毕业设计110∕35∕10kV降压变电站电气一次系统设计论文

110/35/10kV降压110/35/10kV降压变电站一次系统设计题目毕业设计(论文)系别电力工程系专业班级学生XX指导教师二○一○年六月110kV降压变电站一次系统设计摘要城市供电系统的核心部分是变电站。因此，设计和建造一个安全、经济的变电站，是极为重要的。110kV变电所设计以生产实际为依据，以变电所的最佳运行状态为基础，系统的阐明了110kV变电所设计的基本方法和步骤，经过多方面的校验，是满足实际生产需要的一套最优设计方案。本变电站设计除了注重变电站设计的基本计算外，对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明，其主要容包括：变电站主接线方案的选择，进出线的选择；变电站主变压器台数、容量和型式的确定；短路点的确定与短路电流的计算，电气设备的选择（断路器，隔离开关，电压互感器，电流互感器，避雷器）；配电装置设计和总平面布置；防雷保护与接地系统的设计。另外，绘制了七图纸，包括：电气主接线图，电气总平面布置图，防雷接地图，110kV接线断面图，110kV桥断面图，35kV接线断面图，10kV室配电图等。图纸规格与布图规都按照了电力系统相关的图纸要求来进行绘制。关键词：变电站；电气主接线；电气设备；设计ADESIGNOFELETRICSYSTEMFOR110kVTERMINALTRANSFORMERSUBSTATIONAbstractThecoreofcityforsupplyingpoweristransformer.Itisveryimportanttodesignandbuildonesafeandeconomicaltransformersubstation[1].Theactualdesignfortheproduction,basedonthebestoperationtosubstationsbasedsystemdesignedtoclarifythe110kVsubstationsbasicmethodsandsteps,aftermultipleaccess,isasetofsolutionstomeettheneedsofactualproductiondesignprograms.Besidespayingattentiontobasiccalculationofdesignfortransformersubstation,thedesignmakessatisfyingnarrationtowardchoiceandargumentationofmainconnection.Themaincontentofthisdesignincludethechoiceofmainconnectionfortransformersubstation;thechoiceofpassinandoutline;thecertaintyofnumber,capacitanceandmodelformaintransformer;thecertaintyofshortcircuitpointsandcalculationofshortcircuit;thechoiceelectricequipment(breaker,insulateswitch,voltagemutual-inductanceimplement,currentmutual-inductanceimplement,arrester);thedesignfordistributionanddisposalforchiefplane;thedesignforlightningproofprotectionandearthsystem.Inaddition,drawingsevenblueprintsincludethemainwiringdiagram;thedisposaldrawingofelectricplane;thedrawingoflightningproofprotectionandearthsystem;thedrawingof110kVconnection;thedrawingof35kVconnection;thedrawingof10kVindoordistributionandsoon.Boththespecificationofdrawingandthecriterionofdisposalisbasedonrequirementofdrawingtoelectricpowersystem.Keywords:Transformersubstation;Mainconnection;Electricequipment;Design目录摘要IAbstractII1绪论11.1课题背景11.2变电站设计发展概况11.3本文主要研究容12电气主接线设计22.1主接线的设计原则22.2主接线设计的基本要求32.2.1主接线可靠性的要求32.2.2主接线灵活性的要求32.2.3主接线经济性的要求32.3电气主接线的选择和比较32.3.1主接线方案的拟订32.3.2主接线各方案的讨论比较62.3.3主接线方案的初选择83主变压器的选择与论证93.1主变压器容量的确定93.2主变压器台数的确定93.3主变压器型式的确定103.4主变压器的计算与选择103.4.1容量计算103.4.2变压器型号的选择104短路电流的计算114.1网络的等值变换与简化114.2短路点的选择与各短路点的短路电流的计算115重要的电气设备选择145.1断路器的选择145.1.1断路器选择原则与技术条件145.1.2断路器型号的选择与校验155.2隔离开关的选择165.2.1隔离开关的选择原则与技术条件165.2.2隔离开关型号的选择与校验176方案D与方案E的技术经济比较186.1方案的总投资比较186.2方案的综合投资比较186.3方案的年运行费比较186.4最终方案的确定207其它电气设备的选择217.1电流互感器的选择217.2电压互感器的选择247.2.1110kV母线电压互感器的选择247.2.235kV母线电压互感器的选择247.2.310kV电压互感器的选择257.3避雷器的选择257.3.1110kV侧避雷器的选择257.3.2110kV侧避雷器的选择与校验257.3.335kV母线接避雷器的选择与校验267.3.410kV母线接避雷器的选择与校验267.3.5避雷器型号一览表277.4母线与导线的选择与校验277.4.1110kV侧进线的校验277.4.2110kV母线的选择与校验287.4.335kV母线的选