论文总字数：20006字

摘 要

电能作为人类目前使用最为普遍的能源，同时也是最为清洁的能源之一。从它被生产、传输，最后到用户手中被使用的过程已经非常成熟。本次设计就是对电能在传递过程中的一个环节所使用的场所进行设计——110/35/10kV变电所。

此次设计中对变电所的类型和作用、主接线的设计要求、短路电流的危害和计算的条件、防雷范围计算的方法等都做了简单的介绍。首先通过对工作对象的负荷计算与增长预测，来确定设计中将使用的主变压器和变电所自用变压器的型号；之后对变电所与整个系统的连接方式进行确定，在能够使变电所运转安全、灵活和稳定的情况下选择一种相对经济可行的接线方式；接下来用接线简图选择短路点并对短路电流进行计算；随后选择高压设备并校验；最后是变电所的防雷设计。在论文中还包括了变电所主接线等部分的图纸。

在设计的过程中，将会遇到很多专业性质的问题。我将通过资料查询、与同学讨论和请教指导老师等方法完成毕业设计。

关键词： 变电所 变压器 短路电流 主接线

110/35/10 kV substation primary design

Abstract

Electricity as humans currently the most widely used energy, but also one of the most clean energy. From its production, transmission ,and finally to the user by using the process has been very mature. The design is what a place used for power transmission link——110/35/10 kV substation design.

This paper introduces : the main types and function of the substation, wiring design requirements, the dangers of short-circuit current and the conditions of short-circuit current calculation, the calculation method of lightning protection scope. The first step, calculating the load of substation and forecasting load growth, using load calculation results to choose the main transformer. The second step, the choice of substation main connection mode, on the basis of safe, flexible, reliable, choose the relative economic plan. The third step, select short-circuit points by using simple main wiring diagram and calculate the short circuit current; The fourth step, select the high voltage equipment and calibration; the final step, the substation lightning protection design. Paper contains the main wiring drawings, etc.

In the process of making this paper，I will meet lots of professional quality problem，I will use the information query, discuss with classmates and ask professor to complete the graduation design.

