地方降压变电所设计

目录 中文摘要 ............................................................. 错误！未定义书签。 第1章 设计任务 ................................................... 错误！未定义书签。 第2章 负荷分析及计算以及变压器的选择 ............................... 错误！未定义书签。

2.1．前言 ........................................................ 错误！未定义书签。 2.2 负荷计算 .................................................... 错误！未定义书签。 2.3．主变压器台数的选择 .......................................... 错误！未定义书签。 2.4．主变压器型式的选择 .......................................... 错误！未定义书签。 2.5．主变压器容量的选择 .......................................................... 5 第3章 电气主接线的选择 ............................................. 错误！未定义书签。

3.1．前言 ........................................................ 错误！未定义书签。 3.2．主接线的方式选择 ............................................ 错误！未定义书签。 3.3 选择设计方案..................................................................8 第4章 变电所短路电流的计算...........................................................9

4.1 前言 ........................................................ 错误！未定义书签。 4.2．电流计算的目的和准备 ........................................ 错误！未定义书签。 4.3．短路电流计算 ................................................ 错误！未定义书签。 第5章 变电所电气设备的选择 ......................................... 错误！未定义书签。

5.1 前言 ........................................................ 错误！未定义书签。 5.2 电气设备的选择 ............................................................. 13 5.3 断路器的选择.................................................................15 5.4 隔离开关的选择...............................................................19 5.5 高压熔断器的选择.............................................................22 5.6 互感器的选择.................................................................23 5.7 母线的选择...................................................................28 第6章 变电所的保护设计 ............................................................ 35 6.1 前言.........................................................................35 6.2 主变压器保护.................................................................35 6.3 变电所主变保护的配置.........................................................35 6.4 限流电抗器的选择.............................................................38 6.5 防雷及接地体的设计...........................................................39 第7章 电气总平面布置及配电装置的选择 .............................................. 41

7.1．前言 ....................................................................... 41 7.2．配电装置 ................................................................... 41 7.3．电气总平面布置 ............................................................. 45 第8章 结论 ........................................................................ 46 参考文献 ................................................................................. 46

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地方降压变电所系统设计

刘德运

摘要：我国城乡工业农业发展迅猛，对电力的需求也日益增加，各地也相应建立了许多输变电系统以供需求。然而近几年全球环境日益恶化，自然灾害频发，这急切地要求我们尽最大的努力合理节约和利用有限的能源，用最少的支出得到对人们最大最可靠的回报，把对环境的破坏降到最低点。变电所由发、送、变、配等不同环节以及相应的通信、安全自动、继电保护和调度自动化等系统组成。它的形成和发展，又经历了规划、设计、建设和生产运行等不同阶段。各个环节和各个阶段都有各自不同的特点和要求。现代变电所是一个十分庞大而又高度自动化的系统，在各个专业系统之间和各个环节之间，既相互制约又能在一定条件下相互支持和互为补充。为了适应我国国民经济的快速增长，需要密切结合我国的实际条件，从电力系统的全局着眼，瞻前顾后，需要设计出一系列的符合我国各个地区的用以供电的变电所，用以协调各专业系统和各阶段有关的各项工作，以求取得最佳技术经济的综合效益。

本次设计是220KV地方降压变电所的设计，该变电所是一个地区性重要的降压变电所，它主要承担220KV 110kV及10kV三个电压等级功率的交换，把接受功率全部送往110 kV及10kV侧线路。因此此次220KV降压变电所的设计具有220KV 、110 kV及10kV三个电压等级。220KV侧为主功率输出，110kV及10kV侧以接受功率为主。本次所设计的变电所是枢纽变电所，全所停电后，将影响整个地区以及下一级变电所的供电。本文主要阐述了主设计思路以及具体数据的计算和主要设备的选择，以验证本人对这次函授的系统学习。

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第1章.设计任务：

一．毕业设计（论文）题目：地方降压变电所的一次系统设计

二．毕业设计（论文）的起止时间：2010年6月3日—2010年9月15日 三．毕业设计（论文）的内容要求： （一）设计内容要求：

1. 主变容量以及台数选择。 2. 电气主接线设计。（方案比较，2-3个方案进行比较，最终确定一个最佳方案。） 3. 短路电流计算以及设备选择。 4. 屋内外配电装置设计。

5. 防雷保护以及接地系统的设计。 （二）设计图纸：

电气主接线图(1#图纸1张)，总平面图和屋内外配电装置布置图（2#图纸2张），断面图（2#图纸2-3张）,防雷保护以及地网图（2#图纸1-2张），共6-8张。 四．分阶段完成时间：

2010.6.3—2010.6.17 变电所电气主接线的确定；

2010.6.18—2010.7.16 完成短路电流计算，电气设备选择以及变压器设备容量和台数的选择；

2010.7.17—2010.8.16 完成变电所屋内外配电装置的确定，防雷保护以及地网设计； 2010.8.17—2010.9.15 撰写论文，绘制图纸； 五．原始数据和参考资料：

原始资料：

1. 电压等级：220/110/10KV 2. 出线回路数：

220KV侧： 2回（架空线）； 110KV侧： 8回（架空线）； 10KV侧： 12回（架空线）； 3. 负荷情况：

110KV侧：最大80MW，最小60MW，Tmax=5500h,cosφ=0.85 10KV侧：最大30MW，最小20MW，Tmax=5300h,cosφ=0.85 负荷性质：工农业生产以及城乡生活用电。 4. 系统情况：

（1） 系统经双回路给变电所供电；

（2） 系统220KV母线短路容量为3000KVA;

5.系统条件：年最高温度：38℃; 年最低温度：-5℃； 海拔高度：200m； 雷暴日数: 30日／年； 土质：粘土、土壤电阻率ρ〈250欧.米

参考资料：

1.电力系统及设计参考资料 华北电力大学 梁志瑞 编 2.发电厂电气部分 四川联合大学 范锡谱 编 3.电气工程电气设计手册 西北电力设计院 编

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第2章 负荷分析及计算以及变压器的选择

2.1 前言

负荷计算直接关系到电气设备和导线的选择，计算的是否得当，将影响我们生活的方方面面。

各电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，它担任着向用户输送功率，或者在两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年的发展规划综合分析，合理选择。

2.2 负荷计算

2.2.1负荷计算的目的：

计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电气设备和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处于过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷意义重大。

2.2.2 负荷计算 (1)110KV侧负荷： 最小负荷：P大110 = 60MW 最大负荷：P小110= 80 MW

因为考虑到变压器5～10年的规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，在这里选择最大负荷，即P大110= 80 MW计算，设其负荷同时率为：0.9； P110= P大110kˊ=80×0.9 （MW）=72（MW） 视在功率：（供电容量）

P72Sg110＝＝＝81.82(MVA)

cos0.85S81.82IN110＝＝＝0.429(kA) ＝429(A)

31103UN（2）10kV侧负荷 最小负荷：P小10 = 20MW 最大负荷：P大10 = 30 MW

因为考虑到变压器5～10年的规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，在这里选择最大负荷，即P大10= 30 MW计算，设其负荷同时率为：0.85； P110= P大110kˊ=30×0.85 （MW）=25.5（MW） 视在功率：（供电容量）

P25.5Sg110＝＝＝30(MVA)

cos0.85

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IN110＝

S3UN＝

30＝1.732(kA) ＝1732(A) 310(3)设计变电所供电总容量：

S∑= Sg110+ Sg10=81.82+30＝111.82(MVA) P∑= P110+ P10=72+25.5＝97.5(MW)

2.3主变压器台数的确定：

由原始资料可知，本次所设计的是220kV降压变电所，它是以220kV输出功率为主。把所受的功率通过主变传输至110kV及10kV母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变压器台数时，要确保供电的可靠性。

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且还会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变压器同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。故近期选择两台主变压器互为备用，远期再加一台变压器以提高供电的可靠性。

2.4主变压器型式的选择 2.4.1 主变压器相数的选择

由《220kv-500kv变电所设计技术规范》可知：220kv--330kv变压器若不受运输条件限制时，应选用三相变压器；而选择主变压器的相数时，应根据变电所的基本数据以及所设计变电所的实际情况来选择。

单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及继电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。

本次设计的变电所，位于市郊区，交通便利，不受运输等条件限制，所址建在平原地区，故本次设计的变电所应选用三相变压器。 2.4.2组数的选择

在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变压器宜采用三绕组变压器。

在本变电所中:

Sg110／S∑=81.82／111.82=0.7317 >15% Sg10／S∑=30／111.82=0.2683 >15%

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一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护中安装调试灵活，操作上满足各种继电保护的需求，工作量少及占地面积小，价格适宜等因素，本次设计的变电所选择三绕组变压器 2.4.3连接组别的选择 我国110kV及以上电压、变压器都采用Y。连接, 35kV以下电压变压器绕组都采用△连接, 我国规定110kV以上的电压等级的变压器绕组常选用中性点直接接地系统，而且还要考虑到三次谐波的影响，会使电流、电压畸变。采用三角形接法可以消除三次谐波的影响。所以应选择Yo/Yo/△接线方式。故本次设计的变电所选用主变压器的接线组别为：Y

N,yn0,d11

2.5主变压器容量的选择

主变压器容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年的规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总的负荷来选择主变压器的容量，根据变电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所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力允许时间内，保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。该变电所是按70%全部负荷来选择。因此装设两台变压器以供变电所用。当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑到变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电，而高压侧220kV母线的负荷不需要跟主变压器倒送，因为该变电所的电源引进线是220kV侧引进的。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。

故，主变压器的容量为S主 = 0.7（S中压侧+S低压侧）。=0.7（Sg110+ Sg10）=78.274(MW)

由以上分析得查220kv三相三绕组电力变压器技术数据表，选择变压器为

额 定容 量(kVA) 额定电压（kV） 高压 阻抗电压（%） 连接组标号 型号 空载电空载损负载损中低流（%） 耗（kW） 耗（kW） 高-高-中-压 压 中 低 低 0.56 92 351 14 24 9 SSZ10-90000/220 90000 220 121 11 Y N,yn0,d11

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第3章 电气主接线的选择

3.1 前言

主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的汇集和分配电能的电气主回路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置、继电保护和控制方式的选定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系。

对电气主接线的基本要求

（1）供电可靠性：如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。

（2）灵活性：其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。

（3）操作方便、安全：主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。

（4）经济性：即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。

根据以上的基本要求对主接线进行选择。

（1）供电可靠性：如何保证可靠地（不断地）向用户供给符合质量的电能是发电厂和变电站的首要任务，这是第一个基本要求。

（2）灵活性：其含义是电气主接线能适应各种运行方式（包括正常、事故和检修运行方式）并能方便地通过操作实现运行方式的变换而且在基本一回路检修时，不影响其他回路继续运行，灵活性还应包括将来扩建的可能性。

（3）操作方便、安全：主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少，尽量避免用隔离开关操作电源。

（4）经济性：即在满足可靠性、灵活性、操作方便安全这三个基本要求的前提下，应力求投资节省、占地面积小、电能损失少、运行维护费用低、电器数量少、选用轻型电器是节约投资的重要措施。

根据以上的基本要求对主接线进行选择。 3.2 主接线的方式选择

变电所的电气主接线应根据变电所在电力系统中的地位 变电所的规划容量 负荷性质 线

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路和变压器连接元件总数 设备特点等条件确定，并应综合考虑供电可靠 运行灵活 操作检修方便 投资节约和便于过渡或扩建等要求 3.2.1 单母线接线

单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。

单母线接线适用于110～220kV配电装置的出线回路数不超过两回，35～60kV，配电装置的出线回路数不超过3回，6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母线接线方式。 3.2.2 单母线分段

用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电或不致于使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母线分段适用于：110kV～220kV配电装置的出线回路数为8～10回，35～60kV配电装置的出线回路数为4～8回，6～10kV配电装置出线为6回及以上，则采用单母线分段接线。 3.2.3 单母线分段带旁路

这种接线方式适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级35～110 kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 3.2.4 桥式接线

当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。

内桥接线适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。

外桥接线适合于输电线路较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换或系统有穿越功率的线路。为检修断路器QF，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修QF时使用。当线路故障时需停止运行相应的变压器。

所以，桥式接线可靠性较差，虽然它有使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。 3.2.5 3/2断路器接线

两个元件引线用三台断路器接在两组母线上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。 3.2.6 双母线接线

它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一组母线时，不会停止

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对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110kV～220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kV～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路断路器和旁路母线。 3.2.7 双母线分段接线

双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可以完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。

综上几种主接线的优缺点和可靠性及经济性，根据设计的原始资料可知该变电所选择双母线接线方式。

为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。 当110kV出线为7回及以上，220kV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。 3.3 选择设计方案

由设计方案确定的负荷情况：220kV 1回，110kV为8回，10kV为12回。可以确定该变电所主接线采用以下两种方案进行比较：

（1）方案一 220kV 单母线分段式接线方式，110kV和10kV采用双母线接线。

其特点：1）220kV和10kV侧采用单母线分段式接线后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电，当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 ；但由于这种接线对重要负荷必须采用两种出线供电，大大增加了出线数目，使整个母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷出线回路较多 供电容量较大时，一般不予采用。

2）110kV侧因为有8回，10kV侧有12回，双母线接线的供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检查一组母线而不致使供电中断，且其调度灵活，扩建方便，向双母线左右任何方向扩建都不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配。为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越，且扩建时需向两个方向均衡扩建。

方案二

220kV侧采用内桥式接线，110kV采用双母线带旁路，并且设计专用的旁路断路器，使检修或故障时，不致于破坏双母线接线的固有运行方式及影响停电。10kV采用单母线分段接线方式；

其特点：1）220kV侧以双回路与系统相连，而变电站最常操作的是切换变压器，而

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与系统联接的线路不易发生故障或频繁切换，采用外桥式线，这也有利于以后变电站的扩建。优点是：高压电器少，布置简单，造价低，经适当布置可较容易地过渡成单母线分段或双母线分接线。

2）110kV采用双母线带旁路，用旁路断路器替代检修中的回路断路器的工作，使该回路不致停电，这种方式虽然增加了投资，多装了价格高的断路器和隔离开关，但却对供电可靠性有特殊要求的场合十分重要；

以上两个种方案相比较，方案一中的220kV侧采用单母线分段接法，虽然可以在一台变压器出现故障时，能及时切除故障的线路，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 ；但由于这种接线对重要负荷必须采用两种出线供电，大大增加了出线数目，使整个母线系统可靠性受到限制，所以，在重要负荷出线回路较多 供电容量较大时，一般不予采用。10kV采用双母线接线，虽然能很好的满足要求，但却浪费资源，对比方案二则要好很多，另外，通过查询《220kV-500kV变电所设计技术规程》可知，220kV变电所中的220kV配电装置，一般性质的220kV变电所的配电装置中，出线回路在4回以下时，可采用其他简单主接线。220kV变电所中的110kV 66kV配电，当出线回路数在6回及以上时（或为8回及以上时）宜采用双母线接线。采用双母线或单母线接线的110kV-220kV配电装置，当断路器为少油型时，除断路器又条件停电检修外，应设置旁路母线。当110kV出线回路数位6回及以上，220kV出线回路数为4回及以上时，可设置专用旁路断路器.综上所述，选择方案二

第4章 变电所短路电流的计算：

4. 1前言

电力系统的电气设备在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会破坏用户的正常供电和电气设备的正常运行。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。 4. 2 电流计算的目的和准备 4. 2.1电流计算的目的

（1）电主接线比选

短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。

（2）选择导体和电器

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如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验短路器的遮断能力等。

（3）确定中性点接地方式

对于35kV、10kV供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。 （4）选择继电保护装置和整定计算

在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。

4.2.2短路电流计算的一般规定

1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流，应按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（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按只在切换过程中可能并列运行的接线方式。

2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点时，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。 4.2.3短路计算基本假设

短路计算基本假设是：

1）正常工作时，三相系统对称运行； 2）所有电源的电动势相位角相同；

3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小而发生变化；

4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响； 6）系统短路时是金属性短路。 4.2.4短路电流计算基准值

高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：

基准容量：Sg= 100MVA

基准电压：Ug（KV） 10.5 115 230 基准电流： Ij（KA） 5.499 0.502 0.251

4.2.5短路电流计算的步骤

1）计算各元件电抗标幺值，并折算到同一基准容量下； 2）给系统制订等值网络图；

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3）选择短路点；

4）对网络进行化简，把供电系统看成为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流的标幺值、有名值；

1* = * 标幺值： IdXdi*有名值： IdiIdIj

5）计算短路容量、短路电流冲击值； 短路容量： S3UgI''