择与校验287.4.435kV进线的选择与校验297.4.535kV出线的选择与校验297.4.610kV母线的选择与校验307.4.710kV进线的选择与校验307.4.810kV出线导线的选择与校验317.4.910kV出线电缆的选择与校验317.6高压熔断器的选择327.7无功补偿与补偿装置的选择327.7.1电容器的选择327.7.2限流电器的选择338配电装置的选择348.1配电装置的选择要求与分类348.2配电装置设计选择359防雷保护设计369.1避雷针的作用369.2避雷针的设计369.2.1四支避雷针的保护围与计算公式369.2.2本所避雷针的设计过程3610接地网的设计3910.1设计说明3910.2接地体的设计3910.3典型接地体的接地电阻计算3910.4接地网设计计算40结论42参考文献43致441绪论1.1课题背景目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也正不断的更新换代。我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。然而，所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。本毕业设计的容为110kV终端变电所电气一次系统设计，正是最为常见的常规变电所，根据变电所设计的基本原理设计，要求掌握常规变电所的电气一次系统的原理与设计过程。1.2变电站设计发展概况变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足现代电力系统管理模式的需求。同时用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，不能充分利用微机数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。建国以来，我国的电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一步提高，电网自动化就显得极为重要。近年来我国计算机和通信技术的发展与自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化以具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时，可靠，安全，经济运行管理的需要，更是电力系统自动化EMS和DMS的基础。1.3本文主要研究容本变电所设计除了注重变电所设计的基本计算外，对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明，其主要容包括：变电所主变压器台数、容量和型式的确定；变电所主接线方案的选择；短路点的确定与短路电流的计算，电气设备的选择；初选方案的经济比较；配电装置设计和总平面布置；防雷保护与接地系统的设计。另外，绘制了七图纸，包括：电气主接线图，电气总平面布置图，防雷接地图，110kV接线断面图，110kV桥断面图，35kV接线断面图，10kV室配电图。图纸规格与布图规都按照了电力系统相关的图纸要求来进行绘制。由于在设计中查阅了大量的相关资料，所以开始逐步掌握了查阅，运用资料的能力，又可以总结四年来所学的电力工业的部分相关知识，为我日后的工作打下了坚实的基础。2电气主接线设计2.1主接线的设计原则[2]电气主接线是变电站电气设计的首要部分，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与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，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟订有较大影响。因此必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响，通过技术经济比较，合理确定主接线。在选择电气主接线时，应以下各点作为设计依据：变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性等多项基本要求。（1）运行的可靠性。断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以与能否保证对重要用户的供电。（2）具有一定的灵活性。主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响围最小，并且在检修时可以保证检修人员的安全。（3）操作应尽可能简单、方便。主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。（4）经济上合理。主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽可能地发挥经济效益。（5）应具有扩建的可能性。由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。对于6～220kV电压配电装置的接线，一般分两类：一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。应视电压等级和出线回数，酌情选用。旁路母线的设置原则：（1）采用分段单母线或双母线的110kV配电装置，当断路器不允许停电检修时，一般需设置旁路母线。因为110kV线路输送距离长、功率大，一旦停电影响围大，且断路器检修时间较长（平均每年5～7天），故设置旁路母线为宜。当有旁路母线时，应首先采用以分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。（2）35kV配电装置中，一般不设旁路母线，因重要用户多系双回路供电，且断路器检修时间短，平均每年2～3天。如线路断路器不允许停电检修时，可设置其它旁路设施。（3）10kV配电装置，可不设旁路母线。对于出线回路数多或多数线路系向用户单独供电，以与不允许停电的单母线、分段单母线的配电装置，可设置旁路母线。对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽量采用断路器少或不用断路器的接线。当出线为2回时，一般采用桥形接线。2.2主接线设计的基本要求变电站的电气主接线应根据该变电站所在电力系统中的地位，变电站的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。