110kV变电所电气一次系统设计

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110kV变电所电气一次系统设计

摘 要

电能是现代城市发展的主要能源和动力。随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。城市供电系统的核心部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。本设计拟建设一座110kV 降压变电所。变电所设计除了注重变电所设计的基本计算外，对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明，其主要内容包括：变电所主接线方案的选择；变电所主变压器台数、容量和型式的确定；短路电流的计算；主要电气设备的选择（断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器，母线及进出线，避雷器）。另外，绘制了电气主接线图，断面图、防雷接地及平面布置图。图纸规格与布图规范都按照了电力系统相关的图纸要求来进行绘制。

关键词：变电所 电气主接线 电气设备选择 防雷及接地

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目录

摘 要 ...................................................................... 1 1 电气主接线设计 ............................................................ 4

1.1 电气主接线的设计原则和要求 .......................................... 4

1.1.1 电气主接线的设计原则 ........................................... 4 1.1.2 对主接线设计的基本要求 ......................................... 5 1.2 电气主接线的设计步骤 ................................................ 6 1.3 变电所电气主接线设计 ................................................ 7

1.3.1 原始资料及分析 ................................................. 7 1.3.2 变电所电气主接线的设计 ......................................... 8 1.4 变电所自用电接线设计 ............................................... 10

1.4.1 对所用电源的要求 .............................................. 10 1.4.2 所用电源的引接 ................................................ 11 1.4.3 所用电接线及供电方式 .......................................... 11 1.4.4 变电所的自用电接线 ............................................ 11 2 主变及所用变的选择 ....................................................... 11

2.1 概述 ............................................................... 11 2.2 主变压器台数的选择 ................................................. 12 2.3 主变压器容量的选择 ................................................. 12

2.3.1 变电所负荷计算 ................................................ 12 2.3.2 变电所主变及所用变容量的确定 .................................. 13 2.4 绕组数和接线组别的确定 ............................................. 13 2.5 调压方式的选择 ..................................................... 14 2.6 冷却方式的选择 ..................................................... 14 3 短路电流计算 ............................................................. 14

3.1 概述 ............................................................... 14

3.2 短路电流计算的目的及假设 ........................................... 15

3.2.1 短路电流计算是变电站电气设计中的一个重要环节。 ................ 15 3.2.2 短路电流计算的一般规定 ........................................ 15 3.2.3 短路计算基本假设 .............................................. 15 3.2.4 基准值计算 .................................................... 16 3.3 短路电流计算的步骤 ................................................. 16 4 主要电气设备的选择 ....................................................... 17

4.1 一般原则 ........................................................... 17

4.2 高压开关电器的选择 ................................................. 18

4.2.1 选择条件 ...................................................... 18 4.2.2 隔离开关的配置 ................................................ 19 4.3 互感器的选择 ....................................................... 19

4.3.1 电流互感器的选择 .............................................. 20 4.3.2 电压互感器的选择 .............................................. 21 4.4 导体的选择和校验 ................................................... 21

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5 屋内外配电装置设计 ....................................................... 23 6 防雷及接地系统设计 ....................................................... 24

6.1雷电过电压的形成与危害 .............................................. 24

6.2 电气设备的防雷保护 ................................................. 24 6.3 避雷针保护范围计算及避雷器的保护配置 ............................... 25 6.3 避雷器的选择与配置 ................................................. 28 6.4 接地设计 ........................................................... 28

6.4.1 接地设计的原则 ................................................ 29 6.4.2 接地网型式选择及优劣分析 ...................................... 29 7 总平面布置设计 ........................................................... 29

7.1 变电所的总平面布置规定 ............................................. 29 7.2 本变电站的电气设备布置 ............................................. 30 8 设计计算书 ............................................................... 31

8.1 短路电流计算 ....................................................... 31

8.2 主要电气设备的选择 ................................................. 33

8.2.1 各回路最大持续工作电流的计算 .................................. 33 8.2.2 断路器和隔离开关的选择与校验 .................................. 33 8.2.3 电流互感器的选择及校验 ........................................ 35 8.2.4 电压互感器的选择及校验 ........................................ 37 8.2.5 导体的选择和校验 .............................................. 37 8.2.6 避雷器的选择 .................................................. 40 变电所主体设备型号表 ....................................................... 41 致谢 ....................................................................... 42 参考文献 ................................................................... 43

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1 电气主接线设计

电气主接线是发电厂、变电所设计的主体。采用何种主接线形式，与电力系统原始资料，发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性的要求等密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟订都有较大的影响。

因此，主接线的设计必须根据电力系统、发电厂或变电所的具体情况，全面分析，正确处理好各方面的关系，通过技术经济比较，合理的选择主接线方式。

1.1 电气主接线的设计原则和要求

1.1.1 电气主接线的设计原则

1、 电气主接线的基本原则为：

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。

在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的。设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。

(1)接线方式：对于变电所的电气接线，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。在枢纽变电所中，当110～220kV出线在4回及以上时，一般采用双母接线。

在大容量变电所中，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)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。 (3)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：

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%。

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1.1.2 对主接线设计的基本要求

电气主接线设计应满足可靠性、灵活性、经济性和发展性等四个方面的要求，其具体要求如下：

1、可靠性：

安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。主接线可靠性应根据变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路和变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。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。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）变电所全部停运的可能性。 2、灵活性：

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。主接线应力求简单可靠，灵活合理，以节省断路器、隔离开头、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。要能限制短路电流，以便于选择价格合理的电气设备或轻型电器。要求电能损失少，经济合理地选择主变压器的型式、容量、台数，要避免因两次变压而增加电能损失。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：

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。在满足技术要求的前提下，做到经济合理。

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；在终端或分支变电所中，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

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省构架、导线、绝缘子及安装费用；

3）电能损耗少：在变电所中，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。

4、发展性：

主接线可以容易地从初期接线方式过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，完成过渡期的改扩建，且对一次和二次部分改动工作量最少。

1.2 电气主接线的设计步骤

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

包括变电所类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。

②电力系统情况

包括电力系统近期及远景发展规划（5～10年），变电所在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。

主变压器中性点接地方式是一个综合性问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。我国一般对35kV及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地），又称小电流接地系统；对110kV及以上高压系统，皆采用中性点直接接地系统，又称大电流接地系统。

③负荷情况

包括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。电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电所电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间（5～10年）的检验。

④环境条件

包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备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，应予以重视。

⑤设备制造情况

这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、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、

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经济性和可行性。

2、主接线方案的拟定与选择

根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据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不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案（本期和远期）。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并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，再进行经济比较，结合最新技术，最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。

拟定主接线方案的具体步骤如下：

1)根据变电所和电网的具体情况，初步拟定出若干技术可行的接线方案。 2)选择主变压器台数、容量、型式、参数及运行方式。 3)拟定各电压等级的基本接线型式。

4)确定自用电的接入点、电压等级、供电方式等。

5)对上述各部分进行合理组合，拟出3~5个初步方案，再结合主接线的基本要求对各方案进行技术分析比较，确定出两三个较好的待选方案。

6)对待选方案进行经济比较，确定最终主接线方案。

在进行主接线方案的技术比较时，需要考虑主接线方案能够保证系统的稳定性、保证供电可靠性以及电能质量、运行的安全和灵活性、自动化程度、新设备新技术的应用以及扩建的可能性等。

