110kV变电站电气部分设计

III110kV变电站电气部分设计摘要电能是当今世界最常见的能源，也是使用最多的能源。随着全球温度的上升与国内的经济发展，居民用电与工业用电不断升高。为了保证居民和企业的用电质量，贯彻国家提出的加快城网和农网改造和拉动内需的发展计划的政策，地区加快建造各种电压等级的变电站。变电站在电网当中起到一个重要的角色——传输电能，所以说变电站能够以一个正常的，安全的，可靠的状态运行对民族中的国民经济发展是非常重要的。本设计进行了负荷计算、主变压器与站用变压器的选择、短路计算、设备选择、变压器继电保护与防雷设计。关键词：变电站短路计算设备选择继电保护

AbstractNowadays,withtheprogressofscienceandtechnologyandtheincreasinglypowerfulcountry,thedevelopmentofelectricityplaysavitalroleintheprogressofthecountry.Intoday'sgreatdemandforelectricity,substationhasbecomeanimportantparttoensureourdailylifeelectricity.Substationshavebeenwidelyusedinourcountry,andtherearemanysubstationsorpowerplantsineachregiontomaintainthenormalelectricityconsumptionoftheregion.Inthesubstationdesigntechnologyisincreasinglymature,nowthesubstationhasgreatlyreducedtheuseofhumanpower,moretendtothedevelopmentofautomation.Inthedesignofsubstations,reliabilityrequirementsarealsoincreasing,whichisalsothefocusofthedesignofsubstations.The110kVsubstationdesignisdesignedaccordingtothedesignspecification.Thelocationofthesubstationisnearthecity,whichmainlyprovidespowertourbanresidentsandenterprises.Inordertoensuresustainableelectricityconsumption,thedesignshouldbestrictlyinaccordancewiththedesignrequirementsofthesubstation.Inthedesign,themaintransformerisselectedaccordingtotheloadofthesubstation,andthentwosuitableelectricalmainwiringschemesareselected.Onthebasisofmeetingtherequirementsofreliability,theflexibleandeconomicalwiringmodeofelectricalequipmentandmainwiringisselected.Theshort-circuitcurrentoftheshort-circuitpointsinthesystemandthecircuitiscalculatedandtheequipmentisselectedreasonably.Inaddition,themaintransformerandoutgoinglinesshouldbereasonablyrelayed,andthelightningprotectionshouldbecarriedouttoensurethereliabilityofthesubstation.Keywords：substation,shortcircuitcalculation,electricalequipment,relayprotection

绪论国内外发展情况国外的变电站发展情况:欧美国家的工业发展比咱们要早，他们的工业基础比较强厚而且他们的各种技术也较为先进，在智能变电站的发展的道路上早于我国也强于我国。欧美国家在一九八几年就开始了变电站的自动化技术的研究，其中较为厉害和比较典型公司如西门子、ABB等，这些公司所研制的变电站及其自动化系统无可厚非的都成为了电网当中举足轻重的一部分。伴随着电网越来越智能化也就是人工智能在电网中的应用越来越多使得国际上逐渐得到认可，国外的大多数国家也开始相继的投入到智能电网的研究中，欧盟主动对智能电网的发展和研究做出改革是在2009年，在智能电网的基础上大力发展新能源的计划，主要是在市场的设计、电网的新型技术设计等方面进行。希望能够达到2020年之前使38％的电力行业能够转变为可再生能源，在一定的程度上保障普通的居民的正常使用电能，由此欧洲开始迈入可持续发展的新能源的时代。在我国各地变电站都有很多，并且都有很大的发展。自从上个世纪七八十年代我国开展改革开放以来，中华大地的经济都获得了飞速的发展。随着用电设备和公司的急剧增加导致用电量也急剧增加。此外，中国各地区电网中的各级的调度产间必须要得到很多的电能以及一些其他的信息。只有这样才能更加精确的了解电网及其相关电气设备的运行状况。以此为了改善电力系统的控制，这就要求必须要有很好的电能实时检测系统和远程分析及其控制。而且现在变电站也有很多是没有人进行看守的变电站。中国主要研究220KV变电站的及其以下的相关科学技术。如何应用自动化电子技术和提高变压器的技术以及相关人员对电站的运营都使得十分的重要。相关科学技术得到了不断的完善和成熟。目前，变电站和相关科学技术都不断得到了改善。中华地区的智能变电站相关的科学技术都在研究重点在智能开关设备的研发，还不能大范围的推广应用。本设计研究的目的和意义电能是工业和商业和农业以及科技方面所必须的能源。