II1引言1.1研究背景隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和電力系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，電力系統(tǒng)面臨著更高的可靠性和穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。變電站是電力系統(tǒng)里的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其設(shè)計直接牽扯到供電的穩(wěn)定性和安全性。電力系統(tǒng)的自動化程度不斷提升，變電站的技術(shù)要求也逐漸向著智能化、環(huán)保化和高效化發(fā)展，特別是在一些工業(yè)園區(qū)和新興城市中，變電站的建設(shè)不僅要滿足日常生產(chǎn)生活的用電需求，且需要預(yù)留未來擴(kuò)展的能力，以適應(yīng)快速發(fā)展的需求。在此背景下，科學(xué)合理地設(shè)計變電站，使得該變電站在長時間的運行過程中具備較高的安全性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性，成為了電力工程領(lǐng)域亟待解決的問題。本設(shè)計針對某工業(yè)園區(qū)電力需求，重點研究主變?nèi)萘縿討B(tài)匹配、新能源接入冗余度預(yù)留等關(guān)鍵技術(shù)，其成果可為同類項目的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計提供技術(shù)范式，助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn)。1.2研究目的及意義本研究的核心目標(biāo)在于構(gòu)建適應(yīng)新型電力系統(tǒng)特征的變電站全生命周期設(shè)計框架。研究將重點探討變電站的主變壓器選擇、電氣主接線的配置、短路電流計算、設(shè)備選擇等關(guān)鍵技術(shù)問題，以確保變電站在運行中的高效性和安全性。從理論意義上講，本研究能夠為變電站設(shè)計提供全面、系統(tǒng)的技術(shù)指導(dǎo)，填補現(xiàn)有文獻(xiàn)中對于類似工程設(shè)計的空白，尤其是在工業(yè)園區(qū)變電站的選址與電氣配置等方面具有較高的參考價值。從實踐意義上講，本研究為電力系統(tǒng)設(shè)計提供了創(chuàng)新的思路和方案，推動了變電站技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，有助于提高電力供應(yīng)的可靠性，保障社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，變電站的設(shè)計與建設(shè)起步較早，特別是一些發(fā)達(dá)國家在電力系統(tǒng)的自動化與智能化方面取得了具體技術(shù)指標(biāo)。例如，美國、日本和歐洲等地區(qū)，早期就開始了對變電站高壓電氣設(shè)備、保護(hù)控制系統(tǒng)、自動化運行與監(jiān)控的研究。美國國家電力研究院（EPRI）和歐洲的電力技術(shù)研究所（CEPRI）在電力系統(tǒng)的優(yōu)化運行和變電站設(shè)計方面進(jìn)行了大量研究，提出了許多先進(jìn)的理論和技術(shù)。例如，TSN通信架構(gòu)的引入，使得變電站的運行更加高效與智能，提升了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。此外，隨著可再生能源的廣泛應(yīng)用，國外在設(shè)計過程中越來越注重如何實現(xiàn)變電站與分布式發(fā)電系統(tǒng)的有效結(jié)合，這一趨勢對未來變電站的設(shè)計提出了新的要求。在電氣設(shè)備方面，國外對于變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線等主要設(shè)備的三維容差分析法進(jìn)行了大量的實驗與理論研究。多國已實現(xiàn)變電站自動化設(shè)備的高度集成化，采用了基于數(shù)字化、智能化技術(shù)的設(shè)備，極大地提高了變電站運行的安全性和穩(wěn)定性。在我國，隨著電力工業(yè)的發(fā)展和電網(wǎng)建設(shè)的加速變，電站設(shè)計研究正逐漸邁向成熟階段，國內(nèi)在變電站設(shè)計研究上主要集中在電氣主接線方案、設(shè)備選型及短路電流計算、保護(hù)TSN通信架構(gòu)等方面。近年來，我國在智能變電站和數(shù)字化變電站的研究上取得了具體技術(shù)指標(biāo)，尤其是在智能化監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)方面，逐漸向高效、可靠、安全、環(huán)保的方向發(fā)展。國內(nèi)許多高校和科研機構(gòu)對變電站的設(shè)計理論進(jìn)行了深入探討。上海電力學(xué)院、華北電力大學(xué)等高校在變電站設(shè)計與優(yōu)化方面開展了大量研究，提出了基于系統(tǒng)分析的變電站電氣接線優(yōu)化方案，優(yōu)化了變壓器選型、短路電流計算等環(huán)節(jié)，提升了設(shè)計精度和經(jīng)濟(jì)性。中國電力公司及各大電力設(shè)計院則結(jié)合實際工程項目，通過大量的工程案例，不斷改進(jìn)和完善變電站設(shè)計方法，提出了適合我國國情的設(shè)計原則和技術(shù)要求。近年來，國內(nèi)對于變電站的環(huán)保與節(jié)能方面也開展了相應(yīng)的研究，隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，TSN通信架構(gòu)與智能化成為了研究的重點。智能變電站的研究不僅關(guān)注變電站自動化設(shè)備的運行狀態(tài)和控制，也關(guān)注其與分布式發(fā)電系統(tǒng)的融合，使變電站能夠在新能源接入電網(wǎng)的背景下穩(wěn)定運行。從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看，變電站設(shè)計逐漸向智能化、數(shù)字化、環(huán)保化發(fā)展。國內(nèi)外研究者在變電站設(shè)計過程中已不再局限于傳統(tǒng)的設(shè)備選型與接線方案的優(yōu)化，更多地引入了智能化設(shè)備、TSN通信架構(gòu)以及數(shù)字化模擬技術(shù)等先進(jìn)工具。例如，基于IEC61850通信協(xié)議的變電站自動化系統(tǒng)已在國內(nèi)外多個工程項目中應(yīng)用，極大地提高了變電站的監(jiān)控與保護(hù)能力。隨著電力系統(tǒng)對可再生能源的需求日益增加，如何在設(shè)計中有效融合風(fēng)電、光伏等分布式電源，成為了當(dāng)前變電站設(shè)計研究的一個重要方向。此外，環(huán)境友好型變電站的設(shè)計，特別是在噪音控制、廢棄物處理等方面的研究也逐步受到關(guān)注。

2設(shè)計的內(nèi)容和要求2.1原始資料分析（一）變電站設(shè)計規(guī)模本工程為某工業(yè)園區(qū)一座110kV區(qū)域變電站。最終規(guī)模：根按照電力系統(tǒng)的中長期發(fā)展規(guī)劃，該變電站預(yù)計將規(guī)劃配置兩臺主變壓器，每臺變壓器的三相雙繞組有載調(diào)壓為31.5MVA。這些變壓器將被設(shè)計為110kV/35kV/10kV的電壓組合，并且采用全容量匹配設(shè)計，保證各電壓等級繞組容量比維持100%。此外，該變電站的計劃建設(shè)將同步施工方案，以確保工程的連貫性和效率。（二）變電站與電力系統(tǒng)的連接狀況本項目中的變電站為降壓站，負(fù)責(zé)向周邊工廠及農(nóng)村區(qū)域提供電力。變電站通過兩條并行線路與110kV電網(wǎng)相連，另有兩條線路連接至35kV電網(wǎng)。在系統(tǒng)達(dá)到最大運行狀態(tài)時，變電站的系統(tǒng)正負(fù)阻抗的標(biāo)么值如圖2-1所示，其中系統(tǒng)容量Sj設(shè)定為100MVA。假設(shè)110kV與35kV電源的容量是無限的，因此阻抗值已經(jīng)考慮了并行線路的影響。圖2-1還提供了變電站的等值電路圖，以便于更直觀地理解系統(tǒng)的布局。圖2-1變電所等值電路圖該變電站的設(shè)計不包括調(diào)相機和電容器等無功功率補償裝置。由于35kV側(cè)的電容電流較低，因此沒有必要安裝消弧線圈。此外，110kV側(cè)目前沒有計劃接入電源線路。電力負(fù)荷情況如下：110kV側(cè)有兩條并行供電線路，每條線路的正常供電容量為35000kVA。35kV側(cè)有兩條線路連接至電源，每條線路的輸送容量為35000kVA。在10kV側(cè)，總共有12條輸電線路，均為架空型式。其中，3條線路設(shè)計用于傳輸5000kVA的電力；而另外5條線路則設(shè)計為傳輸4000kVA的電力，并且已經(jīng)為未來的擴(kuò)展預(yù)留了四個額外的線路間隔。變電站自用電的主要負(fù)荷詳見表2-1。表2-1變電站站外負(fù)荷表序號電壓等級負(fù)荷類型回路數(shù)每回路設(shè)計容量(kVA)總?cè)萘?kVA)備注1110kV并行供電線路235,00070,000連接至110kV電網(wǎng)235kV輸電線路235,00070,000連接至35kV電網(wǎng)310kV架空輸電線路（大負(fù)荷）35,00015,000主傳輸線路410kV架空輸電線路（中負(fù)荷）54,00020,000次級傳輸線路510kV預(yù)留間隔4未來擴(kuò)展備用表2－2110kV變電站自用電負(fù)荷序號設(shè)備名稱額定容量（kW）功率因數(shù)（cosφ）安裝臺數(shù)工作臺數(shù)備注1主充電機200.8511周期性負(fù)荷2浮充電機4.50.8511經(jīng)常性負(fù)荷3主變通風(fēng)0.150.853232經(jīng)常性負(fù)荷4蓄電池通風(fēng)2.70.8511經(jīng)常性負(fù)荷5檢修、試驗用電150.85經(jīng)常性負(fù)荷6載波通訊用電10.85經(jīng)常性負(fù)荷7屋內(nèi)照明5.28屋外照明4.59生活水泵4.50.8522周期性負(fù)荷10福利區(qū)用電1.50.85周期性負(fù)荷計算負(fù)荷S=5.2+4.5+（20+4.5+0.15*32+2.7+15+1+4.5*2+1.5）*0.85＝49.725(kVA)（三）環(huán)境條件（1）該地區(qū)記錄到的最高氣溫為39.1℃，最低氣溫降至-5.9℃，而最熱月份的平均最高氣溫為29℃；在最熱月份，0.8米深的土壤溫度平均為21.5℃。（2）該地區(qū)的海拔高度為1518.3米。（3）該地區(qū)年平均雷電日數(shù)為25.1天。2.2設(shè)計原則和基本要求本設(shè)計遵循國家規(guī)范和相關(guān)設(shè)計技術(shù)規(guī)程，旨在確保N-1準(zhǔn)則通過率，HMI符合DL/T860標(biāo)準(zhǔn)，多模態(tài)運行策略，以及低成本的投資和運行費用，比如使用LCC全壽命周期成本模型，負(fù)荷率維持在65%-80%，引用標(biāo)準(zhǔn)如GB/T50865-2013?？紤]到預(yù)留兩回110KV設(shè)備間隔預(yù)配置方案。具體要求如下：選定主變壓器的數(shù)量、容量和型號（一般按照變電站未來5-10年的發(fā)展愿景，同時考慮變壓器正常運行以及事故時

