摘  要

本篇毕业设计的课题是“某企业35kV变电所电气设计”，主要是关于强电部分的设计。本设计分别从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择等几个方面对变电站进行了阐述，并绘制出电气主接线图、电气总平面布置图、防雷与接地图等相关图纸。

由于存在两条电源进线，本次设计采用两台主变压器，并根据给定的计算负荷，选定额定容量为8000kVA变压器SZ11-8000/35。通过比较各种主接线方案的优缺点，最终确定35kV电压等级侧采用线变组接线方式；6kV电压等级侧采用单母分段式接线方式。在绘制出电气主接线简图的基础上，分别选择主变压器高低侧短路时作为短路点，计算出短路电流，从而作为选择及校验主要电气设备的依据。主要电气设备包括断路器、隔离开关、熔断器、电流互感器、电压互感器、母线、避雷器。按正常工作条件下选择设备的额定电流、额定电压及型号，按短路情况下校验设备的热稳定、动稳定以及开关的开断能力。在主要电气设备都选定的基础上，可以绘制出最终的电气主接线图、平面布置图、防雷与接地图。

关键词：

主变压器，主接线方式，短路电流，电气设备

Abstract

This graduation thesis is about “Electric design for an enterprise”. It is mainly about the design of heavy current system. This design separately from the main connection, short-circuit current calculation, the main electrical equipment selection and so on several aspects of substation were introduced, and map out the main electrical wiring, electrical general layout, lightning protection and pick up the map and related drawings. 

Because there are two separate power lines, the design uses two main transformers, and according to the given load, rated capacity of up to 8000kVA transformers SZ11-8000/35 is selected. By comparing the various advantages and disadvantages of main wiring scheme, finalize 35kV voltage line transformer connection 6kV voltage single-segment connection. Draw on the basis of main electrical wiring diagram, as a short circuit when you choose high and low-side short circuit of main transformer, calculation of short circuit current, so as the basis for selection and check the main electrical equipment. Main electrical equipment including circuit breakers, disconnections, fuse, current transformers, voltage transformers, bus, lightning arrester. Under normal operating conditions the rated current, rated voltage and model of the device, by short circuit case calibration device of thermal stability, stability and the breaking capacity of the switch. Major electrical equipment were selected on the basis of, you can draw out the final electrical wiring diagram, floor plan, lightning protection and grounding.

Key Words: 

The Main Transformer, the Electricity Lord Connects the Line, the Short-circuit Current, the Electrical Equipment

第1章 绪论

1.1 本课题的研究意义及目的

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。作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。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。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。变电所研究对工业生产及国民经济具有重要的促进作用。

通过本课题的设计和研究，进一步深化理论技术方面，培养自身实践动手能力、分析研究及科技创新能力。通过对本课题的研究，可以进一步了解相关技术发展状况，紧跟时代脉搏，锻炼自身科学分析问题、解决问题和研究等方面的能力。

1.2 本课题的国内外研究现状

国内：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。现在国家正在重点发展电网，形成全国统一的联合电网。

国际（国外）：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。

1.3 本课题主要资料

1.本变电所西南8km处有一区域变电所，新建总降压变电所电源由区域变电所两路35kV架空线供电，区域变电所35kV母线上的短路容量为980MVA，680MVA。系统要求新建变电所继电保护时间不大于2秒，功率因数。

2.负荷资料

表1-1  高压电动机

1.4 本文所做的工作与论文结构

本文以某企业35kV变电所设计为研究课题，着重介绍了35kV变电所电气主接线、电气平面布置、设备选型、防雷接地等方面的设计。主要结合理论知识，分析原始材料，首先进行负荷计算，根据功率因数要求进行无功补偿。并进行变压器的选择，确定总降压变电所主接线形式。通过短路电流计算，选择各种电气设备，包括变压器、断路器、隔离开关、互感器和母线等，并对它们进行校验。最后设计防雷和接地保护装置。

第2章 电力负荷的分级和计算

2.1 负荷分级与供电要求

2.1.1 负荷的定义

负荷指发电机或变电所供给用户的电力。其衡量标准为电气设备（发电机、变压器和线路中通过的功率或电流，而不是它们的阻抗。

2.1.2 负荷分级

按照用电设备对供电可靠性要求的不同，以及中断供电在政治上、经济上所造成的影响和损失的大小，把电力负荷分为三级。

1．一级负荷：属下列情况之一均为一级负荷：

①中断供电将造成人身伤亡者；

②中断供电将造成重大政治影响者；

③中断供电将造成重大经济损失者；

④中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。

一级负荷对供电电源的要求：两个电源供电，特殊重要的由两个的电源点供电，增设应急电源。

2．二级负荷：属下列情况之一均为二级负荷：

①中断供电将造成较大政治影响者；

②中断供电将造成较大经济损失者；

③中断供电将造成设备局部损坏、大量减产等。

二级负荷对供电电源的要求：两回路供电，当负荷较小或者两回线有困难时，允许采用6kV及以上一回专用线路供电。

3．三级负荷：不属于一级、二级的负荷为三级负荷。

三级负荷对供电电源的要求：无特殊要求，可由一回线供电。

2.2 电力负荷的计算

2.2.1 负荷计算的目的

负荷计算主要是确定计算负荷。计算负荷是进行供电系统设计，选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。在做供配电设计时，首先要知道用电量有多少，这就需要进行负荷计算。准确的负荷计算，使设计工作建立在可靠的基础上，做出来的设计方案比较经济合理。若负荷计算过大，将造成投资和设备器材的浪费；负荷计算过小，则因设备承受不了实际的负荷电流而发热，加速绝缘老化，直至损坏设备，影响安全供电。所以，电力负荷的计算是做供配电设计时首先要解决的问题，应想办法把实际使用的负荷尽量正确地计算出来。

