1、 西安科技大學繼續教育學院 畢業設計說明書畢業生姓名：李東專業：電氣工程及其自動化學號：指導教師：所屬系（部）： 二一 年 月 西安科技大學繼續教育學院 畢業設計評閱書 題目： 變電所電氣主接線設計 系電氣工程及其自動化專業 姓名 李東 設計時間：2016年10月01日2011年11月30日 評閱意見：成績： 指導教師：（簽字） 職務： 201 年月日 西安科技大學繼續教育學院畢業設計答辯記錄卡 電氣工程及其自動化 專業 姓名 李東答 辯 內 容問 題 摘 要評 議 情 況（簽名）成 績 評 定指導教師評定成績答辯組評定成績綜合成績注：評定成績為100分制，指導教師為30%，答辯組為70%。摘

2、 要本設計的主要內容包括：10/0.4kV變電所主變壓器選擇；變電所電氣主接線設計；短路電流計算；負荷計算；無功功率補償；電氣設備選擇（母線、高壓斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器和補償電容器）；配電裝置設計；繼電保護規劃設計；防雷保護設計等。根據電氣主線設計應滿足可靠性、靈活性、經濟性的要求，本變電所電氣主接線的高壓側采用單母線接線，低壓側采用單母線分段的電氣主接線形式；對低壓側負荷的統計計算采用需要系數法；為減少無功損耗，提高電能的利用率， 本設計進行了無功功率補償設計，使功率因數從0.69提高到0.9；短路電流的計算包括短路點的選擇及其具體數值計算；而電氣設備選擇采用了按額

3、定電流選擇，按短路電流計算的結果進行校驗的方法；繼電保護設計主要是對變壓器進行電流速斷保護和過電流保護的設計計算；配電裝置采用成套配電裝置；本變電所采用避雷針防直擊雷保護。本設計十分注重運用我國電氣設計的新技術和新的設備，實用性及強，考慮到是實際工程的應用，便以通俗易懂的語言進行闡述。關鍵詞：變電所設計；電氣主接線；繼電保護 經濟的迅速發展，科學技術的不斷進步促使社會中各行各業都在不斷地發展壯大，特別是各種高、新、尖、精的技術應用，而所有的一切都離不開電，而電的中樞變電所更是必不可少，起到至關重要的作用。電是一個廣義的范疇，伴隨負荷的不同，對電的要求也會隨之改變。10kV的變電所應用較為廣泛，

4、其涉及工業、農業等諸多領域，所以說對10kV變電所的設計具有十分重要的意義。此設計的題目是針對10kV變電所進行的擴大初步設計，在設計伊始，在工程技術人員的陪同下對變電所進行了參觀學習，并把所設計的有關內容做了整體的記錄，參觀過程中通過技術人員的指導和結合自身的實際情況，選擇變電所的高低壓部分設計，這部分設計相信對自己將來的工作也會有很大的幫助。本設計按照以下的步驟進行：首先：依照主接線的特點，選擇各個電壓等級的接線方式，進行綜合比較，選擇最佳接線方式。其次：進行短路電流計算，根據短路點計算三相短路穩態電流和沖擊電流。再次：根據所選電氣元件，結合實際繪制設計圖紙，包括主接線圖、二次回路圖等。最

5、后進行校驗。以上是理論知識的體現而更中要的一點是在設計中培養自己運用所學知識解決實際問題的能力和創新精神，增強工程觀，在設計過程中主要立足于應用所學基本理論和專業知識，大膽地運用新理論、新技術去分析解決實際問題,以便更好地適應工作的需要。了解整個設計的目的、內容和基本要求進行設計的資料推備。資料準備主要通過查閱(包括上網查問)文獻資料和參加生產實習兩條渠道進行。此設計充分吸收專業理論知識， 考慮自己畢業設計的選題方向，有目的、有計劃地查閱與選題方向有關的文獻資料，特別是在參加生產實習的過程中有意識地搜集生產過程及新技術、新設備、改革新成果的應用等方面資料，這也是為畢業設計課題收集資料的最重要途

