水利水电专业学习毕业论文

ZHEJIANG WATER CONSERVANCY AND HYDROPOWER COLLEGE

毕业设计（论文）

题 目：

系 （部）： 电气工程系 专业班级： 供电091 姓 名： 徐方宇 学 号： 200945031 指导教师： 沈胜标老师

迄止时间：2012年4月14日～ 2012年6月13日

目录

毕业设计计算书 .................................... 3 第一篇 110KV变电所电气一次部分设计 .............. 3 第一章 负荷资料 ................................. 3

1.1、工程概况：......................................... 3

1.2、气候条件........................................... 3

第二章 变电站主变压器的选择 ...................... 4

2.1设计原则 ............................................ 4 2.2主变容量与台数选择 .................................. 5

2.2.1 选择计算.................................... 5 2.2.2.相数选择...................................... 5 2.2.3绕组数量和连接方式的选择 ...................... 5 2.2.4 主变阻抗和调压方式选择........................ 6 2.2.5 容量比....................................... 6 2.2.6 冷却方式..................................... 6 2.2.7 电压级选择................................... 6 2.2.8全绝缘，半绝缘问题 ............................ 6

第三章 电气主接线设计 ............................. 7

3.1电气主接线 .......................................... 7 3.1.1电气主接线设计的基本要求 ...................... 7 3.1.2各电压级主接线型式选择 ........................ 7 3.2所用电设计 .......................................... 8

3.2.1所用变电源数量及容量的确定 .................... 8 3.2.2 所用电源引接方式............................. 9 3.3变压器中性点接地方式和中性点设计[4]............... 9 3.4无功补偿设计 ....................................... 10

3.4.1无功补偿的意义 ............................... 10 3.4.2无功补偿装置的容量确定 ....................... 10 3.4.3并联电容器装置的分组与接线 ................... 10 3.4.4单台电容器容量与台数的确定 ................... 10

第四章 线路及变压器回路电流IFmax计算 ............. 10 第五章 短路电流计算 .............................. 12

5.1短路计算目的 ....................................... 12 5.2短路电流计算的一般规定 ............................. 12

5.3短路电流的计算方法 ................................. 13

第六章 电气设备的选择与校验 ...................... 15

6.1本次设计中电器选择的主要任务 ....................... 15

6.1.1导体和绝缘子 ................................. 15 6.1.2电器设备 ..................................... 15 6.2选择导体和电器的一般原则 ........................... 15 6.3 开关电器选择....................................... 16

6.3.1 断路器型式选择............................... 16 6.3.2 隔离开关的选择原则........................... 16 6.3.3 电压互感器的选择原则........................ 16 6.3.4电流互感器选择原则 ........................... 16 6.4电气设备的选择 ..................................... 16

第二篇 玉环城关区110kV变电所二次设计部分设计 ... 27 第七章 概述 ...................................... 27

7.1 继电保护装置的作用[9] .............................. 27 7.2电力系统对继电保护的基本要求[10] ..................... 27 7.3 保护整定时应考虑的问题............................. 27

7.3.1选择保护配置及构成方案时的基本原则 ........... 27 7.3.2 系统运行方式的确定........................... 28 7.3.3 短路点的确定................................. 28

第八章 玉环城关区110kV变电所保护配置方案设计 .... 28

8.1主变压器保护配置方案的设计 ......................... 28

第九章 变压器差动保护整定与计算 .................. 29

9．1差动保护保护范围 .................................. 29

[11]

9．2 变压器保护的整定计算............................ 29

9．2．1确定保护的动作电流 ......................... 29 9．2．2 确定保护的二动作电流和差动线圈匝数........ 30 9．2．3非基本侧工作线圈和平衡线圈匝数选择 ......... 30

总结............................................. 30 参考文献 ......................................... 31 致 谢 ........................................... 31

毕业设计计算书

第一篇 110KV变电所电气一次部分设计

第一章 负荷资料

1.1、工程概况：

随着改革开放政策的深放，城市化发展，各工商业用电也在不断的增长。玉环县城关区工业及居民用电的近些年来增长率每年在7%左右，而向城关区供电的110kV玉环变，35kV三潭变均已满负荷运行。在高温季节，居民生活用电大幅增长情况下，几条重载线路更是雪上加霜，限电拉电现象成了家常便饭，严重影响到居民生活，在这种情况下，在城关区新建一个110kV变电所是当务之急。初步选择所建变电所位于玉环县城关东北部，南面是工业区，西面是居住区，110kV进线由北面架空引入，西侧为马路，交通方便。系统折算到待建变电所110kV侧的系统电抗标么值为0.1（SB=110MVA，UB=Uavn基准下）。

1.2、气候条件

年最高温度39℃，最低－5℃，最热月平均温度34℃，地温25℃。

玉环县城关区工业及居民用电的近些年来增长率每年在7%左右，而向城关区供电的110kV玉环变，35kV三潭变均已满负荷运行。在高温季节，居民生活用电大幅增长情况下，几条重载线路更是雪上加霜，限电拉电现象成了家常便饭，严重影响到居民生活，在这种情况下，在城关区新建一个110kV变电所是当务之急。所以本站在系统中占有重要的地位。

