设计任务书
一、基本资料
1.设计变电所在城市近郊，向开发区的几个企业供电。
2.本变电所的电压等级为110/35/10KV，110KV是本变电所的电源电压，35KV和10KV是二次电压。
3.待建变电所的电源，由双回110KV线路送到本变电所；在中压侧35KV母线，送出2
回线路；在低压侧10KV母线，送出6回线路；该变电所的所址，地势平坦，交通方便。
4.35KV和10KV用户负荷统计资料见表2-1和表2-2。最大负荷利用小时数Tmax=5500h，同时率取0.9，线路损耗取5%。
用户名称 炼钢厂 序号 用户名称 最大负荷（KW） cosφ 回路数 重要负荷百分数 1 2 3 4 5 6 棉机厂 中邯硼业 中恒建材 新兴重机 油脂厂 邯大饲料 1800 900 2100 2400 2000 600 0.95 1 1 1 1 1 1 62 62 62 62 62 62 最大负荷（KW） 21000 cosφ 0.95 回路数 2 重要负荷百分数（％） 65 二、电气部分
⒈选择变电所主变的台数、容量和类型；
⒉选出数个电气主接线方案通过技术经济的比较论证，确定变电所电气的主接线型式；
I
⒊合理选择短路点进行短路电流计算；选择主要电气设备。
⒋选择和校验所需的电气设备。配置电压，电流互感器，并确定其型号，变比和接线方式等。
⒌选择自用变压器台数，容量及连接地点及配电方式。 ⒍初步规划二次回路的基本方案；合理进行变电所平面布置。 7.进行防雷保护规划设计。
成果要求
⒈编写计算说明书共一份，采用A4打印稿左装订。
⒉要求计算准确，层次清晰，公式系数选择正确合理并标明依据。 ⒊说明要论证充分正确，结论清楚。
⒋图纸符合标准，主要图纸选择一张采用A1图手绘，其它采用A4计算机绘制。 ⒌说明书附英文标题与摘要。 6.条件不充分时可以合理的假定条件。
II
摘要
电力的发现和使用对当代社会的发展、国民经济等起到了至关重要的影响，随着科学技术的发展，电网的建设也越来越先进。变电站是电网建设中最重要的一个环节，起着电能传递与电压转换的作用。随着时代发展，变电站的改进越来越迅速，由最先的传统化变电站和电压等级不高，到现在的GIS站、数字化变电站，以及高压变电站等，变电站的发展越来越先进，对变电站的技术要求也越来越高，但传统变电站仍在电网中占据了一席之地。
本次毕业设计的主要工作是完成一个包括2台主变压器的110kV传统变电站电气初步设计。设计的主要目的在于了解变电站设计的发展历程和一般设计方法在设计中深化已经掌握的专业课程，并学习变电站电气初步设计的相关过程和规定，从而做到理论实际相结合
本次设计的工作内容主要包括，先根据设计要求的出线回路数等确定变电站的主接线方案，然后查阅相关文献和材料后确定主变型号，再根据选定的变压器参数计算并确定变电站各个电压等级的短路电流，随后选择变电站所需要的电气设备和母线，然后根据所选设备对变电站进行合理的布置，最后对主变压器进行保护设计。
本次设计的主要成果是一座110kV进线2回，35kV出线2回，10kV出线6回的变电站电气初步设计以及主变的保护配置。该变电站屋外、屋内配电装置的主接线形式分别采用了单母线分段接线，变电站的主变保护采用了纵联差动保护和瓦斯保护等。 关键词：变电站设计 电气主接线 短路电流 设备选择
III
Abstract
The discovery and use of electric power has a very important influence on the development of modern society and the national economy. China's energy resources distribution is not uniform. Therefore, power transmission is crucial, grid system is very complicated, in order to ensure the transmission quality and need to people continue to improve power system. With the development of science and technology, the construction of the network is becoming more and more advanced, substation is a part of the power grid construction is the most important, plays a role of conversion of electric energy, the substation improved more and more rapidly. By the first traditional substation and voltage level is not high, to the current GIS station, digital substation, and high voltage transformer substations and other, substation is becoming more and more advanced, technology of substation request is also getting higher and higher.
The objective of this design is the conventional 110kV substation design through this design. The purpose is to understand at all times and in all over the world of substation design development process and design method. Learning design of the relevant procedures and regulations, so as to achieve the theory of the combination of the actual design of a suitable substation.
The main research contents of this design is the first according to the design requirements of outlet circuit number and confirm the substation main wiring scheme and access relevant documents and materials of main transformer model is established, and various voltage levels in the short circuit current is determined according to the parameters of the transformer model, and then refer to the related process selection of 110kV substation and 10kV side of the electrical equipment and bus, and reasonable layout of substation based on the selected device. Finally, the main transformer of design protection.
The results of this design is to design a 110kV outlet 2 back, 35kV outlet 2 back, 10kV outlet 6 back to the 110kV substation, the substation is the main connection form is the double busbar double busbar single busbar connection. The main transformer protection using differential protection and gas protection.
IV
Keywords: substation design main electrical wiring short circuit current equipment selection
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目 录
一、基本资料 ................................................................................................................ I 二、电气部分 ................................................................................................................ I 绪论 ............................................................................................................................... 1 第一章 主变压器的选择 ............................................................................................. 4 1.1变压器的类型 ......................................................................................................... 4 1.2主变压器的选择原则 ............................................................................................. 4 1.2.1选择主变压器台数时应考率下列原则： .......................................................... 4 1.2.2变压器容量的选择 .............................................................................................. 5 1.2.3主变台数的考虑原则及台数的选择 .................................................................. 5 1.3变压器型式的选择 ................................................................................................. 5 1.3.1相数的选择 .......................................................................................................... 5 1.3.2绕组数和绕组连接方式的选择 .......................................................................... 5 1.3.3主变阻抗和调压方式的选择 .............................................................................. 6 1.3.4主变压器的冷却方式 .......................................................................................... 6 1.3.5全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决 ...................................................... 6 第二章主接线设计 ....................................................................................................... 8 2.1 接线设计原则 ........................................................................................................ 8 2.1.1 主接线的设计原则 ............................................................................................. 