【110kV变电站设计及计算17000字（论文）】

引言随着我国全面建成小康社会，开启全面建设社会主义现在化国家，我国的国民经济可以说得到了前所未有的发展，我国取得的伟大成就世界瞩目，这种种成绩的背后产生离不开党中央的高瞻远瞩，离不开广大人民群众的砥砺奋斗，同样也得益于我国的基础设施建设，尤其是离不开电力的支撑。众所周知，当今发达国家大都通过第二次工业革命崛起，可见电力对于一个国家的发展具有不可替代的作用。我们要民族复兴，要建设社会主义现代化强国，要实现中国梦，必须要把电力搞好。电力作为一种清洁能源，不仅运输方便而且稳定性高。我们国家现如今也大力补贴新能源汽车，大力发展新能源产业，铺设充电桩，可以说电力仍然会作为下一次科技革命的载体，保证电力传输高效稳定，仍然是我们面临的任务，在我国的电力发展建设中，110kV变电站建设最为迅猛，同时也是城网建设和农村建设中较为关键的环节，助力城市智能化、乡村振兴。那么如何设计110kV变电站，就成为了一个研究和解决的重要课题。本文根据本人所学知识和查阅资料对某供电区内110kV降压变电站的一次设计部分技术问题提出一些设想，供其他工程设计参考。第1章绪论1.1课题的背景及研究的意义今年恰逢十四五开局，接下来这位五年尤为重要，即是向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年，还是全面推进乡村振兴的第一年。站在两个一百年历史交汇点，回望过去，遥望未来，实现民族复兴，电力在今天依然是主力军。在过去的十几年里我们先后看到了巴西、美国的大停电，给国家的经济发展和正常运行造成了巨大的影响，也大大降低了当地人民的安全感，不仅维护困难，要付出沉重的代价，还损害了政府的形象。我国作为一个有担当的大国，保护环境我们一直走在前列，在第七十五届联合国大会上习近平主席作出碳达峰和碳中和的承诺。在2021年国务院政府工作报告中指出，扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案，优化产业和能源结构。我国能源结构的特点是化石能源占比非常大，约占85%左右，是世界上最大的能源供应系统。更重要的是这个系统还在扩张，因为中国经济还在增长，对能源、电力的需求也在继续增长。电力作为推动国家经济发展的动力，完成碳达峰、碳中和任务目标的重要支撑点，还是下一次科技革命的载体，保证电力传输高效稳定，仍然是我们面临的巨大任务。在我国的电力发展建设中，110kV变电站建设最为迅猛，同时也是城网建设和农村建设中较为关键的环节，助力城市智能化、乡村振兴。那么如何设计110kV变电站，就成为了一个研究和解决的重要课题。1.2国内外的发展研究现状及存在问题1.2.1国外发展状况国外有一些国家，像美国、英国等实现工业化比较早的国家，工业基础比较好，电力行业比我们发展的要早很多，在变电站质量上要优于我国，在上世纪80年代就已经开展了变电站自动化技术，比如ABB公司，像这些研究智能设备的企业在技术上的先进性和智能化受到了国际社会的广泛认可，引领了一股智能化技术的研究浪潮，一直至今。他们的智能化变电站具有很多优点，成本低、自动化和智能化水平高，不但节省人力物力还能降低安全风险，逐渐的得到了电力行业的认可。但是欧洲的一些国家经济发展水平有所差异，所以在欧洲并没有去大力推广和研究智能化变电站。而包含美国在内的北美国家却根据自身的国情，制定了相应的电力发展战略，在13年前建成了首个智能电网，于是他们的智能变电站得到了迅猛的发展，主要有具备远程自动重合闸技术装置，智能化监视与保护的控制系统、完备的故障定位方案和故障切除措施等，从而大大提高了其电网的效率，电力系统的稳定性也大大提高，这是智能变电站比较成熟的实用案例，但由于我国在近年来电力行业的迅猛发展，尤其是特高压技术等技术的不断攻克，从总体来说，欧美国家的变电站发展水平与国内不相上下。1.2.2国内发展状况我国的变电站发展主要分为三个阶段：第一阶段主要就是从旧设备转换到新设备，这是中国电力从无到有，从小到大，标志性事件就是18世纪毕晓浦进行的电弧灯发电试验，这一阶段的变电站比较的简单。第二个阶段就是从上世纪80年代起，发电技术才逐渐的开始发展，输变电技术开始受到重视，变电站的功能越来越完善，此时采用的是数字通讯技术，属于数字化数字化变电站，但是距离智能化变电站还有一定的距离。第三个阶段是上世界90年代，国家电力公司成立，国家发力发展变电站自动化技术，采用智能化设备，以先进技术为基础，变电站由数字化向智能化转变，这一阶段我国起步较晚，但是也取得了不菲的成绩，可也存在着不少的缺陷。现在二次设备的智能化技术已经成熟，但是对于变电站一次部分的智能化技术还需要进一步研究。1.2.3存在问题现阶段我国的智能化变电站技术虽然渐渐开始发展，但是离一些发达国家的水平还有一定的差距，主要原因在于：第一是我国对智能化变电站的研究起步较晚，研究时间较短，在智能化变电站的建设方面的实际经验还比较缺乏，尚未建立相应的完善的标准化体系，理论研究还应该进一步展开攻关；第二是我国的一次设备智能化的比率较低，一些互感器不够成熟，通信接口协议有些还不够规范，智能化设备等还可以进一步完善，从而我们的变电站整体的工作效率不高，且容易出现错误，后期维护困难；第三是智能化变电站的高级功能尚未发掘，处于探索阶段，基础差，大部分设备还需要人工参与完成，距离高级智能化还有很长的路要走。