毕业设计（论文）-110KV电网规划设计.doc

110KV电网规划设计摘 要我国是能源消耗大国，电力消耗总量居世界第二位，所以加强电网的规划建设就尤为重要，特别是人口密集的城市的电网建设。在城网的建设中，110KV电网的规划设计是最主要的部分。在设计过程中，我们遵循设计“安全可靠、技术先进、保护环境、投资合理、标准统一、运行高效”的设计原则，以达到110KV电网的供电质量和运行安全可靠的要求。因此，重点对变电站的变压器台数、容量、主接线；导线的选择；网架的规划；电网的防雷设计。同时，为了适应城市的发展而对电量需求的加大，在设计时，预留了变电站的扩建空间。关键词：110KV电网 ，变电站 ，导线选择，网架构建 ，防雷设计110 kv power grid planning and designAbstractOur country is energy consumption power, power consumption, ranking second in the world, so to strengthen the construction of power grid planning is particularly important, especially in densely populated urban power grid construction .In the construction of city net, 110 kv power grid planning and design is the most important part of Design in the design process, we follow the safe, reliable, advanced technology, environmental protection, investment standard and reasonable, unified, efficient operation of the design principles, in order to achieve the 110 kv power grid power supply quality and the requirements of safe and reliable operation .So, the focus of substation transformer sets, capacity and main wiring ;The choice of wire ;Rack planning ;Lightning protection design of power grid .At the same time, in order to adapt to the development of the city and the increasing demand for electricity, at design time, set aside the substation expansion of space.Keywords: 110 kv power grid, transformer substation , lead , net rack, Lightning protectionII目 录第一章 绪论11.1我国电网的发展史11.2 电源的发展11.3 电网建设史21.4 国外电网发展21.5 110KV电网的发展潜力3第二章 负荷预测42.1 负荷预测定义42.2 负荷预测的意义42.3 负荷预测的种类和方法52.4 负荷预测计算77第三章 110KV电网构建993.1 110kV电网存在问题993.1.1 电网结构薄弱993.1.2 负荷分布不平衡993.2 电网规划需要解决的问题10103.2.1 电网安全稳定运行10103.2.2 电网工程建设实施10103.2.3 110 kV电网的无功损耗10103.3 电网结构的选择11113.3.1 电网结构比较12123.3.2 电网结构选择原则13133.4网架的架构13133.4.1网架的基本形式13133.4.2架空线路14143.4.3 杆塔14143.4.4 电缆线路1515第四章 变电站的设计16164.1 变电站的选址16164.2 主变压器台数的选择17174.3 变压器容量的选择18184.3.1 容量的确定18184.3.2 功率平衡19194.4 电气主接线图的基本形式20204.4.1 主接线的比较23234.5 电气设备的选择2525 4.5.1 断路器型号的选择25254.5.2 隔离开关的选择2626第五章 继电保护 27275.1 继电保护基本原理27275.2 零序电流保护2929第六章 导线截面积37376.1 导线截面积选择的原则和方法37376.2 潮流计算38386.3 