大学毕业设计论文--110KV变电所一次部分初步设计

110KV变电所电气一次部分初步设计原始资料
1待设变电所为郊区中间变电所，在供电给周围负荷的同时，也输送部分系统的交换功率。

2、系统电源情况：
待设变电所连着220KV变电所一个，110KV水电厂一个
220KV系统变电所：在该变电所高压母线上的短路容量为500MVA，距离待设变电所
10KM
100KV水电厂的接线如图所示：
COS© =0.8
X G*〃 =0.2
3、所的地理位置
4、电力负荷水平
(1)待设计的变电所连接的电源之间有一定的功率交换预计有15KW，功率因数为
0.8。

(2)待设变电所10KV侧负荷如下表所示，预
计10年内每年5%增长率。

负荷同时
系数Kop=0.8,Koq=0.7，年最大负荷利用小时数Tmax=4500h，预留四回备用。

(3) 待设变电所10KV负荷表
(4) 变电所自用负荷以2台100KVA考虑。

5、气象及地质条件
(1)年最高温度40 C；年最高日平均温度30 C；年最低温度0C；最热地面下0.8M 处土壤平均温度
30.4 C。

(2)年平均雷电日50日/年，土壤电阻率500 Q/M，地震烈度3级以下，海拔高度50M。

(3)待设变电所无污染影响，所址外0.5KM处有一条主干公路，地理位置如地理环
境图所示。

毕业设计（论文）任务书
1、设计（论文）题目：110KV变电所电气一次部分初步设计
2、设计（论文）内容
（1）选择变电所主要变压器台数、容量及型式；
（2）设计变电所电气主接线，并论证其为最佳主接线方案；
（3）设计变电所自用电接线；
（4）计算短路电流及选择主要电气设备；
（5）若110KV线路功率因数要求为0.9，试确定无功补偿量；
（6）变电所防雷保护及接地网的设计；
（7）设计变电所电气总平面布置。

3、设计（论文）的目的要求：
（1）通过本次设计，掌握变电所电气一次部分初步设计的方法及步骤，具备一定的工程实践知识及解决实际问题的能力。

（2）通过本次设计，提高绘制电气主接线等各类电气图纸的能力。

4、设计（论文）主要技术指标
（1）设计说明书及计算书各一份
（2）变电所电气接线图一张
（3）变电所自用电接线图一张
（4）避雷针（线）的布置图一张
（5）变电所接地网布置图一张
（6）10KV系统配置图一张
（7）变电所电气总平面图一张及所对应的断面图
5、进度安排
、应收集的资料及主要参考文献
《电力工程电气设计手册》一次部分
《供配电设计手册》焦留成主编，中国计划出版社
《电力工程专业毕业设计指南》电力系统分册，陈跃主编，中国水利水电出版社
《电类专业毕业设计指导》张华主编，机械工业出版社
《水电站电气设备》尹厚丰、应明耕主编，中国水利水电出版社
第一章变电所主变压器的选择及主接线的设计一、变电所主变压器台数、容量及型式的选择
1、变压器台数的选择
据国际《35-110 KV变电所设计规范GB50059-92》有关条文规定，为保证供电的可靠性，变电所一般装设两台主变，当只有一个电源的变电所可由低压侧电网取得备用电源给重
要负荷供电时，可装设一台，现时待设变电所有水电厂和220 KV变电所两个电源，故选择
2台主变。

2、主变压器容量的选择
主变容量应根据5-10年的发展规划进行选择，适当考虑到远期10-20年负荷的发展，
对城郊变电所，主变压器容量还应与城市规划相结合。

并应考虑主变正常运行和事故时的过
负荷能力。

对选两台主变的变电所，每台变压器的容量一般按式Sn=0.7Pm(Pm为变电所最
大负荷)选择：
按5 年发展规划：S n=0.7P m=16.44( MVA)
按10 年发展规划：S n=0.7P m=20.98( MVA)
这样当一台主变停用时，可保证对70%负荷供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%，
而可保证对98%负荷供电，由于一般变电所大约有25%的非重要负荷，因此在一台主变停
用时，仍能对一、二级负荷供电。

