毕业设计（论文、作业）
毕业设计（论文、作业）题目：
110kV区域变电站电气部分设计
分校（站、点）： 国顺路校区
年级、专业： 09秋机械 教育层次： 本科 学生姓名： 陈磊 学 号： [1**********]85 指导教师： 李杰 完成日期： 2012年5月5日
中 文 摘 要
变电站作为电力系统中的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。本论文中待设计的变电站是一座降压变电站，在系统中起着汇聚和分配电能的作用，担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务。该变电站的建成，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工农业生产提供了足够的电能，从而达到使本地区电网安全、可靠、经济地运行的目的。
本论文《110kv变电站一次部分电气设计》，首先通过对原始资料的分析及根据变电站的总负荷选择主变压器，同时根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求，选择了两种待选主接线方案进行了技术比较，淘汰较差的方案，确定了变电站电气主接线方案。
其次进行短路电流计算，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。再根据计算结果及各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等）。
最后，并绘制了电气主接线图、电气总平面布置图、防雷保护配置图等相关设计图纸。
关键词 电气主接线设计；短路电流计算；电气设备选择；设计图纸
Abstract
Power system substation as an important part of the entire power system directly affects the safety and economic operation. To be designed in this paper is a step-down substation substation in the system plays the role of aggregation and distribution of electric energy, charged with the factory to the region, the important task of rural electrification. The completion of the substation will not only strengthen the local power grid network structure, but also for the local industrial and agricultural production provides enough power, so that the regional power grid so as to achieve safe, reliable and economic operation purposes.
The paper "110kv substation once part of the electrical design," the first original data through the analysis and selection based on total load of the substation main transformer, the main wiring under both economical and reliable, flexible operation requirements, select the main connection of two programs to be selected A technical comparison, out of poor program to determine the main electrical substation connection program.
Second, the short-circuit current calculation, obtained from the three-phase short circuit calculation occurs when short-circuit the voltage level of the bus, its steady-state current and the impact of short-circuit current value. According to the results and the voltage level of voltage and maximum continuous operating current of the main electrical equipment selection and validation (including circuit breaker, disconnecting switch, current transformer, voltage transformer, etc.).
Finally, the main draw of the electrical wiring diagram, electrical general layout map, lightning protection and other related design layout plan drawings.
Keywords
Electrical main wiring design; short-circuit current calculation; electrical equipment selection; design drawings
目 录
第1章 设计的内容和要求 ........................................................................................................ 1
1.1 原始资料分析 ............................................................................................................. 1 1.2 设计原则和基本要求................................................................................................... 2 1.3 设计内容 .................................................................................................................... 2 第2章 主变压器的选择............................................................................................................ 3
2.1 主变台数的确定.......................................................................................................... 3 2.2 本变电站站用变压器的选择 ........................................................................................ 4 2.3 小结 ........................................................................................................................... 5 第3章 电气主接线的选择 ........................................................................................................ 6
3.1 选择原则 .................................................................................................................... 6
3.1.1 主接线设计的基本要求及原则 ............................................................................ 6 3.1.2 主接线的基本形式和特点 ................................................................................... 7
3.2 变电站的各侧主接线方案的拟定 ................................................................................. 7 3.3 小结 .......................................................................................................................... 11 第4章 短路电流计算 ..............................................................................................................12
4.1 短路计算的目的及假设 ..............................................................................................12
4.2 短路电流计算的步骤..................................................................................................12 4.3 短路电流计算及计算结果...........................................................................................13 4.4 小结 ..........................................................................................................................16 第5章 导体和电气设备的选择 ................................................................................................18
5.1 电气设备的选择原则..................................................................................................18
5.2 断路器和隔离开关的选择...........................................................................................18 5.3 互感器的选择 ............................................................................................................22 5.4 母线的选择................................................................................................................24 5.5 高压熔断器的选择 .....................................................................................................25 5.6 消弧线圈的选择.........................................................................................................26 5.7 小结 ..........................................................................................................................26 第6章 变电站防雷保护及其配置.............................................................................................27
6.1 直击雷的过电压保护..................................................................................................27 6.2 雷电侵入波的过电压保护...........................................................................................27 6.3 避雷器和避雷线的配置 ..............................................................................................27 6.4 小结 ..........................................................................................................................28 第7章 高压配电装置及平面布置.............................................................................................29
7.1 设计原则与要求.........................................................................................................29 7.2 高压配电装置 ............................................................................................................30 7.3 小结 ..........................................................................................................................31 结 论.......................................................................................................................................32 参考文献 .................................................................................................................................33 致 谢.......................................................................................................................................34 附录1 避雷针保护范围图 ......................................................................................................35 附录2 变电所总体平面布置图 ...............................................................................................36 附录3 110KV/35KV/10KV降压变电站电气一次主接线图..........................................................36
