教学楼供电毕业设计（毕业论文）

本科生毕业设计（论文）

辽宁工学院综合教学楼变电所扩大初步设计

摘 要

本设计的题目为“辽宁工学院综合教学楼变电所扩大初步设计”。设计的主要内容包括：10/0.4kV变电所主变压器选择；变电所电气主接线设计；短路电流计算；负荷计算；无功功率补偿；电气设备选择（母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器）；配电装置设计；继电保护规划设计；防雷保护设计等。

根据电气主线设计应满足可靠性、灵活性、经济性的要求，本变电所电气主接线的高压侧采用单母线接线，低压侧采用单母线分段的电气主接线形式；对低压侧负荷的统计计算采用需要系数法；为减少无功损耗，提高电能的利用率， 本设计进行了无功功率补偿设计，使功率因数从0.69提高到0.9；短路电流的计算包括短路点的选择及其具体数值计算；而电气设备选择采用了按额定电流选择，按短路电流计算的结果进行校验的方法；继电保护设计主要是对变压器进行电流速断保护和过电流保护的设计计算；配电装置采用成套配电装置；本变电所采用避雷针防直击雷保护。

本设计十分注重运用我国电气设计的新技术和新的设备，实用性及强，考虑到是实际工程的应用，便以通俗易懂的语言进行阐述。

关键词：变电所设计；电气主接线；继电保护

I

本科生毕业设计（论文）

Abstract

The design on the topic of \Institute of Technology Teaching Building substation expansion preliminary design.\The main design elements include : 10/0.4kV main transformer substation choice; Electrical Substation main wiring design; Short-circuit current calculation; Load Calculation; Reactive power compensation; Electrical Equipment (bus, HV circuit breakers, isolation switches, current transformer and voltage transformer, and compensation capacitor MOA); Distribution Equipment

According to the main line of electrical design should meet the reliability, flexibility, economy requirements, The substation main electrical wiring High Side single-bus wiring, low voltage side of the single-bus above the main electrical wiring form; the low-pressure side load calculated using the statistical needs coefficient; To reduce the reactive power loss, increased energy utilization, The design of reactive power compensation design, power factor from 0.69 to 0.9; short-circuit current calculations include short-circuit point for the selection and specific numerical calculation; and electrical equipment chosen by the choice of rated current, short-circuit current calculation by the results of the calibration methods; relay design of the main transformer Current Protection and over-current protection design; distribution installations complete set of power distribution equipment; The substation using direct lightning stroke prevention lightning protection.

The design is very close attention to the use of our electrical design of the new technology and new equipment, practical and strong, Taking into account the actual application, in a user-friendly language to describe it.

Key words：: substation design; Electrical wiring; Relay .

design; relay Planning and Design; Lightning protection design.

II

本科生毕业设计（论文）

目 录

前言 ............................................................ VI 第1章 毕业设计概述 .............................................. 1

1.1 毕业设计题目 ............................................. 1 1.2 毕业设计目的 ............................................. 1 1.3毕业设计内容 ............................................. 1 第2章 负荷计算 .................................................. 2

2.1负荷概述 ................................................. 2 2.2负荷计算 ................................................. 2 第3章 无功功率补偿 .............................................. 7

3.1并联电力电容器补偿 ....................................... 7 3.2无功补偿容量的计算 ....................................... 7 第4章 主变压器选择 .............................................. 9

4.1变电所变压器容量、台数、型号选择 ......................... 9

4.1.1变压器容量 ......................................... 9 4.1.2主变压器台数和型号 ................................. 9 4.1.3主变压器确定 ...................................... 10 4.2干式变压器的结构 ........................................ 10 4.3干式变压器的特点 ........................................ 11 4.4干式变压器的使用注意事项 ................................ 11 第5章 变电所电气主接线 ......................................... 12

5.1对电气主接线的基本要求和原则 ............................ 12

5.1.1电气主接线的基本要求 .............................. 12 5.1.2电气主接线的原则 .................................. 12 5.2电气主接线设计程序 ...................................... 13 5.3主接线设计 .............................................. 14 第6章 短路计算 ................................................. 18

6.1短路概述 ................................................ 18 6.2造成短路原因 ............................................ 18 6.3短路危害 ................................................ 18 6.4短路计算 ................................................ 19

III

本科生毕业设计（论文）

第7章 电气设备选择与校验 ....................................... 23

7.1电气设备及分类 .......................................... 23 7.2电气设备选择与校验 ...................................... 23 7.3高压断路器选择与校验 .................................... 24

7.3.1高压断路器的选择 .................................. 24 7.3.2高压断路器的校验 .................................. 25 7.4隔离开关选择与校验 ...................................... 26

7.4.1隔离开关原理与类型 ................................ 26 7.4.2隔离开关运行与维护 ................................ 26 7.4.3隔离开关的校验 .................................... 26 7.5互感器选择与校验 ........................................ 27

7.5.1互感器应用 ........................................ 27 7.5.2电流互感器原理与结构 .............................. 28 7.5.3电流互感器校验 .................................... 29 7.6电压互感器 .............................................. 30

7.6.1电压互感器原理 .................................... 30 7.7母线选择与校验 .......................................... 32

7.7.1 母线的选择 ........................................ 32 7.7.2母线校验 .......................................... 32

第8章 继电保护 ................................................. 34

8.1继电保护 ................................................ 34

8.1.1对继电保护的基本要求 .............................. 34 8.1.2继电保护原理 ...................................... 34 8.2过电流与速断保护整定值的计算 ............................ 35

