陕西榆林羊老大50MW光伏电站项目110kV升压站初步设计
摘 要
本文主要对陕西榆林羊老大50MW光伏电站项目110kV升压站的初步设计。
首先根据升压站规模，结合国家电网公司对光伏电站接入电网的要求，在满足安全性、可靠性和经济性的前提下，确定了主接线的形式，进而根据光伏电站装机容量确定了主变压器和无功补偿装置的容量及其他电气参数，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，选择并校验了配电装置，包括导体、断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器等，确定了配电装置的选型。本论文同时对全站防雷接地进行简单分析。
最后完成了电气主接线图、电气总平面布置图、全站防直击雷布置图、全站接地布置图，全站所用电配置图等图纸的绘制。
关 键 词：变电站；电气主接线；电气总平面布置图；变压器
论文类型：f
目 录
摘 要 III
目 录 IV
1 绪论 1
1.1（标题2）论文的选题意义/背景及目的 1
1.2国内外研究现状分析 1
1.3论文的主要工作内容 1
2 电气主接线设计 3
2.1电气主接线设计的要求 3
2.2电气主接线设计 3
3 变电站主变压器的设计 4
3.1主变容量和台数选择 4
3.2主变压器型式和结构的选择 4
4 无功补偿、厂用电和接地变小电阻成套装置设计 5
4.1无功补偿设计 5
4.1.1无功补偿装置的作用 5
4.1.2无功补偿装置型式和容量的选择 6
4.2厂用电设计 6
4.3 接地变及小电阻成套装置设计 7
4.3.1电容电流计算 7
4.3.2 接地电阻计算 7
4.3.3接地变容量选择 8
5 短路电流计算 8
5.1短路电流的危害 8
5.2短路电流计算的目的 9
5.3短路电流计算的一般规定 9
5.4短路电流计算的基本假定 9
5.5短路电流计算的计算结果 9
6 导体和电气设备的选择 10
6.1导体选择和校验 10
6.1.1导体截面的选择 10
6.1.2导体截面的校验 11
6.1.3导体截面选型结果 11
6.2高压断路器的选择 12
6.2.1高压断路器选择和校验的方法 12
6.2.2 110kV断路器的选择和校验结果 13
6.2.2 35kV断路器的校验 13
6.3隔离开关的选择 14
6.3.1 110kV断路器的选择和校验 14
6.3.2 35kV隔离开关的选择和校验 14
6.4电流互感器的选择 15
6.4.1电流互感器选择和校验的方法 15
6.4.2电流互感器选择和校验 15
6.5电压互感器的选择 16
6.5.1电压互感器选择和校验的方法 16
6.5.2电压互感器选择 16
7 防雷、接地 17
7.1防雷保护 17
7.1.1直击雷保护 17
7.1.2雷电侵入波 17
7.2接地网设计 18
7.2.1电气装置接地装置的热稳定校验 18
7.2.2接地装置的工频接地电阻计算 19
6 结论与展望 21
6.1结论 21
6.2展望 21
致 谢 23
参考文献 25
附 录 26
声明
绪论
1.1论文的选题意义/背景及目的
本次设计主要目的是学习变电站设计的基本流程。这既是对平时理论知识的考察，更是对所学专业知识的实践。通过本次设计，巩固和加深专业知识，掌握光伏电场升压站的设计的流程，而且也可以拓宽知识面，增强工程观念，培养变电站设计的能力，逐步提高解决问题的能力。同时对能源、发电、变电、和输电的电气部分有了详细的概念，能熟练地运用所学专业知识，如短路计算的基本理论和方法，继电保护整定的基本理论和方法，主接线的设计，导体和电气设备的选择以及变压器的选择，防雷接地保护等。
1.2国内外研究现状分析
近年来，随着我国在经济领域中取得了极大的成就，国家综合能力得到极大发展，尤其是计算机网络技术和通信技术的空前繁荣，为我国电力系统发展提供了强有力的助推作用，越来越多的新技术和新产品应用于变电站设计。目前国内变电站发展有以下几个特点：（1）智能变电站发展迅速，目前开工建设的主网变电站基本都是智能变电站。（2）储能电站开始发力。随着新能源电站日益增多，新能源电站消纳问题日益突出，于是引出了这个课题，储能电站。（3）由于灭弧效果明显且节省空间，SF6充气柜应用越来越多。
1.3论文的主要工作内容
1、主接线设计： 分析原始资料， 根据项目需要，设计各级电压母线接线方式，选择变压器容量及型式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。
2、短路电流计算：根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流并列表示出短路电流计算结果。
3、根据电气设计手册要求，主要电气设备选择。
4、110kV高压配电装置设计。
5、多支避雷针组成联合避雷的防雷保护范围计算。
6、接地电阻计算。
电气主接线设计
电气主接线，是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序以及相关要求绘制的单相接线图。代表了发电厂或变电站高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。