第1章 设计的内容和要求
1.1 原始资料分析
1、变电站的建设规模
（1）、类型：110kV地方变电站。
（2）、最终容量：根据电力系统的规划需要安装两台容量为31.5 MVA，电压为 110kV/35kV/10kV的主变压器，主变各侧容量比为100/100/100，一次设计并
建成。
2、电力系统与本所的连接情况
（1）、待设计的变电站是一座降压变电站，担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务。
（2）、本变电站有两回平行线路与110kV电力系统连接，有两回35kV电力系统连接。
（3）、本变电站在系统最大运行方式下的系统正、负阻抗的标么值示意图如图1（Sj=100MVA）,110kV及35kV电源容量为无穷大，阻抗值各包含平行线路阻抗在内。
图1 变电所连接示意图
图1 变电所连接示意图
电所不考虑装调相机、电容器等无功补偿设备，35kV因电网线路的电容电流较少，也不装设消弧线圈。110kV出线无电源。
电力负荷水平
110kV进出线共2回，两回进线为110kV的平行供电线路，正常送电容量各为35000KVA。
35kV进出线共2回，两回进线连接着35kV电源，输送容量各为35000KVA。 10kV出线共8回，全部为架空线路，其中3回每回输送容量按5000KVA设计；另外5回每回输送容量为4000KVA，再预留四个出线间隔，待以后扩建。 本变电站自用电主要负荷如表1-2
表1－2 110kV变电站自用电负荷
计算负荷S=5.2+4.5+（20+4.5+0.15*32+2.7+15+1+4.5*2+1.5）*0.85＝49.725 (kVA)
5、环境条件
（1）当地年最高温度39.1℃，年最低温度－5.9℃，最热月平均最高温度29℃；
最热月平均地下0.8m土壤温度℃。（2）当地海拔高度（3）当地雷电日T=25.1日/年。 1.2 设计原则和基本要求
设计按照国家标准要求和有关设计技术规程进行，要求对用户供电可靠、保证电能质量、接线简单清晰、操作方便、运行灵活、投资少、运行费用低，．并且具有可扩建的方便性。要求如下：
1)选择主变压器台数、容量和型式(一般按变电站建成5-10年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力)； 2)设计变电所电气主接线； 3)短路电流计算；
4)主要电气设备的选择及各电压等级配电装置类型的确定; 1.3 设计内容
本次设计的是一个降压变电站，有三个电压等级(110kV／35kV／10kV)，110kV主接线采用双母线接线方式，两路进线，35kV和10kV主接线均采用单母线分段接线方式。主变压器容量为2*31．5MVA，110kV与35kV之间采用Yo／Yo－12连接方式，110kV与10kV之间采用Yo／△—11连接方式。
本设计采用的主变压器有两个出线端子，一端接35kV的引出线，另一端接10kV的引出线。设计中主要涉及的是变电站内部电气部分的设计，并未涉及到出线线路具体应用到什么用户，所以负荷统计表相对比较简洁，也减少了电气主接线图的制作难度。
第2章 主变压器的选择
2.1 主变台数的确定
待设计变电站在电力系统中的地位：
本变电站为一降压变电站，在系统中起着汇聚和分配电能的作用，担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务，地位比较重要。该变电站的建成，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工农业生产提供了足够的电能，从而达到使本地区电网安全、可靠、经济地运行的目的。
待设计变电站的建设规模： （1）电压等级 110kV/35kV／10kV （2）线路回路数量
110kV进出线共2回，两回进线为110kV的平行供电线路，正常送电容量各为35000KVA。
35kV进出线共2回，两回进线连接着35kV电源，输送容量各为35000KVA。 10kV进出线共12回，全部为架空线路，其中3回每回输送容量按5000KVA设计；另外5回每回输送容量为4000KVA，再预留四个出线间隔，待以后扩建。
（3）主变选择
由第一章概况及负荷统计可知：
主变压器选为两台110kV级低损耗三绕组有载调压变压器，每台容量为31.5MVA，两变压器同时运行。电压等级：110KV／35KV/10KV，各侧容量比：100：100：100。
1）变压器容量：装有两台变压器的变电站，采用暗备用方式，当其中一台主变因事故断开，另一台主变的容量应满足全部负荷的70%，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证80%负荷供电。
2）在330KV及以下电力系统中，一般选三相变压器，采用降压结构的线圈，排列成铁芯—低压—中压—高压线圈，高与低之间阻抗最大。 3）绕组数和接线组别的确定：
该变电所有三个电压等级，所以选用三绕组变压器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，110kV以上电压，变压器绕组都采用Y0连接，35KV采用Y形连接，10KV采用Δ连接。
4）调压方式的选择：
普通型的变压器调压范围小，仅为±5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范围较大，一般在15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，
保证供电质量情况下，有载调压变压器，可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器。
5）冷却方式的选择：
主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却。考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选自然风冷冷却方式。
所以用两台SFSZ7—31500/110型有载调压变压器，采用暗备用方式，查变压器的参数如下：
表2-1 变压器技术数据
2.2 本变电站站用变压器的选择
变电站的站用电是变电站的重要负荷，因此，在站用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电站发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电站安全，经济的运行。
一般变电站装设一台站用变压器，对于枢纽变电站、装有两台以上主变压器的变电站中应装设两台容量相等的站用变压器，互为备用，如果能从变电站外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台站用变压器。根据如上规定，本变电站选用两台容量相等的站用变压器。
站用变压器的容量应按站用负荷选择： S＝照明负荷+其余负荷*0.85(kVA)
站用变压器的容量：Se≥S＝0.85∑P十P照明(kVA) 根据任务书给出的站用负荷计算：
S＝5.2+ 4.5+（20+4.5+0.15*32+2.7+15+1+4.5*2+1.5）*0.85
＝49.725 (kVA)
考虑一定的站用负荷增长裕度，站用变10KV侧选择两台SL7—125／10型号配电变压器，互为备用。根据容量选择站用电变压器如下： 型号：SL7—125／10；
容量为：125(kVA) 连接组别号：Yn，yn0 调压范围为：高压：±5％ 阻抗电压为(%)：4 2.3 小结
在本章中，根据本变电站的实际情况选择了变电站的主变压器和站用变压器：主变压器为两台SFSZ7—31500/110型有载调压变压器；站用变压器两台SL7—125／10型号配电变压器。
第3章 电气主接线的选择
3.1 选择原则
电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。主接线方案的确定与电力系统及变电站运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电站主接线的最佳方案。
3.1.1
1)
可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线的设计必须满足这个要求。因为电能的发送及使用必须在同一时间进行，所以电力系统中任何一个环节故障，都将影响到整体。供电可靠性的客观衡量标准是运行实践，评估某个主接线图的可靠性时，应充分考虑长期运行经验。我国现行设计规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结，设计时应该予以遵循。 2)灵活性
电气主接线不但在正常运行情况下能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，能尽快的退出设备、切除故障，使停电时间最短、影响范围最小，并在检修设备时能保证检修人员的安全。 3)操作应尽可能简单、方便
电气主接线应简单清晰、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)经济性
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最小，占地面积最少，使变电站尽快的发挥经济效益。
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，应考虑到有扩建的可能性。
变电站主接线设计原则：
1)变电站的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网
上不得采用分支接线。
2)在6-10kV配电装置中，出线回路数不超过5回时，一般采用单母线接线方式，出线回路数在6回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大，出线需要带电抗器时，可采用双母线接线。
3)在35-66kV配电装置中，当出线回路数不超过3回时，一般采用单母线接线，当出线回路数为4～8回时，一般采用单母线分段接线，若接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。
4)在110-220kV配电装置中，出线回路数不超过2回时，采用单母线接线；出线回路数为3～4回时，采用单母线分段接线；出线回路数在5回及以上，或当“0—220KV配电装置在系统中居重要地位；出线回路数在4回及以上时，一般采用双母线接线。
5)当采用SF6等性能可靠、检修周期长的断路器，以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设施。
总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规程为标准，结合具
体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。
3.1.2 主接线的基本形式和特点
主接线的基本形式可分两大类：有汇流母线的接线形式和无汇流母线的接线形式。在电厂或变电站的进出线较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰、运行方便、有利于安装和扩建。缺点是有母线后配电装置占地面积较大，使断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器少，占地面积少，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的电厂和变电站。
有汇流母线的主接线形式包括单母线和双母线接线。单母线又分为单母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式；又母线又分为双母线无分段、双母线有分段、带旁路母线的双母线和二分之三接线等方式。
无汇流母线的主接线形式主要有单元接线、扩大单元接线、桥式接线和多角形接线等。
3.2 变电站的各侧主接线方案的拟定
在对原始资料分析的基础上，结合对电气主接线的可靠性、灵活性、及经济性等基本要求，综合考虑在满足技术、经济政策的前提下，力争使其为技术先进、供电可靠安全、经济合理的主接线方案。
供电可靠性是变电所的首要问题，主接线的设计，首先应保证变电所能满足
负荷的需要，同时要保证供电的可靠性。变电所主接线可靠性拟从以下几个方面考虑：
1、断路器检修时，不影响连续供电；
2、线路、断路器或母线故障及在母线检修时，造成馈线停运的回数多少和停电时间长短，能否满足重要的I、II类负荷对供电的要求；
3、变电所有无全所停电的可能性；
主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便，高度灵活，检修安全，扩建发展方便。
主接线的可靠性与经济性应综合考虑，辩证统一，在满足技术要求前提下，尽可能投资省、占地面积小、电能损耗少、年费用（投资与运行）为最小。 1、110KV侧主接线方案 A
方案：单母线分段接线
图3-1 单母线分段接线
B
方案:双母线接线
分析:
A方案的主要优缺点:
图3-2 双母线接线
1）当母线发生故障时,仅故障母线停止工作,另一母线仍继续工作;
2）对双回路供电的重要用户,可将双回路分别接于不同母线分段上,以保证对重要用户的供电;
3)一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；
4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； 5)当出线为双回线路时，会使架空线出现交叉跨越；
6)110kV为高电压等级，一旦停电，影响下—级电压等级供电，其重要性较高,因此本变电站设计不宜采用单母线分段接线。
B方案的主要优缺点：
1)检修母线时，电源和出线可以继续工作，不会中断对用户的供电； 2)
3)
4)
5)便于扩建；
6)双母线接线设备较多，配电装置复杂，投资、占地面积较大,运行中需要隔离开关切断电路,容易引起误操作.
7)经济性差 结论:
A方案一般适用于110KV出线为3、4回的装置中；B方案一般适用于110KV出线为5回及以上或者在系统中居重要位置、出线4回及以上的装置中。综合比较A、B两方案，并考虑本变电站110KV进出线共6回，且在系统中地位比较重要，所以选择B方案双母线接线为110KV侧主接线方案。
2、 35KV侧主接线方案
A方案：单母线接线
图3-3 单母线接线
B方案:单母线分段接线
图3-4 单母线分段接线
分析：
A1)性和灵活性较差;
2)当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作；
3)出线开关检修时，该回路停止工作。 B方案的主要优缺点：
1)当母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作； 2)对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电;
3)当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；
4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； 5)当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。
结论:B方案一般速用于35KV出线为4-8回的装置中。综合比较A、B两方案，并考虑本变电站35KV出线为2回，所以选择B方案单母线分段接线为35KV侧主接线方案。 3、 10KV侧主接线方案
