35KV变电站设计

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。变电站是把一些设备组装起来，用来切断、接通、改变或者调整电压的。在系统中，变电站成了输电和配电的集节点。

本次设计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，并进行了短路电流计算等内容，从而完成了35kV电气一次部分的设计。

关键词： 主变压器，电气主接线，短路电流，电气设备

Abstract

A substation is the electrical power system important constituent, it affects the entire electrical power system directly the security and the economical movement, is relates the power plant and user’s middle link, is playing the transformation and the assignment electrical energy role.The electrical host wiring is the power plant transformer substation key link, the electrical host wiring draws up is relating the entire factory directly the electrical equipment choice, the power distribution equipment arrangement, the relay protection and the automatic device determination, is the transformer substation electricity part investment size determining factor.The transformer substation is assembles some equipment, uses for to shut off, the connection, the change or the regulation voltage.In the system, the transformer substation has become the electric transmission and the power distribution collection node.

This design first acts according to in the project description to give the system logical circuit and all load parameter, the analysis load trend of development.Had expounded from the load growth aspect the station construction necessity, then through to plans to construct the transformer substation the summary as well as the going beyond a line direction considered, and through to shoulders the material the analysis, safe, the economy and the reliable aspect considered, had determined 35kV,10kV as well as the station use electricity the main wiring, then calculated through the load and supplies power the scope to determine the main transformer Taiwan number, the capacity and the model, simultaneously also had determined stood with contents and so on transformer capacity and model, thus has completed 35kV electricity partial designs.

Keywords:

Main transformer，Single bus bar segment wiring，Short out in the-

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electric current ，Electric equipment

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绪论

变电站是电力网中线路的连接点，作用是变换电压、交换功率和汇集、分配电能，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。变电站中的电气部分通常被分为一次部分和二次部分。

本次是某35kV变电站的初步设计，主要为电气一次部分。本次设计属于毕业设计,是在学习了相关专业课程(如《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《电力系统继电保护原理》等),且对各类变电站了解后设计的。本次设计为我们在走上工作岗位前对工程设计有细致的了解,并掌握一定的工程设计方法打下了基础。

本次设计主要包括变电站总体分析、电力系统分析、主接线选择、主变选择、无功补偿设备选择、短路电流的计算、电气设备的选择、防雷设计、配电装置和平面设置等。在主接线设计中，在35kV侧我们把两种接线方式在经济性、灵活性、可靠性三个方面进行比较，最后选择35kV采用单母线分段接线方式。在10kV侧采用单母分段接线方式。

变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电，这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全和延长了其使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。可见，变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。

目前国内外较先进的是变电站综合自动化，其一般为无人值班，有人值守，四遥设计，采用综合自动化实现控制、保护、测量和远动等功能。微机控制，通过“远方”、“就地”转换开关实现就地（就地单元控制）、远方（站内控制室微机及调度中心）两种控制方式，用微机实现模拟操作，待确认后再执行控制命令。测件和保护元件接各自的CT，全部四遥量送至调度中心，站内通信采用大量通信网等。

随着农村电网建设的快速发展，对于农网35kV变电站实行综合自动化及无人值班已成为县级电网自动化发展的方向，国家电力公司推行的两网改造中，35kV变电所的规范设计对农网建设起到重要作用，根据国家电力公司《农村电网建设与改造技术原则》第4章“35kV输变电工程”和“35～110kV变电所设计规范”中的规定，35kV变电站设计原则如下：

1.针对农村用电负荷分散、供电可靠性相对较低的特点以及节约用地的原则，从控制规模入手，采用先进设备，以减少一次性投入和长期运行费用考虑，应推广使用保护、测量和控制一体化设计，采用分层分布式结构，组屏式或就地分散安装式变电站综合自动化设计方案。

2.考虑到供电质量与供电可靠性、设计成无人值班变电站。

3.预测10年负荷发展需求，主变至少按两台考虑，选用低损耗、节能型调压变压器。

4.考虑到变电站设备渗油问题，在设备选型方面，优先选用先进国产和进口

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设备，以提高供电可靠性、降低运行费用。

5.考虑到节约土地、节省资金并便于维护，高压设备均采用户外装置。 变电站综合自动化的发展将是以后变电站发展的主导方向，它不但节省了人 力、物力、财力，而且从更大程度上可以保证供电质量，提高供电的可靠性。

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第1章 概述

1.1变电站概述

变电站是电力系统的重要组成部分，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，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线的拟订直接关系着全站电气设备的选择、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。

根据《电力系统技术规程》中的有关部分，特别是：

第1.0.2条：系统设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期、长期电力规划的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究提出系统设计的具体方案；应合理利用能源，合理布局电源和网络，使发、输、变电及无功建设配套协调，并为系统的继电保护设计，系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条件。设计方案应技术先进、过度方便、运行灵活、切实可行，以经济、可靠、质量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生活不断增长的需要。

第1.0.6条：系统设计的设计水平可为今后第五年至第十年的某一年，并应对过度年进行研究（五年内逐年研究），远景水平可为第10～15年的某一年，且宜与国民经济计划的年份相一致。系统设计经审查后，2～3年进行编制，但有重大变化时，应及时修改。

1.2 变电站的作用和主要设备组成

水力、火力以及和核能等发出的电能，由于经济上的原因把电压升高，用输电线送到变电站，在这里将电压降低，用输电线再送到其它变电站，或通过输电线和配电线路送到用户。这样，在变电站除了把输电线送来的电压和电流进行变换，集中和分配外，为了使电能的质量良好以及设备安全，还要进行电压调整电力潮流控制以及输配电线和变电站的保护。

1.2.1 变电站主要设备组成

变电站为了起到电能再分配的作用，有主变压器、输电线和开关设备、控制装置与互感器、避雷器、调相器设备和其它设备组成。

1.2.2 变压器

变压器是变换电压的主要设备，一般在变电站用于降低电压。变压器由单相变压器和三相变压器。一般使用经济上有利的三相变压器，单相变压器仅在高电 压、大容量的500kV变电站等由于受到搬运上的而被采用。

1.2.3 输电线和开关设备

在变电站内汇集着许多集中和分配电力的输配电线，与主变压器一起接在母

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线上，在每一条线路的引出口除装设断路器和隔离开关。断路器通常用于电路的送出、停止或切换，当输、配电设备发生事故时则用来自动切断。

隔离开关用于输、配电线路时，在检修断路器等电气设备时断开它们以隔离电源，有时用来切换母线环。

1.2.4 控制装置与互感器

控制装置是变电站的中枢神经、值班员监视设备的运行状态，根据需要进行设备的操作以及联合互感器进行电压、电流和功率的测量。

互感器的主要作用是将高电压、大电流转换成低电压、小电流进行测量或保护。

1.2.5 避雷器

避雷器是把系统中如雷电和操作过电压之类的异常电压抑制在规定值以内，从而保护以变压器为主的主要设备。

1.2.6 调相设备

调相设备，因为在重负荷是使电流超前，轻负荷时使电流滞后，所以用来进行电压的调整。

1.2.7 其它设备

变电站内除上述设备外，还有接地和屏蔽装置、站内电源蓄电池、照明设备 等其它各种设备。

1.3 变电站的种类

变电站是电力系统的中间环节，根据在电力系统的地位和作用，可分为以下几类：

1.3.1 枢纽变电站

枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为330kV以上，联系多个电源，出线回路多，变电容量大，全站停电后将造成大面积停电或系统瓦解，枢纽变电站对电力系统的运行稳定和可靠性起着重要作用。

