110kv变电站电气主接线设计.docx 73页

110kv变电站电气主接线设计

摘要

我国电力工业虽然起步比较晚，但是随着社会经济的高速发展，电力工业也得到了迅猛的发展需要建设大量110kV变电站满足电力供应建设坚强电网。变电站接线方案趋于简单化为提高经济效益，我国主要变电站的设计已逐渐采用比较简单的接线方案。同时高科技电力电气设备涌现以及迅猛发展的变电站综合自动化技术，同时必须减少变电站占地面积。目前对于变电站电气控制方案设计当中主要涉及内容是主接线设计，短路电流相关分析设计，电气设备确定，电气设备校准（包含母线设计，保险丝设计，电流互感器设计，隔离开关设计，断路器设计等），分配电压设备设计。总的变电站电气控制方案设计当中按照“35至110kV变电站规范要求”，“35至110kV高压配电装置规范设计要求”等等进行参照。且总体变电站电气控制方案设计的设计根据我国专业技术政策以及经济政策相关。本次设计所选设备均为国家推荐的新产品，先进的技术，安全的运行，合理的经济利用是确保设计合理的重要核心。

本文首先对110kV变电站变电站电气主接线进行方案选择，确定该变电站高中压三侧分别采用单母线分段接线方式，其完全满足供电可靠性、灵活性及经济性要求。然后对变电站的所带负荷进行分析计算，进行变压器选型，并对无功补偿装置进行选型计算。此外对各种电器设备选择与校验。变电站继电保护整定计算的重点是对变压器保护的确定及整定计算。最后设计了变电站防雷保护方案。本设计方案符合实际情况，满足电力供应需求，切实可行。

关键词：电力供应；变电站设计；变压器；电气主接线

红河学院本科毕业论文(设计)

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ABSTRACT

AlthoughChinaspowerindustrystartedlate,withtherapiddevelopmentofsocialAlthoughChinaselectricpowerindustrystartedrelativelylate,withtherapiddevelopmentofsocialeconomy,theelectricpowerindustryhasalsobeenrapidlydeveloped,andalargenumberof110kVsubstationsneedtobebuilttomeetthepowersupplyandbuildastrongpowergrid.Substationwiringschemetendstobesimpletoimproveeconomicbenefits,themainsubstationdesignhasgraduallyadoptedrelativelysimplewiringscheme.Atthesametime,thehigh-techelectricequipmentandtherapiddevelopmentofsubstationintegratedautomationtechnology,andmustreducethesubstationfloorspace.Atpresent,theelectricalcontrolschemedesignofthesubstationmainlyinvolvesthemainwiringdesign,short-circuitcurrentcorrelationanalysisdesign,electricalequipmentdetermination,electricalequipmentcalibration(includingbusdesign,fusedesign,currenttransformerdesign,isolationswitchdesign,circuitbreakerdesign,etc.),distributionvoltageequipmentdesign.Intheoverallelectricalcontrolschemedesignofsubstations,referenceismadeto35-110kVsubstationspecificationrequirements,35-110kVhigh-voltagedistributiondevicespecificationdesignrequirementsandsoon.AndtheelectricalcontrolschemedesignoftheoverallsubstationisrelatedtoChinasprofessionalandtechnicalpolicyandeconomicpolicy.Theequipmentselectedinthisdesignareallnewproductsrecommendedbythecountry.Advancedtechnology,safeoperationandreasonableeconomicutilizationaretheimportantcoretoensurethedesignisreasonable.

Inthispaper,themainelectricalwiringschemeof110kVsubstationisfirstlyselected,andthethreesidesofthehighandmiddlevoltagesubstationaredeterminedtoadoptsinglebussectionwiringmode,whichfullymeetstherequirementsofpowersupplyreliability,flexibilityandeconomy.Thentheanalysisandcalculationoftheloadofthesubstation,transformerselection,andreactivepowercompensationdeviceselectioncalculation.Inadditiontoavarietyofelectricalequipmentselectionandcalibration.Thekeypointofrelayprotectionsettingcalculationinsubstationisthedeterminationandsettingcalculationoftransformerprotection.Finally,thelightningprotectionschemeofsubstationisdesigned.Thedesignschemeconformstotheactualsituation,meetsthepowersupplydemand,andisfeasible.

