变电站设计说明书

学校代码： 10128 学 号：021202010

本科毕业设计说明书

（

题 目：110/35/10KV变电站电气部分初步设计 学生姓名：李刚强 学 院：电力学院 系 别：电力工程系

专 业：电气工程及其自动化 班 级：电02-1 指导教师：李梅 副教授

二 〇 〇 六 年 六 月 十 日

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摘 要

本次毕业设计的题目是：《110/35/10KV变电站电气部分初步设计》。根据设计的要求，在设计的过程中，根据变电站的地理环境、容量和各回路数确定变电站电气主接线和站用电接线，并选择各变压器的型号；进行参数计算、画等值网络图，并计算各电压等级侧的短路电流，列出短路电流结果表；计算回路持续工作电流、选择各种高压电气设备，并根据相关技术条件和短路电流计算结果表校验各高压设备； 为了保证电力系统供电和稳定运行，进行了无功补偿、主变保护的设计；最后为了把所选设备有一个合理的布局，进行了配电装置的设计。

通过本次设计，学习了设计的基本方法，巩固四年以来学过的知识，培养分析问题的能力，而且加深对变电站的全面了解。

关键词： 主接线；短路电流；电气设备；主变保护；配电装置

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Abstract

This grsduate design entitled:”initial electricity design for substation of 110/35/10KV”.According to requirements,these items should be completed during the process of design.Fristly,on the basis of geographical environment,the capacirty and circuit number,electricity wiring for substion and electrical power wiring is settled.Then choose the type of transformers.Secondly,calculate parameters snd figure equivalent network.Also calculate circuit current of each voltage level,then list the shour-cirrcuit current table;Next,calculate continuing work current of the circuit.And then according to the current ,all kinds of high-voltage equipment is chosen,in the same time test high-voltage equipment which has been chosen,In order to make suer that electric power system serre electricity securely and operate stably,the design for reactive compensation and main transformer protection has been done.At last,design the distribution equipment for a suitabele overall arrangement.

Through this design,I acquire the basic method for design,and strengthen the knowledge learned in the four years.More over,this design helps me develop my ability fo analying independently.Also,I have a overall understanding.

Key Words: Main wiring; short-circuit current; electrical facilities;

main transformer protection；distribution equipment

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目 录

引言 ....................................................................................................................................... 1 第一章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择 ....................................................... 2 1.1 主接线的设计原则和要求 ....................................................................................... 2 1.1.1 主接线的设计原则 ............................................................................................ 2 1.1.2 主接线设计的基本要求 .................................................................................... 2 1.2 主接线的设计 ........................................................................................................... 4 1.2.1 设计步骤 ............................................................................................................ 4 1.2.2 初步方案设计 .................................................................................................... 4 1.2.3 最优方案确定 .................................................................................................... 7 1.3 主变压器的选择 ....................................................................................................... 7 1.3.1 主变压器台数的选择 ........................................................................................ 7 1.3.2 主变压器型式的选择 ........................................................................................ 8 1.3.3 主变压器容量的选择 ........................................................................................ 9 1.3.4 主变压器型号的选择 ........................................................................................ 9 1.3.5

负荷率计算 ...................................................................................................... 9

第二章 站用电设计 ......................................................................................................... 11 2.1 站用电设计的要求及接线形式设计 ..................................................................... 11 2.1.1 设计要求 .......................................................................................................... 11 2.1.2 站用主接线设计 .............................................................................................. 11 2.2 站用变压器的选择 ................................................................................................. 11 2.2.1 站用变压器的选择的基本原则 ...................................................................... 11 2.2.2 站用变压器型号的选择 .................................................................................. 12 第三章 短路电流计算 ..................................................................................................... 13 3.1 短路计算的目的、规定与步骤 ............................................................................. 13 3.1.1 短路电流计算的目的 ...................................................................................... 13 3.1.2 短路计算的一般规定 ...................................................................................... 13 3.1.3 计算步骤 .......................................................................................................... 14 3.2 变压器的参数计算及短路点的确定 ..................................................................... 14 3.2.1 变压器参数的计算 .......................................................................................... 14

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3.2.2 短路点的确定 .................................................................................................. 15 3.3 各短路点的短路计算 ............................................................................................. 15 3.3.1 短路点d-1的短路计算(110KV母线) ............................................................ 15 3.3.2 短路点d-2的短路计算(35KV母线) ............................................................. 16 3.3.3 短路点d-3的短路计算(10KV母线) ............................................................. 17 3.3.4 短路点d-4的短路计算 ................................................................................... 18 3.4 绘制短路电流计算结果表 ..................................................................................... 19 第四章 电气设备选择与校验 ......................................................................................... 20 4.1 电气设备选择的一般规定 ..................................................................................... 20 4.1.1 一般原则 .......................................................................................................... 20 4.1.2 有关的几项规定 .............................................................................................. 20 4.2 各回路持续工作电流的计算 ................................................................................. 21 4.3 高压电气设备选择 ................................................................................................. 21 4.3.1 断路器的选择与校验 ...................................................................................... 21 4.3.2 隔离开关的选择及校验 .................................................................................. 25 4.3.3 电流互感器的选择及校验 .............................................................................. 27 4.3.4 电压互感器的选择及校验 .............................................................................. 31 4.3.5 避雷器的选择及检验 ...................................................................................... 32 4.3.6 母线与电缆的选择及校验 .............................................................................. 34 4.3.7 熔断器的选择 .................................................................................................. 37 第五章 无功补偿设计 ..................................................................................................... 39 5.1 无功补偿的原则与基本要求 ................................................................................. 39 5.1.1 无功补偿的原则 .............................................................................................. 39 5.1.2 无功补偿的基本要求 ...................................................................................... 39 5.2 补偿装置选择及容量确定 ..................................................................................... 40 5.2.1 补偿装置的确定 .............................................................................................. 40 5.2.2 补偿装置容量的选择 ...................................................................................... 40 第六章 主变保护设计 ..................................................................................................... 42 6.1 概述 ......................................................................................................................... 42 6.2 各种变压器保护介绍 ............................................................................................. 42 6.2.1 纵差保护 .......................................................................................................... 42

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6.2.2 瓦斯保护 .......................................................................................................... 42 6.3.3 复合电压起动的电流保护 .............................................................................. 43 6.3 变压器保护的配置原则 ......................................................................................... 45 6.3.1 瓦斯保护 .......................................................................................................... 45 6.3.2 纵差动保护 ...................................................................................................... 45 6.3.3 后备保护 .......................................................................................................... 45 6.4 本站主变保护的设计 ............................................................................................. 46 第七章 变电站配电装置的设计 ..................................................................................... 47 7.1 概述 ......................................................................................................................... 47 7.1.1 屋内配电装置的特点 ...................................................................................... 47 7.1.2 屋外配电装置的特点 ...................................................................................... 47 7.1.3 成套配电装置的特点 ...................................................................................... 47 7.2 配电装置的基本要求及设计步骤 ......................................................................... 48 7.2.1 配电装置应满足以下基本要求 ...................................................................... 48 7.2.2 配电装置设计的基本步骤 .............................................................................. 48 7.3 屋内配电装置 ......................................................................................................... 48 7.3.1 概述 .................................................................................................................. 48 7.3.2 屋内配电装置的若干问题 .............................................................................. 49 7.4 屋外配电装置 ......................................................................................................... 51 7.4.1 屋外配电装置的分类 ...................................................................................... 51 7.4.2 屋外高压配电装置的若干问题 ...................................................................... 51 7.4.3 屋外配电装置安全净距 .................................................................................. 53 7.5 本变电所的配电装置 ............................................................................................. 53 结论 ..................................................................................................................................... 55 参考文献 ............................................................................................................................. 56 附录 ..................................................................................................................................... 57 谢辞 ..................................................................................................................................... 61

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符号说明

Ud——基值电压 UN——额定电压

Ug——电网工作电压

Id——基值电流

IN——额定电流

I\"——0s短路电流周期分量

I0.2——0.2s短路电流周期分量I——稳态短路电流周期分量 ich——短路电流冲击值

Ioh——全电流最大有效值

S\"——短路容量

SN——变压器额定容量

Igmax——最大持续工作电流 Ikd——断路器额定开断电流

ich ——断路器极限通过电流峰值 imax——三相短路电流冲击值。 I——稳态三相短路电流

tdz——短路电流发热等值时间； It——断路器t秒热稳定电流 Idt——断路器t秒热稳定电流 Kd——CT的1s动稳定倍数

Uxg——系统最高相电压有效值

J——经济电流密度 X——电抗

Xfn——转移电抗 Xjs——计算电抗

Im——电流互感器原边额定电流

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引 言

电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。电力系统规划设计及运行的任务是：在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供可靠充足、质量合格的电能。所以在本次设计中选择变电站电气部分的初步设计，是为了更多的了解现代化变电站的设计规程、步骤和要求，设计出比较合理变电站。

根据设计要求的任务，在本次设计中主要通过变电站电气主接线、短路电流计算、设备选择与校验、无功补偿、主变保护和配电装置部分的设计，使我对四年来所学的知识更进一步的巩固和加强，并从中获得一些较为实际的工作经验。由于在设计中查阅了大量的相关资料，所以开始逐步掌握了查阅，运用资料的能力，又可以总结四年来所学的电力工业的部分相关知识，为我们日后的工作打下了坚实的基础。

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第一章 变电站电气主接线设计及主变压器的选择

变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。

1.1 主接线的设计原则和要求

1.1.1 主接线的设计原则

(1) 考虑变电站在电力系统的地位和作用

变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

(2) 考虑近期和远期的发展规模

变电站主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。

(3) 考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响

对一、二级负荷，必须有两个电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。

(4) 考虑主变台数对主接线的影响

变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

(5) 考虑备用量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

1.1.2 主接线设计的基本要求

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根据有关规定：变电站电气主接线应根据变电站在电力系统的地位，变电站的规划容量，负荷性质线路变压器的连接、元件总数等条件确定。并应综合考虑供电可靠性、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过度或扩建等要求。

