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绪论近年来，随着通信技术和计算机技术的迅猛发展，我国变电站综合自动化技术正向着多元化、宽领域、智能化的方向迅猛发展。现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。变电站作为变换电压，分配电能的重要部分，因此变电站中电气主接线的形式以及各种电气设备的合理选择、直接影响着变电站的正常运行。本次设计主要对变电站进行了一次电气设计以及相关的二次继电保护设计。本次设计的110KV变电站，属于地区性城市供配电站。本次变电站的设计是在校期间学习了相关专业课程如：《电力系统分析》、《电力系统继电保护原理》、《发电厂电气部分》等,它主要包括变电站总体分析，主接线分析，主变型号选择，无功补偿的选择，短路电流的计算，电气设备的选择，二次继电保护以及避雷针的保护等。在选择主接线设计中，我们把单母线分段带旁路母线和单母分段两种接线方式在经济性、灵活性、可靠性三个方面进行了比较，最后比较分析对110KV电压等级侧采用单母线分段带旁路母线接线形式，35KV电压等级侧采用单母线分段接线形式，10KV电压等级侧采用单母线分段接线形式。此次设计是一个较为完善的变电站设计，其中涉及了变电站的一次电气设计，二次继电保护设计。这次设计是在导师的精心指导下，通过查阅资料、计算校验、和同学讨论等做出的设计。这次设计是为了使我们在走上工作岗位前对工程设计有一个大致的了解,并掌握一定的工程设计方法而设计的。本次变电站的设计，可以基本满足市区生产及生活的正常供电需要，对于供配电的传输具有一定的可靠性，并且发生相应的故障时变电站具有相应的保护措施。在设计过程中考虑到该区供电生产和人民生活的发展，并可满足5-10年的远景供电需求。对于实际供配电系统有一定的现实意义。本次设计为以后从事电气设计、运行管理工作奠定必须的理论基础。关键词：变电站；主接线；变压器选择；电气设备；继电保护；第1章概述1.1概述本次110KV变电站的设计担负着向周边市区及市郊工农业生产和居民生活用电的工程，承担着本市区的输变电任务。根据《电力系统技术规程》有关具体要求，特别是：第1.0.2条：系统设计应在国家计划经济的指导下，在权衡相关中长期利弊基础上，从用户端实际需要对变电站进行合理规划，进一步探讨出经济环保的方案；应该因地制宜，不应损害当地经济环境为代价，对电力系统进行长期的一个方案探讨。在设计过程中，应当对变电站进行严格的设计方案研究，应采用先进技术、，保证供电的灵活可靠，严格保证供电质量来满足不同负荷需求端与人民生活不断增长的需要。第1.0.6条：对于设计方案应该有着较为详细的近景与远景分析，应当与国家及该地区未来发展方向相一致。当设计方案审查过后，及时进行合理性分析，如有重大变化时，应及时完善相关设计方案。此次110KV变电站是地区性城市变电站，它由系统1和系统2供电，而且向市区以及不同大负荷厂区供电。系统总容量为：121500(),1000()SMVASMVA该变电站在整个供电系统中占有重要地位。1.2变电站的作用和主要设备组成1.2.1变电站的作用电力工业在国家建设和国民经济中占据十分重要的地位，电能是一种无形的不能大量储藏的二次能源，由于发电厂发出的电能，往往不能直接满足用户用电的需求，这就需要将提高或降低电压等级再次供用户使用，考虑到经济型的原因，往往需要提升电压等级后再由线路传输，这样就需要不同电压等级，因此也需要更多的转换电压等级的设备参与。变电站的任务就是转换电压等级，保障一个区域的正常供配电，并及时对电压进行调整控制确保供电安全。1.2.2变电站主要设备组成一次与二次回路构成了变电站的整体。变电站的任务就是转换电压等级，保障一个区域的正常供配电。主要设备有变压器、各个不同电压等级的母线、断路器与隔离开关装置、控制装置、电压与电流互感器、避雷器、补偿装置等设备组成。变电站内还具有一些其他装置，如接地和屏蔽装置、站内电源蓄电池、照明设备等其它各种设备。1.2.3变电站的种类变电站是电力工业的重要部分，按变电站的性质和任务不同，可分为升压变电站和降压变电站；按变电站在电力系统中的作用和地位不同，可将其划分为一般变电站，地区重要变电站和系统枢纽变电站。变电站应担负的任务（1）变电站应当具有一定可靠性，安全性，尤其是二次设备中的继电保护和自动装置，远动装置等，应当及时发现故障及时动作保障供电安全。（2）变电站应提升良好的供电质量，随着生产技术水平的不断提高，各行业对供电质量提出了更高的要求，电能质量的主要指标有频率，电压，与谐波。（3）变电站的选址规划都应符合相关技术要求，应该因地制宜，不应损害当地经济环境为代价，对电力系统运行进行一个合理的规划。（4）变电站应提高运行管理水平和自动化水平，简化繁琐程序，提高效率，满足目前发展迅猛的电力市场需求。第2章电力系统及变电站总体分析2.1电力系统分析此次变电站的设计应当符合《35—110KV变电站设计规范》，保证供电的灵活可靠，严格保证供电质量来满足不同负荷需求端与人民生活不断增长的需要。本次110kv变电站设计是一个地区性城市变电站。变电站西边为10kv负荷密集区，主要有毛纺厂、棉纺厂、印染厂、食品厂、针织厂、及部分市区用电。变电站以东主要由35kv水泥厂、耐火厂以及其它用电。应该保证不同负荷的用电需求2.2变电站总体分析2.2.1设计依据根据省电力公司审计批复文件《焦作市郊变电站设计任务书的批复》。2.2.2建站的必要性该变电站是该市郊110KV变电站，通过系统1和系统2向该变电站供电。本次变电站的电压等级为110/35/10KV。根据焦作市经济的发展，用电负荷的逐渐增大，该变电站承担着向该市居民和工业输送电力的任务。因此变电站的规模是相对比较大的。因此设计中应当充分考虑到各种因素组成，如近期与长期规划，以及未来该市区的经济发展走向对于变电站的设计都有着重要作用。2.2.3建设规模根据电力系统规划，本变电站的建设规模如下:电压等级：110/35/10kv线路回数:110kv进线四回，35kv出线为5回。10kv出线为11回在35KV侧，水泥厂Ⅰ、Ⅱ类负荷占45％，耐火厂以及备用Ⅰ、Ⅱ类负荷则占50％。10KV负荷情况：棉纺厂、毛纺厂、针织厂、市区的Ⅰ、Ⅱ类负荷均各占60％，印染厂Ⅰ、Ⅱ类负荷占70％，而食品厂占45％。