2.1电气主接线设计的要求
电气主接线的设计主要考虑运行的可靠性、具有一定的灵活性和方案的经济性等三方面因素。以下分别就这三个方面展开论述：
1）运行的可靠性
安全可靠供电一直是电力系统生产的重要原则。而供电的可靠性主要体现在停电时间和停电范围上。设备和线路故障时，停电范围的大小，停电时间的长短，如果停电范围内有重要用户，是否有备用电源点给重要用户供电等等，都是我们要考虑的。另外，主接线的选择，还要考虑变电站在电力系统中的重要性。
2）一定的灵活性
灵活性一方面体现在操作的方便性，即操作简便，不容易出错；另一方面体现在调度运行的灵活性，方便调度切换运行方式，事故时，能尽快切除故障，缩短停电时间，减小事故范围；最后，还要给后期扩建预留空间。
3）方案的经济性
主接线在满足安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使占地费用和投资费用小，年运行费用低，以满足方案经济性的要求。
2.2电气主接线设计
本项目新建变电站为光伏电场的升压站，只供光伏电站升压接入系统用，不负担周边居民及工商业供电。光伏电场装机容量为50MWp，根据国家电网对新能源接入的要求，建设1座110kV变电站，以1回110kV线路接入国家电网变电站110kV母线。光伏子阵升压箱变送出电压为35kV，因此，升压站电压等级设定为110kV /35kV两个电压等级。
（1）方案一，单母线接线：
优点：接线简单，结构清晰，配电设备较少，操作方便，便于后期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。
（2）方案二，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）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。
（3）方案三，变压器-线路单元接线
优点：接线最简单，设备最少；
缺点：线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时，线路停运。
使用范围：只有1台变压器和1回线路时。
结论：通过以上方案对比，考虑投资的经济性及后期扩建，110kV主接线选用单母线接线方式，本期出线1回，另预留1回出线间隔位置；35kV主接线选用单母线接线方式，本期出线5回。
变电站主变压器的设计
3.1主变容量和台数选择
在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。变电站主变压器容量和台数直接影响电气主接线的型式和配电装置的结构。它的选择，除了要考虑用电负荷外，还要考虑电力系统5-10年规划负荷、城市规划、负荷性质和电网结构等。
因光伏电站装机容量为50MW，考虑光伏组件因自身发电特性无法长时间满负荷发电，且光伏子阵内存在组件损耗、交直流电缆损耗、汇流箱损耗和升压箱变损耗等，结合建设的经济性等，变电站选择建设主变1台，容量为50MVA。
3.2主变压器型式和结构的选择
- 相数
单相变压器相对投资较大，占地光，运行损耗大，配电装置结构复杂，后期检修工作量较大，运行费用相对较高，一般只用于容量为300MW以上记住单元连接的主变压器或者300KV以上电力系统，或者运输困难的大型变压器。
- 绕组与结构
电力变压器按每相的绕组数，可分为双绕组、三绕组或多绕组变压器；按电磁结构，可分为普通双绕组，三绕组、自耦式及抵押绕组分裂式变压器。
- 绕组连接组号
电力系统采用的绕组连接方式只有星型“Y”和三角形“d”两种。在发电厂和变电站中，考虑系统或机组的同步并列要求，以及限制3次谐波对电源的影响，主变压器的连接组号一般选用YNd11常规接线。
- 阻抗和调压方式
变压器阻抗实质是绕组之间的漏抗，当变压器的电压比、型式、结构和材料确定以后，其阻抗大小就能基本确定，和主变容量关系不大。
对于双绕组变压器，可按国标规定值选择。
- 冷却方式
油浸变压器的冷却方式一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫有循环风冷却、强迫有循环导向冷却。
结论：根据装机容量、设备可靠性和投资经济性等多方面考虑，变电站选用三相双绕组油浸自冷式有载调压变压器，容量为50MVA，额定电压比：115±8 x 1.25%/37kV，连接组别为YN，d11。
无功补偿、厂用电和接地变小电阻成套装置设计
4.1无功补偿设计
4.1.1无功补偿装置的作用
在电力系统中，无功补偿装置可起到提高电网功率因数的作用，同时能降低供电变压器及送电线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。因此，无功补偿装置属于电力系统中不可缺少的重要组成部分。
电力系统内无功补偿装置一般用电容器或SVG成套装置。电容器采取分级补偿，根据电容器容量，一般有3-10级，每增加1级约增加几十kVAR，补偿时间约200mS；而SVG成套装置可以从0.1千法开始进行相对准确的无级补偿，补偿的响应时间为5-20mS。
