35kV变电所电气部分设计1

毕业综合实践调查

报告（论文）

题 目 某企业35kv变电所电气部分的设计 学生姓名 学 号 专 业 高压输配电线路施工运行与维护 班 级 指导教师 评阅教师

完成日期 2015年 月 日

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目 录

摘 要 ................................................................ 4 前 言 ................................................................ 4 1 原始资料 .......................................................... 5

1.1 电力系统接线图 ................................................. 5

1.2 系统情况 ....................................................... 5 1.3 10kV负荷情况 .................................................. 5 1.4 本地区气象条件 ................................................. 6

2 负荷统计和无功补偿的计算 ....................................... 6

2.1 负荷分析 ....................................................... 6 2.2 负荷计算 ....................................................... 7 2.3 无功补偿 ....................................................... 7 2.3.1 无功补偿概述 ............................................. 7

2.3.2 无功补偿的计算 ........................................... 8 2.3.3 无功补偿装置 ............................................. 8

3 主变压器的选择 .................................................. 8

3.1 规程中的有关变电所主变压器选择的规定 ........................... 8 3.2 主变台数的确定 ................................................. 9 3.3 主变容量的确定 ................................................. 9 4.4 主变形式的选择 ................................................ 10 4 电气主接线设计 ................................................. 10

4.1 电气主接线概述 ................................................ 10 4.2 主接线的设计原则 .............................................. 11 4.3 主接线设计的基本要求 .......................................... 11 4.4 主接线设计 .................................................... 11 4.4.1主接线方案的比较选择 .................................... 11 5 短路电流计算 .................................................... 13

5.1 概述 .......................................................... 13

5.1.1 产生短路的原因和短路的定义 .............................. 13

5.1.2 短路的种类 .............................................. 13 5.1.3 短路电流计算的目的 ...................................... 13 5.2 短路电流的计算 ................................................ 13

5.2.1 10kV侧短路电流的计算 .................................... 13 5.2.2 35kV侧短路电流的计算 .................................... 15 5.2.3 三相短路电流计算结果表 .................................. 15

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6 电气设备的选择 ................................................. 16

6.1 电气设备选择的一般条件 ........................................ 16

6.1.1 电气设备选择的一般原则 .................................. 16 6.1.2 电气设备选择的技术条件 .................................. 16 6.1.3 环境条件 ................................................ 18 6.2 断路器隔离开关的选择 .......................................... 18

6.2.1 35kV侧进线断路器、隔离开关的选择 ........................ 18 6.2.2 35kV主变压器侧断路器、隔离开关的选择 .................... 20 6.2.3 10kV侧断路器、隔离开关的选择 ............................ 20 6.2.4 选择的断路器、隔离开关型号表 ............................ 21 6.3 母线的选择及校验 .............................................. 22

6.3.1 母线导体选择的一般要求 .................................. 22 6.3.2 35kV母线的选择 .......................................... 22 6.3.3 10kV母线的选择 .......................................... 24 6.3.4 母线选择结果 ............................................ 24 6.4 互感器的选择 .................................................. 24

6.4.1 电流互感器的选择 ........................................ 24 6.4.2 电压互感器的选择 ........................................ 25 6.5 熔断器的选择 .................................................. 27

6.5.1 熔断器概述 .............................................. 27 6.5.2 35kV侧熔断器的选择 ...................................... 27 6.5.3 10kV侧熔断器的选择 ...................................... 27 6.6 配电装置的选择 ................................................ 27

6.6.1 配电装置概述 ............................................ 27 6.6.2 35kV屋外配电装置 ........................................ 27 6.6.3 10kV高压开关柜 .......................................... 28

结束语 ............................................................... 29 致谢 ................................................................. 30 参考文献 ............................................................. 31

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某企业35kv变电所电气部分的设计

学 生：赵延辉 指导老师：王远瞧 （三峡电力职业学院）

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，本文详细介绍了某企业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，得到了学校王远瞧老师、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

前 言：

电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能 的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。

变电所是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。 电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是 变电站电气部分投资大小的决定性因素。

