1、根据短路计算的结果，对变电所的一次设备进行了选择和校验。 同时完成防雷保护及接地装置方案的设计。关键词 : 变电所电气主接线；短路电流计算；一次设备；防雷保护本次设计题目为110KV变电所一次系统设计。此设计任务旨在体 现对本专业各科知识的掌握程度， 培养对本专业各科知识进行综合运 用的能力，同时检验本专业学习三年以来的学习结果。此次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。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
2、确定了站用变压器的容量及型号， 在根据最大持 续工作电流及短路计算结果， 对设备进行了选型校验， 同时考虑到系 统发生故障时， 必须有相应的保护装置， 因此对继电保护做了简要说 明。对于来自外部的雷电过电压， 则进行了防雷保护和接地装置的设 计，最后对整体进行规划布置 , 从而完成 110kV 变电所一次系统的设 计。第一章原始资料分析本所设计电压等级根据设计任务本次设计的电压等级为：110/35KV电源负荷地理位置情况1、电源分析与本所连接的系统电源共有3个，其中110KV两个，35KV一个。 具体情况如下：1）110KV系统变电所该所电源容量（即110KV系统装机总容量）为200MVA以火
3、电为 主）。在该所等电压母线上的短路容量为 650MVA该所与本所的距离 为9KM以一回路与本所连接。2）110KV火电厂该厂距离本所12KM装有3台机组和两台主变，以一回线路与 本所连接，该厂主接线简图如图：图110KV火电厂接线图3）35KV系统变电所该所距本所7.5KM.以一回线路相连接，在该所高压母线上的短 路容量为250MVA.以上3个电源，在正常运行时，主要是由两个 110KV级电源来供电给本所。 35KV变电所与本所相连的线路传输功率较小，为联络用。当 3个电源中的某一 电源出故障，不能供电给本所时，系统通过调整运行方式，基本是能满足本所重 要负荷的用电，此时35KV变点所可以按
4、合理输送容量供电给本所。2、负荷资料分析1）35KV负荷表35KV负荷参数表用户名称容量（MW距离（KM备注化工厂15I类负荷铝厂13水厂5注：35KV用户中，化工厂，铝厂有自备电源2）10KV远期最大负荷3）本变电所自用负荷约为60KVA4）一些负荷参数的取值：负荷功率因数均取 cos 二，负荷同期率Kt二，年最大负荷利用 小时数TmaQ 4800小时/年，表中所列负荷不包括网损在内， 故计算 时因考虑网损，此处计算一律取网损率为 5%各电压等级的出线回路数在设计中根据实际需要来决定。各电压等级是否预备用线路请自 行考虑决定。第 2 章 电气主接线设计电气主接线是变电所电气设计的首要核心部分
5、， 也是电力构成的 重要环节。电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的 性质，选择出某种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方 式。主接线接线方式2.1.1单母线接线优点：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。缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线或母线隔离开关等）故障 时检修，均需使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当 一段母线故障时， 全部回路仍需短时停电， 在用隔离开关将故障的母 线段分开后才能恢复非故障母线的供电。适用范围：35-63KV配电装置出线回路数不超过 3回；110-220KV 配电装置的出线回路数不超过 2 回。2.1.2单母线分
6、段接线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，有两个电源供电。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和不致使重要用户停电。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。 当出线为双回路时， 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。 35KV 配电装置出线回路数为 4-8 回时； 110-220KV 配电装置出线回路数为 3-4 回时。2.2.3单母分段带旁路母线这种接线方式在进出线不多，容量不大的中小型电压等级为 35-110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。2.2.4桥型接线