8.2.1过电流整定值计算 .................................. 35 8.2.2速断保护整定值计算 ................................ 37

第9章 配电装置 ................................................. 39

9.1对配电装置的基本要求 .................................... 39 9.2配电装置的类型 .......................................... 39 9.3配电装置的应用 .......................................... 39 9.4配电装置的设计步骤 ...................................... 40 第10章 防雷保护设计 ............................................ 43

10.1雷电过电压 ............................................. 43 10.2雷电的危害 ............................................. 43

IV

本科生毕业设计（论文）

10.3防雷保护装置 ........................................... 43 10.4防雷设计 ............................................... 44 10.5防雷保护计算 ........................................... 44 总 结 ........................................................... 48 参考文献 ........................................................ 49 致谢 ............................................................ 50 附录Ⅰ .......................................................... 51 附录Ⅱ .......................................................... 56

V

本科生毕业设计（论文）

第4章 主变压器选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。在输配电系统中，变压器起到桥梁作用，变压器是借助电磁感应原理，以相同的频率，交换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。 4.1变电所变压器容量、台数、型号选择 4.1.1变压器容量

变压器空载运行时需用较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给，变压器容量如选的过大，不但增加投资，而且使变压器长期处于轻载运行，出现“大马拉小车”现象，使空载的损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加。若容量选的小，会使变压器长期过负载，易损坏设备。

变压器的最佳负载率在40%-70%之间，负载过高，损耗明显增加，另一方面，由于变压器容量裕度小，负载稍有增长，便需要增容，更换大容量的变压器，势必增加投资，且影响供电。总之选择变压器的容量，要以现有的负荷为依据，按照5-10年的发展计划来确定，按照辽宁工学院综合楼变电所的设计选用的变压器容量为1000kVA。 4.1.2主变压器台数和型号

1．台数

变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择，要由负荷大小，对供电的可靠性和电能质量的要求来决定，并兼顾节约电能、降低运行造价、维护设备等因素，确定变压器台数应综合考虑，进行认真的技术经济比较。

按负荷的等级和大小来说，对于带一、二级负荷的变电所，当一、二级负荷较多时，应选两台或两台以上变压器，如只有少量的一、二级负荷并能从相邻的变电所取得低压备用电源，可以只采用一台变压器。

对于像辽宁工学院综合楼来说主要负荷是二、三类负荷 ，二级负荷主要是消防电梯、应急照明等负荷；而三级负荷主要是电力设备和普通照明，根据需要拟装设两台变压器。

2．型号

9

本科生毕业设计（论文）

主变压器的型号选择主要考虑以下因素：1）.变电所的所址选择；2）.建筑物的防火等级；3）.建筑物的使用功能；4）.主要用电设备对供电的要求；5）.当地供电部门对变电所的管理体制等。

设置在一类高、低压主体建筑中的变压器，应选择干式、气体绝缘或非可燃性液体绝缘的变压器；二类高、低压主体建筑也宜如此，否则应采取相应的防火措施。

主变压器安装在地下时，根据消防要求，不得选用可燃性油变压器，地下层一般比较潮湿，通风条件不好，也不宜选用空气绝缘的干式变压器，而宜采用环氧树脂浇注型或者六氟化硫型变压器，综合所述结合校的具体情况选型为SCB9-1000/10KV变压器。 4.1.3主变压器确定

位于辽宁工学院综合楼地下变电所的主变压器型号为环氧树脂浇注型，其技术参数如表2-1所示。

表4-1 SCB9-1000/10变压器技术参数 额定 型号 容量额定电压（kV） 低压 0.4 空载 负载损耗损耗短路阻抗空载 电流 变压器连接组 D,yn11 （KVA） 高压 SCB9-1000/10

4.2干式变压器的结构

1000 10.5 （W） （W） （%） （%） 1660 8550 6 1.0 为了确保供电安全，迫切需要即可深入负荷中心又无燃烧危险的变压器，而当今，随着社会进步，干式变压器得到了广泛的应用，根据国家标准《干式变压器》定义，所谓干式变压器，就是指铁心和绕组不浸入液体中的变压器。

干式变压器的结构与油浸式变压器的差别不大，采用晶粒取向电工钢片，轭和柱采用45?全斜接缝，心柱用钢带或自干型绝缘粘带绑扎，也有用粘结剂将铁心胶合，铁心为防止因凝结而引起锈蚀，在铁心表面涂有耐热的防锈覆盖漆或树脂，容量较大时，铁芯中要有气道，气道尺寸为15-20mm，而干式变压器的绕组材料是铜箔或铝箔，有时也采用铜线绕制，而低压线圈（1000V及以下），用铜箔（或铝箔）与预浸环氧树脂的绝缘材料紧密绕制，采用缠绕玻璃纤维加强树脂包

10

本科生毕业设计（论文）

封，经过工艺处理后，使高低压线圈各自成为一个坚固的整体，不但具有很强的承受短路能力，而且经过冷热循环试验，证明了线圈具有耐潮、耐裂、阻燃和自熄功能。

由于干式变压器的适用材料不同，其绝缘等级也不同，绝缘材料等级与绝缘材料最高允许温度见表4-2。

绝缘等级

4.3干式变压器的特点

1. 占地面积小，不必单独建设变压器室，它可以和10kV的高压柜，380/220V的低压配电柜装在一个室内。

2. 运行、维修量小。

3. 具有耐热、防尘、耐潮的特点，适合于安装负荷中心，对系统经济运行节电起到了一定作用。

4. 损耗小、噪声小。

5. 绝缘性好，局部放电量小，耐雷电冲击力强。 6. 机械强度高,抗温度变化，抗短路能力强。 7. 价格昂贵。

8. 寿命期后，不易回收，污染环境。 4.4干式变压器的使用注意事项

1. 干式变压器选择不同的外壳，是由所处的环境和防护要求而定。 2. 干式变压器绕组的绝缘，很大程度影响变压器的安全和使用寿命。 3. 自然空气冷却和强迫空气冷却。

