110kv变电站设计

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）。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。

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联系的实习单位中山电力设计院正在研究和开发的项目，具有一

1

定的实践性和可行性。

1.2.2 设计背景

大冲镇现有110KV变电站（大冲站）一座，向全镇范围内供电。大冲站共有主变2台，容量为40+31.5MVA，现有110KV线路2回，分别来自110KV联美变电站（联冲线）和南丰变电站（冲丰线）。目前大冲站的最大负荷为3.88万千瓦，到2003年，大冲镇的用电量将达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2005年，全镇用电量将达3.08亿千瓦时，最大负荷达6.16万千瓦；2010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，仅靠目前大冲镇仅有的一个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1.8~2.1来计算，2005年大冲共需要110KV主变容量约111~129兆伏安，而目前大冲站主变容量只有80MVA，还需要增加31~49MVA。为满足用电负荷增长的需要到2005年建设新的110KV变电站是十分必要的。而且大冲镇现有的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大、用户多、负荷重，线路压降过高，供电质量差，但城南变电站建成后可承担大冲镇南部的用电负荷，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，城南站建成后，可以与大冲站的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城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。

二、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

大冲镇的用电负荷统计如下表：

表1 用电负荷统计（单位：千瓦） 用电单位 火车站 洗衣机厂 首饰厂 宝元鞋厂 市一中

负荷统计（KW） 2500 3500 3000 12000 800 2

负荷类别 I II II II II 市中心小学 市水泥厂 明珠旅店 百惠商城 市政府 博爱医院 市公安局 中心市场 百乐休闲中心 其他散户 合计 400 1700 1800 2000 1650 750 1800 1000 900 5000 38800 II II II II I I I I I III

表2 负荷性质分析结果表 负荷等级 I II 2.1.2 负荷计算 各组负荷的计算：

1.有功功率 P=KXΣPei 2.无功功率 Q=PtgФ 3.视在功率 S=P2Q2

式中：ΣPei：每组设备容量之和，单位为KW；KX：需用系数；CosФ:功率因数。 总负荷的计算：

1.有功功率 PΣ=K1ΣP 2.无功功率 QΣ= K1ΣQ 3.视在功率 SΣ=

负荷值（KW） 8600 30200 占总负荷百分比（%） 22.16 77.84 P2Q2

4.自然功率因数： CosФ1= PΣ/SΣ 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。

3

变电站所供负荷的总数：P总=38800KW 变电站所供一类负荷总数：P总1=8600KW 变电站所供二类负荷总数：P总2=30200KW

一类负荷占总负荷的百分比：δ= P总1/ P总=8600／38800×100%=22.16% 二类负荷占总负荷的百分比：δ= P总2 /P总=30200／38800×100%=77.84% 2.2 无功补偿的目的

无功补偿的目的是系统功率因数低，降低了发电机和变压器的出力，增加了输电线路的损耗和电压损失，这一些原因是电力系统基本的常识，在这里不多作特别的说明。电力系统要求用户的功率因数不低于0.9（本次设计要求功率因为为0.95以上），因此，必须采取措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设电容器补偿无功。

2.3 无功补偿的计算

1.计算考虑主变损耗后的自然因数CosФ1：

P1=PΣ+ΔPb Q1=QΣ+ΔQb

CosФ1= P1 /P1O1

2.取定补偿以后的功率因数： CosФ2为0.95： 3.计算补偿电容器的容量：

Qc=K1PΣ(tgФ1+ tgФ2)

式中：K1=0.8～0.9

4.计算补偿电容器的个数： Nc=Qc / qc 式中：qc单个电容器的容量，单位kavr。

按照3的整数倍取定补偿器的个数Nc s，然后计算出实际的补偿容量：Qc s = Nc s * qc 5.计算补偿以后实际的功率因数，补偿后实际的功率因数大于0.9为合理

CosФ2= PΣ /Px(QxQC)2 10KV： COSφ1≥0.9

∴选COSφ1=0.9来考虑：

P=38800KW

S=38800÷0.90=43111KVA Q=43111×tang=20822Kvar

110KV： COSφ2≥0.85 ∴选COSφ2=0.85来考虑;

4

222 P=38800KW

S=38800÷0.85=45647KVA Q=45647×tang=28301Kvar

表3 负荷计算结果表 电压等级 10KV 110KV

有功功率（KW） 38800 38800 无功功率（KW） 20822 28301 视在功率（KVA） 43111 45647 主接线采用两台高压并联补偿电容器，每台主变安装一台。 电容器组的额定容量：4800kvar,单Y接线 三、主变压器台数和容量的选择 3.1变压器的选择原则

为了保证每年电容按10%的增长，并在10年内能满足要求， 并按下例方案进行综合考虑：

1.明备用方式，即2台主变压器的容量都满足（2-1）式的要求，任何情况下都只有1台运行，两台主变压器互相备用。

2.暗备用方式，即2台主变压器的容量之和满足（2-1）式的要求。正常情况下两台主变运行，故障情况下一台运行，因此，每台变压器的容量应满足安全用电的要求,即保证Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电，一般要求能满足全部负荷的70%--80%。

3.在设计中，初期主变压器可采用明备用方式，随着负荷的增加和发展，后期可采用暗备用方式。

3.2 变压器台数的选择

1.对于大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以两台主变压器为宜。

2.对于孤立的一次变电站或大型工业专业用变电站，在设计时要考虑设三台主变压器的可能性。

3.对于规划只住两台主变压器的变电站，其变压器基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便符合发展时更换变压器的容量。

3.3 变压器容量的选择

5

按照上述原则确定变压器容量后，最终应选用靠近的国家的系列标准规格。变压器容量系列有两种，一种是按R8容量系列，它是按R8=810≈1.33的倍数增加的，如100KVA、135KVA、180KVA、240KVA、320KVA、420KVA等；另一种是国际通用的R10容量系列，它是按R10=1010≈1.26的倍数增加的。如容量有100KVA、125KVA、160VA、200KVA、250KVA、315KVA等。我国国家标准GB1094《电力变压器》确定采用R10容量系列。综合上述各种因数，确定该站主压器采用2台50000MVA的变压器。

当前我国电力系统基本都是三相制接线，尤其我省电力系统还没有单相供电的系统，故为了能接入系统运行，并能保证系统的安全稳定运行。所以该站选择三相供电。结合该 地区的实际情况，故采用双卷变压器，电压等级为110KV与10KV。

因为该地区110KV电压不是很稳定，为了保证10KV供电系统电压质量，本站采用有载调压方式，这样才能达到随时调整电压的目的。冷却方式采用自冷型冷却方式。变压器110KV侧中性点经隔离开关接地，同时装设避雷器保护。

综合上述几种情况，结合厂家的一些产品情况，故本站的主变压器选用的型号：SZ10-50000/110。

变电站全部负荷Sδ=45647KVA

变压器的初选容量S=80%Sδ=0.80×45647=36517KVA 选两台50000KVA的变压器。

主变压器：2×50000KVA三相双卷自冷型油浸变压器。 电压等级：110KV/10KV 出线：110KV2回，10KV12回。 无功补偿容量：4×4800Kvar

表4 主变压器的选择

额定容量 KVA 电压组合及分接范围 高压 KV 50000 110± 中压 KV 38.5 低压 KV 10.5 联接组 空载 标号 损耗 KW YN,d11 71.2 负载 损耗 KW 250 空载 阻抗 电流 电压 % 1.3 % 14 8

