青岛农业大学
本科生毕业论文（设计）
题 目：姓 名：学 院：专 业：班 级：学 号：指导教师：完成时间： 35KV农网型箱式变电站设计
机电工程学院 电气工程及其自动化 2004.3
2008年6月18日
35KV农网型箱式变电站设计
摘要
本课题的主要内容包括箱式变电站的发展应用，箱式变电站的结构分类，箱式变电站一次系统设计及其设备选型，二次系统设计，以及箱式变电站的智能监控系统。本次设计中进行了电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等）、各电压等级配电装置设计、各器件继电保护和整定设计以及防雷保护的配置。35kV箱式变电站的设计高压侧额定电压为35kV，低压侧额定电压为10kV，主变压器容量为5000kVA。35kV侧母线采用单母线，10kV侧母线采用单母线分段接线方式。
关键词：箱变；结构；一次系统；二次系统
I
Design of 35 kV agricultural box-type transformer substation
Abstract
The article regard box-type transformer substation as a development for relating box-type transformer substation applied, the construction of box-type transformer substation divides into se-section, emphasizing the treatise box-type transformer substation a the very equipments in design in subsystem chooses the type, two subsystems design, and the intelligence of box-type transformer substation supervises and control the system. There is also a design for main electrical connection in this engineering, the calculation for short-circuit electric current,the selection of electrical device and calibration (including circuit breaker, isolator, current transformer, potential transformer ,bus bar etc.) and the design for distribution installation per. voltage grade, direct current system and lightning protection is also included.The design high pressure side sum of box-type transformer substation settles electric voltage as 35 kV, the low-pressure side sum settles electric voltage as 10 kV, main transformer capacity is 5000 kVA.The lord connects the single mother in adoption in line line cent segment connects the line.Electric voltage of 35 kV sectionalized single bus bar scheme, electric voltage of 10 kV sectionalized single and transfer bus bar.
Keywords：Box-type transformer substation；Construction； First system；Second system
II
目 录
摘要 ............................................................................................................................................... I Abstract .......................................................................................................................................II 第一章 绪论 ............................................................................................................................ 1
1.1 引言 ............................................................................................................................................... 1 1.2 箱式变电站的类型 .................................................................................................................... 1 1.3 箱式变电站的结构 .................................................................................................................... 1 1.4 箱式变电站的技术特点 ........................................................................................................... 2 1.5 设计任务 ...................................................................................................................................... 3 1.6 设计思路与步骤 ........................................................................................................................ 3
第二章 负荷统计及计算 ................................................................................................... 4
2.1自然条件 ....................................................................................................................................... 4 2.2负荷统计 ....................................................................................................................................... 4 2.3负荷计算 ....................................................................................................................................... 5
2.3.1一段母线 .................................................................................................................................. 5 2.3.2二段母线 .................................................................................................................................. 5
第三章 主变压器的选择 ................................................................................................... 7
3.1主变压器的选择.......................................................................................................................... 7
第四章 主接线的设计方案 .............................................................................................. 8
4.1 选择主接线的形式 .................................................................................................................... 8
第五章 短路电流的计算 ................................................................................................... 9
5.1 短路电流计算的目的 ............................................................................................................... 9 5.2 短路点的确定 ............................................................................................................................. 9 5.3 短路电流的计算 ........................................................................................................................ 9
第六章 电气设备的选择 ................................................................................................. 13
6.1母线的选择及校验 ................................................................................................................... 13
6.1.1 母线材料的选择 ................................................................................................................... 13 6.1.2 母线截面形状的选择 ........................................................................................................... 13 6.1.3 母线的放置 ........................................................................................................................... 13 6.1.4 35kV侧母线的选择 .............................................................................................................. 13 6.1.4 10kV侧母线的选择 .............................................................................................................. 15 6.1.5 10kV侧出线选择及校验 ...................................................................................................... 17
