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110kV变电站课程设计

来源：小侦探旅游网

河南省高等教育自学考试

华北水利水电学院

电气工程自动化专业（本科段）

《电力工程基础》课程设计

题

目：某电机修造厂高压配电系统设计

班级 12电气工程与自动化学号 012212200063 姓名李梦月

论文成绩答辩成绩综合成绩指导教师主答辩教师答辩委员会主任 1

前言 ................................................... 5 第一章

主变压器的选择 .................................. 6

1.1 变电所主变压器的选择 ................................. 6 1.2 站用变压器的选择 ..................................... 7 第二章电气主接线设计 .................................... 7 2.1 方案设计 ............................................. 7 2.2 接线方案设计 ......................................... 7 2.3 初选方案 .......................................................................................... 8 2.4 接线方案经济比较........................................................................... 9 2.5方案确定 .......................................................................................... 9 第三章短路电流计算 ...................................... 9 3.1 短路电流计算概述 ..................................... 9 3.2 短路电流计算过程 .................................... 11 3.2.1短路电流计算 ............................................................................ 11 3.2.2 短路电流结果表 ........................................................................ 14 第四章

导体设备和电器的选择 ........................... 14

4.1导体设备和电器选择概述 ............................... 14 4.2 导体的选择设计 ...................................... 15 4.2.1 110kV侧导线的选择 ................................................................. 15 4.2.2 35kV侧母线的选择................................................................... 16 4.2.3 35kV侧母线选择 ..................................................................... 17

4.3 主要设备的选择 ...................................... 19 4.3.1断路器的选择 .............................................................................. 19 4.3.2隔离开关的选择 .......................................................................... 24 4.3.3 电流互感器的选择 .................................................................... 27 4.3.3.1 110kV进线及母联电流互感器选择： .................................. 27 4.3.3.2 35kV进线及母联电流互感器选择 ........................................ 28 4.3.3.3 10kV进线及母联电流互感器选择 ........................................ 29 4.3.4 110kV侧电压互感器选择 ......................................................... 30 4.3.4.1 35kV配电装置安装台单相电压互感器用于测量和保护装置。 ....................................................................................................... 30 4.3.4.2 10kV配电装置安装台单相电压互感器用于测量和保护装置。............................................................................................................... 31 4.3.4.3高压熔断器的选择 .................................................................... 31 4.4 避雷器的选择 ................................................................................ 32 参考文献 ................................................ 33 附录 .................................................... 34 附1 短路计算等值电路图.................................. 34 附2 预选方案主接线图 ................................... 34

关键词：变电所主变压器电器主接线单母线分段接线内桥接线双母线接线潮流计算短路计算断路器隔离开关冲击电流电压互感器电流互感器设备选型

前言

本次课程设计的目的在于通过对变电站电器一次部分主接线形式选择与绘制、经济比较、短路计算、设备选型等几个方面的练习进一步熟悉电力系统，掌握一般小型变电站的设计方法。设计中需要不断翻阅课本和相关资料有利于学生巩固所学知识，另一方面通过翻阅课外图书增加了学生视野有利于增强学生的学习能力。

本设计的难点和重点在于等值电路的绘制与短路电流的计算。正确的短路计算是电力系统能够正常、安全运行的必要条件，另一方面短路计算以设备选择密切相关，是能否经济恰当的选择电力设备的关键因素。短路计算是每一个从事电力事业的工作者所必需掌握的基本技能。

110KV变电站属于高压网络，电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线直关系着全厂电气设备的选择、是变电站电气部分投资大小的决定性因素。通过其变换、分配、输送与保护等功能，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的场所。

电力系统中的电力设备是电力系统的中枢神经，熟练掌握电力系统中的电力设备是每一个从事电力事业者的基本要求。通过本次设计需要掌握电力系统常用设备如：主变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、架空线、避雷器、无功补偿设备的选择方法。

第一章主变压器的选择

1.1 变电所主变压器的选择

1. 本次课程设计采用两个电源供电电压等级为：110kV/35kV/10kV, 且35 kV

侧、10 kV侧绕组的功率分别达到该变压器容量的65%、35%，从《电力工程电气设计手册（一）电气一次部分》上查得，在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三绕组变压器。

2. 按照《电力工程电气设计手册（一）电气一次部分》规定知道装设两台

变压器时当其中一台变压器退出运行时，另一台变压器应能承担70%容量，所以每台变压器的容量为：

MVA

因该系统三电压等级固定变比输送和分配电力，根据《电力工程电气设备手册》选择

110kV三绕组无励磁调压电力变压器：

表1 110kV三绕组无励磁调压电力变压器

额定电压（kV）型号容量比高中压压 SFPSL140000 100/100/100 121 38.5 压 10.5 低Ux1-2% 17.5 X1-2 X*1-2 Ux1-3% 10.5 X1-3 X*1-3 Ux2-3% 6.50 X2-3 X*2-3