Keywords:Powersupply;substationdesign;transformer;electricalmainwiring

目录 TOC\o1-5\h\z\u

1绪论 1

1.1选题的背景及意义 1

1.1.1选题的意义 1

1.1.2选题的背景 2

1.2论文主要研究内容分析 6

1.3国内外研究现状 7

1.3.1国内研究现状 7

2电气主接线设计 10

2.1电气主接线的设计原则 10

2.3电气主接线的方案选择 11

2.3.1设计步骤 11

2.3.2初步方案设计及最优方案的确立 11

3变电站负荷计算及主变压器选择 14

3.1主变台数选择 16

3.2主变容量的选择 16

3.3主变其它参数的选择 16

3.3.1相数选择 17

3.3.2绕组数选择 17

3.3.3冷却方式的确定 17

3.3.4结构型式的选择 17

3.3.5调压方式的确定 18

3.3.6主变压器容量的选择 18

3.4主变压器型号的选择 18

3.4.1变电所负荷总量 18

3.4.2所用变压器的选择 19

4无功补偿 21

4.1无功补偿的作用 21

4.2无功补偿容量选择 21

4.3电容器及其接线方式的选择 21

4.4电容器数量的选择 21

5短路电流计算 23

5.1短路电流产生原因及危害 23

5.2短路电流的计算目的 23

5.3短路电流的计 23

5.3.1短路计算的一般规律 23

5.3.2计算步骤 24

5.3.3短路点的确定 26

5.3.4各短路点的短路计算 27

6电气设备选择与校验 33

6.1导体的选择和校验 33

6.1.1导体截面的选择 33

6.1.2导体的校验 34

6.2断路器的选择与校验 35

6.2.1断路器的选择 35

6.2.2断路器的校验 36

6.3隔离开关的选择及校验 41

6.3.1隔离开关的选择 41

6.3.2隔离开关的校验 41

6.4电流互感器的选择条件 42

6.5电压互感器的选择条件 43

6.6母线及电缆的选择及校验 44

6.6.1材料的选择 44

6.6.2母线截面积的选择 44

6.6.3母线的校验 46

6.7熔断器（保险丝） 50

6.8避雷器的选择和验证 51

6.9导体，电缆，绝缘子和套管的选择 51

7变压器的继电保护及整定计算 53

7.1继电保护的基本要求 53

7.2变压器保护配置 53

7.2.1变压器的继电保护 53

7.2.2公共保护 54

7.3变压器的继电保护整定计算 55

7.3.1瓦斯保护 55

7.3.2纵联差动保护 55

7.3.3变压器的后备保护 56

7.4线路继电保护的配置及整定计算 56

7.4.1距离保护 56

7.4.2距离保护的整定计算 57

8防雷保护设计 58

8.1雷电的成因及危害 58

8.2防雷保护设计 58

8.2.1防雷保护的概念及意义 58

8.2.2防雷保护设计原则 58

8.2.3防雷保护设计 59

结论 62

参考文献 63

致谢 67

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1绪论

1.1选题的背景及意义

1.1.1选题的意义

随着国家经济不断飞速发展，我国工业、农业、商业、城镇乡村居民生活用电需求不断增长，对电力系统供电的质量提出了更高的要求，因此电网必须有能力提供优质、可靠、经济的电力。电力系统在国民生产中具有重要地位，其中变电站是电网的核心环节，起着枢纽的作用。变电站的合理设计能够降低电力投资成本，减少电力公司输电成本，同时能够电网的安全可靠平稳运行，为用户提供优质的电力，满足区域电力需求和日益增长的电力负荷需求。

当前，虽然我国的经济已经得到了巨大的发展，一跃成为全球第二大经济体，但是我国的能源还是处于比较匮乏的阶段，大部分的能源还需要进口。能源进口就意味着一旦发生战争或者是政治的不稳定就会使得我国出现能源危机从而影响到社会1的方方面面。因此，在这样的国情下我国积极的发展能源多极化的精神，在这样的发展战略下大家都在积极的探索高效和低能号高效率的清洁能源。据统计到了2016年我国的水电发电量已经达到了59367亿千瓦时，极大的减轻了因为火力发电而导致的空气污染等一系列问题，与此同时通过水力发电也为我国的能源拓展开辟了一条新的道路，在突破能源进口的进程中又更进一步。因此现阶段电力行业的重任就是对电能进行高效率的发电、转化和输送，而变电站作为电路输送不可避免的一个环节，变电站的设计显得尤为重要，甚至是居于不可替代的作用的地位。

