毕业设计论文--110kv变电站电气部分设计

摘要随着国民经济的迅速发展，我国电力需求迅速增长,使得电网规模不断扩大、结构越来越复杂，而变电站对于电力的生产和分配起到了举足轻重的作用。变电站是电网建设和电网改造中非常重要技术环节。近年来，变电站技术处于高速发展的过程中，随着国内外气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）系统和综合自动化技术的应用，变电站向着占地面积小、灵活性高、易于检修的趋势发展。本次设计为110kV变电站电气部分初步设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV、10kV两个电压等级。本次设计中进行了电气主接线的设计、短路电流计算、变压器的选择、主要电气设备选择（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等）、各电压等级配电装置设计。关键词：变电站电气主接线短路电流AbstractWiththerapiddevelopmentofthenationaleconomy,China'srapidgrowthinelectricitydemand.Makepowergridsstructurehavebeenexpandingmoreandmorecomplexsubstationsforelectricpowerproductionanddistributionplayanincreasinglyimportantrole.Substationisveryimportanttechnicalaspectofapowergridconstructionandtransformationofelectricalnetworks.Inrecentyears,thetechnologyofsubstationisintheprocessofrapiddevelopment，withdomesticandinternationalgas-insulatedmetal-enclosedswitchingequipmentsystemsandintegratedautomationtechnology(GIS)applications,thecitysubstationinasmallfootprint,flexible,easytooverhaulthetrendofdevelopment.Wehavetodesignprimarypower-systemof110kVsubstationanddrawmainelectricalone-linediagramandothers.Therearetwomaintransformerinthesubstation,inwhichmainelectricalconnectioncanbedividedintotwovoltagegrades:110kV,10kV.Thereisalsoadesignformainelectricalconnectioninthisengineering,thecalculationforshort-circuitelectriccurrent,theselectionofelectricaldeviceandcalibration(includingcircuitbreaker,isolator,currenttransformer,potentialtransformer,busbaretc.)andthedesignfordistributioninstallationper.voltagegrade.Keywords:substationmainelectricalconnectionshortcircuitcurrents目录1前言 11.1选题的目的和意义 11.2国内外研究综述 11.3设计概述 21.3.1待建变电站的地位及作用 21.3.2变电站负荷情况 21.3.3环境给定条件 32电气主接线设计 42.1概述 42.2110kV电气主接线 62.310kV电气主接线 82.4站用电接线 103变压器的选择 123.1概述 123.2变电站主变压器的选择 123.2.1主变压器相数的确定 123.2.2主变压器绕组数的确定 133.2.3主变压器台数的确定 133.2.4变电站主变压器容量的确定 133.3站用变压器台数、容量和型式的确定 143.3.1站用变压器台数的确定 143.3.2站用变压器容量的确定 143.3.3站用变压器型式的选择 144最大持续工作电流及短路电流的计算 164.1各回路最大持续工作电流 164.2短路电流计算 164.2.1短路电流计算目的、条件及一般规定 164.2.2短路电流计算 185主要电气设备选择 205.1选择电气设备的主要原则 205.2高压断路器的选择 225.3隔离开关的选择 235.4电流互感器的配置和选择 245.5电压互感器的配置和选择 255.6高压熔断器的选择 265.7各级电压母线的选择 275.8绝缘子和穿墙套管的选择 285.9主要电气设备选择结果 296 继电保护装置 306.1变压器的继电保护 306.2母线保护 326.3自动装置 337变电站的接地设计 347.1变电站接地装置的设计原则 347.2接地设计一般程序 357.3变电站的接地装置 368电气设备布置 408.1配电装置布置要求 408.2配电装置的分类 418.3配电装置布置 419总结 42致谢 43参考文献 44附录 45附录Ⅰ电气主接线图 45附录Ⅱ平面布置图 461前言1.1选题的目的和意义电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业。它既是现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可缺少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行，电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。近年来随着我国国民经济的高速发展,人民生活用电的急剧增长，对于电力的需求大幅度增加，使得电网规模不断扩大、结构越来越复杂，人们对能源利用的认识越来越重视，而变电站对于电力的生产和分配起到了举足轻重的作用。