110kv变电所电气一次部分设计

TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY

毕业设计（论文）

题目：宁德某地区110kv变电所电气一次部分设计

学 生 姓 名

学 号 200715010130 班 级 电气071501班 所属院（系）电子信息工程学院 指 导 教 师 于少娟

2011年6月16日

太原科技大学毕业设计（论文）

目录

摘要 .................................................................................................................................................................... IV

关键词 ........................................................................................................................................................ IV Abstract ............................................................................................................................................................... V 第一章 绪论 .................................................................................................................................................... - 1 -

1.1 选题背景及意义 .............................................................................................................................. - 1 - 1.2 国内外研究动态 .............................................................................................................................. - 1 - 1.3 课题的设计内容 .............................................................................................................................. - 2 - 第二章 变电所原始资料分析及设计方案 .................................................................................................... - 3 -

2.1 原始资料分析 .................................................................................................................................. - 3 - 2.2 变电所各部分设计方案 .................................................................................................................. - 3 -

2.2.1 电气主接线方案 .................................................................................................................. - 3 - 2.2.2 短路电流计算 ...................................................................................................................... - 3 - 2.2.3 导体和电器的选择与设计 .................................................................................................. - 4 - 2.2.4 防雷计算： .......................................................................................................................... - 4 - 2.2.5 接地网设计 .......................................................................................................................... - 4 -

第三章 电气主接线设计 ................................................................................................................................ - 5 -

3.1 电气主接线设计原则 ...................................................................................................................... - 5 -

3.1.1 合理地确定变压器的运行方式 .......................................................................................... - 5 - 3.1.2 接线方式的确定 .................................................................................................................. - 5 - 3.2 设计主接线的设计要求 .................................................................................................................. - 5 -

3.2.1 可靠性 .................................................................................................................................. - 5 - 3.2.2 灵活性 .................................................................................................................................. - 5 - 3.2.3 经济性 .................................................................................................................................. - 6 - 3.3 选择主接线的接线形式 .................................................................................................................. - 6 -

3.3.1 主接线形式设计 .................................................................................................................. - 6 - 3.3.2 主接线的技术经济比较 .................................................................................................... - 10 -

第四章 主变压器选择 .................................................................................................................................. - 13 -

4.1 主变压器型式的选择 .................................................................................................................... - 13 -

4.1.1 变压器绕组形式的选择 .................................................................................................... - 13 - 4.1.2 变压器调压方式的选择 .................................................................................................... - 13 - 4.1.3 变压器接地方式的选择 .................................................................................................... - 13 - 4.1.4 变压器冷却方式的选择 .................................................................................................... - 13 - 4.2 主变压器台数选择 ........................................................................................................................ - 14 - 4.3 变压器容量的确定 ........................................................................................................................ - 14 -

4.3.1 选择变压器容量所采用的基本原则 ................................................................................ - 14 - 4.3.2 选择变压器容量的相关计算 ............................................................................................ - 14 -

第五章 所用电设计 ...................................................................................................................................... - 16 -

5.1 所用变压器的确定 ........................................................................................................................ - 16 - 5.2 所用变压器容量的选择 ................................................................................................................ - 16 - 第六章 短路电流计算 .................................................................................................................................. - 18 -

6.1 短路电流计算的基本假定 ............................................................................................................ - 18 -

6.1.1 短路电流计算的目的 ........................................................................................................ - 18 - 6.1.2 计算的基本情况 ................................................................................................................ - 18 -

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6.1.3 接线方式 ............................................................................................................................ - 18 - 6.1.4 计算容量 ............................................................................................................................ - 18 - 6.1.5 短路种类 ............................................................................................................................ - 18 - 6.1.6 短路计算点 ........................................................................................................................ - 18 - 6.2 短路电流计算书 ............................................................................................................................ - 19 -

6.2.1 短路电流计算 .................................................................................................................... - 19 - 6.2.2 持续工作电流的计算 ........................................................................................................ - 23 -

第七章 电气设备的选择 .............................................................................................................................. - 26 -

7.1 电气选择的一般要求 .................................................................................................................... - 26 -

7.1.1 一般原则 ............................................................................................................................ - 26 - 7.1.2 技术条件 ............................................................................................................................ - 26 - 7.1.3 温度 .................................................................................................................................... - 27 - 7.2 电气设备选型 ................................................................................................................................ - 27 -

7.2.1 断路器的选择原则 ............................................................................................................ - 27 - 7.2.2 隔离开关的选择原则 ........................................................................................................ - 28 - 7.2.3 母线的选择 ........................................................................................................................ - 28 - 7.2.4 电流互感器的选择原则 .................................................................................................... - 28 - 7.2.5 电压互感器的选择原则 .................................................................................................... - 29 - 7.2.6 熔断器的选择配置 ............................................................................................................ - 29 - 7.2.7 避雷器的选择 .................................................................................................................... - 30 - 7.3 电气设备选择校验计算及电气设备选型结果 ............................................................................ - 30 -

7.3.1 母线的选择和校验 ............................................................................................................ - 30 - 7.3.2 架空线的选择和校验 ........................................................................................................ - 33 - 7.3.3 断路器和隔离开关的选择校验 ........................................................................................ - 34 - 7.4所选设备的技术参数 ..................................................................................................................... - 40 -

7.4.1所选择母线的技术参数 ..................................................................................................... - 40 - 7.4.2所选断路器技术参数 ......................................................................................................... - 41 - 7.4.3隔离开关技术参数 ............................................................................................................. - 42 - 7.4.4 电流互感器的技术参数 .................................................................................................... - 43 - 7.4.5 电压互感器的技术参数 .................................................................................................... - 44 - 7.4.6避雷器选择结果 ................................................................................................................. - 44 -

第八章 配电装置的设计 .............................................................................................................................. - 45 -

8.1 配电装置的设计原则 .................................................................................................................... - 45 -

8.1.1 配电装置的设计必须满足的基本要求： ........................................................................ - 45 - 8.1.2 配电设备的安全距离 ........................................................................................................ - 45 - 8.2 配电装置的选择、布置 ................................................................................................................ - 46 -

8.2.1 配电装置可分为中型、办高型和高型三种。 ................................................................ - 46 - 8.2.2配电装置的选择 ................................................................................................................. - 46 - 8.3 电气总平面布置 ............................................................................................................................ - 46 - 第九章 防雷保护与接地设计 ...................................................................................................................... - 48 -

9.1防雷保护 ......................................................................................................................................... - 48 -

9.1.1单只避雷针保护范围计算 ................................................................................................. - 48 - 9.1.2两支等高避雷针的保护范围计算 ..................................................................................... - 48 - 9.1.3两面三刀支不等高避雷针的保护范围计算 ..................................................................... - 49 - 9.1.4多支避雷针的保护范围计算 ............................................................................................. - 49 -

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9.1.5装设独立避雷针的原则 ..................................................................................................... - 49 - 9.2接地设计 ......................................................................................................................................... - 50 -

9.2.1变电所情况 ......................................................................................................................... - 50 - 9.2.2接地电阻值的计算 ............................................................................................................. - 51 -

工作总结 ........................................................................................................................................................ - 54 - 参考资料及文献 ............................................................................................................................................ - 55 - 致谢 ................................................................................................................................................................ - 56 -

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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。

本次设计是关于宁德某地区110KV降压变电站的设计，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。

关键词：变电所，主接线，电网，断路器，短路电流计算，电气设备选择

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Abstract

The know-why the learns, real circumstances of this engineering of combination are used, the analysis conscientiously careful by way of to the primary sources,as well as short circuit calculation to decides on the scheme The selection of the electric owner grasping the transformer substation wiring scheme, the mould selecting of major electric installation, the selection of main transformer platform number,capacity and model, as well as the various protections are surely calmly.Define finally this 110KV transformer substation electric owner's wiring diagram,and accomplishes the preliminary design to the 110KV transformer substation.Designing by way of this , I have had a more overall understanding to the design of transformersubstation,and makes me learn,not only the reliability will fully be thought over in the engineering designation and the flexibility,and still more will give consideration to many things economy,long-range nature and technical.

Keywords:Substation, power, the wiring, circuit breakers, short-circuit current calculation,

electrical equipment selection.

