110kv变电所电气部分的设计大学毕设论文

本科生毕业设计（论文）PAGEI摘要本设计为建平变电所电气部分的设计（110kV/10kV）。本次设计的变电所是在当前建平县概况的前提下进行的，设计负荷充分的考虑到建平地区的工业及非工业情况，明确在变电所所有供电负荷中，哪些是一级负荷，哪些是二、三级负荷，并对相应的负荷采取不同的供电措施,以保证供电质量和供电的可靠性。因本次设计的110KV变电所属于高压网络，该地区变电站所涉及方面多，考虑问题也多，在分析变电所担负的任务及用户负荷等情况下，慎重的进行选择所址。充分利用用户数据进行负荷的统计和计算，确定对进行用户无功功率补偿装置，同时进行变电所主变压器的选择，使变电所在能满足当前供电负荷的情况下，同时能满足未来5-10年该地区的供电负荷。考虑安全、可靠、灵活和经济，确定变电所的电气主接线的接线方式。再进行短路电流计算，以便选择设计变电所的高低压电气设备和导线，同时对它们进行校验。本变电站的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷计算（3）主变压器的选择（4）电气主接线的确定（5）高低压配电系统设计（6）继电保护（7）防雷与接地保护等内容。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电站作为电力系统中一个关键的环节也同样在新的技术领域得到了充分的发展。关键词：变电站；负荷；主变压器；电气主接线；高低压电气设备AbstractThisdesignisapartofJianpingelectricalsubstationsexcogitation(110kV/10kV).ThesubstationwasdesignedonthebasisofJianpingelectricalpowersituation,thinkovertheindustryandnon-industrialofJianpingdistricttodesign,accordingtothinkingaboutwhatisthefirstclassload,thesecondclassloadandthethirdclassloadexplicitabouttheloadofthesubstationinJianping.Usingthedifferentmeasuresinlinewiththerelevanttheloadsituationtoensurethequalityofpowersupplyandservicereliabilityofcustomers.Becauseofthisdesignarehigh-voltagenetwork110KVsubstation,substationintheareainmoreinvolved,considertheproblemmore,substationintheanalysistasksanduserloadsuchcircumstances,carefultochoosethesite.Makefulluseofuserdataforstatisticalandcomputingload,determineforreactivepowercompensationdeviceusers,atthesametimethechoiceofmaintransformersubstation,tomeetthecurrentelectricitysubstationinthecaseofload,atthesametimethenext5-10yearstomeettheregion'selectricityload.Considersafety,reliability,flexibilityandeconomy,todeterminetheelectricalsubstationmainconnectionofwiring.Furthershort-circuitcurrentcalculation,inordertochoosethedesignofhighvoltageelectricalsubstationequipmentandwires,checkthematthesametime.Thepreliminarydesignofthesubstationincluding:(1)theoverallschemedetermined(2)loadcalculation(3)thechoiceofmaintransformer(4)DeterminationofMainElectricalWiring(5)Highandlowvoltagepowerdistributionsystemdesign(6)lightningprotectionandgrounding(7)Lightningprotectionandgrounding.Keywords：transformersubstation;load;transformer;mainelectricalconnection;highandlowvoltageelectricalequipment

目录TOC\o"1-3"\f\h\z第1章绪论 11.1概述 11.2课题来源及设计背景 2第2章变电站负荷计算和无功补偿计算 42.1变电站的负荷计算 42.2变电站无功补偿计算 7第3章主变压器台数和容量的选择 93.1变压器选择原则 93.2主变压器台数的选择 9第4章电气主接线的确定 114.1主接线方案比较 114.2电气主接线设计方案 12第5章短路计算 165.1短路电流的概述 165.2计算短路电流的目的 165.3短路电流计算的步骤 18第6章电气设备的选择与校验 236.1电气设备选择和校验的原则 236.2高压断路器的选择 246.2.1110kV电压级断路器 246.2.210kV电压级断路器 256.3隔离开关的选择 276.3.1110kV侧隔离开关的选择 276.3.210kV侧隔离开关的选择 286.4互感器的选择 296.4.1电流互感器的选择 296.4.2电压互感器的选择 316.5母线的选择 326.6各电气设备选择结果表 33第7章主变压器的继电保护设计 347.1继电保护的目的 347.2继电保护设计 34第8章防雷和接地保护设计 408.1变电所防雷设计 408.2变电所接地保护设计 42第9章结论 44参考文献 45致谢 46附录 47PAGE40绪论概述能源是社会生产力的重要基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，在品种及构成上也发生了很大的变化。人类对能源质量也要求越来越高。电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。电能的发、变、输、配和用电，几乎是在同一时刻完成，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展。