35kV变电站电气一次部分的设计

目 录

摘要 .................................................................... - 1 - ABSTRACT ................................................................ - 2 - 引 言 .................................................................. - 3 - 原始资料分析 ............................................................ - 4 - 第一章 主接线的选择 .................................................... - 5 - 1.1 主接线的设计原则和要求 ............................................ - 5 - 1.2 主接线的拟定 ...................................................... - 5 - 1.3 所用电的设计 ..................................................... - 9 - 第二章 主变压器的选择 .................................................. - 7 - 2.1 变电站变压器台数的选择原则 ........................................ - 8 - 2.2 变电站主变压器台数的确定 ............................. 错误!未定义书签。 2.3 变电所主变压器容量的确定原则 ...................................... - 8 - 2.4 待设计变电所主变压器容量的计算和确定 ................. 错误!未定义书签。 2.5 主变压器绕组数的确定 .............................................. - 8 - 2.6 主变压器相数的确定 ................................... 错误!未定义书签。 2.7 主变压器调压方式的确定 ............................................ - 9 - 2.8 主变压器绕组连接组别的确定 ........................................ - 9 - 2.9 主变压器冷却方式的选择 ............................... 错误!未定义书签。 第三章 所用电设计…………………………………………………………………………-13- 第四章 短路电流的计算 .................................................. - 9 - 4.1 短路的基本知识 ................................................... - 12 - 4.2 计算短路电流的目的 ............................................... - 12 - 4.3 短路电流的计算步骤 ............................................... - 13 - 第五章 设备的选择与校验 ............................................... - 16 - 5.1 进线与出线的选择与校验 ........................................... - 17 - 5.2 互感器的选择与配置 ............................................... - 23 - 5.2.1 电流互感器的选择 ............................................ - 23 - 5.2.2 电压互感器的选择 ............................................ - 24 - 第六章 无功补偿 ....................................................... - 26 - 6.1 补偿装置的种类和作用 ................................. 错误!未定义书签。 第七章 防雷接地设计 ................................................... - 26 - 7.1 防雷保护的必要 ................................................... - 27 -

35kv变电站电气一次部分的设计

7.2 避雷针高度的确定 ................................................. - 27 - 7.3 接地体和接地网的设计 ............................................. - 28 - 第八章 继电保护的配置 …………………………………………………………………-24- 结 论 ................................................................. - 30 - 参考文献（REFERENCES） ................................................. - 32 - 致

谢

............................................... 错误!未定义书签。

35kv变电站电气一次部分的设计

35kV变电站电气一次部分的设计

摘要

根据设计任务书的要求，本次设计为35kV 变电站电气一次部分的初步设计。首先要对原始材料进行分析，其次是主接线及变压器的选择、所用电设计、短路电流的计算、电气设备选择及校验防雷保护、配电装置设计、各种继电保护选择。其中最主要的是变压器的选择与计算。

该毕业设计课题，能够巩固我大学所学知识，使我对发电厂变电所电气部分、电力系统继电保护原理等课程有了较全面的了解，提高了自我分析与思考的能力，为今后更深一步的学习和研究奠定了基础。

关键词 变电所，变压器，继电保护

35kv变电站电气一次部分的设计

35KV electrical substation once part of the design

Abstract:

From the guide of engineering design assignment, we have to design primary power-system of 35kV substation and draw main electrical single-line diagram. First of all, analyze the given data , choose the main electrical single-line and the main transformer, calculate load , the electricity design and Short Circuit Calculation, the selection of electrical device and the protection of earth ,distribution equipment and all kinds of the protection of relay.

This graduate design issues consolidate the knowledge I learned in the university, make me have more comprehensive understanding to power plant electrical part and relay protection principle, enhance my analysis ability and thinking ability . lay the foundation for my further study and research in the future .

Key Words substation, transformer, relay protection

35kv变电站电气一次部分的设计

引 言

电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。电力系统是由电能的生产、输送、分配和消耗的各个环节组成的统一整体。电能生产的规模很大，消耗的能源在国民经济能源总消耗中占的比重很大，而且电能又是国民经济的主要动力。所以要做好电力系统规划，完善电网建设，提高电能生产的经济性。

我国电网的发展历程与国际上主要国家和地区有相似之处，但也有自身的突出特点。展望未来，我国电网发展必须满足社会的可持续发展、跨区域电流持续扩大等客观要求。构建安全可靠、经济高效的电网。

变电所作为电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电所的设计内容比较多，范围广，不同电压等级和类型的变电所在设计时所考虑的侧重点是不一样的。因此在设计过程中要针对变电站的规模和形式进行分析以确定出最佳方案。