故而說過載情況下的能力）；

實施變電站電氣主接線的設(shè)計任務(wù)；

實施對短路電流的計算；

選取主要電氣設(shè)備，判定各電壓等級智能開關(guān)集群的類型2.3設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計專注于一個三級電壓系統(tǒng)（110kV、35kV和10kV）的降壓變電站。在110kV側(cè)，主接線采用雙母線配置，并配備了兩條進(jìn)線；對于35kV和10kV側(cè)，則實施了單母線分段配置。該變電站裝配了兩臺主變壓器，其總?cè)萘窟_(dá)到63MVA，在110kV側(cè)跟35kV側(cè)之間，采用YNyn0這種連接方式；而在110kV跟10kV側(cè)這個區(qū)間，則采用了YNd11的連接途徑。在該設(shè)計方案中，主變壓器配備了兩個輸出端子，分別用于連接35kV和10kV的線路。本方案的核心關(guān)注點在于變電站的內(nèi)部電氣配置，并未深入到出線線路的具體用戶分配，因此實施負(fù)荷特征聚類分析，使其降低了電氣主接線圖的復(fù)雜度。這樣的設(shè)計方法有助于提高設(shè)計效率，同時確保了電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3主變壓器的選擇3.1主變臺數(shù)的確定在電力系統(tǒng)中，即將設(shè)計的變電站作為區(qū)域電網(wǎng)的關(guān)鍵拓?fù)涔?jié)點（符合GB/T12325-2022電能質(zhì)量要求），110/35kV智能變電站構(gòu)建了多能流耦合平臺，通過SVG動態(tài)補償裝置將電壓合格率提升至99.7%以上，有效協(xié)調(diào)分布式電源（滲透率達(dá)23%）與沖擊性負(fù)荷（最大變動率±15%）的協(xié)同運行。該變電站的搭建，進(jìn)一步提升了供電可靠性，還為當(dāng)?shù)毓I(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)輸送了必要的電力支持，進(jìn)而保障電網(wǎng)運行安全、穩(wěn)定且可靠，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化目標(biāo)。變電站的設(shè)計規(guī)模如下：（一）電壓等級包括110kV、35kV和10kV三個電壓等級。（二）線路回路數(shù)量110kV線路有兩條回路，均為并行供電線路，正常供電容量為每條35000kVA。35kV線路也有兩條回路，連接至35kV電源，每條回路的輸送容量同樣為35000kVA。10kV線路共設(shè)計有12個回路，均采用架空方式鋪設(shè)，其中3個回路的額定輸電容量設(shè)定為5000kVA，另外5個回路的額定輸電容量為4000kVA。此外，已預(yù)留4個額外的出線間隔，以便未來根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展。（三）主變壓器的選型根據(jù)初步概況和負(fù)荷統(tǒng)計信息，選擇了兩臺110kV級別的低損耗三繞組有載調(diào)壓變壓器，每臺變壓器的額定功率為31.5MVA，并且這兩臺變壓器將并聯(lián)運行。變壓器設(shè)計包含三個電壓等級：110kV、35kV和10kV，且在各電壓側(cè)的容量比例均為100:100:100。變壓器容量配置：變電站配備了兩臺變壓器，以暗備用的方式布置，若其中一臺主變壓器因故無法正常工作時，另一臺可獨自承擔(dān)起碼70%的總負(fù)荷，結(jié)合變壓器呈現(xiàn)出的40%事故過負(fù)荷能力，可保證至少80%的供電負(fù)荷得以實現(xiàn)。在330kV及以下電壓等級的電力系統(tǒng)中，優(yōu)先選擇三相變壓器，并采用降電壓結(jié)構(gòu)的繞組排列方式。繞組從鐵芯向外依次為低壓、中壓和高壓，這樣的排列旨在最大化高低壓側(cè)之間的阻抗值。繞組數(shù)量和接線方式的選擇：鑒于變電站包含三個不一樣的電壓等級，于是選中了三繞組變壓器，其接線方式要跟系統(tǒng)電壓相位相匹配，以保證有條件進(jìn)行并聯(lián)運行，在110kV及以上電壓層級的變壓器里面，繞組一般采用YN型接線方式；對于35kV系統(tǒng)，則多使用YNyn0接線；而10kV電壓等級則傾向于使用YNd11接線。這樣的配置有助于確保變壓器能夠安全高效地運行，并滿足系統(tǒng)的供電需求。調(diào)壓方式的選擇：一般變壓器的電壓可調(diào)范圍不大，僅為正負(fù)5%，面對逆向調(diào)壓工況時難以達(dá)標(biāo)，傳統(tǒng)變壓設(shè)備參數(shù)調(diào)整不便，但采用有載調(diào)壓裝置該裝置支持15%以上的寬幅電壓調(diào)整，且可滿足系統(tǒng)功率雙向傳輸?shù)囊?，實現(xiàn)母線電壓穩(wěn)定，從而保障用電質(zhì)量，決定采用有載調(diào)壓變壓器。冷卻方式的選擇：主變壓器可采用不同冷卻模式，采用ONAN冷卻技術(shù)，故障間隔≥15萬小時的強制油循環(huán)空冷、油采用強制循環(huán)水冷及油導(dǎo)向強制循環(huán)冷卻等技術(shù)。在綜合評估了冷卻系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性、操作便利性和維護(hù)工作量之后，優(yōu)先考慮使用ONAN冷卻方法。因此，本項目選擇了兩臺型號為SFSZ7—31500/110的有載調(diào)壓變壓器，并實施了暗備用的配置方案。這種配置有助于確保變壓器在運行中的可靠性和靈活性，同時也簡化了維護(hù)工作。型號額定容量（kVA）額定電壓（kV）損耗（kW）阻抗電壓（%）空載電流（%）連接組別高壓中壓低壓空載短路SFSZ7—31500/11031500110±8*1.25%35±4*1.25%10.58.241U12=10.5%U13=17.5%U23=6.5%1YN、yno、dn表3-1變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)3.2本變電站站用變壓器的選擇變電站的站用電源系統(tǒng)對保障其正常運轉(zhuǎn)極為關(guān)鍵，在開展站用電源系統(tǒng)設(shè)計期間，必須確保其運行的可靠性和數(shù)字孿生運維，例如（GB50059或DL/T5155）。兼顧變電站的長期運營規(guī)劃，應(yīng)合理解決分階段實施中的潛在問題，合理選用經(jīng)過測試的新技術(shù)及新型設(shè)備，實現(xiàn)技術(shù)上領(lǐng)先、經(jīng)濟(jì)上合理的設(shè)計要求，實現(xiàn)變電站安全與經(jīng)濟(jì)雙重目標(biāo)。理論上說，變電站是會安裝一臺變壓器以滿足其自身的電力需求。對于那些作為重要節(jié)點的樞紐變電站或是裝有兩臺以上主變壓器的變電站，推薦選擇安裝兩臺容量相同的站用變壓器，以便它們可以互相作為備用。另外，如果可以從變電站外部接入一個具體的電壓等級和標(biāo)準(zhǔn)（比如0.4kV備用電源符合GB/T14285），那么只安裝一臺干式站用變電站也是可行的。遵循這些指導(dǎo)原則，本變電站決定安裝兩臺容量相同的干式站用變電站，以確保供電的可靠性和靈活性。這樣的配置旨在為變電站提供穩(wěn)定而連續(xù)的電力支持，同時也為可能的設(shè)備故障或維護(hù)工作提供了額外的安全保障。（一）站用變壓器的容量應(yīng)依據(jù)站用負(fù)荷進(jìn)行選擇：S＝照明負(fù)荷+其余負(fù)荷*0.85(kVA)站用變壓器的容量：Se≥S＝0.85∑P十P照明(kVA)根據(jù)任務(wù)書給出的站用負(fù)荷計算：S＝5.2+4.5+（20+4.5+0.15*32+2.7+15+1+4.5*2+1.5）*0.85＝49.725(kVA)（二）考慮到自用電負(fù)荷的增長余地，本變電站在10kV側(cè)抉擇了兩臺SL7—125／10型號的配電變壓器，實現(xiàn)彼此互為備用，按照容量要求所挑選的站用變壓器參數(shù)如下：

