终端变电所电气一次系统设计毕业论文.doc 35页

'华北电力大学科技学院毕业设计（论文）终端变电所电气一次系统设计毕业论文目录摘要IAbstractII1前言12主变压器的选择22.1概述22.2变电站总布置设计技术规程中有关变电站主变压器选择的规定22.3主变压器选择的一般原则与步骤22.3.1主变压器台数的确定原则22.3.2主变压器形式的选择原则22.3.3主变压器容量的确定原则22.4主变压器的计算与选择32.4.1主变压器容量的计算32.4.2变压器型号选择33电气主接线的设计43.1概述43.2主接线方式的简介43.2.1单母接线43.2.2单母分段43.2.3带旁路母线53.2.4双母接线53.2.5一台半断路器（3/2）接线53.2.6桥形接线53.2.7角形接线63.3主接线设计的基本要求63.3.1主接线可靠性的要求63.3.2主接线灵活性的要求63.3.3主接线经济性的要求735 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）3.4电气主接线的比较和选择73.4.1主接线方案的拟订73.4.2主接线各方案的讨论比较93.4.3主接线方案的最终选择104短路计算114.1概述114.2短路电流计算的目的及原则114.3短路点的选择与各短路点的短路电流的计算115导体和电气设备的选择和设计135.1概述135.2断路器的选择135.2.1断路器选择原则与技术条件135.2.2断路器型号的选择及校验145.3隔离开关的选择155.3.1隔离开关的选择原则及技术条件155.3.2隔离开关型号的选择及校验155.4电流互感器的选择165.4.1110kV侧电流互感器的选择175.4.210kV电压等级电流互感器的选择175.5电压互感器的选择175.6绝缘子的选择185.7导线的选择195.7.1导线的选择原则195.7.2对于硬导线进行热稳定校验和动稳定校验方法195.7.3导线型号的选择196屋内外配电装置设计226.1概述：226.2配电装置形式的设计：226.2.1中型配电装置226.2.2半高型配电装置236.2.3高型配电装置236.3屋内配电装置236.4结论247防雷保护257.1概述2535 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）7.2避雷装置的配置原则257.2.1避雷针的配置原则257.2.2避雷器的配置原则257.3避雷器的选择257.3.1110kV避雷器的选择267.3.210kV避雷器的选择267.4避雷针的设计267.4.1避雷针的作用267.4.2避雷针的保护范围及计算268接地系统的设计288.1设计说明288.2接地体的设计288.3接地网间距的设计及选择29结论31参考文献32致谢331前言变电站是电力系统的重要组成部分，是组成电网的基本单元之一，其运行的安全与否，直接关系到电网的安全和稳定，对国民经济和社会的发展至关重要。随着电网的发展及超高压大容量的形成，变电所运行设备和运行操作一旦发生事故而不能及时消除或处理不当，就将危机电网的安全运行，严重时甚至酿成大面积停电。对一个中小型变电站的主接线就毋须要求过高的可靠性，也就没有必要采取太复杂的接线形式；而对于超高压变电站，由于它们在电力系统中的地位很重要，供电容量大、范围广，发生事故可能使系统稳定运行遭破坏，甚至瓦解，造成巨大损失，所以就要求较高的可靠性。时代的要求使我们电力人应以高度的热忱和认真的态度去对待工作的各个环节[1]。目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也正不断的更新换代。我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。然而，所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。本毕业设计的内容为110kV35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）降压变电所电气一次系统设计，正是最为常见的常规变电所，并根据变电所设计的基本原理设计，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计设计过程[2]。变电所是联系电网的纽带，是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施,主要是通过变压器将各级电压的电网联系起来,起着变换和分配电能的作用,其运行的可靠和安全与否直接关系到整个电网的安全运行[3]。本次毕业设计的内容为110kV终端变电所电气一次系统设计，是最为常见的常规变电所，设计过程中需要进行主变压器的选择，主接线的设计，短路电流的计算，断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等电气设备的选择和校验，屋内外配电装置的设计，防雷接地系统的设计等内容。本次设计完全按照任务书的要求进行，制作内容可能尚有欠缺，欢迎各位老师能够批评指正。2主变压器的选择2.1概述在各级电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济效益[4]。2.2变电站总布置设计技术规程中有关变电站主变压器选择的规定1)主变容量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规程》有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电站，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该站全部负荷的70%，在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。2)根据电力负荷的发展和潮流的变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保护、对通信线路的影响、调压和设备制造等条件允许时，应采用自耦变压器。3)主变调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》的有关规定。2.3主变压器选择的一般原则与步骤2.3.1主变压器台数的确定原则为保证供电的可靠性，变电站一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变。