发布时间 : 星期三 文章110kV变电站电气一次系统方案设计书更新完毕开始阅读4a70476a91c69ec3d5bbfd0a79563c1ec4dad76c
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年 ，查表得 J = 0.75 A / mm 2 。10KV 母线最大工作电流： I max 1.05 ×15 ×103 = = = 509.43 A 2 × 3U n cos ? 2 × 3 ×10.5 × 0.85 1.05Pmax （7-10） I max 509.43 = = 679.24mm 2 （7-11） J 0.75 可选导线 LMY-100×10 矩形铝导线,其长期允许载流量（+70℃）为 1663A. SJ = 热稳定校验： θ = 40 + (70 ? 40) × (679.24 / 1663)2 = 45o C ，查表得 C=97，满足短路时发热的最小导体截面 Smin Qk 1264.56 × 106 = = = 366.60mm 2 < 1000mm2 C 97 （7-12） 满足热稳定要求。 7.3.4 10KV 侧出线的选择按经济电流密度选择电缆截面，由于 Tmax = 5200h / 年 ，查表得 J = 1.54 A / mm 2 。10KV 出线最大工作电流： I max 1.05 × 15 × 103 = = = 84.90 A 12 × 3U n cos ? 12 × 3 × 10.5 × 0.85 1.05 Pmax （7-13） I max 84.90 = = 55.13mm 2 （7-14） J 1.54 可选 10KV 普通粘性浸渍纸绝缘三芯（铝）电力电缆 ZLQ-240 型,其长期允许载流量 （+60℃）为 325A. SJ = 热稳定校验：按长期发热允许电流验电缆载流量的校正系数为： k t = 1.07 （取土壤的 25 毕业设计（论文） 温度为 20）查表得 k 3 = 1 ， k 4 = 1 单根直埋电缆允许载流量为： I al40 = kt k3 k4 I al 25 = 1.07 ×1× 1× 325 = 347.35 A （7-15） 断路前电缆最高运行温度为： θ = 20 + (60 ? 20) × (84.90 / 347.35)2 = 22o C 由此查表得 C=94.5 I N = 0.158 KA ， QK = 105.38(kA)2 S , Smin = Qk 105.38 × 106 = = 108.63mm2 < 240mm 2 ， C 94.5 （7-16） 满足热稳定要求。 7.4 避雷器的选择 7.4.1 110kV 母线接避雷器的选择及校验由 U g = 110kV 查书 201 页表 5-56，选 FZ-110 型，如下表所示：表 7-1 110kV 所选避雷器的型号及技术参数 型号 FZ-110 组合方式 4×FZ-30J 额定电压 (KV) 110 灭弧电压 (KV) 100 工频放电电压(KV) 不小于 224 不大于 268 检验：(1)灭弧电压： U mi ≥ kU xg 因为 kU xg = 1× 110 / 3 = 63.509 KV U mi > kU xg (2)工频放电电压下限： U gfx ≥ 3.5U xg U mi = 100 KV （7-17） （7-18） 因为 U gfx = 224 KV 所以 U gfx > 3.5U xg 3.5U xg = 3.5 × 110 / 3 = 222.28 KV 7.4.2 35KV 母线接避雷器的选择及校验由 U g = 35 KV 查书 201 页表 5-56，选 FZ-35 型，如下表所示：表 7-2 35kV 所选避雷器的型号及技术参数 型号 FZ-35 组合方式 2×FZ-15 额定电压 (KV) 35 灭弧电压 (KV) 41 工频放电电压(KV) 不小于 84 不大于 104 26 毕业设计（论文） 检验：(1)灭弧电压： U mi ≥ kU xg 因为 kU xg = 1× 38.5 / 3 = 22.228 KV U mi > kU xg (2)工频放电电压下限： U gfx ≥ 3.5U xg 因为 U gfx = 84 KV 所以 U gfx > 3.5U xg 3.5U xg = 3.5 × 38.5 / 3 = 77.798 KV （7-19） U mi = 4.1KV （7-20） 7.4.3 10KV 母线接避雷器的选择及校验由 U g = 10 KV 查书 201 页表 5-56，选 FZ-10 型，如下表所示：表 7-3 10kV 所选避雷器的型号及技术参数 型号 FZ-10 组合方式 单独元件 