220kV变电站电气部分设计

220kV变电站电气部分设计

学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导教师：

二O一三年六月

220kV变电站电气部分设计

摘要：变电站是电能传输与电压变换的枢纽,因此必须不断改变传统的设计和控制模式，从而才能够能适应社会生活本文主要介绍了220 kV变电站设计的要求，结合技术经济指标和今后的电力发展前景选择变电站各种设备的型号，主要分析了220 kV变电站设计的主要技术方案，同时对各个模块的特点也略作说明，本设计的变电站将增加变电站的规划灵活性，提高供电的可靠性。

关键词：220kV；变电站；电气设备；继电保护；短路阻抗；整定计算

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220kV substation Electrical Part Design

Abstract: Substation power transmission and voltage converter hub, so we must change the traditional design and control mode, which can adapt to social life, this paper mainly introduces the 220kV substation design requirements, combined with the technical and economic index and power development prospect in the future choice of various substation equipment models, analyses the main technology the scheme of 220 kV substation design, and features of each module is also discussed, the design of the substation will increase programming flexibility substation, improve the reliability of power supply.

Key words: 220KV；Substation；Electric equipment；Relay protection；Short circuit impedance；Setting calculation

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目录

摘要 ................................................................ I Abstract ........................................................... II 第1章 引言 ......................................................... 1 1.1 我国电力的发展简况 ............................................ 1 1.2 本次毕业设计的目的和研究方法 .................................. 1 1.3 本章小节 ...................................................... 2 第2章 电气主接线的设计 ............................................. 3 2.1 主接线的概述 .................................................. 3 2.2 主接线设计的基本要求 .......................................... 3 2.3 主接线的方案拟定 .............................................. 4 2.3.1 各种接线方式的优缺点 ....................................... 4 2.3.2 方案一 ..................................................... 4 2.3.3 方案二 ..................................................... 5 2.4 本章小节 ...................................................... 7 第3章 主变压器的选择 ............................................... 8 3.1 主变压器选择的基本原则 ........................................ 8 3.2 变压器台数的选择 .............................................. 8 3.3 主变压器容量的选择 ............................................ 8 3.4 主变压器型式的选择 ............................................ 8 3.5 系统功率数 .................................................... 9 3.6 选择结果 ..................................................... 10 3.7 本章小节 ..................................................... 10 第4章 站用电接线及设备用电源接线 .................................. 11 4.1 所用电源数量及容量 ........................................... 11 4.2 所用电源引接方式 ............................................. 11 4.3 所用变压器低压侧接线 ......................................... 12 4.4 所站用电接线 ................................................. 12 4.5 备用电源 ..................................................... 13

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4.5 本章小结 ..................................................... 13 第5章 短路电流计算 ................................................ 14 5.1 短路电流计算的目的 ........................................... 14 5.2 短路电流计算的步骤 ........................................... 14 5.3 短路电流计算 ................................................. 14 5.4 本章小节 ..................................................... 18 第6章 高压电气设备的选择 .......................................... 19 6.1 高压电器设备选择的基本原则 ................................... 19 6.2 高压断路器的选择 ............................................. 19 6.2.1 220KV侧断路器 ............................................ 19 6.2.2 110KV侧断路器 ............................................ 20 6.2.2 10KV侧断路器 ............................................. 21 6.3 隔离开关的选择 ............................................... 22 6.3.1 220K侧隔离开关 ........................................... 22 6.3.2 110K侧隔离开关 ........................................... 23 6.3.3 10KV侧隔离开关 ........................................... 24 6.4 互感器的选择 ................................................. 25 6.4.1 电流互感器的选择 .......................................... 25 6.4.2 电压互感器的选择 .......................................... 27 6.5 高压熔断器的选择 ............................................. 30 6.5.1 熔断器的选择概述 .......................................... 30 6.5.2 10kV侧熔断器的选择 ....................................... 31 6.6 母线的选择 ................................................... 32 6.6.1 220KV侧母线的选择 ........................................ 32 6.6.2 110KV侧母线的选择 ........................................ 33 6.6 本章小结 ..................................................... 34 第7章 防雷规划 .................................................... 35 7.1 避雷针 ....................................................... 35 7.2 避雷器 ....................................................... 36 7.3 防雷接地 ..................................................... 37

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7.4 变电所的进线段保护 ........................................... 38 7.5 接地装置 ..................................................... 38 7.6 本章小结 ..................................................... 38 第8章 配电装置规划 ................................................ 39 8.1 概述 ......................................................... 39 8.2 高压配电装置的选择 ........................................... 39 8.2 本章小结 ..................................................... 41 第9章 继电保护规划 ................................................ 42 9.1 主变压器保护 ................................................. 42 9.1.1 主变压器的主保护 .......................................... 42 9.1.2 主变压器的后备保护 ........................................ 42 9.1.3 变压器的零序过流保护 ...................................... 43 9.2 线路保护部分 ................................................. 43 9.2.1 220KV线路保护 ............................................ 43 9.2.2 110KV线路保护 ............................................ 43 9.2.3 10KV母线保护 ............................................. 44 9.3 本章小结 ..................................................... 44 第10章 结束语 ..................................................... 45 致 谢 .............................................................. 46 参考文献 ........................................................... 47 附录 ............................................................... 48

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第1章 引言

1.1 我国电力的发展简况

1831年法拉第发现了电磁感应定律，从此人类进入了电气时代。1882年，上

海成立了上海电气公司，这就是公认的我国电力工业的起点。此后，电力取得了突飞猛进的发展，尤其是高电压输电技术的出现，为远距离大容量的输送电能提供了有效的途径。而变电站作为汇集分配电能、变换电压等级的场所，在电力系统中具有极其重要的地位。220KV的变电站是介于枢纽变电站与终端变电站之间的变电站，具有承上启下的作用。

1.2 本次毕业设计的目的和研究方法

本次论文是在完成本专业的课程后，认真分析原始资料的基础上，对主接线方式进行比较和选择、负荷计算和主变压器的选择、短路电流的计算、线路图的绘制、高压电气设备的选择和校验以及防雷措施的选择，最终确定了220kV变电站所需的主要电器设备、主接线图以及变电站防雷保护方案。

