大连理工大学网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 110KV变电站电气部分设计
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年5月8日
随着城市中心地区的用电负荷迅速增长，形势迫使在城市电网加快改造和建设的同时，在中心城区要迅速地建设一批高质量的城市变电站，在多种变电站的型式中户内型变电站受到各方面的重视，在这几年中得到飞速发展。变电站是电力系统的重要组成部分，也直接影响整个电力系统的安全与运行。在变电站中，一次接线和二次接线都是其电气部分的重要组成部分。
在本次设计中，主要针对了一次接线的设计。从主接线方案的确定到厂用电的设计，从短路电流的计算到电气设备的选择以及配电装置的布置，都做了较为详尽的阐述。二次接线则以发电机的继电保护的设计为专题，对继电保护的整定计算做了深入细致的介绍。本次设计以110KV变电站为例，对其电气一次部分进行了设计，包括变电站总体分析、主变选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择、配电装置和总平面设计等。
关键词：110KV变电站设计；电气主接线；继电保护
目 录
1 绪论
1.1 110kv区域变电站的发展现状与趋势
通过网络及杂志我们可以发现，近年来一些发达国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经济性。然而在国内，变电站的设计中仍然存在很多问题，比如可靠性还欠提高。我国经济的发展给电力行业带来两个问题：一是电力能源的需求持续增长，城市和农村用电量和密度越来越来高，需要更多的深入市区农村的变电站，以减少线路的功率损耗，提高电力系统的稳定性等，然而这些变电站占地面积大；二是城区地价昂贵，环境要求严格，在稠密的市区选择变电站址相当困难[1]。在农村，农田的保护非常严格。我国开始开发新的技术，即建设地下变电站。而建设地下变电站可以利用城化绿化带或者利用大厦的地下室。例如前者有上海人民广场，北京王府井220kV变电站，还有北京西单110kV变电站。
为了保障我国经济的高速发展，以及持续的城镇化进程，我国电力系统进入了一个快速发展阶段，电网建设得到进一步完善。由于我国电力建设起步比较晚，目前我国变电站主要现状是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电站转变，交流传输向直流输出转变，在城市变电站建设中，户内型变电站大幅增加。国外变电站主要是交流输出向直流输出转变[2]。而数字化智能变电站也是国内外变电站未来发展趋势。
1.1.1 无人值守变电站
同西方发达国家相比，由于我国变电站自动化系统应用起步较晚，变电站运行管理的理念也有很大差异，使我们的变电站无人值守运行水平与之相比还有很大的差距。在我国，许多220kV及以下电压等级变电站已经开始由监控中心进行监控，基本上实现了变电站无人值守。但作为国内电网中最高电压等级的500kV和330kV变电站，即使采用了变电站自动化系统的，也都是实行有人值守的管理方式。而在欧美发达国家，各个电压等级变电站都能实现变电站无人值守[3]。
由此发现，在国内外无人值守变电站之间、国内外变电站自动化系统之间都还有很大的差异。全面实现变电站无人值守对我国电网建设有非常明显的技术经济效益：1提高了运行可靠性；2加快了事故处理的速度；3提高了劳动生产率；4降低了建设成本。
1.1.2 城市变电站建设
随着城市中心地区的用电负荷迅速增长，形势迫使在城市电网加快改造和建设的同时，在中心城区要迅速地建设一批高质量的城市变电站，在多种变电站的型式中户内型变电站受到各方面的重视，在这几年中得到飞速发展[4]。由于户内变电站允许安全净距小且可以分层布置而使占地面积较小。室内变电站的维修、巡视和操作在室内进行，可减轻维护工作量，不受气候影响。
1.2.3 数字化智能变电站
在变电站自动化领域中，智能化电气的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现，变电站自动化技术即将进入新阶段。变电站自动化系统是在计算机技术和网络通信技术基础上发展起来的。它以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用[5]。随着智能化开关，光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测及自诊断、变电站运行操作培训仿真这些新技术的日趋成熟以及广泛应用必将对现有变电站自动化技术产生深刻的影响，带来全数字化的变电站新概念。
2009年9月11日华北电网首家220千伏数字化智能变电站郭家屯变电站正式启动，它的建成对国内数字化变电站技术的发展及智能电网的建设具有重要意义[12]。此外计算机的渗透已经达到每一个角落，电力系统也不可避免地进入了微机控制时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前电力系统发展的趋势。我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟[6]。变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。
1.2 110KV变电站的研究背景
大约从90年代开始，初始阶段主要为生产集中式的变电站自动化系统，例DISA-1型，BJ-1型，iES-60型，XWJK-1000A型，FD-97等。90年代中期开始研制分散式变电站自动化系统，如DISA-2型，DISA-3型，BJ-F3，CSC-2000型，DCAP3200型，FDK型等。随着高新技术的引进和应用，目前国外的许多产品也在国内得到普遍应用，如西门子（SIEMENS）公司的LSA系列、6MB/6MD系列，惠施康（WESCON）公司的D200/D25系列，ABB公司的REF系列，伊林（ELIN）公司的AK系列等[7]。可以预计，今后其发展和推广的速度会越来越快，与国外技术的差距会逐步缩小，而且国内产品以其适应性强和维护方便将逐渐占据主导地位。
