110kv-10kv

110kv/10kv变电所电气设计

摘要：本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV， 10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计 一．变电所的地位和作用

变电所是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。

变电所的主要作用是进行高底压的变换，一些变电站是将发电站发出的电升压，这样一方面便于远距离输电，第二是为了降低输电时电线上的损耗；还有一些变电站是将高压电降压，经过降压后的电才可接入用户。对于不同的情况，升压和降压的幅度是不同的，所以变电站是很多的，比入说远距离输电时，电压为11千伏，甚至更高，近距离时为1000伏吧，这个电压经变压器后，变为220伏的生活用电，或变为380伏的工业用电。

本次设计的变电所属110kV、10kv负荷型变电所，主要满足该地区工业和居民用电。 二．变电所主变的选择

主要考虑变压器的台数，容量；变压器的型式等。 （1）负荷分析

机械

大的损失，所以应属于二级负荷。

纺织厂1、2：若中断纺织厂的电力供应，就会引起跳线，打结，从而使产品不合格，所以应属于二级负荷。

药棉厂：药棉厂的生产过程伴随着许多化学反应过程，一旦电力供应中止了就会造成产品报废，造成极大的经济损失，所以应属于一级负荷。

10KV侧负荷大小

S10KV=0.85[(1.5×2+1.2×2+1×2+2.5×2)/0.8] ×(1+5%) =11.6025 MVA

在考虑15%的负荷发展余地,则有

S10KV=11.6025×(1+15%)=13.343 MVA

（2） 变压器的容量和台数的选择

根据变电站的实际情况，应根据以下的原则进行选择

1） 主变得容量一般按变电站建成后5~10年的规划负荷选择

2） 根据电压网络的结构和变电站所带的负荷的性质来确定主变的容量，对于有重要用户

的变电站应考虑当一台主变停运时其余变压器在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级的负荷，对一般性变电站，一台机停用时，应使其余变压器保

证全部负荷的70%~80%

3） 同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化

4） 对于大城市市郊的一次变电站，在中低压侧已构成环网的基础上，变电所以装设两台变压器为宜

有以上原则可知，此变电所单台主变的容量为： S=ΣS2*0.8=13.343 ×0.8=10.6744 MVA

所以应选容量为20000KVA的主变压器SFPSL—20000/110 (S 三相 FP 强迫油循环风冷)

（3）变压器绕组形式选择

根据：不受运输条件限制时，在330kv及其以下的发电厂和变电所中，均采用三相变压器 （4）变压器绕组数量的选择

根据：在具有三种电压的变电站中，如通过主变各侧的功率均达到该主变容量的15%及以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功功率补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器

（5）绕组连接方式

根据：我国110kv及以上的电压级别，变压器绕组均用y0的接法，35kv用y连接，其中性点过消弧线圈接地。

三．主接线形式

现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。

1 运行的可靠

断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

2 具有一定的灵活性

主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。 3 操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。

4 经济上合理

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。

5应具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。

变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。

110kv接线的选择

方案一 单母线分段接线 优点： 1、母线发生故障时仅故障母线停止供电非故障母线仍可继续工作，缩小母线故障影响范围。 2、对双回路供电的重要用户，可将双回路接于不同的母线段上，保证对重要用户的供电。 缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开在该段上的全部电源和引出线，这样减少了系统的供电量，并使该回路供电的用户停电。 方案二 桥行接线

110kv侧以双回路与系统相连，而变电站最常操作的是切换变压器，而与系统连接的线路不易发生故障或频繁切换，因此可采用内桥接线，这也有利于以后变电站的扩建。 优点：高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分段。

缺点：可靠性不是太高，切换操作比较麻烦。 方案三 双母线接线

优点：1、供电可靠，通过两组母线隔离开关得到换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。 2、扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电，以至连接不同的母线段，不会如单母线分段那样导致交叉跨越。

3、便于试验，当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开，单独接至一组母线上。 缺点：1，增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关，投资大。

2，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电气容易误操作，为了避免隔离开关误操作须在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

对于110kv侧来说，因为它邀功给较多的一类，二类负荷，因此其要求有较高的可靠性。对此以上三种方案，从经济上，可靠性等多方面因素考虑，最佳设计方案为方案二，具有一定的可靠性和扩展性，而且比双母线投资小。

