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华北电力大学科技学院毕业设计(论文)任务书所在院系 电力工程系 专业班号 电气07k6 学生姓名 朱贞如 指导教师签名 审批人签字 毕业设计(论文)题目 110kV变电站电气一次系统设计（负荷45MW，出线2+6+14） 2011年 2 月 22 日一、毕业设计(论文)主要内容1.主变压器容量、型号和台数的选择； 2.电气主接线设计；3.短路电流计算； 4.电气设备选择；5.屋内外配电装置设计；6.防雷及接地系统设计；7. 总平面布置。二、基本要求1.根据原始资料选择57种合理的电气主接线；2.进行初步技术、经济比较，选择2种较好的电气主接线；3.选择主变压器的容量、型号和台数； 4.计算两种电气主接线各个短路点的短路电流；5.根据短路计算结果选择电气设备并进行必要的校验； 6.通过技术经济比较确定最佳方案； 7.屋内外配电装置设计； 8.绘制57张图纸，其中电气主接线、电气总平面布置、防雷与接地各一张，配电装置断面图24张。三、设计(论文)进度序号设计项目名称完成时间备注1主变选择及主接线设计2周2设计内容3、4项3周3设计内容5、6、7项3周4绘制图纸3周5撰写论文，准备答辩2周6设计(论文)预计完成时间：2011年6月 日四、参考资料及文献1.发电厂电气部分 华中工学院 2.发电厂电气部分课程设计参考资料 天津大学 3.电力工程设计手册(1,3,4分册) 东北西北电力设计院 4.发电厂变电所电气主接线和布置 西北电力设计院 5.发电厂变电所电气主接线设计 西安交通大学 五、附录原始数据：（1）电压等级：110/35/10 kV （2）负荷情况：35kV侧：最大25MW，最小15MW， Tmax = 5300小时，cos= 0.85 10kV侧：最大20MW，最小10MW， Tmax = 5200小时，cos= 0.80 （3）出线情况：110kV侧：2回(架空线)LGJ-185/40km； 35kV侧：6回(架空线)；10kV侧：14回(电缆) （4）系统情况： 系统经双回线给变电所供电； 系统110kV母线电压满足常调压要求； 系统110kV母线短路电流标幺值为25（B100MVA）。（5）环境条件： 最高温度40，最低温度-30，年平均温度20 ； 土壤电阻率 400 欧米； 当地雷暴日 40日/年华北电力大学科技学院毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告学生姓名： 朱贞如 班级： 电气07K6 所在系别： 电力工程系 所在专业： 电气工程及自动化设计（论文）题目： 变电所电气一次系统设计 指导教师： 刘英培 2011年3月4日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告一、结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不低于2000字的文献综述。（另附）二、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：110kV区域降压变电站是电网建设和电网改造中非常重要的技术环节。在目前110kV变电所的建设中，土地、资金等资源浪费现象十分严重。重复建设、工频电磁辐射、无线电干扰和噪声等环保问题与电能质量差等问题已成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的重要因素。这已经违背了当前我国的可持续发展战略。因此，110kV变电所的设计或改造既要保证运行的安全可靠性和灵活性，又要满足保护环境、节约资源、易于实现的要求。在这种要求下，110kV变电所电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。基于此，我以设计资源节约、环境友好、高安全、高质量的110kV变电所为目的，从变压器选择、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面提出了新的设计思路。我选择设计本课题，是对自己已学知识的整理和进一步的理解、认识，学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法，培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。电力工业的迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。三、指导教师意见：1 对“文献综述”的评语：该综述概述了变电站在系统中的作用和地位以及变电站的发展现状和前景，具有一定的现实意义。明确了变电站电气一次系统设计的步骤和内容，为下一步工作打下了基础。所选用的参考文献具有一定代表性，可靠性和科学性。该综述条理清晰，文字通顺简练。 2对学生前期工作情况的评价（包括确定的研究方法、手段是否合理等方面）：该生能在教师的指导下，较为独立地搜集、整理相关的文献资料。前期工作基本上按计划进行，所确定的设计方法正确，设计方案合理。指导教师： 年 月 日110kV降压变电站电气一次系统设计一、选题意义随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，用户对电能质量和供电可靠性的要求日益提高，高压、超高压变电站的设计、控制和保护系统必须适应这种新形势。因此，改善电网结构，提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度，以满足日益增长的社会需求成为电力企业的首要目标1。其中，变电站作为电网输配电系统中的一个重要环节，它起着变换电压、接受和分配电能、控制电能流向、联系各级电压电网等重要作用。科学的变电站设计方案能够提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，体现“增容、升压、换代、优化通道”的技术改造思路2。同时可以增加系统的可靠性，节约占地面积，使变电站的配置达到最佳，不断提高经济效益和社会效益3。由于变电站综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统最终将取代或更新传统的变电所二次系统，变电站自动化朝着无人化、数字化和智能化方向发展已成为电力系统新的发展方向和趋势。这种在计算机和网络通信技术基础上发展起来的变电站综合自动化系统，给变电站设计、安装、调试和运行、维护、管理等方面都带来了一系列技术上的变革。它成功解决了传统变电站及其控制技术越来越难满足电力系统降低投资、提高效益的难题，符合了国家电网公司贯彻的“两型一化”变电站设计要求4。该技术为在全面实现数字化变电站的基础上，进一步拓展变电站自动化系统的功能，逐步向智能化变电站转变打下了坚实的基础。同时，也为智能电网在中国的发展创造更有利的条件。二、变电站建设的国内外现状和发展趋势 为了更好地服务经济和社会的发展，巩固和提升我国电网的技术领先水平和国际竞争力，国家电网公司提出了建设中国特色统一坚强智能电网的战略发展思路5。以下将从变电站发展的几个阶段入手，简单介绍各阶段变电站的特点：1、传统变电站20世纪80年代及以前，变电站保护设备以晶体管、集成电路为主，二次设备均按照传统方式布置，各部分独立运行。随着微处理器和通信技术的发展，远动装置(RTU)的性能得到较大提高，传统变电站才逐步增加了“遥测”、“遥信”、“遥控”、“遥调”的四遥功能。传统的变电站存在如下缺点:1）安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求；2）供电质量缺乏科学的保征；3）占地面积大，增加了征地投资；4）不适应电力系统快速计算和实时控制的要求；5）维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平6。2、无人值守变电站20世纪90年代，随着微机保护技术的广泛应用，以及计算机、网络、通信技术的发展，变电站自动化取得实质性进展。综合自动化系统先后经历了集中式、分散式、分散分层式等不同结构的发展，使得变电站设计更合理，运行更可靠，更利于变电站无人值班的管理。对于无人值班变电站，其站内一般不考虑设置固定的运行、维护值班人员，其运行监视和检测、主要控制操作均由上级调度中心或集控中心的远方控制端完成，设备采取定期巡视维护方式7。在我国，许多220kV及以下电压等级变电站已经开始由监控中心进行监控，基本上实现了变电站无人值守。但是国内500kV和330kV电压等级的变电站，即使采用了变电站自动化系统，也都是实行有人值守的管理方式。而在欧美发达国家，各个电压等级变电站都能实现变电站无人值守。由此可见，在国内外无人值守变电站之间、国内外变电站自动化系统之间都还有很大的差异8。全面实现变电站无人值守对我国电网建设有如下显著的技术经济效益：1）传送负荷和限电速度快，电压调整迅速，从而改善电网电压质量，稳定电网运行，提高无功管理水平；2）预防事故，加快事故处理；3）大量节省人员，提高企业劳动生产率；4）遥控由调度员直接执行，无中间环节，不易发生误操作9。