8×1.25% ±5%

6

四、主接线方案的确定 4.1 主接线的基本要求 4.1.1 安全性

高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关；低压断路器（自动开关）的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须设低压刀开关；装设高压熔断器—负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关；变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器宜与电压互感器共用一组隔离开关，线路上避雷器前不必装隔离开关。

4.1.2 可靠性

断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部大部分二级负荷的供电；尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性；大机组超高压电气主接线应满足可靠的特殊要求；采用综合自动化，优化变电所设计：国内变电所自动化发展进程分为三个阶段。第一阶段由集中配屏以装置为核心的方式，向分散下放到开关柜以系统为核心的方式发展；第二阶段由单一功能、相互独立向多功能、一体化过渡；第三阶段由传统的一次、二次设备相对分立向相互融合方式发展。变电所综合自动化就是在第二阶段。

4.1.3 灵活性

变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线；两路电源进线，装有两台主变压器的变电所，当两路电源同时供电时，两台主变压器一般分列运行；当只一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并列运行；带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关；主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。

4.1.4 经济性

主接线方案应力求简单，采用的一次设备特别是高压断路器少，而且应选用技术先进、经济适用的节能产品；由于工厂变配电所一般都选用安全可靠且经济美观的成套配电装置，因此变配电所主接线方案应与所选成套配电装置的主接线方案配合一致。柜型一般宜采用固定式；只在供电可靠性要求较高时，才采用手车式或抽屉式；中小型工厂变电所一般才用高压少油断路器，在需频繁操作的场合，则应采用真空断路器或SF6断路器。断路器一般采用就地控制，操作多用手力操作机构，但这只适用于三相短路电流不超过6KA（10KV的SK3≤100MVA）的电路中。如短路电流较大或有远控、自控要求时，则应采用电

7

磁操作机构或弹簧操作机构；工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其互感器只供计费的电度表用，应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因素达到规定的要求；优化接线及布置，减少变电所占地面积

总之，变电所通过合理的接线、设备无油化、布置的紧凑以及综合自动化技术，并将通信设施并入主控室，简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。

4.2 主接线的方案与分析 4.2.1 单母线

1.优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置； 2.缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

3.适用范围：

一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：6—110KV配电装置的出线回路数不超过6回；35—63KV配电装置的回线数不超过3回；110—220KV配电装置的出线回路数不超过2回。

4.2.2 单母线分段接线

1.优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路自动将故障段切断，保障正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

2.缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均等扩建。

3.适用范围：6—10KV配电装置出线回路数为6及以上时；35—63KV配电装置出线回路数为4—8回时；110—220KV配电装置出线回路数为3—4回时。

4.3 电气主接线的确定采用单母线分段的结线：

单母线分段是借助于3DL，进行分段，当母线故障时，经倒闸操作可切除故障段，保证其它段继续运行，当母线检修可分段进行，这能始终保证一台主变的供电，当进线电源一回发生故障，通过倒闸操作可保证两台主变的供电，单母线分段的结线可以作分段运行，也可做并列运行，采用分段运行时，各段相当于单母线运行状态，各段母线所带的主变压

8

器是分列进行，互不影响任一母线故障或检修时，仅停止该段母线所带变压器的供电，两段母线同时故障的机率很小，可以不予考虑，采用并列运行时，电源检修无需母线停电，只需断开电源的断路器1DL1，（2DL1）及其隔离开关就能保证两台主变压器的供电，对本站110KV 两回供电（小于4回路）较为适合。

该设计的电气主接线：

110KV采用线路变压器组接线，进线侧设断路器；10KV接线为单母线分段接线，#1主变10KV侧单臂进10KV母线，各带10KV出线12回，无功补偿电容器组2组；#2主变10KV双臂各进一段10KV母线，每段母线各带10KV出线6回，无功补偿电容器1组。

在110KV两条进线的A相上各装设一台电容式电压互感器供二次闭锁采压用。主变压器110KV侧中性点采用避雷器保护，并可经隔离开关接

表5 主要电气设备表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 设备名称 110KV断路器 隔离开关 主变中性点隔离开关 110KV线路避雷器 主变中性点避雷器 10KV母线桥避雷器 10KV电容器 接地变压器 10KV开关柜 型号和规格 SF6-110W 3150A 40KV GW4-110IID（W）1250 31.5A （4S） GW13-63D（W）/630A Y10W1-108/281（W） HY1.5W-72/186 HY5WZ-17/45 SF6充气集合式BAMHL11/√3-1600-1W×3 DKSC-1000/10.5-100/0.4 XGN2-12Z（Q）系列，其中断路器配置为： 进线断路器ZN28-12（Q），3150A，40KA 分段断路器ZN28-12（Q），3150A，40KA 其他 ZN28-12（Q），1250A，31.5KA 五、短路电流的计算

供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。

所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。

9

造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电压击穿等。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电气设备时，设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定。短路电流在线路上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。

5.1 绘制计算电路

10kV 110kV

~ 大冲站

Δ Y Δ

Y 城南站

图 1 短路电流计算图

5.2 短路电流计算

进行计算的物理量，不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，这种计算方法叫做

标幺值法。标幺值的概念是：

某量的标幺值=

该量的实际值该量的标准值任意单位与实际值同单位

所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度，用标幺值表示的物理量是没有单位的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线路，为了求出电源至短路点电抗标幺值，需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值。

1、输电线路

已知输电线路的长度为l ，每公里电抗值为X0 ，线路所在区段的平均电压为Uav ，则输电线路电抗相对于基准容量Sj 和基准电压UjUav 的标幺值为X*X0l10

SUj2

av2、变压器

UK%Sj变压器通常给出短路电压百分数UK%，得XT*100SNT 

大冲站 XS1 XL1 K1 Xb1 XL2 Xb2 K2 火车站 洗衣机厂 （1）本设计选Sj=100MVA

取Uj1=37KV 则Ij1=

100K3 市一中 市水泥厂

图 2 短路等效电路图

337KA=1.561KA

取Uj2==10KV 则Ij2=

（2）计算各元件阻抗的标幺值

系统电抗：XS1*SSSKj(3)100310KA=5.77KA

10013950.0717

X*X1L1L1j2U10.410.710011620.0324

Xb1*UK%100SjSNT7.51000.7510010MVA

（3）求电源至短路点的总阻抗

K1点:XK2点:X

1*X*XS1XXL10.07170.03240.1041

2S1L1Xb10.07170.03240.280.384111

K3点:X*X3S1XL1Xb1XL1L1Xb12XXb10.2279

（4）求短路电源的周期分量、冲击电流和短路容量

①I1*1X1*10.10419.606

Id1I1*Ij19.6060.524.995KA

Ish11.52Id11.524.9957.592KAish2.55Id12.554.99512.635KAS1I1Sj9.606100960.6MVA

② I2*1X2*10.38412.603

Id2I2I2*Ij22.6035.7715.019KAIsh21.52Id21.5215.01922.828KA

ish2.55Id22.5515.01938.298KAS2I2*Sj2.603100260.3MVA③

I3*1X3* 4.3880.2279j31

Id3I3I3*I4.3885.7725.319KAIsh31.52Id31.5225.31938.485KAish2.55Id32.5525.31964.563KAS3I3*Sj

4.388100438.8MVA

短路冲击电流（峰值） ish(KV)

12.635 （5）短路电流的计算结果如下表： 短路点 短路容量 Sd(MVA) 短路电流周期分量（有效值）Id(KA) 110KV进线侧（K1） 960.6 4.995 12