Keywords: Substation; transformer; short-circuit current; main wiring

目 录

摘要 I

绪论 1

第一章 变电所简介 2

1.1变电所基本原理 2

1.2变电所的分类 3

1.2.1按电压等级 3

1.2.2按用户 3

1.2.3按地位与作用 3

1.2.4按容量和馈线 4

1.2.5按有无值班人员 4

1.3变电所的选址 4

1.3.1 变电所选址原则 4

1.3.2变电所选址的基本思路 5

第二章 变压器的选择 6

2.1负荷整理计算分析 6

2.2主变压器的选择 8

2.2.1变压器型式 8

2.2.2变压器容量比 8

2.2.3绕组连接方式 8

2.2.4绕组排列方式 8

2.3所用变压器的选择 9

第三章 电气主接线的设计 10

3.1电气主接线设计的概念 10

3.2主接线的设计原则 10

3.2.1通过负荷重要性分级的需求 10

3.2.2通过预测负荷发展进行规划 10

3.2.3通过在整个系统中功能与变电所的地位 10

3.2.4通过主变压器的数量 10

3.3主接线设计的基本要求 11

3.3.1可靠性 11

3.3.2灵活性 11

3.3.3经济性 12

3.4 主接线方案的拟定 12

3.4.1 110kV母线接线： 13

3.4.2 35kV母线接线： 14

3.4.3 10kV母线接线： 15

第四章 短路电流计算 17

4.1电力系统短路电流计算的目的 17

4.2 电力系统短路电流计算条件 17

4.2.1标幺制的运用 17

4.2.2基本假定 18

4.2.3短路电流计算的一般规定 18

4.3 系统短路电流计算 19

4.3.1短路电流计算短路点 19

4.3.2对短路点甄选见下图（图4-1） 19

4.3.3通过标幺值运算 19

第五章 主要电气装置选择 25

5.1 10kV系统电气设备选择 25

5.1.1 10kV侧设备选择 25

5.1.2 10kV母线的选择 26

5.1.3 10kV电压互感器 27

5.1.4 10kV电流互感器的选择 29

5.2 35kV系统电气设备选择 31

5.2.1 35kV侧设备选择 31

5.2.2 35kV母线的选择 32

5.2.3 35kV侧绝缘子 33

5.2.4 35kV侧电压互感器 33

5.2.5 35kV侧电流互感器 33

5.3 110kV系统电气设备选择 33

5.3.1 110kV侧各断路器及隔离开关 33

5.3.2 110侧母线选择 35

5.3.3 110kV侧电压互感器 35

5.3.4 110kV电流互感器的选择 35

第六章 变电所配电布置 36

第七章 防雷保护 37

7.1变电所防雷保护及接地装置 37

7.1.1避雷针的保护范围计算 37

7.1.2折线法 37

7.1.3滚球法 38

7.1.4直击雷过电压保护 38

7.2雷电载入波的过电压保护 39

7.3变电所进线段保护 39

结束语 40

绪论

追溯至19世纪70 年代，电力从被发明至深入人们的生活，成功的取代了过去的传统能量来源，直接引发了又一次的工业革命，人们生活的方式也彻底的向电气化改变。电力系统是电力的生产与消费组合的系统，它大致包括发电（将其他形式的能量变为电能）、变电（改变电压的等级）、电能输送、配电和用电几个部分。二十世纪建立的大规模电力系统已经成为了工程科学史上的里程碑。

在新中国诞生后，全国的电力系统也随之迅速发展。中国电网在“十一五”期间进入了新的建设高峰期。同时创造了许多行业第一，全球第一大电网、装机规模全球第一、最高输电电压等级全球第一、全球第一发电量、百万千瓦火电机组数量第一、特高压直流输电线路世界长度第一、世界第一水电装机、世界第一大水电站等不胜枚举的行业之最。可是目前我国的电力水平还无法完全供应国家经济建设的需求，必须稳步持久的更新、增添各种电力设施。

第一章 变电所简介

发电厂将其他形式的能源转换成电能后，通过一些步骤将电能传递到远处的用电方手中。为了减少电能在传递过程中的损失，就要提升电压的等级，再根据用户的使用需求，降低电压的等级后再分配给用户。变电站就是用来改变电压的场所，通过变电站来达到升高或降低电压的过程。变压器与开关等是变电所最重要的装置设施。根据变换电压的等级大小不同，小的称为变电所。

1.1变电所基本原理

变电所的重要电气装置包括电力变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线及各种无功补偿装置。一次系统中包括主接线、主变压器、高低压配电设备等；二次系统中涉及了直流系统、继电保护、控制系统、远动与通信系统等。

主接线是变电所布局和线路铺设的最关键构成部分之一。主接线的含义是指电力系统使用哪种方法来连接变电所的变压器与输电线路，以此来达到输配电的目的。主接线直接影响到变电所能否稳定、灵活、安全地经济运转，同时对电气装置的甄选、如何设计铺排配电设备、继电保护以及控制方法的制定。主接线方法普遍的有单母线、双母线、一个半断路器接线与环形接线等若干基础形式。

作为变电所最重要的装置，变压器有自耦变压器、双绕组变压器与三绕组变压器等类型，变电所的可靠性、经济性与先进性直接受变压器的配置性能与等因素的影响。变压器作为升降电压等级的主要装置有升压变压器（送端变电所）和降压变压器（受端变电所）等类型。通常以变电所建立后5至10年期间负荷的增长为依据进行计划，可以适量规划未来10至20年的长期负荷成长。以此作为依据之一挑选主变压器的容量。

