110KV城市终端变电站一次部分初步设计

110KV城市终端变电站一次部分初步设计

课程设计(论文)

题 目 城市110KV终端变电站一次部分初步设计

学院名称 电气工程学院 指导教师 职 称 教授 班 级 电力 学 号 学生姓名

2014年 6 月 26 日

目 录

前言························································································ （1） 1 变电所原始资料·································································· （2） 2 变压器的设计····································································· （3）

2.1 2.2 3.1 3.2 3.3 4.1 4.2 4.3 4.4 5

主变压器的选择································································· （3） 所用变压器的选择······························································ （4） 电气主接线方案的确定························································· （5） 110KV侧电气主接线的选择···················································· （6） 变电所的无功补偿·······························································（ 7） 短路电流计算的目的···························································（ 10） 短路电流的计算条件···························································（ 11） 短路电流计算的方法和步骤···················································（13） 短路电流的计算结果表·······················································（14）

3 电气主接线的设计······························································· （5）

4 短路电流计算······································································（ 9）

电气设备的

择·································································· （15）

5.1

选

电气设备的选择原则··························································· （15）

5.2 电气设备选择的技术条件······················································（ 16） 5.3 主要电气设备的选择···························································（ 17） 5.4 10KV高压开关柜选择·························································· （20）

6 配电装置的择·································································· （20）

6.1

选

高压配电装置的选择···························································（ 21）

1. 参考文献···········································································（·22） 2. 课程设计的感想·································································（23）

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前 言

变电站是电力系统的重要组成部分，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，直接影响整个电力系统的安全经济运行。电气主接线的设计是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。它的拟定直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资的重要决定因素。此外，在变电站的设计中，既要求所变电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，就必须达到满足安全、可靠、优质、经济这四点要求.

本设计书中所要求的110KV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，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。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）总体方案的确定以及负荷分析（2）电气主接线的设计（3）短路电流的计算（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷与接地保护等内容。

本文设计建设一座110kV降压变电所，主要是对该变电所的电气一次部分进行设计、计算。由于电气主接线是变电所的主要环节，本文选出数个电气主接线方案进行了技术经济综合比较，确定了一个较佳方案，并根据此方案对全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护等，进行了详细的设计和说明。

[关键词] 变电站、变压器、接线、高压网络、配电系统

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1 变电所原始资料

建设性质及规模：为满足某县城区及相关单位用电，建一座110KV降压变电所。所址海拔为200m，为非地震多发区。最高气温+39℃，最低气温为-18℃，最热月平均最高气温为30℃。

⑴ 110KV线路进线2回，同时系数为0.9。 ⑵ 10KV线路的同时系数为0.8，线损率5%。 ⑶ 10KV线路12回，远期发展2回。如下图

⑷说明：①系统S容量 （水电） Smax=100MVA； Smin=88MVA；系统S阻抗 Xsmax=0.35； Xsmin=0.15。②系统可保证本所110KV母线电压波动±5%以内。

电压等级 负荷名称 穿越功率(MW) 最大负荷(MW) 负荷组成 (%) COSΦ 同时率 线损率 (%) (%) 近期 远景 近期 远景 一级 二级 三级 110KV 新区线 10KV 10KV 10KV 10KV 10KV 机械厂 食品厂 汽配厂 化纤厂 城中区1 3 5 1.5 1.0 1.5 1.5 3.5 2.0 1.5 2 3 4 15 15 20 20 30 60 60 40 40 40 25 25 40 40 30 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 80 80 80 80 80 5 5 5 5 5 3

新黄线 3 5

10KV 10KV 10KV 10KV 10KV 10KV 20 20 20 20 20 20 70 20 20 城中区2 城西1 城西2 自来水厂1 自来水厂2 开发区 转供电 发展线1 发展线2 4.0 1.2 1.5 1.5 1.0 1.8 1.0 5 2 2.2 1.5 1.5 5.0 2.0 1.5 1.5 30 30 30 20 20 20 10 20 20 50 50 50 60 60 60 20 60 60 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 80 80 80 80 80 80 80 80 80 5 5 5 5 5 5 5 5 5

