110kv变电站电气设计说明

第一章：毕业设计任务书
一、设计题目
110KV XXX 降压变电站部分的设计
二、所址概况
1、地理位置及地理条件的简述
变电所位于某城市，地势平坦，交通便利，空气污染轻微，站区平均海拔200米，最高气温
40℃，最低气温-5℃，年平均气温14℃，最热月平均最高气温30℃，土壤温度25℃。

三、系统情况如下图
注：括号内为最小运行方式
五、设计任务
1、负荷分析及主变压器的选择。

2、电气主接线的设计。

3、变压器的运行方式以及中性点的接地方式。

4、无功补偿装置的形式及容量确定。

5、短路电流计算（包括三相、两相、单相短路）
6、各级电压配电装置设计。

7、各种电气设备选择。

8、继电保护规划。

9、主变压器的继电保护整定计算。

六、设计目的
总体目标：培养学生综合运用所学各科知识，独立分析各解决实际工程问题的能力。

七、设计成果
1、设计说明书：说明设计思想，方案比较及最终结果，并附有必要的图表。

2、设计计算书：设计参数选取的依据、计算公式、计算过程、计算结果、结论。

3、图纸：（共七张）
（1）所有设计图均采用2或3号图；可用CAD出图；
（2）电气主结线图部分3张，其中主接线图一张、变电所平面布置图一张、立面图一张；
（3）二次部分要求：选作发电机保护的必须有一张保户配置图和一张主保护原理图；
选作变压器保护的必须有一张保户配置图和一张主保护原理图；
选作输电线路保护的必须有一张保户配置图和一张主保护原理图；
（4）自动化设计部分要求：
选做自动重合闸装置的必须有一张重合闸工作原理图；
选做自动准同期装置的必须有一张重合闸工作原理图；
选做备用电源自动投入装置的必须有一张重合闸工作原理图；
（5）发电厂变电所防雷设计要求一张防雷平面布置图和一张立面图。

八、参考文献
列出10篇以上（格式如下）
1《电气工程电气设备手册》上册下册电力工业部西北电力设计院编
2《继电保护和自动装置》王秀英编
3《电力系统继电保护》沈阳电专李骏年编
4《发电厂电气设备》郑州电力高等专科学校于长顺编
第二章：负荷分析
一、负荷分类及定义
1、一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失
者属于一级负荷。