3、数字化智能变电站随着智能化开关，光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测及自诊断、变电站运行操作培训仿真这些新技术的日趋成熟以及广泛应用必将对现有变电站自动化技术产生深刻的影响，带来全数字化的变电站新概念10。数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备按过程层、间隔层、站控层三层结构体系分层构建，建立在符合国际标准的IEC61850通信规范基础之上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。数字化变电站使传统变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统11。2009年9月11日华北电网首家220千伏数字化智能变电站郭家屯变电站正式启动，它的建成对国内数字化变电站技术的发展及智能电网的建设具有重要意义12。4、智能变电站国家电网公司在建设统一坚强智能电网的变电环节中，提出建设智能变电站的目标。智能电网中的智能变电站是由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能的变电站13。智能变电站分为过程层、间隔层、站控层。过程层包括变压器、断路器、隔离开关等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。间隔层包括继电保护、系统测控等二次智能电子装置，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能14。站控层包括自动化站级监视控制系统、站域控制、通信系统等，实现面向全站设备的监视、控制、报警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能15。三、变电站设计内容110kV降压变电所电气部分设计的主要内容是首先对原始资料进行详细地分析，并结合相关的设计手册，辅助资料和国家有关规程选择主变压器。同时根据对主接线经济可靠、运行灵活的要求，选择三种或四种待选主接线方案进行技术经济比较，淘汰较差的方案，确定变电站最优的电气主接线方案。然后以最优方案为例进行短路电流计算，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的母线时，其短路电流的稳态值和冲击电流值。综合短路计算结果、各电压等级的额定电压、最大持续工作电流三个方面进行主要电气设备选择及校验，进而完成配电装置的选择以及防雷保护的设计。最后，绘制电气主接线图、变电所平面布置图、防雷保护配置图等相关设计图纸。参考文献1 Institute of Electrical and Electronics Engineers Research on Smart Grid in China：report of IEEE T&D AsiaRAsia： IEEE，20092 饶莹，郭炜，徐鑫乾110/20kV变电站电气一次部分设计J电力设备，2008，9(9)：11-133 张宏阳浅谈220kV变电站设计思路及实践J科技咨讯，2009，(18)：1284 许学亮，周晋中“两型一化”在变电站设计中的应用J电力技术，2010，19(1)：47-495 高骏，高志强我国统一坚强智能电网建设综述J河北电力技术，2009，28(增刊)：1-36 聂士广220千伏传统变电站综合自动化应用研究D安徽：合肥工业大学，20077 艾抗，曹增功无人值班变电站设计要求及应用J江西科学，2005，23(5)：569-5758 陈志军国内外变电站无人值守的比较与思考J广东电力，2006，19(1)：35-389 王亚，时国平，李湘闽浅谈无人值班变电站实现的技术方案J科技广场，2004，10：51-5210 金旭东数字化变电站介绍J江苏电机工程，2007，26：38-4011 李孟超，王允平，李献伟，王峰，蔡卫锋智能变电站及技术特点分析J电力系统保护与控制，2010，38(18)：59-6212 A Goikoetxea，JA Barrena， MARodriguez， GAbadActive Substation design to maximize DG integration， IEEE Bucharest Power Tech Conference，2009CRomania：IEEE， 200913 刘娇，刘斯佳，王刚智能变电站建设方案的研究J華東電力，2010，38(7)：974-97714 D Atanackovic， D McGillis，FD Galiana A New Tool for Substation DesignJIEEETransactions on Power SystsmsVol 13 No 4， November 199815 汤乃传智能变电站Jscience&Technology summarize，2010，3：13-18110kV变电站电气一次系统设计题 目 二一一年六月毕 业 设 计(论文)系 别电力工程系专业班级电气工程及自动化专业07K6班学生姓名朱贞如指导教师刘英培华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）110kV变电站电气一次系统设计摘要本论文从主变压器选择、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置、防雷保护及接地系统设计等方面提出了新的设计思路。本文首先对原始资料进行分析，并结合相关的设计手册，国家有关规程和国外最新的研究成果选出合适的主变压器。然后根据运行可靠性、灵活性、经济性的要求选择各个电压等级的主接线方式，对选出的57种方案进行技术经济比较后，确定出一个最佳的变电站主接线形式。接着进行短路电流计算，得到当短路发生在各电压等级的母线时，其短路电流的稳态值和冲击电流值。根据短路计算结果选择主要电气设备，并完成校验工作。之后，设计该变电站的防雷保护及接地系统。最后，绘制电气主接线图、变电所平面布置图、防雷保护配置图等相关设计图纸。本文从电力系统整体出发，力求简化电气主接线，配置与电网结构相应的保护系统，寻求一种紧凑布置、节约资源、安全环保的新型设计方案。由于本设计以35110kV 无人值班变电所设计规程、电力工程设计手册等规范规程为依据，不仅满足了变电站运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便的要求，而且为变电站实现数字化、智能化打好基础。关键词：110kV变电站；变电站设计；短路计算；设备选型与校验 IITHE FIRST PART OF THE ELECTRICAL DESIGN OF 110KV SUBSTATIONAbstractThe paper proposes a new idea on choosing main transformer, determining the form of main wiring, selecting equipments, arranging distribution installation and designing lightning protection and grounding system.Firstly, this paper analyzes the original datas and then choose suitable main transformers combined with the related design manual, relevant state regulations and abroad latest research fruits. Then according to the reliability, flexibility and economy of various voltage levels to select the form of main wiring, we get an optimal form of substation bus after technical and economic comparison of 57 schemes. Followed by the calculation of the short-circuit current, we obtain the steady-state current value and impulse current value of short-circuit current when the short circuit occurred in the different voltage level of the bus. Selecting main electrical equipments based on short circuit calculation and completing the verification work. Then design the lightning protection and grounding system of the substation. Finally, draw the main electrical wiring diagram, substation floor