变电站是电网建设和电网改造中非常重要的技术环节，在目前的电网建设中，尤其是在110kv变电站的建设中，土地、资金等资源浪费现象严重，存在重复建设、改造困难、工频电磁辐射、无线电干扰、噪声等环保问题以及电能质量差等的问题，这些已成为影响高压输变电 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 建设成本和运行质量的重要因素，违背了我国可持续发展的战略，所以110kv变电站需要采用节约资源的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,要克服通信干扰和噪声、既要保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造的方便性和资源再利用率高的要求。1.2国内外研究综述近年来一些发达国家为减少电能在网路中的损耗，已经形成了比较完善的变电站设计理论，基本达到了建设节约型、集约型、高效型变电站的目标。国内的变电站也通过改善优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，提高变电站的可靠性、灵活性、经济性。另外，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前电力系统发展的趋势。我国变电站自动化系统经过十几年的发展，虽然取得了不小的成绩，但目前还跟不上整个电力工业发展的步伐，真正实现自动化和无人值班的变电站并不多，其社会和经济效益不够显著，这说明我们的变电站自动化技术并不规范，市场发育也不成熟，这与研制、制造、规划、基建和运行等部门对变电站自动化的认识不同有很大的关系。总之，变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用，变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。认清和适应变电站自动化技术的发展趋势，采用先进的理论技术，摒弃落后和即将淘汰的技术，确定科学的模式和结构，选择质量优良和性能可靠的产品，无论对设备制造厂家还是对用户都是至关重要的，也关系到变电站技术未来的发展。因此，在学习借鉴国外先进技术的同时应结合我国的实际情况，全面系统地研究探讨符合国情的变电站自动化系统模式、结构、功能、通讯方式等，对我国变电站的发展有很重要的现实意义。1.3设计概述1.3.1待建变电站的地位及作用按照电力先行的原则，依据本地区远期负荷发展规划，决定在本地区建设一座中型110kV降压变电站。该变电站建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电，改善和提高该地区的供电水平，同时和其他地区变电站联成环网，提高了本地供电的质量和可靠性。1.3.2变电站负荷情况本变电站的电压等级为110/10kV。高压侧电压为110kv，有4回出线，低压侧电压为10kV，有线路24回。就地理位置来看，该变电站属于重要的中间变电站。出线方向：根据一般进出线规划和选址的交通、地形等条件，110kV布置在该变电站的上方（北侧），10kV布置在该站的下方（南侧），主变压器布置在110KV和10KV之间，布置方式如图1-1所示：北110kV主变压器…………24回出线…………10KV图1-1变电站出线布置图1.3.3环境给定条件该地区自然条件：该变电站建在平原地区，交通方便，最热月月平均最高温度为40摄氏度，最冷月月平均最低温度为-7摄氏度，年平均气温为18摄氏度，本地区无不良地质现象，土壤无污染，电阻率为7000Ω.cm。该变电站预计总占地面积约为4.8亩，总建筑面积为356平方米。2电气主接线设计2.1概述变电站电气主接线的设计是依据变电站的最高电压等级和变电站的性质，选择出一种与变电站在该地区电力系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电站的电气主接线是电力系统接线的重要部分，它表明变电站内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备以最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电站内各种电气设备之间的连接方式。电气主接线的设计与变电站所在电力系统的作用及所采用的设备密切相关。随着电力系统的不断发展，新技术的采用和电气设备的可靠性不断提高，设计主接线的观念也应与时俱进、不断创新。现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，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，变电站主接线必须满足以下基本要求：（1）供电可靠性①因事故被迫中断供电的机会越少，停电影响范围越小，停电时间越短，主接线可靠性程度就越高；②供电可靠性的客观衡量 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 是运行实践，衡量主接线运行可靠性的标志是：a.断路器检修时，能否不影响供电；b.线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。因事故被迫中断供电面积少，停电影响范围越小，停电时间越短，主接线可靠性越高。衡量电能质量好坏的基本指标是电压、频率、供电连续性和可靠性，主接线在各种运行方式下应能满足要求。（2）供电的灵活性和方便性①灵活性：应能灵活地投入（或切除）某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，不仅在正常的时候进行安全地供电，而且能满足系统在事故检修及特殊运行方式下的调度和要求，能灵活地进行运行方式的转换。可以容易地从初期过渡到其最终接线，使变电站在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。②方便性：力求接线简单、清晰、明了，使运行人员操作、检修方便，以避免误操作，应能方便地停运断路器、母线及其断电保护设备，进行安全检修而不影响电网的正常运行和对用户的供电。（3）经济性①投资小：a.主接线应简单、清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备的投资；b.要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；c.