某镇35kV变电站毕业设计

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3电气主接线的设计

2.1主接线的基本要求

1）安全性必需保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全。

2）可靠性主接线的可靠性要求由自由用电负荷的等级确定。要保证主接线的可靠性的可靠性可以采用多种措施。如系统中某一元件故障时，可以由保护装置自动把故障元件迅速切除，使之不影响系统其他部分的继续运行。因此，在主接线中就要考虑是否便利电气元件的投切操作。

3）灵活性应能适应各种可能的运行方式的要求。主接线的电路关系是可以改变的，在系统运行中，这种主接线电路关系的改变叫做运行方式的改变。运行方式的改变寻常是通过对主接线中某些电气元件的投入和切除来实现的，因此，主接线应考虑是否便利电气元件的投切操作。从而适应各个时段能源供电能力与负荷变化的要求，适应元件检修的要求，要求各个不正常运行方式下系统仍能达到足够的供电质量。4）经济性应满足最少的投资与年运行费用的要求，使得总经济效益为最正确。如简化接线、减少电压层次等。

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，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能。

变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。

2.235kV变电所的主接线

35kV电压级线路回路数2回，采用单母、单母分段或桥形接线，以保证其供电的可靠性和灵活性。桥式结线根据跨接桥横联位置的不同，可分为内桥、外桥、全桥三种。所以一共有5种方案，但由于全桥接线需设备多，投资大，占地面积大，所以不考虑。方案1采用单母线接线如图3-1

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35kV10kV

图3-1单母接线

优点：接线简单明了、设备少、操作便利、占地少、便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修时，均需要整个配电装置停电。

适用范围：单母线接线只适用于容量小、线路少和对二、三级负荷供电的变电所。

方案2采用单母线分段接线如图3-2

35kV10kV图3-2单母分段接线

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优点：接线简单明了、设备较少、操作便利、占地少和便于扩建采用成套配电装置。当一段母线发生故障，可保证正常母线不休止供电，不致使重要负荷停电。

缺点：当一段母线或母线隔离开关发生永久性故障或检修时，则连接在该段母线上的回路在检修期间停电。

适用范围：具有两回电源线路，一、二回路转送线路和两台变压器的变压器的变电所。

方案3采用内桥接线如图3-3

35kV10kV

图3-3内桥接线

优点：高压断路器数量少，占地少，四个回路只需3个高压断路器。缺点：

1变压器的切除和投入较繁杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运。

2桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。

3线路断路器检修时，需较长时间中断线路的供电。为避免此缺点，可在线路断路器的外侧增设带两组隔离开关的跨条。桥连断路器检修时，也可利用此跨条。

适用范围：适用于较小容量的发电厂，对一、二级负荷供电，并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的变电所。方案4采用外桥接线如图3-4

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35kV10kV

图3-4外桥接线

优点：高压断路器数量少，占地少，四个回路只需3个高压断路器。缺点：

1变压器的切除和投入较繁杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。

2桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。

3线路断路器检修时，变压器需较长时间停运。为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条。桥连断路器检修时，也可利用此跨条。

适用范围：适用于较小容量的发电厂，对一、二级负荷供电，并且变压器经常切换或线路较短，故障率较少的变电所。

这4种接线方式都能适应运行方式的变化，也能保证供电可靠，所以现在要考虑经济性，能明显看出，内桥接线只用了3台断路器，比具有4条回路的单母线接线节省了1台断路器，并且没有母线，投资省，所用设备少，运行操作便利，配电装置简单，保护配置也相对简单，所以选用内桥接线。

2.310kV电气主接线

6～10kV配电装置出线回路数为6回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。方案1采用单母线分段接线如图3-5

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10kV

图3-5单母分段接线

方案2采用双母线接线如图3-6

图3-6双母接线

主接线方案比较如下表

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表3-1主接线方案比较Table3-1mainwiringComparison方案1方案2单母分段接线双母接线

技术1不会造成全所停电1供电可靠

2调度灵活2调度灵活3保证对重要用户的供电3扩建便利4任一断路器检修，4便于试验该回路必需中止工作5易误操作

经济占地少、设备少设备多、配电装置繁杂投资和占地面

少

经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。所以选用方案Ⅰ。

2.4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和单母线接线两种方案。

表3-2主接线方案比较Table3-2mainwiringComparison

方案1方案2单母分段接线单母接线

技术1不会造成全所停电1简单明了、操作便利、易于发展

2调度灵活2可靠性差、灵活性差3保证对重要用户的供电4任一断路器检修，该回路必需中止工作

5扩展时需向两个地方均衡发展

经济占地少、设备少设备少、投资小

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经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案Ⅰ。