因此，做好电力规划，加强电网建设，就显得十分重要。特别是建国以来，我国的电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一步提高，电网自动化就显得极为重要；而且近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化已具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此，变电站自动化几十实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时，可靠，安全和经济运行管理的需要，更是电力系统自动化EMS和DMS的基础。变电所是电力系统的重要组成部分，变电所对电力的生产和分配起到了举足轻重的作用，它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任。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。电气主接线是发电厂和变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全（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，是变电所电气部分投资大小的决定性因素。一、待设计变电所地位及作用按照先行的原则，依据远期负荷发展，决定在建平地区兴建一座中型110kV变电所。该变电所建成后，主要对本地区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电。改善提高供电水平。同时和其他地区变电所联成环网，提高了本地供电质量和可靠性。北北图1.1待建变电所总体图上图为待建变电所总体图，图中的出线是此次设计的变电所在建平地区的主要用电户，其中，火车站、县政府、县医院、县公安局和县中心市场总共10回出线，5回备用；县重点高中、县第二高级中学、县实验高中、县中心小学、商业城、国际酒店、兴隆理石加工厂和其他散户均为单回出线。二、变电站的选址对于电网，无论是城网还是农网，一般均将高压变压器建于城郊区，如北京（500kV）、上海（500kV）、西安（330kV）和南京（220kV）等城市，均在城市外围建立了外环网。随后逐级降压深入市区，向用户供电。各级变电站选址的基本原则是：尽量接近该变电站的供电中心，以节省线路投资和供电损耗。交通方便，便于设备运输和检修、值班等。具有进出线路走廊位置，靠近规划的变电站已有高压线路。对周围环境影响小，如远离通信塔、机场、军用仓库、电视台、危险品贮藏地、油库等。征用土地困难小。课题来源及设计背景一、课题来源本次毕业设计的题目是“建平变电所电气部分设计”，它来源于生产实践，与生产实际密切结合。二、课题设计背景本次设计的“建平变电所”位于建平县。辽宁省建平县历史悠久。被历史学家称为“中华文明的新曙光”，被美、英、日、印等国学者称之为“世界性发现”的“红山文化”就诞生在这里。在此出土的女神头像被誉为“东方维纳斯”。境内还存有战国时期的燕长城、金代古塔、辽代古城，使建平县充满了古文化的深邃魅力。建平县地理位置优越。位于中国辽宁西部，东靠锦州、沈阳，西通承德、北京，北邻赤峰，南接山海关，地处辽宁、河北、内蒙古三省（区）交汇处。一、建平地形山脉建平县属辽西山地丘陵区，山区面积占30.4%，丘陵面积占43.3%，平川面积占26.3%，可谓“六山一水三分田”。境内群山起伏，沟壑纵横。努鲁尔虎山脉横贯中部，自东北延伸西南，将全县分成南北两个不同的自然区，中部地势较高，是老哈河与大凌河的分水岭。二、建平气候特点建平县属北温带大陆季风气候区，尽管东南部受海洋暖湿空气影响，但由于北部蒙古高原的干燥冷空气经常侵入，形成了半干旱半湿润易旱地区。全县处于海洋性季风气候向大陆性气候过渡的区域内,属半湿润、半干旱季风型大陆性气候。雨热同季，全年平均气温7.6℃，最高气温37℃，最低气温-36.9℃,年均日照时数2850～2950小时。年降水量平均614.7mm，多集中在6-8月份,无霜期120～155天。春秋两季多风易旱，风力一般2～3级，冬季盛行西北风，风力较强。三、建平的自然资源建平县境内矿产资源丰富，地下矿产资源现已探明和发现55种，其中金属矿产27种，非金属矿产28种，金属矿产主要有铁、金、锰、铌等，非金属矿产主要有玄武岩、珍珠岩、白云石、膨润土、集块岩、石灰石、煤炭等。尤其是膨润土，现已探明的膨润土储量为1.5亿吨，居世界首位，被誉为“中国膨润土之乡”。建平县的农业和畜牧业资源也非常的丰富，名优土特产品品种繁多，开发的潜力巨大。全县有天然和人工草场面积190万亩。随着“退耕还林、还草”项目的落实，畜牧业还将会有更大的发展空间。此次设计的建平变电所就分别向县内有规模较大的兴隆理石加工厂、商业城、国际酒店等商业场所供电。教育方面的3所高级中学，分别是县重点高中、县实验高中和县第二高级中学，它们的供电也是由建平变电所承担。此外，县政府、县医院、县公安局、县中心市场以及火车站等也都在建平变电所的供电范围中。变电站负荷计算和无功补偿计算变电站的负荷计算一、负荷计算的目的变电所进行电力设计的基本原始资料是根据各用电负荷所提供，但往往这些统计是不齐全的，所以在设计时必须考虑5到10年的负荷增长情况并如何根据这些资料正确估计变电所所需要的电力、电量是一个非常重要的问题。负荷计算直接影响着变压器的选择，计算负荷是根据变电所所带负荷的容量确定的，预期不便的最大假想负荷。这个负荷是设计时作为选择变电所电力系统供电线路的导线截面，母线的选择，变压器容量，断路器，隔离开关，互感器额定参数的依据。二、负荷统计因为此次设计的建平变电所是要对建平这一地区的主要用户供电的，所以在进行变电所的设计之前，就要对变电所供电范围内的主要用户及其用电负荷进行统计，从而将用户进行负荷分类，便于在设计电气主接线时考虑是否要对哪些用户给予双回进线或单回进线。建平变电所（110kV/10kV）供电范围负荷统计，如下表2-1和表2-2：表2.1用电负荷统计（单位：千瓦）用电单位负荷统计（kW）负荷类别火车站25001县政府9001县医院7501县公安局8501县中心市场10001县重点高中8002县第二高级中学8002县实验高中8002续县中心小学4002商业城25002国际酒店30002兴隆理石加工厂200002其他散户50003合计39300-表2.2负荷性质分析表负荷等级负荷量（kW）占总负荷百分比（%）1600015.272、33330084.73三、具体的负荷计算通过以前学习的知识，我们知道计算负荷有多种方法，包括需要系数法、AB法、二项式法等。在本次的变电站设计中，采用需要系数法进行负荷计算。根据需要系数法的计算步骤：（1）首先，我们算出各组用电设备的总额定容量。