华北水利水电大学110、220kv石佛变电站电气一次部分设计

石佛变电站电气一次部分设计任务书

1 设计的原始资料

1.1 石佛变电站位置

石佛变电站位于河南省郑州市开发区西侧，正东方向15km是柳林变电站，有二回220kV

线路连接；东南方向15km是郑州热电厂，装机为3?200MW，发电机的次暂态电抗为0.125，变压器为3?230MVA，变比为242/13.8KV，UK%?18，采用的是发电机-变压器-线路组接线，有一回220KV线路与石佛变电站连接。

1.2 石佛变电站进出线

220KV进出线5回；其中2回与系统B连接。

110KV出线11回；

10KV出线11回，为近区负荷，每回路输送容量4MW，自然功率因数0.6，要求10KV母线功率因数为0.9。

1.3 两台主变压器，各120MVA。

1.4 选择基准容量100MVA，系统B归算到石佛变电站220KV母线短路容量为3000MVA；系统A归算到柳林变电站220KV母线短路容量为3400MVA；系统容量为无穷大。

2 设计的任务与要求

2.1 设计的任务

（1） 电气主接线方案设计 （2） 短路电流计算 （3） 电气设备选择 （4） 电压补偿计算 （5） 防雷保护设计

2.2 设计要求

（1） 电气主接线方案设计应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案。 （2） 短路电流及电气设备选择计算方法应正确。

1

（3） 主接线图形符号、线条及图签符合规范，接线正确，图面布局合理，参数标注正确，图形清晰美观。

（4） 论文格式应符合要求，结构严谨，逻辑性强，层次分明，文理通顺，无错别字，要求打印，统一用A4纸。

（5）独立完成，严禁抄袭或请人代作。 （6）按分配时间阶段完成相应任务。

3 毕业设计（论文）成果

3.1 毕业设计论文说明书及计算书

装订次序：、

（1）毕业设计（论文）开题报告； （2）毕业设计（论文）任务书； （3）目录；

（4）毕业设计（论文）正文；

正文包括方案论证（技术论证和经济比较）、短路计算图表、电气设备选择及设备表、结论及体会。 （5）计算书。

3.2 图纸要求

3.2.1 图纸

（1）变电站电气主接线图 （2）继电保护配置图 （3）变电站平面布置图

（4）220KV或110KV高压配电装置断面图

3.2.2 要求

计算机绘图A3各一份，同时手工绘图[1号图纸]变电站电气主接线图一份。

3.3 列出所用的参考文献 3.4 专业相关文献翻译

要求：原件及译文，汉字要求2000字以上

4 时间安排

2

本次设计的时间共16周，各部分设计内容的时间安排大致如下： 收集资料，熟悉任务 完成电气一次设计 完善设计成果 编制设计说明书 审核、校对 答辩

总计

16

2周 9周 2周 1周 1周 1周

周

3

华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告

2005年03月16

日

学生姓名 题目名称 课题来源 设计的原始资料介绍： 1．石佛变电站位置 石佛变电站位于河南省郑州市开发区西侧，正东方向15km是柳林变电站，有二回220kV线路连接；东南方向15km是郑州热电厂，装机为3?200MW，发电机的次暂态电抗为0.125，变压器为3?230MVA，变比为242/13.8KV，UK%?18，采用的是发电机-变压器-线路组接线，有一回220KV线路与石佛变电站连接。 2． 石佛变电站进出线 220KV进出线5回；其中2回与系统B连接。 110KV出线11回； 主 要 内 容 10KV出线11回，为近区负荷，每回路输送容量4MW，自然功率因数0.6，要求10KV母线功率因数为0.9。 3． 两台主变压器，各120MVA。 4． 选择基准容量100MVA，系统B归算到石佛变电站220KV母线短路容量为3000MVA；系统A归算到柳林变电站220KV母线短路容量为3400MVA；系统容量为无穷大。 设计任务： 1. 根据所给的原始资料，进行电气主接线方案设计，分别选取各电压等级母线的接线形式，选取主变压器，绘出电所主接线图； 2. 根据电气主接线方案，进行短路电流计算； 3. 通过计算，选取适当的电气设备； 4. 进行电压补偿计算； 5. 对防雷保护进行设计，选取适当的避雷针、避雷线和避雷器； 张 楠 学号 200105710 专业 电气工程及其自动化 石佛变电站电气一次部分设计 教 学 4

