《银川市某区域110kV-10kV变电站电气部分设计》16000字（论文）

银川市某区域110kV-10kV变电站电气部分设计目录摘要 2目录 30前言 61原始资料及分析 71.1原始资料 71.2环境条件 71.3变电站负荷 71.4原始资料分析 72变压器的选择 82.1主变选择 82.1.1主变容量的选择 82.1.2相数的选择 82.1.3绕组数的选择 82.1.4绕组联结方式的选择 92.1.5调压方式的选择 92.1.6主变型号的选择 93无功补偿 103.1无功补偿 103.1.1无功补偿计算 103.1.2无功补偿校验 114电气主接线设计 124.1110kV主接线设计 1384.210kV主接线设计 144.3主接线方案的确定 152负荷分析与计算 175.1待建变电站现状 175.210kV侧负荷计算 17六短路电流计算 206.1短路电流计算目的和假设 206.2各元件短路阻抗标幺值 206.3三相短路电流实用计算 226.4110kV短路电流计算 256.510kV短路电流计算 27七一次设备的选择 297.1电气设备选择的条件 297.2110kV侧设备选型 307.2.1110kV侧主变压器引接线选型 307.2.3110kV断路器选型 317.2.2110kV隔离开关选型 337.2.3110kV电流互感器选型 347.2.4110kV电压互感器选型 357.310kV侧设备选型 367.3.1汇流母线选型 367.3.210kv侧出线电缆选型 377.3.310kv侧断路器选型 377.3.410kv侧隔离开关选型 387.3.510kv侧电流互感器选型 407.4配电装置的选取 417.4.1110kV配电装置设计 417.4.210kV配电装置设计 41八继电保护设计 428.1继电保护基本原理 428.2变压器的保护与整定计算 428.2.1变压器的电流保护 428.2.2变压器的非电量保护 458.2.3变压器纵联差动保护 468.3输电线路的保护 488.3.1110kv输电线路保护 488.3.210kv输电线路保护 49九变电站的防雷接地设置 509.1过电压与防雷 509.2接地设计 52结论及总结 54参考文献 570前言众所周知，电力系统由一系列电气元件所组成，主要有发电机、变压器、输电线路和负荷用户等，这些组成部分。其中变电站是构架起整个电力系统的中间枢纽。一个中间变电站，对于上级来说是一个重要的用户，而对于下级用户来说，又是一个电源点，因此起着承上启下的电力变换和电能传输作用。变电站里面充斥着大量的变电站设备。这些单个元器件共同协作，才能让整个变电站能够平稳顺利地运行。一旦变电站内某个设备发生故障，轻则导致单个设备损毁，重则导致整站停电，系统解列甚至是大面积停电，给人民的正常生活和社会的平稳安定带来严重威胁。因此一个设计合理、运行可靠的变电站，是电力系统非常重要的一个环节，影响着电力系统能否高效经济的运行，保证电能质量和设备的安全。1原始资料及分析1.1原始资料由于经济发展迅速，宁夏银川市的电力需量求愈发增长，根据实际需要，并提高供电可靠性，考虑在A区新建一所降压变电站。此变电站为枢纽变电站，新建的变电站计划由银川变电站供电且两地相距11km，也由贺兰变电站供电且两地相距9km。1.2环境条件变电站选址为开阔的黄土地，有公路可达，地处海拔90m，土壤电阻率2.5×104Ω·cm，地下深处（0.8m）的温度为28℃，最热月份的月平均最高温度为34℃，最冷月份的月平均最低温度为8℃，年雷暴日数平均为63.2日。1.3变电站负荷本变电站10kV侧负荷共有24回，其中四回留为备用，此处，每条输出线的最大负荷为5000千瓦，功率因数为0.85，这里最小的负荷按照最大的负荷的70%考虑，其中最大的年负荷利用小时数是4200h。110kV侧进线2回，负荷63MVA。1.4原始资料分析由于该变电站选址在开阔的地址，环境良好对设备的放置方式不会有特殊的要求，但是考虑每种电气设备的设计以后，还得考虑五年到十年的发展情况并做出相应预留。这次变电站设计在海拔90m环境下设计，不用考虑环境因素进行修正。这其中变压器的容量取的是31.5MVA，其中这里按照考虑在一台变压器停止运行时，另一台变压器必须能够承受满负荷的70％-80％，所以能够得出最大负荷为31.5

80%

40MVA

，可得出10kv侧的负荷都大约是40MVA，24回出线负荷的总负荷量960MVA。2变压器的选择2.1主变选择主变压器是指在变电站中担当主要电压转换和电力传输的变压器。它是整个变电站中极为重要的设备，它的正确、合理选择与设计对后续整个变电站的安全稳定可靠运行有着极为重要的意义。现在变电站一般都配备两台以上变压器，在部分经济发达的地区，其用电量较大，变电站内可能会配备三台主变。之所以要配备两个以上的变压器，是为了确保当主变压器发生故障或检修时,不会导致供电中断或整站全停的重大事故，且配备多台主变也有利于单台主变容量的降低。这里待设计变电站容量适中，可选择设置两台主变，以满足供电的可靠性。2.1.1主变容量的选择由原始资料，我们可以知道，我们为变电站建造的主要变压器数量是两台，主变容量为31.5MVA。2.1.2相数的选择现有的变压器根据相数来区别的话，分为单相的变压器和三相的变压器，对比分析后，选择使用三相的变压器，其占地的面积和损耗都更小，配电装置相比更少，也更加经济。