毕业设计（论文）-三胡35KV变电所设计

I 摘摘 要要 近年来，随着各中小城市、乡镇、个体企业的迅速发展，用电负荷不断增加， 完善供电网络，建设供电半径小、投资少的小型化变电所已势在必行。此类用电存 在着负荷发展迅速，负荷分散，负荷变化大的特点。因而变电站应加快建设步伐， 缩短建设周期，多布点、小型化。根据这一思想，设计一个 35KV 的小型化变电所。 设计的目的是为了适应农村用电，满足农村经济发展的需要。 设计的依据是以三胡 35KV 变电所为背景资料，根据实地调查并预测未来几年 的负荷变化，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 35kV，10kV 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，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，母线，电压互感器，电流互感器进行了选型，而且对电气平面布置以及变电所 的各种保护也作了详细的分析，提出了较为优化的设计和建设方案，从而完成了 35kV 电气一、二次部分的设计。 关键词关键词： 变电所, 小型化, 设计 II AbstractAbstract In recent years, with the rapid development of all small and medium- sized cities , villages and towns , micro-business, power consuming load is increasing constantly, perfect the network of supplying power, it has already imperative to build the miniaturization transformer substation small in radius of electricity supplying, with little investment. This kind of has load to develop rapidly with electricity, load is scattered, load changes great characteristic. Therefore the transformer substation should quicken the steps of found, shorten construction period, miniaturization. According to this mindDesign the miniaturization transformer substation of one 35KV. The purpose to design is to use the electricity for adapting to the countryside and meet demands of rural economy development. Basis that design to take 35KV transformer substations of Sanhu as the materials , change according to field investigation and load that predict the following several years , And through an analysis of load materials, safe, the economy and dependability are considered, confirm 35 KV, to wire mainly 10 KV, calculate and supply power range not to confirm main voltage transformer platform count through load, capacity and type , the result of calculation of calculating that and short out according to the largest lasting job electric current, to the high- pressure circuit breaker, isolate the switch, the bus bar , voltage mutual inductor, the mutual inductor of electric current has carried on the selecting type, and fixed up to the electric level and various kinds of protection of the transformer substation have made of detailed analysis, have put forward the design that is comparatively optimized and built the