110千伏变电站设计.docx
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110千伏变电站设计
前言
目前，我国的城市电力网正在进行大规模的改造，与此相应，城乡变电站也必须进行更新换代。
我国电力网得现实情况是常规变电站所依然存在，小型变电所、微机监控变电所、综合自动化变电所相继出现，并得到迅速发展。
城网、农网改造得主要目的是建设现代化的电力网络，与当今世界先进电力网络接轨。
所谓接轨，也就是和世界先进电力网指标接轨。
这些指标可以提高电力网得供电可靠性，降低线路损耗，改善电能质量，增加电力企业得经济效益。
本设计正是结合当前我国城乡电网建设与改造工程得实际，追踪国内外变电所中应用应用的最新科技而设计了11okv降压变电站。
由于本人水平有限，设计中难免有所疏漏，错误之处，敬请老师指点斧正。
1、变电站地理位置选择………………………………………1
2、负荷分析……………………………………………………5
3、主变压器选择………………………………………………7
4、电气主接线选择……………………………………………8
5、短路电流计算………………………………………………10
6、高压电气设备选择…………………………………………15
7、继电保护配置………………………………………………18
8、配电装置规划………………………………………………21
9、防雷设计……………………………………………………23
10、绘制设计图纸………………………………………………25
11、英文翻译……………………………………………………27
12、参考文献……………………………………………………27
第一章变电站地理位置选择
第一节站址选择的要求
1）靠近负荷侧。
2）节约占地或少占耕地及经济效益高的工地。
3）与城乡或矿企业规划相协调便于架空和电缆线路的引如和引出。
4）交通运输方便。
5）周围环境不应有明显的污秽，设在受污秽影响较小的地方。
6）具有适宜的地质，地形和地貌条件。
第二节站选择地址的地理和气象条件
本市以及附近地区工矿企业发达，市区及生活用电匮乏，且发展迅猛。
为满足用电要求，促进地区经济发展，改善经济面貌，提高整体生活水平和生活质量，迫切需要建设一座110KV变电所。
这样，不但可以供给本区负荷，对兼顾市区周围用户的供电要求也起到良好作用。
本站位于市区西侧边缘，邻近市区变、食品厂、开关厂、玻璃厂等重要负荷。
变电所西侧有煤矿、化肥厂及乡镇等用电负荷。
1）最高温度40℃。
2）最低温度–30℃。
3）最热月平均最高温度35℃。
4）风速30m/s。
5）覆冰厚度10mm。
6）基本风压0.35kn/㎡。
7）基本雪压0.25kn/㎡。
8）地震设防烈度8度及以下。
9）海拔高度≤100m。
10）地质条件分布均匀稳定，无不良地质现象。
11）地基承受力准值150kn/㎡。
12）冻土深度1m。
13）地下水位在基础砌置深度以下，无侵蚀性
防污等级2级污秽。
第二章
负荷分析
本变电站为三电压等级变电站，电压等级为110/35/10kV，线路回数为：
110kV为4回；35kV为6回；10kV为8回。
变电站的主要负荷有：
化肥厂、开关厂、电线电缆厂、食品厂、市区、煤矿、乡镇等。
其中的一级负荷占总负荷的20%～30%，二级负荷占总负荷的30%左右。
电压等级
负荷名称
最大负荷
（Mw）
cosΦ
Tmax
（h）
线长
（km）
负荷
一级
二级
三级
110kv
市系线
10
0.8
10
市甲线
10
0.8
10
35kv
郊一
2.6
10
40
50
0.9
2
化肥厂
3
10
40
50
0.9
2
玻璃厂1
2
15
65
20
0.9
3.5
水泥厂2
2.5
15
65
20
0.9
4
耐火厂
1.2
10
60
30
0.9
5
棉纺厂
2
10
60
30
0.75
5500
3.5
10kv
针织厂
2
10
60
30
0.75
4500
1.5
柴油机厂
2.5
20
70
10
0.8
4000
3
橡胶厂
2
10
70
20
0.72
4500
3
市区12
3
20
25
55
0.8
2500
2
食品厂
1.5
10
65
25
0.8
2500
2
电缆厂
2
10
70
20
0.78
3
印染厂
1.
