35KV降压变电所一次部分设计
摘要
变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。
本次设计建设一座35KV降压变电站，首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。
其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。
最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后进行校验并对二次改造部分进行概预算编制
关键词：电站设计，电气主接线，短路电流计算，设备选型
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The Design of 35kV Electricity Room in Guangping
Mining Area
ABSTRACT
Substation is an important part of power system, it directly affects the whole power system security and economic operation, is contact power plants and users of the intermediate links, plays transformation and distribution of electric energy role. The main electrical wiring is the main power substation, the main electrical wiring draw up related directly to the factory (that) the choice of electrical equipment, power distribution equipment layout, the determination of relay protection and automatic device, is the decisive factor. The size of transformer substation electrical part of investment
The design and construction of a 35 kv step-down substation, first of all, according to the main wiring of the economic and reliable, operation flexible asked to select the connection mode of each voltage grade, technical and economic comparison and selection of
Keywords: electrical systems design , Main electrical wiring
Short-circuit current calculation, Equipment selection
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目 录
摘要 ................................................................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................................................ II 第一章 绪论 .................................................................................................................................................. 1 1.1 本课题的背景与意义........................................................................................................................... 1 1.2 本课题的现状与发展........................................................................................................................... 1 1.3 本课题的主要内容 .............................................................................................................................. 1 第二章 主接线的设计 ................................................................................................................................... 3 2.1 引言 .................................................................................................................................................... 3 2.2 电气主接线的设计原则 ....................................................................................................................... 3 2.3 电气主接线的设计要求 ....................................................................................................................... 3 2.4 方案的拟订及比较 .............................................................................................................................. 4 2.4.1 方案一 单母线接线 ..................................................................................................................... 4 2.4.2 方案二 单母线分段接线 ............................................................................................................. 5 2.4.3 方案三 单母线分段带旁路母线接线 ........................................................................................... 6 2.4.4 方案四 双母线接线...............................................................6 2.4.4 方案五 桥形接线 ...................................................................................................................... 7 2.5 电气主接线选择 .................................................................................................................................. 7 2.5.1 负荷等级划分 .............................................................................................................................. 7 2.5.2 方案分析 ..................................................................................................................................... 