2.1.3绕组数的选择这里绕组数通常分为三绕组的变压器、双绕组的变压器以及自耦的变压器，现在这里只有110/10kV两个电压等级，所以这里可选用双绕组的变压器显得会更加合适。2.1.4绕组联结方式的选择设计110kV的绕组联结方式为YN接线，低压侧的10kV，为保证三次谐波能够顺利流通，采用三角形的接线方式。本次设计采用的是双绕组变压器，联接组号为YnD11。2.1.5调压方式的选择大型电力变压器的调压方式分为：有负载的调压方式与无负载的调压方式，共两种。在本文的设计中，待建变电站所处区域核心，负荷变化较大，也就是说电压波动较为频繁，且其电压需要调节的幅度也较大，故可选择调压范围为±10%的有载调压变压器。2.1.6主变型号的选择根据上面各变压器参数的选择情况，选用型号为SZ9-31500kVA/110kV的主变压器，其参数值如表2所示：表2主变型号的选择主变的型号主变的电压比主变的接线组别主变的阻抗电压SZ9-31500kVA/110kV110±8×1.25%/10.5kVYN，d11Uk%=10.5%3无功补偿3.1无功补偿通常，电力系统中存在感性负载和容性负载，但是工厂和企业的大多数负载通常都是感性的，因此作为电源的电力系统，不仅要发出有功功率，还要为这些工厂提供无功功率，然而无功功率是要产生无功电流的，在同样的输送容量前提下，用户所消耗的无功越多，其所需要的无功电流就越多，这样流过线路的损耗显然就越多。因此为达到一定的功率因数要求，往往在感性电路中加装容性元器件，就能使得感性电流与容性电流产生部分抵消，这样可大大减小整个输电过程中的有功损耗，提高电网的供电能力。以R、U、I、P、Q，那么有功损耗ΔP和电压降ΔU有下式：（3-1）（3-1）根据上式，我们可以知道，减小无功功率，可以有效降低整个电网中的有功损耗量，且电压降也能得到有效的抑制，可以看出无功的补偿对于降低整个电网中有功损耗量和提高的电压质量，有着不同寻常的意义。3.1.1无功补偿计算电力部门对供电电源的功率因数的要求是cos大于等于0.9，但很多时候所给的条件并不能满足这个要求，这时候就需要加装一些容性设备来提高功率因数，以满足相关部门的要求。图1无功补偿示意图由上图可知，需要补偿的无功功率大小为ΔQ，则其计算方法如下：补偿前的功率因数是cosφ，无功功率是Q1，计算如下：（3-2）而补偿后的功率因数是cosθ，无功功率是Q2，计算如下：（3-3）需要补偿的无功功率大小为ΔQ，有如下：（3-4）3.1.2无功补偿校验对无功补偿的校验要求有如下公式：（3-5）即，要使得补偿后的功率因数满足的要求，上式中，α和β表示其有功和无功功率的同时率。在计算得到无功功率容量之后，在对其进行选择合适的无功补偿装置或设备，这里为简化设计，可以选择电容来作为固定补偿装置，其所选择的电容器具体参数如下表所示：表1补偿电容器的参数型号额定电压/kV容量kVarBW10.5-60-110.560根据前面所计算得到的有功功率为13.5MW，无功功率QΣ为9MVar，这里不妨设α和β为0.75，则有下式：（3-6）显然这里经补偿之后的功率因数为0.914，大于0.9，能够满足相关的电力设计要求。这些电容器可直接装设在低压侧的母线上，用并联三角形的接线方式接入即可，连接方式如下图所示：图2补偿电容器的接线方式4电气主接线设计一般而言，主电气布线必须满足三个最基本和最重要的要求：可靠性，灵活性和经济性。4.1110kV主接线设计待建变电站为地区枢纽变电站，重要性不言而喻，由原始数据资料可知，110kV进线2回，变压器2台，可选择的主接线方案有两种：一种方案是桥型接线，另一种方案是单母分段接线。方案1：可使用桥型接线的方式来对其进行选择和设计。这种桥型的接线方式，相比于双母接线，其最为突出的优势是拥有更高的经济性和更少的占地面积，但其缺点相对而言，就是供电可靠性与灵活性不如双母线可靠，且不能扩建。其接线方式如下图所示：图3桥型接线方式方案2：单母分段接线方式。这种单母分段的接线方式，相比于双母接线，其最为突出的优势是拥有更高的经济性和更少的占地面积，但其缺点相对而言，就是供电可靠性与灵活性。其接线方式如下图所示：图4单母分段接线方式此次待设计的变电站为区域枢纽变电站，拥有着十分重要的地位，然而该地区电网负载比较高，要求整个系统运行时可靠性高，单总线分段布线就可以满足可靠性和灵活性的要求，故对比之后，选择方案1：桥型接线方式。4.210kV主接线设计由原始数据资料可知，待建变电站的10kV侧出线有24条，有的还带有一级或二级等重要的负荷，故有两种方案可供选择。方案1选择的接线方式是单母线分段，方案2选择的接线方式是双母线。方案1：这里可以使用单母分段的接线方式来实现其经济性的选择。单母分段的接线方式前面也分析过，相比较而言，最大的缺点就是可靠性没那么高，但是其灵活性并没有那么差，但总的设备一次性投资要远远少于双母接线。图5单母分段接线方式方案2：可以配置双母线。这种接线方法有两条母线，并且两个母线间通过一个母联断路器连接在一起并彼此站立。其优点是运行的方式更加灵活，供电可靠性也高，还方便于后期变电站的扩建。但其问题在于一次性的投资要远远大于单母线分段接线。