某110KV终端变电所电气部分设计毕业设计说明书讲解

毕业设计说明书
题目：某110KV终端变电所电气部分设计专业：电气工程及其自动化
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变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。

本设计一个110KV终端降压变电所，首先根据各个电压等级的负荷进行计算变压器的容量，选取主变压器的台数﹑型号及其容量等各个参数。

其次根据主接线的可靠性及其运行的灵活性，选择各个电压等级的的接线方式。

并从经济和技术方面进行比较，选取最优接线方式。

再次,根据主接线选择短路点，并画出等值网络图进行短路计算，根据各短路点计算出三相短路电流，短路容量，短路冲击电流的值。

最后根据短路计算选取各个电压等级的母线，断路器，隔离开关，电流、电压互感器，避雷器，并进行校验,同时还做了变压器的继电保护;并简单的做了防雷保护。

关键词：主接线；短路电流；电气设备选择；继电保护；防雷
Electricity substation is an important component of the system, it has a direct impact on the entire power system's security and economy, users are connected power plants and the intermediate links, transformation and distribution of electric energy to play the role. This design is the construction of a 110 KV substations terminal buck, first of all based on the reliability of the main cable and run the flexibility to choose various voltage levels of the connection mode. And from the economic and technical aspects to compare, select the optimal connection mode. Second according to various levels of load voltage transformer to calculate the capacity to select the main transformer of Taiwan and its capacity, and other models ﹑various parameters. Once again, according to choose the main form of short-circuit wiring, paint and network equivalent to short-circuit, according to calculate the three-phase short circuit, short circuit current, short-circuit capacity, short-circuit the impact of current value. According to select the final calculation of the various short-circuit the bus voltage, circuit breakers, switches isolation, current, voltage transformers, arresters, and check to see whether the appropriate selection of devices, and also done a transformer relay.
Key words: main electrical connection ；short circuit current ; choice of main electrical equipment ; relay protection;anti-lightning;
目录
摘要 (I)
ABSTRACT ........................................................................................................................................... I I 第一章引言.. (1)
1.1设计在工程建设中的作用 (1)
1.2设计工作应遵循的主要原则 (1)
1.3设计的基本程序 (1)
第2章原始资料 (2)
第3章电气主接线 (4)
3.1变电所主接线设计的基本要求： (4)
3.2主接线的设计依据 (4)
3.3变电所主接线设计原则： (5)
3.4配电装置的基本接线及适用范围 (5)
3.5电气主接线方案的拟定 (9)
3.6两种方案的比较 (11)
3.7 方案的确定 (11)
3.8主接线的设备配置 (11)
第4章主变压器台数和容量的选择 (13)
4.1主变压器台数的选择 (13)
4.2.主变压器容量的选择 (13)
4.3.各电压等级容量计算 (13)
4.4主变压器型号的选择 (14)
4.5无功补偿 (14)
4.6无功补偿并联电容器容量的选择 (15)
4.7主变压器的中性点接地 (16)
4.8所用变压器的选择 (16)
第5章短路电流计算 (18)
5.1绘计算电路图 (18)
5.2.绘制等值网络图 (19)
5．3 短路计算 (20)
第6章高压电气设备的选择 (29)
6.2 110KV 侧电气设备的选择 (31)
6.3 35KV侧电气设备的选择 (33)
6.4 10KV电气设备的选择 (36)
6.5电抗器的选择与校验 (38)
第7章导线的选择 (40)
7.1 母线的选择与检验 (40)
7.2 架空线的选择 (45)
7.3电缆截面的选择 (46)
第8章电流互感器、电压互感器选择与校验 (48)
8.1 10KV侧互感器选择与校验 (48)
8.2 35KV侧互感器选择与校验 (49)
8.3 110KV侧互感器选择与校验 (50)
第9章防雷保护 (52)
9.1防雷保护 (52)
9.2防雷装置 (52)
9.3变电所的防雷保护 (53)
9.4设备的接地 (55)
第10章主变压器继电保护的整定与计算 (56)
10．1 主变压器继电保护 (56)
10．2 主变压器继电保护整定计算 (60)
总结 (63)
参考文献 (64)
外文翻译 (65)
致谢 (79)
大学毕业设计说明书
第一章引言
在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中有着重要作用，它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大的影响人民的物质与文化生活水平的提高。

