农大毕业论文

农大毕业论文 Prepared on 24 November 2020

编号：

中国农业大学现代远程教育

毕业论文（设计）

论文题目: 110kV变电站设计

学生罗靖怡

指导教师周佳副教授

专业电气工程及其自动化

层次专升本

批次 130202

学号

学习中心邯郸广播电视大学

工作单位邯郸市计量测试所

2016年 4 月

中国农业大学网络教育学院制

独创性声明

本人声明所呈交的毕业论文（设计）是我个人进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在毕业论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。

学生签名：罗靖怡时间： 2016 年 04月 10 日

关于论文（设计）使用授权的说明

本人完全了解《中国农业大学网络教育学院本、专科毕业论文（设计）工作条例（暂行规定）》对：“成绩为优秀毕业论文（设计），网络教育学院将有权选取部分论文（设计）全文汇编成集或者在网上公开发布。如因着作权发生纠纷，由学生本人负责”完全认可，并同意中国农业大学网络教育学院可以以不同方式在不同媒体上发表、传播毕业论文（设计）的全部或部分内容。中国农业大学网络教育学院有权保留送交论文（设计）的复印件和磁盘，允许论文（设计）被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。

[保密的毕业论文（设计）在解密后应遵守此协议]

学生签名：罗靖怡时间： 2016 年 04月 10 日

摘要

本设计书主要介绍了110kV区域变电所电气一次部分的设计内容和设计方法。设计的内容有110kV区域变电所的电气主接线的选择主变压器，所用变压器的选择母线、断路器和隔离刀闸的选择互感器的配置，220kV、110kV、35kV线路的选择和短路电流的计算。设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。此外还进行了防雷保护的设计和计算提高了整个变电所的安全性。

关键词：变电站主接线变压器

目录

1引言

国内现状和发展趋势数字化变电站技术发展现状和趋势变电站是由变压器、输电设备、用电设备组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着交

换和分配电能的作用。现在随着社会的进步电力系统需要一智能化来进行分配,以往制约数字化变电站发展的主要是IEC61850的应用不成熟、智能化一次设备技术不成熟网络安全性存在一定隐患。最近国目前IEC61850技术在变电站层和间隔层的技术已经成熟、间隔层与过程层通信的技术在大量运行站积累的基础上正逐渐成熟，逐步进入了实际运用阶段。

当前的变电站自动化技术

随着电子技术的飞速发展，变电站自动化技术也已从早期、中期发展到当前的变电站自动化技术阶段。其重要特点是：以分层分布结构取代了传统的集中式，把变电站分为两个层次即变电站层和间隔层。在设计理念上不是以整个变电站作为所要面对的目标，而是以间隔和元件作为设计依据；在中低压系统采用物理结构和电器特性完全独立，功能上既考虑测控又涉及继电保护这样的测控保护综合单元对应一次系统中的间隔出；在高压超高压系统，则以独立的测控单元对应高压或超高压系统中的间隔设备，变电站层主单元的硬件以高档32位工业级模件作为核心配大容量内存、闪存以及电子固态盘和嵌入式软件系统。现场总线以及光纤通信的应用为功能上的分布和地理上的分散提供了技术基础。网络尤其是基于TCP/IP的以太网在变电站自动化系统中得到应用智能电子设备IED的大量应用，诸如继电保护装置、自动装置、电源、五防、电子电度表等可视为IED而纳入一个统一的变电站自动化系统中与继电保护、各种IED、远方调度中心交换数据所使用的规约逐渐与国际接轨。这个时期国内代表产品有CSC系列、NSC系列及BSJ系列。

原始变电站自动化系统存在的问题

改革开放以来随着我国国民经济的快速增长电力系统也获得了前所未有的发展，电网结构越来越复杂，各级调度中心需要获得更多的信息以准确掌握电网和变电站的运行状况。同时为了提高电力系统的可控性，要求更多地采用远方集中监视和控制并逐步采用无人值班管理模式。显然传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的需求。

传统变电站体积大，效率低下，需要采取更为先进的一种技术来提升变电站。变电站在电力行业中的地位越来越受重视。随着电子信息的发展，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对变电站主要设备和传、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能，提高变电的工作效率成为了可能。

总体来说实现变电站综合自动化其优越性主要有：提高了供电质量、变电站的安全可靠运行水平、降低造价、减少了投资，促进了无人值班变电站管理模式的实行。

2电气主接线的设计

发电厂和变电所的电气主接线是指由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的用以表示生产、汇集和分配电能的电路。电气主接线又称一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电所电气部分的主体结构直接影响着配电装置的继电保护配置、自动装置和控制方式的选择对运行的可靠性、灵活性经济性起决定性的作用。

