变电站电气毕业设计

'内容提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、单母线分段带旁路接线和手车式接线。设计内容遵守各部分相关规范，参照同类变电站进行设计。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。本设计以《35～110kV变电所设计规范》、《供配电系统设计规范》、《35～110kV高压配电装置设计规范》等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济技术政策，所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。 目录第一部分设计任务书1一、设计原始资料1二、设计内容3三、设计成品3第二部分设计说明书4一、项目概况4二、电气主接线设计42.1主接线的设计原则和要求42.2主接线的设计步骤72.3本变电站电气主接线设计8三、设备选择103.1主变压器的选择103.2站用变压器的选择10四、短路电流计算114.1短路电流计算的目的114.2短路电流计算的一般规定114.3短路电流计算的步骤124.4短路电流计算结果13五、高压电气设备选择135.1设备选择的一般条件135.2高压断路器的选择165.4电流互感器的选择185.5电压互感器的选择19六、配电装置设计19七、防雷保护设计207.1变电站的防雷保护具有以下特点207.2变电站直击雷防护20 7.3侵入波过电压防护207.4进线段保护207.5三绕组变压器和变压器中性点的防雷保护20第三部分设计计算书21一、电气主接线设计21二、负荷计算23三、短路电流计算243.1画出等值电路243.2短路电流计算25四、线路及变压器最大长期工作电流计算284.1线路最大长期工作电流计算28五、电气设备选择及校验计算295.1高压断路器选择及校验295.2隔离开关选择及校验305.3电流互感器的选择及校验315.4电压互感器的选择及校验325.5母线的选择32六、防雷保护计算34总结35参考文献36致谢37 前言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。本次设计为110kV变电站电气一次部分初步设计，分为设计说明书、设计计算书、设计图纸等三部分。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本文是在龙艳红老师的精心指导下完成的。龙艳红老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向。在毕业设计期间龙艳红老师在设计思路上给了我很多的指导和帮助。龙艳红老师循循善诱的教学方法、热情待人的处事方式、一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了很深的印象。在此，我对恩师表示最崇高的敬意和最诚挚的感谢！本文从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几方面对变电站设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图、电气总平面布置图、35KV出线间隔至主变间隔断面图等相关设计图纸。由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。 芦坡110KV变电站电气一次部分初步设计第一部分设计任务书设计题目：芦坡110KV变电站电气一次部分初步设计一、设计原始资料1.1设计规模芦坡变电站是市区中间变电站，在供给周围负荷的同时，也传递部分系统的交换功率。变电站的电压的等级分为110/35/10KV，设置两台主变，变电站最终规模的进出线回路数为：110KV4回（其中2回备用）35KV5回（其中1回备用）10KV11回（其中2回备用）1.2电源情况与芦坡变电站连接的系统电源共有三个：一个是110KV系统的王庄变电站，一个是110KV青坪火电厂，一个是35KV系统的赵庄变电站。具体情况如下：（1）110KV系统王庄变电站，在该站高压母线上的短路容量为500MVA，该站距待设计的芦坡变电站5.5KM。（2）110KV青坪火电厂，接线如图T1待设计变电站2×25MWcosφ=0.8X＂d=0.122X＂2=0.1546.3KV有ZDTT2G1G22×31.5MVA，121/38.5/6.3KV，ud1-2%=18，ud1-3%=10.5，ud2-3%=6.511.32KMX0=0.4Ω/KM~~110KV青坪火力发电厂接线图（3）35KV系统赵庄变电站，在该站高压母线上的短路容量为256MVA，该站距待设计的芦坡变电站6.17KM。（4）最小短路容量为最大短路容量的3/4，电厂不变。1.3设计要求 设计要根据系统运行方式，芦坡变电站不是电压枢纽点．没有特殊的调压要求，另外，有部分功率由110KV电网经过芦坡变电站送至35KV系统的赵庄变电站。求1.4站址地理情况待设计芦坡变电站原有公路通往市区110KV青坪火电厂110KV系统王庄变电站南郊变701厂铝厂35KV系统赵庄变电站SN芦坡变电站选定的站址条件较好，土地较为平整、充裕。1.5气象及地质条件年最高温度＋40.4℃年平均雷电日90天最高日平均温度＋33.5℃年最低温度—2.1℃土地电阻率ρ=200欧.米地震烈度6度以下1.6负荷资料1.6.135KV侧负荷序号用户名称负荷性质最大负荷（MW）1701厂Ⅰ5.242铝厂Ⅰ5.163南郊变Ⅱ4.424备用（新用户）Ⅲ6.001.6.210KV侧负荷序号用户名称负荷性质最大负荷（MW）1机械厂Ⅱ1.892自行车厂Ⅲ1.203冷冻厂Ⅲ1.244电台Ⅰ0.495绢纺厂Ⅰ3.566木材厂Ⅱ1.077803厂Ⅰ1.288建材厂Ⅱ1.519备用（新用户）Ⅱ4.00（1）110KV青坪火电厂提供3.45MW电能，其余由110KV王庄变电站供给。