2 变压器的设计

2.1主变压器的选择

⑴ 主变压器台数的选择

据资料分析以及线路来看，变电所的类型为110KV终端变电站，为保障对Ⅰ、Ⅱ类负荷的需要，以及扩建的可能性，至少需要安装两台主变以提高对负荷供电的可靠性，以便当其中一台主变故障或者检修时，另一台能继续供电约为1.2倍最大负荷的容量。

⑵ 主变压器的容量的选择

远期总负荷： ∑PM =34.7 MW ，用电负荷的总视在功率为 ∑SM=∑PM /COSφ=34.7/0.85=40.8 MVA 主变压器的总容量应满足：

Sn≥K∑SM /S=0.8×40.8/0.95=34.35MVA (K为同时率，根据资料取0.8,线损

5%)

满载运行留裕10%后的容量：

S = Sn/2 ×（1+10%）=34.35/2×1.1=15.614MVA

变电所有两台主变压器，考虑到任意一台主变停运或检修时，另一主变要满足的

容量: Sn≥34.35×70% =24.045MVA

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所以选每台主变容量：Sn=24.045 MVA

为了满足系统要求，以及通过查表，确定每台主变的装机容量为：25MVA总装

机容量为2×25MVA=50MVA

考虑周围环境温度的影响：θp=(θmax+θmin)/2=（39-18）/2=10.5℃

Kθ=（15-10.5）/100+1=1.045根据Sn≥0.6K∑SM / Kθ=0.6×0.8×40.8/1.045=16.38 MVA

即Sn=25MVA＞16.38 MVA 满足要求。 ⑶ 主变压器型式的选择 A：相数的选择：

电力系统中大多数为三相变压器，三相变压器较之于同容量的单相变压器组，其金属材料少20%~25%，运行电能损耗少12%~15%，并且占地面积少，因此考虑优先采用。本变电所设在城郊附近，不受运输条件，所以采用三相变压器。 B:绕组的确定：

该变电所只有两个电压等级（110KV和10KV），且自耦变压器一般用在220KV以上C:绕组接线方式的选择：

变压器绕组的连接方式必须和系统电压的连接方式相位一致，否则不能并联运行。我国110KV及以上变压器绕组都选用Y连接，35KV及以下电压，绕组都选择△连接方式，所以该变电站的两台主变，高压侧（110KV）采用Y连接，低压侧(10KV)采用△连接方式。

根据110KV变电所设计指导，以上选择符合系统对变电所的技术要求，两台相同的变压器同时投入时，可选择型号为SF9-25000/110的主变，技术参数如下： 表2.1 主变压器的技术参数 型号 高压 低压 空载电流 空载损耗 负载电流 阻抗电压 连接组别 Yn,d11 的变电所中，所以这里选择双绕组变压器。

SF9-25000/110 110±5% 10．5 0.2 25.2 110.7 10．5

2. 2 站用变压器的选择

根据《35～110KV变电所设计规范》规定，在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。

变电所的所用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电所的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修

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工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需0.4KV一级，采用动力与照明混合供电方式。380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。

本变电所所用容量为100KVA，选用两台型号为S9-100/10的三相油浸自冷式铜线变压器，接入低压侧,互为暗备用。

参数如下表：

表2.2 站用电变压器参数表

产品 额定容量 高压侧 型号 (KVA) (KV) S9-100/10 100 10 低压侧(KV) 0.4 接线组方式 Y,yn0 短路损耗(W) 1500 短路电压(%) 4 空载损耗(W) 290 空载电流(%) 1.6

站用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源，所用变压器低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时运行，以故障范围，提高供电可靠性。380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段。

3电气主接线的设计

发电厂、变电站主接线须满足以下基本要求： （1）运行的可靠

断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，需要停电的用户数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。 （2）具有一定的灵活性

主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。 （3）操作应尽可能简单、方便

主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。 （4）经济上合理

主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。 （5） 应具有扩建的可能性

由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑

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到具有扩建的可能性。

变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等

3.1电气主接线方案的确定

《35~110KV变电所设计规范》规定，35~110kv线路为及以下

时，宜采用桥形线路变压器货单母线接线。超过两回时采用扩大桥形双母线或单母线分段的接线。在采用单母线、单母线分段或双母线的35~110kv主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。线或单母线接线分段接线两种方案由于Ⅰ类、Ⅱ类负荷居多（将近60%），为了安全可靠起见，保留2种方案。⑴ 110kv侧进线以单母线分段接线方式引入，10kv侧同样以单母线分段接线方式输出。⑵ 110kv侧进线以双母线接线方式引入，10kv侧以单母线分段接旁路接线方式输出。

