35kV变电所电气部分设计1

毕业设计（论文）说明书

西安科技大学 毕业论文模板

题 目 35KV变电所电气部分设计 函 授 站 榆林 专业及班级 09级电气工程及其自动化 姓 名 吕永平 指 导 教 师 日 期 2011.12.22

继续教育学院

第 1 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

35kV变电所电气部分设计

目录

摘要： ................................................................ 1 Abstract： ............................................................ 2 1 引言 ............................................................... 3 2 原始资料 ........................................................... 4

2.1电力系统接线图 ................................. 错误!未定义书签。 2.2系统情况 ....................................................... 4 2.3 10kV负荷情况 .................................................. 4 2.4 本地区气象条件 ................................................. 5 3 负荷统计和无功补偿的计算 ........................................... 8

3.1 负荷分析 ....................................................... 8 3.2 负荷计算 ...................................................... 10 3.3 无功补偿 ...................................................... 10

3.3.1 无功补偿概述 ............................................ 10 3.3.2 无功补偿的计算 .......................................... 11 3.3.3 无功补偿装置 ............................................ 11 3.3.4 并联电容器装置的分组 .................................... 12 3.3.5 并联电容器装置的接线 .................................... 12

4 主变压器的选择 .................................................... 13

4.1 规程中的有关变电所主变压器选择的规定 .......................... 13 4.2 主变台数的确定 ................................................ 13 4.3 主变容量的确定 ................................................ 13 4.4 主变形式的选择 ................................................ 14 5 电气主接线设计 .................................................... 15

5.1 电气主接线概述 ................................................ 15 5.2 主接线的设计原则 .............................................. 15 5.3 主接线设计的基本要求 .......................................... 16 5.4 主接线设计 .................................................... 16

5.4.1 35kV侧主接线设计 ........................................ 16 5.4.2 10kV侧主接线设计 ........................................ 16 5.4.3主接线方案的比较选择 ..................................... 17

6 短路电流计算 ...................................................... 18

6.1 概述 .......................................................... 18

第 2 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

6.1.1 产生短路的原因和短路的定义 .............................. 18 6.1.2 短路的种类 .............................................. 18 6.1.3 短路电流计算的目的 ...................................... 19 6.2 短路电流计算的方法和条件 ...................................... 19

6.2.1 短路电流计算方法 ........................................ 20 6.2.2 短路电流计算条件 ........................................ 20 6.3 短路电流的计算 ................................................ 21

6.3.1 10kV侧短路电流的计算 .................................... 21 6.3.2 35kV侧短路电流的计算 .................................... 22 6.3.3 三相短路电流计算结果表 .................................. 23 7 电气设备的选择 .................................................... 24

7.1 电气设备选择的一般条件 ........................................ 24

7.1.1 电气设备选择的一般原则 .................................. 24 7.1.2 电气设备选择的技术条件 .................................. 24 7.1.3 环境条件 ................................................ 26 7.2 断路器隔离开关的选择 .......................................... 27

7.2.1 35kV侧进线断路器、隔离开关的选择 ........................ 27 7.2.2 35kV主变压器侧断路器、隔离开关的选择 .................... 29 7.2.3 10kV侧断路器、隔离开关的选择 ............................ 29 7.2.4 选择的断路器、隔离开关型号表 ............................ 30

7.3 母线的选择及校验 .............................................. 31

7.3.1 母线导体选择的一般要求 .................................. 31 7.3.2 35kV母线的选择 .......................................... 32 7.3.3 10kV母线的选择 .......................................... 32 7.3.4 母线选择结果 ............................................ 33 7.4 互感器的选择 .................................................. 34

7.4.1 电流互感器的选择 ........................................ 34 7.4.2 电压互感器的选择 ........................................ 35 7.5 熔断器的选择 .................................................. 36

7.5.1 熔断器概述 .............................................. 36 7.5.2 35kV侧熔断器的选择 ...................................... 37 7.5.3 10kV侧熔断器的选择 ...................................... 37 7.6 配电装置的选择 ................................................ 37

7.6.1 配电装置概述 ............................................ 37 7.6.2 35kV屋外配电装置 ........................................ 37 7.6.3 10kV高压开关柜 .......................................... 38

8 继电保护的设置 .................................................... 39

第 3 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

8.1 电力变压器保护 ................................................ 39

8.1.1 电力变压器保护概述 ...................................... 39 8.1.2 电力变压器纵差保护接线 .................................. 39 8.1.3 纵差动保护的整定计算 .................................... 40 8.1.4 变压器瓦斯保护 .......................................... 41 8.1.5 过电流保护 .............................................. 41 8.2 母线保护 ...................................................... 42 9 变电所的防雷保护 .................................................. 42

9.1 变电所防雷概述 ................................................ 42 9.2 避雷针的选择 .................................................. 43 9.3 避雷器的选择 .................................................. 44 结论 ................................................................. 46 致谢 ................................................................. 47 参考文献 ............................................................. 48

第 4 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

摘要： 随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供稳

固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电所的合理设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，本文详细介绍了黄河水泥厂35kV降压变电所的设计。文中对主接线的选择、高压设备的选择、负荷计算、短路电流计算,继电保护选择和整定计算皆有详细的说明。特别对主接线的选择,变压器的选择,还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择校验作了详细的说明和分析。其中还对变电所的主接线，平面布置等通过CAD制图直观的展现出来。

本次设计的内容紧密结合实际，通过查找大量相关资料，设计出了符合当前要求的变电所。在设计的过程中，得到了学校老师、同学的耐心指导和大量帮助，在此对他们表示衷心的感谢和崇高的敬意。

关键词 35kV 变电所 电气主接线、短路电流计算、高压电气设备、继电保护

第 1 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

Design of 35kV Step-down Substation

Abstract：Along with the continuous development of electric industry, people require increasingly demand of power supply, especially the stability, reliability and continuity of it. While the stability, reliability and continuity of power grid is determined by the rational design and configuration of substation. This paper describes the step-down design substation 35kV Yellow Cement Design.It also discusses the choice of main wiring, high pressure equipment and all kinds of the protection of relay, the calculation of load, short current and so on in detail, especially, the choice of main wiring, transformer and some electric equipment such as circuit breaker, current and Voltage sensor. It shows main wiring of substation, the distribution of plane and some protection equipment of high and low Voltage by the graphics of CAD.

Key words： 35kV substation main electrical connection table, the calculation

of short current,the protection of relay, High-voltage electrical equipment.

