1、設計題目：110kV 變電站電氣一次部分初步。二、設計（論文）要求：編制圖紙一份、說明書及計算書一份，并提供主要設備的清單、 選用新技術、新設備、采用典型設備得情況介紹。三、設計（論文）的主要內容：（ 1）前期準備1 ）原始材料分析2 ）設計依據及基礎資料。3 ）設計變電站在電力系統中的地理位置（ 2）變壓器的選擇（含容量、電壓、阻抗、接線組別、相數、分接頭及臺數等）（ 3）電氣主接線設計1） 主接線設計的原則及要求2） 主接線的基本接線方式3） 主接線的設計步驟4） 本變電站電氣主接線設計（ 4）短路電流計算1） 短路電流計算2） 短路類型及其計算方法3） 短路電流計算結果（ 5）高壓電器的

2、選擇1） 高壓斷路器的選擇2） 隔離開關的選擇3） 互感器的選擇4） ）母線的選擇（ 6）配電裝置設計（ 7）負荷計算1 ）主變壓器負荷計算2 ）站用變壓器負荷計算（ 8）短路電流計算結果1 ）短路電流標幺值的計算2 ）短路電流有名值的計算（ 9）電氣設備選擇及校驗計算1 ）高壓斷路器選擇及校驗計算2 ）隔離開關選擇及校驗計算3 ）互感器選擇與校驗4 ）支持絕緣子的選擇與校驗5 ）母線選擇及校驗計算（10）防雷保護計算四、主要參考資料：1李光琦.電力系統暫態分析（第二版）.中國電力出版社.1993: 139-141 .2黃純華主編：發電廠電氣部分課程設計參考資料.中國電力出版社.1987.3劉

3、繼春主編：發電廠電氣設計與 CA西用.四川大學.2003.4陳琦.電力系統穩態分析（第二版）.水利電力出版社.1995.5熊信銀主編：發電廠電氣部分（第三版），中國電力出版社.2004.6電力系統故障分析.南京電力學校徐正亞編.水利電力出社.19937電氣設備設計計算手冊.北京：國防工業出版社，20038電力系統運行操作和計算.東北電業管理局編.水利電力出社.1997.9楊宛輝.發電廠、變電站電氣一次部分設計參考圖冊.鄭州大學出版社.1996.10電力經濟管理，中國電力出版社 200211浙江大學 趙智大 高電壓技術中國電力出版社.2006.論文題目110kV變電站電氣一次部分初步（技術現狀及

4、發展） 技術現狀分析：我國電力工業的技術水平和管理水平正在逐步提高， 現在已有許多電廠變電站實 現了集中控制和采用計算機監控。目前國內外 110kV以上變電站及相當一部分35kV 變電站都不同規模地擁有遠動及自動化系統，未來趨勢是向計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數據通信一體化發展。首先，當今世界各方面因素正沖擊著 全球電力工業，在國外變電所技術有十分劇烈的競爭， 而世界范圍內的變電所都采用了新技術；其次，不同的環境要求給所有的電力供應商增加了額外的責任，使電力自動化設備尤其是高壓大功率變電站的市場開發空間大大拓展。另外110kV以上變電課 題 調 查 與 文 獻 閱 讀所的最終用

5、戶對變電站的自動控制、節能、環保意識越來越強烈，迫使其上游提供者 尤其是系統集成商更加重視地區性電能分配 技術方面的需要，所以110kV以上變電 所在世界上飛速的發展，從而要求我國變電技術上也要加入世界先進的變電技術行業。隨著城市電網和農村電網的改造結束，220KV及其以上電壓等級的骨干網架已基 本形成，110KV變電站的地位大多數已變成了中間變電站和終端變電站，直接與用戶相關聯，是實現電能傳遞的關鍵環節。為了保障我國經濟的高速發展，以及持續的城鎮化進程，我國電力系統進入了一 個快速發展階段，電網建設得到進一步完善。由于我國電力建設起步比較晚，目前我 國變電站主要現狀是老設備向新型設備轉變，有

