110KV变电站电气主接线设计
目摘 前录要 ...................................................................... 3 言 ...................................................................... 4 第 0-1 节 毕业设计目的意义 ............................................... 4 第 0-2 节 原始资料分析 ................................................... 5第一章 1-1变电所电气主接线设计 ................................................ 6 电气主接线设计概述 ................................................ 61-2 电气主接线的初步方案选择设计 ......................................... 6 1-3 电气主接线的经济技术比较 ............................................ 10 1-5 1-6 变电所主变和厂用变选择 ........................................... 14 变电所用电设计 ................................................... 151-7 最优电气主接线图绘制 ............................................... 16 第二章 短路电流计算 ....................................................... 172-1 节 短路电流计算概述 ................................................. 17 2-2 节 短路电流计算过程 ................................................. 19 2-3 节 短路电流计算成果 .................................................. 29 第三章 变电所导体和电器选择设计 ........................................... 303-1 节 导体和电器选择设计概述 ........................................... 30 3-2 节 导体的选择和校验 .................................................. 34 3.3 主要电气设备的选择和校验 ............................................ 38 3-4 第四章 4-1 4-2 4-3 第五章 5-1 5-2 5-3 并联补偿电容的选择 ............................................... 51 屋外高压配电装置优化设计 ........................................... 54 高压配电装置概述 ................................................. 54 高压配电装置的优化设计 ........................................... 56 高压配电装置平面布置图和断面图的绘制 ............................. 58 防雷保护规划设计 ................................................... 59 变电所过电压及防护分析 ........................................... 59 避雷器的配置规划与选择 ........................................... 60 变电所避雷针配置规划及保护范围计算 ............................... 615-4变电所接地设计 ................................................... 62第六章 继电保护配置的规划设计 ............................................... 63 6-1 6-2 6-3 结 仪表与继电保护的配置规划概述 ..................................... 63 仪表配置规划设计 ................................................. 63 继电保护配置规划设计 ............................................. 64论 ..................................................................... 69总结与体会 .................................................................. 70 谢 辞 ..................................................................... 71参 考 文 献 ................................................................. 72摘要本论文为110KV变电站电气主接线设计。根据设计任务书给定的条件 来设计，其主 要包括以下内容：在对各种电气主接线比较后确定本厂的电气主接线，对主变压器、厂 用变压器和导体和重要电气设备进行选择，然后绘制主接线图、设备平面 布置图、断 面图、防雷配置图和继电保护规划配置图。关键词：主接线 短路计算设备选择防雷保护继电保护前言第 0-1 节 毕业设计目的意义毕业设计是完成教学计划、实现培养目标的一个重要教学环节，是全面运用所学基 础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计的综合训练，是培养学生综合素质 和工程实践能力的教育过程。对学生的思想品德、工作态度、工作作风和独立工作能力 具有深远的影响。 毕业设计的目的、意义是： （1） 、巩固和扩大所学的专业理论知识，并在毕业设计的实践中得以灵活运用； （2） 、学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法，树立正确的设计思想； （3） 、培养独立分析和解决实际问题的工作能力及解决实际工程设计的基本技能； （4） 、学习查阅有关设计手册、规范及其他参考资料的技能。拿到题目后，先认真 的审题，然后根据题目的要求，将《电力工程设计手册》及以前学的专业课书籍相关 内容再次阅读了一遍。第一步，拟订初步的主接线图，列出可能 的主接线形式进行 比较， 最后确定两个可能的主接线形式比较， 最终确定方案。 第二步， 经过计算，然 后选择主变压器和厂用变压器。第三步，短路计算和做短路计算结果表。 第四步， 导体和设备的选择及校验，做设备清册。第五步，继电保护、配电设备和防雷 接地 的布置。 通过这次设计将理论与实践相结合， 更好的理解电气一次部分的设计原理。 通过毕业设计应达到以下要求：熟悉国家能源开发的方针政策和有关技术规程、规 定等；树立设计必须安全、可靠、经济的观点；巩固并充实所学基础理论和专业知识， 能够灵活应用，解决问题；初步掌握电气工程专业的设计流程和方法。在指导老师的帮 助下，完成工程设计。绘图等相关设计任务，培养严肃、认真、实事求是和刻苦钻研的 作风。第 0-2 节 原始资料分析本次的设计任务是：设计一座110/110/35kV终端变电所的电气主接线和配电装置、 防雷接地、继电保护的配置规划。设计的重点是对变电所电气主接线的拟订及配电装置 的布置。 设计的内容包括：1、电气主接线方案的设计；2、短路计算；3、导体、设备选型； 4、设计防雷保护和接地装置；5、继电保护的配置规划；6、按设计方案绘制电气一次 主接线图、配电装置的平面布置图、断面图以及防雷图；7、写设计说明书。 设计已知的基本条件：设计一座110/110/35kV终端变电所，110kV 部分有 110kV 进 出线 2 回， 电源距离 46 公里， 系统容量 5800MVA， 最大利用小时5800 h， 系统电抗 1.51， 所用电率 0.042％。110kV 部分，出线11回，供电距离 52公里，供电负荷165MW。35kV 部 分，出线9 回，供电距离23公里，供电负荷56MW，其中有一回电缆供电，供电距离 4.8 公 里。功率因数 0.77。 设计自然条件：变电所在地海拔&1100 米，本地区污秽等级 2 级，地震烈度&6 级， 最高气温 310C，最低气温-50C，平均气温 150C，最大风速 3m/s，其他条件不限。第一章1-1变电所电气主接线设计电气主接线设计概述电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，是构成电力系统的主要环节， 代表了发电厂或变电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分， 直接影响电力系统运行的稳定性、灵活性，并对电气的选择，配电装置的布置，继电 保护，自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确合理设计， 必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。 对电气主接线的基本要求包括可靠性、灵活性和经济性三方面。基本原则是以设 计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程 实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维 护方便，尽可能地节省投资，就地取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚 持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。1-2 电气主接线的初步方案选择设计一、110kV 侧主接线选择110kV 侧进线 4 回，出线 2 回，共有进出线 6 回。名称 优点 缺点 适用范围 备注单 母 线 1、用断路器把母线分段后， 1、 当一段母线或母线隔离开 110 ～ 110kV 不适应本站。 分 段 接 对重要用户可从不同段进行 线 供电； 任意一段母线故障 2、 时，可保证正常母线不间断 供电。 关故障或检修时，该段母线 配 电 装 置 出 的回路都在检修期内停电； 2、 当出线为双回路时， 常使 架空线路出现交叉跨越。3、 扩建时需向两个方向均衡扩 建。 双母线 接线 1、 供电可靠， 检修母线及工 1、 增加一组母线每回路就需 110 ～ 110kV 适 用 于 本 站 ， 作母线发生故障时，能利用 增加母线隔离开关；2、母线 配 电 装 置 出 但 可 靠 性 稍 备用母线正常工作； 调度 故障或检修时， 2、 容易误操作； 线回路数为 5 差。 灵活，能适应系统中各种运 3、 出线断路器检修时， 线路 行 方 式 调度和 潮 流 变化需 要；3、扩建方便；4、便于 无法供电。 回及以上时， 或 当 110 ～ 110kV 配电装 线回路数为 3～4 回试验。置 ，在 系统中 居于重要地 位 ，出 线回路 为 4 回及以上 时。双 母 线 1、 具有双母线接线的各种优 带 旁 路 点；2、检修出线断路器时， 接线 能够正常供电。增加投资。110kV 出线在 6 回及以上， 110kV 出线在 4 回及以上。适用于本站， 满 足 供电可 靠性。二、110kV 侧主接线选择110kV 侧进线 4 回，出线 2 回，共有进出线 6 回。名称 优点 缺点 适用范围 备注单 母 线 1、用断路器把母线分段后， 1、 当一段母线或母线隔离开 110 ～ 110kV 不适应本站。 分 段 接 对重要用户可从不同段进行 线 供电； 任意一段母线故障 2、 时，可保证正常母线不间断 供电。 关故障或检修时，该段母线 配 电 装 置 出 的回路都在检修期内停电； 2、 当出线为双回路时， 常使 架空线路出现交叉跨越。3、 扩建时需向两个方向均衡扩 建。 双母线 接线 1、 供电可靠， 检修母线及工 1、 增加一组母线每回路就需 110 ～ 110kV 适 用 于 本 站 ， 作母线发生故障时，能利用 增加母线隔离开关；2、母线 配 电 装 置 出 但 可 靠 性 稍 备用母线正常工作； 调度 故障或检修时， 2、 容易误操作； 线回路数为 5 差。 灵活，能适应系统中各种运 3、 出线断路器检修时， 线路 行 方 式 调度和 潮 流 变化需 要；3、扩建方便；4、便于 无法供电。 回及以上时， 或 当 110 ～ 110kV 配电装 线回路数为 3～4 回试验。置 ，在 系统中 居于重要地 位 ，出 线回路 为 4 回及以上 时。