【35KV变电站设计16000字（论文）】

35KV变电站设计目录TOC\o"1-2"\h\u31970引言 113770第1章绪论 249431.1背景 283121.2选题的目的及主要研究内容 332001.3本章小结 416333第2章负荷计算 5271132.1变电站基本参数预设 5248322.2负荷等级的划分和计算的意义 559302.3负荷计算的方法 6284952.4本章小结 720514第3章主变压器与主接线的选取 798113.1主接线的定义和基本要求 7236673.2主接线的一般接线形式及最终选择 8265963.3主变压器的选定 9297763.4本章小结 1223103第4章短路电流计算 121394.1短路电流计算的作用、产生原因及危害 12226084.2短路的类型 14143924.3计算短路电流 14197854.4本章小结 2428781第5章电气设备选择 2576605.1电气设备选择标准 25222365.2电气设备选择 2554305.3本章小结 2722105第6章防雷接地保护 28141556.1防雷与接地保护的目的 2873166.2主要的防雷接地设备 28135206.3本章小结 2912933结论 30引言低电压变电站，是输电线路中的重要一环，它直接和用户端相连，用户端能用的电能是不是符合预期的质量要求，直接取决于低电压变电站的各项参数高低以及运行时机组是否状态平稳。一个变电站的设计，首先应该从确定其基本用途（功能）开始，以此为起点，确定其电压类型、进出线情况等基本参数；参数确定后，就可以展开下一步，讨论主变压器及主接线设计，确定接线方法；随后，逐步展开讨论短路电流计算、其他电气设备选取，以及必要的防雷接地保护措施；最后，将所有信息进行整合，就可以绘制完整的变电站主接线CAD图了。第1章绪论1.1背景电力相关科技的发展，日新月异，其以可观的速度更新迭代着。电力的发展，需要以电力工业作为实体依托，而电力工业更是在现代化的各行各业中，有着无可替代的前导作用，只有电力工业有所发展，其他的各大用电行业才能后续跟进发展，而这些行业的发展，反过来也会为电力工业指明下一步的发展方向。所以，电力工业和其他各行各业之间，以及电力技术和电力工业之间，都呈现着相互推动、相互制约的发展关系。这几年以来，电力工业发展，出现了以下三个方面的大变革：越来越高的额定运行电压，进一步增大的机组容量，小电网互相连接形成的更大的电网。电能因为其污染小、能量转化形式多样、能量来源广泛、适用面广等特点，国家特别重视它的发展，以至于每年要为它投入数以亿计的资金和人力物力。而近几年，随着各国之间的学术交流一天天密切，电力工业技术也在不断地推陈出新，电力工程不断与时俱进地将新技术融入实际设计和生产环节，比如：能大幅减小线路损耗的特高压或者超高压电网、将输电线路由交流改为直流的直流输电技术、对现有的难以直流化改造的交流输电网采用串联补偿的串补技术等。变电站在电力系统中，仍旧具有着无法撼动的重要地位[1]工程师在设计思路与设计方案具体化时，也随着电力技术的迭代，研发了更紧凑、更节省空间的的线路排布方案，还有更广阔容量的变压器等。在我国，电力建设已经发展了近半个世纪，其发展趋势也也越来越明朗：首先是系统容量整体上不断增加，然后是各项电流幅值不断升高，还有要求电气装置和电力系统的各个参数随时间变化的时差越来越小等[2]；而随着更多的新兴电力科技蓬勃兴起，比如说高精度设备制造业、耐高压材料制造业，再加上计算机科学、通信设备研发及制造业等等，强力推动了变电技术迈上更高的台阶，这更使得我国变电站设计越来越多地采用更简单的接线方案，大量采用新式一次设备，引入先进的网络通信技术等等[3]。有需求就有市场。基于我国变电站设计的新趋势，我国制造厂普遍着力于把电气设备的机械结构、内部零部件安装方式等，设计得越来越简约。由于结构越来越简单，设备本身的运行故障率也越来越低，而后期的运行维护也能在更短的时间内完成，避免了长时间的停电，这两方面因素共同作用，就让电网设备的运行变得越来越平稳了[4]。举个例子说明，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术越来越先进，发生故障的可能性大大降低，用于检查维护的时间显著减少。对于国外著名厂家，如瑞士的ABB，德国的西门子，这两家公司生产的特色产品——超高压断路器，其全结构检修时间，最长可以达到20年一次，而更换其中个别的元器件，也只需要大约15分钟[5]，比早期同类产品缩短了接近一半用时。除了以上这些，为了更多地把工程的预估投入资金量和施工时间控制在低水平，提高工程的收益水平，无数有关部门专家的反复讨论，国内一小部分变电站在设计和建造时，已经逐渐采用新式的更简化的接线方案。