35KV变电站设计本科毕业设计论文

'太原科技大学毕业设计（论文）毕业设计（论文）题目：35KV变电站设计-35- 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　指导教师签名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日 注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 毕业设计（论文）任务书学院（直属系）：电子信息工程学院时间：2012年3月7日学生姓名指导教师设计（论文）题目35KV变电站设计主要研究内容负荷计算；变电所主变压器和主接线方案的选择；短路电流的计算及高压设备的选择.研究方法理论分析、绘图，计算主要技术指标(或研究目标)1．熟悉电力系统继电保护原理2．熟悉电气工程基础3．熟悉工厂供电4．具有一定CAD绘图基础主要参考文献1.电力系统继电保护及新技术李佑光林东科学出版社2.电气工程基础刘涤尘武汉理工大学出版社3.工厂供电刘介才机械工业出版社4.AutoCAD2009电气设计舒飞李华机械工业出版社5．供电技术王崇林、邹有明煤炭工业出版社 目录摘要IVAbstractV前言-1-第1章所选地址概况及所选地址条件-2-1.1所选地址概况-2-1.2所选地址条件-2-第2章负荷计算-3-2.1供电负荷分级及其对供电的要求-3-2.2计算负荷-3-第3章主变压器容量计算及其结构-6-3.1主变容量计算-6-3.2变压器结构及选择-6-3.2.1变压器结构-6-3.2.2变压器绕组的连接方式-7-3.2.3冷却方式的选择-7-3.2.4调压方式的选择-8-第4章主接线设计-10-4.1电气主接线设计选择-10-4.1.1变电站35KV侧接线型式的确定-10-4.1.2变电站10KV侧接线型式的确定-13-第5章短路电流计算-15-5.1短路计算的目的-15-5.2短路电流计算的一般规定-15-5.3短路电流计算-16-第6章高压电器设备的选择-20-6.1电器设备选择的一般原则-20-6.1.1按环境条件选择-20-6.1.2按电网电压选择-20- 6.2高压断路器的选择原则-20-6.2.1按工作环境选型-20-6.2.2按额定电压选择-21-6.2.3按额定电流选择-21-6.2.4校验高压断路器的热稳定-21-6.2.5校验高压断路器的动稳定-22-6.3各电压等级侧断路器的选择-22-6.3.135KV侧断路器的选择-22-6.3.210KV侧断路器的选择-23-6.4隔离开关的选择-24-6.4.1隔离开关的作用-24-6.4.235KV侧隔离开关的选择-24-6.4.310KV侧隔离开关的选择-25-6.5电压互感器和电流互感器的选择-25-6.5.1电压互感器的选择-26-6.5.2电流互感器的选择-26-6.6电抗器的选择-26-6.6.1普通电抗器的选择原则-26-6.7高压熔断器的选择-26-6.7.1熔断器的作用-26-6.7.2熔断器的选择-26-第7章变电站的防雷保护-28-7.1变电站对直击雷的的防护-28-7.1.1装设避雷针（线）的原则-28-7.1.2直击雷防护装置的原理-29-7.2避雷针保护范围的计算方法-30-7.2.1单支避雷针的保护范围-30-7.2.2两支等高避雷针-30-7.2.3本设计中避雷针的选择-31- 7.3对雷电入侵波的防护-32-7.3.1避雷器的作用-32-7.3.2对避雷器的基本要求-32-7.3.3避雷器的选择-33-参考文献-34-致谢-35- 35KV变电站设计摘要本设计根据某某工厂的电力负荷资料，作出了该区地面35kV变电所的初步设计。包括主接线的设计、负荷计算与变压器选择、高压电器的选择、变电所的防雷及变电所的布置等。本设计以实际负荷为依据，以变电所的最佳运行为基础，按照有关规定和规范，完成了满足该区供电要求的35kV变电所初步设计。设计中先对负荷进行了统计与计算，选出了所需的主变型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计，考虑到短路对系统的严重影响，设计中进行了短路计算。设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。此外还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。关键词：35KV变电站，变压器，电压互感器，短路电流计算，防雷保护 AbstractAccordingtothedesignXXfactoryelectricityloadinformationmadeground35kVsubstationsintheinitialdesign.Includingthewiringdesign,loadcalculationsandtransformerselection,thechoiceofelectricalvoltage,substationsandsubstationsminelayout.Tothedesignbasedonactualload,thebestoperationbasedinsubstations,inaccordancewiththerelevantprovisionsandnorms,andcompletedtomeettherequirementsofthe35kVelectricitysubstationspreliminarydesign.Designofthefirstloadofstatisticsandcalculations,electedforthechangemodels,andthenloadaccordingtothenatureandreliabilityofelectricityforthedevelopmentofthewiringdesign,takingintoaccounttheshort-circuitseriousimpactonthesystemdesignofashort-circuitbasis.Designofthemainhighvoltageelectricalequipmentonthechoicesandcalculations,suchascircuitbreakers,isolationswitches,voltagetransformer,currenttransformer.Inaddition,thedesignandcalculationofmine-protectedandenhancedthesecurityoftheentiresubstations.Keywords:35KVsubstation,transformer，potentialtransformer，shortcircuitcalculation,lightningprotection 前言随着经济的发展，工业水平的进步，人们生活水平不断的提高，电力系统在整个行业中所占比例逐渐趋大。现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。电力系统是国民经济的重要能源部门，而变电站的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。由于变电站的设计内容多，范围广，逻辑性强，不同电压等级，不同类型，不同性质负荷的变电站设计时所侧重的方面是不一样的。设计过程中要针对变电站的规模和形式，具体问题具体分析。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。结合我国电力现状，为国民经济各部门和人民生活供给充足、可靠、优质、廉价的电能，优化发展变电站。从我国目前部分地区用电发展趋势来看，新建变电站应充分体现出安全性、可靠性、经济性和先进性。在此我为了满足某地区的要点需要，提高电能质量。我拟建一座35KV降变电站。变电站设计的内容力求概念清楚，层次分明，结合自己设计的原始资料，参考变电站电气设计工程规范，经过大量翻阅工作，了解设计基本过程，从而进一步指导设计内容的开展。现将自己查阅文献的工作归述为：通过查阅馆藏书籍，课本和网络资源，了解电力工业的有关政策，技术规程等方面知识，理清自己的设计思路，查询有关电气设备等最新动态价格及参数。从而为自己的设计提供有力的依据。通过查阅文献，进行论述，提出我的设计思路和具体设计内容，以便于为设计工作提供有理有据的参考价值。通过查阅变电站设计规程，了解发变电站设计的一般过程及相关的设计规程，明白了自己要设计一个变电站的设计内容，清楚设计任务。 第1章所选地址概况及所选地址条件1.1所选地址概况为需要XX工厂而建造一所35KV变电站，该变电站地址地势平坦、地形开阔，交通运输方便，周围空气无污染，地层简单，无洪水威胁，海拔为700m左右，总高空架线10KM左右，年平均气温为18℃，最高气温为35℃。最低气温-28℃。适宜建设变电站。1.2所选地址条件变电站所选地址的选择，应根据下列要求综合考虑确定：1)靠近负荷中心。2)节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地。3)与地方或工矿企业规划相协调，便于架空线和电缆线路的引入和引出。4)交通运输方便。5)具有适应地形，地貌，地址条件。 第2章负荷计算2.1供电负荷分级及其对供电的要求根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级：一级负荷：为中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复带来极大的政治经济损失者。一级负荷要求有两个独立电源供电.在一级负荷中，当中断供电将发生中毒，爆炸和火灾等情况的的负荷，遗迹特别重要场所的不容许中断供电的负荷，应视为热别重要的负荷.二级负荷：为中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复或大量产品报废，重要产品大量减产造成较大经济损失者.二级负荷应由两回线路供电，但当两回线路有困难时（如边远地区）允许由一回架空线路供电。三级负荷：不属于一级和二级负荷的一般电力负荷，三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可用单回线路供电.XX工厂属于小型的工厂，负荷包括加工机械拖动，电热设备，电焊电镀设备，职工餐厅，照明，宿舍以及其他负荷，由于负荷都比较小，且都达不到一级负荷要求，所以XX工厂不设一级负荷.