PN1=2500kW;PN2=900kW;PN3=750kW;PN4=850kW;PN5=1000kW;PN6=800kW;P（2）其次，查出各组用电设备相应的需要系数Kd及对应的功率因数cosPC∙1QC∙1于是，PC在上式中，需要系数Kd的取值问题，由于火车站、医院、政府和学校等均属于公共设施范畴，所以Kd取0.8，而最后一个其他用户中，大部分属于住宅用电，且住宅用户大于200，故KdPC∙1PC∙2PC∙3PC∙4PC∙5PC∙6PC∙9PC∙10PC∙11PC∙12PC∙13根据功率因数cosφ=0.73，经过计算，可以得到QC∙1QC∙2QC∙3QC∙4QC∙5QC∙6QC∙9QC∙10QC∙12Q于是，PQS（3）计算总负荷时，需要在各组用电负荷处乘以同期系数K∑有功功率P∑无功功率Q∑=视在功率S∑自然功率因数cosφ式中，同期系数K∑有功功率P无功功率Q视在功率S自然功率因数cos电力系统中的无功功率就是要使系统中无功电源所发出的无功功率与系统的无功负荷及网络中的无功损耗相平衡；按系统供电负荷的功率因数cosφ变电站所供负荷总数是：变电站所供一类负荷总数是：P总变电站所供二类负荷总数是：P总一类负荷在总负荷中的比例为：δ二类负荷在总负荷中的比例为：δ2变电站无功补偿计算一、无功补偿的目的无功补偿的目的是系统功率因数低，降低了发电机和变压器的出力，增加了输电线路的损耗和电压损失。电力系统要求用户的功率因数不低于0.9（本次变电站设计要求功率因数不低于0.95），因此，必须采取措施提高系统功率因数。二、改善功率因数的有效途径（1）提高自然功率因数：合理的选择和使用电气设备，减少用电设备本身所吸收的无功功率，即提高自然功率因数是改善功率因数的基本措施。（2）采取人工补偿方法提高功率因数：采用无功功率补偿装置在供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。目前，提高功率因数的常用办法是装设电容器补偿无功。三、无功补偿的计算补偿容量可以按下式确定：QB式中，tanφ——补偿前的功率因数cosφ对应的正切值，tanφ*——补偿后的功率因数cosα——考虑到提高自然功率因数的可能，使补偿装置容量能够减少的系数，可取0.8~0.9，本次取0.85；P∑——又因为，tan因此选择2组型号为BFMHD11-2400+4800-3W的电容器，其参数见表2.3：表2.3BFMHD11-2400+4800-3W技术参数表产品型号额定电压（kV）额定容量（kVar）外形尺寸（mm）安装尺寸（mm）重量T长（L）宽（W）箱体高度（h）总高（H）BFMHD11-2400+4800-3W11720017401640180422201070×12504.44总的来说，在无功功率补偿装置的应用方面，选择哪一种补偿方式，还要依电网的状况而定，首先对所补偿的线路要有所了解，对于负荷较大且变化较快的工况，这样的线路采用动态补偿，节能效果明显。对于负荷相对平稳得线路应采用静态补偿方式，也可使用动态补偿装置。主变压器台数和容量的选择变压器选择原则一、考虑变压器的过负荷问题变压器是具有过负荷潜力的，其原因是：（1）变压器在运行时，负荷不可能保持恒定不变，在昼夜24小时中，很多时间低于，甚至远远低于变压器的额定容量值。（2）设计标准中规定，变压器运行时周围最高气温为40摄氏度，最高日平均气温为+30摄氏度，实际上，即使是我国最热的地区也不可能全年固定维持在这个温度上。（3）选择变压器容量时，有时要考虑系统在发生故障时变压器的过负荷，以保证整个地区用电的运行状态，因此，在正常工作时，变压器往往达不到它的额定值。二、考虑变压器台数及容量选择的问题选择变电所变压器的数量和容量时，应考虑以下的条件：（1）用电负荷的分类及不能供电中断的程度；（2）电源可供进线的条件；（3）负荷的均衡性，为减少电能损耗，有时需要选择两台变压器；（4）有无大型冲击负荷，如某工厂大型的高压电动机、大型的电炉等；（5）运输及建筑物高度等。主变压器台数的选择主变压器台数的确定：根据《电力工程设计手册》规定，与电力系统连接的变压器一般不超过两组。变电所主变压器容量一般应按5-10年规划负荷来选择。根据城市规划，负荷性质，电网结构等综合考虑确定其容量。对于重要变电所应考虑以1台主变压器停运时其余变压器容量在计及负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电。变压器容量首先应满足在下，变压器能够可靠运行。对于单台：SNT≥S对于两台并联运行：SNT1+SNT1SNT2变压器除满足以上要求外还需要考虑变电所发展和调整的需要，并考虑5-10年的规划，并留有一定的裕量并满足变压器经济运行的条件。根据现实运行的经验，一般是采用两台变压器互为备用。对于两台互为备用并联运行的变压器，变电所通常采用两台等容量的变压器，单台变压器容量视它们的备用方式而定：1)暗备用：两台变压器同时投入运行，正常情况下每台变压器各承担负荷的50%，此时，变压器的容量应按变压器最大负荷的70%选择。这种暗备用的运行方式具有投资省，能耗小的特点，在实际中得到广泛应用。2)明备用：一台变压器工作，另一台变压器停止运行作为备用。此时，两台变压器按最大负荷时变压器负荷率为100%考虑，较暗备用能耗大，投资大，故在实际中不常采用。变压器选择方法：根据负荷计算出的S∑，由于采用两台变压器互为暗备用并联运行，单台变压器容量按70%*SSNT=0.7×S所选择的变压器容量SNT>0.7×SS则所选的变压器容量大于27930.58kVA即可。本设计所以选择两台：2*SFSZ9—31500/110型变压器。其技术参数如表3-1：表3.1SFSZ9-31500/110型变压器技术参数表产品型号额定容量（kVA）高压（KV）低压（kV）联接组标号空载损耗（kW）负载损耗(kW)空载电流（%）短路阻抗（%）SFSZ9-31500/110315001106.36.610.511Ynd1129.50133.200.2510.5电气主接线的确定电力系统是有发电厂，变电所，线路及用户组成。变电所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，而主接线代表了变电所的电气部分的主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电所设计的首要部分。关系着电力系统的安全和稳定，灵活经济运行。由于电能生产的特点是：发电，变电，输电，用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏也影响工、农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性问题，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，全面分析有关因素，力求使其技术先进，经济合理，安全可靠。同时，主接线是保证电网安全可靠，经济运行的关键，是电气设备布置，选择自动化水平和二次回路设计的原则和基础。主接线的基本要求：（1）安全性；（2）可靠性；（3）灵活性；（4）经济性总之，变电所通过合理的接线。设备无油化。布置的紧凑以及综合自动化技术，并将通信设施并入主控室，简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。