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河南机电高等专科学校毕业设计/论文
作者：Pan Hongliang
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摘 要
根据设计任务书的要求，本次设计为110kV变电站电气一次部分初步设计，并绘制电气主接线图及其他图纸。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV、35kV和10kV三个电压等级。各个电压等级分别采用单母线分段接线、单母线分段接线和单母线分段接线。
本次设计中进行了电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等）、各电压等级配电装置设计、直流系统设计以及防雷保护的配置。 关键词：变电站 设计 防雷保护 ABSTRACT
From the guide of engineering design assignment, we have to design primary power-system of 110kV substation and draw main electrical one-line diagram and others. There are two main transformer in the substation in which main electrical connection can be divided into three voltage grades: 110kV, 35kV with 10kV.It deposits sectionalized single bus bar scheme, sectionalized single and sectionalized single bus bar scheme per grade.
There is also a design for main electrical connection in this ngineering, the calculation for short-circuit electric current, the selection of electrical device and calibration (including circuit breaker, isolator, current，transformer, potential transformer ,bus bar etc.) and the design for distribution installation per. voltage grade, direct current system and lightning protection is also included.
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Key Words：substation design lightning protection
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目 录
绪论 .................................................................................................................................. 1 第1章 变电站总体分析 .............................................................................................. 2 1.1 变电站总体分析 .................................................................................................... 2 第2章 负荷分析计算与主变压器的选择 ................................................................... 4 2.1负荷分析计算 ........................................................................................................... 4 2.2主变选择 ................................................................................................................... 6 2.3 无功补偿 .................................................................................................................. 8 第3章 电气主接线设计 ............................................................. 错误！未定义书签。 3.1主接线的设计原则和要求 ..................................................................................... 11 3.2主接线的设计步骤 ................................................................. 错误！未定义书签。 3.3 电气主接线设计 .................................................................... 错误！未定义书签。 第4章 短路电流计算及电气设备选择 .................................... 错误！未定义书签。
4.1 短路电流的危害 .................................................................... 错误！未定义书签。
4.2电气设备选择 ......................................................................... 错误！未定义书签。 4.3高压断路器的选择 ................................................................................................. 18 4.4隔离开关的选择 ..................................................................................................... 19 4.5电压互感器选择 ..................................................................................................... 19 4.6电流互感器选择 ..................................................................................................... 20 4.7绝缘子和穿墙套管 ................................................................. 错误！未定义书签。 4.8电气设备表 ............................................................................. 错误！未定义书签。 第 5 章 配电装置及电气总平面布置设计 ................................ 错误！未定义书签。 5.1 概述 ........................................................................................ 错误！未定义书签。 5.2 配电装置的确定 .................................................................... 错误！未定义书签。 5.3 电气总平面布置 .................................................................................................................. 25 第 6 章 防雷保护设计 ................................................................................................ 27 6.1变电站的防雷保护特点 ......................................................................................... 27 6.2变电站直击雷防护 ............................................................................................................... 27 6.3侵入波过电压防护 ................................................................................................. 27 第 7 章 避雷针保护范围的计算方法 ........................................................................ 28 第 8 章 展望………………………… ……………………………………….…….29 致谢 ................................................................................................................................ 30 参考文献 ........................................................................................ 错误！未定义书签。