1.1设计在工程建设中的作用
设计工作是工程建设的关键环节。

做好设计工作对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性作用。

设计是工程建设的灵魂。

设计的基本任务是，在工程建设中贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，做出切合实际、安全实用、技术先进、综合效益好的设计，有效的为电力建设服务。

1.2设计工作应遵循的主要原则
1．遵守国家的法律、法规，贯彻执行国家的经济建设方针、政策和基本建设程序，特别应贯彻执行提高综合经济效益和促进技术进步的方针。

2．要运用系统工程的方法从全局出发，正确处理中央与地方、工业与农业、城市与乡镇、近期与远期、技改与新建、生产与生活、安全与经济等方面的关系。

3．要根据国家规范、标准与有关规定，结合工程的不同性质、要求，从实际情况出发，合理确定设计标准。

4．要实行资源的综合利用，节约能源、水源，保护环境，节约用地等。

1.3设计的基本程序
设计要执行国家规定的基本建设程序。

工程进入施工阶段后，设计工作还要配合施工、参加工程管理、试运行和验收，最后进行总结，从而完成设计工作的全过程。

第2章原始资料
电信学院毕业设计任务书
题目某110KV终端变电所电气部分设计
学生姓名班级学号
题目类型指导教师系主任
一、毕业设计的技术背景和设计依据：
某地区地方负荷增长很快，原来的供电方案已难以满足当地用户用电需求，急需新建一座110KV终端变电所，从而缓解供电部门的供电压力。

完善和加强110KV电网功能，提高电网安全运行水平和供电可靠性。

同时考虑未来5年的的负荷发展问题。

1.变电所建设规模：
（1）建设两台电力变压器，电压等级为：110/35/10KV
（2）10KV电压等级：8km电缆馈线8回，每回平均传输容量3000KW，最大负荷25MW，最小负荷20MW， cosφ=0.8，Tmax=4800h/a。

一、二类负荷占40%。

（3）35KV电压等级：60km架空出线6回，每回平均传输容量6500KW，最大负荷50MW，最小负荷38MW，cosφ=0.8，Tmax=4800h/a。

一、二类负荷占65%。

（4）110KV电压等级：系统采用两条110KV线路向本所供电，当取基准容量为100MW，系统归算为110KV母线的等值电抗为0.2
2.气象条件：年最高温度40度，平均温度26度，年平均雷暴日为40日，气象条件一般。

二、毕业设计的任务
1、熟悉题目要求，查阅相关科技文献
2、主接线方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容）
3、选择主变压器
4、短路电流计算
5、电气设备的选择
6、主变压器继电保护设计
7、撰写设计说明书，绘制图纸
8、指定内容的外文资料翻译
三、毕业设计的主要内容、功能及技术指标
主要内容：
1.确定主接线：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的
2—3个方案，经过技术经济比较，确定最优方案。

2.选择主变压器：选择变压器的容量、台数、型号等。

3.短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，选择短路计算点，
绘制等值网络图，计算短路电流，并列表汇总。

4.电气设备的选择：选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压
互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号、数量汇
总成设备一览表；
5.主变压器继电保护的整定计算及配置
主要技术指标：
1、本设计的变电所电气部分应具有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工
程建设规模要求。

2、变电所功率因数不低于0.9。

第3章电气主接线
电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。

主接线方案的确定对电力系统及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电所主接线的最佳方案。

3.1变电所主接线设计的基本要求：
1.可靠性：
为了保证供电的可靠性，主接线应考虑到在事故或检修的情况下，尽可能减少对用户供电的中断，特别是重要的负荷。

但是在满足可靠性要求的情况下，就必须要增加设备和线路，使接线复杂。

显而易见，提高可靠性是以增加投资为代价的。

因此，要综合考虑各种因素对提高可靠性的措施做出合理的选择。

2.灵活性：主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活性。

(1)调度时，可以灵活地投入和切除变压器及线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修方式以极特殊运行方式下的系统调度要求。

(2)检修时，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备，而不影响电力网的运行和对用户的供电。

(3)扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。

在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新变压器或线路，并对一次部分和二次部分的改建工作量最少。