第 2 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

1 引言

变电所作为变电站作为电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。对其进行设计势在必行，合理的变电所不仅能充分地满足当地的供电需求，还能有效地减少投资和资源浪费。

本次设计根据一般变电所设计的步骤进行设计，包括负荷统计，主变选择，主接线选择，短路电流计算，设备选择和校验，继电保护，防雷措施等几大块。并依据相关规定和章程设计其中个个步骤，所以能满足一般变电所的需求。

根据我国变电所目前现有电气设备状况以及今后发展趋势，应选用新型号、低损耗、低噪声的电力变压器及性能好、时间长、免维护的SF6断路器及高压开关柜。为此新的设备选择也在设计中得以体现。由于时间仓促和自身知识的局限，导致在设计中难免有遗漏和错误之处，望读者予以批评指正。

第 3 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

2 原始资料

2.2系统情况

待设计变电所通过一条架空线路由正南方向5km处的一座110kV变电所A送电，回路最大传输功率不大于11.7MW，A变电所系统容量为3000MW。西北方向20km处一座35kV变电所B通过一条架空出线与待设计变电所联系，平时本所与B变电所有少量功率交换。本所投运后功率因数要求到达0.9。

2.3 10kV负荷情况

10kV负荷情况如表1所示

表1.1 用电负荷

额 定 容 负 荷 名 称 量 （kV） 1# 出线 2# 出线 3# 出线 4# 出线 原料粉磨 摇头 窑尾 水泥磨 760 500 660 1400 1600 1800 1100 1400 额 定 电 压 （kV） 10 10 10 10 10 10 10 10 负 荷 特 性 Cosφ 0.84 0.8 0.75 0.82 0.85 0.8 0.83 0.8 供电线路长度 (m) 180 230 100 80 120 90 100 80 10kV侧负荷同时率：0.85；10kV侧最小负荷是最大负荷的45％；

10kV侧最大负荷利用小时数Tmax=4800H；待设计变电所年负荷增长率为5%。

第 4 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

2.4 本地区气象条件

最高气温max41C；最低气温min12C；年平均气温avy16.4C；最热月平均最高温度avm26C。 设计的基本原则：

工业园区变电所直接为生产提供电源，是电力系统的一个重要环节，此类变电所能否正确运行关系到整个工业园区生产的稳定和安全问题，因此设计一个优质、安全、可靠、灵活的变电所至关重要。设计原则有以下几点：

（1）变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，与城建部分的城市规划相结合，做到远、近期的结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。

（2）变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合本地情况合理地确定设计方案，做到因地制宜，兼顾变电所经济、安全、可靠、灵活的特点。

（3）对变电所的选址有以下几点要求：一是靠近负荷中心；二是要节约用地，不占或不占耕地及经济效益高的土地；三是与城区或企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出；四是交通运输方便；五是具有适宜的地质，并且周围环境无明显污秽。

1.3 本设计的主要内容

本次设计完成了某工业园区35kV降压变电所设计的总过程，设计过程中遵循国家的法律、法规，按照国家标准及规范，明确设计的目的，逐步完成了电气主接线的选择、负荷的计算和无功补偿、主变的选择、短路电流的计算、高压设备的选择、继电保护选择及整定、防雷保护规划、图纸绘制等工作，特别是对电气主接线的选择、变压器的选择和高压电气设备（如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感

第 5 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

器、母线等）的选择及校验作了详细的说明和分析，形成了较为完整的论文。

2主接线的设计

2.1 电气主接线的概述

电气主接线是由电气设备通过连接线，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，故又称为一次接线或电气主系统。电气主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。

2.2 电气主接线基本要求

（1）可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。停电会给国民经济各部门带来严重的损失，在经济发达地区，故障停电的经济损失是难以保量的，甚于会导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等。电气主接线的可靠性不是绝对的，在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。

（2）灵活性：电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性应该满足以下几个方面，一是操作的方便性；二是高度的方便性；三是扩建的方便性。

（3）经济性：在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要从以下几个方

第 6 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

面考虑，一是节省一次投资；二是占地面积少；三是电能损耗少。

2.3 电气主接线设计的原则

电气主接线的设计是变电站电气设计的主体，其设计必须结合电力系统和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的，经过技术、经济比较、合理地选择主接线方案。

电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调试灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材同，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济的原则。

2.4 主接线的基本接线形式

（1）有汇流母线：单母线接线及单母线分段接线；双母线接线及双母线分段接线；带旁路母线的单母线和双母线接线。

（2）无汇流母线：桥形接线；角形接线；单元接线。

2.5 主接线的设计

（1） 35kV侧主接线的设计：

由原始资料知，35kV侧设计规模为进线2回，出线2回，最终出线四回。 由《电力工程电气设计手册》可知：当35—63kV配电装置出线回路数为4—8回，采用单母分段连接。

故35kV可采用单母分段连接方式。 （2） 10kV侧主接线的设计：

由原始资料知，10kV侧设计规模为进线2回，出线8回。

第 7 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

由《电力工程电气设计手册》可知：当6-10kV配电装置出线回路数为6回及以上时，采用单母分段连接；当负荷较大、短路电流较大、出线需要带电抗器时可采用双母线接线。

故10kV可采用单母分段连接方式，也可采用双母线连接方式。

2.6 电气主接线方案的比较

方案一：35kV和10kV侧均采用单母分段接线方式；

方案二：35kV侧采用单母分段接线方式，10kV侧采用双母线接线方式。 方案一的优点：接线简单，供电可靠，高度灵活，操作方便，设备少，经济性好，并且母线便于向两端延伸，便于扩建，对于重要的用户可以从不同的段引出两个回路，当一段线路发生故障时，分段断路器可以自动将故障切除，保证正常母线的供电。该方案兼顾了可靠性，经济性和灵活性的要求。

方案二与方案一相比较，虽然供电更加可靠，高度更灵活，但是设备增多，投资大，占地面积大，操作复杂，配电装置布置复杂。

故选用方案一，35kV和10kV侧都采用单线分段接线方式。 方案一的主接线图如图2.1；方案二的主接线图如图2.2。

图2.1 方案一电气主接线图主接线图

第 8 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

图2

.2 方案二电气主接线图

3 负荷统计和无功补偿的计算

3.1 负荷分析

根据用电的重要性和突然中断供电造成的损失程度可以将负荷分为以下三类： 1一类负荷

一类负荷，又称为一级负荷，是指突然中断供电将造成人身伤亡或引起对周围环境的严重污染，造成经济上的巨大损失。如重要大型设备损失、重要产品或重要原料生产的产品大量报废、连续生产过程被打乱且需要长时间才能恢复、造成社会秩序严重混乱或产生政治上的重大影响、重要的交通和通讯枢纽中断、国际社交场所没有照明等。

2 二类负荷

二类负荷，又称为二级负荷，是指突然中断供电会造成经济上的较大损失。如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产、连续生产过程需要较长时间才能恢复、造成社会秩序混乱、在政治上产生较大影响、交通和通讯枢纽以及城市供水中断、广播电视、商贸中心被迫停止运营等。

第 9 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

3 三类负荷

三类负荷，又称为三级负荷，是指不属于以上一类和二类负荷的其他用电负荷。对于这类负荷，供电所所造成的损失不大或不会直接造成损失。

用电负荷的分类，其主要目的是确定供电工程设计和建设的标准，保证建成投入运行工程供电的可靠性，能满足生产或社会安定的需要。对于一级负荷的用电设备，应有两个及以上的独立电源供电，并辅之一其他必要的非电保安设施。二级负荷应由两回线供电，但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。这次设计的变电所所带的负荷均为三级负荷，因此可以用单回线路供电。 3.2 负荷计算

10kV侧的负荷计算

P1.6+0.8+0.81+1+1.5+1.3=7.01MW

Q1.6*0.62+0.8*0.62+0.81*0.75+1*0.62+1.5*0.48+1.3*0.62=4.446MVar S(P)(Q) （3-1）

22=6.824.112=7.98MVA 功率因数cos=0.87 3.3 无功补偿

3.3.1 无功补偿概述

电力系统中有许多根据电磁感应原理工作的电气设备，如变压器、电动机、感应炉等。都是依靠磁场来传送和转换电能的电感性负载，在电力系统中感应电动机约占全部负荷的50%以上。电力系统中的无功功率很大，必须有足够的无功电源，才能维持一定的电压水平，满足系统安全稳定运行的要求。

电力系统中的无功电源由三部分组成：

1 发电机可能发出的无功功率（一般为有功功率的40%~50%）。 2 无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率。 3 110kV及以上电压线路的充电功率。