一级负荷要求有两个独立电源供电。

2、二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，
重要产品大量减产，属于二级负荷。

二级负荷应由两回线供电。

但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。

3、三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。

三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，
可用单回线路供电。

二、本设计中的负荷分析
市镇变1、2：市镇变担负着对所辖区的电力供应，若中断供电将会带来大面积停电，所以应属于一级负荷。

煤矿变：煤矿变负责向煤矿供电，煤矿大部分是井下作业，例如：煤矿工人从矿井中的进出等等，若煤矿变一旦停电就可能造成人身死亡，所以应属一级负荷。

化肥厂：化肥厂的生产过程伴随着许多化学反应过程，一旦电力供应中止了就会造成产品报废，造成极大的经济损失，所以应属于一级负荷。

砖厂：砖厂的生产过程与电的联系不是非常紧密，若终止电力供应，只会造成局部破坏，生产流程混乱，所以应属于三级负荷。

镇区变：镇区变担负着对所辖区域的电力供应，若中止镇区变的电力供应，将会带来大面积停电，带来极大的政治、经济损失，所以应属于一级负荷。

机械厂：机械厂的生产过程与电联系不是非常紧密，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。

纺织厂1、2：若中断纺织厂的电力供应，就会引起跳线，打结，从而使产品不合格，所以应属于二级负荷。

农药厂：农药厂的生产过程伴有化学反应，若停电就会造成产品报废，应属于一级负荷。

面粉厂：若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。

耐火材料厂：若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。

三、35KV及10KV各侧负荷的大小
1、35KV侧：
ΣP1＝6000+7000+4500*2+4300*2+5000＝35600KW
ΣQ1=6000*0.48+7000*0.426+4500*0.62*2+4300*0.54*2+ 5000*0.62=19186Kvar
2、10KV侧：
ΣP2＝1000*3+800*2+700+800*2+600+700+800*2＝9800KW
ΣQ2=1000*3*0.48+700*0.512+800*0.512*2+800*0.54*2+
600*0.54+700*0.48+800*0.48*2=4909.6Kvar
ΣP＝ΣP1+ΣP2=35600KW+9800KW=45400KW
ΣQ=ΣQ1+ΣQ2=19186+4909.6=24095.6Kvar
所以：ΣS＝（454002+24095.62）1/2＝51398KVA
考虑线损、同时系数时的容量：
ΣS2=51398*0.8*1.05=43174.3KVA
第三章主变压器的选择
（参考资料：《电力工程电气设计手册》电器一次部分，第五章：主变压器选择）
一、主变台数的确定
对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。

此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。

二、主变容量的确定
1、主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。

对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。

2、根据变电所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所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在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；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70％-80％。

此变电所是一般性变电所。

有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：
S=ΣS2*0.8=43174.3*0.8=34539.48KVA
所以应选容量为40000KVA的主变压器。

三、主变相数选择
1、主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。

2、当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。

社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。

四、主变绕组数量
1）、在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15％以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。

根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值：
高压侧：K1=(35600+9800)*0.8/40000=0.9>0.15
中压侧：K2=35600*0.8/4000=0.7>0.15
低压侧：K3=9800*0.8/40000=0.2>0.15
由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。

五、主变绕组连接方式
变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。

电力系统采用的绕组连接方式只有y和△，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。

我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。

35KV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。

有以上知，此变电站110KV侧采用Y0接线
35KV侧采用Y连接，10KV侧采用△接线
主变中性点的接地方式：
选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。

它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。

主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。

电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。

电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。

35KV系统，I C<=10A；10KV系统；I C<=30A（采用中性点不接地的运行方式）
35KV：Ic=UL/350=35*(15+8+10*2+7*2+11)/350=6.8A<10A
10KV：Ic=10*(5*3+7*2+4+5+7*2)/350+10*(2*2+3)/10=8.2A<30A
所以在本设计中110KV采用中性点直接接地方式
35、10KV采用中性点不接地方式
六、主变的调压方式
《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第三节规定：
调压方式变压器的电压调整是用分解开关切换变压器的分接头，从而改变变压器比来实现的。

切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调压范围通常在+5％以内，另一种是带负荷切换，称为有栽调压，调压范围可达到+30％。

对于110KV及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。

由以上知，此变电所的主变压器采用有载调压方式。

七、变压器冷却方式选择
参考《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第四节
主变一般的冷却方式有：自然风冷却；强迫有循环风冷却；强迫油循环水冷却；强迫、导向油循环冷却。

小容量变压器一般采用自然风冷却。

大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。

故此变电所中的主变采用强迫油循环风冷却方式。

附：主变型号的表示方法
第一段：汉语拼音组合表示变压器型号及材料
第一部分：相数S----三相；D------单相
第二部分：冷却方式J----油浸自冷；F----油浸风冷；
S----油浸水冷；G----干式；N----氮气冷却；
FP----强迫油循环风冷却；SP----强迫油循环水冷却
本设计中主变的型号是：SFPSL—40000/110
第四章无功补偿装置的选择
一、补偿装置的意义
无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。

二、无功补偿装置类型的选择
（参考资料：教材----《电力系统》第五章第四节：
《电力工程电器设计手册》电器一次部分第九章）
1、无功补偿装置的类型
无功补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置。

