天津渤海职业技术学院
毕 业 环 节 技 术 报 告
系部名称 电气工程系 专 业 电力系统自动化 题目名称 10KV 变电站部分电气初步设计 学生姓名 指导教师 2015年4月
目 录
前言 ........................................................................... 1
第1章 毕业设计概述 ......................................................... 2
1.1 毕业设计题目 ........................................................... 2
1.2 毕业设计内容 ........................................................... 2
第2章 负荷计算 . ............................................ 错误！未定义书签。
2.1 负荷概述 .............................................. 错误！未定义书签。
2.2 负荷计算 .............................................. 错误！未定义书签。
第3章 无功功率补偿 ......................................................... 5
3.1 并联电力电容器补偿 ..................................................... 5
3.2 无功补偿容量的计算 ..................................................... 5
第4章 主变压器选择 ......................................................... 6
4.1 变电变站干式变压器容量、台数、型号选择 ................................. 6
4.1.1变压器容量 ....................................................... 6
4.1.2主变压器台数和型号 ............................................... 6
4.1.3主变压器确定 ..................................................... 7
4.2干式变压器的结构及特点 ................................................. 7
4.2.1干式变压器结构 ................................................... 7
4.2.2干式变压器特点 ................................................... 8
4.3 干式变压器的使用注意事项 ............................................... 8
第5章 变电站电气主接线 .................................................... 8
5.1对电气主接线的基本要求和原则 ........................................... 8
4.5.1电气主接线的基本要求 ............................................. 8
4.5.2电气主接线的原则 ................................................. 9
5.2 电气主接线设计程序 ..................................................... 9
5.2.1资料分析 ......................................................... 9
5.2.2拟定主接线方案 ................................................... 9
5.3主接线设计 ............................................................ 10
第6章 短路计算 . ............................................ 错误！未定义书签。
6.1短路概述 .............................................. 错误！未定义书签。
6.2造成短路原因 .......................................................... 11
6.3短路危害 .............................................................. 11
6.4短路计算 .............................................. 错误！未定义书签。
第7章 电气设备选择与校验 ................................................. 13
7.1电气设备及分类 ........................................................ 14
7.2电气设备选择与校验 .................................................... 14
7.3高压断路器选择与校验 .................................................. 15
7.3.1高压断路器的选择 ................................................ 15
7.3.2高压断路器的校验 ................................................ 15
7.4隔离开关选择与校验 .................................... 错误！未定义书签。
7.4.1隔离开关原理与类型 .............................. 错误！未定义书签。
7.4.2隔离开关运行与维护 .............................. 错误！未定义书签。
7.4.3隔离开关的校验 .................................................. 17
7.5互感器选择与校验 ...................................... 错误！未定义书签。
7.5.1互感器介绍 ...................................... 错误！未定义书签。
7.5.2电流互感器 ...................................................... 17 7.5.3电压互感器 ...................................................... 19
7.6母线选择与校验 ........................................................ 20
7.6.1 母线的选择 ...................................................... 20
7.6.2母线校验 ........................................................ 21
第8章 继电保护 . ............................................................ 21
8.1继电保护 .............................................................. 21
8.1.1对继电保护的基本要求 ............................................ 21
8.1.2继电保护分类 .................................................... 22
8.2过电流与速断保护整定值的计算 .......................................... 22
8.2.1过电流整定值计算 ................................................ 22
8.2.2速断保护整定值计算 .............................................. 23
第9章 配电装置 . ............................................................ 25
9.1配电装置基本要求、分类、应用 .......................................... 25
9.2配电装置的设计步骤 .................................................... 25
9.2.1一次系统设计图 .................................................. 25
9.2.2 1#变压器设计图 .................................................. 26
9.2.3 2#变压器设计图 .................................................. 26
第10章 防雷保护设计 ....................................................... 27
10.1雷电过电压 ........................................................... 27
10.2雷电的危害 ........................................................... 28
10.3防雷保护装置 ......................................................... 28
10.4防雷设计 ............................................................. 28
10.5防雷保护计算 ......................................................... 30 总结 ......................................................................... 32 致谢 ......................................................................... 33 附录Ⅰ ....................................................................... 34 附录Ⅱ ....................................................................... 35
前 言
随着社会生产力的迅猛发展，电力能源已成为了人类历史发展的主要动力资源之一，近年来，我国的电力工业也有了很大的发展，这对电业生产人员的素质也提出了更高的要求。我作为一名电力企业职工和一名电力系统自动化专业的毕业生，要科学合理地驾驭电力，就得从电力工程的设计原则和方法上来理解和掌握其精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本、提高经济效益和巩固、提高所学知识的目的。
本次毕业设计是继完成专业基础课和专业课后的总结和运用，是一次综合运用理论和实践相结合来解决工程问题能力的训练。通过毕业设计，可以将所学各门课程的理论知识和工作技能综合复习和运用一遍，可以培养我们独立工作和独立思考的能力，还可以通过方案的比较查阅各种手册、规程、资料、数据等来扩大知识面，了解国家的方针和政策，以便更好地适应工作的需要。
设计的主要内容包括：10/0.4KV变电所主变压器选择；变电所电气主接线设计；短路电流计算；负荷计算；无功功率补偿；电气设备选择（母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器）；继电保护规划设计；配电装置设计；防雷保护设计等。
根据电气主线设计应满足可靠性、灵活性、经济性的要求，本变电所电气主接线的高压侧采用单母线接线，低压侧采用单母线分段的电气主接线形式；为减少无功损耗，提高电能的利用率， 本设计进行了无功功率补偿设计；短路电流的计算包括短路点的选择及其具体数值计算；而电气设备选择采用了按额定电流选择，按短路电流计算的结果进行校验的方法；继电保护设计主要是对变压器进行电流速断保护和过电流保护的设计计算；配电装置采用成套配电装置；采用避雷针防直击雷保护。
本设计的新技术和新的设备难免有疏漏，错误之处，敬请批评指正！
第1章 毕业设计概述
1.1 毕业设计题目
《10KV 变电站初步设计》
1.2毕业设计内容
1．进行10kV 变电站初步设计；
2．完成任务中全部内容；
3．文字语言通顺简练，图表画法符合国家标准；
第2章 负荷计算
2.1负荷概述
电力负荷及其大小是供电设备设计计算的根本依据，正确合理地进行负荷计算，对于投资的经济性，技术上的安全可靠性和以后的经济运行和维护等有关系。
本设计由两台主变压器分别供不同的负荷，在此设计中忽略了部分负荷及电气设备（非专业设计人员，如有错误请指正。）
2.2负荷计算（附录Ⅰ）
1#变压器负荷计算：
照明设备：
P e =15⨯5+120⨯1+30⨯2+40⨯11=295KW