3.1.1 10KV侧2种接线方案的比较

表3.1 接线方案 可靠性 灵活性 单母分段 单母分段带旁路 比较结果 6～10kV一般不设旁路母线，因为供电负荷小，供电距离短，而且一般可在网络中取得备用电源，同时大多为电缆出线，事故跳闸比纯粹单母线高，但比不带旁路稳定可是整体稳定性不算高 靠 简单、方便、易于扩建 具有单母线接线经济的特点 倒闸操作简单 所以选择单母线分段接线方式输设备增多，投资增次数很少。大，占地面积也相应出。 增大 经济性

由上表可以得到10KV侧接线方式选择，我们要选择占地和资金少的线路，但是必须在保障安全，灵活的前提下，资金和占地相差不是多，而安全性和灵活性提高很多。可见，变电所在10KV侧为居民供电系统中，应该选择单母线分段接线。

3.2 110KV侧电气主接线的选择

高压侧，即110kV电源侧采用单母分段接线，优点是方便，经济灵活接线简单，

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缺点是可靠性一般；高压侧采用双母线接线，两个线路断路器、两个主变断路器、还有一个母连断路器，总共5个断路器，可靠性还可以了。跟单母线分段接线方式输出比较经济性欠完好。经比较高压侧选择单母线分段接线。如图3.2 高压侧单母线分段接线图

3.3 变电所的无功补偿

因本站有许多无功负荷，为了防止无功倒送也为了保证用户的电压，以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性，应进行合理的无功补偿。

无功补偿应根据分散补性质测定。根据《电力系统电压质量和无功电力管理规定》的要求，在最大负荷时，一次侧不应低于0.9。

《电力工程电力设计手册》规定“对于35-110KV变电所，可按主变压器额定容量的10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量，地区无功或距离电源点接近的变电所，取较低者。地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所，取较低者，地区无功缺额较多或距离电源点较远的变电所取较高者。

3.2 高压侧单母线分段接线图

无功补偿容量：QC＝P（ tanφ1-tanφ2） P———— 有功计算负荷（MW）

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tanφ1—— 补偿前用电单位自然功率因数角正切角 tanφ2—— 补偿后用电单位功率因数角正切角

P=0.85（3+2+2+4+8+0.8+1+1.8+1.5+1.5）（1+0.05）=22.85MW Qc= P( tanφ1- tanφ2）＝6.09MVar

选用2台5MVar并联电容器在10kv2段母线上进行无功补偿。 无功补偿并联电容器的选择如表：

表3.3 型号 额定电压额定容量连接方式 配套电容器 /KV /KVar 额定电压额定容量/KV /KVar TBB10-5000AK 10 5000 Y 334 11/3 根据设计规范，自然功率应未达到规定标准的变电所，应安装并联电容补偿装置，电容器装置应设置在主变压器的低压侧或主要负荷侧，电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。

4 短路电流计算

4.1 短路电流计算目的

电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。发生短路时，系统从一种运行状态剧变到另一种运行状态，并伴随产生复杂的暂态现象。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，单相短路大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路情况最严重，破坏最大，应给以足够的重视。因此，我采用三相短路来计算，以此为依据选择和检验电气设备，以保证其安全可靠。

（1）在选择电气设备时，选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算，以此为依据。

（2）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短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

（3）为了合理配置各种继电保护方式和进行整定计算、接地装置的设计等，必须对电力系统网络中发生的各种短路进行计算和分析。

（4）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距

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离。

4.2 短路电流计算的条件

⑴ 因为系统电压等级较高，输电导线的截面较大、电阻较小、电抗较大，因此在短路电流的计算过程中忽略R、计及X。 ⑵ 计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 ⑶ 计算容量按无穷大系统容量进行计算。 ⑷ 短路种类一般按三相短路进行计算。 ⑸ 短路计算点如下

a. d-1—110kV母线短路时的短路计算点；

b. d-2—10KV母线短路时的计算点。

4.3短路电流计算方法与步骤

4.2.1方法

在工程设计中，短路电流的计算通常采用实用运算曲线法。 4.2.2短路电流计算的步骤

查资料可知，架空线电抗X一般取为0.4Ω/km. 选基准: SB=100MVA UB=Uav

110kv侧:IBSB/(3UB)=0.502 KA 10kv侧：IBSB/(3UB)=5.499 KA

（a）110KV高压侧短路计算：即当f1点断路时，等值电路及其简化电路如图

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短路参数计算:

XL2170.46.8 XL3190.47.6

XL4100.44 XL5430.417.2

x10010.3510000.035

x26.810011520.0514 x10037.611520.0575 x1004411520.0302 11

x517.21000.132115

x7=x60.1051000.42 25x12=x8= x10.035

x97.6//6.8 x1017.2//41000.0271 21151000.0245 1152x13x9x100.02710.02450.0516

xjs1(x12x13)10000.866100

INf1 经查表得：

Smax3Vav100011536.828KA

i00.624INf10.6246.8284.26KA i0.010.621INf10.0216.8284.24KA

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I100B11530.502KA

短路电流有名值：

IIBXIBPt1x0.5020.12374.058KA ff12x13冲击电流:

ish12.554.2610.86KA

短路容量：

S'34.058KA115KV808.20MVA

当只有一回进线提供电源时，通过桥连断路器的最大持续电流可能值： 255I11003IB0.0869KA

当由一台变压器给负荷供电时通过变压器高压侧的最大持续电流可能值：

25I21003IB0.0724KA

比较可知：通过变压器高压侧的最大持续电流: I1h2I1max0.0915KA1.2

(b)110KV高压侧短路计算

在10KV侧母线发生短路即f2短路时，短路参数计算

xx114112X60.50.420.21

x15x12x13x140.08660.210.2966

xjs2x1513601000.296613.64.03376 xjs23.45短路周期电流幅值不会随时间变化

IP*21x10.2480

js24.03376INf2136010.5374.78KA

短路电流有名值：

IPt2IP*2INf20.248074.7818.54KA

冲击电流:

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ish22.5518.5447.277KA

最大持续电流：

I2maxP总310.534.7310.51.90KA

当由一台变压器给负荷供电时低压侧最大持续电流可能值：

I323.510035.4990.746KA

比较可知：通过变压器低压侧的最大持续电流：

1IlI2max0.954KA

2‘318.54KA10.5337.18MVA 短路容量：S各回路最大持续工作电流：根据公式 Smax=3Ue式中 Smax ---- 所统计各电压侧负荷容量

Igmax

Ue ---- 各电压等级额定电压 Igmax ---- 最大持续工作电流 Smax=3UeIgmax

Igmax=Smax/（3Ue）

则：10kV Igmax=32MVA/（3×100）KV=0.185KA

110kV Igmax=33.6 MVA/（3×110）KV =0.194KA

4.4 短路电流计算结果表

短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。

短路电流计算的目的是为了选择导体和电器，并进行有关的校验。按三相短路进行

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短路电流计算。可能发生最大短路电流的短路电流计算点有2个，即110KV母线短路（f1

计算结果:高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取基准值如表4.1.

表4.1基准值列表

基准容量： 基准电压：VB（KV） 基准电流：IB（KA） SB = 100MVA 10.5 5.499 115 0.502 点），10KV母线短路（f2点）

计算结果如表4.2：

表4.2 计算结果列表

项短路电流 冲击电流 目 短短路短路 路点基点基结点准电准电Sd(MVA) 标么有名值标么有名值果 编压Uj流Ij值I*” I”(kA) 值icj* icj(kA) 序号 （kV） （kA） 号 F115 0.502 8.084 4.058 20.61 10.348 1 FⅡ 10.5 5.499 0.248 18.54 2.55 47.28 2 Ⅰ 808.2 337.2

5 电气设备选择

5.1 电气设备选择的原则

由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选择校验项目和方法也都完全不相同。但是，电气设备和载留导体在正常运行和短路时都必须可靠地工作，为此，它们的选择都有一个共同的原则：按正常工作状态选择；按短路状态校验。

电气设备选择的一般原则为：

(1)应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展。 (2)应满足安装地点和当地环境条件校核。 (3)应力求技术先进和经济合理。

