发电厂电气设备及运行报告110kV变电所设计.doc

长泥坡110kV变电所设计

1.110kV变电站设计任务及指标
1.1 地区电网的特点
(1)本地区即使在最枯的月份，水电站发电保证出力时亦能满足地区负荷的需要，
加上小火电，基本不需要外系统支援。
(2)本系统的水电大多数是迳流式电站，除发保证出力外的月份，均有电力剩余，
特别是4 至7 月份。
1.2 建站规模
(1)变电站类型：110kV 变电工程
(2)主变台数：最终两台(要求第一期工程全部投入)
(3)电压等级：110kV、35kV、10kV
(4)出线回数及传输容量
①110kV 出线6 回
本变—长泥坡 15000kW 6km LGJ—120
本变—双溪变 15000kW 42.3 km LGJ—120
本变—系统 30000kW 72km LGJ—150
本变—芷江 8000kW 36km LGJ—120
备用两回
②35kV 出线8 回
本变—长泥坡 8000kW 6km LGJ—95
本变—火电厂 10000kW 8km LGJ—95
本变—中方变 5000kW 15km LGJ—95
本变—水电站 10000kW 12km LGJ—120 (两回)
本变—鸭嘴岩变 5000kW 10km LGJ—95
备用两回
③10kV 出线10 回
本变—氮肥厂 2500kW 2km
本变—化工厂 1500kW 3km
本变—医院 1500kW 5km (两回)
本变—印刷厂 2000kW 4km
本变—造纸厂 2500kW 6km
本变—机械厂 2500kW 4km
备用三回
(5)无功补偿
采用电力电容两组, 容量为2×4500kva

1.3 环境条件
(1)当地年最高温度为40℃, 年最低温度为-5℃；
(2)当海拔高度为800 米；
(3)当地雷暴日数为55 日/年；
(4)本变电站处于“薄土层石灰岩”地区，土壤电阻率高达1000Ω．М。
1.4 电气主接线
建议110kV、35kV、10 kV 均采用单母线分段带旁路接线，并考虑设置熔冰措施。
1.5 短路阻抗
(1) 系统作无穷大电源考虑：X1∑max=0.05，X0∑max=0.04，X1∑min=0.1，X0∑min=0.05。
(2)火电厂装机容量为 3×7500kW，X ''d= 0.125 d X , 最大运行方式下,该火电厂只
投入二台机组,最小运行方式下,该火电厂三台机组全部投入,并满发。
(3) 水电厂装机容量为 3×5000kW，X ''d= 0.27 d X ，最大运行方式下，该水电厂三台机组全部投入运行，并满发，最小运行方式下，该水电厂只投入一台机组。
2电气主接线设计
电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。
2.1电气主接线的设计原则
电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、
技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
2.1.1接线方式
对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能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。在110kV～220kV 配电装置中，当出线为2 回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4 回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当110～220kV 出线在4 回及以上时，一般采用双母接线。在大容量变电站中，为了限制6～10kV 出线上的短路电流，一般可采用下列措施：
①变压器分列运行；
②在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；
③采用低压侧为分裂绕组的变压器。
④出线上装设电抗器。
2.1.2主变压器选择
①主变压器台数：为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。当只有一
个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。对于大型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。
②主变压器容量：主变压器容量应根据5～10 年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。对装设两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按=选择。为变电站最大负荷。这样，当一台变压器停用时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%，则可保证对84%负荷的供电。由于一般电网变电站大约有25%的非重要负荷，因此，采用 = 0.6，对变电站保证重要负荷来说多数是可行的。对于一、二级负荷比重大的变电站，应能在一台停用时，仍能保证对一、二级负荷的供电。
③主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压的变电站，如
通过主变压器各侧绕组的功率均达到15%Sn 以上时，可采用三绕组变压器。其中，当主网电压为110～220kV，而中压网络为35kV 时，由于中性点具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为220kV 及以上，中压为110kV 及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。
2.1.3断路器的设置
根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路
任务。
2.1.4平衡有功和无功
为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负
荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据：
①最小负荷为最大负荷的60～70%，如主要是农业负荷时则宜取20～30%；
②负荷同时率取0.85～0.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取
0.95～1；
③功率因数一般取0.8；
④线损平均取5%。
2.2 设计主接线的基本要求
在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。
2.2.1可靠性
供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：
①可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑
长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。
②主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的
综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。
③可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还
不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。
2.2.2灵活性
①调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电
源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。
②检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而
不影响电力网的正常运行及对用户的供电。
③扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连
续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。
2.2.3经济性
①投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使
控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。
②占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和
节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。
③电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合
理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。
2.3 长泥坡电站电气主接线设计
2.3.1 110kV电压侧接线
《35～110kV 变电所设计规范》规定，35～110kV 线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。35～63kV 线路为8 回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV 线路为6回其以上时，宜采用双母线接线。在采用单母线、分段单母线或双母线的35～110kV 主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。
本变电站110kV 线路有6回,可选择双母线接线或单母线分段接线两种方案，如
图2.1 所示。