1.3本文主要研究内容本文首先分析现如今电网的现状，并且对存在的问题进行深入的分析，根据原始数据上所给线路与系统及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的重要性和必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全、经济、绿色环保及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，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，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。1.4原始数据1.4.1待设计变电站的基本情况1.变电所的类型：地方降压变电站；2.电压等级：110/35/10kV；3.负荷情况：35kV侧：最大55MW,最小35MW，Tmax=6500h，cosφ=0.85；10kV侧：最大25MW,最小15MW，Tmax=6500h，cosφ=0.9。4.出线回路：110kV侧：2回35kV出线终期：10回10kV出线终期：5回5.系统情况：1）变电站采用双回路供电；2）系统110kV母线短路容量为25000MVA；3）系统110kV母线电压满足常调压要求。6.环境条件：1）最高气温37℃，最低气温-14℃，年平均气温24℃2）土壤电阻率ρ<400欧.米3)当地雷暴：40日/年待设计变电站待设计变电所与电力系统的连接情况如下图所示:待设计变电站图1-1变电站电力系统结构1.4.2设计任务1．前面已经列出了最原始的数据，根据收集的数据，可以先选择4到6种接线方式；2．选择主变压器的容量及台数，对选择的方案初步比较，淘汰机构方案，保留2—3个不错的的方案；3．对保留的方案，进行技术比较，全方面的对比，确定出来最适合的接线方案；4．短路电流计算；主要的电气设备选择及校验；5．屋内外配电装置布置；6．防雷和接地保护设计；1.5本章小结本章主要阐述了本课题研究的背景及意义，分析了当今世界变电站的发展状况，国内外变电站优劣对比，重点介绍了国内变电站的发展历史和存在的不足，可以说我国发展的潜力和后劲仍然在电力行业。除此之外分析了待设计变电站的基本情况，明晰了设计任务，保证完成后文的设计目标奠定了基础。第2章电气主接线设计2.1主接线设计的要求电气主接线是变电站重要组成部分，所以电气主接线的可靠性是尤为重要的，保证稳定可靠供电是第一位的。除此之外还要注重运行方式的灵活性，电气主接线的经济成本。变电站主接线还和变电站所处位置，所在环境，负荷强度，电压等级密切相关。所以在选择电气主接线方式时要注意一下几点：1、运行的可靠运行的可靠是变电站最基本的要求，要保证在电路、设备检修时能够正常供电，或者停电时间尽量短，停电次数尽量少，尤其是要保证重点用户的用电，从而尽量减小经济损失。2、具有一定的灵活性切除故障用时短，影响小，保障工作人员安全是主接线的重要选择标准，所以要求主接线的运行方式能够灵活改变，在检修时能够快速的退出设备。3、操作应尽可能简单、方便对于员工而言，操作简答可以降低很大的安全风险，还能降低操作成本，所以主接线要操作简单方便，步骤清晰，容易掌握，还要对员工进行培训，否则很有可能误操作引发事故，但也不能一味地追求简单，还要满足运行方式的需要。4、经济上合理在保证以上的基础之上，经济效益也要考虑在内，要保证占地面积小，运行费用低，投资小。5、应具有扩建的可能性我国现阶段大力推进乡村振兴战略，尤其是产业振兴，那么农村的用电量在接下来很长一段时间里会持续增长，所以我们还要考虑到以后变电站的扩建。除此之外，影响主接线选择的因素还有很多，比如：运行环境、负载负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。2.2主接线设计2.2.1110kV主接线设计此次设计的变电站除了要给工厂供电还要给变电站附近的一部分社区供电。可以选择10kV/35kV/110kV作为电压等级，其中110kV作为电源电压，10kV、35kV是二次电压。主供电源计划由100公里外的某220kV变电站110kV引出两回路供给。方案I：采用单母线接线优点：单母线接线方式的设备少，接线清晰简单，操作方便，成本低，可扩展性好。缺点：灵活性差，也不怎么可靠，即使有一个元件发生故障，那么都会牵连整个配电装置，导致大面积停电，在检修时也是如此，这种情况之下，可以借助隔离开关，恢复供电。方案II：采用单母线分段接线优点：1）在线路检修时只在该段停电，不影响其他段的运行。2）由两回馈线供电，重要用户可以实现不间断供电。缺点：1）维修断路器和检修线路时，应关闭维护线路上的所有电路。2）要向两个方向均衡扩建。方案Ⅲ：双母线接线优点：供电可靠，灵活性好。两条母线同时工作，在检修其中一条线路时另一条供电，保证供电不中断，在故障排除后快速恢复供电。缺点：（1）投资大，隔离开关的数量和母线的长度大大增加。（2）步骤繁琐，易出现由于操作失误导致电气事故。结论：经过上述介绍后，考虑到重要的运行负载的投资经济性和电源的可靠性，决定采用单母线分段接线。