P c =K x ⋅P e =0. 7⨯295 =206.5KW
Q c =P c ⋅tg Φ=206. 5⨯1. 45=299.425Kvar
S c =P c 2+Q c 2=206. 52+299. 432=363. 73KVA
S c 363. 72I c ===552. 63A U r 3⨯0. 38
消防电梯：
P c =K x ⋅P e =0. 2⨯44=8. 8KW
Q C =P C ⋅tg Φ=8. 8⨯1. 7=14. 96K var
S c =P c 2+Q c 2=8. 82+14. 962=17. 36KVA
S c 17. 36I c ===26. 37A 3U r 3⋅380
进风机：
P c =K x ⋅P e =0. 7⨯7. 5=5. 25KW
Q c =P c ⋅tg Φ=5. 25⨯0. 62=3. 255K var
S c =P 2
c +Q 2
c =5. 252+3. 2552=6. 18KVA
I =S c
U =6. 117
c =9
r 0. 6581793A
计算机：
P c =K x ⋅P e =0. 8⨯240⨯2=384KW
Q C =P c ⋅tg Φ=384⨯0. 75=288K var
S c =P 2
c +Q 2
c =3842+2882=480KVA
I S c 480
c =3U =
r 0. 6581793=729. 28A
消防照明干线：
P c =K x ⋅P e =50⨯0. 7=35KW
Q c =P e ⋅tg Φ=35⨯0. 75=26. 25K var
S c =P 2
c +Q 2
c =352+26. 252=43. 75KVA
I 43. 75
c =S c
U =0. 6581793=66. 47A
r
2#变压器负荷计算
消防电梯：
P c =K x ⋅P e =0. 2⨯44=8. 8KW
Q c =P c ⋅tg Φ=8. 8⨯1. 7=14. 96K var
S c =P 2
c +Q 2
c =8. 82+14. 962=17. 36KVA
I =S c
3U =17. 36
c =26. 38A
r 0. 6581793
正压风机：
P c =K x ⋅P e =14⨯0. 6=804KW
Q c =P c ⋅tg Φ=8. 4⨯0. 75=6. 3K var
S c =P 2
c +Q 2
c =8. 42+6. 32=10. 5KVA
I S c 10. 5
c =3U =
r 0. 6581793=16A
照明设备：
P e =50+21=71KW
P C =K x ⋅P e =0. 7⨯71=49. 1KW
Q c =P c ⋅tg Φ=49. 1⨯0. 75=36. 825K var
S c =P c 2+Q c 2=49. 12+36. 8252=61. 37KVA
I c =S c
3U r =61. 37=93. 24A 0. 6581793
电力设备：
P e =160⨯1+200⨯1+120⨯2+180⨯2+30⨯1=990KW
P c =K x ⋅P e =990⨯0. 7=693KW
Q c =P c ⋅tg Φ=693⨯0. 8=554. 4kK var
S c =P c 2+Q c 2=6932+554. 42=887. 47KVA
S c 887. 47I c ===1348. 38A 0. 6581793U r
1#变压器最后计算负荷
P c =0. 9⨯(206. 5+8. 8+5. 25+384+6. 4+35) =581. 355KW
Q c =0. 95⨯(299. 43+14. 96+3. 255+288+3. 968+26. 25) =604. 07K var
S c =P c 2+Q c 2=581. 3552+604. 0692=838. 38KVA
I c =S c
3U r =838. 38=1273. 78A 0. 6581793
2#变压器最后计算负荷
P c =0. 9⨯(8. 8+8. 4+49. 1+693) =683. 37KW
Q c =0. 95⨯(14. 96+6. 3+36. 825+554. 4) =581. 86K var
S c =P c 2+Q c 2=683. 372+581. 862=898KVA
S c 897. 53I c ===1363. 65A U r 0. 6581793
第3章 无功功率补偿
所谓无功功率补偿是把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量在相互转化，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。
3.1并联电力电容器补偿
并联补偿时把电容器并接到被补偿设备的电路上，以提高功率数，这种方法称为并联电容器补偿。如图3-1所示为并联电力电容器补偿的原理图。由图可见电力电容器在图中所示位置进行无功补偿时，线路WL1输送无功功率仍为无功功率，即Q =Q L ，而变压器输送的无功功率则为Q =Q L -Q C ，线路WL1输送的无功功率则为Q =Q L +Q T -Q C ，因此，电源只需向电力负荷提供S =P +J （Q L -Q C ）的功率。
通过以上可知并联电力电容器降低了通过输电线路及变压器的功率（或电流），同时也减少了对发电机无功功率的需求量。
3.2无功补偿容量的计算
根据设计要求与实际需要变电站的功率因数达到0.9，所以对无功进行补偿。
1#变压器的负荷补偿：
P ∑=581. 355KW
Q c =604. 07K var
S c =838. 38KVA
功率因数：
Cos Φ1=P ∑581. 355==0. 69 S ∑838. 38
Cos Φ1=0. 69，现将其提高到0.90。
Q NC =P ∑(tg Φ1-tg Φ2) =581. 355⨯(1. 05-0. 48) =331. 37KVA
经过补偿后：
S NC =P c 2+(Q c -Q NC ) 2=581. 3552+(604. 07-331. 37) 2=642. 14KVA
Cos Φ=581. 355=0. 90 642. 14
2#变压器的负荷补偿
P ∑=684KW
Q c =582K var
S c =898KVA
功率因数：
Cos Φ1=P c 684==0. 76 S c 898
Cos Φ1=0. 76现欲将提高到0.90。
Q NC =P ∑⋅(tg Φ1-tg Φ2) =684⨯(0. 86-0. 48) =259. 92KVA
经过补偿后：
S NC =P c 2+(Q c -Q NC ) 2=6842+(582-259. 92) 2=756. 04KVA Cos Φ=684=0. 90 756. 04
第4章 主变压器选择
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，称为主变压器。
4.1变电变站干式变压器容量、台数、型号选择
4.1.1变压器容量
变压器空载运行时需用较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给。变压器容量如选的过大，变压器长期处于轻载运行，使空载的损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加。若容量选的小，会使变压器长期过负载，易损坏设备。
变压器的最佳负载率在40%-70%之间，按照5-10年的发展计划来确定变压器容量为1000kVA 。
4.1.2主变压器台数和型号
1．台数
变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择，要由负荷大小，对供电的可靠性和电能质量的要求来决定，对于负荷是二、三类负荷 ，二级负荷主要是消防电梯、应急照明等负荷；而三级负荷主要是电力设备和普通照明，根据需要拟装设两台变压器。
2．型号
主变压器的型号选择主要考虑以下因素：
1. 变电站的地址选择； 2. 建筑物的防火等级； 3. 建筑物的使用功能； 4. 主要用电设备对供电的要求； 5. 当地供电部门对变电站的管理体制等。
主变压器安装在地下时根据消防要求，不得选用可燃性油变压器，地下层一般比较潮湿通风条件不好，也不宜选用空气绝缘的干式变压器，宜采用环氧树脂浇注型或六氟化硫型，结合具体情况选型为SCB9-1000/10KV变压器。
4.1.3主变压器确定
地下变电站的主变压器型号为环氧树脂浇注型，其技术参数如表4-1所示。
表4-1 SCB9-1000/10变压器技术参数
4.2干式变压器的结构及特点 4.2.1干式变压器的结构
绕组材料是铜箔或铝箔，有时也采用铜线绕制，而低压线圈（1000V 及以下），用铜箔（或铝箔）与预浸环氧树脂的绝缘材料紧密绕制，采用缠绕玻璃纤维加强树脂包封，经过工艺处理后，使高低压线圈各自成为一个坚固的整体，不但具有很强的承受短路能力，而且经过冷热循环试验，证明线圈具有耐潮、耐裂、阻燃和自熄功能。
由于干式变压器的适用材料不同，其绝缘等级也不同，绝缘材料等级与绝缘材料最高允许温度见表4-2。
表4-2 绝缘等级与最高允许温度
4.2.2干式变压器的特点：
1．损耗小、噪声小；运行、维修量小。 2．具有耐热、防尘、耐潮的特点。
3．绝缘性好，局部放电量小，耐雷电冲击力强。 4．机械强度高，抗温度变化，抗短路能力强。
4.3干式变压器的使用注意事项
1．干式变压器选择不同的外壳，是由所处的环境和防护要求而定。 2．干式变压器绕组的绝缘，很大程度影响变压器的安全和使用寿命。 3．干式变压器的过载能力与环境温度、负荷情况、绝缘散热和发热时间有关。
第5章 变电站电气主接线
由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的基本组成和连接关系的接线图，称为主接线电路图。
5.1对电气主接线的基本要求和原则
5.1.1电气主接线的基本要求
1．可靠性
可靠性指主接线能保证对用户不间断的供电。不仅要考虑—次设备还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。
2．灵活性
主接线的灵活性有以下几方面要求：
1)调度要求：灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷。满足系统在事故运行、检修和特殊运行方式下要求。
2)检修要求：可方便的停、送断路器、母线和继电保护设备，进行安全检修，不影响对用户供电。
3)扩建要求：可以容易的从初期过渡到终期接线，在扩建时无论一次和二次都要做到设备改建量最小。
3．经济性
经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。
5.1.2电气主接线的原则
1．考虑近期和远期的发展规模
变电站主接线设计应根据5—10年电力系统发展规划进行。根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。
2．考虑负荷的重要性分级和出线回数多少
对一级负荷：必须有两个独立电源供电，当一个电源失去后，保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷：一般要有两个电源供电，当一个电源失去后，保证大部分二级负荷供电；三级负荷一般只需一个电源供电。
3．考虑主变台数对主接线的影响
变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接影响。大型变电站由于传输容量大，对供电可靠性要求高，因此其主接线的可靠性、灵活性要求也高。而容量小的变电站则反之。
5.2 电气主接线设计程序
5.2.1资料分析
1．工程情况：变电所类型；设计规划容量；变压器容量及台数；运行方式等。 2．电力系统情况：电力系统近期及远景发展规划(5—10年) ；变电站地理位置和作用；电力系统连接方式以及各级中性点接地方式等。
3．负荷情况：负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量等。 4．环境条件：当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。
5．设备制造情况：必须对各主要电器的性能、制造、供货、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。
5.2.2拟定主接线方案
对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案(近期和远期) 。依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰一些明显不合理的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得技术合理、经济可行的主接线方案。
5.3主接线设计（附录Ⅱ）
一. 单母线接线
如图5-1所示，整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关接到同一组母线上。对馈线送电时，须先合上隔离开关QS2和QS3，再投入断路器QF2；如果停止对其供电，须先断开QF2，然后再断开QS3和QS2。为了防止误操作，严格按照操作规程和操作票制度，并在隔离开关和相应的断路器，加装电磁闭锁、机械闭锁。接地开关(又称接地刀间)QS4是在检修电路、设备时合上，取代安全接地线的作用。电压在110kV 及以上，断路器两侧的隔离开关线路侧均应配备接地开关。对35kV 及以上的母线，每段母线上应配备1-2组接地开关。
图 5-1 单母线接线
1．单母线接线的优缺点
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。 缺点：灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所连接的电源，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的供电。
2．单母线接线的适用范围
一般适用于一台主变压器的以下两种情况： (1)6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回。 (2)35-66kV配电装置的出线回路数不超过3回。