要适当限制短路电流，以便选择轻型及价格合理的电气设备。②占地面积小：a.电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用；b.在运输条件许可的地方采用三相变压器；c.电能损耗少、经济合理地选择主变压器的型式，容量和台数避免二次变压而增加电能损失。（4）具有扩建和发展性。①变电站主接线应根据5到10年电力系统发展规划进行设计。从全局出发，统筹兼顾，根据本变电站在系统中的地位、进出线回路数、负荷情况、工程特点、自然环境条件等，确定合理的设计方案并具有扩建的方便性。②主接线设计要留有余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。应能容易地从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时一次和二次设备所需的改造范围最小。变电站电气主接线设计是依据变电站的最高电压等级和变电站的性质，选择出一种与变电站在系统中的地位和作用相适应的接线方式。一个变电站的电气主接线包括高压侧、低压侧以及变压器的接线，因各侧所接的系统情况不同、进出线回路数不同，所以其接线方式也不同。2.2110kV电气主接线由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的，那么其负荷为地区性负荷。电气主接线是根据电力系统和变电站具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。本变电站110kV侧出线有4回，最好采用有母线连接方式，可选择双母线接线和单母线分段接线两种方案进行比较，如图2-1及图2-2所示：图2-1双母线接线图2-2单母线分段接线对图2-1及图2-2所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表2-1。表2-1主接线方案比较表方案项目方案Ⅰ方案Ⅱ技术①供电可靠、运行方式较灵活；②倒闸操作复杂，容易误操作。①简单清晰、操作方便、易于发展；②运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理。经济①占地大、设备多、投资大；②用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资。①设备少、投资小；②母联断路器兼作旁路断路器节省投资。对于110kV侧来说，因为它要供给较多的一类、二类负荷，因此其要求有较高的可靠性。对比以上两种方案，从经济性、可靠性等多方面因素综合考虑，最佳设计方案为方案Ⅱ，单母线分段接线具有一定的可靠性和可扩展性，而且比双母线投资小。有的时候为了提高主接线的可靠性要增设旁路设施，设置旁路设施的目的是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响。装设SF6断路器时，因断路器检修周期可长达5～10年甚至20年，可以不设旁路设施。本变电站110kV侧采用SF6断路器，不设旁路母线。2.310kV电气主接线6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线，而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。上述两种方案如图2-3及图2-4所示：图2-3单母线分段接线图2-4双母线接线对图2-3及图2-4所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表2-2。表2-2主接线方案比较方案项目方案Ⅰ方案Ⅱ技术①简单清晰，易于扩建；②调度灵活；③保证对重要用户的供电；④事故处理方便。①供电可靠；②调度灵活；③扩建方便；④便于试验；⑤易误操作。经济①占地少；②设备少。①设备多、配电装置复杂；②投资和占地面大。经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度灵活也可保证供电的可靠性，所以选用方案Ⅰ。2.4站用电接线一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式,故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案。上述两种方案如图2-5及图2-6所示。图2-5单母线分段接线图2-6单母线接线对图2-5及图2-6所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表2-3。表2-3主接线方案比较方案项目方案Ⅰ单分方案Ⅱ单技术①不会造成整个变电站停电；②调度灵活；③保证对重要用户的供电；④任一断路器检修，该回路必须停止工作；⑤扩建时需向两个方向均衡发展。①简单清晰、操作方便、易于发展；②可靠性、灵活性差。经济①占地少；②设备少。①设备少、投资小。经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案Ⅰ。3变压器的选择3.1概述在各级电压等级的变电站中，变压器是变电站中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率和两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，所以变压器的选择必须根据电力系统5～10年发展规划进行综合分析合理选择，否则将造成经济和技术上的不合理。如果主变压器容量选择的过大或台数过多，不仅增加成本、扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备也不能充分发挥效益；若容量选的过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电站安全可靠供电及电网经济运行的保证。在生产上电力变压器有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据该变电站的性质和设计变电站的自身特点，在满足可靠性的前提下，要充分考虑其经济性来选择合适的主变压器和站用变压器。3.2变电站主变压器的选择3.2.1主变压器相数的确定根据电气设计手册规定，当不受运输条件限制时，在330KV以下的电力系统均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据变电站在该地区电力系统中的作用以及设计变电站的实际情况来选择。