（完整版）110kV变电站设计毕业设计

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*******⼤学毕业设计（论⽂）题⽬110kV变电站⼀次系统设计函授站学⽣姓名专业⾃动化层次本科年级

指导教师******⼤学年⽉⽇摘要

本毕业设计为110kV变电站⼀次系统设计，主要内容包括：变压器容量和主接线⽅式的选择；最⼤短路电流计算；⼀次设备的选择与校验。

变电站作为电⼒⽣产的关键环节，起着电压变换和电能分配的枢纽作⽤，其电⽓⼀次主接线形式直接决定着电⼒⽹的电压变换和电能分配。本论⽂较好的应⽤了变电站设计基本理论知识，针对110kV⾼压配电变电站的基本特征，在仔细分析原始资料的基础上，确定了该站的⼀次主接线形式，能够充分保证电⼒系统安全稳定运⾏。

短路电流计算及设备选择校验保证了变电设备应⽤的安全稳定性及经济性。关键词：变电站，电⼒系统，设计Abstract

The contents of this project is about the 110kV substation. The main programmers line’s choice , the short-circuit’scalculation and one-dimension equipments’s verification selection.

The substation is the electrical production’s crucial sector , it’s impact is to transform the voltage and allocate the electric

power.The substation’s one-dimension electrical main line directly determine the voltage’s transform and the electric power’sallo cation.This article takes the 110kV substation’s basic feature as pedestal and apply the theory learning of substation’sdesign to assay primitive datum and undertake the electric system’s secure and equable operation.

The short-circuit’s calculation and the equipments’s verification undertake the security, stability and economics for thetransforming electric power facilities’s applyment.KEYWORDS: Substation,Electrical power system ,Design⽬录摘要 (1)Abstract (2)⽬录 (3)

第1章设计基础资料及设计内容 (5)1.1设计基础资料 (5)1.2设计内容 (5)

第2章电⽓主接线设计 (6)2.1主变压器的选择 (6)2.2断路器的选择 (6)

2.3⼀次主接线选择 (6)第3章短路电流计算 (9)3.1计算说明 (9)3.2计算条件 (9)3.3计算等值电抗 (9)3.4绘制系统等值阻抗图 (10)

3.5计算变电站110kV设备承受最⼤短路电流 (10)3.6计算10kV系统承受最⼤短路电流 (10)第4章⼀次设备选择与校验 (12)4.1选择的主要原则 (12)4.2断路器的选择与校验 (12)4.3隔离开关的选择与校验 (14)4.4硬母线的选择与校验 (15)4.510kV⽀持绝缘⼦选择与校验 (17)4.610kV穿墙套管选择与校验 (17)4.7其它设备参数选择 (17)第5章屋内外配电装置的确定 (19)5.1对配电装置的基本要求 (19)5.2屋外配电装置的确定 (19)5.3屋内配电装置的确定 (20)第6章变电站防雷保护 (21)6.1防雷保护的必要性 (21)6.2避雷针的设置 (21)6.3防雷保护范围计算 (21)6.4避雷器保护 (22)结论 (24)致谢 (25)参考⽂献 (26)附录1（译⽂） (27)附录2（原⽂） (29)

第1章设计基础资料及设计内容1.1设计基础资料

变电站建设规模：110kV 地区变电站（低压侧为10kV）

该地区负荷：夏季Smax=90MV A cosφ=0.75 S min=75MV A cosφ=0.8冬季Smax=70MV A cosφ=0.85 S min=50MV A cosφ=0.9

利⽤⼩时数：00⼩时年进线回路数：110kV四回环境条件：海拔：60⽶年雷暴⽇数：25个⽉均最⾼温度：32℃历史最⾼温度：42℃历史最低温度：―19℃1.2设计内容

本设计只作电⽓部分⼀次系统初步设计，不作施⼯设计和⼟建设计，主要设计范围包括：确定电⽓⼀次主接线、确定电⽓布置原则、短路电流计算、主导体和电⽓设备的选择及校验、防雷保护系统。第2章电⽓主接线设计

