变电站电气一次部分设计

毕业设计（论文）

题目 110kV变电站电气一次部分设计

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摘 要

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

本次设计是关于某地区110KV降压变电站的设计，首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。

其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。

最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行开关设备选型。 关键词：变电所，主接线，电网，断路器，短路电流计算，电气设备选择

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目录

摘 要 ........................................................................................................................................................ I 1 概述 ....................................................................................................................................................... 1 2 电气主接线 ........................................................................................................................................... 2

2.1 电气主接线概述......................................................................................................................... 2 2.2 选择电气主接线时的设计依据 ................................................................................................. 2 2.3 变电站主接线设计的基本要求： ............................................................................................. 2 2.4 110kv侧主接线方案 ................................................................................................................... 3 2.5 35kv侧主接线方案 ..................................................................................................................... 4 2.6 10kv侧主接线方案 ..................................................................................................................... 5 2.7 站用电接线 ................................................................................................................................ 6 3主变压器选择 ........................................................................................................................................ 6

3.1 主变压器型式的选择 ................................................................................................................. 6

3.1.1 变压器绕组形式的选择 .................................................................................................. 6 3.1.2 变压器调压方式的选择 .................................................................................................. 7 3.1.3 变压器接地方式的选择 .................................................................................................. 7 3.1.4 变压器冷却方式的选择 .................................................................................................. 7 3.2 主变压器台数选择 ..................................................................................................................... 7 3.3 变压器容量的确定 ..................................................................................................................... 8

3.3.1 选择变压器容量所采用的基本原则 .............................................................................. 8 3.3.2 选择变压器容量的相关计算 .......................................................................................... 8

4 最大持续工作电流及短路计算 ............................................................................................................ 9

4.1 各回路最大持续工作电流 ......................................................................................................... 9 4.2 短路计算的目的及假设 ........................................................................................................... 10

4.2.1短路电流计算的目的 ..................................................................................................... 10 4.2.2 计算的基本情况 ............................................................................................................ 10 4.2.3 接线方式........................................................................................................................ 10 4.2.4 计算容量........................................................................................................................ 10 4.2.5 短路种类........................................................................................................................ 11 4.2.6 短路计算点 .................................................................................................................... 11 4.3 短路电流计算........................................................................................................................... 11 5 主要电气设备选择 ............................................................................................................................. 13

5.1 电气选择的一般要求 ............................................................................................................... 13

5.1.1 一般原则........................................................................................................................ 13 5.1.2 技术条件........................................................................................................................ 13 5.1.3 温度 ............................................................................................................................... 14 5.2 高压断路器的选择 ................................................................................................................... 15

5.2.1断路器的选择原则 ......................................................................................................... 15 5.2.2 110kv侧断路器的选择 .................................................................................................. 15 5.2.3 35kv侧断路器选择 ........................................................................................................ 17 5.2.4 10kv侧断路器选择 ........................................................................................................ 18 5.3 隔离开关的选择....................................................................................................................... 19

5.3.1隔离开关的选择原则 ..................................................................................................... 19

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5.3.2 110kv侧隔离开关 .......................................................................................................... 20 5.3.3 35kv侧隔离开关 ............................................................................................................ 20 5.3.4 10kv侧隔离开关 ............................................................................................................ 21 5.4 避雷器的选择........................................................................................................................... 22 5.5 接地刀闸的选择....................................................................................................................... 22 5.6 高压断路器选型总表 ............................................................................................................... 22 5.7 隔离开关选型总表 ................................................................................................................... 23 6 配电装置设计 ..................................................................................................................................... 23

6.1 设计原则与要求....................................................................................................................... 24

6.1.1、设计原则...................................................................................................................... 24 6.1.2设计要求......................................................................................................................... 24 6.1.3有足够的安全距离 ......................................................................................................... 25

7总结 ...................................................................................................................................................... 25

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1 概述

已知某110kV电网接线图如图1.1所示。

图1.1 某110kV电网接线图

图1.1 110KV电网接线图

其中由待设变电站直接供电的近区负荷如表1.1所示。 表1.1 负荷表

负荷编号 1 2 3 4 5 最大功率（kW） 4000 3000 2500 12000 10000 输电距离（km） 2 3 3 25 30 各负荷站的最大负荷小时数Tmax=4500h，功率因数cosφ=0.8，其中一类负荷占30%，二类负荷占40%，剩余为三类负荷。各负荷站间最大负荷同时系数为0.9，最小负荷系数为0.7。