电能如何有效科学的应用都能够在一定程度上有效的降低精力和物力，从而降低经济成本。如果供电突然停止，就会造成生产停滞甚至是用电设备的损坏，从而使得人们的生活不便经济损失。随着经济的发展，工业的扩大，人民生活条件的提高。对于电能的需求和电能的可靠运行的需求也不断地在增加。本次的研究旨在与提高地区电能和系统运行的可靠性，为地区工业的发展和人民生活的舒适性提供助力。设计概述本设计当中主要是针对110KV的变电站并且对其的设计步骤及其相关涉及到的技术手段进行进一步的了解和分析。此外，本设计过程当中所进行的用户负荷的计算，主要是针对主变压器及其相关电气设备的理论分析并且进行正确和合适的选择。本设计的主要包括有（1）建立和分析变电站的基础参数和分析。（2）进行本设计当中的负荷计算以及如何选择变压器。（3）设计变电站是如何进行主接线操作和选择的。（4）设计变电站中可能涉及到的相关短路电流的计算。（5）设计变电站当中所用的电气设备的计算及其选择。（6）设计变电站当中所涉及的继电保护计算和分析。（7）设计变电站的防直雷的避雷针。变电站自然条件该地区海拔23米地势平坦，地质条件良好，交通便利，有公路经过附近，电气设备运输方便。并且不用考虑大气压强，空气密度和温度对电气设备电气性能的影响。不用考虑加强绝缘和技术论证。该地区最高温度为+40℃,最低温度+12℃（极端最低温度+2℃）属于第=1\*ROMANI级典型气象区，该地区是雷电活动特殊强烈地区，年平均雷暴日数超过90，因此要考虑防雷。该地区无污染影响，对电气设备的污秽可以不用考虑。变电站负荷计算及变压器选择变电站基本数据35kV有五家用户，最近的棉织厂离变电站15km。他们一共用8回线，综合最大负荷40MW，为了后期的发展多设两条线路,负荷为10MW，同时系数取0.9。负荷情况如下表：表2-135kV侧负荷负荷名称最大负荷（MW）功率因数回路数出线方式棉织厂50.91架空线路玻璃厂120.92架空线路食品加工厂50.91架空线路电机厂80.92架空线路塑料加工厂100.92架空线路10kV侧有四家用户共出线6回,最近的手表厂离变电站10km。最大的综合负荷12MW，同时系数0.9，四家用户的负荷如下表：表2-210kV侧负荷负荷名称最大负荷（MW）功率因数回路数出线方式日用电器厂50.92架空线路电视机厂20.92架空线路自行车厂30.91架空线路手表厂20.91架空线路站用负荷为动力负荷和照明负荷，最大综合负荷为80kW,功率因数0.85。本变电站为高压降压变电站，主要是为了把110kV降为35kV和10kV。本次设计的高压降压变电站由远处的两个系统供电，系统S1的容量为500MVA,容抗为0.38，在最大运行方式下的电抗为0.35，在最小运行方式下的电抗为0.39。系统S2的容量为600MVA，容抗为0.45，在最大运行方式为的电抗0.42，在最小运行方式下的电抗为0.47。系统S1与系统S2的线路分别为20Km和15Km，如图2-1所示：图2-1系统变电站连接图各电压等级负荷计算在设计时需要挑选合适的变压器，挑选变压器先要确定它所要承担的容量是多少。容量是由用户总的用电量即负荷确定的，所以先算负荷。计算负荷的公式为： (2-1)——计算的电量。——同时系数。QUOTEcosφQUOTEp——功率因数与各用户的用电量。QUOTEα%——线路消耗电能的多少，一般取5%。站用负荷计算根据原始资料中的站用负荷资料，由公式3-1可计算得：10kV侧负荷计算根据原始资料中的负荷资料，由公式3-1可计算得：35kV侧负荷计算根据原始资料中的负荷资料，由公式2-1可计算得主变压器的选择不管是什么类型的变电站中，变压器相当于人类的心脏。它起着变换电压和功率并向外输送变换过后的功率的角色。它还身兼着与其相连的系统的负荷情况，故要合理的选择主变压器和站用，不然就会造成设备和经济技术上的损失，设计时选择的的容量、台数和型式都将会影响到后面设计主接线的接线方式。我们选择的变压器型号的确定除了已知的计算所得容量外，还要考虑到未来社会发展的后期规划，输送功率的大小、出线回路的多少、电压等级的不同都要考虑进去。主变压器的选择原则在330kV及以下的高压升压货降压变电站中的变压器，以向外输送电力要有可靠性、灵活性、经济性，一般都选择三相变压器。因为单相变压器向外输送电力的可靠性、灵活性要比三相变压器差，要提高可靠性投资增加，占地多，系统运行损耗大，未来发展扩展可行性小。选择主变台数选择变压器的台数要根据相关的准绳来选择：（1）为了满足负荷系统供电可靠性的要求主要工作可以满足一个或两个负载。（2）当三级负荷集中时也可使用两个或多个主变压器。（3）对于不同的季节负荷变化很大或者白天晚上负荷变化较大的时候，为了经济、方便、灵活的切换变压器，也可以装设两台变压器。为了保证变电站能够稳定的向用户输送电，避免当变压器不工作时影响用户的日常生产生活的用电，装设两台变压器。当一台变压器不工作时，另一台要承受本变电站的绝大部分负荷运行，以确保变电站的正常向外输送电能。所以选两台容量相等的主变压器。选择容量考虑到以后社会发展负荷会增加，当主变压器额定容量过大时，变压器的额定容量和额定过流容量的选择会导致变压器能耗的增加，经济效益就会低下不符合经济性；如果挑选的容量不够，那么他就会就会超出自身能力运行，被损坏的可能性将增加，那么故障率就会提高，不符合稳定性可靠性要求。合理选择变压器的容量就会使变电站的可靠性提高经济收益增多。对于带有大量一二级负荷的变电站，当变电站内的某台主变压器故障了，为了一二级负荷用户一定时间内不能断电的要求，剩下的变压器要能够满足用电要求。在不承受大负荷的变电站中，当其它变压器停止工作时，其容量能够满足依照上面的运算结果挑选了两台63MAV的有载调压的主变压器。选择型式在不同电压等级变电站中，低压侧无负荷但需要安装无功补偿装置，主变压器采用三绕组，变压器采用有载调压方式电压稳定容易漂移，降低电压波动，提高电能质量，因此必须选择有载调压变压器和相应的调压变压器。该变电站采用Y型星接35kV侧，中性点经消弧线圈接地，电压等级35kV小于D角。