当只有一个电源或变电站的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电站，根据工程的情况，应装设2～4台主变。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）当变电站装设两台变压器的时候当一台停运时，一台检修时，另一台应该能够70%以上的负担。2.3.2主变压器形式的选择原则1)110kV主变一般采用三相变压器。2)当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。对新建的变电站，从网络经济运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。2.3.3主变压器容量的确定原则1)为了准确选择主变的容量，要绘制变电站的年及日负荷曲线，并从该曲线得出变电站的年、日最高负荷和平均符合[5]。2)主变容量的确定应根据电力系统5～10年发展规划进行。3)变压器最大负荷按下式确定：（2-1）式中PM——变电所最大负荷；——负荷同时系数；——按负荷等级统计的综合用电负荷。对于两台变压器的变电站，其变压器的容量可以按下式计算：（2-2）2.4主变压器的计算与选择2.4.1主变压器容量的计算在《电力工程电气设计手册》可知：装有两台级及以上主变压器的变电所中，当断开一台主变时，其余主变压器的容量应能保证用户的一级和二级负荷，其主变压器容量应满足“不应小于”70%的全部负荷。已知10kV侧最大负荷为7MW，由计算可知单台主变的最大容量为：（2-3）结论：选择两台8MVA的变压器并列运行。2.4.2变压器型号选择设负荷同时率为0.85因为本次设计中有两个电压等级，所以选用双绕组变压器。所以本设计用双绕组变压器，绕组排列顺序为（由内向外）：10kV、110kV。综上所述：主变压器选用双绕组有载调压、全封闭节能型降压变压器。型号：SFZ7-8000/110容量：8000kVA35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）接线方式：YN,d11空载损耗：15.0KW负载损耗：50KW空载电流：1.4%阻抗电压：10.5%重量：25.4t调压方式：有载调压冷却方式：风冷3电气主接线的设计3.1概述变电所的电气主接线是由高压设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，又称一次接线或电气主系统。变电站电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路、和断路器等的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全站电器设备的选择、配电装置的布置和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠[6]。对于6～220kV电压配电装置的接线，一般分两类：一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括桥形接线和角形接线等。应视电压等级和出线回数，酌情选用。3.2主接线方式的简介3.2.1单母接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，当母线或母线隔离开关发生开断故障或检修时，必须断开全部电源，造成全站停电。此外，在断路器检修时，也将停止回路工作。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，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器[7]。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）单母接线适用于：110～200kV配电装置的出线回路数不超过两回，35～63kV，配电装置的出线回路数不超过3回，6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式。3.2.2单母分段单母线借分段器FD进行分段，可提高供电可靠性和灵活性。这不仅便于分段检修母线，而且可减少母线故障影响范围。对重要用户可从不同分段上引线，当一段母线发生故障时，自动装置将分段断路器FD跳开，保证正常段母线不间断供电。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，故障时将短时停电，拉开隔离开关FG后，完好段即可恢复供电。分段的数目，取决于电源数量和容量，段数分的越多，故障时停电范围越小，但使用断路器等设备的数目也增多，配电设备运行也就越复杂，通常以2-3段位宜。单母分段适用于：110kV～220kV配电装置的出线回路数不超过4回，35～60kV配电装置的出线回路数不超过8回，6～10kV配电装置每段容量不宜超过25MW3.2.3带旁路母线断路器经过长期运行和切断数次短路电流后，都需要检修。为了检修出线断路器，不致中断该回路供电，可增设旁路母线PM和旁路断路器PD，旁路母线经旁路隔离开关PG与每一出线连接。正常运行时，PG和PD断开。当检修某出线断路器DL时，先闭合PG和PD，然后断开DL及两侧的线路隔离开关XG和母线隔离开关MG，这样DL就退出工作了，由旁路断路器PD执行其任务。旁路母线适用于：多用于35kV以上系统中，因电压越高，断路器检修需要的时间越多，停电损失越大，有旁路短路器可弥补这点缺陷。但断路器价格高昂，一般在电压为35kV而出线在8回以上、110kV在6回以上、220kV在4回以上的屋外配电装置都加设旁路母线。但当采用可靠性较高的SF6断路器时，可不装置旁路母线。而6～10kV屋内配电装置，一般不装设旁路母线。3.2.4双母接线它具有两组母线，工作母线和备用母线，每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器连接。在检修任一母线时，不会停止对用户连续供电，可把全部电源和线路倒换到备用母线上。在线路断路器检修时，可临时用母联断路器代替。它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点。