某110KV变电站电气一次部分设计

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题目：广州某110KV变电站电气一次部分

学 生： 指导教师：

（三峡大学科技学院电气系）

摘 要：电能的开发和利用，是人类征服自然过程中所取得的具有划时代意义的光辉成就。它消除了黑夜对人们生活和生产劳动的限制，大大延长了人类用于创造财富的劳动时间，改善了劳动条件，丰富了人们的生活。在现代文明中，电是不能被贮存的，只能当时生产然后马上投入使用。所以，在电力系统中，变电站是不可或缺的。

关键词：变电站 主接线 设备

前 言

变电站是电力系统的重要组成部分，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，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。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。

本次设计为广州某110KV变电站电气一次设计，分为文献综述、开题报告、设计计算书、设计图纸等四个部分。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本文是在电气信息工程系陈江艳老师的精心指导下完成的。在毕业设计期间，我认真的揣摩所学的专业书籍，在设计的选题和设计思路上给了我很多的指导和帮助。

本文从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对变电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线等相关设计图纸。由于本人水平有限，设计部是

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很专业，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。

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设计说明书

一、 原始资料

1.1 地区电网的特点

广州今年最高用电负荷将达到1030万千瓦，成为全国第5个突破往前负荷的城市。昨日（19日），广州市建委、广州供电局和各相关单位共商今年电网发展。据了解，因变电站布点仍满足不了现有的用电需求，造成广州结构性缺电。所以，广州今年将投资67.23亿元建设电网，计划新建变电站15个左右。

1.2 建站规模

(1)变电站类型：110kV 变电工程

(2)主变台数：最终两台（要求第一期工程全部投入） (3)电压等级：110kV、35kV、10kV (4)出线回数及传输容量 ①110kV 出线2 回

本变—系统 30000kW 72km LGJ—150 备用两回

②35kV 出线7 回；

最大负荷功率为10000KVA，cos Φ=0.8，Tmax=4000h ③10kV 出线10 回

最大负荷3600KVA，cosΦ=0.8，Tmax=3600h，均为一般用户 1.3 环境条件

(1)当地最高温度为35℃, 年最低温度为0℃； (2)当海拔高度不大于1000米； (3)当地地震级不高于5级； (4) 当地雷暴日数为20 日/年。 1.4 电气主接线

建议110kV采用单母线分段带旁路接线，35kV、10 kV 均采用单母线分段接线。

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二、电气主接线设计

电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站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。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。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。

2.1 主接线的设计原则和要求

主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。

2.1.1 电气主接线的设计原则

电气主接线的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，就近取材，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)接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110kV～220kV 配电装

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置中，当出线为2 回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4 回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当110～220kV 出线在4 回及以上时，一般采用双母接线。

在大容量变电站中，为了限制6～10kV 出线上的短路电流，一般可采用下列措施：

①变压器分列运行；

②在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器； ③采用低压侧为分裂绕组的变压器。 ④出线上装设电抗器。 (2)主变压器选择

①主变压器台数：为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。对于大型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。

②主变压器容量：主变压器容量应根据5～10 年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。对装设两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按

选择

为变电站最大负荷。这样，当一台变压器停用时，可保证对70%负荷的

供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%，则可保证对88%负荷的供电。由于一般电网变电站大约有25%的非重要负荷，因此，采用停用时，仍能保证对一、二级负荷的供电。

③主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15%Sn 以上时，可采用三绕组变压器。其中，当主网电压为110～220kV，而中压网络为35kV 时，由于中性点具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为220kV 及以上，中压为110kV 及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。

(3)断路器的设置

根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。

(4)为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采用下列数据：

，对变电站保

证重要负荷来说多数是可行的。对于一、二级负荷比重大的变电站，应能在一台

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①最小负荷为最大负荷的60～70%，如主要是农业负荷时则宜取20～30%； ②负荷同时率取0.85～0.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0.95～1；

③功率因数一般取0.8； ④线损平均取5%。 2.1.2 设计主接线的基本要求

在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。 (1)可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：

①可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。

②主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。

③可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。

通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑： ①断路器检修时，能否不影响供电。

②线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

③变电站全部停运的可能性。

(2)灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。

①调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

②检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。

③扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。

(3)经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。

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①投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。