导线校验39396.3.1 按允许载流量校验导线截面积39396.3.2 按机械强度校验导线截面积4040第七章 防雷设计42427.1 雷电对电网造成危害的形式42427.2 雷电事故造成危害的主要原因42427.3 防雷设计方案43437.3.1 防雷保护装置43437.3.2 变电站变压器低压侧安装避雷器44447.3.3 电源入口端安装浪涌保护器44447.3.4 变电站接地装置4444总 结4545参考文献4646致 谢4848IV第一章 绪论1.1我国电网的发展史我国电力工业是从1882年在上海诞生，经过了67年的曲折而缓慢发展，到1949年时发电装机容量和发电量仅为185万千瓦和43亿千瓦时，分别居世界第21位和第25位。在建国之后，电力工业得到了足够的重视，电网的发展提上了一个新的高度，在1978年发电装机容量达到5712万千瓦，发电量达到2566亿千瓦时，分别跃居世界第8位和第7位。改革开放后，电力工业体制经过不断改革、创新，并积极借鉴国外的电网发展经验，与我国的国情相结合，实行由多家办电、积极合理利用外资和多渠道资金，运用多种电价和鼓励竞争等有效政策，使得电力工业发展迅速。装机容量先后超过法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本，从1996年底开始一直稳居世界第2位。在发电装机容量、发电量方面，“十一五”期间，我国发电装机和发电量年均增长率分别为10.5%、10.34%。发电装机容量继2000年达到了3亿千瓦后，2009年已达到8.6亿千瓦。发电量在2000年达到了1.37万亿千瓦时，2009年达到34334亿千瓦时；其中火电占到总发电量的826，水电装机占总装机容量的245，核电发电量占全部发电量的23，可再生能源主要是风电和太阳能发电，总量微乎其微。为了应对能源危机，国家加大了对可再生能源的扶植，调整我国的电力来源结构。1.2 电源的发展在电源结构方面，经过不断调整和技术升级，水电开发力度得到加大，在2008年9月，三峡电站机组就增加到三十四台，总装机容量达到为二千二百五十万千瓦。核电建设取得有利的进展,经过20年的努力，相继建成以秦山、大亚湾/岭澳、田湾为代表的三个核电基地，截至2008年底，国内已投入运营的机组共11台，占世界在役核电机组数的2.4%，装机容量约910万千瓦，为全国电力装机总量的1.14%、世界在役核电装机总量的2.3%。其中高参数、大容量机组比重有所增加，截止2009年底，全国已投运百万千瓦超临界机组21台，是世界上拥有百万千瓦超临界机组最多的国家；在火电领域，30万千瓦及以上火电机组占全部火电机组的比重提高到69.43%，火电机组平均单机容量已经提高到2009年的10.31万千瓦，在6000千瓦及以上电厂火电装机容量中，供热机组容量比重为22.42%，比上年提高了3个百分点。1.3 电网建设史在电网建设方面，随着社会经济的发展，我国电网规模不断扩大，电网建设得到了不断加强，电网建设得到了迅速发展，输变电容量逐年增加。2009年，电网建设步伐再次加快，全年全国基建新增220千伏及以上输电线路回路长度41457千米，变电设备容量27756万千伏安。2009年底，全国220千伏及以上输电线路回路长度39.94万千米，比上年增长11.29%；220千伏及以上变电设备容量17.62亿千伏安，比上年增长19.40%。在电网建设方面，随着社会经济的发展，我国电网规模不断扩大，电网建设得到了不断加强，电网建设得到了迅速发展，输变电容量逐年增加。2009年，电网建设步伐再次加快，全年全国基建新增220千伏及以上输电线路回路长度41457千米，变电设备容量27756万千伏安。2009年底，全国220千伏及以上输电线路回路长度39.94万千米，比上年增长11.29%；220千伏及以上变电设备容量17.62亿千伏安，比上年增长19.40%。其中500千伏及以上交、直流电压等级的跨区、跨省、省内骨干电网规模增长较快，其回路长度和变电容量分别比上年增长了16.64%和25.97%。目前，我国电网规模已超过美国，跃居世界首位。同时，由于我国能源资源和电力负荷分布的不均衡性，我国加大了西电东送和全国联网发展的速度。1.4 国外电网发展国外电网经过多年发展，形成了三大电网类型，分别是：统一电力系统，就是统一规划和建设，统一调度和运行的电力系统。像前苏联电网；联合电力系统，协调规划，并按合同或协议调度的电力系统。世界上最大的联合电力系统在北美，美国与加拿大之间形成以交流电网为主的四个同步联合电网；互联电网，即大电网之间、国家之间以少量联结点同步互联。如欧洲电网，西欧大陆15国发输电协调联盟(UCPTE)。其中，美国电网经过100多年的发展，在开始时是由私营和公营电力公司根据各自的负荷和电源分布组成一个个孤立的系统。随后在互利的基础上通过双边或多边协定或联合经营的方式，形成由3 000多个独立经营又相互并列运行的电力系统。