6、徑。選定題目后，應再有針對性地查閱一些資料，最后對所有收集的資料進行整理。并對其進行完善，對于一個完整的設計而言，文字與圖紙并存。文字的詳細敘述使內容豐富，而圖紙則一目了然。 第1章 畢業設計概述1.1 畢業設計題目西安科技大學學院綜合教學樓變電所擴大初步設計1.2 畢業設計目的本設計是針對變電所進行的擴大初步設計，設計中涉及“發電廠電氣部分”、“電力系統分析”、“電力系統繼電保護”等課程有關內容，通過設計培養學生綜合運用所學知識分析、解決本專業領域工程技術問題的能力；培養學生獨立自學能力；使學生受到工程師的基本訓練，即工程設計和科學研究的初步能力；包括：調查研究、搜集資料（含文獻檢索）；方案

7、論證、技術方案的計劃與實施；理論分析、設計和計算；撰寫學術論文或設計說明書等的能力。1.3畢業設計內容主變壓器選擇；變電所電氣主接線設計；短路電流計算；電氣設備選擇（母線、高壓斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器和補償電容器）；配電裝置設計；繼電保護設計；防雷保護設計；繪制電氣主接線圖，繪制配電裝置平面圖及直擊雷保護范圍圖。1. 進行10kV變電所擴大初步設計；2. 完成任務書中的全部內容；3. 繪制變電所電氣主接線圖；4. 繪制配電裝置平面圖及直擊雷保護范圍圖；5. 畢業設計說明書按統一格式打印裝訂成冊；6. 說明書文字在1 .5萬字以上，語言通順簡練，圖表畫法符合國家標準；7.

8、 完成與設計有關的英文資料翻譯； 第2章 主變壓器選擇在發電廠和變電站中，用來向電力系統或用戶輸送功率的變壓器，稱為主變壓器。在輸配電系統中，變壓器起到橋梁作用，變壓器是借助電磁感應原理，以相同的頻率，交換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器。4.1變電所變壓器容量、臺數、型號選擇4.1.1變壓器容量變壓器空載運行時需用較大的無功功率，這些無功功率需由供電系統供給，變壓器容量如選的過大，不但增加投資，而且使變壓器長期處于輕載運行，出現“大馬拉小車”現象，使空載的損耗增加，功率因數降低，網絡損耗增加。若容量選的小，會使變壓器長期過負載，易損壞設備。變壓器的最佳負載率在40%-70%之間，負

9、載過高，損耗明顯增加，另一方面，由于變壓器容量裕度小，負載稍有增長，便需要增容，更換大容量的變壓器，勢必增加投資，且影響供電。總之選擇變壓器的容量，要以現有的負荷為依據，按照5-10年的發展計劃來確定，按照遼寧工學院綜合樓變電所的設計選用的變壓器容量為1000kVA。4.1.2主變壓器臺數和型號1臺數變壓器的臺數應根據負荷的特點和經濟運行進行選擇，要由負荷大小，對供電的可靠性和電能質量的要求來決定，并兼顧節約電能、降低運行造價、維護設備等因素，確定變壓器臺數應綜合考慮，進行認真的技術經濟比較。按負荷的等級和大小來說，對于帶一、二級負荷的變電所，當一、二級負荷較多時，應選兩臺或兩臺以上變壓器，如

10、只有少量的一、二級負荷并能從相鄰的變電所取得低壓備用電源，可以只采用一臺變壓器。對于像遼寧工學院綜合樓來說主要負荷是二、三類負荷 ，二級負荷主要是消防電梯、應急照明等負荷；而三級負荷主要是電力設備和普通照明，根據需要擬裝設兩臺變壓器。2型號主變壓器的型號選擇主要考慮以下因素：1）.變電所的所址選擇；2）.建筑物的防火等級；3）.建筑物的使用功能；4）.主要用電設備對供電的要求；5）.當地供電部門對變電所的管理體制等。設置在一類高、低壓主體建筑中的變壓器，應選擇干式、氣體絕緣或非可燃性液體絕緣的變壓器；二類高、低壓主體建筑也宜如此，否則應采取相應的防火措施。主變壓器安裝在地下時，根據消防要求，不