另外，经由芦坡。变电站送到35KV赵庄变电站的穿越功率为1.89MW。（2）用户距芦坡变电站在4~12KM之内。（3）负荷功率因数均取cosφ=0.85（4）负荷同时率Kt=0.9（5）年最大负荷利用小时均取Tmax=4500小时/年（6）以上负荷不包括网损在内，网损率一律取5%（7）电台要求双回路供电 1.6.3所用电负荷序号设备名称容量（KW）负荷性质1#1主变风扇3.24经常、连续2#2主变风扇3.24经常、连续3浮充电机4.5经常、连续4蓄电池室通风2.7不经常、连续5载波室通风1.1不经常、连续6载波通讯2.5经常、连续7照明负荷9.7经常、连续8生活区用电10不经常、连续9充电机新用户20不经常、连续10生活水泵4.5经常、短时11检修、实验用电5不经常、短时12电焊机10.6不经常、断续注：所用电计算负荷＝照明用电＋生活区用电十其余经常的或连续的负荷之和×0.85（KVA），其中0.85为综合系数。二、设计内容（l.）负荷分析及变压器的容量、台数及型式的选择（2）进行主接线的技术经济比较，确定主接线最佳方案（3）计算短路电流及主要电气设备选择；（4）进行变压器保护的整定计算。（5）选择所用变压器的型号及台数，并确定所用变压器的接线方式（6）进行变电站的电气总平面布置（7）进行避雷针的布置保护范围计算（8）接地装置的布置及计算三、设计成品（1）设计说明书一份（包括短路电流计算过程及设备选择计算过程，避雷器和避雷针的选择计算过程）（2）变电站电气主结线图一张（3）变电站电气总平面布置图一张（4）35KV出线间隔至主变间隔断面图一张（5）短路电流计算及主要设备选择结果表一张（6）变电站直击雷保护范围图一张（7）变电站接地装置布置图一张（8）变压器控制图一张（9）变压器保护图一张（10）中央预告音响信号图一张 第二部分设计说明书一、项目概况芦坡变电站是市区中间变电站，在供给周围负荷的同时，也传递部分系统的交换功率。变电站的电压的等级分为110/35/10KV，设置两台主变，变电站最终规模的进出线回路数为：110KV4回（其中2回备用）35KV5回（其中1回备用）10KV11回（其中2回备用）二、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。2.1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。2.1.1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，当出线为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。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。(2)主变压器选择①主变压器台数：为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变压器。当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。对于大型枢纽变电站，根据工程具体情况，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。②主变压器容量：主变压器容量应根据5～10年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。对装设两台变压器的变电站，每台变压器额定容量一般按下式选择Sn=0.6PmPm为变电站最大负荷。这样，当一台变压器停用时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%，则可保证对84%负荷的供电。由于一般电网变电站大约有25%的非重要负荷，因此，采用Sn=0.6Pm，对变电站保证重要负荷来说多数是可行的。对于一、二级负荷比重大的变电站，应能在一台停用时，仍能保证对一、二级负荷的供电。③主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器。具有三种电压的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15%Sn以上时，可采用三绕组变压器。其中，当主网电压为110～ 220kV，而中压网络为35kV时，由于中性点具有不同的接地形式，应采用普通的三绕组变压器；当主网电压为220kV及以上，中压为110kV及以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。(3)断路器的设置根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。(4)为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。2.1.2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器设备；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耗。2.2主接线的设计步骤电气主接线的具体设计步骤如下：2.2.1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。2.2.2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。2.2.3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。2.2.4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。 