110kV变电站综合设计_电气工程毕业设计

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学位论文作者（签名）：

年月

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论文作者签名：日期：

指导教师签名：日期：

洛阳理工学院

毕业设计（论文）开题报告

系（部）：电气工程与自动化（学生填表）

教研室主任签字：年月

日

110kV变电站综合设计

摘要

变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。【1】

随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。

关键词：变电站、负荷、输电系统、配电系统、补偿装置

110kV substation design

ABSTRACT

The substation is an importance part of the electric power system, it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution. It obtains the electric power from the electric power system, through its function of transformation and assign, transport and safety. Then transport the power to every place with safe, dependable, and economical. As an important part of power’s transport and control, the transformer substation must change the mode of the traditional design and control, then can adapt to the modern electric power system, the development of modern industry and the of trend of the society life.

With the power of new and high technology, the complexity of the rapid development of power system, from generation to the power supply in all areas, through the use of new technologies, is constantly changing. Substation power system as a key link in the same new technology fully development.

KEY WORDS:substation, load, transmission system, distribution, ，correction equipment

目录

前言 (1)

第1章绪论 (2)

1.1设计背景材料及说明 (2)

1.1.1待设计变电站概况 (2)

1.1.2变电站负荷情况及所址选择 (3)

第2章电气主接线设计 (5)

2.1 110kV电气主接线设计 (5)

2.3 10kV电气主接线设计 ........................... 错误!未定义书签。

2.4 变电站电气主接线设计 (7)

第3章负荷计算及无功补偿 (11)

3.1 负荷分析 (11)

3.2 负荷计算................................................ 错误!未定义书签。

3.3 无功补偿 (11)

3.3.1 无功补偿的目的 .......................... 错误!未定义书签。

3.3.2 无功补偿的配置 .......................... 错误!未定义书签。第4章主变压器选择 (14)

4.1 主变压器的选择原则 (14)

4.2 主变压器的台数确定 (14)

4.3 主变压器的容量确定 ............................ 错误!未定义书签。第5章短路电流的计算.. (16)

5.1 短路电流的影响.................................... 错误!未定义书签。

5.2 等效计算电路图.................................... 错误!未定义书签。

5.3 短路电流计算........................................ 错误!未定义书签。第6章主要电气设备选择 . (16)

6.1高压侧配电系统设备 ............................. 错误!未定义书签。

6.1.1高压断路器的选择 ....................... 错误!未定义书签。

6.1.2高压隔离开关的选择 ................... 错误!未定义书签。

6.1.3高压熔断器的选择 ....................... 错误!未定义书签。

6.2母线、低压配电设备及保护设备的选择错误!未定义书签。

6.2.110KV母线选择 ............................ 错误!未定义书签。

6.2.2低压配电设备及保护设备的选择错误!未定义书签。

6.2.3绝缘子和穿墙套管的选择............ 错误!未定义书签。第7章短路电流的计算.. (16)

7.1二次回路的定义和分类 ......................... 错误!未定义书签。

7.2二次回路的接线要求 ............................. 错误!未定义书签。

7.3继电保护的装置选择与整定.................. 错误!未定义书签。

7.4 10KV线路设置过电流保护装置........... 错误!未定义书签。第8章防雷与接地............................................ 错误!未定义书签。

8.1 防雷击保护............................................ 错误!未定义书签。

8.1.1 直击雷保护 (22)

8.1.2 侵入波保护 (23)

8.1.3 避雷器的装设 (23)

8.2 接地装置的设计.................................... 错误!未定义书签。结论 . (36)

谢辞 (37)

参考文献 (38)

附录 (36)

外文资料翻译 (1)

前言

变电所是电力配送的重要环节，变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系统发展规划，拟建设一座110/10kV的区域性降压变电所，本文是针对石油管道区域内生产和生活用电的需要，进行变电所的设计。

110KV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）总体接线方式选择（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择及电气设备的选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷与接地等内容。

第1章绪论

1.1 设计背景材料及说明

1.1.1 待设计变电站概况

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。

某地有110KV变电站一座，向全镇范围内供电。共有主变2台，容量为40+31.5MVA，现有110KV线路2回，分别来自110KV联美变电站（联冲线）和南丰变电站（冲丰线）。目前大冲站的最大负荷为3.88万千瓦，到2003年，此地的用电量将达2.27亿千瓦时，最大负荷达4.53万千瓦。随着工业的发展与工业区的开发，对电力电量的需求也相应的增加，预计到2005年，全镇用电量将达3.08亿千瓦时，最大负荷达6.16万千瓦；2010年，用电量将达到5.73亿千瓦时，最大负荷达到11.46万千瓦。

