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1、11OkV变电站电气一次部分设计摘要此毕业设计是变电站电气一次部分的初步设计，技中的短路电流及其相关计算、选择主要的次设备是本设计重点。首先分析原始资料了解装机容量、电压等级等基本情况。然后通过其所在地区的地理位置和自然条件如气候等，结合负荷情况分析此变电站在系统中所处的地位、作用，在鸵出最大综合计算负荷后选择主变压器。接着初步拟定两种主接线方案并比较所选方案，淘汰不实用或不经济的方案。然后计算短路电流，结合各电压等级的条件如额定电压等选择出主要的设备，如电流互感器,隔离刀闸等。最后对配电装置和防雷接地进行合理的布置、规划以及设计，完成一次部分的初步设计。关使词，主接线设计：短路电流计算：电气
2、次部分设计目录第I章绪论41.1设计背景41.2必要性分析41. 3原始资料4第2章变电站总体建设思路62.1分析原始资料62. 2设计主接战62. 3计算短路电流62. 4选择导体和主要电器设备62. 5配电装置和防雷接地设计6第3章电气主接线设计73.1主变压器选择731.1主变压器容员、台数73.1.2型式与结构73.1.3主变压器参数73. 2电气主接方案832.1主接线的基本要求83. 2.2各级主接线选择83. 3主接线方案比较及确定9第4章短路电流计算103.1 短路电流计第内容104. 2参数计算和等值网络图104.3短路电流计算及结果U4.3.1k1.点短路计算114.3.2
3、k2点短路计算124.3.3k3点短路计算124.3.4k4点短路计算（IOkV母线并列运行）134.3.5k5点短路计算（IoKV母线分列运行短路）13第5章导体和主要电气设备选择155.1高压断路器的选择155.1.1.I1.OkY断路器选择155.1.2主变压器35kV出线侧、35kV分段断路器选择165.1.3主变压器IOkY出线侧、IOkY分段断路器选择185. 2隔离开关的选择201. 2.1主变压器I1.OkYH1.线侧、母联断路器隔离开关选择205. 2.235kV隔离开关选择216. 2.3IOkV隔离开关选择235.3母线的选择255.3.1HOkV母线选择255.3.23
4、5kV母线选择275.3.3IOkV母线选择285.4电流互感器的选择305.4.1IIOkY电流互感器选择305.4.235kV电潦互感器选择305.4.3IOkV电流互感器选择315. 5电压互感器的选择325. 5.1UOkY电压互感器选择326. 5.235kV电压互速器选择337. 5.3IOkV电压互感器选择35第6章配电装置设计376. 1型式选择376.2屋外配电装置376.3屋内配电装置38第7章防雷与接地设计407.1防宙设计407.1.1直击雷保护4071.2雷电侵入波保护4072接地网设计407.2.1接地电阻407.2.2均年要求407.2.3水平接地网设计417.3
5、防雷保护接地4174总平面图及避雷针保护范围计算41参考文献43第1章绪论1.1 设计背景在工农业与科技等各方面现代化的今天，电力系统已成为现代社会中必不可少的能源供应载体和重要的社会、经济支柱。变电站作为电力系统的中枢，其电气次部分承担若输电、配电等十分揖要的任务。它的正常工作与否会影响到整个电力系统能否正常工作。一旦出现故障，那么极有可能导致整个电力系统故障，严重的甚至会使整个电力系统裂解。现如今人类发现的各种能源中，电能作为清洁、高效、经济的能源而被全世界广泛运用在国防、工农业和科技生产等方面.在各个方面都离不开电能的今天，要保证电能的质量与安全就必须要保证电力系统正常工作。作为电力系统
6、枢纽的变电站的一次部分有着重要不可替代的地位，因此对变电站一次部分设计得可检、安全十分重要。1.2 必要性分析该地区地理位置偏远，现有的变电设施已处于饱和状态，因此处于该地区的些地方用电困难.加上当地出台的脱茯致富政策，要吸引投资，就要解决用电问题.在解决这些地方用电困难的基础上，解决交通不便以及用水等问题。这样该变电站的建成不仅可.以增强该地区电网的结构，使电网运行更可靠、稔定，同时也能改善人们生活水平并吸引外地投资增加当地的收入。1.3 原始资料（D变电站的类型:偏远地区终端降压变电站，占地0.67hm2：（2）11OkY主要为I1.I级负荷，I、11级负荷占比较少，不超过30%：（3）系