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(4)同类设备应尽量减少品种。 (5)与整个工程的建设标准协调一致。

(6)选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下选用未

经正式鉴定的新产品应经上级批准。

5.2 电气设备选择的技术条件

选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。同时，所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。

5.3 主要电气设备的选择 5.3.1高压开关的概述

1、在电力系统的各类电力装置中，主要电力元件如发电机、变压器、线路、母线等，在改变运行方式或停电检修时，需要进行正常的投入与切出；在出现故障时，则需迅速分断短路电流，切除故障电路，以保证系统或装置的其他部分的正常工作。这种直接用于正常投切电路的电器一次设备称开关电器。

开关电器的分类有以下三种方式：

（1）按电压高低分类。开关电器按使用电压的高低分为高压开关电器和低压开关电器两类，后者用于1KV及以下电力网路中。

（2）按安装场所分类。开关电器按安装场所分为户内式和户外式两类，其中低压开关电器除少数例外，多为户内式；110KV及以上的开关电器主要是户外式。

（3）按功能分类。根据开关电器在开断和关合电路中所担负的任务的不同，分为以下几类：断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器。 高压断路器是高雅电器中最重要的部分，是电力系统一次设备中控制和保护的关键电器，受它控制和保护的电路，无论在空载、负载或短路故障状态，都应可靠地动作。

2、对高压断路器的基本要求： （1）工作可靠

（2）具有足够的开断能力 （3）动作快速

（4）具有自动重合闸性能 （5）结构简单，经济合理

5.3.2断路器的基本参数

（1）额定电压。指断路器长时间运行能承受的正常工作电压。它不仅决定了断路器的绝缘水平，而且在相当程度上决定了断路器的总体尺寸和灭弧条件。由于输电线路由电压降，电网不同地点的电压可靠高出额定电压

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10%左右，使断路器可能在高于额定电压下长期工作，故制造厂规定断路器高电压对于10～220KV为1.15倍额定电压，对于330KV及以上为1.1倍额定电压。

（2）额定电流。它是断路器的触头结构和导电部分在规定环境温度下允许通过的长期工作电流，其相应的发热温度不会超过国家标准。它决定了断路器触头及导电部分的截面，并且在某种程度上页决定了他的结构。 （3）额定开断电流。指断路器在耳朵电压下能可靠断开的最大短路电流的有效值。他表征断路器的开断能力。由于开断电流与电压有关，当断路器降低电压级使用（例如10KV断路器用于3～6KV电网）时，其开断电流相应增大，但有一最大值，称为极限开断电流。

（4）额定开断容量。断路器的开断能力也可间接用开断容量S来表示，在三相电路中其大小等于额定电压与耳朵开断电流的√3倍。

（5）动稳定电流。表明断路器在冲击短路电流作用下，承受电动力的能力。其值由导电和绝缘等部件的机械强度决定。

（6）热稳定电流。表明断路器承受短路电流热效应的能力。用通电时间（一般取4S）和最大电流有效值综合表示。

（7）开断时间。从操作机构跳闸线圈接通脉冲起，到三相电弧完全熄灭时止的一段时间称为断路器的开断时间，它等于断路器的固有分闸时间T1和熄弧时间T2之和。

5.3.3. 高压断路器的分类

（1）油断路器。指采用变压器油作为灭弧介质的断路器。它又可分为多油断路器和少油断路器。多油断路器的油除了作灭弧介质和触头开断后的绝缘外，还作为带电对地绝缘采用瓷件或其他介质。和多油断路器相比，少油断路器具有用油最少、体积小、重量轻、运输安装方便、有利于防火等优点。

（2）压缩空气断路器。指采用压缩空气作为灭弧介质和弧隙绝缘介质的断路器。压缩空气断路器的特点是灭弧能力强，动作迅速，能快速自动重合闸。此外，其体积小，防火爆，在低温下能可靠地工作，维护检修方便。缺点是工艺要求，消耗有色金属多，操作时噪声大，并需一套专供操作作用的压缩空气设备等。

（3）真空断路器。指采用真空的高绝缘强度来灭弧的断路器。这种断路器的动静触头密封在真空泡内，利用真空作为灭弧介质和绝缘介质。它的特点是体积小，能频繁操作，维修工作量小。

