【S镇35kV变电站一次系统设计（论文）14000字】

页第1章引言课题背景及研究意义随着社会的发展以及人民物质生活水平的提高，人们对用电水平的要求也在不断提高，用电量有所增加。目前我国电力网中35kV仍然是一个重要的电压等级，为了满足乡镇日益发展的负荷需要，提高对用户和用电设备提供电能的可靠性，对变电站的设计也要求越来越完善。电力系统是一个整体，由发电厂、变电站、输电线路和电力用户几个方面组成，其中变电站是重要的中间环节，起接受、变换和分配电能的作用。为了使电力系统安全、可靠、灵活、稳定和经济运行，将电能优质可靠地输送至用户，对变电站一次系统展开设计有重要意义。因此，结合实际情况，根据国家相关设计规范采用新技术、新设备，熟悉并进行35kV变电站一次系统方案的总体设计，对社会发展十分有益。1.2变电站一次设计原则变电站应该根据工程项目发展规划进行设计，以近期为主，与远期发展相结合，注意预留未来可能扩建的需要。统筹兼顾，按照地方负荷、环境特点，确定合理设计。在设计时要遵循国家标准和相应的行业技术规范，其中需要注意以下几个方面。主变压器的选择。变电站主变压器的台数、容量要根据系统要求综合确定，地区负荷中有一级、二级负荷时应装设两台或以上的变压器，变压器台数对容量和主接线也有一定影响，需要根据具体指标考虑确定；电气主接线设计。变电站的主接线，应根据变电站在电力网中的地位、出线回路数、负荷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[1]；主要电气设备的选择。根据变电站自然条件、环境状况等作为电气设备选择的原则和依据，参考主要技术规范，还要考虑是否先进、可靠。以国产设备为主，提高效率，节约投资；防雷接地保护。雷电是自然气候中不可避免的问题，电力系统中的设备或建筑物遭受雷电冲击可能会引发严重后果。为保证变电站的安全运行，掌握防雷和接地保护十分重要。1.3变电站选址原则变电站选址原则有以下几点。尽可能接近负荷中心；考虑电源的进线方向，以方便进出线；考虑当地企业将来可能扩建的需要；交通方便，便于运输；避开易燃易爆场所，设在单位上风侧；变电站及屋外配电装置满足防火间距规定[2]。1.3.1地理气候条件河北省邢台市柏乡县S镇地处县境西北部，西与高邑相接，南邻内步乡，北邻固城店镇，总面积54.6平方千米。S镇境内为平原地貌，地形相对平坦，海拔34米，属于温带大陆性季风气候。1.3.2变电站选址站址位于S镇东侧赵辛线，附近为农田与林地，地势平坦开阔，排水良好。北部与国道G339相连，交通便利。1.4变电站选址原则论文针对S镇新建一35kV变电站一次系统展开设计，主要工作包括以下几个方面：根据负荷要求，进行负荷计算与无功补偿；选择变电站主变压器容量、台数等；设计电气主接线方案，绘制合适的主接线图；进行短路电流计算；根据短路电流计算的结果对电气设备和导线进行选择和校验；进行防雷保护设计。

第2章负荷统计与无功补偿第2章负荷统计与无功补偿本章内容为分析供电的主要负荷电力需要、功率因数等。负荷的大小和类别将影响主接线形式、主变压器台数和容量。电力系统中既包括有功功率，也会产生无功功率，本章通过负荷计算进行无功补偿，减少电路功率损耗。2.1原始负荷统计待建变电站的负荷统计如表2-1和表2-2所示。表2-110kV侧负荷统计线路负荷名称功率P(kW)功率因数负荷分类1#药厂12000.85Ⅰ2#食品厂15000.85Ⅱ3#学校113000.85Ⅲ4#学校28000.85Ⅲ5#医院16000.9Ⅰ6#居民区114000.85Ⅲ7#居民区210000.85Ⅲ8#居民区38000.85Ⅲ表2-2站用负荷统计负荷名称功率P(kW)功率因数站用电500.8其中，有功功率同时系数Kp=0.9，无功功率同时系数Kq=0.95。2.2负荷分类和负荷计算由于对供电可靠性的要求不同，我国对电力负荷分为3级。（1）一级负荷供电中断会导致人身伤害或难以修复的设备损坏，并造成重大经济损失的负荷；中断供电会发生中毒、爆炸和失火的负荷；在特别重要的情况下不允许供电中断的应视为特别重要的负荷。一级负荷要求有两个独立电源供电。（2）二级负荷供电中断将导致设备损坏、生产过程混乱需要很长时间才能恢复，重要产品生产减少，或影响重要用户正常工作的负荷。二级负荷应该用两回路供电。