35kv变电站电气一次部分的设计

原始资料分析

一、 设计任务

35KV变电站电气一次部分设计 二、 待设计变电所基本资料

1、 待设计变电站的电压等级为35kV，供电负荷6.3kV在企业内部。属于一般降压

变电站 2、 建设规模

（1）35kV本期2进2出，最终2进2出，每回最大负荷8000kW； （2）6.3kV本期12回出线，最终12回出线，每回最大负荷1000kW。 3、 环境条件

（1） 海拔200米，温度-20℃～40℃； （2） 污秽等级Ⅲ度，地震基本烈度7度； （3） 雷暴日每年58.2天。

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第一章 主接线的选择

1.1 主接线的设计原则

电气主接线的设计是发电厂或变电所电气设计的主体，与电力系统的情况、电厂动能参数、原始资料以及电厂的运行可靠性、经济性的要求密切相关，并对电气设备的选择和布置、继电保护和控制方式等有较大影响。

电气主接线基本原则以计划书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准则要保证电网安全可靠、调度灵活性、满足各项技术要求的前提下，兼顾经济运行、维护方便、节约投资、坚持可靠先进、适用、经济、美观的原则和基础。使主接线的设计具有先进性和可行性。 1.2 电气主接线的主要要求

1、保证必要的供电可靠性

供电可靠性是电力生产和电能分配的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求，而且也是电力生产和分配的头等任务。

2、具有一定灵活性和方便性 3、具有一定经济性

在满足可靠性及灵活性的前提下，应尽力做到节约资源、占地面积小、电能损耗少。在满足技术要求的前提下，主接线力求简单。 1.3 主接线的拟定

电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。

1.单母线接线

单母线接线接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置，但是它不够灵活可靠，当母线及母线隔离开关等故障或检修时，将使整个配电装置停电。进出线检修断路器时，在整个检修期间需中断该进出线工作。为提高供电可靠性单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。

单母接线适用于：

中小型发电厂的电气主接线、各类发电厂的厂用电接线进出线数量相较多的6～220kV的变电所中。材料中35～63kV，配电装置的出线回路数不超过3回，6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。

2.单母分段

单母分段接线适用于：

（1）6～10kV配电装置出线为6回及以上 （2）35～63kV配电装置的出线回路数为4～8回 （3）110kV～220kV配电装置的出线回路数为3～4回 3.单母分段带旁路母线

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这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。

4.桥形接线

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。

内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。

外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。为检修断路器QF，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修QF时使用。当线路故障时需停相应的变压器。

5.双母接线 接线适用于：

（1）6～10kV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器 （2）35～63kV配电装置，出线回路超过8回，负荷较大 （3）110kV～220kV配电装置出线回路在5回以上 6.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，两个元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。

为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。

由于待设计变压所为一座35KV降压变电所，以6.3KV电缆线各车间供电，距该变电所6KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线向待设计的变电所供电，在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为1000MVA，待设计变电所的高压部分为二进二出回路，为减少断路器数量及缩小占地面积，可采用内桥接线，变电所的低压部分为二进八处回路，同时考虑以后装设两组电容量要预留两个出线间隔，故6.3KV回路应至少设有10回出线，其中，一车间和二车间为Ⅰ类负荷，其余为Ⅱ类负荷，其主接线可采用单母分段接线和单母分段带旁路接线。

综合考虑，变电站35kV侧选用内桥接线，6.3kV侧选用单母分段接线。 该变电所的主接线形式初步拟定，如下图2-1所示

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图2.1 电器主接线方案

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第二章 主变压器的选择

2.1 变电站变压器台数的选择与确定

（1） 当变电站负荷较小或等级较低时，一般考虑只装设一台变压器。

（2） 当变电站供电负荷较大或有一类重要负荷时，应选用两台相同容量的主变压器。 本设计变电站由6KM处的系统变电所用35KV双回架空线路供电，Ⅰ类负荷要求有很高的供电可靠性，对于Ⅰ类用户通常应设置两路以上相互独立的电源供电，同时Ⅱ类负荷也要求有较高的供电可靠性。

综合分析为提高对用户的供电可靠性，确定该变电站选用两台相同容量的主变压器。 2.2 变电站主变压器容量的选择与确定

（1） 变电站主变压器的容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷考虑，并按照其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷的60%—70%选择。

（2） 对重要变电所，应考虑一台主要变压器停运后，其余变压器在计算过负荷能力及允许时间内，满足Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电要求选择。

变电所主变的容量是由供电负荷（综合最大负荷）决定的。

P1100740850100095014007509507740(KW)

Q4805005805003003205307003910(KW)SPQ2277402391028671(KVA)

每台变压器的容量按计算负荷的80%选择。

ST80%*S867180%6937（KVA）

材料要求：35kV本期2进2出，最终2进2出，每回最大负荷8000kW；

经查表选择变压器的型号为SZ9-8000/35，即额定容量为8000KVA，因为

SN8000100%92%＞80%，即选择变压器的容量满足要求。 S86712.5 主变压器型式的确定

本设计中有两种升高电压向用户供电所以可采用双绕组或三绕组变压器（包括自耦变压器） （1）最大机组容量在125MW及以下的变电站，而且变压器各侧绕组一般选用三绕组变压器。 （2）当最大机组容量在200MW以上时，采用发电机——双绕组变压器单元和联络变压器。其联络变压器宜选用三绕组（包括自耦变压器）。