8 2.1.2 主接线的基本要求 ............................................................................................. 8 2.2 方案的拟定 ............................................................................................................ 9 第三章 短路电流的计算 ........................................................................................... 12 3.1画等值电抗图 ....................................................................................................... 12 3.2短路电流的计算 ................................................................................................... 12 3.2.1 110KV侧短路𝒅𝟏点短路： .............................................................................. 12 3.2.2 35KV侧短路d2点短路： ................................................................................ 13 3.2.3 10KV侧d3点短路计算： ................................................................................ 14 第四章 电气设备的选择 ........................................................................................... 15 4.1母线选择 ............................................................................................................... 15 4.1.1导体选型 ............................................................................................................ 15
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4.1.2导体截面积选择 ................................................................................................ 15 4.2断路器的选择 ....................................................................................................... 19 4.2.1 110KV侧断路器的选择 ................................................................................... 21 4.2.2 35KV侧断路器的选择 ..................................................................................... 22 4.2.3 10KV侧断路器的选择 ..................................................................................... 23 4.3限流电抗器的选择： ........................................................................................... 24 4.3隔离开关的选择 ................................................................................................... 25 4.3.1 110KV进线隔离开关的选择： ....................................................................... 26 4.3.2 35KV进线隔离开关的选择 ............................................................................. 27 4.3.3 10KV进线隔离开关的选择 ............................................................................. 28 4.4电流互感器的选择 ............................................................................................... 29 4.4.1 110KV侧电流互感器的选择 ........................................................................... 32 4.4.2 35KV电流互感器 ............................................................................................. 32 4.4.3 10KV电流互感器 ............................................................................................. 33 4.5电压互感器 ........................................................................................................... 34 第五章 防雷保护设计 ............................................................................................... 36 5.1避雷针的装设原则及其接地装置的要求 ........................................................... 36 5.2避雷针的安装及计算 ........................................................................................... 37 5.3 避雷器 .................................................................................................................. 40 5.3.1 避雷器的种类 ................................................................................................... 40 5.3.2 各避雷器的特点 ............................................................................................... 41 5.3.3 110KV侧避雷器的选取 ................................................................................... 44 5.3.4 35KV侧避雷器的选取 ..................................................................................... 44 5.3.5 10KV侧避雷器的选取 ..................................................................................... 45 5.4中性点防雷 ........................................................................................................... 46 第六章 接地网设计 ................................................................................................... 48 6.1设计说明 ............................................................................................................... 48 6.2接地体的设计 ....................................................................................................... 48 6.3接地网设计计算 ................................................................................................... 48 总结 ............................................................................................................................. 50
VII
主要参考文献 ...................................................... 51 致 谢 ............................................................. 52
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绪论
本课题来源及研究的目的和意义
本课题来源于生产实践，与其研究的内容以及变电站的研究水平不仅与我们的生活息息相关，还对我们的生活和生产起着至关重要的影响。 随着工业时代的发展，电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理的驾驭电力必须从电力工程的设计原则和方法上理解和掌握其精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率。从而达到降低生产成本提高经济效益的目的。众所周知，电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配电和用电，几乎是在同一时间完成的，须相互协调与平衡。变电和配电是为了电能的传输和合理的分配，在电力系统中占很重要的地位，其都是由电力变压器来完成的，因此变电所在供电系统中的作用是不言而语的。 随着高新技术的发展和应用，对电能质量和供电可靠提出了新的要求，高压、超高压变电站的设计和运行系统必须适应这种新形势，因此，改善电网结构，提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度，以满足日益增长的社会需求是电力企业的首要目标。变电所是联系发电厂和用户的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。为了保证在送变电过程中的供电可靠性，首先要满足的就是变电所的设计规范。 进入21世纪后，我国电力仍将以较高的速度和更大的规模发展，电源和电网建设的任务仍很重。做为发电厂和用户的中间环节，变换和分配电能的重要组成部分，将面临电力体制改革和技术创新能力的双重挑战，如何合理的设计一个变电所，使之在技术上、管理上适应电力市场化体制和竞争需要，促使电网互联范围的不断扩大，是这次设计的主要目的。
本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状。