scheme, thus finished the design of 35kV electric part one , two times. KeyKey words:words: The transformer substation, miniaturization, design III 目录目录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 1 1 变电所所址选择变电所所址选择 1 1 1.1 规划选所 .1 1.2 工程选所.1 1.3 变电所的所址选择一般要求 .1 2 2 电气主接线设计电气主接线设计 3 3 2.1 电气主接线的概念及基本要求 .3 2.2 主接线的设计原理.3 2.3 主接线的形式.3 2.3.1 单母线接线 4 2.3.2 双母线接线 5 2.3.3 桥形接线 6 2.3.4 多角形接线 .7 3 3 短路计算短路计算 9 9 3.1 短路的种类.9 3.2 短路的原因及后果.9 3.2.1 短路的原因： .9 3.2.2 短路的后果： 9 3.3 短路计算的目的.9 3.4 变电所短路的计算 .9 3.5 短路电流计算在继电保护的应用10 4 4 主设备选型主设备选型 1313 4.1 主变压器的选择13 4.2 隔离开关的选择13 4.3 高压断路器选择13 4.4 电流互感器选择14 4.5 电压互感器选择14 4.6 母线的选择14 5 5 配电装置配电装置 1616 5.1 配电装置的安全净距16 52 配电装置的形式.16 5.2.1 屋外配电装置 16 5.2.2 屋内配电装置 16 6 6 过电压与防雷设计过电压与防雷设计 1818 IV 6.1 过电压的产生和分类.18 6.2 变电所的防雷设计原则 19 6.3 变电所主要防雷设备 19 6.4 变电所的防雷设计 19 6.4.1 35KV 进线段的防雷设计.19 6.4.2 变电所防雷设计 19 6.4.3 35kV 和 10kV 母线以及主变压器防雷设备的选择 .20 7 7 接地网设计接地网设计 2121 7.1 接地网的一般要求和接地范围 21 7.1.1 要求主要有以下几点： 21 7.1.2 接地范围 21 7.2 接地电阻22 7.3 接地短路电流的计算值 22 7.4 接地网的布置 22 7.5 避雷针和避雷器的接地 23 7.6 接地装置的计算 23 8 8 继电保护设计继电保护设计 2424 8.1 继电保护的基本概念24 8.1.1 供电系统的几种运行状况 .24 8.1.2 供电系统继电保护装置的任务 .24 8.2 继电保护的基本原理24 8.3 对继电保护装置的基本要求25 8.4 主变压器与 10 线路的继电保护.26 9 9 所用电所用电 2929 结束语结束语 3030 致致 谢谢 3131 参考参考文文献献 3232 附录附录 3434 1 1 1 变电所所址选择变电所所址选择 在新建的送变电工程中，变电所的所址选择是工程建设前期工作一个关键性的 环节，对整个工程建设的投资费用和投产后的运行安全可靠性及生产的综合经济效 益，起重要作用。结合特殊的地理、地形条件，把所址选定、选好，是绘就电网发 展规划蓝图的基础。只有科学地选择所址和线路路径，才能使未来的电力网络安全、 经济和可靠地服务于本区域经济建设。同时，满足供电生产部门科学管理电网的需 求。因此，如何选择好变电所的所址是一个值得探讨问题。 变电所的所址选择工作可分为两个阶段即规划选所和工程选所。 1 1.11.1 规划选所规划选所 电力系统规划设计应在国家产业和能源政策指导下，在国民经济综合平衡的基 础上进行的,指出了电力系统具体发展方案及电源和电网建设的主要技术原则。规 划选址一般在编制电力网发展规划时进行，先对规划电网可能布置变电所的点进行 预先选择，然后利用充分的技术资料进行综合经济比较，从而规划出新建变电所的 地点或范围。但是由于是规划性的工作，随着电网实际负荷的变化而相应发生变化 1.21.2 工程选所工程选所 在工程项目建设得到批准后，设计进入可行性研究阶段，而进行的所址定点， 称为工程选所。工程选所根据电力系统规划设计中所确定的地点或范围进行。 工程选所应结合一定的变电所模式及基本平面布置。工程技术人员应充分考虑 规划时期的设备发展方向和变电所建设模式基本选定电气布置方案，然后据此进行 选址。同时，应考虑一定的发展余地，考虑扩建的可能性。 1.31.3 变电所的所址选择一般要求变电所的所址选择一般要求 （1）所址靠近供电区域负荷中心 通常先对变电所的供电对象，负荷分布情况以及近期和远期在电力系统中的地位作 用，作出综合分析，选择比较接近负荷中心的位置作为所址，以便减少工程建设投 资及电网损耗。 （2）使地区电源分布合理 应充分考虑变电所所在地区原有电源、新建电源及规划建设电源使电源布局分 散，既可达到安全可靠供电的目的，又可减少二次网的投资和电网损耗。 （3）高低各侧进出线方便 统筹安排好变电所各级电压出线的走廊。不仅要使进出线方便，而且要使送电 线路交叉、跨越少,转角少。根据发展规划预留扩建位置。高压架空进出线路走廊 的位置应同时确定。 （4）交通运输方便 2 不仅要考虑变电所施工时设备材料及变压器等大型设备的运输，还要考虑长期 运行、检修的交通运输方便。一般情况下所址要靠近公路。