单相变压器组，相对来讲投资大、占地多、运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。本次设计的变电站，位于郊区开阔的平地，交通便利，不受运输的条件限制，故本次设计的变电站选用三相变压器。3.2.2主变压器绕组数的确定对深入引进负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。3.2.3主变压器台数的确定选择主变台数确定的要求：（1）对大城市郊区的一次变电站，在高、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜；（2）对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应虑装设三台主变压器的可能性。考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。3.2.4变电站主变压器容量的确定主变压器容量确定的要求：(1)主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展；(2)根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。首先进行负荷分析。本系统中有110kv和10kv两个负荷等级，其最大负荷和功率因子分别为45MW，cos=0.9，和15MW，cos=0.85S总＝45/0.9+15/0.85＝67.647（MVA）S总=67.647MVA由于上述条件所限制，所以两台主变压器应各自承担33.824MVA，当一台停运时另一台则承担70%为47.353MVA。故选两台50MVA的主变压器就可满足负荷需求。故主变压器参数如表3-1所示：表3-1主变压器参数型号额定电压比阻抗电压连接组别SZ-50000/110110±8×1.25%/10.5KV10.5YN，d113.3站用变压器台数、容量和型式的确定3.3.1站用变压器台数的确定对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，分别接在10KV两段母线上，所用电采用380/220V，三相四线制中性点直接接地系统，单母线分段接线。3.3.2站用变压器容量的确定站用变压器容量选择的要求：站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。S站=96.075/(1-10%)=106KVA3.3.3站用变压器型式的选择考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。故站用变参数如表3-2所示：表3-2站用变参数型号电压组合接线组别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SC-80/1010；6.3；6±5%0.4Y,yn00.482.61.344最大持续工作电流及短路电流的计算4.1各回路最大持续工作电流根据公式式（4-1）式中：——所统计各电压侧负荷容量——各电压等级额定电压——最大持续工作电流式（4-2）式（4-3）则：10kV110kV4.2短路电流计算4.2.1短路电流计算目的、条件及一般规定在电力系统中运行的电气设备，在其运行中都必须考虑到发生的各种故障和不正常运行状态，最常见也是最危险的故障是各种形式的短路。短路是电力系统的严重故障，所谓短路是指一切不属于正常运行的相与相之间或相与地之间（对于大接地系统）发生金属性连接的情况。在三相系统中，可能发生的有对称的三相短路和不对称的两相短路、两相接地短路和单相接地短路。在各种类型的短路中，单相短路占多数，三相短路几率最小，但其后果最严重。因此，我们采取三相短路（对称短路）来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。（1）短路电流计算的目的在发电厂和变电站的设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的有以下几个方面：①电气主接线的比较；②选择导体和电器；③在设计户外高压配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离；④在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路电流为依据；⑤接地装置的设计，也需要用短路电流。（2）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所有电源的电动势相位相角相同；③电力系统中的所有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输电线路的电容忽略不计。（3）短路电流计算的一般规定①验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流沿用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑远景的发展计划；②选择导体和电器用的短路电流，在电气连接网络中，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选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时短路电流为最大的点；④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。4.2.2短路电流计算短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有2个，即110KV母线短路（K1点），10KV电抗器母线短路（K2）。