如今，世界各国越来越多地将地方性电力系统的规模进一步扩大化，并将其按需合并，像一个个模块组成一个巨大的组合体一样，合并成大电网。自从大电网问世，诸多电力系统都在第一时间采用了它，而这种实践很多次指示出一个行业现状：电力系统的整体体量越大，电力的调度运行就越有足够的空间来进行优化，经济效应就越显著，对线路上出现的事故抵御力就越强。甚至有些发达国家，都选择把本国的电力系统相互连接，组成跨国电力系统[6]。电网规模日益增大的同时，如果不提高电网线路上的电压，则线路本身的电热损耗将极其可观。所以，大电网必须在高压，甚至特高压、超高压电力条件下运行[7]，而如此高的电压，必须有足够大规模的各类机组与之匹配，在减低线路上的电热损耗的同时，还应该确保电能的产出与消耗大致平衡，以期减少电能浪费[7]。故而，高电压、大机组、大电网这三者之间的关系可简述如下：大电网需要高电压环境运行，同时其自身也保障了高电压的运输；大机组则是在需要高电压环境运行的条件下，构成了大电网的各个重要节点，其自身保障着大电网的顺利运转。随着国民经济不断增长，我国的轻、重工业，还有农耕、林木、畜牧、渔业等基础行业，日益迫切我国电力系统提高供电容量，以满足上述行业的生产能源供应，所以需要更多的变电所来支持，而35kV变电所则是扩建方案的主流选择。在设计时，主要环节是选择电气主接线方案，只有确定好主接线方案，才能开展选择接下来的变电所设备、并把配电装置在现有电站选址上合理分布，再选定继电保护装置等电力单元模块，确定了上述条件，才能对最终的方案进行成本评估。1.2选题的目的及主要研究内容改革开放以来，我国电力工业比建国之初发生了翻天覆地的变化，以一个很高的速度、很高的质量不断前进，35kV变电所在国家电力系统中的数量和分布地域，仍然首屈一指。在以220kV变电所为圆心的周边60km地区，工程师们会把投建35kV变电所作为首选方案，因为具有很多优势。首先，这种方案降低了施工时的前期资金投入，为国家节省了一大笔开销，而且建造花的时间，比选择更高电压的变电所缩短了大约30%[8]，大大避免了不必要的工程人力资源占用，而且能够以更短的时间，通过变电输送，将电能转化为工业、农业生产值，进而将建设成本追平，产生更高的经济效益[9]。更重要的是，低压变电站，其结构、负荷水平，都普遍低于高压变电站，投入使用后，用于维护、保障变电站运行的人力物力投入，也比高压变电站低[9]。另外，35kV变电所在整个电力输送线路上，承担着很重的权重，也是铺设电网最费时、容错率最低的环节。35kV变电站，在电力系统的发出端以及用户之间起到承前启后的重要作用，它和其后电网中更靠近用户端的下游设施，如各类小型变电所、配电柜还有入户线路等紧密相连，可以说是用户电能分配的最后一处重要的“物资调度中心”[10]。因此，以35kV变电所为代表的低压变电所，设计的参数是否科学、运行时是否留出足够的安全余量，直接关系到流经本发电站的电能各项指标是否合格，进一步决定了电力系统能不能在运行时不发生事故、能不能长期保持输出电能符合质量要求、能不能兼顾节能等等问题。同时，35kV变电站，其本身的电磁污染、谐波污染也较高电压的变电站更低，对周边的线路及人员身体健康影响更小，更能满足城市和乡村越来越多的生活、生产用电需要[11]。我们在此选择35kV变电站设计作为毕业选题，不仅因为该变电站设计涉及到了供电技术、发电厂及其设计、电力系统分析等学科，贴合本专业（电气工程及其自动化）所学知识，是对本人学术水平、设计能力、计算能力和语言表达能力的一次考验，而且可以借此机会，对供电系统本身、系统的设计、运行维护等方面有一个初步认知，这有助于本人积累一定的常识，为步入工作打下良好基础。本变电站，将从负荷计算（包括确定基本参数预设及计算原则）、主变压器选择及主接线设计、短路参数计算（包括各个短路点的三相短路电流标幺值和有效值、三相和两相短路全电流冲击值）、电气设备选择（包括高压及低压侧断路器、电流互感器等），以及防雷接地保护装置等方面，展开设计，预期实现简单、基础的变电输送功能。1.3本章小结本章首先简要阐述了我们所处的时代对电力工业发展的要求日益高涨这一大背景，再点明了电能对于电力工业的重要作用，由此侧面说明变电站在电网中的重要地位；介绍了国外变电站发展的背景，引出了“高电压、大机组、大电网”的变电站发展现状及其趋势，随后简介国内的变电站设计的新趋势——简化方案、新式设备、学科交叉，以及这三者之间相互影响、相互配合的发展关系；然后讲了选题的目的，即：35kV变电站的广适性、该设计符合本人所学专业，是对本人学术水平的一次考验，同时也有利于本人立足本设计展望将来的就业环境；最后是主要研究内容，共计5个方面，涵盖了负荷计算、主变压器和主接线方案选择、短路电流还有其他各项参数的计算、其他设备选取以及防雷接地装置设计等，并由此大纲具体地展开变电站设计的具体研究内容。