公路引进路程要短，以 便减少投资。 （5）其他要求 应贯彻节约用地的精神，不占或少占耕地及经济效益高的土地。总体占地面积 应根据最终规模确定。结合具体工程条件，采用中型屋外布置；应合理选择、充分 利用地形，尽量减少挖填土方量。同时，应注意防洪，并满足泄洪要求， 35kV 变 电所的标高宜在 50 年一遇的水位上；否则应设防护设施；踏勘所址的山洪及地质 条件，不应受山洪冲刷，应避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞等不利的地质地带；变 电所应具有可靠的水源、排水应方便，施工临时用水、用电应能方便引入；周围环 境应无明显污秽，如空气污秽时，变电所所址应选在受污染影响最小处，如有污染 源，应在污染源的上风侧；应兼顾供电区负荷中心和行政中心，并考虑将来运行、 检修及管理人员的生活方便和生产生活水源。 总之，变电所所址选择是一项复杂而繁锁的工作，不仅要综合考虑地区的经济 发展和电网规划，还要对周围的环境进行分析研究，从而得出一个比较切合实际的 最佳方案。只有选出较为满意的所址，才能很好的服务于规划，设计，建设和生产 运行管理。本设计就是根据上面的条件，来选择变电所的所在地址的。 3 2 2 电气主接线设计电气主接线设计 2.12.1 电气主接线的概念及基本要求电气主接线的概念及基本要求 在变电所中变压器、母线、隔离开关、断路器以及线路等相互之间的连接，必 须满足一定的要求，以保证电能的变换与输送。它们的连接对供电的可靠性、运行 灵活、检修方便以及经济合理起着决定性的作用。所谓主接线就是指上述高压电器 的通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的通道，成为强电流、高电压的 网络。 主接线是变电所电气部分的主体，对变电所的建设投资，安全经济分析运行有 着重大的影响，直接关系变电所的技术经济指标，由于主接线重要，在设计过程中 与诸多因素有关，要正确、合理的设计主接线就必须综合处理各方面的因素，并经 过深入的经济，技术 比较最终确定。 3 , 2 对主接线的要求： （1）可靠性； （2）灵活性、方便性、适应性； （3）经济性（投资省，占地面积小，年运行费用少） ； （4）标准化； 2.22.2 主接线的设计原理主接线的设计原理 主接线是决定变电所性质特点和技术性质的主要因素。因此对主接线的理解不 能只局限于它是若干电气设备的连接线能够成的电能回路，而应考虑主接线型式的 同时，还要确定设备和装置的参数型式和数量，而且首先要确定主变压器、断路器 等设备的参数型式和数量然后在确定相关的保护，控制及变电所的内部运行管理等 问题。主接线不仅决定着基建投资、年运行费用和计算费用的多少而且还决定着它 们在多年连接运行中的运行性能。甚至将对整个网络的可靠性和稳定性产生影响， 4 因此在合理的选择变电所的电气主接线是整个电网和地区网络设计中最重要的工作。 2.32.3 主接线的形式主接线的形式 主接线是以电源和引出线为基本环节，以母线为中间环节，构成电能通道。其 基本形式有两种，一是有汇流母线；二是无汇流母线。有汇流母线的主接线，由于 汇流排的存在能起到汇流和分配电能的作用，故可以在进出线数目使得整个主接线 以母线为分界，分为进线部分和出现部分，接线简单明了，运行方便，也较便于发 展与扩展，同时还可以在一定程度上提高运行的可靠性。该类主接线形式主要有： 单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁路母线以及旁路隔离开关等接 线。无汇流母线的主接线省去了母线这一环节使得整个配电装置占地较省，但不易 4 发展与扩建。其主要形式有：桥形接线、发电机变压器单元接线、变压器线路 单元接线、扩大单元接线、多边形接线。 2.3.12.3.1 单母线接线单母线接线 单母线接线分单母接线和单母分段接线。单母线接线的特点是电源和供电线路 连在同意母线上,其典型图如图 2.1 所示。 图 2.1 单母线接线 为了便于投入和切除任何一条进出引线，在每条引线都装有可以切除负荷电 流和故障电流的断路器。单母线接线的主要优点：接线简单、清晰、采用设备少， 投资省，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。其缺点是不够灵活可靠，当母 线或母线隔离开关发生故障检修时，均需断开电源造成整个所停电。 单母线分段接线保留了单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，又在 一定程度上克服了它的缺点，因此被广泛应用，其典型图如图 2.2 所示 。当母线 的中间装设一个断路器 QF 后，即把母线分为两段，这样对重要用户可以分别接于 两段母线上的两条线路供电，当任一段母线故障时能保证重要用户不停电，另外， 对两段母线可以分别进行检修而不致用户停电。 5 图 2.2 单母线分段接线 2.3.22.3.2 双母线接线双母线接线 双母线接线有两组母线，两组母线之间用母线联络断路器连接起来，每一个回 路都通过一只断路器和两只隔离开关接到两组母线上，其典型图如图 2.3 所示。当 母线断路器断开时，母线一组带电，另一组母线不带电，带电的称为工作母线不带 点的称为备用母线，正常工作时接至工作母线上的隔离开关接通接到备用母线上隔 离开关断开。 