3、主变压器型式的选择
变压器有油浸式和干式两种，一般在户外情况下采用三相油浸节能型变压器。

具有三种
电压的变电所，如通过各侧绕组的功率均达到15%以上时，多采用自耦变压器，以得到较
大的经济效益。

现待设变电所为郊区中间变电所，且只有110 KV和10 KV两个电压等级，
所以待设变电所选择三相双绕组高阻抗有载调压油浸式变压器，查《设备手册》选择型号为
SFZ7系列110KV级双绕组有载调压变压器，其技术参数列于表1-1
表1-1 SFZ7系列110KV级双绕组有载调压变压器技术参数表
二、变电所主接线的设计原则
待设的110KV变电站为市郊中间变电站，是降压变电站具有110KV、10KV两个电压
等级。

高压侧为电源侧，有二回路，其中连接着110KV水电厂一个和220KV变电站一个的
一回110KV线路，距离待设变电站分别为12KM和10KM。

两电源之间存在15MW的功率
交换，低压侧10KV为负荷侧，负荷性质分别为：I、II、III类。

根据负荷性质，应设计20 回10KV馈线其中包括四回备用馈线。

变电所主接线的设计对电气设备的选择。

配电装置的布置、工作的灵活性、继电保护以
及运行的可靠性与经济合理性有密切关系，而电气主接线是变电所电气部份的主体，对变电所以及
电力系统的安全、可靠、经济运行起重要作用。

根据我国《变电所设计技术规程》规
定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数、设备特点及负荷性质等条
件确定。

并且应满足运行可靠、简单灵活。

操作方便和节省投资等要求。

现就主接线应满足
的可靠性、灵活性、经济性三项基本要求说明如下：
1、保证供电可靠性
（1 ）、断路器检修时，不影响对用户供电；
（2）、设备的母线故障或检修时，应尽量减少停止运行的回数和停运时间并保证对I类和II 类负荷的供电；
（3）尽量避免全变电所停运的可能性
2、具有一定的灵活性
（1 ）、调度灵活，操作方便，应能灵活地投入或切除某些元件，调配电源负荷，能满足系统在事故检修及运行方式下的调整要求。

（2）、检修安全应能方便地运断路器，母线及继电保护设备进行安全检修而不影响电力网的正常运行及用户的供电。

（3）扩建方便，应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时，一次和二次设备等所需的改造最少。

3、具有合理的经济性
（1）投资省，主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资，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的电缆投资。

（2）占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，以节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。

（3 ）电能损耗，经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数。

避免两次变压而增加电能的损耗。

综合以上所述，由于待设110KV变电所电源侧110KV有二回线路，低压侧10KV负荷侧负荷的性质分别为I、II、III类。

根据负荷性质，必须保证重要负荷供电的连续性、可靠性，为此，拟定本次设计的主接线初步方案。

三、变电所主接线初步方案
A、技术比较（确定各级电压等级配电装置的接线方式）
设计规程规定：
110 -220 KV配电装置中出线一回时，采用不分段单母线或变压器-线路单元接线，当出线为2回时，一般采用桥形接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线分段。

出线回数较
多，连接的电源较多，负荷大或污秽环境中，则采用双母线接线。

6-10 KV配电装置中，一般采用单母线分段或单母线。

如果单母线分段不能满足供电可靠性，则可采用双母线接线。

现待设变电所中，其中110 KV侧连着水电厂和220 KV变电所2回进线，由于待设变电所中选用2台主变压器，故引出2回出线，因此采用桥形接线，而在10 KV侧有多个供电线路，为满足供电可靠性可采用单母线分段或双母线。

1、变电所110 KV侧可能接线方案技术比较如下表1-2所示
表1-2 变电所110 KV侧接线方案技术比较表
2、变电所10 KV 侧可能接线方案技术比较如下表
1-3所示:
表1-3
变电所10 KV 侧可能接线方案技术表
点时，接于该母线的全部进出线均停止运行适
比经上述比较，由于待设变电所负荷容量不大，在两种接线方式均满足可靠性的情况下，考较虑到经济问题，因此选用单母线分段接线
B、经济比较
经过上述技术比较，可初步确定待设变电所的电气主接线。

由于主变容量根据5-10年
的发展规划进行选择，且选择不同容量的变压器其综合投资和年运行费用就不同，因此进行
经济比较是很有必要的，初步拟定按5年发展规划和按10年发展规划两个方案对变压器进
行经济比较。