待建变电所10KV负荷情况：同时率为0.9，最大负荷利用小时为5000小时，年负荷增长率为7%。

所用电负荷:70～100KVA

第二章 变电站主变压器的选择

2.1设计原则

参照依据《发电厂电气部分》[2]，《电力工程设计手册》[3]，《35—110变电站设计规范》[1]主变压器的容量，台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，它的确定除根据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5—10年的发展规划，输送功率大小，馈线回路数，电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。主变容量一般应按5—10年规划负荷来选择，根据城市规划，负荷性质电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电站，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类和Ⅱ类负荷供电，并且考虑当一台主变停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%—80%。与系统具有强联系的枢纽变电站，在一种电压等级下，主变应不少于两台。

2.2主变容量与台数选择 2.2.1 选择计算

2.2.1.1 选择条件

1．选择条件是两台主变容量总和应大于综合最大计算负荷：

nSe≥Sjs(kVA或MVA) n=2；Sjs—综合最大计算负荷 2．10kV侧综合最大计算负荷： Sjs=kt(

n



i1

Pit

)(1+α%)

=0.9*(1/0.8+1/0.85+1/0.8+2.5/0.8+2.5/0.85+1.5/0.83+1/0.83+2/0.84+2.5/0.81+3/0.8+2/0.85+1/0.85+1.5/0.8+1/0.8+0.75/0.79+0.8/0.78+0.8/0.8+0.7/0.85+40.78)*1.05=32.13(MVA) kt-10kV侧同时系数取0.9

根据计算结果选择变压器容量为： Se≥Sjs/n=32.13/2=16.065MVA,可选用两台额定容量为20MVA的变压器。

2.2.1.2 校验条件

1．校验条件一：(n-1)Se≥0.7Sjs；当一台最大容量的主变停运时，运行的一台应该

能带70%的综合最大负荷即：20MVA≥0.7Sjs =0.7*32.13MVA = 22.5MVA 不满足要求，所以选25MVA变压器满足选择与校验条件。

2.2.2.相数选择

依据《电力工程电气设计手册》[3]（电气一次部分）第5—2节“主变形式的选择”依据的原则：当不受运输条件限制时，在330kV及以下的变电所均应选用三相变压器。依据以上原则：玉环城关区110kv变电所应选用三相变压器。

2.2.3绕组数量和连接方式的选择

1．绕组数量选择原则：依据《电力工程设计规范》[3]第2.1.4条规定，在具有三

种电压等级的变电所中，如通过各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三绕组变压器。

2．绕组连接方式：依据《电力工程设计规范》[3]第2.2.4条，变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有“Y”和“△”。高中低三侧绕组如何组合，要根据具体工程来定。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用“Y”型连接，35kV亦采用“Y”型。35kV以下电压变压器绕组都采用“△” 型连接，玉环城关区110kV变电所电压等级为110/10kV，连接方式采用Y/△接线方式。

2.2.4 主变阻抗和调压方式选择

1．阻抗选择原则

变压器的阻抗实质是绕组漏抗。漏抗的大小，取决于变压器的结构和采用的材料，当变压器的电压比和结构型式，材料确定后，其阻抗大小和变压器容量关系不大，以电力系统稳定和供电电压质量考虑，希望主变的阻抗越小越好，但阻抗偏小会使系统短路电流增加，高低压设备选择困难。另外，阻抗大小还要考虑 变压器并列运行的要求，阻抗值的选择还需要从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的调压手段和并联运行等方面综合考虑。

综上，选择“降压型”结构的变压器，绕组的排列顺序为自铁芯向外依次为低，中，高。高—低压侧的阻抗最大。

2．调压方式的选择

变压器的电压调整是用分接头开关切换变压器分接头，从而改变变压器变比来实现的。为保证本地区系统的电压质量，变压器选择有载调压的方式，因高压侧调节范围较大，所以分接头设在高压侧，又因为是三绕组变压器，考虑到中、低压侧电压的需要，在中压侧也应该设分接头。由于本变压器的高、中压侧不全是中性点直接接地系统，所以不能选用自耦变压器。

2.2.5 容量比

该变电所为区域性变电所，主要潮流为10kV侧，对于这种容量不大的变压器由于绕组带来的价格变化不大，所以变压器采用容量组合为100/100/100。

2.2.6 冷却方式

采用三相风冷自然油循环的冷却方式。

2.2.7 电压级选择

变压器一次侧接电源，相当于用电设备，所以与线路额定电压相等；二次侧向负荷供电，相当于发电机二次侧，电压较额定电压高10%，低压侧由于一般都采用无功补偿措施，所以也与线路额定电压一致。电压级选择为110/10.5kV。

2.2.8全绝缘，半绝缘问题

在110kV及以上的中性点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，

有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110kV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。10kV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。

查《手册》P668表2-1-43综合后选择变压器型号为SFZ7—25000/110.