图4-1系统接线图图4-2正序阻抗图4-3零序阻抗短路电流计算结果如表4-1所示：表4-1短路电流计算结果短路类型短路点编号短路点名称短路电流周期分量起始有效值I”短路电流周期分量0.2S有效值I0.2稳态短路电流有效值短路全电流最大有效值Ich短路电流冲击值ich短路容量S”(KA)(KA)(KA)(KA)(KA)(MVA)三相K1110KV20202030.2513984K210KV(分列)15.34515.34515.34523.32539.131279.064K210KV（并列）28.68928.68928.68943.60773.157521.738单相K1110KV19.89919.89919.89930.24750.7433963.4835主要电气设备选择5.1选择电气设备的主要原则由于电气设备和载流导体的用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载流导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一些共同的原则。电气设备选择的一般原则为：（1）应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展；（2）应满足安装地点和当地环境条件校核；（3）应力求技术先进和经济合理；（4）同类设备应尽量减少品种；（5）与整个工程的建设标准协调一致；（6）选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。技术条件：选择的高压电气设备，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。（1）长期工作条件①电压选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug，即Umax>Ug。②电流选用的电器额定电流Ie不得低于 所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即Ie>Ig。（2）短路稳定条件校验的一般原则：①电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流；②用熔断器保护的电器可不校验热稳定；③短路的热稳定条件：式（5-1）式(5-2)校验短路热稳定所用的计算时间t按下式计算：式(5-3)式中——继电保护装置动作时间内（S）——断路的全分闸时间（S）④动稳定校验电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是：式(5-4)式(5-5)式中——短路冲击电流幅值及其有效值——允许通过动稳定电流的幅值和有效值⑤绝缘水平：在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性，接口的绝缘水平应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电气设备没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。（3）环境条件环境条件主要有温度、日照、风速、冰雪、温度、污秽、海拔、地震。由于设计时间仓促，所以在设计中主要考虑温度条件。按照 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 上的规定，普通高压电器在环境最高温度为+40℃时，允许按照额定电流长期工作。当电器安装点的环境温度高于+40℃时，每增加1℃建议额定电流减少1.8%；当低于+40℃时，每降低1℃，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。5.2高压断路器的选择高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电器设备。本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号断路器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。选择断路器时应满足以下基本要求：（1）在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性；（2）在跳闸状态下应具有良好的绝缘性；（3）应有足够的断路能力和尽可能短的分断时间；（4）应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。考虑到可靠性、经济性、运行维护的方便性，且由于SF6断路器已成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器，故在110KV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短、灭弧室小巧精确、所须的操作功小、动作快、燃弧时间短、且于开断电源大小无关、熄弧后触头间隙介质恢复速度快、开断近区故障性能好且适于开断容性负荷电流等特点，因而被大量使用于35KV及以下的电压等级中。所以，该变电站10KV侧采用真空断路器，又根据最大持续工作电流及短路电流得表5-1：表5-1断路器参数电压等级型号额定电压额定电流动稳定电流110kVLW25-110110KV1250A31.5KA31.52×3（KA2·s）83KA10kVZN-1210KV1000A25KA252×3（KA2·s）50kA5.3隔离开关的选择隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵守倒闸操作顺序，即送电时，首先合上母线侧隔离开关，其次合上线路侧隔离开关，最后合上断路器，停电则进行相反的操作。选择隔离开关时应满足以下基本要求：（1）隔离开关分开后应有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开；（2）隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全；（3）隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度；（4）隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压；（5）隔离开关的结构要简单，动作要可靠；（6）带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。根据最大持续工作电流及短路电流选择适合的隔离开关，选择结果如下表：表5-2隔离开关参数电压等级型号额定电压额定电流动稳定电流110kVGW4-110G110KV1000A8010kVGN8-1010KV600A755.4电流互感器的配置和选择（1）参数选择①技术条件正常工作条件——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；短路稳定性——动稳定倍数，热稳定倍数；承受过电压能力——绝缘水平，泄露比距。