35KV电气设计

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。

本设计为35KV变电所电气部分的一次设计，变电所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。主要内容包括:负荷计算及无功补偿，确定变压器的型式，变电所的主接线方案，短流电路计算，主要用电设备选择和校验，变电所整定继电保护和防雷保护及接地装置的计算等。

电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线的拟订直接关系着全站电气设备的选择、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。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为35kV和10kV二个电压等级。各个电压等级分别采用单母线不分段接线、单母线分段接线、单母线分段带旁路接线。

关键词：变电所；电气主接线；电气设备；继电保护

目 录

1 引言............................................................. 1

1.1 设计目的 ................................................... 1 1.2 设计意义 ................................................... 1 1.3 设计内容及要求 ............................................. 1 2 主接线的选择..................................................... 2

2.1 主接线的设计原则及要求 ..................................... 2 2.2 主接线的基本接线形式 ....................................... 2 2.3 电气主接线方案的选择 ....................................... 2 3 负荷分析计算..................................................... 5

3.1 电力负荷的概述 ............................................. 5 3.2 电力负荷分类的方法 ......................................... 5 3.3 电力系统负荷的确定 ......................................... 6 3.4 负荷计算 ................................................... 6 4 变电站主变压器的选择............................................. 7

4.1 变压器的选取原则 ........................................... 7 4.2 变电站变压器台数的选择 ..................................... 7 4.3 主变压器容量的确定原则和计算 ............................... 7 4.4 主变压器绕组数的确定 ....................................... 8 4.5 主变压器形式的选择 ......................................... 8 5 短路电流的计算.................................................. 10

5.1 短路电流的概述 ............................................ 10 5.2 计算短路电流的目的 ........................................ 10 5.3 短路电流实用计算的基本假设 ................................ 11 5.4 短路电流的计算步骤 ........................................ 11 5.4.1 10kV侧短路电流的计算.................................... 11 5.4.2 35kV侧短路电流的计算.................................... 13 6 设备的选择与校验................................................ 14

6.1 电气设备的选择条件 ........................................ 14 6.2 断路器的基本要求和选择条件 ................................ 14

6.2.1 35kV侧断路器、隔离开关的选择............................ 14 6.2.2 10kV侧断路器、隔离开关的选择............................ 16 6.3 电流互感器的选择 .......................................... 17 6.4 电压互感器的选择 .......................................... 18 7 无功补偿........................................................ 19

7.1 无功补偿装置的概述 ........................................ 19 7.2 无功补偿装置的种类 ........................................ 19 7.3 无功补偿的计算 ............................................ 20 8 防雷接地设计.................................................... 21

8.1 防雷保护的必要 ............................................ 21 8.2 变电所中可能出现大气过电压的种类 .......................... 21 8.3 雷电波的危害 .............................................. 21 8.4 变电所防雷接线的基本方式 .................................. 21 9 设计总结........................................................ 22 参考文献........................................................... 23

1 引言

1.1 设计目的

变电所作为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。对其进行设计势在必行，合理的变电所不仅能充分地满足当地的供电需求，还能有效地减少投资和资源浪费。变电所的设计内容比较多，范围广，不同电压等级和类型的变电所在设计时所考虑的侧重点是不一样的。因此在设计过程中要针对变电站的规模和形式进行分析以确定出最佳方案。

1.2 设计意义

电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电

能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。

我国电网的发展历程与国际上主要国家和地区有相似之处，但也有自身的突出特点。展望未来，我国电网发展必须满足社会的可持续发展、跨区域电流持续扩大等客观要求。构建安全可靠、经济高效的电网。

1.3 设计内容及要求

针对35KV变电站的一次部分的电气设计，经系统规划设计，变电站规模与系统参数如下： 1、变电站规模

设主变为2台(2*20MV)，变比为35/10kV。35kV出线4回,10kV出线共8回。 2、系统参数

35KV侧：最大负荷12MW，最小负荷5MW，系统负荷功率因数为0.9，最大负荷利用小时数为5700小时，同时率为0.9。

10kV侧：最大负荷10.5MW， 最小负荷4.3MW,负荷功率因数为0.8，最大负荷利用小时数为5000小时，同时率为0.9。

3、环境条件： 1)、最高：40℃ 2)、最低：-40℃。 3)、平均气温+15 4）、日温差：25K，32K。 5)、海拔：≥1500M。 6）、风速：35M/S