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附录Ⅰ 短路电流的计算 .............................................................. 错误！未定义书签。 附录Ⅱ 电气设备的选择 .............................................................................................. 38 附录Ⅲ 避雷针保护范围计算 .................................................................................................. 58
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绪 论
本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV、35kV、10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号；最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器、隔离开关、母线、绝缘子和穿墙套管、电压互感器、电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。
按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在本区兴建一所中型110kV变电站。本设计属中间变电站该变电所建成后，,它的主要任务是把110KV变成35kV和10kV电压供周边城乡使用。WH市郊110kV变电站是地区性城市变电站，它由系统1和系统2供电，同较为紧密，在整个系统中占有重要地位。
变电站主要设备的组成主要有主变压器、电气主接线、控制装置、避雷装置以及无功补偿设备。
主变压器是变换电压的主要设备。在110kV变电站中它主要用于降压，此变电站中我们采用了三相变压器，在功率和电压等级上完全满足了我们的设计需要。电气主接线由于直接影响着电力系统的可靠性，至关重要，因此对它的选择应加以足够的重视。考虑到系统的可靠性、灵活性、经济性等因素，所以在本变电站中我们采用了单母分段的接线形式。控制装置是变电站的中枢神经，控制着整个电气元件。值班员可通过集中监视系统了解系统的运行状态。避雷装置是电力系统稳定运行的一个重要部分。它的故障能够导致整个电力系统的瓦解。给国民经济带来重大损失。在电力系统中为了减少电能在线路中的损耗，我们采用了无功补偿装置来调整系统中的无功功率。
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第1章 变电站总体分析
1.1 变电站总体分析 1.1.1 设计依据
根据省电力公司设计【XXXX】一文《XX变电所设计任务书的批复》。 1.1.2 WH市变电站建设的必要性
图1-1 110KV变电站系统接线图
1.1.3变电站地址
变电所设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。 变电所位于WH市郊东南郊，交通便利，变电所的西边为10KV负荷密集区，主要有棉纺厂、食品厂、印染厂、针织厂、柴油机厂、橡胶厂及部分市区用电。变电所以东主要有35KV的水泥厂、耐火厂及市郊其它用电。
该变电所所址区海拔220m,地势平坦，为非强地震区，输电线路走廊阔，架设方便，全线为黄土层地带，地耐力为，天然容重,内摩擦角θ=23°,土壤电阻率为100Ω·cm,变电所保护地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。
气象条件：年最高气温＋40℃,年最低气温－20℃，年平均温度＋15℃,最热月平均最高温度＋32℃,最大复水厚度ｂ＝10mm,最大风速25m/s,属于我国第六标准
气象区。
1.1.4 WH市11OKV变电所建设规模
根据电力系统规划，本变电所的建设规模如下： 额定电压等级： 110KV/35KV/10KV
110KV近期出线2回，远景发展2回； 35KV近期出线3回，远景发展2回； 10KV近期出线9回，远景发展2回。 S1=1000MVA X1=0.5 X2=0.7 S2=600MVA X1=0.4 X2=0.6 1.1.5变电站设计规范
1．本规范适用于电压为35～110kV，单台变压器容量为2500kVA及以上新建变电所的设计。
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2．变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。
3．变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案。
4．变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。 变电所设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。
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第2章 负荷分析计算与主变压器的选择
2.1负荷分析计算 2.1.1负荷分类及定义
1.一级负荷：中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏，且难以挽回，带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。
2.二级负荷：中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱，且较长时间才能修复或大量产品报废，重要产品大量减产，属于二级负荷。二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时（如边远地区），允许有一回专用架空线路供电。
3.三级负荷：不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电，可用单回线路供电。 2.1.2负荷组成
根据任务书可知WH市有一市区变电所。WH市110KV变电站的建设将外电与市区变电所更好的连接起来，从而形成统一的供电网络。更好的解决WH市的供电问题，同时也促进了供电网络的形成和供电的可靠性。为了考虑本地区经济的发展此变电站设计的最大容量为36.8MW。
各级负荷见以下图表： 1．110KV负荷情况
表2-1 110KV负荷
电压 等级 负荷 名称 市系线 110 kv 市甲线 备用1 备用2 最大负荷（MW） 近期 10 10 远景 18 18 10 12 负荷组成 (﹪) 自然 力率 一 二 (H) 线长 备注 (KM) 10 10 2．35KV负荷情况 表2-2 35KV负荷 电压等级 负荷 名称 水泥厂1 水泥厂2 最大负荷（MW） 近期 1.5 1.5 远景 2 2 负荷组成 (﹪) 自然 力率 一 二 15 15 30 30 0.9 0.9 (H) 线长 备注 (KM) 20 20 35 KV 9 / 48
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耐火厂 备用1 备用2 1 1.5 2.5 2.5 15 35 0.9 0.9 0.9 18 15 15 在35kv侧负荷中，耐火厂以及水泥厂1和2的Ⅰ、Ⅱ类负荷比重比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短，水泥质量下降，造成很大的经济损失，因此必须保证其供电的可靠性。
3．10KV负荷情况
表2-3 10KV负荷 电压 等级 负荷 名称 棉纺厂1 棉纺厂2 印染厂1 印染厂2 10 kv 毛纺厂 针织厂 市区1 市区2 食品厂 备用1 备用2 最大负荷（MW） 近期 2 2 1.5 1.5 2 1 1.5 1.5 1.2 远景 2.5 2.5 2 2 2 1.5 2 2 1.5 1.5 1.5 负荷组成 (﹪) 自然力率 一 20 20 30 30 20 20 20 20 15 二 40 40 40 40 40 40 40 40 30 0.75 0.75 0.78 0.78 0.75 0.75 0.8 0.8 0.8 0.78 0.78 (H) 5500 5500 5000 5000 5000 4500 2500 2500 4000 线长 备(KM) 注 3.5 3.5 4.5 4.5 2.5 1.5 2 2 1.5 在10kv负荷中，棉纺厂、印染厂、毛纺厂、针织厂、食品厂市区Ⅰ、Ⅱ类负荷比较大；若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，对市区医院则造成不良的社会影响，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，所以必须保证其供电可靠性。 2.2 主变选择
2.2.1 主变台数的考虑原则
变压器的容量、台数直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。它的确定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统5—10年的远景发展计划，输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的紧密程度等因素，进行综合分析与合理的选择。如果变压器的容量选择过大，台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能的损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能满足不了变电站的电力负荷的需要，这在技术上是不合理的。
