变电站或升压站设计计算书

工程编号：XXXXXXXX
XXXXXXXXX工程
计算书
审核：
校核：
设计：
设计阶段：初设
完成日期：XXXX年XX月
Xxxxxxxxxxxxx院
一、工程概况
本项目建设2台100MVA 主变，1回110kV 出线,长度约为11km ，4回35kV 进线，110kV 采用单母线接线，35kV 为单母线分段接线。

二、短路电流计算
根据《XXXXXXX 项目接入系统设计》，系统侧110kV 母线三相短路电流为11.81kA ，单相短路电流为12.75kA ；本项目110kV 母线三相短路电流为6.97kA 。

1、基准计算值 S b ＝100MVA
基准电压Ub (kV) 37 115 基准电流Ib （kA ） 1.56 0.502 基准电抗Xb （Ω） 13.7
132
2、电抗标幺值
35kV母线
110kV母线
正序阻抗网络图
35kV母线
110kV母线
零序阻抗网络图
k3
一般接入系统报告会给出本项目高压侧单相短路电流，但是这时候的零序阻抗是包含了系统零序阻抗及主变零序阻抗的合成阻抗，使用此值计算中性点入地电流不准确，因此需要首先采用接入站的三相及单相短路电流计算出系统零序阻抗（设计人员在拿到接入系统报告首先要核实报告是否提供接入站三相及单相短路电流，这是重要输入条件）。

接入站110kV 母线侧正序、零序阻抗：
0.042502
.011.811
1X '
'1s *=÷=÷=
b I I
034.0420.0420.0502.0312.721
X X -31X s2s1'
'0s0*=--÷÷=-÷÷=
b
I I 110kV 送出线路正序、零序阻抗：
0.033115
100
114.0S L 4.0X 2
2
j j L1*=⨯
⨯=⨯
⨯=U 0.0993X X L1*L0*==
系统正序、零序阻抗：
0.0750.0330.042X 1*=+=∑ 0.1330.0990.034X 0S *=+=∑
主变压器阻抗：
105.0100
100
1005.10S 100%U X d T *=⨯=⨯=
e b S 35kV 架空集电线路正序阻抗：
0.05837
100
24.0S L 4.0X 22
j j L1*=⨯
⨯=⨯
⨯=U 35kV 箱变阻抗：
4.061.6
100
1006.5S 100%U X d xb *=⨯=⨯=
e b S 上述计算可得，系统侧正序阻抗为0.075、零序阻抗为0.133、#1、#2主变压器阻抗为0.105、35kV 架空集电线路正序阻抗为0.006、35kV 箱变阻抗为4.06。

