XXX 变电站电气系统初步设计
1、 概述
2、 设计基础资料
3、 主变压器选择及主接线设计
4、 短路电流计算
5、 电气设备选择
6、 课程设计体会及建议
7、 参考资料及指导老师
目 录
一、 概述
变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、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。
本次设计建设一座110KV 降压变电站，要求实现关山口附近的中间变电站要求。
首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。对每一个电压等级，拟定2-3个主接线方案，先进行技术比较，初步确定2-3个较好的方案，再进行经济比较，选出一个最终方案。
其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。
最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后进行校验，完成本次设计。
二、 设计基础资料
设计基础资料由任务书给出：
一、原始资料
1、待建变电站的建设规模
⑴ 变电站类型： 110 kV降压变电站
⑵ 三个电压等级： 110 kV、 35 kV、 10 kV
⑶ 110 kV： 近期进线2回，出线4 回；远期进线4回，出线6 回
35 kV： 近期4回；远期6回 10 kV： 近期6回；远期8回
2、电力系统与待建变电站的连接情况
⑴ 变电站在系统中地位： 中间变电站
⑵ 变电站仅采用 110 kV的电压与电力系统相连，为变电站的电源 ⑶ 电力系统至本变电站高压母线的标么电抗（S d =100MVA）为：
最大运行方式时 0.25 ； 最小运行方式时 0.30 ； 主运行方式时 0.28 ；
⑷ 上级变电站后备保护动作时间为 2.5 s
3、待建变电站负荷
⑴ 110 kV出线：负荷每回容量 8000 kVA，
cos ϕ＝0.9 ，T max ＝ 4000 h
⑵ 35 kV出线：负荷每回容量 4000 kVA，
cos ϕ＝0.85 ，T max ＝ 4000 h； 其中，一类负荷2回；二类负荷2回
⑶ 低压负荷每回容量 1500kW，cos ϕ＝0.95，T max ＝ 4000 h；
其中，一类负荷2回；二类负荷2回
(4) 负荷同时率 0.8
4、环境条件
⑴ 当地年最高气温40C ，年最低气温-20C ，最热月平均最高气温35C ，年最低气温0-5C
⑵ 当地海拔高度： 600m
⑶ 雷暴日： 45日/年
5、其它
⑴ 变电站地理位置： ⑵ 变电站供电范围：
城郊，距城区约8km
110 kV线路：最长100 km，最短50 km； 35 kV线路：最长60 km，最短20 km； 10 kV低压馈线：最长30km ，最短10km ；
⑶ 未尽事宜按照设计常规假设。
二、设计任务：
1、设计变电站主接线，论证所设计的主接线是最佳方案。
2、计算短路电流。
3、选择导体及主要电气设备。
三、设计成果：
1、设计说明书及计算书一份。 2、变电所主接线图一张。
三、 主变压器选择及主接线设计
1、主变压器选择
变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资，减少占地面积，同时也可减少运行电能损耗，提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。
可计算出：
35kV 侧的总负荷 S35 =6x4000kVA=24MVA
10kV 侧的总负荷 S10=8x1500/0.95kVA=12.63MVA
选用2台20000kVA 的主变压器。若一台主变压器停运，另一台承担全部负荷，其负荷率为183.15%，正常运行时的负荷率为73.26%。
所以选用SFSL-20000/110型三绕组变压器 其容量比为：100/100/50；
电压比为：110±2×2.5%/38.5±5%/11kV； 接线方式为YN ，yn0，d11；
阻抗电压为：U k-12=10.5%，U k-13=18%，U k-23=6.5%；
2、主接线设计
电气主接线的确定对电力系统整体及发电厂，变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择配电装置选择，继电保护和控制方式的拟定有较大影响，因此，必须正确外理为各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。 （一）设计的基本要求为：
1、满足对用户供电必要的可靠性和保证电能质量。 2、接线应简单，清晰且操作方便。
3、运行上要具有一定的灵活性和检修方便。 4、具有经济性，投资少，运行维护费用低。 5、具有扩建和可能性。 （二）设计主接线的原则：