本次毕业设计的目的是设计一个符合现代生产生活及社会发展要求的变电站，提高变电站的可靠性及灵活性。通过本次毕业设计，达到了对“发电厂电气部分”课程的理论知识，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，巩固我们所学的专业基础和专业知识的水平和能力，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际问题，培养我们分析和解决问题的能力的目的。务求使我们更加熟悉电气主接线，电力系统的短路计算以及各种电力手册及其电力专业工具书的使用，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，并在设计中增新、拓宽。提高专业知识，拓宽、提高专业知识，完善知识结构，开发创造型思维，提高专业技术水平和管理，增强计算机的应用能力。

本次论文采用的研究手段主要有通过网络和图书馆查阅相关资料，实地参观变电站，询问变电专业人士及指导老师，在认真分析原始资料的基础上做出合理的变电站设计，此次变电站设计只考虑电气部分的设计，不考虑变电站选址及所属气象区以及出线等方面的问题。

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1.3 本章小节

本章简单介绍了电力发展史，写这篇论文目的，要解决的问题，以及主要的观点。说明本论文所要解决的问题，所采用的研究手段、方式、方法，明确研究工作的界限和规模，概括本课题研究所取得的成果及意义。

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第2章 电气主接线的设计

2.1 主接线的概述

电气主接线指由将一次电气设备按预期生产流程所连成的电路，变电站所选择的主接线必须依据变电站的性质和电压等级变电站的性质进行选择，最后确定的变电站的主接线方式必须与其地位和作用适应。变电站的电气主接线方式在整个电力系统中具有举足轻重的地位，它直接影响着整个系统的供电可靠性和灵活性，决定了电器、配电装置、自动控制装置以及继电保护装置的选择标准，由于各个变电站的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传送的功率也不一样，因而为了便于电能的汇集和分配，在进出线较多时（超过四回），宜采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，方便运行，有利于变电站的安装和扩建。

2.2 主接线设计的基本要求

电气主接线设计基本要求，主要包括可靠性、经济性、灵活性三个方面。 （1）可靠性

安全可靠是电力电气主接线最基本的要求，电力在国民经济中具有关键地位，在经济发达地区发生故障，导致的城市混乱、经济损失和社会影响将难于估量。因此，主接线必须保证供电可靠。但是电气主接线的可靠性不是绝对的，同样的主接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求，因此分析电气主接线时，必须考虑发电厂和变电站的地位和作用、用户的负荷类型、设备的制造水平等各种因素。

（2）灵活性

灵活性是指电气主接线能够适应各种运行状态，并且能灵活地进行运行方式的转换。灵活性主要表现为接线简单，操作方便，调度方便和扩建方便。

（3）经济型

通常应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。主接线应简单清晰，并且适当采用短路电流的措施，以节省电器数量、选用造价较低的电器或轻型电器，以便降低投资;主接线设计时应尽量使占地面积少，同时注意节约搬迁费用和安装费用;在变电站中，变电站主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的

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型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗【1】。

2.3 主接线的方案拟定

2.3.1 各种接线方式的优缺点

（1）单母分段接线的优点：单母线使用分段断路器进行分段，对重要用户从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当某一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要的用户停电，从而可以提高供电的灵活性和可靠性。

缺点：当一段母线检修时，该段母线上的出线和电源必须全部停电；当任一回路断路器进行检修时，该回路必须停止工作。

（2）双母接线的优点：供电可靠，通过两组母线的倒换操作，可以在不断电的情况下检修一组母线；当其中一组母线发生故障后，能够迅速地恢复供电。其次是电力调度灵活，各电源和各回路负荷可以任意分配到其中某一组母线上，从而灵活适应各种运行方式和潮流的需要；根据系统的需要，双母线还可以组成其他各种运行方式。最后，双母接线的扩建方便，向双母线左右的任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合陪，在施工中也不会造成原有回路停电。

缺点：接线复杂，设备多，母线故障有短时停电。 （3）双母分段带旁路母线接线

优点：用旁路断路器替代检修中的断路器，可以使该回路不停电，提高供电可靠性。

缺点:断路器价格昂贵，需增加额外投资。

2.3.2 方案一

220KV侧采用双母接线，出线8回（其中2回备用），110KV侧也采用双母接线，出线十回，10KV侧采用单母分段接线，出线10回，主变台数为两台。方案一主接线路图如图2-1所示

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图2-1方案一主接线

2.3.3 方案二

220KV侧采用双母带旁路接线，出线8回（2回备用），装设价格较高的断路器和隔离开关，供电可靠性有所提高。110KV采用双母接线，出线10回。10KV侧采用单母分段接线，出线10回。方案二主接线如图2-2所示。

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QFPQFC图2-2方案二主接线

2.3.4 方案的比较

可靠性：方案一220KV双母接线可靠性较好，停电时间稍长。方案二可靠性较方案一更高。

灵活性：方案一220KV侧运行相对简单，灵活性稍差，各电压等级都利于扩建和发展。方案二的调度更加灵活，各个电压等级均利于扩建和发展。

经济性：方案一设备相对较少，投资少，造价低。方案二设备相对较多，投资大，双母带旁路占地面积较大。

2.3.5 方案的确定

通过比较可以看出方案一和方案二的区别主要是可靠性，单母分段可靠性最

低，双母接线可靠性略高，双母带旁路母线接线可靠性最高。而从原始资料中得知最大负荷小时数为5500小时，此数值大于电力系统中变得所得平均最大负荷小时数，故此变电站的地位十分重要，所以本次变电站主接线设计务必着重考虑其可靠性，因此确定选择可靠性更高的方案二。

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2.4 本章小节

本章介绍了一般电气主接线的基本原则，比较了各种接线方式的优缺点，按照要求拟定了两种主接线方式，并从经济性、可靠性和灵活性等方面综合考虑，选择了可靠性更高，经济性更低的方案二。