2.2.235kV主接线设计方案I：采用单母线接线优点：灵活性差，也不怎么可靠，即使有一个元件发生故障，那么都会牵连整个配电装置，导致大面积停电，在检修时也是如此，这种情况之下，可以借助隔离开关，恢复供电。方案II：采用单母线分段接线优点：1）在线路检修时只在该段停电，不影响其他段的运行。2）由两回馈线供电，重要用户可以实现不间断供电。缺点：1）维修断路器和检修线路时，应关闭维护线路上的所有电路。2）要向两个方向均衡扩建。结论：供电可靠是第一位的，对重要负荷要可靠供电，和快速检修，经过论证，决定采用单母线分段接线。2.2.310kV主接线设计方案I：采用单母线接线优点：灵活性差，也不怎么可靠，即使有一个元件发生故障，那么都会牵连整个配电装置，导致大面积停电，在检修时也是如此，这种情况之下，可以借助隔离开关，恢复供电。方案II：采用单母线分段接线优点：1）在线路检修时只在该段停电，不影响其他段的运行。2）由两回馈线供电，重要用户可以实现不间断供电。缺点：1）维修断路器和检修线路时，应关闭维护线路上的所有电路。2）要向两个方向均衡扩建。结论：为保证对重要负荷的可靠供电，和快速检修，经过论证，决定采用单母线分段接线。2.3本章小结本章首先阐述了选择电气主接线的要求，主要注重供电的可靠性，运行方式切换的灵活性，操作上的便捷性，以及经济效益上的考虑。之后根据要求对三个电压测的主接线方式进行了分析，从以上几个方面确定了三个电压测均选择单母线分段接线方式。这种接线方式既保证了重要负荷可靠运行，也减少了维修时间，作为最优的方案。

第3章主变压器的选择和站用电的设计3.1负荷计算负荷计算是变压器选择的第一步，要确定主变和站用变的容量以及各出线侧的最大持续电流，先要进行负荷计算，包括各侧负荷和站用电负荷。由公式Sc=式中Sc——某电压等级的计算负荷Kt——同时系数α%——该电压等级电网的线损率，一般取5%P、cosφ——各用户的负荷和功率因数3.1.1站用负荷计算表3-1所用电负荷资料名称容量（kW）备注主变风扇2×12连续、经常充电模块18连续、经常蓄电池通风1.1连续、不经常蓄电池排风1.8连续、不经常锅炉房水泵1.8连续、经常载波室1.8连续、经常110kV配电装置电源10短时、不经常110kVQF冬天加热1连续室外配电装置照明11连续室内照明9连续空调12连续、不经常（1）连续运行的电动机：P=PN=2×11+18+12+1.1+1.8+1.8+1.8=60.5（kW）（3-2）（2）不经常短时运行的设备不予计算：P=0（kW）（3-3）（3）照明负荷P=1+10+10=21(kW)（3-4）（4）所用电负荷S=（60.5+21）×0.85=69（kW）（3-5）3.1.210kV侧负荷计算已知10kV侧负荷最大25MW，最小15MW，Tmax=6500h，cosφ=0.9；3.1.335kV侧负荷计算已知35kV侧负荷最大55MW，最小35MW，Tmax=6500h，cosφ=0.85；3.1.4110kV侧负荷计算由公式（3-1）求得S110kV=（0.85×55+0.9×25）×（1＋5%）(最大负荷下)=72.7MW3.2主变压器的确定3.2.1主变台数确定变电站一般装设两台主变压器，防止其中一台出现故障时影响供电。本变电站采用单母线分段接线方式，所以选择两台参数相同的主变压器。3.2.2变压器主变压器的确定主变压器容量确定的要求：1.主变压器的选择一般都要放在长远规划方案里，主变压器的负荷要考虑远期规划的负荷发展，一般规划十年左右。2.主变压器的容量的确定最主要的还是由负荷性质和电网结构确定，特别是带有重要负荷的，比如医院、大型工厂流水线等等，必须要保证在一台变压器出故障或者检修时另一台能够在一定时间内正常运行，一般一台变压器故障维修时其余变压器要保证全部负荷的70～80%。Se=(0.7～0.8)Smax（3-6）（0.7～0.8）Smax=（0.7~0.8）×（72.7/0.95）=53.6～61.2MVA根据计算，当一台变压器不能运行时，另一台必须要承担70%用电负荷，其容量为53.6MVA。故选择两台60MVA的主变压器就可满足负荷需求。故主变参数如下：型号电压组合及分接范围阻抗电压空载电流连接组高压中压低压高-中高-低中-低SSZ11-60000/110110±8×1.25%38.5±5%10.510.517.56.50.81YN,yn0,d113.3站用变台数、容量和形式的确定3.3.1站用变台数的确定站用负荷非常重要，前面我们选取了两台主变压器，采用单母线分段接线方式，有两段10kV母线，所以选取两个参数相同的变压器，互为备用。3.3.2站用变容量的确定站用变为变电站负载供电，除了要满足日常负荷，还要注意以后可能会临时加接负荷，所以预留出大概10%左右的裕度，前面选择了两台互相备用的站用变，要保证其中一台出现故障或者检修时其余站用变能够单独承担所有负荷。S站=69/（1-10%）=76.7KVA（3-7）3.3.3站用变型式的选择根据我国现状和变压器的选择方向，可选用干式变压器。站用变参数如下：表3-3站用变参数型号电压组合连接组标号空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压高压高压分接范围低压S9-80/1010.5±5%0.4Y，yn00.482.61.343.3本章小结本章先对变电站运行进行了负荷计算，确定了主变压器为并联运行的两台60MVA的三相变压器，既保证可靠供电，又考虑长远规划。