毕业设计（论文）-三侧电压等级的降压变电站设计

'华北电力大学成人教育毕业设计（论文）1绪论变电所是电力系统重要的组成部分。它担负着输电、配电的任务，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。变电所由变压器，配电装置（包括开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备），以及室外构架，控制室建筑物构成。待设计的变电站是三侧电压等级的降压变电站，分别是110KV、35KV、10KV。其中110kv和35kv有穿越功率和系统电源。变电站负荷有I、III级负荷。根据题目要求，参考相关资料，首先对所给资料进行分析，确定三侧电压等级的接线，再根据负荷情况，选取主变压器和所用变。根据变压器的参数，在最大运行方式下，对三侧母线进行短路电流计算。根据计算结果选择主设备和校验，最后对变电站的避雷设施和作用进行相关论述。1.1.设计任务和要求1.1.1原始资料分析该变电所是一座降压变电所，担负着该地区工农业生产及城乡生活供电的任务。系统经双回路给变电站供电。a)出线回路110Kv侧2回，35kV侧共6回，10kv侧12回其中电缆4回。b)环境条件当地年最高温度39°C；年最低温度-8°C；最热月平均最高温30°C；最热月平均地下0.8m土壤最高温度21°C；海拔高度：1210m。当地雷电日25日/年。1.1.2设计任务a)主变容量一台数选择。b)电气主接线设计。c)短路电路计算。d)一次电气设备选择e)屋内外赔电装置设计f)总平面布置。1.1.3设计成果a)设计说明书书。b)变电所主接线图c)总平面图d)直击雷保护范围图e)110KV进线间隔断面图f)110KV开关柜配置图g)110KV桥间隔及PT间隔断面图2电气主接线设计31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）2.1设计要求（1）可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要任务、保证供电和电能质量是对主接线的基本要求。停电不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来更严重的损失，甚至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响。（2）灵活性及方便性：要求主接线调度灵活，操作简便，检修安全，扩建方便。（3）经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理，投资少；占地面积小，电能损耗小。2.2主接线的设计依据（1）发电厂、变电所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）系统备用量大小2.3主接线方案的论证2.3.1110kV电气主接线110kV高压配电装置，连接着110kV系统，是全所的电能主要来源，要求供电安全可靠，调度灵活，同时应满足运行检修方便，投资及占地较少等。首先要满足可靠性的要求，设计时主要从以下方面考虑：为了保证安全可靠、运行灵活，每一个回路应以多于一台断路器的可能与母线或相邻元件连接，简单的单一连接不能采用。为了避免变电所全停或半停事故的发生，不能采用单母或简单的单母分段接线。为了维护系统的稳定性，宜将故障的停电范围限制到最小，最好是一回线故障只停该回线。[方案一]内桥接线方式。如图2-1所示图2-1内桥接线其优点：具有很高的可靠性；运行调度非常灵活，接线清楚，使用电器少，易安装。适用于线路较长，变压器不需经常进行投切操作的情况。缺点：不利于发展，尽管有可能发展为单母线分段接线、双母线初期接线方式或扩大桥型接线，但改建配电装置及继电保护二次回路工作困难且投资大。而且当变压器投入、断开、检修或故障时，会对供电能力有一定的影响。31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）[方案二]外桥接线方式。如图2-2所示图2-2外桥接线其优点：适用于线路较短，故障机率低，变压器随经济运行要求需经常进行投切操作，并且系统有穿越功率流经本站的情况。工作可靠，接线清晰，且线路的投停操作简便。缺点：不利于发展，尽管有可能发展为单母线分段接线，但改建配电装置及继电保护二次回路工作困难且投资大。[方案三]采取单母分段接线。如图2-3所示图2-3单母分段接线其优点：对重要用户，可采用从不同母线分段引出双回线供电电源，当母线发生故障或检修时，仅断开该段电源和变压器，非故障段仍继续工作，但需限制一部分用户的供电；缺点：单母分段任一回路断路器检修时，该回路必须停止工作；母线故障会使所有与母线相连的线路停电。下面对这三个方案进行筛选分析：（1）适用场合：桥型接线适用于只有2台变压器，2回线路且在相当一段时间内不会发展的35-220KV降压变电所和水电站。但母线分段接线适用于有一三级负荷，无大量二次负荷的中等变电所、发电厂。（2）设计要求为工农业生产及城乡生活用电的变电所，其线路长，变压器不需经常进行投切操作，且从供电的可靠性和灵活性以及经济性等因素考虑，应选择内桥接线。2.3.235kV电气主接线31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）从图1-1可知，该变电所有6回35kV进出线，其中2回线路接35kV电源，其他4回线路供负荷，35kV负荷约28MW。35kV出线有6回，同样不适合采用桥形、角形等无汇流母线的接线方式，应当采用有汇流母线的电气主接线方式。初步拟定以下三个方案供筛选：[方案一]：单母分段接线。如图2-4所示:图2-4单母分段接线方案一优点：接线简单清晰、设备少、运行操作方便，有利于扩建。对重要用户，可采用从不同母线分段引出双回线供电电源。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电。缺点：任一回路断路器检修时，该回路必须停止工作，运行调度灵活性较差。[方案二]：单母分段带旁路接线方式。如图2-5所示图2-5单母分段带旁路接线方案二优缺点：单母分段带旁路具有接线简单，操作方便。对重要用户，可采用从不同母线分段引出双回线供电电源；当母线发生故障或检修时，仅断开该段电源和变压器，非故障段仍可继续工作。设置旁路母线可以不停电检修出线断路器，可靠性较高。缺点：投资较大。[方案三]：双母线接线方式。