本次设计根据一般变电所设计的步骤进行设计，包括负荷统计，变电所主接线设计，主变选择，主接线选择，短路电流计算，电气设备选择，继电保护，防雷保护措施等几大块,能满足一般变电所的需求。

1

2 主接线的选择

2.1 主接线的设计原则及要求

发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。电气主接线的设计是发电厂或变电所电气设计的主体，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。在满足各项技术要求的前提下，兼顾经济运行、维护方便、节约投资、坚持可靠先进、适用、经济、美观的原则和基础。

根据我国能源部关于《220-500kV变电所设计技术规程》SDJ2-88规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。”因此对主接线的设计要求可以归纳为三点：供电可靠性、灵活性、经济性。

2.2 主接线的基本接线形式

（1）有汇流母线：单母线接线及单母线分段接线；双母线接线及双母线分段接线；带旁路母线的单母线和双母线接线。

（2）无汇流母线：桥形接线；角形接线；单元接线。

2.3 电气主接线方案的选择

（1）35kV侧主接线的设计： 将35kV侧设计规模为进线2回，出线2回，最终出线四回。由《电力工程电气设计手册》可知：当35—63kV配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接。

故35kV可采用单母分段连接方式。 （2）10kV侧主接线的设计：

由原始资料知，10kV侧设计规模为进线2回，出线8回。

由《电力工程电气设计手册》可知：当6-10kV配电装置出线回路数为6回及以上时，采用单母分段连接；当负荷较大、短路电流较大、出线需要带电抗器时可采用双母线接线。

故10kV可采用单母分段连接方式，也可采用双母线连接方式。

2.4 电气主接线方案的比较

方案一：35kV和10kV侧均采用单母分段接线方式；

2

方案二：35kV侧采用单母分段接线方式，10kV侧采用双母线接线方式。

图2.1 方案一电气接线图

图2.2 方案二电气接线图

3

方案二与方案一相比较：方案一接线简单，供电可靠，高度灵活，操作方便，设备少，经济性好，并且母线便于向两端延伸，便于扩建，对于重要的用户可以从不同的段引出两个回路，当一段线路发生故障时，分段断路器可以自动将故障切除，保证正常母线的供电。该方案兼顾了可靠性，经济性和灵活性的要求。而方案二，虽然供电更加可靠，高度更灵活，但是设备增多，投资大，占地面积大，操作复杂，配电装置布置复杂。

故选用方案一，35kV和10kV侧都采用单线分段接线方式。 选用方案的主接线图如图2.1。

4

3 负荷分析计算

3.1 电力负荷的概述

根据用电的重要性和突然中断供电造成的损失程度可以将负荷分为以下三类：

(1)一类负荷

一类负荷，又称为一级负荷，是指突然中断供电将造成人身伤亡或引起对周围环境的严重污染，造成经济上的巨大损失。如重要大型设备损失、重要产品或重要原料生产的产品大量报废、连续生产过程被打乱且需要长时间才能恢复、造成社会秩序严重混乱或产生政治上的重大影响、重要的交通和通讯枢纽中断、国际社交场所没有照明等。 (2)二类负荷

二类负荷，又称为二级负荷，是指突然中断供电会造成经济上的较大损失。如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产、连续生产过程需要较长时间才能恢复、造成社会秩序混乱、在政治上产生较大影响、交通和通讯枢纽以及城市供水中断、广播电视、商贸中心被迫停止运营等。 (3)三类负荷

三类负荷，又称为三级负荷，是指不属于以上一类和二类负荷的其他用电负荷。对于这类负荷，供电所所造成的损失不大或不会直接造成损失。

用电负荷的分类，其主要目的是确定供电工程设计和建设的标准，保证建成投入运行工程供电的可靠性，能满足生产或社会安定的需要。对于一级负荷的用电设备，应有两个及以上的独立电源供电，并辅之一其他必要的非电保安设施。二级负荷应由两回线供电，但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。这次设计的变电所所带的负荷均为三级负荷，因此可以用单回线路供电。