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第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

随着经济的快速发展，加强科学进步和提高经济效益成为电力经营管理关注的重要问题。由于电网的规模不断扩大，电压等级和自动化水平的不断提高，供电部门为了适应新的市场要求，发展形式要求城乡变电站尽快实现无人值班。实现无人值班既是降低电力系统运行成本，提高电力企业经济效益的要求，又是衡量电力系统自动化程度高低的重要标准

可靠的继电保护、技术成熟的具备“四遥”功能的远动自动化系统、稳定的一次设备是变电站实现无人值班的重要条件。无人值班的改造主要目的就是完成五个监控中心设备安装调试的基础上，对各220kv、110kv变电站的一次、二次设备进行改造，使其接入相应的控制中心，在监控中心实现对变电站设备的遥信、遥测、遥控、遥调、遥视、遥脉。变电站端的主要工作包括：

1、变电站自动化综合改造。 2、油断路器更换成无油断路器。

3、配合无人值班改造，落实变电站二次设备反措项目，包括：差动保护范围不包含低压侧主进断路器的改造,变电站继电保护专用等电位网的改造；主变保护双重配置等。

4、变电站五防系统的改造

5、安装图像及火灾监视系统，实现“遥视”功能

6、计量设备的改造，更换部分计量设备并接入监控系统，实现“遥脉”功能。 由此可见，变电站无人值班改造并不仅仅是综合自动化改造，而是在综合自动化的基础上，对一、二次设备的全面改造，使之满足变电站无人值班的要求。

1.2 国内外研究动态

在西欧、北美的发达国家及东亚的日本，不仅中低压的变电站，而且有些高压级别的变电站（380kv和500kv等级）也都采用了无人值班的运行方式，有的电力公司已经实现100%变电站无人值班。据介绍，这些国家在20世纪60年代就已经开始了无人值班变电站的建设，到20世纪70年代已完成了变电站无人值班改造。

我国的无人值班变电站建设起步也比较早，在20世纪50年代开展有接点遥信和频率

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式遥测远动技术的研究时，就以郑州和沈阳等供电局作为试点，并于1958年在全国掀起了变电站无人值班的热潮，许多供电局的35～110kv变电站撤了人。后来，由于技术、经济及管理体制上的原因，除郑州电业局等少数供电部门还在部分变电站坚持无人值班外，大都停止了这一尝试。

随着计算机技术、通信技术、控制技术的发展，我国在电网调度自动化及远动技术的研究及产品开发方面取得了比较大的发展，特别是基于微机及工作站的SCADA/EMS系统、分布式微机远动装置和交流采样远动装置的开发成功奠定了变电站实现无人值班的基础。1994年全国地调调度自动化专业工作组会议讨论通过并向国调中心提交的专题文件“关于扩展遥控和变电站无人值班的意见”，以及1995年2月28日召开的全国变电所无人值班研讨会，进一步促进了我国的无人变电站建设的进程。1996年，全国电力系统第一座110kv综合自动化变电站——福益站在邢台电网投入运行。2006年，河北省公司计划在三年内在全部110kv以上的变电站实现无人值班。紧接着各省电力公司入绪有下属变电站实现无人值班。

1.3 课题的设计内容

本课题主要针对无人值班变电所电气一次部分进行设计，具体设计内容如下： (1)选择本变电所主变的台数、容量和类型

根据设计手册要求并结合本变电所实际情况和可靠性要求选择台数和型号，再确定变压器的容量，并进行过负载能力的校验。

(2)设计本变电所的电气主接线

根据变电所设计技术规程和实际情况选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个较佳方案。

(3)进行必要的短路电流计算

根据本变电所的情况计算出系统最大运行方式下的短路电流，为母线系统的设计和电气设备的选择做好准备。

(4)选择和校验所需的电气设备

根据电气设备选择的一般原则，按正常运行情况选择、按短路情况校验设备。同时兼顾发展选用设备。

(5)配电装置的选型和布置

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第二章 变电所原始资料分析及设计方案

2.1 原始资料分析

1．变电所类型：地方降压变电所 2．电压等级:110/35/10kv 3．负荷情况：

(1)变电所用电率：2%；

(2)10KV侧负荷：最大15MW，最小10MW，年最大利用小时数5000小时，COSφ=0.85，其中70%负荷为一、二类负荷；

(3)35KV侧负荷：最大36MW，最小30MW，年最大利用小时数5000小时，COSφ=0.85，其中70%负荷为一、二类负荷。

4.出线回路：

(1)35KV系统：出线6回； (2)10KV系统：出线10回。 5.系统情况：

(1)110KV系统：出线2回；

(2)系统总容量1500MW，最大运行方式下XS*=0.86，最小运行方式下XS*=0.92（SB=1000MVA）。

6.环境条件：

(1)当地年最高温度39度，年最低温度-22，最热月平均温度28度； (2)当地海拔高度850米，年雷暴日数为15日； (3)土壤电阻率：ρ<400欧·米。

2.2 变电所各部分设计方案

2.2.1 电气主接线方案：

采用110KV侧为桥型接线方式，35KV侧为双母线接线方式，10KV侧为单母线分段接线方式，具体方案详见后。 2.2.2 短路电流计算

首先将整个系统化简为最大运行方式和最小运行方式的正序网络图，具体见后。

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2.2.3 导体和电器的选择与设计

本变电站海拔高度850M，可不校验海拔高度位于III类气象区，最高温度39度，年最低温度-22度，温度校验可忽略。详细见后。 2.2.4 防雷计算

对于本变电站的直击雷过电压保护采用避雷针，即在变电站四个角分别架设4支等高的避雷针，经过计算，可保护全变电站，详细见后。 2.2.5 接地网设计

本设计中采用以水平接地体为主，带垂直接地体的人工接地体，全所铺设长条形均压带，每条均压带间隔6M，埋深0.8M，详细见后。

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第三章 电气主接线设计

变电站的电气主接线指由各种电气元件如变压器、断路器、隔离开关等按照一定的要求和顺序连接起来构成发电、输电、配电的电气回路。电气主接线的选择正确与否对电力系统的安全、经济运行，对电力系统的稳定和调度的灵活性，以及对变电站的电气设备选择，配电装置的布置，继电保护和自动装置的确定等都有重大的影响。因此在选择变电站的电气主接线时，应注意变电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件，按照电气主接线设计的一般原则和要求，经过缜密的比较和严格的论证才能保证在建成使用的过程中不致有任何无法弥补的失误。

3.1 电气主接线设计原则

3.1.1 合理地确定变压器的运行方式

确定运行方式总的原则是安全、经济地保证对用户安全、连续的供电。 3.1.2 接线方式的确定

变电站建设规模应根据电力系统5--10年发展规划进行设计，在主接线设计时，必须从全局出发，统筹兼顾，根据待设计变电站在系统中的地位、进出线回路数、负荷情况、周围环境条件等，确定合理的设计方案。

3.2 设计主接线的设计要求

在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠性、运行灵活性和经济性等基本要求。 3.2.1 可靠性

供电可靠性是电力生产和配电的基本要求，电气主接线也必须满足这个要求，而又如何使主接线运行有无充分的可靠性：

(1)断路器检修时，能否不影响供电；

(2)线路、断路器或母线的故障时，以及母线检修时，停电出线回路的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；

(3)变电站全部停运的可能性； (4)满足用户的供电可靠性的要求。 3.2.2 灵活性

主接线的灵活性要求有以下几方面：

(1)调度灵活，操作简单。能灵活的进行运行方式的转换，不仅正常运行时能安全可

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靠的供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能根据调度的要求灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小，甚至于不影响供电。

(2)检修安全。应能方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修而不影响变电站的正常运行及对用户供电。

(3)扩建方便。应能容易地从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，一次和二次设备等所需的改造最少。 3.2.3 经济性

在满足供电可靠性、灵活性及技术要求的前提下，做到经济合理：

(1)投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关 等一次设备投资，要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便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，以便节约用地和节省架构导线、绝缘子及安装费用。

(3)电能损耗少。经济合理地选择主变压器的型式、容量和 台数，避免两次变压而增加电能损失。

3.3 选择主接线的接线形式

3.3.1 主接线形式设计

1．110K侧接线方式：

为了保证对用户供电的可靠性，变电站的主变压器一般不多于两台，且根据原始资料，由110KV系统供给电源，电源进线两回，属于双电源供电。按照《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》确定110K侧接线方式方案。

方案一：内桥接线； 方案二：双母线带旁路接线。 a.内桥接线（如图3.1） 优点：

(1)高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器；

(2)通过加装正常断开运行的跨条，当出线断路器检修时，不影响对任 何一回线路的供电；

(3)在跨条上加装两组隔离开关后，可以轮流停电检修任何一组隔离开关而不影响对负荷的供电。

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缺点：

(1)变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运； (2)不利于扩建。

图3.1 内桥接线

图3.2 双母线带旁路接线

b.双母线带旁路接线（如图3.2）

优点：检修断路器时不中断该回路供电。 使运行更加灵活，保证了供电的可靠性。 (1)当其中一个电源点发生故障时，可以由另一电源供电。

(2)当其中一回进线断路器发生故障，根据系统潮流分布，系统又 不允许另一回路向

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它供电，由旁路断路器代替通过旁路母线供电，而不至于造成全站失电。

