WH市郊110KV变电站一次部分设计1

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摘要

根据设计任务书的要求，本次设计为110KV变电站一次部分初步设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。

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绪 论

在高速发展的现代社会中，电力工业在国民经济中的作用已为人所共知，不仅全面的影响国民经济及其它部门的发展，同时也极大地影响人民的物质和文化生活水平的提高，影响整个社会的进步。

变电站是电力系统的重要组成部分，担负着电能转换和电能重新分配的重要任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。变电所是接受电能、变换电压和分配电能的，实现电能的远距离输送，将电能分配到用户，将发电机电压进行多次变换，由电力变压器、配电装置和二次装置构成。按变电所的性质和任务不同，分为升压变电所和降压变电所，其中与发电机相连的为升压变电所，其余为降压变电所。按地位和作用不同分为枢纽变电所、地区变电所和用户变电所。随着国民经济的持续发展，人民的生活质量和生活水平不断提高家用电器越来越多的进入千家万户，人们对用电质量的要求越来越高。并且电力系统的发展电网结构越来越复杂。需准确掌握电网和变电站的运行情况。并逐步采用无人值班管理模式。

传统变电站一般都采用常规设备。各个断路器的控制与信号回路、各事故信号和预告信号均采用独自的信息传送通道，主要是从被监控的一次设备到主控室。信号传送距离长，使电压互感器和电流互感器的测量精度降低，并且电缆用量巨大。无自动电压调节功能。所以，常规装置结构复杂，可靠性低，维护工作量大。因此，实现变电站综合自动化是全面提高变电站的技术水平和管理水平的重要目标。

本次设计的为110kV变电站，主要是一次部分有变电站总体分析和负荷分析、变电站主变压器的选择、电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选择、配电装置及电气总平面布置设计，在设计中发现所用数据不够准确，特别是在电气设备选择计算中，存在很大缺陷，力求在以后的设计中能够逐步趋于完善，相信不久能实现无人值班高度自动化以弥补传统变电站的缺陷。随着社会的进步科技的发展新型电气设备的脱颖而出，而使高度自动化的变电所成为主题。利用微机和自动控制装置来监控各个电气设备，这样我们即使不到控制现场也能达到监视和控制的目的，这就是“无人值班变电站”。科技的发展社会的进步这将踌使“无人值班变电站”成为以后变电站发展的主角。

本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，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，35kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷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，

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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，从而完成了110kV电气一次部分的设计。

按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建一所中型110kV变电站。本设计属中间变电站该变电所建成后，,它的主要任务是把110KV变成35kV和10kV电压供周边城乡使用。WH市郊110kV变电站是地区性城市变电站，它由系统1和系统2供电，同较为紧密，在整个系统中占有重要地位。

变电站主要设备的组成主要有主变压器、电气主接线、保护装置、控制装置、避雷装置以及无功补偿设备。

主变压器是变换电压的主要设备。在110kV变电站中它主要用于降压，此变电站中我们采用了三相变压器，在功率和电压等级上完全满足了我们的设计需要。电气主接线由于直接影响着电力系统的可靠性，至关重要，因此对它的选择应加以足够的重视。考虑到系统的可靠性、灵活性、经济性等因素，所以在本变电站中我们采用了单母分段的接线形式。控制装置是变电站的中枢神经，控制着整个电气元件。值班员可通过集中监视系统了解系统的运行状态。避雷装置是电力系统稳定运行的一个重要部分。它的故障能够导致整个电力系统的瓦解。给国民经济带来重大损失。在电力系统中为了减少电能在线路中的损耗，我们采用了无功补偿装置来调整系统中的无功功率。

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第1章 变电站的设计分析

1.1 变电站的主要作用和设备组成

变电站都是电力系统的重要组成部分，其可靠性应与系统相适应。水力、火力以及和核能等发出的电能，由于经济上的原因把电压升高，用输电线送到变电站，在这里将电压降低，用输电线在送到其它变电站，或通过输电线和配电线路送到用户。这样，在变电站除了把输电线送来的电压和电流进行变换，集中和分配外，为了使电能的质量良好以及设备安全，进行电压调整电力潮流控制以及输配电线和变电站的保护。 1.1.1 变电站主要设备组成

发电厂和变电站中安装的各种电气设备，其主要任务是启停机组、调整负荷、切换设备和线路、监视主要设备的运行状态、发生异常故障时及时处理等。根据电气设备的作用不同，可将电气设备分为一次设备和二次设备。

通常把生产、变换、输送、分配和使用电能的设备称为一次设备。主要包括： 1.一次设备

（1）生产和转换电能的设备，如发电机等。

（2）接通或断开电路的开关设备，如断路器、隔离开关、负荷开关，熔断器、接触器等。

（3）限制故障电流和防御过电压的保护电器，如电抗器和避雷器等。 （4）载流导体，如裸导线和电缆等。 （5）接地装置。

把对一次设备和系统的运行进行测量、控制、监视、和保护的设备称为二次设备。它们包括：

2.二次设备

（1）仪用互感器，如电压互感器和电流互感器。 （2）测量表计，如电压表、电流表、功率表和电能表等。 （3）继电保护及自动装置。 （4）直流电源设备。

（5）操作电器、信号设备及控制电缆。

本次设计主要是变电站一次部分的设计，主要的设备也为一次设备，当然也有互感器等二次设备。

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1.1.2 变压器

主变压器是变换电压的主要设备。一般在变电站用于降低电压。变压器由单相变压器和三相变压器。一般使用经济上有利的三相变压器，单相变压器仅在高电压、大容量的500kv变电站等由于受到搬运上的限制而被采用。 1.1.3 输电线和开关设备

在变电站内汇集着许多集中和分配电力的输配电线，与主变压器一起接在母线上，在每一条线路的引出口除装设断路器和隔离开关。断路器通常用于电路的送出、停止或切换，当输、配电设备发生事故时则用来自动切断。

隔离开关用于输、配电线路时，变压器和断路器等进行保护，检修时把他们从回路中断开，有时用来切换母线环。 1.1.4 控制装置与互感器

控制装置是变电站的中枢神经、值班员监视设备的运行状态，根据需要进行设备的操作以及联合互感器进行电压、电流和功率的测量。

互感器主要测量于仪器：将高电压、大电流转换成低电压、小电流进行测量。 1.1.5 避雷器

避雷器是把系统中如雷电和操作过电压之类的异常电压抑制在规定值以内，从而保护以主变压器为主的机器设备。 1.1.6 其它设备

变电站内除上述设备外，还有接地和屏蔽装置、站内电源蓄电池、照明设备等其它各种设备。 1.2 变电站的分类

1.2.1 按照变电站在电力系统中的地位和作用

1.系统枢纽变电站

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枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，它的电压是系统最高输电电压，目前电压等级有220kv、330kV(仅西北电网)和500kv，枢纽变电站连成环网，全站停电后，将引起系统解列，甚至整个系统瘫痪，因此对枢纽变电站的可靠性要求较高。

枢纽变电站主变压器容量大，供电范围广。 2.地区一次变电站

地区一次变电站位于地区网络的枢纽点，是与输电主网相连的地区受电端变电站，任务是直接从主网受电，向本供电区域供电。全站停电后，可引起地区电网瓦解，影响整个区域供电。电压等级一般采用220kv或330kv。