6、人值班向無人值班變電站轉變，交流傳輸向直流輸出轉變，在城市變電站建設中，戶內型變電站大幅增加。國外變電站主 要是交流輸出向直流輸出轉變。而數字化智能變電站也是國內外變電站未來發展趨技術發展分析：1 、無人值守變電站：由于我國變電站自動化系統應用起步較晚，使我們的變電站無人值守運行水平與 之相比還有很大的差距。在我國，許多220kV及以下電壓等級變電站已經開始由監控 中心進行監控，基本上實現了變電站無人值守。但作為國內電網中最高電壓等級的 500 kV和330 kV變電站，即使采用了變電站自動化系統的，也都是實行有人值守的 管理方式。而在歐美發達國家，各個電壓等級變電站都能實現變電站無人值守。由

7、此發現，在國內外無人值守變電站之間、國內外變電站自動化系統之間都還有很大的差重慶郵電大學高教自考畢業設計(論文)異。全面實現變電站無人值守對我國電網建設有非常明顯的技術經濟效益：提高了運行可靠性；加快了事故處理的速度；提高了勞動生產率：降低了建設成本。2、城市變電站建設隨著城市中心地區的用電負荷迅速增長，形勢迫使在城市電網加快改造和建設的 同時，在中心城區要迅速地建設一批高質量的城市變電站，在多種變電站的型式中戶內型變電站受到各方面的重視，在這幾年中得到飛速發展。由于戶內變電站允許安全 凈距小且可以分層布置而使占地面積較小。室內變電站的維修、巡視和操作在室內進行，可減輕維護工作量，不受氣候影響

8、。3 、數字化智能變電站在變電站自動化領域中，智能化電氣的發展，特別是智能化開關、光電式互感器 等機電一體化設備的出現，變電站自動化技術即將進入新階段。變電站自動化系統是 在計算機技術和網絡通信技術基礎上發展起來的。它以其簡單可靠、可擴展性強、兼容性好等特點逐步為國內用戶所接受，并在一些大型變電站監控項目中獲得成功的應 用。隨著智能化開關，光電式電流電壓互感器、一次運行設備在線狀態檢測及自診斷、 變電站運行操作培訓仿真這些新技術的日趨成熟以及廣泛應用必將對現有變電站自 動化技術產生深刻的影響，帶來全數字化的變電站新概念。主要文獻閱讀：1張宏陽.淺談220kV變電站設計思路及實踐.科技咨訊.20

9、09 (18)2劉婭.11OKV變電站部分電氣一次設計淺析.民營科技.2009 (6)3馬瑾瑜.華北電網首家22仃伏數字化智能變電站啟動.華北電業.2009 (5)4金旭東.數字化變電站介紹.江蘇電機工程.2007 (21)5馬麗英.蘇小林國內數字化變電站現狀 .電力學報,20116林濟濤.220kV城市變電站電氣系統設計的探討.沿海企業與科技.2009 (8)7電氣設備設計計算手冊.北京：國防工業出版社，20038張國兵，馮明利，管霄.我國變電站設計的研究與發展趨勢.科技與生活.20129沈健，艾尼瓦爾，夏江.數字化變電站的發展.應用科技，2011.(16)10徐景隆.變電站自動化發展趨勢分

10、析.科學實踐，2009 (28)11浙江大學 趙智大 高電壓技術中國電力出版社.2006理論分析與實驗方法(原理研討、系統分析、方案設計構想)一、原理研討1、變壓器的選擇：在各級電壓等級的變電站中，變壓器是主要的電氣設備之一。 其擔負著變換網絡電壓進行電力傳輸的重要任務， 確定合理的變壓器臺數、容量、型 號、調壓方式和冷卻方式是變電站可靠供電和網絡經濟運行的保證。特別是我國當前的能源政策是開發、利用、節約并重，近期以節約為主。因此，在確保安全可靠供電 的基礎上，確定變壓器的臺數、容量、型號、調壓方式和冷卻方式，是變電站可靠供 電和網絡經濟運行的保證。(1)變壓器容量及臺數的選擇：主變容量一般按