变电站电⽓⼀次主接线是整个电⼒系统接线的主要组成部分，它表明了变压器、线路和断路器等电⽓设备的数量和连接⽅式及可能的运⾏⽅式。电⽓⼀次主接线的形式，直接关系到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，主接线设计形式的合理与否还关系到整个电⼒系统能否安全、稳定、灵活和经济的运⾏。2.1主变压器的选择

为了保证供电的可靠性，变电站⼀般装设两台主变压器，当其中⼀台检修或故障停运时，另⼀台变压器可以保证70%重要⽤户的供电。在负荷较轻时，可以⼀台变压器处于热备⽤状态，另⼀台变压器带全部负荷。主变压器的容量按照未来10年的发展规划，并考虑变压器正常运⾏和事故时过负荷能⼒，接照重要⽤户最⼤负荷70MV A 计算，对装两台变压器的变电站每台变压器额定容量⼀般选为：Sn=0.7Pm=0.7×70MV A=49MV A。据此本站主变额定容量选作Sn=50MV A。变压器型式为三相式双绕组⾃冷变压器。为了提⾼供电电压质量，采⽤有载调压变压器。2.2断路器的选择

考虑到变电站的综合⾃动化程度提⾼以及⽆⼈值班需要，选⽤质量较⾼、性能较好、关合故障电流⼤、维护量少的SF6断路器或真

空断路器，本站设计110kV断路器选⽤SF6型，10kV断路器选⽤真空型。2.3⼀次主接线选择

供电可靠性是电⼒⽣产和分配的⾸要要求，电⽓主接线也必须满⾜这个要求。可靠性的客观衡量标准是运⾏实践，评估⼀个主接线的可靠性时，应以长期运⾏经验为准。主接线的可靠性是由各元件的可靠性综合，要充分考虑⼀次设备和⼆次设备的故障率及其对供电的影响，在设备检修和故障情况下，由灵活的运⾏⽅式，保持正常运⾏。主接线的灵活性主要考虑调度灵活、操作⽅便、检修安全等因素，其次主接线设计还要做到经济合理、占地⾯积少、电能损耗少。2.3.1主接线备选⽅案

⽅案⼀：110kV侧采⽤隔离开关分段接线，10kV侧采⽤单母线断路器分段接线。⽅案⼆：110kV侧采⽤单母线断路器分段接线，10kV侧采⽤单母线断路器分段接线。⽅案三：110kV侧采⽤双母线接线，10kV侧采⽤单母线断路器分段接线。（详见附图⼀：主接线⽅案⽐较图）2.3.2主接线备选⽅案⽐较

2.3.3主接线⽅案确定

设计本变电站主供城⽹，重要负荷较多；同时本变电站⾮终端变电站且⾼压侧对外供电，这就要求本变电站具有较⾼的供电可靠性。本设计选择较适合本站情况的⽅案：110kV侧采⽤单母线断路器分段接线，10kV侧采⽤单母线断路器分段的接线形式，即⽅案⼆。

单母线断路器分段的主接线形式⽤断路器把母线分段后，对重要⽤户可以从不同母线引出电源供电，当⼀段母线发⽣故障，分段断路器快速将正常母线和故障母线分离，保证正常段母线不间断供电。这种接线形式运⾏⽅式灵活，供电可靠性较⾼。考虑到⽤电峰⾕差较⼤以及供电电能质量的问题，10kV侧装设两台电容器，以便调整⼒率，提⾼电压质量。10kV两段母线各设计5条10kV出线和1台站⽤变，每段母线各装设母线PT⼀组。（详见附图⼆：电⽓⼀次主接线图）第3章短路电流计算3.1计算说明

本设计110kV变电站其110kV部分主接线为单母线断路器分段接线，10kV侧也为单母线断路器分段。短路电流计算应计算最⼤运⾏⽅式下、最严重短路故障情况下短路电流。110kV电压等级采⽤双回电源供电，但考虑上⼀电压等级的环⽹运⾏，正常时单回运⾏，以防⽌两级电压的电磁环⽹。 110kV侧最⼤运⾏⽅式为距离较近且系统母线短路容量较⼤的220kV变电站供电运⾏的⽅式，此⽅式下发⽣三相短路故障情况时的短路电流最⼤。10kV侧正常情况下分段运⾏，短路电流按110kV侧最⼤运⾏⽅式（两台主变并列运⾏）下，10kV 侧母线发⽣三相短路故障时的短路电流计算。3.2计算条件

