kv变电站一次电气部分初步设计

三快电力码业多院
THREE GORGES VOCATIONAL COLLEGE OF ELECTRIC POWER 毕业设计（论文）题目110KV变电站一次电气初步设计
学生姓名谭向飞 _______________ 学号2010309232 ____________________
专业__________ 班级_____________ 20103092 __________
指导教师___________ 陈春海______________ 评阅教师________________________________
完成日期2013年11月6日
三峡电力职业学院
毕业设计（论文）课题任务书
（2013 ---- 2014 学年）
I
原始资料及主要参数：
1、110kV渭北变所设计最终规模为两台110/10kV主变，110kV两回进线路，变压器组接线线，10kV8回馈线，预计每回馈线电流为400A，
2、可行研究报告中变压器调压预测结果需用有载调压方式方可满足配电电压要求，有载调压开关选用德国MR公司M型开关，#2主变型号SZ9-40000/110,
+ 5
110丁3*%/10.5kV，YNd11，Uk%=10.5。

3、110kV 配电装置隔离开关GW5-110 II DW/630;断路器3AP1-FG-145kV，3150A、40kA;复合绝缘干式穿墙套管带CT 2X 300/5;中心点隔离开关GW13-63/630，避雷器
HY5W-108/268 及中心点HY1.5WZ-72/186。

4、出八回线路、10kV I段母线设备、变二侧开关分段以及电容补偿。

10kV断路器选用
ZN28E-12 一体化弹簧储能操作，支架落地安装；主变10kV侧及分段隔离开关用GN22-10G 手动操作；10kV线路及电容器隔离开关用GN19-10Q手动操作；出线CT两相式，二组次级绕组，用作测量和保护；电容器回路三相式；变二侧CT三组次级用作测量、纵差、过流及无流闭锁。

参考资料及文献(包括指定给学生阅读的外文资料)：
1、3〜110kV高压配电装置设计规范(GB50060-92)
2、35〜110kV变电所设计规范 (GB50059- 92)
3、变电所总布置设计技术规程(DL/T5060-1996)
4、中小型变电所实用设计手册丁毓山主编
5、低压配电设计规范(GB50054-95)
6、工业与民用电力装置的接地设计规范(GBJ65-83)
7、电力工程电缆设计规范(GB50217-94)
&并联电容器装置的电压、容量系列选择标准( CECSS33： 91)
设计(论文)成果要求：
1、说明书： > 6000字
2、图纸：A 3 号1 张号张号张
3、实习报告：_________ 字
4、论文：____________ 字
5、其它：按要求提供论文及论文全文电子文档
摘要： (3)
前言： (4)
第一章电气主接线 (5)
1.1 主接线的设计原则 (5)
1.2 主接线设计的基本要求 (5)
1.3 主接线的基本接线方式 (6)
1.3.1 110kv 电压侧接线 (8)
1.3.2 10kv 电压侧接线 (8)
第二章变压器选择 (9)
2.1 主变压器的选择 (9)
2.1.1 变压器容量及台数的选择 (9)
2.2 主变压器型式选择 (10)
2.2.1 主电站主变压器相数的选择 (10)
2.2.2 主变压器绕组与结构的选择 (11)
2.3 本变电站主要变压器选择 (11)
第三章短路电流的计算 (21)
3.1 短路电流计算的目的 (12)
3.2 短路电流计算的一般规定 (12)
3.3 短路电流计算 (13)
第四章高压电器设备选择 (61)
4.1 电器选择的一般条件 (16)
4.2 按正常工作条件选择电气设备 (17)
4.3 环境条件对设备选择的影响 (18)
4.4 高压断路器的选择 (18)
4.4.1 高压断路器的种类 (18)
4.4.2 本变电站高压断路器选择 (19)
4.5 隔离开关选择 (21)
4.5.1 隔离开关的作用 (21)
4.5.2 本变电站隔离开关选择 (22)
致谢.................................................................................................................................. 4.. 2附录.................................................................................................................................. 5.. 2参考文献..................................................... 6.. 2
110kV变电站一次电气初步设计
学生：谭向飞
指导教师：陈春海
三峡电力职业学院新能源工程学院）
摘要：随着经济社会的不断发展，现代工业生产规模的扩大，生产专业化程度的提高，供电系统的设计也变得越来越全面和系统。

