110KV变电站设计文档格式.doc
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60
0.8
85
甲矿井1
甲矿井2
40
乙矿井1
乙矿井2
30
50
水泵站1
水泵站2
0.5
20
生活区
1
农业用电
1.8
1.5
注：
表中功率因数栏内值为负荷处最低值，本所低压侧功率因数应补偿到0.9以上。
电力系统接线简图
待建变电站
23km
18km
变电所A
变电所B
区域变电所
12km
15km
20km
5km
S=2360MVA
Xs=0.098
1）图中系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式；
2）系统可保证本变电站110kV母线电压波动在±
5%以内；
二、设计任务
变电站总体分析，选择变压器的台数、容量、型号、参数。
电气主接线设计。
计算短路电流，选择电气设备。
三、成品要求
电力系统课程设计书（附计算书、电气主接线图）1份
附：
1、要求选择的电器设备包括：
（1）110kV配电装置中的主母线、高压断路器、高压隔离开关、电压互感器、电流互感器等；
（2）10kV配电装置中的主母线、高压断路器、高压隔离开关、电压互感器、电流互感器、高压熔断器、导线等；
2、参考资料：
（1）《电力系统分析》，吴俊勇等主编，北京，清华大学出版社，2014，ISBN：
978-7-302-36660-7
（2）《发电厂电气部分》，姚春球主编，北京，中国电力出版社，2013，ISBN:
978-7-5123-4102-9。
（3）《电力工程电气设备手册》，弋东方主编;
电力工业部西北电力设计院;
1998，ISBN:
7-80125-507-0
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。
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的绘制。
关键词：
变电站设计，变压器，电气主接线，设备选择
目录
摘要 3
设计书 4
一、变电站整体分析 6
1、基本情况 6
2、所址条件 6
3、设计内容 7
二、电气主接线设计 7
1、对电气主接线的基本要求 7
2、变电站电气主接线的设计原则 8
3、接线方式 8
4、主接线设计方案确定 8
三、主变压器的选择 9
1、主变压器台数的选择 9
2、主变压器容量的选择 10
四、短路电流计算 11
1、短路电流的危害 11
2、计算短路电流的目的 11
3、计算过程：
12
4、不同短路点的短路参数 12
五、电气设备的选择 12
1、长期工作电流和热效应的计算 13
2．母线的选择和校验 13
3、断路器和隔离开关的选择及校验 15
4、电流互感器的选择 17
5、电压互感器的选择 18
6、低压侧限流熔断器的选择和校验：
18
7、防雷与保护 18
8、功率因数补偿 20
计算书 21
一、主变压器的容量的计算 22
1、10KV侧最大综合计算负荷的计算 22
2、10KV侧按一、二类负荷计算 22
二、短路计算 22
三、电气设备计算 24
1、长期发热电流和短路电流热效应计算 24
2、母线选择及校验 25
3、断路器的选择和校验 27
4、隔离开关的选择与校验 28
5、无功功率的补偿计算 30
参考文献 31
结束语 32
附图：
变电所电气主接线图 33
设计书
一、变电站整体分析
1、基本情况
为了满足某铁矿生产及矿区生活用电，拟新建一座电压等级为110/10kV降压变电站。
10kV现有10回，发展2回作为新建站，除了能够满足用电的需求和基本条件外，还必须考虑到自身的建站经济性、调度灵活性和可靠性，并易于扩建和升级该进程危机综合自动化。
2、所址条件
3、设计内容
本设计针对变电站设计包括了电气一次部分。
电气一次部分主要包括变电站总体分析、负荷分析计算与主变压器选择、电气主接线设计、短路电流计算及电气设备选择、配电装置及电气总平面布置设计、防雷保护设计。
二、电气主接线设计
发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路，电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。
1、对电气主接线的基本要求
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。
其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。
因此，发电厂、变电站主接线必须满足一下基本要求。
（1）运行的可靠
（2）具有一定的灵活性
（3）操作应尽可能简单、方便
（4）经济上合理
（5）具有扩建的可能性
变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。
2、变电站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，兼顾运行和维护的方便，尽可能地节省投资，就进取材，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。
3、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的或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥型接线等。
若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。
在110—220kv配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110—220kv出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。
4、主接线设计方案确定
方案比较如表所示：
方案一
方案二
方案三
接线名称
单母线
单母分段
单母分段带旁母
可靠性
简单，方便，但是不能进行倒闸操作，可靠性差
简单清晰、设备少、设备本身故障小。
线路断路器检修故障时，该线路停电；
任意母线或者母线隔离开关检修时，仅停故障段。
可靠性高，当接线复杂，无论检修母线或者设备均可使线路不停电。
当母线断路器检修，两段母线不分列运行。
灵活性
不够灵活。
可以提高供电的灵活性，对重要用户可以从不同段引出馈线线路，有两个电源供电。
运行复杂，但是灵活性高。
各个电源和负荷可以任意分配到某一母线上可组成多种运行方式。
经济性
投资少、年费用小、占地面积小
投资高，年费用大，占地面积大
经过技术经济综合比较后，本设计110kV有2回进线，远景发展2回进线，进线总数少，可以采用单母线分段接线方式。
10kV近期12回远景发展2回，出线回数较多，也宜采用单母分段接线形式。
三、主变压器的选择
1、主变压器台数的选择
在变电站设计过程中，一般需要装设两台主变压器，防止其中一台出现故障或检修时中断对用户的供电。
对110kv及以下的终端或分支变电站，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器，对大型超高压枢纽变电站，可根据具体情况装设2—4台主变压器，以便减小单台容量。
因此，在本次设计中装设两台主变压器。
2、主变压器容量的选择
主变容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。
对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。
根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。
对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%（220kV及以上电压等级的变电所应满足70%）的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷和大部分II类负荷（220kV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部I类负荷和II类负荷），即