地区一次变电站主变压器容量较大，出线回路数较多，对供电的可靠性要求也比较高。

3.地区二次变电站

地区二次变电站由地区一次变电站受电，直接向本地区负荷供电，供电范围小，主变压器容量与台数根据电力负荷而定。

全站停电后，只有本地区中断供电。 4.终端变电站

终端变电站在输电线路终端，接近负荷点，经降压后直接向用户供电，全站停电后，只是终端用户停电。 1.2.2 按照变电站安装位置

1.室外变电站

室外变电站除控制、直流电源等设备放在室内外，变压器、断路器、隔离开关等主要设备均布置在室外。这种变电站建筑面积小，建设费用低，电压较高的变电站一般采用室外布置。

2.室内变电站

室内变电站的主要设备均放在室内，减少了总占地面积，但建筑费用较高，适宜市区居民密集地区，或位于海岸、盐湖、化工厂及其他空气污秽等级较高的地区。

3.地下变电站

在人口和工业高度集中的大城市，由于城市用电量大，建筑物密集，将变电站设置在城市大建筑物、道路、公园的地下，可以减少占地，尤其随着城市电网改造的发展，位于城区的变电站乃至大型枢纽变电站将更多的采取地下变电站。这种变电站多数为无人值班变电站。

4.箱式变电站

箱式变电站又称预装式变电站，是将变压器、高压开关、低压电器设备及其

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相互的连接和辅助设备紧凑组合，按主接线和元器件不同，以一定方式集中布置在一个或几个密闭的箱壳内。箱式变电站是由工厂设计和制造的，结构紧凑、占地少、可靠性高、安装方便，现在 广泛应用于居民小区和公园等场所。

箱式变电站一般容量不大，电压等级一般为3kv~35kv，随着电网的发展和要求的提高，电压范围不断扩大，现已经制造出了132kv的箱式变电站。

箱式变电站按照装设位置的不同又可分为户外和户内两种类型。 5.移动变电站

将变电设备安装在车辆上，以供临时或短期用电场所的需要。 1.2.3 根据变压器的使用功能

1.升压变电站

升压变电站是把低电压变为高电压的变电站，例如在发电厂需要将发电机出口电压升高至系统电压，就是升压变电站。

2.降压变电站

与升压变电站相反，是把高电压变为低电压的变电站，在电力系统中，大多数的变电站是降压变电站。 1.3 电力系统分析

我们所设计的110kV变电属于中间变电站,高压侧以交换潮流为主,起系统交换功率作用,或使长距离输电线路分段,一般汇集2～3个电源,同时又降压给当地用电。这样的变电站主要起中间环节作用,全所停电将引起区域解列。

在设计中为使变电所的设计认真执行国家的有关技术经济政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求，制订本规范。 1.3.1 变电站设计规范

1．本规范适用于电压为35～110kV，单台变压器容量为2500kVA及以上新建变电所的设计。

2．变电所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。

3．变电所的设计，必须从全局出发，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，结合国情合理地确定设计方案。

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4．变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。

变电所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。 1.3.2 变电站地址

变电所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。 变电所位于WH市郊东南郊，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。变电所以东主要有35KV的水泥厂、耐火厂及市郊其它用电。

该变电所所址区海拔220m,地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊阔，架设方便，全线为黄土层地带，地耐力为2.4kg/cm2，天然容重r?2g/cm3,内摩擦角θ=23°,土壤电阻率为100Ω·cm,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。

1.3.3 负荷分析及组成

根据任务书可知WH市有一市区变电所。WH市110KV变电站的建设将外电与市区变电所更好的连接起来，从而形成统一的供电网络。更好的解决WH市的供电问题，同时也促进了供电网络的形成和供电的可靠性。为了考虑本地区经济的发展此变电站设计的最大容量为36.8MW。

各级负荷见以下图表： 1．110KV负荷情况

表1-1 110KV负荷

电压 等级 负荷 名称 市系线 110 kv 市甲线 备用1 备用2 最大负荷（MW） 近期 10 10 远景 18 18 10 12 负荷组成 (﹪) 一 二 自然 力率 Tmax(H) 线长 (KM) 10 10 备注 8

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2．35KV负荷情况

表1-2 35KV负荷

电压等级 负荷 名称 水泥厂1 水泥厂2 耐火厂 备用1 备用2 最大负荷（MW） 近期 1.5 1.5 1 远景 2 2 1.5 2.5 2.5 负荷组成 (﹪) 一 15 15 15 自然 Tmax(H) 线长 (KM) 20 20 18 15 15 力率 二 30 30 35 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 备注 35 KV 3．10KV负荷情况

表1-3 10KV负荷

电压 等级 棉纺厂1 棉纺厂2 印染厂1 印染厂2 10 毛纺厂 针织厂 市区1 市区2 食品厂 备用1 备用2 负荷 名称 最大负荷MW 负荷组成 (﹪) 自然力一 20 20 30 30 20 20 20 20 15 二 40 40 40 40 40 40 40 40 30 率 Tmax 线长 (H) (KM) 备注 近期 2 2 1.5 1.5 2 1 1.5 1.5 1.2 远景 2.5 2.5 2 2 2 1.5 2 2 1.5 1.5 1.5 0.75 0.75 0.78 0.78 0.75 0.75 0.8 0.8 0.8 0.78 0.78 5500 5500 5000 5000 5000 4500 2500 2500 4000 3.5 3.5 4.5 4.5 2.5 1.5 2 2 1.5 1.3.4 建站的必要性

由于企业规模的扩大，为满足该公司生产的需要，决定新建一个110KV变电站。又由于临近该市的电力负荷中心，决定在此建设此变电站。

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图1-1系统接线简图

1.3.5 WH市110KV变电所建设规模

根据电力系统规划，本变电所的建设规模如下： 额定电压等级： 110KV/35KV/10KV

110KV近期出线2回，远景发展2回 35KV近期出线3回，远景发展2回 10KV近期出线9回，远景发展2回 S1=1000MVA X1=0.5 X2=0.7 S2=600MVA X1=0.4 X2=0.6

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第2章 电力系统及变电站总体分析

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。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。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。 2.1 电力系统分析

经过对电力系统的正确分析才能选择变电站的正确设计方案，电力系统的分析应满足以下几点：

1.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。

2.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。

3.变电站的设计，必须坚持节约用地的原则。

4.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。

该110KV变电站是济钢集团的厂用变电站，它有两个系统向其供电，系统1和系统2，其总容量为：S?500MW，它与电力系统紧密相连，具有重要的地位。 2.2 变电站总体分析 2.2.1 设计依据

根据本企业的电力需求，向省电力公司提出申请，在得到省电力公司文件《济钢110KV变电所设计任务书的批复》后进行该变电站的建设。 2.2.2 变电所建设的必要性

由于企业规模的扩大，为满足该公司生产的需要，决定新建一个110KV变电

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站。又由于临近该市的电力负荷中心，决定在此建设此变电站。

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第3章 主接线选择

3.1 主变选择原则 3.1.1 容量选择原则

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60%。故选择两台容量为 25MVA 的主变。 3.1.2 台数的选择原则