plan, lightning protection and other related design layout drawings.This article proceeds from the power system as a whole, and strive to simplify the main electrical wiring, configuration and network structure of the corresponding protection system, looking for a new design with compact layout, resource conservation, safety and environmental protection. The design is based on the “35 110kV Unattended Substation Design Procedures”, “Power Engineering Design Manual” and other normative regulations, so it not only meet the requirements of substation operation reliability, flexible process, economy, convenient to the expansion, but also lay a solid foundation for digital and intelligent substation.Keywords: 110kV substation; substation design; calculation of short-circuit; equipment selection and verification目 录摘要IAbstractII1前言12原始数据23主变压器的选择33.1概述33.2主变压器容量和台数的确定原则33.3主变压器型式的选择33.3.1主变压器相数的选择33.3.2绕组数的选择43.3.3主变压器调压方式的选择43.3.4主变压器冷却方式的选择43.4主变压器的最终确定44电气主接线的设计64.1电气主接线概述64.2主接线设计的基本要求64.2.1可靠性64.2.2灵活性64.2.3经济性74.3电气主接线的方案选择74.3.1电压110kV侧接线74.3.2电压35kV侧接线84.3.3电压10kV侧接线94.4主接线方案的拟定105短路电流计算135.1概述135.2短路故障的危害135.3短路电流计算的目的135.4短路计算基本假设145.5短路电流计算步骤145.6短路电流计算155.6.1选取基准值155.6.2计算变压器各绕组电抗155.6.3计算系统及线路阻抗165.6.4电压10kV侧限流电抗器标幺值165.6.5等值网络165.7短路电流计算结果汇总206电气设备的选择216.1电气设备选择概述216.2按正常工作条件选择电气设备216.2.1电气设备选择的一般原则：216.2.2额定电压要求216.2.3额定电流要求216.2.4环境条件对设备选择的影响216.3按短路状态校验226.3.1校验的一般原则226.3.2短路热稳定校验226.3.3电动力稳定校验226.4断路器和隔离开关的选择226.4.1概述226.4.2电压110kV内桥形接线断路器和隔离开关的选择与校验236.4.3电压110kV单母线分段接线断路器和隔离开关的选择与校验246.4.4电压35kV变压器回路断路器和隔离开关的选择与校验256.4.5电压35kV母联断路器和隔离开关的选择与校验266.4.6电压35kV出线断路器和隔离开关的选择与校验286.4.7电压10kV变压器侧高压开关柜的选择与校验296.4.8电压10kV母联高压开关柜的选择与校验296.4.9电压10kV出线侧高压开关柜的选择与校验307最佳方案的确定317.1综合投资317.1.1综合投资概述317.1.2综合投资的计算317.2年运行费用327.2.1年运行费用概述327.2.2年运行费用的计算327.3经济比较348互感器、高压熔断器、导体的选择与校验358.1互感器的选择与校验概述358.2电流互感器的选择358.2.1电压110kV侧电流互感器的选择358.2.2电压35kV侧电流互感器的选择368.2.3电压10kV侧电流互感器的选择368.3电压互感器的选择378.3.1电压110kV侧电压互感器的选择378.3.2电压35kV侧电压互感器的选择388.3.3电压10kV侧电压互感器的选择388.4高压熔断器概述388.4.1电压35kV高压熔断器的选择与校验388.4.2电压10kV高压熔断器的选择与校验398.5导体的选择与校验398.5.1裸导体的选择与校验概述398.5.2母线的选择与校验概述398.5.3电压35kV母线的选择与校验418.5.4电压10kV母线的选择与校验418.5.5馈线的选择与校验429屋内外配电装置设计459.1概述459.2配电装置的选择4610防雷及接地系统设计4810.1避雷器的选择与校验4810.1.1电压110kV避雷器的选择及校验4810.1.2电压35kV避雷器的选择及校验4910.1.3电压10kV避雷器的选择及校验4910.2避雷针的选择5010.3接地系统设计5110.3.1设计说明5110.3.2接地体设计5210.3.3接地网设计5211结论54参考文献55致谢561前言变电站是电力系统的重要组成部分，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的重要作用。它直接影响着整个电力系统运行的安全性与经济性。由于现代科学技术的发展，电网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，使得变电站设计问题变得越来越复杂。除了常规变电所之外，还出现了综合自动化变电所、小型化变电所、无人值班变电所、数字化变电站等。当前，随着我国城乡电网建设与改造的开展，对变电所设计也提出了更高、更新的要求。然而，所有的发展变化都要以变电站设计的基本原理为根据，因此对于变电设计基本原理的掌握才是创新的根本1。本毕业设计的题目为110kV降压变电站电气一次系统设计，设计的内容正是常规变电站。通过本次毕业设计，我不仅初步掌握了常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程，而且培养了自己运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际问题的能力。通过对原始资料的分析、主接线的选择及技术经济比较、短路电流的计算、主要电气设备的选择及校验、绘制变电所平面布置图、防雷保护配置图等步骤，最终确定了110kV变电站电气一次系统的最优方案。482原始数据（1）变电站类型：110kV降压变电站（2）电压等级：110/35/10 kV （3）负荷情况：35kV侧：最大25MW，最小15MW，Tmax = 5300小时，cos= 0.85 10kV侧：最大20MW，最小10MW， Tmax = 5200小时，cos= 0.80 （4）出线情况：110kV侧：2回(架空线) LGJ-185/25km； 35kV侧：6回(架空线)； 10kV侧：14回(电缆)。（5）系统情况： 系统经双回线给变电所供电；系统110kV母线电压满足常调压要求；系统110kV母线短路电流标幺值为25（）。（6）环境条件： 最高温度40，最低温度-30，年平均温度20； 土壤电阻率 400 欧米； 当地雷暴日 40日/年。3主变压器的选择3.1概述在各电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，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。如果主变压器容量选的过大，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2。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站以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。3.2主变压器容量和台数的确定原则主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据原始资料外，还应根据电力系统510年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。变电站主变压器容量的确定一般要考虑城市规划、负荷性质、电网结构等因素。对重要变电站，需考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足类及类负荷的供电；对一般性变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的60%75%2。电力工程电气设计手册规定：与系统相连的主变压器一般选两台，只有当一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂和变电所，均应选用三相变压器。