110KV终端变电站保护设计

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目录

摘 要 ....................................... - 3 - 绪论 ......................................... - 4 - 第一章 电力系统及变电站的总体分析 ............ - 5 -

1.1 电力系统的总体分析 .......................................................................................................... - 5 - 1.2 变电站设计的初步分析 ...................................................................................................... - 5 - 1.2.1、变电所的建设规模 ........................................................................................................ - 5 -

第二章 电气主接线设计 ........................ - 8 -

2.1电气主接线设计原则 ........................................................................................................... - 8 - 2.2电气主接线设计的基本要求 ............................................................................................... - 8 - 2.3设计方案进行比较 ............................................................................................................... - 9 - 2.3.1、110KV主接线的设计 ..................................................................................................... - 9 - 2.3.2、10KV侧主接线的设计 ................................................................................................... - 9 -

第三章 短路电流计算 ......................... - 10 -

3.1短路电流计算概述 ............................................................................................................. - 10 - 3.1.1、短路电流计算的目的意义 .......................................................................................... - 10 - 3.1.2、短路电流计算的基本假定和计算方法 ...................................................................... - 10 - 3.1.3、短路点的选择 .............................................................................................................. - 10 - 3.2短路电流计算过程 ............................................................................................................. - 10 - 3.3主变压器的选择 ................................................................................................................. - 16 - 3.3.1 主变选择 ........................................................................................................................ - 16 - 3.3.2 变压器型式的选择 ........................................................................................................ - 18 - 3.3.3 全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决 ................................................................ - 19 - 3.3.4 主变型号的选择 ............................................................................................................ - 19 -

第四章 电气设备及母线的选择 ................. - 20 - 4.1 选择电气设备和母线的主要技术条件......... - 20 -

4.2 断路器,隔离开关的选择原则 .......................................................................................... - 20 - 4.3 110KV母线,断路器,隔离开关的选择 ............................................................................. - 21 - 4.4、10KV侧设备的选择与校验 ............................................................................................. - 24 -

第五章 继电保护设计及整定 ................... - 27 -

5.1主变压器保护设计与整定 ................................................................................................. - 27 - 5.2母线保护设计 ..................................................................................................................... - 29 -

第六章 防雷保护和接地装置 ................ - 30 -

6.1变电多额防雷原则 ............................................................................................................. - 30 -

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6.2变电所的防雷设计 ............................................................................................................. - 30 -

展望 ........................................ - 32 - 致谢 ........................................ - 33 - 参考资料 .................................... - 34 -

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摘 要

变电站是输电和配电的集结点。其设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。本文将设计一个地区终端变电站，并设计终端保护。

本说明书以110KV变电站为例，论述了电力系统工程中变电站部分电气部分设计的大致过程。本文通过对拟建终端变电站的概括以及设备的选择，并通过对负荷资料的分析、安全、经济及可靠性方面考虑，确定了110kV， 10kV以及站用电的主接线，然后又通过计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型。对变压器保护整定电流进行了分析计算，设计中也配置了避雷器设计，比较详细地完成了电力系统中变电站设计。

本毕业设计对变电站电气部分初步做了较为详细的理论设计，这有待于在今后的学习和工作中进行研究。

关键词：终端变电站 保护 短路电流 电气设备

Abstract

Transmission and distribution of power substation is the rally point. The design quality is good or bad, directly related to the power system security, stability, flexible and economic operation. This paper will design a region terminal substation, and design terminal protection.

This manual to 110 KV substations as example, the article discusses the power system engineering of electric parts of the design of transformer substation the general process. This article through to the proposed generalization of the transformer substation and terminal equipment choice, and through to the load data analysis and safety, economy and reliability into consideration, determine the 110 kV, 10 kV and stand Lord of the electricity wiring, and then through the calculation and power supply scope the main transformer sets, capacity and model, also identified the station with the capacity of transformer and model, finally, according to the maximum continuous working current and short circuit calculation results of the high pressure to fuse, isolating switch, bus, insulator and wear casing wall, voltage transformer, the current transformer selection. For transformer protection setting current is analyzed and calculated, design also configuration lightning arrester design, more detailed in the power system, and finished the design of transformer substation.

The graduation design in a substation preliminary electric parts, a detailed design theory, this needs to be in the future study and work study.

Keywords: terminal substation protection short-circuit current electric equipment

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绪论

电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。

由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分。所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电站使电厂或上级电站经过调整后的电能输送给下级负荷，是电能输送的核心部分。其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。

终端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。这就要求变电所的能够可靠地运行，只有变电所运行工作，才能发挥它的总用，为人民大众服务，为国民经济的建设服务。

因此，怎么保证变电站的正常运行，尤为关键，本次设计就是针对终端变电站而进行的初步保护设计。本次设计得到了辅导老师的指导，但由于个人水平有限，设计中难免会出现瑕疵，望老师予以更正，教诲。

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第一章 电力系统及变电站的总体分析

1.1 电力系统的总体分析

电力系统及变电所的设计首先要对电力系统进行分析才能选择正确的方案，及对变电所进行总体分析才能设计比较经济、可靠的变电所方案。 根据《35~110KV变电站设计规范》第1.0.3—1.0.6条规定：