1.3.2 中间变电站

中间变电站位于系统主干环形线路或系统主要干线的接口处电压等级一般在330kV～220kV汇集处，2～3个电源和若干干线路，高电压侧的穿越功率为主，同时降压向地区用户供电，电站停电后，将引起区域电网的瓦解。

1.3.3 地区变电站

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地区变电站是一个地区和一个中小城市的主要变电站，电压等级一般为220kV，全站停电后将造成该地区和城市供电的紊乱。

1.3.4 企业变电站

企业变电站是大中型企业的专用变电站，电压一般在35kV～220kV，1～2回进线。

1.3.5 终端变电站

终端变电站位于配电线路的终端，接近负荷处，高压侧以10～110kV引入，经降压后向用户供电。

变电站就是输电和配电的集结点，上述变电站分类的电源配置没有硬性的规 定，上面所提的电压仅仅是具有代表性的。

一座变电站的作用是要完成下列一个或更多的功能：

1.换接、连接或切断系统的各部分，这有断路器或开关来完成； 2.变压，用电力变压器升压或降压；

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第2章 电力系统及变电站总体分析

2.1 电力系统分析

电力系统及变电所的设计首先要对电力系统进行分析才能选择正确的方案，及对变电所进行总体分析才能设计比较经济、可靠的变电所方案。

根据《35—110kV变电站设计规范》第1.0.3—1.0.6条规定： 第1.0.3条：变电站的设计应根据工程的5--10年发展规划进行做到远，近、远期结合。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。

第1.0.4条：变电站的设计，必须全面出发，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，综合国情合理地确定设计方案。

第1.0.5条：变电站的设计，必须坚持节约用地的原则。 第1.0.6条：变电站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。

为满足工业发展的需要,新建一座35kV变电站，以10kV电压供乡镇企业和农业用电，同时以35kV向附近的大型企业供电。变电站安装两台变压器，一次设计并建成。

2.2 变电站总体分析

设计依据根据省电力公司审计[XXXX]号文件《35kV变电站设计任务书的批复》。

2.2.1 变电站的建设的必要性

为了满足工业发展和城乡用电的的需要，需新建35kV变电站一座.本次设计任务内容是高庄新建35kV降压变电站的设计，本次设计的主要任务是电气部分的设计和计算。

2.2.2 变电站的建设规模

根据电力系统规划，本变电站的规模如下: 电压等级： 35/10kV 线路回数: 35kV 2回

10kV 8回

2.2.3 站址选择

1．土建专业的配合问题

一个设计良好的变电站，除了技术先进、设备良好、电气开关设备和构架布置整齐合理、控制操作维护方便外，配电建筑也要求美观大方、通风采光良好，给运行人员创造一个舒适的环境。

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变电站的土木建筑是供配电的一个重要组成部分，如何在保证安全配电距离的前提下，因地制宜，设计出外型新颖、美观大方的配电建筑，是必须与土建专业技术人同密切配合、精心设计、精心施工的，比如过去有的变电站为了变压器的防爆防火问题，没有与土建配合好，使得10kV高压配电间不能开门开窗，影响了高压室的通风采光，如果有10kV高压室外墙预埋好进线架或电缆沟把主变10kV侧的进线改为架空进行或电缆沟埋设，就可以把变压器布置在防火防爆的距离之外，这样布置即可以使得进线美观，一次设备排列整齐、视野开阔，又能使10 kV高压配电可配置大玻璃和开设大门，妥善解决了通风和采光问题。

2．变电站具体位置与选址原则 (1)接近负荷中心。 (2)进出线方便。 (3)便于设备运输。

(4)根据需要适当考虑发展。 (5)尽量设在污染源的上风。

(6)尽量避开多尘、震动、高温、潮湿有爆炸、火灾等场所。

(7)不应设在厕所、浴室或生产过程中地面经常潮湿和容易积水场所的正下面。

2.3 负荷分析

负荷分析：根据负荷的用电程度不同将电力负荷分为三级：一级负荷、二级负荷、三级负荷。

一级负荷：中断供电将造成人身的伤亡，在政治上造成重大的经济损失如：重大的交通枢纽、通讯枢纽，经常于国际活动的大量人员集中的公共场所还使用设备损坏，产品报废重要负荷中断将发生爆炸，火灾和中毒等给人民的生活带来影响。

二级负荷：中断供电在政治上经济上造成较大损失使连续的生产过程被打乱，需要长时间才能够恢复，使企业减产影响重要单位的正常工作使公共场所秩序混乱。

三级负荷：中断供电后无重大的影响。

1.对于一级负荷必须有两个电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。

2.对于二级负荷一般要有两个电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

3.对于三级负荷，一般只需一个电源供电。

2.4 供电规划和供电方案

做好供电规划，是搞好设计、建设35kV变电站送变电工程的重要前提，过去在供配电中，往往不经过全面规划就进行变电站的设计和施工建设（至少对全面规划做得不够全面和细致），所以经常出现许多不合理现象：变电站选址布局不合理、主变或输电线路截面选得过小、设计标准过低、不考虑经济效益及供电的可靠性等等，甚至出现一条35kV线路上“T”接多个变电站的现象，从而导致供电

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的可靠性差，电压损失大，有些变电站35kV侧及10kV侧均为熔断丝保护，常常造成越级跳闸，扩大停电范围。此外，变电站选址远离负荷中心或离县城圩镇过远，维护管理和生活上都不方便，所以在做好供电规划设计后，可以避免和杜绝上述不合理的现象。

该变电站计安装主变两台，2#主变作为热备用，一次性设计并建成，设备一期上齐。供电方案，取35kV电源为变电站的电源，新建35kV变电站，导线型号LGJ-400，供变电站1#、 2#主变。新建35kV总站与35kV区域变电站连接，直接接出10kV保安电源。

系统1X*=0系统2X*=0LGJ-4002.5kmLGJ-4002.5km37KV1#S9-4000/352#S9-4000/3510.5KV图2-1供电规划

2.5 主变选择

变压器是变电站最主要和最贵重的设备，变压器的选择在变电站中是比较重要的。

2.5.1 变压器容量和台数的选择

1.主变容量的考虑原则：

(1).主变容量选择一般应按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电站，主变容量应与城市规划相结合。

(2).根据变电站的负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的65％。

(3) 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化（主要考虑备用品，备件及维修方便）。 为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主变的可能性。

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2.主变台数的考虑原则：

(1)对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。

(2)为满足运行的灵敏性和可靠性，如有重要负荷的变电所，应选择两台三 绕组变压器，选用三绕组变压器占的面积小，运行及维护工作量少，价格低于四台双绕组变压器，因此三绕组变压器的选择大大优于四台双绕组变压器；对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电站，设计时应考虑装三台的可能性。

(3)对规划只装两台主变的变电站，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故后其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%以上，并保证用户的一级和二级全部负荷的供电。