短路冲击电流 （有效值） Ish(KA) 7.592 110KV分列运行（K2） 260.3 110KV并列运行（K3） 438.8

六、高压配电系统的设计 6.1 高压侧进线线路的选择

15.019 25.319 22.828 38.485 38.298 64.563 表6 短路电流计算结果表 高低压配电电路最普遍的两种户外结构是架空线和电缆。

电力电缆及控制电缆全部选用铜芯电缆。控制电缆全部选用阻燃型电缆。微机监控和微机保护的电流、电压、信号接点引入线均采用屏蔽电缆。

户内采用电缆沟及穿管明敷方式，户外采用电缆沟敷设方式。 架空线的主要优点是： （1）设备简单，造价低； （2）有故障易于检修和维护； （3）利用空气绝缘，建造比较容易。

为了加强铝线的机械强度，采用多股绞线，用抗张强度为120kg/ mm2的钢作为线芯，把铝线绞在芯子外面,作为导线的导电部分，称为钢芯铝线。LG型铝绞线在35KV以上架空线路用得较多，在需要高机械强度的地方，如跨越时则用

加强型LGJ。所以110KV进线选用LGJ-240/30型号的架空线。LG型铝绞线在35所以110KV进线选用LGJ-240/30型号的架空线。

6.2 高压配电线路布线方案的选择

在确定了供电电压，变、配电所的位置和容量及变、配电所的接线图后，便要进一步确定工厂厂区高压电路的配电方式配电方式可分为放射式、树干式和环式。

6.2.1放射式放射式配电方式的优点是： （1）线路上的故障不影响其他用户；

（2）容易进行继电保护装置的整定，并易于实现自动化；

（3）根据实际运行经验，即使在厂区内采用电缆的单回路放射式，可靠性也较高。 高压供电系统放射式接线一般采用电缆，中、小型工厂厂区高压配电只有一级放射，大型工厂可以有两级放射，实际设计时应避免采取二级以上的高压放射式配电系统，已减少开关柜数量及继电保护的延时时限。

6.2.2 树干式

13

树干式配电系统有可能降低投资费用和有色金属消耗量，使变、配电所的馈出线路减少，结构简化，但车间变电所的位置必须恰当。这种接线方式只有一个电源，干线上的任何故障必将引起用户的全部停电。

单树干式配电不像放射式那样，能在380V侧取得联络线，所以它只能用于三级负荷，为了减少干线故障时影响用户范围，干线上接连的变压器不能超过5台，总容量不应大于3000KVA。

6.2.3 环式

环式对工厂供电系统来说，只不过是树干式的另一种型式。环式供电与树干式供电一样，正常是开环运行，环中连接的变压器数目和容量亦与树干式供电系统一样。

以上只是从原则上进行一般分析，实际上放射式和树干式各有其特点，要结合具体的使用条件进行分析比较后，才能确定最后的方案。

6.3 高压侧配电系统设备 6.3.1 高压断路器的选择

高压断路器除在正常情况下通断电路外，主要是在发生故障时，自动而快速的将故障切除，以保证设备的安全运行。常用的高压断路器有油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器。

（1）.高压断路器的主要参数：

额定电压：是指断路器正常工作时的线电压；额定电流：是指环境温度在40度时，断路器允许长期通过的最大工作电流；额定断开电流：它是断路器开断能力的标志，其大小与灭弧室的结构和介质有关；额定开断容量：开断能力常用断流容量表示，

SN.br3UNIN.br；热稳定电流：热稳定电流是表示断路器能随短路电流热效应的能力；

动稳定电流或极限通过电流：表示能承受短路电流所产生的电动力的能力；断路器的分、合闸时间：表示断路器的动作速度。

（2）选择时，除按一般原则选择外，由于断路器还有切断短路电流，因而必须校验短路容量，热稳定性及动稳定性等各项指标。

按工作环境选择：选择户外或户内，若工作条件特殊，还需要选择特殊型式；按额定电压选择：应该大于或等于所在电网的额定电压，即：UNU；按额定电流选择：应该等于或大于负载的长时最大工作电流，即：INIar.m；校验高压断路器的热稳定性：It2t≥I∞2tima； 校验高压断路器的动稳定性： imaxish；校验高压断路器的断流容量（或开断

14

电流）：熔断断流容量按SN.ocS0.2校验；

根据上述分析并查资料：

110KV高压断路器选择SF6—110W型高压六氟化硫断路器；

表７ 高压断路器的选择校验表

序 号 1 2 3 装置地点的电气条件 项目 UNSF6—110W 项目 UN数据 110KV 2016A 数据 145KV 3150A 40KA 结论 合格 合格 合格 I30 INimax 12.635KA 6.3.2 高压隔离开关的选择

ish3（1）.高压隔离开关的作用：高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备。

（2）.形式结构：高压隔离开关一般有底座、支柱绝缘子、导电刀闸、动触头、静触头、传动机构等组成。一般配有独立的电动或手动操动机构，单相或三相操动。高压隔离开关主刀闸与接地刀闸间一般都设有机械连锁装置，确保两者之间操作顺序正确。各类高压隔离开关、接地开关根据不同的安装场所有各种不同的安装方式

（3）.选择条件：海拔高度不大于1000米为普通型，海拔高度大于1000米为高原型；地震烈度不超过8度；环境温度不高于+400C，户内产品环境温度不低于-100C，户外产品环境温度不低于-300C；户内产品空气相对湿度在+250C时其日平均值不大于95%，月平均值不大于90%（有些产品要求空气相对湿度不大于85%）；户外产品的覆冰厚度分为5毫米和10毫米；户内产品周围空气不受腐蚀性或可燃气体、水蒸气的显著污秽的污染，无经常性的剧烈震动。户外产品的使用环境为普通型，用于Ⅰ级污秽区，防污型用于Ⅱ级（中污型）、Ⅲ级（重污型）污秽区。

根据设计条件，选择户外型高压隔离开关，它可用于户外有电压无负载时切断或闭合6-500KV电压等级的电气线路。户外型高压隔离开关一般由底座、支柱绝缘子、主刀闸、接地刀闸、动触头和操动机构等组成，单相或三相连联动进行操作。户外隔离开关可安装在户外支架或支柱上，也可安装在户内。

根据上述条件和要求并查表有：

110KV侧的高压隔离开关选择GW4-110IID型；

15

10KV侧的高压隔离开关选择GW13-63D型

表8 高压隔离开关的选择

GW13-63D（中性点隔离开型号 关） 额定电压（KV） 额定电流（A） 动稳定电流峰值（KA） 热稳定电流（KA） 操动机构 63 630 50 16 CJ6 110 1250 80 31.5 CJ2-XG GW4-110D 6.3.3 高压熔断器的选择 高压熔断器是一种过流保护元件,由熔件与熔管组成。当过载或短路时，熔件熔断，达到切断故障保护设备的目的。电流越大，熔断时间越短。在选择熔件时，除保证在正常工作条件下（包括设备的起动）熔件不熔断外，还应该符合保护选择性的要求。

高压熔断器的选择：除按环境、电网电压、电源选择型号外，还必须按SN.brS校验熔断器的断流容量；选择的主要指标是选择熔件合熔管的额定电流，熔断器额定电流按

IN.FUIN.FEI 选。

所选择的熔件应在长时最大工作电流及设备起动电流的作用下不熔断，在短路电流作用下开关熔断；要求熔断器特性应与上级保护装置的动作时限相配合（即动作要有选择性）。 对保护变压器的熔件，其额定电流可按变压器额定电流的1.5～2倍选择。