双 母 线 1、 具有双母线接线的各种优 带 旁 路 点；2、检修出线断路器时， 接线 能够正常供电。增加投资。110kV 出线在 6 回及以上， 110kV 出线在 4 回及以上。适用于本站， 满 足 供电可 靠性。三、35kV 侧主接线选择35kV 侧出线 6 回，供电负荷 41MW。名称 单 线 线 优点 缺点 适用范围 备注母 接线简单清晰，设备少，操作 不够灵活可靠，母线任一元 35 ～ 63kV 配 不适应本站。 接 方便， 便于扩建和采用成套配 件 故 障 或 检 修 均 需 使 整 个 电 装 置 的 出 电装置。 配电装置停电。 线回路数不 超过 3 回。单 线 段 线母 1、用断路器把母线分段后， 1、当一段母线或母线隔离 分 对重要用户可从不同段进行 开关故障或检修时， 该段母 接 供电；2、任意一段母线故障 线的回路都在检修期内停 电。 常使架空线路出现交叉跨 越。3、扩建时需向两个方 向均衡扩建。35 ～ 63kV 配 适用于本站， 电装置 的出 但 可 靠性较 线回路为 4～ 差 ， 扩建困 难。时， 可保证正常母线不间断供 电；2、当出线为双回路时， 8 回时。双 线 线母 1、供电可靠，检修母线及工 1、增加一组母线每回路就 35 ～ 63kV 配 适用于本站。 接 作母线发生故障时， 能利用备 需增加母线隔离开关；2、 电 装 置 的 出 用母线正常工作；2、调度灵 母线故障或检修时，容易误 线 回 路 数 超 活， 能适应系统中各种运行方 操作；3、出线断路器检修 过 8 回时，或 式调度和潮流变化需要；3、 时，线路无法供电。 扩建方便；4、便于试验。 连接电 源较 多，负荷较大 时。四、初步方案的选定1、110kV 侧接线： 方案 I 双母带旁路接线 这种接线增加了旁母、旁路断路器、旁路隔离开关等， 虽然增加投资成本， 但供电可靠性提高， 出线断路器故障或检修时， 保证了对该站供电， 同时保证了穿越功率对外输送。 方案 II 双母线接线 据《电力工程电气设计手册》 ，110kV 至 110kV 配电装置 出线回路数 5 回或者以上必须选择双母线接线规定。而本站 110kV 侧有出线 6 回，但出 线断路器检修或故障时，该回路必须停电。 2、110kV 侧接线： 方案 I 双母带旁路接线 这种接线增加了旁母、旁路断路器、旁路隔离开关等， 虽然增加投资成本， 但供电可靠性提高， 出线断路器故障或检修时， 保证了对该站供电， 同时保证了穿越功率对外输送。 方案 II 双母线接线 据《电力工程电气设计手册》 ，110kV 至 110kV 配电装置 出线回路数 5 回或者以上必须选择双母线接线规定。而本站 110kV 侧有出线 6 回，但出 线断路器检修或故障时，该回路必须停电。 3、35kV 侧接线： 方案 I 双母线接线 据《电力工程电气设计手册》 ，35kV 至 63kV 配电装置出线 回路数超过 8 回，或连接电源较多，负荷较大时，选择双母线接线规定。但出线断路器 检修或故障时，该回路必须停电。而本站 35kV 侧有出线 6 回，供电负荷 41MW，平均单 条线路供电负荷 6.833MW，且 35kV 断路器检修时间较短，故选择双母线接线。 方案 II 与方案 I 相同。 4、10kV 侧接线： 方案 I 单母线分段接线 据《电力工程电气设计手册》 ，6kV 至 10kV 配电装置 出线回路数为 6 回及以上，选用单母线分段接线的规定。本站 10kV 共有出线 18 回，为 提高供电可靠性，在选择 10kV 出线断路器时，用性能较好的空气断路器开关，所以选 择单母线分段接线。 方案 II 与方案 I 初步方案主接线一110kV 侧 双母线分段接线 110kV 侧 双母线分段接线 35kV 侧 双母线接线初步方案主接线二110kV 侧 双母线分段接线 110kV 侧 双母线接线 35kV 侧 双母线接线1-3 电气主接线的经济技术比较一、经济比较的说明本所初步设计的两个方案中， 只有 110kV 配电装置部分不同， 做比较时， 仅对 110kV 配电装置部分进行比较。因设备造价资料有限，本所比较设备造价仅为估计造价，与实 际造价会有很大出入。另外，比较时用的设备与后面选定的设备可能存在出入。 二、 从电气设备的数目及配电装置上进行比较方 案 项 目 110KV 配电装置 主变台数 断路器的数目 隔离开关的数目 110KV 110KV 双母线带盘路 2 10 39 双母线 2 9 29 方案一 方案二三、计算综合投资 Z （1） Z＝ Z 0 (1＋ a 100 ) (元)式中: Z 0 ―为主体设备的综合投资,包括变压器p高压断路器p高压隔离开关及配 电装置等设备的中和投资; a― 为不明显的附加费用比例系数,一般 110 取 70％,110 取 90％. （2）主体设备的综合投资如下 ①主变主变容量 MVA 63 每台主变的参考价格(万元/台) 630 变压器的投资(万元) 2×630＝1260②110KV 侧 SW6 ? 110Ι 型断路器 每台断路器的参数价格 (万元/台) 65 ③110KV 侧 GW4 ― 110 型隔离开关 每台隔离开关的参数价格(万 方案一隔离开关投资 元/台) 2.5 (万元) 39×2.5＝97.5 方案二隔离开关的投资 (万元) 29×2.5＝72.5 方案一断路器投资 (万元) 10×65＝650 方案二断路器的投资 (万元) 9×65＝585⑨综合投资 方案一 主体设备总 投资 (万元) 综合投资 (万元) Z＝ Z 0 (1＋ a 100 )＝2007.5 ×（1＋0.9）＝3814.25 Z ＝ Z 0 (1 ＋ a 100 ) ＝ 1917.5 × （ 1 ＋ 0.9）＝3643.25 方案二Z 0 ＝ 1260 ＋ 650 ＋ 97.5 ＝2007.5Z 0 ＝＋72.5＝1917.5四、计算年运行费用 C C＝ αΔA + α 1 I + α 2 I (万元) 式中: α 1 ―检修、维护费,一般取(0.022～0.042)Zα 2 ―折旧费,一般取(0.05～0.058)a― 电能电价,取 0.3 元/kw?h △A―变压器电能损失(kw?h) 主变的参数如下表：阻抗电压% 空载有功损耗 84.7 负载损耗 高中 300 12-14 高低 22-24 中低 7-9?A=n(?P0+k?Q0)+S2 S2 S 32 1 (?P+k?Q)×( 1 + 2 + )τ 2 2n S n S n S 2 n S n S 3n ΔQ0 ＝ I 0 ％× S N ＝1.2× 100 ΔQ1K ＝U 1 ％× S N ＝14× 100 ΔQ2 K ＝U 2 ％× S N ＝－1×2400＝－ ΔQ3 K ＝U 3 ％× S N ＝9× 100 S1= 38 + 24 + 0.186 =77.733MVA=77733kVA 0.8 38 =47.5MVA=47500kVA S?2= 0.8 S3= 24 + 0.186 =30.2325MVA=30233kVA 0.8 Sn3= Sn2 =63000÷??2=31500kVAτ =4200，k=0.1 电能损耗为：00 2
×(84.7+216)×（ + + ） Δ A=?2×(84.7+216）+ 2× 2 00 2 63000 × 31500 ×（kWh）方案一与方案二的年运行费用： 方案一： C＝ αΔA + α 1 I + α 2 I = 0.3 × 9.85 + 0.03 × 3814.25 + 0.02 × 3814.25 = 193.67 (万元)方案二：C＝ αΔA + α 1 I + α 2 I = 0.3 × 9.85 + 0.03 × 3643.25 + 0.02 × 3643.25 = 185.12 (万元)五、经济比较成果经济比较成果表 名 称 综合投资（万元） 年运行费用（万元） 方案Ⅰ .67 方案Ⅱ .12主接线所选的两个初步方案，主接线中压、低压二次侧方案相同，只比较一次侧方 案。 方案一的特点如下：当本所出线断路器故障或检修检修时，均可通过旁路母线正常 正常送电，提高供电可靠性；今后扩建方便，但占地面积有所增加。 方案二的特点如下:今后扩建也方便；当进出线断路器故障或检修时，故障或检修 断路器的进出线必须停电；占地面积较第一方案少。 从经济性来看，由于第一方案增加了盘路母线，占地面积较有所增加，从设备上来 看，需多加一个间隔设备及 7 组隔离开关，综合投资费用和运行费增加增加。 从可靠性来看， 第二方案当进出线断路器故障或检修时， 故障或检修线路只好停运， 而第一方案中当进出线断路器故障或检修时，可由盘路临时供电。 从改变运行方式灵活性来看， 两个方案都能适应系统中各种运行方式调度和潮流变 化需要，试验方便。1-4 最优主接线方案的确定通过以上分析比较，可以发现第一方案虽然投资费用有所增加，但可以保证断路器 故障或检修时正常供电，110kV 断路器故障修复时间是 6 至 7 天，而且因故障停电造成的停电损失是少供电量电费的成本的十倍；本所 35kV 侧供电负荷 37MW，10kV 侧供电负 荷 25MW，110kV 侧有穿越功率 23MVA。以断路器故障停电一次造成少供负荷 10 MVA，6 天修复，将造成少供电量 99.36 万 kWh,造成的损失就相当于 993.6 万 kWh。考虑综合因 素选第一方案为本变电所的主接线方案。 最优主接线方案110kV 侧 双母线分段接线 35kV 侧 双母线接线 10kV 侧 单母线分段接线最优主接线方案图如下：1-5 变电所主变和厂用变选择有原始资料可知， 我们本次所设计的变电所是 110kV 通过变它是以 110kV 受功率为 主，把所受功率通过主变传输至 35kV 及 10kV 母线上，因此，选择主变台数时，要确保 供电的可靠性。 为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装 设两台主变压器。考虑到两台主变压器同时发生故障机率较小，适用远期负荷的增长及 扩建，而当一台主变压器故障或检修时，另一台主变压器可承担 70％的负荷，保证全变 电所正常供电，故选择两台主变压器互为备用，提高供电可靠性。在具有三种电压等级的变电所， 如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器 容量的 15％以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用 三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕 组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作 的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。一、主变压器的选定35kV 侧负荷为 41MW，10kV 侧负荷为 25MW，功率因数 0.7。当一台主变压器故障或 检修时，另一台主变压器可承担 70％～80％的负荷保证全变电所的正常供电。 S=0.7×（41＋25）/0.7＝66(MVA) *1-2查《电力工程电气设计手册》184 页（Sj=100MVA） ，额定电压（kV） 型号 SSPSL1-63000 容量比 100/100/50 高压侧 121 中 压 侧 38.5 低压侧 10.5 U*1-2% 18.5 U*1-3% 10.5 U*2-3% 6.5二、所用变压器的选定 当所内有较低电压母线时，一般均由这类母线上引接 1～2 个所用电源，所用电源 引接方式具有经济性和可靠性较高的特点。本所所用电占用率 0.36％。 所用变压器容量的确定：S＝（41＋25）×0.36％/0.7＝0.339（MVA）＝339（kVA）查 《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》 附表 1-1， 选择 SL7-400/10 型变压器， 其技术数据见下表。型号 SL7-400/10 额定容量 （kVA） 400 额定电压(kV) 高压 10 低压 0.4 损耗（kW） 空载 0.92 负载 5.8 阻抗电 空载电 连接组 压（％） 流（％） 别 4 2.1 Y，yno1-6 变电所用电设计变电所的所用电是变电所的重要负荷。在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维 护方便是要求，使设计达到经济合理、技术先进，保证变电所安全、经济的运行。 一、所用变压器台数的确定 本变电所总容量为 2500MVA， 另有 64MVA 穿越功率， 且变压器采用强迫油循环水冷型， 为保证所用电运行可靠、安全，装设两台所用变压器。二、所用电源的引接方式 根据当所内有较低电压母线时，一般均由这类母线上引接 1～2 个所用电源，这一所 用电源引接具有经济和可靠性较高的特点。本所采用从 10kVⅠ段母线引接一个电源，从 10kVⅡ段母线引接一个电源的接线方式。 三、所用变压器低压侧接线 所用电系统采用 380/110V 中性点直接接地的三相四线制， 动力与照明和用一个电源。 所用电低压侧采用单母线分段接线方式，平时分列运行。 所用电接线图如下：1-7 最优电气主接线图绘制见附图第二章短路电流计算2-1 节 短路电流计算概述电力系统的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行 状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路，因为它们会破坏对用户的 正常供电，电气设备的正常运行。 