在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率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时，主变压器宜采用三绕组变压器3。3.3主变压器型式的选择3.3.1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，同时配电装置以及继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，位于市郊区，负责工农业生产及城乡用电，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。3.3.2绕组数的选择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。本次所设计的变电所所需装设两台普通三绕组变压器并列运行。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。3.3.3主变压器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。3.3.4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2。3.4主变压器的最终确定本变电站装设两台主变压器，每台变压器的额定容量按下式选择：查阅电力系统课程设计参考资料，确定选择两台型号为的变压器其技术数据如表4-1所示。表3-1 型变压器技术参数型 号 容 量 40 MVA容 量 比100 /100/100额定电压高压11081.25%中压38. 522.5%低压11联结组标号 YN，yn0，d11损 耗空载30.3kW负载106kW空载电流 1.5%阻抗电压高中10.5%高低17.5%中低6.5%4电气主接线的设计4.1电气主接线概述电气主接线是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。它是变电站设计的首要任务，也是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响着电力生产运行的可靠性、灵活性和经济性，同时与电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式等诸多方面都有决定性的关系。因此，主接线的设计必须综合考虑各个方面的因素，经过技术经济全面分析论证后，方能确定变电所主接线的最佳方案2。4.2主接线设计的基本要求4.2.1可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是对电气主接线最基本的要求。在分析电气主接线的可靠性时，要充分考虑变电站在电力系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及长期实践运行经验等诸多因素。分析主接线可靠性的具体要求如下：（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，并要求保证对全部一级负荷和大部分二级负荷的供电；（3）尽量避免变电所全部停运事故的发生。 4.2.2灵活性电气主接线应具有一定的灵活性，以使其能够适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。电气主接线的灵活性包括操作的方便性、调度的方便性、扩建的方便性三个方面。（1）操作的方便性电气主接线应该在满足可靠性的前提下，接线简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握。（2）调度的方便性电气主接线在正常运行时，要能根据调度要求，方便地改变运行方式。在发生故障时，要能尽快地切除故障，使停电时间最短，不致过多地影响对用户的供电和破坏电网的稳定运行。（3）扩建的方便性在变电站设计时，不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使扩建所需的改造工作量最小。4.2.3经济性电气主接线在满足可靠性与灵活性的要求下，要力求做到经济合理。电气主接线的经济性主要从以下三个方面考虑：（1）节省一次投资主接线应简单清晰，并要适当采用限制短路电流的措施，以节省电器数量、选用轻型设备，降低一次投资。（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。当运输条件许可时，一般都安装三相变压器以简化布置。（3）电能损耗少在变电所中，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，尽量避免两次变压而增加电能损失。4.3电气主接线的方案选择4.3.1电压110kV侧接线（1）采用单母线分段接线图4-1 110kV单母线分段接线优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以缩小母线故障（或检修）的停电范围。一组母线故障后，另一组母线能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电。运行灵活性高，变压器既可以并列运行，也可以分列运行2 4。缺点：在一段母线故障或检修期间,该母线上所有回路均需停电。（2）采用内桥形接线图4-2 110kV内桥形接线优点：内桥接线在线路故障或切除、投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单。高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分段接线。在高压线路运行操作频繁并且不承担电网穿越功率的城网变电站这种情况下,比较适合用这种接线方式。缺点：在变压器发生故障或切除、投入时,要使未发生故障的线路短时停电且操作复杂。运行灵活性和可靠性较差。（3）电力工程设计手册规定：110kV220kV配电装置出线回路不超过2回时一般选用单母线接线或单母线分段接线。电力系统课程设计参考资料规定：在满足运行要求的条件下，变电所高压侧尽可能考虑采用断路器较少或不用断路器的接线。在具有两台主变压器的变电所中，当35kV220kV线路为双回时，若无特殊要求，该电压级主接线均采用桥形接线。故选择单母线分段接线和内桥形接线两个方案进行技术经济比较3。4.3.2电压35kV侧接线（1）采用单母线分段接线图4-3 35kV单母分段接线优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以缩小母线故障（或检修）的停电范围。一组母线故障后，另一组母线能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。扩建方便，可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电。运行灵活性高，变压器既可以并列运行，也可以分列运行。缺点：在一段母线故障或检修期间,该母线上所有回路均需停电。（2） 采用单母线分段带旁路母线接线图4-4 35kV单母线分段带旁路母线接线优点：具有相当高的可靠性及灵活性，可以不停电检修任一（进）出线断路器。缺点：接线复杂,所用设备多，经济性不高，操作步骤较为复杂容易出现误操作。（3）电力工程设计手册规定：6.3kV35kV的配电装置出线回路数在48回时采用单母线分段接线。35kV的出线多为双回路，且检修时间短，一般不设旁母，当配电装置出线回路数在8回以上时，或连接的电源较多，负荷较大时采用双母线接线。本变电站35kV 侧出线回路为6回，符合以上规定，因此采用单母线分段接线。它在进出线不多、容量不大、电压等级为35110kV的变电所中较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。4.3.3电压10kV侧接线（1）采用双母线接线图4-5 10kV双母线接线优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以不停电轮流检修任意一组母线。一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组母线隔离开关时只需停该回路。调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建方便可向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配。缺点：设备多，投资和占地面积大，配电装置复杂，易发生误操作。 （2）采用手车式高压开关柜单母线分段接线图4-6 10kV手车式高压开关柜单母线分段接线35110kV 变电所设计规范规定，当变电所装有两台主变压器时，610kV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。本变电站10kV 侧线路为14 回，可采用双母线接线或手车式高压开关柜单母线分段接线两种方案5。与方案（1）相比，方案（2）简单清晰，调度灵活，能保证对重要用户的供电，设备少，投资和占地小。