光伏电站的发电具有不稳定性，考虑到无功补偿的相应速度和补偿的准确度，选择SVG成套装置作为无功补偿装置。
4.1.2无功补偿装置型式和容量的选择
SVG成套装置根据补偿方式分为直挂式和降压式两种；直接在35kV母线侧进行无功补偿，称之为直挂式补偿；从35kV降压至10kV或6kV进行无功补偿，称之为降压补偿；
SVG成套装置按照冷却方式分为风冷式和水冷式。在功率模块外采用水循环进行降温，称之为水冷式；采用空调等制冷进行降温，称之为风冷式。因空调的使用寿命和运行成本较高，一般主流为水冷式。
国家电网对光伏接入电网做出了相关规定：无功补偿容量为光伏电站总装机容量的20%-30%，要求状态响应过程不超过30mS。要求光伏电站在无功补偿配置方面不仅要满足自身无功补偿需求，还要给系统提供部分无功。
结论：综合考虑成本和低压侧电压水平，本工程采用直挂水冷式SVG装置。补偿容量按光伏电站装机容量的30%考虑，SVG无功补偿容量为－15Mvar～＋15Mvar。
4.2厂用电设计
表4-1 厂内用电负荷统计表
| 序号 | 名 称 | 负荷（kW） |
| 一 | 照明负荷 | |
| 1 | 110kV屋外配电装置照明 | 5 |
| 2 | 35kV配电室照明 | 5 |
| 3 | 二次配电室照明 | 5 |
| 4 | 事故照明 | 5 |
| P1 | 20 | |
| 二 | 动力负荷 | |
| 1 | 主变有载调压电源 | 2 |
| 2 | 110kV断路器电动机、加热器电源 | 2 |
| 3 | 35kV断路器电动机、加热器电源 | 2 |
| 4 | 保护及远动 | 3 |
| 5 | 直流电源 | 15 |
| 6 | 通风 | 3 |
| 7 | 通信电源 | 5 |
| 8 | UPS电源 | 3 |
| 9 | 水泵房电源 | 20 |
| 10 | 消防、绿化电源 | 20 |
| P2 | 75 | |
| 三 | 电热负荷 | |
| 1 | 电采暖 | 80 |
| 2 | 空调 | 30 |
| P3 | 110 | |
| 四 | 管理区综合楼 | |
| 1 | 办公、照明用电 | 30 |
| 2 | 生活用电 | 30 |
| 3 | P4 | 60 |
| 所用电容量S=0.85×P1+P2+P3+0.8xP4=248(kVA) | ||
| 新建所用电容量为250kVA | ||
结论：为满足站内生产生活用电，同时保证站内生产用电的可靠性，升压站装设2台站用变，1台为35kV接地变兼站用变，另一台为10kV站用变压器，站用电容量均为250kVA 。接地变兼站用变接在本站35kV母线，10kV站用变就近接至10kV市政用电系统。两路电源互为备用。
站用电压为380/220V，低压接线采用380V三相四线制中性点直接接地系统，接线形式为单母线接线。两台站用变分别接至I段母线和II段母线，互相单独运行，互为备用。考虑到供电可靠性，正常情况下，全站站用负荷由市政供电系统供电。
4.3 接地变及小电阻成套装置设计
本工程汇集线路及电缆敷设主要集中在光伏区，本期建设内的电缆长度为10km。光伏区无架空线路，因此Ic=0
4.3.1电容电流计算
电缆线路短路电流Ic0 = 0.1×UP×L = 0.1×35×10 = 35A；
式中：UP━电网线电压(kV)；L ━电缆长度(km)；
表4-2 变电所增加电容电流表
| 额定电压（kV） | 6 | 10 | 35 |
| 增大率（%） | 18 | 16 | 13 |
计算电容电流为：Ijs = （Ic0+Ic）×1.13 = 39.55A>10A，根据国标要求，应该配置接地变小电阻成套装置。
4.3.2 接地电阻计算
对于低电阻接地系统：由于系统要求发生单相接地故障时立即断开，故其电网的接地电流有功分量（IR）与全网电容电流（IC）的比值允许更大，例如3倍以上。当IR≥3IC 时，从限制过电压效果来看，已经变化不大，在满足保护跳闸动作的灵敏系数及可靠性要求下，不必人为增大故障点的电流以免对设备造成附加损害。
通常按大于3倍系统电容电流来确定流经小电阻的阻性电流IR=3*Ic，
计算得IR=Ix3=118.65A,取200A。
接地电阻值R＝U相/IR＝35000V/√3/200A＝101.04Ω，取101 Ω；
4.3.3接地变容量选择
本电站选用101Ω的接地电阻值，IR=3*Ic
接地变容量为S＝IR×U＝200×35/√3＝4041.5kVA。按IEC标准，变压器10s的过负荷倍数为10.5倍（在10s过负荷时间内，继电保护肯定已动作切除故障了，也就是说，变压器过负荷时间肯定小于10s），这样
接地变的额定容量S＝4041.5/10.5≈384.9kVA，取385kVA；
站用负荷为250kVA（站用负荷统计见3.5.1章节），综合考虑，接地变选型为DKSC-630/35-250/0.4。
短路电流计算
所谓短路电流，是指电力系统在运行中，相间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时产生的电流。短路电流值可能超过额定电流好几倍。