加工机械拖动，电热设备，电焊电镀设备可设为二级负荷，剩余设为三级负荷2.2计算负荷根据要求及需用系数负荷计算公式，分别计算工厂负荷加工机械拖动=550KW，=0.85cosφ=0.85(2-1)tanφ=tan(artcosφ)=0.62(2-2)=·=0.85×550=467.5KW(2-3)Q10=·tanφ=467.5×0.62=295.4kvar(2-4)S10=P10／cosφ==467.5/0.85=550KVA(2-5)电热设备=400KW=0.85cosφ=0.85(2-6) =·=0.85×400=340KW(2-7)Q20=·tanφ=340×0.62=210.8kvar(2-8)S20=／cosφ==340/0.85=400KVA(2-9)电焊电镀设备=800KW=0.85cosφ=0.85(2-10)=·=0.85×800=680KW(2-11)Q30=·tanφ=680×0.62=421.6kvar(2-12)S30=／cosφ==680/0.85=800KVA(2-13)日常照明=30KW=0.85cosφ=0.85(2-14)=·=0.85×30=25.5KW(2-15)Q40=·tanφ=25.5×0.62=15.8kvar(2-16)S40=／cosφ==25.5/0.85=30KVA(2-17)职工餐厅=300kw=0.85cosφ=0.85(2-18)=·=0.85×300=255KW(2-19)Q50=·tanφ=255×0.62=158kvar(2-20)S50=／cosφ==255/0.85=300KVA(2-21)职工宿舍=300KW=0.85cosφ=0.85(2-22)=·=0.85×300=255KW(2-23)=·tanφ=255×0.62=158kvar(2-24)S60=／cosφ==255/0.85=300KVA(2-25)其他 =200KW=0.85(2-26)=·=0.85×200=170KW(2-27)=tanφ=170×0.62=105.4kvar(2-28)=／cosφ==170/0.85=200KVA(2-29)这样有功、无功、视在功率计算负荷、负荷电流如下：=0.85(467.5+340+680+25.5+255+255+170)=1647KW(2-30)=0.85(295.4+210.8+421.6+15.8+158+158+105.4)=1160kvar(2-31)所以==2014KVA(2-32)表2.1容量计算表容量(KVA)有功功率（KW）无功功率（kvar）cosφ增长率（%）加工机械拖动550467.5295.40.858电热设备400340241.80.858电焊电镀设备800680421.60.858日常照明3025.515.80.858职工餐厅3002551580.858职工宿舍3002551580.858其他200170105.40.858总计2580219313960.858 第3章主变压器容量计算及其结构3.1主变容量计算根据所调查资料知2003年度最大负荷为：=2014KW平均功率因数为cosφ=0.85所以2003年功率为：=P/cosφ=2014/0.85=2369.4KVA(3-1)取年供电增长率为8%。=×(1+8%)=2369.4×1.08=2559KVA(3-2)2014年容量为:=×(1+8%)10=2559×1.0810=5524.2KVA(3-3)按远期规划2台主变供电，一台备用时，另一台供全部的70%计，故单台主变容量为：=×70%=5524.2×70%=3866.9KVA(3-4)根据分析知，该区域到2014年容量为5524.2KVA，故可建两台主变并列运行方式，由计算知按二期规划单台主变供电容量为3866.9KVA，故决定选用容量为：5000KVA的35KW三相双绕组变压器，容量为2×5000KVA。3.2变压器结构及选择3.2.1变压器结构SZ9-5000/35型变压器型号含义：S——三相Z——有载调压9——设计序号5000——额定容量为5000KVA35——高压侧电压等级为35KV SZ9-5000/35型有载调压变压器适用于交流50HZ，额定工作电压10KV及以下的电力系统中，作为中小型变电站及工厂企业，事业单位动力配电及照明负荷的变电设备铁芯采用高导磁晶粒取向冷轧硅钢片，铁芯为心式铁芯，全斜接缝叠积式铁芯，其铁芯柱为多级阶梯的圆截面铁头与铁芯为等截面。变压器绕组的引出线从油箱内部引到箱外时必须经过绝缘套管，使引线与油箱绝缘，绝缘套管一般是陶瓷的，其结构与等级有关，此处使用的变压器采用空心充气或充油式套管，为了增大外表面放大距离，套管外形做成多级伞形裙边，电压等级越高，级数越多。3.2.2变压器绕组的连接方式变压器绕组的连接方式必须和系统电压相一致，否则不能并列运行。该变电所有二个电压等级，所以选用双绕组变压器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形三角形，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110KV及以上电压变压器绕组都采用星形连接，35KV亦采用星形连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV以下电压，变压器绕组都采用三角形连接。由于35KV采用星形连接方式与220KV、110KV系统的线电压相位角为零度（相位12点），这样当电压为22011035KV，高、中压为自耦连接时，变压器的第三绕组加接线方式就不能三角形连接，否则就不能与现有35KV系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕组全星形连接的变压器。变压器采用绕组连接方式有D和Y，我国35KV采用Y连接，35KV以下电压的变压器有国标Y/d11、Y/Y0等变电所选用主变的连接组别为Y/d11连接方式。故本次设计的变电所选用主变的连接组别为Y/d11型。3.2.3冷却方式的选择主变压器一般采用的冷却方式有自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。本次设计选择的是小容量变压器，故采用自然风冷却。 3.2.4调压方式的选择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：无激励调压，调整范围通常在±5%以内；另一种是有载调压，调整范围可达30%，设置有载调压的原则如下：1.