6. 根据以上的计算值，及选取的设备，绘制变电站电气主接线图、继电保护配置图、变电站平面布置图、220KV或110KV高压配电装置断面图。 设计工作应遵循的主要原则： 对变电所电气主接线的设计一般遵从可靠性，灵活性和经济性等方面的要求。 一. 可靠性 根据变电所的性质和在系统中的地位和作用不同，对变电所的主接线可靠性宜提出不同的要求。 主接线的可靠性是接线方式和一次、二次设备可靠性的综合。对主接线的可靠性可以作定量的计算，但需要各种设备的可靠性指标、各级线路、母线故障率等原始数据。一般情况下，在主接线设计时尚缺乏准确的可靠性计算所需要原始资料，而且计算方法各异，也不成熟，故通常不作定量计算。即使进行了可靠性计算，其结果也只能作参考。通常采用定性分析来比较各种接线的可靠性。 二. 灵活性 采取的主主接线的灵活性主要体现在正常运行或鼓掌情况下都能迅速改变接线方式。 要技术路三. 经济性 线或方法 经济性是在满足接线可靠性、灵活性要求的前提下，尽可能地减少与接线方式有关的投资。 变电所电气主接线的可靠性、灵活性和经济性是一个综合概念，不能单独强调其中的某一种特性，也不能忽略其中的某一种特性。但根据变电站在系统中的地位和作用的不同，对变电站电气主接线的性能要求也有不同的侧重。 四. 可扩性的具体要求： 扩建时，可容易地从初期接线过渡为最终接线。 电气设计的进程（根据此设计，始终坚持以上四个原则）： （1） 工程概述 简述设计依据和原始基础资料。 5

（2） 系统概述 1、 简述现有系统负荷水平，装机容量，主要电源和电网情况以及存在问题； 2、 变电站在系统中的作用和建设规模，本期以及远期与系统方式的论证和对出线的要求。 （3） 电气主接线 1、 主接线方案比较与确定，各级电压接线方式（本期以及远期），分设及设计； ①对于本设计，在220KV侧采用双母线接线； ②在110KV侧，由于出线回路较多，采用双母线带旁路接线； ③在10KV侧，采用单母线分段，两台变压器分别负担出线，而且将两条母线通过断路器连接。 2、 各级电压负荷，功率交换及出线回数； 3、 主变压器选择：规范、容量、阻抗、分接头、台数等； 4、 各级电压中性点接地方式； 5、 限流电抗器装设位置，及其选择； 6、 补偿设备及避雷装置的选择； 7、 用CAD绘制电气主接线草图。 （4） 短路电流的计算 1、 根据电气主接线图，绘出原理接线图和等值阻抗图； 2、 根据等值阻抗图计算各电压等级的短路电流； 3、 根据各电压等级的短路电流，选取断路器和隔离开关的保证值。 （5） 电气设备的选择 1、 根据短路电流，选取各电压等级相应的断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器，以及10KV出线电缆和支柱绝缘子、穿墙套管。 2、 对所选择的设备进行校验，看所选设备是否符合标准。 （6） 电压补偿计算 1、 输电线路补偿原理就是在输电线路中接入电容器，用其容抗抵消掉线路的部分电抗，使线路的总阻抗减少，相当于缩短了线路的长度，从而达到了提高线路输电的极限能力和输电稳定性的目的。 2、 根据以上原理和已知的数据，计算出所要接入的电容器的容量大小。 （7） 防雷保护设计 6

1、 对电气设备必须加装必要的过电压保护设施：对直击雷的防护措施、对感应雷的防护措施、对雷电侵入波的防护措施和对内部过电压的防护措施。 2、 对不同的线路段选择不同的避雷针、避雷线、避雷器，对变电站的接地装置进行布置。 （8） 其它 采用新技术情况、套用典型设计和优秀设计图纸情况。 毕业设计论文的预期成果： （1）文字设计 A． 封面 B． 毕业设计任务书（含原件有关内容）：电气主接线设计方案、短路电流计算、电气设备选择、电压补偿计算、防雷保护设计。 C． 毕业设计开题报告 D． 中文摘要（400字左右）：关键词（3～5个） E． 英文摘要 F． 目录 G． 毕业设计正文：包括方案论证（技术论证和经济比较）、短路计算图表、电气设备选择及设备表、结论及体会。 预期的成果及形式 H． 参考文献 I． 附录 （2）需要绘制的图纸 A-1．变电站电气主接线图 A-2．继电保护配置图 A-3．变电站平面布置图 A-4．220KV高压配电装置断面图 要求：计算机绘图[A3]各一份，同时手工绘图[1号图纸]变电站电气主接线图一份 （3）专业相关文献翻译 毕业设计论文的形式及要求： （1） 题目：小二号黑体字，居中，距下文双倍行距；第1层次（章）题序和标要求：原件及译文，汉字要求2000字以上 7