采用手车式高压开关柜，断路器检修问题可不用复杂的旁路设施来解决，大大缩短了用户的停电时间，保证了供电可靠性。这也是目前10kV电压等级最为常见的接线形式。4.4主接线方案的拟定综合以上三个电压等级所选的接线方式，本变电站确定了两种电气主接线方案。（1）方案一此方案110kV侧选用内桥接线，35kV侧和10kV侧选用单母线分段接线，如下图4-7所示。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的情况。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。图4-7 方案一主接线图（2）方案二此方案110kV侧、35kV侧和10kV侧均选用单母线分段接线，如图4-8所示。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，较经济，可以考虑此方案。图4-8 方案二主接线图方案一和方案二接线简单，易于操作，而且可靠性，经济性都较好，经过技术经济比较之后才能确定最优方案。5短路电流计算5.1概述电力系统的电气设备，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。5.2短路故障的危害电力系统发生短路后，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甚至数百倍以上，它会带来以下严重后果6：（1）短路电流的热效应巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备过热而损坏。（2）短路电流的电动力效应由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。（3）电网电压下降短路还会引起电网中电压降低，特别是靠近短路点处的电压下降得最多，结果可能是使部分用户的供电受到破坏。例如，作为系统中最主要的电力负荷异步电动机，它的电磁转矩与端电压的平方成正比，电压下降时电磁转矩将显著降低，使电动机转速减慢甚至完全停转，从而造成产品报废及设备损坏等严重后果。（4）改变电网结构，破坏系统稳定性，造成短时停电甚至系统崩溃短路造成的短时停电事故会给国民经济带来损失。短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统崩溃，形成地区性或区域性大面积停电。5.3短路电流计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。短路电流计算的目的主要有以下几方面7： （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。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。 （3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。 （4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。（5）接地装置的设计，也需用短路电流。5.4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8。5.5短路电流计算步骤 短路电流计算的具体步骤如下：（1）选择短路计算点在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，成为短路计算点。对于带电抗器的610kV出线在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。（2）绘制等值网络图去掉系统中各元件的电阻、所有负荷分支以及不流通短路电流的分支选取基准容量和基准电压将各元件电抗换算为同一基准值下的标幺电抗绘出等值网络图，并将各元件电抗统一编号（3）化简等值网络为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简，求出无穷大电源与短路点之间的电抗，即转移电抗。（4）计算无穷大电源供给的短路电流周期分量由于网络中无限大功率电源供给的短路电流周期是不衰减的，因此不必查运算曲线，短路电流由下式确定： （5-1）（5）计算短路电流周期分量的有名值不同电压等级的母线发生短路时，系统提供的短路电流有名值计算如下： （5-2）（6）计算短路电流冲击值和最大短路电流有效值发电厂电气部分课程设计参考资料中表6-1规定了我国推荐的冲击系数如下8：表5-1 我国推荐的冲击系数短路地点 (KA) (KA)远离发电厂的地点（变电所）1.82.551.51（7）对短路电流计算结果进行汇总 5.6短路电流计算5.6.1选取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：基准电压：5.6.2计算变压器各绕组电抗110kV侧：35kV侧：10kV侧：则三绕组变压器电抗分别为：5.6.3计算系统及线路阻抗系统110kV侧母线短路电流标幺值为25，则110kV侧母线短路电抗为；110kV侧2回架空线为LGJ-185，长度为40km，查表得电抗为0.395，则40线路电抗标么值为： 5.6.4电压10kV侧限流电抗器标幺值10kV出线选择型铝电缆水泥电抗器。表5-2 型铝电缆水泥电抗器技术数据型号额定电流（A）额定电压（kV）动稳定（A）1s热稳定（A）20010510095505.6.5等值网络图5-1 等值电路图（1）110kV母线发生短路，即K1点发生短路图5-2 K1点短路等值电路图转移电抗：次暂态短路电流有名值：冲击电流：全电流最大有效值：短路容量：（2）35kV母线发生短路，即K2点发生短路图5-3 K2点短路等值电路图转移电抗： 次暂态短路电流有名值：冲击电流：全电流最大有效值：短路容量：（3）10kV母线发生短路，即K3点发生短路图5-4 K3点短路等值电路图转移电抗：次暂态短路电流有名值：冲击电流：全电流最大有效值：短路容量：（4）10kV电缆出线电抗器校验电压： 合格电流：合格动稳定： 合格热稳定： 合格 （5）10kV电缆出线电抗器后发生短路，即K4点发生短路图5-5 K4点短路等值电路图转移电抗： 次暂态短路电流有名值：冲击电流：全电流最大有效值：短路容量：5.7短路电流计算结果汇总表5-3 短路电流计算结果汇总表短路点电压等级(KV)短路电流周期分量起始有效值 (KA)冲击电流 (KA)全电流最大有效值 (KA)K1110kV5.0212.8017.58K235kV6.66817.0010.069K310kV17.2644.0126.06K410kV1.874.76852.82376电气设备的选择6.1电气设备选择概述正确地选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，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，并注意节省投资，选择合适的电器。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路电流来校验热稳定和动稳定9。6.2按正常工作条件选择电气设备6.2.1电气设备选择的一般原则：（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型号一致；（6）选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。6.2.2额定电压要求电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.11.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择。即 （6-1）6.2.3额定电流要求电气设备的额定电流是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即： （6-2）6.2.4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、地震烈度和覆水度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。6.3按短路状态校验6.3.1校验的一般原则（1）电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流。（2）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8。6.3.2短路热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件。 （6-3）式中：稳态三相短路电流短路电流发热等值时间断路器t秒热稳定电流，由和短路电流计算时间t，可在发电厂电气部分课程设计参考资料112页图5-1中查出短路电流周期分量等值时间，从而可计算出。6.3.3电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为： （6-4）式中：三相短路电流冲击值 断路器极限通过电流峰值6.4断路器和隔离开关的选择6.4.1概述断路器和隔离开关是发电厂和变电所中重要的开关电器。