根据上述条件并查表有：

110KV侧的高压熔断器选择RW6-110型熔断器。 10KV侧的高压熔断器选择RW3-10型熔断器。

RW6-110型高压熔断器主要是由上下棒形绝缘子、接触导电系统、并联的主副熔丝管以及推杆等部分组成，用于110KV线路和变压器的短路及过负荷保护。

RW3-10型高压熔断器是由绝缘子、接触导电系统及熔丝管等部件组成，用于10KV输电线路和变压器的短路与过负荷保护。

七、低压配电系统的设计 7.1 变电站配电线路的布线方案

16

配电方式与厂区高压配电方式一样，有放射式和树干式和二者兼用的混合式及链式等。

低压配电系统利用放射式线路的范围一般如下： 1.每个设备的负荷不大，且位于变电所的不同方向； 2.车间内负荷配置较稳定；

3.单台用电设备的容量虽大，但数量不多； 4.车间内负荷排列不整齐；

5.车间为有爆炸危险的厂房，必需由与车间隔离的房间馈出线路。

配电方式可以从变电所变压器二次侧引至低压配电室的开关柜上，我国生产的低压开

关为BFC型，由低压开关柜以电缆或绝线穿管引入车间内部的XL型动力配电箱或具体的电气设备上，也可由主动力配电箱用绝缘导线穿管引入分动力配电箱，再接至用电设备。

树干式配电不需要在变电所低压侧设置配电盘，从变电所二次侧引出线经过空气开关或隔离开关直接引至车间内，因此，这种配电方式使变电所低压侧结构简化，减少电气设备需要量。以树干式结构为主的变压器——干线式将变电所二次侧裸母线直接引入车间，显然经济效果较好，但只使用于一般环境的厂房。

链式线路，只用于车间内相互距离近，容量又很少的用电设备。链试 路只装置一组总的熔断器，可靠性小，大部分工厂不希望采用链式法。

在下列情况下不宜使用链式接线：

（1）配电设备数量超过3台，总容量超过10KW，其中最大一台大于5KW。 （2）单相设备与三相设备同时存在。

（3）技术操作与使用差别很大的用电设备（如机床、卫生通风机等）。

选择配电线路时，要尽可能将车间负荷进行必要的组合，使每回馈电线路的负 电流不致过大。

7.2 母线、配电设备及保护设备的选择 7.2.1 10KV 母线选择 主变压器低压侧引出线选择：

主变压器低压侧引出线经济电流密度选择：工作电流

IIe250000310.52749.37A

js母线计算截面：

17

SeIjsJl2749.371.7531571.07 mm

选用标准截面125×10 mm3的铜母线允许电流3610大于工作电流2749.37A，满足要求。

热稳定性校检

SminIctjkjf12.6351017130.341.145.1910010mm 满足要求

3动稳定性校检

母线采用平放装设 W0.167bh20.1670.6522.5cm3

f1.76ich21a101252

1021.7612.635211.24102kg/cm母线最大跨度，已知y700kg/cm2

lmax10ywf107002.511.24102394.58cm

进线的绝缘子间距离取2米即可。 所以母线选择TMY-125×10的铜母线 7.2.2 配电设备及保护设备的选择

1．断路器、隔离开关、熔断器的选择方法与高压侧的相同 2. 电流互感器的选择

电流互感器是一次电路与二次电路间的连接元件，用以分别向测量仪表和继电器的电压线圈与电流线圈供电。电流互感器一次侧匝数少，串接在主电路中，二次线圈与负载的电流线圈串联，接近短路状态。

电流互感器的选择条件：

（1）.额定电压大于或等于电网电压： UINUN

（2）.原边额定电压大于或等于长时最大工作电流: IIN(1.2~1.5)Iar.m （3）.二次侧总容量应不小于该精度等级所规定的额定容量: S2NS2 （4）.校验：

内部动稳定按：2I1NKamish

18

I1N: 电流互感器额定一次电流； ：动稳定倍数

2Kam(2)外部动稳定按: (KthIIN)2tItima

表 9 电流互感器额定电压因数标准值 额定电压因数 1.2 1.2 1.5 1.2 1.9 1.2 1.9 连续 连续 30s 连续 30s 连续 8h 中性点非有效接地系统中相与地间 带自动切除接地故障的中性点非有效接地系统中相与间 任一网络中相与相间 中性点有效接地系统中相与地间 额定时间 初级绕组接地法和系统接地方式 根据上述选择条件并查表有：

110KV侧的电流互感器选择DP-LDJK120J型零序电流互感器 3. 电压互感器的选择

电压互感器一次侧是并接在高压侧，二次线圈与仪表和继电器电压线圈串联，一次侧匝数很多，阻抗很大，因而，它的接入对被测电路没有影响，二次线圈匝数少，阻抗小，而并接的仪表和继电器的线圈阻抗大，在正常运行时，电压互感器接近于空载运行。

电压互感器的类型及接线按相数分单相、三相三芯和三相五芯柱式；按线圈数来分有双线圈和三线圈；实际中广泛应用三相三线五柱式（Y－Y）.

（1）在使用中应注意：

不能短路，熔断器应完好；二次侧的一端及外壳应接地；在接线时应该注意极性，保证准确测量；保持清洁。

（2）电压互感器的技术要求与说明：

①.电压互感器能在1.1倍额定电压下长期运行，并能在8小时内无损伤的承受2倍额定电压，当额定电压在330KV以上时，互感器绝缘所能承受的耐压强度为额定操作冲击耐受电压值和额定雷电冲击耐受电压值；当额定电压在330KV以下时，互感器绝缘所能

承受的耐压强度为额定短时工频耐受电压值和额定雷电冲击耐受电压值。

19

②.额定电压因数，即在规定时间内仍然能满足热性能和准确级要求的最高一次电压与额定一次电压的比值，额定电压因数与互感器初级绕组接线方式有关。

③.电压互感器的误差极限：在额定频率、80%-100%额定电压间任一电压值，功率因数为0.8（滞后）、二次负荷为25%-100%额定负荷中任一值下，各准确等级的电压互感器误差不超过下表所列限值，对保护用电压互感器，在额定频率、5%额定电压及额定电压因数相对应的电压、二次负荷为25%-100%额定负荷、功率因数为0.8（滞后）时，电压互感器误差限值不超过下表中3P、6P两项值；在2%额定电压、二次负荷为25%-100%额定负荷、功率因数为0.8（滞后）时，电压互感器误差限值不超过下表中3P、6P两项限值的两倍。对于中性点有效接地系统的接地电压互感器，其剩余电压绕组的标准准确级为3P或6P，对于中性点非有效接地系统的接地电压互感器，其剩余电压绕组的标准准确级为6P，如果有次级绕组，次级绕组带有保护准确级，二次负荷在25%-100%额定负荷下、功率因数为0.8（滞后）下，剩余电压绕组还应满足规定的准确级。

综上所述：高压开关设备选择如下：

成套开关柜：

10KV开关柜选用全工况“五防”型XGN2-12Z（Q）箱型固定式金属封闭开关柜，柜中

表10 电压互感器误差极限 相位误差 准确级 0.1 0.2 0.5 1 3 3P 6P 电压误差（%） （′） ±0.1 ±0.2 ±0.5 ±1.0 ±3.0 ±3.0 ±6.0 ±5 ±10 ±20 ±40 不规定 ±120 ±240 （crad） ±0.15 ±0.3 ±0.6 ±1.2 不规定 ±3.5 ±7.0 配真空断路器。主变进线柜、分段柜额定电流为3150A、额定开断电流为40KA。馈线柜、电容器柜、接地变柜额定电流为1250A，额定开断电流选用31.5KA。馈线回路的电流互感器选用三相加零序配置，互感器变比600/1A。