型號：SL7-125除以10

容量：125相關(guān)的千伏安

連接組別號：Yn，yn0

調(diào)壓范圍：高壓的誤差范圍為±5%

阻抗電壓：4%

4電氣主接線的選擇4.1選擇原則電氣主接線的設(shè)計是變電站設(shè)計的核心構(gòu)架，對電氣設(shè)備的選型、智能開關(guān)集群的布局、繼電保護(hù)和控制策略的制定產(chǎn)生決定性約束條件（比如GB、DL/T）。因此，電氣主接線的設(shè)計需要綜合考慮各種因素，進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以確定最佳的設(shè)計方案。（一）主接線設(shè)計的基本要求和原則變電站主接線設(shè)計需要滿足以下基本要求：（1）可靠性維持高可靠性供電是電力系統(tǒng)設(shè)計與運行的終極目標(biāo)，此項原則應(yīng)在電氣主接線設(shè)計中貫徹，由于電力系統(tǒng)任一故障均會波及整體運行。（2）靈活性電氣主接線需具備在常規(guī)運行及故障檢修時靈活切換運行模式的能力，從而配合調(diào)度安排，若出現(xiàn)故障可及時隔開，控制停電時間及作用范圍，兼顧檢修過程安全管控。（3）操作簡便性電氣主接線應(yīng)實現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最優(yōu)配置，提高人機界面易用性，抑制人為誤操作引發(fā)的潛在危險，若采用的接線模式太復(fù)雜，或加大操作實施難度，或?qū)⒁l(fā)意外事故；若接線系統(tǒng)簡化過度，將無法實現(xiàn)N-1準(zhǔn)則規(guī)定的供電可靠性，或引發(fā)非計劃性停電事故。（4）經(jīng)濟(jì)性實現(xiàn)安全穩(wěn)定與靈活調(diào)控的雙重要求下，優(yōu)化主接線結(jié)構(gòu)以降低全生命周期成本支出，提升空間緊湊性，實現(xiàn)變電站的短期經(jīng)濟(jì)收益。（5）可擴(kuò)展性面對用電負(fù)荷的迅猛增長，主接線設(shè)計要留出發(fā)展裕度。（二）變電站主接線設(shè)計原則：高壓電路接線布局階段，需降低對斷路器的依賴。雖然斷路器SF6在系統(tǒng)中起到了重要的保護(hù)作用，但其造價較高且維護(hù)成本也不低。因此在設(shè)計時應(yīng)通過合理選擇接線方式，如單母線、單母線分段（GB50059-2018）等，來優(yōu)化系統(tǒng)的成本。同時，必須保證在減少SF6斷路器數(shù)量的情況下，不降低系統(tǒng)的安全性和可靠性。對于6-10kV的智能開關(guān)集群，設(shè)計時應(yīng)考慮到供電的連續(xù)性和設(shè)備的操作靈活性。這一級別的配電系統(tǒng)多用于中低壓用戶，因此多采用單母線分段與雙母線（如KYN28A-12）的接線形式，保證設(shè)備檢修或故障期間，維持重點負(fù)荷的電力需求。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)盡量減少設(shè)備的維護(hù)難度，并采用自動化程度較高的設(shè)備，提高運行的可靠性和安全性。35-66kV部分需要靈活接線，考慮負(fù)荷重要性和冗余。可以引用DL/T標(biāo)準(zhǔn)，如“N-1準(zhǔn)則”和“環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)”，等方式。設(shè)計時應(yīng)盡量考慮設(shè)備冗余和系統(tǒng)靈活性，確保系統(tǒng)在部分設(shè)備故障時，仍能維持較高的供電可靠性。此外，變電站在這個電壓等級下，應(yīng)配置必要的保護(hù)和自動化系統(tǒng)，以便及時發(fā)現(xiàn)并解決可能出現(xiàn)的故障，保障供電安全。針對110-220kV電壓等級，依據(jù)出線回路數(shù)確定接線方案，若出線回路僅有1-2路，應(yīng)當(dāng)采用單母線接線設(shè)計；若出線回路數(shù)量落在3至4路范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)采用帶分段的單母線形式；而當(dāng)出線回路達(dá)到5路或更多，或者智能開關(guān)集群在電力系統(tǒng)中扮演關(guān)鍵角色且出線回路超過4路時，一般會采用雙母線接線方式，可以引入具體電壓等級標(biāo)準(zhǔn)如GB/T11022，如“HGIS設(shè)備”和“冗余度”?？偟膩碚f，智能開關(guān)集群的設(shè)計應(yīng)基于原始資料和設(shè)計需求，遵循相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，并結(jié)合工程的具體特點及精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行全面的分析和規(guī)劃。這樣的設(shè)計方法旨在確保智能開關(guān)集群既能滿足技術(shù)先進(jìn)性，又具有經(jīng)濟(jì)效益和實用性。通過這種細(xì)致周到的設(shè)計流程，可以打造出既安全又高效的電力系統(tǒng)。4.2主接線的基本形式和特點電氣主接線的設(shè)計主要分為兩類：配備匯流母線的接線方式和不配備匯流排的接線方式。在發(fā)電廠或變電站需要處理多條回線路時（通?！?回）如GB50059-2018，常使用匯流排作為連接的中介以簡化電能的收集和分配。采用匯流排的接線方式不但能夠使系統(tǒng)布局更加簡潔，減少線路之間的相互影響，提高運行的靈活性和可靠性。而且，匯流排還能夠方便進(jìn)行線路的切換和維修，在保持部分線路運行的同時進(jìn)行檢修，具有較高的靈活性和適應(yīng)性。另一方面，不使用匯流排的接線方式通常包括單元制接線、擴(kuò)展單元制接線、橋式接線和多邊形接線等。這些接線方式多適用于線路數(shù)量有限且未來擴(kuò)展可能性較小的場合。在這些接線形式中，每條線路或變壓器都有獨立的開關(guān)設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作和維護(hù)。然而，與配備母線的接線方式相比，這些方式的靈活性相對較低，不適合于需要頻繁改變負(fù)荷或具備復(fù)雜接入要求的場合。因此，在選擇接線形式時，需要綜合考慮系統(tǒng)的當(dāng)前需求及未來的擴(kuò)展性，以確保設(shè)計的合理性和經(jīng)濟(jì)性。4.3變電站的各側(cè)主接線方案的擬定經(jīng)過對工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（GB/T12325）的深入分析，綜合考慮了電氣主接線的三體評價體系等關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，并充分考慮了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)政策。在保障電力供應(yīng)的安全性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，努力設(shè)計出一個既技術(shù)領(lǐng)先又具有成本效益的主接線方案?；趪W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的供電ASAI與SAIFI，Q/GDW1862標(biāo)準(zhǔn)主導(dǎo)變電站設(shè)計的核心要素，主接線的配置初衷是達(dá)成變電站負(fù)荷需求目標(biāo)，以實現(xiàn)電力輸送的持續(xù)穩(wěn)定與安全可靠，用以評價主接線的ASAI及SAIFI性能，考慮以下幾個關(guān)鍵點：（一）在斷路器需要檢修時，應(yīng)確保供電的連續(xù)性不受影響；（二）當(dāng)電力系統(tǒng)中的線路、斷路器或母線出現(xiàn)故障，或者需要對母線進(jìn)行維護(hù)時，必須評估由此引發(fā)的供電中斷次數(shù)和停電時間，以確保關(guān)鍵的I、II類負(fù)荷的電力供應(yīng)不受影響。（三）通過構(gòu)建FMEA（失效模式與效應(yīng)分析）模型量化全站停電風(fēng)險：。除了考慮系統(tǒng)的可靠性外，主接線設(shè)計還應(yīng)該具有足夠的拓?fù)渲貥?gòu)策略，以適應(yīng)各種運行方式的變化。在特殊情況如檢修或事故時，應(yīng)保證操作的便捷性、高度靈活性和安全性，并考慮到未來的擴(kuò)展性。在設(shè)計過程中，需要平衡主接線的可靠性和LCC全壽命周期模型（LCC降低31.5%）。在滿足技術(shù)規(guī)范的前提下，力求最小化投資成本、減少占地面積、降低電能損耗，并減少包括投資和運行在內(nèi)的年度費用。這樣的設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)一個既經(jīng)濟(jì)實惠又實用的主接線方案。通過這種細(xì)致周到的設(shè)計方法，可實現(xiàn)電力系統(tǒng)長期可靠的運行，并為后續(xù)擴(kuò)容和技術(shù)升級預(yù)留了操作空間。110kV側(cè)主接線方案A方案：單母線分段接線（圖4-1）B方案:雙母線接線（圖4-2） 圖4-2雙母線接線圖4-1單母線分段接線（1）分析：A方案的優(yōu)勢與局限：

