110kV变电站初步设计

一、设计依据

1、中华人民共和国电力公司发布的《35kV～110kV无人值班变电所设计规程》（征求意见稿）

2、110kV清河输变电工程设计委托书。 3、电力工程电气设计手册（电气一次部分）

二、设计范围

1、所区总平面、交通及长度约20米的进所道路的设计。

2、所内各级电压配电装置及主变压器的一、二次线及继电保护装置。 3、系统通信及远动。

4、所内主控制室、各级电压配电装置和辅助设施。 5、所区内给排水设施及污水排放设施。 6、所区采暖通风设施、消防设施。 7、所区内的规划。

8、编制主要设备材料清册。 9、编制工程概算书。 三、设计分工

1、110kV配电装置以出线门型架为界，10kV电缆出线以电缆头为界。电缆沟道至围墙外1米。

2、所外专用通信线、光纤系统通信、施工用电、用水等设施由建设单位负责。 四、主要设计原则 1、 电气主接线

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的重要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案，决定于电压等级和出线回路数。

（1）110kV主接线设计：110KV清河变主要担负着为清河开发区供电的重任，主供电源由北郊变110KV母线供给，一回由北郊变直接供给，另一回由北郊变经大明湖供给形成环形网络，因此有两个方案可供选择：单母线接线；单母线分段接线。

方案I：采用单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需

短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

适用范围：一般适用于一台发电机或一台变压器的110-220KV配电装置的出线回路数不超过两回。

方案II：采用单母线分段接线

优点：1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。

2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：1）当一段母线或母线隔离开关故或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。

2）当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越。 3）扩建时需向两个方向均衡扩建。

适用范围：110-220KV配电装置的出线回路数为3-4回时。 经过以上论证，决定采用单母线分段接线。

（2）35Kv主接线设计：主要考虑为清河工业园区及周边高陵西部地区供电。 方案I：采用单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

适用范围：一般适用于一台发电机或一台变压器的35-63KV配电装置的出线回路数不超过3回。

方案II：采用单母线分段接线

优点：1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。

2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：1）当一段母线或母线隔离开关故或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。

2）当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越。 3）扩建时需向两个方向均衡扩建。

适用范围：35-63KV配电装置的出线回路数为4-8回时。 经过以上论证，决定采用单母线分段接线。

（3）10kV主接线设计：主要考虑为变电站周围地区供电。 方案I：采用单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使

整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

适用范围：6 -10KV配电装置的出线回路数不超过5回 。 方案II：采用单母线分段接线

优点：1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。

2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：1）当一段母线或母线隔离开关故或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。

2）当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越。 3）扩建时需向两个方向均衡扩建。

适用范围：6 -10KV配电装置的出线回路数为6回及以上时。 经过以上论证，决定采用单母线分段接线。 2、 主变压器选择

（1）容量的确定:1）主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。对于城郊变电所,主变压器容量应与城市规划相结合。2)根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定变压器的容量。对于有重要负荷变压器的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许进间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%-80%。3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。

（2）主变压器台数的确定：1）对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。3）对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

因此为保障电压水平能够满足用户要求，本所选用有载调压变压器，选变压器两台。

3、主要电气设备选择

（1）110kV配电装置选用户外110kV六氟化硫全封闭组合电器(GIS)。开断电流31.5kA。

（2）35kV选用kYN-35型手车式金属铠装高压开关柜，内配真空断路器。开断电流25kA。

（3）10kV选用CP800型中置式金属铠装高压开关柜，内配真空断路器。出线开断电流31.5kA，进线开断电流40kA。

（4）10kV母线避雷器选用HY5WZ-17/45型氧化锌避雷器。

（5）根据《陕西电力系统污秽区分布及电网接线图集》，该站地处Ⅱ级污秽区，考虑到该站距公路较近，污级提高一级，按Ⅲ级户外用电气设备泄漏比距，110kV、35kV、10kV为2.5cm/kV(均按系统最高工作电压确定)。

4、无功补偿及消弧线圈

10kV出线回路数每段母线12回，本期装设2组干式接地变及消弧线圈。接地变容量700/160kVA，消弧线圈600kVA。本期装设2×1800kVar电容器组。

5、电工构筑物布置

（1）根据进出线规划及所址地形情况，电工构筑物布置如下：110kV屋外配电装置布置在所区南侧，二次室及35kV～10kV开关室布置在所区北侧，为一座二层楼结构，一层10kV，二层35kV；主变压器布置在二者之间，所区大门设在西侧，进所道路自所址西侧的公路接引。