7、统概况：该变电站供电是从其他变电站通过输电线传输电能到该变电站，IIoKV线路全长1.为28kM,所属系统容量S=500MVA：（4）环境情况：海拔570m。四季分明，夏秋多风,夏季平均温度30C,最高温度不超过34C.土壤电阻率为538。m.历年平均雷暴日为35天.（5）补充如表表1/表11电力资料原始多数项目I1.OkV35kVIOkV最大负荷（例3220最小负荷（Mf）2013出线回数2616功率因数COS0.90.850.85最大负荷利用小时数h)IHOO4800第2章变电站总体建设思路2.1 分析原始资料首先分析原始资料明确所建变电站的规模大小、负荷等情况，通过装机容量、地理位置的海
8、拔、气候等条件分析出该变电站的作用、地位等。2.2 设计主接线分析原始资料后，进行最大综合负荷计.算结合原始条件谶定需要的主变压器数量、容信等“然后在满足安全、可靠的条件下选择主接线方案，通过比较选择安全可靠、经济合理的方案。2 .3计算短路电流选取基准值，把变压器、线路等的电抗计算并转换成相应的标幺值。接着画出等值网络图，并标注k1.、k2等短路点。最后计算k1.、k2等短路点的短路电流。3 .4选择导体和主要电器设备根据计算出的短路电流、短路冲击电流等数据，结合电气设备选择原则以及对应线路的/max，选择主要电气设备，如断路器、隔离刀闸等。2. 5配电装置和防雷接地设计最后在前面工作的基础
9、上，规划布置并选择合理的配电装置。然后进行在计算各防雷装置保护范围后进行防宙接地设计，完成该变电站初步设计.第3章电气主接线设计2.1 主变压器选择最大综合计算负荷nV*Pimax,、SMiGF)+%)(=1Kt同时系数,通常取0.8、0.95：Pimax一一相应电压级的最大负荷：2.1.1 线损率，一般为5%；cosi自然功率因素。35kV、IOkY的最大综合计算负荷SiS2max分别为(同时系数取为0.85)S1.MAX=085X321.05/0.85=33.6MVAS2max=0.85201.05/0.85=21MV2.1.2 X(同时系数取为0.9)为SAMX=O9(5MAX+$2MA
10、X)=0.9(33.6+21)=49.14MV.A2.1.3 主变压器容量、台数主变压器是向用户输送电能的设备，其总容量Sn应大丁SMAX，即SNSMAX为了在主变压器检修或故障的时候不会对I级负荷和大部分的II级负荷等重要用户产生影响,一般采用两台主变压器来避免这种情况，在其中的某台主变压器停止运行(故障或检修)时，其它变压器应为系统提供大于60%的最大负荷供电。2.1.4 型式与结构(1) 一般情况下单相变压器组在工程中很少采用，因为其造价品货、运行维护不方便且占地也较多，所以工程中较多采用的是三相变压器(33OkV及以卜)。(2) 绕组变压器常用T变电站有三种电压等级，且通过主变压器各绕
11、组的功率在变压器容量的1册以上，或低压侧无负荷，但变电站内装设有无功补偿设备时，E的情况。(3)在我国I1.okV及以上的一般都为接地系统，变压器在IIOkV及以上其绕组一般为“YN”联结。I1.OkV变压器的35kV一般也采用“yn”联结,610kV则用三角形联结。2.1.5 主变压器叁数(1)综合计算负荷最大值的60$：49.1460%=29.484MVA(2)主要负荷为III级负荷1.II级负荷不到60%即少于29.481MVAe(3)变压器额定容量SN=31.5MVA,熨秋季多风，可以选择风冷方式。选择型号为5卜52931500/110的变压器，参数如表：表3/主变压器参数型号一额定容
12、收kVA)高/中/低额定电压(kV)空我投耗空找电流阻抗电压短路损耗kV)联结组标号(kW)(%)%)IIO81.25%38.高中10.5高低YNyOd1.SFSZ93I5(XX)522.5%63,25.70.42高低17.5133.2I6.6.10.5.I1.中低652.2 电气主接方案2.2.1 主按线的基本要求(1)可靠性主接线旦故障，极有可能损毁电气设备。这不仅仅会造成经济损失，严重的情况甚至会有人员伤亡。所以主接线设计应该结合原始资料，如变电站机组的功率，它在系统中的地位与作用以及负荷性质等分析并拟定安全可苑的方案。(2)灵活性主接线应方便调度、操作以及扩建。方便操作是在安全可靠的前