35—6KV 配电装置中，一般不设旁路母线，因为重要用户多系双回路供电，且断路器检修时间短，平均每年约2-3天。如线路断路器不允许停电检修时，可设置其它旁路设施。6—10KV 配电装置，可不设旁路母线，对于初线回路数多或多数线路向用户单独供电，以及不允许停电的单母线，分段单母线的配电装置，可设置旁路母线，采用双母线6—10KV 配电装置多不设旁路母线。 对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器
较少或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。
我拟定可行的主接线方案2—3 种，内容包括主变的形式，台数以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰差的方案，保留一种较好的方案。 （三）方案的比较： 35KV侧的接线：
所设计的变电所35KV 出线，最终六回，本期工程两次完成，在考虑主接线方案时，应首先满足运行可靠，操作灵活，节省投资。 方案一：
单母线接线方式：
接线简单、清晰。操作方便，投资少便于扩建；母线或隔离开关检修或故障时连接在母线上的所有回路必须停止工作；检修任一电源或线路的断路器时，该回路必须停电；当母线或母线上的隔离开关上发生短路以及断路器在继电保护作用下都自动断开，因而造成全部停电。 方案二：
单母分段接线方式： 当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。
以上两种方案比较，在供电可靠性方面，方案一较差，故35KV 侧应采用单母分段接线
10KV 侧的接线 方案一：
单母线接线：
具有接线简单清晰，操作方便，所用设备比较少，投资少等优点，但当母线或母侧隔离开关检修故障时，连接在母线上的所有回路都将停止工作，当母线发生短路时，所有电源回路的断路器在继电保护作用中自动跳闸，因而造成母线电压失压全部停电，检修任一电源或线路的断路器时，该回路必须停电。 方案二：
单母分段接线：
接线简单清晰，设备少，且操作方便，可提高供电可靠性和灵活性，不仅便于检修母线而减少母线故障影响范围，对于重要用户可以从不同段引两个回路，而使重要用户有两个电源供电，在这种情况下，当一段母线发生故障，由于分段断路器在继电保护装置的作用下，能自动将故障段切除，因而保证了正常段母线不间断供电。
综上所述，单母分段接线的可靠性较高，而且比较经济，故10KV 侧接线应选方案二，单母分段接线。
总工程主接线见图附1-1.
3、短路电流计算
按照无限大网络处理，基准容量S d =100MVA。设备按照最终完成规模考虑，继电保护和防雷保护按照一期工程考虑。详细见电路电流计算部分。
4、主要电气设备选择
电气设备的选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全运行的重要条件，在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术并注意节约，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。 根据任务书上的场地资料，详细见设备选择部分。
5、继电保护装置
（一）主变压器保护
按照BG14285-93《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，并考虑到采用危机保护的具体情况，采用双主双后的配置放置：差动保护、负荷电压闭锁的过电流保护、过负荷保护、零序过电流保护及瓦斯、油温、油位、绕组温度、压力释放等非电量保护。 （二）35kV 线路保护
因电流素缎保护的保护范围不能满足要求，所以采用电压速断保护作为主保护，过电压保护作为后备保护。 （三）10kV 线路保护
设置电流速断保护和过电流保护，作为10kV 出线及母线的后备保护。若电流速断保护的保护范围太小，可以只设置过电流保护。
6、防雷保护及接地装置
避雷针、避雷器是变电所屋外配电装置和所区电工建筑物防护直击雷过电压的主要措施。变电所借助屋外配电装置架构上的避雷针和独立避雷针共同组成的保护网来实现，主控制室和屋内配电要采用屋顶上的避雷带。 1）直击雷的过电压保护：
装设独立避雷针，为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，其冲击接地电阻不宜超过10欧，为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电装置架构之间的空气中的距离Sk 不宜小于5m ，独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离Sd 应大于3m 。
35kV 、ll0kV 配电装置：在架构上装设独立避雷针，将架构支柱主钢筋作引下线接地。
主变压器装设独立避雷针。
各电压等级母线桥：装设独立避雷针。