图2.1 110KV接线方案
方案一供电可靠、运行方式灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，投资大。方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。本变电站为地区性变电站，电网特点是水电站发电保证出力时能满足地区负荷的需要，加上小火电，基本不需要外系统支援，电源主要集中在35kV 侧，110kV 侧是为提高经济效益及系统稳定性而倒有一回线路与华中大电网联系，采用方案二能够满足本变电站110kV 侧对供电可靠性的要求，故选用投资小、节省占地面积的方案二。
2.3.2 35kV电压侧接线
本变电站35kV 线路有8 回，可选择双母线接线或单母线分段带旁路母线接线两种方案，根据本地区电网特点，本变电站电源主要集中在35kV 侧，不允许停电检修断路器，需设置旁路设施，如图2.2 所示。

图2.2 35KV接线方案
方案一供电可靠、调度灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，配电装置复杂，投资大。方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，旁路断路器可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要回路特别是电源回路不停电。方案二具有良好的经济性，供电可靠性也能满足要求，故35kV 侧接线采用方案二。
2.3.3 10kV电压侧接线
《35～110kV 变电所设计规范》规定，当变电所装有两台主变压器时，6～10kV
侧宜采用分段单母线。线路为12 回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修
断路器时，可设置旁路设施。本变电站10kV 侧线路为10 回，可采用双母线接线或手车式高压开关柜单母线分段接线两种方案，如图2.3 所示。

图2.3 10KV接线方案
方案一一般用于出线较多，输送和穿越功率较大，供电可靠性和灵活性要求较高的场合，设备多，投资和占地面积大，配电装置复杂，易误操作。方案二简单清晰，调度灵活，不会造成全站停电，能保证对重要用户的供电，设备少，投资和占地小。手车式断路器的出现和运行成功，断路器检修问题可不用复杂的旁路设施来解决，而用备用的手车断路器来替代需要检修的工作的手车断路器。采用手车式高压开关柜，可不设置旁路设施。
综上所述,本变电站主接线如图2.4 所示。

图2.4 电气主接线简图
变电站低压侧未采用限流措施，待计算短路电流之后，再采用相应的限流措施。最简单的限制短路电流的方法是使变压器低压侧分列运行。变压器低压侧分列运行，限流效果显著，是目前广泛采用的限流措施。在变压器回路中装设电抗器或分裂电抗器用的很少，母线电抗器体积大、价格高且限流效果较小，出线上装电抗器，投资最贵，且需造两层配电装置室，在变电站中应尽量少用。
2.3.4 站用变压器低压侧接线
站用电系统采用380/220V 中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个
电源，站用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障
范围，提高供电可靠性。380V 站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或
闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。站用变压器低压侧接线如图2.5 所示。

图2.5 站用变压器低压侧接线
3. 变压器选择
3.1 主变压器选择
在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。
《35～110kV 变电所设计规范》规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电
条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。
在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可
装设两台以上主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。
主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。
由负荷计算可知，本变电站远景负荷为=32.95MVA，装设两台主变压器，每台变压器额定容量按 =0.6= 0.6×32.95 =19.77MVA选择。
故可选择两台型号为SSZ9—20000/110 的变压器。
20000/46700×100% = 61.0%
即：当一台主变停运时，即使不考虑变压器的事故过负荷能力，也能保证对61.0%的
负荷供电。
表3.1 主变压器技术参数