除此之外，变电所对于其他装置的甄选与变电所建立位置的确定和整体布局也都有相应的要求 。为了降低事故造成的危害，保护人身和装置的安全，需要安装对系统进行保护的装置。变电所继电保护共有两类：第一类是系统保护部分（含有输电线路和母线保护），第二类是元件保护（含有电抗器、变压器和无功补偿设备保护）部分。早期运用的是简易的自动断路器、熔断器、避雷器等装置。伴随技术的革新与发展，各式继电器和量测装置被研发并组成保护电路，以此应对不断加大的机组与提升的电压等级。继电保护技术不仅可以用于应对事故，同时还能处置系统在正常运行中的一些调配工作，使系统的整体效率有所提升。变电所的发展趋势向着自动化、智能化。通过使用绿色、可靠、集成和先进的智能装置，完成网络化通讯平台、数字化全站信息、规范化信息共享的目的，能够将数据收集、测绘、维修、控制、保护、计量与检测等自动完成，并且及时配合电网智能调整、自动控制、在网上解析决议和互动配合若干高端能力的变电所被称为智能化变电站。智能变电所的构成需要一致的信息平台与智能化的高压装置。智能变电所可靠性、经济性、灵活性都要远超老式变电所。

1.2变电所的分类

1.2.1按电压等级

按照电压等级由小至大：低压变电所、中压变电所、高压变电所与超高压变电所。

各个电压等级的相应范围为，

低压：1kV以下；

中压：1～10kV；

高压：高于10kV低于330kV；

超高压：330kV以上。

1.2.2按用户

通过电能用户的不同为城镇供应电力的变电所称之为城镇变电所，为工厂企业提供电力的称之为工业变电所，专门为农业作业供电的为农业变电所。

1.2.3按地位与作用

（1）枢纽变电所：

枢纽变电所通常都为超高压变电站（超过330kV），闻名知意，它是处于整个系统中枢纽位置的变电所。与若干的电源相关联，有大量回路的出线，同时变电站的容量大；如果全所停电，会致使系统瓦解或者范围极广的停电，其对电力系统能否可靠且稳定的运转有着关键的影响。

（2）中间变电所：

中间变电所在330kV至220kV之间通常是高压变电站，汇聚2至3个电源与几条线路处于系统主干环行线路或系统主要干线的接口处。如果全所停电，会导致区域电网解列。

（3）地区变电所：

一个小型城市或者一个区域的主要变电所称为地区变电所，通常属于高压变电站即220kV，全所断电后会导致该区域的用电混乱。

（4）终端变电站：

处于整个系统终端的变电站，靠近负荷点，通常电压等级为低压或中压变电站（一般是至10kV降至380V），通过降压后可以让用户直接使用的变电站。停电后，只会造成用户的损失。

1.2.4按容量和馈线

变电所馈线的数量与容量有所差距，把它们区别为小、中、大型变电所。

1.2.5按有无值班人员

通过判断有人或者是无人驻守才能够正常运转，被称为有人值班变电所或是无人值班变电所。

还可通过变电站围护结构区别：箱式变电站或土建变电站。组合式变电站或者户外成套变电站都可以叫做箱式变电站，从上个世纪60年代至70年代一些西方发达国家发明的用于户外的成套的变电所新型变电装置，因其拥有组装方便、利于迁移、运输、安装简便，运转成本低廉、零污染、免维护、动工时间短等优点，得到全球不同国家电气行业人的重视。

1.3变电所的选址

1.3.1 变电所选址原则

(1)通过近邻负荷的中心，降低成本和损耗。

(2)处于道路附近，利于线路铺设和大体积装置的运输。

(3)远离危险区域，避免对周围环境或相邻军事设备、飞机场等的干扰。

(4)尽量躲避通信设备，防止接地故障出现时变电所电位上升，对相邻通信设备造成危险影响。

(5)符合防洪防震等有关要求。

1.3.2变电所选址的基本思路

(1)跟随城市发展的脚步与策划，选择供电范围。

(2)通过合理的安排达到变电所建造与运转成本最小的目的，判断变电所经济供电半径，变电所经济容量。

(3)通过变电所经济供电半径，以变电站覆盖圆覆盖供电区域内所有负荷为目的，确定变电所所址。

(4)结合城市建设步伐和所址选择原则，对所址地点合理调整。

设计总布置的第一环节是整体规划变电所，唯有在认真慎重的检验后的整体规划指导下，才有可能设置计划出好的总布置。

变压器的选择

2.1负荷整理计算分析

35kV侧：

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