综上选用的变压器的数据如下表表2-3主变压器的数据型号SFSZ9—63000/110额定电压高压110kV中压38.5KV低压10.5kV阻抗电压%高—中10.5高—底17中—低6.5连接组标号YN,yn0,d11空载电流0.7站用变选择站用变台数确定站用负荷在变电站运行时很重要，大多数的变电站都会装设多台站用变。要提高站用电的可靠性和灵活性，避免站用负荷停电，我这次将挑选两台站用变。站用变容量确定确定站用变的容量时，考虑到会有其他临时增加的负荷，所以在满足能够满足日常运行时的负荷后还要留有一些容量满足临时负荷。因为两台变压器我都是装设成暗备用，正常情况下是一台单独运行。站用变型式的确定紧跟国内电气设备的科技发展，本次设计的站用变选用两台比较先进的干式变压器。它的数据如表：表2-4干式变压器型号SC-100/10额定电压高压10..5QUOTE±2QUOTE××2.5%阻抗电压4%连接型号Y，yn0空载损耗0.53KW负载损耗1.44空载电流2.5%变电站电气主接线设计不同的电压等级因为负荷的不同就会设计不同的接线方式。电气主接线的接线型式在进行变电站电气设计中是相当重要的，因为他的选定影响到后面与其配合电气设备选择、继电保护、自动装置和控制方式。这就关系到电力系统运行的可靠性、灵活性和经济学，所以我们要认真合理的确定主接线方式。电气主接线的基本要求当拿到设计任务书后，仔细分析里面的内容，结合工程实际，充分准确地掌握设计任务书里面的原始资料，然后根据我国现行的电力发展方针，设计出可行性比较高的方案。可靠性设计变电站的电气主接线第一个要求就是安全可靠，它关系着变电站是否能够可靠的向系统或者用户输送电能。主接线的可靠性要求是当设备检修时，不能停止运行，当设备故障以及母线检修时，为了保证对所有初始负荷和大部分二次负荷的供电，为了减少全停。灵活性要求（1）操作方便在可靠性这个重要的前提下，接线越简单越好，使工作人员操作方便，使他们在操作过程不能出现差错。（2）调度灵活在正常运行时，为满足不同的负荷需求能够灵活的调度，当发生故障时，能快速切出故障，影响范围小。不会破坏系统的稳定性。（3）扩建灵活社会是不断发展的，社会需要的负荷也是不断增加的，要满足增加负荷就要扩建变电站，所以在设计时要考虑到这一方面，留有一定的地方方便以后扩建时不停电扩建。经济性在设计主接线时，安全可靠系数增加了它的经济收益就不好。经济收益好了，往往安全可靠系数就会降低。我们说的设计主接线经济性都是在保证了可靠和灵活的前提下。（1）投资省：主接线设计要安全简单，与其相连接的变压器要选择物美价廉的，为了安全要采取措施限制短路电流。（2）占地面积少：主接线要合理选择，它选择好了电气设备的安装地就会合理安排节约土地。（3）电能损耗少：各种电气设备自身都会有损耗，主接线合理选择就会合理的选择电气设备减少对系统的电能的损耗，减少经济损失。电气主接线的一般形式选择主接线的形式要根据电网的相关规定和手上有的原始资料来选择。当变电站后方的出线或者用户多时，母线做中间环节灵活的调度分配电能,母线分为有汇流和无汇流两种接线。有汇流母线它有以下几种样式：（1）、单母线接线当只有一台变压器时，而且出线回路较少可靠性要求不高就可以选择单母线接线来分配电能。（2）、单母分段接线适用于高电压等级且出线回路不多时可以采用，因为他能保证一些重要用户的供电。但是他的可靠性可灵活性不高因此不适用于低电压等级出现回路多的变电站。（3）、单母分段加旁路母线单母分段加旁路母线适用于35kV到110kV电压等级接线。电气设备多接线繁琐比单母分段接线可靠。（4）、双母线接线运行灵活，但是工人后期运行检修操作复杂容易出错。110~220kV的母线出线回路超过5回线可选择使用；35~66kV母线出线回路有很多时可采取这种接线；电压等级相对低的需要用电抗器。（5）、双母分段接线带有重要负荷的母线后期为了不停止运行的扩建需要双母分段接线，因为它扩建方便灵活，无需全部停掉就可以扩建。无汇流母线无汇流母线接线分为以下几种接线：（1）、内桥当变电站内只有两台变压器且主变压器不经常切换时也可选用。当变电站只有两条长距离的输电线路并且线路经常性故障时可以采用。（2）外桥它适用于频繁更换主变压器的变电站。连接变电站的负荷不大出线较短故障率低但是需要经常切换主变压器的适用。(3)角形母线可靠性虽然比其他接线的高，但是接线过于复杂容易出错，需要用到的设备过多后期保护整定复杂。灵活性和经济性特别低没有得到广泛的应用。主接线方案110kV主接线远处的两个系统有4回进线连接110kV，变电站内有两台变压器与110kV相连接，本设计拟定的接线有两种方案，一种是单母分段，一种是双母线接线，如下图3-1和3-2图3-1单母分段接线图图3-2双母线接线对上面两种拟定方案进行对比，对结果如下表3-1.表3-1拟定方案对比表项目方案方案一方案二技术=1\*GB3\*MERGEFORMAT①简单清晰，操作简单，利于发展。=2\*GB3\*MERGEFORMAT②可靠性、灵活性差。=3\*GB3\*MERGEFORMAT③可以不停电检修=1\*GB3\*MERGEFORMAT①运行可靠，方式灵活，便于事故处理，易扩建=2\*GB3\*MERGEFORMAT②道闸操作复杂，容易误操作经济设备多，投资大。占地多，设备少，投资小在技术上（可靠性、灵活性）第二种方案比较合理，由于本变电站的一二类负荷较多。所以在技术上要选可靠性和灵活性较高的第二种方案，但是为了考虑经济性后面比较后在进行最总选择。35kV侧电气主接线本次设计的变电站35kV有五家用户共8回线路再加上2回备用扩建线路共10回。既可以用单母分段接线也可以用双母接线。为了安全可靠的给用户供电这两种方案加可以旁路。本次的35kV的用户多为双回路，有可能检修断路器，且检修时间为几天。故35kV采用双母线时，不宜带旁路，有条件可设置隔离开关。有以上所描述我选出两种方案，如图3-3和图3-4所示图3-3单母分段带旁路母线图3-4双母接线对方案一单母分段带旁路与方案二双母接线的综合比较如表3-2表3-2两方案比较表项目性能方案方案一方案二技术=1\*GB3\*MERGEFORMAT①简单明了，操作方便易于发展=2\*GB3\*MERGEFORMAT②可靠性、灵活性差=3\*GB3\*MERGEFORMAT③旁路断路器可替代出线断路器，进行不断电检修，保证供电=1\*GB3\*MERGEFORMAT①供电可靠=2\*GB3\*MERGEFORMAT②调度灵活=3\*GB3\*MERGEFORMAT③扩建方便=4\*GB3\*MERGEFORMAT④易误操作经济性=1\*GB3\*MERGEFORMAT①设备少，配电装置复杂，投资多=2\*GB3\*MERGEFORMAT②占地小=1\*GB3\*MERGEFORMAT①设备少，=2\*GB3\*MERGEFORMAT②投资小，占地大经比较两种方案都易扩建，由于35kV侧都是一些重要性负荷，在技术比较上选用方案二。