额定电压 (KV) 10 灭弧电压 (KV) 12.7 工频放电电压(KV) 不小于 26 不大于 31 检验：(1)灭弧电压：U mi ≥ kU xg 因为 U xg = 10.5 / 3 = 6.062 KV U mi > U xg (2)工频放电电压下限： U gfx ≥ 3.5U xg （7-21） U mi > 12.7 KV （7-22） 因为 U gfx = 26 KV 所以 U gfx > 3.5U xg 3.5U xg = 3.5 × 10.5 / 3 = 21.22 KV 7.5 站用变压器的选择 35-110KV 变电站，有两台及以上主变压器时，宜装设两台容量相同、可互为备用的站 用工作变压器，两台站用工作变压器可分别由主变压器最低电压级的不同母线段引接。 站用变压器的容量一般按照主变压器容量的 0.5%进行计算。 S z = 0.5% Se = 0.5% × 31500 = 157.5 KVA 因此选择两台 SJL1—250 型双绕组变压器。 其主要技术参数： 低压侧额定电压：0.4KV 27 （7-23） 毕业设计（论文） 额定容量 250KVA 连接组 Y/Y0-12 空载损耗 0.68KW 短路损耗 4.1KW 阻抗电压百分比 4% 空载电流 2.6% 总重 1.1T 参考价格：0.52 万元 7.6 支柱绝缘子、穿墙套管选择 7.6.1 支柱绝缘子的选择（1）10kV 侧 根据母线额定电压力 10.5kV 和安装地点（屋内） ，选 ZB-10Y 型支柱绝缘子，其抗弯 破坏负荷 Fde = 7.5kN ，绝缘子高度 H=215mm。 10kV 屋外侧选 ZS-20/16 型，其抗弯破坏负荷 Fde = 16kN ，绝缘子高度 H=350mm。 （2）35kV 侧 根据母线额定电压 35kV 和安装地点（屋内） ，选用 ZB-35/6 型支柱绝缘子，其抗弯破 坏负荷 Fde = 6kN ，绝缘子高度 H=200mm。 （3）110kV 侧 根据母线额定电压力 10kV 和安装地点（屋外） ，选用 ZSW-110/4 型支柱绝缘
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子，其抗 弯破坏负荷 Fde = 4kN ，绝缘子高度 H=1150mm，使用悬式绝缘子串，型号为 FXBW-110-70。 7.6.2 穿墙套管的选择（1）10kV 侧 根 据 工 作 电 压 和 额 定 电 流 ， 10kV 出 线 先 用 CMD ? 10 母 线 型 套 管 ， 套 管 长 度 Lca = 480mm ，其抗弯破坏负荷 Fde = 20kN 。 10kV 进线选用 CLD ? 10 型套管，套管长度 Lca = 620mm ，其抗弯破坏负荷 Fde = 20kN 。 （2）35kV 侧 根 据 工 作 电 压 和 额 定 电 流 ， 35kV 出 线 先 用 CLB ? 35 母 线 型 套 管 ， 套 管 长 度 Lca = 980mm ，其抗弯破坏负荷 Fde = 7.5kN 。 35kV 进线选用 CLB ? 35 /1500 母线型套管，套管长度 Lca = 1020mm ，其抗弯破坏负荷 Fde = 7.5kN 。 28 毕业设计（论文） 8 配电装置的选择 8.1 配电装置的选择要求与分类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，由开关电气、保护 和测量电气、母线和必要的辅助设备组建而成，用来分配电能的装置。其总的要求为： 1）配电装置的设计必须按照国家的有关规定，应尽量减少占地。 2）配电装置的布置，应便于检修、巡视和操作。设备的检修和搬运不影响运行设备 的安全。在保证安全可靠的条件下，尽量降低造价。同时应考虑扩建过度方便。 3）除防空有特殊要求外，凡不是严重污秽地区的 35kV 以上的配电装置，都不应采用 屋内配电装置。 4）各级配电装置之间，以及它们和各种建筑物之间的距离和相对位置，应结合远景 规划通盘考虑，一般以近期为主。 配电装置的形式主要分为屋内配电装置与屋外配电装置： 屋内配电装置的结构，除与电气主接线形式、电压等级、母线容量、断路器形式、出 线回路数、出线方式及有无电抗器等有密切关系外，还于施工、检修条件、运行经验和习 惯有关。随着新设备和新技术的采用，运行和检修经验的不断丰富，配电装置的结构和形 式将不断的发展。 而屋外配电装置根据电气和母线布置的高度，分为中型、半高型和高型。 中型配电的所有电气都安装在同一平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对 地保持必要的高度，以便工作人员能在地面上安全活动；中型配电装置母线所在的水平面 稍高于电气所在的水平面。 