3.2 站用变压器选择
《35～110kV 变电所设计规范》规定，在有两台及以上主变压器的变电站中，宜
装设两台容量相同可互为备用的站用变压器，分别接到母线的不同分段上。变电站的站用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电站的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电站的站用电压只需0.4kV 一级，采用动力与照明混合供电方式。380V 站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。本变电站计算站用容量为100kVA（计计算书第1 章），选用两台型号为S9—100/10 的变压器，互为暗备用。10kV 级S9 系列三相油浸自冷式铜线变压器，是全国统一设计的新产品，是我国国内技术经济指标比较先进的铜线系列配电变压器。
4. 短路电流计算
4.1短路电流计算的目的
在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。短路电
流计算的目的主要有以下几方面：
(1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。
(2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。
(3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。
(4)在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
(5)接地装置的设计，也需用短路电流。
4.2 短路电流计算的一般规定
验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定：
(1)计算的基本情况
①电力系统中所有电源都在额定负荷下运行；
②同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁)；
③短路发生在短路电流为最大值的瞬间；
④所有电源的电动势相位角相同；
⑤正常工作时，三相系统对称运行；
⑥应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。
(2)接线方式
计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
(3)计算容量
应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5～10 年）。
(4)短路种类
一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。
(5)短路计算点
在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的6～10kV 出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。
4.3 短路电流计算的步骤
在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用计算曲线法。其具体计算步骤如下：
(1)绘制等值网络。
①选取基准功率SB和基准电压 =；
②发电机电抗用，略去网络各元件的电阻、输电线路的电容和变压器的励磁
支路；
③无限大功率电源的内电抗等于零；
④略去负荷。
(2)进行网络变换。
按网络变换的原则，将网络中的电源合并成若干组，例如，共有g 组，每组用一个等值发电机代表。无限大功率电源（如果有的话）另成一组。求出各等值发电机对短路点的转移电抗，以及无限大功率电源对短路点的转移电抗 。
(3) 将前面求出的转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归算，便得到各等值发电机对短路点的计算电抗。

式中为第i 台等值发电机的额定容量，即由它所代表的那部分发电机的额定容量之和。
(4)由，，…分别根据适当的计算曲线找出指定时刻t 各等值发电机
提供的短路周期电流标幺值，，…。
(5) 网络中无限大功率电源供给的短路电流周期是不衰减的，并由=1/决定。
(6) 计算短路电流周期分量的有名值
第i 台等值发电机提供的短路电流为：

无限大功率电源提供的短路电流为：

短路点周期电流的有名值为:

式中， Vav 应取短路处电压级的平均额定电压；为归算到短路处电压级的第i 台等值发电机的额定电流；为对应于所选基准功率 在短路处电压级的基准电流。
(7)计算短路容量和短路电流冲击值。
(8)绘制短路电流计算结果表。
4.4 短路电流计算结果
本变电站短路电流计算结果如下：
三相短路电流计算电路图及其等值网络如图4.1 所示。

图4.1 计算电路图及其等值网络
当短路发生在 点时，分变压器低压侧并列运行和变压器低压侧分列运行两种
情况进行计算，变压器低压侧分列运行三相短路电流计算电路图及其等值网络如图
4.2 所示。

图4.2 变压器低压侧分列运行计算电路图及其等值网络
5. 高压电器设备选择
5.1电器选择的一般条件
电器选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，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，并注意节省投资，选择合适的电器。
尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
(1)按正常工作条件选择电器
①额定电压和最高工作电压
在选择电器时，一般可按照电器的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即。
②额定电流
电器的额定电流N I 是指在额定周围环境温度θ下，电器的长期允许电流。应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即。
③按当地环境条件校核
在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤其是小环境）条件当气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件是，应采取措施。
(2)按短路情况校验
①短路热稳定校验
短路电流通过电器时，电器各部件温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为t。
式中 Q ——短路电流产生的热效应；
、t ——电器允许通过的热稳定电流和时间。
②电动力稳定校验
电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为：
或
式中、——短路冲击电流幅值及其有效值；
、——电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。
下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：
1)熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。
2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。
3)装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。
③短路电流计算的条件
为使电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：
1)容量和接线 按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建成后5～10 年）；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。
2)短路种类 一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。
3)计算短路点 选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。
④短路计算时间
校验电器的热稳定和开断能力时，还必须合理的确定短路计算时间。验算热稳定的计算时间为继电保护动作时间和相应断路器的全开断时间之和。
即=+；而=+。
式中 ——断路器全开断时间；
——后备保护动作时间；
——断路器固有分闸时间；
——断路器开断时电弧持续时间。
开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，故电器的开断计算时间 应为主保护时间 和断路器固有分闸时间之和，即=+。
5.2 高压断路器的选择
高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路
或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。
本变电站高压断路器选择如下：
(1)110kV 线路侧及变压器侧：选择LW11-110 型SF6 户外断路器。