2.2.5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。2.3本变电站电气主接线设计2.3.1技术比选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线路远期有4回，可选择单母线接线或单母线分段接线两种方案。本次设计110KV均采用单母分段设计。本变电站为地区性变电站，电网特点是电源主要集中在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，采用单母分段设计能够满足本变电站110kV侧对供电可靠性的要求。35kV电压侧接线本变电站35kV线路有5回，可选择单母线分段接线或单母线分段带旁路母线接线两种方案，根据本地区电网特点，本变电站电源主要集中在35kV侧，不允许停电检修断路器，需设置旁路设施，双母线接线供电可靠、调度灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，配电装置复杂，投资大。单母分段带旁路简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，旁路断路器可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要回路特别是电源回路不停电。采用单母分段带旁路接线方式具有良好的经济性，供电可靠性也能满足要求，故35kV侧接线采用单母分段带旁路接线方式。10kV电压侧接线《35～110kV变电所设计规范》规定，当变电所装有两台主变压器时，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。本变电站10kV侧线路为9回，可采用双母线接线带旁路或手车式高压开关柜单母线分段接线两种方案，双母线接线带旁路一般用于出线较多，输送和穿越功率较大，供电可靠性和灵活性要求较高的场合，设备多，投资和占地面积大，配电装置复杂，易误操作。手车式高压开关柜单母线分段接线 简单清晰，调度灵活，不会造成全站停电，能保证对重要用户的供电，设备少，投资和占地小。手车式断路器的出现和运行成功，断路器检修问题可不用复杂的旁路设施来解决，而用备用的手车断路器来替代需要检修的工作的手车断路器。采用手车式高压开关柜，可不设置旁路设施。2.3.2经济效益比选经济比较包括计算综合投资、计算年运行费用和方案综合比较三方面内容。计算时，只计算各方案中不同的部分即可。Ø综合投资=变压器综合投资+配电装置综合投资变压器综合投资：ZT=Z0（1+a/100）a值与变压器容量和电压有关参见表2-1变压器附加费用百分数a表2-1电压（KV）35110220330500a（%）50~10040~9025~70配电装置综合投资：ZD=∑（nKD）n-某一类别配电装置的间隔数KD-该类别配电装置一个间隔的综合投资，包括其中的设备价格和建筑那状费用，可从手册中查得Ø年运行费用：U=U1+U2+∑aΔA设备折旧费：U1=U1T+U1D其中变压器：U1T=5.8%ZT其中配电装置：U1D=(6~10)%ZD设备维修费U2：U2=(2.2~4.2)%Z 全年电能损耗费为aΔA。其中a为电能价格，ΔA为变压器电能损耗。综上所述,最终确定变电站主接线方案三，如图所示。三、设备选择3.1主变压器的选择在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。《35～110kV变电所设计规范》规定，主变压器的台数和容量，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确定。在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构.由负荷计算（设计计算书第2章）可知，本变电站远景负荷为PM=46.425MVA，装设两台主变压器，每台变压器额定容量按下式选择Sn=0.6PM=0.6×46.425=27.855MVA故可选择两台型号为SFSZ7—31500/110的变压器。31.5/46.425×100%=67.85%当一台主变停运时，即使不考虑变压器的事故过负荷能力，也能保证对67.85%的负荷供电。主变压器参数如表3.1所示。主变压器技术参数表3.1型号额定容量（KVA）额定电压(kV)空载电流（%）空载损耗（KW）负载损耗（KW）阻抗电压（KV）连接组标号高压中压低压高-中高-低中-低SFSZ7—31500/11031500110±8χ1.25%38.5±1χ2.5%111.550.310.5186.5YN，Yn0,d113.2站用变压器的选择《35～110kV 变电所设计规范》规定，在有两台及以上主变压器的变电站中，宜装设两台容量相同可互为备用的站用变压器，分别接到母线的不同分段上。变电站的站用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电站的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电站的站用电压只需0.4kV一级，采用动力与照明混合供电方式。380V站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。本变电站计算站用容量为77.08kVA（设计计算书第2章），选用两台型号为S9—50/10的变压器，互为暗备用。10kV级S9系列低损耗全密封波纹油箱配电变压器，是全国统一设计的新产品，是我国国内技术经济指标比较先进的铜线系列配电变压器。站用变压器参数如表3.2所示。