我国自1882年有电以来，电力工业已经走过了120多年的历程。解放前，我国电力工业和其他工业一样，处于极端落后的状态，并带有明显的半殖民地的特点。新中国成立后的50多年中，电力工业以很高的速度发展，取得了世人瞩目的成就。 到1988年全国发电设备容量已达11000万kw，其中火电占75％，与1949年相比增长了58倍。1998年全国装机容量已达到277 GW以上，跃居世界第2位。特别是进入本世纪90年代以来，我国的电力平均每年新增装机容量17多GW，实现装机容量8年翻一番，终于缓解了近50年的持续缺电局面，使电力供应有所缓和。 虽然从1997年开始到1998年，全国电力供应紧张的状况有了缓和，局部地方出现了电力供大于求，但是我国的用电水平还是很低的。到1998年，全国人均占有装机容量0.22 kW，发电量只有927 kw·h，
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这一水平只相当于世界平均水平的1/3左右，为发达国家的1/6～1/10，与富裕的小康生活水平对电力的要求也相差甚远。电网结构薄弱，特别是500 kV网架在大部分电网中尚未真正形成，电网的安全性差，可靠性低，自动化水平不高，电网调峰容量不足，损耗大，供电质量差，远远不能适应21世纪信息时代对电力供应的数量和质量的要求。
我国电力工业2个方面的任务： 1、首先是电力工业要保持持续、快速、健康的发展，以足够的电力来保证国民经济和社会持续、稳定、健康的发展。任何国家在工业化时期，电力都是整个社会经济发展的保证，是基础。 2、电力的发展促进电力市场的形成，特别是电网的建设与发展，将为电力市场的建设提供物质基础；也只有发展了电力市场、完善市场机制，才能进一步促进电力的健康、快速、高效的发展。 我国电网发展的基本思路和实施的步骤是： 1、要以三峡电网为中心，推进全国联网，三峡电网先向北与华北的联网，以及与西北的联网，向南与华南的联网，向西则随金沙江溪洛渡、向家坝电力外送，使三峡电网继续扩展并得到进一步的加强； 2、要配合大型水电站和火电基地的建设，进一步加大“西电东送”和“北电南送”的力度，实现以送电为主的“送电型”联网； 3、在不断加强各大区自身电网结构的基础上，在适当的时机和地点按照利益均沾、互惠互利的原则，采用交流或直流，实现以联网效益为主的“效益型”联网，并把“送电型”联网与“效益型”联网有机地结合起来，把全国联网与加强各地区电网自身网架的建设结合起来，最后推进全国联网的形成和发展，与此同时还要重视发展我国电网与周边国家电网的互联。 现阶段我国主要进行的变电站典型设计，是通过对现有变电站样本进行评估、类比、组合, 形成典型化设计方案, 并以新技术为依托, 不断优化, 形成一系列定制化产品,满足城市、农村电网建设需求。通过变电站典型设计, 归并工程流程, 统一技术标准, 提高工作效率, 降低项目实施不确定性, 加快工程建设进度, 降低将来运行成本。变电站典型设计是将技术与管理相结合, 通过典型化、标准化, 提高工程整体效益。在过去十多年来．110kV电力网络和变电站在系统中的地位和功能发生了很大变化，1l0kV电力网络已下降为配电网络，大多数l10kV变电站也沦为负荷型的终端变电站。现在国家正在重点发展电网，形成全国统一的联合电网。 目前一些发达国家的电能极度紧缺，电力资源紧缺是制约他们发展的一个重要因数。为了满足需求这些国家通过各种方式来降低电能的损耗，比如说增高电压就是一种比较方便、实用的方法，这些国家已经形成了比较完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论是真正做到了节约、集约、高效等特点。总之，发达国家通过改善变电站结构，降低变电站功率损耗，尽可能地提高变电所的灵活性，最终达到提高经济性的目的。
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第一章 主变压器的选择
1.1变压器的类型
变压器是变电所中最重要的和最贵重的是设备，变压器的选择在变电所中是比较重要的。它是变电站中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送，分配和利用。
变压器的分类方法比较多，按功能分有升压变压器和降压变压器，按相数分有单相和三相变压器，按绕组导体的材质分有铜绕组和铝绕组变压器，按冷却方式和绕组绝缘分有油浸式，干式两大类，其中油浸式变压器又有油浸自冷式，油浸风冷式，油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。而干式变压器又有浇注式，开启式，充气压（SF6）等。按用途又可分为普通变压器和特种变压器，按调压方式分有无载调压变压器和有载调压变压器。安装在总降压变电所的变压器通常被称为主变压器，6~10KV/0.4KV的变压器常被叫做配电变压器。
在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10系列。高损耗变压器已被淘汰，不在采用，在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器，供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器 （S9，S10-M，S11，S11-M等）；对于高建筑，地下建筑，发电厂化工等单位对消防要求较高的场所，宜采用干式电力变压器（SC，SCZ，SG3，SG10，SC6等）；对电网电压波动较大的，为改善电能质量应采用有载调压电力变压器（SZ7，SFSZ。SGZ3等）降压变电所主变压器台数和容量的确定。
1.2主变压器的选择原则
1.2.1选择主变压器台数时应考率下列原则：
应满足用电负荷对供电可靠性的要求,对供有大量一、二级负荷的变电所,应采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器对一二级负荷继续供电.对只有二级负荷而无一级负荷的变电所,也可以只采一台变压器,但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源或另有自备电源。
（1） 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所也可以考虑采用两台变压器。
（2） 除上述两种情况外,一般车间变电所宜采用一台变压器.但是负荷集中且容量相当大的变电所,虽为三级负荷,也可以采用两台变压器。
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（3） 在确定变电所主要变压器台数时,应适当考虑负荷的发展留有一定的余地。 1.2.2变压器容量的选择
主变容量选择应考虑：（参考《电力工程电气设计手册》一中的第五章远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。
（2）根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60％。
(3)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。（主要考虑备用品，备件及维修方便。） 1.2.3主变台数的考虑原则及台数的选择
（1）对大城市的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。 （2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。
（3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。
由以上分析知应选择两台主变。
）
（1）主变容量选择一般应按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到
1.3变压器型式的选择
1.3.1相数的选择
由相应规程规定，若站址地势开阔，交通运输方便，也不是由于容量过大而无法解决制造问题宜采用三相变压器，结合以上分析，此变电所应采用三相变压器。 1.3.2绕组数和绕组连接方式的选择
参考《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15％以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。故该市郊变电所主变选择三绕组变压器。
参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两
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种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要选择10KV侧采用△型的连接方式。
故该市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为： 1.3.3主变阻抗和调压方式的选择
参考《电力系统电气设计手册》和相应规程中指出：变压器各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应以对工程起决定性作用的因素来确定。
变压器的阻抗选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此变压器可以分为升压结构和降压结构两种类型。
调压方式是指采用有载（带负荷）调压还是手动（不带负荷）调压方式。规程规定：在能满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式（手动调压方式的变压器便宜、维修方便）。近年来随着对电压质量的要求的提高和有载调压变压器的质量的提高，作为城市变电站，一般也都用有载调压方式。
综合以上分析本设计中此变电站的主变宜采用有载调压方式。 1.3.4主变压器的冷却方式
根据型号有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。按一般情况，110KV变电站宜选用自然风冷式。 1.3.5全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决
在110KV及以上的中型点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110KV，35KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。
𝑛
的连接方式。而6-
。
𝑆𝑚𝑎𝑥
𝑃𝑖𝑚𝑎𝑥
=𝑘𝑡(∑)×(1+𝛼%)=30637.89𝐾𝑊
𝑐𝑜𝑠Ø𝑖
𝑖=1
Pmax—— 各出线最大负荷 Cosφi ——各出线自然功率因数 Kt ——同时系数 α%——线损率
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n𝑆𝑁≥𝑆𝑚𝑎𝑥
(n−1)𝑆𝑁≥(0.7~0.8)𝑆𝑚𝑎𝑥 (n−1)𝑆𝑁≥𝑆Ⅰ+𝑆Ⅱ
SN ≥21446.5~24510.32 MVA SN ≥ 20764.2
所以主变选择的型号为SFS7—25000/110
型号 SFS7—25000/110
额定容量（KVA） 25000
高压
中压
低压
110±2×2.5% 35 10.5
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第二章主接线设计
2.1 接线设计原则
电气主接线的设计是变电站设计的主体，是电力系统原始数据及变电站运行的可靠性、经济性要求密切相关。主接线的确定对电力系统的安全、稳定、灵活，经济运行以及变电站电气设备选择，配电装置的布置，会有直接的影响。因此，主接线必须结合电力系统、变电站具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理他们之间的关系，经过技术、经济的比较，合理选择主接线方式。
变电站电气主接线的可靠性、灵活性和经济性是一个综合的概念，不能单独的强调其中的某一特性，也不能忽略其中的某一特性。但根据变电站在系统中的地位和作用的不同，对变电站电气主接线的性能要求也有不同的侧重。例如系统中的超高压、大容量枢纽变电站，因停电会对系统和用户造成重大损失，故对其可靠性要求就特别高；系统中的中小容量中间变电站或终端变电站，因停电对系统和用户造成的损失较小，这类变电站的数量特别大，故对其主接线的经济性就要特别重视。
2.1.1 主接线的设计原则
（1）考虑变电站在电力系统中的地位和作用。 （2）考虑远期发展规模。
（3）考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响。 （4）考虑主变压器台数对主接线的影响。 （5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。
2.1.2 主接线的基本要求
（1）可靠性 （2）灵活性 （3）经济性
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110KV降压变电所电气部分初步设计
考虑以符合设计要求，国家政策，技术规定为准。结合实际，保证供电在可靠调度灵活等满足前提条件下来节省投资。
2.2 方案的拟定
各接线形式的优缺点及应用范围 110kV系统的主接线选择
根据《电力工程设计手册》：110kV～220kV配电装置出线回路不超过2回时一般选用单母线接线；出线回路3～4回时一般选用单母线分段接线，故选用单母线接线与单母线分段接线两种方案进行比较决定。
一、单母线接线
