本科毕业论文---变电所设计-变电所电气部分设计.doc

目 录

第一章 引 论 4
1.1电力系统的一般概念 4
1.2变电所的作用和工作原理及分类 5
第二章 概 论 7
2.1设计的基本要求说明 7
2.2设计范围及建设规模 9
2.3设计主要内容 9
第三章 主变压器的选择 10
3.1主变器台数的确定 10
3.2主变压器的容量的确定 10
3.3选择主变压器 11
第四章 电气主接线 14
4.1对电气主接线的说明 14
4.2主接线设计原则 14
4.3主接线的选择 17
第五章 短路电流计算 21
5.1概述 21
5.2计算条件 23
5.3短路过程分析 26
5.4短路电流的计算方法 27
第六章 变电所设备的选择与校验 32
6.1高压电器选择的一般要求 32
6.2高压断路器的选择 39
6.3高压隔离开关选择 41
6.4电流互感器的选择 41
6.5电压互感器的选择 43
6.6高压侧避雷器选择 44
6.7 10KV侧主要电气设备选择 45
6.8全所所用设备 47
第七章 继电保护设计 48
7.1电力系统继电保护的作用 48
7.2继电保护的要求 49
7.3变压器保护的配置原则： 49
7.4变电所10KV配电装置母线保护 50
7.5 10KV线路保护装设原理 50
第八章 过电压保护选择 51
8.1雷过电压保护 51
8.2 3—10KV配电装置的过电压保护： 53

第一章 引 论
1.1电力系统的一般概念
电能是社会主义建设和人民生活不可缺少的重要的能源，电力工业在国民经济中占有十分重要的地位，电能是由发电厂供给，因为考虑经济原因，发电厂大多建在动力资源比较丰富的地方，而这些地方又常远离大中性城市和工厂企业，这样需要远距离输送，经过升、降压变电所进行转接，在进一步的将电能分配到用户和生产企业。
由于电力电能的重要特点是不能储存，因此电力电能的生产、输送、分配和使用是同时进行的，于是电力电能从生产到使用就构成一个整体，而由电力电能的生产、输送、分配和使用的发电机、变压器、电力线路及各种用电设备联系在一起组成的统一整体就称为电力系统
1.1.1对电力系统运行的基本要求
1.1.1.1保证供电的可靠性
电力系统的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危机人身和设备的安全运行，造成十分严重的后果，给国民经济带来严重的损失，因此，对电力系统的运行首先要保证供电的可靠性。根据用户本身的重要程度可将负荷分为三类：
第一类负荷：将中断供电会造成人身事故、设备损坏、产品报废，生产秩序长期不能恢复，人民生活混乱，政治影响大等的用户以及军工系统划属为第一类负荷，是重要负荷；
第二类负荷：将中断供电会造成大量减产，人民生活会受到影响的用户划属为第二类负荷；
第三类负荷：除一、二类负荷以外的一般用户属于第三类负荷；
电力系统供电的可靠性，首先是保证第一类负荷，然后才保证第二类负荷，最后才是第三类负荷
1.1.1.2保证良好的电能质量
1.1.1.3提高系统运行的经济性
1.1.1.4保证电力系统安全运行
1.2变电所的作用和工作原理及分类
1.2.1变电所的作用和工作原理
变电所是电力系统的重要组成部分，它是变换和调整电压、变换和分配电能的场所，往往担负着向用电设备直接供电的任务
变电所一般由变压器、配电装置（包括高低压开关、电压和电流互感器、避雷器、母线等设备）及相应的各种构筑物，控制和信号设备，继电保护装置和测量仪表，通讯及电源设备，导线及电缆等组成。有些变电所考虑母线的功率因数较低，还装有电力电容器组静止补偿装置或调相机等设备
上述设备中，除控制与信号部分，继电保护装置，测量仪表，控制电源和通讯等设备外，其余部分称为一次设备，由一次设备组成的网络系统称为一次系统
1.2.2变电所的分类
按电压的升降分类，分为升压变电所和降压变电所两大类。升压变电所多与发电厂建在一起，又称为发电厂升压站，它把发电机电压升高，经高压输电线路把电能送到远处的负荷区，或与其他的高压变电所联结成统一的电力网系统。降压变电所按性质和规模将划分为区域变电所、地方变电所、终端变电所三种
Ⅰ、区域变电所（一次变）
主要特点是电压等级高，进出回路多，变压器容量大，在系统中地位比较重要。其高压侧均在110KV以上，低压侧也在35KV以上，它由大电网供电，通过降压后主要向地方变电所供电
Ⅱ、地方变电所（二次变）
地方变电所多由区域变电所或发电厂供电，主要向终端变电所供电，它的高压侧一般为10--110KV，低压侧多为6--10KV