0.438 0.263 0.163 6

1.2 站用变压器的选择

站用变压器可以按照变送容量的0.2%~0.5%来进行选取，考虑到变电站3%的负荷增长率。用变压器则：

，本次变电站设计考虑使用变送容量的0.5%来选择站

通过《电力工程电气设备手册（电气一次部分）》查得型号为: 型号绕组额定电压（kV）阻抗空载电流形式高压低压电压（%）（%） S7-400/10 Y，10/6.3/6 400 4 2.4 yn0 第二章电气主接线设计

2.1 方案设计

因为，进线为2回，另外由《电力工程电气设计手册（一）电气一次部分》上查得当负荷类型为Ⅱ级时一般要有两个电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分Ⅱ级负荷的供电。

2.2 接线方案设计

a、主接线选择要求：

1.可靠性 2..灵活性 3.经济性 b、对变电所电气主接线的具体要求： 1按变电所在电力系统的地位和作用选择。 2.考虑变电所近期和远期的发展规划。 3.按负荷性质和大小选择。

4.按变电所主变压器台数和容量选择。

5.当变电所中出现三级电压且低压侧负荷超过变压器额定容量15%时，通常采用三绕组变压器。

6.电力系统中无功功率需要分层次分地区进行平衡，变电所中常需装设无功补偿装置。

7.当母线电压变化比较大而且不能用增加无功补偿容量来调整电压时，为了保证电压质量，则采用有载调压变压器。

8.如果不受运输条件的限制，变压器采用三相式，否则选用单相变压器。 9.对220kv及以上的联络变压器通常采用自耦变。

10.各级电压的规划短路电流不能超过所采用断路器的额定开断容量。 11.各级电压的架空线包括同一级电压的架空出线应尽量避免交叉。

2.3 初选方案

方案1：110kV侧进线采用桥型接线，内桥接线穿越功率将通过3台断路

器，继电保护配置复杂，并且其中一台断路器断开时都将使穿越功率无法通过，或使环形电网开环运行，但考虑到进线距离不会较短且变压器不经常切换不选择外桥接线所以选择内桥接线；35kV侧为Ⅱ级负荷且建设一期有6回出线，二期建设完出线将达到8回出线，负荷比例达到65%，由《电力工程电气设计手册（一）电气一次部分》上查得35~63kV配电装置出线回路8回及以上且负荷较大时采用双母线接线；10kV侧建设完成后出线回数达到14回，一期有10回出线，由《电力工程电气设计手册（一）电气一次部分》上查得6~10kV配电装置出线回数为6回及以上时采用单母分段接线。

方案2：110kV侧进为了保证当任何一个电源失去后能保证全部或大部分

二级负荷的供电线采用单母线分段接线；35kV侧为Ⅱ级负荷且建设一期有6回出线，二期建设完出线将达到8回出线，负荷比例达到65%，由《电力工程电气设计手册（一）电气一次部分》上查得35~63kV配电装置出线回路8回及以上且负荷较大时采用双母线接线；10kV侧建设完成后出线回数达到14回，一期有10回出线，由《电力工程电气设计手册（一）电气一次部分》上查得6~10kV配电装置出线回数为6回及以上时采用单母分段接线。

方案3：110kV侧进线采用直接接入两会进线；35kV侧为Ⅱ级负荷且建设

一期有6回出线，二期建设完出线将达到8回出线，负荷比例达到65%，由《电力工程电气设计手册（一）电气一次部分》上查得35~63kV配电装置出线回路8回及以上且负荷较大时采用双母线接线；10kV侧建设完成后出线回数达到14回，

一期有10回出线，由《电力工程电气设计手册（一）电气一次部分》上查得6~10kV配电装置出线回数为6回及以上时采用单母分段接线。

2.4 接线方案经济比较

a．以上三个方案出110kV侧接入形式不同外其他条件均相同，均能够实现

供电及可靠方面的需求，都是可行的。比较两个方案所使用的断路器数目相同都为3个；但是方案1 110kV没有使用母线而方案2 110kV侧使用了单母接线，从扩建上来看方案1方案2都便于扩建，从经济上看方案1显得更经济。方案3进线比较简单，而且所使用的断路器、隔离开关也比较少，但是不便于以后扩建，因而不予以考虑。

b．方案1接线简单、清晰，使用开关量相对较少。具有一定的可靠性和

灵活性。相比较而言方案2 110kV侧采用单母线接线；

优点：母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电，但是选用的母线显得不够经济，且当母线故障时，该母线上的回路都要停电，而且扩建时需要向两个方向均衡扩建，即两段母线负荷容量要对称。采用方案1更便于建设及其运行操作，更加经济。

