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1 变电站电气主接线设计及主变压器的选择 ············· 1 1.1 主接线的设计原则和要求 ················· 1 1.1.1 主接线的设计原则 ·················· 1.1.2 主接线设计的基本要求 ················ 1.2 主接线的设计 ······················ 1.2.1 设计步骤 ······················ 1.2.2 初步方案设计 ···················· 1.2.3 最优方案确定 ···················· 1.3 主变压器的选择 ····················· 1.3.1 主变压器台数的选择 ················· 1.3.2 主变压器型式的选择 ················· 1.3.3 主变压器容量的选择 ················· 1.3.4 主变压器型号的选择 ················· 1.4 站用变压器的选择 ····················· 1.4.1 站用变压器的选择的基本原则 ············· 1.4.3 站用变压器型号的选择 ················2 短路电流计算 ························· 2.1 短路计算的目的、规定与步骤 ··············· 2.1.1 短路电流计算的目的 ················· 2.1.2 短路计算的一般规定 ················· 2.1.3 计算步骤 ······················ 2.2 变压器的参数计算及短路点的确定 ············· 2.2.1 变压器参数的计算 ·················· 2.2.2 短路点的确定 ···················· 2.3 各短路点的短路计算 ··················· 2.3.1 短路点d-1的短路计算(110KV母线) ··········Ⅲ

1 2 3 3 3 4 5 5 5 6 6 9 9 9 10 10 10 10 10 11 11 11 12 12

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2.3.2 短路点d-2的短路计算(35KV母线) ··········· 13 2.3.3 短路点d-3的短路计算(10KV母线) ··········· 13 2.3.4 短路点d-4的短路计算 ················ 14 2.4 绘制短路电流计算结果表 ················· 14 3 电气设备选择与校验 ······················ 16 3.1 电气设备选择的一般规定 ················· 3.1.1 一般原则 ······················ 3.1.2 有关的几项规定 ··················· 3.2 各回路持续工作电流的计算 ················ 3.3 高压电气设备选择 ···················· 3.3.1 断路器的选择与校验 ················· 3.3.2 隔离开关的选择及校验 ················ 3.3.3 电流互感器的选择及校验 ··············· 3.3.4 电压互感器的选择及校验 ··············· 3.3.5 熔断器的选择 ····················定义书签。

3.4 母线与电缆的选择及校验 ················· 3.4.1 材料的选择 ····················· 3.4.2 母线截面积的选择 ·················· 3.4.3 10KV出线电缆的选择 ·················4 无功补偿设计 ························· 4.1 无功补偿的原则与基本要求 ················ 4.1.1 无功补偿的原则 ··················· 4.1.2 无功补偿的基本要求 ················· 4.2 补偿装置选择及容量确定 ················· 4.2.1 补偿装置的确定 ··················· 4.2.2 补偿装置容量的选择 ·················

致谢 ······························参考文献 ····························附录 ······························

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16 16 16 16 17 17 21 22 26 错误！未27 28 28 30 32 32 32 32 33 33 33 35 36 37

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Ⅳ

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1 变电站电气主接线设计及主变压器的选择

变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。

1.1 主接线的设计原则和要求 1.1.1 主接线的设计原则

(1)考虑变电站在电力系统的地位和作用

变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

(2)考虑近期和远期的发展规模

变电站主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。

(3)考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响

对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。

(4) 考虑主变台数对主接线的影响

变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

(5)考虑备用量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

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1.1.2 主接线设计的基本要求

根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。 1.1.2.1可靠性

所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。评价主接线可靠性的标志如下：

(1)断路器检修时是否影响供电；

(2)线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；

(3)变电站全部停电的可能性。 1.1.2.2灵活性

主接线的灵活性有以下几方面的要求：

(1)调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

(2)检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。

(3)扩建方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。 1.1.2.3经济性

可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。

(1)投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路

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电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。

(2)年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。

(3)占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。

(4)在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。

1.2 主接线的设计 1.2.1 设计步骤

电气主接线设计，一般分以下几步：

(1)拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，保留2个技术上相当的较好方案。

(2)对2个技术上比较好的方案进行经济计算。

(3)对2个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。 (4)绘制最优方案电气主接线图。

1.2.2 初步方案设计

根据原始资料，此变电站有三个电压等级：110/35/10KV ，故可初选三相三绕组变压器，根据变电站与系统连接的系统图知，变电站有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下两种接线方案供最优方案的选择。

方案一：110KV侧采用双母线接线，35KV侧采用单母分段接线，10KV侧采用单母分段接线。

方案二：110KV侧采用单母分段接线，35KV侧采用双母线接线，10KV侧采用单母分段。

两种方案接线形式如下：

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图1-1 主接线方案一

图1-2 主接线方案二

1.2.3 最优方案确定

1.2.3.1技术比较

在初步设计的两种方案中，方案一：110KV侧采用双母线接线；方案二：110KV侧采用单母分段接线。采用双母线接线的优点：① 系统运行、供电可靠；② 系统调度灵活；③ 系统扩建方便等。采用单母分段接线的优点：① 接线简单；② 操作方便、设备少等；缺点：① 可靠性差；② 系统稳定性差。所以，110KV侧采用双母线接线。

在初步设计的两种方案中，方案一：35KV侧采用单母分段接线；方案二：35KV侧采用双母线接线。由原材料可知，问题中未说明负荷的重要程度，所以，35KV侧采用单母分段接线。

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1.2.3.2经济比较

对整个方案的分析可知，在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及土建费用上，在运行灵活性上35KV、10KV侧单母线形接线比双母线接线有很大的灵活性。

由以上分析，最优方案可选择为方案一，即110KV侧为采用双母线接线，35KV侧为单母线形接线，10KV侧为单母分段接线。其接线图见以上方案一。

1.3 主变压器的选择

在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。

1.3.1 主变压器台数的选择

为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。本设计变电站有两回电源进线，且低压侧电源只能由这两回进线取得，故选择两台主变压器。