（1）优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于矿建和采用成套配电装置。 （2）缺点：不够灵活可靠，任一组件或故障及检修均需使整个配电装置停电。 （3）适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的情况。
本次设计使用两台主变压器，并且10kV侧要求供电的可靠性高，所以不能采用単母线接线。
二、单母线分段接线
这种接线除具有单母线接线的简单、清晰，采用设备少、操作方便、扩建容易等优点外，增加分段断路器后，提高了可靠性。因此，这种接线的应用范围也比单母线接线广。其缺点是当分段断路器故障时，整个配电装置会全停；母线和母线隔离开关检修时，该段母线上连接的组件都要在检修期间停电。
（1）优点：①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。②当一段母线上发生故障时，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
（2）缺点：①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段回路的母线都要在检修期内停电。②出线双回时，常使架空线交叉跨越。③扩建时需要向两个方向均衡扩建。
（3）适用范围：6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上，110~220kV配电装置出线回路数为3~4回。
本次设计10kV侧配电装置虽有特殊重要的I、II类用户化学工业等，不允许停电检修断路器。但由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断涌现。因此，断路器本身需要检修的几率不断减小，而每次检修时间又非常短，故可使用単母分段接线方式。此外，35kV和110kV侧也考虑采用単母分段接线方式。
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三、双母线接线
（1）优点：①供电可靠②调度灵活③扩建方便④便于试验。
（2）缺点：①增加一组母线和使每回路要增加一组母线隔离开关②当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。
（3）适用范围：①6~10kV配电装置。当短路电流较大，出线需要带电抗器时。②110~220kV配电装置。出线回路数为5回及以上时，或当110~220kV配电装置在系统中占重要地位且出线回路数为4回及以上时。
根据本次设计的原始资料，110kV侧出线回路数及其配电装置的重要性都不满足装设双母接线的条件。35kV侧可以适当考虑。
四、双母线分段接线
双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个组件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。
所以综合考虑，在110KV侧选用单母分段，35KV侧选用单母分段，10KV侧选用单母分段。
110KV
1
35KV
10
110KV降压变电所电气部分初步设计
11
110KV降压变电所电气部分初步设计
第三章 短路电流的计算
3.1画等值电抗图
各组件等值电抗计算如下：
𝐼𝑑2=𝐼𝑑∗
选取基准容量：SB=100MVA 基准电压：UB=Uav
线路电抗：0.4Ω/km
假设进入110KV进线为无限大容量系统，距离为50KM
𝑆√3𝑈𝐵
=3.5×
100√3×37=5.46𝐾𝐴
3.2短路电流的计算
3.2.1 110KV侧短路𝒅𝟏点短路：
等值电路图：
12
110KV降压变电所电气部分初步设计
𝐿×𝑋×𝑆𝐵50×0.4×100𝑋1===0.0756 22×11522𝑈𝐵
11
𝐼标幺值===13.23
𝑋10.0756𝐼𝑑1=𝐼基准值×𝐼标幺值=502.04×13.23=6.642𝐾𝐴
3.2.2 35KV侧短路d2点短路：
等值电路图：
由短路电压百分比计算出所选变压器各绕组电抗：
𝑋1%=2(𝑈𝐾(1−2)+𝑈𝐾(1−3)−𝑈𝐾(2−3))=2(10.5+10.5−6.5)=7.25%
𝑋2%=
11
𝑋3%=(𝑈𝑘(1−3)+𝑈𝑘(2−3)−𝑈𝑘(1−2))=(10.5+6.5−10.5)=3.25%
22
𝑋1%𝑆𝐵7.25100
𝑋2=×=×=0.29
100𝑆𝑁10025
𝑋3=
𝑋2%𝑆𝐵3.25100
×=×=0.13 100𝑆𝑁10025
13
1
1
11
(𝑈𝑘(1−2)+𝑈𝑘(2−3)−𝑈𝑘(1−3))=(10.5+6.5−10.5)=3.25% 22
110KV降压变电所电气部分初步设计
𝑋𝑑2
𝐼𝑑∗
𝐼𝑑2=𝐼𝑑∗
3.2.3 10KV侧d3点短路计算：
等值电路图：
𝑆√3𝑈𝐵
=3.5×
100√3×37=5.46𝐾𝐴
11===3.50 𝑋1+𝑋𝑑20.0756+0.21𝑋2+𝑋30.29+0.13===0.21
22
𝑋6=
𝑋2%𝑆𝐵3.25100×=×=0.13100𝑆𝑁10025
𝑋2+𝑋60.29+0.13
==0.21 22
𝑋𝑑3=
𝐼𝑑∗=
𝐼𝑑3=𝐼𝑑∗
11
==3.50
𝑋1+𝑋𝑑30.0756+0.21
𝑆√3𝑈𝐵
=3.50×
100√3×10.5=19.245𝐾𝐴
14
110KV降压变电所电气部分初步设计
第四章 电气设备的选择
正确选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节约投资，具体选择方法也就不完全一样。但对它们的要求却是基本相同的。电力系统中的各种电气设备，其运行条件完全一样，选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求是相同的。电气设备要想能可靠地工作，必须按正常运行条件进行选择，并且按短路条件校验其热稳定和动稳定。
4.1母线选择
对于敞露式的母线一般按下列的选项进行选择和校验：
导体的材料，类型和敷设的方式，导体的截面，电晕，热稳定，动稳定，共振频率 2.导体截面选择的原则
1）首先应按允许工作电流的情况加以选择，此处一般选取母线上最大的一台主变来选择 母线电流，或根据全部的负荷进行选择，l此处应考虑到温度对允许工作电流的影响。
2）按热稳定来选择母线的截面。 3）动稳定校验（采用应力的计算方法）
4）电晕校验：110kV及其以上的线路发电厂变电站母线均应以当地气象条件下晴天不出现 全面电晕为控制条件，即使导体安装处的最高工作电压小于临界电晕电压。 4.1.1导体选型
硬导体截面常用的有矩形、槽形和管形。矩形单条截面积最大不超过1250mm2,以减小集肤效应，大电流使用时可将2到4条矩形导体并列使用；矩形导体一般只用于35KV及以下、电流在4000A及以下的配电装置中。槽形导体机械强度好，载流量大，集肤效应系数较小，一般用于4000到8000A的配电装置中。管形导体集肤效应系数小、机械强度高，用于8000A以上的大电流母线或要求电晕放电电压高的110KV及以上的配电装置中。
4.1.2导体截面积选择
1.导体截面积可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。
对年负荷利用小时数大（通常指Tmax大于5000h），传输容量大，长度在20m以上
15
110KV降压变电所电气部分初步设计
的导体如发电机、变压器的连接导体其截面积一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，故可按长期允许电流来选择。
按长期发热允许电流来选择
按导体长期发热允许电流来选择，则计算式子为
𝐼𝑚𝑎𝑥≤𝐾𝐼𝑎𝑙
式中：Imax为导体所在回路中最大持续工作电流,A；
Ial为在额定环境温度为25℃时导体允许电流，A； K为与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数 综合修正系数K还可以计算为
𝜃𝑎𝑙−𝜃K=√
𝜃𝑎𝑙−𝜃0
式子中：θ和θ0分别为导体安装处实际环境温度和导体额定载流量的基准温度；θal为导体长期发热允许最高温度。
2.按经济电流密度选择导体
配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济密度选择，导体的经济电流密度可按照附录四所列数值选取。当无合适规定导体时，导体面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选取。
选取条件：
𝐼𝑚𝑎𝑥178.68𝑆𝐽===255.26𝑚𝑚2
𝐽0.7
经济截面面𝑆𝐽=
𝐼𝑚𝑎𝑥𝐽
J—经济电流密度
注意：按此法选择导体后，必须按长期发热校验。
16
110KV降压变电所电气部分初步设计
因为最大年负荷利用小时数为5500小时所以用经济电流密度来进行选择型号。 在110KV侧：
𝐼𝑚𝑎𝑥1=
𝑆𝐽=
因为截面积大于120mm2所以不用进行电晕的校验。
在110KV及高压配电装置中，一般选用软导体软母线适用于各个电压等级。所以对于110KV侧选用的型号为LGJ-240/40
𝐼𝑎𝑙25℃=𝐾𝐼𝑁=1×440=440（A）>178.68（A）
热稳定校验。正常运行时导体温度
𝐼2𝑚𝑎𝑥178.682
θ=𝜃0+(𝜃𝑎𝑙−𝜃0)2=25+(70−25)×=32.42℃
𝐼𝑎𝑙4402
C经过查表可得为99所以满足短路时发热的最小导体截面积为
𝑠𝑚𝑖𝑛
17
1.05×𝑃𝑁√3𝑈𝑁cos𝜑=
1.05×30800110×0.95×√3=178.68A
𝐼𝑚𝑎𝑥178.68
==255.26𝑚𝑚2 𝐽0.7
√𝑄𝑘𝐾𝑓√44.09×106×1===67.07<240
𝐶99
110KV降压变电所电气部分初步设计
满足热稳定要求。 在35KV侧：
𝐼𝑚𝑎𝑥2=
𝐼𝑚𝑎𝑥382.87𝑆𝐽===546.96𝑚𝑚2
𝐽0.7
因为截面积大于120mm2所以不用进行电晕的校验。
在110KV及高压配电装置中，一般选用软导体软母线适用于各个电压等级。所以对于35KV侧选用的型号为LGJ-500/45
𝐼𝑎𝑙25℃=𝐾𝐼𝑁=1×664=664(𝐴)>382.87（A）
热稳定校验。正常运行时导体温度
𝐼2𝑚𝑎𝑥382.872
θ=𝜃0+(𝜃𝑎𝑙−𝜃0)2=25+(70−25)×=39.96℃
𝐼𝑎𝑙6642
C经过查表可得为99所以满足短路时发热的最小导体截面积为
𝑆𝑚𝑖𝑛
满足热稳定要求。 在10KV侧：
𝐼𝑚𝑎𝑥3=
𝐼𝑚𝑎𝑥625.36𝑆𝐽===893.37𝑚𝑚2
𝐽0.7
因为截面积大于120mm2所以不用进行电晕的校验。
在110KV及高压配电装置中，一般选用软导体软母线适用于各个电压等级。所以对于10KV侧选用的型号为LGJ-800/70
18
1.05×𝑃𝑁√3𝑈𝑁cos𝜑=
1.05×2100035×0.95×√3=382.87𝐴
√𝑄𝑘𝐾𝑓√119.25×106×1===110.30<500
𝐶99
1.05×𝑃𝑁√3𝑈𝑁cos𝜑=
1.05×980010×0.95×√3=625.36𝐴
110KV降压变电所电气部分初步设计
𝐼𝑎𝑙25℃=𝐾𝐼𝑁=1×884=884(𝐴)>625.36(𝐴)
热稳定校验。正常运行时导体温度
𝐼2𝑚𝑎𝑥625.362
θ=𝜃0+(𝜃𝑎𝑙−𝜃0)2=25+(70−25)×=47.52℃
𝐼𝑎𝑙8842
C经过查表可得为97所以满足短路时发热的最小导体截面积为
𝑆𝑚𝑖𝑛
满足热稳定要求。
√𝑄𝑘𝐾𝑓√1481.5×106×1===396.8<800
𝐶97
4.2断路器的选择
高压断路器是发电厂或变电站中最重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧装置，是在正常和故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。
1.高压断路器的用途
高压断路器是在正常和故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。
为保证高压断路器能在正常或故障的任何情况下，可靠地接通与断开电路，要求高压断路器必须具有很完善的灭弧装置和快速动作的特性。
2.高压断路器的主要技术参数
高压断路器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、额定开断电流、额定峰值耐受电流(额定动稳定电流)、额定短时耐受电流(额定热稳定电流)、额定短路持续时间(额定热稳定时间)、额定短路关合电流(峰值)和动作时间（分闸时间、燃弧时间与开断时间）。
(1)额定电压。断路器的额定电压是指其导电和载流部分允许承受的(线)电压等级。由于输电线路首、末端等处的运行电压不同，所以断路器所能承受的最高工作电压高于额定电压值的10%～15%，例如断路器的额定电压为10kV时，其最高工作电压为11.5 kV。
(2)额定电流。断路器的额定电流是指在规定的环境温度下，当断路器的绝缘和载流部分不超过其长期工作的最高允许温度时，断路器允许通过的最大电流值。
(3)额定短路开断电流。额定短路开断电流简称为额定开断电流，它是指断路器在频率为50Hz的瞬态恢复电压下，能够开断的最大短路电流值。
19
110KV降压变电所电气部分初步设计
(4)额定峰值耐受电流(额定动稳定电流)。额定峰值耐受电流是表明断路器能承受短路电流电动力作用的性能，即断路器在闭合状态时能通过的不妨碍其继续正常工作的最大短路电流(峰值)。
