110KV降压变电站设计.docx
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110KV降压变电站设计
摘要
随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。
然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。
一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。
出于这几方面的考虑，本论文设计了一个降压变电站,此变电站有三个电压等级：
高压侧电压为110kv,有二回线路；中压侧电压为35kv,有六回出线；其中有四回出线是双回路供电。
低压侧电压为10kv,有八回出线,其中有六回是双回路供电。
同时对于变电站内的主设备进行合理的选型。
本设计选择选择两台SFSZL-31500/110主变压器，其他设备如站用变，断路器，隔离开关，电流互感器，高压熔断器，电压互感器，无功补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。
使其更加贴合实际，更具现实意义。
关键字：
变电站设计
第一部分设计任务书介绍····································3
第二部分电气主接线方案确定······························5
一．电气主接线设计原则···············································5
二．主接线的设计要求·················································6
三．拟定主接线方案··················································6
四．主接线方案确定················································7
第三部分主变形式确定···········································11
一．主变压器的确定···················································11
二．主变电器绕组及接线方式···········································11
三．冷却方式·························································11
四．确定主变型号及参数···············································12
第四部分短路电流计算·········································13
一．短路计算目的·····················································13
二．短路计算的一般规定···············································13
三．短路电流计算·····················································13
第五部分电气设备选择·······································15
一．各种电气设备选择原则············································15
二．母线型号的选择··················································17
三．断路器隔离开关电流互感器的数据比较和型号确定····················21
第六部分防雷保护及接地装置·······························24
一．防雷保护的论述，保护概念及意义··································24
二．选择避雷器型号··················································25
第七部分附录····················································26
一．短路电流计算····················································26
二．电气设备选择与校验··············································28
三．主要设备清单····················································37
第八部分参考文献··············································37
第一部分
设计任务书介绍
1、系统介绍
⑴系统可以视为一个无限大系统，有充足的有功和无功功率。
系统采用中性点直接接地的方式。
⑵枢纽变电站距离设计变电所50公里，建议采用LGJ-185导线。
⑶所用电：
占总负荷的1％
⑷35KV侧，Ⅰ类荷采用双回路供电；Ⅱ类荷占总负荷的40％；其余为Ⅲ类负荷。
10KV侧，Ⅰ类荷采用双回路供电；Ⅱ类荷占总负荷的35％；其余为Ⅲ类负荷。
2、电压等级及负荷情况
1、电压等级：
110KV、35KV、10KV
2、主变：
近期2台，远期2台
3、进出线回路：
⑴35KV侧近期出现5回，远期出现8回，各回路负荷分别为：
3500KV（双回）1000KV1000KV1800KV1000KV1500KV1220KV
⑵10KV低压侧出现本期5回，远期9回，各回路负荷为：
2000KV（双回）1000KV1500KV800KV1000KV1800KV200KV1000KV（双回）
3、所址：
年平均环境温度（+250C）；
