电气工程及其自动化毕业论文-110KV变电站电气设计

110KV变电站电气设计摘要：伴随着国家经济的飞速发展，各个行业对用电的要求越来越高。变电所的安全、可靠性直接关系到国家经济的发展。对隆教110

KV变电所进行科学的规划与设计，对其进行科学的规划与设计，以适应其日益增加的负载，并提升该地区的电力供应与稳定水平，具有较大的现实与学术价值。论文以隆教110

KV变电所为例，对变电所的电力系统进行了一系列的设计。本课题的主要工作包括：本文介绍了隆教地区用电负荷的预报方法，并对其历史发展趋势及特点进行了分析，对2016.2029年的全国年均用电进行了预报。在此基础上，提出了隆教区电网发展目标。在设计中综合考虑了可靠性、灵活性、经济性等多个方面的因素。对隆教110KV变电所的主要供电线路进行了设计。在此基础上，在此基础上，通过对各个短路点的短路电流、短路电流的初循环数值以及在最大工况下的稳态短路电流的有效数值进行分析，得出最大短路电流的脉动值。以及短路总电流的最大有效值。变电站110KV和各线路的参数是通过正常运行情况、短路情况和动、热稳定性检验来决定的。以隆教式变流器的出力为依据，以隆教式风电场的出力为依据，来决定其出力的大小。通过对各站的负载统计，来决定各站的可变容能力。关键词：变电站；负荷预测；短路电流；电气主接线；接地；半户内GIS

Abstract：Withtherapiddevelopmentofnationaleconomy,variousindustrieshavehigherandhigherrequirementsforelectricity.Thesafetyandreliabilityofsubstationaredirectlyrelatedtothedevelopmentofnationaleconomy.ItisofgreatpracticalandacademicvaluetocarryoutscientificplanninganddesignforLongjiao110KVsubstationtoadapttoitsincreasingloadandimprovethepowersupplyandstabilityoftheregion.ThispapertakesLongjiao110KVsubstationasanexample,andcarriesonaseriesofdesigntothepowersystemofthesubstation.Themainworkofthistopicincludes:ThispaperintroducestheforecastingmethodofelectricityloadinLongjiaoarea,analyzesitshistoricaldevelopmenttrendandcharacteristics,andforecaststhenationalaverageannualelectricityconsumptionin2016.2029.Onthisbasis,thedevelopmentgoalofLongDiocesepowergridisputforward.Inthedesign,reliability,flexibility,economyandotherfactorsareconsideredcomprehensively.ThemainpowersupplylineofLongjiao110KVsubstationisdesigned.Onthisbasis,thepulsationvalueofthemaximumshort-circuitcurrentisobtainedbyanalyzingtheshort-circuitcurrentateachshort-circuitpoint,theinitialcyclevalueoftheshort-circuitcurrentandtheeffectivevalueofthesteady-stateshort-circuitcurrentunderthemaximumworkingcondition.Andthemaximumeffectivevalueofthetotalshort-circuitcurrent.Theparametersof110KVsubstationandeachlinearedeterminedbynormaloperation,shortcircuitanddynamicandthermalstabilitytest.BasedontheoutputoftheLongjiaoconverterandtheoutputofLongjiaowindpowerplant,itsoutputisdetermined.Thevariablecapacityofeachstationisdeterminedbytheloadstatisticsofeachstation.KeyWords：Substation;loadforecasting;short.circuitcurrent;mainelectricalwiring;grounding;semi.indoorGIS 目录TOC\o"1-2"\h\u74571绪论 -1-1绪论1.1选题的背景意义在电力系统中，变电所是必不可少的一部分。其担负着电能变换与重新分布的重要任务，对电网的安全性与可靠性有着重要的意义。随着大型发电机的大量投产，特高电压长距离传输以及大规模的大网络的形成，电网的安全性变得更加复杂。对现有的电网进行技术革新，必须对现有的电网进行全面的技术革新，才能确保电网的安全性和可靠性，才能满足电网的现代化经营要求。变电所的安全、稳定、可靠的工作，对电力系统的安全性和可靠性有很大的影响[1]。电力系统的发展对电力系统的影响越来越大。所以，以特高压电力作为支柱，使各个层次的电力系统相互配合，形成一个具有信息化、数字化、自动化、交互化特征的统一的、强有力的、具有一定意义的电力系统。随着电力系统的发展，在发电、输电、变电、配电、用电等方面将会产生重要影响[2.3]。在今后的电网建设中，变电所将成为其中最为关键的一环。目前，我国电网的发展趋势是安全、可靠和经济。电力在改善人们的生产、生产、消费等方面有着举足轻重的地位。因此，提高电网安全稳定运行水平，保证电网安全可靠运行，增加电力负荷对当地的支撑能力，是当前迫切需要研究的课题。目前，电网亟需得到有效的控制。变电所的结构与其所处的位置密切相关，它直接影响着电网的整体稳定。所以，要对变电站的设计进行深入和系统的分析，并在此基础上，为保证变电站的安全稳定运行，提供了一套技术成熟，经济合理的控制系统[4]。近年来，我国变电所的发展迅猛，变电所二次设备逐渐被取代，为未来“无人值守”、智能化的变电所奠定了良好的技术和技术条件。为了满足国家和社会对电力系统和电力系统的需求，需要对电力系统中各种类型的电力系统进行合理的规划。在进行电网优化的过程中，要根据电网对电网的实际要求以及对电网的近期、远期计划进行合理的优化。以达到技术.经济效益的最好效果[5]。近两年来，隆教地区的经济得到了快速的发展，交通量也得到了快速的提升。但是，目前该区域的配电网络已经远远落后于区域的发展，电力供应的短缺已经成为制约区域经济发展的瓶颈。本文所研究的110