8 2.6 小结 .................................................................................................................................................... 8 第三章 变压器的设计 ................................................................................................................................... 9 3.1 引言 .................................................................................................................................................... 9 3.2 主变压器台数的选择........................................................................................................................... 9 3.3 主变压器容量的确定........................................................................................................................... 9 3.3.1 主变压器容量的选择 ................................................................................................................... 9 3.4 主变压器型式的选择......................................................................................................................... 10 3.4.1 相数选择 ................................................................................................................................... 10 3.4.2 绕组数选择 ............................................................................................................................... 10 3.4.3 绕组连接方式选择 .................................................................................................................... 10 3.4.4 调压方式选择 ............................................................................................................................. 11 3.5小结 ................................................................................................................................................... 11
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第四章 短路电流的计算 .............................................................................................................................. 12 4.1 引言 .................................................................................................................................................. 12 4.2 短路电流计算的基本假设 ................................................................................................................. 12 4.3 短路电流计算过程 ............................................................................................................................ 12 4.3.1 短路点的设置 ............................................................................................................................ 12 4.3.2 求各元件的电抗标么值 ............................................................................................................. 13 4.4 小结 .................................................................................................................................................. 19 第五章 电气设备的选择与校验 ................................................................................................................... 20 5.1 引言 .................................................................................................................................................. 20 5.2 电气设备选型的原则......................................................................................................................... 20 5.3 断路器的选择 ................................................................................................................................... 20 5.3.1 断路器的选择 ........................................................................................................................... 20 \\5.4 隔离开关选择与校验 ....................................................................................................................... 22 5.4.1 隔离开关的选择 ........................................................................................................................ 