一次课程设计YNd11

1、课 程 设 计题 目某牵引变电所供变电工程设计专 业电气工程及其自动化班 级13电气三班学 号20132118姓 名刘思阳指导教师陈金强 电气工程学院课程设计（实训）任务书学生姓名刘思阳学生学号20132118学生专业电气工程及其自动化学生班级2013电气3班发题日期2016年10月 28日完成日期 2016 年12月29日课程名称一次系统课程设计指导教师陈金强设计题目供变电技术课程设计课程设计（实训）主要目的：牵引变电所作为电气化铁道的重要组成部分，是电气化铁道牵引供电的核心，它工作正常与否将直接关系到电气化铁道牵引供电的稳定运行和电力机车的正常工作。本次设计对牵引变压器容量计算、牵引变压器

2、主要运行指标、主接线设计、短路电流计算、设备选择及牵引变电所防雷接地设计进行较为详细的分析与讨论。 一、初始设计条件(已知设计参数)包含有A,B两个牵引变电所的供电系统示意图如图1所示图1图1中，牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作，另一台备用。电力系统1、2均为火电厂，选取基准容量为=500MVA，在最大运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.11和0.13；在最小运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值为0.15和0.17。对每个牵引变电所而言，110kv线路为一主一备。图1中，L1、L2、L3长度分别为30km、50km、20km。线路平均正序电抗X1为0.4/km，平均

3、零序电抗X0=1.2/km。设计基本数据如表1所示。项目A牵引变电所B牵引变电所左臂负荷全日有效值（A）280300右臂负荷全日有效值（A）240250左臂短时最大负荷（A）注340350右臂短时最大负荷（A）290310牵引负荷功率因数0.80(感性)0.80(感性)10kV地区负荷容量（kVA）2×10002×100010kV地区负荷功率因数0.80(感性)0.85(感性)牵引变压器接线型式YN，d11YN，d11牵引变压器110kV接线型式桥型接线桥型接线左供电臂27.5kV馈线数目22右供电臂27.5kV馈线数目2210kV地区负荷馈线数2回路工作，1回路备用2回路

4、工作，1回路备用预计中期牵引负荷增长3030注：供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。二、要求完成的主要任务1.设计分组设计牵引变电所B2.牵引供电系统及供变电工程设计内容（1） 概述对设计对象、原始资料（通常论述电网状况、负荷等级、负荷统计资料、地质、气象条件等）、设计原则及设计所要完成的任务作简要论述。（2）牵引变压器容量计算l 确定主变接线形式和备用方式；l 分别计算正常负荷和紧密运行状态下的主变压器计算容量；l 电气化铁道中远期运量估计；l 根据以上计算，进行单台主变初步选型；l 进行主变压器过负荷能力校验；（3）牵引变压器运行技术指标计算l 牵引变压器功率损耗及全

5、年电能损耗计算；l 牵引变压器在短时最大负荷工况下的电压损失计算；l 牵引变压器短时最大负荷工况下的不平衡度计算；（4）牵引变电所电压不平衡度计算设计中，通常按牵引变电所正常和紧密运行两种工况分别计算电压不平衡度，按紧密工况考核；（5）牵引变电所主接线设计l 根据电网布局，牵引变电所类型决定110kv侧的主接线l 根据27.5kv馈线路及供电对象的重要程度决定27.5kv侧的主接线；l 对所选初步方案进行技术、经济指标比选，选出优化设计方案；（6）绘制相关图纸l 对所选方案绘出牵引变电所主接线图及变电所平面布局图；（7）短路电流计算l 为进行所选电气设备的动稳定，热稳定校验，进行相应的短路计算

6、；（8）开关设备选型及稳定性校验l 根据以上计算结果，进行110kv、27.5kv、10kv所有断路器以及隔离开关的选型和相关校验；（9）室内、外母线选型及校验l 室外母线：110kv进线侧，进入高压室的27.5kv侧，出来的27.5kv馈线侧，10kv馈线侧母线为软母线l 室内母线：高压室内27.5kv硬母线l=2000mm;相间距a=600mm 高压室内10kv硬母线l=1200mm;相间距a=250mml 硬母线进行选型，热稳定及动稳定校验（10）选择并校验各个支持绝缘子和穿墙套管（11）电压、电流互感器选型及校验（12）牵引变电所防雷接地设计（13）开列所选设备清单（编号、名称、型号、