可见，变电站主变压器的选择相当重要。 在进行主变压器的选择之前，应该了解变压器的选择原则，主要包括变压器容量、台数的确定原则、主变压器型号的确定原则：
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1．主变压器的台数、容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑；
2．在有一级、二级负荷的变电站中，应该装设两台主变电压器；当技术经济比较合理时主变压器的台数也可以多于两台。如果变电站可由中、低压侧电力网中取得足够能量的备用电源时，可以装设一台主变压器。
3．装设两台及其以上主变压器的变电站中，当断开一台时，其余主变压器的容量应保证用户一级负荷和部分二级负荷（一般不应小于主变压器容量的60%）。
4．具有三种电压等级的变电站中，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到主变压器容量的15%时，主变电压器宜采用三绕组变压器。
依据变电站所处市区的情况，变电站的电力负荷中含有大量的一级、二级负荷，基于对经济状况、占地面积及变电站位于负荷中心等诸多因素的考虑，选择两台主变电压器。规程规定，装有一台主变电压器的变电站，当一台主变电压器运行时，其余主变电压器的容量应不小于60%的全部负荷，并且尽可能保证对I、II类电力负荷不间断供电，即（n-1）≥0.6sjs远 ，这里的n代表 变压器的台数。 远表示按远景负荷计算的 最大综合负荷，远计算公式为：
=Kt () (1+a%)
其中：表示同时率
a%表示线损率
P表示各出线最大负荷
由负荷资料表的数据经计算得到：
=36.8MVA
该变电站是一所110KV的降压变电站，选择降压结构（低、中、高）的三绕组变压器。变电站所处的周围环境比较优越，优先选用SFS7系列的低损耗的油浸式配电变压器:SFS10-25000/110系列三绕组无励磁调压电力变压器；冷却方式为油浸散热器自然冷却。此系列的电力变压器用于额定频率为50HZ，额定电压为110KV的变配电所或输变电线路中传输电能，改变电压之用，产品可以在户内户外连续工作。
2.2.2 变压器联结组别和容量的选择
参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出： 变压器三相绕组的接线组别、电压、相位、和系统一致，否则不能并列运行。我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点，所以都需要选择的连接方式；35KV采用“Y”的连接方式，其中性点多通过消弧线圈接地；35KV以下的高电压，变压器三相绕组均采用“D”的连接方式。因此，新建变电站的主变电力变压器采用“YN Yn0 d11”的连接组别。
变压器的绕组容量的选择：变压器的绕组容量有:100/100/100、100/100/50、100/50/50等几种。对于110KV变压器总容量不大，其绕组容量对于造价影响不大，所以采用100/100/100的容量比。 2.2.3 变压器各侧电压的选择
作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在10%电压损耗的
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情况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于110KV的变电站，考虑到要选择节能新型的，110KV应该选115KV，35KV选37 KV，10KV选10.5KV。
2.2.4 全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决
在110KV及以上的中性点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。35KV及10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。
经查阅《新编工厂电气设备手册》，我们选择由常州高压电器厂生产的SFS10-25000/110系列的电力变压器，其主要的技术参数如下：
表2-5 SFS10-25000/110系列电力变压器主要技术参数 额 额定电压（KV） 定 容 中低量高压 压 压 KVA 110±2×2.5% 连接组别 空载电流 高高中低 中 低 （%） 17.5 6.5 阻抗电压（%） 损耗（MW） 外型尺重寸（长、量 宽、高）空负（t） （ｍ载 载 ｍ） 型号 SFS10-25000/110 25000 38.5YN ±210.5 yn0 ×2. d11 5% 10.5 1.0 1746 5 53.5 5830X4860X5780 2.3 无功补偿 2.3.1 补偿装置的意义
无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。 2.3.2 无功补偿装置类型的选择
1．无功补偿装置的类型
无功补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置。
目前常用的补偿装置有：静止补偿器、同步调相机、并联电容器。 2．常用的三种补偿装置的比较及选择
这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。
（1）同步调相机
同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无
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功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。
装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出或汲取的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大。小容量的调相机每千伏安容量的投入费用也较大。故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。
(2) 静止补偿器
静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷，且调节不能连续的缺点。
(3) 电力电容器
电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。
电力电容器的装设容量可大可小。而且既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功率，运行时功率损耗亦较小。可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入和切除。
综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。 2.3.3 并联电容器装置的分组
1．分组原则
（1）并联电容器装置的分组主要有系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素确定。
（2）对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与设备相联接，并与该设备同时投切。
对于110KV～220KV、主变代有载调压装置的变电所，应按有载调压分组，并按电压或功率的要求实行自动投切。
2．分组方式
（1）并联电容器的分组方式
等容量分组、等差容量分组、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。
（2）各种分组方式比较 ①等差容量分组方式：由于其分组容量之间成等差级数关系，从而使并联电容器装置可按不同投切方式得到多种容量组合。既可用比等容量分组方式少的分组数目，达到更多种容量组合的要求，从而节约了回路设备数。但会在改变容量组合的操作过程中，会引起无功补偿功率较大的变化，并可能使分组容量较小的分组断路器频繁操作，断路器的检修间隔时间缩短，从而使电容器组退出运行的可能性增加。因而应用范围有限。
②带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组，当某一并联电容器组因短路故障而切除时，将造成整个并联电容器装置退出运行。
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综上所述，在本设计中，无功补偿装置分组方式采用等容量分组方式。 2.3.4 并联电容器装置的接线
并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（△）两种。经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。
从《电气工程电气设计手册》（一次部分）表9-17中比较得，应采用双星形接线。因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。
中性点接地方式：对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。10KV系统的中性点是不接地的，该变电站采用的并联电容器组的中性点也是不接地的，当发生单相接地故障时，构不成零序电流回路，所以不会对10KV系统造成影响。
2.3.5 无功补偿装置容量的确定
现场经验一般按主变容量的10％～30％来确定无功补偿装置的容量。
此设计中两台主变容量共为50000KVA故并联电容器的容量为：5000KVAR～15000 KVAR为宜，在此设计中取并联电容器的容量12000 KVAR。
具体计算见附录Ⅱ。
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第3章 电气主接线设计
