电气工程110-35kv变电所系统设计

　中文摘要

不仅有升压的、降压的变电场所,而且全部是在电能这个体系上实现能量的电压和电流变换、集中和分配能量的一种最主要地方,是这个系统中进行能量传递非常重要的一个环节,就像桥梁所起的作用一样。变电所设计品质的优劣,这会直接对整个电力交换系统的安全、平稳、灵活与经济。要满足城镇负荷日渐增长的趋势要求,，更深一步提高用户的供用电系统的平稳安全性和用户用电能量优品质,就必须实现降压变电站整体的设计平稳、安全,必须要采用相应的措施保证供电的安全性和提高电能优质量。110KV-35KV升压、降压配电所是电力输配送的不能缺少的环节，更是电力网建设的重中之重的环节。要做好一个变电站就必须要充分考虑其合理性和规范性，也要遵循相关的原则，这样才可以满足供配电可靠性的要求，满足用电客户对产品质量的要求，更加要考虑工作人员的人身安全还有用电设备的安全，在这同时使供配电系统的成本资金投资减少，运行资费降低，努力做到节约用电量和少用有色金属。以达到安全性、可靠性、经济性、优质性等要求。

　关键字：短路电流断路器站用电防雷与接地

前言

现在由于一个国家的国民经济发展迅速，工业和农村生产的各种发展需要，很迫切的要增大供用电的内容需量，因此必须进行投资建设110千伏变电所。起着交换与分享能源的作用。而电气主接线则是整个发电机变压器系统的重点环节，电气主接线的选择直观关联到全站电气设备的选择、供电设备的布设、继电保护系统与自动电气设备等的选择，是变压器系统在电气部分投入多少的决定性因素。在变电所设置中既要充分考虑其合理性和规范性，同时还要遵守相应的准则，如此才可以达到对供电系统安全可靠的要求，符合电力使用对电流和频率等质量的需要，满足职工的生命安全和设施的安全性，同时使对供电的投入降低，运营耗费减少，从而尽可能地节省了电力和降低有色金属的价格消耗量。以达到安全性、可靠性、经济性、优质性等要求。

　1变电站电气主接线的选择

　　1.1概述

目前随着我们国内的电网方面软硬能力的日渐提升，变电站设备随着时间的进展也向着更加现代化的方向发展。自我国开始的第十一个五年规划以来，随着我国的电力系统飞速发展，大多数一百一十型kV变电所已经成为了高负荷型的终端变电场所。也因此，110型kV降压变电所在负荷转换中应用的技术越来越多。

分层分布式,由站控层和元件/设备间隔层构成,整个控制系统与通信用的星状光缆相连,主控制系统和各种高电压配电设备相互之间仅有光缆联络,而不用强电管理线缆直接加入到主控制系统,从而节俭了大批的管理线缆,也大大减少了对主控制室电脑控制系统及一些重要电气元器件的影响,从而大大提高了系统运行水平和安全可靠性。降低设备故障及设备维护更加简便。在现代社会中高电压变电所使用的是GIS等全封闭的配电设备，目前对于这类型的设备，在出现故障后，需要安排维修人员到现场进行故障点判断，然后将无故障的回路进行恢复送电。新技术开发后，可以在设备安装后，可以附带安装可标定故障点的通讯传输元件，在设备出现故障后，运行人员可以直接在后台上看到确实的故障点，从而可以将无故障的设备进行恢复送电操作。

主变压器的形态、容积、台数,影响主配线的型式、变压器设备安全可靠用电、网络经济运转及其电力分配设备的构成。它的确定除根据基本原始资料以外，还应该针对整个电力系统在5~10年内的发展规模，包括输入电源规模、馈线电路数、压力等级和接入系统的密集水平程度等各种因素，加以分析方法和合理选用。对具有较重大负载能力的变压器设备体系，应该当一个主变压器停用时，其他变压器设备在过负载规定时期内，应保持第一负载和部分二次负载的正常供应；对一般变压器设备体系，在当一个主变压器停用时，其他变压器容量能保持过整个负载的百分之七十~百分之八十。

　1.2国内外研究现状

　　1.2.1国内研究现状

中国从一八八二年有了电力至今，电力工业已经过了一百二十余年的历史。解放前，中国电力行业与世界其他工业国家相比，一直处在极其落后的状况下，并具有着鲜明的零点五殖民地时代的特色。新中国建立后的五十余年中，电力行业一直以很高的速度发展，并获得了世界瞩目的成绩。