2.2.2 负荷计算方法

工厂负荷计算的方法主要有需要系数法、二项式法、利用系数法和单位产品耗电法。接自配电线路上用电设备组的多台设备不可能同时运转，即使都运行的设备又不可能都是满负荷，因此对工业用电设备组的负荷计算，均采用需要系数法和二项式法计算。需要系数法计算比较简单，适用于方案估算并且接近实际负荷，故本厂的负荷计算一律用需要系数法。

需要系数法：用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。用这种方法计算时，可由负荷到电源逐级计算，即首先按需要系数法求得车间低压侧有功及无功计算负荷加上本车间变电所变压器的有功及无功损耗，即得本车间变电所高压侧负荷；其次将全厂各车间变电所高压侧负荷相加，同时加上厂区配电线路的功率损耗，再乘以同时系数（有功及无功均取0.9），便得工厂降压变电站低压侧计算负荷，然后再考虑无功影响及降压变电站主变的功率损耗，其总和就是全厂计算负荷。

计算公式

用电设备组的计算负荷

                kW                                    （2-1）

                                                       （2-2）

       kvar                                  （2-3）

    kVA                                  （2-4）

    A                            （2-5）

负荷计算如下表2-1所示。

表2-1  负荷计算

3.1 电气主接线的选择

3.1.1 电气主接线的基本要求

对电气主接线的基本要求，概括地说应包括安全性、可靠性、灵活性和经济性。

1．安全性。必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全。

2. 可靠性。能满足各级用电负荷供电可靠性要求。对三级负荷采用单电源供电即可；对于一级和二级负荷占大多数的用户，应由两个电源供电；对特殊重要的一级负荷，应由两个电源点供电。

同时具备下列两个条件的发电厂、变电所的不同母线就属于电源：

（1）每段母线的电源来自不同的发电机；

（2）每段母线之间无联系，或虽有联系但当其中一段母线发生故障时，能自动断开联系，不影响其余母线段继续供电。

电源点是指电源来自不同地点，当其中任一电源点因故障停电时，并不影响其他电源继续供电。

3．灵活性。主接线应在安全、可靠的前提下，力求接线简单运行灵活，应能适应各种可能的运行方式的要求。

4．经济性。在满足以上要求的条件下，力求达到最少的一次投资与最低的年运行费用。

5．可扩展性。电气主接线在设计时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能地在保证供电的情况下完成过渡方案的实施。

3.1.2 电气主接线的形式

变电所的主接线可以分为有汇流母线的主接线和无汇流母线的主接线两大类。有汇流母线的主接线又可分为单母线接线和双母线接线；无汇流母线的主接线又可分为单元接线、桥式接线和多角接线。

35~110kV变电所的主接线形式有多种，其中常见的有：

1．线路-变压器组接线

适用于只有一回进线和一回出线，变电所装设单台变压器的场合。见图3-1。

图3-1  线-变组接线

2．单母线接线

所有电源和引出线回路都连接于同一汇流母线上。见图3-2。

3．单母线分段接线

母线分段后，对于重要的用户可由分别接于两段母线上的两条出线同时供电。在正常情况下，一般采用分列运行方式，即正常时分段断路器QF3是断开的，在QF3上装有备用电源自动投入装置，当任一电源失电后，QF3自动接通，保证全部线路继续供电。见图3-3。

      图3-2  单母线接线                    图3-3  单母分段接线

4．桥式接线

当只有两台变压器和两条线路时，可采用桥式接线。广泛使用于及以下的变电所中，具有两路电源的工厂企业变电所也普遍采用，还可以作为建设初期的过度接线。按桥断路器的位置可分为：

（1）内桥式接线。桥断路器在进线断路器的内侧（即变压器侧）。适用于进线线路较长，负荷比较平稳，变压器不需经常投切的场合。见图3-4。

（2）外桥式接线。桥断路器在进线断路器的外侧（即进线侧）。适用于进线线路较短，负荷变化较大，变压器需要经常切换或电网有穿越功率经过的的场合。见图3-5。

图3-4  内桥式接线                   图3-5  外桥式接线

3.1.3 主接线方案的选择

1．方案比较

以上介绍的常见的几种主接线形式其技术比较见表3-1。

表3-1  主接线方案比较

从表中各种主接线形式的优缺点比较及其适用场合来分析，经济性最好的是线-变组接线，一台主变只用一个断路器，且由于是双线-变组接线，满足N-1供电可靠性要求，在一台主变停运后均能向用户正常供电，所以35kV侧采用线-变组接线。6kV侧单母分段接线，用户可由分别接于两段母线上的两条出线同时供电，当任一祖母线故障或检修时，用户仍可通过正常母线继续供电；而两段母线同时故障检修的概率很小，大大提高了对重要用户的供电可靠性。

