摘 要

变电站是电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所。为了使发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、 可靠、 经济的输送到每一个用电设备的转设场所变电所涉及方面很多，需要考虑的问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电所高低压电气设备为变电所平面及剖面图提供依据。在变电站的设计中，既要求所变电能能很好地服务于工业生产，又要切实保证工厂生产和生活的用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：安全:在变电过程中，不发生人身事故和设备事故。可靠:所变电能应满足电能用户对用电的可靠性的要求。优质:所变电能应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。经济:变电站的投资要少，输送费用要低，并尽可能地节约电能、减少有色金属的消耗量和尽可能地节约用地面积。

本次设计变电站的地点为锦州北镇吴家乡 ，该地区是锦州电网中重要的负荷中心之一。变配电所是供配电系统的核心，在供配电系统中占有特殊的重要地位。 作为各类工厂和民用建筑电能供应的中心，变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务；配电所担负着从电力系统受电，然后直接配电的任务 。

本变电所的初步设计包括了: (1) 总体方案的确定 (2) 负荷分析 (3)短路电流的计算 (4)配电系统设计与系统接线方案选择。

关键词：变电站；变压器；主接线；负荷

*Abstract*

Substation is a place where the voltage and current are transformed and the electricity is received and distributed. In order to transfer the power energy generated by the power plant to a far place, the voltage must be increased into high voltage, and the voltage must reduce the voltage near the user according to the need. The work of lifting voltage is completed by the substation. He obtained electricity from the power system, through its transformation, distribution, transmission and protection function, and then the electricity safe, reliable and economic transmission to each electrical equipment transfer place substation involves many aspects, need to consider the task and the substation user load, etc., select the address, using user data for load calculation, determine the user reactive power compensation device at the same time, to determine the wiring mode of substation, short circuit current calculation, select distribution network and wire, short circuit current calculation. Select the substation high and low voltage electrical equipment to provide the basis for the plane and section of the substation. In the design of substation, it is required that the changed electric energy can serve the industrial production well, but also to effectively ensure the electricity needs of factory production and life, and do a good job in energy saving, it must meet the following basic requirements: safety: in the process of power transformation, no personal accidents and equipment accidents. Reliability: the changed electric energy should meet the requirements of the electric power users for electricity reliability. High quality: the changed electric energy should meet the requirements of the electric power user for voltage and frequency. Economy: the investment of the substation should be less, the transportation cost should be lower, and save the electric energy as much as possible, reduce the consumption of non-ferrous metals and save the land area as much as possible.

The location of the designed substation is Wu Hometown, Jinzhou North Town, which is one of the important load centers in Jinzhou power grid. Substation and distribution system is the core of the power supply and distribution system, and occupies a special and important position in the power supply and distribution system. As the center of power supply for various factories and civil buildings, substation is the task of power from power system, through voltage change, and then distribution is the task of power from power system and then direct distribution.

The preliminary design of the substation includes: (1) determination of the overall scheme (2) load analysis (3) calculation of short circuit current (4) design of distribution system and selection of system wiring scheme.

*Key words：*Substation; transformer; main wiring; load

目 录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 选题的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本次论文的主要工作

第2章 变电站概况

2.1 变电站的规模

2.2 变电站的基本数据

2.2.1 35kV侧基本数据

2.2.2 10kV侧基本数据

2.3 站址情况

2.4 系统情况

第3章 负荷计算及变压器选择

3.1 负荷计算

3.2 负荷计算

3.2.1 机械加工厂

3.2.2 食品加工厂

3.2.3 学校

3.2.4 电力设备加工厂

3.2.5 酿酒厂

3.2.6 教师公寓

3.2.7 消防局

3.3 无功功率补偿计算

3.4 电源进线方式设计

3.5 主变压器形式的选择

第4章 电气主接线的设计

4.1 基本要求

4.1.1 安全性

4.1.2 可靠性

4.1.3 灵活性

4.1.4 经济性

4.2 电气主接线的基本形式

4.2.1 单母线接线

4.2.2 双母线接线

4.2.3 桥式接线

4.3 主接线方案设计

第5章 变电站短路电流计算

5.1 短路电流计算

5.2 短路电流计算分析

第6章 主要电气设备选择

6.1 断路器的选择

6.1.1 断路器的选择条件

6.1.2 断路器的选择计算

6.2 隔离开关的选择

6.3 电流互感器的配置和选择

6.4 主要电气设备选择结果

第7章 结 论

参考文献

致 谢

第1章 绪 论

1.1

选题的背景及意义

我国电源建设发展迅速,我国电力行业持续快速发展。近些年来，我国总发电装机容量和发电量已经连续十年位居世界第二位，随着总发电装机容量增长，增长率有所平缓，但仍保持了较高增长水平。