2.5方案确定

经过2.1.2比较后选用方案1进行变电所的设计。

第三章短路电流计算

3.1 短路电流计算概述

短路：短路是电力系统常见的，并且对系统正常运行产生重要影响的故障。

1三相短路、○2两相短路、○3和单相1、电力系统中可能发生的短路主要有:○

短路。一般情况下三相短路电流大于两相和单相短路电流。三相短路时，由于短路回路中各相的阻抗相等，尽管三相的短路电流比正常时的电流大，幅度增大，电压也比正常时急剧降低，但三相仍然保持对称，故称之为对抗短路。

在计算短路电流时，通常把电源容量视为无穷大的电力系统，在这样的系统中，当某处发生短路时，电源电压维持不变，即短路电流周期分量在整个短路过程中不衰减，

为了选择和校验电气设备，载流导体，一般应计算下列短路电流。IK（短

i路电流周期分量有效值）、I（稳态短路电流有效值）b（短路全电流最大瞬时冲击值）、IB（短路全电流最大有效值）、SK（短路容量） 2.短路的危害及预防：

短路的原因：主要是电气设备载流部分之间的绝缘被损坏，引起绝缘损坏的原因

有过电压，绝缘的自然老化和污秽，运行人员维护不同及机械损伤。

危害： a、电力系统发生短路时，短路回路的电流急剧增大这个急剧增大的电

流称为短路电流，短路电流可能达到正常负荷电流的十几倍甚至几十倍，数值不能达到几十千安甚至几百千安，严重使导体发热损坏设备。 b、短路时往往伴随有电弧的产生，能量极大，温度极高的电弧不仅可能烧坏故障元件本身，还可能烧坏周围设备危害人身安全。 c、电力系统发生短路故障时，由于短路电流来势迅猛，电路中的阻抗主要是感性的。因此，短路电流基本上是感性的，它所产生的去磁的电枢反映使发电机端电压下降，同时巨大的短路电流会增大电力系统中各元件的电压损失，使系统电压大幅下降，严重时，可能造成电力系统电压崩溃直至系统瓦解，出现大面积停电的严重事故。

d、短路时电力系统中功率分布的突然变化和电压严重下降，可能破坏各发电机并列运行的稳定性，使整个系统分裂成不同运行的几个部分。这时某些发电机可能过负荷，因此必须切除部分负荷，另一些发电机可能由于功率送不出去，而被迫减少出力，短路时，电压下降得越多，持续时间越长，系统运行的稳定性受到破坏的可能性越大。 3.短路计算的目的：

1.在设计电气主接线时，为了比较各种方案，确定某种接线方式是否有必要采取限制短路电流的措施等。

2.在进行电气设备和载流导体的选择时，以保证各种电气设备和导体的正常运行和故障情况下都能安全可靠的工作，需要根据短路电流对电气设备进行动、热稳定的校验。

3.在选择继电保护装置及进行整定计算时，必须以各种不同类型短路时

的短路电流作依据。

4.屋外配电装置时，要按短路条件校验，软导线的相间，相对地安全距

离

5.设计接地装置。

6.进行电力系统运行及故障分析等。 4.短路计算的一般原则。

1.计算短路电流用于验算电气和导体的开断电流，动稳定和热稳定时，应按本工程的设计规划内容计算。一般应以最大运行方式下的三相短路电流为依据。

2.计算短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行。短路点应选择在短路电流最大地点。

3.导体和电器的动稳定，热稳定，以及电器的开断电流。一般按三相短

路电流验算。

5.短路电流实用计算的基本假设。

1.系统正常运行，短路前，三项是对称的。

2.因为短路时，各元件磁路不饱和，也就是各元件的电抗与电流大小无关，因此可用叠加原理。

3.系统中发电机的电动势的相位在短路过程中相等，频率与正常时相

同。

4.变压器的励磁电流忽略不计，相当于励磁开放，可以简化变压器等值

电路

5.输电线路的分布忽略不计。

3.2 短路电流计算过程

3.2.1短路电流计算

=4500MVA

==0.5kV

==1.56kV

==5.50kV

计算各元件的参数标么值：线路：

11变压器： UT1%（UT12%UT13%UT23%）（10.517.56.5）10.75

2211 UT2%（UT12%UT23%UT13%）（10.56.517.5）0.25

2211 UT3%（UT23%UT13%UT12%）（17.56.510.5）6.75

22 由公式

=0.26875 =-0.00625 =0.16875

进行Y-∆变换后电抗为：

带入相关数据后可得：

当在K1处发生三相短路时：短路电流周期分量的有名值:

冲击电流

短路全电流最大有效值

当在K2处发生三相短路时：设35kV侧短路容量为3000MVA 电源至短路点的总电抗的标么值为：短路电流周期分量的有名值：

冲击电流

短路全电流最大有效值

当在K3处发生三相短路时：

电源至短路点的总电抗的标么值为：

短路电流的有名值

冲击电流

短路全电流最大有效值

短路容量:

3.2.2 短路电流结果表

短路电流周短路点期分量有名值I（KA） K1 K2 K3 23.62 49.49 85.87 //冲击电流iimp（kA） 59.05 123.72 214.68 全电流Iimp（kA） 35.43 74.23 128.81 短路容量S（MVA） 4500 3000 1487 第四章导体设备和电器的选择

4.1导体设备和电器选择概述

电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要内容之一。正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时必须符合国家有关经济技术政策。技术要先进，经济要合理，安全要可靠，运行要灵活，而且要符合现场的自然条件要求。所选设备正常时应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。电气设备的选择应遵循以下两个原则：1.按正常工作状态选择、2.按短路状态校验。

按正常工作状态选择的具体条件：

1.额定电压：电气设备的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运行电压。一般220KV及以下的电气设备的最高允许工作电压为1.15Ue。所以一般可以按照电气设备的额定电压Ue不低于装设地点的电网的额定电压Uew: Ue≥Uew

2.额定电流：所选电气设备的额定电流Ie不得低于装设回路最大持续工作电流Imax: Ie≥Imax。计算回路的Imax应该考虑回路中各种运行方式下的在持续工作电流：变压器回路考虑在电压降低5％时出力保持不变，所以Imax＝1.05 Iet;

母联断路器回路一般可取变压器回路总的Imax；出线回路应该考虑出线最大负荷情况下的Imax。

按短路状态校验的具体条件：

1.热稳定校验：当短路电流通过所选的电气设备时，其热效应不应该超过允许值：Qy≥Qd

2.动稳定校验：所选电气设备通过最大短路电流值时，不应因短路电流的电动力效应而造成变形或损坏：ich≦idw

3选择设备的基本原则

a、设备按照主接线形式进行配置

b、按装置位置及系统正常运行情况进行选择，按短路情况进行校验 c、所选择设备在系统中最恶劣运行方式下仍能可靠工作，动作。 d、同类设备尽量同一型号，便于设备的维护，订货和相互备用 e. 考虑近期5年发展的要求

4.2 导体的选择设计

导体截面可以按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对于年负荷利用小时数

，传输容量大，长度在20m以上的导体其截面一般按经济电流密度

选择，而配电装置的汇流母线通常按长期发热允许电流来选择。 4.2.1 110kV侧导线的选择

110kV进线按经济电流密度选择截面：

设置环境温度为

，取得修正系数

K=0.91，

查表不同温度裸导体的C值,得C=99，由《电力

工程电气设计手册》查得

，由公式：

由《电力工程电气设计手册》查得选择导体LGJ-400/25型热稳定校验：

(取T=3s，，，所以满足条件。

4.2.2 35kV侧母线的选择设置环境温度为

取得修正系数

K=0.91，

查表不同温度裸导体的C值,得C=99，由《电力

工程电气设计手册》查得35kV侧按经济电流密度:

由《电力工程电气设计手册》查得选择导体LGJ-800/55型导体热稳定校验：

(取T=4s，，，所以满足条

件。

35kV侧出线侧即接用户端按经济电流密度选择由公式：

因为有1期有6回出线所以

取

由《电力工程电气设计手册》查得选择导体LGJ-120/7型热稳定校验：

(取T=4s，，，所以满足条件。

4.2.3 35kV侧母线选择

有上面的短路计算已知35kV侧的冲击电流为：l=1200mm,相间距a=300mm 计算母线受到的电动力

123.72kA，母线固定间距取

计算母线受到弯曲力矩

母线水平放置截面为125

计

则b=8mm，h=125mm，计算截面系数算

母

线

受

到

最

大

应

力

小于铝母线极限应力6860Pa满足动稳定

要求，热稳定要求最小截面稳定要求，故选择LMY-1254.2.4 10kV侧母线的选择设置环境温度为

取得修正系数

型母线。

满足热

K=0.91，

查表不同温度裸导体的C值,得C=99，由《电力

工程电气设计手册》查得长期发热允许电流选择

。10kV侧按

由《电力工程电气设计手册》查得选择导体导体热稳定校验：

型

(取T=4s，，

，所以满足条件。

10kV出线按经济电流密度，由公式：

因为有1期有10回出线所以

取

由《电力工程电气设计手册》查得选择导体LGJ-95/55型热稳定校验：

(取T=4s，

10kV侧母线选择

，，所以满足条件。

有上面的短路计算已知10kV侧的冲击电流为：l=1200mm,相间距a=300mm 计算母线受到的电动力

214.68kA，母线固定间距取

计算母线受到弯曲力矩

母线水平放置截面为125

计

算

则b=10mm，h=125mm，计算截面系数母

线

受

到

最

大

应

力

小于铜母线极限应力13720Pa满足动稳

定要求，热稳定要求最小截面足热稳定要求，故选择LMY-125

型母线。

满

导体选择结果表：

110kV主变进线 35 kV主变进线 35 kV出线 10kV主变进线 10kV出线 35kV母线 10kV母线 LGJ-400/25 LGJ-800/5 LGJ-120/7 LGJ-95/55 LMY-125LMY-125 4.3 主要设备的选择