短路是电力系统的严重故障， 所谓短路， 是指一切不正常的相与相之间或相与地 （对 于中性点接地系统）发生通路的情况。 在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接 地短路。其中三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他 类型的短路都是不对称短路。 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较 少，三相短路的机会最少。但三相短路情况最严重，应给予足够的重视。因此，我们都 采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。 一、短路计算的目的 1.在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，确定接线方案是否需要采取限制 短路电流的措施等。 2.在选择电气设备时，为了保证各种电气设备和导体在正常运行和故障情况下都能 安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要用短路电流进行校验。 3.计算软导线的短路摇摆。 4.在选择继电保护装置和进行整定计算。 二、电力系统短路电流计算的条件 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. 系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导 体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差 120o 电气 角度。4. 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备阻抗值不随电流大小发 生变化。 5. 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中 50％负荷接在高压母线上，50 ％负荷接在系统侧。 6. 同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。 7. 短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 8. 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 9. 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去 不计。 10.元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 11.输电线路的的电容略取不计。 12.用概率统计法制定短路电流运算曲线。 三、计算短路电流的一般规定 1.验算导体和电器的动稳定，热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工 程设计规划容量计算，并考虑电力系统5～10的远景发展规划。确定短路电流时，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.选择导体和电器的短路电流，在电气主接线的网络中，应考虑具有反馈作用的异 步电动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，应选择在正常接线方式时 的短路电流为最大的点；对带电抗器6～10KV 出线，选择母线至母线隔离开关之间的引 线，套管时，短路计算点应取在电抗器之前，其余导体和电器的计算短路点一般选择在 电抗器之后。 4.导体和电器的动稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路电流验算。 若中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单向，两相接地短路较三相严重时，则 应按严重的情况计算 三、短路电流计算的方法（运算曲线法） 在本设计中，按设计要求，短路电流计算将计算三相短路电流。短路电流计算时间 为 0s、1s、2s。本次设计课题中短路电流计算是应用运算曲线进行的标么值的近似计算， 其基本计 算步骤为： 1.网络化简，得到各电源对短路点的转移阻抗。 2.求各电源的计算电抗（将各转移阻抗按各发电机额定功率归算） 。 3.查运算曲线，得到以发电机额定功率为基准值的各电源送至短路点电流的标么 值。 4.求（3）中各电流的有名值之和，即为短路点的短路电流。 5.在要求提高计算准确度的情况下，可进行有关的修正计算。2-2 节 短路电流计算过程一、计算电路图二、主要元件的电抗取 Sj=100MVA，电压基准值为各段的平均额定电压：115kV、37kV、10.5kV。 1. 主变压器额定电压（kV） 型号 容量比 高压侧 中 压 低 压 侧 SSPSL1-0/50 121 38.5 侧 10.5 18.5 10.5 6.5 U*1-2% U*1-3% U*2-3%U 1d % =1 1 (U1?2 % + U 1?3 % ? U 2?3 %) = (18.5 + 10.5 ? 6.5) = 11.25 2 2 1 1 (U1?2 % + U 2?3 % ? U 1?3 %) = (18.5 + 6.5 ? 10.5) = 7.25 2 2 1 1 (U 2?3 % + U 1?3 % ? U 1?2 %) = (6.5 + 10.5 ? 18.5) = ?0.75 2 2U 2d % =U 3d % =X T1 =U 1d % SB 11.25 100 × = × = 0. S N 100 63XT2 =U 2 d % S B 7.25 100 × = × = 0. SN 100 63XT3 =U 3d % S B ? 0.75 100 = × ≈0 × 100 63 100 SN2. 线路 X L : X L1 = 0.4 × L1 × SB 100 = 0.1270 2 = 0.4 × 42 × (115) 2 UBX L 2 = 0.4 × L2 ×SB 100 = 0.5551 2 = 0.4 × 19 × (37) 2 UBX L 3 = 0.4 × L3 ×SB 100 = 2.5397 2 = 0.4 × 7 × (10.5) 2 UBX L 4 = 0.4 × L4 ×SB 100 = 0.1306 2 = 0.4 ×1.8 × (10.5) 2 UB2. 系统: X d' = X *d × SB 100 = 1.94 × = 0.097 2000 S ex一、 短路电流计算1. d1 点短路：经网络变换后： X 16 = X1 + X 2 // X 3 // X 4 // X 5 = X1 +1 1 1 1 1 + + + X2 X3 X4 X5= X1 +1 1 5 X2= X1 +1 1 = 0.计算电抗： X js1 = X 16 ?S ex 2000 = 0.1224 × = 2.448 ≈ 2.5 Sj 1003＞ X js ＞0 查《电力工程设计手册 1 册》P138标幺值： I 0* =0.416 有名值：I 0 = I 0* ?I b =0.416 ×I 1* = 0.422I 2* =0.422S ex 3U B= 0.416 ×2000 3 ×115= 4.177(kA)I 1 = I 1* ?I b =0.422 ×S ex 3U B= 0.422 ×2000 3 ×115= 4.237(kA)I 2 = I 2* ?I b = I 1 ＝4.237（kA）冲击电流幅值(Kch 取 1.80)： ich = 2.55I0 = 2.55 × 4.177 = 10.651(kA) 冲击电流有效值： I ch = 1.51I 0 = 1.51× 4.177 = 6.307(kA) 短路容量： S d = 3U N I 0 = 3 ×115 × 4.177 = 831.999(kVA)2. d2 点短路时：d 2 : X 17 = X1 + X 2 // X 3 // X 4 // X+ ( X 10 + X11 ) //( X 9 + X12 ) + X 7= 0.1224 + = 2.7514 X jS 2 = X17 ? Se Sj1 × 0.1786 + 2.5397 2= 2.7514 ×2000 = 55.028 100Q X jS 2 ≥ 3,按无穷大系统处理。 ∴ I 0? = I 1? = I 2? = 1 1 = = 0.3635 X 17 2.7514I 0 = I 1 = I2 = I0* × I j = 1.999(kA) ich = 2.55 × I0 = 2.55 ×1.999 = 5.097(kA) I ch = 1.51× I 0 = 1.51×1.999 = 3.0185(kA)S d = I0* × S j = 0.3635 ×100 = 36.35(MVA)3. d3 点短路时：d 3 : X 18 = X1 + X 2 // X 3 // X 4 // X = 0.1224 + = 0.3423 X jS 3 = X18 ?+ ( X 10 + X11 ) //( X 9 + X12 ) + X 81 × 0.1786 + 0.1306 2Se 2000 = 0.3423 × = 6.846 Sj 100Q X jS 3 ≥ 3,按无穷大系统处理。 ∴ I 0? = I 1? = I2? = 1 1 = = 2.9214 X 18 0.3423I 0 = I 1 = I2 = I0* × I j = 2.9214 × 5.5 = 16.068(kA) ich = 2.55 × I0 = 2.55 ×16.068 = 40.9726(kA) I ch = 1.51× I 0 = 1.51×16.068 = 24.2627(kA)S d = I0* × S j = 2.9214 ×100 = 292.14(MVA)4. d4 点短路时：d 4 : X 19 = X1 + X 2 // X 3 // X 4 // X = 0.1224 + = 0.2117 X jS 4 = X19 ? 1 × 0.1786 2+ ( X 10 + X11 ) //( X 9 + X12 )Se 2000 = 0.2117 × = 4.234 Sj 100Q X jS 4 ≥ 3,按无穷大系统处理。 ∴ I 0? = I 1? = I2? = 1 1 = = 4.7236 X 19 0.2117I 0 = I 1 = I2 = I0* × I j = 4.7236 × 5.5 = 25.98(kA)ich = 2.55 × I0 = 2.55 × 25.98 = 66.249(kA)I ch = 1.51× I 0 = 1.51× 25.98 = 39.2298(kA)S d = I0* × S j = 4.7236 ×100 = 472.36(MVA)5. d5 点短路时：d 5 : X 20 = X1 + X 2 // X 3 // X 4 // X = 0.1224 + = 0.2693 X jS 5 = X 20 ?+ ( X 9 + X13 ) //( X 10 + X14 )1 × (0.1786 + 0.1151) 2Se 2000 = 0.2693× = 5.386 Sj 100Q X jS 5 ≥ 3,按无穷大系统处理。∴ I 0? = I 1? = I2? =1 1 = = 3.713 X 20 0.2693I 0 = I 1 = I2 = I0* × I j = 3.713×1.56 = 5.792(kA) ich = 2.55 × I0 = 2.55 × 5.792 = 14.7696(kA)I ch = 1.51× I 0 = 1.51× 5.792 = 8.7459(kA)S d = I0* × S j = 3.713×100 = 371.3(MVA) 6. d6 点短路时：d 6 : X 21 = X 20 + X15 = 0.2693 + 0.5551 = 0.8244 X jS 6 = X 21 ? Se Sj = 0.8244 × 2000 = 16.488 100Q X jS 5 ≥ 3,按无穷大系统处理。 ∴ I 0? = I 1? = I 2? = 1 1 = = 1.213 X 21 0.8244I 0 = I 1 = I2 = I0* × I j = 1.213 ×1.56 = 1.8923(kA) ich = 2.55 × I0 = 2.55 ×1.8923 = 4.8254(kA) I ch = 1.51× I 0 = 1.51×1.8923 = 2.8574(kA) S d = I0* × S j = 1.213 ×100 = 121.3(MVA)2-3 节 短路电流计算成果短路电流值 短路 点编 号 短路电 平均电 压 Uj(kV) 基准电 流 Ij (kA) 分支电 抗 X* 短路电 流标么 值 I0* d1 d2 d3 d4 d5 d6 115 10.5 10.5 10.5 37 37 0.502 5.5 5.5 5.5 1.56 1.56 0.4 0.7 0.4 0.416 0.4 4. 