表2-1 为SFZ7—25000/110具体参数一览表

第三章 电气主接线设计

3.1电气主接线

3.1.1电气主接线设计的基本要求

电气主接线是变电站电气部分主体结构，是电力系统网络的主要组成部分，它直接影响运行的可靠性灵活性，并对电器选择，配电装置布置，继电保护，自动装置和控制方式的拟订，都有决定性的关系，对电气主接线的设计的基本要求，应包括可靠性，灵活性和经济性，以及扩建的可能性，保证供电可靠性是电气主接线最基本的要求，电气主接线应适应各种运行状态，并能灵活的进行运行方式的转换，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。

3.1.2各电压级主接线型式选择

表3-1 110kV主接线方案比较一览表

此次设计，因待建变电所主供城市负荷，对供电可靠率要求较高，且变电所两条进线长度分别为40kM与30kM，线路越长故障率越高，线路无穿越功率，变电所的两台变压器不需要经常切换操作，故采用方案I：内桥接线。

通过定性分析，进行技术比较，采用方案Ⅰ，屋内布置，且采用手车式开关柜的单层母线分段方式。

3.2所用电设计

3.2.1所用变电源数量及容量的确定

依据《电力工程设计手册》[3]第3-10节所述：枢纽变电站总容量为60MVA及以上的变电站，装有水冷式或强迫油循环冷却的主变以及装有同步调相机的电站，均装设两台所用变压器。采用整流操作电源或无人值守的变电站均装设两台所用变，分别装在不同等级的电源或独立电源上。

容量应根据所用电负荷选择。所用变压器负荷计算采用换算系数法，不常运行及不经常断续运行的负荷均不列入计算负荷。

综合考虑各种因素，本站装设两台型号相同的所用变压器。

根据《电力工程电气设计手册I》[3] 所用变压器负荷采用换算系数法，计算 所用变压器容量按下式计算：

其中

1

SK1P1P2

P—所用动力负荷之和（kW）

2

P

—电热及照明负荷之和（kW）

k1—所用动力负荷换算系数，一般取0.85 所以：

S≥0.85（0.15³2³16+1³5+7.5+1.1³1+1.25³2+1³1+3³1+10.5³1）+10+10 =30.09+10+10 =50.09 ( MVA) 故选择S6-50kVA/10kV的所用变两台。

3.2.2 所用电源引接方式

依据《电力工程设计手册》[3]第3-10节所述：当所内有较低电压母线时，一般均由这类母线引接1～2个所用电源。这一所用电源引接具有经济性和可靠性较高的特点，所以本站所用变电源分别从10kV的两段上取得。

3.3变压器中性点接地方式和中性点设计[4]

依据《手册》第2-7节所述：电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。

根据我国电力系统要求，主变压器110～500kV侧采用中性点直接接地方式。6～63kV电网采用中性点不直接接地方式，但当单相接地故障电容电流大于30A（6～10kV）或10A（20～63kV）时，中性点应经消弧线圈接地。装消弧线圈时， 10kV侧由于是“Δ”型接线无中性点，故须加接地变，将中性点引出，以接消弧线圈，接地变的容量应大于消弧线圈的容量，一般，应在6—10kV级的每一级母线上安装型号一样，容量相同的接地变。

接地电容电流计算：

10kV侧对地电容电流计算： Ic=0.1UeL=0.1*10.5*30=31.5A

超越实际施工的20A所以加消弧线圈接地。消弧线圈计算容量为：

Q=kIc3=1.35*31.5*10.=257.8kVA

（补偿系数k=1.35）

故选用 KD-XH01-315/10.5消弧线圈 配 kSJD—200/80/10接地变，代替上述所选择的50kVA的所用变。

3.4无功补偿设计 3.4.1无功补偿的意义

配电站装设的并联电容器装置的目的主要目的是为了改善电网的功率因数，并联电容器装置向电网提供可阶梯调节的容性无功以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电压。

3.4.2无功补偿装置的容量确定

无功补偿装置的容量确定原则：依据《电力设计技术规范》[5]第1.0.3条，电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计，调相调压计算及技术经济比较确定，对于35—110kV变电站中电容器装置的总容量，按照无功功率就近平衡的原则或可按主变容量的15%考虑。依据上述原则，玉环城关区变电所无功补偿的容量为：

Q=2³25000³15%=2³3750（kvar）

3.4.3并联电容器装置的分组与接线

分组原则：并联电容器装置的分组主要由系统专业根据电压波的负荷变化，谐波含量等因数确定。负荷变动不大时，可按主变台数分组，手动投切。

并联电容器装置的接线：电容器接线方式有星型和三角型两种方式，本设计选择双“Y”型。电容器组每组内部接线采用先并后串方式，该接线方式优点在于当一台故障电容器用熔断器退出运行后，对该相容量的变化和故障电容器并联的电容器承受的工作电压的变化影响较小，同时，RP的选择只考虑与单台电容器相配合。

3.4.4单台电容器容量与台数的确定

总容量： Qc=2*Se *15%=2*25*15%=7500kvar （Se是单台变压器的容量） 选单个电容器型号与容量为：BWF10.5—50—1 电容器总台数：N=7500/50=150个

将电容器分两组和三相位分别安装在10kV的两段母线上， 每相电容器的台数为： n=150/2*3=25（台）

第四章 线路及变压器回路电流IFmax计算

（一）10kV出线(根据公式IFmax=

1.05P

,求得IFmax)