6.2 断路器的选择及校验 ............................................................................................................. 18
6.2.1 35kV侧断路器的选择及校验 .............................................................................................. 18 6.2.2 10kV侧断路器的选择及校验 .............................................................................................. 19 6.2.3 10kV出线侧断路器的选择及校验 ...................................................................................... 20 6.2.4 分段断路器的选择 ............................................................................................................... 21
6.3 隔离开关的选择及校验 ......................................................................................................... 21
6.3.1 35kV侧隔离开关的选择及校验 .......................................................................................... 21 6.3.2 10kV侧隔离开关的选择及校验 .......................................................................................... 22 6.3.3 10kV出线侧隔离开关的选择及校验 .................................................................................. 22 6.3.4 分段隔离开关的选择 ........................................................................................................... 23
6.4 电流互感器的选择及校验 .................................................................................................... 23
6.4.1 35KV侧电流互感器的选择 .................................................................................................. 23 6.4.2 10kV侧电流互感器的选择及校验 ...................................................................................... 24 6.4.3 10kV出线侧电流互感器的选择及校验 .............................................................................. 25
6.5 电压互感器的选择与校验 .................................................................................................... 25
6.5.1 电压互感器的选择及校验 ................................................................................................... 25 6.5.2 其保护熔断器的选择及校验 ............................................................................................... 26
6.6 绝缘子的选择及校验 ............................................................................................................. 27
6.6.1 35kV侧绝缘子的选择及校验 .............................................................................................. 27 6.6.2 10kV侧绝缘子的选择及校验 .............................................................................................. 27
6.7 穿墙套管的选择 ...................................................................................................................... 28
6.7.1 10KV侧穿墙套管的选择 .................................................................................................... 28
6.8 电力电容器的选择 .................................................................................................................. 29
6.8.1 电容器的选择 ....................................................................................................................... 29
6.9 站用变的选择 ........................................................................................................................... 30
6.9.1 35KV站用变的选择 .............................................................................................................. 30 6.9.2 10KV站用变的选择 .............................................................................................................. 30
6.10 熔断器的选择 ......................................................................................................................... 31
6.10.1 保护所用变的熔断器的选择 ............................................................................................. 31 6.10.2 保护10KV侧电压互感器的熔断器的选择 ....................................................................... 32 6.10.3 保护电力电容的熔断器的选择 ......................................................................................... 32
第七章 继电保护 ................................................................................................................ 34
7.1 电力变压器的保护 .................................................................................................................. 34
7.1.1 变压器的瓦斯保护 ............................................................................................................... 34 7.1.2 变压器的纵差动保护 ........................................................................................................... 35 7.1.3 变压器的过电流保护 ........................................................................................................... 36 7.1.4 变压器的过负荷保护 ........................................................................................................... 36
7.2 10kV出线的保护 ..................................................................................................................... 36
7.2.1 10kV线路保护的设计原则 .................................................................................................. 36 7.2.2 10kV出线保护的配置与整定 .............................................................................................. 36
7.3 10KV分段母线的保护 ......................................................................................................... 36 7.4 10KV母线的保护 ..................................................................................................................... 36 7.5 电力电容器的保护 .................................................................................................................. 36