双母线接线有如下特点： （1） 正常检修时，不会中断对用户的供电； （2）当修理任一回路的母线隔离开关时，只需断开该回路； （3） 工作母线故障时，可用备用母线，使迅速恢复供电； （4） 可用母联断路器代替任一回路需要检修的断路器，只需短时停电； （5） 在个别回路需要单独实验时，可将该回路分出来，接至备用母线上。 6 图 2.3 双母线接线 双母线接线的主要优点是可以在不影响供电的情况下对母线系统进行检修。但 是双母线仍存在一些缺点： （1）接线较复杂； （2）当工作母线故障时，在切换母线过程中仍要短时停电。 2.3.32.3.3 桥形接线桥形接线 桥形接线分为内桥接线和外桥接线。桥形接线的主要优点是，高压断路器数量 少，四个回路只需要三台断路器。 内桥接线是将两台断路器接在线路上，其典型图如图 2.4 所示,因此线路的断 开和投入是比较方便的。当线路发生故障时仅断开该线路的断路器，而另一回线路 和两台变压器仍可继续工作。但是，当一台变压器故障时，将断开与变压器相连的 两个断路器，使一回路退出工作。因此，这种接线使用于较小容量的变电所，并且 变压器不经常切换或线路较长故障率较高的情况。 外桥接线也只适用于较小容量的变电所，其典型图如图 2.5 所示,并且变压器 的切换较频繁或线路较短，故障率较低的情况。此外，当线路有穿越功率时，也宜 采用外桥形接线。 总起来说，桥形接线的可靠性不是很高，有时也需要用隔离开关作为操作电器， 7 但由于使用电器少、布置简单、造价低，而被广泛应用。 图 2.4 内桥接线 图 2.5 外桥接线 2.3.42.3.4 多角形接线多角形接线 多角形接线是将个断路器互相连接构成闭合的环形。多角形接线按角的多少分 三角形接线和四角形接线等,其典型图分别如图 2.6 和图 2.7 所示。 图 2.6 三角形接线 图 2.7 四角形接线 8 这种接线方式所用断路器数目等于回路数。它的优点是投资少，可靠性、灵活 性高，占地面积小。其缺点是任一台断路器检修时都需要开环运行，每一进出线回 路都连接着两台断路器，每一台断路器又连接两条回路，因此给 电路选择带来困 难，并使继电保护整定复杂化，而且不易扩建。 综上对几种主接线优缺点的分析比较，在本 35KV 变电所的设计中，从经济合 理、安全、可靠、检修方便等方面考虑，35KV 母线采用单母线接线，10KV 母线采 用单母线分段接线。其主接线图参见附录 1。 9 3 3 短路计算短路计算 3.13.1 短路的种类短路的种类 短路的种类可分为：三相短路，两相短路，单相接地短路，两相不同接地点短 路，几种短路类型中，只有三相短路是对称短路，其余的都是不对称短路。 5 3.23.2 短路的原因及后果短路的原因及后果 3.2.13.2.1 短路的原因：短路的原因： （1）电气设备及载流导体因绝缘老化或遭受机械损伤或因雷击过电压引起绝缘损 坏； （2）架空线路因大风或导体覆冰引起电杆倒塌或因鸟兽跨接裸露导体； （3）电气设备因设计，安装及维护不良所致的设备缺陷引发的短路； （4）运行人员违反安全操作规程而误操作。 3.2.23.2.2 短路的后果：短路的后果： （1）设备遭到破坏，在短路处常常发生电弧烧毁电器设备； （2）电压严重降低，对用户生产生活影响极大； （3）电力系统稳定遭到破坏； （4）不对称短路所产生的零序电流，会严重影响通信线路工作，并且损坏设备及 造成人身安全。 3.33.3 短路计算的目的短路计算的目的 短路电流计算的目的，就在于通过计算掌握短路电流的大小和变化规律，选取 适当的电气设备、配置合理的继电保护装置，以使在短路发生时使损失降低到最小 范围内，保证电力系统的正常运行。所以，短路电流计算是变电所设计时不可缺 6 少的环节。 3.43.4 变电所短路的计算变电所短路的计算 当设计的变电所发生三相短路时，其次暂态、冲击短路电流的大小和短路容量 的大小。本设计的 35KV 变电所，由红山 110KV 变电所供电，其变压器容量为 7 20MVA，Ud=10.5%.线路长 20km。 （1）当 35KV 母线与 10KV 母线三相短路，计算相应数据。 此短路情况可认为是无限大功率短路，取 Sd=100MVA，Uav=37KV 当 35KV 母线短路时； 线路： XL*= 0.4*20*100/37=0.584 XT*=0.105*100/20=0.525 Ip=Id/ XL*+ XT*=100/1.732*35*(0.584+0.525)=1.487KA 10 Ish=KshIpm=Ksh*1.414Ip=2.246KA ish=2.55Ip=3.792KA 短路功率： S=1.732*37*Ip=95.29MVA 当 10KV 母线短路时； 变压器 T： XT*=6.25/100 * 100/1250 *1000=5 X* =0.584+2.5+0.525=3.609 Ie*= 1/ X*=0.277 Ie= Ie*I=0.277*100/1.732*10.5=1.523KA ish=KshIpm=2.67*Ie=4.067KA Ish=1.61*Ie=2.452KA 短路功率： S=100*0.277=27.7MVA （2）当发生单相短路时，其短路电流的计算 当 10KV 母线发生单相短路时。 