3.2 电力负荷分类方法

1)按用电的部门属性的划分：工业用电，农业，交通；

2)按使用电力目的划分：动力用电，照明用电，电热用电，各种电气设备仪器的操作控制用电及通信用电；

3)按用电用户的重要性划分：一类负荷，二类负荷和三类负荷； 4)按负荷的大小划分：最大负荷，平均负荷，最小负荷。

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3.3 电力系统负荷的确定

对于选择变电站主变压器容量，电源布点以及电力网的接线方案设计等，都是非常重要的，电力负荷应在调查和计算的基础上进行，对于近期负荷，应力求准确、具体、切实可行；对于远景负荷，应在电力系统及工农业生产发展远景规划的基础之上，进行负荷预测，负荷发展的水平往往需要多次测算，认真分析影响负荷发展水平的各种因素，反复测算与综合平衡，力求切合实际。电力系统在一定时段内（如一年、一天）的最大负荷值称为该时段的系统综合最大用电负荷。时段内其余负荷值称为系统综合用电负荷。系统各电力用户的最大负荷值不可能都出现在同一时刻。因此，系统综合最大用电负荷值一般小于全系统各用户最大负荷值的总和，即PΣmax=K0ΣPimax。

PΣmax-系统综合最大用电荷。 K0-同时率，K0≤1。

ΣPimax-各用户最大负荷的总和。

同时率的大小与用户多少、各用户特点有关，一般可根据实际统计资料或查设计手册确定。

3.4 负荷计算

10kV侧的负荷计算:

?P?1.6+0.8+0.81+1+1.5+1.3=7.01MW

?Q?1.6*0.62+0.8*0.62+0.81*0.75+1*0.62+1.5*0.48+1.3*0.62=4.446MVar ?S?(?P)2?(?Q)2 （3-1） =6.82?4.112=7.98MVA

功率因数cos?=0.87

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4 变电站主变压器的选择

4.1 变压器的选取原则

总变电所变压器台数的确定需综合考虑负荷容量、对供电可靠性的要求、发展规划等因素。变压器台数越多，供电可靠性就越高，但设备投资必然加大。运行费用也要增加。因此，在满足可靠性要求的条件下，变压器台数越少越经济。 对于有大量一、二级用电负荷、或总用电负荷季节性（或昼夜）变化较大、或集中用电负荷较大的单位，应设置两台及以上电力变压器。选用两台变压器时，其容量应满足在一台变压器故障或修时，另一台仍能保持对一、二级用电负荷供电，但需对该台变压器负荷能力及其允许运行时间进行校核。对三级负荷供电的变电所以及对可取的低压设备电源的一二级负荷供电时，皆选用一台主变压器。

4.2 变电站主变压器台数的选择

在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。正确选择变压器的台数，对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义。《35～110KV变电所设计规范》规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。

在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60％的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。 主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。 本设计变电站由35KV双回架空线路供电，Ⅰ类负荷要求有很高的供电可靠性，对于Ⅰ类用户通常应设置两路以上相互独立的电源供电，同时Ⅱ类负荷也要求有较高的供电可靠性。综合分析为提高对用户的供电可靠性，确定该变电站选用两台相同容量的主变压器。

4.3 主变压器容量的确定原则和计算

（1）按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑10～20年的负荷发展。

（2）对重要变电所，应考虑一台主要变压器停运后，其余变压器在计算过负荷能力及允许时间内，满足Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电；对一般性的变电所，一台主变压器停运后，其余变压器应能满足全部供电负荷的70%～80%。

变电所主变的容量是由供电负荷（综合最大负荷）决定的。其计算如下： ?P?1.6+0.8+0.81+1+1.5+1.3=7.01MW

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?Q?1.6*0.62+0.8*0.62+0.81*0.75+1*0.62+1.5*0.48+1.3*0.62=4.446MVar ?S?(?P)2?(?Q)2 （3-1） =6.82?4.112=7.98MVA