22 5.5 高压熔断器的选择 ............................................................................................................................ 23 5.6 电压互感器的选择 ............................................................................................................................ 23 5.7 电流互感器的选择 ............................................................................................................................ 24 5.7.1 电流互感器的选择 .................................................................................................................... 24 5.8 电气设备选型汇总 ............................................................................................................................ 24 5.9 小结 .................................................................................................................................................. 25 第六章 接地装置与防雷设计 ...................................................................................................................... 26 6.1 引言 .................................................................................................................................................. 26 6.2 接地概述 ........................................................................................................................................... 26 6.2.1 接地的要求 ............................................................................................................................... 26 6.2.2 接地的种类 ............................................................................................................................... 26 6.3 防雷设计 ........................................................................................................................................... 27 6.3.1 避雷器的选择 ............................................................................................................................ 27 6.3.2 直击雷保护 ............................................................................................................................... 28 6.3.2.1 保护对象 ........................................................................................................................... 28 6.3.2.2 防雷措施 ........................................................................................................................... 28 6.3.3 感应雷保护 ............................................................................................................................... 28 6.4 小结 .................................................................................................................................................. 29 结论 ............................................................................................................................................................. 30
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致谢 ............................................................................................................................................................. 32 参考文献 ..................................................................................................................................................... 33 附录1 ................................................................................................................................ 错误!未定义书签。
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第一章 绪论
1.1 本课题的背景与意义
电力工业是国民经济发展的基础工业和先行工业，为国民经济快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平可以说是反映国家经济发展水平的重要标志之一。电站是电力系统的一个重要组成部分，是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电压的电力设施，是电力系统中电能传输必不可少的环节。
1.2本课题的现状与发展
电站的研究，国外一些发达国家进行得比中国要早的多，因此其技术也领先于中国。对于这一领域，电力系统变电所综合自动化，是当今社会发展的趋势。变电所综合自动化系统就是将变电所的继电保护装置、控制装置、测量装置、信号装置综合为一体，以全微机化的新型二次设备替代机电式的二次设备，用不同的模块化软件实现机电式二次设备的各种功能，用计算机局部网络通信替代大量信号电缆的连接，通过人机接口设备实现变电所的综合自动化管理、监视、测量、控制及打印记录等所有功能，以实现功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化。
国外变电站综合自动化系统的研究工作始于70年代，在1975年日本就开始研究用于配电变电站的数字控制，并于1980年开始商品化。之后世界各国越来越重视这方面的研究工作，参与的国家和公司越来越多，如德国西门子公司、ABB公司、AEG公司，美国的GE公司、西屋公司，法国的阿尔斯通公司等。其中德国西门子公司于1985年研制成功第一套综合自动化LSA678系统，此后在德国和欧洲陆续投运了300多套该系统。
