1、摘 要變電站作為電力系統中的重要組成部分，直接影響整個電力系統的安全與經濟運行。根據設計任務書的要求，本次設計為110kV變電站一次主接線的設計，并繪制電氣主接線圖和變電站平面布置圖。該變電站設有兩臺主變壓器，站內主接線分為110kV、35kV和10kV三個電壓等級。110kV電壓等級采用內橋接線，35kV和10kV電壓等級都采用單母線分段接線。首先根據主接線的經濟可靠、運行靈活的要求，選擇了兩種待選主接線方案進行了技術經濟比較，淘汰較差的方案，確定了變電站電氣主接線方案。同時通過對原始資料的分析來選擇變壓器和無功補償裝置。其次進行短路電流計算，從三相短路計算中得到當短路發生在各電壓等級的母線

2、上時，其短路穩態電流和沖擊電流的值。再根據計算結果及各電壓等級的額定電壓和最大持續工作電流進行主要電氣設備選擇及校驗。設計的內容符合國家有關經濟技術政策，所選設備大部分為國家推薦的產品，技術先進、運行可靠、經濟合理。關鍵詞：電氣主接線；變壓器；設備選型AbstractSubstation as an important part of the entire power system directly affects the safety and economic operation. According to the design requirements of the mission sta

3、tement, this design is a main connection 110kV substation design and draw electrical substation main wiring diagrams and layout plans. There are two main transformers in the substation in which main electrical connection can be divided into three voltage grades: 110kV, 35kV with 10kV. It deposits se

4、ctionalized single bus bar scheme per grade.First, according to the main wiring of the reliable economy and flexible operation requirements, select the two proposed main wiring schemes for the technical and economic comparison, eliminating poor schemes, the substation main electrical wiring scheme i

5、s determined. At the same time, through the analysis of raw data to choose transformer and reactive power compensation device. Second, short-circuit current calculation, the three-phase short-circuit calculated when the short circuit occurs in each bus voltage level when the short circuit, the stead

6、y-state current and impact current value. According to the results and of the main electrical equipment selection and check the voltage level of voltage and maximum continuous working current.The content of the design in accordance with the relevant national technical and economic policy, the select

7、ed device for most countries recommend products, advanced technology, reliable, economic and reasonable.Key Words: Electrical main wiring, Transformer, Equipment type selection 目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 工程背景11.2 設計范圍11.3 設計依據11.4 設計目標11.5 設計任務12 電氣主接線設計22.1 主接線的設計原則22.1.1 主接線的設計依據22.1.2 主接線設計的基本要求22

8、.2 主接線的設計22.2.1 設計步驟22.2.2 初步方案設計22.2.3 最優方案確定23 負荷計算33.1 負荷計算的公式33.1.1 低壓側負荷計算的公式33.1.2 高壓側負荷計算的公式43.2 10kV和35kV的負荷計算43.2.1 10kV線路負荷計算43.2.2 35kV線路負荷計算53.3 變壓器的選擇63.3.1 確定變壓器容量的公式63.3.2 主變壓器臺數的選擇73.3.3 主變壓器容量的確定73.3.4 主變壓器型號的確定73.4 站用變壓器的選擇83.4.1 站用變壓器的選擇的原則83.4.2 站用變壓器型號的選擇83.5 無功補償裝置的選擇83.5.1 補償裝

9、置的確定83.5.2 補償位置的確定83.5.3 電容器型號的選擇84 短路電流計算94.1 短路計算規定與步驟94.1.1 短路計算的一般規定94.1.2 短路計算的步驟94.2 變壓器的參數計算及短路點的確定104.2.1 變壓器參數的計算104.2.2 短路點的確定114.3 各短路點的短路計算114.3.1 短路點k-1的短路計算（110kV母線）114.3.2 短路點k-2的短路計算（35kV母線）124.3.3 短路點k-3的短路計算（10kV母線）134.3.4 短路點k-4的短路計算（母線）135 電氣主設備的選擇及校驗155.1 各回路最大持續工作電流一覽表155.2 斷路器

10、的選擇及校驗155.2.1 斷路器選擇的具體條件155.2.2 斷路器的選擇與校驗165.3 隔離開關的選擇及校驗175.4 熔斷器的選擇及校驗175.4.1 熔斷器的選擇175.4.2 熔斷器的校驗185.5 電流互感器的選擇及校驗185.5.1 電流互感器選擇的具體條件185.5.2 電流互感器的選擇185.6 電壓互感器的選擇195.7 母線及電纜的選擇及校驗195.7.1 母線截面積的選擇195.7.2 10kV出線電纜的選擇205.7.3 10kV出線電纜的校驗20結論21致 謝22參考文獻231 緒論1.1 工程背景隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，對供電質量的要求日益提高。