其接线方式如下图所示：图6双母接线方式此次待设计的变电站10kV侧带着比较重要的一级或二级负荷，为满足供电可靠性，单母线分段布线方法可以满足该系统的可靠性和灵活性要求，故对比之后，选择方案1：单母分段的接线方式。4.3主接线方案的确定在分析了待建变电站各侧的接线方式之后，总结如下：110kV侧主接线方式：选择方案1：桥型接线方式。10kV侧主接线方式：选择方案1：单母分段的接线方式。即用AutoCAD2020软件绘制接线如下图所示：图7电气主接线图5负荷分析与计算5.1待建变电站现状本变电站10kV侧负荷共有24回，其中四回留为备用，功率因数0.85，在这里，每条输出线的最大负载为2200千瓦，最小负载被认为是最大负载的70％，最大年度负载使用小时为4200h。5.210kV侧负荷计算由原始数据资料可知，该地区最大负荷利用时间Tmax=4200h，功率因数见上表，且10kV侧的负荷十分重要，可能包含二级及以上的重要负荷，可靠性要求极高。负荷计算中涉及到的有功功率、无功功率、视在功率的关系。如下公式所列：(5-1)上式中，θ:功率因数角，P:有功功率，Q:表示无功功率，S:视在功率。电力部门对供电的功率因数大多数都有要求，也就是cosφ≥0.9，但很多时候所给的条件并不能满足这个要求，这时候就需要加装一些容性设备来提高功率因数，以满足相关部门的要求。需要补偿的无功功率大小为ΔQ，则其计算方法如下：补偿前的功率因数角φ，无功功率为Q1，计算如下：(5-2)而补偿后的功率因数角θ，无功功率为Q2，计算如下：(5-3)需要补偿的无功功率大小为ΔQ，有如下：(5-4)(5-5)因此，10kV侧的负荷计算过程如下：由于10kV侧负荷有详细的设备情况，故可对其进行负荷计算，具体如下：表310kV侧个用户所对应的负荷大小情况供电负荷负荷一负荷二负荷三综合最大负荷(kw)495044004650综合最小负荷(kw)315028903200功率因数0.850.80.82供电距离(km)3511负荷性质一类三类二类（1）不妨设负荷一的功率系数查表格为0.85，其负荷计算过程如下：要达到0.9的功率因数，需要补偿的无功功率为：（2）负荷二:根据表格得到功率系数为0.8，负荷计算过程如下：PQ要达到0.9的功率因数，需要补偿的无功功率为：ΔQ=P⋅（3）负荷三:根据表格得到功率系数为0.82，负荷计算过程如下：PQ要达到0.9的功率因数，需要补偿的无功功率为：ΔQ=P⋅剩下的负荷计算与上面完全相同，只是计算数值不一样，故可直接得到以下负荷计算统计表：表410kV侧负荷计算序号车间最大功率（kW）功率因素需要系数有功（kW）无功（kVar）补偿前的tanθ补偿后的tanφ需要补偿的无功功率（kVar）补偿后的无功功率（kVar）视在功率（kVA）同时系数计算负荷（kVA）1负荷一55500.850.85471829240.620.48639228552420.8544552负荷二42500.80.85361327090.750.48960175040140.8534123负荷三47500.820.9427529840.70.48913207047500.8540384负荷四42000.820.85417029190.70.481024220045890.8545885负荷五46000.80.85440130810.750.481095213342870.8542846负荷六44000.760.9421029470.860.481110201540480.8540407负荷七50000.780.88483733850.80.481145239946650.8546628负荷八40500.750.92402128140.880.481223240046550.8546509负荷九47000.820.76458932120.70.481204219942250.85422010负荷十47000.70.82453331731.020.481147220043200.85431711负荷1140000.760.85390127300.810.48923180038940.85387212负荷1241000.70.85391227350.750.48897170937150.85371213负荷1348000.70.9450431520.740.48905178938550.85385214负荷1447500.760.85456031930.820.481028207740470.85403815负荷1547500.80.85456031970.810.48919181936110.85360016负荷1642000.850.88415029050.850.48920182137250.85372317负荷1741000.850.9370425980.760.48998193139500.85394718负荷1846000.80.9440230820.790.48900174835500.85354019负荷1947000.750.85450731560.770.48912191839050.85390420负荷2048000.70.85451131570.820.481104220343050.85430421负荷2149000.750.9469832960.830.481027207641050.85410322负荷2248000.80.85459532220.820.48950197337100.85370323负荷2342000.820.9398727300.80.48902189936110.85360524负荷2441000.850.387827170.820.48924180134790.85347311全厂合计109000980827201812861294564953196042通过上述各侧的负荷计算可知，整个变电所10kV侧总的负荷计算为96MVA。