站用变压器技术参数表3.2型号额定容量（KVA）额定电压(kV)空载电流空载损耗负载损耗短路阻抗连接组标号高压低压S9-M-50501010.50.42.00.170.874YN，Yn0四、短路电流计算4.1短路电流计算的目的在发电厂和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。短路电流计算的目的主要有以下几方面：(1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。(2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。(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，也需用短路电流。4.2短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定：4.2.1计算的基本情况(1)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行； (2)同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁)；(3)短路发生在短路电流为最大值的瞬间；(4)所有电源的电动势相位角相同；(5)正常工作时，三相系统对称运行；(6)应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。4.2.2接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。4.2.3计算容量应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5～10年）。4.2.4短路种类一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。4.2.5短路计算点在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对于带电抗器的6～10kV出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时，短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取在电抗器后。4.3短路电流计算的步骤在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用计算曲线法。其具体计算步骤如下：(1)绘制等值网络。①选取基准功率SB和基准电压VB=Vav；②发电机电抗用x""d，略去网络各元件的电阻、输电线路的电容和变压器的励磁支路；③无限大功率电源的内电抗等于零；④略去负荷。(2)进行网络变换。按网络变换的原则，将网络中的电源合并成若干组，系统中所有元件只计入电抗，电力网的等值电路均以单相图表示。各元件按接线顺序连接。。 (3)网络中无限大功率电源供给的短路电流周期是不衰减的。(4)计算短路电流周期分量的有名值。(5)计算短路容量和短路电流冲击值。(6)绘制短路电流计算结果表。4.4短路电流计算结果本变电站短路电流计算结果如下（计算过程见设计计算书第3章）：短路点编号短路类型电源名称电源计算电抗Xjs0s短路电流周期分量2s短路电流有名值I2(kA)4s短路电流有名值I4(kA)短路电流冲击值ish(kA)短路全电流最大有效值Ish(kA)短路容量S""(MVA)标幺值I″有名值I""(kA)1#三相短路王庄0.38915.94315.94315.943电厂2.8991.2041.13521.1352小计17.1517.0817.0843.6417.15296.992#三相短路王庄0.4316.6916.6916.69电厂3.0351.171.141.14小计17.8617.8317.8345.4717.861082.953#三相短路王庄0.42552.342.342.34电厂小计2.342.342.345.962.34445.86五、高压电气设备选择5.1设备选择的一般条件电器选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。 尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。5.1.1按正常工作条件选择电器（1）额定电压和最高工作电压在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即UNs≥UN。（2）额定电流电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度θ0下，电器的长期允许电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即IN≥Imax（3）按当地环境条件校核在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤其是小环境）条件当气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件是，应采取措施。5.1.2按短路情况校验（1）短路热稳定校验短路电流通过电器时，电器各部件温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为It2t≥θk式中θk——短路电流产生的热效应；It、t——电器允许通过的热稳定电流和时间。（2）电动力稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为Ies≥ISH或ies≥ish式中ies、Ies——短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ies——电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：①熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。