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110kv降压变电站电气一次设计
董小虎
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毕毕 业业 设设 计计(论文论文)题 目 110kv 降压变电站电气 一次系统设计 系 别电力工程系专业班级电气工程及其自动化专业 07k6班学生姓名董小虎指导教师商淼二二一一年六月一一年六月华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)110kv 降压变电站电气一次系统设计摘要 电力工业是国民经济发展的基础工业，也是现代城市发展的主要能源和动力。随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。供电系统的核心部分是变电所，因此设计和建造一个安全、经济的变电所是极为重要的。变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转换场所。本次设计的主题是 110kV 降压变电所电气一次系统设计，除了注重变电所设计的基本计算外，对于电气主接线的选择和论证等都做了充分的说明。本变电所的初步设计包括了:变电所主接线方案的选择；变电所主变压器台数、容量和型式的确定；短路点的确定和短路电流的计算；电气设备的选择；配电装置设计和总平面布置；防雷保护和接地系统的设计。另外绘制了几张图纸，包括：电气主接线图，电气总平面布置图，断面图。图纸规格与布图规范都按照电力系统相关的图纸要求来进行绘制。关键词：变电站；短路计算；设备选择；电气主接线；总平面布置。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)IA step-down substation 110kv electrical system designAbstract Electric power industry is the foundation of industrial development of the national economy, also the development energy and the power of the modern urban. Along with the economic development and the modern industry developments of quick rising, the design of the power supply system become more and more completely and system. Because the quickly increase electricity of factories, it also increases seriously to the dependable index of the economic condition, power supply in quantity. The power supply system，s hard core is a transformer substation. Therefore designs and constructs a security and economical transformer substation is great importance.The substation is an importance part of the electric power system, it is consisted of the electric appliances equipments and the Transmission and the Distribution. It obtains the electric power from the electric power system, through its function of transformation and assign, transport and safety. This design，s subject is a design of electric system for 110kV step-down transformer substation. Besides paying great attention on the basic computation of the transformer substation design and so on has given the full explanation on regarding the main wirings choice and the proof.This first step of design included: Transformer substation main wiring plan choice; Transformer substation main transformer number, capacity and pattern determination; Short dot determination and short-circuit computation; Electrical equipments choice; Power distribution equipment design and total plane layout; Anyi-radar protection and earth systems design. Moreover, has drawn up some blueprints, including: Electrical main wiring diagram, electrical total floor-plan, 110kV wiring sectional drawing. The blueprint specification and the butut all standard deferred to the electrical power system related blueprint request to carry on the plan.华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)IIKeywords: Transformer substation; Short circuit computation; Unit select; Electrical main wiring; Total plane layout.华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)目 录前言.1原始数据.21 电气主接线选择.31.1 概述.31.1.1 可靠性.31.1.2 灵活性.31.1.3 经济性.31.2 主接线的接线方式选择.41.2.1 单母线接线.41.2.2 单母分段接线.41.2.3 桥形接线.41.2.4 角形接线.41.2.5 一台半断路器（3/2）接线.51.2.6 双母接线.51.2.7 双母线分段接线.52 主变压器容量、台数及型式的选择.62.1 概述.62.2 主变压器台数的选择.62.3 主变压器容量的选择.62.4 主变压器型式的选择.72.4.1 主变压器相数的选择.72.4.2 绕组数的选择.72.4.3 主变调压方式的选择.82.4.4 连接组别的选择.82.4.5 主变压器冷却方式的选择.83 短路电流计算.93.1 概述.93.2 短路计算的目的及假设.93.2.1 短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节.93.2.2 短路电流计算的一般规定.93.2.3 短路计算基本假设.103.2.4 基准值.10华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)3.2.5 短路电流计算的步骤.103.3 短路电流计算相关程序简介.144.1 概述.154.1.1 一般原则.154.1.2 技术条件.154.2 断路器的选择.164.3 隔离开关的选择.194.4 互感器的选择.214.4.1 电流互感器的选择.224.4.2 电压互感器的选择.244.5 母线的选择.264.5.1 裸导体的选择条件选择和校验.274.5.2 母线及电缆截面的选择.274.6 支持绝缘子的选择.285 主接线比较选择.306 经济性比较.357 防雷保护设计.377.1 防雷保护的设计.377.2 主变中性点放电间隙保护.377.3 避雷器的选择.377.4 避雷针的配置.398 接地网的设计.428.1 设计说明.428.2 接地体的设计.428.3 典型接地体的接地电阻计算.429 电气总平面布置及配电装置的选择.459.1 概述.459.2 高压配电装置的选择.459.3 电气总平面布置.48结束语.49参考文献.50致谢.51华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)0前言本次毕业设计，目的在于巩固自己的专业知识，因为我的设计同专业知识联系非常紧密，这就使我在进行毕业设计的同时，又对电力系统、电气设备等专业课进行了复习，提高了自己的专业基础水平。