2.5.2 调压方式的确定

调压方式是指采用有载（带负荷）调压还是手动（不带负荷）调压方式。根据相关规程规定，在满足电压正常波动情况下可以采用手动（不带负荷）调压方式，手动调压方式的变压器便宜维修方便。对于35kV站的设计，可采用手动调压方式。但是，近年随着对变压器质量的要求的提高和有载调压变压器质量的提高，作为城市变电站一般选择有载调压方法。

2.5.3 容量比

变压器的绕组容量有:100/100/100、100/100/50、100/50/50等几种。对于本次设计35kV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。

2.5.4主变阻抗的选择

在《电力工程电气设计手册》中和相应规程中指出：变压器各侧阻抗的选择 必须从电力系统的稳定、潮流方向、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并列运行等方面综合考虑，并应由对工程起决定作用的因素来确定。

变压器的阻抗的选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此可以分为升压结构和降压结构两种类型。

由于绝缘因素，高压绕组总是放在最外侧，而中、低压绕组可以分别缠绕在变压器铁心的中间或最里面。由于变压器的阻抗实际上就是绕组的漏抗，因此可见升压结构的变压器U12大，而降压变压器结构的U13大。那么应该看潮流传输的大小，在传输潮流的的一次采用阻抗小的以减少正常损耗。

2.5.5 主变冷却方式的选择

变压器冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。按一般情况，35kV变电站宜选用强迫导向油循环。

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2.5.6 是否选用自耦变压器

选择自耦变压器有许多好处，但是自耦变适用于两个电压级中性点都直接接地的系统中，且其多用于220kV及以上变电站，发电机升压及联络变压器。而本站只有35kV是中性点直接接地系统，它经小阻抗接地，短路电流大，造成设备选择困难和对通信线路的危险干扰，且考虑到现场维护等问题，故不采用自耦变压器。

2.5.7 变压器各侧电压等级的选择

在发电厂或变电站电源侧，为了保证向线路末端供电的电压质量，既保证在10%电压损耗的情况下，线路末端的电压应保证比额定值高出5%。所以，对于35kV的变电站，考虑到要选择节能新型的， 35kV侧选37kV，10kV侧选10.5kV。

2.5.8 相数、绕组数和绕组连接方式的选择

根据相应的规程规定站制该变电站站址所处地势开阔并且交通运输方便而且容量不是太所以宜选择三相变压器在《电力工程电气设手册》和相应的规程中指

出在两种电压的变电所中如果通过主变压器的功率达到该变压器的容量自耦变压器的两侧绕组间不仅有磁的耦合而且还有电的联系为消除由于铁心饱和所引起的三次谐波其低压绕组一般采用三角形，35kV可选择自耦变压器但出保护装置简单的考滤选择双绕组变压器。

在《电力工程电气设手册》和相应的规程中指出变压器各侧阻抗值选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，短路电流，系统内的调压手段和并列运行等方面考虑。变压器的主抗选择实际上是指绕组在主变压器铁心中缠绕的位置。为短路电流采用降压变压器这样可以不加限流电抗器可以减少电抗值。变压器的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。连接方式有星型和三角型两种我国110kV变电所及以上的电压等级为大电流接地系统为取得中性点所以Y型而低压侧选择△型所以联接组别号为YN，d11，35kV采用Y/d-11接线。

2.5.9 变压器的电压绕组材料的选择

作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量在有10%电压损失情况下线路末端的电压应保证在额定值，所以电源侧的主变压器电压按100%额定电压选择，降压变压器作为末端可以按额定电压选，35kV侧应选38.5kV，10kV侧应选10.5kV变压器的绝缘水平也称绝缘强度由设备绕组最高相间电压有效值 Um决定。绕组的材料为铜线。

2.5.10 主变压器保护

电力变压器是电力系统中大量使用的重要的电气设备,它的故障将对供电可靠性和系统正常运行带来严重的后果,同时大容量变压器也是非常贵重的设备,因此必须根据变压器的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。

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变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路；油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。变压器的不正常工作状态主要由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低。

对于故障和不正常工作状态变压器应装设如下保护：

1.为反应变压器油箱内部各种短路和油面降低，对于0.8MVA及以上的油侵式变压器和户内0.4MVA以上变压器,应装设瓦斯保护。

2.为反应变压器绕组和引线的相间短路,以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路,应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器, 以及6.3MVA及以上的所用变压器,应装设纵差保护。

3.为反应变压器外部相间短路引起的过电流和同时作为瓦斯、纵差保护(或电流速断保护)的后备应装设过电流保护.例如,复合电压起动过电流保护或负序过电流保护。

4.为反应大接地电流系统外部接地短路,应装设零序电流保护。 5.为反应过负荷应装设过负荷保护。 2.5.11 主变压器及出线型号的选择 （1）变压器型号的选择

根据资料，计算出两台变压器的容量SNPmax7.88.7MVA cos0.9考虑到一台主变压器故障时，另一台主变压器能满足全部重要负荷的65%用电，故每台主变压器的容量为SN1SN65%5.7MVA,故采用变压器型号为：

35KV铝线双绕组电力变压器SJL1—6300高压侧额定电压：UN135KV 低压侧额定电压：UN10.5KV 短路损耗：PK52KW 空载损耗：P08.2KW 短路电压：Uk%7.5 空载电流：I0%1

（2）变压器出线型号的选择

1）按经济电流电流密度选择变压器出线型号

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求线路的工作电流，已知Tmax6000h，查表得经济电流密度

jec0.9A2，根据已知参数求线路工作电流，则有

mmIcpc3Uncos78003100.95000A

2）求经济截面 有AcecIj50000.9556mm2 ec每回导线截面AAecec556278mm222 查表得选标准截面为300mm2的钢芯铝绞线：LGJ300

查表得 X00.4KM ;LGJ400的X10.4KM.

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第3章 电气主接线选择

3.1电气主接线的设计原则和要求

变电站设计是否合理，供电和运行是否安全可靠，很大程度上取决于主结线的选择，因此，选择主结线应进行多方案的技术经济比较后决定。

变电站电气主接线系指变电所的变压器，输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电所的主接线是电力系统接线组成的一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。

3.1.1 主接线的设计原则

1、考虑变电所在电力系统中的地位和作用

变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

2、考虑近期和远期的发展规模

变电所主接线设计应根据5～10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。

3、考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响

对一级负荷，必须有两个电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。

4、考虑主变台数对主接线的影响 变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

5、考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不 同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

3.1.2 主接线设计的基本要求

根据我国能源部关于《220～500kV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。”

15

1、可靠性

所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线，经过优先，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的而是相对的。一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。评价主接线可靠性的标志是：

（1）断路器检修时是否影响供电；

（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对理要用户的供电；

（3）变电所全部停电的可能性；

（4）有些国家以每年用户不停电时间的百分比业表示供电可靠性，先进的指标都在99.9%以上。

2、灵活性

主接线的灵活性有以下几方面要求：

（1）调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

（2）检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。

（3）扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。

3、经济性

经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。 电气主接线是由电气设备通过连接线，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，变电站的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线。

3.2 电气主接线的基本要求和设计

根据《35～110kV变电站设计规范》： 第3.2.1条：变电站的主接线应根据变电站所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。

第3.2.3条：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回及以上时，宜采用双母线接线。

第3.2.4条：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，可以设置旁路设施。

当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼做旁路断路器的接线，当110kV线路为6回及以上，35～63kV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器，主变压器35～110kV回路中的断路器，有条件时，亦可接入旁路