短路电流冲击值： Icj = 2.55I''

6）列出短路电流计算并得出结果。

4.3 短路电流计算

4.3.1短路计算的基本假设

选取Sg=100MVA，UB= 230kV，系统阻抗归算到基准容量：Ug= 100MVA。

4.3.2计算参数

所选择变压器的参数如表4-1:

阻抗电压 高一中 % 12－14 中一低 高一低 7--9 22－24 表4-1 变压器的参数

各绕组等值电抗

Vs(12)％取14％，Vs(23)％取9％，Vs(31)％取22％

其中1代表高压端，2代表中压端。3代表低压端。则：

1

Vs1% = （Vs(12)% + Vs(31)%－Vs(23)%）

21

= （14+22－9）= 13.5

21

Vs2% = （Vs(12)% + Vs(23)%－Vs(31)%）

21

= （14+ 9－22）=0.5

21

Vs3% = （Vs(23)% + Vs(31)%－Vs(12)%）

21

= （9 + 22－14）=8.5

2

因为是两台变压器并联运行所以两台变压器的各绕组等值电抗标么值为：

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Vs1%Sj = (13.5/100)×(100/90)= 0.135 100SNVs%SX2′=X22j = (0.5/100)×(100/90)= 0.005

100SNVs%SX3′=X33j = (8.5/100)×(100/90)= 0.085

100SN另外设待设计变电所距离220kV系统变电所（可视为无限大容量系统）100km则：

100XL= XL′=0.4×100×=0.756

2302

X1′=X1三相短路电流计算电路图及其等值网络如图4.1所示

图4.1 计算电路图及其等值网络

4.3.3短路电流计算：

（1）f1点及220KV短路时,因为系统220KV母线短路容量为3000WM,

而短路容量为：S3UavI/

S3000故：短路次暂态电流Ik//1===7.53

3*2303Uav短路冲击电流ish12*1.8*Ik//1=2.55Ik//1=2.55*7.53=19.2

Sd100Id0.251

Uav*3230*3I又因为短路暂态电流Ik//1=d，在本变电多中系统220KV系统阻抗和线路的阻抗未知，

X1I0.251故其系统阻抗和线路阻抗之和X∑1=d//==0.033

7.53Ik1

（2） f2点及110KV短路时：

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因为两台变压器并联运行，所以两个各同级绕组的阻抗相当于并联，故 X∑2= X∑1+

X11'20.033+0.0675=0.101

IdSd1000.502

Uav*3115*3Id0.5024.97 =

X10.101短路次暂态电流Ik//2=

短路冲击电流ish22*1.8*Ik//2=2.55Ik//2=2.55*4.97=12.67 短路容量为：S3UavI/=3UavIk//2=3*115*4.97=989.2(WM)

（3） f3点及10KV短路时：

因为两台变压器并联运行，所以两个各同级绕组的阻抗相当于并联，故 X∑3= X∑2+

X22'20.101+0.0025=0.1035

IdSd1005.499

Uav*310.5*3Id5.49953.1

X20.1035短路次暂态电流Ik//3=

短路冲击电流ish32*1.8*Ik//3=2.55Ik//3=2.55*53.1=135.4 短路容量为：S3UavI/=3UavIk//3=3*10.5*53.1=965.7(WM)

第5章 变电所电气设备的选择

5.1前言

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，应根据工程的实际情况，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。

电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳

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定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下都能保持正常运行。

5.2电气设备的选择 5.2.1电气设备的选择原则

电气设备选择的一般原则是：

1）应满足导体和电器正常运行、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验；

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）扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；

6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 5.2.2电气设备选择的技术条件

（1）按正常工作条件选择导体和电器 1）电压：

所选电器和电缆允许最高工作电压Uymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Ugmax

即：Uymax≥Ugmax

一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220kV及以下时为1.15Ue，而实际电网运行的Ugmax一般不超过1.1Ue。

2）电流：

导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax

即：Iy Igmax

由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Igmax= 1.05Ie（Ie为电器额定电流）。

3）按当地环境条件校核：

当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q0不等时，其长期允许电流IyQ可按下式修正：

IyQy= Kiy

y0基中Kiy—修正系数

Qy—导体或电气设备正常发热允许最高温度

我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q0= 40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。

（2）按短路情况校验

电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不

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验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。

1）短路热稳定校验

满足热稳定条件为 Qol Qr

Ir2tdzIr2t

Qol —短路电流产生的热效应

Qr—短路时导体和电器允许的热效应

Ir——t秒内允许通过的短时热电流

验算热稳定所用的计算时间：tdz = tb+tol

tb —断电保护动作时间

110kV以下导体和电缆一般采用主保护时间

110kV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间 toL —相应断路器的全开断时间。 2）短路的动稳定校验 满足动稳定条件为： ichid f IchId fich— 短路冲击直流峰值（kA） Ich— 短路冲击电流有效值（kA）

idf、Idf —电器允许的极限通过电流峰值及有效值（kA）

5.3 断路器的选择

变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在变电所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常以继电保护的方式配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。

高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35kV～220kV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10kV电压等级，10kV采用真空断路器。 5.3.1 按开断电流选择

高压断路器的额定开断电流Iekd应不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流的有效值Ie(td)，即：

Iekd Iz(kA)

Iekd — 高压断路器额定开断电流（kA） Iz — 短路电流的有效值（kA）

5.3.1.1 短路分断电流的选择

在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未

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接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在开断短路时的安全，断路器额定开断电流ieg不应小于短路电流的最大冲击值，即：

iegich或 idwicj

ieg — 断路器额定开断电流

idw — 额定动稳定电流

icj — 短路冲击电流

5.3.1.2 开断时间的选择

对于110kV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间应大于0.04~ 0.06s。

5.3.2 断路器选择

考虑到检修、维护方便，220kV及110kV均选同类型产品。

5.3.2.1 220kV侧断路器

1）额定电压选择： UymaxUgmax2201.15253(kV) 2）额定电流选择： IeIgmax

考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax =1.05Ie ，即：

Igmax =

1.052Se3U=

2801.05=0.441(KA)

3U3）按开断电流选择：Iekd I''= 7.53（kA） 即Iekd7.53（kA） 4）按短路开断电流选择：iegich = 19.2（kA） 即ieg19.2（kA）

根据以上数据可以初步选择LW6－220型SF6断路器其参数如下：额定电压220kV，最高工作电压245kV，额定电流3150A，额定开断电流40kA，短路关合电流55kA，动稳定电流峰值55kA，4S热稳定电流40kA，固有分闸时间0.042S，合闸时间0.2S，全开断时间0.075S。

5）校验热稳定，取后备保护为5S，则：

I''tb = tkd+ tb= 0.075 + 5 = 5.07（S） 1

I''因为td>1，故不考虑非周期分量，查周期分量等值时间曲线，查得tz= 4.3S

tdz(td5)tz=（5.07－5）+ 4.3 = 4.37（S）

QdI2tdx7.5324.37247.78（kA2S）

QrI2rt40246400（kA2S）

即Qr>Qd满足要求；

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IrItdz/t7.534.3747.59(kA)<40(kA)满足要求。 6）检验动稳定：icjidw

icj= 19.2(kA)< 55(kA) 满足要求

故选择户外LW6－220型SF6断路器能满足要求，由上述计算可列出户外LW6－220型SF6

断路器数据如表5-1：

表5-1 户外LW6－220型SF6断路器数据 设备 项目 UmaxUg LW6－220 产品数据 252kV 3150A 55kA 40kA 55kA 5400kA2.S 计算数据 253kV 441A 19.2kA 7.53kA 19.2kA 247.78kA2.S IeIgmax IdwIck IekdI'' IegIcj QrQd 5.3.2.2 110kV侧断路器

考虑到两台主变压器及它们之间存在一定的交换功率可得：

1）额定电压： UymaxUgmax Ugmax= 1.15×110 = 126.5（kV）； 2）额定电流： IyIgmax

Igmax=

1.052Se3U=1.323（kA）；

3）按开断电流选择：IekdI''= 4.97（kA） 即Iekd4.97（kA）； 4）短路开断电流：IegIcj= 12.67（kA） 即Ieg12.67（kA）；