待设变电站所处地理条件：最高气温38℃，最低气温1℃，5~8月有雷雨，土地

充裕，非地震地区。

根据电力设计规程，分析各负荷站功率及输电距离后，确定负荷1、2、3输电电压等级为10KV，负荷4、5输电电压为35KV。

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2 电气主接线

2.1 电气主接线概述

变电站的电气主接线指由各种电气元件如变压器、断路器、隔离开关等按照一定的要求和顺序连接起来构成发电、输电、配电的电气回路。电气主接线的选择正确与否对电力系统的安全、经济运行，对电力系统的稳定和调度的灵活性，以及对变电站的电气设备选择，配电装置的布置，继电保护和自动装置的确定等都有重大的影响。因此在选择变电站的电气主接线时，应注意变电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件，按照电气主接线设计的一般原则和要求，经过缜密的比较和严格的论证才能保证在建成使用的过程中不致有任何无法弥补的失误。 2.2 选择电气主接线时的设计依据

（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）系统备用容量大小

（5）系统专业对电气主接线提供的具体资料 2.3 变电站主接线设计的基本要求： （1）可靠性

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线的设计必须满足这个要求。因为电能的发送及使用必须在同一时间进行，所以电力系统中任何一个环节故障，都将影响到整体。供电可靠性的客观衡量标准是运行实践，评估某个主接线图的可靠性时，应充分考虑长期运行经验。我国现行设计规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结，设计时应该予以遵循。 （2）灵活性

电气主接线不但在正常运行情况下能根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快的退出设备、切除故障，使停电时间最短、影响范围最小，并在检修设备时能保证检修人员的安全。

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（3）操作应尽可能简单、方便

电气主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便，或造成不必要的停电。 （4）经济性

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上—，还应使投资和年运行费用最小，占地面积最少，使变电站尽快的发挥经济效益。 （5）应具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时，应考虑到有扩建的可能性。 2.4 110kv侧主接线方案

由《电力工程电气设计手册》的规定可知110kv侧可选用单母线分段接线方式或双母线接线方式。单母分段接线一般适用于110kv出线为3，4回的装置中。双母线接线一般适用于110KV出线为5回及以上或者在系统中居重要位置、出线4回及以上的装置中。此次设计装置进线2回，出线2回。所以综合比较两个方案选择单母线分段接线为110kv侧主接线方案。 110KV侧主接线如图2.1. .

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图2.1 110KV侧主接线 主要优缺点

（1）当母线发生故障时,仅故障母线停止工作,另一母线仍继续工作；

（2）对双回路供电的重要用户,可将双回路分别接于不同母线分段上,以保证对重要用户的供电；

（3）一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电； （4）任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； （5）当出线为双回线路时，会使架空线出现交叉跨越； 因此本变电站设计宜采用单母线分段接线。 2.5 35kv侧主接线方案

由《电力工程电气设计手册》可知当35kv配电装置出线回路数为4——8回时应采用单母线分段接线方式。此次设计配电装置出线回路数为4回故选择单母线分段接线为35kv侧主接线方案 35KV侧主接线如图2.2.

图2.5.1

图2.2 35KV主接线图

主要优缺点：

（1）当母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作； （2）对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对

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重要用户的供电；

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（3）当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，这样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电； （4）任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； （5）当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。 因此本变电站设计宜采用单母线分段接线。 2.6 10kv侧主接线方案

由《电力工程电气设计手册》可知10KV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母分段连接，此次设计配电装置出线回路数为6回故选择单母分段接线为主接线。

10KV侧主接线如图2.3.

图2.3 10KV侧主接线 主要优缺点：

（1）母线发生故障时，仅故障母线停止工作，另一母线仍继续工作；

（2）对双回路供电的重要用户，可将双回路分别接于不同母线分段上，以保证对重要用户的供电

（3）当一段母线发生故障或检修时，必须断开在该段母线上的全部电源和引出线，样减少了系统的发电量，并使该段单回线路供电的用户停电； （4）任一出线的开关检修时，该回线路必须停止工作； （5）当出线为双回线时，会使架空线出现交叉跨越。 因此本变电站设计宜采用单母线分段接线。

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2.7 站用电接线

一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式，故提出单母线分段接线。 站用电主接线如图2.4.

