35kV变电站系统设计

摘要

摘 要

随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电所的合理设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，本论文设计了一个35kV降压变电站。此变电站有两个电压等级，一个是35kV，一个是6kV。

本设计项目根据设计任务书指定和我们的专业特点的要求，体现我们的实践动手能力、创新思维、解决问题的能力和对所学知识的综合运用能力。这次设计必须考虑到供电系统的安全性、可靠性以及经济性。本说明书通过对变电站主接线设计，短路电流计算，用电设备负荷计算，主要电气设备选型及动、热稳定校验，无功补偿设计，变压器的台数和容量的选择，高、低压柜的选型，防雷接地保护装置等，较为详细地完成了电力系统中变电站的设计。

本次的设计说明书是以我国现有的各有关规范规程等技术标准为依据，根据设计任务书提供的原始资料，参照有关资料和书籍，对各种方案进行比较得出的。 关键词：短路电流计算；主接线设计；主变压器；电气设备选型；无功补偿

I

Abstract

Abstract

Along with the continuous development of electric industry, people require increasingly demand of power supply, especially the stability, reliability and continuity of it. While the stability, reliability and continuity of power grid is determined by the rational design and configuration of substation. A typical substation needs the reliable and flexible operation, the economic rationality and free expansion of the equipments. For the consideration of these aspects, the paper designs a transformer substation of 35kV which has tow levels of voltage, one is 35kV, and the other is 6kV.

This design project according to the design task book and we specified the professional characteristics of the requirements, the manifestation of our practical ability, creative thinking, problem solving skills and knowledge of the comprehensive application ability. The design must take into account the power system security, reliability and economy of the power supply system. The specification through to the substation main wiring design, short-circuit current calculation, electric equipment load calculation, the main electrical equipment selection and dynamic, thermal stability check, reactive power compensation design, the choice of number and capacity of transformer, high, low-voltage cabinet selection, lightning protection and grounding protection device, in some detail to complete the power system in the substation design.

The design specification is to our country existing relevant specification and technical standard, the design is a preliminary design, according to the design task book provided the original information, relevant reference books and on various programs, from comparison. Key words：short-circuit current calculation; main wiring design; main transformer; the selection of electrical equipment; reactive power compensation

II

目录

目录

摘 要 ................................................................. I Abstract .............................................................. Ⅱ 1绪论 ................................................................. 1

1.1课题背景 ....................................................... 1 1.2设计思路 ....................................................... 1

1.2.1设计内容 .................................................. 1 1.2.2设计步骤： ................................................ 1 1.3 设计相关规范 ................................................... 2

2 负荷计算及无功补偿计算 .............................................. 3

2.1负荷统计与计算 ................................................. 3 2.1.1负荷计算的方法 ............................................... 3

2.1.2用需要系数法计算负荷 ...................................... 4 2.1.3电力负荷计算表 ............................................ 6 2.1.4总计算负荷的确定 .......................................... 7 2.2无功补偿计算 ................................................... 7

2.2.1 功率因数补偿 ............................................. 7 2.2.2提高功率因数的方法主要有： ................................ 8 2.2.3并联电容器选择的主要要求 .................................. 8 2.2.4补偿容量的计算 ............................................ 8 2.3 无功补偿装置的选择 ............................................. 9

2.3.1补偿容量的确定 ............................................ 9 2.3.2电容器数和型号的确定 ...................................... 9 2.3.3检验 ..................................................... 10

3 变压器台数和容量的选择 ............................................. 12

3.1变压器的台数 .................................................. 12 3.2变压器的容量 .................................................. 12 4 一次侧高压供电方案 ................................................. 13

4.1主接线方案选择原则 ............................................ 13 4.2装设主接线电气方案 ............................................ 13

4.2.1接线方式的概述 ........................................... 13 4.2.2接线方式的比较与选择 ..................................... 15 4.3短路电流计算 .................................................. 17 4.3.1短路电流计算的目的及方法 ................................. 18 4.3.2采用标幺制法进行短路计算 ................................. 19

5电气设备选型及校验 .................................................. 22

目录

5.1高压设备的选择及校验 .......................................... 22

5.1.1一般要求和基本原则 ....................................... 22 5.1.2 电气设备选择的技术条件 .................................. 23 5.1.3电气设备选择的环境条件 ................................... 24 5.2 断路器隔离开关的选择 .......................................... 25

5.2.1对高压断路器的基本要求 ................................... 25 5.2.2设备的选择 ............................................... 25 5.3熔断器的选择 .................................................. 28

5.3.1 熔断器概述 .............................................. 28 5.3.2 35kV侧熔断器的选择 ...................................... 28 5.3.3 6kV侧熔断器的选择 ....................................... 28 5.4 互感器的选择 .................................................. 29

5.4.1 电流互感器的选择 ........................................ 29 5.4.2 电压互感器的选择 ........................................ 30 5.5母线的选择及校验 .............................................. 30

5.5.1 母线导体选择的一般要求 .................................. 30 5.5.2 35kV母线的选择 .......................................... 31 5.5.3 6kV母线的选择 ........................................... 32

6 配电装置的选择 ..................................................... 33

6.1 配电装置概述 .................................................. 33 6.1.1 35kV屋外配电装置 ........................................ 33

6.1.2 35kV高压开关柜 .......................................... 33 6.1.3 6KV侧开关柜 ............................................. 34

7 继电保护的设置 ..................................................... 35

7.1 电力变压器保护 ................................................ 35 7.2 母线保护 ...................................................... 36 8 变电所的防雷保护 ................................................... 37

8.1 变电所防雷概述 ................................................ 37 8.2避雷针配置 .................................................... 37 8.3 避雷针的选择 .................................................. 37 8.4 避雷器的选择 .................................................. 38 结论 ................................................................. 40 致谢 ................................................................. 41 参考文献 ............................................................. 42 附录 ................................................................. 43

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1绪论

1.1课题背景

随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。而对于煤矿的供电，保证其安全性最为重要。出于这几方面的考虑，本论文设计了一个降压变电站。

1.2设计思路

设计中首先对负荷进行了统计与计算，选出了所需的主变压器型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计。设计中还进行了短路计算和对主要高压电器设备进行了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。此外还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。

1.2.1设计内容

本设计是煤矿35KV变电站的设计，设计以“毕业设计任务书与指导书”所提供的设计要求、设计依据、设计任务为依据，结合国家近年来颁布标准规范和供电技术的最新发展，依托《工厂供电》、《电气照明》、《继电保护》的授课内容，并查阅有关图书资料进行的。是在认真执行国家技术经济政策和相关国家标准规范的前提下，进行的煤矿供电设计。通过就短路电流等选择出变压器，导线，断路器等设备的计算过程并满足保障人身，设备及建筑物安全，供电可靠，电能节约，技术先进和经济合理。本设计的主要内容包括：负荷计算；变压器的选择及连接方案；主接线方案的选择；短路电流计算；继电保护的整定；防雷接地保护等。