同时通过设计使我熟悉了设计过程，掌握了基本的设计知识，熟悉了相关的设计手册，辅助资料和国家有关规章制度。本次毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核。内容为 110kV 降压变电所电气一次系统设计，并根据变电所设计的基本原理设计，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程。通过对原始资料的分析、主接线的选择及比较、短路电流的计算、主要电器设备的选择及校验、线路图的绘制以及避雷器、避雷针的选择等步骤、最终确定了 110kV 变电站所需的主要电器设备、主接线图以及变电站防雷保护方案。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)1原始数据1. 变电站类型：地方降压变电站2. 电压等级：110356 kv3. 负荷情况35kV 侧：最大 22 MW，最小 14 MW，Tmax=5800h，cos=0.85 6kV 侧：最大 16 MW，最小 10 MW，Tmax=6000h，cos=0.85 负荷性质：工农业生产及城乡生活用电4. 出线回路： 110kV 侧 2 回(架空线) LGJ-300/35km 35kV 侧 4 回(架空线) 6kV 侧 10 回(其中电缆 4 回)5. 系统情况： (1) 系统经双回路给变电站供电。 (2) 系统 110kV 母线短路容量为 2800MVA。 (3) 系统 110kV 母线电压满足常调压要求。6. 气象条件： (1) 最高气温 40，最低气温30，年平均气温 20 (2) 土壤电阻率 250 欧米 (3) 当地雷暴日：40 日/年华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)21 电气主接线选择1.1 概述主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系。我国变电所设计技术规程SDJ2-79 规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。1.1.1 可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。主接线可靠性的具体要求：1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电；3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。1.1.2 灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性：1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；2）为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；3）为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。1.1.3 经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理：1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；2）占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)33）电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。1.2 主接线的接线方式选择电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。1.2.1 单母线接线单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。1.2.2 单母分段接线用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：110220kV 配电装置的出线回路数为 34 回，3563kV 可配电装置的出线回路数为 48 回，610kV 配电装置出线为 6 回及以上，则采用单母分段接线。1.2.3 桥形接线当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除情况。外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。1.2.4 角形接线 多角形接线的断路器数等于电源回路和出线回路的总数，断路器接成环形电路，电源回路和出线回路都接在两台断路器之间，多角形接线的“角”数等于回路数，也就等于断路器数。多角形接线不适用于回路数较多的情况，一般最多用到六角形，而更以四角形和三角形为宜，以减少开环运行所带来的不利影响。这种接线，一般适用于回路数较少且发展已定型的 110kV 及以上的配电装置中，中、小型水力发电厂中也有应用。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)41.2.5 一台半断路器（3/2）接线两个元件引线用三台断路器接往两组母线上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。1.2.6 双母接线它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110220kV 输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110220kV 双母线接线的配电装置中，当出线回路数达 7 回（110kV）或 5 回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。1.2.7 双母线分段接线双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在 11 回及以下时，母线不分段。为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试） ，不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)52 主变压器容量、台数及型式的选择2.1 概述在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统 510 年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。2.2 主变压器台数的选择由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是 110kV 降压变电所，它是以 110kV 受功率为主。把所受的功率通过主变传输至 110kV 及 6kV 母线上，再将电能分配出去。因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担 60%70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。2.3 主变压器容量的选择主变容量一般按变电所建成近期负荷，510 年规划负荷选择，并适当考虑远期1020 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，该所最大负荷给定，所以应按最大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%80%，该变电所是按 70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电所的总装容量为： 1106110611060.70.7coscoskVkVkVkVkVkVPPSSS华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)62.4 主变压器型式的选择2.4.1 主变压器相数的选择当不受运输条件限制时，在 330kV 以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。