主控制楼：屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。 2）雷电侵入波的过电压保护
对入侵波防护的主要措施：
变电所内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，在ll0kV 、35kV 靠近变电所l-2kM 的进线上架设避雷线，其耐雷水平分别不应低于30kA 和75kA 保护角在25°和30°范围内，冲击接地电阻在l0Ω左右，以保证大多数雷电波只在此线段外出现，即设置进线段保护。对于三绕组变压器，应在低压侧任一相绕组对地加装一个避雷器，对于变压器中性点保护，因中性点为直接接地，变压
器为分级绝缘。其绝缘水平为35kV 等级，需在中性点上装避雷器。 3）避雷器的配置： (1)进出线设备外侧； (2)所有母线上；
(3)变压器高压侧，尽量靠近变压器； (4)变压器低压侧为Δ时，只装在B 相；
(5)主变压器中性点，按其绝缘水平等级选设； 4）避雷线的配置：
(1)ll0kV及以上线路沿全长架设避雷线； (2)35kV雷电日较高应全长架设避雷线；
(3)10-35kV，一般设1-2kM 的进线段保护，以降低雷电波的陡度。
避雷器的选择，考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器，且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程选择氧化锌避雷器。
避雷器的选择情况见下表。
四、 短路电流计算
1、短路电流计算
（1）主变压器各侧阻抗的百分值 U k1=（10.5+18-6.5）%/2=11%
U k2= (10.5+6.5-18)%/2=0(可认为为0) U k3= (18+6.5-10.5)%/2=7% 其标幺值为：
U k1*= 11×100/(100×20)=0.55 U k2*= 0
U k3*= 7×100/(20×100)=0.35 基准电流为 I d1=
Sd 3Ud 1Sd 3Ud 2
=
1003⨯115
kA=0.502kA 110kV
Id2==
1003⨯37
kA=1.56kA 35kV
I d3=
Sd 3Ud 3
=
1003⨯10. 5
kA=5.5kA 10kV
在最大运行方式下，三相短路电流为：
1
⨯0. 502kV ≈2kA 110kV Id1=0. 25
Ich =2. 55I k ''=2. 55⨯2kA =5. 1kA
11Sk =Sd =⨯100MVA =400MVA
X 1*0. 25
1
⨯1. 56kV ≈2. 98kA 35kV Id1=
0. 25+0. 275
Ich =2. 55I k ''=2. 55⨯2. 98kA =7. 8kA
11Sk =Sd =⨯100MVA =191MVA
X 1*0. 25+0. 2751
⨯5. 5kV ≈7. 87kA 10kV Id1=
0. 25+0. 45
Ich =2. 55I k ''=2. 55⨯7. 87kA =20. 07kA
11Sk =Sd =⨯100MVA =142. 9MVA
X 1*0. 25+0. 45
热稳定计算时间：
10kV 线路0.5+0.2+0.05s=0.75s 主变10kV 侧1.5+0.2+0.05s=1.75s 主变35Kv 侧2.5+0.15+0.05s=2.7s 35kV 线路1+0.15+0.05s=1.2s 主变110kV 侧3+0.1+0.05s=3.15s
另计算电路一期建设最大运行方式下的电流：
110kV 侧为2kV ；35kV 侧为1.95kV ；10kV 侧为4.76kV
五、 电气设备选择
1、设备选择原则
设备选择应符合使用环境的要求，并考虑到经济等原则。设备的规格，参数都按照正常工作环境选择，按最大短路电流校验。 2、开关电器的选择
变压器110kV 侧隔离开关和断路器选择
变压器35kV 侧隔离开关和断路器选择
35kV 出线断路器和隔离开关选择
主变压器10kV 侧高压开关柜
10kV 线路开关柜 10kV 母线分段开关
选用GG-1A(F)-11和GG-1A(F)-95两种高压开关柜。使用条件为：工作电压10kV ，工作电流按551计，冲击电流12.2kA ，稳态短路电流为4.78kA ，等效时间取1.25s 。
断路器选择SN10-10Ⅱ/1000型，隔离开关选用GN 8-10/1000型。
3、导线的选择
1） 常用导体材料在铜、铝等。载流导体一般采用铝质材料，110KV 及以上配电装置一般采用软导线。
2）硬母线截面在矩形、槽形、管形等。
矩形母线用于35KV 及以下，电流在4000A 及以下配电装置。 导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择，变电所的汇流母线均按长期发热允许电流进行选择，各引线则按经济电流密度选择。
校验热稳定性时，按公式S ≥S min =
I ∞c
tim a ，取c=97.