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母线，采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。

第3.2.5条：当变电站装有两台主变时，6～10kV侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。

3.3 主接线的设计

综合以上规程规定，结合本变电站的实际情况， 35KV侧有2回出线（近期1回，远景发展1回），10KV侧有8回出线（近期5回，远景发展3回）.又由前面的变电站分析部分和负荷情况分析部分，该变电站在整个电力网络中处于重要的地位，各侧均不允许断电，故可对各电压等级侧主接线设计方案作以下处理：

3.3.1 35kV侧

根据要求可以草拟以下三种方案：

图3-1 方案1单母分段带旁母

图3-2 方案2：单母分段

表4-1 两种方案进行比较

方案项目 方案1 单母分段带旁母接线 方案2 单母分段 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路, 保证不间断供电，可靠；检修出线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高 当一回线路故障时,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 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,可靠，适合用于屋内布置，可采用手车式断路器，这样可保证进出线检修时不中断供电 当一回线路故障时,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，且扩建方便 17

可 靠 性 灵 活 性

经 济 性 占地面积大，多一旁路增加了投资 占地面积小，但小车投资多

方案三：桥式接线方式

当有两台变压器和两条线路时，在变压器—线路接线的基础上，在其中间加一连接桥，则成为桥式接线，方案三如图4-3和4-4所示：

桥式接线按照连接桥断路器的位置，可以分为内桥和外桥接线两种接线。桥式接线中，四个回路只有三台断路器，所以用的断路器数量最少，接线也最经济。

内桥式接线的特点是连接桥断路器在变压器侧，其它两台断路器接在线路上。因此，线路的投入和切除比较方便，并且当线路发生短路故障时，仅故障线路的断路器调闸，不影响其他回路的运行。但是，当变压器故障时，则与该变压器连接的两台断路器都要调闸，从而影响了一回未发生故障线路的运行。此外，变压器的投入与切除的操作比较复杂，需要投入和切除与该变压器连接的两台断路器，也影响了一回未故障线路的运行。鉴于变压器属于可靠性高的设备，故障率远较线路小，一般不经常切换，因此系统中应用内桥接线的较为普遍。

外桥接线的特点恰好与内桥式接线相反，连接桥断路器在线路侧，其他两台断路器接在变压器的回路中。所以，当线路故障和进行投入与切除操作时，不影响其他回路运行，故外桥接线只适合于线路短，检修和倒闸操作频繁以及设备故障率较小，而变压器由于按照经济运行的要求需要经常切换的情况。此外，当电网有穿越性功率经过变电站时，也有采用外桥接线的，因为穿越性功率仅经过连接桥上的一台断路器。

为了在检修出线和变压器回路中的断路器时不中断线路和变压器的正常运行，有时再在桥行接线中附加一个正常工作时断开的带隔离开关的跨条。在跨条上装设两台隔离开关的目的是可以轮换停电检修任何一组隔离开关。

桥式接线可以展成为单母线分段或双母线接线，但是需要设计好预留今后发展时增加的间隔位置，同时扩建时继电保护和二次回路更改较多，需要在设计时采取措施。

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综上分析可以知道，35KV 电压级，综合考虑主接线的基本要求，合理考虑农村电力负荷的基本情况以及农村的经济状况，通过比较，最后选择第一方案，即采用单母分段的电气主接线形式。这种主接线形式能够满足市郊对电力负荷的用电要求，考虑了今后随着经济的发展，还有扩建的可能，另外，在此用电负荷中有少量的一级负荷和二级负荷。因此，选择了单母线分段的主接线形式。

按照简化接线的设计原则，35kV最终定为2回，考虑到变电站建成后将在该地区形成环网供电，故35kV单母线分段接线，线路故障时可用外桥断路器代替出线间隔断路器切除故障

3.3.2 10kV侧

根据要求可以草拟以下三种方案：

图3-5方案1单母分段带旁母 图3-6 方案2单母分段 表4-2两种方案进行比较 方案项目 方案1 单母分段带旁母接线 可 靠 性 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路, 保证不间断供电，可靠；检修出线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高 当一回线路故障时,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 占地面积大，多一旁路增加了投资 方案2 单母分段 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,可靠，适合用于屋内布置，可采用手车式断路器，这样可保证进出线检修时不中断供电 当一回线路故障时,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，且扩建方便 占地面积小，但小车投资多 19

灵 活 性 经 济 性

方案三：桥式接线方式

当有两台变压器和两条线路时，在变压器—线路接线的基础上，在其中间加一连接桥，则成为桥式接线，方案三如图4-3和4-4所示：

桥式接线按照连接桥断路器的位置，可以分为内桥和外桥接线两种接线。桥式接线中，四个回路只有三台断路器，所以用的断路器数量最少，接线也最经济。

内桥式接线的特点是连接桥断路器在变压器侧，其它两台断路器接在线路上。因此，线路的投入和切除比较方便，并且当线路发生短路故障时，仅故障线路的断路器调闸，不影响其他回路的运行。但是，当变压器故障时，则与该变压器连接的两台断路器都要调闸，从而影响了一回未发生故障线路的运行。此外，变压器的投入与切除的操作比较复杂，需要投入和切除与该变压器连接的两台断路器，也影响了一回未故障线路的运行。鉴于变压器属于可靠性高的设备，故障率远较线路小，一般不经常切换，因此系统中应用内桥接线的较为普遍。

外桥接线的特点恰好与内桥式接线相反，连接桥断路器在线路侧，其他两台断路器接在变压器的回路中。所以，当线路故障和进行投入与切除操作时，不影响其他回路运行，故外桥接线只适合于线路短，检修和倒闸操作频繁以及设备故障率较小，而变压器由于按照经济运行的要求需要经常切换的情况。此外，当电网有穿越性功率经过变电站时，也有采用外桥接线的，因为穿越性功率仅经过连接桥上的一台断路器。

为了在检修出线和变压器回路中的断路器时不中断线路和变压器的正常运行，有时再在桥行接线中附加一个正常工作时断开的带隔离开关的跨条。在跨条上装设两台隔离开关的目的是可以轮换停电检修任何一组隔离开关。

桥式接线可以展成为单母线分段或双母线接线，但是需要设计好预留今后发展时增加的间隔位置，同时扩建时继电保护和二次回路更改较多，需要在设计时采取措施。

综上由表中分析可以知道，10KV 电压级，综合考虑主接线的基本要求，合

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理考虑农村电力负荷的基本情况以及农村的经济状况，通过比较，最后选择第（2）方案，即采用单母分段的电气主接线形式。这种主接线形式能够满足市区各级电力负荷的用电要求，考虑了今后随着经济的发展，还有扩建和扩展的可能，另外，由于进出线回路数比较多，且各回路出线的负荷等级中一，二级负荷较多。因此，选择了单母分段的主接线形式。

综上分析可以得出：高庄新建变电站的电气主接线形式为， 35KV电压级采用单母分段的主接线形式，10KV电压级则采用单母分段的主接线形式。

按照简化接线的设计原则，35kV最终定为2回，考虑到变电站建成后将在该地区形成环网供电，故35kV单母线分段接线，线路故障时可用外桥断路器代替出线间隔断路器切除故障。