（3）当变压器需要与110KV及以上的两个中性点直接接地系统相连接时，可优先采用自耦变压器。

在330kv及以下的发电厂和变电站中，一般都选择用三相式变压器。因为一台三相式较同容量的3台单相式的变压器投资小、占地少、损耗少、同时配电装置简单，运行维护方便。本设计中变电所是35KV降压变电所，所以在满足供电可靠性的前提下，为减少投资，

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应选用三相变压器。[3]

（1）变压器的绕组接线方式必须使其线电压和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。

（2）电力系统采用的三相绕组连接方式有星形和三角形两种，对于三相双绕组变压器的高压侧，110KV及以上电压等级，三相绕组都采用“YN”连接，35KV作为高、中压侧时都可以采用“Y”，35K以下电压侧一般为“D”，也有采用“Y”连接方式。

（3）对于三相双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“d”连接，若低电压侧电压等级为380/220V，则三相绕组采用“yn”连接，在变电所中，为了限制三次谐波，我们选用“Ynd11”常规连接的变压器连接组别。

综上得该变电所的主变型号及相关参数如下表所示：

表2.1 主变型号及相关参数

额定容量（KVA） 8000 额定电压（KV） 高压 低压 35 10.5 连 接组 标号 Ynd11 损耗（KW） 空载 9.84 负载 42.75 阻抗电空载电变压器型号 压（％） 流（％） 7.5 0.9 SZ9-8000/35

2.8 主变压器调压方式的确定

(1) 无励磁调压变压器分接头较少，调整范围通常在22.5%以内； (2) 有载调压变压器的分接头较多，调整范围可达30%。 （3）能满足电压正常波动情况下，采用无载调压。

本设计变电所的负荷属于Ⅰ、Ⅱ类重要负荷，为了使变压器有较大的调整范围，确保供电质量，我们选用有载调压方式。[4]

第三章 所用电的设计

最近几年设计的变电所大都不采用蓄电池作为直流电源，而是广泛采用晶闸管整流或复式整流装置取得直流电源，这就要求交流所用电源可靠连续、电压稳定，因此要求有两个电源。其电源的引入方式有内接和外接两种。其接入方式有三种，如下图3-3所示： 变电所用电系统设计和设备选择，直接关系到变电所的安全运行和设备的可靠。

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图3.3 （a）电源接入方式一

图3.3 （b）电源接入方式二

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图3.3 （c）电源接入方式三

其中图3-3（a）两台所用变均从外部电源引进，其供电可靠性最高，但由于接入电源电压较高（35KV）,投资成本也较大；图3-3（c）的所用变投资成本最低但其可靠性较低；图3-3（b）的所用电源接入形式，当该变电站的两台主变压器都发生故障时，一号所用变又外不电源接入，可以保证变电所的所用电正常。其成本投资低于图3-3（a），是在保证了可靠性的前提下最优经济方案。因此本变电所的所用变接线形式如图3-3（b）所示。

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第四章 短路电流的计算

4.1 短路电流概述

电力系统正常运行方式的破坏多数是由短路故障引起的，发生短路时，系统从一种状态剧变到另一种状态，并伴随产生复杂的暂态现象。短路故障时系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安。因此，在变电所设计中必须全面地考虑短路故障各种影响。

短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，本设计采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。

为使各电压等级电网的开断电流与设备的动、热稳定电流得以配合，并满足目前我国设备制作水平，35KV电压等级短路电流不应超过25KA，短路容量不应超过1500MVA；10KV电压等级短路电流不应超过16KA，短路容量不应超过280MVA。 3.2 计算短路电流的目的

短路故障对电力系统的正常运行影响很大，所造成的后果也十分严重，因此在系统的设计，设备的选择以及系统运行中，都应该着眼于防止短路故障的发生，以及在短路故障发生后腰尽量限制所影响的范围。短路的问题一直是电力技术的基本问题之一，无论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面来说，都必须了解短路电流的产生和变化规律，掌握分析计算短路电流的方法。

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）在选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备时，这就需要以短路计算为依据。

3）为了合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对在电力网中发生的各种短路进行计算和分析。

4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

5）接地保护装置的安装设计，也需计算短路电流。

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3.3 短路电流的计算步骤

1、对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，列出各参数值。

U1=35kv K1 U2=10 kV K2

电力系统 架空线路 变压器

S l6km SN8000kvA

X0.4/km Uk%7.5

图4-1

2、 不考虑短路电流周期分量的衰减求出各元件对短路点的电抗标幺值，

并计算短路电流标幺值、有名值。其中取SB=100MVA，UBUavr。

线路：XLX0lSB1000.460.175 2Uavr372变压器：XTUK%SB7.51000.94 100SN1000.810.1750.0875 2（1） 当在K1处发生三相短路时，最大运行方式下电源至短路点的总电抗为：