电气主接线设计概述

电气主接线的基本要求

（1）电气主接线应根据系统和用户的要求保证供电的可靠性和电能质量。对三类负荷以一个电源供电即可。对一类负荷和二类负荷占大多数的用户应由两个独立电源供电，其中任一电源必须在另一电源停止供电时，能保证向重要负荷供电。电压和频率是电能质量的基本指标，在确定电气主接线时应保证电能质量在允许的变动范围之内。

（2）电气主接线应具有一定得灵活性和方便性，以适应电气装置的各种运行状态。不仅要求在正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。

（3）电气主接线应在满足上述要求的前提下，尽可能经济。应尽量减少设备投资费用和运行费用，并尽量减少占地面积，同时注意搬迁费用、安装费用和外汇费用。

（4）具有发展和扩建的可能性。电气主接线在设计时应尽量留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过渡方案的实施。

变电所主接线的设计必须满足上述四个基本要求以设计任务书为依据：国家经济建设方针、政策及有关技术规范为准则结合工程具体特点准确地掌握基础资料，做到既要技术先进又要经济实用。

在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书事必不可少的。它将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划，给出所设计的变电所的容量、电压等级、出线回路数、主要是负荷要求、电力系统参数和对变电所的而具体要求，以及设计的内容和范围，这些原始资料是设计的依据，必须进行详细的分析和研究，从而可以初步拟定一些主接线方案。国家方针政策、技术规范和标准是根据国家实际状况，结合电力工业的技术特点而制定的准则，设计时必须严格遵循。结合对主接线的基本要求，设计的主接线应供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。设计时在进行论证分析阶段更应该辩证的统一供电可靠性与经济性的关系，以使设计的主接线具有先进性和可行性。

电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，经历可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。首先对原始资料进行综合分析，其次确定主变压器的容量和台数，接下来主接线方案的拟定与选择，下一步所用电源的引接，下一步短路电流计算和主要电气选择最后绘制电气主接线图。

主接线的基本接线形式及其特点

电气主接线的型式是多种多样的。按有无母线可分为有母线型的主接线和无母线型的主接线两大类。

1、单母线接线及单母线分段接线

（1）单母线接线

单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。

（2）单母分段接线

单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性，对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路由两个电源供电，当一段母线发生故障分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。

（3）单母线带旁路母线的接线

为了检修出线断路器，但不中断对该出线的供电，可增设旁路母线。当检修电源回路断路器期间不允许断开电源时，旁路母线还可以与电源回路连接，此时还需在电源回路加装旁路隔离开关。有了旁路母线。提高了供电的可靠性，但旁路系统造价昂贵，同时使配电装置运行复杂化，另外检修母线或母线故障期间中断供电。

2、双母线接线及分段接线

（1）双母线接线

双母接线有两组母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。由于有了两组母线时运行的可靠性和灵活性大为提高。

（2）双母线分段接线

为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母线分段接线。用分段断路器将工作母线分为两段。每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。这种接线具有单母线分段和双母线的特点，较双母线接线具有更高的可靠性和灵活性。正常运行时工作母线工作，备用母线不工作。它是单母线分段接线方式，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开该段母线所连的出线回路停电，随后将故障段母线所连的电源回路和出线回路倒至备用母线上，即可恢复供电这样只是部分短时停电而不必短期停电仍是单母线分段运行方式。

（3）双母线带旁路母线的接线

为了不停电检修出线断路器，双母线可以带旁路母线。用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作使该回路不致停电。这种接线运行操作方便不影响双母线正常运行，但多装了一组断路器和隔离开关，增加了投资和配电装置的占地面积然而这对于接于旁路母线的线路回数较多并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。

无母线型的电气主接线在电源与引出线之间或接线中各元件之间没有母线连接。常用

的有桥型接线、多角形接线和单元接线。

3主变压器的选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器称为主变压器。

主变压器台数和容量的确定

主变压器台数的确定

主变压器的台数选择原则为

（1）对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。

（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。

（3）对于规划只装设两台主变压器的变电所以便负荷发展时更换变压器的容量。主变压器容量的选择

1、主变压器容量的确定原则

（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年的负荷发展。对于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%到80%。

（3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发推行系列化、标准化。

在具有三种电压等级的变电所中如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15%以上或低压侧虽无负荷但在变电所内需要装设无功补偿设备时主变压器一般选用三绕组变压器。

4导体和电气设备的选择

正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并节省投资，选择合适的电气设备。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

电气设备选择的一般原则：

（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）应按当地环境条件校核

（3）应力求技术先进和经济合理

（4）与整个工程的建设标准应协调一致

（5）同类设备应尽量减少品种

（6）扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致

（7）选用新产品均应具有可靠的实验数据并经正式鉴定合格。技术条件选择的高压电器，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。同时所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。