变压器 T： X1=X2=X0=6.25/100 *100/1.25=5 线路： X1=X2=0.4*20*100/10=8 X0=2X1=16 复合网中： X1=5+8=13 X2=5+8=13 X3=5+16=21 Ika1=Ika2=Ika3=100/1.732*10/13+13+21=0.13KA 短路点： I=3Ika1=0.39KA 3.53.5 短路电流计算在继电保护的应用短路电流计算在继电保护的应用 在继电保护设计中，主要是变压器和线路的保护，其保护方式是过电流保护 和电流速断保护。 假设如图在 K1、K2、K3短路，已知：系统最大运行方式标幺阻抗为 4.5 最小运 行标幺阻抗为 5。变压器 T1、T2为 ST1=ST2=1250KVA，Uk1%=Uk2%=6. 25%所用电流 互感器便比为 200/5，取基准容量为 Sb=100MVA。 运行方式断路器 5 时通时断。 则： 11 （1）变压器标幺阻抗为 XT1*=XT2*= Uk1%Sb/ ST1=5 （2）短路电流计算 当断路器 5 合闸时，在最小运行方式时，变压器低压侧三相短路，流过变压器 T1、T2的电流值分别为 Ik1、Ik2因 XT1*=XT2* 所以： Ik1= Ik2= Ik/2 Ib/ /x*=219.949(A) 当断路器断开，在系统最大运行方式下，变压器低压侧发生三相短路时短路 电流为： Ik1= Ib/ x*=347.289(A) （3）变压器速断保护计算。动作电流整定计算原则：系统最大运行方式下断路 器 5 断开时，变压器低压侧发生三相短路，速断保护不动作。 保护的一次动作电流值： I1=Krel*Iklmax=1.3*347.289=451.475(A) 继电器动作电流： I1j=I1/nTA Kjx= =Krel*Kjx* Iklmax/nTA=40.745/40=11.287(A) 式中： Krel可靠系数取 1.3； Kjx 接线系数取 1； nTA电流互感器变比 200/5； Iklmax低压侧最大三相短路流。 灵敏度校验，按保护安装处发生短路时， （k2 点短路）最小短路电流校验。断 路器合闸状态 Ksen=Ik3min(安装)/I1 Ik3min(安装)=0.866*Ib/Xxtmin=571.387(A) Ksen=571.387/451.475=1.32 保护合乎标准。 假设 10KV 母线短路，最大短路容量为 100MVA，最小短路容量为 50MVA，电流 互感器变比为 200/5 。 取基准容量 Sb=100MVA,基准电压 Ub=10.5KV,基准电流为 5.5KA。系统阻抗 Xxtmax=1;Xxtmin=2。 则当 10KV 母线短路时； 最大运行方式的三相短路电流为： I1=Ib/Xxtmax=5.5/1=5.5（KA） 最小运行方式下的三相短路电流： I2= Ib/ Xxtmin=5.5/2=2.75（KA） 最小运行方式时的两相短路电流： I2=3/2*I2=0.866*2750=2381.5（A） 定时限电流保护整定计算； 保护一次动作电流的整定： I=KrelKzqIle/Kre=1.2*3*65.25/0.85=276.35 (A) 继电器动作电流： I=276.35/40=6.909(A) 灵敏校验： Ksen=2381.5/276.35=8.62 由上计算可知，灵敏度可以达到设计要求。 13 4 4 主设备选型主设备选型 4.14.1 主变压器的选择主变压器的选择 主变压器在电气设备投资中所占比例较大,同时与之想适应的配电装置,特别是 大容量、高电压的配电装置的投资也很大,因此主变压器的选择对变电所的技术经 济影响很大. 主变压器的选择主要从台数、容量及容量三方面确定。主变压器的单台容量可 以作的很大，而且单位容量的造价(元/KVA)随着单台容量的增加而降低。因此减少 变压器的台数提高单台容量可以降低变压器本题投资。由于变压器台数的减少，与 之配套的配电设备也相应减少，并使配电结构简化，布置清晰，占地面积，施工工 作量减少，从而取得显著的技术经济效益。变压器容量选择时，采用的基本原 9 , 8 则：在电力系统正常运行与检修状态下，以具有一定持续时间的日负荷选择主变压 器的额定容量，日负荷持续时间很短的部分可由变压器的过载满足；并联运行的主 变压器以隐备用作为事故备用，只要求短时保持原有传输容量并应计及变压器的短 时过负荷能力；主变压器检修时间间隔很长，检修时间很短，合理作好检修与运行 调度。因此，在本设计中，主变压器可以选择 2 台，以相互备用；其容量确定为 1250KVA（以三胡全乡的日负荷最高利用率 1000KW） 。主变压器的形式一般选择 S9 型有载调压变压器。在本设计中，就是选择此种变压器，此变压器的特点： 结构新颖、损耗低、体积小、抗短路能力强。 主变压器的参数如表 4.1 表 4.1 主变压器的参数 4.24.2 隔离开关的选择隔离开关的选择 在选择隔离开关时，应注意所选的隔离开关的额定电压不小于安装地点电网的 额定电压；额定电流不小于流过隔离开关的最大长期负荷电流；隔离开关允许的 动稳定电流值，不小于流过隔离开关的最大三相短路冲击电流；隔离 开关允许的 10S 热稳定电流发热量，不小于隔离开关流过最大三相或两相短路电流时，在其流 过时间内的发热量。 