传统的变电站由于技术不成熟，以及设计的时候没有进行长远的考虑，随着时间的推进，以往的变电站呈现出了许多的弊端。例入传统的变电站对电力进行转化的时候转化的效率不高，在转化的过程中损失了许多能量。而且传统的变电站设备体积十分的庞大，一方面购买的时候会有很高的成本，另外一方面在安装的时候需要运用到大型的运输设备和安装设备从而增加了电力的运营成本。传统的设备相比于新的变电站的设备还存在漏油的风险，这就使得变电站在运行的时候有爆炸的风险，给周围和运维的人员带来了极大的安全隐患。传统的变电站设备它们之间通常通过大量的电缆相互连接，这就使得模拟信号的传输存在电磁干扰及附加误差，易造成保护设备误动作。还有一点就是往往变电站设备的购买来自不同的商家，参数会存在一定的差异，从而导致信号在传输的过程中会出现错误，系统的集成难度也会变得非常的大。新的变电站设别相比于传统的变电站运用了更先进技术，在信息的采集处理工作中可以实现宽范围更宽、深层次的工作转换，在相互协调过程中，可以满足站内、站与调度、站与站之间、站与大用户和分布式能源这些大领域平台随意变换，工作过程中其灵活可靠的方法可以实现快捷交换与融合。正因为新的变电站在设备和经济效益上表现出来的极大进步，所以对于传统的工厂变电站进行新的设计迫在眉睫，也显得非常的有必要，不仅可以为企业节约成本，而且为国家电网的集成也增加了便捷。

通过对以上的分析可以发现，无论是从目前我们国家的发展需要来看，还是从传统变电站设备需要更新换代的角度来看，对于传统的变电站进行重新的设计显得尤为必要。智能化一定是未来变电站的发展趋势，因为只有这样才能够带动电力行业的发展，与此同时加快变电站设备的更新换代。因此需要学者和研究员不断的对这方面进行深入研究，从而做到变电站的效率更高，成本更低，加快我国能源产业的发展，确保电力的安全稳定的运行。

1.1.2选题的背景

电是一种能源。电力已成为工业和农业生产不可或缺的推动力，并广泛应用于所有生产部门和日常生活中。它有很多方式：首先，它可以简单有效地转换成另一种形式的能量。其次，电能可以以高压的形式传输，有利于电能的传输，便于自动控制，提高产品质量和经济效益。电力工业在国民生产总值中占有非常重要的地位和地位。自中华人民共和国成立以来，中国的电力工业仍在迅速发展。变电站，开闭设施和其他基本公共设施正变得越来越完整。许多领域都实现了电力传输，电压等级转换自动化等，以及电力系统实施调度自动化。

随着经济的发展和现代工业建设的迅速发展，供电系统的设计越来越全面，系统化，工厂的电力消耗也在迅速增长。电能质量，技术和经济条件以及电力供应的可靠性指标也在增加。电源设计也有更高，更完整的要求。设计是否合理，不仅直接影响基础设施投资，运营成本和有色金属的消耗，还体现了电源的可靠性和安全生产。它与企业的经济利益和设备的人身安全密切相关。

变电站是电力系统的重要组成部分。它以一定的方式由电气设备和配电网组成。它通过电力系统，转换，分配，传输和保护等功能，然后安全可靠地获取电力。经济被运送到每个电气设备的转移地点。变电站在电力的传输过程中是以枢纽的形式存在的，它可以对电力的传输进行变换的控制，要对变电站进行更新换代最重要的就是改变传统的对于电力的控制和变换的模式。随着计算机技术的不断发展，变电站对于电力的控制和变换模式已经由传统的自动控制变成了如今的实时动态控制，对于电力每一时间的状态进行精准的把控，从而把电力转换的能耗消耗降到最低，使得电力转换的效率更加的高效。

110KV变电站属于高压电网。110kv变电站的设计过程中需要考虑许许多多的问题，比如地址的选取、设备的运用和控制保护等方面。为了能够建造出一个适合当地应用和运行的变电站，需要对对其进行一个初步的设计，110kv变电站的初步设计主要包括：

（1）总体方案的确定

（2）负荷分析

（3）短路电流的计算

（4）高低压配电系统的设计和系统布线方案的选择

（5）继电保护选择和设置

（6）防雷和接地保护。

根据我国经济不断发展以及科技技术的不断提高，电力科技技术也在不断地进步。随着电力科技技术不断地应用，电力系统也在不断地完善，包括发电系统，供电系统等等诸多个领域内的新技术正在不断地发生变化，目前变电站科技技术也在自身领域内取得了一定的进展，对此而言，变电站是整个电力系统的核心部分，对此而言对于电力系统的发展具有非常重要的意义。

变电站是整个电力系统的核心部分，也是对于电厂以及用户间进行连接的主要模块，且具体能够实施的内容具有分配电路以及转换店里等等功，对此而言对于用户及电厂间的连接发展具有非常重要的意义。对于变电站当中的相关功能进行分类为以下几个种类：

1）枢纽变电站

枢纽变电站属于整个电力系统的交叉核心部位，能够将电源进行多方面的收集工作，并且对于高压电力系统部分以及低压电力系统部分进行相关的连接。对于集线路变电站的定义，根据相关规范以及设计要求将300至500kv电压的变电站统称为集线路变电站。

