电力系统及其自动化毕业论文变电所电气一次部分初步设计

华北电力大学成人教育

毕业设计(论文)

论文题目： 电力系统及其自动化变电所电气一次部分初步设

计

学生姓名： 学号 08201126

年级、专业、层次： 08级专业专升本

函授站： 郑州电力高等专科学校

二○一○年九月

中文摘要

变电所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。这就要求变电

所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国

民经济服务。

本文设计的变电站为110kV地方降压变电站，其下级负荷为35kV级和10kV级工业及

其它负荷。这些负荷包括Ⅰ类负荷和Ⅱ类负荷，本次毕业设计主要针对变电站电气一次部

分设计的要求。

为了满足社会发展的需要,需要在此地区新建一座110kV变电站。设计要求采用110kV

进线3回, 35kV出线6回，10kV出线8回，基于上述条件，变电站的设计在满足国家设

计标准的基础上，尽量考虑当地的实际情况。形式上采用独立变电站。在本变电站的设计

中，分为对变电站总体分析和负荷分析、变电站主变压器的选择、主接线、短路电流等部

分的分析计算。变电站的设计是按照本地区5～10年后的用电量的满负荷的容量设计的，

不必为将来因为容量小而再重建或扩容，一次设计到位，减少了投资，并为变电站的安全

稳定供电提供了保障。

关键词： 110kV变电所 电气一次 设计

目 录

前 言 ....................................................... - 3 -

第一章 负荷分析及主变压器的选择 ............................. - 5 -

第二章 电气主接线设计 ....................................... - 7 -

第三章 短路电流的计算 ...................................... - 14 -

第四章 电气设备的选择 ...................................... - 18 -

第五章 配电装置选择与电气总平面图布置设计 .................. - 25 -

第六章 防雷保护设计 ........................................ - 34 -

附录 短路电流计算书 ...................................... - 46 -

前 言

一、概述

根据《电力系统技术规程》中的有关部分，特别是：

第1.0.2条：系统设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期，长期电力规划

的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究提出系统设计的具体方案；应合理利用能源，

合理布局电源和网络，使发、输、变电及无功建设配套协调，并为系统的继电保护设计，

系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条件。设计方案应技术先进，过度方便，运

行灵活，切实可行，以经济，可靠质量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生

活不断增长的需要。

第1.0.3条： 变电所的设计应依据工程的5～10年发展规划进行；做到远、近期结

合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。

第1.0.4条： 变电所的设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、

工程特点和地区供电条件，结合国情合理确定设计方案。

第1.0.5条： 变电所的设计必须坚持节约用地的原则。

第1.0.6条：系统设计的设计水平可为今后第五年至第十年的某一年，并应对过度年

进行研究（五年内逐年研究），远景水平可为第十年至第十五年的某一年，且宜与国民经

济计划的年份相一致。系统设计经审查后，二至三年进行编制，但有重大变化时，应及时

修改。

根据此地区的经济发展的需要，为了满足该地区工农业生产及人民生活用电要求，决

定建设110kV降压变电所。

二、本次设计内容

本次地方降压变电所设计主要分为最佳电气主接线的选择、主变台数及容量、所用变

的选择、无功补偿的设计、短路电流计算、主要电气设备的选择及校验、屋内外配电装置

的布置、防雷与接地保护。本部分设计主要参考了《电力工程设计手册》、《发电厂电气部

分》。

三、本次设计的任务

本次设计的主要任务是地方降压变电所的设计，设计的内容主要就是电气的一次部分

设计和计算。要对任务书所涉及原始资料进行总体分析，然后确定变电站电气主接线的型

式，并在此过程中进行系统的无功补偿、调压计算、短路电流计算以及电气设备的选择。

在具体计算后，还要为建造变电站进行配电装置及电气总平面的布置设计，使建站合理化，

并进行防雷设计，保证安全。

本次设计属于毕业设计,是在学习了相关专业课程(如《发电厂电气部分》，《电力系统

分析》, 《电力系统继电保护原理》等等),且对各类变电所后设计的.本次设计是为了使

本人在走出校园前对具体的工程设计有细致的了解,并掌握一定的工程设计方法而设的.

在本次设计中,在赵成勇老师细心指导下,自己亲自动手进行设计方案比较,计算,查找相

关资料等技术设计过程,对此有了深入细致的了解,为以后的工作打下了坚实的基础。

第一章 负荷分析及主变压器的选择

第1节 负荷分析

一、负荷总体分析

负荷的大小和种类影响主接线型式和主变压器容量的选择。

负荷按其对供电可靠性要求的不同分类如下：

Ⅰ类负荷：凡短时停电将造成人员伤亡和重大设备损坏以及重大经济损失的负荷。

供电要求：任何时间都不能停电。可采用双回路供电（自动切换或同时工电）。

Ⅱ类负荷：凡停电造成减产，使用户蒙受较大的经济损失的负荷。

供电要求：可短时停电几分钟。可采用双回路供电，

不需自动切换。

Ⅲ类负荷：Ⅰ、Ⅱ类负荷以外的其它负荷。

供电要求：可长时间停电。

二、负荷计算

三绕组变压器：计算负荷Sjs=Kt(Sjs中+Sjs低)

式中 Kt—中、低压侧负荷同时率，取0.85~0.9。

本变电所选用三绕组变压器。根据原始资料，计算如下：

Sjs中=0.82(55/0.8)×（1+5%）

≈59.2MVA

Sjs低=0.80(8/0.8)×(1+5%)

≈8.4MVA

Sjs =Kt(Sjs中+Sjs低)=0.85×(59.2+8.4)≈57.46MVA

第2节 主变压器的选择

一、台数选择

为保证供电可靠性，一般选2台及以上，本设计选择2台。

二、容量选择

1.主变压器容量一般按变电站建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期

10～20年的负荷发展。

2.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的

变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设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负荷：对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证