11、變電站建成近期負荷 510年規 劃選擇，并適當考慮遠期1015年的負荷發展，對于城郊變電所主變壓器容量應當 與城市規劃相結合，從長遠利益考慮，本站應按近期和遠期總負荷來選擇主變的容量， 根據變電所帶負荷的性質和電網結構來確定主變壓器的容量，對于有重要負荷的變電所，應考慮當一臺變壓器停運時，其余變壓器容量在過負荷能力允許時間內， 應保證 用戶的一級和二級負荷。(2)主變壓器相數的選擇：容量為300MWI以下機組單元連接的主變壓器和 330kV 及以下的電力系統中，一般都選擇三相變壓器。但是在選擇主變壓器的相數時，應根 據原始資料以及設計變電所的實際情況來選擇。(3)主變壓器冷卻方式的選擇：主變壓

12、器一般采用的冷卻方式有：自然風冷卻， 強迫油循環風冷卻，強迫油循環水冷卻。自然風冷卻：依靠裝在變壓器油箱上的片狀或管形輻射式冷卻器及電動風扇散發熱量的自然風冷卻及強迫風冷卻，適用于中、小型變壓器。強迫油循環水冷卻：雖然有散熱效率高、減少變壓器本體尺寸等優點。但它 須有一套水冷卻系統和相關附件，冷卻器的密封性能要求高，維護工作量較大。強迫油循環風冷卻：實用于大型變壓器高效率的冷卻方式。2、站用變壓器選擇：變電站的站用負荷，一般都比較小，其可靠性要求也不如發 電廠那樣高。變電站的主要負荷是變壓器冷卻裝置、 直流系統中的充電裝置和硅整流 設備、油處理設備、檢修工具以及采暖、通風、照明、供水等。3、主

13、接線設計的原則及要求：主接線代表了變電站電氣部分主體結構，是電力系 統接線的主要組成部分，是變電站電氣設計的首要部分。它的設計，直接關系著全所 電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關系著電力系統的 安全、穩定、靈活和經濟運行。由于電能生產的特點是發電、變電、輸電和用電在同 一時刻完成，所以主接線設計的好壞，直接影響到工農業生產和人們的日常生活。 為 此，主接線的設計必須在滿足國家有關技術經濟政策的前提下，正確處理好各方面的關系，全面分析相關因素，力爭使其技術先進、經濟合理、安全可靠。電氣主接線的基本原則是以設計任務書為依據，以國家經濟建設的方針、政策、 技術規定、標準為準

14、繩，結合工程實際情況，在保證供電安全可靠、運行靈活、經濟 美觀等基本要求下，兼顧運行、維護方便。(1)10kV壓側接線：由原始資料可知，在正常運行時，本變電站110kV側主要是由110kV系統變和110kWc電廠兩個電源來供電，35kV變電所與本站相連的線路傳輸功率 較小，為聯絡用,所以必須考慮其可靠性。35110kV$電所設計規范規定，35 110kV線路為兩回及以下時，宜采用橋形、線路變壓器組或單母接線。超過兩回時， 宜采用擴大橋形、雙母線或單母分段的接線。在采用單母線、單母線分段或雙母線的 35110kV生接線中，當不允許停電檢修斷路器時，可設置旁路設施。本變電站110kV 側線路共有4

15、回，其中出線2會，備用2回，可選擇雙母線接線(方案一)或單母線分段接線(方案二)兩種方案。(2) 35kVfe壓側接線：本變電站35kV側線路有6回，可選擇雙母線接線或單母線 分段帶旁路母線接線兩種方案。(3) 10kVfe壓側接線：35110kV變電所設計規范規定，當變電所裝有兩臺 主變壓器時，610kV側宜采用單母線分段，線路為12回及以上時，亦可采用雙母線。 當不允許停電檢修斷路器時，可設置旁路設施。本變電站 10kV側線路為8回，可采用 雙母線接線或手車式高壓開關柜單母線分段接線兩種方案。4、短路電流計算：電力系統正常運行的破壞多半是由短路故障引起的。發生短路 時，系統從一種運行狀態劇

16、變到另一種運行狀態，并伴隨產生復雜的暫態現象。短路 是電力系統的嚴重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地(對于中 性點接地系統)發生通路的情況。在三相系統中，可能發生的短路有：三相短路，兩 相短路，兩相接地短路和單相短路。 其中，三相短路是對稱短路，系統各相與正常運 行時一樣仍處于對稱狀態，其他類型的短路都是不對稱短路。電力系統的運行經驗表 明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數，兩相短路較少，三相短路的機會最少。 但三相短路情況最嚴重，破壞最大，應給以足夠的重視。因此，我采用三相短路來計 算，以此為依據選擇和檢驗電氣設備，以保證其安全可靠。通過故障點的短路電流和 所燃起的電弧