本次设计的变电所，不受运输的条件限制，故本次设计的变电所选用三相变压器。本设计任务中 110kV 侧电源为无限大系统，该侧的 2 回出进线负荷功率由该无限大系统供给，不需通过主变传送；110kV 侧最大负荷 22MW，最小负荷 14MW,功率因数为0.85，该侧共 4 回出线，需要由两台主变压器供电。6kV 侧的最大负荷 16MW，最小负荷10MW，功率因素为 0.85，也需要从 110kV 侧系统通过主变来传送。因此，在正常运行情况下，主变传送的最大总容量为 38MVA。变压器容量的选择已知 35kV 侧最大负荷 22MW，cos=0.85, 6kV 侧最大负荷为 16MW，cos=0.85,由计算可知单台主变的最大容量为： 3563562216() 0.7() 0.7()31.290.850.850.850.85KVKVKVKVPPSSSMVA为了保证可靠性，一般选 2 台主变。查表选 SPSLQ1-31500 可满足要求。2.4.2 绕组数的选择在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的 15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)7因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。分裂变压器：分裂变压器约比同容量的普通变压器贵 20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。2.4.3 主变调压方式的选择为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，110kV 及以上网络电压应符合以下标准：1)枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的 11.3 倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过 10%，事故后不应低于电网额定电压的 95%。2)电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的 95%100%。调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达 30%。由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。2.4.4 连接组别的选择变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。2.4.5 主变压器冷却方式的选择主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，具有节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。综上所述，本设计选择强迫油循环风冷却。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)83 短路电流计算3.1 概述电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。3.2 短路计算的目的及假设3.2.1 短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节其计算目的是：1）在选择电气主接线时，为了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的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2）在选择电气设备时，为了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。3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4）按接地装置的设计，也需用短路电流。3.2.2 短路电流计算的一般规定1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后 510 年） 。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)93.2.3 短路计算基本假设1）正常工作时，三相系统对称运行；2）所有电源的电动势相位角相同；3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；6）系统短路时是金属性短路。3.2.4 基准值高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：基准容量： = 100MVABS基准电压：（kV） 6.3 37 115avU3.2.5 短路电流计算的步骤1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；2）给系统制订等值网络图；3）选择短路点；4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。标幺值：*1IX有名值： *3BavSIIU5）计算短路容量，短路电流冲击值短路容量：3nSIU短路电流冲击值： 2.55chiISPSLQ1-31500 的技术数据：变压器参数列表阻抗电压容量MVA运输重量 t额定电压 KV空载损耗（KW）短路损耗（KW）UI-2%U1-3%U2-3%31.525.6110/38.5/6.347.22071710.56取基准容量，基准电压为100BSMVA华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)102(1 2)(2 3)(1 3)11%176 10.56.2522KKKKUUUU1(1 2)(1 3)(2 3)11%1710.5610.7522KKKKUUUU3(1 3)(2 3)(1 2)11%10.56 170.2522KKKKUUUU 则三绕组变压器电抗分别为： 11*%1000.10750.34110031.5KBTNUSXS22*%1000.06250.19810031.5KBTNUSXS 33*%1000.00250.00810031.5KBTNUSXS 计算系统及线路阻抗系统 110KV 母线短路容量为 2800MVA，则 110kV 侧母线短路电抗为10.03628220kV 侧 2 回架空线为 LGJ-300，长度为 35km，查表得电抗为 0.399，则km35线路电抗值为：km35 0.39913.965lX 其标么值为：210013.9650.106115lX。110kV 侧短路电流短路等值电路图如下：华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)11110kv侧0.1060.1060.0360.0890次暂态短路电流标幺值：*1111.240.089IX次暂态短路电流有名值：*10011.245.6433 115BavSIIAU冲击电流：2.552.55 5.6414.382chiIkA全电流最大有效值：1.521.52 5.648.5728chIIkA短路容量：100 11.241124dBSS IKVA35kV 侧短路电流短路等值电路图如下：0.358535KV0.1060.1060.5390.5390.036110KV0.1060.1060.3410.3410.1980.1980.036110KV35KV华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)12次暂态短路电流标幺值：*112.790.3585IX次暂态短路电流有名值：*1002.794.353337BavSIIkAU冲击电流：2.552.55 4.3511.1chiIkA全电流最大有效值：1.521.52 4.356.612chIIkA短路容量：100 2.79279dBSS IKVA6kV 侧短路电流短路等值电路图如下：0.2566kV0.1060.1060.3330.3330.036110KV0.1060.1060.3410.341-0.008-0.0080.036110KV6kV次暂态短路电流标幺值：*113.9060.256IX次暂态短路电流有名值：*1003.90635.8336.3BavSIIkAU华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)13冲击电流：2.552.55 35.891.3chiIkA全电流最大有效值：1.521.52 35.854.4chIIkA短路容量：100 3.906390.6dBSS IKVA3.3 短路电流计算相关程序简介 系统的原始数据以文件的形式输入，程序根据这些信息形成导纳矩阵，再对之求逆矩阵，由阻抗矩阵求得故障处三序电流，进而求得各节点的三序电压，并由之求得各支路三序电流，最后将序分量合成相分量，完成一个完整的故障电气量计算。