3、三相短路电流、冲击电流
（1）当k1点（110kV 母线）三相短路时，k1点的短路电流起始值（I "1
k ）＝稳定短路容量(∞I )
110kV 系统提供的短路电流标么值为：33.130.075
1
1I *11k *===
∑X 短路电流周期分量有效值为：kA I I b k 69.6502.033.31I *
11k (3)=⨯==
短路冲击电流峰值kA I K i ch ch 17.16.6955.221k 3=⨯==）（（注：Kch 为冲击系数，远离发电厂选1.8）；
短路容量：MVA S S d dj 5.133269.61153I U 3(3)k 1N )3(=⨯⨯=⨯⨯==
（2）当k2点（35kV 母线）短路时，升压站内两台j 主变分列运行，k2点的短路电流起始值（I "2k ）＝稳定短路容量(∞I ) 短路电流标么值为： 5.550.105
0.0751
1I *
T *1k2*=+=+=
∑X X 短路电流周期分量有效值为：kA I I b k 8.651.565.55I *
2k 23=⨯==）（
短路冲击电流峰值kA I K i ch ch 228.6555.2232k =⨯==）（（注：Kch 为冲击系数，远离
发电厂选1.8）；
短路容量：MVA S S d dj 5548.65373I U 3(3)k 2N )3(=⨯⨯=⨯⨯==
（3）当k3点（场内距离升压站最近一台箱变处）短路时，k3点的短路电流起始值（(3)k3I ）＝稳定短路容量(∞I ) 短路电流标么值为： 4.20.058
0.1050.0751
1I *
L *T *1k 3*=++=++=
∑X X X 短路电流周期分量有效值为：kA I I b k 6.551.564.2I *
3k 33=⨯==）（
短路冲击电流峰值kA I K i ch ch 16.76.5555.22k 33=⨯==）（（注：Kch 为冲击系数，远离发电厂选1.8）；
短路容量：MVA S S d dj 4196.55373I U 3(3)k 3N )3(=⨯⨯=⨯⨯==
（4）当k4点（箱变低压690V 侧）短路时，k4点的短路电流起始值（(3)4k I ）＝稳定短路容量(∞I ) 短路电流标么值为：
0.234.06
0.0580.1050.0751
1I *
xb *L *T *1k 4*=+++=+++=
∑X X X X 短路电流周期分量有效值为：kA I I b k 18.480.10.23I *
4k 43=⨯==）（
短路冲击电流峰值kA I K i ch ch 46.918.455.22)3(4k =⨯==（注：Kch 为冲击系数，远
离发电厂选1.8）；
短路容量：MVA S S d dj 21.918.40.693I U 33k 4N )3(=⨯⨯=⨯⨯==）（
4、不对称短路计算（两台主变同时运行，其中一台主变中性点接地） （1）单相接地故障
058.0105.0//0.133X //X X *0S *0*===∑∑T
单相短路时的序网如下图：
由于正、负序网络为对称∑1X ＝∑2X ＝0.075；
81.4058
.0075.0075.01
11021**1k =++=++==
∑∑∑∑X X X X I ；
kA 41.2115
3100
4.813*
1k 1k 1=⨯⨯
=⨯
j
j U S I I ＝正序）（； 短路点电流kA 23.741.233111k 1=⨯=正序）（）（＝k I I ；
冲击值：kA I K i ch ch 18.47.2355.2211k =⨯==）
（；
主变中性点电流：kA 04.456.023.7105
.0133.0133
.011n =⨯=+⨯=k I I ）（；
（2）两相短路
两相短路故障序网组合图为：
11.55075
.0075.03
321)2(*1k =+=+=
∑∑∆X X E I ；
A I k 79.5115
3100
55.11)2(1k =⨯⨯
=； 冲击值：kA I K i ch ch 14.85.7955.22=⨯="=；
当两相短路时，电路中没有零序分量，故此种情况下主变接地的中性点无电流流过。

（3）两相接地短路
∑1X ＝∑2X ＝0.075，∑0X ＝0.058；
0.11058
.0507.0058
.0507.0507.002021=+⨯+=++
=∑∑∑∑∑∑X X X X X X ；
9.091
*1==
∑
X I k ； 56kA .4115
3100
*
1k 1=⨯⨯
=I I k ； 两相接地短路的比例系数：=+-=∑∑∑
∑2
0202)
(13X X X X m 1.504； 短路点电流kA I I
6.864.561.504m 1k 1k 2=⨯==总
）
（；
冲击值kA I K i ch ch 17.56.8655.22=⨯="=； 中性点电流之和：
kA 87.3075
.0058.0075
.086.62021k n =+⨯=+⨯
=∑∑∑X X X mI I ；
5、不对称短路计算（两台主变同时运行，两台主变中性点接地） （1）单相接地故障
0.038//0.105105.0//(0.133)X //X //X X **0S *0*===∑∑）（T T
单相短路时的序网如下图：
由于正、负序网络为对称∑1X ＝∑2X ＝0.075；
5.328
30.0075.0075.01
11021**
1k =++=++==
∑∑∑∑X X X X I ； 2.67kA 115
3100
5.323*
1k 1k 1=⨯⨯
=⨯
j
j U S I I ＝正序）（； 短路点电流8kA 67.233111k 1=⨯=正序）（）（＝k I I ；
冲击值：kA I K i ch ch 20.4855.2211k =⨯==）
（；
主变中性点电流： 5.76kA 0.7280525
.0133.0133
.011n =⨯=+⨯=k I I ）（；
（2）两相短路
两相短路故障序网组合图为：
11.55075
.0075.03
321)2(*1k =+=+=
∑∑∆X X E I ；
A I k 79.5115
3100
55.11)2(1k =⨯⨯
=； 冲击值：kA I K i ch ch 14.85.7955.22=⨯="=；
当两相短路时，电路中没有零序分量，故此种情况下主变接地的中性点无电流流过。