第6章 短路计算
选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的。
6.1短路概述
短路是指不同电位导电部分间不正常短接，短路包括：相与相间导体的金属性短接、经小阻抗短接、在电力系统中单相或多相接地。电力系统的状态有三种：正常运行状态、不正常运行状态、短路故障。
6.2造成短路原因
电力系统发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘被损坏，大多是由于设计、制造、安装和运行不当所致。内部人员违反操作规程和安全规程，造成误操作而引发短路。电力系统的其他某些故障也可能导致短路，如输电线路断线和倒杆事故等。此外，飞禽及小动物跨接裸导体，老鼠咬坏设备、导线的绝缘，都可能造成短路。
6.3短路危害
1. 电力系统发生短路时，电网总阻抗减小，该回路的短路电流可能超过正常工作电流十几倍甚至几十倍。如6—10kV 大容量装置，短路电流可达到几万甚至几十万安。
2. 短路时会产生较大的热和电动力，所以设备要经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。
4.短路必将造成局部停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大。
5.短路也同时引起系统网络电压降低．特别是靠近短路点处降低得更多，短路点的电压为零，结果可能导致非故障范围部分或全部用户的供电破坏。
由此可见：短路的后果是十分严重，为保证电气设备安全可靠运行，一旦发生短路要尽快切除故障部分，使系统电压在较短时间内恢复到正常值。为此需要进行短路电流计算。
6.4短路计算
1. 确定基准值
取 S d =100MVA ，U d 1=U Nav 1=10. 5KV ，U d 2=U Nav 2=0. 4KV ，而 I d 1=S d /(3U d 1) =100MVA /(⨯10. 5) KV =5. 5KA I d 2=S d /(U d 2) =100MVA /(⨯0. 4) KV =144KA
2. 计算短路回路中主要元件的电抗标幺值 电力系统：
据有关资料，I OC =31. 5KA ，则
S O C =⋅U N I O C =⨯10⨯31. 5=550MVA
*
X 1*=X SD =S D /S O C =100MVA /550MVA =0. 18
架空线路：
据有关资料：X o =0. 4Ω/KM ，则
**2
X 2=X WLD =X o L SD /U NAVI =(0. 4Ω/m ) ⨯5Km ⨯100MVA /(10. 5KV ) 2=1. 81
电力变压器：
据有关资料：U K %=5，则
表6-1短路计算表
3. 做出等值电路图并化简电路，求出k 3点及其k 4点短路回路阻抗标幺值，根据计算电路图及其回路中个主要元件的电抗标幺值做出等值电路图。
****
X ∑(k -3) =X 5=X 1+X 2=0. 18+1. 81=1. 99
******
X ∑=X =X +X +X //X (k -4) 61234=0. 18+1. 81+5/2=4. 49
a. 求出k 3点三相短路电流和短路容量
如图所示6-2 k 3点供电系统的等值电路图的短路回路。
I
(3) *k -3d
*
=1/X ∑d =1/1. 99=0. 5
(3) *
I k -3=I d 1/X ∑d =5. 5KA /1. 99=2. 76KA
' ' (3) (3) (3)
I k -3=I ∞=I k -3=2. 76KA
i sh =2. 57I ' ' =2. 57⨯2. 76KA =7. 09KA I sh =1. 53I ' ' =1. 53⨯2. 76KA =4. 22KA
(3) *
S k MVA /1. 99=50. 25MVA -3=S d /X ∑(k -3) =100
图6-2 k 3点供电系统的等值电路图的短路回路
b. 求出k 4点三相短路电流和短路容量
如图6-3 k 4点供电系统的等值电路图的短路回路
(3) *
I k KA /4. 49=32. 07KA -4=I d 2/X ∑d =144(3) ) I (' ' k -4) =I ∞=I k (3-4=32. 07KA
(3)
i sh =1. 81Z ' ' =1. 84⨯32. 07KA =59. 01KA I sh =1. 09I ' ' =1. 09⨯32. 07KA =34. 96KA
(3) *S k MVA /0. 49=22. 27MVA -4=S d /X ∑(k -4) =100
图6-3 k 4点供电系统的等值电路图的短路回路
第7章 电气设备选择与校验
电气设备的选择指的是，电气设备在系统中所处位置和功能确定型号、参数。电气设备选择总原则是在保证安全、可靠工作前提下，适当留有裕度，尽量经济节约。
7.1电气设备及分类
1. 电气设备
电气设备指电力系统中发电、输电、变电、配电、用电设备的总称，它包括：发电机、变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、补偿电容、保护设备、导线、电缆和用电设备等。
2. 电气设备的分类
（1）按电压分：通常把1kV 以上的设备称为高压设备，1kV 以下的称为低压设备。 （2）按电能质量分：交流设备、直流设备、交直流两用设备。 （3）按设备所属的电路性质分：一次设备、二次设备。 （4）按是否组合分：单元件设备、成套设备。
（5）一次设备按其在一次电路中功能，又可分为发电设备、变换设备、控制设备、保护设备、补偿设备和用电设备。
7.2电气设备选择与校验
表7-1导体和电器的选择与校验项目
电气设备选择是供配电系统设计重要内容之一。安全、可靠、经济、合理是选择电气设备的基本要求。电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号，按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。
从表7-1中可以看出各种设备正常、可靠工作条件下额定电压、电流选择，并按短路条件校验动稳定和热稳定。
7.3高压断路器选择与校验
7.3.1高压断路器的选择
高压断路器是高压电气中的重要设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备，它在电网中的作用有两方面，其一是控制作用，即根据电力系统的运行要求，接通或断开工作电路，其二是保护作用，当电力系统中发生故障时，在继电保护装置的作用下，断路器自动断开故障部分，以保证无故障部分的正常运行。
高压断路器的主要作用是：在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在发生短路故障或严重负荷时，借助继电保护装置用它自动、迅速地切断故障电流，以防止扩大事故范围。
断路器工作性能好坏直接关系到供配电系统的安全运行。为此要求断路器具有相当完善的灭弧装置和足够强的灭弧能力。
7.3.2高压断路器的校验
根据（图7-1）（表7-2）。在短路计算中我们得知10kV 侧母线上短路电流为5.3kA ，控制QF 的线路继电保护装置实际最大的动作时间为1.0s
图7-1高压断路器的QF 的型号规格
变压器高压侧实际最大工作电流按变压器额定电流计算。 I 30=I 1N ⋅T =S N /U N =1000/(3⨯10) =57. 7A
线路首端短路时，流过短路电流最大，而线路首端（k 1）点短路和母线（k 2）点短路，其短路电流相等，即：
短路电流冲击值：i sh =2. 55I =2. 55⨯2. 76=7. 038KA 短路容量：S K =3U C I K =3⨯10. 5⨯2. 76=50. 2MVA
' '
拟定选用高压真空断路器，断路时间：t OC =0. 1s 短路假想时间：t im a =t 1c =t op +t O C =1. 0+0. 1=1. 1s 根据拟定条件和相关数据，选用ZN12-10I 型高压真空断路器。
表7-2 ZN12-10I型高压真空断路器
7.4隔离开关选择与校验
7.4.1隔离开关原理与类型
隔离开关是用于隔离电源，应用于断路器的配套装置使用，但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和断开负荷电流和短路电流。隔离开关按装接地点分：屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目分：单柱式、双柱式和三柱式。隔离开关的型式对配电装置的分布和占地面积有很大影响，根据实际情况本变电站选择型号为：GN30-10D/630（如表7-3）。这种型号隔离开关为高压10kV ，50HZ 户内装置，安装于高压开关柜内，结构紧密占地面积小，安全性高。
表7-3 GN30-10D/630技术数据
7.4.2隔离开关运行与维护
隔离开关运行与维护的注意事项： 1. 载流回路及引线端子无过热。
2. 瓷瓶无裂痕，瓷瓶与法兰接触处无松散及起层现象。 3. 传动机构外露的金属无明显锈蚀痕迹。 4. 触头罩无异物堵塞。
5. 接地良好。
6. 分合闸过程应无卡劲，触头中心要标准，三相是否同时接触。 7. 隔离开关严禁带负荷分、合闸，维修时检查它与断路器的连锁。
7.4.3隔离开关的校验
根据型号拟选GN30-10D/630。 I ca =
S 1N U N
=
1000⨯10
=57. 73A
短路电流的冲击值：i sh =2. 55⨯2. 76=7. 038KA 短路容量：S k =S ' ' =S ∞=3⨯10⨯2. 78=48. 15MVA 短路电流假想时间： i im ar =t ac +t tr =1+0. 1=1. 1s
校验情况如下表，根据以下数据可得满足热稳定校验条件。
表7-4 GN30-10D/630校验数据
7.5互感器选择与校验
7.5.1互感器介绍
互感器是将高电压、大电流按比例变成低电压(100、100/3V ) 和小电流(5、1A) ，包括电压互感器(PT)和电流互感器（CT) 。互感器从基本结构和工作原理来说是一种特殊变压器，其电压互感器二次不准短路，电流互感器二次不准开路。并且互感器二次绕组必须有可靠地接地以保证人身、设备的安全。
7.5.2电流互感器
1．工作原理
如图所示7-2为电流互感器原理接线图，其基本结构与变压器相同，电流互感器一、二次额定电流之比叫变流比，用K i 表示，由变压器的基本知识可知：
K i =
I 1N N I
=2=1 （7-1） I 2N N 1I 2
式中 N 1、N 2——电流互感器一、二次绕组的匝数；
I 1N 、I 2N ——电流互感器一、二次额定电流； I 1、I 2——电流互感器一、二次实际电流；
由式7-1可见，若已知电流互感器的变流比(或一、二次绕组的匝数) 和二次实际电流，便可计算出一次实际电流的近似值。
图 7-2 电流互感器原理接线图 1、铁芯；2、一次绕组；3、二次绕组
2．结构
电流互感器的结构如图7-2所示，它主要由铁芯、一次绕组、二次绕组和绝缘构成。按照一次绕组匝数的多少，电流互感器又可分为单匝式和多匝式，多匝式电流互感器又分为只有一个铁芯和具有两个铁芯的两种类型。
3．校验
对于大多数电流互感器，给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数K es 和热稳定倍数
K t ，因此其动、热稳定度应按下式校验。
动稳定倍数：
K es =i m as /(I 1N )
则动稳定校验的条件为：K es ⨯2⨯300≥i sh
拟定型号为：LZZBJ9-10型电流互感器，查表得K es =220，K i =150/5
K es ⨯2I 1N =220⨯2⨯150=933240 i sh =30070
热稳定倍数：K t =I t /I 1N ，则热稳定度校验条件为：
(3)
(K t ⋅I 1N ) 2⋅t ≥I ∞t im a ，一般K t 为1S 热稳定倍数，即电流互感器试验时间t=1s，因
2
此上式可改写为：
(3)
K t I 1N ≥I ∞im a (3) I ∞t im a =2800. 31
3000>2800. 31
通过计算结果可知满足热稳定校验。
7.5.3电压互感器
1．工作原理
图 7-3 电压互感器原理接线图 1、铁芯；2、一次绕组；3、二次绕组
如图所示7-3为电压互感器原理接线图，其基本结构与变压器相同，电压互感器一、二次侧额定电压之比称为变压比，用K u 表示。
K u =
U 1N N U
≈1≈1 U 2N N 2U 2
式中 N 1、N 2——电压互感器一、二次绕组的匝数；
U 1N 、U 2N ——电压互感器一、二次额定电压； U 1、U 2——电压互感器一、二次实际电压；
由式可知电压互感器变压比和二次实际电压U 2，可计算出一次实际电压的近似值。 2．结构
一次绕组被分为匝数相等的两部分，分别绕在上下铁芯柱上并且并联起来，其连接点于铁芯相连，二次绕组绕在铁芯上，此外还有一个平衡线圈，也有匝数相等的两部分组成，分别绕在上下两个铁芯上，并且串起来，连接点与铁芯相连。
3．校验
为了保证电压互感器的安全运行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互感器应满足下列条件：
1. 1U e 1>U 1>0. 9U e 1
其中式中 U 1 为电网电压；
U e 1 为电压互感器一次绕组额定电压；
表7-5 电压互感器参数
综合公式：S 2=(∑cos Φ) 2+(∑sin Φ) 2=(∑P ) 2+(∑Q ) 2
⎰
校验后满足要求。
7.6母线选择与校验
7.6.1 母线的选择
根据设计要求，变电站10kV 侧为电缆线，屋内配电10kV 侧和0.4kV 侧用硬母线，它的优点是便于固定和连接，散热性能好，缺点是集肤效应系数较大，为避免次现象减小导体片（条）间的距离，相应地改变它有关因素。
7.6.2母线校验
根据负荷计算电流：I C =1273. 78+1364=2637. 78A 折算到10kV
I JG 0. 4
=
I J 10
得到高压侧电流：I C =0. 04⨯2637. 78=105. 51A 根据变压器SCB9-1000/10型空载电流为0.8%，其有名值：