Ⅲ、区域变电所
多是工矿企业变电所和农村的乡镇变电所，它的高压侧多为10--35KV，低压侧为3--10KV和0.4/0.22KV系统。终端变电所主要由地方变电所或发电厂供电，降压后直接向各种用电设备供电
本次设计的变电所是高压侧为60KV，低压侧为10KV的终端变电所配电系统和保护系统

第二章 概 论
2.1设计的基本要求说明
2.1.1本次设计的变电所为高台地区公用终端的变电所，电压等级为60/10KV，60KV侧有两回进线，接于张家一次变，另外有两回转供线，10KV侧有配出线路14回（及共有14个负荷回路）
2.1.2待设计的变电所所处的地区地势平坦，海拔高度为400M，交通方便，周围空气无污染，最高气温+38℃，最低气温-25℃，年平均温度为10℃
2.1.3系统网络图如下：

2.1.4 10KV侧负荷
序号
负荷
名称
远期最大负荷（KW）
功率因 数

Tmax
(b)
重要负荷占比例
回路数
出线方 式
1
1#水源地
1400
0.91
7000
90
2
架空线
2
2#水源地
1500
0.90
7000
90
2
架空线
3
电瓷厂
2900
0.91
4500
40
2
架空线
4
砂轮厂
3800
0.90
4500
30
2
架空线
5
矿山机械厂
4900
0.89
5000
45
2
架空线
6
挖掘机厂
3500
0.89
5000
45
2
架空线
7
东郊变
1900
0.85
2500
0
1
架空线
8
西郊变
1800
0.86
2500
0
1
架空线
2.1.5其它条件
2.1.5.1线损率取5%
2.1.5.2负荷的同时率系数为0.9
2.1.5.3有功负荷率为0.75；无功负荷率为0.8
2.1.5.4要求变电所的平均功率因数补偿到0.9以上
2.1.5.5基本要求：
从负荷表中可看出，重要负荷所占的比例较大，所以对可靠性要求高
对本次设计的变电所，尽量考虑设备少，投资适当，占地面积小，高压电器设备维护量小，运行方式灵活，满足远景规划
2.2设计范围及建设规模
2.2.1 60KV室外变电设备
2.2.2 10KV室内配电设备
2.2.3 变电所设备继电保护系统
2.2.4 防雷系统
2.3设计主要内容
2.3.1变电所的变压器选定（型式、容量、台数）
2.3.2确定变电所电气主接线型式和绘图
2.3.3短路电流计算
2.3.4电气设备选择（母线、高压断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器、补偿电容器等）
2.3.5配电装置设计
2.3.6继电保护和自动装置设计和整定计算
2.3.7过电压保护设计
第三章 主变压器的选择
3.1主变器台数的确定
3.1.1从10KV侧的负荷表中可以看出，每个负荷出线为两回路，负荷可以按两回路进行分配
3.1.2主变压器在满足用户负荷容量的条件下，还应考虑检修、故障情况下的容量备用
因此，本次设计的变电所采用两台主变压器
3.2主变压器的容量的确定
3.2.1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
3.2.2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%
3.3选择主变压器
3.3.1根据10KV侧负荷表计算（详细的计算过程见计算书），最大负荷为：
S总=27600KVA （考虑线损和负荷同时率）
3.3.2本次设计采用两台主变压器互相备用运行方式，即当一台变压器停运或故障时，另一台变压器能保证全部负荷的70%重要负荷供电，即：
SB70%≥18200KVA
其中由负荷表计算得重要负荷为：13966.3KVA，即变电所的重要负荷小于变压器的70%的备用容量（18200KVA＞13966.3KVA），所以变压器的70%的备用容量完全可以保证重要负荷的运行要求
3.3.3计算功率因数
在没有考虑低压母线（10KV）上装无功补偿装置情况下，只要满足以上的参数即可选择主变压器，但是根据设计要求，变电所的平均功率因数应达到0.9以上，则需计算出补偿前的变电所平均功率因数，若低于0.9，则还需在低压母线上装设无功功率补偿装置，以提高变电所的平均功率因数。由于用户负荷多为感性负载，因而造成无功功率在线路上的损耗，给系统带来不利的经济损失。需要尽可能在负荷末端进行无功功率补偿，补偿装置选用电力电容器组，安装在10KV配电室内，连接在10KV母线上。