主变压器10kV 侧引出线和10kV 母线拟选用80⨯10mm 2的矩形铝排、平置。支持绝缘子间距取2.5，相间中心线距为0.4m 。 （1） 母线排的校验
1、热稳定校验
I ∞7. 87⨯103
S min ==. 75mm 2=107mm 2 小于800mm 2 c 97
2、母线截面积
b 2h 82⨯13W ==cm =10. 7cm 3 66
3、母线在短路时的最大电动力
l 2. 5F =1. 73i 2sh ⨯⨯10-1=1. 73⨯12. 22⨯⨯10-1N =161N s 0. 4
4、母线排受到的最大应力
Fl 161⨯250σmax ==N /cm 2=376. 17N /cm 2 10W 10⨯10. 7
（2） 10kV高压开关柜的校验
l 1. 2F =1. 73i 2sh ⨯⨯10-1=1. 73⨯20. 072⨯⨯10-1N =334. 5N s 0. 25
Fl 334. 5⨯120σmax ==N /cm 2=375. 2N /cm 2 10W 1. ⨯10. 7
（3） 线路软导线选择
从经济和安全稳定角度来选择导线。
4、互感器的选择
1、电流互感器的选择
①主变110kV 侧互感器：选用LCWD-110型，Ki=200A/5A，级次0.5/5p/5p，每相两只串联，热稳定倍数75，动稳定倍数135. 热稳定和动稳定计算结果如下： (75⨯200) 2=22. 5⨯107≥1. 27⨯25002；
2⨯200⨯135=38184≥5100；
②主变35kV 侧电流互感器：选用LCWD-35型，Ki=600A/5A，级次0.5/5p，用于继电保护和测量仪表回路
③主变10kV 侧电流互感器：选LAJ-10型，Ki=1200A/5A，级次0.5/5p ④35kV 出线电流互感器：选LCWD-35型，Ki=200A/5A
⑤10kV 出线电流互感器：选LCWD-10型，Ki=300A/5A
2、电压互感器的选择
1100kV 侧选用JCC-110型单相、串极式三绕组户外是电压互感器，额定电压比110000100V /V /100V ，共2台； 3 35kV侧母线上选用JDII-35型可供绝缘监视用互感器
10kV 侧母线选用JSJW-10型电压互感器，可供绝缘监视用，配套开关柜。
5、熔断器的选择
熔断器选择的具体技术条件如下：
电压：U g ≤U n （3.28）
限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中，以免因过电压而使电网中的电器损坏，故应为
电流：
式中：U g =U n I g ⋅max ≤I f 2n ≤I f 1n I f 2n
I f 1n （3.29） ——熔体的额定电流。 ——熔断器的额定电流
根据保护动作选择性的要求校验熔体额定电流，应保证前后两级熔断器之间，或熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。
''断流容量：I ch (或I ) ≤I kd （3.30）
式中：I ch ——三相短路冲击电流的有效值。
I kd ——熔断器的开断电流。
根据电网电压的要求，本站35KV 、10KV 电压互感器都用高压熔断器进行保护，保护电压互感器的熔断器只需按额定电压和开断容量来选择，查阅有关设计资料得：
35KV 电压互感器使用RN2—35型高压限流熔断器，其技术参数：Ue=35KV，Le=0.5A，Sde=1000MVA。
10KV 电压互感器选用RN2—10型高压熔断器，其技术参数：Ue=10KV，Le=0.5A，Sde=1000MVA。
六、 课程设计体会及建议
通过这次课程设计，我了解了变电站设计的基本步骤，了解了110kV 降压变电站的工作原理。对电力系统的实际运营有了初步的了解。
本次设计的主要内容是主接线设计、短路点计算、电气设备的选择与校验、主变保护设计、防雷保护的设计等。通过此次设计，使我明白了变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分，主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置等的拟定将会产生直接的影响。通过短路电流的计算来对系统的各种故障进行分析，并以此来校验各种电气设备的选择是否符合要求。此外，通过防雷保护的设计，满足了对雷击的防护，同时为了整个变电站的安全运行进行了主变保护设计，因为它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行。
在这次课程设计中，我对各种实际电气器件有了明确的认识。在以后的实际工作中也会注意合理，经济的选择器材。
另外在这次设计中，我也发现我的诸多不足，但通过同学的帮助和个人的努力，设计要求的任务已完成。有错误，遗漏的地方，还恳请老师指正。
七、 参考资料及指导老师
参考文献
[1] 熊信银，范锡普主编. 发电厂电气部分（第三版）北京：中国电力出版社,2004
[2] 惠刚主编. 变电站综合自动化原理与系统. 北京：中国电力出版社,2004
[3] 书文等编著. 变电站综合自动化原理及应用. 北京：中国电力出版社2000
[4] 等主编．发电厂及变电站电气设备．北京：中国水利水电出版社，2005
[5] 刘介才主编. 实用供配电技术手册.. 北京：中国水利水电出版社，2002
[6] 刘介才主编. 工厂供电简明设计手册.. 北京：机械工业出版社，1993
[7] 刘介才主编. 工厂供用电实用手册. 北京：机械工业出版社，2001
[8] 杨宛辉等. 发电厂、变电所电气一次部分设计参考图册.