（3）两相接地短路
∑1X ＝∑2X ＝0.075，∑0X ＝0.038；
0.1038
.0507.0038
.0507.0507.002021=+⨯+=++
=∑∑∑∑∑∑X X X X X X ；
101
*1==
∑
X I k ； 5.02kA 115
3100
*
1k 1=⨯⨯
=I I k ； 两相接地短路的比例系数： 1.53)(132
0202=+-
=∑∑∑
∑X X X X m ；
短路点电流kA I I 7.685.021.53m 1k 1k 2=⨯==总）（； 冲击值kA I K i ch ch 19.57.6855.22=⨯="=； 中性点电流之和：
5.1kA 075
.0380.0075
.07.682021k n =+⨯=+⨯=∑∑∑X X X mI I ；
三、升压站导体及电器选择 1、气象条件
2、各回路最大工作电流
（1） 各级电压设备引线按回路通过的最大电流选择导线截面，按发热条件校验；主变进线侧导体按不小于主变额定容量1.05倍计算。

（2）110kV 、35kV 出线回路的导体规格不小于送电线路的规格。

（3）导体截面应进行电晕校验及对无线电干扰校验。

（4）主变110kV 侧：A 527115
3100000
05.1I g =⨯⨯=
（5）主变35kV 侧：A 163837
3100000
05.1I g =⨯⨯= （6）110kV 母线及出线：A 1004115
300000
2I g =⨯=
（7）35kV 母线：A 156037
300000
1I g =⨯=
（8）35kV SVG 回路：A 40537
30000
21.3I g =⨯⨯
=
（9）35kV 接地变回路：A 8.237
300
51.05I g =⨯⨯= （10）35kV 站用变回路：A 5.237
3315
1.05I g =⨯⨯
= 3、T 秒热稳定值
（1）导体T 秒热稳定值
110kV 侧：T I Q k 2''=＝6.692×0.15＝6.7(kA)2
•S 35kV 侧：T I Q k 2''=＝8.652×0.16＝11.9(kA)2•S （2）电缆T 秒热稳定值
35kV 侧：T I Q k 2''=＝8.652×0.65＝48.6(kA)2•S （3）电器T 秒热稳定值
110kV 侧：T I Q k 2''=＝6.692×0.65＝29.1(kA)2•S 35kV 侧：T I Q k 2''=＝8.652×2.16＝161.6(kA)2•S
4、110kV 母线导体选择
（1）根据DL/T 5222-2005 附录D 表D.11 ，实际温度为42℃，综合温度校正系数为0.83,回路工作电流较大选择双分裂导线，选择导线型号为LGJ-300/25，1516A 1.005
176021nI I xu
=⨯⨯==B Ig ＜I*0.83=1258,满足载流量要求
（2）热稳定校验；C:查表为87 ,Qz: 6.7(kA)2
•S
2Z 666mm 29.787
6700000
C Q S ＜==≥
满足要求 （3）
电晕满足要求，可不校验电晕 5、主变110kV 侧导体选择
（1）根据DL/T 5222-2005 附录D 表D.11 ，实际温度为42℃，综合温度校正系数为0.83,选择导线型号为LGJ-240/30，Ie=662A
Ig ＜Ie*0.83=549,满足载流量要求
（2）热稳定校验；C:查表为87 ,Qz: 6.7(kA)2
•S
2Z
275.9mm 29.787
6700000
C
Q S ＜==≥
满足要求 （3）
电晕满足要求，可不校验电晕 6、主变35kV 侧导体选择
（1）根据DL/T 5222-2005 附录D 表D.11，实际温度为42℃，综合温度校正系数为0.81,35kV 母线桥及母线选择导体型号为TMY-100X10（双片）,I=2558x1.27=3248A
Ig ＜Ie*0.81=,满足载流量要求
（2）热稳定校验；C:查表为171 ,Qz: 11.9(kA)2
•S
2Z 1000mm 20.1171
11900000
C Q S ＜==≥
满足要求 （3）动稳定校验
a.绝缘子最大允许跨距
cm w a i l xu ch
1814137207.1612022
614
.7614.7max =⨯⨯=
⋅⋅=
σ 其中，相间距a=120cm ；短路冲击电流I ch =22kA ；导体相间最大机械应力
2xu /N 13720cm =σ；根据计算绝缘子跨距暂按130cm 考虑。

