110kV区域降压变电站设计

110kV区域降压变电站设计

学生姓名： 指导教师： 所在院系： 所学专业：

2014 年 5 月

摘 要

本设计详细的介绍了某区域110kV降压变电站设计。设计中对主接线设计、电气设备的选择与校验、短路电流的计算、负荷分析与计算，各种继电保护选择和整定计算皆有详细的说明。特别对主接线的选择、变压器的选择，还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器的选择校验做了详细的说明和分析。其中还对变电所的主接线、平面布置、高低压侧的保护装置等通过CAD制图直观的展现出来。

设计中除采用了一些固定方式的保护和常规保护外，还采用微机保护，通过电力监控纵隔自动化系统，可以使变电站内值班人员或调度中心的人员即使掌控变电站的运行情况，直接对设备进行操作，及时了解故障情况，并迅速进行处理，达到供电系统的管理科学、规范化，并且还可以做到与其他自动化系统互换数据，充分发挥整体优势。

关键词： 电气主接线,设备选择,继电保护

Abstract

This paper describes an 110kV step-down substation design. The article on the main connection of choice, high-voltage equipment selection, load calculations, short circuit current calculation, the various options and following the electrical protection setting calculation all posted in detail in the description. Especially on the main connection of chioce , the choice of transformers, and some electrical equipment such as circuit breakers, current transformers, voltage transformer option check detailed description and analysis. Which is also the main substation wiring, lay out ,high and low voltage side of some the protection of home devices through intuitive CAD drawing revealed itself.

Design , in a addition to suing some form of protection and conventional fixed-protection, but also the use of computer protection, power monitoring through the automation system can make the shift substation or dispatch center personnel can control the operation of substations, directly on the device operations, and understanding of fault conditions, and quickly processed to achieve the power supply system of scientific management, standardization, and also can do exchange data with other automation systems.

Key words: Main electrical wiring，Equipment election，Relay

目 录

第1章 绪论 ....................................................... 1

1.1 本设计的目的与意义 ........................................ 1 1.2 国内外研究文献综述 ........................................ 1 1.3 本设计的主要内容 .......................................... 3 第2章 变电站概况 ................................................. 4

2.1 变电站位置分析 ............................................ 4 2.2 负荷计算及计算目的 ........................................ 4

2.2.1 根据实际调查需要10kV侧各用户计算数据 ............... 5 2.2.2 35kV侧用户计算负荷选取 .............................. 6 2.3 变压器的选择 .............................................. 7 第3章 电气主接线设计 ............................................. 9

3.1 电气主接线的设计原则 ...................................... 9 3.2 两套方案比较 ............................................. 10

3.2.1 方案一 .............................................. 10 3.2.2 方案二 .............................................. 11 3.2.3 两方案比较 .......................................... 11

第4章 短路电流的计算 ............................................ 13

4.1 短路电流计算的目的 ....................................... 13 4.2 短路点的选择 ............................................. 13 4.3 各短路点的计算结果 ....................................... 17 第5章 电气设备的选择 ............................................ 18

5.1 母线的选择 ............................................... 18

5.1.1 110kV侧母线的选择 .................................. 18 5.1.2 35kv侧母线选择 ..................................... 19 5.1.3 10kv侧母线选择 ..................................... 21 5.2 线路的选择 ............................................... 22

5.2.1 进线的选择 .......................................... 22 5.2.2 出线的选择 .......................................... 23 5.3 断路器的选择 ............................................. 25

5.3.1 110kv断路器选择 .................................... 25 5.3.2 35kv断路器选择 ..................................... 26 5.3.3 10kv侧断路器选择 ................................... 27 5.3.4 分段断路器的选择 .................................... 27 5.3.5 出线断路器的选择 .................................... 28 5.4隔离开关的选择 ............................................ 30

5.4.1 110kv侧隔离开关的选择 ............................... 30 5.4.2 35kv侧隔离开关的选择 ................................ 30 5.4.3 10kv侧隔离开关的选择 ................................ 31 5.4.4 分段隔离开关的选择 ................................... 32 5.4.5 出线隔离开关的选择 ................................... 32 5.5 电力电容器的选择 .......................................... 34 5.6 绝缘子的选择 .............................................. 35

5.6.1 高压侧绝缘子的选择 ................................... 35 5.6.2 低压侧绝缘子的选择 ................................... 35 5.7 穿墙套管的选择 ............................................ 36 5.8 所用变的选择 .............................................. 37 5.9 熔断器的选择 .............................................. 37

5.9.1 保护所用变熔断器的选择 ............................... 37 5.9.2 保护电力电容器的熔断器的选择 ......................... 38 5.9.3 保护低压侧电压互感器用熔断器的选择 ................... 39 5.10 电流互感器的选择 ......................................... 39

5.10.1 110kv侧电流互感器的选择 ............................ 39 5.10.2 10kv侧进线电流互感器的选择 ......................... 40 5.10.3 分段母线处电流互感器的选择 .......................... 42

5.10.4 10kv侧出线电流互感器的选择 ......................... 42 5.10.5 35kv侧进线电流互感器的选择 ......................... 43 5.10.6 35kV侧出线电流互感器的选择 ......................... 44 5.11电压互感器的选择 ......................................... 45

5.11.1 110kv侧电压互感器的选择 ............................ 45 5.11.2 10kv侧电压互感器的选择 ............................. 46 5.11.3 35kv侧电压互感器的选择 ............................. 48