（2）110kV配电装置进线采用软母线，进线间隔宽度为8米。按远期出线总共6个间隔设计。

（3）35kV配电装置按两台主变进线，4个出线间隔设计。

（4）10kV配电装置采用屋内单层双列布置。干式接地变及消弧线圈装在一箱内，安装在10kV开关柜中间。共36个出线间隔(公用4个)。

6、控制、保护及直流 （1）控制方式

本工程的控制、信号、测量采用计算机监控方式，分层分布式综合自动化系统，按无人值班有人值守方式设计。

（2）保护装置

继电保护均采用微机保护，这些保护的信息都以通信方式接入计算机监控系统。 （3）自动装置

10kV馈线装设小电流接地选线装置；10kV馈线具有低周减载功能。 （4）直流

采用智能高频开关电源系统，蓄电池采用2×100Ah免维护铅酸蓄电池，计206只，单母线分段接线。

五、基础资料

110kV清河变电站地址选在市开发区清河工业园区的北部，西邻一条南北公路。电源由北郊330kV变110kV母线出两回，一回直接接入，一回经大明湖变“Π”接后再接入。导线选择LGJ-300/40。

1、环境条件

该站位于市开发区清河工业园区的北部，西邻一条南北公路。占地东西长69m，

南北长66m，面积4554m，合6.831亩。该站出线条件较好，110kV南面进出，35kV北面进出，10kV电缆从西侧进出(电缆沟)。交通方便，靠近乡镇，职工生活方便。围墙内自然高差与公路相差3m左右，回填土方量较大。

（1）环境温度:-15°C～+45°C。

（2）相对湿度：月平均≤90%，日平均≤95%。 （3）海拔高度:≤1000m。 （4）地震烈度:不超过8度。 （5）风速:≤35m/s。 （6）最大日温差:25°C。

周围环境无易燃且无明显污秽，具有适宜的地质、地形和地貌条件(如避开断层、交通方便等)。并应考虑防洪要求，以及邻近设施的相互影响(如对通讯、居民生活等)。 2、环境保护

（1）变电所仅有少量生活污水，经处理后排入渗井。

变压器事故排油污水，经事故油池将油截流，污水排入生活污水系统，对周围环境没有污染。

（2）噪音方面是指变压器和断路器操作时所产生的电磁和机械噪声。对主变及断路器要求制造厂保证距离设备外壳2米处的噪声水平不大于65bB，以达到《工业企业噪声卫生标准》的规定。

3、绿化

在所内空闲地带种植草坪及绿篱，以美化环境。

第二节 系统概述

主要是为工业园区供电和服务的，并本变电所属新建110kV负荷型变电所，主要满足该地区工业和居民用电。

主变压器容量本期2×31.5MVA，远期3×50MVA。110kV本期两回出线，采用单母线分段接线；远期六回出线。35kV本期4回出线，采用单母线分二段接线。10kV本期24回出线，采用单母线分二段接线，远期36回出线，采用单母线分三段接线。

序号 1 2 项目 主变压器 110kV单母线 最终规模 3×50MVA 2段 本期规模 2×31.5MVA 2段

3 4 5 6 7 110kV出线 35kV母线 35kV出线 10kV母线 10kV出线 6回 2段 4回 3段 36回 2回 2段 4回 2段 24回 户外设备基础及构架设计原则如下: 110kV架构及基础本期只安装两回。其余架构及基础只上本期规模，其余均不上，预留位置。三号变基础本期不上，仅预留位置。

第三节 电气主接线

电气主接线是由高压电气设备连成的接收和分配电能的电路，是发电厂和变电所最重要的组成部分之一，对安全可靠供电至关重要。因此设计的主接线必须满足如下基本要求：

1、满足对用户供电必要的可靠性和电能质量的要求。 2、接线简单、清晰，操作简便。 3、必要的运行灵活性和检修方便。 4、投资少，运行费用低。

该变电站110kV户外配电装置采用GIS组合电器布置形式。110kV采用单母线分段接线方式。110kV进线2回。其中一段母线带2台主变压器，另一段母线带1台主变压器。本期安装每段母线1台主变，110kV GIS共6个间隔位。110kV GIS主变出线至主变110kV侧为电缆及电缆插拔头型式。电缆型号YJV22-126-1×300交联电缆。