3、短路电流计算

为了选择合理的电气设备，需根据选定的电气主接线进行短路电流计算。 1）主要电气设备的配置和选择

按设计原则对隔离开关、互感器、避雷器等进行配置，并选择断路器、隔离开关、母线等的型号规格。

2）绘制电气主接线图

将最终确定的主接线方案，按要求绘制相关图纸，一般包括电气主接线图、平面布置图、断面图等。

1.3 变电所电气主接线设计

1.3.1 原始资料及分析

1、原始资料

变电所类型：110kV降压变电所 电压等级：110/10kV 负荷情况：

10kV侧：最大25MW，最小14MW，Tmax=4800小时，cosφ=0.85 出现情况：

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110kV：2回（架空线） 10kV：10回（电缆） 系统情况:

（1）110kV母线短路电流标幺值为20（UB=Uav，SB=100MVA）； （2）10kV对端无电源。 所用电率：0.5% 环境条件：

最高温度40℃,最低温度-25℃，年平均温度20℃； 土壤电阻率ρ﹤400欧米 当地雷暴日40日/年 2、原始资料分析 资料分析

在变电所设计之前，因地制宜地分析变电所的容量、装机台数、负荷性质以及在系统中的地位等原始资料，并且查阅国家有关政策及技术规范，是整个变电所设计的基础。这为后续的变电所主接线确定以及合理选择主变压器的容量及结构提供了重要依据。

本次毕业设计所提供的课题是110kV变电所电气一次系统设计，该变电所是一座降压变电所。变电所有110kV、10kV两个电压等级，一次性设计并建成。其中110kV侧有两回来自电网的架空供电线路。10kV侧出线十回，最大负荷25MW，最小负荷14MW，Tmax=4800小时，cosφ=0.85。

根据以上情况分析可知，系统直接通过110kV侧母线向变电所主变压器供电，所有负荷通过10kV侧出线分配出去。考虑到该变电所供电负荷的重要性，应选择两台相同容量的主变压器，以提高供电可靠性。

本变电所与电力系统的连接情况，如图1-1

1.3.2 变电所电气主接线的设计

根据对原始资料的分析，可有如下电气主接线的设计：

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1、110kV侧主接线方式拟定

《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。

本变电所110kV进线为2回。因本变电所属区域性降压变电所，且供电负荷比较重要，因此，110kV侧主接线形式可选择为单母线或桥形接线。

（1）当选择单母线时 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：

此种接线可靠性和灵活性较差，在任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。

适用范围：

110～200kV配电装置的出线回路数不超过两回，35～63kV，配电装置的出线回路数不超过3回，6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。

（2）当选择桥形接线时

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。

内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。

外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。为检修断路器，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修时使用。当线路故障时需停相应的变压器。

桥形接线具有接线简单清晰、设备少、造价低、易于发展成为单母分段或双母线接线等优点。

比较上述两种方案：

单母线虽然接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置，此种接线可靠性和灵活性较差，在任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电，故不采用单母线接线；而桥形接线接线简单清晰、设备少、造价低、易于发展成为单母分段或双母线接线等优点，兼顾了可靠性和灵活性。又因本变电所属于区域性降压变电所，没有穿越功率，故110kV侧应选择内桥接线。

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2、10kV侧主接线方式拟定

根据原始资料分析可知，10kV侧出线为十回，且供电负荷较大。6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线，为提高可靠性还可装设旁路母线。

当选择单母线分段接线时 优点：

用断路器对母线分段后，对重要用户可从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线故障后分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：

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停电；当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时要向两个方向均衡扩建。

适用范围：

6～10kV配电装置出线回路为6回及以上时；35～63kV配电装置出线回路数为4～8回时；110～220kV配电装置出线回数为3～4回时。

（2）当选择单母分段带旁路母线接线时 优点：

不会造成全所停电，调度灵活，保证对重要用户的供电，任一出线断路器故障或检修时可以用旁路断路器代路送电，使线路不停电；且占地面积小，设备投资少。

缺点:

此种接线多装了价格较高的断路器和隔离开关，增大了投资。单母分段带旁路母线接线满足可靠性和灵活性要求，投资也比双母线接线少。

比较上述两种方案：

单母分段接线当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，可提高供电可靠性和灵活性。

单母分段带旁路母线虽然使用设备较少，减少了投资，设置旁路设施的目的也是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响，但在本变电站中110kV侧采用SF6断路器时，因SF6断路器检修周期可长达5～10年甚至20年，故可不必装设旁路母线，这样又会降低供电可靠性，故不易采用；故10kV侧应选择单母分段接线。

1.4 变电所自用电接线设计

1.4.1 对所用电源的要求

据有关技术规程，对35～110kV变电所的所用电源有如下要求：

有两台及以上主变时，宜装设两台容量相同、可互为备用的所用工作变压器，每台工

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作所用变按全所计算负荷选择，两台所用变压器可分别由主变最低电压等级的不同母线段引接，如有可靠的6～35kV电源联络线，也可将一台接于联络线断路器外侧；如能从变电所外引入可靠的低压所用备用电源时，亦可装设一台所用变压器。只有一回电源进线时，如果采用交流控制电源，宜在电源进线断路器外侧装设一台所用变压器；如果采用直流控制电源，并且主变为自冷式时，可在主变最低电压等级母线上装设一台所用变压器。

1.4.2 所用电源的引接

（1）当所内有较低电压母线时，一般均由较低电压母线上引接1～2台所用变压器，这种引接方式具有经济性和可靠性较高的特点。

（2）当有可靠的6～35kV电源联络线，将一台所用变压器接于联络线断路器外侧，更能保证所用电的不间断供电，这种引接方式对采用交流操作的变电所及取消蓄电池而采用硅整流或复式整流装置取得直流电源的变电所尤为必要。

1.4.3 所用电接线及供电方式

（1）所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力和照明合用一个电源。

（2）所用电母线采用按工作变压器划分的分段单母线，相邻两段工作母线间可配置分段断路器或联络断路器，各段同时供电、分列运行。由于其负荷允许短时停电，工作母线段间不装设自动投入装置，以避免备用电源投合在故障母线上时扩大为全部所用电停电事故。

1.4.4 变电所的自用电接线

根据所用电源的引接要求，考虑到经济性和可靠性本变电所从10kV母线不同段上引接2台所用变压器，考虑到单母线分段接线简单、清晰、操作方便，投资少等特点，所用电380/220V侧接线方式选择单母线分段接线。

2 主变及所用变的选择

2.1 概述

在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。

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《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70%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

2.2 主变压器台数的选择

由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是110kV降压变电所，它是以110kV受功率为主。把所受的功率通过主变传输至10kV母线上。若全所停电后，将影响整个供电区域的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。

为了保证供电可靠性，以及配合电气主接线的设计方案，同时避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

2.3 主变压器容量的选择

主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。该变电所是按70%全部负荷来选择。

2.3.1 变电所负荷计算

要选择主变压器和所用变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括10kV侧负荷和所用电负荷。

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（1）10kV侧负荷计算

10kV侧负荷容量可由以下公式得出：

S10kV?Pmax cos?式中 S10kV------10kV侧负荷容量（kVA）；

Pma------最大负荷（kW）; xs----功率因数。 co?因此10kV侧负荷容量为

S10kV?Pmax25?1000??29411.76?kVA? cos?0.85主变的总容量为：

S总?S10kV?29411.76?kVA?