题用小二号黑体字；第2层次（章）题序和标题用小三号黑体字；第3层次（章）题序和标题用四号黑体字；第4层次（章）及以下题序和标题用小四号黑体字；正文用小四号宋体字，1.5倍行距。 （2） 正文章节序号均以阿拉伯数字编号，最多为4级（如：1． 1．1??1．1．1．1），章条编号一律左顶格，编号后空一个字距，再写章条题名，之后先以括号为序（如：（１），（２）??），再以带圈字符为序（如：①，②??）左空2个字距书写。 （3） 英文采用Times New Roman字体，四号。 （4） 公式图表：公式默认格式，另起一行书写；图表标题居中，五号宋体字。 （5） 打印要求：单面，上2.5cm，下2cm，左2.5cm，右2cm，页码小五号宋体字，下方居中，选择“不对称页边距”。 本次设计的时间共16周，各部分设计内容的时间安排大致如下： 收集资料，熟悉任务 完成电气一次设计 完善设计成果 时间安排 编制设计说明书 审核、校对 答辩 总计 指导教师意见 签 名： 年 月 日 备注 1周 1周 1周 2周 9周 2周 16周

8

中文摘要

摘 要：随着目前郑州市的发展，对电力的需求越来越多，故在郑州西郊的石佛镇新建一座220KV变电站，满足郑州市电力的供应。石佛变电站的正东方向15km处是柳林变电站，有二回220KV线路连接，东南方向15km是郑州热电厂，装机为3?200MW，变压器为

3?230MVA，采用发电机-变压器-线路组接线，有一回220KV线路与石佛变电站连接。本

站分为220KV、110KV、10KV三个电压等级，接线分别采用双母线、双母线带旁母、单母线分段带母联断路器，出线分别为5回、11回、11回。本站的电气一次设备均采用了当今国内新建变电站中较为普遍和较为先进的电气设备，并且都进行了必要的校验。电压补偿装置和避雷装置也都采用了先进型号的产品。另外，在平面布置上，也留下了一定余地，为今后五年到十年本站的发展留下了余地并为以后的扩建也带来了方便。

关键词：方案比较，母线接线，设备选择，稳定较验

9

English Abstract

Abstract: With the development of Zhengzhou, more and more electric power is needed. So a 220kV substation will be built in the western suburb Shifo town to satisfy the supply of Zhengzhou electric power. Shifo substation due east direction 15 km places is Liulin substation, there are two 220kV wires to connect the two substations. Its southeast direction 15km is Zhengzhou thermal power plant, whose capacity is 3?200MW. The transformer capacity is 3?230MVA. Adopting the generator - transformer - wire group wiring, there is a 220KV wire to connect the substation with the plant. The substation has 220KV, 110KV and 10KV voltages ranks, the wiring of 220KV adopts the double wires wiring, the wiring of 110KV adopts the double wires with bypass, the wiring of 10KV adopts the single partition wire that is joint by a circuit breaker, the inlet wires and outgoing wires are 5 in 220KV in all. The outgoing wires are 11 in 110KV and 10KV. The substation electric equipments adopt the common and the more advanced electric equipments which have been adopted commonly in newly built transformer substations at present in the domestic, and all of them have carried on the essential verifications. The voltage compensation installments and the lightning arresters have also adopted the advanced model product. Moreover, in plane arrangement, having also left behind the certain leeway for the next five years to ten years development of the substation .It also brings convenience for the later extension.

Keywords: Plan comparisons, Wiring, Equipments choice, Stably verifications.

10

目录

第一篇 设计说明书............................................................................................................... 01

1电气主接线................................................................................................................................ 01 1.1 220kV侧主接线选择............................................................................................................ 01 1.2 110kV侧主接线选择............................................................................................................ 02 1.3 10kV侧主接线选择.............................................................................................................. 03

2 短路计算............................................................................................................................... 04

2.1 主变压器的选择.................................................................................................................. 04 2.2 短路电流计算.......................................................................................................................04 2.3 选择限流电抗器...................................................................................................................06

3 电气设备的选择..................................................................................................................06

3.1 断路器的选择.......................................................................................................................06 3.2 隔离开关的选择...................................................................................................................07 3.3 电流互感器的选择...............................................................................................................07 3.4 电压互感器的选择...............................................................................................................08 3.5 其它设备的选择...................................................................................................................08

4无功功率补偿装置............................................................................................................. 10 5 避雷装置的选择................................................................................................................. 10 6 结论及体会.......................................................................................................................... 11 第二篇 计算书........................................................................................................................ 12 1短路电流计算........................................................................................................................12

1.1 短路阻抗的化简...................................................................................................................12 1.2 短路电流计算.......................................................................................................................13

2 电气设备选择...................................................................................................................... 20

2.1 220kV侧电气设备选择......................................................................................................... 20 2.2 110kV侧电气设备选择......................................................................................................... 25

11

2.3 10kV侧电气设备选择...........................................................................................................29

第三篇 谢辞............................................................................................................................. 40 参考文献.................................................................................................................................... 40 第四篇 附录............................................................................................................................. 40 1外文资料翻译....................................................................................................................... 41

1.1 原文.......................................................................................................................................41 1.2 译文...................................................................................................................................... 52