11、得選用可燃性油變壓器，地下層一般比較潮濕，通風條件不好，也不宜選用空氣絕緣的干式變壓器，而宜采用環氧樹脂澆注型或者六氟化硫型變壓器，綜合所述結合校的具體情況選型為SCB9-1000/10KV變壓器。4.1.3主變壓器確定位于遼寧工學院綜合樓地下變電所的主變壓器型號為環氧樹脂澆注型，其技術參數如表2-1所示。表4-1 SCB9-1000/10變壓器技術參數型號額定容量（KVA）額定電壓（kV）空載損耗（W）負載損耗（W）短路阻抗（%）空載 電流（%）變壓器連接組高壓低壓SCB9-1000/10100010.50.41660855061.04.2干式變壓器的結構為了確保供電安全，迫切需要即可深入負

12、荷中心又無燃燒危險的變壓器，而當今，隨著社會進步，干式變壓器得到了廣泛的應用，根據國家標準干式變壓器定義，所謂干式變壓器，就是指鐵心和繞組不浸入液體中的變壓器。干式變壓器的結構與油浸式變壓器的差別不大，采用晶粒取向電工鋼片，軛和柱采用全斜接縫，心柱用鋼帶或自干型絕緣粘帶綁扎，也有用粘結劑將鐵心膠合，鐵心為防止因凝結而引起銹蝕，在鐵心表面涂有耐熱的防銹覆蓋漆或樹脂，容量較大時，鐵芯中要有氣道，氣道尺寸為15-20mm，而干式變壓器的繞組材料是銅箔或鋁箔，有時也采用銅線繞制，而低壓線圈（1000V及以下），用銅箔（或鋁箔）與預浸環氧樹脂的絕緣材料緊密繞制，采用纏繞玻璃纖維加強樹脂包封，經過工藝處理

13、后，使高低壓線圈各自成為一個堅固的整體，不但具有很強的承受短路能力，而且經過冷熱循環試驗，證明了線圈具有耐潮、耐裂、阻燃和自熄功能。由于干式變壓器的適用材料不同，其絕緣等級也不同，絕緣材料等級與絕緣材料最高允許溫度見表4-2。表4-2 絕緣等級與最高允許溫度絕緣等級YAEBFHC絕緣材料最高允許溫度(）951051201301551802204.3干式變壓器的特點1. 占地面積小，不必單獨建設變壓器室，它可以和10kV的高壓柜，380/220V的低壓配電柜裝在一個室內。2. 運行、維修量小。3. 具有耐熱、防塵、耐潮的特點，適合于安裝負荷中心，對系統經濟運行節電起到了一定作用。4. 損耗小、噪

14、聲小。5. 絕緣性好，局部放電量小，耐雷電沖擊力強。6. 機械強度高,抗溫度變化，抗短路能力強。7. 價格昂貴。8. 壽命期后，不易回收，污染環境。4.4干式變壓器的使用注意事項1. 干式變壓器選擇不同的外殼，是由所處的環境和防護要求而定。2. 干式變壓器繞組的絕緣，很大程度影響變壓器的安全和使用壽命。3. 自然空氣冷卻和強迫空氣冷卻。4干式變壓器的過載能力與環境溫度、載前的負荷情況、變壓器的絕緣散熱情況和發熱時間常數有關。第3章 變電所電氣主接線電氣主接線是由高壓電器通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流、高電壓的網絡，故又稱為一次接線或電氣主系統。用規定的設備文字

15、和圖形符號并按工作順序排列，詳細地表示電氣設備或成套裝置的全部基本組成和連接關系的單線接線圖，稱為主接線電路圖。電氣主接線是變電所電氣設計的首要部分，也是構成電力系統的首要環節。對電氣主接線的基本要求概括地說應包括電力系統整體及變電所本身運行的可靠性、靈活性和經濟性。5.1對電氣主接線的基本要求和原則5.1.1電氣主接線的基本要求1可靠性所謂可靠性是指主接線能可靠的工作，以保證對用戶不間斷的供電。衡量可靠性的客觀標準是運行實踐。經過長期運行實踐的考驗，對變電所采用的主接線經過優選，現今采用主接線的類型并不多。主接線的可靠性不僅要考慮次設備對供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護二次設備的故障對供電