②环境条件环境温度，最大风速，相对湿度。（2）型号选择35kV以下的屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。35kV以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，如回路中有变压器套管和穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资、减少占地。110KV侧电流互感器的选择：根据《设计手册》35KV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器常用L(C)系列。出线侧电流互感器采用户外式，用于表计测量和保护装置的需要准确度。当电流互感器用于测量时，其一次额定电流尽量选择的是回路中正常工作电流的1/3左右以保证测量仪表的最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指标。根据：>式(5-6)>式(5-7)选择型号为LB7-110W型10KV侧电流互感器可根据安装地点和最大长期工作电流选择型号为LZZBJ-10型环氧树脂浇注式电压互感器。表5-3所选择的电流互感器电压等级型号额定电压额定电流热稳定电流动稳定电流备注110kVLB7-110W110KV600A31.52×1（KA2·s）80KA110KV侧10kVLZZBJ-1010KV200A242×1（KA2·s）60kA馈线10KVLZZBJ-1010KV2500632×1（KA2·s）110主变压器进线5.5电压互感器的配置和选择（1）参数选择①技术条件正常工作条件——一次回路电压，一次回路电流，二次负荷，准确度等级，机械负荷承受过电压能力——绝缘水平，泄露比距。②环境条件环境温度，最大风速，相对湿度，海拔高度。（2）型式选择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。当需要零序电压时，一般采用三相五柱式电压互感器；35～110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。110kV侧电压互感器的选择根据《电力工程电气设计手册》规定，35-110KV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器，接在110KV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯，应尽量与耦合电容器结合，统一选用电容式电压互感器。35KV及以上的户外装置，电压互感器都是单相的出线侧PT是当首端有电源时，为监视线路有无电压进行同期和设置重合闸。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。经比较选用YDR-110型电容式电压互感器。5-4电压互感器的参数型号额定电压（V）二次绕组额定输出（VA）电容量载波耦合电容一次绕组二次绕组剩余电压绕组0.5级1级高压电容中压电容YDR-110110000/100/100150VA300VA12.550105.6高压熔断器的选择熔断器是最简单的保护装置。它用来保护电器免受过载和短路电流的损害。户内型高压熔断器在变电站中常用于保护电气设备、配电线路和配电变压器，而在电厂中多用于保护电压互感器。（1）额定电压选择。对于一般高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压，另外，对于填充石英砂有限流作用的熔断器，则只能用于等于其额定电压的电网中，因为这种类型的熔断器能在电流达到最大值之前将电流截断，致使熔断器熔断时产生过电压。（2）额定电流选择。熔断器的额定电流选择，包括熔断器熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。①熔管额定电流的选择。为了保证熔断器壳体不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流，应大于或等于熔体的额定电流：式(5-8)②熔体额定电流选择。为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自起动等冲击电流时误动作，保护35KV以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按式（5-9）的条件选择：式(5-9)式中K——可靠系数，不计电动机自起动时，K=1.1～1.3，考虑电动机自起动时，K=1.5～2.0——电力变压器回路最大工作电流（3）熔断器开断电流检验式(5-10)由于110KV侧电压互感器的电压等级很高，不宜装设熔断器，下面对10KV侧熔断器进行选择。由于电压互感器一次绕组电流很小，故熔断器只需按额定电压和开断电流进行选择，选择结果如下表：表5-5熔断器参数安装地点型 号额定电压（KV）额定电流（A）最大开断电流（KA）断流容量（MVA）10KV电压互感器RN2—10/0.5100.58510005.7各级电压母线的选择选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ：（1）选择母线的材料、结构和排列方式；（2）选择母线截面的大小；（3）检验母线短路时的热稳定和动稳定；（4）对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；（5）对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。110kV母线一般采用软导体型式。从输送容量、耐振性能、导线强度、单公里重量、杆塔荷载、电晕条件、飞车作业、配套金具等9个方面进行了技术经济分析比较，结果表明，相同条件下LGJ-300/25输送容量较大、对杆塔拉力较小所以选择LGJ-300/25的钢芯铝绞线做为110KV侧的母线。本变电站10KV的最终回路较多，因此10KV母线应选硬导体为宜。故所选LGJ-150型钢芯铝绞线满足热稳定要求。所选电压母线型号如下表所示：表5-6电压母线型号电压等级型号110KVLGJ-300/2510KVLGJ-1505.8绝缘子和穿墙套管的选择在发电厂变电站的各级电压配电装置中，高压电器的连接、固定和绝缘，是由导电体、绝缘子和金具来实现的。