②占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。

③电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。

2.2 主接线的设计步骤

电气主接线的具体设计步骤如下： (1)分析原始资料

①本工程情况 变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量等。

②电力系统情况 电力系统近期及远景发展规划（5～10 年），变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景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 负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。

④环境条件 当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。

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，可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。

(3)短路电流计算

对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。

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(4)主要电器选择

包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。 (5)绘制电气主接线图

将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。 2.3 本变电站电气主接线设计 2.3.1 110kV 电压侧接线

《35～110kV 变电所设计规范》规定，35～110kV 线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。35～63kV 线路为8 回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV 线路为6 回其以上时，宜采用双母线接线。

在采用单母线、分段单母线或双母线的35～110kV 主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

本变电站110kV 线路有2 回，可选择双母线接线或单母线分段接线两种方案，如图所示。

方案1 方案2

图2.1 110KV侧接线方案

上图所示方案一一般用于出线较多，输送和穿越功率较大，供电可靠性和灵

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活性较高的场合。但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，投资大。方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。采用方案二能够满足本变电站110kV 侧对供电可靠性的要求，故选用投资小、节省占地面积的方案二。

因为本变电站所送都是基本负荷，没有Ⅰ、Ⅱ类负荷，故检修断路器时可以停电检修。同时，采用单母线分段也可以在检修断路器时不用停电，提高了可靠性和灵活性。所以，本变电站110KV侧采用单母线分段还是非常可靠的。

2.3.2 35kV 电压侧接线

本变电站35kV 线路有7 回，可选择单母线接线或单母线分段接线两种方案，方案一简单清晰、操作方便、设备少、投资小、占地面积小，但是供电部可靠。方案二简单清晰、操作方便、不易误操作、设备少、投资小、占地面积小、旁路断路器可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要回路不停电。方案二具有良好的经济性，供电可靠性也能满足要求，故35kV 侧接线采用方案二。

方案1 方案2

图2.2 35KV侧接线方案

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2.3.3 10kV 电压侧接线

《35～110kV 变电所设计规范》规定，当变电所装有两台主变压器时，6～10kV侧宜采用分段单母线。线路为12 回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

方案1 方案2

图2.3 10KV侧接线方案

本变电站10kV 侧线路为10 回，可采用双母线接线或单母线分段接线两种方案，如下图所示。方案一一般用于出线较多，输送和穿越功率较大，供电可靠性和灵活性较高的场合。但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，投资大。方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。采用方案二能够满足本变电站110kV 侧对供电可靠性的要求，故选用投资小、节省占地面积的方案二。

综上所述，本变电站主接线图如图2.4所示

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图2.4

变电站低压侧未采用限流措施，待计算短路电流之后，再采用相应的限流措施。最简单的限制短路电流的方法是使变压器低压侧分列运行。变压器低压侧分列运行，限流效果显著，是目前广泛采用的限流措施。在变压器回路中装设电抗器或分裂电抗器用的很少，母线电抗器体积大、价格高且限流效果较小，出线上装电抗器，投资最贵，且需造两层配电装置室，在变电站中应尽量少用。

三、 变压器选择

3.1 主变压器的选择

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。变压器的作用：变压器是把某一级电能转化为另一级电能的电器设备，通过变压器可以方便的实现把电能输送到遥远的地方，再用合适的电压再分配到各个用户。我们知道，输送一定的电功率，输电线路中的电流大小和电压的高低成反比。电

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压升高几倍，电流就减小几倍，输电线路上的功率损耗就减少N*N倍，如果输电线的功率损耗仍保持在电压未升高以前的数值则当电压提高N倍后，输电线上的电阻就可以增加N*N倍也就是说导线的材料就可以减少N*N倍。对于节约物质，减少投资也有重大的效益。所以远距离输电都采用高压或超高压，当电能送到受电端后，还必须把电压降低以适用用电设备。电力变压器的原理：铁芯上绕有互相绝缘的绕组N1、N2，其中N1接到交流电源上称为一次绕组N2接到负载称为二次绕组。当一次绕组上有交流通过时，则在铁芯中产生交变磁通，同时铰链二次绕组，根据电磁感应原理在一、二次绕组中将分别感应电动势E1、E2，当二次绕组分别接有负载时，则有电流通过负载，由于两绕组在同一铁芯上，每匝的感应电势相等。所以一、二次绕组的匝数不同就可以得到不同的电压，其关系式为：K=E1/E2=U1/U2=I2/I1。

