课程设计
110kv降压变电所电气部分设计
——第组
班级：电气班
姓名：
学号：
同组人：
时间：2011
XX大学XX学院电光系
一、原始资料
1.负荷情况
本变电所为某城市开发区新建110KV降压变电所，有6回35KV出线，每回负荷按4200KW考虑，cosφ=0.82,Tmax=4200h，一、二类负荷占50%，每回出线长度为10Km；另外有8回10KV出线，每回负荷2200KW，cosφ=0.82,Tmax=3500h，一、二类负荷占30%，每回出线长度为10km；
2.系统情况
本变电所由两回110KV电源供电，其中一回来自东南方向30Km处的火力发电厂；另一回来自正南方向40Km处的地区变电所。本变电所与系统连接情况如图附I—1所示。
图附I—1
系统示意图
最大运行方式时，系统1两台发电机和两台变压器均投入运行；最小运行方式时，系统1投入一台发电机和一台变压器运行，系统2可视为无穷大电源系统。
3.自然条件
本所所在地的平均海拔1000m，年最高气温40℃,年最低气温-10℃，年平均气温20℃，年最热月平均气温30℃，年雷暴日为30天，土壤性质以砂质粘土为主。
4.设计任务
本设计只作电气初步设计，不作施工设计。设计内容包括：①主变压器选择；②确定电气主接线方案；③短路电流计算；④主要电气设备及导线选择和校验；⑤主变压器及出线继电保护配置与整定计算⑥所用电设计；⑦防雷和接地设计计算。
二、电气部分设计说明书
（一）主变压器的选择（组员：丁晨）
本变电所有两路电源供电，三个电压等级，且有大量一、二级负荷，所以应装设两台三相三线圈变压器。35KV侧总负荷P=4.2×6MW=25.2MW，10KV侧总负荷P=2.2×8=17.6MW，因此，总计算负荷S为
S=(25.2＋17.6)/0.82MVA=52.50MVA
每台主变压器容量应满足全部负荷70%的需要，并能满足全部一、二类负荷的需要，即
S≥0.7
S30=0.7×52.20MVA=36.54MVA
且
S≥（25.2×50%＋17.6×30%）/0.82MVA=21.80MVA
故主变压器容量选为40MVA，查附录表Ⅱ-5，选用SFSZ9—40000/110型三相三线圈有载调压变压器，其额定电压为110±8×1.25%/38.5±5%/10.5KV。YNyn0d11接线，阻抗电压U%=10.5,U%=17.5,U%=6.5.（二）
电气主接线
本变电所110KV有两回进线，可采用单母线分段接线，当一段母线发生故障，分段断路器自动切除故障段，保证正常母线不间断供电。35KV和10KV出线有较多重要用户，所以均采用单母线分段接线方式。主变压器110KV侧中性点经隔离开关接地，并装设避雷器进行防雷保护。本所设两台所用变压器，分别接在10KV分段母线上。
电气主接线如图所示。
（三）短路电流计算（组员：
陆晓敏
於佳）
1.根据系统接线图，绘制短路等效电路图如图所示
取基准容量S=100MVA,基准电压U=115KV、U=U=37KV、U=10.5KV，则
I==KA=0.5KA
I=I==KA=1.56KA
I==KA=5.5KA
各元件电抗标幺值计算如下：
（1）
系统1电抗标幺值
X=
X=0.198
（2）
变压器T1、T2电抗标幺值
X=X=0.167
（3）
线路WL1电抗标幺值
X=0.091
（4）
线路WL2电抗标幺值
X=0.12
（5）
变压器T3电抗标幺值
X=0.167
（6）
三绕组变压器的电抗标幺值
主变压器各绕组短路电压为
U%=0.5×（U%+U%－U%）=10.75
U%=0.5×（U%+U%－U%）≈0
U%=0.5×（U%+U%－U%）=6.75
故各绕组电抗标幺值为
8*=X9*==
X10*=X11*=
X12*=X13*==
（7）35kv出线线路电抗标幺值
35KV出线型号为LGJ—120(见导线选择部分)，设线距为1500mm，查附录表2-15得x1=0.347欧姆/千米，则
X14*=0.347*10*100/(37*37)=0.253
2.系统最大运行方式下，本变电所两台主变器（简称主变）并列运行时的短路电流计算
在系统最大运行方式下，系统1两台变压器和两台变压器均投入运行，短路等效电路图如图所示