（2）所用电负荷计算

根据原始资料中所用电率为0.5%，所以所用负荷为：

S所?0.5%?S总?0.005?29411.76?147.0588?kVA?

2.3.2 变电所主变及所用变容量的确定

由以上对变电所负荷的计算可得变电所的两台主变每台主变容量为：

ST主?70%?S总?0.7?29411.76?20588.232?kVA?

两台所用变每台的容量为：

ST所?147.0588?kVA?

故选两台25000kVA的主变压器及两台160kVA的所用变压器就可以满足负荷要求。

2.4 绕组数和接线组别的确定

该变电所有两个电压等级，所以选用双绕组变压器，连接方式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“Y”和三角形“D”两种，因此，变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定，我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接；35kV都采用“Y”连接，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”连接。若变压器低压侧电压等级为380/220V，则三相绕组采用“yn0”连接。

《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所中，宜装设

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两台容量相同可互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。

变电所的所用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电所的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需0.4kV一级，采用动力与照明混合供电方式。

所以本变电所主变绕组连接方式为：110kV侧“YN”；10kV侧“D” ； 所用变压器绕组连接方式为：10kV侧“Y” ；0.4kV侧“yn0” 。

2.5 调压方式的选择

为了保证变电所的供电质量，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。

普通型的变压器调压范围小，仅为±5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范围可达30%，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，保证供电质量情况下，有载调压变压器，可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器比较合适。

2.6 冷却方式的选择

主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷、强迫空气冷却、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却、水内冷。考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选自然风冷冷却方式，当容量大于等于8000kVA时，选择强迫空气冷。

最终主变选择三相风冷双绕组有载调压变压器，参数如下：

额定 容量（kVA） 25000/25000 额定电压（kV） 高压 110±8×1.25% 低压 10.5 连接组标号 YNd11 阻抗空载空载损负载损电压电流耗（kW） 耗（kW） （%） （%） 21.2 110.7 10.5 0.46 型号 SFZ9-25000/110 所用变选择S9系列三相油侵铜绕组变压器，其参数如下表：

额定容量（kVA） 160 额定电压（kV） 高压 10.5 低压 0.4 连接组 标号 Yyn0 损耗（kW） 空载 0.4 负载 2.2 阻抗电空载电压（%） 流（%） 4 1.4 3 短路电流计算

3.1 概述

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电力系统的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路，因为短路会破坏电气设备的正常运行，对用户的正常供电造成影响。

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。但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，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。

3.2 短路电流计算的目的及假设

3.2.1 短路电流计算是变电站电气设计中的一个重要环节。

其计算目的是：

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。

3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检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）按接地装置的设计，也需用短路电流。

3.2.2 短路电流计算的一般规定

1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。

3.2.3 短路计算基本假设

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1）正常工作时，三相系统对称运行； 2）所有电源的电动势相位角相同；

3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；

4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响； 6）系统短路时是金属性短路。

3.2.4 基准值计算

高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：

基准容量：Sj = 100MVA

基准电压：Uj =Uav =1.05Un （其中Uav为平均额定电压；Un为电力线路额定电压。） 根据此式算出变电站两个电压等级的平均额定电压分别为：10.5、115kV。 当基准容量Sj（MVA）与基准电压Uj（kV）选定后，基准电流Ij（kA）与基准电抗Xj（Ω）便已决定：

基准电流：Ij?基准电抗：Xj?Uj3IjSj3Uj? U2jSj

3.3 短路电流计算的步骤

短路电流计算的步骤：

1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下； 2）给系统制订等值网络图； 3）选择短路点；

4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。

1标幺值：Idi?? （其中X?为电源对短路点的等值电抗标幺值）

?X??有名值：Idi?Idi?Ij

5）计算短路冲击电流值，短路全电流最大有效值，短路容量 短路冲击电流值：

iM?2KMIdi （其中KM为冲击系数，变电站母线上取KM?1.8）

短路全电流最大有效值：

IM?1.52Idi

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短路容量：

Sd?3UnIdi （其中Un为短路点的正常额定电压）

在标幺值计算中，取基准电压

Uj?UNSd??,则有：

Sd3UnIdi??Idi? Sj3UnIj利用这一关系，短路功率就很容易的由短路电流求得： Sd?Sd?Sj?Idi?Sj 6）列出短路电流计算结果 具体结果见设计计算书。

4 主要电气设备的选择

4.1 一般原则

由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载流导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。

电气设备选择的一般原则为：

1.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； 2.应满足安装地点和当地环境条件校核； 3.应力求技术先进和经济合理； 4.同类设备应尽量减少品种； 5.与整个工程的建设标准协调一致；

6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

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.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UNSmax,即，

Umax≥UNSmax

2.电流

选用的电气设备的额定电流IN不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IN≥Imax

校验的一般原则：

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1.电器在选定后应按最大可能通过的最大短路电流进行动、热稳定校验，校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流；

2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定； 3.短路的热稳定条件

2tIt?Qk Qk?Qp?Qap

td\222?10? Qap?TI''(kA?2s) IIItd/2td12式中 Qk——在计算时间td内，短路电流的热效应（kA2·S）； Qp——短路电流周期分量的热效应（kA2·S）； Qap——短路电流非周期分量的热效应（kA2·S）； It——t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）； t ——电气设备允许通过的热稳定电流时间（s）；

Qp??? I\——次暂态短路电流周期分量有效值（kA）；在无限大容量电力系统中次暂态电流等于短路电流；

Itd/2——td/2时刻短路电流周期分量有效值（kA）； Itd——td时刻短路电流周期分量有效值（kA）；

td ——短路热效应的计算时间（s），td=tpr+tab；其中，tpr是继电保护动作时间，tab

是断路器分闸时间；

T——非周期分量等效时间，与短路点及短路时间td有关。

4.动稳定校验

电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是：

i?iesMIes?IM

式中 iM IM ——短路冲击电流峰值及其有效值（kA）；

iIeses——电气设备允许通过动稳定电流的峰值和有效值（kA）。

4.2 高压开关电器的选择

4.2.1 选择条件

选择高压断路器、高压隔离开关和高压负荷开关的长期工作条件基本相同，区别在于它们的短路校验的内容不同，如隔离开关和负荷开关不校验短路开断电流。

1、种类和型式的选择：

根据用途、安装地点、安装方式、结构类型和价格因素等综合条件合理选择高压开关电器。

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2、额定电压选择：

开关电器的额定电压应等于或大于安装地点电网的额定电压，即

UN≥UNs 3额定电流选择：

开关电器的额定电流应等于或大于通过断路器，隔离开关的长期最大负荷电流，即

IN≥Imax 4、断路器的开断电流选择：

断路器的允许开断电流INbr应大于或等于断路器实际开断时间的次暂态短路电流，即

INbr≥I''