如图2-6所示31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）图2-6双母线接线方案三优缺点：具有较高的可靠性。通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电。运行调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。通过倒换操作可以组成各种运行方式。扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。缺点：检修出线断路器时仍然会使该回线路停电,投资大，保护配置复杂。对方案1、2、3进行技术经济比较，首先比较方案1、2、3所需的35kV断路器和隔离开关数量，如表2-1。表2-1：各方案35kV断路器和隔离开关数量方案比较方案1：单母分段接线方式方案2：单母分段带旁路接线方式方案3：双母线接线方式断路器台数999隔离开关组数182726方案1与方案2比较：从表2-1中可知，方案1经济性最好。从运行调度角度考虑，方案1操作简单。从可靠性角度考虑，方案2可以不停电检修出线断路器，可靠性优于方案1；但由于35kV负荷均有备用电源回路，采取方案1，从不同母线段引出双回路给负荷供电，则停一回线路检修出线断路器不会造成用户停电，弥补了可靠性不足的问题。因此，排除方案2。方案1与方案3比较：从经济性角度方案1好。从运行调度角度考虑，方案1操作简单，但灵活性不如方案3。从可靠性角度考虑，方案3中若有一组母线检修，也不会造成用户停电，可靠性好。但35kV负荷性质均为II类负荷，从不同母线段引出双回路给负荷供电可靠性已经足够。故排除方案3。综上，35kV电气主接线采取方案1：单母分段接线方式。2.3.310kV电气主接线31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）从图1-1可知，该变电所有12回10kV出线，均为双回线路，其中架空线路有6回，电缆线路4回，另有2个电缆出线，以待扩建。所供负荷距离变电所较近。10kV负荷约15MW，10kV出线较多，应当采用有汇流母线的电气主接线方式。拟订如下两个方案作技术经济比较：[方案一]：单母分段方式（专用母联断路器，如图2-7）。图2-7单母分段方式[方案二]：双母线方式（专用旁路断路器，如图2-8）。图2-8双母线方式方案一与方案二比较：a）从经济性角度看，方案一设备少、投资少，占绝对优势。b）从运行调度角度考虑，方案二电源、负荷分配灵活；方案一虽然灵活性差，但接线简单、易操作。c）从可靠性角度分析，方案二比方案一可靠，但10kV线路较短，而且均为双回线路，虽然负荷均为II类，但在采用方案一时，把双回路分别接在不同母线段，则可靠性已足够。综上，10kV电气主接线采用方案一：单母分段方式（专用母联断路器）。3变压器的选择31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）由于该变电所有三个高电压等级（110kV、35kV、10kV），适宜采用降压结构的三绕组变压器。3．1主变压器台数与容量的选择对于城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择。凡装有两台及以上主变压器的变电所，当应按照“N-1”准则，当其中一台主变压器停止运行后，其余主变压器的容量能够承担规定的转移负荷。通常要综合考虑负荷供电可靠性要求、负荷的性质、变压器的过负荷能力、变压器台数和电力网可能转移负荷的能力等因素。一般估算其余变压器需能保证70%-100%电力负荷的供电。本设计变电站总容量Smax=（I+II）Pm/COSφ=28/0.85+15/0.85=50MVA；根据两台变压器中任意一台停运，其余容量应满足70%-100%总计算负荷的需要的要求，所以应选容量为50000KVA的主变压器。3.2主变绕组连接方式变压器的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y和△，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。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接地。35KV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。有以上知，此变电站110KV侧采用Y0接线，35KV侧采用Y连接，10KV侧采用△接线。3.3主变的调压方式《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第三节规定：调压方式变压器的电压调整是用分解开关切换变压器的分接头，从而改变变压器比来实现的。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调压范围通常在+5％以内，另一种是带负荷切换，称为有栽调压，调压范围可达到+30％。对于110KV及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。由以上知，此变电所的主变压器采用有载调压方式本设计中主变的型号是：SFSZ10—50000/110表3-1：SFSZ10-50000/110型三绕组变压器技术数据型号额定容量(MVA)额定电压（kV）损耗（kW）阻抗（%）空载电流(%)连接组别高压中压低压空载短路高中高低中低SFSZ10-50000/11050.011081.25%38.522.5%1160.221010.517.56.51.3YN，yno，d1131 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）4短路电流计算4.1电抗计算4.1.1系统等值电路图系统简化的等值电路图如下图4-1：110kv10kv1B2B图4-1C1SC1=∞C2SC2=∞35kv系统等值阻抗图如下图4-2：图4-2110kv10kv1B2BC1d1d3C235kvd231 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）a）d1、d2、d3点短路阻抗计算d1点短路时各序阻抗计算（110kV母线）d1点短路时等值电路图如图4-3。图4-3110kvX1T1C1d1C235kvX1T2X2T1X2T2XSC1XSC2用标幺值表示正序阻抗图如图4-4。