在站用变的选择上也是确保检修时站用变可靠运行预留了充足的容量。第4章补偿电容无功补偿在电力系统中起着重要作用，在减少线路损耗，改善电网功率因数，供电质量和效率方面具有非常好的效果。尤其是离电站较近的变电站，为了保证用户的用电量，提高系统运行的安全性，稳定性和经济性，有必要合理设置补偿电容器来补偿无功功率。该变电站的正常功率不符合规定的标准，补偿装置必须安装并联电容器。补偿电容器应安装在主变压器的主负载侧或城市的低压侧，并且中性点不接地。根据“电力工程中的电源设计手册”中的条款，补偿电容器的最大无功功率可以为主变压器额定电容的10％至30％，并且该电容取决于电源之间的距离和变电站。改善功率因数所需的电容器Qfm的电容为Qfm=Pfmtgφ1Qfm——负荷所需补偿的最大容性无功量（kvar）；Pfm——母线上最大的的有功负荷，（kW）；φ1——补偿前的最大功率因数，（°）；φ2——补偿后的最大功率因数，（°）；4.110kV并联电容补偿器选择可以取Pfm10=S10kV=25MVA,功率因数由0.9补偿到0.92，由公式（4-1）求得：Qfm10=1458kvar（4-2）按需求可选取12只100Kvar单只大容量电容器，共计1200Kvar。4.2本章小结无功补偿是变电站设计中非常重要的一部分，本章分析了无功补偿的重要性以及选取的要求，并且对分析了负荷侧的功率，从而确定了补偿电容的容量，功率因数提高到0.92.选用无功并联电容器。

第5章最大持续工作电流及短路电流计算5.1各回路最大持续工作电流根据公式Smax=式中SmaxUeIgmax且有如下关系：Smax=Igmax=由公式（5-1）得：10kV：I10kV35kV：I35kV110kV：I110kV=72.75.2短路电流计算点的确定和短路电流结算结果5.2.1短路电流计算的目的要进行变电站设计，计算短路电流必不可少，短路电流计算是变电站设计的重要环节，也是最基本的计算，可以解决一系列技术所导致的问题。计算目的大致如下：通过短路电流计算可以在对选取的不同接线方案进行比较，选取最适合的最经济的，还可以确定是否要采取措施去限制短路电流过大等等。短路电流会使设备发热快速增加，计算短路短路电流可以选取符合要求的设备，在设备出现故障和正常运行时或者一定时间内短路电流通过时还能保证可靠安全运行。同时根据参数选取最适合最经济的设备。3、要根据短路条件设计屋外高压配电装置。4、需各种短路情况的短路电流为依据进行整定计算和选择继电保护方式。5、需要根据短路电流设计接地装置。5.2.2短路电流计算的一般规定1、按工程设计规划容量计算短路电流，并考虑远景规划。按照可能发生的最大短路电流的正常接线方式确定短路电流。2、计算短路电流，应当多方面考虑，特别具有反馈作用的导步电机和电容补偿装置对短路电流的影响。3、选择导体和电器时，在短路电流最大的地点对不带电抗器回路的计算短路点。4、一般按三相短路验算导体的动稳定、热稳定以及电器的开断电流和动稳定、热稳定。5.2.3短路电流计算的基本假设1、系统工作正常时三相对称；2、所有电源具有相同的电动势相位角；3、用恒定阻抗表示负荷；4、认为系统参数均为线性，可用叠加原理；5、忽略各元件的电阻、电容和电导，只计算电抗；6、各元件的磁路不饱和；7、变压器的励磁电流不考虑，短路点的电弧阻抗也不考虑；8、系统的短路为金属性短路。计算短路电流就是为了选择合适的导体和电器，并进行校验。短路电流计算按三相短路进行。一般有3个最大短路电流的计算点，即d1点：110kV母线短路，d2点：35kV母线短路，d3点：10kV电抗器母线短路。注：短路电流计算结果由附录1的计算书求得。5.2.4短路电流计算结果表：表5-1短路电流计算短路点各短路点额定电压各短路点平均电压短路电流周期分量有效值短路点冲击电流短路容量最大值有效值UN(kW)Uav(kW)Id/kAId∝/kAich(kA)Ich(kA)SK/MVAd1101155.5165.51614.078.331099d35378.678.6722.1113.09556d1010.522.9922.9958.6434.714185.3本章小结计算三相短路电流就是为了选择与校验电气设备，对于变电站设计乃至所有电力系统的设计都是至关重要的和不可或缺的。本章分析了短路电流的计算目的，做出了短路电流计算的基本假设，选择出了各个短路点，计算得出各项数据。为变电站的设备选型和校验运行可靠性提供了数据支撑，在选择电气设备就可以选择可靠安全还性价比高还适合的设备。第6章主要电气设选择6.1电气设备选择要求电气设备的选择无论是正常运行还是出现故障的情况下都要正常可靠地工作。一般原则如下：1.在保证设备正常运行的情况下，考虑十年长远规划。2.当地环境作为选择设备的参考条件，注意设备的耐久度。3.在保证设备先进的情况之下尽量降低成本。4.同类设备尽量采购同一厂家。5.统一建设标准。6.正规渠道购买设备，新产品要报上级单位审批。6.1.1电气设备选择及条件对于高压电器，选择的时候既要保持它能够长期正常运行，还要保证在通过超过额定电流和超过额定电压的时候正常工作。