110kv降压变电站电气部分设计

110kv降压变电站电气部分设计名目

第一章原始资料及其分析

1.1原始资料

待建变电站在输电线路的终端，接近负荷中心，高压侧为110KV，经降压后直接向所属地区供电。因此，本变电站是按系统规划，为满意地方负荷的需要而建设的地区变电所。电压等级

变电站的电压等级分别为110kV,35kV,10kV。

110kV：2回

35kV：7回

10kV：12回

地形地质环境

站址选择在地势平坦地区，位于城郊结合部，交通便利，进出线便利，完全污染稍微，待设计变电站选在黄沙土地壤时：电阻率不大于500。

待建变电站负荷数据（表1-1）

表1-1待建成变电站各电压等级负荷数据

注：

（1）35kV,10kV负荷功率因数均取cos=0.9（无功补偿以后）

（2）负荷同时率：35kVkt=0.910kVkt=0.85

（3）网损率为A%=5%

（4）站用负荷为50kW

1.2原始资料分析

机组停运

要设计的变电站由原始资料可知有110千伏，35千伏，10千伏三个电压等级。待建变电站选择在地势平坦区为以后的扩建供应了便利。初期投入两台变压器，当一台故障或检修时，另一台主变压器的容量应能满意该站总负荷的70%，并且在规定时间内应满意一、二级负荷的需要。

无功补偿

无功补偿的目的是系统功率因数过低，降低了发电机和变压器的出力，增加了输电线路的损耗和电压损失。电力系统要求用户的功率不低于0.9，因此必需实行措施提高系统功率因数，目前提高功率因数的常用方法是装设电容器补偿无功。

计算得：

35kv侧：Q35KV=15120kvar

10kv侧：Q10KV=13230kvar

其次章负荷分析

2.1负荷分析的目的

负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法，计算负荷确定得是否正确无误，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。对供电的牢靠性特别重要。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗铺张，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确负荷计算的重要性。负荷计算不仅要考虑近期投入的负荷，更要考虑将来几年进展的远期负荷，假如只考虑近期负荷来选择各种电气设备和导线电缆，那随着经济的进展，负荷不断增加，不久我们选择的设备和线路就不能满意要求了。所以负荷计算是一个全面地分析计算过程，只有负荷分析正确无误，我们的变电站设计才有胜利的盼望。

2.2待建变电站负荷计算

由公式：

式中Sc——某电压等级的计算负荷

Kt

——同时系数

а%——该电压等级电网的线损率，一般取5%P、cos?——各用户的负荷和功率因数（1）35kV侧S35KV=58.8MVA（2）10kV侧

S10KV==48.6MVA（3）站用电容量S站=0.0525MVA

()%1cos1α?

+=∑=n

itcp

KS

第三章变压器的选择

主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的选择依据除了依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，及系统联系的紧密程度。另外主变选择的好坏对供电牢靠性和以后的扩建都有很大影响。总之主变的选择关系到待建变电站设计的胜利及否，所以对主变的选择我们肯定要全方面考虑。既要满意近期负荷的要求也要考虑到远期。

3.1变电站主变压器的选择

变压器选择原则：

（1）在变电所中，一般装设两台主变压器；终端或分支变电所，如只有一个电源进线，可只装设一台主变压器；对于330kV、550kV变电所，经技术经济为合理时，可装设3-4台主变压器。

（2）对于330kV及以下的变电所，在设备运输不受条件限制时，均采纳三相变压器。500kV变电所，应经技术经济论证后，确定是采纳三相变压器，还是单相变压器组，以及是否设立备用的单相变压器。

（3）装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事帮停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的60%以上，并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。

（4）具有三种电压等级的变电所，如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但需装设无功补偿设备时，主变压器一般先用三绕组变压器。

（5）及两种110kV及以上中性点直接接地系统连接的变压器，一般优先选用自耦变压器，当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时，应依据无功功率的潮流状况，校验公共绕组容量，以免在某种运行方式下，限制自耦变压器输出功率。

（6）500kV变电所可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。主变压器的阻抗电压(即短路电压)，应依据电网状况、断路器断流力量以及变压器结构选定。

（7）对于深化负荷中心的变电所，为简化电压等级和避开重复容量，可采纳双绕组变压器。

3.1.1主变台数的确定

由原始资料可知，待建变电站负荷大，出线多，所以考虑初期用两台大容量主变。两台主变压器，可保证供电的牢靠性，避开一台变压器故障或检修时影响对用户的供电。随着将来经济的进展，可再投入一台变压器。