图2.4 站用电主接线 结论：

综上所述可选择110kv侧采用单母分段接线为主接线，35kv侧采用单母分段接线为主接线。10kv侧采用单母分段线接线为主接线。站用电为单母分段接线。

3主变压器选择

3.1 主变压器型式的选择 3.1.1 变压器绕组形式的选择

根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》：不受运输条件，在330KV及其以下的发电厂和变电站中均采用三相变压器。

(1) 变压器绕组数量的选择

根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》：在具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧的功率均达到该主变容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功功率补偿设备时，主变宜采用三绕组变压器。

(2) 绕组的连接方式

根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》：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△，我国

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110KV及以上的电压等级，变压器绕组均采用Y连接；35KV电压等级，变压器绕组采用Y连接，而35KV以下电压等级，变压器绕组均采用△连接。

所以待设计变电站的主变压器选择三相、三绕组变压器。

3.1.2 变压器调压方式的选择

根据《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》：110KV及以下变电站，考虑至

少有一级电压的变压器采用有载调压方式。所以待设计变电站主变压器选择有载调压变压器。

3.1.3 变压器接地方式的选择

中性点直接接地方式的短路电流很大，线路或设备应立即切除，增加了断路器的负担，降低了供电的连续性，但由于过电压水平较低，减少了设备造价，特别是在高压和超高压电力系统，经济效益显著，故适用于110KV及以上电力系统，。我国目前在一般情况下，110KV系统多采用中性点直接接地方式。 3.1.4 变压器冷却方式的选择

主变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、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强迫油循环风冷却。

根据以上分析本设计采用三绕组普通强迫油循环变压器。 3.2 主变压器台数选择

降压变电站的主变压器的台数，一般不超过两台，当负荷再增大时，可更换大容量的变压器，而不需增加变压器的台数。

为保证供电的可靠性，避免一台主变故障或检修时影响对用户供电，变电站一般装设两台主变压器，其变压器基础按大于变压器容量的1--2级设计，以便负荷发展时，可更换大容量的变压器，而不需增加变压器的台数。

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3.3 变压器容量的确定

3.3.1 选择变压器容量所采用的基本原则

(1)在电力系统正常运行及检修状态下，以具有一定持续时间的日负荷选择主变压器的额定容量，日负荷中持续时间很短的部分，可由变压器过载满足。

(2) 并联运行的以隐备用的形式相互作为事故备用。

(3)主变压器检修时间间隔很长、检修时间较短，合理作好检修与运行调度。则不因检修并联变压器而增加其选择容量。

3.3.2 选择变压器容量的相关计算

主变压器容量一般按变电站建成后5--10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10--20年的负荷发展。当有两台变压器时，每台变压器应能负担变电站总负荷的70%左右，以便在一台变压器因故障退出运行时，另一台变压器容量应保证重要负荷连续供电。根据表1.1，可知变电站供电负荷为

Pxl 400030002500100001200031500(KW) （3.1） 因为所用电占2%，所以：全站总负荷为：

P3150031500*1.2%31878(KW) （3.2） 又因为：COS0.8 所以：主变压器的容量为：

SjP/COS31848/0.839810(KVA)39.8MWA （3.3） 为保证重要用户供电，待设计变电站宜选择两台主变压器，采用暗备用的方式。 若每一台变压器的容量要求能带全部负荷的70%左右计算：

（3.4） SSj70%39.870%27.86(MVA)根据以上论证满足以上条件的变压器有SFSL1-30000/110。

根据规程规定：油浸自冷和油浸风冷变压器过负荷不应超过变压器额定容量的30%，验算所选择变压器容量是否满足负荷要求：

（3.5）(300002-39800)/3980051%精品文档

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51%30%，满足要求。

所以我们选择两台SFSL-30000/110型变压器，该变压器技术数据见下表3.1。 表3.1 主变压器参数

型 号 容 量 容 量 比

高—压

阻抗电压

中—压 低—压

联结组标号

空载

损 耗 空载电流

高-中

阻抗电压

高-低 中-低 负载

SFSL-30000/110

30 MVA

100 100 100

110±8×1.25% 38. 5±2×2.5%

10.5

YNyn0d11

58.8kw 225kw

0.91%

10.5% 17.8% 6.5 %

4 最大持续工作电流及短路计算

4.1 各回路最大持续工作电流

根据公

Smax=3UeIgmax cos （4.1）

式中 Smax ---- 所统计各电压侧负荷容量 Ue ---- 各电压等级额定电压

IIgmaxgmax ---- 最大持续工作电

Smax=3UeIgmax cos （4.2）

=Smax/3Ue cos （4.3）

110kv侧：

Igmax=31500/（

3×110KV×0.8））=210A （4.4）

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35kv侧 ：Igmax=（10000+12000）/（3×35KV×0.8）=461A （4.5） 10kv侧 ：Igmax=95000/（3×10KV×0.8）=735A （4.6） 4.2 短路计算的目的及假设 4.2.1短路电流计算的目的