UNcos

1、苍坑线：IFmax=

1.051000

=75.78A

3100.8

2、西滩线：IFmax=

1.051000

=71.32A

3100.851.051000

=75.78A

3100.8

3、外马线：IFmax=

4、环宇公司：IFmax=

1.052500

=189.44A

100.8

5、清源公司：IFmax=

1.052500

=178.52A

100.85

1.051500

=109.56A

3100.831.051000

=73.04A

3100.83

6、太塘线：IFmax=

7、塘墩线：IFmax=

8、凯凌集团：IFmax=

1.052000

=144.33A

100.84

1.052500

=187.10A

100.81

9、鸿泰公司：IFmax=

10、双环公司：IFmax=

1.053000

=227.33A

100.8

1.052000

=142.66A

3100.85

11、普竹线：IFmax=

12、鳝塘线：IFmax=

1.051000

=71.32A

3100.85

1.051500

=113.72A

3100.81.051000

=75.81A

3100.8

13、岭脚线：IFmax=

14、九山线：IFmax=

15、乌岩线：IFmax=

1.05750

=57.57A

3100.791.05800

=53.88A

3100.9

17、青峰线：IFmax=

18、海边线: IFmax=

1.05800

=60.60A

3100.81.05750

=56.82A

3100.8

19、后湾线:IFmax=

20、环洲钢业:IFmax=

（二）10kV主变出线:

1.054000

=310.88A

100.78

1.4STe1.425103

IFmax==≈2020.79A

3Ue310

（三）110kV进线（考虑一线供两变）:

1.4STe1.425103

IFmax==≈183.70A

Ue3110

第五章 短路电流计算

5.1短路计算目的

短路是电力系统中常发生的故障，短路电流Id直接影响电器的安全，危害主接线的运行，假如短路电流较大，为了使电器能承受短路电流的冲击，往往需要选择重型电器。

这不仅会增加投资，甚至会因开断电流不满足而选择不到合适的高压电器，为了能合理选择轻型电器，在主接线设计时，应考虑限制Id的措施，既而需要计算Id

5.2短路电流计算的一般规定

1．验算导体的稳定性和电器的动稳定热稳定以及电器开断电流的能力，应按本次设计的设计规划容量来计算，并考虑到电力系统的5-10年发展规划（一般应按本工程的建成之后的5-10年）。在确定短路电流时应按可能发生的短路电流的正常接线方式，而不应按照仅在切换时过程中的可能的并列运行方式的接线方式。

2．选择导体和电器时所用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容器补偿装置放电电流的影响。

3．选择导体和电器时，对不带电抗器的回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大的地点，对带电抗器6-10kV出线与厂用分支回路，除母线与隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器之前外，其余导体和电器的计算短

路点一般选择在电抗器后。

4．导体和电器的动稳定，热稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机的出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相，两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。

5.3短路电流的计算方法

对电力系统网络的短路电流计算，我国电力部门曾长期采用从运算曲线法来计算任意时刻的短路电流。所谓运算曲线，是按我国电力系统的统计得到汽轮发电机的参数，逐个计算在不同阻抗下，某时刻t的短路电流，然后取所有这些短路电流的平均值，作为运算曲线在某时刻t和计算电抗Xjs情况下的短路电流值。运算曲线包括两种方法，即同一变化法和个别变化法。本设计按照同一变化法计算。

为选择10~110KV配电装置的电器和导体，需计算在最大运行方式下流过电气设备的短路电流，选两个短路点，如图：

KV

2

设系统为无限大容量：

变压器的电抗标幺值： X*T电力系统的电抗标幺值： X1

10.5KV

Se，选Sj110MVA

UpUj

Ud%Sj100Se

10.51101031.83

1006300

SjSd



100

0.1 1000

当系统中d1点短路时：

UpUj37KV

I＂=IZ

1100*5.02KA 0.1ich2.55*5.0212.80KA Ich1.52*5.027.63KA

SSd1000MVA

2、当系统中d2点短路时

UpUj10.5KV

=X1

11

XT0.11.831.015 22

IIZT

1110

5.96KA1.01510.5

ich2.555.9615.198KA Ich1.525.969.06KA

S

1

110108.37MVA1.015

第六章 电气设备的选择与校验

6.1本次设计中电器选择的主要任务 6.1.1导体和绝缘子

导体的选择主要有：各电压级的汇流母线，主变引下线，出线以及各电压级的绝缘子。

6.1.2电器设备

电器设备包括各电压级的出线断路器，分段断路器，以及相应的隔离开关，熔断器等。用于保护和测量用的电流互感器，包括穿墙套管，高压开关柜的选择及其一次接线的编号。

6.2选择导体和电器的一般原则

根据《导体和电器选择技术规定》[6]SDGJ14-86第1.1.2条规定： 应力求技术先进，安全适用，经济合理。

应满足正常运行，检修，短路，过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 应按当地环境条件校验。 选择的导体品种不宜过多。 应与整个工程建设标准协调一致。

选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的实验数据，并经主管单位鉴定合格。 依据《导体和电器选择技术规定》[6]

第2.1.6条 除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济电流密度选择。 第2.1.3条 载流导体应选择铝质材料。

6.3 开关电器选择 6.3.1 断路器型式选择

按照《电力工程设计手册》[3]高压断路器选择规定：断路器型式的选择除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定选择断路器。