b.机械应力计算
截面系数：327.160.167b W cm h == 相间作用应力：
2223
223
x /cm 4.701227
.1612013010248.1710
248.17N i aW l ch x =⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=---βσ 导体片间电动力：2222
2
12x /N 11.11010
229.055.21055.2F cm b i k ch =⨯⨯
⨯=⨯=-- 同相导体片间相互作用力的应力： 2
2
22222x x /N 08.31
10511.1F cm hb l e =⨯⨯==σ 多片矩形导体机械应力：2x x -x /N 48.7308.34.70cm =+=+=σσσ
其中，三相导体水平放置；绝缘子间跨距l=130cm ；导体片间距离l e =50mm ；导体的厚度b=1cm ；导体的宽度h=10cm ；截面系数W ；振动系数β=1。

允许应力22xu /73.48N /N 13720cm cm ==σσ＞，满足要求。

（4）导体短路电动力：
N i a l F ch 4.90122120
13010248.1710248.172222
=⨯⨯⨯⨯=⨯=--β 7、电缆选择 （1）SVG 电缆选择
a.载流量校验
根据GB 50217-2018附录D ，实际温度为42℃；温度载流量修正系数1k 取1；按照空气中2根并联敷设考虑，修正系数2k 取0.9；SVG 回路选择1根型号为ZRC-YJY23-26/35kV-3×400 ，其载流量为I =610A 。

A k 5499.0610k I I 21g =⨯=⋅⋅＜,满足载流量要求
b.热稳定校验
查《电力工程电气设计手册 电气一次部分》交联聚乙烯铝芯C 值为86，铜芯为147，Qz= 48.6(kA)2
•S
2Z
400mm 47147
48600000
C
Q S ＜==≥
满足要求
（2）接地变电缆选择
a.载流量校验
根据GB 50217-2018附录D ，实际温度为42℃；温度载流量修正系数1k 取1；按照空气中2根并联敷设考虑，修正系数2k 取0.9；接地变回路选择1根型号为
ZRC-YJY23-26/35kV-3×95 ，其载流量为I =280A 。