气候条件一般，无严重腐蚀；
地形平坦，海拔765米；
位于城市远郊，污染较小；
4、设计要求完成以下内容：
⑴设计说明书
⑵短路电流计算及设备选择校验
⑶绘制电气主接线图，方案论证
⑷试确定防雷及接地，保护方案
⑸汇总主要设备清单
5、设计要求：
⑴设计必须符合国家现行设计政策
⑵依据国标及有关规定
⑶在保证运行安全可靠的前提下，尽量满足经济性
⑷积极推广成熟的新产品和新技术，不得使用淘汰产品
第二部分
电气主接线设计方案及确定
变电所电气主接线是电力系统接线组成的一个重要部分。
主接线的确定，对电力系统的安全、灵活、稳定、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置等将会产生直接的影响。
一、主接线的设计原则：
在进行主接线方式设计时，应考虑以下几点：
⑴变电所在系统中的地位和作用。
⑵近期和远期的发展规模。
负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。
⑶主变压器台数对主接线的影响。
⑷备用容量的有无和大小对主接线的影响。
二、主接线的设计要求：
1、可靠性：
⑴断路器检修时,能否不影响供电。
⑵线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。
⑶电所全部停电的可能性。
⑷满足对用户的供电可靠性指标的要求。
2、灵活性：
⑴调度要求。
可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。
⑵检修要求。
可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不影响对及户的供电。
⑶扩建要求。
应留有发展余地，便于扩建。
3、经济性：
⑴投资省；⑵占地面积小；⑶电能损失小。
4、操作应尽可能简单、方便电气主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。
复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。
但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便，或造成不必要的停电。
4、应具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时，应考虑到有扩建的可能性。
三、拟定主接线方案
根据以上要求和本设计任务书要求，初步选择主接线如下：
原始资料：
变电所类型：
降压变电所
电压等级：
110/35/10KV
出线情况：
110KV出线两回，35KV出线8回（架空），10KV出线9回
负荷类别：
工农业生产及城乡生活用电
结合原始资料所提供的数据，权衡各种接线方式的优缺点，将各电压等级适用的主接线方式列出：
1、110KV只有两回出线，且作为降压变电所，110KV侧无交换潮流，两回线路都可向变电所供电，亦可一回向变电所供电，另一回作为备用电源。
所以，从可靠性和经济性来定，110KV部分适用的接线方式为双母接线和单母线分段两种。
2、35KV可有单母线分段和单母线分段带旁母。
3、10KV部分定为单母线分段。
这样，拟定两种主接线方案：
方案I：
110KV采用单母分段接线，35KV采用单母线分段接线，10KV为单母线分段接线。
方案II：
110KV采用双母接线，35KV采用单母线分段带旁母接线，10KV为单母线分段接线。
绘出方案I、方案II的接线图如下
方案I接线图：
方案II接线图：
四、主接线方案的确定
㈠主接线方案的可靠性比较：
110KV侧：
方案I：
采用单母分段接线，当一条线路故障或切除时，不影响变压器运行，不中断供电；母连断路器停运时，两回路将解列运行，亦不中断供电。
且接线简单清晰，全部失电的可能性小，不易出错。
方案II：
采用双母接线，可靠性极高，故障率低的变压器的出口不装断路器，投资较省，整个线路具有相当高的灵活性，当双母线的两组母线同时工作时，通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，当母联断路器断开后，变电所负荷可同时接在母线或副母线上运行，当母线故障或检修时，将隔离开关运行倒闸操作，容易发生误操作。
35KV侧：
方案I：
单母线分段接线，检修任一台断路器时，该回路需停运，分段开关停运时，两段母线需解列运行，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不致失电，另一段母线上其它线路需停运。
方案II：
单母线分段带旁路接线，检修任一台断路器时，都可用旁路断路器代替；当任一母线故障检修时，旁路断路器只可代一回线路运行，本段母线上其它线路需停运将隔离开关运行倒闸操作，容易发生误操作。
10KV侧：
由于两方案接线方式一样，故不做比较。
㈡主接线方案的灵活性比较
110KV侧：
方案I：
调度操作时可以灵活地投入和切除线路及变压器，而且便于扩建操作时，线路的投入和切除比较方便，扩建方便较方便。
方案II：
。
主变的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，。
35KV侧：
方案I：
运行方式简便，调度操作简单灵活，易于扩建。
方案II：
运行方式复杂，调度操作复杂，但可以灵活地投入和切除变压器和线路，能满足在事故运行方式，检修方式及特殊运行方式下的调度要求，较易于扩建。
10KV侧：
两方案相同。
㈢主接线方案的经济性比较
将两方案主要设备比较列表如下：
项目
方案
主变压器（台）
110KV断路器（台）
110KV隔离开关（个）
35KV断路器（台）
35KV隔离开关（个）
10KV设备
I
2
5
12
3
6
相同
II
2
5
18
4
9
相同