导体的选择与校验

母线一般按母线材料、类型和布置方式，导体截面、电晕、热稳定动稳定、共振频率等项进行选择与校验。母线一般为硬母线，而架空线则是软导线。常用的硬母线截面有矩形、槽型和管型。

单片矩形导体特性

单片矩形导体具有集肤效应系数小、散热条件好、安装简单、连接方便等优点，一般用于工作电流小于2000A的回路中。矩形母线为了增加散热面积，将矩形的厚和高的差距加大在相同截面情况下，散热面积增大，但同时应兼顾机械强度和集肤效应的影响通常厚与高的比例取1∕5-1/12。为避免集肤效应系数过大，单条矩形截面积最大不超过21250mm。当工作电流超过最大截面单条母线允许电流时，可将几条矩形母线并列使用，但是由于邻近效应和散热的影响。多条母线并列的运行载流量并不成比例增加。故一般避免采用4条以上矩形母线并列。矩形母线常用于35KV及以下电流在4000A及以下的配电装置中。

槽形特性

槽形母线机械强度好，载流量较大、散热条件好、集肤效应系数小、安装也比较方便，在回路持续电流为4000-8000A时，一般用双槽形导体大于上述电流值时由于会引起钢件结构严重发热，故不推荐使用。

管形母线特性

管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内可通水和通风冷却，因此可用在8000A以上的大电流母线。户外配电装置使用管形导体，具有占地面积小、结构简明、布置清晰等优点。另外由于圆形表面光滑、电晕放电电压高因此可用于110KV 及以上的配电装置中。

互感器在主接线中的配置

电感器的配置

（1）母线。除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置

（2）线路。35kV及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压、进行同步和设置重合闸装有一台单相电压互感器

（3）变压器。变压器低压侧有时为了满足同期和继电保护的要求，设有一组电压互感器。

电感器的配置:

（1）为了满足测量和保护配置的需要，在变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统，一般按三相配置对于中性点非直接接地系统依具体情况按二相或三相配置。

（2）保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的死区来设置。如有两组断路器应尽可能设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。

（3）电流互感器通常布置断路器的出线或变压器侧即尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。

5高压配电系统及配电装置设计

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级颁发的有关规程、规范及技术规定并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求合理制定布置方案和选用设备积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构使配电装置设计不断创新做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。变电所的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件因地制宜，节约用地并结合运行、检修和安装要求通过技术经济比较予以确定。在确定配电装置型式时必须满足以下四点要求：节约用地；运行安全和操作巡视方便；便于检修和安装；节约材料，降低造价。

配电装置的要求

配电装置是根据电气主接线的连接方式由开关电器、保护和测量装置、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置，是发电厂和变电站的重要组成部分。其作用是在正常情况运行下用来接受和分配电能而在系统发生故障时，迅速切断故障部分维持系统正常运行。为此配电装置应满足下述基本要求。

1、保证运行可靠

配电装置中引起事故的主要原因是绝缘子因污秽而闪络、隔离开关因误操作而发生相间短路，断路器因开断能力不足而发生爆炸等。因此要按照系统和自然条件以及有关规程要求合理选择电气设备，使选用电气设备具有正确的技术参数保证具有足够的安全净距，还应采取防火、防爆、蓄油和排油措施，考虑设备防水、防风、抗震、耐污等性能。

2、便于操作、巡视和检修

配电装置的结构应使操作集中尽可能避免运行人员在操作一个回路时需要走几层楼或几条走廊。配电装置的结构和布置应力求整齐、清晰，便于操作巡视和检修还应装设防误操作的闭锁装置及连锁装置以防带负荷拉合隔离开关、带电拉接地线、误拉合断路器、误入屋内有电间隔。

3、保证工作人员安全

为了保证工作安全，对配电装置应采取一系列措施。例如用隔墙把相邻电路的设备隔开以保证电气设备检修时安全设置遮拦留出安全距离以防触及带电部分设置适当的安全出口，设备外壳和底座都采用保护接地等在建筑结构等方面还应考虑防火等安全措施。

4、力求提高经济性

在满足上述要求的前提下，电气设备的布置应紧凑，节省占地面积、节约钢材、水泥和有色金属等原材料并降低造价。

5、具有扩建可能

要根据发电厂和变电站的具体情况分析是否有发展和扩建的可能。如有在配电装置结构和占地面积等方面要留有余地。

配电装置的分类

配电装置按电气设备装设地点不同：可分为屋内配电装着和屋外配电装置；按其组装方式又可分为装配式和成套式。在现场将电气组装而成的称为装配配电装置；在制造厂按要求预先将开关电气、互感器等组成各种电路成套后运至现场安装使用的称为成套配电装置。