16、可靠性的影響。同時，可靠性不是絕對的，而是相對的。一種主接線對某些變電所是可靠的，而對另一些變電所可能是不可靠的。2靈活性 主接線的靈活性有以下幾方面要求； 1)調度要求。可以靈活的投入和切除變壓器、線路、調配電源和負荷，能夠滿足系統在事故運行方式下、檢修方式下以及特殊運行方式下的調度要求。 2)檢修要求。可以方便的停運斷路器、母線及其繼電保護設備，進行安全檢修，且不致影響對用戶的供電。 3)擴建要求。可以容易的從初期過渡到終期接線，使在擴建時，無論一次和二次設備改建量最小。3經濟性經濟性主要是投資省、占地面積小、能量損失小。5.1.2電氣主接線的原則1考慮變電所在電力系統中的地位和作用變電所

17、在電力系統中的地位和作用是決定主接線的主要因素。變電所不管是樞紐變電所、地區變電所、終端變電所、企業變電所還是分支變電所，由于它們在電力系統中的地位和作用不同，對主接線的可靠性、靈活性、經濟性的要求也不同。2考慮近期和遠期的發展規模變電所主接線設計應根據510年電力系統發展規劃進行。應根據負荷的大小和分布、負荷增長速度以及地區網絡情況和潮流分布，并分析各種可能的運行方式，來確定主接線的形式以及所連接電源數和出線回數。3考慮負荷的重要性分級和出線回數多少對主接線的影響對一級負荷，必須有兩個獨立電源供電，且當一個電源失去后，應保證全部一級負荷不間斷供電；對二級負荷，一般要有兩個電源供電，且當一個電

18、源失去后，能保證大部分二級負荷供電。三級負荷一般只需一個電源供電。4考慮主變臺數對主接線的影響變電所主變的容量和臺數，對變電所主接線的選擇將產生直接的影響。通常對大型變電所，由于其傳輸容量大，對供電可靠性要求高，因此，其對主接線的可靠性、靈活性的要求也高。而容量小的變電所，其傳輸容量小，對主接線的可靠性、靈活性要求低。5.2電氣主接線設計程序1、電氣主接線的設計程序電氣主接線的設計伴隨著變電所的整體設計，即按照工程基本建設程序，歷經可行性研究階段、初步設計階段、技術設計階段和施工設計階段等四個階段。在各階段中隨要求、任務的不同，其深度、廣度也有所差異，但總的設計思路、方法和步驟相同。 (1)對

19、原始資料進行分析，具體內容如下： 1)本工程情況。主要包括：變電所類型；設計規劃容量；變壓器容量及臺數；運行方式等。 2)電力系統情況。電力系統近期及遠景發展規劃(510年)；變電所在電力系統中的位置(地理位置和容量位置)和作用；本期工程和遠景規劃與電力系統連接方式以及各級電壓中性點接地方式等。 3)負荷情況。負荷的性質及地理位置、電壓等級、出線回路數及輸送容量等。電力負荷在原始資料中雖已提供，但設計時應該認真地辯證地分析。因為負荷的發展和增長速度受政治、經濟、工業水平和自然條件等方面影響。如果設計時，只依據負荷計劃數字，而投產時實際負荷小了，就等于積壓資金，否則電量供應不足，就會影響其他工業

20、的發展。 4)環境條件。當地的氣溫、濕度、覆冰、污穢、風向、水文、地質、海拔、地震等因素對主接線中電器的選擇和配電裝置的實施均有影響。特別是我國土地遼闊，各地氣象、地理條件相差甚大，應子以重視。對重型設備的運輸條件也應充分考慮。 5)設備制造情況。為使所設計的主接線具有可行性，必須對各主要電器的性能、制造能力和供貨情況、價格等資料匯集并分析比較，保證設計的先進性、經濟性和可行性。(2)擬定主接線方案。根據設計任務書的要求，在原始資料分析的基礎上，可擬定若干個主接線方案。因為對電源和出線回路數、電壓等級、變壓器臺數、容量以及母線結構等考慮的不同，會出現多種接線方案(近期和遠期)。應依據對主接線的