当供电线路有困难时允许一回及以上架空线路供电。（3）三级负荷不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电没有特殊要求[2]。为了电力系统安全可靠地运行，必须进行电力负荷计算，从而正确选择变压器、电气设备和导线等。我国目前普遍采用需要系数法和二项式系数法确定用电设备的负荷,其中需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的方法，最为简便[3]。计算负荷的公式如式（2-1）-（2-6）。（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）（2-6）其中，PC和QC分别为有功计算负荷和无功计算负荷，2.2.110kV侧负荷根据公式（2-1）-（2-6），10kV侧负荷计算结果如表2-3所示。表2-310kV侧计算负荷负荷名称P(kW)cosQ(kvar)S(kVA)I(A)药厂12000.85743.6931411.74681.508食品厂15000.85929.6161764.705101.979学校113000.85805.6671529.41192.715学校28000.85495.795941.17657.054医院16000.9774.9151777.777107.772居民区114000.85867.6421647.05899.846居民区210000.85619.7441176.47071.319居民区38000.85495.795941.17657.055总计算负荷为：2.2.2站用电负荷根据原始负荷资料和公式（2-1）-（2-4），得站用计算负荷。2.3无功补偿2.3.1无功补偿概述功率因数可以反映用户设备对供配电系统的影响。电路的功率因数越高，无功功率在电源输出的视在功率中所占的比例越小，供电设备的利用率越高，线路的损耗就越小，从而效率就越高。相反，功率因数太低，线路的供电损耗就会增加，降低了输电效率[4]。因此，要求电力用户的功率因数较低时要进行无功补偿。根据《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》规定：“100kVA及以上高压供电的电力用户，在用户高峰负荷时变压器高压侧功率因数不宜低于0.95；其他电力用户，功率因数不宜低于0.90”。2.3.2无功补偿计算提高用户功率常常采用人工补偿，广泛采用并联电容器来补偿无功功率。补偿容量按公式（2-7）计算。（2-7）tanφ确定补偿容量后，根据相关设备选型手册选择并联电容器规格，并确定数量为：（2-8）其中，QN.C为额定容量。补偿后的视在功率为（2-9）由2.2.1中10kV侧负荷计算结果可知功率因数cosφ=0.845不符合要求，根据公式根据《常用供配电设备选型手册》[5]取BGF10.5-100-3W型并联电容器，工作容量100kvar，数量为台，取27台。由式（2-9）得10kV侧负荷补偿后视在功率实际功率因数符合要求。补偿后无功功率为补偿后的计算电流故10kV侧无功补偿后负荷的计算结果如表2-4所示。表2-410kV侧补偿后负荷统计P(kW)Q(kvar)S(kVA)I(A)86402746.2249065.944523.422由2.2.2中站用电负荷计算得功率因数cosφ=0.784查设备选型手册，选择BWF0.4-25-3W，数量为1台。补偿后站用电视在功率为实际功率因数符合要求。2.3.3无功补偿装置经过计算，选取的10kV侧无功补偿装置如表2-5所示。表2-510kV侧无功补偿装置型号额定电压(kV)额定容量(kvar)相数数量(台)BGF10.5-100-3W10.5100327变电站无功负荷补偿装置如表2-6所示：表2-6变电站无功补偿装置型号额定电压(kV)额定容量(kvar)相数数量(台)BWF0.4-25-3W0.42531第3章变压器选择第3章变压器选择本章将对变压器进行容量、台数和主要形式进行选择。电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一，主要对不同功率进行传输和交换，在降压变电站中把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。