1.3.2 主变压器型式的选择

1.3.2.1相数的确定

在330kv及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。 1.3.2.2绕组数的确定

在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。

1.3.2.3绕组连接方式的确定

变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

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我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星接，35KV也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV及以下电压，变压器绕组都采用角接。 1.3.2.4 结构型式的选择

三绕组变压器在结构上有两种基本型式。

(1)升压型。升压型的绕组排列为：铁芯—中压绕组—低压绕组—高压绕组，高、中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

(2)降压型。降压型的绕组排列为：铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

(3)应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。 1.3.2.5调压方式的确定

变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。无励磁调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可带负荷调节，但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置，应选用无载调压变压器。

1.3.3 主变压器容量的选择

变电站主变压器容量一般按建站后5~10年的规划负荷考虑，并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷Smax的50%~70%（35~110KV变电站为60%），或全部重要负荷（当Ⅰ、Ⅱ类负荷超过上述比例时）选择。

即 SN?0.6(1?5%)8Smax(N?1)MVA （1-1） 式中 N——变压器主变台数

1.3.4 主变压器型号的选择

Sjs=Ke(∑Pimax/cosφi)（1+α%） Sjs----最大计算负荷（KVA）

Pimax ----每个用户的最大负荷（KW） Cosφi---功率因数 Ke----同时系数

α%----线损率（取为5%）

全所最大计算负荷：Sjs∑=Ke'∑Sjs（35,10KV）

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1.3.4.1 10KV线路负荷计算

表1-1 10KV负荷

名称 化工厂 铝厂 医院 氮肥厂 印刷厂

最大负荷（KW） 3500 5000 1500 2000 1500 cosφ 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 回路数 1 2 2 1 1 表格中各负荷间同时系数为0.85 Sjs=0.85*

（

3500/0.85+2*5000/0.85+2*1500/0.85+2000/0.85+1500/0.85

）

*(1+5%)=21(MVA)

1.3.4.2 35KV线路负荷计算

表1-2 35KV负荷 名称 火电厂一 火电厂二

最大负荷（KW） 8000 5000 COSΦ 0.9 0.9 回路数 1 1 表格中各负荷间同时系数为0.9

Sjs=0.9*（8000/0.9+5000/0.9）*(1+5%)=13.65(MVA) 1.3.4.3 110KV级负荷计算

35KV各负荷与10KV各负荷间的同时系数为0.9 Sjs∑=0.9（21+13.65）=31.185(MVA) 所用电负荷计算 Sjs=（K1*∑P1+∑P2）

K1----所用动力负荷换算系数，一般取0.85 ∑P1---所用动力负荷之和 ∑P2---所用照明负荷之和

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河北工程大学毕业设计 表1-3 110kV变电站自用电负荷

类别 名称 容量（KW） 照明 照明 动力 动力 照明 照明 照明 照明 动力 照明

主充电机 浮充电机 主变通风 蓄电池通风 检修、试验用电 载波通讯用电 屋内照明 屋外照明 生活水泵 福利区用电 20 4.5 0.15 2.7 15 1 5.2 4.5 4.5 1.5 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 1 1 32 1 1 1 1 1 2 1 1 1 32 1 1 1 1 1 2 1 周期 经常 经常 经常 经常 经常 经常 经常 周期 周期 功率因数 安装台数 工作台数 备注 Sjs=0.85（0.15*32+2.7*1+4.5*2）+20+4.5+15+1+5.2+4.5+1.5=0.0653（MVA） 由上述计算结果可知： 10KV侧 PLMAX=21(MVA) 35KV侧 PLMAX=13.65(MVA)

高压侧 PLMIN=0.6*(21+13.65)= 20.79(MVA) 变电站用电负荷Pz为： Pz=0.0653(MVA)

所以变电站最大负荷Smax为： Smax=20.79+0.0653=20.9(MVA) 由以上计算，查《发电厂电气部分》选择主变压器型号如下：

表1-4 主变压器型号及参数 额定电压(KV) 高 101?2?2.5 % 38.5?2?2.5% SFSL7-31500/110 10.5 YN,yn0,d11 38 125 10.5 17.5 6.5 1.1 121?2?2.535?2?2.5% % 中 低 损耗(KW) 阻抗电压(%) 空载连接组 空载 负载 高中 高 中电流低 低 (%) 型号及容量(KVA) 8

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1.4 站用变压器的选择

1.4.1 站用变压器的选择的基本原则

(1)变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适应； (2)阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围内，站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的?0.5%；

(3)变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率。

1.4.2 站用变压器型号的选择

参考《发电厂电气部分》，选择站用变压器如下：

表1-5 站用变压器型号及参数

型号 SC9-80/10 额定容量(KVA) 额定电压(KV) 连接组 80 10.5/0.4 Y,yn0 损耗(W) 空载 短路 340 1140 阻抗电压(%) 4 空载电流(%) 2

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2 短路电流计算

2.1 短路计算的目的、规定与步骤 2.1.1 短路电流计算的目的

在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：

(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。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

(3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。

2.1.2 短路计算的一般规定

2.1.2.1、计算的基本情况

(1)电力系统中所有电源均在额定负载下运行。

(2)所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。

(3)短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。 (4)所有电源的电动势相位角相等。

(5)应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。 2.1.2.2、接线方式

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），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

2.1.3 计算步骤

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(1)选择计算短路点。 (2)画等值网络图。

①首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。 ②选取基准容量Sb和基准电压Ub（一般取各级的平均电压）。 ③将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。 ④绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。

(3)化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd。

(4)求计算电抗Xjs。

(5)由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到Xjs=3.5）。

①计算无限大容量（或Xjs≥3）的电源供给的短路电流周期分量。 ②计算短路电流周期分量有名值和短路容量。

2.2 变压器的参数计算及短路点的确定 2.2.1 变压器参数的计算

基准值的选取：Sb?100MVA，Ub取各侧平均额定电压 (1)主变压器参数计算

由表1.4查明可知：U12%=10.5 U13%=17.5 U23%=6.5 U1%=0.5(U12%+U13%-U23%)=0.5(10.5+17.5-6.5)=10.75