15
60
25
0.78
5000
4.5
毛纺厂
1.8
10
60
30
0.75
5000
4.5
1．负荷计算：
110KV：
SJS=Kt（∑Pimax/COSΦi）·（1+α%）
其中SJS——110KV级计算负荷
Kt——同时系数，取0.8
Piamx——各负荷的最大有功功率
COSΦi——各负荷功率因数
SJS=Kt（∑Pimax/COSΦi）·（1+α%）
=0.8*（10\0.8+10\0.8）*（1+5%）
=21MVA
35KV：
SJS=Kt（∑Pimax/COSΦi）·（1+α%）
其中SJS——35KV级计算负荷
Kt——同时系数，取0.95
Piamx——各负荷的最大有功功率
COSΦi——各负荷功率因数
则：
Sjs=0.95×（2.6/0.9＋2.5/0.9＋2.5/0.9＋2.5/0.9+1.2/0.9+2/0.75）×（1＋5%）=12.52MVA
10KV：
SJS=Kt（∑Pimax/COSΦi）·（1+α%）
其中SJS——10KV级计算负荷
Kt——同时系数，取0.85
Piamx——各负荷的最大有功功率
COSΦi——各负荷功率因数
则：
Sjs=0.85×17.395×（1＋5%）=18.27MVA
总的计算负荷：
Sjs=51.79MVA
第三章主变压器选择
变压器是发电厂和变电所重要的元件之一，随着电力系统的扩大，电压等级的提高，电能输送和分配过程中，电压转换（升压和降压）层次有增多趋势，整个系统中变压器的总容量已有发电容量的4～5倍增至6～7倍，变压器的效率虽然很高（95%以上），但系统中每年变压器的总能量损耗仍是一个很大的数目，因此尽量减少变压层次，经济合理地利用变压器容量，改善运行方式和网络结构，提高变压器的可靠性，仍是当前变压器运行中的主要课题。
电力变压器可制成三相的，也可制成单相的，一台三相变压器比三台单相变压器组成的变压器组，其经济指标要好得多，所以单相变压器只用于容量很大，制造和运输困难的特殊场合。
变压器可制成双绕组和三绕组，少数是四绕组的。
在高压和超高压中性点直接接地系统中，已广泛使用自耦变压器，由于限制短路电流的需要，分裂变压器也得到应用。
变压器的主要参数有：
额定电压、额定容量、额定变比、额定频率、阻抗电压百分数等。
所谓额定值系指在给定的条件下（其中包括冷却介质和环境条件等），所规定的各种电气和机械容许量值。
第一节主变容量与台数的选择
1、容量选择
按变电所所建成5～10年的规划选择并适当考虑远期10－20年的发展，对城郊变与城郊规划结合。
根据变电所负荷性质和电网结构来确定，对有重要的负荷的变电所应考虑一台主变停运时，其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内能保证用户1～2级负荷。
对于一般性变电所，当一台主变停运后嗣，期于主变应保证全部负荷的70%～80%。
同级电压的单台降压变压器容量级别不宜太多，应从全网出发，推行标准化系统化。
2、台数确定
对大城市郊区的依次变电所在中低压构成环网的情况下装两台。
对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所应考虑装三台的可能。
对规划只装两台主变的变电所其主变基础按大于主变容量的1～2级设计以便主变发展时更换。
根据以上准则确定选用2台主变为宜。
（1）选择的条件nSe≥Sjs（MVA）
（2）n=2
即2Se≥51.79MVA那么Se≥25.9MVA
第二节主变型号选择
1、相数选择和绕组数
主要考虑变压器制造条件，可靠性要求及运输条件等因素。
当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电站或变电所均应选用三相变压器。
连接方式
在具有三种电压等级的变电所中，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%以上或低压侧绕组虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备时宜采用三绕组变压器。
2、连接方式
变压器绕组的连接方式必须和系统的相位一致，否则不能并列运行，对110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y型连接并直接接地，35KV亦采用Y连接，可采用消弧线圈接地或不接地，10KV电压级变压器中绕组都采用三角形型连接。
3、调压方式
当一次电压波动时为了得到稳定的二次电压，一次绕组励磁作相应调整。
以维持每励电势不变，即维持铁芯磁通密度不变，宜采用有载调压并在高中压侧带有分接头的调压方式。
4、变压器阻抗选择原则
阻抗的大小主要取决于变压器结构和采用材料，各侧阻抗值选择必须从电力系统稳定、潮流方向、无功分配等综合考虑，为限制短路电流以采用轻型电器，采用降压结构以增大变压器阻抗。
（1）容量比