工厂总降压变电所主变容量与台数的选择在很大程度上取决于负荷的大小及其对供电可靠性的要求，同时应考虑工厂发展规划等因素并与电气主接线的选择统筹安排，应力求变电所主接线简单，运行方便，供电可靠，节约能源与减少投资。变压器多则供电可靠，但是设备投资也大，运行费用也要增加。因此，在满足可靠性要求是，变压器台数越少越好。

由于我厂负荷较大，采用110KV电压供电，根据负荷情况和经济运行，我厂采用二台主变。 3.1.3 容量和台数的选择

(1)35KV 中压侧

由于出现回路数为5回，故可取kt?0.95 结合表1-1中负荷情况分析部分可知：

Sjs1?kt(?pimax)?1??%?

i?1cos?i5 = 0.95?(2?21.52.5?2??)?1?5%??10.53MVA 0.90.90.9(2)10KV低压侧

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由于出现回路数是11回，故可取kt?0.85 结合表1-2中负荷情况分析部分可知：

5pSjs1?kt(?imax)?1??%?

i?1cos?i?0.85?(2.5?2?2?1.51.5?2?2?22?2?1.5??)?1?5%??24.26MVA

0.750.780.8

则变压器的计算容量：

2Sjs总?kt?Sjsi

i?1’（10.53+24.26）=29.75MVA =0.85?(3) 由选择条件

Se?Sjs总?60%?29.57?60%?17.74MVA 故可选用主变容量为25000KVA. (4)校验条件

（n-1）Se?0.6Sjs总（n-1）S??S1??S2则（2-1）Se?25?17.74满足条件。

?S1??S2?2?21.52.5?22?2?15%?30%???15%?35%???20%?40%???30%?40%?0.90.90.750.78

+

2?1.52?21.5?20%?40%???20%?40%???15%?30%? 0.750.80.8?16.98MVA

（n-1）S??S1??S2满足要求。 故

3.1.4 变压器型式的选择 1.相数的选择

由相应规程可知，若站址地势开阔，交通运输方便，而不是由于容量过大而无法解决制造问题，宜采用三相变压器。 2. 绕组数和绕组连接方式的选择

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参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：

变压器三相绕组的接线组别、电压、相位、和系统一致，否则不能并列运行。我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点，所以都需要选择Y0的连接方式；35KV采用“Y”的连接方式，其中性点多通过消弧线圈接地；35KV以下的高电压，变压器三相绕组均采用“D”的连接方式。因此，新建变电站的主变电力变压器采用“YN Yn0 d11”的连接组别。 3.主变调压方式的选择

一般情况下，110KV主变宜选用有载调压。 4.主变冷却方式的选择

冷却方式有很多，在此选自然风冷式。 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，考虑到要选择节能新型的，110KV应该选115KV,35KV选37 KV,10KV选10.5KV。 6.全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决

在110KV及以上的中性点直接接地系统中，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。

经查阅《新编工厂电气设备手册》，我们选择由常州高压电器厂生产的SFS7-25000/110系列的电力变压器，其主要的技术参数如下：

表3-1 SFS7-25000/110系列电力变压器主要技术参数

型号 额 额定电压（KV） 连阻抗电压（%） 空损耗（MW） 15

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定 容 量KVA 高压 中压 低压 接组别 高高中载电流 % 空载 负载 低 中 低 SFS7-25000/110 25000 110±2×2.5% 38.5±2×2. 5% 10.5 YN yn0 d11 10.5 10.5 6.5 1.0 38.5 175 3.2 电气主接线设计

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，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。

(1) 参考《35～110KV变电所设计规范》

第3.2.3条：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回及以上时，宜采用双母线接线。

第3.2.4条：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，可以设置旁路设施。

当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼做旁路断路器的接线，当110KV线路为6回及以上，35～63KV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器，主变压器35～110KV回路中的断路器，有条件时，亦可接入旁路母线，采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。

第3.2.5条：当变电站装有两台主变时，6～10KV侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。 3.2.1 设计的基本要求

1．满足对用户供电必要的可靠性和保证电能质量。 2．接线应简单，清晰且操作方便。

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3．运行上要具有一定的灵活性和检修方便。 4．具有经济性，投资少，运行维护费用低。 5．具有扩建和可能性。 3.2.2主接线的原则

参考《35～110KV变电所设计规范》第3.2.1条：

变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。

采用分段单母线或双母线的110～220KV配电装置，当断路点不允许停电检修时，一般需设置旁路母线。对于屋内配电装置或采用SF6全封闭电器的配电装置，可不设旁母。6～35KV配电装置中，一般不设旁路母线，因为重要用户多系双回路供电，且断路器检修时间短，平均每年约2～3天。如线路断路器不允许停电检修时，可设置其它旁路设施。6～10KV配电装置，可不设旁路母线，对于初线回路数多或多数线路向用户单独供电，以及不允许停电的单母线，分段单母线的配电装置，可设置旁路母线，采用双母线6～10KV配电装置多不设旁路母线。

对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量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。

拟定可行的主接线方案2～3种，内容包括主变的形式，台数以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰差的方案，保留一种较好的方案。 3.2.3 方案的比较

根据要求可以比较以下两种方案：（主要进行以下三个方面的比较） 方案(1)单母分段带旁母接线形式如图3-1:

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图3-1 单母分段带旁母接线

可靠性：无论检修母线、断路器及变压器，都不会造成重要的电力负荷的停电。使用的电气设备比较少，出现故障的几率也比较底。机组配置合理，使传输容量在变压器或线路中的电能损耗为最小。

灵活性：可以实现多种运行方式，调度灵活性较好，易于扩建或扩展。 经济性：使用的电气设备相对少，年运行费用也不高。占地面积相对小。 方案(2)单母分段接线形式如图3-2:

图3-2 单母分段接线

可靠性：无论检修断路器或变压器故障时，均不会造成重要的电力负荷停电。使用的电气设备少，出现故障的几率小。一段母线隔离开关故障检修时，此母线回路将停电；当出线为双回路时，常使架空线路交叉跨越。

灵活性：运行方式简单，具有比较好的调度灵活性，但是扩建时需要向两个方向均衡扩建。

经济性：电气设备使用少，年运行费用也不高。占地面积相对也小。 经过结果比较可知，两种方案都有较好的可靠性和灵活性。由于本变电站110KV电压等级出线近期2回，远景发展2回。在整个系统中占有较重要的地位，要求保证某些重要的用户不可中断供电，故要求系统有更好的供电可靠性。在经

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济性方面考虑，采用110KV侧宜采用方案(2)单母分段接线形式。

35KV电压等级出线近期3回，远景发展2回；10KV近期9回，远景发展2回。根据以上比较来选择，同样也选择采用方案（2）单母分段接线形式. 用断路器把母线分段后,适合用于屋内布置，可采用手车式断路器，这样可保证进出线检修时不中断供电。