全部负荷的60～70%。故选两台50MVA的主变压器就可满足负荷需求。

三、调压方式的选择

有载调压变压器能在额定容量范围内带负荷调整电压，调压范围大，可以减小和避免

电压大幅度波动；无载调压变压器只能在停电时改变分接头位置，对供电可靠性有影响。

综合考虑，本所采用有载调压方式。

综上所述，最终确定变压器的型号为：SFSZ10-50000/110，接线组别：YN,yno.d11,

额定电压：110/38.5/10.5kV。

第二章 电气主接线设计

第1节 电气主接线设计的内容及要求

一、电气主接线的基本要求

1.可靠性

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。

（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

（2）母线检修、母线隔离开关检修，尽量减少停运的回路数和停运时间，并保证对

Ⅰ级负荷及全部或大部分Ⅱ级负荷的供电。

（3）母线故障、断路器故障，尽量减少停运的回路数和停运时间。

（4）尽量避免全所停电的可能性。

2.灵活性

主接线灵活性有以下要求：

（1）调度要求。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系

统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

（2）检修要求。可以方便的停运断路器、母线，对继电保护设备进行安全检修，且

不致影响对用户的供电。

3.经济性

经济性主要指节约投资、电能损耗要少、占地面积少，节约材料。

4.可扩建性

可扩性指可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造

量最小。

二、变电所主接线设计应考虑的基本问题

1.变电所在系统中的地位和作用

本设计变电所为地方降压变电所，主要满足该地区工农业生产以及人民生活用电要求。

2.电压等级及出线回路数

电压等级为110/35/10kV，出线回路数如下：

110kV 进线3回；

35kV 出线6回；

10kV 出线8回。

3.主要电气设备的特点

本设计变电所中变压器2台SFSZ10-50000/110型有载调压变压器

额定电压110/38.5/10.5kV 接线组别Ynyn0d11

4.配电装置的选型

配电装置的设计应根据电力负荷性质及容量、环境条件和运行、安装维修等要求合理的

选用设备和制定布置方案，必须坚持节约用地的原则。配电装置分类如下：

屋内型：三层式 双层式 单层式

屋外型：高型 半高型 普通中型

110kV配电装置一般采用屋外型；35kV配电装置可采用屋内型，防污性能好，便于运行

维护，节约用地；10kV配电装置一般为屋内布置，可采用手车式开关柜。

5.所址环境条件

年最高温度为40。C，年最低温度为-20。C，最热月平均最高温度为30。C，最热月

平均地下温度为18。C；雷暴日数为30日/年。

三、电气主接线设计的基本内容

1.高、中、低各级接线型式

2.各回路电气设备的详细配置

3.6-10kV电压等级的限流问题：变压器分列运行，采用分列变压器

4.所用电设计

5.主变压器中性点接地方式设计

6.无功补偿设计

第2节 各电压级电气主接线设计

一、设计方法

各电压级拟定2个合理的可行初步方案

二、几种基本接线型式的使用范围

桥型接线 110kV 出线2回 主变压器2台

单母线分段 6-10kV 主变压器2台

35kV 出线3-8回

110kV 出线3-5回

双母线 6-10kV 出线大于12回

35kV 出线大于8回

110kV 出线大于6回

三、设置旁路母线的原则

1.110kV优先采用简易旁母形式即分段断路器兼旁路断路器，出线大于6回，可设专

用旁路断路器。

2.35kV一般不采用旁路母线。

3. 6-10kV当不允许停电检修断路器时，可设旁路母线，一般采用专用旁路断路器。

四、对初步方案的提示

110kV 单母线分段 单母线分段带旁母

35kV 单母线分段 单母线分段带旁母（简易旁母室外）

10kV 单母线分段带旁母 单母线分段（手车式开关柜）

五、根据以上分析，选择比较如下

项目 方案 方案1 方案2

接线名称 单母线分段 单母线分段带简易旁母

接 线

简 图

110kV

电

压

级

可靠性 a任一母线母隔检修仅停检 a检修进出线断路器时所

灵活性 修段； 在回路通过旁母不停电，

经济性 任一母线故障仅停故障段； 可靠性高。

分 析 任一出线断路器检修仅停 b经济性好。

所在回路。 c灵活性好。

b简单清晰，经济性好。 但接线复杂。

c具有一定的灵活性。

35kV 接线名称 单母线分段 单母线分段带简易旁母

电压级 35kV电压级与110kV选用方案相同，分析比较如前面分析。

接线名称 单母线分段(手车式开关柜) 单母线分段带专用旁母

接 线

简 图

可靠性 a采用可迅速替换的手车 a检修进出线断路器经旁

灵活性 式开关柜,检修时可迅速 母供电，不中断所在回路

经济性 替换，不会长时间停电。 供电。

分 析 b灵活性好。 b灵活性较好。

c经济性好。 c采用专用旁路断路器和

隔离开关,增加了投资。

10kV

电

压

级

根据以上分析比较，电气主接线方式选择如下：

110kV电压级 单母线分段方式

35kV电压级 单母线分段方式，采用手车式开关柜

10kV电压级 单母线分段方式，采用手车式开关柜

六、所用电设计

1.所用电源数量的确定

规程3.3.1规定：在有2台及以上主变压器的变电所中，宜装设2台容量相同可互为备

用的所用电源。

规程3.3.5规定:变电所宜设置固定的检修电源。

2.所用电源引接方式

由所内较低电压母线不同分段上引接2个所用电源；

由主变压器第三绕组引接，此时所用变压器高压侧需要大断流容量设备或加装限流电抗

器。

3.所用变压器选择

型式：油浸风冷式 台数：2台

容量：由换算系数法Se≥K1∑P1+∑P2

式中K1—系数， P1—动力负荷， P2—电热照明负荷

4.本设计变电所所用变设计

所用电由所内较低电压母线不同分段上引接2个所用电源；所用变压器选2台

SC10-100/10 油浸自冷式变压器。

七、主变压器中性点接地方式设计

1.110kV侧中性点直接接地

我国的110kV以上电压级变压器一般均采用中性电直接接地方式，即大电流接地系统。