(2)35kV 线路侧及变压器侧：选择ZW7-40.5 型真空户外断路器。

(3)10kV 线路侧：选择KYN28A-12(Z)/1250-31.5 型高压开关柜。

(4)10kV 变压器侧：选择KYN28A-12(Z)/2000-31.5 型高压开关柜。

5.3隔离开关的选择
隔离开关也是变电站中常用的电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。
5.3.1 隔离开关的主要用途：
(1)隔离电压 在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。
(2)倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。
(3)分、合小电流 因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：
①分、合避雷器、电压互感器和空载母线；
②分、合励磁电流不超过2A 的空载变压器；
③关合电容电流不超过5A 的空载线路。
5.3.2 本变电站隔离开关的选择
(1)110kV：选择GW5-110Ⅲ/1000-80

(2)35kV：选择GW4-35D/1000-83

5.4 电流互感器的选择
互感器（包括电流互感器TA 和电压互感器TV）是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。
互感器的作用是：将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压(100V)和小电流(5A 或1A)，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构小巧、价格便宜和便于屏内安装。使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。
本变电站电流互感器选择：
110kV 线路侧及变压器侧选用LCWB6-110 型瓷绝缘户外电流互感器，校验合格。
35kV 线路侧选用LZZB8-35 型支柱式、LRD-35、LR-35 型装入式电流互感器，校验合格，配置位置参见主接线图；35kV 变压器侧选用LRD-35、LR-35 型装入式电流互感器，校验合格，配置位置参见主接线图。
10kV 线路侧及变压器侧选用LA-10 型穿墙式电流互感器，校验合格。
5.5 电压互感器的选择
110kV 出线选用TYD110/ 3 型成套电容式电压互感器，校验合格。
110kV 母线选用JDCF-110 型单相瓷绝缘电压互感器，校验合格。
35kV 母线选用JDZXW-35 型单相环氧浇注绝缘电压互感器，校验合格。
10kV 母线选用JSZX1-10F 型三相环氧浇注绝缘电压互感器，校验合格。
5.6 高压熔断器的选择
熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。
35kV 母线电压互感器选用RXW-35/0.5 型户外跌落式高压熔断器保护，校验合格。
10kV 母线电压互感器选用RN2-10/0.5 型户内限流式高压熔断器保护，校验合格。
6.配电装置设计
配电装置是变电站的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关设备、保护和测量电路、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。
6.1配电装置应满足的基本要求
(1)配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策。
(2)保证运行可靠。按照系统和自然条件，合理选用设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。
(3)便于检修、巡视和操作。
(4)在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。
(5)安装和扩建方便。
6.2配电装置设计的基本步骤
(1)根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式；
(2)拟定配电装置的配置图；
(3)按照所选设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照《配电装置设计技术规程》的有关规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册，设计绘制配电装置的平、断面图。
普通中型配电装置，我国有丰富的经验，施工、检修和运行都比较方便，抗震能力好，造价比较低，缺点是占地面积较大；半高型配电装置占地面积为普通中型的47%，而总投资为普通中型的98.2%，同时，该型布置在运行检修方面除设备上方有带电母线外，其余布置情形与中型布置相似，能适应运行检修人员的习惯与需要。高型一般适用于220kV 及以上电压等级。
本变电站有三个电压等级，110kV 主接线不带旁路母线，配电装置采用屋外中型单列布置；35kV 主接线带旁路母线，配电装置采用屋外半高型布置；10kV 配电装置采用屋内成套高压开关柜布置。
7.防雷保护设计
7.1 变电站的防雷保护具有的特点
(1)变电站属于“集中型”设计，直接雷击防护以避雷针为主。
(2)变电站设备与架空输电线相联接，输电线上的过电压波会运动至变电站，对电气设备过程威胁。因此变电站要对侵入波过电压进行防护，主要手段是避雷器。
(3)变电站内都安装有贵重的电气设备，如变压器等，这些电气设备一旦受损，一方面会对人民的生活和生产带来巨大损失，造成严重后果；另一方面，这些设备的修复困难，需要花费很长时间和大量金钱，给电力系统本身带来重大经济损失。所以变电站要采取周密的过电压防护措施。
(4)为了充分发挥防雷设备的保护作用，变电站应有良好的接地系统。
7.2 变电站直击雷防护
户外配电装置一般都采用避雷针做为直击雷保护，本变电站直击雷防护采用避雷针，变电站围墙四角各布置1 支避雷针，共布置4 支避雷针，每支避雷针高30m。本站东西向长99m，南北向宽68m，占地面积6732m2，110kV 配电装置构架高12.5m，35kV终端杆高13.5m。屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。
7.3 侵入波过电压防护
已在输电线上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电站的母线上，并对与母线有联接的电气设备构成威胁。在母线上装设避雷器是限制雷电侵入波过电压的主要措施。
7.4 进线段保护
所谓进线段保护是指临近变电站1～2km 一段线路上的加强型防雷保护措施。当线路无避雷线时，这段线路必须架设避雷线；当沿线路全长架设避雷线时，则这段线路应有更高的耐雷水平，以减少进线段内绕击和反击的概率。
7.5 三绕组变压器和变压器中性点的防雷保护
三绕组变压器只要在低压任一相绕组直接出口处装一个避雷器即可。110kV 中性点有效接地系统，若变压器不是采用全绝缘，则应在中性点加装一台避雷器。
8. 负荷计算
8.1主变压器负荷计算
电力系统负荷的确定，对于选择变电站主变压器容量，电源布点以及电力网的接线方案设计等，都是非常重要的，电力负荷应在调查和计算的基础上进行，对于近期负荷，应力求准确、具体、切实可行；对于远景负荷，应在电力系统及工农业生产发展远景规划的基础之上，进行负荷预测，负荷发展的水平往往需要多次测算，认真分析影响负荷发展水平的各种因素，反复测算与综合平衡，力求切合实际。
本变电站负荷分析计算如下(线损平均取5%，功率因数取0.8，负荷同时率取0.9)：
(1)10kV 侧