《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。

具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。

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。 由负荷计算（设计计算书第1 章）可知，本变电站总负荷为装设两台主变压器，每台变压器额定容量按下式选择：

所以，选择主变压器型号为SFS9-10000/110，具体参数如下：

，

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表3.1 主变压器技术参数

型号 额定容量(KVA) 额定电压(KV) 高压 变比 空载损耗(KW) 短路损耗(KW) 阻抗电压(%) 空载电流(%) 联结组别 3.2 站用变压器的选择

《35～110kV 变电所设计规范》规定，在有两台及以上主变压器的变电站中，宜装设两台容量相同可互为备用的站用变压器，分别接到母线的不同分段上。

变电站的站用电是变电站的重要负荷，因此，在站用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电站发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电站安全，经济的运行。

一般变电站装设一台站用变压器，对于枢纽变电站、装有两台以上主变压器的变电站中应装设两台容量相等的站用变压器，互为备用，如果能从变电站外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台站用变压器。根据如上规定，本变电站选用两台容量相等的站用变压器。本变电站10KV母线为单母线分段，每段均应装设一台所用变压器，即选用两台所用变，分别装在两段母线上。

高中 10.5 15.8 66.6 高低 17~18 0.50 YN yn0 d11 中低 6.5 SFS9-10000/110 10000 110 中压 低压 43 14

根据原始资料可知，站用电为160KVA，故选择容量为200KVA的变压器。选择型号为：S9-200/10

表3.2 站用变压器技术参数 型号 S9-200/10 额定容量(kVA) 200 额定电压(KV) 高压 中压 0.4 损耗(KW) 空载 0.50 短路 2.50 空载电流(%) 1.7 阻抗电压(%) 4 联结组别 Y,yn0

四、 短路电流计算

4.1 短路电流计算的目的

在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。短路电流计算的目的主要有以下几方面：

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

(2)在选择电气设备时，为了保证设备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，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

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

(4)在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

(5)接地装置的设计，也需用短路电流。 4.2 短路电流计算的一般规定

验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定： (1)计算的基本情况

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①电力系统中所有电源都在额定负荷下运行； ②同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁)； ③短路发生在短路电流为最大值的瞬间； ④所有电源的电动势相位角相同； ⑤正常工作时，三相系统对称运行；

⑥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阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

(2)接线方式

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

(3)计算容量

应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5～10 年）。

(4)短路种类

一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。

(5)短路计算点

在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的6～10kV 出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。

4.3 短路电流计算的步骤

在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用计算曲线法。其具体计算步骤如下：

(1)绘制等值网络。

①选取基准功率SB和基准电压UB?Uav；

②发电机电抗用X\d ，略去网络各元件的电阻、输电线路的电容和变压器的励磁支路；

③无限大功率电源的内电抗等于零；

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④略去负荷。 (2)进行网络变换。

按网络变换的原则，将网络中的电源合并成若干组，例如，共有g 组，每组用一个等值发电机代表。无限大功率电源（如果有的话）另成一组。求出各等值发电机对短路点的转移电抗Xfs(i?1,2,.....,g)， 以及无限大功率电源对短路点的转移电抗Xfs。

(3)将前面求出的转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归算，便得到各等值发电机对短路点的计算电抗。

xjs?xfsSN?i(i?1,2,....,g) SB式中，SN?i为第i台等值发电机的额定容量，即由它所代表的那部分发电机的额定容量之和。

(4)由计算电抗分别根据适当的计算曲线找出指定时刻t 各等值发电机提供的短路周期电流标幺值I。

(5)网络中无限大功率电源供给的短路电流周期是不衰减的，并由下式确定

Ipt*?(6)计算短路电流周期分量的有名值。

1 xfs第i 台等值发电机提供的短路电流为：

Ipt?i?Ipt*?INi?Ipt*?无限大功率电源提供的短路电流为

Sn3Uav

Ipt?Ipt*?IB?Ipt*?SB3UB

短路点电流的有名值为上面两者的傅里叶级数和，式中，Uav应取短路处电压级的平均额定电压；INi为归算到短路处电压级的第i台等值发电机的额定电流；IB为对应于所选基准功率SB在短路处电压级的基准电流。