3.2 变压器的选择

3.2.1 变压器类型的选择

一般正常环境的变电站，可选用油浸式变压器，且优先选用SL11等系列低损耗电力变压器。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应所用防尘型或者防腐蚀型变压器，例如：SL15等系列全密封式变压器，其具有防震、防尘、防腐蚀的性能，并能与爆炸性气体相隔绝。多层或高层主体建筑内变电所，宜选用干式变压器，例如环氧树脂浇注干式变压器。

本变电站属于化工企业，选用油浸式低损耗系列变压器。

3.2.2 变压器台数的选择

变压器台数的选择要依据以下原则：

1．为满足负荷对供电可靠性的要求，根据负荷等级确定变压器的台数，对具有大量一、二级负荷或只有大量二级负荷，宜采用两台及以上变压器，当一台故障或检修时，另一台仍能正常工作。

2．负荷容量大而集中时，虽然负荷只为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。

3．对于季节负荷或昼夜负荷变化较大时，从供电的经济角度考虑；为了方便、灵活地投切变压器，也可选择两台变压器。

由于本变电站是两路电源进线，负荷多为一、二级负荷，因此需要两台变压器。

3.2.3 变压器容量的选择

变压器的选择要考虑到负荷将来可能增加和改造的可能性，必要时最好留有一定的富余。在负荷系数较低的场合，实际应用中一般都允许变压器超过额定负荷为峰值提供电力，而不必为短时的峰值负荷让变压器选择特别大的容量。实际应用变压器的选择还要考虑到开关电器的电流容量和分断容量以及导体的载流量。

本站装有两台主变压器，且两台变压器互为暗备用。每台主变压器的容量应不小于总的计算负荷的60%，一般选取为70%，即

同时每台主变压器的容量应不小于全部一、二级负荷之和。因此每台主变压器的容量可选为8000kVA。

综上，可以选择系列低损耗、低噪声三相双绕组有载调压电力变压器,其技术数据如表3-2所示。

由于变压器出线为短线路，仅需补偿一、二次绕组5%电压损失，所以变压器低压侧额定电压为6.3kV。

表3-2  变压器SZ11-8000/35的技术数据

第4章 短路电流计算

4.1 短路电流计算的目的和意义

短路电流计算是供配电系统设计与运行的基础，主要用于解决以下问题：

1．选择和校验各种电气设备，如断路器、互感器、电抗器、母线等；

2．合理配置继电保护和自动装置；

3．作为选择和评价电气主接线方案的依据。

4.2 短路点的确定和短路电流计算方法

短路一般用户计算短路电流都是为了选择设备的需要，设备安装在哪里，哪里就是计算短路电流的短路点。但当一段导体的阻抗比较小，可以忽略不计时，某一范围内的短路电流值是近似相等的，如高压母线、低压母线、变压器高压侧、变压器低压侧、设备接入端等；人们也常用几个代表性的点来说明某一供电系统的整体短路水平，这几个点就是常说的计算短路电流的短路点。因此选择主变压器高低压侧作为短路点。

无穷大容量电源系统的三相短路电流采用标幺值法计算。取元件所在电压等级的平均额定电压为基准电压，并可以近似认为电气设备（除电抗器外）的额定电压与所在电压等级的平均额定电压相等。这样对于多电压级电路，各元件阻抗标幺值无需进行电压换算。

首先要根据原始数据计算短路回路中个元件的阻抗及短路回路中的总阻抗。设基准功率为SB，取元件所在电压级的平均额定电压Uav为基准电压UB。

本变电站系统图可简化如图4-1所示。

图4-1  变电站系统图

设SB=100MVA，UB=Uav，则有各元件的电抗标幺值如下：

1．系统

当系统在最大运行方式下运行时，系统电抗最小，短路电流最大。

X1=X2=X*S1max= X*S2max===0.1020

当系统在最小运行方式下运行时，系统电抗最大，短路电流最小。

X1=X2=X*S1min=X*S2min= ==0.1471

35kV架空进线：X0=0.40Ω/km，L1=8km。

X3=X4=X*L1=X*L2=0.2337

2．变压器

X5=X6=X*T ===0.9375

由以上计算可画出对应状态下的等值电路图4-2。

图4-2  等值电路图

4.3 最大运行方式下短路电流

系统最大运行方式下具有最大的短路电流，简化电路为：

图4-3  最大运行方式下等值电路图

主变高压侧短路电流计算：    

从上节的计算可知，当主变的高压侧短路，即K1点发生短路时，系统至主变高压侧的总电抗为：

X*K1=X1+X3=0.1020+0.2337=0.3357

K1点的基准电流IB为：

IB===1.56(kA)

所以，K1点短路时，其短路电流的次暂态值为：

          IK1′′===4.65（kA)

短路电流冲击值为：

ish=KshIK1′′=2.55×4.65=11.86(kA)

次暂态短路功率为：

            S′′=Uav IK1′′=×37×4.65=298.0(MV·A)

主变低压侧短路电流计算

主变低压侧短路，即K2点发生短路。

K2点的基准电流IB为：

            IB===9.16(kA)

短路回路的总阻抗为：

X*K2=X1+X3+X5=0.1020+0.2337+0.9375=1.2732

所以，短路电流的次暂态值为：

IK2′′===7.19(kA)

短路电流冲击值为：

ish=KshIK2′′=2.55×7.19=18.33(kA)

次暂态短路功率为：

S′′=Uav IK2′′=×6.3×7.19=78.5(MV·A)     