在我国，随着经济的蓬勃发展，电网的规模越来越大，电压越来越高，因而要求更多地采用远方集中控制，即采用自动化控制模式，以提高劳动生产率和运行可靠性，这样也直接促进了我国对变电站综合自动化的研究。根据国家电力公司对农村电网建设与改造技术原则的总体要求，电网建设与改造要同调度自动化、配电自动化、变电所无人值班、无功优化结合起来，以逐步实现电网自动化。近几年来，大规模集成电路技术和通信技术迅猛发展，16位、32位单片机及Pentium微处理器问世，网络技术，现场总线等的出现，使得变电站综合自动化系统的功能不断完善[1]。
1.3 本课题的主要内容
第一章主要介绍了课题的背景与意义，阐述了电站设计对电力系统的重要意义。还介绍了
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本课题在国内外的历史与发展概况，了解到电站的发展历程，也从中看出了电站的巨大潜力和发展空间。此外，还介绍了本课题的主要内容、目的与任务。
第二章先讲述了主接线在电站设计中具有重要意义，并概述了四种常见的主接线形式，对此分别列举了其优缺点，然后根据实际工程，从可靠性、灵活性和经济性出发，对四种接线形式进行综合比较，最终确定本设计的主接线型式为单母线分段接线。
第三章根据文献规范要求与对实际工程的负荷资料分析，并考虑到未来5～10年远期的规划，从而确定主变压器的台数，容量。确定主变压器的型式之后，再对主变压器的相数、绕组数、绕组连接方式、调压方式、冷却方式等进行选择并确定。此外，对站用变的台数、容量和型式进行选择。
第四章概述了短路电流计算的必要性和其基本假设。另外分析与确定短路点的位置，并分别从最大运行方式和最小运行方式下进行计算。本课题短路电流的计算方法是用标幺值法，计算出总电抗值，并推导出短路电流值与冲击电流值等。
第五章是电站选择电气元件。本章所涉及到的电气设备包括断路器、隔离开关、高压熔断器、互感器、母线及架空线。先通过额定电压、电流等参数初定设备的型号，并根据第四章短路电流的计算结果对设备进行校验，并考虑到是否符合实际工程情况，才最终确定下来。
第六章大致介绍了接地装置的概念、要求与种类，以及防雷设计的意义，避雷器的选择和直击雷、感应雷的保护措施。本章中着重讲到接地装置与防雷设计并非绝对的，不能一概而论，需要因地制宜。
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第二章 主接线的设计
2.1 引言
电气主接线是由高压电器通过连接线按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络。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的影响。因此，主接线是一个综合性的问题，必须正确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，合理确定主接线的方案。
2.2 电气主接线的设计原则
在选择电气主接线型式时，应以下列各点作为设计依据： （1）发电厂、变电所在电力系统的地位和作用； （2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模； （3）负荷大小和重要性； （4）系统备用容量大小；
（5）系统专业对电气主接线提供的具体资料。
2.3 电气主接线的设计要求
对于电气主接线的要求，大致有以下几点：
（1）可靠性：主接线的接线形式必须保证供电可靠，这是其最基本的要求。在分析可靠性时要考虑到发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用，用户的负荷性质和类别，设备制造水平等等。可靠性要求有以下几方面：
① 断路器检修时，不影响对系统的供电；
② 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停电回路数和停电时间，并对
一级负荷和大部分二级负荷保持不间断供电； ③ 尽量避免发电厂、变电所全部停电的可能性；
④ 大型机组突然停运时，尽可能保持对电力系统的稳定运行。
（2） 灵活性：电气主接线要能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。对于灵活性的要求有：
① 调度时，可灵活的投入和切除发电机、变压器及线路，调配电源和负荷，满
足系统在各种运行方式的调度；
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② 检修时，可方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，不致影响电力网的
运行；
③ 扩建时，容易从初期接线过渡到最终接线，改造工作量较少，尽可能不影响
连续供电或停电时间较短。
（3）经济性：电气主接线应该在满足可靠性和灵活性的基础上，再考虑其经济性。经济性的要求如下：
① 投资省，电气主接线应简单清晰，尽量节省一次、二次设备和控制电缆投资，
尽量限制短路电流，选择价格合理的电气设备；
② 占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地
面积减小；
③ 电能损耗少，经济合理的选择变压器的型式（如双绕组、三绕组或自耦变压
器）、容量和台数，避免因两次变压而增加电能损失。
2.4 方案的拟订及比较
2.4.1 方案一 单母线接线
图2-1 单母线接线
G——电源进线；QF——断路器； W——母线；QS——隔离开关；QE——接地开关；
WL——出线
只有一组母线的接线称为单母线接线。在变电所中，其供电电源是变压器或 高压进线回路。单母线接线中母线既可以保证电源并列工作，也可以保证任何一条出线都可以从
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电源G1或G2中获得电能。每条回路中都装有断路器和隔离开关，可以开断或接通电路。各回路输送功率不一定会相等，应尽量使负荷均衡地分配到母线上，以减少功率在母线上的传输。
优点：接线简单清晰，设备较少，经济性好，操作比较方便，便于扩建和采用成套配电装置。
缺点：可靠性和灵活性较差，当主要电气元件出现故障或进行检修时，必须断开它所接的电源，所有回路均要停止运行，这样会使整个配电装置停电。此外，单母线接线调度不方便，电源只能并列运行，而不能分列运行，若线路侧发生短路时，有较大的短路电流产生。
2.4.2 方案二 单母线分段接线
图2-2 单母线接线
G——电源进线；QF——断路器； W——母线；QS——隔离开关； QE——接地开关； WL——出线
单母线分段接线对重要用户来说可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电。单母线是用分段断路器QFD进行分段的，为了防止因电源断开而引起的停电，可以在分段断路器QFD上安装备用电源自动投入装置，这样在任一分段的电源断开时，会将QFD自动接通。
优点：供电可靠性较高，单母线分段有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器会自动将故障段切除，而正常段母线则继续供电，这样保证不间断供电和不致使重要用户停电。
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缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线内停止供电。若出线为双回路时，常使架空出线呈交叉跨越，使整个母线系统可靠性受到限制。此外占地面地大，投资较多。
2.4.3 方案三 单母线分段带旁路母线接线
图2-3 单母线分段带旁路母线接线
单母线分段带旁路母线接线常采用以分段断路器兼作旁路断路器的接线。两段母线均可带旁路母线，正常运行时旁路母线W2不带电，以单母线分段方式进行。当QF1作为旁路断路器运行时，1、2段母线可分别按单母线方式运行，也可以通过隔离开关QS5合并为单母线运行。
优点：供电可靠性和灵活性高。增设旁路母线可以在检修出线断路器时不会中断该回路供电。
缺点：增设旁路母线，即多装了价格高的断路器和隔离开关，增加了投资，占地面积大，操作也相对复杂
2.4.4方案双母线接线 优缺点分析
1
可靠性高。可轮流检修母线而不影响正常供电。当采用一组母线工作、一组母线
需要检修工作母线
可将工作母线转换为备用状态后
只影响该回路供电
发展了双母线接线。按每一回
便可进行母线
使
检修任一母线侧隔离开关时
工作母线发生故障后
备用方式运行时停电检修工作
所有回路短时停电并能迅速恢复供电2
可利用母联断路器代替引出线断路器工作
引出线断路器检修期间能继续向负荷供电。 路所连接的断路器数目不同
灵活性好。为了克服上述单母线分段接线的缺点
双母线接线有单断路器双母线接线、双断路器双母线接线、
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一台半断路器接线因两个回路共用三台断路器两种又称双重连接的接线日益广泛地采用。
又称二分之三接线
三种基本形式。后
意即一个回路与两台断路器相连接在超高压配电装置中被
2.4.5 方案五 桥形接线
图2-4 桥形接线
（1）内桥线路的特点： ① 线路操作方便；
② 正常运行时变压器操作复杂；
③ 桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元间失去联系。
内桥接线试用于两回进线两回出线且线路较长，故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式的发电厂和变电站中。 （2）外桥接线的特点： ① 变压器操作方便；
② 线路投入与切除时，操作复杂；
③ 桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系。
外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短，故障可能性较小和变压器需要经常切换，且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。
2.5 电气主接线选择
2.5.1 负荷等级划分
根据用电设备在工业生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：
一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济
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损失；
二级负荷：中断供电将造成设备局部破坏，或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复，或大量产品报废、重要产品大量减产造成较大经济损失；
三级负荷：不属于一级和二级负荷的一般电力负荷[3-6]。
2.5.2 方案分析
对于方案一，单母线接线可靠性低，当母线故障时，各出线均要全部停电，故不采纳； 对于方案四，桥形接线只适合二进二出的情况
对于方案二和方案三来说，都可以保证供电的可靠性，方案二适合35～60kV主接线时，出线回路小于8回；方案三适合进出线不多，容量不大的中小型发电厂和电压为35～110kV的变电所，均符合主接线设计的要求，相比之下，方案三的供电可靠性要比方案二高，但由于加设旁路母线也带来了倒闸操作复杂等负面影响，即方案三灵活性要低于方案二。从经济性来讲，方案三多了旁路母线，即多装了断路器和隔离开关，其投资大大超过了方案二(600MW,双回）
2.6 小结
本章主要介绍四种常用的电气主接线基本形式，分别列举其优缺点，并从可靠性、灵活性、经济性三个方面进行综合比较，最终确定了单母线分段接线形式。而电气主接线的确定将对主要电气设备的选择、配电装置布置等的拟定起着决定性的关系，为下面章节奠定了基础。
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第三章 变压器的设计
3.1 引言
在变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。只供本所用的照明、保护、微机、试验和其他日常及应急的变压器，称为站用变压器。所谓的主变压器是整个电站一次设计中最重要的设备之一。合理选择主变压器不仅可以减少投资，减少运行电能的损耗，而且可以提高供电可靠性，改善电网稳定性能，此外还影响到以后的扩建。因此主变压器的选择需要进行全方位考虑，既要满足近期负荷的需求，也要考虑到未来的扩建方案。
3.2 主变压器台数的选择
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；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；
（1）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变为宜；
（2）一般情况下220kV及以下的变电所装设2台主变压器。
本工程的负荷为一级负荷，而且不止一条进线，为了保证供电可靠性，确定本设计选用两台主变压器。
3.3 主变压器容量的确定
3.3.1 主变压器容量的选择
假设最大容量为600MW，此外还要考虑到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。 因此可预估10年后满足最大负荷的主变压器容量为：
（3-1）
式中：
Kt——负荷同时率（35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷与10kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85），本设计取0.9；
n——年限，本设计取10；
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β%——负荷年增长率，本设计取6%；
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а%——电压等级电网的线损率，一般取5%； cosФ——功率因数，取0.9。 由参考文献[7]可知：
在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同可互为备用的所用变压器。如能从变电所外引入一个可靠的低压备用所用电源时，亦可装设一台所用变压器。
装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于70%的全部负荷，并保证用户的一、二级负荷。 因此本设计中：
0.6×11846.46kVA=7107.876 kVA。
P——各用户的最大负荷（发电机功率）；
3.4 主变压器型式的选择
3.4.1 相数选择
容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。因此本项目35kV电站设计在满足供电可靠性的前提下，为减少投资，故选用三相变压器。 3.4.2 绕组数选择
国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等变压器，
对深入引进负荷中心，具有直接从高压变为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。本设计变电所有35kV、10kV两个电压等级且是一座降压变电所，宜选用双绕组普通式变压器。 3.4.3 绕组连接方式选择
变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统中采用的绕组连接方式只有“Y”连接和“D”连接，在我国110kV及以上电压侧，变压器三相绕组都采用“YN”连接，35kV侧采用“Y”接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采用“D”连接。
为了考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素，根据以上绕组连接方式的原则，本设计选用“Y，d11”常规连接的变压器连接组别。
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3.4.4 调压方式选择
为了确保变电所供电量，电压必须维持在允许范围内，这就要求对变压器进行调压。所谓的调压是通过用分接开关切换变压器的分接头，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节，调整范围通常在2*2.5%和-2*2.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，变压器分接头较多，且分接头可带负荷调节，调整范围可达30%，但其结构较复杂，价格较贵，并且有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作[9]。根据本设计变压器配置，应选用无载调压。 3.4.5 冷却方式选择
（1）自然风冷却：一般适用于7500kVA及以下小容量变压器，为使热量散发到空气中，装有片状或管型辐射式冷却器，以增大油箱冷却面积。
（2）强迫空气冷却：容量≥10000kVA的变压器，在绝缘允许的油箱尺寸下，当有辐射器的散热装置仍达不到要求时，常采用人工风冷。在辐射器管间加装数台电动风扇，用风吹冷却器，使油迅速冷却，加速热量散出，风扇的启停可以自动控制，亦可人工操作。
（2）强迫油循环水冷却：在单方面加强表面冷却还达不到预期的冷却效果时，可采用潜油泵强迫油循环，让水对油管道进行冷却，把变压器中热量带走。在水源充足的条件下，采用这种冷却方式散热效率高，有利于节省材料、减少变压器本体尺寸，但要一套水冷却系统和有关附件且对冷却器的密封性能要求较高。