3.经济型：主接线在满足可靠性，灵活性要求的前提下做到经济合理。

(1)投资省。

主接线应力求简单，以节省断路器，隔离开关，电流和电压互感器以及避雷器等一次设备；必要时要能限制短路电流，以便选择价廉的电气设备或轻型电器等。

(2)占地面积小。

主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积小。

(3)年运行费用少。

年运行费用包括年电能损耗和设备的维修费用等。

应经济合理选择主变压器的容量和台数，应避免因两次变压而增加电能损耗。

3.2主接线的设计依据
在选择电气主接线时应以下列各点作为设计依据:
1.考虑变电所在电力系统中的地位和作用
变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。

2.考虑近期和远期的发展规模
变电所主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行，一般设两台主变压器。

3.考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响
(1)对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电。

(2) 对于二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。

4.考虑主变台数对主接线的影响
对大型变电所，由于其传输容量大，对主接线的可靠性，灵活性的要求高。

而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性，灵活性要求低。

5.考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响
发、送、变的备用容量是为了保证可靠供电，适应负荷突增，设备检修，故障停运情况下的应急要求。

电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同。

3.3变电所主接线设计原则：
1、变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网上不得采用分支界线。

2、在 35-60kV 配电装置中，当线路为 3 回及以上时，一般采用单母线或单母线分段接线，若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。

3、6-10kV 配电装置中，线路回路数不超过 5 回时，一般采用单母线接线方式，线路在 6 回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大时，可采用双母线接线。

4、110-220kV 配电装置中，线路在 4 回以上时一般采用双母线接线。

等性能可靠、检修周期长的断路器以及更换迅速的手车式断路
5、当采用SF
6
器时，均可不设旁路设施。

总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规范、规程为标准，结合具体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。

3.4配电装置的基本接线及适用范围
1.单母线接线
只有一组母线的接线称为单母线接线，如图2-1所示。

单母线接线的主要优点是：接线简单、清新，采用设备少，投资省，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。

单母线接线一般只适用于一台发电机或一台变压器的以下三种情况：
(1) 6~10KV配电装置的出线回路数不超过5回；
(2)35~63KV配电装置的出线回路数不超过3回；
(3)110~220KV配电装置的出线回路数不超过2回。

图3-1 不分段的单母线接线
2.单母线分段接线
单母线分段的接线如图2-2所示，当母线的中间装设一个断路器QFd后，即把母线分为两段，这样对重要用户可以分别接于两段母线的两条线路供电，当任一段母线故障时能保证重要用户不停电。

另外，对两段母线可分别进行检修而不致于对用户停电。

单母线接线适用范围：
图3-2 单母分段接线
(1) 6~10KV配电装置出线回路数为6回及以上时；
(2)35~63KV配电装置出线回路数为4~8回时；
(3)110~220KV配电装置出线回路数为3~4回时。

但是单母线接线也有较显著的缺点，这就是当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上所连接的全部引线都要在检修期间停电。

显然，对于大容量发电厂来说，这都是不能容许的。

因此，还需要加以改进。

3.双母线接线
双母线接线是针对单母线分段的缺点提出来的。

如图2-3所示为但断路器的双母线接线3的基本形式。

设置有两组母线、即母线1和母线2。

两组母线之间用母线联络断路器QFW连接起来，每一个回路都通过一只断路器和两只隔离开关接到两组母线上。

当母联断路器QFW断开是，一组母线带电、另一组母线不带电。

带电的称为工作母线，不带电的称为备用母线。

正常运行时，接至工作母线上的隔离开关断开。

双母线接线的优点：
(1)运行方式灵活；
(2)检修母线时不中断供电；
(3)任一组母线故障时仅短时停电。

图3-3 双母接线
4.双母线分段接线
不分段的双母线接线在母线联络断路器故障或一组母线检修时，另一组运行母线故障时，有可能造成严重的或全厂停电事故，难以满足大型电厂对主接线可靠性的要求。

为了提高大型电厂主接线的可靠性，防止全厂停电事故的发生，减小母线故障的停电范围，大型电厂的220KV主接线可采用双母线分段接线。

如图2-4所示。

图3-4 双母分段接线
5.单母线分段兼旁路断路器旁母接线
在图2-5中，分段断路器QF 还兼作旁路断路器。

当QF 作为分段断路器时，QF 投入，隔离开关QS1和QS2闭合，QS3，QS4,QS 断开。

当QF 用旁路断路器时，若检修接在一段母线出线上的断路器，应将QS1，QS4和QF 闭合，即将旁路母线BW 接至一段母线；若检修接在二段母线出线中的断路器，应闭合QS2，QS3，QF ，将BW 接至二段母线。