4.34.3 高压断路器选择高压断路器选择 断路器的额定电压不小于安装地点电网的额定电压；额定电流不小于流过断路 器长期最大负荷电流；断路器的允许切断电流，不小于流过断路器的最大三相短路 额定容量 1250KVA 相 数 3 额定电压 35KV/10.5KV 频 率 50HZ 额定电流 20.62A/68073A 联络组标号 Y d11 14 次暂态电流；允许的切断容量，不小于流过断路器的最大三相短路次暂态容量；允 许的动稳定电流，不小于流过断路器的最大三相冲击电流；允许 ts 热稳定电流的 发热量 不小于最大三相或两相短路电流在流过断路器时间内的发热量。因此， 本设计中选择 SF6 断路器。 表 4.2 隔离开关与高压断路器参数 设备型号额定电压 （KV） 额定电流 （A） 额定断路电流 （KA） 动稳固电流 （KA） 热稳固电流 （KA） 隔离开关 （1） GW535356304016 隔离开关 （2） GW1101020095 高压断路器 （1） LW8353516006.36325 高压断路器 （2） LW310104006.3166.3 4.44.4 电流互感器选择电流互感器选择 在电流互感器选择时，从安装地点和安装方式确定其型式；为了保证测量仪的 准确度，选择的互感器的准确登基应不低于所供测量仪表的准确等级；电流互感器 一次回路的额定电流应不小于其 长期通过的最大负荷电流，额定电压不小于安装 地点电网的额定电压；为了保证互感器的准确等级，其二次侧所接负荷的容量应不 大于所规定的额定容量；流过其的最大三相短路冲击电流与电流互感器原边额定电 流振幅之比，不大于动稳定倍数，其最大三相或两相短路电流发热量不大于允许发 热量。 4.54.5 电压互感器选择电压互感器选择 电压互感器应根据安装地点和使用条件选择形式，其准确等级的选择与电流互 感器相同，为了保证电压互感器的安全和在规定准确等级下运行，当电网电压在正 负 10UN 范围内波动时则原边电压 U1 应满足 1.1UNU10.9UN；其二次侧额定电 压必须与所选择的仪表和继电器电压线圈的相一致。 由以上选择条件，在本设计中选择 LBJ10 电流互感器，JDX10 电压互感器。 4.64.6 母线的选择母线的选择 变电所母线的选择主要从材料、截面形状、截面积大小；校验母线的动稳定和 热稳定方面选择。母线的材料主要有铜、铝、钢。铜的电阻率较低，机械强度大， 15 抗腐蚀性强，但储量不多，价格较贵；铝的电阻率低，重量轻，而且储量多，价格 便宜；钢的电阻率大，而且在交流电路中会产生很大的涡流损耗和磁滞损耗。母线 的截面形状可分为矩形、圆形、绞形圆形。矩形母线多用于屋内装置，圆形多用于 屋外装置，绞形圆形是圆形的改进，其耐张性能比圆形好，而且机械强度较大，因 此，本设计中母线采用绞形圆形的钢芯铝绞线。母线截面选择有两种选择方式：一 是按最大长期工作电流选择；二是按经济电流密度选择。本设计按经济电流密度选 择母线截面，以三胡 35KV 变电所为背景资料，通过实际调查和负荷计算，结合本 设计，母线的截面积选择为 150mm。 16 5 5 配电装置配电装置 配电装置是电气一次接线的工程实施。选择安装场地，布置设备每个设备的固 定，设备之间的连接。电缆沟道及运输路的分布等问题对完成一次接线并使之具有 优良的技术经济性影响很大。配电装置的设计要安全可靠；在符合规律规定的 10 条件下与国家经济发展相同步，改善运行与检修条件；防震防污；考虑扩建；节省 投资，减少占地。 5.15.1 配电装置的安全净距配电装置的安全净距 为了安全可靠，高压配电装置规定了屋内外配电装置的安全净距，所为安全净 距以保证不放电的条件。该级电压所允许的在空气中的物体边缘最小电气距离。对 于敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接地部分 之间暖和不同相带电部分之间的最小安全净距 A1 和 A2 值，在这一距离下无论是正 常最高工作电压或者出现内外部过电压，都不会是空气间隙击穿。A 值的大小与 11 电极的形状、冲击电压波形、过电压及其保护水平和环境温度等因素有关。在配电 装置中，确定带电导体之间和导体对接地构架之间的距离时应该考虑减少相间短路 时的电动力；减少大电流导体附近的铁磁物质的发热。考虑建筑和安装施工的不正 确以及带电检修等因素。 5 52 2 配电装置的形式配电装置的形式 配电装置的形式有屋外和屋内配电装置。 5.2.15.2.1 屋外配电装置屋外配电装置 根据电气设备和母线的布置高度，可分为低型、中型、半高型和高型。 中型母线其特点是三组母线高度相同，母线下方不安装断路器，电流互感器等设备。 将断路器，电流互感器移至相邻的母线下方，则需将该组母线升高，就构成半高型。 将断路器，电流互感器移至旁路母线的下方，同时将两组工作母线重叠布置，就构 成高型。采用半高型和高型可以节约用地，但构架材料消耗较多，特别是检修、巡 视不便，因此，在非土地特别紧张的情况一般不采用。 屋外配电装置的特点：土建工程量及费用较小，建设周期短；扩建方便；相邻设备 间距大，便于带电作业；占地面积大；受外界气候影响，设备运行条件差。 5.2.25.2.2 屋内配电装置屋内配电装置 屋内配电装置的特点 是将母线，隔离开关，断路器等电气设备上下重叠布置 在屋内，因此可以改善运行和检修条件，同时，由于此装置布置紧凑，可以大大缩 小占地面积。屋内配电装置不受外界条件的影响，其特点：占地面积小；维护、巡 17 视和操作不受气候条件影响；污秽腐蚀，气体对电器设备影响小，维护简便；房屋 建筑投资大。