5、动稳定校验

开关电器允许的动稳定电流峰值ies应大于或等于流过开关的三相短路冲击电流ik，即

ies≥ik 6、热稳定校验

2It开关电器t秒热稳定电流It算出的允许热效应t大于或等于通过开关的短路电流热

效应，即

It2t≥Qk

4.2.2 隔离开关的配置

隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。

隔离开关的配置：

1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；

2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；

3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63kV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；

4）接在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；

5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。

4.3 互感器的选择

互感器包括电压互感器（TV）和电流互感器（TA），是一次系统和二次系统间的联络元件，用以交换电压和电流，分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，反映

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电气设备的正常运行和故障情况。

1、互感器的作用有：

1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的标准值。使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。

2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。

2电流互感器的特点：

1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；

2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。

3、电压互感器的特点：

1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数； 2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。

4、互感器的配置：

1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线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流互感器，如：发电机和变压器的中性点； 3）对直接接地系统，一般按三相配制。对三相非直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；

4）6－220kV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。

4.3.1 电流互感器的选择

1、按一次回路额定电压和电流选择

电流互感器的一次额定电压和电流必须满足：

UN≥UNs ； IN≥Imax 式中 UNs——电流互感器所在电网的额定电压（kA）； UN、 IN——电流互感器的一次额定电压和电流； Imax——电流互感器一次回路最大工作电流（A）。 2、电流互感器种类和形式选择

在选择互感器时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择。

35kV以下的屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘

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结构或树脂浇注绝缘结构。

35kV以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，如回路中有变压器套管，穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节约投资，减少占地。

3、热稳定检验

电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流IN1的倍数Kt

来表示，故热稳定校验式为：

It2≥ Qk或（Kt IN1） ≥ Qk

2

4、动稳定校验

电流互感器常以允许通过的动稳定电流或一次额定电流最大值（IN1）的倍数Kes（动稳定电流倍数）表示其内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验：

2 ies≥iM或2IN1Kes≥iM

4.3.2 电压互感器的选择

1、按一次回路额定电压选择

为了确保电压互感器安全和在规定的准确度等级下运行，电压互感器一次绕组所接系统电压UNs应在1.16~0.85UNI范围内变动，满足下列条件，即：

0.85UNI

2、种类和形式选择

电压互感器的中分类和形式应根据安装地点和使用条件进行选择。例如：在6～235kV屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式；110～220kV配电装置，一般采用串级式电磁式电压互感器；在200kV及其以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。

3、热稳定和动稳定校验

TV与电网并联，当系统发生短路时，TV本身不遭受短路电流作用，因此不校验热稳定和动稳定。

4.4 导体的选择和校验

1、导体材料、类型和布置方式

一般采用铝或铝合金材料作为导体材料。常用的软导线有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，后者多用于330kV及以上的配电装置。

矩形导体一般只用于35kV及以下、电流在4000A及以下的配电装置中。槽形导体一般用于4000～8000A的配电装置中。管形导体用于8000A及以上的大电流母线上，或用于110kV及以上的配电装置中。

导体的散热和机械强度与导体布置方式有关。导体的布置方式应根据载流量的大小、短路电流水平和配电装置的具体情况而定。

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2、导体截面选择

导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大、传输容量大、长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度来选择。

按导体长期发热允许电流选择。其计算式为：

KIal≥Imax 式中 Imax——导体所在回路中的最大持续工作电流； Ial——在额定环境温度θ0=25℃时导体允许电流； K——与实际温度和海拔有关的综合修正系数。

（2）按经济电流密度选择。按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数Tmax，将有一个年计算费用最低的电流密度，称为经济电流密度J。导体的经济截面为下式： IS?max J式中 Imax——正常工作时的最大持续工作电流。

应尽量选择接近上式计算的标准截面。当无合适规格的导体时，为节省投资，允许选择小于经济截面的导体。按经济电流密度选择的导体截面的允许电流还必须满足KIal≥Imax。

3电晕电压校验

电晕放电将引起电晕损耗、无线电干扰、噪声和金属腐蚀等许多不利影响。当110kV所选导线截面积大于50mm2时，可不作电晕电压校验。矩形导体不作电晕电压校验。

4、热稳定校验 校验式为：

Smin?QK/C

式中 C——热稳定系数，C值与导体材料及工作温度有关。 所选截面应大于等于Smin。 5、硬导体的动稳定校验

单条矩形导体构成的母线的应力计算。按照导体在支柱绝缘子上固定的形式，通常假定导体为自由支撑在绝缘子上的多跨距、匀载荷梁。在电动力作用下，导体所受的最大弯矩M为：

M=fphl2/10

式中 fph——单位长度导体上所受相间电动力，N/m； l——支持导体的支柱绝缘子间的跨距，m。 当跨距数等于2时，导体所受最大弯矩为：

M=fphl2/8 导体最大相间计算应力为：

σ

ph=M/W= fphl

2

/(10W)

式中 W——导体对垂直于作用力方向轴的截面系数。

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求出的导体应力不应超过导体材料允许的应力，即

σph≤σp

5 屋内外配电装置设计

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接收和分配电能

配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为由电气设备在现场组装的配电装置（称为配式配电装置）和成套配电装置。

配电装置应满足的基本要求：保证运行可靠；便于操作、巡视和检查；保证工作人员的安全；力求提高经济性；具有扩建的可能。

配电装置的类型及特点

配电装置按电气设备装设地点不同，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。

一、屋内配电装置的特点：

由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；房屋建筑投资大。

二、屋外配电装置的特点：

土建工程量和费用较小，建设周期短；扩建比较方便；相邻设备之间距离较大，便于带电作业；占地面积大；受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；外界气象变化对设备维修和操作有影响。

三、成套配电装置的特点：

电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；运行可靠性高，维护方便；耗用钢材较多，造价较高。

配电装置的选用：

本变电所两个电压等级：即110kV、10kV，根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所110kV采用屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。

根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、半高型和高型等。 一、中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作售货员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采

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用的一种方式，而且运行方面和安装枪修方面积累了比较丰富的经验。

二、半高型配电装置，它是特母线及母线隔离开关抬高将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，优点有：

（1）占地面积约在中型布置减少30%； （2）节省了用地，减少高层检修工作量；

（3）旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。

三、高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下 布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢多，安装检修及运行纵条件均较差，一般适用下列情况：

（1）配电装置设在高产农田或地少人多的地区； （2）原有配电装置需要扩速，而场地受到限制； （3）场地狭窄或需要大量开挖。

本次所设计的变电站是降压变电站，对建筑面积没有特殊的要求，所以该变电所110kV和10kV电压等级均采用普通中型配电装置。若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所110kV采用普通中型屋外配电装置。

6 防雷及接地系统设计

在电力系统中除了内部过电压影响系统的供电可靠性,还有大气过电压,就是所说的雷击过电压。雷电过电压会使电气设备发生损坏，造成停电事故。为保证电力系统的正常安全可靠运行，必须做好电力系统的大气过电压保护。