2/0.215SC1d1SC23/-0.0054/0.2155/-0.0051/0.106/0.87/0.218/0.21SC1d11/0.10SC26/0.8图4-49/0.105SC1d11/0.10SC26/0.8S∑d110/0.10具体计算如下：31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）X7*=X8*=X2*+X3*=0.215+(-0.005)=0.21X9*=0.5×X7*=0.5×0.21=0.105X10*=(X1*×(X9*+X6*))/(X1*+X9*+X6*)=(0.10×(0.105+0.8))/(0.10+0.105+0.8)=0.10因为110KV及35KV系统和主变的正负序阻抗均相同，所以正序阻抗等于负序阻抗。X1∑*=X2∑*=0.10。画出d1点短路时的零阻抗图如图4-5。17/0.10511/0.216/0.50d1d113/-0.0055555555555555555555555555514/0.21515/-0.00512/0.21511/0.216/0.50图4-5d118/0.15具体计算如下：X17*=((X12*+X13*)×(X14*+X15*))/(X12*+X13*+X14*+X15*)=((0.215-0.005)×(0.215-0.005))/(0.215-0.005+0.215-0.005)=0.105X18*=((X17*+X16*)×X11)/(X17*+X16*+X11*)=((0.105+0.50)×0.2)/(0.1055+0.50+0.2)=0.15∴X0∑*=X18*=0.1531 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）b）d2点短路时各序阻抗计算（35KV母线）画出d2点短路时的正序阻抗图如图4-6。图4-6d220/0.16C1d219/0.205C26/0.82/0.215C1d2C23/-0.0054/0.2155/-0.0051/0.106/0.89/0.105C1d21/0.10C26/0.8具体计算如下：X19*=X1*+X9*=0.10+0.225=0.205X20*=(X19*×X6*)/(X19*+X6*)=(0.205×0.8)/(0.205+0.8)=0.16∴X1∑*=X2∑*=0.1631 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）画出d2点短路时的零阻抗图如图4-7。图4-712/0.215d213/-0.005514/0.21515/-0.00511/0.216/0.50d221/0.30516/0.50d222/0.1917/0.105d211/0.216/0.50具体计算如下：X21*=X11*+X17*=0.2+0.105=0.305X22*=(X21*×X16*)/(X21*+X16*)=(0.305×0.50)/(0.305+0.50)=0.19∴X0∑*=X22*=0.1931 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）C）d3点短路时各序阻抗计算（10KV母线）画出d3点短路时的正序阻抗图如图4-8。2/0.2154/0.2155/-0.005C1C23/-0.0051/0.106/0.824/(0.135)23/(0.135)d3d330/0.1525/0.1075d31/0.106/0.826/-0.002527/(0.07)28/0.2075d329/0.797527/(0.07)图4-8具体计算如下：31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）X25*=0.5×X2*=0.5×0.215=0.1075X26*=0.5×X3*=0.5×(-0.005)=-0.0025X28*=X1*+X25*=0.10+0.1075=0.2075X29*=X6*+X26*=0.8-0.0025=0.7975X30*=(X28*×X29*)/(X28*+X29*)+X27*=(0.2075×0.7975)/(0.2075+0.7975)+(0.07)=0.15∴X1∑*=X2∑*=0.15由于10KV系统为不接地系统，故可将其零序阻抗看作是无穷大。从以上的d1、d2、d3点短路时各序阻抗计算结果可知，系统的正序由阻抗与负序阻抗相等，且零序阻抗较大，可知Id(1.1)、Id(2)、Id(1)均比Id(3)小，故对设备选择、校验均取Id(3)作参考，不再考虑其它非对称短路。主变压器电抗计算（取容量基准值Sj=100MVA，基准电压Uj110=110kV,Uj35=38.5kV,Uj10=10.5kV。根据Ij=Sj/√3Uj得：Ij110=525A，Ij35=1500A，Ij10=5498A）A）主变压器各绕组等值电抗：US1%=（US（1-2）%+US（3-1）%－US（2-3）%）=（10.5+17.5-6.5）=10.75US2%=（US（1-2）%+US（2-3）%－US（3-1）%）=（10.5+6.5-17.5）=-0.25US3%=（US（2-3）%+US（3-1）%－US（1-2）%）=（6.5+17.5-10.5）=6.75变压器各绕组等值电抗标么值（归算到110kV侧）:110kV侧：X1*=(10.75%)×100/50=0.21535kV侧：X2*=(-0.005%)×100/50=-0.00510kV侧：X3*=(6.75%)×100/50=0.135110kV系统侧等值阻抗标幺值（包括线路平行阻抗）110kV系统侧正、负阻抗标幺值为0.10110kV系统侧零序阻抗标幺值为0.235kV系统侧等值阻抗标幺值（包括线路平行阻抗）35kV系统侧正、负阻抗标幺值为0.831 