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第3章 主变压器的选择

在220KV变电站中，需要向用户提供几种电压，从输电线路进入的第一个变压器，就是主变压器，主变是一个变电站中的最核心的部分。

3.1 主变压器选择的基本原则

主变压器型号参数直接影响变电站的运行。主变压器的确定除了依据任务书中原始资料外，还应根据电力系统近几年的发展规划、功率大小、电压等级以及接入电力系统的紧密程度等因素进行分析和选择，以确定变电站的设计水平年为2014年和远景年2020年，若容量选得过大，将造成投资的增大和资源的浪费；若容量选得过小，将不能满足负荷的需要。

3.2 变压器台数的选择

通常情况下，为了保证供电可靠性，避免一台主变压器检修或者故障时影响供电，变电站中应装设两台主变压器。当装设三台及以上的变压器时，虽然能够提高供电的可靠性，但是投资过大，同时占地面积增大，接线复杂，不利于变电站的运行管理。两台主变同时故障的几率较小，而且便于扩建。两台主变互为备用，当一台主变故障或检修时，另一台主变可以承担大部分负荷，从而保证供电可靠性。

3.3 主变压器容量的选择

主变压器容量选择应适当考虑未来10年的负荷发展，对于有重要负荷的变电站，当一台变压器停运时，另一台变压器能够在一定时间内保证用户的一级和二级负荷。根据原始资料，选择2台容量为120MVA的主变，总容量为240MVA，容量比为100/100/50。

3.4 主变压器型式的选择

（1）相数

在330KV及以下电力系统中，容量为300MW及以下的变压器一般都应选用三相变压器。

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（2）绕组数的选择

变压器按照绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组型式。在具有三种电压等级的变电站中，如通过主变的各绕组的功率均达到变压器容量的15%以上时，主变应该采用三绕组变压器。从经济性的角度考虑，一台三绕组变压器的价格比两台双绕组变压器的总价要少，同时所占地面积更少。故本次220KV变电站选择三绕组变压器。

（3）绕组接线组别的选择

变压器的接线组别必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。在220KV变电站中，考虑到系统同步并列应3次谐波等因素，联结组别选择是Y,D11接线。

（4）调压方式

为了保证供电的可靠性和电能质量，电压必须维持在一定的范围内。调压方式分为两种，一种是不带电切换的无激磁（又称无载）调压；另一种是带负荷切换的有载调压。由于本次设计的220KV变电站作为降压变电站，由500KV进线，电压比为220/121/10KV，电网电压波动较大，故采用了价格较高的有载调压方式。

(5）冷却方式

电力变压器的冷却方式一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。容量在31.5MVA至350MVA的大容量变压器一般采用风冷却。因为强迫油循环水冷却虽然散热效率高，但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。故综合来看，选择风冷却更为合适。

3.5 系统功率数

在交流电路中，有功功率与视在功率的比值称为功率因数，用cos表示。交流电路中由于存在电感和电容，故建立电感的磁场和电容的电场都需要电源多供给一部分不作机械功的电流，这部分电流叫做无功电流。无功电流的大小与有功负荷即机械负荷无关，相位与有功电流相差90°。

三相交流电路功率因数的数学表达式为

cosPPP 22S3UIPQ

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随着电路的性质不同，cos的数值在0-1之间变化，其大小取决于电路中电感、电容及有功负荷的大小。当cos1时，表示电源发出的视在功率全为有功功率，即S=P；当cos=0时，则P0，表示电源发出的功率全为无功功率，即S=Q。所以符合的功率因数越接近1越好。

国家与电力部门对用户的功率因数有明确的规定，要求高压供电系统的功率因数执行为0.95以上，以保证加上变压器与电源线路的功率损耗后，仍能保证在上级变电所测得的平均功率因数大于0.9。

由原始资料可知系统的功率因数为0.9。

3.6 选择结果

根据以上条件选择，确定采用型号为SFSZ11-K-120000/220的220KV三绕组有载调压电力变压器，器具体参数如表3-1所示。 型号 联接组标号 额定电压(KV) 额定容量MVA 阻抗电压％ 表3-1 SFSZ11-120000/220型变压器技术参数 SFSZ11-120000/220 YN，yn0，d11 高压 220±8×1.25% 120 高－中 14 中压 117 120 高－低 50 低压 10.5 60 中－低 35 型号中个符号表示意义： S：三相 F：风冷却 S：三绕组 Z：有载调压 11：性能水平号 120000：额定容量 220：电压等级

3.7 本章小节

本章主要介绍了主变压器的选择原则以及各变压器参数的选择依据，综合 可靠性和经济性，最终确定了的主变压器的规格型号。

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第4章 站用电接线及设备用电源接线

站用电是指发电厂或变电所在生产过程中，自身所使用的电能，其中包括照

明和各种机器设备的正常用电。本次的220KV变电站的站用电主要考虑一台同步调相机：255MVar。

4.1 所用电源数量及容量

(1)枢纽变电所﹑总容量为60MVA及以上的变电所﹑装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的边点所，均装设两台所用变压器。

采用整流操作电源或无人值班的变电所,装设两台所用变压器,分别接在不同等级的电源或电源上。

如果能够从变电所外引入可靠的380V备用电源，上述变电所可以只装设一台所用变压器。

(2)500kV变电所装设两个工作电源.当主变压器为两台时,可以分别接在每一台主变压器的第三绕组上。两台所用变压器的容量应相等,并按全所计算负荷来选择.当建设初期只有一台主变压器时,可只接一台工作变压器。

(3)当设有备用所用变压器时,一般均装设备用电源自动投入装置。

4.2 所用电源引接方式

(1)当所内有较低电压母线时,一般均由这类母线上引接1～2个所用电源,这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。如能由不同电压等级的母线上可分别引接两个电源,则更可保证所用电的不间断供电.当有旁路母线时,可将一台所用变压器通过旁路隔离开关接到旁路母线上。正常运行时,则倒换到旁路上供电。

