110Kv变电站电气一次部分设计

摘要

本文首先根据任务书上所给系统与线路及相关负荷的参数，通过对负荷资料的分析进行了负荷计算，根据负荷计算结果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，并从安全，经济及可靠性等方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线方案。然后，进行了短路电流计算，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等主要电气设备进行了选择和校验。之后对变电站的配电装置进行了选择以及电气平面布置设计。最后做了主变压器的保护和变电站的防雷保护，从而完成了110kV变电站电气部分的设计。

关键词：变电站，变压器，主接线，短路电流计算

I

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） Abstract

Abstract

In this article, on the basis of the system the line and the related load parameters given by the mandate, through the analysis of the load data , we have a load calculation, according to the load calculation results ,we ascentuined the quality capacity and models of the main transformer, but also identified the station transform’s capacity and models, considering the security, reliability and economic we identified 110kv, 35kv, 10kv electricity stations and the main cable programmer. Then, made a short-circuit current calculation. In accordance with maximum sustained work current and the short-circuit current calculation results, the high-voltage circuitbreakers, isolation switches, current transformers, voltage transformers, bus and other major electrical equipment had been selected validated .And then made a choice about the devices of the power distribution, substation and did a plane electrical design . Finally we did a main transformer substation protection and a lightning protection, thus the 110 kV electrical substation part of the design had been completed.

Key words: substations, transformers , main wiring, short-circuit current calculation

II

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 目录

目录

第一部分 设计说明书 ..................................................1 1 引言 ...............................................................1 2 原始资料 ...........................................................2 3 电气主接线的选择 ...................................................4

3.1 电气主接线的基础知识 ........................................ 4 3.2 电气主接线的分类 ............................................ 5 3.3 电气主接线设计的原则 ........................................ 6 3.4 主接线方案的选择 ............................................ 7 3.5 站用电接线选择 .............................................. 9 4 负荷的计算及主变压器的选择 ........................................10 4.1 负荷的计算 ................................................. 10 4.2 主变压器的选择 ............................................. 12 4.3 所用变选择 ................................................. 14 5 无功功率的补偿 ....................................................15 5.1 无功补偿装置类型的选择 ..................................... 15 5.2 并联电容器装置的分组 ....................................... 16 5.3 并联电容器装置的接线方式 ................................... 17 6 短路电流的计算 ....................................................18 7 电气设备的选择与校验 ..............................................20 7.1电气设备选择的一般原则 ...................................... 20 7.2 高压断路器的选择 ........................................... 21 7.3 高压隔离开关的选择 ......................................... 22 7.4 电流互感器的选择 ........................................... 23 7.5 电压互感器的选择 ........................................... 24 7.6 母线的选择 ................................................. 25 8 配电装置的选择 ....................................................27 9 主变压器的保护及变电站防雷保护 ....................................28

9.1电力变压器的主要故障形式及保护配置原则 ...................... 28 9.2 防雷保护的基本知识 ......................................... 28

9.2.1 避雷设备位置的确定 ................................... 29 9.2.2 装设点的选择及避雷器的选择 ........................... 29

第二部分 计算书 ....................................................31 10 无功功率补偿的计算 ...............................................31 11 短路电流的计算 ...................................................32

11.1变压器阻抗计算 ............................................. 32 11.2短路电流的计算 ............................................. 33

11.2.1 最大运行方式下短路电流的计算 ........................ 33 11.2.2 最大运行方式下单相接地短路电流的计算 ................ 38 11.2.3 最小运行方式下三相短路电流值的计算 .................. 43 11.2.4 最小运行方式下单相接地短路电流的计算 ................ 47

III

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 目录

12 主要电气设备的选择与校验计算 ....................................53

12.1 高压断路器的选择与校验计算 ................................ 53 12.2 高压隔离开关的选择与校验计算 .............................. 55 12.3 电流互感器的选择与校验计算 ................................ 57 12.4 电压互感器的选择与校验计算 ................................ 59 12.5 KYN28A-12金属铠装中置式开关柜 ............................. 60 12.6 母线的选择与校验计算 ...................................... 参考文献 ............................................................67 致谢 ................................................................68 附录 ................................................................69

附录A .......................................................... 69 附录B .......................................................... 70

IV

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 引言

第一部分 设计说明书

1 引言

变电所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。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类：

① 根据变电站的性质可分为升压和降压变电站：

1）升压变电站是将发电厂发出的电能进行升压处理，便于大功率和远距离输送。

2）降压变电站是对电力系统的高电压进行降压处理，以便电气设备的使用。 ② 变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类: 1）枢纽变电所。位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330～500KV的变电所，称为枢纽变电所。全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。

2）中间变电所。高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集2～3个电源，电压为220～330KV，同时又降压供当地用电，这样的变电所起中间环节的作用，所以叫中间变电所。全所停电后，将引起区域电网解列。

3）地区变电所。高压侧一般为110～220KV，向地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后，仅使该地区中供电停电。

4）终端变电所。在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压为110KV，经降压后直接向用户供电的制造变电所，即为终端变电所。

本次设计以实际工程技术水平为基础，以变电站实际资料为背景，从原始资料的分析做起，内容包括选择变电所的主变压器的容量、台数和形式，选择待设计变电所主要电气设备及其各项参数，并且通过计算，详细的校验了不同设备的热稳定和动稳定，并对其选择进行了详尽的说明。同时经过变压器的选择和变电所所带负荷情况，确定本变电所电气主接线形式的确定及所选设备的型号绘制变电所的电气主接线图及配电装置的断面图(见附录B)。

1

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 原始资料

2 原始资料

① 负荷统计表

表1.1 负荷统计表

电压等级 负荷名称 刘工线 刘王线 刘丁线 东大街线 10KV 城东线 环城线 郊东线 郑工线 其他 最大负荷 (KW) 8000 4500 5500 900 600 1000 750 500 5000 cos 0.9 0.83 0.92 0.87 0.95 0. 0.93 0.88 0.93 供电方式 架空,25KM 架空,20KM 架空,18KM 电缆,2KM 架空,5KM 架空,20KM 电缆,12KM 电缆,8KM 架空,6KM 回线数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 35KV ② 所址地理位置及地理条件 该变电站位于中型城市边缘郊区地带，所址地势平坦，交通便利，进出线方便；空气污染轻微；待设变电所选在黄沙土地上。

③ 待设计变电站的自然条件 1）最高温度40℃ 2) 最低温度-30℃

3）最热月平均最高温度35℃ 4）设计风速30m/s 5）覆冰厚度：10mm 6）基本风压：0.35KN/㎡ 7) 基本雪压：0.25 KN/㎡ 8) 地震设防烈度：8度以下 9) 海拔高度：≤1000m

10) 地质条件：分布均匀稳定，无不良地质现象 11) 地基承载力标准值：150 KN/㎡ 12) 冻土深度：1ma

13) 地下水位：在基础砌置深度以下，无侵蚀性 14) 防污等级：2级污秽

已知系统情况为系统通过双回110kV架空线路向待设计变电所供电，在本次

2

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 原始资料

设计的变电所中，站用变采用10KV刘2板为#1站用变，无35KV站用变。在一期工程施工中所用的变压器为#2站用变（外接电源）。

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气主接线的选择

3 电气主接线的选择

3.1 电气主接线的基础知识

① 电气主接线是指由规定的各种开关电器、电力变压器、母线、导线、避雷器等电气设备依一定的次序相连接的接受和分配电能的电路。而用规定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。

主接线可分为有母线接线和无母线接线两类。有母线接线分为单母线接线和双母线接线；无母线接线分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。主接线的选择直接影响到电力系统运行的可靠性，灵活性，并对电器选择，配电装置布置，继电保护，自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各方面因素，经技术、经济比较后方可确定。

② 变电所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。其主接线形式直接影响整个电力系统能否良性运行，在设计时必须按照国家经济建设的方针和生产运行的实践经验，结合具体工程情况，尽可能地积极稳妥地采用新技术、新设备，经过全面的技术经济比较做到经济合理安全适用。为此，电气主接线必须满足下列要求。 1）运行的可靠

断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，避免变电所全部停电，以及能否保证对重要用户的供电。

2）具有一定的灵活性 主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、 影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。

3）操作应尽可能简单、方便。 4）经济上合理

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。要考虑到具有扩建的可能性。

5）应具有扩建的可能性

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气主接线的选择

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。

3.2 电气主接线的分类

① 单母线接线如图3.1

图3.1 单母线接线 优点：简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便，且有利于扩建等。可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所接的电源；与之相接的所有电力装置，在整个检修期间的均需停止工作。一般只使用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：

1) 6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回； 2) 35～63kV配电装置的出线回路数不超过3回； 3) 110～220kV配电装置的出线回路数不超过2回。 ② 单母线分段接线 如图3.2

图3.2 单母线分段接线

优点：可以保证重要用户的不间断供电，母线段或母线隔离开关检修时，只停该段，其他段可以继续供电。

缺点：增加了投资和占地面积，扩建时须向两端均匀扩建。 1) 6～10kV配电装置的出线回路数为6回及以上时； 2) 35～63kV配电装置的出线回路数为4～8回时；

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气主接线的选择

3) 110～220kV配电装置的出线回路数为3～4回时。 ③ 双母线接线如图3.3

图3.3 双母线接线

此类电气主接线优点：可以轮回检修母线而不影响供电，在检修任一回路的母线隔离开关时，只需停该回路。运行灵活且扩建方面。

缺点：一组检修，另一组母线若故障将造成全停电事故，任一台断路器检修时该回路停电。

1) 6～10kV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时；

2) 35～63kV配电装置，出线回路数超过8回时，连接的电源较多、负荷较大； 3) 110～220kV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110～220kV配电装置在系统中居于重要地位，出线回路数为4回及以上时。

3.3 电气主接线设计的原则

电气主接线设计的基本原则是以工程任务书为依据，以国家的经济建设方针、技术规定标准为准，在满足可靠性、灵敏性、经济性、扩建可能性，兼顾运行维护方便就近取材，节省投资，少占良田。根据《35~110KV变电所设计规程》规定：

① 变电站主接线应根据变电站在电网中的地位，出线回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠性，运行灵活，操作检修方便，节约投资和便于扩建等需要。

② 当能满足运行要求时，变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。

③ 35—110KV线路超过两回时，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。

④ 在采用单母线、分段单母线或双母线的35—110KV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

⑤ 当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气主接线的选择

接线，主变压器35—110KV回路中的断路器，采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。

⑥ 当变电所装有两台主变压器时，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。 当6—35KV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。

⑦ 当需要变电所6—10KV线路的短路电流时，可采用以下措施：变压器分列运行，采用高阻抗变压器，在变压器回路中装电抗器.