本程序使用简单，只需按规定格式输入电力系统的网络信息到一个名为“in.txt”的文本文件，再运行可执行文件后按屏幕提示输入即可。运行结果保存在指定文件里，打开它便可查看计算结果。 经核对，程序的运行结果与指导书和手算结果基本一致，故本程序能正确实现短路电流计算。手算过程与计算机计算过程之间的差别在于所选取的计算模型不同，手算的关键在于正确化解网络；而计算机则是以线性方程组作为计算模型。它的关键是要形成一个正确的阻抗矩阵以及能正确求解线性方程组。 华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)144 电气设备的选择4.1 概述导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。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，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。4.1.1 一般原则1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2）应按当地环境条件校核；3）应力求技术先进和经济合理；4）选择导体时应尽量减少品种；5）扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。4.1.2 技术条件1）按正常工作条件选择导体和电气A电压：所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高运行电压.maxgUnU即 nU.maxgU一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在 110KV 及以下时为 1.15，nU而实际电网运行的一般不超过 1.1。.maxgUnUB.电流导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度 Q 0下，导体和电器的长期允许电流应不小于该回路的最大持续工作电流yI.maxgI即 yI.maxgI由于变压器在电压降低 5%时，出力保持不变，故其相应回路的 = .maxgI1.05（为电器额定电流） 。nInIC.按当地环境条件校核华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)15当周围环境温度和导体额定环境温度不等时，其长期允许电流 可按下式修正，yIyI21MMTTKTT基中为温度修正系数;为最高工作温度; 为额定载流量基准下的环境温度（）; KMT1TC为实际环境温度；对应于所选截面、环境温度为+25时，长期允许载流量（A）2TyISC2）按短路情况校验电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。A.短路热稳定校验满足热稳定条件为： 22dztI tI t验算热稳定所用的计算时间：0.050.05dzzzItttIB.短路的动稳定校验满足动稳定条件为：max2.55chiIi4.2 断路器的选择变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故 35220kV 一般采用 SF6断路器。真空断路器只适应于 10kV电压等级，10kV 采用真空断路器。高压断路器的额定开断电流应不小于其触头开始分离瞬间的短路电流即最大持续NI工作电流即： .maxgImaxNgII在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿） ，更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值。110kV 侧断路器的选择计算110kV 侧：选定断路器型号为 SW4-110华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)16断路器型号为SW4-110的技术数据电压，kV断开容量，MVA极限通过电流，kA热稳定电流，kA重合性能型号额定最大额定 电流，A额定断开电流，kA额定 重新*最大 有效 1S 4S 5S10S合闸时间，s固有分闸时间，s电流休止时间，s重合时间，s4110SW 110126100018.4 3500 30005532 322114.8 0.250.060.30.41）电压：110110gNUkVkVU2）电流：max1.051.05 315001.05173.633 110NgNNSIIAUmax173.61000gNIAAI3）开断电流：5.64d tkdIIkAI4）动稳定：max2.555.6455chiIkAkAi则满足动稳定；5）热稳定：s220.050.050.750.050.8dzzzItttI2222225.640.825.453211024dztI tKASKASI t 则满足热稳定。35kV 侧断路器的选择计算35kV 侧：选定断路器型号为 SW3-35断路器型号为SW3-35的技术数据电压，kV极限通过电流，kA型号额定 最大额定电流，A额定断开电流，kA额定断开容量，MVA最大有效4s 热稳定电流，kA合闸时间，s固有分闸时间，s335SW 35100010004216.50.120.061）电压：华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)173535gNUkVkVU2）电流：max1.051.05 315001.05545.63335NgNNSIIAUmax545.61000gNIAAI3）开断电流：4.356.6d tkdIIkAkAI4）动稳定：max11.142chikAkAi则满足动稳定；5）热稳定：220.050.053.40.053.45dzzzItttI2222224.353.4565.2816.541089dztI tKASKASI t 则满足热稳定。6kV 侧断路器的选择计算6kV 侧：选定断路器型号为 SN4-10G断路器型号为SN4-10G的技术数据极限通过电流，kA型号额定电压，kV额定电流，A额定断开电流，kA额定断开容量，MVA最大有效1s 热稳定电流，kA合闸时间，s固有分闸时间，sSN4-10G1060001053003001731730.650.151）电压：610gNUkVkVU2）电流：max1.051.05 315001.053182.7336NgNNSIIAU3）开断电流：35.8105d tkdIIkAkAI4）动稳定：max91.3300chikAkAi华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)18则满足动稳定；5）热稳定：220.050.050.80.050.85dzzzItttI22222235.80.851089.4173129929dztI tKASKASI t 则满足热稳定。4.3 隔离开关的选择隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。隔离开关的配置：1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设 12 组接地刀闸或接地器。63kV 及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。110kV 隔离开关选择计算110kV 侧：选定隔离开关型号为 GW7-110隔离开关型号为GW7-110的技术数据型号额定电压，kV额定电流，A动稳定电流，kA热稳定电流 s， （kA）7110GW 1106005511(5)1)电压：110110gNUkVkVU2)电流： max1.051.05 315001.05173.633 110NgNNSIIAU华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)19max173.61000gNIAAI3)动稳定：max14.38255chikAkAi则满足动稳定；4)热稳定：s220.050.054.40.054.45dzzzItttI2222225.644.45141.55115605dztI tKASKASI t则满足热稳定；35kV 隔离开关选择计算35kV 侧：选定隔离开关型号为 GW4-35隔离开关型号为GW4-35的技术数据型号额定电压，kV额定电流，A动稳定电流，kA热稳定电流，kA(s)435GW 356005015.8(4)1)电压：3535gNUkVkVU2)电流：max1.051.05 315001.05545.63335NgNNSIIAUmax545.6600gNIAAI4)动稳定：max11.150chikAkAi则满足动稳定；5)热稳定：s220.050.053.420.053.47dzzzItttI2222224.353.4765.6615.84998.56dztI tKASKASI t则满足热稳定。