毕 业 设 计 (论 文)
电气与电子工程 系（院）
毕业设计（论文）题目 某110KV区域变电所电气部分初步设计
学生姓名
班 级
学 号
指导教师
某110KV区域变电所电气部分初步设计
毕业设计（论文）任务书
一、毕业设计(论文)题目： 某110kV区域变电所电气部分初步设计 二、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求： 1、根据电力系统规划需新建一座110kV区域变电所。该所建成后与110kV电网相连，并供给近区用户。该变电站主要用于丰水季节区域小水电电力外送主网。（小部分就地消化外） 2、工程远期（最终）建设规模为：（主接线远期部分为虚线） 1）主变压器1×31.5MVA +1×31.5MVA。 2）电压等级采用110KV/35KV/10KV。 3）110kV出线2回。 4）35kV出线8回。 5）10kV出线14回。 6）不考虑无功补偿。 3、工程本期建设规模为：（主接线为实线） 1）主变压器1×31.5MVA。 2）110kV出线1回； 3）35kV线路6回，其中3回专线由用户出资建设； 4）10kV线路7回，其中3回专线由用户出资建设； 5）110kV出线取最大负荷利用小时数为Tzd=4500h； 6）水电站上网负荷数据附表 4、 设计水平年 设计水平年为2006年，现状为2007年，远景水平年为2012年。 5、设计范围 1）所区总平面及所外150米以内的进所道路； 2）所内各级电压配电装置和主变压器的一、二次接线，继电保护和远动装置。 2
南昌工程学院专科毕业设计（论文）
6、系统阻抗：110kV侧电源容量为1000MVA，归算至本所110kV母线侧阻抗为0.32。{S1=100MVA} 7、该地区历年最高温度为39.5℃，历年最低温度为-9.5℃，年平均气温16.2℃，最高内涝水位2.3米。 8、该变电所位于镇郊，地势平坦，交通便利，无环境污染。 三、毕 业 设计(论文)工作内容及完成时间： 1、主接线设计： (2.5周) 分析原始资料，根据任务书的要求拟出各级电压母线的接线方式， 选择变压器型式及接线方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案 2、短路电流计算：（1周） 根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流并 列表表示出短路电流的计算结果 3、主要电气设备选择（1.5周） 4、所用电设计（0.5周） 1）根据要求计算所用电负荷 2）选择所用变压器型式、台数及容量 3）设计所用电接线 5、主变保护配置（0.5周） 6、编制设计成果（1周） 1）编制设计说明书 2）编制设计计算书 3）绘制变电站主接线图纸1张（A2图纸） 4）绘制主变三侧交流（电流、电压）回路展开图3张（A2图纸） 5）绘制主变三侧保护、控制回路展开图1张（A2图纸） 6）绘制110kV、35kV、10kV出线保护、控制回路展开图3张（A2图纸） 7）绘制10kV配电装置配置图1张（A2图纸） 3
某110KV区域变电所电气部分初步设计
四、主 要参考资料： 1、《电力工程设计手册》第一册、第二册 上海科技出版社 2、《发电厂电气部分》华中工学院 范锡普 3、《短路电流实用计算》中国电力出版社 李瑞荣 4、《电气工程专业毕业设计指南 电力系统分册》中国水利电力出版社 陈跃 5、《电气工程专业毕业设计指南 继电保护分册》中国水利电力出版社 韩笑
日期：自2008年4月1 日至2008年10月10日
指导教师： 华
助理指导教师(并指出所负责的部分)：
教研室： 电气工程 教研室主任：
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南昌工程学院专科毕业设计（论文）
某区水电上网负荷预测表
单位:kW(负荷) 万kWH(电量) 上网负荷/年份 35kV 35kV 35kV 35kV 35kV 35kV 10kV 10kV 10kV 10kV 10kV 10kV 10kV 35kV 营盘圩线 兴水岭线 上湾线 利民线 立新线 燕子崖线 阡陌线 双山线 营盘圩线 滁洲线 清秀线 川桃线 营盘乡线 河下线 2005年 2006年 2007年 2008年 2009年 2010年 2012年 2015年 0 6500 2460 0 0 0 1050 2900 1700 0 0 0 0 0 14610 11688 5662 0 6500 2460 0 0 0 1050 2900 1700 0 0 0 0 0 14610 11688 5662 2600 6500 2460 3400 0 0 1050 2900 1700 1590 0 0 3000 18000 43200 34560 16636 2600 6500 2460 3400 0 0 1050 2900 1700 1590 1000 0 3000 18000 44200 35360 17016 2600 6500 2460 3400 0 0 1050 2900 1700 1590 1000 1200 3000 18000 45400 36320 17454 2600 6500 2460 3400 0 4000 1050 2900 1700 1590 1000 1200 3000 18000 49400 39520 19086 2600 6500 2460 3400 2000 4000 1050 2900 1700 1590 1000 1200 3000 18000 51400 41120 19838 2600 6500 2460 3400 2000 4000 1050 2900 1700 1590 1000 1200 3000 18000 51400 41120 19838 装机容量合计 上网容量合计 上网电量合计 某区水电上网 负荷预测表 10kV上网容量 35kV上网容量 装机容量合计 上网容量合计 用电负荷 变电容量合计 计算容载比 需110kV变电容量(kVA) 已有110kV变电容量(kVA) 应增110kV变电容量(kVA) 实增110kV变电容量(kVA) 实际容载比 单位:kW 5650 60 14610 11688 151 11537 1.4 5650 60 14610 11688 181.2 11507 1.4 10240 32960 43200 34560 217.4 34343 1.4 11240 32960 44200 35360 260.9 35099 1.4 12440 32960 45400 36320 313.1 36007 1.4 12440 36960 49400 39520 375.7 39144 1.4 12440 360 51400 41120 450.9 40669 1.4 12440 360 51400 41120 541.1 40579 1.4 16152 16110 48080 49139 50410 54802 56937 56811 0 0 40000 40000 40000 40000 80000 80000 16152 16110 8080 9139 10410 14802 －23063 －231 0 0 0 0 40000 1.165 0 1.14 0 1.111 0 1.022 40000 1.967 0 1.971
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某110KV区域变电所电气部分初步设计
目 录
摘 要 ..................................................................................................................... 9 第一章 主变压器选型 ......................................................................................... 11
1.1 概述 ...................................................................................................................................................11 1.2 主变台数的选择 .................................................................................................................................11 1.3 主变压器容量的确定 .........................................................................................................................11
1.3.1 110KV侧负荷 ......................................................................................................................... 12 1.3.2 35KV侧负荷 ........................................................................................................................... 12 1.3.3 10KV侧负荷 ........................................................................................................................... 12 1.3.4 上网容量计算 ........................................................................................................................ 13 1.3.5 主变压器容量的确定 ............................................................................................................ 13 2.4 主变压器形式的选择 ........................................................................................................................ 13
2.4.1主变相数的选择 ..................................................................................................................... 13 2.4.2绕组的选择 ............................................................................................................................. 14 2.4.3主变调压方式的选择 ............................................................................................................. 15 2.4.4连接组别的选择 ..................................................................................................................... 15 2.4.5容量比的选择 ......................................................................................................................... 15 2.4.6主变冷却方式的选择 ............................................................................................................. 15
第二章 电气主接线的选择 ............................................................................... 17
2.1概述 ..................................................................................................................................................... 17 2.2各种主接线接线方式的特点 ............................................................................................................. 18
2.2.1单母线接线 ............................................................................................................................. 18 2.2.2 单母线分段接线 .................................................................................................................. 18 2.2.3 单母分段带旁路母线 .......................................................................................................... 18 2.2.4 桥型接线 .............................................................................................................................. 18 2.2.5 角形接线 .............................................................................................................................. 19 2.2.6 一台半断路器接线 .............................................................................................................. 19 2.2.7 双母线接线 .......................................................................................................................... 19 2.2.8 双母线分段接线 .................................................................................................................. 20 2.3 主接线接线方式选择 ...................................................................................................................... 20
2.3.1 110kV侧主接线方式选择 ................................................................................................... 20
第三章 短路电流计算目的、条件及一般规定 ............................................... 22
3.1 短路电流计算的目的和条件 ............................................................................................................ 22
3.1.1 短路电流计算的目的 .......................................................................................................... 22 3.1.2短路电流计算条件 ................................................................................................................. 22 3.1 一般规定 ............................................................................................................................................ 22 3.2短路电流计算 ..................................................................................................................................... 23
3.2.1 线路阻抗计算 ........................................................................................................................ 23 3.2.2变压器阻抗计算 ..................................................................................................................... 24 3.2.3 系统网络图 ............................................................................................................................ 24
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南昌工程学院专科毕业设计（论文） 3.2.4 110KV侧母线短路计算 ......................................................................................................... 26 3.2.5 35KV侧母线短路计算 ........................................................................................................... 29 3.2.6 10KV母线短路计算 ............................................................................................................... 31
第四章 电气设备的选择 ..................................................................................... 34
4.1 导体和电气设备选择的一般条件 .................................................................................................... 34
4.1.1一般原则 ................................................................................................................................. 34 4.1.2技术条件 ................................................................................................................................. 34 4.1.3 环境条件 ............................................................................................................................ 35 4.2 断路器的选择 .................................................................................................................................. 35
4.2.1 110KV侧断路器 ..................................................................................................................... 36 4.2.2 35KV侧断路器 ....................................................................................................................... 37 4.3 隔离开关的选择 ................................................................................................................................ 39
4.3.1 110KV隔离开关的选择 ......................................................................................................... 39 4.3.2 35KV侧隔离开关 ................................................................................................................... 40 4.4 高压熔断器的选择 .......................................................................................................................... 40 4.5 互感器的选择 .................................................................................................................................. 41
4.5.1 互感器的作用 .................................................................................................................... 41 4.5.2 电流互感器的特点 ............................................................................................................ 41 4.5.3 电压互感器的特点 ............................................................................................................ 42 4.5.4 电流互感器的选择 ............................................................................................................ 42
4.5.4.1 110KV侧 ..................................................................................................................... 43 4.5.4.2 35kV侧 ....................................................................................................................... 44 4.5.5 电压互感器的选择 ................................................................................................................ 44
4.5.5.1 110KV侧电压互感器 ................................................................................................. 45 4.5.5.2 35KV侧电压互感器 ................................................................................................... 45 4.5.5.3 10KV侧电压互感器 ................................................................................................... 45
4.6 所用变压器的选择 ............................................................................................................................ 45 4.7 母线的选择 ........................................................................................................................................ 46
4.7.1 110KV侧母线 ......................................................................................................................... 46 4.7.2 35KV侧母线 ........................................................................................................................... 47 4.7.3 10KV侧母线 ........................................................................................................................... 47 4.8 10KV高压开关柜的选择 ................................................................................................................... 48
4.8.1 进线回路开关柜的选择 ........................................................................................................ 48
4.8.1.1 断路器的选择 ............................................................................................................ 48 4.8.1.2隔离开关的选择 ......................................................................................................... 49 4.8.1.3电流互感器的选择 ..................................................................................................... 50 4.8.1.4 10KV侧电压互感器 ................................................................................................... 50 4.8.2 出线回路开关柜的选择 ........................................................................................................ 50
第五章 主变压器的保护 ....................................................................................... 51
5.1 主变压器的主保护 .......................................................................................................................... 52
5.1.1 瓦斯保护 .............................................................................................................................. 52 5.1.2 差动保护 .............................................................................................................................. 52 5.1.3 主变压器的后备保护 .......................................................................................................... 53
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某110KV区域变电所电气部分初步设计
5.1.4 主变压器的过负荷保护 ...................................................................................................... 53 5.2 主变压器主保护的整定计算 ............................................................................................................ 53
5.2.1 差动保护计算 ........................................................................................................................ 53
第六章 变电站的接地设计 ............................................................................... 56
6.1 变电站接地装置的设计原则 ........................................................................................................ 57 6.2 接地设计一般程序 ........................................................................................................................ 58 6.3 变电站的接地装置 .......................................................................................................................... 58
附 图 ..................................................................................................................... 61 结 语 ................................................................................................................... 62 参考资料 ................................................................................................................. 63 致 谢 .....................................................................................................................