⑧ 接在母线上的避雷器和电压互感器，可合用一组隔离开关，对接在变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。

3.4 主接线方案的选择

本设计中待设变电站通过双回110KV架空线路向变电所供电，35KV出线回路数为三回，10KV出线回路数为6回。根据《35~110KV变电所设计规程》规定，初步确定两种主接线方案：

方案一：110KV侧采用单母线分段接线，35KV侧采用双母线分段接线，10KV采用单母线分段接线见图3.4。

方案二：110KV侧采用单母线分段接线，35KV侧采用单母线分段接线，10KV采用单母线分段接线如图3.5。 出线出线35 10 侧侧站用变主变110 侧进线

图3.4 方案一

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气主接线的选择

出线出线主变站用变进线 图3.5 方案二 主接线方案比较见表3.1 表3.1 主接线方案的比较 比较 项目 技术 方案一 技术比较 方案二 1、110KV侧采用单母线分段接线的方式，供电可靠，1、供电可靠 调度灵活，扩建方面。 2、35KV、10KV侧采用单母线分线接线，对重要用2、调度灵活 3、扩建方面 户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，4、母线故障或检修时分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，即保证对重要用户的供电。 3、任一断路器检修时该回路必须停止工作。 设备多配电装置复杂、投资和占地面积大 隔离开关作为操作电器使用，容易误操作 经济 占地少、设备少 由《电力工程电气设计手册》第二章第二节中的规定可知：当35—63KV配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接，当连接的电源较多，负荷较大时也可采用双母线接线。因本设计35KV侧共三回且负荷较小。故选方案二。

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气主接线的选择

3.5 站用电接线选择

一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式。故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案，因两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的单母线分段接线。本设计站用电源变采用10KV刘2板为#1站用变。主接线如图3.6所示

图3.6 站用主接线

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 负荷的计算及主变压器的选择

4 负荷的计算及主变压器的选择

4.1 负荷的计算

若已知一个供电范围的电气设备数量和容量时，负荷计算的方法有：需要系数法、利用系数法和二项式法。

1）需要系数法计算简单，是最为常用的一种计算方法，适合用电设备数量较多，且容量相差不大的情况。

2）二项式法其考虑问题的出发点就是大容量设备的作用，因此，当用电设备组中设备容量相差悬殊时，使用二项式法可以得到较为准确的结果。

3）利用系数法是通过平均负荷来求计算负荷，这种方法的理论依据是概率论与数理统计，因此是一种较为准确的计算方法，但其计算过程相对繁琐。

因本设计的电气设备数量和容量都是确定的，且容量相差不大，所以其负荷计算方法选择计算较简单的需要系数法。

需要系数法主要计算公式如下：

np SCKt QcKtptan 式(4.1)

cosi1i1nKt：同时系数（35KV取0.9 10KV取0.85） 本设计负荷统计表见表4.1 10

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 负荷的计算及主变压器的选择

表4.1 本设计中的负荷统计

电压 等级 35KV 负荷名称 刘工线 刘王线 刘丁线 东大街线 10KV 城东线 环城线 郊东线 郑工线 其他 最大负荷 (KW) 8000 4500 5500 900 600 1000 750 500 5000 COS 0.9 0.83 0.92 0.87 0.95 0. 0.93 0.88 0.93 供电方式 架空,25KM 架空,20KM 架空,18KM 电缆,2KM 架空,5KM 架空,20KM 电缆,12KM 电缆,8KM 架空,6KM 回线数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 35KV侧的总计算负荷 S35KV0.9(800045005500)Q35KV16200kvar 式(4.2) 0.90.830.92 18260KVA10KV侧的总计算负荷 90060010007505005000S10kv0.85()S站（200KVA)

0.870.950.0.930.880.93 =8209.5KVA Q10KV7437.5kvar 式（4.3）



SS35KVS10KV269.5KVA 11

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 负荷的计算及主变压器的选择

4.2 主变压器的选择

① 主变台数、容量的确定。主变台数、容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的选择出一句基础资料外，主要取决于输送功率的大小、与系统联系的紧密程度、运行方式及负荷的增长因素，并至少考虑5年内负荷的发展需要，如果容量过大台数过多，则会增加投资，占地面积和损耗，不能充分发挥上设备的效益，并增加运行和检修的工作量；如果容量过小、台数过少，则可能变电所负荷的需要，影像系统不同电压等级之间的功率交换及运行的可靠性等。因此，应合理选择其容量和台数。

1）主变台数的确定。对于大城市郊区的一次变电所，在中低压侧已构成环网的情况下变电所宜装设两台主变压器为主，此设计变电所负荷情况，故选择两台主变变压器。

2）主变容量的确定。主变容量一般按变电所建成5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年负荷发展，对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相符合。对于有重要负荷的变电所，应考虑一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对于一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70﹪～80﹪。

② 主变相数的选择。在330KV及以下变电所中，一般采用三相式变压器，因为一台三相式较同容量的三台单相式投资小占地少投资小同时配电结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件等，可选择两台容量较小的三相式变压器。根据本设计工程地理环境，变压器承载110KV/35KV/10KV三个电压等级，故此主变压器应采用三相式变压器。

③ 主变绕组及其连接方式的选择。在具有三种电压等级的变电所中，通过主变压器各侧的功率均达到该主变压器容量的15﹪以上时，应优先考虑三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格所用的控制电器及辅助设备比两台双绕组变压器少，运行维护也比较方便。

变压器绕组的连接方式必须使其线电压和系统电压相位一致，否则不能并列运行，电力系统采用的绕组连接方式只有星形Y和三角形△，我国电力变压器的三绕组采用的绕组连接方式为：110KV及以上电压侧均为YN连接，即由中性点直接接地；35KV作为高、中压侧是都可采用Y连接，其中性点不接地或通过消弧线圈接地，作为低压侧时可用Y或△，因此110KV和35KV采用星形直接接地，10KV采用三角形连接方式。

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 负荷的计算及主变压器的选择

④ 主变的调压、冷却方式主变的调压方式：一种是不带电切换，称为无励磁调节，分接头少。另一种是带负荷切换，称为有载调压，调压范围可达30﹪，且分接头可在带负载的情况下调节，但其结构复杂，价格贵。在110KV电网中，多采用带负荷情况下手动或电动操作改变分接头的有载调压变压器。电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。

⑤ 变压器中性点接地方式。电力变压器中性点接地方式包括：中性点不接地、中性点睛消弧线圈接地、中性点经电阻接地及中性点直接接地。

1）中性点不接地。我国对中性点不接地方式规定如下：额定电压为3～6KV、单相接地电流不超过30A；额定电压为10KV,单相接地电流不超过20A；额定电压为20～60KV，单相接地电流不大于10A的高压电网，亦可采用中性点不接地系统。

2）中性点经消弧线圈接地。凡不符合中性点不接地要求的3～63KV电网，就可以采用中性点经消弧线圈接地，必要时110KV电网也可采用这种方式。 3) 中性点经电阻接地。中性点经电阻接地系统适用于20万KW及以上发电机、大型发电厂的3～6KV厂用电系统，以及6～10KV城市电网。

4）中性点直接接地。目前在我国，一般情况下，110KV系统多采用中性点直接接地系统，中性点直接接地系统发生单相接地故障时，中性点的电位不发生位移，其对地电压仍保持为零，接地非故障相相对地电压基本不变，不会上升为线电压；随着继电保护装置的动作，将接地的线路自动切除，因而防止了单相接地时产生间歇电弧过电压的可能性；同时也降低了对电网 绝缘水平的要求，大大降低了电网的造价。

变压器选择：(1) 三相三绕组自冷有载调压变压器；(2) 绕组的连接方式为yn0连接，即中性点直接接地；(3) 容量的确定 ,单台变压器按70﹪S选择，并考虑5-10年规划，留有20﹪的发展与地。

S变=S70%（120%）=22233.96KVA 式（4.4）

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 负荷的计算及主变压器的选择

主变压器的型号及参数选择结果如表4.2

表4.2 主变压器的型号及参数表 连额定型号 容量接组号 YN SSZ11-25000/ 110 25000 Yn0 d11 110 38.511 17.5 10.5 6.5 126.4 27.0 0.2% 高压 中 压 低高 高 中 中低 压 低 负载 空 载 额定电压（KV） 阻抗电压（%） 损耗（KW） 空载电流% （KW） 标22.5% 常州特种变压器生产的油浸式自冷三相三绕组有载调压电力变压器，三绕组容量比100/100/100。 4.3 所用变选择 选择原则:为满足整流操作电源、强迫油循环变压器、无人值班等的需要，装设两台所用变压器，所用容量的确定一般考虑站用负荷为变电站负荷的0.1-0.5%计算，这里取0.3%, S总0.3%219.579.3KA,S站79.3/（1-10%）88KVA。 式（4.5） 经查设备手册，每台站用变压器容量为100KVA 表4.3 所用变压器的型号及参数选择结果 型 号 S9-100/ 10 额定容额定电压（KV） 连接低压 0.4 组 Yyn0 损耗（KW） 空载 0.35 空载电流 阻抗电压 （﹪） 4 量（KVA） 高压 100 10 负载 （﹪） 2.15 1.9