(7)计算短路容量和短路电流冲击值。 (8)绘制短路电流计算结果表。

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4.4 短路电流计算结果

本变电站短路电流计算结果如下（计算过程见设计计算书第3 章）：

110 KV

K1

35 KV

K2

10 KV

K3

三相短路电流计算结果见表4.1

表4.1 短路电流计算结果

次暂态电流 短路点 标幺值I*\/KA 有名值I\/KA K1 K2 K3 10.15 1.604 1.05 5.096 2.503 5.77 冲击电流值ish/KA 冲击电流有效值Ish/KA 7.69 3.78 8.71 12.97 6.37 14.69

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五、 电器设备的选择

5.1 电器选择的一般条件

电器选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。正确的选择电器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。在进行电器选择时，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，并注意节省投资，选择合适的电器。

它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等都是断开和合上电路的设备。断路器在电力系统正常运行情况下用来合上和断开电路故障时在继电保护装置控制下自动把故障设备和线路断开，还可以有自动重合闸功能。在我国，220KV以上变电站使用较多的是空气断路器和六氟化硫断路器。

隔离开关（刀闸)的主要作用是在设备或线路检修时隔离电压，以保证安全。它不能断开负荷电流和短路电流，应与断路器配合使用。在停电时应先拉断路器后拉隔离开关送电时应先合隔离开关后合断路器。如果误操作将引起设备损坏和人身伤亡。

负荷开关能在正常运行时断开负荷电流没有断开故障电流的能力，一般与高压熔断丝配合用于10KV及以上电压且不经常操作的变压器或出线上。

为了减少变电站的占地面积近年来积极发展六氟化硫全封闭组合电器(GIS)。它把断路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中集中组成一个整体外壳充以六氟化硫气体作为绝缘介质。这种组合电器具有结构紧凑体积小重量轻不受大气条件影响，检修间隔长，无触电事故和电噪声干扰等优点，具有发展前景。目前，它的缺点是价格贵，制造和检修工艺要求高。

尽管电力系统中各种电器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一致的。电器要能可靠的工作，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。

(1)按正常工作条件选择电器 ①额定电压和最高工作电压

在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择，即

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UN?UNs

②额定电流

电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度?0下，电器的长期允许电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IN?Imax

③按当地环境条件校核

在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤其是小环境）条件当气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件，应采取措施。

(2)按短路情况校验 ①短路热稳定校验

短路电流通过电器时，电器各部件温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为

It2t?QK

式中QK ——短路电流产生的热效应；

It、t ——电器允许通过的热稳定电流和时间。 ②电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的件为

Ies?Ish或ies?ish

式中ish、Ish ——短路冲击电流幅值及其有效值；

ies 、Ies ——电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：

1)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。 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。

43 20

③短路电流计算的条件

为使电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：

1)容量和接线 按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建成后5～10 年）；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。

2)短路种类 一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。

3)计算短路点 选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。 ④短路计算时间

校验电器的热稳定和开断能力时，还必须合理的确定短路计算时间。验算热稳定的计算时间tk为继电保护动作时间即

tpr和相应断路器的全开断时间tab之和，

tk?tpr?tab

而tab?tin?ta

式中tab ——断路器全开断时间；

tpr ——后备保护动作时间；

tin ——断路器固有分闸时间；

ta ——断路器开断时电弧持续时间。tab?tin?ta

开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，故电器的开断计算时间tbr 应为主保护时间tpr1 和断路器固有分闸时间之和，即

tbr?tpr1?tin

5.2 高压断路器的选择

高压断路器的主要功能是：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。高压断路器是开关电器中

43 21

最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。

本变电站高压断路器选择如下（选择和校验计算见计算书第4 章）

110kV 线路侧及变压器侧： 计算数据 SW7-110 UN 110KV 52.49A 5.096KA 12.97KA 90.89KA2?S UN IN 110KV 1600A 15.8KA 55KA 1764KA2?S Ig?max I\ IK ish?N 2IK?t ish Qk

35kV 线路侧及变压器侧： 计算数据 SW2-35 UN 35KV 164.96A 2.503KA 6.37KA 218.795KA?S UN IN 35KV 600A 6.6KA 17KA 174.24KA2?S Ig?max I\ IK ish?N 2IK?t ish Qk