②采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。③装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。(3)短路电流计算的条件为使电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：①容量和接线按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建成后5～10年）；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。②短路种类一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。③计算短路点选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。(4)短路计算时间校验电器的热稳定和开断能力时，还必须合理的确定短路计算时间。验算热稳定的计算时间tk为继电保护动作时间trp和相应断路器的全开断时间tab之和，即tk=trp+tab而tab=tim+ta式中:tab——断路器全开断时间；trp——后备保护动作时间；tim——断路器固有分闸时间；ta——断路器开断时电弧持续时间。开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，故电器的开断计算时间tbr应为主保护时间tpr1和断路器固有分闸时间之和，即tbr=tpr1+tim5.2高压断路器的选择 高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。本变电站高压断路器选择如下（选择和校验计算见计算书第4章）：(1)110kV线路侧及变压器侧：选择LW-126W型SF6户外断路器。计算量断路器LW-126WUNS110KVUN110KVIMAX319.82AIN3150I2.34KANbr40KAIsh5.96KAINC1100KAQk5.48KAI2·t6400KAish43.64KAIes100KA(2)35kV线路侧及变压器侧：选择ZLW8-35W型户外SF6断路器。计算量ZLW8-35W型SF6断路器UNS35KAUN35KAIMAX130AIN1600AI17.86KANbr25KAIsh45.47KAINC163KAQk318KAI2·t2500KAish45.47KAIes63KA(3)10kV线路侧：选择ZN-12型断路器。计算量ZN-12型断路器 UNS10UN12IMAX270AIN1250AI17.147KANbr31.5KAIsh43.64KAINC180KAQk291KAI2·t3969KAish43.64KAIes80KA(4)10kV变压器侧：选择ZN12-10型断路器。。计算量ZN-12型断路器UNS1909.586AUN2500AIMAX17.147KANbr31.5KAI43.64KAINC180KAIsh291KAI2·t3969KAQk43.64KAIes80KAish17.147KANbr31.5KA5.3隔离开关的选择隔离开关也是变电站中常用的电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。5.3.1隔离开关的主要用途(1)隔离电压在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。(2)倒闸操作投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。(3)分、合小电流因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：①分、合避雷器、电压互感器和空载母线；②分、合励磁电流不超过2A的空载变压器；③关合电容电流不超过5A的空载线路。5.3.2本变电站隔离开关的选择 (1)110kV：选择GW4-110IIDW计算量GW4-110IIDWUNS110KVUN110KVIMAX319.82AIN1250AINbrIshINC1Qk5.48KAI2·t1849KAishIes(2)35kV：选择GW4-35计算量GW4-35UNS35KVUN35KVIMAX130AIN1250AINbrIshINC1Qk318KAI2·t2500KAishIes5.4电流互感器的选择互感器（包括电流互感器TA和电压互感器TV）是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。互感器的作用是：将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压(100V)和小电流(5A或1A)，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构小巧、价格便宜和便于屏内安装。使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。本变电站电流互感器选择：110kV线路侧及变压器侧选用OET711型电流互感器，校验合格。35kV线路侧选用LRD-3510P电流互感器，校验合格。10kV线路侧及变压器侧选用LZZBJ9-10电流互感器，校验合格。 配置位置参见主接线图。5.5电压互感器的选择110kV出线选用TYD110/3型成套电容式电压互感器，校验合格。35kV母线选用JDZXW-35型单相环氧浇注绝缘电压互感器，校验合格。