高型和半高型配电装置的母线和电气分别装在几个不同高度的水平面上，并重叠布 置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。如果仅将母线与断路 器、电流互感器等重叠布置，则成为半高型配电装置。由于半高型和高型配电装置可大量 节省占地面积，因此，高型和半高型配电装置得到较广泛的应用。 屋外配电装置的形式除与主接线有关外，还与场地位置、面积、地质、地形条件及总 体布置有关，并受设备材料的供应、施工、运行和检修要求等因素的影响和限制，故应通 过技术经济比较来选择最佳方案。 普通中型配电装置，国内采用较多，已有丰富的经验，施工、检修和运行都比较方便， 抗振能力较好，造价比较高。缺点是占地面积较大。此种形式一般用在非高产农田地区及 不占良田和土石工程量不大的地方，并宜在地震烈度的地区采用。 中型分相硬管母线配合剪刀式（或伸缩式）隔离开关方案，布置清晰、美观。但支柱 式绝缘子防污、抗震能力较差，在污秽严重或地震烈度较高的地区，不宜采用。 中型配电装置广泛用于 110～500kV 电压等级。 半高型布置节约占地面积不如高型显著，但运行、施工条件稍有改善，所用钢材比高 29 毕业设计（论文） 型少。 一般高型适用于 220kV 配电装置，而半高型宜于 110kV 配电装置[12-13]。 8.2 配电装置设计选择配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，又开关电 器、保护和测量电器、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。 本变电站不在污秽地区和市区，按照所选设备和要求，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， 各电压等级配电装置型号选择如下： 110kV 侧：采用屋外软母线改进中型布置，中型配电装置的所有电气设备都安装在同 一平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能 在地面上安全活动；中型配电装置母线所在的水平面稍高于电气所在的水平面。国内采用 较多，已有丰富的经验，施工、检修和运行都比较方便，抗振能力较好，适用于 110kV 电 压等级。 35kV 侧：采用屋内手车式高压开关柜单列布置。本次设计采用 JYN1-35
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（Z）型手车 式高压开关柜。它的封闭能防尘和防止小动物侵入而造成短路，运行可靠，维护工作量少。 10kV：10kV 配电装置一般采用屋内布置。当出线不带电抗器时，一般采用成套开关 柜单层布置。本次设计采用 GG-1A（F1）型固定式开关柜的双列布置。该型开关柜结构简 单，制造方便，乃目前电力系统变电所 10kV 配电装置中的首选设备。GG-1A（F1）开关 柜的技术数据：额定电压为 10kV，额定电流为 3150A，操作方式为弹簧操作。 30 毕业设计（论文） 9 防雷保护设计 9.1 避雷针的作用防直击雷最常用的措施是装设避雷针，它是由金属制成，比被保护设备高，具有良 好接地的装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的 设备，建筑免受雷击。 所谓避雷针的保护范围是指被保护物在此空间范围内不致遭受雷击而言。它是在实 验中用冲击电压下小模型的放电结果求出的，由于它与近似直流电压的雷云对空间极长间 隙下的放电有很大差异，所以这一保护范围并没有得到科学界的公认，但我们可以把它看 成一种用以决定避雷针高度与数目的工程办法。 9.2 避雷针的设计 9.2.1 避雷针的保护范围所谓避雷针的保护范围是指被保护物在此空间范围内不致遭受雷击而言。它是在实 验中用冲击电压下小模型的放电结果求出的，由于它与近似直流电压的雷云对空间极长间 隙下的放电有很大差异，所以这一保护范围并没有得到科学界的公认，但我们可以把它看 成一种用以决定避雷针高度与数目的工程办法。 本变电所采用四支避雷针联合保护，其保护范围如图 9-1 图 9-1 四支避雷针的保护范围图 计算公式为： 1） rx = (h ? hx ) p ， （ hx ≥ h / 2 ） (9-1) (9-2) rx = (1.5h ? 2hx ) p ，（ hx ≤ h / 2 ） 式中：rx----------在被保护高度平面上的保护半径，m； 31 毕业设计（论文） hx----------被保护物的高度，m； h-----------避雷针的高度，m； p-----------系数，当 h ≤ 30m 时， p = 1 ；当 h ≥ 30m 时， p = 5.5 / h 。 