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）35kV系统侧零序阻抗标幺值为0.504.2短路电流计算4.2.1计算系统最大运行方式时各电压等级母线三相短路电流A）d1点（110kV母线）三相短路：短路回路总电抗标幺值：Xd1*=X10=0.10短路电流标幺值：Id1*=1/Xd1*=1/0.10=10短路电流有名值：Id1=Id1*×Ij110=10×525=5250A冲击电流:ich-d1=2.55×Id1=2.55×5.25=13.39kA全电流最大有效值:Ich-d1=1.52×Id1=1.52×5.25=7.98kA短路容量:Sd=SB/Xd1*=100/0.108=1000MVAB）d2点（35kV母线）三相短路：短路回路总电抗标:Xd2*=0.16短路电流标幺值：Id2*=1/Xd2*=1/0.16=6.25短路电流有名值：Id2=Id2*×IB35=6.25×1500=9375A冲击电流:ich-d2=2.55×Id2=2.55×9.375=23.9kA全电流最大有效值:Ich-d2=1.52×Id2=1.52×9.375=14.25kA短路容量:Sd=SB/Xd2*=100/0.16=625MVAC）d3点（10kV母线）三相短路：短路回路总电抗标幺:Xd3*=0.15短路电流标幺值：Id3*=1/Xd3*=1/0.15=6.67短路电流有名值：Id3=Id3*×IB1=6.67×5498=36.65kA冲击电流:ich×Id3=2.55×Id3=2.55×36.65=93.47kA全电流最大有效值:Ich-d3=1.52×Id3=1.52×36.65=55.71kA短路容量:Sd=SB/Xd3*=100/0.15=667MVA综上：d1、d2和d3点短路电流计算结果见表4-1。表4-1d1、d2和d3点短路电流计算结果短路点支路名称暂态短路电流（kA）Id短路电流冲击值（kA）ich全电流最大有效值（kA）Ich短路容量（MVA）Sdd1110kV母线5.2513.397.981000d235kV母线9.3723.914.25625d310kV母线36.6593.4755.766731 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）5主要电气设备选择5.1电气选择的技术条件5.1.1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。5.1.2电流：选用电器额定电流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。即Ie≧Ig。对于最大持续工作电流：单回路出线：Igmax=P∕√3Uecosø变压器回路：Igmax=1.05Se∕√3Ue母联回路：按潮流计算。5.1.3短路的热稳定：it²t≧QdtQdt≧I∞²tdzI∞――稳态三相短路电流。tdZ――短路电流发热等值时间。It――断路器t秒热稳定电流。5.1.4动稳定条件：ich≧idfIch≧Idfich――短路冲击电流峰值。Ich――短路全电流有效值。idf――电器允许的极限最高过电流峰值。Idf――电器允许的极限最高过电流有效值。5.1.5在下列几种情况下可不校验热稳定与动稳定：（1）用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断器的时间保证。（2）采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定。电缆因有足够的强度，亦可不校验动稳定。（3）装设在电压互感器中的裸导线和电器可不验动、热稳定。5.2断路器的选择5.2.1110kV侧断路器的选择和校验A）选型查110kV高压断路器技术数据，试选LW30-126(W)型SF6断路器，其技术参数如下表5-1：表5-1LW30-126(W)型断路器技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）断流容量（MVA）极限通过电流（kA）峰值热稳定电流（kA）4SLW30-126(W)110315076214050B）动稳定校验：imax=40kA≥ich=13.39kAC）热稳定校验：I∞2×tdz=5.252×3=82.69（kA2.S）It2×t=502×4=10000（kA2.S）所以:I∞2×tdz＜It2×t所选LW30-126(W)型SF6断路器,完全满足在d131 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）点短路条件下断流容量、动稳定和热稳定的要求。5.2.235kV侧断路器的选择和校验查35kV高压断路器技术数据，试选ZW30-40.5型断路器，其技术参数如下表5-2：表5-2ZW30-40.5型断路器技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）断流容量（MVA）极限通过电流（kA）峰值热稳定电流（kA）4SZW30-40.540.5160010002516.6B）动稳定校验：imax=25kA≥ich=10.38kAC）热稳定校验：I∞2×tdz=9.372×3=263.4（kA2.S）It2×t=16.02×4=1024（kA2.S）,所以:I∞2×tdz＜It2×t所选ZW30-40.5型真空断路器,完全满足在d2点短路条件下断流容量、动稳定和热稳定的要求。5.2.310kV侧断路器的选择和校验A)查10kV高压断路器技术数据，试选ZN65-10/4000和ZN65-10/1250型真空断路器，分别用于主变变低、母联和线路，其技术参数如下表5-3：表5-3ZN65-10/1250型断路器技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）断流容量（MVA）极限通过电流（kA）峰值热稳定电流（kA）4SZN65-10/12501012505467531.5ZN65-10/40001040006939640B）动稳定校验：imax=96kA≥ich=93.47kAC）热稳定校验：I∞2×tdz=36.652×3=4029（kA2.S）It2×t=402×4=6400（kA2.S）所以:I∞2×tdz＜It2×t所选ZN65-10/1250型真空断路器,完全满足在d3点短路条件下断流容量、动稳定和热稳定的要求。5.3各级电压的隔离开关的选择和校验5.3.1110kV侧隔离开关的选择和校验A）隔离开关选择GW4-110ⅡW型，见表4-4。查110kV隔离开关技术数据，试选110kV隔离开关，其技术参数如下表5-4：表5-4110kV隔离开关技术参数型号额定电压Ue（kV）额定电流Ie（A）动稳定电流峰值（kA）热稳定电流（kA）4S/5SGW4-110ⅡW11012508021.5B）校验：imax=80kA＞ich=13.39kAI∞2×tdz=5.252×3=82.69（kA2.S）31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）It2×t=21.522×4=1852（kA2.S）所以:I∞2×tdz＜It2×t所以表5-4所选的110kV隔离开关，完全满足在110kV母线短路条件下动稳定和热稳定的要求。