4.3.1断路器的选择

高压断路器和隔离开关是发电厂与变电站中主要系统的重要开关电器。高压断路器主要功能是：

a. 正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，其控

制作用；

b. 当设备或线路发生故障时能快速切除故障回路、保证无故障回路的正

常运行，其保护作用；

高压断路器最大的特点是能够断开电气设备中负荷电流和短路电流，而高压隔离开关的主要功能是保证高压电气设备及其装置在检修工作时的安全，不能用于切断、投入负荷电流或开端短路电流，仅可允许用于不产生强大电弧的某些切换操作。

断路器的弧隙恢复电压与线路参数和开端瞬间工频恢复电压有直接关系，从而不同短路类型对高压断路器开断能力有不同影响：

a. 开断中性点直接接地系统中的单相短路电路。当电流过零，工频恢复

电压瞬时值为：U0Umsin通常短路时，功率因数很低，一般cosp0.15所以sin1。此时

U0UmsinUm,即起始工频恢复电压，近似等于电源电压最大值。

b. 开断中性点不接地系统中的三相短路电路。三相交流电路中，各相电

流过零时间不同，因此，断路器在开断三相电路时，电弧电流过零便有先后。

一般6~35kV 选用真空断路器，10kV侧的断路器都采用真空的断路器，35~500kV宜选用SF6断路器，本变电站设计中110kV和35kV断路器均采用SF6断路器，SF6高压断路器具有安全可靠，开断电流性能好，结构简单，尽寸小，质量轻，检修维护方便等优点。

高压断路器的选择方法： 1. 断路器种类和型式的选择。 2. 额定电压和电流选择。 3. 开断电流选择。 4. 短路关合电流的选择。 5. 短路热稳定和动稳定校验。 6. 发电机断路器有特殊要求。

发电机断路器与一般的输配电高压断路器相比，由于在电网中处的特殊位置及开断保护的对象的特殊性，对发电机断路器的要求如下：

a.发电机断路器要求承载的额定电流特别高，开端电流大。 b.开断非对称短路电流的能力，其直流分量衰减时间可达133ms，还应具有关合额定短路电流的能力，该电流峰值为额定短路开断电流有效值的2.74倍，以及具有开断失步电流的能力。

110kV侧断路器的选择

（1）预选SF6的LW11-110型断路器

表5-1 LW11-110断路器参数

型号项目额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）额定开断电流（KA）（2）额定电压的选择为：Ue110KVUew110KV （3）额定电流的选择为：

PNP(13%)5601.15969.54

计算数据 110 479 60.12 23.62(0.63S) 23.62 LW11-110 技术参数 110 1600 80 31.5(3S) 31.5 Imax=

69.5431100.821.05=479A,故:Ie1600A527A

（4）额定开断电流的检验条件为： It = I″=23.62KAIek31.5KA (5)动稳定的校验条件：ich60.12idw80KA

(6)热稳定的校验取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s

110KV则短路电流热稳定电流为： QkI''tima23.6220.63351.47KA2gs

2QrIt2t31.5232976.75KA2gs 故： Qr2976.75KA2gsQk351.47KA2gs

SFM110-110/2000的断路器，可满足技术条件要求

35kV侧断路器的选择

（1）由于热稳定电流和动稳定电流都过大，需装设电抗器进行限流，预选电抗器

表5-1 LW8-35断路器

（2）额定电压的选择为：Ue35KVUew35KV

计算数据 35 1023 125.96 49.48 (0.63S) CKGKL-35-280/1050-5电抗器限流后计算数据 35 1023 12.5 5 LW8-35 技术参数 35 1600 63 25(3S）型号项目额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（kA）热稳定（kA）（3）额定电流的选择为：

Pn53.3MW

Imax=

1.05Pn3Uaccos=

1.0553.3338.50.82=1.023 KA,故:Ie1250A628A

额定开断电流（KA） 49.48 5 25 (4)由于热稳定电流和动稳定电流都过大，需装设电抗器进行限流： Id=1.56KA， Ud=38.5KV, X’=0.029022, 令I''5KA