(1) 可靠性

所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。评价主接线可靠性的标志如下：

1) 断路器检修时是否影响供电；

2) 线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；

3) 变电站全部停电的可能性。 (2) 灵活性

主接线的灵活性有以下几方面的要求：

1) 调度灵活，操作方便。可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

2) 检修安全。可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。

3) 扩建方便。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能。所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。

(3) 经济性

可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。

1) 投资省。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。

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2) 年运行费小。年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。

3) 占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。

4) 在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。

1.2 主接线的设计

1.2.1 设计步骤

电气主接线设计，一般分以下几步：

(1) 拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式等，并依据对主接线的要求，从技术上论证各方案的优、缺点，淘汰一些较差的方案，保留2个技术上相当的较好方案。

(2) 对2个技术上比较好的方案进行经济计算。

(3) 对2个方案进行全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。 (4) 绘制最优方案电气主接线图。

1.2.2 初步方案设计

根据原始资料，此变电站有三个电压等级：110/35/10KV ，故可初选三相三绕组变压器，根据变电站与系统连接的系统图知，变电站有两条进线，为保证供电可靠性，可装设两台主变压器。为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下四种接线方案供最优方案的选择。

方案一：110KV侧采用单母分段接线，35KV侧采用双母线接线，10KV侧采用单母分段接线。

方案二：110KV侧采用单母分段接线，35KV侧采用单母分段接线，10KV侧采用单母分段。

方案三：110KV侧采用内桥形接线，35KV侧采用双母线接线，10KV侧采用双母线接线。

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方案四：110KV侧采用内桥形接线，35KV侧采用双母线接线，10KV侧采用单母分段接线。

四种方案接线形式如下：

方案一

方案二

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方案三

方案四

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1.2.3 最优方案确定

(1) 技术比较

在初步设计的四种方案中，110KV侧有两种接线形式，分别为单母分段和内桥接线，这两种方案都可实现两条进线的并列运行或运行，当在此侧有一回进线检修时，两种接线形式都是只停该段线路；估在这四种方案中110KV侧在技术上都满足要求；而35KV、10KV两侧都有两种接线，分别为单母分段和双母线接线，在35KV侧，出线回路数为8回以上,采用单母分段接线形式稳定性差，所以在以上两种方案中优选双母线接线，这样可以保证在35KV侧的供电稳定，可靠性；在10KV电压等级比较低，且负荷不大、出线回路数少，选择双母线比较浪费。

综合以上分析，在以上四种方案中保留方案一，方案四进行最优方案的确定。 (2) 经济比较

在保留的两中方案（方案一、方案四）中，35KV、10KV侧的接线形式相同，只是在110KV侧的接线形式不同，故在经济比较上只需比较110KV侧即可。

在方案一、方案四110KV侧的电气主接线形式中，方案一在110KV侧为单母线的接线形式，方案四在110KV为内桥形接线形式。经过比较内桥形接线比单母线接线形式少一组断路器，110KV处为两回进线，两回出线，该变电所应用两台降压变压器，宜选用内桥形接线，在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及土建费用上，在运行灵活性上，桥形接线比单母线形接线有很大的灵活性，所以经过技术及经济上的比较，桥形接线的优势大于单母线的接线形式。

由以上分析，最优方案可选择为方案四，即110KV侧为内桥接线，35KV侧为双母线接线，10KV侧为单母分段接线。其接线图见以上方案四。

1.3 主变压器的选择

在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。

1.3.1 主变压器台数的选择

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为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。本设计变电站有两回电源进线，且低压侧电源只能由这两回进线取得，故选择两台主变压器[1]。

1.3.2 主变压器型式的选择

(1) 相数的确定

在330kv及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。

(2) 绕组数的确定

在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。

(3) 绕组连接方式的确定

变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星接，35KV也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV及以下电压，变压器绕组都采用角接。

(4) 结构型式的选择

三绕组变压器在结构上有两种基本型式。

1) 升压型。升压型的绕组排列为：铁芯—中压绕组—低压绕组—高压绕组，高、中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

2) 降压型。降压型的绕组排列为：铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

3) 应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。

(5) 调压方式的确定

变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。无励磁调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可带负荷调节，但有载调压变压器不能并联运行，

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因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置，应选用无载调压变压器。

1.3.3 主变压器容量的选择

变电站主变压器容量一般按建站后5~10年的规划负荷考虑，并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷Smax的50%~70%（35~110KV变电站为60%），或全部重要负荷（当Ⅰ、Ⅱ类负荷超过上述比例时）选择。

即 SN0.6Smax(N1)MVA （1-1） 式中 N——变压器主变台数

1.3.4 主变压器型号的选择

由所给材料可知：

10KV侧 PLmin15MW PLmax20MW 35KV侧 PLmin23MW PLmax35MW 高压侧 PLmin203555MW 变电站站用（站用率0.2%） 则站用电负荷PZ为：

PZ0.2%PLmax0.2%550.11MW 所以变电站最大负荷Smax为：

Smax(PLmaxPZ)cos(550.11)0.85 .84MVA 则：SN0.6Smax(N1)0.6.84(21)38.9MVA

由以上计算，查《发电厂电气部分》第481页，选择主变压器型号如下：

表1-1 主变压器型号及参数 损耗阻抗电压(%) 空载型号及容量(KVA) 高 中 低 额定电压(KV) 连接组 (KW) 短高空载 高 中(%) 电流路 中 低 低 38.522.5% 10.5 YN,yn0,d11 60.2 210 10.5 17~18 6.5 1.3 SFSZ7-40000/110 11081.25% 其容量比为：100/100/50。

1.3.5 负荷率计算

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(1) 负荷率的计算公式：

式中：S——实际负荷

S （1-2） SNSN——变压器容量

此变电站中，有两台主变压器且并列运行，在校验负荷率时，SN取两台变压

器容量和。

(2) 110KV侧最大、最小负荷率的计算

S3520max80.9%

SN2400.85S2315min55.9%

SN2400.85(3) 35KV侧最大、最小负荷率的计算

S35max51.5%

SN2400.85S23min33.8%

SN2400.85(4) 10KV侧最大、最小负荷率的计算

S20max58.8%

SN2200.85S15min44.1%

SN2200.85由以上计算，各电压等级下的负荷率均达到变压器各侧绕组的15%以上，因此所选的变压器满足要求。

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第二章 站用电设计

2.1 站用电设计的要求及接线形式设计

2.1.1 设计要求

站用电接线应满足正常运行的安全、可靠、灵活、经济和检修、维护方便等一般要求外，尚应满足下列特殊要求：

(1) 尽量缩小站用电系统懂得故障影响范围，并应尽量避免引起全站停电事故； (2) 充分考虑变电站正常、事故、检修、启动等运行方式下的供电要求； (3) 分期扩建或连续施工，对公用负荷的供电，要结合远景规划统筹安排。

2.1.2 站用主接线设计

参考《发电厂电气部分》第210页，35~110KV变电站，有两台及以上主变压器时，宜装设两台容量相同、可互为备用的站用工作变压器，每台工作变压器按全站计算负荷选择，两台站用变压器可分别由变压器最低电压级的不同母线段引接。

对于本站站用电源的接线形式可设计为：

图2-1 站用电接线

为提高站用电的稳定性，装设的两台站用变，一台运行，另一台作为备用，当其中一台检修时，不会影响整个变电站的用电。

2.2 站用变压器的选择

2.2.1 站用变压器的选择的基本原则

(1) 变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适应；

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(2) 阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围内，站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的0.5%；

(3) 变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率。

2.2.2 站用变压器型号的选择

由主变压器选择计算可知：PZ0.11MW

P0.11103129.44KVA 则： SZZcos0.85参考《发电厂电气部分》第475页，选择站用变压器如下：

表2-1 站用变压器型号及参数 损耗(W) 型号 SC10-160/10 额定容量(KVA) 额定电压(KV) 连接组 空载 160 10.5/0.4 Y,yn0 480 短路 1860 (%) 4 (%) 1.3 阻抗电压空载电流

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第三章 短路电流计算

3.1 短路计算的目的、规定与步骤

3.1.1 短路电流计算的目的

在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：

(1) 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。

(2) 在选择电气设备时，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。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

(3) 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。

(4) 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

(5) 接地装置的设计，也需用短路电流。

3.1.2 短路计算的一般规定

(1) 计算的基本情况

1) 电力系统中所有电源均在额定负载下运行。

2) 所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。 3) 短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。 4) 所有电源的电动势相位角相等。

5) 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

(2) 接线方式

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），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

(3) 计算容量

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应按本工程设计计划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般考虑本工程建成后5~10年）。

3.1.3 计算步骤

(1) 选择计算短路点。 (2) 画等值网络图。

1) 首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。 2) 选取基准容量Sb和基准电压Ub（一般取各级的平均电压）。 3) 将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。 4) 绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。

(3) 化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗Xnd。

(4) 求计算电抗Xjs。

(5) 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到。 Xjs3.5）

(6) 计算无限大容量（或Xjs3）的电源供给的短路电流周期分量。 (7) 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 (8) 计算短路电流冲击值。 (9) 绘制短路电流计算结果表。

3.2 变压器的参数计算及短路点的确定

3.2.1 变压器参数的计算

基准值的选取：Sb100MVA，Ub取各侧平均额定电压 (1) 主变压器参数计算

由表1-1查明可知：U12%10.5 U13%17 U23%6.5

U1%0.5(U12%U13%U23%)0.5(10.5176.5)10.5 U2%0.5(U12%U23%U13%)0.5(10.56.517)0 U3%0.5(U13%U23%U12%)0.5(176.510.5)6.5 电抗标幺值为：

U%S10.5100X11B0.263

100SN10040X20

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X3U3%SB6.51000.163 100SN10040(2) 站用变压器参数计算 由表2-1查明：Ud%4