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 无功功率的补偿

5 无功功率的补偿

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。

5.1 无功补偿装置类型的选择

（参考资料：教材----《电力系统》第五章第四节： 《电力工程电器设计手册》电气一次部分第九章） 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所的母线上。

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。 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。静止补偿器是一种技术先进、调节性能、使用方便、经纪性能良好的动态无功功率补偿装置。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。与同步调相机比较，静止补偿器运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿以适应不平衡负荷的变化，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统得到越来越广泛的应用。（但此设备造价太高，不在本设计中不宜采用）。

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 无功功率的补偿

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。此外，由于它没有旋转部件，维护也较方便。为了在运行中调节电容器的功率，也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。

5.2 并联电容器装置的分组

（参考资料：《电力工程电气设计手册》电气一次部分 第九章第四节） ① 分组原则

1）并联电容器装置的分组主要有系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素确定。

2）对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与设备相联接，并与该设备同时投切。

对于110KV—220KV、主变代有载调压装置的变电所，应按有载调压分组，并按电压或功率的要求实行自动投切。

3）终端变电所的并联电容器设备，主要是为了提高电压和补偿变压器的无功损耗。此时，各组应能随电压波动实行自动投切。投切任一组电容器时引起的电压波动不应超过2.5％。

② 分组方式

1）并联电容器的分组方式有等容量分组、等差容量分组、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。

2）各种分组方式比较

a. 等差容量分组方式：由于其分组容量之间成等差级数关系，从而使并联电容器装置可按不同投切方式得到多种容量组合。既可用比等容量分组方式少的分组数目，达到更多种容量组合的要求，从而节约了回路设备数。但会在改变容量组合的操作过程中，会引起无功补偿功率较大的变化，并可能使分组容量较小的分组断路器频繁操作，断路器的检修间隔时间缩短，从而使电容器组退出运行的可能性增加。因而应用范围有限。

b. 等容量分作方式，是应用较多的分作方式。

综上所述，在本设计中，无功补偿装置分作方式采用等容量分组方式。

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5.3 并联电容器装置的接线方式

并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（△）两种。经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。

从《电气工程电气设计手册》（一次部分）P502页表9-17中比较得，应采用双星形接线。因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。

中性点接地方式：对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故35KV、10KV侧均采用中性点不接地方式。

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

6 短路电流的计算

① 所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或地与相之间的短接。系统发生短路的原因很多，主要有设备原因、自然原因、人为原因。

供电系统发生短路后，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过正常工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重后果：

1) 短路电流的热效应 2) 短路电流的电动力效应 3) 短路系统电压下降 4) 不对称短路的磁效应 5) 短路时的停电事故 6) 破坏系统稳定造成系统瓦解 ② 电气主接线的比较和选择

短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取短路电流措施等提供依据。

1）选择导体和电器

如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电流，冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定；计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性；计算三相短路容量以校验断路器的遮断能力等。

2）确定中性点接地方式

对于35KV 、10KV供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。 3）选择继电保护装置和整定计算

在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。

③ 计算方法。采用标幺值法计算出最大、最小运行方式下单、三相短路时的短路电流，选择出其最大短路电流值。

在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用曲线法。计算步骤简述如下： 1）选择短路点

2）画等值网络图：首先去掉负荷中所有负荷分支，发电机电抗用次暂态电

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,抗Xd；选取基准容量和基准电压；将各元件的电抗划算到同一基准值的标幺电抗，

最后绘出等值网络图并将各元件电抗统一编号。

3）化简等值网络图，为计算不同短路点的短路电流值需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射型等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗。

4) 计算电抗。

5）计算短路电流的冲击值 6）绘制短路电流计算结果表。

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气设备的选择与校验

7 电气设备的选择与校验

电气设备的选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。正确的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。

7.1电气设备选择的一般原则

电气设备的选择应遵循以下两个原则：1.按正常工作状态选择；2.按短路状态校验。

① 按正常工作状态选择电气设备：

1）额定电压。电气设备的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运行电压。导体和电器的额定电压为UN时，导体和电器的最高工作电压一般为(1.1～1.15)UN,而实际电网的最高运行电压一般不超过1.1UN，因此，一般可以按照电气设备的额定电压UN不低于装设地点的电网的额定电压UN：UNUNS 2）额定电流。所选电气设备的额定电流IN不得低于装设回路最大持续工作电流IWwmax:INIWmax。计算回路的IWmax应该考虑回路中各种运行方式下的在持续工作电流：变压器回路考虑在电压降低5％时出力保持不变，所以IWmax1.05IN;母联断路器回路一般可取变压器回路总的IWmax；出线回路应该考虑出线最大负荷情况下的IWmax。

3）环境条件对设备选择的影响。当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备使用条件时应采取措施。电气设备的额定电流是指在基准环境温度下，能允许长期通过的最大工作电流。此时电气设备的长期发热温升不超过其允许温度。我国生产的电气C-40。C，所以周围的环境温度应该在电气设备一般使用的额定环境温度为40。设备额定环境温度的范围之内。

②按短路状态校验：

1）热稳定校验：当短路电流通过所选的电气设备时，其热效应不应该超过 允许值：Ir2trQk

式中：

Qk—短路电流产生的热效应

2I rtr—电气设备允许通过的热效应

2）动稳定校验：所选电气设备通过最大短路电流值时，不应因短路电流的

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气设备的选择与校验

电动力效应而造成变形或损坏：idsish

式中：ish—短路冲击电流

ids--电气设备允许通过的动稳定电流

7.2 高压断路器的选择

它的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备和线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。对于切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行起重要作用。

断路器的选择必须按正常的工作条件进行选择，并且按断路情况校验其热稳定和动稳定。此外，还应考虑电器安装地点的环境条件，当气温、风速、温度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取有效措施。

① 断路器一般有油断路器（多油、少油），压缩空气断路器，SF6断路器、真空断路器等，选择断路器形式时，应依据各类断路器的特点及使用环境、条件决定。

1）多油断路器实现简单、价格便宜，但由于用油量大、体积大、检修工作量大、且易发生爆炸和火灾现象，一般情况下不采用。

2）少油断路器用油少、油箱结构小而坚固，具有节省材料、防爆防火特点。少油断路器使用安全，使配电装置大大简化，体积小、便于运输、目前被大量采用。

3）空气断路器断路能力大、动作时间快、尺寸小、重量轻、无火灾危险，但结构复杂、价格贵、需要装设压缩空气系统等，主要用于110KV及以上对电气参数及断路时间有较高要求的系统中。

4）SF6电气性能好、断口电压可较高。设备的操作维护和检修都很方便、检修周期长而且它的开断性能好、占地面积小、特别是发展SF6封闭组合电器可大大减少变电所的占地面积。SF6断路器广泛应用于90年代，目前我国已成功生产和研制了220、330、500KV的SF6断路器。

基于各种断路器的性能在本设计中采用了SF6断路器和真空断路器。 ② 高压断路器的选择原则

选择高压断路器应满足有以下几个方面的要求：

1）断路器在额定条件下（额定电压、额定电流）可以长期工作。

2）应有足够的开断能力，并保证有足够的热稳定和动稳定（开断电流、额定

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气设备的选择与校验

关合电流、极限通过电流、热稳定电流）。

3）具有尽可能短的开断时间，这对减少电网的故障时间，减轻故障设备的损害，提高系统稳定性都是有利的。

4）结构简单、价格低廉、体积小、重量轻、便于安装。 ③ 额定电压和额定电流选择 1）额定电压和电流选择

UNUNs、INIwmax 式（7.1） 式中UN、UNs——断路器的额定电压大和电网的额定电压，kv； IN、Igmax——断路器的额定电流和电网的最大负荷电流，A。 2）开断电流电流的选择

高压断路器的额定开断电流iNkd,不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量IK,即：

iNkdIK 式（7.2） 3）短路关合电流的选择

为保证断路器在关和短路电流时的安全，断路器的额定关合电流iNg不应小于短路电流最大冲击值ish,即：

iNgish

iNg1.82iNkd2.55iNkd 式（7.3） 4）短路热稳定和动稳定校验 热稳定校验式 Ir2trQk 式（7.4） 动稳定校验式 idsish 式（7.5）

7.3 高压隔离开关的选择 隔离开关作为发电厂和变电站中常用的开关电器，主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。在检修高压电器时，将被修理的设备与其他带电的部分可靠地断开并构成明显的断开点，以保证检修时的安全。

① 隔离开关的作用

隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下，分、合电路。其主要功用为：

1）隔离电压：在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设与电源电压隔离，以确保检修的安全。

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2）倒闸操作：投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合短路器，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，故一般可用来进行以下操作：分、合避雷器、电压互感器和空载母线；分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；关合电容电流不超过5A的空载线路。

隔离开关与短路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动稳定、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流的校验。

② 隔离开关的选择原则

选择隔离开关时应满足以下基本要求：

1）隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。 2）隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。

3）隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。 4）隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。

5）隔离开关的结构简单，动作要可靠。 6）带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，保证隔离开关的正确操作。

7.4 电流互感器的选择 ① 参数选择 电流互感器应按下表所列技术条件选择，并按表中使用环境条件校验。所选择的电流互感器应满足继电保护，自动装置和测量仪表的要求。 电流互感器主要技术参数见表7.1所示： 表7.1 电流互感器主要技术参数表 项目 技术条件 正常工作条件 短路稳定性 承受过电压能力 环境条件 参数 一次回路电压、一次回路电流、二次回路电流、二次侧负荷、准确度等级、暂态特性、二次级数量、机械荷载 动稳定倍数、热稳定倍数 绝缘水平 环境温度、最大风速、相对湿度、海拔高度、地震烈度 1）电流互感器的二次侧电流有5A和1A两种。一般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距离控制室较远时亦可考虑用1A。