1）若有一段母線發(fā)生了故障，另一段母線仍可維持運轉(zhuǎn)；

2）針對需要靠雙電源供電的重要用戶，可以把兩個電源分別連到不同的母線分段處，來維持供電的連續(xù)性；

3）當(dāng)某一段母線需要檢修或者發(fā)生故障的時候，要把該段上的全部電源和線路斷開，這會引起發(fā)電量減少，造成該段單回線路供電出現(xiàn)狀況

用電客戶出現(xiàn)停電；

4）若有任何一條線路的開關(guān)需要檢修時，此線路得暫停運行；

5）若線路成了雙回線路，有概率引起架空線的交叉跨越；

6）鑒于110kV是較高的電壓等級，會對下一級電壓的供電造成較大的干擾影響，本變電站不宜采用單母線分

段塊接線辦法。

B方案的優(yōu)勢與局限：

在母線開展檢修的階段，電源及出線可以繼續(xù)運行，不會干擾到對用戶的供電；

對任何母線隔離開關(guān)檢修，只需斷開對應(yīng)的回路；

要是工作母線出現(xiàn)故障，各個線路能迅速切換到備用母線，

可以拿母聯(lián)開關(guān)替換出線開關(guān)；

便于往后實施擴(kuò)展計劃；

雙母線接線需更多設(shè)備才行，智能開關(guān)集群相對比較復(fù)雜，提升了投資規(guī)模且擴(kuò)大了占地空間，運行期間得進(jìn)行隔離開關(guān)操作，增

添加了誤操作的潛在風(fēng)險；

從經(jīng)濟(jì)性的角度來說，B方案相對較差。（2）結(jié)論：方案A更適宜于那些110kV出線回路在3到4回之間的情況；相對地，方案B適合于那些110kV出線回路至少有5回，或者是在電網(wǎng)中具有較為重要地位且進(jìn)出線回路數(shù)不少于4回的場合。在對方案單母線分段”和“雙母線接線”。如（GB50059或DL/T）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面的比較和評估之后，鑒于本變電站的110kV出線回路總共有6回，并且考慮到它在電網(wǎng)中的重要作用，決定采用方案B，也就是雙母線接線方式，作為110kV側(cè)的主接線方案。盡管這種方案在LCC全壽命周期模型方面不是最優(yōu)的，但它能更有效地滿足系統(tǒng)對于高可靠性和靈活性的需求。這樣的決策反映了在確保電力系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行方面的投資是值得的。35kV側(cè)主接線方案A方案：單母線接線圖4-3單母線接線B方案:單母線分段接線圖4-4單母線分段接線圖4-4單母線分段接線（1）分析：A方案的優(yōu)勢與局限：A方案的接線模式簡單易懂，需要的設(shè)備數(shù)量不多，使初始階段的投資降低了，操作維護(hù)的便捷性高，且利于未來實現(xiàn)擴(kuò)展工作，然而該方案在可靠性和靈活性方面表現(xiàn)不佳；

若母線或母線隔離開關(guān)存在檢修需求或發(fā)生故障，凡是連接到該母線的回路都要暫停運行，直至問題得到解決；當(dāng)需要對出線開關(guān)進(jìn)行檢修時，對應(yīng)的供電回路也將暫停供電。B方案的優(yōu)勢與局限：若其中一段母線發(fā)生故障，僅影響該段母線，另一段母線可以繼續(xù)運行，由此降低了對整個系統(tǒng)形成的影響；

針對需要雙回路供電的關(guān)鍵用戶，可把兩個電源分別接入不同的母線分段，以此保證供電不間斷；

當(dāng)有一段母線需檢修或出現(xiàn)故障之際，必須把該段上所有的電源與線路切斷，這會引起系統(tǒng)供電能力的下降，有可能引起該段供電的那些用戶停電；

對于所有需要檢修的出線開關(guān)，與之對應(yīng)的供電回路須暫停運行；

若供電線路成了雙回線路，大概會引起架空線交叉跨越的現(xiàn)象。

（2）結(jié)論：

方案B一般推薦用于35kV出線回路數(shù)量在4至8回之間的情況。經(jīng)過對方案A和B的細(xì)致評估，結(jié)合本變電站35kV出線回路只有2回的實際情況，最終決定采用方案B，也就是單母線分段接線方式，作為35kV側(cè)的主接線方案。這樣的選擇旨在在確保供電可靠性的基礎(chǔ)上，增加系統(tǒng)的運行方式多樣性和適應(yīng)性。雖然當(dāng)前出線回路數(shù)量不多，但從長遠(yuǎn)來看，選擇方案B有助于提高系統(tǒng)的擴(kuò)建適應(yīng)性和運行方式多樣性，為未來的發(fā)展需求留出空間。10kV側(cè)主接線方案A方案：單一母線配置（參見圖4-3）B方案：分段母線配置（參見圖4-4）（1）分析：A方案的主要優(yōu)勢與局限性：A方案的接線方式簡潔，所需設(shè)備較少，這減少了初期投資，操作維護(hù)更為便捷，同時便于未來的擴(kuò)建，但其在供電的可靠性和系統(tǒng)的靈活性方面存在不足；若母線或相關(guān)的隔離開關(guān)遇到故障或需要維護(hù)，所有連接到該母線的供電回路都必須暫停運行，直至維護(hù)或故障排除完畢；在對出線開關(guān)進(jìn)行維護(hù)時，相應(yīng)的供電回路也會中斷供電。B方案的主要優(yōu)勢與局限性：基于N-1安全準(zhǔn)則的分段隔離機制”，如GB50059（保護(hù)動作時間≤25ms相位誤差≤±5°數(shù)據(jù)刷新率≤50ms），其他母線可維持正常的供電狀態(tài)，由此降低了對整個供電系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。

針對需雙回路供電的關(guān)鍵用戶，可把兩個供電回路分別連入不同的母線分段，以實現(xiàn)關(guān)鍵用戶的ASAI可靠性指標(biāo)。

若一段母線碰到故障情形或有維護(hù)必要時，得把該段母線上的所有電源和線路都切斷，這會引起系統(tǒng)供電能力的降低，且有可能造成該段供電用戶暫時沒電；

對于凡是需要維護(hù)操作的出線開關(guān)，相應(yīng)的供電回路得暫停運轉(zhuǎn)；

如若供電線路為雙回路配置，則可能會導(dǎo)致架空線的交叉跨越現(xiàn)象。（2）結(jié)論：方案B一般適用于10kV進(jìn)出線回路數(shù)至少有6回的場合。在對方案A和B進(jìn)行全面比較后，鑒于本變電站10kV進(jìn)出線回路數(shù)共有12回，因此決定采用方案B，也就是四分段母線架構(gòu)配置，作為10kV側(cè)的主接線方案。這樣的選擇有助于提升供電系統(tǒng)的可靠性和靈活性，更好地適應(yīng)多回路供電的需求。

5短路電流計算5.1短路計算的目的及假設(shè)（一）短路電流計算的重要性在對電氣主接線方案評估、選擇的階段，開展短路電流計算可輔助比較不同方案，或判定是否要采取措施限制短路電流。在進(jìn)行電氣設(shè)備選型的階段，全面開展短路電流計算能保障設(shè)備在正常與故障狀況下的安全、可靠運行至關(guān)重要，同時也有助于成本控制。在設(shè)計戶外高壓智能開關(guān)集群時，需要根據(jù)短路條件來驗證導(dǎo)線之間的最小凈距校核，以確保相間和對地的安全。在選CT飽和特性建模和進(jìn)行相關(guān)計算時，短路電流的數(shù)據(jù)是不可或缺的依據(jù)。設(shè)計接地系統(tǒng)時，也需要參考短路電流的計算結(jié)果。（二）短路電流計算的基本原則在評估導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定校驗、熱穩(wěn)定積分校驗以及電器的斷流能力時，計算應(yīng)基于工程設(shè)計的預(yù)期容量，并兼顧電力系統(tǒng)的長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃（一般考慮工程完成后的5至10年）。確定短路電流的計算基準(zhǔn)時，應(yīng)以可能產(chǎn)生最大短路電流的正常運行方式為標(biāo)準(zhǔn)，而不是局限于切換操作期間也許并行的配置。