如果变压器选择不当可能会造成严重经济损失，因此变压器容量的选择要统筹兼顾，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确定。3.1主变容量和台数确定3.1.1主变台数确定电力负荷包含一、二级负荷时应选择两台主变压器，当其中一台检修或发生故障时另一台能及时保证供电。如果低压侧有其他备用电源，也可以采用一台主变压器。除此以外，负荷中若只有三级负荷，但电力设备比较集中且容量大时，也应该采用两台主变压器。本次设计中电力负荷包括一、二级负荷如医院、食品厂、药厂等，因此采用两台相同型号的主变压器和站用变压器。3.1.2主变容量确定变压器容量的选择由用电负荷、各级负荷比重综合考虑。装有两台主变压器时，要保证其中一台主变故障或检修时，另一台单独运行能保证全部负荷的60%-70%；任意一台主变单独运行能保证全部一、二级负荷的需要[2]，即满足以下两个公式（3-1）和（3-2）：（3-1）（3-2）最大综合负荷的计算如式(3-3)：（3-3）其中，SiKiα%为线损率，取5%。3.2站用变压器容量选择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，每台站用变压器容量应按全站计算负荷选择。两台站用变压器可分别接自主变压器最低电压级不同段母线[6]。3.3主变压器形式选择3.3.1相数选择变压器一般包括单相式和三相式两种。由于单相变压器投资大，占地面积大，结构复杂，维修费用高[7]，因此220kV及以下的变电站一般选择三相式。3.3.2绕组数和连接组别选择本次设计的变电站为35/10kV，包括两个电压等级的变换，故选择双绕组变压器。变压器的连结组别必须与系统电压一致，电力系统中有一般两种连接方式：星形“Y”和三角形“△”。考虑到为了限制3次谐波的影响，一般选择YNd11接线方式。3.3.3阻抗和调压方式选择一旦确定好变压器的材料、结构、电压比，变压器的阻抗大小一般与容量无关。对具体供配电系统工程，双绕组变压器一般按标准值选择。变压器调压方式是通过开关选择变压器的分接头，改变主变压器绕组匝数来调整变比实现的。通常分为两种切换方式，一种为带负载调压，即有载调压，调整范围能达到30%，但是价格昂贵，比较复杂；另一种为不带电调压，即无载调压，调整范围为±5%。直接向10kV电网供电的降压变压器可选用有载调压。3.3.4冷却方式选择中小型变压器通常采用自然风冷却和强迫风冷却。根据变压器型号不同还包括其他冷却方式，如强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却等。在大容量及特大容量变压器中一般采用强迫油循环导向冷却[8]。3.4变压器选择结果3.4.1主变压器选择根据式（3-1）-（3-3），得变电站所有的综合负荷计算结果为根据《电力设备选型手册》，选择两台相同型号的主变压器，型号如表3-1所示。表3-1主变压器型号型号额定容量（kVA）额定电压(kV)连接组号阻抗电压(%)损耗(kW)空载电流(%)空载负载高压低压SZL7-6300/3563003538.5±3×2.5%10.5YN,d117.58.8043.001.23.4.2站用变压器选择由2.3.2可知站用电总负荷为47.366kVA，根据《电力设备选型手粗》，选择两台相同型号的站用变压器，型号如表3-2所示。表3-2站用变压器型号型号额定容量（kVA）额定电压(kV)连接组号阻抗电压(%)损耗(kW)空载电流(%)空载负载高压低压S9-100/351003538.5±5%0.4Y,yn06.50.352.101.93.4.3变压器损耗电力系统中输送电能要经过多级变压器变换电能最终到达用电设备，变压器损耗能量不容小觑。因此，减小变压器损耗对节约能源、经济运行有重要意义。变压器损耗包括铁损和铜损，其中铁损是固定损耗，又叫空载损耗，与负荷无关。而铜损又叫负载损耗。空载损耗还包括有功空载损耗∆P0和无功空载损耗∆Q0，负荷损耗包括有功负载损耗∆P变压器损耗计算公式为：有功功率损耗：（3-4）无功功率损耗：（3-5）其中，∆Pk为变压器负载损耗，也就是额定负荷时有功功率损耗。