表3-2 方案比较表

方案 项目 可 靠 性 灵 活 性 经 济 性 占地面积大，多一旁路增加了投资。 占地面积小，接线简单,运行设备少，投资少，年运行费用少。 方案I 单母分段带旁母 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间方案II 单母线分段接线 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间断供断供电。检修出线断路器时可不停电，电。 可靠性高。 当一回线路故障时,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，不至使重要用户停电。 当一回线路故障时,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,且扩建方便。 3.3 主变中性点接线方式及设计

变电站中性点接地方式的安排应尽量保持变电站的零序阻抗基本不变。遇到因变压器检修等原因使变电站的零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时，应根据规定或实际情况临时处理。 3.3.1 变压器中性点接地方式

变压器中性点接地方式一般分为以下5种: 1．中性点不接地方式。 2．中性点经高电阻接地方式。 3．中性点直接接地方式。 4．中性点经低电阻接地方式。 5．中性点经消弧线圈接地方式。 3.3.2 所用变压器中性点接线

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根据变电所所用变压器分以下几种情况:

1．变电所只有一台变压器，则中性点应直接接地，计算正常保护定值时，可只考虑变压器中性点接地的正常运行方式。当变压器检修时，可作特殊运行方式处理，例如改定值或按规定停用、起用有关保护段。规程规定或实际情况临时处理。规程规定或实际情况临时处理。

2．变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地。如果由于某些原因，变电所正常必须有两台变压器中性点直接接地运行，当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，若有第三台变压器则将第三台变压器改为中性点直接接地运行。否则，按特殊运行方式处理。

3．双母线运行的变电所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地方式运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时、将另一台中性点不接地变压器直接接地。若不能保持不同母线上各有一个接地点时，作为特殊运行方式处理。

4．为了改善保护配合关系，当某一短线路检修停运时，可以用增加中性点接地变压器台数的办法来抵消线路停运对零序电流分配关系产生的影响。 5．自耦变压器和绝缘有要求的变压器中性点必须直接接地运行。

该变电所两台变压器并列运行，应按两台变压器中性点直接接地方式运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时、将另一台中性点不接地变压器直接接地。 3.4 无功补偿 3.4.1 补偿装置的意义

无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。 3.4.2 无功补偿装置类型的选择

1．无功补偿装置的类型

无功补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置。 目前常用的补偿装置有：静止补偿器、同步调相机、并联电容器。 2．常用的三种补偿装置的比较及选择

这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电

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所的母线上。

(1)同步调相机

同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。

装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出或汲取的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大。小容量的调相机每千伏安容量的投入费用也较大。故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。

(2)静止补偿器

静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷，且调节不能连续的缺点。

(3) 电力电容器

电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。

电力电容器的装设容量可大可小。而且既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功率，运行时功率损耗亦较小。可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入和切除。

综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。

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第4章 短路电流计算

4.1短路电流计算的目的

造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身质量低劣，绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备质量合格，绝缘合乎要求而被过电压（包括雷电过电压）击穿，或者是设备绝缘受到外力损坏而造成短路。

严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。

由此可见，短路的后果十分严重，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不至损坏。 为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。

短路是电力系统中常发生的故障，短路电流直接影响电器的安全，危害主接线的运行，假如短路电流较大，为了使电器能承受短路电流的冲击，往往需要选择重型电器。这不仅会增加投资，甚至会因开断电流不满足而选择不到合适的高压电器，为了能合理选择轻型电器，在主接线设计时，应考虑限制Id的措施，即而需要计算Id。

4.2 短路电流计算的一般规定

为了使所选电器具有足够的可靠性、经济性、灵活性并在一定的时期内满足电力系统发展的需要，应对不同点的短路电流进行校验。 4.3 短路电流的计算方法

对电力系统网络的短路电流，我们可采用一种运算曲线来计算任意时刻的短路电流。所谓运算曲线，是按我国电力系统的统计得到汽轮发电机的参数，逐个计算在不同阻抗条件下，某时刻t的短路电流，然后取所有这些短路电流的平均 值，作为运行曲线在某时刻t和计算电抗Xjs情况下的短路电流值。运算曲线包括两种方法，即同一变化法和个别变化法。

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4.4 短路电流计算结果

为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因素的影响，做出以下规定：

1. 所有的电源电动势相位角均相等，电流的频率相同，短路前，电力系统的电势和电流是对称的。

2. 认为变压器是理想变压器，变压器的铁芯始终处于不饱和状态，即电抗值不随电流的变化而变化。

3. 输电线路的分布电容略去不计。

4. 每一个电压级采用平均电压，这个规定在计算短路电流时，所造成的误差很小。唯一例外的是电抗器，应该采用加于电抗器端点的实际额定电压，因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多，否则，误差偏大。

5. 计算高压系统短路电流时，一般只计及发电机、变压器、电抗器、线路等元件的电抗，因为这些元件X/3>R时，可以略去电阻的影响。只有在短路点总电阻大于总电抗的1/3时才加以考虑，此时采用Z∑=X∑。

6.短路点距离同步调相机和同步电动机较近时，应该考虑对短路电流值的影响。有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：在母线附近的大容量电动机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。此时，电动机将变为发电机运行状态，母线上电压低于电动机的反电动势。

7.在简化系统阻抗时，距短路点较远的电源与较近的电源不能合并。 8.以供电电源为基准的电抗标幺值>3,可以认为电源容量为无限大容量的系统,短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。

表4-1 短路电流计算表

短路电流短路点 K1 K2 K3 I\（KA） 4.27 1.52 1.52 I tk/2 （KA） 4.27 1.52 1.52 I tk（KA） 4.27 1.52 1.52 Ish（KV） 10.87 3.87 3.87 具体计算见附录Ⅰ。

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第5章 电气设备选择

5.1 概述

正确选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节约投资，具体选择方法也就不完全一样。但对它们的要求却是基本相同的。电力系统中的各种电气设备，其运行条件完全一样，选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求是相同的。电气设备要想能可靠地工作，必须按正常运行条件进行选择，并且按短路条件校验其热稳定和动稳定。 5.1.1 电气选择

1.主要任务导体和绝缘子

导体的选择主要有：各电压级的汇流母线、主变引下线、出线以及各电压级的绝缘子等。 2.电气设备的分类

电气设备包括各电压级的出线断路器、旁路断路器、分段断路器、以及相应的隔离开关、熔断器等。用于保护和测量用的电流互感器，包括穿墙套管、开关柜的选择及其一次接线的编号。 5.2 选择导体和电器的基本条件 5.2.1 按长期工作条件选择 1. 设备选择

（1）在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网的额定电压。

即 UN ? UN.S

（2）电气设备的额定电流应不小于该回路在各种合理运行方式下最大持续电流。

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即 IN ? Imax 2.Imax的计算方法 （1）.汇流主母线

①110KV：按实际功率分布计算 Imax=S? 3UN②35KV: Imax =1.05INT ③ 10KV: Imax= 1.05INT

（2）旁路母线回路

Imax=需要旁路回路的最大额定电流或最大持续工作电流 （3）主变引下线

Imax=1.05INT （4）出线

单回： Imax=最大负荷电流

双回： Imax=（1.2~2）单回线路最大负荷电流 （5）母联回路

Imax=母线上最大一台变压器的持续工作电流 （6）分段回路

Imax=1.05INT 5.2.2 按经济电流密度选择导体

参考《导体和电器选择设计技术规定》 第2.1.3条：载流导体应选择铝质材料

第2.1.6条：除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济电流密度选择，导体的经济电流密度可按附录四所列数值选择