在选用电器的时候要注意设备参数，要保证电器的最大承受电压Umax大于所在回路最大的运行的电压Ug，也就是说Umax>Ug，；对于电流而言，要保证所选用电器最大可通过的电流Ie比所在回路所有运行方式下运行的连续工作的电流Ig都要大，也就是说，Ie>Ig。在校验的时候需要注意以下几点：1.为了防止电器被烧坏，需要进行热稳定校验，必须选取有可能通过的最大电流是情况，才有校验的意义。2.有些电器含有熔断器，在校验热稳定是会受到熔断器的保护，所以这样的不用校验热稳定。3.短路的热稳定条件Irt2Qd=Q=Qdt——在计算时间ts内，算路电流的热效应（kA2S）It——t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA2S）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Ts按下式计算t=td+tkd式中td——继电保护装置动作时间内（S）tkd——断路的全分闸时间（s）4.动稳定校验短路的动稳定的条件：icℎ≤上式中ich、Ich——短路冲击电流幅值及其有效值idw、Idw——允许通过动稳定电流的幅值和有效值6.2高压断路器的选择高压断路器在高压电路中具有独一无二的地位，不但能保护电路，还能控制电路开断。型式选择：高压断路器的种类实在太多太多了，每个电压等级都有不同的断路器，而且为了后期方便维护和检修更换，所以在采购的时候尽量选择同类型同厂家的设备，尽量避免选择形式各样的设备。基本要求：1.高压断路器在高压环境下运行，在导通状态下，不但要保证正常负载运行，还要在短路状态下良好运行，即要保证热稳定和动稳定。2.断路器要保护电路，就要在断开时具有良好的绝缘性。3.要在尽量短的时间内断开电路。。4.高压断路器要寿命长，维护方便，维修简单。表6-1计算数据电压等级额定电压最大持续工作电流Id热稳定校验短路冲击电流（kW）110kV115kV382A5.5165.5162kA×314.0733kV37kV907A8.678.672kA×322.1110kV10.5kV1443A22.9922.992kA×358.62设备选型如下：110千伏侧选用室外布置LW型六氟化硫断路器。35千伏部分选用户内KYN金属铠装移开式开关柜，配真空断路器。10千伏部分采用户内KYN中置移开式开关柜，配真空断路器。根据计算可知：表6-2设备选型电压等级型号额定电压额定电流额定短路开断电流（kA）热稳定校验动稳定电流110kVLW36-126126kV3150A40402kV×3s80kA35kVZN12-3535kV2000A31.531.52kV×3s63kAZN12-3535kV1250A25252kV×3s63kA10kVZN12-1012kV3150A31.531.52kV×3s80kAZN12-1012kV1250A31.531.52kV×3s80kA6.3隔离开关的选择隔离开关是不能灭弧，但是他是高压设备，它的主要功能也很简单，隔离电源，倒闸，对于小电流电路可以通断，所以他对电路虽然简单但是异常重要。选型要求：1容易鉴别。断开点明显。2.保证安全。断开点之间的绝缘距离要较远。3.稳定性强。要保证设备正常运行，隔离开关要同时具备热稳定性和动稳定性。4.强度高。具备一定的机械强度和绝缘强度。5.跳合闸速度快。防止过电压。5.动作可靠。又根据最大持续工作电流及短路电流得知：表6-3设备选型电压等级型号额定电压额定电流动稳定电流110kVGW4-110ID110kV1250A80GW4-110IID110kV1250A806.4各级电压母线的选择各级电压母线选择，需要注意：、根据地点和环境选择母线的材料、结构和截面的大小；、母线作为传送电流的导体，要保证在过电流情况下正常运行，所以要提前检验最大过电流情况下的热稳定和动稳定；、对35kV以上母线，注意电晕状况；、共振在电力网中也是非常常见的，所以要检验母线本身的自振频率，从而不被共振影响；、各侧母线最大持续工作电流：10kV=1443A，35kV=907A，110kV=382A6.4.1110kV侧母线在大中型变电站中，110kV及以上的配电器大多使用外部配电器。屋外配电装置的软母线为钢芯铝绞线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。1、型式：采用外软母线2、型号：LGJ－400型3、列表：标称截面计算截面计算拉断力Qac=70℃的载流量400/25419.01mm295940N879A6.4.235kV侧母线根据长期加热的允许载流量选择截面。因为电气设备使用KYN-40.5高压开关柜，所以双段铜棒的类型选择为100*8。6.4.310kV侧母线根据长期加热的允许电流容量选择截面。因为电气设备使用KYN-12高压开关柜，所以双段铜棒的类型选择为100*10。6.5电流互感器的配置和选择一.参数选择1.技术条件（1）正常工作条件——一次回路电流，一次回路电压，二次回路电流，二次回路电压，二次侧负荷，准确度等级（2）短路稳定性——动稳定倍数，热稳定倍数（3）承受过电压能力——绝缘水平，泄露比二.型式选择对于电流互感器，选择35kV以下的瓷质绝缘结构或树脂模制绝缘结构；使用高于35kV的油浸绝缘结构。根据35kV及以上的《设计手册》，配电设备通常将油浸式瓷盒绝缘体用于常用的L（C）系列独立电流互感器。CT侧出口使用户外式，用于测量需要精确度的测量和保护设备。