7.5.1 保护装置的选择 ................................................................................................................... 36 7.5.2 整定计算 ............................................................................................................................... 36
7.6 自动重合闸 ............................................................................................................................... 36
第八章 二次系统部分 ...................................................................................................... 36
8.1二次系统的定义及分类 .......................................................................................................... 36 8.2二次系统设计 ............................................................................................................................ 36 8.3断路器控制与信号回路 .......................................................................................................... 36
8.3.1概述 ........................................................................................................................................ 36 8.3.2 电气测量与信号系统 ........................................................................................................... 36
8.4 系统的绝缘监察装置 ............................................................................................................. 36 8.5 箱式变电站的监控内容 ......................................................................................................... 36
8.5.1 电参量监测与保护 ............................................................................................................... 36 8.5.2 防凝露保护 ........................................................................................................................... 36 8.5.3 变压器室温度保护 ............................................................................................................... 36 8.5.4 参数在线数字化显示和设定 ............................................................................................. 36 8.5.5 系统组网与集中化管理 ..................................................................................................... 36
8.6 配电网自动化的功能 ............................................................................................................. 36 8.7 综合自动化装置的选择 ......................................................................................................... 36
8.7.1 概述 ...................................................................................................................................... 36 8.7.2主要特点 ............................................................................................................................... 36 8.7.3 装置的保护功能简介 ......................................................................................................... 36 8.7.4 通用技术数据 ..................................................................................................................... 36 8.7.5 装置简介 .............................................................................................................................. 36
第九章 变电站的防雷保护 ............................................................................................ 36
9.1变电站的保护对象 ................................................................................................................... 36 9.2 变电站的防雷保护 .................................................................................................................. 36
9.2.1 雷电过电压保护 ................................................................................................................. 36 9.2.2 直击雷的防护 ..................................................................................................................... 36 9.2.3 变电站侵入波的保护 ......................................................................................................... 36
第十章 接地保护 ................................................................................................................ 36
10.1 接地的种类 ............................................................................................................................. 36 10.2 保护接地装置的确定 ........................................................................................................... 36 10.3 人工接地装置的确定 ........................................................................................................... 36 10.4 单根垂直接地体的接地电阻的确定 ................................................................................ 36 10.5 接地体根数的确定 ................................................................................................................ 36
第十一章 箱变电气五防保护 ....................................................................................... 37
11.1电气“五防”内容 ................................................................................................................. 37 11.2实现“五防”的途径 .......................................................................................................... 37
第十二章 变电站的平面布置及交流原理图 ......................................................... 38
12.1 箱式变电站总体布置 ......................................................................................................... 38 12.2变电站一次系统图见附页图001 .................................................................................... 38 12.3 35KV侧箱体的平面布置图见附页图002 .................................................................... 38 12.4 10KV侧箱体的平面布置图见附页图003 .................................................................... 38 12.5 电容箱箱体的平面布置图见附页图004 ..................................................................... 38 12.6变电站的整体平面布置图见附页图005 ...................................................................... 38 12.7五防锁程序图见附页图006 ............................................................................................... 38 12.8各柜交流原理图见附页图007-011 ............................................................................... 38