第 10 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

电力系统中如无功功率小，将引起供电电网的电压降低。电压低于额定电压值时，将使发电、送电、变电设备均不能达到正常的出力，电网的电能损失增大，并容易导致电网震荡而解列，造成大面积停电，产生严重的经济损失和政治影响。电压下降到额定电压值的60%~70%时，用户的电动机将不能启动甚至造成烧毁。所以进行无功补偿是非常有必要的。

3.3.2 无功补偿的计算

补偿前cos1=0.86，求补偿后达到0.9。因此可以如下计算： 设需要补偿XMva 的无功 则 cos2P'= （3-2） S'=

解得 X=0.82MVar 3.3.3 无功补偿装置

6.86.8（4.11X）22=0.9

无功补偿装置分为串联补偿装置和并联补偿装置两大类。并联补偿装置又可分为同期调相机、并联电容补偿装置、静补装置等几大类。

同期调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供可无级连续调节的容性和感性无功，维持电网电压，并可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性。在我国经常在枢纽变电所安装同步调相机，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。

静止补偿器有电力电容器与可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据电压需要，向电网提供快速无级连续调节的容性和感性的无功，降低电压波动和波形畸变率，全面提高电压质量，并兼有减少有功损耗，提高系统稳定性，降低工频过电压的功能。其运行维护简单，功耗小，能做到分相补偿，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统中得到越来越广泛的应用。但设备造价太高，本设计中不宜采用。

第 11 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功功率，运行时功率损耗亦较小。

综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置，并且采用集中补偿的方式。

3.3.4 并联电容器装置的分组 1分组原则

（1）对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与该设备相连接，并与该设备同时投切。

（2）配电所装设的并联电容器装置的主要目的是为了改善电网的功率因数。此时，为保证一定的功率因数，各组应能随负荷的变化实行自动投切。负荷变化不大时，可按主变压器台数分组，手动投切。

（3）终端变电所的并联电容器装置，主要是为了提高电压和补偿主变压器的无功损耗。此时，各组应能随电压波动实行自动投切。投切任一组电容器时引起的电压波动不应超过2.5%。

2分组方式

并联电容器的分组方式主要有等容量分组、等差级数容量分组、带总断路器的等容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。这几种方式中等容量分组方式，分组断路器不仅要满足频繁切合并联电容器的要求，而且还要满足开断短路的要求，这种分组方式应用较多，因此采用等容量分组方式。

3.3.5 并联电容器装置的接线

并联电容器装置的接线基本形式有星形和三角形两种。经常采用的还有由星形派生出的双星形，在某种场合下，也有采用由三角形派生出的双三角形。

从《电力工程电气设计手册》（一次部分）502页表9—17可比较得出，应采用Y形接线，因为这种接线适用于6kV及以上的并联电容器组，并且容易布置，布置清晰。

并联电容器组装设在变电所低压侧，主要是补偿主变和负荷的无功功率，为了在发生单相接地故障时不产生零序电流，所以采用中性点不接地方式。

第 12 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

选用BFM11—500—3型号的高压并联电容器2台。额定电压11kV。额定容量500kVar。

4 主变压器的选择

4.1 规程中的有关变电所主变压器选择的规定

1主变容量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规程》SDJ161—85有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。若变电所所有其他能源可保证在主变停运后用户的一级负荷，则可装设一台主变压器。

2与电力系统连接的220~330kV变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。

3根据电力负荷的发展及潮流的变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保护、对通信线路的影响、调压和设备制造等条件允许时，应采用自耦变压器。

4在220~330kV具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。

5主变调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ161的有关规定。 4.2 主变台数的确定

为保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电所，根据工程的具体情况，应安装2~4台主变。

本次设计的变电所没有一级负荷，所以采用两台主变。 4.3 主变容量的确定

主变容量的确定应根据电力系统5~10年发展规划进行。当变电所装设两台及以

第 13 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

上主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60~75%。

由3.2的负荷计算得知10kV侧的负荷总量为7.95MVA。

考虑5%的年负荷增长率，5年规划年限内计算负荷可表示为：

ScS1式中S1—第一年的负荷； —年负荷增长率； n—规划年数； i—年利率。

i[(1i)n1](1)n （4-1） (1i)1i 带入i=0.1，n=5，=5%，S1=7.95MVA得Sc=11.98MVA。 再考虑同时系数时，可按下式算：

'SK0Sc （4-2）

式中K0—负荷同时系数

带入K0=0.85得S'=10.18MVA。

对于两台变压器的变电所，其变压器的额定容量可按下式确定：

Se=0.7S'=0.7*10.18=7.13MVA

总安装容量为2*（0.7S'）=1.4S'

如此当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力为40%，则可保证98的负荷供电。

所以应选容量为7500kVA的变压器。 4.4 主变形式的选择

主变一般采用三相变压器，若因制造和运输条件限制，在220kV的变电所中，可采用单相变压器组。当今社会科技日新月异，制造运输以不成问题，因此采用三相变压器。

在关于绕组上，只有220~330kV具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。此次设计的变电所只有35kV和10kV两个电压等级，

第 14 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

所以采用双绕组变压器。

我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。因此35kV侧采用Y连接，10kV侧采用△接线。

根据上述的讨论选用35kV铝线双绕组电力变压器，该变压器的型号为SJL1 —7500/35.具体技术数据如下表：

表4.1 变压器技术参数 型号 额定容量(kVA) 额定电压(kV) 损耗(KW) 短路电压(%) 空载电流(%) 高压 低压 空载 短路 7.7 0.9 SJL1—7500/35 7500 35 10.5 9.6 62 5 电气主接线设计

5.1 电气主接线概述

发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统得安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会长生直接的影响。. 5.2 主接线的设计原则

1发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用； 2发电厂、变电所的分期和最终建设规模； 3负荷大小和重要性；

第 15 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

4系统备用容量大小；

5系统专业对电气主接线提供的具体资料。 5.3 主接线设计的基本要求

根据我国能源部关于《220~500kV变电所设计技术规程》SDJ 2-88规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。”因此对主接线的设计要求可以归纳为以下三点。

1可靠性；2灵活性；3经济性。 5.4 主接线设计

电气主接线的基本形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。大致分为有汇流母线和无汇流母线两大类。其中有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。

5.4.1 35kV侧主接线设计

35kV侧进线一回，由于使用两台变压器并且还和另一座变电所联络，所以出线三回。

由《电力工程电气设计手册》第二章关于单母线接线的规定：“35~63kV配电装置的出线回数不超过3回”。故35kV侧应采用单母线接线。

5.4.2 10kV侧主接线设计

10kV侧出线6回，终期出线8回。

由《电力工程电气设计手册》第二章规定：6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母线分段接线，当短路电流过大、出线需要带电抗器时，也可采用双母线接线。

第 16 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

5.4.3主接线方案的比较选择

由上可知，此变电所主接线的接线有两种方案。 方案一图：

进线 进线 #1 #2#1进线#2进线 图5.1 电气主接线方案一图

方案一35kV侧采用的单母线接线，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。10kV采用单母线分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。

方案二图：

b a 图5.2 电器主接线方案二图

第 17 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

方案二10kV侧通过双母线虽然可以使供电更可靠，调度更加灵活，，但每增加一组母线就使每回路需要增加一组母线隔离开关，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。并且，带设计边变电所的负荷均每什么一类、二类负荷，没必要增加投资选择双母线接线。综合考虑：