（4）强迫油循环导向风冷却：利用潜油泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油管中，使铁芯和绕组中的热量直接由具有一定流速的油带走，二变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却器冷却后，再由潜油泵注入变压器油箱底部，构成变压器的油循环。
（5）水内冷变压器：变压器绕组用空心导体制成，在运行中将纯水注入空心绕组中，借助水的不断循环将变压器中热量带走，但水系统比较复杂且变压器价格比较高[8]。
本设计变电所主变压器的容量为8000kVA，根据上述资料，为使主变的冷却方式既能达到预期的冷却效果，且又简单、经济，因此选用强迫空气冷却方式。
3.5 小结
本章主要是对主变压器台数、容量和型式的确定，确定合理的主变压器关系到是否可以安全可靠供电以及电网的经济运行。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，对于提高电网的经济运行将具有极其重要的意义。
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第四章 短路电流的计算
4.1 引言
短路是指电力系统在运行中相与相之间或相与地之间发生非正常的连接。产生短路的主要原因是电气部分中载流的相间绝缘或相对地绝缘被破坏，系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多的短路电流。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且还会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，短路的问题一直是电站设计的基本问题之一，无论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面来说，短路电流的计算都是必须的。
通常工程设计中主要是计算三相短路电流。
4.2 短路电流计算的基本假设
考虑到现代电力系统的实际情况，要进行准确的短路计算是相当复杂的，同时对解决大部分实际问题，并不要求十分精确的计算结果。这种近似计算法在电力工程中被称为短路电流实用计算，其计算结果稍偏大。短路电流实用计算的基本假设如下：
（1）正常工作时，三相系统对称运行；
（2）电力系统中所有电源的电动势相位、相角相同； （3）电力系统中的所有电源都在额定负荷下运行；
（4）变压器的励磁电流和电阻、架空线的电阻和相对地电容均略去，都用纯电抗表
示；
（5）电力系统中各元件的磁路不饱和；
（6）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流[9]。
4.3 短路电流计算过程
4.3.1 短路点的设置
短路电流计算的主要目的之一是为了选择电气设备并进行相关的校验，本设计是按照三相短路进行短路电流计算。在主接线中可能发生最大短路电流的短路电流计算点有2个，即10kV母线短路（K1点），35kV母线短路（K2点）。具体如下图所示：
--
--
图4-1 短路点设置图
根据工程资料，令：
（1）电力系统：S=∞；
（2） 架空线路（即进线1、2）：单位电抗值：，线路长： （3）变压器容量：，短路阻抗：
。
4.3.2 求各元件的电抗标么值 选取基准容量，基准电压，令
=100MVA，
变压器：
线路：
--
；（4-1）（4-2）
L=10km
--
（1）当K1点发生短路时，等值电路图如下：
图4-2 K1点等值电路图
最大运行方式下电源至短路点的总电抗为：
无限大容量电源：
短路电流周期分量的标么值：
短路电流值：
--
4-3）4-4）
（
（
--
冲击电流值：
式中为冲击系数，这里取1.8
短路全电流最大有效值：
短路容量：
最小运行方式下电源至短路点的总电抗为：
--
（4-5）
（4-6）
（4-7）
（4-8）
（4-9）
--
无限大容量电源：
短路电流周期分量的标么值：
短路电流值：
冲击电流值：
短路全电流最大有效值：
--
4-10）4-11）4-12）4-13） （
（
（
（
--
短路容量：
（4-14）
（2）当K2点发生短路时，等值电路图如下：
图4-3 K2点等值电路图
最大运行方式下电源至短路点的总电抗为：
无限大容量电源：
短路电流周期分量的标么值：
--
（4-15）
短路电流值：
冲击电流值：
短路全电流最大有效值：短路容量：
--
--
（4-16）
（4-17）
（4-18）
（4-19）
（4-20）
--
最小运行方式下电源至短路点的总电抗为：
4.4 小结
本章主要是进行短路电流的计算。进行短路电流计算的主要目的之一是选择电气设备。在变电所中，各种电气设备必须能够承受短路电流的作用，不会因过热或电动力的影响而损坏。例如，断路器的选择，必须能断开可能通过的最大短路电流；母线校验短路时要能够承受最大应力等等。此外接地装置的选择也与短路电流的计算结果密切相关。
--
--
第五章 电气设备的选择
5.1 引言
电气设备的选择与校验是电站设计的主要内容之一。合理的选择电气设备是保证电气主接线和配电装置达到安全、可靠、经济运行的重要条件。电气装置中的电气设备和载流导体，在正常运行或短路时，都必须保证其可靠性。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，保证安全、可靠、经济，此外还要符合现场的自然条件要求，灵活地运行。
5.2 电气设备选型的原则
由于电气设备及载流导体用途和工作条件的不同，因此它们的选择条件和校验项目也并不相同。但是其在正常运行和短路时都必须可靠地工作，这样其选择具有共同的原则： （1）应满足正常运行、短路等各种情况下可靠性的要求并考虑远期发展； （2）应满足使用环境条件的校核； （3）应力求技术先进及经济合理； （4）与工程的建设标准协调相对应。
5.3 断路器的选择
断路器是电力系统中最重要的开关设备，其具有完善的灭弧装置，能够熄灭在开断电路时所产生的电弧。因此断路器不仅可以在正常情况下切断高压电路的空载电流和负载电流，而且可以在系统发生故障时，能够和保护装置、自动装置相配合，迅速地切除故障电流，以减少停电范围，防止事故扩大，保证系统安全运行。 5.3.1 断路器的选择 （1）种类与型式的选择
按照断路器采用的灭弧介质及其工作原理不同，可分为油断路器（多油和少油）、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。
断路器型式的选择，要根据实际工程的具体情况，应在全面了解其使用环境的基础上，结合产品的价格和运行设备的使用情况加以确定。对于断路器型式的选择，一般可按下表所列原则进行选型[10]。
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表5-1 断路器选择条件 安装使用场合 可选择的主要型式 少油断路器 真空断路器 多油断路器 少油断路器 SF6断路器 空气断路器 少油断路器 SF6断路器 空气断路器 需注意的技术特点 用量大，注意经济实用性，多用于屋内或成套高压开关柜内，采用多油或老型号少油断路器需注意产品质量和重合闸影响。电缆线路开断应无重燃 开断220kV空载长线时，过电压水平不应超过允许值，开断无重燃，有时断路器的两侧为互不联系的电源 当采用单相重合闸或综合重合闸时，断路器应能分项操作，考虑适应多种开断的要求，断路器要能在一定程度上限制操作过电压，开断无重燃，分合闸时间要短，技术条件要求较轻的场合可用少油型 35kV及以下 配电装置 330kV及以上 35kV～220kV 综合考虑，本设计选择真空断路器。 （2） 额定电压选择：
：断路器的工作电压； ：电网工作电压。本工程：
=35kV
（3） 额定电流选择： ：断路器的额定电流；
：最大持续工作电流。
35kV侧高压断路器的最大长期工作电流计算如下： 控制8000kVA变压器的断路器:
=
（5-1）
控制母线分段的断路器，其最大长期工作电流一般为该母线上最大一台发电机或一组变压器的持续工作电流，因此：
（5-2）
= （4）开断电流的选择：
：断路器的额定开断电流，即在额定电压下能保证正常开断的最大短路电流；
--
--
：断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量。本工程：=10.688kA
27.203kA。
：断路器的额定关合电流； ：三相短路电流的冲击值。本工程：
（5）短路关合电流的选择：
通过以上数据的分析，可选择型号为ZW7-40.5的真空断路器，其具体参数见下表：
表5-2 断路器的型式 额定电额定电额定开断额定短时耐受电流（kA） 31.5(4S) 额定峰值耐受电流（kA） 80 额定关合电流（kA） 80 分闸时合闸时型号 压（kV） 流（A） 电流（kA） 间（ms） 间（ms） ZW7-40.5 40.5 2000 31.5 kA 20～65 20～75 5.4 隔离开关选择