这时QS5可作为分段隔离开关。

这种接线方式节省了投资，适用于进出线不多，容量不大的中小型发电厂和电压为35~110KV 的变电站。

QS
QS3
QS1QS2
QS4
QF
BW
图3-5单母线分段兼旁路断路器旁母接线
6.桥形接线
当只有两台变压器和两回线路时，可采用桥形接线。

桥形接线分内桥接线和外桥接线两种，图2-6(a)所示是内桥接线，图2-6（b ）所示是外桥接线，断路器QF3称为联络断路器。

内桥接线的特点是联络断路器QF3靠近变压器侧，在线路正常投切或故障切除时，不影响其它回路运行。

而投切变压器时则需要操作两台断路器及相的隔
离开关，相应线路要短时停电。

这种接线适用于变压器不需要经常切换、输电线路较长、电力系统穿越功率较少的场合。

外桥接线的特点是联络断路器QF3靠近线路侧，与内桥接线相反，它便于变压器的正常投切和故障切除，而线路的正常投切和故障切除都比较复杂。

这种接线适用于线路较短、主变压器需经常投切、以及电力系统有较大的穿越功率通过联桥回路的场合。

图3-6 桥形接线
a)内桥接线b)外桥接线
3.5电气主接线方案的拟定
方案11
0kV 35kV 10kV 主变台
数
方案一
内
桥
单母分段带旁
母
单母线分
段
2
方案二双母
线
单母线分段单母线分
段
2
(1)110KV电压级
设计变电所位于地区，是一所终端变电所，主要向附近的的工厂供电，变电所110kV侧出线回路较少，可以采用桥式接线。

由于供电线路比较长，变压器不需要经常切换，且没有穿越功率，所以采用内桥接线。

(2)35kV电压级
35kV出线为6～8回，可采用单母线分段接线，为保证线路检修时不中断对用户的供电并且一、二类负荷占65％，所占比重大，因此采用单母分段带旁母接线，以保证用户供电的可靠性。

(3)10kV电压级
6～10kV配电装置出线回路数目8回，可采用单母线分段和单母线分段带旁路母线。

当地区电力网或用户不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线，或
出线断路器采用可靠性高、检修时间长的SF6断路器。

方案一：110kV采用内桥接线，保证了可靠性。

35kV侧也采用双母线接线，出线6回，由于一二类负荷占65%，所以采用单母分段带旁母比较可靠。

10kV侧则采用单母线分段接线，出线8回,接线简单，操作方便，使用的设备少，从而投资少，而且保证了重要用户供电，有很好的可靠性和灵活性。

图3-7
方案二：110kV侧采用双母线接线形式，具有比内桥接法可靠性更高的接线方式，但多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资。

35kV采用单母线分段接线，出线6回，但由于一二类负荷比较高所以采用这种接法可靠性不高。

10kV 侧采用单母线分段接线，出线8回。

方案二：
图3-8
3.6两种方案的比较
方案
方案一
方案二
可靠性 1.简单清晰、设备少，设备本身故障率小 2.重要用户可从不同母线上分别引出两回馈线向其供电，保证不中断供电
3.每一种电压级中，均有两台变压器联系，保证了在变压器检修或故障时不致使各级电压解列，提高了供电的可靠性
1增加了设备，保护装置复杂，出现故障的机率较大。

2.当检修任意出线时，不中断对该回路的供电，提
高了可靠性
3.保证对重要用户的供电 灵活性1. 运行方式相对简单，调度灵活，检修相对灵活
2． 扩建时，可以适应从初期接线过渡到最终接线
1.调度灵活，检修安全方便
2. 便于扩建和发展
经济性
1. 设备相对较少，投资小
2. 占地相对少 1. 设备多、配电装置复杂 2. 投资和占地面大
3.7 方案的确定
比较可以看出,三种接线从技术的角度来看主要的区别是在可靠性上，双母线比内桥可靠性高，双母带旁路母线接线比双母线的可靠性更高。