采用三个电压等级容量比为100/100/100的等容量比
（2）冷却方式
强迫油循环风冷的冷却方式。
（3）自耦变
由于本身有磁和电的联系，高压侧出现的过电压波能直接传到中压侧，使结构复杂，且自耦变三绕组的中性点都必须直接接地，当低压侧绕组接有电容器组并向高压侧送出或吸收无功时，高低压绕组间阻抗偏大，使调相机无功发不出去或在吸收大量无功时低压侧母线电压偏低，从而使无功设备不能充分发挥，更重要的是，变压器的保护整定比较困难，所以110KV主变不能选。
（4）电压的选择
考虑到35KV的输电距离较远为保证电压波动在正负5%范围内，35KV侧应选38.5KV，而10KV负荷邻近变电所，因此采用10.5KV即可。
因此采用121KV/38.5KV/10.5KV。
（5）绝缘半绝缘
当主变正常运行时，中性点电位接近零，采用全绝缘时，将增加工程造价，故中性点设备采用半绝缘。
总结以上原则以及依照原则所作出的决定，现拟选用主变压器为
主变型号：
SFSL1—31500/110
110+8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5
参数标幺值（Sj＝100MVA）
UX1—2%=18.0UX1—3%=10.5UX2—3%=6.5
XX1—2=0.333XX1—3=0.26XX2—3=0.031
三绕组的连接方式为：
YN，yn,d11
第四章电气主接线选择
电气主接是构成电力系统的主要环节，也是变电站电气设计的主要部分。
主接线的确定于电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。
对电气主接线的设计应满足供电可靠性，运行灵活，操作简便，节约投资少占良田以及扩建的可能性，另外还应严格按照国家的方针政策。
变电所的主接线，应根据变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资及便于扩建等要求。
当能满足要求时，变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。
35～110kv线路为两回及以下时，宜采用桥形线路变压器组成线路分支接线，超过两回时，宜采用扩大桥形单母线或分段单母线接线，110kv线路为6回及以上时，宜采用双母接线。
在采用单母线时，分段单母线或双母线的35～110kv主接线上不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。
当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。
当变电所装有两台主变时，6～10kv侧宜采用分段单母线，线路为12回以上时，亦可采用双母线，当不允许停电检修断路器时可设置旁路设施。
需限制变电所6～10线路的短路电流时，采用下列措施之一：
1：
变压器分裂运行
2：
采用高阻抗变压器
3；在变压器回路中装设电抗器
接在母线上的避雷器和电压互感器，可合用一组隔离开关，对接在变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。
第一节各电压等级接线选择
1、110KV：
110KV出线4回，采用单母分段。
为此，本站采用单母分段为达到经济合理，现选两种方案进行比较：
2、35KV：
为减少占用良田的面积，并顺应电力系统自动化及远程控制的大趋势，拟采用全屋内式配电装置。
1）、35～63KV配电装置出线回路数为4～8回时，宜采用单母线分段接线。
2）、35～63KV配电装置当出线回路数超过8回时，或连接电源较多，负荷较大时，宜采用双母线。
因此本站35KV拟采用单母分段接线。
现拟出两套技术合理的方案，以备比较。
1.单母分段。
2.单母分段带旁路。
表4.1.1
方案
项目
方案一
方案二
可
靠
性
1.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.当一段母线故障时，分段断路器能自动将故障切除保证正常段不间断供电和不致时重要用户停电。
3.当一段母线或母线隔离开关故障检修时，该段母线的回路都要在检修期间没停电。
1.加装旁路母线，当检修出线断路器时，不致使中断该回路停电。
2.当检修电源回路断路器期间不允许断开电源时，旁路母线还可以与电源回路连接，而不影响供电。
3.检修与它相连的任一回路的断路器时，该回路都可以不停电。
灵
活
性
1.接线简单，运行调度灵活。
2.各电压等级都便于扩建和发展。
1.接线较复杂，检修调度不便。
2.不利于安装扩建。
经
济
性
1.占地面积小，设备较少，投资较少。
2.检修、运行费用少，经济性较好。
1.因是屋内式，占地面积较多，设备较多，投资较大。
2.检修，运行费用多，经济性较差。
10KV：
10KV出线8回，出线回路较多。
为节省占地面积，并适应电力系统自动化发展趋势。
10KV采用全屋内式配电装置。