(5)额定短时耐受电流(额定热稳定电流)。额定短时耐受电流是表明断路器承受短路电流热效应的性能。 额定短时耐受电流应等于额定短路开断电流值。
(6)额定短路持续时间(额定热稳定时间)。当额定短时耐受电流通过断路器的时间为额定短路持续时间， 断路器的各部分温度不超过短时所允许发热的最高温度， 并且不发生触头熔接或其他妨碍正常工作的异常现象。额定短路持续时间一般为2s。
(7)额定短路关合电流(峰值)。保证断路器能关合短路而又不致于发生触头熔焊或其他损伤， 所允许接通的最大短路电流称为额定短路关合电流。
(8)动作时间。断路器的动作时间包括分闸时间、燃弧时间和开断时间。
1)分闸时间。处于合闸状态的断路器，从分闸回路接受分闸命令(脉冲)瞬间起，直到所有灭弧触头均分离瞬间的时间间隔。
2)燃弧时间。从首先分离主回路触头刚脱离电接触起，到断路器各极中触头间的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。
3)开断时间。从断路器接受分闸命令瞬间起，到断路器各极触头间的电弧最终熄灭瞬间为止的时间间隔。
3.断路器的基本结构
（1）高压断路器的种类繁多，具体构造也不相同，但就其基本结构而言，可分为电路通断元件、绝缘支撑元件、基座、操动机构及其中间传动机构等几部分。
（2）断路器中的电路通断元件是关键部件，它承担着接通或断开电路的任 务。断路器的通断由操动机构控制，分合闸操是作由操动机构经中间传动机构控制动触头的运动而实现的。电路通断元件主要包括接线端子、导电杆、触头和灭弧室等，这些元件均安装在绝缘支撑元件之上。 绝缘支撑元件，起着固定通断元件的作用，并使其带电部分之间或带电部分与地之间绝缘。绝缘支撑元件安装在断路器的基座之上。
高压断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调
试和运行维护，并且经过经济技术方面都比较厚才能确定。根据目前我国高压断路器的生产情况，电压等级在10Kv～220kV的电网一般选用少油断路器，而当少油断路器不能满足要求时，可以选用6SF断路器。
20
110KV降压变电所电气部分初步设计
4.2.1 110KV侧断路器的选择
110KV侧最大持续工作电流：
1.05×𝑃𝑁1.05×30800
𝐼𝑚𝑎𝑥1===178.68𝐴
√3𝑈𝑁cos𝜑110×0.95×√3
根据最大持续工作电流查表可选择的型号为LW6—110Ⅱ/3150型断路器具体参数如下：
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
故有分闸时间（S） 0.06
合闸时间（S） 0.25
（KV） （KA） （KA） （KA） （KA）
LW6-110Ⅱ/3150
1.按额定电压选择
𝑈𝑁=110𝐾𝐴≥𝑈𝑁𝑆=110𝐾𝐴
满足要求，UN为断路器额定电压 UNS为电网额定电压 2.额定电流的选择：
𝐼𝑎𝑙=3150𝐴>𝐼𝑚𝑎𝑥=178.68𝐴
110
3150
40
125
50
满足要求，Ial为断路器额定电流，Imax为最大持续工作电流。 3.动稳定校验
𝑖𝑠𝑘=2.55𝐼′′=2.55×6.642=16.94𝐾𝐴
𝑖𝑒𝑠=125𝐾𝐴>𝑖𝑠ℎ
满足要求。
4.开断电流，关合电流的选择
𝑖𝑁𝑐𝑙=40𝐾𝐴≥𝑖𝑠ℎ=16.94𝐾𝐴
5.热稳定校验
21
110KV降压变电所电气部分初步设计
𝐼2𝑡≥𝑄𝑘
（50×103）×4≥(6.642×103)2×4
满足要求。
4.2.2 35KV侧断路器的选择
35KV侧最大持续工作电流：
𝐼𝑚𝑎𝑥1=
根据最大持续工作电流查表可选择的型号为SW10-35型断路器具体参数如下： 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
故有分闸时间（S） 0.06
合闸时间（S） 0.4
1.05×𝑃𝑁√3𝑈𝑁cos𝜑=
1.05×2100035×0.95×√3=382.87𝐴
2
（KV） （KA） （KA） （KA） （KA）
SW10-35
1.按额定电压选择
𝑈𝑁=35𝐾𝐴≥𝑈𝑁𝑆=35𝐾𝐴
满足要求，UN为断路器额定电压，UNS为电网额定电压 2.额定电流的选择：
𝐼𝑎𝑙=1000𝐴>𝐼𝑚𝑎𝑥=382.87𝐴
35
1000
24.8
63.4
24.8
满足要求，Ial为断路器额定电流，Imax为最大持续工作电流。 3.动稳定校验：
𝑖𝑠ℎ=2.55𝐼′′=2.55×5.46=13.923𝐾𝐴
𝑖𝑒𝑠=63.4𝐾𝐴>𝑖𝑠ℎ
满足要求。
4.开断电流，关合电流的选择：
22
110KV降压变电所电气部分初步设计
𝑖𝑁𝑐𝑙=24.8𝐾𝐴≥𝑖𝑠ℎ=16.94𝐾𝐴
5.热稳定校验
𝐼2𝑡≥𝑄𝑘
（24.8×103）×4≥(5.46×103)2×4
满足要求。
4.2.3 10KV侧断路器的选择
10KV侧最大持续工作电流：
1.05×𝑃𝑁1.05×9800
𝐼𝑚𝑎𝑥1===625.36𝐴
√3𝑈𝑁cos𝜑10×0.95×√3
根据最大持续工作电流查表可选择的型号为ZN5-10/1000型断路器具体参数如下： 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
故有分闸时间（S） 0.05
合闸时间（S） 0.1
2
（KV） （KA） （KA） （KA） （KA）
ZN5- 10/1000
1.按额定电压选择：
𝑈𝑁=10𝐾𝐴≥𝑈𝑁𝑆=10𝐾𝐴
满足要求，UN为断路器额定电压 UNS为电网额定电压 2.额定电流的选择：
𝐼𝑎𝑙=1000𝐴>𝐼𝑚𝑎𝑥=625.36𝐴
10
1000
25
63
25
满足要求，Ial为断路器额定电流，Imax为最大持续工作电流。 3.动稳定校验：
𝑖𝑠ℎ=2.55𝐼′′=2.55×19.245=49.07𝐾𝐴
𝑖𝑒𝑠=63𝐾𝐴>𝑖𝑠ℎ
23
110KV降压变电所电气部分初步设计
满足要求。
4.开断电流，关合电流的选择：
𝑖𝑁𝑐𝑙=25𝐾𝐴≥𝑖𝑠ℎ=49.07𝐾𝐴
由于短路关合电流不满足要求，所以要选择一个限流电抗器。 5.热稳定校验：
2𝐼𝑡𝑡≥𝑄𝑘2
（25×103）×4≥(19.245×103)2×4
满足要求。
4.3限流电抗器的选择：
10KV侧选一个电抗器来限制短路电流。
U𝑁=10KV≥𝑈𝑁𝑆=10𝐾𝐴
I𝑁≥𝐼𝑚𝑎𝑥
I𝑁=
I𝑚𝑎𝑥=70%I𝑁=0.7×1443.4𝐴
\"𝐼后=8𝐾𝐴
𝑆𝑁√3𝑈𝑁
=
25000√3×10=1443.4𝐴
′𝑋∗𝛴=0.21
100𝐼𝑑3×10.55.497=\"=√==0.687
88𝐼𝑋∗𝐿=0.687−0.21=0.477
24
𝑋∗∑
110KV降压变电所电气部分初步设计
电抗百分比的计算：
𝐼𝑑𝐼𝑈1500×10.5′)𝑁𝑑
𝑋𝐿%=(\"−𝑋∗𝛴×100%=(0.687−0.21)×=0.137
𝐼𝑑𝑈𝑁5.497×10𝐼
初选NKL-10-1500-12 一般选百分比为8—12%。
1.电压损失校验
𝑋𝐿%𝐼𝑚𝑎𝑥121010.4
∆𝑋𝐿%≈×sin𝜑100%=××0.31×100%=2.505≤5%
100𝐼𝑁1001500
2.短路母线残压校验
𝑋𝐿%𝐼\"12%8000
∆𝑈𝑟𝑒%=×100%=××100%=64%
100𝐼𝑁1001500
大于等于60%到70%所以满足要求，符合。 3.动稳定，热稳定校验
2
𝐼𝑡𝑡≥𝑄𝑘, 𝑖𝑒𝑠≥𝑖𝑠ℎ
同上，动稳定和热稳定都满足要求。
4.3隔离开关的选择
隔离开关的主要用途是隔离电压、切换电路或拉合小电流回路（例如电压互感器与避雷器回路等）。
隔离开关的结构简单，它没有特殊的灭弧装置，不能用来接通或断开有负荷电流或短路电流的电路，否则会在其触头间形成电弧，危及人身和设备的安全，造成误拉合隔离开关的恶性事故。
电气设备停电检修时,通常用隔离开关将需要停电部分与其他带电工作部分可靠地隔离(绝缘)，以保证工作人员安全。隔离开关的触头全部敞露在空气之中，断开点明显可见，隔离开关断开后，其动静触头之间的击穿电压必须大于每相对接地的击穿电压，以便使电路中意外出现高电压时，相对地先于断开点间击穿，从而保证检修人员的安全。
隔离开关在结构上没有特殊的灭弧装置、不能用于接通或断开有负荷电流与短路电
25
110KV降压变电所电气部分初步设计
流的电路，倒闸操作中要求断路器断开电路后才允许拉开隔离开关。
隔离开关的参数选择的情况如下：
技术条件主要有：正常工作条件下的电压，电流，频率，机械荷载，短路的稳定性有动稳定 和热稳定和持续时间，承受过电压能力和操作性能等，其选择的项目和短路器基本一致。
其具体要求如下；
1.操作在8000A以下者用手动，8000A以上的用电动，对于室外的220kV以下的隔离开关 和接地刀闸用手动，330kV及其以上的用气动，电动。
2.关于接地闸刀，每段母线上设1-2组接地闸刀，63kV以上的断路器两侧的隔离开关和线路 隔离开关的线路侧宜配置接地闸刀，35kV以上的接地闸刀安装处的动稳定情况进行校验。
4.3.1 110KV进线隔离开关的选择：
110KV侧最大持续工作电流：
1.05×𝑃𝑁1.05×30800
𝐼max1===178.68𝐴
3𝑈cos𝜑110×0.95×3√𝑁√
根据最大持续工作电流查表可选择的型号为GW5-110/630型隔离开关具体参数如 下：
型号
额定电压（KV）
GW5-110/630
1.按额定电压选择
𝑈𝑁=110𝐾𝐴≥𝑈𝑁𝑆=110𝐾𝐴
26
额定电流（KA）
动稳定电流（KA）
热稳定电流（KA）
110 630 50 20
110KV降压变电所电气部分初步设计
满足要求，UN为断路器额定电压 UNS为电网额定电压 2.额定电流的选择：
满足要求，Ial为额定电流，Imax为最大持续工作电流。 3.动稳定校验：
𝑖𝑠ℎ=2.55𝐼\"=2.55×6.642=16.94𝐾𝐴
𝑖𝑒𝑠=50𝐾𝐴>𝑖𝑠ℎ
满足要求。 4.热稳定校验
(20×103)2×4≥(6.642×103)2×4
满足要求。
4.3.2 35KV进线隔离开关的选择
35KV侧最大持续工作电流：
𝐼𝑚𝑎𝑥1=
1.05×𝑃𝑁√3𝑈𝑁cos𝜑=
1.05×3080035×0.95×√3=382.87𝐴
2𝐼𝑡𝑡≥𝑄𝑘
𝐼𝑎𝑙=630𝐴≥𝐼𝑚𝑎𝑥=178.68𝐾𝐴
根据最大持续工作电流查表可选择的型号为GW5-110/630型隔离开关具体参数如下：
型号
额定电压（KV）
GW5-35/630
27
额定电流（KA）
动稳定电流（KA）
热稳定电流（KA）
110 630 50 20
110KV降压变电所电气部分初步设计
1.按额定电压选择：
满足要求，UN为断路器额定电压 UNS为电网额定电压 2.额定电流的选择：
满足要求，Ial为额定电流，Imax为最大持续工作电流。 3.动稳定校验：
𝑖𝑠ℎ=2.55𝐼\"=2.55×5.46=13.92𝐾𝐴
𝑖𝑒𝑠=50𝐾𝐴>𝑖𝑠ℎ
满足要求。 4.热稳定校验
2𝐼𝑡𝑡≥𝑄𝑘
𝑈𝑁=35𝐾𝐴≥𝑈𝑁𝑆=35𝐾𝐴
𝐼𝑎𝑙=630𝐴≥𝐼𝑚𝑎𝑥=382.87𝐾𝐴
(20×103)2×4≥(5.46×103)2×4
满足要求。
4.3.3 10KV进线隔离开关的选择
10KV侧最大持续工作电流：
1.05×𝑃𝑁1.05×30800
𝐼𝑚𝑎𝑥1===382.87𝐴
√3𝑈𝑁cos𝜑35×0.95×√3 型号
额定电压（KV）
GN2-10/2000
28
根据最大持续工作电流查表可选择的型号为GN2-10/2000型隔离开关具体参数如下：
额定电流（KA）
动稳定电流（KA）
热稳定电流（KA）
10
2000 85 36(10S)
110KV降压变电所电气部分初步设计
1.按额定电压选择：
𝑈𝑁=10𝐾𝐴≥𝑈𝑁𝑆=10𝐾𝐴
满足要求，UN为断路器额定电压 UNS为电网额定电压 2.额定电流的选择：
𝐼𝑎𝑙=2000𝐴≥𝐼𝑚𝑎𝑥=625.36𝐾𝐴
满足要求，Ial为额定电流，Imax为最大持续工作电流。 3.动稳定校验：
𝑖𝑠ℎ=2.55𝐼\"=2.55×19.245=49.07𝐾𝐴
𝑖𝑒𝑠=85𝐾𝐴>𝑖𝑠ℎ
满足要求。 4.热稳定校验
(36×10)×4≥(19.245×103)2×4
32
2𝐼𝑡𝑡≥𝑄𝑘
满足要求。
4.4电流互感器的选择
电流互感器的一次绕组串联接入被测电路之内，电流互感器一次绕组中的电流完全取决于被测电路中电流的大小，与电流互感器二次电流无关。电流互感器二次绕组所接的负荷是仪表和继电器的电流线圈，这些负荷的阻抗值都很小，故电流互感器二次绕组正常工作时近于短路状态。
电流互感器一、二次额定电流之比，称为电流互感器的额定变比KNI，其值为： 𝐼𝑁1𝑁2
𝐾𝑁𝐼==
𝐼𝑁2𝑁11.电流互感器的工作状态。电流互感器正常工作时，二次回路近于短路状态。这时二次电流所产生的二次绕组磁动势F2对一次绕组磁动势F1有去磁作用，因此合成磁势F0＝F1-F2不大，合成磁通φ0也不大，二次绕组内感应电动势E2的数值最多不超过几十伏。因此，为了减少电流互感器的尺寸和造价，互感器铁心的截面是根据电流互感器在正常工作状态下合磁磁通φ0很小而设计的。
使用中的电流互感器如果发生二次回路开路，二次绕组磁动势F2等于零，一次绕
29
110KV降压变电所电气部分初步设计