I JEG =
S JBE ⨯10
=
1000⋅10
=58. 14A
空载电流： I JG O =0. 8%⨯58. 14=46. 51A
I JG =I J +I JG O =105. 51+46. 51=152. 02A
根据实际情况：T m as =5000(h ) ，电流经济密度2. 0A /mm 10kV 侧：S JN =
2
I is 152. 02
==76. 02(mm 2) J h 2
Igz 1364
==682(mm 2) J N 2
0.4kV 侧：S JN =
故选用 10kV侧：TMY-3⨯20⨯40 0.4kV侧：TMY -3⨯60⨯20 经过与短路电流的比较满足条件。
第8章 继电保护
电力系统的继电保护是继电保护技术和继电保护装置的统称。它对保证系统安全运行和电能质量、防止故障扩大和事故发生起着及为重要的作用。
8.1继电保护
8.1.1对继电保护的基本要求
1. 选择性
它是继电保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，保证系统非故障元件仍继续运行，尽量减小停电范围。
2. 灵敏性
灵敏性是指对于保护范围内发生故障或非正常运行状态的反应能力。 3. 速动性
速动性是指快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低
的情况下的工作时间，以及减小故障元件的损坏程度。
4. 可靠性
可靠性是指在其规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作情况下，则不应该错误动作。
8.1.2继电保护分类
按原理分：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、和零序保护等。 按保护对象分：电力线路保护、发电机保护、变压器保护、电容器保护、电抗器保护、母线保护等。
按故障类型分：短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护、过磁保护等。
8.2过电流与速断保护整定值的计算
保护动作电流的整定值有两个原则：
1. 躲过变压器二次测母线上Ｋ1处故障时流过保护的最大短路电流I k 1⋅max ，即 I k 1⋅max =K rel ⋅I k 1⋅max 式中 K r e －可靠系数，取1.2－1.3。 l 2. 躲过变压器空载合闸时的励磁涌流。通常取 I act =(3-5) I N ⋅T
式中 I N ⋅T －保护安装侧变压器的额定电流。 保护动作电流取上述两者中最大者。
保护的灵敏度按保护安装出Ｋ2点故障时流过保护的最小两相短路电流I K ⋅2⋅min 校验，即要求：
K sen =
I k ⋅2⋅min
≥2 I act
8.2.1过电流整定值计算
I op =
K rel ⋅K w
I L , max
K re ⋅K i
式中 I op ——继电保护动作整定值（A ）； K rel ——保护装置的可靠系数；
w K i ——电流互感器电流比； I L , max ——线路最大负载电流（A ）； K re ——继电器返回系数；
K re =
I re
I op
式中 I re ——继电器返回电流，电流互感器开始释放的最大电流（A ）； I op ——继电器起动电流，电流继电器开始吸合的最小电流（A ）;
设计中所选用的变压器型号为SCB9-1000/10变压器，10KV/0.4KV，57.7A/1443A，D yn 11干式变压器，其中电流互感器电流比为K i =75/5其过电流整定值计算如下所示：
电流整定值：I op =
K rel ⋅K w 1. 2⨯1
==5. 4A , 取I op =5. 5A ，
K re ⋅K i 0. 85⨯75/5
过电流保护继电器选用DL-11/11型。 1. 过电流保护动作时限
t 2=t 1-∆t =1s -0. 5s =0. 5s
2．灵敏度S p 的校验。变压器过电流保护的灵敏度S p ，按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下运行，发生两相短路来检验，其灵敏度S p 也与线路过电流保护要求相同，即
S P ≥1. 5，个别情况下，允许S p ≥1. 25。
S p ≥
I K , min I op 1
=
1038
=12. 58 755. 5⨯
5
即 S p =12. 58>1. 5（灵敏度合格）。
8.2.2速断保护整定值计算
电流速断保护原理接线图8-1，变压器电流速断保护具有接线简单、动作迅速等优点，但不能保护变压器的全部，且范围随系统运行方式及类型的变化而变化，只能用在容量较小的变压器中，与气体继电保护构成变压器的主保护。
I qb =
K rel ⋅K w
I K , max K i
式中 I qb ——电流继电器速断保护动作电流（A ）； K rel ——保护装置可靠系数，取K rel =1.2；
w w K i ——电流互感器电流比，K i =75/5=15；
I L , max ——线路末端最大短路电流，即三相金属性短路电流稳定性（A ）； 取 I K , max =I 1(K -2) =1. 20⨯10KA =1200A , 则I qb =
(3)
2
1. 2⨯1
⨯1200
A =96A ，
图8-1电流速断保护原理接线图
信号
图8-2电流速断保护原理接线图展开式
对于电力系统末端供配电电力变压器的速断保护，一般取额定电流的2-3倍。
则 I qb =
1. 2⨯1
⨯2⨯57. 7A =9. 23A ； 755
速断保护动作电流I qb 整定值为10A ；动作时限t 2为0s; 灵敏度校验公式： S p ≥
取 I K , max
I K , min
I op 1) 2
=I 1((2K A ； -2) =10⨯1. 038=1038
1038
=6. 92； 150
≥2；
I op 1=I O P K i =10⨯15A
S p =
S p =6. 92>2(灵敏度合格）
第9章 配电装置
配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分，在电力系统中起着接受和分配电能的作用。由开关电气、保护和测量电气、母线和必要的辅助设备组成的总体装置。当系统中发生故障时能迅速切断故障部分，维持系统正常运行。
9.1配电装置基本要求、分类
1. 基本要求：
保证运行可靠；便于操作、巡视和检修；保证工作人员的安全；力求提高经济性；具有扩建的可能； 2. 分类：
按电气设备装设的地点不同：可分为屋内配电装置和屋外配电装置； 按其组装方式：可分为装配式和成套式
9.2配电装置的设计步骤
9.2.1一次系统设计图
某某综合楼变电站屋内配电装置如图9-1所示
图9-1高压侧配电装置图
9.2.2 1#变压器设计图
如图9-2为1#变压器配电装置图
1S GGD-36Ｇ柜包括：B 楼负一层照明、B 楼一层照明、B 楼二层照明、B 楼三层照明、B 楼四层照明、B 楼五层计算机房、备用。
2S GGD-36G柜包括：B 楼六层计算机房、B 楼七层照明、B 楼八层照明、B 楼九层照明、备用、备用。
3S GGD-36G柜包括：A 楼负一层照明、A 楼负二层照明、A 楼一层照明、A 楼二层照明、A 楼三层照明、A 楼四层照明、备用。
4S GGD-08G柜包括：I 1m 段受电。 5S GGD-09G柜包括：I 段受电。 6S 柜包括：无功优化补偿装置。 7S GGD-12G柜包括：I xf 段受电。
图9-2 1#变压器配电装置图
9.2.3 2#变压器设计图
如图9-3为2#变压器配电装置图
8S GGD-09G柜包括：消防电梯1备用、消防电梯2、正压风机、消防污水泵、B 楼负一层人防电力备用、备用、变点所用电。
9S GGD-36G柜包括：A 楼消防电力干线备用、A 楼消防照明干线、B 楼消防照明干线、B 楼进风机、直流屏电源高压柜内照明、备用。
10S GGD-09G柜包括：母线联络。
11S GGD-36G 柜包括：消防电梯1、消防电梯2备用、正压风机、消防污水泵备用、B 楼负一层人防电力、变点所用电备用、备用。
12S GGD-36G 柜包括：A 楼消防电力干线、A 楼消防照明干线备用、B 楼消防照明干线、B 楼进风机备用、直流屏电源备用、备用。
13S GGD-12G柜包括：∏xf 段受电。 14S 柜：无功优化补偿装置。 15S GGD-10G柜包括：∏段受电。 16S GGD-08G柜包括：∏IK 段受电。
17S GGD-36G柜包括：A 楼负二层电力、B 楼负一层电力、备用、备用。 18S GGD-36G柜包括：B 楼负二层电力、B 楼三层电力、B 楼四层电力、备用。
图9-3 2#变压器配电装置图
第10章 防雷保护设计
雷电所引起的大电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重危害，因此，在变电所和高压输电线路中必须采取有效措施，以保证电气设备安全。
10.1雷电过电压
雷云放电在电网（或者电力系统）中引起的过电压，统称雷电过电压。该种过电压通常为单极性，持续时间很短为μs 级（几微秒至几十微秒）幅值可能很高（可达100MV ）对电网危害很大，应当加以限制。
雷电过电压又分为：直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压是由于雷直击于电网引起的，感应雷过电压则是雷直击于电气设备附近，由于电磁感应而在电网中产生的。感应雷过电压的幅值不太高，一般不超过500-600kV ，它主要对35kV 及以下电网构成威胁。
10.2雷电的危害
雷电的破坏作用主要是雷电波过电压引起的，主要表现在以下几个方面： 1．雷电的热效应：雷电流产生的热量，可能烧断导线和烧毁电力设备；
2．雷电的机械效应：雷电流产生的电动力，可摧毁设备、杆塔、建筑物和伤害人； 3．雷电的电磁效应：雷电过电压将会使电气绝缘被击穿，甚至引起火灾和燃烧，造成人身伤亡和设备损坏。
另外雷电的闪落放电，可能烧坏绝缘子，使断路器跳闸，造成停电事故。
10.3防雷保护装置
1．防雷保护：
防雷直击：采用装设在建筑物上的避雷网或避雷针，或由其混合组成的接闪器。 防雷电感应：建筑物内的设备管道构架等主要建筑物，应就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上，可不另设接地装置。
2. 防雷电波侵入：
1）地电线路全长采用埋地电缆或敷设架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将金属电缆外皮，金属线槽接地。
2）低压架空线转换金属改装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入时，其埋地长度应大于或等于15m 。低压架空线直接引入时，在入户处应装设避雷器，并将其与绝缘子铁脚金具连在一起接到电气设备的接地装置上。
10.4防雷设计
1. 依据图纸要求及新的国际标准《建筑物标准手册》及某某综合楼实际情况可得： 建筑物防雷接闪器有以下几种形式 （1）独立避雷针
（2）架空避雷线或架空避雷网
（3）直接安装在建筑物上的避雷针避雷带或避雷网 2. 变配电所建筑物防雷保护
（1）变配电所屋外配电装置应装设防直击雷保护装置，一般采用避雷针或避雷器。 （2）屋内配电装置如雷设防直击雷保护装置，屋顶有金属结构时，将金属部分接地，屋顶为钢筋混凝土结构时，将其焊接成网接地，屋顶为非导体结构时，采用避雷网保护。
（3）35kV 及以下的屋外高压配电装置，采用独立避雷器或避雷线保护，宜装设独立的接地装置，接地电阻不宜超过20 。
（4）独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及接地装置与道路或建筑物的出入
10.5防雷保护计算
变电站3-10kV 配电装置（包括电力变压器）应在每组母线和架空线路上装设发行避雷器。
避雷器与变压器的最大电气距离
防雷计算
（1） 变电所占地面积15⨯60m ，高57.3m ，采用4根避雷针保护，为避免反击，避雷
相邻两根距离
a 1=15+5=20m , a 2=60+5=65m 对角避雷针间距
D =202+652=68m 避雷针的有效高度为 h x =避雷针的高为
h =h x +h a =10+8. 15=65. 8m 在h x 高度上的保护半径为
D 68
==8. 5m 88
r x =
1. 6⨯8. 5
=7. 5m 1+
65. 8a 120==2. 3h a 8. 5 h x
57. 3
h =
65. 8
=0. 87
b 1x =0. 76⨯8. 5=6. 46a 265h =8. 5
=7. 64a b 2x =0. 01⨯8. 5=0. 085
全在保护范围内
总 结
此毕业论文设计了某某综合楼的变电所，这是一次综合设计的考验。
在设计中电气主接线根据原始资料及实际工程应用，分析并选定两种接线方式，通过实地考察和供电情况分析，最终选定的接线方式为：高压侧采用单母线接线，低压侧采用单母线分段接线，在本变电站的设计中还对变压器选择、短路电流的计算及设备选择进行了设计。在主变压器选择中首先确定了变压器的容量、台数、型号，而后根据变电站所带负荷情况采用需要系数法计算，同时结合相关的功率因数计算出变压器的容量。
设计变压器继电保护时，采用了过电流保护、速断保护。
防雷保护设计，参照设计要求利用滚球法为防雷保护的设计方法，并且采用四支等高等距离的避雷针。
通过完成某某综合楼的变电站设计，把过去所学的专业知识综合的利用起来，并运用到了实际工程当中去，把基础知识与工程实际相互结合。既做到技术先进又保证安全可靠，进一步提高了自己设计的能力，而最重要的是培养了自己的工程观念，为以后的工作打下了坚实的基础。
致 谢
通过此次毕业设计，加深了我所学的电气工程专业知识，为今后顺利的开展工作打下良好的基础，特别是对认识问题、分析问题、解决问题的能力有了较大的提高。本次毕业设计也是对我整个学习阶段的一次综合测试。
在毕业设计过程中，严谨求实的教学作风、诲人不倦的耐心，给我留下了难以磨灭的印象。我还要感谢等各位老师，在这几年的大学生活和学习中，教导我做人的原则，尤其在学习当中对我传授的知识会使我受益终身。