43 22

10kV 线路侧及变压器侧： 计算数据 ZN5-10 UN 10KV 577.35A 5.77KA 14.69KA 83.23KA2?S UN IN 10KV 630A 20KA 50KA 1600KA2?S Ig?max I\ IK ish?N 2IK?t ish Qk

5.3 隔离开关的选择

隔离开关也是变电站中常用的电器，它需与断路器配套使用。但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。

5.3.1 隔离开关的主要用途：

(1)隔离电压 在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。

(2)倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。

(3)分、合小电流 因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：

①分、合避雷器、电压互感器和空载母线； ②分、合励磁电流不超过2A 的空载变压器； ③关合电容电流不超过5A 的空载线路。

43 23

5.3.2 本变电站隔离开关的选择

110KV:选择GW13-110 计算数据 GW13-110 UN 110KV 52.49A 12.97KA 90.89KA2?S UN IN 110KV 630A 55KA 1024KA2?S Ig?max ish Qk

ish?N 2IK?t 35KV：选择GW5-35Ⅱ 计算数据 GW5-35Ⅱ 35KV 164.96A 6.37KA 218.795KA?S UN UN IN 35KV 630A 100KA 1600KA2?S Ig?max ish Qk

ish?N 2IK?t 10KV:选择GN19-10 计算数据 GN19-10 UN 10KV 577.35A 14.69KA 283.23KA?S UN IN 10KV 630A 31.5KA 1600KA2?S Ig?max ish Qk

ish?N 2IK?t 43 24

5.4 电流互感器的选择

互感器（包括电流互感器TA 和电压互感器TV）是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。

互感器的作用是：将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压(100V)和小电流(5A 或1A)，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构小巧、价格便宜和便于屏内安装。使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。

110KV:选择LCWB4-110 计算数据 LCWB4-110 110KV 52.49A 12.97KA 290.89KA?S UN UN IN 110KV 100A 19.09KA 225KA2?S Ig?max ish Qk

ish?N 2IK?t 35KV：选择LCWB-35 计算数据 LCWB-35 35KV 164.96A 6.37KA 218.795KA?S UN UN IN 35KV 600A 16.5KA 46.24KA2?S Ig?max ish Qk

ish?N 2IK?t 43 25

10KV:选择LAJ-10 计算数据 LAJ-10 10KV 577.35A 14.69KA 283.23KA?S UN UN IN 10KV 600A 54KA 3600KA2?S Ig?max ish Qk

ish?N 2IK?t 5.5 电压互感器的选择

电压互感器的二次负荷阻抗很大，一次电流很小，不需选择额定电流。外部电网短路电流不通过电压互感器，不需进行短路稳定性校验。电压互感器的内部短路故障，则由专用的熔断器或保护（110KV及以上）来切除。

110kV 母线选用JDCF-110 型电压互感器，校验合格。 35kV 母线选用JDJJ2-35 型电压互感器，校验合格。 10kV 母线选用JDZJ-10 型电压互感器，校验合格

5.6 高压熔断器的选择

熔断器是最简单也是最早使用的保护电器，当电路过负荷或发生短路时，电流增大，经一定时间，熔体温度超过熔点而熔断，切断电路。高压熔断器主要是用于发电厂和变电站中保护厂用变压器、电力变压器、电力电容器和电压互感器等。

35KV母线电压互感器选用RXW-35/0.5型户外高压熔断器保护，校验合格。 10KV母线电压互感器先用RN2-10/0.5型户内高压熔断器保护，校验合格。

5.7 避雷器的选择

发电厂、变电站采用避雷针保护后，电气设备几乎可以免受直接雷击。而在与发电厂、变电站相连的长达数十、数百公里的输电线路上，虽然有避雷线保护，但由于雷电的绕击和反击，在输电线路上还是会产生向发电厂、变电站入侵的雷电过电压波，它将直接危及变电站等电气设备的绝缘。对入侵波过电压，需要装设避雷器来加以限制。

43 26

目前使用的避雷器主要有四种类型：①保护间隙；②排气式避雷器（管式避雷器）；③阀式避雷器；④金属氧化物（氧化锌）避雷器。保护间隙和排气式避雷器主要用于配电系统、线路和发电厂、变电站进线段保护；阀式避雷器和氧化锌避雷器主要用于发电厂和变电站的保护。避雷器在220KV及以下系统主要用于限制雷电过电压，在超高压系统中还用来限制内部过电压或作为内部过电压的后备保护。