隔离开关是高压开关的一种，主要用于隔离电源、起着安全保护的作用。因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。
隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。
5.4.1 隔离开关的选择
表5-3 隔离开关的型式 型号 额定电压（kV） GW4-40.5（D） 40.5 额定电流（A） 1250 极限通过电流峰值（kA） 50 热稳定电流（kA） 20（4S） 操动机构型号 CS17G （1）隔离开关短路热稳定校验
由断路器选型可知短路电流引起的热效应：隔离开关：
因此
，即符合要求。
（2）隔离开关的动稳定校验
--
--
隔离开关额定峰值耐受电流：因此
，即符合要求。
=50kA，而冲击电流：
=27.203kA
5.5 高压熔断器的选择
熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害，高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，而在电厂中多用于保护电压互感器。
（1）额定电压选择：
（2）额定电流的选择：
式中：
——熔断器的额定电流； ——熔体的额定电流。
根据上述条件，高压熔断器初选结果见下表：
表5-4 高压熔断器的型式
型号 RW10-35/0.5 额定电压(kV) 35 额定电流(A) 0.5 断流容量(MVA) 2000 备注 保护电压互感器 5.6 电压互感器的选择
电压互感器的选择是根据额定电压、装置种类、构造型式、准确度以及按副边负载选择。而副边负荷是在确定二次回路方案以后方可计算。故互感器初选型式如下表所示：
表5-5 电压互感器的型式 额定电压（kV） 型号 原绕组 副绕组 组 JDN6-35 JDXF-35 35 0.1 150 150 250 250 500 500 1000 1000 进线用 母线用 辅助绕0.5 1 3 副绕组1额定容量（VA） 最大容量 （VA） 备注 35/3 0.1/3 0.1/3 --
--
由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，互感器本身并不遭受短路电流的作用，因此不需要进行动稳定和热稳定的校验。
5.7 电流互感器的选择
5.7.1 电流互感器的选择
（1）结构类型选择
根据配电装置的类型相应选择户内或户外式的电流互感器，一般情况下，35kV以下为户内式，而35kV及以上电压等级为户外式或装入式（装入到变压器或断路器的套管内）。 （2）额定电压和额定电流的选择 额定电压选择：
：电流互感器的额定电压； ：电网的额定电压等级。 额定电流选择：
：电流互感器的一次额定电流； ：回路的最大工作电流。
为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。 为了保证互感器的准确级，互感器二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额定容量
，即：
电流互感器初选的型号见下表：
表5-6 电流互感器的型式 技术参数 型号 电流比 LR、LRB-35 LR、LRB-35 400/5 300/5 级次组合 0.2s/0.5/10P 0.2s/0.5/10P Kd 135 135 Kt 75/1s 75/1s （3）电流互感器准确级和额定容量的选择
5.8 电气设备选型汇总
根据上述几个章节的分析，现将所选电气设备的型号与校验参数进行汇总比较，具体数据如下表所示：
表5-10 电气设备选型校验对照表
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热稳定电气设备 351.84 断路器 隔离开关 高压熔断器 电压互感器 电流互感器 3969 80 -- -- 506.25 动稳定 （kA） 27.203 1600 50 -- -- 57.276 开断能力（kA） 27.203 -- -- 57.143 -- -- 允许电压损失 5% -- -- -- -- -- 导体最小截面（200.96 -- -- -- -- -- ） 52.206 5.9小结
本章对主要电气设备进行选型与校验，包括断路器、隔离开关、高压熔断器、互感器、母线与架空线等。先从额定电压、额定电流等正常条件出发，初步对电气设备进行选型，再对此进行热稳定、动稳定、开断能力等项目的校验。这些电气设备正确、合理的选择保证了电气主接线和配电装置达到安全、可靠、优质、经济运行。
--
--
第六章 接地装置与防雷设计
6.1 引言
大地具有经常保持零电位的特性，利用这一特性可将电气设备中带电或不带电的部位与大地连接，称为接地。而防雷设计是为了防止直击雷和雷电侵入波对变电所造成危害，因此对设备装设避雷针或避雷器等进行防护。随着电力事业的快速发展，对人身及设备的防护意识越来越高，接地装置与防雷设计越来越受到重视，已成为电站设计中不可或缺的环节。
6.2 接地概述
变电所的接地装置直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。若接地装置设计考虑不全面、测试不准确，将会导致多起事故，不仅烧毁一次设备，甚至还通过二次控制电缆窜入主控室，造成了事故扩大，因此接地装置对电力系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。 6.2.1 接地的要求
对于接地的要求大致有以下几点：
（1）为保证人身安全，所有的电气设备，都应装设接地装置，并将电气设备外壳接地； （2）应设置一个总的接地装置，这样可以将各种电气设备接地；
（3）在接地装置有困难时，允许用绝缘台来维护电气设备，但应防止同时和电气设备的
不接地部分及地有连接的建筑物相接触；
（4） 电气设备的人工接地体应尽可能的使在电气设备所在地点附近对地电压分配均匀； （5）设计接地装置时，应考虑到一年四季中，均能保证接地电阻的要求值[11]。 6.2.2 接地的种类 对于接地可分成三种： (1)工作接地：
根据电力系统的正常运行方式的需要而将网络的某一点接地。 (2)保护接地：
为了人身安全而将高压电气设备的金属外壳接地。
--
--
(3)防雷接地：
为了减少雷电流流过时引起的电位升高，使用防雷保护装置的接地。
6.3 防雷设计
雷电所引起的大气过电压将会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所和高压输电线路中必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。运行经验证明，当前变电所中采用的防雷保护措施是可靠的，但是雷电参数和电器设备的冲击放电特性具有统计性，故防雷措施也是相对的，而不是绝对的。 6.3.1 避雷器的选择
对于避雷器的选择可按下列步骤进行： （1）型式选择：
避雷器的类型主要有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等几种。保护间隙和管型避雷器主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段的保护。阀型避雷器和氧化锌避雷器用于变电所和发电厂的保护。
阀型避雷器分为普通型和磁吹型两类，普通的熄弧完全依靠间隙的自然熄弧能力，没有采取强迫熄弧的措施，其阀片的热容量有限，不能承受较长时间的过电压冲击电流的作用。磁吹型利用磁吹电弧来强迫熄弧，其单个间隙的熄弧能力较高，能在较高的恢复电压下切断较大的工频续流，故串联的间隙和阀片的数目都较少，因而其冲击放电电压和残片较低，保护性能较好。
氧化锌避雷器具有很理想的非线性伏安特性，并且具有①无间隙；②无续流；③电气设备所受过电压可以降低；④通流容量大的优点[8]。 （2）额定电压选择：
避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。 本设计选择氧化锌避雷器，其型号参数见下表：
表6-1 避雷器的型式
系统标称电压(kV) 持续运行电压(kV) 直流参考电压≥(kV) 5kA雷电冲击电流下的残压≤(kV) 2ms波通流容量(A) 4/10us大电流冲击耐受(kA) 产品型号 额定电压(kV) 总高(mm) YH5WZ- 51/127 YH5WX- 51 51 35 35 41.0 43.2 73.0 80.0 134 150 400 400 65 65 635 690 --
--
51/134 6.3.2 直击雷保护
6.3.2.1 保护对象
变电所的雷击目的物，按下述原则分类：
A类：电工装置，包括屋内外配电装置、主控制楼、组合导线和母线桥等。
B类：需要采取防雷措施的建筑物和构筑物，按着在发生火花时能否引起爆炸或火灾，以及由此可能引起破坏范围又可分为三类：
B--Ⅰ类：凡是在建筑物或构筑物长期保存或经常 发生瓦斯、蒸汽、尘埃与空气的混合物，可能引起电火花发生爆炸，以及引起房屋破坏和人生事故者；