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南昌工程学院专科毕业设计（论文） 摘 要
本次设计的课题是一个110KV变电站初步电气设计，该站建成后与110KV电网相连，具有110KV、35KV、10KV等三个电压等级，35KV、10KV线路以接受区域小水电电力为主，区域小水电电力大部分向110KV主网输送，小部分就地消化。
本站位于镇郊，地势平坦，交通便利，无环境污染，站址工程地质良好。
由于该站主要用于丰水季节区域小水电电力外送主网，停电对小水电电力生产及整个电力系统的稳定运行造成重大影响，因此，本次设计的变电站主变采用一台SFSZ10-31500/110KV型三绕组有载调压变压器，容量比为100/100/100，两台互为备用，即使有一台主变停电后，也可由另一台主变带全部外送电力的70%以上，提高了供电的可靠性。远期设计的变电站主变采用两台SFSZ10-31500/110KV型三绕组有载调压变压器，容量比为100/100/100，两台互为备用。
110KV侧主接线最后采用单母线接线，35KV侧采用单母线分段接线， 10KV侧也采用单母线分段接线。
工程本期建设，110KV出线1回，预留1回110KV出线位置。35KV电源进线5回，分别为营盘圩线、兴水岭线、上湾线、利民线、河下线。预留2回35KV电源进线位置，即：立新线、燕子崖线。10KV电源进线5回，分别为阡陌线、双山线、营盘圩线、滁洲线、营盘乡线。预留2回10KV电源进线位置，即：清秀线、川桃线。10KV负荷出线2回。35KV、10KV线路侧电源进线及负荷出线将大致均匀地分布于各分段母线上。
10KV侧装设两台站用变压器，分别接于两分段母线上，平时两台站用变压器分列运行，当一台站用变出现故障，分段断路器由自投装置动作合闸，实现备用。由于本站35KV、10KV线路所接的机组大部分为同步电机，具有调相功能，故不考虑无功补偿问题。
本变电站配电装置采用普通中型配电装置，110KV及35KV采用断路器单列布置，将隔离开关放置母线下，使其与另一组隔离开关电器距离增大，缩短配电装置的纵向距离。
主变中性点及出线均装设避雷器，中性点经隔离开关直接接地，并装设有两段零序保护及放电间隙保护。
本变电站110KV配电装置（朝向），35KV配电装置（朝向），主变位于于二者之间，其间有行车大道，环形小道，电缆沟盖板作为巡视小道。110KV配电装置有 间隔，35KV配电装置有 间隔。
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某110KV区域变电所电气部分初步设计 本次设计论文是以我国现行的各有关规范、规程和技术标准为依据。此设计是一个初步设计，主要根据任务书提供的原始资料，参照有关资料及书籍，对各种方案进行比较而得出的。
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南昌工程学院专科毕业设计（论文） 第一章 主变压器选型
1.1 概述
变压器是变电所中的主要电器设备之一，它的主要作用是变换电压以利于功率的传输，电压经升压变压器升压后，可以减少线路损耗，提高经济效益，达到远距离送电的目的。而降压变压器则将高电压降低为用户所需的各级低电压，以满足用户的需要。主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。因此，主变的选择除依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，与系统的紧密程度，同时兼顾负荷的增长速度等方面，并根据电力系统5—10年发展规划，综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如主变容量选择得过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便。设备亦未能充分发挥效益。若容量选择得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响变压器的使用寿命,同时还了变电所负荷的需要，显然技术上是不合理的。在生产上电力变压器有制成单相，三相，双绕组，三绕组，自耦，变压器等。在选择变压器时，要根据原始资料和所设计的变电站的自身特点，在满足变压器可靠性的前提下，充分考虑到经济性来选择主变压器。
1.2 主变台数的选择
由原始资料可知，我们本次设计的变电站是一个位于镇郊区的110kV升压变电站，主
要是接受35kV和10kV线路的电能，通过主变向110kV电网输送，是一个较为重要的区域性升压变电站。由于35KV、10KV进线回路多，汇聚到变电站的容量大，停电后对小水电电力生产及整个电力系统的稳定运行造成重大影响。因此，选择主变台数时，要确保供电的可靠性。
为了提高供电的可靠性，防止因一台主变故障或检修时影响整个变电站的供电，变电站中一般装设两台主变压器，互为备用，可以避免因主变检修或故障而造成对用户的停电。若变电站装设三台主变，虽然供电可靠性有所提高，但是投资较大，接线网络较复杂，增大了占地面积和配电设备及继电保护的复杂性，并带来维护和倒闸操作的许多复杂化，并且会造成中压侧短路容量过大，不宜选用轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障的几率较小，适合远期小水电电力供应的增长和扩建的需要，而当一台主变压器故障或检修时由另一台主变压器可输送全部小水电电力的65%以上（远期为55%以上），能保证正常供电，故可选择两台主变压器。
1.3 主变压器容量的确定
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某110KV区域变电所电气部分初步设计 主变压器容量一般按变电所建成后5—10年规划负荷选择，该变电站近期和远期负荷都已给定，所以，应接近近期和远期总负荷来选择主变容量。根据变电站所带负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电站应考虑当一台主变压器停用时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性变电站当一台主变压器停用时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70—80%。该变电所的主变压器是按全部负荷的70%来选择，因此装设两台变压器后的总的容量Se=2×0.7×Pm=1.4Pm。当一台变压器停运时,可保证对70%负荷的供电。考虑到变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电。该区域小水电电力经变电站35kV和10KV侧进线引进，经高压侧110kV母线外送至主网，因此，主变压器的容量为Se=0.7（S35+S10-S
近区负荷
）。（S35+S10为考虑了上网同时率后３５kＶ、１０kＶ侧的总的上网变电容量，S
近区负荷
为近区用电负荷与计算容载比的积）。 1.3.1 110KV侧负荷
110KV侧电源容量为1000MVA 1.3.2 35KV侧负荷
2007年投入水电装机容量： 营盘圩进线：P1=2600KW 兴水岭进线: P2=6500KW 上湾 进线: P3=2460KW 利民 进线: P4=3400KW 河下 进线: P5=18000KW 2012年投入水电装机容量： 立新 进线: P6=2000KW 燕子崖进线: P7=4000KW 1.3.3 10KV侧负荷
2007年投入水电装机容量： 阡陌 进线：P8=1050KW 双山 进线: P9=2900KW 营盘圩进线: P10=1700KW 滁洲 进线: P11=1590KW 营盘乡进线: P12=3000KW 2012年投入装机容量：
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南昌工程学院专科毕业设计（论文） 清秀 进线: P13=1000KW 川桃 进线: P14=1200KW 1.3.4 上网容量计算
2007年用电负荷217.4KW,2008年用电负荷增至450.9KW（该部分用电负荷不经过主变）。 上网同时率取值为0.8，则2007年水电上网总容量为：
P2007∑= (P1 +P2 +P3 +P4 +P5 +P6 + P8 +P9 +P10 +P11 +P12)×0.8-217.4 =(2600+6500+2460+3400+18000+1050+2900+1700+1590+3000)×0.8-217.4 =34.3426(MW)
2012年水电上网总容量为：
P2012∑= (P1 +P2 +P3 +P4 +P5 +P6+P7 + P8 +P9 +P10 +P11 +P12+P13+P14)×0.8-217.4 =(2600+6500+2460+3400+18000+2000+4000+1050+2900+1700+1590+3000+1000+1200)0.8-450.9=40.669(MW) 1.3.5 主变压器容量的确定
主变容量按35KV、10KV侧总的上网容量的70%来选择,计算容载比取值为1.4: 1) 本期 S= P2007∑×1.4×0.7=34.3426×1.4×0.7=33.656(MVA) 故本期主变容量为31500KVA。
2) 远期 S= P2012∑×1.4×0.7=40.669×1.4×0.7=39.856(MVA) 故远期主变容量为40000KVA。
考虑到远期两台主变同时投入运行的时间较多，仅在故障或检修时一台主变运行，可输送全部负荷的55%，而主变的故障率是很低的，主变检修时间可合理安排在平水或枯水季节，故侧重于经济上节省投资的原则，最后确定主变压器的容量为31500KVA。
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2.4 主变压器形式的选择
2.4.1主变相数的选择
主变压器采用三相或单相，主要考虑变压器的制造条件，可靠性要求及运输条件等因素，尤其是大型变压器需要考虑其运输可能性，确保运输尺寸不超过隧洞、涵洞、桥洞的允许通过限额，运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力，当不受运输条件时，在330KV及以下的变电所均应选用三相变压器。
本次设计变电站是一个110KV升压变电站，位于镇郊，交通便利，不受运输条件，故可选三相变压器。选三相变压器相对于单相变压器而言，不仅减少了土地占用面积，而且投资小，占地少，运行损耗小，同时配电装置以及继电保护和二次接线比较简单，减少了维护及倒闸操作的工作量。
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某110KV区域变电所电气部分初步设计 综上所述，本次设计的主变压器相数确定为三相。 2.4.2绕组的选择
在具有三种电压等级的变电站中，如通过变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比相对应的两台双绕组变压器的少。本次设计的变电站具有三种电压等级，中、低压侧上网容量均为主变压器的15%以上，考虑到运行维护和操作的工作量，及占地面积等因素，因此，选择三相三绕组变压器。
在生产及制造中三绕组变压器有自耦变压器、变压器以及普通三绕组变压器。自耦变压器与同容量的普通变压器相比具有很多优点，阻抗小，对改善系统稳定性有一定作用，但也存在一些缺点。由于自耦变压器公共绕组的容量最大只能等于电磁容量，因此在某此运行方式下，自耦变压器的传输容量不能充分利用，而在另外一些运行方式下，又会发现过负荷，由于自耦变压器高、中压绕组的自耦联系，其阻抗比普通变压器小，它的中性点要直接接地，所以使单相和三相短路电流急剧增加，有时单相短路电流会超过三相短路电流，造成选择高压电气设备的困难和对通讯线路的危险干扰。同时，自耦变压器零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器的高、中压两侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成的零序电流过流器上，并根据选择性的要求装设方向元件。自耦变压器中的冲击过电压比普通变压器要严重得多，其原因是高、中压绕组有电的联系，高压侧出现的过电压波能直接传到中压侧。另一个原因是从高压侧绕组上进入的冲击波加在自耦变压器的串联绕组上，而串联绕组的匝数通常比公共绕组的匝数少得多，因此在公共绕组中感应出来的过电压大大超过侵入波幅值普通变压器，当一次电压波动时，为了得到稳定的二次电压，一次绕组匝数作相应调整，以维持每匝电势不变，以及维护铁芯磁通密度不变，如高压侧电压升高则应增加高压绕组，而中性点调压的自耦变压器则要减少匝数，亦维持二次电压不变，这就导致每匝电势增加，亦即导致铁芯更加饱和。当中、低压侧负荷都较大时，不宜采用自耦变压器。
变压器约比同容量的普通变压器贵20%。变压器虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力，在变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也应增大。
普通三绕组变压器价格在自耦变压器和变压器之间，安装以及调试灵活，满足各
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南昌工程学院专科毕业设计（论文） 种继电保护的要求，又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动，它的供电可靠性也高。