XXL1//XL2无限大容量电源E1 短路电流周期分量的标么值

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I//有名值IIIBI//////E111.4 X0.0875SB10011.417.8(KA) 3UB337冲击电流iimp2KimpI//21.817.845.3(KA)

短路全电流最大有效值

IimpI//12(Kimp1)217.812(1.81)226.9(KA)

短路容量

SSBI//10011.41140(MVA)

最小运行方式下电源至短路点的总电抗为:

X=XL=0.175

无限大容量电源E=1 短路电流周期分量的标么值

I//有名值 I//15.7 0.175I//IB5.71003378.9(KA)

冲击电流 iimp2KimpI//21.88.922.7(KA)

//短路容量 SSBI1005.7570(MVA)

（2） 当在K2处发生三相短路时，最大运行方式下电源至短路点的总电抗为

X(XL1XT3)//(XL2XT4)无限大容量电源E=1 短路电流周期分量的标么值

//I1(0.1750.94)0.56 2E11.79 X0.569.8(KA)

有名值I//I//IB1.79100310.5

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冲击电流iimp2KimpI//21.89.824.9(KA)

短路全电流最大有效值

IimpI//12(Kimp1)29.812(1.81)214.8(KA)

短路容量SSBI1001.79179(MVA) 最小运行方式下电源至短路点的总电抗为

//XXLXT0.1750.941.115

无限大容量电源E=1 短路电流周期分量的标么值

I//E10.9 X1.115有名值I//I//IB0.9100310.54.9(KA)

冲击电流iimp2KimpI//21.84.912.6(KA)

短路全电流最大有效值

IimpI//12(Kimp1)24.912(1.81)27.4(KA)

短路容量SSBI1000.990(MVA)

表4.2 短路电流计算结果表 电源至 短路点电 短路点 运行方式 抗标么值短路电 流周期分 量有名值冲击电流全电流短路容量S（MVA） // iimp（KA） Iimp（KA）X K1 最大 最小 最大 最小 0.0875 0.175 0.56 1.115 I//（KA） 17.8 8.9 9.8 4.9 45.3 22.7 24.9 12.6 26.9 13.4 14.8 7.4 1140 570 179 90 K2

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第五章 设备的选择与校验

5.1 概述

电气设备的选择是变电站设计的重要内容之一，如何正确地选择电气设备，将直接影响到电气主接线和配电装置的安全及经济运行。所以在进行设备选择时，必须执行国家的有关技术经济政策，在保证安全、可靠的前提下，选择电气设备以满足电力系统安全、经济运行的需要。

电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

1)按额定电压、额定电流选择导体和电气设备

所选电器和电缆允许最高工作电压Uymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Ugmax

即

Uymax≥Ugmax

导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax

I=1.05gmaxSN3U N式中SN ---- 所统计各电压侧负荷容量

UN ---- 各电压等级额定电压

即

Iy≥Igmax

2)按短路条件校验

电气设备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，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不校验热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。

短路热稳定校验： 满足热稳定条件为:

Qd≤Qr

I22rtdz≤Irt

Qd —短路电流产生的热效应

(5-1)

(5-2)

5-3)(

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Qr —短路时导体和电器允许的热效应

Ir—t秒内允许通过的短时热电流

短路的动稳定校验：

满足动稳定条件为：

ich≤idf

Ich≤Idf

ich— 短路冲击电流幅值 （kA）

Ich— 短路冲击电流有效值 （kA）

idf、Idf —导体和电器允许通过的动稳定电流幅值及有效值（kA）

由公式（5-2）可求得： 35KV侧：Igmax=6KV侧：Igmax=1.05SN=86.6A 3UN1.05SN=505.29A 3UN5.2 母线和电缆的选择与校验

5.2.1配电装置中的母线，应根据具体情况按下列条件选择和校验：

1）母线材料、截面形状和布置方式的选择；

载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机，变压器出线端部，以及对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。

回路正常工作电流在400A及以下时，一般选用矩形导体。在400～8000A时，一般选用槽形导体。

配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导体的截面和导体的结构型式。

当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对220kV及以下配电装置，电晕对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择导体截面。

2）母线截面尺寸的选择

除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。

（1）为保证母线的长期安全运行，按导体长期发热允许电流选择，导体能在电路中最大持续工作电流Igmax应不大于导体长期发热的允许电流Iy

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即：

Igmax≤Iy

（2）为了考虑母线长期运行的经济性，应按经济电流密度选择导体截面，这样可使年计算费用最低，经济电流密度的大小与导体的种类及最大负荷年利用小时数Tmax有关。

表4.3 导体的经济电流密度

导体材料 最大负荷年利用小时数T 3000以下 铝裸导线 铜裸导线 1.65 3.0 3000-5000 1.15 2.25 5000以上 0.9 1.75 导体的经济截面计算公式如下：