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气设备的选择与校验

2）当一个二次绕组的容量不能满足要求是，可将两个二次绕组串联使用。 3）二次绕组的数量决定于测量仪表、保护装置和自动装置的要求。一般情况下测量仪表与保护装置宜分别接于不同的二次绕组，否则应采取措施，避免互相影响。

4）根据电流互感器装置处电压等级确定额定电压。

② 型式的选择

1）3-20kv屋内配电装置的电流互感器，应根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘构成或树脂浇注绝缘结构。

35kv及以上配电装置的电流互感器，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的电流互感器，有条件时，应采用套管式电流互感器。

2）当继电保护装置有特殊要求时，应采用专用的电流互感器，如系统继电保护中的快速保护应选用暂态特性好的互感器。

3）选择母线式电流互感器时，尚应校验窗口允许穿过的母线尺寸。

③ 电流互感器的校验 1）动稳定性校验：

电流互感器的动稳定性倍数Kds是指电流互感器允许短时极限通过电流峰值与电流互感器一次侧额定电流峰值之比，即： Kds 电流互感器的动稳定性校验条件为： ish2KdsIN1 式（7.7） 2）热稳定性校验： 电流互感器的热稳定倍数Kt是指在规定时间(通常取1s)内所允许通过电流互感器的热稳定电流与其一次侧额定电流之比，即：

KtIt/IN1 式（7.8） 电流互感器的热稳定条件应为：

Qk(KtIN1)21 式（7.9）

iOFF2IN1 式7.6)

7.5 电压互感器的选择

① 参数选择

电压互感器主要技术参数见表7.2所示

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气设备的选择与校验

表7.2 电压互感器主要技术参数表

项目 技术条件 正常工作条件 承受过电压能力 环境条件 械负荷 绝缘水平 环境温度、最大风速、相对湿度、海拔高度、地震烈度 参数 一次回路电压、一次回路电流、二次负荷、准确度等级、机 ②型式的选择

电压互感器按下列使用条件选择。

1）3-20kv屋内配电装置，宜采用油结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。

2）35kv配电装置，宜采用电磁式电压互感器。

3）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。

4）SF6全封闭组合电器的电压互感器应采用电磁式。

5）接在110kv及以上线路侧的电压互感器，当线路声装有载波通讯时，应尽量与耦合电容器结合，统一选用电容式电压互感器。

6）电磁式电压互感器可以兼作并联电容器组的泄能设备，但此电压互感器与电容器之间，不应有开断点。

7.6 母线的选择

① 母线的选择原则

1）选择母线的材料，结构和排列方式。110kV母线一般采用软导体型式；35KV及以下母线应选硬导体为宜。 2）选择母线截面的大小。可按经济电流密度选择或按导体长期发热允许电流选择。

按经济电流密度选择： SIwmax(㎜2) 式（7.10） jec 式中Iwmax——正常工作时的最大持续工作电流，单位A。

3）检验母线短路时的热稳定和动稳定。对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 电气设备的选择与校验

电晕电压校验

对于110～220kV裸母线，可按晴天不发生全面电晕条件进行校验，即裸母线的临界电压应大于最高工作电压

UijUwmax

Ulj=84kmrδr(1+0.301)lg 式（7.11）

δrr式中：k——三相导线等边三角布置时为1，水平布置时为0.96； mr——导线表面粗糙系数，取0.95；

——空气相对密度，取0.2；

——相间距离， cm；

r——导体半径为，cm；

Ugmax——安装处的电网工作电压

4)热稳定校验

按正常电流选出导体截面后，还应按热稳定进行核验。与导体最高允许加热温度所对应的截面为最小允许截面。

SminQk 式（7.12） C式中：C——热稳定系数（与导体材料、结构及最高允许温度、长期工作额定温度有关）

Qk——短路电流的热效应，KA2S， Smin——满足热稳定的最小截面，mm2

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 配电装置的选择

8 配电装置的选择

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，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。

按电器装设地点不同，可分为屋内式和屋外式；按组装方式，又可分为装配式和成套式。

配电装置的型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，逼供结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。

一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式；110KV及以上多为屋外式。当在污秽地区或市区建110KV屋内和屋外配电装置的造价相近时，宜采用屋内型。

屋外配电装置的型式除与主接线有关，还与场地位置、面积、地质、地形条件及总体布置有关，并受材料供应、施工、运行和检修要求等因素的影响和。它又分为高型、普通中型、低型等类型。

普通中型配电装置国内采用较多，施工、检修和运行都比较方便，抗震能力较好，造价比较低。缺点是占地面积较大。

高型配电装置的最大优点是占地面积少，一般比普通中型节约用地50%左右。但耗用钢材多，检修运行不及中型方便。

一般在下列情况下宜采用高型： 1）在高产农田或地少人多的地区 2）地形条件

3）原有装置需改、扩建而场地受。

各电压级配电装置的确定：110KV配电装置采用屋外普通中型配电装置；35KV配电装置采用屋外普通中型配电装置（见附录B2）；10 KV配电装置采用KYN28A-12金属铠装中置式开关柜(见附录B3)。

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 主变压器的保护及变电站的防雷保护

9 主变压器的保护及变电站防雷保护

9.1电力变压器的主要故障形式及保护配置原则

① 变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路及接地短路。油箱内故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路及铁芯的烧损等。油箱内故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁芯，而且由于绝缘材料和变压器油受热分解而产生大量的气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。实践证明，变压器套管和引出线上的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障形式；而变压器油箱内发生相间短路的情况比较小。

② 配置原则

1）瓦斯保护,反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护,当变压器油箱内部故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少及排出的速度，与变压器故障的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，成为瓦斯保护。

2）相间短路保护。容量为6300KVA及以上，厂用工作变压器和并列运行的变压器，应装设纵差动保护, 变压器纵联差动保护主要是用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。

3）后备保护。为了防止外部短路引起的过电流和作为变压器差动保护，瓦斯保护的后备保护，变压器还应装设后备保护。后备保护的方案有过电流保护，负荷电压启动的过流保护负序过电流保护和低阻抗保护等。

4）过负荷保护。变压器的过负荷电流在大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相过负荷保护。变压器的过负荷保护反应变压器对称过负荷引起的过电流。保护只用一个电流继电器，接于任一相电流中，经延时动作于信号。

9.2 防雷保护的基本知识

变电站是电力系统防雷的重要保护设施，如果发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会生产和人民生。因此要求变电站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，在此前提下，力求经济合理的原则。电力系统中遭受雷击的来源有两种：1、雷直击变电站的设备上。2、架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电站。防止雷电

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 主变压器的保护及变电站的防雷保护

直击的主要设备有避雷针、避雷线。避雷针有单支、多支，等高和不等高之分；防止雷电波沿线路侵入电气设备和建筑物内部的主要设备有避雷器。

9.2.1 避雷设备位置的确定

① 对于110kV及以上的配电装置，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平高，可以将避雷针架设在配电装置的构架上或房顶；

② 35KV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。

③ 避雷线的布置应尽量避免与母线相互交叉的布置方式；

④ 当避雷线附近有电气设备、导线或63KV及以下构架时，应验算避雷线对上述设施的间隙距离。

依据上述避雷针（线）装设位置要求，此设计中需在110KV配电装置的构架或建筑物房顶上装设避雷针。

而装设避雷针的数量根据变电站的建筑面积，以及上述避雷针（线）的保护范围的计算方法即可进一步确定。

9.2.2 装设点的选择及避雷器的选择

① 装设点的选择根据《电力设备过电压保护设计技术规程》的要求，变电站的每组母线上，都应安装避雷器，作为防止高压雷电波沿架空线路、设备侵入变电站的最主要措施；在直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时应在变压器中性点装设避雷器。据变电站设备要求及主接线形式应在下列点装设避雷器：110KV、35KV、10KV母线各段母线上，主变中性点接地处。

② 避雷器的选择 1) 避雷器种类的选择

避雷器一般有保护间隙、管式避雷器、阀式避雷器、金属氧化物避雷器等几种。其中保护间隙和管式避雷器的作用是线路上的雷过电压，主要用于线路的过电压保护，保护间隙主要用于10KV以下低电压配电网线路保护，管式避雷器主要用于发电厂、变电站进线保护；阀式避雷器和金属氧化物避雷器主要用于发电厂、变电站中的过电压保护。

阀式避雷器又分为普通阀式避雷器和磁吹阀式避雷器。主要产品有FS（配电型）、FZ（变电所型）、FCZ（配电型）、FCD（旋转电动机型）等系列产品；金属氧化锌避雷器又分为Y5W（变电所型）和Y3W（旋转电动机型）等系列产品。

金属氧化锌避雷器比普通阀型避雷器相比，具有较理想的非线性伏安特性、无续流、通流容量大、结构简单、寿命长等优点。而且随着金属氧化物避雷器的

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xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 主变压器的保护及变电站的防雷保护

不断推广，我国绝大多数变电站已逐步用金属氧化物避雷器来替换掉原来的阀型避雷器。所以此110KV变电站选用金属氧化物避雷器。

2) 按额定电压选择

避雷器的额定电压必须与安装处的电网额定电压相符。 综上所述：所选避雷器的型号、参数的选择结果见表9.1

表 9.1 避雷器型号、参数的选择结果

技术参数 型号 避雷器的额定电压Un(kV) 系统电压U(kV) 残压 (kV) Y10W5-110/260W 110 110 260 Y5W-42/134 42 35 134 HY5W-73/176 73 176 安装地点 110KV进线 35KV母线 主变中性点 30