双母接线适用于：对于，110kV～35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kV～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回时，一般应装设专用旁路母线。3.2.5一台半断路器（3/2）接线两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一条母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。一台半断路器（3/2）接线适用于：220kV以上的超高压、打容量系统中。但使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资较大，二次控制接线和继电保护都比较复杂。3.2.6桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，依照连接桥的位置它可分为内桥和外桥接线。运行时，桥臂上联络断路器处于闭合状态。内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时。当变压器故障时，需断开相应的线路。外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率时。为检修断路器LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修LD时使用。当线路故障时需停相应的变压器。桥形接线由于使用断路器少，布置简单，造价低，往往在35kV～220kV配电装置中广为采用。3.2.7角形接线当母线闭合成环形，并按回路数利用断路器分段，即可构成角形接线。角形接线中，断路器数等于回路数，且每个回路都与两台断路器相连接，检修任何一台断路器都不致中断供电，隔离开关只用于检修，从而具有较高的可靠性和灵活性，运行操作方便。角形接线适用于：角形接线不便于扩建，这种接线多用于最终规模较明确的110kV及以上的配电装置中，且以不超过六角形为宜。3.3主接线设计的基本要求变电站的电气主接线应根据该变电站所在电力系统中的地位，变电站的规划容量、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。3.3.1主接线可靠性的要求35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）可靠性的工作是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。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次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。评价主接线可靠性的标志是：1)断路器检修时是否影响停电；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，以及能否对重要用户的供电；3)变电站全部停电的可能性。3.3.2主接线灵活性的要求主接线的灵活性有以下几个方面的要求：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。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最少。3.3.3主接线经济性的要求在满足技术要求的前提下，做到经济合理。1)投资省：主接线简单，以节约断路器、隔离开关等设备的投资；占地面积小：电气主接线设计要为配电装置布置创造条件，以节约用地、架构、导线、绝缘子及安装费用。2)电能损耗少：经济选择主变压器型式、容量和台数，避免两次变压增加电能损失。3.4电气主接线的比较和选择3.4.1主接线方案的拟订高压侧是2回出线，可选择线路变压器组，单母分段带旁路母线，桥型接线。低压侧是9回出线，均可以采用单母线，单母分段，单母分段带旁路和双母线接线。在比较各种接线的优缺点和适用范围后，提出如下四种方案：方案A高压侧：单元接线；低压侧：单母分段35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）图2-1方案A主接线图方案B高压侧：内桥接线；低压侧：单母分段带旁路图2-2方案B主接线图方案C高压侧：外桥接线；低压侧：双母线35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）图2-3方案C主接线图方案D高压侧：内桥接线；低压侧：单母线分段图2-4方案D主接线图3.4.2主接线各方案的讨论比较方案A：110kV侧：采用单元接线。优点：接线简单，开关设备少，节省投资，操作简单。不过缺点也相当突出：任一个元件发生故障或经行检修时，整个单元需停止工作。10kV侧均采用单母线分段的方式。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）可提高供电可靠性和灵活性。这不仅便于分段检修母线，而且可减少母线故障影响范围。对重要用户可从不同分段上引线，当一段母线发生故障时，自动装置将分段断路器FD跳开，保证正常段母线不间断供电。方案B：110kV侧：采用内桥接线。高压侧断路器数量较少，线路故障少，维修简单方便，是终端变电站最常用的主接线形式。10kV侧：采用单母线分段带旁路母线的接线方式。此方案该接线方法具有单母分段接线优点的同时可以在不中断该回路供电的情况下检修断路器或母线，从而得到较高的可靠性。方案C：110kV侧：采用外桥法接线。该接线形式所用断路器少，四个回路只需三个断路器，具有可观的经济效益。连接桥断路器接在线路断路器的内侧。因此，线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但是当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障的运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换，因此，系统中应用内桥接线较多，以利于线路的运行操作。10kV侧:采用双母线接线。优点：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,检修任一回路母线的隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其他线路均可通过另一组母线继续运行。