10kv侧接线选择 方案一 单母线接线

优点：接线简单、清晰，采用设备少，操作方便，便于扩建。

缺点：运行不够灵活、可靠，任一元件故障、检修都要使整个配电装置停电。 方案二 单母线分段接线

接线简单、操作方便、运行经济等优点，在一定程度上克服了单母线的缺点，提高了系统供电可靠性。是目前中间变电所最常用的主接线方式。 方案三 单母线分段带旁路接线

是在单母线分段基础上增加旁路母线和旁路闸刀。其主要作用是减少母线故障或断路器检修时停电范围，提高系统供电可靠性。在正常运行方式下，旁路母线不带电，类似于单母线分段运行方式。当需要检修断路器时，可合上旁路断路器和相应的旁路闸刀，然后断开需要检修的断路器和二侧闸刀。

优点：其操作方式简单，也不影响相应电气设备正常运行

对以上三种方案，单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线需全部停电，不能满足1，2类负荷供电性的需求，故不采用，将1，2类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其

中一段母线故障时，有另一段母线提供电源，从而保证供电可靠性，虽然分段断路器兼做旁路断路器的单母线分段也能满足要求，但其投资大，经济性能差，故采用方案二单母线分段接线。

主接线图如下所示

四．互感器的配置

1、电压互感器的配置

（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。

（2）6—220KV电压等级的每组母线的三相上应装设电压互感器。

旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。

（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 （4）当需要在330KV及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。

（5）发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。当发

电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。 2、电流互感器的配置

（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。

（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器：发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。

（3）对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。

（4）一台半断路器接线中，线路—线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器。线路—变压器串，当变压器的套管电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。

五．短路电流的计算 设SB=100MVA,VB=Vav,则等值网络中的各电抗的标幺值如下：

1000.6425 100x3x40.1050.52520x1x20.16x5220.401x6x7x8x9xT1000.0672115100700.40.2122115100600.40.1812115100400.40.1211152100x10500.40.1511152110.51000.263210020

11x14x5//(x1x3)0.067 22x13x9/20.151/20.076

110KV侧短路计算： (1)三角型-----星型

x15x16x17x6x70.2120.1810.075x6x7x80.2120.1810.121x6x80.2120.1210.050

x6x7x80.2120.1810.121x7x80.1810.1210.043x6x7x80.2120.1810.121

（2）星型-----三角型

x(x14x15)x1718(x14x15)x17x0.20813x16x(x13x16)x1719(x13x16)x17xx0.2071415则有xx18x19fx18//x19xx0.2080.2070.2080.2070.1041819起始次暂态电流：I\"ExI1B0.104100f31154.83KA冲击电流：IishKim2I\"1.824.8312.29KA计算电抗：X25jhxf2S0.1042250.052B100 10KV侧短路计算：

(1) 三角型-----星型

xx6x70.2120.15xxx181.1210.0756780.2120.1810xx6x80.212016x.1210.050

6x7x80.2120.1810.121xx7x80.18117xx0.1210.1210.04367x80.2120.181（2）串联合并

x18x14x150.0670.0750.142x19x13x160.0760.0500.126 x20x17xT0.0430.2630.306

(3)星型-----三角型

x21x18x20x22x19x20x18x200.1420.3060.1420.30634.004x190.126x19x200.1260.3060.1260.3063.474x180.142

3.4744.0041.860 3.4744.004E1100则起始电流为：I\"IB2.956KAxf1.86031.05xfx21//x22冲击电流为：IishKim2I\"1.822.9567.524KA计算阻抗：Xjsxf2252501.8600.93SB100

六.主要电气设备选择

由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。 电气设备选择的一般原则为：

1.应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考 虑远景发展。 2.应满足安装地点和当地环境条件校核。 3.应力求技术先进和经济合理。 4.同类设备应尽量减少品种。

5.与整个工程的建设标准协调一致。

6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合的，特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

一） 高压断路器的选择

选择断路器时应满足以下基本要求：

1.在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。 2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。

3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。

3.应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。

110kV侧断路器的选择

1、该回路为 110 kV电压等级，故可选用六氟化硫断路器。 2、断路器安装在户外，故选户外式断路器。

3、回路额定电压Ue≥110kV的断路器，且断路器的额定电流不得小于通过断路器的最大持续电流 Imax=1.05×20000＝0.1054（kA）=105.4(A)