最大综合计算负荷的计算：
式中，—各出线的远景最大负荷；
m—出线回路数；
cosφ—各出线的自然功率因数；
K—同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小，一般在0.8～0.95之间；
α%—线损率，取5%。
根据变压器容量计算结果，变压器的容量应为16MVA，查表可知可采用SF10-16000KVA/110KV/型号变压器，其参数如下表所示：
高压
（KV）
低压
联结组
空载损耗（KW）
负载损耗（KW）
空载电流（%）
阻抗电压
SF10-16000KVA/110KV
110
YNd11
16
73
10.5%
四、短路电流计算
1、短路电流的危害
通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。
短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命。
电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量。
破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。
2、计算短路电流的目的
在变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下几个方面：
电气主接线的比较；
选择、检验导体和设备；
在设计屋外髙型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对的安全距离；
在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。
电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。
为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作，因此作为选择检验电气设备的短路计算中，以三相短路计算为主。
三相短路用文字符号k表示。
在计算电路图上，将短路所考虑的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，由于将电力系统当做有限大容量电源，短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出求等效总阻抗，在换算成计算电抗，根据计算曲线查出短路电流标幺值，在换算成有名值。
4、不同短路点的短路参数
根据计算书中的内容制成如下不同短路点短路电流表：
短路点
短路电流
冲击电流
最大有效值
短路功率
高压侧
8.626KA
21.958KA
13.111KA
1721.4MVA
低压侧
1.301KA
3.311KA
1.978KA
297.1MVA
五、电气设备的选择
1、长期工作电流和热效应的计算
详细内容见计算书，结果如下表所示：
故障点
最大工作电流
热效应
293.729A
83.724（KA.KA）.S
141.74A
2.067（KA.KA）S
在电力系统中，虽然各种电气设备的功能不同，工作条件各异，具体选择方法和校验项目也不尽相同，但对它们的基本要求却是一致的。
电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路条件来校验动、热稳定性。
本设计中，电气设备的选择包括：
导线的选择，高压断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择，避雷器的选择。
2．母线的选择和校验
裸导体应根据具体情况，按导体截面，电晕（对110kV及以上电压的母线），动稳定性和机械强度，热稳定性来选择和校验，同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。
一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根、双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。
（1）、导体的选择校验条件如下：
当实际环境温度不同于导体的额定环境温度时，其长期允许电流应该下式修正：
—综合修正系数。
不计日照时，裸导体和电缆的综合修正系数为
—导体的长期发热最高允许温度，裸导体一般为；
—导体的额定环境温度，裸导体一般为。
由载流量可得，正常运行时导体温度为
必须小于导体的长期发热最高允许温度
（2）、按经济电流密度选择
按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小。
除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20米以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。
经济截面积用下式计算：
式中，—正常运行方式下导体的最大持续工作电流，计算式不考虑过负荷和事故时转移过来的负荷；
—经济电流密度，常用导体的值，可根据最大负荷利用时数，由经济电流密度曲线中查出来。
按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近上式计算出的经济截面积。
（3）、导体的校验：
a、电晕电压校验
220kV采用了不小于LGJ-300或110kV采用了不小于LGJ-70钢芯铝绞线，或220kV采用了外径不小于30型或110kV采用了外径不小于20型的管形导体时，可不进行电晕电压校验。
b、热稳定校验
按最小截面积进行校验
当所选导体截面积时，即满足热稳定性要求。
根据计算书中的计算结果，母线选择结果如下：
型号
30摄氏度时载流量
高压侧母线
单条504mm矩形铝导体
586A
低压侧母线
单条20×
8mm矩形铝导体
202A
3、断路器和隔离开关的选择及校验
高压断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并且经过经济技术方面都比较厚才能确定。
根据目前我国高压断路器的生产情况，电压等级在10Kv～220kV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用断路器。
高压断路器选择的技术条件如下：
额定电压选择：
额定电流选择：
额定开断电流选择：
额定关合电流选择：
热稳定校验：
动稳定校验：
隔离开关的选择，由于隔离开关没有灭弧装置，不能用来开断和接通负荷电流及短路电流，故没有开断电流和关合电流的校验，隔离开关的额定电压、额定电流选择和热稳定、动稳定校验项目与断路器相同。
根据计算书中的计算结果在手册中可以查的，断路器和隔离开关的选择如下图所示：
额定电压/kV
额定电流/A
额定开断电流/kA
动稳定电流/kA
热稳定电流/kA
固有分闸时间/S
高压侧断路器
SW6—110Ⅰ/1200
1200
31.5
80
31.5（4s）
0.04
低压侧断路器
SN1O—10Ⅰ/630
630
16（2s）
0.05
额定电压
/kV
额定电流
/A
动稳定电流
/kA
4s
低压侧隔离开关
GN—10/600-52
600
52
高压侧隔离开关
GW5—110Ⅱ/630
4、电流互感器的选择
（1）额定电压的选择：
电流互感器的额定电压不得低于其安装回路的电网额定电压，即
（2）额定电流的选择：
电流互感器的额定电流不得低于其所在回路的最大持续工作电流，即，为了保证电流互感器的准确级，应尽可能接近。
电流互感器要校验最大工作电压、最大工作电流、热稳定性和动稳定性。
其中持续最大工作电流亚考虑到远景规划的负载，计算方法和断路器个隔离开关的计算方法类似，选择结果如下：
110kv侧电流互感器选择为LCWD2-110，其额定电流之比（2×
50）~（2×
600）/5，级次组合：
0.5/D1/D2。
1秒热稳定系数为90，动稳定系数为110。
.