固定式封闭开关柜XGN2-12Z（Q）-09 ： 开关柜额定电流1250A。

内装：ZN28-12Q，1250A，31.5KA真空开关，配CT19II型弹簧机构；分合闸直流110V，

20

三相电流互感器LZZBJ-10Q 600/1/1A 10P25/0.5S，15VA/10P25，15VA/0.5S，其中0.5S级带中间抽头，隔离开关GN30-10D/1250A 一组。

固定式封闭开关柜XGN2-12Z（Q）-121： 开关柜额定电流3150A。

内装：ZN28-12Q，3150A，40KA真空开关，配CT19III型弹簧机构；分合闸直流110V，三相电流互感器LMZB3-10Q 3000/1/1A 10P25/0.5S，15VA/10P25，15VA/0.5S，其中0.5S级带中间抽头，隔离开关GN30-10/3150A 一组。用于电源进线。

固定式封闭开关柜XGN2-12Z（Q）-132： 开关柜额定电流3150A。

内装：三相电流互感器LMZB3-10Q， 3000/1/1A 10P25/0.5S，15VA/10P25，15VA/0.5S，其中0.5S级带中间抽头，隔离开关GN30-10/3150A 一组。

附带电显示装置一组，用于架空电源进线。

固定式封闭开关柜XGN2-12Z（Q）-64：

内装：电压互感器JDZX11-10 10/√3:0.1/√3:0.1/3KV；70VA/0.5；120VA/3P 熔断器 RN2-10 1.0A：氧化锌避雷器 HY5WZ-17/45；V1mA≥23KV，附放电记录器 隔离开关 GN30-10D/1250A一组；附带电显示装置一组。 固定式封闭开关柜XGN2-12Z（Q）-131： 开关柜额定电流3150A。

内装：三相电流互感器LMZB3-10Q 3000/1/1A 10P25/0.5；15VA/10P25；15VA/0.5 其中0.5S级带中间抽头，隔离开关GN30-10/3150A 一组。附带电显示装置一组，用于母线分段隔离。

固定式封闭开关柜XGN2-12Z（Q）-126： 开关柜额定电流3150A。

内装：真空开关，ZN28-12Q，3150A，40KA，配CT19III型弹簧操动机构；分合闸直流110V，隔离开关GN30-10/3150A 一组。

附带电显示装置一组，用于母线分段断路器。 7.3 变电站用电及照明

站用电系统为单母线分段接线，设分段自投，正常分列运行，由6面低压屏组成，采用380V三相四线制零线接地系统。

接地变压器兼作站用变压器，站用电量为100KVA，分别接于Ⅰ段和Ⅱ段10KV母线上。

21

每台站用变各带一段380V母线，重要负荷分别从两段母线双回供电。

变电站工作照明由站用电交流屏供电，事故照明由应急照明灯和直流电源供电，直流供电回路考虑由人工切换。

电气设备室、110KV配电装置场地和主变压器场地分别安装动力配电箱或电源箱，供给检修、试验和照明电源。

八、变电站二次回路方案的确定 8.1 二次回路的定义和分类

二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护装置、自动装置和运动装置等。根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备互相连接关系的电路，称为二次接线或二次回路。

按二次接线的性质来分，有交流回路和直流回路，按二次接线的用途来分，有操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等。

8.2 二次回路的操作电源

操作电源：操作电源主要指供指示信号、继电保护和自动装置工作以及断路器跳合闸的操作电源。

继电保护装置的操作电源要求非常的可靠，以期在故障情况下，装置能可靠的动作。工厂供电系统中所采用的操作电源有三种：由蓄电池供电的直流电源，整流电源和交流电源。

交流电源可以从所用变压器或仪用互感器取得： （1）由所得变压器取得 （2）用仪用互感器作交流操作电源

直流系统：全站设一套直流系统，用于站内一、二次设备、通信及自动化系统的供电直流系统电压为110V，容量为200Ah（两台主变），全所事故停电按2小时考虑。直流系统采用单母线分段接线，设分段开关，每段母线各带一套充电装置和一组蓄电池组，充电装置采用高频开关电源，蓄电池采用阀控式密封铅酸电池，放置方式采用蓄电池屏。每套系统设一套微机型绝缘监控装置和蓄电池容量检测仪，直流系统应具有智能化功能并能与站内自动化系统通信。

直流系统采用混合式供电方式。110KV部分采用放射型供电。10KV母线则按分段情况设置。

22

8.3 二次回路的接线要求

继电保护装置即各种不同类型的继电器，以一定的方式连结与组合，在系统发生故障时，继电保护动作，作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号，以达到对系统进行保护的目的。继电保护应满足以下的要求：

1. 选择性：当供电系统发生故障时，要求只离故障点最近的保护装置动作，切除故障，而供电系统的其它部分仍然正常运行。满足这一要求的动作，称为“选择性动作”。如果供电系统发生故障时，靠近故障点的保护装置不动作(拒动作)，而离故障点远的前一级保护装置动作(越级动作)，这就叫“失去选择性”。

2.速动性：为了防止故障扩大，减轻其危害程度，并提高电力系统运行的稳定性，因此在系统发生故障时，保护装置应尽快动作，切除故障。

3.可靠性：保护装置在应该动作时，就应该可靠动作，不应拒动作，而在不应该动作时就不应该误动作。保护装置的可靠程度，与保护装置的元件质量、结线方案以及安装、整定和运行维护等多种因素有关。

4.灵敏性：表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一个参数，如果保护装置对其保护区内故障轻微的故障能力都能及时地反应动作，就说明保护装置的灵敏度高。灵敏度用保护装置的保护区内在电力系统最小运行方式时的最小短路电流与保护装置一次动作电流的比值来表示，这一比值就称为保护装置的灵敏系数或灵敏度。

8.4 电气测量仪表及测量回路 （1）电气测量的任务与要求

为了监视供电系统的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行，在变配电装置中必须装设一定数量的电气测量仪表。对电气测量仪表，要保证其测量范围和准确度满足变配电设备运行监视和计量的要求，并力求外形美观，便于观测，经济耐用等。具体要求可参照GBJ63-90《电力装置的电测量仪表装置设计规范》。

为了安全和标准化小型化，电气测量仪表一般通过电流互感器和电压互感器接入一次系统中，因此，其测量范围和准确度还需和互感器相配套。互感器的准确度等级应比测量仪表高一级，如1.0级的测量仪表应配置不低于0.5级的互感器，0.5级的专用计量电能表应配置不低于0.2级的互感器。电流互感器变比的选择，宜满足装置回路最大负荷运行时，仪表的指示在满量程的的70％～100％处。

（2）电气测量仪表的配置供电系统变配电装置中各部分仪表的配置要求如下：

23

1）35～110/10.5kV电力变压器，应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各1只，装在变压器哪一侧视具体情况而定。

2）10kV进线，应装设1只电流表。由树干式线路供电的或由公用电网供电的变电所，还应再装设有功电能表和无功电能表各一只。供电部门计费用的电能表装设在专用的计量柜中。

3）10kV母线（每段母线）上，必须装设1只电压表测量线电压。在中性点非有效接地的系统中，10kV配电所的每段母线上还应装设绝缘监视装置，并装设 3只电压表测量相对地电压以判断哪一相发生接地。