10kV采用简易单母线分段接线，中间仅用隔离开关分开，出线共8回，包含电容器无功补偿2回。

3.4 10kV侧限流问题

为合理选择10kV侧的电气设备，必须考虑10kV侧的开关能否选用轻型电器，所以必须考虑10kV侧是否有限流问题，结合本次设计的实际情况，10kV侧应采取限流措施。

3.5 35kV及10kV侧接地方式

35kV和6～10kV侧为中性点不直接接地方式，包括中性点不接地、经高电阻接地或经消弧线圈接地方式。消弧线圈又分为过补偿和欠补偿方式，为防止在灭接地电容电流时出现电弧谐振，一般选用过补偿方式，具体采用哪种接地方式，应经电容电流计算，对35kV系统接地电容电流大于10A；对10kV系统若接地电容电流大于30A时，可选经消弧线圈接地方式。

若需要加装消弧线圈时，需要考虑它的引接方式。对35kV因有中性点引出，所以消弧线圈就直接接到主变35kV侧的中性点上，而且两台主变可以共用一个消弧线圈，而10kV侧需要加装消弧线圈时，由于主变的10kV侧是△接线，没有中性点，故对10kV侧需加接地变，将中性点引出用以接消弧线圈，接地变的容量应大于消弧线圈的容量，一般应该在6-10kV的每一段母线上安装型号一样，相同容量的接地变。

3.6 无功补偿

目前农村35kV变电站功率因数普通较低（在10kV母线一侧一般为0.6~0.7左右），主要原因是过去兴建变电站对没有考虑无功补偿及相应的配套设备，而电厂的发电机不可能也不应该发大量的无功上网长距离送给用户，所以提高功率因数可以采取以下的措施：

1.新建和在建的35kV变电站一定按规定，在设计时配置相应的无功补偿设备装置。

2.已建的35kV变电站要强制性地搞好无功设备配置。

3.本着无功功率就地补偿的原则，可在变电站装设电力电容补偿、调相机等

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设备进行集中补偿，在负荷集中的厂矿，有条件的可利用异步电动机同步运行，这种方法即不影响电动机的出力，又可以发出无功功率进行就地补偿，提高功率因数和供电末端电压水平，这是行之有效的节能节省投资的方法。

4.为了提高无功补偿的效益，应装设无功自动补偿装置，做到随负荷和电压变动时，补偿电容能分组投入和切出，这样可以避免无功不足和无功过剩的现象。

3.6.1 无功补偿的作用

无功功率补偿装置的主要作用是：提高负载和系统的功率因数、减少设备的功率损耗、稳定电压、提高供电质量；在长距离输电线路中，提高系统输电稳定性和输电能力、平衡三相负载的有功和无功功率等。所以系统的无功补偿可以采用分散补偿的方式。因为电力系统的无功负荷主要是感性功率，所以具体无功补偿就是在高压电网的低压侧加并联电容器，利用阶梯式调节的容性无功补偿感性无功。

3.6.2 无功补偿容量选择

《并联电容器装置设计技术规程》第1.0.3条规定： 电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计，调相调压计算及技术经济比较确定，对35-110kV变电站中的电容器总容量，按无功功率就地平循的原则，可按主变的10%-30%考虑。一般取主要容量的15%，分在6-10kV两段母线上安装。

故35kV变电站按主变容量的10%选择，无功补偿选用密集型电容器。

\\

22

第四章 短路电流的计算

4．1短路计算的目的

短路是电力系统最常见、并且对电力系统运行产生严重影响的故障。短路的结果将使系统电压降低、短路回路中电流大大增加，可能破坏电力系统的稳定运行和损坏电气设备。所以电气设计和运行，都需要对短路电流运行计算。

在发电厂和变电所电气设计中，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用短路电流的措施，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状况下都能安全、可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。

3.在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线相间和相对地安全距离。

4.在选择继电保护方式和进行整定计算，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。

4.2基本原则和规定

4.2.1 基本假定

短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则： 1.正常工作时，三相系统对称运行。 2.所有电源的电动势相位角相同。

3.系统中的同步和异步电机为理想电机，不考虑电机饱和、磁滞、锅流及导体集肤效应等影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间相差1200电气角。 4.电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小变化。

5.电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧。

6.同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。 7.短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

8.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

9.除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。

10.元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 11.输电线路的电容略去不计。

12.用概率统计法制定短路电流运算曲线。

4.2.2 一般规定

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1.验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成的5～10年）。确定短路电流时，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运行的接线方式。

2.选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响。

3.选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。对电抗器的6～10kV出线与厂用分支线回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外，其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。

4.导体和电器的动稳定、热稳定和电器的开断电流，一般按三相短路验算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。

4.2.3 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。

4.2.4 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.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；

（1） 输电线路的电容忽略不计；

（2） 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；

4.3元件参数计算

为了简便计算,计算方法采用标幺值法。并且采用以下假设条件： 1.假设系统有无限大的容量用户处短路后,系统母线电压能维持不变。即计算阻抗比系统阻抗要大得多。具体规定：对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大,只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。

2.在计算高压电路中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗、

24

而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻。

UB=37KV ，3.选取系统基准容量SB=100MVA ，IB=1.56KA ，XB=13.69

4.3.1发电机参数计算

课题中系统1和系统2两台发电机均为无穷大的容量。

即：Sc1=Sc2=∞

25

1#～2#发电机的短路阻抗标幺值：

X*f1=0 ；X*f2=0

4.3.2变压器参数计算

课题中两台35KV变压器参数：

ST1=ST2=4000KVA=4.0MVA

短路电压百分比：

Ud1%=7.5；Ud2%=7.5

根据公式计算出1#～2#35KV变压器短路阻抗标幺值： X*3X*44.3.3线路参数计算

LGJ-400 2.5Km线路的阻抗为XLx1l11 LGJ-400 2.5Km线路的阻抗为XLx1l11。

X*L1x1l1Ud%SB7.51001.99 （4-1） 100Se1006.3SB1000.42.520.07 （4-2） UB37SB1000.42.520.07 （4-3） UB37X*L2x1l1

4.3.4最大/小运行方式下等值阻抗分析

最大运行方式为两台发电机组和两台35KV变压器全部投入运行，进行系统简化，过程如下：

图4-2 最大运行方式下等值阻抗

此时阻抗值如下：

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X*LX*L1X*L20.04

XX*3X*40.60

T系统最小运行方式下，只有一台变压器投入运行，简化图如下：

图4-3最小运行方式下等值阻抗

此时线路阻抗值如下：

X*LX*L10.07

变压器阻抗值如下：

X*TX*31.99

4.4短路电流计算

37KV侧：d1点短路电流计算 (1)三相短路电流计算

取Up37KV,则基准电流为

ISBB3U100B3371.56KA

d1点短路总阻抗为

X*d1X*60.04

则超瞬变短路电流有效值（等于稳态短路电流）为

I1.561Id1IBdX*0.0439KA 6 短路全电流最大有效值为

Ich11.52Id159.32KA 短路冲击电流为

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199.45KA ich11.82Id三相短路容量为

Sd13UpId1337392499.3MVA (2)两相短路电流计算

I2d132I3d133.7KA

10.5KV侧：d2点短路电流计算 (1)三相短路电流计算 取Up=10.5KV,则基准电流为

ISBB3U1005KA

B310.55.d2点短路总阻抗为

X*d2X*6X*70.