10kV母线选用JDZX11-10型单相环氧浇注绝缘电压互感器，校验合格。六、配电装置设计配电装置是变电站的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关设备、保护和测量电路、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。配电装置应满足以下基本要求：(1)配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策。(2)保证运行可靠。按照系统和自然条件，合理选用设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。(3)便于检修、巡视和操作。(4)在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。(5)安装和扩建方便。配电装置设计的基本步骤：(1)根据配电装置的电压等级、电器的型式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式；(2)拟定配电装置的配置图；(3)按照所选设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照《配电装置设计技术规程》的有关规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册，设计绘制配电装置的平、断面图。普通中型配电装置，我国有丰富的经验，施工、检修和运行都比较方便，抗震能力好，造价比较低，缺点是占地面积较大；半高型配电装置占地面积为普通中型的47%，而总投资为普通中型的98.2%，同时，该型布置在运行检修方面除设备上方有带电母线外，其余布置情形与中型布置相似，能适应运行检修人员的习惯与需要。高型一般适用于220kV及以上电压等级。本变电站有三个电压等级，110kV主接线不带旁路母线，配电装置采用屋外中型单列布置；35kV主接线带旁路母线，配电装置采用屋外半高型布置；10kV配电装置采用屋内成套高压开关柜布置。 七、防雷保护设计7.1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。(4)为了充分发挥防雷设备的保护作用，变电站应有良好的接地系统。7.2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。本站东西向长80.5m，南北向宽64m，占地面积4864m2，110kV配电装置构架高12.5m，35kV终端杆高13.5m。屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。7.3侵入波过电压防护已在输电线上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电站的母线上，并对与母线有联接的电气设备构成威胁。在母线上装设避雷器是限制雷电侵入波过电压的主要措施。7.4进线段保护所谓进线段保护是指临近变电站1～2km一段线路上的加强型防雷保护措施。当线路无避雷线时，这段线路必须架设避雷线；当沿线路全长架设避雷线时，则这段线路应有更高的耐雷水平，以减少进线段内绕击和反击的概率。7.5三绕组变压器和变压器中性点的防雷保护三绕组变压器只要在低压任一相绕组直接出口处装一个避雷器即可。110kV中性点有效接地系统，若变压器不是采用全绝缘，则应在中性点加装一台避雷器。 第三部分设计计算书一、电气主接线设计1.1根据设计任务书，拟建变电站110KV侧4回路，35KV侧5回路，10KV侧11回路。各回路电力负荷分级如下：35KV侧负荷序号用户名称负荷性质最大负荷（MW）1701厂Ⅰ5.242铝厂Ⅰ5.163南郊变Ⅱ4.424备用（新用户）Ⅲ6.0010KV侧负荷序号用户名称负荷性质最大负荷（MW）1机械厂Ⅱ1.892自行车厂Ⅲ1.203冷冻厂Ⅲ1.244电台Ⅰ0.495绢纺厂Ⅰ3.566木材厂Ⅱ1.077803厂Ⅰ1.288建材厂Ⅱ1.519备用（新用户）Ⅱ4.00l其中电台要求双回路供电1.2本工程为适应电力系统的发展，承担市区内大部分重要负荷的供电及为部分系统的交换功率，为市区中间变电站，占有重要地位，前期90%设备投入运行。1.3变电站地理情况及气象负荷条件良好，设备安装可采用户外形式。1.4主接线方案的确定1.4.1方案一110KV侧线路为四回，其中两回备用，采用分段单母线的接线形式。35KV侧出线回路为五回，其中1回备用，主要负荷都为I、II类重要负荷，此类负荷一般有双电源供电，故采用分段单母线接线形式。10KV侧 出线回路为13回，其中9回负荷回路、1回备用、2回连接所用变，由于回路数较多，如停电，停电面积较大，财产损失较严重，故采用双母线带旁路接线方式较合理。详细见图纸《电气主接线方案一》1.4.2方案二110KV侧线路为四回，其中两回备用，采用分段单母线的接线形式（同方案一）。35KV侧出线回路为五回，其中1回备用，主要负荷都为I、II类重要负荷，此类负荷一般有双电源供电，故采用分段单母线接线形式（同方案一）10KV侧出线回路为13回，其中9回负荷回路、1回备用、2回连接所用变，现代设备运行性能较为完善，在故障情况下，设备只要进行短期维护，可依靠单母分段带旁路母线保持负荷正常运行。详细见图纸《电气主接线方案二》1.4.3方案三110KV侧线路为四回，其中两回备用，采用分段单母线的接线形式（同方案一）。35KV侧出线回路为五回，主要负荷都为I、II类重要负荷，为保证供电可靠性，采用带旁路母线接线形式。10KV侧出线回路为11回，其中8回负荷回路、1回备用、2回连接所用变，接线简单清晰调度灵活，不会造成全站停电，能保证对重要用户的供电，设备少，投资和占地小。