额外附录

A-1 变电站电气主接线图 A-2 继电保护配置图 A-3 变电站平面布置图 A-4 220KV高压配电装置断面图

12

第一篇 设计说明书

1电气主接线

对电气主接线的基本要求：

变电所电气主接线是有高电压设备通过连接线组成的汇集和分配电能的电路,主接线的型式直接影响供电的可靠性,灵活性,经济性和可扩充性。 （1） 可靠性具体要求

①断路器检修时，不宜影响供电。

②断路器或母线故障及母线检修时尽量减小停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 ③尽可能避免变电站全部停运的可靠性。 （2）灵活性具体要求

①调度时应可以灵活地投入和切除变压器和线路调配电流负荷满足系统在事故运行方式下的系统调度要求。

②检修时，可以方便的停运断路器母线及电器设备进行安全检修而不致影响电力网运行和对用户的供电。

（3） 经济性的具体要求

①投资省、主接线力求简单、尽可能减少断路器隔离开关、互感器、避雷针等的一次设备。 ②二次保护不要太复杂。 ③占地面积小。 ④电能损失小。 （4）可扩性的具体要求

扩建时，可容易地从初期接线过渡为最终接线。

1.1 220kV侧主接线选择

双母线适合于110—220kV配电装置在系统中居重要地位的。双母线的两组母线并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定的连接方式运行。则220kV侧主接线选择接线比较见下表：

I 方案比较 双母线 双母线带旁母 II 13

（1） 通过两组母线隔离开关的倒闸操作检修任意一组母线，不中断停电，不影响穿越功率通过。 可靠性 （2） 检修任意回路断路器、用跨条连接后用母线断路器替代出线。 （3） 全站停电可能性小。 （1） 调度灵活电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上。能灵灵活性 活的适应运行方式运行调度和潮流变化的需要。 （2） 扩建方便。 （1） DL：8个 经济性 （2） G：23个 占地少 可扩性 扩建不受方向限制 （1） 任一出线断路器检修时可不停电。 （2） 一段母线发生故障，分段断路器将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。 （3） 全所停电可能性小。 （1） 调度调配电流符合灵活检修方便。 （2） 检修任一出线DL和母线G不会影响对用户的用电。 （3） 扩建方便。 （1） DL：8个 （2） G：30个 占地少 扩建不受方向限制 经过比较，两种接线均可靠性高，扩建方便。经济型方面双母线要比双母线带旁路节省不少隔离开关，且节省一条旁母，且双母带旁母接线当母线故障或检修时，结论 倒闸操作比较麻烦。而且因为出线较少，只有5回，也没有必要再加一条旁母，故选双母线接线。

1.2 110kV侧主接线选择

110-220kV线路不超过8回时，采用双母线接线。当超过8回时，应采取双母线接线带旁路。

I 方案比较 双母线 （1） 通过两组母线隔离开关的倒闸操作检修任意一组母线，不中断可靠性 停电，不影响穿越功率通过。 （2） 检修任意回路断路器、用跨条连接后用母线断路器替代出线。

14

II 双母线带旁母 （1） 任一出线断路器检修时可不停电。 （2） 一段母线发生故障，分段断路器将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。 （3） 全站停电可能性小。 （1） 调度灵活电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上。能灵活的适应运行方式运行调度灵活性 和潮流变化的需要。 （2） 扩建方便。 （3） 全所停电可能性小。 （1） 调度调配电流符合灵活检修方便。 （2） 检修任一出线断路器和母线隔离开关不会影响对用户的用电。 （3） 扩建方便。 DL：14个 经济性 G：41个 占地少 DL：14个 G：54个 占地少 比较两种接线方式，在经济性上虽然双母线接线省了一点，但是因为出线较多，结论 有11回出线，当母线、断路器和隔离开关故障或检修时，为了减少停电的范围，还是应该选取双母线带旁母接线。

1.3 10kV侧主接线选择

当变电站所装有两台主变压器时，6-10kV侧宜用分段单母线。

I 方案比较 单母分段 （1） 当出线断路器检修或故障时将会停止此回路 （2） 当任意母线故障或检修时，在此母线上的负荷均截止 可靠性 （3） 因为采用单母分段供电，两条母线同时故障的机会小，且两条母线间有断路器相连。所以一般不会造成其带的全部负载停电 单母分段且两母线间有断路器连接 （1） 当出线断路器检修或故障时将会停止此回路 （2） 当任意母线故障或检修时，在此母线上的负荷均截止 Ⅱ 15

（1） 调度是可以灵活地投入和切除一台变压器，而另一台变压器所带母线上的负荷正常分灵活性 配，不受影响，而本段上的其它负荷一样被切除 （2） 能灵活地切除或投入任一出线回路 DL：13个 经济性 G：2个 占地小 结论 （1）调度是可以灵活地投入和切除一台变压器通过分段断路器时使各段上功率向系统负荷正常分配不受影响 （2） 能灵活地切除或投入任一出线回路 DL：14个 G：2个 占地小 两个方案虽然差别不大，但是方案Ⅱ的可靠性要比方案I好，当有一台主变检修时，其母线上的负荷可以通过两段母线间的断路器的联结一样向外供电。