对于220KV及以上的降压变压器，反在电网电压可能有较大变化的情况下，采用有载调压方式，一般不宜采用。当电力系统运行确有需要时，在降压变电所亦可装设单独的调压变压器或串联变压器。2.对于110KV及以上的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式。3.接于出力变化大的发电厂的主变压器，或接于时而为送端，时而为受端母线上的发电厂联络变压器，一般采用有载调压方式。普通型的变压器调压范围小，仅为±5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范围较大，一般在15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，保证供电质量情况下，有载调压变压器，可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器。故本次设计选用主变的调压方式为有载调压。综合以上分析，结合技术分析对比及经济可靠性分析对比，本所宜采用SZ9-5000/35型三相有载调压变压器，其容量以及技术参数如下：主变容量：=5000KVA型号：三相有载调压降压变压器电压组合高压：355%KV电压组合低压：11KV10.5KV10KV6.5KV阻抗电压：7%联接组别：Yd11总重：12480Kg外形尺寸：mm工作环境安装高低海拔不超过1000米 环境温度：—40℃—+40℃ 第4章主接线设计为保证某地区工厂供电需要，需设计一座35kV降压终端变电站，其10KV架空线给锅炉、车间及生活供电该变电站站址地势平坦、地形开阔，交通运输方便。地层简单，无洪水威胁，平均海拔为700m，年平均气温为18℃，最高气温为35℃。最低气温-28℃。适宜建设变电站。4.1电气主接线设计选择4.1.1变电站35KV侧接线型式的确定35~60KV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。出线回路数较多、连接的电源较多、负荷大或污秽环境中的35~60kV室外配电装置，可采用双母线接线。本变电站35KV侧可考虑以下3种方案，并进行经济和技术分析。方案1：采用单母线分段接线，如图4.1所示。图4.1单母线分段接线优点：用断路器把母线分段后，重要用户可从不同母线分段引出双回线供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电，保证重要用户不停电。 缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建；分段断路器故障造成35KV两段母线停电。适用范围：·6~10KV配电装置出线回路数为6回及以上时；·35~60KV配电装置出线回路数为4～8回及以上时；·110~220KV配电装置出线回路数为3～4回时。方案2：采用单母线接线，如图4.2所示。图4.2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（母线及母线隔离开关等）故障或检修，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段的供电。适用范围：·6~10KV配电装置出线回路数不超过5回；·35~60KV配电装置出线回路数不超过3回； ·110~220KV配电装置出线回路数不超过2回。方案3：采用外桥接线，如图4.3所示。图4.3外桥接线外桥接线的特点：当变压器发生故障或运行中需要切除时，只断开本回路的断路器即可，不影响其他回路的工作。当线路故障时，例如引出线1U故障，断路器1DL和3DL都将断开，因而变压器1B也被切除。为了恢复变压器1B的正常运行，必须在断开隔离开关2G后，再接通断路器1DL和3DL。外桥接线适用于线路较短和变压器按经济运行需要经常切换的情况。以上三个方案，所需35KV断路器和隔离开关数量如表所示。表4.135kV断路器和隔离开关数量表方案比较单母线分段单母线外桥断路器台数543隔离开关数866对以上三种方案分析比较。从经济性来看：由于3种方案所选变压器型号和容量相同，占地面积基本相同，所以只比较设备，方案1所用设备最多，造价最高，故最不经济；方案3所用设备最少，造价最低，故最经济；方案2介于方案1和方案3之间较经济。 从可靠性来看：方案1，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电，可以满足一、二、三类用户负荷的要求，可靠性高；方案2，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电，不能满足一、二类用户负荷的要求。方案3当线路发生故障时，需动作与之相连的两台断路器，从而影响一台未发生故障的变压器运行。因此方案2、方案3可靠性均不如方案1。从改变运行方式的灵活性来看：方案1因接线简单，所以投切变压器，倒闸操作最简便。通过以上比较，可以发现方案1以供电可靠性高为主要优点；方案2以设备少，较经济，倒闸操作简便为主要优点；方案3以投资少，经济性好为主要优点。所以考虑综合因素，选方案2单母线接线为本变电站的35KV侧主接线。4.1.2变电站10KV侧接线型式的确定一段母线。当负荷小于4000KVA或1台变压器故障、检修时，则断开该变压器低压侧断路器，合分段断路器，由一台主变向两段母线供电。变电站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。电气主接线是由高压电器设备通过连接组成变电站10KV母线侧的馈线多，在保证供电可靠性的情况下，如果采用双母线接线，设备多，投资大，运行操作不便，不满足灵活性和经济性；如果采用单母线分段接线，在母线故障或检修时，不致对所有出线全部停电，对重要的二类负荷出线，采用双回路送电，分别接在10KV的一段和二段，在满足可靠性和灵活性的前提下，比双母线接线经济，故推荐采用单母线分段接线的方式。