目前北美电力系统包括了美国东部、西部和德得克萨斯以及加拿大魁北克4个互联系统。1.5 110KV电网的发展潜力随着社会的发展，110KV电网从高压输电的电压等级到高压配电的电压等级的过程中，我们不难看到，110KV电网越来越贴近我们的日常生活。而对110KV电网的建设才正式投入，在这一方面，我们还是缺少必要多的实践，所以对110KV电网规划设计具有很广阔的前景。第二章 负荷预测2.1 负荷预测定义负荷预测作为电网规划中不可或缺的一部分，他决定了电网规划的目标，是一个电网规划设计是否符合地区电网发展和地区经济发展的重要指标。因此，做好负荷预测对电网规划设计尤为重要。负荷可指电力需求量或者用电量，而需求量是指能量的时间变化率，即功率。也可以说，负荷是指发电厂、供电地区或电网在某一瞬间所承担的工作负荷。对用户来说，用电负荷是指连接在电网的用户所有用电设备在某一瞬间所消耗的功率总和。电力负荷预测是电力部门的重要工作之一，准确的负荷预测，可以经济合理地安排电网内部发电机组的启停，保持电网运行的安全稳定性，减少不必要的旋转储备容量，合理安排机组检修计划，保障社会的正常生产和生活，有效地降低发电成本，提高经济效益和社会效益。负荷预测的结果，还可以有利于决定未来新的发电机组的安装，决定装机容量的大小、地点和时间，决定电网的增容和改建，决定电网的建设和发展。2.2 负荷预测的意义对于城网而言，负荷预测还应与城市的总体规划相结合。城市总体规划应充分考虑城网的需要，城网规划与城市的各项发展规划应相互紧密配合、同步实施。城网规划还必须根据城市发展各阶段的负荷预测和电力平衡对电力系统有关部分提出具体的供电需求，以保证两者之间的衔接。城网应着重研究电网的整体，而不是设备元件的简单组合。城网规划的编制应从实际出发，实事求是地调查分析现有城网状况，根据需要与可能，从改造与加强现有城网入手，研究负荷增长规律，做到新建与改造相结合，逐步扩大城网的供电能力，有步骤地加强城网的结构布局，做到远近结合，技术经济合理，分期实施。对所要规划地区的经济、用电、人口等数据汇成表2-1。表2-1 负荷数据表年份人口（万人）人均年用电量（kw.h）全年用电量（万kw.h）年工业用电量（万kw.h）工业年产值（亿元）19991.258263.232503081.173.5620001.267309.335823190.184.6220011.277348.2549484503.2894.7820021.285341.2936953256.44110.8120031.29234541753729.26141.2320041.29929342933912.39187.6620051.308332.5949924556.97249.0120061.31439692858764.65315.1420071.322509.921587515200.88404.0620081.328433.51843117855.312.3 负荷预测的种类和方法负荷预测分为很多种类，按预测期限的不同分为：长期预测（1030年）、中期预测（510年）、短期预测（15年）、超短期预测（未来1小时）。分别对应年度预测、月度预测、日预测、小时预测。对本设计而言，由于要规划110KV电网的建设，对负荷预测的要求大，设计的宗旨是设计出的110KV电网能适应未来10-20年内的城市电力需求，在通过技术改造能满足30年内的城市电力需求。所以，要用到长期预测。负荷预测的方法有：最小二拟合乘法最小二乘法？还是最小二乘法曲线拟合，或其他？、回归分析法、时间序列法和专家系统法。1.最小二拟合乘法：该方法运用最小二乘法预测负荷序列的发展趋势，即把负荷序列的发展趋势用方程式表达出来，进而用方程式来预测未来的负荷变化。其方法简单易懂、预测的速度快、外推特性好，能很好的表现出负荷变化的连续性，但对负荷历史数据要求高。2.回归分析法:该方法是研究变量与变量之间依存关系的一种数学方法，由给定的多组自变量和因变量的资料，研究各自变量和因变量之间的关系，形成回归方程式。在负荷预测中，回归方程式的自变量一般为影响电力系统的各种因素，如历史负荷数据，天气情况等，一般它们之间的关系可以组成多元线性回归方程。这种方法的原理、结构简单，预测的速度快，同时还能对历史数据上未出现的情况有较好的预测值，但对各种影响负荷的因素进行仔细的分析。表2-2 数据表年份 时间序列 用电量(百万KW.h)1998-53.2525251990-43.2516162000-33.58992001-24.95442002-13.7011200304.2000200414.2911200525.0044200639.28992007415.8816162008518.432525总结075.811101103.专家系统法：由于各地区负荷成分、天气、风俗的不同，使各电网的负荷规律不同，没有一个理论和实践方式能适应所有地区，所以需求根据运行人员的积累的知识来提高负荷预测的精度。