经过计算补偿前变电所的平均功率因数COSф=0.89＜0.9
经过计算得出需补偿的无功功率为：
Q补=1008.6Kvar (应取3的倍数1200 Kvar)
3.3.4选择电容器
电容器型号为BWF11/√3--200-1W
B--B系列并列电容器 W--烷基苯
F--纸膜 200---容量（Kvar）/每台
1--单相 W---户外
由此可见，每台电容器的容量为200 Kvar，则需要电容器6台，每相两台,并列使用，星型接线
若考虑在变压器的二次侧加电容器进行补偿，则在选定变压器前应减掉补偿的无功功率，加电容器后应再次经过计算保证变电所的功率因数达到0.9以上。
则补偿后低压侧母线的：
P总=25000KW
Q总=12708Kvar
S总=28045KVA
则可以依据以上的参数选定变压器，据设备清册，选型号为SFL1-20000/60变压器，其主要参数见下表：
额定电压
60±2*2.5%/11
空载损耗
22KW
短路损耗
123KW
额定电流

空载电流
1.0%
阻抗电压
9.0%
油重
6.33吨
总重
29.38吨
外行尺寸
5140*3620*4560
轨距
1435MM
联接组别
Y0/△-11
器身重
13.6吨
变压器选定后，还应验证变压器高压侧母线的功率因数也不应低于0.9，经过计算，得出高压侧母线的功率因数为0.905＞0.9，则确认所选变压器和电容器能够满足该系统的正常运行

名 称
S（KVA）
补偿前负荷（考虑线损和同时率）
27600
无功功率补偿的容量
1008.6Kvar
补偿后的计算负荷
28045KVA
第四章 电气主接线
4.1对电气主接线的说明
变电所的电气主接线是电力系统接线的重要部分。电气主接线是主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求，连接而成的，分配和传送电能的总电路，将电路中各种电气设备用统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气联接图，称为电气主接线图。其中分配电能部分即为配电系统图
拟定一个合理的电气主接线方案，不仅与电力系统整体变电所本身运行的可靠性、对电气设备的选择，配电装置的布置、灵活性、操作与检修的安全、继电保护配置以及今后的扩建，对电力工程建设和运行的经济性等，都有很大的影响。是电气工程设计最基础的部分。由于主接线的确定，变电所的形式也就随之而确定下来
4.2主接线设计原则
4.2.1主接线设计依据
4.2.1.1变电所在电力系统中的地位和作用，本变电所属于电力系统中的一般变电所
4.2.1.2变电所的分期后最终建设规模，变电所依据5-10年电力系统发展规划进行设计
4.2.1.3负荷大小的重要性：本变电所为二次变，一般由两个电源独立供电，当任何一个电源消失后，能保证重要负荷继续供电
4.2.1.4系统备用容量的大小
4.2.1.5系统专业对电气主接线提供的资料
4.2.2主接线设计的基本要求：
主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三相基本要求
4.2.2.1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。由于电力系统的发电、送电和用电是同时完成的，并且在任何时候都保持平衡关系，无论哪部分故障，都将影响整个电力系统的正常运行
电气主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一次部分和二次部分综合。因此除了尽可能选用工作可靠的一次设备和二次设备外，还应设计这些设备的合理连接方式
可靠性的具体要求：
4.2.2.1.1断路器检修时，不宜影响对系统和设备供电
4.2.2.1.2断路器或母线故障，以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并保证对一般负荷及全部或部分二级负荷的供电
4.2.2.1.3尽量避免边电所全部停运的可能性
4.2.2.2灵活性
电力系统是一个紧密联系的整体。变电所电气主接线的运行方式随整个电力系统的运行要求而改变。因此，所设计的电气主接线应能灵活地投入和切除某些变压器、线路等，从而达到调配电源和负荷的目的；并能满足电力系统在事故运行方式、检修运行方式和特殊运行方式下的调度要求。当需要检修某些设备时，应能够很方便地使断路器、母线及继电保护设备退出运行进行检修，而不影响电力网的运行或停止对用户的供电。此外，电气主接线方案还必须能够容易的从初期接线过度到最终接线，以满足扩建的要求