2）bx 的尺寸由相邻两支避雷针的装设条件决定； h0 = h ? D / 7 p bx = 1.5(h0 ? hx ) 3）保护全部面积的条件为； (9-3) (9-4) D ≤ 8(h ? hx ) p (9-5) 9.2.2 本所避雷针的计算及校验变电所面积为 60.7 m × 49.3m ，避雷针装设的位置在变电站四角距墙 2m，且四支避雷针 的高度均为 25m，下面效验避雷针的保护范围。 因为避雷针的高度 h = 25m ， 变电所 110kV 及 35 kV 处 hx = 11m ， 且因为 h ≤ 30m ， 所以 p = 1 ，代入式（9-2） ： rx = (1.5h ? 2hx ) p = (1.5 × 25 ? 2 × 11) ×1 = 15.5(m) （1） 对于避雷针 1 与避雷针 2： 两针距离 D12 = 45.3 ，代入式（9-3）（9-4） 、 ： h0 = h ? D / 7 p = 25 ? 45.3 ÷ 7 = 18.53(m) b1 = 1.5(h0 ? hx ) = 1.5 × （18.53-11）=11.3（m） （2）对于避雷针 1 与避雷针 4： 两针距离 D14 = 56.7 m ，代入式（9-3）（9-4） 、 ： h0 = h ? D / 7 p = 25 ? 56.7 ÷ 7 = 16.9(m) b2 = 1.5(h0 ? hx ) = 1.5 × （16.9-11）=8.85（m） （3）对于避雷针 1 与避雷针 3： 两针距离 D13 = 56.7 2 + 45.32 = 72.57 （m） ，代入式（9-3）（9-4） 、 ： h 0 = h ? D / 7 p = 25 ? 72.57 ÷ 7 = 14.63(m) bx = 1.5(h0 ? hx ) = 1.5 × (14.63 ? 11) = 5.45(m) 32 毕业设计（论文） 由于 D13 ≤ 8 × （25-11） 1=112（m） × 所以能够保护该变电站的全部面积。 33 毕业设计（论文） 10 接地网的设计 10.1 设计说明变电站需要有良好的接地装置，以满足工作安全和防雷保护接地要求。一般做法是根 据安全和工作接地的要求，敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增加接 地体，以满足防雷接地的要求。总的接地电阻为水平接地体接地电阻和垂直接地体接地电 阻的并联等效阻值。一般要求总的接地电阻 R < 0.5? ,才能保证运行的安全[14-15]。 10.2 接地体的设计工程实用的接地体主要由扁钢、圆钢、角钢或钢管组成，埋入地表下 0.5—1m。水平 接地体多用扁钢，宽度一般为 20—40mm，厚度不小于 4mm，或者用直径不小于 6mm 的 圆钢。垂直接地体一般用（ 20 × 20 × 3 ? 50 × 50 × 5mm ）角钢或钢管，长度一般为 2.5m。 10.3 典型接地体的接地电阻计算 1、垂直接地体： R= ρ 4l ln ( ? ) 2π l d （10-1） 式中： l 是接地体长度（m）;d 是接地体直径（m） 。当采用扁钢时 d = b / 2 ,b 为扁 钢的宽度。当采用角钢时 d = 0.84b ，b 是角钢每边宽度。 当有 n 根垂直接地体时，总接地电阻 R ∑ 可按并联电阻计算： R∑ = R ηn （10-2） 式中： η 称为利用系数，它表示由于电流互相屏蔽而使接地体不能充分利
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用的程 度，一般 η 为 0.65—0.8。 2、水平接地体： R= ρ L （ln + A)(?) 2π L dh （10-3） 式中：L 是接地体的总长度（m）;h 是接地体埋设深度（m） 是表示因受屏蔽影响使接 ；A 地体电阻增加的系数，其数值如下表 10-1。表 10-1 屏蔽影响系数表 序号 接地体形 式 屏蔽系数 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0.38 0.48 0.87 34 1.691 2.14 5.27 8.81 毕业设计（论文） 10.4 接地网设计计算本次设计采用先在地下深为 h 的水平面上敷设方格形状的水平接地体， 如图 10-1 所示： （俯视图） 图 10-1 接地网俯视图 调整水平接地体的间距可以改变水平接地电阻的阻值，然后再在两水平接地体的相交 处敷设垂直接地体，如图 10-2 所示（侧视图） 设水平接地体的间距为 3m， 则应敷设水平接地体 [ 60.7 / 3] × [ 49.3 / 3] = 20 × 16 根 （[] 为 取整符号 ） ，由于 19 × 3 = 57 < 60.7 ,14 × 3 = 42 < 49.3 ，所以接地网比变电站小一点。