10kV主接线在本次设计的变电站的低电压侧只有6回输电线给用户供电。所以本次设计可以采用单母线接线或者单母分段带旁路母线接线。10kV电压较低就不用带旁路，综上所述选出方案一和方案二，如图3-5和图3-6所示。图3-5单母线接线图3-6单母分段不带旁路接线对以上两种方案进行比较列出表3-3表3-3两种主接线方案比较表项目性能方案方案一方案二技术=1\*GB3\*MERGEFORMAT①接线简单清晰，设备少操作方便易于发展扩建=2\*GB3\*MERGEFORMAT②可靠性差，需停电检修=3\*GB3\*MERGEFORMAT③灵活性差，切除故障恢复供电慢=1\*GB3\*MERGEFORMAT①供电可靠=2\*GB3\*MERGEFORMAT②调度灵活=3\*GB3\*MERGEFORMAT③扩建要两个方向均等扩建经济性=1\*GB3\*MERGEFORMAT①设备少，投资少=2\*GB3\*MERGEFORMAT②占地小=1\*GB3\*MERGEFORMAT①设备多，配电装置复杂=2\*GB3\*MERGEFORMAT②投资大，占地大由上表我们可知，方案一在技术上比不过方案二。方案一不如方案二可靠灵活，在技术层面上鉴于10kV侧负荷较多，因此选用技术比较好的方案二。结合以上所述，画出方案一图和方案二图，如图3-7和图3-8图3-7方案一图3-8方案二两种方案的最终选择经过经济比较后在进行选择。短路电流计算短路发生的原因在变电站运行过程中，会因为设备的老化、安装或维护不当造成短路；也会因为自然因素如暴风雨，暴风雪等造成短路；也有人为因素，比如违规操作，因为员工疏忽而导致乱接错接造成短路。短路电流计算的意义及假设短路电流计算的意义工作中的变电站有一定概率会出现各种各样的故障，这就需要在设计的过程中按照已有的材料和选择的变压器进行短路计算，短路计算有以下几个好处。1）能够准确有效的选择电气设备，保证设备在正常运行时和故障状态下都能安全，可靠的工作，不会影响变电站的正常运行，同时又节约资金。2）当发生故障时，设备需要保护。正确有效地选择保护方式，对设备的保护是十分有利的。3）有时设备在运行中有可能会漏电，所以有的设备就要接地。设计接地设备需要短路电流为依据选择材料。4)在布置配电的装备时，各种安全距离都需要短路电流来确定。计算规定进行计算的规定是：1）按照计算的最大容量计算短路电流，用来校验所选设备的动热稳定。短路计算时考虑电力系统远景发展规划，按正常接线的最大短路电流。2）没有电抗器的回路选择设备时，要按选择在正常接线时的未经过负载就回到电源的电流来计算。3）用三相对称短路运算成果来校正并测试检验动热稳定。计算假设1）系统正常工作时，线路三相对称运行。2）在同一个系统上的电源的相位角等参数相同。3）金属系统短路，计算短路电流不需要考虑变压器励磁电流。计算步骤（1）首先算出已有电抗标幺值，然后折算到选定的基准容量下,根据计算结果绘制电抗等值网络。（2）根据电抗等值图选择短路点。（3）对电抗等值网图一步一步地简化。将1-2系统视为无限大，不考虑旋转元件的锥度，计算短路点的电抗，计算短路电流的单位值。1）标幺值： （4-1）2）有名值： （4-2）3）短路容量： （4-3）4）冲击值： （4-4）5）统计运算结果。短路电流计算等值电抗图无穷大系统的电抗在计算短路电流可以忽略不计。根据选择的变压器进行短路电流计算，由图2-1可得系统等值电抗图如下图所示：图4-1等值电抗图计算参数选取短路电流计算的基准值：(1)正常运行方式下：线路的型号为LGJQ-150，翻阅资料后得：，所以：SFSZ9—63000/110的参数如下：各绕组的等值电抗，，上面等式中的1为主变压器的高压侧，2为主变压器的中压侧，3为主变压器的低压侧。各组线匝的等值电抗：变电站主变压器各绕组标幺值等值电抗为：由所选择的站用变压器的参数得:（2）最小运行方式下：又因为所以得线路电抗与变压器绕组电抗与正常运行方式一样（3）最大运行方式下：又因为所以得线路电抗与变压器绕组电抗与正常运行方式一样可将系统图简化如下图：图4-2系统等值电路图短路计算（1）正常运行方式下短路计算1）110kV母线三相短路与进线端相连的110kV侧K1点发生三相短路时。系统等值电路图化简为短路电流有名值：冲击电流:最大电流有效值：短路容量：2)35kV侧母线三相短路与用户相连的中压侧即35kV侧母线发生三相短路即等值图当中的K2点短路。根据计算结果系统等值图简化为:再简化成上面等值图还可再简化短路电流有名值：冲击电流:最大电流有效值：短路容量：3)10kV侧母线三相短路三个电压等级最低的10kV侧发生三相对称短路即等值图当中的K3点短路。根据计算结果等值图简化为:上等值图再化简为下图：上图还可化简为短路电流有名值：冲击电流:最大电流有效值： 短路容量：4)站用电三相短路站用电发生三相对称短路时，即等值图当中的K4点短路，系统等值电路图简化为:可以再简化再接着简化成短路电流有名值：冲击电流:最大电流有效值： 短路容量：（2）最小运行方式下短路计算1）与系统进线相连的110kV发生三相短路即K1点短路时，系统等值电路图化简为：短路电流有名值：2)35kV三相对称短路当K2点发生三相对称短路等值电路图简化为:再简化成上面等值图还可再简化短路电流有名值：3)10kV侧母线三相短路当变电站与用户相连的10kV母线发生三相短路即K3点短路。系统等值电路图简化为:上等值图再化简为下图：上图还可化简为短路电流有名值： （3）最大运行方式下短路计算1）变电站与系统进线相连的110kV侧发生三相短路即K1点短路时。系统等值电路图化简为：短路电流有名值：2)35kV侧母线三相短路变电站与用户相连的35kV侧母线发生三相短路即K2点短路。