电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站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。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。
3.1主接线的设计原则和要求
主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。 3.1.1 电气主接线的设计原则
电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
1. 接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在 110kV～220kV 配电装置中，当出线2回时，一般采用桥形接线；当出线不超过4 回时，一般采用分段单母线接线。在枢纽变电站中，当110～220kV出线在4回及以上时，一般采用双母接线。
2. 在大容量变电站中，为了限制6～10kV出线上的短路电流，一般可采用
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下列措施：
（1）变压器分列运行；
（2）在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器； （3）采用低压侧为分裂绕组的变压器。 （4）出线上装设电抗器。 3.1.2 设计主接线的基本要求
在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。 1. 可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：
（1）可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结，设计时应予遵循。
（2）主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。
（3）可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。
通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑： ①断路器检修时，能否不影响供电。
②线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 ③变电站全部停运的可能性。
2. 灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。
（1）调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。 （2）检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。
（3）扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。
3. 经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。 （1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以选择价格合理的电气设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。 （2）占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。
（3）电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损
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耗。
3.2 主接线的设计步骤
电气主接线的具体设计步骤如下
1. 分析原始资料
（1）本工程情况 变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量等。
（2）电力系统情况 电力系统近期及远景发展规划（5～10年），变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。
（3）负荷情况 负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。
（4）环境条件 当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。
（5）设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。
2. 拟定主接线方案
根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现 多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。 3. 短路电流计算
对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。 4. 主要电器选择
包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。 5. 绘制电气主接线图
将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。 3.3 电气主接线设计 3.3.1 110kV电压侧接线
《35～110kV 变电所设计规范》规定，35～110kV 线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。35～63kV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV线路为6回其以上时，宜采用双母线接线。
在采用单母线、分段单母线或双母线的35～110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。
本变电站110kV线路有4回，其中备用两回。可选择双母线接线或单母线分段接线两种
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图3-1单母分段带旁路接线
图3-2 单母分段接线
方案一供电可靠、运行方式灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，投资大。方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。本变电站为地区性变电站，基本不需要外系统支援，电源主要集中在 35kV 侧，110kV 侧是为提高经济效益及系统稳定 性而倒有一回线路与华中大电网联系，采用方案二能够满足本变电站110kV侧对供电可靠性的要求，故选用投资小、节省占地面积的方案二。
设置旁路设施的目的是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响。装设SF6 断路器时，因断路器检修周期可长达 5～10 年甚至 20 年，可以不设旁路设施。本变电站110kV侧采用FS6断路器，设旁路母线。 3.3.2 35kV电压侧接线
35KV侧拟定方案同110KV电压等级。
由以上比较结果知道，方案II与方案I均有较好的可靠性和灵活性，鉴于35KV侧负荷要求，宜采用方案II的接线形式。于是35KV侧接线形式分析可按照110KV侧分析，草拟方案I同上比较分析同上。鉴于35KV侧负荷性质对供电可靠性要求，宜采用方案II采用单母分段，手车式高压开关柜屋内配电装置。 3.3.3 10KV电压侧接线
10KV侧拟定方案同110KV电压等级。
根据《电力工程电气设计手册》第10-2节“6～35KV配电装置”所述，6～10KV配电装置一般均为屋内布置，当出线不带电抗器，一般采用成套开关柜单层布置。且当6～35KV配电装置采用小车式高压开关柜时，不宜采用旁路设施。于是10KV侧接线形式分析可按照110KV侧分析，草拟方案I同上比较分析同上。鉴于10KV侧负荷性质对供电可靠性要求，宜采用方案II采用单母分段，手车式高压开关柜屋内配电装置。
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第4章 短路电流计算及电气设备选择
4.1 短路电流的危害
在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安。短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备；在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。 4.1.1 短路电流实用计算的基本假设条件
1．系统在正常工作时三相是对称的；
2．电力系统中各元件的磁路不饱和，即各元件的电抗值与电流大小无关； 3．电力系统各元件电阻，一般在高压电路中都略去不计，但在计算短路电流的衰减时间常数应计及元件电阻。此外，在计算低压网络的短路电流时，应计及元件电阻，但可以不计算复阻抗，而是用阻抗的绝对值进行计算；
4．输电线路的电容忽略不计；
5．变压器的励磁电流忽略不计，相当于励磁阻抗回路开路，这样可以简化变压器的等值电路。
短路电流计算结果如表4-1
表4-1 短路电流计算结果 单位（KA） 短路点 110K母线 35KV母线 10KV母线 I\" 8.68 5.742 12.21 Itk/2 8.17 5.742 12.21 Itk 10 5.742 12.21 9.43 5.742 12.21 ish 22.16 14.6 31.14 具体计算过程附录Ⅰ。 4.2电气设备选择
电气设备选择概述：由于电气设备和载流导体的用途及工作条件各异，因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载流导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则。 4.2.1选择的原则
1. 应满足正常运行、检修、短路、和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。
2. 应按当地环境条件校核。