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 无功功率补偿的计算

第二部分 计算书 10 无功功率补偿的计算

按35KV及10KV侧功率因数均提高到0.95(cos20.95)计算 ① 35KV侧

16200cos10.88718260

tan10.521 cos20.95 tan20.327 Qcc35kvPc(tan1-tan2)3142kvar 式（10.1）

② 10KV侧 7437.5cos10.918169.5 tan10.456

Qcc10kvPc(tan1-tan2)959.4kvar 式(10.2)

经查电容器型号：在此采用型号为LB6-35-600 需装设的电容器个数为： N35kvQC3142kvar5.7Qr600kvar 式(10.3）

考虑到三相均衡分配，35KV应装设6个，每相2个，此时并联电容器的实际值为6x600=3600 kvar，补偿后实际平均功率因数为：

cosavPavSavPavP(Pavtanav1Qcc)2av20.97 式(10.4）

此值满足要求 N10kvQC959.4kvar8Qr120kvar 式(10.5）

10KV应装设9个，每相3个，此时并联电容器的实际值为9x120=1080kvar，补偿后实际平均功率因数为：

cosavPavSavPavP(Pavtanav1Qcc)2av20.976 式(10.6）

经查电容器型号：在此采用型号为BAM10-120

31

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

11 短路电流的计算

11.1变压器阻抗计算

（计算式中标有*的电抗值均为标幺值） ① 选基值

SB100MVA；UB1.1UN

式中UN——额定电压（KV） ② 主变压器等值电抗计算：

Uk(12)%10.5

Uk(13)%17.5

Uk(23)%6.5高压侧 U1k1%2(Uk(1-2)%Uk(1-3)%-Uk(2-3)%) 12(10.517.56.5) 10.75

中压测U1k2%2(Uk(1-2)%Uk(2-3)%-Uk(1-3)%) 12(10.56.517.5) 0.25 低压侧U1k3%2(Uk(1-3)%Uk(2-3)%-Uk(1-2)%) 12(17.56.510.5) 6.75 XU2k1%UNT1100S52.03NXT2U2k2%UN100S0NXTU%2k33

100UNS32.67N 归算到110KV侧转化成标幺值为：

32

式（11.1） 式（11.2）

式（11.3）

式（11.4）

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

XT1XT1 XT20XT332.67SB10052.030.432UB1102

1000.272110所用变压器等值电抗计算

XT42SBUk%UNSXT42(k(12))2B2100SNUBUN24101102100 ()1000.111110233.0579 式（11.5）

11.2短路电流的计算

电网的运行方式有最大运行方式和最小运行方式，最大运行方式是电网在该方式下运行时具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的电流为最大的一种运行方式；最小运行方式是电网在该方式下运行时具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的电流为最小的一种运行方式。 11.2.1 最大运行方式下短路电流的计算 最大运行方式下的系统接线图和等值电路图分别见图11.1和图11.2。

图11.1 最大运行方式下的系统接线图

33

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

图11.2最大运行方式下的等值电路图 图中各短路点短路电流计算 ① K1点短路电流计算 K1点短路时的短路等值电抗图如下： 短路等值电抗图如图11.3所示 图11.3 短路等值电抗图

当K1点短路时： Xk1X10.15 则有三相短路电流： I1k1xk16.6667 10.15化为有名值有

ISNK1IX13U6.667100B31213.1811KA 则三相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh8.0965KA

34

式（11.6） 式（11.7）

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

IshIP12(Ksh1)23.18112.284.8035KA 式（11.8） ② K2点短路电流计算

K2点短路时的短路电抗图如下：

短路等值电抗图如图11.4所示

图11.4 短路等值电抗图 当K2点短路时： XX25XT10.43X4X7XT20.27X14X5X40.7XXX15270.7

X16X14//X150.35XKX2X1160.5则有三相短路电流：

IK21XK12.0000 20.5 35

式（11.9）

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

化为有名值有：

IK2IK2SB2.0000100 10.4976KA 式（11.10）

3UB311则三相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh26.7185 KA

I2shIP12(Ksh1)10.49762.2815.8514KA ③ K3点短路电流计算

K3点短路时的短路电抗图如下： 短路等值电抗图如图11.5所示

图11.5 短路等值电抗图

当K3点短路时

36

式（11.11） xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

X2X5XT10.43X6X3XT30XX17X230.43X

18X5X60.43X//X19X17180.215XK3X1X190.365则有三相短路电流：

IK31XK12.7397 30.365化为有名值有：

IBK3IK2S3U2.7397100B338.54.1086KA 则三相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh10.4572KA

IshI2P12(Ksh1)4.10862.286.2039KA ④K4点短路电流计算 K4点短路时的短路电抗图11.6所示

37

式（11.12） 式（11.13）

式（11.14）

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

图11.6 短路电抗图

当K4点短路时

X2X5XT10.43X4X7XT30.27X8X9XT433.0579X20X5X4X833.7579 X21X2X7X933.7579X22X20//X2116.8790XK4X1X2217.0290三相短路电流

 IK4110.0587 式（11.15） XK417.0290化为有名值有： IK4IK4SB3UB0.058710030.447.7056KA 式（11.16）

则三相短路全电流冲击值ish为： ish2IPKsh19.6124KA IshIP12(Ksh1)27.70562.2811.6355KA 式(11.17)

11.2.2 最大运行方式下单相接地短路电流的计算

单相接地短路其正序阻抗与负序阻抗基本相等，约等于对应各点短路时三相短路时的阻抗。

①K1点短路时

K10.15 K（（2）11）零序网络图如下图11.7所示

38

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

图11.7 零序网络图 X2//X50.215 X2X8//X916.52 X8'X7X4//X70.135 X7X816.6639 X14X14X216.87 X15//X10.1486 K1(0)X15Xk1K1(1)K1(2)K1(0)0.4486

单相短路电流

 IK1336.6875 式（11.18）

XK10.4486 39

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

化为有名值有：

IK1IK1SB3UB6.687510031103.5101KA 式（11.19）

则单相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh8.9339KA

IshIP12(Ksh1)23.51012.285.3003KA 式（11.20） ②K2点短路时 K20.5 K（（2）21） 零序网络图如下所示 图11.8 零序网络图 X2//X50.215 X2X8//X916.52 X8X8'16.52 X16X1X20.365X17 //X170.3620K2(0)X16Xk2K2(1)K2(2)K2(0)1.3620

单相短路电流

 IK2332.2026 式（11.21） XK31.3620化为有名值有：

40

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

IK2IK2SB3UB2.202610031111.5662KA 式（11.22）

则单相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh29.4384KA

IshIP12(Ksh1)211.56622.2817.4650KA 式（11.23） ③K3点短路时

K30.5 K（（2）31）零序网络图如下所示

图11.9 零序网络图

X8//X916.52 X8X1X20.365X18X18//X80.3571 X19X60.3571K3(0)X19Xk3K3(1)K3(2)K3(0)1.0871

单相短路电流

 IK3332.7596 式（11.24） XK31.0871化为有名值有：

41

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

IK3IK3SB3UB2.7596100338.54.1385KA 式（11.25）

则单相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh10.5333KA

IshIP12(Ksh1)24.13852.286.2491KA 式（11.26） ④ K4点短路时

K417.0290 K（（2）41） 零序网络图如下所示

图11.10 零序网络图

X2//X50.215 X8X8//X916.52 X2X1X20.365X20X200.365X21

//X80.3571K4(0)X21k4k4(1)k4(2)k4(0)34.4151

单相短路电流

 IK4330.0871 式（11.27） XK434.4151化为有名值有：

42

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

IK4IK4SB3UB0.087110030.4411.4386KA 式（11.28）

则单相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh29.1134KA

IshIP12(Ksh1)211.43862.2817.2722KA 式（11.29）

11.2.3 最小运行方式下三相短路电流值的计算 最小运行方式下的系统接线图和等值电路图 系统最小运行方式等值电路如图11.11所示 图11.11 最小运行方式下的系统接线图 系统最小运行方式接线图如图11.12所示： 图11.12最小运行方式下的等值电路图

① K1点短路电流计算

K1点短路时的短路电抗图如下：

短路等值电抗图如图11.13所示

43

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

图11.13 短路等值电抗图

当K1点短路时：

XK1X10.3

则有三相短路电流：

I1K1X13.3333 K10.3化为有名值有：

IK1IK1SN3U3.3333100N31101.7495KA 则三相短路全电流冲击值ish为： ish2IPKsh4.4530KA IshIP12(K2sh1)2.17KA ② K2点短路电流计算 K2点短路时的短路电抗图如下： 短路等值电抗图如图11.14所示

图11.14 短路等值电抗图

44

式（11.30）

式（11.31）

式（11.32） xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

当K2点短路时：

X20.43X0.27

7XK2X1X2X71.0000

则有三相短路电流：

IK31XK111.0000 2化为有名值有：

INK2IK2S3U11005.2488KA N311则三相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh13.3592KA

IshIP12(Ksh1)25.24882.287.9256KA ③ K3点短路电流计算 K3点短路时的短路电抗图如下： 短路等值电抗图如图11.15所示

图11.15 短路等值电抗图

当K3点短路时

45

式（11.33） 式(11.34) 式（11.35） xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

X2XT10.43X3XT30XK3X1X2X30.73

则有三相短路电流：

IK3111.3699 式（11.36）

XK30.73化为有名值有：

ISBK3IK33U2.03KA B则三相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh5.2288KA