变电站的设计应根据工程的5~10年发展规划进行做到远近期结合。以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能；变电站的设计，必须以全出发，统筹兼顾。按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案；变电站的设计，必须坚持节约用地的原则；变电站设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定

1.2 变电站设计的初步分析

1.2.1、变电所的建设规模

本次设计的主要任务是110KV的变电站的设计，设计的内容主要是11OkV终端变电站的电气保护初步设计，设计不仅讲述变电站电气主系统的设计理论，对电气主接线设计、短路电流计算、设备的选取、主要电器设备的原理性能和选择校验等进行了详细论述。

本部分设计主要参考了《电气一次部分设计手册》、《电气一次部分设备手册》、《电气二次部分设计手册》、《电气二次部分设备手册》等，按照有关的技术规程和工程实例进行的。

1.2.2、本次设计的系统概况如下：

1、本变电所的规模如下:

电压等级：110/35/10kv

线路回数：110kv近期2回，远景发展2回。 35kv近期3回，远景发展2回。 10kv近期9回，远景发展2回。 2、110KV变电站系统接线简图

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系统参数：线路阻抗按0.4欧/km 3、负荷情况 (1)110kv负荷 负荷组成 最大负荷（mW） 电压 负荷 (﹪) 自然 等级 名称 力率 近期 远景 一 二 市系10 18 线 110 市甲10 18 kv 线 备用1 10 备用2 12 (2)10kv负荷 电最大负荷压 负荷 （mW） 等名称 近期 远景 级 棉纺厂2.4 3 1 棉纺厂2.4 3 2 针织厂 1.2 1.8 10 柴油机kv 1.8 2.4 厂1 柴油机1.8 2.4 厂2 橡胶厂 1.2 1.8 市区1 1.8 2.4

Tmax(h) 线长 备(km) 注 10 10 负荷组成 (﹪) 自然力 率 一 二 20 20 20 25 25 30 20 - - 6 -

Tmax 线长 备(h) (km) 注 40 40 40 40 40 40 40 0.75 0.75 0.75 0.8 0.8 0.72 0.8 5500 3.5 5500 3.5 4500 1.5 4000 3 4000 3 4500 3 2500 2

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市区2 食品厂 备用1 备用2 1.8 1.44 2.4 1.8 1.8 1.8 20 15 40 30 0.8 0.8 0.78 0.78 2500 4000 2 1.5

(3）所址概况

该变电所位于市郊东南，交通便利，变电所的西边为10KV负荷密集区，主要有棉纺厂、食品厂、印染厂、针织厂、柴油机厂、橡胶厂及部分市区用电。

该变电所所址区海拔200m,地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊阔，架

23cmcm设方便，全线为黄土层地带，地耐力为2.4kg/，天然容重γ=2g/,内摩

擦角θ=23°,土壤电阻率为100Ω2cm,变电所保护地下水位较低，水质良好，

无腐蚀性。

气象条件：年最高气温＋40℃,年最低气温－20℃，年平均温度＋15℃,最热月平均最高温度＋32℃,最大复水厚度ｂ＝10mm，最大风速25m/s,属于我国第六标准气象区。

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第二章 电气主接线设计

2.1电气主接线设计原则

应根据变电所在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量，本期建设规模，输送电压等级，进出线回路数，供电负荷的重要性，保证供电平衡，电力系统线路容量，电气设备性能和周围环境及自动化规划与等级条件确定，应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。

2.2电气主接线设计的基本要求

1、可靠性要求

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。对可靠性应注意的问题：应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。主接线可靠性的衡量标准是运行实践。主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。要考虑所设计变电所在电力系统中的地位和作用。主接线可靠性的具体要求如下： 1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

2) 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 3) 尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。

4) 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。 2、灵活性要求

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

1、调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。

2、检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。

3、扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压气或线路而不互相干扰，并且对一次和二次的改建工作量最少。 3、经济性要求

1、主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。

1) 主接线应力求简单，以节省短路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。

2) 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。 3) 要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。 4) 如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。

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2、占地面积小：主接线设计要为配置布置创造条件，尽量使占地面积减少。 经济合理地选择变压器的种类（双绕组、三绕组或自藕变压器）、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。

2.3设计方案进行比较

2.3.1、110KV主接线的设计

110KV侧设计回路数为4回由《电力工程电气设计手册》可知： 110KV侧配电装置宜采用 单母线分段的接线方式。

110KV侧采用单母线分段的接线方式，有下列优点：

（1）供电可靠性：当一组母线停电或故障时，不影响另一组母线供电； （2）调度灵活，任一电源消失时，可用另一电源带两段母线： （3）扩建方便；

（4）在保证可靠性和灵活性的基础上，较经济。 故110KV侧采用单母分段的连接方式。 2.3.2、10KV侧主接线的设计

10KV侧出线回路数为11回

由《电力工程电气设计手册》可知：

当6—10KV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接 故10KV采用单母分段连接

综上所述所，110KV侧采用单母分段的连接方式，10KV侧采用单母分段

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第三章 短路电流计算

3.1短路电流计算概述

3.1.1、短路电流计算的目的意义

1.电力系统短路的危害及种类

在发生短路时，由于电源供电回路的阻抗减小及突然短路时的暂态过程，使短路电流值大大增加，短路点的电弧有可能烧坏电器设备。另外，导线也会受到很大的电动力的冲击，致使导体变形，甚至损坏。短路还会引起电网中电压降低，使用户的供电受到破坏。短路还会引起系统功率分布的变化，影响发电机输出功率的变化。短路种类有：三相短路；两相短路；单相短路接地；两相短路接地。