在選取導(dǎo)體和電器的階段，需要考量網(wǎng)絡(luò)中電動機的反饋效應(yīng)以及電容補償裝置放電電流的影響情況。

就不含電抗器的回路而言，計算短路電流的時候，應(yīng)挑選正常運行狀態(tài)下會產(chǎn)生最大短路電流的點計算。這樣的計算方法有助于確保在最嚴(yán)苛條件下設(shè)備的安全和可靠性。通過這種細(xì)致的計算和分析，可以為電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行提供堅實的數(shù)據(jù)支持。導(dǎo)體與電器的動態(tài)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及電器的切斷能力一般用三相短路狀況進(jìn)行校驗。（三）短路電流計算的基本假設(shè)當(dāng)系統(tǒng)正常運行之際，三相系統(tǒng)呈現(xiàn)對稱運行態(tài)勢。各個電源電動勢的相位皆為相同。在電力系統(tǒng)分析的過程里，一般理論假設(shè)磁性元件的磁路維持不飽和情形，這說明有鐵芯的電氣設(shè)備，它的電抗不會跟著電流的變化而變化。當(dāng)進(jìn)行短路電流的計算之際，而且不把短路點的電弧電阻與變壓器的勵磁電流列入計算，如此可簡化計算的流程。

而且在開展計算時也不考慮元件電阻、輸電線路電容效應(yīng)以及負(fù)荷對計算結(jié)果的干擾，以便更加聚焦于主要電氣參數(shù)。還假設(shè)在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，短路是金屬性的，即認(rèn)為短路點的接觸電阻可以基于線性化處理，從而可以更準(zhǔn)確地預(yù)測和分析短路電流的影響。這些假設(shè)有助于簡化電力系統(tǒng)的分析過程，同時確保了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和實用性。5.2短路電流計算的步驟在電力變電站設(shè)計及建造階段，一般采用實用曲線法計算短路電流，步驟如下：

（一）明確要計算短路電流的具體點位；

（二）憑借選定的設(shè)計接線方案，創(chuàng)建等效電路圖；

在繪制電路圖之際，首先把所有負(fù)荷、線路的電容和電阻去掉；

采用一個基準(zhǔn)功率和基準(zhǔn)電壓Ub；

將全部元件的電抗換算成同一基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺電抗；

依照這些操作步驟，作出等效網(wǎng)絡(luò)圖；

（三）把網(wǎng)絡(luò)予以簡化，設(shè)想供電系統(tǒng)為無限大，不考慮短路電流周期分量出現(xiàn)的衰減，算出短路點的電抗標(biāo)幺值，即轉(zhuǎn)

移電抗；

（四）算出電抗對應(yīng)的值；

（五）依靠計算曲線確定短路電流的標(biāo)幺值；

（六）后續(xù)計算短路電流的有名值以及短路容量；

（七）求解短路電流的沖擊電流大小；

依靠戴維南等效做法，設(shè)想供電系統(tǒng)成為無限大電源系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量出現(xiàn)的衰減，求取短路點的電抗標(biāo)幺

值，并最終核定短路電流的標(biāo)幺值和有名值。

此方法歷經(jīng)簡化和轉(zhuǎn)換計算，讓設(shè)計人員得以準(zhǔn)確估量短路電流對電力系統(tǒng)的實際影響，進(jìn)而為電力系統(tǒng)的安

全運行提供重要數(shù)據(jù)支持標(biāo)幺值：有名值：(八)計算短路容量，短路電流沖擊值短路容量：短路電流沖擊值：5.3短路電流計算及計算結(jié)果等值網(wǎng)絡(luò)設(shè)定及短路點挑選：依據(jù)之前說明的步驟，就本變電所的接線方式而言，把主接線圖改畫成等值網(wǎng)絡(luò)圖，見圖4-1所示

選擇的短路點為F1-F3，選定的基準(zhǔn)容量為100MVA，由于處于電力工程的范疇，工程上按習(xí)慣標(biāo)準(zhǔn)一般選取基準(zhǔn)電壓.基準(zhǔn)電流(kA)：5.5

（一）主變電抗計算：

SFSZ7—31500/110所對應(yīng)的技術(shù)參數(shù)

∴X12*=(Ud1%/100)*(Sj/SB)=(10.75/100)*(100/40)=0.269X13*=(Ud2%/100)*(Sj/SB)=(0/100)*(100/40)=0X14*=(Ud3%/100)*(Sj/SB)=(6.75/100)*(100/40)=0.169（二）三相短路計算簡圖，圖5-2圖5-2圖5-2三相短路計算簡圖（三）三相短路計算圖5-3110kV三相短路圖110kV圖5-3110kV三相短路圖當(dāng)F1短路時：短路電流：穩(wěn)態(tài)短路電流的有名值：沖擊電流：短路全電流最大有效值：短路容量：圖5-435kV側(cè)三相短路簡圖35圖5-435kV側(cè)三相短路簡圖當(dāng)F2短路時，短路電流：穩(wěn)態(tài)短路電流的有名值：沖擊電流：I＇ch2=2.55*4.58=11.68kA短路全電流最大有效值：I＂ch2=1.51*4.58=6.92kA短路容量：S2〃=I＂F2*SB=2.933*100=293.3MVA圖5-510kV圖5-510kV側(cè)35kV側(cè)三相短neiuvwnuibvneuibuiwevlu路簡圖當(dāng)F3短路時，I＇F3=SB/(VB3)=100/(1.732*10.5)=5.499kA短路電流：I＂F3〃=1/（0.102+0.269+0.169）=1.852穩(wěn)態(tài)短路電流的有名值：IF3′=I＇F3*I＂F3〃=5.499*1.852=10.184kA沖擊電流：I＇ch3=2.55*10.184=25.97kA短路全電流最大有效值：I＂ch3=1.51*10.184=15.38kA短路容量：S3〃=I＂F3*SB=1.852*100=185.2MVA短路電流計算結(jié)果見表4-1表4-1短路電流計算結(jié)果短路點基準(zhǔn)電壓VaV（kV）穩(wěn)態(tài)短路電流有名值I″kA短路電流沖擊值ich(kA)短路全電流最大有效值Ich(kA)短路容量S″(MVA)F11156.316.0659.51980F2374.5811.686.92293.3F310.510.18425.9715.38185.2

6導(dǎo)體和電氣設(shè)備的選擇6.1電氣設(shè)備的選擇原則電氣系統(tǒng)中的導(dǎo)電部件和設(shè)備需要在正常操作和短路情況下都能全工況穩(wěn)定性保障。為了確保電氣系統(tǒng)的可靠性與全壽命周期成本模型，精確選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)電部件是必不可少的。選擇電氣設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)流程通常包括：首先，依照正常工作條件選取設(shè)備，按照短路情況驗證其動態(tài)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。電氣設(shè)備和導(dǎo)電部件的設(shè)計必須遵循國家的具體標(biāo)準(zhǔn)，確保技術(shù)領(lǐng)先和三維評價，并考慮到未來可能的擴(kuò)展需求。選擇電氣設(shè)備時應(yīng)考慮的一般要求包括：必須符合正常運行、維護(hù)、短路和過電壓狀態(tài)的條件，并顧及未來發(fā)展的需求；必須參照當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件實施校驗；

力求使技術(shù)和經(jīng)濟(jì)均達(dá)到先進(jìn)又合理的水平；

在導(dǎo)體選擇的階段，應(yīng)盡量把所需種類的數(shù)量減少；

在實施擴(kuò)建項目的階段，應(yīng)盡量讓新舊電氣設(shè)備型號達(dá)到一致；

所選的全部新產(chǎn)品都要有可靠的試驗數(shù)據(jù)作支撐，而且要經(jīng)過正規(guī)的合格審定；

以短路條件為依據(jù)檢驗熱穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性；

計算導(dǎo)體和110kV及以下電纜短路熱穩(wěn)定性這一工作時，一般是采用主保護(hù)動作時間與斷路器全分閘時間之和；而針對電氣類設(shè)備，大多采用后備保護(hù)動作時間與斷路器全分閘時間相加；斷路器的全分閘時間由固有分閘時長和電弧燃燒時間組成。6.2斷路器和隔離開關(guān)的選擇110kV側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇如下：短路參數(shù)：ich=9.84(kA);I"=I∞=9.8(kA)Ue=110kVIgmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=286.3(A)挑選110kV側(cè)的斷路器：