4）10kV母线联络柜上，应装设1只电流表。

5）10/0.4kV配电变压器，应装设电流表、有功电能表各1只，如为单独经济核算单位的变压器，还应再装设1只无功电能表。

6）10kV出线，应装设电流表、有功电能表各1只，如为单独经济核算单位的线路，还应再装设1只无功电能表。

(3) 电气原理图可参考附录表三 8.5断路器的控制和信号回路

高压断路器的控制回路是指用控制开关或遥控命令操作断路器跳、合闸的回路，它主要取决于断路器操动机构的型式和操作电源的类别。电磁操动机构和新近采用的永磁操动机构只能采用直流操作电源，弹簧操动机构可交直流两用。断路器的控制方式有开关柜就地控制和在控制室远方控制两种方式。

信号回路是用来指示一次系统设备运行状态的二次回路。信号按用途分，有位置信号、事故信号和预告信号等。

断路器位置信号用来显示断路器正常工作的位置状态，一般红灯亮，表示断路器处于合闸位置；绿灯亮，表示断路器处于跳闸位置。

事故信号用来显示断路器在事故情况下的工作状态。一般红灯闪光，表示断路器自动合闸；绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。此外，还有事故音响信号和光字牌等。

预告信号是在系统出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。例如，变压器超温或系统接地时，就发出预告音响信号，同时光字牌亮，指示故障的性质和地点，运行人员可根据预告信号及时处理。

对断路器的控制和信号回路主要有下列基本要求：

1）应能监视控制回路保护装置及其跳、合闸回路的完好性。通常小型变配电所采用灯

24

光监视方案，中大型变配电所采用音响监视方案或微机远方监视。

2）合闸或跳闸动作完成后，应能使命令脉冲解除，即能切断合闸或跳闸回路。断路器操动机构中的维持机构（即机械锁扣）能使断路器保持在合闸或跳闸状态，因此，跳、合闸线圈是按短时工作设计的，长时间通电会烧毁。

3）应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置信号以及断路器自动合闸和跳闸的指示信号。如前所述，可分别用红、绿灯的平光以及闪光来表示。一般在小型变配电所和采用微机远方控制的变配电所，闪光信号也可以取消，而通过其它信号如音响信号来指示。

4）应有防止断路器连续多次跳、合闸的防跳回路。各种型号的操动机构本身不具备机械防跳性能，应加装电气防跳回路。当采用整体结构的真空断路器时，若其机构内配有防跳继电器，在保护动作跳闸的同时可切断合闸回路，实现电气防跳，则不加装电气防跳回路。

8.6 自动装置

变配电所中，一般由两路电源进线，故障大多数能自行消失，设置自动投入装置和自动重合闸装置是很有必要的，用以提高供电可靠性，保证重要负荷的供电持续性。

备用电源自动投入装置（APD）：在具有两个独立电源供电的变（配）电所中装上备用自动投入装置后，若其中一个正在工作的电源不论何种原因失去电压时，备用电源自投装置能将失去电压的电源切断，随即将另一备用自动投入以恢复供电，因而能保证一类负荷或重要的二类负荷不间断供电，提高供电的可靠性。

安装方式，明备用：APD装在备用进线的QF上。暗备用：APD装在母线的分断断路器上（QFB）。

自动重合闸装置ARD：ARD也是一种反事故装置。它主要装设在有架空线路出线的断路器上。自动重合闸分一次重合、二次重合和三次重合，据统计：一次重合的成功率达80%左右，二次、三次重合成功率很小，故大多数工厂采用一次重合。

8.7 绝缘监视装置

这种装置利用接地后出现的零序电压给出信号。在变压器电源母线上装接一个三相五芯式电压互感器，其二次侧的星形接法绕阻接有三个电压表，以测量相对地电压；另一个二次绕组接成开口三角形，接入电压继电器，用来反应线路单相接地时出现的零序电压。正常运行时，三相电压对称，故不出现零序电压，电压继电器不动作。当任何一会线路发生单相接地故障时，故障相对的地电压为零，其它两相对地电压升高到3倍，同时出现零序电压，使电压继电器动作，发出接地故障信号

25

这种保护简单，但给出信号没有选择性，值班人员想判别出故障发生在哪一条线路上，就要依次断开各条线路来寻找。若断开某线路时接地信号能消失，该线路便是发生接地故障的线路。这种监视装置可用于出线不太多、负荷电流允许短时间内切断的供电网中。在电网正常运行时，由于电流互感器本身有误差以及高次谐波电压的存在，开口三角形绕组有不平衡电压输出。因此，继电器的动作电压要躲过这一不平衡电压，一般整定为15V。当任一回线路发生单相接地故障时，开口三角形处将出现近100V的零序电压，KV动作发出预告信号。运行人员可通过观察相对地电压表，便可知道是哪一相发生接地，但不能判断是哪一回线路故障。若要自动判别哪回线路发生接地故障，则需装设单相接地保护或微机小电流接地选线装置。

电压小母线接地信号装置TV电 压 互 感 器电压表绝缘检查电压表dMdNuvwnKVFU1FU2FU3FUPV1PV2VVPV3VPV4VTVWV(L1)WV(L2)WV(L3)图3 绝缘监视装置电路图

8.8 继电保护的选择与整定 8.8.1 继电保护的选择要求 表11 继电保护装置选择的一般要求

序一次系统情况 号 26

继电保护装置选择要求 高压断路器采用手动或弹1 6-10K2 V高压线路 簧操作机构 高压断路器采用电磁操动机构或弹簧操作机构 相间短路保护 采用去分流跳闸的反时限过电流保护，两相两继电器式接地，继电器本身兼具有电流速断保护 采用定时限或反时限过电流保护，两相两继电器式接地，当动作时限大于0.5-0.7s时，加电流速断保护 3 4 在电缆线路较多时 高压断路器采用手动或弹簧操动机构 高压断路器采用电磁操动单相接地保护 同序号1 相间短路保护 同序号2 5 6 7 8 9 10 11 6-10/0.4KV电力变压机构或弹簧操动机构 高压侧开低压侧为含中性线的三相系器 统 高压侧开关不限 高压侧开关为断路器 高压侧开关为断路器 路保护 低压侧装三相带过电流脱扣器的低压断路器 低压侧三相装熔断器保护 过负荷保护 气体继电器保护（瓦斯保护） 关为断路器 低压侧单相短高压侧过电流保护改用两相三继电器式接线 变压器低压侧中性线上装零序电流保护 8.8.2 继电保护的装置选择与整定 继电保护的种类很多，但是就一般情况来说，它是由测量部分、逻辑部分、执行部分组成的，其原理图如下：

输入信号 输出信号

测量部分 逻辑部分 执行部分 图4 继电保护装置的原理框图

测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值相比较，决定保护是否动作。根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定保护应有的动作行为。由执行部分立即或延时发出报警信号或跳闸信号。

主变压器设置以下保护:

（1）电流速断保护；（图见附录表三） （2）气体保护；（图见附录表三）

27

（3）温度监视；（图见附录表三） （4）纵联差动保护；

10KV线路设置过电流保护装置。（图见附录表三）

1、电力变压器的零序电流保护：

变压器低压侧若采用“变压器——干线式”供电时，其二次侧出线至低压切断电器的距离较长，发生单相接地短路的可能性较大一些。如果高压侧装设的过电流保护装置对低压侧单相短路保护的灵敏度不能达到所规定要求时，可考虑在低压侧中性线上装设零序电流保护装置来组哦单相接地保护，其整定值应躲过正常运行时变压器中性线上流过的最大不平衡电流，国家标准规定这个不平衡电流不超过低压侧额定线电流的25%，于是