考虑到采用真空断路器可靠性高，检修期较长，因此拟采用单分段。
因是初步设计，现拟定两种技术合理的方案进行比较。
表4.1.2
可
靠
性
1、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、当一段母线故障时，分段断路器能自动将故障切除保证正常段不间断供电和不致时重要用户停电。
3、当一段母线或母线隔离开关故障检修时，该段母线的回路都要在检修期间没停电。
1、加装旁路母线，当检修出线断路器时，不致使中断该回路停电。
2、当检修电源回路断路器期间不允许断开电源时，旁路母线还可以与电源回路连接，而不影响供电。
3、检修与它相连的任一回路的断路器时，该回路都可以不停电。
灵
活
性
1、接线简单，运行调度灵活。
2、各电压等级都便于扩建和发展。
1、接线较复杂，检修调度不便。
2、不利于安装扩建。
经
济
性
1、占地面积小，设备较少，投资较少。
2、检修、运行费用少，经济性较好。
1、因是屋内式，占地面积较多，设备较多，投资较大。
2、检修，运行费用多，经济性较差。
35kv以下配电装置，多为屋内型，供电负荷不大，供电距离短，且配电装置为电缆出线，事故跳闸次数少，断路器的检修周期较长，为节省建筑面积，降低造价，不装旁路母线，采用单母分段接线，对重要回路采用双回供电，可靠性较高。
第五章短路电流计算
一．短路电流计算的目的
1，电气主接线比选
2，选择导体和电器
3，确定中性点接地方式
4，计算软导线的短路摇摆
5，验算接地装置的接触电压和跨步电压
6，选择继电保护装置和进行整定计算
二．等值网络图及短路点
所选短路点分别在110、35、10KV母线上。
图中各参数列表示出，其中选基准容量SB=100MVA，IB=SB/
UB
2.1短路电流计算结果列表
I，，（KA）
ITK/2（KA）
Itk（KA）
110KV母线
5.126
3.993
5.38
35KV母线
8.754
8.27
5.83
10KV母线
10.768
21.74
第六章高压电器选择
选择高压短路器的类型，按照目前我国断路器的生产情况，少油断路器的构造简单，价格便宜，维护工作少。
一般适用于6—220kv；110—330kv当少油断路器技术不能满足要求时，可选用空气断路器和六氟化硫断路器；500kv一般选用六氟化硫断路器。
第一节高压电器选择的一般原则
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；
2）、应安当地环境条件校核；
3）、应力求技术先进和经济合理；
4）、与整个工程的建设标准应协调一致；
5）、同类设备应尽量减少品种；
6）、选定的新品种均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。
在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。
7）、选择导体和电器的技术条件是：
按正常条件选，短路条件校验。
第二节高压电器选择的技术条件
选择高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。
一）、长期工作条件
1、电压
选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug，即
Umax≥Ug
2、电流
选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电压Ig，即
Ie≥Ig
高压电器没有明确的过载能力，所以在选择额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。
二）短路稳定条件
1、校验的一般原则
1）、电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。
校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流。
2）用熔断器保护的电器可不验算热稳定。
当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定。
用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。
2、短路的热稳定条件
It2t>Qdt
式中Qdt－在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应（KA2.S）
It－t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA）
t－设备允许通过的热稳定电流时间（s）
校验短路热稳定所用的计算时间tjs按下式计算：
tjs＝tb＋td
式中tb－继电报护装置后备保护时间（s）
td－短路器的全分闸时间（s）
采用无延时保护时，tjs可取下表中的数据。
