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电子信息与自动化 班
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110kV变电站设计
刘鸿瑞
摘要：随着经济的迅速发展，供电系统的设计越来越全面和系统，工厂用电量迅速增长，对于电能的性能要求也越发的高，因此对于供电设计有了更高的要求。变电站是电力系统的重要组成部分，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。这就要求变电站的设计必须安全，可靠，经济。当今世界的变电站设计趋于简单化和智能化，所以变电所的设计也主要是电气主接线的选择，短路计算和继电保护的配置选择为主。在对110KV变电站进行智能化的设计的同时，也能保证可靠的供电质量。
关键词：变电站，电气主接线，短路计算，继电保护，智能化
Abstract：With the rapid development of economy, the design of the power supply system is more and more comprehensive and system, and factory electricity consumption is growing fast.The performance requirements of the electricity are increasingly high Therefore there are higher requirements for power supply design.Substation is an important part of power system, contacting power plants and users of the intermediate links, and it plays the role transformation and distribution of electricity.This requires that a substation design must be safe, reliable and economic.Substation design in today\'s world tends to simplify and intelligent, so the substation design is mainly based on the main electrical wiring configuration options, short circuit calculations and relay selection.While intelligently designing the 110KV substation, we can also to ensure reliable quality of power supplies .Key words: Substation, Main electrical wiring, Short-circuit calculation, relay selection, intelligent.
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1 引言
我国电力工业的水平正在逐步提高，许多变电站已经实现了集中控制和计算机监控，所有电力工业都在努力降低成本，使用新设备，采用新技术。目前国内外的110KV 变电站都在一定程度上拥有了自动化系统，而未来的发展趋势应该是向智能化，网络化，测量、温度、保护和控制为一体化发展。另一方面，随着竞争越发激烈，变电站对于地区性电能分配技术的要求也越来越高。因此，我国必须在变电站设计中注重这个技术方面的顶尖，才能在这场改革中占有一席之地。通过这次设计，能使我们对所学的理论知识有一个全面的全新的认知和补充，也是对我们理论知识的一次实践。了解当前的发展趋势，学会去选择合适的方法或者新颖的方法来完成设计，是我们的一次成长，一次收获。
2 智能化变电站
在设计变电站的当前趋势下，智能化已经成了主流。在变电站自动化领域中,智能化电气的发展，特别是智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现,以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，使变电站所有信息的采集、传输实现全智能化处理提供了理论和物质基础。 2.1 技术特征
(1) 各类数据从源头实现数字化，真正实现信息集成、网络通信、数据共享。在电流、电压的采集环节采用智能化电气测量系统，打破了常规变电站的监视、控制、保护、故障录波、量测与计量等几乎都是功能单
一、相互独立的装置的模式。
(2) 系统结构更加紧凑，数字化电气量监测系统具有体积小、重量轻等特点，可以有效地集成在智能开关设备系统中，按变电站机电一体化设计理念进行功能优化组合和设备布置。对
一、二次设备进行统一建模，资源采用全局统一命名规则，变电站内及变电站与控制中心之间实现了无缝通信，从而简化系统维护、配置和工程实施。 2.2 智能化系统结构
智能化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一次设备和网
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络化的二次设备；在逻辑结构上可分为三个层次，根据IEC6185A通信协议草案定义，这三个层次分别称为\"过程层\"、\"间隔层\"、\"站控层\"。 2.3 发展中的主要问题
国外已有一定的成熟经验，国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究，并且在某些方面取得了实质性的进展。但归纳起来，目前主要存在的问题是: (1) 研究开发过程中专业协作需要加强，比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关；