手车式断路器的出现和运行成功，断路器检修问题可不用复杂的旁路设施来解决，而用备用的手车断路器来替代需要检修的工作的手车断路器。采用手车式高压开关柜，可不设置旁路设施。详细见图纸《电气主接线》。1.4.4经济比较经济比较包括计算综合投资、计算年运行费用和方案综合比较三方面内容。计算时，只计算各方案中不同的部分即可。1.4.4.1计算综合投资参照110KV变电工程限额设计综合控制指标，可知方案一投资372元/KVA,方案二276元/KVA,方案三283/KVA.1.4.4.2计算年运行费用U根据比选可知:U1Igmax=319.82A，合格；额定开断电流：INr=40KA>I"=2.34kA，合格；短路关合电流：：INCL=100KA>Ish"=5.96kA，合格；动稳定校验：It"×t=40×40×4=6400（KA）QK=QP=（I2"+10I22+I42）/12=2.342+10×2.342+2.342=5.48（KA）It"×t>QK，合格热稳定校验：ies=100>ish=43.64kA，合格(2)35kV线路侧及断路器侧选用LW8-35W型户外SF6断路器。额定电压：UN=35kV=UNS=35kV，合格；额定电流：IN=1600A>Igmax=130A，合格；额定开断电流：INr=25KA>I"=17.86kA，合格； 短路关合电流：：INCL=63KA>Ish"=45.47kA，合格；动稳定校验：It"×t=25×25×4=2500（KA）QK=QP=（I2"+10I22+I42）/12=(17.862+10×17.832+17.832)/12=318（KA）It"×t>QK，合格热稳定校验：ies=63>ish=45.47kA，合格(3)10kV线路侧及断路器侧选用ZN-12型断路器。额定电压：UN=12kV=UNS=10V，合格；额定电流：IN=1250A>Igmax=270A，合格；额定开断电流：INr=31.5KA>I"=17.147kA，合格；短路关合电流：：INCL=80KA>Ish"=43.64kA，合格；动稳定校验：It"×t=31.5×31.5×4=3969（KA）QK=QP=（I2"+10I22+I42）/12=(17.1472+10×17.0782+17.0782)/12=291（KA）It"×t>QK，合格热稳定校验：ies=80>ish=43.64kA，合格(4)10kV线路侧及断路器侧选用ZN12-10型断路器。额定电压：UN=12kV=UNS=10V，合格；额定电流：IN=2500A>Igmax=1909.586A，合格；额定开断电流：INr=31.5KA>I"=17.147kA，合格；短路关合电流：：INCL=80KA>Ish"=43.64kA，合格；动稳定校验：It"×t=31.5×31.5×4=3969（KA）QK=QP=（I2"+10I22+I42）/12=(17.1472+10×17.0782+17.0782)/12=291（KA）It"×t>QK，合格热稳定校验：ies=80>ish=43.64kA，合格5.2隔离开关选择及校验(1)110kV隔离开关选用GW4-110IIDW型隔离开关。额定电压：UN=110kV=UNS=110V，合格；额定电流：IN=1250A>Igmax=319.82A，合格 动稳定校验：动稳定校验：It"×t=21.5×21.5×4=1849（KA）QK=QP=（I2"+10I22+I42）/12=2.342+10×2.342+2.342=5.48（KA）It"×t>QK，合格(2)35kV隔离开关选用GW4-35型隔离开关。额定电压：UN=35kV=UNS=35V，合格；额定电流：IN=1250A>Igmax=130A，合格；动稳定校验：It"×t=25×25×4=2500（KA）QK=QP=（I2"+10I22+I42）/12=(17.862+10×17.832+17.832)/12=318（KA）It"×t>QK，合格5.3电流互感器的选择及校验(1)110kV电流互感器：选用OET711型电流互感器。一次回路额定电压和电流:UN1=110KV=UNS=110KV,合格IN1=2×300A>Igmax=319.82A,合格热稳定效验::QK=QP=（I2"+10I22+I42）/12=2.342+10×2.342+2.342=5.48（KA）(KtINt)2=(75×0.3)2=506.25(KA)2(KtINt)2>QK,合格内部动稳定校验:1.414×0.3×130=55.15KA>5.96KA,合格(2)35kV电流互感器：选用LRD-3510P型电流互感器。一次回路额定电压和电流:UN1=35KV=UNS=35KV,合格IN1=300A>Igmax=130A,合格热稳定效验::QK=QP=（I2"+10I22+I42）/12=(17.862+10×17.832+17.832)/12=318（KA）(KtINt)2=(65×0.3)2=380.25(KA)2 (KtINt)2>QK,合格内部动稳定校验:1.414×0.3×100=42.42KA>5.96KA,合格(3)10kV电流互感器：选用LZZBJ9-10型电流互感器。一次回路额定电压和电流:UN1=10KV=UNS=10KV,合格IN1=2000A>Igmax=303A,合格热稳定效验::QK=QP=（I2"+10I22+I42）/12=(17.1472+10×17.0782+17.0782)/12=291（KA）(KtINt)2=(50×0.3)2=10000(KA)2(KtINt)2>QK,合格内部动稳定校验:1.414×2×90=254.52KA>4.054KA,合格5.4电压互感器的选择及校验《3～110kV高压配电装置设计规范》规定，用熔断器保护的电压互感器可不验算动稳定和热稳定。(1)110kV电压互感器：出线电压互感器选用TYD-110成套电容式电压互感器，一次回路电压：0.8UN1=88KV