三相系统中发生的短路有4种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90%。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。
5.1短路电流的危害
- 一旦发生短路，巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。
- 短路时会引起系统电压大幅度降低， 特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。
- 短路电流通常会产生电弧，它不仅会烧毁故障元件本身，还可能烧毁周围设备，甚至威胁周围工作人员的人身安全。
- 对电力系统来说，出现短路故障时，将伴随出现电压的严重下降和系统功率分布的巨大变化，可能破坏各关联发电厂并联运行的平衡性和稳定性，严重时可能导致系统解列。
- 短路时系统电压的降低，使供电设备的正常工作受到影响，可能导致工厂的产品报废或设备损坏等。
5.2短路电流计算的目的
（1）为主接线方案的比选、运行方式的选择及是否要采取限流措施提供依据。
（2）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性
（3）为选择和整定继电保护装置的提供依据，使之能正确的切除短路故障。
（4）接地装置的计算也要用到短路电流。
5.3短路电流计算的一般规定
（1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10 年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的导步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
（3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
（4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。
5.4短路电流计算的基本假定
（1）正常工作时，三相系统对称运行；
（2）所有电源的电动势相位角相同；
（3）负荷用恒定阻抗表示；
（4）认为系统参数均为线性，可用叠加原理
（5）忽略各元件的电阻、电容和电导，只计算电抗。
（6）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；
（7）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；
（8）系统短路时是金属性短路。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有2 个，即110kV 母线短路（ d1点），35kV 母线短路（ d2）点。
5.5短路电流计算的计算结果
短路电流系统设计按远景水平年计算短路电流，对选择新增断路器时应按设备投运后10 年左右的系统发展计算。
短路电流计算按照以下原则进行计算：
（1）短路电流计算水平年为远景年2030 年；基准容量：SB=100MVA；基准
电压取平均电压；
（2）陕西主网架采用《陕西电网“十三五”发展规划》中2030 年网架；
5-1 羊老大光伏并网发电项目接入相关母线短路水平
| 母线名称 | 三相短路电流（kA） | 单相短路电流（kA） |
| 国网220kV变电站110kV母线 | 12.38 | 10.57 |
| 羊老大升压站110kV母线 | 6.89 | 5.79 |
| 羊老大升压站35kV母线 | 6.93 | 5.29 |
结论：从计算结果可以看出，羊老大光伏并网发电项目接入系统后，相关厂、站侧的各级短路电流水平不高，对本项目，110kV短路电流水平取40kA；35kV短路电流水平取31.5kA；
导体和电气设备的选择
在电力系统中，各种电气设备负责的作用和工作原理各异，具体选择方法和校验项目也不尽相同。
选择设备和导体的基本要求：电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路条件来校验动、热稳定性，按当地环境条件进行校核，在考虑设备性能的同时还要兼顾经济性。
导体和电气设备一般按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
本设计中，电气设备的选择包括：导线的选择，高压断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择。
6.1导体选择和校验
按照材料的不同，导体可分为铜导体、铝导体、铝锰合金、铝镁合金和不锈钢导体。导体一般分为硬导体和软导体两大类，国内目前主流使用的硬导体包括矩形导体、槽型导体和管型导体等。
6.1.1导体截面的选择
1）按回路持续工作电流选择
选择原则：
对单回出线，工作电流按线路最大负荷电流考虑；