综上所述短路电流计算结果如下表4-1所示

表4-1  最大运行方式下短路电流计算表

系统最小运行方式下具有最小的短路电流，简化电路为：

图4-4  最小运行方式下等值电路图

主变高压侧短路电流计算：

从上节的计算可知，当主变的高压侧短路，即K1点发生短路时，系统至主变高压侧的总电抗为：

X*K1=X1+X3=0.1471+0.2337=0.3808

K1点的基准电流IB为：

IB===1.56(kA)

所以，K1点短路时，其短路电流的次暂态值为：

          IK1′′===4.10（kA)

短路电流冲击值为：

ish=KshIK1′′=2.55×4.10=10.46(kA)

次暂态短路功率为：

            S′′=Uav IK1′′=×37×4.10=262.8(MV·A)

主变低压侧短路电流计算

主变低压侧短路，即K2点发生短路。

K2点的基准电流IB为：

            IB===9.16(kA)

短路回路的总阻抗为：

X*K2=X1+X3+X5=0.1471+0.2337+0.9375=1.3183                                            

所以，短路电流的次暂态值为：

IK2′′===6.95(kA)

短路电流冲击值为：

ish=KshIK2′′=2.55×6.95=17.72(kA)

次暂态短路功率为：

S′′=Uav IK2′′=×6.3×6.95=75.8(MV·A)     

综上所述短路电流计算结果如下表4-2所示。

表4-2 最小运行方式下短路电流计算表

表4-3  短路电流计算表

电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容之一。安全、可靠、经济、合理是选择电气设备的基本要求。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，选择合适的电气设备，尽量采用新技术，节约投资。

电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不完全一样，具体选择方法也不完全相同，但其基本要求是一致的。电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件下选择设备的额定电流，额定电压及型号，按短路情况下校验设备的热稳定、动稳定以及开关的开断能力。

1．按正常工作条件选择电器

（1）额定电压的选择

在选择电器时，一般可按照电器的额定电压不低于装置地点的电网额定电压的条件来选择，即

                        （5-1）

（2）额定电流的选择

电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，电器的长期允许电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即

                           （5-2）

2．按短路情况下校验电器

（1）短路热稳定性的校验

短路电流通过电器时，电器各部分温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为：

                        （5-3）

式中     ——短路电流的稳态值，kA；

        ——短路电流假想时间，一般取1.1s；

         ——电器允许通过的热稳定电流和时间，kA；

  ——设备的热稳定时间，一般厂家提供的热稳定计算时间为3s或4s。

（2）短路动稳定性的校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为

                             （5-4）

式中     ——短路电流冲击值，kA；

  ——电器允许通过的动稳定电流，kA。

下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：

1）熔断器保护的电器，其热稳定由熔断器时间保证，故可不校验热稳定。

2）采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。

3）装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不校验动、热稳定。

（3）开关设备断流能力的校验

对要求能开断短路电流的开关设备，如：断路器、熔断器，其断流容量不小于安装处的最大三相短路容量，即

                                               （5-5）

式中  ——三相最大短路电流与最大短路容量；

       ——断路器的开断电流与开断容量。

供配电系统中的各种电气设备由于工作原理和特性不同，选择和校验的项目也有所不同，常用高压电气设备选择和校验项目如表5-1所示。

表5-1  高压一次设备的选择和校验项目

35kV线路计算电流为：

6kV线路计算电流为：

6kV侧出线最大计算负荷为

最大计算电流为

5.1 高压断路器的选择

断路器是变配电系统中最重要的开关电器，它不仅能通断正常的负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置的作用下自动跳闸，切除短路故障。因此它对电力系统的安全、可靠运行起着及其重要的作用。

5.1.1 35kV进线断路器

35kV侧线路工作电压为35kV，线路计算电流为172.4A，短路电流为4.65，短路电流冲击值为11.86。选用VD4M-4012-25手车式断路器。选择结果如下表5-2所示。

表5-2  35kV进线断路器

主变压器低压侧选用VD4/12-1250A-16kA型真空断路器。选择结果如下表5-3所示。

表5-3  主变低压侧断路器

6kV出线侧选用VD4/12-630A-16kA型真空断路器。选择结果如下表5-4所示。

表5-4  6kV出线侧断路器

选择的电流互感器应满足变电所中电气设备的继电保护、自动装置、测量仪表及电能计量的要求。

1．电流互感器的准确度级

电流互感器的准确度级是在额定二次负载（一般为5A）下的准确级别，主要有0.2级（一般用于精密测量）、0.5级（用于电能计量）、1级（用于盘式指示仪表）、3级（用于过电流保护）、10级（用于非精密测量及继电器）、D级（用于差动保护）。  

2．电流互感器的配置原则

（1）凡装有断路器的回路均装设电流互感器，其数量应满足仪表、保护和自动装置的要求。

（2）发电机和变压器的中性点侧、发电机和变压器的出口端和桥式接线的跨桥上等均应装设电流互感器。

（3）对大接地电流系统线路，一般按三相配置；对小接地电流系统线路，依具体要求按两相或三相配置。

5.2.1 35kV进线电流互感器

35kV线路侧选择LDJ1-35型单相户内环氧树脂浇筑式电流互感器，准确度级为0.2S（计量），0.5/10P10/10P10。选择结果如下表5-5所示。

表5-5  35kV线路电流互感器

6kV线路侧选择LZZBJ9-10型单相户内环氧树脂浇筑式电流互感器，准确度级为0.5/10P10/10P10。选择结果如下表5-6所示。

表5-6  6kV线路电流互感器

6kV出线侧2号变压器选用LZZBJ9-10型单相户内环氧树脂浇筑式电流互感器，准确度级为0.5/10P30。选择结果如下表5-7所示。异步电动机YR5001-4电流互感器额定电流为75A，异步电动机Y4501-4电流互感器额定电流为50A，同步电动机电流互感器额定电流为150A，1号变压器电流互感器额定电流为100A，3号变压器电流互感器额定电流为100A，4号变压器电流互感器额定电流为100A。