1.2.2设计步骤：

⑴分析原始资料，拟定出若干可行方案进行全面的技术、经济比较，确定最优主接线方案

⑵负荷计算、短路计算。

⑶主要电气设备的选择及校验，包括主变压器、厂用变压器、断路器、各种开关电

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器及导线、电缆。

⑷绘制电气主接线图和变电站平面布置图。

1.3 设计相关规范

按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《35kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：

⑴遵守规程、执行政策；

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

⑵安全可靠、先进合理；

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

⑶近期为主、考虑发展；

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

⑷全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。 工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

要求根据某煤矿的电源及用电负荷的实际情况，并适当考虑到用电负荷的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量，类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，选择开关柜，并在图纸上标出其编号，型号规格，开关柜，熔断器，导线型号规格，并按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

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2 负荷计算及无功补偿计算

企业生产所需的电能，都是由电力系统供给，并通过企业的各级变电站经过电压变换后，分配到各用电设备。进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了正确地选择企业各级变电站的变压器容量、各种企业电力设备的型号、规格以及供电网所用的导线型号等提供科学依据。

2.1 负荷统计与计算 2.1.1负荷计算的方法

由于一台设备的额定容量往往大于其实际负荷，成组设备中各负荷的功率因数

cos?不同，一般又不同时工作，最大负荷不同时出现等情况，所以难以精确地计算变电所负荷。故本设计采用了较为精确的需用系数法来进行变电所负荷计算。其计算简便，煤矿系统的供电设计目前主要采用这种方法。 需要系数法：

用电设备组的计算负荷， 是指用电设备从供电系统中取用的半小时最大负荷， 所以通常用P30表示。根据设备容量Pe，需要系数Kd，功率因数cos?，tan?

其计算公式的一般表达式为： ⑴三相用电设备组的计算负荷： 有功功率：P30?KdPe； 无功计算：Q30?P30tan?； 视在功率：S30? P30/cos? 计算电流：I30?S303UN

⑵多组用电设备的计算负荷： 总的有功计算负荷：P30?K?p?P30.i 总的无功计算负荷：Q30?K?q?Q30.i

22?Q30总的视在计算负荷：S30?P30

总的计算电流：I30?S303UN需用系数法负荷计算的步骤从负载端开始逐级上推，到电源进线为止。

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2.1.2用需要系数法计算负荷

⑴井下低压

Pe?2500kW Kd?0.75 cos??0.80 tan??0.75

P30?KdPe?0.75?2500kW?1875kW Q30?P30tan??1875kW?0.75?1406.25kvar S30?P30/cos??1875KW/0.80?2343.75kVA

IS2343.75kVA30?303U?6kV?225.53A

N3?⑵主排水泵

Pe?1000kW Kd?0.86 cos??0.80 P30?KdPe?0.86?1000kW?860kW Q30?P30tan??860kW?0.75?645kvar S30?P30/cos??860KW/0.80?1075kVA

IS301075kVA30?3U??103.44A

N3?6kV⑶机修厂

Pe?450kW Kd?0.65 cos??0.65 P30?KdPe?0.65?450kW?292.5kW Q30?P30tan??292.5kW?1.17?342.23kvar S30?P30/cos??292.5KW/0.65?450kVA

I?S30450kVA303U?3?6kV?43.30A

N⑷地面低压

Pe?980kW Kd?0.72 cos??0.75 P30?KdPe?0.72?980kW?705.6kW Q30?P30tan??705.6kW?0.88?620.93kvar S30?P30/cos??705.6KW/0.75?940.8kVA

I?S303U?940.8kVA30?90.53A

N3?6kV⑸选煤厂

Pe?1000kW Kd?0.72 cos??0.80 P30?KdPe?0.72?1000kW?720kW Q30?P30tan??720kW?0.75?540kvar S30?P30/cos??720KW/0.80?900kVA

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tan??0.75

tan??1.17

tan??0.88

tan??0.75

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I30?S303UN?900kVA?86.60A

3?6kV⑹1号风机

Pe?630kW Kd?0.88 cos??0.80 tan??0.75

P30?KdPe?0.88?630kW?554.4kW Q30?P30tan??554.4kW?0.75?415.8kvar S30?P30/cos??554.4KW/0.80?693kVA

IS30693kVA30?3U??66.68A

N3?6kV⑺2号风机

Pe?500kW Kd?0.90 cos??0.80 P30?KdPe?0.90?500kW?450kW Q30?P30tan??450kW?0.75?337.5kvar S30?P30/cos??450KW/0.80?562.5kVA

IS30562.5kVA30?3U??54.13A

N3?6kV⑻主井车房

Pe?404kW Kd?0.94 cos??0.85 P30?KdPe?0.94?404kW?379.76kW Q30?P30tan??379.76kW?0.62?235.45kvar S30?P30/cos??397.76KW/0.85?446.78kVA

IS30446.783U?kVA30?6kV?42.99A

N3?⑼副井车房

Pe?204kW Kd?0.90 cos??0.85 P30?KdPe?0.90?204kW?183.6kW Q30?P30tan??183.6kW?0.62?113.83kvar S30?P30/cos??183.6KW/0.85?216kVA

I?S303U?216kVA306kV?20.78A

N3?⑽农村用电

Pe?735kW Kd?0.50 cos??0.70 P30?KdPe?0.50?735kW?367.5kW Q30?P30tan??367.5kW?1.02?374.85kvar S30?P30/cos??367.5KW/0.70?525kVA

5

tan??0.75

tan??0.62

tan??0.62

tan??1.02

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I30?S303UN?525kVA?50.52A

3?6kV以上各计算过程即为需要系数法算出的各用电设备的计算负荷，电力负荷计算表列出如下表2-1所示。

2.1.3电力负荷计算表

表2-1煤矿各用电设备电力负荷计算表

用户名称 负荷 等级 工作 需要 功率 tan? 有功计算 无功计算视在计算 容量系数 因数负荷负荷负荷PN(KW) Kd P30(KW) Q30(Kvar) S30(KVA) 计算 电流 I30(A) 225.53 103.44 43.30 90.53 86.60 66.68 54.13 42.99 20.78 50.52 cos? 井下低压 主排水泵 机修厂 地面低压 选煤厂 1号风机 2号风机 主井车房 副井车房 农村用电 总计 2 1 3 1 2 1 1 2 1 3 2500 1000 450 980 1000 630 0.75 0.80 0.86 0.80 0.65 0.65 0.75 0.75 1.17 1875 860 292.5 705.6 720 554.4 1406.25 2343.75 645 342.23 620.93 540 415.8 1075 450 940.8 900 693 0.72 0. 75 0.88 0.72 0.80 0.88 0.80 0.75 0.75 500 0.90 0.80 0.75 450 404 204 735 0.94 0.85 0.90 0.85 0.50 0.70 0.62 0.62 1.02 337.5 562.5 446.78 216 525 379.76 235.45 183.6 367.5 113.83 374.85 8403 6388.36 5031.84 8152.83 784.5