（1）屋内配电装置的特点：①由于允许安装净距小和可以分层布置而使占地面积较小；②维修、巡视和操作在室内进行可减小维护工作量不受气候影响；③外界污秽空气对电气设备影响较小可以减少维护工作量；④房屋建筑投资较大、建设周期长但可采用价格较低的户内型设备。

（2）屋外配电装置的特点：①土建工作量和费用较小，建设周期短；②与屋内配电装置相扩建比较方便；③相邻设备之间距离较大便于带电作业；④与屋内配电装置相比占地面积大；⑤受外界环境影响设备运行条件较差须加强绝缘；⑥不良气候对设备维修和操作有影响。

（3）成套配电设备的特点：①电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳或金属框架中相间和对地距离可以缩小，结构紧凑、占地面积小；②所有电气设备已在工厂组装成；③运行可靠性高、维护方便；④耗用钢材较多、造价较高。

配电装置的应用

⑴满足安全净距的要求

屋外配电装置的安全净距亦不应小于规定数值并按规定标准进行校验。屋外电气设备外绝缘体最低部位距地小于时，应装设固定遮拦。屋外配电装置使用软导线时，带电部分至接地部分和不同相的带电部分之间的最小电气距离，应根据外过电压和风偏内过电压和风偏，最大工作电压、短路摇摆和风偏三种条件进行校验并采用其中最大数值。屋外配电装置带电部分的上面或下面不应有照明、通信和信号线路架空跨越或穿过。

屋内配电装置的安全净距不应小于规定数值并按规定标准进行校验。屋内电气设备60 外绝缘体最低部位距地小于时，应装设固定遮拦。屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷的照明或动力线路跨越。配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时应按较高的额定电压确定其安全净距。

⑵施工、运行和检修的要求

A、施工要求。配电装置的结构在满足安全运行的前提下应尽量予以简化并考虑

构架在设计时

的标准化和工厂化，减少架构的类型以达到节约材料、缩短工期的目的。设计时要考虑安装检修时设备搬运及起吊的便利，还应考虑土建施工误差保证电气安全净距

的要求，一般不宜选用规程规定的最小值而应留有适当的裕度5cm左右，这在屋内配电装置的设计中更要引起重视。

B、运行要求。各级电压配电装置之间以及他们和各种建构筑物之间的距离和相对位置，应按最终规模统筹规划充分考虑运行的安全和便利。

C、检修要求。应考虑到检修方便要求。电压为110KV及以上的屋外配电装置应视其在系统中的地位、接线方式、配电装置型式以及该地区的检修经验等情况考虑带电作业的要求。为保证检修人员在检修电气设备及母线时的安全屋内配电装置间隔内硬导体及

接地线上，应留有接触面和连接端子以便于安装携带式接地线。

⑶噪声的允许标准及限制措施

配电装置中的主要噪声源是主变压器、电抗器及电晕放电。我国规定有人值班的生产建筑最高允许连续噪声级的最大值为90dBA，控制室为65dBA。我国《城市区域环境噪声标准》中规定受噪声影响人的居住或工作建筑物外1m处的噪声级白天不大于65dBA，晚上不大于55dBA。因此配电装置布置要尽量远离职工宿舍或居民区，保持足够的间距以满足职工宿舍或居民区对噪声的要求。

⑶电感应的场强水平和限制措施

在高压输电线路或配电装置的母线下和电气设备附近有对地绝缘的导电物体时，由于电容耦合感应而产生电压。当上述被感应物体接地时就产生感应电流。这种感应通称为静电感应。鉴于感应电压和感应电流与空间场强的密切关系，故实用中常以空间场强来衡量某处的静电感应水平。所谓空间场强是指离地面处的空间电场强度。

关于静电感应的限制措施设计时应注意：

A、量不要在电气设备上方设置软导线

B、平行跨导体的相序排列要避免同相布置，尽量减少同相母线交叉与同相转

角布置以

免场强直接叠加

C、当技术经济合理时，可适当提高电器及引线安装高度

D、控制箱等操作设备尽量布置在场强较低区，必要时可增设屏蔽线或设备屏蔽环等。

2、配电装置设计的基本步骤

⑴选择配电装置的型式。选择时应考虑配电装置的电压等级、电气设备的型式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素。

⑵配电装置的型式确定后接着拟定配电装置的配置图。

⑶按照所选电气设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求遵照

屋内配电装置的布置原则

1、总体布置

A、尽量将电源布置在每段母线的中部使母线截面通过较小的电流但有时为了连接的方便根据主厂房或变电所的布置而将变压器间隔设在每段母线的端部。

B、同一回路的电器和导体应布置在一个间隔内以保证检修和限制故障范围。

C、重的设备如电抗器布置在下层以减轻楼板的荷重并便于安装。

D、充分利用间隔的位置。

E、设备对应布置便于操作。