7、1 、内桥形接线 优点：高压断器数量少，四个回路只需三台断路器。变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一 回线路的暂时停运；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行；出线 断路器检修时，线路需较长时期停运。 适用于较小容量的发电厂， 变电所并且变压器不经常 切换或线路较长，故障率较高的情况。2、外桥形接线高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。 缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台 变压器暂时停运。高压侧断路器检修时，变压器较长时期停运。 适用于较小容量的发电厂， 变电所并且变压器的切换 较频繁或线路较短，故障率较少的情况。2.2.5双母线接线1）供电可靠 , 可以
8、轮流检修一组母线而不致使供电中断； 一组母 线故障时，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该 回路。2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母 线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。3）扩建方便。向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响 两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。4）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分 开，单独接至一组母线上。1）增加一组母线和使每回线路需要增加一组母线隔离开关。2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误 操作。为了避免隔离开关误操作， 需在隔离开关和断路器之间装设连 锁
9、装置。 6-10KV 配电装置，当短路电流较大，出线需要带电 抗器时； 35KV 配电装置，当出线回路数超过 8 回时，或连接的电源 较多、负荷较大时；110-220KV配电装置，出线回路数为5回及以上 时，或110-220KV配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为4回 及以上时。226双母线分段接线双母线分段可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件 可完全分别接到不同的母线上，对大容量且相互联系的系统是有利 的。由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸， 因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题， 而较容易实现分阶段的扩 建优点。但容易受到母线故障的影响，断路器检修时需要停
10、运线路。 占地面积较大。一般当连接的进出线回路数在 11回及以下时，母线不分段。电气主接线的选择35kV电气主接线根据资料显示，由于35KV的出线为4回，一类负荷较多，可以初 步选择以下两种方案：1）单母分段带旁母接线且分段断路器兼作旁路断路器，电压等 级为35kV60kV，出线为48回，可采用单母线分段接线，也可采 用双母线接线。2）双母接线接线表35KV主接线方案比较方案项目方案I单母分段带旁母 方案U双母接线技术1单清晰、操作方便、 供电可靠易于发展 调度灵活2可靠性、灵活性差 扩建方便3旁路断路器还可以 便于试验代替出线断路器，进 易误操作行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电4扩建
11、时需向两个方向均衡扩建经济1设备少、投资小 设备多、配电装置复杂2用母线分段断路器兼 复杂作旁路断路器节省投资作旁路断路器节省投资 投资和占地面大虽然方案I可靠性、灵活性不如方案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。110kV电气主接线根据资料显示，由于110KV没有出线只有2回进线，可以初步选 择以下两种方案：1） 桥行接线，根据资料分析此处应选择内桥接线。2） 单母接线。表110KV主接线方案比较方案I内桥接线方案H单母分段线清晰简单调度灵活，可靠性 不咼1简单清晰、操作 方便、易于发展2可靠性、灵活性 差1占地少2使用的断路器少备少、投资小经比较两种方案都具有
12、接线简单这一特性。 虽然方案I可靠性、灵活性不如方案但其具有良好的经济性。可选用投资小的方案I第3章所用电的设计变电所的所用电是变电所的重要负荷， 因此，在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电所发展规划，妥善 解决因建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设 备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电所安全，经济的运行。所用电接线一般原则1） 满足正常运行时的安全，可靠,灵活,经济和检修，维护方便等 一般要求。2） 尽量缩小所用电系统的故障影响范围，并尽量避免引起全所停 电事故。3） 充分考虑变电所正常，事故,检修,起动等运行下的供电要求， 切换操作简便。所用变