6.1雷电过电压的形成与危害

1、直击雷:雷电直接对电气设备或建筑物进行放电，称为直接雷击或直击雷。直击雷过电压右引起数万安培的强大雷电流通过被击物体而入地，产生破坏性很大的热效应和机械效应，击坏设备，引起火灾，甚至造成人身伤亡。

2、感应雷:雷电落在电气设备附近或雷动在电气设备上方移动时，通过无暇感应或电磁感应在电气设备上呈现出数万乃至数千万伏的感应过电压，称作感应雷或间接雷击。

3、入侵雷:当输电线路上遭受直接雷或感应雷产生的雷电波侵入发电厂或变电所，产生过电压击坏电气设备，称为雷电波入侵或入侵雷，由于雷电波侵入造成的雷害事故占全部雷害事故的一半以上，因此需采取特别措施。

6.2 电气设备的防雷保护

因为电气设备的结构和工作性质的不同，所采取的措施也不同。

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1、发电厂和变电所的防雷保护:发电厂和变电所电气设备对直击雷的防护主要采用避雷针；对入侵雷的防护采用进线保护和避雷保护的综合措施，即用进线保护限制雷电流的幅值和陡度，用避雷器限制雷电过电压的同值。

2、架空输电线路的防雷保护:输电线路采用装设避雷线的方法防止线路遭受直击雷引起跳闸次数，可采用系统中性点经消弧线圈接地工作方式，为避免雷击跳闸造成供电中断。可采用自动重合闸装置。

3、直配旋转电机的防雷保护:在完善进线保护的同时，还应采用性能良好的阀型避雷器或金属氧化物避雷器，来保护电机的主绝缘，同时还应考虑装设电容器和中性点避避雷器，以保护匝间绝缘和中性点绝缘。

4、配电网的防雷保护:除了对配电变压器高低压侧以及柱上断路器必须装设避雷器或放电间隙保护外，对配电线路本身主要应适当提高其绝缘水平，应广泛采用重合闸，以减少断线和停电事故。

发电厂是电力系统的心脏，万一发生损坏设备的事故，往往会带来严重的后果，造成重大的损失。设计中重点对发电机、变压器组、线路的防雷保护进行配置。

6.3 避雷针保护范围计算及避雷器的保护配置

1、避雷针的保护范围

避雷针的组成要素：接闪器、引下线、接地体。避雷针的保护范围以它对直击雷所保护的空间来表示。

单支避雷针的保护范围如图所示。图中： h──避雷针高度； hx──被保护物高度；

hα──避雷针的有效高度, hα＝h－hx； rx──对应hα的避雷针有效保护半径,m。 rx的计算方法：

当hx≥h/2时， rx?(h?hx)p?h?p 当hx＜h/2时， rx?(1.5h?2hx)p 式中, h──避雷针高度； hα──避雷针的有效高度；

p──高度影响系数，h≤30m时为1；30＜h≤120m时为5.5/h；h＞120m时按120m计算。

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图6-1单支避雷针的保护范围

两支或两支以上避雷针的保护范围计算方法可参考电力工程电气设计手册。在对较大面积的变电所进行保护时，采用等高避雷针联合保护要比单针保护范围大。因此，为了对本站覆盖，采用四支避雷针。

共选择四支均为60米高的避雷针，分别放在变电所的四个角处，均为独立避雷针。

hx?1/2h，rx?(1.5h?2hx)p

h0?h?D 7pbx?1.5(h0?hx)

其中P为高度影响系数，当h?30mm时，P=1。当30?h?120mm时，P=5.560 h为避雷针高度，hx为被保护物高度，h0为两根避雷针之间保护最低高度，bx为两圆间

r最窄宽度。x为保护半径。

2、进行防雷保护的校验：

占地170m×110m，针距围墙10m，示意图如下：

图6-2

其中D1为150m，D2为90m，D3为174.9m。 D1=150m，rx?(1.5h?2hx)p?(1.5?60?2?21)?5.560?(90?42)?0.71?34.08m

h0?h?D150?60??60?30.181?29.819m 7p7?0.71bx?1.5(h0?hx)?1.5?(29.819?21)?16.23m

D2=90m，

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rx?(1.5h?2hx)p?(1.5?60?2?21)?5.560?(90?42)?0.71?34.08m

h0?h?D9090?60??60??41.89m 7p7?0.714.97bx?1.5(h0?hx)?1.5?(41.89?21)?31.335m

D3=174.9m，rx?(1.5h?2hx)p?(1.5?60?2?21)?5.560?(90?42)?0.71?34.08m

h0?h?D174.9174.9?60??60??24.81m 7p7?0.714.97bx?1.5(h0?hx)?1.5?(24.81?21)?3.81m

所以所选防雷满足要求。

3、避雷器

常用的避雷器有管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器。

避雷器用于限制由线路侵入的雷电波对变电所内的电气设备造成过电压，其一般装设在各段母线与架空线的进出口处。避雷器与被保护设备的距离愈近愈好，并装在冲击波侵入方向。必要时用下式计算允许的最大保护距离。

Lmax?(Ujef?Uchf)v2?(m)

式中, Lmax──避雷器与被保护设备的最大保护距离，m；

α──冲击波波头陡度，对6~35kV系统取150~300kV/?s； v──雷电冲击传播速度，300m/?s；

Uchf──避雷器冲击放电电压，kV；

Ujcf──被保护设备的绝缘冲击耐压值，kV。如缺乏相关数据，可按5倍额定电压计算。

4、安全保护接地

防止人员间接触电，将电气设备外露可导电部分接地。安全保护系统有以下几类： a. IT系统

在中性点不接地系统中，将电气设备不带电的金属部分与接地体良好连接。 b. TN系统

在中性点直接接地系统中，将电气设备不带电的金属部分与系统中性点用保护线良好连接。

c. TT系统

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在中性点直接接地系统中，将电气设备外壳部分和与系统接地无关的接地体连接。 d. 共同接地与重复接地

6.3 避雷器的选择与配置

1、在选择避雷器型号时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，按下表选择。

表7-1

型号 FS FZ 型式 配电用普通阀型 电站用普通阀型 应用范围 10kV及以下的配电系统、电缆终端盒 3～220kV发电厂、变电站的配电装置 1、330kV及以下配电装置 2、220kV及以下需要限制操作过电压的配电装置 3、降低绝缘的配电装置 4、布置场所特别狭窄或高烈度地震区 5、某些变压器的中性点 330kV及以下配电装置的出线上 发电机、调相机等，户内安装 FCZ 电站用磁吹阀型 FCX FCD 线路型磁吹阀型 旋转电机用磁吹阀型 Y系列 1、同FCZ、FCX与FCD型磁吹阀型避雷器的应用范围 2、并联电容器组、串联电容器组 3、高压电缆 金属氧化物（氧化锌）阀型 4、变压器和电抗器的中性点 5、全封闭组合电器 6、频繁切合的电动机 型号含义： F——阀型避雷器； S——配电所用； Z——发电厂、变电所用； C——磁吹；