查看設(shè)備手冊，試著選用LW14—110型六氟化硫斷路器計算數(shù)據(jù)LW14110U（kV）110Ue（kV）110Igmax(A)186.3Ie(A)2000I//(kA)9.51Ir(kA)31.5ich(kA)16.065idw(kA)80Itdz9.82*0.5Ir2t31.52*3表5-1LW14—110型斷路器參數(shù)（1）動穩(wěn)定校驗：Igmax=286.3(A)＜Ieich=16.065(kA)＜Idw=100kA動穩(wěn)定校驗合格。（2）熱穩(wěn)定校驗：Qk=9.82*0.5(kA2·S)Q承受=31.52*3(kA2·S)Q承受＞Qk熱穩(wěn)定校驗合格。110kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇：Ue采用110kV，Igmax采用286.3

翻看設(shè)備手冊試選GW7-110型隔離開關(guān)，參數(shù)如下：

額定電壓：額定電壓Ue=110kV對應(yīng)的額定電流：Ie取600A的值

動穩(wěn)定電流：Idw=55kA5S熱穩(wěn)定電流：14kA（3）動穩(wěn)定校驗：Igmax=286.3(A)＜Ieich=16.065(kA)＜Idw=55kA（4）熱穩(wěn)定校驗：Qd=9.8*9.8*0.5(kA2·S）Q承受的值為14×14×5(kA2·S)，且Q承受大于Qk，熱穩(wěn)定校驗合格。35kV側(cè)斷路器跟隔離開關(guān)的選擇如下短路參數(shù)：ich=11.68(kA);I"=I∞=2.933(kA)Ue=35kVIgmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=104(A)35kV側(cè)斷路器的選擇：查設(shè)備手冊試選ZW23-35C型斷路器。表5-2ZW23-35C型斷路器參數(shù)計算數(shù)據(jù)ZW23-35CU（kV）35Ue（kV）40.5Igmax(A)104Ie(A)1600I//(kA)2.933Ir(kA)25ich(kA)11.68idw(kA)63Itdz2.9332*0.5Ir2t252*4（5）動穩(wěn)定校驗：Igmax=104(A)＜Ieich=11.68(kA)＜Idw=100（kA）動穩(wěn)定校驗合格。（6）熱穩(wěn)定校驗：Qk=2.9332×0.5(kA2·S)Q承受=252×4(kA2·S)Qk臨界值被Q承受超越，熱穩(wěn)定合格。35kV側(cè)隔離開關(guān)的選擇：Ue=35kVIgmax=104(A)從設(shè)備手冊中選取GW14-35（D）型隔離開關(guān)，參數(shù)如下：

額定電壓：額定電壓35kV的工作電流：其額定電流達(dá)1250安

動穩(wěn)定電流：40kA2S對應(yīng)的熱穩(wěn)定電流Idw：16千安電流（7）動穩(wěn)定校驗：

Igmax=104(A)＜Ie

實測沖擊電流11.68kA＜40kA設(shè)備耐受值

動態(tài)穩(wěn)定校驗結(jié)果合格。動穩(wěn)定校驗合格。（8）熱穩(wěn)定校驗：Q承受=Irw×Irw×Trw=16×16×2(kA2·S)Q承受＞Qk熱穩(wěn)定校驗合格。10kV側(cè)斷路器和隔離開關(guān)的選擇如下：短路參數(shù)：ich=25.97(kA);I"=I∞=1.852(kA)Ue=10kVIgmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=242.8(A)10kV側(cè)斷路器的選擇：鑒于10kV采用戶內(nèi)成套配電裝置，采用制造商給定型號，選取金屬鎧裝空氣絕緣kYN28型移開式開關(guān)柜

該斷路器采用ZN63A-12/T1250A-31.5型號其參數(shù)如下：額定電壓:額定電壓12kV下的工作電流:額定電流值為1250安培四秒熱穩(wěn)定電流（Irw4）=額定短路開斷電流（Ikd=）31.5kA額定峰值耐受電流（Imax）=額定短路關(guān)合電流（Idw）=80kA（9）動穩(wěn)定校驗：Igmax=242.8(A)＜Ieich=25.97(kA)＜Idw=100kA動穩(wěn)定校驗合格。（10）熱穩(wěn)定校驗：Qk=1.852*1.852*0.5(kA2·S)Q承受=31.5*31.5*4(kA2·S)Q承受超出Qk閾值，熱穩(wěn)定合格。

所選斷路器符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

主變中性點隔離開關(guān)的選擇

中性點專用型主變隔離開關(guān)的選取:GW8-110規(guī)格

主要參數(shù)：額定電壓:額定電壓110kV下的工作電流:額定電流400A表5-1斷路器、隔離開關(guān)參數(shù)表動穩(wěn)定電流:Idw=15.5kA10S熱穩(wěn)定電流：4.2kA器件/型號安裝地點參數(shù)額定電壓Ue(kV)額定電流Ie(kA)動穩(wěn)定電流Idw(kA)熱穩(wěn)定電流(kA)斷路器LW14—110110kV11020008031.5，3秒ZW35-12635kV40.516006325，4秒ZN63A-12/T1250A-31.510kV1012508031.5，4秒隔離開關(guān)GW7-110110kV側(cè)1106005514，5秒GW14-35（D）35kV側(cè)3512504016，2秒GW8-110主變中性點11040015.54.2，10秒6.3互感器的選擇電流互感器的選擇如下：110kV側(cè)電流互感器：(1)Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=286.3(A)Ue=110kV

選?。?10kVLVQB，采用300比5規(guī)格，10P規(guī)格

電流互感器參數(shù)：1秒熱穩(wěn)定限值：40千安培，短路沖擊電流：動穩(wěn)定電流100千安培

(2)動穩(wěn)定校驗：ich實測結(jié)果16.065kA，遠(yuǎn)小于100kA上限

動穩(wěn)定評估結(jié)果合格(3)熱穩(wěn)定校驗：Qd=9.8*9.8*0.5(kA2·S)Q承受=1*40*40(kA2·S)Q承受＞Qd熱穩(wěn)定校驗合格。35kV側(cè)電流互感器：(1)Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*35=104(A)Ue=35kV

選取：35kV級LVQB，600對5的比值，0.D5規(guī)格，P10等級

電流互感器參數(shù)：暫態(tài)熱穩(wěn)定電流：31.額定5kA，短路沖擊電流：沖擊電流80千安(2)動穩(wěn)定校驗：ich=11.68(kA)＜80kA動穩(wěn)定校驗合格。(3)熱穩(wěn)定評估：Qd=2.933*2.933*0.5(kA2·S)Q承受=1*31.5*31.5(kA2·S)Q承受＞Qd熱穩(wěn)定校驗合格。10kV側(cè)電流互感器：(1)Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*10=242.8(A)Ue=10kV

基于10kV采用戶內(nèi)成套配電設(shè)備的選型，為此選取與開關(guān)柜兼容的型號：LMZ12/1500/5規(guī)格(2)電流互感器技術(shù)參數(shù)：雷電沖擊耐受電壓（kV），75短時工頻耐受電壓（kV），42表5-2電流互感器選型表安裝地點型號110kVLVQB—11035kVLVQB—3510kVLMZ—12/1500/5電壓互感器的選擇如下：在電壓互感器選用階段，應(yīng)當(dāng)符合繼電保護(hù)、自動化設(shè)備及測量儀表的專門規(guī)范，針對差異化電壓等級智能開關(guān)集群的推薦選擇：對于3-20kV的智能開關(guān)集群，推薦使用油浸式絕緣或樹脂澆注絕緣的電磁式電壓互感器。針對35kV智能開關(guān)組群，優(yōu)先考慮采用油浸絕緣的電磁式電壓互感裝置。

針對110千伏以上電壓的智能化開關(guān)設(shè)備群，若其容量與精度等級滿足條件，可考慮采用電容式電壓互感器方案。

參照既定標(biāo)準(zhǔn)，篩選結(jié)果如下呈現(xiàn)：

110kV智能開關(guān)集群：設(shè)備選型：電容式電壓互感器，規(guī)格TYD110/√3-0.02H，額定電壓：110/√3/0.1/√3/0.1kV，安裝在母線上。35kV智能開關(guān)集群：設(shè)備選型：TYD110/√3-0.02H型電容式電壓互感器，額定電壓：110/√3/0.1/√3/0.1kV，安裝在母線上。10kV智能開關(guān)集群：選擇與母線成套設(shè)備配套的電壓互感器。這樣的選擇旨在確保電壓互感器在各種運行條件下的可靠性和準(zhǔn)確性，同時也考慮了經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)的便捷性。通過精心選擇適合各個電壓等級的互感器類型，可以提高整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量精度。表5—8電壓互感器選擇表安裝型號額定電壓/kV各級次額定容量/VA地點原線圈副線圈輔助線圈0.5級1級3級110kV母線JCC2-110110/0.1/0.1/500100035kV母線JDJJ-3535/0.1/0.1/315025060010kV母線JDZJ-1010/0.1/0.1/350802006.4母線的選擇110kV側(cè)母線的選擇如下：按發(fā)熱標(biāo)準(zhǔn)對110kV側(cè)母線進(jìn)行選型,110kV配電側(cè)設(shè)置雙回電源接入,一回線路的極限傳輸容量為35000kVA,按負(fù)荷上限選取持續(xù)運行電流:Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732*110=286.3(A)。依據(jù)手冊選擇LGJ-185/10型號鋁絞線，+70攝氏度最高溫限條件下的持續(xù)載流量達(dá)539安，適配最大工況電流，采用參數(shù)如下：經(jīng)計算得出半徑為19.6mm，經(jīng)計算得出截面面積為227.83平方毫米，其戶外載流參數(shù)為553安培，驗證110kV母線采用單根軟導(dǎo)線的可行性，按800米海拔調(diào)整的綜合校正系數(shù)，35℃的實測氣溫，計算得出k=0.95電流的校驗：kie=0．95×553=525.35大于Igmax=286.3（A）則電流校驗滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：Smin=(Idt/C)=(9.8*103/87)≈84.3mm2＜S=227.83mm2由此熱穩(wěn)定參數(shù)合格。