系统等值电路图简化为:再简化成上面等值图还可再简化短路电流有名值：3)10kV侧母线三相短路当变电站与用户相连10kV母线发生三相短路即K3点短路。系统等值电路图简化为:上等值图再化简为下图：上图还可化简为短路电流有名值：（4）短路计算结果表表4-1短路计算结果表短路点编号基准电压（kU）短路电流基准值(kA)短路电流标幺值短路电流有名值（kA）短路电流冲击值（kA）最小运行方式短路电流有名值（kA）最大运行方式短路电流有名值（kA）1150.50215.7237.89320.0927.7718.238371.565.9319.25323.5929.1989.4210.55.4494.27423.559.92523.4423.8460.4144.3381.577227.662580.539变电站设备的选择电力系统中的电气设备功能和工作条件不相同，选择方法不相同，但基本条件相同，电气设备必须按照选择正常工作状态，检查短路的动态稳定性和热稳定性，确保短路状态正常运行。选择条件选择准绳选择准绳是：（1）能够满足短路状态下运行运行一段时间，还要考虑长期的发展情况。（2）要在选址地方的环境进行校验。（3）经济效益高技术先进。（4）后期扩建时选用的设备方便选用。选择的技术条件（1）正常工作条件下选择1）电压：设备额定最高工作电压不能低于电力系统的最高运行电压即（5-1）一般设备允许的最高工作电压，额定电压在220kV及以下时为，实际电网运行的最高电压不会超过。2）电流:设备在变电站选址地正常温度下的长期工作允许电流不可以小于所在回路最大持续工作电流（5-2）3）在选址地环境下校验。当选址地温度与设备额定温度不相等时，设备的长期允许电流修正。（5-3）其中——温度修正因子。——允许最高温度。我国的电气设备额定环境温度，裸导体额定温度为+25℃。（2）检验设备当设备选定后要按三相短路电流对设备进行动热稳定校验。1）热稳定校验热稳定条件:（5-4）（5-5）——热效应。——最大热效应。——t秒的热效应。校验热稳定的时间： （5-6）——动作保护时间——全部打开断掉的时间110kV及以上电压后备保护时间，其余电压等级的采用主保护时间。2）动稳定校准检验动稳定条件为：（5-7）（5-8）——对设备攻击的电流最高值（kA）——对设备进行有效攻击的电流值(kA)、——最大电流最高值和有效值断路器的选择具有灭弧功能的断路器是电力系统中最重要的电气设备之一，用于连接负荷断路器，改变主接线的运行方式，目前用于大型SF6断路器由于其可靠性高、工作负荷低、维护保养、灭弧能力强等特点。断路器的选择条件按开断电流选择：断路器的额定开断电流不小于接触位置分离瞬间的短路电流有效值即 （5-9）——极限断开电流。——短路电流有效值。（1）分断电流选择在断路器合闸前如果线路上有短路情况，那么在断路器合闸时，断路器的前触头还没有和线路接触就有巨大的短路电流通过断路器，触头就被巨大的短路电流破坏掉，这时为了保证安全要切断短路电流，断路器的额定电流不能小于线路发生三相短路时的最大冲击电流（5-10）——极限断开电流。——冲击电流。（2）断开时间切除故障的最慢时间不得超过0.045s。选择断路器（1）110kV侧的选择1）标称电压：2)标称电流：3)断路器的开断电流：4)所在电压等级的短路开断电流：由上结果初步选择SW6-110断路器，其数据在下表。表5-1110kV断路器数据型号SW6-110额定电流（kA）1.25额定开断电流（kA）15.8额定关合电流（kA）414s热稳定电流（kA）15.8动稳定电流41固有分闸时间（s）0.04合闸时间（s）0.2全开断时间（s）0.085)检验断路器的热稳定时间为5s因为，不考虑非周期分量的影响，查周期分量等值时间表得因为所以选用的断路器热稳定校正并测试检验的结果合格。由计算结果能够得知选用该设备能满足要求。（2）35kV断路器选择1）额定电压: 2)额定电流： 3)按断路器的开断电流选择： 4)短路开断电流： 有上面的计算结果初步选择了SW2-35户外高压少油断路器，选用的断路器数据如下表。表5-2选用的35kV断路器数据型号SW2-35额定电流（A）1500额定开断电流（kA）25额定关合电流（kA）634s热稳定电流（kA） 25动稳定电流 63固有分闸时间（s）0.06合闸时间（s）0.25全开断时间（s）0.085）35kV断路器检验热稳定取5s，无需考虑非周期分量的影响，查周期分量等值时间表得选用的SW2-35户外高压少油断路器热稳定校正并测试检验的结果合格。由以上计算结果可知选用的设备能满足要求。2）10kV断路器1）额定电压: 2)额定电流： 3)按开断电流选择： 4)三相短路时的开断电流：根据上面的计算结果初步选择SN10-10=2\*ROMAN\*MERGEFORMATII断路器，它的数据如下表。表5-3选用的10kV断路器数据型号SN10-10=2\*ROMAN\*MERGEFORMATII额定电流（A）1000额定开断电流（kA）31.5额定关合电流（kA）804s热稳定电流（kA）31.5动稳定电流80固有分闸时间（s）0.06合闸时间（s）0.2全开断时间（s）0.085）热稳定检验查周期分量等值时间表得选择的SN10-10=2\*ROMAN\*MERGEFORMATII热稳定校正并测试检验的结果合格。由计算结果能够知道挑选的SN10-10=2\*ROMAN\*MERGEFORMATII断路器是准确的。互感器的选择电流互感器的选择计算（1）110kV侧的选择标称电流：标称电压：综上结果选择的电流互感器技术指标如下。表5-4110kV电流互感器技术指标型号LB6-110额定电压（kV）110额定一次电流（A）2×400额定二次电流(A)5级次组合10P/10P/10P/0.2额定短时热电流(kA)31.5额定动稳定电流(kA)80热稳定校验： 即热稳定要求满足动稳定校验： 计算结果表面动热稳定都满足要求，也就是说选择的电流互感器满足要求。（1）35kV侧的选择额定电流：A额定电压：依照上面的计算最初选择的仪用变压器参数指标如表5-5。表5-535kV电流型仪用变压器参数指标型号LABN6-35额定电压（kV）35额定一次电流（A）1500额定二次电流(A)5级次组合0.2额定短时热电流(kA)40额定动稳定电流(kA)102热稳定校验：即满足要求电流互感器的动稳定校验：即校验满足要求。