我国电网建设持续增长,长期以来，我国电力工业“重发轻供”，电网发展严重滞后于电源发展，表现为输变电建设严重滞后于电源建设，配电网建设滞后于主网建设，负荷中心受端电网建设滞后于送端电网建设，电网累计投资占电力投资的比例约30%左右，远低于发达国家50%以上的水平。为解决此问题，国家今后将重点持续促进电网建设，以适应我国工业化及城市化建设的需要。特高压电网建设及坚强智能电网规划促进我国电力系统高质量发展，1)特高压电网建设，按照国家电网公司的规划，未来将建成以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强国家电网。在2020年前后，基本形成覆盖华北、华中、华东地区的特高压电网，满足跨大区跨流域输电、水火电互济调解和全国能源资源优化配置的客观需要，实现“西电东送，南北互供”。特高压电网被称为“电力高速公路”，具有容量大、距离长、损耗低等优势。2019年1月，总投资约58亿元的我国首个特高压输变电工程——晋东南-南阳-荆门1000kV交流特高压交流试验示范工程投入商业运营，标志着我国在特高压核心技术和设备国产化上取得了重大突破。坚强智能电网规划。

2019年5月，国家电网公司提出建设坚强智能电网规划，坚强智能网以坚强网架为基础，以信息通信平台为支撑，以智能控制为手段，涵盖电力系统的各方面，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的“电力流、信息流、业务流”高度一体化的现代化电网。

近年来，在国民经济高速发展的同时，电力消耗问题也日益突出，许多地区纷纷建设电力消耗设备。变电站是电网中最主要的一部分，其功能直接关系到电网的安全性和经济性，同时也是连接电厂与用户之间的纽带，对电网的供电、供电、供电、供电等方面具有十分重要的意义。我国电力工业的技术和管理水平在不断地提升，如今，已经有很多变电站已经实现了集中控制，并使用了计算机监控，电力系统也已经实现了分级集中调度，所以，各大电力企业都在为增产节约、降低成本、保证安全的出行而努力着。随着国家经济的不断发展，电力行业也将逐渐进入到国际领先的行列。变电站是一座具有严格生产流程的工业建筑物，其土建结构复杂，施工难度大。

1.2 国内外研究现状

近年来一些发达国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变申站结构，降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变申站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经济性。

保证供电可靠性方面，发达国家，如法国，均采用先进的设备，单个变电站的可靠性较高，接线以简单、实用为指导思想，同时追求合理的电网规划，建设坚强的电网，以提高整个电力系统的可靠性，增强电网抵御事故的能力。

提高变电站经济性方面，西方国家大部分采用无人值班、远方监控的运行管理方式，并按照分层分区的原则设置集控站或集控中心对所辖变电站采用远方操作方式，减少运行值班人员的开支:另外，采用变电站间的相互备用的方法，减少备用的投入。

合理利用土地方面，以法国为例，电力公司已项目寿命内的效益最大化为原则，综合考虑对周边环境的影响、基建投资费用、运行维护的成本等诸多因素后，确定变电站的占地面积，并不单一追求变电站占地面积最小

我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高:而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。

由于现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，使变电站设计问题变得越来越复杂，除了常规变电所之外，还出现了微机变电所、综合自动化变电所、小型化变电所和无人值班变电所等。当前随着我国城乡电网建设与改造工作的开展，对变电所设计也提出了更高更新的要求。

我国常规城网变电所的主要问题是设备陈旧，占地面积大与现代化的城市建设不相适应。为了改变这种面貌，城网变电所已向小型化方向发展，开始采用全封闭组合电器，即GIS成套设备。全封闭组合电器(GIS) 就是由于SF6气体的出现而发展的一种新型高压成套设备。它包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器.母线、出现套管或电缆终端。这些设备按变电所主接线的要求依次连接组成一个整体，各元件的高压带电部位均封闭于接地的金属壳内，并充以SF6气体，作为绝缘的灭孤介质，称之为SF6气体绝缘变电站，简称GIS。目前，GIS的发展趋向，是将变压器一、二次开关全部合为一体，或为气体绝缘组合的供电系统。

自从计算机技术深入到电力系统以来，国外微机监测技术应用较为普遍。变电站综合自动化系统，集保护、远动、监控为一体，是一种分布式的综合自动化装置，其把继电保护、远动技术、参数监测等各种功能分布在各个单片机上，而这些单片机通过计算机网络连接起来一个有机的自动化装置。

1.3 本次论文的主要工作

设计围绕着了解10kV变电所的建设规模，各级额定电压，各级电压联络线回路数，从原始资料开始分析，进行负荷计算和无功补偿计算。初步选出变压器的数量和容量的大小，考虑到各方面的发展和规划，变压器的容量在选取的时候要有一定的裕度。

电气主接线确定，在考虑主接线方案的时候，要做到安全、可靠、灵活、经济的对比，同时了解终端配电所的一般接线方式，根据国家规定和相关的技术经济对比，选出最优的主接线方案。

为了在选择电气设备和载流导体时，需要短路电流校验其动稳定性和热稳定性，以保证在发生最大短路电流时不至于损坏。三相短路时短路电流最大所以设备校验时参考三相短路电流。进行短路电流计算。