2.2.1主接线可靠性的要求可靠性的工作是以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。评价主接线可靠性的标志是：（1）断路器检修时是否影响停电；（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以与能否对重要用户的供电；（3）变电站全部停电的可能性。2.2.2主接线灵活性的要求主接线的灵活性有以下几个方面的要求：（1）调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以与特殊运行方式下的调度要求。（2）检修要求。可以方便的停运断路器、母线与其继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。（3）扩建要求。在扩建时，无论一次和二次设备改造量最少。2.2.3主接线经济性的要求在满足技术要求的前提下，做到经济合理。（1）投资省：主接线简单，以节约断路器、隔离开关等设备的投资；（2）占地面积小：为配电装置布置创造条件，节约用地、导线、绝缘子与安装费用。（3）电能损耗少：经济选择变压器型式、容量和台数，避免两次变压增加电能损失。2.3电气主接线的选择和比较2.3.1主接线方案的拟订110kV高压侧是2回出线，可选择线路变压器组接线，单母分段带旁路母线接线，桥型接线，双母接线，单母线分段接线等。35kV中压侧有6回出线，10kV低压侧有12回出线，均可以采用单母线接线，单母分段接线，单母分段带旁路接线和双母线接线。在比较各种接线的优缺点和适用围后，提出如下五种方案：方案A（图3-1）高压侧：桥接线；中压侧，低压侧：双母线接线。图3-1方案A主接线图方案B（图3-2）高压侧：单母分段接线；中压侧，低压侧：双母线接线。图3-2方案B主接线图方案C（图3-3）高压侧，中压侧：单母线分段带旁路母线接线；低压侧：单母线接线。图3-3方案C主接线图方案D（图3-5）高压侧：桥接线；中压侧，低压侧：单母线分段带旁路母线接线。图3-4方案D主接线图方案E（图3-6）高压侧：桥接线；中压侧，低压侧：单母线分段接线。图3-5方案E主接线图2.3.2主接线各方案的讨论比较1．变压器——线路单元接线（1）优点：接线最简单，设备最少，不需高压配电装置。（2）缺点：线路故障或检修时，变压器要停运；变压器故障或检修时，线路要停运。（3）适用围：只有一台变压器和一回线路时；当发电厂不设高压配电装置、直接将电能送至系统枢纽变电所时。2．桥形接线当两个变压器——线路单元接线相互连接时，可接成桥形接线。连接桥断路器装于靠近主变压器侧，称桥接线；连接桥断路器装于靠近出线侧，称外桥形接线。(1)桥形接线：a）优点：高压断路器数量少，四个元件只需三台断路器。b）缺点：变压器的切除和投入较复杂，需操作两台断路器并影响一回线路暂时停运；连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行；出现断路器检修时，线路要在此期间停运。c）适用围：适用容量较小的变电所，变压器不常切换或线路较长、故障率较高情况。（2）外桥形接线：a）优点：同桥形接线。b）缺点：线路的切除和投入较复杂，需操作两台断路器，并有台变压器暂时停运；连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行；变压器侧断路器检修时，变压器需在此期间停运。c）适用围：适用于容量较小的发电厂、变电所，并且变压器的切换较频繁或线路较短、故障较少的情况。当线路有线路穿越功率时，也宜采用外桥形接线。3．3-5角形接线为减少因断路器检修而开环运行的时间，保证角形接线运行可靠性，以采用3-5角形为宜，并且变压器与出线回路宜对角对称布置。（1）优点：a）投资省，平均每回路只需装设一台断路器。b）没有汇流母线，在接线的任一段上发生故障，只需切除一段与其相连接的元件，对系统运行的影响较小。c）接线成闭合环形，在闭环运行时，可靠性、灵活性较高。d）每回路由两台断路器供电，任一台断路器检修，不需中断供电，也不需旁路设施。隔离开关只作为检修时隔离之用，以减少误操作的可能性。e）占地面积小。多角形接线占地面积是普通中型双母线带旁路母线接线的40%，对地形狭窄地区和地下洞布置较合适。(2)缺点：a）任何一台断路器检修都成开环运行，因而降低了接线的可靠性。b）每个进出线都连接着两台断路器，每台断路器又连着两个回路，从而是继电保护和控制回路接线复杂。（3）适用围：适用于能一次建成的、最终进出线为3-5回的110kV与以上电压的配电装置，不宜用于有再扩建可能的发电厂、变电所中。4．单母线接线（1）优点：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。（2）缺点：不够灵活可靠，母线或隔离开关故障或检修，均需使整个配电装置停电。（3）适用围：a）35-63kV配电装置的出现回路数不超过3回时；b）110-220kV配电装置的出线回路数不超过2回时。5．单母线分段接线（1）优点：a）用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同端引出两个回路，有两个电源供电；b）当一段母线发生故障时，分段断路器能自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。（2）缺点：a）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都在检修期间停电；b）当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越；c）扩建时需向两个方向均衡扩建。（3）适用围：a）35-63kV配电装置出线回路数为4-8回时；b）110-220kV配电装置出线回路数为3-4回时。6．双母线接线由于母线保护要求，一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定连接方式运行。（1）优点：a）供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，可只停该回路；b）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和潮流变化的需要；c）扩建方便，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均匀分配，不会引起原有回路的停电，当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，也不会产生出线的交叉跨越；d）运行中便于安排设备进行调试。