为使所选电器设备和导体有足够的可靠性、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， 而进行短路电流计算。 3.1.2、短路电流计算的基本假定和计算方法

1、基本假定：(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)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行;(4)电力系统中各元件的磁路不饱和，带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。(5)系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%接在高压母线上，50%接在系统侧。（6）短路发生在短路电流为最大值瞬间。（7）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都忽略不计。

2、计算方法常采用短路电流运算曲线法计算参数，一般按三相短路计算。在网络简化中，对短路点具有局部对称或全部对称的网络，同电位点可以短接，其间的电抗可以略去。 3.1.3、短路点的选择

一般选择最大运行方式下通过电器设备的短路电流最大的那些 为短路计算点。

3.2短路电流计算过程

在本设计中短路电流计算采取实用计算曲线法，其具体步骤如下：

（1）计算系统，线路，发电机在基准容量下的标幺值并绘制等值网络： (2)本设计选择基准容量 SB=100MVA ， UB=Uav

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(3)发电机电抗，X\略去网络各元件的电阻输电线路电容和变压器的励磁支路，只用其标幺值。

\(4)无限大功率电源内阻抗等于零，系统Xd=SB/S系统

(5)略去负荷

选择基准容量：Sd=100MW Ud1=115KV Ud2=10.5KV 则基准电流： Id1=

Sd3Ud11153KV=

100MW=0.502KA

Id2=

Sd3Ud210.53KV=

100MW=5.51KA

U2d11152基准电抗： Xd1===132.25?

100SdU2d210.52Xd2===1.1025?

100Sd图3-1 系统等效图

1. 查电力系统阻抗表可知：

一般取单位线路阻抗为： X=0.4?/KM ①计算各条线路阻抗：

Xl1=l13X=8030.4=32? Xl2=l23X=5030.4=20? Xl3=l33X=2530.4=10? Xl4=l43X=3030.4=12?

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Xl5=l53X=2030.4=8?

则： XL1 = Xl1+Xl5=40? XL2 = Xl2+Xl3=30?

XL3=Xl4=8? 它们所对应标幺值为：

*XL1=

XX1328+5==0.302 +

Xd1Xd1132.25132.25X2X32010=+=0.227 +

Xd1Xd1132.25132.25*XL2=

*XL3=

Xl4Xd1=

12=0.091 132.25②计算系统电源电抗标幺值：

* XS1?XS1?Sd100?0.08??0.013 SN1600Sd100?0.05??0.05 SN21000* XS2?XS2?2．计算短路点d1的短路电流参数 110KV侧短路电流计算： 则图3-1可以转化为：

图3-2 110KV系统等效转化图

将图3-2网络中的三角形接线转化为星形接线：

**XL0.302?0.2272?XL3 X1=*==0.033 **XL1?XL2?XL30.302?0.227?0.091*

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**XL0.302?0.0911?XL3 X2= *==0.044 **XL1?XL2?XL30.302?0.227?0.091*

**XL0.302?0.2271?XL2 X3= *==0.111 **XL1?XL?X0.302?0.227?0.0912L3*

电源相对于d1的转移电抗：

*** XM?XS1?X1?0.013+0.033=0.046

*** XN?XS?X23?0.05+0.044=0.094

星形接线转化为三角形接线：

**XMX30.046?0.111X=X+X+=0.046+0.111+=0.211 *XN0.094*I*M*3**XNX30.094?0.111X=X+X+=0.094+0.111+=0.432 *XM0.046*

?

*N

*3分别求Ⅰ、Ⅱ两条支路的计算电抗： X*js1XI*SI0.211?600===1.206 Sd100*X?S?0.432?1000===4.32

Sd100 X*js2按上述计算结果查汽轮机的计算表可知： 当tk?0s时

I?1.12 I js1短路电流周期分量标幺值为：

If(0)?0.98?**js2?0.679

1801200?0.4??3.295KA 3?1153?115当tk=4s时：

Ijs1=1.067 Ijs2=0.402

If(tk)?1.067?1801200?0.402??3.386KA 3?1153?115**当Tk/2=2s时

If(tk)2?If(0)?3.295KA

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因t=∞时和t=4s时，随着计算电抗的减小，它们所对应的曲线逐渐重合，所以

If(?)?If(tk)?3.295KA

ich?2kmI''?2?1.8?3.295?8.388KA

(Km表示短路冲击电流为周期分量幅值的倍数，其大小取决于Ta，取值范围为1?Km?2，在高电压电路中一般取1.8)

计算短路点d3的短路电流参数 10KV侧短路电流计算： 系统等效图可转换为：

图3-3 10KV侧系统等效转化图

?*T1?SB11100U?U?U??(0.105?0.18?0.065)??0.35?S12S13S23?2SN231.5S11100?0?US12?US23?US13??B??(0.105?0.065?0.18)?2SN231.5 S11100?0.22 ?US23?US13?US12??B?(0.065?0.18?0.105)?2SN231.5?*T2??*T3?*X*T1?X*T2?3?XT?X3?0.175?0.022?0.1972

X0?X3?