方案一：35kV侧采用单母线接线，10kV侧采用单母线分段。 方案二：35kV侧采用单母线接线，10kV侧采用双母线接线。

通过比较可以得知还是选方案一比较合适，即35kV侧采用单母线接线，10kV侧采用单母线分段。

6 短路电流计算

6.1 概述

6.1.1 产生短路的原因和短路的定义

产生短路的主要原因是电器设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因设备过电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路倒杆也能造成短路事故。所谓短路时指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。

6.1.2 短路的种类

三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路、和两相接地短路。三相短路时对称短路，此时三相电流和电压同正常情况一样，即仍然是对称的。只是线路中电流增大、电压降低而已。除了三相短路之外，其它类型的短路皆系不对称短路，此时三相所处的情况不同，各相电流、电压数值不等，其间相角也不同。

运行经验表明：在中性点直接接地的系统中，最常见的短路是单相短路，约占短路故障的65~70%，两相短路约占10~15%，两相接地短路约占10~20%，三相短路约占5%

第 18 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

6.1.3 短路电流计算的目的

1电气主接线比选；2选择导体和电器；3确定中性点接地方式；4计算软导体的短路摇摆；5确定分裂导线间隔棒的间距；6验算接地装置的接触电压和跨步电压；7选择继电保护装置和进行整定计算。 6.2 短路电流计算的方法和条件

6.2.1 短路电流计算方法

电力系统供电的工业企业内部发生短路时，由于工业企业内所装置的元件，其容量比较小，而其阻抗较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路情况时，系统母线上的电压变动很小，可以认为电压维持不变，即系统容量为无穷大。所谓无限容量系统是指容量为无限大的电力系统，在该系统中，当发生短路时，母线电业维持不变，短路电流的周期分量不衰减。当然，容量所以们

在这里进行短路电流计算方法，以无穷大容量电力系统供电作为前提计算的，其步骤如下：

1对各等值网络进行化简，求出计算电抗； 2求出短路电流的标么值； 3归算到各电压等级求出有名值。 6.2.2 短路电流计算条件

1短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则： （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）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间位置相差120度电气角度；

（4）电力系统中的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；

（5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，

第 19 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

50%负荷接在系统侧；

（6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）； （7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间； （8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

（9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的都略去不计；

（10）元件的计算参数均取为额定值，不考虑参数的误差和调整范围； （11）输电线路的电容略去不计；

（12）用概率统计法制定短路电流运算曲线。 2接线方式

计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方 式，而不能用仅在切换过程中可能并联运行的接线方式。

3计算容量

应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。 4短路点的种类

一般按三相短路计算，若发电机的两相短路时，中性点有接地系统的以及自耦变压器的回路中发生单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的时候进行计算。

5短路点位置的选择

短路电流的计算，为选择电气设备提供依据，使所选的电气设备能在各种情况下正常运行，因此短路点的选择应考虑到电器可能通过的最大短路电流。为了保证选择的合理性和经济性，不考虑极其稀有的运行方式。取最严重的短路情况分别在10kV侧的母线和35kV侧的母线上发生短路情况（点a和点b发生短路）。则选择这两处做短路计算。

第 20 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

b a 图6.1 短路点选择图

6.3 短路电流的计算

6.3.1 10kV侧短路电流的计算

图中a点短路，由于A,B系统短路容量都很大，可以近似都看作为无穷大系统电源系统。

取Sj=100MW，Uj1=37kV，Uj2=10.5kV。由公式

I=

求的Ij1=1.56kA，Ij2=5.50kA。 线路等效图如下图所示：

S3U （6-1）

第 21 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

E1 E2X1X2XTXTa 图6.2 10kV侧短路等效图

线路1 XLL1SB1=

XU2 B=0.4*5*100/372=0.1461

线路2 X2=

XLL2SBU2 B=0.4*20*100/372=0.5844

变压器 XSBT=

UK%100S 变=0.075*100/7.5=1

取E1=E2=1 简化后等效电路图如下图所示：

E1X12½ XTa

图6.3 10kV侧短路等效简化图 X12=X1//X2=0.1461//0.5844=0.1169

X=X

12+0.5*XT=0.1169+0.5*1=0.6169

三相短路电流周期分量有效值

I(3)K1=

Ij2X=5.50/0.6169=8.9155kA

（6-4）

第 22 页 共 52 页

6-2）6-3）

（ （

35kV变电所电气部分设计

三相短路冲击电流最大值 ish=2.55* （6-5）

短路冲击电流有效值

Ish=1.51* I(K3)=1.51*8.9155=13.4625kA

I

(3)K1 =2.55*8.9155=22.7346kA

1（6-6）

三相短路容量

SK=3U(3)av IK1 =1.732*10.5*8.9155=162.1429MVA 6.3.2 35kV侧短路电流的计算

等效电路图如下图所示：

E1X12b图6.4 35kV侧短路等效简化图

X=X

12=0.1169

三相短路电流周期分量有效值

I(3)j1K=

I2X=1.56/0.1169=13.3447kA

三相短路冲击电流最大值

ish=2.55* I(3)K=2.55*13.3447=34.0291kA

2短路冲击电流有效值

Ish=1.51* I(3)K=1.51*13.3447=20.1506kA

2三相短路容量

S)K=3*Uav I(3K=1.732*37*13.3447=855.1843MVA

2第 23 页 共 52 页

6-7） （

35kV变电所电气部分设计

6.3.3 三相短路电流计算结果表

表6.1 三相短路电流计算结果表 短路点编号 短路点额定电压 UN/kV a b 10 35 平均工作电压 短路电流周期分量有效值 I/kA 短路点冲击电流 有效值 最大值 Ish/kA ish/kA 短路容量 SK/MVA Uav/kV I(K3)/kA 10.5 37 162.1429 855.18413.3447 13.3447 20.1506 34.0291 3 8.9155 8.9155 13.4625 22.7346 7 电气设备的选择

7.1 电气设备选择的一般条件

7.1.1 电气设备选择的一般原则

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； 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 与整个工程的建设标准应协调一致； 5 同类设备应尽量减少品种；

6 选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。

7.1.2 电气设备选择的技术条件

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。

1长期工作条件 （1）电压

第 24 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug，即 UmaxUg （2）电流

选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即IeIg

由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。

（3）机械荷载

所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。 2短路稳定条件 （1）校验的一般原则

① 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，应按严重情况校验。

② 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。 （2）短路的热稳定条件

It2tQk (7-1) 式中 Qk—在计算时间ts秒内，短路电流的热效应（kA2*S）；

It—t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）； t—设备允许通过的热稳定电流时间（s）。

（3）短路的动稳定条件

ishidf （7-2） IshIdf （7-3） 式中ish—短路冲击电流峰值（kA）； Ish—短路全电流有效值（kA）；

idf—电器允许的极限通过电流峰值（kA）；

第 25 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

Idf—电器允许的极限通过电流有效值（kA）。

3绝缘水平

在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。

表7.1 选择高压电器应校验的项目表 电压       电流       断流容量     短路电流校验 动稳定     热稳定      项目 断路器 负荷开关 隔离开关 熔断器 电抗器 电流互感器 电压互感器 支柱绝缘子 母线 消弧线圈 避雷器              表中为应进行校验的项目

7.1.3 环境条件

按《交流高压电器在长期工作时的发热》（GB763-74）的规定，普通高压电器在

第 26 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

环境最高温度为+40C时，允许按额定电流长期工作。当电器安装点的环境温度高于+40C（但不高于+60C）时，每增高1C，建议额定电流减少1.8%；当低于+40C时，每降低1C，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。普通高压电器一般可在环境最低温度为-30C时正常运行。在高寒地区，应选择能适应环境温度为-40C的高寒电器。在年最高温度超过40C，而长期处于低湿度的干热地区，应选用型号带“TA”字样的干热带型产品。