X15*=
==0.167+0.12=0.287
（1）K1点短路
系统1的计算电抗为
==0.274
查附录3-1汽轮发电机计算曲线的，系统1在0s、0.2s、∞时刻向K1点提供的短路电流分量有效值的幺值分别为
I”*=3.159,I0.2*=2.519,I*=2.283
系统2向K1点提供的短路电流为
Ik=
则流入K1点总得短路电流为
I”=I”*
=3.159kA+1.742kA=3.73kA
I0.2=I0.2*
=2.519kA+1.742kA=3.32
kA
I=
I=2.283kA+1.742kA=3.18
kA
（2）K2点短路
短路等效电路图如图所示。图中
图附Ⅰ-4
系统短路等效电路图
图附Ⅰ-6
X17*=
X18*=
X15*+
X17*+=0.274+0.135+
X19*=
X16*+
X17*+=0.287+0.135+
系统1的电抗为
Xc*=
X18*=0.572
查附录3-1汽轮发电机计算曲线得，系统1在0s，0.2s，时刻向K2点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为
I”*=1.45,I0.2*=1.3,I=1.68
系统2向K2点提供的短路电流为
Ik=
==2.771kA
则流入K2点总的短路电流为
I”=I”*=1.45kA+2.771kA=5.6kA
I0.2=I0.2*=1.3kA+2.771kA=5.31kA
I=
I=1.68kA+2.771kA=6.05
kA
（3）k3点短路
短路等效电路图如图附1-7所示。图中
图附1-7
X20*=
X21*=
X15*+
X20*+=0.243+0.219+
X22*=
X16*+
X20*+=0.274+0.219+
系统1的计算电抗为
Xc*=
X21*=0.757
查附录3-1汽轮发电机计算曲线得，系统1在0s，0.2s，∞时刻向K1点提供的短路电流周期分量有效值的标幺值分别为
I”*=1.091,I0.2*=1.002,I=1.2
系统2向K3点提供的短路电流为
Ik=
==7.483
kA
则流入K3点的短路电流为
I”=I”*=1.091kA+7.483kA=14.98kA
I0.2=I0.2*=1.002kA+7.483kA=14.37kA
I=
I=1.2kA+7.483kA=15.73
kA
（4）K4点短路
短路等效电路图如图附1-8所示。图中
图附1-8
X23*=
X17*+
X14*=0.388
X23*=
X17*+
X14*+=0.274+0.388+
则流入k4点总的短路电流为：
3.00kA
2.90kA
3.09kA
系统最大运行方式下，本变电所两台变压器一台运行一台备用时的短路电流计算及系统最小运行方式下短路电流计算过程与上述过程类似，限于篇幅，不一一罗列，仅将短路电流计算结果列于附录表I-1。
附录表
短路电流计算结果汇总表
主变压器运行方式
短路点
系统最大运行方式
系统最小运行方式
三相短路电流
三相短路电流
I″
I0.2
I∞
ish
I″
I0.2
I∞
ish
并列运行
k1
3.73
3.32
3.18
9.51
2.89
2.75
2.95
7.37
k2
5.60
5.31
6.05
14.28
5.10
4.94
5.28
13.01
k3
14.98
14.37
15.73
38.20
14.01
13.65
14.31
35.73
k4
3.00
2.90
3.09
7.65
2.79
2.73
2.82
7.11
一运一备
k1
3.73
3.32
3.18
9.51
2.89
2.75
2.95
7.37
k2
3.88
3.72
4.06
9.89
3.55
3.46
3.61
9.05
k3
8.99
8.73
9.13
22.92
9.01
8.84
9.08
22.98
k4
2.38
2.31
2.43
6.07
2.25
2.21
2.26
5.74
（四）主要电气设备的选择和校验（组员：
方民兴
付仁龙）
1.假想时间tima的确认
假想时间
tima等于周期分量假想时间tima·p和非周期分量假想时间tima·np之和。其中tima·p