kV隆教变电所是一座为隆教镇提供电力供应的漳州市龙海市隆教镇的一座110kV隆教变电所。距离隆教20多公里的35

kV武榆变电所由于位置限制，不能进行新建和改造。由于对电力市场的日益发展，单纯依靠10

kV输变电已无法适应；隆教35

kV变电所因位置限制，无法达到扩容的需要。为了适应隆教乡区不断增加的用电负荷，增强电力供应的稳定性，对110

kV的隆教变电所进行了科学、合理的规划与设计。1.2变电站电气设计研究现状从社会经济发展的角度出发，与中国的现实状况相联系，国家电网建议将电力系统建设成一个智慧的电力系统，加油站是一个重要的组成部分，并用了许多的实验来对智慧变电站的研究和开发进行了检验[6]。当前，我国各大电气公司已经能够承担大多数的智能化变电所的生产任务。国家电力公司已将研究与开发纳入“十二五”计划，并在全国范围内加速推进了电力系统的智能化。目前，所有的新的变电所建设项目都是按照“智能化”的标准来进行的。欧美等发达国家，在智能化的基础上，进行了多年的研究，并获得了一定的成功，而在这一领域，我们的技术才刚刚开始[7]。像西门子、

AAB等国际大公司，在建造了一座智能变电所的示范项目上，已经有了重大的进展。与二次装置相比，一次装置的智能水平远远滞后，目前，在提高一次装置的智能程度方面，仍然存在着很多问题。比如，现在普遍应用的电子学变换器，其工作稳定性就很差。目前，电力一次装置的智能主要是将常规一次装置与集成装置相结合，在某种意义上将流程级的信息进行了分享、数字化。目前，国内外设备公司都想在一次设备和二次设备的集成上取得新的进展，从而达到智能发展的目的[8]。在国内，110

kV变电所的主接线形式有很多，如单母线的，双母线的，一端半开关的等[9]。在设计主接线的时候，要以现实情况为基础，在设计的时候，在全网范围内应注意其位置，设计容量，线路等；根据装置的特性，也要注意联结元件的数目，供电的可靠性，维修操作的方便程度；如投资，变电站远景计划等。在当前的技术条件下，由于采用了新工艺及高质量的电器，采用简易的主线路，在一定程度上提高了系统的可靠性及安全性[10]。所以，在电力系统中，电力系统的主要连接形式越来越简单。在选择一种配电系统的时候，要综合考虑可靠性、经济性、灵活性及技术环境的统一性等因素[11]。当前，在我国部分变电所的设计中，经过了专家们的研究，逐渐地选择了一种新颖而又简易的变电所，从而可以对其进行有效的提升[12]。目前国内一些110

kV中继站在其主要线路上均为无旁路母的两条母线。同时，在设计终端变电所时，应尽可能地使用线路变压器的群接线形式[13]。济困人口的迅速增长，对用电量的要求也与日俱增，造成了我国用电短缺。近年来，为了实现对电网的负载的准确预报，国内外的一些专家和学者做了很多的工作，并给出了一些比较好的方法[14]。近年来，为了实现对电网的负载的准确预报，国内外的一些专家和学者做了很多的工作，并给出了一些比较好的方法[14]。在这一进程中，伴随着计算机技术的快速发展，尤其是人工智能、模式识别等技术的发展，给电网负载预报带来了新的生机，为电网负载预报的发展提供了技术支撑[15]。对电力系统中的负载预报技术进行了研究，并与国际上的对比，国内的发展还处于初级阶段，欧美等国家早在20世纪50、60年代就开始进行此项工作，并通过数十年的摸索，形成了一系列比较完善和完善的电网负载预报系统。目前，用电负载预报的方法对各种类型的负载预报都有较高的准确率，并且在许多情况下都有较好的预报结果。目前的预报模式越来越复杂化，智能化。在我国的电网负荷预测技术中，模型的构建具有以下四个特点：（1）从单纯到繁复；(2)转移到以非参量为基础的建模方式；(3)将多种学科的技术和方法应用到电网的负载预报中，其中包括了人工智能的原理和模式的辨识；(4)预报模式从单个预报模式发展到多个预报模式的集成预报[16-18]。2隆教变电站电气主接线设计2.1隆教片区电力系统现状隆教乡的电力供应以35KV五鱼变电站华阳线、110

KV刚后变电站白塘线路为主。主干线长21公里，终端电压偏低。在2012年、2014年、2015年和2016年，隆教区的电力负荷分别为25.91、29.55和34.35

MW。距离隆教乡20多公里的35

KV武榆变电所因位置限制，无法满足新建变电所的需要。在隆教乡，单纯依靠10

KV输电线路的电力供应难以应付不断增加的用电负荷。隆教35

KV变电所因其占地面积小，无法满足扩容的需要。为此，在2012年年底，为了缓解隆教乡的低压状况，并保证隆教乡的电力供应，在此基础上，对该变电所进行了初步的改建，并于2013年2月正式投产。主变流器的总容量为6.3兆瓦.110伏隆教变投入运行后，隆教变35伏将被淘汰、拆除.为隆教镇的工业、民用电力提供服务，拟建设110

KV隆教变电站。2.2变电站进出线规划方案2.2.1110KV侧系统接入方案现已完成的隆教110

KV风电场输电线路T型与龙海—岗尾线的接线。随着拟建设的220kgreen变电所2014年投入运行，隆教110kgreen风电场将由陇海—岗尾线与Green变电所连接，构成Green—隆教风电场。绿龙.隆教风电场在隆教变于2015年投入运行后，将其与该风电场的输电线路切断，并与其相连。110千伏的龙舟目前进行2次排位。新的220kgreenIII—隆教风力发电输电线（2020年）110千伏的龙腾交流结束后，分3个回合进行比赛。构成两条线路连接绿洲变电所；一条线路连接隆教风电场。110