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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种类。
6. 选用的新产品均应具有可靠的实验数据。 4.2.2电气设备和载流导体选择的一般条件
1. 按正常工作条件选择
（1） 额定电压：所选电气设备和电缆的最高允许工作电压，不得低于装设回路的最高运行电压UN≥UNs。
（2） 额定电流：所选电气设备的额定电流IN，或载流导体的长期允许电流Iy，不得低于装设回路的最大持续工作电流I max 。计算回路的最大持续工作电流I max 时，应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流，选用最大者。
2. 按短路状态校验
（1）热稳定校验
当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值，It2t> Qk，tk=tin+ta，校验电气设备及电缆（3～6KV厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。
（2）动稳定校验
ies＞ish，用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定。
（3）短路校验时短路电流的计算条件
所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。
（4）绝缘水平
在工作电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。接口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。
由于变压器短路时过载能力很大，双回路出现的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要来确定。
高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能方式下回路保持工作电流的要求。 4.3高压断路器的选择
高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电器中最重要的电气设备。 型式选择：
本次在选择断路器中，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号的断路
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器，以便减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。
选择断路器时应满足以下基本要求：
1. 在合闸运行时应为良导体，不但能长期通过负荷电流，即使通过短路电流，也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。
2. 在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。
3. 应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。
4. 应有尽可能长的机械寿命和电气寿命，并要求结构简单、体积小、重量轻、安装维护方便。
考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无油化目标，且由于SF6断路器以成为超高压和特高压唯一有发展前途的断路器。故在110KV侧采用六氟化硫断路器，其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿命和检修周期长而且使用可靠，不存在不安全问题。真空断路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作、使 用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确，所须的操作功小，动作快，燃弧时间短、且于开断电源大小无关，熄弧后触头间隙介质恢复速度快，开断近区故障性能好，且适于开断容性负荷电流等特点。因而被大量使用于35KV 及以下的电压等级中。所以，35KV 侧和 10KV 侧采用SF6断路器。 4.4隔离开关的选择
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。 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。 4.5电压互感器选择
依据《电力工程设计手册》对电压互感器配置的规定
1．电压互感器的配置与数量和配置、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。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。
2．6～220KV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否需要装设压互，应视各回出线外侧装设压互的情况和需要确定。
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设电压互感器。
电压互感器应按下列技术条件选择和校验 （1）一次回路电压； （2）二次电压；
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（3）二次负荷； （4）准确度等级；
电压互感器的型式应按下列使用条件选择
（1）3～20KV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用环氧树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。
（2）35KV配电装置宜采用电磁式电压互感器。
（3）110KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。
（4）用于中性点直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100V，用于中性点非直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100/3V。电压互感器是二次回路中测量和保护用的电压源，通过它反映系统的运行状况,它的作用是将一次高压变为二次侧的低电压便于测量，也将二次回路和高压系统隔离，以保证安全。
电压互感器的技术条件
（1）正常工作状态：一次回路电电流，二次负荷，准确度等级； （2）承受这电压能力和环境条件。
（3）对于35～110KV配电装置一般采用油浸式绝缘结构电磁式PT，而对于220KV以上的配电装置，使用电容式PT。 4.6电流互感器选择
根据《导体和电器选择设计技术规定》第9.0.3条：3～20KV屋内配电装置的电流互感器，应根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。
根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分） 1．凡装有断路器的回路均应装设电流互感器；
2．发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等也应装设电流互感器；
3．对直接接地系统，按三相配置；对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配；
电压互感器的技术条件
（1）电流互感器的二次额定电流优两种1A和5A，一般强电系统取5A； （2）电流互感器的型式选择，一般35KV及以上的配电装置采用油浸瓷箱式的绝缘结构的独立的电流互感器；
（3）一次电流的选择，当CT用于测量时，应比回路中的正常工作电流大1/3左右，保证测量仪表的最佳工作状态；
（4）进行动稳定，热稳定校验。 4.7绝缘子和穿墙套管
根据《导体和电气选择设计技术规程》 屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子。屋外支柱绝缘子需倒装时，可用悬挂式支柱绝缘子。屋内支柱绝缘子宜采用联和胶装的多棱式支柱绝缘子。屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管。对于母线型穿墙套管应该校核窗口允许穿过的母线尺寸。高压穿墙套管有瓷绝缘和油纸
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电容式绝缘两种。瓷绝缘的穿墙套管适用于交流电压6～35KV系统，油纸电容式绝缘适用于交流电压60～500KV中性点直接接地系统。 4.8电气设备表 4.8.1导体选择一览表
表4-3导体选择一览表 项目 电压 等级 110KV 35KV 10KV 主母线 主变引下线 LMY矩形母线 (单条25×4) LMY矩形母线 (单条63×10) LMY矩形母线 (双条125×8) 负荷出线 LGJQ-185 LMY矩形母线 (单条40×5) LMY矩形母线 (单条125×10) / / ZLQ三芯电缆 （单根） 4.8.2断路器和隔离开关选择一览表
表4-4断路器和隔离开关
设备 项目 110KV出线 110KV分段 110KV主变引下线 35KV出线 35KV分段 35KV主变引下线 10KV出线 10KV分段 断路器 LW11-110/1600 LW11-110/1600 LW11-110/1600 LW8-35/1600 LW8-35/1600 LW8-35/1600 ZN-10/1600-31.5 ZN-10/1600-31.5 ZN-10/1600-31.5 隔离开关 GW4-110D/600-50 GW4-110D/600-50 GW4-110D/600-50 / / / / / 10KV主变引下线 4.8.3电压互感器与电流互感器
/ 表4-5电压互感器和电流互感器
电压等级 设备类型 电压互感器 110KV JDR-110 35KV JDX6-35 10KV JSJW-10 23 / 48