2）中间变电站

高压侧主要由开关电源组成，通常是具有两至三个电源部分来组成，并且能够对于长距离线段传输以及系统电源开关进行调控的设备为开关电源。电压为200至330kV，电压降低到当地用户。

3）区域变电站

高压部分具有110至220kv范围内的电压，变电站主要负责供应一个地区。

4）终端变电站

高压部分具有110kv的电压，且该位置属于负载点周边，且是一个终端传输线，对于整个电压进行点变电站的降压之后提供给用户进行使用。这也是这边论文需要研究的核心内容。并且对于此篇论文写作过程当中需要降按照110kv的电气内容进行变电站部分的设计。本文设计的变电站类型是区域变电站。对于用户日常生活需要以及相关生产领域的有关条件方面考虑，在此基础之上，按照指导老师所提供的相关资料以及相关要求进行引荐，结合普通学习的知识，对参考文献进行了探讨，并对一些设计方法进行了熟悉，为此奠定了基础。用于未来电气部件的设计。

我国电力工业虽然起步与发达国家比较晚，但是随着社会经济的高速发展，电力工业也得到了迅猛的发展。从二十世纪六十年代开始110kV变电站作为地级市电网的主要电源。当时我国负荷水平较低，电力投资较少。随着经济的迅猛发展，110kV变电站已经变得非常普及。目前我国的变电站发展主要表现为以下几个趋势。

（1）变电站接线方案趋于简单化

近来电力设备生产产商制造的电力设备更加先进以及电网建设更加坚强可靠，单一变电站停电造成的后果变小，因此电气主接线可以适当简化，降低操作难度和投资成本。随着电力设备的革新换代，电力设备的质量在越来越好，可靠性不断提高，造价不断降低，运行维护检修减少。当前我国变电站的设计普遍采用较为简单的接线，已经可以满足当前电力供应的需要，少数枢纽变电站及超高压变电站除外。

（2）高科技电力电气设备涌现

我国电气设备生产有了突飞猛进的提高，电力设备逐渐采用少优化无油化，大量使用SF6气体绝缘的电力设备投入运行，更加稳定可靠且降低了运行成本，大量采用GIS配电装置的智能变电站投入应用，其故障概率低检修少，运行比较稳定。

（3）变电站占地减少

随着经济社会的不断发展，一方面是城市空间的拥堵，土地价格十分昂贵，另一方面是用电负荷增加，需要建设大量变电站。因此新的变电站必须节约空间，减少土地占用。

（4）变电站综合自动化技术

变电站综合自动化技术能够提高变电站稳定安全可靠的运行能力，同时通过降低运维成本增加了社会经济效益，并能够向电力用户提供优质的电力服务。当前电力通信技术、设备自动化技术好和智能计算机技术大规模投入应用，变电站也开始更新换代，变电站二次系统变得更加智能化，适应当前变电站无人值班远方操作的需要。

当前变电站设计通常依据可靠性、灵活性、统一性、先进性、经济性、适应性、时效性、环境和谐性等主要原则。根据国电相关电力行业的规范和标准，来进行设计。本文设计的110kV变电站为远方监控无人值班，符合当前变电站技术发展趋势和电网运行实际。

根据背景资料，该110kV变电站地址位于我国某县北部城区内，两条35kV供电线路向工矿企业和火车站站前物流区供电，12条10kV电缆出线向市区居民供电。具体情况如下：

（1）性质：110kV区域变电站；

（2）容量：根长期负荷预测规划确定安装两台容量为50MVA的主变；

（3）电压等级：110kV/35kV/10kV；

（4）线路回数：其中110kV架空出线有2条；35kV是电缆出线共4条；10kV12条电缆出线。

各负荷如下表所示：

表1-135KV侧负荷

负荷

名称

最大负荷（MW）

负荷组成(﹪)

自然

力率

(h)

线长

(km)

备注

近期

远景

一

二

出线1

1.5

2

15

30

0.9

20

出线2

2

2

15

30

0.9

20

出线3

2

1.5

15

35

0.9

18

出线4

2.5

2.5

15

35

0.9

出线5

备用

出线6

备用

表1-210KV侧负荷

负荷

名称

最大负荷mW

负荷组成(﹪)

自然力率

(h)

线长

(km)