A方案：单母线接线(见图3-3) B方案：单母线分段接线(见图3-4)
分析：
A方案的主要优缺点：
1)接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建，但可靠性和灵活性较差;
2)当母线或母线隔离开关发生故障或检修时；各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作；．
3)出线开关检修时，该回路停止工作。 B方案的主要优缺点：
1)母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作； 2)对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电
3)当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；
4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； 5)当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。
结论：B方案一般适用于6A、B两方案,为10KV侧主接线方案. 3.3 小结
本章通过对原始资料的分析及根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求，选择了两种待选主接线方案进行了技术比较，淘汰较差的方案，确定了变电站电气主接线方案。
第4章 短路电流计算
4.1 短路计算的目的及假设 一、短路电流计算的目的
1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。
2、在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。
4
依据。
5
二、短路电流计算的一般规定
1、验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应仅按在切换过程中可能并列运行的接线方式。
2、选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的导步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
3、选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
4、导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。 三、短路计算基本假设
1、正常工作时，三相系统对称运行； 2、所有电源的电动势相位角相同；
3、电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；
4、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；
5、元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响； 6、系统短路时是金属性短路。
4.2 短路电流计算的步骤
目前在电力变电站建设工程设计中，计算短路电流的方法通常是采用实用曲
线法，其步骤如下：
1、选择要计算短路电流的短路点位置；
2、按选好的设计接线方式画出等值电路图网络图；
1）在网络图中，首选去掉系统中所有负荷之路，线路电容，各元件电阻； 2）选取基准容量 和基准电压Ub（一般取各级的平均电压）； 3）将各元件电抗换算为同一基准值的标么电抗； 4）由上面的推断绘出等值网络图；
3、对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，即转移电抗；
4、求其计算电抗；
5、由运算曲线查出短路电流的标么值； 6、计算有名值和短路容量； 7、计算短路电流的冲击值；
1）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。
Id=
标幺值：有名值：
Idi
Ij
Idi=Ij*Id
S=VjI''
2）计算短路容量，短路电流冲击值 短路容量：短路电流冲击值：
Icj=2.55I''
8、绘制短路电流计算结果表 4.3 短路电流计算及计算结果
等值网络制定及短路点选择：根据前述的步骤，针对本变电所的接线方式，把主接线图画成等值网络图如图4-1所示：
F1-F3为选择的短路点，选取基准容量 =100MVA，由于在电力工程中，工程上
U=Uav=1.05Ue
习惯性标准一般选取基准电压b. 基准电压 （KV）： 10.5 37 115
基准电流 (KA)： 5.50 1.56 0.50 1、主变电抗计算
SFSZ7—31500/110的技术参数
∴X12* =( Ud1%/100)*(Sj/SB) =(10.75/100) *(100/40)= 0.269 X13* =( Ud2%/100)*(Sj/SB) =(0/100) *(100/40)= 0
X14* =( Ud3%/100)*(Sj/SB) =(6.75/100) *(100/40)= 0.169
2、三相短路计算简图，图4-2
图4-2 三相短路计算简图
3、三相短路计算
（1）、110kV侧三相短路简图如下图
4-3
'
当F1短路时， IF1=
SB100
==0.643 kA3VB11.732*110
短路电流 I''F1=
1
=9.80.102
''''''I=I*IF1F1F1=0.643*9.8=6.3KA 稳态短路电流的有名值
冲击电流 Ich1=2.55*I短路全电流最大有效值I
'''
F1'
=16.065KA =1.51*I''F1'=9.51KA
''
ch1
''
S=IF1*SB=9.8*100=980MVA1短路容量
（2）、35kV侧三相短路简图如下图4-4
图4-4 35kV侧三相短路简图
IF2=
当F2短路时，
'
SB100
==1.56KA1.732*37VB2
IF2=
短路电流
''
11==2.933
X1+X12+X130.102+0.269+0
''
I稳态短路电流的有名值F2=IF2*IF2=1.56*2.933=4.58KA
'''
冲击电流 I＇ch2 =2.55*4.58=11.68 kA
短路全电流最大有效值I＂ch2 =1.51*4.58 = 6.92 kA
短路容量 S2〃= I＂F2*SB=2.933*100=293.3 MVA （3）、10kV侧三相短路简图如下图4-5
当F3短路时，I＇F3
〃
短路电流I＂F3=1/（0.102+0.269+0.169）=1.852
稳态短路电流的有名值I F3′= I＇F3*I＂F3〃= 5.499*1.852 =10.184 kA 冲击电流 I＇ch3 =2.55*10.184 = 25.97 kA
短路全电流最大有效值I＂ch3 =1.51*10.184 =15.38 kA 短路容量 S3〃= I＂F3*SB=1.852*100=185.2MVA 短路电流计算结果见表4-1
表4-1 短路电流计算结果
4.4 小结
短路电流计算结果是所
以正确计算短路电流，对整个变电站的设计至关重要，也最能体现出整个变电站设计的经济性。
第5章 导体和电气设备的选择
5.1 电气设备的选择原则
电气装置中的载流导体和电气设备，在正常运行和短路状态时，都必须安全
可靠地运行。为了保证电气装置的可靠性和经济性，必须正确地选择电气设备和载流导体。各种电气设备选择的一般程序是：先按正常工作条件选择出设备，然后按短路条件校验其动稳定和热稳定。
电气设备与载流导体的设计，必须执行国家有关的技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和为今后扩建留有一定的余地。 电气设备选择的一般要求包括：
1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；
2、应按当地环境条件校核； 3、应力求技术先进和经济合理； 4
、选择导体时应尽量减少品种；
56 7、按短路条件来校验热稳定和动稳定。
8、验算导体和110kV以下电缆短路热稳定时，所有的计算时间，一般采用主保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间；而电器的计算时间一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间；断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间。
5.2 断路器和隔离开关的选择 1、110KV侧断路器和隔离开关的选择
短路参数：
ich=9.84(kA); I"=I∞=9.8(kA) Ue=110 KV Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=286.3(A) 110KV侧断路器的选择：
查设备手册试选LW14—110型六氟化硫断路器。
动稳定校验： Igmax=286.3(A)＜Ie
ich=16.065 (kA) ＜Idw=100 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验： Qk=9.82*0.5 (kA2²S) Q承受=31.52*3 (kA2²S) Q承受＞Qk热稳定校验合格。 110KV侧隔离开关的选择： Ue=110 KV Igmax=286.3(A)
查设备手册试选GW7-110型隔离开关，参数如下： 额定电压：Ue=110 KV 额定电流：Ie=600A 动稳定电流：Idw=55 kA 5S热稳定电流：14 kA 动稳定校验： Igmax=286.3(A)＜Ie
ich=16.065 (kA) ＜Idw=55 kA 热稳定校验：
Qd=9.8*9.8*0.5 (kA2²S)
Q承受=14*14*5 (kA2²S) Q承受＞Qk热稳定校验合格。 2、35KV侧断路器和隔离开关的选择
短路参数：
ich=11.68(kA); I"=I∞=2.933(kA) Ue=35 KV Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=104(A)
35KV侧断路器的选择：查设备手册试选ZW23-35C型断路器。
表5-2 ZW23-35C型断路器参数
动稳定校验： Igmax=104(A)＜Ie
ich=11.68(kA) ＜Idw=100 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验：
Qk=2.9332*0.5 (kA2²S) Q承受=252*4 (kA2²S) Q承受＞Qk热稳定校验合格。
35KV侧隔离开关的选择： Ue=35 KV Igmax=104(A)
查设备手册试选GW14-35（D）型隔离开关，参数如下： 额定电压：Ue=35 KV 额定电流：Ie=1250A 动稳定电流：Idw=40 kA 2S热稳定电流：16 kA 动稳定校验： Igmax=104(A)＜Ie
ich=11.68(kA) ＜Idw=40 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验：
Q承受=Irw*Irw*Trw=16*16*2 (kA2²S) Q承受＞Qk热稳定校验合格。 3、10KV侧断路器和隔离开关的选择
短路参数：
ich=25.97(kA); I"=I∞=1.852(kA) Ue=10 KV Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=242.8(A) 10KV侧断路器的选择：
由于10 KV选用为户内成套设备，根据厂家提供的型号，选空气绝缘金属铠
装移开式KYN28型开关柜
断路器型号为ZN63A-12/T1250A-31.5
其参数如下:额定电压: Ue=12 KV 额定电流: Ie=1250 A
四秒热稳定电流: Irw4″=31.5 kA 额定短路开断电流：Ikd=31.5 kA 额定峰值耐受电流：Imax=Idw=80 kA 额定短路关合电流：80 kA 动稳定校验： Igmax=242.8(A)＜Ie
ich=25.97(kA) ＜Idw=100 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验：
Qk=1.852*1.852*0.5 (kA2²S) Q承受= 31.5*31.5*4 (kA2²S) Q承受＞Qk热稳定校验合格。 所选断路器满足要求。 4、主变中性点隔离开关的选择
主变中性点隔离开关选取中性点专用型号:GW8-110型 主要参数:额定电压: Ue=110 KV 额定电流: Ie=400 A 动稳定电流: Idw=15.5 kA 10S热稳定电流：4.2 kA
表5-1 断路器、隔离开关参数表
5.3 互感器的选择
电流互感器的选择：
1、110kV侧电流互感器
Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=286.3(A) Ue=110 KV
选取：LVQB—110，300/5，0.5/D/10P
电流互感器参数：1秒热稳定电流：40KA，动稳定电流：100KA 动稳定校验：
ich=16.065(kA) ＜100 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验：
Qd=9.8*9.8*0.5 (kA2²S) Q承受= 1*40*
40 (kA2²S)
Q
承
受＞Qd
2、35kV侧电流互感器：
Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=104(A) Ue=35 KV
选取：LVQB—35，600/5，0.5/D/10P
电流互感器参数：短时热稳定电流：31.5KA，动稳定电流：80KA 动稳定校验：
ich=11.68(kA) ＜80 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验：
Qd=2.933*2.933*0.5 (kA2²S) Q承受=1*31.5*31.5 (kA2²S) Q承受＞Qd热稳定校验合格。
3、10kV侧电流互感器：
Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=242.8(A)
Ue=10 KV
由于10 KV选用为户内成套设备，所以选取和开关柜配套使用的型号：LMZ—12/1500/5
电流互感器参数：
雷电冲击耐受电压（kV），75 短时工频耐受电压（kV），42
表5-2 电流互感器选型表
电压互感器的选择：
电压互感器的选择应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，对于： 1、3-20kV配电装置，宜采用油绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。
2、35kV配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器。
3、110kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。
根据上述条件，选择如下：
110kV：母线选单相、串级式、户外式电压互感器。 35kV：母线选单相、户外式电压互感器。 10kV：母线成套设备配套电压互感器。
表5—8 电压互感器选择表
安装 型号 额定电压/KV 各级次额定容量/VA 地点 原线圈 副线圈 辅助线圈 0.5级 1级 3级 110kV母线 JCC2-110 110/ 3 0.1/ 3 0.1 500 1000 35kV母线 JDJJ-35 35/ 0.1/ 3 0.1/3 150 250 600 10kV母线 JDZJ-10 10/ 0.1/ 0.1/3 50 80 200
5.4 母线的选择 1、110kV侧母线
对于110kV侧母线按照发热选取,本次设计的110kV侧的电源进线为两回,一回最大可输送35000KVA负荷,最大持续工作电流按最大负荷算:
Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=286.3(A)。
查设备手册表选择LGJ—185/10钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为19．6毫米，计算截面线，其综合矫正系数按海拔800米，环境温度35℃。则K=0．95。 电流的校验 ：