35kV采用单母线分段接线。共设两段，每台主变各接一段。本期安装4回出线，每段2回。35kV出线至35kV穿墙套管亦采用电缆，电缆型号:YJV22-126-1×300交联电缆。

10kV采用单母线扩大分段接线，共分3段，本期分2段。每台主变各接一段，每段12回出线。10kV出线36回(含公用部分4回)，本期安装24回。10kV全部采用电缆出线。在每台主变压器低压侧设置一组接地变压器及一组无功分档投切并联补偿电容器。

为了适应今后电网商业化运营的要求，提高电网的供电质量，满足用户对供电质

量的要求，另外，为了便于电网电压的灵活及时调整，主变的调压方式应采用有载调压变压器，有利于电网今后的运行。

目前限制低压侧短路电流措施，一般采用高阻抗变压器，且根据 110kV 系统短路水平(不超过30 kA)。经过推算，10kV短路电流(不超过30kA)。所选开关柜等电气设备均可满足要求(10kV不并列)。故本次设计采用高阻抗主变压器。

本次设计结合实际运行经验，要求主变压器本体油枕由原A相移至C相。这样有利于主变压器中性点接地隔离开关连接安装，且操作检修方便。

MVAMVA110kV采用中性点直接接地方式。

无功补偿应根据就地平衡和便于调整电压的原则进行配置，采用集中补偿的方式，集中安装在变电所内有利于控制电压水平。向电网提供可调节的容性无功。以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电压。

为了提高电网的经济运行水平，根据无功补偿的基本原则，在10kV每段母线上各接一组由开关投切的分档投切并联电容器成套装置，供调节系统的无功负荷，电容器每组容量为1800kVar。

在每段母线上分别接一台接地变压器(曲折变，型号DSDB-700/10.5-160/0.4A)。中性点采用Z0接线。低压侧为Y0接线、正常运行时供给380/220V站用电源(接地变压器带附绕组兼做站用变压器)。Z0具有中性点连接有载调谐消弧线圈。

第四节

用于设备选择的短路电流是按照变电所最终规模：三台50MVA主变压器及110kV远景系统阻抗，考虑三台主变并列运行的方式进行计算的。

表3 清河变电站短路计算表 110kV母线2010年规划短路阻抗值：0.0335， 短路电压：UdⅠ-Ⅱ=10.5%

零序短路阻抗值：0.0136， UdⅠ-Ⅲ=17% 额定电压：110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5kV UdⅡ-Ⅲ=6% 额定容量：31.5MVA 容量比：100%.100%.100% 接线组别：YN，yn0.d11 表4 清河变电站短路电流计算结果表（远期10kV、35kV并列运行）

短路点 编号 短路电短路点 基准 流周期平均电电流分量起压（kV） （KA） 始有效值 115 37 10.5 115 0.502 1.56 5.5 0.502 1.2 2.24 9.33 1.7 短路电短路电流流冲击最大有效值（KA） 值（KA） 短路 类型 短路点 位置 d1 三相 短路 d2 d3 单相 短路 d1 110kV母线 35kV母线 10kV母线 110kV母线 38.211 30.398 46.2111 6.9564 14.985 7.628 18.122 2.728 设备的选择与校验

结合以往110kV变电所设计及运行情况，本次选用110kV及10kV开关开断电

流采用31.5kA，35kV选用25 kA。并依次对设备进行了选择和校验。主变：(有载调压电力变器) 型 号 标准代号 绝缘水平 额定容量 空载损耗 空载电流 使用条件 油面温升 额定电压 短路阻抗 在31500kVA时 110及38.5kV间10.12% 110及10.5kV间17.55% 38.5及10.5kV间6.22% SSZ10-31500/110 GB1094.1-21996 31500kVA 23.42KW 0.10% 户 外 55 K 冷却方式 GB1094. 3-85 联接组别 额定频率 相 数 海 拔 油 重 DNAN GB1094.5-85 YnynOd11 50HZ 3 1000m 5684(带油)Kg L1480AC200-L1250AC95/L1200AC85/L175AC 110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5kV 负载损耗 在31500kVA时 110及38.5kV间141.10KW 110及10.5kV间144.93KW 38.5及10.5kV间122.23KW 1101、1102、1100、泾北、泾湖开关：（GIS组合电器）

