110KV变电所电气部分课程设计.doc

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1、目 录前言 （1）1 变电所原始资料 （2）2 变压器的设计 （3）2.1 主变压器的选择 （3）2.2 所用变压器的选择 （4）3 电气主接线的设计 （5）3.1 电气主接线方案的确定 （5）3.2 110KV侧电气主接线的选择 （6）3.3 变电所的无功补偿 （7）4 短路电流计算 （7）4.1 短路计算的原则 （7）4.2 短路电流的计算方法和步骤 （8）4.3 短路电流计算结果表（9）4.4 短路电流的计算 （9）4.5 短路电流计算列表 （9）5 电气设备的选择 （10）5.1 电气设备的选择原则 （11）5.2 电气设备选择的技术条件 （11）5.3 主要电气设备的选择 （12）5

2、.4 10KV高压开关柜选择 （14）6 配电装置的选择 （14）6.1 高压配电装置的选择 （14）1. 附录1短路电流的计算及程序说明 （17）2. 附录2 电气设备的选择 （20）3. 附录3主接线图 （29）4. 参考文献 （29）前 言电力工业是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的位置，是时间国家现代化的战略重点。电能是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求就必须加强电网建设，而变电站建设就是电网建设中的重要一环。 在变电站的设计中，既要求所变电能能很好地服务于工业生

3、产，又要切实保证工厂生产和生活的用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：安全 在变电过程中，不发生人身事故和设备事故。可靠 所变电能应满足电能用户对用电的可靠性的要求。优质 所变电能应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。经济 变电站的投资要少，输送费用要低，并尽可能地节约电能、减少有色金属的消耗量和尽可能地节约用地面积。 110KV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，

4、进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（5）继电保护的选择与整定（6）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。变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。关键词 变电站、变压器、接线、高压网络、配电系统1 变电所原始资料建设性质及规模：为满足某县城区及相关单位用电，建一座110KV降压变电所。所址海拔为200m，为非地震

5、多发区。最高气温+39，最低气温为-18，最热月平均最高气温为30。 110KV线路进线2回。 10KV线路的同时系数为0.9，线损率5%。 10KV线路8回，远期发展2回。如下图说明：系统S容量 （水电） Smax=1000MVA； Smin=880MVA；系统S阻抗 Xsmax=1.58； Xsmin=1.25。系统低压侧功率因数要求不低于0.9。电压等级负荷名称穿越功率(MW)最大负荷(MW)负荷组成 (%)COS同时率(%)线损率(%)近期远景近期远景一级二级三级110KV新黄线35新区线3510KV机械厂食品厂 2.41.1321510603025600.80885855510KV汽

6、配厂 1.222040400.885510KV城区2.542040400.885510KV工业园5283040300.885510KV自来水厂0.50.83050200.885510KV生活区0.5130700.885510KV转供电0.81.820800.885510KV发展线11.52060200.885510KV发展线21.52060200.88552 变压器的设计 2.1主变压器的选择 主变压器台数的选择 据资料分析以及线路来看，为保障对、类负荷的需要，以及扩建的可能性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电的可靠性，以便当其中一台主变故障或者检修时，另一台能继续供电约为1.2倍最大负荷

7、的容量。 主变压器的容量的选择 近期总负荷： PM=14.2 MW 远期总负荷： PM =25.6 MW 用电负荷的总视在功率为 SM远期: SM =PM /COS=25.6/0.8=32 MVA主变压器的总容量应满足： SnKSM /S=0.932/0.95=30.32MVA (K为同时率，根据资料取0.9,线损5%)满载运行且留裕10%后的容量：S = Sn/2 （1+10%）=30.32/21.1=16.676 MVA变电所有两台主变压器，考虑到任意一台主变停运或检修时，另一主变都要满足的容量: Sn30.3270% =21.224 MVA所以选每台主变容量：Sn=21.224 MVA为

8、了满足系统要求，以及通过查表，确定每台主变的装机容量为：25MVA总装机容量为225MVA=50MVA考虑周围环境温度的影响：p=(max+min)/2=（39-18）/2=10.5 K=（15-10.5）/100+1=1.045根据Sn0.6KSM / K=0.60.932/1.055=16.38 MVA 即Sn=25MVA16.38 MVA 满足要求。 主变压器型式的选择相数的选择：电力系统中大多数为三相变压器，三相变压器较之于同容量的单相变压器组，其金属材料少20%25%，运行电能损耗少12%15%，并且占地面积少，因此考虑优先采用。本变电所设在城郊附近，不受运输条件限制，所以采用三相变