对主变压器回路，工作电流按1.05倍主变容量考虑；如果主变是有载调压变压器，按主变最大工作电流考虑。
- 按经济电流密度选择
计算公式：， （6-1）
其中：
Sj——经济截面（mm2），
Ig——回路持续工作电流（A），
j——经济电流密度（A/mm2）。
说明：当无合适规格的导体时，导体截面可小于经济电流密度的计算截面。
6.1.2导体截面的校验
1）按短路热稳定校验
计算公式：， （6-2）
式中：
S——导体的载流截面（mm2）；
Qd——短路电流的热效应（A²*s）；
C——与导体材料及发热温度有关的系数。
2）按短路动稳定校验
电动力稳定是指电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称为动稳定。满足动稳定的条件为：
， （6-3）
式中：
ish，Ish分别为短路冲击电流幅值及其有效值；ies，Ies分别为电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。
6.1.3导体截面选型结果
经校验，表6-1所选导体满足设计要求。
表6-1 各级电压导体计算选择结果表
| 电压（kV） | 回路名称 | 回路持续工作电流（A） | 选用导体 | 导体截面选择的控制条件 | |
| 根数×型号 | 载流量（A） | ||||
| 110 | 主变压器进线 | 331 | LGJ-300 | 566 | 由回路持续工作电流控制 |
| 出线 | 331 | LGJ-300 | 566 | 由回路持续工作电流控制 | |
| 母线 | 331 | LGJ-300 | 566 | 由回路持续工作电流控制 | |
| 35 | 主变压器进线 | 986 | TMY-80×10 | 1540 | 由回路持续工作电流控制 |
6.2高压断路器的选择
目前我国常用的断路器有两种型式，一种为SF6断路器，一种为真空断路器。
SF6断路器采用SF6气体灭弧，SF6气体不可燃，且绝缘性好。优点是运行可靠性高，维护工作量少；缺点是SF6气体分解后有毒，且密度大于空气，因此一般在室内较少采用SF6断路器。
真空断路器是利用真空灭弧，优点是灭弧时间快，噪声小，寿命高，可频繁操作；缺点是分合电机负荷时，回产生截流过电压，需配合氧化锌避雷器等过电压保护设备。
真空断路器在35kV及以下电压等级应用较多，SF6断路器广泛应用于高电压等级，本项目选择SF6断路器。
6.2.1高压断路器选择和校验的方法
- 额定电压选择
（6-4）
其中：
Un——断路器额定电压；
Usn——电网额定电压；
- 额定电流选择
（6-5）
其中：
In——断路器额定电流；
Imax——电网最大负荷电流。
- 开断电流选择
（6-6）
其中：
Inbr——断路器额定开断电流；
Ik’——短路全电流。
- 短路关合电流的选择
（6-7）
其中：
Incl——断路器额定短路关合电流；
Ish——短路电流最大冲击值。
- 短路热稳定校验
（6-8）
式中：
Qk——短路电流热效应；
It——电气设备允许通过的热稳定电流。
- 短路动稳定校验
（6-9）
式中：
Ies——电气设备允许通过的动稳定电流的幅值；
ish——短路冲击电流幅值。
6.2.2 110kV断路器的选择和校验结果
1）110kV断路器选择结果
表6-2 110kV断路器选择结果
| 型号 | 额定电压
(kV) |
额定电流
(A) |
额定短路
开断电流(kA) |
额定短路
关合电流（kA） |
| LW口-126/3150 | 110 | 3150 | 40 | 100 |
2）110kV断路器校验结果
表6-3 110kV断路器校核结果
| 计算值 | 所选设备保证值 | |||||||||||
| 短路点编号 | 工作
电压Ug |
工作
电流 Ig |
冲击
电流 峰值ich |
短路
电流 Id |
短路
热效 应 Qdt |
额定
电压 Ue |
最高
工作 电压Ugd |
额定
电流 Ie |
动稳定电流Idw | 热稳
定电 流It |
开断
电流kA |
|
| 单位 | kV | A | kA | kA | kA2·s | kV | kV | A | kA | （kA） | ||
| d1 | 115 | 276 | 17.6 | 6.89 | 28 | 110 | 126 | 3150 | 100 | 40
(4s) |
40 | |
6.2.2 35kV断路器的校验
1）35kV断路器选择结果
表6-4 35kV断路器选择结果
| 型号 | 额定电压
(kV) |
额定电流
(A) |
额定短路
开断电流(kA) |
额定短路
关合电流（kA） |
| ZN口-40.5/630 | 35 | 1250 | 31.5 | 80 |
| ZN口-40.5/630 | 35 | 630 | 31.5 | 80 |
2）35kV断路器校验结果
表6-5 35kV断路器校核结果
| 计算值 | 所选设备保证值 | |||||||||||
| 短路点编号 | 工作
电压Ug |
工作
电流 Ig |
冲击
电流 峰值ich |
短路
电流 Id |
短路