S=

Igmax

J（3）热稳定校验：

按上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。 裸导体热稳定校验公式：

c — 热稳定系数

S≥Itdz （mm2）

c(5-13)

I — 稳态短路电流（kA） tdz— 短路等值时间S

表 4.4 不同工作温度下裸导体的C值 工作温度 铝合金 硬铜 40 99 186 45 97 183 50 95 181 60 91 176 65 89 174 70 87 171 75 85 169 80 83 166 （4）动稳定校验：

求出的母线最大相间计算应力不超过母线材料的应允应力，

即：max≤y

母线最大相间计算弯曲应力为：

式中，fphfphLM （Pa） max = = 10WW为单位长度导体上所受相间电动力，Nm

2(5-14)

35kv变电站电气一次部分的设计

L为导体支柱绝缘子间的跨距，m M为导体所受的最大弯距，Nm

W为导体对垂直于作用力反向轴的截面系数，取值bh26 当三相母线水平布置且相间距离为a时，三相短路造成的单位长度母线上所受最大相间电动力为：

fph2a =1.73107ich(5-15)

y— 母线材料的允许应力（硬铝y为69×106Pa,硬铜137×106Pa，铜为

157×106Pa） 1.35kV母线的选择：

动稳定校验：

变压器35kV侧最大持续工作电流为1.05倍的变压器的额定电流：

1.05SN==86.6A Igmax3UN经查有关设计手册得：试选用LMY100×8单条矩形铝线平放时，长期允许载流量为1542A，取综合校正系数K=0.81，则实际载流量为Ial =1542×0.81=1249A ＞Igmax

校验在d1(3)点短路时的动稳定，取L=1m，a=0.7m ,ich=40.5kA, 则作用在母线上的最大计算应力按公式：

fph2a=405.3 (Nm) =1.73107ichW=bh26=13.36106 (m3)

L=3.03106（Pa） max =

10Wphf2 max≤y=69×106 （Pa）

则动稳定校验合格.

按电压损失校验

35 kV及以下线路要考虑电压损耗，允许电压损耗百分数为5%。校验其电压损

耗：

35 kV架空线路相间距取1500mm 则其几何均距

Dm31.51.531.89m

查LGJ70，几何均距为2.0时的电阻R00.45/km X00.403/km

35kv变电站电气一次部分的设计

35 kV架空线长6km，线路末端SPjQ7740j3910

77400.45639100.4036867.2V

35P*RU0*lQ*X0*lUNUyx5%UN0.05351031750V

U867.2VUyx1750V 合格。

故35 kV进线选LGJ70 满足要求。

2.6kV母线的选择：

因变电所年最大负荷利用小时数Tmax=3000h，查表可知J=1.45A/mm

Igmax=导体的经济截面可由下式：

1.05SN=505.29A 3UNS=

Igmax=349 （

J2mm）

经查有关设计手册得：试选用LMY80×10单条矩形铝线平放时，长期允许载流量为1427A，取综合校正系数K=0.81，则实际载流量为

Ial=1427×0.81=1156A ＞Igmax

校验在K2点三相短路时的动稳定，取L=1m，a=0.25m,ich=29.27kA , 则作用在母线上的最大计算应力按公式：

fph2a=593 (Nm) =1.73107ichW=bh26=10.69106 (m3)

L==4.77106（Pa） max10Wphf2 max≤y=69×106 （Pa）

则动稳定校验合格.

校验在K2点三相短路时的热稳定，短路时的热稳定系数C=87, I∞=11.48kA,tdz=2s

S=800≥Itdz=210（mm2）

c则热稳定校验合格.

故所选的LMY80×10矩形铝母线符合要求。

35kv变电站电气一次部分的设计

4.主变35kV侧至35kV母线连线的选择：

根据设计要求及有关规定一般选矩形铝母线做变压器至母线的连接

线,Igmax=86.6A

经查有关设计手册得：试选用LMY100×8单条矩形铝线平放时，长期允许载流量为1542A，取综合校正系数K=0.81,则实际载流量为

Ial=1542×0.81=1240A＞Igmax

LMY100×8单条矩形铝母线动稳定和热稳定此前校验过，满足要求. 故所选的LMY100×8符合要求。 5.主变6kV侧至6kV母线连线的选择：

根据设计要求，其截面应按最大持续工作电流选择，并按d2(3) 短路进行动热稳定校验。

1.05SN=86.6A 3UNIgmax=经查有关设计手册得：试选用LGJ-300/40型，长期允许载流量为610A，取综合校正系数K=0.81,则实际载流量为Ial=610×0.81=494.1A＞Igmax 动稳定和热稳定校验同上，满足要求。 故所选的LGJ-300/40铝线符合要求。