6短路电流计算6.1短路电流计算目的和假设短路电流的计算目的主要有以下几个：（1）用来验证所选设备的动稳定性和热稳定性。例如下面所选的断路器、隔离开关等设备，是否能承受极端情况下的短路冲击和断流能力。（2）为变电站继电保护及自动化装置的配置与整定计算提供依据。（3）合理地设计接下来的电气主接线及运行方式方案。6.2各元件短路阻抗标幺值电力系统中有着多个不同的电压等级，这些不同的电压将会给短路电流计算带来很大的困难，为计算方便，可使用标幺制来简化我们的计算，为我们带来便利。所谓标幺制就是有名值与基准值的比值，具体公式如下：有名值就是设备铭牌上标注的实际电气量，在进行标幺制选择前，需选择基准值，为简化计算，电力系统中的基准值通常选择如下。容量的基准值：SB=100MVA；各不同电压等级的基准值如下所示：220kV、110kV和10kV所对应的电压基准值分别对应的是230kV、115kV和10.5kV。基准的容量SB、基准的电压UB、基准的电流IB、基准的阻抗ZB。有如下关系：（6-1） (6-2)上面四个变量，只要确定任意两个，剩下的两个就能直接计算出来，但是通常选择基准容量SB、基准电压UB作为计算值，那么基准电流IB、基准阻抗ZB计算方法如下：(6-3)那么电力元件的标幺值XB*，可通过下面的计算公式得到：(6-4)对于具体的设备而言，通常有如下：（1）发电机发电机的基准电压一般为额定电压，即UB=UN，因此可算出发电机阻抗标幺值为：(6-5)（2）双绕组变压器在进行变压器选择时，其铭牌上一个很重要的参数就是短路阻抗Uk%，故双绕组变压器的阻抗标幺值计算如下：(6-6)（3）输电线路一般6kV~330kV输电线路的每公里的阻抗值为0.4Ω/km，那么其等效阻抗标幺值有以下公式：(6-7)上式中，Zl（Ω/km）等于0.4Ω/km，L为输电线路的长度，单位为km。（5）电抗器电抗器的作用一般是进行无功调节或者进行短路电流限制，其阻抗标幺值有如下公式：(6-8)6.3三相短路电流实用计算短路电流的计算方法有很多种，前面提到的实用计算方法适合大多数要求并不是十分准确的工程计算和初步设计，故在此选择使用计算方法来进行本次的三相短路计算。当系统发生短路时，短路电流由恒定不变的周期性分量和逐渐衰减的非周期分量组成。（1）恒定不变的周期性分量有效值由下式得到：(6-9)XΣ指的是短路点到电源之间的转移阻抗，若用标幺值来表示，有下面的公式：有(6-10)也就是说，只要计算得到了其转移阻抗标幺值，就可直接得到短路电流的周期性分量标幺值。（2）短路冲击电流有下面的公式：(6-11)这里常常将冲击系数取值为ksh=1.8，那么就得到短路冲击电流的大小有：(6-12)（3）全电流最大有效值。这里全电流最大有效值指的是周期性分量外加非周期性分量之后的有效值，其计算公式如下：(6-13)（4）短路功率。它的标幺值与周期性分量中短路电流标幺值一样，其有名值表示如下：(6-14)短路点的选取可以为多种多样，有的在线路上，有的在发电机处，且有很多个点可以选择，但是，在计算短路电流时，可以选择两端电压不同的母线作为短路点来计算短路电流。在此，选择出110kV和10kV母线,来作为短路电流计算点。令短路点分别为d1和d2。简化原有的主接线图，得到短路点等效示意图：图8短路点的选取示意图由前面的分析可知，容量基准值由前面的分析可知，容量基准值Sb=100MVA，Ud1=115kV，Ud2=10.5kV。那么所对应的电流基准值有，那么这三侧所对应的电流基准值有接下来计算本设计中各电力元件的短路阻抗标幺值。（1）双绕组变压器在进行变压器选择时，其铭牌上一个很重要的参数就是短路阻抗Uk%，故双绕组变压器的阻抗标幺值计算如下：（2）输电线路一般6kV~330kV输电线路的每公里的阻抗值为0.4Ω/km，那么其等效阻抗标幺值有以下公式：上式中，（Ω/km）等于0.4Ω/km，L为输电线路的长度，单位为km。当上面元件的短路阻抗标幺值计算完毕后，可直接得到简化后该变电站的短路阻抗示意图：图9短路阻抗等效示意图需要指出的是，上图中变压器是多台主变并列，因此主变各侧的短路阻抗标幺值已经是多台并列简化之后的标幺值。6.4110kV短路电流计算（1）计算短路电流的标幺值当短路点发生在d1点时，由短路阻抗等效示意图可以很明显的知道，将那个示意图化简得到，d1点处的短路阻抗标幺值计算过程如下：那么由前面的分析可以知道，只要知道了短路点到电源点之间的转移阻抗标幺值，就可以直接算出短路电流的周期性分量标幺值，有：此时的短路功率与短路电流周期性标幺值一样。短路冲击电流有：短路中,全电流的最大有效值可用（冲击系数ksh取为1.8）：这时候,短路功率和短路电流周期性的标幺值是一样的：（2）计算短路电流的有效值前面已经算出，d1点处110kV侧母线的基准电流大小值为：上式表示，110kV侧的短路电流基准值为0.5kA。