根据以上数据可以初步选择SW3－110G型少油断路器，其参数为：最高工作电压126kV，额定电流1200A，额定开断电流15.8kA，短路开断电流41kA，动稳定电流峰值41kA，4S热稳定电流0.6kA，固有分闸时间0.04S，合闸时间0.2S，全开断时间0.04S；

5）检验热稳定取后备保护为5S

I''tb = tkd+ tb= 0.04+ 5 = 5.04（S） 1

I''因为td>1，故不考虑非周期分量，查周期分量等值时间表，查得tz= 4.3S

tdz(td5)tz=（5.04－5）+ 4.3 = 4.34（S）

QdI2tdx4.9724.34107.2（kA2S）

QrI2rt15.824998.56（kA2S）

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即Qr>Qd满足要求。

由以上计算表明选择户外SW3－110G型少油断路器能满足要求，数据如表5-2：

表5-2 户外SW3－110G少油断路器数据

设备 项目 UyUgmax SW6－110 产品数据 126kV 1200A 15.8kA 41kA 41kA 998.56kA2.S 计算数据 126.5kV 1323A 4.97kA 12.67kA 12.67kA 107.2kA2.S IeIgmax IekdI'' IdwIcj IegIcj QrQd

5.3.2.3 10kV侧断路器

1）额定电压： Ue10(kV)

1.05Se2）额定电流： IeIgmax== 0.038（kA）

3Ue 3）按开断电流选择：IekdI'' = 53.1（kA） 即Iekd53.1（kA） 4）按短路开断电流选择：IegIcj Icj= 2.55×9.05 =135.4 （kA） 即：Ieg 135.4（kA）

5）按短路容量选择：S = 3UjI''=3×10.5×53.1 = 965.7（MVA）

即：选择断路器的短路容量应大于164.59MVA。

根据以上数据可以初步选择SN10G/5000 少油断路器，其参数如下：额定电压10kV，额定电流500A，额定开断电流105kA，额定断流容量1800MVA，极限通过电流峰值300kA，2S热稳定电流173kA，固有分闸时间0.15S。

6）校验热稳定，取后备保护为1S

I''tb = tkd+ tb= 0.15 + 1 = 1.15（S） 1

I''因td>1，故不计非周期分量，查周期分量等值时间曲线得tdz= 0.8S

IrItdz/t Ir53.10.82 33.58(kA)<105(kA) 满足要求

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7）检验动稳定：icjidw

icj= 135.4(kA)<300(kA) 满足要求。

故选择SN10G/5000 少油断路器能满足要求，由上述计算此断路器数据如表5-3：

表5-3 SN10G/5000 少油断路器断路器数据 ZMD11－12/2500－40A 设备 产品数据 计算数据 项目 UeUN 10kV 10kV IeIgmax IekdI'' 5000A 105kA 300kA 1800MVA 43A 53.1kA 135.4kA 965.7MVA IegIcj S1> S2

5.4 隔离开关的选择 5.4.1隔离开关的配置与选择 (1)隔离开关的配置:

1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；

2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；

3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63kV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；

4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；

5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如果费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。 (2)隔离开关按下列条件进行选择和校验:

1）、根据配电装置布置的特点，选择隔离开关的类型。 2）、根据安装地点选用户外或户内式。

3）、隔离开关的额定电压应大于装设电路的电大持续工作电流。 4）、隔离开关的额定电压应大于装充电路的最大持续工作电流。 5）、动稳定校验应满足条件为： idw ＞ish

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6）、热稳定校验应满足条件为：Ir2t ＞Qk

7）、根据对隔离开关控制操作的要求，选择配用操作机构，隔离开关一般采用手动操作机构户内 8000A以上隔离开关，户外 220 kV高位布置的隔离开关和 330 kV隔离开关宜用电动操作机构，当有压缩空气系统时，也可采用手动操作机构。 5.4.2 隔离开关选择计算

选择隔离开关，跟选择断路器相同，其校验有所不同。为了维护及操作方便， 220kV、110kV、10kV都选同类型。

5.4.2.1 220kV侧隔离开关

1）额定电压: UymaxUgma x Ugmax= 1.15Ue

即: Ugmax= 1.15×220 = 253（kV）

21201.05 = 0.661（kA）

3220根据以上数据，可以初步选择户外GW7－220DW型隔离开关，其参数如下：额定电压220kV，最高工作电压252kV，额定电流1600A，动稳定电流80kA，热稳定电流3S为32kA，并带按地刀闸。

2）额定电流：IeIgmax =3）校验热稳定：td = tkd+ tb = 0.07 + 5 = 5.07（S）

跟断路器一样：tdz = 4.37S

QdI''2ddz= 7.532×4.37 = 247.78（kA2.S）

Qr=Ir2t= 322×3 = 3072（kA2.S）

QrQd 满足要求

4）校验动稳定：icj≤idw icj = 19.2（kA） idw = 80（kA） 即：idw＞icj 满足要求

由上述计算表明，选择GW7－220DW型隔离开关能满足要求，由计算可列出GW7－220DW型隔离开关数据如表5-4：

表5-4 GW7－220DW型隔离开关数据 设备 项目 UyUgmax SW10－10/1000－31.5 产品数据 252kV 1600A 3072kA2.S 80kA 计算数据 253kV 661A 247.78kA2.S 19.2kA IyIgmax QrQd IcjIdw

5.4.2.2 110kV侧隔离开关

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1）额定电压：UyUgmax= 1.5×110 = 126.5（kV） 2）额定电流：IyIgmax =

1.052Se3Ue=

1.052120= 1323（A）

3110根据以上计算数据可以初步选择户外GW5－110型隔离开关，其参数如下：额定电压110kV，最高工作电压126kV，额定电流2000A，动稳定电流100kA，4S热稳定电流有效值31.5kA。

3）检验热稳定：与110kV侧断路器相同 tdz= 4.36S

2QdItdz= 4.972×4.36 = 107.7（kA2.S）

Qr=Ir2tdz＝31.52×4＝3969（kA2S）

即：QrQd满足要求 4）检验动稳定：icjidw

icj= 12.67（kA） idw= 100（kA）

即：idw＞icj 满足要求

由于上述计算选择GW4－110Ⅱ型户外隔离开关能满足要求，由计算可列出GW4－110Ⅱ型户外隔离开关数据如表4-5：

表4-5 GW4－110Ⅱ型户外隔离开关数据 设备 项目 GW4－110Ⅱ 产品数据 126kV 2000A 3969kA2.S 100kA 计算数据 125kV 1323A 107.7kA2.S 12.67kA UyUgmax IyIgmax QrQd IdwIcj

5.4.2.3 10kV侧隔离开关

由于10kV回路装设了电抗器，即10kV侧可以选择轻型的户内隔离开关。 1）额定电压: Ue = 10(kV)

6301.052）额定电流: IeIgmax = = 34.6（A）

3Ue由上述计算数据可以初步选择户内GN22Q型隔离开关，其参数如下：额定电压10kV，额定电流2000A，动稳态电流40KA，5S热稳态电流14kA。

3）校验热稳定电流，同10kV断路器一样，tdz= 0.8（S）

2QdItdz= 9.052×0.8 = 65.52（kA2.S）

2 Qr=Irt= 142×5 = 980（kA2.S）

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即：QrQd满足要求。 4）校验动稳定电流：icj＜ idw

icj= 23.08（kA） idw= 40（kA） 即：icj＜idw满足要求

故选择GN22Q型户内隔离开关能满足要求，由计算可列出GN22Q型户内隔离开关数据如表5-6：

表5-6 GN22Q型户内隔离开关数据 GN22Q 设备 产品数据 计算数据 项目 UyUgmax IyIgmax QrQd 10kV 2000A 980kA2.S 40kA 10kV 34.6A 65.52kA2.S 23.08kA IdwIcj

5.4.2.4 10kV侧隔离开关

由于10kV回路装设了电抗器，即10kV侧可以选择轻型的户内隔离开关。 1）额定电压: Ue = 10(kV)

6301.052）额定电流: IeIgmax = = 34.6（A）

3Ue由上述计算数据可以初步选择户内GN22-10/3150型隔离开关，其参数如下：额定电压10kV，额定电流3150A，动稳态电流136KA，5S热稳态电流28kA。

