1、 毕 业 设 计（论 文） 题目： 某经济开发区 110KV 变电站设计 （英文） ： AnEconomic Development 110KV Substation Design 院 别： 自动化学院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 某经济开发区 110KV 变电站设计 摘要 供电系统的设计是随着经济发展和现代化工业建设的迅速 崛起 而越来越 全面 、 系统 。 工厂的用电量，电能质量，技术和经济条件的快速 提高 ，供电可靠性指标 也日益提高 ， 因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。 设计是否合理 不仅直接影响到基础设施的投资，经营成本和非铁金属
2、消耗 将 直接 反映在供 电 的可靠性和安全生产， 它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。 变电站是电力系统的重要组成部分， 它由高低压器件按一定原理顺序连接起来，实现将高压电能转换成配电电压或者将低压发电机组电压转换成高压输电电压。它可以实现 变换、分配、输送与保护等功能。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设 计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术的发展，变电站综合自动化系统逐渐成为现代变电站的标准配置。 110KV 变电站是一个高电压网络 ， 涉及多个方面 ， 考虑问题 也是多方面 的 。该 地区变电站 的任务 和用户负荷 等
3、情况 ， 变电站选址 ， 利用 用户 数据进行变电站 负荷计算，以确定 变电站选用 无功补偿装置。 变电站变压器选择 ， 确定变电站接线方式 ， 从而进行短路电流计算。 选择变电站 高 低压电器设备，并 根据器件尺寸进行变电站平面及剖面进行设计 。初步设计的变电站，包括： （ 1） 总体方案的确定 （ 2） 负荷分 析 （ 3） 短路电流计算 （ 4） 选择高低压配电系统设计和系统布线方案 （ 5） 继电 保护选择与正定 （ 6） 防雷和接地保护。 随着高科技技术的快速发展， 电力行业技术趋向高新化合复杂化。电力系统的各个环节也在新技术的不断使用下变化，变电站作为电力系统的中枢环节其技术发展也
4、是一日千里。变电站设计必须紧跟潮流，不断推陈出新，做出更好的设计。 关键词 :变电站；负荷；输电系统；配电系统；高压网络；补偿装置 An Economic Development 110KV Substation Design Abstract Along with the economic development and the modern industry developments of quick rising, the design of the power supply system become more and more completely and system. Becau
5、se the quickly increase electricity of factories, it also increases seriously to the dependable index of the economic condition, power supply in quantity. Therefore they need the higher and more perfect request to the power supply. Whether Design reasonable, not only affect directly the base investm
6、ent and circulate the expenses with have the metal depletion in colour metal, but also will reflect the dependable in power supply and the safe in many facts. In a word, it is close with the economic performance and the safety of the people. The substation is an importance part of the electric power
7、 system, it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution. Then transport the power to every place with safe, dependable, and economical. As an important part of powers transport and control, the transformer substation must change the mode of the tradit
8、ional design and control, then can adapt to the modern electric power system, the development of modern industry and the of trend of the society life. At the same time following the choice of every kind of transformer, then calculate the short-circuit electric current, choosing to send together with
9、 the electric wire method and the style of the wire, then proceeding the calculation of short-circuit electric current. This first step of design included:(1) ascertain the total project (2) load analysis(3) the calculation of the short-circuit electric current (4) the design of an electric shock th