断路器的主要功能是：在正常情况下，把设备或线路接入电网或退出运行，起着控制作用；在电力系统发生故障时，能快速切除故障回路，保证电力系统无故障部分正常运行。而隔离开关的主要功能是保障高压电器及装置在检修工作时的安全，不能用于切断负荷电流或开断短路电流，仅可用于不产生强大电弧的切换操作。（1）高压断路器的选择断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据当前我国生产制造情况，电压6220kV的电网一般选用少油断路器；电压110330kV的电网，当少油断路器技术条件不能满足要求时，可选用六氟化硫或空气断路器。（2）隔离开关的选择隔离开关型式的选择应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较后确定。其选择的技术条件与断路器相同。6.4.2电压110kV内桥形接线断路器和隔离开关的选择与校验（1）110kV侧变压器回路的最大工作电流（2）断路器的选择与校验额定电压： 额定电流： 额定开断电流： 初选型少油型断路器，技术参数如下表：表6-1 型断路器技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）额定开断电流（kA）极限通过电流（kA）热稳定电流（kA）峰值5s110100018.45521动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格（2）隔离开关的选择与校验额定电压： 额定电流：初选型号的隔离开关，技术参数如下表：表6-2 隔离开关技术参数型号额定电压（kV）额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流kA（s）1106005014(5)动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格6.4.3电压110kV单母线分段接线断路器和隔离开关的选择与校验（1）110kV侧变压器回路的最大工作电流（2）断路器的选择与校验额定电压： 额定电流： 额定开断电流： 初选型少油型断路器，技术参数如下表：表6-3 技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）额定开断电流（kA）极限通过电流（kA）热稳定电流(kA)峰值5s110100018.45521动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格（2）隔离开关的选择与校验额定电压： 额定电流：初选型号的隔离开关，技术参数如下表：表6-4 隔离开关技术参数型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流kA（s）1106005014(5)动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格6.4.4电压35kV变压器回路断路器和隔离开关的选择与校验（1）变压器回路的最大工作电流（2）断路器的选择与校验额定电压：额定电流： 额定开断电流： 初选少油型断路器，技术参数如下表：表6-5 技术参数型号额定电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(kA)极限通过电流(kA)热稳定电流(kA)峰值4s35100024.863.424.8动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格(3)隔离开关的选择与校验额定电压： 额定电流：初选型号的隔离开关，技术参数如下表：表6-6 隔离开关技术参数型号额定电压(kV)额定电流(A)动稳定电流(kA)热稳定电流kA（s）3510008023.7(4)动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格6.4.5电压35kV母联断路器和隔离开关的选择与校验（1）35kV侧母线最大工作电流（2）断路器的选择与校验额定电压：额定电流：额定开断电流：初选少油型断路器，技术参数如下表：表6-7 技术参数型号额定电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(kA)极限通过电流(kA)热稳定电流(kA)峰值4s35100024.863.424.8动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格(3)隔离开关的选择与校验额定电压： 额定电流：初选型号的隔离开关，技术参数如下表：表6-8 隔离开关技术参数型号额定电压(kV)额定电流（A）动稳定电流（kA）热稳定电流kA（s）3510008023.7(4)动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格6.4.6电压35kV出线断路器和隔离开关的选择与校验（1）35kV侧出线的最大工作电流（2）断路器的选择与校验额定电压：额定电流： 额定开断电流： 初选少油型断路器，技术参数如下表：表6-9 技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）额定开断电流（kA）极限通过电流（kA）热稳定电流(kA)峰值4s35100024.863.424.8动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格（3）隔离开关的选择与校验额定电压： 额定电流：初选型号的隔离开关，技术参数如下表：表6-10 隔离开关技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（kA）热稳定电流kA（s）3510008023.7(4)动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格6.4.7电压10kV变压器侧高压开关柜的选择与校验（1）10kV侧变压器回路的最大工作电流额定电压：额定电流：额定开断电流：初选型的高压开关柜，技术参数如下表：表6-11 技术参数断路器型号额定电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(kA)极限通过电流(kA)热稳定电流(kA)峰值4s102000236523动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格6.4.8电压10kV母联高压开关柜的选择与校验（1）10kV母线的最大工作电流额定电压：额定电流：额定开断电流： 初选型的高压开关柜，技术参数如下表：表6-12 技术参数断路器型号额定电压（kV）额定电流（A）额定开断电流（kA）极限通过电流（kA）热稳定电流（kA）峰值4s10100020.25220.2动稳定校验： 合格热稳定校验：，查表得， 合格6.4.9电压10kV出线侧高压开关柜的选择与校验（1）10kV侧出线的最大工作电流额定电压：额定电流： 额定开断电流： 初选型的高压开关柜，技术参数如下表：表6-13 技术参数断路器型号额定电压（kV）额定电流（A）额定开断电流（kA）极限通过电流（kA）热稳定电流（kA）峰值4s10100020.25220.2动稳定校验： 合格热稳定校验：,查表得， 合格7最佳方案的确定7.1综合投资7.1.1综合投资概述所谓综合投资，包括设备本体价格、其他设备（如控制设备、母线）费、主要材料费、安装费等各项费用的总和10。综合投资的计算公式如下： (万元) （7-1）式中：为主体设备的综合投资，包括主变压器、开关设备、配电装置等设备的综合投资为不明显的附加费用比例系数，一般110kV取907.1.2综合投资的计算（1）主变压器的投资表7-1 技术数据及综合投资型号额定容量 (kVA)重量 (t)轨距（mm）价格（万元）4000044.12000/143552由于变电站选用两台同型号、同容量的变压器，故主变压器的投资：（万元）（2）配电装置的综合投资计算110kV配电装置的综合投资表7-2 110kV内桥型接线综合投资断路器型号桥形电压（kV）断路器型号11033.6万元表7-3 110kV单母分段接线综合投资断路器型号进出线数单母线分段电压( kV)断路器型号主变馈线总投资增、减一个馈路的投资1102470.89.2735kV配电装置的综合投资表7-4 35kV单母分段接线综合投资断路器型号进出线数单母线分段电压( kV)断路器型号主变馈线总投资增、减一个馈路的投资352627.362.7910kV配电装置的综合投资表7-5 10kV高压开关柜综合投资型号操作结构外形尺寸（mm）宽深高单价（元）6000（3）综合投资计算结果方案一：（万元）方案二：（万元）7.2年运行费用7.2.1年运行费用概述年运行费用的计算公式： （万元） （7-2）式中：小修、维护费折旧费电能电价，取变压器年电能损失总值（）7.2.2年运行费用的计算（1）与的计算表8-6 变电所折旧维护率项目使用年限（年）残值占原价（%）每年折旧率（%）维护及小修（%）折旧维护率（%）基本折旧大修折旧合计变电所2553.825.82.24.2810故方案一：（万元） （万元）故方案二： （万元） （万元）（2）的计算已知最大负荷，最大负荷利用小时数35kV侧：= 5300小时，=0.85；10kV侧：= 5200小时，=0.80。