正常运行时，分段断路器处于断开位置，即两台变压器各带 的接受和分配电能的电路，反映各设备的作用、连接方式和各回路间相互关系，从而构成变电站电气部分的主体。它直接影响运行的可靠性、灵活性，并对配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择，起决定性作用。因此，在确定主接线时，电气主接线要满足必要的供电可靠性、经济性、保证供电的电能质量，另外主接线应能适应各种运行方式，具有发展和扩建的可能性。 第5章短路电流计算在变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。电力系统在运行中,可能发生各种故障和不正常运行状态,最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路，会在电力系统中引起事故。所以，必须采取措施保证电力系统的安全运行。5.1短路计算的目的在发电厂和变电所的电气设计中,短路电流计算是其中的一个重要环节,计算的目的主要有以下几方面:(1)在选择电气主接线时,为了比较各种接线的方案,或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等,均需进行必要的短路电流计算.(2)在选择电气设备时,为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全,可靠地工作,同时又力求节约资金,这就需要进行全面的短路电流计算.(3)在设计屋外高压配电装置时,需按短路条件校验软导线的相间和相对的安全距离.(4)在选择继电保护方式和进行整定计算时,需以各种短路时的短路电流为依据.(5)接地装置的设计,也需用短路电流.5.2短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用短路电流，一般有以下规定。1、计算的基本情况（1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；（2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；（3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；（4）所有电源的电动势相位角相同；（5）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。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（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。3、计算容量 应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5~10年）。5.3短路电流计算在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用曲线法。现将其计算步骤简述如下：（1）选择短路计算点。（2）画等值网络（次暂态网络）图。（3）求计算电抗X。（4）计算三相短路电流周期分量有效值（5）计算其他三相短路电流（6）计算三相短路容量。短路电流计算，取系统容量：S=5000KVA系统容量基准值：＝100MVA=37KV=10.5KV导线电缆单位长度电抗：=0.4阻抗电压：=7%35KV侧基准电流：=KA=1.56KA(5-1)10KA侧基准电流：=KA=5.50KA(5-2)总的网络简化图如下 图5.1总的网络简化图根据前面所选变压器各参数得：=0.4100.29(5-3)因为和是2台相同的变压器，所以==1.4(5-4)计算各短路点的短路电流在配电系统中，当发生三相短路时，后果最严重。因而以此验算电器设备的能力。K1点短路时网络简化图如下 图5.2K1点短路时网络简化图总电抗标么值为=0.29(5-5)三相短路电流周期分量有效值为(5-6)其他三相短路电流为(5-7)(5-8)(5-9)三相短路容量为(5-10)K2点短路时网络简化图如下表5.3K2点短路时网络简化图此时2台变压器并联运行总电抗标么值为(5-11) 三相短路电流周期分量有效值为(5-12)其他三相短路电流为(5-13)(5-14)(5-15)三相短路容量为(5-16) 第6章高压电器设备的选择变电站的高压电器对电能起着接收、分配、控制与保护的作用，主要有断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。电器的选择是根据环境条件和供电要求确定其型式和参数，保证电器正常运行时安全可靠，故障时不致损坏，并在技术合理的情况下注意节约。还应根据产品生产情况与供应能力统筹兼顾，条件允许时优先选用先进设备。6.1电器设备选择的一般原则6.1.1按环境条件选择电器产品在制造上分户外、户内两大类。户外设备的工作条件较恶劣，故各方面要求较高，成本也高。户内设备不能用于户外；户外设备虽可用与户内，但不经济。6.1.2按电网电压选择电器可在高于10%到15%设备额定电压的情况下长期运行，故所选设备的额定电压应不小于装设处电网的额定电压，即：按长时工作电流选，电器的额定电流是指周围环境温度为θ℃时，电器长期允许通过的最大电流。它应大于负载的长时最大工作电流，即：6.2高压断路器的选择原则选择高压断路器时，除按电气设备一般原则选择外，由于断路器还要切断短路电流，因此必须校验断流容量（或开断电流）、热稳定及动稳定等各项指标。