（4）六氟化硫（SF6）断路器。指利用具有优异的绝缘性能和灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质和绝缘介质的断路器。由于SF6气体的电气性能好，所以SF6断路器的断口电压较高，在电压等级相同、开断电流和其他性能相近的情况下，SF6断路器比少油断路器串联断口要少，可使制造、安装、调试和运行比较方便和经济。它的特点是：灭弧能力强，绝缘强度高，开断电流大，燃烧时间短；断开电容电流或电感电流时，无重燃，过电压低；电气寿命长，检修周期长，适于频繁操作；操作功小，机械特性稳定，操作噪音小。

5.3.4隔离开关

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隔离开关是电气装置中保证工作安全的开工电器，其结构简单。隔离开关在分闸的状态下，动静触头间应有明显可见的断口，绝缘可靠；在关合状态下，其导电系统中可以通过正常的工作电流和故障下的短路电流。隔离开关没有灭弧装置，除了开断很小的电流外，不能用来开断负荷电流，更不能用来开断短路电流，但隔离开关必须具备一定的动、热稳定。 隔离开关的作用：

（1）隔离电源，保证安全。利用隔离开关将高压电气装置中需要检修的部分与其他带电部分可靠地隔离，这样，工作人员可以安全地进行作业，不影响其部分的正常工作。

（2）倒闸操作。隔离开关经常用来进行电力系统运行方式改变时的倒闸操作。

（3）接通或切断小电流电路。可以利用隔离开关接通或切断下列电路：电压互感器，避雷器，长度不超过10km的35kv空载线路或长度不超过5km的10kv空载线路，35kv、100kvA及以下和110kv、3200kvA及以下的空载变压器等

5.3.5高压熔断器

熔断器是最简单和最早使用的一种保护电气，它串联在电路中，当电路发生短路或过载时，熔断器自动断开电路，使其他电气设备得到保护。与现在受电保护控制的断路器相比，熔断器保护显得较为原始和简陋，如每次熔断后需要停电更换容件才能再次使用；且其保护特性不够稳定，常使用保护的选择性动作发生困难。但它直接动作，无需断电保护和二次回路相配合；本身结构简单、体积小、布置紧凑。

5.3.6互感器

互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈的电流线圈供电，正确反映电器设备的正常运行和故障情况。其一、二次绕组与系统的连接方式。 互感器的作用：

（1）将一次回路的高电压和大电流变为一次回路标准的低压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化、结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装。

5.3.7母线电缆及绝缘子的用途及类别

母线（也称汇流排）是汇集和分配电流的裸导体，指发电机、变压器和配电装置等大电流回路的导体，也泛指用于多种电气设备连接的导线。母线处于配电装置的中心环节，作用十分重要。由于母线在正常运行中，通过的功率大，在发生短路故障时承受很大的热效应和电动力效应，因此应合理选择母线材料、截面形状及布设方式，正确地进行安装和运行，以确保母线的安全可靠和经济运行。

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母线有软、硬之分。软母线一般采用钢芯铝绞线，用悬式绝缘子将其两端拉紧固定。软母线在拉紧在时存在适当的度。工作时会产生横向摆动，故软母线的线间距离要大，常用于室外配电装置。硬母线采用矩形、糟形或管形截面的导体，用支柱绝缘子固定，多数只作横向约束，而沿纵向则可以伸缩，主要承受弯曲和剪切应力。硬母线的相间距离小，广泛用于室内、外配电装置。

绝缘子的作用：绝缘子被广泛用于室内外配电装置、变压器、开关电器级输配电线路中，用来支持和固定带电导体，并与地绝缘，或作为带电导体之间的绝缘。因此，它必须具有足够的机械强度和电器强度，并能在恶劣环境下安全运行。

（2）使二次设备与高电压部分隔离且互感器二次侧均接地，从而保证了二次设备和人身的安全。 电压互感器的工作特点：

电压互感器也是一种特殊的变压器，电压互感器的一次侧并联接入电网，电压额定值不低于3kv。二次侧并联接入测量仪表和继电器等的电压绕组，其阻抗都非常大，故所带负荷很小且恒定不变，致使电压互感器正常工作状态接近变压器空载状态。

