110KV设计 

1 绪论

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响了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，起着交换和分配电能的作用[1] [2]。变电站由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。变电站是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电站中还需进行电压调整、潮流控制以及输配电线路和主要电工设备的保护[1]。

本课题研究的是110KV降压变电站一次系统设计。变电站的一次部分设计要求经济合理，采取合理的电气主接线形式，采用合适电气设备的数量和质量，变电站平面布置和配电装置也要符合国家规定标准，只有这样变电站才能正常的运行工作。本设计以任务书中给定的原始资料为依据的前提下，综合工程具体特点、要求，认真贯彻执行国家有关的规范、标准、技术经济政策，力求做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地的要求，以满足电力系统安全经济运行要求。本次设计的主要内容有：主变选择，电气主接线[3] [4]的选择与论证，短路电流的计算，一次电气设备选择，所用变的选择，室内、室外配电装置的布置，防雷保护及接地方式的设计。同时完成主接线图、总平面布置图、10KV配电装置配置图、室外配电装置断面图、以及防雷保护设计图。

由于现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，使变电所设计问题变得越来越复杂，除了常规变电所之外，还出现了微机变电所、综合自动化变电所、小型化变电所和无人值班变电所等。当前随着我国城乡电网建设与改造工作的开展，对变电所设计也提出了更高更新的要求。

1

2 电气主接线设计

2.1 电气主接线的设计要求

变电所电气主接线[5]是整个变电站电气部分的主干，也是电力系统接线的主要组成部分。表明了发电机、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，从而完成发电、变电、输配电的任务。电气主接线的确定对电力系统整体及发电厂，变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择配电装置选择，继电保护和控制方式的拟定有较大影响，因此，主接线的设计是一个综合性的问题，必须正确外理为各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。现将变电所电气主接线设计的有关原则和要求简述如下。

2.1.1 电气主接线设计原则

电气主接线设计的基本原则[6]是以设计任务书原始数据为依据，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、扩建方便、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，坚持可靠、先进、适用、经济的原则。具体原则包括：

1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用

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，由于他们在电力系统中的地位和作用的不同，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，并分析过中可能的运行方式，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，必须有两个独立的电源供电，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，对其主接线的可靠性、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，适应负荷的突增、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二有所不同。

2

2.1.2 电气主接线的基本要求

在设计电气主接线时，应综合考虑供电可靠、运行灵活、检修方便、投资节约和便于扩建等几项基本要求[3] [5]。现对各项要求说明如下:

1）可靠性

供电可靠性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，应全面的看待以下几个问题：

a 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。设计应予以遵循。

b 主接线的可靠性，使由其各组成元件（包括一次和二次设备）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。

c 可靠性并不是绝对的，衡量主接线运行可靠性的标志是：断路器检修时，能否不影响供电；线路、断路器或母线检修时，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；变电所全部停运的可能性；对大机组超高压情况下的电气主接线，应满足可靠性准则的要求。

2）灵活性

电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。主接线的灵活性要求有以下几方面：

a 调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些机组、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。

b 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。

c 扩建方便：对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有扩建的方便性。尤其是火电厂和变电站，在设计主接线时应留有发展扩建的余地。设计时不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下，将来可顺利完成过渡方案的实施，使改造工作量最少。

3）经济性

在满足技术要求的前提下，做到经济合理。

a 投资节约：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，以便选择价格合理的电气设备；在终端或分支变电所中，应推广采用只降式（110/6-10kV）变电所和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。

b 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，尽可能使占地面积

3

少，节省架构、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。

c 电能损耗少：在发电厂或变电站中，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失。

4）具有发展和扩建的可能性：由于我国经济的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。

2.2 原始资料分析

1）110kV侧经单回线与系统相连,系统参数：容量S=100MVA，线路长度20km，型号为LGJ-185。

2） 35kV侧6回出线，最大负荷为25MW；功率因数为0.85；最大负荷利用小时数5200h。 3）10kV侧10回出线，最大负荷为20MW；功率因数为0.80；最大负荷利用小时数为5200 h。