到一九八八年，全省的发电设备能力已达到了11000万千瓦，其中火电设备占了百分之七十五，与一九四九年比提高了五十八倍。一九九八年，我国装机容量已达二百七十七GW以上，居全球第二位。尤其是步入本世纪九十年代以来，中国的电网已均匀逐年增加了安装容量17多GW，并实现了安装容量在八年内翻一番，已经缓解出近五十多年的长期缺电状态，使电能供给状况有所缓解。

尽管从一九九七年起至一九九八年，我国电力供应相对紧缺的情况已经有了缓解，尽管局部地区曾发生过用电供大于求，可是全国的供电水平还是极低的。至一九九八年，我国平均占有设备总容量为0.22kW，总发电量也只有927kW.h，而这一水平仅相当于全球平均水平的三分之一左右，是国家和地区平均的六分之一~1/10，和人民富裕的健康成长水平对供电的需求又差距甚远。供电结构的脆弱，尤其是五百kV网架结构在大部分国家电网中还没有真正建立，供电的稳定性较差，安全性很低，智能化水平也不高，供电调峰容量不足，能量消耗大，电能品质也较差，远无法满足二十一世纪初信息时代社会对电力供应的数量与品质需求。

　1.2.2国外研究现状

变电站最终实现系综自化，直接取决于计算机科学技术、信息通讯网络科学技术的进展水平。早在八十年代初期，国外企业就开始对实现变电所综自化技术进行了研发，目前，X国外几个比较知名的企业，比如ABB、SIMENTS、AEG、X西屋公司等企业，对综自化产品的研发已经超过了极高的技术水平，其所制造出的产品都已经使用在X国内化很多的变电所工程当中，运用效果良好，而且实用价值也非常高。长期以来，国外国家在建设变电所时，基本上都将实现综自化为设计目标，但同时随着IEC等有关国际技术规范和准则的出台，对实现变电所综自化的设计要求也就越来越具体、越来越严格、越来越高。中国对实现综自化变电站的研发速度相比外国国家要慢了几拍，但是通过最近几年发展，中国国内外公司在这方面的研发上也得到了突破性的进展，中国国内外也出现了一批知名企业，比如深圳市南瑞、四方、南自等公司都是相当有标志性的，而其所制造的综自化产品也进行了相应的推广和使用，综合性能都相当高。国内最近几年建设的新变电站基上均属于综自化变电站，但与此同时也在逐步地对原有的老站区进行了综自化改建。

　　1.3变压器的选择

通过变电站的原始资料可以得知本站有三种供电等级，所以，必须选用二台三绕组，每台容量都是三十一点五MVA的电力变压器；而通过《电气设备手册》则得知，必须选用一百一十型KV等级的有载调压电力变压器，并且也要三相油浸自冷铜线的三绕组低噪音有载调压电力变压器。

SSZ9D系列产品使用于在电压等级为110KV的输电及配电电网中作为变换电压之用，且当电网电压波动时可在带负荷运行状态下自动或手动调整电压，保持输出稳定的电压。其外形有110KV侧的高压套管，35KV侧的中压套管和10KV侧的低压套管，中压侧套管与低压侧套管布置在同侧。SSZ9D系列产品为三相油浸自冷铜线三绕组低噪音有载调压电力变压器。

依据变压器的原始资料和变压器选型的一般原理，可选择型号为SSZ9D—-31.5/110。其主要技术参数如下表：表1-1

　1.4站用变压器的选择

该变电所也是终端变电站，所用负载范围主要是为变压器设备中蓄电池的充放电装置、检测设备、剩余电流断路器操作机构等的供电，和保温、通气、照明、保护装置的供电等。因变电站的车站供电很少故站用变压器的容积通常并不大，通常为50~。

站用变压器选择干式变压器比较经济，由于变压器的站用负载比较小干式变压器容量小可以达到最大负载要求。变压器系统的副站用电源接线则较为简单，由变压器系统中的较低等级电流母纫引接电源，而副边使用在三百八十/220V中性点上直接接地的三相四线制系统供电。

为了增强台站用电的供电安全性，使用了二个台站用变压器，分别以十kV的二段母线为引接点，而台站用电母线则采用了单母纫的分段接地方式进一步提高供电可靠性。在正常运行方式下母线采用分段运行，在另一母线无电压时，母联断路器自动投入。