组磁动势F1仍保持不变，且全部用于激磁，合成磁势F0=F1，这时的F0较正常时的合成磁势(F1-F2)增大了许多倍，使得铁心中的磁通急剧地增加而达到饱和状态。由于铁心饱和致使磁通波形变为平顶波，因为感应电动势正比于磁通的变化率dφ/dt，所以这时二次绕组内将感应出很高的感应电动势e2。二次绕组开路时二次绕组的感应电动势e2是尖顶的非正弦波，其峰值可达数千伏之高，这对工作人员和二次设备以及二次电缆的绝缘都是极危险的。(普通电压表仅能测量电压的平均值，故尖顶的非正弦波电压幅值用普通电压表不能测出，应该用示波器测量。)另一影响是，因铁心内磁通的剧增，引起铁心损耗增大，造成严重发热也会使电流互感器烧毁。第三个影响是因铁心剩磁过大，使电流互感器的误差增加。因此，使用中的电流互感器二次回路是不允许开路的，在电流互感器二次回路内也不允许安装熔断器。使用中电流互感器的二次仪表或继电器因工作需要必须断开时，应先将电流互感器二次绕组短接后，再断开其二次仪表或继电器电流线圈。同理，恢复二次仪表或继电器的工作时，应先接入二次仪表或继电器电流线圈，然后再拆除原有的短接线，即保持使用中的电流互感器二次回路处于近似短路工作状态。
2.电流互感器的误差与准确度级。由于电流互感器的一、二次绕组中存在着损耗，使得一、二次电流在数值上或相位上有差异，即测量误差。测量误差一般用变比误差和角误差表示。
1)变比误差(△I%)。变比误差是指用电流互感器测出的电流KNII2和实际电流I1之差与实际电流I1之比的百分值。
电流互感器变比误差与合成磁动势F0、一次绕组磁动势F1、二次绕组磁动势F2以及二次负荷的相位角有关。运行中的电流互感器F0为确定值，所以电流互感器误差将随一次绕组磁动势F1和副边电流I2的大小而变化。当一次通过电流比额定值小得多时，由于F1较小，变比误差较大；当一次通过电流逐渐增大到(1.0～1.2)IN1时由于F1增大，变比误差则减小；一次通过的电流再继续增大时，因电流互感器铁心磁路的饱和，造成误差的迅速增大；二次负荷中的感性负荷相对增加时，因ψ2的加大使变比误差亦增大；二次总负荷增加时，因I2的减小而使变比误差增大。
2)角误差(δ)。角误差是指电流互感器一次电流I1与反向二次电流-I2之间的夹角δ值。
当一次侧通过电流较额定值小得多时，由于一次绕组磁动势F1较小，角误差会增大；当一次侧电流逐渐增加到(1.0～1.2)IN1时，由于一次绕组磁动势F1的增大，使角误差减小；当一次侧电流再继续增大时，由于铁心饱和， 又会使角误差迅速增大；如果二次感性负荷增加时，由于ψ2的加大，使角误差反而减小。
30
110KV降压变电所电气部分初步设计
3)电流互感器的额定容量。电流互感器二次绕组之外所接的全部阻抗为其二次负荷。电流互感器正常工作时，因二次绕组处在近于短路状态，故二次负荷应包括它所连接的全部测量仪表和继电器电流线圈的阻抗、二次电缆的电阻和接头的接触电阻等几部分。
电流互感器的额定容量(SN)是指电流互感器在二次侧电流为额定电流、误差不超过规定值的条件下，二次绕组所允许输出的最大容量。 电流互感器额定容量也可以用阻抗表示，该阻抗称为额定二次负荷，两者关系为：
SN＝IN2ZN
式中 SN─电流互感器的额定容量，VA； IN2─电流互感器的二次额定电流,A； ZN─电流互感器的二次额定负荷，Ω。
由于电流互感器的误差与二次负荷的大小有关， 因此同一台电流互感器处在不同准确度级下工作时，便有不同的额定容量。例如某电流互感器二次额定电流为5A，工作在0.5级时，其额定容量为30VA(1.2Ω)；当工作在1级时，其额定容量为60VA(2.4Ω)。
4)电流互感器的接线。常用电气仪表和继电器，接入电流互感器有三种接线方式，(a)单相式；(b)三相式；(c )两相式
单相式接线，适用于三相对称电路，由于三相对称负荷的三相电流大小相同、相位互差120°，所以只测量一相电流便可以监测三相电流，故仅在C相装设电流互感器。三相式接线，适用于三相四线制系统中。由于三相四线制系统中，三相电流的大小与相位均可能不相同，所以在三相上装设电流互感器，分别测量三相电流。所示接线图为两相式接线，适应用在三相三线制系统中。由于在三相三线制系统中三相电流的关系为IA+IB+IC=0,所以IB=-(IA+IC),即通过公共线上的电流表中的电流为-IB。显然，不完全星形接线可以测量三相三线制系统中的三相电流（即IA、-IB和IC）。
（1）电流互感器的二次额定电流有两种1A和5A，一般强电系统取5A
（2）电流互感器的型式选择，一般35kV及以上的配电装置采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立的电流互感器。
（3）一次电流的选择，当CT用于测量时，应比回路中的正常工作电流大1/3左右，保证测量仪表 的最佳工作。
（4）进行动稳定，热稳定校验。
对于110KV以上才用星形接线，35KV及以下采用采用不完全星形接线。
31
110KV降压变电所电气部分初步设计
4.4.1 110KV侧电流互感器的选择
1.由于110KV的负荷属于重要负荷所以选用0.5级的准确度，选用LCWD-110,变比为600/5，二次侧的负荷额定阻抗为1.2Ω。动稳定倍数150，热稳定倍数75。
2.选用互感器连接导线截面。 已知：
𝑍2𝑁=1.2Ω
𝑃1.45𝑚𝑎𝑥𝑟𝑎=2==0.058Ω
25𝐼2𝑁
计入电阻为0.1欧姆，则连接导线电阻不得超过1.2-（0.058+0.1）=1.042Ω互感器距离导线为40m，初选截面积为1.5mm2的铜线其接线电阻为：
𝜌𝐿𝑐1.75×10−2
𝑟𝐿===0.467Ω
𝑆1.5
满足要求。
𝜌𝐿𝑐1.75×10−2×40
S≥==0.67𝑚𝑚2
𝑍2𝑁−𝑟𝑎−𝑟𝑐12−0.058−0.1
3.校验互感器的热稳定和动稳定：
(𝐾𝑡𝐼𝐿𝑁)2=(75×0.6)2=2025{(𝑘𝐴)2×𝑆}>44.09{(𝑘𝐴)2×𝑆}
√2𝐼𝐿𝑁𝐾𝑒𝑠=√2×0.6×150=127.28𝐾𝐴>16.94𝐾𝐴
4.4.2 35KV电流互感器
1.由于35KV的负荷属于重要负荷所以选用0.5级的准确度，选用LCWD-35,变比为600/5，二次侧的负荷额定阻抗为1.2Ω。动稳定倍数150，热稳定倍数90。
2.选用互感器连接导线截面。 已知：
𝑍2𝑁=1.2Ω
𝑃1.45𝑚𝑎𝑥𝑟𝑎=2==0.058Ω
25𝐼2𝑁
计入电阻为0.1欧姆，则连接导线电阻不得超过1.2-（0.058+0.1）=1.042Ω互感器
32
110KV降压变电所电气部分初步设计
距离导线为40m，初选截面积为1.5mm2的铜线其接线电阻为：
𝜌𝐿𝑐1.75×10−2×√3×40𝑟𝐿≥==0.808Ω
𝑆1.5
满足要求。
𝜌𝐿𝑐1.75×10−2×√3×40
S≥==1.16𝑚𝑚2
𝑍2𝑁−𝑟𝑎−𝑟𝑐12−0.058−0.1
3.校验互感器的热稳定和动稳定：
(𝐾𝑡𝐼𝐿𝑁)2=(90×0.6)2=2025{(𝑘𝐴)2×𝑆}>193.77{(𝑘𝐴)2×𝑆}√2𝐼𝐿𝑁𝐾𝑒𝑠=√2×0.6×150=127.28𝐾𝐴>13.92𝐾𝐴
满足要求。 4.4.3 10KV电流互感器
1.由于10KV的负荷属于重要负荷所以选用0.5级的准确度，选用LMC-10,变比为2000/5，二次侧的负荷额定阻抗为1.2Ω。动稳定倍数100，热稳定倍数75。
2.选用互感器连接导线截面。 已知：
𝑍2𝑁=1.2Ω
𝑃1.45𝑚𝑎𝑥𝑟𝑎=2==0.058Ω
25𝐼2𝑁
计入电阻为0.1欧姆，则连接导线电阻不得超过1.2-（0.058+0.1）=1.042Ω互感器距离导线为40m，初选截面积为1.5mm2的铜线其接线电阻为：
𝜌𝐿𝑐1.75×10−2×√3×40
𝑟𝐿≥==0.808Ω
𝑆1.5
满足要求。
𝜌𝐿𝑐1.75×10−2×√3×40
S≥==1.16𝑚𝑚2
𝑍2𝑁−𝑟𝑎−𝑟𝑐12−0.058−0.1
3.校验互感器的热稳定和动稳定：
(𝐾𝑡𝐼𝐿𝑁)2=(75×0.6)2=2025{(𝑘𝐴)2×𝑆}>370.37{(𝑘𝐴)2×𝑆}
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110KV降压变电所电气部分初步设计
√2𝐼𝐿𝑁𝐾𝑒𝑠=√2×0.6×100=64.84𝐾𝐴>49.07𝐾𝐴
满足要求。
4.5电压互感器
1.电压互感器的工作状态。电压互感器的一次绕组并联接入被测电路之中， 一次绕组所承受的电压将随被测电路电压变动而变化。它的二次绕组并联接入仪表和继电器的电压线圈(阻抗很大)， 又由于二次额定电压通常为100V或100/√3V，所以二次回路电流很小，故电压互感器正常运行时它的二次回路近于开路状态。
运行中的电压互感器二次绕组基本维持在额定电压值上下，如果二次回路中发生短路，必然会造成很大的短路电流。为了及时切断二次侧的短路电流，在电压互感器二次回路内必须安装熔断器或小型空气自动开关。
电压互感器一、二次额定电压之比，称为电压互感器的额定变比KNV，其值为：
𝑈𝑁1𝑁1
𝐾𝑁𝑉== 𝑈𝑁2𝑁22.电压互感器的误差
1）变比误差(△U％)。变比误差是用电压互感器测量出的电压KNVU2和实际电压U1之差与实际电压U1之比的百分值表示。
运行中的电压互感器的变比误差与二次负荷等因素有关，二次负荷愈大时，变比误差愈大；一次电压接近额定值时，变比误差减少，当一次电压超过1.1倍额定电压后，由于铁心的饱和而使变比误差增大。
2）角误差(d)。角误差是指电压互感器一次电压U1与反向二次电压-U2之间的夹角δ值。
3）电压互感器的额定容量。电压互感器的额定容量是指在最高准确度级工作时它所容许的二次最大负荷。电压互感器的额定容量一般用伏安表示。同一只电压互感器在不同准确度级工作时，其额定容量不同。 例如某电压互感器在0.5级工作时，额定容量为150VA；在1.0级工作时，额定容量则为500VA。
电压互感器的二次负荷一般仅考虑二次所接电压表和继电器电压线圈所消耗的功率。如果二次电缆较长，需要精确测量时，应考虑电压互感器二次导线上的电压损失。
4)电压互感器的接线。电压互感器的接线方式较多，仅介绍发电厂和变电站中应用较广泛的几种典型接线，分析比较接线图之后可以看出：
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110KV降压变电所电气部分初步设计
不同额定电压的互感器接入被测电路方式不同。在低压380V电路中，一次绕组与被测电路之间经熔断器连接，熔断器既是一次绕组的保护元件，又是控制电压互感器是否接入电路的控制元件。3～35kV电压互感器一次绕组需经隔离开关接入被测电路,而且在电压互感器的一次绕组与隔离开关之间安装高压熔断器；隔离开关是控制电压互感器是否接入电路的控制元件，高压熔断器作为一次侧的短路保护元件。额定电压为110kV及其以上时，电压互感器一次绕组经隔离开关接入被测电路；隔离开关是控制电压互感器是否接入电路的控制元件；电压互感器的一次绕组与隔离开关之间不安装高压熔断器，一旦互感器高压侧发生短路故障，则由母线的继电保护装置动作切断高压系统的电源。
3.电压互感器的技术条件
（1）正常工作状态：一次回路电压，电流，二次负荷，准确度等级 （2）承受过电压能力和环境条件
1）对于35-110kV配电装置一般采用油浸式绝缘结构电磁式PT，而对于220kV以上的配电装置，使用电容式PT。
电压互感器，对于6KV到35KV的电压等级，一般选用油浸式或者浇注式电压互感器，而对于110KV到220KV的一般为电容式或者油浸式互感器，500KV以上选用电容式。精度一般为0.2到0.5的准确度等级。
型号
一次绕组
JDZJ1-10
10/√3 JDJJ-35
35/√3 YDR-110
110/√3
额定电压 二次绕组 0.1/√3 0.1/√3 0.1/√3
0.1
150
1200
0.1/3
150
1200
辅助绕组 0.1/3
二次绕组额定容
量 （V·A）
50
最大容量
(V·A) 400
35
110KV降压变电所电气部分初步设计
第五章 防雷保护设计
5.1避雷针的装设原则及其接地装置的要求
（1）独立避雷针宜设在独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻不宜超过10欧。但有困难时，该接地装置可与主接地网连接，使两者的接地电阻都得到降低。但为了防止接地网反击35kv及以下的设备，要求避雷针与主接地网的地下连接点，延接地体的长度不得小于15米。经15米长度，一般能将接地体传播的雷电过电压衰减到对35kv及以下设备不危险的程度。
独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3米，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面。
（2）电压110kv及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于1000欧/m的地区，宜装设独立避雷针。否则，应通过验算采取降低接地电阻或加强绝缘等措施，防止造成反击实践。
63kv的配电装置，允许将避雷针装在配电装置的架构和房顶上，但在土壤电阻率大于500欧/m的地区，益装设独立避雷针。否则，应通过验算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施，房子造成反击事件。
63kv的配电装置，允许将避雷针装在配电装置的架构和房顶上，但在土壤电阻率大于500欧/m的地区，宜装设独立避雷针。
35kv及其以下的高压配电装置架构或者房顶不宜装设避雷线，因其绝缘水平很低，雷击时容易造成反击。
装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置，装有避雷针的架构上，接地部分与带电部分的距离不得小于绝缘子串的长度；但在空气污秽地区，如有困难，空气中距离可按照非污秽区标准绝缘子串的长度确定。
避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m.