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2.1.4总计算负荷的确定

取K?p?0.95 K?q?0.97 ⑴总的有功计算负荷为

P30?K?p?P30.i?6068.94kW ⑵总的无功计算负荷为

Q30?K?q?Q30.i?4880.88kvar

⑶总的视在计算负荷为

S30?22P30?Q30?(6068.94kW)2?(4880.88kvar)2?7788.11kVA

⑷总的计算电流为

I30?S303UN?7788.11kVA?749.41A

3?6kV2.2无功补偿计算 2.2.1 功率因数补偿

电网中功率因数的高低是关系到降低电能损耗，提高供电质量，以及运行经济效益的重要问题。用户在当地供电局规定的用电高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：

⑴高压供电的工业用户和高压侧装有带负荷调整电压装置的电力用户，功率因数应达到0.90以上；

⑵其它100kW及以上的电力用户和大，中型电力排灌站，应保证功率因数不低于0.85；

⑶趸售和农业用电，功率因数应达到0.80。

在负载有功功率不变的情况下，当功率因数降低后，则发电机和变压器的工作电流增大，使其能够输出的有功功率下降（P?S?cos?），使设备容量不能充分利用。电流增大，使电能损耗和导线截面增加（当U不变，cos??，则I?，P?I2R?），电网的初期投资和运行费用也相应提高；电流的增大，还造成发电机、变压器和网络中的电压损失增大，电动机的端电压下降，从而减小了感应电动机的起动转矩和过负荷能力，因此要提高功率因数。

提高功率因数的关键，在于如何减少电力系统中各个部分所需要的无功功率，特别是减少负载从电网中取用的无功功率，使电网在传送一定的有功功率时，尽量少输送或不输送无功功率。

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2.2.2提高功率因数的方法主要有：

⑴ 提高用电设备本身的功率因数。

在生产中，尽量采用鼠笼式异步发电机，避免电动机与变压器的转载运行；对不需调速的大型设备，尽量采用同步机，采用高压电动机等。

⑵人工补偿法。

企业为了使功率因数达到规定值以上，一般都用并联电容器的方法进行人工补偿。 并联电容器补偿法有投资少，有功功率损耗小，运行维修方便，故障范围小、无震动与噪声、安装地点灵活等优点。其缺点是只能有级调节，而不能随负荷无功功率需要的变化进行自动平滑的调节。

本设计就选择并联电力电容器作为无功补偿装置。

2.2.3并联电容器选择的主要要求

⑴并联电容器的补偿容量，应按负荷或主变压器需补偿的满足功率因数要求的最大容性无功功率或满足某点符合电压变化范围要求的容量，容量宜分别为主变压器容量的

30%以下。

⑵电容器组的分组容量应满足以下要求：

①分组装置在不同组合方式中投切时，不会引起高次谐波谐振和有危害的谐波放大。

②投切一组补偿设备所引起的变压器中压侧的线电压变化值不超过额定电压的

2.5%。

③与断路器投切电容器的能力相适应。

④不超过单台电容器的爆破容量和熔断器的耐爆容量。

2.2.4补偿容量的计算

电力用户的无功负荷进行补偿时，用户变电所所需要装设的电容器组总容量，可由用户最大负荷月的平均有功功率PP，补偿前的最大负荷月的平均功率因数cos?1，以及补偿后欲达到的平均功率因数cos?2来确定。计算公式如下：

Q?PP(tan?1?tan?2) 式中，Q—需要装设的电容器组总容量；

PP—最大负荷月的平均有功功率；

tan?1—补偿前月平均功率因数角?1的正切值； tan?2—补偿后月平均功率因数角?2的正切值；

其中PP，tan?1可由最大负荷月的有功和无功用电量求出，PP一般等于P30。

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PP?月无功电度月有功电度 tan?1?

16小时/日?30月有功电度补偿前的最大负荷月的平均功率因数：

cos?1?

1 ?Q301?()?P30补偿后欲达到的平均功率因数：

cos?2?1

?Q30?Q1?()?P30式中，?,? —有功及无功的月平均负荷系数；?=0.7，?=0.77

在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量qc来确定电容器的个数，即

N=Qc/qc

由上式计算所得的电容器个数N，对单相电容器来说，应取三的倍数，以便三相均衡分配。

建筑装设了无功补偿装置以后，则在确定补偿地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿容量，及总的无功计算负荷

Q30’= Q30- Qc

补偿后总的视在计算负荷

S30=sqar[P30+(Q30-QC)]

补偿前的功率因数cos?1?P30/S30=0.779 即为最大负荷时功率因数。根据规定：100KVA及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上，则需要添加无功补偿装置进行补偿。

2.3 无功补偿装置的选择 2.3.1补偿容量的确定

取补偿后的cos?2?0.92 则低压侧需要装设的并联电容器容量为

QC=P30*（tan?1-tan?2）=6068.94*0.379=2299.59KVar 则取QC=2300KVar，因此，无功补偿容量定为2300kvar。

2.3.2电容器数和型号的确定

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2.3.2.1并联电容器装置的分组

1分组原则

⑴对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与该设备相连接，并与该设备同时投切。

⑵配电所装设的并联电容器装置的主要目的是为了改善电网的功率因数。此时，为保证一定的功率因数，各组应能随负荷的变化实行自动投切。负荷变化不大时，可按主变压器台数分组，手动投切。

⑶终端变电所的并联电容器装置，主要是为了提高电压和补偿主变压器的无功损耗。此时，各组应能随电压波动实行自动投切。

2分组方式

并联电容器的分组方式主要有等容量分组、等差级数容量分组、总断路器的等容量分组、总断路器的等差级数容量分组。这几种方式中等容量分组方式，分组断路器不仅要满足频繁切合并联电容器的要求，而且还要满足开断短路的要求，这种分组方式应用较多，因此采用等容量分组方式。

2.3.2.2并联电容器装置的接线

并联电容器装置的接线基本形式有星形和三角形两种。经常采用的还有由星形派生出的双星形，在某种场合下，也有采用由三角形派生出的双三角形。

从《电力工程电气设计手册》（一次部分）可比较得出，应采用Y形接线，因为这种接线适用于6kV及以上的并联电容器组，并且容易布置，布置清晰。

并联电容器组装设在变电所低压侧，主要是补偿主变和负荷的无功功率，为了在发生单相接地故障时不产生零序电流，所以采用中性点不接地方式。

电容器采用双星型接线接在变电所的二次母线上，因此选择选用BWF6.3—120—1型号的并联电容器。额定电压6.3kV。额定容量120kVar,装于电容柜中，设置单独投切装置。由于电容器柜应分成相等的两组，所以每段母线上每组的电容器补偿容量应该就是Q=2300/2=1150，则每段母线上的电容器数为n=1150/120=9.58取n为整数,则n≈10，即需要电容器的个数共为20台。