KV电网侧变电所接线3次，其中2次为绿色220

KV变电所，1次为隆教风电场；本次共2台，其中一台为格林公司220

KV变电所，另一台为龙岗风电场。隆教110

KV变电所（现期为150

MVA，末期为350

MVA)，与之相匹配的是绿龙—隆教变电所110

KV输电线路的断接项目，并与之相匹配，构成绿.隆教变电所及110

KV隆教变电所的两条110KV变、两条110

KV隆教变。图2.1、2.2、2.3、2.4显示了目前的和长远的连接计划。图2.12013年力系统在2013年的运行情况图2.22014年电力接入情况图2.3本期2015年隆教变系统接线图图2.4远期2020年隆教城外城建工程管线示意图2.2.210KV侧系统出线方案按照隆教区域10KV输电线路的计划，一期110KV变电站将同时开通4条10KV线路。新10

KV六回线（约6公里）：从六回村到龙岗的一段，从变电所出发，沿着201国道的右边，一直往东。电缆总长度0.2

km，总线长5.8km.新的白塘10

KV线（约7

km)：在白塘村的隆教线上，在201国道的左边，从变电所的变电所出发，一直延伸到白塘村。按照龙交北计划，目前10

KV侧的12条线路与12条线路相连接，而在未来的一段时间内，则将36条线路与36条线路相连接。2.3主变压器容量、台数的确定(1)在电网投入运行后，应在10~20年内，充分考虑到电力系统的长远发展，在此基础上，应根据电网运行后的近期用电能力来确定主变压器的容量。(2)根据变电所的负载特性及电力系统的构成，对主变的容量进行了合理的计算。对于有一个重要负荷的供电负荷变电所，剩余的主变压器容量应该在后许可的时间内进行设计，以及主变压器故障的过载能力，以及电力的主、次负荷用户应该确保：如果变电站的供电负荷是一个通用的负荷，剩余的主变压器容量应该确保承担70%的总负载故障的时间。这是一种服务。通过对电网负荷的预测，预计在2017年和2029年，电网负荷分别为39.31和85.32MW和85.32

MW。因此，本次试验选择了50

MVA的机组，该机组可以在短期内满足隆教区的符合要求。按下列公式计算的长期荷载：(2.1)其中，n.是变电所的主要变电所的台数。经过对长期运行的变电所数目的分析，最终选定3座。该工程拟在近期和远期分别建设50

MVA和3个50

MVA的变电站。2.4电气主接线选择2.4.1电气主接线一般接线形式在此基础上，结合电网规划及变电站的具体条件，来决定变电站的主要电气线路。一般情况下，为方便电能的汇聚与分布，4条以上的出入线都要设有母线，这样既可以方便地进行变电站的安装与扩展，也可以让主接线图变得简单而方便。容易执行的动作。110

KV变电所的输出线超过4条时，采用母线联接。在我国电网建设中，由于各种新技术和新设备的使用，使得变电所的主要接线形式不断地改变。当前，在变电所中，以母线为主的线路形式为主，可以将其划分为无母线与有母线。2.4.2电气主接线方案技术比较与选择《35KV.110KV变电站设计规范》中GB50059.2011规定，110kV输电线，桥型，加宽内桥；单母线，单母线区段等等.在有两个及多个主变电所的情况下，6.10

KV电力系统的主要线路应为单母段。银隆广场目前使用的是一座主变电所，110KV侧主变电所的外桥连接方式不适合于该变电所的110

KV侧主变电所的设计。110

KV端给出了两个解决办法：第一个办法是内桥布线，第二个办法是扩大容量的内桥布线；第二种方式为单母线段。10

KV侧的电力总线路为单母线段，变电站的电力总线路为单母线段、四段式；内桥接线如图2.5所示。图2.5内桥接线该方法的特点是：桥式结构具有较大的柔性，故障少的特点；主电路的接线图也比较直观；工程费用也比较低廉；并可方便地进行单母线段、双母线连接方式等。在计划用电负荷很少且线路运行频率很少的情况下，通过桥式布局可以有效地节约投资。在电网运行中，随着负载的增加，线路的出线次数增加，可以采用单母线分段的方式，也可以采用双母线的方式。内桥配线特性：进线、断线相对简单，不会产生过大电流.在断开电源后，其他电路都可以正常工作，使用方便；但是，由于在启动过程中，需要将与之对应的电力线也一并切断，因此，运行过程十分繁琐。内桥式接线：适合于长距离、无需切换。单母线分段接线如图2.6所示。图2.6单母线分段接线设计优势：1)母线分断，单母线分断，可以实现双路对重要负荷的供电，增加了电网的稳定性，增加了电网的灵活度；2)如果有一条线路出现了检修或出现了故障，则该线路上的部分会自动切断检修或出现了故障的那条线路上的部分，以确保该条线路的正常工作，从而使该区段的主要负载能够得到不中断的电力供给，从而增加了电力供给的可靠性，并使该区段的电力供给更加便捷。缺点：1)如果母线的一部分出现了故障或者进行了大修，则在大修过程中，母线的一部分电路会掉电。2)当线路采用双回路时，线路有可能与高架线路的线路相交；3)在变电所扩容过程中，必须对变电所的分割母线进行扩容。适用范围：1)当10

KV配电设备有6根或更多根线路时；2)当110

KV配电网中出现4根线路时。该变电所的110

KV输电线路在近期和远期分别为2次和3次。首先，它具有规划简洁、安排灵活等特点。第一种方案中，开关个数较低，且能确保重要负载的安全供应，但电源的可靠性较低；方案二适合于线路多、供电可靠、灵活度高、用电设备多、建设投资大、占地面积大的情况。大、配电网相对复杂。根据该车站的具体条件，在该方案中，对该线路进行了内桥式的施工，并对其进行了长期的内桥式的施工。该车站的低压侧主要电力线路为单母线段，长期为单母线段四段。2.5电气主接线2.5.1110KV电气接线110