K本变电站结合选择变压器的型号和公式（3-4）和（3-5），得主变压器损耗：站用变压器损耗：3.4.4主变压器一次侧计算结果根据3.4.3中计算结果和表2-4，主变压器高压侧有功功率为无功功率视在功率计算电流故主变压器一次侧负荷计算结果如表3-3所示。表3-335kV侧负荷统计P(kW)Q(kvar)S(kVA)I(A)8737.8453800.2929528.492157.179第4章电气主接线设计第4章电气主接线设计电气主接线是把变电站中的主要设备按照规划和要求连接起来的，表示电气主接线中的一次设备连接情况称为主接线图。电气主接线对变电站以及电力系统的安全、可靠经济的运行起着重要的作用，也会影响电力设备的选型。电气主接线应根据变电站在电力系统中的地位、变电站的规划容量、负荷性质线路和变压器连接元件总数、设备特点等条件确定,并应满足供电可靠、运行灵活、投资节约和便于过渡或扩建等要求[9]。4.1变电站电气主接线基本要求变电站电气主接线应该达到可靠、灵活、安全、经济。可靠性。变电站的首要功能是保证电能可靠传输，电气主接线代表了变电站电能传输、分配的主体结构，因此保证主接线可靠性是基本任务。同时应该结合当地负荷性质、变电站的地位、设备可靠性综合考虑。在有一级和二级负荷的地区中，停电将造成巨大的经济损失，带来生产停止、人身伤亡等影响。灵活性。电气主接线应该能适应各种运行状态，能灵活进行投切线路。操作上应该简单方便，便于工作人员检修和投切。还要考虑到未来区域的发展，能够适应将来负荷增长和扩建，可以顺利完成改造。经济性。在保证供电可靠的前提下，尽量使得变电站设计经济运行。要尽量减少一次投资，节约电能和经济费用。主接线设计要节约土地，尽快投入使用。4.2主接线基本接线形式4.2.1单母线接线电气主接线可分为有母线和无母线形式。母线是汇集和分配电能的中心，单母线的基本接线形式和特点如表4-1所示。表4-1单母线基本接线形式主接线形式特点单母线接线优点：运行方式相对简单，易于扩建。投资低，运行费用少，占地面积小。缺点：供电可靠性差，灵活性差，设备检修时要停止供电。单母线分段接线优点：检修或故障时减小停电范围，主接线结构简单，灵活性高，易于扩建。缺点：任一母线检修或故障时，该线路需要停电。4.2.2双母线接线双母线有两组接线，可以互为备用，增加运行可靠性。双母线的基本接线形式和特点如表4-2所示。表4-2双母线基本接线形式主接线形式特点双母线接线优点：可靠性和灵活性大大提高，母线检修时不中断供电。调度灵活。缺点：倒闸操作较为复杂，投资大，占地面积大。检修回路断路器时，该回路仍需停电。双母线分段接线优点：具有更高的可靠性和灵活性，减小母线故障时停电范围。缺点：投资高，配电装置复杂。4.2.3桥形接线桥形接线属于无母线接线形式，桥形接线的基本接线形式和特点如表4-3所示。表4-3桥形接线基本接线形式主接线形式特点内桥接线优点：设备比较简单，引出线的切除和投入比较方便，运行灵活性好，还可采用备用电源自投装置。缺点：当变压器检修或故障时，操作步骤较多，继电保护装置也较复杂。外桥接线优点：变压器在检修时，操作较为简便。缺点：线路的投切比较复杂，灵活性差。4.3主接线方案设计根据《35kV-110kV变电站设计规范》，规定：“35kV-110kV电气接线宜采用桥形、扩大桥形、线路变压器组或线路分支接线、单母线或单母线分段的接线。35kV-66kV线路为8回及以上时，宜采用双母线接线。当变电站装有两台及以上主变压器时，6kV-10kV电气接线宜采用单母线分段”。4.3.135kV侧主接线形式比较35kV侧接线方式拟考虑三种方案。方案1：单母线接线。接线方式如图4-1。图4-1单母线接线在变电站电气主接线中，单母线接线形式简单，操作方便，所需的投资小，设备少，比较经济。便于后期扩建。但缺点是灵活性和可靠性较差，任一回路设备需要检修或故障时，所有回路都会停止供电。因此，单母线接线适用于容量小，回路少，供电对象为二、三级负荷的场所。方案2：单母线分段接线。接线方式如图4-2。图4-2单母线分段接线单母线分段接线相较于单母线接线增加了母线断路器和母线隔离开关，形式简单清晰，设备较少，操作方便。当其中一段母线发生故障或检修时，另一段母线能保证电力供应，不会影响非故障段供电。可靠性和灵活性有所提高，提高重要负荷供电可靠性。