21、基本要求，從技術上論證各方案的優缺點，淘汰一些明顯不合理的方案，最終保留23個技術上相當，又都能滿足任務書要求的方案，再進行可靠性定量分析計算比較，最后獲得技術合理、經濟可行的主接線方案。 (3)主接線經濟比較。 (4)短路電流計算。對擬定的電氣主接線，為了選擇合理的電器，需進行短路電流計算。 (5)電器設備的選擇。 (6)繪制電氣主接線圖及其他必要的圖紙。(7)工程概算。包括：主要設備器材費；安裝工程費；其他費用。5.3主接線設計主接線的基本形式，就是主要電氣設備常用的幾種形式，分為兩大類：有匯流母線的接線形式、無匯流母線的接線形式。變電所電氣主接線的基本環節是電源(變壓器)、母線和出線(饋

22、線)。各個變電所的出線回路數和電源數不同，且每路饋線所傳輸的功率也不一樣。在進出線數較多時(一般超過4回)，為便于電能的匯集和分配，采用母線作為中間環節，可使接線簡單清晰，運行方便有利于安裝和擴建。但有母線后，配電裝置占地面積較大，使用斷路器等設備增多。無匯流母線的接線使用開關電器較少，占地面積小，但只適用于進出線回路少，不再擴建和發展的變電所。有匯流母線的接線形式主要有：單母線接線和雙母線接線。設計中僅以單母線接線為例。一、單母線接線 圖 5-1 單母線接線如圖 5-1 所示，單母線接線的特點是整個配電裝置只有一組母線，每個電源線和引出線都經過開關電器接到同一組母線上。供電電源是變壓器或高壓

23、進線回路。母線既可以保證電源并列工作，又能使任一條出線回路都可以從電源l或2獲得電能。每條引出線回路中部裝有斷路器和隔離開關，靠近母線側的隔離開關QS2稱作母線隔離開關，靠近線路側的QS3稱為線路隔離開關(在實際變電所中，通常把靠近電源側的隔離開關稱為甲刀閘，把靠近負荷側的隔離開關稱為乙刀閘)。由于斷路器具有開合電路的專用滅弧裝置，可以開斷或閉合負荷電流和開斷短路電流，故用來作為接通或切斷電路的控制電器。隔離開關沒有滅弧裝置其開合電流能力極低，只能于設備停運后退出工作時斷開電路，保證與帶電部分隔離，起著隔離電壓的作用。所以，同一回路中在斷路器可能出現電源的一側或兩側均應配置隔離開關，以便檢修斷

24、路器時隔離電源。若饋線的用戶側沒有電源時，斷路器通往用戶則可以不裝設線路隔離開關。但如果費用不大，為了防止過電壓的侵入。也可以裝設。同一回路中串接的隔離開關和斷路器，在運行操作時，必須嚴格遵守下列操作順序：如對饋線送電時，須先合上隔離開關QS2和QS3，再投入斷路器QF2；如欲停止對其供電，須先斷開QF2，然后再斷開QS3和QS2。為了防止誤操作，除嚴格按照操作規程實行操作票制度外。還應在隔離開關和相應的斷路器之間，加裝電磁閉鎖、機械閉鎖。接地開關(又稱接地刀間)QS4是在檢修電路和設備時合上，取代安全接地線的作用。當電壓在110kV及以上時，斷路器兩側的隔離開關扣線路隔離開關的線路側均應配置

25、接地開關。對35kV及以上的母線，在每段母線上亦應設置12組接地開關或接地器，以保證電器和母線檢修時的安全。1單母線接線的優缺點 優點：接線簡單清晰、設備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置。 缺點：靈活性和可靠性差，當母線或母線隔離開關故障或檢修時，必須斷開它所連接的電源，與之相連的所有電力裝置在整個檢修期間均而停止工作。此外，在出線斷路器檢修期間，必須停止該回路的供電。2單母線接線的適用范圍 一般適用于一臺主變壓器的以下兩種情況： (1)6-10kV配電裝置的出線回路數不超過5回。 (2)35-66kV配電裝置的出線回路數不超過3回。二、單母線分段接線為了克服一般單母線接線存在的缺點，