9、压器。绕组的确定：该变电所只有两个电压等级（110KV和10KV），且自耦变压器一般用在220KV以上的变电所中，所以这里选择双绕组变压器。绕组接线方式的选择：变压器绕组的连接方式必须和系统电压的连接方式相位一致，否则不能并联运行。我国110KV及以上变压器绕组都选用Y连接，35KV及以下电压，绕组都选择连接方式，所以该变电站的两台主变，高压侧（110KV）采用Y连接，低压侧(10KV)采用连接方式。根据110KV变电所设计指导，以上选择符合系统对变电所的技术要求，两台相同的变压器同时投入时，可选择型号为SF9-25000/110的主变，技术参数如下： 表2.1 主变压器的技术参数型号高压低压

10、空载电流空载损耗负载电流阻抗电压连接组别SF9-25000/11011022.5%1050.225.2110.7105Yn,d112. 2 所用变压器的选择2.2.1所用变压器的选择根据35110KV变电所设计规范规定，在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同可互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。变电所的所用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电所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，因此变电所的所用电压只需0.4KV一级，采用动力与照明混合供电方式。380

11、V所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。本变电所所用容量为100KVA，选用两台型号为S9-100/10的三相油浸自冷式铜线变压器，接入低压侧,互为暗备用。参数如下表：表2.2 站用电变压器参数表产品型号额定容量 (KVA)高压侧 (KV)低压侧(KV)接线组方式短路损耗(W)短路电压(%)空载损耗(W)空载电流(%)S9-100/10100100.4Y,yn0150042901.62.2.2 所用变压器低压侧接线所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源，所用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂

12、运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。380V所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。3电气主接线的设计发电厂、变电站主接线须满足以下基本要求：（1）运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，需要停电的用户数目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。（2）具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。（3）操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运

13、行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。（4）经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。（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性。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3.1电气主接线方案的确定 由于类、类负荷居多（将近60%），为了安全可靠起见，保留2种

14、方案。 110kv侧进线以单母线分段接线方式引入，10kv侧同样以单母线分段接线方式输出。 110kv侧进线以双母线接线方式引入，10kv侧以单母线分段接旁路接线方式输出。 3.1.1 10KV侧2种接线方案的比较表3.1 接线方案单母分段单母分段带旁路比较结果可靠性比纯粹单母线高，但是整体稳定性不算高比不带旁路稳定可靠610kV一般不设旁路母线，因为供电负荷小，供电距离短，而且一般可在网络中取得备用电源，同时大多为电缆出线，事故跳闸次数很少。所以选择单母线分段接线方式输出。灵活性简单、方便、易于扩建倒闸操作简单经济性具有单母线接线经济的特点设备增多，投资增大，占地面积也相应增大 3.1.2

15、10KV侧电气主接线的选择由上表可以得到10KV侧接线方式选择，我们要选择占地和资金少的线路，但是必须在保障安全，灵活的前提下，资金和占地相差不是多，而安全性和灵活性提高很多。可见，变电所在10KV侧为居民供电系统中，应该选择单母线分段接线。3.2 110KV侧电气主接线的选择高压侧，即110kV电源侧采用单母分段接线，优点是方便，经济灵活接线简单，缺点是可靠性一般；高压侧采用双母线接线，两个线路断路器、两个主变断路器、还有一个母连断路器，总共5个断路器，可靠性还可以了。跟单母线分段接线方式输出比较经济性欠完好。经比较高压侧选择单母线分段接线。如下图所示图3.2 高压侧单母线分段接线图3.3

16、变电所的无功补偿因本站有许多无功负荷，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。无功补偿应根据分散补性质测定。根据电力系统电压质量和无功电力管理规定的要求，在最大负荷时，一次侧不应低于0.9。电力工程电力设计手册规定“对于35-110KV变电所，可按主变压器额定容量的10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。无功补偿容量：QP（ tan-tan）P 有功计算负荷（MW）tan 补偿前用

17、电单位自然功率因数角正切角tan 补偿后用电单位功率因数角正切角P=0.85（3+2+2+4+8+0.8+1+1.8+1.5+1.5）（1+0.05）=22.85MWQc= P( tan- tan）6.09MVar选用2台5MVar并联电容器在10kv2段母线上进行无功补偿。无功补偿并联电容器的选择如表：表3.3型号额定电压/KV额定容量/KVar连接方式配套电容器额定电压/KV额定容量/KVarTBB10-5000AK105000Y11/334根据设计规范，自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星

18、型接线。 4 短路电流计算4.1 短路电流计算条件 因为系统电压等级较高，输电导线的截面较大、电阻较小、电抗较大，因此在短路电流的计算过程中忽略R、计及X。 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。 计算容量按无穷大系统容量进行计算。 短路种类一般按三相短路进行计算。 短路计算点如下a. d-1110kV母线短路时的短路计算点；b. d-2两台主变并列运行时35kV母线短路时的计算点。cd-310KV母线短路时的计算点。4.2 短路电流计算方法与步骤4.2.1方法在工程设计中，短路电流的计算通常采用实