但对于本人而言，没有相应的知识，专家系统法在本设计中不做要求。4.时间序列法：其需要建立数学模型，是一种使用较多的短期负荷预测的方法。由于本设计是长期负荷预测，对时间序列法只做简单介绍。综上所述，设计中负荷预测的方法是最小二拟合乘法。2.4 负荷预测计算通过上面分析的结果，用最小二拟合乘法对负荷预测进行计算，首先要对表2-1进行数据的初始处理可以得到表2-2的数据。其中，y表示年用电量，n表示历史数据总年数。得到一下的计算公式。 n=11， ， ， ， ，。故可得外推方程为： 由此可得1020年的预测负荷结果为：(百万KWh)；(百万KWh)；(百万KWh)2026，2027应为2016，2017 同上，(百万KWh)；(百万KWh)；(百万KWh)；(百万KWh)；(百万KWh)；(百万KWh)；(百万KWh)；整理出下表2-3。表2-3未来10年内预测负荷年份20152016201720182019负荷(百万KWh)34.1636.4538.7441.2443.53年份20202021202220232024负荷(百万KWh)45.8248.1150.4052.6954.98设计前期时主变电站使用大约50MW容量的变压器供电，并后备一台一样的变压器，同时在变电站中预留一定的空间便于后期扩建。第三章 110KV电网构建本次设计为城市电网的110KV电网规划设计。城市电网是电力系统的重要组成部分，又是其主要负荷中心，具有用电量大、负荷密度高、安全可靠和供电质量要求高等特点。城市变电站的站址选择应符合城市规划的要求。随着经济的发展，城市中心区土地价格越来越昂贵，变电站和线路走廊用地选择越来越困难。为满足城市中心区电力负荷增长及高可靠性的需求，同时保证工程实施的可行性和经济性，应从全局、系统和整体的观点出发考虑电网规划和建设问题。本设计的电源由220KV变电站引出，电网主要有3座110KV变电站以及必要的配电所，网架等组成。3.1 110kV电网存在问题 3.1.1 电网结构薄弱在一些地区由于前几年经济发展速度加快，电网建设疲于应付高速增长的用电需求，对于电网结构设计不充分，导致110kV电网结构复杂欠规范。现状电网接线模式包括双回辐射式、单回链式、“双T”、单环网及较多的非典型接线形式。接线方式多样且不规范，使得电网运行复杂，维护困难，可靠性大大降低。随着电网规模逐渐增大，线路输送能力已无法满足负荷增长的需求，局部地区线路出现重载情况，部分变电站需要控制负荷运行，电网安全运行受到很大的影响。落后地区和偏远地带的110 kV电网还存在着设备落后、自动化程度不高的情况，特别是一些控制单元还是采用传统的微机控制方式，其二次设备庞大，调试、维修和维护的工作量大，故障率也较高。 3.1.2 负荷分布不平衡变电容量分布与负荷分布不匹配导致存在主变重载、变电站主变不满足N-1、轻载变电站等的供电问题。110 kv电网运行方式不合理、运行电压偏低、负荷曲线不合理、变压器运行方式不经济、检修计划安排不合理等因索的存在都加大了电网的无功损耗，从而增加电能损耗，影响电网经济调度的实现。因此要合理调整电网的运行方式来降低电网的无功损耗例如采取改善潮流分布、实现无功就地平衡、合理调整运行参数、科学调整负荷、合理安排设备检修等措施。3.2 电网规划需要解决的问题 3.2.1 电网安全稳定运行优化电网结构、保证电网安全稳定运行，满足对用户的供电可靠性，保证电能质量，提高电网的自动化程度，降低电网损耗。在运行安全可靠和保证电能质量的前提下，推行简化电网接线和设备标准化。变电站布点和容量根据规划负荷及负荷密度合理分布和设置，达到供电可靠、运行经济、节约投资的目的。 3.2.2 电网工程建设实施变电站布点规划在满足负荷用电需求的基本条件下，最大限度的减少变电站站址用地和输电线路路径走廊用地，节约宝贵的土地资源。在满足城市发展要求的前提下，合理利用城市资源及现有电网的走廊资源。同时也要考虑设计区域的气象条件。本设计的气象条件是：所在地区的年最高气温为38oC，年平均气温为23oC，年最低气温为8oC，年最热月平均最高气温为33oC，年最热月平均气温为26oC，年最热月地下0.8m处的平均温度为25oC。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。地质水文资料是：地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。在本次设计中，要综合全面的考虑，使得电网能够最经济、安全、可靠的运行。 3.2.3 110 kV电网的无功损耗从技术上降低无功损耗。首先提高用户的功率因数，减少配电线路的无功损耗。功率因数是在电力系统中用来反映电源功率利用率的一个参数，功率因数的大小直接反映出电网输出功率的利用率，因此提高用户的功率因数是降低无功损耗最明显的方式；其次加强无功管理，配足无功补偿设备，合理进行无功补偿。