备注

近期

远景

一

二

出线1

2.5

2.5

20

40

0.75

5500

3.5

出线2

2.5

2.5

20

40

0.75

5500

3.5

出线3

1.5

2

30

40

0.78

5000

4.5

出线4

1.5

2

30

40

0.78

5000

4.5

出线5

2

2

20

40

0.75

5000

2.5

出线6

2

1.5

20

40

0.75

4500

1.5

出线7

2

2

20

40

0.8

2500

2

出线8

2

2

20

40

0.8

2500

2

出线9

1.5

1.5

15

30

0.8

4000

1.5

出线10

1.5

1.5

15

30

0.78

2

出线11

备用

出线12

备用

1.2论文主要研究内容分析

本次研究根据当地电网发展现状和未来发展趋势，并综合分析了当地电力设备的技术水平。根据该工程的具体特点，对某县北部城区110kV输变电工程中的变电站电气部分进行了详细地研究与设计。作为工程设计，必须了解当前国家地哪里行业的发展状况和当地电力用户的电力需求。本变电站设计的主要研究内容如下：

（1）变电站电气主接线设计，通过对比不同电气主接线方案的技术经济性对比来选取最适合本文的设计方案；

（2）根据变电站的负荷计算无功补偿；

（3）变压器的选择；

（4）短路电流计算；

（5）电气设备选择与校验；

（6）变压器的继电保护及整定计算；

（7）防雷保护设计。

1.3国内外研究现状

1.3.1国内研究现状

通过对叶剑波2008年发表的节能发电调度对发电企业的影响及对策进行了仔细的阅读发现：其对于电网调度装置当中进行系统自动化的相关研究，并且对于目前新型的电网调度系统自动化的新方向的制定，并且对于目前新型的电网调度系统自动化的相关发展内容以及扩展特性进行了提出[1]。在刘亚珍、王莹关于电力调度自动化系统的应用及发展趋势分析研究中他们提出了电网调度自动化系统的发展方向，提出新一代电网调度自动化系统应具有可扩展性和发展性。且总体新一代电网调度自动化系统的设计根据我国专业技术政策以及经济政策相关，符合未来电网调度自动化系统经济。对于生产方面的相关要求，调度以及相关要求，为更加完善的分析并应用新一代电网调度自动化系统提供了良好的理论基础以及实践内容，为之后的新一代电网调度自动化系统发展提功了新的方向以及前景[2]。

通过对王蓉在2010年发表的电网调度自动化系统发展方向研究进行了仔细的阅读发现：根据发电机的每一台当中对于电调度进行了设计并研究，对于发动机当中每一台的相关节能电调度相关设计从而对其影响以及重要性进行了相关的探讨。对于发电公司而言，节能发电调度的研究具有非常重要的意义[3]。

通过对王伟关于电力调度自动化系统的应用现状及发展趋势分析进行了仔细的阅读发现：对于目前电网调度自动化系统的相关普及工作，应用以及整体发展趋势进行了相关的研究，并且在此基础之上对于电网调度自动化系统当中需要进行注意的相关事项进行了阐述。电网调度自动化系统需要对于整个电网的运行安全问题进行提高，从而将保障其具有良好的电力调度作用。电网调度自动化系统目前受到了严峻的考验以及巨大的挑战。对于新一代的电网调度自动化系统而言，需要从安全角度去考虑以外还需要对于用户的日常信息安全等等方面综合考虑[4]。

通过对于戴俊良，王鹏，王璇等基于基尼系数的电力调度公平指数探讨进行了仔细的阅读发现：对于电力公司当中的相关经济利益以及具体的效率角度区出发，从而保障用户的需求是目前电力公司主要的发展方向，也是整个电网调度自动化系统的发展内容。目前来看，通过大数据的比对以及整体的发展分析，我国目前得电网调度自动化系统正从理论季春诶荣发展到时间应用的内容。我们依然能够相信电网调度自动化系统具有非常良好的发展前景，且能发展为智能电网调度自动化系统，目前智能电网调度自动化系统能够对于安全角度去考虑以外还需要对于用户的日常信息安全等等方面综合考虑[5]。

通过对于程必祥的物理隔离技术在电力调度自动化系统中的研究与应用进行了仔细的阅读发现：按照智能电网调度自动化系统的相关性能等进行研究，且提出两张方法的比较，当中将对于节能智能电网调度自动化系统的优点进行了阐述，最终根据其节能智能电网调度自动化系统而言符合了目前我国相关政策要求当中的节能减排相关需求[6]。中国，对于国内外相关发展趋势进行了综合，并且对于节能跳度的相关可行性以及必要进行了研究。

通过对于李甘霖，肖亚，谭军等关于电网调度自动化仿真软件的开发进行了仔细的阅读发现：对于华北地区电力跳读等相关的信息数据进行网络拓扑，网络安全管理，网络IP规划等等。最终研究结果表明，电力调度服务的实时性，准确性和安全性是首要问题，是数据网络设计的出发点[7]。