第十三章 结论 ..................................................................................................................... 39 参考文献 .................................................................................................................................. 40 致谢 ............................................................................................................................................ 42
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第一章 绪论
1.1引言
随着市场经济的发展，国家在城乡电网建设和改造中，要求高压直接进入负荷中心，形成高压受电—变压器降压—低压配电的供电格局，所以供配电要向节地、节电、紧凑型、小型化、无人值守的方向发展，箱式变电站(简称箱变)正是具有这些特点的最佳产品，因而在城乡电网中得到广泛应用。其次随着社会发展和城市化进程的加快，负荷密度越来越高，城市用地越来越紧张，城市配电网逐步由架空向电缆过渡，架杆方式安装的配电变压器越来越不适应人们的要求。因此，预装式变电站成为主要的配电设备之一。与此同时，由于信息化、网络化和智能化住宅小区发展，因此不仅要求箱变安全可靠，同时要求具有“四遥”(遥测、遥信、遥调、遥控)的智能化功能。这种智能箱式变电站(简称智能箱变)环网供电时，在特定自主软件配合下，能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、网络重构等功能，从而保证在一分钟左右恢复送电[1]。
1.2 箱式变电站的类型
箱式变电站有美式箱式变电站和欧式箱式变电站。美式预装式变电站在我国叫做“预装式变电站”或“美式箱变”，它将变压器器身、高压负荷开关、熔断器及高低连线置于一个共同的封闭油箱内，构成一体式布置。用变压器油作为带电部分相间及对地的绝缘介质。同时，安装有齐全的运行检视仪器仪表，如压力计，压力释放阀，油位计，油温表等。欧式预装式变电站以前在我国习惯称为“组合式变电站”，它是将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置布置在三个不同的隔室内，通过电缆或母线来实现电气连接，我的设计主要是采用组合变电站设计。
1.3 箱式变电站的结构
欧式预装式变电站的总体结构包括三个主要部分：高压开关柜、变压器及低压配套装置，其总体结构主要有两种形式：一种为组合式；另一种为一体式。组合式布置是高压开关设备、变压器和低压配电装置三部分个为一室，即由高压室、变压器室和低压室三个隔室组成，可按“目字型”或“品字型”布置，如图1-1所示。“目字型”布置与“品字型”布置相比，“目字型”接线较为方便，故大多采用“目字型”布置。但“品字型”布置结构较为紧凑，特别是当变压器室排布多台变压器时，“品字型”布置较为
1
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有利[2]。
HV TM LV ZL LV HV LV TM LV TM HV HV TM LV TM LV HV LV HV TM (a)目字型布置 (b)品字型布置
图1-1 欧式预装式变电站的整体布置形式
HV-高压室；LV-低压室；TM-变压器室；ZL-操作走廊
1.4 箱式变电站的技术特点
箱式变电站的高压室一般是由高压负荷开关、高压熔断器和避雷器等组成的，可以进行停送电操作并且有过负荷和短路保护。低压室由低压空气开关、电流互感器、电流表、电压表等组成的。为了可靠实现五防要求，各电器元件之间采用了机械联锁，各电器元件都安装在有足够强度和刚度的结构上，以便于导线的连接。另外箱变还都具有电能检测、显示、计量的功能，并能实现相应的保护功能，还设有专用的接地导件，并有明显的接地标志。此外为适应户外工作环境，箱式变电站的壳顶一般都采用隔层结构，内装有隔热材料，箱体底部和各室之间都有冷却进出风口，采用自然风冷和自动控制的强迫风冷等多种形式，以保证电气设备的正常散热，具有防雨、防尘、防止小动物进入等措施。
箱式变电站有如下特点[3]： ①技术先进安全可靠
箱体部分采用目前国内领先技术及工艺，可保证在－40℃～＋40℃的恶劣环境下正常运行。箱体内一次设备采用单元真空开关柜、干式互感器、真空断路器(弹簧操作机构)等国内技术领先设备，安全性高，二次采用微机综合自动化系统，可实现无人值守。
②自动化程度高
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全站智能化设计，可实现“四遥”，即遥测、遥信、遥控、遥调，每个单元均具有独立运行功能，继电保护功能齐全，可对运行参数进行远方设置，对箱体内湿度、温度进行控制，满足无人值班的要求。
③工厂预制化。 ④组合方式灵活。 ⑤投资省、见效快。 ⑥占地面积小。
1.5 设计任务
变电站设计原始数据：本变电站位于县城边缘，公路交通方便；35kV单回路进线，进线长度 l=25km；导线型号LGJ-150，均为三类负荷，生活用电和农业灌溉负荷比重较大，工业负荷比重较小；共有6～8条10kV出线，长度为2～15km不等，每条出线接有配电变压器10～25台，具体数据通过调研后填到负荷表上，负荷增长率按5%填写；土壤电阻率ρ小于500Ω·m；冬季最低气温-35℃，夏季最高气温+37℃，年平均气温+5℃，最大冻土深度1.5m；上级出线保护整定时间为tI=0s，tII=1.0s， tIII=2.0s；系统基准容量100MVA，供电系统最大短路容量400MVA，最小短路容量150MVA。箱体和箱体之间通过电缆连接，要求满足负荷要求的按5年发展规划的变电站。
1.6 设计思路与步骤
首先进行负荷统计计算，根据统计计算的结果选择主变压器以及设计出电气主接线，然后确定短路点做短路计算，为电气设备的选择做准备，电气设备选择好后做接地装置及防雷保护的设计，继电保护的设计和整定校验以及电气布置和配电装置的确定。
3
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第二章 负荷统计及计算
2.1自然条件
1）最高温度：37℃，最低温度：-35℃，年平均温度：+5℃，覆冰厚度：10㎜ 2）设计风速：30m/s，防污等级：2级污秽，土壤电阻率：＜500Ω·m
3）基本雪压：0.25KN/㎡，地震设防烈度：8度及以下，海拔高度：≤1000m， 4）地基承载力标准值[5]：150KN/㎡，冻土深度：≤1.5m
2.2负荷统计
本变电站均为三级负荷，其中生活用电和农业灌溉负荷比重较大，工业负荷比重较小，单进线，每类负荷4回出线，共8回出线，负荷统计如表2-1所示：
表2-1负荷调查统计表
回路名称 用户类型 银行 生活用电灌溉用电 医院 镇政府 商业用电 学校 生活用电 灌溉用电 备用 商业用电 生活用电 灌溉用电 生活用电 医院 商业用电 生活用电 灌溉用电 工厂 镇内三产 化工厂 生活用电 容量kVA 200 200 300 200 200 300 200 300 500 800 300 200 300 300 200 200 200 300 400 400 500 300 需用系数 0.8 0.9 0.75 0.9 0.75 0.8 0.8 0.8 0.9 0.6 0.9 0.75 0.8 0.7 0.9 0.75 0.6 0.9 0.8 0.9 0.7 4
变压器台数 15 供电回路 线路长度km 15 负荷级别 第一区 1 三类 第二区 14 1 13 三类 第三区 12 1 10 三类 第四区 1 12 三类 第五区 14 1 11 三类 第六区 15 1 14 三类 第七区 13 1 10 三类 第八区
20 1 11 三类 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计
2.3负荷计算
2.3.1一段母线：
该所负荷计算采用需要系数法进行计算，由于各供电区域用电性质相差不大，考虑功率因数相同，则视在功率可表示为有功功率。即
SjsjKt[4]Sei•Kxi (2-1)
式中: Sei—各用电设备额定容量，kVA Kt—各线路的同时系数 Kxi—各用电设备的需要系数
Sjs1=(0.8×200+0.9×200+0.75×300) ×0.8=452kVA Sjs2=(0.9×200+0.75×200+0.8×300)×0.8=456kVA Sjs3=(0.8×300+0.8×400+0.9×800)×0.8=680kVA 备用出线取640KVA
全年计算负荷
变电站设计当年的计算负荷由
SjsKtSjsj1X% (2-2)
i14式中: Kt-同时系数 取0.9 x%-线损率 为6%
Sjs=ki(Sjs1+Sjs2+Sjs3+Sjs4)(1+x%)=0.9(452+456+680+640)(1+6%)=2125.512(kVA) 计算负荷增长后的变电站最大计算负荷为
Sjszd=Sjsemn (2-3)
式中: n-年数 取5年 m-年后增长率 取5% n年后的最大计算负荷
Sjszd =2125.512 e5×5%=2729.211（KVA） (2-4)
2.3.2二段母线：
Sjs1=(0.6×300+0.9×200+0.75×300) ×0.8=468kVA Sjs2=(0. 8×300+0.7×200+0.9×200)×0.8=448kVA
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Sjs3=(0.75×200+0.6×300+0.9×400)×0.8=552kVA Sjs4=(0.8×400+0.9×500+0.7×300)×0.8=784kVA
全年计算负荷
Sjs=ki(Sjs1+Sjs2+Sjs3+Sjs4)(1+x%)=0.9(468+448+552+784)(1+6%)=2148.408(kVA) 计算负荷增长后的变电站最大计算负荷为
Sjszd=Sjsemn (2-5)
式中 n-年数 取5年 m-年后增长率 取5% n年后的最大计算负荷:
Sjszd =2148.408 e5×5%=2758.610（KVA） 6
(2-6)
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第三章 主变压器的选择
3.1主变压器的选择
本变电站均为三级负荷，其中生活用电和农业灌溉负荷比重较大，工业负荷比重较小，故装设两台主变压器。
根据我国变压器运行的实践经验，并参考国外的运行经验，我国农村变电站单台主变压器的额定容量按下式选择是合适的[6]。
Se≥（0.75----0.8）Sjszd （5-1）
式中 Se —主变压器额定容量，kVA
Se≥0.8×（2148.408+2758.610）=3925.614 kVA (3-2)
综合考虑35kV箱式变电站变压器的容量确定为5000kVA，变压器的连接组别为三相五柱D，yn11，阻抗电压为Ud=7.0%，采用油浸式变压器。将熔断器连接在“△”内部，因为这样如果熔断器一相熔断后不会造成低压侧两相电压不正常，熔断器所对应的低压侧相电压几乎为零，其它两相电压正常。而站用变压器容量确定为800kVA，连接组别采用D，yn11，接在35Kv、10KV母线上分别将35kV、10KV电压降低为0.4kV供箱式变电站本身使用。
查《电力工程电气设备手册电气一次部分》 主变压器采用35KV级有载调压铜线油浸式电力变压器可选用SFZ9-5000/35型三相风冷式变压器，其技术数据[7]如表3-1所示：
表3-1 SFZ9-5000/35型三相风冷式变压器技术数据
额定电压 连接组别 空载损耗 空载电流 阻抗电压（%） 负载损耗 （KW，75C） 7 32.6 。高压 35 低压 10 YNd11 6630W 0.8%
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第四章 主接线的设计方案
