变电站初步设计

xx 大学

毕业设计（论文）

题目110kV变电站初步设计

作者 xx

学号 xx

专业 xx 指导教师 xx 院系 xx

xx年x月x日

摘要：

本文就是进行一个110kV变电站的设计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，35kV，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，从而完成了110kV电气一次部分的设计。

关键词：变电站变压器接线

目录

概述 (4)

1 电气主接线 (8)

1.1 110kv电气主接线 (8)

1.2 35kv电气主接线 (10)

1.3 10kv电气主接线 (11)

1.4 站用变接线 (13)

2 负荷计算及变压器选择 (15)

2.1 负荷计算 (15)

2.2 主变台数、容量和型式的确定 (16)

2.3 站用变台数、容量和型式的确定 (17)

3 最大持续工作电流及短路电流的计算 (19)

3.1 各回路最大持续工作电流 (19)

3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 (19)

4 主要电气设备选择 (21)

4.1 高压断路器的选择 (22)

4.2 隔离开关的选择 (23)

4.3 母线的选择 (24)

4.4 绝缘子和穿墙套管的选择 (24)

4.5 电流互感器的选择 (24)

4.6 电压互感器的选择 (25)

4.7 各主要电气设备选择结果一览表 (27)

5 继电保护方案设计 (28)

6 电气布置与电缆设施............................................................（34）7 防雷设计 (36)

8 接地及其他 (38)

致谢 (40)

参考文献 (41)

附录I

设计计算书 (42)

附录II

电气主接线图 (49)

10kv配电装置配电图 (51)

概述

变电站主接线必须满足的基本要求：1、运行的可靠；2、具有一定的灵活性；3、操作应尽可能简单、方便；4、经济上合理；5、应具有扩建的可能性。再根据变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等，确定110kV、35kV、10kV的接线方式，并对每一个电压等级选择两种接线方式进行综合比较，选出一种最合理的方式作为设计方案。最后确定：110kV采用双母线带旁路母线接线，35kV采用单母线分段带旁母接线，10kV采用单母线分段接线。负荷计算：要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kVφ负荷、35kV负荷和110kV侧负荷。考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑

采用旁路带主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。根据主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展以及变电站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站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设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：对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。

=68.494MVA由于上述条件所限制。所以，选两台50MVA的主变压器就可满足S

总

负荷需求。本站主变压器选用有载三圈变压器。我国110kV及以上电压变压器连接；35kV采用Y连接，其中中性点多通过消弧线圈接地。35kV 绕组都采用Y

以下电压变压器绕组都采用 连接。

站用变台数、容量与型式的确定：对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段10kV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。根据站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担，因此选200kVA。考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。

最大持续工作电流的计算：根据公式计算出110kV，35kV，10kV侧最大持续工作电流。

短路电流的计算：短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。

短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有４个，即110kV 母线短路（K1点），35KV母线短路（K2）点，10KV电抗器母线短路（K3点），0.4KV 母线短路（K4点），根据公式进行分别计算。

主要电气设备选择：电气设备选择的一般原则为：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.应满足安装地点和当地环境条件校核。3.应力求技术先进和经济合理。4.同类设备应尽量减少品种。5.与整个工程的建设标准协调一致。6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。根据这些原则，进行

高压断路器、隔离开关、各级电压母线、绝缘子与穿墙套管、电流、电压互感器等的选择。

继电保护方案设计：

防雷设计：

接地及其他：

一是二是三是四是待设计变电所地位及作用按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建1中型110kV变电所。该变电所建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电。改善提高供电水平。同时和其他地区变电所联成环网，提高了本地供电质量和可靠性。

北

110kV出线4回，2回备用

35kV出线8回，2回备用

10kV线路12回，另有2回备用

变电站负荷情况及所址概况

本变电站的电压等级为110/35/10。变电站由两个系统供电，系统S1为600MVA，容抗为0.38, 系统S2为800MVA，容抗为0.45.线路1为30KM, 线路2为20KM, 线路3为25KM。该地区自然条件：年最高气温 40摄氏度，年最底气温- 5摄氏度，年平均气温 18摄氏度。出线方向110kV向北，35kV向西，10kV 向东。