10、e system design to connect with system and the choice of line project (5) the choice and the settle of the protective facility (6) the contents to defend the thunder and protection of connect the earth. Along with the high and quick development of electric power technique, electric power system then
11、 can change from the generate of the electricity to the supply the power. Key words ： substation;load ;transmission system ;distribution;high voltage network;correction equipment目录 1 绪论 - 1 1.1 变电站发展的历史与现状 - 1 1.1.1 概况 - 1 1.1.2 变电站综合自动化系统的设计原则 - 1 1.2 课题来源及设计背景 - 2 1.2.1 课题来源 - 2 2 变电站负荷计算和无功补偿的计算
12、- 3 2.1 变电站的负荷计算 - 3 2.1.1 负荷统计 - 3 2.1.2 负荷计算 - 4 2.2 无功补偿的目的 - 6 2.3 无功补偿的计算 - 7 3 主变压器台数和容量的选择 - 9 3.1 变压器的选择原则 - 9 3.2 变压器台数的选择 - 9 3.3 变压器容量的选择 - 9 4 主接线方案的确定 - 12 4.1 主接线的基本要求 - 12 4.2 主接线的方案与分析 - 13 4.2.1 单母线 - 13 4.2.2 单母线分段接线 - 14 4.3 电气主接线的确定 - 14 4.3.1 采用内桥接线： - 14 4.3.2 110kv 侧的接线 - 15 4
13、.3.3 10kv 侧的接线 - 19 4.3.4 总接线方案 - 21 5 短路电流的计算 - 23 5.1 绘制计算 电路 - 23 5.2 短路电流计算 - 23 5.2.1 输电线路 - 24 5.2.2 变压器 - 24 5.2.3 短路计算 - 24 5.2.4 站用变压器低压侧短路电流计算 - 27 6 线路及变压器最大负荷电流 Imax 计算 - 29 6.1 线路最大负荷电流计算 - 29 6.2 主变进线最大负荷电流 - 29 7 高压配电设备选择 - 30 7.1 高压侧配电系统设备 - 30 7.1.1 电器选择的一般条件 - 30 7.2 高压断路器的选择及校验 -
14、30 7.2.1 高压断路器的主要参数 -30 7.2.2 各指标校验 -30 7.3 高压隔离开关的选择及校验 -31 7.3.1 高压隔离开关的作用 -31 7.3.2 形式结构 -31 7.3.3 选择条件 -31 7.4 110kV 电流互感器的选择 -32 7.5 110kV 电压互感器的选择 -33 7.4 高压熔断器的选择及校验 -35 8 低压配电设备选择 -36 8.1 母线选择 -36 8.1.1 110kV 母线选择 -36 8.1.2 10KV 母线选择 -37 8.2 配电设备及保护设备的选择 -37 8.2.1 断路器、隔离开关、熔断器的选择方法与高压侧的相同 -3
15、7 8.2.2 10kV 高压开关柜选择 -38 8.3 变电站用电及照明 -39 9 变电站二次回路方案的确定 -41 9.1 二次回路的定义和分类 -41 9.2 二次回路的操作电源 -41 9.3 二次回路的接线要求 -42 9.4 电气测量仪表及测量回路 -42 9.4.1 电气测量的任务与要求 -42 9.4.2 电气测量仪表的配置 -43 9.4.3 电气原理图可参考附录 C -43 9.5 断路器的控制和信号回路 -43 9.6 自动装置 -44 9.7 绝缘监视装置 -45 9.8 继电保护的选择与整定 -46 9.8.1 继电保护的选择要求 -46 9.8.2 继电保护的装置
16、选择与整定 -47 10 防雷与接地 方案的设计 -52 10.1 防雷保护 -52 10.1.1 直击雷保护 -52 10.1.2 侵入波保护 -52 10.2 接地装置的设计 -52 参考文献 -54 致谢 -55 附录 A：一次主接线图 -56 附录 B： 10KV 配电装置接线图 -57 附录 C：二次接线图 -59 附录 D：电气平面布置图 -60 附录 E：电气断面图 -61 附录 F：主要电气设备表 -63 某经济开发区 110KV 变电站设计 1 1 绪论 1.1 变电站发展的历史与现状 1.1.1 概况 变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全 和经济运行起着举足轻
17、重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足现代电力系统管理模式的需求；同时用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，不能充分利用微机数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。而且社会经济的发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应，建国以来，我国的电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一不提高，电网自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与 管理自动化以具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的