6kV 隔离开关选择计算6kV 侧：选定隔离开关型号为 GN10-10T隔离开关型号为GN10-10T的技术数据华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)20型号额定电压，kV额定电流，A动稳定电流，kA热稳定电流 ，kA(s)GN10-10T10400016085(5)1)电压：610gNUkVkVU2)电流：max1.051.05 315001.053182.7336NgNNSIIAU3)动稳定：max91.3160chikAkAi则满足动稳定；4)热稳定：s220.050.054.40.054.45dzzzItttI22222235.84.455703.385536125dztI tKASKASI t则满足热稳定。4.4 互感器的选择互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：1）将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。电流互感器的特点：1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电压互感器的特点：1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数；2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)21互感器的配置：1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点；3）对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；4）6110kV 电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。4.4.1 电流互感器的选择1)电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流与在数值和相1I2I位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。2)电流互感器 10%误差曲线：是对保护级（BlQ）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流范围内误差限制不超过-10%。电流互感器的 10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗 Z2f 关系曲线。3) 为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额定容量。4)按一次回路额定电压和电流选择:电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大 1/3左右以保证测量仪表的最佳工作，电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：NU1NI和，为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近NgUU1maxNgII额定电流。5)种类和型式的选择:选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、装入式等）来选择。6）热稳定检验:电流互感器热稳定能力常以允许通过一次额定电流的倍数来表示，即：dzt1NItK221()dzNtI tIK7）动稳定校验：电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（）的倍数（动稳定电流倍12NIdwK数）表示其内部动稳定能力，故动稳定可用下式校验：12chNdwiIK华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)22110kV 侧电流互感器的选择计算110kV 侧：选定型号为110LCLWD（技术数据见下页表） 110LCLWD的技术数据型号额定电流比，A级次组合准确级次二次负荷,0.5 级1s 热稳定倍数动稳定倍数110LCLWD2 50 2 600/50.5 DD0.52751351）型式：户外独立式电流互感器2）一次回路电压：110110gNUkVkVU3）一次回路电流：max1.051.05 315001.05173.633 110NgNNSIIAU则max1173.61200gNIAIA4）准确等级：0.55)动稳定：114.382127.262 1.2 752chNdwikAkAIK满足动稳定；6)热稳定：2222225.451200 13526244dzmtI tKASKASI K,则满足热稳定。35kV 侧电流互感器的选择计算35 kV 侧：选定型号为35LCWD35LCWD的技术数据二次负荷型号额定电流比，A级次组合准确级次 0.5 级二次负荷1s 热稳定倍数 动稳定倍数D35LCWD151000/5D0.50.51.20.8651501)型式：户外独立式电流互感器2)一次回路电压：3535gNUkVkVU3)一次回路电流：华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)23max1.051.05 315001.05545.63335NgNNSIIAUmax1545.61000gNIAAI4)准确等级：0.55)动稳定：111.1254.522 1.2 1502chNdwikAIK，满足动稳定；6)热稳定：2222215.141000 654225dzmtI tKASKASI K,则满足热稳定。6kV 侧电流互感器的选择计算6kV 侧：选定型号为1 10LDZ 的技术数据1 10LDZ 二次负荷,型号额定电流比，A 级次组合 准确度 0.5级1 级 3 级10%倍数1s 热稳定倍数动稳定倍数10.42.5101 10LDZ 6001000/51/430.61550901)型式：浇注绝缘式电流互感器2)一次回路电压：610gNUkVkVU3)一次回路电流： max1.051.05 315001.053182.7336NgNNSIIAU4)准确等级：0.55)动稳定：135.8127.282 1 902chNdwikAIK ，满足动稳定；6)热稳定：222221089.41000 502500dzmtI tKASKASI K,则满足热稳定。4.4.2 电压互感器的选择1）电压互感器的准确级和容量华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)24电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。2）按一次回路电压选择为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.10.9）范围内变动。NU3）按二次回路电压选择电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，电压互感器二次侧额定电压可按下表选择。 电压互感器的选择方式 4）电压互感器及型式的选择电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在 635kV 屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。110220kV 配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。