D——旋转电机用； J——中性点直接接地。

2、避雷器参数

（1）额定电压：避雷器的额定电压应与系统的额定电压一致

（2）灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）。

在中性点非直接接地的电网中应不低于设备最高运行线电压。在中性点直接接地的电网中应取设备最高运行线电压的80%。

（3）工频放电电压：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般应大于最大运行相电压的3.5倍。在中性点直接接地的电网，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压大于灭弧电压的1.8倍。

（4）冲击放电电压和残压：一般国产阀型避雷器的保护特性与各种电气的绝缘均可配合，故此项校验从略。

6.4 接地设计

随着电力事业的快速发展，电力系统中对接地装置的要求越来越严格，变电所接地系统直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。然而由于接地网设计考虑

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不全面、施工不精细、测试不准确等原因，近年来，发生了多起地网引起的事故，有的不仅烧毁了一次设备，而且还通过二次控制电缆窜入主控室，造成了事故扩大，故接地网对电力系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。

6.4.1 接地设计的原则

按接地装置内、外发生接地故障时，经接地装置流入地中的最大短路电流所造成的接地电位升高及地面的电位分布不致于危及人员和设备的安全，将变电站范围的接触电位差和跨步电位差限制在安全值之内的原则，进行本变电站接地装置的设计。

1)、由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足电力行业标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施;考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3-10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏;应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求,施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。

2)、在接地故障电流较大的情况下，为了满足以上要求，还是得把接地电阻值尽量减小。接地电阻的合格值既不是0.5Ω，也不是5Ω，而应根据工程的具体条件，在满足附加条件要求的情况下，不超过5Ω都是合格的。

6.4.2 接地网型式选择及优劣分析

220kV及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带布置按经验设计，水平接地带间距通常为5m～8m。除了在避雷针（线）和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置2.5m～3m的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带，接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。

长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序和对计算结果进行分析，设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的3～4倍，因此，地网边缘部分的电场强度比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀。接地钢材用量多，经济性差。在220kV及以下的变电工程中采用长孔网或方孔网，因为入地故障电流相对较小，地网面积不大，缺点不太突出。

7 总平面布置设计

7.1 变电所的总平面布置规定

根据《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63—84等1.0.1条规定：

变电所的总平面布置必须全面贯彻现行的各项技术经济的政策精心设计，努力创新，因地制宜，合理布置，充分利用荒地，坡地，劣地，不占或少占良田，认真做好技术经济

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论证，选择最佳设计方案，提高经济效益，为安全运行创造条件。应在满足安全运行的前提下，尽量简化。

(1)屋外配电装置要考虑道路的设置：根据《变电所总平面设计技术规定》SDG63—84 ： a.所外道路应利用已有道路或现成道路。

b.当路基宽度小于5.5m时且道路亮端不能通过时，适当位置设置错车道。 c.所外道路宜采用中级路面，根据施工条件可采用次高级路面。

d.所内路面宽度为3.5m ；220kV及以上变电所，有所大门至主空楼、主变前和调相机各路面可宽至4—5m。

e.所内道路转弯半径不小于7m。

(2)根据各侧、各回路相序排列尽量一致的原则。按面向出线，由远到近，由上到下为A、B、C相。

(3)《高压配电装置技术规程》SDJ5-85 第4.4.4 条规定：储油池和挡油板的长度尺寸一般较设备外廓尺寸每边相应大1m。储油池内一般铺设厚度不小于250mm的卵石层（卵石的直径为50—80mm）。

(4)《高压配电装置技术规程》SDJ5-85 第4.4.6条规定：油量在2500kg以上的变压器或电抗器与油量在600kg以上的充油设备之间其防火净距不小于5m。

(5)根据《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63-84第3.2.1条：主控楼的位置在便于运行人员相互联系，便于巡视检查和观察屋外设备和减少电缆长度，避开噪音影响地段，在可布置的主配电装置一侧，配电装置之间结合前面设施进行布置。

(6)端子箱、配电箱电缆沟的位置：电缆沟应位于各条母线下方，然后通向主控室，端子箱位于电缆沟旁。

(7)围墙与大门：《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63—84： 第3.5.1条：所区应设置实体围墙，围墙高度为2.2—2.5m。

第3.5.4条：所区大门应采用钢门，门宽应满足运输所内大型设备的要求。 补偿电容器的位置：它应布置在变电所年主导风向的下风侧，装置应设维护通道，其宽度不宜小于1200毫米，装置为户内时，维护通道可设在户外，电容器构架与墙间设维修走廊时，其宽度不宜小于1000毫米，电容器与其它生产建筑物连接布置时，其间应设防火墙。

7.2 本变电站的电气设备布置

本变电所主要由110kV屋外配电装置，主变压器、主控制室及10kV屋内配电装置和辅助设施构成，屋外配电装置在整个变电所布置中占主导地位，占地面积大，本所有110kV和10kV各电压等级，将110kV配电装置布置在北侧， 10kV配电装置布置在南侧，这样各配电装置位置与出线方向相对应，可以保证出线顺畅，避免出线交叉跨越，两台主变位于电压等级配电中间，以便于高中低压侧引线的连接，便于运行人员监视控制，主控制楼布

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置在10kV屋内配电装置并排在南侧，有利于监视110kV及主变。

1)110kV高压配电装置

采用屋外普通中型布置、断路器单列布置，且共有3个间隔，间隔宽度为14米，进线2个间隔，母联断路器占一个间隔。

2）10kV高压配电装置

采用屋内配电装置,且采用两层式。 3)道路

因设备运输和消防的需要，主控楼、主变110kV侧配电装置处铺设环形行车道路，路宽4米，“丁”型、“十”字路口弧形铺设，各配电装置主母线之间道路宽3米，为方便运行人员操作巡视检修电器设备，屋外配电装置内设0.8～1米环形小道，电缆沟盖板也可作为部分巡视小道，行车道路弧形处转弯半径不小于7米。

8 设计计算书

8.1 短路电流计算

1、变电站等值电路图

系统X0 d1110kVXTXT10kVd2

2、基准值

在短路计算的基本假设前提下，选取Sj = 100MVA，Uj 为各级电压平均值Uav（115、10.5）,则：

基准电流：

110kV侧Ij1=0.5kA；10kV侧Ij2=5.5kA。 基准电抗:

110kV侧Xj1=132.25Ω；10kV侧Xj2=1.1Ω。

3、系统电抗标幺值

由原始材料可知，110kV母线短路电流标幺值为20，根据短路电流标幺值计算公式

Id1*?1?20得，在Sj=100MVA下，系统电抗X0*=0.05。 X0*31

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4、主变电抗标幺值计算

所选主变型号为SFZ9-25000/110，其阻抗电压（%）分别为：Uk%=10.5。 则绕组得电抗标幺值为:

UK%Sj10.5100 XT*????0.42

100Sn100256、三相短路电流计算

（1）110kV母线上发生三相短路时等值电路如下图：

E=10.05d1110kV

短路电流标幺值为：Id1*?1X*??1?20 0.05短路电流有名值为：Id1?Id1*Ij1?20?0.5?10(kA)