综上分析，本次设计的变电所选择普通三绕组变压器。 2.4.3主变调压方式的选择
主变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。切换方式有两种：一是不带电切换，称为无激磁调压，调整范围常在±5%以内，二是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。本次设计的变压器采用有载调压方式。 2.4.4连接组别的选择
变压器绕组的连接方式和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和Δ。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y连接，35KV电压采用Y连接，其中中性点多通过消弧线圈接地。
10KV 电压如采用Y连接，虽有利于并网时相位一致，而且零序阻抗较大，对单相短路电流有利，也便于接入消弧线圈，但是由于Y连接三次谐波无通路，因此将引起正弦波电压的畸变，并对通讯设备产生干扰，继电保护整定的准确度和灵敏度均受影响。如果影响较大，还必须综合考虑系统发展才能选用。采用Δ接线可以消除三次谐波的影响。
故本次变电站设计的三个电压等级分别为：110KV、35KV和10KV，所以选用主变的接线组别为YN，yn0，d11。 2.4.5容量比的选择
根据原始资料计算可知，35KV和10KV侧上网容量都比较大，所以容量比选择为100/100/100。
2.4.6主变冷却方式的选择
主变压器一般采用冷却方式有自然风冷却、油浸风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却。
小容量变压器一般采用自然风冷却。大容量变压器一般采用油浸风冷、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却。在水源充足，且占地面积紧张的情况下，大容量变压器也有采用强迫油循环水冷却方式。强迫油循环水冷却方式散热效率高，节约材料，减少变压器本体尺寸，其缺点是这种冷却方式增加了一套水冷却系统和有关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量大。
本次设计的变电站位于镇郊，对占地要求不高，主变冷却方式采用油浸风冷却。 综上所述，故选择主变型号SFSZ10-31500/110型三相三绕组有载调压变压器，其参数如下：
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某110KV区域变电所电气部分初步设计 额定电压：高压：110±8×1.25%KV 中压: 35KV 低压:10.5KV
阻抗电压:高-中:17.50% 高-低:10.50% 中-低:6.50% 容量比为:100/100/100 连接组别: YN，yn0，d11
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南昌工程学院专科毕业设计（论文） 第二章 电气主接线的选择
2.1概述
电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟订有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响，通过技术经济比较，合理确定主接线。在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据：变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。
一、可靠性是电力生产和分配的首要要求。主接线首先应满足这个要求。主接线可靠性的具体要求：
1、断路器检修时，不宜影响对系统的供电。
2、断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或部分二级负荷的供电。
3、尽量避免发电厂，变电所全部停运。
二、灵活性。主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
１、调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
２、检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。
３、扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下投入新设备并且对一次和二次部分的改建工作量最少。
三、经济性
主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，做到经济合理。 １、投资省
①主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。
②要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备控制电缆。 ③要能短路电流、以便于选择价廉的电气设备或轻型电缆。
④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简
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某110KV区域变电所电气部分初步设计 单电器。 ２、占地面积小，主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。 ３、电能损失少，经济合理地选择主变压器的种类（比如绕组、三绕组、自耦变压器），容量、数量，要避免两次变压而增加电能损失。
2.2各种主接线接线方式的特点
电气主接线是根据电力系统和变电站具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进
出线较多时（一般超出4回），为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。本次所设计的变电所110kV出线有2回，35kV进出线有7回，10kV进出线有9回，所以采用有母线的连接。 2.2.1单母线接线
优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。 缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线或母线隔离开关等）故障时检修，均需使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障母线的供电。
适用范围：６～１０kＶ配电装置的出线回路数不超过５回；３５～６３kＶ配电装置出线回路数不超过３回；１１０～２２０kＶ配电装置的出线回路数不超过２回。 2.2.2 单母线分段接线
优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，两段母线可看成是两个电源，提高了供电的可靠性，可对重要用户供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线继续工作。
缺点：当一段母线故障或检修时，必须断开接在该段母线上的所有支路，使之停止工作。当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围：１）６～１０kＶ配电装置出线回路数为６回及以上时； 2）35kV配电装置出线回路数为4~8回时； 3）110~220kV配电装置出线回路数为3~4回时。 2.2.3 单母分段带旁路母线
这种接线方式在进出线不多，容量不大的中小型电压等级为35~110kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 2.2.4 桥型接线
１、内桥形接线
优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。
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南昌工程学院专科毕业设计（论文） 缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行；出线断路器检修时，线路需较长时期停运。
适用范围：适用于较小容量的发电厂，变电所并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。
２、外桥形接线
优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。
缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台 变压器暂时停运。高压侧断路器检修时，变压器较长时期停运。
适用范围：适用于较小容量的发电厂，变电所并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。 2.2.5 角形接线
优点：投资省，平均每回路只需装设一台断路器。设有汇流母线，在接线的任一段上发生故障，只需切除这一段及与其相连接的元件，对系统运行的影响小。接线成闭合环形，在闭环运行时，可靠性、灵活性较高，每回路由两台断路器供电，任一台断路器检修，不需中断供电，也不需旁路设施，隔离开关只作为检修时隔离之用，以减少误操作可能性。占地面积小。
缺点：任一台断路器检修，都成开环运行，从而降低了接线的可靠性。因此，断路器数量不能多，即进出线回路数要受到。每一进出线回路都连接着两台断路器，每一台断路器又连接两个回路，从而使继电保护和控制回路较单、双母线接线复杂。
适用范围：适用于最终进出线为3~5回的110kV及以上配电装置。不宜用于有再扩建可能的发电厂变电所中。 2.2.6 一台半断路器接线
有高度可靠性，每一回路由两台断路器供电，发生母线故障时，只跳开与此母线相连的所有断路器，任何回路不停电。在事故与检修相重合情况下的停电回路不会多于两回；运行调度灵活，操作检修方便，隔离开关仅作检修时用，避免了将隔离开关作操作时的倒闸操作。检修任一断路器或母线时，回路不需要切换。由于一个回路连接着两台断路器，一台中间断路器连接着两个回路，使继电保护及二次回路复杂，投资较大。这种接线方式一般用于进出线数在6回及以上的超高压配电装置中。 2.2.7 双母线接线
优点：1、供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断：一组母线故障时，能迅速恢复供电：检修任一回路的母线隔离开关，只
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某110KV区域变电所电气部分初步设计 停该回路。2、调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。3、扩建方便。向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。4、便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
缺点：1、增加一组母线和使每回线路需要增加一组母线隔离开关。2、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。为了避免隔离开关误操作，需要隔离开关和断路器之间装设连锁装置。
适用范围：6~10kV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器；35KV配电装电装置，当出线回路超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；110~220kV配电装置，出线回路数为5回及以上时，或110~220kV配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为4回及以上时。 2.2.8 双母线分段接线
双母线分段可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且相互联系的系统是有利的。由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题，而较容易实现分阶段的扩建优点，但容易受到母线故障的影响，断路器检修时需要停运线路。占地面积较大。一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。
2.3 主接线接线方式选择
2.3.1 110kV侧主接线方式选择
一、110KV侧。110kV侧出线2回，选用单母线不分段接线。
二、35kV侧。35kV侧进出线7回（进线7回），选用以下几种接线方案：
１、单母线分段接线。这种接线方式接线简单、清晰，投资少，但当任一段母线故障、检修时，该母线上的进出线均要停电；任一出线断路器故障、检修，该回路也需停电。这种接线方式经济性好，可靠性高，灵活性较差。
２、单母线分段带旁路母线，分段断路器兼旁路断路器接线。此接线方式比单项母线分段接线可靠性强，任一出线断路器故障、检修时，该回路不需要停电。
３、单母线分段带旁路母线，旁路断路器兼作分段断路器。这种接线方式在进出线不多，容量不大的中小型电压等级为35~110kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。