动热稳定校验都满足要求。也就是说选择的LABN6-35型电流互感器满足要求。（1）10kV侧的选择额定电流：额定电压： 根据以上的计算最初挑选的电流型仪用变压器技术指标如表5-6。表5-610kV电流型仪用变压器技术指标型号LB-10额定电压（kV）10额定一次电流（A）1200额定二次电流(A)5级次组合0.5/10P额定短时热电流(kA)31.5额定动稳定电流(kA)80热稳定校验：即校验满足要求。动稳定校正并测试检验： 由计算结果比较能看到动稳定校正并测试检验的结果合格。电压互感器的选择为了保证电压互感器的安全的与在准确级下运行，电压互感器一次绕组接的电压变化范围在（0.9·1.1），即，二次侧额定电压要满足保护和测量使用标准仪器的要求，电压互感器二次侧额定电压表5-7选择。表5-7二次标称电压接线型式电网电压（kV）型式二次绕组电压（V）接成开口三角形辅助绕组电压（V）一台PT不完全星形接线3-35单相式100无此绕组110J-500J单相式100/100/33-60单相式100/100/33-15三相五柱式100100/34）选择种类及型式电压互感器的种类与型式要根据安装点和使用环境选择，在6~35kV屋内配电装置采用油浸式的，110kV配电装置采用半级式电磁互感器。5）选择容量限定二次容量不能比互感器的二次负荷还要小。 （5-11）、——分别为二次设备的有功功率和无功功率型号选择（1）110kV侧的选择经过对比选择原则后选择的型号及参数如下表5-8：表5-8110kV电压互感器参数型号初级绕组额定电压次级绕组额定电压二次负荷（0.5级）JDX2-110W2300VA（2）35kV侧的选择 经过对比选择原则后选择的型号及参数如下表5-9：表5-935kV电压互感器参数型号初级绕组额定电压次级绕组额定电压二次负荷（0.5级）JDJ2-3535kV0.1kV150VA（3）10kV侧的选择经过对比选择原则后选择的型号及参数如下表5-10：表5-810kV电压互感器参数型号初级绕组额定电压次级绕组额定电压二次负荷（0.5级）JSJW-1010kV0.1kV50VA选择隔离开关（1）110kV侧的选择1)额定电压：2)额定电流：根据上面两个运算的结果挑选的仪器参数如下表5-11。表5-11110kV隔离开关参数型号额定电压最高电压额定电流4S热稳定电流动稳定电流GW4-110110kV126kV630kA20kA50kA3)热稳定校验： 经过计算对比可以知道挑选的型号热稳定校正并测试检验的结果合格。4)动稳定校验：经过计算对比可以知道挑选的型号动稳定满足要求。由以上两个校验表明挑选的型号满足要求。（2）35kV侧的选择1)额定电压： 2）额定电流：根据上面两个式子的计算结果挑选的设备的参数如下表5-12。表5-1235kV隔离开关参数型号额定电压最高电压额定电流4S热稳定电流动稳定电流GW4-3535kV40.5kV1250A20kA50kA3)热稳定校验：经过计算对比可以知道挑选的型号热稳定满足要求。4）动稳定校验：经过计算对比可以知道挑选的型号动稳定满足要求。由以上两个校验表明型号满足要求。（3）10kV侧的选择1)额定电压：2)额定电流：根据以上两个式子的计算结果挑选的设备参数如下表5-13。表5-13GN19-10参数型号 额定电压最高电压额定电流4S热稳定电流动稳定电流GN19-1010kV11.5kV1000A31.5kA80kA3)热稳定校验：经过计算对比可以知道挑选的型号热稳定满足要求。4）动稳定校验：经过计算对比可以知道挑选的型号动稳定满足要求。由动热稳定校验对比表明挑选的型号合适安装的。选择母线选择原则按母线导体长期工作发热电流选择，母线导体最大持续工作电流不得超过允许的长期发热电流，选择母线导体的经济电流密度母线导体的热稳定校验和动稳定校验。选择计算（1）110kV侧母线选择1）最大负荷持续工作电流2)导体经济密度：J取0.9根据上面的运算结果挑选母线的参数如下表5-14：表5-14110kV母线导体参数型号最高温度（℃）基准温度（℃）长期载流量（A）最小截面（）LGJ-300/100型钢芯铝绞线1.2+70+251402896.051环境温度修正：3）热稳定校验：因为，所以要考虑非周期分量，查表：4）运行最高温度：5）查表得C=91,满足短路时发热的最小导体截面小于选择的导体截面，满足要求。6）动稳定校验：取2.86，L取单位长度1，a取1.5m根据计算结果表明选择两根LGJ-300/100型母线满足要求。（2）35kV侧母线选择1）最大负荷持续工作电流：由上面的计算结果挑选出LGJ—185型矩形铝导线，限定载流量大概是1040A。2）热稳定校验：由于θ=63.92℃，查表的C=89A/主保护的动作十分迅速，故动作时间为，所选断路器的。所以短路时间，故考虑短路电流非周期分量的影响。3）母线周期电流分量热效应为：——在t/2秒内短路电流的周期分量有效值非周期电流分量热效应为：T——非周期分量热效应时间，查表得T=0.05s——集肤系数，查取1。由上面的计算结果可知挑选铝导线满足要求。（3）10kV侧母线选择1）最大负荷持续工作电流：由计算结果和相关设计规定选的矩形铝母线截面为：限定长时间承受的电流为480A，温度因子取0.92。经过修正后的承受的电流为：计算结果比较表面长期负荷发热要求，所以两条截面为40×4的母线。变电站继电保护整定计算在电力系统允许过程中，为了使电网安全可靠的供电，防止当电网产生故障时破坏系统运行、电气设备和用户的用电设备，要对设备和线路进行继电保护，当发生故障能快速切除故障部分，保护正常部分系统照常。主变保护配置及整定计算保护配置本次设计的变电站的主变压器既要有主保护也要有后备保护，主保护有瓦斯保护，纵联差动保护，后备保护为过电流保护和过负荷保护。整定计算（1）瓦斯保护1)一般的气体保护的整定范围是250-300，变压器容量在10MVA以上的为250。2）重瓦斯保护动作的整定值为0.6-1.2m/s。(2)纵联差动保护1）动作电流三个整定准绳：a躲过变压器自身的励磁涌流。b躲过外部不平衡故障时的电流即。——可靠因子，取1.3。