（2）缺点：a）每一回路都要增加一组母线隔离开关，故该接线使用隔离开关多；b）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。（3）适用围：a）35-63kV配电装置当出现回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；b）110-220kV配电装置出线回路数为5回与以上时，或当110-220kV配电装置在系统中居重要地位、出线回路数为4回以上时。7．双母线分段接线当220kV进出线回路数甚多、双母线需要分段时，分段原则是：（1）当进出线回路数为10-14回时，在一组母线上用断路器分段。（2）当进出线回路数为15回与以上时，两组母线均用断路器分段。（3）为了限制某种运行方式下220kV母线短路电流或系统解列运行的要求，可根据需要将母线分段。（4）在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器。8．增设旁路母线为保证采用单母线分段或双母线的配电装置在进出线断路器检修时不中断对用户的供电，可增设旁路母线。旁路母线有三种接线方式，即设有专用旁路断路器、母联断路器兼作旁路断路器、分段断路器兼作旁路断路器。2.3.3主接线方案的初选择通过分析原始资料,可以知道该变电站在系统中的地位较重要（供给工农业生产与城乡生活用电）,年运行小时数较高（5800小时/年以上）,因此主接线要求有较高的可靠性和调度的灵活性。高压110kV侧有两回出线（架空线），不必考虑扩建和穿越功率，所以高压侧可采用桥接线；再根据以上各方案的初步经济与技术性综合比较，兼顾可靠性，灵活性,我选择方案D与方案E，待选择完电气设备与潮流计算后再进行更详尽的技术经济比较来确定最终方案。3主变压器的选择与论证在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，成为主变压器。在各级电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济效益。3.1主变压器容量的确定[3]（1）主变容量一般按变电站建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展，对于城郊变电站，主变压器应与城市规划相结合。（2）根据变电站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，应考虑当一台主变停运时，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性质变电站，当一台主变停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%-80%。（3）同级电压的单台降压变压器通量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、全网化。（4）变压器最大负荷按下式确定：式中——负荷同时系数；——按负荷等级统计的综合用电负荷。对于两台变压器的变电站，其变压器的容量可以按下式计算：如此，当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力为40%，则可保证84%的负荷供电。3.2主变压器台数的确定（1）对大城市郊区的一次变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设2台为宜。（2）对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站，在设计时应考虑装设3-4台主变压器的可能性。（3）对于规划只装设两台变压器的变电站，应结合远景负荷的发展，研究其变压器基础是否需要大于变压器容量的要求设计，以便符合发展时，有调换更大容量的变压器的可能性。3.3主变压器型式的确定（1）当不受运输条件限制时，在电压为330kV与以下的发电厂和变电站中主变一般采用三相变压器。具有三个电压等级的变电站，一般采用三绕组变压器。（2）当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。对新建的变电站，从网络经济运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。（43）我国110kV与以上变压器绕组都采用Y连接；35kV宜采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压，变压器绕组都采用△连接。3.4主变压器的计算与选择3.4.1容量计算在《发电厂电气部分》可知：装有两台与以上主变压器的变电所中，当断开一台主变时，其余主变压器的容量在记与过负荷能力允许时间，应能保证用户的一级和二级负荷的供电；对一般性质变电站，当一台主变压器停运时，其余主变压器容量应满足全部负荷的70%--80%。已知35kV侧最大负荷为38MW，最小负荷为20MW，；10kV侧最大负荷为18MW，最小负荷为12MW，；SN≥0.6Smax(Smax为变电站最大负荷)=0.6×(38／0.85+18／0.85)=39.5MVA结论：选择两台50MVA的变压器并列运行。3.4.2变压器型号的选择因为本次设计中有三个电压等级，为降压变电站。且当变压器最小负荷侧通过的容量大于主变容量的15%时，宜选用三绕组降压变压器。因为：S35/S110=（25/0.85）/[30/0.85+25/0.85]=45.4%>15%，所以本设计用三绕组变压器，绕组排列顺序为（由向外）：10kV、35kV、110kV。综上所述：主变压器选用三相三线圈有载调压、节能型降压变压器。型号：SFSZ7-50000；容量：50000kVA电压比：110/38.5/11kV；接线方式、组别：YN/yn0/△-11阻抗电压百分比：高-中10.5%高-低18%中-低6.5%空载损耗：71.2KW；空载电流：1.3%负载损耗：高-低250KW容量比：100/100/100调压方式：有载调压冷却方式：强迫油循环风冷4短路电流的计算4.1网络的等值变换与简化[4]方案D与方案E的短路计算的系统化简阻抗图与各阻抗值，短路点均一样。