使用测量电流互感器时，应将一次额定电流选择为环路中正常工作电流的1/3左右，以确保测量仪器的最佳运行并在过载时使仪器具有合适的指示。根据Ue>UgmaxIj>Igmax对电流互感器选取如下：表6-6互感器选择电压等级型号110kVLB6-110W235kVLZBBJ9-40.510kVLZBBJ15-126.6电压互感器的配置和选择1.参数选择1.技术条件(1)正常工作条件——一次回路电压，一次回路电流，二次负荷，准确度等级，机械负荷(2)承受过电压能力——绝缘水平，泄露比距。2.型式选择1.6～20kV配电装置一般采用油浸绝缘结构，在高压开关柜中或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压是，一般采用三相五柱电压互感器。2.35～110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。6.6.1110kV侧PT的选择在《电力工程电气设计手册》中提到，配电设备35-110kV通常采用电磁式电式互感器，结构为油浸绝缘，并与110kV及以上线路侧的变压器相连。配备载波通讯后，必须与耦合电容器结合使用，电容式电压互感器的标准化选择。准确度为:电压互感器按一次回路电压、二次电压、安装地点二次负荷及准确等级要求进行选择。所以选用TYD110/3-0.02型电容式电压互感器。表6-7110kV侧PT选型型号额定电压（V）二次绕组额定输出（VA）一次绕组二次绕组剩余电压绕组0.5级0.2S6PTYD110311000031100003100150VA300VA6.6.235kV母线PT选择35--11kV配电装置安装台单相电压互感器用于测量和保护装置。选三台单相带接地保护JDZXF-35型。表6-7(2)35KV母线PT选型型号额定电压（V）一次绕组二次绕组剩余电压绕组JDZXF-353500031003100/3准确度测量准确度测量计算与保护用的电压互感器，其二次侧负荷较小，一般满足准确度要求，只有二次侧用作控制电源时才校验准确度，此处因有电度表故选编0.5级。PT与电网并联，当系统发生短路时，PT本身不遭受短路电流作用，因此不校验热稳定和动稳定。6.7各主要电气设备选择结果一览表表6-8选型汇总电压等级电气设备110kV35kV10kV高压断路器LW36-126LW36-126ZN12-10隔离开关GW4-110I(II)DGN27-35GW4-35D/630电流互感器LB6-110W2LZBBJ9-40.5LZBBJ15-12电压互感器LZBBJ15-12LZBBJ15-12LZBBJ15-12绝缘子ZSW-110ZSW-35ZSW-35母线ZSW-35LMY-100*8LMY-100*10主变压器LMY-100*10站用变压器SC9-80/106.8本章小结本章定义了变电站的不同设备。基于环境条件，安全性，可靠性，经济性和设备之间的协作进行选型。并根据短路电流，功率补偿，环境等数据进行检查。选择经济，可靠且易于维护的各种电气设备。第7章过压保护、接地及照明7.1直击雷保护变电站在整个电力系统中具有独一无二的地位，保护好变电站才能保障供电稳定、安全，还避免大面积停电造成经济损失，所以变电站设计的最后必须要做对变电站的保护，尤其是直击雷保护。容易受到雷电击中的设备主要是屋外的配电设备，所以对屋外配电设备的保护要重点注意。其次就是组合导线和母线廊道，下面进行保护设计。7.1.1保护措施110kV配电装置、主变压器、屋外组合导线，都属于易受波及，所以皆可架设独立避雷针。7.1.2避雷针装设应注意的问题避雷针装设的重要性和必要性显而易见，在选择避雷针上要注意很多地方。根据独立避雷针的作用和特性，独立避雷针要有独立的接地装置；接近接地装置和避雷针具有一定的风险，而马路等地方人流较多，所以在装设的时候尽量与这些人流量大的地方大于3m。避雷针的架设地点也是根据电压等级选择的，110kV以上的架设在架构或者房顶上，这种情况下，就应该在其附近集中设置接地装置；35kV以下的就不易如此。避雷针和变压器距离主接地网的地下连接点，长度要大于等于15m。在主变压器的门型构架上，不应装设避雷针、避雷线。110kV及以上以及35kV配电装置，都可以将避雷线引接到出线门型架上；但是35kV的要集中接地装置。我国相关的规程规定:(1)110kV及以上的配电装置,一般将避雷针架设在构架上。(2)35kV及以下的配电装置应采用独立避雷针来保护;7.2雷电侵入波保护7.2.1保护措施雷电侵入波保护可以采用避雷器结合进线段保护，主要是防止雷电通过线路侵入到变电站，从而引起变电站发生故障。阀式避雷器可以截断电流，保护系统装置。对于雷电侵入波保护主要选用阀式避雷器，对于雷电产生的电压波，他能很好的限制其幅值，但还要与进线段保护相配合。阀式避雷器保护有三个前提：①阀式避雷器的伏秒特性要小于被保护绝缘的伏秒特性。②它的伏安特性应保证其残压低于被保护绝缘的冲击电气强度。③被保护的设备要在避雷器的最大保护距离以内。7.2.2避雷器的设置1.变电站的每相导体上均应安装阀式避雷器，最短的接地线应连接至配电装置的主接地网络，并在其附近安装中央接地装置。2.大地短路电流系统中的中性点非接地变压器，例如根据线路电压设计中性点绝缘，应在中性点处配备保护装置。