110kV變電站電氣設(shè)計畢業(yè)論文范文摘要110kV變電站是區(qū)域電網(wǎng)的核心樞紐，承擔(dān)著連接上級220kV電網(wǎng)與下級10kV配電網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵任務(wù)，其設(shè)計質(zhì)量直接影響電網(wǎng)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性與靈活性。本文以某地區(qū)110kV變電站設(shè)計為案例，從總體設(shè)計、電氣一次設(shè)備選擇、二次系統(tǒng)配置、布置設(shè)計、防雷接地、短路電流計算及經(jīng)濟(jì)性分析等方面展開系統(tǒng)研究。通過主接線方案優(yōu)化、負(fù)荷預(yù)測與設(shè)備參數(shù)校核，最終形成一套符合國家規(guī)范、滿足未來5年負(fù)荷需求的設(shè)計方案。本文成果可為同類變電站設(shè)計提供參考，具有較強(qiáng)的實用價值。引言隨著社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電力需求呈現(xiàn)剛性增長，110kV變電站作為電網(wǎng)“最后一公里”的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其設(shè)計需兼顧可靠性（保障連續(xù)供電）、經(jīng)濟(jì)性（控制投資與運(yùn)行成本）、靈活性（適應(yīng)負(fù)荷變化與擴(kuò)建需求）三大目標(biāo)。當(dāng)前，部分老舊變電站存在主接線過時、設(shè)備老化、保護(hù)配置不完善等問題，亟需通過規(guī)范化設(shè)計提升其性能。本文以某地區(qū)負(fù)荷中心為背景，按照《110kV~750kV變電站設(shè)計規(guī)范》（GB____）等標(biāo)準(zhǔn)，開展110kV變電站全流程設(shè)計，旨在解決上述問題。1變電站總體設(shè)計1.1站址選擇站址選擇遵循“負(fù)荷中心優(yōu)先、交通便利、地質(zhì)穩(wěn)定”原則：負(fù)荷中心：位于某工業(yè)園區(qū)與residentialarea交界處，覆蓋周邊10km范圍內(nèi)的工業(yè)負(fù)荷（占比60%）與居民負(fù)荷（占比40%），縮短供電半徑，降低線損。交通條件：緊鄰國道，距離高速公路入口5km，便于設(shè)備運(yùn)輸與運(yùn)維。地質(zhì)條件：場地為沖積平原，地基承載力≥150kPa，無滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，符合《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB____）要求。環(huán)境影響：遠(yuǎn)離居民區(qū)（距離≥300m），避免電磁輻射與噪音干擾。1.2電壓等級確定根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃，上級電源為220kV變電站，下級負(fù)荷為10kV用戶，故確定變電站電壓等級為110kV/10kV，其中110kV為進(jìn)線電壓，10kV為出線電壓。1.3主接線設(shè)計主接線是變電站設(shè)計的核心，需平衡可靠性與經(jīng)濟(jì)性。本文對比單母線分段與雙母線接線兩種方案（見表1），最終選擇雙母線接線。方案可靠性靈活性投資成本擴(kuò)建便利性單母線分段一般（故障時需停電檢修）有限（無法靈活切換母線）低（約1000萬元）困難（需停電改造）雙母線接線高（故障母線可快速切換）高（可靈活調(diào)整運(yùn)行方式）較高（約1200萬元）容易（新增間隔不影響運(yùn)行）選擇理由：該變電站為區(qū)域重要供電節(jié)點(diǎn)，可靠性要求高；雙母線接線可實現(xiàn)“不停電檢修”，滿足工業(yè)用戶對連續(xù)供電的需求；雖投資增加20%，但長期運(yùn)行中可通過減少停電損失收回成本。