但考虑到任务书中的要求以及经济性，内桥接法更加的适合要求。

单母线分段接线简单，控制简单，有利于变电站的运行。

从可靠性，灵活性，经济性方面综合考虑，辩证统一，确定选择第一种接线方案。

3.8主接线的设备配置
1.隔离开关的配置
(1)在出线上装设电抗器的10KV 配电装置中，当向不同用户供电的两回线共用同一台断路器和一组电抗器时，每回线上装设出线隔离开关。

(2)接在母线上的避雷器和电压互感器可以合用一组隔离开关。

(3)桥形接线中跨条宜用两组隔离开关串联，以便于进行不停电检修。

(4)断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修是隔离电源。

(5)中性点接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地。

2电压互感器的配置
(1)电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并满足测量，保护，同期和自动装置的要求。

电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压。

(2) 6~220KV电压等级的每组主母线上的三相上装设电压互感器。

(3)当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应安装电压互感器。

(4)当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。

3电流互感器的配置
(1)凡装有断路器的回路均应安装电流互感器，其数量应满足测量仪表，保护和自动装置。

(2)在未装设断路器的变压器的中性点、变压器出口桥形接线的跨条上也装设电流互感器。

(3)对直接接地系统，一般按三相配置。

对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。

4避雷器的配置
(1)配电装置的每相母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器是除外。

(2) 220KV及一线变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设避雷器。

(3)三绕组变压器低压侧的一相上宜安装一台避雷器。

(4)直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且安装有隔离开关时，变压器中性点应装设避雷器。

第4章主变压器台数和容量的选择
4.1主变压器台数的选择
由于待建变电所拥有一、二级负荷，根据《电力工程电气设计手册》的要求，并结合本电所的具体情况，宜选用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电以满足用电负荷对供电可靠性的要求。

4.2.主变压器容量的选择
考虑到对拥有两台主变的变电所，其中一台主变的容量应大于等于70%的全部负荷或全部重要负荷，且任意一台变压器单独运行是应满足全部一、二级负荷的需要。

考虑到变压器每天的负荷不是均衡的，计及欠负荷期间节省的使用寿命，可用在过负荷期间的消耗，故可先选择较小容量的主变作为过负荷能力计算，以节省主变投资。

4.3.各电压等级容量计算
(1)10KV电压等级
正常情况下:8×3000KW=24000KW 24MW/cosφ=24/0.8=30MVA 最大负荷下:25MW/cosφ=25/0.8=31.25MVA
最小负荷下:20MW/cosφ=20/0.8=25MVA
(2)35KV电压等级
正常情况下:6×6500KW=39000KW 39MW/cosφ=39/0.8=48.75MVA
最大负荷下:50MW/cosφ=50/0.8=62.5MVA
最小负荷下:38MW/cosφ=38/0.8=47.5MVA
(3)变压器的最大负荷为：
正常情况下:30+48.75=78.75MVA
最大负荷下:31.25+62.5=93.75MVA
最小负荷下:25+47.5=72.5MVA
S=93.75MVA S’=S×70%=65.625MVA
考虑到五年发展规划:
S总=Ki×S’×(1+5%)^5=0.8×65.625×1.3=68.25MVA
因此主变压器容量选取为75000KVA。

4.4主变压器型号的选择
1.相数的选择
主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器制造条件，可靠性要求及运输条件等因素，特别是在330KV及以下的变电所均应采用三相变压器。

2.绕组数量和联结方式的选择
(1)主变压器绕组数量
在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三绕组变压器。

(2)主变压器联结方式的选择
我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星型接地连接；35KV宜采用星型连接，其中星点多通过消弧线圈接地；35KV以下变压器绕组都采用三角形连接。

综合考虑各种因素，宜选两台110KV的三绕组主变压器，型号为
SFPSZ7-75000/110，三相油浸风冷铜线三绕组有载调压电力变压器,其技术参数如表4-1所示:
表4-1 主变压器SFPSZ7-75000/110技术参数
4.5无功补偿
根据设计技术指标二：变电所功率因数不低于0.9。

对原始资料分析，10KV 侧和35KV侧的功率因数都为0.8，需要加补偿置补偿无功功率。

1无功功率的人工补偿装置
工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率。

并联电容器的补偿方式有以下三种：
1.高压集中补偿
电容器装设在变电所的高压电容器室，与高压母线相连，如图2-9示。

高压电容器宜采用单星形接线或双星形接线。

在中性点非直接接地电网中，星形接线电容器组中的中性点不应接地。