6章 继电保护 .................................................. 49

6.1主变压器的保护 ............................................ 49

6.1.1 变压器的故障类型及不正常运行状态 ..................... 49 6.1.2装设的保护 ........................................... 49 6.2 10kV线路保护 ............................................. 53

6.2.1 10kV线路保护设计的原则 .............................. 53 6.2.2线路保护的方案 ....................................... 54 6.2.3 10kV线路保护设计方案 ................................ 54 6.2.4各线路的整定计算 ..................................... 55 6.2.5自动重合闸装置 ....................................... 60 6.3电力电容器的保护 .......................................... 62 7章 中央信号控制 .............................................. 64 8章 接地保护 .................................................. 67

8.1保护接地的目的 ............................................ 67 8.2保护接地的原理 ............................................ 67 8.3接触电压和跨步电压 ........................................ 68 8.4 接地装置的接地电阻允许值 .................................. 68 8.5 大接地短路电流系统 ........................................ 68 8.6 小接地短路电流系统 ........................................ 68 8.7计算人工接地电阻Rrw ....................................... 69 8.8 人工接地装置的确定 ........................................ 69

第第第8.8.1单根垂直接地体的接地电阻的确定 ....................... 69 8.8.2接地体根数的确定 ..................................... 70

第9章 防雷保护 .................................................. 71

9.1 直击雷和感应雷保护 ........................................ 71

9.1.1 变电所范围内必须进行保护的对象及防雷措施 ............. 71 9.1.2 防雷保护装置 ......................................... 71 9.2 配电装置对侵入雷电波的保护 ................................ 72

9.2.1保护措施 ............................................. 72 9.2.2 进线段保护 ........................................... 73

结 论 ........................................................... 75 参考文献 ......................................................... 76 致 谢 ........................................................... 78 附录1 主接线图 ................................................. 79 附录2 平面布置图 ............................................... 81 附录3 断面图 ................................................... 82 附录4 接地装置平面图 ........................................... 83 附录5 避雷针保护图 ............................................. 83

第1章 绪论

电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要[1]。

1.1 本设计的目的与意义

电能是现代城市发展的主要能源和动力，其中变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。由于发电、输电、变电、用电是在同一时刻完成，一旦事故将严重影响工、农业生产，因此变电所设计意义重大。

通过此次变电所的设计，不但可以使我们加深对专业的理解和应用，还可以培养我们树立工程的观点。系统地掌握发电厂、变电所电气主系统的设计方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方便得到训练，为以后从事电气设计、运行和科研工作奠定必要的理论基础[2]。

1.2 国内外研究文献综述

近年来，在我国在经济技术领域中取得了快速发展，特别是计算机网络技术和通信技术的发展，为我国变电站的发展起到了强有力的推动作用，越来越多的新技术新产品应用到变电站方面，具体来说，使我国变电站设计呈现以下发展趋势：

- 1 -

1. 智能化

智能化变电站的发展是随着高压高精度的智能仪器的出现而逐渐发展的，特别是计算机高速通信网络在实时系统中的开发和应用，使变电站的所有信息采集、传输实现的智能化处理提供的强大的物质和理论基础。智能化主要体现在以下几个方面：

（1）紧密联结全网。 （2）支撑智能电网。

（3）高电压等级的智能化变电站满足特高压输电网架的要求。 （4）中低压智能化变电站允许分布式电源的接入。 （5）远程可视化。

（6）装备与设施标准化设计，模块化安装。

另外，为了加强对变电站及无人值守变电站在安全生产、防盗保安、火警监控等方面的综合管理水平，越来越多的电力企业正在考虑建设集中式远程图像监控系统，这促使了电力综合监控的网络化发展。以IP数字视频方式，能够对各变电站/所的有关数据、环境参量、图像进行监控和监视，实时、直接地了解和掌握各个变电站/所的情况，并及时对发生的情况做出反应，适应许多地区变电站的需要。

2. 数字化

通过采用现代化的精密仪器仪表，以及实时性较高的通信网络，因此在此基础上出现了数字化变电站，数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。

3. 装配化

装配式变电站采用全预制装配结构的建筑形式，大幅缩短了设计及建设周期，减少了变电站占地面积，节约了土地资源。随着国网公司“两型一化”的推广，装配式变电站在全国各地均成功试点，成为今后变电站建设的一种新型模式[3]。

- 2 -

1.3 本设计的主要内容

本次设计经过对变电站原始资料的分析，进行主变与电气设备的选择与校验，继电保护，二次接线，接地与防雷保护以及工程概算等内容。根据变电所主变台数及中低压侧设置电压等级的不同，110kV进线二回，35kV出线两条，10kV出线六条，通过合理的接线、设备无油化、布置的紧凑以及综合自动化技术，并将通信设施并入主控室，简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，降低投资的目的。

由于知识的欠缺及设计资料的不足，设计中必然存在着很多问题，希望各位老师和同学能够热情帮助，提出宝贵意见。

- 3 -

第2章 变电站概况

2.1 变电站位置分析

变电所位于某县城的边缘，变电站的选址一般要求地势平坦且交通方便，以便施工和设备的运输。主变压器两台，所用变一台，有两处二类符合，其余全部是三类负荷，为普通的区域变电站。