5.3.235kV侧隔离开关的选择和校验A）隔离开关选择HGW5-35ⅡW/630型，见表5-5。查35kV隔离开关技术数据，试选HGW5-35ⅡW/630隔离开关，其技术参数如下表5-5：表5-535kV隔离开关技术参数型号额定电压Ue（kV）额定电流Ie（A）动稳定电流峰值（kA）热稳定电流（kA）4S/5SHGW5-35ⅡW/630356308325B）校验HGW5-35ⅡW/630型隔离开关：imax=83kA＞ich=23.9kAI∞2×tdz=9.3752×3=263.4（kA2.S）It2×t=252×4=2500（kA2.S）所以:I∞2×tdz＜It2×t所以表5-5所选的35kV隔离开关，完全满足在35kV母线短路条件下动稳定和热稳定的要求。5.3.310kV侧隔离开关的选择和校验A）10kV出线隔离开关的选择：隔离开关选择GN30-10D/1250型，见表5-6。B）10kV母线隔离开关的选择：隔离开关选择GN30-10C/4000型，见表5-6。C)10KV母线分段隔离开关选择：隔离开关选择GN30-10C/3150型，见表5-6。10kV隔离开关技术参数安装地点型号额定电压Ue（kV）额定电流Ie（A）动稳定电流峰值（kA）热稳定电流（kA）2S10kV出线GN30-10D/12501012507530母线分段GN30-10C/3150103150502510kV母线GN30-10C/400010400016975校验GN30-10C/4000型：Imax=169kA＞Ich=93.7kA；I∞2×tdz=36.652×2=2686（kA2.S）It2×t=502×2=5000（kA2.S）；所以:I∞2×tdz＜It2×t所以表5-6所选隔离开关，完全满足在10kV母线短路条件下动稳定和热稳定的要求。5.4母线的选择：按经济电流密度选择按经济电流密度选择110kV母线的截面S，并按短路电流进行热稳定的校验。5.4.1110kV母线的选择和校验31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）A）110kV母线最大持续工作电流按全所最大负荷时计算为：Igmax=1.05Ie=275.6（A）Tmax=6000h，查经济电流密度表，钢芯铝绞线的经济电流密度为J=1.15A/mm2。母线的经济截面：Sj=275.6/1.15=239.7（mm2）试选择LGJ-400钢芯铝绞线，在最高允许温度+70℃的载流量为2×610=1220A＞Igmax=239.7A故满足最大工作电流的要求。B）校验:热稳定系数：C=87，设保护动作时间Tdz=3：Smin==4860*1.732/87=96.75mm2＜400mm2故选LGJ-400的钢芯铝绞线，满足短路条件下的热稳定要求。5.4.235kV母线的选择和校验A）35kV母线最大持续电流按主变的持续工作电流：Igmax=1.05Ie=1.05×50000/（35×1.732）=866（A）Tmax=6000h，查经济电流密度表，钢芯铝绞线的经济电流密度为J=1.5A/mm2。母线的经济截面：Sj=866/1.5=577（mm2）试选择LGJ-300钢芯铝绞线，在最高允许温度+70℃的载流量为2×610=1220A＞Igmax=866A，故满足最大工作电流的要求。B）校验在35kV母线短路条件下的热稳定热稳定系数：C=87，母线的经济截面：Smin==6000×1.732/87=119.45mm2＜300mm2故选LGJ-300的钢芯铝绞线，满足短路条件下的热稳定。5.4.310kV母线的选择和校验A）10kV母线最大持续电流按主变的持续工作电流：Igmax=1.05Ie=1.05×50000/（10×1.732）=3031（A）Tmax=6000h，查矩形导体截面和长期允许载流量技术数据选125×8双条平放矩形铝母线,平放时长期允许载流量为2558A,集肤效应系数为Kjf=1，40℃环境温度修正系数为1，所以：Igmax=2425<2558,所选导线满足载流量的要求。校验热稳定：按10kV母线的短路条件校验热稳定：t=0.5得tz=0.4S。tdz=0.45S，热稳定系数C=87，Kjf=1，I∞（3）=27490kA31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）所以：Smin==27490×√（1×0.45）/87=158（mm2）矩形母线100×10=1000mm2＞158mm2，故满足热稳定的要求。动稳定校验:取L=1m，a=0.5mW=0.336bh2=0.167×10×10-3×（100×10-3）2=3.36×10-6m3Qq=1.73ich2=1.73×（70.1×103）2×1×12×10-8/（0.5×3.36×10-6）=50.7×106（pa）Fs=2.55*ich2(1/b)=2.55*0.15*701002*1/(10*10-3)*10-8=188(n/m)。Qs=FsLs2/(2b2h)=188*0.52/(2*(10*10-3)*100*0-3)=4.7×106（pa）。Qmax=Qq+Qs=50.7×106+4.7×106=55.4×106pa。查得硬铝的最大允许应力Qg=69×106pa＞Qmax，故满足动稳定的要求。5.5出线选择5.5.1110kV架空线选择110kV出线，最大负荷电流：Ig.max=1.05×(35000+30000)/（110×1.732）=358ATmax=5000h，查经济电流密度表，钢芯铝绞线的经济电流密度为J=1.15A/mm2。出线的经济截面：Sj=358/1.15=311（mm2）试选择2×LGJ-240钢芯铝绞线，在最高允许温度+70℃的载流量为2×610=1220A＞Igmax=311A,故满足最大工作电流的要求。校验与110kv母线结果一样。选2×LGJ-240的钢芯铝绞线，满足短路条件下的热稳定要求5.5.235kV架空线选择A）35kV出线的最大负荷为：S35=6000KVA最大负荷电流：Ig.max=1.05×7000/（35×1.732）=121ATmax=3000h，查经济电流密度表，钢芯铝绞线的经济电流密度为J=1.5A/mm2,经济截面：Sj=121/1.5=80.7（mm2）考虑双回路互为备用，适当加大线径，试选择LGJ-120钢芯铝绞线，在最高允许温度+70℃的载流量为380A＞2Igmax=2×121=242A，故满足最大工作电流的要求。