由于两段母线同时发生故障的几率很低，母线侧、线路侧断路器均采用六氟化硫断路
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南昌工程学院专科毕业设计（论文） 器，故障的几率也很低，因此采用单母线分段接线亦可满足供电可靠性的要求，且节约了投资。因此，35kV侧选用单母线分段接线。
三、10kV侧。10kV侧进出线9回（进线7回，出线2回），选用以下几种接线方案： １、单母线分段接线，它投资少，在10kV配电装置中它基本可以满足可靠性要求。 ２、单母线分段带旁路母线，这种接线方式虽然提高了供电可靠性，但增大了投资。 由于进出线回路大致均匀地接于两段母线上，而两段母线同时发生故障的几率很低，因此，采用单母线分段接线亦可满足供电可靠性的要求，且节约了投资，因此，10kV侧采用单母线分段接线。
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某110KV区域变电所电气部分初步设计 第三章 短路电流计算目的、条件及一般规定
在电力系统中运行的电气设备，在其运行中都必须考虑到发生的各种故障和不正常运行状态，最常见也是最危险的故障是各种形式的短路。
短路是电力系统的严重故障，所谓短路是指一切不属于正常运行的相与相之间或相与地之间（对于大接地系统）发生金属性连接的情况。
在三相系统中，可能发生的有对称的三相短路和不对称的两相短路、两相接地短路和单相接地短路。在各种类型的短路中，单相短路占多数，三相短路几率最小，但其后果最严重。因此，我们采取三相短路（对称短路）来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。
3.1 短路电流计算的目的和条件
3.1.1 短路电流计算的目的
在发电厂和变电站的设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的有以下几个方面：
①电气主接线的比较。 ②选择导体和电器。
③在设计户外高压配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。
④在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路电流为依据。 ⑤接地装置的设计，也需要用短路电流。 3.1.2短路电流计算条件
基本假定：
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相角相同。
③电力系统中的所有电源都在额定负荷下运行。 ④短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
⑤不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的激磁电流。
⑥除去短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。 ⑦元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 ⑧输电线路的电容忽略不计。
3.1 一般规定
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南昌工程学院专科毕业设计（论文）
1、验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流沿用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑远景的发展计划。
2、选择导体和电器用的短路电流，在电气连接网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动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。
3.2短路电流计算
3.2.1 线路阻抗计算
由原始资料可知：①110KV侧电源容量为1000MVA，归算至本所110KV母线侧阻抗为0.32，Sj=100MVA。②35KV侧电源进线有7回(其中本期5回,远期2回)，归算至本所110KV母线侧的转移电抗分别为6.54、2.62、6.91、5.00、8.50、4.25、0.94。（见附表1）③10KV侧电源进线有7回(其中本期5回，远期2回)，归算至本站110KV母线侧阻抗分别为16.19、5.86、10、10.69、17.00、14.17、5.67。（见附表2）
35KV侧各进线同步发电机阻抗计算表（附表1） 次暂态电抗额定标么值X\"d*e 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 装机容量Pe(MW) 2.6 6.5 2.46 3.4 2 4 18 假定功率因素COSφ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 基准功率Sj(MVA) 100 100 100 100 100 100 100 线路名称 转移电抗X*j 营盘圩线 兴水岭线 上湾线 利民线 立新线 燕子崖线 河下线 6.54 2.62 6.91 5.00 8.50 4.25 0.94 10KV侧各进线同步电机阻抗计算表（附表2）
线路名称 阡陌线 双山线 次暂态电抗额定标么值X\"d*e 0.2 0.2 装机容量Pe(MW) 1.05 2.9 假定功率因素COSφ 0.85 0.85 23
基准功率Sj(MVA) 100 100 转移电抗X*j 16.19 5.86 某110KV区域变电所电气部分初步设计
营盘圩线 滁洲线 清秀线 川桃线 营盘乡线 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 1.7 1.59 1 1.2 3 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 100 100 100 100 100 10.00 10.69 17.00 14.17 5.67 说明:1、所有电源进线的同步电机的次暂态电抗标么值取0.2。 2、X*j=X\"d*eSjCOSφ/Pe
3.2.2变压器阻抗计算
由变压器参数可知：
Us（Ⅰ-Ⅱ）%=17.50 Us（Ⅰ-Ⅲ）%=10.50 Us（Ⅱ-Ⅲ）%=6.5
UsⅠ%=(Us（Ⅰ-Ⅱ）%+Us（Ⅰ-Ⅲ）%-Us（Ⅱ-Ⅲ）%)/200=(17.5+10.5-6.5)/200=10.75 UsⅡ%=(Us（Ⅰ-Ⅱ）%+Us（Ⅱ-Ⅲ）%-Us（Ⅰ-Ⅲ）%)/200=(17.5+6.5-10.5)/200=6.75 UsⅢ%=(Us（Ⅱ-Ⅲ）%+Us（Ⅰ-Ⅲ）%-Us（Ⅰ-Ⅱ）%)/200=(6.5+10.5-17.5)/200=-0.25 各绕组电抗的标么值为:
XⅠ=X2=X3=( UsⅠ%/100)×(Sj/Sn)=(10.75/100) ×(100/31.5)=0.341 XⅡ=X4=X5=( UsⅡ%/100)×(Sj/Sn)=(6.75/100) ×(100/31.5)=0.214 XⅢ=X6=X7=( UsⅢ%/100)×(Sj/Sn)=(-0.25/100) ×(100/31.5)≈0 3.2.3 系统网络图
做系统网络图如下：
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南昌工程学院专科毕业设计（论文）
10.32d1110KV20.34130.34186.549102.626.911112131458.504.250.94d240.21435KV50.21460d3151616.915.867010KV17181920211010.691714.175.67
图1
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某110KV区域变电所电气部分初步设计 3.2.4 110KV侧母线短路计算 当在110KV母线上发生三相短路时，既d1点短路时，网络简化如下： 1) X22=1/(1/X2+1/X3)=0.1705 X23=1/(1/X4+1/X5)=0.107 简化后见图2 2) X24=(1/X8+1/X9+1/X10+1/X11+1/X12+1/X13+1/X14+1/X23)·X8·X23=8.142 X25=(1/X8+1/X9+1/X10+1/X11+1/X12+1/X13+1/X14+1/X23)·X9·X23=3.257 X26=(1/X8+1/X9+1/X10+1/X11+1/X12+1/X13+1/X14+1/X23)·X10·X23=8.605 X27=(1/X8+1/X9+1/X10+1/X11+1/X12+1/X13+1/X14+1/X23)·X11·X23=6.226 X28=(1/X8+1/X9+1/X10+1/X11+1/X12+1/X13+1/X14+1/X23)·X12·X23=10.584 X29=(1/X8+1/X9+1/X10+1/X11+1/X12+1/X13+1/X14+1/X23)·X13·X23=5.292 X30=(1/X8+1/X9+1/X10+1/X11+1/X12+1/X13+1/X14+1/X23)·X14·X23=1.176 简化后见图3
10.32d1220.1705110KV86.5492.62106.91115128.50134.25140.94230.10735KV1516.91165.86171010KV1810.6919172014.17215.67
图2
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南昌工程学院专科毕业设计（论文） 10.32d1220.1705110KV248.142253.257268.605276.2262810.584295.292301.17635KV1516.91165.86171010KV1810.6919172014.17215.67
图3
3) ∑Y1=1/X15+1/X16+1/X17+1/X18+1/X19+1/X20+1/X21+1/X22+ 1/X24+1/X25+1/X26+1/X27+1/X28+1/X29+1/X30
X31=∑Y1X22X24=11.71 X32=∑Y1X22X25=4.69 X33=∑Y1X22X26=12.38 X34=∑Y1X22X27=8.96 X35=∑Y1X22X28=15.23 X36=∑Y1X22X29=7.61 X37=∑Y1X22X30=1.69 X38=∑Y1X22X15=23.3 X39=∑Y1X22X16=8.4 X40=∑Y1X22X17=14.4 X41=∑Y1X22X18=15.4 X42=∑Y1X22X19=24.5 X43=∑Y1X22X20=20.4 X44=∑Y1X22X21=8.2 简化后见图4
27
某110KV区域变电所电气部分初步设计 10.32d13111.71110KV324.693312.38348.963515.23367.61371.6935KV3823.3398.44014.410KV4115.44224.54320.4448.2
图4
4) X45=1/(1/X31+1/X32+1/X33+1/X34+1/X35+1/X36+1/X37)=0.782 X46=1/(1/X38+1/X39+1/X40+1/X41+1/X42+1/X43+1/X44)=1.966 简化见图5
10.32d1110kv461.96610KV35KV450.782
图5
短路电流标么值：Id1*=1/X1+1/X45+1/X46=1/0.32+1/0.782+1/1.966=4.913 在d1点三相短路时，短路电流有名值：
Id1= Id1*×Sj/（3Uj）=4.913×100/(3×115)=2.47(KA)
因短路发生在变电站110KV侧母线上，故取Kch=1.8,则短路冲击电流有效值： Ich1= Id1×(1+2(Kch-1)2)1/2=1.51 Id1=1.52×2.47=3.725(KA)
28
南昌工程学院专科毕业设计（论文） 短路电流冲击值: ih1=2Kch Id1=2×1.8×2.47=6.278(KA)
短路容量:Sd1=3×Uj×Id1=3×115×2.47=491.30(MVA) 3.2.5 35KV侧母线短路计算
当在35KV母线上发生三相短路时，即d2点短路，网络简化如下： 1） X47=X1+X22=0.4905
X48=1/（1/X8+1/X9+1/X10+1/X11+1/X12+1/X13+1/X14）=0.436
∑Y2=1/X15+1/X16+1/X17+1/X18+1/X19+1/X20+1/X21+1/X23+1/X47
49
X=∑Y2X23X47=0.
X50=∑Y2X23X15=20.99 X51=∑Y2X23X16=7.60 X52=∑Y2X23X17=12.96
X53=∑Y2X23X18=13.86 X54=∑Y2X23X19=22.04 X55=∑Y2X23X19=18.37 X56=∑Y2X23X19=7.35
见附图6、图7
480.436110KV470.4905d2230.10735KV1516.91165.86171010KV1810.6919172014.17215.67
图6
29