13、提下，主接线要简单，避免操作繁杂出现失误操作。调度方便即主接线运行方式在正常运行时，能根据调度要求方便地改变。能及时将故障切除，使停电的范;围和时间尽量小，对用户产生的影响也尽址小。(3)经济性在以安全可靠的要求为前提下，为了减小支出、节约材料和资源，还应该从投资、资源损耗及占地的大小这些方面对主接线方案进行经济性比较。2.2.2 各级主接线选择(1) HOkY主接线变电站的主变压器有两台，I1.OkV与上一级系统相连接且线路较长，可用双母线接线形式或内桥接线形式“(2) 35kV主接线虽然35kV主要为II、III类负荷，但是考虑到仃I类负荷，所以采用单母线分段接线或者双母线接线的形式。(3
14、) 1OkV主接线IokV出线数多，但是主要为II、III类负荷，确定IOkY为单母线分段的接线形式,这样可以使其故障时停电范围减小。3. 3主接线方案比较及确定(1)方案一HOkW35kV分别采用内桥、双母线的接线形式。(2)方案二I1.OkV采用双母线接线，35kY采用维母线分段带旁路接线。衣32主变压器多数比较方案可取性灵活性经济性不便于扩建.某些情电气设备较少占地的*可席性较低况下调度不方便面积相应小投资较少电气设备较多占地面积二可靠性较鬲便于扩建.两度方便相应大投资较大通过比较方案二虽然投资大些但可非性与灵活性较好，所以选择方案二。如图图3-1主接线示意图3.1 短路电流计算内容(1
15、)出线末端或各级母线通常是短路点的选取参考。计算时间应根据设备的动、热稳定校验并结合系统的维电保护整定情况确定。(2)系统的运行方式会对短路电流计算产生影响.应根据计算目、条件来决定具体的计算项目。3.2 叁数计算和等值网络图取SB=100MVA为基准容量，0.4。/KY为单位长度的输电线电抗，Ub=Uav,求各元件的电抗标幺值：(1)系统S：Sb100X,=X=0,8x=0.16(2)线路1.：1001X1.=280.4X*X-=0.0423(3)主变压器T1.、T2：高中压及低压例的阻抗电压分别用Uic、Uk11,UK川表示，则:UKI(%)=2(105+175-6.5)=10.775U1
16、.1.(%)=g(10.5+6.5-17.5)=-0.25Um(%)=(17.5+6.5-10.5)=6.75I号主变压器：10.775100“c1.100*31.5342-0.2510001.】。31,5=-00796.75100“cxTiiIi.=Too311=-21422号主变压器：10.775100“cXg-1。31.5=342-0.25100x2=-T00-x31.5=00079_6.7510021.1.1.=1.ooxT115=0.2142（4）等值网络图及短路点I1.OKV-vvwjXs*X1.=1.517.248=10.944kA短路容量S4=34Um,=37.248X10.5
17、=131.82MVAPPDUI第5章导体和主要电气设备选择5.1 高压断路器的选择5.1.1 HOkV断路器选择取基准容量S片100MVA,基准电压UB=Uau。(1)主变压器IIokV出线主断路器最大持续工作电流mx1.05Sv1.05x315003110=347.198A额定也压UN=UNS=nokV额定电流nImax=347.198A开断电流INbr4=A=2.481kA预选型号为SW4-110/1000的断路器,参数如表：表5-1SW4-1.iai000型断路器参数型号-额定电压(kV)/电源（八）额定开断电流(kA)动稳定电流kA)热稳定电流kA)固有分同时间(三)合闸时间(三)SI