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。其计算的目的主要有以下几个方面：

(1) 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取短路电流的措施等，均需要进行必要的短路电流计算。

(2) 在选择电气设备时，为保证在正常运行和故障情况下都能安全、可靠工作，同时又力求节约资金，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，需以各种短路时的短路电流为依据。

(5) 接地装置的设计，也需要短路电流。

4.2.2 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)短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

(3)所有电源的电动势相位角相同。

4.2.3 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。

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4.2.4 计算容量

应按本工程设计规划容量计算，并考虑系统发展规划。 4.2.5 短路种类

一般按三相短路计算。 4.2.6 短路计算点

在正常接线方式下，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。 4.3 短路电流计算

所选出的SFSL-30000/110型变压器参数： U1—2%=10.5 ；U1—3%=17.8；U2—3%=6.5

Us1%=1/2(U1—2%＋ U1—3%－ U2—3%)=1/2(10.5＋17.8－6.5)=10.9 （4.7） Us2%=1/2(U1—2%＋ U2—3%－ U1—3%)=1/2(10.5＋6.5－17.8)=－0.4≈0 （4.8） Us3%=1/2(U1—3%＋ U2—3%－ U1—2%)=1/2(17.8＋6.5－10.5)=6.9 （4.9）

取基准容量为：SB=100MVA，基准电压为UB=Uav又依公式：

IB=SB/3 UB （4.10） XB=UB2/SB (4.11) 基准电压 （KV）： 10.5 37 115 各绕组的电抗标幺值计算如下：

XT1=（Us1%/100）×（SB/SN）=（10.9/100）×（100/50）=0.218 （4.12）

XT2=（Us2%/100）×（SB/SN）=（0/100）×（100/50）=0 （4.13）

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XT3=（Us3%/100）×（SB/SN）=（6.9/100）×（100/50）=0.138 （4.14）

任务书所给外部网络容量为SD2*1203*10270mwa，短路电流的计算系统的等值网络如图4.1所示：

其中X1=XT1/2=0.218/2=0.109 X2=XT2/2=-0/2=0 X3=XT3/2=0.138/2=0.069 Xd=SB/SD=100/270=0.37

图4.1短路电流计算系统等值网络 35kv侧短路：

当f1点短路时If1=SB/（3UB）=100/（3×37）=1.56KA (4.15) 短路电流 If1 =1/（X1+X3+Xd）=1/（0.109+0.069+0.37）=2.5 (4.16) 短路电流的有名值 (4.17)

冲击电流 (4.18)

短路容量 sf1=If1×Ub×3=2.5×37×3=169.5MVA (4.19)

''''Ii'f1=

If1×

I''f1=2.5×1.56=4.126KA

sh.f1=1.82×

I'f1=1.82×4.126=10.5K

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电流最大有效值： Ich=1.51×If1=1.51×4.126=6.23KA (4.20) 10kv侧短路：

f2点短路时：If2=SB/（3UB）=100/（3×10.5）=5.5KA (4.21) 短路电流 If2 =1/（X1+X2+Xd）=1/（0.109+0+0.37）=3.236 (4.22) 短路电流的有名值 (4.23)

冲击电流 (4.24)

短路容量 (4.25)

电流最大有效值： Ich=1.51×If1=1.51×17.8=26.878KA (4.26)

110kv侧短路：

当f3点短路时If3=SB/（3UB）=100/（3×115）=0.502KA (4.27) 短路电流 If3 =SD/（3UB''''''I'f2=

If2×

I''f2=5.5×3.236=17.8KA

ish.f2=1.82×

I'f2=1.8×2×17.8=45.3KA

sf2=

I''f2×Uc×3=3.236×10.5×3=58.85MVA

If3）=270/（3×115×0.502）=5 (4.28)

短路电流的有名值 (4.29)

冲击电流 (4.30)

I'f3=

IIf3×

I''f3=5×0.502=2.51KA

ish.f3=1.82×

'f3=1.8×2×2.51=6.3KA

短路容量为：S=3Ua I” =3×115×5=995.9（MVA） (4.31)

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电流最大有效值： Ich=1.51×If1=1.51×2.51=3.79KA (4.32)

'5 主要电气设备选择

导体和电气的选择设计，同样必须执行国家的有关技术经济，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。 5.1 电气选择的一般要求 5.1.1 一般原则

(1) 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 (2) 应按当地环境条件校验。 (3) 应力求技术先进和经济合理。 (4) 与整个工程的建设标准应协调一致。 (5) 同类设备应尽量减少品种。

(6) 选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 5.1.2 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。