则短路电流周期性分量的有名值：那么短路冲击电流有名值有：短路中,全电流最大的有效值（冲击系数ksh取为1.8）：这时候,短路功率和短路电流周期性的标幺值是一样的：6.510kV短路电流计算实际上10kV侧的短路电流计算流程和方法跟110kV类似，主要差别在于简化短路阻抗网络之后，计算得到短路点到电源点之间的转移阻抗标幺值。（1）计算短路电流的标幺值当短路点发生在d2点时，由短路阻抗等效示意图可以很明显的知道，将那个示意图化简得到，d2点处的短路阻抗标幺值计算过程如下：那么由前面的分析可以知道，只要知道了短路点到电源点之间的转移阻抗标幺值，就可以直接算出短路电流的周期性分量标幺值，有：这时候,短路功率与短路电流周期性的标幺值是一样的。短路冲击电流有：短路全电流最大有效值有（冲击系数ksh取为1.8）：此时的短路功率与短路电流周期性的标幺值一样：（2）计算短路电流的有效值前面已经算出，d2点处10.5kV侧母线的基准电流大小值为：上式表示，10kV侧的短路电流基准值为5.5kA。则短路电流周期性分量的有名值：那么短路冲击电流有名值有：短路全电流最大有效值有（冲击系数ksh取为1.8）：这时候,短路功率与短路电流周期性标幺值是一样的：查阅汽轮机短路电流运算曲线表可知：表5各时刻短路电流值D1D20S2S4S0S2S4SSS43.6七一次设备的选择7.1电气设备选择的条件在变电站中,有很多很多的重要电气设备，例如，QS和QF,TV和TA这类设备，这些设备的正确合理恰当地选择，将对变电站安全稳定运行有着重要的意义。在对重要电气设备选型时，需要考虑以下几个基本条件：（1）要满足长时间正常运行的额定电压一般电网在运行的时候，由于调压负荷波动等因素，可能会导致电压上下起伏波动，但不管怎么说，设备长时间工作的耐受电压一定不能低于正常的电网运行电压，比如运行在110kV电压等级中的设备，所能长时间运行的耐受电压一定不能低于110kV，也就是要满足下面这个公式：(7-1)（2）要满足长时间正常运行的额定电流前面提到，设备长时间工作的耐受电压一定不能低于正常的电网运行电压，同理，设备长时间工作所能承受流过的电流，不能低于所在回路中可能会通过的正常最大电流，否则会引起发热，严重时烧毁设备，引发故障。即设备的额定电流要满足下面这个公式：≥(7-2)（3）要满足短路时的热定性校验热稳定性指的是电气设备在遭受短路故障时，短时间内能抗住大量的发热而不会被损坏的能力。热稳定性与电流大小和持续时间有关，即需要满足下面的条件：(7-3)Qk指的是短路电流热效应。（4）要满足短路时的动稳定性校验动稳定性指的是电气设备在遭受短路故障时，短时间内能抗住巨大的电动力而不会被损坏的能力。这是因为短路时的短路电流是正常工作时的电流的数十倍甚至数百倍。如此大的电流将产生巨大的电动势。可直接破坏设备的支架和机械结构，严重地造成设备烧毁和炸裂。简单的来说，设备要能承受住最大的短路冲击电流即可，满足的公式如下：(7-4)7.2110kV侧设备选型7.2.1110kV侧主变压器引接线选型在这里得根据,变压器的持续工作电流值,来考虑主变压器在110kV侧的引接线选择，并且这里要采用,经济电流密度来选择,这时候的最大持续工作的电流是173.6A(7-5)，根据以上的数据查表可知，选择的110kV侧导引接线型号是：LGJ-210/35的钢芯铝绞线，110kV导引线的数据表如下：表6导引线数据表标称截面积/（铝/刚）计算的截面积（）外径（mm）最大的直流电阻计算出拉断力（N）计算重量（kg/km）计算出载流量（70℃）LGJ-210/35245.4620.190.134774117849.8407110kV导引线的电晕校验：由中，根据公式手册，一般取1，导线光滑取m=1，铝绞线m=0.9，可计算出:(7-6)计算出可知=121kV,则电晕的校验合格。7.2.2110侧进线选择由原始资料可知，110kV的进线为2回，负荷为63MVA，则进线端的每一回进线承担的负荷为31.5MVA，由（7-5）可知每回出线的最大持续工作电流为根据能够长期发热的允许电流下选择，根据查表：选择的型号是:LGJ-90/15钢芯铝绞线，110kV侧的出线数据表在这下面：表7110kV出线数据表标称截面积/（铝/刚）计算的截面积（）外径（mm）最大的直流电阻计算出拉断力（N）计算重量（kg/km）计算出载流量（70℃）LGJ-90/1553.79.750.91614910164157110kV侧的进线端电晕校验：按照晴天不发生电晕现象校验，由中，根据公式手册，一般取1，导线光滑取m=1，铝绞线m=0.9，由（7-6）可计算出：计算出可知=121kV,则电晕的校验合格。7.2.3110kV断路器选型断路器是变电站中的重要电流切除设备，它必须要具有强大的灭弧能力，以前老式的高压断路器多用油作为灭弧介质，但油灭弧的开关因为体积庞大，质量笨重和运行维护麻烦等，已不再使用。现在由六氟化硫断路器代替，现在随着社会科学技术的发展，已越来越多的组合电气（GIS）应用到变电站当中，GIS具有占地面积少，维护操作方便快捷，已逐渐成为户内和户外变电站的主流配置。