2.2 负荷计算及计算目的

变电站进行电力设计的基本原始资料是根据各用电负荷所提供，但往往这些统计是不齐全的，所以在设计时必须考虑5到10年的负荷增长情况并如何根据这些资料正确估计变电站需要的电力、电量是一个非常重要的问题。负荷计算直接影响着变压器的选择，计算负荷是根据变电站所带负荷的容量确定的，预期不便的最大假想负荷。这个负荷是设计时作为选择变电站电力系统供电线路的导线截面，母线的选择，变压器容量，断路器，隔离开关，互感器额定参数的依据。 负荷计算：

用户负荷采用需用系数法

公式：计算负荷=容量 × 需用系数

SJSI?ksi?Sel （2-1）

考虑规划年限5年的符号负荷增长率8%

所以 SJS?Kt?S（ （2-2） 1?x%）isjKt—同时系数，一般取0.85~0.9。此处取0.9 x%—线损率。此处取8%

- 4 -

2.2.1 根据实际调查需要10kV侧各用户计算数据

表2-1：负荷统计表

回 路 名 称 序 号 用 户 类 型 需 用 系 数 负 荷 容 量 （kVA） 1 生活用电 0.8 0.7 0.7 0.7 0.8 0.7 0.8 0.7 0.7 0.8 0.7 0.8 0.8 0.7 0.7 0.8 0.8 0.7 500 800 600 500 400 400 600 400 500 300 600 400 400 300 400 600 400 700 1 11 三 类 1 15 三 类 2 13 二 类 1 14 三 类 1 10 三 类 2 12 二 类 供 电 回 路 长度 （km） 备 注 前进线 医疗用电 2 工业用电 加工用电 工业用电 3 生活用电 灌溉用电 4 生活用电 加工用电 5 6 生活用电 机修用电 生活用电 医疗用电 前林线 加工用电 前环线 灌溉用电 前发线 工业用电 前沿线 工业用电 前方线 生活用电

各出线计算负荷(kVA)：

SJS1?500?0.8?800?0.7?600?0.7?1380 SJS2?500?0.7?400?0.8?400?0.7?950

- 5 -

SJS3?600?0.8?400?0.7?500?0.7?1110 SJS4?300?0.8?600?0.7?400?0.7?940 SJS5?400?0.8?300?0.7?400?0.7?810 SJS6?600?0.8?400?0.8?700?0.7?1290

所以10kV侧出线负荷总容量为：

380?950?1110?940?810?1290?6480kVA

10kV侧变电所最大计算负荷为：SJS?0.9?6480?（1?0.08）?6298.56kVA

Sjs?zd?Sjs?emn?6298.56?e5?8%?6298.56?1.492?9397.465kVA

因为 Se?0.6?Sjs?zd?9397 .45?0.6?563.58kVA2.2.2 35kV侧用户计算负荷选取

表2-2 负荷统计表

回 路 序 号 7 8 名 称 用户类型 生活用电 加工用电 生活用电 工业用电 各出线计算负荷（kVA）：

前中线 灌溉用电 需 用 系 数 0.8 0.7 0.9 0.8 0.8 0.7 负荷容量（kVA） 700 600 800 800 500 600 1 30 三 类 1 前直线 工业用电 供 电 回 路 长度(km) 25 三 类 备 注 Sjs8?700?0.8?600?0.7?800?0.9?1700

- 6 -

Sjs9?800?0.8?500?0.8?600?0.7?1460

所以35kV侧出线负荷总容量为：1700+1460=3160 kVA

考虑规划年限5年的符号负荷增长率7%，35kV侧变电所最大计算负荷

（2-3） SJS?Kt?S（1?x%）isj St—同时系数，一般取0.85~0.9。此处取0.9

x%—线损率。此处取7%

所以 SJS?0.9?3160? （1?0.07）?3043.08kVA Sjs?zd?Sjs?emn?3043.0?e5?0.08?4540.275kVA

因为 Se?0.6?Sjs?zd?0.6?4540 .275?2724.17kVA综合10kV侧和35kV侧负荷计算结果，而且变压器容量的选择必须满足电网中各种可能的最大运行方式的负荷要求，出线又要求提供两种不同等级的电压，故要选择三绕组变压器，而且又存在双回路供电，所以选择三绕组变压器，选择SFSL1—6300/110型三卷铝线电力变压器。

2.3 变压器的选择

变电站主变压器容量一般应按5-10年规划负荷来选择。根据城市规划，负荷性质，电网结构等综合考虑确定其容量。对于重要变电站应考虑以1台主变压器停运时其余变压器容量在计及负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电。对于一般变电站，当一台主变停运时，其余变压器的容量应能满足全部负荷的70%-80%，在目前实际的运行情况变电站中一般均是采用两台变压器互为暗备用并联运行[4]。

变压器容量首先应满足在Sc下，变压器能够可靠运行。

- 7 -

对于单台 ： SNT?Sc （2-4） 对于两台并联运行： SNT1?SNT2?Sc （2-5） SNT1?Sc1?Sc2 （2-6） SNT2?Sc1?Sc2 （2-7） 变压器除满足以上要求外还需要考虑变电站发展和调整的需要，并考虑5-10年的规划，并留有一定的裕量并满足变压器经济运行的条件。