(2)由主变压器第三绕组引接,所用变压器高压侧要选用大断流容量的开关设备，否则要加装限流电抗器。

(3)由于低压网络故障机会较多,从所外电源引接所用电源可靠性较低.有些工程保留了施工时架设的临时线路，多用于只有一台主变压器或一段低压母线时的过度阶段.500kV变电所多由附近的发电厂或变电所引接专用线作为所用电源。

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4.3 所用变压器低压侧接线

所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制,动力与照明合用一个电源。

(1)所用变压器低压侧多采用单母线接线方式.当有两台所用变压器时,采用单母线分段接线方式，平时分列运行，以故障范围,提高供电可靠性。

(2)500kV变电所设置不间供电装置，向通讯设备﹑交流事故照明及监控计算机等负荷供电,其余负荷都允许停电一定时间,故可不装设失压启动的备用电源自投装置,避免备用电源投合在故障母线上扩大为全所停电事故。

(3)具备条件时,调相机专用负荷优先采用由所用变压器低压侧直接支接供电的方式。

4.4 所站用电接线

站用电接线应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、安全、经济地运行。

变电站的站用电源，是保证正常运行的基本电源。通常不少于两个。其引接方式有两种：一种是从母线侧引入，另一种是从主变低压侧引入。本站由于没有具体说明，因此采用通过断路器和隔离开关从低压侧引入。

本站是用两台500kVA变压器接入，为此，查询手册，选出站变，如表4-1所示，接线如图4-1所示。

型号 S7—500/35 高压kV 低压kV 组别 35 0.4 Y，yn0 空载损耗 负载损耗 空载电流A 1.08 7.70 1.9 表4-1 站用变压器技术参数

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图4-1 站用电接线

4.5 备用电源

站用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时替代工作电源，起后备作用。备用电源应具有性和足够的容量，最好能与电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能从系统取得备用电源。备用分为名备用和暗备用。本站是地区性变电所。所以，采用暗备用的方式，两台变压器相互备用，当一台退出运行时，由另一台承担负荷。

4.5 本章小结

本章主要分析了本次220KV变电站站用电的接线以及各设备接线方式，并确定了备用电源的方式为暗备用。

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第5章 短路电流计算

5.1 短路电流计算的目的

（1）可以为主接线的选择提供依据。可以为不同方案进行技术经济比较，确定短路电流的具体措施。

（2）选择电器和导体。为保证设备在各种条件下都能安全可靠地工作，需要计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值和短路电流稳态有效值等参数。 （3）确定中性点接地方式，10KV配网根据单相短路电流选用中性点接地方式。 (4)进行继电保护方式的选择和整定计算的时侯，不仅需要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还要知道其他各支路种的短路电流分布情况；既要算出最大短路电流，也要算出最小短路电流；既要计算三相短路电流，也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流。

5.2 短路电流计算的步骤

（1）选取短路点

（2）计算元件电抗标幺值，并且折算到同一基准值下； （3）绘出等值网络图；

（4）简化等值网络，计算短路流标幺值和有名值【11】。

5.3 短路电流计算

为计算方便，选取S=100MVA，各电压等级为230KV，115KV,10.5KV （1）基准值

为计算方便，选取基准功率为Sb=100MVA，各电压等级为230KV，115KV,10.5KV

（2） 系统电抗

由原始材料可知，在S＝100MVA下,220KV侧母线侧阻抗为0.18

（3）算变压器各绕组电抗

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阻抗电压％ 表5-1 变压器各绕组电抗

高－中 14 高－低 50 中－低 35 各绕组短路电压为

Vs(12)%14%，Vs(13)%50%，Vs(23)%35%

Vs1%1(Vs(12)%Vs(13)%Vs(23)% 21(145035) 214.5

Vs2%1(Vs(12)%Vs(23)%Vs(13)% 21(145035) 20.5

Vs3%1(Vs(13)%Vs(23)%Vs(12)% 21(503514) 235.5

各绕组等值电抗标么值为

XT11VS1%Sb14.51000.121 100SN100120VS2%Sb0.51000.0042 100SN100120VS3%Sb35.51000.591 100SN10060 XT12 XT13做出等值电路图：

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图5-1 等值电路图

(2)当（f-1）点（220kV母线）发生短路时的计算

图5-2 （f-1）点短路等值电路图

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IfI55.6E155.6 X10.018Sb10055.614(kA)

3Uav3230ish2KimI2.551435.7(kA)

(3)当(f-2)点（110kV母线）发生短路时的计算

E\"XE\"XT1-1XXT2-1XT2-2XT1-2(f-2)XT

图5-3 f-2点短路等值电路图

XT1XT2XT11XT120.1210.00420.1168

XTXT1//XT20.00584 XX1XT0.0180.05840.07

IE13.09 XI13.09SB10013.096.57(kA)

3Uav3115ish2.55I2.556.5716.75(kA)

(4)当（f-3）点（10kV）母线短路时的计算

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E\"XE\"XT1-1XXT2-1XT2-3XT1-3(f-3)XT

图5-4 f-3点等值电路图

XT1XT2XT11XT130.1210.5910.712

XTXT1//XT20.356 XX1XT0.0180.3560.374

IE2.67 XI2.67SB1002.6714.68(kA)3Uav3Uavish1.52I1.5214.6837.44(kA)

表5-2 短路电流表

计算参数 短路点 短路电流有名值 kA 冲击电流 kA 220kV 110kV 35kV 14 6.57 14.68 35.7 16.75 37.44 5.4 本章小节

本章主要介绍了短路电流计算的目的和计算方法，进行了短路电流计算你，求出了短路电流标幺值、短路冲击电流，为其他工作做好了铺垫。

18

第6章 高压电气设备的选择

6.1 高压电器设备选择的基本原则

在选择高压电器设备时，首先考虑可靠性，兼顾经济性。一般原则如下： （1）应满足正常运行、检修、短路情况下的要求，并且满足未来数年内的发展需要；

（2）能够适应当地环境条件；

（3）应力求技术先进并且具有良好的经济性； （4）选择导体时应尽量减少品种；

（5）使用安全可靠地新产品，且新产品应具有可靠的数据，并检验合格【1】。

6.2 高压断路器的选择

高压断路器是变电站中重要的电气设备，它主要作用是：在正常运行时把设备和和线路接入或者退出运行；当线路或设备发生故障时，能够迅速切除故障，从而保证其他部分正常运行，断路器根据灭弧介质的不同分为油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器和真空断路器等