11、國家提出了加快城網和農網建設和改造，拉動內需的發展計劃，110kV變電站的建設迅猛發展。供電可靠性是城網建設改造的一個重要目標，110kV變電站設計是城網建設中較為關鍵的技術環節，如何設計110kV變電站，是城網建設和改造中需要研究和解決的一個重要課題。1.2 設計范圍包括負荷計算、短路計算，主接線方式的選擇、變壓器的選擇、電氣設備的選型和校核等。最后利用AutoCAD繪制變電所的主接線圖和變電所平面布置圖。1.3 設計依據(1) 相關專業提供的工程設計資料。(2) 國家現行有關設計規程、規范及標準，主要包括： 導體和電器選擇設計技術規程(DL/T 5222-2005)35110kV變電所設計

12、規范(GB 50059-1992)供配電系統設計規范(GB 50052-2009)3110kV高壓配電裝置設計規范(GB 50060-2008) 國家現行的標準圖。電氣設備用圖符合國家標準匯編、電氣制圖國家標準匯編。1.4 設計目標以AutoCAD作為設計平臺，根據給定的地區35kV、10kV負荷情況，完成地區110kV變電所主回路設計，以變電所對周圍各集中用電負荷的可靠安全供電，設計出一個經濟實用的110kV變電站。1.5 設計任務(1) 結合所給地區負荷性質，選擇合適的主接線形式。(2) 選擇合適的計算方法，進行地區變電所負荷計算，完成變壓器選擇。(3) 進行短路計算，完成設備選擇與校驗。

13、2 電氣主接線設計2.1 主接線的設計原則 主接線的設計依據(1) 考慮變電站在電力系統的地位和作用。 (2) 考慮近期和遠期的發展規模。 (3) 考慮負荷的重要性和出線回路多少對主接線的影響。 (4) 考慮主變臺數對主接線的影響。 主接線設計的基本要求主接線應滿足可靠性、靈活性和經濟性三項基本要求。2.2 主接線的設計 設計步驟電氣主接線設計，一般分以下幾步：(1) 擬定可行的主接線方案：根據設計任務書的要求，在分析原始資料的基礎上，擬訂出若干可行方案，內容包括主變壓器形式、臺數和容量、以及各級電壓配電裝置的接線方式等，并依據對主接線的要求，從技術上論證各方案的優、缺點，保留2個技術上相當的

14、較好方案。(2) 對2個方案進行全面的技術比較，確定最優的主接線方案。 初步方案設計根據原始資料，此變電站有三個電壓等級：110/35/10kV ，故可初選三相三繞組變壓器。為保證供電可靠性，可裝設兩臺主變壓器。為保證設計出最優的接線方案，初步設計以下兩種接線方案供最優方案的選擇。方案一：110kV側采用內橋接線，35kV和10kV側都采用單母分段接線。方案二：110kV側采用外橋接線，35kV和10kV側都采用單母分段接線。 最優方案確定采用內橋接線的優點是供電可靠和運行靈活性好。適用于變壓器不需要經常投切的總降壓變電所。采用外橋接線的優點：同內橋接線。適用于變壓器需要經常切換的變電所。由以

15、上比較可得：110kV側采用內橋接線1。3 負荷計算負荷計算選擇變壓器容量和電氣設備的依據2。3.1 負荷計算的公式3.1.1 低壓側負荷計算的公式(1) 視在功率：(3.1)其中，為線路每回最大負荷；為功率因數角。(2) 線路功率損耗：(3.2)其中，為線路的計算電流；為線路每相的電阻；為線路每相的電抗。、為線路單位長度交流電阻及電抗；為線路計算長度。(3) 出線側計算負荷：(3.3)其中，為線路回路數。(4) 低壓側總計算負荷：(3.4)3.1.2 高壓側負荷計算的公式(1) 變壓器損耗：(3.5)(2) 高壓側總計算負荷：(3.6)其中，代表側的總計算負荷；，代表側的總計算負荷。3.2