根据现实运行的经验，一般是采用两台变压器互为备用。对于两台互为备用并联运行的变压器，变电站通常采用两台等容量的变压器，单台变压器容量视它们的备用方式而定：

（1)暗备用：两台变压器同时投入运行，正常情况下每台变压器各承担负荷的50%，此时，变压器的容量应按变压器最大负荷的70%选择，其有显著的优势：?正常情况下，变压器的最大负荷率为70%，符合变压器经济运行并留有一定的裕量。?若一台变压器故障，另一台变压器可以在承担全部最大负荷下（过负荷40%）继续运行一段时间。这段时间完全有可能调整生产，切除不重要负荷，保证重要负荷的正常供电。这种暗备用的运行方式具有投资省，能耗小的特点，在实际中得到广泛应用。

（2）明备用：一台变压器工作，另一台变压器停止运行作为备用。此时，两台变压器按最大负荷时变压器负荷率为100%考虑，较暗备用能耗大，投资大，故在实际中不常采用。

变压器选择方法：根据负荷计算出的Sc，由于采用两台变压器互为暗备用并联运行，单台变压器容量按70%?Sc选择，并考虑5-10年规划，留有15%的发展余地。

SNT?0.7Sc? (2-8) （1?15%）所选择的变压器容量SNT?0.7Sc?即可。 （1?15%）考虑两台主变压器互为暗备用，单台容量按计算容量Sc的70%选择。考虑5-10年的计算规划并留有一定的裕量。

- 8 -

第3章 电气主接线设计

电力系统是有发电厂，变电站，线路及用户组成。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，而主接线代表了变电站的电气部分的主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站设计的首要部分。关系着电力系统的安全和稳定，灵活经济运行。由于电能生产的特点是：发电，变电，输电，用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏也影响工、农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下正确处理好各方面的关系，全面分析有关因素，力求使其技术先进，经济合理，安全可靠。同时，主接线是保证电网安全可靠，经济运行的关键，是电气设备布置，选择自动化水平和二次回路设计的原则和基础[5]。

3.1 电气主接线的设计原则

电气主接线是汇集和分配电能的通路，它决定了配电装置的数量，并表明以什么方式来连接发电机、变压器和线路，以及怎样与系统连接，来完成输电任务。在选择变电站主接线时，考虑到变电站在系统中的位置、回路数、设备特点及负荷性质等条件，并考虑以下要求：

1．供电可靠性。

2．运行上的安全性和灵活性。 3．接线简单操作方便。 4．建设及运行的经济性。 5．将来扩建的可能性。

- 9 -

3.2 两套方案比较

因为本变电所接有二类负荷，所以要求接线电气设备的选择要先进可靠，变电所主接线可以采用以下两种类型。

3.2.1 方案一

图3-1：主接线方案一

- 10 -

3.2.2 方案二

图3-2：主接线方案二

3.2.3 两方案比较

已上两种方案种主接线二次侧方案相同，10kV侧均采用单母线分段带旁母接线，35kV侧采用一般单母线接线，故只比较一次侧。

第一方案的主接线的一次侧为内桥接线，其特点如下：连接桥断路器接在内侧，其他两台断路器接在线路上，因此线路的投入和切除比较方便，而且当线路发生故障时，仅故障线路的断路器断开，不影响其他回路运行，但变压器故障时与变压器相连的两台断路器都要断开，影响了一回未故障线路的运行[6]。此外，变压器的切除和投入比较复杂，需切除和投入与变压器相连的两台变压器，也影响了一回未故障的线路的运行，由于变压器设备可靠，故障线路少，一般也不经常切换。桥型接线节省占地面积，不易在一次侧增

- 11 -

加进线或出线回路。当检验桥断路器时，可由旁路隔离开关代替供电，提高供电可靠性。

第二方案地一次侧为单母线分段带旁母接线，其特点如下：变压器投切方便。进线断路器检修时可由旁路断路器可靠供电，在一次侧容易增设进出线数目，相对桥形占地面积大，设备多，综合造价高，当控制变压器的断路器出现故障时，该变压器只好停运。

通过以上分析比较，可以发现第一方案以占地面积小，投资少，供电可靠性高为主要优点。而第二方案以改变运行方式灵活为主要优点。考虑综合因素选第一方案为本所主接线方案。

- 12 -

第4章 短路电流的计算

4.1 短路电流计算的目的

在发电厂、变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，也是电气设计的主要计算项目，其目的有以下几个方面：

在选择电气主接线时，为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措施等均要进行必要的短路电流计算。

在选择电气设备时，如高压断路器，隔离开关等，为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。

在计算屋外高压配电装置时，需要短路条件校验的相间和相对地的距离。在选择继电保护方式和进行整定计算时，需要以各种短路时的短路电流为依据。

接地装置的设计，也需要短路电流计算。

4.2 短路点的选择

根据保护整定的计算和经验，各短路点选择如图4-1：

图4-1：短路点选择图

- 13 -

取SB?100MVA VB?Vav Us%(1~2)?17 Us%(2~3)?6 Us%(1~3)?10.5

各绕组等值电抗为：

Us1%?1/（2Us%?10.75 （1~2）?Us%(1~3)?Us%(2~3)） Us2%?1/（2Us%?6.25 （1~2）?Us%(2~3)?Us%(1~3)） Us3%?1/（2Us%?0.25 （1~3）?Us%(2~3)?Us%(1~2)） Xt1?（Us1%/100）?Sb/Se?（10.75/100）?100?103/6300?1.706 Xt2?（Us2%/100）?Sb/Se?（6.25/100）?100?103/6300?0.992 Xt3?（Us3%/100）?Sb/Se?（-0.25/100）?100?103/6300?-0.04 进线电抗标么值：