35 kV进线为双回路，按经济电流密度选择其截面：

IgmaxPQ2223*UN7740239102233571.5A

Tmax4000h 查表4-3得J1.15 A/mm2

SIgmaxJ71.562.19mm2 1.15

查电力工程电气设计手册选 LGJ70,周围空气温度为25时的安全电流为275（A）。该变电所的历年平均最高气温为29.9摄氏度。查电流修正系数表得修正系数

0K0.94

则安全电流： I275K2750.94258.5A

(1)机械强度的校验：

S70mm216mm2 合格

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（2）发热条件的校验：

Igmax69.7AI258.5A 合格

进线回路的最大持续工作电流除考虑正常负荷电流外，还需考虑事故状态下由一回线路输送的工作电流。

'Igmax2Igmax271.5143A 'Igmax143AI258.5A 合格

5.2.2电缆芯线材料及型号选择 1）按结构类型选择 2）按额定电压选择

3）按最大持续工作电流选择电缆截面 4）按经济电流密度选择电缆截面 5）按短路热稳定校验电缆截面 6）按电压损失校验 各段电缆的选择：

通风机电缆选取，按经济电流密度选择导线的截面，由于Tmax=3000h/年，查表可得J=1.73A/mm2。

Igmax=导体的经济截面可由下式：

1.05SN=64A 3UNS=

Igmax=37（

J2mm）

按以上计算和设计任务要求可选择三芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装电缆YJV22-70,缆芯截面为70mm2，载流量为203A.正常允许最高温度为90℃，r=0.268Ω/km，x=0.443Ω/km。 按长期发热允许电流校验

电缆载流量的校正系数为Kt=1，当电缆间距取300mm时,查表得K4=1，

K3=1。

则单根直埋电缆允许载流量为

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Ial20=KtK4K3Ial25=203>64A

则满足设计要求。 热稳定校验：

短路时的热稳定系数C=102, I=18.76KA，tdz=2s

S=70≥Itdz=26（mm2）

c满足导线的最小截面的要求，热稳定校验合格。 电压降校验：

U(%)=

则校验合格。

173ImaxL(rcosxsin)%=2.1%<5 U可见，选用三芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装电缆YJV22-70电缆能够满足要求。

表4.6 母线、电缆所选型号

35kV母线 6kV母线 主变35kV侧至35kV母线 主变6kV侧至6kV母线 电缆 YJV22-70 LGJ70

LMY80×10 LMY100×8 LGJ-300/40 5.3 互感器的选择与配置 5.3.1 电流互感器的选择

电流互感器的选择应该满足一次回路的额定电压、额定电流、最大负荷电流计短路电流的动、热稳定性校验。

1、 按一次额定电压选择

电流互感器的一次额定电压必须与安装处的电网电压一致，即 UTAUN

式中 UTA——电流互感器铭牌标出的额定电压，kV；

UN——电流互感器安装点的额定电压，kV。

2、 按一次额定电流选择

在电流互感器周围空气温度一定的条件下，连续流过互感器的一次电流，允许为其额定值的120％。

3、 按额定二次电流选择

由于仪表与继电器已经系列化生产，二次标准电流为5A，电流互感器应与二次标准电流一致，也为5A。

4、 按准确度等级选择

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电流互感器的准确度等级，应根据不同的用途选择，准确度等级可分为0.2、0.5、1、3、10级等几个不同的等级。

5、 二次负荷的计算 二次负荷的计算公式为

S2i2Z2

式中S2——二次计算负荷，V•A；

2i2——二次计算电流，A。

由于二次电流已标准化为5A，负荷主要决定于外部阻抗Z2，其表达式为

2Z2ZsRdRj

式中Z2——二次负荷的外部阻抗，；

Zs——连接仪表串联绕组的阻抗，；

Rd——二次连接导线的电阻，；

Rj——连接导线接头的接触电阻，。

5.3.2 电压互感器的选择

电压互感器的选择与配置，除应满足一次回路的额定电压外，其容量与准确度等级应满足测量仪表、保护装置和自动装置的要求。负荷分配应在满足相位要求下尽量平衡，接地点一般设在配电装置端子箱处。

电压互感器的选择不需要进行动稳定、热稳定校验，选择应满足以下条件。 （1） 按额定电压选择

所选电压互感器一次侧额定电压必须与安装处电网的额定电压一致，二次侧额定电压一般为100V。按额定电压选择，应满足

UTVUN

式中UTV——电压互感器铭牌标出的额定电压，kV； UN——电压互感器安装点的额定电压，kV。

（2） 电压互感器类型的选择

根据用途和二次负荷性质，选择电压互感器的类型及二次接线方式。

（3） 按准确度等级选择

除以上两点，选择电压互感器时还注意其准确度等级及二次负荷容量。

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5.3断路器的选择

断路器具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，短路故障时，断路器与继电保护装置配合使用用以切断短路电流和故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定运行。