1）系统阻抗图（图4-1）图4-1系统阻抗图首先应用星-三角变换，将每台变压器的阻抗化简，其转化图如图4-2图4-2系统阻抗转化图4.2短路点的选择与各短路点的短路电流的计算选d1,d2,d3为短路点进行计算。已知，由SB=100MVA,UAV=115kV，基准电流：Ib=0.502kA，系统短路容量为Sd=3000MVA所以系统短路电抗Sd*1=Sd/SB=3000/100=30Xd*1=1/Sd*1=0.0333线路电抗XL*1=1／2×X0×L×Sb／Ub2=1／2×0.395×40×100／1152=0.00299总电抗Xd*=0.0333+0.00299=0.0347又由所选的变压器参数阻抗电压：10.5%(高-中)，18%(高-低)，6.5%（中-低）算得UK1%=1/2[U(1-2)%+U(1-3)%-U(2-3)%]=11%UK2%=1/2[U(1-2)%+U(2-3)%-U(1-3)%]=-0.5%UK3%=1/2{U(1-3)%+U(2-3)%-U(1-2)%}=7%主变容量为50MVA，标幺值：=UK1%/100×(SB/SN)=0.2444=UK2%/100×(SB/SN)=-0.0111=UK3%/100×(SB/SN)=0.1556简化后的阻抗图如图4-3：图4-3系统阻抗简化图（1）当d1点短路时：Xjs*1=0.0347Id1*=1/Xjs*1=1/0.0347=28.815100/（×115）=0.502(kA)d1=I″d1*×Ib=28.815×0.502=15.075(kA)I∞=d1=15.075(kA)ich=Kch×d1=38.4413(kA)（110kv与以上网络Kch取1.8）S∞=Ub1×I=×115×15.075=3002.7266MVA其中，Xjs*——计算电抗；Id1*——短路电流周期分量标幺值；d——起始次暂态电流；I∞——t=∞时的稳态电流；ich——短路电流冲击值；S∞——短路容量。（2）当d2短路时：Xjs2*=0.0347+=0.1555d2*=1/Xjs2*=1/0.1555=6.4309Ib2=Sb/Ub2=100/(×37)=1.560()d2=d2*×Ib2=6.4309×1.560=10.0322kA(kA)I∞=d2=10.0322(kA)ich=Kch×d2=2.5510.0322=25.582(kA)S2∞=Ub2×I∞=642.922(MVA)（3）当d3点短路时：Xjs3*=0.0347+=0.2333d3*=1/Xjs3*=1/0.2333=4.2863Ib3=Sb/Ub3=100/(×10.5)=5.5(kA)d3=d3*×Ib=4.2863×5.5=23.5765(kA)I∞=d3=23.5765(kA)ich=2.55×d3=2.55×23.5765=60.1154(kA)S3∞=Ub3×I∞=×10.5×23.5765=428.775(MVA)5重要的电气设备选择5.1断路器的选择5.1.1断路器选择原则与技术条件[5]在各种电压等级的变电站的设计中，断路器是最为重要的电气设备。高压断路器的工作最为频繁，地位最为关键，结构最为复杂。在电力系统运行中，对断路器的要比较高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或电路发生故障时，能快速切除故障回路，能起保护作用。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：多油断路器、少油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器等。断路器型式选择，除满足各项技术条件和环境外，还应考虑便于施工调试和维护，并以技术经济比较后确认。断路器选择的具体技术条件简述如下：1）电压：（电网工作电压）。2）电流：（最大持续工作电流）。由于高压断路器没有持续过载的能力，其额定电流取最大工作持续电流。3）开断电流（或开断容量）、（或）（5-1）式中——断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；——断路器t秒的开断容量；——断路器的开断容量；——断路器额定开断容量。断路器的实际开断时间t,为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。固有分闸时间查阅《发电厂电气部分课程设计参考资料》表5-25～5-29[6]。4）动稳定：（5-2）式中——三相短路电流冲击值；——断路器极限通过电流峰值。5）热稳定：（5-3）式中——稳态三相短路电流；——短路电流发热等值时间（又称假想时间）；——断路器t秒热稳定电流。其中，由=1.0和短路电流计算时间t，从《发电厂电气部分课程设计参考资料》[6]中查短路电流周期分量等值时间，算出。5.1.2断路器型号的选择与校验（1）电压选择110kV侧：Ug=110kV35kV侧：Ug=35kV10kV侧：Ug=10kV（2）电流选择：（5-4）110kV侧：1.05Sn/（Un）=1.05*63000/（*110）=248A35kV侧：=779.4A10kV侧：1283.755A（3）开断电流：110kV侧：Idt=15.075kA2799.674MVA35kV侧：Idt=10.0322kA642.922MVA10kV侧：Idt=23.5765kA428.775MVA（4）最大短路冲击电流：110kV侧：ich=38.4413kA35kV侧：ich=25.582kA10kV侧：ich=60.1154kA根据以上数据，选定断路器如下：1）110kV侧选定为LW11-110.各项技术数据如下：额定电压：110kV额定电流：1额定开断电流：31.5kA极限通过电流（峰值）：80kA热稳定电流（5s有效值）31.5kA2）35kV侧选定为LW8-35.各项技术数据如下：额定电压：35kV额定电流：16额定断路开断电流：25kA极限通过电流（峰值）：63kA4s热稳定电流：25kA3）10kV侧选定为SN3-10.各项技术数据如下：额定电压：10kV额定电流：2额定开断电流：29kA极限通过电流（峰值）：75kA热稳定电流（5s有效值）：30kA校验：1）满足动稳定，即ichimax2）满足热稳定，即Ix2.tdzIt2·t其中tdz=tz+0.05β″（1）110kV侧ich=38.4413kAimax=63kAich<imax，满足动稳定；tdz=tz+0.05当取5s时,tdz=4.4+0.05=4.45I∞2tdz=15.0752×4.45=347.225It2t=31.52×5=4961.25显然：<，所以满足热稳定。