可根据查图4-27得到，非周期分量假想时间tima·np可以忽略不计（因短路时间均大于1s），因此，假想时间tima就等于周期分量假想tima·p。不同地点的假想时间如附录表I-2
所示。
附录表I-2假想时间tima的大小
地点
后备保护动作时间tpr/s
断路器跳闸时间tQF/s
短路持续时间tk/s
周期分量假想时间tima·p/s
假想时间tima·p/s
主变110kV侧
0.1
4.1
3.73/3.18=
1.17
3.9
3.9
110kV母线分段
4.5
0.1
4.6
3.73/3.18=
1.17
4.4
4.4
主变35kV侧
3.5
0.15
3.65
5.60/6.05=
0.93
3.2
3.2
35kV母线分段
0.15
3.15
5.60/6.05=
0.93
2.6
2.6
35kV出线
2.5
0.15
2.65
5.60/6.05=
0.93
2.2
2.2
主变10kV侧
0.2
3.2
14.98/15.73=0.95
2.7
2.7
10kV母线分段
2.5
0.2
2.7
14.98/15.73=0.95
2.3
2.3
2.高压电气设备的选择与校验
（1）主变110kV侧
主变110kV侧计算电流，由于110kV配电装置为室外布置，故断路器选用SW4-110/1000型；隔离开关选用GW4-110D/600型；电流互感器选用LCWD2-110，变比为Ki=400/5，级次组合为0.5/D/D，1s热稳定倍数为35，动稳定倍数为65；电压互感器和避雷器分别选用JCC2-110型和FZ-110型。各设备有关参数见附录表I-3。
附录表I-3
主变110kV侧电气设备
安装地点电气条件
设备型号规格
项目
数据
项目
SW4-110/1000断路器
GW4-110D/600隔离开关
LCWD2-110电流互感器
JCC2-110电压互感器
FZ-110避雷器
210
1000
600
400/5
3.32
18.4
10.26
36.77
36.2
2205
980
196
110kV母线与110kV侧进线的电气设备与主变110kV侧所选设备相同。
（2）主变35kV侧计算电流，故断路器选用SW2-35/1000型，隔离开关选用GW5-35G/1000型，电流互感器选用LCWD1-35型，电压互感器和避雷器分别选用JDJJ-35型和FZ-35型。各35kV电气设备有关参数见附录表I-4。
附录表I-4
主变35kV侧电气设备
安装地点电气条件
设备型号规格
项目
数据
项目
SW2-35/1000断路器
GW5-35G/1000隔离开关
LCWD1-35电流互感器
JDJJ-35电压互感器
FZ-35避雷器
600
1000
1000
1200/5
5.478
24.8
15.19
115.4
1089
2500
2079.4
35kV母线与35kV出线电气设备的选择方法与主变35kV侧相同，从略。
（3）主变10kV侧
主变10kV侧计算电流，故断路器选用SN10-10Ⅲ/3000型，隔离开关选用GN10-10T/3000型。各10kV电气
设备有关参数见附录表I-5。
附录表I-5
主变10kV侧电气设备
安装地点电气条件
设备型号规格
项目
数据
项目
SN10-10Ⅲ/3000断路器
GN10-10T/3000隔离开关
LAJ-10电流互感器
JDZJ-10电压互感器
FZ-10避雷器
2199.4
3000
3000
3000/5
14.923
41.08
125
160
381.8
715.4
6400
28125
22500
10kV母线与10kV出线电气设备的选择方法与主变35kV侧相同，从略。
3.消弧线圈的选择
当35kV系统的单相接地电容电流大于10A时，应装设消弧线圈。由式（1-14），本变电所35kV架空线路的电容电流（接地故障电流）为：
所以不需装设消弧线圈。
（五）继电保护配置与整定计算（组员：崔其兵
陈亮)
1、主变压器保护配置
容量为40MVA的变压器应配置以下保护：
（1）瓦斯保护
包括动作与信号的轻瓦斯保护盒动作于跳闸的重瓦斯保护
（2）纵联差动保护
无延时跳开主三侧断路器，可作为变压器的主保护