综合考虑， 110kV选用SF6断路器，10kV侧选用真空断路器。

6.3.2 隔离开关的选择原则

种类和型式的选择：隔离开关电网型式很多，按安装地点的不同可分为屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目可分为单柱式和双柱式。它对配电装置的占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置的特点和使用要求以及经济技术条件确定。

6.3.3 电压互感器的选择原则

依据《电力工程设计手册》[3]对电压互感器配置的规定：电压互感器的配置与数量，接线方式有关，并应满足测量，保护周期和自动装置的要求，电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。6～220kV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否选用装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。当需要监视和检测线路有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

6.3.4电流互感器选择原则

根据《导体和电器选择设计技术规定》[6]第9.0.3条： 3-20kV屋内配电装置的电流互感器，应根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。35kV及以上配电装置的电流互感器，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，应采用套管式电流互感器。根据《电力工程电气设计手册》[3]规定电流互感器配置原则是：凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。发电机和变压器的中性点，发电机和变压器的出口，桥型接线的跨条上等也装设电流互感器。对直接接地系统，按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配。

6.4电气设备的选择

电气装置中的电气设备和载流导体，在正常运行和短路时，都必须可靠地工作。为了保证电气装置的可靠性和经济性，必须正确的选择电气设备和载流导体。

各种电气设备和载流导体的选择分为两大类：

一类是各种设备选择的一般条件，也是基本条件，即按正常工作条件进行选择按

短路状态校验其动稳定和热稳定。

另一类是根据各种设备的特点要求，分别满足的特殊条件。 经短路电流计算所得各电压级母线侧短路电流如下表：

(一)110kV侧(选择设备时，均按110kV侧流过的最大负荷电流选型，按最大短路

电流校验)。

1、软导线(110kV各电气元件相互联结用) 按最大负荷电流选择：

因IFmax=183.70A实际工作温度为40℃，温度校正系数K=0.81，所以选用LGJ-240/30导线。查有关资料得LGJ-240/30钢芯铅绞线铅芯截面为244.29mm2。

Ial400IalK0.81655530.55AIFmax183.70A

校验：

①因选用导线为LGJ-240/30导线，截面大于LGJ-70/20，所以不需进行电晕电压校验。

②热稳定校验 Qk =QP+Qnp QP=

tk

(I″2+10I2tk/2+I2tk) 12

=tk.I″2=4³10.242=419.43(kA2.s)

因110kV后备保护整定时间为4S，故tk＞1.导体发热主要由周期分量来决定。此情况下，可以不计非周期分量的影响，即Qnp不计。

Qk=419.4(kA2.s)

f0(0)(

IFmax2183.702

)40(7040)43.600CIal400530.55

查教材图4-6 Ai=0.5³1016J/(Ωm2)

Af=

1

QS2k

Ai

1244.2921012

419.4³106+5³1015

=1.202³1016J/(Ωm4)

查教材图4-6 Qf=170°＜200℃（铝导体最高允许温度）校验合格

软导线不需动稳定校验。因此，选用LGJ-240/30型导线。 2、高压断路器(进线及桥断路器)

高压断路器选用3AP1FG-145kV/3150-40型。

所以满足要求。

操作机构选用弹簧储能操作机构，控制电压V：DC250。电动机电压为V：AC240V，

50HZ。

故选用3AP1FG-145kV/3150-40型断路器三台。 3、隔离开关

①线路使用的隔离开关及变压器进线的隔离开关。 选择类型：GW4-110DW/1250A 31.5kA 80kA 操作机构选用CJ6-180型电动机操作机构。

故选用GW4-126DW/1250A 31.5kA 80kA型隔离开关。 双接地二组，单接地八组。 ②主变中性点隔离开关的选择。 因已计算知:I

，

5.02kA ish2.5510.8312.68kA

I

IFmax183.70

61.23A Qk(4S)=5.0224100.80(KA)2S 33Ue

110

63KV U

选用GW13-63W/630A-16型隔离开关两组。

所以满足要求。

操作机构选用CJ6-90型电动机操作机构。 故选用GW13-63W/630-16型隔离开关两组。 4、电流互感器。

①线路使用的电流互感器。

选用LB7-110W2 2³600/5 5P30/5P30/0.5/0.2s

所以满足要求。

准确度等级选为5P30/5P30/0.5/0.2s，二次连接导线截面取4mm2。 ②桥回路上使用CT

选择类型为LB7-110W2 2³600/5 5P30/5P30/0.5/0.2s ③变压器使用的CT 选择如下： a、装入式CT：

LRD-110-B200～600/50 3只 LR-110-0.5 300/5 6只

b、中性点处CT：LRD-35-B 100～300/510 5、电压互感器

110kV母线上使用的电压互感器选用TYD-110/0.02H型电压互感器

接线方式为0/Y0/Y0

1100.10.1

.1

33

准确度等级为0.5级,相应的Se2150KVA 6、110kV侧汇流线母线选择。 (一) 110kV侧汇流线母线选择

本次设计110kV配电装置,为减小占地面积,使构架简明布置清晰,采用管形母线,并使用铝合金管母。

导线截面按长期发热允许电流的最小截面选择: 根据有关资料,初选LF21-100/90 Ial=KIaln=0.81³2350=1903.5(A)