1.3.2国外研究现状

国外在很早就已经开始了对变电站设计方面的研究，在1978年到1982年间，就有许多国外的著名制造商提出过保护和测控为一体的想法，并且他们已经研制出了一大批智能化的设备。他们同时也制订了一些相关的标准和规范，其中“德国电力事业联合会发布的《关于数字式变电站保护控制系统的推荐草案》”，在当时成为了整个欧洲和世界性的参考标准，也由此产生了站控级和元件/间隔级的概念[8]。当下，分层分布结构在综合自动化技术中的采用早已经在国际上掀起一股热潮，而此结构的产生完全依赖于快速发展的计算机网络，这个结构很好的实现了智能化信息采集功能和信息数据传输功能。SCADA中的核心单元为RTU（远程终端单元），它通过自身的软件系统来测量和监测厂站现场信号和设备运行情况，并在微处理器的控制下将测量和监测结果转换成实时数据发送至通信媒体上，同时还可以通过信息数据的简要处理功能，把中央计算机或调度相关系统发送来的命令有效的传送出去，以成功实现对远方设备的遥测、遥信和遥调等功能的控制[8]。通信方面通常使用Y型接线方式下的光纤连接，主控室只靠光缆与不同电压等级的配电装置相连，不再需要一般的强电控制电缆，这样就大大减少了对控制电缆的使用，同时也减少了对站内其他电子元器件的电磁干扰，对系统的结构优化和提高电网可靠性都具有比较重大的意义[9]。

在国家的发展过程中每个国家对于自己国家的电网都进行了一定的设计，由于地区的不同以及设计的不同各个国家的电网标准和设计的形式都存在很大的差异[10]。比如美国的电网公司SIEMENS公司认为现代化的智能电网的设计思路应该是对其进行高度的自动化控制设计，与此同时一旦电网出现问题电网的自我诊断和自我治愈的能力应该非常强[11]。而英国的ABB电网公司认为现代智能化电网的设计应该重点在于对电网运行的实时状态进行了解，需要我们对电网的实时状态的采集设备进行突破和设计[12]。一旦能够对电网的实时状态机械能采集我们就能够实时的掌握电网的运行状态，从而根据其不同的状态实施不同的方案解决问题[13]。在欧美和日本等发达国家中，目前国家的智能电网设计和试点运营都是在国家的牵头下进行的，在不断的试点和应用当中目前欧美和日本等发达国家的电网已经得到了极大的提升和改善，并且这些先进的智能电网已经在这些国家当中得到了大范围的普及[14]。通过对国外的现代化智能电网的发展趋势分析可以知道现代化智能电网的发展方向就是高度的自动化和实时监测，因此我国目前的电力电网发展也应该朝着这个方向进行设计，这需要广大的科研人员不断的加大科研力度，不断攻克困难，从而为我国搭建可以完美运行的变电站[15]。

2电气主接线设计

2.1电气主接线的设计原则

（1）电气主接线在电力系统中的地位和作用。

在变电站的设计中，电气主接线的设计充当一个重要的角色[16]。它的确立对后面的短路计算、电气主要设备的校验以及避雷装置的选择，都会产生一些影响，所以正确的设计电气主接线，是变电站设计的一个基础环节，具有相当重要的地位[17]。

（2）近期和长期的考虑

变电站主接线的设计应该考虑到未来的5-10年。根据区域网络状况和配电网发展方向的不同，深入的了解各种电力网可能采用的运行模式，掌握主接线的形式，明确与其所连的电源数目以及出线回路数。

（3）负载和出线回路对主接线的影响程度。

初级和次级负载需要有两个互不干扰的电源，如果有一个电源损坏时，可以确保一二级负荷正常运行，正常情况下，三级负荷只要一个电源就可以了。

（4）主变电站容量对主线路产生的影响。

主变电站的容量和数量会对主接线的选择产生影响，它传输的容量比较大，供电的安全靠性也较高，主配线的可靠性和灵活性将相应的增加。小的传输容量将降低会主线路的可靠性和灵活性[18]。

（5）备用容量的可用性和大小对主线路的影响。

如果设备要检修，或者是设备发生故障停止工作，就要有应急需求。在进行电气主接线的设计时，需要参考备用容量的可用性。断路器和母线的检修情况，故障发生时，可以允许变压器减少的数量，减少之后对主接线的形式所产生的影响。