KV远地共3个出口，与格林电力公司2条220

KV变电所、1条隆教风电场相连，均为加大内桥式。目前，该项目的两根进线，一根是格林公司220

KV变电站，另一根是隆教风电场，另一根是内桥式的主变。110

KV变电站采用室内GIS装置，分阶段、依次投入使用。鉴于隆教镇地区负荷增长速度较慢，因此，将于2020年以后实施隆教变电站三期汇流排的增容工程。所以，在该方案中，不应设置内桥式二次断路器，而仅设置一台绝缘式、一台接地式的断路器。三段母线进行了长时间的扩展，二段母线需要长时间的停止运行。为保证龙城地区风力发电的顺利实现，可以采用如下技术手段：隆教风力发电隆教110

KV线与青隆教110KV线相连，接点选于青隆教110

KV线#2号铁塔和隆教110

KV线#3号铁塔（目前新的青隆教#A1号和新的隆教风力发电#B1号临时交叠已完成转换）。当线路T型接地时，整个线路都受到设在绿边一侧的距离继电器的保护。2.5.210KV电气接线10

KV远端36根线路，均为单母线四段型。2主变电所10KV端接二段（Ⅱ、Ⅲ段），并在Ⅰ、Ⅱ段与Ⅲ、Ⅳ段之间配设一段式开关。每个主变电所的10KV端各有12个出口。本次工程拟建12条10KV输出线。2.5.3110KV、10KV中性点接地方式主变110

KV侧星型接线方式，中性点经带放电间隙的断路器或避雷器接地。远景情况下，各主变电所需的10

KV母线均需配设一座地变，且该地变的性点经消弧线圈与母线相接。本工程的10KV段母线接地变电所同时作为变电所的变电所。在今后的规划中，将新建两座与母线相连的变电所的接地消弧线圈。

3短路电流计算、主设备选择及一体化电源设计3.1三相短路电流计算3.1.1选取基准值在此基础上，提出了一种基于近似单位执法的短路电流计算方法。以100

MVA为基准，以平均额定电压为基准，115KV为基准，10KV为基准，10.5KV为基准。3.1.2计算各元件参数标幺值隆教110

KV变电所包含的两台绿色变、一台隆教风力发电变电所。这个系统趋于无限。绿洲变电所110

KV侧母线与车站110

KV进线相隔20公里。龙郊风电场110

KV侧母线与车站110

KV进线相隔5公里。在图3.1中显示了该系统的网络图。图3.1系统网络图主变压器各绕组的标幺值计算公式：(3.1)其中，Uk%是指电阻的百分数，SB是指电容的基准，SN是指电容。计算输电线阻抗的方程式：(3.2)这里，X1是传输线的单元电抗，Xl取,l1是传输线的长度。SB表示基准的容量，UB表示基准的电压。这样，在该站点的110

KV进线距离该绿色变电所110

KV侧母线20公里，线路阻抗标幺值为0.0636。主变量的数值为0.3。在图3.2中给出了该系统的当量电路。图3.2系统等值电路图对该系统的等值电路图作了等值化处理，并给出了该系统的等值电路简图。图3.3系统等值电路简化图3.1.3各短路情况下等值电路图每一种电压水平下的母线及每一种电压水平下的接线端子均视为短路点，并进行了短路电流的计算。在此基础上，根据最大负荷工况下的短路电流进行了计算，并选择了10

KV母线和10

KV母线作为短路点。当10KV主变并联时，10

KV母线也是并联的.三相在d.1处出现短路，在图3.4中表示了该系统的等效电路。图3.4d.1短路时系统等值电路图（2）三相在d.2处出现了三相的短路，在图3.5中表示了该系统的等效电路。图3.5d.2短路时系统等值电路图（3）三相在d.3处出现了三相的短路，在图3.6中显示了该系统的等效电路。图3.6d.3短路时系统等值电路图3.1.4短路电流计算公式计算短路电流的单位数值的方程式：(3.3)这里，XK是当量的当量短路电阻，I*是一种等价的短路。基准电流的计算式：(3.4)在这里，SB表示基准容量，UB表示基准电压。短路电流的计算方法是(3.5)在三相短路出现后，在三相短路的一半时间内(t=0.01s)，脉冲电流的瞬时最大。如果不考虑周期成分的衰减，则可以得到以下公式：(3.6)在该公式中，Ich是众所周知的脉冲电流的值，并且Kch是脉冲系数，根据表3.1来选择，并且Kch是1.8。

表3.1冲击系数当三相短路开始后，短路电流的最大有效值Ich在第一个循环中出现。如果不考虑周期成分的衰减，则可以得到以下公式：（3.7）在这个公式中，Ich是一个众所周知的脉冲电流（pulsecurrent）的值，并且Kch是一个脉冲系数，其中Kch是1.8。3.1.5短路电流计算结果该站的短路电流是以110

KV龙浦变电所采用的220

KV格林变电所双回路并联为电源的愿景最大值为基础进行的。在表3.2中给出了短路电流的结果。表3.2短路电流结果3.2电气主设备选择3.2.1电气设备一般原则与技术条件主要电力装置的选型要符合正常运行，维护，断路，过压等方面的需求，并要根据系统的发展方向，与实际的环境情况相一致；追求技术上的领先，设计上的经济性；能确保新老设备在型号上的一致性；在工程中应用的新型电器产品，必须通过正规的认证。各种类型的高电压装置必须符合表3.3。表3.3高压装置一般规范3.2.2主设备的计算校验方法（1）额定电压选定装置的最大容许操作电压Umax应该不小于所述电路的最大运行电压Ug，也就是说：（3.8）3千伏或更高等级的三相AC表3.4中列出了装置的最大电压。表3.4额定装置额定和最高运行电压（KV）（2）额定电流所选设备的额定电流Ie应该不小于在多种可能操作模式中的线路的持续操作电流Ig，也就是：(2.9)各线路的持续操作电流见表3.5。