13、容量型式的确定站用变压器的容量应满足经常的负荷需要， 对于有重要负荷的变 电所，应考虑当一台所变压器停运时，其另一台变压器容量就能保证 全部负荷的6070%由于S站=60KVA且由于上述条件所限制。所以， 两台所变压器应各自承担 30KVA当一台停运时，另一台则承担 70% 为 42KVA故选两台50KVA的主变压器就可满足负荷需求。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。表S9-50/10变压器参数表型号电压组合连接 组标 号空载损耗负载损耗空 载 电 流阻抗 电压高压高压分 接范围低压S9-50/1010 5%10；6Y,yn 04
14、所用电接线方式确定所用电的接线方式， 在主接线设计中， 选用为单母分段接线选两台所用变压 器互为备用，每台变压器容量及型号相同，并且分别接在不同的母线上。备用电源自动投入装置3.4.1备用电源自动投入装置作用备用电源自动投入装置目标： 为消除或减少损失， 保证用户不间 断供电。BZT 定义：当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动的将 备用电源投入或将用电设备自动切换到备用电源上去， 使用户不至于 停电的一种自动装置简称备自投或 BZT装置。3.4.2适用情况以及优点1） 发电厂的厂用电和变电所的所用电。2） 有双电源供电的变电所和配电所，其中一个电源经常断开作 为备用。3） 降压变电所内装有备
15、用变压器和互为备用的母线段。4） 生产过程中某些重要的备用机组采用BZT的优点：提高供电的可靠性节省建设投资， 简化继电保护装置， 限制短路 电流，提高母线残压。3.4.3BZT 的工作过程及要求 2BZT装置应满足的基本要求：1） 工作母线突然失压，BZT装置应能动作。2） 工作电源先切，备用电源后投。3） 判断工作电源断路器切实断开，工作母线无电压才允许备用 电源合闸。4） BZT装置只动作一次，动作是应发出信号。5） BZT装置动作过程应使负荷中断供电的时间尽可能短。6） 备用电源无压时BZT装置不应动作。7） 正常停电时备用装置不启动。8） 备用电源或备用设备投入故障时应使其保护加速动
16、作。BZT装置应由低电压启动部分和自动重合闸部分组成，低电压启动部 分是监视工作母线失压和备用电源是否正常； 自动重合闸部分在工作 电源的断路器断开后，经过一定延时间将备用电源的断路器自动投 入。变电所BZT装置工作过程：1）110KV侧BZT当某一条110KV母线故障导致母线失压，故障 侧断路器切断工作电源，非故障侧母线与桥型母线上 BZT动作，将故 障侧设备自动切换到非故障侧。2）35KV侧BZT:当某一条35KV母线故障导致母线失压，故障侧 断路器切断工作电源， BZT 动作，将故障侧设备自动切换到非故障 侧。3）10KV侧、所用电BZT:当某一条10KV母线或所用电母线故障 导致母线失
17、压，故障侧断路器断开，BZT动作，母联断路器合闸，将 故障侧负荷切换到非故障侧。第5章短路电流计算在电力系统运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路， 因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。短路计算的目的1） 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。2） 在选择电气设备时，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。3） 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的
18、相 间和相对地的安全距离。4） 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的 短路电流为依据。短路计算过程110KV短路电流计算1）根据资料，110KV火电厂的阻抗可归算为以下X3aX图110KV火电厂阻抗图在短路计算的基本假设前提下，选取 Sb=100MVA UB=UavXi=X2=X3= XdSb _ 100I50.8各绕组等值电抗Us（1-2）%取 17%, Us（2-3）%取 6%, Us（3-1）%取_ -（17 10.5 6） 10.752_ -（17 6 10.5） 6.251_ 2（6 105 17） 25QXiXi“Xm图110KV火电阻抗最简图X8=X1/X2X3=
19、0.144X9=（X4+X6）/（X5+X7）=0.0875X10 = X9+X8=0.232即火电厂的阻抗为2）又根据资料所得，可将变电所视为无限大电源所以取IIE 1S 变 110I * SbI*3变 110 650SB 1006.5X 变 110EA0.154同理：因35KU变电所的短路容量为250MVA所以*警誥25KAx 变 35 E” 0.4变35 I* 2.5Sb火电厂到待设计的变电所距离12KM阻抗为每千米欧X= Xl 专 12 0.4 0.032U 2 1152110KV变电所到到待设计的变电所距离 9KM阻抗为每千米欧X= Xl -SB2 = Xl 孚 9 0.4 勒 0.