采取无功补偿的方法可以提高功率因数，达到降低电网中的损耗和提高电网供电效率的目的；最后适当提高电网的运行电压水平，降低配电线路导线和变压器绕组中的功率损耗。3.3 电网结构的选择电网的结构作为电网规划的一个主要问题，他要求电网的结构清晰合理，消除线路不满足“N-1”供电问题，基本消除110kV变电站全站停电的风险，满足电网供电安全准则要求，保证电网具有较强的适应性和运行的灵活性，达到简化接线、减少重复投资，建成“安全可靠、结构合理、节能环保、适度超前”的110kV网络。通过整理得到如下图3-1所示的适合电网的结构图。 （a）（b）（c）图3-1 电网结构图（a）双环路接线，（b）双链T型接线，（c）三链T型接线3.3.1 电网结构比较对这些结构图分析，得到本次设计的电网结构形式。双环路接线：接线方式简单，正常运行时环网运行，环网中任一元件发生故障，负荷转移方便；由于有四回电源线，供电可靠性高；还能满足“nN-1”和“n-2”原则。双链T型接线：接线简单，投资少，而有较高的可靠性；其采用了线路变压器组，有一回路停运时，该回路的一台变压器停止运行，另一台变压器承担全部负荷。 三链T型接线：变电站采用了线路变压器组接线，每座变电站最终有3台变压器、3路变压器进线，每回110KV线路分别T接不同变电站的3台主变。使得设备利用率高、可靠性高、占地面积小，适用于架空线路和电缆线路，当一条回路出现故障时，只须在受电端变电站中进行适当的操作及站内后备投入运行，把负荷转移到其他变压器。 3.3.2 电网结构选择原则综合以上分析，110kV电网规划中接线形式的选择建议如下。（1） 对于供电可靠性、运行灵活性要求不高的农村变电所，建议采用单辐射、单链、单环或者双辐射。（2） 对于供电可靠性、运行灵活性要求较高的一般城市变电所，建议采用双链、双环或者双T。（3）对于供电可靠性、运行灵活性要求很高的重要城市变电所和带有一类负荷(停电造成重大损失或人员伤亡)的专用变电所，建议采用双链或者3 T。(4)任何接线形式的选择要依据根据220kV电源点布置、负荷大小、站址的现实状况和当地110kV电网主推的接线形式等实际情况。在本次设计中，宜使用三链T接。因为在安全可靠性方面，三链T型接线能够满足“N-1”原则和“N-2”原则，且适合电源是两座220KV变电站的情况。同时，其适应于供电通道紧张的地区，很适合电网的长期规划的实现，而且有较好的供电负荷安全可靠性。3.4网架的架构3.4.1网架的基本形式由作为电源的220KV变电站到110KV变电站之间，通过规划和调查，线路之间的人口密度小，可以用具有投资少、易于检修、建设工期短等优点的架空线路。但在市区内的供配电时，不仅要考虑投资、建设工期、检修等问题，而且尤为重要的是占地面积和对交通、建筑、市容的影响。那么具有运行可靠、不易受外力和自然环境影响、不占用地面空间和不影响市容等优点的电缆线路最为合适，在市区电缆线路一般走地下通道。 3.4.2架空线路架空线路主要由导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等部件组成。其中导线的作用是传输电能；避雷线的作用是将雷电流引入大地，以保证电力线路免遭雷击；杆塔是用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线、导线与大地之间保持一定的安全距离，消除一定的电容效应；绝缘子的作用是使导线和杆塔之间保持绝缘；金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。导线和避雷线是在露天条件下运行的，它不仅要承受导线自重、风压、冰霜及温度变化的影响，还承受空气中各种有害气体的化学侵蚀，因此，导线有较高的机械强度和耐化学腐蚀能力的要求。本设计中用到来铜芯铝绞线，具有一下的优点：（1） 在相同单位重量下，铜芯铝绞线的直流电阻小，载流量大、拉力大，拉力单重比大。（2） 在无机械损伤的情况下，能在高温条件下连续运行，有的工作温度可高达160度。（3） 弧垂的张力特性不受铝的长期蠕变影响，在冰霜、暴风和高温条件下，下垂比较小。（4） 具有较高的抗风振能力和耐振动疲劳性能，同时具有较好的导电性能。（5） 生产时，使用了无推扭绞合方式，生产效率比推扭绞合时提高了34倍，同时使用年限较长，有50年左右。 3.4.3 杆塔在我国杆塔按材料可分为木杆、钢筋混泥土杆（水泥杆）和铁杆三类。现在，木杆已经不在使用。钢筋混泥土杆的优点是节约钢材，且机械强度高，是目前220KV一下架空线路使用最多的杆塔。铁塔的优点是机械强度高，使用寿命长，主要用于220KV及其以上的超高压线路、大跨度线路以及某些受力较大的杆塔。考虑到实际情况，本设计使用了钢筋混泥土杆。同时，为了保证架空线路的三相导线间不发生碰线短路故障，其线间距有如下的规定。如下表9-1.。