第2章 变电站概况

2.1 变电站的规模

锦州市北镇吴家乡变电所设计为一10kV区域性变电站，以供给附近地区的工业、农业和民用电。本变电站竣工后，将以区域内的用电为主，特别是区域内的大用电，来改善和提升区域内的供电质量。并与其它区域的变电站组成了一个环形网络，从而改善了当地的电力供应，改善了当地的电力供应。

2.2 变电站的基本数据

2.2.1 35kV侧基本数据

35kV侧出线8回，另有2回备用，同时系数取0.9，其负荷参数如下表2.1:

表2.1 负荷统计表

2.2.2 10kV侧基本数据

10 KV一侧安装了一个电抗器，并安装了1个TT-30-6调节摄像机；电站的电力、灯光负荷最大值为91.5 kVA，并网因子为0.75，功率因数为0.75。

2.3 站址情况

本变电所的电压等级为66/10kV。所址地区的年平均温度为10℃，最高温度为40℃。最低温度为–21℃。变电所出线走廊宽阔，地势平坦，空气无特殊污染，交通方便。最大负荷利用小时数T=5600小时，负荷同时系数0.92，线损率为5%。

2.4 系统情况

锦州市北镇吴家乡变电所是一座35/10的高压变电站。该变电站的电源是由两套系统提供的，一个是600 MVA的S1，一个是0.38的容抗；S_2的容量是800 MVA，其容抗是0.45.线1为30 KM，线2为20 KM，线3为25 KM，线型号为LGJQ-150，见图2.1：

图2.1 系统结构概图

第3章 负荷计算及变压器选择

3.1 负荷计算

计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电器保护的重要数据。计算负荷确定得是否合理，直接影响到电器和导线的选择是否合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线截面选择过大，造成投资和有色金属的浪费；如果计算负荷过小，又将使电器和导线运行时增加电能消耗，并产生过热，引起绝缘过早老化，甚至烧毁，一致发生事故，同样给国家造成损失。

(1)需要系数法：需要系数法与用电设备的类别和工作状态有极大的关系，因此在计算时首先要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。需要系数法，用设备功率乘以需要系数和同是系数（一般取0.8），直接求出计算负荷。这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。

(2)二项式法：将负荷分为基本部分和附加部分，后者考虑一定数量大容量设备影响，适用于设备台数较少而容量差别较大的低压分支干线的计算负荷，及其他各类车间和变电所施工设计亦常采用，但二项式法计算结果一般偏大。根据分析，本设计采用的就是需要系数法。

表3.1 负荷情况表

3.2 负荷计算

有功功率：

（3-1）

无功功率：

（3-2）

视在功率：

（3-3）

计算电流：

（3-4）

功率因数角正切值：

（3-5）

（1）

——用电设备的安装容量(kW)；

（2）

——用电设备铭牌给出的功率因数角的正切值；

（3）

——设备的额定电压(kV)；

（4）

——有功计算负荷(kW)；

（5）

——无功计算负荷(kvar)；

（6）

——视在计算负荷(kVA)；

（7）

——计算电流(A)。

3.2.1 机械加工厂

其中视在功率计算负荷：

3.2.2 食品加工厂

其中视在功率计算负荷：

3.2.3 学校

其中视在功率计算负荷：

3.2.4 电力设备加工厂

其中视在功率计算负荷：

3.2.5 酿酒厂

其中视在功率计算负荷：

根据原始数据，本次毕业设计10kV侧有功功率同时系数与无功功率均为为0.75，则计算负荷为：

表3.2 负荷结果表

3.3 无功功率补偿计算

无功功率补偿的基本知识，在工业与民用建中，有大量设备的工作需要通过向系统吸收无功功率来建立交变的磁场，这使及输筑设备中，系统输送的电能容量中无功功率的成分增加。在系统变配电设备配电线路规格一定的情况下，直接影响到有功功率的输送。因此，在供配电系统中，必须限制无功功率的大小，即提高功率因数，以便提高系统设备的有效利用率。供配电系统要求35kV的电能用户的功率因数应达到 0.85 以上，10 kV的电能用户的功率因数应达到0.90以上。

将10kV侧功率因数补偿到所要求的0.9及其以上，则理论上补偿后的负荷情况为：

=

=

=

-

=5507.4-3618.8=1888.6KVA

经过对比筛选，选择西安电力电容器厂电容器成套装置型号为TBB10-1000/334AKW（并联电容器单角型接线），该型号补偿量

，则理论上所需要的个数为：

/

=1888.6/334=5.65

考虑到三相系统平均分配，则在实际情况中应需要的个数为12，则补偿容量为

，则此时的功率因数为：

所以实际补偿后的满足要求。

补偿后低压侧计算负荷为：

=7470kW

=

=

因为变压器的型号和数据还没有选择，功率损耗可按如下公式计算：

（3-6）

（3-7）

因此，根据实际补偿后的10kV侧负荷，依照公式（3-6）、（3-7）进行计算，结果为：

=0.015

124.52KW

=0.06

=0.06

498.06kvar

则补偿后的变电站35kV侧的计算负荷为：

P=

+

Q=

+

=

+498.06=4118.36kvar

=

所得负荷计算结果汇总表见表3.2。

表3.4补偿前后的各功率值及计算电流值

3.4 变压器的选择

根据变电所所带用户负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级重要负荷。对一般性变电所，当一台变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%--80%。同时，主变压器的容量选择必须满足本次设计的变电所的负荷容量要求，也尽可能考虑变电所建成后5--10年的规划负荷的要求，也适当考虑到远期的负荷发展，与城市规划相结合。