水平 接地体埋设深度取 h = 0.8m ,采用宽度为 30mm,厚度为 4mm 的扁钢；垂直接地 体采用 40 × 40 × 4mm 的角钢，长度为 2.5m， ρ = 400 ? m 图 10-2 接地体侧视图 垂直接地体的电阻阻值： d = 0.84b = 0.84 × 0.04 = 0.0336m ρ L 400 4 × 2.5 （ln + A)(?) = ln = 145? R= 2π L dh 2 × 3.14 × 2.5 0.0336 35 （10-1）（10-2） 毕业设计（论文） 取 η = 0 .7 得 水平接地体的电阻值： R = ∑ R ηn 0.7×20×16 = 145 = 0.65? （10-3） （10-4） （10-5） L = 19 × 3 × 20 + 15 × 3 ×16 = 1860m d= 取 A=2.14 得： b 0.04 = = 0.02m 2 2 ρ L2 400 18602 R= (ln + A) = (ln + 2.14) = 0.73? 2π L dh 2 × 3.14 ×1860 0.02 × 0.8 总的接地电阻阻值为以上两个电阻的并联： R （10-6） ∑ = 0.65 × 0.73 0.65 + 0.73 = 0.34? < 0.5? （10-7） 满足要求。 当间距取 4m 时算得 R = 0.527? > 0.5? 不符合要求，若间距取得比 3m 小，则不符 ∑ 合经济性的要求，所以取 3m 最好。 36 毕业设计（论文） 11 结论掌握了变电所电气一次系统的运行原理，并根据常规变电所的设计要求与步骤，完成 了 110kV 终端变电所电气一次系统设计，内容包括电气主接线的选择与论证，主变压器的 选择，短路电流的计算，电气设备的选择，配电装置设计和总平面布置，防雷及接地系统 设计。另外，根据设计数据，绘制了电气主接线图一张，电气总平面布置图一张，配电装 置平面图与断面三张（110kV，35kV） ，防雷接地图一张。本毕业设计的最终方案的可靠性 较高，选用的设备不算多，因此经济性很高，适合灵活性和可靠性要求比较高的区域。另 外，因为所获取的资料有限，本设计方案间的经济比较只能是粗略的比较，因此导致对于 方案的可靠性与经济性的平衡方面考虑得欠缺。在以后的学习设计中，根据实际的情况和 设备的选择搭配，采取更为充分有效的方法来进行比较，尽可能的满足变电所的技术经济 平衡。 37 毕业设计（论文） 参考文献 [1] 范锡普.发电厂电气部分（M）.水利电力出版社.1995.3-5. [2] 陈衍.电力系统稳态分析（M）.中国电力出版社.1995.1-5. [3] 华田生.发电厂和变电所电气设备的运行（M）.中国电力出版社.2000.25-34. [4] 戈东方. 电力工程电气设备手册 电气一次部分（M）.中国电力出版社.1998.35-37. [5] 黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料（M）.水利电力出版社.1987.15-25 [6] 周泽存等.高电压技术（M）.中国电力出版社.2005.56-58 [7] 李光琦.电力系统暂态分析（M）.中国电力出版社.1995.45-47. [8] 东北西北电力设计院.电力工程设计手册（M）.上海科学技术出版社，1980.80-106. [9] 电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计手册（M）.中国电力出版社.199867-85 [10] 卓乐友.电力工程电气设计 200 例（M）.中国电力出版社.2004.38-58. [11] 曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料（M）.水利水电出版社.1995 [12] 雷振山. 中小型变电所实用设计手册（M）.中国水利水电出版社.2000.17-35 [13] YAO Huan-nian．Practical Experiences of EdF．Power System Technology，1998.25-27. [14] N.G.Hingorani. Introducing Custom Power. IEEE Spectrum.1995.June. [15] B.M.Weedy. Electric Power Systems. John Wiley & Sons.1987.79-91. 38