调度灵活,各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化地需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式扩建方便。缺点:增加一组母线和多个隔离开关，一定程度上增加一次投资.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。方案D：110kv侧与方案B保持一致。10kV侧：采用单母分段接线的形式使得重要用户可从不同线分段引出两个回路，使重要用户有两个电源供电。单母线分段接法可以提供单母线运行，各段并列运行，各段分列运行等运行方式，便于分段检修母线，减小母线故障影响范围。任一条母线发生故障时，继电线或断路器时会造成停电，特别在保护装置可使分段断路器跳闸，保证正确母线继续运行。当然这种接线也有它本身的缺点，那就是在检修母线。夏季雷雨较多时，断路器经常跳闸，因此要相应地增加断路器的检修次数，这使得这个问题更加突出。3.4.3主接线方案的最终选择35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）综上所得，通过分析原始资料,可以知道该变电站在系统中的地位较重要，年运行小时数较高，因此主接线要求有较高的可靠性和调度的灵活性.根据以上各个方案的初步经济与技术性综合比较,兼顾可靠性，灵活性，我选择方案B。4短路计算4.1概述短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性[8]。4.2短路电流计算的目的及原则计算短路电流的目的主要是为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要求；评价并确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算送点线路对通讯设施的影响等。在电力系统设计中，短路电流的计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平一般取工程建成后5~10年中的某一年。计算内容为系统在最大运行方式时，某个枢纽点的三相短路电流和单相接地短路电流，并列表供查用。假若短路电流过大，应采取措施将其限制在合理水平。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）4.3短路点的选择与各短路点的短路电流的计算系统简化阻抗短路图如下：图4-1系统阻抗简化图由任务书上可知：系统等值电抗为0.16选取为基准容量，则变压器电抗标幺值（4-1）1)短路点的短路电流标幺值：转化为有名值：（4-2）短路电流的冲击值：(取冲击系数)（4-3）短路容量：（4-4）2)短路点的短路电流标幺值：转为有名值：短路电流的冲击值：短路容量：35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）5导体和电气设备的选择和设计5.1概述电气设备选择的一般原则是：1)应满足导体和电器正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2)应按当地环境条件校验；3)应力求技术先进和经济合理；4)选择导体时应尽量减少品种；5)扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；6)选用的新品，均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。5.2断路器的选择5.2.1断路器选择原则与技术条件高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或者退出运行，起着控制作用；当设备或电路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流[9]。目前国产的高压断路器在110kV主要是少油断路器。断路器选择的具体技术条件简述如下：1)电压：（电网工作电压）。2)电流：（最大持续工作电流）。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）由于高压断路器没有持续过载的能力，其额定电流取最大工作持续电流1)开断电流（或开断容量）：(或)（5-1）式中——断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；——断路器t秒的开断容量；——断路器的开断容量；——断路器额定开断容量。断路器的实际开断时间t,为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。2)动稳定：　　　　　　　　（5-2）　　式中——三相短路电流冲击值；　　　——断路器极限通过电流峰值。3)热稳定：（5-3）式中——稳态三相短路电流；——短路电流发热等值时间（又称假想时间）；——断路器t秒热稳定电流。其中b，由和短路电流计算时间。5.2.2断路器型号的选择及校验1)电压选择110kV侧：10kV侧：2)电流选择：110kV侧：（5-4）10KV侧变压器回路：10kV出线侧：3)开断电流：110kV侧：10kV侧：4)最大短路冲击电流：110kV侧：10kV侧：根据以上数据，选定断路器如下：A.110kV侧选定为SW3-110/1200,各项技术数据如下：35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）额定电压：110kV额定电流：1200A额定开断电流：18.4kA极限通过电流（峰值）：41kA额定开断容量：3500MVA热稳定电流（5s有效值）：21kAA.10kV侧选定为SN2-10/400，各项技术数据如下：额定电压：10kV额定电流：400A额定开断电流：20kA极限通过电流（峰值）：52kA额定开断容量：250MVA热稳定电流（5s有效值）：20kAB.10kV侧变压器回路：选定为SN2-10/600，各项技术数据如下：额定电压：10kV额定电流：600A额定开断电流：20kA极限通过电流（峰值）：52kA额定开断容量：250MVA热稳定电流（5s有效值）：20kA校验：满足动稳定，即满足热稳定，即其中（5-5）a)110kV侧，满足动稳定；当取5s时，,所以满足热稳定。b)10kV侧，满足动稳定；当取5s时，,所以满足热稳定。c)10kV侧变压器回路，满足动稳定；当取5s时，,所以满足热稳定。