根据锦州市北镇吴家乡变电所设计要求，要求高压侧出线8回，则初步确定锦州市北镇吴家乡变电所内共设立七座变电所，其中，两座独立变电所，五座箱式变电所。一号独立变电所负荷为学校及消防设施，因其为二级负荷，采用两台变压器供电，工作方式为一用一备；二号独立变电所负荷为教师公寓楼；一号箱式变电所负荷为电力设备加工厂；二号箱式变电所负荷为食品加工厂；三号箱式变电所负荷为一区机械加工厂；四号箱式变电所负荷为机械加工厂；五号箱式变电所负荷为消防局及其他负荷。

当有一台变压器独立运行时，其容量应满足总计算负荷的

的

，即

（3-8）

当有一台变压器独立运行时，需要满足一、二级负荷的要求，即

（3-9）

由负荷分析结果低压侧计算负荷

=

kVA，由上述（4-1）的要求，则应满足：

=6047.517KVA

由上述(3-9)的要求，则：

=

+

+

+

+1652.33+2045.67+1637.04=9586.64KVA

综上所述，选择两台人民电器集团的66kV双绕组三相有载调压电力变压器，型号为SFZL7-10000/66，容量为10000kVA。

表3.5SFZL7-10000/66型变压器技术指标

第4章 电气主接线的设计

变电所的电气接线图，按其在变电所的作用分为一次接线图和二次接线图。一次接线图又称一次主接线图或一次系统图，是由各种主要电气设备（包括变压器、开关电器、互感器及连接线图等）按一定顺序连接而成的接受和分配电能的总电路图。而二次接线图又称二次系统图，是表示用来控制、指示、测量和保护一次电路及其设备运行的电路图一次电路图中所有的电气设备，成为一次设备或者一次元件；二次电路中所有的电气设备，成为二次设备或者二次元件。一次电路和二次电路之间的联系，通常是通过电流互感器和电压互感器完成的。

4.1 基本要求

4.1.1 安全性

符合有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。

4.1.2 可靠性

安全可靠是电路生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。停电不仅给发电厂造成损失，而且给国民经济各部门带来的损失将更加严重。但是电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求。所以在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。

4.1.3 灵活性

电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的切换。灵活性包括以下几个方面：1)调度灵活，操作方便。应能灵活地投入或切除机组、变压器或线路，灵活地调配电源和负荷，满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求。2)检修安全。应能方便地停运线路、断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求。3)扩建方便。在设计主接线时，应留有余地，应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建时一、二次设备所需的改造最少。

4.1.4 经济性

在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要包括以下几个方面：节省一次投资、占地面积少和电能损耗少。1）投资省 主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资；应适当限制短路电流，以便选择轻型电气设备。2）年运行费小 年运行费包括电能损耗费、折旧费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、台数及避免两次变压而增加电能损耗。3）占地面积小 主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、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。

4.2 电气主接线的基本形式

通常电气主接线以单线图的形式表示，仅在个别情况下，当三相电路中的设备不对称时，则用三线图表示。电气主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线三种。

4.2.1 单母线接线

1、单母线不分段接线

断路器的作用是切断负荷电流或短路故障电流。而隔离开关按其作用分为两种；靠近母线侧的称为母线隔离开关，用来隔离母线电源；靠近线路侧的称为线路隔离开关，用于防治在检修断路器的时候倒送电和雷电过电压沿线路侵入，保证检修人员的安全。单母线不分段接线的优点是电路简单、使用设备少以及配电装置的建造费用低；其缺点是可靠性和灵活性较差。当母线或隔离开关发生故障或者检修时，必须断开所有回路的电源而造成全部用户的停电。所以这种接线方式只适用于容量较小和对供电可靠性要求不高的用户。

图4.1 单母线不分段接线

2、单母线分段接线

这种接线客服不分段母线存在的工作不可靠、灵活性较差的有效方法。单母线分段是根据电源的数目、功率和电网的接线情况来确定的。通常每段接一个或者两个电源，引出线分别接到各段上，使各段引出线负荷分配与电源功率相平衡，尽量减少各段之间的功率变换。