进线电抗：进线两回，进线长度50km，每公里电抗0.4欧姆

X1?XL2?0.4?40?100/1102?0.132

10kv侧出线电抗：

X1?12?0.4?100/10.52?4.356 X2?10?0.4?100/10.52?3.63

X3?14?0.4?100/10.52?5.08 X4?13?0.4?100/10.52?4.719

X5?15?0.4?100/10.52?5.445 X6?11?0.4?100/10.52?3.993 35kv侧出线电抗：

X7?25?0.4?100/38.52?0.675 X8?30?0.4?100/38.52?0.81

- 14 -

f1点短路：

Id1max?1（（/Xmin?X1）/2）?1（（/0.04?0.132）/2）?11.628kA

I（3）Uav?11.628?100/1.732?110?6.1kA d1max?Idlmax?Sb/3Ich1?2.55?I（3）d1max?2.55?6.1?15.56kA

Id1min?1（（/Xmax?X1）/2）?1（（/0.06?0.132）/2）?10.42kA

I(3)d1min?Id1min?Sb/3Uav?10.42?100/1.732?110?5.47kA

Ich1?2.55?5.4?713.949 kf2点短路：

X2min?（Xmin?X1）/2?（Xti?Xt3）/2?（0.04?0.132）/2?（1.706?0.04）/2?0.91 9

X2max?（Xmax?X1）/2?Xti?Xt3?（0.06?0.132）/2?1.706?0.04?1.762

Id2max?1/1.732X2min?1/0.909?1.809kA I(3)d2max?Id2max?Sb/3Uav?1.089?100/1.732?10.5?5.989kAIch2?2.55?5.989?15.27kA Id2min?1/X2min?1/1.762?0.568kAI（3）?100/1.732?10.5?3.123kA d2min?0.568Ich2?2.55?3.123?7.96kA

f3点短路：

X3min?（Xmin?X1）/2?（Xti?Xt2）/2?（0.04?0.132）/2?（1.706?0.992）/2?1.435- 15 -

X3max?（Xmax?X1）/2?Xti?Xt2?（0.06?0.132）/2?1.706?0.992?2.749

Xd3max?1/X3min?1/1.435?0.697

I(3)d3max?Id3max?Sb/3Uav?0.697?100/1.732?38.5?1.045kAIch3?2.55?1.045?2.67kA Id3min?1/X3max?1/2.749?0.557kAI（3）?100/1.732?38.5?0.835kA d3min?0.557 Ich3?2.55?0.835?2.13kAf4点短路：

Id4max?1（（/Xmin?XL）/2?（Xt1?Xt3）/2?X1）?0.19I(3)d4max?Id4max?Sb/3Uav?0.19?100/1.732?10.5?1.05kA

Ich4?2.55?1.05?2.678kAId4min?1（（/Xmax?XL）/2?（Xt1?Xt3）/2?X1）?0.163 I(3)d4mim?Id4max?Sb/1.732Uav?0.163?100/1.732?10.5?0.897kAI(2)d4mim?1.732?0.897/2?0.78kA

Ich4?2.55?0.78?1.99kA

其他各点短路电流计算同理

- 16 -

4.3 各短路点的计算结果

各短路点的计算结果如表4-1。

表4-1：短路计算结果表

短路点 三相短路电流（kA） 最大运行方式 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11

6.1 5.989 1.045 1.05 1.21 0.92 0.98 0.86 1.12 0.711 0.65 最小运行方式 5.47 3.12 0.84 0.897 1.02 0.8 0.85 0.76 0.96 0.43 0.41 15.56 15.27 2.67 2.678 3.08 2.34 2.49 2.2 2.85 1.81 1.65 13.949 7.96 2.13 1.99 2.244 1.77 1.87 1.68 2.11 0.94 0.9 0.69 0.70 0.73 0.78 0.88 0.69 0.73 0.66 0.83 0.37 0.35 冲击电流（kA） 最大运行方式 最小运行方式 两相短路电流（kA）

- 17 -

第5章 电气设备的选择

电气设备及母线选择是变电站设计的主要内容之一。正确选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时，应根据工作实际情况，在保证可靠性的前提下，积极、稳妥地采用新技术并注意节省选择合适的电气设备。其基本要求是：电气设备要能可靠地工作，必须按正常的工作条件选择，并按短路状态来校验动热稳定[6]。

5.1 母线的选择

5.1.1 110kV侧母线的选择

若一台变压器停止运行，想满足整个负荷的需要，则一台变压器工作在

S?0.6Sjs?zd过负荷状态，由于b,所以只需要一台过负荷为原来的1/0.6?1.67倍,即S?1.67Sb。由于电压等级高，故选圆形母线，其目的是防止电晕现象。（圆形母线消除了电场集中现象）

Ig?zd?1.05S/3Ue?1.05?6300?1.67/1.732?110?57.99A

查表得： j?1.65?106A/m2 经济面积 ： Sj?Ig?zd/j?57.99/1.65?106?35.15mm2

?0?250C时，查表选择截面为50mm2的LGJ型室外钢芯铝绞线。

Iy?220A

母线校验：

导线长期发热温度为：

?c???(?y-?)(Ig?zd/Iy?)2?35?(70-35)?(57.99/194)1/2?54.1?C

- 18 -

查表得： c?93?106

短路时间： t?tb?tf tb：主保护时间，取0.06s

tf—全分闸时间，包括：tg断路器分闸时间，取0.1s

thu—燃弧时间，取0.4s

(3)(2) 故短路时间 t?0.06?0.1?0.04?0.2?1s 又I??I?