6.2.1按工作环境选型根据使用地点的条件选择，如户外式、户内式，若工作条件特殊，尚需选择特殊型式（如防爆型）。 6.2.2按额定电压选择高压断路器的额定电压，应等于或大于所在电网的额定电压，即(6-1)式中——断路器的额定电压；——高压断路器所在电网的额定电压。6.2.3按额定电流选择高压断路器的额定电流，应大于或大于负载的长时最大工作电流，即(6-2)式中——断路器的额定电流；——负载的长时最大工作电流。6.2.4校验高压断路器的热稳定高压断路器的热稳定校验要满足下式要求：(6-3)式中——设备安装地点稳态三相短路电流（KA）；——短路电流遐想时间（S）——t秒内容许通过的短路电流值或t秒热稳定电流t——厂家给定的热稳定计算时间，一般为4s，5s，1s等；断路器通过短路电流的持续时间按下式计算：(6-4)式中——断路器通过短路电流的持续时间；——断路器保护动作时间；——断路器的分闸时间。 断路器的分闸时间，包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间，一般对快速动作的断路器，可取0.11到0.16s，对中，低速动作的断路器，可取0.18到0.25s。6.2.5校验高压断路器的动稳定高压断路器的动稳定是指承受短路电流作用引起的机构效应的能力，在校验时，须用短路电流的冲击值或冲击电流的有效值与制造厂规定的最大允许电流进行比较，即(6-5)(6-6)式中、——设备极限通过的峰值电流及其有效值；、——短路冲击电流极其有效值。6.3各电压等级侧断路器的选择6.3.135KV侧断路器的选择该回路安装在户外，选择户外型断路器，该回路电压为35KV，因此选择的断路器的额定电压的断路器，且其额定电流大于通过断路器的最大持续电流，所以35KV段选择的断路器型号为ZN12。其基本参数如下表6.1ZN12断路器基本参数型号额定电压（KV）额定电流（A）额定开断电流（KA）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）固有分闸时间合闸时间ZN1235125031.56331.5（4S）0.150.12下面对所选的断路器进行校验，通过断路器的短路电流A=5.38KA，所选断路器的额定开断电流为25KA，故断流能力满足要求。所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为50KA，流过断路器的冲击电流为13.71KA 所以所选断路器的短路关合电流满足要求，因而动稳定也满足要求。最后进行热稳定校验，设后备保护动作时间为1.9s，所选断路器分闸时间为0.15s，选择熄弧时间为0.03s，则短路持续电流时S=1.9+0.6+0.03=2.53，短路热效应2.53=73.29MAs。所选断路器允许的热效应=3936MAs即>，热稳定也满足要求，以上各种参数校验均满足要求，故选择ZN12断路器。6.3.210KV侧断路器的选择该回路安装在户外，选择户外型断路器，该回路电压为10KV，因此选择的断路器的额定电压>6KV的断路器，且其额定电流大于通过断路器的最大持续电流，所以10KV段选择的断路器型号为SN10-10，其基本参数如下表6.2SN10-10型号断路器基本参数型号额定电压（KV）额定电流（A）额定开断电流（KA）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）固有分闸时间合闸时间SN10-10(10)12630164016(4s)0.060.150.2下面对所选的断路器进行校验，通过断路器的短路电流=5.56KA，所选断路器的额定开断电流为16KA，故断流能力满足要求。所选断路器的额定关合电流，即动稳定电流为40KA，流过断路器的冲击电流为14.18KA，所以所选断路器的短路关合电流满足要求，因而动稳定也满足要求。最后进行热稳定校验，设后备保护动作时间为1.9s，所选断路器的分闸时间为0.06s，选择熄弧时间为0.03s，则短路持续电流时t=1.9+0.06+0.03=1.99s短路热效应=64.51MAs所选断路器允许的热效应MAs即，热稳定也满足要求，以上各种参数校验均满足要求，故选择SN10-10断路器。 6.4隔离开关的选择6.4.1隔离开关的作用它的主要用途是隔离电源，保证电气设备与线路在检修时与电源有明显的断口。隔离开关无灭弧装置，和断路器配合使用时，合闸操作应先和隔离开关，后合断路器，分闸操作应先断开断路器，后断开隔离开关。运行中必须严格遵守“倒闸操作规定”，并应在隔离开关与断路器之间设置闭锁机构，以防止误操作。隔离开关按电网电压，长时最大工作电流及环境条件选择，按短路电流校验其动、热稳定性。6.4.235KV侧隔离开关的选择为了保证电气设备和母线的检修安全，该回路选择隔离开关带接地刀闸，该隔离开关安装在户外，故选择户外型。该回路额定电压为，因此所选的隔离开关的额定电压，而且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流，因此选择GN16-35G型接地高压隔离开关，其主要参数如下表6.3GN16-35G型接地高压隔离开关主要参数型号额定电压（KV）额定电流（A）极限通过电流（KA）热稳定电流（KA）有效值峰值GN16-35G35630286425下面校验所选的隔离开关，短路时通过该隔离开关的短路冲击电流KA，所选择的隔离开关动稳定电流即极限通过电流的峰值40KA，即，因此动稳定满足要求。开关允许的热效应MAs短路热效应2.53=73.29MAs即，热稳定满足要求，经过以上校验，所选隔离开关满足要求，故确定选用GN16-35G型高压隔离开关. 