3）校验热稳定电流，同10kV断路器一样，tdz= 0.8（S）

2QdItdz= 53.12×0.8 = 2255.7（kA2.S）

2 Qr=Irt= 282×5 = 3920（kA2.S） 即：QrQd满足要求。

4）校验动稳定电流：icj＜ idw

icj= 23.08（kA） idw= 40（kA） 即：icj＜idw满足要求

故选择GN22-10/3150型户内隔离开关能满足要求，由计算可列出GN22Q型户内隔离开关数据如表5-6：

表5-6 GN22-10/3150型户内隔离开关数据

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设备 项目 GN22Q 产品数据 10kV 3150A 3920kA2.S 136kA S 135.4kA 计算数据 10kV 34.6A 2255.7kA2.UyUgmax IyIgmax QrQd IdwIcj

5.5 高压熔断器的选择

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和短路电流的损害。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，也可常用于保护电压互感器。对一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网额定电压。另外对于填充石英砂有限流作用的熔断器，只能用于等于其额定电压电网中。对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流量来选择。 5.6 互感器的选择

互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用是：

1）将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。

2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。

(一)电流互感器的特点：

1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；

2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。

(二)电压互感器的特点：

1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数；

2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态下运行，即开路状态。

(三)互感器的配置：

1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；

2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点； 3）对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；

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4）60~220kV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；

5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 5.6.1电流互感器的选择依据

（1）电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流I1与I2在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。

（2）电流互感器10%误差曲线

是对保护级（BlQ）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流范围内误差限制不超过10%。电流互感器的10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过10%的条件下，一次电流的倍数与电流互感器允许的最大二次负载阻抗Z2f关系曲线。

（3）额定容量

为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。

即：Se2≥S2 =Ie22Z2f

Z2fZyZjZdZ（cΩ） Zy— 测量仪表电流线圈电阻 Zj— 继电器电阻 Zd— 连接导线电阻 Zc— 接触电阻一般取0.1Ω

（4）按一次回路额定电压和电流选择

电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：UeUew ,Ie1Igmax，为了确保所提供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流。

Uew — 电流互感器所在电网的额定电压

Ue,Ie1— 电流互感器的一次额定电压和电流

Igmax — 电流互感器一次回路最大工作电流

（5）种类和型式的选择

选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙式、支持式、装入式等）来选择。

（6）热稳定检验

电流互感器热稳定能力常以1s内允许通过一次额定电流Ie1的倍数Kr来表示，即：（KrIe1）2 ≥I2td（或≥Qd）

（7）动稳定校验

电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（

24

2 Ie1）的倍数kd—动稳定电流倍

数表示其内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验：

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2Ie1Kd≥icj

短路电流不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于其邻相之间电流的相互作用使绝缘帽上受到外力的作用。因此需要外部动稳定校验，即：

L2××10-7N Fy≥0.5×1.73icya对于瓷绝缘的母线型电流互感器（如LMC型）可按下式校验：

Ljs2×10 -7N Fy≥1.73×iya在满足额定容量的条件下，选择二次连接导线的允许最小截面为：

PLjsS≥2mm2

Ze(ZyZjZc)5.6.2电流互感器选择计算

电流互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流。 5.6.2.1 220kV侧电流互感器

2S1.052401.050.661(kA) 额定电流：IeIgmax=e=

32203Ue额定电压： UeUew Ue= 220kV

根据以上计算数据，可以初步选择LB7－220型电流互感器，其参数为额定电流比

1200/5，准确级0.5，二次负荷2，1S热稳定倍数26.25，动稳定倍数67。

2热稳定校验：QdItdz = 7.532×4.37 = 247.78（kA2.S）

（KrIe1）2 =（26.25×1.2）2 = 992.25 （kA2.S）

2即： （KrIe1）2＞ Itdz 满足要求

动稳定校验：2 Ie1Kd= 2×1.2×67 = 113.7（kA）

icj= 27.69（kA） 即：

2Ie1Kd＞ icj 满足要求

故选择LB7－220型电流互感器能满足要求，由计算可列出LB7－220型电流互感器数据如表5-7：

表5-7 LB7－220 型电流互感器数据 LB7－220 设 备 产品数据 计算数据 项 目 UeUew 220kV 220kV Ie1Igmax (krIel)2≥I2∞tdz 2Ie1Kd＞ icj 1200A 992.25kA2.S 113.7kA 661A 247.78kA2.S 19.2kA 5.6.2.2 110kV侧电流互感器

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额定电流：Ie1Igmax =2Se1.053Ue=

2401.051323A

3110额定电压：UeUew = 110（kV）

根据以上计算数据，可初步选择LB7－110W型电流互感器，其参数为额定电流比：2×1200/5，准确次级0.5，二次负荷阻抗为2，1S热稳定倍数为30，动稳定倍数75。

2热稳定校验：QdIddz= 4.972×4.37 = 107.9（kA2.S）

（KrIe1）2=（30×2.4）2 = 1296 （kA2.S）

2即 ： （KrIe1）2＞Iddz 满足要求

验动稳定：

2Ie1Kd =

2×0.8276×75 = 87.78（kA）

icj =12.67（kA）

即： 2Ie1Kd＞icj 满足要求

故选择LB7－110W型电流互感器能满足要求，由计算可列出LB7－110W型电流互感器数据如表5-8：

表5-8 LB7－110W型电流互感器数据 设 备 项 目 LB7－110W 产品数据 110kV 2×1200A 1296kA2.S 87.78kA 计算数据 110kV 1323A 107.9kA2.S 12.67kA UeUew Ie1Igmax (krIel)2≥I2∞tdz 2Ie1Kd＞ icj

5.6.2.3 10kV侧电流互感器

额定电流： Ie1Igmax=

2Se1.05=34（A） 3Ue额定电压： UeUew= 10（kV）

根据以上计算数据可以初步选择LDEB6－10型电流互感器，其参数为额定电流比为400/5，准确级次为0.5，2SS热稳定电流为40kA，动稳定电流为150kA。

校验热稳定：同样跟10kV断路器一样，tdz = 0.8S

2热稳定校验：QdItdz = 53.12×0.8 = 2255.6（kA2.S） 2 Qr=Irtdz= 31.52×2 = 3200（kA2.S） Qr＞Qd 满足要求

校验动稳定：icjidw

icj= 135.4（kA） idw= 150（kA）

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即： icj＜idw 满足要求

故选择户内LMZB6－10型电流互感器能满足要求，由计算可列出户内LMZB6－10型电流互感器数据如表5-9：

表5-9 户内LMZB6－10型电流互感器数据 设 备 项 目 LDZB6－10 产品数据 10kV 400A 3200kA.S 2计算数据 10kV 34A 2255.6kA2.S 135.4kA UeUew Ie1Igmax Qr＞Qd idw＞icj 150kA

5.6.3 电压互感器的选择

1）电压互感器的准确级和容量

电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，功率负荷因数为额定值时，电压误差的最大值。

由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。

2）按一次回路电压选择

为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.1~0.9）Ue范围内变动，即应满足：

1.1Ue1>U1>0.9Ue1

3）按二次回路电压选择

电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，电压互感器二次侧额定电压可按表5-10选择：

表5-10电压互感器二次侧额定电压 接 线 型 式 一台PT不完全星形接

电网电压 （kV） 3~35 型 式 接成开口三二次绕组电压角形辅助绕（kV） 组电压（kV） 100 27

单相式 无此绕组 华北电力大学成人教育毕业设计（论文）

线方式 110J~500J Yo/ Yo/△ 3~60 3~15 单相式 单相式 三相五柱式 100/3 100 100/3 100/3 100 100/3（相）

4）电压互感器及型式的选择

电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在6～35kV屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。110～220kV配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。220kV及以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。

5）按容量的选择

互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），Se2应不小于互感器的二次负荷

S2 ，即：

Se2≥S2

S2 = (P0)2(Q0)2 P0、Q0— 仪表的有功功率和无功功率

5.6.4 电压互感器的选择 5.6.4.1 220kV侧电压互感器

1）选用JCC－220TH电压互感器，采用串级式瓷绝缘电压互感器，其初级绕组额定电压为220/3kV，次级绕组额定电压为0.1/3kV，二次负荷0.5级为150MVA 2）2）220kV输电线路侧 ，采用串级式瓷绝缘电压互感器，其初级绕组额定电压为220/3kV，次绕组额定电压为100/3kV，二次负荷150MVA，准确级为0.5级，型式为JCC1-220TH。 5.6.4.2 110kV侧电压互感器