（3）包括110KV侧复合电压启动的过电流保护和10KV侧过电流保护，其中10KV侧过电流保护作为本侧外部短路后备保护，以较短时限t1断开该断路器；110KV侧保护作为主变压器内部故障及35KV侧外部短路后备，带两段时限t2和t3（t3>
t2>
t1），以t2时限断开35KV侧断路器，以t3时限断开主变三侧断路器。
（4）零序保护
作为变压器本身主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护
（5）过负荷保护
保护装设在主变110KV侧，动作后经延时发出预告信号
2、主变压器继电保护整定
（1）
瓦斯保护
一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250-300cm3，本所主变压器容量为40MVA，整定值取250cm3；重瓦斯保护油流速整定范围为0.6-1.5m/s，为防止穿越型故障时瓦斯保护误动作，将油速整定为1m3/s.（2）
纵联差动保护
由BCH-2型差动继电器构成。
1）
计算各侧一次额定电流，选择电流互感器变比，确定个互感器的二次额定电流，计算结果如表
名称
各侧数值
额定电压/kV
38.5
10.5
额定电流/A
40000/
(x
110)=210
40000/
(x
38.5)=600
40000/
(x
10.5)=2199.4
电流互感器的接线方式
D
d
y
电流互感器一次电流计算值/A
x210=363.7
x600=1039
2199.4
电流互感器变比的选择
400/5=80
1200/5=240
3000/5=600
电流互感器二次额定电流/A
363.7/80=4.55
1039/240=4.33
2199.4/600=3.67
取二次额定电流的最大的110KV侧位基本侧
2）
按下列三条件确定保护装置的动作电流
1））躲过变压器的励磁涌流，即
Iop=Krel
IN1T=1.3x210A=273A
2））躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流，即
Iop=Krel
Idsq
max=krerl（KnpKsamfi+⊿Uh+⊿Umid+⊿fb2）Ikmax
=1.3x（1x1x0.1+0.1+0.05+0.05）x3.73x103x37/115A
=468A
3))躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流，即
Iop=Krel
IN1T=1.3x210=273A，取Iop=522A，则差动继电器的动作电流值为Iopk=
x468/80=10.1A
3）
确定基本侧差动线圈的匝数
Ndc=ANo/
Iop=60/10.1=5.94
实际整定匝数为Ndset=5匝，则继电器实际动作电流为Iopk=60/5=12A，保护装置实际动作一次电流为
Iop=12x80/
A=554.3A。
4）
确定非基本侧平衡线圈的匝数
35KV侧
4.33x（Nb2c
+
5）=4.55x5
Nb2c=4.55x5/4.33-5=0.25
10KV侧
3.67x（Nb2c
+
5）=4.55x5
Nb2c=4.55x5/3.67-5=1.2
去平衡线圈匝数Nb2set=0，Nb3set=1匝。
5）
校验相对误差⊿fb
35KV侧
⊿fb2==（0.25-0）/(0.25+0)=0.048
10KV侧
⊿fb3==（1.2
-1）/(1.2+1)=0.032
⊿fb2、⊿fb3均小于0.05，说明以上选择的结果有效，无需重新计算
6）
校验保护灵敏度
在主变10KV侧出口两处短路时归算到110KV侧的最小短路电流为
Ikmin=
Ks=Ikmin/
Iop
=565.8/554.3=1.03<2
灵敏度不满足要求，请改用带制动性的BCH-1型差动继电器。
（3）
过电流保护
1）110KV侧复合电压起动的过电流保护
过电流保护采用三相星形接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比为Ki=400/5=80；电压元件接近110KV母线电压互感器。
Iop=
则