（2）35kV侧ich=25.582kAimax=63kAich<imax，满足动稳定；tdz=tz+0.05当取4s时,tdz=3.4+0.05=3.45I∞2tdz=10.03222×3.45=347.225It2t=252×4=2500显然：<，所以满足热稳定。（3）10kV侧ich=60.1154kAimax=75kAich<imax，满足动稳定;tdz=tz+0.05当取5s时,tdz=4.4+0.05=4.45I∞2tdz=23.57652×3.45=1917.687It2t=292×5=4205显然：<，所以满足热稳定。5.2隔离开关的选择[5]5.2.1隔离开关的选择原则与技术条件隔离开关形式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等要素。其选择的技术条件与断路器的选择的技术条件1）、2）、3）、4）一样。隔离开关也是发电厂和变电所常用的电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关的类型很多，按安装地点不同，可分为屋式和屋外式，按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式。它对配电装置的布置和占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置特点和使用要求以与技术经济条件来确定。本设计110kV、35kV侧为屋外布置，10kV为屋布置。隔离开关的技术条件主要包括以下几项：1）电压：Ｕg2）电流： Ｉgｍａｘ3）动稳定校验：imaxich4）热稳定校验：I∞tdzItt5.2.2隔离开关型号的选择与校验根据短路电流计算结果与选择要求，选定设备如下：（1）110kV侧选定为GW4-110、110D，各项技术数据为：额定电压：110kV额定电流：600热稳定电流（4s有效值）：14kA动稳定电流（峰值）：50kA（2）35kV侧选定设备为GW4-35、35D/,各项技术数据如下：额定电压：35kV额定电流：20热稳定电流（5s）：46kA动稳定电流（峰值）：104kA（3）10kV侧选定设备为GN-10,各项技术数据如下：额定电压：10kV额定电流：1热稳定电流（5s）：30kA动稳定电流（峰值）：80kA校验1）满足动稳定，即ichimax（5-5）2）满足热稳定，即Ix2.tdzIt2·t（5-6）其中tdz=tz+0.05（5-7）（1）110kV侧ich=38.4413kAimax=50kAich<imax，满足动稳定；tdz=tz+0.05当取4s时,tdz=3.4+0.05=3.45I∞2tdz=15.0752×3.45It2t=23.72×4显然：，所以满足热稳定。（2）35kV侧ich=25.582kAimax=104kAich<imax，满足动稳定；tdz=tz+0.05当取4s时,tdz=3.4+0.05=3.45I∞2tdz=10.03222×3.45It2t=462×4，显然<,满足热稳定。（3）10kV侧ich=60.1154kAimax=80kAich<imax,满足动稳定；tdz=tz+0.05当取5s时,tdz=4.4+0.05=4.45I∞2tdz=23.57652×3.45It2t=302×5，显然<,满足热稳定。6方案D与方案E的技术经济比较6.1方案的总投资比较[6]方案DSFSZ7-50000主变压器45.15万元×2台LW11-110断路器13万元×3台LW8-35断路器0.536万元×9台SN2-10断路器0.417万元×15台GW4-110.110D隔离开关0.238万元×8个GW4-35.35D隔离开关0.13万元×24个GN-10隔离开关0.014万元×42个总投资：145.991（万元）方案ESFSZ7-50000主变压器45.15万元×2台LW11-110断路器13万元×3台LW8-35断路器0.536万元×9台SN2-10断路器0.417万元×15台GW4-110.110D隔离开关0.238万元×8个GW4-35.35D隔离开关0.13万元×18个GN-10隔离开关0.014万元×30个总投资：145.043（万元）6.2方案的综合投资比较Z=Z0×（1+α/100）（万元）（6-1）式中：Z0为主体设备的综合投资，包括变压器，开关设备等的综合投资；α为不明显的附加费用比例系数，110kV取90因此：ZD=277.383（万元）ZE=275.582（万元）6.3方案的年运行费比较（6-2）式中：u1——小修，维修费，一般为（0.022～0.042）Z；u2——折旧费，一般为（0.005～0.058）Zα——电能电价，一般可取0.06～0.08元/（kW·h）；ΔA——变压器年电能损失总值（kW·h）由于已知最大负荷和最大负荷利用小时数对于三绕组变压器n台容量并联运行，当容量比为100/100/100时，则ΔA的计算采用以下公式：ΔA=n（ΔP0+KΔQ0）T0+（ΔP+KΔQ）×（）τ(6-3)式中：ΔP0，ΔQ0——为一台变压器的空载有功损耗（kW），无功损耗ΔQ0=I0（%）Sn/100（kvar）；I0（%）——一台变压器空载电流百分值；ΔP，ΔQ——为一台变压器的短路有功损耗（kW），无功损耗ΔQ=Ud（%）Sn/100（kvar）；Ud（%）——变压器的短路电压（或称阻抗电压）百分值；K——无功经济当量，即为每多发送（或补偿）1kvar无功功率,在电力系统中所引起的有功功率损耗增加（或减少）的值.一般变电所取0.1～0.15；Sn——一台变压器额定容量（kVA）；S1，S2，S3——为n台变压器三侧分别担负的最大总负荷（kVA）；S3n——第三绕组额定容量（kVA）。