1.长期工作条件： (1)电压：

选用电气的允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug,即

UmaxUg

(5.1)

(2)电流：

选用的电气额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作

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电流Ig 即：IeIg (5.2)

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2.短路稳定条件： (1)校验的一般原则：

电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。 (2)短路的热稳定条件：

It2tQd (5.3)

(3)短路的动稳定条件：

ichidf (5.4) IchIdf (5.5)

Qd ----- 在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应。 It ------ t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值。 t --- 设备允许通过的热稳定电流时间。 ich ------ 短路冲击电流峰值。 Ich ------ 短路冲击电流有效值。 idf ------ 电流允许的极限通过电流峰值。 Idf ------ 电流允许的极限通过电流有效值。 Imax ---- 动稳定电流

5.1.3 温度

按《交流高压电器在长期工作下的发热》规定，普通高压电器在环境最高温度为+40℃时，允许按额定电流长期工作，当电器安装点的环境温度高于+40℃时，每增高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%. 5.2 高压断路器的选择 5.2.1断路器的选择原则

(1)断路器的额定电压应等于或大于电气装置的额定电压。

(2)断路器的额定电流应等于或大于通过断路器的长期最大负荷电流。 (3)选择断路器的类型：户内式、户外式、多油式、少油式等。

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(4)检验断路器的断流能力：断路器的允许开断电流应等于或大于断路器实际开断时间的三相短路电流周期分量有效值。

(5)检验断路器的动稳定：要求断路器允许的动稳定电流峰值应大于或等于三相短路冲击电流。

(6)检验断路器的热稳定：要求断路器t秒钟热稳定电流It算出的允许热效应It2t大于或等于通过断路器的短路电流脉冲Qd。

断路器型式的选择：除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经经济技术比较才能确定，根据当前我国生产制造情况，3—220KV电网一般采用少油断路器。

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。

5.2.2 110kv侧断路器的选择 变压器的最大工作电流

Imax=（1.05SN）/（3UN）=1.05×30000/3×110=275.5A (5.6)

额定电压选择：UN≥UNs=110KV

开断电流选择：INbr>I”=5KA (f3 点短路电流) 额定电流选择：IN>Imax=275.5A

在本设计中110KV侧断路器采用SF6高压断路器，因为与传统的断路器相比SF6

高压断路器具有安全可靠，开断性能好，结构简单，尺寸小，质量轻，操作噪音小，检修维护方便等优点，已在电力系统的各电压等级得到广泛的应用。

比较各种110KVSF6高压断路器选择应采用LW36-126型号的断路器。 LW36-126型号的断路器使用环境 环境温度：-30℃~+40℃ 风压：≤700Pa 海拔高度：≤3000m 地震烈度：≤8度

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空气污秽程度：

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Ⅲ级

覆冰厚度：10mm

完全符合变电站当地环境

表5.1 LW36-126型号的断路器参数

断路器 型号

额定 电压KV

额定 电流 A

最高 工作 电压 KV

额定短路开断电流KA

LW36-126

110

3150

126

31．5

100

40

0.03

极限 通过电流 KA 峰值

热稳定 电流 KA 4S

固有分 闸时间 S

热稳定校验：It2t> Qk

It2t=402 ×4=00[（KA）2S] (5.7)

电弧持续时间取0.04S，热稳定时间为： tk

(5.8)

因此需要计入短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S

周期分量的热效应：

=0.15+0.03+0.04=0.22<1

S

Q=tp/12（If1+10Itk/2+Itk） k'22'2'=0.22/12×（52+10*52+52）=5.5（KA）2.S (5.9) 非周期分量的热效应：tk＜1时，T=0.05

Q=T×If1=0.05×52=1.25（KA）2.S (5.10)

'2np

短路电流的热效应：Q=Q+Q=5.5+1.25=6.75（KA）2.S (5.11)

Kpnp

所以It2t> Qk 满足热稳定校验 动稳定校验：

ies=100KA>ish =3.79KA (5.12)

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满足动稳定校验，因此所选断路器合适。 5.2.3 35kv侧断路器选择 变压器的最大工作电流

Imax=（1.05SN）/（3cosUN）=1.05×30000/0.83×35=1082A (5.13)

额定电压选择：UN≥UNs=35KV

开断电流选择：INbr>I”=2.67KA (f1 点短路电流) 额定电流选择：IN>Imax=1082A

本设计中35kv侧采用真空断路器，比较各种35kv真空断路器，最后选择ZW7-40.5系列户外高压真空断路器,这种断路器主要用于户外35KV输变电系统的控制与保护,也可适用于城、乡电网络及工矿个业的正常操作与短路保护之用。