1）选用JCC－110TH电压互感器，采用串级式瓷绝缘电压互感器，其初级绕组额定电压为110/3kV，次绕组额定电压为0.1/3kV，二次负荷0.5级，为150A

2）其110kV出线侧采用JCC1-110TH，单相单柱式，电容式电压互感器，其初级额定电压为110/3KV，次级额定电压为0.1/3kV，二次负荷0.5级为150MVA。 5.6.4.3 10kV侧电压互感器

10kV母线上电压互感器：采用JSJW－10，单相单柱式,电容式电压互感器, 其初级绕组额定电压为0.1/3kV，次绕组额定电压为二次阻抗为0.15 5.7 母线的选择

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母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率，在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导

体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。 敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。 5.7.1 裸导体的选择和校验

（1）型式：载流导体一般采用铝质材料，对于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，以及对铝有较严重的腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。

回路正常工作电流在400A及以下时，一般选用矩形导体。在400～8000A时，一般选用槽形导体。

（2）配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导体的载面和导体的结构型式。

（3）当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对220kV及以下配电装置，电晕对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择导体截面。 5.7.2母线及电缆截面的选择

除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。

（1）按导体长期发热允许电流选择，导体能在电路中最大持续工作电流应Igmax不大于导体长期发热的允许电流Iy

即： IgmaxKIy

（2）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度—经济电流密度（J），导体的经济截面可由下式：

Igmax J取0.9(A/mm2) Sj= J（3）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。

ISSmintdz（mm2）

CSmin—导体最小导体截面（mm2）

C— 热稳定系数

I— 稳态短路电流（kA）

tdz— 短路等值时间（S）

（4）动稳定校验：动稳定必须满足下列条件 即： maxy

y— 母线材料的允许应力（硬铅y为69×106P，硬铜y为137×106Pa，铜y为157

×106Pa）提供电源，以获得较高的可靠性。 5.7.3 220kV侧母线的选择

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考虑到三台主变及一定功率交换，短路计算求得：I'' =7.53（kA） 1）最大负荷持续工作电流:

Igmax=2Se1.053Ue=

2801.05=441(A)

32202）按经济电流密度选择：取J=0.9(A/mm2) 即：S = Igmax/J= 661/0.9 =734.4（mm2）

按以上计算选择和设计任务要求可选择2×LGJ-400型钢芯铝绞线，其集肤系数

Kf=1，最高允许温度为70℃，长期允许载流量为1920A，即Ig25c=1920A，基准环境温度为+25℃，S =501.2mm2,考虑到环境温度的修正系数：

Ky7038.50.837

y07025Iy25c=1902×0.837 =1591.9（A） > Igmax

3）热稳定校验:

导体校验一般采用主保护时间 即 tb=0.05s

td = tkd+ tb=0.07 +0.05=0.12（s）

I//1 因为tb<1s，故要考虑非周期分量，查周期分量等值时间曲线表：tz

I//=0.15s

tfz=0.05//2 =0.05s

2dI(tztfZ)=7.532(0.15+0.05)=11.34（kA2·s）

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tdztztfZ=0.15+0.05=0.2（S） 4）运行时导体最高温度：

'0(Y0)(Igmax/Iy)2=38.5+(70-38.5)(661/1591.9)2

=43.92℃≈44℃

5）查表得C =93，满足短路时发热的最小导体截面

SminI13.7tdzkfz0.2110365.88(mm2) C93 小于所选导体截面S =896.05 mm2 即能满足要求 6）按电晕电压校验: UgU0

23U084m1m2Kanr00.301(1)lgjj k0rdr02.859p2.8951.011053101030.98

273t27325K01r01.33.142(n1)sin12(11)sin1dn1123

U0840.90.850.960.9811.30.3011.26200(1)lg 11.30.881.30.98=234.848（kV） 即：Ug故选择LGJ-400/95型钢芯铝绞线能满足要求，由计算可列出LGJ-400/95型钢芯铝绞

线数据如表5-11：

表5-11 LGJ-400/95型钢芯铝绞线数据

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设备 项目 LGJ－400/95 产品数据 计算数据 IgmaxKIy25c 960A 441A SSmin 501.2 mm2 65.88 mm2 UgU0

234.848kV 220kV 由以上数据表明，选择两条LGJ－400/95型钢芯铝绞线能满足要求 7)动稳定校验：N5取2.86，L取单位长度1m，a取3m 即： F6.07102l21ichN56.07102(34.9)70.64(N/m) a35.7.4 110kV侧主母线选择

由短路电流计算求得：I'' =4.97（kA） 1) 最大负荷持续工作电流：

Igmax=2Se1.053Ue=

2801.05=882(A)

3110 2)按经济密度选择：取J =0.9(A/mm2)

即：S = Igmax/J= 882/0.9 =980（mm2）

按以上计算数据可以选择2×LGJ－300/100型的钢芯铝铰线,最高允许温度+70℃，

Kf=1.2，长期允许载流量为1402A，即Iy25c=1402A，基准温度为+25℃，S =896.051mm2，考虑到环境温度的修正：

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Ky7038.50.837

y07025Iy25c=2×1402×0.837 =2346kA >1984（kA）

3）热稳定校验：

I// td = ktd+ =0.07 +0.05=0.12s 1 btI//因为td<1s，故需考虑非周期分量，查周期分量等值时间表：

tz=0.15s

tfz=0.05 B''2=0.05s

tdztztfZ=0.15 +0.05 =0.2（S）

4）运行时导体最高温度：'0(Y0)(Igmax/Iy)2=38.5+(70-38.5)(1984/2346)2

= 61.14℃

5)查表得C =91，满足短路时发热的最小导体截面 SminI8.78tdzkfz0.21.210347.3(mm2) C91 小于所选导体截面S =715.51 mm2 ，满足要求

6)按动稳定校验 ：N5取2.86，L取单位长度1，a取1.5m

2 即：F =6.07×10-2 (L/a) ichN5 =6.07×10-2×1/1.5×20.692 ×2.86

=49.54(N/m)

7)按电晕电压校验:

UgU0

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ajjnr00.301 U084m1m2K(1)lgk0rr0d2.859p2.8951.011053101030.98

273t2732523K01r01.33.142(n1)sin12(11)sin1dn11

2U0840.90.850.960.983(1275.8(kV)

0.30118921.16 )lg6.811.160.98

即: UgU0满足要求。

故选择LGJ－300/110型钢芯铝绞线能满足要求，由计算可列出LGJ－300/110型钢芯

铝绞线数据如表5-12：

表5-12 LGJ－300/110型钢芯铝绞线数据

设备 项目 LGJ－300/100(两根) 产品数据 计算数据 882A IgmaxKIy25c 2027.21A SSmin 896.05 mm2 47.3 mm2 UgU0

275.8kV 110kV 由以上计算表明，选择两根LGJ－300/110能满足要求。

5.7.5 10kV侧母线选择

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1）按最大工作持续电流：Igmax =(2*1.05Se )/（3Ue）

=(1.05×160)/(3×10)=9.7（A）

选高相两条40×4的矩形铝母线平放、布置高相总截面为： S =2×40×4 =320 （mm2）

额定载流为480A，温度修正系数取0.94，修正后的载流量为： 480×0.94 =451（A）> Igmax 满足长期负荷发热的要求。

2）热稳定校验，满足热稳定最小允许截面为：

ZtdZKf CSmin取主保护时间为0.05S , 断路器的开断时间为0.06S 即：

tdtkbtb0.060.050.11(S)

I1，查周期分量等值时间曲线可知Itd<1S,故要考虑非同期分量的影响tz=0.1S

而 tfz0.05tkb0.05S

tdztfztz0.15S 查表Kf=1.14 C=87 即Smin66.50.151.14103316(mm2) 87所选母线截面为S=2×40×4=320(mm2)，小于所选母线能满足热稳定要求。

3）校验动稳定

短路时冲击电流为169.58kA，取支持绝缘子间的跨距L=1m，母线相间距离

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a=0.7m，β=1截面系数为：W=0.333BL2=33.3×10-6(m3)

2相间作用力：Q41.73IchBI2/ W×10-8=21.34×106（Pa）

同相各条间作用力Qs计算：

由母线的形状系数曲线图查得 b/h=0.1 （a-b）/（b+h）=0.09

Kx =0.45

单位长度上同相各条间的相互作用：

fs2.5Kxich/（b/h）×10-8×106=3235.2（N/m）

根据铝母线最大允许应力Qr=69×106 Pa来决定最大允许衬垫跨距Lsmax，即：

b2h(QrQ4)0.0120.148.611060.348(m)

fS3235.2LSmax衬垫数为：nLLSmax11.8241.8 0.548L0.5(m) 2因此，在每跨距间加2个衬垫： LS2fLL临界跨距：LCb4b/fS7.57LS QSS2S91108(Pa)