2 短路计算

2.1 主变压器的选择

由原始资料知：两台主变压器，各120MVA，且为降压变压器，又已知三个电压等级分别为220KV，110KV，10KV，则通过查电气手册，可选用SFPSZ7-120000/220型变压器，参数如下表：

空

额定容

产品型号

量 /MVA

高-高压

中压

低压

中

SFPSZ7-120000/

120

220

230±8×1.25%

121

10.5

15.2 24.2 8.17

132

低

低

高-中-电压组合及分接范围/kV

短路阻抗（%）

载损耗 /kW

2.2 短路电流计算

短路电流计算的目的及原则

计算短路电流的目的主要是为了选择导体和电气设备，电气主接线的比较，确定中性点的接地方式，计算软导体短路摇摆确定分列导线间距棒的间距。演算接地装置接触电压

16

和跨步电压选择继电保护装置和进行整定计算。

设计中，演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，应按本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（一般为本期工程建设后5-10年）确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，选择导体和电器设备用的短路电流，在电器连接的网络中应考虑具用反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响，选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点应选择在正常接线方式时，短路的电流为最大地点，导体和电器的动稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路电流验算，若发电机出口的亮相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路有可能大于三相短路电流。 2.2.1 短路计算阻抗图如下：

2.2.2 短路电流计算值： 如下表所示：

序

设备安装

短

计 算 值

17

号

地点

路 点

三相短

工作

路电流

电压

起始值

值 电流冲击

流

流

三相短路

0.2s热稳定电

4s热稳定电

U

kV

1 2 3 4

抗器后 220KV侧 110KV侧 主变10KV 主变10KV电

K4

10

K1 K2 K3

220 110 10

I\k

kA 16.562 6.439 47.49 29.585

ish

kA 42.16 16.39 120.89 75.31

I?0.2?k

kA 16.183 6.38 47.1 29.585

I?k

kA 16.035 6.427 47.29 29.585

2.3 选择限流电抗器

（1）选择XKGKL-10-3000-8型电流限抗器 （2）电流限抗器的参数如下表：

额定电压

型 号

（kV）

XKGKL-10-300

10

0-8

3000

8

153

60

(A)

(%)

（kA）

(kA)

额定电流

额定电抗

动稳定电流

1s热稳定电流

3 电气设备的选择

注：在表格中，只要是空出的格子，表明此处没有安装相应的设备

3.1 断路器的选择

序 号

断路器保证值

设备安装

地点

额定 电压

额定 电流

额定开断电流

极限通过X秒热稳电流峰值 定电流

型 式

UN

kV

18

IN

A

Ibr

kA

imax

kA

It

kA

1 2 3 4 5 220KV侧 110KV侧 主变10KV 主变10KV电抗器后 10KV出线

LW10B-252/3150 LW39-126/3150

VD4-12/3150 VS1-12/1250

252 126 12 12

3150 3150 3150 1250

50 40 50 31.5

125 100 125 80

50(3s) 40(3s) 50(3s) 31.5(4s)

3.2 隔离开关的选择

序 设备安装

型 式

地点 号 1 220KV侧 GW16-220W 2 110KV侧 GW4-110/1250

3 主变10KV

4 主变10KV电抗器后 5

10KV出线

3.3 电流互感器的选择

序 设备安装

型 式

地点 号 1 220KV侧 LB9-220W 2 110KV侧 LCWB7-110W

3 主变10KV 4 主变10KV电抗器后 AS12/185h/2 5

10KV出线

AD12/200e/12

3.4 电压互感器的选择

序

设备安装 型 式

隔离开关保证值

额定 额定 极限通过电电压

电流

流峰值

UN

IN

imax

kV A kA 220 2500 125 110 1250 80

电流互感器保证值 额定 额定

电压

电流

动稳定电流

UN

IN

imax

kV A kA 220 2?600/5 300 110 2?600/5

125

10 3150/5 726 10

1200/5

319

电压互感器保证值

19

X秒热稳定

电流

It

kA 50(3s) 31.5(4s)

1s热稳定

电流

It

kA 120 108 285 125

号 1

地点

额定 电压比 kV

准确级组合及额定输

出

(计量绕组/保护绕组/剩余电压绕组)

VA 0.2/0.5/3P-150/150

/100 0.2/0.5/3P-150/150

/100

0.2/0.5/6P-30/20/80

连接方法

220KV侧

TYD220/3?0.01H

2200.10.1 ///0.1333Y0/Y0/Y0/

2 3 4 5

110KV侧 主变10KV 主变10KV电

抗器后 10KV出线

TYD110/3?0.02H

1100.10.1 ///0.1333Y0/Y0/Y0/

REL10-SII

100.10.10.1 ///3333Y0/Y0/Y0/

3.5 其它设备的选择

3.5.1 220kV侧母线选择

（1）选用LDRE-ф120/110型铝锰合金管形母线 （2）母线的参数如下表所示：

导体尺寸

导体截面

导体最高允许温度为下

值时的载流量

(A)

+70° +80° 2782 2377

截面系数

惯性半径

D1/D2

(mm)

ф120/110

?mm

1806

2??cm

49.9

3?ri

（cm） 4.07

惯性矩 J

?cm?