校验:

a.对于110kV ，外径Φ100大于Φ20,不进行电晕校验 b.热稳定检验: Qk=Qp+Qnp

因110kV后备保护整定时间为4S，故tk＞1.导体发热主要由周期分量来决定。此情况下，可以不计非周期分量的影响，即Qnp不计。

Qk= Qp=42³10.83= 173.28(kA2.s)

f0(0)(

IFmax2183.702

)40(7040)()42.900C Ial4001903.5

查教材表4-6 C=97 管形母线集肤系数KS=1 Smin=Qk

k6

(AA)/C==.8010/97103.50mm2 fikkss

结果Smia=223.30＜1491 满足热稳定要求

c.动稳定校验: 动稳定 园形导体形状系数Kf=1 跨度L=6.6 相间距a=2

fmax=1.73Kfi2sh.

1

³10-7 a

=1.73³1³(12.68)2³(1/2)³10-7³106 =13.91(N)

fmax.13.912

M===75.74(N²m)

88

2

σ相=

M75.74==2.24³106Pa W33.8106

铝材料的容许应力σal= 70³106Pa σ相＜σM 计算结果σ相=2.24³106Pa σal=70³106Pa σ相＜σal 动稳定合格

因所计算出母线所受力为2.24³106Pa远小于材料许用应力，故110KV母线选用LF21-Φ100/90铝锰合金管。

(二) 10kV侧汇流线母线选择

1、汇流母线(主变至10kV总柜及母分回路中部分连络线)

(1)按最大负荷电流(10kV侧)IFmax2020.79A，选用两片矩形铜导体TMY-2³(120³10)三相母线水平布置，母线在绝缘子上平放，查得40℃时载流量为3090A，集肤效应系数KS1.42。

(2)热稳定校验：

I2Fmax2020.792i0(al0)240(7040)52.83oC2

Ial3090

查教材表4-6得C=171

Smin

QKKSC250.271061.42110.24mm22120102400mm2

171

所以校验合格。 （3）动稳定校验。

相间应力计算L=1.2m,a=0.25m

12

fmax1.73Kfish107

a 1.73(20.07103)2

1

107278.74N0.25

2

M

fmax10

2



4153.0810

598.04NM

bh20.010.122

W4.8105m3

33

相间

M278.746

58.0710Pa5W4.810

同相条间应力计算(不加衬垫时)

b10ab20100.0830.077h120 hb12010

所以可查表得形状系数K12=0.35

f条

1i2K12sh107

2b2

20.071103)2107352.45N/m220.01

f条lb12

2

2

20.35(

条间弯矩Mt

352.451.22

42.29N/M

12

因垂直于条间作用力的截面系数:

hb20.120.012

Wt2106m3

66

条间

Mt630.1666

315.010Pa14010pa6Wt210

所以在单相母线两片铜导体之间必须加衬垫。 假设加一个衬垫Lt

L1.2

0.6m 衬垫厚度同b=10mm 22

b10ab2010

0.0830.077h120 hb12010

查表得导体形状系数K12=0.35

f条

1i2K12sh107

2b2

2

20.35(

20.071

103)2107352.45N/m 220.01

f条lb12

2

条间弯矩Mt

352.450.62

10.57N/M

12

hb20.120.012

Wt2106m3

66

条间

Mt10.576

5.2910Pa 6Wt210

条间相间5.2910612.510617.79106Pa140106pa

所以校验合格，在母线(每相)中的每跨绝缘子中加一个衬垫。

故变压器至10kV总柜线选用TMY-2³(120³10)铜导体矩形，每相铜排每跨加一个衬垫。

2、汇流母线柜中母线(10kV)及母线分段用的部分连络导体］

(1)按最大负荷电流(10kV侧)IFmax3233.26A，考虑主变过载，选用两片矩形铜导体TMY-2³(120³10)三相母线水平布置，母线在绝缘子上平放，查得40℃时载流量为3090A，集肤效应系数KS1.42。

(2)热稳定校验 同1。校验合格。 （3）动稳定校验。 同1。校验合格。

故10KV母线(柜中)及母分回路部分连络线采用TMY-2³(120³10)矩形铜导体平放布置，每相每跨两片铜导体间加一个衬垫。

3、导体(10kV柜中出线导体)

在选择10kV柜中出线母线时，按10kV出线中的出现最大负荷的那条出线为准选择每个柜的出线导体。

(1)按长期允许电流选择

选用TMY-60³6矩形铜导体，三相母线水平放置，母线在绝缘子上平放，查表得40℃时导体载流量为873A，Ks=1。

4、开关柜

KYN28A-12开关柜零部件少、极易组装；机械结构简单；模块设计；满足GB型式试验标准、防护等级为IP4X。

KYN28A-12的柜体的尺寸由650(800、1000)³1500³2300可用作进线柜、出线柜等，适用于各种方案。

KYN28A-12开关柜内配移开式手车，手车设计紧凑，重量轻，单人可操作；手车通过螺杆推进机构操作手车；可配VD4或VS1真空断路器，其采用弹簧一体化操作机构；10，000次操作免维护。