本次设计的变电所所在地区最高气温max41C；最低气温min12C；年平均气温avy16.4C；最热月平均最高温度avm26C。对于屋外安装场所的电器最高温度选择年最高温度，最低温度选择年最低温度，可见最高气温为+41C，由规定知在选择电器设备时额定电流应减少1.8%，最低温度为-12C，电器设备可正常运行。

7.2 断路器隔离开关的选择

7.2.1 35kV侧进线断路器、隔离开关的选择 流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流

Imax(2SN)/3UN =27500/(335)247.44A （7-4） 额定电压选择 UNUg35kV 额定电流选择 INImax247.44A

(3)13.3447KA 开断电流选择 INbrIK本设计中35kV侧采用SF6断路器，因为与传统的断路器相比，SF6断路器采用SF6

气体作为绝缘和灭弧介质，这种断路器具有断口耐压高，允许的开断次数多，检修时间长，开断电流大，灭弧时间短，操作时噪声小，寿命长等优点。因此可选用LW8—35A型户外高压SF6断路器。

选用的断路器额定电压为35kV，最高工作电压为40.5kV，系统电压35kV满足要求。

选用的断路器额定电流1600A，去除1.8%的温度影响为1571A，大于最大持续工作电流，满足要求。

选用的断路器额定短路开断电流31.5kA，大于短路电流周期分量有效值13.3447kA，满足要求。

第 27 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

动稳定校验。ish =34.0291kA热稳定校验。由《电力工程电气设计手册电气一次部分》表6—5知，选用高速断路器，取继电保护装置保护动作时间0.6S，断路器分匝时间0.03S，则校验热效应计算时间为

0.63S（后面热稳定校验时间一样）。因此

2t=13.344720.63=112.19[（kA）2S]。电气设备It2t=31.524=3969[（kA）2S]。Qk=I满足要求。

表7.2 LW8—35A具体参数比较表

计算数据 LW8—35A 35kV 247.44A 13.3447kA 34.0291kA 112.19[（kA）2S] UN IN INbr Ug Imax 35kV 1600A 31.5kA 80kA 3969[（kA）2S] I(3k) ish Qk idf It2t

隔离开关选择GW14—35/630型号隔离开关

选用的隔离开关额定电压为35kV，系统电压35kV满足要求。

选用的断路器额定电流630A，去除1.8%的温度影响为618.7A，大于最大持续工作电流，满足要求。

动稳定校验ish=34.0291kA热稳定校验Qk=112.19[（kA）2S]，设备It2t=1624=1024[（kA）2S]，满足要求。

表7.3 GW14—35/630具体参数比较表

计算数据 GW14—35/630 35kV 247.44A 34.0291kA 112.19[（kA）2S] UN IN Ug Imax 35kV 630A 40kA 1024[（kA）2S] ish Qk idf It2t 第 28 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

7.2.2 35kV主变压器侧断路器、隔离开关的选择 流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流

/335） Imax(1.05SN)/3UN =1.057500（=129.90A （7-5）

额定电压选择 UNUg35kV 额定电流选择 INImax129.90A

(3)13.3447kA 开断电流选择 INbrIK 由上面表格知LW8—35A型断路器和GW14—35/630型隔离开关同样满足主变侧断路器和隔离开关的要求，动、热稳定校验也一样，所以选择同样的型号。这也满足了选择设备同类设备应尽量较少品种的原则。

7.2.3 10kV侧断路器、隔离开关的选择 流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流

/310）=866.03A Imax(2SN)/3UN=27500（额定电压选择 UNUg10kV 额定电流选择 INImax866.03A

(3)8.9155kA 开断电流选择 INbrIK 10kV侧选用真空XGN2—10开关柜中的ZN28—10型真空断路器

选用的断路器额定电压为10kV，最高电压11.5kV，系统电压10kV满足要求。 选用的断路器额定电流1600A，去除1.8%的温度影响为1571A，大于最大持续工作电流，满足要求。

选用的断路器额定短路开断电流20kA，大于短路电流周期分量有效值8.9155kA，满足要求。

动稳定校验。ish =22.7346kA2t=8.915520.63=50.08[（kA）2S]。电气设备热稳定校验。Qk=I22

It2t=204=1600[（kA）S]。满足要求。

表7.4 ZN28—10具体参数比较表

计算数据 ZN28—10 第 29 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

Ug Imax 10kV 866.03A 8.9155kA 22.7346kA 50.08[（kA）2S] UN IN INbr 10kV 1600A 20kA 50kA 1600[（kA）2S] I(3k) ish Qk idf It2t

隔离开关选择GN25—10型隔离开关

选用的隔离开关额定电压10kV，最高工作电压11.5kV系统电压10kV，满足要求。

选用的隔离开关额定电流2000A，去除1.8%的温度影响为1964A，大于最大持续工作电流，满足要求。

动稳定校验。ish =22.7346kA2t=8.915520.63=50.08[（kA）2S]。电气设备热稳定校验。Qk=I22

It2t=404=6400[（kA）S]。满足要求。

表7.5 GN25—10具体参数比较表

计算数据 GN25—10 10kV 866.03A 22.7346kA 50.08[（kA）2Ug Imax UN IN 10kV 2000A 100kA 26400[（kA）S] ish Qk idf It2t S] 7.2.4 选择的断路器、隔离开关型号表

表7.6 断路器-隔离开关选择一览表 35kV进线侧 35kV主变侧 10kV侧 断路器 LW8—35A LW8—35A ZN28—10 隔离开关 GW14—35/630 GW14—35/630 GN25—10 第 30 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

7.3 母线的选择及校验

7.3.1 母线导体选择的一般要求 1一般要求

裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择或校验： （1）工作电流； （2）经济电流密度； （3）电晕；

（4）动稳定或机械强度； （5）热稳定。

裸导体尚应按下列使用环境条件校验：

（1）环境温度；（2）日照；（3）风速；（4）海拔高度。 2按回路持续工作电流

IxuIg

Ig—导体回路持续工作电流，单位为A；

Ixu—相应于导体在某一运行温度、环境条件及安装方式下长期允许的载流量，

单位为A。

3按经济电流密度选择

一般母线较长，负荷较大，在综合考虑减少母线的电能损耗。减少投资和节约有色金属的情况下，应以经济电流密度选择母线截面。可按下式计算，即 Sj其中Sj—经济截面，单位为mm2； Ip—回路持续工作电流，单位为A；

j—经济电流密度，单位为A/ mm2。

Ipj （7-6）

7.3.2 35kV母线的选择 35kV的长期工作持续电流

第 31 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

Imax(2SN)/3UN=27500/(335)247.44A

35kV主母线一般选用矩形的硬母线，选择LMY—1006立放矩形铝母线+400C时长期允许电流为1155A，母线平放时乘以0.95，则允许电流为1097A，满足35kV主母线持续电流247.44A的要求。