19、用运算曲线法。4.2.2短路电流计算的步骤 选择计算短路点； 画出等值网络（次暂态网络）图a. 首先去掉系统中的所有负荷分支、线路电容、各元件的电阻，发电机用次暂态电抗Xd”；b. 选取基准容量Sj和基准电压Uj（kV）（一般取各级的平均电压），计算基准电流Ij= Sj/3Uj（kA）；c. 计算各元件换算为同一基准值的标么电抗；d. 绘制等值网络图，并将各元件统一编号，分子标各元件编号，分母标各元件电抗标么值； 化简等值网络图a. 为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形的等值网络；b. 求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd； 求计算电抗Xjs，即

20、将各转移电抗换算为各电源容量（等值发电机容量）为基准的计算电抗Xjs1，Xjs2； 由Xjs1，Xjs2值从适当的运算曲线中查出各电源供给的短路电流周期分量标么值（运算曲线只作到Xjs=3）； 计算无限大容量（Xjs3）的电源供给的短路电流周期分量； 计算短路电流周期分量有名值和短路容量； 计算短路电流冲击值； 绘制短路电流计算结果表。4.2.3三相短路电流计算过程(附录1)4.3 短路电流计算结果表表4.1 短路电流计算结果表结 项 果 目序号短路点编号短路点基准电压Uj（kV）短路点基准电流Ij（kA）短路电流冲击电流I0.2(kA)I(kA)Sd(MVA)标么值I*”有名值I”(kA)标

21、么值icj*有名值icj(kA)d-11150.502.9759.306.1515.709.309.301225.0d-236.52.6892.53739.066.015.39.069.06 384.5d-310.57.42.424.68.77148.2624.624.6447.4、4.4 短路电流的计算各回路最大持续工作电流根据公式 = 式中 - 所统计各电压侧负荷容量 - 各电压等级额定电压 - 最大持续工作电流 = =/（）则：10kV =32MVA/（100）KV =0.185KA 110kV =33.6 MVA/（110）KV =0.194KA4.5 短路电流计算列表短路是电力系统中

22、最常见的且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有2个，即110KV母线短路（f1点），10KV母线短路（f2点）如下图： 图4.2 短路发生点示意图计算结果:(计算过程见附录1) 高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取基准值如表4.3表4.3基准值列表基准容量：S =

23、 100MVA基准电压：V（KV）10.5115基准电流：I（KA）5.4990.502计算结果如表4.4：表4.4 计算结果列表项目结果短路点编号短路点基准电压Uj（kV）短路点基准电流Ij（kA）短路电流冲击电流I0.2(kA)I(kA)Sd(MVA)标么值I*”有名值I”(kA)标么值icj*有名值icj(kA)序号F11150.5028.0844.05820.6110.3484.39439808.2F210.55.4990.2216.490.56242.0542.0542.05299.95 电气设备选择5.1 电气设备选择的原则由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择

24、校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则：按正常工作状态选择；按短路状态校验。电气设备选择的一般原则为：(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殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。5.2 电气设备选择的技术条件高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。(

25、1)电压：选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug。(2)电流:选用的电器额定电流Ie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。校验的一般原则：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。用熔断器保护的电器可不校验热稳定。短路的热稳定条件 Qdt在计算时间ts内，短路电流的热效应（KA2S）Itt秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S）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t=td+tkd td 继电保护装置动作时间内（S）tkd断路的全分闸时间（s）(4

26、)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： 上式中 短路冲击电流幅值及其有效值 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。5.3 主要电气设备的选择110KV 侧断路器和隔离开关表5-1 断路器LW6-110参数表断路

27、器型号额定电压（KV）额定电流（A）额定开断电流(KA)动稳定电流(KA)热稳定电流（KA）（4S）LW6-110110630164016 表5-2 隔离开关GW13-110参数表隔离开关型号额定电压（KV）额定电流（KA）动稳定电流(KA)（4S）额定短路电流峰值(KA)GW13-110110630165510KV 侧断路器和隔离开关 表5-3 真空断路器ZN12-10参数表电压等级型号额定电压额定电流 （KA）额定关合电流（KA） 动稳定电流10kVZN12-1012KV2000A50140140kA表5-4 隔离开关GN6-10T/1000参数表隔离开关型号额定电压（KV）额定电流（KA

28、）动稳定电流(KA)热稳定电流(KA)（10S）GN6-10T/10001010005220母线的选择表5-5 110KV线路LGJQ-185/25参数表线路型号集肤效应Kf长期允许载流量（A）半径(cm)电抗（/KM）LGJQ-185/2515051.840.1542表5-6 10KV矩型铝母线参数表截面尺寸mm条数母线截面mm2集肤效应系数容许电流A放置方式hb330001.73284平放高压熔断器 表5-7 高压熔断器BN3-10参数表型号额定电压（KA）熔断器额定电压（A）额定电流（A）BN3-1010 7510表5-8 电流互感器LCW-110参数表设备 项目LCW-110产品数据计