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。本文在撰写的过程中，曾得到老师和同学的支持，并提供大量的资料和有益的建议，对此表示衷心的感谢。由于我本

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人还是学生，没有接触过这方面的事，对变电站的设计还比较陌生，所以在设计中不免有很多不妥当之处，还忘老师批评指正。

1.原始资料

1.1电力系统接线图

待设计变电所进线如图1.1所示：

A变电所5km

B变电所20km待设计变电所图1.1 变电所进线示意图

1.2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。

1.3 10kV负荷情况

10kV负荷情况如表1.2所示

表1.2 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 760 500 660 1400 1600 1800 额 定 电 压 （kV） 10 10 10 10 10 10 负 荷 特 性 Cosφ 0.84 0.8 0.75 0.82 0.85 0.8 供电线路长度 (m) 180 230 100 80 120 90 5

窑尾 水泥磨 1100 1400 10 10 0.83 0.8 100 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%。

1.4 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。

2 负荷统计和无功补偿的计算

2.1 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

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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。

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。

2.2 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) （2-1）

22=6.824.112=7.98MVA 功率因数cos=0.87

2.3 无功补偿

2.3.1 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。

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

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进行无功补偿是非常有必要的。

2.3.2 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'= （2-2） S'6.822=

解得 X=0.82MVar

=0.9

6.8（4.11X）2.3.3 无功补偿装置

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。

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 主变压器的选择

3.1 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

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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。

3.2 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。

3.3 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 （3-1） (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 （3-2）

式中K0—负荷同时系数

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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。

3.4 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，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3.1 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 4电气主接线设计

4.1 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

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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。

4.2 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； 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。

4.3 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。

4.4 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。

4.4.1主接线方案的比较选择

此变电所主接线的接线有两种方案。 方案一图（如图4.1）：

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进线 进线 #1 #2#1进线#2进线 图4.1 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（如图4.2）

b a 图4.2 电器主接线方案二图

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。

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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。

5 短路电流计算

5.1 概述

5.1.1 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。

5.1.2 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%。

5.1.3 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。

5.2 短路电流的计算

5.2.1 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。

S3U （5-1）

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线路等效图如下图所示：

E1 E2X1X2XTXTa 图5.1 10kV侧短路等效图

线路1 XL1SB1=

XLU2 B=0.4*5*100/372=0.1461

线路2 XL2SB2=

XLU2 B=0.4*20*100/372=0.5844

变压器 X%SBT=

UK100S 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5.2 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

5-2）5-3）14

（ （

3) I(K=1Ij2X=5.50/0.6169=8.9155kA （5-4）

三相短路冲击电流最大值

3) ish=2.55* I(K =2.55*8.9155=22.7346kA （5-5） 1短路冲击电流有效值

Ish=1.51* I(3)K1=1.51*8.9155=13.4625kA 三相短路容量

S3U3)K=av I(K1 =1.732*10.5*8.9155=162.1429MVA 5.2.2 35kV侧短路电流的计算

等效电路图如下图所示：

E1X12b

图5.3 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)Ij1K=

2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

S3)K=3*Uav I(K=1.732*37*13.3447=855.1843MVA

2

5.2.3 三相短路电流计算结果表

表5.1 三相短路电流计算结果表

5-6） 5-7） 15

（（短路点编号 短路点额定电压 UN/kV 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 短路容量 SK/MVA 3)Uav/kV I(K/kA Ish/kA ish/kA a b 10 35 10.5 37 162.1429 855.18413.3447 13.3447 20.1506 34.0291 3 8.9155 8.9155 13.4625 22.7346 6 电气设备的选择 6.1 电气设备选择的一般条件

6.1.1 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。

6.1.2 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

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。

16

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 (6-1) 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 （6-2） IshIdf （6-3） 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）； 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6.1 选择高压电器应校验的项目表

项目 断路器 负荷开关 电压   电流   断流容量   短路电流校验 动稳定   热稳定   17

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

6.1.3 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。

6.2 断路器隔离开关的选择

6.2.1 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 （6-4） 额定电压选择 UNUg35kV 额定电流选择 INImax247.44A