方案3：内桥接线。接线方式如图4-3。图4-3内桥接线根据我国输变电工程35kV典型设计，内桥接线是两回进线推荐形式。内桥接线所需的高压断路器较少，节约投资，占地小，线路投切简单方便，适用于变压器不需要经常投切的线路。缺点是线路断路器发生故障时需要暂停该线路供电进行维修。内桥接线适用于对一、二级负荷供电，变压器不经常切换或线路较长的场所。综合以上分析，方案1简单清晰，设备少，但不够灵活，可靠性不高。本变电站有一、二级负荷，不能满足供电可靠性。方案2提高了供电可靠性，由断路器将母线进行分段，当某一段发生故障时不会对另一段母线造成影响，但所需隔离开关和断路器数量较多。方案3设备简单，出线回路投切方便，灵活性好。所需高压开关设备数量少，投资较小。综合考虑，35kV侧选择内桥接线。4.3.210kV侧主接线形式比较10kV侧接线方式拟考虑两种方案。方案1：单母线接线。接线方式如图4-4。图4-4单母线接线方案2：单母线分段接线。接线方式如图4-5。图4-5单母线分段接线根据在4.3.1节中的分析，方案2的可靠性远远高于方案1，不会中断对重要负荷的供电，因此选择方案2。4.3.3主接线方案选择经过综合分析比较，最终确定35kV侧选择内桥接线，10kV侧选择单母线分段接线。站用电均从35kV高压侧引入，可靠性高。变电站电气主接线如图4-6所示。图4-6电气主接线图用AutoCAD软件绘制出主接线图，如附录所示。第5章短路电流计算第5章短路电流计算供配电系统中，用户的用电需要安全，可靠的电源，以确保生产和生活的需求。同时，还要注意系统中可能出现的各种故障和异常运行状态，其中对电力系统危害最严重的就是短路故障。短路是指相与相、相与地之间发生的金属性短接或经小阻抗短接，本章通过讨论供配电系统在短路状态下的电流，为母线、设备选择和继电保护整定计算打下基础。所以短路电流计算在变电站设计中必不可少。5.1短路概述根据不同的短接方式，短路可分为三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。其中三相短路是三相导体之间发生的对称短路，两相短路是任意两相导体之间发生短路，单相接地短路是指任意相经过大地与中性点发生短路，两相接地短路是指在中性点不接地系统中任意两相发生单相接地形成的短路[2]。短路故障中，发生最多的故障是单相短路接地故障，占所有故障的90%左右。但短路危害最大的是三相短路，发生故障时短路电流最大。因此，短路计算中常常对三相短路进行分析计算。造成短路的主要因素是电气设备导体绝缘发生损坏。主要包括这几个方面：设备绝缘自然老化或机械损伤，雷击、大气等自然气候造成过电压，鸟类在裸导体上跨接。除此之外运行人员违规误操作也可能造成短路故障的发生。短路故障造成的危害有以下几个方面。由于短路造成的电路阻抗降低，远远小于正常阻抗，所以短路电流比正常电流大几十倍。电流的急剧增加同时会带来电压大幅降低，可能会使电气设备的正常使用造成破坏。例如异步电动机的电磁转矩与端电压有关，电压下降可能造成电动机停止运行，给生产生活带来损失。短路电流过大容易使设备过热发生损坏，同时会产生过大的电动力，可能会造成机械设备变形或损坏。如果短路发生地点离电源不远而持续时间又很长，可能使并列运行的发电厂失去同步，破坏系统稳定，造成大面积停电[1]。故障点可能会产生电弧，对设备、人身安全留下隐患。不对称短路可能对周围电磁通信产生影响。5.2短路电流计算5.2.1短路电流计算假设条件短路电流计算通常采用近似计算的方法，也被称为实用计算，基本假设条件如下[10]。发生短路故障之前，电力系统在正常工作下对称运行。短路过程中，电力系统中所有电源电磁势的相角都相同，频率与正常工作时相同。系统中各元件的电阻忽略，变压器的励磁电流和输电线电容略去，只计算电抗。电力系统中各元件的磁路不饱和。即各元件的参数不随电流而变化，计算可应用叠加原理。负荷仅为近似值。由于负荷电流通常比短路电流小得多，因此在近似计算中会忽略远离短路点的负荷，并且仅考虑靠近短路点的大容量电动机的影响。短路故障是金属性短路。5.2.2短路电流计算供配电系统中常常采用标幺值来简化计算。标幺值是指该物理量实际值与基准值的比值，因此说明所选的基准值很有必要。本次计算中选取基准容量SB（5-1）（5-2）然后计算出电力系统中元件的阻抗标幺值，公式如下。