X4Ud%SB410025 100SN1000.16(3) 系统等值电抗

XS0.345

3.2.2 短路点的确定

此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中110KV进线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点。

依据本变电站选定的主接线方式、设备参数和短路点选择，网络等值图如下：

图3-1 系统等值网络图

3.3 各短路点的短路计算

3.3.1 短路点d-1的短路计算(110KV母线)

网络化简如图3-2所示：

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图3-2 d-1点短路等值图

Xf1XS0.345

XjS1Xf1Sn10000.3453.45 Sb100110.290 XjS13.45因为 XjS13.453

II0.2所以 IIbSb3Ub3115S1000InIbn0.5025.020(KA)

Sb100InIInI0.2In0.2905.0201.456(KA) III0.2I1000.502(KA)

ich2.55I2.551.4563.713(KA) ioh1.52I1.521.4562.213(KA)

S3IUn31.456110277.4(MVA)

3.3.2 短路点d-2的短路计算(35KV母线)

网络化简为：

图3-3 d-2点短路等值图

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Xf2XS(X1X2)//(X1X2)0.345(0.2630)//(0.2630)0.477

XjS2Xf2Sn10000.4774.77 Sb100110.210 XjS24.77因为 XjS24.773

II0.2所以 I3Ub337S1000InIbn1.5615.6(KA)

Sb100InIInI0.2In0.21015.63.276(KA) III0.2Iich2.55I2.553.2768.354(KA) ioh1.52I1.523.2764.980(KA)

IbSb1001.56(KA)

S3IUn33.27635198.60(MVA)

3.3.3 短路点d-3的短路计算(10KV母线)

网络化简为：

图3-4 d-3点短路等值图

Xf3XS(X1X3)//(X1X3)0.345(0.2630.163)//(0.2630.163)0.558 XjS3Xf3Sn10000.5585.58 Sb100110.179 XjS35.5817

因为 XjS35.583

II0.2所以 I

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IbSb3Ub310.5S1000InIbn5.555(KA)

Sb1001005.5(KA)

InIInI0.2In0.179559.845(KA) III0.2Iich2.55I2.559.84525.105(KA) ioh1.52I1.529.84514.9(KA)

S3IUn39.84510170.52(MVA)

3.3.4 短路点d-4的短路计算

网络化简只需在图3-4上加站用变压器的电抗标幺值即可，如下图所示：

图3-5 d-4点短路等值图

Xf40.5582525.558

S1000XjS4Xf4n25.558255.58

Sb100因为 XjS3255.583

II0.2所以 I110.00391 XjS4255.58IbSb3Ub30.4S1000InIbn144.341443.4(KA)

Sb100InIInI0.2In0.00391III0.2I1443.45.4(KA)

100144.34(KA)

ich2.55I2.555.414.392(KA) ioh1.52I1.525.48.579(KA)

S3IUn35.40.383.715(MVA)

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3.4 绘制短路电流计算结果表

总结以上各短路点短路计算，得如下短路电流结果表：

表3-1 短路电流计算结果表 短支路路点基值 电压 基值 支路计算额定 电流 名称 电抗 电流 幺 值 名 值 幺 值 名 值 幺 值 名 值 值 编Ub(kV) Ib(kA) 号 公式 d-1 d-2 115 37 标 有 标 有 标 有 流冲击有效值 0S短路电流周期分量 稳态短路电流 0.2短路电流 短路电全电流 短路容量 Xjs Ich(kA) Ioh(kA) S(MVA)  I(kA) I* I(kA) I0.2* I0.2(kA) ISb3Ub IbSn Sb I*In I*In I0.2*In 1.456 3.276 9.845 2.55~2.7 1.52~1.62 I 3.713 8.353 I 2.213 4.980 3IUn 277.4 198.60 170.52 3.715 0.502 110kv 3.45 5.02 0.290 1.456 0.290 1.456 0.290 1.56 35kv 4.77 15.6 0.210 3.276 0.210 3.276 0.210 5.5 10kv 5.58 55 0.179 9.845 0.179 9.845 0.179 d-3 10.5 d-4 0.4 25.105 14.9 14.392 8.579 144.34 0.4kv 255.58 1443.4 0.00391 5.4 0.00391 5.4 0.00391 5.4

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第四章 电气设备选择与校验

导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

4.1 电气设备选择的一般规定

4.1.1 一般原则

(1) 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。

(2) 应按当地环境条件校核。 (3) 应力求技术先进和经济合理。 (4) 选择导体时应尽量减少品种。

(5) 选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。

4.1.2 有关的几项规定

导体和电器应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动、热稳定，并按环境条校核电器的基本使用条件。

(1) 在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按下表计算。

表4-1 各回路持续工作电流 回路名称 变压器回路 馈电回路 计算公式 Ig.max1.05In1.05SnIg.max2Pn3UnCOS 3Un 注：①Pn,Un,In等都为设备本身的额定值。

②各标量的单位为：I（A）、U（KV）、P（KW）、S（KVA）。 (2) 验算导体和电器时，所用短路电流见短路电流计算结果表。

(3) 验算导体和110KV以下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，一般采用主保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间。断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间。

(4) 环境条件。选择导体和电器时，应按当地环境条件校核。

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4.2 各回路持续工作电流的计算

依据表4-1，各回路持续工作电流计算结果见下表：

表4-2 各回路持续工作电流结果表 回路名称 110KV母线 110KV进线 35KV母线 35KV出线 10KV母线 10KV出线 0.4KV母线 计算公式及结果 1.05Sn1.0540000Ig.max==220.44A 3Un3110Ig.max=2P/23Uncos31100.851.05Sn1.0540000Ig.max==692.82A 3Un335Ig.max=2((3520)103)/2=339.62A 2P/103Uncos3350.851.05Sn1.0520000Ig.max==1212.44A 3Un310Ig.max=(235103)/9=150.94A 2P/23Uncos3100.851.05Sn1.05160Ig.max==255.25A 3Un30.38(220103)/7=388.13A 4.3 高压电气设备选择

4.3.1 断路器的选择与校验

断路器型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压6－220kV的电网一般选用少油断路器，电压110－330kV电网，可选用SF6或空气断路器，大容量机组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。

(1) 断路器选择的具体技术条件如下： 1) 电压：

Ug(电网工作电压)Un （4-1）

2) 电流：

Igmax(最大持续工作电压)In （4-2）

3) 开断电流：

IdtIkd （4-3）

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式中：Idt——断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；

Ikd——断路器的额定开断电流。

4) 动稳定：

ichimax （4-4）

式中：ich ——断路器极限通过电流峰值；

imax——三相短路电流冲击值。

5) 热稳定：

2ItdzIt2t （4-5）

式中：I——稳态三相短路电流；

tdz——短路电流发热等值时间；

It——断路器t秒热稳定电流。

I其中：tdztz0.052，由和短路电流计算时间t，可从《发电厂电

I气部分课程设计参考资料》第112页，图5-1中查出短路电流周期分量等值时间t,从而计算出tdz。

(2) 断路器的选择 根据如下条件选择断路器： 电压：Ug(电网工作电压)Un

电流：Igmax(最大持续工作电流)In，各回路的Igmax见表4-2。 各断路器的选择结果见下表：

表4-3 断路器的型号及参数 性能指标 位置 110KV侧 变压器35KV侧 35KV出线侧 变压器10KV侧 10KV出线侧 站用 OFPI-110 HB35 HB35 HB-10 ZN4-10C DW5-400 型号 额定 电压 （KV） 110 36 36 10 10 380-400 额定 电流 额定断开电流动稳定电 流热稳定 电 流 （KA） 31.5(3) 25(3) 25(3) 43.5(3) 17.3(4) 固有分 闸时间 （s） <0.03 合闸 时间（s） （A） （KA） （KA） 1250 1250 1250 1250 600 400 31.5 25 25 40 17.3 80 80 80 100 29.4 0.12 0.06 0.06 0.06 0.05 0.06 0.06 0.06 0.2

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其中：OFPI-110号断路器见《发电厂电气部分》第491页； HB35号断路器见《发电厂电气部分》第490页；

HB-10号断路器见《发电厂电气部分》第4页；

ZN4-10C号断路器见《电力工程电气设备手册—电气一次部分》第9页。 (3) 断路器的校验 1) 校验110KV侧断路器 ① 开断电流：IdtIkd

Idt1.456(KA) Ikd31.5(KA)

IdtIkd

② 动稳定：ichimax

ich3.713(KA) imax80(KA) ichimax

③ 热稳定：I22tdzItt

II1.4561

1.456t20.032.03(s)

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页 tdztz0.051.650.051.70(s)

I2tdz1.4561.703.604[(KA)2s]

I2tt31.5232976.75[(KA)2s]

则：I22tdzItt

经以上校验此断路器满足各项要求。 2) 校验变压器35KV侧断路器 ① 开断电流：IdtIkd

Idt3.276(KA) Ikd25(KA)

IdtIkd

② 动稳定：ichimax

ich8.354(KA)

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得：tz1.65(s)

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imax80(KA) ichimax

2③ 热稳定：ItdzIt2t

I3.2761

I3.276t20.062.06(s)

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页 得：tz1.65(s)

tdztz0.051.650.051.70(s)

2Itdz3.2761.7032.197[(KA)2s]

It2t25231875[(KA)2s]

2则：ItdzIt2t

经以上校验此断路器满足各项要求。 3) 校验35KV出线侧断路器

此断路器与35KV变压器侧断路器型号相同，且短路电流与校验35KV变压器侧断路器为同一短路电流，则：校验过程与校验35KV变压器侧断路器相同。 4) 校验变压器10KV侧断路器 ① 开断电流：IdtIkd

Idt9.845(KA) Ikd40(KA)

IdtIkd

② 动稳定：ichimax

ich25.105(KA) imax100(KA) ichimax

2③ 热稳定：ItdzIt2t

I9.8451

I9.845t20.062.06(s)

