110kV变电站电气一次系统设计毕业设计(论文)

毕业设计论文

110KV变电所电气一次部分初步设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

教研室（或答辩小组）及教学系意见

摘要

电能是当今城市发展最重要的能源和动力。近年来，我国的电力工业在持续迅速的发展，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。城市供电系统的核心部分是变电所，因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。

110KV变电所一次部分的设计，是主要研究一个地方降压变电所是如何保证运行的可靠性、灵活性、经济性。而变电所是作为电力系统的一部分，在连接输电系统和配点系统中起着重要作用。我们这次选题的目的是将大学所学过的《电力工程》、《电力系统自动化》、《电机学》、《电路》等有关电力工业知识的课程，通过这次毕业设计将理论知识得以应用。

关键词：变电所；电气主接线；电气设备；设计

目录

摘要 (2)

1绪论 (1)

1.1110KV变电所的技术背景 (1)

1.2主接线的设计原则 (2)

1.3主接线设计的基本要求 (2)

1.3.1可靠性 (3)

1.3.2灵活性 (3)

1.3.3经济性 (3)

2电气主接线的方案及论证 (4)

2.16～110KV主接线 (4)

2.1.1 单母线接线 (4)

2.1.2 单母线分段接线 (5)

2.1.3 双母线接线 (6)

2.1.4 双母线分段接线 (7)

2.1.5 增设旁路母线或旁路隔离开关的接线 (8)

2.1.6 桥形接线 (9)

2.1.7 角形接线 (10)

2.2主接线的选择与设计 (11)

2.3变压器接地方式 (15)

2.3.1 电力网中性点接地方式 (15)

2.3.2变压器中性点接地方式 (16)

3变电所电力变压器的选择 (16)

3.1电力变压器的选择 (16)

3.1.1变电所主变压器台数的选择 (16)

3.2功率因数和无功功率补偿 (17)

4短路电流计算 (19)

4.1.1 短路计算的意义 (19)

4.1.2 短路计算的目的 (20)

4.1.3 短路计算的内容 (20)

4.1.4 短路电流采用的假设条件和原则 (20)

4.1.5 图及电抗计算 (20)

4.2主接线短路电流的计算 (22)

5 主要电气设备选择 (24)

5.1高压断路器的选择 (24)

5.1.1110K V (25)

5.1.235K V (25)

5.1.310K V (26)

5.2隔离开关的选择 (27)

5.2.1 110KV侧 (27)

5.2.2 35KV侧 (28)

5.2.3 10KV侧 (28)

5.3母线的选择 (28)

5.3.1 110KV侧 (29)

5.3.2 35KV侧 (30)

5.3.3 10KV侧 (32)

5.4绝缘子和穿墙套管的选择 (33)

5.4.1 110KV侧 (33)

5.4.2 35KV侧 (34)

5.4.3 10KV侧 (34)

5.5电流互感器的配置和选择 (35)

5.5.1 110KV侧 (35)

5.5.2 35KV侧 (35)

5.5.3 10KV侧 (36)

5.6.1 110KV侧 (36)

5.6.2 35KV侧 (36)

5.6.3 10KV侧 (37)

5.7各主要电气设备选择结果一览表 (37)

6 变电所的总体布置简图 (38)

6.1设计原则与要求 (38)

6.1.1 总的设计原则 (38)

6.1.2 要求 (39)

6.1.3 布置及安装设计的具体要求 (39)

6.26---110KV配电装置 (42)

6.2.1 6---10KV配电装置 (42)

6.2.2 35KV配电装置 (43)

6.2.3 110KV配电装置 (43)

7 变电所防雷保护设计 (45)

结论 (47)

参考文献 (48)

致谢 (49)

1绪论

1.1 110KV变电所的技术背景

变电站是电力系统的重要组成部分，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。变电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全问题。而电网的稳定性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线的拟订直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

本次设计为110KV变电站电气一次部分初步设计，分为设计说明书、设计计算书、设计图纸等。所设计的内容力求概念清晰，层次分明。本文是在XXX教授的精心指导下完成的。XXX老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物，新的研究方向。在毕业设计期间XXX老师在设计选题和设计思路上给了我很多指导和帮助。XXX老师循循善诱的教学方法、热情待人的处事方式、一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了很深的印象。在此，我向恩师致以最崇高的敬意和最诚挚的感谢！