表1-1 用电负荷统计（单位：千瓦）

表1-2 负荷性质分析结果表

1.1.2 变电站所址选择

变电站地址选择与总布置是一门科学性、综合性、政策性很强的工程，是电力基本建设工作的主要组成部分。站址选择是否正确，总布置是否合理，对基建投资、建设速度、运行的经济性和安全性起着十分重要的甚至决定性的作用。实践证明，凡是重视前期工作，站址选择得好，总布置合理而又紧凑的，则投资省、建设快、经济效益高，反之，将给电力建设造成损失和浪费，甚至影响安全供电。

1、站址选择的基本要求

1.1 靠近负荷中心

变电站站址的选择必须适应电力系统发展规划和布局的要求，尽可能的接近主要用户，靠近负荷中心。这样，既减少了输配电线路的投资和电能的损耗，也降低了造成事故的机率，同时也可避免由于站址远离负荷中心而带来的其它问题。

1.2 节约用地

节约工程用地是我们的国策，我们需要遵循技术经济合理的原则，合理布置，尽可能提高土地的利用率，凡有荒地可以利用的，不得占用耕地，凡有差地可以利用的，不得占用良田。尤其要避免占用菜地良田等经济效益高的土地。用地要紧凑，因地制宜，用劣地作为站址选择方案是决定一个设计方案好坏的主要条件之一。随着北京经济建设的飞速发展，城区用电量的增加，单独拿出一块土地用于变电站建设是很困难且不经济的，所以我们应该适当发展地下式变电站，全部设备均设置在高层建筑的地下室，以适应城市建设的要求。如北京电力设计院设计的北太平庄110 kV地下变电站和甘家口110 kV地下变电站，这些变电站占地面积小，但造价颇高，重点要解决好通风与防火问题，这将是城市特别是中心城区电力发展的趋势。

1.3 地质条件的要求

随着对农业的保护及对农民利益保护的不断加强，注重山区的电力建设是非常必要的。不仅对于农业的发展有重要作用，也会为北京郊区开展旅游事业及提高山区人民生活水平提供前提条件，电力深入山区，供电范围大，交通不便，所以选好站址是非常重要的。

选址阶段的工程地质勘测内容主要是研究和解决站址稳定性和建站的可行性，查明地质构造、岩性、水文地质条件等，并对站址的稳定性作出基本评价。土建专业在勘测内容详尽的情况下，对站址的抗震是否有利，作出正确的评估。由于变电站设施造价很高，如果把变电站建在不利于建筑物抗震的地段，若发生地震就可能发生滑坡、山崩、地陷等灾害。对国家财产造成损坏。对于北京地区，由于城市周围大都被山区所包围，滑坡、洪水都是可能发生的。在选址前一定要对山区地质有充分的了解。查明地下水埋藏条件是评价水文地质条件的重要依据。一般在收集地区性的水文地质资料的基础上，结合所址具体位置，进行分析研究。对含水层的岩性、厚度、分布规律、渗透系数、出水量等尽可能的详细了解。在水文地质条件较复杂，水源地较难确定时，工程选址阶段的水源勘探尤为重要。必须进行必要的勘探，有条件时还应观察地下水位，采取水样进行水质分析，以便科学地、可靠地判断变电站的供水水源。

第2章电气主接线设计

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。【2】

1 、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

2.1 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2.1单母线分段带旁母接线

图2.2双母线带旁路母线接线

对图2.1及图2.2所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表1-1。

表2-1 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。

2.2 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2.5及图2.6所示。

图2.5单母线分段接线

图2.6双母线接线

对图2.5及图2.6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。

2.3 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2.7及图2.8所示。

图2.7单母线分段接线

图2.8单母线接线

对图2.7及图2.8所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表2-4。

表2-4 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。

第3章 负荷计算及无功补偿

3.1 负荷分析

仅靠目前此地仅有的一个110KV 变电站是远远不够满足负荷增长需求的。若按照《城市电网规划设计导则》的要求，主变容量按1.8~2.1来计算，2005年大冲共需要110KV 主变容量约111~129兆伏安，而目前此地主变容量只有80MVA ，还需要增加31~49MVA 。为满足用电负荷增长的需要到2005年建设新的110KV 变电站是十分必要的。而且大冲镇现有的10KV 线路大部分是放射形网，无法形成合理的环网和分段，结构比较单一和薄弱，供电可靠性差。加上部分线路供电半径大、用户多、负荷重，线路压降过高，供电质量差，但城南变电站建成后可承担大冲镇南部的用电负荷，释放大冲站的供电能力，提高大冲镇的供电可靠性、改善电能质量和降低网损。

3.2 负荷计算

各组负荷的计算：

1．有功功率 P=KX ?ΣPei

2．无功功率 Q=P ?tg Ф

3．视在功率 S=22Q P +

式中：ΣPei ：每组设备容量之和，单位为KW ；KX ：需用系数；Cos Ф:功率因数。

总负荷的计算：

1．有功功率 P Σ=K 1?ΣP

2．无功功率 Q Σ= K 1?ΣQ

3．视在功率 S Σ=∑∑+22Q P

4．自然功率因数： Cos Ф1= P Σ/S Σ