对2台主变压器一般采用1台中性电直接接地，另1台不接地方式。

2.6-35kV中性点不接地或经消弧线圈接地

由于缺少相应资料,本变电站按Ic≤10A(35kV)考虑,采用不接地系统,10kV也采用不接

地系统。

八、无功补偿设计

1.无功补偿方式

(1)高压集中补偿—变电所电源端

(2)低压分散补偿—用户端

2.并联电容器接线

星型或双星型

3.并联电容器的选择

容量：主变压器容量的10%～30%

台数： n=Qc总/Qc单，星型接线n取3的倍数；双星型接线n取6的倍数。

型号：TBB10

4.本设计变电所并联电容器选择：

并联电容器成套装置 TBB10-3000/500-AK

其中每组电容器包括： 隔离开关：GW4-20DW/630A 单接地，1组

避雷器：HY5WR-17/45，3只

电容器：BAM11/√3-500-1W，3组

放电线圈：FDGE-11/√3-1.7-1W，3只

电抗器：CKGKL-30/10-6%，3只

第三章 短路电流的计算

第1节 短路电流计算的原则及方法

一、短路电流计算的若干原则与规定

1.短路电流计算的目的

（1）电气主接线比选；

（2）导体和电气设备的选择；

（3）继电保护装置选择和整定计算。

2.计算用等值网络

验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断所用的短路电流，应按本工程的设计

规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。

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。

3.计算方法

在实际工程中应该计算三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路情况下的

短路电流。一般情况下，三相短路时的短路电流是最大的，本设计中只需计算三相短路时

的短路电流。

（1）110kV侧 选110kV母线短路 K1

（2）35kV侧 选35kV母线短路 K2

（3）10kV侧 选10kV母线短路 K3,首先按主变压器并列运行考虑

若短路电流不满足断路器开断电流，依次采取以下限流措施：

①主变压器分列运行 K3′

②采用高阻抗变压器

③在出线上装设限流电抗器

5.计算项目

I″—短路后0S时刻短路电流周期分量有效值

Itk—短路后tk时刻短路电流周期分量有效值

I1/2tk—短路后1/2tk时刻短路电流周期分量有效值

其中 tk—短路电流切断时间

ish—短路后半个周期0.01S时出现的短路全电流，ish=2.55I″

6.计算方法

（1）运算曲线（表）法：个别变化法；同一变化法

（2）计算机算法：对于较复杂系统可采用计算机算法

7.本设计变电所短路电流计算

本设计中采用运算曲线法（个别变化法）。

第2节 运算曲线法计算步骤

1.选择短路计算点：

（1）110kV侧 选110kV母线短路 K1

（2）35kV侧 选35kV母线短路 K2

（3）10kV侧 选10kV母线短路 K3,首先按主变压器并列运行考虑

若短路电流不满足断路器开断电流，依次采取以下限流措施：

①主变压器分列运行 K3′

②采用高阻抗变压器

③在出线上装设限流电抗器

2.画出计算用等值网络图

（1）基准值选择

Sb=100MVA, Ub=Up—平均额定电压

（2）各元件标幺值的计算

发电机 XG=Xd″Sb/Sn

变压器 XⅠ=1/2(U12+U13-U23)Sb/Sn

XⅡ=1/2(U12+U23-U13)Sb/Sn

XⅢ=1/2(U13+U23-U12)Sb/Sn

线路 XL=L0.4Sb/UbUb

（3）求相应的计算电抗Xjs

Xjs= X∑Se/Sb

（4）查运算曲线，求相应短路电流的标幺值

当Xjs>3.45时，可以看作无穷大电源系统，这时I″=I1/2tk=Itk=I∞=1/Xjs

（5）求短路电流的有名值

I=I×Ib, Ib=Se/1.732Up

（6）求冲击电流

ish=(1.8～1.9)1.414 I″,低压系统取1.9,本设计中取1.8。ish=2.55 I″

（7）本设计变电所计算结果

第四章 电气设备的选择

第1节 本次设计的主要任务

1.导体和绝缘子的选择；各电压级汇流母线、主变引下线、出线的选择；绝缘子串选

择；

2.断路器、隔离开关、高压熔断器的选择；

3.电压互感器、电流互感器的选择；绝缘子和穿墙套管的选择（6～10KV电压级选室

内型）；

4.开关柜一次接线编号。

第2节 导体和电器选择的一般原则

参照《导体和电器选择设计技术规定SDGJ14—86》规程1.1.2条

选择导体和电器的一般原则：

1.应力求技术先进，安全适用，经济合理；

2.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；

3.应按当地环境校核；

4.应与整个工程的建设标准协调一致；

5.选择的导体品种不宜太多；

6.选用新产品应积极慎重。新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。

第3节 选择导体和电器的技术条件

一、按长期工作条件选择

1.选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压。

Ualm≥Usn, Ualm=1.15Un,Usn≤1.1Uns 从而Un≥Uns

2.选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流。

Kial≥Imax—导体，In≥Imax—电器，其中K—温度修正系数

二、Imax的计算方法

（1）汇流主母线

110kV电压级: 实际潮流分布

Imax=（2Se+S穿越功率+∑S110负荷）/1.732Un

35kV电压级：1.05ITⅠn

10kV电压级：1.05ITⅡn

（2）旁路回路

Imax=需旁路的回路的最大额定电流

（3）主变引下线

Imax=1.05IT

（4）负荷出线

单回线 Imax=线路的最大负荷电流

双回线 Imax=(1.2～2)倍某一线路的最大负荷电流

（5）母联回路

Imax=母线上最大一台主变压器的Imax

（6）分段回路

Imax=1.05IT(0.5～0.8)