断路器的选择应该根据地点，环境和使用条件等要求确定，真空断路器、SF6断路器因为可靠性好、维护工作量少、灭弧性能良好而得到普遍运用。因此本次220KV侧和110KV侧选用SF6断路器，10KV侧选用真空断路器。

6.2.1 220KV侧断路器

Imax1.05Sn3Un1.05120000330.66(A)

32201.额定电压选择：UNUSN220kV 2.额定电流选择：INImax330.66A 3.开断电流选择：INarI14kA

19

选择SW6—220/1200，其SW6—220/1200技术参数如表6-1：

型号 额定电压kV 额定 断流容量电流MVA A 额定断流 极限通过电流量kA kA 峰值 55 热稳定电流kA 固有分合闸闸时间S 时间s 表6-1 SW6—220/1200技术参数

4s 21 0.04 0.2 SW6-220/1200 220 1200 6000 21 4.短路热稳校验：

It2t212417[(kA)2s]

电弧持续时间取0.04s，热稳定时间为

tk1.50.040.041.58(s)

Qk1421.58309.68[(KA)2s]

It2tQK,满足热稳定校验要求。 5. 动稳定校验

ies55kAish35.7kA

满足热校验要求。

6.2.2 110KV侧断路器

Imax1.05Sn3Un1.05120000661.33(A)

31101.额定电压选择：UNUSN110kV 2.额定电流选择：INImax661.33A 3.开断电流选择：INarI6.57kA

20

选SW3-110G/1200型断路器,技术参数如表6-2所示。

型号 额定电压kV 表6-2 SW3-110G/1200技术参数 额定 断流容量电流MVA A 额定断流 极限通过电流量kA kA 峰值 41 热稳定电流kA 固有分合闸闸时间S 时间s 4s 15.8 0.07 0.4 SW3-110G/1200 110 1200 3000 15.8 4．热稳定校验：It2tQK

It2t15.82498.56[(KA)2s]

电弧持续时间为0.06s

tk1.50.070.061.63(s)

Qk6.5721.6370.36[(KA)2s]

It2tQK，满足热稳校验要求。 5.动稳定校验：

ies41kAish16.75kA

满足动稳定校验要求。

6.2.2 10KV侧断路器

Imax1.05Sn3Un1.056000034.1(A)

310.51.额定电压选择：UNUSN10kV 2.额定电流选择：INImax34.1A

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3.开断电流选择：INarI14.68kA

选择ZN28(A)-12断路器，技术参数如表6-3所示。

型号 额定电压kV 表6-3 ZN28(A)-12技术参数 额 定电流kA 额定短路开断电流 动稳定电流峰值kA 峰值 ZN28(A)-12 12 4000 40 100 热稳定电流kA 4s 40 0.02 全开断时间 4.热稳定校验

It2t402400[(KA)2s] tk1.50.020.061.58(s)

Qk14.6821.58340.49[(KA)2s]

It2tQK，满足热稳校验要求。 5.动稳定校验：

ies100kAish37.44kA

满足动稳定校验要求

6.3 隔离开关的选择

高压隔离开关的主要作用是保证高压电气设备在断电检修时的安全，其特点是形成一个明显可见的断开点，它不能用于切断电流，只能用来切换某些不产生强大电弧的操作。

6.3.1 220K侧隔离开关

1.额定电压选择：UNUSN220kV 2.额定电流选择：INImax330.66A 3 极限过电流选择：iesish35.7kA

22

GW4-220D/1000-50型隔离开关，其技术参数如表6-4所示。

型号 表6-4 GW4-220D/1000-50型隔离开关技术参数

额定 电压 kV 额定 电流 A 峰值 GW4-220D/1000-50 220 1000 50 4s 21 极限通过 电流kA 热稳定 电流kA 4．热稳定校验

It2t212417472.33[(KA)2s]

满足热稳定校验要求。 5．动稳定校验

ies50kAish35.7kA

满足校验要求

6.3.2 110K侧隔离开关

1.额定电压选择：UNUSN110KV 2.额定电流选择：INImax661.33A 3.极限通过电流选择：iesish16.75KA

选GW4-110D/1000-80型隔离开关，技术参数如表6-5所示：

型号 表6-5 GW4-110D/1000-80型隔离开关技术参数

额定 额定 极限通过电流 峰值kA GW4-110D/1000-80 110 1000 80 短路热稳定电流 5s 21.5 电压kV 电流A 23

4.短路热稳定校验：

It2t21.5252311.25[(KA)2s]70.36(KA)2s

满足热稳定要求 5.动稳定校验

ies80kAish16.75kA

满足校验要求。

6.3.3 10KV侧隔离开关

1.额定电压选择：UNUSN10kV 2.额定电流选择：INImax34.1A 3.极限通过电流选择：iesish43.93kA

选择CN10-10T/5000-200型隔离开关，技术参数如表6-6所示：

型号 表6-6 CN10-10T/5000-200型隔离开关技术参数

额定 电压kV 额定 电流A 动稳定电流峰值kA 峰值 CN10-10T/5000-200 10 5000 200 热稳定电流kA 5s 100 4.短路热稳定校验：

It2t1002550000[(KA)2s]340.49(KA)2s

满足热稳校验要求。5.动稳定校验：

ies200kAish37.44kA

满足动稳定校验要求。

24

6.4 互感器的选择

互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器，互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100,100/3）和小电流（5，1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。