IshIP12(Ksh1)22.032.283.1920KA ④ K4点短路时的短路电抗图如下： 短路等值电抗图如图11.16所示

图11.16 短路等值电抗图

当K4点短路时

46

式（11.37）

式(11.38) xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

X2XT10.43X7XT30.27XX9T433.0579

XK4X1X2X7X934.0579三相短路电流

 IK4110.0294 式（11.39） 34.0579XK4化为有名值有：

IK4IK4SB3UB0.029410030.443.8578KA 式（11.40）

则三相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh9.8190KA

IshIP12(Ksh1)23.85782.285.8253KA 式（11.41）

11.2.4 最小运行方式下单相接地短路电流的计算 ① K1点短路时 K（ K（12）0.3 11） 零序网络图如下所示

图11.17 零序网络图

X12X7X933.3279

47

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

X13X1233.3279X14X13X233.7579 k1(0)X14//X10.1841Xk1K1(1)K1(2)K1(0)0.7841

单相短路电流

 IK1333.8260 式（11.42） XK10.7841化为有名值有：

IK1IK1SB3UB3.826010031102.0082KA 式（11.43）

则单相短路全电流冲击值ish为：

ish2IPKsh5.1113KA

IshIP12(Ksh1)22.00822.283.0324KA 式（11.44） ② K2点短路时 K21 K（（2）21） 零序网络图如下 图11.18 零序网络图

48

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

X10.3X20.43X30X70.27X933.0579X15X1X20.73X16X150.73K2(0)X16//X90.7142

Xk2K2(1)K2(2)K2(0)2.7142

单相短路电流

 IK2331.1053 式(11.45）

XK22.7142化为有名值有：

IK1IK1SB3UB1.10531003115.8015KA 式(11.46)

则单相短路全电流冲击值ish为： ish2IPKsh14.7660KAIshIP12(Ksh1)25.80152.288.7602KA 式(11.47） ③K3点短路时 K31 K（（2）31） 零序网络图如下所示

49

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

图11.19 零序网络图 X17X9//X1X20.7142

K3(0)X17X30.7142

Xk3K3(1)K3(2)K3(0)2.1742 单相短路电流

IK33XK32.17421.3798 3化为有名值有： ISBK3IK33U1.3798100B338.52.0692KA则单相短路全电流冲击值ish为： ish2IPKsh5.2666KA IshIP12(Ksh1)22.06922.283.1244KA ④ K4点短路时

K（41）K4（2）.449 零序网络图如下所示

50

式（11.48） 式（11.49）

式（11.50） xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

图11.20 零序网络图

X18X1X20.73 X19X180.73

K4(0)X19X7X934.0579 k4k4(1)k4(2)k4(0)102.1737 单相短路电流

IK433XK0.0294 4102.1737化为有名值有： ISBK4IK43U0.0294100B30.443.8528KA则单相短路全电流冲击值ish为： ish2IPKsh9.8063KA IshIP12(Ksh1)23.85282.285.8177KA 短路电流计算结果见表11.1所示

51

式(11.51） 式(11.52）

式(11.53) xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 短路电流的计算

表11.1 短路电流计算结果

短 路 点 标幺值IK  三相短路电流 有名值电流冲击 值ish (KA) 冲击电流有效值Ish (KA) 3.1811 8.09 65 4.80 33 6.2039 15.8514 11.6355 2.17 3.1920 7.9256 5.8253 6.6875 2.7596 2.2026 0.0871 3.8260 1.3798 1.1053 0.0294 3.5101 4.1385 11.5662 11.4386 2.0082 2.0692 5.8015 3.8528 标幺值IK  单相短路电流 有名值 电流冲击值ish 冲击电流有效运 电行 压 方 等式 级 (KV) IKIK (KA) (KA) （KA） 值Ish (KA) 8.9339 10.5333 29.4384 29.1134 5.1113 5.2666 14.7660 9.8063 5.3003 6.2491 17.4650 17.2722 3.0324 3.1244 8.7602 5.8177 最 110 K 6.6661大 运 35 行 方 式 10 7 K2 2.7397 4.1010.45786 2 K3 2.0000 10.426.7176 5 0.4 K4 0.0587 7.7019.61256 1.7495 2.03 5.2288 3.8578 4 4.4530 5.2288 13.3592 9.8190 最 110 K 3.3331小 运 35 行 方 式 10 3 K2 1.3619 K3 1.0000 0.4 K4 0.0294 由表可见 :系统最大方式运行下单相短路电流值最大，此值作为电气设备校

验依据。

52

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 主要电气设备的选择与校验计算

12 主要电气设备的选择与校验计算

12.1 高压断路器的选择与校验计算

① 110KV母线侧及进线断路器的选择 （1）额定电压：UN110KV

（2）额定电流：IN>本变电站110KV侧长期最大持续工作电流Iwmax IwmaxS225000(140%)367.4155A 式（12.1） 3UN3110(考虑近期正常情况下只有两台主变同时运行，以及变压器事故过负荷的能力为40%) ⑶ 经查电气设备手册选择断路器的型号及参数见表12.1所示： 表12.1 高压断路器LW35-126/3150主要技术参数 型号 额定电额定电 最高电 额定短路开额定短路关额定短时耐受电流(KA)4S 40 流（A） 压（KV） 压（KV） 断电流（KA） 合电流（KA） LW35-126/3150 3150 110 126 40 100 （4）校验： 1）额定电压：UN110KVUNS 2）额定电流：IN3150AIWmax367.4115A 3）额定开断电流： 110KV母线单相稳态短路电流IK3.5101KA LW35-126/3150断路器的额定开断电流iNkd=40KA iNkdIK3.5101KA 符合要求。 4）额定关合电流：

110KV母线单相稳态短路冲击电流值ish8.9339KA

LW35-126/3150断路器的额定关合电流iNg1.82iNkd101.8080KA

iNgish8.9339KA

符合要求。 5）动稳定校验：

110KV母线单相稳态短路冲击电流值ish8.9935KA LW35-126/3150断路器的额定峰值耐受电流ids40KA

53

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 主要电气设备的选择与校验计算

idsish8.9939KA

符合动稳定性要求。 6）热稳定校验：

110KV母线单相稳态短路冲击电流有效值Ish5.3003KA 110KV母线单相稳态短路电流IK3.5101KA IshIK1.51，查曲线表得：4秒的tjx3.8s 则有：110KV母线短路热效应：

QkIk2tjx3.510123.846.8190(KA2S) 110KV断路器的4s热稳定电流：Ish40KA 则有： It2t402400(KA2S) It2tQk49.4287(KA2S) 符合热稳定性要求。

7）环境工作条件校验：

本变电站所选地址环境条件良好，年气温在-15℃～40℃，LW35-126/3150断路器允许使用的环境温度为-40℃～40℃，符合要求。

② 35KV母线侧及进出线断路器的选择 （1）额定电压：UN35KV （2）额定电流：IN>本变电站35KV侧长期最大持续工作电流Iwmax IwmaxS18260273.8370A 式（12.2） 3UN338.5(按35KV出线最大负荷考虑) （3）经查电气设备手册选择断路器的型号及参数见表12.2所示： 表12.2 高压断路器ZW38-40.5/2000主要技术参数 额定型号 电流额定电压最高电 额定短路开额定短路关额定短时耐受电流(KA)4S 压（KV） 断电流（KA） 合电流（KA） （A） （KV） ZW38-40.5/2000 2000 （4）校验：

35 40.5 31.5 80 80 1）额定电压：UN35KVUNS

2）额定电流：IN2000AIWmax273.8370A 3）额定开断电流：

35KV母线单相稳态短路电流IK11.5662KA ZW38-40.5/2000断路器的额定开断电流iNkd=31.5KA

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iNkdIK11.5662KA

符合要求。 4）额定关合电流：

35KV母线单相稳态短路冲击电流值ish29.4384KA

ZW38-40.5/2000断路器的额定关合电流iNg1.82iNkd80.3427KA

iNgish29.4384KA

符合要求。 5）动稳定校验：

35KV母线单相稳态短路冲击电流值ish29.4384KA ZW38-40.5/2000断路器的额定峰值耐受电流ids80KA

idsish29.4384KA

符合动稳定性要求。 6）热稳定校验：

35KV母线单相稳态短路冲击电流有效值Ish17.4650KA 35KV母线单相稳态短路电流IK11.5662KA

IshIK1.51，查曲线表得：4秒的tjx3.8s 则有：35KV母线短路热效应：

QkIk2tjx11.566223.8508.3525(KA2S) 35KV断路器的4s热稳定电流：Ish80KA 则有： It2t802425600(KA2S)

It2tQk74.2921(KA2S)

符合热稳定性要求。 7）环境工作条件校验： 本变电站所选地址环境条件良好，年气温在-30℃～40℃，ZW38-40.5/2000断路器允许使用的环境温度为-30℃～40℃，空气污秽等级Ⅳ，符合要求。

12.2 高压隔离开关的选择与校验计算

① 110KV母线侧及进出线隔离开关的选择 （1）额定电压：UN110KV

（2）额定电流：IN>本变电站110KV侧长期最大持续工作电流Iwmax

IwmaxS225000(140%)367.4155A 式(12.3) 3UN3110(考虑近期正常情况下只有两台主变同时运行，变压器事故过负荷的能力为

55

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40%)

（3）经查电气设备手册选择隔离开关的型号及参数见表12.3

表12.3 隔离开关 GW4-126/2000的主要技术参数

型号 额定电压 （KV） GW4-126/2000 110 额定电流 （A） 2000 最高电压 （KV） 126 4秒热稳定电流（KA） 40 动稳定电流（KA） 100 （4）校验：