电压互感器选择计算110kV 侧电压互感器的选择计算110kV 侧：选定型号为110YDR1）型式：电容式电压互感器 的技术数据110YDR在下列准确等级下额定容量，VA型式额定变比0.5 级1 级3 级最大容量，VA连接组接 线 型 式电网电压,kV型 式二次绕组电压,V接成开口三角形辅助绕组电压 IV一台 PT 不完全符形接线方式335单相式100无此绕组110J500J单相式100/3100360单相式100/3100/3Yo/ Yo/315三相五柱式100100/3（相）华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)25电容(屋外式)110YDR1100001001003315022044012001/1/1-12-122）一次电压：11.11.1 110121 1100.9 110990.9NNUUU3）二次电压：根据使用情况选用所需二次额定电压4）准确等级：0.535kV 侧电压互感器的选择计算35kV 侧：选定型号为 JDJ-351）型式：电容式电压互感器 JDJ-35 的技术数据在下列准确等级下额定容量，VA型式额定变比0.5 级1 级3 级最大容量，VA连接组单相(屋外式)35JDJ 35000/10015025060012002）一次电压：11.11.1 110121 1100.9 110990.9NNUUU3）二次电压：根据使用情况选用所需二次额定电压4）准确等级：0.56kV 侧电压互感器的选择计算6kV 侧：选定型号为 6JDJ 1）型式：油浸式电压互感器的技术数据6JDJ 在下列准确等级下额定容量，VA型式额定变比0.5 级1 级3 级最大容量，VA单相(屋内式)6JDJ 100/300030501202402）一次电压：11.11.1 66.660.9 65.40.9NNUUU3）二次电压：根据使用情况选用所需二次额定电压4）准确等级：0.5华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)264.5 母线的选择母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率，在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。4.5.1 裸导体的选择条件选择和校验1）型式：载流导体一般采用铝质材料，对于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，以及对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。回路正常工作电流在 400A 及以下时，一般选用矩形导体。在 4008000A 时，一般选用槽形导体。2）配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导体的截面和导体的结构型式。3）当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对 110kV 及以下配电装置，电晕对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择导体截面。4.5.2 母线及电缆截面的选择除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。1）按导体长期发热允许电流选择，导体能在电路中最大持续工作电流应不大.maxgI于导体长期发热的允许电流。yI2）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数将有一个年计算费用最低的电流密度maxT经济电流密度（J） ，导体的经济截面可由下式：.maxgISJ3）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面，还应校验其在短路条件下的热稳定。SSmin=SdztCI 热稳定系数 C 稳态短路电流（kA）I 短路等值时间(s)dzt110kV 侧母线的选择1）按最大负荷持续工作电流: 华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)27max1.051.05/31.05 31.5/3 1100.174gnNNIISUKA实际环境温度为 20，得温度修正系数1.05K根据 得165.3AmaxgyIK Imax/gIK按以上计算选择和设计任务要求可选择铝锰合金管形铝导体，其参数为：长期允许载流量 572A，为导体尺寸为（宽 厚）230 25mm2）热稳定校验：,min/dzSSIC t工作温度，404550556065707580859095100105硬铅及铝锰合金9997959391898785838179777573 C 为热稳定系数，查表得 C=95min/5640/874.4530.7dzSIC tS满足要求35kV 侧母线的选择1）按最大负荷持续工作电流:max1.051.05/31.05 31.5/3350.546gnNNIISUKA实际环境温度为 20，得温度修正系数1.05K根据得520AmaxgyIK Imax/ygIIK按以上计算选择和设计任务要求可选择双条平放矩形铝导体，其参数为：长期允许载流量 779A，为导体尺寸为（宽 厚）250 4mm2）热稳定校验：,C 为热稳定系数，查表得 C=95min/dzSSIC tmin/545.6/954.452.72dzSIC tS 满足要求6kV 侧母线的选择1）按最大负荷持续工作电流：max1.051.05/31.05 31.5/363.18gnNNIISUKA实际环境温度为 20，得温度修正系数1.05K根据 得3028.57AmaxgyIK Imax/ygIIK按以上计算选择和设计任务要求可选择槽形铝导体，其参数为：长期允许载流量 3590A，为导体尺寸为（宽 厚）2100 45mm2）热稳定校验： C 为热稳定系数，查表得 C=95minSS/dzIC t华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)283580/954.4517.86S满足要求min/dzSIC t4.6 支持绝缘子的选择1）型式选择根据装置地点、环境，选择屋内、屋外或防污式及满足使用要求的产品型式。一般屋外采用联合胶装多棱式，屋外采用棒式，需要倒装时，采用悬挂式。2）额定电压选择无论支持绝缘子或套管均要负荷产品额定电压大于或等于所在电网电压要求。选择条件：1）型式：用于屋内时，一般采用联合胶装的多棱式支柱绝缘子。用于屋外时，一般采用棒式支柱绝缘子。2）电压：ngUU110kV 侧：根据条件选取 ZS-110 绝缘子：ZS-220 绝缘子的技术数据型号额定电压，kV绝缘子高度，mm机械破坏负荷，kgZS-11011012001500、200035kV 侧：根据条件选取 ZS-35 支柱绝缘子： ZS-110 绝缘子的技术数据型号额定电压，kV绝缘子高度，mm机械破坏负荷，kgZS-3535420600、8006kV 侧：根据条件选取 ZS-10 支柱绝缘子： ZS-10 支柱绝缘子的技术数据型号额定电压，kV绝缘子高度，mm机械破坏负荷，kgZS-1010210500华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)295 主接线比较选择设计任务书给定的负荷情况：110kV 进线 2 回，35kV 出线 4 回，6kV 出线 10 回，该变电所主接线可以采用以下八种方案进行比较：方案 1110KV侧侧35KV侧侧6kV侧侧华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)30方案 2110KV侧侧35KV侧侧6KV侧侧华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)32方案 3110KV侧侧35KV侧侧6KV侧侧华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)33方案 435KV侧侧6KV侧侧110KV侧侧华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)34方案 1此方案 110kV 侧、35kV 侧和 6kV 侧均选用单母线分段接线。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。故此方案可靠性较高，也较经济，但 110kV 侧两进两出一般不考虑此方案。方案 2此方案 110kV 侧选用单母线分段接线， 35kV、6kV 侧选用单母线接线，可靠性不高，故不选用此方案。方案 3此方案 110kV 侧选用内桥接线，35kV 侧和 6kV 侧选用单母线分段接线。内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。使用断路器少、布置简单、造价低等优点。故此方案可靠性和经济性都较高，可以考虑此方案。方案 4此方案 110kV 侧选用四角形接线，35kV、6kV 侧选用单母线分段接线。