3.1.2主变压器容量的确定

主变压器容量一般按变电所建成后5-10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷进展，对于城市郊区变电所，主变压器应及城市规划相结合。此待建变电站坐落在郊区，10kV主要给某开发区供电，35kV主要给下面乡镇及几个大企业供电。考虑到开发区及其乡镇的进展速度特别快，所以我们选择大容量变压器以满意将来的经济进展要求。

确定变压器容量:

（1）变电所的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的70%，即/

S=S∑70%=107.4×70%＝75.18(MVA)

B

（2）单台变压器运行要满意一级负荷的供电需要

一级负荷为0.9×（18+16+12+10+9+12）/0.9=77MVA

由于变压器允许过负荷10%，即过负荷以后容量至少大于77MVA

所以变压器的容量确定为75MVA

3.2变压器类型的确定

相数的选择

变压器的相数形式有单相和三相，主变压器是采纳三相还是单相，主要考虑变压器的制造条件、牢靠性要求及运输条件等因素。一台三相变压器比三台单相变压器组成的变压器组，其经济性要好得多。规程上规定，当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂用变电站，均选用三相变压器。同时，由于单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大，而不作考虑。因此待建变电站采纳三相变压器。

绕组形式

绕组的形式主要有双绕组和三绕组。

规程上规定在选择绕组形式时，一般应优先考虑三绕组变压器，由于一台三绕组变压器的价格及所用的掌握电器和帮助设备，比两台双绕组变压器都较少。对深化引进负荷中心，具有直接从高压变为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或削减重复降压容量，可采纳双绕组变压器。

三绕组变压器通常应用在下列场合：

(1)在发电厂内，除发电机电压外，有两种上升电压及系统连接或向用户供电。

(2)在具有三种电压等级的降压变电站中，需要由高压向中压和低压供电，或高压和重压

向低压供电。

(3)在枢纽变电站中，两种不同的电压等级的系统需要相互连接。

(4)在星形-星形接线的变压器中，需要一个三角形连接的第三绕组。

本待建变电站具有110kV,35kV,10kV三个电压等级，所以拟采纳三绕组变压器。

一般型和自耦型的选择

自耦变压器是一种多绕组变压器，其特点就是其中两个绕组除有电磁联系外，在电路上也有联系。因此，当自耦变压器用来联系两种电压的网络时，一部分传输功率可以利用电磁联系，另一部分可利用电的联系，电磁传输功率的大小打算变压器的尺寸、重量、铁芯截面积和损耗，所以及同容量、同电压等级的一般变压器比较，自耦变压器的经济效益特别显著。由于自耦变压器的结构简洁、经济，在110kV级以上中性点直接接地系统中，应用特别广泛，自耦变压器代替一般变压器已经成为进展趋势。

因此，综合考虑选用自耦变压器。

3.3中性点的接地方式

电网的中性点的接地方式，打算了主变压器中性点的接地方式。

本变电站所选用的主变为自耦型三绕组变压器。规程上规定：凡是110kV-500kV侧其中性点必需要直接接地或经小阻抗接地；主变压器6-63kV采纳中性点不接地。

所以主变压器的110kV侧中性点采纳直接接地方式，35kV，10kV侧中性点采纳不接地方式。

综上所述和查有关变压器型号手册所选主变压器的技术数据如下表3-1：

第四章电气主接线

电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电气系统的主要部分。电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和安排电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线。由于本设计的变电站有三个电压等级，所以在设计的过程中首先分开单独考虑各自的母线状况，考虑各自的出线方向。论证是否需要限制短路电流，并实行什么措施，拟出几个把三个电压等级和变压器连接的方案，对选出来的方案进行技术和经济综合比较，确定最佳主接线方案。

4.1对电气主接线的基本要求

对电气主接线的基本要求，概括地说包括牢靠性、敏捷性和经济性三方面

平安牢靠是主接线的首要任务，保证供电牢靠是电气主接线最基本的要求。电气主接线的牢靠性不是肯定的。所以在分析电气主接线的牢靠性时，要考虑发电厂和变电站的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备的制造水平及运行阅历等诸多因素。