本变电所安装有两台同容量并联运行的三绕组变压器，且容量比为100/100/100，故计算公式如下： （7-3）式中：为变压器台数为一台变压器的空载有功损耗（）、无功损耗（）无功经济当量，变电所取0.10.15变压器全年实际运行小时数（），一般可取8000为一台变压器的短路有功损耗（）、无功损耗（）为台变压器三侧分别担负的最大的总负荷（）一台变压器的额定容量（）第三绕组额定容量（）最大负荷损耗时间（） （7-4） （3）的计算方案一：(万元）方案二：(万元）7.3经济比较由7.1节和7.2节的计算可知：总投资：（万元） （万元）年运行费用：（万元）（万元）综上所述可知： 方案一为最佳方案。8互感器、高压熔断器、导体的选择与校验8.1互感器的选择与校验概述互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压和小电流，其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等8 11。互感器包括电流互感器和电压互感器两大类。表8-1 互感器分类互感器电流互感器电压互感器特点一次绕组串联在电路中且匝数很少，而二次绕组匝数多。二次绕组所接负载串联且阻抗很小，类似于二次侧短路的变压器。一次绕组并联在电路中且匝数多，而二次绕组匝数少。二次绕组所接负载均并联且阻抗大，二次侧近似于开路或空载。8.2电流互感器的选择8.2.1电压110kV侧电流互感器的选择（1）一次回路电压：（2）一次回路电流： 根据以上两项初选型户外独立式电流互感器，其技术参数如下：表8-2 型电流互感器技术参数型号额定电流比（A）准确级次二次负荷（）10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数0.50.5级二次负荷（）倍数751352215（3）动稳定校验： 满足动稳定要求。（4）热稳定校验：，查表得， 满足要求。综上所述，所选型电流互感器满足要求。8.2.2电压35kV侧电流互感器的选择（1）一次回路电压：（2）一次回路电流： 根据以上两项初选型户外独立式电流互感器，其技术参数如下：表8-3 型电流互感器技术参数型号额定电流比（A）准确级次二次负荷（）10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数0.50.5级1级二次负荷（）倍数651501.230.538（3）动稳定校验： 满足动稳定要求。（4）热稳定校验：，查表得， 满足要求。综上所述，所选型电流互感器满足要求。8.2.3电压10kV侧电流互感器的选择（1）一次回路电压：（2）一次回路电流： 根据以上两项初选型电流互感器，其技术参数如下：表8-4 型电流互感器技术参数型号额定电流比（A）准确级次二次负荷（）10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数0.50.5级1级二次负荷（）倍数30902328（3）动稳定校验： 满足动稳定要求。（4）热稳定校验：，查表得， 满足要求。综上所述，所选型电流互感器满足要求。8.3电压互感器的选择电压互感器应根据装设地点和使用条件来选择不同的种类与型式，一般情况下620kV屋内互感器选择树脂浇注绝缘结构的电压互感器；35kV110kV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。用熔断器保护的电压互感器回路，可不进行动、热稳定校验12。8.3.1电压110kV侧电压互感器的选择（1）一次电压：（2）二次电压： 根据以上两项初选户外电容式电压互感器，其技术参数如下：表8-5 型电压互感器技术参数型式额定变比在下列准确等级下额定容量（VA）最大容量（VA）电容式0.5级1级3级12001502204403006008.3.2电压35kV侧电压互感器的选择（1）一次电压：（2）二次电压： 根据以上两项初选户外油浸式电压互感器，其技术参数如下：表8-6 型电压互感器技术参数型式额定变比在下列准确等级下额定容量（VA）最大容量（VA）油浸式0.5级1级3级12001502506008.3.3电压10kV侧电压互感器的选择（1）一次电压：（2）二次电压： 根据以上两项初选型电压互感器，其技术参数如下：表8-7 型电压互感器技术参数型式额定变比在下列准确等级下额定容量（VA）最大容量（VA）环氧树脂浇注式0.5级1级3级30040601508.4高压熔断器概述高压熔断器是一种过电流保护元件，由熔件与熔管组成，可用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。当其所在电路发生过载或短路时，它的熔件熔化而分断电流、开断电路，达到切断故障保障设备的目的。熔断器主要用来保护线路、变压器及电压互感器等设备。有的熔断器具有过负荷保护功能。对于保护电压互感器的高压熔断器，只需按额定电压和断流容量选择12。8.4.1电压35kV高压熔断器的选择与校验（1）电压：初选型户外高压熔断器，其技术参数如下：表8-8 型高压熔断器技术参数系列型号额定电压（kV）额定电流（A）断流容量（MVA）备注35210600保护户外电压互感器（2）断流容量：综上所述，所选型高压熔断器满足要求。8.4.2电压10kV高压熔断器的选择与校验（1）电压：初选型户内限流式高压熔断器，其技术参数如下：表8-9 型高压熔断器技术参数系列型号额定电压（kV）额定电流（A）断流容量（MVA）备注100.51000保护户内电压互感器（2）断流容量：综上所述，所选型高压熔断器满足要求。8.5导体的选择与校验8.5.1裸导体的选择与校验概述裸导体应根据具体情况，一般按工作电流、电晕（对110kV及以上电压的母线）、动稳定性和机械强度、热稳定性等技术条件分别进行选择和校验。同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择8。8.5.2母线的选择与校验概述对于回路正常工作电流在4000A及以下的母线，一般选用矩形导体。在40008000A时，一般选用槽形导体。110kV及以上高压配电装置，一般采用软导线，由于软母线一般是钢芯铝绞线，有单根，双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度9。（1）按最大持续工作电流选择导线截面，即： ， （8-1）式中：对应某一母线布置方式和环境温度为+25时的导体长期允许载流量温度修正系数导体最高允许温度（）对应于额定载流量的基准环境温度（） 实际环境温度（）（2）热稳定校验： （8-2）式中：根据热稳定决定的导体最小允许截面（）热稳定系数稳态短路电流（A）短路电流等值时间（s）（3）动稳定校验： （8-3） 式中：母线材料的允许应力（）（硬铝为）作用在母线上的最大计算应力L 支柱绝缘子间的跨距（m）（矩形导体水平放置时，为避免导体因自重而过分弯曲，跨距一般不超过1.5-2m）母线相间距离（m）（35kV水平布置时，相间距离为500mm）振动系数W截面系数()，是指对垂直于力作用方向的轴而言的抗弯矩,单条平放时为8.5.3电压35kV母线的选择与校验（1）按回路持续工作电流选择实际环境温度为， 根据，故初步选择矩形铝导体（单条平放），其技术数据见表8-10表8-10 矩形铝导体的技术数据导体尺寸,单条双条平放竖放平放竖放636.387294912111319（2）热稳定校验：=3.45s，=6668A，C=87，S 满足热稳定要求（3）动稳定校验：， 符合要求8.5.4电压10kV母线的选择与校验 （1）按回路持续工作电流选择实际环境温度为， 根据，故初步选择矩形铝导体（单条平放），其技术数据见表8-11表8-11 矩形铝导体的技术数据导体尺寸,单条双条平放竖放平放竖放636.387294912111319（2）热稳定校验：=3.45s，=17260A，C=87， ，S 满足热稳定要求（3）动稳定校验：， 符合要求8.5.5馈线的选择与校验（1）概述导体截面按经济电流密度选择。即 （8-4）式中：导体的经济电流密度按此条件选择的导体截面应尽量接近经济计算的截面表8-12 导体的经济电流密度导体材料最大负荷利用小时数3000以下300050005000以上铝导体铜导体1.653.01.152.250.91.7535 kV以下铝芯电缆1.921.731.54铜芯电缆2.52.252.0对于10kV电缆馈线，仍按最大持续工作电流选择导线截面选择。热稳定校验： （8-5）式中：根据热稳定决定的导体最小允许截面（）热稳定系数稳态短路电流（A）短路电流等值时间（s）电晕校验：电晕是导线周围电场强度达到一定数值之上时，导线周围的空气游离放电的现象。电晕的产生要损耗电能且对无线电通讯和载波通讯发生干扰。但对于60kV以下的架空线，一般不需进行电晕校验。（2）110kV进线的选择与校验由于任务书中已说明110kV侧采用双回LGJ-185型架空线，故在此使用该型号导线，不再另行选择与校验。