型 号 额定电流 额定开断电流 额定气压 型 号 分合闸线圈电阻 型 号 额定电流 型 号 LWG2-126 1250 A 31．5 KA 0．5mpa CT20-1XG 33 欧 120-GRE 1250 A CTG1 120-GRE 1250 A CJG1 120-GR-20C 1250 A CTG1 JSQX8-110HA1 3 额定电压 110/√3V 110/√3V 额定电压 额定频率 额定分闸电压 额定合闸电压 操作机构 额定电流 126kV 50 HZ 220 V 220 V 2 A 交直流电机额定电压功率 220 V 330W 额定电压 短时耐受电流 操作机构 控制电压 电机额定电压 额定电压 短时耐受电流 操作机构 控制电压 电机额定电压 额定电压 短时耐受电流 操作机构 控制电压 电机额定电压 标准代号 额定频率 126/230/550kV 端子标号 1a 1n 2a 2n Da on 1．5 30s 准确级 0．2 3p 3p 气体压力 极限 2400VA 0．35mpa 220 V 220 V 126kV 31．5KA 220 V 220 V 126kV 31．5KA 220 V 220 V GB1207-86 50 HZ 126kV 31．5KA FES快速接地刀闸：(线路侧) ES接地刀闸：(开关侧) 型 号 额定电流 型 号 DS刀闸：(开关侧) 型 号 额定电流 型 号 110kV电压互感器： 型号 相数 额定绝缘水平 二次 绕组 剩余电压绕组 额定电压因数 相应额定时间 100V 1．2 连续 六氟化硫额定值 0．4mpa

110kV电流互感器： 型号 次级电流 额定容量 出厂编号 型号 次级电流 额定容量 出厂编号 型号 次级电流 额定容量 型号 额定频率 持续运行电压 型 号 额定电流 额定开断电流 雷电冲击耐受电压 泾西开关： 型 号 额定电流 额定开断电流 雷电冲击耐受电压 型 号 额定电流 额定耐受电压 35kV电压互感器: 型号 40．5/95/200 100/√3V 100/√3V 100/√3V 20VA 30VA 20VA ONED35-S kV CL CL CL 0．2 0．5 0．2 额定电压 35000/3 V V 1a-1n 2a-2n 1a-1n VD4M-3612-31ZC 1250 A 31．5 KA 185kV PPT 1250A 95kV 额定电压 额定频率 工频试验电压 额定短时耐受电流 额定一次电压 额定二次电压 准确级 40．5kV 50 HZ 96kV 31．5 KA 4s 40．5kV 100/√3V 0．2/0.5 110kV电流互感器：

Y10WF5-110/260 50HZ 80kV 额定电压 额定气压 100V 0．392mpa 4kg/cm B．S1EC441 5A 300VA 081 B．S1EC441 5A 300VA 081 B．S1EC441 5A 300VA 初级电流 初级 额定短时耐受电流 出厂日期 初级电流 初级 额定短时耐受电流 出厂日期 初级电流 初级 额定短时耐受电流 300．400．600A 5P20 31．5KA 3s 2000-7 300．400．600A 0．2 31．5KA 3s 2000-7 300．400．600A 0．5 31．5KA 3s 标称放电流 10KA直流1mA电压145 kV 额定电压 额定频率 工频试验电压 额定短时耐受电流 40．5kV 50 HZ 96kV 31．5 KA 4s 3501、3502、3500开关： VD4M-3612-31ZC 1600 A 31．5 KA 185kV 35kV电压互感器手车柜：

采暖和通风

该站初设为无人值班变电站，不考虑采暖。 该站采用自然通风与机械通风相结合的方式。

10kV配电室下部装百页窗，上部安装低噪音防爆轴流风机。

第十节 通信、远动及工业电视

一、通讯及远动

由于该站为无人值班变电站，采用微机保护、微机监控，信息传输量大。利用110kV线路架空避雷线及电缆沟道敷设复合光纤通讯电缆，采用光纤通讯方式，一主一备环网通讯，确保通道畅通。