2.2主接线设计的基本要求

在满足各方面条件下，尽量减少各种开关电气设备，不要求断路器的地方那就不必安装了。应考虑电源的可靠性，操作灵活，操作维护方便，节省投资和过度扩展的便利[19]。

（1）可靠性

可靠性是电力系统运行的一个基本要求，不仅仅要保证对附近地区的供电，还要不能对电网产生很大的影响。所以主接线的设计需要考虑这两个影响，第一个是设备对电源的可靠性，第二个是设备对电源的可靠性。主接线可靠性也是有评价的标准的，它主要是根据：①断路器检修时是否影响电能的供应。②故障维修时停机的次数和所持续的时间。③全部变电站停电的可能性的大小。

（2）灵活性

主接线的灵活性有这些特点：①操作比较灵活方便②要维护安全，当系统负荷突然变化或者发生故障时需要检修时，要灵活的切换主接线的形式，维护系统的安全。③拓展方便，因为电力网络在不断的进步，电力系统需要拓展自己的覆盖范围，就需要设计主接线，设计的时候应能够容易地从终端连接的初始阶段过渡到结束阶段，在扩展的期间，不管一、二次设备如何变化，修改量都会降至最低[20]。

（3）经济性

想要让电力系统主接线变得即灵活又可靠，就不可避免的需要增加投资。所以要考虑经济性，经济合理性可以满足技术要求的要求来实现的。

①投资省。简单明了的主接线可以让断路器，隔离开关等设备资金投入减少;控制和保护模式一般来说是不能太复杂的，从而对于操作和节省二次设备及电缆投资有好处。

②年度运营支出很小。年度运营支出包括电力损失，折旧和维护，日常维护。功率损耗最主要的还是由变压器所引起的。因此，有必要选择主变压器的适当型号，容量和数量以避免两次电压，从而增加功率损耗。

③占地面积小。良好的布局可以节省了接地的面积，从而大到可以使得占地面积减少。如果条件允许的条件，应该使用三相变压器。

2.3电气主接线的方案选择

2.3.1设计步骤

电气主接线设计，一般分以下几步[21]：

①根据要求，在对原始数据的分析之后，需要制定出可行的电气主接线的方案，其中的内容有：主变压器形式、台数、容量和各级电压配电装置的主接线的方式等，并且根据所给的要求，从各个方面阐述每个方案的优缺点，选出合理的两个方案。

②对所选中的方案进行各种参数的计算

③将所选中的两个方案从技术和经济角度方面考虑，确定最佳方案。

④画出最佳方案的电气主接线图。

2.3.2初步方案设计及最优方案的确立

（1）各类接线的适用原则

单母线接线：单母线接线可以从任何电源获得电力，每个插座电路的传输功率不一定相等，并且负载应该均匀分布在总线上，以减少母线上的功率传输。

单母线分段接线：是可以将供电的可靠性和灵活性提升的，对于重要用户采用两端电源供电的供电方式，如果一段母线发生故障，断路器会自动切换到正常工作段的母线，不会影响用户的供电需求，想要供电可靠性提高，就需要把故障和检修造成的后果限定在一定的范围内，对于更重要的用户，可以忽略。当可靠性要求不高的时，也可以用隔离开关将配线部分分开，两者都会造成两条母线停电，

双母线接线：双母线接线有两组母线，互为备用，在每个供电点和出线的回路上，都装有一个断路器，还配了两个隔离开关，这两个开关和母线是连着的。与单母线相比，双母线接线所需投入的资金更多，但是灵活性提高很多，如果系统发生故障时，需要在短时间内切除比较多的电源和线路，对于重要的发电厂和变电站是不允许的。两根母线之间的连接是通过母线连接断路器完成，虽然使用这两套母线，负荷也较大时[22]。

变电站电气主接线必须具有可靠性、灵活性和经济性的特点，根据原始资料，高中压侧电气主接线如表所示：

表2-1电气主接线类型

电压等级

回路数

主接线类型

110kV

4（两条备用）

双母线接线也可是单母线分段接线方式

35kV

4（两条备用）

双母线接线也可是单母线分段接线方式

10kV

12

单母线分段或者单母线分段带旁母

资料来源：/view/dfd2897f27284b73f24250fb.html

下边设计三种变电站电气主接线方式，进行比较选择：

（1）110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用双母线接线方式，10kv侧采用单母线分段接线方式。

110kV侧采用双母线接线方式，优势为运行可靠性高，任意一条母线检修时出线不会中断供电，当一条母线发生特殊情况时仅仅仅影响该故障母线。缺点是：运行时操作比较复杂，可能导致工作人员误操作，此外该设计结构比较复杂，需要资金较多，增加了土地成本的投入。10kV低压侧为市区工厂和居民生活用电提供电能，采用单母线分段接线。设计单母线分段接线方式，优点是电气主接线比较简洁，利于操作人员操作和检修，成本低廉，易于后期根据负荷需求扩建出线。缺点是单母线灵活性可靠性不太好[23]。