随着电压的升高，配电装置所占空间加大，因此在采用普通开关电器 情况下限用于较低电于等级。 综上对 屋内和屋外配电装置的分析可知，户外布置的小型化农村变电所，接 线简单，建设规模较小，二次保护设置简化，土建控制室面积小，变电所总的土建 建筑面积也小，土建施工建设周期短，只需约一个月。由于变电所采用了技术先进、 性能可靠、安装方便的电气设备，使得电气安装快捷方便，约需 20 天，因而建设 周期大为减少。总之，户外布置的小型化农村变电所建设周期短、施工组织简单， 适用于农网建设要求时间短、农村电网迅速发展的需要。结合本设计电压等级和地 理特点，本设计采用屋外中型配电装置，其图见附录 2。 18 6 6 过电压与防雷设计过电压与防雷设计 6.16.1 过电压的产生和分类过电压的产生和分类 电力系统运行中由于雷击，操作开关设备不规范及参数配合不当使电力系统中 的某部分电压升高，超过电气设备的额定电压，从而形成过电压。其危害是使 12 电气设备绝缘造成损坏，影响电气设备的可靠运行，危及电力系统的正常运行状态。 过电压的分类见表 6.1。 表 6.1 过电压分类 直击雷过电压 感应雷击过电压大气过电压 雷电波侵入过电压 电容器组 操作容性负载过电压 空载长线路 空载变压器 电抗器 电动机 操作感性负载过电压 真空断路器 操作过电压 谐振引起的过电压 并列或解列过电压 负载的投入与切除 IT 系统发生接地故障引起对地电压升高 TN 系统或 TT 系统中性线开路引起对地电压升高 低压系统相导体与中性导体间的短路时中性线对地电压升高 低压系统故障相的接地故障电压不超过 50V，非故障相对地电压升高 工频过电压 高压系统接地故障电压窜入低压侧（高压为接地系统，变电所内一个接地系 统） 。当切断时间大于 5 s 时，允许的工频过电压U0+250 V ；当 断时间小于或等于 5 s 时，允许的工频过电压U0+1200 V 。 19 电力系统中出现的大气过电压以波的形式在系统中传播，它波及大批电网中有 电磁连接的元件，对其绝缘造成损坏，严重时造成击穿。所以，在过电压保护与防 雷设计中，不仅对直击雷进行保护，还要防止侵入波危害的保护措施。 6.26.2 变电所的防雷设计原则变电所的防雷设计原则 变电所防雷保护的目的就是防止雷电过电压侵入电气设备,并应采取相应措施 尽可能做到对电气设备不致造成损害的程度。因此,变电所的防雷设计应做到设备 先进、保护动作灵敏、安全可靠、维护试验方便，在此前提下，力求经济合理的原 则。 13 6.36.3 变电所主要防雷设备变电所主要防雷设备 防止雷电直击的主要设备有避雷针、避雷线；防止雷电波沿架空线路侵入电气 设备和建筑物内部的主要设备有避雷器等。避雷针有单支、多支，等高和不等高之 分；避雷器有阀型避雷器和金属氧化物避雷器等。 6.46.4 变电所的防雷设计变电所的防雷设计 6.4.16.4.1 35kV35kV 进线段的防雷设计进线段的防雷设计 变电所防止雷电直击线路的措施是安装避雷线；根据线路的负荷性质、地形地 貌特点，该地区雷电活动的强弱以及土壤电阻率高低等情况，合理选用。对于 15,14 35kV 送电线路不宜沿全线架设避雷线，通常采用的方法是在变电所的进线段架设 12km 的避雷线。 单根避雷线的保护范围应按下列公式确定： 当 hxh/2 时，rx=0.47(h-hx)p 式中 hx-被保护物的高度，m h-避雷线(针)的高度，m rx-每侧保护范围的宽度，m p-高度影响系数，当 h30m，p=1；当 30h120m，p=5.5h (2) 当 hxh/2 时，rx=(h-1.53hx) p 杆塔避雷线对边导线的保护角，一般采用 2030。避雷线常用 GJ- 50、70mm2等型号钢绞线作架空避雷线。 6.4.26.4.2 变电所防雷设计变电所防雷设计 防止雷电直击的主要设备是避雷针，避雷针由接闪器和引下线、接地装置等组 成。 避雷针位置的确定，是变电所防雷设计的关键步骤。首先应根据变电所设备 平面布置图的情况而确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各 种规程规范的要求，初步确定避雷针的安装位置后，再根据下列公式进行计算，校 验是否在保护范围之中。 20 （1）单支避雷针在地面上的保护半径应按下式计算： r=1.5h 式中 r-保护半径，m （2） 单支避雷针在被保护物高度 hx水平上的保护半径应接下式计算： 当 hxh/2 时，rx=(h-hx) p=hap 式中 rx-避雷针在 hx水平面上的保护半径，m ha-避雷针的有效高度，m 当 hxh/2 时，rx=(1.5h-2hx) p （3） 两支等高避雷针保护范围确定方法： 两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定，两针间的保护范围应按下式 计算： ho=h-D/7p 式中 ho-两针间保护范围上部边缘最低点的高度，m； D-两支避雷针间的距离，m 两针间 hx水平面上保护范围的一侧最小宽度按下式计算： bx=1.5(ho-hx) 式中 bx-保护范围的一侧最小宽度，m 当 D=7haP 时，bx=0。 求得 bx后，即可确定两针间的保护范围。 在本设计的 35KV 变电所，其占地面积大约 120m2，半径大约为 11m，中型屋外配 电装置大约为 6m.