某110KV区域变电所电气部分初步设计 480.436110KV490.d235KV5020.99517.605212.9610KV5313.865422.045518.37567.35
图7
X57=1/（1/X50+1/X51+1/X52+1/X53+1/X54+1/X55+1/X56）=1.77 见附图8
480.436d2490.110KV35KV571.7710KV
图8
短路电流标么值：
I*d2=1/X48+1/X49+1/X57=1/0.436+1/0.+1/1.77=4.429 在d2点三相短路时，短路电流有名值：
Id2= I*d2×Sj/（3Uj）=4.429×100/(3×37)=6.91(KA) 取Kch=1.8，短路冲击电流有效值Ich2：
Ich2= Id2×(1+2(Kch-1)2)0.5=1.51 Id2=1.52×6.91=10.435(KA) 短路电流冲击值ich2:
ich2=2Kch Id2=2×1.8×6.91=17.59(KA)
短路容量:Sd2=3×Uj×Id2=3×37×6.91=442.88(MVA)
30
南昌工程学院专科毕业设计（论文） 3.2.6 10KV母线短路计算 当在10KV母线上发生三相短路时，即d3点短路，网络简化如下：
10.32110KV220.170586.5492.62106.91115128.50134.25140.94230.10735KVd31516.91165.86171010KV1810.6919172014.17215.67
图9
1) ∑Y3=1/X8+1/X9+1/X10+1/X11+1/X12+1/X13+1/X14+1/X23 X24=∑Y3X23X8=8.124 X25=∑Y3X23X9=3.257 X26=∑Y3X23X10=8.605 X27=∑Y3X23X11=6.226 X28=∑Y3X23X12=10.584 X29=∑Y3X23X13=5.292 X30=∑Y3X23X14=1.176 见附图10
31
某110KV区域变电所电气部分初步设计 248.142253.257268.605276.2262810.584295.292301.176110KV470.490535KVd3581.3710KV
图10
X59=1/（1/X24+1/X25+1/X26+1/X27+1/X28+1/X29+1/X30）=0.54 见附图11
110KV470.4905590.5435KVd3581.3710KV 图11
短路电流标么值：
Id3*=1/X47+1/X58+1/X59=1/0.4905+1/1.37+1/0.54=4.6 在d3点三相短路时，短路电流有名值：
Id3= Id3*×Sj/（3Uj）=4.6×100/(3×10.5)=25.35(KA) 取Kch=1.8，短路冲击电流有效值Ich3：
Ich3= Id3×(1+2(Kch-1)2)0.5=1.51 Id3=1.52×25.35=38.285(KA) 短路电流冲击值ich3
ich3=2 Kch Id3=2×1.8×25.35=.532(KA)
短路容量:Sd3=3×Uj×Id3=3×10.5×25.35=461.10(MVA)
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南昌工程学院专科毕业设计（论文）
短路计算成果表如下表3.2所示。
表3.2 短路计算成果表
相关参数 短路点 基准电压 短路电流 短路电流有名值 Uav（kV） 115 37 10.5 短路冲击电流有效值 Ich（kA） 3.725 10.435 38.285 短路电流 冲击值 短路容量 Sd（MVA） 491.30 442.88 461.10 I* 4.9 4.429 4.6 Id（kA） 2.47 6.91 25.35 ich（kA） 6.278 17.590 .532 d1 d2 d3
33
某110KV区域变电所电气部分初步设计 第四章 电气设备的选择
4.1 导体和电气设备选择的一般条件
正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。 4.1.1一般原则
1、应满足正常运行机制、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、选择导体时应尽量减少品种。 4、扩建工程应尽量使新老电器型号一致。
5、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。 4.1.2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。各种高压电器的一般技术条件如表4-1所示。 一、长期工作条件 1、 电压
选用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 式4-1
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 式4-2
由于变压器短时过载能力很大，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。 二、短路稳定条件 1、校验的一般原则
电器在选定后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。
用熔断器保护的电器可不验算热稳定。 短路的热稳定条件
34
南昌工程学院专科毕业设计（论文） I2tjs≥Qdt 式4-3 式中：Qdt——在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应(kA2•S)
I——tjs秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA）
tjs——设备允许通过的热稳定电流时间（s）校验短路热稳定所用的计时间按下式计算： tjs=tb+td 式4-4 式中：tb——继电保护装置后备保护动作时间（s）
td——断路器全分闸时间（s） ④短路动稳定条件
ich≤idf 式4-5 Ich≤Idf 式4-6 式中：ich、Ich——短路冲击电流幅值、有效值（KA）
idf 、Idf——允许通过稳定电流的幅值、有效值（KA）
绝缘水平在工作电压和过电压的作用下，电器内、外绝缘保证必要的可靠性。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。
4.1.3 环境条件
环境条件主要有温度、日照、风速、冰雪、温度、污秽、海拔、地震。由于设计时间仓促，所以在设计中主要考虑温度条件。
按照规程上的规定，普通高压电器在环境最高温度为+40℃时，允许按照额定电流长期工作。当电器安装点的环境温度高于+40℃时，每增加1℃建议额定电流减少1.8%；当低于+40℃时，每降低1℃，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%。
4.2 断路器的选择
电力系统中，高压断路器具有完善的灭弧性能，正常情况下，用来接通和开断负荷电流，在某些电器主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器还常在继电保护的配合使用下，断开短路电流，切断故障部分，保证非故障部分的正常运行。
由于SF6断路器灭弧性能好，维护工作量小，故110kV一般采用SF6短路器。 １、按开断电流选择。高压断路器的额定开断电流Iekd≥Iz（高压断路器触头实际开断瞬间
的短路电流周期分量有效值）。
35
某110KV区域变电所电气部分初步设计 ２、短路关合电流的选择。断路器的额定关合电流ieg应不小于短路电流最大冲击值icj。即ieg≥icj
３、关合时间的选择。关合分闸时间，对于110kV以上的电网，当电力系统稳定要求快速
切除故障，分闸时间不宜大于0.04---0.06s。 4.2.1 110KV侧断路器 1）额定电压选择：
Uymax≥Ugmax=1.15Un=1.15×110=126.5(KV) Uymax——为最高允许工作电压 Ugmax——为电网最高允许运行电压 2）额定电流的选择：Ie≥Igmax=1.05 In Ie——断路器的额定电流 Igmax——最大工作电流
考虑到变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故相应回路的，Igmax=1.05In，根椐给定的某区水电上网负荷预测表可知,2012年最大的上网容量为51400KW（不考虑近区用电负荷），设额定功率因素为0.85，则：
Ie=3500A≥Igmax=1.05In=1.05×51400/（3×110×0.85）=333.3(A) 3)按开断电流选择 Iedk≥Id1=2.47KA
Iedk——断路器的额定开断电流 4）按断路器的短路关合电流选择
ieg≥ich1=6.278KA
ieg——断路器额定短路关合电流 ich1——d1点短路时短路电流冲击值 据以上数据,可以初步选择LW35-126型六氟化硫断路器，参数如下： 额定电压：126KV 最高工作电压：126KV 额定电流：3150A 额定开断电流：40KA 动稳定电流：100KA 热稳定电流（4s）：40KA 额定开合电流（峰值）：100KA 全开断时间：≤50ms 5）校验热稳定
Td=tkd+tb
Td——计算时间
36
南昌工程学院专科毕业设计（论文）
tkd——断路器的断开时间
tb——继电保护动作时间，取后备保护时间为5s 故：tb =0.05+5=5.05(s)
因Td＞1s导体的发热主要由周期分量来决定，则：
Qd=I∞2t=2.472×5.05=30.81(KA2.s) Qr=Ir2t=402×4=4800(KA2.s) 即: Qr＜Qd 满足热稳定要求 6)
动稳定校验 ich=6.278KA＜100KA 满足动稳定要求
故选择LW35-126型六氟化硫断路器能满足要求,由上述设计可以列表:
设 备 项 目 Uymax Ue Ie≥Igmax Idw≥icj Iedk≥Idi ieg≥icj Qr＞Qd 4.2.2 35KV侧断路器 1）额定电压选择：
Uymax≥Ugmax=1.15Un=1.15×35=40.25(KV) Uymax——为最高允许工作电压 Ugmax——为电网最高允许运行电压 2）额定电流的选择：Ie≥Igmax=1.05 In Ie——断路器的额定电流 Igmax——最大工作电流
考虑到变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故相应回路的Igmax=1.05In，根椐给定的某区域小水电上网容量预测表可知,2012年最大的上网容量为360KW，设额定功率因素为0.85，则：
Ie≥Igmax=1.05 In=1.05×360/（3×35×0.85）=794(A) 3)按开断电流选择
37
LW35—126 产 品 数 据 126kV 126kV 3150A 100kA 40kA 100kA 4800kA2S 计 算 数 据 126.5 KV 110 kV 333.3A 6.278kA 2.47kA 6.278kA 30.81 kA2S 某110KV区域变电所电气部分初步设计
Iedk≥Id2=6.91KA
Iedk——断路器的额定开断电流 4）按断路器的短路关合电流选择
ieg≥ich2=10.435KA
ieg——断路器额定短路关合电流 ich2——d2点短路时短路电流冲击值 据以上数据,可以初步选择LW8-35型户外式六氟化硫断路器，参数如下： 额定电压：35KV 最高工作电压：40.5KV 额定电流：2000A 额定开断电流：25KA 动稳定电流(峰值)：63KA 热稳定电流（4s）：25KA 额定开合电流（峰值）：63KA 全开断时间：≤60ms 5）校验热稳定
Td=tkd+tb Td——计算时间 tkd——断路器的断开时间
tb——继电保护动作时间，取后备保护时间为5s 故：tb =0.06+5=5.06(s)
因Td＞1s导体的发热主要由周期分量来决定，则：
Qd=I∞2t=6.912×5.06=241.06(KA2.s) Qr=Ir2t=252×4=2500(KA2.s) 即: Qr＜Qd 满足热稳定要求 7)
动稳定校验
ich=17.59KA＜63KA 满足动稳定要求
故选择LW8-35型六氟化硫断路器能满足要求,由上述设计可以列表:
设 备 项 目 Uymax Ue Ie≥Igmax Idw≥icj Iedk≥Idi ieg≥icj Qr＞Qd 产 品 数 据 40.5kV 35kV 2000A 63kA 25kA 63kA 2500kA2S 38
LW8—35 计 算 数 据 40.25 KV 35 kV 794A 10.435kA 6.91kA 10.435kA 241.06kA2S 南昌工程学院专科毕业设计（论文） 4.3 隔离开关的选择
隔离开关配置在主接线上，保证了线路及设备检修时形成明显的断口与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵守倒闸操作顺序，即送电时，首先合上母线侧隔离开关，其次合上线路侧隔离开关，最后合上断路器，停电则于上述相反。
隔离开关的配置：
１、断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口与电源隔离。
２、中性点直接接地的普通变压器，均应通过隔离开关接地。
３、在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关，保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设1-2组接地刀闸。