4299

3.5.2 110kV侧母线选择

（1）选用LGJ-400/25型钢芯铝铰线 （2）母线的参数如下表所示：

标称截面 铝/钢

计算截面

外径 (mm) 26.64

铝 391.91

?mm?

2?mm?

2直流电阻不大于

总计 419.01

长期允许载流量

（A） +70° 879

+80° 882

400/25

钢 27.10

??/km?

0.07370

3.5.3 10kV侧母线及支柱绝缘子和穿墙套管选择

3.5.3.1 10kV侧母线选择

（1）选用双条竖直放置125?10硬铜母线

20

（2）母线的参数如下表所示：

导体尺寸 h?b

长期允许载流量

（A）

4168.14

条数 放置方式

?mm?mm?

125?10

两条

竖放

3.5.3.2 10kV侧支柱绝缘子选择 （1）选取ZC-10F型户内式支柱绝缘子 （2）支柱绝缘子的参数如下表所示：

型号 ZC-10F

额定电压 (kV) 10

绝缘子高度 (mm) 225

机械破坏负荷

(kN) 12.5

3.5.3.3 10kV侧穿墙套管选择

（1）选取CWWL-10/3150-2型穿墙套管 （2）穿墙套管的参数如下表所示：

型号 CWWL-10/3150-2

额定电压 (kV) 10

额定电流 （A） 3150

套管长度 (mm) 600

机械破坏负荷

(kN)

8

3.5.4 10kV出线电缆的选择

（1）选取标称截面为500mm的JKYJ-10单铜芯电缆 （2）电缆的参数如下表所示：

导线标称截面

绝缘厚度 (mm) 4.5

导线直流电阻 20℃

电缆载流量

在空气中 1180

直埋土壤中

1150

2?mm?

2??/km?

0.0336

500

4无功功率补偿装置

因本站有许多无功负荷，且离发电厂较近，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。

根据设计规范第3.7.1条自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。

因为补偿前的功率因数为0.6，补偿后的功率因数为0.9，所以查“为得到所需cos?2，每kW有功负荷所需补偿的容性无功量”为0.85

21

????111???4??1?1???2.854?MVar? Q?P??1??1?12222???cos?20.85?0.6??cos?1?则对于1#变连接的那段母线应补偿的无功为

?kVar? Q1?nQ?6?2.854?17.124?MVar??17124对于2#变连接的那段母线应补偿的无功为

?kVar? Q2?nQ?5?2.854?14.27?MVar??14270所以，电容器选取如下表所示：

额定电压

位置 1#变连接 2#变连接

型号

(kV)

TBB10-21600/100 TBB10-21600/100

10 10

(kVar) 21600 21600

(kVar) 100 100

双丫 双丫

总标称容量

单台标称容量

接线方式

5 避雷装置的选择

装设原则：配电装置每组母线上应该装设避雷器，但进出线都装设时除外； 220kv及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近

增设一组；三绕组变压器低压侧的一组上宜装设一台避雷器；单元接线的发电机出线宜装设一组避雷器；自耦变压器必须在两个自耦变的绕组出线上设置避雷器。

所以，根据以上原则，配置避雷器如下表所示：

标称电流下

避雷器

标称电流

安装位置

避雷器型号

（kA）

（KV）

（KV）

（KV）

220kV变压器侧 220kV线路侧 110kV变压器侧 110kV线路侧 10kV变压器侧 10kV线路侧 220kV中性点处

Y10W5-200/520W Y10W5-216/512W Y10W5-100/260W Y10W5-108/281W YH5WZ-17/45D YH5WZ-17/45D Y1.5W5-146/320

10 10 10 10 5 5 1.5

220 220 110 110 10 10 220

200 216 100 108 17 17 146

520 512 260 281 45 45 320

系统电压

额定电压

击残压 最大雷电冲

22

110kV中性点处 Y1.5W5-60/144 1.5 110 60 144

注：避雷针的布置见变电站平面布置图

6 结论及体会

在做毕业设计的这四个月内，我为了做好毕业设计，我进行了大量的资料搜集、整理，变电站参观，数据计算，图表绘制等等。通过这次设计，使我对大学所学课程理解的更透彻，而且形成了一条知识链，特别是电气一次方面的，我相信这必将为我今后的工作打下良好的基础，在实践中发挥所学，贡献才智！