4．干式变压器的过载能力与环境温度、载前的负荷情况、变压器的绝缘散热情况和发热时间常数有关。

表4-2 绝缘等级与最高允许温度 Y A E B F H C 绝缘材料最高允许温度(?C） 95 105 120 130 155 180 220 11

本科生毕业设计（论文）

第5章 变电所电气主接线

电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。电气主接线是变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的首要环节。对电气主接线的基本要求概括地说应包括电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性。 5.1对电气主接线的基本要求和原则 5.1.1电气主接线的基本要求

1．可靠性

所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验，对变电所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性不仅要考虑—次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的，而是相对的。一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。

2．灵活性

主接线的灵活性有以下几方面要求；

1)调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

2)检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修，且不致影响对用户的供电。

3)扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改建量最小。

3．经济性

经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。 5.1.2电气主接线的原则

1．考虑变电所在电力系统中的地位和作用

12

本科生毕业设计（论文）

变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

2．考虑近期和远期的发展规模

变电所主接线设计应根据5—10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。

3．考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响

对一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。

4．考虑主变台数对主接线的影响

变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

5．考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电、适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不问。例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。 5.2电气主接线设计程序

1、电气主接线的设计程序

电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，历经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度、广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。

(1)对原始资料进行分析，具体内容如下：

1)本工程情况。主要包括：变电所类型；设计规划容量；变压器容量及台数；运行方式等。

2)电力系统情况。电力系统近期及远景发展规划(5—10年)；变电所在电

13

本科生毕业设计（论文）

第9章 配电装置

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，在电力系统中起着接受和分配电能的作用，它是电气主接线的连接方式，由开关电气、保护和测量电气、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。当系统中发生故障时能迅速切断故障部分，维持系统正常运行。 9.1对配电装置的基本要求

1． 保证运行可靠；

2． 便于操作、巡视和检修； 3． 保证工作人员的安全； 4． 力求提高经济性； 5． 具有扩建的可能；

9.2配电装置的类型

配电装置按电气设备装设的地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；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配电装置；在制造厂按要求预先将开关电器、互感器等组成各种电器成套后运至现场安装使用的称为成套配电装置。 9.3配电装置的应用

在发电厂和变电站中，35kV以下的配电装置多采用屋内配电装置，其中3-10kV的大多采用成套配电装置；110kV及以上的大多采用屋外配电装置；对于110-220kV的配电装置有特殊要求时，如建于城市中心也可以采用屋内配电装置。

目前我国采用一般的屋内配电装置，3-35kV的各种配电装置，在发电厂和变电所已经广泛使用，110-500kV的全封闭组合电器以已经得到广泛使用。

39

本科生毕业设计（论文）

9.4配电装置的设计步骤

1.选择配电装置的型式。 选择时应考虑配电装置的电压等级、电气设备的型式、出线多少和方式有关的电抗器、地形、环境条件等因素；

2.配电装置的形式确定，接着拟定配电装置图；

3.按照所选电气设备的外形尺寸、运输方法、检修和巡视方便的安全等要求，遵照配电装置设计的有关规定。并考虑各种配电装置的典型设计和手册，设计绘制配电装置平面图和断面图。

辽宁工学院的综合楼变电所为屋内配电装置；框如图9-1下所示：

图9-1高压侧配电装置图

如图9-2其中1S GGD-36Ｇ柜包括：B楼负一层照明、B楼一层照明、B楼二层照明、B楼三层照明、B楼四层照明、B楼五层计算机房、备用。

2S GGD-36G柜包括：B楼六层计算机房、B楼七层照明、B楼八层照明、B楼九层照明、备用、备用。

3S GGD-36G柜包括：A楼负一层照明、A楼负二层照明、A楼一层照明、A楼二层照明、A楼三层照明、A楼四层照明、备用。

40

本科生毕业设计（论文）

4S GGD-08G柜包括：I1m段受电。 5S GGD-09G柜包括：I段受电。 6S 柜包括：无功优化补偿装置。 7S GGD-12G柜包括：Ixf段受电。

图9-2 1#变压器配电装置图

如图9-3为2#变压器配电装置图8S GGD-09G柜包括：消防电梯1备用、消防电梯2、正压风机、消防污水泵、B楼负一层人防电力备用、备用、变点所用电。

9S GGD-36G柜包括：A楼消防电力干线备用、A楼消防照明干线、B楼消防照明干线、B楼进风机、直流屏电源高压柜内照明、备用。

10S GGD-09G柜包括：母线联络。

11S GGD-36G柜包括：消防电梯1、消防电梯2备用、正压风机、消防污水泵备用、B楼负一层人防电力、变点所用电备用、备用。

12S GGD-36G柜包括：A楼消防电力干线、A楼消防照明干线备用、B楼消防照明干线、B楼进风机备用、直流屏电源备用、备用。

13S GGD-12G柜包括：?xf段受电。

41

本科生毕业设计（论文）

14S 柜：无功优化补偿装置。 15S GGD-10G柜包括：?段受电。 16S GGD-08G柜包括：?IK段受电。

17S GGD-36G柜包括：A楼负二层电力、B楼负一层电力、备用、备用。 18S GGD-36G柜包括：B楼负二层电力、B楼三层电力、B楼四层电力、备用。

图9-3 2#变压器配电装置图

42

本科生毕业设计（论文）

第10章 防雷保护设计

雷电所引起的大电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重危害，因此，在变电所和高压输电线路中必须采取有效措施，以保证电气设备安全。 10.1雷电过电压