18、4-110/100018.455(峰值)3221(5s)0.060.25动桓定校独IQISA=3746kA动稳定校验合格热秘定校脸后备保护动作、燃弧时间分别取4s、0.04s,则tk=tpr+tn+t=4+0.06+0.04=4.1sSxis=X2.=0.20235=1.01隹计算曲线得短路电流2.05s、4.Is对应的周期分量的标幺值都为1.12h1.i=I1.1.t=1.12-7i-=2.81kA*k3yvtfc1.s,忽略非周期分量+10+笈QkHQP=4=31.78(kA)2sft=32323=3072(kA)2s旺tQk热检定校5佥合格(2) 11OkY母联断路器由于主变压器IIOk
19、Y侧短路与UOkV母线短路情况相同，所以I1.okV母联断路器也选择SM1101000型断路器。5.1.2 主变压器35kV出线侧、35kV分段断路器选界(1) 35kV分段断路器最大持续工作电流/max21.05S,v6UN-1.05x315003351091.192A额定出压Un=UNS=35kV颔定电流INImaX=1091.192A开断电流INbr=。=4.224kA由以上数据债选用SN1.o-3511型断路涔，技术参数如表5-2：表52SNIO35II型断路器参数型号-救定电压(kV)额定电流()额定开断电流动稳定电流(kA)热稳定电流固有分网时间(三)SN1.O-351112502
20、050(峰值)20(4s)W0.06动稳定校监1.es1.si=6.378kA动秘定校胺合格热稳定校险后备保护动作、燃弧时间分别取4s、0.04s,则tfc=tpr+tin+ta=4+06+0.04=4.1SSXjs2Xz2-0-36935=1.85查计算曲线得短路电流2.05s、4.Is对应的周期分量的标幺值都为O.562=ft=0.562X-F二=4.38kAtk1.s,忽略非周期分量Ii+QkHQP=782(kA)2-S/ft=20X204=1600(kA)2SI1.tQk热秘定校脸合格(2)主变压器35kY出线侧断路器最大持续工作电流max1.05SN1.05x31500、夕X3554
21、5.6A额定电压额定电流开断电流UN=Uns=35kVAvmax-545.6AINbrN，k=2=2.9kA由以上数据,选用DW835型断路器,技术参数如表53：役5-3DWX-35型断路器参数型号-额定电压(kV)额定电流领定开断电流动稳定电流热稳定电流同有分闸时间(三)DW8-3560016.541(峰值)16.5(4s)0.07动秘定校班G*=438kA动稳定校胺合格热稳定校验后备保护动作、燃弧、固有分仲I时间分别取4s、O.04s.0.06,则t=Ipr+%+=1+006+0.04=4.1s，Sxfs2-Xz2,-=0.53645=2.68查计算曲线得短路电流2.05s.4.Is对应的
22、周期分短的标幺值都为0.382S=0.382X-=-=2.98kA3(vt,1.s,忽略非周期分量QkQp=tk=36.33(kA)2SI汽=16.516.54=1089(kA)2-S匡AQk热稔定校验合格5.1.3 主变压卷IOkV出线侧、IOkV分段断路器选舞(I)IOkV分段断路器最大持续工作电流/max额定电压UN=UNS=10kV额定电流nImax=3819.172A开断电流If1.brk=I3=11.449kA由以上数据项选用SN4-10G型断路器，技术参数如表5-4：衣5-4SN410G型断路器参数型号额定电压额定电流额定开断电流动稳定电流热稳定电流固有分闸时间(kV)（八）(k
23、A)(kA)(kA)120(Ss)0.15动稳定校险%=17.288kA动核定校验合格热稳定校验后备保护动作、燃弧时间分别取4s、0.04s,则tk=tpr+%+Q=4+0.15+0.04=4.19SSs3=Xz3.鼠=48X5=2.4查计算曲线得短路电流2.09s、4.19s对应的周期分量的标幺值都为OE2811.77kAS1.t.=0.428=r*5vtfc1.s,忽略非周期分量族+1。攻+t1.eQkQP=iftk=557,85(kA)2S年t=120X1204=57600(k)2-SI/tQk热桎定校验合格（2）主变压器IOkY出线断路器最大持续工作电流/maxhnax1.05SNCU