第2章负荷计算2.1变电站基本参数预设变电站，在发电-输电-用电这一个链条中，承担着“上达下传”的任务[12]，即：把发电厂发出，并输送到本环节的电能，调节到满足输出电压的预设指标，再传入下一环节（负荷）。而上述预设指标怎么确定，则是根据负荷的生产或生活需要确定。在此，我们首先对预设的变电站各项指标、参数，作出说明：1．变电站类型：35kV地方降压变电站2．电压等级：35kV/6kV3．负荷预设：6条10kV出线，最大负荷分别为：80A，70A，95A，90A，50A，60A。4．进线和出线设置：35kV侧，1条进线，10kV侧，6条出线5．系统情况：（1）35kV侧基准值：Sj=100MVA（2）10kV侧基准值：Sj=100MVA6．线路参数35kV线路为LGJ-70，长度25km其参数为：x输电线路标幺值：X7．电源电抗标幺值计算：Xmax*=8．气象条件最热平均气温30℃。2.2负荷等级的划分和计算的意义根据国标GB50052—2009《供配电系统设计规范》规定，按照某台负荷自身运行时，由于突然中断供电，造成的对电气操作人员生命安全和公私财产损失，我们可以把电力负荷分为三级，分类细则见下[13]：（1）一级负荷：因意外事故导致中断供电，将造成人身伤害甚至伤亡，或中断供电会使得生产变得不安全、重大产品及重要原材料报废、生产单位恢复生产需要大量时间以及其他类似属性的负荷。（2）二级负荷：一旦断电就会造成很大的财产损失的负荷。如电气主设备机械结构损坏、或者是生产线全速运行突然失电导致大量产品报废，重新开启生产要花很长时间。（3）三级负荷：不归入一级、二级的负荷[13]。负荷计算具有很重要的意义。首先，变电站设计离不开负荷计算提供的基础参考数据。另外，只有计算出的负荷在合理范围内，所选用电器和导线的成本才能控制在一个较低的水平，为整个方案节约资金。如果这个预设值设定的远高于正常值，不光浪费电、浪费大笔资金，还会浪费很多导电金属[14]；而设定的远低于正常值，会让用电器和各条导线长期在超负荷条件下运转，白白增加了许多电能损耗，并由此产生极强的热效应，进一步引起线路外包的绝缘层老化，甚至火灾。需要说明的是，我们在此计算的负荷，是实际负荷随温度增长而变化的等效值，只要算出这个负荷，我们就能很容易地比较出，在整个输电系统里，各个部分负荷产生的热效应的大小。简单来说，就能看出来哪个负荷在整个系统里产生的负担最重，才能选出合适的变压器和输电导线；把变压器和负荷的各项指标定在一个合理的范围之后，变压器就能投入运转了，让电力系统按照预设性能指标长期运行，同时消耗更少的电能，使得各负荷运转时电压降很小，进而提高设备运行效率[14]。此外，实际生产中的负荷，是随时间变化的，它和设备性能、数量、生产操作者的技能以及能源供应情况息息相关，在此声明，我们所做的负荷计算，只是对实际生产状况的一种预测、拟合，不能代替运行时的实时数据[15]。2.3负荷计算的方法工程师最常使用需要系数法、二项式法，确定用电设备组计算负荷。需要系数法实际使用比较多，也最简单[16]；二项式法局限性大，但计算分支线路的设备较少，而且它们的容量差别较大时，选二项式法更好。在此说明，本篇论文采用需要系数法。主要公式列举如下：（1）用电设备组的有功计算负荷：（2-1）式中，为同时系数，就是设备组在运转的设备与全部设备的容量比；为负荷系数，就是设备组的输出功率与运行的设备容量之比；为设备组的平均效率，就是输出功率与取用功率之比;为配电线路的平均效率，即配电线路的末端功率与首端功率之比，以上各个量的定义，都把最大负荷运行作为背景条件。（2）无功计算负荷为：（2-2）式中，是设备组的的正切值。（3）视在功率计算负荷为：（2-3）式中，是设备组的平均功率因数。（4）计算电流为：（2-4）式中，为用电设备组的额定电压。2.4本章小结本章展开说明了变电站的预设指标，如：变电站类型、负荷情况、负荷分类、负荷计算意义，确定了计算各参量的方法（需要系数法），并简要列举主要计算公式。第3章主变压器与主接线的选取3.1主接线的定义和基本要求电气主接线，也叫电气一次接线图。该电路除了实现汇集、分配电能这一基本功能，还可以输送预期的功率、为工程师指明哪两台或多台设备相连通。一般来说，主接线投入使用后，其应当符合电力系统对本电站要求的电能供应稳定性以及产生电能的指标与预期值的相差水平。