在设计过程中，不是一帆风顺，有时因为一个数据找不到而困惑一周；有时由于数据的齐全而提前完成，充满成就感。让我知道了“宝剑峰从磨励出，梅花香自苦寒来。”的道理。这次设计中让我体会最深的，就是从哪儿跌到再从哪儿爬起来，昨天中午，在我设计接近尾声之时，我的电脑遭遇了一种病毒，已经完成的六十多页的设计书，顷刻之间只剩下了十多页的备份。无奈、失落、沮丧！为了按时完成任务，我又换了一台电脑，连夜赶了过来。我认为，我的这份设计来之不易。但是在重新做设计的过程中，我又等于把一些知识又复习了一遍，特别是短路电流的计算和设备选择。

2005年5月25日

第二篇 计算书

1短路电流计算

1.1 短路阻抗的化简

选取SB?100MVA,UB?Uav，线路电抗按0.4Ω/km

1.1.1 绘制等值阻抗图

23

对于系统B：

x1?xB*?SB100??0.0333 SN3000x5?xT*??Uk%SB100SN18100?0.783100230

对于系统A：

x2?xA*?SA100??0.0294 SN3400SB?2UBx6?x3?0.0113

对于主变，由其参数进行计算，如下

x3?xA*?xlLUI%??

1000.4?15??0.01132230对于发电机，经查有关手册知其

1?15.2?24.2?8.17??15.61521?UI-II%?UI-III%?UII-III%?2

UII%?1?UI-II%?UII-III%?UI-III%?2cos?N?0.85 x4?x\G*??0.125?xG%SB100PNcos?N1??15.2?8.17?24.2???0.4152UIII%??

1002000.85

?0.05311?UI-III%?UII-III%?UI-II%?21?24.2?8.17?15.2??8.5852

各个电压侧的等效阻抗为

24

x7?UI%SB15.615100??0.1301

100SN100120UIII%SB8.585100??0.0715

100SN100120x9?UII%SB?0.415100???0.0035100SN100120x8?1.2 短路电流计算

1.2.1对K1点进行短路计算

首先进行等值阻抗化简，如下图

x10?x2?x3//x3?0.0294?0.0113//0.0113?0.0351

x11?x4?x5?x6?0.0531?0.0783?0.0113?0.1427①对于郑州热电厂

xca?x11SGSB以电源容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值：

IB?SG2000.85?kA? ??0.5913Uav?220?3?230查汽轮发电机0秒运算曲线，对应

2000.85?0.1427??0.3358100注：有限容量电源根据其计算电抗查运算曲线，可求出各个时刻的短路电流标么值，进而求出有名值，无穷大电源则根据其转移电抗直接计算。 故：对于K1点，电源（郑州热电厂）供给在短路处产生的短路电流，先求

xca?0.3358 ，I\*?3.18 I\?I\*?IB?3.18?0.591?1.88?kA? 查汽轮发电机0.2秒运算曲线，对应

xca?0.3358 ，I?0.2?*?2.54

?kA?I?0.2??I?0.2?*?IB?2.54?0.591?1.501查汽轮发电机2秒运算曲线，对应

xca?0.3358 ， I?2?*?2.26

25

Ucr?1.06?366.7?388.7?kV??UN3?2203?127?kV?

中间相和边相的临界电压都大于线路的运行线电压，故线路不会产生电晕。

2.1.4互感器的选择

互感器（包括电压互感器和电流互感器）是一次系统和二次系统间的联络元件，用其向测量仪表、继电器的电压线圈供电，正确反映电器设备的正常运行和故障情况。

互感器的作用：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和小电流，

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

2.1.4.1

电流互感器

装设原则：为满足测量和保护装置的要求，在发电机、变压器、出线、母线分段

及母联断路器、旁路断路器等回路中均有电流互感器； 为了防止支持式电流互感器夸管闪络造成母线故障，电流互感器布置在断路器的出线侧或变压器侧；对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置； 为了减轻内部故障时发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。

因为Igmax?0.634kA，所以选取LB9-220W，有关数据：UNS?220kV，UN?220kV，

I1N?2?600A，KL?2?600/5，一秒热稳定电流为120kA ，动稳定电流为 300kA （1） 热稳定校验

?I1NKt?2?120?103?222?????I?2?0.6?100?14400kA?s?786kA?s 1N??2?600??2????满足热稳定要求。 （2） 内部动稳定校验

36

300?1032I1NKd?2?2?0.6??424.3?kA??42.16?kA?