主接线方案比较通常的5种主接线优缺点比较，如下表：表4.1五种接线方式优缺点比较表接线方式优点缺点单母线接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置；不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。续单母线分段用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切断，保障正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均等扩建。双母线轮流修理母线而不致使引起供电中断；修理任何一母线隔离开关仅使本回路断开；在工作母线发生故障时，通过备用母线能迅速的恢复供电；修理其一回路德断路器时可利用备用母线及母线联络断路器，不使本回路的供电长期中断。母线隔离开关作用作操作电器，在负载情况下进行各种切换操作过程的失误，将引起母线短路，造成极为严重的后果；母线隔离开关数目增加，联锁机构复杂，造价高。外桥联络断路器接在主变压器的外侧，便于变压器的正常投切操作及切除其故障。适用于线路较短、故障率较低、主变压器需按经济运行要求经济投切。以及电力系统有较大穿越功率通过桥联回路的场合。线路投入和切除时操作较复杂内桥联络断路器接在线路断路器的内侧。便于线路的正常投切操作及切除其短路故障，这种接线适用于变压器不需经常切换输电线路较长故障，机会多穿越功率较少的场合。变压器操作较复杂电气主接线设计方案一、方案一：110KV采用带母线型内桥接线，10KV采用带有母联断路器的双母线接线型式，母联断路器和桥联断路器均带有备用电源自动投入装置。（接线见图4.1）（1）110KV带母线型内桥接线110KV带母线型内桥接线方式用于两台变压器进出线回路为两回的情况。由于本变电所的容量不是很大，根据运行经验可以知道，变压器的故障率很小，且不经常切换，并通过桥联断路器将两母线和变压器联系起来。内桥接线在线路的切除或投入时，不影响其余回路的工作，且操作简单。虽然其在切入或投入变压器时，要使相应的线路停电，并考虑复杂。但由于现实中变压器的故障率很小且不经常切换，所以不予考虑。虽然单母线分段较内桥接线操作较为方便，灵活，但其增加了两台高压断路器的投资。内桥接线的可靠性也比较高，对于本设计的变电所已经足够。，从本次设计的变电所的地位可知，该变电所是一般的变电所，且是一个向负荷供电的终端变电所。因此可靠性要求不是极高，所以内桥接线可以满足要求。故110KV本设计采用内桥接线。（2）10KV采用带有母联断路器的双母线接线的分析图4.1方案一：110KV采用带母线型内桥接线，10KV采用带有母联断路器的双母线接线型式由原始资料出线18回，则可以知道：负荷对供电的可靠性要求比较高。双母线接线有两组母线，并可以互为备用。每一电源和出线都装有一台断路器，并有两组母线隔离开关，分别与两组母线相连，两组母线则通过母联断路器进行联系起来。二、方案二：110KV采用单母线分段，10KV侧采用单母线分段和带专用旁路断路器的旁路母线接线型式。（接线见图4.2）（1）110KV单母分段接线单母线分段用断路器进行分段，这种接线方式可以提高可靠性和灵活性，对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电。当一段母线发生故障时，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。根据实际的运行经验，两母线同时故障的几率很小，可以不予考虑。对110KV等级进出线回数为3-4回时可以采用此接线方式，本设计变电所110KV进线为两回。（2）10KV采用单母分段带旁路接线断路器经长期运行和切断数次断路电流，都需要进行检修，为了能使采用单母线图4.2方案二：110KV采用单母线分段，10KV侧采用单母线分段和带专用旁路断路器的旁路母线接线型式。分段或双母线的配电装置检修断路器时，不致中断该回路供电，可增设旁路。方案二中采用了单母线分段带专用旁路母线的接线，从给定的原始资料可以知道，本变电所的出线回路为18回，由于回路数较多则可以考虑架设专用的旁路母线。该接线方式的优点有：其提高了供电的可靠性性和灵活性，并可以通过旁路母线在保证向负荷不间断供电的情况下检修出线上的断路器。但这种接线一旦母线故障，有50%的停电率，这种接线增加了一格旁路断路器的投资，并且在检修断路器时其倒闸操作繁琐，根据长期的运行经验可以知道，变电所，发电厂出现的事故，多数是由人为误操作所致。单母线分段带旁路的接线出现误操作的几率很大，所以本设计不予采纳。在本方案中采用双母线接线较单母线接线具有更高的的可靠性和灵活性。其有显著的特点：1）供电可靠通过两组母线的倒闸操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断。一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开隔离开关所属的一条线路与此隔离开关相连的该组母线其他电路则可以通过另一母线继续运行。2）调度灵活：各个电源和负荷可以任意分配到任一母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要，通过倒闸操作可以组成各种运行方式：1.当母联断路器断开，一组母线工作，另一母线作为备用，相当于单母线运行。2.两组母线同时工作，并通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，这是目前采用最广泛的运行方式，它的继电保护相对较简单。有时为了系统需要，亦可以将母联断路器断开（处于热备用状态）两组母线同时运行，此时这个变电所相当于分裂为两个电厂向各负荷送电，这种运行方式常用于最大运行方式时，以限制断路电流。双母线接线的运行方式则可以根据实际的需要进行选择，其运行的灵活性远比单母线分段带旁路母线的高，这亦是本设计采用双母线接线的一个原因。3）扩建容易：在扩建时可以向双母线左右两方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中不会造成其他回路的停电。由于双母线具有较高的可靠性且应用广泛，其继电保护也相对简单，继电保护对线路部分主要是保护母线，并根据实际长期的运行经验，双母线同时故障的几率很小，所以不予考虑双母线同行停运的可能性双母线接线较单母线接线具有更高三、两方案的经济性比较方案一：使用110KV高压断路器3台，110KV高压隔离开关8台，SFZ9—16000/110型变压器，10KV等级断路器21台，隔离开关47台，双母线。方案二：：使用110KV高压断路器5台，110KV高压隔离开关10台，SFZ9—16000/110型变压器，10KV等级断路器17台，隔离开关46台，单母线分段，一组旁路母线。由此可以知道，方案的得投资较省，经济性较好。