经比较，选用型号为SC10(B)-十分之一百站用变压器2台，其技术参数为如下：

　1.5电气主接线的选择

变压器系统的电气主接线是由变压器、断路等一次装置按其功用特点，利用连线相互联系而成的用以指示能量的产出、汇聚与配置的集成电路。

电气主接线，是电力网路结构的重要部分。在电气主接线中，一个电气设备的总量、型式、压力级别、电气设备间的相互连接办法，以及整个供电系统的接线方式，都能够表现出变压器的大小以及在整个供电系统中的重要作用。电气设备的主接线方式,对设备选型、配电系统布局、几点控制系统和自动设备等的选择,起着决定性作用的因素。它也将直接系统工作的安全可靠、灵活多样、经济效益。所以,电气设备的主接线方式应当遵守下列规定：

(1)确保必要的电源安全可靠。

(2)具备相当的灵活性。

(3)保证维护及检修时的安全、方便。

(4)为减少设备一次投入和降低运营费用，主接线工程应为求简，以节约设备投入，并减少占地面积，以降低年运营费用。

(5)在必要时,要能达到扩建的目的条件。

1.110KV侧接线方案方案Ⅰ：单母线分段接线

1．接线特点：

(1)分段断路器闭合运行

正常工作时分段电源断路器必须闭合，才能使二个配电母线上的负载均匀地分配和电流的平衡状态。在正常工作中，当任一个配电母线出现故障时，继电保护设备动作跳开分断断路器并接至该配电母线上的电源断路器，而另一个则持续用电。有一次电源系统故障时，仍能使二个母线连接上均有电流，因此安全性相当好。但在线路故障时，由于短路电流很大。

(2)分断断路器断开运行

通常工作时分段隔离继电器断开，两端母线连接上的电流也可不相等。二个电源都只向接于本段母线上的引出线路电源，但如果任何电源发生了故障，向接于该电源的母线中断，造成部分用户断电，为处理这一提问，由另一个母线向中断母线补充。分段断路器断开运行的好处，是能够控制短路电压。

方案Ⅰ：单母分段带旁路母线接线

1.接线特点

(1)分段断路器接地,兼作旁路切断器的接地工作。

在分段断路器的隔离开关内侧再引接联络分离开关至旁路配电母线上，在分段工作配电母线中间再加二个并联的分段间隔开关安装。正常工作时，分段断路器及二侧分离控制器处在连接部位，连接式分离控制器处在断开部位，分段间隔控制器中，一套断开，另一组封闭，旁路母线均不带电。(2)旁路断电器,兼作分段切断器的接线工作。

通常工作时，两个分段的间隔开关，一个投入，一个切除，两端母线同时通过二个间隔开关和一个断电器、大电流母线通过、一间隔开关连接起来、大电流断路器起分段断路器功能。

2.适用范围

单母纫分段带大电压接线，一般适用于6—10KV出线较多，以及对重大负载供电困难的设备中；在三十五KV线及以上，有重要的联线点路及较多重要用户时，亦可使用。

方案Ⅱ：单母线分段接地

目的：减少母线故障的停电范围。

1．接线特点：

(1)分段断路器闭合运行

正常运行时分段断路器闭合，可以使两段母线上的负荷均匀分配和电压的均衡。在运行中，当任一段母线发生故障时，继电保护装置动作跳开分断断路器和接至该母线上的电源断路器，另一段则继续供电。有一个电源故障时，仍可以使两段母线都有电，可靠性比较好。但是线路故障时，短路电流较大。

(2)分断断路器断开运行

正常运行时分段断路器断开，两端母线上的电压可不相同。两个电源只向接至本段母线上的引出线供电，当任一电源出现故障，接于该电源的母线停电，导致部分用户停电，为了解决这一问题，另一段母线给停电母线充电。分段断路器断开运行的优点是可以限制短路电流。

2．适用范围

(1)电压为6—10KV时，出线回路数为6回及以上，每段母线容量不超过25MW;否则，回路数过多，影响供电可靠性。

(2)电压为35KV—63KV时，出线回路数为4—8回为宜。

(3)电压为110—220KV时，出线回路数为3—4回为宜。

35KV线的连接方法，通过对方案I与方法II的对比，方法I确实能够使线路不停地供电，但是其施工过程比较复杂，但是设备较多，而且用地面积又很大，而方法II则比较简单明了，但是设备较少，而且土地面积又较小，所以，我选用了方法II的单母纫分段连接。

2.10KV侧接线方案

方案Ⅰ：单母线接线

1.接线特点

各一回线路都经过一个断路器和分离开关,连接在同一个配电母线上。断路器用来在通常或发生故障的状况下，连接和断开集成电路。在断路器故障接线二端均设有电流隔离开关，用以在停电检查断路器接线故障情况时作为明显断开点的分离电流。