表5.2 ZW7-40.5型号的断路器参数

断路器 型号

额定 电压KV

额定 电流 A

最高 工作 电压 KV

额定短路开断电流KA

ZW7-40.5

40.5

2000

40.5

31．5

80

31.5

0.06

极限 通过电流 KA 峰值

热稳定 电流 KA 4S

固有分 闸时间 S

热稳定校验：It2t> Qk

It2t=31.52 ×4=3969[（KA）2S] (5.14) 电弧持续时间取0.04S，热稳定时间为：tk =0.15+0.06+0.04=0.25<1 S (5.15) 因此需要计入短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S

周期分量的热效应：

Qp=

tk/12（

I'2f1+10

I2'tk/2+

I2'tk）=0.25/12×

（2.52+10*2.52+2.52）=1.749（KA）2.S (5.16) 非周期分量的热效应：tk＜1时，T=0.05

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Q

np

=T×If1=0.05×2.5=0.35（KA）.S (5.17)

2

2

'22

短路电流的热效应：（KA）.S (5.18) Q=Q+Q=1.749+0.35=2.1

Kpnp

所以It2t> Qk 满足热稳定校验

动稳定校验：

ies=80KA>ish =1.082KA (5.19)

满足动稳定校验，因此所选断路器合适。 5.2.4 10kv侧断路器选择 变压器的最大工作电流

Imax=（1.05SN）/（3cosUN）=1.05×30000/0.83×10=3788A

(5.20)

额定电压选择：UN≥UNs=10KV

开断电流选择：INbr>I”=2.5KA (f2 点短路电流) 额定电流选择：IN>Imax=3788A

本次设计中10kv侧选择真空断路器，比较各种真空断路器最后选择ZN68-12型断路器，此断路器是在ZNI2－12型基础上加以改进，价格相对较低。

表5.3 ZN68-12型号的断路器参数

断路器 型号

额定 电压KV

额定 电流 A

最高 工作 电压 KV

额定短路开断电流KA

ZN68-12

12

3150

12

40

100

40

0.06

极限 通过电流 KA 峰值

热稳定 电流 KA 3S

固有分 闸时间 S

热稳定校验：It2t> Qk

It2t=402 ×3=4800[（KA）2S] (5.21)

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电弧持续时间取0.04S，热稳定时间为：tk =0.15+0.06+0.04=0.25<1 S 因此需要计入短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S

周期分量的热效应：

Qp=

tk/12（

I'2f1+10

I2'tk/2+

I2'tk）=0.25/12×

（3.2362+10*3.2362+3.2362）=2.618（KA）2.S (5.22) 非周期分量的热效应：tk＜1时，T=0.05

Q

np

=T×If1=0.05×3.2362=0.523（KA）2.S (5.23)

Kpnp

'2短路电流的热效应:Q=Q+Q=2.618+0.523=3.141（KA）2.S (5.24) 所以It2t> Qk 满足热稳定校验

动稳定校验：

ies=100KA>ish =3788A (5.25)

满足动稳定校验，因此所选断路器合适。 5.3 隔离开关的选择 5.3.1隔离开关的选择原则

(1)隔离开关的额定电压应等于或大于电气装置的额定电压。

(2)隔离开关的额定电流应等于或大于通过隔离开关的长期最大负荷电流。 (3)选择隔离开关的类型：户内式、户外式 。

(4)检隔离开关的动稳定电流峰值应等于或大于通过隔离开关的三相短路冲击电流。

(5)根据隔离开关容许的t秒钟热稳定电流It算出的允许热效应It2t大于或等于通过隔离开关的短路电流脉冲Qd。

隔离开关型式的选择：应根据配电装置的布置特点和使用等因素，进行综合的技术经济比较后确定，本方案对110 、35KV侧采用屋外式，对10KV侧采用屋

隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。

选择隔离开关时应满足以下基本要求：

1.隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。

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2.隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。

3.隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。 4.隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。

5.隔离开关的结构简单，动作要可靠。

6.带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。 隔离开关的型号应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较后确定。其选择的具体方法与断路器的相同。 5.3.2 110kv侧隔离开关

经过各种型号的比较决定采用GW5-126高压隔离开关。

表5.4 GW5-126隔离开关技术数据如下：

额定电压 126KV

额定电流 2000A

动稳定电流值

80KA

动稳定电流值 31.5(4S)

接地开关 单接地 双接地

通过隔离开关的最大持续工作电流为210A

隔离开关的额定电流为2000A，大于通过隔离开关的最大持续工作电流。 动稳定校验：

动稳定电流：ies =80KA ich=3.79KA ies＞ich It2t=31.52 (5.26) 热稳定效应：

×4=3969[

（

KA

）

2

S]