XT1?XT30.35?0.22=0.111+0.285=0.396 ?0.111+

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**XM?0.046 XN?0.094

星形接线转化为三角形接线

**XM?X00.046?0.369=0.194+0.046+=0.636 X?X?X?*XN0.094*I*0*M**XN?X00.094?0.369=0.094+0.396+=1.299 X?X?X?*XM0.046*?*0*N分别求Ⅰ、Ⅱ两条支路的计算电抗: X*js1XI*SI0.636?600===1.206 Sd100*X?S?0.299?1000===12.99

Sd100 X*js2*因两个计算电抗X*js1、Xjs2均大于3.5，所以得：

I*js1?1?0.262*Xjs1

600?8.644KA3?10.5

I1f(0)?I1f(0)?I1f(tk)?I1f(tk)2?I1f(?)?0.262?1?0.077 *Xjs2I*js2?I2f(0)?I2f(0)?I2f(tk)?I所以：

2f(tk)2?I2f(?)?0.077?1000?8.644KA3?10.5

If(0)?

If(tk)If(tk)2?If(?)?I1f(0)?I2f(0)?8.644?4.234?12.878KA

由上述能够得到：

ich?2kmIf(0)?2?1.8?12.878?32.78KA

故短路电流计算结果如下表所示：

表3-4

短路点

If(0)(KA) If(tk) (KA) - - 15 -

If(tk)2(KA) Ich(KA)

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110KV母线 10KV母线 6.783 12.878 6.556 12.878 6.783 12.878 17.26 32.78 3.3主变压器的选择

3.3.1 主变选择

变压器是变电所中最重要的和最贵重的是设备，变压器的选择在变电所中是比较重要的。

1、主变容量选择应考虑：

(1)主变容量选择一般应按变电所建成后5~10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。

(2)根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60％。

(3)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。

2、主变台数的考虑原则：

(1)对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。

(2)对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。

(3)对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。 3．主变容量和台数选择计算 由以上分析可知应选两台

主变额定容量Se的选择计算： (1)10KV低压侧：

其出线回路数为11回，取Kt=0.8,Kt'=0.85结合负荷情况分析知：

Sjs2?Kr(?i?111Pimax)(1??%) cos?i

2.41.21.81.21.44?0.8?(?2???4??)?(1?5%)

0.750.750.80.720.8 =17.192（MVA） 则三绕组变压器的计算容量为：

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Sjs总=Kt、?Si=12js?0.85?17.192?14.6(MVA)

(3)由选择条件：2Se?Sjs总 得：

Se?Sjs总2=0.5?14.6=7.3（MVA）

故可选用主变的容量为31.5MVA。

（n?1)Se??S1??S2 4．校核条件：(n?1)Se?0.6Sjs总

则：(2?1)Se?31.5(MVA)?0.6?14.6?9(MVA) 成立，满足条件要求。

32.5?2?2?(5%?30%)??(15%?30%)?0.90.922.5?1.5?(15%?30%)??(20%?40%)?0.750.822.5?(30%?40%)??(30%?40%)0.750.852.5?1.52.5?2??(20%?40%)??(25%?40%)?0.80.82.025?2.025?(20%?40%)0.8 ?19.14(MVA)?31.5(MVA) ?S1??S2?显然满足条件：(n?1)Se??S1??S2

综上所述，选用主变的容量为31.5MVA合格。

5．近期与远景容量问题(分期建设计划)

上述计算结果是5~10年规划的最终变电所的台数和容量，近期容量问题实际上是考虑第一期上一台主变还是两台。

根据负荷分析资料给出的近期负荷计算近期的Sjs。Kt'=Kt=0.85 10KV侧

Pimax)(1??%)cos?ii?12.4?2.4?1.21.8?1.8?1.8?1.8?1.441.2?0.85?(??)?(1?5%)

0.750.80.72?17.06Sjs2?Kt(?11Sjs?kt、?Si=12jsi ?0.85?17.06?14.5（MVA） - - 17 -

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由以上计算结果看出，显然Sjs?Se，但考虑变压器都具有过负荷能力，故第一期工程考虑上一台主变。 3.3.2 变压器型式的选择 1、相数的选择

由相应规程规定，若站址地势开阔，交通运输方便，也不是由于容量过大而无法解决制造问题，在330KV及其以下的发电厂和变电所中，宜采用三相变压器，结合以上分析，本市市郊变电所应采用三相变压器。 2、 绕组数和绕组连接方式的选择

《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15％以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况中，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。故Y市郊变电所主变选择三绕组变压器。

《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要选择

Y0的连接方式。对于110KV变电所的35KV侧也采用Y0的连接方式，而6~10KV

侧采用△型的连接方式。

故本市市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为：YNYN0d11 3、 主变阻抗和调压方式的选择

《电力系统电气设计手册》和相应规程中指出：变压器各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应由对工程起决定性作用的因素来确定。

变压器的阻抗选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此变压器可以分为升压结构和降压结构两种类型。