多角形接线所用的断路器数目比单母线分段接线或双母线接线还少 1 台，却具有双母线接线的可靠性，任一台断路器检修时，只需断开其两侧的隔离开关，不会引起任何回路停电；没有母线，因而不存在因母线故障所产生的影响。故此方案可靠性和经济性都较高，可以考虑。最后选出方案 3 和方案 4 进行进一步比较。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)356 经济性比较方案 3 和方案 4 的经济比较 方案 3 主变压器 SPSLQ1-31500 28.7 万元2 台 断路器 SW4-110 4.76 万元3 台 断路器 SW3-35 1.98 万元7 台 断路器 SN4-10G 0.62 万元13 台 隔离开关 GW7-110 1.1 万元8 个 隔离开关 GW4-35 0.42 万元14 个 隔离开关 GN10-10T 0.0084 万元26 个 电流互感器 LCLWD-110 0.43 万元3 个 电流互感器 LCWD-35 0.13 万元7 个 电流互感器 0.022 万元13 个1 10LDZ 电压互感器 YDR-110 2 万元4 个 电压互感器 JDJ-35 0.63 万元4 个总投资：121.5044 万元0Z 综合投资 Z：0701121.50441206.55748100100aZZ万元，其中 a=70年运行费用 u：41210uAuu 其中 23500041476.50.85SkVA360007058.8240.85SkVA 12348535.324SSSkVA331500nSkVA 047.2PkW0031500%1.0315var100100nSQIK207PkW1 21 32 331500%17 10.5610552.5var100100ndddSQUUUK2223120002231()()2nnnnSSSAnPK Q TPK QnSSS S 222222148535.32441476.57058.822 (47.20.13 315)(2070.13 10552.5)59002 2315003150031500 9683286.92 度则万元4412100.07 9683286.92 100.03Z+0.006Z=75.22uAuu 华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)36方案 4 主变压器 SPSLQ1-31500 28.7 万元2 台 断路器 SW4-110 4.76 万元3 台 断路器 SW3-35 1.98 万元7 台 断路器 SN4-10G 0.62 万元13 台 隔离开关 GW7-110 1.1 万元8 个 隔离开关 GW4-35 0.42 万元20 个 隔离开关 GN10-10T 0.0084 万元26 个 电流互感器 LCLWD-110 0.43 万元3 个 电流互感器 LCWD-35 0.13 万元7 个 电流互感器 0.022 万元13 个1 10LDZ 电压互感器 YDR-110 2 万元4 个 电压互感器 JDJ-35 0.63 万元4 个总投资：124.0244万元0Z 综合投资 Z：万元，其中 a=700701124.02441210.84148100100aZZ年运行费用 u：41210uAuu 其中度9683286.92A则万元4412100.07 9683286.92 100.03Z+0.006Z=75.34uAuu 综上比较，可知方案 3 为最经济方案华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)377 防雷保护设计7.1 防雷保护的设计变电所的雷害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入，对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避雷针（线）的保护范围之内，此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备，避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或装设在配电构架上，或独立装设，避雷线主要用于保护线路，一般不用于保护变电所。避雷器的作用：专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。7.2 主变中性点放电间隙保护为了保护变压器中性点，尤其是不接地变压器中性点的绝缘，通常在变压器中性点上装设避雷器外，还需装设放电间隙，直接接地运行时零序电流保护起作用，动作接地变压器，避雷器作后备；变压器不接地时，放电间隙和零序过电压起保护作用，大气过电压时，线路避雷器动作，工程过电压时，间隙保护动作。因氧化锌避雷器残压低，无法与放电间隙配合，故选用阀型避雷器。7.3 避雷器的选择阀型避雷器应按下列条件选择：（1）型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，宜按下表选择。阀型避雷器的应用范围型号型式应用范围FS配电用普通阀型10kV 及以下的配电系统，电缆终端盒FZ电站用普通阀型3220kV 发电厂、变电所的配电装置FCZ电站用磁吹阀型1330kV 及需要限制操作过电压的 220kV 及以下配电装置2降低绝缘的配电装置3布置场所特别狭窄或高烈度地震区4某些变压器的中性点FCD旋转电机用磁吹阀型用于旋转电机，屋内110kV 母线接避雷器的选择及校验：由，查书选，如下表所示：110nUkV110FZJ华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)38 的技术数据110FZJ工频放电电压，kV型号组合方式额定电压，kV灭弧电压，kV不小于不大于110FZJ4FZ-30J110100224268检验：1)灭弧电压：,其中为导线对地相电压，为系数（当导线对地相电压最大mixgUkUxgUk时为 1）因为 110163.53xgkUkV 100miUkV所以mixgUkU2)工频放电电压下限：3.5gfxxgUU因为=224kV ， gfxU1103.53.5222.283gfxUkV所以3.5gfxxgUU则可选此型号。由 ，查书选，如下表所示：35nUkV35FZJ的技术数据35FZJ工频放电电压，kV型号组合方式额定电压，kV灭弧电压，kV不小于不大于35FZJ2FZ-15J354184104检验：1)灭弧电压：,其中为导线对地相电压，为系数（当导线对地相电压最大mixgUkUxgUk时为 1）因为，kV35120.213xgkUkV 41miU所以mixgUkU2)工频放电电压下限：3.5gfxxgUU因为=84kV ，所以gfxU353.53.570.733gfxUkV3.5gfxxgUU则可选此型号。6kV 母线接避雷器的选择及校验由kV，查书选型，如下表所示：10nU 6FZ 华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)39的技术数据6FZ 工频放电电压，kV型号组合方式额定电压，kV灭弧电压，kV不小于不大于6FZ 单独元件67.61619检验：1)灭弧电压： mixgUkU因为，=6kV613.463xgkUkV miU所以 mixgUkU2)工频放电电压下限： 3.5gfxxgUU因为 =16kV，gfxU63.53.512.123gfxUkV所以 3.5gfxxgUU则可选此型号。避雷器型号一览表： 各电压等级选用避雷器型号工频放电电压,kV型号组合方式额定电压,kV灭弧电压,kV不小于不大于110FZJ4FZ-30J11010024426835FZJ2FZ-153541842686FZ 单独元件67.616197.4 避雷针的配置（一）.避雷针的配置原则：（1）独立式避雷针宜装设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻。当有困难时，可将该接地装置与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下10eR 连接点沿接地线的长度不得小于 15m。（2）独立式避雷针与变配电装置在空气中的间距，且；独立10.20.1idRh15dm式避雷针的接地装置与变配电所主接地网在地中距离，且，式中为冲210.3dR23dmiR击接地电阻。（二）避雷针位置的确定：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华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)40电气距离应符合各种规程规范的要求。（1）电压 110kV 及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于 1000n 米的地区，宜装设独立的避雷针。