1.213 4.177 1.999 16.068 25.98 5.792 1. 5.097 40. 14.4 6.307 3.7 39.9 2. 36.3 292 472.36 371.3 121.3 I0 (kA) ich (kA) Ich (kA) Sd (MVA)第三章变电所导体和电器选择设计3-1 节 导体和电器选择设计概述导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主 接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情 况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择 合适的电气设备。 电气设备的选择同时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。 电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校 验热稳定和动稳定后选择的高压电器，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。 一 选择设计的一般规定 1、一般规则 （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） 应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致。 （4） 选择导线时应尽量减少品种。 （5） 选新产品应积极谨慎，新产品应由可靠的试验数据，并经主管部门鉴定合格。 2、有关的几项规定 （1） 在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按表5-1计算。 （2） 验算导体和电器的短路电流，按下列情况计算 ① 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略 去不计。 ② 在电气连接网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装 置放电电流的影响。 ③ 在变电所中，如果接有同步调相机时，应将其视为附加电源，短路电流的计算方法与发电机相同。 ④ 对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常方式是短路电流为最大的地 点。 （3） 验算导体和 110KV 以下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，一般用主保护的 动作时间加相应的断路器全分闸时间。如主保护有死区时，则采用能对该处死区起作用 的后备保护动作时间，并采用相应处短路电流值。 （4） 导体和电器的动稳定。动稳定以及电器的开断电流，可按三相短路验算。若发 电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统，自耦变压器等回路的单相，两相接地短 路较三相短路严重时，则应按严重的情况验算。 导体是各种电器之间的连接（包括母线和线路） ，大都采用矩形或圆形截面的裸导 线，它们的作用电汇聚、分配和传送电能。它们在运行中有很大的功率通过，在短路时 有巨大的短路电流通过，要承受短路电流的热和力效应和冲击。因此必须经过计算、分 析比较，合理选用材料、截面形状和截面积，以达到安全、经济运行的要求。 导体分为软导体和硬导体，导体的的选择一般按下列各项选择和校验： （1） 、导体材料、类型和敷设方式； （2） 、导体截面； （3） 、电晕； （4） 、热稳定； （5） 、动稳定。 二、计算最大工作电流和短路电流引起的热效应本所为通过变，110kV 部分有 110kV 进出线 6 回， 35kV 部分有出线 8 回，供电负 荷 37MW。 10kV 部分有出线 12 回， 供电负荷 25MW， 其中有一回电缆供电， 功率因数 0.65， 穿越功率 20MVA。计算时，按照 110kV 进线 4 回，出线 2 回处理。1．计算最大工作电流： P1 + P2 + 穿越功率 37 + 25 + 20 cos ? = 0.65 = 0.148(kV ) = 148( A) = 3 ?U n ? n 3 ×110 × 4 P1 + P2 + 穿越功率 37 + 25 + 20 cos ? = 0.65 = 0.592(kV ) = 592(A) = 3 ×110 3 ?U n ? n 1.05 × 63I max1I max 2I max 3 = 1.05 ×Sn 3U n== 0.347(kA) 3 ×110P1 × 0.7 I max 4 = 1.05 × I max 5 = I max 4 P1 cos ? 3 ?U n ? ncos φ = 1.05 × 3U n37 × 0.70.65 = 0.65(kA) 3 × 35I max 6 ==37 0.65 3 × 35 × 8= 0.111(kA) = 111( A)P2 × 0.7 I max 7 = 1.05 ×cos φ = 1.05 × 3U n20 × 0.70.65 = 1.537(kA) 3 ×10I max 8 = Imax 7P1 I max 9 =25 cos φ 0.65 = 0.174(kA) = 1.05 × 3 ×10 ×12 3U nI max 10 = I max 9 2.计算热效应T 取 0.05。 （1）110kV 母线侧： QK 1 = 2 2 2 2 2 ( I 0 + 10I 12 + I 2 ) + TI 0 = × (4.177 2 + 10 × 4.237 2 + 4.2372 ) + 0.05 × 4.177 2 12 12 2 = 36.69(kA .S )（2）35 kV 母线侧： QK 2 = 2 2 2 2 2 2 ( I 0 + 10I 1 + I 2 ) + TI 0 = 2I 02 + T × I 02 = 2..05I 0 = 2.05 × 5.792 2 = 68.77(kA 2 .S ) 12（3）35 kV 出现侧： QK 3 = 2 2 2 2 (I 0 + 10I 12 + I 2 ) + TI 0 = 2I 02 + T × I 02 = 2..05I 02 = 2.05 ×1.892 2 = 7.34(kA 2 .S ) 12（4）10 kV 母线侧： QK 4 = 2 2 2 2 2 (I 0 + 10I 12 + I 2 ) + TI 0 = 2I 02 + T × I 02 = 2..05I 0 = 2.05 × 25.98 2 = 1383.67(kA 2 .S ) 12（5）10 kV 裸线出线侧： QK 5 = 2 2 2 2 (I 0 + 10I 12 + I 2 ) + TI 0 = 2I 02 + T × I 02 = 2..05I 02 = 2.05 ×1.999 2 = 8.19(kA 2 .S ) 12（6）10 kV 电缆出线侧： QK 6 = 2 2 2 2 2 (I 0 + 10I 12 + I 2 ) + TI 0 = 2I 02 + T × I 02 = 2..05I 0 = 2.05 ×16.068 2 = 529.27(kA 2 .S ) 12 热效应计算结果表 计算位置 Qk(kA2) 110kV 母线 36.69 35kV 母线 68.77 35kV 出线 7.34 10kV 母线 kV 架空线 8.19 10kV 电缆 529.273-2 节 导体的选择和校验一、110KV 进线导体的选择(按照经济电流密度选择)I max 1 = 148 A & 1000 S = I max 1 / J =选择软导体165 = 173.68 （T(h)=4200,J 取 0.98） 0.98根据导线型号选： LGJ-185 导体热稳定校验： 36.69 ×1000 = 69.62 & S 87S min =Qk = C∴ 合格 2 110kV 导线大于 70mm 不进行电晕校验。 二、110KV 汇流母线的选择（导线较短按照长期发热允许电流选择）I max 2 = 592(A) KI al ≥ I max 2（根据环境最高温度 30 0C， 以导体允许温度 70 0C， 查设计手册 K 取 0.94）I al =I max 2 592 = = 630(A) K 0.94查设计指导书 59 页，选 LGJ-300导体热稳定校验： Qk = C 36.69 ×1000 = 69.62 & S 87S min =∴合格 2 110kV 导线大于 70mm 不进行电晕校验。 三、主变高压进线的选择（按照长期发热允许电流选择）I max 3 = 347(A) KI al ≥ I max 2（根据环境最高温度 30 0C， 以导体允许温度 70 0C， 查设计手册 K 取 0.94）I al =I max 2 347 = = 369( A) K 0.94查设计指导书 59 页，选 LGJ-150导体热稳定校验： Qk C 36.69 ×1000 = 69.62 & S 87S min ==∴合格 2 110kV 导线大于 70mm 不进行电晕校验。 四、35KV 母线及主变中压侧导体的选择（按照长期发热允许电流选择）I max 4 = 650(A) KI al ≥ I max 2（根据环境最高温度 30 0C， 以导体允许温度 70 0C， 查设计手册 K 取 0.94） I al = I max 2 650 = = 691(A) K 0.94 查设计指导书 59 页，选 LGJ-400导体热稳定校验： Qk C 68.77 ×1000 = 95.32 & S 87S min ==∴合格 五、35KV 出线导体的选择(按照经济电流密度选择)I max 6 = 111A & 1000选择软导体S = I max 1 / J =111 = 113.27(mm 2 ) （T(h)=4200,J 取 0.98） 0.98根据导线型号选： LGJ-120 导体热稳定校验： Qk C 7.34 ×1000 = 31.14 & S 87S min ==∴ 合格 六、10KV 母线及主变低压侧导体的选择（按照长期发热允许电流选择）I max 7 = 1537( A)10KV 母线及主变低压侧电流大，采用硬母线。KI al ≥ I max 2（根据环境最高温度 30 0C， 以导体允许温度 70 0C， 查设计手册 K 取 0.94）I al =I max 2 1537 = = 1635( A) K 0.94查设设计手册，因电流小于 2000A，采用单片矩形导体，选矩形铝导体平放安装， 导体尺寸为 100×10（h×b） ，载流量 1728A，因电流小于 2000A。 导体热稳定校验： Qk C 1383.67 ×1000 = 427.56 & S 截 （1000mm2） 87S min ==∴合格 导体动稳定校验：取 L=1m,a=25cm=0.25m,β ＝1σ max = 1.73i 2 chβ L2 ×10 ?8 aW3 21×12 = 1.73 × (32.2 ×10 ) × ×10 ?8 = 4.27 ×10 6 0.25 ×1.67 ×10 ?5W = 0.167bh2 = 0.167 ×10 ×10 ?3 × (100 ×10 ?3 )2 = 1.67 ×10 ?5 (m 2 ) 硬铝的最大允许应力 σ γ = 69 ×10 6 (Pa) ，故满足动稳定要求。七、10kV 架空线导体的选择(按照经济电流密度选择) I max 6 = 174 A & 1000 S = I max 1 / J =选择软导体174 = 177(mm 2 ) （T(h)=4200,J 取 0.84） 0.98根据导线型号选： LGJ-185 导体热稳定校验： Qk C 8.19 ×1000 = 32.89 & S 87S min ==∴ 合格 八、10kV 出线电缆的选择(按照经济电流密度选择)I max 6 = 174 A & 1000 S = I max 1 / J =选择软导体174 = 207(mm2 ) （T(h)=4200,J 取 0.84） 0.84查指导书表 5－29，选导线型号选：ZLQ-240，长期允许载流量 280A。 查指 导书表 5-26，环境温度 300C 时不同环境温度载流量修正系数取 0.962。 KI y = 0.962 × 280 = 269(A) & I max 6 导体热稳定校验：C 取 95，设主保护动作时间 0.05S，断路器全分闸时间 0.15S， 则短路电流计算时间 t=0.05+0.15=0.2S,β& =I & 25.98 = 1.62 ，查图得 ts=0.35S. = I ∞ 16.068t dz = ts + 0.05 β & = 0.35 + 0.05 × 1.62 = 0.431(s)S min =I∞ Ct dz =16.068 0.431 = 111 & S截 95∴ 合格 导体选择汇总表序号 1 2 3 4 5 6 7 8 导体安装位置 110kV 进出线 110kV 母线 主变 110kV 进线 主变 35kV 出线 35kV 出线 主变 10kV 侧及母线 10kV 出线裸导体 10kV 出线电缆 导体型号 LGJ-185 LGJ-300 LGJ-150 LGJ-400 LGJ-120 100×10 矩形铝导体 LGJ-185 ZLQ-2403.3 主要电气设备的选择和校验一、断路器的选择:断路器是变电所的主要电气设备之一。