国外在80年代已有分散式变电站自动化系统问世，西门子（SIEMENS）公司的第1套全分散式变电站自动化系统LSA678早在1985年就在德国汉诺威投入运行，至1993年初已有300多套系统在德国及欧洲的各种电压等级的变电站运行。我国的变电站自动化工作起步较晚[8]。
110kv区域变电 所 是 电 网 建 设 和 电 网 络 改 造 中 非 常 重 要 技 术 环 节 ， 所 以 做 好 1 1 0 k v 变 电 所 的 设 计 是 我 国 电 网 建 设 的 重 要 环 节 。 在 目 前 的 电 网 建 设 中 ， 尤 其 是 在 1 1 0 k v 变 电 所 的 建 设 中 ， 土 地 、 资 金 等 资 源 浪 费 现 象 严 重 ， 存 在 重 复 建 设 、 改 造 困 难 、 工 频 电 磁 辐 射 、 无 线 电 干 扰 和 噪 声 等 环 保 问 题 、 电 能 质 量 差 等 问 题 已 成 为 影 响 高 压 输 变 电 工 程 建 设 成 本 和 运 行 质 量 的 重 要 因 素 。 这 已 经 违 背 了 我 国 的 可 持 续 发 展 战 略 [ 9 ] 。 所 以 1 1 0 k v 变 电 所 需 要 采 用 节 约 资 源 的 设 计 方 案 ， 要 克 服 通 信 干 扰 和 噪 声 、 既 要 保 证 电 能 质 量 和 用 电 安 全 等 问 题 ， 同 时 还 要 满 足 以 后 电 网 改 造 简 单 、 资 源 再 利 用 率 高 的 要求。
110kv变电站的设计或改造 需 要 既 能 保 证 安 全 可 靠 性 和 灵 活 性 ， 又 能 保 证 保 护 环 境 、 节 约 资 源 、 易 于 实 现 自 动 化 设 计 方 案 。 在 这 种 要 求 下 ， 1 1 0 k v 变 电 所 电 气 主 接 线 简 单 清 晰 、 接 地 和 保 护 安 全 高 效 、 建 筑 结 构 布 置 紧 凑 、 电 磁 辐 射 污 染 最 小 已 是 大 势 所 趋[10]。因而，110kv变电站应从 电 力 系 统 整 体 出 发 ， 力 求 电 气 主 接 线 简 化 ， 配 置 与 电 网 结 构 相 应 的 保 护 系 统 ， 采 用 紧 凑 布 置 、 节 约 资 源 、 安 全 环 保 的 设 计 方 案 。 基 于 此 ， 我 以 节 约 资 源 、 保 护 环 境 、 设 计 高 安 全 、 高 质 量 的 1 1 0 k v 变 电 所 为 目 的 ， 从 电 源 设 置 、 主 接 线 形 式 确 定 、 设 备 选 择 和 配 电装置布置等方面提出设计思路。
1.3 本次论文的主要工作
本设计选亳州电大综合教学楼变电站所作为设计对象，做有关这个变电站的电气设计。主要研究亳州广播电视大学综合教学楼变电站的扩大部分的电气设计，全文共分为六部分：各章内容简介如下：
第一章绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；
第二章是设计的主要内容，包括：10/0.4kV变电站主变压器选择；变电站电气主接线设计；短路电流计算；负荷计算；无功功率补偿；电气设备选择（母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器）；配电装置设计；继电保护规划设计；防雷保护设计等。
第三章对变电站的总体进行了分析，并对主变做了选择；
第四章对变电站的电气主接线做了详细的设计；
第五章为短路电流计算；
本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。
2 电气设计的主要内容
电气设计包括强电和弱电两部分，强电部分的设计内容主要包括：变配电系统、电力和照明系统、防雷接地系统等。一般来说，变配电系统主要包括：高低压系统、变压器、备用电源系统等[11]；电力系统主要包括电力系统配电及控制；照明系统则包括室内外各类照明；防雷接地系统包括防雷电波侵入、防雷电感应、接地、等电位联结和局部等电位联结、辅助等电位联结等等。
变电站是电力系统的重要组成部分。变电站电气一次部分设计包括变电站总体分析、主变选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择、配电装置和总平面设计等。
2.1 变电站的总体分析及主变选择
设计中的变电站综合自动化集微机监控、数据采集及微机保护于一体，可以取代变电站的常规仪表、常规操作控制屏及中央信号系统等二次设备，减少控制室面积，实现变电站实时数据采集、电气设备运行监控、防误操作、电压自动调节、小电流接地选线、数据远程通信、保护设备状态监测、以及继电保护定值的检查与修改[12]。
在变电站和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。在输配电系统中，变压器起到桥梁作用，变压器是借助电磁感应原理，以相同的频率，交换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。
位于毫州电大110KV变电站的主变压器型号为环氧树脂浇注型，其技术参数如表2.1所示。
表2-1 SCB9-1000/10变压器技术参数
型号 | 额定容量（KVA） | 额定电压（kV） | 空载损耗（W） | 负载损耗（W） | 短路阻抗（%） | 空载 电流（%） | 变压器连接组 | |
高压 | 低压 | |||||||
SCB9-1000/10 | 1000 | 10.5 | 0.4 | 1660 | 8550 | 6 | 1.0 |
|
2.2 电气主接线的选择
电气主接线是变电站的主要环节，电气主接线直接影响运行的可靠性、灵活性，它的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。