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页 得：tz1.65(s)

tdztz0.051.650.051.70(s)

2Itdz9.84521.701.77[(KA)2s]

It2t43.5235676.75[(KA)2s]

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2则：ItdzIt2t

经以上校验此断路器满足各项要求。 5) 校验10KV出线侧断路器 ① 开断电流：IdtIkd

Idt9.845(KA) Ikd17.3(KA)

IdtIkd

② 动稳定：ichimax

ich25.105(KA)

imax29.4(KA) ichimax

2③ 热稳定：ItdzIt2t

I9.8451

I9.845t20.032.05(s)

查《发电厂电气部分课程设计参考资料》第112页 得：tz1.65(s)

tdztz0.051.650.051.70(s)

2Itdz9.84521.701.77[(KA)2s]

It2t17.3241197.16[(KA)2s]

2则：ItdzIt2t

经以上校验此断路器满足各项要求。

4.3.2 隔离开关的选择及校验

隔离开关是高压开关的一种，因为没有专门的灭弧装置，所以不能切断负荷电流和短路电流。但是它有明显的断开点，可以有效的隔离电源，通常与断路器配合使用。 隔离开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合的技术经济比较，然后确定。其选择的技术条件与断路器选择的技术条件相同。

(1) 隔离开关的选择

根据如下条件选择隔离开关： 电压：Ug(电网工作电压)Un

电流：Igmax(最大持续工作电流)In，各回路的Igmax见表4-2。

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各隔离开关的选择结果见下表：

表4-4 隔离开关的型号及参数 额定电压开关编号 110KV侧 35KV变压器侧 35KV出线侧 型号 (KV) GW2-110 GW4-35 GW8-35 110 35 35 (A) 600 1000 400 (KA) 50 80 15 (s)(KA) 14(5) 23.7(4) 5.6(5) 额定电流动稳定电流热稳定电流其中：GW2-110型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页； GW4-35型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页；

GW8-35型号隔离开关见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页； (2) 隔离开关的校验

1) 110KV侧隔离开关的校验 ① 动稳定：ichimax

ich3.713(KA) imax50(KA) ichimax

2② 热稳定：ItdzIt2t

2由校验断路器可知：Itdz1.4561.703.604[(KA)2s]

It2t1425980[(KA)2s]

2ItdzIt2t

经以上校验此隔离开关满足各项要求。 2) 35KV变压器侧隔离开关的校验 ① 动稳定：ichimax

ich8.354(KA) imax80(KA) ichimax

2② 热稳定：ItdzIt2t

2由校验断路器可知：Itdz3.2761.7032.197[(KA)2s]

It2t23.7242246.76[(KA)2s]

2ItdzIt2t

经以上校验此隔离开关满足各项要求。

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3) 35KV出线侧隔离开关的校验 ① 动稳定：ichimax

ich8.354(KA)

imax15(KA) ichimax

2② 热稳定：ItdzIt2t

2由校验断路器可知：Itdz3.2761.7032.197[(KA)2s]

It2t5.625156.8[(KA)2s]

2ItdzIt2t

经以上校验此隔离开关满足各项要求。

4.3.3 电流互感器的选择及校验

(3) 电流互感器选择的具体技术条件如下： 1) 一次回路电压：

UgUn （4-6）

式中：Ug——电流互感器安装处一次回路工作电压； Un——电流互感器额定电压。 2) 一次回路电流：

IgmaxIn （4-7）

式中：Igmax——电流互感器安装处的一次回路最大工作电流； In——电流互感器原边额定电流。

当电流互感器使用地点环境温度不等于40C时，应对In进行修正。修正的方法与断路器In的修正方法相同。 3) 准确级

准等级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准等级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。

① 与仪表连接分流器、变送器、互感器、中间互感器不低于下要求：与仪表相配合分流器、变压器的准确级为0.5级，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级为0.5。仪表的准确级为1.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5，与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级0.5。仪表的准确级

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为2.5时，与仪表相配合分流器、变压器的准确级0.5与仪表相配合的互感器与中间互感器的准确级1.0。

② 用于电能测量的互感器准确级：0.5级有功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级，2.0级无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级级互感器。

③ 一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。 4) 动稳定校验：

ich2ImKd （4-8）

式中：Ich——短路电流冲击值； Im——电流互感器原边额定电流；

Kd——电流互感器动稳定倍数。

5) 热稳定校验：

2Itdz(ImKt)2 （4-9）

式中：I——稳态三相短路电流； tdz——短路电流发热等值时间； Im——电流互感器原边额定电流。

Kt——t秒时的热稳定倍数。

(4) 电流互感器的选择

根据如下条件选择电流互感器： 一次回路电压：Ug(电网工作电压)Un 一次回路电流：Igmax(最大持续工作电流)In

Igmax见表4-2。

各电流互感器的选择结果见下表：

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表4-5 电流互感器的型号及参数 参数 额定电 位置 110KV进线侧 LB-110 2300/5 变压器 35KV侧 LCW-35 15-1000/5 0.5/3 0.5/3 2 4 2 28 65 100 0.5/B B/B 型号 流比(A) 组合 级次 0.5级 1级 级次 准确 二次负荷(Ω) 0.5B 2.0 2.0 15 70 二次负荷(Ω) 10%倍数 1S热稳倍数 定倍数 动稳定倍数 183 0.5/B1/B2 0.5 35KV出线侧 LB-35 300/5 0.5/0.5/B2 B1 B2/B2/B2 B2 变压器 10KV侧 LBJ-10 1000-1500/5 0.5/D 1/D D/D 0.5/3 1/3 0.5 1 D 0.5 1 3 0.4 10 75 135 0.5 <10 50 90 2.0 2.0 15 55 140 10KV出线侧 LA-10 300-400/5 其中：LB-110型号电流互感器见《发电厂电气部分》第498页；

LCW-35型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第194页；

LB-35型号电流互感器见《发电厂电气部分》第498页；

LBJ-10型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第187页； LA-10型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第186页。 (5) 电流互感器的校验 1) 110KV进线侧电流互感器 ① 动稳定：ich2ImKd

ich3.713KA3713(A)

2ImKd22300183155280(A) ich2ImKd

2② 热稳定：Itdz(ImKt)2

2由校验断路器可知：Itdz1.4561.703.604[(KA)2s]

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(ImKt)2(20.370)217[(KA)2s]

2Itdz(ImKt)2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 2) 变压器35KV侧电流互感器 ① 动稳定：ich2ImKd

ich8.354KA8354(A)

2ImKd2(5~1000)100707.11~141421.16(A) ich2ImKd

2② 热稳定：Itdz(ImKt)2

2由校验断路器可知：Itdz3.2761.7032.197[(KA)2s]

(ImKt)2(165)24225[(KA)2s]

2Itdz(ImKt)2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 3) 35KV出线侧电流互感器 ① 动稳定：ich2ImKd

ich8.354KA8354(A)

2ImKd230014059397(A) ich2ImKd

2② 热稳定：Itdz(ImKt)2

2由校验断路器可知：Itdz3.2761.7032.197[(KA)2s]

(ImKt)2(0.355)2272.25[(KA)2s]

2Itdz(ImKt)2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 4) 变压器10KV侧电流互感器 ① 动稳定：ich2ImKd

ich25.105KA25105(A)

2ImKd2(1000~1500)90(127279~190919)(A) ich2ImKd

2② 热稳定：Itdz(ImKt)2

2由校验断路器可知：Itdz9.84521.701.77[(KA)2s]

(ImKt)2[(1~1.5)50]2(2500~5625)[(KA)2s]

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2Itdz(ImKt)2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。 5) 10KV出线侧电流互感器 ① 动稳定：ich2ImKd

ich25.105KA25105(A)

2ImKd2(300~400)135(57276~76368)(A) ich2ImKd

2② 热稳定：Itdz(ImKt)2

2由校验断路器可知：Itdz9.84521.701.77[(KA)2s]

(ImKt)2[(0.3~0.4)75]2(506.25~900)[(KA)2s]

2Itdz(ImKt)2

经以上校验此电流互感器满足各项要求。

4.3.4 电压互感器的选择及校验

(1) 电压互感器选择的具体技术条件如下： 1) 一次电压U1：

1.1UnU10.9Un （4-10）

式中：Un——电压互感器额定一次线电压，其允许波动范围为10%Un 2) 二次电压U2n：电压互感器二次电压，应根据使用情况，按《发电厂电气部分课程设计参考资料》第118页、表5-8进行选择。

3) 准确等级：电压互感器应在那一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。

4) 二次负荷S2：

S2Sn （4-11）

式中：S2——二次负荷；

Sn——对应于在测量仪表所要求的最高准确等级下，电压互感器的额定

容量。

(2) 电压互感器的选择

由电压互感器选择的技术条件及各侧使用情况： 1) 110KV侧：

Un110(KV)

U2n100/3(V)

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2) 35KV侧：

Un35(KV) U2n100(V) 3) 10KV侧：

Un10(KV)

U2n100(V)

三侧电压互感器准确等级：1级

参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》185页表5-44，三侧电压互感器选择如下表所示：

表4-6 电压互感器型号及参数 在下列准确等级 最大容量型式 额定变比 110000100100 33下额定容量(VA) 0.5级 1级 500 250 150 3级 1000 600 300 (VA) 2000 1200 500 单相 (屋外式) JCC-110 JDJ-35 JDZ-10 150 80 35000/100 10000/100 其中：JCC-110型号电压互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第185页； JDJ-35型号电压互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第185页；

JDZ-10型号电流互感器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第184页。

4.3.5 避雷器的选择及检验

(1) 避雷器选择的具体技术条件如下：

1) 额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。 2) 灭弧电压：

UmiKUxg （4-12）

式中：Umi——避雷器的最大容许电压（灭弧电压）；

Uxg——额定相电压；

K——最小电压倍数。

3) 工频放电电压：

Ugfx3.5Uxg （4-13）

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式中：Ugfx——工频放电电压下限； Uxg——额定相电压。 (2) 避雷器的选择