7、台（组）数） （14）形成完整的设计计算书及图纸要求： ·根据设计内容的不同，划分出独立的章节 ·在每章的开始，应对所要完成的任务、基本的设计原则及计算方法作一简要的论述 ·在每章的结尾，应对所完成的工作做一简要的总结，以便后面章节查阅·对于关键参数的计算，要求有完整的计算电路图、详细的计算过程、完整的计算结果汇总表 ·完成两张图纸：牵引变电所主接线图和牵引变电所平面布置图·撰写格式需符合学校相关的规定。（15）附录 供变电工程设计设备补充表课程设计（实训）参考文献：1 李群湛，贺建闽.牵引供电系统分析M.成都:西南交通大学出版社.2

8、0072 贺威俊，高仕斌.轨道交通牵引供变电技术M.成都:西南交通大学出版社.2011指导教师签字系主任审核签字目录1.概述- 1 -1.1设计方案简述- 1 -1.2初始设计条件- 1 -2.牵引变压器容量选择- 2 -2.1主变压器接线形式和备用方式- 2 -2.2牵引变压器容量计算- 2 -2.2.1正常负荷的主变压器的计算容量- 2 -2.2.2紧密运行状态下的主变压器的计算容量- 3 -2.3电气化铁道中远期运量估计- 3 -2.4单台主变压器的初步选型- 3 -2.5牵引变压器过负荷能力校验- 3 -3.牵引变压器运行技术指标计算- 3 -3.1牵引变压器功率损耗及全年电能损耗计算

9、- 3 -3.2牵引变压器在短时最大负荷工况下的电压损失计算- 4 -4.牵引变电所电压不平衡度计算- 5 -4.1计算电网最小运行方式下的负序电抗- 5 -4.2计算牵引变电所在紧密运行工况下注入110kV电网的负序电流- 5 -4.3构造归算到110kV的等值负序网络- 5 -4.4牵引变电所110kV母线电压不平衡度计算及校验- 6 -5.主接线选择- 6 -6.短路电流计算- 6 -6.1线路电抗- 7 -6.2在110kV侧短路电流计算- 7 -6.3 在27.5kV侧短路电流计算- 8 -6.4 在10kV侧短路电流计算- 9 -7.断路器和隔离开关的选型及校验- 9 -7.1在1

10、10kV侧断路器和隔离开关的选型及校验- 10 -7.2在27.5kV侧断路器和隔离开关的选型及校验- 11 -7.3在10kV侧断路器和隔离开关的选型及校验- 12 -8母线选择- 13 -8.1室外母线选型及校验- 13 -8.1.1室外110kV进线侧的母线选择- 13 -8.1.2室外27.5kV侧的母线选型及校验- 15 -8.1.3室外10kV馈线侧的母线选型及校验- 15 -8.2室内母线选型及校验- 16 -8.2.1室内27.5kV硬母线选型及校验- 16 -8.2.2 室内10kV硬母线选型及校验- 16 -9.支持绝缘子和穿墙套管- 16 - 17 -9.1 支持绝缘子选

11、型及校验- 17 -9.1.2 27.5kV侧母线支持绝缘子选型及校验- 17 -9.1.3 10kV馈线母线支持绝缘子选型及校验- 18 -9.2 穿墙套管选型及校验- 18 -9.2.1 27.5kV侧穿墙套管选型及校验- 18 -9.2.2 10kV侧穿墙套管选型及校验- 18 -10.电压、电流互感器选型及校验- 19 -10.1电压互感器选型及校验- 19 -10.1.1 110kV侧电压互感器的选取- 20 -10.1.2 27.5kV侧电压互感器的选取- 20 -10.2电流互感器选型及校验- 20 -10.2.1 110kV侧电流互感器的选取- 20 -10.2.2 27.5k