单母线分段可用隔离开关分段，也可用断路器分段。由于分段的开关设备不同，其作用也有差别。1）用隔离开关分段的单母线接线 母线检修时可以分段进行，当母线发生故障时，经过倒闸操作可切除故障段，保证另一段继续运行，故比单母线不分段接线提高了可靠性。2）用断路器分段的单母线接线 分段断路器除了具有分段隔离开关的作用外，与继电保护配合，还能切断负荷电流、故障电流以及实现自动分、合闸。另外，检修故障段母线时，可直接操作分段断路器，断开分段隔离开关，且不会引起正常段母线停电，保证其继续正常运行。在母线发生故障时，分段断路器的继电保护动作，切除故障段母线，从而提高了运行的可靠性。

图4.2 单母线分段接线

4.2.2 双母线接线

双母线接线克服了单母线接线的缺点，而两条母线互为备用，具有较高的可靠性和灵活性。

双母线接线一般只用在对供电可靠性要求很高的大型工厂总降压变电所35~10kV母线系统和有重要高压负荷或者有自备发电厂的6~10kV的母线系统。

双母线接线有两种运行方式：一种运行方式是一组母线工作，令一组母线备用（明备用），母联断路器正常时是断开状态；另一种运行方式是两组母线同时工作，也互为备用，此时，母联断路器及母联隔离开关均为闭合状态。

图4.3 双母线接线

4.2.3 桥式接线

对于具有两条电源进线、两台变压器的总降压变电所，可采用桥式接线。其特点是在两条电源进线之间有一条跨接的桥。它比单母线分段接线简单，可以减少单母线断路器的数量。根据跨接桥跨接位置的不同，又分为内桥式接线和外桥式接线两种。(1)内桥式接线，这种接线适用于电源进线线路较长，故障检修机会多，且变压器不需要经常切换的总降压变电所。(2)外桥式接线，这种接线适用于电源线路较短，故障检修机会少，但变电所负荷变动较大且需要经常切换变压器的总降压变电所。

图4.4 内桥式接线

图4.5 外桥式接线

4.3 主接线方案设计

根据工厂供电要求，10kV变电所，容量较小，供电要求不高，一般采用单母线接线形式。

1、单母线接线与单母线分段相比较:

表3.1单母线与单母线分段比较

2、主接线的确定

根据提供的原始资料，电力系统的发展，和用户的需求等几方面考虑，从近期及远景的发展规划，经过比较确定采用两路10kV电源一用一备供电。两路10kV电源有两路独立电源供给，高压侧为单母线分段联络接线,10kV电源进线经一号独立变电所采用放射式引线出至本所400V段和二号独立变电所及1-5号箱式变电所。各变电所低压侧采用单母线接线。进出线均采用高压铠装电力电缆。该设计整个主接线网络采用双电源放射式结构，符合供电标准，满足对负荷密度大，供电要求较高的基本要求。

第5章 变电站短路电流计算

5.1 短路电流计算

因为本设计是锦州市北镇吴家乡10kV 变电所设计，须对高压开关柜、低压开关柜及其内部各种设备进行选取和校验，须对变电所进行各种保护设计。考虑到以上因素，在各个变压器高压侧、低压侧分别设置一个短路点。具体见短路电流计算等值电路图5.1中所示。

图5.1等值电路图

5.2 短路电流计算分析

本设计一次侧采用标幺值法，二次侧采用有名值法进行短路电流计算。设本系统为无限大容量电力系统。

1、T1变压器：变压器的短路电压（阻抗电压）百分值：

= 4高压侧：

基准容量：

=100 MVA ,基准电压：

=

=10.5 kV ,电缆线路长度：L=5 km ,电力线路没相的单位长度电抗平均值：

=0.08 Ω/km

k-1 点的短路总阻抗及三相短路电流和短路容量：

=

=0.36

=

=5.5/0.36=15.27( kA)

对L较大的中、高压系统，取短路电流冲击系数：

=1.8，则

=15.27kA

=2.55×15.27kA=38.95kA

=1.51×15.27kA=23.06kA

三相短路容量：

=

=100MVA/0.36 =277.8MVA

低压侧：

1)电力电缆的阻抗（需折算到低压侧）：

=0.08Ω/km

=0.09Ω/km L=0.5km

=0.4kV

=0.08×0.5×(0.4/10.5) ×(0.4/10.5)=0.06(mΩ)

=0.09×0.5× (0.4/10.5) ×(0.4/10.5)=0.07 (mΩ)

2)电力变压器的阻抗：

=5960×(0.4/630) ×(0.4/630)=2.4(mΩ)

= (4/100) ×(0.4kV×0.4kV/630kVA)=10.16( mΩ)

3)绘制等值电路图为图5.2：

图5.2等值电路图

k-2 点短路电路总阻抗为：

=0.07 mΩ +2.4 mΩ=2.47( mΩ)

=0.05 mΩ+10.16 mΩ=10.21 (mΩ)

三相短路电流周期分量有效值

=22.0(kA)

三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值

=22.0( kA)

=1.84×22.0=40.84 (kA)