热效 应 Qdt |
额定
电压 Ue |
最高
工作 电压Ugd |
额定
电流 Ie |
动稳定电流Idw | 热稳
定电 流It |
开断
电流kA |
|
| 单位 | kV | A | kA | kA | kA2·s | kV | kV | A | kA | （kA） | ||
| D2 | 35 | 870 | 17.67 | 6.93 | 26 | 35 | 40.5 | 1250 | 80 | 31.5
(4s) |
31.5 | |
6.3隔离开关的选择
隔离开关配有电动或手动操作机构，与断路器配合使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。因此，相比断路器，隔离开关不需要校核开断电流和短路关合电流。
6.3.1 110kV断路器的选择和校验
1）110kV隔离开关选择结果
表6-6 110kV隔离开关选择结果
| 型号 | 额定电压(kV) | 额定电流(A) | 动稳定电流(kA) | 热稳定电流（kA） |
| GW4-126/2000 | 110 | 2000 | 100 | 40 |
2）110kV隔离开关校验结果
表6-7 110kV隔离开关校核结果
| 计算值 | 所选设备保证值 | |||||||||||
| 短路点编号 | 工作
电压Ug |
工作
电流 Ig |
冲击
电流 峰值ich |
短路
电流 Id |
短路
热效 应 Qdt |
额定
电压 Ue |
最高
工作 电压Ugd |
额定
电流 Ie |
动稳定电流Idw | 热稳
定电 流It |
开断
电流kA |
|
| 单位 | kV | A | kA | kA | kA2·s | kV | kV | A | kA | （kA） | ||
| d1 | 115 | 276 | 17.6 | 6.89 | 28 | 110 | 126 | 3150 | 100 | 40
(4s) |
– | |
6.3.2 35kV隔离开关的选择和校验
1）35kV隔离开关选择结果
表6-8 35kV断路器选择结果
| 型号 | 额定电压
(kV) |
额定电流
(A) |
动稳定电流(kA) | 热稳定电流（kA） |
| GN口-40.5/630 | 35 | 1250 | 80 | 31.5 |
2）35kV隔离开关校验结果
表6-9 35kV断路器校核结果
| 计算值 | 所选设备保证值 | |||||||||||
| 短路点编号 | 工作
电压Ug |
工作
电流 Ig |
冲击
电流 峰值ich |
短路
电流 Id |
短路
热效 应 Qdt |
额定
电压 Ue |
最高
工作 电压Ugd |
额定
电流 Ie |
动稳定电流Idw | 热稳
定电 流It |
开断
电流kA |
|
| 单位 | kV | A | kA | kA | kA2·s | kV | kV | A | kA | （kA） | ||
| D2 | 35 | 870 | 17.67 | 6.93 | 26 | 35 | 40.5 | 1250 | 80 | 31.5
(4s) |
– | |
6.4电流互感器的选择
6.4.1电流互感器选择和校验的方法
1）额定电压选择
（6-10）
式中：
Un——互感器一次侧额定电压；
Usn——电网额定电压；
- 额定电流选择
（6-11）
其中：
In——互感器一次侧额定电流；
Imax——回路正常最大负荷电流。
6.4.2电流互感器选择和校验
表6-10 电流互感器选择结果
| 名称 | 型号 | 额定电流比 | 准确级 | 容量（VA） |
| 110kV电流互感器 | LVB-110W3 | 400-800/1 | 0.2S/0.5/5P 30/
5P30/5P30/5P30/ |
5/5/10/10/10/10 |
| 35kV电流互感器（主变进线） | LZZB9-35 | 1200/1 | 0.2S/0.5/5P 30/
5P30/5P30/5P30 |
5/5/10/10/10/10 |
| 35kV电流互感器（馈线） | LZZB9-35 | 300-600/1 | 0.2S/0.5/5P 30/
5P30/5P30/5P30 |
5/5/10/10/10/10 |
6.5电压互感器的选择
6.5.1电压互感器选择和校验的方法
1）种类和型式的选择
110kV及以上配电装置，在满足容量和准确度等级的情况下，宜选择电容式电压互感器或油浸式；
6-35kV屋内配电装置，一般采用浇筑式或油浸式电压互感器。
在本项目中，110kV电压互感器选电容式，35kV电压互感器选浇筑式。
2）10kV电压互感器
（1）一次电压
（6-10）
式中：
U1=110kV, Un=110kV；
（2）二次电压
U2n=100V
3)35kV电压互感器
（1）一次电压
（6-11）
式中：
U1=35kV, Un=35kV；
（2）二次电压
U2n=100V
6.5.2电压互感器选择
表6-11 电压互感器选择结果
| 名称 | 型号 | 额定电压比 | 准确级 | 容量（VA） |
