110kV电气一次设备选择说明.docx
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110kV电气一次设备选择说明
110千伏变电所电气主接线设计
摘要
根据设计任务书的要求，本次设计为110kV变电站电气主接线的初步设计，并绘制电气主接线图。
该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV、35kV和10kV三个电压等级。
各个电压等级都采用单母线分段接线。
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本次设计中进行了电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校验<包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等）、各电压等级配电装置设计以及防雷保护的配置。
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本设计以《35～110kV变电所设计规范》、《供配电系统设计规范》、《35～110kV高压配电装置设计规范》等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。
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SUMMARY
Fromtheguideofengineeringdesignassignment,wehavetodesignprimarypower-systemof110kVsubstationanddrawmainelectricalone-linediagram.Therearetwomaintransformerinthesubstationinwhichmainelectricalconnectioncanbedividedintothreevoltagegrades:
110kV,35kVwith10kV.Itdepositssectionalizedsinglebusbarschemepergrade.RTCrpUDGiT
Thereisalsoadesignformainelectricalconnectioninthisengineering,thecalculationforshort-circuitelectriccurrent,theselectionofelectricaldeviceandcalibration（includingcircuitbreaker,isolator,currenttransformer,potentialtransformer,busbaretc.>andthedesignfordistributioninstallationper.voltagegrade,directcurrentsystemandlightningprotectionisalsoincluded.5PCzVD7HxA
前 言
变电站是电力系统的重要组成部分，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，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。
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。
电气主接线的拟订直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。
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本次设计为110kV变电站电气主接线的初步设计，分为设计说明书和设计图纸两部分。
所设计的内容力求概念清楚，层次分明。
本文是在**大学电气信息工程学院**教授的精心指导下完成的。
**老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向。
在毕业设计期间**老师在设计的选题和设计思路上给了我很多的指导和帮助。
**老师循循善诱的教案方法、热情待人的处事方式、一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了很深的印象。
在此，我对恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！
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本文从主变压器选择、短路电流计算、主要电气设备选择、继电保护配置、防雷和接地等几方面对变电站电气主接线设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图。
由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。
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目录
第1章变压器选择.............................................................................................................1Zzz6ZB2Ltk
第1.1节主变压器选择的一般条件..........................................................................1dvzfvkwMI1
第1.2节主变压器选择..............................................................................................2rqyn14ZNXI
第1.3节站用变压器选择..........................................................................................3EmxvxOtOco
第2章电气主接线设计.....................................................................................................4SixE2yXPq5
第2.1节主接线的设计原则和要求..........................................................................46ewMyirQFL
第2.2节主接线的设计步骤......................................................................................7kavU42VRUs
第2.3节主接线的基本接线形式..............................................................................9y6v3ALoS89
第2.4节本变电站电气主接线设计..........................................................................9M2ub6vSTnP
第3章短路电流计算.......................................................................................................140YujCfmUCw
第3.1节短路电流计算的目的................................................................................14eUts8ZQVRd
第3.2节短路电流计算的一般规定........................................................................14sQsAEJkW5T
第3.3节短路电流计算的步骤................................................................................15GMsIasNXkA
第3.4节本站短路电流计算....................................................................................17TIrRGchYzg
第4章导体及高压电气设备选择...................................................................................337EqZcWLZNX
第4.1节电器选择的一般条件................................................................................33lzq7IGf02E
第4.2节高压断路器的选择....................................................................................35zvpgeqJ1hk
第4.3节隔离开关的选择........................................................................................37NrpoJac3v1
第4.4节电流互感器的选择....................................................................................381nowfTG4KI
第4.5节电压互感器的选择....................................................................................38fjnFLDa5Zo
第4.6节高压熔断器的选择....................................................................................38tfnNhnE6e5
第4.7节裸导体的选择............................................................................................39HbmVN777sL
第4.8节电气设备选择及校验计算........................................................................43V7l4jRB8Hs
第5章继电保护及自动装置配置设计...........................................................................5183lcPA59W9
第5.1节计算机监控系统........................................................................................51mZkklkzaaP
第5.2节二次设备布置............................................................................................52AVktR43bpw
第6章防雷和接地设计...................................................................................................54ORjBnOwcEd
参考文献.............................................................................................................................552MiJTy0dTT
第1章变压器选择
第1.1节主变压器选择的一般条件
在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本厂<站）用电的变压器，称为厂<站）用变压器或自用变压器。
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（1>变压器容量和台数的确定原则
主变压器容量、台数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，还应根据电力系统5～10年发展规划、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。
如果变压器容量选得过大，台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量过小，会满足不了变电站负荷的需要，这在技术上是不合理的。
为此，在选择主变压器器时，应按5～10年规划负荷来选择容量。
根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。
并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。
对装设两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按下式选择uEh0U1Yfmh
为变电站最大负荷。
对于Ⅰ、Ⅱ级负荷比重大的变电站，应能在1台主变压器停用时，其余变压器的容量在计及过负荷能力允许的时间内，应满足对Ⅰ、Ⅱ级负荷的供电。
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为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。
当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。