短路冲击电流值为：iM1?2KMId1?2?1.8?10?25.452(kA) 短路全电流最大有效值为：IM1?1.52Id1?1.52?10?15.2(kA) 短路容量为：Sd1?Id1*Sj?20?100?2000(MVA)

（2）10kV母线上发生三相短路时等值电路如下图：

短路电流标幺值为：Id2*?1X*?10kV110kV0.05系统d10.420.42d2?1?3.85

0.05?0.42?0.5短路电流有名值为：Id2?Id2*Ij2?3.85?5.5?21.175(kA) 短路冲击电流值为：iM2?2KMId2?2?1.8?21.175?53.89(kA)

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短路全电流最大有效值为：IM2?1.52Id2?1.52?21.175?32.186(kA) 短路容量为：Sd2?Id2*Sj?3.85?100?385(MVA)

7、短路电流计算结果如下表： 全电流 短路电流 短路基准 短路冲击 短路 基准电流 最大 点编电压 容量 标幺值 有名值 电流值 Ij（kA） 有效值 号 Uj(kV) Sd（MVA）Idi*（kA） Idi（kA） iM（kA） IM（kA） 公式 d1 d2 Uj?UavIj?Sj3UjIdi??1X??Idi?Idi?IjiM?2KMIdiIM?1.52IdiSd?Idi*Sj115 10.5 0.5 5.5 20 3.85 10 21.175 25.452 53.89 15.2 32.186 2000 385 8.2 主要电气设备的选择

8.2.1 各回路最大持续工作电流的计算

（1）110kV侧：

主变入口及母线：Imax?1.05?S总?1.05?29.41176?0.162(kA)

3UN3?110（2）10kV侧：

主变出口及母线：Imax?1.05?Pmax?1.05?25?1.783(kA)

3UNcos?3?10?0.85

8.2.2 断路器和隔离开关的选择与校验

考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无油化目标，且由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。故在110kV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。因而被大量使用于35kV及以下的电压等级中。所以，10kV侧采用真空断路器。

（1）110kV侧断路器和隔离开关的选择与校验 1）额定电压选择：

UN≥UNs=110 kV

2）额定电流选择：

IN≥Imax=0.162kA

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3）断路器的开断电流选择：

INbr≥I''=Id1=10kA

因110kV进线最大持续工作电流不可能大于主变出口处，为了尽量减少同类设备的不同型号给日常运行、检修及试验带来不便，因此110kV侧将选择同类型的110kV路器和隔离开关。根据以上计算，可以初步选择110kV断路器和隔离开关型号，其参数见下表：

断路器参数： 额定电压/kV 最高工作电压/kV 126 额定电流/A 额定开断电流 /kA 31.5 额定短时 耐受电流 （4s）/kA 31.5 额定峰值 耐受电流 /kA 80 动稳定 电流/kA 80 额定关合电流峰值 /kA 80 额定 合闸 时间 /s 0.1 全开断 时间 /s 0.06 型号 LW25-126 110 1250 隔离开关参数： 型号 GW4-110G 额定电压/kV 110 最高工作电压/kV 126 额定电流/A 1250 热稳定 电流/kA 31.5 备注 双柱式 4）动稳定校验

断路器：ies=80(kA)≥ik=iM1=25.452(kA) 隔离开关：ies=80(kA)≥ik=iM1=25.452(kA)

所以动稳定校验合格。 5）热稳定校验

因为所选断路器全开断时间为0.06s,小于0.08s，所以该断路器为高速断路器，因此:td=0.1s,T=0.05s

短路电流的热效应为：

td\22''2Qk?Qp?Qap??10??TIItd/2Itd12I?(td?T)I''2?(td?T)Id12?0.15?102

???15(kA2?s)2222It?31.5?4?3969(kA?s)?Q?15(kA?s) 断路器：tk隔离开关：It2t?31.52?4?3969(kA2?s)?Qk?15(kA2?s)

所以热稳定校验合格。

（2）10kV侧断路器和隔离开关的选择与校验 1）额定电压选择：

UN≥UNs=10kV

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2）额定电流选择：

IN≥Imax=1.783kA

3）断路器的开断电流选择：

INbr≥I''=Id2=21.175kA

因10kV出线最大持续工作电流不可能大于主变出口处，为了尽量减少同类设备的不同型号给日常运行、检修及试验带来不便，因此10kV侧将选择同类型的10kV路器和隔离开关。根据以上计算，可以初步选择10kV断路器和隔离开关型号，其参数见下表：

断路器参数： 额定电压/kV 最高工作电压/kV 12 额定电流/A 额定开断电流 /kA 50 额定短时 耐受电流 （4s）/kA 50 额定峰值 耐受电流 /kA 80 动稳定 电流/kA 100 额定关合电流峰值 /kA 80 额定 合闸 时间 /s 0.06 全开断 时间 /s 0.03 型号 ZN28-12 10 2000 最高工作电压/kV 11.5 隔离开关参数： 型号 GN22-10 额定电压/kV 10 额定电流/A 2000 热稳定 电流/kA 40 备注 4）动稳定校验

断路器：ies=80(kA)≥ik=iM2=53.89(kA) 隔离开关：ies=100kA)≥ik=iM2=53.89(kA)

所以动稳定校验合格。 5）热稳定校验

因为所选断路器全开断时间为0.03s,小于0.08s，所以该断路器为高速断路器，因此:td=0.1s,T=0.05s

短路电流的热效应为：

Qk?Qp?Qap??67.26(kA2?s)td\22''2?10??TIItd/2Itd12I?(td?T)I''2?(td?T)Id22?0.15?21.1752

??2222It?50?4?10000(kA?s)?Q?67.26(kA?s) 断路器：tk隔离开关：Itt2?402?4?6400(kA2?s)?Qk?67.26(kA2?s)

所以热稳定校验合格。

8.2.3 电流互感器的选择及校验

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（1）110kV进线及变压器侧电流互感器的选择及校验 1）按一次回路额定电压和电流选择

电流互感器的一次额定电压和电流必须满足：

UN≥UNs=110kV ； IN≥Imax=0.162kA 初步选择电流互感器的型号参数如下：

额定电流 （A） 额定输级次组合 出 （VA） 0.5/10P/10P 40 一次电流750A 10% 倍数 1s热稳定电流kA LIB-110G 2×200/5 15 21 动稳定电流kA 53.5 型号 2）热稳定检验

It2?212?441(kA2?s)?Qk?15(kA2?s)

故热稳定检验合格 3）动稳定校验

2 ies?53.5(kA)?iM?25.452(kA)

故动稳定检验合格

（3）10kV出线、变压器侧及母线侧电流互感器的选择及校验 1）按一次回路额定电压和电流选择

电流互感器的一次额定电压和电流必须满足：

UN≥UNs=10kV； IN≥Imax=1.783kA 初步选择电流互感器的型号参数如下：

型号 额定电流 （A） 级次组合 准确级次 二次负荷（Ω） 10%倍数 1s热稳1s动稳定倍数 定倍数 LMC-10 2000/5 0.5/3 0.5/3 1.2/2 32/5 75 100 2）热稳定检验