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4短路电流的计算

4.1各回路最大持续工作电流

根据公式Smax?3UeIgmax

式中Smax所统计各电压侧负荷容量

Ue各电压等级额定电压

Igmax最大持续工作电流Smax?3UeIgmax

Igmax=Smax/3Ue

则：10kVIgmax=7.72MVA/3×10kV=445A

35kVIgmax=10MVA/3×35kV=165A

4.2短路电流计算的目的及一般规定4.2.1短路的原因

产生短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏所致。绝缘损坏是由于绝缘老化、过电压、机械损伤等造成。其他如操作人员带负荷拉闸或则检修后未拆除接地线就送电等误操作；鸟兽在袒露的载流部分上跨越以及风雪等自然现象也能引起短路。

4.2.2短路的种类

在三相供电中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等。第一种短路称为对称短路，后三种通称为不对称短路。一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都可以归纳为对称短路的计算。

就上述几种短路故障而言，出现单相短路故障的几率最大，三相短路故障的几率的最小。但在配电系统中，三相短路的后果最严重，因此以此验算电器设备的能力。

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4.2.3研究短路的目的

为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，在变电所和供电系统的设计和运行中，必需用短路电流计算，以解决以下技术问题：

1）选择电气设备和载流导体，必需用短路电流校验其热稳定性和机械强度。

2）选择和整定继电保护装置，使之能正确得切除短路故障。3）确定限流措施，当短路电流过大在造成设备选择困难或不够经济时，可采取限制短路电流的措施。4）确定合理的主接线方案和主要运行方式。

4.2.4进行短路计算的基本假设

供电系统短路的物理过程是很繁杂的，影响因数好多，为了简化分析和计算，

采取一些合理的假设以满足工程计算的要求。寻常采取以下基本假设1）忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统中的个元件参数为恒定。2）忽略各元件的电阻。高压电网的各种电气元件，其电阻一般都比电抗小得多。在计算短路电流时，即便R=1/3X，忽略电阻所求得的短路电流仅增大5%，这在工程上是允许的。但电缆线路或小截面架空线路当R>1/3X时，电阻不能忽略。此外，在计算暂态过程的时间常数时，电阻不能忽略。

3）忽略短路点的过度电阻。过度电阻是指相与相之间短接所经过的电阻，如被外来物体短接时，外来物体的电阻、接地短路的接地电阻，电弧短路点电弧电阻等，一般状况下，都以金属性短路对待，只是在某些地方继电保护的计算中才考虑过渡电阻。

4）除不对称故障处出现局部不对称外，实际的电力系统寻常都可以当做三相对称的。

对于以上各点假设，必需注意他们的适用条件，要具体问题具体分析。

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4.3短路电流计算4.3.1短路计算的步骤

1）设定基准容量Sd和基准电压Ud，计算短路点基准电流Id2）计算短路回路中各主要元件的电抗标幺值

3）绘制短路回路的等效电路，按阻抗串并联求等效阻抗的方法，化简电路，计算短路回路的总电抗标幺值

4.3.2基准值的选取与计算

根据原始设计资料，取：基准容量：Sd=100MVA；

35kV母线基准电压：Ud35=35kV；则I35=

Sd3Ud35Sd3Ud10=

100353100103=1.65kA；

10kV母线基准电压：Ud10=10kV；则Id10=

==5.77kA；

最大运行方式下系统标么电抗：X*s.min=0.18；最小运行方式下系统标么电抗：X*s.max=0.26。

4.3.3各元件相对电抗的计算

1）35kV架空进线线路相对电抗

两回进线的距离均为4km，取架空线路的x0=0.4?/km，l=4km，则：

2*2l35=/=0.4×4×100/=0.13SxX35Ud0d35?l12）变压器相对电抗

变压器的主要参数为：ST1=10000kVA，Uk%=7.5，

**则：XT1=XT2=

Uk%Sd7.5?100==0.75

100ST1100?103)10kV架空线路

取一出线，距离为4km，x0=0.4?/km，则：

2*2X10=x0lSd/Ud10=0.4×4×100/10=1.6

3）计算阻抗图如图3-1

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0.1335kVK10.750.7510kVK21.6K3图4-1阻抗图