由于绝缘因素，高压绕组总放在最外侧，而中、低压绕组可以分别缠绕在变压器的铁心的中间或者最里面。由于变压器的阻抗实际上就是绕组之间的漏抗，因此可见，升压型结构的变压器U12大而降压结构的U13大。那么看潮流传输的大小，在传输潮流大的一侧采用阻抗小的以减小正常损耗。但是也还要其他因素的影响，综合考虑，比如为选择轻型的电器需要加限制短路电流的措施，那么为限制短路电流，可以考虑优先采用降压结构(其U13大)，这样可以不再加限流电抗器

调压方式是指采用有载(带负荷)调压还是手动(不带负荷)调压方式。规程规定：在能满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式(手动调压方式的变压

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器便宜、维修方便)。对于110KV变电站以往设计，由于任务书已经给出系统能保证本站110KV母线的电压波动在±5%之内，所以可以采用手动调压方式。但是，近年来随着对电压质量的要求的提高和有载调压变压器的质量的提高，作为城市变电站，一般也都用有载调压方式。

综合以上分析本设计中此终端变电站的主变宜采用有载调压方式。 4、 主变压器的冷却方式

变压器的冷却方式主要有自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。综合经济性和本变电站的实际情况考虑，110KV变电站宜选用自然风冷式。

5、 变压器各侧电压的选择

作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在10%电压损耗的情况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于110KV的变电站应用近似计算，额定电压选线路两端电压的平均值，110KV侧应该选115KV， 10KV侧选10.5KV。

3.3.3 全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决

在110KV及以上的中型点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护，35KV及10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。因此本次设计110KV侧采用分级绝缘，35KV及10KV采用全绝缘。

3.3.4 主变型号的选择

综上所述，可以选择三相风冷式有载调压变压器，其型号为SFSZQ7-31500/110

表3-5 SFSZQ7-31500/110型号变压器参数 额定 容量KVA 空载电流(%) 空载损耗KW 型号 额定电压(KV) 高压 中压 低压 阻抗电压(%) 高-中 高-低 中-低 SFSZQ7-31500/110 31500 110?8 38.5?210.5 1.15 50.3 10.5 18 6.5 ?1.25%?2.5% - - 19 -

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第四章 电气设备及母线的选择

4.1 选择电气设备和母线的主要技术条件

电气设备石发电厂和变电所所涉及的主要内容之一。在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计的规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。为了保证高压电气设备的可靠运行，高压电气设备的选择与教研一般条件有:按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定等校验；安环境工作条件如温度、适度、海拔等选择。

1、按正常工作条件选择高压电气设备

（1）额定电压和最高工作电压：高压电气设备所在电网的云南行电压因调试活着负荷的变化，长高于电网的额定点啊，故所选电气设备允许最高工作电压Ualm不得低于所接电网的坐高运行电压，一般电器设备允许的最高工作电压可1.1~1.15Un,而实际电网的最高运行电压Usm一般不超过1.1Uns,因此在寻则电气设备室，一般可按照电气设备的额定电压Un不低于装置地点电网额定电压Uns的条件选择，即

Un≥Uns

（2）额定电流In是指在额定环境温度下，电气设备长期允许铜鼓偶的电流

值。In应不小于该回路咋各种合理运行下的最大持续工作电流Imax (3)按环境条件校验 2、按短路条件校验

4.2 断路器,隔离开关的选择原则

断路器种类和型式选择：按照断路器采用的灭弧介质可以分为油断路器，压缩空气断路器，六氟化硫断路器，真空断路器，随着开关技术的发展，现在变电所设计一般是采用六氟化硫断路器和真空断路器，而油断路器基本上被淘汰。本设计选择LW6—126I/3150六氟化硫断路器和ZN5—10/1000室内真空断路器。

额定电压和电流的选择

UN?UNS IN?Imax 式中UNS—电网额定电压

UN—设备的额定电压

IN—电气设备的额定电流 Imax—电网的最大负荷电流。

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开断电流选择高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间短路电流周期分量Ipt即

INbr?Ipt

当断路器的INbr较系统短路电流电流大很多的时候，简化可用INbr?I\，I\为短路电流的有效值。

短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流INcl不应小于短路电流的最大冲击值ish。即INcl?ish 短路动稳定和热稳定校验

It2*t?QK ies?ish ies为动稳定电流 It为断路器热稳定电流

t为热稳定时间

隔离开关是发电厂，变电所常用的开关器件，它与断路器配套使用，但隔离开关不能用来接通或开断短路电流和负荷电流，其主要功能是：

(1)隔离电压，检修时使检修设备与电源隔离，以确保检修安全。

(2)倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以改变运行方式，常用隔离开关和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流和电容电流的能力，可以用来分、合避雷器，电压互感器，空载母线等

(4)隔离开关与断路器相比，额定电压，额定电流选择及短路动、热稳定校验项目相同，但由于隔离开关不能够开断、接通短路电流，故不需要进行开断电流和关合电流的校验。

4.3 110KV母线,断路器,隔离开关的选择

1．110KV母线选择

按导体长期发热允许电流选择截面：

Imax? K Ial

K =70?32?al?? = =0.92 70?25?al??0Imax?1.05SN3UN?1.05?31.5?166(?)3?115

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Imax166??180(A) K0.92故选择型号为LGJ-50的钢芯铝绞线，屋外载流量为220A。 (1)热稳定校验

Ial?短路持续时间为： tk =tpr+tab =1.09s 周期分量的热效应

3.2952?10?3.2952?3.38622Qk~?tk??1.09?16.43??KA??S?