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分段电流互感器 出线电流互感器 主变引下线电流互感器 LCWB6-110GYW2 600/5 LCWB6-110GYW2 75/5 100/5 LCWB6-110GYW2 200/5 LCZ-35 400/5 LCZ-35 75/5 LCZ-35 400/5 LZZJB6-10 1500/5 LZZJB6-10 LMZB6-10 2000/5 4.8.4 10KV各出线电流互感器选择如下
表4-6 电流互感器
负荷类型 备用1、2 印染厂 针织厂 食品厂 毛纺厂 型 号 LZZJB6-10 (200/5) LZZJB6-10 (300/5) LZZQB6-10 (200/5) LZZJB6-10 (200/5) LZZJB6-10 (150/5) 负荷类型 棉纺厂1、2 市区1、2 印染厂1、2 并联电容器 型 号 LZZJB6-10（300/5） LZZJB6-10 (300/5) LZZJB6-10 (300/5) LZZJB6-10 (300/5) 计算选择过程见附录Ⅱ。 24 / 48
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第 5 章 配电装置及电气总平面布置设计
5.1 概述
配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，它是根据主接线的联结方式，由开关电器、保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。它主要包括开关设备、保护装置和辅助设备。
配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。 对配电装置的基本要求
1．符合国家技术经济政策，满足有关规程要求。
2．保证运行可靠。设备选择合理，布置整齐、清晰，保证有足够的安全距离。
3．节约用地。
4．运行安全和操作、巡视、检修方便。 5．便于安装和扩建。 6．节约用材，降低造价。 5.1.1 配电装置特点
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而使占地面积较小； （2）维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响； （3）外界污秽空气对电器影响较小，可减少维护工作量； （4）房屋建筑投资较大。 2. 屋外配电装置的特点
（1）土建工作量和费用较少，建设周期短； （2）扩建比较方便；
（3）相邻设备之间距离大，便于带电作业； （4）占地面积大；
（5）受外界环境影响，设备运行条件差，须加强绝缘； （6）不良气候对设备维修和操作有影响。 5.1.2 配电装置类型及应用
根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、半高型和高型等。
1．中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，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地活动，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。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈
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度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装枪修方面积累了比较丰富的经验。
2．半高型配电装置：半高行配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置。半高型配电装置介于高型和中型之间。具有以下优点：
（1)占地面积约在中型布置减少30%； （2)节省了用地，减少高层检修工作量；
（3)旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。 缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。
3．高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢多，安装检修及运行条件均较差，一般适用下列情况：
（1）配电装置设在高产农田或地少人多的地区； （2）原有配电装置需要扩速，而场地受到限制； （3）场地狭窄或需要大量开挖。 5.2 配电装置的确定
本变电所三个电压等级：即110KV、35KV、10KV根据《电力工程电气设计手册》规定，110KV及以上多为屋外配电装置，35KV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所110KV采用屋外配电装置，35KV及10KV采用屋内配电装置。
设计的变电站位于市郊区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以该变电所220KV及110KV电压等级均采用普通中型配电装置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰、运行可靠、不易误操作、各级电业部门无论在运行维护还是安装检修方面都积累了比较丰富的经验。
若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所，110KV、35KV采用户外， 10KV采用户内，该变电所是最合适的。 5.3 电气总平面布置 5.3.1电气总平面布置的要求
1．充分利用地形，方便运输、运行、监视和巡视等；
2．出线布局合理、布置力求紧凑，尽量缩短设备之间的连线； 3．符合外部条件，安全距离要符合要求。 5.3.2电气总平面布置
根据《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63—84等1.0.1条规定：
变电所的总平面布置必须全面贯彻现行的各项技术经济的政策精心设计，努力创新，因地制宜，合理布置，充分利用荒地，坡地，劣地，不占或少占良田，认真做好技术经济论证，选择最佳设计方案，提高经济效益，为安全运行创造条
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件。应在满足安全运行的前提下，尽量简化。
1．屋外配电装置要考虑道路的设置：根据《变电所总平面设计技术规定》SDG63—84 ：①所外道路应利用已有道路或现成道路；②当路基宽度小于5.5m时且道路两端不能通过时，适当位置设置错车道；③所外道路宜采用中级路面，根据施工条件可采用次高级路面；④所内路面宽度为3.5m ；220KV及以上变电所，有所大门至主空楼、主变前和调相机各路面可宽至4～5m；⑤所内道路转弯半径不小于7m；⑥巡视道路路面宽度宜为0.7～1.0m。
2．根据各侧、各回路相序排列尽量一致的原则。按面向出线，由远到近，由上到下为A、B、C相。
3．《高压配电装置技术规程》SDJ5-85 第4.4.4 条规定：储油池和挡油板的长度尺寸一般较设备外廓尺寸每边相应大1m。储油池内一般铺设厚度不小于250mm的卵石层（卵石的直径为50～80mm）。
4．《高压配电装置技术规程》SDJ5-85 第4.4.6条规定：油量在2500kg以上的变压器或电抗器与油量在600kg以上的充油设备之间其防火净距不小于5m。
5．根据《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63-84第3.2.1条：主控楼的位置在便于运行人员相互联系，便于巡视检查和观察屋外设备和减少电缆长度，避开噪音影响地段，在可布置的主配电装置一侧，配电装置之间结合前面设施进行布置。
6．端子箱、配电箱电缆沟的位置：电缆沟应位于各条母线下方，然后通向主控室，端子箱位于电缆沟旁。
7．配电装置方位选择结果。进线方位由负荷分布的实际情况，尽量避免交110KV设在变电站南部，35KV可设在变电所北部，10KV侧设在变电站西北部。主变位置位于变电所110KV配电装置与主控楼之间，见平面布置图。
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第 6 章 防雷保护设计
6.1变电站的防雷保护具有以下特点
1. 变电站属于“集中型”设计，直接雷击防护以避雷针为主。
2. 变电站设备与架空输电线相联接，输电线上的过电压波会运动至变电站，对电气设备过程威胁。因此变电站要对侵入波过电压进行防护，主要手段是避雷器。
3. 变电站内都安装有贵重的电气设备，如变压器等，这些电气设备一旦受损，一方面会对人民的生活和生产带来巨大损失，造成严重后果；另一方面，这些设备的修复困难，需要花费很长时间和大量金钱，给电力系统本身带来重大经
济损失。所以变电站要采取周密的过电压防护措施。 6.2变电站直击雷防护
户外配电装置一般都采用避雷针做为直击雷保护，本变电站直击雷防护采用避雷针，变电站围墙四角各布置1支避雷针，共布置4支避雷针，每支避雷针高30m。
我国规定：
1．110KV以上的配电装置，一般将避雷针装在构架上，但在土壤电阻率大于1000的地区，仍装设独立避雷针，以免发生反击。
2．35KV及一下的配电装置应采用独立避雷针来保护。
3．60KV的配电装置，在土壤电阻率大于500的地区宜采用独立避雷针，在土壤电阻率小于500的土壤容许采用构架避雷针。
6.3侵入波过电压防护
雷电波入侵(高电位侵入):架空线路遭受雷击或感应累的影响,在线路上形成沿线路传播的高电压行波.此种电压波入侵到建筑物内或进入电气设备造成过电压。据统计城市中雷击事故的50%-70%是由于这种雷电波侵入造成的。因此，在工厂中应予以重视，对其危害给予足够的防护。为防止线路侵入雷电波的过电压，在110KV进线，10KV母线桥及10KV每段母线上分别安装氧化锌避雷器。为保护主变压器中性点绝缘，在主变110KV侧中性点装设氧化锌避雷器。10KV并联电容器根据规定装设氧化锌避雷器保护。
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第7章 避雷针保护范围的计算方法
设避雷针的高度为h(m),被保护的物体的高度为(m),则避雷针的有效高度为，在高度上避雷针保护范围的半径由下式计算：