此外，主接线应用的技术在国际国内处于何种水平，建设花掉的资金和人力成本能不能可控，接线方案投入使用后方不方便维护，其灵活性有没有为后期改造及维护留下空间，这些都是工程师们需要考虑的事情[17]。主接线的基本要求，主要体现在变电站本身应有的实际安装情况：首先是变电站的电源进线不能交叉重叠；其次是对重要负载的供电线路，必须保证故障率控制在很低的水平，即使发生断电也能第一时间启动备用电源；换句话说，如果一处变电站具有以一级负荷为主的重要负荷，那么就必须保证至少有两条电源进线，而且要相互独立，每单独一条进线都得能完全供应整个系统的全部负荷；然后是主接线传输的电能，必须和各台主变压器的容量相匹配，传输过多则浪费电能，过少则不能满足整套电力系统运行；最后是进出线的回路数、选用的断路器采用哪一种备用方式等等。以上这些要求，在落实时，都要保证整套电力系统运行时，不能发生断电、过电流等严重的生产事故，还要为全系统运行的时候，调整各部分机组容量、停机检修等留出操作余地，同时，还要兼顾到运行所消耗的电能。此外，在确定主变压器的台数和容量的时候，也要参照预期的负荷设定，并留出检修余地。3.2主接线的一般接线形式及最终选择电气主接线有两种基本形式：有母线接线和无母线接线。细分类型如图3-1所示。图3-1电气主接线的细分类型在此，我们选择分段单母线接线法，其示例接法见图3-2。图3-2分段单母线接线法示例由上图，我们不妨把分段断路器QF看作一个普通的开关，那么它就具有闭合和断开两种工作状态。当系统正常运行，而且QF闭合，此时我们假定I段母线故障，那么I段母线上的母线继电器保护（本图未画出）会把联通I段和II段母线的断路器QF1，以及WL1、WL2支路上的分段断路器QF，从整个电路中断开并分离出来，这样I段母线部分也从整个电路中分离出来了，这时候，II段母线这部分依然能正常工作，由电源II继续向整个系统供应电能；当系统正常运行，而且QF断开，此时我们仍假定I段母线故障，那么I段母线上的各条出线（WL1、WL2）都会断电，而II段母线及其出线仍然正常工作；更重要的是，如果I段母线电源断开了，I段母线的各条出线还能从II段母线的电源II那里获得电能；而且，任意一条母线，或者母线上的隔离开关需要检修时，我们不用把整个电力系统都停电，只需要把这条母线所在的支路及其回路断开就行了。分段单母线接线的优点是[18]：（1）线路分布很明晰，施工简单，容易维修，进而能增强线路运行稳定性，降低故障率；（2）把电能在线路间调动难度低，且后期扩建余量较大；（3）如果出线回路稍多，不用追加很多投资就能保障运转。3.3主变压器的选定对于一套电力系统来说，只有确定好安装了几台主变压器，每台变压器的容量分别有多大，才能再确定接下来的选用哪种主接线的形式，以及选用哪种结构的配电装置。3.3.1主变压器台数、容量和相数的确定确定主变台数，其主要参考条件如下[18]：(1)能保证电力系统运行时，如果一台变压器损坏，其余变压器可以在短时间内衔接上对系统的供电。此原则适用于安装了很多一级、二级设备的变电站。(2)变电站的负荷随时间变化很大，如白天和晚上、夏季和冬季，需要随时间调整各设备运转强度的变电所，可以安装两台变压器。(3)普通的车间变电所，安装一台变压器就够了。但是负荷集中且容量相当大的，或者专门为某大型工业生产设施供电的变电所，即使负荷等级较低，必须安装两台甚至更多。(4)人口稀疏地带的一次变电所，如果中压侧或低压侧已经构成成规模的闭合的输电网络，最好安装两台变压器。本变电所三级负荷较多，电压等级低，故只用安装一台主变压器。变压器容量的选择，是为实现其预置功能而服务的。所以，在一般情况下，单台变压器每一兆伏安的花费、系统短路容量（某测量点三相短路时的视在功率）和变电所选址的气温高低、日照长短、恶劣天气是否频繁等对变压器工作状况的考验，都是影响选择变压器容量的因素。选择时，我们应当遵循下面几条原则[19]：(1)只装一台主变压器的变电所主变压器容量SNT应满足全部设备总计算负荷，即≥（4-1）(2)装有两台主变压器的变电所单独一台变压器的容量应满足以下条件:I单台变压器，单独运行，需要达到计算负荷60%-70%的水平，即（4-2）II在上述情况不变的条件下，应满足所有的一、二级负荷，即（4-3）其中Ⅰ、Ⅱ分别对应一、二级负荷。Ⅲ为了给未来5~10年的系统调整留下余量，我们选择过载能力（当电压过高或负载电流过大，超过额定限值以后，设备能够承受的能力范围）较小的干式变压器。在这里，我们需要说明一下，电力变压器额定容量：即温度一定时的持续最大输出容量。另外，需要说明的是，如果安装地点的年平均气温是20℃，则年平均气温每升高1℃，变压器容量相应地减少1%。因此，户外电力变压器实际容量（出力）为：户内电力变压器实际容量为：本变电所只有一台变压器，6条出线的最大总负荷电流为：计算负荷为：为了给今后发展留出足够的余量，我们选用容量为的变压器。