——变压器外部不平衡短路的最大不平衡电流，是设备变比不完全匹配的不平衡电流和互感器转变误差的最大不平衡电流即式中的电流互感器的变比的计算值和实际值的误差取0.05，由分接头改变的相对误差，一般可取调整范围一半，0.1是电流互感器的稳态误差，同型系数，取1，非周期分量系数，采用速饱和变压器时取1，是外部短路故障时最大短路电流。c躲过电流互感器断线引起的误差电流即：——可靠因子。——变压器最大负荷电流。本设计中对比计算结果，取最大值作为保护动作整定值，因此。2）灵敏度校验——变压器故障时流经差动继电器的最小差动电流。灵敏因子不得低于2经过计算对比明显看到灵敏度满足要求。（2）过电流保护整定计算1）躲过自启动电流。安全系数，我们取1.2~1.3，返回系数，我们取0.85~0.95。——变压器的二次侧电流值，相同容量的n台变压器，（为二次额定值）。2）躲过变压器低压侧电动机起动时最大电流整定为：——自起动系数，取2.5通过计算取作为动作电流。3）最大动作时限0.5~0.7。4）灵敏度校准验证按低压母线的最小短路电流二次值计算。这次设计灵敏度校验经过上面的计算比较可以知道符合要求。（3）过负荷保护整定计算动作电流按躲过绕组的标称电流整定，即式中的保护可靠系数，采用1.05，保护返回系数范围在0.85-0.95，本设计取0.85，为被保护绕组的限定电流在110kV侧： 在35kV侧： 在10kV侧： 过负荷保护动作于信号，保护动作时间与正常状态下运行的变压器允许过负荷时间相配合。线路保护配置及整定计算线路保护配置在输电线路上，本设计使用电流三段式保护线路，第=1\*ROMAN\*MERGEFORMATI段保护做主保护，它动作迅速，第=1\*ROMAN\*MERGEFORMATI段保护覆盖不了正条线路，作为后备的第三段会及时补上。10kV线路整定计算如下图6-1所示为10kV侧输电线路上的保护连接图，在断路器1处采用电流保护的=1\*ROMAN\*MERGEFORMATI、=3\*ROMAN\*MERGEFORMATIII段保护。图6-110kV线路图（1）第=1\*ROMAN\*MERGEFORMATI段整定计算。1）按最大运行方式下本线路末端的三相短路的流过保护最大整定电流整定即二次动作电流： 2）灵敏度校验在最大运行方式下发生三相电路时的最大保护范围为在最小运行方式下发生两相电路时的保护范围最小为经过上面计算的灵敏度比较校验可知灵敏度满足要求满足要求。3）动作时限第一段的保护动作非常迅速，动作时间十分接近0，所以t=0(s)。（2）第=3\*ROMAN\*MERGEFORMATIII段整定计算 1）按躲过本线路最大负荷电流来整定。即2)动作时限3）灵敏性校验用最小运行方式下本线路末端发生两相金属性短路校验近后备灵敏度。35kV线路整定计算下图6-2是35kV线路的电流保护连接图，在断路器1处采用电流=1\*ROMAN\*MERGEFORMATI、=3\*ROMAN\*MERGEFORMATIII段保护。图7-235kV线路保护连接图（1）保护1=1\*ROMAN\*MERGEFORMATI段保护整定计算1)最大运行方式下本线路末端的三相短路最大整定电流即2）灵敏度校验在最大运行方式下发生三相电路时的最大保护范围为在最小运行方式下发生两相电路时的保护范围最小为满足要求3）动作时限第一段的保护动作非常迅速，动作时间十分接近0，所以t=0(s)（2）第=3\*ROMAN\*MERGEFORMATIII段整定计算 1）过电流保护按躲过本线路可能流过的最大负荷电流来整定。即2)动作时限3）灵敏性校验用最小运行方式下本线路末端发生两相金属性短路流过保护的电流来校验近后备灵敏度。灵敏度经过校正检验合格。110kV母线保护配置在110kV及以上的的双母线上，为了提供可靠性供电，有选择地切除任意一段母线上发生的故障，让没有故障的母线继续承担输电的任务，要安装专用的母线保护，在这次设计中，110kV母线装设母联电流比相式母线差动保护，母联电流比相式母线差动保护原理图如图6-3。图6-3母联电流比相式母线差动保护原理接线图变电站防雷保护设计变电站所在地的气候条件不同雷暴日也不同，被雷击的可能性不同。变电站一旦遭受雷击，没有防雷保护就有可能对电气设备造成毁坏，造成巨大经济损失，在选址时尽量避开雷暴日多的地方，实在不能避开的是十分必要防雷的。避雷针的保护范围（1）单根避雷针的保护范围：设避雷针的高度为h(m),被保护的物体高位，那么避雷针的有效高度为，在处避雷针保护范围的半径（m）的计算公式如下。1）当 (7-1)2）当 (7-2)式中p——高度校验系数;当h≤30m时，p=1,当h≥30m时，，实际中h>30m,取p=0.98。图7-1避雷针保护范围（2）两根或多根避雷针的保护范围1）两针以上的联合保护范围比各自的保护范围之和要大，而劈向避雷针外侧的雷很可能被相邻的引去，从而使得保护范围扩大，保护最低点的高度。2)避雷针保护宽度若>时，取=，两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。图7-2两等高避雷针的保护范围避雷针布置本次设计的110kV和35kV的断面图分别如下图7-3与7-4所示，可知最高点为110kV的构架，高度为13米。图7-3110kV断面图图7-435kV断面图本次设计中，110kV共四回进线，两回出线与主变相连，共六回线，每回线8.5米。35kV两回线与变压器相连，十回出线，每回5米。10kV单母分段两回线与主变相连，两回与站用变相连，六回出线，共十二回线，每回4米，出线长度为10米，本设计的建筑物高度为12米，综上所述和110kV与35kV截面图可得变电站布置图，安装四根避雷针，如下图所示图7-5平面布置图要使四针构成的保护范围笼罩变电所，就要使得四针对角线L满足，且要满足两根避雷针保护范围一侧的最小处的最大保护宽度。本设计四针联合保护形成的对角线为：假设避雷针的高度h≤30,则p=1,由得 则 为留有裕度h取30m,装设的避雷针离地面30m。（1）单针保护半径：因为被保护物高度，根据公式8-2计算单根避雷针对本变电站的保护半径：避雷针#1、#2：避雷针#3、#4：（2）两针联合保护范围。1）两针的保护外缘按照单针保护范围的方法确定。