110KV选用型号为FZ-110的阀式避雷器； 35KV选用型号为FZ-35的阀式避雷器； 10KV选用型号为FZ-10的阀式避雷器。

43 27

设计计算书

一、 负荷计算

1.1 主变压器负荷计算

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上，进行负荷预测。

本变电站负荷分析如下（线损平均5%，功率因数为0.8）： （1）10KV侧：出线10回，Tmax=3000h S1=3600KVA

（2）35KV侧：出线7回，Tmax=4000h S2=10000KVA

（3）110KV侧：经2回线与110KV系统相连

10KV与35KV所需负荷功率可通过主变压器由110KV母线取得 故S’= S1 +S2=13600KVA 1.2 站用变压器负荷计算

变电站的站用电是变电站的重要负荷，因此，在站用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电站发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电站安全，经济的运行。

一般变电站装设一台站用变压器，对于枢纽变电站、装有两台以上主变压器的变电站中应装设两台容量相等的站用变压器，互为备用，如果能从变电站外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台站用变压器。根据如上规定，本变电站选用两台容量相等的站用变压器。本变电站10KV母线为单母线分段，每段均应装设一台所用变压器，即选用两台所用变，分别装在两段母线上。

根据原始资料可知，站用电为160KVA，故选择容量为160KVA的变压器。

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二、接线方案的潮流计算

无功补偿关系到电力系统的电压质量，安全及经济运行。无功补偿可以减少无功功率与无功负荷的传输，提高电压质量和减少电能损失。现代电力系统中，对无功电源与无功负荷采取在各级电压网中逐级补偿，就地平衡的原则。 较低cosψ的危害：

①降低发电机、变压器的有功输出 ②增加线路及变压器的有功损耗 ③使线路、变压器的电压损失增加 2.1 补偿装置的选择

①35KV补偿装置容量的选择：

高压用户cosψ不得小于0.9，若cosψ不足0.9，则应补偿至0.9以上，用户无功补偿并联电容器选择，需要根据用户自身的功率因数计算 由原始资料可知：

pmax?10000KVA,cos?=0.8

要求应当采用补偿电容器讲功率因数补偿至0.9以上：

C?10000?(0.75?0.48)?2.7Mvar

②10KV补偿装置容量的选择： 由原始资料可知：

pmax?3600KVA,cos?=0.8

要求应当采用补偿电容器讲功率因数补偿至0.9以上：

C?3600?(0.75?0.48)?0.97Mvar

三、短路电流计算

3.1 三相短路电流的计算

在最大运行方式下对三相短路的情况进行计算。

（1） 画出计算电路图，如图2.1（a）所示。

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110 KV

K1

35 KV

K2

10 KV

K3

选定基准容量SB?100MVA，基准电压115KV，37KV，10.5KV，基准电流为IB?SB3?UB。

计算各元件的标幺值： 线路：X1?S11100XL?B??0.4?65??0.0985 222UB11521(UK(1?2)%?UK(1?3)%?UK(2?3)%)?10.5 2变压器：UK1%? UK2%?1(UK(1?2)%?UK(2?3)%?UK(1?3)%)?0 21(UK(1?3)%?UK(2?3)%?UK(1?2)%)?6.5 2UK3%?则变压器各绕组标幺值：

X2?X5?UK1%SB10.5100????1.05 100STN10010UK2%SB??0 100STNX3?X6?UK3%SB6.5100X4?X7?????0.65

100STN1001043 30

① 当K1点发生短路时，等值电路如（a）所示：

X1

X1

X1

X8

K1

X9

K2

K3

(a)

(b)

系统对K1点的转移阻抗：Xfs1?X1?0.0985（冲击系数Ksh?1.8）

I*\?1?10.15X1

1003?115?5.096(KA)

I\?I*\?IB1?10.15?ish?2KshI\?1.8?2?5.096?12.97(KA)

Ish?I\1?2(Ksh?1)2?7.69(KA)

② 当K2点发生短路时，等值电路如（b）所示：

X1?0.0985 X8?(X2?X6)(X3?X5)1??1.05?0.525

X2?X6?X3?X52I*\?1?1.604

X1?X8I\?I*\?IB2?1.604?1003?37?2.503(KA)

ish?2KshI\?1.8?2?2.503?6.37(KA)

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