| 110kV电压互感器 | TYD110/ 3-0.02W3 | 110/√3/0.1/√3/0.1/√3/0.1/√3 /0.1kV | 0.2/0.5/3P/3P | 50/50/
50/100 |
| 35kV电压互感器 | 35/√3/0.1/√3/0.1/√3/0.1/3kV， | 0.2/0.5（3P）/6P | 75/75/100 |
防雷、接地
电气设备在运行中承受的过电压有两种，一种是来自外部的雷电过电压，另一种是由于系统参数发生变化时电磁能产生振荡，积聚而引起的内部过电压。
7.1防雷保护
7.1.1直击雷保护
直击雷是指雷直接击中变电设备、电气线路或其他建筑物而引起的过电压，，是上。
雷电击中变电站设备或建筑后产生的冲击电流能达到数十乃至一、二百千安，具有巨大的电磁效应、热效应和机械效应，对变电站内的电气设备和电子设备产生巨大影响，同时，雷电冲击电流击中电气设备后，产生的冲击电压幅值非常高，容易击穿电气设备的绝缘层，从而导致电气设备损毁；
1）保护措施
一般对发电厂、变电所的直击雷产生过电压保护，可采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊成网等措施。
2）防直击雷保护
本站110kV 配电装置、主变压器、SVG成套装置、接地变和小电阻成套装置均为户外布置，在站内新建2支避雷针，组成联合避雷保护户外配电装置和110kV母线。2只避雷针1支为架构避雷针，布置在110kV构架上,避雷针高度为25米；另1支为独立避雷针，布置在道路侧，避雷针高度为25米；35kV开关设备和二次、通讯设备均为户内布置，采用配电楼屋顶设避雷带，和避雷针联合作为防直击雷保护，确保户外主变压器、110KV配电装置在其联合保护范围内。避雷带采用Ф16 的热镀锌圆钢，避雷针与建筑物钢筋隔离，并采用3 根引下线与主接地网相连接，连接点与其他设备接地点的电气距离应满足规范要求。
避雷针的联合避雷带保护范围详见附图《全站防直击雷保护范围图》。
7.1.2雷电侵入波
架空线路在遭受雷击或感应雷电的影响时，在线路上产生沿线路传输的高电压行波，此种电压波入侵到建筑物内或进入电气设备，造成过电压。根据相关资料统计，电力系统雷击事故中一半以上都是因为雷电波的侵入。因此，在设计中应予以重视，采取相应的防护措施。
1）保护措施
为了防御大气过电压和操作过电压对电气设备的危害，本变电站在110kV母线、35kV主变出口处及母线上装设氧化锌避雷器，并以110kV避雷器10kA雷电冲击残压，35kV避雷器5kA雷电冲击残压作为绝缘配合依据。同时在主变110kV侧中性点装设氧化锌避雷器，并以避雷器1.5kA雷电冲击残压作为绝缘配合依据。电气设备的绝缘配合，参照国家行业标准GB/T50064-2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》确定的原则进行。
各电压等级的氧化锌避雷器按GB1032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》及DL/T804-2002《交流无间隙金属氧化物避雷器的使用导则》中的规定进行选择。
7.2接地网设计
本站接地网以水平接地体为主，垂直接地极为辅，环绕变电站生产区周围敷设一闭合回路的全站接地装置，供工作接地和保护接地之用。接地网埋至冻土层以下。
水平接地体和接地引下线都选用-60×8热镀锌扁钢，垂直接地极采用Φ50×4.5镀锌钢管，长为2.5m。变电站接地网的外缘闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。接地网内敷设水平均压带，两根均压带之间间距不宜大于10m。
7.2.1电气装置接地装置的热稳定校验
1）接地导体（线）
根据热稳定条件，未考虑腐蚀时，接地导体（线）的最小截面积为（GB 50065-2011）：
（2.1）
Sg—接地导体（线）的最小截面积，mm2；
Ig—流过接地导体的最大接地故障不对称电流方均根值（按工程设计水平年系统最大运行方式确定），本工程为中性点直接接地系统，Ig取单相接地故障电流，5.79kA；
c—接地导体材料的热稳定系数，由材料种类、性能、最高允许温度和接地故障前接地导体的初始温度确定。（参照《工业与民用供配电设计手册（第四版）》表14.5-6 P.1411，镀锌扁钢取值70）。
tc—接地故障的等效持续时间，；取0.25s；
—主保护动作时间，s；
—断路器失灵保护动作时间，s；
—断路器开断时间，s。
2）接地极
接地极的截面，不宜小于连接至该接地装置的接地导体（线）截面的75%（GB 50065-2011）即：
（2.2）
——接地极的最小截面积，mm2；
——接地导体（线）的最小截面积，mm2；
结论：
a.水平接地体采用热镀锌扁钢(60×8)的接地导体（线），截面积480＞41.4，满足热稳定要求；
b.垂直接地体采用热镀锌钢管，(∅50 L=2.5m)的接地极，截面积511.03==31.0，满足热稳定要求。
c.接地装置设计寿命。结合场内土壤电阻率，主接地网及设备引下线腐蚀率取0.065mm/年 ，考虑30年的腐蚀， 接地网采用热镀锌扁钢(60×8)材料，d取值见表1（《电气工程电气一次设计手册》第16-5节第925页）所示。