（7）10kV并联电容器回路

Imax=1.3Ic

（8）所用变

Imax=1.05IT

附注：若主变压器10kV侧装设有接地变压器，一般考虑采用接地变压器兼做所用

变压器。

三、按经济电流密度选择导体

除汇流母线外，较长导体截面积按经济电流密度选择。

规程2.1.6条 除配电装置的汇流母线外，较长导体的截面应按经济电流密度选择。

当无合适规格导体时，导体截面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选择。

S选接近SJ=Imax/J,选择后，按长期发热进行校验。

四、电气设备型式选择

1. 主母线、主变引下线、负荷出线选择

规程2.1.3条 载流导体宜采用铝质材料。下列场所可采用铜质材料硬导体：

（1）持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部或采用硬铝导体

串套管有困难时；

（2）污秽对铜腐蚀轻微而对旅游较严重腐蚀的场所。

2.3.1条 20kV及以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜选用矩形导体；

4000A～8000A时，宜选用槽型导体。

110kV及以上高压配电装置，当采用硬导体时，宜选用铝合金管形导体。

500kV硬导体可采用单根大直径圆管或多根小直径圆管组成的分列结构，固

定方式可采用支持式或悬吊式。

硬导体 管形 110kV及以上电压级， 8000kA以上

槽形 20kV级以下电压级， 4000A～8000A

矩形 6～10kV,35kV级以下电压级，小于4000A

35kV及以下电压级， 小于4000A

软导体 LJ,TJ,LGJ 35kV 110kV室外

电缆

附注：选择导体时，同种条件下优先选择单条，矩形导体优先选择平放。

2.断路器、隔离开关选择

1.断路器QF （1）110kV SW —110 LW —110

（2）35kV SW —35 LW —35

（3）6～10kV SN10—10Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ ZN —10 LW —10

2.隔离开关QS GW GN

3.绝缘子选择、穿墙套管选择

悬式绝缘子：普通性 防污型

支柱绝缘子

穿墙套管

五、按当地环境条件校验

修正系数 K= [（θal－θ）/（θal－θ0）]

1/2

θ－安装处实际环境温度

规程1.2.2条 选择导体和电器的环境温度以采用表中所列数值

表4-1

类 安 装 环 境 温 度

别 场 所

裸 屋 外

导 体

屋 外

电 器

屋 内

最 高 最 低

最热月平均最高温度

最热月平均最高温度加5℃，该处通风设计温度

年最高温度 年最低温度

屋内电抗器

该处通风设计最高排风温度。无资料同上

屋内其 它

该处通风设计温度。无资料同上

查表可得数值，电器校验一般不需修正。

六、按短路条件校验

1.热稳定校验

电器：ItIt·t≥Qk，其中Qk＝Qp＋Qnp，Qp＝1/12tk（I″I″＋10I1/2tk

Qnp＝T I″，T＝0.05ββ

2.动稳定校验

硬导体需要进行动稳定校验；

七、电晕校验

规程2.1.7条 110kV及以上导体的电晕临界电压应大于导体安装处的最高工作电

压。

海拔高度不超过1000m的地区，在常用相间距离情况下，如导体型号或外径不小于

下表数值时，可不进行电晕校验：

表4-2

电压等级（kV） 110 220 330

软导线型号 LGJ－70 LGJ-300 LGKK－590/50，2×LGJQ－300

管型导体外径 Φ20 Φ30 Φ40

八、一些补充数据

110kV 普通中型 软母线 L＝7.5～8m,a＝2.2m

管型母线 L＝8m, a＝1.3～1.4m

半高型 软母线 L＝8m， a＝2.2m

管型母线 L＝10.5m，a＝1.4m

屋内 管型母线 L＝6m， a＝1.2m

35kV 屋外 L＝5m， a＝1.6m

屋内 L＝3m， a＝0.5m

10kV 屋内 固定开关柜 L＝1.25m，a＝0.25m

手车开关柜 L＝1.5m， a＝0.6～0.7m

主变压器引下线母线桥 L＝1.5m， a＝0.6～0.7m

九、本设计变电所电器设备选择

根据以上设计规程要求，对本设计变电所选择电气设备如下：

1、导体选择

（1）汇流主母线—按长期工作发热选择,KIal>Imax其中温度修正系数K=0.92

110kV电压级 室外 选择LGJX-630/45型

35kV电压级 室内 选择TMY-100X10型矩形铜导体单条平放

10kV电压级 室内 选择TMY-2(125X10)型双条平放

（2）主变压器引下线—按经济电流密度选择，温度修正系数K=0.92

110kV电压级 选择LGJX-300/25型

35kV电压级 选择LGJX-630/45型

10kV电压级 选择TMY-2(125X10)型双条平放

（3）负荷出线—按经济电流密度选择

附注： 负荷出线应选择软导体。

2、设备选择

a:变压器选择：

主变压器：容量型号 SFSZ10-50000kVA/110

容量比为50000kVA/50000kVA/50000kVA

电压比为110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5kV

b:110kV户外设备选择：

a) 断路器：选用LW35-126/3150A 40kA

b) 隔离开关：选用GW4-110ID/1250A、GW4-110IID/1250A

c) 避雷器：选用HY10W-102/266

d) 母线电容式电压互感器：选用TYD110/-0.02H -

3

e) 单相电容式电压互感器：选用TYD110/-0.01H

3

f) 电流互感器：选用LB7-110W

g) 主变中性点用

电流互感器LRB-63 100-200-300/5A

隔离开关 GW13-72.5/630A

氧化锌避雷器 HY1.5W-72/186

零序电流互感器 LJW1-10 100/5

c、35kV设备选择：

a)35kV开关柜的选择:35kV配电装置选用KYN80-40.5型金属铠装移开式柜，共12面，

选用的开关柜应具有“五防”功能，进出线及联络柜内装ZN72型真空断路器，弹簧机构、

直流操作；

b) 35kV中性点消弧线圈：经计算电容电流值未达到规定值，本期暂不安装，土建预留

位置。

d、10kV设备选择：

a)10kV开关柜的选择:10kV配电装置选用KYN28A-12型金属铠装移开式柜，本期共20

面，选用的开关柜应具有“五防”功能，进线及联络柜内装VD4型真空断路器，出线柜内

装VS1型真空断路器,弹簧机构、直流操作；

b)电容器补偿：选用TBB10-3000kvar(户外)