KYN28A-12开关柜采用单独的、可靠的机械“五防”结构。柜间采用电气闭锁，柜前装有带电显示器并配置独立的电源开关，满足防误功能要求。

一、出线开关柜：IFmax310.88A，选用KYN88A-12-型开关柜，柜体的尺寸由800³1500³2300

主要电气设备为：

电流互感器LZZB11-12 800/5 15VA 5P/20 400/5 15VA 0.2S 3只 断路器VS1-12/1250-31.5 1台 操作机构为弹簧一体化操作机构

带电显示器 1套 零序电流互感器 BW-LJK 120J 50/1 5VA 10P 1只 接地闸刀 JN15-12/31.5 1组 设备校验：

a. LZZB11-12 800/5 15VA 5P/20 400/5 15VA 0.2S型电流互感器。

校验合格，二次导线截面取2.5mm2 b. 断路器VS1-12/1250-31.5kA

校验合格。 二、进线开关柜：

IFmax3233.26A

（1）选用KYN28-12型开关柜，柜体的尺寸1000³1500³2300 主要电气设备为：

电流互感器LZZB11-12 3000/5 25VA 5P15 6只 电流互感器LZZB11-12 3000/5 25VA 0.2S 3只 断路器VS1-12/4000-40KA 1台 操作机构为弹簧一体化操作机构 a. LZZB11-12 3000/5 电流互感器

母线式CT不需动、热稳定校验，二次连接导线截面2.5mm2 b. 断路器VS1-12/4000-40kA

d. 操作机构选用弹簧一体化操作机构 三、母分开关柜：

IFmax3233.26A

（1）选用KYN28A-12-型开关柜，柜体的尺寸1000³1500³2300 主要电气设备为：

电流互感器LZZB11-12 3000/5 25VA 5P15 3只 电流互感器LZZB11-12 3000/5 20VA 0.5 3只 断路器VS1-12/4000-40kA 1台 操作机构为弹簧一体化操作机构

a. LZZB11-12 3000/5 3000/5 25VA 5P15 电流互感器 母线式CT不需动、热稳定校验，二次连接导线截面2.5mm2 b. 断路器VS1-12/4000-40kA

校验合格。

d. 操作机构选用弹簧一体化操作机构 四、母设开关柜 选用XGN28A-12-043柜 主要电气设备:

高压熔断器XRNP-12/0.5A 50kA 3只

10

电压互感器JDZXF71-12 300VA 0.130.10.1

3 3只

避雷器选用HY5WZ-17/45 3只 带电显示器一套

a. 高压熔断器XRNP-12/0.5A ①

UeUew10kV

''

I50KAI27.22KA ekd②

③

Ie0.50.0495A

故选用XRNP-12/0.5A型高压熔断器。

10b.电压互感器选用JDZXF71-12 00VA 线,辅助绕组接成开口三角形。

c. 避雷器选用HY5WZ-17/45 d. 带电显示器一套

0.10.10.1

3 3只接成星形接

第二篇 玉环城关区110kV变电所二次设计部分设计

第七章 概述

7.1 继电保护装置的作用[9]

继电保护装置，是指能反映电力系统者电气元件发生故障会不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。在电力系统中，除采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，在继电保护作用下迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。

7.2电力系统对继电保护的基本要求[10]

继电保护装置应满足可靠性，选择性，灵活性和速动性的要求。 1．可靠性

可靠性是指保护动作时应能可靠动作，不该动作时应可靠不动作。

可靠性是四性的前提，在拟定，配置和维护装置时，都必须满足可靠性的要求。为保证可靠性，以选用可能最简单的保护方式，应采取必要的检测，闭锁和双重化等措施。此外，保护装置还应便于整定，调试和运行维护，

2．.选择性

选择性是指首先由故障设备或线路的保护切除故障，当故障设备或线路的保护或断路器动作时，应由相邻设备或线路的保护切除故障。

3．灵敏性

灵敏性是指在被保护设备或线路范围内故障时，保护装置应具有必要的灵敏系数。灵敏系数应根据常见不利于运行方式和不利的故障类型计算。各类短路保护装置的灵敏系数应按有关规定整定。

4．速动性

速动性是指保护装置应能尽快的切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，限制故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。

7.3 保护整定时应考虑的问题

7.3.1选择保护配置及构成方案时的基本原则

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》[9]SDJ6—83对继电保护有如下要求： 继电保护和安全自动装置应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。当确定其配置方案时，应考虑以下几个方面：

（1）电力设备和电力网的结构特点和运行特点； （2）故障出现的概率和可能造成的结果； （3）电力系统的近期发展情况； （4）经济上的合理性； （5）国内和国外的成熟经验。

根据继电保护设计技术规范：1.0.3条继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分。确定电力网结构，厂站主接线和运行方式时，必须与继电保护和安全自动装置的配置统筹考虑，合理安排。1.0.4应根据审定的电力系统设计或审定的系统接线及要求，进行继电保护和安全自动装置的系统设计。在系统设计中，除新建部分以外，还应包括对原有系统继电保护和安全自动装置不符合要求部分的改造设计。 为便于运行管理和有利于性能的配合，同一电力网或同一厂站内的继电保护和安全自动装置的形式，不宜品种过多。