[9] 电力工业行业标准汇编. 北京：中国电力出版社，1996～1998
[10] 王子午，徐泽植主编. 常用供配电设备选型手册（１～５部分）. 北京：煤炭工业出版社，1997
[12] 导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86. 中国电力出版社.
[13] 水利电力部西北电力设计院编. 电力工程电气设计手册（电气一次部分上、下）. 北京：中国电力出版社,1998
[14] 水利电力部西北电力设计院编. 电力工程电气设计手册（电气二次部分）. 北京：中国电力出版社,1996
[15] 工厂常用电气设备手册（第2版）. 北京：中国电力出版社，1997
XXX 变电站电气系统初步设计
1、 概述
2、 设计基础资料
3、 主变压器选择及主接线设计
4、 短路电流计算
5、 电气设备选择
6、 课程设计体会及建议
7、 参考资料及指导老师
目 录
一、 概述
变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、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。
本次设计建设一座110KV 降压变电站，要求实现关山口附近的中间变电站要求。
首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。对每一个电压等级，拟定2-3个主接线方案，先进行技术比较，初步确定2-3个较好的方案，再进行经济比较，选出一个最终方案。
其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。
最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后进行校验，完成本次设计。
二、 设计基础资料
设计基础资料由任务书给出：
一、原始资料
1、待建变电站的建设规模
⑴ 变电站类型： 110 kV降压变电站
⑵ 三个电压等级： 110 kV、 35 kV、 10 kV
⑶ 110 kV： 近期进线2回，出线4 回；远期进线4回，出线6 回
35 kV： 近期4回；远期6回 10 kV： 近期6回；远期8回
2、电力系统与待建变电站的连接情况
⑴ 变电站在系统中地位： 中间变电站
⑵ 变电站仅采用 110 kV的电压与电力系统相连，为变电站的电源 ⑶ 电力系统至本变电站高压母线的标么电抗（S d =100MVA）为：
最大运行方式时 0.25 ； 最小运行方式时 0.30 ； 主运行方式时 0.28 ；
⑷ 上级变电站后备保护动作时间为 2.5 s
3、待建变电站负荷
⑴ 110 kV出线：负荷每回容量 8000 kVA，
cos ϕ＝0.9 ，T max ＝ 4000 h
⑵ 35 kV出线：负荷每回容量 4000 kVA，
cos ϕ＝0.85 ，T max ＝ 4000 h； 其中，一类负荷2回；二类负荷2回
⑶ 低压负荷每回容量 1500kW，cos ϕ＝0.95，T max ＝ 4000 h；
其中，一类负荷2回；二类负荷2回
(4) 负荷同时率 0.8
4、环境条件
⑴ 当地年最高气温40C ，年最低气温-20C ，最热月平均最高气温35C ，年最低气温0-5C
⑵ 当地海拔高度： 600m
⑶ 雷暴日： 45日/年
5、其它
⑴ 变电站地理位置： ⑵ 变电站供电范围：
城郊，距城区约8km
110 kV线路：最长100 km，最短50 km； 35 kV线路：最长60 km，最短20 km； 10 kV低压馈线：最长30km ，最短10km ；
⑶ 未尽事宜按照设计常规假设。
二、设计任务：
1、设计变电站主接线，论证所设计的主接线是最佳方案。
2、计算短路电流。
3、选择导体及主要电气设备。
三、设计成果：
1、设计说明书及计算书一份。 2、变电所主接线图一张。
三、 主变压器选择及主接线设计
1、主变压器选择
变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资，减少占地面积，同时也可减少运行电能损耗，提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。
可计算出：
35kV 侧的总负荷 S35 =6x4000kVA=24MVA
10kV 侧的总负荷 S10=8x1500/0.95kVA=12.63MVA
选用2台20000kVA 的主变压器。若一台主变压器停运，另一台承担全部负荷，其负荷率为183.15%，正常运行时的负荷率为73.26%。
所以选用SFSL-20000/110型三绕组变压器 其容量比为：100/100/50；
电压比为：110±2×2.5%/38.5±5%/11kV； 接线方式为YN ，yn0，d11；
阻抗电压为：U k-12=10.5%，U k-13=18%，U k-23=6.5%；
2、主接线设计
电气主接线的确定对电力系统整体及发电厂，变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择配电装置选择，继电保护和控制方式的拟定有较大影响，因此，必须正确外理为各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。 （一）设计的基本要求为：