依据变压器三侧额定电压，三个电压等级下的避雷器选择如下：

表4-7 避雷器的型号及参数 额定电压型号 FZ-110J FZ-35 FZ-10 组合方式 (KV) 4×FZ-30J 2×FZ-15 单独元件 110 35 10 (KV) 100 41 12.7 不小于 224 84 26 不大于 268 104 31 灭弧电压工频放电电压(KV) 其中：FZ-110J型号避雷器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第201页； FZ-35型号避雷器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第201页；

FZ-10型号避雷器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第201页。 (3) 避雷器的校验 1) 110KV侧避雷器 ① 灭弧电压：UmiKUxg

Umi100(KV)

KUxg1110/363.509(KV) UmiKUxg

②工频放电电压下限：Ugfx3.5Uxg

Ugfx224(KV)

3.5Uxg3.5110/3222.28(KV) Ugfx3.5Uxg

经以上校验此避雷器满足各项要求。 2) 35KV侧避雷器 ① 灭弧电压：UmiKUxg

Umi41(KV)

KUxg135/320.207(KV) UmiKUxg

②工频放电电压下限：Ugfx3.5Uxg

Ugfx84(KV)

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3.5Uxg3.535/370.725(KV) Ugfx3.5Uxg

经以上校验此避雷器满足各项要求。 3) 10KV侧避雷器 ① 灭弧电压：UmiKUxg

Umi12.7(KV)

KUxg110/35.774(KV) UmiKUxg

②工频放电电压下限：Ugfx3.5Uxg

Ugfx26(KV)

3.5Uxg3.510/320.207(KV) Ugfx3.5Uxg

经以上校验此避雷器满足各项要求。

4.3.6 母线与电缆的选择及校验

(1) 35KV母线的选择

按经济电流密度选择母线截面，35KV最大持续工作电流查表4-2得，

Igmax692.28(A)

采用铝母线，由《发电厂电气部分》第242页、图6-4查得Tmax5600h/a时，经济电流密度J0.74(A/mm2)

则母线经济截面为：

SIgmaxJ692.28935.5(mm2) （4-14） 0.74参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》第142页、表5-14，选择35KV母线为：（8010）型矩形铝母线，平放，允许载流量Iy1411 A(y70C,025C)。

因实际环境温度025C，综合修正系数K1.00，故

KIy1411AIgmax692.82A （4-15）

可满足长期发热要求。 (2) 10KV母线的选择及校验 1) 按经济电流密度选择母线截面

10KV最大持续工作电流查表4-2得，Igmax1212.44KA

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采用铝母线，由《发电厂电气部分》第242页、图6-4查得Tmax5600h/a时，经济电流密度J0.74A/mm2

则母线经济截面为：

Igmax1212.44S1638.4(mm2)

J0.74参考《发电厂电气部分》附表2-1，选用每相2条80mm10mm(1800mm2)矩形铝导体，平方时IN2128A，集肤效应系数KS1.30

因实际环境温度025C，参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》第114页、表5-17，综合修正系数K1.00，故25C时允许电流为：

KIy121282128AIgmax1212.44A

可满足长期发热的要求。 2) 热稳定校验

由校验短路器可知，短路电流周期分量QKQP1.77[(KA)2s] 母线正常运行最高温度为：

W(al)(Imax/Ial)225(7025)(1212.44/2128)2 （4-16） 39.6(C)参考《发电厂电气部分》243页、表6-3得：C99，则母线最小截面Smin为：

SminQKKSC1.771061.3099147.83(mm2)1600(mm2)满足热稳定。 3) 共振校验

计算不发生共振不最大绝缘子跨距，得：

（4-17）

m2hbw20.080.0127004.32(kgm) （4-18） Jbh360.010.08368.53107(m4) （4-19）

取Nf3.56，f1160Hz，计算导体不发生共振所允许的最大绝缘子跨距Lmax为：

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LmaxNff1EJm3.56710108.53107 （4-20）

1604.321.61(m)选取L1.5mLmax，则1 4) 动稳定校验

由短路电流计算结果表查得，短路冲击电流为：ich25.105KA 相间距离取0.35m

fph1.731071.73107l2ich1(25.105103)1 （4-21） 0.35311.53(Nm)Wphbh330.010.08332.13105(m3) （4-22）

ph由

fphl310Wph311.531.5263.2910(Pa) （4-23） 5102.1310b102bb210100.125、0.111，参考《发电厂电气》图2-15得：h80bh1080K120.48

同相条间应力为：

2ichfb0.2510K12b22510570.25100.48 （4-24）

0.01756.31(Nm)7Lbmaxb2h(alph)fb20.08(706.29)106 （4-25） 0.01756.311.16(m)LLbmax1.51.29,即每跨内满足动稳定所必须的最少衬垫数为2个。实际衬垫1.16L1.50.75mLbmax 22距为：

Lb满足动稳定的要求。

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(3) 10KV出线电缆的选择及校验 1) 按额定电压：UgmaxUn

2) 按最大持续工作电流选择电缆面积S，查表4-2得：Igmax388.13A 参考《发电厂电气部分》附表2-4、附表2-6，选择S120mm2电缆，N25C时，IN245A、al90C。

温度修正系数

Kt 其中为土壤温度

al90151.15 （4-26）

al259025参考《发电厂电气部分》附表2-9及附表2-10得土壤热阻修正系数K31.0,直埋两根并列敷设系数K40.92。允许载流量

IalKtK3K4IN1.151.00.92245259.21388.13(A) （4-27）

满足长期发热要求。

4.3.7 熔断器的选择

高压熔断器应按所列技术条件选择，并按使用环境条件校验。熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害，屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，而在电厂中多用于保护电压互感器。

(1) 熔断器选择的具体技术条件如下： 1) 电压：

UgUn （4-28）

限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中，以免因过电压而使电网中的电器损坏，故应为UgUn

2) 电流：

IgmaxIf2nIf1n （4-29）

式中：If2n——熔体的额定电流。

If1n——熔断器的额定电流

3) 根据保护动作选择性的要求校验熔体额定电流，应保证前后两级熔断器之间，或熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。

4) 断流容量：

Ich(或I)Ikd （4-30）

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式中：Ich——三相短路冲击电流的有效值。

Ikd——熔断器的开断电流。

(2) 熔断器的选择

依据以上熔断器选择的技术条件，参考《发电厂电气部分课程设计参考资料》166页表5-35，35KV和10KV熔断器如下表所示：

表4-8 熔断器的型号及参数 系列型号 额定电压(KV) 额定电流(A) 断流容量(MVA) RN2 RW9-35 10 35 0.5 0.5 1000 2000 备注 保护户内电压互感器 保护户外电压互感器 其中：RN2型号熔断器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第166页；

RW9-35型号熔断器见《发电厂电气部分课程设计参考资料》第165页；

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第五章 无功补偿设计

无功电源和有功电源一样是保证系统电能质量和安全供电不可缺少的。据统计，电力系统用户所消耗的无功功率大约是它们所消耗的有功功率的50~100%。另外电力系统中的无功功率损耗也很大，在变压器内和输电线路上所消耗掉的总无功功率可达用户消耗的总无功功率的75%和25%。因此，需要由系统中各类无功电源供给的无功功率为总有功功率的1~2倍。由无功功率的静态特性可知，无功功率与电压的关系较有功功率与电压的关系更为密切，从根本上来说，要维持整个系统的电压水平就必须有足够的无功电源。无功电源不足会使系统电压降低发送变电设备达不到正常出力，电网电能损失增大，故需要无功补偿。

5.1 无功补偿的原则与基本要求

5.1.1 无功补偿的原则

(1) 根据技术规程规定按主变容量的10%～20%进行无功补偿；

(2) 分级补偿原则，按主变无功损耗减去电缆充电功率确定无功补偿的容量；且10KV和110KV侧电压不能低于标称电压；

(3) 在轻负荷（2%～30%主变容量计时）时由于电缆充电功率的影响，其充电功率与补偿功率近似抵消；

5.1.2 无功补偿的基本要求

(1) 电力系统的无功电源与无功负荷，在各种正常及事故运行时，都应实行分层分区、就地平衡的原则，并且无功电源应具有灵活的调节能力和一定的检修备用、事故备用。

(2) 在正常运行方式时，突然失去一回线路，或一台最大容量的无功补偿设备，或一台最大容量的发电机（包括失磁）之后，系统无功电源事故备用的容量方式及配电方式，应能保持电压稳定和正常供电，避免出现电压崩溃；在正常检修运行方式时，若发生上述事故，应允许采取切除部分负荷或并联电抗器等必要措施，以维持电压稳定。

(3) 对于110KV及以上系统的无功补偿，应考虑提高电力系统稳定性的作用。 (4) 无功补偿设备的配置与设备类型的选择，应进行技术经济比较。通常，应以可分组投切的并联电容器以及可调节的并联电抗器为主要无功补偿设备。

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5.2 补偿装置选择及容量确定

5.2.1 补偿装置的确定

(1) 同步调相机：同步调相机在额定电压±5%的范围内，可发额定容量，在过励磁运行时，它向系统供给感性的无功功率起无功电源作用，能提高系统电压，在欠励磁运行时，它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用，可降低系统电压。

装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸收）无功功率，进行电压调节，但是调相机的造价高，损耗大，维修麻烦，施工期长。

(2) 串联电容补偿装置：在长距离超高压输电线路中，电容器组串入输电线路，利用电容器的容抗抵消输电线的一部分感抗，可以缩短输电线的电气距离，提高静稳定和动稳定度。但对负荷功率因数高（y＞0.95）或导线截面小的线路，由于PR/V分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。故串联电容器调压一般用在供电电压为35KV或10KV，负荷波动大而频繁，功率因数又很低的配电线路上。