Kie=0．95*553=525.35>Igmax=286.3A 则电流校验满足要求。 热稳定校验 Smin=(Idt/C)
dz
=(9.8*103/87) 0.56≈84.3mm2＜S=227.83 mm2
所以热稳定满足要求。 2、35kV侧母线
对于35kV侧主母线按照发热选取,本次设计的35kV侧一回最大可输送35000KVA负荷,主变压器的容量为31500KVA，所以最大持续工作电流按最大负荷主变压器的持续工作电流计算: Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=104(A)。
查设备手册表选择LGJ-185／45钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为552 A，满足最大工作电流的要求。其参数如下：
计算半径19．6毫米，计算截面227．83平方毫米，户外载流量553A 校验35KV母线选单根的软导线，其综合矫正系数按海拔800米,环境温度35℃
则K=0．95。 电流的校验：
Kie=0．95*553=525.35>Igmax=104A 则电流校验合格 热稳定校验：Smin=(Idt/C)
dz
=(2.933*103/87)
.06≈34.71mm2＜S=227.83 mm2
所以热稳定满足要求
3、10kV侧母线
Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=242.8(A)
查设备手册表选择63*8单片矩形铝母平放，平放时长期允许载流量为995A。 可选择TMY-100x10型的矩形铜排。
校验10KV母线，其综合矫正系数K=0．95。 A电流的校验
Kie=0．95*2030=1928.5>Igmax=242.8A,； 则电流校验合格 B热稳定校验 Smin=(Idt/C)
dz
=(1.852*103/117) .≈2＜2
所以热稳定满足要求。 5.5 高压熔断器的选择
变电站35kV电压互感器和10kV电压互感器以及站用变压器都用高压熔断器保护电气设备免受过载和短路电流的损害及用来保护电压互感器。按额定电压和开断电流进行选取：
Igmax
=7.7(A)
1) 所用变压器高压侧熔断器属成套设备选用RN1-10型熔断器进行保护. 2) 35kV电压互感器选取RW9--35型高压熔断器。
3) 10kV电压互感器属成套设备，选取RN2-10型高压熔断器。
* 10)
表5—9 高压熔断器选择结果表
型号 安装 额定电压 额定电流 最大分断 备注 地点 /KV /KA 电流
RW9-35 35kVYH 35 0.5 60 保护电压互感器 RN2-10 10kVYH 10 0.5 50 保护电压互感器 RN1-35 站用变压器 35 0.5 12 供电力线路短路或过流保
护用
5.6 消弧线圈的选择
当电网容性电流大于下列数值时，中性点宜装消弧线圈：3—6KV 30A，10KV 20A，35—60KV 10A，经计算本站10KV侧不需装消弧线圈，35KV侧需装消弧线圈，消弧线圈一般选用油浸式。
表5-5： 消弧线圈选型表
电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所必须满足的基本条件，即按照正常工作条件（最高工作电压和最大持续工作电流)选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。本章根据短路电流计算结果选择了本变电站所用的电气设备。
第6章 变电站防雷保护及其配置
避雷针、避雷器是变电站屋外配电装置和站内电工建筑物防护直击雷过电压的主要措施。变电站借助屋外配电装置架构上的避雷针和独立避雷针共同组成的保护网来实现，主控制室和屋内配电要采用屋顶上的避雷带。
6.1 直击雷的过电压保护
装设独立避雷针，为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，其冲击接地电阻不宜超过10欧，为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电装置架构之间的空气中的距离Sk不宜小于5m，独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离Sd应不大于3m。
根据上述条件，变电站避雷针配置如下：
1、35kV、110kV配电装置：在架构上装设独立避雷针，将架构支柱主钢筋作引下线接地。
234
6.2 雷电侵入波的过电压保护
对入侵波防护的主要措施：
（1）、在变电站内装设阀型避雷器以限制入侵雷电波的幅值，同时在变电站的进线上，设进线段保护，以限制流经阀型避雷器的雷电流和降低入侵雷电波的陡度。
（2）、变电站内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，在110kV 、35kV靠近变电站1—2KM的进线上架设避雷线，其耐雷水平分别不应低于30kA和75kA保护角在25°和30°范围内，冲击接地电阻在10 Ω左右，以保证大多数雷电波只在此线段外出现，即设置进线段保护。对于三绕组变压器，应在低压侧任一相绕组对地加装一个避雷器，对于变压器中性点保护，因中性点为直接接地，变压器为分级绝缘。其绝缘水平为35kV等级，需在中性点上装避雷器。
6.3 避雷器和避雷线的配置
避雷器的配置：
1、进出线设备外侧；
2、所有母线上；
3、变压器高压侧，尽量靠近变压器；
4、变压器低压侧为△时，只装在B相；
5、主变压器中性点，按其绝缘水平等级选设；
避雷线的配置：
1、110kV及以上线路全长架设避雷线；
2、35kV雷电日较高应全长架设避雷线；
3、10kV—35kV，一般设1—2KM的进线段保护，以降低雷电波的陡度。
6.4 小结 运行中的电气设备，可能受到来自外部的雷电过电压的作用，从而造成电气设备损坏。为了避免电气设备受到雷电的过电压，必须采取有效的过电压防护器具，实现防雷保护。而装设避雷针、避雷线等避雷器具是防雷保护的最有效措施。
第7章 高压配电装置及平面布置
配电装置是变电站的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备、保护和测量电器、母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。形式有屋内和屋外配电装置，装配式配电装置和成套式配电装置。
7.1 设计原则与要求
一、设计原则
高压电站和配电装置型式选择应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。
1、节约用地
2、运行安全和操作巡视方便
配电装置布置要整齐清晰，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求，使配电装置一旦发生事故，将事故限制到最小范围和最低程度，并使运行人员在正常操作和处理事故的过程中不致发生意外情况，保证运行检修人员人身安全，以及在检修维护过程中不致损害设备。
3、便于检修和安装
对于各种型式的配电装置，都要妥善考虑检修和安装条件。此外，配电装置的设计还必须考虑分期建设和扩建过渡的便利。
4、节约三材，降低造价。
二、设计要求
1、满足安全净距的要求
屋外配电装置的安全净距可参考《电力工程电气设计手册》表10-1。
配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时，应按较高的额定电压确定安全净距。屋外带电装置带电部分的上面下面，不应有照明、通信和信号线架空跨越或穿过；屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷的照明或动力线路跨越。
2、满足运行和检修的要求
1）运行要求。
在设计中应考虑的问题有：
①、进出线方向。
②、避免或减少各级电压架空的交叉。
③、配电装置的布置应该做到整齐清晰。
④、各级电压配电装置各回路的相序排列应尽量一致。
⑤、配电装置内设有供操作、巡视用的通道。
2）检修要求：
在设计中应考虑的问题有：
①、有足够的维修间距，确保人身安全。
②、有足够的检修空间。
3、有足够的安全距离
7.2 高压配电装置
(1)、110kV配电装置
110kV为本变电所的高压侧，主接线采用双母线分段带旁路母线接线方式，宜用屋外型布置。因本变电站为终端变电站，不受土地面积的限制，所以采用普通中型布置方式。中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内并装在一定高度的基础上，母线所在水平稍高于电器所在水平面，构架高10m。
(2)、35kV配电装置
35kV为本变电所的中压侧，主接线采用双母线分段带旁路母线接线方式，屋外普通中型布置，单列布置，构架高7.3m，母线构架5.6m，每个间隔5.2m，间隔与间隔之间为2米。
(3)、10kV配电装置
10kV为本变电所的低压侧，主接线采用单母线分段接线方式，进出线共10回，其中6回为架空线路，4回为电缆出线，并预留2个电缆出口。规程上要求：6～10kV配电装置一般均为屋内布置，当出线不带电抗器时，一般采用成套开关柜单层布置，当出线带电抗器时，一般采用三层或二层布置。
由短路计算和设备的选择中可知，本设计中10kV出线不带电抗器，所以采用成套配电装置开关柜单层布置。不装设隔离开关。配电装置的型号为KYN8-10（F）型金属铠装移开式高压开关柜。
KYN8-10（F）型金属铠装移开式高压开关柜，由柜体和手车两大部分组成。柜体的外壳及各功能单元的隔板均采用钢板弯制螺纹紧固件联接而成。手车的面板为开关柜的面板，当手车在运行位置时其外壳防护等级为IP30，当手车在试验位置时防护等级为IP20。开关柜用金属薄板分隔为手车室、母线室、馈电室。各室均有压力释放通道，环氧树脂浇注的触头座是手车室与母线室、馈电室的联络媒介，保证手车在运行状态时三室隔离防护等级为IP20。手车室与母线、馈电室两室间设置有金属隔离活门，手车推入时活门自动开启，手车退出时关闭并闭锁。继电器箱为独立箱体，室内右操作走廊2.5m，维护走廊1.5m，总长33.6m宽6.5m。
(4)、其它
围墙设置实体围墙。高度2m，所内道宽4m采用水泥混凝土路面，道路转
变半径为4m，变压器储油坑距变压器1m，补偿电容器室电容器双层布置，面积8*6.5m2，主控室面积9*10m2，主控室布置在10KV配电装置旁边，是有利于观察110KV及35KV屋内配电装置。
7.3 小结
配电装置是变电站的重要组成部分，是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、保护及测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成的，用来接受和分配电能的装置。
配电装置可分为屋内配电装置、屋外配电装置和成套配电装置。屋内配电装置主要用于35KV及以下，有特殊要求时，110～220KV也可采用；屋外配电装置主要用于110KV及以上；成套配电装置目前主要用于屋内，SF6全封闭组合电器主要用于110～500KV配电装置。
结 论
本人对电力系统的基本知识以及相关课程有了更深一步的了解，在此基础上进行本次毕业设计。通过专业学习和老师的悉心教导，再结合自己的实际工作，使自己的专业技术水平得到了提高。本次电力系统的专业知识学习，使我系统地了解了电力系统变电站的各种设备。比如变电站的主接线原理，各种接线方式的优缺点，怎样选择主接线、选择什么样的主接线既节省投资、又能满足供电可靠性和负荷的要求。 结构、操作运行有了更深一步的了解，展、验证的机会，从中找出自己的不足，也使自己的专业知识得以巩固。在本次设计过程中，我查阅了大量有关电力系统、变电站的信息资料，了解了许多先进电力设备的性能，对今后的工作有很大的帮助。
本设计还存在不足之处，首先，本次的设计的是一个110kV变35kV和10kV的降压变电站，主要涉及的变电站内部电气部分的设计，其中并未涉及到出线线路具体应用到什么用户，所以负荷统计表相对比较简洁，也减少了电气主接线图的制作难度。另外，由于本专业对继电保护知识学习的还不够全面，加上继电保护涉及的内容很多，所以没有对变电站继电保护作更深的设计分析。
由于本人水平有限，设计中难免有错误和疏漏的地方敬请各位老师批评指正。
参考文献
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[2] 何仰赞，温增银. 电力系统分析（上）. 武汉：华中科技大学出版社，
[3] 何仰赞，温增银. 电力系统分析（下）. 武汉：华中科技大学出版社，
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[6] 李玉盛, 马良玉, 牟道槐. 《发电厂-变电站电气部分》，重庆大学出版社，1996。
[7] 刘介才, 工厂供电(第四版).北京：机械工业出版社,2007
致 谢
通过本次学习，我学到了许多工作中有用的专业知识，我会用学到的这些专业知识来解决工作中遇到的难题，更好的做好电力生产工作。在此，对帮助、教育过我的全体老师及指导我完成毕业设计的教师表示衷心的感谢！
附录1 避雷针保护范围图
附录2 变电所总体平面布置图
附录3 110KV/35KV/10KV降压变电站电气一次主接线图
毕业设计（论文、作业）
毕业设计（论文、作业）题目：
110kV区域变电站电气部分设计
分校（站、点）： 国顺路校区
年级、专业： 09秋机械 教育层次： 本科 学生姓名： 陈磊 学 号： [1**********]85 指导教师： 李杰 完成日期： 2012年5月5日
中 文 摘 要
变电站作为电力系统中的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。本论文中待设计的变电站是一座降压变电站，在系统中起着汇聚和分配电能的作用，担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务。该变电站的建成，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工农业生产提供了足够的电能，从而达到使本地区电网安全、可靠、经济地运行的目的。
本论文《110kv变电站一次部分电气设计》，首先通过对原始资料的分析及根据变电站的总负荷选择主变压器，同时根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求，选择了两种待选主接线方案进行了技术比较，淘汰较差的方案，确定了变电站电气主接线方案。
其次进行短路电流计算，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。再根据计算结果及各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等）。
最后，并绘制了电气主接线图、电气总平面布置图、防雷保护配置图等相关设计图纸。
关键词 电气主接线设计；短路电流计算；电气设备选择；设计图纸
Abstract
Power system substation as an important part of the entire power system directly affects the safety and economic operation. To be designed in this paper is a step-down substation substation in the system plays the role of aggregation and distribution of electric energy, charged with the factory to the region, the important task of rural electrification. The completion of the substation will not only strengthen the local power grid network structure, but also for the local industrial and agricultural production provides enough power, so that the regional power grid so as to achieve safe, reliable and economic operation purposes.