=1.09×22.0 =23.98 (kA)

三相短路容量

=1.732×0.4×22.0=15.24 (MVA)

(2)T2 变压器：

= 4

高压侧短路电流及短路容量与 T1 变压器相同，这里不再赘述。

低压侧:

电力电缆的阻抗（需折算到低压侧）：

L=0.5km

=0.09×0.5×(0.4/10.5) ×(0.4/10.5)=0.07 (mΩ)

=0.08×0.5×(0.4/10.5) ×(0.4/10.5)=0.06 (mΩ)

电力变压器的阻抗：

=4000×(0.4/400) ×(0.4/400)=4.0 (mΩ)

=(4/100)×(0.4 kV×0.4 kV /400 kVA)=16 (mΩ)

绘制等值电路图为图5.3:

图5.3等值电路图

k-2 点短路电路总阻抗为：

=0.07 mΩ +4.0 mΩ=4.07 (mΩ)

=0.06 mΩ+16 mΩ=16.06 (mΩ)

三相短路电流周期分量有效值

=13.9 (kA)

三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值

=13.9 (kA)

=1.84×13.9kA=25.58 (kA)

=13.9 kA×1.09=15.15 (kA)

三相短路容量

=1.732×0.4 kV×13.9 kA=9.63 (MVA)

(3)

变压器、

变压器：

=6

高压侧短路电流及短路容量与T1 变压器相同，这里不再赘述

低压侧：

电力电缆的阻抗（需折算到低压侧）：

=0.08Ω/km

=0.09Ω/km L=0.5km

=0.09×0.5×(0.4/10.5) ×(0.4/10.5)=0.07 (mΩ)

=0.08×0.5×(0.4/10.5) ×(0.5/10.5)=0.06 (mΩ)

电力变压器的阻抗：

=12000×(0.4/1600) ×(0.4/1600)=0.75 (mΩ)

=(6/100) ×(0.4 kV×0.4 kV /1600 kVA)=6 (mΩ)

图5.4等值电路图

得 k-2 点短路电路总阻抗为：

=0.07 mΩ +0.75 mΩ=0.82 (mΩ)

=0.06 mΩ+6 mΩ=6.06 (mΩ)

三相短路电流周期分量有效值

=37.74( kA)

三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值

=37.74( kA)

=1.84×37.74kV=69.44 (kA)

=37.74 kV×1.09=41.14 (kA)

三相短路容量

=1.732×0.4 kV×37.74 kA=26.17 MVA

(4)T5T6变压器

=4

高压侧短路电流及短路容量与T1 变压器相同，这里不再赘述

低压侧：

电力电缆的阻抗（需折算到低压侧）：

=0.08Ω/km

=0.09Ω/km L=0.5km

=0.09×0.5×(0.4/10.5) ×(0.4/10.5)=0.07 (mΩ)

=0.08×0.5×(0.4/10.5) ×(0.5/10.5)=0.06 (mΩ)

电力变压器的阻抗：

=4300×(0.4/400) ×(0.4/400)=4.3 (mΩ)

=(4/100) ×(0.4kVX0.4kV/400kVA)=16 (mΩ)

绘制等值电路图为图5.5：

图5.5等值电路图

k-2 点短路电路总阻抗为：

=0.07 mΩ +4.3 mΩ=4.37 (mΩ)

=0.06 mΩ+16 mΩ=16.06 (mΩ)

三相短路电流周期分量有效值

=13.9( kA)

三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值

=13.9 (kA)

=1.84×13.9kA=25.58 (kA)

=13.9 kV×1.09=15.15(kA)

三相短路容量

=1.732×0.4 kV×13.9kA=9.63 MVA

(5)T7变压器

=6

1)高压侧短路电流及短路容量与T1 变压器相同，这里不再赘述

低压侧：

电力电缆的阻抗（需折算到低压侧）：

=0.08Ω/km

=0.09Ω/km L=0.5km

=0.09×0.5×(0.4/10.5) ×(0.4/10.5)=0.07 (mΩ)

=0.08×0.5×(0.4/10.5) ×(0.5/10.5)=0.06 (mΩ)

电力变压器的阻抗：

=12000×(0.4/1250) ×(0.4/1250)=1.2(mΩ)

=(6/100) ×(0.4kV×0.4kV/1250kVA)=7.68 (mΩ)

绘制等值电路图为图5.6：

图5.6等值电路图

k-2 点短路电路总阻抗为：

=0.07 mΩ +1.2 mΩ=1.27 (mΩ)

=0.06 mΩ+7.68 mΩ=7.74 (mΩ)

三相短路电流周期分量有效值

=29.5 (kA)

三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值

=29.5 (kA)

=1.84×29.5kA=54.28 (kA)

=1.09×29.5 kA=32.155 (kA)

三相短路容量

=1.732×0.4 kV×29.5kA=20.4( MVA)