在此，我对您们表示最衷心的感谢，我将在今后的工作中不断追求新知识、继续努力，不辜负老师们对我细心的培养。
负荷浏览图
10kV
天津渤海职业技术学院
毕 业 环 节 技 术 报 告
系部名称 电气工程系 专 业 电力系统自动化 题目名称 10KV 变电站部分电气初步设计 学生姓名 指导教师 2015年4月
目 录
前言 ........................................................................... 1
第1章 毕业设计概述 ......................................................... 2
1.1 毕业设计题目 ........................................................... 2
1.2 毕业设计内容 ........................................................... 2
第2章 负荷计算 . ............................................ 错误！未定义书签。
2.1 负荷概述 .............................................. 错误！未定义书签。
2.2 负荷计算 .............................................. 错误！未定义书签。
第3章 无功功率补偿 ......................................................... 5
3.1 并联电力电容器补偿 ..................................................... 5
3.2 无功补偿容量的计算 ..................................................... 5
第4章 主变压器选择 ......................................................... 6
4.1 变电变站干式变压器容量、台数、型号选择 ................................. 6
4.1.1变压器容量 ....................................................... 6
4.1.2主变压器台数和型号 ............................................... 6
4.1.3主变压器确定 ..................................................... 7
4.2干式变压器的结构及特点 ................................................. 7
4.2.1干式变压器结构 ................................................... 7
4.2.2干式变压器特点 ................................................... 8
4.3 干式变压器的使用注意事项 ............................................... 8
第5章 变电站电气主接线 .................................................... 8
5.1对电气主接线的基本要求和原则 ........................................... 8
4.5.1电气主接线的基本要求 ............................................. 8
4.5.2电气主接线的原则 ................................................. 9
5.2 电气主接线设计程序 ..................................................... 9
5.2.1资料分析 ......................................................... 9
5.2.2拟定主接线方案 ................................................... 9
5.3主接线设计 ............................................................ 10
第6章 短路计算 . ............................................ 错误！未定义书签。
6.1短路概述 .............................................. 错误！未定义书签。
6.2造成短路原因 .......................................................... 11
6.3短路危害 .............................................................. 11
6.4短路计算 .............................................. 错误！未定义书签。
第7章 电气设备选择与校验 ................................................. 13
7.1电气设备及分类 ........................................................ 14
7.2电气设备选择与校验 .................................................... 14
7.3高压断路器选择与校验 .................................................. 15
7.3.1高压断路器的选择 ................................................ 15
7.3.2高压断路器的校验 ................................................ 15
7.4隔离开关选择与校验 .................................... 错误！未定义书签。
7.4.1隔离开关原理与类型 .............................. 错误！未定义书签。
7.4.2隔离开关运行与维护 .............................. 错误！未定义书签。
7.4.3隔离开关的校验 .................................................. 17
7.5互感器选择与校验 ...................................... 错误！未定义书签。
7.5.1互感器介绍 ...................................... 错误！未定义书签。
7.5.2电流互感器 ...................................................... 17 7.5.3电压互感器 ...................................................... 19
7.6母线选择与校验 ........................................................ 20
7.6.1 母线的选择 ...................................................... 20
7.6.2母线校验 ........................................................ 21
第8章 继电保护 . ............................................................ 21
8.1继电保护 .............................................................. 21
8.1.1对继电保护的基本要求 ............................................ 21
8.1.2继电保护分类 .................................................... 22
8.2过电流与速断保护整定值的计算 .......................................... 22
8.2.1过电流整定值计算 ................................................ 22
8.2.2速断保护整定值计算 .............................................. 23
第9章 配电装置 . ............................................................ 25
9.1配电装置基本要求、分类、应用 .......................................... 25
9.2配电装置的设计步骤 .................................................... 25
9.2.1一次系统设计图 .................................................. 25
9.2.2 1#变压器设计图 .................................................. 26
9.2.3 2#变压器设计图 .................................................. 26
第10章 防雷保护设计 ....................................................... 27
10.1雷电过电压 ........................................................... 27
10.2雷电的危害 ........................................................... 28
10.3防雷保护装置 ......................................................... 28
10.4防雷设计 ............................................................. 28
10.5防雷保护计算 ......................................................... 30 总结 ......................................................................... 32 致谢 ......................................................................... 33 附录Ⅰ ....................................................................... 34 附录Ⅱ ....................................................................... 35
前 言
随着社会生产力的迅猛发展，电力能源已成为了人类历史发展的主要动力资源之一，近年来，我国的电力工业也有了很大的发展，这对电业生产人员的素质也提出了更高的要求。我作为一名电力企业职工和一名电力系统自动化专业的毕业生，要科学合理地驾驭电力，就得从电力工程的设计原则和方法上来理解和掌握其精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本、提高经济效益和巩固、提高所学知识的目的。
本次毕业设计是继完成专业基础课和专业课后的总结和运用，是一次综合运用理论和实践相结合来解决工程问题能力的训练。通过毕业设计，可以将所学各门课程的理论知识和工作技能综合复习和运用一遍，可以培养我们独立工作和独立思考的能力，还可以通过方案的比较查阅各种手册、规程、资料、数据等来扩大知识面，了解国家的方针和政策，以便更好地适应工作的需要。
设计的主要内容包括：10/0.4KV变电所主变压器选择；变电所电气主接线设计；短路电流计算；负荷计算；无功功率补偿；电气设备选择（母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器）；继电保护规划设计；配电装置设计；防雷保护设计等。
根据电气主线设计应满足可靠性、灵活性、经济性的要求，本变电所电气主接线的高压侧采用单母线接线，低压侧采用单母线分段的电气主接线形式；为减少无功损耗，提高电能的利用率， 本设计进行了无功功率补偿设计；短路电流的计算包括短路点的选择及其具体数值计算；而电气设备选择采用了按额定电流选择，按短路电流计算的结果进行校验的方法；继电保护设计主要是对变压器进行电流速断保护和过电流保护的设计计算；配电装置采用成套配电装置；采用避雷针防直击雷保护。
本设计的新技术和新的设备难免有疏漏，错误之处，敬请批评指正！
第1章 毕业设计概述
1.1 毕业设计题目
《10KV 变电站初步设计》
1.2毕业设计内容
1．进行10kV 变电站初步设计；
2．完成任务中全部内容；
3．文字语言通顺简练，图表画法符合国家标准；
第2章 负荷计算
2.1负荷概述
电力负荷及其大小是供电设备设计计算的根本依据，正确合理地进行负荷计算，对于投资的经济性，技术上的安全可靠性和以后的经济运行和维护等有关系。
本设计由两台主变压器分别供不同的负荷，在此设计中忽略了部分负荷及电气设备（非专业设计人员，如有错误请指正。）