方案一主接线图如下所示：

图2-1方案一主接线图

表2-2110kV电气主接线方案优缺点的比较

双母接线

单母分段接线

优点

（1）供电可靠

（2）调度灵活

（3）扩建方便

故障时停电范围小

缺点

造价高，因为增加了一组母线及其隔离开关，增加了配电装置构架及占地面积；当母线故障或检修时，隔离开关做倒换操作电器，容易误操作，但可以装断路器的连锁装置加以克服。

使用的分段断路器的数量较多，配电装置和运行比较复杂，当进出线较多或需要对重要负荷采用两条出线供电时增加了出线数目且常使架空线交叉跨越，使得整个母线系统可靠性受到限制。

方案二：10kv侧采用单母线分段接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，110kv侧采用双母线接线方式。

方案二的主接线图如下：

图2-2方案二主接线图

方案三：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，10kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式。方案三的主接线图如下：

图2-3方案三主接线图

对上述三种方案进行分析可知：本设计高中压三侧都可以采用单母线分段的电气主接线方式，其可以满足本变电站的定位，运行可靠稳定，具有经济性，适合本设计的实际情况。本设计应该采用第三种电气主接线方案。

3变电站负荷计算及主变压器选择

3.1主变台数选择

设计常规变电站时，通常安装两台主变，当一台事故停运或者处于检修周期时，可以有一台主变可以对用户进行供电，增加了供电的可靠性。因此，在本次设计中装设两台主变压器。一般选择的是油浸式的变压器[24]。

3.2主变容量的选择

主变容量的设计原则：

（1）主变容量需要满足区域电力负荷需求，并对未来电力负荷进行预测，满足未来一定时段的负荷需求。

（2）根据原始资料分析，本设计方案主变选用两台额定电压为50MW的主变压器。考虑主变容量时，一台主变停运，另一台主变需要有能力带全站电力负荷的百分之六十，并能够保证所有一级、二级负荷的供电需求。

（3）应当综合考虑变压器的相数、绕组数与结构，根据不同接线方式选择不同形式绕组的变压器[25]。

设一类负荷为，二级负荷负荷为，要根据重要负荷的容量来确定配置变压器的额定容量，即

（3-1）

最大综合计算负荷的计算：

（3-2）

在式（3-2）中，为各出线的电力规划的未来最大负荷；m为出线回路数；为各出线的自然功率因数；为同时系数，与回路数有关，一数值为0.8～0.95；为线损率，取5%。

因此，由原始材料可得：主变容量为50MW.

3.3主变其它参数的选择

选择变压器的基本原则

（1）导通点对应变压器额定电压初级侧，工厂电源系统主要对应变压器额定电压次级侧。

（2）阻抗电压和电压调节模式按照母线的所有级别进行考虑额定电压。

（3）变压器的容量必须确保站内使用的机械设备能够从电源获得足够的电力。

3.3.1相数选择

330kV及以下的变电站常规选择三相变压器，与三个容量相同的单项变压器相比三相变压器具有占地空间少，投资费用少的特点，而且三相变压器的结构比较的简单，维护起来比较方便，安装起来也便捷。在制造和运输的条件有限的情况下，可以选择两个容量小的三相变压器，其他方面条件允许的情况下，也可使用单相变压器[26]。

变压器如果选择三台单相的，需要较多的材料，占用较多的空间，成本较高，接线方式复杂，操作麻烦，运行维护难度大。本文设计的110kV的变电站采用三相变压器，可以满足电网运行的实际情况，也能节约建设变电站的投资成本。

3.3.2绕组数选择

变压器的绕组如何连接，取决于电力网中电压的相位，而且要满足并列运行的基本条件，在电力网络中，一般采用星型Y和三角形D型，高、中、低压绕组具体怎样连接，这就要视情况而定[27]。本设计中使用的变压器有110kV、35kV、10kV三个电压等级。根据实际需要，本设计方案主变三绕组变压器，并且根据低压侧所带电力负荷的数量和种类，确定无功补偿装置的种类和容量。

3.3.3冷却方式的确定

主变压器的冷却方式与变压器型式和容量有关，同时还与该地区的温度以及湿度有关，到底采用哪种冷却方式，还需要具体情况具体分析，依据本次研究内容的条件下，主变压器采用强迫风冷却的方式。

3.3.4结构型式的选择

三绕组变压器有两种基本类型的结构。

(1)升压型。

(2)降压型。

(3)结构类型应根据输电方向来选择。变电站中的三绕组变压器如果是以高压侧面中的中压侧电源为主时，辅以低压侧电源，则采用降压型；如果电源主要基于高压侧低压侧，辅