表1 接地导体（线）和接地极年平均最大腐蚀速率（总厚度）
经校验（采用60×8截面的热镀锌扁钢）：
30年后，S=(60-0.065×30)×(8-0.065×30)=351.2＞，则材料符合要求。则接地装置的设计使用寿命大于30年，符合要求。
7.2.2接地装置的工频接地电阻计算
1）接地电阻要求
据GB50065-2011《交流电气装置的接地》中要求，接地电阻为:
R——考虑季节变化的最大接地电阻，Ω
——经接地网入地的最大接地故障不对称电流有效值，A
根据《电力工程电气设计手册》电气一次部分中规定：
当 时，
本项目取，，。
2）升压站接地电阻计算
根据GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》附录A中A.0.3，均匀土壤中水平接地极为主，边缘闭合的复合接地极的接地电阻，可按下列公式计算：
式中：Rn—任意形状边缘闭合接地网的接地电阻（Ω）；
Re—-等值（等面积、等水平接地极总长度）方形接地网的接地电阻（Ω）；
S —–接地网的总面积（m2）；
d——水平接地体的直径或等效直径（m）；
h—–水平接地极的直径或等效直径（m）；
L0—-接地网的外缘边线总长度（m）；
L—–水平接地极的总长度（m）；
—–土壤电阻率，；
地勘报告中土壤电阻率取平均值ρ0=220Ω，因地勘报告取得时间为丰水期（见地勘报告第三章），季节系数φ取1.45（GB50056-2011中5.1.6章节），则土壤电阻率ρ最终为
又：L0=272m，L=1200m；S=4624 m2，h=1.5m，d=0.03m，带入计算得：
B=0.9078，Re=2.11Ω，a1=0.9897，Rn=2.088Ω，不满足规范要求，需要采取降阻措施，本工程推荐使用降阻剂进行降阻。
3）使用降阻剂后
（1）设计依据：
《电力工程设计手册–火力发电厂电气一次设计》第15章接地装置第三篇第2节，P824页；
（2）已知条件
y(原地层电阻率)=319；
z(降阻剂电阻率)=0.5；
d(水平接地体直径)=0.03m;
d1（计算直径）=0.3m；
h(水平接地体埋深)=1.5 m；
Lp(需回填置换降阻剂的水平接地体长度)=1070m
（3）接地电阻计算
满足设计要求。
结论与展望
6.1结论
陕西榆林羊老大50MW光伏电站110kV升压站是我在特变电工电力设计有限公司工作中参与的一个项目设计，已经在2019年12月30日并网发电。我把在这个项目的设计，整理成我的毕业论文，希望自己在这个过程中能得到更进一步的提高。
通过本次设计，我不但复习了这两年学习的专业知识，并且在这个融会贯通的过程中有了新的认识，提升了自己的专业素养，提高了综合运用专业知识的能力。
6.2展望
当今世界，唯一不变的就是发展和变化。新技术，新理论，新产品不断更新换代，逼着我们活到老，学到老。
通过这次毕业设计，我深刻地认识到自己知识体系的匮乏，在今后的工作和学习中，我将不断充实自己，不断学习新知识，争取有更大的进步。
致 谢
本设计是在宁改娣老师的指导和鼓励下完成的，在设计过程中，宁老师多次进行了详细的指导，并给我提出许多珍贵的修改意见。在此向宁改娣老师表示衷心的感谢。
在论文的编写中，从苗世红老师和朱永利老师编写的《发电厂电气部分（第五版）》以及得到了很大的帮助，在此对几位老师表示感谢。
各位评委老师在答辩中给我提出很多意见，让我很受启发，在此向他们表示由衷的谢意。
本次设计引用了很多参考资料的一些公式和定义，在此对他们表示由衷的敬意，也对他们的付出表示衷心的感谢。
参考文献
- 中国航天规划设计研究总院有限公司著.工业与民用配电设计手册（第四版） 中国电力出版社，2016年版
- 中国电力工程顾问集团有限公司编著.电力工程设计手册（火力发电厂电气一次设计） 中国电力出版社，2018年3月版
- 电力工业部电力规划设计总院编著.电力系统设计手册 中国电力出版社，1998年版
- 国家电网公司编著.国家电网公司输变电工程通用设计（35kV-110kV智能变电站模块化建设施工图设计） 中国电力出版社，2016年版
- 郭日彩，袁兆祥，李宝金 .法国、韩国变电站典型设计概况及对我国电网工程的启示[A].电网技术.1000-3676（2016）06.0073-04
- 苗世洪,朱永利.．发电厂电气部分（第5版）[M]．中国电力出版社，2015.8
- 卢文鹏《发电厂变电站电气设备》 中国电力出版社 2007 第一版
- 电力工业部电力设计总院《电力系统设计手册》 中国电力出版社 2019
- 刘介才 《工厂供电（第四版）》 机械工业出版社 2004
- 《电力工程电气设备手册》 中国电力出版社 2004
附 录
附录1——电气主接线图
附录2——电气总平面布置图
附录3——110kV配电装置断面图
附录4——全站防直击雷布置图
附录5——全站接地布置图
附录6——所用电接线图
附件：
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