每台变压器的容量按计算负荷的80%选择。 ST?80%*S?7.98?80%?6.384（MVA）

经查表选择变压器的型号为SJL1-7500/35，即额定容量为7500KVA，因为

SN7500??100%?93%＞80%，即选择变压器的容量满足要求。 S7980故应选容量为7500kVA的变压器。

4.4 主变压器调压方式的确定

为了确保变电所供电量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。

切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在?2?2.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%，但其结构较复杂，价格较贵，由于待设计变电所的符合均为Ⅰ、Ⅱ类重要负荷，为确保供电质量，有较大的调整范围，我们选用有载调压方式。

4.5 主变压器形式的选择

主变一般采用三相变压器。在关于绕组上，只有220-330kV具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。此次设计的变电所只有35kV和10kV两个电压等级，所以采用双绕组变压器。

变压器的连接组别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星形和三角形两种，因此对于三相双绕组变压器的高压侧，110KV及以上电压等级，三相绕组都采用“YN”连接，35KV及以下采用“Y”连接；对于三相双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“d”连接，若低电压侧电压等级为380/220V，则三相绕组采用“yn”连接，在变电所中，为了限制三次谐波，我们选用“Ynd11”常规连接的变压器连接组别。

根据上述的讨论选用35kV铝线双绕组电力变压器，该变压器的型号为SJL1—7500/35.具体技术数据如下表：

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型号 额定容量(kVA) 额定电压(kV) 损耗(KW) 短路电压(%) 空载电流(%) 高压 低压 空载 短路 SJL1—7500/35 7500 35 10.5 9.6 62 7.7 0.9 表4.1 变压器技术参数

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5 短路电流的计算

5.1 短路电流的概述

电力系统正常运行方式的破坏多数是由短路故障引起的，发生短路时，系统从一种状态剧变到另一种状态，并伴随产生复杂的暂态现象。短路故障时系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安。因此，在变电所设计中必须全面地考虑短路故障各种影响。

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。三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，本设计采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。

为使各电压等级电网的开断电流与设备的动、热稳定电流得以配合，并满足目前我国设备制作水平，35KV电压等级短路电流不应超过25KA，短路容量不应超过1500MVA；10KV电压等级短路电流不应超过16KA，短路容量不应超过280MVA。

5.2 计算短路电流的目的

短路故障对电力系统的正常运行影响很大，所造成的后果也十分严重，因此在系统的设计，设备的选择以及系统运行中，都应该着眼于防止短路故障的发生，以及在短路故障发生后要尽量限制所影响的范围。短路的问题一直是电力技术的基本问题之一，无论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面来说，都必须了解短路电流的产生和变化规律，掌握分析计算短路电流的方法。

（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，均需进行必要的短路电流计算。

（2）在选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备时，需进行短路计算。 （3）为了合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对在电力网中发生的各种短路进行计算和分析。

（4）在选择继电保护方式进行整定计算时，需以各种短路的短路电流为依据。 （5）接地保护装置的安装设计，也需计算短路电流。

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5.3短路电流实用计算的基本假设

考虑到现代电力系统的实际情况，要进行准确的短路计算是相当复杂的，同时对解决大部分实际问题，并不要求十分精确的计算结果。例如，选择效验电气设备时，一般只需近似计算通过该设备的最大可能的三相短路电流值。为简化计算，实用中多采用近似计算方法。这种近似计算法在电力工程中被称为短路电流实用计算。它是建立在一系列的假设基础上的，其计算结果稍偏大。短路电流实用计算的基本假设如下：

（1）短路发生前，电力系统是对称的三相系统。

（2）电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相同，频率与正常工作时相同。

（3）变压器的励磁电流和电阻、架空线的电阻和相对地电容均略去，都用纯电抗表示。

（4）电力系统中各元件的磁路不饱和。即各元件的参数不随电流而变化，计算可应用叠加原理。

（5）对负荷只作近似估计，由于负荷电流一般比短路电流小得多，近似计算中，对离短路点较远的负荷忽略不计，只考虑在短路点附近的大容量电动机对短路电流的影响。

（6）短路故障时金属性短路，即短路点的阻抗为零。

（7）短路故障称为电力系统的横向故障，由断线造成的故障，称为电力系统的纵向故障。电力系统中仅有一处出现故障称简单故障，若同时有两处或两处以上发生故障，称复杂故障。