表5-7  6kV出线电流互感器

《35～110kV高压配电装置设计规范》规定，用熔断器保护的电压互感器可不校验动稳定性和热稳定性。

1．电压互感器的准确度级

电压互感器的准确度级由最大电压比误差和相位误差来区分。电压互感器用于主变压器计量时应选用0.2级，用于一般电能计量选用0.5级，用于测量控制选用0.5级，用于电压测量不应低于1级，用于继电保护不应低于3P级。

2．电压互感器的接线方式

（1）一台单相电压互感器接线

一台单相电压互感器接在两相之间，这种接线在三相线路上，只能测量两相之间的线电压，用于连接电压表、频率表及电压继电器等。为了安全起见，二次绕组有一端通常取X端接地。

（2）两台单相电压互感器接线

两台单相电压互感器V/V形接线。这种接线方式用于表计和继电器的线圈接入a-b和c-b两相间的线电压。

（3）三台单相电压互感器接成Y0/Y0

选用三台单相电压互感器接成Y0/Y0，在10kV中性点不接地系统中广泛应用，这种接线方式用来测量线电压、继电保护及绝缘检查。

（4）三台单相三绕组电压互感器

三相单台三绕组35kV及以上的电压互感器常采用主二次绕组接成星形，用于测量表计、继电保护及绝缘检查。附加的二次绕组接成开口三角形。构成零序电压过滤器，供电给保护继电器和接地信号继电器。

3．电压互感器的配置原则

（1）电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应能满足测量、保护、同期和自动装置的要求。

（2）6～220kV电压等级的每组主母线的三相均应装设电压互感器。

（3）当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

5.3.1 35kV线路侧电压互感器

35kV线路侧选择JDZ9-35型单相户外环氧树脂浇筑式电压互感器：

额定一次、二次电压比为35/0.1/0.1kV准确度级为3P/0.5/0.2。

5.3.2 6kV线路侧电压互感器

6kV线路侧选择JDZJ-10型单相户内环氧树脂浇筑式电压互感器：

额定一次、二次电压比为、准确度级为3P/0.5/0.2。

5.4 高压熔断器的选择

对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流容量两项来选择。

35kV高压熔断器，选用XRNP1-40.5型户内限流式高压熔断器。

1．额定电压：，合格；

2．断流容量：,合格。

6kV高压熔断器，选用RN2-6型户内限流式高压熔断器。

1．额定电压：， 合格；

2．断流容量：， 合格。

5.5 接地开关的选择

高压接地开关的作用主要是对于电器设备的检修。通常为了防止检修过程当中来电的突然性，所以必须要将检修设备两端全都接与地面。高压接地开关，基本都为输出负荷接地，当我们检修人员对高压配电柜负荷进行检测时（比如拆装电缆、紧固螺栓等），就必须要断开接地开关，并且要合上配电柜上的接地开关，这样就可以避免突然来电而导致触电事故发生的出现，另外最好要放尽电荷剩余量，这样更有利于日常检修的安全。

5.5.1 35kV侧接地开关

35kV侧接地开关选择JN22-40.5/31.5户内高压接地开关。选择结果如下表5-8所示。

表5-8  35kV侧接地开关

6kV侧接地开关选择JN15-12/31.5户内高压接地开关。选择结果如下表5-9所示。

表5-9  6kV侧接地开关

金属氧化避雷器是国际上90年代的高科技产品。其采用了非线性伏-安特性十分优异的氧气锌电阻片，故而避雷器的徒坡，雷电波，操作波下的保护特性均比传统的碳化硅避雷器有了极大的改善。特别是氧化锌电阻片具有良好的徒坡响应特性，对陡坡电压无迟延，操作残压低，没有放电分散性等优点。从而克服了碳化硅避雷器所固有的因陡坡放电迟延而引起的陡坡放电电压高，操作波放电分散性大而导致操作波放电电压高等缺点，使得坡，操作波下的保护裕度大大地提高，而且在绝缘配合方面，能够作到陡坡，雷电波，操作波的保护裕度接近一致，从而对电力设备提供最佳的保护，进而提高了保护的可靠性。氧化锌避雷器同时具有吸收雷电过电压，操作过电压和工频暂态过电压的能力。

复合外套金属氧化锌避雷器是国际90年代的高科技产品。采用整体硅橡胶模压成型，密封性能好，防爆性能优异，耐污秽免清洗，并能减少雾天湿闪发生，耐电蚀抗老化，体积小重量轻，耐碰撞，便于安装和维护。是瓷套避雷器的更新换代产品。