31154、为方便运行管理及维护，选取110kV SF6断路器为同一型号产品，选为OFPT(B)-110断路器，其主要技术参数如下：

自动重动稳 4S热稳 合闸无固有分合闸 定 定电流 电流间闸时间 时间 电流 kA 隔时间 S S kA S 80 31.5 0.03 0.12 5、对所选的断路器进行校验 （1）断流能力校验

所

选断路器的额定开

断电流 I。= 31.5kA＞ I'' =4.83kA，则断流能力满足要求。

（2）短路关合电流的校验 所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为 80kA，流过断路器的冲击电流为12.29kA，则短路关合电流满足要求，因为其动稳定的校验参数与关合电流参数一样，因而动稳定也满足要求。

（3）热稳定校验 设后备保护动作时间 1s，所选断路器的固有分闸时间 0.03s，选择熄弧时间 t =0.03S。则短路持续时间 t =1+0.03+0.03 =1.06s。

因为电源为无限大容量，非周期分量因短路持续时间大于1s而忽略不计，则 短路热效应 Qk = I”2t =4.832×1.06=24.729kA2.s

允许热效应 Ir2t =31.52× 4 = 396 Ir2t＞Qk 热稳定满足要求。

以上各参数经校验均满足要求，故选用OFPT(B)-110断路器。 （4）断路器配用CD5-XG型电磁操作机构

10 kV侧断路器的选择

1、该回路为 10kV 电压等级，故可选用真空断路器。

型号 最高 额定 额定 工作 电压 电流 电压 kV A kV 额定 开断 电流 kA OFPT-110 110 1250 126 31.5

2、该断路器安装在户内，故选用户内式断路器。

3、回路额定电压为 10kV，因此必须选择额定电压 Ue ≥ 10 kV的断路器，且其额定电流不小于流过断路器的最大持续电流 Imax=1.05×4、初选 SN9-10真空断路器，主要数据如下：

额定 电压 kV 10 4S热固有分闸额定 额定开断动稳定 稳定时间 电流 流电 电流 电流kA kA kA s kA 1.25 25 63 25 0.05 20000＝1150.7（A）

310.5型号 SN9-10 5、对所选的断路器进行校验 （1）断流能力的校验 流过断路器的短路电流 IK =2.956kA。所选断路器的额定开断电流 I =25kV ＞ IK，即断路器的断流能力满足要求。

（2）动稳定校验 所选断路器的动稳定电流为63kA， 流过断路器的冲击电流ish = 7.524KA＜63KA则动稳定满足要求。

（3）热稳定校验 设后备保护动作时间 1s，所选断路器的固有分闸时间 0.05s，选择熄弧时间 t =0.03s。则短路持续时间 t =1+0.05+0.03 =1.08s。

则Qk =2.9562×1.08 =9.437 kA2.s 允许热效应 Ir2t = 252 ×4 = 2500 kA2.s 由于短路时间大于 1 s ,非周期分量可忽略不计

则Qk =94.01kA2.s，由于 Ir2t ＞QK，所以热稳定满足要求

从以上校验可知该断路器满足要求，所以确定选用 SN9-10真空断路器。 4、该断路器配用 CD10－III型操作机构

二） 隔离开关的选择

选择隔离开关时应满足以下基本要求：

1.隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。 2.隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。

3.隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。

4.隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。

5.隔离开关的结构简单，动作要可靠。

6.带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。

110kV侧隔离开关的选择

1、为保证电气设备和母线检修安全，选择隔离开关带接地刀闸。 2、该隔离开关安装在户外，故选择户外式。

3、该回路额定电压为 110kV，因此所选的隔离开关额定电压 Ue≥ 110kV，且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流 ImaX=1.05×20000＝105.4（A）

31154、初选GW4—110D型单接地高压隔离开关其主要技术参数如下

额定 额定 最大工型 号 电压 电流 作电压 kV GW4-110D 110 5、校验所选的隔离开关 （1）动稳定校验 动稳定电流等于极限通过电流峰值即idw = 55kA 流过该断