查《电气设备选择施工安装设计应用手册》，计算过程详看计算书，可得相关
参数如下表1-4所示：
表1-4 经济比较表
方案号
综合投资Z （万兀）年运行费用u （万兀）
I （按5年发展规划）98.3 53.3
II （按10年发展规划）112 57.7
比较结果经上述比较，方案I的综合投资和年运行费用都比方案II
少，故选择方案I （按5年发展规划）优任一母线发生故障时，不影响另一母线运点行。

单
母线分段比双母线所用设备少，系统简单、经济、操
作安全
可靠性比单母线分段高，运行灵活缺当其中任一段母线需要检修或发生故障设备投资多，接线复杂，操作安全性较差
用多用于具有一、二级负荷，且进出线较多范的
变电所
围
技
术
主要用于负荷容量大，可靠性要求高、进出回
路多的变电所
第二章变电所自用电接线设计
自用电接线包括从电源引接至所用电的全部网络，其中高压部分也是电站主接线的组成
部分。

所用电接线的基本要求与主接线大体相同，其中最主要的是供电的可靠性。

对小电站
还要力求接线简单、清晰、运行方便，并合理节省费用。

现主要以电源的引接方式、接线的形式的供电网络三个层次给予说明，所用变压器选择。

一、所用变压器的选择
按设计题目要求，变电所自用负荷接两台100KVA考虑，因此所用变压器应装设两台容量为100KVA的变压器，为了节省一、二次设备的投资和占地面积，以及运行维护的方便。

查表可选择SC9 —100/10型树脂干式变压器，将其配置成可推拉式，装嵌在10KV高压柜内其技术参数列于表2-1
表2-1 所用变压器技术参数
二、所用电的接线形式
所用电的低压电路还具有相应的接线形式以满足可靠性等方面的要求。

（1）由前面一章知，单母线分段有较高的可靠性，现决定采用单用单母线分段，二分段母线用自动开关和闸刀开关相联，
分段自动开关在正常情况下处于分闸位置，当因故失去一个
电源时，投入分段自动开关，由另一电源带全部负荷，这就是暗备用。

为了满足I类负荷对
恢复供电的紧迫要求宜设置BZT （备用电源自动投入）装置，以加速成切换过程和避免匆
忙中的人为操作。

两电源不允许在低压侧并列。

三、负荷供电回路所用负荷的供电回路常用以下四种形式，直接或间接地从低压母线取电。

（1 ）、一级辐射式供电
每个回路有单独的隔离引接、保护和操作电器以避免影响主母线的正常运行，供电可靠
性较高。

一般只限于某些容量较大或较重要的公共负荷。

（2 ）、二级辐射式供电
二级辐射式供电的前提是负荷的分组，采用分组二级供电方式的优点是：A、便于供电
的分组管理，方便运行维护；B、减小主盘的供电回数，提高一级辐射供电的可靠性；C、
就地设置可大量节约电缆。

向I、II类负荷供电的分盘应采用有独立的引接闸刀开关的配电
盘，以保证供电的可靠性和灵活性。

（3）、干线式供电
对一些相邻近的小容量HI类负荷或同一用电设备的不同负荷可共用一组供电回路和电源电缆，直接在各负荷的操作电器的电源侧并接电源。

（4）、环网式供电
将干线式供电回路的末端接至另一电源，构成环式供电，环式供电用于重要负荷，但同
样也禁闭环运行。

综合考虑供电的可靠性、安全性、技术性和经济性决定采用：高压部分采用单母线
分段，负荷配电采用一级辐射式、环网式混合供电。

具体图样见图纸书上。

第三章短路电流计算及主要设备的选择
一、短路电流计算
根据设计的变电所电气主接线绘制出等值电路图，采用标么值计算，取S j=100MVA;U j=U p网络，对选择10KV~110KV 配电装置的电器和导体，需计算出在最大运行方式下流过电气设备的短路电流，选取d i、d2两个短路点，计算过程详见计算书，各短
路点短路电流计算结果见表3-1
表3-1 短路电流计算结果一览表
在选择电气设备时应遵循如下的原则：
1、导体和电器力求技术先进，安全适用，经济合理，贯彻以铝代铜，减小占地等政策。