U2%=0.5(U12%+U23%-U13%)=0.5(10.5+6.5-17.5)=-0.25<0所以U2%=0 U3%=0.5(U13%+U23%-U12%)=0.5(17.5+6.5-10.5)=6.75

电抗标幺值为：X1=U1%/100*SB/SN=10.75/100*100/31.5=0.341 X2=U2%/100*SB/SN=-0/100*100/31.5=0 X3=U3%/100*SB/SN=6.75/100*100/31.5=0.214 (2)站用变压器参数计算 由表1.5查明：Ud%?4

X4=Ud%/100*SB/SN=4/100*100/0.08=50 (3)系统等值电抗

XS?r1l1SBU2b?0.454

2.2.2 短路点的确定

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此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中110KV进线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点。

依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如下：

图2-1 短路等值图

2.3 各短路点的短路计算

2.3.1 短路点d-1的短路计算(110KV母线)

网络化简如图2.2所示：

图2-2 d-1点短路等值图

Xf1=Xs＝x0l （Sj/U j2）＝0.4×150×（100/1152）＝0.454 Xjs1=Xf1×Sn/Sb=0.454×1000/100=4.54 因为Xjs1=4.54>3

所以I\*=I∞*=I0.2*= 1/Xjs1=1/4.54=0.22 Ib=Sb/(√3×Ub)=100/(√3×115)=0.502(KA) In=Ib×Sn/Sb =0.502×1000/100=5.02(KA) I\∞=I0.2=I\*In=I∞*In=I0.2*In=0.22×5.02=1.1(KA)

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ich=2.55×I\×1.1=2.8(KA) ich=1.52×I\×1.1=1.672(KA)

S\√3×I\×Un=√3×1.1×110=209.58(MVA)

2.3.2 短路点d-2的短路计算(35KV母线)

网络化简为：

图2-3 d-2点短路等值图

Xf2=Xs+(X1+X2)//(X1+X2)=0.454+(0.341+0)//(0.341+0)=0.6245 Xjs2=Xf2×Sn/Sb=0.6245×1000/100=6.245 I\*=I∞*=I0.2*= 1/Xjs2=0.16

Ib=Sb/(√3×Ub)=100/(√3×37)=1.56(KA) In=Ib×Sn/Sb =1.56×1000/100=15.6(KA)

I\∞=I0.2=I\*In=I∞*In=I0.2*In=0.16×15.6=2.5(KA) ich=2.55×I\×2.5=6.375(KA) ich=1.52×I\×2.5=3.8(KA)

S\√3×I\×Un=√3×2.5×35=151.55(MVA)

2.3.3 短路点d-3的短路计算(10KV母线)

网络化简为：

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图2-4 d-3点短路等值图

Xf3=Xs+(X1+X3)//(X1+X3)=0.454+(0.341+0.214)//(0.341+0.214)=0.7315 Xjs3=Xf3×Sn/Sb=0.7315×1000/100=7.315 I\*=I∞*=I0.2*= 1/Xjs3=0.1367

Ib=Sb/(√3×Ub)=100/(√3×10.5)=5.5(KA) In=Ib×Sn/Sb =5.5×1000/100=55(KA)

I\∞=I0.2=I\*In=I∞*In=I0.2*In=0.1367×55=7.52(KA) ich=2.55×I\×7.52=19.176(KA) ich=1.52×I\×7.52=11.43(KA) S\√3×I\×Un=√3×7.52×10=130.25(MVA)

2.3.4 短路点d-4的短路计算

网络化简只需在图2.4上加站用变压器的电抗标幺值即可，如下图所示：

图2-5 d-4点短路等值图

Xf4=Xf3+X4=0.7315+50=50.7315

Xjs2=Xf4×Sn/Sb=50.7315×1000/100=507.315 I\*=I∞*=I0.2*= 1/Xjs3=0.00197

Ib=Sb/(√3×Ub)=100/(√3×0.4)=144.34(KA) In=Ib×Sn/Sb =144.34×1000/100=1443.4(KA)

I\∞=I0.2=I\*In=I∞*In=I0.2*In=0.00197×1443.4=2.84(KA) ich=2.55×I\×2.84=7.242(KA) ich=1.52×I\×2.84=4.32(KA)

S\√3×I\×Un=√3×2.84×0.38=1.87(MVA)

2.4 绘制短路电流计算结果表

总结以上各短路点短路计算，得如下短路电流结果表：

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表2-1 短路电流计算结果表 0S短路电流周基值 短路电压 点编 期分量 基值 支路计标 幺 值 有 名 值 稳态短路电流 0.2短路电流 有 名 值 有 短路电流全电流 名 值 冲击值 有效值 电流 支路算电抗 额定 Ub(kV)名称 电流 X I(kA)jsb号 标 幺 值 标 幺 值 短路容量 Ich(kA) Ioh(kA) S??(MVA) ?? I??(kA) I*? I?Sb3UbI?(kA) I0.2* I0.2(kA) 公式 IbSn Sb ?I*In 1.1 2.5 0.22 0.16 I*?In 1.1 2.5 0.22 0.16 I0.2*In 1.1 2.5 2.55 1.52 I?? 2.8 6.375 I?? 1.672 3.8 11.43 4.32 3I??Un 209.58 151.55 130.25 1.87 d-1 115 d-2 37 0.502 110kv 4.54 5.02 0.22 1.56 35kv 6.245 15.6 0.16 5.5 10kv 7.315 d-3 10.5 55 0.1367 7.52 0.1367 7.52 0.1367 7.52 19.176 7.242 d-4 0.4 144.34 0.4kv 507.315 1443.4 0.00197 2.86 0.00197 2.86 0.00197 2.86