主母线动稳定校验

35kV母线固定间距取l=2 000mm，相间距取a=300mm，母线短路冲击电流

ish=34.0291kA，计算母线受到的电动力，即

2l F1.76ish102 （7-7）a20001.7634.02912102=135.87kgf

3001332.88N（1kgf=9.81N）

计算母线受的弯曲力矩，

Fl135.87200 2717.4kgf•cm （7-8）

1010

M母线水平放置，截面为1006mm2，则b=6mm，h=100mm，计算截面系数，即 W0.167bh2 （7-9）

0.1670.610210.02

计算母线最大应力，即 M2717.4（7-10） 271.20kgf/cm

W10.02 271.209.81104Pa2660.4104Pa

小于规定的铝母线极限应力6860104，满足动稳定要求。 热稳定要求最小截面

SminICta103

（7-11） 13.34470.210368.60mm2 87

选择LMY—1006矩形母线截面大于热稳定要求最小截面68.60mm2，故满足要

第 32 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

求。

在选择35kV主变进线时往往选用钢芯铝绞线，选择LGJ—150/20型钢芯铝绞线，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。环境温度为+400C时，长期允许载流量计算，即

I0.81Ixu0.81469379.89A（0.81为温度修正系数）

由最大负荷利用小时数为T=4800H，查曲线得j=1.11A/mm2。经济截面

SjIjj129.90117.03mm2，经济输送电流IjjSj1.11150166.5A,经济输1.11送容量S3UNIj335166.510.09MVA，都大于35kV主变的持续工作电流和容量。满足经济运行的要求。

7.3.3 10kV母线的选择 10kV母线长期工作电流

/310）=866.03A Imax(2SN)/3UN=27500（选用LMY—12010型立放矩形铝母线，，长期允许电流为1680A,母线平放乘以0.95,则允许电流为1596A，满足要求。

同35kV母线动稳定校验最后494.78104，小于规定的铝母线极限应力6860104，故满足动稳定要求。

热稳定要求最小截面Smin45.83mm2，选择的LMY—12010型矩形母线截面大于热稳定最小截面要求45.83mm2，故满足要求

7.3.4 母线选择结果

表7.7 母线选择结果 35kV母线 35主变进线 10kV母线 LMY—1006 LGJ—150/20 LMY—12010 第 33 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

7.4 互感器的选择

7.4.1 电流互感器的选择 1电流互感器选择的原则

电流互感器的选择应满足变电所中电气设备的继电保护、自动装置、测量仪表及电能计量的要求。

选择的电流互感器一次回路允许最高工作电压Umax应大于或等于该回路的最高运行电压，即

UmaxUg

式中Umax—电流互感器最高电压，单位为kV； Ug—回路工作电压，即系统标称电压，单位kV。

电流互感器的一次额定电流有：5、10、15、20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000、12000、15000、2000、3000、4000、5000、6000、8000、10000、15000、20000、25000A。其一次侧额定电流应尽量选择得比回路正常工作电流大1/3以上，以保证测量仪表的最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。二次额定电流有5A和1A两种，强电系统一般选5A，弱电系统一般选用1A。

电流互感器动稳定可按来下式校验

imaxish

式中imax—为电流互感器允许通过的最大动稳定电流，单位kA；

ish —系统短路冲击电流，单位kA 。

电流互感器短时热稳定应大于或等于系统短路时的短时热稳定电流。 2 35kV侧电流互感器的选择

35kV 级电流互感器分为户外型和户内型两类。户外电流互感器，一般选用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用LB系列、LABN系列。选用LCZ—35(Q)型浇注绝缘加强型电流互感器，作为保护、测量、计算之用。

电流互感器额定电压为42kV，大于系统标称电压35kV。 额定二次电流5A.

主变进线电流为129.90A，额定一次电流选用600A，大于主变电流。 选用LCZ—35（Q）型电流互感器，0.2级25VA为计量，0.5级40VA为测量，10P15

第 34 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

级50VA为保护。

动稳定校验，电流互感器动稳定电流为120kA,大于短路冲击电流34.0291kA,满足要求。

2t=13.344720.63=112.19[（kA）2S]。热稳定校验，电流互感器的热稳定，Qk=I电气设备It2t=48212304 [（kA）2S]。满足要求。

3 10kV侧电流互感器的选择

10kV进线选用LQZBJ—10型电流互感器。额定电压10kV，最高工作电压11.5kV，大于系统标称电压10kV，额定电流1500A ，大于10kV侧负荷电流866.03A，满足要求。额定二次电流为5A。电流互感器额定动稳定电流140kA，大于10kV侧三相短路

2t=8.915520.63=50.08[（kA）2S]。电气设冲击电流22.7346kA。热稳定校验Qk=I备It2t=63213969 [（kA）2S]，满足要求。故选择的电流互感器满足要求。

7.4.2 电压互感器的选择 1电压互感器选择的原则

电压互感器正常工作条件时，按一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级、机械荷载条件选择。

10kV配电装置一般采用油浸绝缘结构；在高压开关柜中，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压时，一般采用三相五柱电压互感器。

35—110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。目前采用电容式电压互感器，实现无油化运行，减少电磁谐振。

表7.8 电压互感器额定电压选择表

型式 一次电压/V 接于一次线电压上（如V/V接法） 单相 二次电压/V UL 第三绕组电压/V 100 — 中性点非直接接接于一次相电压上 UL/3 地系统100/3，100/3 100/3 中性点直接接地第 35 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

系统100 三相 UL 100 100/3 电压互感器的容量为二次绕组允许接入的负荷功率，以VA表示每一个给定容量和一定的准确级相对应。

电压互感器还有许多种接线方式，这里就不一一介绍了，等后面用到时会介绍一部分

2 35kV侧电压互感器的选择

选择JDZXF9—35型电压互感器，该系列电压互感器为全封闭环氧树脂浇注绝缘结构。额定电压35/3/0.1/3/0.1/3/0.1/3，额定负载100VA/150VA/300VA，准确级0.2/0.5/6P，适于在额定频率为50HZ、额定电压35kV的户内电力系统中，做电压、电能测量及继电保护用。

3 10kV侧电压互感器

选择JDZF11—12型电压比10/0.1/0.1kV，0.5级；该系列电压器为全封闭环氧树脂浇注绝缘结构，体积小、质量轻、局部放电量小，适用于额定频率50HZ，额定电压3、6、12kV，供中性点非有效接地的户内电力系统做电压、电能测量机继电保护用。

7.5 熔断器的选择

7.5.1 熔断器概述

熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。熔断器的主要元件是一种易于熔断的熔断体，简称熔体，当通过熔体的电流达到或超过一定值时，由于熔体本身产生的热量，使其温度升高，达到金属的熔点时，熔断切除电源，因而完成过载电流或短路电流的保护。

按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌开式、屋内式。 对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压，额定电流必须大于回路的最大工作持续电流，开断电流必须大于或等于短路冲击电流。在本站中，熔断器只用于保护电压互感器 ，其只需按额定电压及断流容量（S＝3UInbr）两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。

N第 36 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

7.5.2 35kV侧熔断器的选择

选择RW5—35/600型跌开式熔断器，额定电压35kV，满足要求，断流容量600MVA，，需加一定得限流电阻方满足要求。最大开断电流100kA，大于短路冲击电流34.0291kA，满足校验。

7.5.3 10kV侧熔断器的选择

选择RN2—10/0.5型户内熔断器，额定电压10kV，满足要求，断流容量1000MVA，，大于短路容量162.1429MVA，满足要求。最大开断电流50kA，大于短路冲击电流22.7346kA，满足校验。

7.6 配电装置的选择

7.6.1 配电装置概述

配电装置是变电所的重要组成部分，配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建成的总体装置。其作用是正常运行情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维持系统正常运行。为此，配电装置应满足下述基本要求。