（3）35kV馈线的选择与校验按经济电流密度选择导体截面积由 =5300，查表8-12得=0.9则 故初选型钢芯铝绞线。热稳定校验： =3.45s，=6668A ，C=87 满足热稳定要求。（4）10kV电缆的选择与校验按回路持续工作电流选择实际环境温度为， 根据，故初选铝芯油浸纸绝缘电缆，其技术数据见表8-13表8-13 铝芯油浸纸绝缘电缆技术参数电缆截面（）长期允许载流量（A）120三芯统包型电缆3kV及以下6kV10kV235热稳定校验：=4.45s, =1.87kA, C=87 满足热稳定要求。9屋内外配电装置设计9.1概述配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按电气主接线的连接方式，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，达到接受和分配电能的作用。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，又可分为装配式配电装置和成套配电装置2。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，不受气候影响；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，建设周期长，但可采用价格较低的户内型设备。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，须加绝缘；外界气象变化对设备维修和操作有影响。其中根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、半高型和高型三种。（1）中型配电装置。中型配电装置的所有设备都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面安全活动。中型配电装置母线所在的水平面稍高于电气设备所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，造价低，但占地面积大。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且在运行和安装检修方面积累了较丰富的经验。（2）半高型配电装置。它是将母线及母线隔离开关抬高将断路器、电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等优点。（3）高型配电装置。它是将一组母线及隔离开关与另一组母线及隔离开关上下重叠布置的配电装置。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，但其耗钢多，安装检修及运行中条件均较差。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13。9.2配电装置的选择配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修、维护和搬运的安全距离等因素而决定的，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9-1和表9-2中列出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距，保持这一距离无论正常或过电压的情况下，都不致发生空气绝缘的电击穿。其余的B、C、D值是在A值的基础上，加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而确定的14。9-1屋外配电装置的安全净距（mm）符号适用范围额定电压 （kV）31035110J110A1（1）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2004009001000A2（1）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20040010001100B1（1）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950115016501750B2网状遮栏至带电部分之间30050010001100C（1）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2700290034003500D（1）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2200240029003000表9-2屋内配电装置的安全净距（mm）符号适用范围额 定 电 压，KV1035110J110A1（1）带电部分至接地部分之间（2）网状和极状遮栏向上延伸线距地2.3m处当遮栏上方带电部分之间125300850950A2（1）不同相的带电部分之间（2）断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间1253009001000B1（1）栅状遮栏至带电部分之间（2）交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间875105016001700B2网状遮栏至带电部分之间2254009501050C无遮栏裸导体至地（楼）面之间2425260031503250D平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间1925210026502750E通向屋外的出线套管至屋外通道的路面4000400050005000本变电站有三个电压等级：110kV、35kV、10kV。根据电力工程电气设计手册规定，35kV以下配电装置一般采用室内配电装置，其中310kV配电装置大多采用成套配电装置，110kV及以上的配电装置大多采用室外配电装置。由于本次所设计的变电站，其 110kV电压等级为内桥接线，拟采用屋外半高型配电装置。同时，35kV采用屋外普通中型配电装置，10kV采用室内成套高压开关柜并列布置。10防雷及接地系统设计变电所的雷害事故来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电线路产生的雷电波沿线路向变电所侵入。电力系统中最基本的防雷保护装置有：避雷针、避雷线、避雷器和防雷接地等装置。对直击雷的防护措施通常是装设避雷针或避雷线。避雷针（线）高于被保护的物体，其作用是吸引雷电击于自身，并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备。避雷针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15 16。10.1避雷器的选择与校验避雷器是专门用来限制过电压的一种电气设备，它通常采用与被保护的电气设备并联的形式。当工作电压超过一定幅值时，避雷器先放电以限制过电压，从而保护了其它电气设备。其中，阀式避雷器在电力系统，尤其是在3220kV发电厂、变电所的配电装置中得到广泛应用。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。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点。（2）额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。（3）灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大的导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大允许电压。（4）工频放电电压：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般应大于最大运行相电压的3.5倍。在中性点直接接地的电网，工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍。10.1.1电压110kV避雷器的选择及校验由kV，查发电厂电气部分课程设计参考资料，选择FZ-110 J阀型避雷器，如下表10-1所示：表10-1 的技术数据型号组合方式额定电压(kV)灭弧电压(kV)工频放电电压(kV)不小于不大于FZ-110 J4FZ-30J110100224268（1）灭弧电压 （10-1）式中：灭弧电压导线对地相电压系数（当导线对地相电压最大时为1） 校验合格（2）工频放电电压 （10-2）式中：工频放电电压 校验合格故选FZ-110 J型阀型避雷器。10.1.2电压35kV避雷器的选择及校验由kV，查发电厂电气部分课程设计参考资料，选择FZ-35阀型避雷器，如下表10-2所示：表10-2 的技术数据型号组合方式额定电压(kV)灭弧电压（kV）工频放电电压（kV）不小于不大于2FZ-15354184104（1）灭弧电压 校验合格（2）工频放电电压 校验合格故选型阀型避雷器。10.1.3电压10kV避雷器的选择及校验由kV，查发电厂电气部分课程设计参考资料，选择FZ-10阀型避雷器，如下表10-3所示：表10-3 的技术数据型号组合方式额定电压（