(2)35kV 侧
35kV 侧电源容量20MW，负荷功率1.8MW，基本平衡，功率可直接通过母线传输而不通过变压器传输。
(3)110kV 侧
10kV 侧所需负荷功率可通过主变压器由110kV 母线取得。故S'==14.1MVA
考虑增长，按8 年计算，由工程概率和数理统计得知，负在荷一定阶段内的自然
增长率是按指数规律变化的，即S = S'。
式中 S'——初期负荷
x——年数，一般按5～10 年规划考虑
m——年负荷增长率，由概率统计确定
所以，考虑负荷增长以及线损，年负荷增长率取10%，按8 年计算，本变电站负荷为：

8.2 站用变压器负荷计算
目前采用的站用变压器负荷计算的主要方法有：(1)换算系数法；(2)分别将每台电动机的kW 换算成kVA，再考虑不同时运行情况的计算方法。
本变电站采用第二种计算方法。
按每台电动机的功率因数、效率、负荷系数分别由kW 换算成kVA，再考虑不同时运行的情况，计算出总负荷。本变电站需要计入的经常性电力负荷为：主变压器风扇，蓄电池的充电和浮充电机组、蓄电池室通风、取暖、照明等；短时不经常及断续不经常运行的设备如检修负荷等不计算再内。
充电机系不经常连续运行的设备，故其负荷应予以计算，但此时可考虑浮充电机不运行，不必计算。
计算公式如下：
电力负荷：