该数据为继电报护装置的启动机构和执行机构的动作时间，断路器的固有分闸时间以及断路器触头电弧持续时间的总和。
当继电保护装置有延时整定时，则应按表中数据加上相应的整定时间。
断路器开断速度
断路器的全分闸时间td
计算时间tjs
高速断路器
<0.08
0.1
中速断路器
0.08－0.12
0.15
低速断路器
>0.12
0.2
3、短路的动稳定条件
ich≤idfIch≤Idf
式中ich－短路冲击电流峰值（KA）
Ich－短路全电流有效值（KA）
idf－电器允许的极限通过电流峰值（KA）
Idf－电器允许的极限通过电流有效值（KA）
第三节母线及导体的选择
1、母线的选择
（1）母线材料和截面的选择
目前母线广乏采用铝材，因为铝电阻率较低，有一定的机械强度，质量轻价格低。
我国铝的储量丰富。
铜有较好的性能，但价格贵且我过储量不多。
所以只有在一些特出的场所如工作电流较大，位置特别狭窄，环境对铝有严重的腐蚀情况下才用铜。
硬线截面一般有矩型、槽型和管型。
矩形母线一般用在电压在35kv及以下，电流在4000A以下的配电装置中。
槽形母线的机械强度较好，肌肤效应较小，在4000—8000A一般选用槽形母线。
管形母线肌肤效应小，机械强度高。
管内可用风冷或用水冷却，因此可用于8000A以上的大电流母线。
此外母线表面光滑，电晕放电电压高。
因此110kv及以上配电装置中多用管形。
（2）母线截面的选择
配电装置汇流母线的截面按长期允许电流选择，所选截面的长期允许电流大于装设回路中最大持续工作电流，即：
Iy＞ImaxIy＞KIye
Iye——基准环境条件下的允许电流
K——综合系数
（3）电晕电压校验
110kv及以上母线应进行电晕电压校验。
因为电晕放电将引起电晕损耗通讯干扰及金属腐蚀等不利现象。
进行电晕电压校验时应满足电晕临界电压大于母线安装处的最高工作电压。
（4）热稳定校验
热稳定最小允许截面SminSmin=
/c
所选择母线截面，热稳定校验满足：
S＞
/c
S——所选择的母线截面mm2
Qd——短路电流效应KA2.s
C——热稳定系数
（5）动稳定校验
当跨距大于2时M=F（3）l/10
F（3）——三相短路时中间相母线上的最大动力，N
l:
绝缘之间的距离,m
母线材料的计算应力：
σjs=M/W
σjs——计算应力PaW——母线截面抗弯距m
母线空放时：
W=b2h/6m3母线平放时W=bh3/6m3
所得计算条件应满足：
σjs=[σjs]+[σ]母线材料的最大允许应力。
2、选择导体和电器的技术条件
1：
按长期工作条件（长期发热允许电压、电流）
（1）：
选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压
Ualm≥Usm
其中：
Ualm————电器允许最高工作电压（≥1.15UN）
Usm————电网的最高运行电压（≤1.1UN）
（2）：
选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流
Ial≥Imax（导体）
IN≥Imax（电器）
Imax——各种运行方式下最大持续工作电流
2：
按经济电流密度选择导体
除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济电流密度选择
SJ=Imax/J
第四节10kv侧高压电器设备选择
1、10kv母线选择
选择矩形截面铝母线2（120×8）
1）按长期允许电流选择母线截面，母线最大持续工作电流不超过一台主变压器的最大持续工作电流，所以母线最大持续工作电流为：
＝
×103＝1.82KA
由产品目录中得知，选用每相两条矩形母线LMY-2（120×8）
＝2410A
室温为40℃时，校正系数为K＝0.81
长期允许电流为
＝2410×0.81＝1952A＞1820A
所以可以选用2（120×8）铝母线
2）热稳定校验
计算热稳定最小允许截面
＝
短路持续时间t＝1.5+0.1＝1.6s＞1s不考虑非周期分量热效应
＝IZ2t＝104002×1.6＝173.056×106（A2.S）
计算母线短路前通过最大持续工作电流时的工作温度为
θf＝66.1℃
按70℃取热稳定系数C＝87
热稳定最小允许截面为
＝
＝151.2mm2
所选母线截面为120×8＝960mm2＞151.2mm2
故满足热稳定要求
3）动稳定校验
三相母线水平放置，母线在绝缘子上平放，相间距离为0.25m，绝缘子跨距为1.2m
中间相母线所受最大电动力为F（3）＝1.73『i（3）ch』2
×10-7＝588.2N
最大弯距为：
M＝
＝
＝70.6N.M
导线截面抗弯距为：
W＝
＝
＝1.33×10-5
母线计算应力为：
бjs＝
＝70.6/1.33×10-5＝5.3×106pa
硬铝最大允许应力为：
б＝70×106pa
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