目前常用的补偿装置有：静止补偿器、同步调相机、并联电容器。

2、常用的三种补偿装置的比较及选择
这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。

同步调相机：
同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。

装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出或汲取的无功功率，进行电压调节。

特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。

但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。

它的有功功率损耗较大。

小容量的调相机
每千伏安容量的投入费用也较大。

故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。

在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。

静止补偿器：
静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。

电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。

静止补偿器是一种技术先进、调节性能、使用方便、经纪性能良好的动态无功功率补偿装置。

静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。

这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷，且调节不能连续的缺点。

与同步调相机比较，静止补偿器运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿以适应不平衡负荷的变化，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统得到越来越广泛的应用。

（但此设备造价太高，不在本设计中不宜采用）。

电力电容器：
电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。

它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。

电力电容器的装设容量可大可小。

而且既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功率，运行时功率损耗亦较小。

此外，由于它没有旋转部件，维护也较方便。

为了在运行中调节电容器的功率，也可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入和切除。

综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。

三、无功补偿装置容量的确定
（根据现场经验）
现场经验一般按主变容量的10％--30％来确定无功补偿装置的容量。

此设计中主变容量为40000KVA
故并联电容器的容量为：4000KVA—12000KVA为宜，在此设计中取12000KVA。

四、并联电容器装置的分组
（参考资料：《电力工程电气设计手册》电气一次部分第九章第四节）
1、分组原则
1）、并联电容器装置的分组主要有系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素确定。

2）、对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与设备相联接，并与该设备同时投切。

对于110KV—220KV、主变代有载调压装置的变电所，应按有载调压分组，并按电压或功率的要求实行自动投切。

3）、终端变电所的并联电容器设备，主要是为了提高电压和补偿变压器的无功损耗。

此时，各组应能随电压波动实行自动投切。

投切任一组电容器时引起的电压波动不应超过2.5％。

2、分组方式
1）、并联电容器的分组方式有等容量分组、等差容量分组、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。

2）、各种分组方式比较
a、等差容量分组方式：由于其分组容量之间成等差级数关系，从而使并联电容器装置可按不同投切方式得到多种容量组合。

既可用比等容量分组方式少的分组数目，达到更多种容量组合的要求，从而节约了回路设备数。

但会在改变容量组合的操作过程中，会引起无功补偿功率较大的变化，并可能使分组容量较小的分组断路器频繁操作，断路器的检修间隔时间缩短，从而使电容器组退出运行的可能性增加。

因而应用范围有限。

b、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组，当某一并联电容器组因短路故障而切除时，将造成整个并联电容器装置退出运行。

c、等容量分作方式，是应用较多的分作方式。

综上所述，在本设计中，无功补偿装置分作方式采用等容量分组方式。

五、并联电容器装置的接线
并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（△）两种。

经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。

从《电气工程电气设计手册》（一次部分）P502页表9-17中比较得，应采用双星形接线。

因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。

中性点接地方式：对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。

六、并联电容器对10KV系统单相接地电流的影响
10KV系统的中性点是不接地的，该变电站采用的并联电容器组的中性点也是不接地的，当发生单相接地故障时，构不成零序电流回路，所以不会对10KV系统造成影响。

第五章电气主接线的初步设计及方案选择
参考资料：1、《发电厂电气设备》（于长顺主编）第十章
2、《电力工程电气设计手册》（一次部分）第二章
一、电气主接线的概况
1、发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。

它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。

它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。

所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

2、在选择电气主接线时的设计依据
1）、发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用
2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模
3）、负荷大小和重要性
4）系统备用容量大小
5）系统专业对电气主接线提供的具体资料
3、主接线设计的基本要求
1）、可靠性
2）、灵活性
3）、经济性
4、6-220KV高压配电装置的基本接线
有汇流母线的连线：单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线或旁路隔离开关等。

无汇流母线的接线：变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。

6-220KV高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。

二、110KV侧主接线的设计
110KV侧初期设计回路数为2，最终为4回
由《电力工程电气设计手册》第二章第二节中的规定可知：
110KV侧配电装置宜采用单母线分段的接线方式。