照明和加热负荷：

所用电总负荷：

9. 短路电流计算
9.1最大运行方式下对三相短路的情况进行计算
(1)画出计算电路图，如图2.1(a)所示。

图9.1 计算电路图及其等值网络

图9.2 等值网络的化简
制订等值网络如图9.1(b)所示，进行参数计算。
选取=100MVA,=115KV,计算各元件的标幺值。

(3)计算各短路点的短路电流
当短路发生在点时，
①计算各电源对短路点的转移电抗和计算电抗，如图9.2(a)所示。

S 对的转移电抗为

G1对的转移电抗为

G2对的转移电抗为

各电源的计算电抗如下

②查计算曲线数字表，求出短路周期电流的标幺值。
对于发电机G1用汽轮发电机计算曲线数字表，对于G2用水轮发电机计算曲线数字表，系统S 提供的短路电流直接用转移电抗公式 =1/=4.55计算。
③计算短路电流的有名值。
④计算短路电流冲击值。
⑤计算短路全电流最大有效值。
⑥计算短路容量。
当短路发生在点时，分两种情况进行短路电流计算。
第一种情况：变压器低压侧并列运行
①计算各电源对短路点的转移电抗和计算电抗，如图9.2(c)、9.2(d)所示。

消去图9.2(c)中的结点a，得9.2(d)。

S 对的转移电抗为

G1对的转移电抗为

G2对的转移电抗为

各电源的计算电抗如下

②查计算曲线数字表，求出短路周期电流的标幺值。
对于发电机G1用汽轮发电机计算曲线数字表，对于G2用水轮发电机计算曲线数字表，系统S 提供的短路电流直接用转移电抗公式=1/=2.56。
③计算短路电流的有名值。
④计算短路电流冲击值。
⑤计算短路全电流最大有效值。
⑥计算短路容量。
第二种情况：变压器低压侧分列运行，计算电路图及其等值网络如图9.3 所示，网络变换如图9.4 所示。

图9.3 变压器低压侧分列运行计算电路图及其等值网络
①计算各电源对短路点的转移电抗和计算电抗，如图2.4(a)、2.4(b)所示。

图2.4 变压器低压侧分列运行等值网络化简

S 对的转移电抗为

G1对的转移电抗为

G2对的转移电抗为

各电源的计算电抗为

②查计算曲线数字表，求出短路周期电流的标幺值。
对于发电机G1用汽轮发电机计算曲线数字表，对于G2用水轮发电机计算曲线数字表，系统S 提供的短路电流直接用转移电抗公式=1/=1.78 计算。
③计算短路电流的有名值。
④计算短路电流冲击值。
⑤计算短路全电流最大有效值。
⑥计算短路容量。
表9.1各短路量计算结果表

9.2 站用变压器低压侧短路电流计算
对于1000V 以下低压网络的短路电流计算，还应考虑以下特点：
(1)可按无穷大容量供电的计算短路电流方法进行计算。
(2)因电阻值较大，感抗值较小，所以短路电流中各元件的有效电阻，包括开关和电器触头的接触电阻均应计入。
(3)多匝电流互感器的阻抗，仅当三相都装有同样互感器时，才予考虑。
(4)低压电器元件的电阻多以mΩ计因而短路电流一般采用有名值计算比较方便。

总 结
通过本次设计，我树立了工程观点，能初步联系实际，基本掌握了110kV 变电站电气主接线设计的基本步骤和方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到训练，进一步巩固了电力生产的专业知识，掌握了工程绘图、CAD 绘图方面的知识、方法，掌握了科技论文写作的一般知识及科技文献资料的查找技巧，为以后从事设计、运行和科研工作，奠定必需的知识基础。110kV 变电站电气一次部分初步设计的过程，是对所学知识进行的一次检验和实践，从而使电力专业知识得到巩固和加深，逐步提高了分析问题和解决问题的能力。
在设计工程中，因为时间近、任务重，特别是CAD 制图难度比较大，经常是通宵达旦的计算、绘图，十分辛苦。这使我深深感受到了奋战在我国电力系统设计第一线的专家、工程师和技术人员的辛劳，对他们为我国电力事业所付出的汗水所做出的贡献表示深深的敬意。在以后的学习和工作中，我将继续发扬这种能吃苦的精神，为我国电力事业发展做出应有的贡献。
在本次设计中仍有不足与疏漏。在设计过程中，虽然有老师的耐心讲解，有大量的文献资料可供查阅，但对于一些具体问题，比如PT、CT 二次侧的选择条件、复杂网络的短路电流计算等，仍感觉吃不透，我将在以后的工作、学习中扬长避短，发扬严谨的科学态度，使所到的知识不断升华。

致 谢
我通过本次设计，何老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识，思想深邃，视野雄阔、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模。所以，经过这次设计，我在这些方面都有了很大的