综合可靠性，灵活性和经济性三方面，从以上的分析可以知道，方案一具有很显著的优势，所以本次设计的电气主接线选择方案一。短路计算短路电流的概述供电系统应该正常地不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或互相接触并产生超出规定值的大电流。造成短路的主要原因是电器设备载流部分的绝缘损坏、误操作、雷击或过电压击穿等。由于误操作产生的故障约占全部短路故障的70%。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热回事绝缘加速老化或损坏，同时产生很大的电动力，使设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定。短路电流在线路上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。供电系统中短路的类型与其电源的中性点是否接地有关。短路的基本类型分三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。计算短路电流的目的（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；（3）在设计屋外高压配电装置时，需要短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离；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）按接地装置的设计，也需用短路电流。一、在验算导线和电气设备时所用的短路电流一般有以下规定：（1）计算的基本情况电力系统中所有电源都在额定负荷下运行。短路发生在短路电流最大的瞬间。所有电源的电动势相同。正常工作时三相系统对称运行。应考虑对短路电流有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。（2）接线方式：计算短路电流时，所有的接线方式应是可能发生的最大短路电流的最大运行方式，而不能用在切换过程中可能出现并列运行的接线方式。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，以及负荷增加情况。短路种类：一般按三相短路计算，若发电机出口的两相或中性点直接接地系统及自耦变器等回路中的单相或两相接地短路较三相短路严重时，应按严重的情况校验。短路点的选择：在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点为短路计算点。二、为了求出短路电流，在计算时通常采用下面两个假设：（1）不管短路点发生在何处，计算短路电流时均可假定作用于短路点的电压是该电压等级线路电压的平均值Uav。即假设某电压等级线路末端维持电网的额定电压UN，线路始端电压升高到设备允许的最高工作电压Uav=1.1+12U各级供电线路的平均电压等级为230、115、37、10.5、6.3、3.15、0.4和0.23kV。（2）由电源至短路点之间的短路阻抗Zkd应包括电阻Rkd和电抗Xkd。计算短路电流时，在高压系统中若Rkd<13Xkd，可忽略Rkd，用Xkd在以上两个假设下求出的短路电流值，误差不超过±15%，在工程计算及选择设备上是完全允许的。短路电流计算的步骤计算短路电流的方法有两种：欧姆法和标幺值法，本设计中，计算短路电流采用的是标幺值法。计算步骤：第一步，计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；第二步，给系统制订等值网络图；第三步，选择短路点；第四步，对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。第五步，计算短路容量，短路电流冲击值第六步，列出短路电流计算结果一、供电系统中各元件电抗标幺值的计算方法（一）输电线路X*=X0l上式中，l——为已知输电线路的长度；X0——Uav——Sj——为基准容量；Uj（二）变压器XT*=∆uk%上式中，∆uk%SN∙T——（三）电抗器XL*=XL上式中，XL%UN∙L——IN∙L——（四）电源因为无穷大功率电源的内阻抗为零，所以有X如已知电力系统变电所出口断路器的短路容量（遮断容量）为Sk（MVA）,则系统阻抗相对于基准容量SXS*=SjSk图5.1短路电流计算图如上图，绘出系统等值电路图，并分别在变电站的110KV侧、10KV侧和负荷侧取3个短路点，分别记为K1、K2和三、短路计算（1）取基准容量Sj=100MVA，根据式（5-1）和（K1：K2、K3基准电流：根据公式IjK1：K2、K3（2）计算系统各元件阻抗的标幺值1）电源根据式（5-5），又有负荷计算S∑=34696.37kVA，可知所以有，XS2）输电线路根据式（5-2），又有线路长度l=70km,每公里电抗X所以有，X3）变压器根据式（5-3），查所选主变压器的∆uk所以有，X（3）电源到短路点K1图5.2计算K1XII（4）电源到短路点K2图5.3计算K2点的等效电路图XII（5）电源到短路点K3K3点为负荷侧的短路点，但由于变电站是为建平这一区域提供供电的，所以其供电的负荷不止一个，在本次设计中，我们依然可以按照式（5-2）计算，同时又有负荷计算时所得到的负荷列表，这样来计算短路点K3处的总阻抗标幺值和短路电流。如表表5.1K3负荷负荷距变电站（km）K3K3火车站155.441.01续县政府82.901.89县医院62.182.52县公安局82.901.89县中心市场124.351.26县重点高中103.631.51县第二高级中学207.260.76县实验高中113.991.38县实验小学155.441.01商业城93.271.68国际酒店113.991.38兴隆理石加工厂259.070.61其他散户10（平均值）3.631.51图5.4计算K3电气设备的选择与校验电气设备的选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全运行的重要条件，在进行设备选择时，可按工程实际情况，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约，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。电气设备选择和校验的原则（一）电气设备选择的一般原则为：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；应满足安装地点和当地环境条件校核；应力求技术先进和经济合理；同类设备应尽量减少品种；与整个工程的建设标准协调一致；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。选择时，有以下三种选择的依据：（1）按额定电压选：额定电压和最高工作电压，一般按所选电器和电缆允许最高工作电压Umax不低于所按电网的最高运行电压U即：Umax（2）按额定电流选：在额定周围环境温度下长期允许电流Ie，应不小于该回路最大持续工作电流即：Ie（3）按环境选：产品制造上分为户内型和户外型，户外型设备工作条件较差，选择时要注意。