４、接在变压器引出线或中性点的避雷器可不装设隔离开关。
５、当馈电线路的用户侧没有电源时，断路器通往用户的那一侧可以不装设隔离开关。但为了防止雷电过电压，也可以装设。 4.3.1 110KV隔离开关的选择 1）额定电流Ue≥Uew=110KV 2）额定电流
Ie≥Igmax=1.05IN=1.05×（∑P35+∑P10）/（3×110×COSφ）
=1.05×（38.96+12.44）/（3×110×0.85）=0.3333(KA) 据上述数据,可初步选择GW4-110型户外隔离开关,其技术参数如下： 额定电压：110KV 动稳定电流峰值：50KA 额定电流：630A 热稳定电流（4s）：20KA 3）热稳定校验
td=5.05s Qd=30.73(KA2.S) Qr=Ir2t=202×4=1600(KA2.S) 即：Qr>Qd 满足热稳定要求。 4）动稳定校验
ich1=6.278KA 39 某110KV区域变电所电气部分初步设计 设 备 项 目 Ue≥Uew Ie≥Igmax Idw≥icj Qr>Qd 4.3.2 35KV侧隔离开关 1）额定电压 Ue≥uew=35KV 产 品 数 据 110KV 630A 50KA 1600KA2S GW4---110 计 算 数 据 110KV 333A 6.278KA 30.73KA2S 2）额定电流 Ie≥Igmax=1.05IN=1.05×∑P35/（3×110×COSφ）=0.2526（KA） 根据以上数据，可以初步选择GW4-35型户外隔离开关，其技术参数如下： 额定电压：35KV 动稳定电流峰值：80KA 额定电流：1250A 热稳定电流（4s）：31.5KA 3）热稳定校验 td=5.06s Qd=241.6(KA2.S) Qr=Ir2t=31.52×4=3969(KA2.S) 即：Qr>Qd 满足热稳定要求。 4）动稳定校验 icj=17.59KA 设 备 项 目 Ue≥Uew Ie≥Igmax Idw≥icj Qr>Qd 产 品 数 据 35kV 1250A 80kA 3969kA2S GW4—35 计 算 数 据 35kV 252.6A 17.59kA 241.6kA2S 4.4 高压熔断器的选择 熔断器是最简单的保护电器。它用来保护电器免受过载和短路电流的损害。户内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电器、配电线路和配电变压器，而在电厂中多用于保护电压互感器。 40 南昌工程学院专科毕业设计（论文） １、额定电压选择。对于一般高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压，另外，对于填充石英砂有限流作用的熔断器，则只能用于等于其额定电压的电网中，因为这种类型的熔断器能在电流达到最大值之前将电流截断，致使熔断器熔断时产生过电压。 ２、额定电流选择。熔断器的额定电流选择，包括熔断器熔管的额定电流和熔体的额定电流的选择。 ①熔管额定电流的选择。为了保证熔断器壳体不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流，应大于或等于熔体的额定电流： Ierg≥Iert 式4-7 ②熔体额定电流选择。为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自起动等冲击电流时误动作，保护35KV以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按式（9-54）选择： Iert≥K Igmax 式4-8 式中 K ——可靠系数，不计电动机自起动时，K =1.1～1.3，考虑电动机自起动时，K =1.5～2.0； Igmax——电力变压器回路最大工作电流。 ３、熔断器开断电流检验。 Iekd≥Icj 式4-9 对于保护电压互感器的高压熔断器只需按规定电压及断流量来选择。 4.5 互感器的选择 互感器是变换电压、电流的电气设备。它包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，分别向二次回路提供电压、电流信号以反映一次系统中电气设备的正常运行和故障情况。 4.5.1 互感器的作用 1、一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标准的低电压和小电流。 2、二次设备和高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身安全。 4.5.2 电流互感器的特点 1、电流绕组串联在电路中，匝数少，故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关。 2、二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以在正常情况下，电流互感器在近于短路的状态下运行。 41 某110KV区域变电所电气部分初步设计 4.5.3 电压互感器的特点 1、电压互感器容量很小，结构上要求有较高的安全系数。 2、二次侧所接仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，互感器在近于空载状态下运行。电压互感器的配置原则：应满足测量、保护、同期和自动装置的要求；保证在运行方式改变时，保护装置不失压，同期两侧都能方便的取压。电压互感器的配置原则：每条支路的电源都应装设足够数量的电压互感器，供支路测量、保护使用。 4.5.4 电流互感器的选择 1、电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和等影响，使一次电流I1与二次电流I2 在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器，应根据测量时误差的大小和标准度来选择。 2、额定容量。保证互感器的准确级，互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2，即Se2≥S2=I2e2Z2f 式4-10 Z2f=rg+rj+rd+re(Ω) 式4-11 式中：—测量仪表电流线圈电阻、rj ——继电器电阻、rd ——连接导线电阻、re——接触电阻，一般取0.1Ω 3、按一次回路额定电压和电流选择 当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表得到最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。 电流互感器的一次额定电流和电压必须满足： Ue≥Uew 式4-11 Iel≥Igmax 式4-12 式中：Uew——电流互感器的一次所在的电网额定电压 Ue、Ie1——分别电流互感器的一次回路额定电压和额定电流 Igmax——电流互感器一次回路最大工作电流 为了确保所供仪表的准确度，互感器的工作电流应尽量接近此额定电流。 4、热稳定校验。电流互感器热稳定能力常以1S允许通过一次额定电流Iel倍数Kr来表示，故热稳定应按下式校验 （IelKr）2≥I2∞tdz（或Qd） 式4-13 5、动稳定校验。电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值2Iel的倍数Kd（称为动稳定电流倍数），表示其内部稳定能力，故内部稳定可用下式校验： 42 南昌工程学院专科毕业设计（论文） 2IelKd ≥ ich 式4-14 短路电流不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于其相邻之间电流的相互作用使绝缘瓷帽受到力的作用，因此对于瓷绝缘型电流互感器应校验瓷套管的机械强度。瓷套上的作用力可由一般电动力公式计算，故外部动稳定应满足 Fy≥0.5×1.73ich2×l/a×10-7(N) 式4-15 式中 Fy——作用于电流互感器器帽端部的允许力； l——电流互感器出线端至最近一个母线支柱绝缘子之间的跨距； 系数0.5表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。 4.5.4.1 110KV侧 ①额定电压 Ue≥Uew=110KV ②额定电流 Ie≥1.05In=1.05×31500/（3×110×0.85）=204.2(A) 根据以上数据，可以初步选择LCWD—110型户外电容式电流互感器，其技术参数如下： 额定电流比：300/5A IS热稳定倍数：75 动稳定倍数：130 ③热稳定效验、 Tb=5.05s Qd=30.73(KA2.S) （KrIe）2×1=（75×0.3）2×1=506.25（KA2.S）>Qd 满足热稳定要求 ④动稳定效验 Ichl=6.278KA Kd2Ie=130×2×0.4=73.54（KA）> Ichl 满足动稳定要求。 故选择LCWD—110型户外式电流互感器能满足要求，由上述设计可列表： 设 备 项 目 Ue≥Uew 产 品 数 据 110Kv 43 LCWD—110 计 算 数 据 110KV 某110KV区域变电所电气部分初步设计 Ie≥Igmax KdIe≥ichl 300A 506.25KA 900KA2S 204.2A 6.278KA 30.73KA2S （KrIe）2×1>Qd 4.5.4.2 35kV侧 ①额定电压：Ue≥Uew=35KV ②额定电流：I≥1.05IN=1.05×∑P35/（3×35×COSφ）=793.9（A） 根据以上数据，可初步选择LCWD—35型户外式电流互感器，其技术参数如下：额定电流比——1000/5A 1S热稳定倍数——65 动稳定倍数——38 ③热稳定效验 td=5.06s Qd=Id22×td=6.912×5.06=241.67(KA2.S) （KrIe）2×1=（65×1）2×1=4225（KA2.S）>Qd 满足热稳定要求 ④动稳定效验 Ich2=17.59KA 2KdIe=2×38×1=53.74>Ich2 故选择LCWD—35型户外式电流互感器能满足要求，见列表： 设 备 项 目 Ue≥Uew Ie≥Igmax 2KdIe≥ich LCWD—35 产 品 数 据 35KV 1000A 53.74KA 4225KA2S 计 算 数 据 35KV 793.9A 17.59KA 241.67KA2S (KrIe)2·1>Qd 满足动稳定要求。 4.5.5 电压互感器的选择 1、一次回路电压选择。为了确保电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.1-0.9）Ue范围内变动。 2、按二次回路电压选择。电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准,仪表的要求。 44 南昌工程学院专科毕业设计（论文） 3、按容量的选择。互感器的二次容量(对应所要求的准确级)Se2应不小于互感器的二次负荷S2，即: Se2≥S2。 电压互感器应按一次回路电压、二次回路电压、安装地点和使用条件、二次负荷及准确级等要求进行选择。 4.5.5.1 110KV侧电压互感器 ①母线侧电压互感器选用JDCF-110型，母线侧接成开口三角形接线。该电压互感器，它是单相、三绕组、串级绝缘，户外安装互感器，适用于交流50HZ电力系统，作电压、电能测量和继电保护用。其初级绕组额定电压为110/3KV，次级绕组额定电压为0.1/3KV，二次绕组准确级为0.5级，额定二次负荷300VA。 ②110KV输电线路侧电压互感器，采用TYD-110-0.015H一般接线型单相电容式电压互感器，其初级绕组额定电压为110/3KV，次级绕组额定电压为0.1/3KV，二次绕组准确级为0.5级，额定二次负荷150VA 4.5.5.2 35KV侧电压互感器 35KV母线侧、输电线路均采用JDJJ—35型电压互感器，它是单相、三绕组、户外、油浸式全密封结构的互感器，其初级绕组额定电压为35KV，次级绕组额定电压为0.1KV，二次绕组准确度为0.5级，额定二次负荷为150VA。 4.5.5.3 10KV侧电压互感器 10KV侧电压互感器用用JSJW-10型电压互感器，它是单相、三绕组、户外、油浸式、五铁芯柱式户内型电压互感器，其初级绕组额定电压为10KV，次级绕组额定电压为100V，二次绕组准确级为0.5级，额定二次负荷120VA。 4.6 所用变压器的选择 所用电气接线的一般原则：低压10KV母线采用分段母线分别向两台所用变压器提供电源，一般采用一台工作变压器接一段母线，两台所用工作变压器互为备用（每台变压器容量及型号相同），以获得较高的可等靠性。 所用变压器负荷计算采用核算系数法，不经常运行及不经常连续运行的负荷均可不列入计算负荷，当有备用所用变压器时，其容量应与工作变压器相同。 所用变压器容量按下式计算：S≥K1∑P1+∑P2 式4-16 S——所用用容量（KVA） ∑P1——所用动力负荷之和（KW） 45 某110KV区域变电所电气部分初步设计 K1——所用动力负荷核算系数，一般取0.85 ∑P2——电热及照明负荷之和（KW） 计算过程如下： 1、连续运行的电动机：P=Ped 式4-17 2、经常短时及经常断续运行的电机：P=0.5Ped 式4-18 所用变压器容量S≥K1∑S1+∑S2 式4-19 式中：∑S1——所用动力负荷之和（KW） K1——所用动力负荷核算系数，一般取0.85 ∑S2——电热及照明负荷之和（KW） 由于缺乏有关所用电负荷相关资料，故参照同等规模变电所所用变容量，选择两台SJ9-100/10型变压器互为备用。 