则超瞬变短路电流有效值（等于稳态短路电流）为

I3d2I.5d2IBX*6X*570.8.8KA 短路全电流最大有效值为

Ich21.52Id213.98KA 短路冲击电流为

ich21.82Id215.8KA 三相短路容量为

Sd23UpId2310.55.5160MVA

(2) 两相短路电流计算

I2d232I3d27.6KA 28

第五章 电力变压器保护计算

5．1电力变压器保护

1．瓦斯保护

由气体继电器KG、信号继电器2KS、KS、XB等组成。轻瓦斯触点仅作用于信号，重瓦斯触点则瞬时作用于切断变压器各侧断路器。

2．纵联差动保护

由DCD—2型差动继电器1KD~3KD和信号继电器2KS等组成，其保护范围在电流互感器1TA、6TA之间的区域。保护动作后，由出口继电器KCO瞬时断开1QF、2QF，并由连接片2XB、6XB确定要断开的断路器。

3．复合电压起动过电流保护

复合电压起动的过电流保护是由负序电压继电器KVZ、低电压继电器KV、断线闭锁继电器KC、电流继电器1KA、3KA时间继电器1KT、2KT与信号继电器3KS、4KS、6KS等组成，电流继电器按三相接于35KV侧的3TA上。KVZ与KV分别作为对称短路和不对称短路的电压起动元件，它接于变压器6~10KV侧的电压互感器的2TV上，其作用由KC实现，故障时，由1KC1和KA起动1KT，经整定时限作用于分闸。2TV二次回路断线时，其动合触点1KC2延时作用于信号。

4．过负荷保护。

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过负荷保护作用于2TA。其B相电流继电器KA与时间继电器3KT等组成，保护延时作用于信号。

5．温度保护

温度保护由温度继电器Kθ组成保护作用于信号的几点说明： a 保护的出口回路中均装有连接片XB，以适应保护调试或运行方式的需要进行投、切。

b 保护分别设有单独的信号继电器，用以指示保护的动作情况，便于值班人员分析与处理故障。

c 保证在几套保护同时动作时KS能灵敏动作，在KCO的电压线圈上并联附加电阻，增大信号继电器贿赂中的电流。

d 保护动作后要发出相应的信号。

5.2 保护的整定计算

一．差动保护整定计算

1.基本侧确定

按额定电压及变压器的最大计算容量计算各侧额定电流

IN1STN3UN1STN3UN263003536300103103.9KA

IN2363.7KA

选择电流互感器变比

nCH1KCONIN1103.9335.99 55KCONIN2363.73125.99 55nCH2可选用变比为：

nCH150nCH2200

各侧电流互感器的二次额定电流为

I2N1KCONIN12.08A 5KCONIN23.15A 5I2N2所以选择10KV侧为基本侧

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2. 保护装置动作电流的确定 躲过电压器的励磁涌流

IOP1KrelIN21.3230.95472.81A

躲过外部短路时最大不平衡电流

IOP1KrelIunbmax1.3KstferUferIk.max348A

所以选用IOP472.81A

3.确定基本侧线圈匝数

IOP.calOP.rcalKCONIn472.8134.1A

TA200W1AWO60I4.115 OP.rcal应选用15匝

4. 动作电流整定

基本侧实际动作电流为：

IAWOOPrW604 115保护一次动作电流

InTAIOPr200OP2I43461.A OPb5.灵敏度校验

KKCONIIminsenI2

OP.b保护满足要求

二．过电流保护整定计算

躲过最大负荷电流整定：

IrelIl.max1.2207.8OP1KK293.36A re0.85考虑切除一台变压器后产生的过负荷 ImOP2m1IN2103.9207.8A

考虑负荷中电动机启动的最大电流

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IOP3KSSIN2103.9207.8A

应选用：IOP207.8A 保护灵敏度校验

KminsenII2 OP保护满足要求

三．过负荷保护

按躲过变压器的额定电流整定：

IKrelIN.B1.05103.9OP1K128.35Are0.85

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第六章 10KV线路保护整定

对机械厂Ⅱ所在线路进行整定

系统等效到10KV最大，最小阻抗：

Xt.maxXT27.2(单台主变运行)；

Xt.minXTXT13.6(两台主变并列运行)

1）线路的保护整定计算

线路末端短路的最大，最小短路电流计算

I3L.maxES10.510003Xt.minXL313.62.4338A

I2L.min3ES310.5100023X2327.22.4177At.maxXL2）线路速断保护的整定计算

按躲过本线路末端的最大三相短路电流整定:

I3OP.1KrelIL.max1.3338439.4A

最小速断保护区的计算：

lmin13EsX2IXt.max0

OP1Klsenminl15.6%15% 灵敏度满足要求

3）线路的过负荷保护整定计算

IIIIKKOP1relst1.21.30.5KI1000L.max.8510335.17A re0 灵敏度校验

2KsenIL.minIIII1.3 OP1满足要求

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第七章 电气设备选择

7.1 电气设备选择的基本原则

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.应按当地使用环境条件校验。 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.同类设备用尽量减少品种。

6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

7.2 电气设备选择的内容

电气设备的选择主要包括高压开关、电流互感器、电压互感器、支柱绝缘子、穿墙套管和母线的选择。

7.3 一次设备的选择

7.3.1 断路器

1.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、体小、重量轻、安装维护方便。

2.断路器选择的具体技术条件：

（1）工作电压：Ug（电网工作电压）≤Un； （2）工作电流：Ig.max（最大持续工作电流）≤ In； （3）断流容量：SKNS；DW35/600 （4）动稳定校验： imaxich； （5）热稳定校验：It23Itima.

2 本变电站设计35kV断路器选用DW35/600户外多油高压断路器配；10kV选用ZN10/630真空断路器。

7.3.2 隔离开关

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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。

1.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。

（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。

2.隔离开关选择的具体技术条件

（1）工作电压：Ug（电网工作电压）≤Un；

（2）工作电流： Ig.max（最大持续工作电流）≤In.

由于高压开断器没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求，及取最大持续工作电流Ig.max。

（3）动稳定

3ich≤imax

式中：ich — 三相短路电流冲击值

imax — 断路器极限通过电流峰值

（4）热稳定

It2Itima

2

式中：I — 稳态三相短路电流；

tima— 短路电流发热等值时间（又称假想时间）； tima — 隔离开关t秒热稳定电流

本变电站35kV隔离开关选用GW535G/600型；10kV隔离开关选用GN10T/200型。

7.3.3电压互感器

1.电压互感器的配置和选择

(1)正常工作条件——一次回路电压，一次回路电流，二次负荷，准确度等级，机械负荷 。

35

(2)承受过电压能力——绝缘水平，泄露比距。

(3)环境温度，最大风速，相对湿度，海拔高度，地震烈度。 2.电压互感器选择的具体技术条件：

(1)型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择。

(2)6～20kV配电装置，一般采用油侵绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器；

(3)35～110kV配电装置，一般采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器； (4)220kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器；

(5)在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或有第三绕组的单相电压互感器。

本变电站35kV电压互感器选用JDJJ135型；10kV电压互感器选用JSJW10型。

7.3.4 电流互感器

1.电流互感器的配置和选择:

（1）正常工作条件——一次回路电流，一次回路电压，二次回路电流，二次回路电压，二次侧负荷，准确度等级。

（2）短路稳定性——动稳定倍数，热稳定倍数。 （3）承受过电压能力——绝缘水平，泄露比。 （4）环境温度，最大风速，相对湿度。 2.电流互感器选择的具体技术条件：

（1）型式：电压互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。 6～20kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器；

35及以上配电装置，一般采用树脂浇注绝缘结构的电流互感器； 有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。

（2）一次回路电压： Ug ≤ Un

Un为电流互感器额定电压，KV； Ug为电流互感器安装处一次回路工作电

压,KV；

（3）一次回路电流：Ig.max≤ Iln；

Ig.max为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流；

Iln为电流互感器原边额定电流。

（4）准确等级：电流互感器的准确等级与电压互感器相同，需先知电流互感器二次回路接入的测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表记来选择；

（5）二次负荷S2： S2i22Z2 ≤ Sn

由于电流互感器二次额定电流I2n以标准化（5A或1A），电流互感器额定容

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量Sn，制造厂也常用额定负荷阻抗Zn的形式给出，所以电流互感器二次负荷也主要决定于外接阻抗Z2。

（6）动稳定

ich ≤2IinKdw

(5-3)

式中：Kdw — 电流互感器的动定倍数，它等于电流互感器极限通过电流峰值idw与一次绕组额定电流Iin峰值之比即：

Kdw= idw/2Iin

imax— 断路器极限通过电流峰值

（7）热稳定

It22Itima

式中： timaKt— 电流互感器的1秒热稳定倍数。

本变电站设计35kV、10kV均选用套管式电流互感器，配置情况详见接线图。

7.3.5 避雷器

变电所防雷保护的特点：

1.变电所属于集中型设施,直接雷击防护以避雷针为主。

2.它们都与架空线路相连接,输电线上的过电压波会运动而至变电所,对电气设备构成威胁。因此变电所要对过电压波进行防护,主要手段是避雷器。

3.变电所内装有主要的电气设备,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的损失,造成严重的后果；另一方面,这些设备修复困难需花费很长时间和大量金钱,该电力系统本身带来巨大的经济损失。所以变电所要采取周密的过电压防护措施。

4.为了充分发挥变电所防雷设备的保护作用,变电所应有良好的接地系统。 本变电站35kV选用氧化锌避雷器，10kV选用硅橡胶氧化锌避雷器。

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第八章 防雷设计

8.1 直击雷保护

装设避雷针以保护整个变电站建筑物免遭直击雷。

避雷针可以单杆，也可以利用配电装置的构架，当雷击避雷针时，强大的雷电流通过引下线和接地装置泄入大地，避雷针及及引下线上的高电位可能对附近的建筑物变配电设备发生“反击闪络”。

为防止“反击”事故的发生，应注意下列规定与要求：

（1）避雷针与被保护物之间应保持一定的空间距离，此距离一般大于5米。

（2）避雷针（线）宜设的接地装置，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3米。

（3）避雷针及其接地装置不应该设在人员经常出入的地方，其与建筑物的出口及人行道的距离不应小于3米，以跨步电压。

8.2 进线防雷保护

35KV电力线路一般不采用全线装设避雷线来防直击雷，但是为防止变电站附近线路上受到雷击时，雷电沿线路入侵变电站内损坏设备，需要在进线1-2KM内装设避雷线，使该段线路免受直接雷击。

3-10KV配电线路的进线防雷保护，可在每路进线终端，装设FZ型或FS型阀型避雷器，以保护线路断路器及隔离开关。

如果进线是电缆引入的架空线路，则在架空线路终端靠近电缆头处装设避雷器，其接地端与电缆头外壳相连后接地。

8.3 雷电侵入波

由于直击雷或感应雷而产生的高电压雷电波，沿架空线路或管道侵入边电所或用户，称雷电侵入波。雷电侵入波造成的危害事故很多，一般采取以下几项防护措施：

8.3.1 安装避雷器是防止雷电侵入波的主要措施

为防止雷电冲击波沿高压线路侵入变电站，对所内设备造成危害，特别是价值最高但绝缘相对薄弱的电力变压器，在配电所每段母线上装设一组阀型避雷器，避雷器一般装在被保护物的引入端，其上端接在线路下，下端接地。正常时，避雷器的间隙保持绝缘状态，不影响系统运行。当遭受雷击，有高压冲击波沿线路袭来时，避雷器间隙击穿而接地，从而强行切断侵入冲击波。此时，能够进入被保护物的电压，仅为雷电流通过避雷器及其引下线和接地装置后的残压。

8.3.2 接地可降低雷电侵入波的陡度

在架空管道的进户处接地，以及在邻近的100米内每隔25米左右接地一次，

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可以防止沿架空线传来的雷电侵入波。此时防雷电侵入波的接地可与附近的电气设备接地共用接地体，但接地电阻应在10～30欧以内。

通常，易遭受雷击的较重要低压架空线路，除使用避雷器外，还辅以接地来保护，亦即将进户处的绝缘子铁脚接地，保持接地电阻小于30欧。当雷电侵入波袭来时，使雷电流入户前即全部泄入地中，以保障室内人身和设备的安全。

8.3.3 变电站的防雷设计计算过程如下：

我国规程规定：

（1）110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在构造架上。但在土壤电阻率1000/m的地区，仍宜装设避雷针，以免发生反击；

（2）35KV及以下的配电装置应采用避雷针来保护；

（3）60KV的配电装置，在500/m的地区宜采用避雷针，在

500/m的地区容许采用构架避雷针；

根据计算需要采用三只避雷针，可满足保护范围使得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。在确定避雷针布置时，首先考虑到利用照明灯塔，同时应满足避雷针与配电装置带电部分在地中和空气中应有最小距离要求，站区设置30米避雷针3座，各避雷针设置接地网，要求接地电阻小于10欧。为了防止雷电侵入波对配电装置危害，35kV母线，

10kV出线线路侧均加装避雷器。主接地网采用-50X5接地扁钢，支接地网采用-40X4

扁钢，接地极采用∠50X50X5角钢制作。

8.4 避雷器的设置

参考《电力设备过电压保护技术规程》SDJ7—79中的规定： 第7：变电站的每相母线上都应装设阀型避雷器,应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近架设集中接地装置。

第80条：大接地短路电流系统中的中性点不接地变压器如中性点绝缘按线电压设计，应在中性点装设保护装置。

第83条：与架空线联络连接的三绕组变压器的10KV绕组，如有开路运行的可能，应采用防止静电感应电压危害该绕组绝缘的措施。在其一相出线上装设一只阀型避雷器。

第85条：变电站3～10KV配电装置，应在每相母线和每路架空线上装设阀型避雷器。

8.5 避雷针装设应注意的问题

应妥善采用避雷针和构架避雷针，其联合保护范围应覆盖全所保护对象。 根据《电力设备过电压保护技术规程》SDJ7—76规定：

第70条：避雷针（线）宜设的接地装置，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m。

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第71条：110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在其构架或房顶上；6KV及以上的配电装置，允许将避雷针装在其构架或房顶上；35KV及以下高压配电装置，构架或房顶上不宜装设避雷针。装在构架上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。在主变压器的门型构架上，不应装设避雷针、避雷线。