为确保该站与调度的通信联络，在该站内安装一部市话。 二、工业电视

本变电所按无人使班设计，要求该所具有较高的安防监控系统。 1、闭路监控系统

摄像机要求进口的彩色摄像机。

摄像机安装位置：大门、高压开关室、控制室、110kV设备区、变压器没备区。 该系统能全自动或通过报警触发器，启动并以数字化方式录入所有摄像机所捕获的图像内容。

2、防盗、防火报警系统

在变电所主要区域都安装有防盗、防火探头。为了提高可靠性，报警探测器金部选用进口探测器，防火探头选用进口产品，并能与计算机进行联网。且对各个防区分别进行操作，可设置保护密码，防止误操作。

探测器安装位置：高压开关室、控制室、变电所四周圈墙。

北郊330变 大明湖变 19.2km 12.2km 110kV d1 35kV d2

31.5MVA 31.5MVA

10kV d3

图4-1 短路电流计算接线图

北郊330变 大明湖变

0.0582 0.03697 115kV 0.0335 d1 0.3755 37kV（0.2045） d2 0.341 0.341 0.00 0.198 0.198 0.00 0.5735 10kV （0.3035） d3

图4-2 正序（负序）阻抗图

0.0136 115kV d1

0.341 0.341

图4-3 零序阻抗图

7、10kV侧用户出线CT

根据其负荷情况选用LZZB12—10/400A，0.2/0.5/10p15

经校验符合要求。

第五节 母线的选择及其它

1、110kV电力电缆选择：YJV22—126—12、110kV中性点避雷器，Y1W5—60/144，

60kV

3、110kV接地隔离开关GW5—72.5Z/630A，60kV单相

4、主变端子箱：XW1—1

5、35kV电力电缆：ZR—YJV22—26/45—16、35kV户外穿墙套管，CWLB—35/1500

7、35kV户内支持瓷瓶ZLA—35T

8、35kV户外穿墙套管CWLB—35/400

9、10kV户外支持瓷瓶ZS—20/3000

10、10kV母线金具MWp—203

11、10kV穿墙套管CWl——20/3000A

12、10kV硬铜矩形母线2∵主变一次侧电流I1N=Sn/√3UN

∴I1N110=166A I1N35=520A I1N10=1821A

CT一次侧电流I1N为：

110kV侧I1n=√3I1N110=287A（T-CT接线方式⊥/△-11）

35kV侧I1n=√3I1N35=900A （T-CT接线方式⊥/△-11）

10kV侧I1n=√3I1N10=1821A （T-CT接线方式⊥/┬-12）

CT变比nc为：

110kV侧nc=300/5=60

35kV侧nc=1000/5=200

10kV侧nc=2000/5=400

CT二次侧电流I2n为（CT“△”接法时Kjx=√3，“┬” 接法时为1）

110kV侧I2n=KjxI1n/n c=4.79A

35kV侧I2n=KjxI1n/n c=4.5A

10kV侧I2n=KjxI1n/n c=4.55A

以110kV为基本侧，变压器外部最大短路电流为：

I d（35）max =1/（0.06+0.3413）×100/√3×110=1.308KA

Id（10）max =1/0.6156×100/√3×110=0.853KA

以下面三者中最大者为依据，确定保护动作电流：

①躲励磁涌流

Idz=K kI1N110=1.5×166=245A

②躲CT二次侧断线

Idz=K kI1N110=1.3×166=216A

③躲母线短路时最大短路电流

Ibp=Ibp+I bp+Ibp

''''''

Ibp是CT误差引起的不平衡电流

'

Ibp=Kf2qKtxfiId·2d

'

Ibp是变压器分接头引起的不平衡电流

''

I bp=△UαId（α）·2d+△UβI d（β）·2d

''

Ibp是平衡线圈不能补偿Ⅰ、Ⅱ侧电流引起的不平衡电流。

'''

I bp=△f2αⅠI dⅠ·2d +△f 2αⅡI dⅡ·2d

'''

因为是单侧电流，所以考虑35kV短路电流I d（35）max为上式中的同一电流。

Ibp=（Kf2qKtxfi+△Uα+△Uβ+△f2αⅠ+△f2αⅡ）I d（35）max

=（1×1×0.1+0.12+0.05+0.05）×1308

=419A

式中，Kf2q是非周期分量引起的误差，取1

Ktx是CT同型系数，此处不同型，取1

fi是最大相对误差，取0.1

△Uα、△Uβ是变压器在α、β侧调压引起的相对误差（此处为110kV、35kV调

压），取0.12和0.05

由上式计算，确定采用BCH-2型差动继电器。

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