)?1 tfz?0.05B\?0.05s B\?I\/(I3? 所以

查表得： tdz?tz?tfz?0.2?0.05?0.25s 按热稳定条件所需的最小母线截面积为：

Szx?I?/c?(tdz?Kj)1/2?6.1?103?(0.25?1)/93?106?32.8mm2?50mm2 所以满足热稳定要求。

5.1.2 35kv侧母线选择

按经济电流密度选择: 最大长期工作电流为：

Ig?zd?1.05?Se?1.67/3Ue?1.67?1.05?6300/1.732?38.5?165.6A

Sj?Ig?zd/j?165.6/1.65?106?101mm2

?0?250C时，查表选择40×5 mm2的矩形母线。Iy?518A

- 19 -

温度校正系数：

K??(?y??)1/2/(?y??0)1/2?(70?35)11/2/(70?25)1/2?0.79

由于 K?Iy?0.79?518?407.3?Ig?zd

所以满足热稳定条件。 热稳定校验：（采用最小截面法）

短路时间: t?tb?tf?1?0.1?1.1?1s 故不考虑短路电流非周期分量的影响。tfz?0 因为I?(3)?I?(2) ，所以三相短路校验热稳定 取B\?1

查短路电流周期分量等值时间曲线得：tz?1.2s

Iyθ?Iy((?y-?）/(?y-?0))1/2?518?((70-35)/(70-25))1/2?438 导线长期发热温度为：

?c???(?y-?)(Ig?zd/Iy?)2?35?(70-35)?(165.6/438)1/2?54.1?C 查表得：c?99?106 则：

Szx?I?/c?(tdz?Kj)1/2?10.45?103?(0.25?1)1/2/99?106?11.6mm2?200mm2 所以满足热稳定要求。

动稳定校验：

短路冲击电流 ich?2.67k A 跨距 l?1m 相间距离a?0.5m 三相短路最大电动力：

F?1.73?10-7?1?ich/?1.73?10-7?1?(2.67?103)2/0.5?2.5N 母线最大弯矩：

?2.5?1/10?0.25N m M?FL/102截面系数：

- 20 -

W?bh2/6?402?5/6?1.33mm2

母线最大计算应力：

M0.25??0.19?10-6Pa?69?106Pa ?zd??6W1.33?10满足动稳定要求。

5.1.3 10kv侧母线选择

按经济电流密度选择 最大长期工作电流为：

Ig?zd?1.05?Se?1.67/3Ue?1.67?1.05?6300/1.732?10.5?607.45A

Sj?Ig?zd/j?607.45/1.65?106?368mm2

A ?0?25?C时，查表选择60?10mm2的矩形母线。Iy?1100温度校正系数：

K??(?y??)1/2/(?y??0)1/2?(70?35)11/2/(70?25)1/2?0.79 由于 K?Iy?0.79?1100?869?Ig?zd 所以满足热稳定条件。

热稳定校验：（采用最小截面法）

短路时间 t?tb?tf?1?0.1?1.1?1s 故不考虑短路电流非周期分量的影响。 tfz?0 因为 I(3)∞> I(2)∞， 所以三相短路校验热稳定，取B\?1 查短路电流周期分量等值时间曲线得： tz?0.83s