2.2.4所址概况该变电站位于该市东郊，交通便利。此次110kv变电站设计是一个地区性城市变电站。变电站西边为10kv负荷密集区，主要有毛纺厂、棉纺厂、印染厂、食品厂、针织厂、及部分市区用电。变电站以东主要由35kv水泥厂、耐火厂以及其它用电。该变电站海拔220m，地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊阔，架设方便，全线为黄土层地带，地耐力为2.4Kg/2cm。天然容重γ＝2g/3cm，土壤电阻率为100m，变电站地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。气象条件：年最高气温＋40℃，年最低气温－20℃，年平均温度＋15℃，最热月平均最高温度＋32℃，最大复水厚度b＝10mm，最大风速25m/s，属于我国第六标准气象区。2.3变电站负荷分析2.3.135kv侧负荷分析表2-135KV侧负荷电压等级负荷名称最大负荷（MW）负荷组成(﹪)自然力率maxT(H)线长(KM)备注近期远景一二水泥厂11.5215300.920水泥厂22215300.920耐火厂21.515350.918备用12.52.515350.9备用22.52.515350.9根据负荷表2-1可知，其一、二类负荷所占比例较大，对供电的可靠性要求较高。对一类负荷要保证不间断供电；对二类负荷，在必须有部分负荷停电的情况下，应优先考虑保证第二类负荷的连续供电。2.3.210kv侧负荷分析表2-210KV侧负荷电压等级负荷名称最大负荷MW负荷组成(﹪)自然力率maxT(H)线长(KM)备注近期远景一二10kv棉纺厂12.52.520400.7555003.5棉纺厂22.52.520400.7555003.5印染厂11.5230400.7850004.5印染厂21.5230400.7850004.5毛纺厂2220400.7550002.5针织厂21.520400.7545001.5市区12220400.825002市区22220400.825002食品厂1.51.515300.840001.5备用11.51.515300.78备用21.51.515300.78根据负荷表2-2可知，10kv侧的一、二类负荷占负荷总数的比例非常大，这就对供电的可靠性要求更高。对供电要求也更高。第3章电气主接线选择3.1主变选择主变压器用来向电力系统或用户输送功率，主变的选择对于整体变电站的设计有着重要的影响。主变的选择应当根据负荷侧所需容量的大小来进行选择。选择变压器的型号后还应对变压器进行校验。3.1.1主变容量和台数的选择原则1.主变容量的考虑原则（1）主变容量选择应当结合该地区负荷需求，并且根据该地区未来几年的远景发展综合考虑选取主变型号。（2）根据变电站带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证承担全部负荷的60％以上。(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。2.主变台数的考虑原则（1）对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，建议变电站配置两台主变。（2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电站，三台变压器的可行性应当进行考虑。（3）考虑到布置和引线的方便，联络变压器的台数一般只设置一台，最多不超过两台。3.1.2主变容量与台数选择计算依据变电站所处郊区的情况，变电站的电力负荷中有大量的一、二类负荷，基于对经济状况、占地面积及变电站位于负荷中心等诸多因素的考虑，应选择两台主变压器，其型号为SFSZL7-25000/110(KVA/KV)型。计算详情见附录（一）的计算说明书。3.1.3变压器形式的选择1.变压器相数的确定容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330KV及其以下的电力系统中，一般都应采用三相变压器。由于本站站址地势开阔、交通运输方便且容量相当，所以宜选三相变压器。2.变压器绕组数量的选择参考《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电站中，如果通过主变压器各绕组的功率达到该主变压器容量的15%及以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功功率补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器。结合本次设计110KV变电站的具体实际情况，应选择三绕组变压器。3.绕组连接方式的选择参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，选择0Y的连接方式。对于35KV侧也采用0Y的连接方式，而6-10KV侧采用△型的连接方式。故该市郊变电站主变应采用的绕组连接方式为：0Y/0Y/。4.主变阻抗和调压方式的选择在《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：变压器各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并列运行等方面进行综合考虑，并应以对工程起决定作用的因素来确定。变压器的阻抗选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此变压器可以分为升压结构和降压结构两种类型。图a升压结构图b降压结构图3-1变压器绕组结构由于绝缘因素，高压绕组总是放在最外侧，而中、低压绕组可以分别缠绕中低高高中低在变压器铁心的中间或者最里面。由于变压器的阻抗实际上就是绕组之间的漏抗，由此可见，升压型结构的变压器12u大而降压结构的13u大。那么应该看潮流传输的大小，在传输潮流大的一侧采用阻抗小的以减少正常损耗。但是也还要看其他的影响综合考虑。比如为选择轻型电器，需要加限制短路电流的措施，那么为限制短路电流，可以考虑优先采用