5.6.1 35kV侧避雷器

35kV侧避雷器选择HY5WZ-51/134。选择结果如下表5-10所示。

表5-10  35kV侧避雷器

6kV侧避雷器选择HY5WZ-10/27。选择结果如下表5-11所示。

表5-11  6kV侧避雷器

裸露母线的选择应考虑到母线的材料、类型和敷设方式，选出截面积并校验其动、热稳定性，对110kV以上母线还应校验电晕电压。

1．母线材料和类型的选择

母线材料通常为铜、铝。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，是很好的母线材料，但价格贵，多应用在空气中含腐蚀性气体的屋外配电装置中。铝的电导率为铜的30%，机械强度较差，但它轻、价格便宜，所以广泛用于工厂企业的变电所中。实际应用中，应根据负荷电流的大小、使用场合及经济等因素综合考虑，确定母线的材料。

母线的截面形状有矩形、槽型和管型。矩形母线散热条件较好，有一定的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应较大，一般只用于35kV及以下的配电装置中；槽型母线机械强度较高，载流量较大，集肤效应较小，一般用于4000～8000A的配电装置中；管型母线的集肤效应更小，机械强度又高，管内可以通风又通水，通常用于8000A以上的大电流母线。同时矩形母线的散热和机械强度与放置方式有关。当三相母线水平布置时，母线立放比平放的散热好，允许电流大，但机械强度较低，而平放则相反。

2．母线的热稳定性校验

当系统发生短路时，母线上最高温度不应超过母线短时允许的最高温度。母线的热稳定校验方法为

                                                     （5-6）

式中——母线截面积及最小允许截面积，

             ——热稳定系数，一般铜母线为171，铝母线为87；

——短路电流的假想时间，一般取1.1s；

——短路电流的稳态值，。

3．母线的动稳定性校验

当短路冲击电流通过母线时，母线将承受很大的电动力，如果母线间的电动力超过允许值，会使母线弯曲变形，因此必须校验固定于支柱绝缘子上的每跨母线是否，满足动稳定要求。

母线的动稳定校验方法为：

（1）计算单位长度母线上的电动力：

                                                    （5-7）

式中——三相短路电流的冲击值，A；

         a——母线的相间距离,m。在10kV小容量装置中，母线水平布置时，相间距离约为250mm ～350mm；35kV母线水平布置时，约为500mm。

（2）计算母线的抗弯矩。

（3）计算最大容许跨距：

                                                   （5-8）

式中——母线的允许抗弯应力，一般铜母线为137.29MPa,铝母线为68.6 MPa；

          ——母线实际跨距。

5.7.1 主变35kV母线

1．按允许载流量选择母线

35kV母线上的计算电流。

在周围环境温度为38°Ç 时，立放的铜母线TMY-25×3的允许载流量为：

，满足发热条件。

因此，可选择铜母线TMY-25×3。

2．母线热稳定性校验

铜母线的热稳定系数，取假想时间

则有: ，满足热稳定性要求。

3．母线动稳定性校验

单位长度母线上的电动力为：

母线抗弯矩为：

铜的允许抗弯应力，因此最大容许跨距为：

满足动稳定性要求。

5.7.2 主变6kV母线

1．按允许载流量选择母线

6kV母线上的计算电流。

在周围环境温度为38°Ç 时，立放的铜母线TMY-80×6的允许载流量为：

，满足发热条件。

因此，可选择铜母线TMY-80×6。

2．母线热稳定性校验

铜母线的热稳定系数，取假想时间

则有: ，满足热稳定性要求。

3．母线动稳定性校验

单位长度母线上的电动力为：

母线抗弯矩为：

铜的允许抗弯应力，因此最大容许跨距为：

满足动稳定性要求。

5.8 电源进线和出线电缆的选择

导线和电缆的选择是供配电系统设计的主要内容之一。导线和电缆是输送及分配电能的主要元件，且需要消耗大量有色金属，因此在选择时，既要保证供电系统的安全、可靠，又要充分利用导线和电缆的负载能力，节约有色金属消耗量，节省投资。

5.8.1 35kV电源进线

本变电站电源进线采用架空线。对于35kV及以上的电源进线，一般按照经济电流密度来选择截面，再校验允许载流量和机械强度。

1．选择经济截面

进线线路上的计算电流为：

35kV线路计算电流为：

由年最大负荷利用小时数Tmax≥5000h,查表得经济电流密度Jec=0.9A/mm2，所以

选择标准截面240 mm2，即LJ-240。25℃时载流量为610A。

2．校验允许载流量

LJ-240型铝绞线在室外环境温度为38℃时，其允许的载流量为

满足允许载流量的要求。

3．校验机械强度

查表知35kV及以上架空铝绞线的最小允许截面为35 mm2，符合要求。 

4．校验允许电压损失

取相间几何均距为1000mm。分列运行，每条线路带一台变压器。查表得线路参数r0=0.14Ω/km，x0=0.31Ω/km。

<5

满足电压损失要求。

综上35kV电源进线选用LJ-240。

5.8.2 6kV出线电缆

6kV出线电缆考虑选择考虑选用交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电力电缆。6kV较短线路按允许载流量选择截面，再校验允许电压损失。因为该变电所供配电系统中线路一般不长，为避免不必要的接头，减少电缆品种的规格，各段干线常采用相同截面的电缆。由于2号变压器负荷最大，可将该负荷作为选型依据。