2電氣一次設(shè)備選擇2.1變壓器選擇變壓器容量依據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果確定（詳見第7章）：未來5年最大負(fù)荷為102MW，故選擇兩臺50MVA油浸式變壓器（總?cè)萘?00MW），裕度為25%（符合《電力工程電氣設(shè)計手冊》要求）。參數(shù)選擇：型號：S____/110（節(jié)能型油浸式變壓器，損耗比S9系列低15%）；電壓比：110±8×1.25%/10.5kV（適應(yīng)系統(tǒng)電壓波動，10.5kV為10kV配電網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)電壓）；阻抗電壓：10.5%（限制短路電流，保護(hù)設(shè)備安全）；冷卻方式：自然油循環(huán)風(fēng)冷（適應(yīng)戶外環(huán)境）。2.2斷路器選擇斷路器需滿足額定電壓、額定電流、開斷容量三大參數(shù)要求：110kV側(cè)：額定電壓110kV，額定電流2000A（變壓器一次電流約262A，留有裕度）；開斷容量31.5kA（短路電流計算結(jié)果為2600A，詳見第6章）；10kV側(cè)：額定電壓10kV，額定電流3150A（10kV出線最大電流約2000A）；開斷容量40kA（10kV母線短路電流約____A）。型號選擇：110kV側(cè)采用LW____/____.5（SF6斷路器，滅弧性能好）；10kV側(cè)采用VS1-12/____（戶內(nèi)真空斷路器，維護(hù)方便）。2.3互感器選擇2.3.1電流互感器（CT）110kV側(cè)：型號LZZBJ9-110/300-5（準(zhǔn)確級0.5級（計量）+10P20（保護(hù)），變比300/5（適應(yīng)變壓器一次電流262A））；10kV側(cè)：型號LMZ1-10/____（準(zhǔn)確級0.5級+10P15，變比2000/5）。2.3.2電壓互感器（PT）110kV側(cè)：型號JYZ-110（星形+開口三角形接線，額定電壓110/√3/0.1/√3/0.1kV，準(zhǔn)確級0.5級（計量）+3P級（保護(hù)））；10kV側(cè)：型號JDZ-10（星形接線，額定電壓10/√3/0.1/√3kV，準(zhǔn)確級0.5級）。2.4母線與避雷器選擇母線：110kV側(cè)采用LGJ-240鋁鎂合金絞線（額定電流494A，滿足短路電流熱穩(wěn)定要求）；10kV側(cè)采用TMY-80×8銅母線（額定電流1200A，適應(yīng)戶內(nèi)開關(guān)柜布置）；避雷器：110kV側(cè)采用Y10W-100/260（額定電壓100kV，殘壓260kV，小于設(shè)備絕緣水平）；10kV側(cè)采用YH5W-17/45（額定電壓17kV，殘壓45kV）。3電氣二次系統(tǒng)設(shè)計3.1繼電保護(hù)配置繼電保護(hù)遵循“選擇性、速動性、靈敏性、可靠性”原則，采用微機(jī)型保護(hù)裝置（替代傳統(tǒng)電磁型保護(hù)，提高準(zhǔn)確性與靈活性）。設(shè)備類型保護(hù)配置變壓器主保護(hù)：差動保護(hù)（保護(hù)繞組/引出線相間短路）、瓦斯保護(hù)（保護(hù)內(nèi)部故障）；

后備保護(hù)：過電流保護(hù)（保護(hù)外部故障）、過負(fù)荷保護(hù)（告警）、溫度保護(hù)（告警）110kV線路主保護(hù)：縱聯(lián)光纖差動保護(hù)（快速切除線路故障）；

后備保護(hù)：三段式電流保護(hù)（定時限，覆蓋線路全長）10kV線路主保護(hù)：電流速斷保護(hù)（切除線路近端故障）；

后備保護(hù)：過電流保護(hù)（切除線路遠(yuǎn)端故障）母線主保護(hù)：母線差動保護(hù)（快速切除母線故障）；