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3 电气设备选择与校验

导体和电器的选择是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、经济的重要条件。

3.1 电气设备选择的一般规定 3.1.1 一般原则

应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。

3.1.2 有关的几项规定

导体和电器应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动、热稳定，并按环境条校核电器的基本使用条件。

(1)在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按下表计算。

表3-1 各回路持续工作电流

回路名称 变压器回路 馈电回路 注： Pn,Un,In等都为设备本身的额定值。

计算公式 Igmax=1.05In=1.05Sn/√3Un Igmax=Pn/√3Uncosφ 3.2 各回路持续工作电流的计算

依据表4.1，各回路持续工作电流计算结果见下表：

表3-2 各回路持续工作电流结果表 回路名称 110KV母线 110KV进线 计算公式及结果 Ig.max=1.05Sn/√3Un=1.05×31500/√3×115=166.05A Igmax=Pn/√3Uncosφ=31185/(√3×115×0.85)=184.2A 16

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35KV母线 火电厂一 35KV出线 火电厂二 10KV母线 化工厂 Ig.max=1.05Sn/√3Un=1.05×31500/√3×38.5=495.996A Ig.max=S/√3Uncosφ=8000/(√3×37×0.85)=146.86A Ig.max=S/√3Uncosφ=5000/(√3×37×0.85)=91.79A Ig.max=1.05Sn/√3Un=1.05×31500/√3×10.5=1818.65A Ig.max=S/√3Uncosφ=3500/√3×10.5×0.85=226.4A 铝厂（两回） Ig.max=S/√3Uncosφ=5000/√3×10.5×0.85=323.45A 10KV出线 医院（两回） Ig.max=S/√3Uncosφ=1500/√3×10.5×0.85=97A 氮肥厂 印刷厂 0.4KV母线

Ig.max=S/√3Uncosφ=2000/√3×10.5×0.85=129.38A Ig.max=S/√3Uncosφ=1500/√3×10.5×0.85=97A Ig.max=1.05Sn/√3Un=1.05×653/√3×0.38=104.17A 3.3 高压电气设备选择 3.3.1 断路器的选择与校验

断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压6－220kV的电网一般选用少油断路器， 断路器选择的具体技术条件如下：

(1)电压：

Ug(电网工作电压)≤Un （3-1）

(2)电流：

Ig.max(最大持续工作电流)≤In （3-2）

(3)开断电流：

Idt≤Ikd （3-3）

式中：Idt——断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量； Ikd ——断路器的额定开断电流。

(4)动稳定：

ich≤imax （3-4）

式中：ich ——断路器极限通过电流峰值； imax——三相短路电流冲击值。

(5)热稳定：

I∞2tdz≤It2t （3-5）

式中：I∞——稳态三相短路电流；

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I??和短路电流计算时间t，可从《发电厂电气部I?分课程设计参考资料》第112页，查短路电流周期分量等值时间t,从而计算出tdz。

其中：tdz?tz?0.05?2，由????

3.3.1.1断路器的选择

根据如下条件选择断路器： 电压：Ug(电网工作电压)?Un

电流：Ig?max(最大持续工作电流)?In，各回路的Ig?max见表3.2。 各断路器的选择结果见下表：

表3-3 断路器的型号及参数

性能指标 位置 变压器110KV侧 OFPI-110 变压器35KV侧 35KV出线侧 变压器10KV侧 10KV出线侧 HB35 HB35 HB-10 ZN4-10C 型号 额定 电压 （KV） 110 36 36 10 10 额定 额定断电流 开电流（A） （KA） 1250 1250 1250 1250 600 31.5 25 25 40 17.3 动稳定电 流（KA） 80 80 80 100 29.4 热稳定 电 流 （KA） 31.5(3) 25(3) 25(3) 43.5(3) 17.3(4) 固有分闸时间（s） <0.03 合闸 时间（s） ?0.12 ?0.06 ?0.06 ?0.06 ?0.06 ?0.06 ?0.06 ?0.05 ?0.2 站用 DW5-400 380-400 400 其中：OFPI-110号断路器见《发电厂电气部分》第491页； HB35号断路器见《发电厂电气部分》第490页； HB-10号断路器见《发电厂电气部分》第489页；

ZN4-10C号断路器见《电力工程电气设备手册—电气一次部分》第649页。

3.3.1.2断路器的校验

(1)校验110KV侧断路器

错误！未找到引用源。 开断电流：Idt≤Ikd Idt=1.1(KA) Ikd=31.5(KA) Idt

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤imax ich=2.8(KA) imax=80(KA)

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ich

错误！未找到引用源。 热稳定： I∞2tdz≤It2t β\∞=1.1/1.1=1 t=2+0.03=2.03(s)

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页 得：tz=1.65(s) tdz=tz+0.05β\ I∞2tdz=1.12×1.7=2.057[（KA）2s]

It2t=31.52×2.03=2282.18 [（KA）2s] 则：I∞2tdz≤It2t

经以上校验此断路器满足各项要求。 (2)校验变压器35KV侧断路器

错误！未找到引用源。 开断电流：Idt≤Ikd Idt=2.5(KA) Ikd=25(KA) Idt

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤imax ich=6.375(KA) imax=80(KA) ich

错误！未找到引用源。 热稳定： I∞2tdz≤It2t β\∞=2.5/2.5=1 t=2+0.06=2.06(s)

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页 得：tz=1.65(s) tdz=tz+0.05β\ I∞2tdz=2.52×1.7=10.625[（KA）2s]

It2t=252×2.06=1287.5 [（KA）2s] 则：I∞2tdz≤It2t

经以上校验此断路器满足各项要求。 (3)校验35KV出线侧断路器

此断路器与35KV变压器侧断路器型号相同，且短路电流与校验35KV变压器侧断路器为同一短路电流，则：校验过程与校验35KV变压器侧断路器相同。

(4)校验变压器10KV侧断路器

错误！未找到引用源。 开断电流：Idt≤Ikd Idt=7.52(KA)

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Ikd=40(KA) Idt

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤imax ich=19.176(KA) imax=100(KA) ich