由电抗器百分数的公式得：

XL%(IdINUdX')100%

IdUNI''通过在电气工程手册中查表，最后选用干式空芯串联电抗器，CKGKL-35-280/1050-5型电抗器， IN=266.7A，XL%5%

（5）额定开断电流的检验条件为： It = I″=5KAIek25KA (6)动稳定的校验条件：ich12.5idw63KA

(7)热稳定的校验取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s

110KV则短路电流热稳定电流为： QkI''tima520.6315.75KA2gs

2QrIt2t25242500KA2gs 故： Qr2500KA2gsQk15.75KA2gs

LW8-35的断路器，可满足技术条件要求

10kV侧断路器的选择

（1）由于热稳定电流和动稳定电流都过大，需装设电抗器进行限流，预选电抗器，最后选得10KV真空断路器

表5-1 ZN-10/3150-40断路器参数

型号项目额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（KA） CKGKL-10-150/317.6-5计算数据 10 1306 218.55 限流后计算数据 10 1306 20.36 8 8 ZN-10/3150-40 技术参数 10 3150 100 40（2S） 40 热稳定电流（KA） 85.87（0.63S）额定开断电流（KA） 85.87 （2）额定电压的选择为：Ue10KVUew10KV （3）额定电流的选择为：

PN53.317MW Imax=

1.05PN3Uaccos=

53.317310.50.821.05=1306A,故:Ie31501306A

(4)由于热稳定电流和动稳定电流都过大，需装设电抗器进行限流： Id=5.5KA， Ud=10.5KV, X’=0.064, 令I''8KA

由电抗器百分数的公式得：

XL%(IdINUdX')100% ''IdUNI通过在电气工程手册中查表，最后选用干式空芯串联电抗器，CKGKL-10-150/317.6-5型电抗器， IN=472A，XL%5%

（5）额定开断电流的检验条件为： It = I″=8KAIek40KA (6)动稳定的校验条件：ich20.36idw100KA

（7）热稳定的校验取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s

110KV则短路电流热稳定电流为： QkI''tima820.6340.32KA2gs

2QrIt2t40223200KA2gs 故： Qr3200KA2gsQk40.32KA2gs

ZN-10/3150-40的断路器，可满足技术条件要求

4.3.2隔离开关的选择

隔离开关也是发电厂和变电站中常用的开关电气设备，一般配有电动及其手动操作机构，单相或三相操作，它需要与断路器配套使用。但隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关的用途：

（1）倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开

关配合断路器，协同操作来完成。

（2）隔离电压，在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压

隔离，以确保检修的安全。（3）分、合小电流。

隔离开关的型式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，再根据其校验计算结果后确定。 110kV侧隔离开关的选择

（1）预选GW4－110\\2000的隔离开关

GW4－110\\2000的隔离开关参数

GW4－110\\2000 型号计算数据额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电(kA) 热稳定（kA） 110 479 60.12 23.62(0.63S) 技术参数 110 2000 100 40(4S) （2）额定电压的选择为：Ue110KVUew110KV （3）额定电流的选择为：

PNP(13%)5601.15969.54

Imax=

69.5431100.821.05=479A,故:Ie2000A479A

（4）额定开断电流的检验条件为： It = I″=23.62KAIek40KA (5)动稳定的校验条件：ich60.12idw100KA

(6)热稳定的校验取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间为：

to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s 110KV则短路电流热稳定电流为： QkI''tima23.6220.63351.47KA2gs

2QrIt2t40246400KA2gs 故： Qr6400KA2gsQk351.47KA2gs

SFM110-110/2000的断路器，可满足技术条件要求

根据上述计算110kV可选用：GW4－110\\2000的隔离开关，可满足技术条件要求。

35kV侧隔离开关的选择

（1）预选GW4-35\\1250的隔离开关型号项目 GW4-35\\2000 计算数据 25

技术参数额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（kA）热稳定（kA） 35 1023 12.5 5(0.63S) 35 2000 64 25(4S) （2）额定电压的选择为：Ue35KVUew35KV （3）额定电流的选择为：

Pn53.3MW

Imax=

1.05Pn3Uaccos=

1.0553.3338.50.82=1.023 KA,故:Ie1250A1023A

(4)动稳定的校验条件：ich12.5idw64KA

(5)热稳定的校验取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s

110KV则短路电流热稳定电流为： QkI''tima520.6315.75KA2gs

2QrIt2t25242500KA2gs

Qr2500KA2gsQdt15.75KA2gs

根据上述计算35kV可选用：GW4-35\\2000的隔离开关，可满足技术条件要求。

10kV侧隔离开关的选择

（1）预选GN2-10\\2000的隔离开关

GN2-10\\2000的隔离开关参数

型号计算数据额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（kA）热稳定（kA） 10 1306 20.36 8(0.63S) GN10-10T\\3000 技术参数 10 3000 160 75(5s) 26