2.3 变电所三种接线的拟订

1）110KV侧双母线，35KV侧单母分段，10KV侧单母分段。如图2-1所示。

图2-1 方案1

（2）110KV侧双母带旁路，35KV侧单母分段，10KV侧单母线。如图2-2所示。

4

图2-2 方案2

（3）110KV侧双母线，35KV侧双母线，10KV侧单母分段。如图3所示。

2.4 各方案的比较,确定最终方案

第一种方案与第二种方案比较：110KV侧双母线带旁路的可靠性比双母线高，但所需投资比双母线大，操作复杂。根据负荷及系统进线情况，进行经济性、灵活性比较，110KV侧最终选定双母线。10KV侧单母线分段比单母线可靠性高，灵活性好，当其中一段母线发生故障时，另一段母线可正常供电。根据可靠性要求，10KV选用单母线分段接线。 第一种方案与第三种方案比较：35KV侧双母线与单母分段比较，投资大，检修母线时容易误操作。从可靠性和负荷的等级上分析，根据经济性选用单母线分段。 综上所述，应选择方案1。

5

11X*K2?X*S?X*L?(X*T1?X*T2)?0.05?0.0598?(0.43?0.01)?0.32

22三相短路电流周期分量有效值

IB21.56I(3)K2?*??4.88KAXK20.322

三相短路电流周期分量稳态值：

I?(3)K2?I(3)K2?4.88KA

短路冲击电流

ich2?2.55I(3)K2?2.55?4.88?12.44KA

短路冲击电流有效值

Ich2?1.51I(3)K2?1.51?4.88?7.37KA

计算三相短路容量为：

SK2?3Uav2I(3)K2?3?37?4.88?313MVA

4.1.4.3 d3点短路电流的计算

d3点短路电抗总标么值为：

11X*K3?X*S?X*L?(X*T1?X*T3)?0.05?0.0598?(0.43?027)?0.46

22三相短路电流周期分量有效值

IB35.50I(3)K3?*??11.96KAXK30.46

三相短路电流周期分量稳态值

I?(3)K3?I(3)K3?11.96KA

短路冲击电流最大值

ich3?2.55I(3)K3?2.55?11.96?30.50KA

短路冲击电流有效值

Ich3?1.51I(3)K3?1.51?11.96?18.06KA

计算三相短路容量为

SK3?3Uav3I(3)K3?3?10.5?11.96?218MVA

表4-1 短路电流计算结果

短路点编号 d1 d2 d3 短路点额短路点平定电压 UN/KV 短路电流周期分量 有效值 I(3)K/KA 短路冲击电流 有效值 Ich/KA 均电压 Uav/KV 稳态值 I?/KA 稳态值 ich/KA 短路容量 SK/MVA 110 35 10 115 37 10.5 4.55 4.88 11.96 4.55 4.88 11.96 6.87 7.37 18.06 11.60 12.44 30.50 906 313 218 11

5 导体和电气设备的选择和设计

5.1 断路器的选择

断路器的选择原则[7]如下：

少油断路器：油量少，重量轻，不用采用特殊的防火措施，尺寸小，占地面积小，造价低运行经验丰富，易于维护，噪音低。对于110KV变电站经济性考虑使用少油断路器。

1）按额定电压进行选择为：

Ug?Ue （5-1）

2）按额定电流进行选择为：

Igmax?Ie （5-2）

其中Igmax为各回路最大持续工作电流，按表5-1进行选取。

表5-1 最大持续工作电流计算表

回路名称 计算公式 馈线回路 Igmax?P3UNcos? Igmax?三相变压器回路 1.05Sn3Un 其中Sn为变压器各侧绕组容量 Igmax一般为该母线上最大一台发电机或一组变压器的持续工作电流 母线分段断路器回路或母联断路器回路 3）额定开断电流的条件：

断路器的额定开断电流Iekd不应小于实际开断电流的周期分量Idt，即

Iekd?Idt （5-3）

4）校验短路时的热稳定：

I?2tdz?Ir2t （5-4）

式中

Ir -断路器在ts内的热稳定电流； tdz-短路电流发热等值时间；

I?-稳态三相短路电流； t-短路电流计算时间。 其中

12

tdz?tz?0.05?''2 （5-5）

I(3)由??和短路电流计算时间t?tb?tfd，可在短路电流周期分量发热等值时间曲线

I?''2中查出短路电流周期分量等值时间tz ，从而可计算出tdz 。

5）校验短路时的动稳定：

ich?ij其中，

ich-短路冲击电流幅值及其有效值；

， （5-6）

ij-电气设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值。

5.1.1 110KV断路器选择结果

5.1.1.1 1110KV侧单回进线断路器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?110KV