从上表可以看出，方案I比方案II少6个隔离开关，35KV隔离开关方案I比方案II少3个断路器少一台，方案I占地面积相对少一些（35KV侧无旁路母线），所以说方案I比方案II综合投资少得多。
㈣主接线方案的确定
对方案I、方案II的综合比较列表，对应比较一下它们的可靠性、灵活性和经济性，从中选择一个最终方案（因10KV侧两方案相同，不做比较）。
方案
项目
方案I
方案II
可
靠
性
1简单清晰，设备少
235KV母线故障或检修时，b不会导致该母线上所带回出线全停
3任一主变或110KV线路停运时，均不影响其它回路停运
4各电压等级有可能出现全部停电的概率不大
5操作简便，误操作的机率小
1简单清晰，设备多
235KV母线检修时，旁路断路器要代该母线上的一条线路，给重要用户供电，任一回路断路器检修，均不需停电
3任一主变或110KV线路停运时，均不影响其它回路停运
4全部停电的概率很小
5操作相对简便，误操作的机率大
灵
活
性
1运行方式简单，调度灵活性强
2便于扩建和发展
1运行方式复杂，操作烦琐，特别是35KV部分
2便于扩建和发展
经
济
性
2高压断路器少，投资相对少
2占地面积相对小
1设备投资比第I方案相对多
2占地面积相对大
主接线方式的选择原则是：
⑴在6-10kV配电装置中，出线回路数不超过5回时，一般采用单母线接线方式，出线回路数在6回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大，出线需要带电抗器时，可采用双母线接线。
⑵在35-66kV配电装置中，当出线回路数不超过3回时，一般采用单母线接线，当出线回路数为4～8回时，一般采用单母线分段接线，若接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。
⑶在110-220kV配电装置中，出线回路数不超过2回时，采用单母线接线；出线回路数为3～4回时，采用单母线分段接线
通过主接线涉及原则及以上的比较，经济性上第I方案远优于第II方案，在可靠性上第II方案略优于第I方案，灵活性上第I方案远不如第II方案
该变电所为降压变电所，110KV母线无穿越功率，单母线分段接线优于双母接线。
又因为35KV及10KV负荷为工农业生产及城乡生活用电，在供电可靠性方面要求不是太高，即便是有要求高的，现在35KV及10KV全为SN或真空断路器，停电检修的几率极小，再加上电网越来越完善，双电源供电方案的实施，第I方案在可靠性上完全可以满足要求，第II方案增加的投资有些没必要。
经综合分析，决定选第I方案为最终方案，即110KV系统采用单母分段接线、35KV系统采用单母分段接线、10KV系统为单母线分段接线。
第三部分
主变压器的选择
变压器是变电站主要电气设备之一，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。
从电工学中知道，输电线路中流过的电流越大，损失的功率就越大。
所以采用高压输电减少线路的功率损耗，故将发电厂发出的电力经变压器升压后输送，送到供电地区后经降压变压器变换成低电压供用户使用。
一、主变压器的确定
本变电所有两路电源供电，三个电压等级，且有大量一、二级负荷，所以应装设两台三相三绕组变压器
35KV侧总负荷（远期系统负荷总量）
S35=3500+1000+1000+1800+1000+1500+1220+1980=13MKV
Ⅰ类负荷为3500KVAⅡ类负荷为13×0.4=502MVA
10KV侧总负荷（远期系统负荷总量）
S10=2000+1000+1500+800+1000+1800+200+1000+1300=10600=10.6MVA
Ⅰ类负荷3000KVA
Ⅱ类负荷10.6×35％=3.71MVA
总类负荷13+10.6=23.6MVA
取COSψ=0.8
负荷S=23.6／0.8MVA=29.5MVA
每台主变压器容量应满足全部负荷70%—85%的需要，并能满足全部Ⅰ、Ⅱ类负荷
Snt≥0.7S=0.7×29.5=20.65MVA
且Snt≥（3.5+5.2+3+3.71）10.8=19.26MVA
故主变压器容量选为25MVA，查变压器表选用
SFSZ9—25000/110型三相绕组有载调压变压器，
二、接地方式：
110kV：
直接接地；35kV：
不接地；10kV：
不接地
三、冷却方式：
本次变压器冷却方式选择为油浸式，油浸式电力变压器的冷却方式随其型式和容量的不同而异，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。
中小型变压器通常采用依靠装在变压器油箱上的片状或管型辐射方式冷却器及电动风扇的自然风冷却及强迫风冷却方式散发热量。
本次采用此散热方式。
四、变压器的型号及参数
变压器的型号
FSZ9—25000/110型三相绕组有载调压变压器，
变压器的参数
其额定电压为110±8×1.25％：
38.5±2×2.5％：
10.5KV
损耗／KW
空载电流（％）
短路电压
联接组别
空载
短路
0.5
高中
高低
中低
YNyn0d11
33.8
133.2
10.5
17~18
6.5
第四部分
短路电流计算
一、短路电流计算的目的
1、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限制短路电流的措施等，需要进行必要的短路电流计算。
2、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，需要全面的短路电流计算。
3、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。
4、设计接地装置时，需用短路电流。
5、在选择继电保护和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
二、短路电流计算的一般规定
1、计算的基本情况
①．系统中所有电源均在额定负荷下运行。