22bh

QmaxQQS91.2108(Pa)

所查截面为2×(40×4)mm2铝母线能满足动稳定要求。

第6章 变电所的保护设计

6.1 前言

电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正

常运行带来严重的影响，而本次变电所设计的变电所是市区220kV降压变电所，如果不保证变压器的正常运行，将会导致全所停电，甚至影响到下一级降压变电所的供电可靠性。

36

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6.2 主变压器保护

变压器的故障可分为内部和外部两种故障。内部故障是指变压器油厢里面的各种故障，主要故障类型有：

1）各绕组之间发生的相间短路；

2）单相绕组部分线区之间发生的匝间短路；

3）单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地短路； 4）铁芯烧损。

变压器的外部故障类型有：

1）绝缘套管网络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路； 2）引出线之间发生的相间故障。 变压器的不正常运行情况主要有：

1）由于外部短路或过负荷而引起的过电流； 2）油箱漏油而造成的油面降低；

3）变压器中性点电压升高或由于外加电压过高而引起的过励磁。

为了防止变压器发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证系统安全连续运行，故变压器应装设一系列的保护装置。 6.3变电所主变保护的配置 6.3.1主变压器的主保护

1）瓦斯保护

对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。如图6-1所示为瓦斯保护的原理接线图。

图6-1瓦斯保护的原理接线图

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2) 差动保护

对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。如图6-2所示为变压器差动保护线路原理接线图。

图6-2 变压器差动保护线路原理接线图

6.3.2主变压器的后备保护

为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。如图6-3所示为变压器过电流保护原理接线图。

图6-3 变压器过电流保护原理接线图

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而本次所设计的变电所，电源侧为220kV，主要负荷在110kV侧，即可装设两套过电流保护，一套装在中压侧110kV侧并装设方向元件，电源侧220kV侧装设一套，并设有两个时限ts和t3，时限设定原侧为t3≥t2＋△t，用一台变压器切除三侧全部断路器。 6.3.3过负荷保护

变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。如图6-4所示为变压器过负荷保护原理接线图。

图6-4变压器过负荷保护原理接线图

6.3.4 变压器的零序过流保护

对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。如图6-4所示为变压器零序电流保护原理接线图。

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华北电力大学成人教育毕业设计（论文） 图6-4 变压器零序电流保护原理接线图

6.4限流电抗器的选择

为了选择10kV侧各配电装置，因短路电流过大，很难选择轻型设备，往往需要加大设备型号，这不仅增加投资，甚至会因断流容量不足而选不到合乎要求的电器，选择应采取限制短路电流，即在10kV侧需装设电抗器。一般按照额定电压、额定电流、电抗百分数、动稳定和热稳定来进行选择和检验。 6.4.1额定电压和额定电流的选择

UekUew Iek Igmax

Uek、Iek— 电抗器的额定电压和额定电流

Uew、Igmax— 电网额定电压和电抗器的最大持续工作电流

6.4.2 电抗器百分数的选择

1）电抗器的电抗百分数按短路电流限制到一定数值的要求来选择，设要求短路电流限制到Iz'，则电源至短路点的总电抗标幺值为：

XIj/Iz Ij— 基准电流

XKXX' X' —电源至电抗器前系统电抗标幺值 电抗器在其额定参数下的百分电抗

IjIekUj'0XK0('X)10000 IZIjvek2）电压损失检验：普通电核器在运行时，电抗器的电压损失不大于额定电压的5%，

I即：U00Xk00gmaxU500

Iek— 负荷功率因数角一般取0.8

3）母线残压检验，为减轻短路对其他用户的影响，当线路电抗器后短路时，母线残压不能低于电网额定值的60～70%

I即： UcyXk00z607000

Iek6.4.3热稳定和动稳定的检验

热稳定和动稳定检验应满足下式: IrtItdz idw≥icj

Icj、I — 电抗器后短路冲击电流和稳态电流

Idw、Ir— 电抗器的动稳定电流和短时热电流（t =1s）

6.5防雷及接地体设计 6.5.1 概述

电气设备在运行中承受的过电压，有来自外部的雷电过电压和由于系统参数发生变化时电磁能量产生振满和积聚而引起的内部过电压两种类型。按其产生原因，它们又可分为以下几类：

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直击雷过电压 雷电过电压 感应雷过电压 侵入雷电流过电压

长线电容效应 工频过电压 不对称接地故障 甩负荷

消弧线圈线性谐振 过电压 暂时过电压 线性谐振 传递过电压 线路断线 谐振过电压 铁磁谐振 电磁式电压互感器饱和 参数谐振发电机同步或异步自励磁 内过 开断电容器组过电压 电压 操作电容负荷过电压 开断空载长线过电压 关合空载长线过电压 开断空载变压器过电压 操作过电压 操作电感负荷过电压 开断并联电抗器过电压 开断高压电动机过电压 角列过电压 间歇电弧过电压 6.5.2 防雷保护的设计

变电所是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生雷击事故，将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏，绝大多数不能自行恢复并严重影响国民经济和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。

变电所的雷击害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入，对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避雷针（线）的保护范围之内，此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。

对侵入波的防护主要措施是变电所内装设阀型避雷器，以限制侵入变电所的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过其中击耐压值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护。

避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备，避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或装设在配电构架上，或独立装设，避雷线主要用于保护线路，一般不用于保护变电所。

避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。

6.5.2.1 避雷针的配置原则：

1)电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但

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在土壤电阻率大于1000Ω.cm的地区，宜装设独立的避雷针。

2)独立避雷针（线）宜装设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10Ω。

3)35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因为其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。

40)在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在址中距离很难达到不小于15米的要求。

6.5.2.2 避雷器的配置原则

1）配电装置的每组母线上均应装设避雷器。

2）旁路母线上是否应装设避雷器，应视当旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足而定。

3）330kV及以上变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并应尽可能靠近设备本体。 4）220kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

5）三绕组变压器低压侧的一相上宜装设一台避雷器。 6）110kV~220kV线路侧一般不装设避雷器。 6.5.3 接地装置的设计

接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地相连，使该物体或节点与大地保持等电位，埋入地中的金属接地体称为接地装置。

本变电所采用棒形和带形接地体联合组成的环形接地装置。接地装置应尽可能埋在地下，埋设深度一般为0.5~1米，围绕屋内外配电装置，主控楼、主厂房及其它需要装设接地网的建筑物，敷设环形接地网。这些接地网之间的相互联接线不应少于两根干线。接地网的外像应闭合，外像各角做成圆弧形，圆弧半径不宜小于均压带间距离的一半，在接地线引进建筑物的入口处，应设标志。 6.5.4 主变压器中性点放电间隙保护

为了保护变压器中性点，尤其是不接地高压器中性点的绝缘，通常在变压器中性点上装设避雷器外，还需装设放电间隙，直接接地运行时零序电流保护起作用，动作保护接地变压器，避雷器作后备；变压器不接地时，放电间隙和零序过电压起保护作用，大气过电压时，线路避雷器动作，工作过电压时，间隙保护动作。因氧化锌避雷器残压低，无法与放电间隙无法配合，故选用阀型避雷器。 6.5.5变电所的防雷保护设计

由于本次所设计选择变压器为分级绝缘，即220kV中性点绝缘等级为110kV，110kV中性点绝缘等级为35kV，所以220kV中性点应与中性点绝缘等级相同的避雷器，故220kV中性点装设FZ－110，110中性点装设FZ－40避雷器。各级电压等级避雷器参数如表6-1:

表6-1 各级电压等级避雷器参数

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冲击放电8/20μs雷电冲击电压峰值波残压峰值不大于 (1.5/20μ（kV） s及1.5/40μ5kA 10kA s)不大于 （kV） 620 326 45 652 326 45 715 358 50 型号 额定 灭弧 电压 电压 有效值（kV） （kV） 工频放电电压有效值（kV） 不小于 不大于 FZ-220J FZ-110J FZ-10 220 110 10 200 100 12.7 448 224 26 536 268 31