缺点：

(1)所用的断路器、隔离开关增加，同时又增加了一条母线，使得占地面积增加，提高了造价；

(2)设备多导致操作复杂。 2.35KV侧接线方式：

根据原始资料可知，35KV侧出线较多，又一、二类负荷占得比例大，按照《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》确定35KV侧接线方式方案。

方案一：单母线分段接线 方案二：双母线接线 a.单母线分段接线(如图3.3) 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。

(3)简化低压侧的继电保护装置。 缺点：

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

(2)检修任一回路必须断开该回路的断路器停止供电。 (3)扩建时需向两个方向扩建。

图3.3 单母线分段接线

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图3.4 双母线接线

b.双母线接线（如图3.4） 优点：

(1)采用双母线接线可进行倒闸操作，有利于刀闸的检修，避免了因负荷大使刀闸发热从而引发线路停电；

(2) 倒闸操作后有利于母线的检修，而不影响对负荷的供电。 缺点：

(1)检修刀闸必须使线路停电； (2)占地面积大。 3.10KV侧接线方式

由原始资料可知，待设计变电站有10KV出线10回，出线数量较多，且一、二类负荷占的比例大，根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》确定10KV侧接线方式。

a.单母线接线（如图3.5） 优点：

(1)接线简单清晰，设备少，操作方便; (2) 便于扩建，节省投资和占地。 缺点：

(1)不够灵活可靠，当母线停运（母线检修、故障、线路故障后线路保护或断路器拒动）将使全部支路停运，且停电时间长;

(2)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母线分开后才能恢复非故障段的供电。

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适用范围：一般只适用于一台主变压器的以下三种情况： (1)6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回； (2)35-63KV配电装置的出线回路数不超过5回； (3)110-220KV配电装置的出线回路数不超过5回。

图3.5单母线接线

b.单母线分段接线(如图3.3) 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。

(3)简化低压侧的继电保护装置。 缺点：

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

(2)任一回路的断路器检修，该回路必须停止工作。 (3)扩建时需向两个方向扩建。

适用范围：6-10KV配电装置的出线回路数为6回及以上时。 3.3.2 主接线的技术经济比较

1.110KV侧接线方案的经济技术比较 (1)可靠性：

内桥接线：当线路断路器、桥联断路器检修时，通过跨条不会使线路停电，而且检修任意一组隔离开关均不会使线路停电。

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双母线带旁路接线： 当一条母线有故障时，连接在该母线上的重要用户可以通过倒闸操作由另一母线向用户保持正常供电。双母线接线供电可靠，两组母线可互为利用。同时，检修线路开关时通过旁带线路可不间断对用户的供电。

(2)灵活性：

通过以上对运行可靠性的比较，内桥接线方式运行灵活性高而且简单明了易于操作。而双母线带旁路接线方式刀闸操作比较复杂，容易导致误操作。

(3)经济性：

内桥接线配电装置简单，故所用设备较少，占地面积小，故经济性高。 根据以上两种接线方式的比较，110KV系统采用内桥接线。 2.35KV侧接线方案的经济技术比较 (1)可靠性 ：

双母线接线：当一条母线有故障时，虽然该母线上的所有线路均跳开，但可以通过倒闸操作由另一条母线恢复对负荷的供电。

单母线分段接线：当母线上有故障时，连接在该母线上的电源和出线在故障检修期间必须全部停电，但另一段母线仍然可以正常供电，缩小了停电范围，在检修任一回路的断路器时，该回路必须停电，其中包括重要用户，对用户影响较大。

(2)灵活性：

通过以上对运行可靠性的比较，双母线接线对运行的灵活性高。 (3)经济性：

双母线接线与单母线分段接线相比较，由于双母线接线运行比较灵活，而又提高了供电的可靠性，虽然比单母线分段接线多用了隔离开关，增加了投资，但它由于停电造成的损失减少，从长远利益考虑，比较合算。

所以总结以上比较， 我们35KV侧选择双母线接线。 3.10KV侧接线方案的经济技术比较： (1)可靠性：

单母线接线：在其母线故障时，连接在母线上的电源和出线在故障检修期间必须全部停电，不能保证对重要用户的可靠供电。

单母线分段接线：当母线上有故障时，连接在该母线上的电源和出线在故障检修期间必须全部停电，但另一段母线仍然可以正常供电，缩小了停电范围。

(2)灵活性：

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通过以上对运行可靠性的比较，单母线分段接线对运行的灵活性高。 (3)经济性：

10KV母线采用单母线接线，所用设备少，投资省，但设备检修造成的停电范围广，使得停电造成的经济损失增大。

单母线分段接线运行比较灵活，而又提高了供电的可靠性，虽然比单母线接线多用了一台断路器和两台隔离开关，增加了投资，但它由于停电造成的损失减少，从长远利益考虑，比较合算。

所以总结以上比较， 我们10KV侧选择单母线分段接线。（主接线图见附图一） 说明：为了供电可靠，35KV、10KV侧对于一、二类重要负荷均采用双回线供电，对于三类负荷采用单回线供电。

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第四章 主变压器选择

主变压器的选择主要考虑变压器的台数、容量、变压器的型式和冷却方式等。

4.1 主变压器型式的选择

4.1.1 变压器绕组形式的选择

根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》：不受运输条件限制，在330KV及其以下的发电厂和变电站中均采用三相变压器。

(1) 变压器绕组数量的选择

根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》：在具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧的功率均达到该主变容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功功率补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器。

(2) 绕组的连接方式

根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》：变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△，我国110KV及以上的电压等级，变压器绕组均采用Y连接；35KV电压等级，变压器绕组采用Y连接，而35KV以下电压等级，变压器绕组均采用△连接。

所以待设计变电站的主变压器选择三相、三绕组变压器。 4.1.2 变压器调压方式的选择

根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》：110KV及以下变电站，考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式。所以待设计变电站主变压器选择有载调压变压器。 4.1.3 变压器接地方式的选择

中性点直接接地方式的短路电流很大，线路或设备应立即切除，增加了断路器的负担，降低了供电的连续性，但由于过电压水平较低，减少了设备造价，特别是在高压和超高压电力系统，经济效益显著，故适用于110KV及以上电力系统，。我国目前在一般情况下，110KV系统多采用中性点直接接地方式。 4.1.4 变压器冷却方式的选择

主变一般采用的冷却方式有：自然风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却，小容量变压器一般采用自然风冷却，大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。

根据以上分析本设计采用三绕组普通强迫油循环变压器。

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4.2 主变压器台数选择

降压变电站的主变压器的台数，一般不超过两台，当负荷再增大时，可更换大容量的变压器，而不需增加变压器的台数。

为保证供电的可靠性，避免一台主变故障或检修时影响对用户供电，变电站一般装设两台主变压器，其变压器基础按大于变压器容量的1--2级设计，以便负荷发展时，可更换大容量的变压器，而不需增加变压器的台数。

4.3 变压器容量的确定

4.3.1 选择变压器容量所采用的基本原则

(1)在电力系统正常运行及检修状态下，以具有一定持续时间的日负荷选择主变压器的额定容量，日负荷中持续时间很短的部分，可由变压器过载满足。

(2) 并联运行的以隐备用的形式相互作为事故备用。

(3)主变压器检修时间间隔很长、检修时间较短，合理作好检修与运行调度。则不因检修并联变压器而增加其选择容量。 4.3.2 选择变压器容量的相关计算

主变压器容量一般按变电站建成后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。当有两台变压器时，每台变压器应能负担变电站总负荷的70%左右，以便在一台变压器因故障退出运行时，另一台变压器容量应保证重要负荷连续供电。根据原始资料，10KV母线最大负荷为15MW，所用电为2%，35KV母线最大负荷为36MW。根据设计任务书统计各馈线最大负荷：

Pxl 153651(MW)

因为所用电占2%，所以：全站总负荷为：

P5151?%52.02(MW)

又因为：COS0.85 所以：主变压器的容量为：

SjP/COS52.02/0.8561.2(MVA)

为保证重要用户供电，待设计变电站宜选择两台主变压器，采用暗备用的方式。 若每一台变压器的容量要求能带全部负荷的70%左右计算：

SSj70%61.270%42.84(MVA)

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根据以上论证满足以上条件的变压器有SFSL1-45000/110。