1、满足对用户供电必要的可靠性和保证电能质量。 2、接线应简单，清晰且操作方便。
3、运行上要具有一定的灵活性和检修方便。 4、具有经济性，投资少，运行维护费用低。 5、具有扩建和可能性。 （二）设计主接线的原则：
35—6KV 配电装置中，一般不设旁路母线，因为重要用户多系双回路供电，且断路器检修时间短，平均每年约2-3天。如线路断路器不允许停电检修时，可设置其它旁路设施。6—10KV 配电装置，可不设旁路母线，对于初线回路数多或多数线路向用户单独供电，以及不允许停电的单母线，分段单母线的配电装置，可设置旁路母线，采用双母线6—10KV 配电装置多不设旁路母线。 对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器
较少或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。
我拟定可行的主接线方案2—3 种，内容包括主变的形式，台数以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰差的方案，保留一种较好的方案。 （三）方案的比较： 35KV侧的接线：
所设计的变电所35KV 出线，最终六回，本期工程两次完成，在考虑主接线方案时，应首先满足运行可靠，操作灵活，节省投资。 方案一：
单母线接线方式：
接线简单、清晰。操作方便，投资少便于扩建；母线或隔离开关检修或故障时连接在母线上的所有回路必须停止工作；检修任一电源或线路的断路器时，该回路必须停电；当母线或母线上的隔离开关上发生短路以及断路器在继电保护作用下都自动断开，因而造成全部停电。 方案二：
单母分段接线方式： 当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。
以上两种方案比较，在供电可靠性方面，方案一较差，故35KV 侧应采用单母分段接线
10KV 侧的接线 方案一：
单母线接线：
具有接线简单清晰，操作方便，所用设备比较少，投资少等优点，但当母线或母侧隔离开关检修故障时，连接在母线上的所有回路都将停止工作，当母线发生短路时，所有电源回路的断路器在继电保护作用中自动跳闸，因而造成母线电压失压全部停电，检修任一电源或线路的断路器时，该回路必须停电。 方案二：
单母分段接线：
接线简单清晰，设备少，且操作方便，可提高供电可靠性和灵活性，不仅便于检修母线而减少母线故障影响范围，对于重要用户可以从不同段引两个回路，而使重要用户有两个电源供电，在这种情况下，当一段母线发生故障，由于分段断路器在继电保护装置的作用下，能自动将故障段切除，因而保证了正常段母线不间断供电。
综上所述，单母分段接线的可靠性较高，而且比较经济，故10KV 侧接线应选方案二，单母分段接线。
总工程主接线见图附1-1.
3、短路电流计算
按照无限大网络处理，基准容量S d =100MVA。设备按照最终完成规模考虑，继电保护和防雷保护按照一期工程考虑。详细见电路电流计算部分。
4、主要电气设备选择
电气设备的选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全运行的重要条件，在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术并注意节约，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。 根据任务书上的场地资料，详细见设备选择部分。
5、继电保护装置
（一）主变压器保护
按照BG14285-93《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，并考虑到采用危机保护的具体情况，采用双主双后的配置放置：差动保护、负荷电压闭锁的过电流保护、过负荷保护、零序过电流保护及瓦斯、油温、油位、绕组温度、压力释放等非电量保护。 （二）35kV 线路保护
因电流素缎保护的保护范围不能满足要求，所以采用电压速断保护作为主保护，过电压保护作为后备保护。 （三）10kV 线路保护
设置电流速断保护和过电流保护，作为10kV 出线及母线的后备保护。若电流速断保护的保护范围太小，可以只设置过电流保护。
6、防雷保护及接地装置
避雷针、避雷器是变电所屋外配电装置和所区电工建筑物防护直击雷过电压的主要措施。变电所借助屋外配电装置架构上的避雷针和独立避雷针共同组成的保护网来实现，主控制室和屋内配电要采用屋顶上的避雷带。 1）直击雷的过电压保护：
装设独立避雷针，为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，其冲击接地电阻不宜超过10欧，为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电装置架构之间的空气中的距离Sk 不宜小于5m ，独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离Sd 应大于3m 。