器的短路冲击电流ish = 4.83kA.s

即 idw ＞ ish （55KA＞4.83KA）动稳定要求满足。

（2）热稳定校验 断路器允许热效应 Ir2t = 102×4 =400 kA2.s

短路热效应 QK = I''t =4.832×1.06＝24.729kA2.s Ir2t ＞QK热稳定满足要求。

经以上校验可知，所选隔离开关满足要求，故确定选用 GW4— 110D型高压隔离开关。 （3）该隔离开关配用CS6型手动式杠杆操作机构。

10kV侧隔离开关的选择

1、为保证电气设备和母线检修安全，隔离开关选择不带接地刀闸。 2、隔离开关安装在户内，故选用户内式。

3、该回路的额定电压为10kV所选隔离开关的额定电压Ue≥10kV，额定电流大于流过隔离开关的最大持续电流 Imax = 1.05×2接地 刀闸 A 2000 极限通过电流kA 有效值 32 峰值 55 4S热稳定电流 kA 10 A 1250 kV 126 20000＝1150.7（A）

310.5 4、初选GN19—10型隔离开关，其主要技术数据如下： 型号 额定电压（KV） GN19-10 10 额定电流 （A） 1250 允许热效应（kA2.s） 3200 动稳态电流（KA） 100 5、校验所选的隔离开

（1）动稳定校验 所选隔离开关的动稳定电流100kA 短路冲击电流ish =2.956kA idw＞ ish , 动稳定满足要求。 （2）热稳定校验 断路器允许热效应 I2rt = 3200KA2S

短路热效应 Qk = 94.01KA2S I2rt＞Qk 热稳定满足要求.

从以上校验可知,所选隔离开关满足要求,故确定选用GN19—10型隔离开关。 (3)该隔离开关配用CS6型手动式杠杆操作机构。

三）电压母线的选择 本变电所10KV的最终回路较多，因此10KV母线应选硬导体为宜。故所选LGJ—150型钢芯铝绞线满足热稳定要求，则同时也大于可不校验电晕的最小导体LGJ—70，故不进行电晕校验。

选择户外式绝缘子可以增长沿面放电距离，并能在雨天阻断水流，以保证绝缘子在恶劣的气候环境中可靠的工作。

穿墙套管用于母线在屋内穿过墙壁和天花板以及从屋内向屋外穿墙时使用，6～35KV为瓷绝缘，60～220KV为油浸纸绝缘电容式。

根据

U>Uejgmax

I〉

Igmax

选择电流互感器型号为LMC-10型 .

四） 各主要电气设备选择结果一览表

现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但实际运行中仍有可能发生各种六、主 电压等级 电气设备 高压断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 绝缘子 母线 主变压器 10kV SN9-10 GN19—10 LMC-10 TSJW-10 ZSW-10/500 LGJ-150 SFPSLZ9-20000/110 110KV OFPT(B)-110 GW4—110D 七 变压器保护规划与整定

类型故障和异常运行。为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量的大小、电压变压器保护的配置原则。 变压器一般应装设以下保护：

1. 变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护。 2. 短路保护。 3. 后备保护。

4. 中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。 5. 过负荷保护

一、瓦斯保护

容量为800KVA级以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，当有内部故障时产生经微瓦斯后油面下降时保护应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保应动作与断开变压器各电源侧断路器。 瓦斯保护装置及整定：

瓦斯继电器又称气体继电器，瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。 目前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯式两种型式。在本设计中采用开口杯式。

瓦斯保护的整定： （1）、一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250—300m，变压器容量在10000KVA以上时，一般正常整定值为250cm2，气体容积值是利用调节重锤的位置来改变。 （2）、重瓦斯保护油流速度的整定

重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0.6—1.5m/s，在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。

根据运行经验，管中油速度整定为0.6—1.5时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度约为0.4—0.5。因此，本设计中，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定在1S左右。

二、纵联差动保护

瓦斯保护只能反应变压器油箱内部的故障，而不能反应油箱外绝缘套管及引出线的故障，因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，对容量较小的变压器可以在电源侧装设电流速断保护。但是电流速断保护不能保护变压器的全部，故当其灵敏度不能满足要求时，就必须采用快速动作并能保护变压器的全部绕组，绝缘套管及引出线上各种故障的纵联差动保护。

瓦斯保护职能反应变压器油箱内部的故障，而不能反应油箱外绝缘套管及引出线的故障，因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，对容量较小的变压器可在电源侧装设电流速断保护，但是电流速断保护不能保护变压器的全部，故当灵敏度不能满足要求时，就必须采用快速动作并能保护变压器全部绕组，绝缘套管及引出线上各种故障的纵差动保护。 在本设计中，采用由BCH-2继电器起动的纵联差动保护