表3.5不同回路的持续工作电流（3）额定开断电流额定的断开电流Ibr不低于有效的短路电流：(2.10)在这个公式中，Ibr表示的是额定的断开电流，I'表示的是有效的短路电流.(4)检验动力学及热学稳定性对于电力装置的动力及热特性，应进行最大可能的短路电流试验。在这两种情况下，一般采用三相短路时的短路电流数值。应符合下列条件的短路热稳定性：(3.11)在所述公式中，Qdt表示在所述短路电流（kA2·s）表示短路电流中的温度作用（kA2·s）；（kA）在t秒钟之内可以通过的具有温度稳定性的有效电流的数值。；以s表示，t表示该装置所能容许得热稳流时间。需要在以下时间tjs以检验热稳定性：(3.12)在这个公式中，tb表示继电保护设备的备用保护的操作时间(s),td表示的是断路器的全开闸时间（s）。动力学稳定性的状态：(2.13)在上述的公式中，Igf表示的是短路开断电流，Ich表示的是短路电流冲击峰值，igf代表的是跳闸电流，而

ich代表的是跳闸电压的峰值。3.2.3设备的工作条件确定与设备参数选择（1）110kV电源装置的工作状态与装置参数的选取110

KV系统的运行情况由主要设备的运行电压、运行电流、短路电流等参数得出，见表3.6。

表3.6110kV电力装置操作工况在此基础上，通过对110

KV侧电力装置运行条件的分析，结合一般装置的规范参数，得出了相应的计算结果，见表3.7。

表3.7kV端电器的各项指标（2）10KV侧电气设备的工作条件确定与设备参数选择对10KV端装置的运行情况进行了分析，得出10

KV端装置的运行情况，见表3.8。表3.810kV端电力装置的操作情况通过对10

KV侧电力装置运行条件的分析，结合一般装置的规范参数，得出了10

KV侧电力装置运行参数的计算结果，见表3.9。表3.910kV端电力装置的参数该工程为110

KV，在其上设置了电磁变流器和电磁变流器，并在其上设置了智能变流器。3.3导线截面选择与输电容量3.3.1格林侧导线选择110KV.LongAC变压器的一次变电能力是150

MVA，最后一次变电能力是350

MVA。按照导线横断面的计算，末级进线有三个循环（格林循环两个循环，龙岗循环一个循环）：(3.14)其中，S主要以KVA表示，A是以平方毫米表示的金属丝横断面；Ue是以千伏表示的线路标称电压；J是以A/m㎡为单位的经济电流密度，这里是1.15。通过对该工程的实际应用，得出了该工程的合理断面为228.2m㎡。鉴于末级功率为350

MVA，末级配电线的经济横断面为684.6m㎡，故本工程拟在末级配电线上使用本工程中的双回线。300平方毫米的钢丝。300m㎡的导线具有65.7

MVA和137.6

MVA（其最大容许温度80和最大容许电流743

A）的传输能力。在N.1线路的故障模式下，按照《35~110

KV变电所设计规范》中的规定，在一台主变断电后，要确保其余主变的负荷100%满负荷，才能进行计算。其负载容量为变压器的1.3倍。如果选取负荷，那么在常规运行时（3个主变），主变的负荷比例K为0.87。在本工程中，其中一条线路失效后，其最大负荷为：300m㎡的最大传输能力是137.6

MVA,130.5

MVA，可以达到最大传输能力的要求.通过上述分析，确定了选择300m㎡的线路断面就能达到最大主变电容量。为此，本课题选取了300m㎡的横截面。3.3.2隆教风电场侧导线选择隆教风力发电站24个机组，每组2兆瓦，装机总数48兆瓦，当量满载时间为2386个小时。通过对导线横断面的分析，得出了导线横断面为219平方毫米，考虑到单电源的情况，推荐采用240平方毫米的导线。横断面导电导线的240平方毫米的经济传输能力是52.6兆瓦。3.3.3变电站各回路导体选择各等级的高压装置的引出线应根据流经线路的最大电流来选取，断面应根据受热情况来选取；主变进线及母连接线的负荷不应低于1.05倍的额定负荷。110

KV和10KV的出线电缆，其电缆直径应不少于传输线直径。在表格3.10中列出了线路的选取结果。

表3.10选取导线的情况3.4站用变选择将转换因子的方法应用于火力发电厂的变送器容量的计算。荷载的计算公式是：（3.15）其中，P1是电动机负荷；P2是用来加热的电能；P3为发光负荷；该站变电负荷的统计值为夏季最大负荷。表3.11中列出了这些数据。

表3.11每台机组的可变负载由上述分析可知，该变电所的负载等级为63.5kVA左右。由于在发生故障时，消防水泵、稳压水泵的工作功率都比较大，因此，变电所的变电所容量应以80

KVA为宜。该工程的站场供电由地面供电及站场变压器供电，站场变压器二次线圈的额定容量为100

KVA。3.5一体化电源系统设计3.5.1系统组成电站交直流一体化电源系统包含了电站交流电源、直流电源等设备，并对它们进行了统一的管理，实现了共用直流动力电池组。3.5.2系统功能要求《智能变电站技术导则》中的8.4条及Q/GDW383.2009中的6.3.4条及《110(66)KV220KV智能变电站设计规范》中的6.3.4条。每一个动力源在设计，配置和监视上都应该是统一的。并将数据上传到遥控器，实现了现场与远程两种不同的操作，从而使电厂用电设备之间进行了系统的联锁。(1)各个供电设备之间的通信协定必须是一致的，以达到数据、资料的共享；(2)整个系统的监控设备应该使用DL/T860协议，并在以太网上通信的方式连接到变电所的后台，以便对整个电力供应系统进行远程的监控、维护和管理。这个体系的架构在图表中被描绘出来。图3.7变电站站用交直流一体化电源系统结构图(3)监控交流供电的输入、交流供电的汇流条、直流供电的输入供电的开关。电源输出、电池输出、DC母线切换、电压控制等。其中包含交流不间断电源，通信输入，远程控制，通信等。(4)该系统必须能够对车站内的交流电源，直流电源，电池，交流电源，不间断电源，交流电源，等进行监控。(5)该系统能够监视交流供电线路，直流供电线路，开关的脱扣报警等。(6)该系统必须具备对AC电源转换、充电装置转换充电方式等进行控制的能力。3.5.3直流电源（1）直流系统电压110