16、10kV和35kV的負荷計算3.2.1 10kV線路負荷計算(1) 10kV負荷原始數據表述。表3.1 10kV負荷原始數據表符合名稱每回最大負(kW)功率因數回路數供電方式線路長度(km)鄉區變1000(25.8°)3架空5紡織廠1700(2°)1電纜3紡織廠2800(2°)2架空7紡織廠3600°)1架空4加工廠700(25.8°)1架空5材料廠800(25.8°)2架空2電視機廠800(2°)1架空14配電變壓A780(25.8°)1架空15配電變壓B900(23°)1架空16(2) 10kV負荷計

17、算結果由式式可得10kV負荷計算結果如表3.2表述。表3.2 10kV負荷計算表符合名稱(kW)(kvar)(kW)(kvar) (kW)(kvar)鄉區變1000紡織廠170000700紡織廠2800紡織廠3600加工廠70012材料廠8001629786電視機廠800500配電變壓器A78037745422配電變壓器B9003821040由式3.4得：，。由式3.5得：，。由式3.6得：，。3.2.2 35kV線路負荷計算(1) 35kV負荷原始數據35kV負荷原始數據如表3.3表述。表3.3 35kV負荷原始數據表符合名稱每回最大負荷(kW)功率因數回路數供電方式線路長度(km)鄉鎮變1

18、60001架空15鄉鎮變270001架空8汽車廠43002架空7磚廠50001架空11(2) 35kV負荷計算結果由式式可得35kV負荷計算結果如表3.4表述。表3.4 35kV負荷計算表符合名稱(kW)(kvar)(kW)(kvar)(kW)(kvar)鄉鎮變160003118鄉鎮變27000汽車廠430023218851磚廠500030989由式3.4得：，。由式3.5得：，。由式3.6得：，。3.3 變壓器的選擇3.3.1 確定變壓器容量的公式變壓器容量的確定所需公式如下：(1) 110kV側的總計算負荷：(3.7)(2) 高壓側功率因數：(3.8)(3) 無功補償容量：(3.9)其中，

19、為補償前的功率因數角；為補償后的功率因數角。(4) 變壓器的容量：(3.10) 主變壓器臺數的選擇對供有大量一、二級負荷的變電站，宜采用兩臺主變壓器，以便當一臺故障或檢修時，另一臺能對一、二級負荷繼續供電。本變電站有大量的一、二級負荷，故選擇兩臺主變壓器。3.3.3 主變壓器容量的確定由式得：，。由式得：。我國相關技術導則規定，110kV變電站高壓側功率因數，在主變最大負荷時不低于3。由式得：。由式得： 。3.3.4 主變壓器型號的確定已知：變電站自用電負荷為(MVA)。裝有兩臺主變壓器的變電站，每臺變壓器的容量應該滿足任一臺變壓器單獨運行時，滿足總計算負荷的大約70%的需要，即：(3.11)

20、變壓器容量由式得：(MVA)。由負荷計算，選擇主變壓器型號為SFSL1-31500/110，其具體參數如表3.5表述。表3.5 主變壓器型號及參數型號及容量(kVA)額定電壓(kV)連接組損耗(kW)短路電壓(%)空載電流(%)空載負載高中高低中低高中低SFSL1-31500/11012122.5%22.5%YN,yn0,d1112518183.4 站用變壓器的選擇3 站用變壓器的選擇的原則35110kV變電所設計規范規定，在有兩臺及兩臺以上主變壓器的變電站中，宜裝設兩臺容量相同可互為備用的站用變壓器，分別接到母線的不同分段上4。3 站用變壓器型號的選擇選擇站用變壓器型號為SC9-80/10，

21、其具體參數如表3.6表述。表3.6 站用變壓器型號及參數型號額定容量(kVA)額定電壓(kV)連接組損耗(W)阻抗電壓(%)空載電流(%)空載短路SC9-80/1080Y,yn03401140423.5 無功補償裝置的選擇 3 補償裝置的確定由于本次設計的變電站為110kV變電站，而原始資料可知，補償裝置主要補償負荷的無功容量及平衡主變損耗。故一般首先考慮裝設并聯電容器。3 補償位置的確定目前，電力系統中110kV變電站普遍采用在10kV低壓側加裝并聯電容器組以滿足電網對無功功率的需求5。3 電容器型號的選擇選擇電容器型號為BFM11-1800-3W，其具體參數如表3.7表述。表3.7 電容器