1）额定电压：UN110KVUNS

2）额定电流：IN3150AIWmax367.4115A 3）动稳定校验：

110KV母线单相稳态短路冲击电流值ish8.9339KA GW4-126/2000隔离开关额定峰值耐受电流ids100KA idsish8.9339KA

符合动稳定性要求。 4）热稳定校验：

110KV母线单相稳态短路冲击电流有效值Ish5.3003KA 110KV母线单相稳态短路电流IK3.5101KA

IshIK1.51，查曲线表得：4秒的tjx3.8s 则有：110KV母线短路热效应： QkIk2tjx3.510123.846.8190(KA2S) 110KV隔离开关的4s热稳定电流：Ish40KA 则有： It2t402400(KA2S) It2tQk46.8190(KA2S) 符合热稳定性要求。 5）环境工作条件校验： 本变电站所选地址环境条件良好，年气温在-15℃～40℃，GW4-126/2000隔离开关允许使用的环境温度为-40℃～40℃，符合要求。

② 35KV母线侧及进出线隔离开关的选择 （1）额定电压：UN35KV

（2）额定电流：IN>本变电站35KV侧长期最大持续工作电流Iwmax

IwmaxS18260273.8370A 式（12.4） 3UN338.5(按35KV出线最大负荷考虑)

56

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（3）经查电气设备手册选择隔离开关的型号及参数如表12.4所示

表12.4 隔离开关GW4-40.5/1250主要技术参数

型号 额定电压 （KV） GW4-40.5/1250 35 额定电流 （A） 1250 最高电压 （KV） 40.5 4秒热稳定电流（KA） 31.5 动稳定电流（KA） 80 （4）校验：

1）额定电压：UN40.5KVUNS

2）额定电流：IN1250AIWmax273.8730A 3）动稳定校验：

35KV母线单相稳态短路冲击电流值ish29.4384KA GW4-40.5/1250隔离开关的额定峰值耐受电流ids80KA

idsish29.4384KA

符合动稳定性要求。 4）热稳定校验：

35KV母线单相稳态短路冲击电流有效值Ish17.4650KA 35KV母线单相稳态短路电流IK11.5662KA

IshIK1.51，查曲线表得：4秒的tjx3.8s 则有：35KV母线短路热效应： QkIk2tjx11.566223.8508.3525(KA2S) 35KV隔离开关的4s热稳定电流：Ish31.5KA 则有： It2t31.5243969(KA2S) It2tQk74.2921(KA2S) 符合热稳定性要求。 5）环境工作条件校验： 本变电站所选地址环境条件良好，年气温在-30℃～40℃，GW4-40.5/1250隔离开关允许使用的环境温度为-30℃～40℃，空气污秽等级Ⅳ，符合要求。

12.3 电流互感器的选择与校验计算

①主变110KV侧电流互感器的选择 （1）额定电压： UN110KV

I(2）额定电流：I1ewmax

110% 57

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Iwmax367.4155A

I1eIwmax334.0140A 110%(3）预选LCWD-110型电流互感器参数见表12.5所示：

表12.5 LCWD-110型电流互感器主要技术参数

技术参数 型号 LCWD-110 额定电流比 2×300-1500/5 级次组合 D1/D2/0.5 动稳定倍数Kd 135 1S热稳定倍数Kt 75 (4）校验： 1) 热稳定校验： 110KV母线单相稳态短路冲击电流有效值Ish5..3003KA 110KV母线单相稳态短路电流IK3.5101KA IshIK1.51，查曲线表得：1秒的tjx1.18s 则有：110KV母线短路热效应： QkIk2tjx3.510121.1823.1631(KA2S) LCWD-110型电流互感器的额定电流Ie280A LCWD-110型电流互感器1s热稳定倍数kt75

2t(0.2875)2121(KA2S) 则有：(IeKt）IeKt2tIk2tjx 符合热稳定性要求。 2) 动稳定校验： 110KV母线单相稳态短路冲击电流值ish8.9339KA LCWD-110型电流互感器的额定电流Ie280A LCWD-110型电流互感器的动稳定倍数Kd135

'ies2IeKd20.2813553.4492KA

iesish

符合动稳定性要求。

通过以上校验可知，所选LCWD-110型电流互感器完全符合要求。 ②主变35KV电流互感器的选择 (1）额定电压：UN35KV (2）额定电流 :I1eIwmax 110% Iwmax273.8370A

58

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I1eIwmax248.9427A 110%(3）预选LRGB-35型电流互感器参数见下表12.6所示：

表12.6 LRGB-35型电流互感器主要技术参数

技术参数 型号 额定电流比 LRGB-35 2500/5 级次组合 0.2/0.5/0.5 动稳定倍数Kd 141 1S热稳定倍数Kt 65 (4）校验： 1) 热稳定校验：

35KV母线单相稳态短路冲击电流有效值Ish17.4650KA 35KV母线单相稳态短路电流IK11.5662KA

IshIK1.51，查曲线表得：1秒的tjx1.18s 则有：35KV母线短路热效应：

QkIk2tjx11.566221.18157.8568(KA2S) LRGB-35型电流互感器的额定电流Ie1.5KA LRGB-35型电流互感器1s热稳定倍数kt65

2t(1.565)219506.25(KA2S) 则有：(IeKt）IeKt2tIk2tjx 符合热稳定性要求。 2) 动稳定校验： 35KV母线单相稳态短路冲击电流值ish29.4384KA LRGB-35型电流互感器的额定电流Ie0.28KA

LRGB-35型电流互感器的动稳定倍数Kd=135 ies2IeKd20.2813553.4573KA

iesish

符合动稳定性要求。

通过以上校验可知，所选LRGB-35型电流互感器完全符合要求。

12.4电压互感器的选择与校验计算

① 110kV侧电压互感器的选择如表12.7

59

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 主要电气设备的选择与校验计算

表12.7 JCC2—110电压互感器的技术参数

型号 JCC2—110 类型 户外 电压额定比 0.2级 110000:3/100:3/100 150VA 额定容量 0.5级 150VA 3级 100VA ② 35kV侧电压互感器的选择如表12.8

表12.8 JDJ—35电压互感器的技术参数

型号 JDJ—35 类型 户外 电压额定比 0.2级 35000:3/100:3/100:3 150VA 额定容量 0.5级 125VA 3级 600VA 12.5 KYN28A-12金属铠装中置式开关柜 主要电气设备：ZN22-10型断路器 GN22-12型隔离开关 LB-10型电流互感器 JDZ-10型电压互感器 Y5WZ-12.7型避雷器 有关电气设备选择与校验： ① 10KV母线侧及进出线断路器的选择 （1）额定电压：UN10KV （2）额定电流：IN>本变电站10KV侧长期最大持续工作电流Iwmax

IwmaxS8159.5428.2752A 式（12.5） 3UN311(按10KV出线最大负荷考虑) （3）经查电气设备手册选择断路器的型号及参数见表12.9所示：

表12.3 高压断路器ZN22-10/2000主要技术参数 额定电型号 流（A） 压（KV） 压（KV） 断电流（KA） 合电流（KA） ZN22-10/2000 2000 10 12 40 100 电流(KA)4S 40 额定电最高电 额定短路开额定短路关额定短时耐受⑷ 校验：

1）额定电压：UN10KVUNS

2）额定电流：IN2000AIwmax428.2572A

60

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 主要电气设备的选择与校验计算

3）额定开断电流：

10KV母线单相稳态短路电流IK4.1385KA ZN22-10/2000断路器的额定开断电流iNkd=40.5KA

iNkdIK4.1385KA

符合要求。 4）额定关合电流：

10KV母线单相稳态短路冲击电流值ish10.5333KA

ZN22-10/2000断路器的额定关合电流iNg1.82iNkd103.0806KA

iNgish10.5333KA

符合要求。 5）动稳定校验：

10KV母线单相稳态短路冲击电流值ish10.5333KA ZN22-10/2000断路器的额定峰值耐受电流ids40KA idsish10.5333KA

符合动稳定性要求。 6）热稳定校验：

10KV母线单相稳态短路冲击电流有效值Ish6.2491KA 10KV母线单相稳态短路电流IK4.1385KA

IshIK1.51，查曲线表得：4秒的tjx3.8s 则有：10KV母线短路热效应： QkIk2tjx4.138523.865.0833(KA2S) 10KV断路器的4s热稳定电流：Ish40KA 则有： It2t40241600(KA2S) It2tQk35.45(KA2S) 符合热稳定性要求。 7）环境工作条件校验： 本变电站所选地址环境条件良好，年气温在-30℃～40℃，ZN22-10/2000断路器允许使用的环境温度为-30℃～40℃，空气污秽等级Ⅲ，符合要求。

② 10KV母线侧及进出线隔离开关的选择 （1）额定电压：UN10KV

（2）额定电流：IN>本变电站10KV侧长期最大持续工作电流Iwmax

IwmaxS8159.5428.2752A 式（12.6） 3UN311 61

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(按10KV出线最大负荷考虑)

（3）经查电气设备手册选择隔离开关的型号及参数如表12.10所示

表12.10隔离开关GN22-12/2000的型号及参数

型号 额定电压 （KV） GN22-12/2000 10 额定电流 （A） 2000 最高电压 （KV） 12 4秒热稳定电流（KA） 40 动稳定电流（KA） 100 （4）校验：

1）额定电压：UN10KVUNS

2）额定电流：IN2000AIWmax428.2572A 3）动稳定校验：

10KV母线单相稳态短路冲击电流值ish7.7951KA GN22-12/2000隔离开关的动稳定电流ids100KA idsish7.7951KA

符合动稳定性要求。 5）热稳定校验：

10KV母线单相稳态短路冲击电流有效值Ish6.2491KA 10KV母线单相稳态短路电流IK4.1385KA

IshIK1.51，查曲线表得：4秒的tjx3.8s 则有10KV母线短路热效应： QkIk2tjx4.138523.865.0833(KA2S) 10KV隔离开关的4s热稳定电流：Ish40KA 则有： It2t402400(KA2S) It2tQk35.45(KA2S) 符合热稳定性要求。 6）环境工作条件校验： 本变电站所选地址环境条件良好，年气温在-30℃～40℃，GN22-12/2000隔离开关允许使用的环境温度为-30℃～40℃，空气污秽等级Ⅲ，符合要求。