常用的电力变压器，有单相和三相两种。三相设备比单相设备多了很多优点，主要体现在以下几个方面：首先是三相变压器更便宜，比机组容量相同的单相变压器价位偏低20%左右，能节省更多的建设资金；其次是体积更小，不占地方，对厂房的占地面积要求也更低；此外，三相变压器更为节能，其运行损耗平均能减少12～15％[19]。基于以上这些优点，在低压系统中，常用三相变压器。3.3.2主变压器绕组数和绕组形式的确定 在电力系统中，常用的变压器绕组分类，主要有四大类，分别是：双绕组普通式、三绕组式、自耦式和低压绕组分裂式等。对只用升高一级电压的发电厂，或35kV及更低电压的变电所，推荐选用双绕组普通式；如果发电厂需要升高两级电压，我们就把高压和中压部分，用三绕组变压器连成一体，剩下的低压绕组，我们不需要再安装很多中间装置来抵消三次谐波[20]，只需要接成三角形连接就可以了。对110kV及更高电压的变电所，我们也可以采用上述措施，用三绕组变压器联系高压、中压部分；需要说明的是，当中压部分是中性点不直接接地电网时，必须选用普通三绕组变压器。我们设计的是35kV变电所，所以采用双绕组普通变压器。在国内，110kV及更高电压的电力系统，变压器都用“YN”连接；35kV系统使用“Y”连接，并配合中性点经消弧线圈接地；对于35kV以下系统，常用“D”连接。简要来说，普通双绕组，用YN，d11接线；三绕组变压器，一般接成YN，y，d11，或者是YN，yn，d11。近几年来，部分工程师大胆尝试了将变压器高、中、低压三侧都进行星形连接，行内把这种连接方式称之为：全星形接线组。相比于常用的各种接法，这种接线的优势格外突出：表现在较大的零序阻抗能有效降低短路电流幅值，也方便采用中性点消弧线圈接地方案；但与优点相伴，其缺点也更加明显：电力系统输出的正弦波电压质量明显下降，电压波形总是偏离预期，使得系统内的通信设备工作受到较大干扰，同时也限制了继电保护整定的精准性和快速反应能力[20]。我们设计的是35kV的变电所，采用双绕组普通式变压器，所以用的是YN，d11接线。3.3.3主变压器调压方式和冷却方式的确定电能和人们的生产生活息息相关。由于人类生产活动并不是时刻都很剧烈，也不是一直沉寂着，对于电能的需求自然也会出现类似于正弦函数一样的波峰期、波谷期。作为电能产生和输送途径的上游、中游环节，发电厂、变电站，必须有充足的能力调整本系统内机组投入电能生产的容量多少。而调节的主要方式，则是采用分接头开关来切换变压器。这种开关，其功能，类似于我们熟知的“单刀双掷开关”，就是开关的活动端接触到不同支路的触头，则切断原支路，激活新支路，从而实现电路功能的转换。为了贴合用电负荷变化的动态节奏，及时调整电压，我们的工程师往往会改变变压器高压绕组匝数，从而改变其与中压侧、低压侧的匝数比[21]。切换方式有两种：不带电压切换，和带负荷切换。前者也叫无激磁调压，调整范围常在±2×2.5％以内，虽然调压范围很小，但是其花费比后者更低；后者也叫有载调压，调整范围可达30％，比前者提高了很多，但是因为这种调压的装置结构复杂，所以价位偏高。变电所在以下几类情况，可以选择有载调压变压器：（1）区域性的、或者生产单位内部专用的变电所，每天的负荷波峰波谷差值很大的，而且要求电能质量长期保持稳定的；（2）330kV及以上变电站，为了把中、低压电压水平控制在某个参数值附近，且正负误差要求控制在极小范围内的；（3）110kV及以下的无人值班变电站，需要通过远程控制来调节电压的。我们设计的是35kV（及以下电压）的变电所，且设计需求的日负荷变化较小，故采用无激磁调压。变压器的冷却方式有很多，在实际生产中用的最多的主要有：自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却（或风冷却）、六氟化硫充气式变压器等。为了把变电站的经济消耗降到最低水平，同时保证正常的运转，我们选择强迫风冷。3.4本章小结本章先阐述了主接线的定义和基本选择原则，随后确定了如下重要参数：主接线形式为分段单母线接线法并无激磁调压、主变压器采用单台两绕组三相变压器、绕组连接方式选择YN，d11接线，调压方式为强迫风冷。第4章短路电流计算4.1短路电流计算的作用、产生原因及危害电路在运行时，常常由于元器件或线路的自身故障，以及少量的连接错误，而产生很大的过电流。过电流的破坏性很大，这是由于电流的幅值很大，其产生的热效应就大，能在极短的时间就在器件局部产生很高的温度，从而烧坏器件，破坏电路正常的运行。