5.3隔离开关的选择5.3.1隔离开关的选择原则及技术条件隔离开关形式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等要素，进行综合的技术经济比较后确定。隔离开关的配置原则[10]：1)断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时行程明显的断口，与电源侧隔离；35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）1)中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；2)接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设1-2组接地刀闸或接地器；3)按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；4)当馈线电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如果费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同，但由于隔离开关不用来接通和切断电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。5.3.2隔离开关型号的选择及校验根据短路电流计算结果及选择要求，选定设备如下：1)110kV侧选定GW8-110，各项技术数据如下：额定电压：110kV额定电流：600A动稳定电流（峰值）：15kA热稳定电流（5s有效值）：5.6kA2)10kV侧选定GW1-10，各项技术数据如下：额定电压：10kV额定电流：400A动稳定电流（峰值）：25kA热稳定电流（5s有效值）：14kA3)10kV侧变压器回路选定GW1-10，各项技术数据如下：额定电压：10kV额定电流：600A动稳定电流（峰值）：35kA热稳定电流（5s有效值）：20kA校验：满足动稳定，即满足热稳定，即其中a)110kV侧，满足动稳定；当取5s时，,所以满足热稳定。b)10kV侧，满足动稳定；当取5s时，,所以满足热稳定。c)10kV侧变压器回路，满足动稳定；当取5s时，35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）,所以满足热稳定。5.4电流互感器的选择电流互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，将一次系统的高电流转变二次回路标准的小电流。使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于安装。使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全[11]。电流互感器的一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择，对于6kV-20kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器，对于35kV及以上配电装置，一般用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器，有条件时应尽量采用套管式电流互感器。电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A,当配电装置距离控制室较远时，也可考虑用1A.5.4.1110kV侧电流互感器的选择1）额定电压的选择：2）额定电流的选择：根据以上数据，可以初步选择LCWD-110型电流互感器，主要技术参数为：表5-1LCWD-110（GYW2）型户外独立式电流互感器额定电压kV额定电流A准确级Is热稳定倍数额定动稳定倍数1102×100/5D1D2/0.53460热稳定校验：（5-6）（5-7）动稳定校验：所选电流互感器满足要求。5.4.210kV电压等级电流互感器的选择初步选择LMC-10型电流互感器，主要技术参数为:35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）表5-2LMC-10型电流互感器额定电压kV额定电流A级次组合Is热稳定倍数动稳定倍数102000/50.5/375150热稳定校验：动稳定校验：满足要求。5.5电压互感器的选择电压互感器的选择[12]：1)形式的选择：6～20kV屋内配电装置，可采用油浸绝缘结构。35～110kV屋外配电装置也一般采用油浸绝缘结构。2)电压互感器的装配原则：a)35kV及以上输电线路对端有电源时，为了监视线路有无电压。b)进行同步和设置重合，装有一台单相电压互感器。c)变压器低压侧有时为了满足同期或继电保护的要求设有一组电压互感器。3)按照额定电压选择电压互感器：要求电压互感器的一次额定电压与所接入电网电压相适应，即。（1.1和0.9是允许的一次电压波动范围）4)准确级：用于发电机、变压器、调相机、厂用（或所用）馈线，出线等回路中的电度表，供所有计算电费的电度表，其准确级等级要求为0.5。各电压等级电压互感器的选择结果：①110kV侧上电压互感器110kV侧选择JCC2–110单相（屋外式）型电压互感器表5-3JCC2-110单相屋外型电压互感器额定一次电压比kV额定负载VA准确级最大容量VA500/10001/3P2000②10kV侧上电压互感器：10kV侧选择JDZ-10单相屋内油浸式电压互感器:表5-4JDZ-10单相油浸式电压互感器额定变比额定负载VA准确级最大容量VA10/0.150/80/2000.5/1/3P40035 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）5.6绝缘子的选择1)形式：用于屋外时，一般采用联合胶装额多棱式支柱绝缘子，用于屋外时，一般采用棒式支柱绝缘子。2)额定电压选择：3)动稳定校验：：绝缘子抗弯破坏负荷：短时作用在绝缘子上的最大力4)110kv悬式绝缘子的选择根据条件选择ZS-110支柱式绝缘子表5-5ZS-110支柱式绝缘子参数型号额定电压（kV）高度（mm）机械破坏负荷（kg）ZS-11011010604005）10kv悬式绝缘子的选择表5-6ZS-10悬式绝缘子参数型号额定电压（kV）高度（mm）机械破坏负荷（kg）ZS-10102105005.7导线的选择5.7.1导线的选择原则导线的选择原则：按经济电流密度J选择：（5-8）式中:J为导体的经济电流密度。