2.3.3检验

补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 S’30（2）=6594.89KVA 变压器的功率损耗为

△PT=0.015*6594.89KVA=98.92KW △QT=0.06*6594.89KVA=395.69Kvar

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变电所高压侧的计算负荷为

P30’=6068.94+98.92=6167.86KW

Q30’=(4880.88-2300)kvar+395.69kvar=2976.57kvar S30’=6848.54KVA

则补偿后的功率因数为P30’/ S30’=6167.86/6848.54=0.9006达到了0.90以上，可见功率因数符合要求。

接下来，就是根据上面的一系列计算来确定主变的容量，以及变压器型号和技术参数等。

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3变压器台数和容量的选择

3.1变压器的台数

选择变压器时应考虑以下几条原则：

⑴应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所应装设两台变压器。

⑵对季节性负荷或昼夜负荷变动较而宜采用经济运行方式的变电所，可考虑采用两台变压器。

⑶负荷集中而容量相当大的变电所，既是为三级负荷，也应采用两台或多台变压器。 本次工程设计中供有大量的一二级负荷，并且有两个回路供电， 综合考虑以上原则，必须选择两台变压器。

3.2变压器的容量

装设两台主变的变电所，每台主变容量Sn·t同时满足以下两个条件： ⑴任一台变压器单独运行时能满足总计算负荷60%～70%的需要，即： Sn·t = (0.6 ~ 0.7)×7788.11KV·A = (4672.87~5451.68)kVA

⑵任一台变压器单独运行时，宜满足全部一、二负荷的需要，即： Sn·t≥S30(I+II)

经计算共有总的一二级负荷为

S30(I+II)=(343.75+1075+940.8+900+693+562.5+446.78+216)KVA=7177.83KVA

最后，综合考虑以上几个因素影响，本变电所采用2台SZ7系列8000kVA的变压器。 综上查资料可得该变电所的主变型号及主要相关参数如下所示：

表3-2主变压器技术参数

额定电压（KV） 额定容量变压器型号 （KVA） 高压 低压 连接组 标号 损耗（KW） 阻抗电空载 负载 压（％） 空载电流（％） SZ7-8000/35 8000 35 6.3 Ynd11 12.30 49.50 7.5 1.1 12

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4一次侧高压供电方案

4.1主接线方案选择原则

电气主接线是变电所电气设计的首要核心部分，也是电力构成的重要环节。电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出某种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。

变电所的主接线方案基本要求：

⑴当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。

⑵当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。 ⑶当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组接线。 ⑷为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。

⑸接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。

⑹由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。

⑺变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。

⑻当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。

对于电源进线电压为35KV的煤矿，通常是经总降压变电所直接降为6KV的电压，供煤矿内使用。必须遵守国家标准GB50053-1994《35KV及以下变电所设计规范》。

4.2装设主接线电气方案

电气主接线的基本形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。大致分为有汇流母线和无汇流母线两大类。其中有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。

4.2.1接线方式的概述

㈠有汇流母线的接线

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⑴单母线接线

高压配电所的母线，通常采用单母线制。如果是两路或以上电源进线时，则采用高压隔离开关或者高压断路器（其两侧装设隔离开关）分段的单母线制。母线采用隔离开关分段时，分段隔离开关可安装在墙上，也可采用专门的分段柜，即联络柜。

⑵双母线接线 优点：

①供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障时，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。

②调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

③扩建方便。向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。

④便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。

缺点：

①增加一组母线和使每回线路需要增加一组母线隔离开关。

②当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

适用范围：

6-10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；35KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；110-220KV配电装置，出线回路数为5回及以上时，或110-220KV配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为4回及以上时。高低压母线采用断路器分段的单母线制，母线分段开关通常闭合，并采用备用电源自动投入装置，以提高供电的可靠性。为测量、监视、保护和控制主电路设备的需要，每段母线上接电压互感器装设继电保护装置，进出线均串有电流互感器，每段母线上装设避雷器，与电压互感器同设在进线隔离柜中，共用抽屉式开关柜。 ㈡无汇流母线的接线

⑴桥式接线

桥式接线分为内桥、外桥接线两种。下对其可行性作简单比较。

①内桥接线：它由两台受电线路的断路器和内桥上的母联断路器组成。主变压器与一次母线的隔离开关联结。它的优点是切换进线方便，设备投资、占地面积相对全桥少，缺点是倒换变压器不方便，继电保护较复杂，适用于距离较长，变压器切换不很频繁的变电所。

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②外桥接线：它由主变压器一次侧两断路器和外桥上的联络短路器组成，进线由隔离开关受电。这种接线对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到全桥或单母线分段的结线，且投资少，占地面积小。缺点是倒换线路时操作不方便。所以这种接线适用于进线短而倒闸次数少的变电所，或变压器采用经济运行需要经常切换的终端变电所。

⑵其他接线方式不再赘述。

4.2.2接线方式的比较与选择

由上可知，此变电所主接线的接线有三种方案。

方案1：35kV侧采用单母线接线，6kV侧采用单母线分段。接线如下图4-2-1示。

进线 进线 #1 #2#1进线#2进线 图4-2-1 电气主接线方案1图

方案1中35kV侧采用的单母线接线，接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。6kV采用单母线分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。

方案2：35kV侧采用单母线接线，6kV侧采用双母线接线。接线如下图4-2-2示。

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b a 图4-2-2 电气主接线方案2图

方案2中6kV侧通过双母线虽然可以使供电更可靠，调度更加灵活，，但每增加一组母线就使每回路需要增加一组母线隔离开关，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。并且，该变电所的负荷大部分为一级、二级负荷，没必要增加投资选择双母线接线。

方案3：35KV采用单母线分段接线，6KV侧也采用单母线分段接线方式。具体的该方案的接线图就不再赘述。

通过比较可以得知还是选择方案3比较合适，即35kV侧采用单母线分段接线，6kV侧也采用单母线分段接线方式，这样很好的保证了供电的可靠和安全性。

综上所述，变电所的电气主接线如下图4-2-3所示：

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图4-2-3变电站主接线图

4.3短路电流计算

产生短路的原因 ：

短路发生的主要原因是系统中某一部位的绝缘遭到破坏。绝缘遭到破坏的原因有很多，根据长期的事故统计分析，主要有以下一些原因：

⑴雷击或高电位侵入； ⑵绝缘老化或外界机械损伤； ⑶误操作；

⑷动、植物造成的短路。 短路的危害：

⑴短路电流IK远大于正常工作电流，短路电流产生的力效应和热效应足以使设 备受到破坏；

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⑵短路点附近母线电压严重下降，使接在母线上的其他回路电压严重低于正常电压，会影响电气设备的正常工作，甚至可能造成电机烧毁等事故；