4.2.2.3经济性
主接线在满足可靠性、灵活性的前提下要做到经济合理
4.2.2.3.1主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备
4.2.2.3.2要使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次控制设备、电缆
4.2.2.3.3要限制短路电流，以便于选择廉价的电气设备和轻性设备
4.2.2.3.4节省占地面积、合理使用资源
4.2.2.3.5电能损失减少到最低程度
并且，为简化主接线，变电所接入系统的电压等级一般不超过两种
4.3主接线的选择
本设计为60/10KV电压等级的二次变电所，可选择的接线方式有：
Ⅰ、有汇流母线的接线。单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁路母线或旁路开关等
Ⅱ、无汇流母线的接线。变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等
6-220KV高压配电装置的接线方式，主要决定于电压等级及出线回路数
4.3.1单母线接线 如图
4.3.1.1主要优点：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
4.3.1.2主要缺点：不够灵活可靠，任一元件故障和检修，均需使整个配电装置停电。虽然可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电
4.3.1.3适用范围：一般适用一台发电机或一台主变的以下三种情况：
4.3.1.3.16-10KV配电装置的出线回路数不超过5回
4.3.1.3.235-60KV配电装置的出线回路数不超过3回
4.3.2单母线分段 如图
4.3.2.1优点：
用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要负荷停电
4.3.2.2缺点：
4.3.2.2.1当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电
4.3.2.2.2当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越
4.3.2.2.4扩建时需向两个方向均衡扩建
4.3.2.3使用范围：
4.3.2.3.1 6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上
4.3.2.3.2 35-60KV配电装置出线回路数为4-8回
4.3.3双母线接线
双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上
4.3.3.1优点
Ⅰ、供电可靠性
通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路
Ⅱ、调度灵活
各个电源和回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要
Ⅲ、扩建方便
Ⅳ、便于试验
4.3.3.2缺点
4.3.3.2.1增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关，投资增大
4.3.3.2.2当母线故障和检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作
4.3.3.3适用范围
当出线回路数或母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用。各级电压采用如下：
4.3.3.3.16-10KV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时
4.3.3.3.235-60KV配电装置，当出线回路数超过8回数时；或连接的电源较多、负荷较大时
4.3.4母线接线方式的选择
据上述各种母线的接线方式的论述，结合本次变电所的实际情况和负荷分配情况，本次设计的变电所60KV和10KV母线选择单母线分段的接线方式。系统图1

第五章 短路电流计算
5.1概述