2）按额定电流选择：

P1?20WM，cos?1?0.85；P2?15WM，cos?2?0.80

馈电回路持续工作电流：Smax?Pmax1Pmax22015????42.28MVA cos?1cos?20.850.80Smax42.28??222A 3Un13?110 Igmax?故选择110KV的断路器的类型为SW4-110户外少油型断路器。

表5-2 SW4-110户外少油型断路器

额定电压 （KV） 110 额定电流 （A） 1000 最大极限通过电流（KA） 55 固有分闸时间（S） 0.06 热稳电流（1s有效值）（KA2?S） 32 额定开断电流(KA) 18.4 3）按额定开断电流选择：

Iekd?18.4KA?Idt?I(3)k1?4.55KA 满足按额定开断电流选择的要求。

4）热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t

tdz?tz?0.05?''2

13

I\I(3)k1?\???1

I?I?(3)k1t?tb?tfd?tb?tg?thu?0.06?0.06?0.04?0.16

其中，tb-主保护装置动作时间，取0.06S；

tg-断路器固有分闸时间；

thu-断路器电弧持续时间，取0.04S。

tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.20S，则tdz?0.20?0.05?1?0.25S

I?2tdz?I?(3)k12tdz?4.55?0.25?1.14(KA2?S) Ir2?t?322?0.16?163.84(KA2?S)

即I?2tdz?Ir2t，满足热稳定要求。

5）动稳定校验：根据ich?ij ，ich?11.60KA?ij?55KA，满足动稳定要求。 校验满足要求，故选择此型号断路器 5.1.1.2 110KV母联断路器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?110KV

2）按额定电流选择：其属于三相变压器回路，持续工作电流为：

Igmax?1.05Sn1.05?25??138A3Un13?110

故也选择SW4-110户外少油型断路器(表同上)。

3）按额定开断电流选择：

Iekd?18.4KA?Idt?I(3)k1?4.55KA 满足按额定开断电流选择的要求。

4）热稳定校验：同上。 5）动稳定校验：同上。 5.1.1.3 110KV侧主变回路断路器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?110KV

2）3）4）5）同上。

故也选择SW4-110户外少油型断路器。

5.1.2 35KV等级断路器的选择

5.1.2.1 35KV侧主变断路器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?35KV

14

2）按额定电流选择：其最大持续工作电流为

Igmax?1.05Sn1.05?25??433A 3Un23?35根据其持续工作电流选择SW2?35型户外少油断路器。

表5-3 SW2-35型户外少油断路器

额定电压 （KV） 35 额定电流 最大极限通过（A） 600 电流（KA） 17 固有分闸时间（S） 0.06 热稳电流（4s有额定开断效值）（KA2?S） 电流(KA) 6.6 6.6 3）按额定开断电流选择：Iekd?6.6KA?Idt?I(3)k2?4.88KA 满足按Iekd选择的要求。

4）热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t

I\I(3)k1??1 tdz?tz?0.05? ?\?I?I?(3)k1''2t?tb?tfd?tb?tg?thu?0.06?0.06?0.04?0.16

式中 tb-主保护装置动作时间，取0.06S；

tg-断路器固有分闸时间；

thu-断路器电弧持续时间，取0.04S。

tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.20S，则tdz?0.20?0.05?1?0.25S I?2tdz?I?(3)k2?tdz?4.882?0.25?5.95(KA2?S) Ir2t?6.62?0.16?6.97(KA2?S) 即I?2tdz?Ir2t，满足热稳定要求。

5）动稳定校验： 根据ich?ij

ich?12.44KA?ij?17KA

满足动稳定要求。

校验满足要求，故选择此型号断路器。 5.1.2.2 35kV侧母联断路器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?35KV

15

2）按额定电流选择：其最大持续工作电流为

Igmax?1.05Sn1.05?25??433A 3Un23?35根据额定电流，选择SW2—35型少油户外断路器(表同上)。

3）4）5）同上，校验满足要求，故选择此型号断路器。 5.1.2.3 35kV侧出线断路器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?35KV

2）按额定电流选择：其最大持续工作电流

Igmax?Pmax120/6??65A

3Un2cos?13?35?0.85根据额定电流，选择SW2—35型少油户外断路器(表同上)。

3）4）5）同上，校验满足要求，故选择此型号断路器。

5.1.3 10k侧断路选择

5.1.3.1 10KV侧主变回路断路器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?10KV

2）按额定电流选择：其持续工作电流为：

Igmax?1.05Sn1.05?25??1.52KA 3Un33?10根据其工作电流选择SN3?10户内少油断路器

表5-4 SN3?10户内少油断路器

热稳电流（1s额定电压 （KV） 额定电流（A） 固有分闸时间（S） 极限通过峰值电流（KA） 有效值）（KA?S） 10 2000 0.14 75 43.5 29 2额定开断电流(KA) 3）按额定开断电流选择：