24、N=1.0531500310=1909.59A额定电压Ufi=UNS=10kv额定电流nmax=1909.59开断电流INbrk=4=7-248kA由以上数据预选用SN1.O-IOI11/2000型断路器，技术参数如表5-5：丧5-5SNI(MOn1./2000型断路器小数型号-额定电压(kV)额定电流（八）额定开断电流动植定电流(kA)热枪定电流(kA)固有分闸时间(三)Snio-IOIII200043.3130(峰值)43.3si=10.944kA动稳定校险合格热槎定校验后需保护动作、燃弧时间分别取4s、0.04s,则=tpr+tin+t=4+0.06+0.04=4.1SSXjsaXz40
25、765=3.8杳计算曲线得短路电流2.05s.4.Is对应的周期分量的标幺值都为0.292SItj1.=1.tt=0.292=8.03kAZ，3Uaytk1.s,忽略非周期分量及+o+QkHQP=Tytk=260.29(kA)2SX4/ft=43.3X43.34=7499.5(kA)2S?tQ1.c热稳定校验合格5.2隔离开关的选择隔高开关无灭弧装苴，带负荷时不允许开合闸，所以也不存在相应的开断电流与开合电流校验。5.2.1 主变压导I1.OkV出线到、母联断路器隔离开关选择(1)主变压器UokV出线隔离开关最大持续工作电流/maxImaX=347.198A1.05SN1.05X31500=2
26、-=2X=回JN3110额定电乐UN=UNS=I1.OkV额定电流fimax=347.198A隔离开关预选GW13T10,参数如表：表5-6GW13-110型隔离开关参数型号-额定电压(kV)额定电流(kA)动稳定电流(kA)热稳定电流(kA)GW13110630554峰值)16Q=3.746kA动稳定校验合格热稔定校验后备保护动作、燃弧时间分别取4s、0.04s,则tk=tpr+tin+t=4+0.06+0.04=4.1sSxis=X7.=0.20235=1.01查计算曲线得短路电流2.05s、4.Is对应的周期分量的标幺值都为1.12S=It1.r=1.12X-=2.81k*Mtfc1.s
27、,忽略非周期分量4+IoG+QkQp=Vtk=31.78(kA)2SIft=16164=1024(k)zs及tQk热程定校验合格5.2.235kV隔离开关选择(1)35kV分段断路器隔离开关最大持续工作电流/max1091.19A1.05Sk1.053150021.=23Uw335额定电压Un=UNS=35kV额定电流nmax=1091.19A预选型号为GN16-35的隔高开关，参数如表：龙5-7GN16-35型隔离开关参数型号-颔定电压（kV）额定电流（八）动桧定电流（kA）热稳定电流（kA）GN1635125063（峰（ft）25（4s）额定也流INmax=545.6A预选型号GNI6-3
28、5的隔离开关，参数如表5-8：表5-8GN16-35里隔离开关参数型号一额定电压（kV）额定电流（八）动检定电流k）热稳定电流（kA）GW5-35G60072（峰值）16(4s)动稳定校监/第/”=438k动稔定校脸合格热稳定校验后备保护动作、燃弧、固有分闸时间分别取4s、0.04s、0.06,则t1.c=tpr+ti11+ta=1+0.06+0.04=4.1s，Sxjs2=Xz2,0.5364X5=2.68查计算曲线得短路电流2.05s.4.Is对应的周期分用的标幺值都为0.382S=0.382-7=-=2.98kA代UaVtk1.s,忽略非周期分珏1.+QkQp=技Jtk=36.33(kA
29、)2S/ft=1616X4=1024(kA)2sRtQk热稔定校脸合5.2.3IOkV隔离开关选择（DIOkV分段断路器隔离开关最大持续工作电流/maxC1.05SnZ1.二近UN1.05x315003X103819.172A额定电压Un=UNS=10kV额定也流nImax=3819.172A由以上数据预选用GN1.O-IOT型隔离开关，技术参数如表5-9：表5-9GN1.O-IOT型隔黑开关参数型号一额定电压(kV)额定电流（八）动检定电流vs=17.288k动稔定校脸合格热稳定校验后备保护动作、燃弧时间分别取4s、0.01s,则Ik=tpr+On+Q=4+0.15+0.04=4.19SSX