所以，绝缘子必须有足够的绝缘强度和机械强度，耐热、耐潮湿。选择户外式绝缘子可以增长沿面放电距离，并能在雨天阻断水流，以保证绝缘子在恶劣的气候环境中可靠的工作。穿墙套管用于母线在屋内穿过墙壁和天花板以及从屋内向屋外穿墙时使用，6～35KV为瓷绝缘，60～220KV为油浸纸绝缘电容式。本设计选择的穿墙套管如下：表5-7绝缘套管型号电压等级（KV）型号额定电流（A）套管长度（mm）10CLD-1040006205.9主要电气设备选择结果该变电站主要电气设备选择结果如下表所示：表5-8各主要电气设备选择结果一览表电压等级电气设备110kV10kV断路器LW25-110ZN-12隔离开关GW4-110GGN8-10电流互感器LB7-110WLZZBJ-10电压互感器YDR-110TSJW-10绝缘子ZSW-110ZSW-10/500母线LGJ-300/25LGJ-150高压熔断器RN2-10/0.5穿墙套管CLD-10主变压器SZ-50000/110站用变压器SC-80/106 继电保护装置6.1变压器的继电保护变压器是电力系统中十分重要的供电设备，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好且工作可靠的继电保护装置。变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障，油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝数短路和单相接地短路，外部故障包括引线及套管处会产生各相间短路和接地故障。变压器的不正常工作状态主要是由外部短路或过负荷引起的过电流油面降低和过励磁等。对于上述故障和不正当工作状态，根据DL400--91《继电器保护和安全起动装置技术规程》的规定，变压器应装设以下保护：（1）瓦斯保护：为了反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对0.8MVA及以上油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装置设瓦斯保护。（2）纵差动保护或电流速断保护为了反应变压器绕组和引出线的相间短路以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速动保护。纵差动保护适用于：并列运行的变压器，容量为6300KVA以上时；单独运行的变压器，容量为10000KVA以上时；发电厂常用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300KVA以上时。电流速断保护适用于1000KVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5S时。（3）外部相间短路时，应采用的保护：过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流。复合电压启动的过电流保护，一般用于升压变压器及过电流保护灵敏度不满足要求的降压变压器上。负序电流及单相式低电压启动的过电流保护，一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器。阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用前两种保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。（4）系统外部接地短路时，应采用的保护对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。对自耦变压器和高中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应该增设零序方向元件。当电力网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地短路时，中性点接地的变压器跳开后，中性点不接地的变压器（低压侧有电源）仍带接地故障继续运行，应根据具体情况装设专用的保护装置，如零序过电压保护等。（5）过负荷保护对400KVA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，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。（6）过励磁保护对400KVA及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。本设计所选变压器容量为50000KVA，根据以上保护原则，可装设以下保护：（1）反应内部短路和油面降低的瓦斯保护；（2）反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护；（3）反应变压器外部相间短路和内部短路的反备保护的过电流保护；（4）设零序电流保护以反应接地电流系统外部接地短路；（5）设过负荷保护防止变压器过负荷；（6）设过励磁保护反应变压器过励磁。6.2母线保护母线是电力系统汇集和分配电能的重要元件，母线发生故障，将使连接在母线上的所有元件停电，若在枢纽变电站母线上发生故障，甚至会破坏整个系统的稳定，使事故进一步扩大，后果极为严重。根据有关规程规定，以下情况应装设专用母线保护：（1）发电厂和变电站的220～500KV电压的母线，应装设能快速有选择地切除故障的母线保护，并考虑实现保护双重化；（2）110kV单母线，重要发电厂或110以上重要变电站的35～66KV母线，根据系统稳定性要求，需要快速切除母线上的故障时；（3）35～66KV电力网中主要变电站的35～66KV母线双母线或分段单母线需要快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，以保证系统安全稳定运行和可靠供电时。对母线保护的要求是：（1）必须快速有选择地切除故障母线；（2）应能可靠、方便地适应母线运行方式的变化；（3）接线尽量简化，对于中性点直接接地系统，为反映相间短路和单相接地短路，母线保护的接线方式须采用三相式接线；（4）对于中性点非直接接地系统只需反映相间短路，可采用两相式接线。母线保护大多采用差动保护原理构成，动作后跳开连接在该母线上的所有断路器。