KV变电所的工作用电是220伏，通讯用电是.48伏。（2）电池的型式、容量和数量保证最后的废气，能够保持母线的电压等级，所需的电池组数应为：（3.16）其中，n是存储单元的数量；Ue直流母线的额定电压；UJN是指电池的终端电压，这里是1.8伏。电池堆的电量可以达到2个小时。电池组件是220伏，200安培，电池的单体是2伏。（3）充电装置台数及形式DC系统采用220伏的电压水平。配置一组高频率的切换式充电器，可实现N+1的模块化配置。每个电池采用3个20A的模数电池进行充电。（4）交流不停电源系统设置一套UPS（inverter）电源。使用单一机构。该计算机的功率为5千瓦。（5）通信电源部分其中，通讯功率系统采用了直流/直流变换装置，并采用了N+1的模块式架构。（6）一体化电源系统总监控装置配有一组电能综合监测设备。总监控装置是综合供电系统的中央监控管理单元，该系统能实现对整个车站的各种设施的监测，包括交流电源，直流电源，UPS。并且在所说的变电所中，把DL/T860与台站控制层相连，对变电所的供电进行远程监控、维护和管理。该系统采用总线或DL/T860标准与各子系统通讯，并与各子系统通讯。

4无功补偿、消弧线圈的计算及防雷接地设计4.110KV电容器选择设计4.1.1无功补偿容量计算原则(1)110kV变电所的无功补偿能力是指对变电所内部的变电所进行的无功损失和对负载端的无功进行补偿。(2)在110

KV变电所电容式无功补偿能力达到主变最大能力的情况下，在此基础上，电源侧的功率系数应该大于0.95。(3)批发县地区，在其电力因数和变电站集中补偿电容设置不多的情况下，可以采用2030%的新变电站进行配网。4.1.2主变无功损耗计算在图4.1中表示了一个变压器环路。图4.1变频器环流110kvlong是在交流情况下，它的主变设备的容量是50MVA，电压比是11081.25%/10.5kV，短路阻抗Ud%是15，低压端的能源系数cos2是0.9，并且电阻不是变压器的有功损耗。其阻抗按以下方法进行计算：（4.1）这里，Ue是指电压的标称，Se是指功率的标称。110KV端的额定电压是110

KV，并在规定的范围内；10KV端的额定电压是10.5

KV；设计功率为50兆瓦；通过分析，得到了系统的高电压端和低电压端的阻抗分别为36.3和0.33。该方法考虑了变压器的阻抗及有功损失，从而使无功损失及电压损失的计算公式得到了简化。无功损耗计算公式：(4.2)在公式中，将U2设为10.5

KV，将负荷的有功和无功分别表示为P2和Q2。压力损失的垂向和横向分布公式：(3.3)(4.4)通过对三成负载与八成负载情况下，主变网在三成负载情况下的无功损失情况进行了比较，得出了在三成负载情况下，主变网在八成负载情况下的无功损失情况。表4.1负荷30%与负荷80%的情况下的计算4.1.3无功补偿容量计算在主变电负荷为30%和80%的情况下，为了将110KV的电源效率提高到0.95，需要对低电压的电源进行增补：(4.5)经过计算，30%的负荷可以用4.4兆瓦来补偿，80%的负荷可以用10兆瓦来补偿。可以看出，在全负荷运行时，每个主变压器要对10.0兆瓦的无功进行补偿，因此，可以把无功补偿组设定为4兆瓦+6兆瓦。4.1.4电容器投入后高压侧功率因数及主变档位(1)在表格4.2中给出了高电压端的功率因素的计算结果。

表4.2负荷在30%，负荷在80%的情况下，高电压端的功因系数的计算（2）在表格4.3中给出了主要位移的计算结果。表4.3在30%负荷与80%负荷情况下主要位移位移的计算4.1.510KV电容器选择结果10

KV电容是在对主变线圈进行无功损失的情况下，得到其电容值。本年度每个主变位上装有两套5%的电容，其电容值为6000千瓦，其电容值为4000千瓦。室内构架电容组选择10

KV，铁芯反应器置于屋后。采用单星接地方式，并配有敞口三角形和压差两种保护方式。电容选择单一的334KV保险丝。4.210KV消弧线圈选择网站设在龙海市的隆教乡。10千伏特线路主要是高架线路。10

KV电网的电容电流是在下列情况下进行计算的：1、每根10

KV输电线的平均长度是0.5

KV，每根10KV输电线的平均长度是6.5

KV；2、每个主变流器按12个供电线路计算；（1）对于10kV的线段而言，所生成的电容器电流是：（4.6）L1表示线缆的全长为6千米。Un表示10kV的系统标称电压。S是一条300平方公尺长的直线。K是由变电站施加给变电站的接地电容电流所引起的额外系数，在变电站10KV电压等级下，这个数值是16%。对10KV电缆进行了理论计算，得到了10KV在工作时所引起的电容电流为16.2A。在高架电线上生成的电容器电流是：(4.7)公式中，2.7为计算因子，适合不设架空接地的情况；3.2是指在有高架接地的情况下使用的系数；L2是指高架线，全长78公里；Un是指10KV的系统额定电压；K是变电所增加的接地电容电流的倍数，10千伏的变电所用的K是16%。通过对该线路的分析，得出了该线路在线路上所引起的电容电流为2.4