20、027U2 U2 1152US2% = 2（ US（1-2） % + U S（2-3） %US（3-1）%）待设计变电所中各绕组等值电抗该变电所的两台型号规格一样所以另一个变压器的阻抗和X T1, X T2，X T3 相冋。根据主接线图可简化为以下图型图主接线阻抗简化图当K1点发生短路时将图四可转化为以下图行图K1点短路阻抗图X13 X1 X3 0.232+0.032=0.264X14 X2 X4 0.154+0.027=0.181X15X5/X60.263X16X7/ X80.163X17X9/X10X18X11 X12=0.219+0.4=0.619又因为E1是有限大电源（将改为3空所以
21、Xjs 0.264 盘 0.248查短路电流周期分量运算曲线取 T=OS ,可得11*11e2 1I 2*2 5.525X14 0.181l3*iiE3X15 X17 X180.263 0 0.619 1.134If（11* l 2* 13*）Ib=+x73 115冲击系数取S （h* l2* I3*） Sb=+ X 100= 35KV 侧短路计算根据图四进行Y 变换图星三角形转化图X19El E27屁图K2点短路阻抗图X13 X15 X13 X14 X14 X15X4= 0.264 0.263 0.264 0.181 0.181 0.263= 0.181X20 X130.264 0.263
22、0.264 0.181 0.181 0.263 =0.625 0.264X21Y V V V V V13 15 13 14 14 150.264 0.263 0.264 0.181 0.181 0.263=0.627Xjs 0.910 谙 X =查计算曲线取T为0S ,可得I；Iim 2 If kim 2 XX =S （I； i2* i3*） SB=+ X100=第5章 继电保护配置继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障， 在此设计变电站继电保护结合我国目前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠 性、快速性、灵敏性、运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变 电站综合自动化水平。变电所母线保护
23、配置1、 110KV 35KV线路保护部分：1）距离保护 2） 零序过电流保护3）自动重合闸 4） 过电压保护2、 10KV线路保护：1）10kV线路保护：采用微机保护装置，实现电流速断及过流保 护、实现三相一次重合闸。2）10kV电容器保护：采用微机保护装置，实现电流过流保护、 过压、低压保护。3）10kV母线装设小电流接地选线装置变电所主变保护的配置电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件， 它的故障将对供 电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响， 而本次所设计的变电所 是110kv降压变电所，如果不保证变压器的正常运行，将会导致全所 停电，影响变电所供电可靠性。5.2.1主变压器的主保护
24、1、瓦斯保护 对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护， 它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。 其中轻瓦斯动作于信 号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。2、差动保护对变压器绕组和引出线上发生故障， 以及发生匝间短路时， 其保 护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。5.2.2主变压器的后备保护1、过流保护为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时， 作为差动保护和瓦斯保护的后备， 所以需装设 过电流保护。2、过负荷保护变压器的过负荷电流， 大多数情况下都是三相对称的， 因此只需 装设单相式过负荷保护， 过负荷保护一般经追时动作于信号， 而且三 绕组
25、变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。3、变压器的零序过流保护对于大接地电流的电力变压器， 一般应装设零序电流保护， 用作 变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护， 一般变电 所内只有部分变压器中性点接地运行， 因此，每台变压器上需要装设 两套零序电流保护， 一套用于中性点接地运行方式， 另一套用于中性 点不接地运行方式第 6 章 防雷接地变电所是电力系统的中心环节， 是电能供应的来源， 一旦发生雷 击事故，将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏， 绝大多数不能自行恢复会严重影响国民经济和人民生活， 因此，要采 取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。变电所的雷害
26、来自两个方面， 一是雷直击变电所， 二是雷击输电 线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入， 对直击雷的保护， 一般采 用避雷针和避雷线， 使所有设备都处于避雷针 （线）的保护范围之内， 此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。对侵入波防护的主要措施是变电所内装设阀型避雷器， 以限制侵 入变电所的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过其中击耐压 值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护。避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大 地，从而保护设备，避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或 装设在配电构架上，或独立装设，避雷线主要用于保护线路，一般不 用于保护变电所。避
27、雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备， 它实质是一个放 电器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷 器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。避雷器的选择6.1.1 避雷器的配置原则1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器。2）旁路母线上是否应装设避雷器，应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而定。3） 220KV以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并尽可 能靠近设备本体。4） 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。5） 三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。6.1.2避雷器选择技术条件1、型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，按下表选择如表表避雷器型号选择表型式应用范围FS配电用普通阀型10K V以下配电系统、电缆终端盒FZ电站用普通阀型3-220KV发电厂、变电所配电装置FCZ电站用磁吹阀型1、330KV及需要限制操作的220K V以及以下配电2、某些变压器中性点FCD旋转电机用磁吹用于旋转电机、屋内阀型型号含义：F 阀型避雷器；S配电所用；Z发电厂、 变电所用；C磁吹；D旋转电机用；J 中 性点直