6.4.1 电流互感器的选择

电流互感器是电力系统中广泛使用的一种二次设备，它的工作原理与变压器相似，它能够将大电流变为小电流，便于测量。3~20KV屋内配电装置的电流互感器，应采用瓷绝缘或树脂浇注绝缘结构;35KV及以上配电装置宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的式电流互感器；有条件安装于断路器或变压器瓷套管内，且准确满足要求时，应采用价廉、动稳定性好的套管式电流互感器的。

（1）220kV侧电流互感器的选择 一次回路电压：unug220kV 一次回路电流：INIIio.m330.66A

根据以上两项，选LCW-220户外支持式电流互感器，其参数如表6-7所示。

电流 互感器 型号 额定 电流比 A 表6-7 户外支持式电流互感器技术参数

级次 组合 准确级次 二次负荷 准确等级 10%倍数 1S热稳定 动稳定 0.5 1 3 二Ω 次负荷 倍 电 倍 电 倍 数 流 数 流 数 LCW-220 4300/5 D/D D 1.2 4 - 1.2 30 - 2 20 60 - 60 60 60 D/105 0.5 动稳定校验：

25

2IN1KES21.260101.8(kA)ish44.229kA

满足动稳定要求。 热稳定校验：

(IN1Kts)2(120060)25184[(KA)2s]Qk309.68(KA)2s

满足热稳定要求。

综上所述，所选电流互感器满足要求。 (2) 110kV侧的电流互感器的选择 主变中110kV的电流互感器的选择： 一次回路电压：unug110kV 一次回路电流：INIIio.m661.33A

根据以上两项，选择LCWD-110户外油浸式电流互感器，其参数如6-8所示

表6-8 LCWD-110户外油浸式电流互感器技术参数

电流 互感器 型号 额定 电流 A 级次 组合 准确级次 二次负荷 准确等级 0.5 1 Ω LCWD-110 2600/5 5 0.5 1.2 - 3 二次负荷 倍 数 20 10%倍数 1S热稳定 动稳定 电 流 - 倍 电 数 流 75 - 倍 数 150 - 1.2 动稳定校验：

26

2IN1KES21.2150254.6(kA)ish16.75kA

满足动稳定要求。 热稳定校验：

(IN1Kts)2(1.275)28100[(kA)2s]Qk70.36(kA)2s

满足热稳定性要求。

综上所述，所选的电流互感器LB6-110满足动热稳定性要求。 (3) 10kV侧电流互感器的选择 一次回路电压：unug10kV 一次回路电流：INIIio.m34.1A

由此得，选LMC-10电流互感器，其参数如6-9所示

电流 互感器 型号 额定 电流 A 表6-9 LMC-10电流互感器技术参数 级次 组合 准确级次 二次负荷 准确等级 0.5 1 Ω LMC-10 4000/5 0.5/3 3 1.2 3 3 二次负荷 倍 数 10%倍数 1S热稳定 动稳定 电 流 - 倍 电 数 流 75 - 倍 数 - 2 热稳定校验：

(IN1Kts)2(475)290000[(KA)2s]Qk340.49(KA)2s

满足热稳定要求

6.4.2 电压互感器的选择

电压互感器能够将高电压转换成低电压的一种二次设备，它的选择应根据装设地点和使用条件进行选择，6～20kV屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用

27

树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35kV～110kV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220KV级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器，一次额定电压UN1UNs压按表6-10进行选择。

绕组 高压侧接入方式 二次绕组 表6-10 二次额定电压

二次辅助绕组 用于中性点直接接地系统中心 100 用于中性点不接地或经消弧线圈接地 ，

二次额定电

接于线电压上 接于相电压上 二次额定电压 100 100/3 100/3 准确级

规程规定，用于变压器，所用馈线，出线等回路中的电度表，供所有计算电费的电度表，其准确等级要求为0.5级，供运行监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，期准确等级要求一般为1级，在电压二次回路上，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确等级。

电压互感器的容量不小于二次侧负荷的容量

SN2S2

S2(S1cos)2(S1sin)2

S1—仪表的视在功率，VA；

—仪表的功率因数角。

(1) 220kV母线设备电压互感器的选择

型式：采用电容式电压互感器，作电压，电能测量及继电保护用。 电压：额定一次电压：U1n220kV

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U2n220/3V

准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级，查相关设计手册，选择YDR-220。其参数如表6-11所示：

型号 额定电压 一次绕组 YDR-220 220/ 二次绕组 0.1/ 辅助绕组 0.1 表6-11 YDR-220电压互感器技术参数

二次绕组额定容量 （VA） 150 220 400 辅助绕组 额定容量 （VA） 1200 最大容量 （VA） 额定变比：

2200.1//0.133

（2）110kV母线设备电压互感器的选择

型式：采用电容式式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用。 电压：额定一次电压：U1n110kV

U2n110/3V

准确等级：用户保护，测量、计量用，其准确等级为0.5级，选定型号为：YDR-110，YDR-110电压互感器参数如表6-12所示：

型号 额定电压 一次绕组 YDR-110 110/ 二次绕组 0.1/ 辅助绕组 0.1 表6-12 YDR-110型电压互感器技术参数

二次绕组额定容量 （VA） 150 220 440 辅助绕组 额定容量 （VA） 1200 最大容量 （VA） 29

额定变比为：

1100.1//0.1 33（3）10kV母线设备电压互感器的选择

型式：采用环氧浇注绝缘电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置。 电压：额定一次电压：U1n10kV U2n0.1kV

准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级。 选定型号：JDZJ1-10

JDZJ1-10电压互感器参数如表6-13所示：

型号 额定电压 一次绕组 JDZJ1-10 10/ 二次绕组 0.1/ 辅助绕组 表6-13 JDZJ1-10型电压互感器技术参数

二次绕组额定容量 （VA） 50 80 200 辅助绕组 额定容量 （VA） 400 最大容量 （VA） 0.1/3 额定变比为：

100.10.1// 3336.5 高压熔断器的选择

6.5.1 熔断器的选择概述

高压熔断器是一种最简单保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害，当其所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，它的熔体熔化而分断电流﹑开断电路，熔断器主要用来进行短路保护,用来保护线路﹑变压器及电压互感器等设备。有的熔断器具有过负荷保护功能。