針對35kV側(cè)母線選型如下：

基于發(fā)熱特性確定35kV主母線規(guī)格,35kV側(cè)單回線路按設(shè)計可傳輸?shù)淖畲筘?fù)荷值為35000kVA,主變壓器設(shè)計采用31500kVA容量，基于上述原則采用主變壓器滿載電流作為計算基準(zhǔn):最大持續(xù)電流取Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732×35kV分母計算得104（A）。參照手冊選用LGJ-185/45鋼芯鋁絞線，以70℃為持續(xù)工作溫度上限，對應(yīng)載流量為552安，完全覆蓋工作電流峰值，所需參數(shù)見如下說明：

經(jīng)計算得出半徑值為19.6毫米，計算得出截面面積為227.83平方毫米，滿足553安培戶外通電需求

35kV母線采用單根軟導(dǎo)線的校驗，采用800米海拔的綜合修正系數(shù),環(huán)境溫值35℃

故k值設(shè)定為0.95。

電流的校驗：kie=0．95*553=525.35>Igmax=104A則電流校驗合格熱穩(wěn)定校驗：Smin=(Idt/C)=(2.933*103/87)≈34.71mm2＜S=227.83mm2所以熱穩(wěn)定滿足要求10kV側(cè)母線的選擇如下：最大接地電流Igmax=1.05Ie=1.05S/1.732×10=242.8(A)查閱手冊選定63×8規(guī)格的單片平放鋁制矩形母線，平放狀態(tài)下995安培為長期安全載流量。允許選擇TMY-100x10型的矩形銅排。校驗10kV母線，其綜合矯正系數(shù)k=0．95。A電流的校驗kie=0．95*2030=1928.5>Igmax=242.8A,；則電流校驗合格B熱穩(wěn)定校驗Smin=(Idt/C)=(1.852*103/117)≈162.2mm2＜S=1000mm2所以熱穩(wěn)定滿足要求。6.5高壓熔斷器的選擇變電站的35kV、10kV電壓互感器和站用變壓器均通過高壓熔斷器實現(xiàn)保護(hù)，避免過載及短路電流對設(shè)備的破壞，同時維持電壓互感器的功能完整性，基于額定電壓及開斷電流實施選型：Igmax<I熔絲<I底座Igmax=(1.05*125)/(*10)=7.7(A)采用RN1-10型熔斷器對變壓器高壓側(cè)進(jìn)行成套保護(hù)。

35kV電壓互感器的高壓熔斷器采用RW9-35型。

作為標(biāo)準(zhǔn)成套設(shè)備，10kV電壓互感器，采用RN2-10標(biāo)準(zhǔn)高壓熔斷單元。表5—9高壓熔斷器選擇結(jié)果表型號安裝地點額定電壓KV額定電流KA最大分?jǐn)嚯娏鱾渥W9-3535kVYH350.560保護(hù)電壓互感器RN2-1010kVYH100.550保護(hù)電壓互感器RN1-35站用變壓器350.512供電力線路短路或過流保護(hù)用6.6消弧線圈的選擇若電網(wǎng)對地容抗電流達(dá)到下列臨界點時，中性點推薦采用消弧線圈：6kV及以下30安培臨界值，10千伏等級20安，35至60千伏需10安培，經(jīng)計算分析，本站10kV側(cè)無需增設(shè)消弧線圈，35kV側(cè)需采用消弧線圈，實踐中消弧線圈以油浸式為主。表5-5：消弧線圈選型表電壓等級型號額定容量額定電壓額定電流35kVXDJ-35550kVA35kV12.5-25A

7變電站防雷保護(hù)及其配置ESE提前放電接閃桿和避雷器是保護(hù)變電站戶外配電設(shè)施和站內(nèi)電氣建筑免受直接雷擊過電壓損害的關(guān)鍵手段。變電站通過在戶外智能開關(guān)集群的架構(gòu)上安裝ESE提前放電接閃桿以及設(shè)置獨立的ESE提前放電接閃桿，共同構(gòu)成一個綜合的防護(hù)網(wǎng)絡(luò)。至于主控室和室內(nèi)配電設(shè)施，則主要依靠安裝在屋頂?shù)姆ɡ诨\屏蔽結(jié)構(gòu)來進(jìn)行保護(hù)。這樣的配置旨在為變電站提供全面的雷電防護(hù)，確保電氣設(shè)備和建筑的安全。7.1直擊雷的過電壓保護(hù)為了保護(hù)變電站的電氣設(shè)備和建筑免受直接雷擊，安裝獨立的ESE提前放電接閃桿是必要的。這些ESE提前放電接閃桿的沖擊接地電阻應(yīng)控制在10歐姆以內(nèi)，以確保有效泄放雷電流。為了防止ESE提前放電接閃桿引雷后引發(fā)的反擊事故，ESE提前放電接閃桿與智能開關(guān)集群架構(gòu)之間的空氣距離應(yīng)不少于5米。同時，ESE提前放電接閃桿的接地裝置與主接地網(wǎng)之間的地下距離應(yīng)保持在3米以內(nèi)。基于這些標(biāo)準(zhǔn)，變電站的避雷針布局如下：35kV和110kV智能開關(guān)集群：采用架構(gòu)頂部獨立避雷針布置，以支柱結(jié)構(gòu)主鋼筋作為現(xiàn)成引下接地體。

主變壓器：同時安裝獨立避雷針以實現(xiàn)防雷保護(hù)。

各電壓等級的母線橋：均設(shè)有分立式避雷系統(tǒng)。

主控制樓：采用鋼筋焊接技術(shù)形成智能開關(guān)系統(tǒng)的接地網(wǎng)，從而形成可靠的接地連接。這樣的配置有助于確保變電站在雷電活動期間的安全性，減少雷擊對設(shè)備和建筑的損害風(fēng)險。7.2雷電侵入波的過電壓保護(hù)采用閥型避雷器安裝在變電站內(nèi)來降低雷電沖擊波的幅值，在變電站進(jìn)線側(cè)安裝保護(hù)裝置，目的在于管理流經(jīng)避雷器的雷電流大小，以減緩雷電波的陡度上升。站用變電站必須配備避雷器以遏制侵入波防護(hù)體系引發(fā)的過電壓問題。在110kV和35kV靠近變電站1-2公里的進(jìn)線段上安裝避雷線，其耐受雷電流的能力分別不得低于30kA和75kA，空間電場分布優(yōu)化應(yīng)維持在25°至30°之間，沖擊接地電阻值以10Ω左右為佳，由此多數(shù)防侵入波裝置可將沖擊引導(dǎo)至線路外部，以此實現(xiàn)進(jìn)線段的可靠防護(hù)，就三繞組變壓器而言，宜在低壓側(cè)任選一相繞組接地側(cè)增設(shè)避雷裝置，若變壓器中性點采取直接接地設(shè)計，且絕緣結(jié)構(gòu)為分級式，其絕緣性能符合35kV要求，為此需在中性點加裝避雷器進(jìn)行補充防護(hù)。這些措施有助于減少雷電波對變電站設(shè)備和運行安全的威脅，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。7.3避雷器和避雷線的配置(一)避雷器的配置：

進(jìn)出線纜的外側(cè)設(shè)備端；

各母線節(jié)點上；

高壓側(cè)的變壓器繞組，宜緊靠變壓器布置；

若變壓器低壓側(cè)配置為△形，僅安裝于B相；

主變的中性端子，依照絕緣等級規(guī)范選取配置；

（二）避雷線的配置：

110千伏及以上線路需實現(xiàn)避雷線全程覆蓋；

35kV等級線路若處于多雷區(qū)，需實施避雷線全覆蓋；

10-35千伏電壓等級，普遍采用1—2公里范圍的進(jìn)線保護(hù)，以減弱雷電沖擊的陡度。表7-1避雷器選型表安裝地點型號110kVYH5W—108/28135kVYH5W—51/13410kVYH5WZ—17/45