计算短路电流的目的是用于电气主接线的选择；导线及电气设备的选择，确定中性点接地方式；计算软导线的短路摇摆；验算接地装置的接触电压和跨步电压；选择继电保护装置和进行整定计算
供电系统的设计和运行中，不仅要考虑到正常工作状态，而且还需考虑到可能发生的短路故障以及正常运行情况。多年运行经验表明，供电系统的故障，大多数是由短路引起的，短路故障的基本类型有四种：三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路
三相短路时，由于短路回路的三相电流基本相等。因此，三相电流和电压仍是对称的，故又称为对称短路，其他类型的短路均为不对称短路。统计资料表明，在大接地电流系统中，以单相接地故障最多；小接地电流系统中，主要是相间短路故障发生短路故障后，将会造成以下后果：
Ⅰ、电流可能达到该回路额定电流的几倍甚至几十倍。短路电流的热效应可能导致导体发热甚至融化；使电气设备绝缘过热而被烧坏
Ⅱ、短路将使网络电压下降，严重时影响电机、照明、生产和家用电器等电气设备正常运行，甚至破坏发电机的并列运行，造成系统解列和电压崩溃，导致大面积停电
Ⅲ、巨大的短路电流将在电气设备中产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏
Ⅳ、巨大的短路电流将周围空间产生较强的电磁场，尤其是不对称短路所产生的不平衡交变磁场，对周围的通讯网络、信号系统、晶闸管触发系统及自控系统产生干扰
正因为短路故障对电力系统可能造成极其严重的后果，所以一方面采取限制短路电流的措施；另一方面要正确选择电气设备载流导体和继电保护装置，以防止故障的扩大，保证电力系统的安全运行。只有正确计算出各种网络结构不同短路点的短路电流才能正确地选择各种电气设备，并对继电保护进行整定
5.2计算条件
5.2.1电气系统短路电流计算条件
基本假定：
⑴正常工作时三相系统对称运行；
⑵所有电源的电动势相位角相同；
⑶系统中的同号和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体肌肤效应等影响，转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差120°电角度；
⑷电力系统中个元件的磁路不饱和，既有铁芯的电器社别电抗值不随电流大小发生变化；
⑸电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50％负荷接在高压母线上，50％负荷接在系统侧；
⑹不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；
⑺短路发生在电流为最大值是瞬间；
⑻除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计
⑼元件的计算参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围；
⑽输电线路的电容略去不计。
5.2.2一般规定
⑴验算倒替和电器动稳定，热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景规划发展。
确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
⑵选择导体和电器用的短路电流，在电器连接网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
⑶选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算电路点，应选择在正常接线方式短路电流的最大的地点。
⑷导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相，两相接地系统短路较三相短路严重时，应按严重情况计算。
5.2.3限制措施
㈠电力系统可以采取的限制短路电流的措施：
⑴提高电路系统的电压等级；
⑵采用直流输电方式；
⑶在电力系统的主网加强联系后，将次级电网解列运行；
⑷在允许的范围内，增大系统的零序阻抗。
㈡变电所可以采取的限流措施：
⑴变压器分列运行；
⑵在变压器回路中装设分裂电抗器；
⑶采用低压侧为分绕组的变压器；
⑷出线上装设电抗器。
5.3短路过程分析
5.3.1由“无限大容量系统”供电的三相短路电流