2.使用范围：

单母线接地并不能解决对不允许中断的重大用户的电源要求，通常应用在6—220KV控制系统中，由于出线电路面积较小，一般应用在对电源安全性要求不高的中、小规模发电厂和变电站中。

方案Ⅱ：单母线分段接地

1.接线特点：

(1)分段断路器闭合运行

(2)分断断路器断开运行

2.适用范围

(1)电压为6—10KV时，出线回路数为6回及以上，每段母线容量不超过25MW;否则，回路数过多，影响供电可靠性。

(2)电压为35KV—63KV时，出线回路数为4—8回为宜。

(3)电压为110—220KV时，出线回路数为3—4回为宜。

图2—5方案Ⅰ单母线接线图2—6方案Ⅱ单母分段接线

十KV线路的接线方式，从方案I与方法II的对比可知方法I接线结构简洁清晰、设置简便、操作简易、投入较小，且便于改造，但其安全可靠和灵活度欠佳。母线故障时，停电范围相比较大，方案Ⅱ则供电可靠性较好，灵活性较好，母线故障时，只有部分停电。因此本站选择方案Ⅱ。

　2短路电流的计算

　　2.1短路电流计算的目的

短路故障对整个供电系统的正常工作影响极大，其所产生的危害也非常巨大，所以在本装置的设计中，在装置的选型和系统运用过程中均要着眼于避免短路故障的出现，并且在短路故障出现后也要尽可能控制其损害的程度。

为确保电力安全工作，在设计选择装置时，一般都要用对可能流过装置的最大短路电流进行热稳定性和动稳定校验，以确保该装置在工作中可以承受住突发电源短路所造成电过热和电动能产生的强大撞击。同样，为及时断开电源或对短接点上的电源，继电保护装置将自动的使有剩余电流断路器停机，继电保护系统装置的整定工作就需要正确的短路电压数据。

　2.2短路电流的计算电路图

图A

　　2.3短路电流的计算

(一)计算标幺值参数

选取基准功率:S=100MV.A基准电压:U，=Uav

X。=100×0.4-1004–=0.302

线路电抗:1152/2=0.151

X34.=10.5%x100 0.333=0.167

变压器:31.5 2

Xjs.=18%x100 0.571=0.286

31.5 2

(二)作等值电路图(图A)(三)简化网络，求等效电抗

f1点短路时的等效电抗:X2。=X。=0.151

f2点短路时的等效电抗:Xz.=X.+Xz=0.151+0.167=0.318

f3点短路时的等效电抗:Xg=X.+X3s+=0.151+0.286=0.437(四)计算短路电流f1点短路电流:

标幺值:I-1=6.623

有名值:I”=6.623x-100 V3x115_-=3.325(kA)

f2点短路电流:

标幺值:1-0318=3.145

有名值:I’”=3.145x-100 V3x38.5=4.716(kA)f3点短路电流

标幺值:I1”.-0.437=2.288

有名值:19=2.288x-100 V3x10.5-=12.581(kA)

　　2.4计算短路冲击电流和短路容量

f1点短路冲击电流:imm=2.55×3.325=8.479(kA)f2点短路冲击电流:imz=2.55×4.716=12.026(kA)f3点短路冲击电流:im3=2.55×12.581-32.082(kA)

f1点短路容量:S=v3x115x3.325=662.293(MVA)

f2点短路容量:S2=√3×38.5×4.716=314.472(MVA)

f3点短路容量:S 3=v3x115x1.662=331.037(MVA)

3电气设备的选择

　　3.1概述

设备的选型要符合下列规定：

(1)必须符合各种运行，检测故障和过电压设备的条件，并兼顾远景发展。

(2)须按现场环境保护要求(海拔高度、大气污染程度和环境温度)校验。

(3)企业应当努力做到科技领先和经济合理,与整个工程项目的建造标准协调一致。

(5)对同类设备宜尽量减少品种，以便于操作管理。

(6)所采用的最新产品均有可信的测试数据，并已经通过正式认证合格。

3.2断路器的选择

在6~10kV系统中的电气设备，一般选用具有体积小，能频繁操作，维护工作量少等优点，便于室内安装的真空

断路器。35~220kV系统中的电气设备，选用具有安全可靠，灭弧能力强，绝缘强度高，开断电流大，结构简单，

尺寸小，检修维护方便等优点断路器。

1.110KV断路器的选择

电压的效验：≥=110KV

电流的效验：;≥

热稳定：；热稳定性：；热稳定性根据四s来算，热稳定电压是在最大工作方式

下的短路电流值

动稳定：；8.479(KA)﹤63(KA)