35kV 、ll0kV 配电装置：在架构上装设独立避雷针，将架构支柱主钢筋作引下线接地。
主变压器装设独立避雷针。
各电压等级母线桥：装设独立避雷针。
主控制楼：屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。 2）雷电侵入波的过电压保护
对入侵波防护的主要措施：
变电所内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，在ll0kV 、35kV 靠近变电所l-2kM 的进线上架设避雷线，其耐雷水平分别不应低于30kA 和75kA 保护角在25°和30°范围内，冲击接地电阻在l0Ω左右，以保证大多数雷电波只在此线段外出现，即设置进线段保护。对于三绕组变压器，应在低压侧任一相绕组对地加装一个避雷器，对于变压器中性点保护，因中性点为直接接地，变压
器为分级绝缘。其绝缘水平为35kV 等级，需在中性点上装避雷器。 3）避雷器的配置： (1)进出线设备外侧； (2)所有母线上；
(3)变压器高压侧，尽量靠近变压器； (4)变压器低压侧为Δ时，只装在B 相；
(5)主变压器中性点，按其绝缘水平等级选设； 4）避雷线的配置：
(1)ll0kV及以上线路沿全长架设避雷线； (2)35kV雷电日较高应全长架设避雷线；
(3)10-35kV，一般设1-2kM 的进线段保护，以降低雷电波的陡度。
避雷器的选择，考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器，且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程选择氧化锌避雷器。
避雷器的选择情况见下表。
四、 短路电流计算
1、短路电流计算
（1）主变压器各侧阻抗的百分值 U k1=（10.5+18-6.5）%/2=11%
U k2= (10.5+6.5-18)%/2=0(可认为为0) U k3= (18+6.5-10.5)%/2=7% 其标幺值为：
U k1*= 11×100/(100×20)=0.55 U k2*= 0
U k3*= 7×100/(20×100)=0.35 基准电流为 I d1=
Sd 3Ud 1Sd 3Ud 2
=
1003⨯115
kA=0.502kA 110kV
Id2==
1003⨯37
kA=1.56kA 35kV
I d3=
Sd 3Ud 3
=
1003⨯10. 5
kA=5.5kA 10kV
在最大运行方式下，三相短路电流为：
1
⨯0. 502kV ≈2kA 110kV Id1=0. 25
Ich =2. 55I k ''=2. 55⨯2kA =5. 1kA
11Sk =Sd =⨯100MVA =400MVA
X 1*0. 25
1
⨯1. 56kV ≈2. 98kA 35kV Id1=
0. 25+0. 275
Ich =2. 55I k ''=2. 55⨯2. 98kA =7. 8kA
11Sk =Sd =⨯100MVA =191MVA
X 1*0. 25+0. 2751
⨯5. 5kV ≈7. 87kA 10kV Id1=
0. 25+0. 45
Ich =2. 55I k ''=2. 55⨯7. 87kA =20. 07kA
11Sk =Sd =⨯100MVA =142. 9MVA
X 1*0. 25+0. 45
热稳定计算时间：
10kV 线路0.5+0.2+0.05s=0.75s 主变10kV 侧1.5+0.2+0.05s=1.75s 主变35Kv 侧2.5+0.15+0.05s=2.7s 35kV 线路1+0.15+0.05s=1.2s 主变110kV 侧3+0.1+0.05s=3.15s
另计算电路一期建设最大运行方式下的电流：
110kV 侧为2kV ；35kV 侧为1.95kV ；10kV 侧为4.76kV
五、 电气设备选择
1、设备选择原则
设备选择应符合使用环境的要求，并考虑到经济等原则。设备的规格，参数都按照正常工作环境选择，按最大短路电流校验。 2、开关电器的选择
变压器110kV 侧隔离开关和断路器选择
变压器35kV 侧隔离开关和断路器选择
35kV 出线断路器和隔离开关选择
主变压器10kV 侧高压开关柜
10kV 线路开关柜 10kV 母线分段开关
选用GG-1A(F)-11和GG-1A(F)-95两种高压开关柜。使用条件为：工作电压10kV ，工作电流按551计，冲击电流12.2kA ，稳态短路电流为4.78kA ，等效时间取1.25s 。
断路器选择SN10-10Ⅱ/1000型，隔离开关选用GN 8-10/1000型。
3、导线的选择
1） 常用导体材料在铜、铝等。载流导体一般采用铝质材料，110KV 及以上配电装置一般采用软导线。
2）硬母线截面在矩形、槽形、管形等。
矩形母线用于35KV 及以下，电流在4000A 及以下配电装置。 导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择，变电所的汇流母线均按长期发热允许电流进行选择，各引线则按经济电流密度选择。
校验热稳定性时，按公式S ≥S min =
I ∞c
tim a ，取c=97.