敏捷性

电气主接线应能适应各种运行状态，并能敏捷的进行运行方式的转换。敏捷性包括以下几个方面：

（1）操作的敏捷性

（2）调度的敏捷性

（3）扩建的敏捷性

经济性

在设计主接线时，主要冲突往往发生在牢靠性和经济性之间。通常设计应满意牢靠性和敏捷性的前提下做到经济合理。经济性主要通过以下几个方面考虑：

一、节约一次投资。如尽量多采纳轻型开关设备等。

二、占地面积少。由于本变电站占用农田所以要尽量削减用地。

三、电能损耗小。电能损耗主要来源变压器，所以肯定要做好变压器的选择工作。

另外主接线还应简明清楚、运行维护便利、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避开用隔离开关操作电源。

4.2电气主接线的基本原则

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、标准为准则，结合工程实际状况，在保证供电牢靠、调度敏捷、满意各种技术要求的前提下，兼顾运行、维护便利，尽可能的节约投资，就地取材，力争设备元件和设计的先进性及牢靠性，坚持牢靠、先进、适用、经济、美观的原则。

4.3待建变电站的主接线形式

110kV侧

方案（一）:采纳单母线接线如图4-1

110KV

35kv

10kv

10kv

35kv

QF1

QF2

L1L2

图4-1

考虑到110kV侧有两条进线，因而可以选用单母线接线。其优点：

接线简洁清楚、设备少、投资少、运行操作便利、且有利于扩建。缺点是：

（1）当母线或母线隔离开关检修或发生故障时，各回路必需在检修和短路时事故来消退之前的全部时间内停止工作，造成经济损失很大。（2）引出线电路中断路器检修时，该回路停止供电。

（3）调度不便利，电源只能并列运行，不能分裂运行，并且线路侧发生故障时，有较大的短路电流。

方案（二）：单母线分段如图4-2优点：

（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可连续工作，缩小母线故障

影响范围。

（2）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的

供电。缺点：

当一段母线故障或检修时，必需断开在该段上的全部电源和引出线，这样削减了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。

图4-2

方案（三）：双母线接线如图4-3

优点：

（1）供电牢靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮番检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能快速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。

（2）扩建便利，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均安排，不会引起原有回路的停电，以致连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。

（3）便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。

缺点：

（1）增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投次大。

（2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器简单误操作，为了避开隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。

对于110kV侧来说，由于它要供应较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的牢靠性。

图4-3

对比以上三种方案，单母线接线供电牢靠性、敏捷性最差，不符合变电所的供电牢靠性的要求；双母线接线供电牢靠性高，但无旁路母线检修断路器时需要停电而且双母线接线简单，使用设备多、投资较大；采纳单母线分段带旁路的电气接线可将I、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线供应电源，从而可保证供电牢靠性；而且带旁路可以在检修断路器时对用户进行供电。故经过综合考虑采纳方案（二）。

35kV侧

方案（一）:采纳单母线接线

优点：

接线简洁清楚、设备少、投资少、运行操作便利、且有利于扩建。

缺点：

牢靠性、敏捷性差，母线故障时，各出线必需全部停电。

方案（二）：单母线分段

优点：

（1）母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可连续工作，缩小母线故障影响范围。

（2）对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。

缺点：

当一段母线故障或检修时，必需断开在该段上的全部电源和引出线，这样削减了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。

方案（三）：采纳单母线分段带旁路接线如图4-4

段段

图4-4

优点：

（1）牢靠性、敏捷性高

（2）检修线路断路器时仍可向该线路供电

缺点：

投资大，经济性差

单母线接线牢靠性低，当母线故障时，各出线须全部停电，不能满意I、II类负荷供电性的要求，故不接受；将I、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线供应电源，从而可保证供电牢靠性；虽然带有旁路断路器的单母线分段也能满意要求，但其投资大、经济性能差，故采纳方案（二）单母线分段接线。

10kV侧

方案（一）:采纳单母线接线

优点：

接线简洁清楚、设备少、投资少、运行操作便利、且有利于扩建。

缺点：

牢靠性、敏捷性差，母线故障时，各出线必需全部停电。

方案（二）：单母线分段

优点：

(1)母线发生故障时，仅故障母线停止供电，非故障母线仍可连续工作，缩小母线故障影

响范围。

(2)对双回线路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供

电。

缺点：

当一段母线故障或检修时，必需断开在该段上的全部电源和引出线，这样削减了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。