3.对于连接至架空线的三绕组变压器的10KV绕组，如果可能开路运行，则应采取措施防止静电感应电压损坏绕组绝缘。阀式避雷器安装在相线之一上。4.3-10kV变电站的配电设备应在每相导体和架空传输线中安装一个阀型避雷针。①容量为110KV，35KV和10KV的每段必须配备一套避雷器。②配备避雷针。在变压器的35KV侧，每相安装10KV。在侧面安装单相避雷器。③110KV中性点是逐步隔离的，并且由于配备了隔离开关，因此必须安装避雷器。④连接35KV架空输电线路时，必须安装避雷器总成。7.2.3变电站的保护根据变电站的实际情况需要设置四只避雷针分布在四周。因为土壤电阻率ρ<400欧.米，仍宜装设独立避雷针,以免发生反击;具体计算见防雷保护图。7.3接地装置此次设计的变电站接地装置主要有三种：①工作接地，保证系统正常运行，降低人身安全风险，迅速切断故障。如变压器、互感器中性点接地。②过电压保护接地，是过电压保护装置或设备的金属结构，如避雷器、避雷针、避雷线接地。③保护接地，是一切正常时不带电的电气设备外壳、配电装置的金属结构（构架）接地。本次设计，接地网采用垂直接地和水平接地干线联合构成；在避雷针、避雷器及主变压器附近增加垂直接地极，加强散流作用，接地网接地电阻应小于0.5欧姆。1、主接地网采用棒形Ф50钢管，长2.5米镀锌接地棒，其间以60×6的镀锌(热镀)扁钢连接成环形，钢管上端埋入深度为0.8米。另外，在接地网靠近#1主变位置留一接地检查井。2、户外接地扁钢与主接网可靠焊接，要三面焊牢，其焊接长度为扁钢宽度的三倍。在焊接点必须刷防锈漆2遍，并涂热沥青处理。3、接地网施工完毕后应进行实测，接地电阻Rd≤O.5欧。否则将采取降阻措施。7.4照明整个站的照明电源通过380/220V所用屏连接到每个照明配电箱。照明分为应急照明系统和交流照明系统，照明通常由交流电源提供。没有交流电时，它将自动切换到220V直流电源，并且在次要房间中将安装永久照明。荧光吸顶灯和白炽灯用于照亮次要房间。荧光灯和白炽灯用于35kV和10kV配电室。白炽灯泡是应急灯，其使用受到严格控制。使用外部照明。35kV和10kV的房间拥有明亮的照明，其他房间则布置有暗线。四个聚光灯安装在110kV框架上。35kV高压房顶上安装了七个聚光灯，便于夜间维护。7.5本章小结变电站处在电力运输的核心位置，非常容易受到雷电以及其他恶劣环境的影响，在日常生活中我们也经常见到类似的情况，所以为了避免雷电对变电站造成损坏，在本次设计的最后对变电站进行了防雷保护，可以一定程度上消除雷电对变电站的影响，至此本次设计的内容基本结束。结论本次毕业设计主要做了如下工作：分析了课题的背景以及研究意义，国内外电力行业以及变电站的发展状况存在问题，对比了国内和国外的情况，阐述了本次设计的研究内容，通过对原始数据进行分析，明确了设计任务。首先对电气主接线进行选择设计，通过负荷计算选择主变压器和站用变压器并且选择了合适的补偿电容；然后分析了短路电流计算的意义目的，对短路电流进行了计算，选择合适的导体和电气设备，包括：高压断路器，隔离开关，各级电压母线的选择，电压互感器和电流互感器的选择等等；最后为电力系统设计了过压保护、接地和照明。我国进入了新的发展阶段，立足新发展阶段，搭上国家发展的快车，电力行业也必将会取得前所未有的发展，变电站作为电力运输和传送的重要环节，可以说是重中之重，保证变电站的稳定可靠，安全运行，经济性高，才在未来的发展中具有较强的竞争力。所以对于变电站来说稳定可靠是第一位的，他是保证正常运行的关键，安全运行就要保障身安全可设备安全，否则就会造成不必要的损失，降低成本才能具有竞争力，特别是变电站的运行成本每年都很高，用长远的眼光看到问题，就要保证设备老化慢，用的久，维护成本低，自动化智能化程度高。这是对所有设备普遍的要求，对于变电站更要如此，他作为电力系统中重要的一环关系着我们的国民经济命脉，特别是如今我们要向第二个百年奋斗目标进军，要推进乡村振兴，在党和政府的领导下，人民群众的共同努力下，农村地区将会得到快色的发展，工厂也将会增加，农村用电量将会大大增加，此变电站设计也是立足于此进行的设计。农村地区人力成本但是技术成本高，为此要提高变电站的自动化智能化水平，保证农村的用电可靠安全，也就达到了此次设计的目的。但是由于本人知识水平有限，对农村地区变电站设计的针对性并不是特别强，但在今后一定会加强学习，为乡村建设添砖加瓦，为乡村振兴贡献技术理想，为建设社会主义强国牺牲一切。

参考文献[1]水利电力部西北电力设计院编《电力工程电气设计手册—电气一次部分》.北京电力工业出版社1982年出版[2]李梅兰，卢文鹏编《电力系统分析》.中国电力出版社.2010年出版[3]国家电力公司农电工作部编《35kV变电站及以上工程》（上、下）.中国电力出版社.1992年出版[4]电力工业部电力设计总院编《电力系统设计手册》.中国电力出版社1995年出版[5]四川联合大学编《发电厂电气部分》.中国电力出版社2002年出版[6]国家水利电力部编《导体和电器选择设计技术规定》.电力工业出版社1987年出版[7]西北电力设计院主编《发电厂变电所电气接线和布置》.水利电力出版社1984年出版[8]吴广宁主编《高电压技术》.机械工业出版社.2007年出版[9]电力工业部西北电力设计院编《电力工程电气设备手册》.中国电力出版社.1998年出版[10]黄纯华编《发电厂电气部分课程设计参考资料》.水利电力出版社.1987年出版