表9-1 线间距表电压（KV）0.3861035110 距离（m）0.40.60.8123.534.5空格内容是什么？采用间距为3.5m，三相三线制导线成三角排列，杆塔的间距一般采用100m，那么60km的线路共用了600个杆塔。按市场价位，每个12米水泥杆造价160元，总共要600*160=9.6万元。3.4.4 电缆线路电缆一般包括导体、绝缘层和保护皮三部分。电缆布线时，通常直接埋入地下0.70.8m，多条电缆并列铺设时，彼此应保持一定的距离，以利于散热。第四章 变电站的设计4.1 变电站的选址在选择变电站地址的时候要充分考虑一下问题。（1） 靠近负荷中心。站址的选择必须适应电力系统发展规划和布局的要求，还要尽可能的靠近主要用户，也接是负荷中心，从而减小电能在供配过程中的损失，达到节约电能的目的。（2） 节约用地。工程用地是我国的国策，需要遵循技术经济合理的原则，布置一定要合理，尽可能的提高土地的利用率，在用地紧张的情况时，因地制宜。（3） 符合地质条件的要求。躲开低洼地区和剧烈震动环境，地质条件较好的情形下，地下水位要低。（4） 满足线路走廊宽带的要求。选址要便于各级电路的引进和引出，同时架空线路要有一定的走廊宽度，再要和城市的规划相协调。（5） 满足交通运输通道要求。站址应尽量选择在已有或规划的公路等交通线附近，以减少交通运输成本的投资，加快建设速度。（6） 站址应避开污染源或位于污染源上风侧；且标高应在50年一遇高水位之上。因为规划的地区的主要负荷是工业负荷，所在区域是郊区。因此，有两座110KV变电站选择在郊区交通方便的地段，同时考虑到居民区的用电情况，在负荷密集的地段建设一种110KV变电站。在设计中，为了平衡负荷，对变电站的位置做了调整，其中有两座110KV变电站靠近负荷较密集地区，另一座110KV变电站为稀疏负荷区供电。形成了如图4-1的地理接线。图4-1 地理接线图1.图建议横置，占一页以便于能看清楚。2.加上文字说明，图中大小圆圈等符号代表的含义，4.2 主变压器台数的选择变电所变压器台数的选择应满足“N-1”安全准则，即当变电所断开一台主变压器时，其余主变压器的容量应能保证向下一级电网供电。则主变压器在正常运行时的负荷率可按下式求得：式中：k为主变压器的负荷率；为单台主变压器容量；n为主变压器的安装台数。若考虑主变压器具备1.3倍的过负荷能力，则：n=2，k=0.65；n=3，k=0.87；n=4，k=0.975。对于负荷较重的城区变电所，推荐装设三台主变压器为佳；在中、低压已构成环网的情况下，推荐装设2台主变压器为宜，其变压器基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量；对于终端变电所，考虑装设三台变压器的可能，以提高供电可靠性。在规划中前期主变电站有两台变压器，同时预留一台变压器的安装空间，以便变电站以后的容量扩增。同时主变压器容量应该满足常用负荷并且预留百分之十裕度，以免临时加负荷导致主变压器超负荷，并且为了保证能够在事故发生或超负荷时变电站的正常运行。4.3 变压器容量的选择 4.3.1 容量的确定变电站容量的确定需要满足一下两个条件：1. ；2. ；其中为变电所的最大负荷容量；为变电所的全部重要负荷。A变电所：MVAMVA选取两台SFZ950000/110的变压器。B变电所：MVAMVA选取两台SFZ940000/110的变压器。C变电所：MVA MVA选取两台SFZ931500/110的变压器。根据以上三座变电站的容量确定，得到了作为电源的220KV变电站的容量为两台SFZ9-150000/220的变压器。所选变压器的阻抗参数如下表4-2。表4-2 阻抗参数表型号（欧姆）（欧姆）SFZ950000/110SFZ940000/110SFZ931500/110 4.3.2 功率平衡有功功率平衡计算：电网的用电负荷：，为同时系数，取=1；供电负荷：，为线损率，取=7%；1.最大负荷时：最大用电负荷：最大供电负荷：供电负荷满足用户的最大需求。2.最小负荷时：根据典型日负荷曲线知最小负荷为最大负荷的0.7或0.5倍。最小用电负荷：最小供电负荷：供电负荷满足用户的最小需求。4.4 电气主接线图的基本形式有单母线接线、单母线分段接线、单母线带旁路母线接线、双母线接线、桥形接线。分别如下图4-3所示。（a）（b）（c）（d）（e）图4-3 电气主接线的基本形式分别为（a）单母线，（b）单母线分段，（c）单母线带旁路母线（d）双母线，（e）桥形（内桥）接线 4.4.1 主接线的比较单母线接线（如图4-3a）的主要特点是将电源和引出线接在同一组母线上，便于每条回路的投入和切除，同时在每条引出线上都安装有断路器和隔离开关。断路器用于负荷电流或短路电流。隔离开关在检修断路器时隔开电源；还可以防止在检修断路器时从用户反相送电，或防止雷电过电压沿线路侵入变电站，保证维修人员的人身安全。所以单母线接线的接线简单，使用设备少，操作方便，便于变电站扩建。