B）校验热稳定系数：C=87，31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）Smin==6000×1.732/87=119.5mm2＜120mm2故选LGJ-120的钢芯铝绞线，满足短路条件下的热稳定要求。5.5.310kV架空线选择10kV的最大负荷为：S10=2500KVA，最大负荷电流,按十年每年增长率2%计：Ig.max=1.05×(1+2%)10×2500/（10×1.732）=272ATmax=5000h，钢心铝绞线的经济电流密度为J=1.15A/mm2，电缆的经济截面：Sj=272/1.15=237mm2考虑双回路互为备用，适当加大线径，试选择LGJ-240钢芯铝绞线，在最高允许温度+70℃的载流量为610A＞2Igmax=514A,故满足最大工作电流的要求。按10kV母线的短路条件校验热稳定：t=0.5得tz=0.4S。tdz=0.45S，热稳定系数C=87，Kjf=1，I∞（3）=27490A所以：Smin==27490×0.67/87=212（mm2）故选LGJ-240的钢芯铝绞线，满足短路条件下的热稳定要求。5.6电流互感器选择根据使用条件,查《变电所电气部分毕业设计指导》P317附表1-44和附表1-43选择电流互感器的型式,一次回路电压、一次回路电流，准确等级和二次负荷，见表4-7。表4-7电流互感器一览表安装地点型号额定电流（A）级次组合二次负荷（Ω）IS热稳定动稳定倍数0.5级1级D级110kV侧LCWB6-110400/50.5/11.22.47515035kV侧LZZBJ4-40.51200/50.2S/0.51.2365150主变10kV侧LZZBJ9-103000/50.5/31.27515010kV分段LZZBJ9-104000/50.5/31.27517510kV馈线LZZBJ9-10600/50.5/30.40.67516031 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）6电气设备的配置6.1隔离开关的配置（1）接在发电机、变压器引出线或中性点上的避雷器可不装隔离开关。（2）接在母线上的避雷器和电压互感器宜用一组隔离开关，但对于330—500Kv避雷器和线路电压互感器均不装。（3）桥形接线中的跨条宜用两组隔离开关串联，以便于进行不停电检修。（4）断路器两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时隔离电源。（5）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地，自耦变压器的中性点则不必装设隔离开关。6.2接地刀闸式接地器的配置（1）为保证电器和母线的检修安全，110Kv及以上每段母线根据长度装设1—2组接地刀闸式接地器，两组距离尽量保持适中。母线的接地刀闸装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联隔离开关上，必要时可设独立式母线接地器。（2）35Kv及以上配电装置断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧应装接地刀闸。双母线接地装置两组母线隔离开关的断路器侧可共用一组接地刀闸。（3）旁路母线一般装一组接地刀闸，装在旁路回路隔离开关的旁路母线侧。（4）35Kv及以上主变进线隔离开关主变侧装一组接地刀闸。6.3电压互感器的配置（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、周期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧能提取到电压。（2）6—220Kv电压等级的每组主接线的三相上应装设电压互感器。旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装电压互感器。6.4电流互感器的配置（1）凡装有断路器的回路应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表，保护和自动装置要求。（2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器：发电机和变压器中性点，发电机和变压器的出口，桥形接线的跨条上等。（3）对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。6.5避雷器的配置（1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外。（2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。（3）220Kv及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）（1）自耦变压器必须在其两个自耦合的绕组出线上装设避雷器，并应接在变压器与断路器之间。（2）发电厂变电所35Kv及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。7高压配电装置7.1设计原则总的原则：配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。（1）节约用地各种配电装置占地面积比较，以屋外普通中型为100%屋外分相中型70%——80%屋外半高型50%——60%屋外高型40%——50%屋内型25%——30%SF6全封闭电器5%——10%（2）运行安全和操作巡视方便配电装置布置要整齐清晰，并能在运行中满足人身和设备的安全距离。使配电装置一旦发生事故时，能将事故限制到最小范围和最低程度，并使运行人员在正常操作和处理事故的过程中不发生意外情况，以及在检修维护过程中不至损害设备。（3）便于检修和安装对于各种型式的配电装置，都需要妥善考虑检修和安装条件。配电装置的设计还必须考虑分期建设和扩建过渡的便利。（4）节约三材，降低造价7.2配电装置的特点和要求：配电装置按电气设备装置地点不同，分为屋内和屋外配电装置。7.2.1屋内配电装置的特点：（1）由于允许安全净距小和可以分层布置，故占面积较小。（2）维修、巡视和操作在室内进行不受气候影响。（3）外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量。（4）房屋建筑投资较大。