2.2负荷计算（附录Ⅰ）
1#变压器负荷计算：
照明设备：
P e =15⨯5+120⨯1+30⨯2+40⨯11=295KW
P c =K x ⋅P e =0. 7⨯295 =206.5KW
Q c =P c ⋅tg Φ=206. 5⨯1. 45=299.425Kvar
S c =P c 2+Q c 2=206. 52+299. 432=363. 73KVA
S c 363. 72I c ===552. 63A U r 3⨯0. 38
消防电梯：
P c =K x ⋅P e =0. 2⨯44=8. 8KW
Q C =P C ⋅tg Φ=8. 8⨯1. 7=14. 96K var
S c =P c 2+Q c 2=8. 82+14. 962=17. 36KVA
S c 17. 36I c ===26. 37A 3U r 3⋅380
进风机：
P c =K x ⋅P e =0. 7⨯7. 5=5. 25KW
Q c =P c ⋅tg Φ=5. 25⨯0. 62=3. 255K var
S c =P 2
c +Q 2
c =5. 252+3. 2552=6. 18KVA
I =S c
U =6. 117
c =9
r 0. 6581793A
计算机：
P c =K x ⋅P e =0. 8⨯240⨯2=384KW
Q C =P c ⋅tg Φ=384⨯0. 75=288K var
S c =P 2
c +Q 2
c =3842+2882=480KVA
I S c 480
c =3U =
r 0. 6581793=729. 28A
消防照明干线：
P c =K x ⋅P e =50⨯0. 7=35KW
Q c =P e ⋅tg Φ=35⨯0. 75=26. 25K var
S c =P 2
c +Q 2
c =352+26. 252=43. 75KVA
I 43. 75
c =S c
U =0. 6581793=66. 47A
r
2#变压器负荷计算
消防电梯：
P c =K x ⋅P e =0. 2⨯44=8. 8KW
Q c =P c ⋅tg Φ=8. 8⨯1. 7=14. 96K var
S c =P 2
c +Q 2
c =8. 82+14. 962=17. 36KVA
I =S c
3U =17. 36
c =26. 38A
r 0. 6581793
正压风机：
P c =K x ⋅P e =14⨯0. 6=804KW
Q c =P c ⋅tg Φ=8. 4⨯0. 75=6. 3K var
S c =P 2
c +Q 2
c =8. 42+6. 32=10. 5KVA
I S c 10. 5
c =3U =
r 0. 6581793=16A
照明设备：
P e =50+21=71KW
P C =K x ⋅P e =0. 7⨯71=49. 1KW
Q c =P c ⋅tg Φ=49. 1⨯0. 75=36. 825K var
S c =P c 2+Q c 2=49. 12+36. 8252=61. 37KVA
I c =S c
3U r =61. 37=93. 24A 0. 6581793
电力设备：
P e =160⨯1+200⨯1+120⨯2+180⨯2+30⨯1=990KW
P c =K x ⋅P e =990⨯0. 7=693KW
Q c =P c ⋅tg Φ=693⨯0. 8=554. 4kK var
S c =P c 2+Q c 2=6932+554. 42=887. 47KVA
S c 887. 47I c ===1348. 38A 0. 6581793U r
1#变压器最后计算负荷
P c =0. 9⨯(206. 5+8. 8+5. 25+384+6. 4+35) =581. 355KW
Q c =0. 95⨯(299. 43+14. 96+3. 255+288+3. 968+26. 25) =604. 07K var
S c =P c 2+Q c 2=581. 3552+604. 0692=838. 38KVA
I c =S c
3U r =838. 38=1273. 78A 0. 6581793
2#变压器最后计算负荷
P c =0. 9⨯(8. 8+8. 4+49. 1+693) =683. 37KW
Q c =0. 95⨯(14. 96+6. 3+36. 825+554. 4) =581. 86K var
S c =P c 2+Q c 2=683. 372+581. 862=898KVA
S c 897. 53I c ===1363. 65A U r 0. 6581793
第3章 无功功率补偿
所谓无功功率补偿是把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路，当容性装置释放能量在相互转化，感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的无功功率中得到补偿。
3.1并联电力电容器补偿
并联补偿时把电容器并接到被补偿设备的电路上，以提高功率数，这种方法称为并联电容器补偿。如图3-1所示为并联电力电容器补偿的原理图。由图可见电力电容器在图中所示位置进行无功补偿时，线路WL1输送无功功率仍为无功功率，即Q =Q L ，而变压器输送的无功功率则为Q =Q L -Q C ，线路WL1输送的无功功率则为Q =Q L +Q T -Q C ，因此，电源只需向电力负荷提供S =P +J （Q L -Q C ）的功率。
通过以上可知并联电力电容器降低了通过输电线路及变压器的功率（或电流），同时也减少了对发电机无功功率的需求量。
3.2无功补偿容量的计算
根据设计要求与实际需要变电站的功率因数达到0.9，所以对无功进行补偿。
1#变压器的负荷补偿：
P ∑=581. 355KW
Q c =604. 07K var
S c =838. 38KVA
功率因数：
Cos Φ1=P ∑581. 355==0. 69 S ∑838. 38
Cos Φ1=0. 69，现将其提高到0.90。
Q NC =P ∑(tg Φ1-tg Φ2) =581. 355⨯(1. 05-0. 48) =331. 37KVA
经过补偿后：
S NC =P c 2+(Q c -Q NC ) 2=581. 3552+(604. 07-331. 37) 2=642. 14KVA
Cos Φ=581. 355=0. 90 642. 14
2#变压器的负荷补偿
P ∑=684KW
Q c =582K var
S c =898KVA
功率因数：
Cos Φ1=P c 684==0. 76 S c 898
Cos Φ1=0. 76现欲将提高到0.90。
Q NC =P ∑⋅(tg Φ1-tg Φ2) =684⨯(0. 86-0. 48) =259. 92KVA
经过补偿后：
S NC =P c 2+(Q c -Q NC ) 2=6842+(582-259. 92) 2=756. 04KVA Cos Φ=684=0. 90 756. 04
第4章 主变压器选择
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，称为主变压器。
4.1变电变站干式变压器容量、台数、型号选择
4.1.1变压器容量
变压器空载运行时需用较大的无功功率，这些无功功率需由供电系统供给。变压器容量如选的过大，变压器长期处于轻载运行，使空载的损耗增加，功率因数降低，网络损耗增加。若容量选的小，会使变压器长期过负载，易损坏设备。
变压器的最佳负载率在40%-70%之间，按照5-10年的发展计划来确定变压器容量为1000kVA 。
4.1.2主变压器台数和型号
1．台数
变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择，要由负荷大小，对供电的可靠性和电能质量的要求来决定，对于负荷是二、三类负荷 ，二级负荷主要是消防电梯、应急照明等负荷；而三级负荷主要是电力设备和普通照明，根据需要拟装设两台变压器。
2．型号
主变压器的型号选择主要考虑以下因素：
1. 变电站的地址选择； 2. 建筑物的防火等级； 3. 建筑物的使用功能； 4. 主要用电设备对供电的要求； 5. 当地供电部门对变电站的管理体制等。
主变压器安装在地下时根据消防要求，不得选用可燃性油变压器，地下层一般比较潮湿通风条件不好，也不宜选用空气绝缘的干式变压器，宜采用环氧树脂浇注型或六氟化硫型，结合具体情况选型为SCB9-1000/10KV变压器。
4.1.3主变压器确定
地下变电站的主变压器型号为环氧树脂浇注型，其技术参数如表4-1所示。
表4-1 SCB9-1000/10变压器技术参数
4.2干式变压器的结构及特点 4.2.1干式变压器的结构
绕组材料是铜箔或铝箔，有时也采用铜线绕制，而低压线圈（1000V 及以下），用铜箔（或铝箔）与预浸环氧树脂的绝缘材料紧密绕制，采用缠绕玻璃纤维加强树脂包封，经过工艺处理后，使高低压线圈各自成为一个坚固的整体，不但具有很强的承受短路能力，而且经过冷热循环试验，证明线圈具有耐潮、耐裂、阻燃和自熄功能。
由于干式变压器的适用材料不同，其绝缘等级也不同，绝缘材料等级与绝缘材料最高允许温度见表4-2。
表4-2 绝缘等级与最高允许温度
4.2.2干式变压器的特点：
1．损耗小、噪声小；运行、维修量小。 2．具有耐热、防尘、耐潮的特点。
3．绝缘性好，局部放电量小，耐雷电冲击力强。 4．机械强度高，抗温度变化，抗短路能力强。
4.3干式变压器的使用注意事项
1．干式变压器选择不同的外壳，是由所处的环境和防护要求而定。 2．干式变压器绕组的绝缘，很大程度影响变压器的安全和使用寿命。 3．干式变压器的过载能力与环境温度、负荷情况、绝缘散热和发热时间有关。
第5章 变电站电气主接线
由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的基本组成和连接关系的接线图，称为主接线电路图。
5.1对电气主接线的基本要求和原则
5.1.1电气主接线的基本要求
1．可靠性
可靠性指主接线能保证对用户不间断的供电。不仅要考虑—次设备还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。
2．灵活性
主接线的灵活性有以下几方面要求：
1)调度要求：灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷。满足系统在事故运行、检修和特殊运行方式下要求。
2)检修要求：可方便的停、送断路器、母线和继电保护设备，进行安全检修，不影响对用户供电。
3)扩建要求：可以容易的从初期过渡到终期接线，在扩建时无论一次和二次都要做到设备改建量最小。
3．经济性
经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。
5.1.2电气主接线的原则
1．考虑近期和远期的发展规模
变电站主接线设计应根据5—10年电力系统发展规划进行。根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。
2．考虑负荷的重要性分级和出线回数多少
对一级负荷：必须有两个独立电源供电，当一个电源失去后，保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷：一般要有两个电源供电，当一个电源失去后，保证大部分二级负荷供电；三级负荷一般只需一个电源供电。
3．考虑主变台数对主接线的影响
变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接影响。大型变电站由于传输容量大，对供电可靠性要求高，因此其主接线的可靠性、灵活性要求也高。而容量小的变电站则反之。
5.2 电气主接线设计程序
5.2.1资料分析
1．工程情况：变电所类型；设计规划容量；变压器容量及台数；运行方式等。 2．电力系统情况：电力系统近期及远景发展规划(5—10年) ；变电站地理位置和作用；电力系统连接方式以及各级中性点接地方式等。
3．负荷情况：负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量等。 4．环境条件：当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、地震等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。
5．设备制造情况：必须对各主要电器的性能、制造、供货、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。
5.2.2拟定主接线方案
对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑的不同，会出现多种接线方案(近期和远期) 。依据对主接线的基本要求，从技术上论证各方案的优缺点，淘汰一些明显不合理的方案，再进行可靠性定量分析计算比较，最后获得技术合理、经济可行的主接线方案。
5.3主接线设计（附录Ⅱ）
一. 单母线接线
如图5-1所示，整个配电装置只有一组母线，每个电源线和引出线都经过开关接到同一组母线上。对馈线送电时，须先合上隔离开关QS2和QS3，再投入断路器QF2；如果停止对其供电，须先断开QF2，然后再断开QS3和QS2。为了防止误操作，严格按照操作规程和操作票制度，并在隔离开关和相应的断路器，加装电磁闭锁、机械闭锁。接地开关(又称接地刀间)QS4是在检修电路、设备时合上，取代安全接地线的作用。电压在110kV 及以上，断路器两侧的隔离开关线路侧均应配备接地开关。对35kV 及以上的母线，每段母线上应配备1-2组接地开关。
图 5-1 单母线接线
1．单母线接线的优缺点
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。 缺点：灵活性和可靠性差，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开它所连接的电源，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的供电。
2．单母线接线的适用范围