电力系统中个电力设备和线路的原有继电保护和安全自动装置，凡能满足可靠性、灵敏性、选择性和速动性要求的，均应予以保留。

同时，继电保护和安全自动装置的新产品，应按国家规定的要求和程序进行鉴定，合格后方可使用。

7.3.2 系统运行方式的确定

整定计算中应选用系统的有最大运行方式，而保护灵敏度校验时应选用系统最小运行方式，还需考虑系统的网络接地方式，以便计算保护的整定值和校验灵敏度。

7.3.3 短路点的确定

按保护的保护对象和范围来确定，本设计完成变压器差动保护的整定计算，短路点为三个电压级母线。

第八章 玉环城关区110kV变电所保护配置方案设计

8.1主变压器保护配置方案的设计

1 防御绕组及其引出线之间的相间短路差动保护 2 防御变压器油箱内部短路的瓦斯保护。

3 防御外部相间短路的过电流保护若灵敏度不够应改用复合电压电流保护。 4 防御中性点直接接地，电力网中外部直接接地的零序保护。

5 防御过负荷的过负荷保护。

第九章 变压器差动保护整定与计算

9．1差动保护保护范围

差动保护是变压器的主保护，反映变压器绕组和引出线的多相及绕组匝间短路故障。

9．2 变压器保护的整定计算[11]

各侧一次电流计算及确定LH变化。

表9-2 各侧一次电流计算及确定LH变化一览表

9．2．1确定保护的动作电流

（1）．躲励磁涌流

Idz=kkIBC =1.31374.7=1787.1 A （2）．躲LH二次断线

Idz=kkIBC =1.31374.7=1787.1 A （3）.躲外部故障时最大不平恒电流 IdzKK（kTXkFZ+V+f）IDMAX= A

9．2．2 确定保护的二动作电流和差动线圈匝数

因为10kv侧LH为接线 所以Idzj=（

差动线圈计算匝数 Wcd=

*Idz ）/160= A

60AW==3.4 取3匝 17.58Idz

60

=20 A 3

由实际Wcdz决定的保护实际动作值: Idz=

9．2．3非基本侧工作线圈和平衡线圈匝数选择

（1）．110kv侧工作线圈为3匝 （2）.非基本侧平衡线圈 W

ph110

Ieb238.5Ieb2110==（3.8－2.29）*3/2.29=1.98

Ieb2110

Wph6 =WPH = (3.8－2.29)/2.29=0.66 所以Wphz110 =1匝 Wphz6.3

0匝

（3）.有整定与计算匝数不同引起的相对误差

△fza110=（1.98-0）/(1.98+3)=0.398

△fza110=(0.66-0)/（0.66+3）=0.180

总结

本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。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，对负荷资料的分析确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，并通过对负荷安全、经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，10kV以及站用电的主接线。最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压断路器，隔离开关，母线，电压互感器，电流互感器等设备进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。

毕业设计是对所学知识的一次综合应用,经过此次毕业设计，我对变电所一次部分的

初步设计有了大致了解。作为学习电力系统自动化技术专业的学生，通过这次设计，不但巩固了相关知识，夯实了理论基础，同时在理论联系实践的过程中也为毕业后走上电力岗位做好了铺垫。

参考文献

[1].《发电厂电气部分》:重庆大学出版社,1996.4（1）：75-76 [2].《电力系统分析》：中国电力出版社，2004.2（1）：44-45 [3].《电力系统继电保护原理》：重庆大学出版社，1997.9（1）：25-26 [4].《高电压技术》：中国电力出版社，1996.1（1）：75-76

[5].《电力工程电气设计手册》：水利电力部西北电力设计院，1989.12（1）：15-16

[6].《发电厂变电所电气接线和布置》：水利电力出版社，1997.6 （1）：75-76 [7].《发电厂电气部分》：西北工业出版社，1997.1（1）：55-56

[8].《发电厂、变电所电气一次部分设计参考图册》：杨宛辉等编，1996.3（1）：23-26 [9].《35へ110KV变电所设计技术规程》：中国电力出版社，1996.3（1）：175-176 [10].《高压配电装置设计技术规程》：中国电力出版社，1996.3（1）：33-34 [11]. 《变电所总布置设计技术规定》：中国电力出版社，1996.3（1）：77-78 [12]. 《导体和电器选择设计技术规定》：中国电力出版社， 1996.3（1）：99-101 [13]. 《电力设备过电压保护设计技术规》：水利电力出版社，1996.3（3）：22-23 [14]. 《并联电容器装置设计技术规程》：水利电力出版社，1996.3（1）：15-17 [15]. 《电力勘测设计制图统一规定》：水利电力出版社，1996.3（1）：55-56 [16]. 《电力设计工程电气设备手册》：中国电力出版社，1999.3（1）：33-34

致 谢

在郑晓丹老师的指导下,经过近一个多月的努力终于完成了对110kV变电站电气一

次部分的初步设计，在此我对老师给予的帮助表示衷心的感谢,并且感谢曾给予我帮助的同学们。

在毕业设计过程中，郑晓丹老师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议,对我的辅导耐心认真，并给我们提供了大量有关资料和文献，使我的这次设计能顺利完成。同时，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人毕业设计答辩的各位老师表示感谢。通过这次毕业设计使我对以前学习的知

识得到了更深的了解,并使知识得到了进一步的巩固。

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