本设计110KV变电所电气一次部分设计，其原始资料如下：

（1）．变电站类型：110KV降压变电所，电压等级：110/35/10 KV；

（2）．出线回路数：

110KV侧2回（架空线）LGJ-185/30km

35KV侧4回（架空线）

10KV侧10回（电缆）

（3）．负荷情况

35KV侧：最大20MW，最小15MW，Tmax=5300h，cosφ=0.85

10KV侧：最大30MW，最小15MW，Tmax=5200h，cosφ=0.80 （4）.系统情况：

（1）系统经双回线（LGJ-185/30km）给变电所供电。

（2）系统110KV母线电压满足常调压要求。

（3）系统110kV母线短路电流标幺值为20（SB = 100 MV A）。

（4）35kV和10kV对端无电源

（5）.环境条件：年最高温度：40℃年最低温度：-25℃年平均温度

20℃

土壤电阻率ρ<400 欧米

当地雷暴日35日/年

1.2主接线的设计原则

（1）.考虑变电所在电力系统中的地位和作用

变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

（2）.考虑近期和远期的发展规模

变电所主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。

（3）.考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响

对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。

（4）.考虑主变台数对主接线的影响

变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

（5）.考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

1.3 主接线设计的基本要求

根据我国能源部关于《220~500kV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定：―变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。‖

1.3.1可靠性

所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线，经过优先，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的而是相对的。一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。评价主接线可靠性的标志是。

（1）断路器检修时是否影响供电；

（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；

（3）变电所全部停电的可能性；

（4）有些国家以每年用户不停电时间的百分比来表示供电可靠性，先进的指标都在99.9%以上。

1.3.2灵活性

主接线的灵活性有以下几方面要求：

（1）调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

（2）检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。

（3）扩建要求。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。

1.3.3经济性

经济性主要是投资省、占地面积小、年运行费用小、在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益

2 电气主接线的方案及论证

变电所的电气主接线是高压电器设备通过接线组成的汇集分配和输送电能的电路。主接线代表了变电所电气部分的主体结构是电力系统网络结构的重要组成部分。它对电气设备选择,配电装置的布置及运行的可靠性和经济性等都有重大的影响。本章将先介绍6～220KV高压配电装置的接线分别作以介绍，再结合本次设计的要求选择合适的、经济的主接线。

2.1 6～110KV主接线

6～110KV高压配电装置的接线分为：

有汇流母线的接线、单母线、单母分段、双母线、双母分段、增设旁路母线或旁路隔离开关等。无汇流母线的接线，变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。

6～110KV高压配电装置的接线方式，决定于电压等级及出线回路数。按电压等级的高低和回路数的多少，有一个大致的适合范围。

2.1.1 单母线接线(如图2-1)

图2-1 单母线接线方式

（1）优点

接线简单清晰、设备少、操作方便；隔离开关仅在检修设备时作隔离电压用，不担任其它任何操作，使误操作的可能性减少；此外，投资少、便于扩建。

（2）、缺点

不够灵活可靠，任意元件的故障或检修，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各部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复到非故障段的供电。

(3)、适用范围

一般只适用于一台变压器的以下三种情况：

1） 6～220KV 配电装置的出线回路数不超过5回；

2） 35～63KV 配电装置的出线回路不超过3回；

3） 110～220KV 配电装置的出线回路数不超过2回。

2.1.2 单母线分段接线(如图2-2)

(1) 优点：

1)、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两条回路，有两个电源供电；

2）当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

(2)、缺点：

1）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；

2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；

3）、扩建时需向两个方向均衡扩建。

(3)、 适用范围：

1)、 6～10KV 配电装置出线回路数为6回及以上时；

2） 35～63KV 配电装置出线回路数为4～8回时；

3） 110～220KV 配电装置出线回路数为3～4回时。

图2-2 单母线分段接线 1 2 3 4 W OQF Ⅰ

Ⅱ

2.1.3 双母线接线(如图2–3)