所谓“无限大容量系统”仅为一个相对概念。当电源的容量足够大时，其等值内阻抗就很小，此时若在电源外部发生短路，则整个短路中各个元件的等值阻抗，将此电源的内阻大的多，因而电源母线上的电压变化很小，实际计算时甚至可以认为没有变化，既认为是一个恒压源，这种电源就称为无限大容量电源。
⑴三相短路电源的变化规律
三相短路后，在短路暂态过程中，短路电流等于它的周期分量和非周期分量的瞬间值之和，短路电流的非周期分量是随时间按指数规律衰减的。当非周期分量为零时，短路既进入稳态过程，此时稳态短路电流的大小不再变化，这是这种系统短路的显著特点。
⑵三相短路冲击电流id
三相短路电流的最大瞬时值出现在短路发生后约半个周波左右，它不仅与周期分量的幅值有关，也与非周期分量的起始值有关，最严重的短路情况下，三相短路电流的最大瞬时值称为冲击电流Idh｀
ich=√2KchIzp
式中： Kch =1+e-ttd 短路电流冲击系数
Izp——短路电流周期分量的有效值
一般:高压电网：Kch=1.8 ich=2.55Izp
低压电网：Kch=1.3 ich=1.84Izp
⑶三相短路冲击电流有效值Ich
Ich= Izp√1+2（Kch-1）2
一般：高压电网：Kch=1.8 ich=1.52Izp
低压电网：Kch=1.3 ich=1.09Izp
5.3.2由“有限容量系统”供电时的三相短路电流
假如向短路点输送短路电流的电源容量较小，或者短路点离电源较近，在这种情况下称为有限容量系统供电的短路，在此条件下，电源电压的变化并非恒定不变，短路电源周期分量的幅值随电源电压的变化而改变，短路的暂态过程更为复杂，因此，前文所述无限容量系统短路过程的分析和计算方法，已不全适用，此时必须考虑同步发电机在突然短路时的电磁暂态过程。
5.4短路电流的计算方法
电力系统短路电流的计算方法通常有三种，即标么值法、短路容量法（又称MVA法）和有名单位制法（又称欧姆法），高压系统中，一般采用标麽值法。
5.4.1标麽值法的基本原理
标麽制又称为相对单位制，它是各个物理量的实际值与基准值的比值（系数或百分比）
采用标麽制，首要的问题是确定基准值：
⑴基准值：
在短路电流的实际计算中，为了方便常选取100MVA或10000MVA作为视在功率基准值，选用某电压等级的平均额定电压作为电压的基准值。
所谓线路平均额定电压，系指线路始端最大额定电压与线路末端最小额定电压的平均值。
线路额定电压与平均额定电压
额定电压 UN（KV）
10
35
60
110
154
220
平均额定电压UN（KV）
10.5
37
60
115
162
230
若取Sd=100MVA，由可列出不同基准电压Ud下的基准电流Id，与基准电抗Xd值。
常用基准值表
基准电压Ud(KV)
10.5
37
63
115
162
230
基准电流Id(KA)
5.5
1.56
0.917
0.502
0.356
0.251
基准电抗Xd(Ω)
1.1
13.7
39.7
132
262
529
⑵标麽值
标麽值的定义：
容量标麽值：S* = S/Sd 电压标麽值：U* =U/Ud
电流标麽值：I*=I*Id=I*√3Ud*Sd
额定标麽值：在电气设备（如发电机、变压器、电抗器及电动机等）的技术数据中，往往给出以其自身额定参数为基准的标麽值。
容量的额定标麽值：S*=S/SN
电压的额定标麽值：UN*=U/UN
电抗的额定标麽值：X*=X/XN=X*SN/U2N
电流的额定标麽值：I*=I/IN=√3UNI/SN
5.5短路电流的计算 （详细计算步骤见计算书）
本次设计的变电所距负荷较近，配电线路较短，10KV侧各配电线路末端的短路电流值与变电所二次母线上的短路电流值相差无几，故只计算出变压器一次与二次母线的短路电流既可满足要求（系统图如图2）
5.5.1 60KV侧母线短路电流计算（如图K1点短路）
经过详细计算K1点短路时短路电流为(计算过程详见计算书)
iim=2.55×I"=17.24KA
5.5.2 10KV侧母线短路电流计算（如图K2点短路）
经过详细计算K2点短路时短路电流为(计算过程详见计算书)

图2
最大运行方式下：
iim=2.55×I"=38.5KA
短路容量Skt=3UavIk=369.44MVA
稳态短路电流Ik=15.2KA
最小运行方式下：
iim=√2KimI"=29.7KA
Iim=I"√1+2(Kim-1)=16.39KA
短路容量Skt=3UavIk=283.88 MVA
稳态短路电流Ik=11.65KA
第六章 变电所设备的选择与校验