2）先求出两针保护范围最低点的高度来确定保护范围，然后通过比较保护物高度和避雷针高度h。算出，再将算出对照曲线确定的值，从而算出最小保护宽度。避雷针#1、#2:避雷针#3、#4:避雷针#1、#3:避雷针#2、#4:3）三支等高避雷针形成的三角形的外侧保护范围应按两支等高避雷针的计算方法确定，在三角形被保护物最大高度水平面上，相邻避雷针保护范围一侧最小宽度时，全面积都被保护。2、3号共同保护:1、4号共同保护:通过上面计算可以知道三支避雷针的高度位置满足要求。选择避雷器根据不同的安装点的电压，选择不同型号的避雷器。选择的避雷器及技术指标如表7-1。表7-1避雷器技术指标安装地点型号额定电压最大持续运行电压有效值操作冲击残压(≤kV)雷电冲击残压(≤kV)陡坡冲击残压(≤kV)110kV侧Y10W-1001007323429032535kV侧Y5W-54/134544111413415410kV侧H5W-16.5/4016.513.238.345经济比较与环境影响经济比较在对主接线进行设计时，分析有关资料来拟定几个方案，然后对各个方案进行初步的经济比较，淘汰经济性不合理的方案，留最佳的最终方案。投资与年运行费的计算（1）综合投资综合投资O（万元）一般包括变压器及其他电气设备的综合投资及附加费用。初步预算变电所电气设备价格如表表8-1电气设备价格表设备名称型号价格(元)方案1数量方案2数量方案1金额(元)方案2金额(元)主变SFSZ9-63000/1105380002210760001076000断路器SW6-11011000077770000770000SW2-35980008137840001274000SN10-10=2\*ROMAN\*MERGEFORMATII730001491022000657000隔离开关GW4-110730081858400131400GW4-3554003636194400194400GN19-1040008163200064000电流互感器LB6-1101800098162000144000LABN6-357600141310640098800LB-105300894240047700站用变SC-100/10500001250000100000电压互感器JDXZ-110W26500221300013000JDJ2-355000221000010000JSJW-1043001243008600避雷器Y10W-10026000225200052000Y5W-54/13412000222400024000H5W-16.5/40500012500010000总计44059003981900综合投资中不止有电气设备的主体价格，还有运费、安装费等其他附加费用。综合投资O按下列公式计算。 （8-1）式中——主体设备的投资（万元），包括主变、开关设备等的投资及其他费用。a——不明显的附加费用比例系数，比如设备基础施工等费用，110kV电压等级取90。本次设计中方案1的初步为500万元，方案2的初步为450万元。 (万元)（万元）（2）年运行费年运行费U（万元）主要包括主变压器一年中电能损耗费、主接线的维修费、折旧费等。按下列公式计算: （8-2）式中——主变压器的年电能损耗（kW.h）。——电能损耗折算系数，即电价（元/kW.h）。——维修费（万元），本设计取0.042O。——折旧费（万元），本设计取0.058O。 （8-3）式中、——选择的变压器的空载有功损耗以及空载无功损耗，、——选择的变压器的短路有功损耗以及空载无功损耗。K——无功经济当量，本设计取0.15、、、——在小时选用的台数相同三绕组变压器第1、2、3侧的总负荷（kV.A）、——选择的变压器第二、三绕组的额定容量运行费用(万元)(万元)总投资方案1： 万元方案2: 万元计算年费用 （8-4）式中—年费用。—工程总投资。—年利率，取。—年运行费。方案1: 万元方案2: 万元方案2的年费用要比方案1的少，所以我们最终选择方案2。环境影响环境质量现状（1）输电线路根据相似环境下输电线路的调查，输电线路的工频电场范围在1.01-1.52V/m,工频磁场在0.013-0.018µT，输电线路在0.5MHz频率下无线电干扰值是38.4-59dB(µV/m)。白天噪音在40-58dB（A）晚上噪音在36-45dB（A）,满足《城市区域环境噪声标准》中的2类标准要求。（2）变电站根据多个相同电压等级、环境相差不大的变电站来看，变电站的工频电场在0.91-1.65V/m，工频磁场在0.013-0.018µT。变电站在0.5MHz频率的无线电干扰值在38.4-59dB(µV/m)范围。变电站在白天的噪声值在40-45dB（A），晚上为36.4-42dB（A），周边白天噪声为42dB（A），晚上为37dB（A），噪声满足《城市区域环境噪声标准》中的2类标准要求。环境影响1.输电线路对环境的影响我国电力系统的工作频率为50Hz,属于极度低频范围，波长为6000km，输变电设施尺寸远小于它，没有有效的电磁转换，因此工频电场和工频磁场分开讨论。（1）工频电场对环境的影响1）工频电场会使人发生短时暂态电击，这和冬天的静电放电很像。发生暂态电击人承受的电击电压与能量小于直接接触电源时发生的稳态电击，当电击能量为0.1mJ时，有一定感觉，当能量为0.5-1.5mJ时，暂态电击不会造成直接电击伤害，但是会造成肌肉不自觉的反映和烦恼，当能量达到25mJ时，点击就会给人造成损伤。在输电线路下方触摸不接地金属发生电击不会造成伤害。不同电场强度下发生电击的感受是不同的，在9kV/m绝缘电阻大于100MΩ发生电击能量小于0.8mJ。2）工频电场由于不等电位的放电，理论上会引燃易燃易爆物品，所以输电线路下附近的加油站车辆和船运输的易燃易爆物品理论上都有可能会因为工频电场的放电而被引燃。但是在我国很多运行跨江河、铁路公路的500kV线路工程来看，到目前为止还没有运输易燃易爆物品的车辆、列车和轮船被引燃过。（2）工频磁场对环境的影响1）直接作用工频磁场在输电线路附近的人体产生感应电压，当达到放电电压时，会产生电击使人不舒服。对于输电线路下附近的导体，采取适当接地减少电击。交变磁场在生物体内部产生的感应电压和电流比电磁内部的弱，0.1mT的工频磁场在生物体产生的电流密度接近于2.5kV