22、參數電容器型號額定電壓(kV)額定容量(kvar)額定電流(A)BFM11-1800-3W1018004 短路電流計算4.1 短路計算規定與步驟4.1.1 短路計算的一般規定(1) 計算的基本情況： 每一個電壓級采用平均額定電壓。 以供電電源為基準的電抗標幺值大于3，可認為電源容量為無限大的系統，短路電流的周期分量在短路全過程中保持不變。(2) 短路種類：一般按三相短路計算。4.1.2 短路計算的步驟(1) 按照供電系統圖繪制等效電路圖，要求在圖上標出各元件的參數，對復雜的供電系統，還要繪制出簡化的等效圖。(2) 選定基準容量和基準電壓，并按照公式求出基準電流和基準電抗。(3) 求出供電系統中

23、各元件電抗標幺值。(4) 求出電源至短路點的總電抗。(5) 當所選取的基準容量與電源的總額定容量不相等時，必須將總電抗標幺值換算成以電源總額定容量為基準的計算電抗。即：(4.1)其中，為基準容量；為全部發電機的總額定容量。(6) 按此式可求出短路電流標幺值。即：(4.2)(7) 若電源是無限大容量，則短路電流周期分量保持不變。即：(4.3)(8) 求出基準電流。即：(4.4)(9) 按此式求出實際電流。即：(4.5)(10) 求出穩態短路電流。即：(4.6)(11) 求出短路沖擊電流和短路全電流最大有效值。即：(4.7)(12) 求出短路容量。即：(4.8)4.2 變壓器的參數計算及短路點的確

24、定4 變壓器參數的計算(1) 基準值的選取：，取各側平均額定電壓6。各繞組短路電壓百分數如下：(4.9)各繞組電抗標幺值如下：%(4.10)由表3.5得：%，%，%。由式4.9得：%，%，%。由式4.10得：，。由表3.6得：%。由式4.10得：。(2) 系統等值電抗：(4.11)由式4.11得：。4 短路點的確定根據變電站選定的主接線形式、設備參數和短路點選擇，等值網絡如圖4.1所示。圖4.1 短路等值網絡圖4.3 各短路點的短路計算4 短路點k-1的短路計算（110kV母線）短路點k-1的等值網絡如圖4.2所示。圖4.2 k-1點短路等值圖由式4.1得：。由于，則此系統為無限大系統。由式4

25、.2得：。由式4.3得：。由式4.4得：。由式4.5得：。由式4.6得：。由式4.7得：， 。由式4.8得：。4 短路點k-2的短路計算（35kV母線）短路點k-2的等值網絡如圖4.3所示。圖4.3 k-2點短路等值圖等值電阻如下：由式4.1得：。由于，則此系統為無限大系統。由式4.2得：。由式4.3得：。由式4.4得：。由式4.5得：。由式4.6得：。由式4.7得：，。由式4.8得：。4 短路點k-3的短路計算（10kV母線）短路點k-3的等值網絡如圖4.4所示。圖4.4 k-3點短路等值圖等值電阻如下：由式4.1得：。由于，則此系統為無限大系統。由式4.2得：。由式4.3得：。由式4.4得

26、：。由式4.5得：。由式4.6得：。由式4.7得：， 。由式4.8得：。4 短路點k-4的短路計算（母線）短路點k-4的等值網絡如圖4.5所示。圖4.5 k-4點短路等值圖等值電阻如下：由式4.1得：。由于，則此系統為無限大系統。由式4.2得：。由式4.3得：。由式4.4得：。由式4.5得：。由式4.6得：。由式4.7得：，。由式4.8得：。5 電氣主設備的選擇及校驗5.1 各回路最大持續工作電流一覽表各回路最大持續工作電流一覽表如表5.1所述。表5.1 各回路持續工作電流結果表回路名稱計算公式及結果110kV進線35kV母線35kV出線鄉鎮變1鄉鎮變2汽車廠(2回)磚廠10kV母線10kV出

27、線鄉區變(3回)紡織廠1紡織廠2(2回)紡織廠3加工廠材料廠(2回)電視機廠配電變壓器A配電變壓器B0.4kV母線5.2 斷路器的選擇及校驗5 斷路器選擇的具體條件 (1) 電壓： 其中，為電網工作電壓。(2) 電流： 其中，為最大持續工作電流。(3) 開斷電流：其中，為斷路器實際開斷時間秒的短路電流周期分量； 為斷路器額定開斷電流。(4) 動穩定： 其中，為斷路器通過電流峰值。(5) 熱穩定：其中，為假想時間。5.2.2 斷路器的選擇與校驗斷路器的選擇與校驗如表5.2和表5.3表述。表5.2 斷路器的型號及參數位置型號額定電壓(kV)額定電流(A)額定開斷電流(kA)動穩定電 流(kA)熱穩