Iekd?29KA?Idt?I(3)k3?11.96KA

满足按额定开断电流选择的要求。

4）热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t

16

tdz?tz?0.05?''2

I\I(3)k1?\??(3)?1

I?I?k1t?tb?tfd?tb?tg?thu?0.06?0.14?0.04?0.24

其中 tb-主保护装置动作时间，取0.06S；

tg-断路器固有分闸时间；

thu-断路器电弧持续时间，取0.04S。

tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.46S， 则 tdz?0.46?0.05?1?0.51S

2(3)22I?tdz?I?k3?tdz?11.96?0.51?72.95(KA?S)

222Irt?43.5?0.24?454(KA?S) 22即I?tdz?Irt，满足热稳定要求。

5）动稳定校验：

根据ich?ij

ich?30.50KA?ij?75KA 满足动稳定要求。

校验满足要求，故选择此型号断路器。 5.1.3.2 10KV侧母联断路器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?10KV

2）按额定电流选择： 其最大持续工作电流：

Igmax?1.05Sn31.05?25??1.52KA 3Un33?10故也选择SN3—10型断路器

3）4）5）同上，校验满足要求，故选择此型号断路器。 5.1.3.3 10KV侧出线断路器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?10KV 2）按额定电流选择： 馈电回路持续工作电流：

Igmax?Pmax21.5??108A

3Un3cos?23?10?0.8017

根据其持续工作电流选择SN2?10型断路器。

表5-5 SN2?10型断路器

热稳电流（5s额定电压 （KV） 10 额定电流 （A） 400 固有分闸时间 极限通过电流（S） 16 峰值（KA） 52 有效值）（KA?S） 20 20 2额定开断电流（KA） 3）按额定开断电流选择：

Iekd?29KA?Idt?I(3)k3?11.96KA

满足按额定开断电流选择的要求。

（4）热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t

I\I(3)k1?(3)?1 tdz?tz?0.05? ?\?I?I?k1''2t?tb?tfd?tb?tg?thu?0.06?0.1?0.04?0.2

其中 tb-主保护装置动作时间，取0.06S；

tg-断路器固有分闸时间；

thu-断路器电弧持续时间，取0.04S。

tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.2S，则tdz?0.2?0.05?1?0.25S I?2tdz?I?(3)k3?tdz?11.962?0.25?35.76(KA2?S) Ir2t?202?0.2?80(KA2?S) 即I?2tdz?Ir2t，满足热稳定要求。

5）动稳定校验： 根据ich?ij

ich?30.50KA?ij?75KA

满足动稳定要求。

校验满足要求，故选择此型号断路器。

5.2 隔离开关的选择

隔离开关的选择[7] [9] [12]应依据额定电压、额定电流、装置种类、构造形式等条件进行综合的技术经济比较然后确定，选择隔离开关的要求和方法，与选择断路器相同，但不需

18

要校验其开断电流。

5.2.1 110KV隔离开关选择结果

根据断路器选择中的计算数据和已知条件，110KV侧单回进线、母联及主变回路的隔离开关选择结果一致，选择GW4?110D型户外隔离开关(D：带有接地刀)。

表5-6 GW4?110D户外隔离开关

额定电压 （KV） 110 1）热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t

额定电流 （A） 600 动稳电流 （KA） 50 热稳电流（4s有效值）（KA2?S） 15.8 I\I(3)k1??1 tdz?tz?0.05? ?\?I?I?(3)k1''2其中，t?4S。tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=3.50S，则

tdz?3.50?0.05?1?3.55S

I?2tdz?I?(3)k1?tdz?4.552?3.55?73.49(KA2?S) Ir2t?15.82?4?998.56(KA2?S) 即I?2tdz?Ir2t，满足热稳定要求。