而短路电流计算，就能大致判断过电流的情况，对过电流产生的可能的破坏进行预估，从而把短路的危害降到最低，控制住故障的范围和程度；而计算所得的数据，也能帮助工程师们了解电气设备随温度变化，自身的零部件运转情况，以及确定继电保护等装置的预设参数，同时也为主接线设计划定了范围[22]。短路是一种电气现象，通俗解释就是在电气线路上，不该有导线的导电部分（铜芯、铝芯等）导通或接触的地方，发生了上述情况，导致电流幅值在极短时间内大幅增加，如：负载与电源两端被导线连通。短路很常见，其产生原因也有很多，主要可以归纳为以下几个方面：（1）元器件损坏。由于设备内部线路较长，加之系统散热功能较弱，长期的热效应将线路绝缘层烘烤至损坏，或者安装人员接线时失误，划破绝缘层所引起的。（2）恶劣天气破坏。如雷电灾害的电弧、大风摇晃线路造成机械性损伤、太阳高温烘烤导致局部绝缘层熔化损坏等。（3）人为破坏。如工程师不按照规范，强行带电操作，如带负荷拉闸、小偷偷电线，以及军事上的碳纤维弹弹片落入供电密集地带等。（4）其他原因。如施工机械粗放操作挖断电缆，鸟兽风筝横跨在两根带电导线的裸露处，或者电池正极和负极被连在一起等等。短路电流主要有三相短路、两相短路等。客观来讲，由于短路电流幅值比正常情况流经设备的电流大出许多倍，再加上放电时间很短，所以经常会伴有电弧。其主要危害如下[22]：（1）危害设备及人员安全：短路电流巨大的热效应，会集中在短路元件，由于难以在短时间内把热量散掉，降温至元件正常工作温度范围内，所以会烧坏该元件；如果是核心元件损坏，那么整台设备就彻底瘫痪；同时，高温可能导致局部爆炸，伤害周围人员。（2）高温和电学力的危害：除了（1）中所述的高温对元件及线路绝缘层有害之外，由于通电导线会产生磁场，其临近通电线路在磁场中发生受到震动会切割该磁场，产生安培力；而短路电流本身数值巨大，由公式可知，其受到的安培力也很大，这就可能损伤绝缘层，造成短路隐患甚至是直接引发短路。（3）破坏生产和生活秩序：由于短路时，电流的通路上缺乏有效的阻抗来限流，所以会大幅度降低系统的电压，破坏变电站下游的电力用户供电，进而导致设备、用电器等停转，引起生产线上产品报废、烧坏电动机或者大型计算机重要数据丢失等等不良后果。（4）引发全系统故障：短路时，由于线路上电流突然增大，会引起系统功率分布突变、系统电压大幅度下滑，进而使得各变电站并联运行不稳定，进而使整个系统解列。4.2短路的类型短路类型，主要分类如下：（1）三相短路：电压电流大小和相对称，这种短路的破坏面覆盖整个系统的带电线路，在各种短路中的危害最大。（2）两相短路：没有发生故障的那一相，相电流为0；发生故障的两相，相电压相等，电流等大反向。 （3）单相接地：发生的几率在各种短路中最大，三相电压和为0，电流和为0。（4）两相短路接地：其特点和两相短路一样。其中需要说明的是，对于不对称的短路，每相电流和电压的数值、相角都不一样。4.3计算短路电流4.3.1短路电流计算原则和依据短路电流计算原则如下：（1）对于3~35kV电网中短路电流的计算，可以认为110kV及以上的系统的容量为无限大，只要计算35kV及以下网络元件的阻抗[23]。（2）对于高压设备的短路电流，只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗，而忽略其电阻；对于架空线和电缆，只有当其电阻大于电抗1/3时才计入。（3）以三相短路为计算条件。由于在同一个系统中，短路电流在三相短路时为最大，所以我们按照三相短路电流为计算依据，由此选出的电路分断装置，必能够分断单相或二相短路的电流。（4）对于有两个及以上的电压等级系统，用标么值计算法比实际值方法更好用。基于上述原则，我们采用标幺值法计算短路电流。而确定了短路电流的计算原则之后，接下来我们要确定一些计算的数据，作为计算依据。（1）原始数据我们已经进行了一部分前置计算，基于上述这些计算，并结合一些资料，我们决定：选用S9-10000/35型变压器，容量为10000，电压为35×3±2.5%，阻抗电压。35kV电源进线25km，选用LGJ-70型导线（钢芯铝绞线），系统基准容量100，电抗标幺值在最大运行方式取，在最小运行方式取。（2）短路计算假设条件从起始态到短路稳态，短路电流变化过程比较复杂，这是因为影响短路电流的因素较多。我们在选择计算方法时，应当把变电站建设对数据精确度的要求摆在首位，必要时采用一些假设条件，快速算出短路电流的数值。我们常用的一些假设条件如下[23]：（Ⅰ）系统在三相对称条件下无异常工作。（Ⅱ）对于大电网末端负荷线路，不计负荷电流影响；对于小的电网，则考虑之；在短路电流计算中，可按综合负荷考虑。（Ⅲ）短路时，变压器铁芯饱和，其电抗大小不受电流幅值影响。（Ⅳ）不计输电线路的电容。