一般适用于一台主变压器的以下两种情况： (1)6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回。 (2)35-66kV配电装置的出线回路数不超过3回。
第6章 短路计算
选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的。
6.1短路概述
短路是指不同电位导电部分间不正常短接，短路包括：相与相间导体的金属性短接、经小阻抗短接、在电力系统中单相或多相接地。电力系统的状态有三种：正常运行状态、不正常运行状态、短路故障。
6.2造成短路原因
电力系统发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘被损坏，大多是由于设计、制造、安装和运行不当所致。内部人员违反操作规程和安全规程，造成误操作而引发短路。电力系统的其他某些故障也可能导致短路，如输电线路断线和倒杆事故等。此外，飞禽及小动物跨接裸导体，老鼠咬坏设备、导线的绝缘，都可能造成短路。
6.3短路危害
1. 电力系统发生短路时，电网总阻抗减小，该回路的短路电流可能超过正常工作电流十几倍甚至几十倍。如6—10kV 大容量装置，短路电流可达到几万甚至几十万安。
2. 短路时会产生较大的热和电动力，所以设备要经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。
4.短路必将造成局部停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大。
5.短路也同时引起系统网络电压降低．特别是靠近短路点处降低得更多，短路点的电压为零，结果可能导致非故障范围部分或全部用户的供电破坏。
由此可见：短路的后果是十分严重，为保证电气设备安全可靠运行，一旦发生短路要尽快切除故障部分，使系统电压在较短时间内恢复到正常值。为此需要进行短路电流计算。
6.4短路计算
1. 确定基准值
取 S d =100MVA ，U d 1=U Nav 1=10. 5KV ，U d 2=U Nav 2=0. 4KV ，而 I d 1=S d /(3U d 1) =100MVA /(⨯10. 5) KV =5. 5KA I d 2=S d /(U d 2) =100MVA /(⨯0. 4) KV =144KA
2. 计算短路回路中主要元件的电抗标幺值 电力系统：
据有关资料，I OC =31. 5KA ，则
S O C =⋅U N I O C =⨯10⨯31. 5=550MVA
*
X 1*=X SD =S D /S O C =100MVA /550MVA =0. 18
架空线路：
据有关资料：X o =0. 4Ω/KM ，则
**2
X 2=X WLD =X o L SD /U NAVI =(0. 4Ω/m ) ⨯5Km ⨯100MVA /(10. 5KV ) 2=1. 81
电力变压器：
据有关资料：U K %=5，则
表6-1短路计算表
3. 做出等值电路图并化简电路，求出k 3点及其k 4点短路回路阻抗标幺值，根据计算电路图及其回路中个主要元件的电抗标幺值做出等值电路图。
****
X ∑(k -3) =X 5=X 1+X 2=0. 18+1. 81=1. 99
******
X ∑=X =X +X +X //X (k -4) 61234=0. 18+1. 81+5/2=4. 49
a. 求出k 3点三相短路电流和短路容量
如图所示6-2 k 3点供电系统的等值电路图的短路回路。
I
(3) *k -3d
*
=1/X ∑d =1/1. 99=0. 5
(3) *
I k -3=I d 1/X ∑d =5. 5KA /1. 99=2. 76KA
' ' (3) (3) (3)
I k -3=I ∞=I k -3=2. 76KA
i sh =2. 57I ' ' =2. 57⨯2. 76KA =7. 09KA I sh =1. 53I ' ' =1. 53⨯2. 76KA =4. 22KA
(3) *
S k MVA /1. 99=50. 25MVA -3=S d /X ∑(k -3) =100
图6-2 k 3点供电系统的等值电路图的短路回路
b. 求出k 4点三相短路电流和短路容量
如图6-3 k 4点供电系统的等值电路图的短路回路
(3) *
I k KA /4. 49=32. 07KA -4=I d 2/X ∑d =144(3) ) I (' ' k -4) =I ∞=I k (3-4=32. 07KA
(3)
i sh =1. 81Z ' ' =1. 84⨯32. 07KA =59. 01KA I sh =1. 09I ' ' =1. 09⨯32. 07KA =34. 96KA
(3) *S k MVA /0. 49=22. 27MVA -4=S d /X ∑(k -4) =100
图6-3 k 4点供电系统的等值电路图的短路回路
第7章 电气设备选择与校验
电气设备的选择指的是，电气设备在系统中所处位置和功能确定型号、参数。电气设备选择总原则是在保证安全、可靠工作前提下，适当留有裕度，尽量经济节约。
7.1电气设备及分类
1. 电气设备
电气设备指电力系统中发电、输电、变电、配电、用电设备的总称，它包括：发电机、变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、补偿电容、保护设备、导线、电缆和用电设备等。
2. 电气设备的分类
（1）按电压分：通常把1kV 以上的设备称为高压设备，1kV 以下的称为低压设备。 （2）按电能质量分：交流设备、直流设备、交直流两用设备。 （3）按设备所属的电路性质分：一次设备、二次设备。 （4）按是否组合分：单元件设备、成套设备。
（5）一次设备按其在一次电路中功能，又可分为发电设备、变换设备、控制设备、保护设备、补偿设备和用电设备。
7.2电气设备选择与校验
表7-1导体和电器的选择与校验项目
电气设备选择是供配电系统设计重要内容之一。安全、可靠、经济、合理是选择电气设备的基本要求。电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号，按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。
从表7-1中可以看出各种设备正常、可靠工作条件下额定电压、电流选择，并按短路条件校验动稳定和热稳定。
7.3高压断路器选择与校验
7.3.1高压断路器的选择
高压断路器是高压电气中的重要设备，是一次电力系统中控制和保护电路的关键设备，它在电网中的作用有两方面，其一是控制作用，即根据电力系统的运行要求，接通或断开工作电路，其二是保护作用，当电力系统中发生故障时，在继电保护装置的作用下，断路器自动断开故障部分，以保证无故障部分的正常运行。
高压断路器的主要作用是：在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在发生短路故障或严重负荷时，借助继电保护装置用它自动、迅速地切断故障电流，以防止扩大事故范围。
断路器工作性能好坏直接关系到供配电系统的安全运行。为此要求断路器具有相当完善的灭弧装置和足够强的灭弧能力。
7.3.2高压断路器的校验
根据（图7-1）（表7-2）。在短路计算中我们得知10kV 侧母线上短路电流为5.3kA ，控制QF 的线路继电保护装置实际最大的动作时间为1.0s
图7-1高压断路器的QF 的型号规格
变压器高压侧实际最大工作电流按变压器额定电流计算。 I 30=I 1N ⋅T =S N /U N =1000/(3⨯10) =57. 7A
线路首端短路时，流过短路电流最大，而线路首端（k 1）点短路和母线（k 2）点短路，其短路电流相等，即：
短路电流冲击值：i sh =2. 55I =2. 55⨯2. 76=7. 038KA 短路容量：S K =3U C I K =3⨯10. 5⨯2. 76=50. 2MVA
' '
拟定选用高压真空断路器，断路时间：t OC =0. 1s 短路假想时间：t im a =t 1c =t op +t O C =1. 0+0. 1=1. 1s 根据拟定条件和相关数据，选用ZN12-10I 型高压真空断路器。
表7-2 ZN12-10I型高压真空断路器
7.4隔离开关选择与校验
7.4.1隔离开关原理与类型
隔离开关是用于隔离电源，应用于断路器的配套装置使用，但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和断开负荷电流和短路电流。隔离开关按装接地点分：屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目分：单柱式、双柱式和三柱式。隔离开关的型式对配电装置的分布和占地面积有很大影响，根据实际情况本变电站选择型号为：GN30-10D/630（如表7-3）。这种型号隔离开关为高压10kV ，50HZ 户内装置，安装于高压开关柜内，结构紧密占地面积小，安全性高。
表7-3 GN30-10D/630技术数据
7.4.2隔离开关运行与维护
隔离开关运行与维护的注意事项： 1. 载流回路及引线端子无过热。
2. 瓷瓶无裂痕，瓷瓶与法兰接触处无松散及起层现象。 3. 传动机构外露的金属无明显锈蚀痕迹。 4. 触头罩无异物堵塞。
5. 接地良好。
6. 分合闸过程应无卡劲，触头中心要标准，三相是否同时接触。 7. 隔离开关严禁带负荷分、合闸，维修时检查它与断路器的连锁。
7.4.3隔离开关的校验
根据型号拟选GN30-10D/630。 I ca =
S 1N U N
=
1000⨯10
=57. 73A
短路电流的冲击值：i sh =2. 55⨯2. 76=7. 038KA 短路容量：S k =S ' ' =S ∞=3⨯10⨯2. 78=48. 15MVA 短路电流假想时间： i im ar =t ac +t tr =1+0. 1=1. 1s
校验情况如下表，根据以下数据可得满足热稳定校验条件。
表7-4 GN30-10D/630校验数据
7.5互感器选择与校验
7.5.1互感器介绍
互感器是将高电压、大电流按比例变成低电压(100、100/3V ) 和小电流(5、1A) ，包括电压互感器(PT)和电流互感器（CT) 。互感器从基本结构和工作原理来说是一种特殊变压器，其电压互感器二次不准短路，电流互感器二次不准开路。并且互感器二次绕组必须有可靠地接地以保证人身、设备的安全。
7.5.2电流互感器
1．工作原理
如图所示7-2为电流互感器原理接线图，其基本结构与变压器相同，电流互感器一、二次额定电流之比叫变流比，用K i 表示，由变压器的基本知识可知：
K i =
I 1N N I
=2=1 （7-1） I 2N N 1I 2
式中 N 1、N 2——电流互感器一、二次绕组的匝数；
I 1N 、I 2N ——电流互感器一、二次额定电流； I 1、I 2——电流互感器一、二次实际电流；
由式7-1可见，若已知电流互感器的变流比(或一、二次绕组的匝数) 和二次实际电流，便可计算出一次实际电流的近似值。
图 7-2 电流互感器原理接线图 1、铁芯；2、一次绕组；3、二次绕组
2．结构
电流互感器的结构如图7-2所示，它主要由铁芯、一次绕组、二次绕组和绝缘构成。按照一次绕组匝数的多少，电流互感器又可分为单匝式和多匝式，多匝式电流互感器又分为只有一个铁芯和具有两个铁芯的两种类型。
3．校验
对于大多数电流互感器，给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数K es 和热稳定倍数
K t ，因此其动、热稳定度应按下式校验。
动稳定倍数：
K es =i m as /(I 1N )
则动稳定校验的条件为：K es ⨯2⨯300≥i sh
拟定型号为：LZZBJ9-10型电流互感器，查表得K es =220，K i =150/5
K es ⨯2I 1N =220⨯2⨯150=933240 i sh =30070
热稳定倍数：K t =I t /I 1N ，则热稳定度校验条件为：
(3)
(K t ⋅I 1N ) 2⋅t ≥I ∞t im a ，一般K t 为1S 热稳定倍数，即电流互感器试验时间t=1s，因
2
此上式可改写为：
(3)
K t I 1N ≥I ∞im a (3) I ∞t im a =2800. 31
3000>2800. 31
通过计算结果可知满足热稳定校验。
7.5.3电压互感器
1．工作原理
图 7-3 电压互感器原理接线图 1、铁芯；2、一次绕组；3、二次绕组
如图所示7-3为电压互感器原理接线图，其基本结构与变压器相同，电压互感器一、二次侧额定电压之比称为变压比，用K u 表示。
K u =
U 1N N U
≈1≈1 U 2N N 2U 2
式中 N 1、N 2——电压互感器一、二次绕组的匝数；
U 1N 、U 2N ——电压互感器一、二次额定电压； U 1、U 2——电压互感器一、二次实际电压；
由式可知电压互感器变压比和二次实际电压U 2，可计算出一次实际电压的近似值。 2．结构
一次绕组被分为匝数相等的两部分，分别绕在上下铁芯柱上并且并联起来，其连接点于铁芯相连，二次绕组绕在铁芯上，此外还有一个平衡线圈，也有匝数相等的两部分组成，分别绕在上下两个铁芯上，并且串起来，连接点与铁芯相连。
3．校验
为了保证电压互感器的安全运行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互感器应满足下列条件：
1. 1U e 1>U 1>0. 9U e 1
其中式中 U 1 为电网电压；
U e 1 为电压互感器一次绕组额定电压；
表7-5 电压互感器参数
综合公式：S 2=(∑cos Φ) 2+(∑sin Φ) 2=(∑P ) 2+(∑Q ) 2
⎰
校验后满足要求。
7.6母线选择与校验
7.6.1 母线的选择
根据设计要求，变电站10kV 侧为电缆线，屋内配电10kV 侧和0.4kV 侧用硬母线，它的优点是便于固定和连接，散热性能好，缺点是集肤效应系数较大，为避免次现象减小导体片（条）间的距离，相应地改变它有关因素。
7.6.2母线校验
根据负荷计算电流：I C =1273. 78+1364=2637. 78A 折算到10kV
I JG 0. 4
=
I J 10
得到高压侧电流：I C =0. 04⨯2637. 78=105. 51A 根据变压器SCB9-1000/10型空载电流为0.8%，其有名值：