正常运行时；用它来倒换运行方式，把设备 或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故 障回路，保证无故障部分正常运行，能起保护作用。其最大特点是能断开电路中负荷电 流和短路电流，由于它具有专门的灭弧装置，因此用它来接通和切断电路。 断路器的选择必须满足以下五个条件： （1） 、额定电压：U N ≥ U n ； （2） 、额定电流： I N ≥ I max ； （3） 、额定开断电流： I Nor ≥ I0 ； （4） 、热稳定校验： I t2 t ≥ Qk ；（5） 、极限电流： I P ≥ ich 。 1、110kV 进线断路器的选择： LW11－110 断路器计算值 选择值 110kV 148A 4.177kA 110kV kAUn I max1 I0 Qk 1 ichUN IN I Nor It t Ip2 236.69(KA ?S ）240 ×2=3200（KA ?S ）210.651KA67（kA）2、110kV 母线桥及旁路桥断路器选择: LW11－110 断路器计算值 选择值 110kV 592A 4.177kA 110kV kAUn I max 2 I0 Qk1 ichUN IN I Nor It t Ip2 236.69(KA ?S ）240 ×2=3200（KA ?S ）210.651KA100（kA）3、110kV 出线断路器的选择:LW11－110 断路器计算值 选择值 110kV 347A 4.177kA 110kV kAUn I max1 I0 Qk 1UN IN I Nor It t2 236.69(KA ?S ）240 ×2=3200（KA ?S ）2ich10.651KAIp67（kA）4、35kV 侧主变压器断路器的选择：LW8－35计算值 选择值 35kV 645（A） 2.431 kA 35kV 1600（A） 40kAUn I max 4 I0 Qk 2 ichUN IN I Nor It t Ip2 266.77（KA ?S ）220 ×3=1200（KA ?S ）266.249 kA100（kA）5、35KV 母联断路器：LW8－35计算值 选择值 35kV 929（A） 2.431 kA 35kV 1600（A） 40 kAUn I max 4 I0 Qk 2 ichUN IN I Nor It t Ip2 266.77（KA ?S ）220 ×3=1200（KA ?S ）266.249KA100（kA）6、35KV 出线断路器的选择 ：LW8－35计算值 选择值 35kV 111(A) 1.8923kAUn I max 9 I0 Qk 5UN IN I Nor It t2 235kV 800（A） 40kA7.34（KA ?S ）214.5 ×3=630.75（KA ?S ）2ich4.8254KAIp36（kA）7、10kV 侧主变压器断路器的选择 ：3AF-10计算值 选择值 10kV 1464（A） 25.98 kAUn I max 4 I0 Qk 2 ichUN IN I Nor It t Ip2 210kV 3000（A） 50 kA1383.7（kA ?S ）250 ×4=10000（kA ?S ）266.249kA125（kA）8、10kV 母线分段断路器的选择 ：3AF-10计算值 选择值 10kV 2197（A） 25.98 kAUn I max 4 I0 Qk 2 ichUN IN I Nor It t Ip2 210kV 3000（A） 50 kA1383.7（kA ?S ）250 ×4=10000（kA ?S ）266.24kA125（kA）9、10kV 架空出线断路器的选择 :3AF-10计算值 选择值 10kV 183（A） 1.999 kA 10kV 1600（A） 25 kAUn I max 4 I0 Qk 2UN IN I Nor It t2 28.19（kA ?S ）231.5 ×2=1984.5（kA ?S ）2ich5.097kAIp63（kA）10、10kV 电缆出线断路器的选择 :3AF-10计算值 选择值 10kV 183（A） 16.068 10kV 1600（A） 25 kAUn I max 4 I0 Qk 2 ichUN IN I Nor It t Ip2 2529.27（kA ?S ）231.5 ×2=1984.5（kA ?S ）240.97KA63（kA）二、隔离开关的选择 隔离开关是发电厂和变电所中常用的电器，它要与断路器配套使用。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。用作设备停运后隔离电源电压，以 确保安全等作用。在选择隔离开关时间可延用相应断路器的计算数据。 断路器的选择必须满足以下四个条件： （1） 、额定电压：U N ≥ U n ； （2） 、额定电流： I N ≥ I max ； （3） 、热稳定校验： I t2 t ≥ Qk ； （4） 、极限电流： I P ≥ ich 。 隔离开关型号从《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》207 页、208 页选择。1、110KV 进线隔离开关的选择: 计算值 GW 4 ―110D/600―50 选择值Un I max1 Qk 1110kV 148(A)UN IN It t2 2110kV 600（A）36.69（kA ?S ）215.8 ×4=998.56（kA ?S ）2ich10.65KAIp50（KA）2、110KV 母线隔离开关的选择:计算值GW 4 ―110D/1000―80选择值Un I max 2 Qk 1 ich110kV 592(A)UN IN It t Ip2 2110kV 1000（A）36.69（kA ?S ）223.7 ×4=2246.8（kA ?S ）210.65KA80（KA）3、110KV 主变隔离开关的选择:计算值GW 4 ―110D/600―50选择值Un I max 2 Qk 1 ich110kV 347(A)UN IN It t Ip2 2110kV 600（A）36.69（kA ?S ）215.8 ×4=998.56（kA ?S ）210.65KA50（KA）4、35kV 主变侧隔离开关的选择:计算值GW4-35D/1000-80选择值Un I max 6 Qk 4 ich35kV 650(A)UN IN It t Ip2 235kV 1000（A）68.77（KA ?S ）223.7 ×4=2248（KA ?S ）266.23kA80（kA）5、35 kV 母线隔离开关选择: GW4-35D/1000-80计算值 选择值 35kV 929(A)Un I max 6 Qk 4 ichUN IN It t Ip2 235kV 1000（A）68.77（KA ?S ）223.7 ×4=2248（KA ?S ）266.25kA80（kA）6、35kV 出线隔离开关的选择:计算值GW4-35/600-50选择值Un I max 9 Qk 5 ich35kV 111(A)UN IN It t Ip2 235kV 600（A）7.34（kA ?S ）215.8 ×4=3969（kA ?S ）24.825kA50（kA）7、10kV 主变侧隔离开关的选择：计算值GN10-10T/选择值Un I max 9 Qk 5 ich10kV 1537(A)UN IN It t Ip2 235kV 3000（A）1383.7（kA ?S ）275 ×5=28125（kA ?S ）266.249kA169（kA）8、10kV 母线侧隔离开关的选择：计算值GN10-10T/选择值Un I max 9 Qk 5 ich10kV 2197(A)UN IN It t Ip2 235kV 3000（A）1383.7（kA ?S ）275 ×5=28125（kA ?S ）266.249KA169（kA）9、10kV 裸导体出线隔离开关的选择：计算值GN10-10/400-30选择值Un I max 9 Qk 5 ich10kV 183(A)UN IN It t Ip2 235kV 400（A）8.19（KA ?S ）212 ×4=576（KA ?S ）25.097kA30（kA）10、10kV 电缆出线隔离开关的选择：计算值GN10-10/1000-80选择值Un I max 9 Qk 5 ich10kV 183(A)UN IN It t Ip2 235kV 1000（A）529.27（KA ?S ）231.5 ×4=3969（KA ?S ）240.97KA80（kA）二、 电流互感器的选择和校验 电流互感器选择最大电流表安装地点110kV 进线侧110kV 母联110kV 主变侧35kV 主 变侧35kV 母 联35kV 出 线侧10kV 主 变侧10kV 出 线最大电流1485923476506501111537174电流互感器选择结果表安装地 点 型号 额定电 流比 级次组 合 0.5 级 二次负荷 1级 D级 1S 热 稳 动 稳 定 定 电 流 倍数 倍数 110kV 进 LCWD-110 线侧 110kV 母 LCWD-110 联 110kV 主 LCWD-110 变侧 35kV 主 LCWD-35 变侧 35kV 母 LCWD-35 联 35kV 出 LCWD-35 线侧 10kV 主 LDZL-10 变侧 10kV 分 LDZL-10 段 10kV 出 LAJ-10 线 10kV 电 LJ-Z 缆 2 150/5 2 600/5 2 400/5 800/5 800/5 150/5 1500/5 D/0.5 D/0.5 D/0.5 D/0.5 2 2 2 1.2 1.6 1.2 1500/5 D/0.5 1.2 1.6 1.2 200/5 D/0.5 1 1 2.4 120 215 65 90 2 2 2 75 75 75 65 135 135 135 90 × D/1 1.2 75 150 × D/1 × D/1 1.2 1.2 1.2 75 150 75 150电缆式零序电流互感器校验 10kV 馈线电流互感器：其中 0.5 级供测量用，额定负荷为 1 Ω ，D 级供继电保 护用，额定负荷 2.4 Ω ，如图所示。A 相负荷为：有功电度表电流线圈 0.02 Ω ；无功电 度表电流线圈 0.02 Ω ；安培表的电流线圈 0.12 Ω ，总负荷为 0.16 Ω ，以 A 相负荷为最 大。设导线电阻为 1 Ω ，则允许连接线的最大电阻为： R = Z ? (∑ r1 + r2 ) = 1 ? (0.16 + 0.1) = 0.74(Ω) 设导线为铜材料： ρ = 0.0188Ω ? mm 2 / m ，长度 L 为 50m,不完全星形接线系数 K = 3 时，则连接导线的截面 S 为： Kρ L = RS=3 × 0.0188 × 50 = 2.2(mm2 ) 0.74取铜导线的截面： S = 2.5mm2 。 热稳定的校验： 内部动稳定：(3) i ch / 2I le40.97 2 × 0.2= 144.85 & 215外部动稳定：绝缘瓷帽的允许荷重 750N，当相间距离 a=40cm,L=100cm 时 F (3) = 0.5 ×1.73 × 40.97 2 × 100 ?1 × = 520N & 750 40所选 LAJ－10 电流互感器完全满足内部和外部动稳定的要求。三、 电压互感器的选择和校验 查《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》附表 1-42 选择 110kV、35 kV、10 kV 的电压互感器的型式，一次电压 U1、二次电压 U2、准确度等级和二次负荷 2 如下：安 装 地点 110kV 母线 35kV 母线 10kV 母线 JCC1-110 2×3 型号 数量 最大容 额定电压（kV） 付边 辅助 付绕组容量（VA） 0.5 1 500 3 /1-12-12 接线组 量 （VA） 原边 2000110 30.1 3 0.1 30.10.1 3 0.1 3 0.1 3150JDJJ-352×3120035 32506001/1/1-12-12JSJW10296010120200480对 JSJW-10 型电压互感器的准确度等级和二次负荷进行校验： 10kV 母线上装有两台三芯五柱型电压互感器， 每台承担 6 条馈线， 每回引出线上接有功 和无功电度表电压线圈，要求 0.5 级的电压互感器。母线上装有接于 BC 相的电压表和 接入相对地的绝缘监视电压表，如下图。查《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》附表 5-42 得： 1T1－V 型电压表线圈吸收的有功功率为 4.5W，cosφ ＝1，有功和无功电度表电压线圈 吸收的视在功率 1.75VA,cosφ ＝0.38， 则电压互感器每相副绕组所供给的电功率按表 5 －41 中的公式计算Pab = 6 ×1.75 × 0.38 = 3.99(W )Qab = 6 ×1.75 ×1 ? 