（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）在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门型架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置距变压器金属外壳接地点在地中距离很难达到不小于 15m 的要求。避雷针的选择为了对本站覆盖,采用四支避雷针。被保护变电所总长 71m,宽 51m。如图所示：1）的确定：xr公式为： 1.61axxhrphh71m51在被保护高度平面上的保护半径（m）xrxh被保护高度（m）xh避雷针高度（m）h避雷针有效高度（m）axhhh华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)41本站被保护的最高高度为 13.5m，避雷针高度 30m.因为，所以 p=1。0hm， 30 13.516.5axhhhm计算得：18.21xrm2） 的确定：xb的尺寸由相邻两支避雷针的装设条件决定：即针尖距离和避雷针保护物体的有效xb长度来决定。 （两避雷针间水平面上的保护范围最小宽度为。 ）xh2xb公式为： 1.57xxDbhhP避雷针高度（m）h被保护高度（m）xh两者距离（m）D计算得：当为 51m 时，D13.82xbm当为 71m 时，D9.54xbm1#与 2# 51am16.5ahm18.21xrm13.82xbm2#与 3# 71am16.5ahm17.03xrm9.54xbm3#与 4# 51am16.5ahm18.21xrm13.82xbm4#与 1# 71am16.5ahm17.03xrm9.54xbm保护全面积的校验条件为： 8aDh p其中：为通过三支避雷针所形成的三角形顶点圆的直径。D22715187.4288 16.5 1132aDmh pm 所以满足条件。综上所述，该布置方案可以保护本站。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)428 接地网的设计8.1 设计说明变电站需要有良好的接地装置，以满足工作安全和防雷保护接地要求。一般做法是根据安全和工作接地的要求，敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增加接地体，以满足防雷接地的要求。总的接地电阻为水平接地体接地电阻和垂直接地体电阻的并联等效阻值。一般要求总的接地电阻，才能保证运行的安全。0.5R 8.2 接地体的设计工程实用的接地体主要由扁钢、圆钢、角钢、钢管组成，埋入地表下 0.5-1m。水平接地体多用扁钢，宽度一般为 2040mm,厚度不小于 4mm，或者用直径不小于 6mm 的圆钢。垂直接地体一般用角钢（）或钢管，长度一般为 2.5m。20 20 3 50 50 5mm8.3 典型接地体的接地电阻计算 （1）垂直接地体： （6-1） 4ln2lRld 式中： 是接地体长度（m） ；d 是接地体直径（m） 。当采用扁钢时，b 为扁l2dd钢的宽度。当采用角钢时，b 是角钢每边宽度。0.84db当有 n 根垂直接地体时，总接地电阻 可按并联电阻计算：R （6-2）RRn式中：称为利用系数，它表示由于电流互相屏蔽而使接地体不能充分利用的程度，一般为 0.65-0.8。 （2）水平接地体： （6-3） 2ln2LRALdh式中：L 是接地体的总长度（m） ；h 是接地体埋设深度（m） ；A 是表示因受屏蔽影响是接地电阻增加的系数，其数值如表 6-4 所示。 表 6-4 屏蔽影响系数表本次设计采用先在底下深为 h 的水平面上敷设方格形状的水平接地体，如下图 14-1所示：（俯视图）华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)43 调整水平接地体的间距可以改变水平接地体电阻的阻值，然后再在两水平接地体的相交处敷设垂直接地体，如下图 14-2 所示（俯视图）设水平接地体的间距为 5m，则应敷设水平接地体根 71 551 514 10140（为取整符号） ，由于，所以接地网比变电站小一点。 14 57071,10 55051水平接地体埋设深度取，采用宽度为 40mm，厚度为 4mm 的扁钢；垂直接地体0.8hm采用的角钢，长度为 2.5m。已知土质为黏土，40 40 4mm200m垂直接地体的电阻值：0.840.84 0.040.0336dbm 42004 2.5lnln72.622 3.14 2.50.0336lRld 取得0.772.60.740.7 14 10zRRn华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)44水平接地体的电阻值：14 5 5 10 5 5600Lm 20.04 20.02dbm取得：2.14A 22200600lnln2.141.0122 3.14 6000.02 0.8LRALdh总的接地电阻阻值为以上两个电阻的并联：1.01 0.740.430.51.01 0.74zR 满足要求。华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)459 电气总平面布置及配电装置的选择9.1 概述配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置。屋内配电装置的特点：由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；房屋建筑投资大。屋外配电装置的特点：土建工程量和费用较小，建设周期短；扩建比较方便；相邻设备之间距离较大，便于带电作业；占地面积大；受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；外界气象变化对设备维修和操作有影响。配电装置应满足以下基本要求：1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策；2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离；3）便于检修、巡视和操作；4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；5）安装和扩建方便。配电装置的设计原则：1）节约用地；2）运行安全和操作巡视方便；3）考虑检修和安装条件；4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行；5）节约三材，降低造价；6）安装和扩建方便。9.2 高压配电装置的选择配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。表 7-1 和表 7-2（见下文）中所列出各种间隔距离中最基本的最小安全净距， 高压配电装置设计技术规程中所规定的 A 值，它表明带电部分至接地部分或相间的最小安全净华北电力大学科技学院本科毕业设计(论文)46表 7-1 屋外配电装置的安全净距（mm）额定电压，kV符号适用范围图号3-1015-203563110J110220J330J500JA11、带电部分至接地部分之间2、网状遮栏向上延伸线距地2.5m处与遮栏上方带电部分之间10-110-22003004006509001010180025003800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间10-110-320030040065010001100200028004300B11、设备运输时，其外部至无遮栏带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间3、栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间4、带电作业时的带电部分至接地部分之间10-110-210-395010501150140016501750255032504550B21、网状遮栏至带电部分之间10-230040050075010001100190026003900C1、无遮栏裸导体至地面之间2、无遮栏裸体至建筑物、构筑物之间10-210-3270028002900310034003500430050007500D1、平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间10-110-2220023002400260029003000380045005800距，保持这一距离时，无
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