IOPKkk0.25INT2kTA

INT250000KVA3110KV262A

由于零序电流互感器的变比为150/1，所以kTA150；

IOPKkk0.25INT2kTA=0.524 S＜0.5～0.7S

所以符合要求。

式中 kk=1.2～1.3称可靠系数。

保护时限取0.5～0.7S。保护灵敏度按变压器低压侧干线末端发生单相短路来校检，规定 ks≥1.25～1.5。继电器常用感应式GL型系列。

2、纵联差动保护

带有阶梯式时限的过电流，在靠近电源端发生故障后不能瞬时切断，而电流速断保护因有死区，它仅保证瞬时断开被保护绕组的一部分。为了使作为重要设备的变压器发生故障后能全部瞬时切断，可采用纵联差动保护装置。

差动保护是反映被保护元件两侧电流的差额而动作的保护装置。差动保护范围包括变压器绕组、两侧套管和引出线所能出现的各种短路故障。

IdqlmktxfwekTAIkwm

28

110%4004.955KA

10.14995A400

1.25AIdql——不平衡电流

Ikwm——外界短路时的最大短路电流

ktx——同型系数，差动保护中采用两种互感器，当它们型号相同时，=0.5；当它们型

号不同时，取 =1；

fwe——互感器的误差，取最大值10%。

为了防止误动作，必须使差动保护的动作电流大于最大不平衡电流。为了提高差动保护的灵敏度，又必须设法减少不平衡电流。

3、瓦斯保护

瓦斯保护又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按GB50062-92规定，800kVA及以上的一般油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上，利用油浸式电力变压器内部故障时产生的气体进行工作。它有两个触点：一个是“轻瓦斯触点”，另一个是“重瓦斯触点”。在变压器正常运行时，气体继电器两对触点都是断开的。当变压器油箱内部发生轻微故障时，“轻瓦斯触点”接通。当变压器油箱内部发生严重故障时，“重瓦斯触点”接通。如果变压器油箱漏油，“轻瓦斯触点” 与“重瓦斯触点”会先后接通。重瓦斯的动作值是按油流速度来整定的，对油浸自冷变压器通常整定在0.6-1.0米／秒。对于强迫油循环的变压器整定为1.1-1.2米／秒。

瓦斯动作的主要优点是动作快，灵敏度高，结构简单，能反映变压器油箱内的各种故

障，可靠性比较高，安装简单，其缺点是不能反映油箱以外故障（如变压器套管以及引出线上的故障），因此瓦斯保护不能取代变压器的其他保护。

规范还规定容量在1000kVA及以上的油浸式变压器应装设温度保护。通常采用一个温度继电器安装在变压器的油箱壁上来测量油箱温度，当油箱温度超过允许值时，温度继电器的触点接通，去触发信号装置发出预告信号。

4、过电流保护

29

当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时就使断路器跳闸或给出报警

信号的装置称为过电流保护装置，它有定时限和反时限两种。

反时限：接线简单、经济，广泛应用于10KV以下的中小型工厂供电系统，可同时实现电流速断保护，动作时间较麻烦，误差较大。

定时限：接线复杂，动作时间简单，应用于35KV以上的供电系统。 过电流保护装置的整定计算：

过电流保护装置动作电流计算一般包括动作电流的计算，动作时限的整定和灵敏度的校检。

(1)过电流保护装置动作电流计算

过电流保护的最小起动电流必须按二个条件整定：一是必须躲过正常工作电流的最大负荷电流Imax，二是躲过外部故障切断后各电动机的自起动电流。过电流保护装置的一次侧起动电流可按下式计算

IdzKkKfKzqImax

式中 Kk——可靠系数，DL型继电器取1.2；GL型继电器取1.3； Kf——返回系数，DL型取0.8，GL型取0.85；

Kzq——电动机自起动系数。由实验或实际运行数据来确定，当可查时，可考虑将IdzKkKfKzqImax取3 ~ 4。

KKKkf电流继电器的动作电流为：Idzj式中 Kjx——接线系数； Ki——电流互感器。

Idz1.20.85350000KVA3116KVIdzkijxKiIdzjxKiKKzqImax

1054

Idzj1054200/15.27

（2）过电流保护的灵敏系数

规程要求中性点不接地系统在最小运行方式时，保护区末断发生两相短路时，

30

可考虑系数不应小于1.25～1.5，即:

KlmId2minIdzId22min1.25~1.5

KtmIdz0.872.87101.10962.251.5

5、电流速断保护

过电流保护装置为了保证有选择性,其整定时限必须逐级增加△t秒，越靠近电源，短路电流越大，而保护装置动作时限也越长，这对设备安全运行非常不利，为弥补此缺点，可以采用瞬时动作的电流速断保护配合使用。

电流速断保护的优点是动作迅速，能缩短故障切除时间，其缺点是存在死区，不能保护整个线段，其保护范围可由本线段短路电流分布曲线确定。电流速断保护不能单独使用，必须与过电流保护配合。速断保护的动作电流应按本线路末端在最大运行方式下发生短路的短路电流来整定。

IopkkIkIopkkIk3

1.215.019KA18.023KA

3速断保护继电器动作电流为：

IopkkkkkxkTAIk31.2140018.023KA54A

式中Kk——可靠系数，DL型继电器取1.2～1.3，GL型继电器取1.5～1.6。 速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电流Ik1min

2与其动作电流Iop之比，即ksIk1min/Iop25.319KA/18.023KA1.4S。

电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护，也称瞬时电流速断保护。对于采用DL系列电流继电器的速断保护来说，就相当于定时限过电流保护中抽去时间继电器，即在起动用的电流继电器之后，直接接信号继电器和中间继电器，最后由中间继电器触头接通断路器的跳闸回路。图5是线路上同时装有定时限过电流保护和电流速断保护的电路图，其中KC4、KC5、KC6、KT、KS1构成定时限过电流保护，KC1、KC2、KC3、KS2和 KA构成电流速断保护。

由于保证断路器动作选择性而引入可靠系数Kk后，速断保护动作电流大于被保护范围末端的最大短路电流，使保护装置不能保护全段线路而有一段死区，因而速断保护不能做主保护，必需和过电流保护装置配合使用，作为辅助保护是比较经济合理的。

31

2电流速断与过电流保护电 流 回 路2S12S1TA1QFTA22S2TA32S22S2TA1TA2TA3KC1KC2KC3KC4KC5KC6控制小母线跳 闸回 路控制回路速断过电流保护跳闸电流速断保护 定时限过电流保护 掉 牌 未 复 归 信 号 回 路WA熔断器+WC保 护 回 路FU13437SA121KA8KTKC1KC2KC3KC4KC5KC6KS1KS2XB1XB22S1KS1KS2QFYT-WCKAR1KTWBFU2图5 定时限过电流保护和电流速断保护

九、防雷与接地方案的设计 9.1 防雷保护 9.1.1 直击雷保护

直击雷过电压：雷电直接击中电气线路、设备或建筑物而引起的过电压，又称直击雷。在雷电的主放电过程中，其传播速度极快（约为光速的50%-10%），雷电压幅值达10-100MV，雷电流幅值达数百千安，伴以强烈的光、热、机械效应和危险的电磁效应以及强烈的闪络放电，具有强烈的破坏性和对人员的杀伤性。