17、，使故障元件損壞。短路的危害：短路電流通過非故障元件，由于發熱 和電動力的作用，引起他們的損壞或縮短他們的使用壽命； 電力系統中部分地區的電 壓大大降低，破壞用戶工作的穩定性或影響工廠產品質量；破壞電力系統并列運行的 穩定性，引起系統震蕩，甚至整個系統瓦解。5、高壓電器設備選擇：選擇正確的電器是保證電氣主接線和配電裝置達到安全、經濟運行的重要條件。在進行電器選擇時，應根據工程實際情況8,在保證安全、可靠的前提下，盡量采用新技術，并注意節省投資。電氣設備要能可靠的工作，必須按 正常工作條件進行選擇，并按短路狀態來校驗熱穩定和動穩定，使所選的電器能在長 期工作的條件下及發生過電壓、過電流的情況下能

18、保持正常運行。(1)高壓斷路器的選擇：變電所中高壓斷路器是重要的電氣設備之一，它具有完善的滅弧性能，正常運行時，用來接通和開斷負荷電流。故障時，斷路器通常與繼電 保護配合使用，斷開短路電流，切除故障線路，保證非故障線路的正常供電及系統的 穩定性。(2)隔離開關的選擇：隔離開關是發電廠和變電站中常用的開關電器。 它需與斷 路器配套使用。隔離開關沒有滅弧裝置及開斷能力低， 所以操作隔離開關時，必須遵 循倒閘操作順序。(3)互感器的選擇：互感器是電力系統中的測量儀表、 繼電保護等二次設備獲取 電氣一回路信息的傳感器。互感器將高電壓、大電流按比例變成低電壓(100、100/ U3V)和小電流(5、1A

19、),其一次側接在一次系統，二次側接測量儀表業繼電 保護等。互感器的作用有：將一次回路的高電壓和電流變為二次回路標準的低電壓和小電流，使測量儀表和保護裝置標準化、小型化，并使其結構輕巧、價格便宜，便于屏內安裝。使二次設備與高電壓部分隔離，且互感器二次側均接地，從而保證了設備和人 身的安全。6、母線的選擇：發電廠和變電所的各級電壓配電裝置中，將發電機、變壓器等大型電氣設備與各種電器之間連接的導線稱為母線。 母線的作用是匯集、分配和傳送電 能。它是構成電氣主接線的主要設備。母線按所使用的材料可分為銅母線、 鋁母線和 鋼母線。在含有腐蝕性氣體或有強烈振動的地區一般選用銅母線； 在屋內和屋外配電 裝置中

20、廣泛使用鋁母線；鋼母線僅用在高壓小容量電路、工作電流不大于 200A的低 壓電路、直流電路以及接地裝置回路中。 母線按截面形狀分為矩形、圓形、槽形和管形等。7、配電裝置設計：配電裝置是變電站的重要組成部分。它是根據主接線的連接方式， 由開關設備、保護和測量電路、母線和必要的輔助設備組建而成，用來接受和分配電能 的總體裝置。配電裝置基本要求必須貫徹執行國家基本建設方針和技術經濟政策；保證運行可靠；按照系統和自然條件，合理選用設備，在布置上力求整齊、清晰，保證 具有足夠的安全距離；便于檢修、巡視和操作；在保證安全的前提下，布置緊湊，力 求節約材料和降低造價；安裝和擴建方便。二、系統分析1、變壓器選

21、擇：(1)變壓器容量及臺數的選擇：每臺變壓器的額定容量按Sn=07Pm (Pm為變電 所最大負荷)選擇，即Sn=0.7 X24460.7=17.12kVA這樣當一臺變壓器停用時，也保 證70W荷的供電。由于一般電網變電所大約有25%勺非重要負荷，因此采用式Sn = 0.7Pm來計算主變容量對變電所保證重要負荷來說是可行的。(2)主變壓器相數的選擇：本次設計的變電所，站址海拔高度700m占地92X75m地勢平坦寬闊，附近無高山，交通運輸方便，站址地勢較高，排水系統良好， 具有較強的防洪抗震能力。(3)主變壓器冷卻方式的選擇：本設計主變為中型變壓器，發熱量不大，況且本 變電站地勢平坦，通風條件好。