错误！未找到引用源。 热稳定： I22∞tdz≤Itt β\∞=7.52/7.52=1 t=2+0.06=2.06(s)

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页tdz=tz+0.05β\I2∞t2dz=7.52×1.7=96.14[（KA）2s]

I22tt=43.5×2.06=3898 [（KA）2s] 则：I22∞tdz≤Itt

经以上校验此断路器满足各项要求。 (5)校验10KV出线侧断路器

错误！未找到引用源。 开断电流：Idt≤Ikd Idt=7.52(KA) Ikd=17.3(KA) Idt

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤imax ich=19.176(KA) imax=29.4(KA) ich

错误！未找到引用源。 热稳定： I2∞tdz≤I2tt β\∞=7.52/7.52=1 t=2+0.03=2.03(s)

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页tdz=tz+0.05β\I2∞tdz=7.522×1.7=96.14[（KA）2s]

I2tt=17.32×2.03=607.56 [（KA）2s] 则：I2∞tdz≤I2tt

经以上校验此断路器满足各项要求。

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得：tz=1.65(s) 得：tz=1.65(s) 河北工程大学毕业设计

3.3.2 隔离开关的选择及校验

隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。 隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。

3.3.2.1隔离开关的选择

根据如下条件选择隔离开关： 电压：Ug(电网工作电压)?Un

电流：Ig?max(最大持续工作电流)?In，各回路的Ig?max见表3.2。 各隔离开关的选择结果见下表：

表3-4 隔离开关的型号及参数

开关编号 110KV侧 35KV变压器侧 型号 GW2-110 GW4-35 额定电压(KV) 110 35 额定电流(A) 600 1000 动稳定电流(KA) 50 80 热稳定电流(s)(KA) 14(5) 23.7(4) 35KV出线侧 GW8-35 35 400 15 5.6(5) 其中：GW2-110型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页； GW4-35型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页； GW8-35型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页;

3.3.2.2隔离开关的校验

(1)110KV侧隔离开关的校验

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤imax ich=2.8(KA) imax=50(KA) ich

错误！未找到引用源。 热稳定： I∞2tdz≤It2t 由校验断路器可知：I∞2tdz=1.12×1.7=2.1[（KA）2s] It2t=142×5=980 [（KA）2s] 则：I∞2tdz≤It2t

经以上校验此隔离开关满足各项要求。

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(2)35KV变压器侧隔离开关的校验 错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤imax ich=6.375(KA) imax=80(KA) ich

错误！未找到引用源。 热稳定： I∞2tdz≤It2t 由校验断路器可知：I∞2tdz=2.52×1.7=10.625[（KA）2s] It2t=23.72×4=2246.76 [（KA）2s] 则：I∞2tdz≤It2t

经以上校验此隔离开关满足各项要求。 (3)35KV出线侧隔离开关的校验

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤imax ich=6.375(KA) imax=34(KA) ich

错误！未找到引用源。 热稳定： I∞2tdz≤It2t 由校验断路器可知：I∞2tdz=2.52×1.7=10.625[（KA）2s] It2t=5.62×5=156.8 [（KA）2s] 则：I∞2tdz≤It2t

经以上校验此隔离开关满足各项要求。

3.3.3 电流互感器的选择及校验

3.3.3.1电流互感器选择的具体技术条件如下： (1)一次回路电压：

Ug≤Un （3-6）

式中：Ug——电流互感器安装处一次回路工作电压； Un ——电流互感器额定电压。

(2)一次回路电流：

Igmax≤In （3-7）

式中：Igmax——电流互感器安装处的一次回路最大工作电流； In——电流互感器原边额定电流。

当电流互感器使用地点环境温度不等于?40?C时，应对In进行修正。修正的方法与断路器In的修正方法相同。

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(3)准确级

准等级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准等级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。

错误！未找到引用源。 与仪表连接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于下要求：与仪表相配合分流器、变压器的准确级为0.5级，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级为0.5。仪表的准确级为1.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级0.5。仪表的准确级为2.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级1.0。

错误！未找到引用源。 用于电能测量的互感器准确级：0.5级有功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级，2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器。

错误！未找到引用源。 一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。 (4)动稳定校验：

ich≤√2ImKdω （3-8）

式中：ich——短路电流冲击值；

Im ——电流互感器原边额定电流；

Kdω——电流互感器动稳定倍数。

(5)热稳定校验：

I∞2tdz≤(ImKt)2 （3-9）

式中：I∞——稳态三相短路电流； tdz——短路电流发热等值时间； Im——电流互感器原边额定电流。

Kt——t秒时的热稳定倍数。

3.3.3.2电流互感器的选择

根据如下条件选择电流互感器： 一次回路电压：Ug(电网工作电压)≤Un 一次回路电流：Igmax（最大持续工作电流）≤In

Ig?max见表3.2。

各电流互感器的选择结果见下表：

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表3-5 电流互感器的型号及参数

参数 位置 型号 额定电 流比(A) 级次 组合 0.5/B B/B 二次负荷(Ω) 准确 级次 0.5级 1级 10%倍数 二次负荷(Ω) 2.0 1S热稳动稳定倍数 183 倍数 定倍数 110KV进线侧 LB-110 2?300/5 变压器 35KV侧 0.5B 2.0 15 70 LCW-35 15-1000/5 0.5/3 0.5/3 2 0.5/B1/B2 0.5 4 2 28 65 100 35KV出线侧 LB-35 300/5 0.5/0.5/B2 B1 B2/B2/B2 B2 2.0 2.0 15 55 140 变压器 10KV侧 0.5/D LBJ-10 1000/5 1/D D/D 0.5/3 1/3 0.5 1 D 0.5 1 0.4 10 75 135 0.5 <10 50 90 10KV出线侧 LA-10 300/5 3 其中：LB-110型号电流互感器见《发电厂电气部分》第498页；

LCW-35型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第194页； LB-35型号电流互感器见《发电厂电气部分》第498页；