c)10kV电缆：选用YJV22-18/20-3×185

第五章 配电装置选择与电气总平面图布置设计

第1节 配电装置选择

一、配电装置设计原则与要求

1.《高压配电装置设计技术规程SDJ5-85》第1.01条规定：

高压配电装置（简称配电装置）的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并应根据

电力系统条件，自然环境特点和运行、检修等要求，合理地制定布置方案和选用设备，并

积极审慎地采用新布置、新设备和新材料，使设计做到技术先进、经济合理、运行可靠、

维护方便。

2.四点要求：

（1） 节约占地

占地比较 屋外普通中型 100%

屋外分相中型 70%～80%

屋外半高型 50%～60%

屋外高型 40%～50%

屋内型 25%～30%

GIS（SF6全封闭组合设备）5%～10%

（2） 运行安全与操作巡视方便

（3） 便于检修和安装

（4） 节约三材：钢材、木材、有色金属

二、安全净距

规程

第4.1.1条 屋外配电装置的安全净距不应小于表4.1.1所列数值，并按图5-1、

5-2和5-3校验。电气设备外绝缘体最低部位距地小于2.5m时，应装设固定遮拦。

第4.1.2条 屋外配电装置使用软导线时，在不同条件下，带电部分至接地部分和

不同带电部分之间的最小电气距离，应根据表4.1.2进行校验，并采用其中最大值。

第4.1.3条 屋内配电装置的安全净距不应小于表4.1.3所列数值，并按图4.1.3-1

和图4.1.3-2校验。

电气设备外绝缘体最底部位距地小于2.3m时，应装设固定遮拦。

第4.1.4条 配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时，应按较高的额定电压确

定其安全净距。

第4.1.5条 屋外配电装置带电部分的上面或下面，不应有照明、通信和信号线路

架空跨越或穿过；屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷的照明或动力线

路跨越。

表5-1 屋外配电装置的安全净距

符适 应 范 围 图号 额 定 电 压（kV）

号

3 1535 60 1111223350

10 20 0J 0 0J 0J 0J

A1 1、带电部分至接地部4.1.1203040659010182538

分之间 -1 0 0 0 0 0 00 00 00 00

2、网状遮拦向上延伸4.1.1**

线距地2.5m处与-2 *

遮拦上方带电部4.1.1

分之间 -3

A2 1、不同相的带电部分4.1.1203040651011202843

之间 -1 0 0 0 0 00 00 00 00 00

2、断路器和隔离开关

的断口两侧引线带电

部分之间

1、设备运输时，其外4.1.1951011141617253245

B1 廓至无遮栏带电部分-1 0 50 50 00 5050505050

之间 4.1.1** ** ** ** **

2、交叉的不同时停电-2

检修的无遮栏带电部4.1.1

分之间 -3

3、栅状遮拦至绝缘体

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

**

B3 1、网状遮拦至带电部4.1.1304050751011192639

分之间 -2 0 0 0 0 00 00 00 00 00

4.1.1272829313435435075C 1、无遮栏裸导体至地

-2 00 00 00 00 00 00 00 00 00 面之间

4.1.12、无遮栏裸导体至建

-3 筑物、构筑物顶部之

间

D 1、平行的不同时停电4.1.1222324262930384558

检修的无遮栏带电部-1 00 00 00 00 00 00 00 00 00

分之间 4.1.1

2、带电部分与建筑-2

物、构筑物的边沿部

分之间

注：1.110J、220J、330J、500J系指中性点直接接地电网。

2.海拔超过1000m时，A值应按附录四进行修正。

3.本表所列各值不适用于制造厂生产的成套配电装置。

* 对于220kV 及以上电压，可按绝缘体电位的实际分布，采用相应的B1值进行校

验此时，允许栅状遮拦与绝缘体的距离小于B1值。当无给定的分布电位时，可按

线分布计算。校验500kV相间通道的安全净距，也可用此原则。

* * 带电作业时，不同相或交叉的不同回路带电部分之间，其B1值可取A2+750mm。

* * * 500kV的A1值，双分列软导线至接地部分之间可取3500mm。

表5-2 不同条件下的计算风速和安全净距（mm）

条校 验 条 计算风速 A额 定 电 压

件 件 （m/s） 值

外外过电压10* A1 900 1000 1800 2400 3200 400 650

过和风偏

电

压

内内过电压最大设计A1 400 650 900 1000 1800 2500 3700

过和风偏 风速的

电50%

压

最1、最大工 A1 150 300 300 450 600 1100 1600

大作电压、短10或最大

工路和风偏设计风速

作（取10m/s

电风速）

压 2、最大工

作电压和

风偏（取最

大设计风

速）

A2 150 300 500 500 900 1700 2400

A2 1100 2000 2800 4300 400 650 1000

A2 1100 2000 2600 3600 400 650 1000

35 60 110J 110 220J 330J 500J

注：* 在气象条件恶劣的地区（如最大设计风速为35m/s及以上，以及雷暴时风速较大的

地区）用15m/s。

* * 当220J、330J、500J采用降低绝缘水平的设备时，其相应的A值可采用附录五所

列数值。

表5-3 屋内配电装置的安全净距（mm）

符 适用范围 图号 额定电压

号

3 6 10 15 20 35 60 111122

0J 0 0J

A1 1、带电部分4.1.3-1 75 101215183055859518

至接地部分0 5 0 0 0 0 0 0 00

之间

2、网状和板

状遮拦向上

延伸线距地

2.3m处，与

遮拦上方带

电部分之间

A2 1、不同相的4.1.3-1 75 101215183055901020

带电部分之0 5 0 0 0 0 0 00 00

间

2、断路器和

隔离开关断