（Ⅴ）在研究对象系统中，其综合电阻若小于综合电抗的1/3，则略去不计。经过上述过程的简化，我们把复数运算，转化成代数运算，计算难度降低了。4.3.2变压器及线路等值电抗计算（1）电源阻抗标幺值：（2）35kV线路阻抗标幺值：查有关工程资料，可以发现：35kV的LGJ-70型导线的每千米电抗值，那么25km线路的电抗标幺值为：变压器等值电抗标幺值：（4）出线负荷电抗标幺值：10kV低压侧有6条架空线，每条线之间的平均距离为，有关数据见表4-1。表4-1架空线数据编号导线型号长度（km）最大负荷电流（A）导线每千米电抗值（查表可得）L-1LGJ—5010 80 0.368L-2LGJ—508700.368L-3LGJ—7010950.358L-4LGJ—7015900.358L-5LGJ—355500.380L-6LGJ—359600.380各出线线路电抗标幺值为：4.3.3短路点的确定为了计算，我们需要选取一些短路计算点，选取的依据是：选用常用的接线方式，找出流经观察对象支路上各个观测点的短路电流幅值，并以断路器为界，比较其前后观测点位的计算值，其中较大的，这就是我们要找的短路计算点。对于高压电路，总电抗远大于总阻抗，所以我们可以只算电抗，不算阻抗[23]。由前文所述可知，系统基准容量是100，为了计算系统最大和最小运行方式的短路电流，我们设35kV母线短路点为K1，10kV母线的则为K2，10kV负荷出线端6个短路点分别为：K3，K4，K5，K6，K7，K8。详细短路点见下图4-1：图4-1短路点等效电路图见图4-2。图4-2等效电路图4.3.4各短路点三相短路电流计算最大方式运行计算公式：（1）三相短路电流周期分量标幺值：（4-1）（2）三相短路电流周期分量有效值：（4-2）（3）三相短路全电流冲击值：（4-3）（4）两相短路全电流冲击值：（4-4）最小方式运行计算公式：（1）三相短路电流周期分量标幺值：（4-5）（2）三相短路电流周期分量有效值：（4-6）（3）三相短路全电流冲击值：（4-7）（4）两相短路全电流冲击值：（4-8）（1）K1点短路电流计算最大方式运行：由式（4-1）得K1点三相短路电流周期分量标幺值（以下简称三相标幺值），即由式（4-2）得K1点三相短路电流周期分量有效值（以下简称三相有效值），即由式（4-3）得K1点三相短路全电流冲击值（以下简称三相冲击值）为由式（4-4）得K1点两相短路全电流冲击值（以下简称两相冲击值）为最小方式运行：由式（4-5）得K1点三相标幺值，即由式（4-6）得K1点三相有效值，即由式（4-7）得K1点三相冲击值为由式（4-8）得K1点两相冲击值为（2）K2点短路电流计算最大方式运行：由式（4-1）得K2点三相标幺值，即由式（4-2）得K2点三相有效值，即由式（4-3）得K2点三相冲击值为由式（4-4）得K2点两相冲击值为最小方式运行：由式（4-5）得K2点三相标幺值，即由式（4-6）得K2点三相有效值，即由式（4-7）得K2点三相冲击值为由式（4-8）得K2点两相冲击值为（3）K3点短路电流计算最大方式运行：由式（4-1）得K3点三相标幺值，即由式（4-2）得K3点三相有效值，即由式（4-3）得K3点三相冲击值为由式（4-4）得K3点两相冲击值为最小方式运行：由式（4-5）得K3点三相标幺值，即由式（4-6）得K3点三相有效值，即由式（4-7）得K3点三相冲击值为由式（4-8）得K3点两相冲击值为（4）K4点短路电流计算最大方式运行：由式（4-1）得K4点三相标幺值，即由式（4-2）得K4点三相有效值，即由式（4-3）得K4点三相冲击值为由式（4-4）得K4点两相冲击值为最小方式运行：由式（4-5）得K4点三相标幺值，即由式（4-6）得K4点三相有效值，即由式（4-7）得K4点三相冲击值为由式（4-8）得K4点两相冲击值为（5）K5点短路电流计算最大方式运行：由式（4-1）得K5点三相标幺值，即由式（4-2）得K5点三相有效值，即由式（4-3）得K5点三相冲击值为由式（4-4）得K5点两相冲击值为最小方式运行：由式（4-5）得K5点三相标幺值，即由式（4-6）得K5点三相有效值，即由式（4-7）得K5点三相冲击值为由式（4-8）得K5点两相冲击值为（6）K6点短路电流计算最大方式运行：由式（4-1）得K6点三相标幺值，即由式（4-2）得K6点三相有效值，即由式（4-3）得K6点三相冲击值为由式（4-4）得K6点两相冲击值为最小方式运行：由式（4-5）得K6点三相标幺值，即由式（4-6）得K6点三相有效值，即由式（4-7）得K6点三相冲击值为由式（4-8）得K6点两相冲击值为（7）K7点短路电流计算最大方式运行：由式（4-1）得K7点三相标幺值，即由式（4-2