30、jf3=Xz3J-=485=2.4查计算曲线得短路电流2.09s、4.19S对应的周期分疥的标幺值都为0.428S=1.t1.,=0.428X-T=H77kA3Wvtk1.s,忽略非周期分珏J+10+QkQP=Jztk=55785(kA)2.S/e=80X805=32000(kA)2sRQk热稔定校脸合格(2)主变压器IOkY出线隔离开关最大持续工作电流m*1909.59A1.05SN_1.05X315003(.310额定电压Un=Uns=10kV额定电流INImaX=1909.59A预选GN2-10/2000型隔离开关，参数如表：5-10GN2-1012000型隔离开关参数型号-Sii定电压
31、(kV)额定电流(A动稳定电流(kA)热稔定电流(kA)GN210200085(峰值)51(SS)动整定校独I；ISh=10.944kA动桎定校的合格热稔定校脸后备保护动作、燃弧时间分别取4s、0.04s,则tk=tpr+ts,忽略非周期分量i+成QkWQP=V2“=248071(kA)2s/=51X51X5=13005(kA)2S片Qk热稳定校验合格5. 3母线的选择5.1.1 UokV母线选择CD被面积按允许长期发热条件选择347.198A1.05SN1.0531500=2=23110=预选1.MY-10X4型号的矩形导体，单条平放。采用两端固定、单路，多等跨简支的固定方式。最高允许温度取
32、7(C.基准温度取25C,查表得K取0.94,小为456A,则ImaxKIaI=0.94X456=428.64A符合选择条件（2）热稔定校验83=6+（的一矶等）2=53.2C查表得集肤效应与热稳定的系数为K$-1.、C-87由前面计算QkT31.78（kA）2s最小截面积Smin=Qk.=64.8mm25Smm热桎定校的合格（3）动稔定校验ist=6.3IkA相间距离取0.75,动态应力系数/?取1,则相间电动力为/ph=173X10-qu=918（Nm）导体截面系数卬为fch2W=1.0710-6zn36导体最大相间计算应力为硬铝导体允许应力。H为70X106Pa,即0phSmn热桓定校盼
33、合格(3)动稳定校验Gh=10.77kA相间距离取0.75,动态应力系数0取1,则相同电动力为ph=1.73XIO-猛2=26.76(Vn)导体截面系数W为6h2W=6.62X10-6m36导体最大相间计算应力为Mh1.2a=5.82XIO6PaPhWIoW硬铝导体允许应力。洗70X10Pa,即Vpha1.满足动桎定校验（4）共振校验矩形导体截面惯性矩bh30.16.337c74/=KT，=2.08107m4单位长度质量m=hbp1.=0.063X0.01X2700=1.7kg/m查表得Nf取3.56,E-7101.0Pa,则Nf(EJ7IO02.0810-7A=意K=2472XJD=2222
34、8.77Hz不在单条导体危险共振须率35135Hz中共振校验合格5.3.3IOkV母线选獐（1）截面积按允许长期发热条件选择=21.05X31500310=3819.17预选TMY-120X10型号的矩形导体，双条竖放。采用两端固定、单跨，多等跨简支的固定方式。最育允许温度取70C,基准温度取25C,查表得K取0.94,5为4100A,则Ca=0.944100=3854A,maxVK/a1.符合选择条件（2）热稳定校验%=6+（%i）（警）2=647C杳表得集肤效应系及热超定的系数为KS=I.42、C=I71。由前面计算得Qjk-557.85(kA)2s最小截面积Smin=八(=164.59mm2S1.Smin热检定校胺合格(3)动稔定校验rsh=29,14kA相间距离取0.75,动态应力系数6取1,则相间电动力为ph=17310-7留2=19522(Nm)导体截面系数卬为W=1.4462h=1.73XIOTm?导体最大相间计算应力为Mph1.2A%h=iv=三=16251p硬铝导体允许应力。，为70X10$Pa,即Q1.Phyoa1.满足动桎定校脸(4)共振校验矩形导体截面惯性矩bh30.1123=1212IO-7=14.41077114单位长度班量m=hbph=0.120.012700=3.24kg/mNf查表得，取3.56,E=12101