LBJ-10型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第187页； LA-10型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第186页。

3.3.3.3电流互感器的校验

(1)110KV进线侧电流互感器

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤√2ImKdω ich=2.8(KA)=2800(A)

√2ImKdω=√2×2×300×183=155280(A) ich≤√2ImKdω

错误！未找到引用源。 热稳定： I∞2tdz≤(ImKt)2 由校验断路器可知： I∞2tdz=1.12×1.7=2.057[（KA）2s] (ImKt)2 =(2×0.3×70)2=1764[（KA）2s] I∞2tdz≤(ImKt)2

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经以上校验此电流互感器满足各项要求。 (2)变压器35KV侧电流互感器

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤√2ImKdω ich=6.375(KA)=6375(A)

√2ImKdω=√2×(5~1000)×100=707.11~141421.16(A) ich≤√2ImKdω

错误！未找到引用源。 热稳定： I∞2tdz≤(ImKt)2 由校验断路器可知：I∞2tdz=2.52×1.7=10.625[（KA）2s] (ImKt)2 =(1×65)2=4225[（KA）2s] I∞2tdz≤(ImKt)2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 (3)35KV出线侧电流互感器

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤√2ImKdω ich=6.375(KA)=6375(A)

√2ImKdω=√2×300×140=59397(A) ich≤√2ImKdω

错误！未找到引用源。 热稳定： I∞2tdz≤(ImKt)2 由校验断路器可知：I∞2tdz=2.52×1.7=10.625[（KA）2s] (ImKt)2 =(0.3×55)2=272.25[（KA）2s] I∞2tdz≤(ImKt)2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 (4) 变压器10KV侧电流互感器

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤√2ImKdω ich=19.176(KA)=19176(A)

√2ImKdω=√2×（1000~1500）×90=127279~190919(A) ich≤√2ImKdω

错误！未找到引用源。 热稳定： I∞2tdz≤(ImKt)2 由校验断路器可知：I∞2tdz=7.522×1.7=96.14[（KA）2s] (ImKt)2 = [(1~1.5)×50]2 =2500~5625[（KA）2s] I∞2tdz≤(ImKt)2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 (5)10KV出线侧电流互感器

错误！未找到引用源。 动稳定：ich≤√2ImKdω ich=19.176(KA)=19176(A)

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√2ImKdω=√2×（300~400）×135=57276~76368(A) ich≤√2ImKdω

错误！未找到引用源。 热稳定： I∞2tdz≤(ImKt)2 由校验断路器可知：I∞tdz=7.52×1.7=96.14[（KA）s] (ImKt)2 = [(0.3~0.4)×75]2 =506.25~900[（KA）2s] I∞2tdz≤(ImKt)2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。

2

2

2

3.3.4 电压互感器的选择及校验

3.3.4.1电压互感器选择的具体技术条件如下：

(1)一次电压U1：

1.1Un>U1>0.9Un （3-10）

式中：Un——电压互感器额定一次线电压，其允许波动范围为?10%Un

(2)二次电压U2n：电压互感器二次电压，应根据使用情况，按《发电厂电气部分课程设计参考资料》第118页、表538进行选择。

(3)准确等级：电压互感器应在那一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。

(4)二次负荷S2：

S2≤Sn （3-11）

式中：S2——二次负荷；

Sn ——对应于在测量仪表所要求的最高准确等级下，电压互感器的额定容量。

3.3.4.2电压互感器的选择

由电压互感器选择的技术条件及各侧使用情况： (1)110KV侧： Un=110(KV) U2n=100/√3(V) (2)35KV侧： Un=35(KV) U2n=100(V) (3)10KV侧： Un=10(KV) U2n=100(V)

三侧电压互感器准确等级：1级

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参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》185页表5.44，三侧电压互感器选择如下表所示：

表3-6 电压互感器型号及参数

在下列准确等级 型式 额定变比 1100003100100 3下额定容量(VA) 0.5级 1级 500 250 3级 1000 600 最大容量(VA) 2000 1200 500 单相 (屋外式) JCC-110 JDJ-35 150 35000/100 JDZ-10 10000/100 80 150 300 其中：JCC-110型号电压互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第185页； JDJ-35型号电压互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第185页； JDZ-10型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第184页。

3.3.5 熔断器的选择

高压熔断器应按所列技术条件选择，并按使用环境条件校验。熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害，屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，而在电厂中多用于保护电压互感器。 3.3.5.1熔断器选择的具体技术条件如下：

(1)电压：

Ug?Un （3-12）

限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中，以免因过电压而使电网中的电器损坏，故应为Ug?Un

(2)电流：

Ig?max?If2n?If1n （3-13）

式中：If2n——熔体的额定电流。 If1n——熔断器的额定电流

(3)根据保护动作选择性的要求校验熔体额定电流，应保证前后两级熔断器之间，或熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。

(4)断流容量：

Ich(或I??)?Ikd （3-14）

式中：Ich——三相短路冲击电流的有效值。

Ikd——熔断器的开断电流。

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3.3.5.2熔断器的选择

依据以上熔断器选择的技术条件，参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》166页表5-35，35KV和10KV熔断器如下表所示：

表3-7 熔断器的型号及参数 系列型号 RN2 额定电压(KV) 10 额定电流(A) 0.5 断流容量(MVA) 1000 备注 保护户内电压互感器 RW9-35 35 0.5 2000 保护户外电压互感器 其中：RN2型号熔断器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第166页； RW9-35型号熔断器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页；

3.4 母线及电缆的选择及校验

变电所屋内屋外配电装置的主母线、变压器电气设备与配电装置母线之间的连接导线统称为母线。选择配电装置中的母线主要考虑：母线的材料、母线截面形状、母线截面积的大小、校验母线的动稳定和热稳定。