2?600满足内部动稳定要求。

2.1.4.2 电压互感器

装设原则：除旁路母线外，一般工作母线和备用母线都装设一组电压互感器,

用于测量仪表、保护装置；35kv及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视

线路有无电压,进行同步和设置合闸，装有一台单相电压互感器；发电机一般装设2-3组电压互感器，一组供自动调节励磁装置，另一组供测量仪表，保护装置；变压器低压侧有时为了满足同步或几点保护的要求，设有一组电压互感器。 因为Igmax?0.634kA，UNS?220kV，所以选取TYD220/3?0.01H，有关数据：

UN?220kV，额定电压

2200.10.1///0.1 ，采用Y0/Y0/Y0/333连接方法。

2.2 110kV侧电气设备选择

2.2.1 断路器的选择

（1）初选断路器型号

注：对于变压器回路持续工作电流，应选取1.05倍变压器额定电流。取主保护动

作时间tp1?0.06s，后备保护时间tp2?3s

Igmax?1.05SN3UN?1.05?1203?110?kA? ?0.661根据UN?110kV，Igmax?0.661kA及屋外布置的要求，查有关手册选型号为

LW39-126/3150，其额定技术数据为：额定开断电流Ibr?40kA，UN?126kV，IN?3150A，动稳定电流imax?100kA，热稳定电流（及时间）It?40kA?3s?，固有分闸时间tg?0.04s，燃弧时间th?0.02s，全开断时间tab?0.06s （2）计算短路电流

37

短路热稳定计算时间

tk?tpr?tab?3?0.06?3.06?s? [0.5tk?1.53?s?] 短路切断计算时间

t1?tp1?tg?0.06?0.04?0.1?s?

则由短路电流计算知K2点短路时的不同时期的短路电流分别如下I\?6.439?kA?，

I?1.53??6.427?kA?，I?3.06??6.427?kA?

三相短路冲击电流?取Ksh?1.8?：ish?16.39?kA? （3）校验开断能力 故

t?1?2Ikt?Ipt??2I\eTa???6.556?kA??40kAt?1????I\2??2I\eTa????20.1???2??6.439??2?6.439?e0.05???? ????22

注：当开断时间小于0.1s时，Ipt?I\ 因tab?0.06s?0.1s，

满足要求。 （4）校验动稳定

ish?2.55I\?16.39kA?100kA，满足要求。

（5）校验热稳定

38

因tk?3.06s?1s，

故可不计非周期分量的发热影响。

Qk?11I\2?10I12.53?I32.06tk?6.4392?10?6.4272?6.4272?3.06 1212?126.44kA2?s?402?3?4800kA2?s????满足要求。

以上计算表明，选LW39-126/3150型断路器可满足要求。

2.2.2 隔离开关的选择

根据设计断路器的数据，查相关手册，选GW4-110/1250型隔离开关可满足要求。有关数据：imax?80kA，It2t?31.52?4 ，下表列出了所选断路器和隔离开关的各项数据比较。

断路器及隔离开关选择结果表 项目

LW39-126/3150参数

126(kV) 3150(A) 40(kA) 100(kA)

GW4-110/1250参数

110(kV) 1250(A) __ 80(kA)

电路计算结果

UNS

110(kV) 661(A) 6.556(kA) 16.39(kA)

UN IN

Igmax Ikt

Ibr imax

ish Qk

126.44kA2?s

??It2t

402?3?4800kA2?s

??31.52?4?3969kA2?s

??2.2.3母线的选择

（1）选屋外软母线

（2）按最大长期工作电流选择

Igmax?1.05IN?1.05P2?Q23UN?1.05?1203?110?661.3?A?

当环境温度为40度时

K???al??070?40??0.82

?al??N70?25 39

Ial70?C?IgmaxK??661.3?806.5?A? 0.82所以，选用LGJ-400/25型钢芯铝铰线，平放时 Igmax?K?Ial70?C?0.82?879?720.78?A?

（3） 热稳定校验：因为取主保护动作时间tp1?0.06s，后备保护时间tp2?3s

短路切除时间为tk?tp1?tab?0.06?0.06?0.12?s??1s 所以，应考虑非周期分量Qnp的发热影响。 由前面可知Qp?126.44kA2?s 因为tk?0.12?s??0.1s，所以

??Qnp?TaI\2?0.05?6.4392?2.07kA2?s 所以

??Qk?Qp?Qnp?126.44?2.07?128.51kA2?s 正常运行时导体温度 ???0???al??0?查表：C?89 Smin?11KfQk?1?128.51?106?127.4mm2 C892Igmax2Ial70?C??661.32?40??70?40??65.3?C 2720.78??所以，满足要求 （4）电晕校验

因为是水平布置，所以k?0.96，m1?0.95，m2?0.8，??1，r?1.332cm，Dm?150cm

Ucr?49.3km1m2?rlgDm150?49.3?0.96?0.95?0.8?1?1.332lg?98.3?kV? r1.332注：当导体为水平排列时，中间相导线的临界电压要低4%，而边相导线的临界电压则要高6%

故中间相导线的临界电压为： Ucr?0.96?98.3?94.4?kV??

UN3?1103?63.5?kV?

40

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