雷云放电在电网（或者电力系统）中引起的过电压，统称雷电过电压由于这种过电压和电网的工作电压本身没有直接关系，其所需要的电磁场能量来自电网外部，所以又称为外部过电压，又由于雷云放电发生在大气中，所以这种过电压也成为大气过电压。该种过电压通常为单极性，持续时间很短为?s级（几微秒至几十微秒）幅值可能很高（可达100MV）对电网危害很大，应当加以限制。

雷电过电压又分为：直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压是由于雷直击于电网引起的，感应雷过电压则是雷直击于电气设备附近，由于电磁感应而在电网中产生的。感应雷过电压的幅值不太高，一般不超过500-600kV，它主要对35kV及以下电网构成威胁。 10.2雷电的危害

雷电的破坏作用主要是雷电波过电压引起的，主要表现在以下几个方面： 1．雷电的热效应 雷电流产生的热量，可能烧断导线和烧毁电力设备； 2．雷电的机械效应 雷电流产生的电动力，可摧毁设备、杆塔、建筑物和伤害人；

3．雷电的电磁效应 雷电过电压将会使电气绝缘被击穿，甚至引起火灾和燃烧，造成人身伤亡和设备损坏。

另外雷电的闪落放电，可能烧坏绝缘子，使断路器跳闸，造成停电事故。 10.3防雷保护装置

变配电所的防雷保护，包括对直击雷的保护和对沿电力线路入侵的雷电侵入波保护。

实际运行表明，对于变配电所防直击雷的保护避雷针和避雷器是很有效的，

43

本科生毕业设计（论文）

力系统中的位置(地理位置和容量位置)和作用；本期工程和远景规划与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。

3)负荷情况。负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷在原始资料中虽已提供，但设计时应该认真地辩证地分析。因为负荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。如果设计时，只依据负荷计划数字，而投产时实际负荷小了，就等于积压资金，否则电量供应不足，就会影响其他工业的发展。

4)环境条件。当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因素对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差甚大，应子以重视。对重型设备的运输条件也应充分考虑。

5)设备制造情况。为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。

(2)拟定主接线方案。根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定若干个主接线方案。因为对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案(近期和远期)。应依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2—3个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得技术合理、经济可行的主接线方案。

(3)主接线经济比较。

(4)短路电流计算。对拟定的电气主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。

(5)电器设备的选择。

(6)绘制电气主接线图及其他必要的图纸。

(7)工程概算。包括：主要设备器材费；安装工程费；其他费用。 5.3主接线设计

主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种形式，分为两大类：有汇流母线的接线形式、无汇流母线的接线形式。

变电所电气主接线的基本环节是电源(变压器)、母线和出线(馈线)。各个变电所的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数较多时(一般超过4回)，为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，

14

本科生毕业设计（论文）

可使接线简单清晰，运行方便有利于安装和扩建。但有母线后，配电装置占地面积较大，使用断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器较少，占地面积小，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的变电所。有汇流母线的接线形式主要有：单母线接线和双母线接线。设计中仅以单母线接线为例。

一、单母线接线

图 5-1 单母线接线

如图 5-1 所示，单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。供电电源是变压器或高压进线回路。母线既可以保证电源并列工作，又能使任一条出线回路都可以从电源l或2获得电能。每条引出线回路中部装有断路器和隔离开关，靠近母线侧的隔离开关QS2称作母线隔离开关，靠近线路侧的QS3称为线路隔离开关(在实际变电所中，通常把靠近电源侧的隔离开关称为甲刀闸，把靠近负荷侧的隔离开关称为乙刀闸)。由于断路器具有开合电路的专用灭弧装置，可以开断或闭合负荷电流和开断短路电流，故用来作为接通或切断电路的控制电器。隔离开关没有灭弧装置．其开合电流能力极低，只能于设备停运后退出工作时断开电路，保证与带电部分隔离，起着隔离电压的作用。所以，同一回路中在断路器可能出现电源的一侧或两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器时隔离电源。若馈线的用户侧没有电源时，断路器通往用户则可以不装设线路隔离开关。但如果费用不大，为了防止过电压

15

本科生毕业设计（论文）

的侵入。也可以装设。同一回路中串接的隔离开关和断路器，在运行操作时，必须严格遵守下列操作顺序：

如对馈线送电时，须先合上隔离开关QS2和QS3，再投入断路器QF2；如欲停止对其供电，须先断开QF2，然后再断开QS3和QS2。为了防止误操作，除严格按照操作规程实行操作票制度外。还应在隔离开关和相应的断路器之间，加装电磁闭锁、机械闭锁。接地开关(又称接地刀间)QS4是在检修电路和设备时合上，取代安全接地线的作用。当电压在110kV及以上时，断路器两侧的隔离开关扣线路隔离开关的线路侧均应配置接地开关。对35kV及以上的母线，在每段母线上亦应设置1—2组接地开关或接地器，以保证电器和母线检修时的安全。

1．单母线接线的优缺点

优点：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。

缺点：灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所连接的电源，与之相连的所有电力装置在整个检修期间均而停止工作。此外，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的供电。