12、V侧电压互感器的选取- 21 -11. 变电所的防雷接地设计- 21 -11.1避雷针防雷原理及保护- 22 -11.1.1避雷针防雷原理- 22 -11.1.2 避雷针的保护范围- 22 -11.2避雷器工作原理及保护- 23 -11.3变电所接地的基本原理和保护- 23 -12设备清单- 24 -13总结与体会- 26 -附录- 27 -321.概述1.1设计方案简述本次一次系统课程设计比较系统的介绍了牵引变电所B主接线设计的基本方法和步骤。通过对牵引变压器容量计算、运行技术指标计算、牵引变电所电压不平衡度计算、短路电流计算、牵引变压器的选择、开关设备选项及稳定性校验、室内外母线选项及校验

13、，从多个方面准确合理的对牵引变电所进行设计，并通过一系列验证，使得方案经济、可靠。1.2初始设计条件包含有A,B两个牵引变电所的供电系统示意图如图1所示图1中，牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作，另一台备用。电力系统1、2均为火电厂，选取基准容量为Si=500MVA，在最大运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.11和0.13；在最小运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值为0.15和0.17。对每个牵引变电所而言，110kv线路为一主一备。图1中，L1、L2、L3长度分别为30km、50km、20km。线路平均正序电抗X1为0.4/km，平均零序电抗X0=1.2/km。设计

14、基本数据如表1所示。表1 设计基本数据项目B牵引变电所左臂负荷全日有效值（A）300右臂负荷全日有效值（A）250左臂短时最大负荷（A）注350右臂短时最大负荷（A）310牵引负荷功率因数0.80(感性)10kV地区负荷容量（kVA）2×100010kV地区负荷功率因数0.85(感性)牵引变压器接线型式YN，d11牵引变压器110kV接线型式桥型接线左供电臂27.5kV馈线数目2右供电臂27.5kV馈线数目210kV地区负荷馈线数2回路工作，1回路备用预计中期牵引负荷增长30注：供电臂短时最大负荷即为线路处于紧密运行状态下的供电臂负荷。2.牵引变压器容量选择2.1主变压器接线形式和备

15、用方式对于电气化铁路，牵引变压器是供变电工程中的重要组成部分，担负着将电力系统供给的220kV或110kV的三相电转换成适用于电力机车的27.5kV的单相电的任务。由于YNd11接线的变压器具有接线简单，技术成熟，价格较低，原边带接地中性点，副边可提供三相动力电源，副边三角形可提供三次谐波通道，谐波特性较好的有点，因此选用YNd11接线变压器，并采用一主一备的方式。2.2牵引变压器容量计算2.2.1正常负荷的主变压器的计算容量牵引变电所的主变压器采用YNd11接线，主变压器正常符负荷计算：(2.1)重负荷臂有效电流轻负荷臂有效电流2.2.2紧密运行状态下的主变压器的计算容量(2.2)重负荷臂最

16、大有效电流轻负荷臂有效电流2.3电气化铁道中远期运量估计预计牵引负荷增长为30%(2.3)2.4单台主变压器的初步选型根据所得容量，查询附表一，可选择型三相双绕组牵引变压器。2.5牵引变压器过负荷能力校验(2.4)3.牵引变压器运行技术指标计算3.1牵引变压器功率损耗及全年电能损耗计算根据变压器的等值电路得:(3.1)其中为变压器短路损耗，为变压器二次侧额定电压牵引变压器平均功率损失为：(3.2)其中、分别为负荷A相与B相的有效系数，此处都取为1.0。，分别为端口AB的接线角，分别为负序电流分量的相角。所以，平均功率损失为：(3.3)而全年有效运行时间为。所以全年功率损耗为：(3.4)3.2牵

17、引变压器在短时最大负荷工况下的电压损失计算归算到27.5kV侧(3.5)(3.6)式中 变压器短路电压百分值 变压器额定电压 变压器额定铜耗 变压器额定容量牵引负荷功率因数，所以，因此，超前相(A相)的电压损失：(3.7)滞后相(B相)的电压损失：(3.8)4.牵引变电所电压不平衡度计算4.1计算电网最小运行方式下的负序电抗已知在最小运行方式下系统1的综合电抗标幺值为，(4.1)4.2计算牵引变电所在紧密运行工况下注入110kV电网的负序电流(4.2)4.3构造归算到110kV的等值负序网络对于三相双绕组牵引变压器，供电系统等值负序网络如图2所示图2(4.3)4.4牵引变电所110kV母线电压