3.4.1 材料的选择

配电装置母线的材料有铜、铝、铝合金。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，用途广，是很好的母线材料。但是铜的储量不多，价值较贵，因此铜母线只用于空气中含腐蚀性气体的屋外配电装置。铝的电阻率为铜的1.7-2倍，密度为铜的30%，而且储量多价值也低，因此在屋内屋外配电装置中广泛采用铝母线或铝合金母线。在机械强度要求较高的情况下使用铜母线。

3.4.2 母线截面积的选择

3.4.2.1按长期发热允许电流选择

各种电压等级的配电装置中，主母线和下引线以及临时装设的母线，一般均按长期发热允许电流选择截面积。因此，必须满足在正常运行中，通过母线的最大长期工作电流不应大于母线的长期发热允许电流，即：

KIal≥Igmax (3-15)

式中： Ial——相应于环境温度为25C及母线放置方式时母线的长期允许电流。 Igmax——通过母线的最大长期工作电流。 K——温度修正系数

o

K?(?al??)/(?al??0)

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θ0为母线的额定温度，通常θ0=250C，θ为母线安装地点的实际环境温度，θ母线的长期允许温度，通常θal=700C。

(1)110KV母线选择

由表3.2可知110KV母线中Igmax=116.05A K?(70?30)/(70?25)?0.943 KIal=0.943×252=237.636>116.05=Igmax

所以选25×3的矩形铝母线截面积为75mm2平放Ial=252A (2)35KV母线选择

由表3.2可知35KV母线中Igmax= 495.996A KIal=0.943×632=595.976A>495.996=Igmax

所以选50×3矩形铝母线截面积为250mm2平放Ial=632A (3)10KV母线选择

由表3.2可知10KV母线中Igmax= 1818.65A KIal=0.943×1360=1282.48A>1818.65A=Igmax

所以选80×10矩形铝母线截面积为800mm2平放Ial=1360A 3.4.2.2母线的校验

(1)热稳定校验

母线正常运行最高温度为：

al

为

?W???(?al??)(Imax/Ial)2?25?(70?25)?(116.05/252)2 （3-16） ?34.5(?C)参考《发电厂电气部分》243页、表6.3得：C?99，则母线最小截面Smin为：

Smin?QKKSC?50?106?1.099?71.4(mm2)?75(mm2) （3-17）

满足热稳定。 (2)动稳定校验

由短路电流计算结果表查得，短路冲击电流为：ich?2.8KA 相间距离?取0.35m

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fph?1.73?10?7??1.73?10?7?l?2?ich??1?(25.105?103)?1 （3-18） 0.35?311.53(Nm)Wph?bh33?0.01?0.0833?2.13?10?5(m3) （3-19）

?ph?由

fphl310Wph311.53?1.526??3.29?10(Pa) （3-20） ?510?2.13?10b102b?b2?10?10??0.125、??0.111，参考《发电厂电气》图2.15得：h80b?h10?80K12?0.48

同相条间应力为：

2ichfb?0.25?10??K12b251052?7?0.25?10??0.48 （3-21）

0.01?756.31(Nm)?7Lbmax?b2h(?al??ph)fb2?0.08?(70?6.29)?106 （3-22） ?0.01?756.31?1.16(m)LLbmax为：

Lb??1.5?1.29,即每跨内满足动稳定所必须的最少衬垫数为2个。实际衬垫距1.16L1.5??0.75m?Lbmax 22满足动稳定的要求。

3.4.3、10KV出线电缆的选择

3.4.3.1按允许载流量选择导线和电缆的截面积：

导线和电缆在正常运行时，必须保证它不致因温度过高而烧毁，因此，必须满足导线和电缆的最大允许持续电流Ial不小于其最大工作电流Igmax，即

KIal?Ig.maxK?(?al??)/(?al??0)

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式中，Ial是相应于环境温度为?0时导线和电缆的长期允许电流，可查表得出，单位是A，Ig.max是通过导线和电缆的最大长期工作电流，单位是A，K是温度修正系数，?0是导线和电缆的额定温度;通常?0=25摄氏

?是导线和电缆安装地点的实际环境温度；

?al是导线和电缆的长期允许温度，单位是摄氏度。

化工厂：Ig.max?226.4A 选缆心截面120mm2 Ial=246A

由已知得：K?(90?30)/(90?25)?0.961KIal?0.961?246?236.41?226.4?Ig.max 其余选择方法同化工厂。 3.4.3.2、10KV出线电缆的选择及校验

(1)按额定电压：Ugmax?Un

(2)按最大持续工作电流选择电缆面积S，查表3.2得：Ig?max?51.96A

参考《发电厂电气部分》附表2-4、附表2.6，选择S?120mm2电缆，?N?25?C时，

IN?245A、?al?90?C。

温度修正系数

Kt??al??90?15??1.15 （3-23）

?al?2590?25其中?为土壤温度

参考《发电厂电气部分》附表2.9及附表2-10得土壤热阻修正系数K3?1.0,直埋两根并列敷设系数K4?0.92。允许载流量

Ial?KtK3K4IN?1.15?1.0?0.92?245?259.21?388.13(A)（3-24）

满足长期发热要求。

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4 无功补偿设计

无功电源和有功电源一样是保证系统电能质量和安全供电不可缺少的。据统计，电力系统用户所消耗的无功功率大约是它们所消耗的有功功率的50~100%。另外电力系统中的无功功率损耗也很大，在变压器内和输电线路上所消耗掉的总无功功率可达用户消耗的总无功功率的75%和25%。因此，需要由系统中各类无功电源供给的无功功率为总有功功率的1~2倍。由无功功率的静态特性可知，无功功率与电压的关系较有功功率与电压的关系更为密切，从根本上来说，要维持整个系统的电压水平就必须有足够的无功电源。无功电源不足会使系统电压降低发送变电设备达不到正常出力，电网电能损失增大，故需要无功补偿。