2．单母线接线的适用范围

一般适用于一台主变压器的以下两种情况： (1)6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回。 (2)35-66kV配电装置的出线回路数不超过3回。 二、单母线分段接线

为了克服一般单母线接线存在的缺点，提高它的供电可靠性和灵活性，可以把单母线分成几段，在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关。每段母线上均接有电源和出线回路，便成为单母线分段接线，如图5-2所示。

1．单母线分段接线的优缺点

优点：①用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；②当一证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。

缺点：①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；②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。

2．适用范围

(1)6一10kV配电装置出线回路数为6回及以上时。 (2)35—66kV配电装置出线回路数为4—8回时。

16

本科生毕业设计（论文）

图5-2 单母线分段接线

现阶段最常用的接线形式有两种：单母线接线和单母线分段接线，依据辽宁工学院变电所中实际情况的了解，以及对单母线接线和单母线分段的比较，并且从经济性、可靠性、灵活性三个方面的对比，选择单母线接线方式。

辽宁工学院变电所为终端变电所高压为10kV低压为0.4kV。这在主接线的选择上确定了范围，根据5-10年的发展计划设计，并依据辽宁工学院的供电情况，拟装设两台主变压器。

1．10kV主接线

根据设计要求及综合考虑，10kV侧两条铜电缆，一条运行，一条备用两条电缆的各种参数均相同，来自供电中心的高压电经隔离开关、调相机、电流互感器接到母线上，而后经隔离开关、计量柜进入母线接到两台变压器上，其间由隔离开关和断路器分离。如附录Ⅱ。

2．0.4kV主接线

所谓0.4kV是一种电压等级,按正常工作需用380kV，10kV高压经过变压器降压后为0.4kV等级，低压经过隔离开关、电流互感器、高压断路器接到母线上，而后经过隔离开关、仪表通过低压母线接到降压变压器母线上，两台变压器低压分别带有不同的负荷这是0.4kV。如附录Ⅱ所示。

17

本科生毕业设计（论文）

第6章 短路计算

选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的。所谓短路是指不同电位导电部分之间的不正常短接，既有相与相之间导体的金属性短接或者经小阻抗的短接，也有中性点直接接地系统或三相四线制系统中单相或多相接地（或接中性线）。 6.1短路概述

电力系统的状态有三种：正常运行状态、不正常运行状态、短路故障。在电气设计和运行中，不仅要考虑系统正常运行状态，而且要考虑它发生故障时的情况，最严重的故障是电路乃至系统发生短路。电力系统正常运行时，其相与相之间，中性点接地系统的中性线与相线之间，都是通过负荷或阻抗连接的。 6.2造成短路原因

电力系统发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘被损坏。绝缘损坏大多是由于未及时发现和消除设备的缺陷，以及设计、制造、安装和运行不当所致，如由于设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身绝缘强度不够而被正常电压击穿；设备绝缘正常而被内部人员违反操作规程和安全规程，造成误操作而引发短路。电力系统的其他某些故障也可能导致短路，如输电线路断线和倒杆事故等。此外，飞禽及小动物跨接裸导体，老鼠咬坏设备、导线的绝缘，都可能造成短路。 6.3短路危害

1.电力系统发生短路时，网络总阻抗减小很多，短路回路中的短路电流可能超过该回路的正常工作电流十几倍甚至几十倍，如6—10kV的大容量装置，短路电流可达到几万甚至几十万安。

2.选的各种电气设备应有足够的热稳定度。

3.短路电流通过导体时，同时也使导体受到很大的电动力作用、使导体发生

18

本科生毕业设计（论文）

变形，甚至损坏。因此，电气装置中所选的各种电气设备还应有足够的电动(机械)稳定度。

4.短路必将造成局部停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大、给国民经济造成的损失也越大。

5.短路也同时引起系统网络电压降低．特别是靠近短路点处降低得更多，短路点的电压为零，结果可能导致非故障范围部分或全部用户的供电破坏。当电压降低到额定值的80％左右时，电磁开关有可能断开，因而中断供电；当电压下降到30％一40％。并持续达1s以上时，电动机可能停止转动，使工厂产品报废，甚至造成人身伤亡事故。直到短路故障被切除后，非故障系统网络电压才能得以恢复。

由此可见。短路的后果是十分严重的，且短路所引起的危害程度，与短路故障的地点、类型及持续时间等因素有关。为了保证电气设备安全可靠运行，减轻短路的影响，除应努力设法消除可能引起短路的一切因素外，一旦发生短路，应尽快切除故障部分，使系统的电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，需要进行短路电流计算，以便正确地选择具有足够的动稳定性和热稳定性的电气设备，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。 6.4短路计算

根据实际情况及图纸的要求分析辽宁工学院综合楼变电所的设计，短路计算要恰到好处，确定短路点位高低压侧各一个，互相分析计算，如图6-1所示。 G1QFK1WL1K3K42QFK2 WL2 图6-1电力系统短路计算电路图

计算短路前给定电力系统馈线出口短路器2QF为2N12-10I型。计算方法采用比较简洁常用的标幺值计算。

确定基准值

取 Sd?100MVA，Ud1?UNav1?10.5KV，Ud2?UNav2?0.4KV，而

19

本科生毕业设计（论文）

Id1?Sd/(3Ud1)?100MVA/(3?10.5)KV?5.5KA Id2?Sd/(3Ud2)?100MVA/(3?0.4)KV?144KA 计算短路回路中主要元件的电抗标幺值 电力系统