Iy??Iy((?y-?）/(?y-?0))1/2?1100?((70-35)/(70-25))1/2?930

- 21 -

导线长期发热温度为：

?c???(?y-?)(Ig?zd/Iy?)2?35?(70-35)?(607.45/930)1/2?50?C 查表得：c?95?106 则：

Szx?I?/c?(tdz?Kj)1/2?5.989?103?(0.25?1)1/2/95?106?7.4mm2?600mm2 所以满足热稳定要求。

动稳定校验：

短路冲击电流 ich?15.27 k A 跨距l?1m 相间距离a?0.25m 三相短路最大电动力：

F?1.73?10-7?1?ich/?1.73?10-7?1?(15.27?103)2/0.25?16.14N 母线最大弯矩：

0161.?41/10?16.14N M?FL/1? m2截面系数：

W?bh2/6?402?5/6?1.33mm2

母线最大计算应力：

M16.14??1021?106Pa?69?106Pa ?zd??6W1.33?10满足动稳定要求。

5.2 线路的选择

5.2.1 进线的选择

进线的最大长期工作电流与110kV侧的母线相同，故进线的选择与110kV侧母线的选择相同。

- 22 -

5.2.2 出线的选择

1.110kV侧出线的选择

以负荷最大的一条支路1支路进行选择。

Ig?zd?Sjsz/3Ue?1380?103?1.08?0.9?e5?8%/1.732?10?103?15.55A 温度校正系数

K??(?y??)1/2/(?y??0)1/2?(70?35)1/2/(70?25)1/2?0.79

Iy??IyK??Ig?zd

即

Iy?Ig?zd/K??115.55/0.79?146.27A

各支路为架空线路，可选择钢芯铝绞线。（Iy?146.27A） 选择截面为35mm2的LGJ型钢芯铝绞线。（Iy?170A）

Iy??IyK??170?0.79?134.3A

短路时间 t?tb?tg?th?1?0.2?0.05?1.25?1s

)?1 所以 tfz?0 B\?I\/(I3?查短路电流周期分量等值曲线 tz?1s 所以 tdz?tz?tfz?1s 导线长期发热温度为：

?c???(?y-?)(Ig?zd/Iy?)2?35?(70-35)?(115.55/134.3)1/2?61?C

查表得： c?89?106

- 23 -

则：

Szx?I?/c?(tdz?Kj)1/2?1.05?103?(1?1)1/2/89?106?1.8mm2?35mm2 所以满足热稳定要求。

所以1～6支路均可选用LGJ—35型导线。 2.35kv侧出线选择

以负荷最大的一条支路7支路进行选择。

Ig?zd?Sjsz/3Ue?2100?103?1.08?0.9?e5?8%/1.732?35?103?0.23A 温度校正系数

K??(?y??)1/2/(?y??0)1/2?(70?35)11/2/(70?25)1/2?0.79

Iy??Iy??Ig?zd

即 Iy?Ig?zd/K??50.23/0.79?63.6 各支路为架空线路，可选择钢芯铝绞线。（Iy?146.27 ） 选择截面为35mm2的LGJ型钢芯铝绞线。（Iy?170）

Iy??IyK??17? A00.7?9134.3短路时间 t?tb?tg?th?1?0.2?0.05?1.25?1s 所以 tfz?0 B\?I\/I(3)??1 查短路电流周期分量等值曲线 tz?1s 所以 tdz?tz?tfz?1s 导线长期发热温度为：

?c???(?y-?)(Ig?zd/Iy?)2?35?(70-35)?(50.23/134.3)1/2?51.6?C

- 24 -

查表得：c?95?106

则：

Szx?I?/c?(tdz?Kj)1/2?0.711?103?(1?1)1/2/95?106?5mm2?35mm2 所以满足热稳定要求。

所以7，8支路均可选用LGJ—35型导线。

5.3 断路器的选择

5.3.1 110kv断路器选择

根据额定电压，额定电流：

Ie?Ig?zd?57.99A Ue?Uw Iekd?Idt?I??6.1kA

选择SW4—110/10000型高压少油断路器（1），其技术数据如下： Ue?110kV Ie?1000A 极限通过电流峰值ij?55kA 额定断流量 Iekd?18.4kA I2tr?(32)?1kA2s