第7章 电气总平面布置及配电装置的选择

7.1 前言

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来汇集和分配电能。 7.2 配电装置 7.2 .1 配电装置特点

配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称d为配式配电装置和成套配电装置。

屋内配电装置的特点：①由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较

小；②维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；③外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；④房屋建筑投资大。

屋外配电装置的特点：①土建工程量和费用较少，建设周期短；②扩建比较方便；③相邻设备之间距离较大，便于带电作业；④占地面积大；⑤受外界空气影响，设备露天运行条件较差，须加强绝缘；⑥外界天气变化对设备维修和操作有较大影响。

成套配电装置的特点：①电气设备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所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；③运行可靠性高，维护方便；④耗用钢材较多，造价较高。 7.2.2配电装置的基本要求

1）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政策；

2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离；

3）便于检修、巡视和操作；

4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价； 5）安装和扩建方便。

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7.2.3 配电装置的设计原则

1）节约用地；

2）运行安全和操作巡视方便； 3）考虑检修和安装条件；

4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行； 5）节约三材，降低造价； 6）安装和扩建方便。 7.2.4高压配电装置的选择

配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论是正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不会被空气间隙击穿。常用的高压配电装置有屋外和屋内两种。他们分别有自己的安全净距。如表7-1与7-2所示:

表7-1屋外配电装置的安全净距

单位:mm 额定电压（kV） 符号 适 用 范 围 图号 3-10 1、带电部分至接地部分之间 2、网状遮栏向上延伸线距地10-1 2.5m处与遮栏上方带电部10-2 分之间 15-20 35 63 110 110 220 330 500 A1 200 300 400 650 900 1010 800 2500 3800 A2 1、不同相的带电部分之间 2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间 10-1 10-3 200 300 400 650 1000 1100 2000 2800 4300 B1 1、设备运输时，其外部至无遮栏带电部分之间 2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 3、栅状遮栏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 10-1 10-2 10-3 950 1050 1150 1400 1650 1750 2550 3250 4550 B2 1、网状遮栏至带电部分之间 10-2 300 400 500 750 1000 1100 1900 2600 3900 C 1、无遮栏裸导体至地面之间 10-2 2、无遮栏裸体至建筑物、构10-3 筑物之间 2700 2800 2900 3100 3400 3500 4300 5000 7500 44

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D 1、平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间 10-1 10-2 2200 2300 2400 2600 2900 3000 3800 4500 5800

表7-2 屋内配电装置的安全净距

单位:mm 额 定 电 压（kV） 符号 适 用 范 围 图号 3 6 10 15 20 35 60 110 110 220 A1 1、带电部分至接地部分之间 2、网状和极状遮栏向上延伸线距地2.3m处当遮栏上方带电部分之间 10-4 75 100 125 150 180 300 550 850 950 1800 A2 1、不同相的带电部分之间 2、断路器和隔离开关的断10-4 口两侧带电部分之间 75 100 125 150 180 300 550 900 1000 2000 B1 1、栅状遮栏至带电部分之间 2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 10-4 825 850 875 900 930 1050 1300 1600 1700 2550 B2 网状遮栏至带电部分之间 10-5 175 200 225 250 280 400 650 950 1050 1900 C 无遮栏裸导体至地（楼）面之间 10-4 2375 2400 2425 2450 2480 2600 2850 3150 3250 4100 D 平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间 10-4 1875 1900 1925 1950 1980 2100 2350 2650 2750 3600 E 通向屋外的出线套管至屋外通道的路面 10-4 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4500 5000 5000 5500

注：110J、220J、330J、500J系指中性点直接接地网

以上表中所列出各种间隔距离中最基本的最小安全净距，《高压配电装置设计技术规程》中所规定的A值，它表明带电部分至接地部分或相间的最小安全净距，保持这一距离时，无论正常或过电压的情况下，都不致发生空气绝缘的电击穿。其余的B、C、D值是在A值的基础上，加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而确定的。

本变电所中有三个电压等级：即220kV、110kV、10kV，根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所220kV及110kV采用屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。

根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、半高型和高型等。

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1、中型配电装置：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，以便工作售货员能在地面安全地活动，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。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震强度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装抢修方面积累了比较丰富的经验。

2、半高型配电装置，它是将母线及母线隔离开关抬高，将断路器、电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，优点有：

①占地面积约在中型布置减少30%； ②节省了用地，减少高层检修工作量；

③旁路母线与主母线采用不等高布置实现进出线均带旁路很方便。 缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。

3、高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下重叠布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的50%，但其耗钢量较多，安装检修及运行纵条件均较差，一般适用下列情况：

1）配电装置设在高产农田或地少人多的地区； 2）原有配电装置需要扩充，而场地受到限制； 3）场地狭窄或需要大量开挖。

本次所设计的变电站位于市郊区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以该变电所220kV及110kV电压等级均采用普通中型配电装置，而本次所设计的变电所采用的是软导线，采用普通中型布置，具有运行维护、检修方便且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运行维护还是安装检修方面都积累了比较丰富的经验。

若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所，应用普通中型屋外配电装置。 7.3电气总平面布置

7.2.1 电气总平面布置的要求

1、充分利用地形，方便运输、运行、监视和巡视等；

2、出线布局合理、布置力求紧凑，尽量缩短设备之间的连线； 3、符合外部条件，安全距离要符合要求。 7.2.2 电气总平面布置

本变电所主要由屋外配电装置，主变压器、主控制室、调相机补偿装置及10KV屋内配电装置和辅助设施构成，屋外配电装置在整个变电所布置中占主导地位，占地面积大，本所有220kV、110kV各电压等级集中布置，将220kV配电装置布置在北侧，110kV配电装置布置在西侧，这样各配电装置位置与出线方向相对应，可以保证出线顺畅，避免出线交叉跨越，两台主变位于电压等级配电中间，以便于高中低压侧引线的连接，便于运行人员监视控制，主控制楼布置在10kV屋内配电装置并排在南侧，有利于监视220kV配电装置及主变压器。

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1、220kV高压配电装置

采用屋外普通中型布置，断路器单列布置，中间共有14个间隔，每个间隔宽度为14米，近期出线5个间隔，远期出线3个间隔，两个连线间隔，母联和旁路断路器各一个间隔，电压互感器和避雷器共占一个间隔。

2、110kV高压配电装置

110kV同样采用屋外普通中型单列布置，它共有16个间隔，近期出线10个间隔，远期没有，每台主变进线各占一个间隔，电感互感器及避雷器各占一个间隔，母联和旁路断路器各占一个间隔，每个间隔宽度为8米。

3、道路

因设备运输和消防的需要，主控楼、主变220kV、110kV侧配电装置处铺设环形行车道路，路宽4米，“丁”型、“十”字路口弧形铺设，各配电装置主母线与旁母之间道路宽3米，为方便运行人员操作巡视检修电器设备，屋外配电装置内设0.8~1米环形小道，电缆沟盖板也可作为部分巡视小道，行车道路弧形处转弯半径不应小于7米。为了便于更好的直观的了解变电所的地理位置及厂房布置，在设计中引用了电气平面布置符号说明，见表7-3:

表7-3 电气平面布置符号说明 名 称 断 路 器 隔离开关 变 压 器 电流互感器 支柱绝缘子 道 路

符 号

第8章 结论

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本设计说明书以220KV变电所为例，简要介绍了电力系统中变电所部分的一次主接线设计：

（1）对原始资料进行分析，设计出从技术和经济上都比较满意的主接线形式。 （2）设计出站用电接线形式和备用电源方案。

（3）选择高压电器和母线，然后校验它们的动、热稳定性。

（4）设计出本站的防雷和过电压防护系统，其中主要是避雷针的布置。

（5）最后设计出本站的总平面图和各电压等级侧的高压配电装置断面图，然后进行了简要的运行分析。

通过这次变电所的设计，使我对理论的知识有了深刻的认识，另外本设计只是理论上的设计，离实际工程设计还很远，而且本设计只涉及到一次部分，没有提到二次部分，所以设计还不完善，有一定的漏洞。

参考文献

1、《工业企业供电》 冶金工业出版社 丁昱 编 2、《发电厂电气部分》 中国电力出版社 范锡普 编 3、《电气工程电气设计手册》 西北电力设计院 编

4、《220kV～500kV变电所设计技术规程》 中华人民共和国国家发展和改革委员会 发布 指导老师：谢红玲

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