单母线接线牢靠性低，当母线故障时，各出线须全部停电，不能满意I、II类负荷供电性的要求，故不接受；将I、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线供应电源，从而可保证供电牢靠性。故采纳方案（二）。

综合以上三种主接线所选的接线方式，画出主接线图。见附图

第五章短路电流计算

短路是电力系统中较常发生的故障。短路电流直接影响电器的平安，危害主接线的运行。为使电气设备能承受短路电流的冲击，往往需选用大容量的电气设备。这不仅增加了投资，甚至会因开断电流不能满意而选不到符合要求的电气设备。因此要求我们在设计变电站时肯定要进行短路计算。

5.1短路电流计算的目的和条件

短路电流计算的目的

在发电厂和变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要内容。其计算的目的主要有以下几个方面：

1.电气主接线的比较。

2.选择导体和电器。

3.在设计屋外高型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对地的平安距离。

4.在选择继电爱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。

5.接地装置的设计，也需要用短路电流。

短路电流计算条件

基本假定

（1）正常工作时，三相系统对称运行；

（2）全部电源的电动势相位、相角相同；

（3）电力系统中的全部电源都在额定负荷下运行；

（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；

（5）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

(6)除去短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计；

(7)元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围；

(8)输电线路的电容忽视不计。

一般规定

(1)验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应本工程设计规

划容量计算，并考虑远景的进展方案；

(2)选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电

动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响；

(3)导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。

5.2短路电流的计算步骤和计算结果

计算步骤

在工程计算中，短路电流其计算步骤如下：

（1）选定基准电压和基准容量，把网络参数化为标么值；（2）画等值网络图；

（3）选择短路点；

（4）按短路计算点化简等值网络图，求出组合阻抗；（5）算出短路电流。如图

5-1

图5-1

短路点短路电流出名值

（kA）短路冲击电流

（kA）

全电流的有效值

（kA）

K14.1510.566.31

K25.7614.668.755

K326.567.4640.28

K41.563.972.37

K52.726.924.13

表5-2

从计算结果可知，三相短路较其它短路状况严峻，它所对应的短路电流周期重量和短路冲击电流都较大，因此，在选择电气设备时，主要考虑三相短路的状况。

第六章继电爱护的配置

6.1爱护原则

变压器爱护的配置原则

变压器一般装设下列继电爱护装置

（1）相间短路爱护

反应变压器绕组和引出线的相同短路的纵差动爱护或电流速断爱护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组闸短路也能起到爱护作用。

（2）反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯爱护。

（3）后备爱护

对于由外部相间短路引起的变压器过电流可采纳下列爱护作为后备爱护：

a.过电流爱护。

b.复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流爱护。

（4）中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流爱护。

（5）过负荷爱护

对于400kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应依据可能过负荷的状况装设过负荷，对自耦变压器和多绕组变压器，爱护装置，应能反应公共绕组及各侧过负荷的状况。

绕组变压器后备爱护的配置

1.对于多侧电源的三绕组变压器，应在三侧都装设后备爱护，对动作时间最小的爱护应加

方向元件，动作功率方向取为变压器指向母线，在装人有方向性爱护的一侧，加装一套不带方向的生备爱护，其时限应比三侧爱护的最大的时限大一个阶梯时限T，爱护动作后，跳开三侧断路器，作为内部故障时的后备爱护。

2.对单侧电源的三绕组变压器，应设置两套后备爱护，分别装于电源侧和负荷侧。

6-10kV母线爱护的配置原则：

1.对于变电所6-10kV分段或不分段的单母线，假如接在母线上的出线不带电抗器或对

中小容量变电所接在母线上的出线带电抗器并允许带时限切除母线故障，不装设专用的母线爱护，母线故障可利用装设在变压器断路器的后备爱护和分段断路器的爱护来切除，当分段断路器的爱护需要带低压起动元件时，分段断路器上可不装设爱护可利用变压器的后备爱护以第一段时间动作于分段断路器跳闸。

2.对大容量变电所6-10kV单母线分段或双母线常常并列运行且出线带电抗器时，采纳

接于每一段母线供电元件和电流上的两相、两段式不完全母线差动爱护，爱护动作于变压器低压侧断路器、分段断路器和同步调相机断路器跳闸对于分列运行的变电所则实行及第1项相同的措施。