0.38 2 = 9.7(VAR)S ab = 3.99 2 + 9.7 2 = 10.5(VA) Φ ab = 67.7Ο Pcb = 6 ×1.75 × 0.38 + 4.5 = 8.49(W )Qcb = 6 ×1.75 ×1 ? 0.38 2 = 9.7(VAR)S cb = 8.49 2 + 9.7 2 = 12.89(VA) Φ cb = 48.8 ΟPa =1 3×10.5 × cos(67.7 ? 30) + 4.5 = 9.3(W )Qa =1 3×10.5 × sin(67.7 ? 30) = 3.7(VAR)S a = 9.3 2 + 3.7 2 = 10(VA)Pb =1 3[10.5 × cos(67.7 + 30) + 12.89 × cos(48.8 ? 30)] + 4.5 = 10.73(W )Qb =1 3[10.5 × sin(67.7 + 30) + 12.89 × sin(48.8 ? 30)] = 8.4(VAR)S b = 10.73 2 + 8.4 2 = 13.63(VA)Pc =1 3×12.89 × cos(48.8 + 30) + 4.5 = 5.95(W )Qc =1 3×12.89 × sin(48.8 + 30) = 7.3(VAR)S b = 5.95 2 + 7.3 2 = 9.4(VA) 可见 b 相供给的伏安数量最大，但仍小于 0.5 级下 JSJW-10 型电压互感器付绕组 的容量，即 1 ×120 = 40VA 3 所选 JSJW-10 型三芯五柱电压互感器合格。 13.63 &五、熔断器的选择 变电所 35kV 电压互感器和 10kV 电压互感器以及所用变压器都用高压熔断器进行保 护，不需装设断路器。保护电压互感器的熔断器，只需按额定电压和断流容量选择。 查附表 1-34，35kV 电压互感器所用高压熔断器应选 RW9-35 型，额定电压 35kV，断 流容量为 2000MVA。 10kV 电压互感器所用高压熔断所用高压熔断器应选 RN2-10 型，额定电压 10kV，断 流容量为 1000MVA。 所用变压器用 RN1-10 型高压熔器进行保护I g max =所以 I g max pIfz 61.05× 400 3 ×10fl 6= 24(A)pIS ′ p S ed = 200MVA RW9-35 熔断器附加限流电阻 选 RD1-35 ，其技术参数： Ue=35kV,熔 件额定电流 Ie=0.5A, R = 396Ω 。表 8-4安装 地点 型号高压熔断器选择结果额定电压 （kV） 额定电流 （A） 断流容量 （MVA） 切 最 断极限 大分断 电 电流 流（kA） （kA） 备 注所用 变 压 器RN1-1010302008.612供 电力线 路短路 或过流 保护用 保 护户内 电压互 感器 保 护户外 电压互 感器10kV 电压互感 器 35kV 电压互感 器RN2-10100.5100050RW9-35350.52000603-4并联补偿电容的选择按工作电压 Ug 和工作频率 fg 选择要求： U e ≥ U g (kV ) f e = f g (H Z ) 选 Ue=10.5kV,fe=10HZ 的电容器组。 按容量选择：电力电容器组的额定容量 Qe 必须大于或等于工作所需的无功功率 Qg； 即 Qe ≥ Qg (kVAr) 已知负荷的有功功率 P∑=62MW， cos ? 1 = 0.69 则：? 1= 46.37°tg? 1 = 1.049装设补偿电容器后的 cos ? 2 = 0.9, ? 2 = 25.84,tg? 2 = 0.4843, 要求补偿的无功功率为： Qg = P∑ (tg?1 ? tg? 2 ) = 62 ×10 3 × (1.049 ? 0.4843) = 35.0114(MVAr)10kV 电容器三相三角形接线时，其电容器的容量为： Qc = 3ωU x2? x Cx ?10?3 = Qg 则单相等效电容为： Cx = Qg 3ωU x2? x ?10?3 = 35.0114 ×10 3 = 371.6709( μF ) 3 × 314 ×10 2 ×10 ?3查设计手册，选 YGM10.5-100-1 型电容器，额定容量 Qe=100kVAr,Ce=2.97 μF ,每 相 14 个并联，共九组其等值电容为： C x = 80C e = 126 × 2.97 = 374.22( μF ) 所以 实际的功率因数为： tg? 2 = tg?1 ? Qc P∑
×10 6 62 ×10 6 Qc = 3× 314 ×10 2 × 374.22 ×10 ?3 =(kVAr)= 1.05 ? =0.4814 所以? 2 = 25.71°cos ? 2 = 0.9013-5 电气设备选择成果表电气设备选择成果表序 号 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 设 主变压器 站用变压器 110kV 进出线断路器 主变 110kV 侧断路器 110kV 母联断路器 主变 35kV 侧断路器 35kV 出线断路器 35kV 母联断路器 备 名 称 型 SSPSL1- SL7-400/10 LW11-110 LW11-110 LW11-110 LW8-35 LW8-35 LW8-35 Ie＝1500A Ie＝2000A Ie＝2000A Ie＝1600A Ie＝800A Ie＝1600A 号9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39.主变 10kV 侧断路器 10kV 出线断路器 10kV 母联断路器 110kV 进线隔离开关 主变 110kV 侧隔离开关 110kV 母线桥隔离开关 主变 35kV 侧隔离开关 35kV 出线隔离开关 35kV 母联隔离开关 主变 10kV 侧隔离开关 10kV 母联隔离开关 10kV 裸导体出线隔离开关 10kV 电缆出线隔离开关 110kV 进出线软导体 主变 110kV 侧软导体 110kV 汇流母线导体 35kV 汇流母线导体 35kV 出线导体 10kV 进线导体(矩形导体) 10kV 汇流母线导体(矩形导体) 110kV 测量、保护用 PT 35kV 测量、保护用 PT 10kV 测量、保护用 PT 110kV 出线测量、保护 CT 35kV 出线测量、保护 CT 10kV 出线测量、保护 CT 主变 10kV 测量、保护 CT 35kV 电压互感器熔断器 35kV 电压互感器熔断器 所用变熔断器 补偿电容器3AF-10 3AF-10 3AF-10Ie＝3000A Ie＝1600A Ie＝3000AGW4-110D/600-50 GW4-110D/600-50 GW4-110D/1000-80 GW4-35D/1000-80 GW4-110D/600-50 GW4-110D/1000-80 GN10-10T/ GN10-10T/ GN10-10/400-30 GN10-10/1000-80 LGJ-185 LGJ-150 LGJ-300 LGJ-400 LGJ-120 hxb=100x10 hxb=100x10 JCC1-110 JDJJ-35 JSJW-10 LCWD-110 LCWD-35 LAJ-10 LDZL-10 RW9-35/0.5-2000 RN10-0.5/1000 RN10-30/200 YGM10.5-100-1 LJ-Z第四章屋外高压配电装置优化设计4-1 高压配电装置概述配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关电器，保护，测量电器，母线和必 要的辅助设备组成的总体装置。其作用是在正常情况下，用来接收和分配电能，而二在 系统发生故障时，迅速切除故障部分，维持系统的正常运行。一、配电装置应满足下述基本要求1．保证运行可靠 配电装置中引起的主要原因，绝缘子因污秽而闪络，隔离开关因 误操作而发生相间 短路，断路器因开段能力不足而发生爆炸。因此，要按照系统和自然条件以及有关规程 要求合理选择电气设备，使选用电气设备具有正确的技术参数，保证具有足够的安全净 距，还应采取防火，防暴，储油和排油措施，考虑设备防水，防冻，防风，抗震，耐污 等性能。 2．便于操作，巡视和检修 配电装置的结构应使操作集中， 尽可能避免运行人员在 操作一个回路时需要走几层 楼或几条走廊。配电装置的结构应力求整洁，清晰，便于操作巡视和检修，还应装设防 误操作的闭锁装置及连锁装置，以防带负荷拉合隔离开关，带接地线合闸，带电挂接地 线，误拉合短路器，误入屋内有电间隔。 3．保证工作人员的安全 为了保证工作人员的安全，对配电装置应采取一系列措 施，例如用隔墙把相邻的设 备隔开，以保证电气设备检修时的安全，设置隔栏，留出安全距离，以防触及带电部分， 设置适当的安全出口，设备外壳和底座都采用保护接地等，在建筑等方面还应考虑防火 等安全措施。 4.力求提高经济性 在满足上述要求的前提下，电器设备的布置应紧凑，节省占地 面积，节约钢材，水 泥和有色金属原材料，并降低造价。 5.具有扩建的可能 要根据发电厂和变电所的具体情况，分析是否有发展和扩建的 可能。如有，在配电 装置结构占地面积等方面要留有余地。 配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和 屋外配电装置。按其组装方式，又可 分为装配式和成套式：在现场将电器组装而成的称为装配式配电装置，在制造厂预先将 开关电器、互感器等组成各种电路成套供应的称为成套配电装置。二、屋内配电装置1.配电装置的一般构成方法及图式 a间隔：为配电装置的最小组成部分、其大 体上对应主接线图中的接线单元。 b部署：排列――单列、双列 考虑：排列 的顺序要合理（地理位置、避免交叉） 单列――进出线QF排成一列布置在母 线一侧。 双列――进出线QF排成二列布置在母线两侧。 分层――单层、双层、三层 通道的走向 c图式：布置图 、断面图 2.屋内配电装置设备的布置特点： 1）由于允许的安全净距小，能分层布置，因而占地面积比屋外布置小；2）2 维修、操作和巡视都在户内进行，不受气条件的影响；3）电气设备不易受外界污秽空气环境的影响，维护工作量小；4）电气设备之间的距离小，通风散热条件差，且不便于扩建；房屋建筑投资大，但可采用价格较低的屋内型设备，能减小一些设备的投资。 3.屋内低压配电装置布置要求： 1） 屋内低压配电装置的电气距离应满足规范要求。 2） 低压配电装置的维护通道的出口数目，按配电装置的长度确定： 长度不足6m 时允许一个出口；长度超过6m时，应设两个出口，并布置在通道的两端；当 两出口之 间的距离超过15m时，其间应增加出口。 3） 低压配电室长度超过7m时，应设两个出口，并宜布置在配电室的两端。 4） 当低压配电室为楼上和楼下两部分布置时，楼上部分的出口应至少有一个为 通向该层走廊或室外的安全出口。 5） 配电室的门均应向外开启，但通向高压配电装置时的门应双向开启门。4、屋内高压成套配电装置的布置要求1）配电装置的布置和设备的安装，应满足在正常、短路和过电压等工作条件时的 要求。 2）配电装置的绝缘等级，应和电力系统的额定电压相配合。 3）屋内配电装置的安全净距不应小于最小安全净距。 4）电装置室内的各种通道应畅通无阻，不得设立门槛，并不应有与配电装置无关 的管道通过。 5）长度大于7m的高压配电装置室，应有两个出口，并宜布置在配电装置室的两端；长度大于60m时，宜增添一个出口；配电装置室的门应为向外开启的防火门，应装弹簧 锁，严禁用门闩。配电装置室可开窗。三、屋外配电装置1．特点： 1）无需配电装置室，节省建筑材料和降低土建费用，一般建设周期短；2）相邻设备之间距离大，减少故障蔓延的危险性，且便于带电作业；3）巡视设备清楚，且便于扩建；4）易受外界气候条件的影响，设备运行条件差，须加强绝缘；5）气候变化给设备维修和操作带来困难；占地面积大，对于水电站可能使投资增 大。2．结构型式1)母线：①软母线：悬式绝缘子悬挂在门型架、Π 型架上 ②硬母线：固定在支柱绝缘子上。（母线桥） 2)电力变压器： 贮油池：其尺寸比变压器外廓大1m、内铺0.25m的卵石 层 事故排油：通过底部的排油管排至事故排油坑，底部向排油管处倾 斜。 离建筑物的距离： ＞5m 可开防火窗和门，≤5m 不可开防火窗和 门。 主变与主变的距离 5～10m，小于时需安装防火隔墙。 3）基础： 断路器：低式布置0.5～1m 高式布置 2m 隔离开关、互感器： 2m 避雷器：可放 在地下或0.4m高或 2m高 4）电缆沟：电缆沟的定向应使距离最短，上面兼做巡视通道。 5）通路：为了运输设备、消防需要。 3．布置型式：低型、中型、高型、半高型。 低型：所有电器均装在 同一水平面上，母线与设备等高 中型：所有电器均装在同一水平面 上，母线设在较高水平面上。 高型：两组母线重叠布置，隔离开关 比断路器高，母线比隔离开关高 半高型：部分隔离开关与母线等 高，高于断路器等设备4-2 高压配电装置的优化设计为了满足配电装置运行和检修的需要，各带电设备之间应相隔一定的距离。配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸，检修，维护和运输的安全电气距离等因 素而决定的。对于敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分 之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，即所谓的A1和A2。 最小安全净距是指在这一距离下，无论字正常最高工作电压或出现内，外部过电压 时，都不致使空气间隙被击穿。 对于敞露在空气中的屋内， 外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距分为A， B， C，D，五类。 最小安全净距：110kV 屋外配电装置的安全净距 符 号 A1 0 B1 0 C 3500 D 3000安全净距（L）35kV 屋外配电装置的安全净距符 号 A1 400 A2 400 B1