(3) 静电补偿器补偿装置：它由静电电容器与电抗器并联组成电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率的静止补偿器，与同步调机相相比较，运行维护简单，功率 损耗小，但相对串联电容及并联电容补偿装置，其造价高维护较复杂，一般适用以较高的电压等级500KV变电所中。

(4) 并联电容器补偿装置：并联电容器是无功负荷的主要电源之一。它具有投资省，装设地点不受自然条件，运行简便可靠等优点，故一般首先考虑装设并联电容器。由于它没有旋转部件，维护也较方便，为了在运行中调节电容器的功率，可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除。

由于本次设计的变电站为110KV降压变电站，以补偿的角度来选择，以上四种均能满足要求，但是在经济和检修方面来考虑，首先选择并联和串联补偿装置。而原始资料可知，补偿装置主要补偿负荷的无功容量及平衡主变损耗。所以选择并联补偿装置。

5.2.2 补偿装置容量的选择

(1) 负荷所需补偿的最大容性无功量计算

参考《电力系统电气设备选择与实用计算》第202页，利用电容器改善功率因数需要补偿的无功量为：

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QfmPfm(|tg1||tg2|)11 （5-1） Pfm1122coscos12PfmQcfo式中：Qfm——负荷所需补偿的最大容性无功量（Kvar） Pfm——母线上的最大有功负荷（KW） 1 ——补偿前的最大功率因数角（） 2 ——补偿后的最小功率因数角（）

Qcf0——由cos1补偿到cos2时，每千瓦有功负荷所需补偿的容性无功值（Kvar/KW）

则本站所需补偿的无功值为：（其中功率因数是由0.85补偿到0.9） QfmPfm(|tg1||tg2|)11 2011220.90.852.708(Mvar)(2) 电容器型号的选择

参考《电力工程电气设备手册-电气一次部分》997页，选择电容器如下表：

表5-1 电容器参数 型号 额定电压（KV） 额定容量（Kvar/KW） 2400 BFF11/324003W

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第六章 主变保护设计

6.1 概述

变压器是电力系统普遍使用的重要电器设备。它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量变压器，一旦因故障而损失就更大。因此必须针对变压器的故障和异常工作情况，根据其容量和重要程度，装设动作可靠，性能良好的继电保护装置，一般包括：

(1) 反映内部短路和油面降低的非电量（气体）保护，又称瓦斯保护。 (2) 反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护，或电流速断保护。

(3) 作为变压器外部相间短路和内部短路的后备保护的过电流保护（或带有复合电压启动的过电流保护或负序电流保护或阻抗保护）。

(4) 反映中性点直接接地系统中外部接地短路的变压器零序电流保护。 (5) 反映大型变压器过励磁的变压器过励磁保护及过电压保护。 (6) 反映变压器过负荷的变压器过负荷保护。 (7) 反映变压器非全相运行的非全相保护等。

6.2 各种变压器保护介绍

6.2.1 纵差保护

变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时，理想情况下，流入差动继电器的电流等于零。但实际上由于变压器的励磁电流，接线方式和电流互感器误差等因素的影响，继电器中有不平衡电流流过。由于这些特殊因素的影响，变压器关动保护的不平衡电流远比发电机差动保护的大。因此，变压器差动保护需要解决的主要问题之一是采取各种措施避越不平衡电流的影响。在满足选择性的条件下，不要保证在内部故障时有足够的灵敏系数和速动性。

6.2.2 瓦斯保护

(1) 瓦斯继电器的类型

瓦斯继电器又称气体继电器。瓦期继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。以往使用的浮筒式瓦斯继电器，由于浮筒的密封性不良而经常漏油，抗震性能差，常常造成瓦斯继电器误动作。目

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前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯挡板式两种型式，均有两对触点引出，可以并联使用。

瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成。变压器内部发生轻微故障时，继电器触点闭合，发出瞬时“轻瓦斯动作”信号。

变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触点闭合，发生重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器各侧断路器。因重心斯继电器触点有可能瞬时接通，故跳闸回路中一般要加自保持回路。

变压器严重漏油使油降低时，继电器动作，同样发出“轻瓦斯动作”信号。 (2) 瓦斯保护的鉴定

1) 一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250－300cm3，气体容积整定值是利用调节重锺的位置来改变的。

2) 重瓦斯保护油流速度的整定

重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0.6－1.5m/s，在整定流速时均以异中的流速为准，而不依据继电器处的流速。

根据运行经验，管中油流速度整定为0.6－1m/s时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导中油流速度约为0.4－0.5m/s。因此，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动时，可将油流速度整定在1m/s左右。

6.3.3 复合电压起动的电流保护

(1) 双绕组升压变压器保护的电流元件接于低压侧电流互感器上，电压元件了拉于发电机母线电压互感器上。当经过校验，低电压元件对高压母线三相短路灵敏性不够时，可附加一个接于高压母线电压互感器相间电压上的低电压元件。

(2) 中压侧无电源的三绕组升压变压器的保护装于低压侧及中压侧。中压侧保护只作为该侧外部短路的后备保护，以较短时限断开该侧断路器；低压侧保护作为变压器内部及高压侧外部短路的后备，带两段时限，以第一时限（大于中压侧）断开高压侧断路器，以第二段时限断开全部断路器。

(3) 三侧均有电源的三绕组升压变压器的保护装于低压侧及高、中压两则中电源较大和断开机会较少的一侧。假设保护装于低压侧及高压侧，高压侧保护应有带方向（其方向元件取自发电机电压侧的电压互感器，并为了简化接线，方向元件接60°接线方式连接。此时，为了提高方向元件的灵敏系数，采用内角为30°的继电器）和不带方向的两部份，带方向的保护其方向指向相邻元件后备保护时限较短的一侧（例如

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高压侧），以较短时限断开该侧断路器，不带方向的保护以较大时限开另一侧断路器（例如中压侧），低压侧保护以再大一级时限断开全部断路器。

如果上述保护方式不能满足灵敏性要求时，也允许在三侧都装设保护，此时，后备保护时限较小的一侧（如高压侧）保护应带方向性，另一侧（如中压仙）保护不带方向性，装设在高压侧和中压侧的保护动作于本侧断路器跳闸，装设在低压侧的保护动作于总出口中间继电器，断开各侧断路器。

(4) 双绕组降压变压器的后备保护装于电源侧。当低压分段断路器上装有备用电源自动投入装置，而其上无专用母线保护时，变压器的后备保护要带两段时限,以第一段时限动作于分段断路跳闸，以第二段时限动作于出口中间继电器；当低压母线上有专用母线保护时，变压器的后备保护也要带两段量限，以第一段时限动作于变压器低压侧断路器，以第二段时限动作于出口中间继电器。根据灵敏性的要求需要采用电压元件时，将电压元件接于低压侧的母线电压互感器上。

(5) 中压侧及低压侧均无电源的三绕组变压器的保护装于电源侧和低压侧。低压侧作为外部短路后备，以较短时限断开该侧断路器；电源侧保护作变压器内部故障及中压侧外部短路的后备，带两段时限，以经一段时限（大于低压侧）断开中压侧断路器，以第二段时限断开全部断路器。

(6) 对于高中压侧有电尖折降压变压器，如高压侧为主电源时，则保护装于高压侧及低压侧。低压侧无电源时，保护可以较短时限断开该侧断路器。高压侧保护包括带方向和不带方向的两倍分，带方向的保护其方向指向后备保护时限较小的一侧（例如高压侧），以交短时限断开该侧断路顺，不带方向的保护以较大时限断开另一侧（例如中压侧）断路器，以再大一级时限断开全部断路器。

当高压侧断开时，变压器本身对内部故障无后备保护，这种运行方式机会少，变压器故障少，差动和瓦斯保护都拒动的可能性更少，三者凑在一起的概率可以不予考虑，因而上述保护配置是可以允许的。

如果上述保护不能满足灵敏性的要求，允许三侧都装设后备保护。高、中压两侧中后备保护时限较小的一侧（如高压侧）装设方向保护（不另加不带方向的保护），另一侧装设不带方向的保护。

(7) 对于高、中压侧有电源的大容量变压器及联络变压器，变压器三侧都装设后备保护，为了保证在各种运行情况下主变压器都有后备保护，高、中压侧的保护都带方向性，其方向指向变压器，设二段时限，第一段时限跳开相邻侧断路器，第二段时限跳各侧断路器。

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6.3 变压器保护的配置原则

6.3.1 瓦斯保护

容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当油面下降时，保护装置应瞬间动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器，对于高压侧未装设断路器的线路一变压器组，未采取使瓦斯保护能切除变压器内部故障的技术措施时，瓦斯保护可动作于信号。

6.3.2 纵差动保护

差动保护能正确区分被保护元件保护区内、外故障，并能瞬时切除保护区内的故障。变压器差动保护用来反应变压器绕组，引出线及套管上各种短路故障，是变压器的主保护。

6.3.3 后备保护

(1) 过电流保护

对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为变压器相间短路的后备保护。

1) 过电流保护，宜用于降压变压器，保护装置的整定时应考虑事故时可能出现的过负荷。

2) 复合电压起动的过电流保护，宜用于升压变压器，和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。

3) 负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护，可用于63000KV及以上的升压变压器。

4) 对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述2）、3）保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。

(2) 零序接地保护

中性点直接接地电网中，如果变压器中性可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。

(3) 过负荷保护

对于400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护应接于一相电流上，带

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时限动作于信号。在无经常 值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳匝或断开部分负荷

6.4 本站主变保护的设计

对于本站主变压器可根据以上叙述选择如下保护：

(1) 瓦斯保护：反应变压器油箱内部相间、匝相、层间以及单相接地短路故障。 (2) 纵差动保护：反应变压器主引出线上的短路故障，是变压器的主保护；动作时跳开各侧断路器。