18、不平衡度计算及校验相负序电压计算：(4.4)110kV母线电压不平衡度计算及校验:(4.5)故满足要求5.主接线选择设计采用外桥型接线方式作为牵引变电所B的主接线。桥型接线能满足牵引变电所的可靠性，具有一定得运行灵活性，使用电气少，建造费用低，在结构上便于发展为单母线或具有旁路母线的单母线结线。具有很高的经济实用性，并能达到可靠性要求。本设计采用100%完全备用，当一套设备发生故障，经过正确的倒闸操作顺序，另一设备启用，以提高供电可靠性。针对本设计所选方案绘制牵引变电所主接线图见附图。6.短路电流计算图3 牵引变压器的变电所短路示意图简化计算，电网电源容量按无限大考虑。计算中，取系统最大运行方

19、式下综合电抗。冲击系数按表2选取：表2 冲击系数电压等级110kV27.5kV10kV1.801.701.556.1线路电抗 (6.1)在最大运行方式下，电力系统1的综合电抗标幺值因为电网电源为有限大容量，故,则在近似计算短路电流时：。6.2在110kV侧短路电流计算设计中在110kV侧牵引变压器的选择型号为。短路电流标幺值：(6.2)基准电流：(6.3)次暂态短路电流：(6.4)短路电流最大有效值：(6.5)冲击电流：(6.6)6.3 在27.5kV侧短路电流计算变压器电抗标幺值：(6.7)短路电流标幺值：(6.8)基准电流：(6.9)次暂态短路电流：(6.10)短路电流最大有效值：(6.1

20、1)冲击电流：(6.12)6.4 在10kV侧短路电流计算变压器电抗标幺值：(6.13)短路电流标幺值：(6.14)基准电流：(6.15)次暂态短路电流：(6.16)短路电流最大有效值：(6.17)冲击电流：(6.18)7.断路器和隔离开关的选型及校验开关电器的选择与校验如表3：表3开关电器的选择与校验选择项目校验项目额定电压额定电流开断电流动稳定热稳定断路器隔离开关负荷开关熔断器其中：，分别为开关电器的额定电压，额定电流和额定开断电流； ，分别为开关电器工作点的线路额定电压，最大负荷电流和三相短路电流稳态值； ，分别为开关电器的动稳定电流峰值，热稳定电流及试验时间； 假想时间，S。各级继电器

21、保护时间配按表4：表4继电器保护时间配合计算点123,45 (S)1.501.000.500.20 (S)1.561.060.560.26其中：继电保护整定时间； 断路器动作时间； 0.05考虑短路电流非周期分量热影响的等效时间。断路器及隔离开关的选择如表5：表5 断路器及隔离开关的选择电压等级110kV27.5kV10kV断路器型少油断路器型少油断路器ZN27.5型真空断路器隔离开关GW4110D DW高压隔离开关GW427.5DT高压隔离开关GN2-10高压隔离开关7.1在110kV侧断路器和隔离开关的选型及校验最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑：(7.1)已知：，, 由此可得：(

22、7.2)查设计手册选择型号的少油断路器满足：，校验： kA，成立所以型号的少油断路器在110kV侧可以使用。查设计手册选择GW4110D型号配用CS14G手动机构的高压隔离开关满足：， 校验：kA，成立所以型号配用CS14G手动机构的高压隔离开关在110kV侧可以使用。7.2在27.5kV侧断路器和隔离开关的选型及校验(7.3)已知：, 由此可得：(7.4)查设计手册选择型号的少油断路器满足：，校验： kA，成立所以型号的少油断路器在27.5kV侧可以使用。查设计手册选择GW427.5DT型号配用CS-11手动机构的高压隔离开关满足：， 校验： kA，kA ，成立所以GW427.5DT型号配用