110KV侧采用单母线分段的接线方式，有下列优点：
（1）供电可靠性：当一组母线停电或故障时，不影响另一组母线供电；
（2）调度灵活，任一电源消失时，可用另一电源带两段母线：
（3）扩建方便；
（4）在保证可靠性和灵活性的基础上，较经济。

故110KV侧采用单母分段的连接方式。

三、35KV侧主接线的设计
35KV侧出线回路数为7回
由《电力工程电气设计手册》第二章第二节中的规定可知：
当35—63KV配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接，当连接的电源较多，负荷较大时也可采用双母线接线。

故35KV可采用单母分段连接也可采用双母线连接。

四、10KV侧主接线的设计
10KV侧出线回路数为12回
由《电力工程电气设计手册》第二章第二节中的规定可知：
当6—10KV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接
故10KV采用单母分段连接
五、主接线方案的比较选择
由以上可知，此变电站的主接线有两种方案
方案一：110KV侧采用单母分段的连接方式，35KV侧采用单母分段连接，10KV侧采用单母分段连接。

方案二：110KV侧采用单母分段的连接方式，35KV侧采用双母线连接，10KV侧采用单母分段连接。

此两种方案的比较
方案一110KV侧采用单母分段的连接方式，供电可靠、调度灵活、扩建方便，35KV、10KV采用单母分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。

方案二虽供电更可靠，调度更灵活，但与方案一相比较，设备增多，配电装置布置复杂，投资和占地面增大，而且，当母线故障或检修时，隔离开关作为操作电器使用，容易误操作。

由以上可知，在本设计中采用第一种接线，即110KV侧采用单母分段的连接方式，35KV侧采用单母分段连线，10KV侧采用单母分段连接。

六、主接线中的设备配置
1、隔离开关的配置
（1）中小型发电机出口一般应装设隔离开关：容量为220MW及以上大机组与双绕组变压器为单元连接时，其出口不装设隔离开关，但应有可拆连接点。

（2）在出线上装设电抗器的6—10KV配电装置中，当向不同用户供电的两回线共用一台断路器和一组电抗器时，每回线上应各装设一组出线隔离开关。

（3）接在发电机、变压器因出线或中性点上的避雷器不可装设隔离开关。

（4）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；自藕变压器的中性点则不必装设隔离开关。

2、接地刀闸或接地器的配置
（1）为保证电器和母线的检修安全，35KV及以上每段母线根据长度宜装设1—2组接地刀闸或接地器，每两接地刀闸间的距离应尽量保持适中。

母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关和母联隔离开关上，也可装于其他回路母线隔离开关的基座上。

必要时可设置独立式母线接地器。

（2）63KV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路宜配置接地刀闸。

3、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，并应满足测量、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，同期点的两侧都能提取到电压。

（2）6—220KV电压等级的每组母线的三相上应装设电压互感器。

旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。

（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

（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。

（5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。

当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。

4、电流互感器的配置
（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。

（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器：发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。

（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）一台半断路器接线中，线路—线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器。

线路—变压器串，当变压器的套管电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。

5、避雷器的装置
（1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线装设避雷器时除外。

（2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。

（3）220KV及以下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一组避雷器。

（4）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。

（5）下列情况的变压器中性点应装设避雷器
1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。

2）直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。

3）接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。

（6）发电厂变电所35KV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。

（7）SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。

（8）110—220KV线路侧一般不装设避雷器。

第六章各级配电装置的配置
（参考资料：《发电厂电气设备》于长顺主编）
发电厂和变电站主接线中，所装开关电器、载留导体以及保护和测量电器等设备，按一定要求建设而成的电工建筑物，称为配电装置。

它的作用是接受电能和分配电能，所以它是发电厂和变电所的重要组成部分。

一、配电装置的要求
（1）配电装置的设计和建设，应认真贯彻国家的技术经济政策和有关规程的要求，特别注意应节约用地，争取不占或少占良田。

（2）保证运行安全和工作可靠。

设备要注意合理选型，布置应力求整齐、清晰。

（3）便于检修、操作和巡视。

（4）便于扩建和安装。