△P0=71.2kW,△Q0=I0(%)×Sn/100=1.3×50000/100=650（kW）△Pmax=250kW△P=3/2△Pmax=375kWUd（1-2）%=10.5%，Ud（1-3）%=18%，Ud（2-3）%=6.5%Ud1%=1/2（Ud（1-2）%+Ud（1-3）%-Ud（2-3）%）=11%Ud2%=1/2（Ud（1-2）%+Ud（2-3）%-Ud（1-3）%）=-0.5%Ud3%=1/2（Ud（2-3）%+Ud（1-3）%-Ud（1-2）%）=7%Ud%=Ud1%+Ud2%+Ud3%=10.75%+6.75%-0.25%=17.5%△Q=Ud%·Sn/100=17.5×50000/100=8750kvarS1=38/0.85+18/0.85=65.88MVAS2=38/0.85=44.71MVAS3=18/0.85=21.18MVA由Tmax35=6000h查表得τ35＝4600h；Tmax10=6000h查表得τ10=4600h，所以τ=4600h由以上数据可算出△A：ΔA=n（ΔPo+KΔQo）To+（ΔP+KΔQ）×（）τ=2×（71.2+0.1×650）×8000+×（375+0.1×8750）×（）×4600=2.72×106（kW·h）运行费用：UD=αΔA×10-4+u1+u2=0.07×2.72×106×10-4+0.03×277.383+0.005×277.383=28.748（万元）UE=αΔA×10-4+u1+u2=0.07×2.72×106×10-4+0.03×275.582+0.005×275.582=28.118（万元）6.4最终方案的确定综上所得，ZD＞ZE，UD＞UE，方案E在经济上比方案D优越；在可靠性上，方案E中，低压侧采用单母线分段接线已能保证系统的需要，达到供电和检修的可靠性要求，乃至故障时仍可达到供电的要求。因此选择方案E作为主接线方案。7其它电气设备的选择7.1电流互感器的选择[7]（1）110kV电流互感器1．一次回路电压：因为Ug=110kV UN=110kV 所以Ug=UN2．一次回路电流：查表4-1得：Ig.max＝248.7626表7-1-1LQZ型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷(Ω)10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数重量(kg)价格(元)0.5级1级二次负荷(Ω)倍数油总重LQZ-1102×50～2×300/5D/D0.5D2157513530015000.523．动稳定：ich≤ImKdw因为ImKdw=×600×135=114.551kA ich=38.4413kA所以ich<ImKdw满足动稳定校验。4．热稳定：I∞²tdz≤(ImKt)2由t=1s查书112页图5-1得，tz=0.8s<1stdz=tz+0.05β"²=0.8+0.05=0.85s所以I∞²tdz=5.0752×0.85(ImKt)2=(0.6×75)2所以I∞²tdz<(ImKt)2满足热稳定校验（2）35kV侧电流互感器1．一次回路电压：因为Ug=35kV Un=35kV 所以Ug=Un2．一次回路电流：Ig.max=779.4表7-1-2LCWD-35型型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷(Ω)10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数重量(kg)价格(元)0.5级1级二次负荷(Ω)倍数油总重LCWD-3515～1000/5D/0.5D1.20.835651504527016000.51.233．动稳定：ich≤ImKdw因为ImKdw=×1×150=212.132KA ich=25.582KA所以ich<ImKdw满足动稳定校验。4．热稳定：I∞²tdz≤(ImKt)2由t=1s查书112页图5-1得，tz=0.8s<1stdz=tz+0.05β"²=0.8+0.05=0.85sI∞²tdz=10.03222×0.85(ImKt)2=(1×65)2所以I∞²tdz<(ImKt)2满足热稳定校验。35kV出线：表7-1-3LCWDL－35型电流互感器型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷(Ω)10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数重量(kg)价格(元)0.5级1级二次负荷(Ω)倍数油总重LCWDL-35(2×20)～(2×300)/50.5/D0.5275135471801500D2153．动稳定：ich≤ImKdw因为ImKdw=×0.6×135=114.551KA ich=25.582KA所以ich<ImKdw满足动稳定校验。4．热稳定：I∞²tdz≤(ImKt)2由t=1s查书112页图5-1得，tz=0.8s<1stdz=tz+0.05β"²=0.8+0.05=0.85sI∞²tdz=10.03222×0.85(ImKt)2=(0.6×75)2所以I∞²tdz<(ImKt)2满足热稳定校验。（3）10kV侧电流互感器1．一次回路电压：因为Ug=10kV Un=10kV 所以Ug=Un2．一次回路电流：Ig.max=1283.755A表7-1-4LDZJ1－10型电流互感器型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷(Ω)10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数重量(kg)价格(元)0.5级1级二次负荷(Ω)倍数油总重LDZJ1－10600～1000/50.5/30.50.40.60.42.5～1050907722030.6≥153．动稳定：ich≤ImKdw因为ImKdw=×1500×90=190.918KAich=60.1154KA所以ich<ImKdw满足动稳定校验。4．热稳定：I∞²tdz≤(ImKt)2由t=1s查书[2]112页图5-1得，tz=0.8s<1stdz=tz+0.05β"²=0.8+0.05=0.85sI∞²tdz=23.57652×0.85(ImKt)2=(1.5×50)2所以I∞²tdz<(ImKt)2满足热稳定校验。10kV出线表7-1-5LA-10电流互感器型号额定电流比(A)级次组合准确级次二次负荷(Ω)10%倍数1s热稳定倍数动稳定倍数重量(kg)价格(元)0.5级1级二次负荷(Ω)倍数油总重LA-10600～1000/50.5/30.50.4509021010.43．动稳定：ich≤ImKdw因为ImKdw=×1000×90=127.279KAich=60.1154KA所以ich<ImKdw满足动稳定校验。4．热稳定：I∞²tdz≤(ImKt)2由t=1s查书112页图5-1得，tz=0.8s<1stdz=tz+0.05β"²=0.8+0.05=0.85sI∞²tdz=23.57652×0.85(ImKt)2=(1×50)2所以I∞²tdz<(ImKt)2满足热稳定校验。上述选择的电流互感器技术参数能满足正常运行与继电器保护的要求。7.2电压互感器的选择[7]电压互感器的型式应根据使用条件选择：6－20kV屋配电装置，一般釆用油浸绝缘结构，也可釆用树脂绕注绝缘结构的电压互感器。