在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线。这是因为门型架构距变压器较近，装设避雷针后，架构的集中接地装置距变压器金属外壳接地点在地中距离很难达到不小于15m的要求。
（3）110kV及以上配电装置，可将线路的避雷线引到出线门型架构上，土壤电阻率
36
110KV降压变电所电气部分初步设计
大于1000欧/ m的地区，应装设集中接地装置。
35一63kV配电装置，在上壤电阻率不大于500欧/m的地区，允许将线路的避雷线引接到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。在土壤电阻率大于500欧/m的地区，避雷线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护，可采用独立避雷针，也可在线路终端杆塔上装设独立避雷针。
雷电过电压保护包含线路雷电绕击、反击或感应过电压以及变电站直击、雷电侵入波过电压保护的设计。
110kV母线一般采用支柱式布置，也就搜索是说隔离开关基础的高度（3m）加上隔离开关本身的高度(1m)再加上隔离开关到母线下的净空高度（3.5m）就是母线距地高度，7.5米。母线门架距地高度约6米，加上支柱瓷瓶和母线金具的高度大约是1.5米。避雷针位置要根据变电所的建筑布局、设备分布状况确定。
5.2避雷针的安装及计算
单支避雷针的保护范围
当ℎ𝑥≥2ℎ时
𝑟𝑥=(ℎ−ℎ𝑥)𝑃=ℎ𝑎𝑝
式中：
𝑟𝑥—避雷针在ℎ𝑥水平面上的保护半径（m） h —避雷针高度（m）
37
1
110KV降压变电所电气部分初步设计
ℎ𝑥—被保护物的高度（m） ℎ𝑎—避雷针保护的有效高度（m）
p-避雷针高度影响系数，当h≤30m，p=1；当30≤h≤120时，p=暂按h=120计算
当ℎ𝑥<2ℎ时
𝑟𝑥=(1.5ℎ−2ℎ𝑥)𝑃
1
5.5√ℎ;若h>120m，
1．两支等高避雷针保护范围
1）两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法确定； 2）两针间的保护最低点高度ℎ0按下式计算：
𝐷
ℎ0=h−
7𝑝式中：
ℎ0—两针间的保护最低点的高度（m） D—两针间的距离（m）
3）两针间ℎ𝑥水平面上保护范围的一侧最小宽度𝑏𝑥按下式计算： 当ℎ𝑥≥当ℎ𝑥<
ℎ02ℎ02
，𝑏𝑥=(ℎ0−ℎ𝑥) ，𝑏𝑥=(ℎ0−ℎ𝑥)
当D=7ℎ𝑎𝑝时，𝑏𝑥=0
38
110KV降压变电所电气部分初步设计
假设变电所长70m宽60m，变电站内最高为母线架构，母线架构高度为7.5m，年平均雷暴日为40天。
ℎ𝑥=7.5𝑚 𝑎=70𝑚 𝑏=60𝑚
要使四针所构成四边形的对角线L<8𝐻𝑎𝑝满足且满足任意两针间水平面上保护范围一侧的保护范围最小处的最大保护宽度𝑏𝑥≥0
L=√𝑎2+𝑏2=√702+602=92.20𝑚
设避雷针高度在30米以下，则P为1 由L≤7ℎ𝑎𝑝可得:
ℎ𝑎>
𝐿92.20==11.525 7𝑝7×1h≥18.752m
为了保留一定的裕量h取20m，所以避雷针的高度取20m。
𝐷
ℎ𝑜=ℎ− 7𝑝
𝐷𝑎70
ℎ𝑎=ℎ−=20−=10𝑚
7𝑝7×1𝐷𝑏60
ℎ𝑏=ℎ−=20−=11.43𝑚
7𝑝7×1所以最低保护范围都大于7.5m满足要求。 𝑏𝑥=1.5×(ℎ0−ℎ𝑥)计算最小宽度
𝑏𝑥𝑎=1.5×(10−7.5)=3.75𝑚>0 𝑏𝑥𝑎=1.5×(11.43−7.5)=5.9𝑚>0
所以宽度满足要求。
接下来确定的是避雷针与被保护设备之间的距离，在雷击避雷针的时候，雷电流经过避雷针进入大地，所以为了防止雷电流经过时出现反击空气间隙必须大于最小安全净距。
由于变电站的防雷类别属于第二类，所以雷电流冲击电流幅值为150KA波长时间为2.6µs。𝑏𝑥𝑎=1.5×(10−7.5)=3.75𝑚
也就是说雷电流的平均陡度和幅值线性相关，即幅值较大的雷电流同时也具有较大的陡度，所以平均雷电流为57.7KA/µs避雷针的电感为1.7µH/s则相应的电压幅值为：
𝑑𝑖𝐿
𝑢𝑘=𝐿𝑔𝑡+𝑖𝐿𝑅𝑐𝑗
𝑑𝑡
39
ℎ𝑎+ℎ𝑥=11.252+7.5=18.752𝑚
110KV降压变电所电气部分初步设计
𝑢𝑑=𝑖𝐿𝑅𝑐𝑗
式中：
𝐿𝑔𝑡—避雷针高度为h段的等效电感； 𝑅𝑐𝑗—避雷针的冲击接地电阻；
𝑖𝐿、𝑑𝐿 —流经避雷针的雷电流和雷电流的平均上升速度。
𝑡
𝑑𝑖
𝑢𝑘=30𝐿𝑔𝑡+150𝑅𝑐𝑗(𝐾𝑉)
𝑢𝑑=150𝑅𝑐𝑗(𝐾𝑉)
所以电压和接地电阻的大小有关，接地电阻越小避雷针与避雷针接地装置电位幅值越小。为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙被击穿而造成反击事故，必须大于设备最小安全净距。
𝑆𝑎≥0.2𝑅𝑖+0.1ℎ𝑗
式中：
𝑆𝑎—空气中距离（m） 𝑅𝑖—避雷针的冲击接地电阻（𝐻𝑗—避雷针校验点的高度（m）
独立避雷针的接地装置与发电厂或变电站接地电网间的地中距离，应符合下式的要求：
𝑆𝑒≥0.3𝑅𝑖
𝑆𝑒—地中距离（m）
𝑆𝑎不宜小与5m，𝑆𝑒不宜小于3m。 避雷器的选择：
）
5.3 避雷器
避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。为了防护感应雷和输电线路的雷电侵入波的危害，变电所采用了避雷器。以前装设的避雷器大多为装在线路端的管型避雷器和装在母线、设备处的阀型避雷器，目前均由性能更好的金属氧化物避雷器所取代。 5.3.1 避雷器的种类
从组合结构分；现在市场上的避雷器有几下几种： 1）间隙类；开放式间隙、密闭式间隙 2）放电管类:开放式放电管密封式放电管
40
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3）压敏电阻类:单片、多片 4）抑制二极管类
5）压敏电阻/气体放电管组合类:简单组合、复杂组合 6）碳化硅类
按照其保护性质有可以分为：开路式避雷器、短路式避雷器或开关型、限压型； 按照工作状态（安装形式）又可分为：并联避雷器和串联式避雷器。 5.3.2 各避雷器的特点
1、开放式间隙避雷器：
间隙避雷器的工作原理：基于电弧放电技术，当电极间的电压达到一定程度时，击穿空气电弧在电极上进行爬电。
优点：放电能力强，通流量大（可以达到100KA）漏电流小 热稳定性好 缺点：残压高，反映时间慢，存在续流
工艺特点：由于金属电极在放电时承受较大电流，所以容易造成金属的升华，使放电腔内形成金属镀膜影响避雷器的启动和正常使用。放电电极的生产主要还是集中在国外一些避雷器生产企业，，电极的主要成分是钨金属的合金。
工程应用：该种结构的避雷器主要应用在电源系统做B级避雷器使用。但由于避雷器自身的原因容易引起火灾，避雷器动作后(飞出）脱离配电盘等事故。根据型号的不同适合与各种配电制式。
2、密闭式间隙避雷器：
现在国内市场有一种多层石墨间隙避雷器，这种避雷器主要利用的是多层间隙连续放电，每层放电间隙相互绝缘，这种叠层技术不仅解决了续流问题而且是逐层放电，无形中增大了产品自身的通流能力。
优点：放电电流大 测试最大50KA（实际测量值）漏电流小 无续流 无电弧外泻 热稳定性好
缺点：残压高，反映时间慢
工艺特点：石墨为主要材料，产品内采用全铜包被解决了避雷器在放电时的散热问题，不存在后续电流问题，最大的特点是没有电弧的产生，且残压与开放式间隙避雷器比较要低很多。
工程应用：该种避雷器应用在各种B、C类场合，与开放式间隙比较不用考虑电弧问题。根据型号的不同该种产品适合与各种配电制式。
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3、简单组合避雷器：
组合式避雷器典型结构是N-PE结构形式，这种避雷器与单一结构的避雷器相比，综合了两种不同产品的优点，而减少了单一器件的缺点。
优点：通流量大 反应时间快 缺点：残压相对较高
工程应用：仅在N-PE制式使用的避雷器，适合电压波动率较大地区使用。 4、复杂型组合式避雷器 ：
这种避雷器充分发挥各种元器件的优点，再结构上一般使用数量较多的压敏电阻和气体放电管。这种结构的避雷器一般具有较高的通流能力，且残压较低。行业内也称这种结构的避雷器为一体化避雷器。
优点：通流量大 反映时间快 残压低 无续流 热稳定性好 缺点：无声音报警 无计数器
工艺特点：一体化避雷器的电路结构紧凑，充分发挥了氧化锌电阻反映时间快的特点，有结合了气体放电管具有较高通流能力的优点。在电路上避雷器使用了较多的氧化锌电阻来提高整体避雷器的通流能力，用气体放电管作为备用放电通道。基于这种完善的电路结构使避雷器的使用寿命大大提高。
5、碳化硅避雷器（阀式避雷器）：
碳化硅避雷器主要应用于高压电力防雷，目前仍是电力系统使用率较高的电力防雷产品。由于雷电侵入波主要对35kV以下系统危害较大，变电所着重对35kV和10kV线路入侵波进行防护。对35kV架空进线，一般是采用进线段1～2km的架空避雷线配其两端的管型避雷器进行防护。对10kV线路，则每条进线均采用一组阀型或氧化锌避雷器进行防护。对3～10kV配电变压器，一般只规定了高压侧采用阀型避雷器的保护，对多雷区外送的Y/Y0连接的变压器的只规定了装设以防变波及低压侧雷电入侵波击穿变压器高压侧绝缘的避雷器。
6、氧化锌避雷器：
氧化锌避雷器是目前国际最先进的过电压保护器。由于其核心元件采用氧化锌电阻片，与传统碳化硅避雷器相比，改善了避雷器的伏安特性，提高了过电压通流能力，从而带来避雷器具特征的根本变化。避雷器是电力系统中主要的防雷保护装置之一，只有正确地选择避雷器，方能发挥其应有的防雷保护作用。
优点：无间隙，通流容量，大体积小，重量轻 结构简单 运行维护方便 使用寿命长 为了保证变电所电气设备的安全运行，在装设避雷器时一要限制避雷器的残压，也