后備保護(hù)：過電流保護(hù)（作為補(bǔ)充）3.2自動裝置配置備用電源自動投入（BZT）：當(dāng)110kV工作電源故障時，自動投入備用電源（切換時間≤0.5s），保障10kV負(fù)荷連續(xù)供電；線路重合閘：110kV線路配置單相重合閘（適應(yīng)接地短路故障，重合成功率約80%）；10kV線路配置三相重合閘（適應(yīng)相間短路故障）；變壓器分接頭自動調(diào)整：通過遠(yuǎn)動系統(tǒng)實現(xiàn)變壓器分接頭遙控（詳見3.4節(jié)），保持10kV母線電壓穩(wěn)定。3.3測量與計量測量儀表：在110kV進(jìn)線、10kV出線處配置電流表、電壓表、功率表（數(shù)字式，精度0.5級），用于實時監(jiān)控運(yùn)行參數(shù)；計量儀表：在110kV進(jìn)線處配置有功電能表（精度0.5級）、無功電能表（精度1.0級），用于電費(fèi)結(jié)算；10kV出線處配置單相電能表（精度1.0級）。3.4遠(yuǎn)動系統(tǒng)遠(yuǎn)動系統(tǒng)采用RTU（遠(yuǎn)程終端單元）+調(diào)度自動化系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)“四遙”功能：遙測（YC）：采集110kV/10kV母線電壓、電流、功率，變壓器油溫等參數(shù)；遙信（YX）：采集開關(guān)狀態(tài)、保護(hù)動作信號、故障報警信號；遙控（YK）：遠(yuǎn)程控制開關(guān)分合閘、變壓器分接頭調(diào)整；遙調(diào)（YT）：遠(yuǎn)程調(diào)整10kV母線電壓（通過變壓器分接頭）。4變電站布置設(shè)計4.1總平面布置總平面采用功能分區(qū)設(shè)計（見圖1），分為：主變區(qū)：位于變電站北側(cè)，布置兩臺50MVA變壓器（間距10m，滿足防火要求）；110kV配電裝置區(qū)：位于東側(cè)，采用戶外常規(guī)設(shè)備布置（斷路器、隔離開關(guān)、互感器排列成兩列，間距8m）；10kV配電裝置區(qū)：位于南側(cè)，采用戶內(nèi)開關(guān)柜布置（10kV開關(guān)柜排列成兩排，每排10面，間距1.5m）；控制樓：位于西側(cè)，一層為控制室（布置保護(hù)屏、測控屏、遠(yuǎn)動屏），二層為辦公區(qū)（運(yùn)維人員值班）。4.2配電裝置布置110kV配電裝置：采用戶外中型布置（設(shè)備安裝在2.5m高的支架上，便于操作與檢修），母線采用軟母線（LGJ-240），間隔寬度為8m（符合安全距離要求）；10kV配電裝置：采用戶內(nèi)開關(guān)柜布置（KYN28-12型開關(guān)柜，深度1.5m，寬度0.8m），開關(guān)柜排列成“一字型”，電纜溝位于下方（深度1.2m，寬度0.8m）。4.3二次設(shè)備布置控制室內(nèi)屏柜按照功能分組排列（見圖2）：保護(hù)屏：位于左側(cè)，安裝變壓器、線路、母線保護(hù)裝置（間距1.0m）；測控屏：位于中間，安裝測量儀表與測控裝置（間距1.0m）；遠(yuǎn)動屏：位于右側(cè)，安裝RTU與通信設(shè)備（間距1.0m）；直流屏：位于角落，提供220V直流電源（用于保護(hù)裝置與開關(guān)操作）。5防雷與接地設(shè)計5.1防雷設(shè)計直擊雷防護(hù)：在主變區(qū)、110kV配電裝置區(qū)安裝30m高避雷針（共2支），保護(hù)范圍覆蓋所有設(shè)備（采用滾球法計算，滾球半徑60m）；感應(yīng)雷防護(hù)：在110kV母線、10kV母線、變壓器中性點(diǎn)安裝避雷器（詳見2.4節(jié)），防止感應(yīng)雷過電壓損壞設(shè)備；線路防雷：110kV線路入口處安裝避雷器，防止線路引入的雷電波侵入變電站。5.2接地設(shè)計接地系統(tǒng)采用水平接地體+垂直接地體組合（符合《交流電氣裝置的接地》（DL/T____）要求）：水平接地體：采用40×4mm扁鋼（鍍鋅，防腐蝕），埋深0.8m，長度200m；垂直接地體：采用50×5×2500mm角鋼（鍍鋅），間距5m，共20根；接地電阻：計算值約0.4Ω（土壤電阻率100Ω·m），滿足“≤0.5Ω”的規(guī)范要求。