tg?0.06s th?0.25s tb?0.1s

热稳定校验： 短路时间：

t?tb?tg?th?1?0.2?0.05?0.41s B\?1

tfz?0 B\?0.05

查短路电流周期分量等值曲线得tz?0.3s

所以 tdz?tz?tfz?0.3?0.05?0.35s I(3)?tdz?6.12?0.35?I2tr 满足热稳定要求。

动稳定校验：

- 25 -

2 ij?55kA?ich?15.56kA

满足动稳定要求。

5.3.2 35kv断路器选择

根据额定电压，额定电流：

Ie?Ig?zd?165.6A Ue?Uw?35kV Iekd?Idt?I??1.045kA

选择ZN12—35型真空断路器（1），其技术数据如下：

Ue?35kV Ie?1250A 极限通过电流峰值ij?63kA 额定断流量 Iekd?25kA I2tr?(32)?1kA2s

tg?0.06s th?0.25s tb?0.1s

热稳定校验： 短路时间：

t?tb?tg?th?1?0.2?0.05?0.41s B\?1

tfz?0.05 B\?0.05

查短路电流周期分量等值曲线得 tz?0.3s

所以 I(3)?tdz?1.0452?0.35?1.0452?0.35?I2t 满足热稳定要求。

动稳定校验：

ij?63kA?ich?2.67kA

满足动稳定要求。

2

- 26 -

5.3.3 10kv侧断路器选择

根据额定电压，额定电流：

Ie?Ig?zd?607.45A Ue?Uw?10kV Iekd?Idt?I??5.989kA 选择IN10/300型真空断路器（1），其技术数据如下：

Ue?10kV Ie?1000A 极限通过电流峰值ij?44kA 额定断流量 Iekd?17.3kA I2tr?(17.3)?1kA2s

tg?0.06s th?0.1s

热稳定校验： 短路时间：

t?tb?tg?th?1?0.05?0.1?1.15s

所以 tfz?0 B\?1

查短路电流周期分量等值曲线得 tz?0.83s

所以 tdz?tz?tfz?0.83s I(3)?tdz?5.9892?0.83?I2tr 满足热稳定要求。 动稳定校验：

ij?44kA?ich?15.27kA 满足动稳定要求。

25.3.4 分段断路器的选择

分段断路器的选择与10kV侧断路器的选择相同。

- 27 -

5.3.5 出线断路器的选择

1.10kV侧出线断路器的选择

根据地点，结构选择真空断路器。以负荷最大的支路一支路进行选择。

Ig?zd?115.55A

根据

Ie?Ig?zd?115.55A

Ue?Uw?10kV

Iekd?Idt?I??1.05kA

选择IN5—10型真空断路器

（1）

，其技术数据如下：

Ue?10kV Ie?630A 极限通过电流峰值ij?50kA

额定断流量 Iekd?20kA I2rt?(20)?4kA2s

tg?0.05s th?0.1s

热稳定校验： 短路时间：

t?tb?tg?th?1?0.05?0.1?1.15s

所以 tfz?0 B\?1 查短路电流周期分量等值曲线得 tz?1s

所以 tdz?tz?tfz?1s I(3)?tdz?1.052?1?I2rt 满足热稳定要求。 动稳定校验：

ij?50kA?ich?2.6.78kA

满足动稳定要求。

- 28 -

2

2.35kv侧出线断路器的选择

根据地点，结构选择真空断路器。以负荷最大的支路7支路进行选择。

Ig?zd?50.23A

根据额定电压，额定电流：

KA Ie?Ig?zd?50.23A Ue?Uw?35kV Iekd?Idt?I??0.711选择ZN12—35型真空断路器（1），其技术数据如下：

Ue?35kV Ie?1250A 极限通过电流峰值ij?63kA 额定断流量 Iekd?25kA I2rt?(32)?1kA2s

tg?0.06s th?0.25s tb?0.1s

热稳定校验：

短路时间：

t?tb?tg?th?0.1?0.06?0.25?0.41s B\?1

tfz?0.05 B\?0.05

查短路电流周期分量等值曲线得 tz?0.3s

2 所以 tdz?tz?tfz?0.3?0.05?0.35s I(3)?tdz?0.711?0.35?I2rt

2满足热稳定要求。

动稳定校验：

ij?63kA?ich?1.81kA

满足动稳定要求。

- 29 -

5.4隔离开关的选择

5.4.1 110kv侧隔离开关的选择

由地点选择户外隔离开关，根据额定电压，额定电流：

Ie?Ig?zd?57.99A Ue?Uw Iekd?Idt?I??6.1kA

选择GW5—110G/600~1000型隔离开关（1），其技术数据如下：

Ue?110kV Ie?600A

极限通过电流峰值 ij?50k I2tr?(14)?1kA2s A热稳定校验： 短路时间：

t?tb?tg?th?0.1?0.06?0.25?0.41s B\?1

tfz?0.05 B\?0.05

查短路电流周期分量等值曲线得:tz?0.3s

所以 tdz?tz?tfz?0.3?0.05?0.35s I(3)?tdz?6.21?0.3?5I2rt 满足热稳定要求。 动稳定校验：

ij?50kA?ich?15.56kA

满足动稳定要求。

25.4.2 35kv侧隔离开关的选择

根据地点，结构，额定电压，额定电流：

Ie?Ig?zd?165.6A Ue?Uw?35kV Iekd?Idt?I??1.045kA

- 30 -

选择GW4—35型的隔离开关（1），其技术数据如下：

Ue?35kV Ie?630A

极限通过电流峰值 ij?80k I2tr?(20)?4kA2s A热稳定校验： 短路时间：

t?tb?tg?th?0.1?0.06?0.25?0.41s B\?1

tfz?0.05 B\?0.05

查短路电流周期分量等值曲线得 tz?0.3s

所以 tdz?tz?tfz?0.3?0.05?0.35s I(3)?tdz?1.0452?0.35?I2tr 满足热稳定要求。

动稳定校验：

ij?80kA?ich?2.67kA

满足动稳定要求。

25.4.3 10kv侧隔离开关的选择

根据额定电压，额定电流：

Ie?Ig?zd?607.45A Ue?Uw?10kV Iekd?Idt?I??5.989kA

选择GN1—10/1000型的隔离开关（1），其技术数据如下：

Ue?10kV Ie?1000A

极限通过电流峰值 ij?80k I2rt?(26)?10kA2s A热稳定校验： 短路时间：

- 31 -

t?tb?tg?th?0.1?0.05?0.1?1.15s

所以 tfz?0 B\?1 查短路电流周期分量等值曲线得 tz?0.83s

所以 tdz?tz?tfz?0.83s I(3)?tdz?5.9892?0.83?I2tr 满足热稳定要求。 动稳定校验：

ij?80kA?ich?15.27kA

满足动稳定要求。

25.4.4 分段隔离开关的选择

分段隔离开关的选择与10kV侧隔离开关的选择相同。

5.4.5 出线隔离开关的选择

1.10kv侧出线隔离开关的选择

根据地点，结构选择户内式隔离开关。以负荷最大的支路一支路进行选择。

Ig?zd?115.55A

根据Ie?Ig?zd?115.55A Ue?Uw?10kV Iekd?Idt?I??1.05kA 选择GN1—10/200型的隔离开关（1），其技术数据如下：

Ue?10kV Ie?630A

极限通过电流峰值： ij?25k I2tr?(10)?5kA2s A- 32 -

热稳定校验： 短路时间：

t?tb?tg?th?0.1?0.05?0.1?1.15s

所以 tfz?0 B\?1 查短路电流周期分量等值曲线得 tz?1s

所以 tdz?tz?tfz?1s I(3)?tdz?1.052?1?I2tr 满足热稳定要求。 动稳定校验：

ij?25kA?ich?2.678kA

满足动稳定要求。

2.35kv侧出线隔离开关的选择

根据地点，结构选择户内式隔离开关。以负荷最大的支路7支路进行选择。

Ig?zd?50.23A

根据地点，结构，额定电压，额定电流：

2kA Ie?Ig?zd?50.23A Ue?Uw?35kV Iekd?Idt?I??0.711选择GW4—35型的隔离开关（1），其技术数据如下：

Ue?35kV Ie?630A

极限通过电流峰值 ij?80kA I2r?(20)?4kA2s 热稳定校验：

短路时间：

t?tb?tg?th?0.1?0.06?0.25?0.41s B\?1

tfz?0.05s B\?0.05

- 33 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/x4h.html