根据规程规定：油浸自冷和油浸风冷变压器过负荷不应超过变压器额定容量的30%，验算所选择变压器容量是否满足负荷要求：

(450002-61200)/6120047%

47%30%，满足要求。

所以我们选择两台SFSL1-45000/110型变压器，该变压器技术数据见下表4.1：

表4.1 所选变压器技术数据

损耗 型号及容量 额定电压 联接组标（KVA） SFSL1-45000 121/38.5/11 /110

（KV） 号 （KW） 空载 Y0/Y0/△-12-11 阻抗电压（%） 高-中 高-低 中-低 空载 电流 % 38.4 18 10.5 6.5 0.8

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第五章 所用电设计

在变电站中，自用电的负荷主要是照明、蓄电池的充电设备、硅整流设备、变压器的冷却风扇、采暖、通风、油处理设备、检修工具及水泵等。

5.1 所用变压器的确定

为了提高所用电的可靠性，对于总容量为60MVA及以上的变电站，应装设两台站用变压器。又由于本所35KV侧可以得到备用电源，故在35KV侧加装一台所用变压器，与10KV侧所用变压器互为备用。

为了节省投资，所用变压器高压侧可用高压熔断器代替高压断路器。 所用低压电压等级一律为380V，照明负荷可用380/220V三相四线制供电。

5.2 所用变压器容量的选择

所用变压器的容量应根据所用负荷选择，一般有重要负荷的大型变电站，380/220KV系统采用单母线分段接线，两台所用变压器各接一段母线，正常情况下分列运行，分段开关设有自动投入装置。380/220V低压母线用空气自动开关分成两段。

由原始条件可知，所用负荷为：

P(1536)2%1.02(MW)

当COS0.85时，S1.02/0.851.2(MVA)1200(KVA) 选择SJL1—1600型变压器两台，其技术数据如下表5.1：

表5.1 所选所用变参数：

低压侧 型号 额定容量 额定电压（KVA） （KV） 低压 SJL1-1600

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损耗（KW） 阻抗电压 空载电流 连接组别 空载 短路 2.85 2.0 （%） （%） 4.5 1.5 Y/Y0-12 1600 0.4 太原科技大学毕业设计（论文）

其接线如下图5.2：

35KV侧母线 10KV侧母线

380V母线 380V母线

图5.2

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第六章 短路电流计算

6.1 短路电流计算的基本假定

6.1.1 短路电流计算的目的

在变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几个方面：

(1) 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需要进行必要的短路电流计算。

(2) 在选择电气设备时，为保证在正常运行和故障情况下都能安全、可靠工作，同时又力求节约资金，就需要进行全面的短路电流计算。

(3) 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。

(4) 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 (5) 接地装置的设计，也需要短路电流。 6.1.2 计算的基本情况

(1)电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。 (2)短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 (3)所有电源的电动势相位角相同。 6.1.3 接线方式

计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 6.1.4 计算容量

应按本工程设计规划容量计算，并考虑系统发展规划。 6.1.5 短路种类

一般按三相短路计算。 6.1.6 短路计算点

在正常接线方式下，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。

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6.2 短路电流计算书

6.2.1 短路电流计算

为选择10-110KV配电装置的电器和导体，需计算在最大运行方式下流过电气设备的短路电流，选三个短路点，即以三个电压等级的母线为短路点d1、d2和d3。如图6.1所示：

110KV侧

d3 d2 d1

35KV侧

图6.1

10KV侧

1.计算其基准值：

高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值计算。为了计算方便，通常取基准容量和基准电压（原始资料中以给出：选SB=1000MVA， UB=Up），Up一般取各段平均电压，即：UB=Up=1.1Ue

当基准容量SB与基准电压UB选定后，基准电流IB与基准电抗XB便已决定了。 基准电流：IB=SB/ 3UB， 基准电抗：XBUB2/SB 所以

UB高1.1Ue高1.1110KV121（KV）

IB高= SB/ 3UB高=1000/（121×3 ）＝4.77（KA）

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XB高UB2高/SB1212/100014.64（1）UB中1.1Ue中1.135KV38.5（KV）

IB中=SB/ 3UB中=1000/（38.5× 3）＝15（KA）

2 XB中UB中/SB352/10001.482（）

UB低1.1Ue低1.110KV11（KV）

IB低= SB/ 3UB低=1000/（11×3 ）＝52.5（KA）

2XB低 UB低/SB352/10000.12（）

2.计算变压器电抗：

变电站选用的变压器为SFSL1-45000/110,其技术参数为额定电压Ue=121/38.5/11,空载损耗：38.4KW，阻抗电压：高---中：18，高---低：10.5，中---低：6.5。

Uk1% 1/2(Uk1-2%Uk1-3%-Uk2-3%)

1/2(1810.5-6.5)

11

Uk2% 1/2(Uk1-2%Uk2-3%-Uk12-3%)

1/2(18-10.56.5) 7

Uk3% 1/2(Uk1-3%Uk2-3%-Uk11-2%)

1/2(6.510.5-18) 0

XT1*Uk1%/100(SB/Se)

11/100(1000/45) 2.44

XT2* Uk2%/100(SB/Se)

7/100(1000/45)

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1.56

XT3* Uk3%/100(SB/Se)

0/100(1000/45) 0 3.计算短路电流：

根据原始资料的要求，待设计变电站归算到110KV侧系统短路阻抗为： 最大运行方式下：XS*0.86 最小运行方式下：XS*0.92 等值电路如图6.2：

d3 图6.2 d1 最大运行方式时0.86 最小运行方式时0.92 1.56 2.44 2.44 d2

0 0 1.56 (1)最大运行方式下： d1短路时：

X*0.86 I*1.0/0.861.16

IzI*IB高1.164.775.53（KA）

ich2.55Iz2.555.5314.1(KA)

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Ich1.515.538.35 (KA)

S= 3UIz=1.732121×5.53=1158.9(MVA)

d2短路时：

X*0.86（2.441.56）/2 2.86

I*1.0/2.860.35

IzI*IB中0.3515 5.25（KA）

ich2.55Iz2.555.2513.4(KA)

Ich1.515.257.93(KA)

S= 3UBIz=1.732×38.5×5.25=350(MVA)

d3短路时：

X*0.862.44/202.08

I*1.0/2.080.48

IzI*IB低0.4852.525.2(KA)

ich2.55Iz2.5525.264.26(KA)

Ich1.5125.238.05(KA)

S= 3UBIz=1.73211×25.2=480.1(MVA)

(2)最小运行方式下： d1短路时：

X*0.92 I*1.0/0.92 1.09

IzI*IB高 1.094.775.2（KA）

ich2.55Iz2.555.213.26(KA)

Ich1.515.27.852(KA)

S= 3UBIz=1.732121×5.2=1089.77(MVA)

d2短路时：

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X*0.922.44/21.56/2 2.92

I*1.0/2.920.34

IzI*IB中0.3415 5.1(KA)

ich2.55Iz2.555.113(KA)

Ich1.515.17.7(KA)

S= 3UBIz=1.732×38.5×5.1=340(MVA)

d3短路时：

X*0.922.44/202.14

I*1.0/2.140.47

IzI*IB低0.4752.524.68(KA)

ich2.55Iz2.5524.6862.93(KA)

Ich1.5124.6837.27(KA)

S= 3UBIz=1.73211×24.68=470.2(MVA)

短路电流计算结果表6.3：

表6.3 名称 短路点 最大 基准电压 KV 121 121 38.5 38.5 11 11 Iz KA 5.53 5.2 5.25 5.1 25.2 24.68 ich KA 14.1 13.26 13.4 13 64.26 62.93 Ich KA 8.35 7.582 7.93 7.7 38.05 37.27 S MVA 1158.9 1089.77 350 340 480.1 266.93 d1 最小 最大 d2 最小 d3 最大 最小

6.2.2 持续工作电流的计算

1.主变压器持续工作电流计算 110KV高压侧：

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Igmax1.05In

=1.05Sn/3Un

1.0545000/1.732110 248(A)

35KV中压侧：

Igmax1.05In

=1.05Sn/ 3Un 1.0545000/1.73235 779()

10KV低压侧：

Igmax1.05In

=1.05Sn/ 3Un

1.0545000/1.73210.5 2598()

2.110KV进线、35KV和10KV出线持续工作电流计算 110KV进线：

Igmax1.05In

=1.05Sn/ 3Un×COS

1.0551000/1.7321100.85 330.7()

35KV出线：

Igmax1.05In

=1.05Sn/ 3Un×COS 1.0536000/1.732350.85 337()

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10KV出线：

Igmax1.05In

=1.05Sn/ 3Un×COS 1.0515000/1.732100.85 1069.8()