2、在选择导体和电器时应按正常工作条件进行选择，并按短路情况校验其动稳定和热稳定以满足正常运行、检修和短路情况下的要求。

3、验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，按本工程的设计
规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行计算。

4、为了便于维修，减少备品备件的型号，设计时同一电压等级的导体和电器尽量采用同一品种。

5、所选的导体和电器，应按当地的气温、风速、覆冰、海拔等环境条件进行校验
根据原水电部86年颁布的《导体和电器选择设计技术规程SDGJ14-86》，对主电路所有电气设备进行选择和校验，选择结果列于下列各表中。

表3-1 10KV高压开关柜一览表
表: 导体选择结果一览表
：断路器选择结果一览表
表
表3-4:
电流互感器选择结果一览表
表:
高压熔断器选择结果一览表
表3-6:
电压互感器选择结果表
表3-7
隔离开并选择结果一览表
表
电容器选择结果表表
支柱绝缘子选择结果一览表
第四章无功功率补偿
一、补偿无功功率的必要性。

无功功率的主要消耗者是感应电动机、变压器和电焊机等。

它们都需要无功功率来建立
交变磁场。

无功功率除发电机是主要无功功率电源外，线路电容也产生一部分无功功率。

但上述无功功率往往不能满足负荷对无功功率和电网对无功功率的需要，需要加装无功补偿
设备。

例如，同期调相机、移相电容器等，它们都是无功功率电源，这里仅谈，用移相电容补偿无功功率，即无功补偿问题。

无功电源不足，交流系统电压降低，从而损坏用电设备，严重的会造成电压崩溃，使系统瓦解而造成大面积停电，还会使电能损耗增加，效率降低，限制线路的输电能力，因而补偿无功功率是保证电力系统安全运行的重要措施。

二、提高功率因数的补偿方法
1、采用同期调相机，同期调相机主要是空载运行的同步电动机，在过励磁情况下输出感性
无功功率。

与采用移相电容器相比，有功功率的单相损耗较大，具有旋转部分，需专人监护，运行时有噪音，但在短路故障时较为稳定，损坏后可修复继续使用。

由于其容量较大，一般用于电力系统较大的变电所中，工业企业较少采用。

2、采用移相电容器，与采用同期调相机相比，移相电容器有下列特点：
A、优点
（1 ）、无旋转部件，不需专人维护管理；
（2 ）、安装简单；
（3）、可以做到自动投切，按需要增减补偿量；
（4）、有功功率损耗小；
B、缺点：
（1 ）、移相电容器的无功功率与其端电压的平方成正比，因此电压波动对其影响较大；
（2 ）、寿命短，损坏后不易修复；
（3 ）、对电流的稳定性差；
（4 ）、切除后有残留电荷，危及人身安全。

待设变电所要求补偿后功率因数达到0.9,而中间变电所负荷量不大，从技术性和经济
性等综合考虑本所采用移相电容器补偿，详情请见计算书。

三、电容器的补偿方式
电容器的补偿方式的选择，首先要从减少大量无功功率的传输入手，其基本原则就是尽
量使用户的无功负荷就地供应。

工厂企业内部电容器的补偿方式，可分为个别补偿、分组补
偿和集中补偿三种。

1、个别补偿
适用于低压网络，与单台用电设备装于同一回路，这种无功功率就地供应的方式，补偿效果最好，可以减少配电变压器的容量及配电线路的截面及其相应传输无功功率的有功损耗，但电容器的利用率低，常用于由较长线路供电、长期运行的容量电动机。

2、分组补偿
电容器装设在车间变、配电室母线上，可提高电容器的利用率，但只能减少高压线路和配电变压器中的无功功率，而低压配电线路中的无功功率不能减少。

3、集中补偿
电容器装设在工厂总降压变电所的母线上（一般装设在低压母线侧），这种补偿方式，
电容器安装方便、运行可靠、利用率高。

但不能减少工厂内部配电网络中的无功功率。

综上所述，本变电所采用集中补偿的方式，分别装设在10KV母线两段侧。

四、电容器的补偿容量的确定
分别在低压母线的两侧并联电容器补偿，每侧补偿0.745MVAR，型号为TBB3IO—750/50
接线方式：单Y。

第五章变电所的防雷保护及接地网设计
一、避雷针的布置和保护范围
避雷针是变电所屋外配电装置和所内电工建筑物防护直击雷过电压的主要设施，变电所
避雷针布置应考虑以下几个方面的因素：
1、避雷针和保护范围应保护到站内各电气设备。