(2) 材料器件方面的缺陷及改进；
(3) 试验设备、测试方法、检验标准，特别是EMC(电磁干扰与兼容)控制与试验还是薄弱环节。
国内已有数个智能化变电站顺利投运，运行时间最长的已近两年，总的来看设备运行平稳，各类数据采集、传输无误，保护和自动装置动作正常，说明智能化变电站的技术运用到实际中已初步通过实践的检验，满足了安全、稳定的系统运行要求。但智能化变电站应用发展中遇到的主要问题，还有待进一步深入研究和解决。
3 电气主接线的选择和设计
3.1 电气主接线简介
变电站的电气主接线包括变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和避雷器等电气设备，是电气部分的主干。通常称为变电所一次接线。这是一个庞大的工程，在我看来，不仅要了解母线，电气设备，接线方式，而且还要与具体环境联系起来，例如设计要求中提到的温度和海拔等因素。这些都是课本中学的不多的，因此我们必须自己通过查阅各种文献和现有的理论指导来逐步完成。目前的电气主接线技术主要是集中在解决主变压器的选择，其他设备相对而言，较为简单。主变的选择要考虑容量问题，容量问题又必须考虑到负荷。母线的接线方式选择也很重要，通常都会有好几个方案供选择，需要逐个分析，我们不能盲目选择，只有在具体情况下选取最适合的。
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3.2 电气主接线的方案选择 3.2.1 电气主接线的设计要求
对于电气主接线方案的选定，有以下几个要求点去进行选取：
1、供电可靠性。主接线的设计必须满足：当系统发生故障时，停电范围小，恢复供电快。
2、经济性。在满足供电可靠和安全的前提下，尽量节省投资和减少占地面积。
3、简化性。变电站自动化，无人控制是必然的发展趋势，简化主接线可以为此提供方便。
4、适应性和灵活性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化；改变运行方式时操作简便，恢复供电快。
电气主接线方案的选定对变电所电气设备的选择，现场布置，保护和控制所采取的方式，运行可靠性等都有直接影响。因此，选择优化的电气主接线方式，具有重大的意义。
3.2.2 电气主接线的方案比较
按照设计参考规定，在110KV配电装置中，当出线为2回路时，一般采用桥形接线；当出线不超过4回路时，一般采用分段单母线接线。 方案一：单母线接线方式
接线简单，清新。操作方便，投资少便于扩建。母线或隔离开关检修或故障时，连接在母线的所有回路必须停止工作。检修任一电源或线路的断路器时，该回路必须停止工作。当母线或母线上的隔离开关发生短路，以及断路器在继电保护的作用下都会自动断开，因而造成全部停电。 方案二：单母线分段接线方式
当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线供电，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。 方案三：双母线接线
运行方式灵活，可靠，便于事故处理和扩建。通过两组母线的隔离开关倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于停电，一组母线故障后能迅速恢复供电。隔离开关倒
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换工作容易引起电器误操作。配电装置复杂，经济性较差。
综上，110KV必须要考虑供电可靠性，所以选择双母线接线方式。
4 短路计算和继电保护
4.1 短路计算 4.1.1 短路计算的意义
短路有以下几种：三相短路，两相短路，两相接地短路和单项短路（接地）。三相短路是对称短路，此时三相电流和三相电压仍是对称的，只是三相电流特别大。除三相短路之外的都是非对称短路，每相的电流和电压不相同。
电力系统不可避免会发生短路故障，威胁着电网的正常运行，也有可能损坏电气设备。因此，在设计中，需要进行短路电流的计算，以便正确的选用继电保护，确保电力系统安全运行。而且在选择电气设备时，为了保证在正常运行和故障情况下都能可靠地工作，这都需要进行短路电流计算。通常用三相短路电流。 4.1.2 短路电流计算
计算可以采用有名值和标幺值两种方法，遇到变量多或者数字大时，一般采用标幺值。计算时，需要将各电压等级的电气元件参数都归算到同一电压等级，归算也有两种方法，一种是将有名值进行归算然后进行标幺值计算，另一种是直接对基准值进行归算，再求出各基准值对应的标幺值。计算过程中需要对变压器、发电机、电抗器、线路等进行电抗值计算和归算6。
4.2 继电保护
完成了短路计算后，就是对继电保护的配置选择3。继电保护的四个特性：可靠性，选择性，灵敏性，速动性。断路器和隔离开关，是比较常用的配置，对于型号的选择查看设计规范就可以得到。在本次设计中，我主要针对主变和线路进行保护选择及部分相应整定计算。变压器的保护配置通常采用瓦斯保护和纵差动保护作为主保护，其中瓦斯保护仅对于是油箱内的故障保护。容量为800KV以上的油浸式变压器，
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都可以装设瓦斯保护。一般情况，除了主保护以外，还可以辅助使用过电流保护、零序电流保护或者过负荷保护作为后备保护。
5 结论
110KV变电站设计是一个比较复杂的过程，包括了很多方面，电气主接线的设计，短路计算和继电保护的整定，电气设备的选择和校验，还有一些其他的应用。110KV等级的电气主接线还是采取单母线分段和双母线较多。因此我在这次设计过程中，主要是通过几种方案的比较来选择适合的即可。在变电站设计中，变压器是首先要进行确定的，一般为了确保供电可靠性，会采用双变压器。
通过这次设计，可以考察理论知识，也可以对专业知识起到实践作用，拓宽知识面，增强工程观念。在变电站的设计过程中，逐步提高动手解决问题的能力。
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