当合适规定导体时，导体面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选取

选取条件：经济截面

Imax J-经济电流密度 JSJ=

注：按此法选择导体后，必须按长期发热校验 参考《导体和电器选择设计技术规定》 第2.1.3条：载流导体应选择铝质材料。

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第2.1.6条：除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济密度选择，导体的经济电流密度可按照附录四所列数值选取。

当无合适规定导体时，导体面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选取。

* 选取条件：经济截面SJ?Imax J—经济电流密度 J注意：按此法选择导体后，必须按长期发热校验。 5.3 导体和电器的选取及校验 5.3.1 导体的选择 1. 母线的选择

参考《导体和电器选择设计技术规定》

第2.1.3条：载流导体宜采用铝质材料，下列场所可选用铜质材料的硬导体。 1.持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部或采用硬铝导体穿墙套管有困难时；

2.污秽对铜腐蚀较轻微而对铝有较严重腐蚀的场所。

第2.3.1条：20KV以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜采用矩形导体，在4000-8000A时，宜选用槽形导体。

110KV及以上高压配电装置，当采用硬导体时，宜选用铝合金管形导体。 2.10KV出线电缆选择

1.依据《发电厂电气部分》电力电缆应按下列条件选择和校验: a. 电缆芯线材料及型号 b. 额定电压 c. 截面选择 d. 允许电压降校验 e. 热稳定校验

f. 电缆的动稳定由厂家保证，可不必校验。 2.电缆芯线材料及型号选择

电缆芯线有铜芯和铝芯，国内工程一般选用铝芯，电缆的型号应根据其用途，敷设方式和使用条件进行选择，WH市郊变10KV出线选用三相铝芯电缆。

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3.电压选择：电缆的额定电压应大于等于所在电网的电压。 5.3.2 电器选择 1. 断路器选择

根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）第6—2节规定：35KV及以下，可选用少油、真空、多油断路器等，应注意经济性。35KV—220KV可选用少油、SF6、空气断路器等。

综合考虑，尽量利用经过国家鉴定推荐使用的新产品，又110KV为检修方便，选用SF6断路器，35KV也选用SF6断路器，10KV侧采用真空断路器。 2. 隔离开关的选择

种类和形式的选择：隔离开关的型式很多，按安装地点的不同可分为屋内式和屋外式。按绝缘支柱数目可分为单柱式和双柱式。它对配电装置的占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置的特点和使用要求以及经济技术条件来确定。

由于本设计中均不采用手车式断路器，故35KV、10KV侧用选隔离开关。 3. 电压互感器选择

电压互感器是二次回路中测量和保护用的电压源，通过它反映系统的运行状况。它的作用是将一次高压变为二次侧的低电压便于测量。

依据《电力工程设计手册》对电压互感器配置的规定：

1. 电压互感器的配置与数量和配置、主接线方式有关，并应满足测量、保护周期和自动装置的要求。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。

2. 6～220KV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否需要装设压互，应视各回出线外侧装设压互的情况和需要确定。

3. 当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设压互。 根据《导体和电器选择技术规定》SDGJ14-86： 第10.0.1条：电压互感器应按下列技术条件选择和校验 a. 一次回路电压 b. 二次电压 二次负荷

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c. 准确度等级

d. 继电保护及测量的要求

第10.0.3条：电压互感器的型式应按下列使用条件选择：

a. 3～20KV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。

b. 35KV配电装置宜采用电磁式电压互感器。

c. 110KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。

第10.0.7条：用于中型点直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100V，用于中性点非直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100/3V。 根据以上原则，可选择电压互感器。 4. 电流互感器选择

目前电力系统中用的广泛是电磁式电流互感器（用字母TA表示），它的原理和变压器相似，他的特点：一次绕组串联在电路中，并且很少，电流取决于被测试电路的负荷电流，而与二次侧电流的大小无关；二次侧的电流绕组阻抗很小，所以它在近于短路的状态下运行。

根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）第2—8节： 1. 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。

2. 发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等也应装设电流互感器。

3. 对直接接地系统，按三相配置；对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配。

5. 绝缘子和穿墙套管

参考《导体和电气选择设计技术规程》

第11.0.7条: 屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子。屋外支柱绝缘子需倒装时，可用悬挂式支柱绝缘子。屋内支柱绝缘子宜采用联和胶装的多棱式支柱绝缘子。

第11.0.8条：屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管。对于母线型穿墙套管应该校核窗口允许穿过的母线尺寸。高压穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种。瓷绝缘的穿墙套管适用于交流电压6～35kv系统，油纸电容式绝缘适用于交流电压60～500kv中性点直接接地系统。

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5.4 电气设备表 5.4.1 导体选择一览表

表5-1 导体一览表

项目 电压等级 110KV 35KV 10KV LGJ-95 LGJ-185 LMY矩形铝母线 （两条125×10） LGJ-95 LGJ-185 LMY矩形铝母线 （两条125×10） / LGJ-185 LMY矩形铝母线 （两条125×10） 主母线 主编引下线 负荷出线 表5-2 断路器和隔离开关一览表

设备 项目 110KV 35KV 10KV 断路器 LW11-110/1600 LW8-35/1600 ZN-10/1600-31.5 表5-3 互感器一览表

电压级 设备类型 电压互感器 电流互感器 YDR-110 LFZ1-10 JDJJ-35 LQZ-35 JSJW-10 LBJ-10 110KV 35KV 10KV 隔离开关 GW5-110/630 GN2-35/600 GN10-107/3000/60 表5-4绝缘子和穿墙套管一览表

电压级 设备类型 绝缘子 穿墙套管 具体计算见附录Ⅱ。

ZS-110/400 / ZS-35/400 CLB-35 ZNA-10/375 CLB-10 110kv 35kv 10kv 29

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第6章 配电装置和平面布置设计

6.1 概述

配电装置是变电站的重要组成部分，它是根据主接线的连接方式，由开关电器保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置和总平面布置的设计是整个变电站设计的一个重要环节，是全面贯彻国家方针政策的重要环节，对变电站的多、快、好、省的建设和安全、经济、可靠地运行有重要意义。 6.2 配电装置设计

6.2.1 配电装置设计的基本原则

1．高压配电装置的设计

依据《高压配电装置设计技术规程》SDJ5—85中第1.0.1条规定： 高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并根据电力系统条件、自然环境特点和运行检修的要求，合理的制定布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置、新设备和新材料，使设计技术先进、经济合理、可靠运行、巡视方便、同时注意节约三材。

2．安全净距

依据《高压配电装置设计技术规范》SDJ5-85规定：

（1）屋外配电装置电气设备外绝缘体最低部位距地小于2.5m时，应装设固定遮拦；

（2）屋外配电装置使用软导体时，带电部分至接地部分之间的电气距离应按规程选择、校验。

（3）电气设备外绝缘最低部位，距地小于2.3m时，应装设固定遮拦； （4）配电装置的相邻带电部分的额定电压；

（5）屋外配电装置的上面或下面，不应有照明，通信和信号线路架空跨越穿过屋内配电装置，带电部分的上面不应敷设照明和动力线路。

3．各电压级配电装置选择

根据《高压配电装置技术规程》SDJ5—85：

（1）选择屋外配电装置应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约土地并保证运行和检修的要求，通过技术经济比较，35KV及以下配电装置宜