1、220kV变电站110kV母线短路计算电抗Xj=0.1(基准容量Sn=100MVA)2、110kV输电线路长度L=10Km,线路电抗X=0.4ΩKm （假定已知条件）3、110kV变电站主变压器参数：SN=50MVA,Ud=10.5%

说明：变电站110kV开关设备承受的最⼤短路电流应为主变压器前侧，发⽣三相短路时，10kV设备承受的最⼤短路电流应为出线始

端或10kV 母线发⽣三相短路时。3.3 计算等值电抗

选取系统基准容量Sn=100MV A

选取各级电压⽔平的平均值为作为基准电压，

即110kV 系统U B =115kV ；10kV 系统基准电压U B =10.5kV 。 110kV 线路计算电抗：X L =L ×X=10×0.4=4ΩX L.J =X L ·=4×=0.03

主变压器计算电抗(折算⾼压侧110kV 侧)：

X TJ =X xd =21.050

1001005.10100%=?=?Se Sj Ud 两台主变压器并列运⾏时计算电抗：X TJ ’ = X TJ =×0.21=0.1053.4 绘制系统等值阻抗图见附图三：短路电流计算图

3.5 计算变电站110kV 设备承受最⼤短路电流即故障点①处最⼤短路电流：

计算电抗：I d =X j ∑=X j +X LJ =0.1+0.03=0.13短路容量：MVA MVA Xx SB Sk 2.76913

.0100=== 短路电流周期分量起始标么值： 基准电流：KA KV MVAUj Sj

Ij 502.031151003=?=?=短路电流周期分量有效值：KA Id Ij I 86.369.7502.0=?=?=

短路电流冲击值：KA I ich 84.955.286.355.2=?=?=3.6 计算10kV 系统承受最⼤短路电流

U B =10.5kV S B =100MVA 基准电流：KA Up SBIj 5.535.101003=?=?=

最⼤短路点短路电抗标么值：X x =X j ∑=0.1+0.03+0.105=0.235 短路容量：MV MVA Xd SB Sk 5.425235.0100=== 短路电流周期分量起始标么值：最⼤短路电流周期分量有效值：KA Id Ij I 43.235.526.4=?=?=

短路电流冲击值：KA I ich 75.5955.243.2355.2=?=?=第4章 ⼀次设备选择与校验4.1 选择的主要原则

1、 满⾜正常运⾏、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的要求；2、 按当地环境条件校核；3、 ⼒求技术先进和经济合理；

4、 选⽤新产品，均应具体可靠的试验数据，并经过正式鉴定合格，具有⼊⽹证明；5、 与本⼯程建设标准应协调⼀致；6、 同类设备应尽量减少品种。4.2 断路器的选择与校验4.2.1 110kV 断路的选择与校验

1、 系统电压Un=110kV ，最⾼⼯作电压Ug=126kV

2、 最⼤⼯作电流：Ig ·max=最⼤持续⼯作电流

变压器额定电流，考虑系统电压降低5%，出⼒保持不变，故其相应回路的最⼤持续⼯作电流Ig ·max=Ie ×1.05Ie=变压器额定电流A Un SN Ie 2623110500003=?=?=Ig ·max=Ie ×1.05=276A

由于本站⾮终端变电站，有其它110kV 线路，线路端电流⽐较⼤按Ig ·ma ×3=276×3=828A3、开断短路容量：由短路电流计算知，110kV 断路器实际开断短路电流周期分量有效值I=3.86KA

4、最⼤开断容量：MVA I Ue Szkd 73586.311033=??=?= 根据上述参数、考虑断路器在全站的作⽤地位以及设备长期运⾏，选⽤110kV SF 6型断路器，型号为LTB145D1型，参数如下：额定⼯作电流：I N =3150A额定⼯作电压：U N =126kV额定开断电流：I ekG =40KA额定关合电流：I eg =100KA3秒短路电流热效应Q d =4800KA 2·S极限通过电流峰值：I max =100KA热稳定校验：

实际安装位置3秒短路电流热效应最⼤值Q max =t ×I 2=3×3.862=44.7<4800 KA 2·S动稳定校验：

实际安装位置三相短路电流冲击值i ch =2.55×I=2.55×3.86=9.8KA断路器极限通过电流峰值i max =100KAi ch

所以，热稳定和动稳定均满⾜要求.