2、避雷针和保护范围和地下连接点至10KV设备与主接地网和地下连点，沿接地体的长度不得小于15
米。

3、独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷电针及其接地装置与道路口等的距离不宜小于3米。

4、电压在110KV以上和配电装置，一般将避雷器装在配电装置和构架上，35KV及以下和
高压配电装置和构架或房顶不宜装设避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时容易引起反击，
另外在变压器的门型构架上不宜装设避雷针。

这是因为门型构架距离变压器近，装设避
雷针后，构架的集中接地装置距离变压器和金属外壳接地点在地中距离难以达到不小于15米要求。

二、避雷器的选择和校验
避雷器是发电厂、变电所防护雷电侵入波的主要设施，避雷器的选择和校验是以《交流
电气装置过电压保护和绝缘配合》为依据的。

由于氧化锌避雷器一般是无间隙，避免了间隙电压分布不均的缺点；在过电压下动作后
无续流通过；不用串联火花间隙，其体积小、重量轻、结构简单在运行中维护方便、使用寿命长，造价也低等优点比普通阀式，磁吹阀式避雷器具有优越的保护性能，而且目前也具有
逐步取代其他类型避雷器的趋势，因此，待设变电所各级电压的设备都选用氧化锌型避雷器
来防护雷电侵入波的危害，并对各级电压的避雷器分别进行选择的校验，详细的校验过程参
见计算书。

表5-1 : 避雷器选择果表
三、接地装置
1、接地
电气设备和线路的某些部分通过接地装置与大地紧密连接起来，是保证供用电系
统安全运行的主要措施之一。

接地装置由接地体和接地线两部分组成。

接地类型如下：
1、工作接地为了保证电气设备正常和事故情况下能可靠工作而进行的接地，如发电机、变压器中性
点接地。

2、保护接地是将电气设备正常运行中不带电的金属部分与接地装置间作良好的金属连接，防止在电
气设备绝缘损坏外壳带电时发生人身触电事故。

3、冲击接地即防雷装置的接地。

由于雷电流的幅值大，作用时间短暂，故接地装置在冲击电流作用
下呈现的电阻值与工频接地电阻值有所差别。

2、接地网
为了降低接触电势和跨步电势，使其不超过规定值。

发电厂、变电所的接地装置在充分利用了自然接地体之后，还应装置人工接地体。

一般情况下，发电厂、变电所接地网中的垂直接地体对工频电流散流作用不大。

避雷针、避雷器和避雷线附近加强集中接地和散泄雷电流之用。

接地网的外边缘应闭合，做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间隔的一半。

接地网内应敷设水平均压带。

接地网的埋深一般采用0.6米或0.8米。

接地网的边缘经常有人出入的走道外，应铺设砾石、沥青路面或“帽檐式”均压带
综上所述，站区敷设水平接地体为主，辅以垂直接地极，主地网用①50镀锌圆钢, 若土壤电阻率高，为满足接地电阻要求，可考虑外引接地网及深井接地极并施加降阻剂。

第六章变电所电气总平面布置
变电所内设备布置型式采用常规户外设备单列中型式：110KV设备及主变压器布置在室外。

由于两电源点都位于所址北侧，考虑110KV进线方便的需要，110KV开关布置在所内北面。

同时，负荷在变电所的东侧，10KV配电装置亦设在变电所内的东边，便于出线。

而中央控制室和辅助厂房在南边，门口正面对着公路，方便运输。

变电所电气总平面布置详
见附图：“变电所总平面布置图”；变电所接地网布置详见附图：“接地网布置图”。

设计参考资料：
《电力工程设计手册》一一水利电力出版社
《电气设备选择施工安装设计应用手册上册》一一中国水利水电出版社
刘宝林主编《发电厂电气部分》——西安电力学校卫斌编
《电力工程设备手册》——中国电力出版社
《无间隙氧化锌壁雷器选择手册》一一中国电力出版社。