The paper "110kv substation once part of the electrical design," the first original data through the analysis and selection based on total load of the substation main transformer, the main wiring under both economical and reliable, flexible operation requirements, select the main connection of two programs to be selected A technical comparison, out of poor program to determine the main electrical substation connection program.
Second, the short-circuit current calculation, obtained from the three-phase short circuit calculation occurs when short-circuit the voltage level of the bus, its steady-state current and the impact of short-circuit current value. According to the results and the voltage level of voltage and maximum continuous operating current of the main electrical equipment selection and validation (including circuit breaker, disconnecting switch, current transformer, voltage transformer, etc.).
Finally, the main draw of the electrical wiring diagram, electrical general layout map, lightning protection and other related design layout plan drawings.
Keywords
Electrical main wiring design; short-circuit current calculation; electrical equipment selection; design drawings
目 录
第1章 设计的内容和要求 ........................................................................................................ 1
1.1 原始资料分析 ............................................................................................................. 1 1.2 设计原则和基本要求................................................................................................... 2 1.3 设计内容 .................................................................................................................... 2 第2章 主变压器的选择............................................................................................................ 3
2.1 主变台数的确定.......................................................................................................... 3 2.2 本变电站站用变压器的选择 ........................................................................................ 4 2.3 小结 ........................................................................................................................... 5 第3章 电气主接线的选择 ........................................................................................................ 6
3.1 选择原则 .................................................................................................................... 6
3.1.1 主接线设计的基本要求及原则 ............................................................................ 6 3.1.2 主接线的基本形式和特点 ................................................................................... 7
3.2 变电站的各侧主接线方案的拟定 ................................................................................. 7 3.3 小结 .......................................................................................................................... 11 第4章 短路电流计算 ..............................................................................................................12
4.1 短路计算的目的及假设 ..............................................................................................12
4.2 短路电流计算的步骤..................................................................................................12 4.3 短路电流计算及计算结果...........................................................................................13 4.4 小结 ..........................................................................................................................16 第5章 导体和电气设备的选择 ................................................................................................18
5.1 电气设备的选择原则..................................................................................................18
5.2 断路器和隔离开关的选择...........................................................................................18 5.3 互感器的选择 ............................................................................................................22 5.4 母线的选择................................................................................................................24 5.5 高压熔断器的选择 .....................................................................................................25 5.6 消弧线圈的选择.........................................................................................................26 5.7 小结 ..........................................................................................................................26 第6章 变电站防雷保护及其配置.............................................................................................27
6.1 直击雷的过电压保护..................................................................................................27 6.2 雷电侵入波的过电压保护...........................................................................................27 6.3 避雷器和避雷线的配置 ..............................................................................................27 6.4 小结 ..........................................................................................................................28 第7章 高压配电装置及平面布置.............................................................................................29
7.1 设计原则与要求.........................................................................................................29 7.2 高压配电装置 ............................................................................................................30 7.3 小结 ..........................................................................................................................31 结 论.......................................................................................................................................32 参考文献 .................................................................................................................................33 致 谢.......................................................................................................................................34 附录1 避雷针保护范围图 ......................................................................................................35 附录2 变电所总体平面布置图 ...............................................................................................36 附录3 110KV/35KV/10KV降压变电站电气一次主接线图..........................................................36
第1章 设计的内容和要求
1.1 原始资料分析
1、变电站的建设规模
（1）、类型：110kV地方变电站。
（2）、最终容量：根据电力系统的规划需要安装两台容量为31.5 MVA，电压为 110kV/35kV/10kV的主变压器，主变各侧容量比为100/100/100，一次设计并
建成。
2、电力系统与本所的连接情况