通过上述步骤的效验,在《电气设备手册》中可以查出110式KV侧以及母联断路器的基本型式,及其技术参数如表：

2.35KV断路器的选型

LW16-35型户外SF六剩余电流断路器,配用的CT10型交直流两用弹簧动作机构。

经过效验在《电气设备手册》中查出35KV侧以及母联断路器的型号以及技术参数如下表：表3—2

3.10KV断路器的选择

电压的效验：≥=10KV

电流的效验：；≥

热稳定：;按照4s来计算，热稳定电流就是最大运行方式下的短路电流动稳定：；32.082(KA)﹤80(KA)

根据规程可知10KV一般使用真空断路器，经过效验在《电气设备手册》中选出以下型号断路器以及技术参数如下表：

3.3隔离开关的选择隔离开关的作用

　　3.3隔离开关的选择隔离开关的作用

①隔离电源、确保安全性。

②于倒闸操作，隔离开关也经常用于进行电力系统操作方式发生变化时的倒闸动作。③指接通或断开小电流电路。

1.110KV隔离开关的选择

电压的选择:U.≥U_=110KV

电流的选择:Im V3x11031.5-x1.05×10³=173.6(A)I,≥I__

I’=(3.325)²x4=44.2(KA’·S):按照4s的时间计算，热稳定电流为最大运行方式下的短路电流值热稳定:

动稳定:I_<I:8.479(KA)<50(KA)

通过上述步骤的效验，可以按照《电气设备手册》得出的一百一十KV侧隔离开关型式，及其技术参数如下表:表3-4

2.35KV隔离开关的选择电压的选择:=35KV

电流的选择:；

热稳定：；用4s时间进行计算，热稳定电流为最大运行下的短路电流值动稳定：；12.026(KA)﹤80(KA)

经过以上四个步骤的效验，根据《电气设备手册》得出35KV侧隔离开关型号以及技术参数如下表：表3—5

3.10KV隔离开关的选择

电压的选择:U,≥Uw=35KV

电流的选择:31.5 I.-万x3x1.05×10³=545.6(4).I,≥I__

热稳定:I2=(4.176)2×4=88.9(KA2·S);用4s时间进行计算，热稳定电流为最大运行下的短路电流值

动稳定:I_<Ias:12.026(KA)<80(KA)

通过上述四步的试验效验，按照《工程中手册》确定了十KV侧屏蔽开关安装型式，及其各种技术基本参数以下表：

3.4母线的选择

选择配电装置中的各级电流母线，主要应该考察如下：

⑴选择母线的材质，构造与布置方法；

⑵选择母线直径的适当大小；

⑶检验母线短路运行时的热稳定能力和动平稳；

⑷对三十五kV或以上母纫，还应当检查其在当地睛天气象情况下有无发生电晕；⑸对重要交流母线和大电压交流母线，由于电力网交流母线的震动，为防止共振，应校验好交流母线的自振频度。按照设计规定，35KV配电母线应选用硬导线为宜。LGJ—185型钢芯铝绞线,即符合热稳定的条件。

本变电站中十KV的最终回路数量较多，所以10号KV母线应选用硬导线为宜，规格为LGJ—150型钢芯铝绞线。

　3.5互感器的选择

电流互感器

10kV的屋内供电设备的电流互感器，通常使用了陶瓷绝缘构造或环氧树脂浇灌的绝缘构造。

35kV和110KV配电装置通常使用油浸式绝缘隔离构造的独立式电流相互感知器测试，有要求时也应使用套管电流互感器，可以大大节约资金，减少占地。

根据Ue>Ugmax，Ij〉Igmax；所以，110KV侧电流互感器的标准选择型式为LCWB6-110年W型。三十五KV侧电流互感器,可根据装设位置和最大长期工作电流选择为LCW2-35系列。

表3—7

电压互感器1.6~配电系统中一般采用油浸式绝缘构造，在高压开关柜中或某些设计布置地位较狭小的场所中，则采用树脂工艺水泥浇灌式绝缘构造。如果需要的零序电压是，一般采用三相五住电流互感器。2.35~的供电设备,通常选用油浸绝缘隔离构造的电磁式电流互感器。