对于大型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。
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（2>变压器型式和结构的选择原则
①主变压器的型式：
一般情况下采用三相式变压器。
具有三种电压的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15%Sn以上时，可采用三绕组变压器。
其中，当主网电压为110～220kV，而中压网络为35kV时，由于中性点具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为220kV及以上，中压为110kV及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。
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②绕组接线组别：
变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，电力系统采用的绕组连接方式只有星形“Y”和三角形“D”两种，因此，变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定，我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接；35kV都采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。
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③调压方式：
为了保证变电站的供电质量，电压必须维持在允许的范围内。
通过变压器分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。
切换方式有两种：
一种不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±2×2.5%之内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。
其结构复杂，价格较贵，只有在电网电压不能满足要求时才采用。
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④冷却方式：
电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。
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第1.2节主变压器选择
《35～110kV变电所设计规范》规定，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条件综合考虑确定。
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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。
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。
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根据工农业负荷的增长，本站需要安装两台110/35/10kV，120MVA的主变压器，容量比为100/100/50，一次设计，两期建成。
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故可选择两台型号为SF7—63000/110的三相双绕组自冷有载调压变压器。
当一台主变停运时，考虑变压器的事故过负荷能力，能保证对70%的负荷供电。
主变压器参数如表1.1所示。
表1.1主变压器技术参数
型号
额定容量（kVA>
额定电压（kV>
空载电流（%>
空载损耗（kW>
负载损耗（kW>
阻抗电压（%>
连接组标号
高压
中压
低压
SF7-63000/110
63000
110±2×2.5%
38.5
11
0.8
38.5
148
10.5
YN,yn0,d11
第1.3节站用变压器选择
《35～110kV变电所设计规范》规定，在有两台及以上主变压器的变电站中，宜装设两台容量相同可互为备用的站用变压器，分别接到母线的不同分段上。
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变电站的站用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。
变电站的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。
这些负荷容量都不太大，因此变电站的站用电压只需0.4kV一级，采用动力与照明混合供电方式。
380V站用电母线可采用低压断路器<即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。
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本变电站计算站用容量为157kVA，选用两台型号为SC9—125/10的干式变压器，互为暗备用，装于室内10kV开关柜内。
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站用变压器参数如表1.2所示。
表1.2站用变压器技术参数
型号
额定容量（kVA>
额定电压（kV>
空载电流（%>
损耗（W>
阻抗电压（%>
连接组标号
高压
低压
空载
短路
SC9-125/10
125
10
0.4
1.5
340
1800
4
Y,yn0
第2章电气主接线设计
电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。
电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。
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。
为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。
把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。
电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。
用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。
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第2.1节主接线的设计原则和要求
主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。
它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。
它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。
由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。
因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。
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2.1.1 电气主接线的设计原则
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、政策、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，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
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电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。
它与电力系统、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，正确处理它们之间的关系，合理地选择主接线方案。
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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。
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（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或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。
若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。
在110kV～220kV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4回时，一般采用分段单母线接线。
在枢纽变电站中，当110～220kV出线在4回及以上时，一般采用双母接线。
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在大容量变电站中，为了限制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分裂电抗器或电抗器；
③采用低压侧为分裂绕组的变压器。
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，可采用下列数据：
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①最小负荷为最大负荷的60～70%，如主要是农业负荷时则宜取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%。
2.1.2 设计主接线的基本要求
对电气主接线的基本要求，概括的说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。
（1>可靠性
安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
电气主接线的可靠性不是绝对的。
同样形式的主接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求。
所以，在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。
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1>发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用。
发电厂和变电站都是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。
评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。
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2>负荷性质和类别。
负荷按其重要性可分为Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷和Ⅲ类负荷。
Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷必须有两路电源供电。
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3>设备的制造水平。
主接线的可靠性，是由其各组成元件<包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。
电气设备制造水平决定的设备质量和可靠程度直接影响着主接线的可靠性。
因此，主接线设计必须同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。
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4>长期实践运行经验。
主接线可靠性与运行管理水平和运行值班人员的素质等因素有密切关系，衡量可靠性的客观标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。
我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对国内外长期运行实践经验的总结，设计时均应予以遵循。
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通常定性分析和衡量主接线可靠性时，从以下几方面考虑：
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时间的长短，以及能否保证对Ⅰ类负荷、Ⅱ类负荷的供电。
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③变电站全部停运的可能性。
（2>灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活的进行运行方式的转换。
主接线的灵活性要求有以下几方面
①调度灵活，操作简便：
应能灵活的投入<或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。
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②检修安全：
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