第72条：110KV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架上；35KV配电装置可将线路的避雷线引接到出线门型架上，但应集中接地装置。

我国规程规定:

(1)110KV及以上的配电装置,一般将避雷针在构架上。但是在土壤电阻率ρ

1000•m的地区,仍宜装设避雷针,以免发生反击;

(2)35KV及以下的配电装置应采用避雷针来保护;

(3)10KV的配电装置,在ρ500•m的地区宜采用避雷针,在ρ

500•m的地区容许采用构架避雷针。

变电站的直击雷防护设计内容主要是选择避雷针的指数、高度、装设位置、验算它们的保护范围、应有的接地电阻、防雷接地装置的设计等。 计算过程如下：

该变电站设计为矩形，长为.7m，宽为.85m。

设h=35m hx10m ，则 p=5.5=0.93 h故避雷针保护半径rx(1.535210)0.9330.225m

AB两针尖的保护范围，O离地最低高度为：

D.2h023h3526.67m

7P70.93D38.59h013h3529.07m

7P70.93bx121.5(h012hx)1.5(22.3310)18.49m bx231.5(h023hx)1.5(26.6710)20.01m bx131.5(h013hx)1.5(29.0710)28.61m

因此可以保护建筑物，符合要求，防雷保护平面图如附录。

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第九章 展 望

毕业设计是学生在校期间最后一个重要综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计的综合性训练。通过毕业设计，可以培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工程观念，以便更好的适用工作的需要。在这个一个多月的毕业设计中给我流下深刻的影响，此次的毕业设计检查了我三年所学的专业知识，初步的使我熟悉了国家能源开发的方针、和有关技术规程、规定，导则等，树立工程设计、工程计算、工程绘图等相关设计任务。此次设计使我培养实事求是、严肃认真和刻苦钻研的工作作风。巩固了三年我所学的基本理论和专业知识，能够灵活运用，解决实际问题。

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。国外在80年代已有分散式变电站自动化系统问世，以西门子(Sie mens)公司为例，该公司第一套全分散式变电站自动化系统LSA678，早在1985年就在德国汉诺威投人运行，至1993年初已有300多套系统在德国及欧洲的各种电压等级的变电站运行。我国的变电站自动化工作大体上从90年始。初始阶段主要研制和生产集中式变电站自动化系统，如DISA-l、BJ-l、iES-60、XWJK-l0OOA、FD-97等型;90年代中期开始研制分散式变电站自动化系统，如DlSA-2、DISA-3、CSC-2000、DCAP320O、FDK等型，与国外先进水平相比大致有10年的差距。在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。

本次设计的主要任务是35KV变电站的一次设计，设计的内容主要是电气一次部分的设计和计算。它包括35KV、10KV两个电压等级，本设计要对电力系统和变电站进行总体分析，然后确定变电站站用主变压器的型号和电气主接线的型式，并在此过程中进行系统的短路电流计算等，在具体计算后，进行设计使建站合理化，并进行防雷设计，保证安全，同时要综合考虑负荷的级别性质及系统运行的方式和短路点的选择，在此基础上进行分别计算了两个电压等级下各母线上的最大短路电流。在设计过程中要对相关图纸（35KV主接线、35KV配电装置平面图等）进行设计选择和绘制。

本次设计过程对我们所学的相关专业课程(如《发电厂电气部分》、《电力系统分析》、《电力系统继电保护原理》、《高电压技术》等)作了系统的贯穿，使我们对自己的专业基础知识进行温习，同时本次设计使我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尤其是在各种工程数据方面有了一个更深刻的认识。在本次设计过程中也遇到不少问题，比如在进行短路电流计算时短路点的选择,如果基值选择不当就会给计算过程带来很多复杂转换，在电气设备的选择、短路电流的计算以及高压防雷技术等方面遇到了一系列的问题，在老师和同学的细心指导和帮助下,进行设计方案比较,计算,查找相关资料对遇到的困难一一解决,对此有了深入细致的了解,为以后的工作打下了坚实得基

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础。

为了使系统的可靠性不断提高，这就要求我们要具有很高的综合素质和先进的设备。而且，随着社会的发展，电力的作用越来越重要，所以更需要可靠的系统保护。保证电力系统可靠运行将面临许多新的问题，所以我们应在电力系统的保护上，从设计、设备、人员、技术、运行等多方面深入研究和探讨。并希望大家多多指导，交流提高，不足之处请大家批评指正。

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致 谢

进入大学时间过的很快，十分感谢学校三年来的培育，感谢老师三年来无私的教诲，感谢学校在我们临近毕业时还为我们提供做毕业设计这种锻炼机会，更感谢我的毕业设计指导老师。

通过这次设计，在检查自己的学业的同时，也让我学到了未曾接触到东西。对自己专业的学习，还是不够深刻的。不是十分明白专业的方向在哪里，自己的发展方向在哪里。在搞设计的同时，其它两组的情况不是很了解，缺乏认识和支流，没有形成很热烈的研究型的活动。

这次设计，可以说需要很多人配合工作完成的。我收获的是大家目标一致时，个人应服从集体，团结一致，如果那边这样，将走向失败，应该团结合作。对我来说，这也是一次考验。在进入大学时，就要求自己“学会学习，学会生活。学会做人”的目标是否实现，答案一目了然了。在此我感谢学校系里给我们这次展示自我的机会，感谢同学们及我的朋友们给我提供的各项帮助。感谢精心辅导我的各位老师，老师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议,对我的辅导耐心认真，并给我们提供了大量有关资料和文献，使我的这次设计能顺利完成。通过这次毕业设计使我对以前学习的知识得到了更深的了解,并使知识得到了进一步的巩固。在此，我再次向他们表示衷心的感谢。回馈母校，回报社会。

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参考资料

[1] 张炜.《电力系统分析》.水利电力出版社.

[2] 贺家李等.《电力系统及电保护原理》 水利电力出版社. [3] 范锡普.《发电厂电气部分》（第二版）.水利电力出版社.

[4]杨宛辉等. 《发电厂电气部分》设计计算资料.西北工业出版社. [5]《电力系统设计技术规程》（试行）SD131-84. 中国电力出版社. [6]《导体和电器选择设计技术规定》SDGJ14-86. 中国电力出版社. [7]《电力设备接地设计技术规程》SDJ8-97. 水利电力出版社.

[8]电力设计工程电气设备手册（电气一次部分上、下）. 水利电力部西北电力设计院. [9]范锡普.《发电厂电气部分》.四川联合大学

[10]变电站总布置设计技术规定（试行）SDGJ63-84. 中国电力出版社. [11]导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86. 中国电力出版社. [12]电力设备过电压保护设计规程SDJ7-79. 水利电力出版社.

[13]并联电容器装置设计技术规程SDJ25-85（试行）. 水利电力出版社. [14]刘健.《电力英语阅读与翻译》. 水利电力出版社.

[15]电力设备接地设计技术规程SDJ8-97. 水利电力出版社. [16]电力英语阅读与翻译. 水利电力出版社.

[17]电力设计工程电气设备手册（电气一次部分上、下）. 水利电力部西北电力设计院. [18]变电站设计（10-220KV）.辽宁科学技术出版社.

[19] 电力设计工程电气设备手册（电气二次部分）. 水利电力部西北电力设计院.

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