断路器的种类和型式的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应该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。根据我国生产制造情况，电压为6～220KV的电网可选用少油断路器、真空断路器和SF6断路器；又由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性好，维护方便，灭弧性能更高，所以35kV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于6kV电压等级。 5.4隔离开关的选择

隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器，它与断路器的差别是没有专门设置的灭弧装置，不能用来切断或接通电路中的负荷电流只能关合小电流电路。检修电气设备时，形成明显可见断口从而保证人员安全。用隔离开关配合断路器，在电路中进行倒闸操作，在用于倒闸操作时，称为操作电器。 对隔离开关的要求：

1）有明显的断口，根据断开点可判断被检修的电气设备和载流导体是否与电网可靠隔离；

2）断口是否有足够可靠的绝缘强度； 3）要有足够的动、热稳定性；

4）安装在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；

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第六章 无功补偿

电分书上 概述：

电力系统的运行无功功率平衡与电压水平密切相关。为了确保系统的运行电压具有正常水平，系统拥有的无功功率电源必须满足正常电压水平下的无功需求，并留有必要的备用容量。电力系统的无功功率平衡应该分别按最大和最小负荷的运行方式进行计算。必要时还应该校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡。由于串联电容补偿装置至改变线路参数而且改变功率因数作用及其微小所以不予考虑。

根据无功功率的需要，增添必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量的分配。小容量、分散的无功补偿可采取静电电容器；大容量的、配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或静止补偿器。

除发电机和输电线路外的无功电源主要有：并联电容补偿装置、同步调相机、静止无功补偿器。后两者属于动态的无功补偿装置。

(1) 并联电容装置，由于电感和电容取用的无功电流相位相反，电感需要的无功功率大部分可由电容器就地供给。若电容器选择适当，电源只要供给有功电流和少量的无功电流就可以了。并联电容补偿还可以分为个别补偿、分组补偿、集中补偿。

(2) 静止无功补偿器由晶闸管控制电抗器与静电电容器并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合在一起再配以适当的调节装置，就成为能够平滑的改变输出（或吸收）无功功率的精止补偿器。晶闸管投切时电容器不会产生谐波，可以消除高次谐波从而提高电压质量，提高系统稳定性和降低工频过电压的功能。

3）同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率起无功电源作用；在欠励磁运行时可从系统吸取感性无功起无功负荷作用，根据装设点电压情况改变输出无功功率以维持电网电压，并可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性。

但同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求故目前已经很少采用。 所以本设计中可采取的无功补偿装置为：并联电容装置、静止无功补偿器。

综上所述：为了最大限度的发挥无功补偿设备的经济效益，采用无功功率补偿应全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡。在进行无功功率平衡计算的基础上，根据无功功率缺额，进行无功补偿经济效益，投资和回收年限的比较确定最优补偿容量和最佳分配方式。具体做法可采用：

（1） 集中补偿和分散补偿相结合：在负荷集中的变电站，装设一定容量的电容器

或同步补偿机进行集中补偿，集中补偿便于管理。分散补偿通常可装设在配电线路的主干线，分支处或用户处，分散补偿可达到就近补偿，补偿效果明显。

（2） 降损和调压相结合：无功功率补偿装置减少了线路的无功功率输送，既减少

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了无功输送的电能损失，也降低了电压损耗。这两方面具有一致性可结合考虑。

（3） 供电部门和用户补偿相结合：无功补偿设在用户处具有明显的效果，对用户

是很有利的，一方面提高了用户的功率因数，另一方面也使用户电压得以保证，供电部门从无功功率平衡和维持电压水平要求，装设调相机和电容器，既减少了电能损失也减少了电压损耗，具有相一致的效果。

（4） 就地平衡与全网平衡相结合：供电电力网应达到全网无功功率平衡，以保证

电能质量，全网无功平衡并不能保证每点的无功功率平衡和电压水平，所以无功功率补偿设备应装设那些电压最低点，采用就地平衡和全网平衡相结合，以保证每一点在所要求的电压范围内，既满足了电压质量，也达到降损目的。

第七章 防雷接地设计

7.1 防雷保护的必要

雷电会引起大气过电压，它通常高于电气装置正常工作电压许多倍，对电气设备的绝缘会造成严重威胁。即使是在电气装置附近发生雷击放电，也会在邻近的电气设备中感应危险过电压，这种感应过电压幅值可达300—400KV，足以使60—80cm的空气间隙击穿放电，对于35KV电网中绝缘可能遭到破坏，需采用过电压保护器件进行防雷。 7.2 避雷针高度的确定