（1）、待设计的变电站是一座降压变电站，担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务。
（2）、本变电站有两回平行线路与110kV电力系统连接，有两回35kV电力系统连接。
（3）、本变电站在系统最大运行方式下的系统正、负阻抗的标么值示意图如图1（Sj=100MVA）,110kV及35kV电源容量为无穷大，阻抗值各包含平行线路阻抗在内。
图1 变电所连接示意图
图1 变电所连接示意图
电所不考虑装调相机、电容器等无功补偿设备，35kV因电网线路的电容电流较少，也不装设消弧线圈。110kV出线无电源。
电力负荷水平
110kV进出线共2回，两回进线为110kV的平行供电线路，正常送电容量各为35000KVA。
35kV进出线共2回，两回进线连接着35kV电源，输送容量各为35000KVA。 10kV出线共8回，全部为架空线路，其中3回每回输送容量按5000KVA设计；另外5回每回输送容量为4000KVA，再预留四个出线间隔，待以后扩建。 本变电站自用电主要负荷如表1-2
表1－2 110kV变电站自用电负荷
计算负荷S=5.2+4.5+（20+4.5+0.15*32+2.7+15+1+4.5*2+1.5）*0.85＝49.725 (kVA)
5、环境条件
（1）当地年最高温度39.1℃，年最低温度－5.9℃，最热月平均最高温度29℃；
最热月平均地下0.8m土壤温度℃。（2）当地海拔高度（3）当地雷电日T=25.1日/年。 1.2 设计原则和基本要求
设计按照国家标准要求和有关设计技术规程进行，要求对用户供电可靠、保证电能质量、接线简单清晰、操作方便、运行灵活、投资少、运行费用低，．并且具有可扩建的方便性。要求如下：
1)选择主变压器台数、容量和型式(一般按变电站建成5-10年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力)； 2)设计变电所电气主接线； 3)短路电流计算；
4)主要电气设备的选择及各电压等级配电装置类型的确定; 1.3 设计内容
本次设计的是一个降压变电站，有三个电压等级(110kV／35kV／10kV)，110kV主接线采用双母线接线方式，两路进线，35kV和10kV主接线均采用单母线分段接线方式。主变压器容量为2*31．5MVA，110kV与35kV之间采用Yo／Yo－12连接方式，110kV与10kV之间采用Yo／△—11连接方式。
本设计采用的主变压器有两个出线端子，一端接35kV的引出线，另一端接10kV的引出线。设计中主要涉及的是变电站内部电气部分的设计，并未涉及到出线线路具体应用到什么用户，所以负荷统计表相对比较简洁，也减少了电气主接线图的制作难度。
第2章 主变压器的选择
2.1 主变台数的确定
待设计变电站在电力系统中的地位：
本变电站为一降压变电站，在系统中起着汇聚和分配电能的作用，担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务，地位比较重要。该变电站的建成，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工农业生产提供了足够的电能，从而达到使本地区电网安全、可靠、经济地运行的目的。
待设计变电站的建设规模： （1）电压等级 110kV/35kV／10kV （2）线路回路数量
110kV进出线共2回，两回进线为110kV的平行供电线路，正常送电容量各为35000KVA。
35kV进出线共2回，两回进线连接着35kV电源，输送容量各为35000KVA。 10kV进出线共12回，全部为架空线路，其中3回每回输送容量按5000KVA设计；另外5回每回输送容量为4000KVA，再预留四个出线间隔，待以后扩建。
（3）主变选择
由第一章概况及负荷统计可知：
主变压器选为两台110kV级低损耗三绕组有载调压变压器，每台容量为31.5MVA，两变压器同时运行。电压等级：110KV／35KV/10KV，各侧容量比：100：100：100。
1）变压器容量：装有两台变压器的变电站，采用暗备用方式，当其中一台主变因事故断开，另一台主变的容量应满足全部负荷的70%，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证80%负荷供电。
2）在330KV及以下电力系统中，一般选三相变压器，采用降压结构的线圈，排列成铁芯—低压—中压—高压线圈，高与低之间阻抗最大。 3）绕组数和接线组别的确定：
该变电所有三个电压等级，所以选用三绕组变压器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，110kV以上电压，变压器绕组都采用Y0连接，35KV采用Y形连接，10KV采用Δ连接。
4）调压方式的选择：
普通型的变压器调压范围小，仅为±5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范围较大，一般在15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，
保证供电质量情况下，有载调压变压器，可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器。
5）冷却方式的选择：
主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却。考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选自然风冷冷却方式。
所以用两台SFSZ7—31500/110型有载调压变压器，采用暗备用方式，查变压器的参数如下：
表2-1 变压器技术数据
2.2 本变电站站用变压器的选择
变电站的站用电是变电站的重要负荷，因此，在站用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电站发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电站安全，经济的运行。
一般变电站装设一台站用变压器，对于枢纽变电站、装有两台以上主变压器的变电站中应装设两台容量相等的站用变压器，互为备用，如果能从变电站外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台站用变压器。根据如上规定，本变电站选用两台容量相等的站用变压器。
站用变压器的容量应按站用负荷选择： S＝照明负荷+其余负荷*0.85(kVA)
站用变压器的容量：Se≥S＝0.85∑P十P照明(kVA) 根据任务书给出的站用负荷计算：
S＝5.2+ 4.5+（20+4.5+0.15*32+2.7+15+1+4.5*2+1.5）*0.85
＝49.725 (kVA)
考虑一定的站用负荷增长裕度，站用变10KV侧选择两台SL7—125／10型号配电变压器，互为备用。根据容量选择站用电变压器如下： 型号：SL7—125／10；
容量为：125(kVA) 连接组别号：Yn，yn0 调压范围为：高压：±5％ 阻抗电压为(%)：4 2.3 小结
在本章中，根据本变电站的实际情况选择了变电站的主变压器和站用变压器：主变压器为两台SFSZ7—31500/110型有载调压变压器；站用变压器两台SL7—125／10型号配电变压器。
第3章 电气主接线的选择
3.1 选择原则
电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。主接线方案的确定与电力系统及变电站运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电站主接线的最佳方案。
3.1.1
1)
可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线的设计必须满足这个要求。因为电能的发送及使用必须在同一时间进行，所以电力系统中任何一个环节故障，都将影响到整体。供电可靠性的客观衡量标准是运行实践，评估某个主接线图的可靠性时，应充分考虑长期运行经验。我国现行设计规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结，设计时应该予以遵循。 2)灵活性
电气主接线不但在正常运行情况下能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，能尽快的退出设备、切除故障，使停电时间最短、影响范围最小，并在检修设备时能保证检修人员的安全。 3)操作应尽可能简单、方便
电气主接线应简单清晰、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)经济性
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最小，占地面积最少，使变电站尽快的发挥经济效益。
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，应考虑到有扩建的可能性。
变电站主接线设计原则：
1)变电站的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网
上不得采用分支接线。
2)在6-10kV配电装置中，出线回路数不超过5回时，一般采用单母线接线方式，出线回路数在6回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大，出线需要带电抗器时，可采用双母线接线。
3)在35-66kV配电装置中，当出线回路数不超过3回时，一般采用单母线接线，当出线回路数为4～8回时，一般采用单母线分段接线，若接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。
4)在110-220kV配电装置中，出线回路数不超过2回时，采用单母线接线；出线回路数为3～4回时，采用单母线分段接线；出线回路数在5回及以上，或当“0—220KV配电装置在系统中居重要地位；出线回路数在4回及以上时，一般采用双母线接线。
5)当采用SF6等性能可靠、检修周期长的断路器，以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设施。
总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规程为标准，结合具
体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。
3.1.2 主接线的基本形式和特点
主接线的基本形式可分两大类：有汇流母线的接线形式和无汇流母线的接线形式。在电厂或变电站的进出线较多时（一般超过4回），为便于电能的汇集和分配，采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰、运行方便、有利于安装和扩建。缺点是有母线后配电装置占地面积较大，使断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器少，占地面积少，但只适用于进出线回路少，不再扩建和发展的电厂和变电站。
有汇流母线的主接线形式包括单母线和双母线接线。单母线又分为单母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式；又母线又分为双母线无分段、双母线有分段、带旁路母线的双母线和二分之三接线等方式。
无汇流母线的主接线形式主要有单元接线、扩大单元接线、桥式接线和多角形接线等。
3.2 变电站的各侧主接线方案的拟定
在对原始资料分析的基础上，结合对电气主接线的可靠性、灵活性、及经济性等基本要求，综合考虑在满足技术、经济政策的前提下，力争使其为技术先进、供电可靠安全、经济合理的主接线方案。
供电可靠性是变电所的首要问题，主接线的设计，首先应保证变电所能满足
负荷的需要，同时要保证供电的可靠性。变电所主接线可靠性拟从以下几个方面考虑：
1、断路器检修时，不影响连续供电；
2、线路、断路器或母线故障及在母线检修时，造成馈线停运的回数多少和停电时间长短，能否满足重要的I、II类负荷对供电的要求；
3、变电所有无全所停电的可能性；
主接线还应具有足够的灵活性，能适应多种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便，高度灵活，检修安全，扩建发展方便。
主接线的可靠性与经济性应综合考虑，辩证统一，在满足技术要求前提下，尽可能投资省、占地面积小、电能损耗少、年费用（投资与运行）为最小。 1、110KV侧主接线方案 A
方案：单母线分段接线
图3-1 单母线分段接线
B
方案:双母线接线
分析:
A方案的主要优缺点:
图3-2 双母线接线
1）当母线发生故障时,仅故障母线停止工作,另一母线仍继续工作;
2）对双回路供电的重要用户,可将双回路分别接于不同母线分段上,以保证对重要用户的供电;
3)一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；
4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； 5)当出线为双回线路时，会使架空线出现交叉跨越；
6)110kV为高电压等级，一旦停电，影响下—级电压等级供电，其重要性较高,因此本变电站设计不宜采用单母线分段接线。
B方案的主要优缺点：
1)检修母线时，电源和出线可以继续工作，不会中断对用户的供电； 2)
3)
4)
5)便于扩建；
6)双母线接线设备较多，配电装置复杂，投资、占地面积较大,运行中需要隔离开关切断电路,容易引起误操作.
7)经济性差 结论:
A方案一般适用于110KV出线为3、4回的装置中；B方案一般适用于110KV出线为5回及以上或者在系统中居重要位置、出线4回及以上的装置中。综合比较A、B两方案，并考虑本变电站110KV进出线共6回，且在系统中地位比较重要，所以选择B方案双母线接线为110KV侧主接线方案。
2、 35KV侧主接线方案
A方案：单母线接线
图3-3 单母线接线
B方案:单母线分段接线
图3-4 单母线分段接线
分析：
A1)性和灵活性较差;
2)当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作；
3)出线开关检修时，该回路停止工作。 B方案的主要优缺点：
1)当母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作； 2)对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电;
3)当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；