目前，社会对电能的需求快速增长，对电能质量、电力系统稳定性和供电技术的可靠性要求不断地提高，因而对电力系统设计方面的要求也更高、更完善。

变电站是电力系统的一个重要组成部分，变电也是电力系统中的一个关键环节。

它是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它将电能安全、可靠和经济地输送到每一个用电设备。

本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。

从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑。

确定了110kV，10kV 以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果。

对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型。

从成了110kV 电气一次部分的设计
其中，本变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV和10kV两个电压等级。

本文进行了电气主接线的设计、变压器的选择、短路电流的计算、高压电气设备的选择及高压电气设备的校验，包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、熔断器等。

关键字：变电站，电气主接线，变压器，电气设备
3
前言：电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。

由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分。

所以输送和分配电能是十分重要的一环。

变电站使电厂或上级电站经过调整后的电能书送给下级负荷，是电能输送的核心部分。

其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。

若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。

可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。

因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。

变电站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。

这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。

变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户的中间环节。

变电站有升压变电站和降压变电站两大类。

升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。

将压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。

这里所设计得就是110KV降压变电站。

它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。

变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。

这对于保护下级各负荷是十分有利的。

这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。

工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。

生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。

可见，变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。

4
1. 电气主接线
变电站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。

为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。

电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统[2]。

用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。

1.1 主接线的设计原则
主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。

它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。

由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电在同一时刻完成，所以主接线设计的好坏，直接影响到工农业生产和人们的日常生活。

为此，主接线的设计必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析相关因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠[3]。

电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电安全可靠、运行灵活、经济美观等基本要求下，兼顾运行、维护方便。

1.2 主接线设计的基本要求
电气主接线一般应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。

（一）可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。

1、研究主接线可靠性应注意的问题
应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。

主接线可靠性的衡量标准时运行实践，至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法尚不完善，计算结果不够准确，因而目前仅作为参考。

主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。

主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。

要考虑所设计变电站在电力系统中的地位和作用。

2、主接线可靠性的具体要求
（1）任何断路器检修，不影响对系统的连续供电。

2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要
保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。

（3）尽量避免变电站全部停运的可能性。

（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。

（二）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，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负
荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及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，进行安全检修
而不致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渡到最终接线。

在不影响连续供电或停
电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。

（三）经济性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
（1）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、避雷器等一次设备。

（2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。

（3）要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。

（4）如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV 及以下终端或分支变电站可采用简易电器。

2、占地面积小主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。

3、电能损失少经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。

此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电站接入系统的电压等级一般不超过两种。

1.3 主接线的基本接线方式
主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。

由于
各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样，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，下面介绍几种常用的主接线方式。

（1）单母线接线：单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套
配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件故障或检修时，均需使整个配电装置停电，一般只
适用于一台主变压器。

（2）单母分段：
用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，由两个电源供电。

当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。

当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。

（3）单母分段带旁路母线: 这种接线方式具有相当高的当高的可靠性和灵活性，广泛应用于出线回路不多，负荷较为重要的中小型发电厂。

（4）一个半断路器（3/ 2）接线: 两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大，一般在超高压电网中使用。

（5）双母接线:
双目接线有两组母线，并且可以相互备用。

每一电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线相连。

它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。

但在检修某线路的断路器时，如果不装设“跨条” ，则该回路在检修期需要停电。

1.3.1 110kv电压侧接线
本变电站110 kV线路有2回，可选择单元接线或双母线接线两种方案，如图1.1所示。

图1.1 110kV电压侧接线方案
方案一优点：接线简单清晰，节省设备和占地，操作简便，经济性好。

不设发电机电
压母线，发电机电压侧的短路电流减小。

缺点：扩大接线的运行灵活性较差。

适用范围：发电机侧
方案二优点：运行方式灵活。

可以采用将电源和出线均衡地分配在两组母线上，母联断路器合闸的双母线同时运行方式；也可以采用任意一组母线工作，另一
组母线备用，母联断路器分闸的单母线运行方式，所在回路均不中断工作。

缺点：变更运行方式时，需利用隔离开关进行倒闸操作，操作步骤较为复杂，
本变电站110 kV线路有2回，变压器单元接线双绕组变压器组成的单元，断路器装于主变压器高压侧作为该单元共同的操作和保护电器，在发电机和变压器之间不设断路
器，可装一组隔离开关供试验和检修时隔开之用。

比较方案一、方案二，采用方案一更
合理。

容易出现误操作，从而导致设备或人身事故。

根据上面所述高压侧应选用方案一单元接线
1.3.2 10kv电压侧接线
6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上时，可选择单母线分段接线或单母线带旁路母线接线两种方案，如图3.2所示。