4.3.4短路电流的计算

1）k1点短路

（1）最大运行方式系统总相对电抗

?????1?min????min??l1?0.13?0.18?0.31

短路电流相对值

??Ik?1?1?1?min=1/0.31=3.22

实际短路参数

?Ik(3)1?Ik1Ij1?3.22?1.65?5.31kA(3)ish1?2.55IK1?2.55?5.31?13.54kA

（2）最小运行方式系统总相对电抗

?????1?max????max??l1=0.26+0.13=0.39

短路电流相对值

??Ik?1?1?1?max?1/0.39=2.56

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实际短路参数

?Ik(3)1?IkIj2?2.56?1.56?3.99kA(3)Ik(2)1?0.86Ik1?0.86?3.99?3.43kA

2）k2点短路

（1）最大运行方式系统总相对电抗

??????2?min????min??l1??b1?0.13?0.18?0.75/2?0.685

短路电流相对值

??Ik2?1??2?min?1.46

实际短路参数

?Ik(3)2?Ik2Ij2?1.46?5.77?8.42kA(3)ish2?2.55IK2?2.55?8.42?21.47kA

（2）最小运行方式系统总相对电抗

??????2?max????max??l1??b1=0.26+0.13+0.75/2=0.815

短路电流相对值

??Ik2?min?1??2?max?1.22kA

?Ik(3)2?IkIj2?1.22?5.77?7.03kA

实际短路参数

(3)Ik(2)?0.86I2k2?0.86?7.03?6.05kA

3）k3点短路

（1）最大运行方式系统总相对电抗

????????????3?min??minl1b1+X10?0.13?0.18?0.75/2?1.6?2.285

短路电流相对值

??Ik3?1??3?min?0.43

实际短路参数

?Ik(3)3?Ik3Ij3?0.43?5.77?2.52kA

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(3)ish3?2.55IK3?2.55?2.52?6.43kA

（2）最小运行方式系统总相对电抗

??????2?max????max??l1??b1?X10=0.26+0.13+0.75/2+1.6=2.415

短路电流相对值

??Ik3?min?1??3?max?0.41kA

?Ik(3)3?Ik3Ij3?0.41?5.77?2.38kA

实际短路参数

(2)(3)Ik3?0.86Ik3?0.86?2.38?2.05kA

短路电流计算结果如下表表4-1短路电流计算结果

Table4-1short-circuitcurrentcalculationresults

短路点短路点最大运行短路点平稳态短路短路电流位置编号方式均工作电电流有效冲击值压U（Kv）值I（kA）i（kA）35kVK1最大375.3113.54母线最小373.99

10KvK2最大10.58.4221.47母线最小10.56.05

10kVK3最大10.52.526.43架空线最小10.52.05

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5电气设备的选择

5.1电气设备选择的一般原则

电器的选择是根据环境条件和供电要求确定其型式和参数，保证电器正常运行时安全可靠，故障时不致损坏，并在技术合理的状况下注意俭约。还应根据产品生产状况与供应能力统筹兼备，条件允许时优先使用先进设备。

5.1.1电气设备选择的一般原则

1）应满足正常运行检修短路和过电压状况下的要求并考虑远景发展。2）应满足安装地点和当地环境条件校核。3）应力求技术先进和经济合理。4）同类设备应尽量减少品种。5）与整个工程的建设标准协调一致。

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别状况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。

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、过电流的状况下保持正常运行。1）电压

选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于装设处电网的额定电压U，即Umax>U2）电流

选用的电器额定电流IN不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即IN>Ig

5.1.3校验的一般原则

1）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，校验的短路电流一般取最严重状况的短路电流。2）用熔断器保护的电器可不校验热稳定。

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3）短路的热稳定条件

2Irt?QdQd?Q?td12?I\?10Itd/2?Itd

2

22?Qd—在计算时间ts内，短路电流的热效应（kAS）It—t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kAS）T—设备允许通过的热稳定电流时间（s）校验短路热稳定所用的计算时间Ts按下式计算

2

t?td?tdt式中td—继电保护装置动作时间内（S）

tdt—断路的全分闸时间（s）

4）动稳定校验

电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是：

ich?idwIch?Idw

上式中ich，Ich——短路冲击电流幅值及其有效值

idw，Idw——允许通过动稳定电流的幅值和有效值5）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。

由于变压器短时过载能力很大，双回路出线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持续工作电流的要求。

5.2高压断路器

高压断路器除在正常状况下通、断电路外，主要是在电力系统发生故障时，自动而快速地将故障切除，以保证电力系统及设备的安全运行。常

用的高压断路器有油断路器、SF6断路器和真空断路器等。1）型式选择：

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本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号断路器，以便减少备用件的种类，便利设备的运行和检修。2）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，也应当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、安装维护便利。

考虑到可靠性和经济性，便利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，且造价高，所以选用真空断路器。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，灭弧室小巧确切，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侧采用真空断路器。又根据最大持续工作电流及短路电流得知如下表