7.2.2屋外配电装置的特点：（1）土建工程量和费用较小，建设周期短。（2）扩建比较方便。（3）相邻设备之间距离较大，便于带电工作。（4）占地面积大。（5）受外界空气影响，设备运行条件较差，须加强绝缘。（6）外界气象条件对设备维修和操作有影响。大中型发电厂和变电所中，35Kv及以下的配电装置多采用屋内配电装置。110Kv及以上多为屋外配电装置。7.2.3成套配电装置的特点：（1）31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间式对距离可以缩小，结构紧凑占地面积少。（1）所有电气元件在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁。（2）运行可靠性高，维护方便。（3）耗用钢材较多，造价较高。7.3设计要求7.3.1满足安全净距的要求屋外配电装置的安全净距（mm）不应小于表6—1所列数值符号适用范围额定电压（Kv）3—10110JA11、带电部分至接地部分之间。2、网状遮拦向上延伸线距地2.5m处与遮拦上方带电部分之间200900A21、不同的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间2001000B11、设备运输时，其外廓至无遮拦带电部分间2、交叉的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间3、栅状遮拦至绝缘体和带电部分之间4、带电作业时的带电部分至接地部分之间9501650B2网状遮拦至带电部分之间3001000C1、无遮拦裸导体至地面之间2、无遮拦裸导体至建筑物、构筑物顶部之间27003400D1、平行的不同时停电检修无遮拦带电部分之间2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间22002900屋外配电装置中，电气设备外绝缘体最低部位距地处小于2.5m时，应装设固定遮拦。屋外配电装置的安全净距不应小于表6—2中所列数值。屋内电气设备绝缘体最低部位距地小于2.3m时，应装设固定遮拦。7.3.2施工、运行、检修的要求发电厂及大型变电所的屋外配电装置周围直以高度不低于1.5m围栏，以防止外人任意进入。变电所的所区围墙采用高度为2.2—2.5m的夹体墙。配电装置中电气设备的栅栏不应低于1.2m，栅栏最低栏杆至地面的净距不应大于200mm。配电装置中电气设备的遮拦不应低于1.7m，遮拦网孔不应大于40×40mm。符号适用范围额定电压（Kv）10110J31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）A11、带电部分至接地部分之间。2、网状和板状遮拦向上延伸距地2.3m处与遮拦上方带电部分之间125850A21、不同相带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间125900B11、栅状遮拦至绝缘体和带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间8751600B2网状遮拦至带电部分之间225950C1、无遮拦裸导体至地面之间2、无遮拦裸导体至建筑物、构筑物顶部之间24253150D平行的不同时停电检修无遮拦带电部分之间19252650E通向屋外的出线套管至屋外通道的路面400052007.4屋内配电装置发电厂、变电所中6—10Kv屋内配电装置。按其布置型式不同，一般分为三层，两层和单层。三层式是将所有电气设备依其轻重分别布置在三层中，具有安全、可靠性高，占地面积小等特点，但其结构复杂，施工时间长，造价较高，检修和运行不太方便。二层式是在三层式的基础上改进而来的。所有电器设备布置在二层中。与三层比，它的造价较低，运行和检修较方便，但占地面积增加。三层式和二层式均用于出线有电抗器的情况。单层式是把所有的设备布置在一层，适用于出线无电抗器的情况。单层式占地面积较大，如容量不太大，通常采用成套开关柜，以减少占地面积。进行配置的时应注意：1、同一回路的电器和导体布置在一个间隔内，以保证检修安全和限制故障范围。2、尽量将电源布置在一段的中部，使母线截面通过较小的电流。3、较重的设备（如电抗器）布置在下层，以减轻楼板的承重并便于安装。4、充分利用间隔的距离。5、布置对称便于操作。6、容量扩建。7.5屋外配电装置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，半高型和高型。中型配电装置的所有电压都安装在同一平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面安全的活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。高型和半高型配电装置的母线和电器分别装在几个不同的高度的水平面上，并重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。由于高型和半高型可大量节省占地面积，因此，近来高型、半高型得到广泛应用。31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）本设计：10Kv采用成套开关柜110Kv采用半高型布置8防雷措施8.1变电站的主要防雷措施供电线路和变电站设置有防雷措施有：A>装设避雷线:避雷线一般用截面不小于25MM2的镀锌钢绞线,架设在架空线路的上面,以保护架空线路或其他物体免遭直接雷击.其功能和原理和避雷针基本相似B>装设避雷针:用来保护变电站建筑物及站内变配电装置免遭直击雷。避雷针不得安装在变电站的屋顶上及配电装置上，应安装在单独的构架上。C>装设避雷器:对于未全线装设避雷线的高压架空线路，者应在其线路的变电站进线和出线装设避雷器，并应在母线上装设阀型避雷器，以保护站内主变压器和高压配电装置免遭雷电过电压的破坏。为了重点保护变压器，避雷器应尽可能地靠近变压器安装，其接地线应与主变压器的外壳和中性线连接。D>装设接地装置：为了使强大的雷电流迅速畅通地泄入大地而设置了接地网装置，它能帮助所有电气设备的泄漏电流、雷电感应电流、直击雷电流均能快速泄入大地，以保证建筑物、电气设备不被破坏、烧毁或不造成人员伤亡事故。它的装设减少了大地有电阻。8.2变电站的主要防雷设备和作用A>避雷针：是保护电气设备、线路及建、构筑物等免遭直击雷的危害。它的功能实质上是引雷作用。