5.7.2对于硬导线进行热稳定校验和动稳定校验方法对于硬导线进行热稳定校验和动稳定校验方法[13]：1)热稳定校验应满足的条件：35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）（5-9）式中：——根据热稳定决定的导体最小允许截面积C——热稳定系数，查表可得——稳态短路电流（A）——短路电流等值时间1)动稳定校验：其中：--母线材料的允许应力（硬铝为6.9107Pa，硬铜为137106Pa，钢为157106Pa）；--作用在母线上的最大计算应力。对于软导线只进行热稳定校验。5.7.3导线型号的选择1)110kV导线的选择和校验[14]110kV最大持续工作电流由于,查表,可选导线LGJ-95/15,70℃时的长期载流量是357A热稳定校验：查表得热稳定系数C=87,满足热稳定要求的最小截面为：可见，前面所选母线截面，满足短路热稳定要2)按经济电流密度选择10kV母线截面10kV最大持续工作电流，查表选择单条平放矩形铝导体，可选取导线尺寸636.3，长期允许载流量为872A，导体尺寸为（宽厚）636.3（)热稳定校验：查表得热稳定系数C=87,满足热稳定要求的最小截面为：可见，前面所选母线截面,满足短路热稳定要求。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）1)按经济电流密度选择10kV侧出线10kV最大持续工作电流,可选导线LGJ-185/10,70℃时的长期载流量是539A。热稳定校验：查表得热稳定系数C=87,满足热稳定要求的最小截面为：可见，前面所选母线截面,满足短路热稳定要求。2)10kV侧变压器回路导线选择变压器回路的最大持续工作电流，选导线LGJ-300/15，70℃时的长期载流量是735A。热稳定校验：查表得热稳定系数C=87,满足热稳定要求的最小截面为：可见，前面所选母线截面，满足短路热稳定要求。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）6屋内外配电装置设计6.1概述：配电装置是变电站的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关电气、保护和测量电气、母线和必要的辅助设备组建而成，用来分配电能的装置。其总的要求为：1)配电装置的设计必须按照国家的有关规定，应尽量减少占地。2)配电装置的布置，应便于检修、巡视和操作。设备的检修和搬运不影响运行设备的安全。在保证安全可靠的条件下，尽量降低造价。同时应考虑扩建过度方便。3)除防空有特殊要求外，凡不是严重污秽地区的35kV以上的配电装置，都不应采用屋内配电装置。4)各级配电装置之间，以及它们和各种建筑物之间的距离和相对位置，应结合远景规划通盘考虑，一般以近期为主。6.2配电装置形式的设计：配电装置的形式主要分为屋内配电装置与屋外配电装置[15]：屋内配电装置的特点：1)由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；2)维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；3)外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；4)房屋建筑投资大。屋外配电装置的特点：1)土建工程量和费用较小，建设周期短；2)扩建比较方便；35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）1)相邻设备之间距离较大，便于带电作业；2)占地面积大；3)受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；4)外界气象变化对设备维修和操作有影响。本变电所两个电压等级：即110kV、10kV，根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV多为屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、中高型和高型等。6.2.1中型配电装置中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作售货员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装抢修方面积累了比较丰富的经验。中型配电装置广泛应用于110kV-500kV电压等级。6.2.2半高型配电装置半高型配电装置是将母线及母线隔离开关抬高将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，一般半高型宜用于110kV配电装置，其优点有：1)占地面积约在中型布置减少30%；2)节省了用地，减少高层检修工作量；3)旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。6.2.3高型配电装置高型配电装置是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，多用于220kV，但其耗钢多，安装检修及运行中条件均较差，一般适用下列情况：1)配电装置设在高产农田或地少人多的地区；2)原有配电装置需要扩速，而场地受到限制；3)场地狭窄或需要大量开挖。6.3屋内配电装置35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）屋内配电装置的结构域布置形式，主要取决于以下因素：电气主接线的形式、开关电器的型式、电压等级、母线结构、出线回路数和出现方式、有无电抗器，以及施工、检修条件和运行经验等。在发电厂和变电站中，6kV～10kV屋内配电装置常见的有三层式、二层式和单层式。三层式是将所有电气设备依其轻重及操作、维护方便分别布置在各层中。第一层放置电抗器、隔离开关等。第二层放置断路器和电压互感器等带油设备，母线隔离开关和油断路器的操作机构集中在第二层的中央操作走廊，以便实现断路器和隔离开关的的连锁及确保在发生隔离开关误操作时人员的安全。位于第三层的是母线和母线隔离开关，母线有时布置成双列以减少配电装置的长度。这种形式的配电装置特点是安全，可靠性较高，占地面积小，但是结构复杂，造价高。