③主变10KV侧电流互感器的选择

(1）额定电压： UN10KV (2）额定电流：I1eIwmax 110% Iwmax428.2752A

62

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I1eIwmax3.3411A 110%(3）预选LB-10型电流互感器参数见表12.11所示：

表12.11 LB-10型电流互感器主要技术参数

技术参数 型号 额定电流比 LB-10 5～1200/5 级次组合 0.5/10P 动稳定倍数Kd 225 1S热稳定倍数Kt 90 (4）校验： 1) 热稳定校验：

10KV母线单相稳态短路冲击电流有效值Ish6.2491KA 10KV母线单相稳态短路电流IK4.1385KA

IshIK1.51，查曲线表得：1秒的tjx1.18s 则有：10KV母线短路热效应：

QkIk2tjx3.062721.1811.0685(KA2S) LB-10型电流互感器的额定电流Ie1KA LB-10型电流互感器1s热稳定倍数kt90 则有： (IeKt)2t(190)218100KA IeKt2tIk2tjx 符合热稳定性要求。 2) 动稳定校验： 10KV母线单相稳态短路冲击电流值ish10.5333KA LB-10型电流互感器的额定电流Ie1KA LB-10型电流互感器的动稳定倍数Kd225

'ies2IeKd21225318.17KA

iesish

符合动稳定性要求。

63

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 主要电气设备的选择与校验计算

④ 10kV侧电压互感器选择如表12.12

表12.12 JDZ—10电压互感器的技术参数

型号 JDZ—10 类型 户内 电压额定比 10000:3/100 /100:3 0.2级 120VA 额定容量 0.5级 200VA 3级 480VA 12.6母线的选择与校验计算

①110KV母线选择(软母线) （1）按经济电流密度选择导线载面S

年最大负荷利用小时数为3000 h—5000 h时，经济电流密度jec=1.15 A/mm2

SIwmax367.4155319.4917(mm2) 式（12.7） jec1.15所以预选LGJ--400型软母线 ②校验： 1）载流量校验：

此铝绞线在70℃时长期允许载流量为840AIwmax367.4155A 2）热稳定校验：

0p02Iwmax2IAL367.41552 式（12.8）

32(7032)840240.5查表(见附录A) C=99 S选Smin SminQK0.87C

46.819079.4432(mm2) 式（12.9）

0.8799S选Smin满足热稳定要求

通过以上校验 LGJ--400符合要求。 ② 35kV侧母线选择(软母线)

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 主要电气设备的选择与校验计算

(1）按经济电流密度选择导线载面S

年最大负荷利用小时数为3000 h—5000 h时，经济电流密度 SIwmax367.4155319.4917(mm2) 式（12.10） jec1.15所以预选LGJ--300型软母线 （2）校验： 1） 载流量校验：

此铝绞线70℃时长期允许载流量为765AIwmax273.8370A 2）热稳定校验：

0p02Iwmax2IAL 32(7032)273.8370 式（12.11）

7652372查表(见附录A) C=99

S选Smin SminQK0.87C

508.3525261.7749(mm2) 式（12.12）

0.8799S选Smin满足热稳定要求

通过以上校验 LGJ--400型软母线符合要求。 ③ 10kV侧母线选择（硬母线） （1）按经济电流密度选择导线载面S 查图表（见附录A）年最大负荷利用小时数为3000 h—5000 h时，经济电流密度

jec=1.15 A/mm2

SIWmax428.2572372.4232(mm2) 式(12.13) jec1.15所以预选LGJ--400型硬母线 （2）校验： 1）载流量校验：

此铝绞线在70℃时长期允许载流量为840AIwmax372.4232A 2）热稳定校验：

65

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 主要电气设备的选择与校验计算

0p02Iwmax2IAL 32(7032)372.4232 式(12.14）

2840239.5查表(见附录A) C=99

S选Smin

SQK0833min0.87C65.0.879993.6656mm2)

S选Smin

满足热稳定要求

通过以上校验 LGJ--400符合要求。

66

式(12.15)

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 参考文献

参考文献

[1]孙方汉主编.变电所常用规程及电气技术规范[M].辽宁科学技术出版社，1996.1.20

[2]舒廉甫主编.变电站过电压保护及接地设计[M].中国电力出版社， 2009.4 [3]中国电机工程学会.常用供用电电气标准指南[M].北京：中国水利水电出版社，2004

[4]孙宝成等.配电技术手册（10～35KV部分）.北京：中国电力出版社，2005 [5] P.M. Anderson. Analysis of Faulted Power Systems.Iowa State University Press,1973

[6]刘增长主编.电气工程CAD. 中国水利水电出版社，2004 Wiley&Sons,1982

[8]刘宝贵等.发电厂变电所电气部分.中国电力出版社[M]，2008.6 [9]吴广宁主编.高电压技术.机械出版社[M]，2004

[10]陈光琦主编.电力系统分析.中国电力出版社[M]，2006.4 [11]徐珉等主编.发电厂电气主系统.机械工业出版社，2006.6 [12]舒飞.AutoCAD2006电气设计.北京，机械工业出版社，2003 [13]雍静.供配电系统.北京，机械工业出版社[M]，2003

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[7]T.J.E.Miller.Reactive Power Control in Electric Sistems. New York:John 67

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 致谢

致谢

经过两个多月的努力，我终于完成了110KV变电站电气部分的设计任务。 本次设计过程中，我上网搜索和查阅了大量关于变电站设计的相关资料，并且复习了以往所学的教材。另外，老师并且在繁忙的工作中抽出大量时间深入教室，不厌其烦得为大家解决设计中遇到的疑难。同时，同学们也在资料和工具方面鼎力相助，并且提出许多宝贵的意见。本次设计终于如期完成。根据设计要求，主要完成了负荷分析与计算、主变压器及站用变压器的选择、主接线及站用电接线的设计、短路电流计算及电气主要设备选型、电气装置选择、主变压器保护及防雷保护等任务。

在此论文的写作过程中，我参考和借鉴了许多教材和资料中的论述，也充分采纳了老师和同学们的建议，多次修改，但由于是初次设计，尚无法纵观全局加上时间和精力有限以至不能很好的领会老师的教诲和同学的建议，所以设计及论述过程中难免出现错误和不妥之处。敬请各位老师和同学批评指正。再次感谢老师在本次论文中的帮助和指导。

谢谢！

68

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 附录

附录

附录A

表A1不同工作环境下裸导体的C值

工作温度（C） 硬铝及铝锰合金 硬铜 。40 99 186 45 97 183 50 95 55 91 60 65 87 70 85 75 83 80 82 85 81 90 80 181 176 174 171 169 166 166 1 161 Tmax/h J/Amm-2 图A1 经济电流密度

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GW4-40.5ZW38-40.5附录B

S1JDJ-35S2LCWD-110Y5W-42GW4-40.5GW4-126LCWD-110LW35-126LCWD-110GW4-126110KVII段母线GW4-126LCWD-110LW35-126刘工线GW4-40.5ZW38-40.5JDJ-35GW4-40.5LRGB-35GW4-40.5ZW38-40.5GW4-40.5GW4-126LCWD-110LW35-126GW4-126GW4-126LCWD-110LW35-126GW4-126JDJ-35GGW4-40.5LCWD-110ZW38-40.5LCWD-110GW4-126HY5W-73YYGW4-40.5HY5W-73YYLRGB-35GN22-12LB-10ZN22-10GW4-40.5ZW38-40.5GN22-12ZN22-10GN22-12LRGB-35 1号主变LB-10GN22-12GN22-1210KVII段母线GN22-12ZN22-10LB-10JSJW-10JDZ-10JSJW-10GN22-12BAM10-120郑工线其他郊东线环城线东大街线城东线外接电源35kV母线I段SGW4-40.5ZW38-40.5JDJ-35 1号站用变电站2号站用变电站说明： 1、T1、T2为主变压器，当一台主变停运时，另一台能保证全部负荷的70% 2、两台所用变分别接于10kV母线的Ⅰ段和Ⅱ段，互为暗备用，平时半载运行， 当一台故障时，另一台能够承但变电站的全部负荷 ,在一期工程施工中所 用的变压器为2号站用变（外接电源）。 3、110KV、35KV、10KV母线接线方式均为单母线分段联络形式图 号设计人指导老师A1翟雪标王广制图日期2012年5月19日设计名称GW4-40.5110kv变电站主接线图LB-35-600xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 附录

图B1 电气主接线图 GW4-40.5GN22-12LB-10ZN22-102号主变35KV出线Y5W-4210kV出线JDZ-10刘丁线GN22-12 70

GN22-12ZN22-10LB-1010kVI段母线JDJ-35刘王线

110kV进线Y10W5-110WY10W5-110W35kV母线II段GW4-126110kVI段母线GW4-126LCWD-110LW35-126

出进线线道路图

1011进线

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 附录

图B2 35KV屋外普通中型平面图、断面图

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9出线87536道路24300020002500350035008000 250025002500200060006000)名称设计人指导老师日 期屋外普通中型单母线分段接线图翟雪标王 广年月日 （图35屋外普通中型单母线分段进出线间隔断面图（单位：1、2-断路器 3、4-电流互感器 5、6、12、13-隔离开关 7-避雷器 8-电容器 9-母线 10、11-绝缘子 平面图 图断面图

xxxxxxxx学院本科毕业设计（论文） 附录

2812的断面图名称断面图翟雪标王广年月日设计人指导老师日 期主母线 2-电流互感器 3-接地开关 4-避雷器5-接地开关操纵机构 6-断路器手车 -母线室-断路器手车室 电缆室 -继电气仪表室 图B3 KYN28A-12的断面图 72