5.4 短路电流的计算步骤

5.4.1 10kV侧短路电流的计算

图中a点短路，由于A,B系统短路容量都很大，可以近似都看作为无穷大系统电源系统。

取Sj=100MW，Uj1=37kV，Uj2=10.5kV。由公式

I=

S3U （4-1）

求得：Ij1=1.56kA，Ij2=5.50kA。 线路等效图如下图所示：

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E1 E2X1X2XTXTa 图5.1 10kV侧短路等效图

线路1 XLL1SB1=

XU2 B2=0.1461 线路2 XLL2SB2=

XU2 B2=0.5844 变压器 XUK%SBT=

100S 变取E1=E2=1 简化后等效电路图如下图所示：

E1X12? XTa图5.2 10kV侧短路等效简化图

X12=X1//X2=0.1461//0.5844=0.1169 ?X=X12+0.5*XT=0.1169+0.5*1=0.6169 三相短路电流周期分量有效值 I(3)Ij2K1=

?X=5.50/0.6169=8.9155kA 三相短路冲击电流最大值:

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（4-2) （4-3）

4-4）

=0.4*5*100/37 =0.4*20*100/37

=0.075*100/7.5=1

（

Ish=2.55* I(K31) =2.55*8.9155=22.7346kA （4-5） 短路冲击电流有效值:

Ish=1.51* I(K31)=1.51*8.9155=13.4625kA （4-6） 三相短路容量:

SK=3Uav I(K31) =1.732*10.5*8.9155=162.1429MVA （4-7）

5.4.2 35kV侧短路电流的计算 等效电路图如下图所示：

E1X12b

图5.3 35kV侧短路等效简化图

?X=X12=0.1169 三相短路电流周期分量有效值:

3) I(K=

2Ij1?X=1.56/0.1169=13.3447kA

三相短路冲击电流最大值：

3) Ish=2.55* I(K=2.55*13.3447=34.0291kA

2短路冲击电流有效值：

3) Ish=1.51* I(K=1.51*13.3447=20.1506kA

2三相短路容量：

3) SK=3*Uav I(K=1.732*37*13.3447=855.1843MVA

2 三相短路电流计算结果表如下： 短路点额定电压 UN/kV a b 10 35 平均工作电压 Uav/kV 10.5 37 短路电流周期分量有效值 IK/kA 8.9155 13.3447 (3)短路点冲击电流 有效值 最大值 短路容量 短路点编号 I?/kA 8.9155 13.3447 Ish/kA 13.4625 20.1506 ish/kA 22.7346 34.0291 SK/MVA 162.1429 855.1843

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6 设备的选择与校验

6.1 电气设备的选择条件

正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。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。

尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是相同的。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其热稳定和动稳定。

6.2 断路器的基本要求和选择条件

断路器在电路中担负特别重要的任务，必须满足以下基本要求：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。 6.2.1 35kV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

Imax?(1.05?SN)/3UN =1.05?7500=129.90A （/3?35）

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额定电压选择 UN?Ug?35kV 额定电流选择 IN?Imax?129.90A

(3) 开断电流选择 INbr?IK?13.3447kA

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—35A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13.3447kA，满足要求。

动稳定校验。ish =34.0291kA

计算数据 LW8—35A 35kV 247.44A 13.3447kA 34.0291kA 112.19[（kA）2S] Ug Imax UN IN 35kV 1600A 31.5kA 80kA 3969[（kA）2S] I(3k) ish Qk INbr idf It2t 表6.1 LW8—35A具体参数比较表

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=34.0291kA

热稳定校验Qk=112.19[（kA）2S]，设备It2t=162?4=1024[（kA）2S]，满足要求。

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计算数据 GW14—35/630 35kV 247.44A Ug Imax UN IN 35kV 630A 40kA 1024[（kA）2S] ish Qk 34.0291kA 112.19[（kA）2S] idf It2t 表6.2 GW14—35/630具体参数比较表