然而不管是油断路器还是六氟化硫断路器甚至是GIS断路器，其设备的选型也是要满足以下几个最基本条件：（1）满足额定电压设备的额定电压要高于所处的电压等级，即（2）满足额定电流设备长时间工作所能承受流过的电流，不能低于所在回路中可能会通过的正常最大电流，而断路器所处回路的最大负荷电流为：那么有（3）满足开断电流简单的来说，设备要能承受住最大的短路冲击电流即可，满足的公式如下：根据上述几个重要的参数，再结合电力设备选型手册，选择出的型号是：LW11-110断路器，这个断路器的具体参数在下图可见：表6LW11-110断路器参数型号额定电压/KV最高工作电压/KV额定电流/A额定开断电流/KA额定闭合电流（峰值）/KA4S热稳定电流/KA额定动稳定电流/KA额定开断时间/SLW11-110110126315040100401000.05接下来对其进行热稳定性校验，这里将灭弧时间取为0.06s，那么得到热稳定时间t=1.7s，则（7-7）显然这里是能够满足设备热稳定性校验的。7.2.2110kV隔离开关选型隔离开关只起到一个明显断开点的作用，并不具备开断电流和关合电流的能力，因此也无需校验其最大切断电流。主要还是从以下四个方面来进行选择和校验，由上面断路器的分析可知：（1）满足额定电压设备的额定电压要高于所处的电压等级，即（2）满足额定电流设备长时间工作所能承受流过的电流，不能低于所在回路中可能会通过的正常最大电流，而断路器所处回路的最大负荷电流为：那么有根据上述几个重要的参数，再结合电力设备选型手册，可选择型号为GW5-110D/1600的隔离开关，其具体参数如下表所示：表7GW5-110D/1600参数型号工作电压（KV）工作电流（A）额定的断流量（KA）极限通过的电流(KA)GW5-110D110160080100接下来对其进行热稳定性校验，这里将灭弧时间取为0.06s，那么得到热稳定时间t=1.7s，则很明显，这可以满足设备的热稳定性验证。最后验证其动态稳定性，从上表中可知，，很明显,也可以够满足设备动稳定性要求。7.2.3110kV电流互感器选型要满足额定电压的要求：要满足额定电流的要求：根据上述两个重要参数，可选择的型号为LCWDL-110，其具体的参数罗列如下：表8LCWDL-110参数表互感器的型号额度的电流（A）班次的组合准确的次级二次的负荷10%的倍数1S的热稳定动稳定准确的等级二次负荷倍数电流倍数电流倍数0.2V.A0.5135P10PΩV.ALCWDL-110(2*600/5)0.5/D/D0.521.22.075135对其动稳定性进行校验计算：对其热稳定性进行校验计算：这里我们所选的电流互感器，也是能够直接满足热定性和动稳定性校验的，故设计合理。7.2.4110kV电压互感器选型电压互感器是并联在设备中的，二次侧的阻抗很大，因此流过一次部分的电流很小，几乎可以视为开路，所需的电流互感器不需要选择和验证额定电流。当发生外部短路故障时，这些巨大的短路电流实际上不会流过电压互感器，因此无需执行热稳定性和动态稳定性检查，只需要选择额定电压与准确级的选择即可。（1）选择型式和种类：这里作为110kV侧设备，一般为户外敞开式装置，故可选择电容式电压互感器，型号为JCC-110。（2）额定电压校验：JCC-110的电压互感器:一次侧和二次侧额定电压分别是：满足额定电压的要求。7.310kV侧设备选型7.3.1汇流母线选型这里10kV的母线所流过的最大持续工作电流有：根据其电压等级与重要程度，这里10kv侧母线选用硬导体，形状为矩状，其电流在2000A以下，而且在40℃下满足要求，设计可采用单片矩形硬导体的垂直布置方式。且其横截面积有：根据插值法，得到母线的最小横截面积为热稳定校验：根据公式：（7-8）这里S是导体的截流面积，查表可的C值为89，由（7-3）可知用公式校验，热稳定符合要求。动稳定校验：查表可得矩形铝导体材料的最大允许力是，间距，冲击电流，算出,（7-9）查电力手册可得，绝缘子间距取3m，可算出（7-10）,和（7-11），动稳定符合要求。即可以选择横截面积为125mm2的矩型铝导体为母线。7.3.210kv侧出线电缆选型原始资料可得，10kV侧出线24回，负荷为960MVA,每一回出线的负荷约为40MVA,由,根据在长期发热的允许电流下选择的原则，查询电气设备手册尝试采用型号为ZLQ02-20的普通型黏性浸油纸绝缘的铅套聚氯乙烯套电力电缆，电力电缆截面积为的三芯铝绞线，综合考虑后此型号的电缆能满足设计要求。7.3.310kv侧断路器选型断路器是变电站中的重要电流切除设备，它必须要具有强大的灭弧能力，以前老式的高压断路器多用油作为灭弧介质，但油灭弧开关因为体积庞大，质量笨重和运行维护麻烦等，不再使用，取代它的是六氟化硫断路器，现在随着社会科学技术的发展，已越来越多的组合电气（GIS）应用到变电站当中，GIS具有占地面积少，维护操作方便快捷，已逐渐成为户内和户外变电站的主流配置。但在35kV较低电压等级的开关，真空开关的应用也越来越广泛，具有免维护，操作简单，可靠性高等优点，其设备的选型也是要满足以下几个最基本条件：（1）满足额定电压设备的额定电压要高于所处的电压等级，即（2）满足额定电流设备长时间工作所能承受流过的电流，不能低于所在回路中可能会通过的正常最大电流，而断路器所处回路的最大负荷电流为：那么有（3）满足开断电流简单的来说，设备要能承受住最大的短路冲击电流即可，满足的公式如下：根据上述几个重要的参数，再根据电力设备选型手册，选择出型号为:ZN10的真空断路器，它的具体参数在下图里所展示：表9ZN-10真空开关参数表接下来对其进行热稳定性校验，这里将灭弧时间取为0.06s，那么得到热稳定时间t=1.7s，则显然这里是能够满足设备热稳定性校验的。