根据变电所的平面布置图，采用四根等高避雷针对变电站进行防直击雷保护。 计算能有效全部保护改变电站所需的避雷针高度：

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1 3 2 4

门型架构高：7.5m 桥型线路高：4m 主变高：3m 建筑物高：6m 设避雷针高度小于30m，则高度影响系数取1

D12321230m D13341232m

22D14D12D1330232243.9m

h12h0D12307.511.8m 7p71D1443.9511.3m 7p71h12h14

h14h0独立避雷针的高度为12m小于30m，原假设成立。

校验：bx1.5hD1443.9hx1.51242.60 7p71即当选择独立避雷针的高度为12m时，能有效全保护该变电所。 7.3 接地体和接地网的设计

（1） 接地体的设计

避雷针的接地体采用长3m 规格为50505mm 的角钢制成独立垂直接地体。 土壤电阻率取200，则接地电阻：

Re8l20083ln156.8 ln12ld23.1430.050.84从安全的角度考虑，接地体电阻应小于10，故采用多根垂直接地体并联来降低接地电阻，

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则需要的角钢根数为：

nRe56.88.11

10100.7避雷针的独立接地体为9根角钢并联制成的垂直接地体。

（2） 接地网的设计

变电所内需要有良好的接地装置以满足工作接地、保护接地和防雷接地的要求，一般做法是根据保护接地和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷器与地网的连接点增加接地体以满足防雷接地的要求。

[11]

接地网通常用440mm的扁钢或直径为20mm的圆钢水平敷设，埋入地下。深度不宜小于0.6m。

在水平距离与避雷针相距5m的地方敷设地网。敷设地网的面积：

S3225134680m2

接地网的总体接地电阻：

Re0.5S0.52006803.8

变电所接地网的工频接地电阻一般在0.5-5之间。Re3.8在该范围内，符合要求。

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第八章 继电保护的配置

8．1继电保护的基本知识

继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。对继电保护的要求有：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。

（1）选择性：是指电力系统故障时，应由距故障点最近的保护装置动作，仅将故障元件从电力系统中切除，尽可能的缩小停电范围，保证无故障部分顺利进行。

（2）速动性：快速的切出故障可以提高电力系统并联运行的稳定性，力求保护装置能迅速动作切出故障。

（3）灵敏性：是指对其保护范围内发生任何故障或不正常运行状态的反应能力。要求保护装置在事先规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位置、短路类型如何它都能敏锐感觉、正确反应。

（4）可靠性：指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他保护装置不应该动作的情况下则不应该误动作。

8.1.2继电保护设计的原则

继电保护装置除应满足以上要求外，还应该考虑经济性。首先从国民经济的整体利益出发，按被保护元件在电力系统中的地位和作用来确定保护方式，而不能只从保护装置本身的投资考虑，因为不完善或不可靠的保护会给国民经济造成损失，一般都远远超过即使是最复杂的保护装置的投资。 8.2输电线路的保护配置

10—35KV中性点非直接接地电网中，输电线路的相间短路保护必须动作于断路器跳闸。单相接地时，由于故障点的接地电流很小（因而该电网又称为小电流接地系统），三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷供电没有影响，因此，在一般情况下允许再继续运行1—2h，而不必立即跳闸，这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。但是在单相接地以后，其他两相对地电压要升高3倍。为了防止故障进一步扩大成两点接地或相间短路，应及时发出信号，以便运行人员采取措施予以消除。因此，在单相接地时，一般只要求继电保护能有选择性地发出信号，而不必跳闸。但当单相接地对人身安全和设备安全构成威胁时，则应动作于跳闸。10—35KV中性点非直接接地电网，其输电线路应针对相间短路和

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单相接地故障配置相应的保护装置。

结 论

本次毕业设计题目是35KV变电站的设计，通过本次设计使我对自己大学四年所学的专业课程有了更进一步的了解，巩固了专业知识和实际分析能力。同时也意识到自己的不足之处，以前只是简单的学习课本知识并没有真正把握课程的实际应用。毕业设计是完全的体现个人思考和组织语言的能力，一步一步的完善论文任务书的要求。除此之外我也掌握了绘制主接线图知识和方法，培养了论文写作的基本知识和查阅文献资料的技巧，为今后的学习和工作奠定基础。本设计是对我的大学学习的一次考核，端正了我的学习态度。

本设计将发电厂电气部分、电力系统分析、高电压工程、继电保护原理等课程综合运用，完整表述论文的各个环节：主接线的设计、短路电流的计算、继电保护的配置以及防雷装置的配置等。把所有知识点结合在一起使我对所学知识有了整体的把握。

虽然我已经完成了35KV变电站电气部分的设计，但是其中会有很多的不足需要在今后的学习中不断改正。对某些复杂的计算自己还是是懂非懂，所以我必须不断学习积累知识和经验。

我希望未来我国电力系统会有更加完善的发展，不断提高供电的可靠性和经济性。 最后，我要感谢我的指导老师，她认真负责的工作态度让我由然敬佩！本完成本设计的过程中她给了我不断的支持和鼓励，我向她致以衷心的感谢！

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参考文献（References）

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