10kv侧电流互感器选择为LWZ-101500/5，级次组合0.5/D，其1秒热稳定系数为50，动稳定系数为90。
5、电压互感器的选择
电压互感器的作用是将电力系统的以此电压按照一定的变比转换为要求的二次电压，其工作原理与变压器基本相同。
电压互感器的以此绕组并联接在主电路上，二次绕组接负荷。
电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。
连接型式：
完全星形接线
额定电压（kv）
二次绕组额定容量（VA）
最大容量
（VA）
高压侧电压互感器
JCC2-110
500
2000
低压侧电压互感器
JSJW-10
480
960
（1）、熔管额定电流的选择
前者为熔管额定电流，后者为熔体额定电流
（2）、熔体额定电流的选择
K是可靠系数，为1.1~1.3
根据计算书的计算结果，查手册可得高压熔断器如下表所示。
（A）
最大开断电流有效值
过电压倍数
RN1
20~400
40KA
<
2.5
7、防雷与保护
（1）直接雷保护
直击雷过电压：
雷电直接击中电气线路、设备或建筑物而引起的过电压，又称直击雷。
在雷电的主放电过程中，其传播速度极快（约为光速的50%-10%），雷电压幅值达10-100MV，雷电流幅值达数百千安，伴以强烈的光、热、机械效应和危险的电磁效应以及强烈的闪络放电，具有强烈的破坏性和对人员的杀伤性。
110KV配电装置、主变压器为户外布置、采用在构架上设置2支避雷针，及其余设备均为户内布置，采用配电楼屋顶设避雷带，和避雷针联合作为防直击雷保护，确保户外主变压器、110KV配电装置在其联合保护范围内。
避雷带采用Ф16的热镀锌圆钢，避雷针与建筑物钢筋隔离，并采用3根引下线与主接地网相连接，连接点与其他设备接地点的电气距离应满足规范要求。
（2）、侵入波保护
雷电波入侵（高电位侵入）:
架空线路遭受雷击或感应累的影响,在线路上形成沿线路传播的高电压行波.此种电压波入侵到建筑物内或进入电气设备造成过电压。
据统计城市中雷击事故的50%-70%是由于这种雷电波侵入造成的。
因此，在工厂中应予以重视，对其危害给予足够的防护。
为防止线路侵入雷电波的过电压，在110KV进线，10KV每段母线上分别安装氧化锌避雷器。
为保护主变压器中性点绝缘，在主变110KV侧中性点装设氧化锌避雷器。
主要参数如下图所示：
工频放电电压
残压
FCZ-110J
242KV
100KV
YH1.5W-8/19
13.6Kv
19kv
8、功率因数补偿
电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。
因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。
1．低压电容器补偿容量的计算
当提高自然功率因数仍不能达到要求时，一般采用并联电容器以提高工频电力系统的功率因数。
通信企业中则采用低压并联电容器进行补偿。
由计算书中的结果可知，补偿功率为4MVA低压电容器时，功率因数会大于0.9。
计算书
一、主变压器的容量的计算
1、10KV侧最大综合计算负荷的计算
2、10KV侧按一、二类负荷计算
综上所述，变压器的额定容量应为16MVA。
则选取型号如下图所示：
变压器型号
二、短路计算
假设线路采用LGJ-185架空输电线路，且三相水平排列，相距4m，由手册可查的它的计算半径为9.5mm。
线路阻抗：
由等效电路图，计算和线路的阻抗标幺值。
由于电源容量无限大
系统等效电路图
如果在高压侧发生短路，则：
如果在低压侧发生短路:
结果如下表所示：
三、电气设备计算
1、长期发热电流和短路电流热效应计算
（1）、110kv高压侧：
短路电流热效应：
（2）、10KV侧：
故障
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