（2）额定电压的选择为：Ue10KVUew10KV （3）额定电流的选择为：

PN53.317MW Imax=

1.05PN3Uaccos=

53.317310.50.821.05=1306A,故:Ie30001306A

（4）额定开断电流的检验条件为： It = I″=8KAIek75KA (5)动稳定的校验条件：ich20.36idw160KA

6)热稳定的校验取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s

110KV则短路电流热稳定电流为： QkI''tima820.6340.32KA2gs

2QrIt2t752528125KA2gs 故： Qr28125KA2gsQk40.32KA2gs

根据上述计算35kV可选用：GN10-10T\\3000的隔离开关，可满足技术条件要求。

4.3.3 电流互感器的选择

互感器是电力系统中的测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、100/3V）和小电流

（5、1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。电流互感器的选择： 1. 种类和型式的选择。

2. 一次回路额定电压和电流的选择。 3. 准确等级和额定容量的选择

4.3.3.1 110kV进线及母联电流互感器选择：预选LB-110型号额定一次电流（A） 2000

额定电压（KV） 110 27

3s热稳定电流（有动稳定电流（峰值，效值kA） kA） 40 100 LB-110型号的电流互感器的额定二次负载准确限值系数：额定电流比 2000/1 准确级次 0.5 额定二次负载 40 （1）额定电压的选择为：Ue110KVUew110KV

经校验所选的电流互感器附合要求。（2）额定电流的选择为：

PNP(13%)5601.15969.54

Imax=

69.5431100.821.05=479A,故:Ie1600A479A

(3)动稳定的校验条件：ich60.12idw100KA

(4)热稳定的校验取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s

110KV则短路电流热稳定电流为： QkI''tima23.6220.63351.47KA2gs

2QrIt2t40234800KA2gs 故： Qr4800KA2gsQk351.47KA2gs

经校验所选的电流互感器附合要求。 4.3.3.2 35kV进线及母联电流互感器选择

预选LB-35型号额定一次电流（A） 1500 额定电流比 1500/5 1s热稳定电流（有效值kA）动稳定电流（峰值，kA） 21 准确级次 0.5 55 额定二次负载 40 LB7-110型号的电流互感器的额定二次负载准确限值系数：

（1）额定电压的选择为：Ue35KVUew35KV （2）额定电流的选择为：

Pn53.3MW

Imax=

1.05Pn3Uaccos=

1.0553.3338.50.82=1.023 KA,故:Ie1250A1023A

(3)动稳定的校验条件：ich12.5idw63KA

(4)热稳定的校验取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s

110KV则短路电流热稳定电流为： QkI''tima520.6315.75KA2gs

2QrIt2t2121441KA2gs 故： Qr441KA2gsQk15.75KA2gs

经校验所选的电流互感器附合要求。

4.3.3.3 10kV进线及母联电流互感器选择预选LDJ-10型号额定一次电流（A） 3000 额定电流比 3000/5 2s热稳定电流（有效值kA）动稳定电流（峰值，kA） 40 准确级次 0.5 100 额定二次负载 40 LDJ-10型号的电流互感器的额定二次负载准确限值系数：

（1）额定电压的选择为：Ue10KVUew10KV （2）额定电流的选择为：

PN53.317MW Imax=

1.05PN3Uaccos=

53.317310.50.821.05=1306A,故:Ie30001306A

(3)动稳定的校验条件：ich20.36idw100KA

（4）热稳定的校验取继电保护保护装置后备保护动作时间tr=0.6s,断路器分间时间to=0.03s,则tima=tr+to=0.6+0.03=0.63s

110KV则短路电流热稳定电流为： QkI''tima820.6340.32KA2gs

2QrIt2t40223200KA2gs 故： Qr3200KA2gsQk40.32KA2gs

经校验所选的电流互感器附合要求。

4.3.4 110kV侧电压互感器选择

《电力工程电气设计手册》248页，35-110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电式互感器，接在110kV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通讯，应尽量与耦合电容器结合。统一选用电容式电压互感器。

35kV及以上的户外装置，电压互感器都是单相的出线侧PT是当首端有电源时，为监视线路有无电压进行同期和设置重合闸。

额定电压（KV）型号一次绕组 TYD110/110/二次绕组 0.1/剩余电压绕组 0.1 二次绕组额定输出（VA） 0.5级 1级电容量高压电容 12.5 中压电容 50 载波耦合电容(PF) 10 3-0.01 3 3 150VA 300VA 图6.7 110kV侧电压互感器参数表

准确度为:

电压互感器按一次回路电压、二次电压、安装地点二次负荷及准确等级要求进行选择。所以选用TYD110/3-0.01型电容式电压互感器。

6.7.2 35kV母线选择

4.3.4.1 35kV配电装置安装台单相电压互感器用于测量和保护装置。选四台单相带接地保护油浸式JDX-35型

额定电压(kV) 型号一次绕组二次绕组剩余电压绕组 0.1/3 二次绕组额定输出（VA）保护绕组准确级 0.5 100VA 剩余电压绕组准确级 3.0 150VA JDX-35 35/3 0.1/3 图6.8 35kV侧电压互感器参数表