⑶短路点处可能产生电弧，电弧高温对人身安全及环境安全带来危害。如误操作隔离开关产生的电弧常会使操作者严重灼伤，低压配电系统的不稳定电弧短路可能 引起火灾等；

⑷不对称短路可能在系统中产生复杂的电磁过程，从而产生过电压等新的危害； ⑸不对称短路使磁场不平衡，会影响通信系统和电子设备的正常工作，造成空 间电磁污染。

一般规定： ⑴计算的基本情况。

①电力系统中所有电源均在额定负荷下进行。

②所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强励装置）。 ③短路发生在短路电流最大值的瞬间。

④应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电流。 ⑵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，而不能用在仅切换过程中可能并联运行的接线方式；

⑶计算容量。应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划； ⑷短路的种类。对中性点接地系统，可能发生的短路类型有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。对中性点不接地系统，短路类型有：三相短路和两相短路。 据统计，从短路类型来看，单相短路或接地短路发生率最高；从短路发生的部位来看，线路（尤其是架空线路）上发生短路或接地比例最大。我国的中压系统采用中 性点不接地系统，主要就是为了避免单相接地造成的停电事故。

4.3.1短路电流计算的目的及方法

目的：短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。同时供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。为了消除或减轻短路的后果，就需要计算短路电流，以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。

可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大。只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。在计算高压电器中的短路电流时，只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗，而忽略其电阻；对于架空线和电缆，只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻，一般也只计电抗而忽略电阻。

方法：进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算

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所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。

4.3.２采用标幺制法进行短路计算

⑴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，而不能用仅在切换过程中可能并联运行的接线方式。 ⑵计算容量 ⑶短路点的种类

一般按三相短路计算，若发电机的两相短路时，中性点有接地系统的以及自耦变压器的回路中发生单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的时候进行计算。

⑷短路点位置的选择

短路电流的计算，为选择电气设备提供依据，使所选的电气设备能在各种情况下正常运行，因此短路点的选择应考虑到电器可能通过的最大短路电流。取最严重的短路情况分别在6kV侧的母线和35kV侧的母线上发生短路情况（点a和点b发生短路），则选择这两处做短路计算。该设计的短路计算电路如下图4-3所示。

图４-3 短路计算电路

根据设备的选择和继电保护的要求选择短路计算点，一般选择在线路的始末端，求

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变电所高压35kV母线上ｂ点短路和低压6KV母线上ａ点短路的三相短路电流和短路容量。

变压器容量：8000kvA，Y，d11 接线，短路阻抗Uk%=7.5。

设本系统为无限大容量电力系统。短路点的短路计算电压（平均额定电压）通常取为比线路额定电压UN高5%，则本设计中有UC1=37KV UC2=6.3KV

⑴确定基准值：

工程设计通常取Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc,则有Ud1?37kV,Ud2?6.3kV，

SdSd100MVA100MVAId1???1.56kA,Id2???9.16kA，

3?Ud13?37KV3?Ud23?6.3KV⑵计算短路电路中各元件的电抗标么值为：

①电力系统电抗标幺值：由工厂供电表查得LW8-35型断路器的额定断流容量

SOC=1500MVA，因此

X*1?Sd100MVA??0.067 SOC1500MVA②线路电抗标幺值：由工厂供电表查得X0?0.40?/km，因此 X*2=0.40*5Km*100MVA/(37*37KV)=0.146 ③电力变压器电抗标幺值： 由工厂供电表查得UK%=7.5，因此

UK%Sd7.5?100?103kVAX3*?X4*???0.9375

100SN100?8000kVA

⑶计算ｂ点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量： 等效电路图如下图所示：

E1X12b

图４-3-1 35kV侧短路等效简化图

①总电抗标幺值

???0.067+0.146=0.213 X?(K?1)?X1?X2?②三相短路电流周期分量有效值 I(3)K-1=1.56KA/0.213=7.32KA ③短路冲击电流，最大有效值电流

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I’’(3)=I∞(3)= I(3)K-1=7.32KA ish(3)=2.55*7.32KA=18.67KA Ish(3)=1.51*7.32KA=11.05KA ④三相短路容量

S(3)k-1=100MVA/0.213=469.48MVA

⑷计算ａ点的短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量。 线路等效图如下图所示：

E1 E2X1X2XTXTa 图４-3-2 6kV侧短路等效图

①总电抗标幺值

?X?(K?2)?X*1+X*2+X*3//X*4=0.067+0.146+0.9375/2=0.68

②三相短路电流周期分量有效值 I(3)K-2=9.16KA/0.68=13.47KA

③短路冲击电流，最大有效值电流和短路容量 I’’(3)=I∞(3)= I(3)K-2=13.47KA ish(3)=1.84*13.47KA=24.78KA Ish(3)=1.51*13.47KA=14.68KA ④三相短路容量

S(3)k-2=100MVA/0.68=147.06MVA 短路计算结果如表4-2所示：

表4-2短路计算结果表 短路点编号 ｂ ａ

短路点额定电压 UN/kV 35 6 平均工作电压 Uav/kV 37 6.3 短路电流周期分量有效值 IK/kA 7.32 13.47 21

(3)短路点冲击电流 短路容量 有效值 最大值 I?/kA 7.32 13.47 Ish/kA 11.05 14.68 ish/kA 18.67 24.78 SK/MVA 469.48 147.06

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5电气设备选型及校验

5.1高压设备的选择及校验 5.1.1一般要求和基本原则

⑴应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要； ⑵应按当地环境条件校核； ⑶应力求技术先进和经济合理； ⑷选择导体时应尽量减少品种；

⑸扩建工程应尽量使新老设备的型号一致；

⑹选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 按正常工作条件选择导体和电气设备： ⑴电压：

所选电器和电缆允许最高工作电压UN不得低于回路所接电网的最高运行电压UNS即 UNS?UN

一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为1.15UN，而实际电网运行的UNS一般不超过1.1UN。

⑵电流

导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q 0下，导体和电器的长期允许电流Ie应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax。即

Igmax?Ie

由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Igmax = 1.05 Ie（Ie为电器额定电流）。

Igmax?⑶按当地环境条件校核

1.05?SN 3UN当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q 0不等时，其长期允许电流I可按下式修正

Ial??al???I

?al??0e?al—导体或电气设备长期发热允许温度

我国目前生产的电气设备的额定环境温度?0=40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。

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5.1.2 电气设备选择的技术条件

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 ⑴电压

选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug，即 Umax?Ug ⑵电流

选用的电器额定电流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

由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。

⑶机械荷载

所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。 2短路稳定条件 ⑴校验的一般原则

① 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。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，应按严重情况校验。