4.1 选择主接线的形式
概况地说，对主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面的综合考虑，本设计采用一次侧母线不分段，二次侧单母线分段的接线方式。
总降压变电站为单电源进线两台变压器时，主接线采用一次侧单母线不分段，二次侧单母线分段接线.轻负荷时可停用一台，当其中一台变压器因故障或需停运检修时，接于该段母线上的负荷，可通过闭合母线联络开关来获得电源，提高了供电可靠性，但单电源供电的可靠性不高。因此，这种接线只适用于三级负荷及二级负荷[8]。主接线图见图4-1所示：
图4-1 主接线概略图
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第五章 短路电流的计算
5.1 短路电流计算的目的
(1)选择导线和电气设备。
(2)电网接线和发电厂变电站电气主接线的比较选择。 (3)选择继电保护装置和整定计算。 (4)验算接地装置的接触电压和跨步电压。
(5) 为确定送电线路对附近通信线路电磁危险的影响提供计算资料[9]。
5.2 短路点的确定
短路点应选在电气主接线上，在最大运行方式下发生短路的短路电流。 短路点的确定如图5-1所示。
图5-1 短路点示意图
5.3 短路电流的计算
基准值 SB =100MVA ，VB=VAV，
Xmax=
SBS1001500.67（系统最小运行方式下电抗标幺值） minXmin=SBS100400=0.25（系统最大运行方式下电抗标幺值） max 9
5-1）5-2）
（ （
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进线长度为25km，每公里电抗0.4Ω/km， 主变压器的等效阻抗标幺值
S2
XL*=0.4×20×B=0.4 × 25× (100/37) =0.73 （5-3） 2VB变压器阻抗标幺值
%75100USXSB1.19 （5-4）
*B100SN1006.3低压侧各出线的的阻抗标幺值
XL1*=0.4×L0×
SBV2=0.4 ×15 × (100/10.52) =5.442 BXL2*=0.4×L0×SBV2=0.4 ×13 × (100/10.52) =4.7166 BXL3*=0.4×L0×SBV2=0.4 ×10× (100/10.52) =3.6282 BXL4*=0.4×L0×SBV2=0.4 ×12 × (100/10.52) =4.3537 BXL5*=0.4×L0×SBV2=0.4 ×11× (100/10.52) =3.9910 BXL6*=0.4×L0×SBV2=0.4 ×14 × (100/10.52) =5.0794 BXL7*=0.4×L0×SBV2=0.4 ×10× (100/10.52
) =3.6282 BXL8*=0.4×L0×SBV2=0.4 ×11× (100/10.52) =3.9910 Bf1点短路时
（1）最小运行方式下
Id1min=1/( Xmax+ XL*)= 1/(0.67+0.73)=0.714kA Id1min(3)= Id1min ×SB3U=0.714×100 B3U =1.114kA BIch1=2.55×Id1min(3)=2.55×1.114=8.920kA 10
（5-5） （5-6） （5-7） （5-8） （5-9） 5-10） 5-11） 5-12） 5-13） 5-14）
5-15）
（ （ （ （ （ （
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Id1min
(2)
33(3)1.114=0.965kA （5-16） = Id1min =22Id1max=1/( Xmin+ XL*)= 1/(0.25+0.73)=1.020 （5-17）
（2）最大运行方式下
Id1max(3)= Id1max ×
SB3UB=1.020×1003UB=1.592kA （5-18）
Ich1=2.55×Id1max(3)=2.55×1.592=4.060kA （5-19）
Id1max
(2)
= 32 I(3) =3d1max21.592
=1.379kA f2点短路时
（1）最小运行方式下
Id2min=1/( Xmax+ XL*+ XB*)= 1/(0.67+0.73+1.19)=0.386 kA Id2min(3)= Id2min ×SB3U=0.386×100 B3U=2.123kA BIch2=2.55×Id2min(3)=2.55×2.123=5.414kA Id1min
(2)
= 332 Id2min(3) =
22.123 =1.839kA （2）最大运行方式下
Id2max=1/( Xmin+ XL*+ XB*)= 1/(0.25+0.73+1.19)=0.461 kA Id2max(3)= Id2max ×
SB1003U=0.461×B3U=2.535kA BIch2=2.55×Id1max(3)=2.55×2.535=6.464kA Id2max(2)=
32 I(3) =3d2max22.535 =2.195kA f3点短路时
（1）最小运行方式下
Id3min=1/( Xmax+ XL*+ XB*+ XL1*)= 1/(0.67+0.73+1.19+5.442)=0.125kA Id3min(3)= Id3min ×SB1003U=0.125× B3U=0.687kA BIch3=2.55×Id3min(3)=2.55×0.687=1.752kA 11
5-20） 5-21） 5-22）
5-23） 5-24） 5-25） 5-26）
5-27）
5-28） 5-29）
5-30）
5-31）
（ （（（（（（（（（（（
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Id3min
(2)
33(3)0.687 =0.595kA （5-32） = Id3min =22（2）最大运行方式下
Id3max=1/( Xmin+ XL*+ XB*+ XL1*)= 1/(0.04+0.202+0.45+5.442)=0.131kA（5-33）
Id3max(3)= Id3max ×
SB3UB=0.131×1003UB=0.720kA （5-34）
Ich3=2.55×Id3max(3)=2.55×0.720=1.837kA （5-35）
Id3max
(2)
33(3) Id3max =0.720=0.624kA （5-36） = 22表5-1 各短路点短路电流计算值
同理可求出其它短路点的短路电流[10-12]，各短路点短路电流统计如下表5-1
短路点计算 3Idmax 最大运行方式（KA） 最小运行方式(KA) 2Idmax ich 4.060 6.464 1.837 2.032 2.412 2.145 3Idmin 2Idmin ich 2.841 5.414 1.752 1.921 2.258 2.020 f1 f2 f3 f4 f5 f6 1.592 2.535 0.720 0.797 0.946 0.841 1.379 2.195 0.624 0.690 0.819 0.728 1.114 2.123 0.687 0.753 0.885 0.792 0.965 1.839 0.595 0.652 0.766 0.686 f7 f8 0.891 0.759 0.772 0.657 2.272 1.935 0.836 0.715 0.724 0.619 2.132 1.823 f9 f10 0.946 0.891 0.819 0.772 2.412 2.272 0.885 0.836 0.766 0.724 2.258 2.132 12
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第六章 电气设备的选择
6.1母线的选择及校验
6.1.1 母线材料的选择
母线的材料有铜、铝和钢。目前，农村发电厂和变电站以及大、中型发电厂、变电站的配电装置中的母线，广泛采用铝母线，这是因为铜贵重，我国储量又少；而铝储量较多，具有价格低、重量轻、加工方便等特点。因此，选用铝母线要比铜母线经济。 6.1.2 母线截面形状的选择
农村发电厂和变电站配电装置中的母线截面目前采用矩形、圆形和绞线圆形等。选
择母线截面形状的原则是：肌肤效应系数尽量低；散热好；机械强度高；连接方便；安装简单[13]。
由于本变电站是农网型箱式变电站，高压侧与低压侧均布置在室内，并且采用单母线接线方式，在允许电流相同的条件下，硬铝母排相对比较好固定。为了使农村发电厂和变电站的箱内配电装置结构和布置简单，投资少，所以35KV，10kV侧母线选择LMY型涂漆硬铝母线。 6.1.3 母线的放置
母线水平放置，相间距离
a=0.40m
已知条件[14] ： θ0＝25℃ y＝70℃ θ＝37℃。 6.1.4 35kV侧母线的选择
（1）按最大长期工作电流选择母线截面[15]
选择条件：通过母线的最大长期工作电流不应大于母线长期允许电
KIyIg•zd (6-1)
式中：Iy—相应于某一母线布置方式和环境温度为+25℃时的母线长期允许电流，可
由母线载流量表查出；
13
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K—温度修正系数，Kyy0，其中0=25℃，y为母线的长期
允许温度，用螺栓连接时，y为70℃； Ig.zd—通过母线的最大长期工作电流，A 温度修正系数 ： K按通过低压侧母线的最大长期工作电流
Ig.zd=
1.05Se1.0510000==173.2(A) (6-3) 3VN335y70370.86 (6-2)
y07025查我国经济电流密度表得：tzd(h/a)≤3000h/a时，取J=1.65A/mm2
∴Sj=
Igzd173.2
==104.97(mm2) (6-4) 1.65J经计算查《工业与民用配电设计手册》 选择LMY-40×5的涂漆硬铝母线，其70℃，环境温度25℃时最大允许持续电流为540A。 （2）校验
1） 热稳定性校验
Iy=K×Iy=0.86×540=464.4A (6-5)
按上述条件选择的截面，还必须按短路条件校验其热稳定，其方法通常采用最小截面法，即
SSzxItima（ ㎜2 ） (6-6) C
式中 ：S—选择的母线截面，㎜2
Szx—最小允许截面，㎜2
I—稳态短路电流，A C—母线材料的热稳定系数
tima—短路发热的等值时间，s
短路计算时间 tima=0+1+2=3S
通常情况下铝母线C=87，所以稳定条件所需最小母线截面为
I2535SSzxtima350.47㎜2 (6-7)
C87小于所选母线截面200mm2，故满足热稳定要求。 2）动稳定校验
14
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短路时母线承受很大的电动力，因此，必须根据母线的机械强度校验其动稳定，即 ：
其中硬铝母线LMY的三相短路电动力
alc (6-8)
al=70MPa
F(3)C3Kfish(3)2l1.7321(26.4641000)21.17106.14N (6-9) a100.3107弯曲力矩按大于2档计算，即
MF(3)Clk=
106.41.111.7Nm (6-10) 10b2h0.0420.005W1.33106m3 (6-11)
66其中：al—母线材料最大允许应力（Pa）
c—母线短路冲击电流产生的最大计算应力
i(3)sh—母线短路冲击电流
fK —集肤效应系数
—三相短路时中间相受到的最大计算电动力
F(3)Cl—挡距
a—相间距离
k—系数，一般大于2档时取10
M11.7计算应力为 ： c10.37MPa (6-12) 6W1.3310al70MPac (6-13)
故母线满足动稳定要求。 6.1.4 10kV侧母线的选择
按最大长期工作电流选择母线截面
选择条件：通过母线的最大长期工作电流不应大于母线长期允许电
KIyIg•zd (6-14)
式中 ：Iy—相应于某一母线布置方式和环境温度为+25℃时的母线长期允许电流，
可由母线载流量表查出；
15
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K—温度修正系数，Kyy0，其中0=25℃，y为母线的
长期允许温度，用螺栓连接时，y为70℃； Ig.zd—通过母线的最大长期工作电流，A
温度修正系数 Ky70370.86 (6-15)
y07025按通过低压侧母线的最大长期工作电流
Ig.zd=
1.05Se1.055000==303.12(A) (6-16) 3VN310查我国经济电流密度表得：tzd(h/a)≤3000h/a时，取J=1.65A/mm2 Igzd303.12∴Sj===183.71 (mm2) (6-17)
1.65J经计算查《工业与民用配电设计手册》选择LMY-40×5的涂漆硬铝母线，其70℃，环境温度25℃时最大允许持续电流为540A。 （1） 校验