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采用屋内型，地震烈度8度及以上或土地贫瘠地区，110KV及220KV配电装置可采用屋外中型配置；

（2）布置成高型，半高型配电装置，上层的220KV隔离开关和布置在高型配电装置的110KV隔离开关，宜采用就地电动操作机构。 6.2.2 各电压等级配电装置设计

1．110KV侧配电装置型式选择

110KV侧采用屋外配电装置，根据电器和母线的高度，可分为中型、半高型和高型。

普通中型配电装置的优点是国内运行经验较丰富，施工、检修和运行都较方便，且抗震能力好，造价低，缺点是占地面积大。

半高型配电装置的优点是占地面积约比中型节省30%,由于将不经常运行的旁路母线和旁路隔离开关设在上层，而主母线及其他电器的布置，实现进出线均带旁路很方便，缺点是隔离开关下方未设置检修平台，检修不方便。

高型配电装置最大的优点是占地面积小，但耗用的钢材多，检修不便。 结合本次设计WH市郊变电站是WH市经济发展的主要空间，地价较贵，从而节约用地，且钢材耗量与普通中型相近，且除设备上方有带电母线外，其余布置均与中型布置相似。

故110KV侧配电装置采用半高型配电装置。 2．35KV侧配电装置设计

35KV侧配电装置屋内与屋外相比较，在经济上两者总投资接近，因屋内式电器投资较屋外略少，而土建投资又稍高于屋外式，但屋内式具有节约用地、便于运行维护、防污等优点，且参考以上原则可知，应采用屋内配电装置。

又考虑到WH市郊变电站35KV侧采用了单母分段型式的主接线，为了提高运行可靠性，节约用地。

故采用手车式高压开关柜，所以35KV配电装置采用屋内单层式。 3．10KV侧配电装置的型式选择

依据上述原则，10KV配电装置一般采用屋内配置。当出线不带电抗器时，一般采用成套开关柜单层布置。考虑到WH地区经济较发达，且主接线为单母分段接线型式，故采用手车式开关柜。 6.2.3 35KV及10KV配电装置设备列表

1．35KV侧设备表

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表6-1 35KV设备表

序 号 名 称 规 格 单位 近期 204 215 265 289 253 234 出线柜 主变进线柜 电压互感器柜 避雷器柜 母线分段柜 母线分段柜 穿墙套管 穿墙套管 GBC-35-204 GBC-35-215 GBC-35-265 GBC-35-289 GBC-35-253 GBC-35-234 CWL-35/1000 CWL-35/600 面 面 面 面 面 面 只 只 5 1 2 2 1 1 3 15 数量 远期 2 1 0 0 0 0 3 6 2．10KV侧设备表

表6-2 10KV设备表

序 号 名 称 规格 单位 数量 01 40 20 40 44 03 26 出线柜 主变进线柜 电压互感器柜 母线分段柜 母线分段柜 并联电容器柜 所用变柜 穿墙套管 JYN2-10-01 JYN2-10-40 JYN2-10-20 JYN2-10-40 JYN2-10-44 JYN2-10-03 JYN2-10-26 CWL-10/3000 面 面 面 面 面 面 面 只 12 2 2 1 1 2 2 6 6.3总平面布置设计

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。

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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 ：①所外道路应利用已有道路或现成道路；②当路基宽度小于5.5m时且道路两端不能通过时，适当位置设置错车道；③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；④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；⑤所内道路转弯半径不小于7m；⑥巡视道路路面宽度宜为0.7～1.0m。

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． 配电装置方位选择结果。进线方位由负荷分布的实际情况，尽量避免交110KV设在变电站南部，35KV可设在变电所北部，10KV侧设在变电站西北部。主变位置位于变电所110KV配电装置与主控楼之间，见平面布置图。

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第7章 防雷设计

7.1 变电站的防雷保护概述

按安装方式的不同，将独立避雷针和构架避雷针两类。从经济观点出发，当然希望用希望避雷针，以为它既能节约支座的钢材，又能省去专门的接地装置，但对绝缘水平不高的35KV以下的配电装置来说，雷击构架避雷针很容易导致绝缘逆闪落，这当然不能容许，独立避雷针是指具有专门的支座和接地装置的避雷针，其接地电阻一般不超过10?。

我国规定：

1．110KV以上的配电装置，一般将避雷针装在构架上，但在土壤电阻率大于1000?/?的地区，仍装设独立避雷针，以免发生反击。 2．35KV及一下的配电装置应采用独立避雷针来保护。

3．60KV的配电装置，在土壤电阻率大于500?/?的地区宜采用独立避雷针，在土壤电阻率小于500?/?的土壤容许采用构架避雷针。

当独立避雷针遭受雷击时，雷电流将在避雷针电感L和接地电阻R上造成压降，避雷针支座上高度为H处的对地电压(H为相邻配电装置构架的高度)

dUA?Rii?L0hi (KV)

dt接地装置的对地电压：

UB?Rii(KV)

式中Ri——独立避雷针的冲击接地电阻,?

L0——避雷针单位高度的等值电感,??/m

如果空气间隙的平均冲击击穿场强为E1(KV/M)，为了防止避雷针对构架发生反击，其空气间隙S1应满足下面要求：

S1?UA/E1 (m)

与此相似，如果土壤的平均冲击击穿场强为E2(KV/M)，为了防止避雷针接地装置与变电站接地网之间因土壤击穿而连在一起，其地下距离S2应满足下面要求：

S2?U2/E2 (m)

我国的标准是取雷电流I的幅值 I=100KA L0?1.55?H/M

E1?500KV/M E2?300KV/M

平波波前陡度 (di/dt)av?100/2.6?38.5KA/?S 我国标准推用下面两个公式校验独立避雷针的空间距离S1和地中距离S2：S1?0.2Ri?0.1h，S2?0.3Ri，在一般的情况下S1不应小于5m，S2不小于3m。

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7.2 避雷针保护范围的计算方法

设避雷针的高度为h(m),被保护的物体的高度为hx(m),则避雷针的有效高度为ha?h?hx，在hx高度上避雷针保护范围的半径rx由下式计算：

当hx?当hx?h时， rx?(h?hx)P?haP 2h时， rx?(1.5h?2hx)P 2式子中P是考虑避雷针高度影响的修正系数，称为高度影响系数。 当h?30m,p?1,30m?h?120m时，p?算。

从避雷针定点向下作45度斜线，此斜线旋转形成的锥体，构成hx?h/2时的保护范围，从地平面距避雷针1.5h处按照下步骤计算。两针之间的保护范围由通过1，2，o,三个点的圆弧画出o点的高度按下式计算：

ho?h?D 7P305.5；h?120时按照120m 计?hh式中的D为两针之间的距离，p为校正系数，在o 截面上高度水平的最小保

护宽度为2bx，当bx?rx时，取bx?rx。bx为两避雷针间的最小保护宽度。为了达到联合保护效果，两针间的距离之比D/h不宜大于5。 7.3 防雷设计结果

防雷设计结果如下表

表7-1 避雷器一览表

线路 主变引下线 母线 持续运行电压(KV) 110KV FZ-110J FZ-110J 73 35KV FZ-35 FZ-35 23.4 10KV FZ-10 FZ-10 6.6 避雷针保护范围计算见附录Ⅲ。