(KtIN1)2?(8?2)2?256(kA2?s)?Qk?67.36(kA2?s)

故热稳定检验合格

3）动稳定校验

2 2IN1Kes?2?2?100?282.8(kA)?iM?53.89(kA) 故动稳定检验合格

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8.2.4 电压互感器的选择及校验

（1）110kV母线电压互感器的选择 1）按一次回路额定电压选择UNI

0.85UNI

2）按二次回路额定电压选择UN2 ：UN2=100/3 3）准确等级：1级

选择JCC2-110型，如下表所示： 型号 额定变比 在下列准确等级 下额定容量(VA) 1级 单相 (屋外式) 3级 最大容量(VA) JCC2-110 1100.10.1//333 500 1000 2000 （2）10kV母线电压互感器的选择 1）按一次回路额定电压选择UNI

0.85UNI

2）按二次回路额定电压选择UN2 ：UN2=100/3 3）准确等级：1级

选择JDZJ-10型，如下表所示：

型号 额定变比 在下列准确等级 下额定容量(VA) 1级 单相 (屋内式) 3级 最大容量(VA) JDZJ-10 100.10.1//333 60 150 300

8.2.5 导体的选择和校验

（1）110kV侧母线及进线的选择和校验 1）导体材料、类型和布置方式

根据设计说明选择钢芯铝绞线，因此不必进行动稳定校验。 2）导体截面选择

根据原始资料的叙述，110kV侧母线及进线没有给出年负荷利用小时数，所以导体截面可按长期发热允许电流来选择。

按导体长期发热允许电流选择。其计算式为：

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KIal≥Imax=0.162kA

本变电所年平均气温为20。C，查温度修正系数表得，K=1.05

所以1.05×Ial≥0.162；Ial≥0.154kA=154A；故选择钢芯铝绞线的型号为LGJ-70，其载流量为275A，能满足条件。

3）电晕电压校验

因为所选导线截面积为70mm2大于50mm2，所以可不作电晕电压校验。 4）热稳定校验

在环境温度为20度时Ial=1.05×275=288.75A＞162A 在断路器选择时Qk=15(kA2s) 正常运行时导体的温度为：

?Imax?1622。?i??0?(?e??0)??37.35(C) ??20?(70?20)2275?I''N?查表得，C=100，则

Smin?QK/C?15?106/100?38.7mm2＜70mm2

2故满足热稳定。

（2）10kV母线的选择和校验 1）导体材料、类型和布置方式

根据对10kV线最大持续工作电流的计算选择矩形铝母线。 2）导体截面选择

根据原始资料的叙述，10kV侧年负荷利用小时数Tmax=4800h，所以导体截面可按经济电流密度选择。查铝导体经济电流密度图可得Tmax=4800h时，J=0.78（A /mm2）,所以： I1783S?max??2286mm2 J0.78因无适合规格的导体可选，故选择单条竖放导体尺寸为125×10的矩形铝母线，其载流量为2242A，能满足条件。

3）因为所选导体工作在10kV下，所以可不作电晕电压校验。 4）热稳定校验

在环境温度为20度时Ial=1.05×2242=2354.1A＞1783A 在断路器选择时Qk=67.26(kA2·s) 正常运行时导体的温度为：

?Imax?17832。?i??0?(?e??0)??51.6(C) ??20?(70?20)22242?I''N?查表得，C=95，则

Smin?QK/C?67.26?106/95?86.33mm2＜1250mm2

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2华北电力大学成人教育毕业设计（论文）

故满足热稳定。 5）动稳定校验

对单条矩形导体而言，导体最大相间应力δ

ph

应小于导体材料允许应力δp，即δph<δ

p

（导体材料允许应力δp：硬铝70×106 Pa）。选单条125×10矩形铝导体（竖放），母线水平布置，绝缘子跨距L=1.2m，相间距a=0.75m，两端固定跨距时取频率系数Nf=3.56，铝导体材料的弹性模量E=7×1010Pa。铝的密度为ρAl=2700kg/m3，那么

单位铝导体的质量为：m=h×b×ρAl=0.125×0.010×2700=3.375（kg） 导体截面惯性距J=bh3/12=0.01×0.1253/12=1.63×10-6（m4） 导体自振频率：f =

NfL2

EJ3.567?1010?1.63?10?6==431（Hz）>155（Hz） m1.223.75可见，该母线不受共振影响。 母线相间应力计算为：

2fph=1.73?10?7?iM/a=1.73×10-7×（53.89×103）2/0.75=669.88（N/m2）

导体的截面系数W，在三相系统平行布置时，对于长边为h，短边为b的矩形导体，当长边呈竖直布置，每相为单条时，W取值为b2h/6，那么

W=b2h/6=0.01?0.1252/6=2.6?10?5（m3）

669.88?1.22母线相间应力?ph===3.7×106（Pa）<δp=70×106（Pa） ?510W10?2.6?10fphL2可见，选单条125×10矩形铝导体（竖放），能满足动稳定校验。 （3）10kV出线的选择和校验 1）导体材料、类型和布置方式

根据设计说明及原始资料10kV线选择电缆，因此不必进行动稳定校验。 2）导体截面选择

根据原始资料的叙述，10kV线年负荷利用小时数Tmax=4800h，所以导体截面可按经济电流密度选择。查铝导体经济电流密度图可得Tmax=4800h时，J=0.78（A /mm2）,因10kV线10回，所以Imax=1783/10=178.3A,则：

I178.3S?max??228.59mm2 J0.78故选择10kVZR YJV22-3×240(阻燃三芯交联聚乙烯绝缘铜芯铠装)电缆，载流量为：375A能满足条件。

3）按长期发热允许电流校验

本变电站未给出年平均气温取平均温度为20。C，查温度修正系数表得，K=1.05 所以KIal=1.05×375=393.75≥Imax/10=178.3A； 因此满足导体长期发热允许电流。

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华北电力大学成人教育毕业设计（论文）

4）热稳定校验

在环境温度为20度时Ial=1.05×375=393.75≥Imax/10=178.3A 在断路器选择时Qk=67.26(kA2·s) 正常运行时导体的温度为：

?Imax?178.32。?i??0?(?e??0)??20?(70?20)?11.3(C) ?2375?I''N?查表得，C值在40度时为99，此处工作温度远小于20度，取C=100，则

Smin?QK/C?67.26?106/100?82.1mm2＜240mm2

2故满足热稳定。

8.2.6 避雷器的选择

（1）10kV侧：初选FZ-10（普通阀式避雷器）Uby=12.7kV Ube=10kV UNS=10kV

Uxg=10/3=5.77kV< Uby Ug=3×10/3=10 ≤Ube 故符合要求。

（2）110kV侧：初选FCZ2-110JN（磁吹阀式避雷器）Uby=100kV Ube=110kV UNS=110kV

Uxg=110/3=63.5kV< Uby Ug=1.5×110/3=95.26< Ube 故符合要求。 避雷器选择如下：

10kV侧：FZ-10（普通阀式避雷器） 110kV侧：FCZ-110JN（磁吹阀式避雷器）

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