但在隔离开关故障和检修时，必须断开全部电源，造成整个配电装置的停电。因此，单母线接线供电的可靠性和灵活性都较差，不适合220KV、110KV变电站，只适合于供应三级负荷，用于一下低压配电变电所中。单母线分段接线（如图4-3b）采用了两路电源进线，后面同理，图文结合起来，其可以分段单独运行和并列同时运行。由于使用了断路器分段，提高了运行的可靠性和灵活性。在分段运行时，各段相对于单母线不分段状态，当任一电源发生故障时，电源进线断路器自动跳开，接着分段断路器自动合闸，保证全部出线或重要负荷的继续供电。在并列运行时，当任一母线发生故障时，继电保护装置会将分段断路器自动跳开，保证为故障母线的继续运行，提高供电的可靠性。单母线分段接线保留了单母线接线的简单、经济、方便等优点，又在一定的程度上提高了供电的可靠性。但在检修某一回路断路器时，该回路可能要长时间停电，同时如果母线或母线隔离开关故障或检修时，该母线上的所有回路都要长时间停电。单母线带旁路母线接线的出现解决了单母线分段接线出线断路器检修时停电的问题。在正常运行状态下，旁路母线W2不带电的，图中没有标注，无法说明W2是哪根线所有旁路母线上的隔离开关和断路器都处于断开状态，以单母线方式运行。当检修某一出线断路器时，可用旁路断路器代替出线断路器继续工作，从而不需要长时间停电，大大提高了供电可靠性。由于需要增加一组母线、专用的旁路断路器和旁路隔离开关，造成了配电装置复杂化、投资增大，且在隔离开关操作时，误操作的可能性增加了，一般用于110KV及以上的高压变电站中。双母线接线有两种运行方式。一种是只有一组母线工作，而另一条母线为备用母线，正常运行时母联打开（两侧的隔离开关闭合），全部的回路都接在工作母线上。当工作母线发生故障时，将会引起全部用户的暂时性停电，但很快又恢复了供电，也就是说故障停电范围扩大了，供电连续性却提高了。另一种是两组母线同时工作，互为备用。正常运行时母联闭合，在任一母线发生故障时，只有接在该母线上的用户会停电，在经过倒闸操作后，将把接在该母线上的所有回路切换到另一条母线上，仍可以正常运行。其故障停电范围未增加，但供电连续性却大大提高。所以，用双母线接线时，在轮修母线而不至于停电；检修任一回路的母线隔离开关时仅使该回路停电就可以；工作母线故障停电后可经过倒闸操作很快的恢复供电；检修任一回路断路器时，可以母联来代替，避免了该回路长期停电的情况发生。但在隔离开关的长期倒闸操作加大了误操作发生的几率，使用的隔离开关数目多，造成配电装置结构的复杂化，同时占地面积较大，投资较高。桥形接线是在两台变压器和两条线路中间跨接一连接“桥”，分为了内桥接线和外桥接线，分别对电源进线操作非常方便而对变压器回路的操作不方便，对变压器回路操作方便而对电源进线操作方便。同时在接线中的四个回路只有三个断路器，减小了投资成本，使接线简单化，适用于向一、二类负荷供电。这次设计110KV变电站一、二次侧均采用单母线分段接线。35KV变电站采用单母线分段接线。10KV变电站一次侧用单母线分段接线，二次侧用单母线接线。4.5 电气设备的选择分析其他的110KV变电站设计和运行情况，选用110KV及10KV开关开断电流选用31.5KA，35KV选用25KA，并对设备进行选择和校验。 4.5.1 断路器型号的选择在选择断路器时，除需满足各项技术条件和环境条件外，还要考虑安装调试和运行维护。断路器的选择及校验条件：（1）（2）（3） 热稳定校验：（4） 动态稳定校验： 4.5.2 隔离开关的选择隔离开关的主要用途：（1） 隔离电源，在检修电气设备时，用隔离开关把要检修的设备与电源电压隔离，以保证检修的安全。（2） 当倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，一般用隔离开关和断路器配合使用，协同完成操作。表4-4 电气设备选择表电压等级断路器隔离开关110kv侧LW14-110GW4-110D/3000-8035kv侧LW8-35GW5-35G/1600-7210kV侧LW8-10/1600GW5-10/1000-72隔离开关的选择及校验条件：（1） （2） （3）热稳定校验：（4）动稳定校验：通过分析计算得到如下表4-4所示的电气设备选择。表4-4 电气设备选择表电压等级断路器隔离开关110kv侧LW14-110GW4-110D/3000-8035kv侧LW8-35GW5-35G/1600-7210kV侧LW8-10/1600GW5-10/1000-72第五章 继电保护5.1 继电保护基本原理在电力系统的正常运行、故障期间以及故障后的恢复过程中，其中很多的操作都是高度自动化的，这就是继电保护的由来。继电保护是为了保证电力系统正常运行的经济性和电能质量的自动化技术和装置，主要对进行电能生产过程的连续自动调节，动作速度相对较慢，调节稳定性高；当电气设备发生故障时，或出现影响安全运行的异常情况时，自动切除故障设备和消除异常情况的技术和装置，其动作速度快。