42
110KV降压变电所电气部分初步设计
就是说对流过避雷器的雷电流必须加以限制使之不大于5kA，同时要限制入侵波的陡度，这两个任务将由变电所进线保护段来完成。二要使所有设备到避雷器的电气距离都在保护范围内。避雷器一般安装在母线上，若一组避雷器不能满足要求，则应考虑增设。
使用无间隙氧化锌避雷器有很多优点，它可保护供电系统中电气设备免受内外过电压的危害，因此本次设计中的避雷器均采用氧化锌避雷器。
系统中性点接地方
式 110KV
220KV
(0.27
/
330-750KV
不接地
1.10
低电阻接地
高电阻接地
0.80
43
持续运行电压（KV） 相地
0.27
中性点 /
相地 0.75
0.10
0.75
额定电压
中性点
0.35
/0.58
0.35K(0.35
/0.58)
0.10
0.64
0.75
1.25
0.35K
0.80
0.72
谐振接地
1.25
1．25
0.46
110KV降压变电所电气部分初步设计
5.3.3 110KV侧避雷器的选取
电网最高运行相电压有效值为：
𝑈𝑥𝑞=1.15×
电网2ms方波电流按下式计算：
𝑈𝑐−𝑈𝑏𝑐
(𝐾𝐴) 𝐸
式中Uc为线路操作过电压幅值，110KV系统内操作过电压倍数K0=3.0，雷电通道波
𝐼𝑏=
阻抗Z=√𝐶0=300𝛺
0
110√3=73.04𝐾𝑉
𝐿
𝑈𝐶=3.0×
1.15×110
√3×√2=309.84𝐾𝑉
相对地最大额定电压为0.75Um=0.75×1.15×110=94.875KV 选择型号为Y10W-110/260
避雷器持续运行电压为：78KV>73.04KV 避雷器额定电压的有效值100KV>94.875KV
Ubc相应于Ib时的避雷器残压值，取260KV
𝐼𝑏=
309.84−260
=0.166𝐾𝐴
300
该型号避雷器2ms方波通流容量为600A>166A,所以选择的避雷器满足要求。 5.3.4 35KV侧避雷器的选取
电网最高运行相电压有效值为：
𝑈𝑥𝑞=1.15×电网2ms方波电流按下式计算：
𝑈𝑐−𝑈𝑏𝑐𝐼𝑏=(𝐾𝐴)
𝐸
式中Uc为线路操作过电压幅值，110KV系统内操作过电压倍数K0=3.0，雷电通道波阻抗Z=√𝐶0=300𝛺
0
35√3=23.24𝐾𝑉
𝐿
44
110KV降压变电所电气部分初步设计
√3相对地最大额定电压为0.75Um=0.75×1.15×35=30.19KV 选择型号为YH5WZ-51/134
避雷器持续运行电压为：40.8KV>23.24KV 避雷器额定电压的有效值51KV>30.19KV Ubc相应于Ib时的避雷器残压值，取134KV
𝑈𝐶=3.0×
1.15×35
×√2=124.36𝐾𝑉
因为134大于线路操作过电压幅值该型号避雷器2ms方波通流容量为400A所以选择的避雷器满足要求。
5.3.5 10KV侧避雷器的选取
电网最高运行相电压有效值为：
𝑈𝑥𝑞=1.15×
电网2ms方波电流按下式计算：
𝑈𝑐−𝑈𝑏𝑐𝐼𝑏=(𝐾𝐴)
𝐸
式中Uc为线路操作过电压幅值，110KV系统内操作过电压倍数K0=3.0，雷电通道波阻抗Z=√𝐶0=300𝛺
0
10√3=6.64𝐾𝑉
𝐿
𝑈𝐶=3.0×
1.15×10√3×√2=28.17
相对地最大额定电压为0.75Um=0.75×1.15×10=8.625KV 选择型号为YH5WZ-17/45
避雷器持续运行电压为：13.6KV>6.64KV 避雷器额定电压的有效值17KV>8.625KV Ubc相应于Ib时的避雷器残压值，取45KV
该型号避雷器2ms方波通流容量为200A,所以选择的避雷器满足要求。 表4-3 氧化锌避雷器参数表
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110KV降压变电所电气部分初步设计
安装 地点 110kV侧 35kV侧
型号 Y10W-100/260 YH5WZ-51/134 YH5WZ-17/45
额 定电 压有效值kV 100
最大持续运压有效值 kV 78
操作冲击(30~100μs)10kA残压（峰值）kV
221
雷电冲击（8/20μs）10kA残压（峰
值）kV 260
2ms方波 通流容量 （A）
600
51 40.8 73 134 400
10kV侧
17 13.6 45 45 200
5.4中性点防雷
中性点防雷：
在110KV侧为全绝缘，持续运行电压为:0.27×1.15×110=68.31KV 避雷器的额定电压为：0.35×1.15×110=44.28KV 变压器中性点侧避雷器的型号为：YH1.5W-72/186 避雷器持续运行电压为：58KV>34.16KV 避雷器额定电压的有效值72KV>44.28KV 计算2ms方波电流按下式估算：
𝐼𝑏=
𝑈0−𝑈𝑏𝑐
(𝐾𝐴) 𝑍
𝐿
式中：𝑈0—线路操作过电压的幅值，根据《电气工程手册》可知，220KV系统内过电压的计算倍数𝐾0=3.0，雷电通道波阻抗Z=√𝐶0=500Ω
0
𝑈0=3×
1.15×110×√2√3=310𝐾𝑉
𝑈𝑏𝑐对应𝐼𝑏时的避雷器残压值，由选择避雷器的型号可知，𝑈𝑏𝑐为186KV，
𝐼𝑏=
𝑈0−𝑈𝑏𝑐310−186
=×103=248𝐴 𝑍500
该型号避雷器2ms方波通流容量为800A>248A,所以选择的避雷器满足要求。
46
110KV降压变电所电气部分初步设计
安装 地点
型号 额 定 电 压 有效值kV
最大持续操作冲击雷电冲击2ms方波 运压有效值 kV
(30~100μs)10kA
（8/20μs）10kA
通流容量 （A）
残压（峰残压（峰值）kV
值）kV 186
800
110KV侧
YH1.5W-72/186
58 72 174
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110KV降压变电所电气部分初步设计
第六章 接地网设计
6.1设计说明
变电站需要有良好的接地装置，以满足工作安全和防雷保护接地要求。一般做法是根据安全和工作接地的要求，敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增加接地体，以满足防雷接地的要求。总的接地电阻为水平接地体接地电阻和垂直接地体接地电阻的并联等效阻值。一般要求总的接地电阻R<0.5Ω,才能保证运行的安全。
6.2接地体的设计
工程实用的接地体主要由扁钢、圆钢、角钢或钢管组成，埋入地表下0.5—1m。水平接地体多用扁钢，宽度一般为20—40mm，厚度不小于4mm，或者用直径不小于6mm的圆钢。垂直接地体一般用（20203--50505mm）或钢管，长度一般为2.5m。
6.3接地网设计计算
本次设计采用先在地下深为h的水平面上敷设方格形状的水平接地体，如图9-1所示：（俯视图）
9-1 接地网俯视图
调整水平接地体的间距可以改变水平接地电阻的阻值，然后再在两水平接地体的相交处敷设垂直接地体，如图9-2所示（侧视图）
设水平接地体的间距为4m，则应敷设水平接地体[63.5/4] ×[66.2/4]=15×16 根（[] 为取整符号 ），由于15×4=60<63.5,16×4=64<66.2，所以接地网比变电站
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110KV降压变电所电气部分初步设计
小一点。水平接地体埋设深度取h=0.8m,采用宽度为30mm,厚 度为4mm的扁钢；垂直接地体采用40×40×4mm的角钢，长度为2.5m，ρ=400Ω∙m
图9-2 接地体侧视图
垂直接地体的电阻阻值：
d0.84b0.840.040.0336m
R4l40042.5lnln145.12ld23.142.50.0336
R145.11.11n0.7(151424)
取0.7得
R∑水平接地体的电阻值：
L5215561483821604m
db/20.04/20.02m
取A=2.14得：
L240016042R(lnA)(ln2.14)0.842Ldh23.1416040.020.8
总的接地电阻阻值为以上两个电阻的并联：
Rz1.110.840.4780.51.110.84
满足要求。
当间距取5m时算得Rz0.610.5不符合要求，若间距取得比4m小，则不符合经济性的要求，所以取4m最好。
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110KV降压变电所电气部分初步设计
总结
通过本次的毕业设计，使自己认识到大学所学到的知识和真正的实践还是有区别的，真的是纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。毕业设计是对自己大学四年所学专业技能的全面考验，不仅涉及知识面广，而且难度也较大，这次的毕业设计，不仅使我自己还需要加强知识与实践之间的联系，而且使自己的知识真正的应用到实践的生活和工作当中。
这次的毕业设计使我更了解了电气工程这个专业，使我自己更加明白了电力系统中的工程问题，大的设计中同样要注意细节问题，从最开始的电气主接线的设计到短路计算，再到变压器的选择，断路器、隔离开关的选择，电压、电流互感器的选择，再到最后的避雷针和避雷器的选择。要想满足各种要求必须对许多设备进行校验而且还需要考虑天气情况还有雷击的危害，使我感受到作为一个工程设计的严谨性。所以在今后的人生中也要保持这种习惯，不忘初心，砥砺前行。
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110KV降压变电所电气部分初步设计
主要参考文献
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