② 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。

⑵短路的热稳定条件

It2t?Qk

式中Qk—在计算时间ts秒内，短路电流的热效应（kA2*S）；

It—t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）； t—设备允许通过的热稳定电流时间（s）。 ⑶短路的动稳定条件

ish?idf Ish?Idf

式中ish—短路冲击电流峰值（kA）； Ish—短路全电流有效值（kA）；

idf—电器允许的极限通过电流峰值（kA）；

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3绝缘水平

在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。

表５-１ 选择高压电器应校验的项目表 项目 断路器 负荷开关 隔离开关 熔断器 电抗器 电流互感器 电压互感器 支柱绝缘子 母线 消弧线圈 避雷器 电压 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 电流 ? ? ? ? ? ? ? ? 断流容量 ? ? ? 短路电流校验 动稳定 热稳定 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 表中?为应进行校验的项目

5.1.3电气设备选择的环境条件

按《交流高压电器在长期工作时的发热》（GB763-74）的规定，普通高压电器在环境最高温度为+40?C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?C（但不高于+60?C）时，每增高1?C，建议额定电流减少1.8%；当低于+40?C时，每降低1?C，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%。普通高压电器一般可在环境最低温度为-30?C时正常运行。在高寒地区，应选择能适应环境温度为-40?C的高寒电器。在年最高温度超过40?C，而长期处于低湿度的干热地区，应选用型号带“TA”字样的干热带型产品。

综上，本次设计的变电所所在地区的电器设备可正常运行。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：

① 用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 ② 采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定；电缆有足够的强度，亦可不校动稳定。

③ 装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。

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5.2 断路器隔离开关的选择 5.2.1对高压断路器的基本要求

断路器能在负荷的情况下接通或断开电路，在系统发生短路故障时能迅速切断短路电流，保证无故障部分正常运行，起着保护作用，断路器具有专用灭弧装置。高压断路器按灭弧和绝缘介质情况可分为充油、充气、磁吹、真空等；按其油量可分为少油和多

⑴工作可靠。断路器应能在规定的运行条件下长期可靠地工作，并能在正常和故障情况下准确无误的完成关合和开断电路的指令，其拒动或误动都将造成严重的后果。

⑵具有足够的开断能力。断路器的开断能力是指能够安全切断最大短路电流的能力，它主要决定于断路器的灭弧性能，并保证具有足够的热稳定和动稳定。开断能力的不足可能发生触头跳开后电弧长期的续燃，导致断路器本身爆炸飞狐，引起事故扩大的严重后果。

⑶动作快速。在电路发生故障时，快速的切除故障电路，不仅能缩短电力网的故障时间和减轻巨大短路电流对电气设备的损害，而且能增加电力系统的稳定性，提高系统的供电可靠性。

⑷具有自动重合闸性能、输电线路的短路故障大多都是临时性的。为了提高电力系统运行的稳定性和供电可靠性，线路保护多采用自动重合闸方式，即在发生短路故障时，继电保护动作使断路器跳闸，切除故障点的短路电流，经很短时间后断路器又自动重合闸，恢复正常供电。若故障仍存在，则断路器必须立即跳闸，再次切断短路电流，这要求断路器在第一次大电流灭弧后很快恢复灭弧能力，完成后续次的灭弧。

⑸结构简单，经济合理。在满足安全、可靠的同时，还应考虑到经济性，故要求断路器的结构力求简单、尺寸小、重量轻、价格合理。

油两类。断路器在电路中担负特别重要的任务，必须满足一下基本要求：

5.2.2设备的选择

⑴35kV侧进线断路器、隔离开关的选择 ①断路器的选择

流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流

Imax?(2?SN)/3UN =2*8000/(√3*35)=263.93A 额定电压选择 UN?Ug?35kV 额定电流选择 IN?Imax?263.93A

(3) 开断电流选择 INbr?IK?7.32kA

本设计中35kV侧采用SF6断路器，因为与传统的断路器相比，SF6断路器采用SF6

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气体作为绝缘和灭弧介质，这种断路器具有断口耐压高，允许的开断次数多，检修时间长，开断电流大，灭弧时间短，操作时噪声小，寿命长等优点。因此可选用LW8—35型户外高压SF6断路器。

选用的断路器额定电压为35kV，最高工作电压为40.5kV，系统电压35kV满足要求。 选用的断路器额定电流1600A，去除1.8%的温度影响为1571A，大于最大持续工作电流，满足要求。

选用的断路器额定短路开断电流31.5kA，大于短路电流周期分量有效值7.32kA，满足要求。

热稳定校验。由《电力工程电气设计手册电气一次部分》知，选用高速断路器，取继电保护装置保护动作时间0.6S，断路器分断时间0.03S，则校验热效应计算时间为

2220.63S（后面热稳定校验时间一样）。因此Qk=I?t=7.32?0.63=33.76[（kA）S]。电气

设备It2t=31.52?4=3969[（kA）2S]。满足要求。

表５-2-1 LW8—35具体参数比较表 计算数据 LW8—35 35kV 263.93A 7.32kA 18.67kA 33.76[（kA）S] 2Ug Imax UN IN INbr 35kV 1600A 31.5kA 80kA 3969[（kA）S] 2I(3k) ish Qk idf It2t ②隔离开关的选择

隔离开关选择GW14—35/630型号隔离开关

选用的隔离开关额定电压为35kV，系统电压35kV满足要求。

选用的断路器额定电流630A，去除1.8%的温度影响为618.7A，大于最大持续工作电流，满足要求。

动稳定校验ish=18.67kA

热稳定校验Qk=33.76[（kA）2S]，设备It2t=162?4=1024[（kA）2S]，满足要求。

表５-2-2 GW14—35/630具体参数比较表 计算数据 GW14—35/630 Ug Imax 35kV 263.93A 18.67kA 33.76[（kA）S] 2UN IN 35kV 630A 40kA 1024[（kA）S] 2ish Qk idf It2t ⑵35kV主变压器侧断路器、隔离开关的选择 流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流

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=138.56A /3?35）Imax?(1.05?SN)/3UN =1.05?8000（ 额定电压选择 UN?Ug?35kV 额定电流选择 IN?Imax?138.56A

(3) 开断电流选择 INbr?IK?7.32kA

由上面表格知LW8—35型断路器和GW14—35/630型隔离开关同样满足主变侧断路器和隔离开关的要求，动、热稳定校验也一样，考虑今后便于安装、调试和检修，同电压等级侧均选用同一型号的断路器和隔离开关。这也满足了选择设备同类设备应尽量较少品种的原则。

⑶6kV侧断路器、隔离开关的选择

?断路器的选择

流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流

=1539.60A /3?6）Imax?(2?SN)/3UN=2?8000（ 额定电压选择 UN?Ug?6kV 额定电流选择 IN?Imax?1539.60A

(3) 开断电流选择 INbr?IK?13.47kA

6kV侧选用DTV2-12型真空断路器

选用的断路器额定电压为7.2kV，系统电压6kV满足要求。

选用的断路器额定电流1600A，去除1.8%的温度影响为1571A，大于最大持续工作电流，满足要求。

选用的断路器额定短路开断电流25kA，大于短路电流周期分量有效值13.47kA，满足要求。

动稳定校验。ish =24.78kA

222热稳定校验。Qk=I?（kA）S]。电气设备It2t=202?4=1600[（kA）t=13.47?0.63=114.31[2

S]。满足要求。

表5-2-3 DTV2-12具体参数比较表 计算数据 DTV2-12 7.2kV 1600A 25kA 50kA 1600[（kA）S] 2Ug Imax 6kV 1539.60A 13.47kA 24.78kA 114.31[（kA）S] 2UN IN INbr I(3k) ish Qk idf It2t