它能对雷电场产生一个附加电场，使雷电场畸变，从而将雷云放电的通道，由原来可能向被保护物发展的方向，吸引到避雷针本身，然后通过与避雷针相连的引下线和接地装置将雷电流泄放到在地中去，使被保护物体免受直接雷击。B>避雷器:是保护雷电入侵波对电气设备产生危害的保护装置.在架空线路上发生感应雷击后,雷电波沿导线向两个方向传播,如果雷电冲击波的对地电压超过了电气设备绝缘的耐压值,其绝缘必将被击穿而导致电气设备烧毁.避雷器就是专设的放电电压低于所有被保护设备正常耐压值的保护设备.由于它具有良好的接地,故雷电波到来时,避雷器首先被击穿并对地放电,从而使电气设备得到了保护8.3避雷针的保护范围计算1）hx=10m（被保护物的高度）h=30m（避雷针的高度）h≤30m时，P=1D12=60mRx=(1.5h-2hx)*P=(1.5*30-2*10)*1=25mho12=h-D/7p=30-53/7=21.4mhx≤ho/2时，bx12=1.5ho-2hx=1.5*21.4-2*10=12.1m2）hx=10m（被保护物的高度）h=30m（避雷针的高度）h≤30m时，P=1D23=51.6mRx23=(1.5h-2hx)*P=(1.5*30-2*10)*1=25mho23=h-D/7p=30-51.6/7=22.6mhx≤ho/2时，bx=1.5ho-2hx=1.5*22.6-2*10=14m3）hx=10m（被保护物的高度）h=30m（避雷针的高度）h≤30m时，P=1D34=60.5mRx34=(1.5h-2hx)*P=(1.5*30-2*10)*1=25mho34=h-D/7p=30-60.5/7=21.3mhx≤ho/2时，bx=1.5ho-2hx=1.5*21.3-2*10=12m4）hx=10m（被保护物的高度）h=30m（避雷针的高度）h≤30m时，P=1D41=51.1m31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）Rx41=(1.5h-2hx)*P=(1.5*30-2*10)*1=25mho41=h-D/7p=30-51.1/7=22.7mhx≤ho/2时，bx=1.5ho-2hx=1.5*22.7-2*10=14.1m1）hx=10m（被保护物的高度）h=30m（避雷针的高度）h≤30m时，P=1D24=81.1mRx24=(1.5h-2hx)*P=(1.5*30-2*10)*1=25mho24=h-D/7p=30-81.1/7=18.4mhx≤ho/2时，bx=1.5ho-2hx=1.5*16.1-2*10=7.6m故根据本变电所的特点避雷器的选择如下：110KV侧选择HY5WZ-102/266型避雷器；35KV侧选择HY5WZ-51/134型避雷器；10KV侧选择HY5WZ-17/45型避雷器；8.4变电站的防雷设备的型号和主要技术参数本变电站防雷设备见表表4-9。表4-9各级避雷器选择结果安装位置刑号数量额定电压有效值KV系统额定电压KV持续运行电压KV8/20us雷电冲击残压KV方波通流容量峰值A110Kv母线HY5WZ-102/26661021107326660035KV母线HY5WZ-51/134651357313440010KV母线HY5WZ-17/45617117.545400#1.2主变中性点HY1.5W-60/1441601108614440010KV出线侧HY5WZ-17/453617117.54540031 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）9接地装置9.1一般要求为保证人身安全，所有的电气设备，都应装设接地装置。并将电气设备外壳接地。为了将各种不同用途和各种不同的电压的电气设备接地，应使用一个总的接地装置。接地电阻应满足其中接地电阻最小的电气设备的要求。设计接地装置时，应考虑到一年四季中保证接地电阻的要求值。9.2应当接地和不需要接地的范围在发电厂和变电所范围内的电气设备，9.2.1应当接地的部分：1、电机、变压器、电器、照明设备的底座和外壳。2、电气设备传动装置。3、互感器的二次线圈，但继电保护方面另有规定者除外。4、配电屏与控制台的框架。5、屋内外配电装置的金属和钢筋混凝土架构以及带电部分的金属遮拦。6、交直流电力电缆盒的金属外壳和电缆的金属外皮，布线的钢筋等。9.2.2不需要接地的部分：1、安装在控制屏、配电屏、开关柜及配电装置间隔墙壁上的电气测量仪表，继电器和其他低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危险电压的绝缘子金属附件。2、安装在已接地的金属架构上的设备及金属外两端已接地电力电缆的架构。3、控制电缆的金属外皮和电压为200V以下蓄电池室内的金属框架。4、发电厂和变电所区域内的运输轨道。31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）结论通过对110KV变电站电气部分的设计，使我对所学过的电力系统自动化理论知识，尤其是对《电压系统分析》、《电气设备》等课程有了进一步的认识，加深了对变电站设计与电气设备选择有关专业理论的理解和专业设计方法的熟悉，从而提高了分析问题和解决问题的能力，掌握运用新知识解决实际问题的基本方法，进一步提高了专业理论水平和实践能力，对今后的工作具有很大的指导意义。31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）致谢在这次毕业设计中，因为自己的专业知识不够深厚，对很多方面的理解不明白，在周明老师（指导教师）和学院领导、老师正确的指导及耐心的帮助下，特别是对短路电流的计算，得到了周明老师的精心指导，使短路电流计算过程大大简化，为顺利进行下一步的工作创造有利的条件。通过认真刻苦的努力，终于圆满地完成本毕业设计。在此，对给予我孜孜不倦的耐心解答及辛勤指导的周明老师和学院领导、老师表示衷心的感谢！31 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）参考文献[1]刘介才.工厂供电（第3版）.北京：机械工业出版社，2000[2]刘介才.工厂供电设计指导.北京：机械工业出版社，1999[3]卫斌.变电所电气部分毕业设计指导（第2版）.北京：中国水利水电出版社[4]焦留成.供配电设计手册.北京：中国计划出版社，1999[5]唐志平.工厂供配电.北京：电子工业出版社，2002[6]丁毓山,雷振山.中小型变点电所实用设计手册.北京：中国水利水电出版社[7]蓝毓俊.现代城市电网规划设计与建设改造.中国电力出版社31'