继电保护有以下两点的基本任务：（1） 自动、迅速、有选择的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。（2） 反应电气设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。此时一般不要求迅速动作，而是根据电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免短暂的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。先对电源的进线进行继电保护。如下图5-1所示。 5-1 继电保护简化图已知的条件是 ， ，。当K1点出现短路或故障时，可以求出线路AB末端的最大三相短路电流：，根据线路AB末端的最大三相短路电流，而取，则保护1的 段动作电流：，灵敏度校验：根据 ；得 ；因此 当K2点出现短路或故障时，可以求出线路BC末端的最大三相短路电流：，根据线路BC末端的最大三相短路电流，可以确定保护2的段动作电流：，取，则保护2的段动作电流为：；动作时限：；灵敏度校验：线路AB末端的最小两相短路电流为；故 ，满足要求。在求出保护1的段动作电流。取，；则；动作时限：灵敏度校验：，满足要求。5.2 零序电流保护对三座110KV变电站的继电保护进行设计，先绘出电网的等效图，如图5-2所示。选用了零序电流保护，零序过电流保护是按照躲开不平衡电流的原则整定的，继电器的启动电流一般为2-3A，由于发生单相接地短路时，故障相电流与零序电流相等，所以零序过电流保护的灵敏度高。零序电流保护不直接受系统运行方式变化的影响，此外，线路的零序阻抗远较正序阻抗大，故当线路始端和末端短路时，零序电流变化显著，零序 段保护的范围大且较稳定，零序段保护的灵敏系数也易于满足要求。图5-2 变电站继电保护通过整理出数据如下： ； ； ，；，为了更好的了解短路计算，画出了短路电流时的等效电路图，方便计算。所有变压器全运行时的正、负序电压等效网络。如下图5-3.图5-3 正、零序网络图看图不允许向右歪头看，将图逆时针转1800当B变电站发生单相接地短路时，故障端口的正序阻抗为：故障端口的零序阻抗为：故障端口的零序阻抗为：故障端口的正序阻抗和负序阻抗大小相等，即 得故障零序电流为：在零序网络中流过保护1、4的零序电流分别为： 当B变电站发出两相接地短路时，其故障端口的正、负、零序阻抗与单相接地短路时的数值一样。所以故障端口的正序电流为：零序电流为：在零序网络中流过保护1、4的零序电流分别为：零序段：根据前面分析的结果，变电站B故障流过保护1的最大零序电流为：故保护1的 段的整定值为： 保护3的零序 段整定，先求出流过保护3的最大零序电流。 故障端口的阻抗为： 单相接地短路时，有：从而求得流过保护3的零序电流：两相接地短路时，正序电流有：零序电流有：从而得到流过保护3的零序电流:这样，流过保护3的最大零序电流保护3的零序 段定值为：保护1的零序段整定值为：灵敏度校验：变电站B接地故障流过保护1的最小零序电流；，满足要求。保护4的零序 段整定变电站B故障流过保护4的最大零序电流为：； 为求保护4的零序段定值，应先求保护2的零序 段定值，设在变电站A处分别发生单相接地短路和两相接地短路，求出流过保护2的最大零序电流。这时有：单相接地时，有:从而得到流过保护2的零序电流:两相接地短路时，正序电流有：零序电流有：从而得到流过保护2的零序电流为：这样，流过保护2的最大零序电流保护2的零序 段定值为：这样，保护4的零序段定值为：校验灵敏度：变电站B接地故障流过保护4的最小零序电流 满足要求。第六章 导线截面积6.1 导线截面积选择的原则和方法(1) 输电线路的导线截面积，一般根据经济电流密度来选择的。对有大跨度的导线截面积，一般根据长期允许载流量来选择的。(2) 对所采用的导线和避雷线，应符合国家颁布的产品规格。(3) 导线截面积选择的常用方法：首先按经济电流密度初选导线标称截面积；然后对电压损失、机械强度、电晕、发热等技术条件进行校验，有必要时可以做技术经济比较，最后确定导线截面积及其相应的导线型号。选择截面积，应根据负荷预测和电力网规划进行潮流计算。导线经济截面积的公式为： ：线路的额定电压，KV；J：经济电流密度，。根据我国的现行软导线经济密度与最大小时数的关系表7-1如下。表6-1 经济密度与最大小时数的关系线材料最大负荷利用小时数3000以下300050005000以上铝1.651.150.9铜3.002.251.75对三座变电站分析，A、C变电站最大负荷利用小时数在5000以上；B变电站最大负荷利用小时数在30005000。GA段：j=1.75； GC段：j=1.75；AB段：j=1.15； AC段：j=0.9；BC段：j=1.156.2 潮流计算 ， ，；， ，；， ，； ；根据上述条件求