图2–3双母线接线（TQF-母线联络断路器）

双母线接线，其中一组为工作母线，一组为备用母线，并通过母线联络路断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，由于母线继电保护的要求，按一般回路母线连接的方式运行。

注意：在进行倒闸操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电位下操作应先通后断。如检修工作母线时其操作步骤是：先合上母线断路器TQF 两侧的隔离开关，再合上TQF ，向备用线充电，这时两组母线等到电位。为保证不中断供电，应先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上隔离开关。完成母线转换后，再断开母联断路器TQF 及其两侧的隔离开关，即可对原工作母线进行检修。

(1)、优点

1）供电可靠

通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断,一组母线故障后，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一个方向扩建,均不影响两组母线单位电源和负荷均Ⅰ

Ⅱ

TQ

F W

1 2 3 4

匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以至接线不同的母线段时不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。

4) 便于实验当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。

(2)、缺点

1) 增加一组母线和使每回路就需要加一组母线隔离开关。

2) 当母线故障或检修是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,需要隔离开关和断路器之间装设联锁装置。

(3)、适用范围

当出线母线数或母线电源较多,输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下：

1）6～220KV配电装置,当短路电流较大,出线需要带电抗器时；

2）35～63KV配电装置,当出线回路数超过8回路或连接的电源较多负荷较大时；

3）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，在系统中居重要地位出线回路在4回路及以上时。

2.1.4 双母线分段接线(如图2-4)

图2-4 双母线分段接线

220KV进出线回路数较多,双母线需要分段,其分段原则是：

1、当进线回路数为10～14时,在一组母线上用断路器分段；

2、当进线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段；

3、在双母线接线中,均装设两台母联兼旁断路器；

4、为了限制220KV 母线短路电流或系统解列运行的要求,可根据需要将母线分段。

2.1.5 增设旁路母线或旁路隔离开关的接线

为了保证采用单母线分段或双母线的配电装置,在进出断路器检修时(包括其保护装置的检修和调试),不中断对用户供电,可增设旁路母线或旁路隔离开关。

(1)旁路母线的三种接线方式

1)、有专用旁路断路器(如图2-5)

进出线断路器检修时，由专用旁路断路器代替,通过旁路母线供电,对双母线的运行设有影响。

图2-5 带旁路母线的单母线接线

2)、母线断路器兼作旁路断路器(如图2-6)

图2-6母线断路器兼作旁路断路器

不设专用旁路断路器而以母联断路器兼作旁路断路器用。

1）优点:节约专用旁路断路器和配电装置间隔。

2）缺点:当进出线断路器检修时，就要用母联断路器代替旁路断路器。双母线成单母线，破坏了双母线固定接线的运行方式，增加了进出线回路母线隔离开1 2 3 BQF QS 1

QF

QS 2

BQS

W

BW

4

电源侧

出线侧 TQF （BQF ）

关的倒闸操作。

3)、 分段断路器兼作旁路断路器（如图2-7）

如图2-7分段断路器兼作旁路断路器

对于单母线分段接线,可采用如图1-7所示的以分段断路器兼作旁路断路器的常用接线方案。两段母线均可带旁路，正常时旁路母线不带电。

（2）旁路母线或旁路隔离开关的设置原则

1、110～220KV 配电装置

110～220KV 线路输送功率较多，送电距离较远，停电影响较大，并且110KV 及220KV 少油断路器平均每台每年检修时间均需5天到7天,停电时间较长。因此，一般需设置旁路母线或旁路隔离开关。

2、 6～10KV 配电装置一般不设旁路母线，也不设旁路隔离开关。

当只有两台变压器和两条输电线路时，可采用桥形接线，分为内桥与外桥形两种接线。

2.1.6 桥形接线(如图2-8)

当只有两台变压器和两条输电线路时，可采用桥形接线，分为内桥与外桥形两种接线。

（1）内桥形接线

1、优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。

2、缺点：

1）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。

2）桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。

3

）出线断路器检修时，线路需较长时期停运。为避免此缺点，可加装正常