??1212因t?1s,故不计算非周期分量的热效应

22故 Qk??Qk~?16.43??KA??S?

??I\?10Itk2?Itk22正常导体运行时导体温度

I2max16620?64.3 ? =?0+(?al–?0) =32+(70 – 32)C ?22180Ial根据《发电厂电气部分》查表6-9，C=91,满足短路时发热的最小导体截面为

Qk~KS16.43?106?1Smin =??44.5mm2C91所以满足热稳定要求

(2)动稳定校验

由于所选是软母线，故不进行动稳定校验 2、110KV侧主变引下线

50mm2

Imax?1.05SN3UN?1.05?31.5?166(A)

3?115110KV侧室外型主变引下线一般用钢芯铝绞线LGJ 母线截面选择，由于母线传输容量大，电流密度选择截面查《电气手册》当

ST?Tmax=5000h，长度超过20m故按经济

Tmax=5000h时，J=1.4A/m 、KS=1.0

2Imax166??118.6(mm) J1.4查《电气手册》选用接近的LGJ-120，其导体70℃允许电流为Ial?380A，查表得K=0.81

Ial?0.81?380?307.8?>166A

(1)热稳定校验

短路持续时间为： tk =tpr+tab =1.09s 周期分量的热效应

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I?10Itk2?Itk212因t>1S故不计算非周期热效应

Qk? =

正常运行时导体温度：

Qk~ =

2\22tk=16.43??KA??S?

??2Qk~ =16.43??KA??S?

??I2max16620? =?0+(?al–?0)? =32 +(70 – 32)43.1C ?22307.8Ial查《电气手册》C=98,满足短路时发热的最小导体截面为

Qk~KS16.43?106?1Smin =??41.36mm2C98120mm

2

所以满足热稳定要求。

电晕校验，根据《电气手册》中指出海拔不超过1000m的地区，在正常相间距离情况下：如导体型号和外径不小于一定数值时，可不进行电晕。故电压为110KV软导线型号为LGJ-120，可不进行电晕校验 3、110KV断路器选择

Imax?1.05SN3UN?166???

根据110KV侧的额定电压，Imax及安装在屋内的要求，查《电气手册》，可选SW4-110/1000型少油断路器由前知 周期分量热效应

2 Qk~=16.43??KA??S?

??因tk>1S故不计算非周期热效应，短路电流引起的热效应为

2Qk??Qk~=16.43??KA??S?

?` ?ich?8.388KA

4．110KV分段断路器选择

Imax?1.05SN3UN?0.8?133???

根据110KV侧的额定电压，Imax及安装在屋内的要求，查《电气手册》，可选SW4-110Ⅰ/1000型真空断路器

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2周期分量效应 Qk~?16.43??KA??S?

??因tk>1S故不计算非周期热效应，短路电流引起的热效应为

2Qk??Qk~=16.43??KA??S???

4.4、10KV侧设备的选择与校验

1、10KV母线选择

Imax?1.05SN3UN?1.05?31.5?1819???

3?10.5按长期发热允许电流选择截面，查《电气手册》选双条100mm38mm矩形铝导体，平放导体长期允许电流为2259A， K=0.81

Ial?0.81?2259?1829.8A??1819?A?

(1)热稳定校验

短路持续时间为：tk?tpr?tab?1.09(s) 周期分量的热效应

12.5472?10?12.5472?12.54722Qk~?tk??1.09?171.6??KA??S?

?1212 ? 因t>1S故不计算非周期热效应

22Qk? =Qk~ =171.6??KA??S?

??I\?10Itk2?Itk22正常运行时导体温度：

Imax2181920???0?(?al??0)2?40??70?40??69.6C 2Ial1829.8查《电气手册》C=88，满足短路时发热的最小导体截面为 Smin =Qk~KSC171.6?106?1= ?169.7(mm2)? 800(mm2)

88所以满足热稳定要求 (2)动稳定校验 导体自震频率为

m?h?b??W?0.1?0.008?2000?1.6?Kg/m?I?bh3/12?0.008?0.13/12?0.7?10?6?m4?

汇流母线为单跨，两端固定多跨，简支，Nf?3.56

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f?故??1

Nfl2EI3.567?1010?0.7?10?6?2?623?HZ??155?HZ? m11.6母线出口短路时，冲击系数K=1.9则

ich?1.92I''?1.9?2?12.547?34?KA?

母线相间应力

fph1.73?10?7?340002??400???

0.522?63抗弯矩W?0.333bh?0.333?0.008?0.1?26.64?10?m?

400?126?ch???1.5?10?Pa? ?610W10?26.64?105ich2?10?85?10?8?340002fb???578(Pa)

h0.1fphl22、10KV侧断路器的选择

Imax?1.05SN3UN?1819???

根据10KV侧的额定电压，Imax及安装在屋内的要求，查《电气手册》，可选SN10-10Ⅲ/2000型真空断路器

周期分量效应

2Qk~?171.6?KA??S? ???因tk>1S故不计算非周期热效应，短路电流引起的热效应为

2Qk??Qk~=171.6??KA??S?

??ich?31.94KA

10KV侧

Imax?1.05SN3UN?0.8?1455???