18、安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时，可靠，安全，经济运行管理的需要，更是电力系统自动化 EMS和 DMS 的基础。 变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等）利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和调节的一种综合性的自动化系统。它是变电站的一种现 代化技术装备，是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的 综合应用，它可以收集较齐全的数据和信息。它具有功能综合化、，设备、操作、监视微机化，结构分布分层化，通信网络光缆化及运输管理智能化
19、等特征。变电站的综合自动化为变电站小型化、智能化、扩大监视范围及变电站的安全、可靠、优质、经济地运行提供了现代化手段和基础保证。 1.1.2 变电站综合自动化系统的设计原则 1.在保证可靠性的前提下，合理和设置网络和功能终端。采用分布式分层结构，不须人工干预的尽量下放，有合理的冗余但尽量避免硬件不必要的重复。 2.采用开放式 系统，保证可用性 （ Interoperability） 和可扩充性 （ Expandability）。广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 2 要求不同制造厂生产的设备能通过网络互连和互操作，同 时还要求以后扩建时，现有系统的硬件和软件能较方便的与新增设备实现互操作。
20、1.2 课题来源及设计背景 1.2.1 课题来源 本课题是来源于本人的实习单位电力监理公司正在监理建设的项目，经过一定的改变设计形成的，具有一定的实践性和可行性。 1.2.2 设计背景 开发区现有 110KV 变电站（区北站）一座，向全区围内供电。站共有主变 2 台，容量为 40+31.5MVA，现有 110KV 线路 2 回。目前 区北 站的最大负荷为 3.88 万千瓦，到 2013 年，开发区的用电量将达 2.27 亿千瓦时，最大负荷达 4.53 万千瓦。随着工业的发展与工业区的开发，对电力电量的需求也相应的增加，预计到 2015 年，全 区 用电量将达 3.08 亿千瓦时，最大负荷达 6
21、.16 万千瓦； 2020 年，用电量将达到 5.73 亿千瓦时，最大负荷达到 11.46 万千瓦。 由此分析，仅靠目前仅有的一个 110KV 变电站是远远不够满足负荷增长需求的。若按照城市电网规划设计导则的要求，主变容量按 1.82.1 来计算， 2015 年 全区 共需要 110KV 主变容量约 131150MVA，而目区北站主变容量只有 80MVA，还需要增加5170MVA。为满足用电负荷增长的需要到 2015 年建设新的 110KV 变电站是十分必要的。而且 开发区 现有的 10KV 线路大部分是放射形网，无法形成合理的环网和分段，结构比较单一和薄弱，供电可靠性差。加上部分线路供电半径
22、大、用户多、负荷重，线路压降过高，供电质量差，但区南变电站建成后可承担开发区南部的用电负荷，释放大冲站的供电能力，提高大冲镇的供电可靠性、改善电能质量和降低网损。并且，区南站建成后，可以与区北站的 10KV 形成环网 ，有效的提高负荷转移能力，从而进一步提高供电可靠性。 综上所述，新建 110KV 开发区南变电站是电源合理分布点，改善 10KV 配电网络结构，满足新增用电需要的必要措施。 某经济开发区 110KV 变电站设计 3 2 变电站负荷计算和无功补偿的计算 2.1 变电站的负荷计算 2.1.1 负荷统计 用电负荷统计如下表： 表 2.1 用电负荷统计（单位：千瓦） 负荷电压diany
23、功率因数（ cos ） 用电单位 负荷统计（单位： KW） 负荷级别 10KV 负荷 0.9 洗衣机厂 3500 II 时代 商城 2000 II 区医院 1000 I 区公安局 1900 I 区中心市场 1200 I 星空休闲中心 1100 I 区中心小学 400 II 区政府 1700 I 宏发皮具厂 4000 II 建兴牧业设备厂 7000 II 宽途电子厂 4000 III 宏兴服装厂 2700 III 其他散户 5000 III 备用 1 备用 2 合计 35500 表 2.2 负荷性质分析结果表 负荷电压 负荷等级 负荷值（ KW） 占总负荷百分比（ %） 10KV I 6900
24、19.44 II 16900 47.61 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 4 2.1.2 负荷计算 （ 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 0.9，负荷同时率取（ 0.9)： 各组负荷的计
25、算： 1.有功功率 P=KXPei 2.无功功率 Q=Ptg 3.视在功率 S= 22 QP 式中： Pei：每组设备容量之和，单位为 KW； KX：需要系数； Cos:功率因数。 总负荷的计算： 1.有功功率 P=K1P 2.无功功率 Q= K1Q 3.视在功率 S= 22 QP 4.自然功率因数： Cos1= P/S 式中： K1 组间同时系数，取为 0.85 0.9。 电力系统中的无功功率就是要使系统中无功电源所发出的无功功率与系统的无功负荷及网络中的无功损耗相平衡 ;按系统供电负荷的功率因数达到 0.95 考虑无功功率平衡。 变电站所供负荷的总数： P 总 =35.5MW Q 总 =
26、P 总 tan(cos-10.9)=17.2Mvar 变电站所供一类负荷总数 ： P 总 1=6.9MW 变电站所供二类负荷总数： P 总 2=23.6MW 某经济开发区 110KV 变电站设计 5 一类负荷占总负荷的百分比： = P 总 1/ P 总 =6.9 35.5100%=19.44% 二类负荷占总负荷的百分比： = P 总 2 /P 总 =16.9 35.5100%=47.6% 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 emx 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
27、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 S = S ems (1 + 5%) =39.5 e0.18 (1 + 5%) =92.3MVA （ 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：