22、2、站用變壓器選擇：上述負荷容量都不太大，因此變電站的站用電壓只需0.4kV一級用動力與照明混合供電方式。380V站用電母線可采用低壓斷路器(即自動空氣 開關)或閘刀進行分段，并以低壓成套配電裝置供電。通過計算變電站的站用負荷容 量為85.14kVA (見設計計算書第8.2節)3、主接線設計的原則及要求：(1)10kV壓側接線：方案一供電可靠、運行方式靈活，但是倒閘操作復雜，容易 誤操作，占地面積大，設備多，投資大。方案二簡單清晰，操作方便，不易誤操作， 設備少，投資小，占地面積小，但是運行可靠性和靈活性比方案一稍差。 本變電站為 地區性變電站，火電廠和系統變可以滿足地區負荷的需要，基本不需要

23、外系統支援。設置旁路設施的目的是為了減少在斷路器檢修時對用戶供電的影響。裝設SF6斷路器時，因斷路器檢修周期可長達 510年甚至20年，可以不設旁路設施。(2) 35kV電壓側接線：方案一供電可靠、調度靈活，但是倒閘操作復雜，容易 誤操作，占地面積大，設備多，配電裝置復雜，投資大。方案二簡單清晰，操作方便， 不易誤操作，設備少，投資小，占地面積小，旁路斷路器可以代替出線斷路器，進行 不停電檢修出線斷路器，保證重要回路特別是I類負荷不停電。 且方案二具有良好的 經濟性，供電可靠性也能滿足要求。方案二為單母線分段帶旁路母線接線， 當檢修出 線斷路器時可不停電，因其進行了分段且是斷路器分段，所以當一

24、段母線發生故障時， 可以保證正常段母線不間斷供電， 因為設置旁路母線，可以保證I、 R類用戶用電要 求，同時它結構簡單清晰，運行也相對簡單，便于擴建和發展。(3) 10kVfe壓側接線：方案一一般用于出線較多，輸送和穿越功率較大，供電可 靠性和靈活性要求較高的場合， 設備多，投資和占地面積大，配電裝置復雜，易誤操 作。方案二簡單清晰，調度靈活，不會造成全站停電，能保證對重要用戶的供電，設 備少，投資和占地少。手車式斷路器的出現和運行成功， 斷路器檢修問題可不用復雜 的旁路設施來解決，而用備用的手車斷路器來替代需要檢修的工作的手車斷路器。4、短路電流計算：電力系統中可能發生的幾種形式的短路類型及

25、其計算方法是如下:(1)三相短路電流的計算:Id其有名值為:二I3)Idd*jd*一系統中發生三相短路時，短路點的短路電流標幺值 d一系統中發生三相短路時，短路點的短路電流有名值X1 z * 一歸算到短路點的綜合正序等值電抗。(2)兩相短路電流的計算:小二 3一1X1%X2V-1 -X2z 一歸算到短路點的負序綜合電抗I d一兩相短路時短路點的全電流其各序分量電流值為：Id尸=Id(2) : 1 X1VX2V(3)Id1，Id2一分別為兩相短路時，短路點短路電流的正負序分量 兩相接地短路電流計算：X 2x X2-.0-.(1,1)2 I d1(X2V X )d(1,1)一兩相短路接地時，短路點

26、故障相全電流d1(1,1)一兩相短路接地時，短路點的正序電流分量.(1,1)I d1.(1,1)I d21X。X1%X/X*(1,1)I d0=I/1) d1X*X=Id1(1,1):Id1X-X2%2、X2%Id2(1,1),Id0(1,1)一分別為兩相接地短路時的負序和零序電流分量。(4)單相接地短路電流的計算：,(1), (1)1短路點各序分量電流為：Id1 =Id2;5、高壓電器設備選擇：2X1 %(1)高壓斷路器的選擇：設在110kV火電廠側變電站短路，然后計算最大持續工 作電流、最大短路電流、沖擊電流、周期分量和熱效應非周期分量進行比較分別選擇 出各側合適的斷路器(具體計算過程見設