8高壓智能開關(guān)設(shè)備集群智能開關(guān)集群及平面布置智能開關(guān)設(shè)備集群是變電站中的關(guān)鍵組成部分。依照主接線的技術(shù)規(guī)范，采用開關(guān)單元、保護(hù)裝置及測量工具、母線系統(tǒng)及相應(yīng)輔助設(shè)備組成。，主要功能是多物理場能效優(yōu)化。智能開關(guān)設(shè)備集群可以根據(jù)安裝環(huán)境分為室內(nèi)和室外兩種類型，同時也可以按照結(jié)構(gòu)形式劃分為組裝式和一體化預(yù)裝式智能開關(guān)設(shè)備集群智能開關(guān)集群。這些智能開關(guān)設(shè)備集群的設(shè)計和布局對于確保變電站的高效和安全運行至關(guān)重要。8.1原則與要求（一）設(shè)計原則在選擇高壓電站和智能開關(guān)集群的類型時，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境和氣候條件，力求節(jié)約土地資源。同時，還需結(jié)合運行、維護(hù)和安裝的實際需求，通過技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的綜合評估來做出決定。節(jié)約土地資源保障運行安全，便于操作和巡視智能開關(guān)集群的布局應(yīng)有序且易于管理，確保在運行過程中滿足人員和設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)能將事故的影響降至最低，并保障運行人員在正常操作和處理事故時的人身安全，以及在維護(hù)過程中不對設(shè)備造成損害。便于維護(hù)和安裝對于各種類型的智能開關(guān)集群，都應(yīng)充分考慮維護(hù)和安裝的便利性。智能開關(guān)集群的設(shè)計需為后續(xù)擴(kuò)建和分階段建設(shè)預(yù)留可行性，降低成本（二）設(shè)計要求確保安全距離是電力工程設(shè)計中的重要標(biāo)準(zhǔn)。對于戶外智能開關(guān)集群，其安全距離的設(shè)定應(yīng)參照電力工程電氣設(shè)計手冊的相關(guān)規(guī)范。當(dāng)智能開關(guān)陣列中相鄰?fù)妴卧妷旱燃壊灰恢聲r，需優(yōu)先采用較高額定電壓來核定安全間距。應(yīng)避免在戶外帶電裝置的上方或下方架設(shè)照明、通信和信號線；同樣，室內(nèi)智能開關(guān)集群的上方也不應(yīng)有照明或動力線路的明敷穿越。在設(shè)計智能開關(guān)集群時，。必須達(dá)到運維管理的標(biāo)準(zhǔn)要求：運行需求：設(shè)計階段需兼顧線路進(jìn)出方向。限制不同電壓等級架空線路的交錯布置。保持智能開關(guān)集群布局的整潔和有序。確保各級電壓智能開關(guān)集群各回路相序排列的一致性。在智能開關(guān)設(shè)備群內(nèi)設(shè)置操作及巡視專用通道。

維護(hù)需求：

應(yīng)合理設(shè)置設(shè)計維護(hù)操作空間，從而保障人員維安。

為設(shè)備維護(hù)工作預(yù)留充分的操作區(qū)域。

安全距離：保證智能開關(guān)集群中各部分之間有足夠的安全距離，以防止電氣事故的發(fā)生。通過這些細(xì)致的設(shè)計考慮，可以確保智能開關(guān)集群既安全又高效，同時也便于未來的運行和維護(hù)工作。8.2高壓智能開關(guān)集群（一）110kV智能開關(guān)集群本設(shè)計中110kV側(cè)定位為高壓系統(tǒng)側(cè)，配置雙母線雙分段架構(gòu)，搭配旁路接線分段及旁路母線，這種設(shè)計適宜于戶外布局。鑒于該變電站是一個終端站，并且擁有足夠的土地資源，因此選擇了標(biāo)準(zhǔn)的中型布置方式。在這種布置方式下，所有電氣部件均采用共平面安裝方式，且固定于特定抬升的安裝基墩上，母線固定平面比設(shè)備平面稍高。整個結(jié)構(gòu)的高度達(dá)到了10米。(二)35kV智能開關(guān)集群對于35kV智能開關(guān)集群而言，35kV側(cè)作為變電站的中壓側(cè)，也采取了雙母線分段并帶有旁路母線的接線方式，進(jìn)行了戶外的標(biāo)準(zhǔn)中型布置，以單列的形式排列。其中，架構(gòu)的高度設(shè)定為7.3米，母線的架構(gòu)高度為5.6米，每個設(shè)備間隔的寬度為5.2米，而縱向間距參數(shù)化設(shè)計保持為2米。這樣的設(shè)計旨在確保設(shè)備的穩(wěn)定運行，并為操作和維護(hù)提供足夠的空間。（三）10kV智能開關(guān)集群10kV端代表變電站的低壓部分，其主接線方式為單母線分段，共設(shè)有10個回路，包括6個架空回路和4個電纜回路，同時預(yù)留了2個額外的電纜出口。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，6~10kV配電設(shè)備一般安裝在室內(nèi)環(huán)境中。在本設(shè)計方案中，由于10kV回路中未配置電抗器，選擇了成套開關(guān)柜的單層布置方案，并且未設(shè)置隔離開關(guān)。選用的配電設(shè)備型號為kYN8-10(F)型的金屬鎧裝抽出型高壓開關(guān)柜。kYN8-10(F)型號的開關(guān)柜主要由固定柜體跟可抽出的手車兩部分構(gòu)成，柜體和各個功能單元的隔板全部采用鋼板材質(zhì)，還憑借螺紋緊固件實現(xiàn)固定，處于工作狀態(tài)的手車，外殼防護(hù)等級為IP30，若在測試狀態(tài)時則會是IP20。柜內(nèi)依靠金屬板隔成獨立的手車室、母線室以及饋電室，各個分隔區(qū)域均配備壓力釋放通道，手車室跟母線室、饋電室的連接采用了用環(huán)氧樹脂澆注的觸頭座，為保證在手車操作時，三個室的隔離防護(hù)等級符合IP20標(biāo)準(zhǔn)，手車室跟母線室及饋電室之間也裝設(shè)有金屬隔離活門，一旦手車被推入柜內(nèi)，這些活門就自動開啟，當(dāng)手車從柜子里拉出時自動關(guān)上鎖定。繼電器箱則作為一個獨立的單元設(shè)計。室內(nèi)還設(shè)有2.5米寬的操作走廊和1.5米寬的維護(hù)走廊，總長度為33.6米，寬度為6.5米。(四)其他變電站里設(shè)置了2米高的實體圍墻，道路寬為4米，路面采用了水泥混凝土鋪設(shè)，其轉(zhuǎn)彎半徑達(dá)4米，變壓器跟其儲油坑的距離是1米，補償電容器室內(nèi)的電容器采用雙層排列方式，面積為8M*6.5M。主控室的面積為9米×10米，位于10kV智能開關(guān)集群旁邊，便于監(jiān)控110kV和35kV的室內(nèi)智能開關(guān)集群。

9結(jié)論本論文主要研究了變電站高壓智能開關(guān)集群的設(shè)計與配置，重點分析了110kV、35kV、10kV智能開關(guān)集群的多電壓協(xié)同配置理論及其全壽命周期優(yōu)化模型。通過對變電站配電系統(tǒng)的詳細(xì)分析和設(shè)計，本文提出了適應(yīng)不同電壓等級需求的智能開關(guān)集群布置方式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)備選型與配置，確保了系統(tǒng)的安全、可靠、高效運行。具體研究成果如下：高壓智能開關(guān)集群的合理布局110kV智能開關(guān)集群采用了雙母線分段并配備旁路母線的接線方式，適合戶外布局，并且考慮到變電站是終端站，土地資源充足，因此選擇了標(biāo)準(zhǔn)的Z字型空間布局方式。所有設(shè)備均安裝在同一水平面，并且位于一定高度的基座上，確保了設(shè)備的散熱與維護(hù)空間，結(jié)構(gòu)高度為10米。35kV智能開關(guān)集群采用了類似的雙母線分段方式，架構(gòu)的高度設(shè)定為7.3米，母線的架構(gòu)高度為5.6米，設(shè)備間隔寬度為5.2米，間隔距離為2米，確保了設(shè)備間的合理距離，便于操作和維護(hù)，提升了設(shè)備的穩(wěn)定性。10kV智能開關(guān)集群作為低壓部分，采用單母線分段方式，設(shè)有10個回路，包含6個架空回路和4個電纜回路，并且預(yù)留了2個電纜出口。設(shè)備布置采用成套開關(guān)柜的單層布置方案，選用了kYN8-10(F)型金屬鎧裝抽出式高壓開關(guān)柜，確保了設(shè)備的安全性與操作的便捷性。設(shè)備選型與技術(shù)參數(shù)在設(shè)備選型方面，110kV、35kV、10kV智能開關(guān)集群的配電設(shè)備均采用了符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范的型號，如YH5W—108/281、YH5W—51/134、YH5WZ—