当时，
当时，
式子中P是考虑避雷针高度影响的修正系数，称为高度影响系数。 当,,时，；按120m 计算。
从避雷针定点向下作45度斜线，此斜线旋转形成的锥体，构成时的保护范围，从地平面距避雷针1.5h处按照下步骤计算。两针之间的保护范围由通过1，2，o,三个点的圆弧画出o点的高度按下式计算：
式中的D为两针之间的距离，p为校正系数，在o 截面上高度水平的最小保护宽度为，当时，取。为两避雷针间的最小保护宽度。为了达到联合保护效果，两针间的距离之比不宜大于5。 避雷针保护范围计算见附录Ⅲ。
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第8章 展望
电力工业是国民经济的重要基础工业，其发展速度必须超前于国民经济的发展。现在电力工业的特点是：大容量的发电机组，超高压输电线路，包含水电、火电和核电的巨大联合电网。这些都对发、变电工程的设计提出了更高要求。
在国内随着电力系统的发展，电网结构越来越复杂，各级调度中心也获得前所未有的发展，传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的要求。因此，在电力行业中变电站综合动化技术引起了越来越多的重视，并得到了广泛的应用，它是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统。
还有现在我们所提到的无人值班变电站也相继得到了应用。变电站自动化和无人值班站是当今电网调度自动化领域的两大热门课题。变电站自动化则是一项新技术，是在微机技术和网络通信技术的基础上发展起来的。
借鉴国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，许多部门正在共同努力继续开发更加符合国情的变电站自动化系统。可以预计，今后其发展的速度会越来越快，与国外的差距会逐步缩小。
本次设计是为了使同学们在走出校园前对具体的工程设计有细致的了解,并掌握一定的工程设计方法而设的.在本次设计中,同学们在老师细心指导下,自己亲自动手进行设计方案比较、计算并查找相关资料等技术设计过程,对此有了深入细致的了解,为以后的工作打下了坚实得基础。
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致 谢
通过此次毕业设计，我深刻的认识到毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
由于水平有限,只完成了理论到原理图的设计,未能做出实物.其中差错在所难免,不足之处请各位老师和读者批评,指教。
在此要感谢我的指导老师***对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
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参考文献
[1] 范锡普.发电厂电气部分.中国电力出版社.1987年版
[2] 中国电机工程协会.供用电实用手册.辽宁科学技术出版社.1998年版 [3] 解广润.电力系统过电压.水利电力出版社.1985年
[4] 刘介才.工厂供电简明设计手册.机械工业出版社.1998年版 [5] 焦留成.供配电设计手册.中国计划出版社.1999年版 [6] 戈以草.电工技能手册.上海交通大学出版社.2001年版 [7] 张仁豫.高电压实验技术.清华大学出版社.1992年版 [8] 刘炳尧.高电压绝缘基础.湖南大学出版社.1986年版
[9] 赵智大.电力系统中性点接地问题.中国工业出版社.1983年版 [10] 郑忠.新编工厂电气设备手册.兵器工业出版社.1994年版 [11] 朴在林.变电所电气部分.中国水利水电出版社.2002年版 [12] 王锡凡.电力工程基础.西安交通大学出版社.1998年版 [13] 刘介才.工厂供电设计指导.机械工业出版社.2000年版 [14] 刘介才.工厂供电.机械工业出版.1999年1版
[15] 胡庄朔.汉英电力工程手册.中国电力出版社.1998年版 [16]Protective relay A.R van C.warrington1974
[17] 张炜.电力系统分析.中国水利水电出版社.1999年版 [18] 马长贵.高电网继电保护原理.水利电力出版社.1987年版
[19] J. S. Czuba, L. N . Hannett, J. R. Willis. Implementation of Power System Stabilizer at
the Ludington Pumped Storage Plant. IEEE Trans on PWRS. 1986, 1(1): 121~128 [20] 刘建.电力英语阅读与翻译. 中国水利水电出版社. 2003年版
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附录Ⅰ
短路电流的计算
根据说明书的一些要求选择基准容量：SB=100MVA 110KV级的UBI=UAL=115KV 35KV级的UBI=UAL=37KV 10KV级的UBI=UAL=10.5KV。
基准电抗：
XB1==132 XB2= =13.7 XB3= =1.1
各条线路的电抗：（各种线形的单位电抗统一选取0.4）
XL1=L1X1=800.4=32 XL2=L2X2= XL3=L3X3=
对应的标么值为：
= =0.24 = =0.03 = =0.18
变压器的电抗: US12%=10.5% US13%=17.5% U23%=6.5%
=( US12%+ US13% －U23%)
=(10.5%+17.5%－6.5%) =0.43 =( US12%+ US23% -U13%)
=(10.5%+6.5%-17.5%)=－0.01 =( US23%+ US13% -U12%)
=(6.5%+17.5%－10.5%)=0.27
系统电抗：
=XS1=0.5×=0.05
=XS2=0.4×=0.07
附图1-1 系统图
(1) 则d1点短路等效系统如图：
附图1-2 d1点短路
则网络变换得上图
转移电抗得计算:是S1对d1的转移电抗，是S2对d2的转移电抗。
=++＝0.0.066＋0.012＋＝0.08 =++＝0.012＋0.166＋＝0.21 计算电抗：
==0.21×=1.26
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= =0.52×=0.8 查运算负荷曲线得：
1．当tk＝0时， =0.8 =1.25
=＋
＝＋1.26×＝8.69KA
2．当tk＝1s时，=0.864 =1.243
Itk =＋
＝0.864×＋1.243×＝8.85KA
3． 当tk/2＝0.5s时，=0.78 =1.16
＝＋
＝0.78×＋1.16×＝8.18KA
4．当tk/2＝∞时，=0.88 =1.47
I∞=＋
＝1.47×＋0.88×＝10KA
则冲击电流＝2.55×8.69＝22.16kA （2）则d2点短路等效系统图：
附图1-3 d2点短路 ===0.38
===0.964
=＝0.964×＝5.78 3.5 =＝0.38×＝3.8 3.5
根据运算负荷曲线可以得到：
1．当tk＝0时，= =0.173 = ＝0.263
=＋
＝0.173×＋0.264×＝5.72KA
因两个计算电抗都大于3.5，所以0s 3s 1.5s 及无穷大时曲线重合
则冲击电流＝2.55×5.72＝14.16Ka （3）则d3点短路等效系统图：
附图Ⅰ-4 d3点短路
===1.44 ===0.57
=
＝1.44× ＝14.4 3.5
=
＝0.572× ＝5.7 3.5
根据运算负荷曲线可以得到： 1．当tk＝0时，= 0.07 =＝0.18
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=＋
＝0.07×＋0.18× ＝12.21KA
因两个计算电抗都大于3.5，所以0s 3s 1.5s 及无穷大时曲线重合。
则冲击电流计算得：＝2.69×I=2.69×12.21=31.14KA
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附录Ⅱ
电气设备的选择
1. 主变容量和台数选择计算
主变额定容量（Se）的选择计算： （1）35KV中压侧
由于其出线回路数为3回，故可取Kt=0.95,结合“2.2”中负荷情况分析部分知：
（2）10KV低压侧：
由于其出线回路数为9回，故取Kt=0.95,结合“三”中负荷情况分析部分知： 则三绕组变压器的计算容量：
1）由选择条件：
故可选用主变的型号为: SFS10-25000/110 (KVA/KV) 2) 校核条件：
则： 成立，满足条件要求。又因为
显然满足条件：
综上所述，选用主变型号为：SFS10-25000/110 (KVA/KV)合格。 3）近期与远景容量问题（分期建设计划）
上述计算结果是5-10年规划的最终变电所的台数和容量，近期容量问题实际上是考虑第一期上一台主变还是两台。
① 35KV侧
②10KV侧
运行一台就行了。
2．母线的选择 (1) 110kV主母线
110kv主变引下线
35KV主母线
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=819.24
35kv主变引下线
10kv主母线
=2.887KA
10kv主变引下线
10kv单回
（2）110kv母线的选择：
按照经济电流密度选择导线截面
查《电力系统分析》表2－2得：选择钢芯铝绞线
Tmax
选择轻型钢芯铝绞线LGJQ-300,由于是按经济电流密度选择的导线，可不必校验其允许载流量。可查《电力系统分析》附表1-1得到允许载流量710A一回线路就可以满足允许载流量的要求。最小机械强度，电晕条件也能满足要求。
（3）110KV主变引下线的选择
①母线截面的选择：由于主变引下线容量传输大，长度超过20m，故按经济电流密度进行选择。
由表可以查得：当，
根据,<<发电厂电气部分》附表1可得：选用较小的25×4矩形导体平放允许电流为292A考虑环境温度得影响修正系数K=0.81。
②热稳定校验
短路持续时间为： 周期分量热效应：
=
=75.17
由于故非周期分量热效应可以忽略：
正常运行时的环境温度
查表4－6 C＝95满足短路时发热的最小导体截面面积为：