假设所选单只避雷针 其高为 24m，则在地面上的保护半径有上式 得 16m,在保护物高度水平面上的保护半径为 18m(P 值为 1)。因此，只需装设一只 独立的避雷针在变电所合适的地方，就可以防护直击雷产生的过电压对电气设备造 成的损坏。 6.4.36.4.3 35kV35kV 和和 10kV10kV 母线以及主变压器防雷设备的选择母线以及主变压器防雷设备的选择 根据电力设备过电压保护设计技术规程的要求，变电所的每组母线上，都应安 装避雷器，作为防止高压雷电波沿架空线路、设备侵入变电所的最主要措施。在母 线防雷设备选择上应尽量按以下三个方面选择： (1) 按额定电压选择：避雷器的额定电压必须大于或等于安装处的电网额定电压。 (2) 按工作环境温度选择：选择工作环境温度在-40至+40之间，适用高寒、高 温工作环境设备。 (3) 应首先采用高新技术产品，并有一定可靠运行记录的新产品。选用通流能力强， 工频续流小，放电时间短，稳定性高，残压低的避雷器。 氧化锌金属氧化物避雷器是当前高新技术应用的代表性产品，具有良好的电气 绝缘性能、防潮、抗老化性能。同时还具有使用寿命长，试验周期长，运行维 16 护费用低，体积小、重量轻等优点。是当前农网新建工程中使用较多的避雷器之一。 21 结合上面的三个方面，在本设计中在 35KV 和 10KV 母线上安装氧化锌避雷器， 在主变压器上也安装氧化锌避雷器。 7 7 接地网设计接地网设计 接地装置是保证变电所内人身和设备安全的重要设施，因此必须重视对接地装 置的设计工作。接地方式主要有中性点不接地，经低电阻接地，经谐振接地。中性 点不接地实际上是集中于电力变压器中性点的等值电容接地的，其零序阻抗多为一 有限值，而且一定是常数，此时系统的零序阻抗呈容性，因接地程度系数 k0， U 可能高于相电压，故非故障相的工频电压略微高过线电压。对于中压网来说， 17 中性点经低电阻接地的最终出发点是为了限制接地过电压，低电阻接地方式可以避 免不接地方式中弧光接地过电压的产生，同时由于增大了故障线路的接地电流，使 得故障选线可以很方便的实施进而实现快速跳闸，故障线路不需要长时间承受过电 压，降低了绝缘水平。谐振接地系统即中性点经消弧线圈接地的电力系统，因为消 弧线圈是一种补偿装置，所以又称为补偿装置，消弧线圈是一种铁心带有空气间隙 的可调电感线圈，它装设于配电网的中性点，瞬间单相接地故障可经消弧线圈消除， 保证系统不断电；永久单相接地故障时消弧线圈动作时维持系统运行一定的时间， 可使运行部门有足够的时间启动备用电源和转移负荷，而且可以有效避免接地过电 压，对全网电力设备起保护作用。 7.17.1 接地网的一般要求和接地范围接地网的一般要求和接地范围 7.1.17.1.1 要求主要有以下几点：要求主要有以下几点： （1）为保证人身安全，所有的电气设备，都应装设接地装置，并将电气设备外 壳接地。设计中首先应利用各类自然接地体。 （2）一般应将各种不同用途和不同电压的电气设备使用一个总的接地装置。接 地装置的接地电阻，应满足其中接地电阻最小的电气设备要求。 （3）电气设备的人工接地体应尽可能在电气设备所在地点附近对地电压分布均 匀，一般应采用环形接地体。 （4）设计接地装置时，应考虑到一年 4 季中，均能保证接地电阻的要求值。 7.1.27.1.2 接地范围接地范围 变电所中电气设备的下列金属部分均需接地： （1）变压器、电器和照明器具等的底座和外壳； （2）设备的传动装置； （3）互感器的二次绕组； 22 （4）配电屏、保护屏、计量屏、电源屏与控制屏的框架； （5）配电装置的金属构架和钢筋混凝土架构以及靠近带电部分的金属围栏； （6）电力电缆的电缆接头、电缆终端的外壳以及电缆的外皮和钢管电缆的钢管 等； （7）电缆的外皮； （8）避雷器、保护间隙和避雷针的接地端。 7.27.2 接地电阻接地电阻 在电力设备接地设计技术规程(SDJ879)中对接地电阻值有具体的规定, 一般不大于 0.5。在高土壤电阻率地区,当接地装置要求做到规定的接地电阻在 技术经济上极不合理时,大接地短路电流系统接地电阻允许达到 5,但应采取措施,如 防止高电位外引采取的电位隔离措施,验算接触电势,跨步电压等。根据规程规定, 主要是以发生接地故障时,接地电位的升高不超过 2000V 进行控制,其次以接地电阻 不大于 0.5 和 5 进行要求。接地电阻是指接地体与大地之间的电阻，其阻 19,18 值不宜过大也不宜过小。因此，在设计过程中，需要用接地电阻测量仪测出接地电 阻的大小。从安全运行的角度出发，一定要使接地电阻符合要求。 7.37.3 接地短路电流的计算值接地短路电流的计算值 在计算小接地电流系统的接地电阻时，其接地短路电流 Ijd，用以下方法确定： （1）在中性点经消弧线圈接地的电网中，计算电流应采取以下数值： 当变电所有消弧线圈时，计算电流等于消弧线圈额定电流的 125%； 当变电所 不接消弧线圈时，计算电流按切断系统最大一台消弧线圈时，在此电网中可能发生 的剩余接地短路电流来计算，但不得小于 30A。 （2）在中性点不接地的网络中计算电流采用单项接地电容电流，可按下式计算： Ijd=U(35Ll+Lj)/350(A) 式中 U-网络线电压，kV Ll-电缆线路长度，km Lj-架空线路长度，km （3）计算接地短路电流，应按运行中可能发生最大接