110KV配电装置、主变压器为户外布置、采用在构架上设置2支避雷针，及其余设备均为户内布置，采用配电楼屋顶设避雷带，和避雷针联合作为防直击雷保护，确保户外主

32

变压器、110KV配电装置在其联合保护范围内。避雷带采用Ф16的热镀锌圆钢，避雷针与建筑物钢筋隔离，并采用3根引下线与主接地网相连接，连接点与其他设备接地点的电气距离应满足规范要求。

9.1.2 侵入波保护

雷电波入侵(高电位侵入):架空线路遭受雷击或感应累的影响,在线路上形成沿线路传播的高电压行波.此种电压波入侵到建筑物内或进入电气设备造成过电压。据统计城市中雷击事故的50%-70%是由于这种雷电波侵入造成的。因此，在工厂中应予以重视，对其危害给予足够的防护。为防止线路侵入雷电波的过电压，在110KV进线，10KV母线桥及10KV每段母线上分别安装氧化锌避雷器。为保护主变压器中性点绝缘，在主变110KV侧中性点装设氧化锌避雷器。10KV并联电容器根据规定装设氧化锌避雷器保护。

9.2 接地装置的设计

接地装置宜选用钢材，接地装置的导体截面应符合热稳定性和机械强度的要求，到不小于表中所列的规格。

表12 钢接地体和接地线的最小规格 种类、规格及单位 地上 室内 圆钢直径（mm） 6 室外 8 地下 交流电流回路 10 直流电流回路 12 注：大中型发电厂，110KV及以上变电所或腐蚀性较强场所的接地装置应采用热镀锌钢材或适当加大截面。

本变电站主接地网以水平接地体加垂直地极构成，水平接地体采用Ф16热镀锌圆钢，垂直接地极用∠50×50×2500和∠50×50×3000两种长度的热镀锌角钢，布置尽量利用配电室以外的空地。变电站主接地网的接地电阻应满足R≤0.5Ω的要求。如实测接地电阻值不能满足要求，则需扩大接地网面积或采取其他降阻措施。

所有设备的底座或基础槽钢均采用Φ16的热镀锌圆钢焊接并接入主接电网，与主接地网可靠焊接。带有二次绕组的设备底座应采用两根接地引下线，与电网两个不同点可靠焊接。施工中应保证避雷针（网）引下线与主接地网的地下连接点至变压器和10KV及以下设备的接地线与接地网的地下连接点沿接地体的长度不小于15m。

变电站四周与人行道相邻处，设备与主网相连接的均压带。 主控室内采取防静电接地及保护接地措施。 十、结束语

33

这次的毕业设计,时间长、内容多，几乎涵盖了大学中所学的知识。我经过了从收集资料、设计、绘图、审核的整个过程。三个月的时间既充实又紧张。设计过程中，我获得了综合运用过去所学过的大部分课程进行设计的基本能力。

变电站设计是一个思维创造与运用的过程，在这个过程中，我做到了学以致用，使设计思维在设计中得到锻炼和发展。在相关资料的帮助下，能结合自己的思路去设计。有许多地方是不懂的，但在老师的指导与帮助下得以解决。

在设计期间，自己动手查阅了大量的资料，一方面，充分地检验自己的设计能力，丰富了自己在电气设计特别是变电站设计方面的知识，为自己将来从事该专业工作打下了坚实的基础；另一方面，使我体会到搞设计或科研需要具备严谨求实、一丝不苟和勇于献身的精神。这次的设计，我最大的收获就是学到了变电站的设计步骤与方法，还有学会了如何使用资料。

“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，设计虽然完成了，但我只是掌握了变电站设计中很少的一部分知识，还有很多深奥的专业知识等着我们去挖掘、去探索、去学习。我也将会在今后的工作学习中不断充实自己，不断完善自己的专业知识，为自身的发展打下坚实的基础。由于所学知识和时间有限，加上缺乏实践经验，在设计过程中难免出现错误，敬请各位专家和老师批评指正。在设计期间，指导老师给了我悉心指导，帮我解决了很多技术困难，使我能顺利完成设计任务，圆满结束四年的大学学习生活，在此表示衷心的感谢！

十一、致 谢

由于所学知识和时间有限，加上缺乏实践经验，在设计过程中难免出现错误，敬请各位专家和老师批评指正。本设计是在李永坚老师直接指导下完成的，在设计的选题及其设计过程中李老师多次给予我指导。当完成了设计的初稿之后，在这骄阳似火的六月，李老师不顾炎热，在百忙中挤出时间，仔细地阅读了设计初稿，提出了许多珍贵的修改意见。在本次毕业设计过程中，能得到李老师的指导使我感到非常的荣幸，李老师严谨的治学作风、高尚的学术品质、热情的待人态度给我留下了深刻的影响。在完成毕业设计之际，在此向施俊侠老师表示衷心的致谢。

另外，在设计期间，黄绍平老师给予我的帮助在此向她表示深切的谢意。

在设计的整理、资料的收集、图文的处理等方面，得到了班上同学的积极帮助，占用了他们许多宝贵时间，在此也向他们表示由衷的感谢。

在设计即将付印之时，对以上导师、同学给予我真诚的帮助再次表示万分的感谢。

34

参考文献

1、 苏文成 工厂供电.第1版. 机械工业出版社，1981 2、刘介才 工厂供电.第3版. 机械工业出版社，1997 3、苏文成 工厂供电.第2版. 机械工业出版社，1999.9

4、 DouglasJ.Maintenance Revoltion[J].EPRI.Journal.May/June,1995

5、郭碧红 扬晓红 我国电力设备在线检测技术的开发与应用状况分析[J].电网技术.1999.23(8)：65—67

6、严璋 电气绝缘在线监测技术 [M].--北京：中国电力出版社 . 1995

7、何克思 郝忠恕 计算机控制系统分析与设计[M].--北京：清华大学出版社 1993 8、扬奇逊 微型机断电保护基础 [M].--北京：水利电力出版社 1988

4、Kar.Astrom,BjornWittenmark.ComputercontrolledSystems[M].Prenti-ceHall. Inc.1984

10、千博 朱欣志 王浩宇等.变电站10Kv配出线微机保护自动化技术的研究[J].高压电器 20000.No.4:33—35

11、 黄益庄 变电站综合自动化技术 —北京:中国电力出版社.2000

12、 熊信银 张步涵 电力系统工程基础 —武汉:华中科技大学出版社.2003.2 13、 Tan Wenshu. An introduction to substantion communication network and system-IEC61850. [J].2001.25

14、 李世卿 自动控制系统 —北京：冶金工业出版社.1981 15、 刘绍俊 高压电器 —北京：机械出版社.1982

16、 陈粤军 单片机应用系统设计与实践 —北京：北京航空航天大学出版社1991

35

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. Because 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 investment 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 system, it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution. It obtains the electric power from the electric power system, through its function of transformation and assign, transport and safety. Then transport the power to every place with safe, dependable, and economical. As an important part of power’s transport and control, the transformer substation must change the mode of the traditional 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.

The region of 110-voltage effect many fields and should consider many problems. Analyse change to give or get an electric shock a mission for carrying and customers carries etc. circumstance, choose the address, make good use of customer data proceed then carry calculation, ascertain the correct equipment of the customer. At the same time following the choice of every kind of transformer, then make sure the line method of the transformer substation, then calculate the short-circuit electric current, choosing to send together with 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 the 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 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.

36