变压器的电抗标幺值为（5-3）其中，为变压器短路电压百分数，为变压器额定容量。线路的电抗标幺值为（5-4）线路的取0.4Ω/km。电力系统的电抗标幺值为（5-5）三相短路电流周期分量的有效值的标幺值为（5-6）三相短路电流周期分量的有名值为（5-7）短路冲击电流和短路冲击电流有效值为（5-8）（5-9）三相短路容量计算如下（5-10）5.2.3短路电流计算步骤根据电气主接线图，绘制出系统短路电流计算等效系统电路图如图5-1所示。图5-1短路计算等效系统电路图其中，线路长度为7.8km，假设=1000MVA，求各元件电抗标幺值。由图5-1画出短路电流计算等效电路图，如图5-2所示。图5-2短路电流计算等效电路图根据公式（5-5），电力系统的电抗标幺值根据公式(（5-3），变压器T1和T2的电抗标幺值根据公式（5-4），线路的电抗标幺值K1点短路时，则电源到短路点的总电抗为根据公式（5-1），计算K1点基准电流根据公式（5-6）-（5-10），计算K1点短路电流各值和三相短路容量K2点短路时，根据图5-2，电源到短路点的总电抗为根据公式（5-1），计算K2点基准电流根据公式（5-6）-（5-10），计算K2点短路电流各值和三相短路容量得到的短路计算结果如表5-1所示。表5-1短路电流计算结果短路地点三相短路电流周期分量（kA）短路冲击电流（kA）短路冲击电流有效值（kA）短路容量（kA）K17.32216.47411.056469.4K26.80315.30610.272123.7第8章总结第6章电气设备选择为了确保变电站的安全运行，电气设备的选择关系到整个系统的安全、可靠运行。具体工程不同，在进行电气设备的选择时也应当根据实际情况，按照一定的原则，遵循国家标准规范，在安全可靠的前提下尽可能节约投资。6.1电气设备选择的原则电气设备是在一定的工作条件下工作的，除了满足电力系统正常运行时的工作要求，还应该在短路故障时有一定的断流能力[2]。电气设备的选择有以下一般原则。根据设备安装当地环境条件和要求选择；按照系统工作的额定电压校验，应当不低于设备所在系统额定电压；按照正常工作电流选择额定电流；根据短路条件校验热稳定、动稳定和开关设备断流能力。6.1.1额定电压和额定电流的选择按照正常工作条件，电气设备的额定电压不低于所在电力系统的标准电压，即（6-1）电气设备的额定电流是指在额定环境温度下电气设备的长期允许电流，不低于合理运行方式下的最大持续工作电流或最大计算电流[8]，即（6-2）最大持续工作电流具体如表6-1所示。此外，还应该按照具体工作条件、装置环境、检修运行来选择。表6-1最大持续工作电流回路名称发电机、调相机1.05倍发电机、调相机额定电流变压器回路1.05倍变压器额定电流母线联络回路1个电源元件的最大计算电流母线分段回路分段电抗器额定电流6.1.2电气设备校验的一般原则为了确保电气设备在故障发生时不被损坏，具有一定的断流能力，一般按照短路电流最大的情况下进行热稳定和动稳定校验，因此，选择最严重的的情况，即按照三相短路电流进行校验。（1）热稳定校验。短路电流过大会造成电力系统中电气设备温度过热，电气设备应该满足承受允许的温度，校验热稳定的条件为（6-3）式中，为短路点的短路电流引起的热效应值，为电气设备在t时间内允许通过的热稳定电流。（2）动稳定校验电气设备应满足承受短路冲击电流机械效应的能力，条件为（6-4）（6-5）式中为短路冲击电流幅值，为短路冲击电流有效值；为电气设备允许通过的动稳定电流幅值，为动稳定电流有效值。（3）短路计算时间检验电气设备在短路时的热稳定时间，公式如下（6-6）（6-7）其中，为继电保护动作时间，取0.1s；为断路器全开断时间；为断路器固有分闸时间；为断路器开断时电弧持续时间，根据断路器型号不同而不同。（4）断流能力校验检验开关电器设备的断流能力应满足额定短路分断电流不小于最大三相短路电流，即（6-8）6.1.3电气设备选择和校验的项目不同高压电气设备需要进行选择和校验的项目不同，如表6-2所示。表6-2电气设备选择和校验项目电气设备名称额定电压（kV）额定电流(A)短路校验动稳定热稳定断流能力(kA)断路器是是是是是隔离开关是是是是否电流互感器是是是是否电压互感器是否否否否母线否是是否否6.2断路器选择与校验6.2.135kV侧断路器（1）按照额定电压选择。