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第七章 电气设备的选择

导体和电气的选择设计，同样必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。

7.1 电气选择的一般要求

7.1.1 一般原则

(1) 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 (2) 应按当地环境条件校验。 (3) 应力求技术先进和经济合理。 (4) 与整个工程的建设标准应协调一致。 (5) 同类设备应尽量减少品种。

(6) 选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 7.1.2 技术条件

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压过电流的情况下保持正常运行。

1.长期工作条件： (1)电压：

选用电气的允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug,即UmaxUg (2)电流：

选用的电气额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig 即：IeIg

2.短路稳定条件： (1)校验的一般原则：

电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。 (2)短路的热稳定条件：

It2tQd

(3)短路的动稳定条件：

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ichidf IchIdf

Qd ----- 在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应。 It ------ t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值。 t --- 设备允许通过的热稳定电流时间。 ich ------ 短路冲击电流峰值。 Ich ------ 短路冲击电流有效值。 idf ------ 电流允许的极限通过电流峰值。 Idf ------ 电流允许的极限通过电流有效值。 Imax ---- 动稳定电流

7.1.3 温度

按《交流高压电器在长期工作下的发热》规定，普通高压电器在环境最高温度为+40℃时，允许按额定电流长期工作，当电器安装点的环境温度高于+40℃时，每增高1℃建议额定电流减少1.8%,当低于+40℃时,每降低1℃, 建议额定电流增加0.5%,但总的增加值不得超过额定电流的20%.

7.2 电气设备选型

7.2.1 断路器的选择原则

(1)断路器的额定电压应等于或大于电气装置的额定电压。

(2)断路器的额定电流应等于或大于通过断路器的长期最大负荷电流。 (3)选择断路器的类型：户内式、户外式、多油式、少油式等。

(4)检验断路器的断流能力：断路器的允许开断电流应等于或大于断路器实际开断时间的三相短路电流周期分量有效值。

(5)检验断路器的动稳定：要求断路器允许的动稳定电流峰值应大于或等于三相短路冲击电流。

(6)检验断路器的热稳定：要求断路器t秒钟热稳定电流It算出的允许热效应It2t大于或等于通过断路器的短路电流脉冲Qd。

断路器型式的选择：除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经经济技术比较才能确定，根据当前我国生产制造情况，3—220KV电网一般采用少油断路器。

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7.2.2 隔离开关的选择原则

(1)隔离开关的额定电压应等于或大于电气装置的额定电压。

(2)隔离开关的额定电流应等于或大于通过隔离开关的长期最大负荷电流。 (3)选择隔离开关的类型：户内式、户外式 。

(4)检隔离开关的动稳定电流峰值应等于或大于通过隔离开关的三相短路冲击电流。 (5)根据隔离开关容许的t秒钟热稳定电流It算出的允许热效应It2t大于或等于通过隔离开关的短路电流脉冲Qd。

隔离开关型式的选择：应根据配电装置的布置特点和使用等因素，进行综合的技术经济比较后确定，本方案对110 、35KV侧采用屋外式，对10KV侧采用屋内式。 7.2.3 母线的选择

1.母线的选择原则：

(1)选择母线的材料、形状、结构等。 (2)校验母线短路热稳定。 (3)校验母线短路动稳定。

(4)35KV以上母线校验它在当地晴天气情况下是否发生电晕。 (5)重要及大电流母线应校验母线共振影响。 2.母线的型式

载流导体一般采用铝质材料，在110KV及以上高压配电装置中一般采用软导体，当采用硬导体时，宜选用铝锰合金的导体。

3.面的选择

除了配电装置的汇流母线及较短导体按导线长期发热允许电流选择外，其余导体的截面一般按经济电流密度选择。

对于屋外配电装置的裸导体，最高环境温度取最热月份平均最高温度，根据原始资料给定，取最热月份平均最高温度25℃。

对于屋内配电装置的裸导体，最高环境温度取该处通风设计温度，当无此资料时，可取最热月份平均最高温度加5℃，根据原始资料给定，取最热月份平均最高温度25℃。即对于屋内配电装置的裸导体最高环境温度25+5=30℃。 7.2.4 电流互感器的选择原则：

(1)电流互感器的额定电压应等于或大于电气装置的额定电压。

(2)电流互感器的一次侧额定电流应等于或略大于通过互感器的长期最大负荷电流，

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电流互感器二次侧额定电流可选择为5A、1A或0.5A。

(3)选择互感器的型式：如户内式、户外式、穿墙式、套管式等。

(4)选择互感器的准确度级：如计费测量需用0.5级，过流保护可用3级，差动保护需用D级等。

(5)检验二次负荷，选择二次连接导线截面。

(6)检验互感器内部及外部动稳定：检验互感器内部动稳定时，要求流过互感器一次侧的三相短路冲击电流与电流互感器一次侧额定电流幅值之比小于或等于互感器的动稳定倍数。

7.2.5 电压互感器的选择原则

1.电压互感器的额定电压应等于电气装置的额定电压。

2.选择电压互感器的型式：通常20KV及以下为户内式，35KV以上为户外式。 3.结构型式：

(1)一般110KV及以上电压，采用三个单相电压互感器接成Yo/Yo/Δ-12接线，每个单相电压互感器的变比是：

U31003100(V)

(2)35KV电压互感器，采用三个单相电压互感器接成Yo/Yo/Δ-12接 线，每个单相电压互感器的变比是：

U31003100(V) 34.择电压互感器的准确度级：如计费电度表用电压互感器采用0.5级，接监视用（不计费）电度表、功率表、应采用1级的，接估计被测电压数值的表计用的电压互感器可采用3级

5.验电压互感器的副边负荷：应首先统计出电压互感器的副边负荷，只要小于电压互感器在规定准确度下的额定容量。 7.2.6 熔断器的选择配置

变电所35KV和10KV电压互感器以及所用变压器都用高压熔断器进行保护，保护电压互感器的熔断器只需按额定电压和断流容量来选择

35KV电压互感器熔断器选择为：RW9-35，额定电压为35KV，断流容量为2000MVA。RW9熔断器附加限流电阻RD1-35，其技术参数Ue=35KV,熔件额定电流Ie=0.5A,R=396欧姆。

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10KV电压互感器熔断器选择为：RN2-10,额定电压为10KV，断流容量为1000MVA。 10KV站用变熔断器选择为：RN1-10,额定电压为10KV，断流容量为200MVA。 7.2.7 避雷器的选择

避雷器是发电厂、变电站防护雷电侵入波的主要设施，应根据被保护设备的绝缘水平和使用条件，选择避雷器的型式、额定电压等，并按照使用情况校验所选避雷器的灭弧电压和工频放电电压等。

110KV母线选择FCZ-110J磁吹避雷器；主变压器110KV中性点绝缘等级35KV，工频试验电压为85KV，冲击试验电压为180KV，保护中性点绝缘的避雷器选FZ-40；在中性点不接地的35KV电力系统中，避雷器的工频放电电压一般大于最大运行相电压的3.5倍，且工频放电电压还应大于灭弧电压的1.8倍，应选FZ-35型避雷器；在中性点不接地的10KV电力系统中，其灭弧电压大于电网最大线电压的1.1倍，选择FZ-10型避雷器。

7.3 电气设备选择校验计算及电气设备选型结果

7.3.1 母线的选择和校验

1.110KV母线桥的选择和校验

按经济电流密度选择110KV母线桥和变压器引线的截面S，并按d1点短路电流进行热稳定校验。

110KV最大持续工作电流：Igmax248A

Tmax5000h,钢芯铝绞线的经济电流密度查表得：J1.15A/mm2

SjIgmax/J248/1.15215.6(mm)2

查表选LGJ-240钢芯铝绞线,在最高允许温度+80℃时的载流量为613A，满足最大工作电流的要求。

校验在d1短路条件下的热稳定：

按裸导体热稳定校验公式：SminI/Ctdz 检验

tdz1.5

查表C87，I5530A 所以：

Smin=5530/87×1.5 =77.84（mm2）

满足短路条件下的热稳定。

- 30 -

太原科技大学毕业设计（论文）

2.35KV母线的选择和校验

按经济电流密度选择35KV母线和变压器引线的截面S，并按d2点短路电流进行热稳定校验。

5KV最大持续工作电流：Igmax779A

Tmax5000h,钢芯铝绞线的经济电流密度查表得：J1.73A/mm2

SjIgmax/J779/1.73450.3(mm)2

查表试选LGJQ-500钢芯铝绞线,在最高允许温度+80℃时的载流量为932A，满足最大工作电流的要求。

校验d2点短路条件下的热稳定，按裸导体热稳定校验公式：Smin I/Ctdz校验。

tdz1.25S

查表C87,I5250A 所以：

Smin =5250/87×1.25 ＝67.5mm2

故满足短路条件下的热稳定。 3 .10KV母线的选择和校验

已知最热月份平均最高温度28℃，故环境温度按33℃计算。 前面已求得:

Igmax2598A

查表选80×10三条平放矩形铝母线，平放时长期允许载流量2806A。 综合修正系数1.0（K=1/（1.1-h/10000）

I25981.02598A

按d3点的短路条件校验热稳定

t1S

\"38.05/25.2

=1.5

tz1.1(S)

tdz tz  0.05\"

- 31 -

2太原科技大学毕业设计（论文）

1.10.051.51.5 = =1.21（S）

I2520A

SminItdzC

25201.21/87 31.86(mm2)

矩形铝母线80×10=800 mm2故满足热稳定的要求。 动稳定的校验：取L=1m，a=0.25m，B=1

1.73(ich)2BL210-8aW

W0.5bh2

0.51010-3(80102)2

3210-6

1.73(64.26103)2(112)10-80.253210-6 8.93106 (Pa)（单列）

Ka-b/hb0.08

查图的得K1-2=0.2，K1-3=0.2 同相母线片间作用力

fs[8 (K1-2K1-3)ich2/b]10-9

[(80.435.732 106)/0.01]10-9 4.08102(N/m)

母线的衬垫跨距LsLcb4hfs 对于三条母线，系数λ＝1197（铝）

Ls1197×0.0140.125 /（4.08102）

11.970.410.33

1.62(m)

- 32 -

太原科技大学毕业设计（论文）

sfsLs2/2b2h

4.081021.62/20.0123.264 106(Pa)

maxs

3.2641068.9310612.194106(Pa)

硬铝的最大允许应力Oy69106(Pa)。 故所选ZLQ-240电缆故满足动稳定的要求。 7.3.2 架空线的选择和校验

1.35KV架空线的选择和校验

在35KV负荷中，平均负荷电流为Igmax337/656.2()

最大负荷利用小时数Tmax5000h，钢芯铝绞线的经济电流密度查表得：

J1.15A/mm2

所以：

SjIgmax/J56.2/1.1548.9(mm)2

查表选LGJ-50型导线，其截面50mm2，长期允许载流量为215A，满足最大电流的要求。 校验d2点短路条件下的热稳定，按裸导体热稳定校验公式：Smin I/Ctdz校验。 设线路主保护动作时间0.2S，断路器全分闸时间0.15S，则t=0.35S,B=1,查图得：

tZ0.3S,tdz0.35S

查表 C=87，I∞=5250A 所以：

Smin =5250/87× 0.35＝35.7（mm2）

在最高允许温度+80℃时的载流量为215A， 综合修正系数1.0[K=1/（1.1-h/10000）]，I=215×1＝215（A）

故满足短路条件下的热稳定。 2.10KV架空线的选择和校验

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太原科技大学毕业设计（论文）

在10KV负荷中，平均负荷电流为Igmax1069.8/10106.98

最大负荷利用小时数Tmax5000h，钢芯铝绞线的经济电流密度查表J1.73A/mm2

SjIgmax/J106.98/1.7361.8(mm)2

查表选LGJ-70型导线，其截面70mm2，长期允许载流量为260A，满足最大电流的要求。 校验d3点短路条件下的热稳定，按裸导体热稳定校验公式：Smin I/Ctdz校验。 设线路主保护动作时间0.2S，断路器全分闸时间0.15S，则t0.35S,B1,查图得：

tz0.3S,tdz0.35S

查表C=87，I∞=2520A 所以：

Smin 2520/870.3517.1(mm2)

在最高允许温度+80℃时的载流量为260A， 综合修正系数1.0[K=1/（1.1-h/10000）]，I=260×1＝260（A）

故满足短路条件下的热稳定。

7.3.3 断路器和隔离开关的选择校验

1.110KV侧断路器和隔离开关的选择校验

Igmax248A

当d1点发生短路时，d1点的短路参数：

Sd1158.9MVA,

I5.53KA

ich14.1KA

I\"Ich8.35KA

(1)110KV断路器的选择校验

查表试选SW3-110型少油断路器，其技术数据为：

Ue110KV imax41KA Ie1200A

It15.8KA4S

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S3000MVA

校验：

IgmaxIe

SdSed Ichimax

I2 tdz5.5321.545.87(KA2S)

It2t15.824998.56(KAI2 tdzIt2t

2S)

所以，所选断路器完全满足要求。 (2)110KV隔离开关的选择校验

按d1点发生短路的条件试选GW4-110（D），其技术参数为Ue110KV

imax80KA Ie1000A It23.7KA4S

校验：

IgmaxIe Ichimax

I2 tdz5.5321.545.87(KA2S)

It2t23.7242246.76(KAI2 tdzIt2t

2S)

所以，所选隔离开关完全满足要求。 2.35KV侧断路器和隔离开关的选择校验

Igmax779A

当d2点发生短路时，d2点的短路参数：

Sd350MVA I5.25KA

- 35 -

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ich13.4KA Ich7.93KA

(1)35KV断路器的选择和校验

查表试选SW3-35型少油断路器，其技术数据为：

Ue35KV imax42KA Ie1000A It16.5KA4S Sed1000MVA

校验：

IgmaxIe SdSed Ichimax

I2tdz5.2521.2534.45(KA2S)

It2 t16.5241089(KA2S)

I2 tdzIt2t

所以，所选断路器完全满足要求。 (2)35KV隔离开关的选择校验

按d2 点发生短路的条件试选GW4-35（D），其技术参数为

Ue35KV imax50KA Ie1000A It15.8KA4S

校验：

IgmaxIe Ichimax

I2 tdz 5.2521.2534.45(KA

- 36 -

2S)

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It2t15.824998.56(KA2S)

I2 tdzIt2t

所以，所选隔离开关完全满足要求。 3.10KV侧母线断路器和隔离开关的选择校验

Igmax2598A

当d3点发生短路时，d3点的短路参数：

Sd480.1MVA I25.2KA ich64.26KA Ich38.05KA

(1)10KV断路器的选择和校验

查表试选SN4-10G型少油断路器，其技术数据为：

Ue10KV imax105KA Ie5000A It173KA1S Sed1800MVA

校验：

IgmaxIe SdSed Ichimax

I2 tdz 25.221.21768.4(KA2S)

It2t1732129929(KAI2 tdzIt2t

2S)

所以，所选断路器完全满足要求。 (2)10KV隔离开关的选择校验

按d2点发生短路的条件试选GN2-10，其技术参数为

- 37 -

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Ue10KV imax100KA Ie3000A It36KA10S

校验：

IgmaxIe Ichimax

I2 tdz 25.221.21768.4(KA2S)

It2t3621012960(KAI2 tdzIt2t

2S)

所以，所选隔离开关完全满足要求。 4.35KV出线断路器和隔离开关的选择校验 出线的平均最大电流Igmax337/656.2A 当d2点发生短路时，d2点的短路参数：

Sd350MVA I5.25KA ich13.4KA Ich7.93KA

(1) 35KV出线断路器的选择和校验

查表试选SW3-35型少油断路器，其技术数据为：

Ue35KV imax17KA Ie600A It6.6KA4S Sed400MVA

校验：

IgmaxIe

SdSed

- 38 -

太原科技大学毕业设计（论文）

Ichimax

I2 tdz5.2521.2534.45(KA2S)

It2t6.624174.24(KAI2 tdzIt2t

2S)

所以，所选断路器完全满足要求。 (2)35KV出线隔离开关的选择校验

按d2 点发生短路的条件试选GW4-35（D），其技术参数为

Ue35KV imax50KA Ie600A It15.8KA4S

校验：

IgmaxIe Ichimax

I2 tdz 5.2521.2534.45(KA2S)

It2t15.824998.56(KAI2 tdzIt2t

2S)

所以，所选隔离开关完全满足要求。 5.10KV出线断路器的选择校验 出线的平均最大电流

Igmax1069.8/10106.98A

当d3点发生短路时，d3点的短路参数

Sd480.1MVA I25.2KA ich64.26KA Ich38.05KA

(1)10KV出线断路器的选择和校验

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太原科技大学毕业设计（论文）

查表试选SN10-10/600型少油断路器，其技术数据为：

Ue10KV imax28.9KA Ie600A It20.2KA4S Sed500MVA

校验：

IgmaxIe

SdSed Ichimax

I2 tdz 25.221.21768.4(KA2S)

It2t20.2241632.16(KAI2 tdzIt2t

2S)