2）动稳定校验：

根据ich?ij ，ich?11.60KA?ij?50KA，满足动稳定要求 校验满足要求，故选择此型号隔离开关

5.2.2 35KV隔离开关选择结果

根据断路器选择中计算的数据和已知条件，35KV侧主变回路、母联和出线隔离开关的选择结果一致，选择GW4?35D型户外隔离开关。

表5-7 GW4?35D型户外隔离开关

额定电压 （KV） 35 额定电流（A） 600 动稳电流 （KA） 50 热稳电流（5s有效值）（KA2?S） 15.8 1）热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t

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I\I(3)k1??1 tdz?tz?0.05? ?\?I?I?(3)k1''2其中，t?4S，tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=3.50S， 则 tdz?3.50?0.05?1?3.55S

I?2tdz?I?(3)k1?tdz?4.882?3.55?84.54(KA2?S) Ir2t?15.82?4?998.56(KA2?S) 即I?2tdz?Ir2t，满足热稳定要求。

2）动稳定校验： 根据ich?ij

ich?12.44KA?ij?50KA

所以，满足动稳定要求。

校验满足要求，故选择此型号隔离开关。

5.2.3 10KV侧隔离开关选择结果

5.2.3.1 10KV侧主变回路和母联隔离开关

根据10KV侧主变回路和母联断路器选择的数据和已知条件，10KV侧主变回路和母联隔离开关选择结果一致，选择GN2?10型室内隔离开关。

表5-8 GN2?10型室内隔离开关

额定电压 （KV） 10 1）热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t

额定电流 （A） 2000 动稳电流 （KA） 85 热稳电流（5s有效值）（KA2?S） 51 I\I(3)k1?(3)?1 tdz?tz?0.05? ?\?I?I?k1''2其中，t?5S，tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=4.40S， 则 tdz?4.40?0.05?1?4.45S

I?2tdz?I?(3)k3?tdz?11.962?4.45?636.54(KA2?S) Ir2t?512?5?13005(KA2?S) 即I?2tdz?Ir2t，满足热稳定要求。

2）动稳定校验： 根据ich?ij

ich?30.50KA?ij?85KA

所以，满足动稳定要求。

20

校验满足要求，故选择此型号隔离开关。 5.2.3.2 10KV侧出线回路隔离开关

根据10KV侧出线断路器选择中计算的数据和已知条件，10KV侧出线隔离开关选择

GN1?10型室内隔离开关。

表5-9 GN1?10型室内隔离开关

额定电压 （KV） 10 1）热稳定校验：

额定电流 （A） 400 动稳电流 （KA） 50 热稳电流（5s有效值）（KA2?S） 14 根据I?2tdz?Ir2t

I\I(3)k1??1 tdz?tz?0.05? ?\?I?I?(3)k1''2其中，t?5S，tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=4.40S， 则 tdz?4.40?0.05?1?4.45S

I?2tdz?I?(3)k3?tdz?11.962?4.45?636.54(KA2?S) Ir2t?142?5?980(KA2?S) 即I?2tdz?Ir2t，满足热稳定要求。

2）动稳定校验：根据ich?ij ，ich?30.50KA?ij?50KA，满足动稳定要求。 校验满足要求，故选择此型号隔离开关。

5.3 电流互感器的选择

a．互感器的配置[13]：

1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器出线、母联分段及所有断路器回路中均装设电流互感器。

2）在未设断路器的下列地点也应装设电力互感器，如发电机和变压器的中性点。 3）对直接接地系统，一般按三相配置，对三相直接接地系统，依其要求接两相或三相配置。

4）60～220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。

5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 b.电流互感器的选择[12]：

1）6-20KV屋内配电装置可采用瓷绝缘节构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器，35KV及以上的配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。

2）按额定电压选择：电流互感器的额定电压不小于电流互感器回路所在电网的额定电压，即

21

Ue?Ug （5-7）

Ue-电流互感器的额定电压，Ug-电流互感器回路所在电网的额定电压。

3）按一次额定电流选择：电流互感器的额定电流不小于电流互感器回路的最大持续工作电流，即

Ie?Igmax （5-8）

Ie-电流互感器一次额定电流，Igmax-电流互感器一次绕组的最大长期工作电流。

4）热稳定校验：

电流互感器的热稳定通常以1S的热稳定倍数表示，即

(IeKr)2t?I?2tdz （5-9）

Kr-电流互感器的热稳定倍数，Kr?Ir，t-电流互感器的热稳定时间，t?1S。 Ie5）动稳定校验（内部）： 一般以倍数表示，校验公式为

2IeKd?ich （5-10）

Kd-电流互感器的动稳定倍数，Kd?ij，ich-短路冲击电流的幅值。 2Ie5.3.1 110KV电压等级电流互感器的选择

5.3.1.1 110KV侧单回进线上的电流互感器

1）按额定电压选择:

Ue?Ug?110KV

2) 按一次额定电流选择： 根据断路器计算数据：

Igmax?Smax42.28??222A 3Un13?110故可选择LCW-110型户外独立式电流互感器。

表5-10 LCW-110型户外独立式电流互感器

额定电压 （KV） 110 额定电流比 （A） 300/5 准确级 0．5 1s热稳定倍数 （KA2?S） 75 动稳定倍数 （KA） 150 3）热稳定校验：

(IeKr)2t?(0.3?75)2?1?506.25(KA2?S)

其中，t?1S，tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.83S， 则 tdz?0.83?0.05?1?0.88S

I?2tdz?I?(3)k1?tdz?4.552?0.88?18.22(KA2?S)

22

即(IeKr)2t?I?2tdz，满足热稳定要求。

4）动稳定校验：

2IeKd?2?0.3?150?63.34KA?ich?11.60KA

所以，满足动稳定要求。

校验满足要求，故选择此型号电流互感器。 5.3.1.2 110KV侧母联与主变回路上的电流互感器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?110KV

2）按一次额定电流选择： 根据断路器计算数据：

Igmax?1.05Sn1.05?25??138A 3Un13?110故也选择LCW-110型户外独立式电流互感器。

表5-11 LCW-110型户外独立式电流互感器

额定电压 （KV） 110 额定电流比 （A） 150/5 准确级 0．5 1s热稳定倍数 2（KA?S） 75 动稳定倍数 （KA） 150 3）热稳定校验：

(IeKr)2t?(0.15?75)2?1?126.56(KA2?S)

其中，t?1S，tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.83S， 则 tdz?0.83?0.05?1?0.88S

I?2tdz?I?(3)k1?tdz?4.552?0.88?18.22(KA2?S)

即(IeKr)2t?I?2tdz，满足热稳定要求。

4）动稳定校验：

2IeKd?2?0.15?150?31.82KA?ich?11.60KA

所以，满足动稳定要求。

校验满足要求，故选择此型号电流互感器。

5.3.2 35KV电压等级电流互感器的选择

5.3.2.1 35KV侧主变回路和母联上的电流互感器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?110KV

2）按一次额定电流选择： 根据断路器计算数据：

23

Igmax?1.05Sn1.05?25??433A 3Un23?35故选择LCW-35型户外独立式电流互感器。

表5-12 LCW-35型户外独立式电流互感器

额定电压 （KV） 35 额定电流比 （A） 600/5 准确级 0．5 1s热稳定倍数 （KA2?S） 65 动稳定倍数 （KA） 100 3）热稳定校验：

(IeKr)2t?(0.6?65)2?1?1521(KA2?S)

其中，t?1S，tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.83S， 则 tdz?0.83?0.05?1?0.88S

I?2tdz?I?(3)k1?tdz?4.882?0.88?20.96(KA2?S) 即(IeKr)2t?I?2tdz，满足热稳定要求。

4）动稳定校验：

2IeKd?2?0.6?100?84.85KA?ich?12.44KA

所以，满足动稳定要求。

校验满足要求，故选择此型号电流互感器。 5.3.2.2 35KV侧出线回路上的电流互感器：

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?110KV

2）按一次额定电流选择： 根据断路器计算数据：

Igmax?Pmax120/6??65A

3Un2cos?13?35?0.85故也选择LCW-35型户外独立式电流互感器。

表5-13 LCW-35型户外独立式电流互感器

额定电压 （KV） 35 额定电流比 （A） 600/5 准确级 0．5 1s热稳定倍数 （KA2?S） 65 动稳定倍数 （KA） 100 3）热稳定校验：

(IeKr)2t?(0.1?65)2?1?42.25(KA2?S)