4.1 无功补偿的原则与基本要求 4.1.1 无功补偿的原则

(1)根据技术规程规定按主变容量的10%～20%进行无功补偿；

(2)分级补偿原则，按主变无功损耗减去电缆充电功率确定无功补偿的容量；且10KV和110KV侧电压不能低于标称电压；

(3)在轻负荷（2%～30%主变容量计时）时由于电缆充电功率的影响，其充电功率与补偿功率近似抵消；

4.1.2 无功补偿的基本要求

(1)电力系统的无功电源与无功负荷，在各种正常及事故运行时，都应实行分层分区、就地平衡的原则，并且无功电源应具有灵活的调节能力和一定的检修备用、事故备用。

(2)在正常运行方式时，突然失去一回线路，或一台最大容量的无功补偿设备，或一台最大容量的发电机（包括失磁）之后，系统无功电源事故备用的容量方式及配电方式，应能保持电压稳定和正常供电，避免出现电压崩溃；在正常检修运行方式时，若发生上述事故，应允许采取切除部分负荷或并联电抗器等必要措施，以维持电压稳定。

(3)对于110KV及以上系统的无功补偿，应考虑提高电力系统稳定性的作用。

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4.2 补偿装置选择及容量确定 4.2.1 补偿装置的确定

(1)同步调相机：同步调相机在额定电压±5%的范围内，可发额定容量，在过励磁运行时，它向系统供给感性的无功功率起无功电源作用，能提高系统电压，在欠励磁运行时，它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用，可降低系统电压。

装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸收）无功功率，进行电压调节，但是调相机的造价高，损耗大，维修麻烦，施工期长。

(2)串联电容补偿装置：在长距离超高压输电线路中，电容器组串入输电线路，利用电容器的容抗抵消输电线的一部分感抗，可以缩短输电线的电气距离，提高静稳定和动稳定度。但对负荷功率因数高（?y＞0.95）或导线截面小的线路，由于PR/V分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。

(3)静电补偿器补偿装置：它由静电电容器与电抗器并联组成电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率的静止补偿器，与同步调机相相比较，运行维护简单，功率 损耗小，但相对串联电容及并联电容补偿装置，其造价高维护较复杂，一般适用以较高的电压等级500KV变电所中。

(4)并联电容器补偿装置：并联电容器是无功负荷的主要电源之一。它具有投资省，装设地点不受自然条件限制，运行简便可靠等优点，故一般首先考虑装设并联电容器。

由于本次设计的变电站为110KV降压变电站，以补偿的角度来选择，以上四种均能满足要求，但是在经济和检修方面来考虑，首先选择并联和串联补偿装置。而原始资料可知，补偿装置主要补偿负荷的无功容量及平衡主变损耗。所以选择并联补偿装置。

4.2.2 补偿装置容量的选择

(1)负荷所需补偿的最大容性无功量计算

参考《电力系统电气设备选择与实用计算》第202页，利用电容器改善功率因数需要补偿的无功量为：

Qfm?Pfm(|tg?1|?|tg?2|)??11? （4-1） ?Pfm??1??12?cos2??cos?21???PfmQcfo33

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式中：Qfm——负荷所需补偿的最大容性无功量（Kvar） Pfm——母线上的最大有功负荷（KW） ?1 ——补偿前的最大功率因数角（?） ?2 ——补偿后的最小功率因数角（?）

Qcf0——由cos?1补偿到cos?2时，每千瓦有功负荷所需补偿的容性无功值（Kvar/KW）

则本站所需补偿的无功值为：（其中功率因数是由0.85补偿到0.9）

Qfm?Pfm(|tg?1|?|tg?2|)?1?1?? (4-2) ?20?2?1?2?1?0.9?0.8??5.4(Mvar)(2)电容器型号的选择

参考《电力工程电气设备手册-电气一次部分》997页，选择电容器如下表：

表4-1 电容器参数

型号 额定电压（KV） 额定容量（Kvar/KW） 2400 BFF11/3?2400?3W 11/3

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致谢

致谢

通过这三个月来的忙碌和学习，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有很多考虑不周全的地方，在这里衷心感谢指导老师的督促和指导，以及一起学习的同学们的支持，让我按时完成了这次毕业设计。

在毕业设计过程中，我遇到了很多困难。在此我要感谢王静爽老师给了我悉心的帮助和耐心细致的指导，我的毕业论文较为复杂繁琐，但王老师依然细心地纠正其中的错误。除了敬佩王老师的专业水平以外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极地影响我今后的学习和工作。还有谢谢我的同窗好友们，她们给了我无数的关心和鼓励，也让我的大学生活充满了温暖和欢乐。她门在设计过程中给了我许多宝贵的意见和建议。同时也感谢自己在遇到困难的时候没有一蹶不振，而是努力地寻找更好的方法来解决问题。

通过这次毕业设计，我深刻的领会到基础的重要性，毕业设计不仅仅能帮助学生检验大学四年的学习成果，更重要的是毕业设计可以帮助我们更加清楚的认识自我，磨练学生的意志于耐性，这会为我日后的工作和生活带来很大的帮助。

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参考文献

参考文献

[1]、《短路电流实用计算》 西安交通大学 中国水利电力出版社 1995年 [2]、《实用短路电流计算》 天津科学技术出版社 李德矩 1955年 [3]、《电力系统分析》 华中科技大学出版社 第三版 1996年何仰赞编 [4]、《发电厂电气部分》 四川联合大学 范锡普编 2002年 [5]、《电力工程设计手册》 上海科技出版社 1973年 [6]、《电力工程电气设计手册》 水利电气部西北电力设计院 1998年 [7]、《电力系统》 郑州电力出版社 李薇薇 李芳 编著 1994 [8]、《工厂供电》 天津大学出版社 黄纯华 编著 2001.6

[9]、 Thaper,Evalution of Ground Resistance of a Grounding Grid of Any Shape,IEEE

Transsactions on Power Delivery Vol．6 No．2 April 1991 [10]、J．M．Nahman,et al．Resistance to Ground of Combined Grid-multiple Rods Electrodes．IEEE

Iransactions on Power Diliyery，vol． 1996

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附录一

附图：110KV变电站电气主接线图

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