根据公式（6-1），得35kV侧断路器额定电压为（2）按照额定电流选择。根据表3-3和公式（6-2），得35kV侧断路器额定电流为查设备选型手册，选择LW7-35型户外高压SF6断路器。设备参数如表6-3所示。表6-335kV侧断路器参数型号额定电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(Ka)额定关合峰值电流(Ka)4s热稳定电流(kA)动稳定电流(Ka)额定合闸时间(s)分闸时间(s)LW7-35351600256325630.10.06（3）动稳定校验。由表5-1和公式（6-4）得满足条件。（4）热稳定校验。根据公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路电流计算结果，得短路电流热效应为满足条件。（5）断流能力校验。由表5-1和公式（6-8）得满足条件。6.2.210kV侧断路器（1）按照额定电压选择。根据公式（6-1），得10kV侧断路器额定电压为（2）按照额定电流选择。根据表2-4和公式（6-2），得10kV侧断路器额定电流为查设备选型手册，选择ZN12-10型户内高压真空断路器。设备参数如表6-4所示。表6-410kV侧断路器参数型号额定电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(Ka)额定关合峰值电流(Ka)4s热稳定电流(kA)动稳定电流(Ka)额定合闸时间(s)分闸时间(s)ZN28-12121250256325630.120.06（3）动稳定校验。由表5-1和公式（6-4）得满足条件。（4）热稳定校验。根据公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路电流计算结果，得短路电流热效应为满足条件。（5）断流能力校验。由表5-1和公式（6-8）得满足条件。6.3隔离开关选择与校验6.3.135kV侧隔离开关（1）按照额定电压选择。根据公式（6-1），得35kV侧隔离开关额定电压为（2）按照额定电流选择。根据表3-3和公式（6-2），得35kV侧隔离开关额定电流为查设备选型手册，选择GW4-40.5型户外高压隔离开关。设备参数如表6-5所示。表6-535kV侧隔离开关参数型号额定电压(kV)额定电流(A)额定峰值耐受电流(kA)4s热稳定电流(kA)GW4-40.540.56302525（3）动稳定校验。由表5-1和公式（6-4）得满足条件。（4）热稳定校验。根据公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路电流计算结果，得短路电流热效应为满足条件。6.3.210kV侧隔离开关（1）按照额定电压选择。根据公式（6-1），得10kV侧隔离开关额定电压为（2）按照额定电流选择。根据表2-4和公式（6-2），得10kV侧隔离开关额定电流为查设备选型手册，选择GN19-12型户内高压隔离开关。设备参数如表6-6所示。表6-610kV侧隔离开关参数型号额定电压(kV)额定电流(A)额定峰值耐受电流(kA)4s热稳定电流(kA)GN19-12126305020（3）动稳定校验。由表5-1和公式（6-4）得满足条件。（4）热稳定校验。根据公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路电流计算结果，得短路电流热效应为满足条件。6.4电流互感器选择与校验6.4.135kV侧电流互感器（1）按照额定电压选择。根据公式（6-1），得35kV侧电流互感器额定电压为（2）按照额定电流选择。根据表3-3和公式（6-2），得35kV侧电流互感器额定电流为根据设备选型手册，选择LZZB-35电流互感器。设备参数如表6-7所示。表6-735kV侧熔断器参数型号额定电压(kV)额定电流(A)额定峰值耐受电流(kA)1s热稳定电流(kA)LZZB-353520049.719.5（3）动稳定校验。由表5-1和公式（6-4）得满足条件。（4）热稳定校验。