23、CS-11手动机构的高压隔离开关在27.5kV侧可以使用。7.3在10kV侧断路器和隔离开关的选型及校验(7.5)已知：， , 由此可得：(7.6)查设计手册选择ZN27.5型号的真空断路器满足：，校验：，成立所以ZN27.5型号的真空断路器在10kV侧可以使用。查设计手册选择GN2-10型号配用CS6-2T手动机构的高压隔离开关满足：， 校验：， ，成立所以GN2-10型号配用CS6-2T手动机构的高压隔离开关在10kV侧可以使用。8母线选择110kV进线侧，进入高压室的27.5kV进线侧，从高压室出来的27.5kV馈线侧，10kV馈线侧的母线均为软母线。软母线进行选型，热稳定校验（无需进行

24、动稳定校验）。计算方法：按导线长期发热允许电流选择导线。温度修正系数由下式求得：(8.1)式中：运行的允许温度，对室外有日照时取80，室内取70； t实际环境温度。 设计时取t=25，那么在室外有日照时=1，在室内时=1。 工程中常采用查表的方法求母线和导体的容许电流(载流量)。导线的选取与校验如表6：表6 导线的选择与校验导线名称选择校验按导线长期发热允许电流选择按经济电流密度选择动稳定热稳定母线及短导线 普通导线 8.1室外母线选型及校验8.1.1室外110kV进线侧的母线选择室外110kV进线侧的母线为软母线,母线长为，且每段负荷不同,母线截面可采取相同截面，以按最大长期工作电流方式来选

25、择为宜。设计中三相双绕组牵引变压器的选择型号为SF1-31500/110。母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑。 由所给资料查出钢芯铝绞线的允许载流量为234A(基准环境温度为25时)，符合式子 (=1)。式中：通过导线的最大持续电流； 对于额定环境温度,导线长期允许电流； 温度修正系数。校验母线的热稳定性如表7：表7 各种起始温度下C值起始温度（）40455055606570758090铝材导体99979593918987858379铜材导体186183181179176174171169165161(8.2)其中：满足热稳定要求的导线最小截面积mm2； 热稳定系数(如表7)；集

26、肤效应系数。我们选取=0.01；假想时间。(8.3)其中：继电保护整定时间断路器动作时间。检验母线热稳定性：(8.4)由于S=50<，所以所选的母线不能满足热稳定要求，必须选择型号为的钢芯铝绞线。8.1.2室外27.5kV侧的母线选型及校验 母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑，选择容量为1200kVA电压27.5/10.5千伏的三相双绕组电力变压器。 由所给资料查出钢芯铝绞线的允许载流量为879A(基准环境温度为25时)，符合式子(k=1),校验母线的热稳定性：(8.5)(8.6)由于S=400>，所以所选的母线可以满足热稳定要求。 8.1.3室外10kV馈线侧的母线

27、选型及校验母线的最大长期工作电流可按变压器过载1.3倍考虑，选择容量为1200kVA电压27.5/10.5千伏的三相双绕组电力变压器。由所给资料查出钢芯铝绞线 的允许载流量154A(基准环境温度为25时)，符合式子(k=1) 校验母线的热稳定性：(8.7)(8.8)由于S=25>，所以所选的母线能满足热稳定。8.2室内母线选型及校验8.2.1室内27.5kV硬母线选型及校验由，可初步选型平放的硬铝母线动稳定性校验：三相短路时间电动力(8.9)(8.10)(8.11)故满足要求，选用平放的硬铝母线。8.2.2 室内10kV硬母线选型及校验由，可初步选型平放的硬铝母线动稳定性校验：三相短路时

28、间电动力(8.12)(8.13)(8.14)故满足要求，选用平放的硬铝母线。9.支持绝缘子和穿墙套管支持绝缘子和穿墙套管在配电装置中用以固定母线和导体，并使导体与地或处在其他电位下的设备绝缘，其选择依据如表8。表8 支持绝缘子和穿墙套管选择与校验选择校验电压电流热稳定动稳定支持绝缘子穿墙套管式中 拉弯允许作用力，查产品手册； 计算作用力； 0.6安全系数。在三相短路电流下，中间相母线承受的机械应力最大。若绝缘子间跨距和绝缘子管间跨距分别为L和，则左端绝缘子和穿墙套管受力分别为：(9.1)(9.2)(9.3)9.1 支持绝缘子选型及校验9.1.2 27.5kV侧母线支持绝缘子选型及校验取L=2m