附件I：短路电流计算式1.1系统及线路电抗的计算1、系统电抗该变电所以110kV双回线路与55km外的系统相连，110kV系统容量为2500MVA，系统最小电抗（即系统的最大运行方式）为0.2，系统最大电抗（即系统的最小运行方式）为0.3（以系统容量为基准）；Sj=100MVA，Uj=Uav=1.05UN。XS∗=最大运行方式XS大=最小运行方式XS小=2、线路电抗X1=XX0为线路每相每公里电抗值,一般取X0=0.4Ω/Km；L为线路长度距离。各电压等级额定电压和平均电压（kV）：额定电压（kV）1103510平均电压（kV）1153710.5LGJ-300X*取0.4/KMX2=X3=X0LSJ/UJ2=0.4×55×100/1152=0.1661.2主变压器电抗的计算由所选出的SFSZ7-60000/110变压器的参数：Ud12%=10.5，Ud13%=17.5，Ud23%=6.5求得各绕组的电抗：XT1=Ud1%/100×Sj/Se=0.5(17.5+10.5-6.5)/100×（60×100）=0.179XT2=Ud2%/100×Sj/Se=0.5(6.5+10.5-17.5)/100×（60×100）=0XT3=Ud3%/100×Sj/Se=0.5(17.5+6.5-10.5)/100×（60×100）=0.1125XT1*=X4*=X5*=0.179XT2*=X6*=X7*=0XT3*=X8*=X9*=0.1125X4和X5为变压器高压侧的绕组阻抗，X6和X7中压侧的绕组阻抗，X8和X9为低压侧的绕组阻抗。1.3计算各短路点的三相电流在所有短路电流中，可视最大运行时短路的三相短路电流为最大的短路电流。短路点选择一般通过导体和电器设备的参数短路电流为最大的那些点。由于该变电所连接的系统为大系统。因此，Id计算电抗的倒数，且零秒Id周期分量和0.2秒Id及稳态短路电流相等。即I"=I0.2=I∞，对本设计而言，发生短路最严重是在110kV、35kV、10kV母线三个地方。等效电路及短路点的选择如图：短路点的设置：一、d1点(110kV侧)短路电流的计算系统最大运行时电抗：XS=0.008,X1=XS短路点d1的电抗：d1点短路电抗Xd1*=XS+X2+X3=0.008+0.166/2=0.091d1点短路时短路电流：I*=1/Xd1*=1/0.091=10.989d1基准电流：I三相短路电流周期分量有效值(有名值)：Id1(3)=Ij1/Xd1*=0.502/0.091=5.516KA三相短路电流周期分量稳态值：I∞d1(3)=Id1(3)=5.516KA三相短路冲击电流最大值为：ich=Kch×2Id1在工程设计中，当短路时总电阻较小，总电抗较大，一般取Kch=1.8，即有1.8×2=2.55，故设计时计算一般为：ich=2.55×Id1(3)=2.55×5.516=14.07KA三相短路全电流最大有效值：I由Kch=1.8得1+2(故Ich=1.51×Id1(3)=1.51×5.516kA=8.33kA三相短路容量：Sd1二、d2点（35kV侧）短路电流的计算d2点短路电抗：Xd2=X1+X2/X3+X4/X5=0.008+1/2×0.166+1/2×0.179=0.18d2点短路时短路电流:I∗d2基准电流：I三相短路电流周期分量有效值(有名值)：Id2(3)=Ij2/Xd2=1.56/0.18=8.67KA三相短路电流周期分量稳态值：I∞d2(3)=Id2(3)=8.67KA三相短路冲击电流最大值为：ich=2.55×Id2(3)=2.55×8.67=22.11KA三相短路全电流最大有效值：Ich=1.51×Id2(3)=1.51×8.67=13.09KA三相短路容量：Sd2=1.732Uav×Id2(3)=1.732×37×8.67=555.6MVA三、d3点（10kV侧）短路电流的计算d3点短路电抗：Xd1点短路时短路电流：I∗d3基准电流：I三相短路电流周期分量有效值(有名值)：Id3(3)=Ij/Xd3=5.499/0.237=22.99KA三相短路电流周期分量稳态值：I∞d3(3)=Id3(3)=22.99KA三相短路冲击电流最大值为：ich=2.55×Id3(3)=2.55×22.99=58.62KA三相短路全电流最大有效值：Ich=1.51×Id3(3)=1.51×22.99=34.71KA三相短路容量：Sd3=1.732Uav×Id3(3)=1.732×10.5×22.99=418MVA表I-1短路电流计算结果表短路点各短路点额定电压各短路点平均电压短路电流周期分量有效值短路点冲击电流短路容量最大值有效值UN(kV)Uav(kV)Id/kAI∞d/kAich/kAIch(kA)SK/MVAd11101155.5165.51614.078.331099d235378.678.6722.1113.09556d31010.522.9922.9958.6234.71418附件II：主要电气设备选择计算书1、高压断路器的选择计算《发电厂电气部分》（P144-P146）额定电压的选择：UN>UNS额定电流的选择：IN≥Imax开断电流的选择：INbr>Ipt额定关合电流的选择：iNc≥ish一、10kV侧