6.2.2 10kV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

=866.03A /3?10）Imax?(2?SN)/3UN=2?7500（额定电压选择 UN?Ug?10kV 额定电流选择 IN?Imax?866.03A

(3) 开断电流选择 INbr?IK?8.9155kA

10kV侧选用真空XGN2—10开关柜中的ZN28—10型真空断路器

选用的断路器额定电压为10kV，最高电压11.5kV，系统电压10kV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20kA，大于短路电流周期分量有效值8.9155kA，满足要求。

动稳定校验。ish =22.7346kA

222热稳定校验。Qk=I?t=8.9155?0.63=50.08[（kA）S]。电气设备

It2t=20?4=1600[（kA）S]。满足要求。

2

2

计算数据 ZN28—10 10kV 866.03A Ug Imax UN IN 10kV 1600A 20kA 50kA 1600[（kA）2S] I(3k) ish Qk 8.9155kA 22.7346kA 50.08[（kA）2S] INbr idf It2t 表6.3 ZN28—10具体参数比较表

隔离开关选择GN25—10型隔离开关：

选用的隔离开关额定电压10kV，最高工作电压11.5kV系统电压10kV，满足

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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。

动稳定校验。ish =22.7346kA

222热稳定校验。Qk=I?t=8.9155?0.63=50.08[（kA）S]。电气设备

It2t=40?4=6400[（kA）S]。满足要求。

2

2

计算数据 GN25—10 10kV 866.03A Ug Imax UN IN 10kV 2000A 100kA 26400[（kA）S] ish Qk 22.7346kA 50.08[（kA）2S] idf It2t 表6.4 GN25—10具体参数比较表

本设计选用的断路器、隔离开关型号表如下表6.1。 35kV进线侧 35kV主变侧 10kV侧 断路器 LW8—35A LW8—35A ZN28—10 表6.5 断路器-隔离开关选择一览表 隔离开关 GW14—35/630 GW14—35/630 GN25—10 6.3 电流互感器的选择

电流互感器的选择除应满足一次回路的额定电压、额定电流、最大负荷电流计短路电流的动热稳定性外，还要满足二次回路的测量仪表、自动装置的准确度等级和保护装置10％误差曲线要求。如果容量不足，可将两个二次绕组串联。 （1）按额定一次电压选择

所选电流互感器的一次额定电压必须与安装处的电网电压一致，即 UTA?UN

式中UTA——电流互感器铭牌标出的额定电压，kV； UN——电流互感器安装点的额定电压，kV。 （2）按额定一次电流选择

在电流互感器周围空气温度一定的条件下，连续流过互感器的一次电流，允许为其额定值的120％。 （3）按额定二次电流选择

由于仪表与继电器已经系列化生产，二次标准电流为5A，电流互感器应与二

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次标准电流一致，也为5A。 （4）按准确度等级选择

电流互感器的准确度等级，应根据不同的用途选择，准确度等级可分为0.2、0.5、1、3、10级等几个不同的等级。 （5）二次负荷的计算 二次负荷的计算公式为

S2?i2Z2

式中S2——二次计算负荷，V?A；

2i2——二次计算电流，A。

由于二次电流已标准化为5A，负荷主要决定于外部阻抗Z2，其表达式为 Z2??Zs?Rd?Rj 式中Z2——二次负荷的外部阻抗，?；

2?Zs——连接仪表串联绕组的阻抗，?；

Rd——二次连接导线的电阻，?；

Rj——连接导线接头的接触电阻，?。

6.4 电压互感器的选择

电压互感器的选择与配置，除应满足一次回路的额定电压外，其容量与准确度等级应满足测量仪表、保护装置和自动装置的要求。负荷分配应在满足相位要求下尽量平衡，接地点一般设在配电装置端子箱处。