和普通变压器一样，电压互感器的二次侧负载不允许短路，否则就有被烧毁的危险，故一般在二次侧装设熔断器或自动开关作短路保护。为了防止互感器本身出现故障而影响电网的正常运行，其一次侧也需装设熔断器和隔离开关。

综上所述，经分析可得如下的电气设备的选择：

110KV 侧断路器和隔离开关

表5-1 断路器LW6-110参数表

断路器型额定电压额定电流额定开断电动稳定电流热稳定电流号 （KV） （A） 流(KA) (KA) （KA）（4S） LW6-110 110 630 16 40 16

表5-2 隔离开关GW13-110参数表

隔离开关型号 GW13-110

10KV 侧断路器和隔离开关

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额定电压额定电流动稳定电流(KA)额定短路电流峰（KV） （KA） （4S） 值(KA) 110 630 16 55

表5-3 真空断路器ZN12-10参数表

电压等级 10kV 额定电型号 压 ZN12-10 12KV

表5-4 隔离开关GN6-10T/1000参数表

隔离开关型号 额定电压额定电流（KA） 动稳定电流热稳定电流(KA)（KV） (KA) （10S） GN6-10T/10010 1000 52 20 0

母线的选择 线路型号 LGJQ-185/25 表5-5 110KV线路LGJQ-185/25参数表 集肤效应Kf 长期允许载流量（A） 半径(cm) 1 505

表5-6 10KV矩型铝母线参数表

截面尺寸mm 条数 h b 3

高压熔断器 型号 BN3-10

表5-8 电流互感器LCW-110参数表

设LCW-110 表5-7 高压熔断器BN3-10参数表 额定电压（KA） 额定电压（KA） 10 10 熔断器额定电压（A） 75 母线截面mm2 集肤效应系数 容许电流A 3000 1.7 3284 放置方式 平放 1.84 电抗（Ω/KM） 0.1542 额定电流 2000A I （KA） r50 额定关合电流（KA） 140 I2rt 动稳定电流 140kA 额定电流10 20

备 项目 Ue≥Uew Ie≥Imax Kd2Ie ≥ich (KrIe)2×1＞Qd

产品数据 110KV 600A 42.5KA 2025KA2·S 计算数据 110KV 347A 10.9KA 1208.6KA2·S 表5-9 电流互感器LAJ-10参数表 设备 项目 Ue≥Uew Ie≥Imax Kd2Ie ≥ich (KrIe)2×1＞Qd

表5-10 电压互感器参数表

位置 额定电压二次绕准确/(KV) 组 级 110KV侧 JCC6-11测量 0.5 1100.1/ 0 保护 3P 33剩余 3P 10KV侧 JSJW-10 10/0.1 测量 0.5 保护 3P 型号 额定输出/(VA) 300 300 150 120 产品数据 10KV 4000A 360KA 40000 KA2·S 计算数据 10KV 3820A 94.1KA 1470.5 KA2·S LAJ-10

6 配电装置的选择

6.1高压配电装置的选择

配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外型尺寸，检修运输的安全距离等因素而决定，对于散露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为最高正常

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工作电压或出现内外过电压时，不致使空气间隙击穿。

表6-1 屋内配电装置的安全净距（mm） 额定电压 （KV） 符适用范围 1122号 3 6 10 15 20 35 60 110 0J 0J 1、带电部分至接地部分之间 2、网状和A板状遮栏101215183055851870 0 5 0 0 0 0 0 850 00 1 向上延伸距地2.3m处，与遮栏上方带电部分之间 1、不同相的带电部分之间 A2、断路器75 10121518305590100202 和隔离开0 5 0 0 0 0 0 0 00 关的断口两侧带电部分之间 1、栅栏遮栏至带电部分之间 、交叉的828587909310131617025B21 不同时停电检修的5 0 5 0 0 50 00 00 0 50 无遮栏带电部分之间 B网状遮栏172022252840659510519至带电部2 分之间 5 0 5 0 0 0 0 0 0 00

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无遮栏裸232424242426283132541C 导线至地(楼)面之75 00 25 50 80 00 50 50 0 00 间 平行的不同时停电D 检修的无1875 1900 1925 1950 1980 2100 2350 2650 2750 3600 遮栏裸导线之间 通向屋外的出线套E 管至屋外4000 4000 4000 4000 4000 4000 4500 5000 5000 5500 通道的路面