SJ9-100/10型变压器技术参数： 额定电压：高压10KV 低压0.4KV 空载电流%：2.1 阻抗电压%：4.0 空载损耗：0.29KW 连接组别：D/yn-11 短路损耗：2.00KW 4.7 母线的选择 4.7.1 110KV侧母线 Igmax=1.05IN=1.05×（∑P35+∑P10）/（3×110×COSφ） =1.05×（38.96+12.44）/（3×110×0.85） =0.3333(KA) 选取钢芯铝绞线： Tzd=4500h时，取J=1.15A/mm2 S= Igmax /J=0.333×103/1.15=290mm2 取LGJ—300/15型钢芯铝绞线，其主要技术参数为： · 标称截面积 铝/钢——300/15mm2 · 计算拉断力68060N · 连续载流量650A（20℃） ①热稳定效验 Qd=Id12tjz=(2.47×1000)2×5.05=30720000(A2S) Smin=(QdKf)0.5/C 46 南昌工程学院专科毕业设计（论文） 取热稳定系数C取87 、集肤系数Kf取1,则上式为: Smin=(QdKf)0.5/C =(30720000)0.5/87 =63.7(mm2) 所选取母线截面为300mm2,故满足热稳定要求 ②动稳定效验 F=1.73ich 2×10-7l/a 式中L=2m a=2.2m ich =6278A F=1.73×6278 2×10-7×2/2.2=6.20(N) 故满足动稳定要求。 4.7.2 35KV侧母线 Igmax=1.05∑P35K侧/(√3UCOSφ)=1.05×38.96/(√3×35×0.85)=0.794(kA) Tmax=4500h时， 取J=1.15A/mm2 S=Igmax/J=0.794×103/1.15=690mm2选取LJX-630/61 型稀土铝绞线，其主要技术参数如下：允许计算拉力为91940N，连续载流量为1140A(20℃）。 ①热稳定效验 Smin=(QdKf)0.5/C Qd=Id22×td=6.912×5.06=241670000(A2.S) C=87 Kf=1 则Smin=(QdKf)0.5/C =(241670000)0.5/87=178.7(mm2) 所选取截面为630mm2，故满足热稳定要求。 ②动稳定效验 F=1.73ich 2×10-7l/a 式中L=1.5m a=2m ich =17590A F=1.73×17590 2×10-7×1.5/2=40.15(N) 故满足动稳定要求。 4.7.3 10KV侧母线 Igmax=1.05∑P10K侧/(3UCOSφ)=1.05×12.44/(3×10×0.85)=0.887(kA) Tmax=4500h时， 取J=1.15A/mm2 S=Igmax/J=0.887×103/1.15=771mm2选取LMY80×10铝母线。 ①热稳定效验 Smin=(QdKf)0.5/C Qd=Id32×td=25.352×5.06=4534379850(A2.S) C=87 Kf=1 则Smin=(QdKf)0.5/C =(4534379850)0.5/87=774(mm2) 47 某110KV区域变电所电气部分初步设计 所选取截面为800mm2，故满足热稳定要求。 4.8 10KV高压开关柜的选择 4.8.1 进线回路开关柜的选择 4.8.1.1 断路器的选择 （1）额定电压的选择 Uymax≥Ugmax =1.15Un=1.15×10=11.5(KV) Uymax、Ugmax——分别为最高允许工作电压、电网最高运行电压 （2）额定电流的选择：Ie≥Igmax ∑P10=12.44MW COSφ取0.85 Ie≥Igmax=1.05IN=1.05×∑P10/(3UnCOSφ) =1.05×12.44/(3×10×0.85)=887.2(A) (3)开断电流选择 Iedk≥Ich3=38.285(KA) (4)按断路器短路关合电流选择 ieg≥ich3=.532(KA) 据以上数据,可以初步选择ZN63A(VS1)-12/1600型户内真空断路器,参数如下： 额定电压：12KV 最高工作电压：12KV 额定电流：1600A 额定开断电流：40KA 动稳定电流（峰值）：100KA 热稳定电流（4s有效值）：40KA 额定关合电流（峰值）：100KA 故有分闸时间：0.05s (4)、效验热稳定 td=tkd+tb td：计算时间 tkd：短路器的断开时间 tb：继电保护的动作时间，取后备保护的时间5s td=0.05+5=5.05s 因td>1s导体的发热主要由周期分量来决定，则： Qd=Id32t=25.352×5.05=3245(KA2.S) 48 南昌工程学院专科毕业设计（论文） Qr=Ir2t=402×4=00(KA2.S) 即：Qr > Qd 热稳定满足要求 (5)、动稳定校验 ich3=.532KA 设备 项 目 Uymax Ue Ie≥Igmax Ie≥Icj Iedk≥Icl Ieg≥Icj Qr≥Qd 满足动稳定要求。 4.8.1.2隔离开关的选择 （1）额定电压 Ue≥Uew=10KV (2)额定电流 Ie≥Igmax=1.05IN=1.05×∑P10/(3UnCOSφ) =1.05×12.44/(3×10×0.85)=887.2(A) 根据以上数据,可以初步选择GN8-10/1000型户外隔离开关,参数如下:额定电压:10KV 动稳态电流峰值:75KA 额定电流:1000A 热稳定电流(5s):30KA （3）热稳定校验 Qd=Id32t=25.352×5.05=3245(KA2.S) Qr=Ir2t=302×5=4500(KA2.S) 即：Qr > Qd 热稳定满足要求 49 ZN63A(VS1)-12/1600 产 品 数 据 11.5kV 10 kV 3150A 100 kA 40 kA 100 kA 00kA2.S 计 算 数 据 11.5 kV 10 kV 887A .532 kA 38.285 kA .532 kV 3245kA2.S 某110KV区域变电所电气部分初步设计 （4）动稳定校验 ich3=.532KA 设 备 项 目 Ue≥Uew Ie≥Igmax Idw≥Icj Qr≥Qd 4.8.1.3电流互感器的选择 （1）额定电压 Ue≥Uew=10KV （2）额定电流 Ie≥Igmax=1.05IN=1.05×SBe/(3Un) =1.05×31.5/(3×10.5)=1732(A) 根据以上数据，可以初步选择LMC-10/2000型电流互感器，其技术参数如下： 额定电流比：2000/5 1S热稳定倍数：75 （3）热稳定校验 Qd=Id32t=25.352×1.05=675(KA2.S) Qr=（KrIe）2×1=（75×1）2×1=5625(KA2.S) 即：Qr > Qd 热稳定满足要求 故选择LMC-10/2000型电流互感器，由上述设计可列表： 设 备 项 目 Ue≥Uew Ie≥Igmax (KdIe)2×1> Qd 4.8.1.4 10KV侧电压互感器 10KV侧电压互感器采用JSJW-10型电压互感器，它是油浸式、三相、三卷、户内式电压互感器，接线为Y0/Y0/（开口三角形）-12-12。其初级绕组额定电压为10KV，次级绕组额定电压为100V，准确等级为0.5级时，额定容量为120VA,最大容量960VA。 4.8.2 出线回路开关柜的选择 50 GN8-10/1000 产 品 数 据 10 kV 1000A 75 kA 4500kA2.S 计 算 数 据 10 kV 887A .532 kA 3245kA2.S LMC-10/2000 产 品 数 据 10kV 2000A 5625kA2S 计 算 数 据 10kV 1732A 675 kA2S 南昌工程学院专科毕业设计（论文） 1、断路器的选择: ZN63A（VS1）-12/630型户内高压真空断路器。 2、电流互感器的选择: LMC-10 2000/5型电流互感器。额定电流比2000/5,1S热稳定倍数75。 3、高压熔断器的选择: RN2-10/0.5户内高压限流熔断器。 4、隔离开关的选择: GN8-10/400型户内隔离开关。 5、避雷器的选择： FS-10型避雷器。 第五章 主变压器的保护 电力变压器运行起来比较可靠，故障机会较少，但是变压器是连续运行的，停电机会 51 某110KV区域变电所电气部分初步设计 很少，而且绝大部分安装在户外，受自然环境条件的影响较大，另外，变压器时刻受到外界负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的威胁较大，因此，变压器在实际运行中有可能发生各种类型的故障和不正常运行情况。 变压器的故障分为内部和外部两种故障，内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障。内部故障危害性很大，因为短路电流产生的高温电弧，不仅会烧毁绕组绝缘和铁芯，而且会使变压器油受热产生气体，有可能使变压器外壳局部破裂。甚至发生油箱爆炸事故，因此，当变压器内部发生严重故障时，必须迅速地将变压器切除。变压器的外部故障，指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，当发生这类故障时，应迅速切除变压器，应尽量减小或消除短路电流造成的损害。 为了防止变压器发生各种类型的故障和不正常运行时造成的损失，保证电力系统安全连续运行，变压器一般装设一系列的保护装置。 5.1 主变压器的主保护 5.1.1 瓦斯保护 在变压器油箱内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器及其绝缘材料因局部发热而分解产生气体，气体将从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油冲向油枕的上部。利用油箱内部故障时的这一特点构成的反映于上述气体而动作的保护装置，成为瓦斯保护。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。 瓦斯保护能反应油箱内部各种故障，且动作迅速，灵敏性高，接线简单，它与差动保护一起构成变压器的主保护。 5.1.2 差动保护 差动保护用来保护变压器绕组，套管及引出线上相间短路、匝间短路及接地短路。 用比较被保护线路（或元件）两端电流大小和方向（相位）的方法而构成的保护称为差动保护。为了实现这种比较，在线路两端应装设型号及变比完全相同的电流互感器，并按一定的方式将上述电流互感器的二次回路反向串接。连接的原则是：在正常运行及外部短路时，继电器中没有电流，而在被保护内部短路时，继电器内部流过全部短路电流（二次值）。正常运行及外部短路时，线路两端的电流大小及方向一致，因此，继电器不会动作。在两端电流互感器之间的线路范围内发生短路时，两侧电流都向短路点供出短路电流，故流进继电器的电流不为0，由于流进继电器的这个电流很大，故继电器动作。 纵差动保护的保护范围，包括了两端电流互感器之间的整条输电线路，保护范围以外 52 南昌工程学院专科毕业设计（论文） 短路时，保护不会动作，因此无需与相邻线路保护在动作值和动作时限上进行配合。 5.1.3 主变压器的后备保护 为反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，变压器应装设复合电压起动的过电流保护。本次所设计的变电站，110KV、35KV、10KV侧均有电源，因此，在变压器三侧均应装设复合电压过流保护。110KV侧后备保护的动作时限最小，且加方向元件，动作功率方向取为由变压器指向母线。110KV、35KV、10KV的后备保护均动作于跳开本侧断路器。在110KV侧另加装一套不带方向的后备保护，作为变压器内部故障的后备保护。 5.1.4 主变压器的过负荷保护 变压器的过负荷保护反映在变压器对称过负荷引起的过电流。保护用一个电流继电器接于一相电流，经延时动作于信号。本次设计的变电站的三绕组降压变压器，三侧均有电源，因此，三侧均应装设过负荷保护。 5.2 主变压器主保护的整定计算 5.2.1 差动保护计算 1、最小运行方式 （1）110KV母线短路 Id1（110）=1/0.32×100/（3×115）=1.57(KA) Id1（35）=1/0.782×100/（3×115）=0.2(KA) Id1（10）=1/1.966×100/（3×115）=0.255(KA) （2）35KV母线短路 Id2（110）=1/0.×100/（3×37）=2.44(KA) Id2（35）=1/0.436×100/（3×37）=3.58(KA) Id2（10）=1/1.77×100/（3×37）=0.88(KA) （3）10KV母线短路 Id3（110）=1/0.4905×100/（3×10.5）=11.21(KA) Id3（35）=1/0.54×100/（3×10.5）=10.18(KA) Id3（10）=1/1.37×100/（3×10.5）=25.41(KA) 53 某110KV区域变电所电气部分初步设计 2、计算各侧一次额定电流，选择保护用电流互感器变比，确定差动保护各臂中的二次额定电流（以110kV侧为基准侧）结果如下：采用BCH-2型差动继电器 名 称主变额定容量Se（MVA）额定电压Up(kV)额定电流Ip(A)公式值（A）158.15ΔIj1=√3Ip273.91300/560851.351000/5200Ie2=Ij1/K4.5654.2574.33031.5115各 侧 数 值31.537Ip=1000Se/(√3×Up)491.54ΔIj1=Ip1732.102000/54001732.10Y31.510.5电流互感器接线方式电流互感器一次电流计算值Ij1选用电流互感器变比K公式值（A）公式值公式值（A）差动臂电流 3、确定保护装置的动作电流 （1）避过变压器的励磁涌流 Idz=KkIe=1.3×158.15=205.60(A) （2）避过电流互感器二次回路断线 Idz=KkIf。