(3) 过电流保护：反应调相机绕组、机端到变压器引线及变压器部分绕组的短路故障，作为主保护的后备保护；动作时跳开各侧断路器。

(4) 过负荷保护：反应主变侧过负荷，定时限部分和反时限部分；动作于发出信号跳开断路器。

(5) 零序接地保护：反应的是外部接地短路时引起的过电流；动作于跳开各侧断路器

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第七章 变电站配电装置的设计

7.1 概述

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为装配式和成套式：在现场将电器组成的称为装配式配电装置；在制造厂预先将开关电器、互感器等组成各种电路成套供应的称成套配电装置。

7.1.1 屋内配电装置的特点

(1) 由于安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小； (2) 维修、巡视和操作在室内进行，不受气候影响； (3) 外界污秽空气对电气影响较小，可减少维护工作量； (4) 房屋建筑投资较大。

7.1.2 屋外配电装置的特点

(1) 土建工作量和费用较小，建设周期短； (2) 扩建比较方便；

(3) 相临设备之间的距离较大，便于带电作业； (4) 占地面积较大；

(5) 受外界影响较大，设备运行条件差，必须加强绝缘； (6) 不良气候对设备的维修和操作有影响。

7.1.3 成套配电装置的特点

(1) 电器布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小。

(2) 所有电器元件已经在工厂组装成一体，大大减少现场安装工作量，有利于缩 短建设周期，也便于扩建和搬迁。

(3) 运行可靠性高，维护方便； (4) 耗用钢材较多，造价较高。

配电装置的型式的选择，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。一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式；110KV 及以上多为屋外

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式。当在污秽地区或市区建110KV屋内和屋外配电装置的造价相近时，宜采用屋内式。

7.2 配电装置的基本要求及设计步骤

7.2.1 配电装置应满足以下基本要求

配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济，遵循上级颁发的有关规程、规范及技术规定。

(1) 节约土地。

(2) 保证运行可要。按照系统和自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐.清晰，保证具有组足够的安全距离。

(3) 保证人身安全和要求。 (4) 便于检修、巡视和操作。

(5) 在保证安全的前提下，不止紧凑，力求节约材料和降低造价成本。 (6) 安装和扩建方便。

7.2.2 配电装置设计的基本步骤

(1) 根据配电装置的电压等级、电器的形式、出线多少、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的形式。

(2) 拟定配电装置的配置图。

(3) 按照所选定的外型尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便来要求，遵照《配电装置设计规程》的有关规定，并参考配电装置的典型设计手册，设计绘制配电装置的平断面图。

7.3 屋内配电装置

7.3.1 概述

屋内配电装置的结构，除与电气主接线形式、电压等级、母线容量、断路器形式、出线回路数、出线方式及有无电抗器等有密切关系外，还与施工、检修条件、运行经验和习惯有关。随着新设备和新技术的采用，运行和检修经验的不断丰富，配电装置的结构和型式将会不断地发展。

发电厂和变电所中6～10KV的屋内配电装置，按其布置型式，一般可以分为三层、二层和单层式。三层式是将所有电器依其轻重分别布置在各层中，它具有安全、

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可靠性高，占地面积少等特点，但其结构复杂、施工时间长，造价较高，检修和运行不大方便。二层式是将断路器和电抗器布置在底层。与三层式相比，它的造价较低，运行和检修较方便，但占地面积有所增加。三层式和二层式均用于出线有电抗器的情况。单层式占地面积较大，如容量不太大，通常采用成套开关柜，以减少占地面积。35～220KV的屋内配电装置，只有二层和单层式。

7.3.2 屋内配电装置的若干问题

(1) 母线及隔离开关

母线经常装在配电装置的上部，一般呈水平、垂直和直角三角形布置。水平布置不如垂直布置便于观察，但建筑部分简单，可降低建筑物的高度，安装机械强度比较容易，因此在中、小容量发电厂和变电所的配电装置中采用较多。垂直布置时，相间距离可以取得较大，无需增加间隔深度；支柱绝缘子装在水平隔板上，绝缘子间的距离可取较小值。因此，母线结构可获得较高的机械强度。但垂直布置的结构复杂，并增加建筑高度。垂直布置可用于20KV以下、短路电流很大的装置中。直角三角形布置方式，其结构紧凑，可充分利用间隔的高度和深度，但三相为非对称布置，外部短路时，各相母线和绝缘子机械强度均不相同，这种布置方式可用于6～35KV大、中容量的配电装置中。

母线相间距离a决定于相间电压，并考虑短路时母线和绝缘子的机械强度与安装条件。在6～10KV小容量装置中，母线水平布置时，约为250～350㎜；垂直布置时，约为700～800㎜；35KV水平布置时，相间距离约为500㎜。

双母线（或分段母线）布置中的两组母线应以垂直的隔墙（或板）分开，这样，在一组母线故障时，不会影响另一组母线，并可安全地检修。

在负荷变动或温度变化时，硬母线将会胀缩，如母线很长，又是固定连接，则在母线、绝缘子和套管中可能会产生危险的应力。为了将它消除，必须按规定加装母线补偿器。不同材料的导体相互连接时，应采取措施，防止产生电化腐坏。

母线隔离开关，通常设在母线的下方。为了防止带负荷误拉隔离开关引起飞弧造成母线短路，在3～35KV双母线布置的屋内配电装置中，母线与母线隔离开关之间宜装设耐火隔板。两层以上的配电装置中，母线隔离开关宜单独布置在一个小室内。

为了确保设备及工作人员的安全，屋内配电装置应设置：防止误拉合隔离开关、带接地线合闸、带电合接地闸刀、误拉合断路器、误入带电间隔等（常称五防）电气误操作事故的闭锁装置。

(2) 断路器及其操动机构

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断路器通常设在单独的小室内。油断路器（或含油设备）小室的形式，按照油量多少及防爆结构的要求，可分为敞开式、封闭式以及防爆式。四壁用实体墙壁、顶盖和无网眼的门完全封闭起来的小室称为封闭小室；如果小室完全或部分使用非实体的隔板或遮拦，则称为敞开小室；当封闭小室的出口直接通向屋外或专设的防爆通道，则称为防爆小室。为了防火安全，屋内35KV以下的断路器和油浸互感器，一般安装在两侧有隔墙（板）的间隔内；35KV及以上，则应安装在有防爆墙的间隔内。总油量超过100㎏的油浸电力变压器，应安装在单独的防爆间隔内。当间隔内单台电器设备总油量在100㎏以上时，应设置粗油或挡油设施。断路器的操动机构设在操作通道内。手动操动机构和轻型远距离控制的操动机构均装在壁上，重型远距离控制的操动机构则落地安装在混凝土基础上。

(3) 互感器和避雷器

电流互感器无论是干式或油浸式，都可和断路器放在同一小室内。穿墙式电流互感器应尽可能作为穿墙套管使用。

电压互感器经隔离开关和熔断器（110KV及以上只用隔离开关）接到母线上，它需占用专用的间隔，但同一间隔内，可以装设几个不同用途的电压互感器。

当母线接有架空线路时，母线上应装避雷器，由于其体积不大，通常与电压互感器共占一个间隔（以隔层隔开），并可共用一组隔离开关。

(4) 配电装置的通道和出口

配电装置的布置应便于设备操作、检修和搬运，故需设置必要的通道。凡用来维护和搬运各种电器的通道，称为维护通道；如通道内设有断路器（或隔离开关）的操动机构、就地控制屏等，称为操作通道；仅和防爆小室相通的通道，称为防爆通道。 为了保证工作人员的安全及工作便利，配电装置室长度大于7m时，应有两个出口（最好设在两端）；当长度大于60m时，在中部适当的地方宜再增加一个出口。配电装置室的门应向外开，并装弹簧锁，以便从内部不用钥匙开门。相邻配电装置室之间如有门时，应能向两个方向开启。

(5) 电缆隧道及电缆沟

电缆隧道及电缆沟是用来放置电缆的。电缆隧道为封闭狭长的构筑物，高1.8m以上，两侧设有数层敷设电缆的支架，可放置较多的电缆，人在隧道内能方便地进行电缆的敷设和维修工作，但其造价较高，一般用于大型电厂。电缆沟则为有盖板的沟道，够宽与深不足一米，敷设和维修电缆必须揭开水泥盖板，很不方便，沟内容易积灰和积水，但土建施工简单，造价较低，常为变电所和中、小型发电厂所采用。

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(6) 配电装置室的采光和通风

配电装置室可以开窗采光和通风，但应防止雨雪、风沙、污秽和小动物进入室内的措施。配电装置室应按事故排烟要求，装设足够的事故通风装置。

7.4 屋外配电装置

7.4.1 屋外配电装置的分类

根据电器和母线布置的高度，屋外配电装置可分为中型，半高型和高型。 中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面上安全的活动；中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。

高型和半高型配电装置的母线和电器分别装在几个不同高度的水平面上，并重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置的，则称为半高型配电装置。由于高型与半高型可以大量的节省占地面积，因此，高型和半高型得到较广泛的运用。

7.4.2 屋外高压配电装置的若干问题

(1) 母线及构架

屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。软母线为钢芯铝绞线、扩径软管母线和导线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的档距，但档距越大，导线弧垂越大，因而导线相间及对地距离就要增加，母线及跨越线构架的宽度和高度就要增大。硬母线常用的有矩形、管形和组合管形。矩形用于35KV及以下的配电装置中，管形则用于60KV及以上的配电装置中。管形母线一般安装在拄式绝缘子上，母线不会摇摆，相间距离和缩小，与剪刀式隔离开关配合可以节省占地面积；管形母线直径大，表面光滑，可提高电晕起始电压。但管形母线易产生微风共振和存在端部效应，对基础不均匀下沉比较敏感，支柱绝缘子抗震能力较差，采用倾斜的V型绝缘子串将管行母线挂在母线构架上，可提高抗震能力。