电压互感器的选择不需要进行动稳定、热稳定校验，选择应满足一下条件。 ㈠按额定电压选择

所选电压互感器一次侧额定电压必须与安装处电网的额定电压一致，二次侧额定电压一般为100V。按额定电压选择，应满足 UTV?UN

式中UTV——电压互感器铭牌标出的额定电压，kV； UN——电压互感器安装点的额定电压，kV。 ㈡电压互感器类型的选择

根据用途和二次负荷性质，选择电压互感器的类型及二次接线方式。 ㈢按准确度等级选择

除以上两点，选择电压互感器时还注意其准确度等级及二次负荷容量。

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7 无功补偿

7.1 无功补偿装置的概述

电力系统的运行无功功率平衡与电压水平密切相关。为了确保系统的运行电压具有正常水平，系统拥有的无功功率电源必须满足正常电压水平下的无功需求，并留有必要的备用容量。电力系统的无功功率平衡应该分别按最大和最小负荷的运行方式进行计算。必要时还应该校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡。由于串联电容补偿装置至改变线路参数而且改变功率因数作用及其微小所以不予考虑。

电力系统中的无功电源由三部分组成：

（1） 发电机可能发出的无功功率（一般为有功功率的40%~50%）。

(2) 无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率。 (3) 110kV及以上电压线路的充电功率。

7.2 无功补偿装置的种类

根据无功功率的需要，增添必要的无功补偿装置，补偿装置可分串联补偿装置和并联补偿装置两类。

除发电机和输电线路外的无功电源主要有：并联电容补偿装置、同步调相机、静止无功补偿器。

(1)并联电容装置，由于电感和电容取用的无功电流相位相反，电感需要的无功功率大部分可由电容器就地供给。若电容器选择适当，电源只要供给有功电流和少量的无功电流就可以了。并联电容补偿还可以分为个别补偿、分组补偿、集中补偿。

(2)静止无功补偿器由晶闸管控制电抗器与静电电容器并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合在一起再配以适当的调节装置，就成为能够平滑的改变输出（或吸收）无功功率的精止补偿器。晶闸管投切时电容器不会产生谐波，可以消除高次谐波从而提高电压质量，提高系统稳定性和降低工频过电压的功能。

（3）同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率起无功电源作用；在欠励磁运行时可从系统吸取感性无功起无功负荷作用，根据装设点电压情况改变输出无功功率以维持电网电压，并可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性。

但同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求故目前已经很

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少采用。所以本设计中可采取的无功补偿装置为：并联电容装置、静止无功补偿器。

7.3 无功补偿的计算

补偿前cos?1=0.86，求补偿后达到0.9。因此可以如下计算： 设需要补偿XMva 的无功 则 cos?2P'?= （6-2） =

解得 X=0.82MVar

?S'6.86.82=0.9

?（4.11?X）220

8 防雷接地设计

8.1防雷保护的必要

变电所是电力系统的中心环节，在这里安装有许多重要的电气设备，如电力变压器、高压断路器等各种高压一次设备。这些设备一旦发生雷击破坏，将造成大面积的停电，同时这些设备比较贵重，损坏后修复又不很容易，会造成很大的经济损失，因此变电所的防雷保护要求十分可靠。

8.2 变电所中可能出现大气过电压的种类

（1）直击雷产生的过电压

雷直击于变电所的电气设备，防止这种直击雷过电压的主要措施是装设专门的避雷针或是悬挂避雷线。中小型6-10kV变电所的建筑不高，一般均较厂房低，通常不需令装设避雷针保护。 （2）雷电感应产生的过电压

输电线路上直接落雷或由于雷电感应而产生的过电压波，沿着输电线路袭入变电所，防止侵入雷电波的保护，输电线路受直击雷后，雷电波沿导线运动至变电所，需装设阀型避雷器等保护。

8.3 雷电波的危害

雷电波的电压很高，容易将变压器、断路器等电气设备的绝缘击穿。如果在电气设备附近装上避雷器，对雷电波的放电电压比电气设备绝缘的击穿电压低，所以当雷电波侵袭到电气设备的附近时，避雷器现行放电，将雷电波削弱，可以保护电气设备的绝缘免受雷电波的损坏。

8.4 变电所防雷接线的基本方式

过电压波会对电气设备造成重大危害，必须加以限制。限制这种过电压波的主要方法是采用性能较好的阀型避雷器。为了使阀型避雷器不致负担过重，应在靠近变电所的一段线路上加强防雷措施，该线段就是所谓的“进线段”。阀型避雷器配合以“进线段”，是现代变电所防雷接线的基本方式。

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参考文献

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