1） 热稳定性校验
Iy=K×Iy=0.86×540=464.4A (6-18)
按上述条件选择的截面，还必须按短路条件校验其热稳定，其方法通常采用最小截面法，即：
SSzxItima（ ㎜2 ） (6-19) C式中：S—选择的母线截面，㎜2
Szx—最小允许截面，㎜2
I—稳态短路电流，A C—母线材料的热稳定系数
tima—短路发热的等值时间，s
短路计算时间 tima=0+1+2=3S
通常情况下铝母线C=87，所以稳定条件所需最小母线截面为
I2535SSzxtima350.47㎜2 (6-20)
C87小于所选母线截面200mm2，故满足热稳定要求。 2）动稳定校验
16
短路时母线承受很大的电动力，因此，必须根据母线的机械强度校验其动稳定，即 ：
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其中硬铝母线LMY的三相短路电动力
alc (6-21)
al=70MPa
F(3)C3Kfish(3)2l1.7321(6.4641000)21.171026.5N (6-22) 7a0.310弯曲力矩按大于2档计算，即
MF(3)Clk=
26.51.12.915Nm (6-23) 10b2h0.0420.005W1.33106m3 (6-24)
66其中：al—母线材料最大允许应力（Pa）
c—母线短路冲击电流产生的最大计算应力
iKF(3)shf—母线短路冲击电流 —集肤效应系数
—三相短路时中间相受到的最大计算电动力
(3)Cl—挡距
a—相间距离
k—系数，一般大于2档时取10
M2.915计算应力为 ： c2.19MPa (6-25)
W1.33106al70MPac (6-26)
故母线满足动稳定要求。 6.1.5 10kV侧出线选择及校验
在八回出线中，以最大负荷的一条出线路为出线截面积选择的计算依据，其它线路一定能满足。由于四回出线的负荷相差不大，故不会造成太大的浪费，并且出线路负荷要考虑今后5年的增长，其增长率为5% 。
按通过10kV侧出线的最大长期工作电流
Igzd=
1.05Se3VN680e0.25==50.41(A) (6-27)
310∵ Iy=540
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∴0.86Iy=0.86540=464.450.41 (6-28)
查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择LGJ—35型钢芯铝绞线，其70℃时最大允许持续电流为189A，如表6-2示：
表6-2 LGJ—35型钢芯铝绞线技术数据
型号 LGJ （1）校验 标称截面铝/钢（ mm2） 35/6 外径（mm） 8.16 载流量（A） 189 200C时直流电阻 0.8230 质量（Kg/Km） 141 IyK•Iy0.86189162.54 (6-29)
短路计算时间 ttbtgthu0.50.050.05， 因I\"I，所以\"I\"1，经I查短路电流为分量等值时间表[1]得tz0.5s。因t1s，所以tfz0.050.05s，故
tdztztfz0.55s
母线正常运行时的最高温度
37+（70－37）×(
129.4612
)=57.935℃ (6-30)
162.546查不同工作温度下裸导体的C值[16]知c9710按热稳定条件所需最小母线截面为小于所选母线的截面积，故满足热稳定要求，因所选母线为绞线，故不需动稳定校验
I0.6781103SzxtdzKj0.5515.185mm26C97106.2 断路器的选择及校验
6.2.1 35kV侧断路器的选择及校验 （1）断路器的选择
按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器。查«电力工程电气设备手册电气一次部分» 综合考虑35kV箱式变电站35kV侧选用ZN12-35型真空断路器，10kV侧采用ISM-12型真空断路器。真空断路器连续多次操作，且开断性能好，灭弧迅速、动作时间短；运行维护简单，灭弧室不需要检修；噪声低，无火灾爆炸危险；价格较昂贵。技术参数如表6-3：
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表6-3 ZN12-35型真空断路器技术参数 类别 真空 型号 额定电压 kV 额定 电流 A 1250 雷电冲击耐压 kA 185 动稳定电流峰值kV 63 热稳定电流 kA 固有分闸时间 ≤ 合闸时间 ≤ 备用操动机构 开断电流 kA 25 ZN12-35 40.5 25（4s） 0.06s 0.075s CT12 （2）校验 对于无穷大电源供电电网，Idt=1.592KA＜Iedk=25KA所以满足额定开断电流的要求。 1)热稳定性校验：
tktprtbr30.063.06S (6-31)
其中：tpr—继电保护动作时间
tbr—断路器的全开断时间
短路电流的热脉冲：
I∞2tk=1.59223.06=7.755 极限通过电流 ij =25>ich=4.060(KA) (6-33) 故动稳定性也满足要求。 经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选ZN23-35型真空断路器满足要求。 6.2.2 10kV侧断路器的选择及校验 （1）断路器的选择 按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器，可选真空断路，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择ISM-12型真空断路器，其技术参数见表6-4： 表6-4 ISM-12型真空断路器技术参数 类别 真空 型号 额定电压 kV 12 额定 电流 A 1250 断流容量 kA 动稳定电流峰值kA 63 热稳定电流 kA 固有分闸时间 ≤ 合闸时间 ≤ 0.1s 备用操动机构 开断电流 kA 25 ISM-12 25（4s） 0.06s （1） 校验 对于无穷大电源供电电网Idt=I’’=2.535KA 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 1) 热稳定性校验： tktprtbr30.063.06S (6-34) 其中：tpr—继电保护动作时间 tbr—断路器的全开断时间 短路电流的热脉冲： I∞2tdz=2.53523.06=19.66 极限通过电流 ij =25>ich=6.464(KA) (6-36) 故动稳定性也满足要求。 经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选ISM-12型真空断路器满足要求。 6.2.3 10kV出线侧断路器的选择及校验 （1）断路器的选择 四条出线中找出负荷最大的作为计算依据，则其他几条线路都能满足，按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器。而且放在屋外，所以可选屋外式真空断路器。又据UW=10KV,Igzd=50.41A，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》 选择ISM-12型真空断路器，参数见表6-5： 表6-5 ISM-12型真空断路器技术参数 类别 真空 型号 额定电压 kV 12 额定 电流 A 1250 断流容量 kA 动稳定电流峰值kA 63 热稳定电流 kA 固有分闸时间 ≤ 合闸时间 ≤ 0.1s 备用操动机构 开断电流 kA 25 ISM-12 25（4s） 0.06s （2）校验 对于无穷大电源供电电网Idt=I’’=0.946KA 其中：tpr—继电保护动作时间 tbr—断路器的全开断时间 20 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 短路电流的热脉冲 I∞2tdz=0.94623.06=2.738 极限通过电流 ij=25>ich=2.412(KA) (6-39) 故动稳定性也满足要求。 经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选ISM-12型真空断路器满足要求。 6.2.4 分段断路器的选择 因为10kV侧主接线为分断方式，故10kV侧母线分段断路器的选择与10kV侧断路器的选择相同。按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器，而且放在屋内，所以可选真空断路，又据UW=10KV，Igzd=303.12A，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择ISM-12型真空断路器，其技术参数见表 6-6： 表6-6 ISM-12型真空断路器技术参数 类别 真空 型号 额定电压 kV 12 额定 电流 A 1250 断流容量 kA 动稳定电流峰值kA 63 热稳定电流 kA 固有分闸时间 ≤ 合闸时间 ≤ 0.1s 备用操动机构 开断电流 kA 25 ISM-12 25（4s） 0.06s 6.3 隔离开关的选择及校验 6.3.1 35kV侧隔离开关的选择及校验 （1）隔离开关的选择 根据变压器高压母线侧断路器选择计算的数据，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择GN27-40.5D型隔离开关，其技术参数见表6-7： 表6-7 GN27-40.5D型隔离开关技术参数 型号 额定电压（kV） 额定电流（A） 动稳定电流（kA） 40.5 1250 80 4s热稳定电流（kA） 31.5 GN27-40.5D （2）校验 1）热稳定性校验 21 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 短路电流的热脉冲： I∞2tdz=1.59223.06=7.755 极限通过电流 ij=80>ich=4.060(KA) (6-41) 故动稳定性也满足要求。 经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选GN27-40.5D型隔离开关满足要求。 6.3.2 10kV侧隔离开关的选择及校验 （1）隔离开关的选择 根据变压器低压母线侧断路器选择计算的数据，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择GN30-12D型隔离开关，其技术参数见表6-8： 表6-8 GN30-12D型隔离开关技术参数 型号 额定电压（kV） 12 额定电流 （A） 1250 动稳定电流（kA） 100 4s热稳定电流（kA） 40 GN30-12D （2）校验 1）热稳定性校验 I∞2tdz=2.53523.06=19.664 ij=100>ich=6.464(KA) (6-43) 故动稳定性也满足要求。 经计算满足热稳定及动稳定要求，因此所选GN30-12D型隔离开关满足要求。 6.3.3 10kV出线侧隔离开关的选择及校验 （1）隔离开关的选择 根据变压器低压母线侧断路器选择计算的数据，经查《电力工程电气设备手册电气 22 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 一次部分》 选择GN30-12D型隔离开关，其技术参数见表6-9： 表6-9 GN30-12D型隔离开关技术参数 型号 额定电压（kV） 12 额定电流 （A） 1250 动稳定电流（kA） 100 4s热稳定电流（kA） 40 GN30-12D （2）校验 1)热稳定性校验 短路电流的热脉冲： I∞2tdz=0.94623.06=2.738 6.3.4 分段隔离开关的选择 因为10kV侧主接线为分断方式，故10kV侧母线分段隔离开关的选择与10kV侧隔离开关的选择相同，其技术参数见表6-10： 表6-10 GN30-12D型隔离开关技术参数 型号 额定电压（kV） 12 额定电流 （A） 1250 动稳定电流（kA） 100 4s热稳定电流（kA） 40 GN30-12D 6.4 电流互感器的选择及校验 6.4.1 35KV侧电流互感器的选择 1.05Se1.055000==86.605(A) (6-45) 3353VNIgzd= 根据额定电压等级及最大长期工作电流，选择LZZBJ7-35Q型电流互感器。