主变压器10kV 侧引出线和10kV 母线拟选用80⨯10mm 2的矩形铝排、平置。支持绝缘子间距取2.5，相间中心线距为0.4m 。 （1） 母线排的校验
1、热稳定校验
I ∞7. 87⨯103
S min ==. 75mm 2=107mm 2 小于800mm 2 c 97
2、母线截面积
b 2h 82⨯13W ==cm =10. 7cm 3 66
3、母线在短路时的最大电动力
l 2. 5F =1. 73i 2sh ⨯⨯10-1=1. 73⨯12. 22⨯⨯10-1N =161N s 0. 4
4、母线排受到的最大应力
Fl 161⨯250σmax ==N /cm 2=376. 17N /cm 2 10W 10⨯10. 7
（2） 10kV高压开关柜的校验
l 1. 2F =1. 73i 2sh ⨯⨯10-1=1. 73⨯20. 072⨯⨯10-1N =334. 5N s 0. 25
Fl 334. 5⨯120σmax ==N /cm 2=375. 2N /cm 2 10W 1. ⨯10. 7
（3） 线路软导线选择
从经济和安全稳定角度来选择导线。
4、互感器的选择
1、电流互感器的选择
①主变110kV 侧互感器：选用LCWD-110型，Ki=200A/5A，级次0.5/5p/5p，每相两只串联，热稳定倍数75，动稳定倍数135. 热稳定和动稳定计算结果如下： (75⨯200) 2=22. 5⨯107≥1. 27⨯25002；
2⨯200⨯135=38184≥5100；
②主变35kV 侧电流互感器：选用LCWD-35型，Ki=600A/5A，级次0.5/5p，用于继电保护和测量仪表回路
③主变10kV 侧电流互感器：选LAJ-10型，Ki=1200A/5A，级次0.5/5p ④35kV 出线电流互感器：选LCWD-35型，Ki=200A/5A
⑤10kV 出线电流互感器：选LCWD-10型，Ki=300A/5A
2、电压互感器的选择
1100kV 侧选用JCC-110型单相、串极式三绕组户外是电压互感器，额定电压比110000100V /V /100V ，共2台； 3 35kV侧母线上选用JDII-35型可供绝缘监视用互感器
10kV 侧母线选用JSJW-10型电压互感器，可供绝缘监视用，配套开关柜。
5、熔断器的选择
熔断器选择的具体技术条件如下：
电压：U g ≤U n （3.28）
限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中，以免因过电压而使电网中的电器损坏，故应为
电流：
式中：U g =U n I g ⋅max ≤I f 2n ≤I f 1n I f 2n
I f 1n （3.29） ——熔体的额定电流。 ——熔断器的额定电流
根据保护动作选择性的要求校验熔体额定电流，应保证前后两级熔断器之间，或熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。
''断流容量：I ch (或I ) ≤I kd （3.30）
式中：I ch ——三相短路冲击电流的有效值。
I kd ——熔断器的开断电流。
根据电网电压的要求，本站35KV 、10KV 电压互感器都用高压熔断器进行保护，保护电压互感器的熔断器只需按额定电压和开断容量来选择，查阅有关设计资料得：
35KV 电压互感器使用RN2—35型高压限流熔断器，其技术参数：Ue=35KV，Le=0.5A，Sde=1000MVA。
10KV 电压互感器选用RN2—10型高压熔断器，其技术参数：Ue=10KV，Le=0.5A，Sde=1000MVA。
六、 课程设计体会及建议
通过这次课程设计，我了解了变电站设计的基本步骤，了解了110kV 降压变电站的工作原理。对电力系统的实际运营有了初步的了解。
本次设计的主要内容是主接线设计、短路点计算、电气设备的选择与校验、主变保护设计、防雷保护的设计等。通过此次设计，使我明白了变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分，主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置等的拟定将会产生直接的影响。通过短路电流的计算来对系统的各种故障进行分析，并以此来校验各种电气设备的选择是否符合要求。此外，通过防雷保护的设计，满足了对雷击的防护，同时为了整个变电站的安全运行进行了主变保护设计，因为它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行。
在这次课程设计中，我对各种实际电气器件有了明确的认识。在以后的实际工作中也会注意合理，经济的选择器材。
另外在这次设计中，我也发现我的诸多不足，但通过同学的帮助和个人的努力，设计要求的任务已完成。有错误，遗漏的地方，还恳请老师指正。
七、 参考资料及指导老师
参考文献
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[15] 工厂常用电气设备手册（第2版）. 北京：中国电力出版社，1997