此外，还应考虑防腐蚀、防爆、防尘、防火等要求。（二）电气设备校验的一般原则：（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情况的短路电流。（2）用熔断器保护的载流体，或有高阻抗限制的电路可不校验热稳定。（3）用母线或电缆对某一单独、次要的电气设备供电，当发生短路时不致产生火灾，且载流元件宜于更换时（其中包括10kV以下，750kV以下有备用的车间变电所变压器）。（4）短路的热稳定条件对于一般的电器设备，在出厂前都要经过试验，规定了设备在t时间内允许通过热稳定电流ItI或It≥I式中，tj——I∞——（5）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≤i上式中ich、Ichidw、Idw（6）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。高压断路器的选择110kV电压级断路器电压:U电流:I开断电流:I断路器选择：表6.1110kV电压级断路器型号选择表型号额定电流额定开断电流热稳定电流峰值动稳定电流峰值LW6-1102000kA40kA31.5kA(4S)100kA校验:热稳定校验:I∞当t=4SI∴热稳定校验合格。动稳定校验：iII∴动稳定校验合格。∴选断路器SW6-110满足要求。该系列为户外高压少油断路器，可作为发电厂、变电站电气设备和输电线路的控制和保护之用，也可作为兰罗断路器使用。该断路器各断口单元为标准结构，每柱由两个断口组成，呈“Y”形布置。10kV电压级断路器电压：U电流：I开断电流：I断路器的选择：表6.210kV电压级断路器型号选择表断路器型号额定电流额定开断电流热稳定电流峰值动稳定电流峰值ZN-10/3150-403150kA40kA40kA(4S)100kA校验:热稳定校验:I当t=4SI∴热稳定校验合格动稳定校验:iII∴动稳定校验合格∴选断路器ZN-10/3150-40满足要求。该断路器可作为输配电系统配电开关、厂用电开关、电炉变压器和高压电动机频繁操作开关，还可用来切合电容器组。该类型断路器具有结构简单、体积小、重量轻、寿命长、维修量小和适用于频繁操作等特点。在切合电炉变压器和感应电动机时，配有专用的阻容吸收装置或氧化锌避雷器，可有效地限制过电压。断路器选择结果如下表：表6.3断路器型号选择结果表电压等级110kV10kV断路器型号SW8-110/2000ZN-10/3150隔离开关的选择一、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。二、隔离开关没有特殊的灭弧装置，所以它的接通和切断必须在断路器分断以后才能进行。电力设计技术规范规定，隔离开关也可以在下列情况下操作：切合电压互感器及避雷器回路；切合励磁电流不超过2A的空负荷变压器；切合电容电流不超过5A的空负荷线路；切合电压为10kV及以下，电流为15A以下的线路；切合电压为10kV及以下，环路均衡电流为70A及以下的环路。隔离开关因无切断故障电流的要求，所以它只根据一般条件进行选择，并按照短路情况下作力稳定和热稳定的校验。110kV侧隔离开关的选择电压：U电流：I选择隔离开关：表6.4110kV侧隔离开关型号选择表隔离开关型号热稳定电流峰值动稳定电流峰值GW17-11031.5kA(3S)80kA校验:热稳定校验:I∞当t=3S时I∴热稳定校验合格。动稳定校验：I∴动稳定校验合格∴所选隔离开关GW17-110满足要求。该系列隔离开关为双柱水平断口式结构，有单静触头、双静触头两种形式，易与其他电器构成敞开式组合电器。10kV侧隔离开关的选择电压：U电流：I隔离开关的选择：表6.510kV侧隔离开关型号选择表隔离开关型号热稳定电流峰值动稳定电流峰值GN10-10T/400080kA(5S)160kA校验:热稳定校验:I当t=5S秒时I∞×tj/t≤∴热稳定校验合格动稳定校验:I∴动稳定校验合格∴所选隔离开关合格隔离开关选择结果：表6.6隔离开关选择结果表电压等级110kV10kV隔离开关型号GW17-110GN10-10T/4000互感器的选择电流互感器的选择在高压电网中，计量仪表的电流线圈和继电保护装置中断电器的电流线圈都是通过电流互感器供电的。这样可以隔离高压电，有利于运行人员的安全，同时还可以使仪表及继电器等制造标准化。电流互感器的准确度分为若干等级：如0.2级、0.5级、1级、2级等。0.2级用于实验室的精密测量，0.5级、1级用于工程上。如计量电费时就用0.5级的。继电保护、一般测量或估计被测量值用1级、3级等。由于测量仪表和继电保护对准确度要求不同，所以电流互感器设有一个一次线圈，两个铁芯和两个不同准确度的二次线圈，准确度高的接测量仪表用于计量，低的接继电器用。电流互感器的结构类同一个双绕组的变压器，但它一次侧通常只有1匝。电流互感器一次电流选择应遵循以下原则:（1）一次电流应满足负荷要求,并在标准值中选取。其标准值为:10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75及其十进位倍数或小数。（2）一次电流应使在正常运行情况下，二次输出电流满足保护装置和测量、计量仪表准确度要求。不同用途的电流互感器，保证误差准确度的额定一次电流不同，测量用电流互感器，保证满足规定误差要求的一次额定电流的50%--120%特殊用途互感器S级，保证满足规定误差要求一次额定电流的10%--120%。保护用互感器的额定电流应不小于正常负荷电流。一次电流可用下式选择：Ir式中Ir——K——可靠系统，对于发电机，变压器和输电线路；IL——正常情况下，K一般可取1.2—1.5;对于直接启动的发电机,取1.5—2;对于S级电流互感器取3—5。（1）110kV侧电流互感器选择型号根据上述要求和条件，即有：表6.7110kV侧电流互感器型号选择表型号额定电流准确级组合准确次级二次负荷短时热稳定电流动稳定电流LCWB—1102×1000/5P/P/P/0.25P,0.250VA31.5-45KA80—145KA（2）10kV侧电流互感器选择型号根据上述要求和条件，即有：表6.810kV侧电流互感器型号选择表型号额定电流准确级LMZJ—106000/50.2，0.5，3，B该型电流互感器为母线式环氧树脂全浇注绝缘户内型产品，适用于交流50HZ、10、20kV及以下线路中做电流、电能测量和继电保护用，它适用环氧树脂混合浇注成型，绝缘性能和防潮、防霉性能良好，机械强度高，适用于湿热带地区。电压互感器的选择电压互感器是测量高压用的。其一次绕组与高压电路并联，额定电压与电路电压同一等级，二次绕组额定电压均为100V。准确度有0.2级、0.5级、1级和3级。电压互感器采用的是矩形整体铁芯，尺寸小，重量轻，不需专门的冷却装置，其常用的三种接法：（1）两个单相电压互感器接成V-V形，或称开口三角形接法；（2）三相三芯式的正-（3）三相五芯三绕组电压互感器的正-电压互感器二次侧不能短路运行。