1．按允许载流量选择截面

车间2号变压器的计算电流Ica为：

查表得，YJV-3×25铜芯三芯电缆15℃地中直埋时，Ial =341A，其最高允许温度为90℃。最热月的平均气温为30℃，则温度修正系数为：

本地土壤潮湿，规律性下雨,取土壤热阻修正系数Ktr为1.2。

设电缆外皮间距为100mm，四根电缆并列埋地时其并排修正系数Kp为0.80。

故修正以后的电缆实际允许电流值为：

>90A     满足要求。

综上6kV出线电缆选用YJV-3×25。

2．校验允许电压损失

查表得电缆参数r0=0.91Ω/km，x0=0.111Ω/km。

<5

满足电压损失要求。

综上6kV电缆出线选择YJV-3×25。

5.9 开关柜的选择

5.9.1 35kV高压开关柜

35kV高压开关柜选择KYN10-40.5金属铠装移开式开关柜，配用国外40.5kV真空断路器，系三相交流50HZ、40.5kV户内成套配电设备，主要用于发电厂、变电所及工矿企业的高层建筑中作为接受、分配电能之用，并对电路具有控制、保护和监测等功能。满足40.5kV绝缘等级要求，并具备“五防”功能。

1．开关柜技术参数如下表5-12所示：

表5-12  35kV高压开关柜技术参数

• 海拔高度不超过1000米；

• 环境温度:上限为40℃；下限为-10℃；

• 相对湿度：日平均值不大于95%，月平均值不大于90%；

• 地震烈度不超过8度；

• 没有火灾、爆炸危险、严重粉尘、化学腐蚀及剧烈振动的场所。

3．柜内主要电气设备如下表5-13所示：

表5-13  35kV开关柜主要电气设备

6kV高压开关柜选择KYN1B-10户内交流金属铠装抽出式开关柜，系3.6～12kV三相交流50Hz单母线分段系统的成套配电设备。主要用于发电厂、中小型发电机送电、工矿企事业单位配电以及电业系统的二次变电所的受电、送电及大型高压电动机起动等。实行控制、保护、监测之用。

1．开关柜技术参数如下表5-14所示：

表5-14  6kV开关柜技术参数

• 海拔高度不超过1000米；

• 环境温度:上限为40℃；下限为-5℃，日平均不大于35℃；

• 相对湿度：日平均值不大于95%，月平均值不大于90%；

• 地震烈度不超过8度；

• 没有火灾、爆炸危险、严重粉尘、化学腐蚀及剧烈振动的场所。

3．柜内主要电气设备如下表5-15 所示：

表5-15  6kV开关柜主要电气设备

6.1 防雷及过电压保护

6.1.1 雷击的危害

1．直击雷

带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。它的破坏力十分巨大，若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害——火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。

2．雷电波侵入

雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此，往往在听到雷声之前，我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。

3．感应过电压

雷击在设备设施或线路的附近发生，或闪电不直接对地放电，只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷，并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。

雷击放电于具有避雷设施的建筑物时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泄放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成电子设备受到干扰，数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。

6.1.2 本变电所的防雷保护

变电所是工厂企业的电力枢纽，一旦遭受雷击，将可能造成设备严重损坏，甚至引发长时间停电，后果十分严重。因此，变电所必须有可靠的防雷保护措施。变电所的防雷保护主要考虑直击雷保护和对由线路侵入雷电波的保护。

（1）直击雷过电压保护

本变电所采用屋顶避雷针防直击雷。避雷针有一定的保护范围，在这个范围内它能有效的防护直击雷。

避雷针的保护范围由“滚球法”来确定。所谓“滚球法”，就是选择一个半径为hr的球体，沿需要防护直击雷的部位滚动。如果球体只接触到避雷针与地面，而不触及需要保护的部位，则该部位就在避雷针的保护范围之内。

图6-1所示为单只避雷针的保护范围，按下列方法确定。

当避雷针高度时，距地面处作一条与地面平行的平行线。

1）以避雷针的针尖为圆心，为半径作弧线，交上述平行线于A、B两点。

2）分别以A、B为圆心，为半径作弧线，该弧线均与针尖相交并与地面相切。由此弧线起到地面上的整个锥形空间，就是避雷针的保护范围。

3）避雷针在被保护物高度水平面上的保护半径，按下式计算

                    (6－1)

图6-1  单支避雷针的保护范围

查相关文献知滚球半径为60m。试在此变电站装设两个避雷针且相距25m，h取28m并计算保护范围

由计算知，避雷针保护长度为，避雷针保护宽度为29.21 m。

可以满足此变电站的需要。

图6-2  变电所的避雷针保护范围示意图

图中虚线所示为两个避雷针的保护范围，保护半径为29.21m。可见全所皆在保护区内。

（2）感应过电压保护

大中型企业的35～110kV变电所的进线保护常采用图3-13所示的标准防雷保护方案。

35～110kV电力线路一般不采用全线装设避雷线来防止直击雷，可以在进线段1～2km内架设避雷线，使该线路免遭直接雷击，还可使感应雷过电压产生在1～2km以外，利用其自身的阻抗雷电流幅值和利用其电晕衰减来降低雷电流陡度。

图6-3  35～110kV变电所进线防雷保护方案

在木杆或木横担钢筋混凝土杆线路进线段的首端，应装设一组管型避雷器GB1，其工频接地电阻值不宜超过10Ω。铁塔或铁横担、瓷横担的钢筋混凝土杆线路，及全线有避雷线的线路，其进线首端一般不需装设。