查《电力工程电气设备手册电气一次部分》得技术参数如表6-11： 表6-11 LZZBJ7-35Q型电流互感器技术参数 型号 额定电压 35 额定一次电流(A) 400-600 23 额定二次电流(A) 5 1s热稳定倍数（KA） 63 动稳定倍数(KA) 157.5 LZZBJ7-35Q 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 电流互感器的校验 （1）热稳定校验 tdz=3.06s t=1.1s (3)22tima=（0.5×∵(KtI1N)2tI63）2×1.1=1091.48＞I×tdz=1.5922×3.06=7.755 (6-46) ∴满足热稳定要求 （2）动稳定校验 内部动稳定校验 ∵Kes2I1N=2×0.5×157.5=111.35 (kA)＞Ich=4.060(kA) (6-47) ∴满足内部动稳定要求 6.4.2 10kV侧电流互感器的选择及校验 (1)电流互感器的选择 按最大长期工作电流 Igzd = 1.05Se1.055000==303.12(A) (6-48) 3VN310根据I1N> Igzd，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择LZZBJ9-10Q型电流互 感器，其技术参数见表6-12： 表6-12 LZZBJ9-10Q型电流互感器技术参数 型号 额定电压（kV） 准确级 10 10P 额定输出 （VA） 15 额定电流比 400/5 短时热电流 倍数 80 动稳定电流 倍数 110 LZZBJ9-10Q (2)校验 1)热稳定性校验 热稳定校验 tdz=3.06s t=1.1s (3)22tima=（0.4×∵(KtI1N)2tI80）2×1.1=1126.4＞I×tdz=2.1952×3.06=14.743 (6-49) ∴满足热稳定要求 2)动稳定性校验 ①内部动稳定校验 ∵Kes2I1N=2×0.4×110=62.216 (kA)＞Ich=6.464(kA) (6-50) ∴满足内部动稳定要求 ②外部动稳定校验 2×I1N×k1×k2×kd=2×0.4×1.12×1×110=69.68(kA)＞Ich=6.464(kA) (6-51) 24 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 经计算满足热稳定及内、外动稳定性要求，所选LZZBJ9-10Q型电流互感器满足要求。 6.4.3. 10kV出线侧电流互感器的选择及校验 （1）电流互感器的选择 按最大长期工作电流 Igzd= 1.05Se3VN680e0.25==50.41(A) (6-52) 310根据I1N> Igzd，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择LZZBJ9-10Q型电流互感器，其技术参数见表6-13： 表6-13LZZBJ9-10Q型电流互感器技术参数 型号 额定电压（kV） 10 额定电流比 200/5 1s热稳定电流倍数 80 动稳定电流倍数 110 LZZBJ9-10Q （2）校验 1）热稳定性校验 tdz=3.06s t=1.1s (3)22tima=∵(KtI1N)2tI（0.2×80）2×1.1=281.6＞I×tdz=0.9462×3.06=2.738 (6-53) ∴满足热稳定要求 2）动稳定性校验 2×I1e×Kd=2×0.2×110=31.108 (kA)＞Ich=1.837(kA) (6-54) 经计算满足动稳定要求。 6.5 电压互感器的选择与校验 6.5.1 电压互感器的选择及校验 电压互感器主要用来计量，而电压互感器的一、二侧均有熔断器保护，所以不需要校验短路动稳定和热稳定。 （1） 35kV侧电压互感器的选择 根据该电压互感器的用途、装设地点及额定电压，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择JDZX9-35Q型电压互感器，其技术参数见表6-14： 25 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 表6-14 JDZX9-35Q型电压互感器技术参数 型号 额定电压比（kV） 350.10.10.1 ///3333最大容量 300 一次熔断器（A） 0.2 准确级次及相应额定二次负荷(VA) 0.2级15 0.5级20 6P级100 JDZX9-35Q （2）10kV侧电压互感器的选择 根据该电压互感器的用途、装设地点及额定电压，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择JDZX9-10Q型电压互感器，其技术参数见表6-15： 表6-15 JDZX9-10Q型电压互感器技术参数 型号 额定电压比（kV） 100.10.10.1 ///3333最大容量 300 一次熔断器（A） 0.2 准确级次及相应额定二次负荷(VA) 0.2级15 0.5级20 6P级100 JDZX9-10Q 6.5.2 其保护熔断器的选择及校验 熔断器是最简单的保护电器，当电流超过给定值一定时间通过熔化一个或几个特殊设计的和配合的组件用分断电流来切断电流的故障，保护电气设备免受过载和短路电流的损害[17]。 对于保护电压互感器的熔断器，只按额定电压及断流容量选择即可 ∵UeUw35kV SekdSd ∴Sd=3UpIch= 3354.060 =246.117 MVA (6-55) ∵ UeUw10kV SekdSd ∴Sd=3UpIch= 3106.464=111.956MVA (6-56) 经计算查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择RN2-35型和RN2-10型熔断器，其技术参数见表6-16： 表6-16 RN2-35型和RN2-10型熔断器技术参数 型号 额定电压(kV) 额定电流(A) 最大开断电流（KA） 开断容量不小于（MVA） RN2-35 RN2-10 35 10 0.5 0.5 700 1000 1000 1000 经计算满足要求，故选择RN2-35型和RN2-10型熔断器。 26 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 6.6 绝缘子的选择及校验 6.6.1 35kV侧绝缘子的选择及校验 按安装地点和额定电压查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择ZL-35/8型绝缘子，其技术参数见表6-17： 表6-17 ZL-35/8型绝缘子技术参数 型号 额定电压（KV） 35 机械破坏负荷不小于(KN) 弯曲 拉伸 8 8 泄露比距（cm/kv） 1.6 最小放电距离（cm） 30 ZL-35/8 （1） 支柱绝缘子片数的选择 一般情况下的单位泄漏距离为1.6cm/kV，所以应选绝缘子的片数为 Ue1.635n==1.87 (6-57) L30 式中 ——泄漏比距 L0——每片绝缘子的泄漏距离 所以初选2片绝缘子，考虑到绝缘子老化及出现故障等情况，应将绝缘子片数加1，故选择片3绝缘子。 ∴35kV每相悬式绝缘子应选3片，满足要求。 6.6.2 10kV侧绝缘子的选择及校验 按额定电压和装设地点，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择ZL-10/16型绝缘子，其技术参数见表6-18： 表6-18 ZL-10/16型绝缘子技术参数 型号 额定电压（KV） 10 机械破坏负荷不小于(KN) 弯曲 拉伸 16 16 泄露比距（cm/kv） 1.6 最小放电距离（cm） 30 ZL-10/16 校验 悬式绝缘子片数的选择 一般情况下的单位泄漏距离为1.6cm/kV，所以应选绝缘子的片数为 n UeL01.6100.53片 3027 (6-58) 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 式中 ——泄漏比距 L0——每片绝缘子的泄漏距离 所以初选1片绝缘子，考虑到绝缘子老化及出现故障等情况，应将绝缘子片数加1，故选择片2绝缘子。 ∴10kV每相悬式绝缘子应选2片，满足要求。 6.7 穿墙套管的选择 6.7.1 10KV侧穿墙套管的选择 按额定电压，装设地点和最大长期工作电流选择Igzd=173.2A 选择10KV户内用的CWLC2-10/2000型铝体穿墙套管，技术数据如下表6-19： 表6-19 CWLC2-10/2000型铝体穿墙套管技术数据 型号 CWLC2-10/2000 额定电压（KV） 10 额定电流(A) 2000 泄漏距离(mm) 抗弯强度(KN) 220 12.5 质量(㎏) 11.3 额定电压Ue=10kV， 额定电流Ie=2000A， 最大负荷电动力Fp==12500N，5s的热稳定电流为Ir=20A， 套管长度L2=0.362m。穿墙套管在θ=20℃时的允许电流 ： Iy=Ie×8038=2000×1.095=2190A (6-59) 40Iy=2190A>Ig.zd=1515.544A (6-60) （1）热稳定性校验： Ir2×t=202×5=2000kA2s (6-61) 3.06=50.440kA2s (6-62) I2×tdz=4.0602× Ir2×t=202×5=2000kA2s>I2×tdz=4.0602×3.06=50.440kA2s 所以满足热稳定性要求 （2）动稳定性校验： 套管的允许负荷为： 0.6Fp=0.6×12500=7500N (6-63) 套管瓷帽受得力为： F=1.73×107× (L1L2)2(10.362)×ich=1.73×107××4.0602×106=7.768N (6-64) 2a2*0.2528 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 0.6Fp=0.6×12500=7500N> F=7.768N (6-65) 式中L1——穿墙套管端部至最近一个支柱绝缘子的距离。L1=1m L2——套管长度， L2=0.362m ∵ 0.6Fp=0.6×12500=7500N> F=7.768N (6-66) ∴满足动稳定性的要求 6.8 电力电容器的选择 6.8.1 电容器的选择 （1）按工作电压选择UzdUg10kV。 （2）按工作频率选择fe50Hz。 （3）无功功率的计算。 设备补偿前的功率因数为0.75，经电容器要求补偿后达到0.9。 负荷的有功功率为 系统要求补偿的无功功率为： QbsPtg1tg23925.614tgarccos0.75tgarccos0.9 (6-67) 3925.6140.88190.48431560.824(kvar) 查《电力工程电气设备手册电气一次部分》初选BWF10.5-100-1型电容器组，其技术参数见 表6-20： 表6-20 BWF10.5-100-1型电容器组技术参数 型号 额定电压(kV) 额定容量(kVAr) 额定电容(μF) BWF10.5-100-1 10.5 100 2.89 Q3wUx2xCx10332f102Cx10330CxCx15.53(F) nCx15.535.374 (6-68) Cb2.89因此，一相需6个此型号的电容器组，三相则需18个电容器组，总的额定容量为： 29 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 Qe100181800kvar 故所选电容器组满足要求。 6.9 站用变的选择 对于35kV农网型箱式变电站，从可靠性角度来说，每个箱体应该选择一台站用变压器。实际上正常运行时变电站的所用负荷是很小的，只有十几千瓦，最大负荷也只有几十千瓦[18]。 6.9.1 35KV站用变的选择 表6-21 35KV箱体站用负荷统计 序号 1 2 3 4 5 6 小计 1 2 3 小计 名 称 通信 充电屏 监控电源 保护电源 动力电源 采暖、通风电源 动力负荷P1 35KV加热 35KV箱变室内照明 二次设备室照明 加热及照明负荷P2 额定容量（KW） 2.5 7.5 1 1 8 20 40 4 4 2 10 负荷类型 经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续 不经常、不连续 经常、连续 经常、连续 短时、连续 短时、连续 综合以上数据，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择S7-800/35型电力变压器作为站用变压器，其技术参数见 表6-22： 表6-22 S7-800/35型电力变压器技术参数 额定电压KV 高 35 低 0.4 空载 1.54 损耗 短路 11 阻抗电压 6.5% 额定容量 800KVA 6.9.2 10KV站用变的选择 30 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 表6-23 10KV箱体站用负荷如统计 序号 1 2 3 4 5 6 小计 1 2 3 小计 名 称 通信 充电屏 监控电源 保护电源 动力电源 采暖、通风电源 动力负荷P1 10KV加热 10KV箱变室内照明 二次设备室照明 加热及照明负荷P2 额定容量（KW） 2.5 7.5 1 1 8 20 40 4 5 3 12 负荷类型 经常、连续 经常、连续 经常、连续 经常、连续 不经常、不连续 经常、连续 经常、连续 短时、连续 短时、连续 综合以上数据，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择SC-800/10型电力变压器作为站用变压器，其技术参数见 表6-24： 表6-24 SC-800/10型电力变压器技术参数 额定电压KV 高 10 低 0.4 空载 1.5 损耗 短路 8.95 阻抗电压 6. % 额定容量 800KVA 6.10 熔断器的选择 6.10.1 保护所用变的熔断器的选择 （1）熔断器的选择 其最大长期工作电流 Igzd1.0580013.857A (6-69) 335熔件的额定电流为 31 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 Ierj=Kb×Ieb=1.5×800=19.795A (6-70) 335短路容量 Sd=3Upich=3×10.5×2.458=44.701MVA (6-71) 经计算查«电力工程电气设备手册电气一次部分»选择RN1-10型高压跌落式熔断 器，其技术参数见表6-25： 表6-25 RN1-10型高压跌落式熔断器技术参数 型号 额定电压(KV) 10 额定电流(A) 100 额定断流容(MVA) 200 RN1-10 （2） 校验 Ierq100AIerj19.795ASekd200MVASd44.701MVA经计算满足要求，选RN1-10型熔断器。 