JDZ-10个B型电流互感器,为用户内型零点五封闭聚砜环氧树脂浇注结构。

表3—8

　3.6避雷器的选择

避雷装置也是供电系统中最主要的防雷饱和设备之一，但只有合理选用避雷装置，方可起到其相应的防雷保护功能。释放过电压能量,从而有效的控制了过电压对输变电设施的影响。

根据避雷器的选择,按额定电流、按持续工作电流、按标称放电电流、按控制冲击电流残压、按雷电流冲击残压等进行效验后，再根据《电气设备手册》选出以下避雷器的型号：

表3—9

　4配电装置与站用电系统

　　4.1电气设备布置形式

该变电站的变压器和一百一十KV线、35KV线采取了室外中型配电装置配置，而十KV线则采取户内设置的方式方法。

(一)屋外配电装置1.优点：

(1)土建量和花费相对较小，且施工周期短。

(2)扩建比较方便。

(3)相邻装置间相距较大，便于带电作业。2.缺点：

(1)占地面积大。

(2)受外部影响，设备工作条件恶劣，要做好绝缘。

(3)不良气候对设备维修和操作有影响

通过对比，我们选择了中型供电设备就是把全部电子设备均放置在同一个水准面内，并安装在规定标高的地基上，让带电部门对大地保证一定的标高，这样他们就可以在大地上安全可靠的进行活动。中型供电设备线路所属的水准面,略高于家用电器所属的水准面。

该种布局方法较为简洁清晰，不宜误使用，运行上安全可靠，施工维修相对简单，使用钢材量较小，材料费用相对低廉，但最大缺陷是占地面积巨大大。是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式。

(二)屋内配电装置

屋内配电装置的特点：

(1)由于规定的安全净距较小且进行分级设计，所以整体占用建筑面积相对较小。

(2)保养、巡视和操作均在室内完成，不受天气的影响。

(3)由于外界污浊的空气对设备危害较小，可降低维修的工作量。

(4)对房屋建筑的投资量较大。

屋内配电装置我们采用配电柜进行10KV的布置形式。

　4.2变电站的站用电系统

1.概述

（1）站用电的作用：

变压器站用电控制系统，是保证变电所安全、可靠地工作的一个重要环节。如果站供电系统发生问题，则直接或间接地影响变电所安全、可靠工作，严重时扩展事故区域，导致故障断电。

（2）车站供电的主要设备：

变压器上的供电装置,主要是对蓄电池的充放电装置、检修装置、断路器操作机构等的供电,和保温、通风、照明、保护装置的用电等。

2.变电站的站用电源

(一)对站用电源的要求：1.35~台变电所：有二个或更多的主变压器时，应装设二个容积相等、并相互备份的台站用工作变压器设备，各台用工作变压器系统设备按全站计量负载选择，两个台站用工作变压器系统设备可依次从主变压器中最低电压等级的

各个母纫段引接。

2.变电所的交流不停电电源系统应使用成套UPS设备，并由直流控制系统与逆变器共同构成。

3.为确保对直流大电流系统的负荷安全供电，变电站应设置直流电源。

(二)站用电源的引接如图：

本变压器是中型的变压器，主变压器使用的是自冷式的，并且在十KV电压等级的接线上采用了单母纫分段连接，并且在正常工作方式下母联开关处于闭合状态，即可在十KV电压等级的二段母线上引接。这种连接方法具备经济性和可靠性较好的优点。

图4—1站用电源的引线

　　5防雷与接地装置

　　5.1防雷保护

变电站中产生的雷电过电压有二个来源：

①雷电直击变电站；②沿输电电压线入侵的雷电过电压。

变电所是多条输电线路的交汇点和整个动力系统的中枢，锚杆的变压器装置(主要为电力变压器)的内部绝缘水平常常小于线路绝缘水平，且不存在自恢复能力，如遇雷害的发生，后果巨大和严重，所以变电所的防雷设计是很有必要的。

1.直击雷保护

直击雷过电流安全保护器，主要有避雷针避雷线避雷带，和钢筋大直径连接成网等。为了避免变电站的问题电气设备及其他建筑物遭受直接雷击，因此本变电站装设独立避雷针。根据本站的占地面积以及本站中建筑物的高度来设定避雷针的高度。