4.2.2 10kV 断路器的选择与校验主变10kV 进线最⼤⼯作电流：正常电压额定负荷A Un Sn In ax 28871035000005.1305.105.11Im =??=?

=?= 即断路器最⼤⼯作电流Imax=2887A 、额定⼯作电压UN=10.5kV. 10kV 出线额定⼯作电流设计IN=300A

考虑过负荷：A A In Ig 31530005.105.1max =?=?=额定⼯作电压：UN=10.5kV.设备选择：主变10kV 侧选择：ZN28A 真空断路器。10kV 出线侧选择：ZN28A.5断路器。ZN28A 真空断路器参数为：额定电压：UN=10kV

额定电流：ZN=3150A

3S 短路电流热效应值：Qd1=4800KA2·S

极限通过电流峰值：imax=100KA

ZN28A.5断路器参数：额定电压：UN=10kV额定电流：IN=1250A

3S 短路电流热效应值：Qd1=2977KA2·S

极限通过电流峰值：imax=80KA校验：由短路电流计算知10kV母线短路电流值：I=23.43KA

3S短路电流热稳定值：Ddj=t×Z=3×23.432=17 KA2·S

短路电流冲击值：ichj=2.55×I=23.43×2.55=59.7KA所以3秒短路电流热稳定计算值：Qdj短路电流冲击值：ichj

ichj

所以，所选⽤两种真空断路器均满⾜动稳定和热稳定的要求。4.3隔离开关的选择与校验4.3.1110kV隔离开关的选择与校验主变110kV进线最⼤⼯作电流Igmax=276A，选择GW4-110DW 型户外⾼压隔离开关参数为：额定电压：U N=110kV额定电流：I N=1250A

4S短路电流热效应值：Qd1=1600KA2·S

极限通过电流峰值：i max=50KA校验：短路电流热效应：Q dj=59.6\"\"短路电流冲击值：i chmax=9.8KA所以，动稳定、热稳定性均满⾜要求。4.3.210kV隔离开关的选择与校验主变10kV侧最⼤⼯作电流Igmax=2887A

10kV出线侧最⼤⼯作电流Igmax=315A

设备选择：主变10kV出线侧选择G N型户内隔离开关参数：额定电压：U N=10kV；额定电流：I N=3150A；4S短路电流热效应值：Qd1=00KA2·S

极限通过电流峰值：i max=100KA

10kV出线选择G N型户内⾼压隔离开关参数：额定电压：U N=10kV；额定电流：I N=630A；4S短路电流热效应值：Qd2=3969KA2·S

极限通过电流峰值：i max=50KA校验：短路电流热效应：Q dj=2195 KA2·S\"\"极限通过峰值电流计算值：i chmax=23.43KA

4.4硬母线的选择与校验4.4.110kV硬母线选型10kV母线选择矩形铜质硬母线。铜的电阻率低、抗腐蚀性强、机械强度⼤，选择铜质材料有利结构紧凑、耐维护性好，防污性能好，矩形母线散热条件好、机械强度⾼，便于固定与联接。4.4.2截⾯选择按经济电流密度选择：本站设计年最⼤负荷利⽤⼩时T max=00⼩时，查电⼒⼯程设计⼿册，对应T max=00⼩时的裸导体经济电流密度J=2.25Amm2经济截⾯：1283.1mm2

正常⼯作的最⼤持续⼯作电流：Igmax=2887A选择硬铜母线截⾯为S=1000mm2，即TMY10010型。4.4.3TMY10010型铜母线保证值参数：截⾯：S=1000 mm2

40℃载流量：Z40℃=1728A40℃载流量：Z40℃=2×1728=3456A

最⼤允许应⼒：σ=137×106Pa