二层式是将断路器、线路隔离开关、电压互感器和电抗等布置在第一层，断路器及隔离开关的操作集中在第一层走廊内。母线跟母线隔离开关放在第二层，母线为单列布置。与三层式比较，其特点是造价低、运行和维修较方便。单层式是把所有设备都布置在第一层，其占地面积大，如果容量不太大，通常采用成套开关以减少占地面积。6.4结论本次所设计的变电站所用土地工程量不大，且不占良田，若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所不适合用半高型配电装置，110kV电压等级采用普通中型配电装置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作。10kV配电装置一般采用屋内布置，出线不带电抗器时，一般采用成套开关柜单层布置。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）7防雷保护7.1概述雷电所引起的大气过电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所和高压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电气设备的安全。变电所的雷害来自两个方面，一是雷电直击变电所，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耐压值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护[16]。7.2避雷装置的配置原则7.2.1避雷针的配置原则1)电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000的地区，宜装设独立的避雷针。2)独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10。3)35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。4)在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在装置中距离很难达到不小于15m的要求[17]。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）7.2.2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)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。3)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。4)三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。5)110kV-220kV线路侧一般不装设避雷器。7.3避雷器的选择因氧化锌避雷器残压低，无法与放电间隙无法配合，故选用阀型避雷器。在中性点非直接接地的电网中，避雷器的灭弧电压不低于设备最高运行线电压，在中性点直接接地的电网中，应取设备最高运行线电压的80%。在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般应大于最大运行相电压的3.5倍，在中性点直接接地的电网，则应大于其3倍，工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍[18]。7.3.1110kV避雷器的选择1)避雷器的灭弧电压：2)避雷器的工频放电电压：3)避雷器的残压：4)避雷器的冲击放电电压：根据以上数据，查表得，110kV避雷器应选择FZ—110型阀型避雷器。7.3.210kV避雷器的选择1)避雷器的灭弧电压：2)避雷器的工频放电电压：3)避雷器的残压：4)避雷器的冲击放电电压：根据以上数据，查表得，10kV避雷器应选择FZ-10型阀型避雷器。7.4避雷针的设计7.4.1避雷针的作用避雷针是装设防直击雷最常用的措施，它是由金属制成，比被保护设备高，具有良好接地的装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备或建筑免受雷击。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）所谓避雷针的保护范围是指被保护物在此空间范围内不致遭受雷击而言。它是在实验中用冲击电压下小模型的放电结果求出的，由于它与近似直流电压的雷云对空间极长间隙下的放电有很大差异，所以这一保护范围并没有得到科学界的公认，但我们可以把它看成一种用以决定避雷针高度与数目的工程办法。7.4.2避雷针的保护范围及计算本变电所采用四支避雷针联合保护，计算公式为：（7-1）式中：---------在被保护高度平面上的保护半径，m；----------被保护物的高度，m；-----------避雷针的高度，m；----------避雷针的有效高度，，m；-----------系数，当时，；当时，。的尺寸由相邻两支避雷针的装设条件决定；保护全部面积的条件为：（7-2）式中：D--------以避雷针为顶点的四角形的对角线。图7-1四支避雷针的保护范围图变电所面积为76m×65m，避雷针装设的位置在变电站四角距墙2m，且四支避雷针的高度均为26m，下面效验避雷针的保护范围。因为避雷针的高度h=26m，变电所，且因为，所以P=1，故：1)针对1、2号针的保护范围两针距离，因此：；查图得：，因此2)对于避雷针1与避雷针4：两针距离，35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）因此：查图得：，因此1)；，满足保护全部面积的条件。可见，避雷针的设计能保护变电所。8接地系统的设计8.1设计说明变电站需要有良好的接地装置，以满足工作安全和防雷保护接地要求。一般做法是根据安全和工作接地的要求，敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增加接地体，以满足防雷接地的要求。总的接地电阻为水平接地体接地电阻和垂直接地体接地电阻的并联等效阻值。一般要求总的接地电阻R<0.5,才能保证运行的安全[18]。8.2接地体的设计工程实用的接地体主要由扁钢、圆钢、角钢或钢管组成，埋入地表下0.5-1m。水平接地体多用扁钢，宽度一般为20-40mm，厚度不小于4mm，或者用直径不小于6mm的圆钢。