6短路電流計算6.1計算目的短路電流計算是設(shè)備選擇（校驗設(shè)備開斷容量、熱穩(wěn)定）與保護(hù)整定（確定保護(hù)動作值）的基礎(chǔ)。6.2計算方法采用對稱分量法（假設(shè)系統(tǒng)電源容量無限大，忽略電阻），計算三相短路電流（最嚴(yán)重的短路類型）。6.3計算結(jié)果短路點(diǎn)短路電流（I''）峰值電流（Ip）熱穩(wěn)定電流（I∞）110kV母線2600A6630A2600A10kV母線____A____A____A設(shè)備校驗：110kV斷路器開斷容量31.5kA（大于2600A），滿足要求；10kV母線TMY-80×8銅母線熱穩(wěn)定電流1200A（大于____A，計算熱穩(wěn)定時間為1s），滿足要求。7負(fù)荷預(yù)測7.1預(yù)測方法采用趨勢分析法+負(fù)荷密度法組合：趨勢分析法：收集過去5年負(fù)荷數(shù)據(jù)（見表2），假設(shè)年增長率為5%，預(yù)測未來5年負(fù)荷為102MW；負(fù)荷密度法：該地區(qū)工業(yè)負(fù)荷密度為10MW/km2（工業(yè)園區(qū)面積8km2），居民負(fù)荷密度為5MW/km2（residentialarea面積4km2），總負(fù)荷為10×8+5×4=100MW。年份20182019202020212022負(fù)荷（MW）65687276807.2結(jié)果應(yīng)用負(fù)荷預(yù)測結(jié)果為102MW，故選擇兩臺50MVA變壓器（總?cè)萘?00MW），滿足未來5年需求；若未來負(fù)荷增長超過預(yù)期，可通過新增第三臺變壓器（50MVA）實現(xiàn)擴(kuò)容（雙母線接線便于擴(kuò)建）。8經(jīng)濟(jì)性分析8.1投資成本項目單母線分段（萬元）雙母線接線（萬元）主接線設(shè)備8001000變壓器400400二次設(shè)備200200布置與接地200200**總計****1600****1800**8.2運(yùn)行成本項目單母線分段（萬元/年）雙母線接線（萬元/年）設(shè)備維護(hù)5060停電損失10050**總計****150****110**8.3綜合評價采用凈現(xiàn)值（NPV）法（折現(xiàn)率8%，計算期20年）：單母線分段：NPV=1600+150×(P/A,8%,20)=1600+150×9.818=3072.7萬元；雙母線接線：NPV=1800+110×(P/A,8%,20)=1800+110×9.818=2879.98萬元。結(jié)論：雙母線接線的NPV比單母線分段低192.72萬元，雖初始投資增加200萬元，但長期運(yùn)行中通過減少停電損失（每年節(jié)省50萬元）收回成本，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。結(jié)論本文通過對110kV變電站的全流程設(shè)計，得出以下結(jié)論：1.主接線選擇雙母線接線，兼顧可靠性與靈活性，滿足區(qū)域重要供電需求；2.變壓器選擇兩臺50MVA油浸式變壓器，滿足未來5年負(fù)荷需求，裕度合理；3.二次系統(tǒng)采用微機(jī)型保護(hù)+遠(yuǎn)動系統(tǒng)，提高了保護(hù)準(zhǔn)確性與監(jiān)控能力；4.防雷接地設(shè)計符合規(guī)范要求，確保變電站安全運(yùn)行；5.經(jīng)濟(jì)性分析表明，雙母線接線雖初始投資增加，但長期運(yùn)行成本更低，是最優(yōu)選擇。本文設(shè)計方案符合國家規(guī)范與實際需求，可為同類變電站設(shè)計提供參考，具有較強(qiáng)的實用價值。參考文獻(xiàn)[1]電力工程電氣設(shè)計手冊編委會.電力工程電氣設(shè)計手冊（一次部分）[M].北京：中國電力出版社，1996.[2]電力工程電氣設(shè)計手冊編委會.電力工程電氣設(shè)計手冊（二次部分）[M].北京：中國電力出版社，1998.[