?隔离开关的选择

隔离开关选择GN8—6型隔离开关

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选用的隔离开关额定电压6kV，系统电压6kV，满足要求。

选用的隔离开关额定电流2000A，去除1.8%的温度影响为1964A，大于最大持续工作电流，满足要求。

22热稳定校验。Qk=I?（kA）S]。电气设备It2t=402?4=6400[（kA）t=13.472?0.63=114.31[2

S]。满足要求。

表5-2-4 GN8—6具体参数比较表 计算数据 GN8—6 6kV 2000A 100kA 6400[（kA）S] 2Ug Imax 6kV 1539.60A 24.78kA 114.31[（kA）S] 2UN IN ish Qk idf It2t 5.3熔断器的选择 5.3.1 熔断器概述

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和短路电流的损害。熔断器的主要元件是一种易于熔断的熔断体，简称熔体，当通过熔体的电流达到或超过一定值时，由于熔体本身产生的热量，使其温度升高，达到金属的熔点时，熔断切除电源，因而完成过载电流或短路电流的保护。

按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌开式、屋内式。

对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压，额定电流必须大于回路的最大工作持续电流，开断电流必须大于或等于短路冲击电流。在本站中，熔断器只用于保护电压互感器 ，其只需按额定电压及断流容量两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。

5.3.2 35kV侧熔断器的选择

选择RW5—35/600型跌开式熔断器，额定电压35kV，满足要求，断流容量600MVA，需加一定的限流电阻方满足要求。最大开断电流100kA，大于短路冲击电流34.0291kA，满足校验。

5.3.3 ６kV侧熔断器的选择

选择RN2—6/0.5型户内熔断器，额定电压6kV，满足要求，断流容量1000MVA，大于短路容量162.1429MVA，满足要求。最大开断电流85kA，大于短路冲击电流22.7346kA，

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满足校验。

５.4 互感器的选择 ５.4.1 电流互感器的选择

⑴电流互感器选择的原则

电流互感器的选择应满足变电所中电气设备的继电保护、自动装置、测量仪表及电能计量的要求。

选择的电流互感器一次回路允许最高工作电压Umax应大于或等于该回路的最高运行电压，即

Umax?Ug

式中Umax—电流互感器最高电压，单位为kV； Ug—回路工作电压，即系统标称电压，单位kV。

电流互感器的一次额定电流有：5、10、15、20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000、12000A等。其一次侧额定电流应尽量选择得比回路正常工作电流大1/3以上，以保证测量仪表的最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。二次额定电流有5A和1A两种，强电系统一般选5A，弱电系统一般选用1A。

电流互感器动稳定可按来下式校验

imax?ish

式中imax—为电流互感器允许通过的最大动稳定电流，单位kA；

ish —系统短路冲击电流，单位kA 。

电流互感器短时热稳定应大于或等于系统短路时的短时热稳定电流。 ⑵35kV侧电流互感器的选择

35kV 级电流互感器分为户外型和户内型两类。户外电流互感器，一般选用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用LB系列、LABN系列。选用LCZ—35(Q)型浇注绝缘加强型电流互感器，作为保护、测量、计算之用。

电流互感器额定电压为42kV，大于系统标称电压35kV。额定二次电流5A. 主变进线电流为129.90A，额定一次电流选用600A，大于主变电流。

选用LCZ—35（Q）型电流互感器，0.2级25VA为计量，0.5级40VA为测量，10P15级50VA为保护。

动稳定校验，电流互感器动稳定电流为120kA,大于短路冲击电流34.0291kA,满足要求。

222热稳定校验，电流互感器的热稳定，Qk=I?t=7.32?0.63=33.76[（kA）S]。电气设

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备It2t=482?1?2304 [（kA）2S]。满足要求。

⑶6kV侧电流互感器的选择

6kV进线选用LQZBJ—10型电流互感器。额定电压10kV，最高工作电压11.5kV，大于系统标称电压6kV，额定电流1500A ，大于6kV侧负荷电流866.03A，满足要求。额定二次电流为5A。电流互感器额定动稳定电流140kA，大于6kV侧三相短路冲击电流

22222.7346kA。热稳定校验Qk=I?t=13.47?0.63=114.31[（kA）S]。电气设备

It2t=632?1?3969 [（kA）S]，满足要求。故选择的电流互感器满足要求。

2

5.4.2 电压互感器的选择

⑴电压互感器选择的原则

电压互感器正常工作条件时，按一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级、机械荷载条件选择。

35—110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。目前采用电容式电压互感器，实现无油化运行，减少电磁谐振。

⑵35kV侧电压互感器的选择

选择JDZXF9—35型电压互感器，该系列电压互感器为全封闭环氧树脂浇注绝缘结构。额定电压35/3/0.1/3/0.1/3/0.1/3，额定负载100VA/150VA/300VA，准确级0.2/0.5/6P，适于在额定频率为50HZ、额定电压35kV的户内电力系统中，做电压、电能测量及继电保护用。

⑶6kV侧电压互感器

选择JDZ(X)- 6型，该系列电压器适用于额定频率50HZ，额定电压3、6、10kV，供中性点非有效接地的户内电力系统做电压、电能测量机继电保护用。

5.5母线的选择及校验

5.5.1 母线导体选择的一般要求

1一般要求

裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择或校验： ⑴工作电流； ⑵经济电流密度； ⑶电晕；

⑷动稳定或机械强度； ⑸热稳定。

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裸导体尚应按下列使用环境条件校验： ⑴环境温度；⑵日照；⑶风速；⑷海拔高度。 2按回路持续工作电流

Ixu?Ig

Ig—导体回路持续工作电流，单位为A；

Ixu—相应于导体在某一运行温度、环境条件及安装方式下长期允许的载流量，单位为A。

3按经济电流密度选择

一般母线较长，负荷较大，在综合考虑减少母线的电能损耗。减少投资和节约有色金属的情况下，应以经济电流密度选择母线截面。可按下式计算，即

Ip Sj?

j其中Sj—经济截面，单位为mm2； Ip—回路持续工作电流，单位为A；

j—经济电流密度，单位为A/ mm2。

5.5.2 35kV母线的选择

35kV的长期工作持续电流

Imax?(2?SN)/3UN=2?8000/(3?35)?263.93A

35kV主母线一般选用矩形的硬母线，选择LMY—100?6立放矩形铝母线。 校验：①该母线+400C时长期允许电流为1155A，母线平放时乘以0.95，则经计算允许电流为1097A，满足35kV主母线持续电流263.93A的要求。

②热稳定要求最小截面

Smin?