(3) 开断电流选择 INbrIK13.3447KA

18

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。

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

22222Qk=It=13.34470.63=112.19[（kA）S]。电气设备It2t=31.54=3969[（kA）S]。

满足要求。

表6.2 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] Ug Imax UN IN INbr 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。

19

表6.3 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] Ug Imax ish Qk UN IN 35kV 630A 40kA 1024[（kA）2S] idf It2t 6.2.2 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

Imax(1.05SN)/3UN =1.057500=129.90A （7-5） （/335）额定电压选择 UNUg35kV 额定电流选择 INImax129.90A

(3) 开断电流选择 INbrIK13.3447kA

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。

6.2.3 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

=866.03A /310）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) 开断电流选择 INbrIK8.9155kA

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 =22.7346kA222热稳定校验。Qk=It=8.91550.63=50.08[（kA）S]。电气设备

It2t=204=1600[（kA）S]。满足要求。

2

2

20

表6.4 ZN28—10具体参数比较表

计算数据 ZN28—10 10kV 866.03A 8.9155kA 22.7346kA 50.08[（kA）2S] Ug Imax 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 =22.7346kA222热稳定校验。Qk=It=8.91550.63=50.08[（kA）S]。电气设备

It2t=404=6400[（kA）S]。满足要求。

2

2

表6.5 GN25—10具体参数比较表

计算数据 GN25—10 Ug Imax ish Qk 10kV 866.03A 22.7346kA 250.08[（kA）S] UN IN 10kV 2000A 100kA 26400[（kA）S] idf It2t 6.2.4 选择的断路器、隔离开关型号表

表6.6 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 21

6.3 母线的选择及校验

6.3.1 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 （6-6）

6.3.2 35kV母线的选择

35kV的长期工作持续电流

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。

22

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

2lF1.76ish102 （6-7） 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 （6-8） 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 （6-9）

0.1670.610210.02

计算母线最大应力，即 M2717.4271.20kgf/cm （6-10） W10.02.4104Pa 271.209.81104Pa2660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

13.34470.210368.60mm2 87 （6-11）

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

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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。

6.3.3 10kV母线的选择

10kV母线长期工作电流

=866.03A /310）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

6.3.4 母线选择结果

表6.7 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 6.4 互感器的选择

6.4.1 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、

24

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。

222热稳定校验，电流互感器的热稳定，Qk=It=13.34470.63=112.19[（kA）S]。

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

222冲击电流22.7346kA。热稳定校验Qk=It=8.91550.63=50.08[（kA）S]。电气设

备It2t=63213969 [（kA）2S]，满足要求。故选择的电流互感器满足要求。

6.4.2 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

25

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6.8 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） 二次电压/V 第三绕组电压/V UL 100 — 中性点非直接接单相 接于一次相电压上 UL/地系统100/3，100/3 100/3 中性点直接接地系统100 3 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。

26

6.5 熔断器的选择

6.5.1 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。

N6.5.2 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。

6.5.3 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。

6.6 配电装置的选择

6.6.1 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。

6.6.2 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，

27

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。

6.6.3 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6.9 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 额定动稳定电流 额定热稳定电流 热稳定时间 操作方式 10kV 11.5kV 2000—3150A 40kA 100kA 40kA 4S 电磁式、弹簧储能式 电压 长期工作电流 短路电流周期分量 短路冲击电流最大值 系统 10kV 866.03A 8.9155kA 22.7346 kA 50.08 [（kA）2S] — 热稳定 —

28

结 束 语

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，上学期期末的课程中就有电气工程课程设计。大二下学期学习了《发电厂及变电所电气设备》这门电力方向的专业基础课，虽说有点难学，尤其是发电厂部分，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。学习了这门课，为这学期的毕业设计打下了理论基础。

经过两个多月的努力，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。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。

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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，但与王老师的细心指教是分不开的。在过程中体现出王老师的渊博专业知识，更体现出了王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，特别是王老师，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。

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参 考 文 献

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