若变电所的进线隔离开关或断路器在雷雨季节经常处于开路状态，而线路又可能带电时，则必须在靠近隔离开关或断路器处装设一组管型避雷器GB2。其外间隙值的整定，应使其在断路状态运行时，能可靠地保护隔离开关或断路器，而在闭路运行时，不应动作，并应处于母线阀型避雷器的保护范围内

虽然进线已采取防雷措施，但雷电波的过电压仍有可能对所内设备构成威胁，特别是变压器。故在变电所母线上还应装设一组阀型避雷器FZ，且避雷器应尽量靠近变压器及其他被保护的设备，距离一般不应大于5m。

（3）避雷器的选择

根据变电所设备避雷器的要求及主接线的形式应在下列点装设避雷器：

1）35kV进线端，防止线路上落雷后雷电波侵入变电所，危害变电所的配电装置。

2）35kV配电装置母线装设氧化锌避雷器。

3）6kV母线PT柜装设氧化锌避雷器防止线路雷电流侵入变电所。

4）6kV断路器加装操作过电压保护的避雷器。

6.2 接地

6.1.1 接地的基本概念

1．接地体、接地线、接地装置

1）接地体又称接地极，是指埋入地中并直接与土壤相接触的金属导体，如埋地的钢管、角钢等。

2）接地线是指电气设备接地部分与接地体相连接的金属导体（线）。接地线在设备正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要要通过接地故障电流。

接地体与接地线总称接地装置。由若干接地体在大地中用接地线相互连接起来的一个整体称为接地网。其中接地线又分接地干线和接地支线。

2．接地装置的散流现象

电流经接地装置进入大地是以半球面形状向大地散流的。离接地体越远的地方，半球的散流表面越大，散流电阻越小。离接地体20m处，半球表面积很大，散流的电流密度已很小，散流电阻接近于零，该处的电位也趋近于零。通常将接地体以20m处电位等于零的地方称为电气上的地。电气设备接地部分与地之间的电位差称为电气设备接地部分的对地电压，接地体与地之间的电阻称为接地体的散流电阻。散流电阻等于接地装置的对地电压与通过接地体流入地中的电流的比值。

3．接触电压和跨步电压

电气设备发生接地故障时，人站在地面上接触到接地回路的某一点，人体所承受的电压称为接触电压Utou。在散流范围内地面上相距0.8m的两点之间的电位差称为跨步电压Ustep。

6.1.2 接地的分类

根据实施接地的目的的不同，接地分为工作接地、保护接地和防雷接地。

1．工作接地

工作接地是指为了电力系统的正常运行，人为地将供电系统的某些点（例如发电机和变压器的中性点）和大地进行金属性的连接。

2．保护接地

在中性点不接地系统中，电气设备的外壳一般采用与接地体连接，称为保护接地；在中性点直接接地系统中，电气设备的外壳一般采用与中性线连接，称为保护接零。

3．防雷接地

雷击时会产生静电感应和电磁感应，物料在生产和运输过程中因摩擦而引起的静电，都有可能造成电击或是火灾的危险。直接遭受雷击的危害比感应雷的危害更大，而且发生的机会更多，所以，为了防止直击雷，必须装设防雷装置。最主要的方法是设置接地装置。

6.1.3 本变电所接地装置布置

1．本变电所接地方式以水平接地体为主，辅以垂直接地极，垂直接地极采用50mm×5mm×2500mm镀锌角钢，水平接地极室外采用50mm×5mm镀锌角钢，埋深不小于0.8m，角钢接地极间距不小于5m。

电缆沟及电缆桥架内敷设专用接地线40mm×4mm镀锌扁钢，没隔20m做重复接地。变电所主接地网接地电阻应不大于4Ω。

2．变电所内采用防静电接地及保护接地措施。考虑到微机保护、微机监控系统对接地要求较高，电气二次设备室接地采用铜排。

3．等电位连接。主控楼钢筋混凝土中的钢筋、金属管道等金属构件与楼内低压配电系统的保护接地做等电位连接。

变电所中通常用扁钢将若干接地体连接成一个整体构成接地网。接地网的布置有外引式和回路式，见图3-14。

（a）回路式                                   （b）外引式

图6-4  接地装置的布置

外引式将接地体引出户外某处集中埋于地下，该方式安装方便，且较经济，但接地体附近地面电位分布不均，跨步电压较大，厂房内接触电压较大；另外，接地网的连接可靠性也较差。因此，本变电所中采用回路式接地装置，回路式是将接地体围绕设备或建筑物四周打入地中，它使地面电位分布均匀，减小跨步电压，同时抬高了地面电位，减小了接触电压，安全性好，连接可靠。

结束语

已删除。谢谢各位同学学习参考本设计，有错误不完善之处请指出，大家共同进步。感谢我的母校。有问题请QQ咨询。我也是为了下载需要的资料，上传自己的资料，并没有恶意。请其他人也不要使用。

谢  辞

已删除。感谢我的母校和各位指导老师，你们辛苦了，谢谢！南师大，我爱你！

参考文献

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[15]J．Duncan Glover．Power System Analysis and Design[M]．China Machine　Press，2004

附  录

图纸目录

1．电气主接线图

2．35kV开关柜排列图

3．6kV开关柜排列图

4．总电气平面布置图（一）

5．总电气平面布置图（二）

6．防雷与接地系统图下载本文