1 保证运行可靠；2 便于操作、巡视和检修；3 保证工作人员的安全；4 力求提高经济性；5 具有扩建的可能。

配电装置按电气设备的装设地点不同，可以分为屋内和屋外配电装置；按其组装方式，又可分为装配式和成套式。

7.6.2 35kV屋外配电装置

本设计的35kV配电装置采用户外半高型布置，变压器户外布置。

屋外配电装置将所有电气设备和母线都装设在露天的基础、支架或构架上。屋外配电装置的结构形式，除与电气主接线、电压等级和电气设备类型有密切关系外，还与地形地势有关。根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可分为中型配

第 37 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

电装置、高型配电装置和半高型配电装置。

半高型配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置，其占地面积比普通中型较少30%。半高型配电装置介于高型和中型之间，具有两者的优点，除母线隔离开关外，其余部分与中型布置基本相同，运行维护仍较方便。

7.6.3 10kV高压开关柜

本设计10kV侧采用高压开关柜的配电装置。

按照电气主接线的标准配置或用户的具体要求，将同一功能回路的开关电器、测量仪表、保护电器和辅助设备都组装在全封闭或半封闭的金属壳（柜）体内，形成标准模块，由制造厂按主接线成套供应，各模块现场装配而成的配电装置称为成套配电装置。

成套配电装置分为低压配电屏（或开关柜）、高压开关柜和SF6全封闭组合电器三类。

选用XGN2—10型固定式开关柜，该型开关柜用于3kV、6kV、10kV三相交流50Hz系统中作为接受和分配电能之用，特别适用于频繁操作的场合。开关柜符合国家标准GB 3906—1991《3—35kV交流金属封闭式开关设备》及国际电工委员会标准IEC 298的要求，并且有“五防”闭锁功能—防止误分、误合断路器，防止带负荷分、合隔离开关，防止带电挂地线，防止带地线合闸、防止误入带电间隔。

表7.9 XGN2—10型固定式开关柜的技术参数 XGN2—10 额定电压 最高工作电压 额定电流 额定开断电流 额定动稳定10kV 11.5kV 2000—3150A 40kA 100kA 电压 10kV 系统 长期工作电流 短路电流周期分量 短路冲击电流866.03A 8.9155kA 22.7346kA 第 38 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

电流 额定热稳定电流 热稳定时间 操作方式

40kA 4S 电磁式、弹簧储能式 最大值 50.08[（kA）2热稳定 S] — — 8 继电保护的设置

8.1 电力变压器保护

8.1.1 电力变压器保护概述

在电力系统中广泛地用变压器来升高或降低电压。变压器是电力系统中不可缺少的重要电气设备。

变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。邮箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路以及接地短路。邮箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。对于变压器发生的各种故障，保护装置应能尽快地将变压器切除。实践表明，变压器套管和引出线的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障形式；而变压器邮箱内发生相间短路的情况比较少。 电流纵差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛地用作变压器的主保护。

8.1.2 电力变压器纵差保护接线

对于三相变压器，且采用Y，d11的接线方式，由于Y侧采用了两相电流差，该侧流入差动继电器的电流增加了3倍。为了保证正常运行及外部故障情况下差动回路没有电流，该侧电流互感器的变比也要增加3倍，即两侧电流互感器变比的选择

第 39 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

应该满足

nTA2nT （8-1） nTA13变压器两侧电流互感器采取不同的接线方式，Y侧采用Y，d11接线方式，将两相电流差接入差动继电器内，d侧采用Y，d12的接线方式，将各相电流直接接入差动继电器内。对于数字式差动保护，一般将Y侧的三相电流直接接入保护装置内，由计算机的软件实现功能，以简化接线。

8.1.3 纵差动保护的整定计算

1躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为

IsetKrelIunb.max （8-2）

式中 Krel—可靠系数，取1.3；

Iunb.max—外部短路故障时的最大不平衡电流。

Iunb.max(fzaU0.1KnpKst)Ik.max （8-3）

fza|1nTA1nT/3nTA2|是由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差。nTA1=600/5,nT=35/10.5,nTA2=1500/5，带入求得fza0.23。

由于本设计没有分接头，所以取0。 U—有变压器分接头改变引起的相对误差，

Knp—非周期分量系数，取1.5。

Kst—电流互感器同型系数，取1。

0.1—电流互感器容许的最大稳态相对误差。

Ik,max为外部短路故障时最大短路电流，前面计算得13.4625kA。

最终求得Iunb.max5115.8A，则Iset6650.5A，折算到二次侧

Iset6650.55/150022.2A

2躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为

IsetKrelKIN （8-4） 式中 Krel—可靠系数，取1.3； K—励磁涌流的最大倍数，取6；

IN—变压器额定电流，取10kV侧为412.39A。

求得Iset=3216.7A，折算到二次侧为10.72A。

3躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流，整定式为

第 40 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

IsetKrelI1.max （8-5）

式中 Krel—可靠系数，取1.3；

I1.max—变压器的最大负荷电流。取10kV侧的866.03A。

求得Iset=1125.8A，折算到二次侧为3.75A 取最大值整定值为Iset=33.2A 灵敏系数KsenIk.min28915.5/1500/51.81.5 （8-6） Iset33.28.1.4 变压器瓦斯保护

电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器邮箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。

瓦斯保护的主要元件时气体继电器，它安装在邮箱和油枕之间的连接管道上。变压器发生轻微故障时，邮箱内产生的气体较少且速度慢，由于油枕处在邮箱的上方，气体沿管道上升，使气体继电器内的油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，发出警告信号。发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从邮箱经过管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到的油速达到动作门槛时，重瓦斯保护，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器，以防事故扩大。

8.1.5 过电流保护

变压器的主保护通常采用差动保护和瓦斯保护。除了主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护。后备保护的作用是为了防止由外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（母线或线路）保护的后备以及在可能的条件下作为变压器内部故障时主保护的后备。变压器的相间短路后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等，也有采用阻抗保护作为后备保护的情况。

对于过电流保护，保护动作后，跳开变压器两侧的断路器。保护的启动电流按

第 41 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即 Iset式中 Krel—可靠系数，取1.3； Kre—返回系数，取0.85；

IL.max—变压器可能出现的最大负荷电流，取2412.39=824.79A。 带入的Iset1261.4A,折算到二次侧为4.2A。 8.2 母线保护

发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。

母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障。母线短路故障类型的比例与输电线路不同。在输电线路的短路故障中，单相接地故障约占故障总数的80%以上。而在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。

一般来说，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。如利用变压器过流保护使变压器断路器跳闸予以切除。

Krel（8-7） IL.max

Kre9 变电所的防雷保护

9.1 变电所防雷概述

雷电引起的大气过电压将会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所和高压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。运行经验表明，当前变电所中采用的防雷保护措施是可靠的，但是雷电参数和电器设备的冲击放电特性具有统计性，故防雷措施也是相对的，而不是绝对的。

第 42 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

变电所的雷电危害主要来自两个方面：一个是直接雷击变电所的建筑物、构筑物或装设在露天的设备，强大的雷电冲击电流通过被击物泄放入地时，引起机械力破坏和热破坏；另外一个是雷电感应产生的高电压波沿输电线路侵入变电所内，使主要电气设备对地绝缘击穿或烧毁。所以对于直接雷击破坏，变电所一般采用安装避雷针或者避雷线保护，对于沿线路侵入变电所的雷电侵入波的防护，主要靠在变电所内合理地配置避雷器。 9.2 避雷针的选择

防直击雷最常用的措施是装设避雷针，它是由金属制成，比被保护设备高并具有良好的接地装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备、建筑免受雷击。