29、，a=60cm, 则(9.4)根据教材附表11.1，选择则ZS35/4型号支持绝缘子。校验：，故所选支持绝缘子满足要求9.1.3 10kV馈线母线支持绝缘子选型及校验取L=1.2m，a=25cm, 则(9.5)根据教材附表11.1，选择则ZS10/5型号支持绝缘子。校验：，故所选支持绝缘子满足要求。9.2 穿墙套管选型及校验9.2.1 27.5kV侧穿墙套管选型及校验因为母线，故选择CWLB35/1000穿墙绝缘陶瓷套管动稳定性校验：，查教材附表11.1，可知，故，满足动稳定性校验。 热稳定性校验： ， ，满足要求。 故选择CWLB35/1000型穿墙绝缘陶瓷套管。9.2.2 10kV侧穿墙套

30、管选型及校验 最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑， 初步选择CLB10/250型号套管 动稳定性校验：，查教材附表11.1，可知，故，满足动稳定性校验。 热稳定性校验： ， ，满足要求。 故选择CLB10/250型穿墙绝缘陶瓷套管。10.电压、电流互感器选型及校验 本部分完成110kV侧仪用电压、电流互感器选择与校验。表9 电流、电压互感器选择与校验选择校验电压电流热稳定动稳定电流互感器电压互感器-式中电流互感器热稳定倍数； 电流互感器动稳定倍数； 、分别为二次侧每相负荷（仪器、仪表）容量及电压互感器每相额定容量； 工作点线路额定电压。10.1电压互感器选型及校验 一般除了旁路母线外，工

31、作及备用母线上都装有一组电压互感器，用于同期、测量仪表、和保护装置。35kV及其以上输电线路当对端有电源时，为了监视线路有无电压，进行同期和设备重合闸，装有1 台或3 台单相电压互感器；10kV及其以下架空出线自动重合闸，可利用母线上电压互感器。在供电部门制定的计量点一般装有计量专用电压互感器；变压器的高压侧有时为了保护的需要设有一组电压互感器。本方案所需要配置的电压互感器如主接线图中所示。由于电压互感器在主接线中是与主回路并联的，主接线及其主回路发生短路时电压互感器不会通过短路电流，所以，电压互感器不需校验短路时的稳定性。10.1.1 110kV侧电压互感器的选取 ，由附表查出电压互感器JC

32、C-110的原线圈额定电压为，副线圈额定电压为，辅助线圈。故确定选则的型号为JCC-110电压互感器。10.1.2 27.5kV侧电压互感器的选取，由附表查出电压互感器JDJ-35的原线圈额定电压为，副线圈额定电压为。故确定选则的型号为JDJ-35电压互感器。10.2电流互感器选型及校验为了满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段和母联断路器、旁路断路器等回路均需设有电流互感器。对于大电流接地系统，一般按照三相配置；对于小电流系统，根据具体要求按照两相或三相配置。在指定的计量点，还应设置计量专用的电流互感器。对于保护用电流互感器应尽量消除保护的死区，例如，装有两组电流互感器，且位置允

33、许时应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之内。10.2.1 110kV侧电流互感器的选取最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑：而、，、查表可初步选择LCWD-110 型号的电流互感器。短路热稳定性校验：(10.1)(10.2)，故满足热稳定性要求。其中为互感器的热稳定倍数，即热稳定电流与额定一次电流之比。校验短路动稳定性：(10.3)显然，满足动稳定性。10.2.2 27.5kV侧电压互感器的选取最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑：而、，、查表可初步选择型号的电流互感器。短路热稳定性校验：(10.4)(10.5)，故满足热稳定性要求。其中为互感器的热稳定倍数，即热稳定电流与额定