按构成原理的不同，母线保护主要有完全电流差动母线保护、电压差动母线保护、具有比率制动特性的电流差动保护。根据以上原则，配合本设计电气主接线特点，考虑该变电站的重要性，设计线路（电源线）的后备保护，方向零序Ⅱ段作为母线故障的保护，而不专门配置母差保护。6.3自动装置安全自动装置可分为自动调节性装置和自动操作性装置，其中发电机自动调节励磁和电力系统自动调频属于自动调节型装置，自动重合闸、备用电源和备用设备自动投入、自动同步并列、自动低频减载、火电厂事故减出力、水电厂事故切机、电气制动、水轮发电机自动启动和调相改发电、抽水蓄能机组由抽水改发电、自动解列等属自动操作型装置。由于安全自动装置种类较多，本设计根据有关自动装置配置的内容选择以下自动装置：（1）三相一次重合闸装置，提高供电可靠性；（2）自动低频减载装置，防止电力系统因事故发生功率缺额时频率的过度降低，保证了电力系统的稳定运行和重要负荷正常工作。自动故障记录装置，用于分析电力系统事故、保护装置和安全自动装置在事故过程中的动作情况以及迅速判定线路故障点的位置。7变电站的接地设计7.1变电站接地装置的设计原则变电站的接地装置应该安全可靠，经济合理，因此设计时一般有以下几点原则：（1）为保证人身和设备的安全，电力设备宜接地或接零，交流电力设备的接地，应充分利用自然接地，变电站自然接地电阻符合要求时，可只设立以水平接地体为主的人工均压接地网；（2）不同用途和不同电压的电力设备，除另有规定和独立避雷针、避雷线外，应使用一个总的接地体，接地电阻应符合其中最小值的要求。接地电阻应考虑土壤干燥或冻结等季节变化的影响，在一年四季中均应符合要求，但防雷装置的接地电阻则只考虑在雷季变化中土壤的干燥状态的影响；（3）变电站通信设备的接地，应和电力设备的接地使用一个总接地体；（4）在变电站接地网内的中性点直接接地的低压电网中，低压电力设备的机座或金属外壳与接地网可靠连接后，允许不按接地保护的要求做短路试验；（5）变电站接地装置应构成均衡电位接地系统。大接地短路电流系统的接触和跨步电压电势不应超过下列值：Ej=(250+0.25ρb)式(7-1)Ek=(250+ρb)式(7-2)式中Ej——接触电势（V）Ek——跨步电势（V）ρb——人脚站立TH地表面的土壤电阻率（）t——接地短路电流的持续时间（S）接地电阻应符合：R≤2000/I式(7-3)当I＞4000A时，可采用：R≤0.5式中R——考虑到季节变化的最大接地电阻，Ω；I——计算用的流经接地装置的入地短路电流，A。小接地短路电流系统中，在发生接地短路时，如果不是立即切除故障，其接触电势和跨部电势不应超过下列数值：Ej=50+0.05ρb式(7-4)Ek=50+0.2ρb式(7-5)在条件恶劣的场所，例如矿山井下和水田，接触电势和跨步电势的允许值应适当降低。7.2接地设计一般程序（1）调查变电站所在地的土壤特性及地质构造，实测接地装置区域的土壤电阻率，也可由电测部门提供地层土壤电阻率分布资料；（2）了解建筑物的布置、结构、钢筋配置情况，确定可利用作为接地装置的各种自然接地体；（3）确定接地装置的接地电阻值以及允许的接触电位差值和跨步电位差值；（4）计算接地电阻；（5）选择接地装置导体截面；（6）绘制施工图纸；（7）检查接地装置是否按设计要求施工，接地线不得遗漏，连接应完好；（8）拟订接地装置、接地电阻、接触电位差、跨步电位差、测量方案、接触电位差和跨步电位差的测量；（9）根据实测结果校验设计，当不满足时，应补充和完善接地装置或增加有关防护措施。7.3变电站的接地装置变电站的接地装置应充分利用直接埋入土壤中的各种自然接地体接地。当接地电阻难以满足要求时，可根据技术经济比较，因地制宜地采用引外接地、深埋接地等接地方式，并加以分流、均压和隔离等措施，对小面积接地网和集中接地装置可采用人工降阻的方式降低接地电阻。本变电站的接地装置设计采用集中接地装置和接地网。（1）计算接地电阻由于接地网面积很大，接地网将不是等电位，计算接地网电阻时，我们考虑了地网的有效利用率：R≤2000/I式(7-6)R=K×0.5ρ/式(7-7)式中：R——考虑到季节变化的最大接地电阻，ΩI——计算用的流经接地装置的入地短路电流，Aρ——土壤电阻率，Ω.mS——地网面积，m2K——大型地网工频有效利用系数（2）变电站经接地装置的入地短路电流及电位的计算，计算用入地短路电流的计算，站内和站外发生接地短路时，流经接地装置的电流可分别按下式计算：I=(Imax-Iz)(1-Kf1)式（7-8）I=Iz(1-Kf2)式（7-9）式中：I——入地短路电流，AImax——短路时的最大接地短路电流，AIz——发生最大接地短路电流时，流经变电站接地中性点的最大接地短路电流，AKf1，Kf2——分别为站内和站外短路时，避雷线的工频分流系数计算用入接地故障时，接地装置的电位，接触电位差和跨步电位差的计算：接地网地面的最大接触电势，即网孔中心对接地网接地体的最大电势，可按下式计算：Ejm=KjEw式（7-10）式中Ejm——最大接触电势，VKj——接触系数当接地极的埋设深度h=0.6～0.8m时，Kj可按下式计算：Kj=KnKdKs式(7-11)式中Kn、Kd、Ks——系数可采用表7-1所列数值。图7-1表7-1系数Kn、Kd、Ks系数接地网型式长孔接地网方孔接地网备注均压带根数影响系数Kn0.97/n+0.0961.03/n+0.047当n≤9时（单方向计算根数）0.545/n+0.1370.55/n+0.105当n≥10时（n的取法同上）均压带直径影响系数Kd11.2-10d各种接地装置的等效直径d（m）接地网面积影响系数Ks1.23-0.23×40/1、当≥16时；2、s接地网的面积（m2）均压带一般采用直径20mm的圆钢或40mm的扁钢,n≤9的方孔接地网中,可采用较小截面的钢材。（3）选择接地装置导体截面①接地装置的热稳定校验根据热稳定条件，未考虑腐蚀时，接地体的最小截面应符合下式要求：式(7-12)式中Sjd——接地线的最小截面，mm2Ijd——流过接地线的短路电流稳定值，A，根据系统5～10年发展规划，按系统最大运行方式确定td——短路的等效持续时间，sC——接地线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前接地线的初始温度确定在校验接地线的热稳定时，Ijd、td及C应采用表2所列数值。接地线的初始温度，一般取40℃。在爆炸危险场所，应考虑土壤和大气对接地线的腐蚀影响。表7-2校验接地线热稳定用的Ijd、td及C值参数大接地短路