②．短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
③．所有电源的电动势相位角相同。
④．应考虑对短路电流值有影响的所有元件。
2、接线方式
计算短路电流时所用的接线方式，应是最大运行方式，不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
3、计算容量
按该设计规划容量计算。
4、短路种类：
均按三相短路计算。
5、短路计算点
在正常运行方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点。
三、短路电流计算（具体过程在附录中）
⑴等效电路图
⑵计算各点短路电流值
第五部分
电气设备的选择
（选择条件来源参见各短路点计算详细过程在附录这里只做简单比较）
一各种电气设备的选择
高压断路器是变电站的重要设备之一。
正常情况下，断路器用来开断和关合电路；故障时通过继电保护动作来断开故障电路，以保证电力系统安全运行；同时，断路器又能完成自动重合闸任务，以提高供电可靠性。
为此，对高压断路器要求：
在正常情况下能开断和关合电路。
能开断和关合负载电流，能开断和关合空载长线路或电容器组等电容性负荷电流，以及能开断空载变压器或高压电动机等电感性小负载电流。
在电网发生故障时能将故障从电网上切除。
尽可能缩短断路器故障切除时间，以减轻电力设备的损坏，提高电网稳定性。
能配合自动重合闸装置进行单重、综重的动作。
电力系统应在有电压无负荷电流的情况下，应用隔离开关分、合闸电路，达到安全隔离的目的，因此隔离开关是高压电器中应用最多的一种电器。
在选用时应考虑的主要因素有以下几点：
隔离开关一般不需要专门的灭弧装置。
隔离开关在分闸状态下应有足够大的断口，同时不论隔离开关高压线端电压是否正常，均要满足安全隔离的目的。
隔离开关在合闸状态时应能耐受负荷电流和短路电流。
在使用环境方面，户外隔离开关应能耐受大气污染并应考虑温度突变、雨、雾、覆冰等因素的影响。
在机械结构上，需考虑机械应力、风力、地震力与操作力的联合作用，其中包括隔离开关高压接线端在三个方面耐受有机械力，以及支持绝缘子的机械强度要求。
此外，对垂直伸缩式隔离开关，还需考虑静触头接触范围的要求。
隔离开关应具备手动、电动操动机构，信号及位置指示器与闭锁装置等附属装置。
隔离开关亦应配备接地刀闸，以保证线路或其他电气设备检修时的安全。
应考虑配电装置尺寸的要求及引线位置与形式来选用合适的隔离开关。
电流互感器的选择
（1）种类的选择，对于6-20千伏屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构，对于35千伏及以上配电装置，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。
有条件时，尽量采用套管式电流互感器。
（2）按一次额定电压和额定电流选择
Ue≥Uew
Ie1≥Igmax
（3）按准确度级和副边负荷选择
为了保证侧量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供侧量仪表的准确级，为了保证互感器在一定的准确级下工作，电流互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2
（4）热稳定校验：
（KtIe1）2×1≥I2∞tdZ
（5）动稳定校验：
Icj≤2Ie1Kdw
电流互感器的作用
在高压电网中，为了测量和继电保护的需要应用互感器。
互感器的作用是：
把高电压和大电流按比例转换成低电压和小电流，以便提供测量和继电保护所需参数。
把电网处于高电压的部分和处在低压的测量仪表和继电保护装置隔离开，以保证人员和设备的安全。
各电压等级的选择
（1）110KV主变压器侧电流互感器
选用：
LCWD-110型电流互感器，电流比Ki=150A/5A,级次0.5/5P/5P,采用星形接法.
（2）110kV母联处电流互感器的选择
选用：
LCWD-110型电流互感器，电流比Ki=250A/5A,级次
/
/0.5,采用星形接法。
（3）110kV进线处电流互感器的选择：
选用：
LCWD-110型电流互感器，电流比Ki=200A/5A,级次
/
/0.5,采用星形接法。
（4）110kV出线处电流互感器的选择：
选用：
LCWD-110型电流互感器，电流比Ki=150A/5A,级次
/
/0.5,采用星形接法.
（5）35kV主变压器侧电流互感器
选用：
LCWD-35型电流互感器，电流比Ki=250A/5A,级次D/0.5,采用星形接法。
（6）35KV母联断路器用电流互感器：
选用：
LCWD-35型电流互感器，电流比Ki=250A/5A,级次D/0.5,采用星形接法。
（7）35kV出线处电流互感器：
选用：
LCWD-35型电流互感器，电流比Ki=100A/5A,级次D/0.5,采用星形接法。
（8）10kV主变压器侧电流互感器：
选用：
LAJ-10型电流互感器，电流比Ki=350A/5A,级次0.5/5p,采用星形接法。
（9）10kV分段联断路器处电流互感器的选择：
选用：
LAJ-10型电流互感器，电流比Ki=600A/5A,级次0.5/5p,采用星形接法。
（10）10kV出线处电流互感器的选择
选用：
LAJ-10型电流互感器，电流比Ki=150A/5A,级次0.5/5p,采用星形接法。
二母线型号的确定
选择原则：
按周围环境温度校正后的允许载流量不小于最大工作电流，只有长线路才按经济电流密度选择；
校验热稳定性时，按公式
③校验机械强度
㈠110KV侧
①根据最大持续电流为I=172A;
设年最大负荷利用小时Tmax=6000H。
因此110KV侧汇流母线选用钢芯铝绞线，根据电流密度选择导线的截面积，查表可知经济电流密度jec=0.9A/mm2.
则导
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