2.入侵波保护

根据雷电入侵波保护设计的经验，以及本站的具体情况，变电站雷电入侵波保护装置主要采用阀式避雷器(变电站专用)；现将分别针对不同设备来进行具体防雷电入侵波保护设计。

防雷设计计算结果:

a.35KV，10KV的每个母线上各安装了一变压器，以预防雷电过电压。

B.在交流变压器一百一十型KV,以及第三十五KV中性点电压上各安装了一个避雷器，防止雷电过电压。

c.110KV两回进线段各装一个避雷器，防止站外入侵波危害站内各电器设备。

E.10KV电缆和架空线的接头应该装有一个避雷器，以免雷电过电压经过架空式线路流入电缆进入配电房内危害房内配电装置。

　5.2接地装置

1.接地体

一般情况下，变电站接地网中的垂直接地体对工频电流散流作用不大。因此，本站采用长为5~20m的扁钢水平接地体，埋深0.8米。布置于本站中心位置，避雷针附近装设直径为50mm，长度2.5m的角钢垂直接地体。接地网内敷设水平均压带。

2.接地线

为节约金属材料，并降低建设成本费用，应该尽量采用天然导线用作连接线，但只有当天然导线在实际工作中的电气连接并不安全，而且电阻也很大，无法满足要求时，才能选择设置人工机械连接线或辅助连接线，其寿命一般按25~30年考虑。

6继电保护及自动装置

　　6.1继电保护

变电所中的所有用电装置和线路，须装有短路故障和非正常工作的继电保护装置和零点五自动装置。电力设备与线路的保护应为主动防护措施与后备保护措施，在必要时也可再增加辅助和保护措施。

继电保护设备应当符合有关可靠性、选择性、灵敏度和速动性能的规定。

变压器的继电保护设备和手动设备，一般包括了重要的设备(主变压器、电容器、母线和所用变等)和线路的保护装置，现分别进行各个的配置和整定计算。

1.变压器的保护

电力变压器中常常出现的故障以及非正常工作方式，大致有如下类型：

(1)绕组及其引出线路的之间短接,和在中性点与直接接地侧的单相接地短路；

(2)绕组的匝间短路；

(3)因外部相间短路产生的过电压；

(4)利用中性点电流或直接接地,供电网中外围接地短路电流所产生的电流,或中性点过电压；

(5)过负荷；

(6)油面降低；

(7)变压器温度升高和冷却系统故障。

根据以上变压器保护的常见故障和非正常运转方式，根据本所情况，根据相关规定需要配备以下安全保护器。主要保护：气体防护，纵联差动保护

后备防护：以重复电流起动的过电压保护器

接地的后备防护：零序电流保护，零序电流保护，过负荷防护

其他防护：除了以上的保护装置之外，主变压器上还必须配备过负载保护和动作于信号上的设备保护措施。

2.母线保护

1.10KV侧母线保护

对本站十kV侧母线电压维护来说，不使用专门的母线保护器，而只是使用相对变压器的过电流防护使变压器的断路器跳闸加以切断，低压母线维护上的故障。

2.35KV、110KV侧母线保护

本站实行母线输出电流差动保护，在母线上出现故障时，各接线单位的电流都进入了母线，但在母线以外(线路上或变压器内部故障时)，各接线单位的电压都有进入母线的，也有进出母线的。母线上的事故母差保护器可动，但在母线上事故母差保护器应可靠或不动。

3.断路器失灵保护

当发生故障线路的继电保护动作并产生重合闸脉冲后，当电源断路器故障阻止动作时，就可以在短暂的时间切断一个变压器内所有其它相关的电源断路器故障，并将整个断电区域限定为面积很小的一个后备保护区。

为了进一步提高动作安全性，需要同时符合以下要求，断路器失灵保护可启动：

(1)在故障线路上或装置的保护装置,出口继电器在动作时不能恢复；

(2)在被维护区域内仍然出现故障。

电源断路器失灵保护的总动作时间，应该等于所有故障线路以及电力设备上的断路器停机时间，与安全保护器返回时间之和。

断路器的失效保护工作,应先动作于跳开母联的断路器。一旦断开母联断路器后，若能使所有其他电力设备以及电路上的保护同时动作，则应只动态于跳出母联断路器；除此之外，还应同时动态于跳出和拒动与剩余电流断路器以及连接在同一母线上的所有有供电支路的断电器。

3.线路保护

1.110KV线路保护

通过本站的原始资料可以得知，110型KV线的有效长度是在100Km，若要装设纵联差动保护就比较难那实现，但是由于该线的有效长度太长为了从经济方面考虑，所以我们就装设了三段式相间距离保护，三段式接地距离防护以及四段型零序方向电流保护器。