6.4.310KV侧隔离开关的选择为了保证电气设备和母线的检修安全，该回路选择隔离开关带接地刀闸，该隔离开关安装在户外，故选择户外型。该回路额定电压为10KV，因此所选的隔离开关的额定电压，而且隔离开关的额定电流大于流过断路器的最大持续电流，因此选择GN19-10C型接地高压隔离开关，其主要参数如下表6.4GN19-10C型接地高压隔离开关主要参数型号额定电压（）额定电流（）允许的热稳定电流()（4s）动稳定电流（KA）GN19-10C104002020下面校验所选择的隔离开关，短路时通过该隔离开关的短路冲击电流，选择的隔离开关动稳定电流为20KA，因此动稳定满足要求该隔离开关允许的热稳定电流效应为20KA短路时的热效应=64.51MAs，热稳定满足要求，经过以上校验，所选隔离开关满足要求，故确定选用GN19-10C型高压隔离开关，该隔离开关配用手动式杠杆操作机构。6.5电压互感器和电流互感器的选择互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反应电气设备的正常运行和故障情况。互感器的作用是：（1）将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装。（2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。 6.5.1电压互感器的选择变电站的每组母线上均安装电压互感器，电压互感器应按工作电压来选择：一般电压互感器一次绕组接电网的电压应在（0.8～1.2）范围内变动，即应该满足：，根据主变的参数选择的电压互感器的型号为：35KV电压互感器选择JDJJ-35，10KV电压互感器选择JDZJ1-10。6.5.2电流互感器的选择凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量符合测量仪表、保护和自动装置的要求。6.6电抗器的选择6.6.1普通电抗器的选择原则（1）电抗器几乎没有过负荷的能力，所以主变压器或出线回路的电抗器，应按回路最大工作电流选择，而不能用正常工作电流选择。（2）变电站母线分段回路的电抗器应满足用户的一级负荷和大部分二级负荷的要求。6.7高压熔断器的选择6.7.1熔断器的作用高压熔断器是一种过流保护元件，由熔件与熔管两部分组成。当过载或短路时，电流增大，熔件熔断，达到切除故障保护设备的目的。熔件通过的电流越大，其熔断时间越短。电流与熔断时间的关系曲线叫熔件的安-秒特性曲线。在选择熔件时，除保证在正常工作条件下熔件不被熔断外，为了使保护具有选择性，还应使其安-秒特性符合保护选择性的要求。户外式高压熔断器在变电站中常用与保护电力电容器、配电线路和配电变压器。6.7.2熔断器的选择熔断器的选择主要指标是指选择熔件和熔管的额定电流。熔断器额定电流按下式选取 (6-7)式中——熔管额定电流（即熔断器额定电流）；——熔体额定电流；熔体的额定电流=(6-8)式中k——可靠系数。对于变压器回路k的取值，在不记电动机自启动时k=1.1-1.3，计入自动时k=1.5-2.0对于电力电容器回路，一台电容器时k=1.5-2.0，一组电容器时k=1.3-1.8.——熔断器所在电路最大工作电流熔断器开断电流校验（或）(6-9)对于没有限流作用的熔断器，选择时用冲击电流的有效值进行校验，对于有限流作用的熔断器，在电流过最大值之前已截断，故可不计非周期分量影响，而取进行校验。所选熔件应在长时最大工作电流及设备起动电流的作用下不熔断，在短路电流作用下可靠熔断；要求熔断器特性应与上级保护装置的动作时限相配合，以免保护装置越级动作，造成停电范围的扩大。本设计中35KV和6KV中加装高压熔断器，用来保护变压器和电压互感器，采用高压熔断器的型号为RN1-35和RN1-10型高压熔断器。 第7章变电站的防雷保护7.1变电站对直击雷的的防护7.1.1装设避雷针（线）的原则1.所保护对象均应在避雷针（线）的保护范围之内。2.防止避雷针（线）现在受到雷击时对保护对象的闪络（即反击）。此类放电现象不但会在避雷针（线）与被保护对象之间的空气中发生，而且还会在它们的地下接地装置间发生。一旦出现反击，高电位就将加到被保护对象（如电器设备）上。因此，防止反击与保护范围同样重要。也就是说，被保护对象既要在保护范围内，又不会发生避雷针（线）对它们的反击，这样避雷针（线）的保护才是可靠的（运行经验表明，100个变电所每年发生绕击和反击约0.3次）。出于对反击问题的考虑，避雷针按安装方式可分为独立式避雷针和架构式避雷针两种。a．独立式避雷针由于避雷针的引雷作用，当雷击避雷针时，雷电流经避雷针及其接地体流入大地。为了防止避雷针对被保护对象发生反击，避雷针与被保护对象之间的空气间隙应具有足够的距离，两者接地体之间的间距也应具有足够的距离。b．架构式避雷针对于35kV及以上的配电装置，由于电气设备的绝缘水平较高，在土壤电阻率不太高（不大于1000Ω·m）的地区，不易发生反击，可采用架构式避雷针，即把避雷针装于配电装的架构上，这样可以节省投资，也便于布置。架构式避雷针同样需要考虑防止反击问题。装有避雷针的架构上，接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度。同时此架构应就近埋设辅助接地装置，此接地装置与变电所接地网的连接点离主变压器接地装置与变电所接地网的连接点之间的距离不应小于。这样雷击避雷器时，在避雷针接地装置上产生的高电位电压波，沿接地网向变压器连接点传播过程中逐渐衰减，到达变压器接地点时才不会造成对变压器的反击。 7.1.2直击雷防护装置的原理对直击雷的防护措施是让雷电在人为设置的直击雷防护装置上放电置泻入地中，以免被保护的设备或建筑物受到损坏。