4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； 5)当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。
结论:B方案一般速用于35KV出线为4-8回的装置中。综合比较A、B两方案，并考虑本变电站35KV出线为2回，所以选择B方案单母线分段接线为35KV侧主接线方案。 3、 10KV侧主接线方案
A方案：单母线接线(见图3-3) B方案：单母线分段接线(见图3-4)
分析：
A方案的主要优缺点：
1)接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建，但可靠性和灵活性较差;
2)当母线或母线隔离开关发生故障或检修时；各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作；．
3)出线开关检修时，该回路停止工作。 B方案的主要优缺点：
1)母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作； 2)对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电
3)当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电；
4)任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； 5)当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。
结论：B方案一般适用于6A、B两方案,为10KV侧主接线方案. 3.3 小结
本章通过对原始资料的分析及根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求，选择了两种待选主接线方案进行了技术比较，淘汰较差的方案，确定了变电站电气主接线方案。
第4章 短路电流计算
4.1 短路计算的目的及假设 一、短路电流计算的目的
1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。
2、在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。
4
依据。
5
二、短路电流计算的一般规定
1、验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应仅按在切换过程中可能并列运行的接线方式。
2、选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的导步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
3、选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
4、导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。 三、短路计算基本假设
1、正常工作时，三相系统对称运行； 2、所有电源的电动势相位角相同；
3、电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；
4、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；
5、元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响； 6、系统短路时是金属性短路。
4.2 短路电流计算的步骤
目前在电力变电站建设工程设计中，计算短路电流的方法通常是采用实用曲
线法，其步骤如下：
1、选择要计算短路电流的短路点位置；
2、按选好的设计接线方式画出等值电路图网络图；
1）在网络图中，首选去掉系统中所有负荷之路，线路电容，各元件电阻； 2）选取基准容量 和基准电压Ub（一般取各级的平均电压）； 3）将各元件电抗换算为同一基准值的标么电抗； 4）由上面的推断绘出等值网络图；
3、对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，即转移电抗；
4、求其计算电抗；
5、由运算曲线查出短路电流的标么值； 6、计算有名值和短路容量； 7、计算短路电流的冲击值；
1）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。
Id=
标幺值：有名值：
Idi
Ij
Idi=Ij*Id
S=VjI''
2）计算短路容量，短路电流冲击值 短路容量：短路电流冲击值：
Icj=2.55I''
8、绘制短路电流计算结果表 4.3 短路电流计算及计算结果
等值网络制定及短路点选择：根据前述的步骤，针对本变电所的接线方式，把主接线图画成等值网络图如图4-1所示：
F1-F3为选择的短路点，选取基准容量 =100MVA，由于在电力工程中，工程上
U=Uav=1.05Ue
习惯性标准一般选取基准电压b. 基准电压 （KV）： 10.5 37 115
基准电流 (KA)： 5.50 1.56 0.50 1、主变电抗计算
SFSZ7—31500/110的技术参数
∴X12* =( Ud1%/100)*(Sj/SB) =(10.75/100) *(100/40)= 0.269 X13* =( Ud2%/100)*(Sj/SB) =(0/100) *(100/40)= 0
X14* =( Ud3%/100)*(Sj/SB) =(6.75/100) *(100/40)= 0.169
2、三相短路计算简图，图4-2
图4-2 三相短路计算简图
3、三相短路计算
（1）、110kV侧三相短路简图如下图
4-3
'
当F1短路时， IF1=
SB100
==0.643 kA3VB11.732*110
短路电流 I''F1=
1
=9.80.102
''''''I=I*IF1F1F1=0.643*9.8=6.3KA 稳态短路电流的有名值
冲击电流 Ich1=2.55*I短路全电流最大有效值I
'''
F1'
=16.065KA =1.51*I''F1'=9.51KA
''
ch1
''
S=IF1*SB=9.8*100=980MVA1短路容量
（2）、35kV侧三相短路简图如下图4-4
图4-4 35kV侧三相短路简图
IF2=
当F2短路时，
'
SB100
==1.56KA1.732*37VB2
IF2=
短路电流
''
11==2.933
X1+X12+X130.102+0.269+0
''
I稳态短路电流的有名值F2=IF2*IF2=1.56*2.933=4.58KA
'''
冲击电流 I＇ch2 =2.55*4.58=11.68 kA
短路全电流最大有效值I＂ch2 =1.51*4.58 = 6.92 kA
短路容量 S2〃= I＂F2*SB=2.933*100=293.3 MVA （3）、10kV侧三相短路简图如下图4-5
当F3短路时，I＇F3
〃
短路电流I＂F3=1/（0.102+0.269+0.169）=1.852
稳态短路电流的有名值I F3′= I＇F3*I＂F3〃= 5.499*1.852 =10.184 kA 冲击电流 I＇ch3 =2.55*10.184 = 25.97 kA
短路全电流最大有效值I＂ch3 =1.51*10.184 =15.38 kA 短路容量 S3〃= I＂F3*SB=1.852*100=185.2MVA 短路电流计算结果见表4-1
表4-1 短路电流计算结果
4.4 小结
短路电流计算结果是所
以正确计算短路电流，对整个变电站的设计至关重要，也最能体现出整个变电站设计的经济性。
第5章 导体和电气设备的选择
5.1 电气设备的选择原则
电气装置中的载流导体和电气设备，在正常运行和短路状态时，都必须安全
可靠地运行。为了保证电气装置的可靠性和经济性，必须正确地选择电气设备和载流导体。各种电气设备选择的一般程序是：先按正常工作条件选择出设备，然后按短路条件校验其动稳定和热稳定。
电气设备与载流导体的设计，必须执行国家有关的技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和为今后扩建留有一定的余地。 电气设备选择的一般要求包括：
1、应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；
2、应按当地环境条件校核； 3、应力求技术先进和经济合理； 4
、选择导体时应尽量减少品种；
56 7、按短路条件来校验热稳定和动稳定。
8、验算导体和110kV以下电缆短路热稳定时，所有的计算时间，一般采用主保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间；而电器的计算时间一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间；断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间。
5.2 断路器和隔离开关的选择 1、110KV侧断路器和隔离开关的选择
短路参数：
ich=9.84(kA); I"=I∞=9.8(kA) Ue=110 KV Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=286.3(A) 110KV侧断路器的选择：
查设备手册试选LW14—110型六氟化硫断路器。
动稳定校验： Igmax=286.3(A)＜Ie
ich=16.065 (kA) ＜Idw=100 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验： Qk=9.82*0.5 (kA2²S) Q承受=31.52*3 (kA2²S) Q承受＞Qk热稳定校验合格。 110KV侧隔离开关的选择： Ue=110 KV Igmax=286.3(A)
查设备手册试选GW7-110型隔离开关，参数如下： 额定电压：Ue=110 KV 额定电流：Ie=600A 动稳定电流：Idw=55 kA 5S热稳定电流：14 kA 动稳定校验： Igmax=286.3(A)＜Ie
ich=16.065 (kA) ＜Idw=55 kA 热稳定校验：
Qd=9.8*9.8*0.5 (kA2²S)
Q承受=14*14*5 (kA2²S) Q承受＞Qk热稳定校验合格。 2、35KV侧断路器和隔离开关的选择
短路参数：
ich=11.68(kA); I"=I∞=2.933(kA) Ue=35 KV Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=104(A)
35KV侧断路器的选择：查设备手册试选ZW23-35C型断路器。
表5-2 ZW23-35C型断路器参数
动稳定校验： Igmax=104(A)＜Ie
ich=11.68(kA) ＜Idw=100 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验：
Qk=2.9332*0.5 (kA2²S) Q承受=252*4 (kA2²S) Q承受＞Qk热稳定校验合格。
35KV侧隔离开关的选择： Ue=35 KV Igmax=104(A)
查设备手册试选GW14-35（D）型隔离开关，参数如下： 额定电压：Ue=35 KV 额定电流：Ie=1250A 动稳定电流：Idw=40 kA 2S热稳定电流：16 kA 动稳定校验： Igmax=104(A)＜Ie
ich=11.68(kA) ＜Idw=40 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验：
Q承受=Irw*Irw*Trw=16*16*2 (kA2²S) Q承受＞Qk热稳定校验合格。 3、10KV侧断路器和隔离开关的选择
短路参数：
ich=25.97(kA); I"=I∞=1.852(kA) Ue=10 KV Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=242.8(A) 10KV侧断路器的选择：
由于10 KV选用为户内成套设备，根据厂家提供的型号，选空气绝缘金属铠
装移开式KYN28型开关柜
断路器型号为ZN63A-12/T1250A-31.5
其参数如下:额定电压: Ue=12 KV 额定电流: Ie=1250 A
四秒热稳定电流: Irw4″=31.5 kA 额定短路开断电流：Ikd=31.5 kA 额定峰值耐受电流：Imax=Idw=80 kA 额定短路关合电流：80 kA 动稳定校验： Igmax=242.8(A)＜Ie
ich=25.97(kA) ＜Idw=100 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验：
Qk=1.852*1.852*0.5 (kA2²S) Q承受= 31.5*31.5*4 (kA2²S) Q承受＞Qk热稳定校验合格。 所选断路器满足要求。 4、主变中性点隔离开关的选择
主变中性点隔离开关选取中性点专用型号:GW8-110型 主要参数:额定电压: Ue=110 KV 额定电流: Ie=400 A 动稳定电流: Idw=15.5 kA 10S热稳定电流：4.2 kA
表5-1 断路器、隔离开关参数表
5.3 互感器的选择
电流互感器的选择：
1、110kV侧电流互感器
Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=286.3(A) Ue=110 KV
选取：LVQB—110，300/5，0.5/D/10P
电流互感器参数：1秒热稳定电流：40KA，动稳定电流：100KA 动稳定校验：
ich=16.065(kA) ＜100 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验：
Qd=9.8*9.8*0.5 (kA2²S) Q承受= 1*40*
40 (kA2²S)
Q
承
受＞Qd
2、35kV侧电流互感器：
Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=104(A) Ue=35 KV
选取：LVQB—35，600/5，0.5/D/10P
电流互感器参数：短时热稳定电流：31.5KA，动稳定电流：80KA 动稳定校验：
ich=11.68(kA) ＜80 kA 动稳定校验合格。 热稳定校验：
Qd=2.933*2.933*0.5 (kA2²S) Q承受=1*31.5*31.5 (kA2²S) Q承受＞Qd热稳定校验合格。
3、10kV侧电流互感器：
Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=242.8(A)
Ue=10 KV