口两侧带电

部分之间

B1 1、栅栏遮拦4.1.3-2 82858790931013161725

至带电部分4.1.3-3 5 0 5 0 0 50 00 00 00 50

之间

2、交叉的不

同时停电检

修的无遮拦

带电部分之

间

B2 1、网状遮拦4.1.3-1 17202225284065951010

至带电部分4.1.3-2 5 0 5 0 0 0 0 0 50 00

之间

C 1、无遮栏裸4.1.3-1 23242424242628313211

导体至地75 00 25 50 80 00 50 50 50 00

（楼）面之间

D 1、平行的不4.1.3-1 18191919192123262736

同时停电检75 00 25 50 80 00 50 50 50 00

修的无遮栏

裸导体之间

E 1、通向屋外4.1.3-2 40404040101045505055

的出线套管00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

至屋外通道

的路面**

注：1.110J、220J系指中性点直接接地电网。

2.海拔超过1000m时，A值应按附录四进行修正。

3.当220J采用降低绝缘水平的设备时，其相应的A值可采用附录五所列数值。

* 当为板状遮拦时，其B2值可取A1＋30mm。

* * 当出线套管外侧为屋外配电装置时，其至屋外地面的距离，不应小于表4.1.1中所列

屋外部分之C值。

三、型式选择

1.规程

第4.2.1条：选择配电装置的型式（包括屋外高型、半高型、中型布置及屋内布置等

型式）应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行及检修

要求，通过技术经济比较确定。在一般情况下：

35kV及以下配电装置采用屋内布置；

2级及以上污秽地区或市区的110kV配电装置。宜采用屋内型，当技术经济合理时，

220kV配电装置也可采用屋内型；

大城市中心地区或其他环境特别恶劣地区110kV及220kV配电装置可采用全封闭或混

合式SF6组合电器；

地震基本烈度8度及以上地区或土地贫瘠地区，110kV及220kV配电装置可采用屋外

中型布置；330～500kV配电装置可采用屋外中型布置。

第4.2.4条：布置在高型或半高型配电装置上层的220kV隔离开关和布置在高型配电

装置上层的110kV隔离开关，宜采用就地电动操作机构。

2.6～10kV电压级一般均为室内布置

屋内：装配式 二层式、三层式出线带电抗器

开关柜式 固定式开关柜——单母线分段带旁路

手车式开关柜——单母线分段

3. 35kV电压级

屋外型

屋内型：装配式/开关柜式

4.110kV 电压级

屋外型 一般为半高型（旁母抬高，下面放置电气设备）

屋内型 （全室内配电所）

四、本设计变电所配电装置选择

根据以上规程要求，结合本变电所实际，本设计变电所中，10kV电压级采用手

车式开关柜，35kV电压级采用手车式开关柜，均为屋内型配电装置；110kV电压级

采用屋外普通中型配电装置（本设计中无旁路母线）。

第2节 电气总平面布置设计

依据《变电所总布置设计技术规定SDGJ63-84》

一、电气总平面布置设计应考虑的一些问题

1.简化、标准化

2.检修、安装、搬运的便利

3.配电装置的方位

（1）进出线方向

（2）避免或尽量减少架空线的交叉

4.相序

一般面对出线，从左到右，从远到近，从上到下，为A、B、C相序（黄、绿、红）

5.操作、巡视通道

屋外：0.8m～1m宽

规程第4.3.3条：配电装置室内各种通道的最小宽度（净距），不应小于表5-4中所

列数值：

表5-4 配电装置室内各种通道的最小宽度（净距）（mm）

布置方式 通道分类

维护通道 操作通道 通往防爆间隔的通道

一面有开关设备 800 1500 1200

两面有开关设备 1000 2000 1200

当采用成套手车式开关柜时，操作通道的最小宽度（净距）不应小于下列数值：

一面有开关时：单车长+1200mm

两面有开关时：双车长+900mm

6.主变贮油池

规程第4.4.4条：屋外充油电气设备单个油箱的油量在1000kg以上，应设置能容纳

100%或200%油量的贮油池或挡油墙等。

设有容纳20%油量的贮油池或挡油墙时，应有将油排到安全处所的设施，且不应引起

污染和危害，当设置有油水分离的总事故池时，其容量应按最大一个油箱的60%油量确定。

贮油池和挡油墙的长、宽尺寸，一般较设备外部尺寸每边相应大1m。

贮油池内一般铺设厚度不小于250mm的卵石层（卵石直径为50～80mm）

7.主变距离

规程第4.4.6条：油量均为250kg以上的屋外油浸变压器之间无防火墙时，其防火净

距不得小于下列数值：

表5-5

35kV及以下 5m

63kV 6m

110kV 8m

220kV及以上 10m

8.主变压器与屋内配电装置距离

本设计取大于10m。

9.主控制室

如没有特别说明可取：22×10㎡

10.补偿电容器

放置在室外，通过电缆与屋内10kV配电装置相连，可取14×8㎡。

11.端子箱、配电箱、电缆沟反映出来

12.生活区

13.道路、大门

第六章 防雷保护设计

第1节 雷害途径

直击雷

雷电侵入波

第2节 直击雷防护

《电力设备过电压保护设计技术规程SDJ7-79》

1.保护对象

变电所的全部电气设备、配电装置，以及变电所内的建筑及构架设施。在必要和可

行的情况下生活区也应处于保护围内。

2.保护措施

装设避雷针。

3.设计要点

（1）妥善采用避雷针

110kV电压级可以采用独立避雷针或构架避雷针

35kV及以下电压级只能用独立避雷针

（2）规程第20条：

独立避雷针（线）宜设独立的接地装置。在高土壤电阻率地区，其接地电阻不宜超过

10Ω。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至

35kV及以下设备与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。

独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距

离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面。

4.规程第71条：