35－110kV的配电装置，一般釆用油浸绝缘结构的电压互感器，220kV以上，一般釆用电容式电压互感器。7.2.1110kV母线电压互感器的选择1．一次电压U1：1.1Un>U1>0.9Un U1=110kV Un=110kV2．二次电压U2n：U2n=100/3．准确等级：1级表7-2-1JCC－110型电压互感器型式额定变比在下列准确等级下额定容量(VA)最大容量(VA)连接组1级3级单相(屋外式)JCC-110500100020001/1/7.2.235kV母线电压互感器的选择1．一次电压U1：1.1Un>U1>0.9Un U1=35kV Un=35kV2．二次电压U2n：U2n=1003．准确等级：1级表7-2-2JDJ－35型电压互感器型式额定变比在下列准确等级下额定容量(VA)最大容量(VA)0.5级1级3级单相(屋外式)JDJ-3535000/10015025060012007.2.310kV电压互感器的选择1．一次电压U1：1.1Un>U1>0.9Un U1=10kV Un=10kV2．二次电压U2n：U2n=100kV3．准确等级：1级表7-2-3JDZ-10电压互感器型式额定变比在下列准确等级下额定容量(VA)最大容量(VA)0.5级1级3级单相(屋外式)JDZ-1010000/100801503005007.3避雷器的选择[8]7.3.1110kV侧避雷器的选择避雷器是一种保护电器，用来保护配电变压器，电站和变电所等电器设备的绝缘免受大气过电压或某些操作过电压的危害。大气过电压由雷击或静电感应产生；操作过电压一般是由于电力系统的运行情况发生突变而产生电磁振荡所致。避雷器有两种：（1）阀型避雷器按其结构的不同，又分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷器：（2）管型避雷器，利用绝缘管间隙中的电弧所产生的气体把电弧吹灭。用于线路作为防雷保护。7.3.2110kV侧避雷器的选择与校验由Ug=110kV查表选FZ-110J型，如下表所示：表7-3-1FZ-110J型避雷器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-110J4×FZ-30J110100224268检验：（1）灭弧电压校验：最高工作允许电压：kV直接接地：kV，满足要求。（2）工频放电电压校验：下限值：kV上限值：kV＜312kV上、下限值均满足要求。一般国产阀型避雷器的保护特性与各种电器的绝缘均可配合，故此项检验从略。7.3.335kV母线接避雷器的选择与校验由Ug=35kV查表选FZ-35型，如下表所示：表7-3-2FZ-35型避雷器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-352×FZ验：（1）灭弧电压校验：最高工作允许电压：kV直接接地：kV，满足要求。（2）工频放电电压校验：下限值：kV上限值：kV＜104kV上、下限值均满足要求。7.3.410kV母线接避雷器的选择与校验由Ug=10kV查表选FZ-10型，如下表所示：表7-3-3FZ-10型避雷器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-10单独元件1012.72631检验：（1）灭弧电压校验最高工作允许电压：kV直接接地：kV，满足要求。（2）工频放电电压校验下限值：kV上限值：KV＜31kV上、下限值均满足要求。7.3.5避雷器型号一览表表7-3-4避雷器型号一览表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-110J4×FZ-30J110100224268FZ-352×FZZ-10单独元件1012.726317.4母线与导线的选择与校验母线的选择[9]裸导体应根据具体使用情况按下列条件选择和校验：（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，或采用硬铝导体穿墙套管有困难时，以与对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬导体。回路正常工作电流在4000A与以下时，一般选用矩形导体；（2）按最大持续工作电流选择导线载面S；（3）按经济电流密度J选择；（4）热稳定校验；（5）动稳定校验。导线的选择导线截面积的选择原则和作法如下：1）送电线路的导线截面积，一般根据经济电流密度选择。对于大跨越导线的截面积，一般按长期允许载流量选择。2）送电线路所采用的导线和避雷线，应符合国家颁布的产品规格，铝绞线、钢芯铝绞线和扩径导线的规格与其长期允许载流量列于参考书《电力系统课程设计与毕业设计参考资料》[8]的附录一。3）导线截面积选择的一般作法：先按经济电流密度初选导线标称截面积，然后作电压损失、机械强度、电晕、发热等技术条件的校验，有必要时尚需作技术经济比较，确定导线截面积与相应的导线型号。7.4.1110kV侧进线的校验根据任务书已知110kV侧架空线路采用LGJ-300。查表得LGJ-300型导线参数如下表所示：表7-4-1LGJ-300型导线参数长期允许截流量(A)导导体最高允许温度℃导线型号+70+80LGJ-300753742它在Qy=70℃,Q0=25℃时，Iy=753查表，综合校正系数K0＝1.0K0Iy=1.0×753=753所以Ig.max<K0Iy所以所选导线满足要求。7.4.2110kV母线的选择与校验110kV进线最大持续工作电流Ig.max=248按最大持续工作电流选择，查设备手册选LGJ-120型钢芯铝绞线，其标称截面为120，+80℃长期允许载流量为401A。实际环境温度25℃，查144页表5-17，综合修正系数K=1.00热稳定校验：S≥Smin=(mm2)tdz为主保护动作时间加断路器全分闸时间取tdz=3.4s查书106页表5-2，其中热稳定系数C=87，满足热稳定要求的最小截面为:Smin===148.95(mm2)可见，前面所选导线截面S=120mm2<Smin=148.95mm2换成LGJ-185，+80℃长期允许载流量为531A，满足热稳定。7.4.335kV母线的选择与校验应选用裸导体，当回路正常时工作电流在4000A以下时，一般选用矩形导线。1．按经济电流密度选择母线截面35kV最大持续工作电流Ig.max=779.4按Tmax=6000h/a，查表，可得经济电流密度J=0.97A则母线经济截面为：S=Ig.max/J=779.4/0.97=803.505查矩形铝导体长期允许截流量表表，应选(