为了保护电压互感器，在高、低压侧均装设熔断器来切除内部故障。电压互感器的选择项目：（一）参数的选择技术条件正常工作条件：一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级承受过电压能力：绝缘水平、泄露比距环境条件环境温度、相对湿度、海拔高度、最大风速、污秽（二）型式的选择（1）6～20kV配电装置一般采用油浸绝缘结构;在高压开关柜中或布置地位狭窄的地方,可采用树脂浇注绝缘结构；（2）35～110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器；（3）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。综上所述，电压互感器的选择结果为：表6.9电路互感器选择结果表型号额定电压（KV）二次负荷（VA）最大容量（VA）初级绕组次级绕组剩余电压绕组0．5级1级3级JCC2-1101100.10.150010002000续JDZX6-10100.10.10.580200400110kV等级选择JCC系列电压互感器，它分为单相、三绕组、串级绝缘、户外安装互感器，适用于交流50HZ电力系统，作电压、电脑测量和继电保护。它可用于中性点直接接地系统，也可用于中性点不直接接地系统，并可在110%额定电压下长期运行。母线的选择常用的母线材料是铜、铝和钢。目前变电所的母线除了因大电流用铜以外，一般尽量采用铝母线，而电流不大的支干线或低电压系统的零线则有时用钢母线。选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容：（1）选择母线的材料，结构和排列方式；（2）选择母线截面的大小；（3）检验母线短路时的热稳定和动稳定；（4）对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；（5）对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。母线截面积计算公式：An式中，An——Ir——Jn——工作电流为I因最大利用小时数介于3000h和5000h之间，查表6.10可知，Jn取1.15A/mm所以，A综上所述的条件，110kV母线一般采用软导体型式。因此选择型号为LGJQ-150的加强型钢芯铝绞线。10kV母线一般采用硬导体型式。表6.10各类导线经济电流值单位：A/mm2最小利用小时T导线类型3000h以下3000~5000h5000h以上铜导线3.02.251.75铝导线钢芯铝导线1.651.150.9铜芯电线2.52.252.0铝芯电线1.921.731.54表6.11LGJQ-150技术参数表标称截面铝/钢（平方毫米）外径（毫米）重量（千克/千米）LGJQ-15016559各电气设备选择结果表表6.12各电气设备选择结果表电压等级电气设备110kV10kV高压断路器SW8-110/2000ZN-10/3150隔离开关GW17-110GN10-10T/4000电流互感器LCWB—110LMZJ—10电压互感器JCC2-110JDZX6-10母线LGJQ-150-主变压器的继电保护设计继电保护的目的虽然供电系统中有可能遭受短路电流破坏的一次设备都进行了短路动、热稳定度的校验，但这只能保证它们在短时间（1S到3S）内承受住短路电流的破坏。时间一长，就会无一例外的遭受破坏。而在一个供电系统中，想要完全杜绝电路事故是不可能的。因此设置一定数量的保护装置是完全有必要的，以便在短路事故发生以后一次设备尚未破坏的数秒内，切除短路电流，使故障点脱离电源，从而保护短路回路内的一次设备，同时迅速恢复系统其他正常部分的工作。继电保护装置应满足以下的要求：（1）选择性；（2）灵敏度；（3）可靠性；（4）速动性继电保护装置除满足上面的恶基本要求外，还要求投资省，便于调试及维护，并尽可能满足系统运行时所要求的灵活性。继电保护设计由于本次设计变电站的两台主变压器的容量均为31500kVA>6300kVA，所以在对变压器进行继电保护设计时，设置以下的保护：（1）过电流保护（后备保护）；（2）纵连差动保护（主保护）；（3）瓦斯保护（主保护）。一、过电流保护设计在本设计中，主变压器的过电流保护采用定时限的过电流保护。该保护装置的动作时间是恒定的，与通过该保护装置的电路电流的大小无关。所以，该保护装置的动作电流可以按下式整定：Iop=K式中，Krel——Kw——Kre——Ki——IL.max——IL.max式中，I1NT——由第六章选择的电流互感器可以知道，Ki的110KV和10KV侧各值：Ki(110)=1000/5=200Ki(10)=6000/5=1200本次设计中，主变压器的额定容量为31500kVA，计算它的额定电流值：II系数均取为2，则有II将上述数值，代入式（7-1）中，计算动作电流值：IopIop该保护装置的灵敏度应按被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流来校验：Ks校验110kV侧保护装置的灵敏度：Ks校验10kV侧保护装置的灵敏度：Ks二、纵连差动保护设计带有阶梯式时限的过电源，在靠近电源端发生故障后不能瞬时切断，而电流速断保护因为有死区，它仅保证瞬时断开被保护绕组的一部分。为了使作为重要设备的变压器发生故障后能全部瞬时切断，可采用纵连差动保护装置。差动保护是反映被保护元件两侧电流的差额而动作的保护装置。其原理图如下。a外部故障，保护不动作b内部故障，保护动作图7.1纵连差动保护原理图将变压器两侧的电流互感器同极性串联起来，使电流继电器跨接在两联线之间。于是，通入继电器的电流就是两侧电流互感器二次电流之差，即。当适当选择好两侧电流互感器的变比和接线方式，使得在正常运行时或在外部发生故障时，流入继电器的电流近似为零，故保护装置都不动作；若在保护区内变压器发生故障时，因两侧电流互感器流通电流差异很大，致使流入继电器的电流也大，保护装置动作，瞬时跳开变压器两侧的断路器，保护了设备。差动保护范围包括变压器的绕组、两侧套管和引出线上所能出现的各种短路故障。图7.2变压器纵连差动保护连接图变电所的变压器常接成Y，d（Y/∆）形，因此变压器的差动保护具有以下的特点：高、低压电压不同，故不能选择同样型号的电流互感器；（2）绕组的接线方式不同，故高、低压除电流不同外，还有相角差。为了补偿一次侧及二次侧电流的相角差，差动保护的电流互感器也需要采用相应的解法，星形侧互感器接成三角形，三角形侧互感器接成星形。变压器差动保护动作电流的整定必须大于外部短路所引起的不平衡电流。这些不平衡电流包括：(a)高、低压两侧电流互感器特性不同；(b)自耦变流器的激磁电流；(c)主变压器的激磁电流；(d)自耦变流器配合不够理想等。