其中，t?1S，tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.83S，

24

则 tdz?0.83?0.05?1?0.88S

I?2tdz?I?(3)k1?tdz?4.882?0.88?20.96(KA2?S) 即(IeKr)2t?I?2tdz，满足热稳定要求。

4）动稳定校验：

2IeKd?2?0.1?100?14.14KA?ich?12.44KA

所以，满足动稳定要求。

校验满足要求，故选择此型号电流互感器。

5.3.3 10KV电压等级电流互感器的选择

5.3.3.1 1OKV侧主变和母联上的电流互感器

1）按额定电压选择：

Ue?Ug?110KV 2）按一次额定电流选择： 根据断路器计算数据：

Igmax?1.05Sn1.05?25??1.52KA 3Un33?10故选择LMC-10型母线式电流互感器。

表5-14 LMC-10型母线式电流互感器

额定电压 （KV） 10 3）热稳定校验：

额定电流比 （A） 2000/5 准确级 0．5 1s热稳定倍数 （KA2?S） 75 (IeKr)2t?(2?75)2?1?22500(KA2?S)

其中，t?1S，tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.83S， 则 tdz?0.83?0.05?1?0.88S

I?2tdz?I?(3)k1?tdz?11.962?0.88?125.88(KA2?S)

即(IeKr)2t?I?2tdz，满足热稳定要求。 校验满足要求，故选择此型号电流互感器 5.3.3.2 10KV出线上电流互感器的选择

（1）按额定电压选择：

Ue?Ug?110KV

（2）按一次额定电流选择：

根据断路器计算数据：

25

Ue?Un （5-15）

式中 Ue-穿墙套管的额定电压；

Un-穿墙套管安装地点的电网额定电压。

3）按最大持续工作电流选择：

Ie?Igmax （5-16）

式中 Ie-穿墙套管的额定电流；

Igmax-通过穿墙套管的最大持续工作电流。

4）进行热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t 式中各符号含义与断路器相同。

5.7.1 110KV侧穿墙套管

1）选用户外式铝导体型式。 2）按额定电压选择：

Ue?Un=110kV 3）按最大持续工作电流选择：

Ie?Igmax=222A

所以，选用CLR2-110户外电容式铝导体穿墙套管。

表5-19 CLR2-110户外电容式铝导体穿墙套管

额定电压 （KV） 110 4）进行热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t

额定电流 （A） 600 套管长度 (mm) 3700 热稳定电流5s （KA） 12.0 tdz?tz?0.05?''2

I\I(3)k1?\???1

I?I?(3)k1t?tb?tfd?tb?tg?thu?0.06?0.06?0.04?0.16

其中，tb-主保护装置动作时间，取0.06S；

tg-断路器固有分闸时间；

thu-断路器电弧持续时间，取0.04S。

tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.20S，则tdz?0.20?0.05?1?0.25S

I?2tdz?I?(3)k12tdz?4.55?0.25?1.14(KA2?S) Ir2?t?122?0.16?23.04(KA2?S)

31

即I?2tdz?Ir2t，满足热稳定要求。

5.7.2 35KV侧穿墙套管

1）选用户外式铝导体型式。 2）按额定电压选择：

Ue?Un=35kV 3）按最大持续工作电流选择：

Ie?Igmax=433A

所以，选用CWLB-35户外铝导体穿墙套管。

表5-20 CWLB-35户外铝导体穿墙套管

额定电压 （KV） 35 4）热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t

额定电流 （A） 600 套管长度 (mm) 1060 热稳定电流5s （KA） 12.0 I\I(3)k1??1 tdz?tz?0.05? ?\?I?I?(3)k1''2t?tb?tfd?tb?tg?thu?0.06?0.06?0.04?0.16

式中 tb-主保护装置动作时间，取0.06S；

tg-断路器固有分闸时间；

thu-断路器电弧持续时间，取0.04S。

tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.20S，则tdz?0.20?0.05?1?0.25S I?2tdz?I?(3)k2?tdz?4.882?0.25?5.95(KA2?S) Ir2?t?122?0.16?23.04(KA2?S) 即I?2tdz?Ir2t，满足热稳定要求。

5.7.3 10KV侧穿墙套管

1）选用户外式铝导体型式。 2）按额定电压选择：

Ue?Un=10kV 3）按最大持续工作电流选择：

Ie?Igmax=1520A

所以，选用CLC-10户内铝导体穿墙套管。

32

表5-21 CLC-10户外电容式铝导体穿墙套管

额定电压 （KV） 10 4）热稳定校验： 根据I?2tdz?Ir2t

额定电流 （A） 2000 套管长度 (mm) 620 热稳定电流5s （KA） 40.0 I\I(3)k1??1 tdz?tz?0.05? ?\?I?I?(3)k1''2t?tb?tfd?tb?tg?thu?0.06?0.14?0.04?0.24