A。在此基础上，得出了在实际运行中，线路的电容电流在18.6

A左右。在该项目中，需要安装一套接地变压器的消弧绕组，其消弧绕组的能力可按下面的公式进行计算。(4.8)其中，Q是以KVA表示的补偿能力；其中，K是补偿因子，超出了原来的1.35值；Ue是以千伏表示的线路的标称电压；表4.410kV电网的容量值（单个母线变压器）给出了10

KV电网的容量值。本项目是以消弧线圈的理论计算为基础，按照《通用设备》的规定，在10

KV母线上，安装一套10

KV可调地式可调消弧线圈的家用成套装置。消弧线圈的容量为315

KVA，与一台400

KVA的接地变压器和一台100

KVA的变电站主变绕组。4.3绝缘配合及防雷保护4.3.1110KV电气设备的绝缘配合1）电容器的选用根据2012年度一般设备110KV的要求，选择了110KV的ZnO型避雷器，其技术参数见图4.5。表4.5110kVZnO阻尼器的技术指标2）110kV电力装置的绝缘水平试验方法在110

KV输电线路中，通过过载电流的大小来确定设备的绝缘等级。在闪电冲击下，以10

kA的闪电冲击残余压力为基础，得到了闪电冲击下的协调因子1.4。在该方案中，对该方案的高电压端的绝缘等级进行了计算，并给出了相应的计算结果。表4.6110kV电力装置的绝缘等级4.3.210KV电气设备的绝缘配合按照有关标准，在站台上，110KV与10KV的接地类型有差异的情况下，10KV的接地型应选择具有低级过电压保护的接地型；当电压在1.38欧姆以上时，其值为1.38°12=16.56

KV.本文所选择的低电压端氧化锌避雷器的主要技术指标，如表4.7所示。

表4.710kVZnO阻尼器的技术指标在对车站低电压端电器的绝缘等级进行分析时，采用1.4的谐波系数进行计算。如表4.8所示，该车站的低电压侧电器的绝缘等级。表4.810kV电力装置的绝缘等级4.3.3主变中性点电气设备的绝缘配合1）电容器的选取根据2012版《一般装置选型》，选用主变电所小电流接地装置，并将其用作主变电所小电流接地装置的参考，其技术参数如表4.9所示。表4.9电力系统主变流器的技术指标2）主变中性点电平主变电流过电压是主变电流过电压的重要指标。在这种情况下，它通常可以抵抗工作过电压。所以，在绝缘匹配时，没有考虑到工作波测试电压的匹配。闪电冲击的协调性是基于1.5

kA闪电冲击的残余压力，并且协调性是1.4。在表4.10中，说明了主变电所用的中性点电器的绝缘等级。表4.10总变压器的中线电压等级4.4变电站接地设计在变电所中，一般都是以横向地线为主接地网，纵地线为二次接地网络。该变电所是一种“半封闭式”变电所，该变电所所处的土质属于微酸。根据《国网基建部关于发布设计新技术推广应用实施目录的通知》，提出了以505mm厚的包铜钢板为主要接地网母线的横向接地体。以热稳定性及腐蚀状态为基础，对110KV、10KV设备接地引线下行使用606m平米的热镀锌扁钢，竖直接地体使用14.2mm的铜包钢棒（长度2.5m）。电器装置使用的是404平方公尺的热镀锌板。工程建设现场的土层以砂土为主，土层的平均电阻率在350

m左右。经计算，地铁站台内埋有4根30m深度的接地，外侧埋有3根水平的辐射接地。接地网的总接地电阻为1.3，混凝土路面的阶梯电压能够满足安全要求，而接触电势不能满足要求，所以必须在人工操作机构箱、接线盒附近设置一个平衡电压的装置。确保工作人员的生命安全。4.4.1计算条件(1)该工程现场的土壤主要是沙质粘性土，其浅部（0m.10m）的平均电阻率大约是350米，最深处（10米30米深）的土壤电阻率在1000米左右。(2)拟在站点上使用的是一种复合型接地网络。水平地地网的埋入深度为0.8m（最外层圈的深度为1.05.0

m)，垂直直地杆长度为2.5

m，水平地地网的铺设距离为67

m。水稻品种繁多。(3)100平方毫米的铜丝用于横向接地体，而14.2毫米、L=2.5米的铜杆用于纵向接地体。(4)深井用直径为4.5毫米、长度为30米、直径为100毫米的无缝钢管进行接地网。一共4个地点。(5)该车站主要接地网络（在站中）的面积为3761平方米，其中，总的横向接地网络长L为871米，总的外部边缘长L0为196米。(6)根据长时间、大容量的系统短路电流来计算该系统的短路电流。4.4.2接地线段选取检验在大接地、大短路时，由于单相中的短路电流很大，所以在选用时必须考虑其耐高温性能。以下是其计算公式：(4.12)在这个公式中，Sjd是以m㎡为单位的接地线的最小热稳定度；Ijd是（A）在接地线上流动的短路电流中的一个稳定值。Td代表了继电保护器的操作时刻+（0.3.0.5）秒的开关的全部导通和关闭时刻，两相的接地的短路1.2秒；C是接地本体的耐热性。当单相接地或双相接的发生故障时，通过接地线的短路电流见表4.11。表4.11在两相接地情况下，在两相接地情况下的短路电流对于110