7.3.410kv侧隔离开关选型隔离开关只起到一个明显断开点的作用，并不具备开断电流和关合电流的能力，因此也无需校验其最大切断电流。主要还是从以下四个方面来进行选择和校验，由上面断路器的分析可知：（1）满足额定电压设备的额定电压要高于所处的电压等级，即（2）满足额定电流设备长时间工作所能承受流过的电流，不能低于所在回路中可能会通过的正常最大电流，而断路器所处回路的最大负荷电流为：那么有根据上述几个重要的参数，再参考电力设备选型手册后，可选择型号为：GN2-10/2000的隔离开关，它的具体参数如下表所示：表10GN2-10/2000参数表型号额定的电压（kA）额定的电流(A)动稳定的电流(kA)热稳定的电流(kA)有效值峰值2s4s5s10sGN2-10/20001020008551接下来对其进行热稳定性校验，这里将灭弧时间取为0.06s，那么得到热稳定时间t=1.7s，则显然这里是能够满足设备热稳定性校验的。最后校验其动稳定性，从上表中可知，显然也是能够满足设备动稳定性要求的。7.3.510kv侧电流互感器选型要满足额定电压的要求：要满足额定电流的要求：根据上述两个重要参数，可选择的型号为，其具体的参数罗列如下：表11LMZD-10.5(5000/5)参数表对其动稳定性进行校验计算：对其热稳定性进行校验计算：这里我们所选的电流互感器，也是能够直接满足热定性和动稳定性校验的，故设计合理。7.4配电装置的选取7.4.1110kV配电装置设计110kV侧的电压水平相对较高，可以使用室外配电设备。半高配电装置具有高中型配电装置的优点。与之相比，占地面积减少了30％，操作维护方便。因此，此处使用半高配电装置。110kV侧选用的是桥型接线，无母线设置，电力变压器采用的布置方式是落地布置，主变压器与建筑物的距离,要求不少于1.25m。高压断路器的布置方式为低式布置方式，这能使检修更加的方便。根据配电装置的设计手册可得110kV中性点接地，这里的A1值取900mm，A2值取，B1值取，B2值取，C值取，D值取。7.4.210kV配电装置设计由于10kV电压等级较低，对应节约资源的原则，使用屋内配电装置，使用成套的配电装置后，再选用高压开关柜，选取的开关柜型号为KYN3-15型，其参数表如下：表910kV开关柜参数表型号额定的电压（kV）最高的工作电压（kV）额定的电流(A)动稳定的电流（峰值）（kA）热稳定的电流（431.5s有效值）（kA）额定开关的电流（峰值）（kA）KYN3-15101220008531.585根据配电装置的设计规范，10kV的配电装置安全净距：，，，，，，。八继电保护设计8.1继电保护基本原理继电保护基本上是通过采集信号，再根据测量比较单元进行比较，之后用自己的逻辑判断单元来进行判断，当判断出故障时，最后通过执行输出单元来发出跳闸或信号指令来完成这个继电保护过程。继电保护装置的构成如下图所示：图10继电保护装置构成示意图8.2变压器的保护与整定计算变压器故障分为两个,一个是油箱内的故障,一个是油箱外的故障，这次设计的变压器中,使用了电流保护，瓦斯保护和纵联差动保护。8.2.1变压器的电流保护变压器的电流速断保护与线路的电流保护,两者相比，基本上是相同的，下图显示了变压器电流速断保护示意图：（1）动作电流整定变压器的动作电流整定要求：躲开短路时流过主变的最大穿越电流，公式像下面：（8-1）上面的式子里，:最大穿越电流(三相短路时);Kw:接线系数;Krel:可靠系数;Ki是:TA的变压比。整定动作时限，这里t取0.7s，故时限有定时限过流保护接线原理图如下图所示：（2）灵敏度校验校验用：变压器最小两相短路的电流来校验灵敏度，公式为：（8-2）如果上式的灵敏度满足不了相关要求，那么就必须要为其加装差动保护了。（3）过负荷保护过负荷保护指的是当变压器在运行时，流过主变的电流大于保护的整定值，保护装置就启动，那么其逻辑是要保证它在正常运行时，保护装置的整定值，一定要大于可能会流过主变的最大负荷电流IL.max，即有（8-3）若在计算中，流过主变的最大负荷电流并不清楚，可以用线路电流的1.5~3倍来进行大致的计算，即有：（8-4）整定动作时限，这里取梯级时间差Δt=0.5s，故时限有（8-5）那么这里我们根据前面短路计算和主变型号等已有的参数来进行具体的整定计算：定时限过流保护变压器的动作电流整定：要躲过短路的时候，流经主变的最大穿越电流，有如下公式： （8-6）上面的式子里，:最大穿越电流(三相短路时);Kw:接线系数;Krel:可靠系数;Ki是:TA的变压比。选择型号是:DL-31/100的TA后，其整定值为85A。整定动作时限，这里t取1s，故时限有（2）灵敏度校验这里，使用变压器最小的两相短路电流,用来校验它的灵敏度，并使用以下公式：能够满足其灵敏度的要求。（3）过负荷保护过负荷保护指的是当变压器在运行时，流过主变的电流大于保护的整定值，保护装置就启动，那么其逻辑是要保证它在正常运行时，保护装置的整定值，一定要大于可能会流过主变的最大负荷电流IL.max，即有若在计算中，流过主变的最大负荷电流并不清楚，可以用线路电流的1.5~3倍来进行大致的计算，即有：而电流互感器的变比为600/5，故其整定值整定为5.25A。