）得K7点三相有效值，即由式（4-3）得K7点三相冲击值为由式（4-4）得K7点两相冲击值为最小方式运行：由式（4-5）得K7点三相标幺值，即由式（4-6）得K7点三相有效值，即由式（4-7）得K7点三相冲击值为由式（4-8）得K7点两相冲击值为（8）K8点短路电流计算最大方式运行：由式（4-1）得K8点三相标幺值，即由式（4-2）得K8点三相有效值，即由式（4-3）得K8点三相冲击值为由式（4-4）得K8点两相冲击值为最小方式运行：由式（4-5）得K8点三相标幺值，即由式（4-6）得K8点三相有效值，即由式（4-7）得K8点三相冲击值为由式（4-8）得K8点两相冲击值为短路电流汇总表见表4-2，其中各参量单位为kV。表4-2短路电流汇总表短路点短路点额定电压短路基准电压最大运行方式最小运行方式K135372.081.805.291.831.594.66K21010.53.683.199.393.412.958.69K31010.51.161.02.961.100.952.80K41010.51.321.143.371.271.103.23K51010.51.161.02.961.130.982.89K61010.50.881.142.240.850.742.17K71010.51.711.04.351.651.434.22K81010.51.191.033.051.161.02.994.4本章小结本章主要讲述了短路电流的定义、分类、危害，以及相关的参数计算，如：计算原则、计算主要公式，以及分别按最大、最小运行方式，对8个节点的三相短路电流周期分量标幺值及其有效值、三相短路全电流冲击值和两相短路全电流冲击值进行计算。

第5章电气设备选择5.1电气设备选择标准我们在选择变电站导体和用电器的时候，必须严格按照国家标准执行，在实际工程建设中做到：采用前沿技术含量高的设备，把漏电一类的事故发生率降到最低；运行时对环境要求较低；检修难度低；并为以后扩建留出余地等，进而使得变电站以一种节能、低经济损耗的模式运行[24]。具体来说，有以下几个方面：（1）能确保变电站顺利运行、为大小规模的检修以及未来扩建留出空间、发生短路时及时把故障支路从整个电路中切断并分离出来。（2）选用的设备能适应当地环境，避免因为强日照、强风、过大的昼夜温差等导致运行状况波动大，甚至故障；或者能把基础型号设备进行适合当地气候的本土化改造。（3）尽量提高设备本身的前沿科技及专利技术占比，同时兼顾到设备的价格，为工程建设节省资金。（4）新安装设备时，尽量用和破损设备一样型号的。（5）选用新产品，必须提前做好大量实地测试，获得可靠的数据，确保预估安装效果在合理范围内。5.2电气设备选择对于隔离开关和断路器，我们按照以下几条标准来选[24]：电压：电流：断开电流满足：短路关合电流满足：（5）热稳定选择条件：注：5.2.135kV侧断路器及隔离开关我们对以上信息进行整理，可知：在此系统中统一取过负荷系数为1.5，则最大电流每天最高气温平均值30℃，综合修正系数K=1.0535kV侧用电器型号汇总表见下表5-3。表5-335kV侧用电器型号汇总表计算数据断路器型号及参数隔离开关型号及参数SW3-35GW4-35/60035353524710006002.0816.57.26816.5²×4=108914²×5=9805.292542505.2.26kV侧断路器及隔离开关整合已知信息可知：

对本系统，统一选取过负荷系数为1.5，则最大电流每天最高气温平均值30℃，综合修正系数K=1.056kV侧用电器汇总表见下表5-4。表5-46kV侧用电器汇总表计算数据断路器型号及参数隔离开关型号及参数SN1-10GN2-10/600101010545.610006003.682016.9320²×4=160020²×5=10009.393052605.2.335kV侧电流互感器准确级0.5所以，我们可以选择LCW-35型电流互感器。5.2.46kV侧电流互感器准确级0.5所以，我们可以选择LMC-10型电流互感器。5.3本章小结本章节，主要对35kV侧和6kV侧的侧断路器、隔离开关以及电流互感器如何挑选，以及挑选过程的少量计算环节，进行了简要的阐述，最终选定了如下设备及其型号：断路器型号：35kV侧为SW3-35型，6kV侧为SN1-10型；隔离开关型号：35kV侧为GW4-35/600型，6kV侧为GN2-10/600型；电流互感器型号：35kV侧为LCW-35型，6kV侧为LMC-10型。

第6章防雷接地保护6.1防雷与接地保护的目的变电所，承担着把从发电厂发出的电能，调整到符合用户端需要的参数并输出这一重大功能，而变电站本身又极容易受到雷击损害，