所以，所选断路器完全满足要求。

7.4所选设备的技术参数

7.4.1所选择母线的技术参数如下表7.1

表7.1

母 线 110KV母线桥 35KV母线 35KV架空出线 10KV母线 10KV架空出线

型号规格 LGJ-240 LGJQ-500 LGJ-50 矩形铝母线80×10 LGJ-70 载流量 613A 932A 215A 2806A 260A - 40 -

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7.4.2所选断路器技术参数如下表7.2

表7.2

额编号 定额定 额定额定断开断开电流容量KA MVA 极限通过电流KA 有效值 热稳定电流（KA） 安装地型号 电电流 点 压KV 10KV电源进线 10KV分段开关 SN4-10G A 峰值 1S 4S 10 5000 105 1800 300 173 173 120（5S） SN4-10G 10 5000 105 1800 300 173 173 120（5S） 10KVSN10出线开－10G10 600 28.9 500 关 35KV电源进线 35KV分段开关 35KV出线开关 110KV电源进线

／600 SW3-35 52 30 20.2 35 1100 1100 42 16.5 SW3-35 35 1100 1100 42 16.5 SW3-35 35 600 6.6 400 17 9.8 6.6 SW3-110 110 1200 3000 41 15.8 - 41 -

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7.4.3隔离开关技术参数如下表7.3

表7.3

动稳定电流热稳定电流（KA） 100 80 50 （KA） 型 号 额定电压（V） 额定电流（A） 编号（安装地点） GN2-10 GN1-10 GW4-35（D） GW4-35（D） GW4-35（D） GW4-35（D） GW4-110（D） GW4-110（D） GW8-110

10 10 35 3000 1000 1000 36（10S） 10KV电源进线 26（10S） 10KV出线 15.8（4S） 35KV电源进线 35 600 50 15.8（4S） 35KV出线 35 1000 50 15.8（4S） 35KV母联 35 1000 50 15.8（4S） 35KV分段 110 1000 80 23.7（4S） 110KV出线 110 110 1000 600 80 15 23.7（4S） 110KV电源进线 6.6（5S） 中性点 - 42 -

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7.4.4 电流互感器的技术参数如下表7.4

表7.4

二 次 负 额定 型号 电流比 级次 准确组合 度 0.5级 1级 3级 0.5/DLAJ-10 3000/5 1/D、 D/D 0.5/DLAJ-10 3000/5 1/D、 D/D 0.5/DLAJ-10 600/5 及1/D、 D/D LCWD-35 LCWD-35 LCWD-35 1000/5 0.5/D 及及荷 10%D倍数 级 动 1S热稳稳固固编号（安装地点） 倍数 倍数 10KV电源进线 0.5 1 D 2.4 2.4 ＜10 ＜10 4.0 ≥15 50 90 0.5 1 D 2.4 2.4 ＜10 ＜10 10KV分段 4.0 ≥15 50 90 0.5. 1 D 0.5 D 0.5 D 0.5 D 1 1 10KV出线 2.4 3 1.2 0.8 3 3 35 65 150 35KV电源进线 1000/5 0.5/D 1.2 0.8 3 3 35 65 150 35KV分段 600/5 0.5/D 1.2 0.8 3 35 65 150 35KV出线 LCWD2（2×-110 600）/5 0.5/D 0.5 ―― D D 2 2 15 75 130 110KV - 43 -

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7.4.5 电压互感器的技术参数如下表7.5

表7.5

额 定 电 压 型号 原线圈 副线辅助线圈 0.1/√3 0.1/√3 0.1/√3 圈 0.1/3 额定容量（VA） 最大容0.5级 1级 3级 量 安装位置 JSJW-10 10/√3 120 200 480 960 10KV母线 35KV母线 110KV母线 JDJJ1-35 35/√3 JCC1-110 0.1/3 150 250 500 1000 110/√3 0.1/3 500 1000 2000

7.4.6避雷器选择结果如下表7.6

表7.6

技术参数（KV） 型 号 灭弧电压工频放电冲击放电电压 残压 数量 （Uc） 265 160 134 45 安装地点 电压（Ugf） Umh （Uch） FCZ-110J 100 170—195 FZ-40 FZ-35 FZ-10

50 41 12.7 98—121 84—104 26—31 265 154 134 45 2组 110KV系统侧 2个 主变110KV中性点 4组 35KV系统侧 22组 10KV系统侧

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第八章 配电装置的设计

8.1 配电装置的设计原则：

8.1.1 配电装置的设计必须满足的基本要求：

(1)安全可靠，首先应保证运行与检修人员的安全，使运行人员巡视与检修人员检修时与带电体边缘有足够的安全距离，同时还要考虑设备运输时不至与带电体之间发生放电现象。必须考虑到事故发生时限制事故扩大的措施。

(2)在符合规程规定的条件下，与国家经济发展相同步，改善运行与检修的条件。 (3)防震、防污。我国部分地区属地震区，因此考虑防震措施，以确保电力系统的安全。

(4)考虑扩建。 8.1.2 配电设备的安全距离

1.屋外配电装置的安全距离（mm）如下表8.1

表8.1

序号 适用范围 10KV 35KV 110KV 200 400 1000 1 带电部分至接地部分之间 ⑴、不同相的带电部分之间。 2 ⑵、隔离开关和断路器的断口俩侧引线200 400 1000 带电部分之间。 ⑴、设备运输时，其外边与无遮拦带电3 部分之间。 ⑵、交叉的不同时停电检修的无遮拦部分之间。 4 网状遮拦至带电部分之间 5 无遮拦裸体导线对地面、建筑物及构筑顶部。 平行的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间。 300 500 1100 2700 2900 3500 950 1150 1750 6

2200 2400 3000 - 45 -

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2.10KV屋内配电装置的安全距离（mm）如下表8.2 表8.2 序号 1 2 3 4 5

适用范围 带电部分至接地部分之间 不同的带电部分之间。 交叉的不同时停电检修带电体之间。 裸体导体至地面 平行的不同时停电的裸导体之间。 净距 125 125 875 2425 1925 8.2 配电装置的选择、布置

8.2.1 配电装置可分为中型、办高型和高型三种。

(1)中型配电装置：这种配电装置将所有电气设备都安装在地面设备支架上，母线下不布置设备。

优点：接线清晰，巡视检修方便。 缺点：占地面积大。

(2)高型配电装置：将母线和隔离刀闸上下重叠布置。

优点：占地面积小。

缺点：钢材耗量大，土建投资多，安装及运行维护条件差。

(3)半高型配电装置：将母线及母线隔离开关抬高，将断路器、电流互感器、等电气设备布置在母线的下面，。

优点：布置紧凑、清晰，占地面积小。

8.2.2配电装置的选择

根据原始资料，110KV宜采用半高型布置，便于运行维护；35KV侧为双母线，亦采用中型布置；10KV配电装置采用屋内配电装置。

8.3 电气总平面布置

110KV及主变设备区布置在所区东北部，35KV配电装置布置在所区西北部，10KV屋内配电装置布置在所区南部，主控制室面南北背南，与10KV屋内配电装置连在一起。

110KV采用半高型屋外配电装置，此配电装置保留了中型配电装置的特点：布置比较

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太原科技大学毕业设计（论文）

清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维护比较方便，架构较低，抗震性能好，所用钢材少，造价低，占地面积较普通中型少，检修方便。故110KV采用半高型屋外配电装置。

35KV采用中型布置，把所有的电气设备都布置在较低的基础上，使各种电气设备基本处在同一水平内，占地面积大，但检修维护较方便。

10KV配电装置采用成套开关柜单层布置，10KV母线用断路器分成两段，开关柜为GG-1A型，固定式，单列独立布置。

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第九章 防雷保护与接地设计

9.1防雷保护

对于变电所的防雷保护，通常采用装设避雷针和避雷器的措施，避雷器的设置前面已作选择，故本章只对避雷针作选择。

根据平面布置，该变电所长70米，宽90米，变电所门型架为10.5米，故hx取11米，35KV系统门型架高为7米，取hx为7米。

该变电所初步选用4支30米高避雷针保护全所构架，主变及主控室等。分别按hx=11m，hx=7m计算保护范围。 9.1.1单只避雷针保护范围计算

可由下式计算：

rx 1.6ha/(1hx/h)P (1)

式中：rx—在被保护高度hx平面上的保护半径（m）

hx—被保护物高度（m） h—避雷针高度（m）

hah-hx—避雷针有效高度（m）

P—系数。当h30m时，P=1；h30 m时，P5.5/h

rx1 1.6ha/(1 hx/h)P 1.6(30-11)/(111/30)122.24 m rx2 1.6ha/(1 hx/h)P 1.6(30-7)/(17/30)129.14 m