KV电网，当接地导体部分的接地体是平钢时，单相接地：(4.13)接地体为铜排时：(4.14)(2)在接地导体部分的接地体是平钢的情况下，按照10KV系统的两相接的短路：(4.15)接地体为铜排时：(4.16)(3)对接地体横截面的确认1)平钢制的地脚导线该变电所地面设备可以使用606热镀锌扁钢作为接地线，在不考虑腐蚀的情况下，仅预留充足的裕度，以满足各个电压级别的短路热稳定需求。2)柔性的铜导线在地平线上，在设备的地面上，以及在地面上的引地线，都使用100毫米的铜丝。在不计腐蚀的情况下，留出充足的裕度，在不同的电压水平下，对接地体的力学性能进行合理的考虑，使接地体在不同的电压水平下，能够达到短路的温度稳定。

5设计方案经济性比较5.1应用通用设计情况及采用GIS方案的说明5.1.1本工程应用通用设计方案形式说明本课题从110KV变电所总体设计的具体实施情况出发，依据远景电力主线路及设备选择的原则，并结合该地区110

KV变电所的实际应用情况，拟采用下列两种电力设计方案：第一个方案是按照国电的A3.3计划进行的，它是一层半室内的布局，主变装在户外，110

KV装置在室内的地理信息系统，以及架空线路。方案2采用了国电集团的A2.4方案，房屋整体布局在一幢建筑中，主变电所设置在房间里，房间里的GIS选择110

KV，房间里的GIS使用的是架空线。5.1.2本站采用半户内GIS方案的说明该站选址在漳州市龙海市201国道边的隆教乡，该区域属于环境E类，距海边一公里左右。该站点的西边是201国道，西边是住宅区，东边和南边是耕地，东北角是河流，交通十分便捷。这个地点现在是耕地和荒地。隆教镇因其自然海滩的优越条件，吸引了首钢首信集团公司作为南海首个海湾的投资商，在这里建立了“七彩城”；民盛地产，新华都实业集团，将在白塘湾国际度假城市进行投资；考虑到土地利用的局限性及城市规划的需要，建议站点采用具有较高的安全可靠性、较好的抗污染效果、较低的全寿命周期费用、较少的GIS方案。5.2方案技术经济比较这两个方法在技术和经济上仅对其差异进行了比较。表5.1列出了这一时期的技术.经济对比结果。

表5.1目前的技术与经济对比在技术、经济上只对两个方案的各组成部分进行了对比，最后的技术、经济对比结果如表5.2所示。表5.2最后阶段的技术与经济对比5.3全寿命周期经济成本（LCC）的分析LCC是一种全寿命周期成本控制的方法，其特征是“全系统”、“全成本”和“全过程”。该方法能够更加科学、合理、有效地对装备的寿命进行评价。操作与维修阶段决定并控制全部工程费用。以确保整个生命周期费用最小为目标的运营管理方式。生命周期费用主要有：投入费用、运行费用、失效损失费用、工期费用和报废费用。对变电所主变第一个室外式及第二个室内式的LCC进行了LCC计算，得出了以下结论：1、一次投资费用折价IC：以远景规模为基础计算的折价估计值。如果使用一种主要的外部配置方式，则其折现的一次投资（即动态的一次投资）要比内部配置方式二的二次投资低238万元。在现有的规模下，主变电所外配置的主变电所一次投资费用较主变电所二次配置的主变电所二次投入节省176万元。2、折现操作费用OC：主变式户外安装1的折现操作费用（OC）比室内安装2的折现操作费用（OC）高20000元/年，30年后将多出600000元/年；3、断电折扣损失费用(FC)：在不连续两年断电的情况下，在户外设置的情况下（0.49个小时），在不连续年断电时间（0个），在该区域的平均负载为12

MW时，对方案1的断电损失的折扣费用为3650元；4、工期（TC）折价：主变组户外安装1的施工时间与室内安装2的工期基本一致，工期以同一基准计算；5、折现淘汰费用(DC)：以110

KV装置费用的5%为基准，在长期规模的方案1中，淘汰费用比方案2低6500元，而在目前规模的方案1中，淘汰费用比方案2低9000元。6、110kV设备的寿命：由于主变的寿命相同，其设备成本相同，因此其安装和施工成本相同。在此基础上，对该变电所的生命周期费用进行了估算，得出：主变电所外部安装方式1较主变电所内部安装方式2节省了17828500元。5.4方案推荐通过本项目第一方案与第二方案的技术经济比较和全生命周期成本分析，从投资成本和LCC分析的角度来说，前者比后者节约了1782850元。严格来说，两种方法均能达到110

KV变电所的需要。两种方法的内部布局都使用了GIS装置。本发明的特点是：安全可靠，抗污染效果好，施工简便，设备维修方便，工作量小，易于扩充；二者的不同之处是：方式1是利用了主变量的横向散热器，并将其放置在户外，而方式2是利用了主变量的本体散热器，并将其放置在室内，所以方式2具有更大的建筑物和占用空间。通过比较，提出了一种可行的方法。

总结文章对110

KV变电所的电力系统进行了分析，并对该变电所在的长、短工况下的电力系统进行了分析，为该变电所在的电力系统中的应用提供了依据。通过对系统的故障分析，可以得到系统的故障诊断结果。在此基础上，进行了变电所的避雷线的设计。本文的主要内容和主要结果是：1.针对该区域电网现状，对其近期的运行负荷进行了分析和预报。但在隆教地区，因其所需的资料较少，故采用功率弹性因子方法对其进行中期和中期的负荷预报是不合适的。应用该方法对该区域的中短期电力负载进行了预报。对该区域2013～2033年的电力需求进行了预估。通过对隆教片区的电力系统进行分析，并结合具体的工程设计，来决定主变电所的安装数量及安装能力。通过两种电力线路的比较分析，确定了110

KV系统的内桥接地方式，并提出了今后将采取增大内桥接地方式。在未来10

KV线路上，10KV线路将采取单母线段的方式，而未来10KV线路将改为四段的方式。2.按照隆教片区的总体布局，得出了该变电所的视频监控系统的线路图。在此基础上，以最大工作状态为依据，给出了该电路的当量电路。按照跳闸位置的选取，将110KV侧和10KV侧与主