6.1高压电器选择的一般要求
电气设备的选择是发电厂和变电所电气部分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。因此在进行设备的选择时，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，力争做到技术先进、经济合理、运行方便和留有适当的发展余地，以满足电力系统安全、经济运行的需要
6.1.1一般原则
⑴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；
⑵应按当地环境条件校验；
⑶应力求技术先进和经济合理；
⑷与整个工程的建设标准应协调一致；
⑸同类设备应尽量减少品种；
⑹选用的新产品均应具有可靠的试验依据，并经正式鉴定合理，在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时应经上级批准。
6.1.2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、过流的情况下，保持正常运行。
⑴长期工作条件：
电压：选用的电器在允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug
即：Umax≥Ug
电流：选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路各种可能运行方式的持续工作电流Ig
即：Ie≥Ig
由于变压器短路时过载能力很大，双回路出现的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。
高压电器没有明确的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式回路持续工作电流的要求。
机械荷载：选电器端子的允许载应大于电器引线在正常运行和短路时是最大作用力。各种电器的荷载能力，厂家出厂时已做考虑，本设计不再考虑。
⑵短路稳定条件：
检校的一般原则：
Ⅰ、电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行行动、热稳定校验。
Ⅱ、用熔断器保护的电器可不验算热稳定，用熔断保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。
短路的热稳定条件：
It2t＞Qdt
式中：
Qdt—在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应；（KA2s ）
It—t秒内设备允许通过的热稳定电流的有效值（KA）
t—设备允许通过的热稳定电流的时间（S）；
校验短路电流热稳定所用的计算时间tjs按下式计算： tjs=tb+td
式中：tb—继电保护装置后备保护动作时间（S）
td—断路器的和分闸时间（S）
采用延时保护时，tjs相应数据为继电保护装置的启动机构和执行机构的动作时间，短路器的固有分闸时间以及断路器触头电弧的持续时间总和。
短路的动稳定条件：
ich≤idf Ich≤Idf
式中：ich—短路电流（冲击）峰值（KA）
idf—短路主电流有效值（KA）
Ich—电器允许的极限通过电流峰值（KA）
Idf—电器允许的极限通过电流有效值（KA）
⑶绝缘水平：
在工作电压和过电压的作用下，电器的内外绝缘应保证必要的可靠性。
电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备响应的保护水平，确定当所送电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。
6.1.3环境条件
⑴温度：按《交流高压电器在长期工作时的发热》的规定，普通高压电器在环境最高温度为+40℃时允许按额定电流长期工作，当电器在安装点的环境温度高于+40℃，但不高于+60℃时，每增高1℃，建议额定电流减少1.8％，当低于+40℃时，每降低1℃，建议额定电流增加0.5%
普通高压电器一般可在环境最地温度为-30℃时正常工作，在高寒地区应选择能适应环境最低温度为-40℃的高寒电器。
⑵日照：产外高压电器设备在日照下将产生附加温升，如果设备制造部门未能提出产品在日照下额定载流量的下降数据，在设计中可按电器额定电流的80%选择设备。
⑶风速：一般高压电器可去风速不大于35m/s的环境下使用。