C 2900 D 2400 安全净距（L）本所根据具体的环境因素再参照配电装置实例， 其安全净距见配电装置平面布置图 和断面图。 在发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，其中 3~10KV的 大多数都采用成套配电装置；110KV及以上的配电装置大多数采用屋外配电装置。 本变电所根据要求，应该采用屋外型配电装置。因为它有以下特点： （1） 土建工作量和费用较小，建设周期短； （2） 与屋内配电装置相比，扩建比较方便； （3） 相邻设备之间距离较大，便于带电作业； （4） 与屋内配电装置相比，占地面积较大； 根据电气设备和母线布置的高度， 屋外配电装置可分为中型配电装置，高型配电装 置，和半高型配电装置。 1.中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高 度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作售货员能在地面安全地活动， 中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较 清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好， 所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电 装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装枪修方面积累了比较丰富的经验。 2.半高型配电装置，它是特母线及母线隔离开关抬高将断路器，电压互感器等电气 设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相 近，优点有： ①占地面积约在中型布置减少30%； ②节省了用地，减少高层检修工作量； ③旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：上层隔 离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。 3.高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型 配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约 为普通中型的5%，但其耗钢 多，安装检修及运行纵条件均较差，一般适用下列情况： 1）配电装置设在高产农田或地少人多的地区； 2）原有配电装置需要扩速，而场地受到限制； 3）场地狭窄或需要大量开挖。 本次所设计的变电所没有地理条件限制，所以该 变电所110KV，35KV和10KV电压等 级均采用普通中型配电装置，而本变电所采用的是软导线，采用普通中型布置，具有以 下特点：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维护都比较的方便，构架高度 比较低，抗震性能比较的好，所用的钢材比较的少，造价比较低。 若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。 选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性。所以，本次设计的变电所，适用普 通中型屋外配电装置，该变电所是最合适的。4-3高压配电装置平面布置图和断面图的绘制根据题目给定条件，及上述推荐布置方案，采用 CAD 绘制全所平面图，建筑物仅作 示意，断面图根据任务要求缩放于一图上，比例已做调整，附图所示。第五章防雷保护规划设计5-1 变电所过电压及防护分析过电压是对绝缘有危险的电位升高和电位差升高， 产生的途径是系统突然注入一定 的能量以及系统参数突然发生改变时导致电能重新分配。 过电压的种类：①雷电过电压(大气过电压)，分直接雷击过电压、感应霄过电压、 浸入雷过电压；②内部过电压，分操作过电压和暂时过电压。 过电压的危害：导致电气设备绝缘损伤，严重时能损坏设备，为了保证人员的安全 及设备的安全健康运行，通常对屋外配电装置、烟囱、冷却塔等高建筑物、构筑物采取 相应的防雷和保护措施。概述电气设备在运行中承受的过电压。 变电所是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生雷击事故，将造成大 面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏，绝大多数不能自行恢复会严重影响国 民经济和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。 变电所的雷害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电线路后产生的雷电 波沿线路向变电所侵入，对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处 于避雷针（线）的保护范围之内，此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。 对侵入波防护的主要措施是变电所内装设阀型避雷器， 以限制侵入变电所的雷电波 的幅值，防止设备上的过电压不超过其中击耐压值，同时在距变电所适当距离内装设可 靠的进线保护。 避雷针的作用： 将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地， 从而保护设备， 避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或装设在配电构架上，或独立装设，避雷 线主要用于保护线路，一般不用于保护变电所。 避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与被保护的 电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其 它电气设备。5-2 避雷器的配置规划与选择一、避雷器的配置原则 1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器。 2）旁路母线上是否应装设避雷器，应租在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护 设备的电气距离是否满足而定。 3）110KV以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并尽可能靠近设备本体。 4）110KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增 设一组避雷器。 5）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。 6）110KV―110KV线路侧一般不装设避雷器。 二、避雷器选择的方法 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。即： （1） 、灭弧电压：U gfs ＞ K mU xg ； （2） 、工频放电电压下限：U gfs 1.68U xg ； （3） 、工频放电电压上限：U gfs ＞1.15U gs 和残压：U bcs ＜U cs 。 三、选择结果表 按以上三个条件比较避雷器选择如下：110kV 侧避雷器： 110kV 母线侧避雷器 110kV 主变中性点避雷器 110kV 出线侧避雷器 35kV 侧避雷器 35kV 母线侧避雷器 35kV 出线侧避雷器 35kV 侧避雷器 10kV 母线侧避雷器 Y10WF5-10 Y10WF5-35 Y10WF5-35 Y10WF5-110/250(查设计指导书 P225) Y10WF5-60/144 (查设计指导书 P225) Y10WF5-110/250 (查设计指导书 P225)10kV 出线侧避雷器Y10WF5-105-3 变电所避雷针配置规划及保护范围计算为了防止设备遭受直接雷击，通常采用装设高于被保护物的避雷针（或避雷线）， 其作用是将雷电吸引到避雷针上并安全地将雷电流引入大地，从而保护了设备。 避雷针（线）的保护原理是当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变，在避雷 针（线）的顶端，形成局部电场强度集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引 导雷电向避雷针（线）放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使 被保护物体免遭雷击。虽然避雷针（线）的高度比较高（必须高于被保护物体，一般 20m-30m）但在雷云――大地这个高达几公里，方圆几十公里的大电场内的影响却是很 有限的。 单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的近似锥体的空间，就像斗笠一样。 在高度hx水平面上，其半径rx按下式计算： h 时; rx =(h-hx )p 2hx ≥hx ＜ 式中：h为避雷针高度 hx为被保护物的高度h 时; rx=(1.5h-2hx)p 2p为高度影响系数 h≤30m时，p=1；当30m＜h≤120m时，p= 两支避雷针的保护计算如下： h0 = h ?其中：D 为两针之间的距离5.5 hD 7ph0 为保护范围上部边缘距最底点之间的距离 p意义同上 则水平面上保护范围的一侧宽度 bx可按下式计算：bx=1.5（ h0 -hx） 两只避雷针不等高的距离计算如下： h低 ≥ h高 2 时; D’=D-( h高 - h低 )ph低＜h高 时; D’=D-( 1.5h高- 2h低)p 2本变电所110kV构架高15m，设25m杆顶避雷针6棵，35kV构架高7.3m,设30m独立避雷 针2棵。 经按上面公式计算得以下结 果： bx12= bx34=bx56=9.11; bx13= bx24=4.07; bx23= bx14=5.79; bx35= bx46=4.07; bx35= bx45=1.72; bx27=8.79; bx47=7.71; bx48=6.72; bx68=8.57; bx78=19.7; 变电所所有设备均在避雷针保护范围内。 根据本变电所总平面布置图，全所的防 直雷击保护采用在110kV、35kV构架上装设 避雷针的方式。110kV、35kV和10kV配电装置对侵入雷电波的过电压保护采用装设在适 当地点的避雷器保护。110kV进线、以及主变压器的中性点也按过电压保护的要求装设 了避雷器。5-4 变电所接地设计1、电气设备的接地按其目的可分为以下几种： (1) 保护接地：电气设备的金属外壳接地以保证金属外壳经常固定为地电位，一旦 设备因绝缘损坏而使外壳带电时不致有危险的电位升高而引起工作人员触电接地。 (2)工作接地：根据电力系统正常运行方式的需要而接地； (3)防雷接地：为减小雷电流通过接地装置的地电位升高。2、接地装置接地装置就是由埋在地中的接地体以及连接到设备接地部分的接地体组成，当接地 装置中电流计流过电流时，接地电流从接地体间周围土壤流散，从而达到保护设备的目 的。3、接地规划采用热镀锌 40×4 扁钢作为连接体， 2.5m 的 50×5 热镀锌角钢作为接地针， 扁钢以 8m 距离做井字型掩埋，埋深 600mm,角钢每 4m 打一根。独立避雷针使用独立接地体。第六章 继电保护配置的规划设计6-1 仪表与继电保护的配置规划概述继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动 作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。 1、它的基本任务是： 自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使 故障元件免于继续遭到 破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行； 反映电气元件的不正常运行状态，并 根据运行维护的条件，而动作于发信号，减负 荷或跳闸。此时，一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度 规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。 动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、 灵敏性和可靠性。 