?7.320.2?103?37.63mm2 87I?Cta?103

由上可知选择LMY—100?6矩形母线截面大于热稳定要求最小截面37.63mm2，故满足要求。

在选择35kV主变进线时往往选用钢芯铝绞线，选择LGJ—150/20型钢芯铝绞线，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。环境温度为+400C时，长期允许载流量计算，即

I?0.81?Ixu?0.81?469?379.89A（0.81为温度修正系数） 由最大负荷利用小时数为T=4800H，查曲线得j=1.11A/mm2。经济截面

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Sj?Ijj?129.90?117.03mm2，经济输送电流Ij?jSj?1.11?150?166.5A,经济输送容1.11量S?3UNIj?3?35?166.5?10.09MVA，都大于35kV主变的持续工作电流和容量。满足经济运行的要求。

5.5.3 6kV母线的选择

6kV母线长期工作电流

=1539.6A /3?6）Imax?(2?SN)/3UN=2?8000（选用LMY—120?10型立放矩形铝母线。

校验:①该母线长期允许电流为1680A,母线平放乘以0.95,则允许电流为1596A，满足要求。

②热稳定要求最小截面Smin?45.83mm2，选择的LMY—120?10型矩形母线截面大于热稳定最小截面要求45.83mm2，故满足要求。

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6 配电装置的选择

6.1 配电装置概述

配电装置是变电所的重要组成部分，配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建成的总体装置。其作用是正常运行情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维持系统正常运行。为此，配电装置应满足下述基本要求。

保证运行可靠；便于操作、巡视和检修；保证工作人员的安全；力求提高经济性；具有扩建的可能。

6.1.1 35kV屋外配电装置

本设计的35kV配电装置采用户外半高型布置，变压器户外布置。

屋外配电装置将所有电气设备和母线都装设在露天的基础、支架或构架上。屋外配电装置的结构形式，除与电气主接线、电压等级和电气设备类型有密切关系外，还与地形地势有关。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。

半高型配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置，其占地面积比普通中型较少30%。半高型配电装置介于高型和中型之间，具有两者的优点，除母线隔离开关外，其余部分与中型布置基本相同，运行维护较方便。

6.1.2 35kV高压开关柜

按照电气主接线的标准配置或用户的具体要求，将同一功能回路的开关电器、测量仪表、保护电器和辅助设备都组装在全封闭或半封闭的金属壳（柜）体内，形成标准模块，由制造厂按主接线成套供应，各模块现场装配而成的配电装置称为成套配电装置。

成套配电装置分为低压配电屏（或开关柜）、高压开关柜和SF6全封闭组合电器三类。 选用箱式气体绝缘金属封闭开关设备XGN46-40.5(Z)/T1250-25型移开式的高压开关柜， XGN46－40.5箱式气体绝缘金属封闭开关设备（俗称充气柜）是40.5kV三相交流50Hz单母线及单母线分段系统的成套配电装置。主要用于输配电系统以接受及分配电能以及高湿度（或凝露）、高海拔，污秽等环境条件下，实行控制、保护、监测。与其它产品相比在可靠性、小型化、经济性、适用性、安全性等方面具有显著的优越性。该型开关柜用于35kV三相交流50Hz系统中作为接受和分配电能之用，特别适用于频繁

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操作的场合。开关柜符合国家标准GB 3906—1991《3—35kV交流金属封闭式开关设备》及国际电工委员会标准IEC 298的要求，并且有“五防”闭锁功能—防止误分、合断路器，防止带负荷分、合隔离开关，防止带电挂地线，防止带地线合闸、防止误入带电间隔。

表6-1主要技术参数 项 目 单位 额定电压 kV 额定电流 A 额定短路开断电流(有效值) kA 额定动稳定电流 额定热稳定电流（4s） 对地、相间及断路器 kV 额定绝额定短时工频耐受电压 断口 缘水平 隔离断口 额定雷电冲击耐受电压 对地、相间及断路器断口 隔离断口 215 高压部分箱体 防护等级 机械操作及低压箱体

参数 40.5 2000 31.5 80 31.5 95 110 185 IP65 IP3X 6.1.3 6KV侧开关柜

GG-1A（F）防误型高压开关柜适用于50HZ，电压3~10KV三相单母线或单母线加旁路系统。可供工矿企业，变、配电站作为接受和分配电能之用。并具有“五防”闭锁功能。高压开关柜基本技术参数1）额定频率：50HZ；2）额定电压：10KV；3）额定电流：3150A/1250A。

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7 继电保护的设置

7.1 电力变压器保护 7.1.1 电力变压器保护概述

变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。邮箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路以及接地短路。对于变压器发生的各种故障，保护装置应能尽快地将变压器切除。实践表明，变压器套管和引出线的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障形式；而变压器邮箱内发生相间短路的情况比较少。

电流差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛地用作变压器的主保护。

7.1.2 电力变压器差动保护接线

对于三相变压器，且采用Y，d11的接线方式，由于Y侧采用了两相电流差，该侧流入差动继电器的电流增加了3倍。为了保证正常运行及外部故障情况下差动回路没有电流，该侧电流互感器的变比也要增加3倍，即两侧电流互感器变比的选择应该满足

nTA2nT ?nTA13变压器两侧电流互感器采取不同的接线方式，Y侧采用Y，d11接线方式，将两相电流差接入差动继电器内，d侧采用Y，d12的接线方式，将各相电流直接接入差动继电器内。对于数字式差动保护，一般将Y侧的三相电流直接接入保护装置内，由计算机的软件实现功能，以简化接线。

7.1.3变压器瓦斯保护

电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器邮箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。

瓦斯保护的主要元件时气体继电器，它安装在邮箱和油枕之间的连接管道上。变压器发生轻微故障时，邮箱内产生的气体较少且速度慢，由于油枕处在邮箱的上方，气体沿管道上升，使气体继电器内的油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，发出警告信号。发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部

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压力升高，迫使变压器油从邮箱经过管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到的油速达到动作门槛时，重瓦斯保护，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器，以防事故扩大。

7.1.4过电流保护

变压器的主保护通常采用差动保护和瓦斯保护。除了主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护。后备保护的作用是为了防止由外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（母线或线路）保护的后备以及在可能的条件下作为变压器内部故障时主保护的后备。变压器的相间短路后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等，也有采用阻抗保护作为后备保护的情况。

对于过电流保护，保护动作后，跳开变压器两侧的断路器。保护的启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定。

7.2 母线保护

发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。

母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障。母线短路故障类型的比例与输电线路不同。在输电线路的短路故障中，单相接地故障约占故障总数的80%以上。而在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。

一般来说，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。如利用变压器过流保护使变压器断路器跳闸予以切除。

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