectional drawing interval.KeyWords: Substation design,Transformer,Main electrical wiring,Equipment election45目录引言4一、变电站的作用.4二、我国变电站及其设计的发展趋势.5第一章 变电站总体分析.81.1变电站建设的必要性.81.2变电站的分类.81.3变电站的要求.81.3.1变电站的建设规模.81.3.2待设计变电站基本情况.81.4站址条件.9第2章 负荷分析计算与主变压
7、器选择.102.1负荷资料分析.112.2 主变压器选择.132.2.1主变压器容量选择.132.2.2主变压器型号选择.142.2.3主变压器选择结果.14第3章 电气主接线设计.153.1对电气主接线的基本要求.153.2变电站电气主接线的设计原则.153.3电气主接线设计步骤.163.3.1分析原始资料.163.3.2电气主接线的基本形式.173.3.3电气主接线的选择.17第4章 短路电流计算.204.1短路的危害.204.2短路电流计算的目的.204.3短路电流计算方法.204.4短路电流计算.204.4.1 110kv侧母线短路计算.214.4.2 10kv侧母线短路计算.24第5
8、章 电器设备的选择.275.1导体的选择和校验.275.1.1导体截面积的选择.275.1.2导体的校验.285.2断路器和隔离开关的选择及校验.305.2.1高压断路器的选择.305.2.2隔离开关的选择 .315.2.3 110kv侧断路器及隔离开关的选择及校验.315.2.4 10kv侧断路器及隔离开关的选择及校验.335.3电压互感器和电流互感器的选择.355.3.1电流互感器的选择.355.3.2电压互感器的选择.36第6章 防雷与接地方案的设计.376.1 防雷保护.386.1.1直击雷保护.386.1.2 侵入波保护.386.2接地装置的设计.38第7章 配电装置.407.1配电
9、装置概述.407.2配电装置类型.407.3对配电装置的基本要求和设计步骤.407.4屋内配电装置.407.5屋外配电装置.41结束语.43参考文献.44致谢.45附录（I）.46 引言一、变电站的作用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
10、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330500kv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23个电源，电压为220330kv，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110220kv，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
11、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110kv，经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。2.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
12、频率偏移为正负0.20.5%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。3.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。在系统中，各部分电压等级是不同的。三相交流系统中，三相视在功率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，
13、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
14、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5%，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。二、我国变电站及其设计的发展趋势1.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
15、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。 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
16、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
17、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。2.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，
18、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
19、线方案。 （2）大量采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
20、电气设备与GIS之间，是电气设备今后发展的一个方向，符合我国目前的国情和技术发展方向。（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
21、。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一。变电站综合自动化发展趋势主要表现在一下几个方面：全分散式变电站自动化系统.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。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、
22、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
23、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3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
24、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。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
25、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。第1章 变电站总体分析1.1变电站建设的必要性 为了满足某市区生产及生活的供电要求，决定建一个110KV降压变电站。本次设计任务内容是H市新建降压变电站的设计。本次设计的主要任务是电气部分的设计和计算。1.2变电站的分类 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330500KV的变电站，称为枢纽变电站。全站停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。 中间变电站，高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或
26、使长距离输电线路分段，一般汇集23个电源，电压为220330KV，同时又降压供给当地用电。这样的变电站主要起中间环节的作用，所以叫做中间变电站。全站停电后，将引起区域网路解列。 地区变电站。高压侧电压一般为110220KV，对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。全站停电后，仅使该地区中断供电。 终端变电站。在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为110KV，经降压后直接向用户供电的变电站，即为终端变电站。全站停电后，只是用户受到损失。1.3变电站的要求 (1)应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要； (2)应按当地环境条件校核； (3)应
27、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。1.3.1变电站的建设规模 变电站的建设规模根据电力系统规划，本变电站的规模如下: 电压等级：110/10KV 线路回数：110KV；3回；备用1回 10KV；16回；备用1回1.3.2待设计变电站基本情况图1-1附注：（1）图中系统容量，系统阻抗均相当于最大运行方式。 （2）最小运行方式时：=440MVA =0.805 =1080MVA =0.64 （3）系统可保证本站110KV母线电压波动在5%以内。1.4站址条件 （1）地理位
28、置示意图图1-2（2）说明 站址位于市区内部，邻近负荷中心，交通方便，有充足水资源，平均海拔200米，地形平坦，土质为沙粘土，土壤热阻率120欧厘米地震烈度为7度。 年最高气温：+40； 年最低气温：-18； 年平均温度：+15； 冬季主导风向：西北； 最大风速：28m/s； 复冰厚度：10mm；第2章 负荷分析计算与主变压器选择 2.1负荷资料分析电压等级负荷名称最大穿越功率最大负荷负荷组成Cos同时率%线损率%备注近期远景近期远景一级二级三级110KV市甲线1015市系I线510市系II线1525备用1101010KV水厂（一）0.8120500.750.855%5500水厂（二）冶炼厂（一）4560250.8有小型个自电源5500冶炼厂（二）仪表厂（一）1.5215650.95000仪表厂（二）制药厂（一）1.21.525450.785500制药厂（二）农机厂（一）2.5325550.85000农机厂（二）纺织厂（一）3.5425450.786000纺织厂（二）医院0.40.540200.84000市政（一）1.31.540200.723500市政（二）1.5225450.723500市政（三）1.21.540200.723500备用（一）0.5125450.852500备用（二）0.5125450.85