2、配置的原则：选择继电保护方式除应满足四个基本要求外，还应考虑经济条件，首 先应从国民经济的整体利益出发， 按被保护元件在电力系统中的作用和地位来确定保护 方式，而不能只从保护装置本身的投资来考虑，这是因为保护不完善或不可靠而给国民 经济造成的损失，一般都远远超过即使是最复杂的保护装置的投资，但要注意对较为次 要的数量很多的电气元件，也不应该装设过于复杂和昂贵的保护装置。6-2 仪表配置规划设计变电所仪表配置规划：数 目 位置 表 计 电 压 等 级 电 压 表 电 流 表 有 功 功 率 表 110kV 线路侧 35kV 线路侧 10kV 线路侧 110 35 10 1 1 1 1 1 无 功 功 率 表 1 有 功 电 度 表 2 1 1 无 功 电 度 表 2 1 1 频 率 表110kV 主变侧 35kV 主变侧 10kV 主变侧110 35 10 110 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 4 11 11 11 11 11 1 1 1 1 2 2母线及母联35 10110kV 旁路 10kV 分段 所用变 所用变分段110 10 0.4 0.41备注：该表所列仪表除母线外，均为一条进出线、一台变压器所需仪表。6-3 继电保护配置规划设计一、主变压器保护配置1）、纵联差动保护： 对6300kVA及以上的厂用工作变压器和并列运行变压器、 10000kVA及以上的厂用备 用变压器和单独运行的变压器，以及2000kVA及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求 的变压器，均应装设差动保护。 变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时，理想情况下，流如差动继电器的电 流为零。但实际上由于变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因数的影响， 继电器中有不平衡电流流过。由于这些特殊因数的影响，变压器差动保护的不平衡电流 远比发电机差动保护的大。 因此变压器差动保护需要解决的主要问题是采取各种措施避 越不平衡电流的影响，在满足选择性的条件下，还要保证在内部故障时有足 够的灵敏 系数和速动性。配置电流互感器断线闭锁，并设置投、退压板来决定CT 断线 闭锁的接 入、退出，其差动电流的引入有主变压器进出线电流，保护动作跳主变两侧断 路器。 2）、瓦斯保护： 容量为800kVA及以上的油侵式变压器，均应装设瓦斯保护。瓦斯 继电器又称为气体 继电器，安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流 向油枕。 瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成。变压器内部发生轻轻微故障 时，例如变压器验证漏油使油面降低时，继电器触点闭合，发出瞬时“轻瓦斯动作”信号。 重瓦斯保护动作的油速整定范围为0.6-1.5m/s，在整定油速时均以导油管中的流速 为准，而不依据继电器处的流速。当变压器外部故障时，会有穿越性故障电流的影响， 为防止瓦斯继电器误动作，可将油速整定在1m/s左右。 重瓦斯保护动作跳主变两侧断路器，轻瓦斯动作发信号。 3）、有载调压装置瓦斯保护。 4）、压力保护（压力释放保护：保护动作发信号）。 5)、温度保护变压器在运行中温度升高超过规定值时，由变压器所附的温度信号器 动作于信号。 6）、相间后备保护配置方式 （1）、110kV复合电压启动定时过电流保护 （2）、35kV复合电压启动定时过电流保护 （3）、10kV复合电压启动定时过电流保护 设计原则： （1）、变压器后备保护应作为相邻元件及变压器本身主保护的后备。但当为满足 远后备而使接线大为复杂化时，允许缩短对相邻线路的保护范围。 （2）、变压器后备保护对各侧母线上的三相短路应具备必要的灵敏系数。 （3）、变压器后备保护应尽可能独立，而不由发电机的后备保护代替。 （4）、变压器后备保护应能保护电流互感器与断路器之间的故障。 相间后备保护配置方式及接线。 对于中压侧和低压侧均无电源的三绕组变压器的保护装于电源侧和低压侧。 低压侧 作为外部短路后备，以较短时限断开该断路器；电压侧保护作为变压器内部故障及中压 侧外部短路的后备，带两段时限，以第一段时限（大于低压侧）断开中压侧断路器，以 第二段时限断开全部断路器。（7）、主变压器的过负荷保护在经常有人值班的情况下，过负荷保护通常作用于信号。变压器过负荷电流，在大 多数情况下都时三相对称的，因此，过负荷保护只需接入一相电流，各侧的过负荷保护 均经过同一时间继电器延时发出信号。 所选保护的安装地点要能反映变压器所有绕组 的过负荷情况，具体配置原则如 下： 对于降压变压器，单侧电源的三绕组降压变压器，当三侧绕组容量相同时，过负荷 保护仅装在电源侧。当三侧绕组容量不相同时，则在电源侧和容量较小的绕组侧装设过负荷保护。 在主变高压侧设过负荷保护，设三段时限，Ⅰ段时限启动风扇，Ⅱ段时限闭锁有载 调压，Ⅲ段时限发信号。8）、无功自动调节 二、110KV 侧出线保护1）阶段式零序保护 2）高频闭锁距离保护 3）断路器失灵保护 4）自动重合闸装置 5）故障录波器三、35KV 侧出线保护1）、限时电流速断保护 用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时作为速断 的后备，该保护的要求是在 任何情况下都能保护本线路的全长，并具有足够的灵敏性，在此前提下力求具有最小的 动作时限，正由于它能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，称为限时电流速 断保护。 2）、电流电压联锁速断保护 3）、定时限过电流 过电流保护通常是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整 定的一种保护， 在正常 允许时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况 下，它不仅能够保护本线路全长，以起到后备保护的作用。 4）、三相一次自动重合闸 5）、按周波自动减负荷装置 6）、接地信号装置四、10kV 侧出线保护（1） 电流速断保护 对于kVA及以下的较小容量的变压器，若灵敏性系数满足要求时，应采 用电流速断保护， 电流速断保护应装设在变压器的电源侧， 由瞬动的电流继电保护构成， 当电源侧为中性点比直接接地时，电流速断保护为两相式，在中性点直接接地系统中为 三相式。为了提高保护对变压器高压侧引出线接地故障的灵敏系数，可采用两相三继电 器式接线。 根据对继电保护速动性的要求，保护装置动作切除故障时间，必须满足系统稳定和保证重要用户供电可靠性。 在简单、 可靠和保证选择性的前提下， 原则上总是越快越好。 因此，在各种电气元件上，应力求装设快速动作的继电保护。对于仅反应于电流增大而 瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。2） 限时电流速断保护用来切除本线路上速断范围以外的故障，同时作为速断的后备，该保护的要求是在 任何情况下都能保护本线路的全长，并具有足够的灵敏性，在此前提下力求具有最小的 动作时限，正由于它能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障，称为限时电流速 断保护。3） 定时限过电流保护过电流保护通常是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护， 在正常 允许时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况 下，它不仅能够保护本线路全长，以起到后备保护的作用。 4） 三相一次自动重合闸。 5） 接地信号装置。 6） 按周期自动减负荷装置。 继电保护配置结果表:电器设备 保护名称 反映故障类型 动作结果 重瓦斯瞬时动 作于主变各侧 断路器跳闸； 轻 瓦斯延时动作， 动作于信号； 动作于主变各 侧断路器跳闸 备注瓦斯保护 主变压器油箱内各种故障及油面降低纵联差动保护绕组、套管及引出线故障后备保护变压器外部故障而引起的变压 器绕组过电流以及在变压器内 动作于跳闸 部故障时，作为差动和瓦斯保 护的后备 外部接地短路引起过电流 动作于跳闸变压器 110KV 中性点装 设零序过电流保护在高、 中压侧绕组装设过 负荷保护变压器过负荷延时动作， 作用 于发信无 人 值 班 变 电 所 可 动 作 于 跳 闸温度保护 完全电流差动保护 母线 零序保护 三段式高频闭锁距离保 护 110 线路 阶段式零序电流保护 断路器失灵保护 综合自动重合闸 110KV 回路故障录波器 电压闭锁的电流速断保 护 过电流保护 综合自动重合闸 电流速断保护 10 线路 过电流保护 电缆接地保护变压器过热 母线故障 零序电流过大延时动作， 作用 于发信 动作于跳闸 延时动作， 作用 于发信经常无高频电流(所谓故障时 传 送 闭锁信 号, 发信)和经常有高频电流(所谓 允 许 信 号 和 跳 长期发信)及外部故障 闸信号断路器失灵故障 外部瞬时短路故障动作于信号 动作于重合闸外部故障 过电流 外部瞬时短路故障 外部故障 过电流 接地故障动作于跳闸 动作于跳闸 动作于重合闸 动作于跳闸 动作于跳闸 动作于跳闸35 线路结时所学的理论知识结合起来，使我受益匪浅。论本设计是110KV变电站电气主接线设计,在设计过程中将电气工程设计方法与 平首先,对主接线的设计和分析比较，初步选取了两种均可适用于本变电所的接线方 案，再仔细分析了他们的优缺点，经济性，可靠性和灵活性，与实际工程的要求相对应， 还查阅了相关的规程及考虑到未来的发展要求，通过一系列的比较，110KV侧采用的是 双母线带旁路接线，35KV侧采用双母线接线形式, 10KV侧也采用单母分段接线形式.厂 用电分别从10KV侧Ⅰ、Ⅱ段母线接入,它们互为备用.短路计算选取了6个点，每个点都 经过了详细而精确的计算，并做了短路计算结果表。根据短路计算选择导体以及配电装 置，后做了保护配置和防雷接地，用避雷器防止侵入波对电器设备的影响，用避雷针防 止雷电直击电器设备。最后用CAD绘出设计要求图。 经过本次设计，发现还有很多需要学习的地方，设计结果离实际要求还有一定的距 离，部分地方还会有错误，希望老师和领导以及同学提出宝贵的意见，再以此来完善这 次设计。总结与体会经过一个多月的设计，看到自己做出来的几十页设计稿真是感受颇多，开始的茫然 变成了现在的清晰，过程中的汗水变成了现在的硕果，真是无比的喜悦。 本次设计的全过程都是在xxx老师的带领下完成的， xx老师细心认真， 兢兢业业， 每 次疑难问题时，他总是耐心的指导，使我们清楚自己下一步该怎么做，做什么。 我的设计题目是110KV变电所电气一次部分，其中包括好多知识，有的知识我们在 学习的过程中还没有真正的理解，但现在是真正要用到的时候了，就必须重新学习，学 懂了，才知道要怎么做。加深了我们对所学知识的理解，也教会了我们获取新知识的方 法。 本次毕业设计是对已学知识的综合运用，也是学习对新知识不断学习。大大提高了 我的综合素质，不仅使我对电力系统各方面的知识有了一个更全面的，更深入的理解， 而且锻炼了我独立思考、独立研究问题的能力。在跟同学的讨论和分析中锻炼了与人沟 通的能力。 在今后的学习工作中，我将会用所学的知识及方法去分析问题、解决问题，不断提 高工作水平和学习能力。谢辞在xx老师的辛勤指导下,经过一个多月的努力终于把 110KV 变电所电气部分初步设 计终于设计完成了，在此我对给予帮助的老师和领导表示衷心的感谢，也对一起学习， 互相帮助，力求进步的同学们表示感谢。 在毕业设计过程中，xx老师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议,对我 的辅导耐心认真，并给我们提供了大量有关资料和文献，使我的这次设计能顺利完成。 通过这次毕业设计使我对以前学习的知识得到了更深的了解,并使知识得到了进一步的 巩固参 考 文 献1. 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） [M]， 北京： 水利电力出版社， 1994. 2. 西北电力设计院编. 电力工程电气设备手册（电气一次部分上下）[M]，北京：中国电力出版社，1998. 3. 能源部. 3?110kV 变电所设计规程[S]. 北京：水利电力出版社，1992. 4. 能源部. 3?110kV 高压配电装置设计规程[S]. 北京：水利电力出版社，1992. 5. 电力部. 继电保护和安全自动装置技术规程，DL 400―91 6. 电力部. 电测量仪表装置设计技术规程[S]. 北京：水利电力出版社，1987. 7. 黄纯华. 发电厂电气部分课程设计参考资料[M]. 北京：中国电力出版社，1998. 8. 范锡普. 发电厂电气部分[M]. 北京：中国电力出版社，1998. 9. 陈 衍. 电力系统分析[M]. 北京：水利电力出版社，1990； 10. 贺家李. 电力系统继电保护原理[M]. 北京：中国电力出版社，1994. 11. 胡国根. 高电压技术[M]. 重庆：重庆大学出版社，1996. 12. 杨冠城. 电力系统自动装置原理[M]. 北京：水利电力出版社，. 云南省电力局调度所编.