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第8章 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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致 谢

通过此次毕业设计，我深刻的认识到毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

由于水平有限,只完成了理论到原理图的设计,未能做出实物.其中差错在所难免,不足之处请各位老师和读者批评,指教。

在此要感谢我的指导老***对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

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参考文献

[1] 范锡普. 发电厂电气部分.北京: 中国电力出版社. 1998 年版

[2] 陈跃. 电气工程专业毕业设计指南.北京: 中国水力水电出版社. 1995年版 [3] 戈东方. 电力工程电气设备手册.北京: 中国电力出版社. 2000年版 [4] 刘健. 电力英语阅读与翻译.北京: 中国水利水电出版社. 1999年版 [5] 王士政 冯金光. 发电厂电气部分.北京: 中国水利水电出版社. 2002年版 [6] 郑忠. 新编工厂电气设备手册. 兵器工业出版社. 1994年版 [7] 朴在林. 变电所电气部分.北京: 中国水利水电出版社. 2002年版 [8] 王锡凡. 电力工程基础.西安：西安交通大学出版社. 1998年版 [9] 张炜. 电力系统分析.北京: 中国水利水电出版社. 1999年版 [10] 解广润. 电力系统过电压.北京: 水利电力出版社. 1985年版 [11] 戈东方. 电力工程电气设备手册.北京: 中国电力出版社. 2000年版 [12] 继电保护和安全自动装置技术规程.北京:水利电力出版社.1983年版 [13] 贺家李.电力系统及电保护原理.北京:水利电力出版社.1978年版 [14] 西北电力设计院.电力工程电力设计手册.北京:水利电力出版社.1998年版 [15] Protective relay A.R van C.warrington1936.

[16] 电力系统设计技术规程SD131-84. 北京:中国电力出版社.1984年版 [17] 变电所设计（10-220KV）. 辽宁:辽宁科学技术出版社.2006年版

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附录Ⅰ 短路电流的计算

最大运行方式下的计算

图Ⅰ-1 110KV侧短路

（1） 选择基准容量

S d=100MVA Ud1= 115KV Ud2= 37KV Ud3= 10.5KV

基准电抗：

Ud12Xd1= =132?

SdUd22Xd2= =2.7?

SdUXd3= d3=1.1?

Sd2 各条线路的电抗：（各种线形的单位电抗统一选取0.4?）

XL1=L1?X1=80?0.4=52? XL2=L2?X2=40?0.4?16? XL3=L3?X3=80?0.4?32?

对应的标么值为：

XL152??0.39 Xd1132XL216??0.12 Xd1132XL332??0.24 Xd1132XL1*= XL2*= XL3*=

系统电抗标幺值：

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XS1*?Xs1Sd100?0.5??0.05 SN11000XS2*?Xs2Sd100?0.4??0.07 SN2600图1可等效为图2，??Y

X1*?X2*?X3*?XL3*XL2*?0.0384

XL1*?XL2*?XL3*XL3*XL1*?0.1248

XL1*?XL2*?XL3*XL2*XL1*?0.0624

XL1*?XL2*?XL3*计算电源相对于k1的转移阻抗：

Xm*?Xs1*?X1*?0.05?0.0384?0.0884

Xn*?Xs2*?X2*?0.07?0.1248?0.1948 XA*?Xm*?X3*?XB*?Xn*?X3*?Xm*X3*?0.18 Xn*Xn*X3*?0.39 Xm*分别求两支路的计算电抗:

Xjs1*?XA*Xjs2*?XB*SN11000?0.18??1.8 Sd100SN1600?0.39??2.34 Sd100110kV侧计算：

等值电路图如图

附图Ⅰ-2 d1点短路

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附图Ⅰ-3 d1点短路

当tk=0s时

Ijs1*=0.58 Ijs2*=0.45

短路电流周期分量标幺值为

If?0??0.58?1000600?0.45??4.27KA 3?1153?115当tk=4s时

Ijs1*=0.58 Ijs2*=0.45

If?tk??If?0??4.27KA

tk=4s和tk??曲线重合 故 I''?Itk?Itk?I??4.27KA

2

附图Ⅰ-4 d1点短路

ish?2?km?I''=10.87KA 35KV侧短路计算：

系统等效图可转换为附图Ⅰ-5

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1SXT1*=( US12%+ US13% －U23%) B=0.29

2SN1SXT2*=( US12%+ US23% -U13%)B=0.13

2SNXT3*=

1S( US23%+ US13% -U12%)B=0.13 2SN XT4*?XT3*?XT1*?XT2*?0.27

2 X5*?XM*?X4*? X6*?XN*?X4*? Xjs1*?X5* Xjs2*?X6*XM*X4*?0.48

XN*XN*X4*?1.06

XM*S11000?0.48??4.8 SN100S2600?1.06??6.36 SN100因两个计算电抗都大于3.5，故

tk=0s tk=3s tk=1.5s tk??时曲线重合。 故 I''?Itk?Itk?I?

2If?0??110001600????1.52KA 4.83?1156.363?115ish?2?km?I''?2?1.8?1.52?3.87KA

10KV侧短路计算

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附图Ⅰ-5 d2点短路

系统等效图可转换为图

X7*?XT3*?XT1*?XT3*?0.27

2X8*?XM*?X7*?X9*?XN*?X7*?XM*?X7*?0.48

XN*XN*?X7*?1.06

XM*Xjs1*?X8*Xjs2*?X9*S11000?0.48??4.8 SN100S2600?1.06??6.36 SN100因两个计算电抗都大于3.5，故

tk=0s tk=3s tk=1.5s tk??时曲线重合。

故 I''?Itk?Itk?I?

2If?0??110001600????1.52KA 4.86.363?1153?115ish?2?km?I''?2?1.8?1.52?3.87KA

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附录Ⅱ 电气设备选择计算说明书

Ⅱ.1最大长期工作电流Imax的计算

Ⅱ.1.1汇流主母线

1. 110KV： Imax=S?= 25000?2=251A 3UN3?1152. 35KV: Imax=1.05IN=1.0525000=455A

3?37?0.9250003. 10KV: Imax=1.05IN=1.053?10.5?0.8=1804A

Ⅱ.2 母线选择 Ⅱ.2.1 110KV

1. 按导体长期发热允许电流选择截面 Imax?kIal

式中： Imax—导体所在回路中最大持续工作电流 Imax—额定环境温度?0=+250C时的导体允许电流 k—与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数

k? Ial??al??70?32??0.92

?al??070?25Imax?273 Ial=275A k 故选择型号为LGJ-70的钢芯铝绞线，长期允许载流量为275A 2.热稳定校验

短路电流通过的时间

tk?tpr?tab?4s 短路电流周期分量的热效应

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I''?10Itk2?Itk2Qp?22124.272?10?4.272?4.2722?tk??4?72.9??KA??S?