max=1.3×158.15=205.60(A) （3）避过外部短路时最大不平衡电流整定 Idz=KkIbp=Kk（KfzqKtxfi+ΔU+Δfph）Id.max =1.3(1×1×0.1+0.1+0.05) ×4.913 ×100/(3×115) =803(A) 式中：Kk——可靠系数，取1.3； Kfzq——非周期分量影响系数，取1； Ktx——电流互感器同型系数，取1； fi——电流互感器允许的最大相对误差，取0.1； ΔU——变压器调压分接头改变引起的相对误差，一般取调压范围的一半； Δfph——继电器平衡线圈整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差，取0.05； 54 南昌工程学院专科毕业设计（论文） Id.max——变压器外部短路时最大短路电流的周期分量，归算至基本侧。 根据以上结果，取Idz.jb.js=803A。 （4）确定基本侧线圈匝数 基本侧继电器动作电流的计算值 Idz.j。jb.js=Kjx·Idz.jb.js/nLH=3×803/60=23.18（A） 基本侧继电器工作线圈匝数 Wg.jb.js=AW0/ Idzj。jb.js=60/23.18=2.59(匝) 取Wg.jb.z=2匝 Wcd.z=2匝 Wph.jb.z=0匝 继电器实际动作电流Idzj。jb=60/2=30（A） 保护装置的动作电流Idz=nLH·Idzj。jb/Kj=60×30/3=1039（A） （4）、确定非基本侧线圈匝数 Wph.fj.js.35=I2e.jb·Wg.jb.z/ I2e.fj.35 - Wcd.z=4.565×2/4.257-2=0.145匝 取Wph.fj.Z.35=0匝，则Wg.fj.z.35= Wph.fj.js.35+ Wcd.z=2匝 Wph.fj.js.10=I2e.jb·Wg.jb.z/ I2e.fj.10 - Wcd.z=4.565×2/4.330-2=0.108匝 取Wph.fj.Z.10=0匝，则Wg.fj.z.10= Wph.fj.js.10+ Wcd.z=2匝 （5）校验相对误差 Δfph。35= （Wph.fj.js.35- Wph.fj.Z.35）/（Wph.fj.js.35+ Wcd.z） =（0.145-0）/(0.145+2)=0.067>0.05， Δfph。35不满足要求，取其等于0.1代入得： Idz=KkIbp=Kk（KfzqKtxfi+ΔU+Δfph）Id.max =1.3(1×1×0.1+0.1+0.1) ×4.913 ×100/(3×115) =962(A) Idz.j。jb.js=Kjx·Idz.jb.js/nLH=√3×962/60=27.77（A） 取Wg.jb.z=2匝 Wcd.z=2匝 Wph.jb.z=0匝 继电器实际动作电流Idzj。jb=60/2=30（A） 保护装置的动作电流Idz=nLH·Idzj。jb/Kj=60×30/3=1039（A） Wph.fj.js.35=I2e.jb·Wg.jb.z/ I2e.fj.35 - Wcd.z=4.565×2/4.257-2=0.145匝 Wph.fj.js.10=I2e.jb·Wg.jb.z/ I2e.fj.10 - Wcd.z=4.565×2/4.330-2=0.108匝 55 某110KV区域变电所电气部分初步设计 取Wph.fj.Z.35=0匝， Wph.fj.Z.10=0匝 Δfph。35= （Wph.fj.js.35- Wph.fj.Z.35）/（Wph.fj.js.35+ Wcd.z） =（0.145-0）/(0.145+2)=0.067<0.1 Δfph。10= （Wph.fj.js.10- Wph.fj.Z.10）/（Wph.fj.js.10+ Wcd.z） =（0.108-0）/(0.108+2)=0.051<0.1 （6）初步选取短路线圈抽头B1-B2通过变压器空载试验。 （7）灵敏度效验 在最小运行方式下： 110KV母线短路Id=1.57+0.2+0.255=2.476(KA) 35KV母线短路Id=2.44+3.58+0.58=6.6(KA)，归算至110KV侧： 6.6×37/115=2.123（KA） 10KV母线短路Id=11.21+10.18+25.41=46.8(KA)，归算至110KV侧：46.8×10.5/115=4.273（KA） 35KV侧短路电流最小,应按35KV侧效验灵敏度 Idmin=2.123×1000×3/(300/5)=61.28(A) Klm=61.28/30=2.04>2，灵敏度满足要求。 故选用BCH-2型差动继电器。 第六章 变电站的接地设计 56 南昌工程学院专科毕业设计（论文） 6.1 变电站接地装置的设计原则 变电站的接地装置应安全可靠，经济合理。因此，设计时一般有以下几点原则： 1、为保证人身和设备的安全，电力设备宜接地或接零，交流电力设备的接地，应充分利用自然接地，变电站自然接地电阻符合要求时，可只敷设以水平接地体为主的人工均压接地网。 2、不同用途和不同电压的电力设备，除另有规定者和避雷针、避雷线外，应使用一个总的接地体，接地电阻应符合其中最小值的要求。接地电阻应考虑土壤干燥或冻结等季节变化的影响，在一年四季中均应符合要求。但防雷装置的接地电阻则只考虑在雷季变化中土壤的干燥状态的影响。 3、变电站通信设备的接地，应和电力设备的接地使用一个总接地体。 4、在变电站接地网内的中性点直接接地的低压电网中，低压电力设备的机座或金属外壳与接地网可靠连接后，允许不按接地保护的要求作短路试验。 5、变电站接地装置应构成均衡电位接地系统。 大接地短路电流系统的接触和跨步电压电势不应超过下列值： Ej=(250+0.25ρb) t 式6-1 Ek=(250+ρb) t 式6-2 式中 Ej——接触电势（V） Ek——跨步电势（V） ρb——人脚站立TH 地表面的土壤电阻率（Ω.m） t——接地短路电流的持续时间（S） 接地电阻应符合： R≤2000/I 式6-3 当I＞4000A时，可采用：R≤0.5 式中 R——考虑到季节变化的最大接地电阻，Ω； I——计算用的流经接地装置的入地短路电流，A。 小接地短路电流系统中，在发生接地短路时，如果不是立即切除故障，其接触电势和跨部电势不应超过下列数值： Ej=50+0.05ρb 式6-4 57 某110KV区域变电所电气部分初步设计 Ek=50+0.2ρb 式6-5 在条件恶劣的场所，例如矿山井下和水田，接触电势和跨步电势的允许值应适当降低。 6.2 接地设计一般程序 1、调查变电站所在地的土壤特性及地质构造，实测接地装置区域的土壤电阻率。也可由电测部门提供地层土壤电阻率分布资料。 2、了解建筑物的布置、结构、钢筋配置情况，确定可利用作为接地装置的各种自然接地体。 3、确定接地装置的接地电阻值以及允许的接触电位差值和跨步电位差值。 4、计算接地电阻 5、选择接地装置导体截面 6、绘制施工图纸 7、检查接地装置是否按设计要求施工，接地线不得遗漏，连接应完好。 8、拟订接地装置接地电阻，接触电位差和跨步电位差，测量方案，参加接地电阻、接触电位差和跨步电位差的测量。 9、根据实测结果效验设计，当不满足时，应补充和完善接地装置或增加有关防护措施。 6.3 变电站的接地装置 变电站的接地装置应充分利用直接埋入土壤中的各种自然接地体接地。当接地电阻难以满足要求时，可根据技术经济比较，因地制宜地采用引外接地、深埋接地等接地方式，并加以分流、均压和隔离等措施，对小面积接地网和集中接地装置可采用人工降阻的方式降低接地电阻。 本变电站的接地装置设计采用集中接地装置和接地网。 1、计算接地电阻 由于接地网面积很大，接地网将不是等电位，计算接地网电阻时，我们考虑了地网的有效利用率： R≤2000/I 式6-6 R=K×0.5ρ/S 式6-7 式中：R——考虑到季节变化的最大接地电阻，Ω I——计算用的流经接地装置的入地短路电流，A 58 南昌工程学院专科毕业设计（论文） ρ——土壤电阻率，Ω.m S——地网面积,m2 K——大型地网工频有效利用系数 2、变电所经接地装置的入地短路电流及电位的计算，计算用入地短路电流的计算，所内和所外发生接地短路时，流经接地装置的电流可分别按下式计算： I=(Imax-Iz)(1-Kf1) 式6-8 I=Iz(1-Kf2) 式6-9 式中： I—入地短路电流，A Imax—短路时的最大接地短路电流，A Iz—发生最大接地短路电流时，流经变电所接地中性点的最大接地短路电流，A Kf1,Kf2—分别为所内和所外短路时，避雷线的工频分流系数 计算用入接地故障时，接地装置的电位，接触电位差和跨步电位差的计算： 接地网地面的最大接触电势，即网孔中心对接地地网接地体的最大电势，可按下式计算： Ejm=KjEw 式6-10 式中 Ejm——最大接触电势，V Kj——接触系数 当接地极的埋设深度h=0.6～0.8m时，Kj可按下式计算： Kj=KnKdKs 式6-11 式中Kn、Kd、Ks——系数可采用附表1所列数值。 附图1 长孔接地网方孔接地网 附表1 系数Kn、Kd、Ks 59 某110KV区域变电所电气部分初步设计 系数 长孔接地网 接地网型式 方孔接地网 备注 当n≤9时（单方向计算根数， n按附图1选取） 均压带根数影响系数Kn 0.97/n+0.096 1.03/n+0.047 0.545/n+0.137 0.55/n+0.105 当n≥10时（n的取法同上） 均压带直径影响系数Kd 接地网面积影响系数Ks 1 1.2-10d 各种接地装置的等效直径d（m） 1、当√s≥16时； 2、s接地网的面积（m2） 1.23-0.23×40/√s 均压带一般采用直径20mm的圆钢或40mm的扁钢,n≤9的方孔接地网中,可采用较小截面的钢材。 3、选择接地装置导体截面 ①接地装置的热稳定校验 根据热稳定条件，未考虑腐蚀时，接地体的最小截面应符合下式要求： Sjd≥Ijd× td /C 式6-12 式中 Sjd ——接地线的最小截面，mm2 Ijd——流过接地线的短路电流稳定值，A，根据系统5～10年发展规划，按系统最 大运行方式确定； td——短路的等效持续时间，s C——接地线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前接地线的初始温度确定。 在校验接地线的热稳定时，Ijd、td及C应采用附表2所列数值。接地线的初始温度，一般取40℃。在爆炸危险场所，应考虑土壤和大气对接地线的腐蚀影响。 附表2 校验接地线热稳定用的Ijd、td及C值 参数 大接地短路电流系统中的接地线 单相接地、两相接Ijd 地短路时，流过接地线的短路电流 中性点直接地接地的低压电力网的接地线和零线 导电部分与被接地部分或零线间发生短路时，流过接地线的短路电流 60 各种电力网中用的携带式接地线 发生各种类型短路时，流过接地线的短路电流 南昌工程学院专科毕业设计（论文） td 相当于继电保护主 保护动作的等效持续时间 钢 70 120 210 90（61） 155（100） 280（180） 同左 同左。一般可按电力网中，各设备继电保护的最大速写时间确定 —— —— -250 C 铝 铜 注：括号中的数值用于架空接地线和零线。 根据热稳定条件，未考虑腐蚀时，接地装置的接地极的截面不宜小于连接至该接地装置的接地线截面的75%。 附 图 1、110KV变电站主接线图1张（A2图纸） 2、1#主变保护、控制回路展开图1张（A2图纸） 61 某110KV区域变电所电气部分初步设计 3、110KV出线保护、控制回路展开图1张（A2图纸） 4、35KV二相式差动保护展开图1张（A2图纸） 5、35KV、10KV出线保护控制回路展开图1张（A2图纸） 6、10KV配电装置配置图1张（A2图纸） 结 语 经数月努力，此次函授学习最后一个环节——毕业设计的论文部分终于完成。 62 南昌工程学院专科毕业设计（论文） 毕业设计是对三年来所学知识的综合考察，不仅要求全面掌握所学知识，还要能够综合运用，并结合自学有关知识才能完成。所以，经过这次毕业设计，在这些方面都有了很大的进步和提高。 本次毕业设计的课题是《某110kV区域变电所电气部分初步设计》。这个课题的内容与我们所学的各门专业课程都有一定的联系，涉及内容相对较少，尽管如此，设计过程中，在章老师和有关专业人员的指导和帮助下，得以顺利完成，提高了我的业务素质和工作能力。 参考资料 1、电力工程设计手册（1～3册） 水利电力部西北设计院、 水利电力东北电力设计院编 63 某110KV区域变电所电气部分初步设计 上海人民出版社出版 2、发电厂及变电站电气设备 主编：吴靓 谢珍贵 中国水利水电出版社出版 3、电力系统基础 主编：陈光会 王敏 中国水利水电出版社出版 4、电力系统继电保护 主编：税正中 施怀瑾 重庆大学出版社 5、S10系列三绕组无励磁调压电力变压器产品技术参数 网上下载 6、其它有关图纸和相关资料 致 谢 感谢各位老师三年来的悉心授业和在此次毕业设计过程中给予我的指导与帮助，此次毕业设计的经历，为我今后的工作垫定了基础，我决心，在今后的工作中努力钻研业务知识，取得好成绩。 南昌工程学院专科毕业设计（论文） 65
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