Q=tp2222

/12（+10+）=0.22/12×（5+10*5+5）=5.5（KA）.S (5.27) If1Itk/2Itkk'22'2'tk＜1时，T=0.05

np

Q

=T×If1=0.05×52=1.25（KA）2.S (5.28)

'2精品文档

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短路电流的热效应：Q=Q+Q=5.5+1.25=6.75（KA）.S (5.29)

2

Kpnp

所以It2t> Qk 满足热稳定校验 5.3.3 35kv侧隔离开关

经过各种型号的比较决定采用GW5-40.5高压隔离开关。

表5.5 GW5-40.5隔离开关技术数据如下：

额定电压 40.5KV

额定电流 2000A

动稳定电流值

80KA

动稳定电流值 31.5(4S)

接地开关 单接地 双接地

通过隔离开关的最大持续工作电流为461A

隔离开关的额定电流为2000A，大于通过隔离开关的最大持续工作电流。 动稳定校验：

动稳定电流：ies =80KA ich=6.23KA ies＞ich

It2t=31.52 ×4=3969[（KA）2S] (5.30)

Q=tp/12（If1+10Itk/2+Itk） (5.31) k'22'2'=0.25/12×（2.52+10*2.52+2。52）=1.749（KA）2.S (5.32) 非周期分量的热效应：tk＜1时，T=0.05

Q

np

=T×If1=0.05×2.52=0.35（KA）2.S (5.33)

Kpnp

'2短路电流的热效应：Q=Q+Q=1.749+0.35=2.1（KA）2.S (5.34) 所以It2t> Qk 满足热稳定校验 5.3.4 10kv侧隔离开关

经过各种型号的比较决定采用GN22-12高压隔离开关。

表5.6 GN22-12隔离开关技术数据

额定电压 12KV

额定电流 3150A

动稳定电流值

125KA

动稳定电流值 50(4S)

雷电冲击耐压

75

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通过隔离开关的最大持续工作电流为735A。

隔离开关的额定电流为3150A，大于通过隔离开关的最大持续工作电流。 动稳定校验：

动稳定电流：ies =125KA ich=26.878KA ies＞ich

Qp=tk/12（If1+10Itk/2+Itk）

'22'2'=0.25/12×（3.2362+10*3.2362+3.2362）=2.618（KA）2.S (5.35) 非周期分量的热效应：tk＜1时，T=0.05

Q

np

=T×If1=0.05×3.2362=0.523（KA）2.S (5.36)

Kpnp

'2短路电流的热效应：Q=Q+Q=2.618+0.523=3.141（KA）2.S (5.37) 所以It2t> Qk 满足热稳定校验 5.4 避雷器的选择

避雷器是电力系统中主要的防雷保护装置之一，只有正确地选择避雷器，方能发挥其应有的防雷保护作用。

氧化锌避雷器是目前国际最先进的过电压保护器。由于其核心元件采用氧化锌电阻片，与传统碳化硅避雷器相比，改善了避雷器的伏安特性，提高了过电压通流能力，从而带来避雷器具特征的根本变化。避雷器是电力系统中主要的防雷保护装置之一，只有正确地选择避雷器，方能发挥其应有的防雷保护作用。

当避雷器在正常工作电压下，流过避雷器的电流仅有微安级，当遭受过电压时，由于氧化锌电阻片的非线性，流过避雷器的电流瞬间达数千安培，避雷器处于导通状态，释放过电压能量，从而有效地了过电压对输变电设备的侵害。

故根据本变电所的特点避雷器的选择如下： 110KV侧选择Y10W1-100/248型避雷器； 35KV侧选择Y10W5-42/142型避雷器； 10KV侧选择Y5W-12.7/42型避雷器； 5.5 接地刀闸的选择

为保证电器和母线的检修安全，每段母线装设1－2组接地刀闸，63KV及以上断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀。

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对于35KV及以上隔离开关的接地刀，应根据其安装处的短路电流进行动，热稳定校验。计算方法同110KV,10KV隔离开关相同，这里不再赘述。 5.6 高压断路器选型总表

表5.7 高压断路器选型总表

断路器安装位置

断路器型号

额定 电压KV

额定 电流 A

高 工作 电压 KV

110KV侧

LW36-126

35KV侧

ZW7-40.5

40.5

2000 40.