9.1.2两支等高避雷针的保护范围计算

两支等高避雷针的保护范围，保护半径rx的求法与单支避雷针相同。两避雷针间hx水平面上的保护范围最大宽度为2bx，bx的求法可由下式计算：

(bx/rx)1.4(a/7haP)1.31 (2)

式中：a—两避雷针间的距离（m）

rx—单支避雷针的保护半径（m） ha、P—与单支避雷针相同。

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9.1.3两面三刀支不等高避雷针的保护范围计算

其计算如下：

(1)按公式(1)分别求出两针对hx的保护范围。 (2)按aa-1.6(h1-h2)/(1h2/h1)P

求出假想的与较低避雷针等高的避雷针的位置3。 (3)将2、3两针按等高避雷针求出联合保护范围及bx值。 (4)由O点作r1保护圆的切线，则得针1与2的全部保护范围。 9.1.4多支避雷针的保护范围计算

多支避雷针的联合保护范围可将它们划分成若干个三个三支或四支避雷针分别计算后，予以综合得出。

对于三支或四支避雷针的保护范围可如下进行计算： (1)rx的确定与单支避雷针同。

(2)bx的尺寸由相邻两支避雷针的装设条件决定。 (3)保护全部面积的条件为：D8haP

式中D为通过由三支避雷针所形成的三角形顶点圆的直径或以避雷针为顶点的四边形的对角线。

9.1.5装设独立避雷针的原则

在装设独立避雷针时，避雷针与配电装置部分在地中和空气中有一定距离： (1)地中：避雷针本身的接地装置与最近的配电装置接地网的地中距离Sdi；

Sdi 0.3R(m)

式中：R—独立避雷针的接地电阻（Ω），在任何情况下，Sdi不得小于3 m。 (2) 空气中：由独立避雷针到配电装置导电部分之间以配电装置电力设备与架构接地部分之间的空气距离Sk

Sk 0.3R0.1h(m)

式中：h—被保护物考虑点的高度，在任何情况下不得小于5 m。

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#1 #2

D

#4 #3

D(702902)114(m)

按D8ha求ha及相应的h： 则：ha114/814.25(m)

避雷针高度应为：14.251125.25m取30m。 按(bxrx)1.4(a7haP )1.31求bx 求得：

bx1-4  bx2-3  11.4m bx1-2  bx3-4  8.55m

rx  22.4m

h  30m

9.2接地设计

9.2.1变电所情况

(1)土壤电阻率400Ω•m，各级电压装置共用一个接地装置。 (2)接地电阻的确定

110KV为大接地短路电流系统，接地电阻要求值为≤0.5Ω，10KV为小接地短路电流系统，接地电阻要求值为≤10Ω,由于共用一个接地装置,所以接地电阻值应为R ≤0.5Ω。

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9.2.2接地电阻值的计算

变电所的接地网，一般均采用棒形和带形接地体，联合组成的环形接地装置。 (1)对于所设计变电所的土壤电阻率可采用如下接地装置。

土壤电阻率：300≤ρ≤500 ，因电位分布衰减较慢，可采用以水平接地体为主的带棒接地装置。

(2)接地电阻的确定：

110、220KV为大接地短路电流系统，接地电阻要求值为小于0.5Ω；10KV为小接地短路电流系统，接地电阻要求值为小于10Ω

由于共用一个接地装置，所以接地电阻值应为小于0.5Ω；接地电阻值的计算： (1)自然接地电阻计算（自然接地体的扩散电阻） a.架空避雷线

n20时，

Rm=Rrcth(rnR)(双曲函数)

n20时，

Rm=Rr

其中：R--有避雷线的每基杆工频接地电阻取15Ω n--带避雷线的杆塔数（110全线架避雷线） r—一档避雷线的电阻

rblLS （ρbl为铜线电阻率，L为跨距长度取200m，S为避雷线截面积取

35mm2） 所以

r15010-3200/35

=0.857（Ω）

RM (150.857)1/2 3.59()

b.埋地管道（管道系统长度<2km时）

Rln(L2/2rh) 2L其中：ρ—土壤电阻率取200Ω•m

L—接地管道长取300m

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r—管道外半径取50mm

h—埋深0.8m。

所以R200ln(3002/2500.810-3)

2300=1.48（Ω）

自然接地体的总电阻 Rz=Rm∥R (2)人工接地体的计算

人工接地体与自然接地体并联后阻值达到要求值，即≤0.5Ω,即1/Rf+1/Rz=1/0.5所以Rf0.5Rz(Rz-0.5)0.95()

由于本地区ρ值不高，做人工接地装置以采用棒形接地体为主（采用ψ50钢管长2.5m），计算外径60mm，其间20×4扁钢连接或 环形，钢管上端埋入地中深度为0.8cm。

为简化计算，不单独计算连接扁钢的电阻值，采用下面公式，求出垂直接地体的数目：

3.591.481.05

3.591.48n其中垂直接地体的电阻Rc所以R0.9Rc Rfln(4L/d) 2l200ln(42.510-3/60)65()

22.5a5 假设管距a=5m则2

l2.5假设 n=120根

a由n、两值查曲线，得效率系数c0.58

ln0.9Rc0.965106.2 =

Rf0.950.58即107根（取整）假设成立满足所需情况。

但由于大接地短路电流系统发生单相接地时，接地电流较大，因此在选择接地体和接地引下线时，须进行接地热稳定校验。

SjdIjd t1/2/70

其中t—短路的切断时间1.6S

Ijd—单相接地电流

本厂单相接地电流小于三相短路电流，按三相短路电流计算I\"57.17((A)

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所以SIjdt1/2/7057.171031.6 1/2/701033mm2204mm2。不满足要求，应选用大于此截面的扁钢，应定做。

由于接地电阻的计算中列入不少假定因素，因此在现场施工完毕后，必须对接地体电阻进行实际测量加以核算，在不满足要求时须补打接地题至达到设计要求值为止。

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工作总结

在这两个多月的时间里，我查阅了变电站的相关资料，了解了变电站的发展过程、设计原则及特点，主要做了以下工作，一次系统设计包括：变电站主变选择、电气主接线的选择、所用电设计及功率因数的补偿、短路电流计算，从而进行电气设备的选择和校验。最后画了电气主接线图。

通过对变电站的设计，我对专业知识有了更深的了解，对实际变电站一二次系统有了初步的认识，我收获很多。

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参考资料及文献

[1]．电力系统继电保护原理，天津大学贺家李、宋从矩合编，2000年4月 [2]．发电厂电气部分，范锡普主编，电力出版社，1995年11月

[3]．发电厂电气部分课程设计参考资料，天津大学黄纯化主编，水利电力出版社 [4]．电力工程电气设计手册，西北电力设计院编，电力出版社，1995年 [5]．电力工程电气设备手册，，西北电力设计院编，电力出版社，1995年

[6]．小型化无人值班变电站实用技术指南，李仕凤，中国水利水电出版社，2000年4月 [7]．配电网设备的特性与选型，江日洪主编，中国电力出版社，2002年 [8]．无人值班变电站监控技术，程明等主编，中国电力出版社，1999年 [9]．变电站综合自动化，黄益庄主编，中国电力出版社，2000年 [10]．CSC2000综合自动化系统，四方公司主编，2001年

[11]．110KV变电站综合自动化系统设计方案，吴锦，湖北电力，2001年3月 [12]．无人值班变电站设计原则讨论，杨春秀，继电器，2000年1月

[13]．汉中供电局无人值班变电站几种设计方案探讨，贺汉林，西北电力技术，2001年3月 [14]．浅谈无人值守变电站的设计与配置，邓红湘，广东电力，2001年2月

[15]．一种可靠经济实用的无人值班变电站典型设计，张继芬，电网技术，1998年7月 [16]．城市配电网设备选择的有关问题，张忠禄，电气时代1999年第9期 [17]．我国配电网设备现状及发展，徐腊元，农村电气化2001年第一期

[18]．对小型化无人值班变电站几个技术管理问题的体会，江西省电力局，农村电气化199年第3期 [19]．CSC2000综合自动化系统的构成与应用，韩显忠，内蒙古石油化工2005年第6期

[20]．轻松学用AutoCAD2002, Mark Middlebrook Bud Smith 著，电子工业出版社，2002年7月

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致谢

在这临近毕业的两个多月中，我在于少娟老师的精心指导下完成了毕业论文工作，在此我向张老师表示诚挚的谢意。

于老师对科研工作非常热忱和专注，对教学工作一丝不苟，于老师平时工作繁忙，但是我们有问题的时候，她总是耐心地指导和解答，这些对即将参加工作的我有很大帮助

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