34、一次电流之比校验短路动稳定性：(10.6)显然，满足动稳定性。11. 变电所的防雷接地设计雷电放电是一种强大的自然力的爆发是难以制止的，产生的雷电过电压可以高达数百千伏，如不采取防护措施，将引起电力系统故障，造成大面积停电。目前人们主要是设法去避免和限制雷电的破坏性，基本措施就是假装避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、去抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷保护装置。避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压，避雷器用于防止沿线路侵入变电所的感应雷过电压。11.1避雷针防雷原理及保护11.1.1避雷针防雷原理避雷针是明显高于被保护物体的金属支柱，其针头采用圆钢或钢管制成，其作用是吸引雷电击于自身，

35、并将雷电电流迅速写入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。避雷针需有足够截面积的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电电流安全可靠地引入大地。当雷电的先导头部发展到距地面某一高度时，因避雷针位置较高且接地良好，在避雷针的顶端因静电感应而积聚了与先导通道中电荷极性相反的电荷，形成局部电场强度集中的空间，该电场即开始影响雷击先导放电的发展方向，将先导放电的方向引向避雷针，同时避雷针顶部的电场强度将大大加强，产生自避雷针向上发展的迎面先导，更增强了避雷针的引雷作用。11.1.2 避雷针的保护范围避雷针的保护范围通常是指被保护物体在此空间范围内不至于遭受直接雷击，我国使用的避雷针的保护范围的计算方法是根

36、据小电流雷电冲击模拟实验确定的，并根据多年运行经验进行了校验。保护范围是按照保护概率为确定的空间范围。单只避雷针的保护范围类似于一个以其主体为轴线的曲线圆锥体：当时(11.1)当时(11.2)其中，为避雷针在水平面上的保护半径；为被保护物的高度；为避雷针的有效高度；为高度影响系数，时，时。避雷针的保护范围根据避雷针的个数的不用还可分为两支等高避雷针、两支不等高避雷针、多支等高避雷针等情况，它们保护范围的确定这里略去。工程中多是已知被保护物体的高度，避雷针的高度一般都选为2030m。11.2避雷器工作原理及保护 避雷器是专门用以限制线路传来的雷电过电压或操作过电压的一种防雷装置。避雷器实质上是一

37、种过电压限制器，与被保护的电气设备并联连接，当过电压出现并超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，从而限制了过电压的发展，使电气设备免遭过电压损坏。为了使避雷器达到预期的保护效果，必须正确使用和选择避雷器，一般有以下基本要求：首先，避雷器应具有良好的伏秒特性曲线，它必须与被保护设备的绝缘之间有合理的配合； 其次，避雷器应具有较强的快速切断工频续流，快速自动恢复绝缘强度的能力。避雷器的常用类型有：保护间隙、排气式避雷器（常称为管型避雷器）、阀式避雷器和金属氧化物避雷器四种（常称为氧化锌避雷器）。保护间隙的伏秒特性曲线较陡，放电分散性较大，与被保护设备的绝缘配合不理想，且动作后会形成截波，吸弧能力低

38、，所以它的应用范围很有限。排气式避雷器动作几次之后管壁将变薄，内径将增大，这也限制了它的应用，所以它一般安装有简单可靠的动作指示器。工程上最常用的避雷器是金属氧化物避雷器（MOA），因为其性能比碳化硅避雷器更好。金属氧化物避雷器的阀片是以氧化锌为主要原料，并添加其他微量的氧化铋、氧化钴、氧化锰、氧化锑、氧化铬等金属氧化物作添加剂，经过煅烧、混料、造粒、成型等工艺过程后，在1000以上的高温中烧结而成。金属氧化物避雷器的结构非常简单，仅由相应数量的氧化锌阀片密封在瓷套内组成，所以也成为氧化锌避雷器。氧化锌阀片具有优异的非线性伏安特性，使MOA 与碳化硅避雷器相比具有以下优点：1.保护性能好，MO