根据10KV侧的额定电压，Imax及安装在屋内的要求，查《电气手册》，可选SN10-10III/2000型真空断路器

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2周期分量效应 Qk~?171.6??KA??S?

??因tk>1S故不计算非周期热效应，短路电流引起的热效应为

2Qk??Qk~=171.6??KA??S???

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第五章 继电保护设计及整定

5.1主变压器保护设计与整定

现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但实际运行中仍有可能发生各种类型故障和异常运行。为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量的大小、电压变压器保护的配置原则。 变压器一般应装设以下保护：

1. 变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护。 2. 差动保护。 3. 后备保护。

4. 中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。 5. 过负荷保护。 一、瓦斯保护

容量为800KVA级以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，当有内部故障时产生经微瓦斯后油面下降时保护应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保应动作与断开变压器各电源侧断路器。 瓦斯保护装置及整定：

瓦斯继电器又称气体继电器，瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。 目前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯式两种型式。在本设计中采用开口杯式。

瓦斯保护的整定：

（1）、一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250—300m，变压器容量在10000KVA以上时，一般正常整定值为250cm2，气体容积值是利用调节重锤的位置来改变。 （2）、重瓦斯保护油流速度的整定

重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0.6—1.5m/s，在整定流速时均以导油管 中的流速为准，而不依据继电器处的流速。

根据运行经验，管中油速度整定为0.6—1.5时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度约为0.4—0.5。因此，本设计中，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定在1S左右。 二、纵联差动保护

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瓦斯保护只能反应变压器油箱内部的故障，而不能反应油箱外绝缘套管及 引出线的故障，因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，对容量较小的变压器可以在电源侧装设电流速断保护。但是电流速断保护不能保护变压器的全部，故当其灵敏度不能满足要求时，就必须采用快速动作并能保护变压器的全部绕组，绝缘套管及引出线上各种故障的纵联差动保护。 瓦斯保护职能反应变压器油箱内部的故障，而不能反应油箱外绝缘套管及引出线的故障，因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，对容量较小的变压器可在电源侧装设电流速断保护，但是电流速断保护不能保护变压器的全部，故当灵敏度不能满足要求时，就必须采用快速动作并能保护变压器全部绕组，绝缘套管及引出线上各种故障的纵差动保护。

在本设计中，采用由BCH-2继电器起动的纵联差动保护。

图表5-1变压器纵联动保护参数计算结果

名称 额定电压 额定电流 110KV 40000/(3*110)＝209.95KA 电流互感器的接线方式 电流互感器一次电流计算值 1/2各侧数值 35KV 40000/(3*37)＝599.7KA 1/210KV 40000/(3*10.5)＝2099.5KA 1/23?209.95?363.6KA 3?599.86?1038.96KA 3?2099.5?3636.36KA 确定保护的动作电流： （1）、躲过励磁涌流

IDZ=Kk*Ie=1.3*209.95=272.94A （2）、躲过外部短路时的最大不平衡电流

IDZ=Kk*Ibpmax=Kk*(KTXKfzqKi+△U+△fza)*Idmax =1.3*(1*1*0.1+0.05+0.05)*8790=2285.4A 折算至高压侧得：2285.4*（11/110）＝228.5A (3)、躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流：

IDZ=1.3*Ie=1.3*209.95=272.94A 综上保护基本侧的动作电流为：272.94A

为了防止外部短路引起的过电流和作为变压器差动保护、瓦斯保护的后备，

变压器应装设后备保护。后备保护的方案有过电流保护、负荷电压起动的过流保护、负序过电流保护和低阻抗保护等。

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5.2母线保护设计

110KV—220KV电网中母线保护应用较多的是母联相位比较差动保护，故在

本设计中110KV母线保护母采用联相位比较差动保护。

10KV母线保护设计。10KV采用的都是单母分段连线， 10KV单母分段连线，一般采用低阻抗的电流差动母线保护，故在本设计中10KV母线保护采用低阻抗的电流差动母线保护。

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第六章 防雷保护和接地装置

6.1变电多额防雷原则

变电所的防雷设计应做到设备先进、保护动作灵敏、安全可靠、维护试验方便，并在在保证可靠性的前提下力求经济性。

6.2变电所的防雷设计

防止雷电直击的主要电气设备是避雷针，避雷针由接闪器和引下线、接地装置等构成。避雷针的位置确定，是变电所防雷设计的关键步骤。首先应根据变电所电气设备的总平面布置图确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程范围的要求，初步确定避雷针的安装位置后再根据下列公式进行，校验是否在保护范围之内。

（1）单根避雷针的保护范围应按下列公式确定：

当hx?h/2时，rx?(1.5h?2hx)p 式中hx-被保护物高度，m

h—避雷针的高度，m

rx—每侧保护范围的宽度，m

p—高度影响系数，当h≤30m, p=1, 当30＜h<120 , p=30 h（2）两支等高避雷针保护范围确定方法：

两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定，两针间的保护最低点高度应按下式计算：

h0?h?D/7p

式中h0—两针间保护最低点的高度

D—两避雷针间的距离

两针间hx在水平面上的保护范围的一侧的最小宽度按下式计算： 当hx?h0/2时， bx?h0?hx 当hx?h0/2时， bx?1.5h0?2hx 式中bx—保护范围的一侧最小宽度