根据有关资料，IOC?31.5KA，则

SOC?3?UNIOC?3?10?31.5?550MVA

**X1?XSD?SD/SOC?100MVA/550MVA?0.18

架空线路

由资料可知：Xo?0.4?/KM，则

**2X2?XWLD?XoLSD/UNAVI?(0.4?/m)?5Km?100MVA/(10.5KV)2?1.81

电力变压器

有资料得：UK%?5，则

***X3?X4?XTd?(Uk0)SD/SN?(5/100)100MVA/1MVA?5

做出等值电路图并化简电路，求出k3点及其k4点短路回路阻抗标幺值，根据计算电路图及其回路中个主要元件的电抗标幺值做出等值电路图。

****X??X?X?X(k?3)512?0.18?1.81?1.99

******X?(k?4)?X6?X1?X2?X3//X4?0.18?1.81?5/2?4.49

求出k3点三相短路电流和短路容量

如图所示6-2 k3点供电系统的等值电路图的短路回路。

图6-2 k3点供电系统的等值电路图的短路回路

20

本科生毕业设计（论文）

I(3)*k?3d*?1/X?d?1/1.99?0.5

(3)*Ik?3?Id1/X?d?5.5KA/1.99?2.76KA

''(3)(3)(3)Ik?3?I??Ik?3?2.76KA

ish?2.57I''?2.57?2.76KA?7.09KA Ish?1.53I''?1.53?2.76KA?4.22KA

(3)*Sk?S/XMVA/1.99?50.25MVA ?3d?(k?3)?100求出k4点三相短路电流和短路容量

如图6-3 k4点供电系统的等值电路图的短路回路

图6-3 k4点供电系统的等值电路图的短路回路

(3)*Ik?I/XKA/4.49?32.07KA ?4d2?d?144(3))I(''k?4)?I??Ik(3?4?32.07KA

(3)ish?1.81Z''?1.84?32.07KA?59.01KA Ish?1.09I''?1.09?32.07KA?34.96KA

(3)*Sk?S/XMVA/0.49?22.27MVA ?4d?(k?4)?100在工程设计中，往往还要列短路计算表，如下图所示。

21

本科生毕业设计（论文）

表6-1短路计算表 三相短路短路计算点 三相短路电流（KV） 容量（MVA） (3) IshIk(3) k3点 k4点 2.76 32.07 I''(3) (3) I?(3) ishSk(3) 50.25 22.27 2.76 32.07 2.76 32.07 7.09 59.01 4.22 34.96 22

本科生毕业设计（论文）

第7章 电气设备选择与校验

在各级电压等级的变电所中，使用各种电气设备，诸如变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、补偿电容器等，这些设备的任务是保证变电所安全、可靠的供电，因为选择电气设备时，必须虑及电力系统在正常和故障时的工作情况。所谓电气设备的选择，则是根据电气设备在系统中所处的地理位置和完成的任务来确定它们的型号和参数。电气设备选择的总原则是在保证安全、可靠工作的前提下，适当留有裕度，力求在经济上进行节约。 7.1电气设备及分类

1、电气设备

电气设备是指电力系统中发电、输电、变配电、用电设备的总称，它包括发电机、变压器及各种高低压开关设备、保护设备、导线、电缆和用电设备等。

2、电气设备的分类

电气设备通常分类方法如下：

（1）.按电压分 通常把1kV以上的设备称为高压设备，1kV以下的称为低压设备。

（2）.按电能质量分 交流设备、直流设备、交直流两用设备。 （3）.按设备所属的电路性质分 一次设备、二次设备。 （4）.按是否组合分 单元件设备、成套设备。

（5）.一次设备按其在一次电路中功能，又可分为发电设备、变换设备、控制设备、保护设备、补偿设备和用电设备。 7.2电气设备选择与校验

电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容之一。安全、可靠、经济、合理是选择电气设备的基本要求。

电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号，按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。

在供配电系统中尽管各种电器设备的作用不一样，但选择的条件有诸多是相同的，在表7-1中列出了导体和电器选择与校验的项目。从表中可以看出为保证

23

本科生毕业设计（论文）

设备可靠的运行，各种设备均应按正常工作条件下的额定电压和额定电流选择，并按短路条件校验动稳定和热稳定。

表7-1导体和电器的选择与校验项目

选择项目 设备名称 额定电压 （KV） 高压断路器 高压负荷开关 高压隔离开关 高压熔断器 电流互感器 电压互感器 母线 电缆

7.3高压断路器选择与校验 7.3.1高压断路器的选择

高压断路器是高压电气中的重要设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备，它在电网中的作用有两方面，其一是控制作用，即根据电力系统的运行要求，接通或断开工作电路，其二是保护作用，当电力系统中发生故障时，在继电保护装置的作用下，断路器自动断开故障部分，以保证无故障部分的正常运行。

高压断路器的主要作用是：在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在发生短路故障或严重负荷时，借助继电保护装置用它自动、迅速地切断故障电流，以防止扩大事故范围。

断路器工作性能好坏直接关系到供配电系统的安全运行。为此要求断路器具有相当完善的灭弧装置和足够强的灭弧能力。

√ √ √ √ √ √ 额定电流 （A） √ √ √ √ √ √ √ 装置类 （户内户外） √ √ √ √ √ √ √ 准确校验项目 短路电流 开断能力 （KA） √ √ √ 度级 热稳定 动稳定 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 24