表5-1断路器的技术参数Table5-1parameterbreakertechnology

电压型号额定额定IrIrt动稳定等级电压电流电流35kVZN12-3535kV1600A2525?425kA10kVZN5-1010Kv630A20kA

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按正常状况进行校验1）35kV断路器

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（1）对于电压状况

Ualm=40.5kV?Usm=35kV

符合条件。（2）对于电流状况

35kV侧的长时间持续电流为

Ica35?Sca10则

?3U?=156A

NIN=1600A?Imax=156A

符合条件。

（2）热稳定电流的校验：

最大稳定的短路电流的作用时间tk=3.06s。并由热稳定电流的校验公式及断路器的技术参数得到

Irw=Ik符合条件。

tk=4.58×0.875=4.65kA河南理工大学毕业设计（论文）说明书

3）保护并联电容器的高压熔断器，熔体的额定电流可按下式选择Irr?KIrc

式中Irr—熔体的额定电流

K—系数，当不考虑电动机自起动时，可取1.1到1.3，当考虑电动

机自起动时，可取1.5到2.0

Irc—电力电容器的回路的额定电流

4）后备熔断器除校验额定最大开断电流外，还应满足最小短路电流大于额定最小开断电流的要求。

5）选择跌落式熔断器时，其断流容量应分别按上、下限值校验。根据最大持续工作电流得知如下表表5-3熔断器的技术参数

Table5-3thetechnicalparametersoffuse

电压型号额定额定额定开断等级电压电流电流35kVRW5-35/20035kV100A5kA

10kVRN3-10/5010kV15kA6.3kA

5.6电流互感器

电流互感器一次匝数很少，串联于主回路中。二次组与负载的电流线圈串联，阻抗很小，接近于短路状态工作。所以互感器等值总阻抗在依次回路中所占比重微小，其一次电流大小决定于负荷电流，而与互感器二次负荷无关。

电流互感器的类型好多，按一次线圈匝数分为单匝和多匝；按一次线圈绝缘分为干式、浇注式和油浸式；按安装方式分穿墙式、支持式和套管式；按安装地点分户内和户外等型式，但电流均为单相式，以便于使用。1参数选择1）技术条件

（1）正常工作条件——一次回路电流，一次回路电压，二次回路电

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流，二次回路电压，二次侧负荷，确凿度等级，

（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2）环境条件

环境温度，最大风速，相对湿度。

2型式选择

35kV以下的屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品状况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。

35kV以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，如回路中有变压器套管,穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以俭约投资，减少占地。

根据《设计手册》35KV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器常用L(C)系列。

出线侧CT采用户外式，用于表计测量和保护装置的需要确凿度。当电流互感器用于测量、时，其一次额定电流尽量选择得比回路中正常工作电流的1/3左右以保证测量仪表的最正确工作、并在过负荷时使仪表有适当的指标。

根据Igmax>UgmaxIj〉Igmax

35KV侧CT可根据安装地点和最大长期工作电流选LCZ--35

10KV侧CT可根据安装地点和最大长期工作电流选LMC-10

5.7电压互感器

电压互感器一次线圈是并联在高压线路，二次线圈与仪表和继电器电压线圈相并联，其工作原理和变压器相像。

一次线圈并联在电路中，其匝数好多，阻抗很答案，因而它的接入对被测电路没有影响，二次线圈匝数很少，阻抗很小。二次恻并接的仪表和继电器的电压线圈具有很大阻抗，在正常运行时，电压互感器接近于空载运行。

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1参数选择1）技术条件

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

(2)承受过电压能力——绝缘水平，泄露比距。2）环境条件

环境温度，最大风速，相对湿度，海拔高度，地震烈度。2电压互感器的选择

6～20kV配电装置一般采用油浸绝缘结构，在高压开关柜中或在布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压是，一般采用三相五柱电压互感器。

所以在10KV母线选电压互感器的型号如下表表5-5JDZJ-10的技术参数

Table5-5JDZJ-10technicalparameters

型号一次绕组二次绕组剩余电压接线方式

绕组JDZJ-1010000/3100/3100/3Y/Yo/?

5.810kV侧电器设备的选择

1高压开关柜的选择

对于35kV变电所，其10kV侧寻常都采用室内布置形式，这里也不例外，对10kV侧仍旧采用室内高压开关柜的布置形式。

在这里选用了JYN4—10型手车式高压开关柜（以下简写为JYN4—10），其柜内配置电器元件一次线路方案应与供电系统图上的要求相适应。开关柜中电流互感器的数量应根据继电保护与测量的要求进行选择。在每段母线上还应装设电压互感器与避雷器柜，供10kV绝缘检测、仪表继电保护及电压保护之用。根据低压变压器容量及低压出线回路数选择低压配电盘型号和数量，所选用的高压开关柜只对其断路器进行校验。

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JYN4—10（表5-6）型手车式高压开关柜，它用于