1.型式的选择

30

按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌开式、屋内式。对用于保护电压互感器的高压熔断器应选用专用系列。在本站中，熔断器只用于保护电压互感器 ，其只需按额定电压及断流容量（S3UNINbr）两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。

2.额定电压选择

对于一般高压熔断器，其额定电压UN必须大于或等于电网的额定电压UNs对于充填石英砂有限流作用的限流式熔断器，则不宜使用在低于熔断器额定电压的电网中。

3.额定电流选择

（1）熔管额定电流的选择

为了保证熔断器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流INft应大于或等于熔体的额定电流INfs，即INftINfs。

（2）熔体额定电流的选择

为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流应根据电力变压器回路最大工作电流Imax按INfsKImax选择。K-为可靠系数，不计电动机自启动时K1.1~1.3，考虑自启动K1.5~2.0。

6.5.2 10kV侧熔断器的选择

额定电压选择：UNUNS10kV 额定电流选择：INftINfs

选RN2型限流熔断器，技术参数如表6-14所示：

31

型号 表6-14 RN2型限流熔断器 额定 电压 kV 额定 开断 电流 容量 A 不小于 MVA RN2 10 0.5 500 最小 切断 电流 (有效值) 最大 备注 开断 电流 kA 50 保护屋内电压互感器

电流校验：

INbrIsh(I\"),因RN1是限流熔断器，在电流到达最大值之前已截断，故可不计

非周期分量影响，采用I\"进行校验。

INbr50KAI14.68A

满足校验要求。

6.6 母线的选择

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。

6.6.1 220KV侧母线的选择

采用钢芯铝绞线

Imax330.66A选LGJ-800/100型钢芯铝绞线， 长期允许载流量为1300A 温度修正系数K。

Ka170400.82

a10702532

Ia/40KIa10.8213001066(A)330.66A

热稳定校验

2Imax330.6620(a10)240(7040)42.C 2Ia11066查发电厂电气部分表C=97，则满足短路时发热的最小导体截面为

SminQkKfC309.68106181.42(mm2)800mm2

97满足热稳定要求。

6.6.2 110KV侧母线的选择

采用钢芯铝绞线

Imax661.66A,选LGJ-630/80型钢芯铝绞线，长期允许最大电流为1650A 温度修正系数

Ka170400.82a107025

Ia/40KIa10.8216501353(A)661.66A

热稳定校验

2Imax661.3320(a10)240(7040)47.16C

Ia113532查发电厂电气部分表C=97，则满足短路时发热的最小导体截面为

Smin满足热稳定要求。

QkKfC70.3610686.48(mm2)630mm2

976.6.3 10KV侧桥导体选择

按最大持续电流选择四条12510矩形铝导体平放额定载流为4225A，集肤效应系数Kf为1.8，修正后的载流量为：

Ia10.82422534.5(A)Imax34.1A

1)热稳定校验：

33

正常运行时导体温度：

2Imax34.120(a10)240(7040)69.99C

Ia134.52查表C=87，则满足短路时发热的最小导体截面为：

SminQkKfC340.491061.8284.56(mm2)5000mm2

87满足热稳定要求。

6.6 本章小结

通过计算，选取了合适的断路器、隔离开端、互感器、熔断器和母线的型号，

并进行了动稳定和热稳定校验，经校验均符合要求。

34

第7章 防雷规划

变电所是是电力系统中十分重要的枢纽环节,如果变电站发生雷击事件,将会致使大面积停电。一些重要的电气设备内部将发生闪络等事故,造成设备的损坏。由此可知，,变电站必须是能够完全耐雷。

变电站的雷击事故主要有两种情况：一是雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入变电所，二是雷击变电站。

防雷保护装置是指能使被保护物体避免雷击和过电压,并顺利地泄入大地的装置。电力系统中的防雷保护装置一般有: 避雷针﹑避雷线﹑避雷器和防雷接地等装置。

7.1 避雷针

避雷针的保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电,再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击。

在对大型的变电站进行防雷保护时,采用等高避雷针联合保护要比单针保护范围大。因此，为了使防雷保护覆盖本站,本次采用四支避雷针。被保护变电所总长108.5m,宽79.5m,查阅手册，门型架构高15m.避雷针的摆放如图7-1所示。

108.52379.51 图7-1 避雷针摆放图

4

D12D3479.5m；D23D14108.5m

Dmax79.52108.52135(m)35

D 713534.3(m) 所以,需要避雷针的高度为: h157h0h四只避雷针分成两个三只避雷针. 验算123号避雷针 对保护宽度:

1﹑2号针的保护宽度: bx1.5(h0hx)1.5(2315)12(m)0 2﹑3号针之间的宽度: bx1.5(h0hx)1.5(18.515)5.25m0 由此可知,对保护物的宽度是能够满足安全要求的。 对保护的高度:

79.523(m)15m 7108.518.8(m)15m 2﹑3号针之间的高度：h034.371﹑2号针之间的高度：h034.379.52108.521﹑3号针之间的高度: h034.334.31915.3(m)15m

7由此可知,对保护物的高度能够满足安全要求。 所以,123针是满足要求的。

由于4针的是长方形摆放的。因此，选择四只高度选为35m的避雷针能保护整个变电所。

7.2 避雷器

避雷器实质上是一种过电压器,它是过电压能量的接受器,它和其他的保护设备并联运行,当电压超过一定的数值之后，避雷器就会优先动作，释放出大量能量,有效地过电压大小,从而保护电气设备的安全。

电力系统中广泛采用的避雷器主要是阀式的避雷器。根据避雷器的额定电压以及灭弧电压的有效值进行选择。

查寻设计手册,选择表7-1所示设备。

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表7-1 避雷器技术参数

工频放电电压有效值KV 灭弧电压KV 冲击放电电压峰值 (1.5/20μs及1.5/40μs)不大于KV 620 326 45 8/20μs雷电冲击波残压峰值不大于KV 10K 5KA 型号 额定电压有效值KV 不小于 不大于 A FZ-220J FZ-110J FZ-10 220 110 10 200 100 12.7 448 224 26 536 268 31 652 326 45 715 358 50 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，110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。