??12因t?1s，故不计算非周期分量的热效应

2Qk?Qp?72.9??KA??s?

??正常导体运行时导体温度

Imax225120???0???al??0??2?25??70?25???63C 2Ial275根据《发电厂电气部分》查表4-6，C=93.满足短路时发热的最小导体截面为

Qk72.9?106Smin???89mm2?70

C93故不满足热稳定要求。选LGJ-95,长期允许载流量为335A，

Smin?89mm2?95mm2，满足要求。故选择LGJ-95的母线。 3. 动稳定校验

由于所选母线为软母线，故不进行动稳定校验. Ⅱ.2.2 35KV母线选择截面 1. 按导体长期发热允许电流选择

Imax?455A k?Ial?Imax455??495A k0.92?al??70?32??0.9

?al??070?25Ial=539A>495A

故选择型号为LGJ-185的钢芯铝绞线。长期允许载流量为539A. 2. 热稳定校验

短路电流流过的时间

tk?tpr?tab?3s

短路电流周期分量的热效应

2I''?10Itk2?Itk2 Qp?2121.522?10?1.522?1.5222?tk??3?6.9??KA??S?

??12 45

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因t?1s，故不计算非周期分量的热效应

2Qp?Qk?6.9??KA??s???

正常导体运行时导体温度

Imax245520 ???0???al??0??2?25??70?25???57C 2Ial539根据《发电厂电气部分》查表4-6，C=95.满足短路时发热的最小导体截面为

6.9?106Smin???27.7mm2?185mm2

C95故满足热稳定要求 3.动稳定校验

由于所选母线为软母线，故不进行动稳定校验. Ⅱ.2.310KV母线选择

1. 按导体长期发热允许电流选择

查附表1选用单条LMY 125?10mm矩形铝导体，平放允许电流为2063A.肌肤效应系数ks=1.45.当环境温度为320C时，查附表得修正系数k=0.92.

则 Ial?0.92?2063?1898A?1804A 故选用单条LMY 125?10mm矩形铝导体满足要求 2. 热稳定校验

短路电流通过的时间

tk?tpr?tab?1s

电流周期分量热效应

''2QKI?10Itk2?Itk2 Qp?2121.522?10?1.522?1.5222?tk??3?6.9??KA??S?

??122因t?1s.故QK?QP?6.9??KA??S?

??正常运行时导体温度

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Imax218042 ???0???al??0?2?25??70?25???59.40C 2Ial2063根据《发电厂电气部分》查表4-6，C=95.满足短路时发热的最小导体截面为

QK6.9?106?1.45Smin???33.3mm2?1250mm2

C95故满足热稳定要求 3. 动稳定校验 ies?3.87KA

母线相间应力

2l1.8?6?38702?55.8?N/m? F?1.732?10?7??ish2?1.73?10?7?a0.5导线截面系数：

bh20.01?0.1252w???2.6?10?5?m3?

66?phFl29.3?1.825???6.96?10?pa? ?510w10?2.6?10Ⅱ.3 导线的选择

Ⅱ.3.1 110KV主变引下线

按导体长期发热允许电流选择 Imax?kIal

式中： Imax—导体所在回路中最大持续工作电流 Imax—额定环境温度?0=+250C时的导体允许电流 k—与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数

k?Ial??al??70?32??0.92

?al??070?25Imax?273 k故选择型号为LGJ-70的钢芯铝绞线，长期允许载流量为275A 1. 热稳定校验

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短路电流通过的时间 tk?tpr?tab?4s 短路电流周期分量的热效应

2I''?10Itk2?Itk2Qp?2124.272?10?4.272?4.2722?tk??4?72.9??KA??S?

??12因t?1s，故不计算非周期分量的热效应

2Qk?Qp?72.9??KA??s?

??正常导体运行时导体温

Imax22512 0???0???al??0??2?25??70?25???63CIal2752根据《发电厂电气部分》查表4-6，C=93.满足短路时发热的最小导体截面为

Qk72.9?106Smin???89mm2?70mm2

C93故不满足热稳定要求。选LGJ-95,长期允许载流量为335A，

Smin?89mm2?95mm2，满足要求。故选择LGJ-95的母线。 Ⅱ.3.2 35KV主变引下线

Imax?Pmax3UNcos???1?5%??2000?1.05?36A

3?37?0.91.截面选择

Tmax=5500h，长度超过20m时按经济电流密度选择截面.根据《发电厂电气部分》，由图4-26曲线得，当Tmax=5500h时，铝导体的J=0.74A/ mm2 导体的截面： S?Imax36??49mm2 J0.74故选单根ZLQF5三芯油浸纸铝芯电缆.S=50mm2

Ial?80A 正常允许的最高温度为500C 2.按长期发热允许电流校验

当实际温度为?320C时，由附表16差得电缆载流量的修正系数kt?1，则

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Ial?1?80?80A?36A

故满足热稳定要求 3. 热稳定校验

短路时周期分量的热效应

I?10Itk2?Itk2Qp?2''2121.522?10?1.522?1.5222?tk??3?6.9??KA??S?

??12因t?1s，故不计算非周期分量的热效应

2Qp?Qk?6.9??KA??s?

??短路前电缆的最高运行温度：

Imax245520???0???al??0??2?25??70?25???57C 2Ial539由《电力系统分册》表5-6得C=93

Qk6.9?106Smin???28mm2?50mm2

C93故选择单根ZLQF5满足要求 Ⅱ.3.3 10KV主变引下线

Imax?Pmax3UNcos???1?5%??2000?1.05?192A

3?10.5?0.751.截面选择

Tmax=5500h，长度超过20m时按经济电流密度选择截面.根据《发电厂电气部分》，由图4-26曲线得，当Tmax=5500h时，铝导体的J=0.74A/ mm2 导体的截面： S?Imax192??259mm2 J0.74故选择单根ZQ5三芯油浸纸铅包铠装电力电缆. 2.按长期发热允许电流校验

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当实际温度为?320C时，由附表16差得电缆载流量的修正系数kt?1，则

Ial?1?325?325A?192A

故选择单根ZQ5三芯油浸纸铅包铠装电力电缆满足要求 3.热稳定校验

短路时周期分量的热效应

I''?10Itk2?Itk2Qp?22121.522?10?1.522?1.5222?tk??3?6.9??KA??S?

??12因t?1s，故不计算非周期分量的热效应

2 Qp?Qk?6.9??KA??s?

??短路前电缆的最高运行温度：

Imax245520???0???al??0??2?25??70?25???57C 2Ial539由《电力系统分册》表5-6得C=93

Qk6.9?106Smin???28mm2?259mm2

C93故选择单根ZQ5三芯油浸纸铅包铠装电力电缆满足要求 Ⅱ.4断路器和隔离开关选择

Ⅱ.4.1 110KV侧出线断路器和隔离开关 1. 110KV出线断路器选择 Imax?146A

根据110KV出现断路器的要求，查附表6，可选SW3-110G/1200型断路器。 由前面的计算部分得：

I''?Itk?Itk?4.27KA

22 ies?10.87KA

计算周期分量热效应

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/v7ww.html