26、提高它的供電可靠性和靈活性，可以把單母線分成幾段，在每段母線之間裝設一個分段斷路器和兩個隔離開關。每段母線上均接有電源和出線回路，便成為單母線分段接線，如圖5-2所示。1單母線分段接線的優缺點優點：用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電；當一證正常段母線不間斷供電和不致使大面積停電。缺點：當一段母線或母線隔離開關故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間內停電；當出線為雙回路時，常使架空線路出現交叉跨越；擴建時需向兩個方向均衡擴建。 2適用范圍 (1)6一10kV配電裝置出線回路數為6回及以上時。 (2)3566kV配電裝置出線回路數為48回時。圖5-2 單母

27、線分段接線現階段最常用的接線形式有兩種：單母線接線和單母線分段接線，依據遼寧工學院變電所中實際情況的了解，以及對單母線接線和單母線分段的比較，并且從經濟性、可靠性、靈活性三個方面的對比，選擇單母線接線方式。遼寧工學院變電所為終端變電所高壓為10kV低壓為0.4kV。這在主接線的選擇上確定了范圍，根據5-10年的發展計劃設計，并依據遼寧工學院的供電情況，擬裝設兩臺主變壓器。110kV主接線根據設計要求及綜合考慮，10kV側兩條銅電纜，一條運行，一條備用兩條電纜的各種參數均相同，來自供電中心的高壓電經隔離開關、調相機、電流互感器接到母線上，而后經隔離開關、計量柜進入母線接到兩臺變壓器上，其間由隔離

28、開關和斷路器分離。如附錄。20.4kV主接線所謂0.4kV是一種電壓等級,按正常工作需用380kV，10kV高壓經過變壓器降壓后為0.4kV等級，低壓經過隔離開關、電流互感器、高壓斷路器接到母線上，而后經過隔離開關、儀表通過低壓母線接到降壓變壓器母線上，兩臺變壓器低壓分別帶有不同的負荷這是0.4kV。如附錄所示。第4章 短路計算選擇電氣設備、整定繼電保護、確定電氣主接線方案、考慮限制短路電流的措施及分析電力系統是短路計算的最終目的。所謂短路是指不同電位導電部分之間的不正常短接，既有相與相之間導體的金屬性短接或者經小阻抗的短接，也有中性點直接接地系統或三相四線制系統中單相或多相接地（或接中性線）

29、。6.1短路概述電力系統的狀態有三種：正常運行狀態、不正常運行狀態、短路故障。在電氣設計和運行中，不僅要考慮系統正常運行狀態，而且要考慮它發生故障時的情況，最嚴重的故障是電路乃至系統發生短路。電力系統正常運行時，其相與相之間，中性點接地系統的中性線與相線之間，都是通過負荷或阻抗連接的。6.2造成短路原因電力系統發生短路的主要原因是電氣設備載流部分的絕緣被損壞。絕緣損壞大多是由于未及時發現和消除設備的缺陷，以及設計、制造、安裝和運行不當所致，如由于設備長期運行，絕緣自然老化或由于設備本身絕緣強度不夠而被正常電壓擊穿；設備絕緣正常而被內部人員違反操作規程和安全規程，造成誤操作而引發短路。電力系統的

30、其他某些故障也可能導致短路，如輸電線路斷線和倒桿事故等。此外，飛禽及小動物跨接裸導體，老鼠咬壞設備、導線的絕緣，都可能造成短路。6.3短路危害1.電力系統發生短路時，網絡總阻抗減小很多，短路回路中的短路電流可能超過該回路的正常工作電流十幾倍甚至幾十倍，如610kV的大容量裝置，短路電流可達到幾萬甚至幾十萬安。2.選的各種電氣設備應有足夠的熱穩定度。3.短路電流通過導體時，同時也使導體受到很大的電動力作用、使導體發生變形，甚至損壞。因此，電氣裝置中所選的各種電氣設備還應有足夠的電動(機械)穩定度。 4.短路必將造成局部停電，而且短路點越靠近電源，停電范圍越大、給國民經濟造成的損失也越大。由此可見。短路的后果是十分嚴重的，且短路所引起的危害程度，與短路故障的地點、類型及持續時間等因素有關。為了保證電氣設備安全可靠運行，減輕短路的影響，除應努力設法消除可能引起短路的一切因素外，一旦發生短路，應盡快切除故障部