选择电器时用的最大风速，可去高地10m高，30年一遇的10 m平均最大风速，阵风对外电器及电瓷产品的影响，已由制造厂考虑，不作为选择条件。
对于台风经常侵袭或最大风速超过35m/s的地区，除向制造部门提出特殊定货外，在设计布置时应采取有效的防护措施。如降低安装高度，加强基础固定等。
⑷冰雪：在积雪覆冰严重的地区，应采取措施防止冰串引起瓷线绝缘对地网络。
隔离开关的破冰厚度一般为10mm，在冰雪区，所选择隔离开关的破冰厚度，应大于安装场所的最大覆冰厚度。
⑸湿度：选择电器用的湿度，应采用当地相对湿度最高月份的平均相对湿度对湿度较高的场所，应采用该处实际相对湿度。
一般高压电器可使用在20℃相对湿度为90%（电流互感器为85%）的环境中。
⑹污秽：在距离海岸1~2km或盐厂附近的盐雾场所在火电厂、炼油厂、冶炼厂、石油化工厂和水泥厂等附近含有由工厂排出的二氧化硫、硫化氢、氨、氮等成分烟气，粉尘等场所，在湿气候下将形成腐蚀性或导电的物质，污秽地区内各种污秽物对电器设备的危害，取决于误会物质的导电性、吸水性随着力数量，比重及距污物源的距离和气象条件，在工程设计中，应根基污秽情况选用下到措施。
增大电瓷外绝缘的有效泄漏比距或选用利于防污的电瓷造型，如果用半导体、大小伞、大倾角、钟罩式等制造绝缘子。
采用屋内配电装置，二级及以上，污秽区63~110KV配电装置采用屋内型。当技术合理时，污秽区220KV配电装置也可采用屋内型。
⑺海拔：电器的一般使用条件为海拔不超过1000m海拔超过1000m地区称为高原地区。
本设计变电所不属高原地区，因而不考虑此项因素。
⑻地震：地震对电器的影响主要是地震波的频率和地震震动的加速度。
选择电器时，应根据当地震烈度选取用能够满足地震需求的产品，电器的辅助设备各应具有与主设备相同的抗震能力，一般电器产品可以耐受地震烈度8度的地震度，在安装时，应考虑到指甲对地震力的放大作用根据有关规定。地震基本烈度为7度及以下地区的电器可不采用防震措施。
6.1.4环境保护：
选用电器尚应注意电器对周围环境的影响，根据周围环境的控制标准，要对制造部门提出必要的技术要求。
⑴电磁干扰：频率大于10KHZ的无线电干扰主要来自回线的电流，电压突变和电晕放电，它会损害或破坏电磁信号的正常接收及电子设备的正常运行，因此电器及金具的最高工作电压下，晴天的夜晚不应出现可见电晕110KV及以上电器户外晴天无线电干扰电压不应大于2500uv
根据运行校验和现场实测结果，对于110KW以下的电器在一般可不校验无线电干扰电压。
⑵噪音：为了减少噪音对工作场所和附近居民区的影响，所选高压电器在运行中或操作时产生的噪音，在距电器2米处不应大于下列水平：
连续性噪音水平：85dB
非连续性噪音水平：屋内：90 dB
屋外：110 dB
6.1.5本次变电所设计主要选择两个短路点进行计算，就可以满足选择电气设备的要求。所以选择高压电气设备（60KV侧）主要以K1点电路电流进行选择。选择低压（10KV侧）电气设备以点短路电流为基础进行选择
6.2高压断路器的选择
高压断路器，是高压系统中最重要的电气设备之一，高压断路器能在负荷的情况下接通或断开电路，在供电系统中发生短路故障时迅速切断短路电流
6.2.1按额定电压选择
高压断路器的额定电压Ue应大于或等于所在电网的额定电压Uew
Ue≥Uew
6.2.2按额定电流选择
高压断路器的额定电流Ie应大于它的最大持续工作电流Igmax
Ie≥Igmax
6.2.3按开断电流选择
在给定的电网电压下，高压断路器的开断电流Iekd应满足
Iekd ≥Ixt
式Ixt----断路器实际开断时间tk秒的短路电流周期分量的有效值
断路器实际开断时间tk等于继电保护主保护动作时间与断路器的固有分闸时间之和
6.2.4按额定关合电流选择
断路器的额定关合电流ieg应不小于最大短路电流冲击值ici
ieg≥ici
6.2.5动稳定校验
高压断路器的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ici
即idw≥ici
6.2.6热稳定校验
高压断路器的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量
据上述参数选择高压断路器型号为：
LW9-66/2500-31.5 SF6断路器
参数如下表：
额定电压
最高工作电压
额定电流
额定短路开断电流
额定短路关合电流
额定短路持续时间
额定峰值耐受电流
66KV
72.5K