29、算数据UeUew110KV110KVIeImax600A347AKdIe ich42.5KA10.9KA(KrIe)21Qd2025KA2S1208.6KA2S表5-9 电流互感器LAJ-10参数表设备 项目LAJ-10产品数据计算数据UeUew10KV10KVIeImax4000A3820AKdIe ich360KA94.1KA(KrIe)21Qd40000 KA2S1470.5 KA2S表5-10 电压互感器参数表位置型号额定电压/(KV)二次绕组准确级额定输出/(VA)110KV侧JCC6-110/测量0.5300保护3P300剩余3P15010KV侧JSJW-1010/0.1测量0.5

30、120保护3P5.4 10KV高压开关柜选择我国目前生产的3KV到35KV高压开关柜分为固定式和手车式两类。固定式高压开关柜,包括断路器室，仪表室，母线室，电缆室。结构简单，放置合理，占地面积小。手车式高压开关柜。这种系列的高压开关柜为单母线接线，封闭室结构，包括手车室，继电器仪表室，母线室，出线室，小母线室。可防尘和防止小动物侵入造成短路，运行可靠，维护工作少，可用于6-10KV，但占地面积较大。在这里我们选择GG1A-(F)，GG1A-(F)防误型高压开关柜系固定式具有防误装置的高压开关柜，适用于交流50HZ，额定电压3.012KV，额定电流最大至3000A，额定开断电流最大至31.5KA

31、的单母线系统中作为接受或分配电能的户内成套电高压设备。 本柜柜体宽敞，内部空间大，间隙合理、安全，具有安装、维护方便，运行可靠等特点，主回路方案完整，可以满足各种供配电系统的需要。 本柜是GG1A型高压开关柜改进后的产品，能满足原电力部提出的五防要求。6 配电装置的选择6.1高压配电装置的选择配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外型尺寸，检修运输的安全距离等因素而决定，对于散露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为最高正常工作电压或出现内外过电压时，不致使空气间隙击穿。表6-1 屋内配电装置的安全净距（mm）

32、符号适用范围额定电压 （KV）361015203560110J110220JA11、带电部分至接地部分之间2、网状和板状遮栏向上延伸距地2.3m处，与遮栏上方带电部分之间701001251501803005508508501800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间7510012515018030055090010002000B11、栅栏遮栏至带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间82585087590093010501300160017002550B2网状遮栏至带电部分之间17520022525028040065095010501900C无

33、遮栏裸导线至地(楼)面之间2375240024252450248026002850315032504100D平行的不同时停电检修的无遮栏裸导线之间1875190019251950198021002350265027503600E通向屋外的出线套管至屋外通道的路面4000400040004000400040004500500050005500表6-2 屋外配电装置的安全净距（mm）符号适用范围额定电压 （kv）3101523560110J110220J330J500JA11、带电部分至接地部分之间2、网状遮栏向上延伸距地2.5m处与遮栏上方带电部分之间2003004006509001000180

34、025002800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间20030040065010001100200028004300B11、设备运输时，其外廓至无遮栏带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间3、栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间4、带电作业时的带电部分至接地部分之间95010501150140016501750255032504550B2网状遮栏至带电部分之间30040050075010001100190026003900C1、无遮栏裸导线至地面之间2、无遮栏裸导体至建筑、构筑物顶部之间2700280029003100340035004300

35、50007500A值与电极形状、冲击电压波形、过电压及其保护水平和环境条件等因素有关，一般地说，220kv以下的配电装置，大气过电压起主要作用，330kv及以上，内过电压起主要作用，采用残压较低的避雷器时，A1和A2值可减小，屋内、外装置中各有关部分之间个电压等级，即110KV、10KV根据电力工程电气设计手册规定，110KV采用屋外配电装置，10KV采用屋内配电装置.附录1 短路电流的计算以及程序说明查资料可知，架空线电抗X一般取为0.4/km.选基准: =100MVA =110kv侧:=0.502 KA 10kv侧：=5.499 KA 1.1 110KV高压侧短路计算1.1.1 等值电路图110kv侧即当f1点断路时，等值电路及其简化电路如图1-1附图111.1.2 短路参数计算x0.0514xxxx=xx=x= 经查表得： 短路电流有名值：冲击电流:短路容量：当只有一回进线提供电源时，通过桥连断路器的最大持续电流可能值：当由一台变压器给负荷供电时通过变压器高压侧的最大持续电流可能值：比较可知：