低电压继电器动作电压按躲过电动机自启动的条件整定，即
则
负序电压继电器的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定，即
则
保护的灵敏度按后备保护范围末端最小短路电流来校验，即
2）10KV侧过电流保护
过电流保护采用三相星形接线，继电器为DL-11,电流互感器变比为Ki=3000/5=600，动作电流应满足以下条件：
1））躲过并列运行中，切除一台变压器时所产生的过负荷电流，即
2））躲过电动机自起动的最大工作电流，即
去Iop=6210A，则
作近后备保护时，保护的灵敏度为
灵敏度不满足要求，应改用复合电压起动的过电流保护
3）动作时间
10KV侧过电流保护动作时间t1=3s，110KV侧过电流保护第一段动作时间t2=3s+0.5s=3.5s，第二段的动作时间为t3=3.5s+0.5s=4s。
4）过负荷保护
过负荷保护装设在主变110KV侧，按躲过变压器额定电流整定，即
动作时间取10s3、35KV线路保护
（1）电流速断保护
电流速断保护采用的是两相继电器式接线，继电器为DL-11型，电流互感器的变比Ki=150/5=30(35KV出线的计算电流为77.3A)，动作电流按躲过线路末端最大短路电流整定，即
灵敏度按保护安装处两最小相短路电流来校验，即
灵敏度不满足要求，因此改用电流电压连锁速断保护。
（2）定时限过电流保护
点时限过电流保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比为Ki=30，动作电流按躲过线路最大负荷电流整定，即
灵敏度按线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流来校验：
动作时间t=2.5s
（六）所用电设计
为保证所用电可靠性，所用变压器分别安装于10kV母线I，II段上。所用变压器容量的选择，应按变电所自用电的负荷大小来选取。这里选两台型号为S9-63/10的所用变压器可满足要求。
（七）防雷和接地（组员：
陈鑫）
1.直击雷防护
在变电所纵向中心轴线位置设置两支间距D=98、高度为h=35m的等高避雷针，保护室外高压配电装置、主变压器及所有建筑物。已知出线构架高12.5m（变电所最高点），其最远点距较近避雷针11.5m，建筑物高7m，其最远点距较近避雷针18.7m。按“滚球法”检验避雷针保护范围如下：
本变电所建筑物防雷级别为二级，滚球半径为hr=45m。
因为h=35m
而其最远点距避雷针11.5m<，可见出线架构在避雷针保护范围内。
避雷针在建筑物高度上的水平保护半径为
而其最远点距避雷针18.7m<，可见建筑物也在避雷针保护范围内。
根据以上计算结果可知，变电所装设的两支35m等高避雷针能保护变电所内的所有设施。
2.雷电波侵入保护
为防止线路侵入的雷电波过电压，在变电搜1~2km的110kV进线段架设避雷线，主变压器各侧出口分别安装阀型避雷器。为保护主变压器中性点绝缘，在主变压器110kV侧中性点装设一台避雷器。
3.接地装置设计
110kV为大电流接地系统，查表9-4，其接地电阻要求不大于0.5；35kV系统的接地电流为7A，故要求接地电阻，由表9-4，；10k系统的接地电阻要求不大于10；所用电380/220V系统的接地电阻要求不大于4。故共用接地装置的接地电阻应不大于0.5。
接地装置拟采用直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，垂直埋入地下，间距5m，管间用40的扁钢焊接相连成环形，则单根钢管的接地电阻为
式中，K、查表9-5和表9-6.因为，考虑到管间电流屏蔽效应的影响，初选10根钢管作接地体。管间距离a与管长l之比a/l=5/2.5=2，根据n=10和a/l=2查表9-8得，则钢管根数为
最终选10根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，用404的扁钢焊接相连，环形布置。由此算得接地电阻为
符合要求。
南jing理工大学紫金学院
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