B--Ⅱ类：同B--Ⅰ类条件，但在因电火花发生爆炸时，不致引起巨大的破坏或人身事故者； B--Ⅲ类：凡遭受直击雷时，仅有火灾及机械破坏危害，且对建筑物内部的人有危害者。 C类：不需专门防雷保护的建筑物和构筑物[12]。 6.3.2.2 防雷措施
防直击雷最常用的措施是装设避雷针，它是由金属制成，比被保护设备高且有良好的接地装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备、建筑免受雷击。
(1) 对于35kV的配电装置为防止雷击时引起反击闪络的可能，一般采用独立避雷针进行保护。如需要将避雷针装在构架上时，配电装置接地网的接地电阻，不得大于1Ω。
(2) 对主控室而言：
① 若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地； ② 若屋顶有钢筋混凝土结构，应将其钢筋焊接成网接地；
③ 若结构为非导电体屋顶时采用避雷保护，避雷带的网格为8～10m，每格10～20m
设引下线接地。
(3) 在选择独立避雷针的装设地点时，应尽量利用照明灯塔，在其上装设避雷针。
6.3.3 感应雷保护
感应雷是在输电线路上直接落雷或由于雷电感应而产生的过电压波，沿着输电线路袭入变电所。
（1）进线段保护
进线段保护的作用是使雷电不直接击在导线上，且利用进线段本身阻抗来限制雷电电流
--
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幅值，利用导线的电晕衰耗来降低雷电波陡度。
全线无雷电的35kV（少雷或轻雷区）的架空线路，在变电所进线段1-2kM长度内应进行直接雷击保护，如下图所示：
图6-1 避雷器保护图
（2）变压器及电气设备的保护
变压器及主要电气设备的保护可在其配电装置内装设阀型避雷器或氧化物避雷器。避雷器与变压器及其他被保护电气设备的电气距离愈短，保护效果愈好。避雷器可设置在配电装置中心位置，在任何运行方式下所有电气设备都应在避雷器保护范围内。
6.4 小结
本章对接地装置与防雷设计进行大致的说明，接地装置与防雷设计对于电站设计具有重要的意义。其合理的设置是保证电力系统的安全稳定运行的基本条件。接地装置与防雷设计是相对的，不同的工程需要不同的设置，不能一昧的模仿。随着安全意识和防范意识的加强，以及接地、防雷保护设备特性的不断改善，相信变电所的接地装置与防雷设计将会更为经济合理。
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结论
随着时间的流逝，本次毕业设计已接近尾声，在这次设计中我获益良多也感受深刻。毕业设计可以说是对大学四年所学知识进行一次浓缩和升华，不仅如此，它还将理论与实际相结合，是我们这些大学生在步入社会前的一次难得的体验。本次毕设让我对以往的知识进行了一次系统的梳理，对其有了更为深刻的理解，同时也在实际生产中更好的去应用这些知识，可以说本次毕设对我在今后的工作岗位上打下了坚实的基础。
一、本课题的研究内容
（1）本课题主要完成的工作内容
本课题是35kV电站设计。电站的设计是一个思维创造与运用的过程，应学会做到学以致用，使设计思维在设计中得到锻炼和发展。在设计过程中，可以巩固和加深电气专业知识，并逐步提高了独立分析问题和解决问题的能力，为之后的就业打下基础。
本课题首先根据可靠性、灵活性、经济性的要求对主接线进行设计，同时对电站的主变压器与站用变进行台数、型式、运行方式的选择。此外对电站所设计的主接线系统进行短路电流计算，并根据计算结果对电站的主要电气设备进行合理的选型与校验，包括断路器，隔离开关，高压熔断器、电流互感器，电压互感器、继电保护装置等等，母线与架空线也要按照具体要求进行选型、设计和配置，争取做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，能满足一般变电所的需求。此外，对电站的安全措施也进行了大致的设计，阐述了接地装置与防雷设计的原理、内容等。
（2）本课题的研究总结
本次毕业设计是在校外进行的，也因此让我了解到学校的理论与实际生产的一些区别。学校的理论为了追求简单、通俗易懂，故常常忽视一些因素，但在实际生产过程中，这些往往是不可或缺。如在进行主变压器的容量选择中，在实际生产中，往往要考虑到建成后5-10年的规划负荷以及线路的线损率，而在学校里，这些是可忽略的。因此实际的应用考虑的因素更为周全，更为严谨。
本次毕业设计的主要研究内容是对35KV电站进行一次接线设计，是在掌握电站设计生产过程的基础上完成的。通过这次设计掌握了一些工程设计的思想、方法、手段，如主接线的设计、短路电流计算的基本理论和方法、电气设备的选型与校验等，同时熟悉了工程设计的全过程，增强了工程观念，培养了电站设计的能力，加强对能源、发电、变电和输电的电气部分的了解。
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二、今后的研究工作
随着电力事业的迅猛发展，电站的设计也在日益更新，今后的电站设计研究工作对于可靠性、灵活性及经济性的要求也越来越高。智能变电站发展设计正是未来的研究方向之一。引入智能的专家决策系统和控制系统，针对分布式电源大量并网对电压质量影响问题，智能变电站可与配电自动化系统有机结合，建立大功率的智能储能系统。为了适应电力市场化和与用户互动性的要求，可将通信网络扩展到用户端，通过动态电价等手段调节用户用电方式、增强用户用电积极性，合理用电。同时将用户用电信息反馈到专家决策系统，实时调节控制策略，更好地为用户服务[1]。
三、结束语
最后在设计过程中我发现自己对专业知识的掌握还很欠缺，独立解决问题的能力也很有限，但我相信我也会在今后的工作学习中不断充实自己，不断提高自己的知识水平，为自身的发展而努力。另外因本人是第一次进行大型设计，且水平有限因此难免会有一些疏漏之处或有一些浅薄论点，敬请见谅。
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致谢
本次毕业设计能够顺利完成，在付出自己努力之余，要感谢杨永超导师的悉心教导。不仅如此，导师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，也深深地感染和激励着我，让我受益匪浅。另外要感谢公司的师傅们，正是他们悉心的帮我讲解了各电气设备的种种性能，让我更好去领悟课题的设计。
最后还要感谢在百忙之中评阅本论文的老师们。
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参考文献
[1] 刘健. 城乡电网建设与改造指南 (中国版本图书馆CIP数据核字（2001）第06030号). 北京:中
国水利水电出版社，2001-3.
[2] Avant Corporation，Thomas Heurung. 42 Volt Electrical Systems Design. 2000. [3] 3.6～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备（国家标准GB 3906-2006）.中国标准出版社，2007
年1月．
[4] 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求（国家标准 GB/T11022-1999）.中国标准出版社，
2000年7月．
[5] 3.6～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备（行业标准 DL/T 404-200X）.中华人民共和国发
展和改革委员会，2007．
[6] 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求（行业标准 DL/T 593-2006）.中华人民共和国发展
和改革委员会，2006-05-06
[7] 孙方放. 变电所常用规程及电气技术规范新编 (中国版本图书馆CIP数据核字（95）第20646号).
沈阳: 辽宁科学技术出版社，1996-2..
[8] 温步瀛，唐巍. 电力工程基础. 中国电力出版社发行，2009年
[9] 水利电力部西北电力设计院编. 电力工程电气设计手册（电气一次部分）(中国版本图书馆CIP
数据核字（96）第06170号). 北京:中国电力出版社发行，1996-6.
[10] 胡光甲. 工厂电器与供电(中国版本图书馆CIP数据核字（2004）第002190号). 北京:中国电力
出版社发行，2004-2 .
[11] The Ralph M. Parsons Company， Jay Bowen And Luke Yu. Integrating Safety， Grounding，
And Ground Fault Protection In Electrical System Designs. February 2， 1995. [12] 3～110kV高压配电装置设计规范(中华人民共和国建设部 GB50060-9). 北京:中国标准出版社
出版，1993-5.
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