避雷针的设计一般有以下几种类型：

1单支避雷针的保护；2两针避雷针的保护；3多支避雷针的保护。 本次设计采用单支避雷针进行防直击雷的保护。

避雷针的保护范围是指被保护物在此空间范围内不致遭受雷击而言。单支避雷针的保护范围是一个旋转的圆锥体。避雷针的保护半径rx可按下式计算，即

rx(hhx)p ，当hx0.5h时； （9-1） rx(1.5h2hx)p，当hx0.5h时。 （9-2） 式中 h—避雷针高度，单位m； hx—被保护物的高度，单位m；

p—高度影响因数，当h30m时，p=1；当h30m时，p5.5h。

这次选择在距变电所外10m的地方装设单支避雷针，安装在进线终端塔顶，塔顶高度为21m，针高12m，取33m作为计算高度。

表9.1 避雷针保护范围计算表

h（m） 针号 避雷针高度 33 p hx（m） rx(m) 高度影响因被保护物高数 0.96 度 17.0 保护半径 15.36 保护范围 #1 #1 第 43 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

#1 #1 9.3 避雷器的选择

33 33 0.96 0.96 8.0 4.0 32.16 39.84 #1 #1 目前在新建或技术改造的变电所中，一般都选用氧化锌避雷器，作为电力变压器等电气设备的大气过电压、操作过电压及事故过电压的保护设备。氧化锌避雷器与阀型避雷器相比，具有残压低、无续流、通流容量大、性能稳定和动作迅速等优点。

1 35kV侧避雷器的选择

（1）按额定电压选择 35kV系统最高电压40.5kV，相对地电压为40.5/3=23.4kV，避雷器相对地电压为1.25U=1.2540.5=50.6kV，取避雷器额定电压为53kV。

（2）按持续运行电压选择 35kV系统相电压23.4kV,选择氧化锌避雷器持续运行电压40.5kV，此值大于23.4kV。

（3）标称放电电流的选择 35kV氧化锌避雷器标称放电电流选择5A。 （4）雷电冲击残压的选择 35kV额定雷电冲击外绝缘峰值耐受电压为185kV，内绝缘耐受电压为200kV，计算避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为 UbleBIL200143KV （9-3） Kc1.4 选择氧化锌避雷器雷电冲击电流下残压（峰值）为134kV。

（5）校核陡坡冲击电流下的残压 35kV变压器类设备的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为220kV，计算陡坡冲击电流下的残压为 U'bleBIL'220 157KV （9-4）

Kc1.4 选择陡坡冲击电流下残压（峰值）为154kV。

（6）操作冲击电流下的残压 35kV变压器线端操作波试验电压为170kV，计算变压器35kV侧操作冲击电流下的残压为 UsSIL170148KV （9-5） Kc1.15第 44 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

选择操作冲击电流下峰值残压为114kV。

（7）根据上述计算和校核，选择Y5WZ—53/134型氧化锌避雷器能满足35kV侧变压器的过电压保护要求。 2 10kV侧避雷器的选择

具体计算过程与上类似，选用Y5WS5—17/50L型氧化锌避雷器。

表9.2 Y5WS5—17/50L型氧化锌避雷器计算结果表 计算结果 额定电压（kV） 持续运行电压（kV） 雷电冲击残压Uble（kV） '陡坡冲击残压UbleY5WS5—17/50L 额定电压(kV) 持续运行电压（kV） 雷电冲击电流下残压峰值（kV） 陡坡冲击电流下残压峰值（kV） 操作冲击电流下残压峰值(kV) 17 8.6 1.3811.5=15.87 11.5/3=6.6 53 50 （kV） 操作冲击残压Us（kV） 60.7 57.5 52.17 42.5 10kV氧化锌避雷器标称放电电流为5kA

第 45 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

结论

这次我选择的毕业设计题目是变电所的设计，对于这样的题目其实并不陌生，上学期期末的电气工程课程设计中的一个题目便是类似的发电厂设计。大三下学期学习了“电力系统分析”这门电力方向的专业基础课，虽说有点难学，尤其是暂态部分，但经过老师的辛勤教导，上学期和自身的努力，总算是大概学懂了。上学期又学习了两门专业课“发电厂电气部分”和“电力系统继电保护”。学习了这三门课，为这学期的毕业设计打下了理论基础。

经过三个多月的努力，我终于完成了这个题目。在此过程中，我从对变电站的生疏，到了解，再到深入研究，最终完成了对35kV变电所电气部分的设计。其中包括了电气一次部分主接线的设计和各种电气设备的选择，也有二次继电保护方面的简单介绍，最后加上了一些防雷措施。本次设计基本是按照变电所设计基本步骤做下来的，因此也能达到一般变电所的性能要求。其中还对新设备进行了选择，适应于目前的趋势。

总之，我觉得我的毕业设计做的还是比较成功的，因为我有不小的收获。就快要毕业了，也为我的大学画上一个完美的句号。

第 46 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

致谢

经过三个多月的时间，我顺利的完成了这次毕业设计。从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，也基本上达到了老师的要求。这段时间我翻阅了许多的书籍，从对变电站的生疏，到了解，再到深入研究，第一次完成了一件实际应用的设计。不过由于本人经历、阅历、实际操作能力有限。难免存在一些不近人意的地方，请各位老师指点。

通过本次设计，不仅丰富了我的专业知识，还让我深深体会到了认识事物的过程。从拿到题目，再查阅资料，对题目进行设计、论证、修改到设计的完成。体现了理论联系实际的重要性。更重要的是这次设计让我学会了让自己独立完成一件事情，为将来参加工作做好基础。本设计的顺利完成，自己付出了许多劳动，但与齐老师的细心指教是分不开的。在过程中体现出齐老师的渊博专业知识，更体现出了齐老师的宽厚待人的品质。我在设计过程中不但学会了勤奋求实的工作精神，更懂得了待人的品质。这一切将在我以后的工作生涯中起着重要的作用。借此机会，向帮助过我的老师，特别是齐老师，表示衷心的谢意！

在此过程中，我还要特别感谢给予我帮助的同学、朋友们，是在他们的鼓励、支持下我才会有今天的成绩。

第 47 页 共 52 页

35kV变电所电气部分设计

参考文献

1 张保会，尹项根.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社，2005 2 刘涤尘.电力工程基础.武汉：武汉理工大学出版社，2003.6

3 沈培坤，刘顺喜.防雷与接地装置.北京：化学工业出版社，2005.12 4 丁毓山.变电所设计(10~220kV).沈阳：辽宁科学技术出版社，1993

5 周裕厚.变配电所常见故障处理及新设备应用.北京：中国物质出版社，2002.5 6 弋东方.电力工程电气设计手册 电气一次部分.北京：水利电力出版社，1989 7 安徽省电力公司.35kV箱式变电站模式设计.北京：中国电力出版社，2003 8 熊信银.发电厂电气部分（第三版）.北京：中国电力出版社，2004.9 9 李光琦.电力系统暂态分析（第三版）.北京：中国电力出版社，2007.1 10 周裕厚.变配电所常见故障处理及新设备应用.北京：中国物质出版社，2002.5 11 狄富清.变电设备合理选择与运行检修.北京：机械工业出版社.2006.1 12 狄富清.城乡电网配电装置.北京：中国电力出版社.2001

13 焦留成,芮静康. 实用供配电技术手册[M].北京：机械工业出版社，2001 14 王子午，徐泽植. 高压电器[M].北京：煤炭工业出版社，1998

15 王永磁， 谭魁递.变电所所址选择与总布置[M].北京：水利电力出版社, 1980

第 48 页 共 52 页