本科生毕业设计（论文）

图7-1高压断路器的QF的型号规格

7.3.2高压断路器的校验

根据图7-1高压断路器的QF的型号规格。在短路计算中我们得知10kV侧母线上短路电流为5.3kA，控制QF的线路继电保护装置实际最大的动作时间为1.0s

变压器高压侧实际最大工作电流按变压器额定电流计算。 I30?I1N?T?SN/3UN?1000/(3?10)?57.7A

线路首端短路时，流过短路电流最大，而线路首端（k1）点短路和母线（k2）点短路，其短路电流相等，即：

短路电流冲击值：ish?2.55I''?2.55?2.76?7.038KA 短路容量：SK?3UCIK?3?10.5?2.76?50.2MVA 拟定选用高压真空断路器，断路时间：tOC?0.1s 短路假想时间：tima?t1c?top?tOC?1.0?0.1?1.1s

根据拟定条件和相关数据，选用ZN12-10I型高压真空断路器。

表7-2 ZN12-10I型高压真空断路器 安装电气条件 ZN12-10I 项目 数据 10KV 57.7A 2.76KA 7.038KA 7.84 项目 技术数据 10KV 1250A 31.5KA 25KA 126 序号 1 2 3 4 5 校验结论 合格 合格 合格 合格 合格 UN UN IN I30 I(K3) 3) i(shIOC imas (3)I?tima 2It2t 25

本科生毕业设计（论文）

7.4隔离开关选择与校验 7.4.1隔离开关原理与类型

隔离开关是发电厂和变电所中常用的开关电器，用于隔离电源，以保证对其它电器设备和线路运行安全检修。

隔离开关是应用于断路器的配套装置使用的，但是隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和断开负荷电流和短路电流。隔离开关的类型较多，按装接地点不同分：屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目分：单柱式、双柱式和三柱式；此外还有V型隔离开关。隔离开关的型式对配电装置的分布和占地面积有很大的影响，隔离开关选型时应根据实际情况选择，辽宁工学院选择型号为：GN30-10D/630，这种型号隔离开关系列为高压10kV，三相电流频率50HZ的户内装置，安装于高压开关柜内，使高压开关柜结构紧密占地面积小，安全性高。如下表所示7-3为GN30-10D/630的技术数据。

表7-3 GN30-10D/630技术数据 型号 GN30-10D/630

7.4.2隔离开关运行与维护

隔离开关运行与维护的注意事项： （1）.载流回路及引线端子无过热。

（2）.瓷瓶无裂痕，瓷瓶与法兰接触处无松散及起层现象。 （3）.传动机构外露的金属无明显锈蚀痕迹。 （4）.触头罩无异物堵塞。 （5）.接地良好。

（6）.分合闸过程应无卡劲，触头中心要标准，三相是否同时接触。 （7）.隔离开关严禁带负荷分、合闸，维修时检查它与断路器的连锁。 7.4.3隔离开关的校验

根据型号拟选GN30-10D/630。

型式 户内 序号 30 额定电压KV 10 630 带接地刀闸 额定电流A 结构标志 26

本科生毕业设计（论文）

Ica?S1N3UN?10003?10?57.73A

短路电流的冲击值：ish?2.55?2.76?7.038KA 短路容量：Sk?S''?S??3?10?2.78?48.15MVA 短路电流假想时间： iimar?tac?ttr?1?0.1?1.1s 校验情况如下表

表7-4 GN30-10D/630校验数据 计算数据 工作电压（KV） 最大工作电流（A） 短路电流 （KA） 短路冲击电流（KA） 热稳定性校验

根据以上数据可得满足热稳定校验条件。 7.5互感器选择与校验

互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压(100、100/3V)和小电流(5、1A)，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。为了确保工作人员在接触测量仪表和继电器时的安全，互感器的每一个二次绕组必须有可靠的接地，以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。

互感器包括电流互感器和电压互感器两大类，主要是电磁式的。此外，电容式电压互感器在超高压系统中也被广泛应用。非电磁式的新型互感器，如电子式、光电式互感器，尚未进入广泛的工业实用阶段。 7.5.1互感器应用

互感器包括电流互感器和电压互感器。电流互感器又称仪用变流器，文字符

10 57.73 2.76 7.038 2I?timar?2.762?1.1?8.38A2S GN30-10D/630 UN?10 IN?630 —— imar?50 I12t?142?5?980A2S 27

本科生毕业设计（论文）

号为TA；电压互感器又称仪用变压器，文字符号为TV。从基本结构和工作原理来说，互感器是一种特殊变压器。

互感器有如下作用； (1)安全绝缘

采用互感器作一次电路与二次电路之间的中间元件，可避免一次电路的高电压直接引入测量仪表、继电器等二次设备，有利于保障人身安全；可避免一次电路发生短路使二次仪表、继电器等电流线圈受大电流冲击而损坏；也可避免二次电路的故障影响一次电路。这样就提高了一、二次电路工作的安全性和可靠性。

(2)按比例减小电流和降低电压

电流互感器是将一次大电流按比例变成二次小电流的装置。虽然电流互感器一次额定电流不同，但二次额定电流一般为5A。电压互感器是将一次高电压按比例变成二次低电压的装置，虽然电压互感器一次额定电压不同，但二次额定电压一般为100V。

(3)扩大二次设备的使用范围

采用互感器后，就相当于扩大了仪表和继电器的使用范围。例如：用一只量程为5A的电流表与不同变流比的电流互感器配套使用，就可测量不同范围的电流。同样，用一只量程为100V的电压表与不同变压比的电压互感器配套使用，就可测量不同范围的电压。此外，使用互感器后，可使二次仪表和继电器等的电流或电压规格统一，有利于这些产品的标准化、小型化和大规模生产。 7.5.2电流互感器原理与结构 1．工作原理