如图7.1所示，图7.1直击雷防护装置的组成直击雷防护装置由二个主要的部分组成。1.接闪器直接截受雷击的避雷针、避雷带(线)、避雷网以及作接闪的金属屋面和金属构件等。避雷针、避雷带(线)、避雷网一般以钢管、钢筋或扁钢等制成。2.引下线连接接闪器和接地装置的金属导体。一般以钢筋或扁钢等制成，也可以利用建筑物结构柱内的钢筋兼作。3.接地装置接地体与接地线的总和。可以以钢筋、扁钢和各种型钢制成，也可以利用建筑物基础内的钢筋荣作。其防护原理是：在雷电先导的初始阶段．因先导离地面较高．故先导发展的方向不受地面物体的影响，但当其向下至某一高度时，地面上的接闪器将会影响先导的发展方向，使先导向接闪器方向发展．这是由于接闪器较高并具有良好的接地，在其上因静电感应而积聚了与先导相反极性的电荷使其附近的电场强度显著增强的缘故，此时先导放电电场即开始被接闪器所歪曲，将先导放电的途径引向接闪器本身，从而达到保护被保护物的目的。 7.2避雷针保护范围的计算方法7.2.1单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围如图7.2所示。在被保护物高度水平面上、其保护半径可按下式计算当≥时，＝(h—)P(7-1)当<时,＝(1.5h—2)P(7-2)式中h——避雷针高度，单位为m；——被保护物高度，单位为m；P——高度修正系数．当h≤30m时,P=1；当30m＜h≤120m时，P＝。图7.2单根避雷线的保护范围7.2.2两支等高避雷针两支等高避雷针联合的保护范围要比两针各自保护范围的叠加还要大。两针联合保护范围如图7.3所示。两针外侧的保护范围按单针的方法确定。内测范围按下式计算： (7-3)(7-4)式中D——两针之间的距离（m）P——高度影响系数，其值的确定同上。——在—截面上高度为的水平保护范围内侧的最小宽度（m）图7.3两等高避雷针的保护范围7.2.3本设计中避雷针的选择根据本设计变电站的大小D=38.94m；所内最高建筑物高度hx=7.5m；取避雷针的高度为h=30m。保护简图如图7.3所示，我们采用两支等高的避雷器对建筑物进行保护。保护计算：(7-5)得：p=1(7-6)则：得：(7-7)经过上述计算，采用两支等高的避雷针可保护变电站全站。 7.3对雷电入侵波的防护7.3.1避雷器的作用变电站内安装着类型繁多的高、低压变、配电设备，这些设备均直接和供电系统的线路相连，而线路上发生雷电过电压的机会较多，因此入侵波常常是变电站的主要雷害，所以必须对入侵波有足够的防护措施。变电站中防护入侵波的主要装置是安装阀型避雷器，避雷器的作用是限制过电压以保护电器设备，它实质上是一个放电器，当雷电入侵波或操作过电压超过某一电压值时，避雷器将先于与其并联的被保护设备放电，使电压值被限制，从而使电气设备得到有效保护。7.3.2对避雷器的基本要求避雷器放电时，相当于对地短路，当强大的冲击电流泄入大地后，短路通道在工频电压作用下又会成为工频电流通过的通道，由于短路通道阻抗很低，这时的工频电流往往很大，称之为“工频续流”。对于大接地电流系统，只要有一相存在工频续流，就相当于单相短路；对于小接地电流系统，若有两相或三相同时存在工频续流，则相当于相间短路。因此，避雷器必须迅速切断工频续流以消除工频短路，才能保证系统迅速恢复正常运行。因此，对避雷器有以下基本要求：(1)在过电压作用下，避雷器应该先于被保护设备放电，这主要靠两者之间的伏秒特性配合来实现，如图所示。图7.4避雷器与变压器设备伏秒特性的配合(2)避雷器应具有一定的熄弧能力以便在工频续流第一次过零点时就能迅速可靠地切断工频续流。 7.3.3避雷器的选择变电站内最重要的设备是主变压器，它的价格高，绝缘水平又很低，为了减少变压器所受过电压幅值，阀型避雷器应尽量安装在电气距离靠近主变压器的地方。从保证保护的可靠性来说，最理想的结线方式是把避雷器和变压器直接并联在一起，但是考虑变电站的电气设备具体布置时，由于变压器和母线之间还有开关设备，按照设备相互之间应留有一定的安全间距的要求，所以安装在母线上的避雷器和主变压器之间必然会出现一段距离L，当入侵波的波陡度和联线距离较大时，则绝缘被击穿而使变压器破坏。本设计中母线采用的避雷器型号为，10KV母线采用的避雷器型号为Y5W-12.7/44。 参考文献[1]李佑光林东.《电力系统继电保护及新技术》.科学出版社,2003[2]刘涤尘.《电气工程基础》.武汉理工大学出版社2002[3]刘介才.《工厂供电》.机械工业出版社,2009[4]舒飞李华.《AutoCAD2009电气设计》.机械工业出版社,2009[5]熊信银.《发电厂电气部分》.水利电力出版社，1992[6]何仰赞等.《电力系统分析》.华中理工大学电力出版社，1991[7]应智大.《高电压技术》.浙江大学出版社，1994[8]雍静.《供配电技术》.机械出版社，1994[9]张冠生.《电器理论基础》.机械工业出版社，1991[10]杨有启.《电气安全规程》.北京出版社，1991[11]王子午等.《常用供配电设备选型手册》第三、四分册.煤炭工业出版社，1998[12]国家标准GB50059-1992.《35-110kV变电所设计规范》.中国标准出版社，1992[13]王志宏.《井下用电与安全》.中国矿业大学出版社，1993[14]王崇林、邹有明《供电技术》.煤炭工业出版社,1996[15]崔景岳《煤矿供电》.煤矿工业出版社,1988 致谢在本次35KV变电站设计完成之际，我由衷感谢在设计中刘红兵导师能在百忙之中能对我的选题、设计报告、设计内容的完成给予的帮助和指导，同时刘老师对人的热心也是我学习的榜样；也同样感谢对本次论文的研究工作给予的大力支持和帮助的各位同学，是他们在我遇到困难给予支持和帮助才使得我能顺利完成设计。再次向在我的学习和设计过程中帮助过我的人表示深深地谢意！'