整定动作时限，这里取梯级时间差Δt=0.5s，故时限有8.2.2变压器的非电量保护变压器的非电量保护包含的内容有很多，随着重要程度，下面选取本体瓦斯保护作为非电量保护的代表来进行详细的介绍。变压器的内部发生故障后，超极大的短路电流将产生出特别大的热量，这些热量能将变压器中的绝缘油瞬间裂解，产生出很多很多的气体，这些气体会迅速积聚在变压器油箱中，沿着管道朝向油枕冲去（红色箭头方向），这时候瓦斯继电器（下图中的1）有个挡板，当油流速度超过瓦斯保护的整定值时，挡板就被推翻，从而出口主变瓦斯跳闸。其瓦斯保护示意图如下图所示。图13变压器瓦斯保护示意图就继电保护接线的细节而言，其示意图如下图所示：图14主变瓦斯保护接线示意图8.2.3变压器纵联差动保护图15变压器差动保护原理示意图图15表示的单相纵联差动保护示意图，也就是说在变压器的高低压两侧分别装设一个具有方向感应的元件，根据电流是不是出现差动，确定是在保护区域内还是在保护区域外发生故障。如果判断为发生在保护区内，那么保护将直接动作，将主变跳闸，从而切除故障，避免事故的进一步发展；如果判断故障发生在保护区域外，那么保护不会动作，由其他的保护来切断故障。由于有的变压器是三相三绕组的，故其差动保护原理如图16所示。其具体的实现原理如下图所示：如果保护范围在外面的部份短路，变压器纵向差动保护的整定,要求是躲过最大的不平衡电流。若内部的短路发生了，要求是躲过最大的励磁涌流。①躲过主变内部最大励磁涌流由前面的主变选型参数可知：②躲过外部故障的时候，流过主变的那个最大不平衡电流是:（8-7）上式中，Krel说的是可靠系数，大多数时候取值为1.3，Iunb.max代表：变压器在发生外部故障时的最大的不平衡电流，它的具体的计算公式如下：（8-8）③躲过CT的二次侧断线 （8-9）综合上述三个要求，也就是说要将这三个电流都要躲过，即取最大的电流1462A，那么电流互感器整定的电流值为12.2A。8.3输电线路的保护8.3.1110kv输电线路保护110KV的纵联保护选用：电力线载波的纵联保护，也叫它高频保护，它通过高频的信号来传递电气量，其主要优点在于不需要设中继站，通信距离很长，经济性也高，工程施工简单。所以为了更好的保护下级线路和变电站母线，110kV线路主保护可以使用闭锁式距离纵联保护。闭锁式距离的保护使用的是独立的三段式的距离保护和高频保护，以分配和形成纵向高频闭锁式的距离保护。具有全线速动的特点和有阶段式保护的功能，而且在高频部分没有检修的时候，完整的三段式距离保护还是可以能继续工作。距离保护I段的整定设置:躲过自己线路末端短路时的测量阻抗是一段的整定原则：Z距离保护II段的整定设置：整定的原则是：与相邻变压器的快速保护配合，其动作范围不大于变压器的保护范围。Z灵敏度校验：要求距离II段能够保护整个线路全部长度，本线路末端短路时要有充足的灵敏度:距离保护III段的整定：得按躲过正常运行的最小的负荷来考虑：可靠系数和电动机自启动系数Kss（用1.5~2.5），阻抗元件的返回系数Kre（用1.15~1.25），即整定值：为：Zset=灵敏度校验，作为近后备本线路末端短路校验：K8.3.210kv输电线路保护由于10kv线路的电压等级较低，采用的是中性点不接地的接线方式，即使发生短路也还可以继续运行一到两个小时，在这次设计中，可以选择使用三段式电流保护。线路电抗为X1=0.4Ω/km，保护线路长度为3km。计算出线路电抗标幺值为：最大运行方式下，电源到线路的末端的等值电抗为：其短路周期分量有效值为：最小运行方式下电源到线路末端的等值电抗为;其短路周期分量有效值为：电流一段的整定，它的原则是躲过自己线路末端的最大短路电流，其整定值为：电流二段的整定，要躲过一段的动作电流来整定：其整定值为：电流三段的整定，其作为自己线路的后备保护，得躲过最大负荷电流，其整定值为：对近后备进行灵敏度校验：根据灵敏度校验，10kv侧的电流三段保护的动作时间为1.9S。九变电站的防雷接地设置9.1过电压与防雷过电压有两种，一种是内部的过电压，还有一种是雷电过电压。内部的过电压通常包括,操作过电压和谐振过电压。内部过电压的能量通常来自电力系统本身。经研究表明，一般的内部过电压水平不会超过其额定电压的5倍，因此这种内部过电压的危害并没有很大。雷电过电压指的是：电力设备遭受雷击产生的过电压。众所周知，雷电是自然界最为严重的自然现象之一，它释放的电压可高达上亿伏，导致的电流也远远超过数十万安培，也就是说，这么大的能量释放若没有保护，将会直接击毁设备，烧断架空线路，对国民经济和电网安全造成极大的威胁。避雷针的保护范围示意图如下图所示：图18单根避雷器保护范围示意图以变电站的用地标准和原始资料为参考，预计该变电站占地面积为40m×30m。尝试装设2根避雷针，位于变电站的两个顶点上。避雷针要完全保护整个变电站其中110kV包括构架高度为10m，10kV屋内配电装置楼高10m，取避雷针高h=30m，hx=10m，高度修正系数P=1。此处设两根避雷针的编号分别为#1,#2.。其中针#1和针#2之间的距离D12为40m。图19避雷针的保护方式户外的变电站一般用避雷针来对其进行过电压和防雷击保护，