垂直接地体一般用（20×20×3--50×50×5mm）或钢管，长度一般为2.5m。本次设计采用先在地下深为h的水平面上敷设方格形状的水平接地体，如图8-1所示：35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）图8-1水平接地体调整水平接地体的间距可以改变水平接地电阻的阻值，然后再在两水平接地体的相交处敷设垂直接地体，如图10-2所示（侧视图）。图8-2接地体侧视图8.3接地网间距的设计及选择1)设水平接地体的间距为4m，则应敷设水平接地体[76/4]×[65/4]=19×16根（[]为取整符号）由于19×4=76,16×4=64<65,所以接地网比变电站略小一些。水平接地体埋设深度取h=0.8m，采用宽度为30mm，厚度为4mm的扁钢；垂直接地体采用的角钢，长度为2.5m，。垂直接地体的电阻阻值计算：接地体直径：d=0.84b=0.84×0.04=0.0336m(b为角钢边宽度)单根接地体的扩散电阻：35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）（8-1）查表得，n跟总扩散电阻：（8-2）水平接地体的电阻阻值计算：接地体总长度：接地体直径：（其中b为扁钢宽度）取因受屏蔽影响接地体增加系数：A=2.14，则水平接地电阻为：（8-3）总的接地电阻阻值为以上两个电阻的并联：，满足要求。1)当间距取5m时：则应敷设水平接地体[76/5]×[65/5]=15×13根（[]为取整符号）查表得，n跟总扩散电阻：水平接地体的电阻阻值计算：接地体总长度：接地体直径：（其中b为扁钢宽度）取因受屏蔽影响接地体增加系数：A=2.14，则水平接地电阻为：总的接地电阻阻值为以上两个电阻的并联：，满足要求。2)同理，当间距取6m时：则应敷设水平接地体[76/6]×[65/6]=12×11根（[]为取整符号）查表得，n跟总扩散电阻：水平接地体的电阻阻值计算：接地体总长度：接地体直径：（其中b为扁钢宽度）。取因受屏蔽影响接地体增加系数：A=2.14，则水平接地电阻为：总的接地电阻阻值为以上两个电阻的并联：35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文），不满足要求。若取4m则不满足经济性要求，所以取5m最佳。结论通过这次变电站的毕业设计，在赵飞老师的悉心耐心的指导下，使我更多的掌握了关于变电站的一系列知识，理解了电气一次系统的运行原理，并根据常规变电站的设计要求与步骤，完成了110kV降压变电站的电气一次系统设计，内容包括电气主接线的设计与论证，变压器的选择，短路电流的计算，各种电气设备的选择，屋内外配电装置设计和总平面布置，防雷及接地系统设计。另外，根据设计数据，绘制了电气主接线图一张，电气总平面布置图一张，配电装置断面图两张，防雷接地图两张，低压配电装置一张。本毕业设计的最终方案的可靠性较高，选用的设备较多，因此在经济性方面可并不理想，适合用在灵活性和可靠性要求比较高的区域。另外，因为所获取的资料有限，本设计在总平面布局上稍有欠缺，各设备之间的安全距离考虑的较少，只是粗略的设计，因此导致方案实施的难度较大，可能会对可行性造成威胁。在以后的设计中，会更多的考虑实际的情况和设备的本身的要求来配置，尽可能的满足变电所的各项技术经济指标。35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）参考文献[1]范锡普.发电厂电气部分(第二版).水利电力出版社.[2]ExperienceGainedfromErectionandCommissioningofthe940MWNuclearPowerPlantatLeibstadt,BrownBoveriReview,Vol.71,No.3/4,1984.[3]刘娅.110kV变电站部分电气一次设计浅析.民营科技,2009.[4]刘玉文.电力系统电气主接线基本要求及关键因素.广东科技,2009.[5]刘玉梅.试论电气主接线的设计问题.中国科技信息，2008.[6]王锡凡.电力工程基础.西安交大出版社，1998.[7]李光琦.电力系统暂态分析（第三版).中国电力出版社,2007.[8]黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料.水利水电出版社.[9]李政会.导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86.中国电力出版社,2005.[10]傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算.中国电力出版社，2004.[11]BickfordJ.P.,MullineuxN.,ReedJ.R.ComputationofPower-SystemTransients(Book).London,1976.[12]何军.110kV变电所扩建一次设备改造分析.电子科学,2009.[13]叶军.35kV，110kV变电站典型设计分析.上海电力,2005.35 华北电力大学科技学院毕业设计（论文）[1]ShoureshiR,NorickT,PermanaV.AdvancedsensoranddiagnostictechnologiesfordevelopmentofintelligentsubstationsPowerEngineeringSocietyGeneralMeeting,2004,IEEE,2004.[2]魏彭.浅谈110kV变电站的电气设计.科学之友,2009.[3]冯艳萍,陈洋,李鑫.浅谈智能变电站的分析与研究.科技与企业，2011.12.[4]高翔.数字化变电站应用技术.中国电力出版社,2008.[5]徐景隆.变电站自动化发展趋势分析.科学实践,2009.致谢本论文是在导师赵飞老师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在赵飞老师的指导下完成的，倾注了赵老师大量的心血。在此，谨向赵老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示心中的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予了我很多的素材，还在论文的撰写和排版的过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！35'