39、A 由于没有放电间隙，所以放电没有时延；2.没有续流，它在正常工作电压下流过氧化锌阀片的电流极小，接近于一个绝缘体；3.同流容量大，氧化锌阀片单位面积的通流能力为碳化硅电阻片的45 倍；4.运行安全可靠，MOA具有良好的陡波响应特性，它的保护特性几乎不受温度、气压、污秽等环境条件的影响，性能稳定。110kV 侧的所有避雷器可选型号为：Y10W5100295 的氧化锌避雷器。25.7kV 侧的所有避雷器可选型号为：Y10W542140 的氧化锌避雷器。11.3变电所接地的基本原理和保护接地就是指将电力系统中电气装置和设施的某些导电部分，经接地线连接至接地极。埋入地中并直接与大地接触的导体称为接地

40、极，兼作接地极用的直接与大地接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备等称为自然接地极。电气装置、设施的接地端子与接地极连接用的金属导电部分称为接地线。接地极和接地线合称接地装置。接地按照用途可分为工作接地、保护接地、防雷接地和防静电接地4 种。大地是个导电体，当其中没有电流流通时是等电位的，通常人们认为大地具有零电位。大地具有一定的电阻率，如果有电流经过接地极注入时，电流以电流场的形式向大地作半球形扩散，则大地就不再保持等电位，将沿大地产生电压降。而当人与设备漏电外壳接触时，将产生人手脚之间的电压差，称为接触电压。当高点压直接接地时，在接地极附近将形成强电场，进而形

41、成分布电位，当人在分布电位区域内跨一步时，两脚间将形成电位差，即跨步电压。所以，为了保证人员的人身安全，我们必须充分考虑地区的接地电阻，做到良好接地。典型的接地极分为：垂直接地极、水平接地体、冲击接地电阻和以水平极低题为主，且边缘闭合的复合接地装置的接地电阻。变电所中的接地网实际是集工作接地、保护接地和防雷接地为一体的良好接地装置。一般的做法是：除利用自然接地极以外，根据保护接地和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器安装处增加35 根集中接地极以满足防雷接地的要求。变电所电气装置保护接地的接地电阻应满足：其中，为考虑到季节变化的最大接地电阻，单位为；为计算用的流经接地装置的

42、入地短路电流，单位为A。当接地装置的接地电阻不符合上式要求时，可通过技术设施增大接地电阻，但不得大于5。接地网以水平接地极为主，应埋于地表以下0.60.8m，以免受到机械损坏，并可减小冬季土壤表层冻结和夏季水分蒸发对接地电阻的影响，网内铺设水平均压带，做成长孔接地网或方孔接地网。接地网中两水平接地带之间的距离D 一般可取为310m，按照保护接地的接触电位差和跨步电位差校核以后再予以调整，接地网的外缘应围绕设备区域连成闭合环形，角上圆弧形半径为D / 2，入口处铺设成帽檐式均压带。这种接地网的总接地电阻数值一般在0.55范围内。12设备清单12.1开关设备电压等级110kV27.5kV10kV断

43、路器型少油断路器型少油断路器型真空断路器隔离开关高压隔离开关高压隔离开关高压隔离开关12.2母线电压等级110kV27.5kV10kV室外室内平放的硬铝母线平放的硬铝母线12.3支持绝缘子及穿墙套管电压等级27.5kV10kV支持绝缘子型支持绝缘子型支持绝缘子穿墙套管穿墙绝缘陶瓷套管型户内铝导体穿墙套管12.4电压、电流互感器电压等级110kV27.5kV电压互感器型电压互感器型电压互感器电流互感器型电流互感器型电流互感器12.5避雷器电压等级27.5kV10kV避雷器型氧化锌避雷器型氧化锌避雷器12.6主变压器电压等级110kV27.5kV变压器 容量2000kVA，电压27.5/10.5k

44、V的三相双绕组电力变压器13总结与体会作为一名电气工程及其自动化专业的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义的，而且是十分有必要的，不但增强了我对所学专业知识的深入理解，而且提高了我对相关软件的应用能力。让我意识到实践与理论相结合的重要性，对以后的学习和工作都有及其重要的意义。供变电技术课程设计终于结束了，虽然很忙碌、很疲劳，但是收获颇多。我们几乎每天的专注和辛劳，使我对牵引变电所的构成以及各部分的原理和功能都有了更具体的认识和理解。在设计过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中也发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。总体来说，我觉得像课程设计这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进.通过这次课程设计，不