5

10KV侧

ZN68-12

12

3150 12

40

100

40

0.06

31．5

80

31.5

0.06

110

3150 126

31．5

100

40

0.03

额定短路开断电流KA

极限通过电流KA 峰值

热稳定电流 KA 4S

固有分 闸时间 S

5.7 隔离开关选型总表

表5.8 隔离开关选型总表 安装位置 110KV侧

GW5-126

126KV

2000A

型号

额定电压

额定电流

动稳定电流

值 80KA

动稳定电流

值 31.5(4S)

接地开关 单接地 双接地

35KV侧 GW5-40.5 40.5KV 2000A 80KA 31.5(4S) 单接地 双接地 10KV侧 GN22-12 12KV 3150A 125KA 50(4S) 75 精品文档

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6 配电装置设计

配电装置是变电站的重要组成部分。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。形式有屋内和屋外配电装置，装配式配电装置和成套式配电装置。 6.1 设计原则与要求 6.1.1、设计原则

高压电站和配电装置型式选择应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜、节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。

1、节约用地

2、运行安全和操作巡视方便

配电装置布置要整齐清晰，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求，使配电装置一旦发生事故，将事故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致发生意外情况，保证运行检修人员人身安全，以及在检修维护过程中不致损害设备。

3、便于检修和安装

对于各种型式的配电装置，都要妥善考虑检修和安装条件。此外，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。 6.1.2设计要求

1、满足安全净距的要求

屋外配电装置的安全净距可参考《电力工程电气设计手册》表10-1。 配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时，应按较高的额定电压确定安全净距。屋外带电装置带电部分的上面下面，不应有照明、通信和信号线架空跨越或穿过；屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷的照明或动力线路跨越。

2、满足运行和检修的要求

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（1）运行要求：

在设计中应考虑的问题有： ①、进出线方向。

②、避免或减少各级电压架空的交叉。 ③、配电装置的布置应该做到整齐清晰。

④、各级电压配电装置各回路的相序排列应尽量一致。 ⑤、配电装置内设有供操作、巡视用的通道。 （2）检修要求：

在设计中应考虑的问题有：

①、有足够的维修间距，确保人身安全。 ②、有足够的检修空间。 6.1.3有足够的安全距离

变电站总平面布置图

图6.1 配电设计图

7总结

毕业设计是对我们最后一次知识的全面检验，是对我们所学基本知识、基本理论和基本技能掌握与提高程度的一次总测试。做好一次毕业设计，既要系统地掌握和运用专业知识，还要有较宽的知识面并有一定的逻辑思维能力和写作功底。通过毕业设计的制作，更能使我们发现自己的长处和短处，以便在今后的工作中有针对

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性地克服缺点。

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通过这次变电站电气一次部分设计让我对电力系统的基本知识和相关课程有了更深一步的了解，使我对变电站以及电力系统的结构、操作运行有了更深一步的了解，同时也是一个把自己所学专业知识得以施展、验证的机会，从中找出自己的不足，也使自己的专业知识得以巩固。

由于水平有限，本设计还有很多不足之处，设计中错误和疏漏的地方敬请各位老师批评和指正。

【参考文献】

[1]牟道槐.发电厂变电站电气部分（第3版）.重庆重庆大学出版社,2009 [2]黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料.北京水利电力出版社,1987

[3]陈跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册（第2版）.北京：水利水电出版社，2008 [4]曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料.北京水利电力出版社,1995 [5]．电力工程电气设备手册，，西北电力设计院编，电力出版社，1995年

[6]．小型化无人值班变电站实用技术指南，李仕凤，中国水利水电出版社，2000年4月 [7]．配电网设备的特性与选型，江日洪主编，中国电力出版社，2002年 [8]．无人值班变电站监控技术，程明等主编，中国电力出版社，1999年 [9]．变电站综合自动化，黄益庄主编，中国电力出版社，2000年 [10]．CSC2000综合自动化系统，四方公司主编，2001年

[11]．110KV变电站综合自动化系统设计方案，吴锦，湖北电力，2001年3月 [12]．无人值班变电站设计原则讨论，杨春秀，继电器，2000年1月

[13]．汉中供电局无人值班变电站几种设计方案探讨，贺汉林，西北电力技术，2001年3月 [14]．浅谈无人值守变电站的设计与配置，邓红湘，广东电力，2001年2月

[15]．一种可靠经济实用的无人值班变电站典型设计，张继芬，电网技术，1998年7月 [16]．城市配电网设备选择的有关问题，张忠禄，电气时代1999年第9期 [17]．我国配电网设备现状及发展，徐腊元，农村电气化2001年第一期

有电气一次部分设计主接线CAD图纸，需要加QQ196090295

. .

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