屋外配电装置的构架，可由型钢或钢筋混凝土制成。钢构架机械强度大，可以按任何负荷的尺寸制造，便于设备固定，抗震能力强，运输方便，但金属消耗大，需要经济维护。钢筋混凝土构架可以节约大量钢材，也可以满足各种强度和尺寸的要求，经久耐用，维护简单。钢筋混凝环形杆可以在工厂成披生产，并可分段制造，运输和安装也比较方便，但不便于固定设备。以钢筋混凝土环形杆和镀锌钢梁组成的构架，

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兼有二者的优点，目前，已在我国220KV及以下的各种配电装置中广泛的使用。由钢板焊成的板箱式构架和钢管混凝土柱，则是一种用材少，强度高的结构形式，适用于大跨度的500KV配电装置。

(2) 电力变压器

变压器基础一般作成双梁形并铺以钢轨，轨距等于变压器的滚轮中心距。为了防止变压器发生事故时，燃油流失使事故扩大，单个油箱的油量超过1000 kg以上的变压器，按照放火要求，在设备下面需设置贮油池或挡油墙，其尺寸应比设备外廓大一米，贮油池内一般铺设厚度不小于0.25米的卵石层。

主变压器与建筑物的距离不应小于1.25米，且距变压器5米以内的建筑物，在变压器总高度以下及外廓两侧各3米的范围内，不应有门窗和通风孔。当变压器油量超过2500kg以上时，两台变压器之间的放火净距不应小于5-10米，副布置困难应设防火墙。

(3) 电器的布置

按照断路器在配电装置中所占据的位置，可分为单列、双列和三列布置。断路器的排列方式，必须根据主接线、场地地形条件、总体布置和出线方向等多种因素合理选择。

少油断路器有低式和高式两种布置。低式布置的断路器安装在0.5-1米的混凝土基础上，其优点是检修比较方便，抗震性能好，但低式布置必须设置围栏，因而影响通道的畅通。一般在中型配电装置中，断路器和互感器多采用高式布置，即把它们安装在约高2米的混凝土基础上，基础高度应满足：① 电器支柱 绝缘最低裙边的对地距离为2米；② 电器间的连接对地面距离应符合C值要求。

避雷器也有低式和高式两种布置。110KV及以上的阀型避雷器由于器身细长，多落地安装在0.4米的基础上。瓷吹避雷器及35KV阀型避雷器形体矮小，稳定度较好，一般采用高式布置。

(4) 电缆沟和通道

屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。一般横向电缆沟布置在断路器和隔离开关之间，大型变电所的纵向电缆沟，因电缆数较多，一般分为两路。采用弱电控制和晶体管继电保护时，为了抗干扰，要求电缆沟采用辐射形布置，并应减少控制电缆沟与高压母线平行的长度，增大两者间的距离，使电磁和静电耦合减为最小。

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为了运输设备和消防的需要，应在主要的设备近铺设行车道。大中型变电所内一般均应铺设宽为3米的环形道。

屋外配电装置内应设置0.8-1米的巡视小道，以便于运行人员巡视设备，电缆沟盖板可作为部分巡视小道。

7.4.3 屋外配电装置安全净距

设计配电装置确定带电导体之间和导体对接地构造的距离时还要考虑减少相间短路的可能性及减小电动力。如软导线在短路电动力，风摆，温度大呢个因素作用下使相间及对地距离了的减小，隔离开关。开断允许电流不致发生相间和接地故障，以及减小大电流导体附近的铁磁物质的发热。110KV及以上还要考虑减小电晕损失，带电检修等因素。

表5.2 110KV屋外配电装置的安全净距(mm) 符号 适应范围 1:带电部分至接地部分之间 A1 2:网,板状遮栏向上延伸线距地2.5m处,与遮栏上方带电部分之间 A2 1:不同相的带电部分之间 2:断路器和隔离开关大案断口两侧带电部分之间 1:栅状遮栏至带电部分之间 B1 2:交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 3：设备运输时，其外廓至无遮拦带电部分之间 4：带电作业时的带电部分至接地部分之间 B2 网状遮栏至带电部分之间 C 1：无遮栏裸体至地面之间 2：无遮栏裸体至建筑物，建筑物顶部之间 1：平行的不同时停电检修的无遮栏裸体之间 2：带电部分与与建筑物，建筑物的边沿部分之间 1100 3500 1750 1100 1000 额定净距（mm） D 3000 7.5 本变电所的配电装置

(1) 10KV母线侧的配电装置设计

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本变电站10KV母线侧采用二层单通道单母线分段、出线不带电抗器的配电装置配置方式

母线和隔离开关设在第二层。为了充分利用第二层的面积，母线呈单列布置，三相垂直排列，乡间距离为750㎜，用隔板隔开。母线隔离开关装在母线下面的敞开小间，二者之间用隔板隔开，以防止事故蔓延第二层中有两个维护通道，母线隔离开关靠近通道的一侧，设有网状遮拦，以便巡视。

第一层布置断路器和电抗器等笨重设备，分两列布置，中间为操作通道，断路器及隔离开关均集中在第一层操作通道内操作，比较方便。出线电抗器小室与出线断路器沿纵向前后布置，电抗器垂直布置，下部有通风道，能引入冷空气，而热空气则从靠外墙上部的百叶窗排出。对电抗器的监视，可在屋内进行。电流互感器采用穿墙式，兼作穿墙套管。发电机、变压器回路采用架空引入，出线采用电缆经电缆隧道引出。在母线隔离开关下方的楼板上，开有较大的孔洞，便于操作时对隔离开关进行观察，也可免设穿墙套管，但如发生故障，两层便相互影响。

(2) 35KV和110KV型配电装置设计

根据上述配电装置设计原则，以及所设计的变电站为建设在农村或地方不受的变电站，故35KV和110KV均可采用中型屋外配电装置，具体布置如下：

35KV侧出线为9回，占地约为8.5~9母，母线相间距离为1.4m或1.5m，间隔宽度为7~8m。

110KV侧有两回进线，导线采用钢芯铝绞线，三相水平布置，用悬式绝缘子悬挂在钢筋混凝土构架上。变压器采用落地布置，安装置于钢筋混凝土基础上。避雷器采用低式布置（安装在0.4m高的基础上），其余电气设备均安装在高约2~2.5m的混凝土基础上，电缆沟采用横向布置（即与母线平行），一般布置在QF和QS之间

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结 论

经过为期三个月的毕业设计，我不但温习了以前学过的知识，而且又学习了很多相关的专业资料知识，加深了对理论知识的理解，也深刻地理解了理论与实践结合并不是一件容易的事。

本次设计的主要内容是进行110KV降压变电所电气设计，本次设计的主要内容是主接线设计、短路点计算、电气设备的选择与校验、无功补偿、主变保护设计、配电装置的设计等。通过此次设计，使我明白了变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分，主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置等的拟定将会产生直接的影响。通过短路电流的计算来对系统的各种故障进行分析，并以此来校验各种电气设备的选择是否符合要求。此外，通过无功补偿的设计，满足了用户电能质量的要求，同时为了整个变电站的安全运行进行了主变保护设计，因为它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行。最后为了把所选设备有一个合理的布局，进行了配电装置的设计。

在设计过程中发现自己对专业知识的掌握还很欠缺，解决问题的能力也很有限，但通过指导老师的帮助和个人的努力，设计要求的任务已完成。

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参考文献

[1] 丁毓山.变电所设计.辽宁科学技术出版社.1993年6月 [2] 姚春球.发电厂电气部分.中国电力出版社.2004年

[3] 黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料.中国电力出版社.2001

[4] 电力工业部西北电力设计院.电力工程电气设备手册 电气一次部分.中国电力出版社.19年

[5] 刘学军.继电保护原理.中国电力出版社.2005年

[6] 西北电力设计院．电力工程设计手册．上海人民出版社．1972年 [7] 刘永俭．发电厂电气部分．华中理工大学出版社．1993年

[8] .B.A.Amora、Assessment of the Effects of Wind Farms Commected in a Powet

System、IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems、2000、September [9] .A.Bossanyi.Adaptive pitch control for a 250kw Wind Turbine,Proc.British Wind Energy Conference、1986、85---92

[10] .Pedrycz.Fuzzy control and Fuxxy system.John Wiley and Sons、19

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附 录

附表1 主要电气设备表

设备名称 主变压器 站用变压器 断路器 设备型号 SFSZ7-40000/110 SC10-160/10 OFPI-110 HB35 HB35 HB-10 ZN4-10C DW5-400 隔离开关 GW2-110 GW4-35 GW8-35 电流互感器 LB-110 LCW-35 LB-35 LBJ-10 LA-10 电压互感器 JCC-110 JDJ-35 JDZ-10 避雷器 FZ-110J FZ-35 FZ-10 熔断器 RW9-35 RN2 电容器 母线 电缆 所在位置 110KV侧 变压器35KV侧 35KV出线侧 变压器10KV侧 10KV出线侧 站用 110KV侧 35KV变压器侧 35KV出线侧 110KV进线侧 变压器35KV侧 35KV出线侧 变压器10KV侧 10KV出线侧 110KV 35KV 10KV 110KV 35KV 10KV 35KV 10KV 10KV 10KV、35KV 10KV出线 BFF11/324003W 矩形铝导体 三芯（铝）电力电缆 57

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附图1 变电站电气主接线图

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附图2 主变压器保护配置图

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附图3 10KV配电装置图

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谢 辞

这次设计是对我四年所学知识的一次综合考验，也是对四年学习的一次总结，由于我的专业知识非常有限，在设计中遇到了很多问题，经过李梅老师的认真检查和精心指导，才顺利完成了此次毕业设计要求的任务，在此衷心感谢李梅老师对我所做的设计给予无私的、细致的帮助。

最后，再次感谢我的老师，同学以及我周围的所有人。是你们为我树立了榜样，是你们构成了我的学习与生活，并指引我不断拼搏、进取。

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