所址概括：面积为100×100平方米，本地区无污秽，土壤电阻率7000Ω.cm。

本论文主要通过分析上述负荷资料，以及通过负荷计算，最大持续工作电流及短路计算，对变电站进行了设备选型和主接线选择，进而完成了变电站一次部分设计。

1 电气主接线设计

现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。

运行的可靠

断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

具有一定的灵活性

主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影

响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。

操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复

杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。

经济上合理

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。

应具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。

变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。

1.1 110kV电气主接线

由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建的。那么其负荷为地区性负荷。变电站110kV侧和10kV侧，均为单母线分段接线。110kV～220kV 出线数目为5回及以上或者在系统中居重要地位，出线数目为4回及以上的配电装置。在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV～110kV系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。

根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案，如图1.1及图1.2所示。

图1.2双母线带旁路母线接线

对图1.1及图1.2所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-1。 表1-1 主接线方案比较表

在技术上（可靠性、灵活性）第Ⅱ种方案明显合理，在经济上则方案Ⅰ占优势。鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选第Ⅱ种方案为设计的最终方案。

1.2 35kV 电气主接线

电压等级为35kV ～60kV ，出线为4～8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。

但由于设置旁路母线的条件所限（35kV ～60kV 出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为2～3天。）所以，35kV ～60kV 采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。

据上述分析、组合，筛选出以下两种方案。如图1.3及图1.4所示。

图1.3单母线分段带旁母接线

对图1.3表

经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案Ⅰ。

1.3 10kV电气主接线

6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。

上述两种方案如图1.5及图1.6所示。

图1.5单母线分段接线

图1.6双母线接线

对图1.5及图1.6所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-3

表1-3 主接线方案比较

经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。所以选用方案Ⅰ。

1.4 站用电接线

一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案。

上述两种方案如图1.7及图1.8所示。

图1.7单母线分段接线

图1.8单母线接线

对图1.7及图1.8所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-4。

表1-4 主接线方案比较

经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案Ⅰ。

2 负荷计算及变压器选择

2.1 负荷计算

要选择主变压器和站用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷（动力负荷和照明负荷）、10kVφ负荷、35kV负荷和110kV侧负荷。

由公式

()

%

1

cos

1

α

?

+

=∑

=

n

i

t

c

p

K

S

（2-1）

式中s C——某电压等级的计算负荷

k t——同时系数（35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷与10kV 各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85）

а%——该电压等级电网的线损率，一般取5%

P、cos?——各用户的负荷和功率因数

2.1.1 站用负荷计算

S站=0.85×(91.5/0.85)×(1+5%)

=96.075KVA

≈0.096MVA

2.1.2 10kV负荷计算

S10KV=0.85[(4+3+3.5+3.2+3.4+5.6+7.8)×0.85+3/9×4]

×(1+5%)

=38.675WVA

2.1.3 35kV负荷计算

S35KV=0.9×[(6+6+5+3)/0.9+(2.6+3.2)/0.85]×(1+5%)

=27.448MVA

2.1.4 110kV负荷计算

S110KV=0.9×(20/0.9+5.8/0.85+25.5/0.85+12/0.9) ×(1+5%)+ S站=68.398+0.096

=68.494MVA

2.2 主变台数、容量和型式的确定

2.2.1变电所主变压器台数的确定

主变台数确定的要求：

对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站

装设两台主变压器为宜。

对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台

变压器的可能性。

考虑到该变电站为一重要中间变电站，与系统联系紧密，且在一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。2.2.2变电所主变压器容量的确定

主变压器容量确定的要求：

主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考

到远期10～20年的负荷发展。

根据变电站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

要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设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：对一般性变电站停运时，

=68.494MVA由于上述条件所其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。S

总

限制。所以，两台主变压器应各自承担34.247MVA。当一台停运时，另一台则承担70%为47.946MVA。故选两台50MVA的主变压器就可满足负荷需求。

2.2.3 变电站主变压器型式的选择

具有三种电压等级的变电站中，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，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10K V及以下变电站采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国

连接；35kV采用Y连接，其中性点多110kV及以上电压变压器绕组都采用Y

通过消弧线圈接地。35kV以下电压变压器绕组都采用 连接。

故主变参数如下：

2.3 站用变台数、容量和型式的确定

2.3.1站用变台数的确定

对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段10kV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，并采用暗备用的方式。

2.3.2站用变容量的确定

站用变压器容量选择的要求：站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。

S站=96.075/(1-10%)

=106KVA

2.3.3 站用变型式的选择

考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标，可选用干式变压器。

故站用变参数如下：

因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。

根据设计规范第3.7.1条自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。

《电力工程电力设计手册》规定“对于35-110KV变电所，可按主变压器额定容量的10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。