电流互感器的基本结构与变压器相似，原理接线如图7-2所示．其一次绕组的匝数很少(有的利用一次导体穿过其铁芯，只有一匝)，导体较粗，串接在被测电路中，因此一次电流完全取决于被测电路的负载电流；其二次绕组的匝数很多，且与低阻抗的仪表或继电器的电流线圈相连，因而二次阻抗很小，所以它实际上就相当于一个短路运行的变压器。

电流互感器一、二次额定电流之比叫变流比，用Ki表示，由变压器的基本知识可知：

Ki?I1NNI?2?1 （7-1） I2NN1I2式中 N1、N2——电流互感器一、二次绕组的匝数；

I1N、I2N——电流互感器一、二次额定电流； I1、I2——电流互感器一、二次实际电流；

28

本科生毕业设计（论文）

由式7-1可见，若已知电流互感器的变流比(或一、二次绕组的匝数)和二次实际电流，便可计算出一次实际电流的近似值。

图 7-2 电流互感器原理接线图

1—铁芯；2—一次绕组；3—二次绕组 2．结构

电流互感器的结构如图7-2所示，它主要由铁芯、一次绕组、二次绕组和绝缘构成。按照一次绕组匝数的多少，电流互感器又可分为单匝式和多匝式，多匝式电流互感器又分为只有一个铁芯和具有两个铁芯的两种类型。 7.5.3电流互感器校验

对于大多数电流互感器，给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数Kes和热稳定倍数Kt，因此其动、热稳定度应按下式校验。动稳定倍数：

Kes?imas/(2I1N)

则动稳定校验的条件为：Kes?2?300?ish

拟定型号为：LZZBJ9-10型电流互感器，查表得Kes?220，Ki?150/5

29

本科生毕业设计（论文）

Kes?2I1N?220?2?150?933240?ish?30070

热稳定倍数：Kt?It/I1N，则热稳定度校验条件为：

(Kt?I1N)?t?I2(3)2?imat，一般Kt为1S热稳定倍数，即电流互感器试验时间

t=1s，因此上式可改写为：

KI(3)t1N?I?tima

I(3)?tima?2800.31

3000?2800.31

通过计算结果可知满足热稳定校验。

7.6电压互感器 7.6.1电压互感器原理

如图所示7-3为电压互感器原理接线图，其基本结构与变压器相同，电压互感器一、二次侧额定电压之比称为变压比，用Ku表示。

30

本科生毕业设计（论文）

图 7-3 电压互感器原理接线图

1—铁芯；2—一次绕组；3—二次绕组

UNUKu?1N?1?1

U2NN2U2式中 N1、N2——电压互感器一、二次绕组的匝数；

U1N、U2N——电压互感器一、二次额定电压； U1、U2——电压互感器一、二次实际电压；

由式可知电压互感器变压比和二次实际电压U2，可计算出一次实际电压的近似值。

1．电压互感器的结构

一次绕组被分为匝数相等的两部分，分别绕在上下铁芯柱上并且并联起来，其连接点于铁芯相连，二次绕组绕在铁芯上，此外还有一个平衡线圈，也有匝数相等的两部分组成，分别绕在上下两个铁芯上，并且串起来，连接点与铁芯相连。

2．电压互感器校验

为了保证电压互感器的安全运行和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压互感器应满足下列条件：

1.1Ue1?U1?0.9Ue1

其中式中 U1 为电网电压；

Ue1 为电压互感器一次绕组额定电压； 其电压互感器参数如下表所示

表7-5 电压互感器参数 型号 JDZ18-10

综合公式：S2?(??cos?)2?(?sin?)2?(?P)2?(?Q)2 校验后满足要求。

额定电压（KV） 一次绕组额定容量（VA） 一次 10 二次 0.1 0.5 50 1 80 3 200 二次绕组额定容量（VA） 3P 6P 最大容量（VA） 400 31

本科生毕业设计（论文）

7.7母线选择与校验 7.7.1 母线的选择

根据设计要求，变电所10kV侧为电缆线，而屋内配电10kV侧和0.4kV侧应用硬母线，经技术经济比较选用硬母线即矩形硬母线，它的优点是便于固定和连接，散热性能好，缺点是集肤效应系数较大，集肤效应系数与电流的频率、导体的形状和尺寸有关，为了避免集肤效应系数过大，应减小导体片（条）间的距离，相应地改变它有关因素。 7.7.2母线校验

实际工程应用10kV 及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件选择截面，再校验，其电压损耗和机械强度。对于一般建筑物的10kV线路距离短，电流不太大，按经济电流密度确定经济截面的意义并不大。

1．选择

根据负荷计算电流：IC?1273.78?1364?2637.78A 折算到10kV

IJG0.4 ?IJ10得到高压侧电流：IC?0.04?2637.78?105.51A

根据变压器SCB9-1000/10型空载电流为0.8%，其有名值：

IJEG?SJBE3?10?10003?10?58.14A

空载电流;

IJGO?0.8%?58.14?46.51A

IJG?IJ?IJGO?105.51?46.51?152.02A

根据实际情况：Tmas?5000(h)，电流经济密度2.0A/mm2 10kV侧：SJN?Iis152.02??76.02(mm2) Jh2Igz1364??682(mm2) JN20.4kV侧：SJN?故选用 10kV侧：TMY-3?20?40 0.4kV侧：TMY?3?60?20

32

本科生毕业设计（论文）

经过与短路电流的比较满足条件。

33

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/69gf.html