27、計書)。(2)隔離開關的選擇：高壓斷路器選擇及校驗計算數據同樣適合作為隔離開關的 選擇及校驗標準使用。(3)互感器的選擇：校驗電流互感器一次回路額定電壓和電流、熱穩定校驗、內部動穩定校驗是否合格；校驗電壓互感器一次回路電壓和二次回路電壓是否合格。6、母線的選擇校驗：導體材料、類型和敷設方式；導體截面；電暈；熱 一 穩定；動穩定；共振頻率。本電站就只按照長期發熱允許電流選擇截面、熱穩定 校驗和動穩定效驗來選擇(具體校驗計算見設計書)。7、配電裝置的種類及應用：(1)普通中型配電裝置，施工、檢修和運行都比較方便，抗震能力好，造價比 較低，缺點是占地面積較大。(2)半高型配電裝置，占地面積為普通中型

28、的47%5總投資為普通中型的98.2%, 同時，該型布置在運行檢修方面除設備上方有帶電母線外，其余布置情形與中型布置相似。(3)高型配電裝置，一般適用于 220kV及以上電壓等級。三、方案設計構想1、變壓器選擇結果：(1)變壓器容量及臺數的選擇：通過計算本變電站可選擇額定容量為 20M的主變 壓器。為了保證供電可靠性，避免一臺主變壓器故障或檢修時影響供電， 電站中一般 裝設兩臺主變壓器。(2)主變壓器相數的選擇：經過綜合分析，故本次設計的變電站選用三相變壓器。(3)主變壓器冷卻方式的選擇：為充分利用現有資源可選用自然風冷卻方式。綜 上所述，本變電站選擇三繞組無激磁調壓自然風冷卻方式型號為SFS

29、L7-20000/110型的變壓器2臺，容量比選擇為100/100/50。2、站用變壓器選擇結果：故選用兩臺型號為S9-100/10的變壓器即可滿足要求。3、主接線設計結果：(1)110kV壓側接線：變電站為地區性變電站，火電廠和系統變可以滿足地區負荷 的需要，基本不需要外系統支援，采用方案二能夠滿足本變電站110kV側對供電可靠 性的要求，故選用投資小、節省占地面積的方案二。本變電站110kV側采用SF6斷路 器，不設旁路母線。所以110kV側采用方案二單母線分段接線簡單清晰，操作方便， 不易誤操作，設備少，投資小，占地面積小，為以后的發展和擴建奠定了基礎。(2) 35kV電壓側接線：綜上，

30、方案二它投資小，費用低，運行可靠性和靈活性比 方案一好，可以滿足35kV側用戶的要求。故35kV側接線采用方案二單母線分段帶 旁路母線接線。(3) 10kV電壓側接線：10kV側采用單母線分段接線，在這種接線方式下，當一段 母線發生故障時，不致造成另一段母線也同時停電，縮小了停電范圍。而本站 10kV 側出線多，很適合采用單母線分段接線，這樣就能保證本級I類負荷的要求。4、短路電流計算結果：由原始資料可知，本變電所自用負荷約為60kVA負荷功率因數均取cos 4=0.85,負荷同期率Kt =0.9,計算過程中一律取網損率為 5%計 算基本任務為系統當前水平，阻抗標幺值按基準值為 Sj=100M

31、VA U j = U av,以及所 知的參數設置短路點以及對各支路電抗進行計算。(具體計算過程見設計計第8章)5、高壓電器設備選擇結果：(1)高壓斷路器：由以上計算結果，參考電力工程電氣設備手冊可選擇110kV 線路側及變壓器側選擇 SW110型SF6戶外斷路器、35kV線路側及變壓器側選擇 SW 35型真空戶外斷路器、10kV線路側選擇SN9/1000型高壓開關柜、10kV變壓器 側選擇SNo-10/1000型高壓開關柜。(2)隔離開關：由以上計算數據參數比較各側選擇GW110隔離開關、6吁35隔離開關、GN 10/1000隔離開關完全能滿足要求。重慶郵電大學高教自考畢業設計(論文)（3）互感器（根據以上校驗結果）：電流互感器：110kV線路側及變壓