A k 2529.0280k I I 21g =⨯=⋅⋅＜,满足载流量要求
b.热稳定校验
查《电力工程电气设计手册 电气一次部分》交联聚乙烯铝芯C 值为86，铜芯为147，Qz= 48.6(kA)2
•S
2Z
95mm 47147
48600000
C
Q S ＜==≥
满足要求
软导线及电缆选择结果表
母线桥选择结果表
8、电器选择
隔离开关选择结果表
电流互感器选择结果表
9、接地变电阻柜容量计算
本期工程集电线路采用35kV 架空线路+电缆线路，架空线路总长度为83km ，电缆线路总长度为4km ，35kV 中性点采用接地变及电阻柜接地型式，根据《电力工程电气设计手册》第六章“高压电器选择”第 6-9 节 中性点设备（四），35kV 单相接地电容电流估算值为：
14.8A 4370.1L 1.0I 1c =⨯⨯=⨯⨯=e U
10.1A 1083373.310L 3.3I -3-3c2=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=e U
故35kV 侧单相接地的电容电流为：
A 9.24I I I 2c 1c c =+=
考虑到110kV 变电所增加的接地电容电流值13%,35kV 侧单相接地的电容电流最终为：
A 2813%19.24I c =+⨯=）（，经过计算电容电流为28A ；
按照 I R ≥（2～2.5）I C ，考虑设备动作灵敏性及终期容量 I R 取 200A ；因此 R=Ue/√3I R =106Ω。

接地变容量计算：VA U I e k 42723/Q c =⨯=
根据 IEEE-C62.92.3 标准，通流时间 10s ，可允许过载 10.5 倍，接地变额定容量计算Q C /10.5=407kVA 。

接地变容量选择500kVA ，电阻选用106Ω。

10、绝缘子串选择 （1） 绝缘子串选择
绝缘子串片数选择应根据最高运行电压和泄露比距以及导线拉力进行，本工
程站址污秽等级为d 级， 爬电比距为25mm/kV ，110kV 跨线考虑选用单串绝缘子，单片绝缘子的爬电距离为400mm 。

绝缘子片数：片8.740
126
5.2m 0
=⨯=
≥
L K U e m
λ 本工程海拔1500m （海拔超过1000m 需要修正片数）：
[]片）
（19.805.18.71-H 0.11N N H =⨯=+= 根据计算结果向上取整，取9片；再考虑零值绝缘子片数，35kV~220kV 电压等级耐张串增加2片零值绝缘子，悬垂串增加1片零值绝缘子，本工程耐张串分别选择11（XWP-70），悬垂串选择10（XWP-70）型可满足运行要求 （2）电气设备外绝缘爬电距离
电气设备外绝缘爬电距离L （cm ）按下式计算： L ≥Kd λUm =2.5×126Kd ＝315×Kd （cm ） 上式中：
λ－电气设备爬电比距，cm/kV ； Um －电气设备最高运行电压,kV ；
L —电气设备户外电瓷绝缘的几何爬电距离，cm ； Kd —电气设备户外电瓷绝缘爬电距离增大系数。

Kd 与瓷件平均直径Dm 有关，对应不同的Dm ，宜采用如下的爬电距离增大系数Kd 如下：
Dm<300mm
Kd=1.0
300mm ≤Dm ≤500mm Kd=1.1 Dm>500mm
Kd=1.2
10、站用变容量计算
考虑到季节变化，采暖负荷与空调负荷使用的不同时性，采暖负荷大于空调负荷，故空调负荷不计入站变负荷统计中。

四、接地电阻计算
(1)两台主变同时运行，其中一台主变中性点接地
单相接地短路电流为7.23kA ，此时流入中性点电流为4.04kA ；两相接地短路电流为6.86kA ，此时流入中性点电流为3.87kA 。

(2)两台主变同时运行，两台主变中性点接地
单相接地短路电流为8kA ，此时流入中性点电流为5.76kA ；两相接地短路电流为7.68kA ，此时流入中性点电流为5.1kA 。

选择发生故障时流入接地网最多的一种运行方式，根据《GB/T 50065-2011》附录B 式（B.0.1-1）、式（B.0.1-2）
kA S f 2.5520.84.04-7.23I -I I 1n max g =⨯==）（）（
kA S f 3.60.94.04I I 2n g =⨯==
取较大值3.6kA ，根据表B.0.3 D f 取1.0416，I G =3.6×1.0416=3.75kA ；根据式（4.2.1-1）：
Ω0.533750
2000
I 2000
R G
===，因此本工程接地电阻按照0.53Ω进线设计。