3.分段断路器爱护：出线断路器如不能按切除电抗器前的短路条件选择时，分段断路器

上通常装设两相或瞬时电流速断装置和过电流爱护。

6-10kV线路的配置原则：

1.相间短路爱护

对于不带电抗器的单侧电源线路，应装设电流速断爱护和过流爱护。

2.单相接地爱护

依据人身和设备的平安要求，必要时应装设动作于跳闸的单相接地爱护。

35kV及以上中性点非直接接地电网中的线路爱护配置原则：

1.相间短路爱护

对简洁电网一般采纳一段式或两段式电流电压速断爱护和过电流爱护，例如单侧电的终端回路上，通常仅需装设主爱护的瞬时段及后备电流爱护。

2.单相接地爱护

对线路单相接地故障现从优应装设下列电流构成的有选择性的电流爱护或功率方向爱护：

（1）网络的自然电容电流。

（2）消弧线圈补偿后的残余电流。

（3）人工接地电流，一般比电流不宜大于10—20A。

（4）单相接地的暂态电流。

110-220kV中性点直接接地电网的线路爱护应装设防备单相及多相短路爱护，多段式相间短路爱护、相电流速断爱护距离爱护，纵差动爱护。

6.2变电所继电爱护配置

1.10kV线路

配置：（1）电流速断爱护和过电流爱护；（2）零序电流爱护。2.35kV线路

配置：（1）电流速断爱护和过电流爱护；（2）零序电流爱护。3.110kV线路

配置：由变压器爱护作为爱护4.10kV、35kV母线分段断路器

配置：（1）电流速断爱护；（2）过电流爱护。5.变压器

配置：（1）瓦期爱护；（2）纵差动爱护；（3）过电流爱护；（4）零序电流电压爱护；

（5）过负荷爱护。继电爱护的整定及校验

由于线路较多且各线路整定计算方法一样，所以选择10KV侧F线路进行举例说明。线路末端短路点K5，瞬时速断爱护整定校验K5点短路时的三相短路电流：最大运行方式下标幺值

出名值)(722.25

.103100

495.0)

3(1KAIf=??

=

(1)动作电流)(2664.3722.22.1)

3(max,21KAIKIkrelIop=?==

)(22.275

6004

.326611

,1,AKIKITA

I

opcon

I

opr=?

==

(2)计算爱护范围、校验灵敏度：

L

XX

EIsOPmax

1

max

,1

+=

?

228.0max

=X

)(64.4)228.04.326610

5.10(

4.01)(13

max,11max3

kmXIEXLsop

=-?=-=∴?

%50%8.92%100)(1

max>=?LL

L

XX

EIsOPmin

1

min

,1

2

3+=

?

)(8775.2)456.04.326610

5.1023(4.01)23(13

min,1

1min3

kmXIEXLsop

=-??=-=∴?

%15%55.57%100)(1

min>=?LL

灵敏度满意要求

2）过电流爱护整定计算：

)1动作电流)(737.6079.01095.03109cos33

min

,max

max,AU

PIwl=????==

?)(85885

.0737

.6072.1max,ΙΙΙ

1,AIKKIlrerelop=?==

)(15.75

600858

1ΙΙΙ

1

,ΙΙΙ

1,AKIKITA

opcon

opr=?

==

校验灵敏度：作为本线路的后备爱护

5.1379.2858

235723

ΙΙΙ1

,)2(min,1>=?==

opkSI

I

K灵敏度满意要求

表7-1

第七章防雷及接地爱护

7.1雷电的形式及防雷措施

雷电分位置积累和感应雷两种基本形式。感应雷能量很大，对供电设备的危害也很大。另外还有沿架空线路侵入变电站或用户的雷电流，这种雷电流是由输电线路遭受直击雷而产生的。因雷电波侵入而发生的事故是电力系统中常见的事故。雷电可能会带来杆塔或建筑的击毁、人畜的损害、导线或设备的烧损、火灾、电力设备的击穿等危害。

为了减小雷电的危害，我们要实行一些有效的防雷措施。常见的防雷措施有遮盖措施、堵截措施、设备自动重合闸措施、提高设备绝缘水平。配电的防雷采纳避雷器、放电间隙等，通过接地装置将雷电流引入大地。在多雷区可以采纳架空避雷线，有条件的还可以采纳木质绝缘来降低闪络次数。常见的建筑物、电气设备的防雷装置有避雷针、避雷带引下线、接地装置、避雷器等多种。

在柱上开关或负荷开关的防雷措施上，由于柱上断路器或负荷开关多为线路分段或切合变压器用，就其影