方案一可以提供单母线运行、各段并列运行、各段分列运行等运行方式，且便于分段检修母线，减小母线故障的影响范围。

当任一段母线
故障时，继电保护装置可使分段断路跳闸，保证正常母线段继续运行。

若分段断路器平
时断开，贝U当任一段母线失去电源时，可由备用电源自动投入装置使分段断路器合闸, 继续保持该母线段的运行。

方案二这种接线方式具有相当高的当高的可靠性和灵活性, 广泛应用于出线回路不多，负荷较为重要的中小型发电厂或35〜110K V变电站中＜
7方^一一7方^二二
图1.2 10kV电压侧接线方案方案二为单母线分段带旁路母线接线，当检修出线断路器时可不停电，因其进行了分段且是断路器分段，所以当一段母线发生故障时，可以保证正常段母线不间断供电，因为设置旁路母线，可以保证I、U类用户用电要求，同时它结构简单清晰，运行也相对简单，便于扩建和发展。

它投资小，
费用低，运行可靠性和灵活性比方案一好，可以
满足10kV 侧用户的要求。

故10kV 侧接线采用方案二
2. 变压器选择
在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者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，并根据电力系统5〜10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。

如果主变压器容量选的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，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，确定合理的变压器容量是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。

2.1 主变压器的选择
2.1.1 变压器容量及台数的选择
主变容量一般按变电站建成近期负荷5〜10年规划选择，并适当考虑远期10〜15 年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，从长远利益考虑，本站应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电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，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。

所以每台变压器的额定容量按S n 0.7P m （P m为变电所最大负荷，见计算说明书第8章）选择，即〈=0・7 X44460. 7=31.12kVA这样当一台变压器停用时，也保证70%负荷的供电。

由于一般电网变电所大约有25%的非重要负荷，因此采用式S n 0.7P m来计算主变容量对变电所保证重要负荷来说是可行的。

通过计算本变电站可选择额定容量为40M 的主变压器。

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，电站中一般装设两台主变压器。

当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时也增加了配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作的复杂化。

考虑到两台主变同时发生故障机率较小，且适用远期负荷的增长以及扩建，故本变电站选择两台主变压器完全满足要求。

2.2 主变压器型式选择
2.2.1 主电站主变压器相数的选择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。

特别是大型变压器，尤其需要考查其运输可能性，保证运输尺寸不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力。

选择主变压器的相数，需考虑如下原则：
(1)当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电站，均应选用三相变压器。

(2)对于500kV 变电站，除需考虑运输条件外，尚应根据所供电负荷和系统情况，分析一台(或一组)变压器故障或停电检修时对系统的影响。

尤其在建站初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全站停电；如用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成全站停电。

为此，要经过技术经济论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。

2.2.2 主变压器绕组与连接方式的选择
1、变电站主变压器绕组的数量
( 1 ) 联络变压器一般应选用三绕组变压器，其低压绕组可接高压厂用启动／备用变压器或无功补偿装置。

(2)在具有三种电压的变电站中，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，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。

对深入引进至负荷中心、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。

2、绕组连接方式变压器绕组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、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y o连接；35kV以下电压，变压器绕组都采用△连接。

2.3 本变电站主要变压器选择
根据变电站的实际情况，应根据以下的原则进行选择：
(1)主变得容量一般按变电站建成后5~10 年的规划负荷选择
(2)根据电压网络的结构和变电站所带的负荷的性质来确定主变的容量，对于有重要用户的变电站应考虑当一台主变停运时其余变压器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的负荷，对一般性变电站，一台机停用时，应使其余变压器保证
全部负荷的70%~80%
(3)同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化
(4)对于大城市市郊的一次变电站，在中低压侧已构成环网的基础上，变电所以装设两台变压器为宜
所以应选容量为40000KVA的主变压器SZ9-40000/110
表1.3 主变压器技术参数
3. 短路电流的计算
电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。

发生短路时，系统从一种运行状态剧变到另一种运行状态，并伴随产生复杂的暂态现象。

短路是电力系统的严重故障。

所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地 (对于中性点接地系统)发生通路的情况［6］。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相短路。

其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。

但三相短路情况最严重，破坏最大，应给以足够的重视。

因此，我采用三相短路来计算，以此为依据选择和检验电气设备，以保证其安全可靠。

3.1短路电流计算目的
(1)在选择电气设备时，选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，为了保证
设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金,
这就需要进行全面的短路电流计算，以此为依据。

（2）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算[7]。

（3）为了合理配置各种继电保护方式和进行整定计算、接地装置的设计等，必须对电力系统网络中发生的各种短路进行计算和分析。

（4）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。