本次设计的变压器容量是31500kVA,变比为110±2×2.5%／10kV，Ynd-11接线，而且通过短路计算部分，知道10kV侧母线三相短路最大短路电流为1.61kA，10kV侧最大负荷电流IL.max（1）选择电流互感器变比，确定基本侧表7.1确定基本侧计算表变压器的额定电压110kV10kV续变压器的额定电流II电流互感器接线△Y电流互感器计算变比KK电流互感器实际变比KK电流互感器的接线系数KK差动臂电流II选择差动臂电流较大一侧为基本侧。所以，确定10kV侧为基本侧。（2）动作电流的整定躲过变压器外故障的最大不平衡电流I躲过变压器激磁涌流I躲过电流互感器二次断线影响I取上述三动作电流中最大值为整定值，即I（3）确定差动线圈NC、平衡线圈Nql..1、继电器的动作电流为I基本侧线圈匝数N实际选基本侧Nrl.jb=5匝，其中差动线圈实际动作电流（继电器值）：I（变压器）一次侧值：I（4）非基本侧线圈匝数Nql..1N实际取N校验平衡线圈补偿后相对误差∆F短路线圈Nd1及灵敏度校验Ks三、瓦斯保护设计瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成。变压器内部发生轻微故障时，继电器触点闭合，发出瞬时“轻瓦斯动作”信号。变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触点闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器各侧断路器。变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出“轻瓦斯动作”信号。防雷和接地保护设计变电所防雷设计变电所的防雷设计原则：变电所的防雷设计应做到设备先进、保护动作灵敏、安全可靠、维护试验方便，并在在保证可靠性的前提下力求经济性。变电所的主要防雷设备：防止雷电直击的主要设备有避雷针、避雷线；防止雷电波沿架空线路侵入电气设备和建筑物内部的主要设备是避雷器。避雷针有单支，多支，等高与不等高之分。现实用的比较多的是氧化锌避雷器和阀型避雷器等。变电所的防雷设计：防止雷电直击的主要电气设备是避雷针，避雷针由接闪器和引下线、接地装置等构成。避雷针的位置确定，是变电所防雷设计的关键步骤。首先应根据变电所电气设备的总平面布置图确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程范围的要求，初步确定避雷针的安装位置后再根据下列公式进行，校验是否在保护范围之内。一、单根避雷针计算公式：当hx≥h2QUOTEhx≥h2QUOTEhx≥h2QUOTEhx≥当hx<h式中，h——避雷针高度；hx——rx——在P——为考虑当针太高时，保护半径不成正比增大的系数。当h≤30m时，p=1；当30＜h＜120m时，p=5.5h二、两根等高避雷针计算公式：h0=h-bx式中，D——为两避雷针间的距离；h0——bx——两支避雷针之间的距离必须小于7hp，当被保护物高度为hx，两支避雷针之间的距离必须小于7(h-三、多根避雷针保护范围计算方法：多根等高避雷针所形成的多边形保护范围，其外侧的保护范围可按两根等高避雷针保护范围的计算方法计算，其内的保护范围若在hx上b本次设计的变电所为办户内型变电所，由于供电范围内没有较大的工厂或需电量较大的企业，并考虑到县城的城市规划，变电所设计为长38m，宽27m，占地面积为945平方米。站内需要保护的建筑物和设备高度不超过12m，为了避免反击，避雷针应与电气设备保持在5m以上距离，这里选择宽加5m现根据这些数据和上述公式（8-1）、（8-2）、（8-3）、（8-4）来选择避雷针。变电站对角线长度为D=（1）避雷针高度的计算：已知hx=12m，则避雷针的有效高度hh避雷针的高度h为h=h（2）避雷针保护半径的计算由于h2r（3）避雷针保护范围的计算因D1haD则有bx1hap=0.62bx1由于bx≥0所以，本次变电所防雷设计选择4根25m高的避雷针，分别安装在变电所的四角位置。图8.1单根避雷针保护范围图8.2两根避雷针保护范围图8.3四根避雷针保护范围110kV系统采用氧化锌避雷器作为限制操作过电压和雷电侵入波的措施，并以避雷器10kA雷电冲击残压作为绝缘配合的依据变电所接地保护设计一、接地的目的对变电所进行接地设计，其主要目的是在电力设备运行中，保证人身及设备安全，防止触电事故的发生。在电力系统中，有两类接地方式，即中性点直接接地，称为大电流接地系统，一类是中性点不接地（或经消弧线圈接地），称为小电流接地系统。在高压或超高压电力系统中，一般采用大电流接地系统，这种接地是工作接地，其目的是为了降低电气设备的绝缘水平，防止系统发生接地故障后引起的过电压。二、变电所接地在本次设计的变电站的接地装置中，主要有以下三种：（1）工作接地，作用是保证电力系统正常工作而接地。如变压器中性点接地。（2）过电压保护接地，是过电压保护装置或设备的金属结构，如避雷器、避雷针、避雷线接地。（3）保护接地，是一切正常时不带电的电气设备外壳、配电装置的金属结构（构架）接地。本次设计，接地网采用垂直接地和水平接地干线联合构成；在避雷针、避雷器及主变压器附近增加垂直接地极，加强散流作用，接地网接地电阻应小于0.5欧姆。（1）主接地网采用棒形Ф50钢管，长2.5米镀锌接地棒，其间以60×6的镀锌(热镀)扁钢连接成环形，钢管上端埋入深度为0.8米。另外，在接地网靠近#1主变位置留一接地检查井。（2）户外接地扁钢与主接网可靠焊接，要三面焊牢，其焊接长度为扁钢宽度的三倍。在焊接点必须刷防锈漆2遍，并涂热沥青处理。（3）接地网施工完毕后应进行实测，接地电阻Rd≤O.5欧。否则将采取降阻措施。图8.4环形接地体及其电位结论本文是110kV/10kV变电站的设计，所做的工作主要包括以下的三方面：其一，分析变电站所在区域的负荷情况，因为建平是一个县级地区，经济发展相对落后，所以在这一区域内没有特别大的工业化企业和工厂，本次设计的变电所主要对县内的重要场所供电，并保证其供电能有较高的供电可靠性和电能质量。通过对这一区域负荷的分析，对本次设计的变电站主变压器台数和容量、电气主接线等的确定提供了依据，在本次设计的负荷计算时采用需要系数法，而所选的两台主变压器则互为暗备用，本变电所的电气主接线通过两种方案的多方面比较，最终确定为110KV采用带母线型内桥接线，10KV采用带有母联断路器的双母线接线型式。其二，对本次设计的变电所进行短路电流的计算。在计算时采用标幺值法，画出计算短路电流所选取的3个短路点和短路的等效电路图。进行必要的短路计算来保证所设计的变电所供电的质量和供电的可靠性，同时也为选择适合的电气设备和变压器继电保护提供了依据。其三，对变电站进行防雷和接地保护等方面进行设计。本次设计的变电所由4根避雷针来预防直击雷，由氧化锌避雷器来预防感应雷。面对大自然的强电流，只有对变电站进行有效地防雷和将大电流接引入地设计，才能保证用户和站内工作人员的生命安全，才能保证供电不被中断，从而提高了变电站的供电可靠性。参考文献[1]陈化刚.企业供配电.北京：中国水利出版社，2003.9[2]王仁祥.常用低压电气原理及控制技术.北京：机械工业出版社，2002.5[3]朴在林.变电所电气部分.北京：中国水利出版社，20