由于10 KV选用为户内成套设备，所以选取和开关柜配套使用的型号：LMZ—12/1500/5
电流互感器参数：
雷电冲击耐受电压（kV），75 短时工频耐受电压（kV），42
表5-2 电流互感器选型表
电压互感器的选择：
电压互感器的选择应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，对于： 1、3-20kV配电装置，宜采用油绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。
2、35kV配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器。
3、110kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。
根据上述条件，选择如下：
110kV：母线选单相、串级式、户外式电压互感器。 35kV：母线选单相、户外式电压互感器。 10kV：母线成套设备配套电压互感器。
表5—8 电压互感器选择表
安装 型号 额定电压/KV 各级次额定容量/VA 地点 原线圈 副线圈 辅助线圈 0.5级 1级 3级 110kV母线 JCC2-110 110/ 3 0.1/ 3 0.1 500 1000 35kV母线 JDJJ-35 35/ 0.1/ 3 0.1/3 150 250 600 10kV母线 JDZJ-10 10/ 0.1/ 0.1/3 50 80 200
5.4 母线的选择 1、110kV侧母线
对于110kV侧母线按照发热选取,本次设计的110kV侧的电源进线为两回,一回最大可输送35000KVA负荷,最大持续工作电流按最大负荷算:
Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=286.3(A)。
查设备手册表选择LGJ—185/10钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为19．6毫米，计算截面线，其综合矫正系数按海拔800米，环境温度35℃。则K=0．95。 电流的校验 ：
Kie=0．95*553=525.35>Igmax=286.3A 则电流校验满足要求。 热稳定校验 Smin=(Idt/C)
dz
=(9.8*103/87) 0.56≈84.3mm2＜S=227.83 mm2
所以热稳定满足要求。 2、35kV侧母线
对于35kV侧主母线按照发热选取,本次设计的35kV侧一回最大可输送35000KVA负荷,主变压器的容量为31500KVA，所以最大持续工作电流按最大负荷主变压器的持续工作电流计算: Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=104(A)。
查设备手册表选择LGJ-185／45钢芯铝绞线，在最高允许温度+70度的长期载流量为552 A，满足最大工作电流的要求。其参数如下：
计算半径19．6毫米，计算截面227．83平方毫米，户外载流量553A 校验35KV母线选单根的软导线，其综合矫正系数按海拔800米,环境温度35℃
则K=0．95。 电流的校验：
Kie=0．95*553=525.35>Igmax=104A 则电流校验合格 热稳定校验：Smin=(Idt/C)
dz
=(2.933*103/87)
.06≈34.71mm2＜S=227.83 mm2
所以热稳定满足要求
3、10kV侧母线
Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=242.8(A)
查设备手册表选择63*8单片矩形铝母平放，平放时长期允许载流量为995A。 可选择TMY-100x10型的矩形铜排。
校验10KV母线，其综合矫正系数K=0．95。 A电流的校验
Kie=0．95*2030=1928.5>Igmax=242.8A,； 则电流校验合格 B热稳定校验 Smin=(Idt/C)
dz
=(1.852*103/117) .≈2＜2
所以热稳定满足要求。 5.5 高压熔断器的选择
变电站35kV电压互感器和10kV电压互感器以及站用变压器都用高压熔断器保护电气设备免受过载和短路电流的损害及用来保护电压互感器。按额定电压和开断电流进行选取：
Igmax
=7.7(A)
1) 所用变压器高压侧熔断器属成套设备选用RN1-10型熔断器进行保护. 2) 35kV电压互感器选取RW9--35型高压熔断器。
3) 10kV电压互感器属成套设备，选取RN2-10型高压熔断器。
* 10)
表5—9 高压熔断器选择结果表
型号 安装 额定电压 额定电流 最大分断 备注 地点 /KV /KA 电流
RW9-35 35kVYH 35 0.5 60 保护电压互感器 RN2-10 10kVYH 10 0.5 50 保护电压互感器 RN1-35 站用变压器 35 0.5 12 供电力线路短路或过流保
护用
5.6 消弧线圈的选择
当电网容性电流大于下列数值时，中性点宜装消弧线圈：3—6KV 30A，10KV 20A，35—60KV 10A，经计算本站10KV侧不需装消弧线圈，35KV侧需装消弧线圈，消弧线圈一般选用油浸式。
表5-5： 消弧线圈选型表
电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所必须满足的基本条件，即按照正常工作条件（最高工作电压和最大持续工作电流)选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。本章根据短路电流计算结果选择了本变电站所用的电气设备。
第6章 变电站防雷保护及其配置
避雷针、避雷器是变电站屋外配电装置和站内电工建筑物防护直击雷过电压的主要措施。变电站借助屋外配电装置架构上的避雷针和独立避雷针共同组成的保护网来实现，主控制室和屋内配电要采用屋顶上的避雷带。
6.1 直击雷的过电压保护
装设独立避雷针，为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，其冲击接地电阻不宜超过10欧，为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电装置架构之间的空气中的距离Sk不宜小于5m，独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离Sd应不大于3m。
根据上述条件，变电站避雷针配置如下：
1、35kV、110kV配电装置：在架构上装设独立避雷针，将架构支柱主钢筋作引下线接地。
234
6.2 雷电侵入波的过电压保护
对入侵波防护的主要措施：
（1）、在变电站内装设阀型避雷器以限制入侵雷电波的幅值，同时在变电站的进线上，设进线段保护，以限制流经阀型避雷器的雷电流和降低入侵雷电波的陡度。
（2）、变电站内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，在110kV 、35kV靠近变电站1—2KM的进线上架设避雷线，其耐雷水平分别不应低于30kA和75kA保护角在25°和30°范围内，冲击接地电阻在10 Ω左右，以保证大多数雷电波只在此线段外出现，即设置进线段保护。对于三绕组变压器，应在低压侧任一相绕组对地加装一个避雷器，对于变压器中性点保护，因中性点为直接接地，变压器为分级绝缘。其绝缘水平为35kV等级，需在中性点上装避雷器。
6.3 避雷器和避雷线的配置
避雷器的配置：
1、进出线设备外侧；
2、所有母线上；
3、变压器高压侧，尽量靠近变压器；
4、变压器低压侧为△时，只装在B相；
5、主变压器中性点，按其绝缘水平等级选设；
避雷线的配置：
1、110kV及以上线路全长架设避雷线；
2、35kV雷电日较高应全长架设避雷线；
3、10kV—35kV，一般设1—2KM的进线段保护，以降低雷电波的陡度。
6.4 小结 运行中的电气设备，可能受到来自外部的雷电过电压的作用，从而造成电气设备损坏。为了避免电气设备受到雷电的过电压，必须采取有效的过电压防护器具，实现防雷保护。而装设避雷针、避雷线等避雷器具是防雷保护的最有效措施。
第7章 高压配电装置及平面布置
配电装置是变电站的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备、保护和测量电器、母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。形式有屋内和屋外配电装置，装配式配电装置和成套式配电装置。
7.1 设计原则与要求
一、设计原则
高压电站和配电装置型式选择应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。
1、节约用地
2、运行安全和操作巡视方便
配电装置布置要整齐清晰，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求，使配电装置一旦发生事故，将事故限制到最小范围和最低程度，并使运行人员在正常操作和处理事故的过程中不致发生意外情况，保证运行检修人员人身安全，以及在检修维护过程中不致损害设备。
3、便于检修和安装
对于各种型式的配电装置，都要妥善考虑检修和安装条件。此外，配电装置的设计还必须考虑分期建设和扩建过渡的便利。
4、节约三材，降低造价。
二、设计要求
1、满足安全净距的要求
屋外配电装置的安全净距可参考《电力工程电气设计手册》表10-1。
配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时，应按较高的额定电压确定安全净距。屋外带电装置带电部分的上面下面，不应有照明、通信和信号线架空跨越或穿过；屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷的照明或动力线路跨越。
2、满足运行和检修的要求
1）运行要求。
在设计中应考虑的问题有：
①、进出线方向。
②、避免或减少各级电压架空的交叉。
③、配电装置的布置应该做到整齐清晰。
④、各级电压配电装置各回路的相序排列应尽量一致。
⑤、配电装置内设有供操作、巡视用的通道。
2）检修要求：
在设计中应考虑的问题有：
①、有足够的维修间距，确保人身安全。
②、有足够的检修空间。
3、有足够的安全距离
7.2 高压配电装置
(1)、110kV配电装置
110kV为本变电所的高压侧，主接线采用双母线分段带旁路母线接线方式，宜用屋外型布置。因本变电站为终端变电站，不受土地面积的限制，所以采用普通中型布置方式。中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内并装在一定高度的基础上，母线所在水平稍高于电器所在水平面，构架高10m。
(2)、35kV配电装置
35kV为本变电所的中压侧，主接线采用双母线分段带旁路母线接线方式，屋外普通中型布置，单列布置，构架高7.3m，母线构架5.6m，每个间隔5.2m，间隔与间隔之间为2米。
(3)、10kV配电装置
10kV为本变电所的低压侧，主接线采用单母线分段接线方式，进出线共10回，其中6回为架空线路，4回为电缆出线，并预留2个电缆出口。规程上要求：6～10kV配电装置一般均为屋内布置，当出线不带电抗器时，一般采用成套开关柜单层布置，当出线带电抗器时，一般采用三层或二层布置。
由短路计算和设备的选择中可知，本设计中10kV出线不带电抗器，所以采用成套配电装置开关柜单层布置。不装设隔离开关。配电装置的型号为KYN8-10（F）型金属铠装移开式高压开关柜。
KYN8-10（F）型金属铠装移开式高压开关柜，由柜体和手车两大部分组成。柜体的外壳及各功能单元的隔板均采用钢板弯制螺纹紧固件联接而成。手车的面板为开关柜的面板，当手车在运行位置时其外壳防护等级为IP30，当手车在试验位置时防护等级为IP20。开关柜用金属薄板分隔为手车室、母线室、馈电室。各室均有压力释放通道，环氧树脂浇注的触头座是手车室与母线室、馈电室的联络媒介，保证手车在运行状态时三室隔离防护等级为IP20。手车室与母线、馈电室两室间设置有金属隔离活门，手车推入时活门自动开启，手车退出时关闭并闭锁。继电器箱为独立箱体，室内右操作走廊2.5m，维护走廊1.5m，总长33.6m宽6.5m。
(4)、其它
围墙设置实体围墙。高度2m，所内道宽4m采用水泥混凝土路面，道路转
变半径为4m，变压器储油坑距变压器1m，补偿电容器室电容器双层布置，面积8*6.5m2，主控室面积9*10m2，主控室布置在10KV配电装置旁边，是有利于观察110KV及35KV屋内配电装置。
7.3 小结
配电装置是变电站的重要组成部分，是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、保护及测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成的，用来接受和分配电能的装置。
配电装置可分为屋内配电装置、屋外配电装置和成套配电装置。屋内配电装置主要用于35KV及以下，有特殊要求时，110～220KV也可采用；屋外配电装置主要用于110KV及以上；成套配电装置目前主要用于屋内，SF6全封闭组合电器主要用于110～500KV配电装置。
结 论
本人对电力系统的基本知识以及相关课程有了更深一步的了解，在此基础上进行本次毕业设计。通过专业学习和老师的悉心教导，再结合自己的实际工作，使自己的专业技术水平得到了提高。本次电力系统的专业知识学习，使我系统地了解了电力系统变电站的各种设备。比如变电站的主接线原理，各种接线方式的优缺点，怎样选择主接线、选择什么样的主接线既节省投资、又能满足供电可靠性和负荷的要求。 结构、操作运行有了更深一步的了解，展、验证的机会，从中找出自己的不足，也使自己的专业知识得以巩固。在本次设计过程中，我查阅了大量有关电力系统、变电站的信息资料，了解了许多先进电力设备的性能，对今后的工作有很大的帮助。
本设计还存在不足之处，首先，本次的设计的是一个110kV变35kV和10kV的降压变电站，主要涉及的变电站内部电气部分的设计，其中并未涉及到出线线路具体应用到什么用户，所以负荷统计表相对比较简洁，也减少了电气主接线图的制作难度。另外，由于本专业对继电保护知识学习的还不够全面，加上继电保护涉及的内容很多，所以没有对变电站继电保护作更深的设计分析。
由于本人水平有限，设计中难免有错误和疏漏的地方敬请各位老师批评指正。
参考文献
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致 谢
通过本次学习，我学到了许多工作中有用的专业知识，我会用学到的这些专业知识来解决工作中遇到的难题，更好的做好电力生产工作。在此，对帮助、教育过我的全体老师及指导我完成毕业设计的教师表示衷心的感谢！
附录1 避雷针保护范围图
附录2 变电所总体平面布置图
附录3 110KV/35KV/10KV降压变电站电气一次主接线图