(6)T8变压器

=4.5

高压侧短路电流及短路容量与T1 变压器相同，这里不再赘述

低压侧：

电力电缆的阻抗（需折算到低压侧）：

=0.08Ω/km

=0.09Ω/km L=0.5km

=0.09×0.5×(0.4/10.5) ×(0.4/10.5)=0.07 (mΩ)

=0.08×0.5×(0.4/10.5) ×(0.5/10.5)=0.06 (mΩ)

电力变压器的阻抗：

=6200×(0.4/630) ×(0.4/630)=2.5 (mΩ)

=(4.5/100) ×(0.4kV×0.4kV/630kVA)=11.43 (mΩ)

绘制等值电路图5.7为：

图5.7等值电路图

k-2 点短路电路总阻抗为：

=0.07 mΩ +2.5 mΩ=2.57 mΩ

=0.06 mΩ+11.43 mΩ=11.49 mΩ

三相短路电流周期分量有效值

=19.6 (kA)

三相短路冲击电流及第一个短路全电流有效值

=19.6( kA)

=1.84×19.6kV=36.064 (kA)

=1.09×19.6 kA=21.364 (kA)

三相短路容量

=1.732×0.4 kV×19.6kA=13.58 (MVA)

表5.1各个变压器高、低压侧短路电流值、短路容量值总表

注：

、

——高、低压侧三相短路电流周期分量有效值

——三相短路电流冲击值

——三相短路冲击电流有效值

、

——次暂态短路电流

——三相稳态短路电流有效值

第6章 主要电气设备选择

6.1 断路器的选择

在变电所中，高压开关具有良好的消弧特性，是一种十分重要的电力装置。在一般情况下，可实现负载电流的开关。在变电所主线路中，变电所也担负着对其运行模式进行变更的重任。在出现故障时，断路器通常与继电保护的方式相结合，以断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定。

高压断路器应该以断路器的安装地点、环境以及使用技术条件等为依据，来选择它的类型及型式。因为与少油断路器相比，真空断路器、SF6断路器的可靠性更好，维修工作量更小，而且具有更高的灭弧性，所以现在已经被广泛的普及，所以35 kV–220 kV-一般情况下都采用SF6断路器。真空开关仅适用于10 KV电压级别，10 KV使用的是真空开关。

6.1.1 断路器的选择条件

按开断电流选择：

高压断路器的额定开断电流Iekd应不小于其触头开始分离瞬间(td)的短路电流的有效值Ie(td)，即：

(6-1)

--高压断路器额定开断电流（kA）

--短路电流的有效值（kA）

（1）短路分断电流的选择

如果在断路器合闸前，已经有一条线路上已经出现了短路故障，那么，在断路器合闸的过程中，在没有接触的情况下，触头之间就会有很大的短路电流（预击穿），这就更容易导致触头熔焊以及受到电动力的破坏。而且，当断路器关合短路电流时，必然会接通后，再自动跳闸。这时，就需要能够将短路电流截断。要确保断路器在开断短路时的安全性，断路器的额定开断电流 ieg不应该比短路电流的最大冲击值小，也就是说：

或

(6-2)

--断路器额定开断电流

--额定动稳定电流

--短路冲击电流

（2）开断时间的选择

对于110kV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间应大于0.04-0.06s。

6.1.2 断路器的选择计算

(1)110kV侧断路器选择

1)额定电压：

2)额定电流：

3)按开断电流选择：

即：

4)短路异断电流：

即：

在上述数据的基础上，我们可以对SW6-110户外高压型少油断路器⑺进行初步选择，它的参数如下：最高工作电压126 kV，额定电流1250 A，额定开断电流15.8 kA，短路开断电流41 kA，动稳定电流峰值4 lkA,4S热稳定电流15.8 kA，固有分闸时间0.04 S，合闸时间0.2 S，全开断时间0.07 S。

从上面的计算结果可以看出，选用室外的SW6-110型少油断路器是可以达到使用的，根据上面的计算，可以将室外的SW6-110型少油断路器的参数列在表6.1中。

表6.1 LW14—110型断路器参数

(2)35kV侧断路器选择

1)额定电压：

2)额定电流：

3)按开断电流选择：

即：

4)短路异断电流：

即：

在上述数据的基础上，我们可以对SW2-35型少油断路器进行初步的选择，它的参数如下：额定工作电压35 kV，额定电流2000 A，额定开断电流24.5 kA，短路开断电流50 kA，动稳定电流峰值50 kA,4S热稳定电流24.5 kA，固有分闸时间0.06 S，合闸时间0.4 S，全开断时间0.075 S；

从上面的计算结果可以看出，选用室外SW2-35室外高压型少油断路器是可以达到使用的，根据上面的计算，可以将室外SW2-35室外高压型少油断路器的参数列在表6.2中。

表6.2 SW2—35户外高压型少汕断路器数据

(3)10kV侧断路器选择

由于10kV侧装设了电抗器，则可以选择10kV户内真空断路器:

1)额定电压：

2)额定电流：

故选择户内ZMD11-12/2500-40A型真空断路器能满足要求，由上述计算可列出户内ZMD11-12/2500-40A型真空断路器数拯如表6.3：

表6.3 户内ZMDU-12/2500-40A型真空断路器数据

6.2 隔离开关的选择

隔离开关：当它被配置在主连接线上时，确保了在进行线路或设备维修时，会产生一个清晰的断口，并将其与带电的部件进行绝缘。因为隔离开关不具备灭弧装置，而且其开断性能较差，因此，在进行隔离开关的操作时，一定要按照倒闸的操作顺序进行。

送电：先关闭母线断开，再关闭线侧断开，再关闭断路器。

隔离开关的配置：

1)为了使断路器维修时能在其两端产生一个显著的断开，从而使其与供电端绝缘，必须在断路器的两端设置一个隔离开关；

2)对于一般变压器，只要是中性点直接接地，都要经绝缘开关接在一起；

3)避雷器与变压器连接于母线上，应共用一套断路器，为确保母线及电气设备维修的安全性，应在每一节母上安装1~2套接地刀闸或接地器。63 KV及以上断路器两端及各线路上的断开装置，均应安装地刀。要尽可能选择单边或两边都有接地的断路器；

4)在不安装断路器的情况下，可以将其压在变压器输出端或中间点上；

5)当馈线的使用者侧有供电时，则可以不安装绝缘开关，但若成本较低，则可安装绝缘开关，以避免因闪电引起的过压。

表6.4 隔离开关参数

6.3 电流互感器的配置和选择

按照《设计手册》规定，35 kV及以上配电网中，独立型变压器多为油浸瓷盒绝缘结构，多为 L（C）系列。

输出端的变流器为室外型，既可满足仪表的测量精度，又可满足保护设备的要求。

在使用电流互感器进行计量时，应尽可能将其一次额定电流控制在回路中的1/3以上，以确保计量装置能达到最好的工作状态，并且在过载时也要给计量装置一个合适的指数。

根据：

式(6-1)

式(6-2)

选择型号为LB7-110W型

10KV侧电流互感器可根据安装地点和最大长期工作电流选择型号为LZZBJ-10型环氧树脂浇注式电压互感器。

表6.5 所选择的电流互感器

6.4 主要电气设备选择结果

沈阳崇山变电站主要电气设备选择结果如下表所示：

表6.6 电压互感器的参数

第7章 结 论

本次设计时围绕10kV变电所电气部分设计来的，设计围绕着了解10kV变电所的建设规模，各级额定电压，各级电压联络线回路数，从原始资料开始分析，进行负荷计算和无功补偿计算。初步选出变压器的数量和容量的大小，考虑到各方面的发展和规划，变压器的容量在选取的时候要有一定的裕度。

电气主接线确定，在考虑主接线方案的时候，要做到安全、可靠、灵活、经济的对比，同时了解终端配电所的一般接线方式，根据国家规定和相关的技术经济对比，选出最优的主接线方案。

为了在选择电气设备和载流导体时，需要短路电流校验其动稳定性和热稳定性，以保证在发生最大短路电流时不至于损坏。三相短路时短路电流最大所以设备校验时参考三相短路电流。进行短路电流计算。

在设计过程中，我付出了很大努力，也取得了不少收获：我学习和掌握了很多技能和知识，巩固和应用了以前学过的知识，锻炼了自己多方面的能力，克服了自身原有的缺点，培养了努力工作的良好品质……尽管我为此做出了极大的努力，但是限于自己的知识和能力，我的设计中肯定还有很多的漏洞和不足，请各位老师和专家批评指正。

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致 谢

流年似水，岁月蹉跎，行文至此，百感交集。四年的学习生活即将划上一个句号，而对于我的人生来说却仅仅只是一个逗号，我将面对新的征程的开始。本研究及论文是在我的导师的亲切关怀和耐心的指导下完成的。伟人、名人固然为我所崇拜，可是我更迫切地想要把我的敬意献给给一位平凡的人，我的导师。也许我不是您最出色的学生，但您却是我所最尊敬的老师。您是如此的治学严谨，学识渊博，视野广阔，思想深刻，您用心为我营造一种良好的学术氛围，让我的论文更加的严谨。回首一份份文件，一条条语音，这些点点滴滴记录着您的心血，也是您在学术研究上对我的辛勤栽培和耐心指导，让我养成了一丝不苟的研学习惯。同时，我还要感谢一下一起完成毕业论文小组的同学们，如果没有你们的支持和倾心的协助，我是无法解决这些困难和疑惑，最终能够让本文顺利完成。

至此论文付梓之际，我的心情无法保持平静，从开始选择课题到论文的顺利答辩，有无数可敬的师长、朋友给了我很多的帮助，在这里请您接受我诚挚的谢意!

最后，再次对那些在论文完成过程中，关心、帮助我的老师、同学和朋友们表示衷心地感谢！ 附 录I

高压系统图

附 录II

低压系统图

附 录III

平面系统图