28、定電 流(kA)(s)固有分閘時間(s)合閘時間(s)變壓器110kV側SW3-110G/1200110120041(4)7變壓器35kV側SN10-35/1250351250164016(4)0.1235kV出線側SN10-35/1250351250164016(4)0.12變壓器10kV側SN10-10/2000102000130(4)0.210kV出線側SN10-10/63010630164016(2)6表5.3 斷路器的校驗表型號電壓(kV)電流(A)開斷電流(kA)動穩定(kA)熱穩定(kA)(s)是否滿足要求SW3-110G/1200110110120041是SN10-35/125

29、0353512501640是SN10-35/1250353512501640是SN10-10/2000101020001303880是SN10-10/63010106301640是5.3 隔離開關的選擇及校驗隔離開關沒有專門的滅弧結構，所以不能用來切斷和接通負載電流和短路電流，使用時應與斷路器配合7。隔離開關的選擇與校驗如表5.4和表5.5表述。表5.4 隔離開關的型號及參數開關編號型號額定電壓(kV)額定電流(A)動穩定電流(kA)熱穩定電流 (kA)(s)110kV側GW4-1101106305020(4)35kV變壓器側GN1-35/600356005020(5)35kV出線側GN1-3

30、5/600356005020(5)變壓器10kV側GN1-10/20001020008536(5)10kV出線側GN5-10T/2001020010(5)表5.5 隔離開關的校驗表型號電壓(kV)電流(A)動穩定(kA)熱穩定(kA)(s)是否滿足要求GW4-110110110630501600是GN1-35/6003535600502000是GN1-35/6003535600502000是GN1-10/200010102000856480是GN5-10T/2001010200500是5.4 熔斷器的選擇及校驗5 熔斷器的選擇熔斷器的選擇如表5.6所述。表5.6 熔斷器的型號及參數型號額定電壓

31、(kV)額定電流(A)斷流容(MVA)最大開斷電流有效值（kA）備注RN2-1010100050保護屋內TVRN2-3535200017保護屋外TV5.4.2 熔斷器的校驗(1) 10kV母線短路容量(2) 35kV母線短路容量5.5 電流互感器的選擇及校驗5.5.1 電流互感器選擇的具體條件(1) 一次回路電壓：(2) 一次回路電流：(3) 動穩定校驗： 其中，為電流互感器動穩定倍數。(4) 熱穩定校驗：其中，為穩態短路電流；為短路電流發熱等值時間；為秒時的熱穩定倍數。5.5.2 電流互感器的選擇電流互感器的選擇與校驗如表5.7和表5.8表述。表5.7 電流互感器的型號及參數參數型號額定電流

32、比(A)準確級二次負荷()10%倍數熱穩定倍數動穩定倍數級1級二次負荷()倍數110kV進線側LCWD-110(2×50)(2×600)/5D1/D2/20157515變壓器35kV側LCW-35151000/5242286510035kV出線側LB-35300/5/B1/B21555140變壓器10kV側LAJ-102000/51/D<10409010kV出線側LA-10300/50.5/1/31075135表5.8 電流互感器的校驗表型號電壓(kV)電流(A)動穩定(kA)熱穩定(kA)(s)是否滿足要求LCWD-110110110180是LCW-35353560

33、01521是LB-353535300是LAJ-10101020006400是LA-10101030050是5.6 電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇如表5.9表述。表5.9 電壓互感器型號及參數型式額定變比額定容量(VA)最大容量(VA)單相(屋外式)JCC2-1105002000JDJ-3535000/1002501200JDZ-1010000/100804005.7 母線及電纜的選擇及校驗5.7.1 母線截面積的選擇(1) 按長期發熱允許電流選擇，即： (5.1)其中：為在環境溫度為25oC母線的長期允許電流，為溫度修正系數。為母線的額定溫度，通常=25oC，為母線安裝地點的實際環境溫度，為母線的長期允許溫度，通常=70oC。(2) 母線選擇 35kV母線選擇由表5.1可知35kV母線中由式5.1得：所以選50×4矩形鋁母線截面積為200mm2，平放， 10kV母線選擇由表5.1可知10kV母線中所以選125×10矩形鋁母線截面積為1250mm2，平放，5.7.2 10kV出線電纜的選擇按允許載流量選擇電纜的截面積：(5.2)其中，為溫度修正系數，分別為電纜安裝處的實際環境溫度和導體額定載流量的基準溫度，為電纜長期發熱允許最高溫度。紡織廠1：，選纜心截面70