满足热稳定要求。
③动稳定校验
导体自振频率有以下得:
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查表
=91Hz＞35Hz
故
高压母线出口短路冲击系数K=1.8 ish=1.8×=22.16(KA) 母线相间应力为：
导体截面系数
由表查得
K12=0.37 K13=0.57
条间衬垫最大跨距：
为了便于安装每跨绝缘子中设3个衬垫
（4）110kV侧断路器、隔离开关的选择:
由所选设备表可以得到：SW4-110/1000型断路器
① 开断时间计算：tkd＝tbh＋tgf＝0.05+0.06＝0.11（s） ② 热稳定时间校验：tr＝tbh＋tkd＝5+0.11＝5.11（s） ③ 热稳定校
==359
④ tr 所以QK=QP=359 冲击电流
⑤ 断路器选择结果表
表2-1 断路器 计算数据 UNs Imax ish Qk ish 110kV 131.79A 8.69KA 22.16KA 359 22.16KA UN IN Nbr SW4-110D/1000 110kV 1000A 18.4KA 55KA 32KA INC1 Qk Ies 由结果表可以看出各项条件均能满足，故选择SW4-110D/1000合格。 隔离开关选择结果表：
表2-2 隔离开关
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计算数据 UNs Imax ish Qk 110kV 131.79A GW4-110D/600-50 UN IN Ies Qk 110kV 600A 32KA 22.167KA 由结果表可以看出各项条件均能满足，故选择GW4-110D/600-50合格。 (5)35kV母线的选择
①按长期发热允许电流选择截面查附表1选用单条63mm×10mm平放允许电流1129A肌肤效应系数Ks＝1.04 t＝40 温度修正系数
K＝0.81 Imax＝819.24A
Ial（40）＝0.81×1129＝914.5819.24A
②热稳定校验 短路持续时间为: 周期分量热效应：
由于故不计非周期分量热效应：
正常运行时的温度:
查表4－6 C＝87满足短路时发热的最小导体截面面积为：
满足热稳定要求。 ③动稳定校验
导体自振频率由以下求得:
= =
查表得：
=
=58.75Hz＞35 Hz
故高压母线出口短路冲击系数K=1.8
ish=1.8×=2.55×5.724=14.60(KA)
母线相间应力：
= =
导体截面系数：
=
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=
由表查得
K12=0.5 K13=0.6
条间衬垫最大跨距：
为了便于安装每跨绝缘子中设3个衬垫
（6）35KV主变引下线的选择
①母线截面的选择：由于主变引下线容量传输大，长度超过20m，故按经济电流密度进行选择。
由表可以查得：当，
根据,<<发电厂电气部分》附表1可得：选用较小的63×10矩形导体平放允许电流为1129A考虑环境温度得影响修正系数K=0.81
②热稳定校验
短路持续时间为： 周期分量热效应：
由于故不计非周期分量热效应
正常运行时的环境温
查表4—6 C＝97满足短路时发热的最小导体截面面积为：
满足热稳定要求。 ③动稳定校验
导体自振频率由以下求得:
= =
查表：
=
=234.1Hz＞155Hz
故
高压母线出口短路冲击系数K=1.8
ish=1.8×=14.06(KA)
导体截面系数:
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由表查得: K12=0.8 K13=0.9
= =
条间衬垫最大跨距：
取绝缘子跨距1.5m
为了便于安装每跨绝缘子中设3个衬垫。
（7）35kV侧断路器、隔离开关的选择:
由所选设备表可以得到：SW8-35/600型断路器 ① 短路计算电抗：
② 热稳定时间校验：tr＝tpr＋tin＋ta＝3.12（s） ③ 热稳定校验
由于tr 所以QK=QP= 冲击电流：
图2-3 断路器选择结果表
计算数据 UNs Imax ish Qk ish 35kV 409．62A 5.724KA 14.60KA 14.60KA UN IN Nbr SN10-35 35kV 1000A 16KA 40KA 16.5KA INC1 Qk Ies 由结果表可以看出各项条件均能满足，故选择SN10-35合格。 35kV侧的断路器采用手车式，所以不用隔离开关。 （8）10kV母线的选择
①按长期发热允许电流选择截面查附表1选用三条125mm×10mm平放允许电流3152A肌肤效应系数Ks＝1.12 t＝40 温度修正系数K＝0.81 Imax＝2.887kA
Ial（40）＝0.81×3903＝3161.43A2887A ②热稳定校验
短路持续时间为： 周期分量热效应：
=
=162.5
由于故不计非周期分量热效应：
正常运行时的环境温度:
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查表4－6 C＝88满足短路时发热的最小导体截面面积为：
=<
满足热稳定要求。
④ 动稳定校验导体自振频率由以下得:
查表知
故
高压母线出口短路冲击系数K=1.8
ish=1.8×=31.14(KA)
母线相间应力:
导体截面系数
由表查得 ：K12=0.95 K13=0.97
=
条间衬垫最大跨距：
10KV主变引下线的选择
①母线截面的选择：由于主变引下线容量传输大，长度超过20m，故按经济电流密度进行选择。
由表可以查得：当，
根据,<<发电厂电气部分》附表1可得：选用较小的125×8矩形导体2条，平放允许电流为2670A考虑环境温度得影响修正系数K=0.81
②热稳定校验
周期分量热效应：
由于故不计非周期分量热效应
正常运行时温度:
查表4－6 C＝93满足短路时发热的最小导体截面面积为：
=<200
满足热稳定要求。 ③动稳定校验
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导体自振频率由以下求得:
查表的：
=
=653.6Hz＞155Hz
故
高压母线出口短路冲击系数K=1.8 ish=1.8×=35.32(KA) 母线相间应力:
= =
导体截面系数
同条相间作用力计算
由于导体的跨距已给出取1.0m故不在计算。 10kV用户出线电缆的选择：
①按经济电流密度进行选择，10kV电缆出线。
查图4-26铝芯电缆Tmax＝5000h j＝0.75A/mm2
所以选用两根10Kv ZLQ2－185三芯油浸纸绝缘铝芯钢带铠装电缆，正常允许最高温度为60，X=0.076k/km
②按长期发热允许电流进行校验，当实际土壤温度为修正系数； ； 。
短路前电缆最高运行温度：
由式（4－94）求得：C=69.5
结果表明选择两根ZLQ2—185电缆能满足要求。 10kV侧断路器、隔离开关的选择:
由所选设备表可以得到：SN10-10Ⅲ/2000型断路器 ① 短路计算电抗：
② 热稳定时间校验：tr＝tpr＋tin＋ta＝＝4.02（s） ③ 热稳定校验
由于tr 所以QK=QP= 冲击电流
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图2-4 断路器选择结果表
计算数据 UNs Imax ish Qk ish 10kV 1443A 12.21KA. 31.14KA 35.32KA UN IN Nbr SN10-10Ⅲ/2000 10kV 2000A 43.3KA 130KA 130KA INC1 Qk Ies 由结果表可以看出各项条件均能满足，故选择SN10-10Ⅲ/2000合格。 10kV侧的断路器采用手车式，所以不用隔离开关。 3．绝缘子和穿墙套管的选择
（1）35kV绝缘子的选择
经查有关资料可选择ZL-35/8型（屋内）
Fde＝8000N H=400mm
H1=H+b+h/2=400+5+50/2=430(mm)
屋外的绝缘子选择ZS-35/8型。 （2）穿墙套管的选择
经查有关资料可以选择CWL－35/630型
套管容管尺寸为815×372mm2能满足要求。 计算其跨度
以上计算可以看出选择ZL-35/8型满足要求。110kV和10kV绝缘子和穿墙套管的选择计算和35kV的选择计算类似，不再一一计算。
所以，110kV绝缘子和穿墙套管的型号： 绝缘子：ZS-110/4型普通棒式支柱型 穿墙套管：CRCQ-220/600型
10kV绝缘子和穿墙套管的型号：
绝缘子：ZN-6/4型（屋内） 屋外选择ZS-35/4型 穿墙套管：CWWL-10/2000-2型
4．电流互感器的选择
电流互感器的选择在具体的有关资料上直接可以查出。具体选择结果详见说明书选择列表。
110KV侧选择电流互感器为
LCWD-110/2600/5 ，
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35KV侧选择电流互感器为
LCWB-35/1200/5
10KV侧选择电流互感器为
LMZ1-10/4000/5， 5．电容器
高压电容器一般采用电压互感器做放电电阻，不需另设放电电阻，选择BGF10.5-200-1W型，标称电容5.78.
熔断器的选择 ＝＝＝19A
熔体额定电流可选＝28.6～38,取30A,则选择RN1-10/30。
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附录Ⅲ
避雷针保护范围计算
该变电站外形设计为矩形，长为120m，宽为82m，由变电站实际情况知，变电站宽82m,避雷针选址选择在各个电压等级母线与主控室相临的拐角处(见附录2)，选择四支等高的避雷针，其代号分别为：#1 #2 #3 #4, ,由图可选取D=62.5m
选取避雷针高度h=32m 则 P = =0.97 当=11.5m时，因
=(1.5h-2)P
=(1.532-211.5) 0.97 = 24.25m
在高度为11.5m的水平面上，保护范围的最宽度为，由此可知能达到保护的范围。
当=7m时：
=(1.5h-2)P=(1.532-27) 0.97= 32.98m
由此可知同样能达到保护的范围
所以全所不受雷电的袭击,确保变电站在雷电天气时能够正常稳定运行，保证供电的可靠性。
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