I JEG =
S JBE ⨯10
=
1000⋅10
=58. 14A
空载电流： I JG O =0. 8%⨯58. 14=46. 51A
I JG =I J +I JG O =105. 51+46. 51=152. 02A
根据实际情况：T m as =5000(h ) ，电流经济密度2. 0A /mm 10kV 侧：S JN =
2
I is 152. 02
==76. 02(mm 2) J h 2
Igz 1364
==682(mm 2) J N 2
0.4kV 侧：S JN =
故选用 10kV侧：TMY-3⨯20⨯40 0.4kV侧：TMY -3⨯60⨯20 经过与短路电流的比较满足条件。
第8章 继电保护
电力系统的继电保护是继电保护技术和继电保护装置的统称。它对保证系统安全运行和电能质量、防止故障扩大和事故发生起着及为重要的作用。
8.1继电保护
8.1.1对继电保护的基本要求
1. 选择性
它是继电保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，保证系统非故障元件仍继续运行，尽量减小停电范围。
2. 灵敏性
灵敏性是指对于保护范围内发生故障或非正常运行状态的反应能力。 3. 速动性
速动性是指快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低
的情况下的工作时间，以及减小故障元件的损坏程度。
4. 可靠性
可靠性是指在其规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作情况下，则不应该错误动作。
8.1.2继电保护分类
按原理分：电流保护、电压保护、距离保护、差动保护、方向保护、和零序保护等。 按保护对象分：电力线路保护、发电机保护、变压器保护、电容器保护、电抗器保护、母线保护等。
按故障类型分：短路保护、接地故障保护、匝间短路保护、断线保护、失步保护、失磁保护、过磁保护等。
8.2过电流与速断保护整定值的计算
保护动作电流的整定值有两个原则：
1. 躲过变压器二次测母线上Ｋ1处故障时流过保护的最大短路电流I k 1⋅max ，即 I k 1⋅max =K rel ⋅I k 1⋅max 式中 K r e －可靠系数，取1.2－1.3。 l 2. 躲过变压器空载合闸时的励磁涌流。通常取 I act =(3-5) I N ⋅T
式中 I N ⋅T －保护安装侧变压器的额定电流。 保护动作电流取上述两者中最大者。
保护的灵敏度按保护安装出Ｋ2点故障时流过保护的最小两相短路电流I K ⋅2⋅min 校验，即要求：
K sen =
I k ⋅2⋅min
≥2 I act
8.2.1过电流整定值计算
I op =
K rel ⋅K w
I L , max
K re ⋅K i
式中 I op ——继电保护动作整定值（A ）； K rel ——保护装置的可靠系数；
w K i ——电流互感器电流比； I L , max ——线路最大负载电流（A ）； K re ——继电器返回系数；
K re =
I re
I op
式中 I re ——继电器返回电流，电流互感器开始释放的最大电流（A ）； I op ——继电器起动电流，电流继电器开始吸合的最小电流（A ）;
设计中所选用的变压器型号为SCB9-1000/10变压器，10KV/0.4KV，57.7A/1443A，D yn 11干式变压器，其中电流互感器电流比为K i =75/5其过电流整定值计算如下所示：
电流整定值：I op =
K rel ⋅K w 1. 2⨯1
==5. 4A , 取I op =5. 5A ，
K re ⋅K i 0. 85⨯75/5
过电流保护继电器选用DL-11/11型。 1. 过电流保护动作时限
t 2=t 1-∆t =1s -0. 5s =0. 5s
2．灵敏度S p 的校验。变压器过电流保护的灵敏度S p ，按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下运行，发生两相短路来检验，其灵敏度S p 也与线路过电流保护要求相同，即
S P ≥1. 5，个别情况下，允许S p ≥1. 25。
S p ≥
I K , min I op 1
=
1038
=12. 58 755. 5⨯
5
即 S p =12. 58>1. 5（灵敏度合格）。
8.2.2速断保护整定值计算
电流速断保护原理接线图8-1，变压器电流速断保护具有接线简单、动作迅速等优点，但不能保护变压器的全部，且范围随系统运行方式及类型的变化而变化，只能用在容量较小的变压器中，与气体继电保护构成变压器的主保护。
I qb =
K rel ⋅K w
I K , max K i
式中 I qb ——电流继电器速断保护动作电流（A ）； K rel ——保护装置可靠系数，取K rel =1.2；
w w K i ——电流互感器电流比，K i =75/5=15；
I L , max ——线路末端最大短路电流，即三相金属性短路电流稳定性（A ）； 取 I K , max =I 1(K -2) =1. 20⨯10KA =1200A , 则I qb =
(3)
2
1. 2⨯1
⨯1200
A =96A ，
图8-1电流速断保护原理接线图
信号
图8-2电流速断保护原理接线图展开式
对于电力系统末端供配电电力变压器的速断保护，一般取额定电流的2-3倍。
则 I qb =
1. 2⨯1
⨯2⨯57. 7A =9. 23A ； 755
速断保护动作电流I qb 整定值为10A ；动作时限t 2为0s; 灵敏度校验公式： S p ≥
取 I K , max
I K , min
I op 1) 2
=I 1((2K A ； -2) =10⨯1. 038=1038
1038
=6. 92； 150
≥2；
I op 1=I O P K i =10⨯15A
S p =
S p =6. 92>2(灵敏度合格）
第9章 配电装置
配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分，在电力系统中起着接受和分配电能的作用。由开关电气、保护和测量电气、母线和必要的辅助设备组成的总体装置。当系统中发生故障时能迅速切断故障部分，维持系统正常运行。
9.1配电装置基本要求、分类
1. 基本要求：
保证运行可靠；便于操作、巡视和检修；保证工作人员的安全；力求提高经济性；具有扩建的可能； 2. 分类：
按电气设备装设的地点不同：可分为屋内配电装置和屋外配电装置； 按其组装方式：可分为装配式和成套式
9.2配电装置的设计步骤
9.2.1一次系统设计图
某某综合楼变电站屋内配电装置如图9-1所示
图9-1高压侧配电装置图
9.2.2 1#变压器设计图
如图9-2为1#变压器配电装置图
1S GGD-36Ｇ柜包括：B 楼负一层照明、B 楼一层照明、B 楼二层照明、B 楼三层照明、B 楼四层照明、B 楼五层计算机房、备用。
2S GGD-36G柜包括：B 楼六层计算机房、B 楼七层照明、B 楼八层照明、B 楼九层照明、备用、备用。
3S GGD-36G柜包括：A 楼负一层照明、A 楼负二层照明、A 楼一层照明、A 楼二层照明、A 楼三层照明、A 楼四层照明、备用。
4S GGD-08G柜包括：I 1m 段受电。 5S GGD-09G柜包括：I 段受电。 6S 柜包括：无功优化补偿装置。 7S GGD-12G柜包括：I xf 段受电。
图9-2 1#变压器配电装置图
9.2.3 2#变压器设计图
如图9-3为2#变压器配电装置图
8S GGD-09G柜包括：消防电梯1备用、消防电梯2、正压风机、消防污水泵、B 楼负一层人防电力备用、备用、变点所用电。
9S GGD-36G柜包括：A 楼消防电力干线备用、A 楼消防照明干线、B 楼消防照明干线、B 楼进风机、直流屏电源高压柜内照明、备用。
10S GGD-09G柜包括：母线联络。
11S GGD-36G 柜包括：消防电梯1、消防电梯2备用、正压风机、消防污水泵备用、B 楼负一层人防电力、变点所用电备用、备用。
12S GGD-36G 柜包括：A 楼消防电力干线、A 楼消防照明干线备用、B 楼消防照明干线、B 楼进风机备用、直流屏电源备用、备用。
13S GGD-12G柜包括：∏xf 段受电。 14S 柜：无功优化补偿装置。 15S GGD-10G柜包括：∏段受电。 16S GGD-08G柜包括：∏IK 段受电。
17S GGD-36G柜包括：A 楼负二层电力、B 楼负一层电力、备用、备用。 18S GGD-36G柜包括：B 楼负二层电力、B 楼三层电力、B 楼四层电力、备用。
图9-3 2#变压器配电装置图
第10章 防雷保护设计
雷电所引起的大电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重危害，因此，在变电所和高压输电线路中必须采取有效措施，以保证电气设备安全。
10.1雷电过电压
雷云放电在电网（或者电力系统）中引起的过电压，统称雷电过电压。该种过电压通常为单极性，持续时间很短为μs 级（几微秒至几十微秒）幅值可能很高（可达100MV ）对电网危害很大，应当加以限制。
雷电过电压又分为：直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压是由于雷直击于电网引起的，感应雷过电压则是雷直击于电气设备附近，由于电磁感应而在电网中产生的。感应雷过电压的幅值不太高，一般不超过500-600kV ，它主要对35kV 及以下电网构成威胁。
10.2雷电的危害
雷电的破坏作用主要是雷电波过电压引起的，主要表现在以下几个方面： 1．雷电的热效应：雷电流产生的热量，可能烧断导线和烧毁电力设备；
2．雷电的机械效应：雷电流产生的电动力，可摧毁设备、杆塔、建筑物和伤害人； 3．雷电的电磁效应：雷电过电压将会使电气绝缘被击穿，甚至引起火灾和燃烧，造成人身伤亡和设备损坏。
另外雷电的闪落放电，可能烧坏绝缘子，使断路器跳闸，造成停电事故。
10.3防雷保护装置
1．防雷保护：
防雷直击：采用装设在建筑物上的避雷网或避雷针，或由其混合组成的接闪器。 防雷电感应：建筑物内的设备管道构架等主要建筑物，应就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上，可不另设接地装置。
2. 防雷电波侵入：
1）地电线路全长采用埋地电缆或敷设架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将金属电缆外皮，金属线槽接地。
2）低压架空线转换金属改装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入时，其埋地长度应大于或等于15m 。低压架空线直接引入时，在入户处应装设避雷器，并将其与绝缘子铁脚金具连在一起接到电气设备的接地装置上。
10.4防雷设计
1. 依据图纸要求及新的国际标准《建筑物标准手册》及某某综合楼实际情况可得： 建筑物防雷接闪器有以下几种形式 （1）独立避雷针
（2）架空避雷线或架空避雷网
（3）直接安装在建筑物上的避雷针避雷带或避雷网 2. 变配电所建筑物防雷保护
（1）变配电所屋外配电装置应装设防直击雷保护装置，一般采用避雷针或避雷器。 （2）屋内配电装置如雷设防直击雷保护装置，屋顶有金属结构时，将金属部分接地，屋顶为钢筋混凝土结构时，将其焊接成网接地，屋顶为非导体结构时，采用避雷网保护。
（3）35kV 及以下的屋外高压配电装置，采用独立避雷器或避雷线保护，宜装设独立的接地装置，接地电阻不宜超过20 。
（4）独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及接地装置与道路或建筑物的出入
10.5防雷保护计算
变电站3-10kV 配电装置（包括电力变压器）应在每组母线和架空线路上装设发行避雷器。
避雷器与变压器的最大电气距离
防雷计算
（1） 变电所占地面积15⨯60m ，高57.3m ，采用4根避雷针保护，为避免反击，避雷
相邻两根距离
a 1=15+5=20m , a 2=60+5=65m 对角避雷针间距
D =202+652=68m 避雷针的有效高度为 h x =避雷针的高为
h =h x +h a =10+8. 15=65. 8m 在h x 高度上的保护半径为
D 68
==8. 5m 88
r x =
1. 6⨯8. 5
=7. 5m 1+
65. 8a 120==2. 3h a 8. 5 h x
57. 3
h =
65. 8
=0. 87
b 1x =0. 76⨯8. 5=6. 46a 265h =8. 5
=7. 64a b 2x =0. 01⨯8. 5=0. 085
全在保护范围内
总 结
此毕业论文设计了某某综合楼的变电所，这是一次综合设计的考验。
在设计中电气主接线根据原始资料及实际工程应用，分析并选定两种接线方式，通过实地考察和供电情况分析，最终选定的接线方式为：高压侧采用单母线接线，低压侧采用单母线分段接线，在本变电站的设计中还对变压器选择、短路电流的计算及设备选择进行了设计。在主变压器选择中首先确定了变压器的容量、台数、型号，而后根据变电站所带负荷情况采用需要系数法计算，同时结合相关的功率因数计算出变压器的容量。
设计变压器继电保护时，采用了过电流保护、速断保护。
防雷保护设计，参照设计要求利用滚球法为防雷保护的设计方法，并且采用四支等高等距离的避雷针。
通过完成某某综合楼的变电站设计，把过去所学的专业知识综合的利用起来，并运用到了实际工程当中去，把基础知识与工程实际相互结合。既做到技术先进又保证安全可靠，进一步提高了自己设计的能力，而最重要的是培养了自己的工程观念，为以后的工作打下了坚实的基础。
致 谢
通过此次毕业设计，加深了我所学的电气工程专业知识，为今后顺利的开展工作打下良好的基础，特别是对认识问题、分析问题、解决问题的能力有了较大的提高。本次毕业设计也是对我整个学习阶段的一次综合测试。
在毕业设计过程中，严谨求实的教学作风、诲人不倦的耐心，给我留下了难以磨灭的印象。我还要感谢等各位老师，在这几年的大学生活和学习中，教导我做人的原则，尤其在学习当中对我传授的知识会使我受益终身。
在此，我对您们表示最衷心的感谢，我将在今后的工作中不断追求新知识、继续努力，不辜负老师们对我细心的培养。
负荷浏览图
10kV