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求出bx后就可以确定两针间的保护范围。

（3）三支等高避雷针所形成的外侧保护范围，分别按两支等高避雷针的计算方法确定；如果在三针内侧各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0，则全面积即受到保护，。四支以上等高避雷针所形成的四角形或多边形，可先将其分成两个或多个三角形，然后按三支等高的避雷针的方法计算确定保护范围。

防雷设计的基本经验

（1）在作防雷设计前，应到当地气象部门了解最新的当地年平均雷暴日数和年平均雷暴次数，以便确定计算标准。

（2）根据开关场布置形式，确定避雷针的支数、高度。 （3）充分利用进线终端杆的高度，设计安装避雷针。 （4）避雷针与主变压器应尽量保持15~20m的距离，避免对主变压器的逆闪络和逆变电压。

（5）应充分考虑跨步电压的危险，建议避雷针到主控制室的距离不小于10m，独立避雷针距道路应在3m以上。

（6）接地电阻必须符合各种规程、规范的要求。 （7）在设计标准时和设备选型应留有适当的裕度。 根据防雷及过电压保护规范，为防止直接雷击，在所区四周设置四支高度为30m钢构架避雷针，保护所区建筑、构架和设备。每支避雷针设置单独接地装置，其冲击电阻小于等于10?。为防止雷电侵入波损坏设备，设计采用在110KV、10KV母线处装设避雷器。本设计选择的避雷器型号为：110KV母线及进线上，Y10W5—108/280。10KV母线上Y5WZ5—17/45型。

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展望

电力工业是国民经济的重要基础工业，其发展速度必须超前于国民经济的发展。现在电力工业的特点是：大容量的发电机组，超高压输电线路，包含水电、火电和核电的巨大联合电网。这些都对发、变电工程的设计提出了更高要求。

在国内随着电力系统的发展，电网结构越来越复杂，各级调度中心也获得前所未有的发展，传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的要求。因此，在电力行业中变电站综合动化技术引起了越来越多的重视，并得到了广泛的应用，它是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统。

还有现在我们所提到的无人值班变电站也相继得到了应用。变电站自动化和无人值班站是当今电网调度自动化领域的两大热门课题。变电站自动化则是一项新技术，是在微机技术和网络通信技术的基础上发展起来的。

借鉴国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，许多部门正在共同努力继续开发更加符合国情的变电站自动化系统。可以预计，今后其发展的速度会越来越快，与国外的差距会逐步缩小。

本次设计是为了使同学们在走出校园前对具体的工程设计有细致的了解,并掌握一定的工程设计方法而设的.在本次设计中,同学们在老师细心指导下,自己亲自动手进行设计方案比较、计算并查找相关资料等技术设计过程,对此有了深入细致的了解,为以后的工作打下了坚实得基础。

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河南机电高等专科学校毕业设计论文

致谢

时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

首先感谢河南机电高等专科学校的各位恩师们对我学习过程的严格指导，三年来各位老师们在生活和学习中给了我很大的帮助，交给我如何在日益激烈的社会竞争中生存和发展自己，至此即将大学毕业走向社会之际的我要郑重的向您们道一声深情的“谢谢”，真心的感谢三年来对我的培养和关爱。

最后感谢一直为我们辅导的齐山成老师，通过在齐老师的耐心辅导下，我们在能够顺利的完成本次设计的内容。这次设计是在大学三年的一个结晶，我们要认真的去看待。 通过这次设计能够使我们懂得，在以后的工作中也要像本次设计一样，用一个认真的态度去对待.

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河南机电高等专科学校毕业设计论文

参考资料

[1] 范锡普.发电厂电气部分（第二版）.水利电力出版社. [2] 电力系统分析.水利电力出版社.

[3] 贺家李等.电力系统及电保护原理. 水利电力出版社.

[4] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电力设计手册. 水利电力出版社. [5] 杨宛辉等. 《发电厂电气部分》设计计算资料.西北工业出版社. [6] 杨宛辉等.发电厂、变电所电气一次部分设计参考图册. [7] 电力系统继电保护与自动装置整定计算. 水利电力出版社. [8]高电压配电装置设计技术规程SDJ5-85. 中国电力出版社. [9]电力系统技术导则（试行）SD131-84. 中国电力出版社.

[10]电力系统设计技术规程（试行）SD131-84. 中国电力出版社.

[11]变电所总布置设计技术规定（试行）SDGJ63-84. 中国电力出版社. [12]导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86. 中国电力出版社. [13]电力设备过电压保护设计规程SDJ7-79. 水利电力出版社.

[14]并联电容器装置设计技术规程SDJ25-85（试行）. 水利电力出版社. [15]电力设备接地设计技术规程SDJ8-97. 水利电力出版社.

[16]继电保护和安全自动装置技术规程SDJ6-83。水利电力出版社. [17]电力勘测设计制图统一规定SDGJ34-83. 水利电力出版社.

[18]电力设计工程电气设备手册（电气一次部分上、下）. 水利电力部西北电力设计院. [19] 电力设计工程电气设备手册（电气二次部分）. 水利电力部西北电力设计院. [20]变电所设计（10-220KV）.辽宁科学技术出版社. [21]变电所所址选择和布置. 水利电力出版社. [22]电网继电保护应用. 水利电力出版社.

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