准确度测量

准确度测量计算与保护用的电压互感器，其二次侧负荷较小，一般满足

准确度要求，只有二次侧用作控制电源时才校验准确度，此处因有电度表故选编0.5级。

4.3.4.2 10kV配电装置安装台单相电压互感器用于测量和保护装置。选四台单相带接地保护油浸式JDX-35型

额定电压(kV) 型号一次绕组二次绕组剩余电压绕组 0.1/3 二次绕组额定输出（VA）保护绕组准确级 0.5 100VA 剩余电压绕组准确级 3.0 100VA JDX-10 10/3 0.1/3 图6.8 35kV侧电压互感器参数表准确度测量

准确度测量计算与保护用的电压互感器，其二次侧负荷较小，一般满足

准确度要求，只有二次侧用作控制电源时才校验准确度，此处因有电度表故选编0.5级

4.3.4.3高压熔断器的选择

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和短路电流的损害。屋内型高压熔断器在变电所常用于保护电力电容器，配电线路和变压器，而在电厂多用于电压互感器。

1. 额定电压选择：UN>= UNS

2. 额定电流选择：按熔管额定电流选择：INFT>=INFS

为了保证熔断器不被损坏，高压熔断器的熔断额定电流应大于等于熔体的额定电流。熔体额定电流选择INFS=KImax 式中：K（可靠系数，K=1.1～1.3）、 Imax（电力变压器回路最大工作电流） 3. 熔断器开断电流校验：INbr>=Ish对于保护PT的高压熔断器，只按额定电

压及按开断电流容量来选择 4. 高压熔断器选择结果

表4.9 高压熔断器选择结果额定电压额定电流最大开断容最大开断电型号 KV KA 量MVA 流KA RN2-10/0.5 10 0.5 500 85 31

RW5-35 35 0.1 400 20 最大开断容量500MVA>40MVA满足要求。 4.4 避雷器的选择

所选用避雷器时，对于110KV及以上的中性点有效接地系统，灭弧电压Ui取系统最大工作线电压的80%，即有效值Ui1=110*1.73*0.8/1.414=107KV。

查电气设计手册电站用磁吹阀型避雷器（FCZ系列）电气特性表知，选用FCZ-110型避雷器，额定电压有效值Un1=110KV，灭弧电压有效值Ui1=126KV。

35KV避雷器选择

对于35KV中性点不接地系统和经消弧线圈接地的系统，则分别取系统最大工作线电压的110%和100%，即有效值Ui2=35*1.73*1.0/1.414=42.9KV。

查电气设计手册电站用磁吹阀型避雷器（FCZ系列）的电气特性表知，选用FCZ3-35L型避雷器，额定电压有效值Un2=35KV，灭弧电压有效值Ui2=46KV。

10KV避雷器选择

选择原则与35KV避雷器选择相同，即有效值Ui3=10*1.73*1.0/1.414=12.24KV。查电气设计手册普通阀型避雷器（FS和FZ系列）的电气特性表知，选用FS-10（FZ-10）型避雷器，额定电压有效值Un3=10KV，灭弧电压有效值Ui3=12.7KV。

所选设备成果表如下：工频放电电压（干燥及淋雨状态）额定电压（有灭弧电压（有（有效值）KV 电压等级型号效值）KV 效值）KV 不大于不小于 110KV FCZ-110 110 126 255 290 35KV FCZ3-35L 35 46 78 90 10KV FS-10(FZ-10) 10 12.7 26 31

参考文献

1、熊信银.发电厂电气部分(第四版)，北京，中国电力出版社，2009.7；

2、黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料.北京，中国电力出版社，1998； 3、王士政.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程，北京，中国水电出版社，2007.6；

4、郭琳. 发电厂电气部分课程设计.北京，中国电力出版社，2009.8；

5、西北电力院编.电力工程电气设计手册（电气一次部分）.北京，水利电力出版社，1994；

6、西北电力院编.电力工程电气设备手册（电气一次部分）.北京，中国电力出版社，1998；

7、手册编写组.水电站机电设计手册（电气一次部分）.北京，水利电力出版社，1982；

8、丁毓山.变电所设计（10220kV）沈阳，辽宁科学技术出版社，1993；

9、电力部.3110kV，220500kV变电所设计技术规程；GB50059-92，SDJ2-1988 10、电力部.导体和电器选择设计技术规定，SDGJ14-1986；

11、水电部.电测量仪表装置设计技术规程[S]. 北京：水利电力出版社，1987.

附录

附1 短路计算等值电路图

（1）本次计算涉及到三个短路点：110kV侧、35kV母线侧、10kV母线侧。

图（1）

（2）将星形电路图通过Y-∆变化后的等值电路图：

图（2）

附2 预选方案主接线图

方案1主接线图（内桥接线）

方案2 110kV侧单母分段接线图

方案32 110kV侧直接进线接线图

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