110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电

阻率大于1000Ω•m的地区，宜装设独立避雷针，否则，应通过验算，采取降低接地电阻

或加强绝缘等措施。

60kV的配电装置，允许将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于

500Ω•m的地区宜装设独立避雷针。

35kV及以上高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针。

装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。装有避雷针

的架构上，接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度；但在空气污秽

地区，如有困难，空气中距离可按非污秽区标准绝缘子串的长度确定。

避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主变地网的地下连接点，沿接地体

的长度不得小于15m。

在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线。

5.规程第72条：

110kV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架构上，土壤电阻率大于

1000Ω•m的地区，应装设集中接地装置。

35kV至60kV配电装置，在土壤电阻率不大于500Ω•m的地区，允许将线路的避雷线

引接到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。在土壤电阻率大于500Ω•m的地区，避

雷线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护，可采用

独立避雷针，也可在线路终端杆塔上装设避雷针。

6.规程第74条：

独立避雷针、避雷线与配电带电部分间的空气中距离，以及独立避雷针、避雷线的接

地装置与接地网间的地中距离，应符合下列要求：

（1）独立避雷针与配电装置带电部分、发电厂和变电所电力设备接地部分、架构接

地部分之间的空气距离，应符合下式要求：

Sk≥0.3Rch+0.1h

式中：Sk—空气中距离（m）

Rch—独立避雷针的冲击接地电阻（Ω）

h—避雷针校验点的高度（m）

（2）独立避雷针的接地装置与发电厂变电所接地网间的地中距离，应符合下式要求：

Sd≥0.3Rch

式中：Sd—地中距离（m）

（3）除上述要求外，对避雷针和避雷线，Sk不宜小于5m，Sd不宜小于3m。对60kV

及以下配电装置，包括组合导线、母线廊道等，应尽量降低感应过电压，当条件许可时，

Sk应尽量大。

单根避雷针：

当hx≥1/2h时 rx=(h－hx)p

当hx＜1/2h时 rx=(1.5h－2hx)p

式中：h—避雷针的高度，单位m

p—高度修正系数，是考虑到避雷针很高时rx不与针高h成正比增

大而引入的一个修正系数。

当h≤30m时 p=1

当30m＜h≤120m时 p=√30/h

双根等高避雷针:

h0=h-D/7p

bx=1.5(h0-hx)

式中：h—避雷针的高度，单位m

h0—两针间联合保护范围上部边缘的最低点的高度，单位m

2bx—在高度的水平面上，保护范围的最小宽度，单位m

第3节 雷电侵入波保护

1.保护措施：

避雷器

2. 规程第78条：

变电所的每组母线上，都应装设阀型避雷器。变电所内所有避雷器应以最短的接地线

与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近装设集中接地装置。

3.规程第75条：

发电厂和变电所应采取措施防止或减少近区雷击闪络。未沿全线架设避雷线的35～

110kV。架空送电线路，应在变电所1～2km的进线架设避雷线。

4.规程第83条：

与架空线路连接的三绕阻变压器（包括一台变压器与两台电机相连的三变压器）绕阻

的3～10kV如有开路运行的可能，应采取防止静电感应电压危及该绕阻绝缘的措施— 在

其一相出线上装设一只阀型避雷器，但如该绕阻连有25m及以上金属外皮电缆段，则可不

装设避雷器。

5.规程第80条：

大接地短路电流系统中的中性点不接地的变压器，如中性点绝缘非接线电压设计，应

在中性点装设保护装置，如中性点绝缘接线电压设计，但变电所为单进线且为单台变压器

运行，也应在中性点装设保护装置。

小接地短路电流系统中的变压器中性点，一般不装设保护装置，但多雷区单进变电所

宜装设保护装置；中性点接有消弧线圈的变压器，如有单进线运行可能，也应在中性点装

设保护装置。

6.规程第85条：

变电所的3～10kV配电装置（包括电力变压器）应在每相母线和每路架空进线上装设

阀型避雷器，并应采用图示保护接线。母线上避雷器与主变压器的电气距离不宜大于表所

列数值:

表6-1 避雷器与3～10kV主变压器的最大电气距离

雷季经常运行的进线路数 4及以上

最大电气距离（m）

避雷器应以最短的接地与变电所、配电所的主接地网连接（包括通过电缆金属外皮连

接）避雷器附近应装设集中接地装置。

7.型式选择

ZnO避雷器

8.避雷器选择

（1）按系统的额定电压和接地方式来选择避雷器的额定电压。

（2）按标称电流选择避雷器残压（5kA,10kA,20kA,1kA）

表6-2

1 2 3

15 23 27 30

安装处电压级 6～10KV、35kV 主变中性点

标称电流

110kV

10kA 5kA 1kA

第4节 本设计变电所防雷保护设计

1.避雷针选择与保护范围计算

（1）避雷针选择

本设计变电所选择4根避雷针h1,h2=24 m，h3,h4=30 m分别布置于变电所四角。本设

计变电所设计大小为59700㎜×63000㎜。顺时针顺序编号依次为#1、#2、#4、#3。取保

护高度分别为hx=10m。p=1。

（2）保护计算书

避雷针名称: 1#-2#

避雷针距离=35.8m

h=min(24,24)=24m

h2=max(24,24)=24m

h24<=30m, p=1

避雷针保护高度hx: 10m

ha=24-10=14m

rx=(1.5*h - 2*hx)*P=(1.5*24 - 2*10)*1.000=16m

x=dDist/ha/p=35.8/14/1.000=2.555

y=hx/h*10=10/24*10=4.167

查bx曲线:

X=2,Y=4,a=0.980

X=3,Y=4,b=0.860

X=2,Y=5,c=0.900

X=3,Y=5,d=0.800

插值运算:

d1=(b-a)*(x-X)+a=(0.860-0.980)*(2.555-2)+0.980=0.913

d2=(d-c)*(x-X)+c=(0.800-0.900)*(2.555-2)+0.900=0.845

d3=(d1-d2)*(Y-y)+d1=(0.913-0.845)*(4-4.167)+0.913=0.902

bx=d3*ha*p=0.902*14*1.000=12.6m

避雷针名称: 1#-3#

避雷针距离=56.3m

h=min(24,29.9)=24m

h2=max(24,29.9)=29.9m

h24<=30m, p=1

避雷针保护高度hx: 10m

ha=24-10=14m

rx=(1.5*h - 2*hx)*P=(1.5*24 - 2*10)*1.000=16m

x=dDist/ha/p=58.2/14/1.000=4.156

y=hx/h*10=10/24*10=4.167

查bx曲线:

X=4,Y=4,a=0.720

X=5,Y=4,b=0.550

X=4,Y=5,c=0.660

X=5,Y=5,d=0.510

插值运算:

d1=(b-a)*(x-X)+a=(0.550-0.720)*(4.595-4)+0.720=0.619

d2=(d-c)*(x-X)+c=(0.510-0.660)*(4.595-4)+0.660=0.571

d3=(d1-d2)*(Y-y)+d1=(0.619-0.571)*(4-4.167)+0.619=0.611

bx=d3*ha*p=0.611*14*1.000=8.6m

避雷针名称: 3#-4#

避雷针距离=37.9m

h=min(29.9,29.9)=29.9m

h2=max(29.9,29.9)=29.9m

h29.9<=30m, p=1

避雷针保护高度hx: 10m

ha=29.9-10=19.9m

rx=(1.5*h - 2*hx)*P=(1.5*29.9 - 2*10)*1.000=24.9m

x=dDist/ha/p=37.9/19.9/1.000=1.906

y=hx/h*10=10/29.9*10=3.344

查bx曲线:

X=1,Y=3,a=1.130

X=2,Y=3,b=1.020

X=1,Y=4,c=1.080

X=2,Y=4,d=0.980

插值运算:

d1=(b-a)*(x-X)+a=(1.020-1.130)*(1.906-1)+1.130=1.030

d2=(d-c)*(x-X)+c=(0.980-1.080)*(1.906-1)+1.080=0.989

d3=(d1-d2)*(Y-y)+d1=(1.030-0.989)*(3-3.344)+1.030=1.016

bx=d3*ha*p=1.016*19.9*1.000=20.2m

（3）避雷器选择

Y 1 W 2 — 3 / 4 5

Y ——ZnO

1 ——标称电流

W——结构特征 W—无间隙 ；C—串间隙；B—并间隙

2 ——设计序号

5 ——特征 D—电机用；W—防污闪型；G—高原用；Z—变电站用；S—配电线路用；

TD—电气化铁路用。

（4）110kV电压级：

型号：Y5W—100/260Z

参数：

避雷器额定电压（kV）：100 系统额定电压（kV）：110

持续运行电压（kV）：73

直流或工频参考电压峰值不小于（kV）：145

(kA)残压水平大于I/us：299

2000/us方波电流冲击（A）不小于：150

4/10/us电流冲击(kA)不小于：40

（5） 35kV电压级：

型号：Y5W-42/134Z

参数：

避雷器额定电压（kV）： 42 系统额定电压（kV）：35

持续运行电压（kV）：23.4

直流或工频参考电压峰值不小于（kV）：73

(kA)残压水平大于I/us：154

2000/us方波电流冲击（A）不小于：150

4/10/us电流冲击(kA)不小于：40

（6）10kV电压级：

型号：Y5W-12.7/45Z

参数：

避雷器额定电压（kV）： 12.7 系统额定电压（kV）：10

持续运行电压（kV）：6.6

直流或工频参考电压峰值不小于（kV）：24

(kA)残压水平大于I/us：51.8

2000/us方波电流冲击（A）不小于：150

4/10/us电流冲击(kA)不小于：40

附录1 短路电流计算书

计算条件:

基准容量 = 100MVA, 冲击系数Kc = 1.8

计算相关公式:

*注: ^2和^3分别表示平方和立方

该短路电流计算不计周期分量的衰减(参考<<电力工程电气设计手册—电气一次系统>>

P140)

全电流计算公式:

Ich = I"(√(1 + 2 x (Kch - 1)^2)

冲击电流计算公式:

ich = √2 x Kch x I"

Kch — 冲击系数

I"(短路总电流即有效值Iz)

电源供给的短路电流 有效值 I" = I*" x Ie

I"* — 0秒短路电流周期分量的标么值

Ie — 电源的额定电流(kA)

三绕组变压器:

阻抗标么值 = 变压器的电抗百分 x 基准容量 / 变压器容量

X1 = 0.5 x (X12 + X13 - X23)

X2 = 0.5 x (X12 + X23 - X13)

X3 = 0.5 x (X13 + X23 - X12)

编号:ZB1

电压(kV):110/38.5/10.5

型号:SFSZ10-50000

容量(kVA):50000

电抗Ud%:10.5/18/6.5

标么值X1:0.22

标么值X2:-0.01

标么值X3:0.14

编号:ZB2

电压(kV):110/38.5/10.5

型号:SFSZ10-50000

容量(kVA):50000

电抗Ud%:10.5/18/6.5

标么值X1:0.22

标么值X2:-0.01

标么值X3:0.14

负序阻抗图：

短路节点: (d1) 电压等级:115.5kV

三相短路:

设备名称 Xjs 0秒

系统C1 0.13 3.845kA

短路总电流Iz: 3.845kA

全电流Ich: 5.806kA

冲击电流ich: 9.788kA

冲击电流ich: 9.788kA

短路节点: (d2) 电压等级:36.75kV

三相短路:

设备名称 Xjs 0秒

系统C1 0.235 6.685kA

短路总电流Iz: 6.685kA

全电流Ich: 10.094kA

设备名称 Xjs 0秒

系统C1 0.62 15.36kA

短路总电流Iz: 15.36kA

全电流Ich: 23.193kA

冲击电流ich: 39.1kA