在这些保护中的一段和二段做为本线路的主保护，其他保护作为后备保护。本站所装设的保护措施，能在较短的时限内切断因短路故障和一些异常情况下产生的过电压和过电流，因此我们在装设保护措施时一定要做好对短路电压的估算，而三段式保护措施中一段保护能保证本线长度的百分之八十~百分之八十五，而二段保护措施则要和相邻线的一段相配。

一百一十kV以上电压等级的供电方式一般都是中性点压力直通接地式供电，在中度点压力的直通接地式供电中，当该线产生单一接地故障时，产生单一接地短路，将出线产生较大的短路保证电压差，故要装设直通接地保护器。

2.35KV、10KV线路保护

(1)主保护：无时限电流量中断保护；有限时电流量中断保护；

(2)后备保护：定时限的过电流保护器。

(3)用绝缘监察装置反映接地故障，并动作于发信号。

无时限电流速断保护虽然可以瞬时动作，但并不维持本条线的长度。此保护的适用范围受系统工作方式和短路类型的影响，此保护主要是反映电流增大而不带时限动作。

限时电流保护措施首先要考虑和下一线路的电流I段相配合，该保护措施必须要在所有情形下均能维持本线的全长，并且动作持续时间也应当尽量缩短，但其范围不得超过下一线路的第I段输出电压保护以及相邻变压器速断保护器的防护范围。

定时间电压保护段用作本条线的近后备或者下一本线的远后备，其动作电流设定值按照大于正常的最大负载输出电流来整定，因此当本条线的主保障拒动，或者下一本线的保险或断路器拒动时要能安全的动作，当外部故障切除后，已起动的电压III段也要能安全的返回。

在35kV、10kV两侧，无时限过电流量断保护与定限时电流量断保护相配合构成了本线的电流主护，但实际上它们不起远后备护的功能，而是为了同时能对线路提供近后备和对邻近线路提供远运后备的功能，还需要装设第三套电流保护器，即定时限过电流保护器。

6.2自动装置

在110kV的高压网络中，线路上通常都装有了三相的手动重合闸设备。作为自动装置，它有着显而易见的好处：

(1)增加电力控制系统的稳定能力，减少线路中断的频次；

(2)在高压网络中由于装有了手动重合闸设备，还能改善电力并列工作的稳定能力；

(3)对于断路器本身，因为机构错误或继电保护系统误动作所造成的误跳闸现象，也可起到校正的效果；

(4)采用了重合闸后的加速保护，能够很好地与距离保持协调。

在35KV、10KV线路中属于单侧电源为增加供电系统的安全性，在线路上装有三相手动重合闸设备，并实行重合闸前的加速保护。

三相电源的手动重合闸原理是当输电线保护路上出现故障状态时，由继电保护系统设备将所有三相短路器切断后，由自动装置重新起动，通过相应的延时，产生重合闸脉冲，从而使所有三相短路器同时并上。如果出现故障状态为瞬时性，则重合闸动作完成，线路持续工作；若是长期故障状态时，则继电保护设备重新动作并将三相断路器断开，此时三相的手动重合闸不再工作动作。

站用电系统采用备用电源自动投入装置。站用电的母线一般采取单母线分段的接线方法，正常工作的状况下，单母联断路器为断开状态，当另一端母线无电压时，备用电源自动投入装置启动，将母联断路器合上，给停电母线充电，这样站用电将比较稳定，供电可靠性较高。

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[15]谢兴发.国内外变电站综合自动化技术发展[J].大众用电.2013(02)

致谢

通过这次毕业设计，将我所学的专业知识得到综合运用，同时也得到了综合考察，通过设计我不仅知道学知识要全面掌握外，还要能够综合运用，并结合所学的有关知识才能完成。所以，经过这次毕业设计，在这些方面都有了很大的进步和提高。

首先，衷心感谢我的指导老师老师。在本次毕业设计过程中，老师给予我精心的指导，并为我提供了创新性的意见和建议，从设计的选题、结构、内容、甚至是编排格式上都悉心指导，提出了宝贵意见，让我在专业设计创作上又进了一步，使我的毕业设计得以顺利完成。老师严谨勤奋的工作作风、扎实广博的学识和平易近人的性格，使我在学习方面得到了很大的收获，它们将是我受益终生的财富。

这次毕业设计能够最终顺利完成，归功于各位老师的认真负责，使我能够很好的掌握专业知识，并在毕业设计中得以体现。也正是你们长期不懈的支持和帮助才使得我的毕业设计最终顺利完成。