根据公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路电流计算结果，得短路电流热效应为满足条件。6.4.210kV侧电流互感器（1）按照额定电压选择。根据公式（6-1），得10kV侧电流互感器额定电压为（2）按照额定电流选择。根据表3-3和公式（6-2），得10kV侧电流互感器额定电流为根据设备选型手册，选择LZZBJ6-10电流互感器。设备参数如表6-8所示。表6-835kV侧熔断器参数型号额定电压(kV)额定电流(A)额定峰值耐受电流(kA)1s热稳定电流(kA)LZZBJ6-10106008044.5（3）动稳定校验。由表5-1和公式（6-4）得满足条件。（4）热稳定校验。根据公式（6-3）和（6-6），以及表5-1中短路电流计算结果，得短路电流热效应为满足条件。6.5电压互感器选择电压互感器只需要满足额定电压即可。根据设备选型手册选择各电压等级的电压互感器结果如表6-9所示。表6-9电压互感器参数电压等级（kV）型号35JDX6-3510JDJ-106.6母线选择与校验导体的主要材料来源有铝和铜。铜比铝耐腐蚀性好，机械强度大，是导体的良好材料。但铜储量少，造价高，一般只用于电流较大、对铝腐蚀性高的场所。铝电阻率比铜高，但密度小，价格低廉，一般选择铝芯导体。6.4.1母线截面积选择（1）按长期发热允许电流选择。汇流母线及长度较短的导体一般按长期发热允许电流选择截面积，即（6-9）为导体最大持续工作电流，为实际环境温度为的综合修正系数，为所选导体长期发热最高允许温度和额定环境温度的长期允许电流。按照式（6-10）计算。（6-10）式中为导体长期发热允许最高温度，一般为70℃。为额定环境温度，一般为25℃。（2）按经济电流密度选择。经济截面积的计算公式如下。（6-11）J为经济电流密度，可以按照表6-10查得。表6-10经济电流密度J导体材料年最大负荷利用小时数（h）3000以内3000-50005000以上铜导体和母线3.02.251.75铝导体和母线1.651.150.9铜芯2.52.252.0铝芯1.921.731.546.4.2母线校验35kV及以下电路，可以不考虑电晕损耗。热稳定校验。满足热稳定的导体最小截面积为（6-12）为假想时间，取1.1s。C为导体热稳定系数，铝母线取87。动稳定校验。硬导体的动稳定校验条件为最大计算应力小于最大允许应力，即（6-13）硬铝的最大允许应力为70MPa。导体相间最大计算应力为（6-14）L为支柱绝缘子跨距，W为导体截面积系数。（6-15）式中，b为母线截面水平宽度，h为母线截面垂直高度。三相短路时单位长度导体所受相间力F如式（6-16）所示。（6-16）式中，a为相间距离，为三相短路冲击电流。6.4.310kV侧母线选择与校验10kV按照经济电流密度选择，出线负荷有药厂和食品厂，Tmax=3700h。查表6-10得J=1.15。由表2-4得计算电流IC=523.422A，短路电流IK=6.803kA，由表5-1得短路冲击电流为15.306kA。根据公式（6-11），可得导体截面积为选择LMY-63×10钢芯铝绞线，环境温度为额定温度30℃时的载流量为1085A。根据公式（6-12），得满足热稳定要求。根据公式（6-13）-（6-16），可知满足动稳定要求。第7章变电站防雷保护设计雷电是大自然中的自然现象，会危及人身生命安全，破坏建筑物和电气设备等。变电站是电力系统中的重要环节，有许多重要电气设备，遭到雷电放电可能会造成大面积停电或绝缘事故，经济损失十分重大。因此，本章对变电站防雷保护进行讨论。7.1雷电危害及保护装置雷电的主要威胁来源于雷电过电压。对电力系统来说，雷电放电能在系统中产生很高的过电压，如果不加以限制，可能会把输电线路、发电厂和变电站的绝缘子屏障击穿，从而引起停电事故[11]。另外，雷电放电产生大电流会放出巨大的热能，造成电气设备热效应和机械效应，导致设备损坏。避雷针是防止直击雷的重要设备，它可以将雷电安全导入大地，从而保护附近的建筑物。变电站整体保护一般采用避雷针。7.2避雷针保护范围1.单支避雷针[12]（1）避雷针的高度为h，保护半径为r。当被保护物高度时，（7-1）其中，为避雷针在水平面上的保护半径，为被保护物高度，为避雷针有效高度。P为高度影响系数，，P=1;，；，暂时按照h=120m计算。（2）当