表6-2 屋外配电装置的安全净距（mm）

额定电压 （kv） 315符 号 适用范围 －－10 2 1、带电部分至接地部分之间 A2、网状遮栏20301 向上延伸距0 0 地2.5m处与遮栏上方带电部分之间 1、不同相的带电部分之间 A2、断路器和20302 隔离开关的0 0 断口两侧引线带电部分之间

111122335035 60 0J 0 0J 0J 0J 406590101825280 0 0 00 00 00 00 406510112028430 0 00 00 00 00 00 23

1、设备运输时，其外廓至无遮栏带电部分之间 2、交叉的不同时停电检修的无遮栏B带电部分之间 1 3、栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间 4、带电作业时的带电部分至接地部分之间 网状遮栏至B带电部分之2 间 1、无遮栏裸导线至地面之间 C 2、无遮栏裸导体至建筑、构筑物顶部之间 9510111416172532450 50 50 00 50 50 50 50 50 3040507510111926390 0 0 0 00 00 00 00 00 27282931343543507500 00 00 00 00 00 00 00 00 A值与电极形状、冲击电压波形、过电压及其保护水平和环境条件等因素有关，

一般地说，220kv以下的配电装置，大气过电压起主要作用，330kv及以上，内过电压起主要作用，采用残压较低的避雷器时，A1和A2值可减小，屋内、外装置中各有关部分之间个电压等级，即110KV、10KV根据《电力工程电气设计手册》规定，110KV采用屋外配电装置，10KV采用屋内配电装置.

参考文献

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1. 毛力夫 《发电厂变电站电气设备》 中国电力出版社.

2. 谢承鑫、王力昌 《工厂电气设备手册》 水利电力出版社

3. 钱武、李生明《电力系统自动装置》。北京：中国水利电力出版社，2004.

4. 马丽英《公用电网络继电保护》。北京：中国电力出版社，2004.

5. 《110KV变电所设计指导》

感想

电气工程基础最为我们主要的专业课之一，我对这门课程的

学习感到非常吃了，之前学习《电气工程基础》的时候就没有多少听懂。但是经过本次课程设计的过程我重新翻看了课本，重新回过头学习课本，我也能渐渐理解课程内容。

这次课程设计是对我电气工程基础这门课程的考核与总结，从实习完回来开始着手准备，然后和组内成员交流、分工。在这段时间里通过对所学知识的运用，以及苏老师和同学的耐心教导，本着实事求是科学严谨的态度努力完成本次课程设计。

本次课程设计的题目为某110KV变电站电气一次部分初步

设计。在进行设计的初期我查阅各种资料并对变电站变压器的负荷和无功补偿进行了计算。通过对变电所负荷状态的计算并分析考虑自然条件的制约，确定了主变压器的台数和容量。变电所电气主接线采用单母线分段接线方式。然后进行变电所的短路计算，

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从而选择电气主接线、电气设备、继电保护、接地方式等。再从母线、断路器、隔离开关、互感器中挑选出最佳方案。以过电流保护、差动保护、瓦斯保护为变压器继电保护的主保护。最后，完成防雷保护，确定了避雷针和避雷器的规格与数量。 通过这次课程设计，使我知道以下几点：

一、 温故而知新，课程设计开始初期，思绪全无，举步维艰，

意识到自己对于理论知识学习不够扎实，通过查阅书籍和与同学讨论，领悟诸多平时学习难以理解的较难知识，而回过头去看以前的专业课课本也让我有了更进一层的理解。

二、 实践出真知，因为教材上的很多计算方法和实际涉及到

的有区别，通过网上查阅资料亲自认证才能得到正确答案。对于一个设计者来说，经验才是莫大的财富。 三、 知错能改，善莫大焉。课程设计过程中，我错误的以为

组内分工就一直等着别人的资料，后来发现自己的想法是错误的，自己开始各种查阅资料收获了很多也给组内成员分担了压力。

经过本次课程设计，不仅巩固了知识，更锻炼了实践能力，

衷心的感谢苏老师以及同学们不辞辛苦的指导与修改。本次课程设计对大学生涯来说，是个非常重要的经历，对以后工作也有莫大的帮助。

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