其中 tb-主保护装置动作时间，取0.06S；

tg-断路器固有分闸时间；

thu-断路器电弧持续时间，取0.04S。

tz由短路电流周期分量发热等值曲线得：tz=0.46S， 则 tdz?0.46?0.05?1?0.51S

2(3)22I?tdz?I?k3?tdz?11.96?0.51?72.95(KA?S) Ir2t?40.02?0.24?384(KA2?S) 22即I?tdz?Irt，满足热稳定要求。

5.8 避雷器的选择

5.8.1 阀型避雷器的选择条件

阀式避雷器的选择原则[7] [8]如下：

1）型式：选择时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点。 2）额定电压：避雷器的额定电压与系统额定电压一致。

3）灭弧电压：按照使用情况，校验避安装地点可能出现的最大的导线对地电压是否小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）在中性点直接接地的电网中的应取设备最高运行线电压的80%。

4）工频放电电压：在中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。

5.8.2 避雷器的选择结果

10kV侧：型号为FZ-10 灭弧电压：12.7kV。 35kV侧：型号为FZ-35灭弧电压：41kV。 110kV侧：型号为FZ-110 灭弧电压：126kV。

33

6 屋内外配电装置设计

6.1 配电装置的设计

配电装置[8] [11]是用来接受和分配电能的电气装置，其中包括开关设备、联接母线、保护电器、测量仪表和其他辅助设备。

6.1.1 配电装置的分类与选型

配电装置按其电气设备布置地点可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按电气设备的组装方式又可分为装配式配电装置和成套式配电装置。

在发电厂和变电站中，35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置；110kV及以上的配电装置大多采用屋外配电装置；对110kV～220kV配电装置有特殊要求时，也可以采用屋内配电装置。

此次设计，110kV及35kV等级均选用屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。

6.1.2 对配电装置的基本要求

1）保证运行的可靠性。设计主接线时，应正确选择设备，充分考虑运行的灵活可靠，要能满足正常运行和事故情况下的要求。

2）要考虑工作人员的安全和设备的安全。对设备加装遮拦和将导体放置在足够高处，以保证巡视人员的安全；为考虑检修人员的安全，用隔墙将相邻线路隔开；设置安全出口通道；设备外壳、底座应有保护接地等

3）便于操作、维护、检修。在配电装置的布置上应有利于巡视和倒闸操作，避免运行人员在操作一个回路时需走多个间隔或几层楼；当时被检修和搬运时不影响附近设备的运行。

4）在满足上述基本要求的条件下，尽可能提高经济性，降低配电装置的造价。 5）考虑扩建的可能性。

6.1.3配电装置的安全净距

为了满足配电装置运行和检修的需要，各带电设备之间应间隔一定的距离。配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修、维护和运输的安全电气距离等因素而决定的。

对于敞露在空气中的屋内、外配电装置中各有关部分之间的最小安全净距分为A、B、C、D、四类。最小安全净距A类分为A1和A2，A1和A2值是根据过电压和绝缘配合计算，并根据间隙放电试验曲线来确定的，而B、C、D、等类安全净距是在A值的基础上再考虑运行维护、设备移动、检修工具活动范围、施工误差等具体情况而确定的。

下面表6-1、表6-2，摘取安全净距中与本次设计相关的关于10kV和110kV的有关数据。

34

1）屋外配电装置的安全净距（mm）

表6-1 配电装置的安全净距

序 号 额定电压（kV） 适用范围 3～10 1、带电部分至接地部分之间 1不同相的带电部分之间；2隔离开关和断路器的断口两侧引线带电部分之间 1、设备运行时， 其外廓至无遮栏带电部分之间；2、交叉的不同时停电维护的无遮栏带电部分 1、无遮拦裸导体至地面之间；2、无遮栏裸导体对建筑物、构筑物顶部之间 1、平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间；2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间 200 35 400 110 1000 A1 A2 200 400 1100 B1 950 1150 1750 C 2700 2900 3500 D 2200 2400 3000 2）10kV屋内配电装置安全净距（mm）

表6-2 配电装置安全净距

序号 A1 A2 B1 C D 适用范围 带电部分至接地部分之间 1、不同带电部分之间；2隔离开关和断路器的断口两侧引线带电部分之间 交叉的不同时停电检修的带电体间 无遮拦裸导体至地面间 平行的不同时停电检修的无遮拦裸导体之间 净距（mm） 125 125 875 2425 1925 6.2 屋外配电装置的选型、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。

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