6.10.2 保护10KV侧电压互感器的熔断器的选择 (6-72) （1） 熔断器的选择 ：对于保护电压互感器的熔断器，只按额定电压及断流容量选择 即 UeUw10KVSekdSd3UeIch3107.0121.63MVA 经计算查«电力工程电气设备手册电气一次部分»选择RN2-10型熔断器，其技术参数见表6-26： 表6-26 RN2-10型熔断器技术参数 型号 额定电压(KV) 10 额定电流(A) 0.5 额定断流容量（MVA） 1000 RN2-10 （2） 校验 Sekd1000MVASd121.63MVA (6-73) 经计算满足要求，故选RN2-10型熔断器。 6.10.3保护电力电容的熔断器的选择 电力电容器在合闸时产生冲击电流，此时熔断器的熔件不应熔断，保证正常工作熔件的额定电流应按如下计算： 32 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 Iec= Se3Ue=0.1=0.5774kA (6-74) 310Ierj=Kc×Iec=1.5×0.5774=0.8661kA (6-75) Kc——系数 取1.3—1.8 Kc取1.5 Iec——电力电容器的额定电流 额定电压10kV,所以选择RN1-10型户内高压熔断器，技术数据见表6-27所示： 表6-27 RN1-10型户内高压熔断器技术数据 型 号 额定电压（kV） 开断电流（kA） 额定电流（KA） 切断容量（MVA） RN1-10/200 10 12 2 200 熔断器的额定电流Ierq>Ierj ，所以熔断器满足要求。 33 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 第七章 继电保护 继电保护的设计应以合理的运行方式和故障类型作为依据，并应满足速动性、选 择性、可靠性和灵敏性四项基本要求。本站主要对变压器、线路、电力电容器进行保护，同时也对其它设备进行保护，这里主要介绍这些主要的保护[19]。 7.1 电力变压器的保护 电力变压器是电力系统中大量使用的重要电器设备，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。 变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部短路或过负荷引起的过电流，以及漏油引起的油面降低和过励磁等[20]。 对变压器的不正常工作状态应采取以下保护： （1） 为反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低应装设瓦斯保护。 （2） 为反应变压器绕组、套管和引出线相间短路；直接接地系统侧绕组、套管和引出线的接地短路以及绕组匝间短路应装设纵联差动保护。 （3） 为反应外部相间短路引起的过电流，应装设过电流保护作为后备保护。 （4） 为反应过负荷，应装设过负荷保护。 （5） 为反应油温降低而装设的保护。 7.1.1 变压器的瓦斯保护 根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，对于容量在0.8MVA以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护。 瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内部各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。 （1）原理及接线图 1）原理：由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其它绝缘材料分解，产生 气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护，它应安装在油箱与油枕之间的连接管道上。 2）瓦斯保护接原理线图如图7-11所示。 34 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 图7-1瓦斯保护接原理线图 （2）整定 整定：在出现轻微瓦斯及油面下降时，保护装置应动作于信号；但是在出现大量瓦斯时，保护装置通常应动作于跳闸。 （3）瓦斯保护的主要特点 动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、可以有效地反应变压器油箱内的故障及油面降低，但它不能反应油箱外套管及引出线上的故障，因此必须与纵差动保护一起，共同构成变压器的主保护。 7.1.2 变压器的纵差动保护 （1）原理：纵差动保护是反应被保护的变压器各端流入和流出电流的相量差。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。在保护范围内故障时，流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次值，保护动作。 （2）整定保护的动作电流（利用BCH-2型差动继电器构成的变压器差动保护） 1）确定基本侧。将变压器两侧电流互感器流入差回路的电流中较大的一侧作为 基本侧，计算步骤见表7-1。 35 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 表7-1 基本侧保护数据 变压器额定电压（KV） Ue.g（高压）=35 Ue.d（低压）=10.5 变压器额定电流 （A） 变压器接线方式 电流互感器接线方式 电流互感器计算变比nTA.js 电流互感器实际变比nTA.sj Ie.gSe3Ue.gY Δ =82.48 Ie.dSe3Ue.dΔ Y =274.94 Ie.g53=28.57 Ie.d=54.988 5400/5= 80 200/5=40 流入差回路电流（A） 不平衡电流（A） Ie.gnTA.sj3Ig=3.57 0 Ie.dId=3.437 nTA.sj3.57-3.437=0.133 2） 确定差动保护的动作电流 已知 Id1max(3)=2.535kA ①躲过变压器的励磁涌流 IdzKKIe.t (7-1) 式中 =48.85Ω （10-6） 10.5 接地体根数的确定 假定钢管之间的距离a=7.5m,则a/l=3，根据 Rc/ Rrw=12.21, 初选n=60根，查表得ηc=0.67，n=0.9 Rc / (Rrw·ηc) =65.62≈66根,决定选70根钢管，验算人工接地电阻，查表取ηc =0.63，则Rrw =0.9 Rc / (n·ηc) =0.997Ω<1Ω,满足人工接地电阻Rrw =1Ω的要求。 10kV配电区每隔9m架设一条均压带以使电位分布均匀，均压带采用截面积不小于24mm2的扁钢，其埋深为0.6m。 由于接地电阻的计算引入不少假设条件，所以在现场敷设接地装置以后，必须对接地电阻加以实际测量和核算，若不满足要求必须补埋接地体，达到设计要求。 36 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 第十一章 箱变电气五防保护 11.1电气“五防”内容 (1)防止误分误合开关； (2)防止带负荷拉合刀闸（或推拉小车）； (3)防止带电挂地线（合地线刀闸）； (4)防止带地线合开关（合刀闸）； (5)防止误入带电间隔 11.2实现“五防”的途径 (1)机械闭锁 (2)电气闭锁（分合闸回路中串联隔离开关辅助节点） (3)电磁强制闭锁（强制型带电显示器带电磁锁） (4)程序锁（包括电控锁、刀闸锁、直拨锁、电磁锁、挂锁、户内户外程序门锁等） (5)微机“五防” (6)用特殊工具才能打开的封门 (7)警示标识和警示栏杆以及隔网门 本次设计实现“五防”的途径采用程序锁。 37 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 第十二章 变电站的平面布置及交流原理图 12.1 箱式变电站总体布置 35kV箱式变电站高压室额定电压35kV ，低压室额定电压10kV。主变压器额定容量为5000kVA，站用变压器额定容量为800kVA，分别接在35kV、10KV母线上。箱体采用了双层密封，双层铁板间充入高强度聚胺脂，具有隔温、防潮等特点。外层采用不锈钢体，底盘钢架采用金属喷锌技术,有良好的防腐性能。内层采用铝合金扣板箱体内安装空调及除湿装置，从而是设备运行不受自然环境及外界污染的影响。可保证设备在-40～+40℃之间运行。 内部一次系统采用单元真空开关柜结构。开关柜内设有上下隔离刀闸，ZN12-35型真空断路器，选用干式高精度的电流互感器和电压互感器，电容器采用高质量并联电容器，并装有放电PT，站内装有多组氧化锌避雷器。一次系统连接采用封闭母线结构，在每个单元柜装有“五防锁”，保证了人身与设备的安全[29]。箱式变电站主要包括4部分，分别为框架、高压室、低压室、变压器室。 （1）框架：基本结构是由槽钢、角钢和钢板焊接而成，外股、门和顶盖用新材料色彩钢板制作。 （2）高压室：装备真空断路器。包括三工位负荷开关、熔断器、互感器、避雷器等。 （3）低压室：装备全国统一设计的GGD型固定式低压配电屏、包括主开关柜、计量柜、多路出线柜、耦合电容器。 （4）变压器室：配备5000kVA变压器，室顶装有温度监控仪启动的轴流风扇。 12.2变电站一次系统图见附页图001 12.3 35KV侧箱体的平面布置图见附页图002 12.4 10KV侧箱体的平面布置图见附页图003 12.5 电容箱箱体的平面布置图见附页图004 12.6变电站的整体平面布置图见附页图005 12.7五防锁程序图见附页图006 12.8各柜交流原理图见附页图007-011 38 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 第十三章 结 论 本课题主要对35kV农网型箱式变电站进行设计，系统的介绍了农网型箱式变电站的结构、特点以及其应用领域和市场前景。所做的工作主要包括四个方面：首先是农网型箱式变电站整体结构设计，包括主变压器和站用变压器容量，接线组别的确定，以及高压室、低压室、和变压器室的布置；其次是农网型箱式变电站的一次系统设计及各电器设备的选型和校验，35kV侧母线采用单母线，10kV侧母线采用单母线分段接线方式；再次是农网型箱式变电站的继电保护设计和二次系统设计；最后是农网型箱式变电站接地装置、防雷保护及智能监控功能设计。 在本次设计中，我应用到了自己以前学过的知识，如《电力系统继电保护》、《电力系统分析》等；在图书馆我查阅了许多相关资料，总结所学到的知识，当然也遇到了许多困难，但在**老师的悉心指导下，最终完成了设计任务；通过这次系统设计让我对自己的专业知识有了进一步的巩固与提高，特别是对电器设备的选型，主电路的接线方式有了比较深刻的了解。由于本人经验和设计时间有限，可能有疏漏和不足，恳请各位老师指正。 39 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计 参考文献 [1]黄绍平. 成套电器技术[M]. 湖南工程学院讲义（内部资料），2002 [2]庞腊成. 智能农网型箱式变电站[J]. 农村电气化，2007，（7）：62-63 [3]黄东平. 35KV农网型箱式变电站在农网改造中的应用[J]. 继电器，2004，（16）：66-67 [4]《工厂常用设备手册》编写组. 工厂常用设备手册[M]. 中国电力出版社，2003：5-108 [5]国家电力公司农电部编. 35KV及以上工程[M]. 中国电力出版社，2002：708-750 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