7.3 防雷接地

防雷在于接地是指各种防雷保护装置都配置合适的接地装置。将雷泻入大地，从而有效地保护电气设备。

接地是指将地面上的金属或者电气回路中的某一节点通过一定的金属导体与大地连接，以保持等电位,接地按照功能可分三类：

防雷接地:作用是将雷电流泄入大地,从而减小过电压,它防雷保护装置不可缺少的组成部分，它只有在故障情况下才发挥作用，它又有些像保护接地,它的阻值一般在的范围内。

工作接地:电力系统正常运行的不同需设置所需不同的的接地，它规定的的接地电阻大小约在的0.510范围内。

保护接地:这种接地方式的有无并不影响电力系统的正常运行，但是出于安全考虑，应将电气设备的金属外壳等接地,这种接地方式是在故障的条件下才发挥作用的,它所规定的接地电阻大小处于的110范围内。

从上可知,接地电阻取10较合适。

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查接地装置i与i表,选用一字形的接地体。 查得:i0.45

iRi R(式中:Ri—冲击电流下的电阻;R—工频电流下的电阻)

Ri0.45104.5

7.4 变电所的进线段保护

变电所雷电侵入波的主要方式是装设避雷器,当避雷器动作后，可以侵入波，达到保护变压器的目的。为了使避雷器能够准确可靠动作，变电站必须有一段进线段。在这种线路靠近变电站的一段进线上,应装设避雷针或避雷线,以减少变电站可能受到的雷击事故。进线保护的作用主要是降低陡度和电流。

7.5 接地装置

无论是保护接地还是工作接地，均要经过接地体或接地线与大地相连接 1）接地体

待设计变电站的俯视图为长方形，因此接地体也取为长方形，选取直径为48mm，长为250cm的钢管作为接地体，埋地深度0.8m,接地体之间用镀锌扁钢连接，应保证接地地电阻R4。

2）接地线

接地线是连接接地体和电气设备接地部分的金属导体，一般采用的截面积不小于4mm*12mm的扁钢，直径不应小于6mm的圆钢。

7.6 本章小结

根据本次变电站的电压等级和在电力系统中所处的地位，选取了合适的避雷针、避雷器和防雷接地的方式，通过计算表明均能能达到防雷的预期效果。

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第8章 配电装置规划

8.1 概述

配电装置是电力系统的重要组成部分。它按照电气主接线的规定，由保护和测量电器以及开关设备，母线和一定的电气辅助设备组成，主要作用是接受和分配电能。

配电装置的设计的基本原则： （1）安全可靠和操作方便； （2）与检修安装条件相符合；

（3）确保电气设备在各种气象条件和不同的地形条件下能够正常运行； （4）节约占地面积； （5）节约材料，降低成本； （6）便于安装和扩建。

8.2 高压配电装置的选择

配电装置的结构尺寸，需要综合考虑电气设备外形尺寸，安全距离和电气绝缘距离等因素而决定，在空气中敞露的配电装置，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最小安全净距。

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符号 适用范围 A1 图号 额定电压（kV） 3-10 15-20 35 63 110J 110 220J 330J 500J 8-1屋外配电装置的安全净距（mm）

1、带电部分至接地部分之间 10-1 200 300 400 650 900 1010 1800 2500 3800 2、网状遮栏向上延伸线距地10-2 2.5m处与遮栏上方带电部分之间 10-1 200 300 400 650 1000 1100 2000 2800 4300 1、不同相的带电部分之间 2、断路器和隔离开关的断口两10-3 侧引线带电部分之间 1、设备运输时，其外部至无10-1 950 1050 1150 1400 1650 1750 2550 3250 4550 遮栏带电部分之间 2、交叉的10-2 不同时停电检修的无遮栏带10-3 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 1、网状遮栏至带电部分之间 10-2 300 400 500 750 1000 1100 1900 2600 3900 1、无遮栏裸导体至地面之间 10-2 2700 2800 2900 3100 3400 3500 4300 5000 7500 2、无遮栏裸体至建筑物、构10-3 筑物之间 1、平行的不同时停电检修的10-1 2200 2300 2400 2600 2900 3000 3800 4500 5800 无遮栏带电部分之间 2、带电10-2 部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间 A2 B1 B2 C D

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表8-2屋内配电装置的安全净距（mm）

符号 适用范围 图号 3 6 额 定 电 压（KV） 10 15 20 35 63 110J 110 220J A1 1、带电部分至接地部分10-4 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 A2 1、不同相的带电部分之10-4 间 2、断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间 75 100 125 150 180 300 550 850 950 1800 75 100 125 150 180 300 550 900 1000 2000 B1 1、栅状遮栏至带电部分10-4 825 850 875 900 930 1050 1300 1600 1700 2550 之间 2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 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）10-4 2375 2400 2425 2450 2480 2600 2850 3150 3250 4100 面之间 D 平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间 E 通向屋外的出线套管至屋外通道的路面 10-4 1875 1900 1925 1950 1980 2100 2350 2650 2750 3600 10-4 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4500 5000 5000 5500 以表中所列为各种间隔距离中的最小安全净距，《高压配电装置设计技术规程》中的A值是指带电部分至接地部分或相间的最小安全净距，这一距离可以保证正常或过电压的情况下，都不发生电击穿。B、C、D值都是在A值的基础上，加上各种活动范围及误差等尺寸而确定的【1】。

本次设计的变电站共有三个电压等级：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，而35KV及以下多采用屋内配电装置，故本站的220KV和110KV采用屋外配电装置，其中220KV侧采用中型配电装置，110KV采用更加节省材料的半高型配电装置；10KV采用屋内配电装置二层式配电装置。

屋外配电装置可以分为中型、中高型和高型等。本次设计的变电站，适合选用普通中型屋外配电装置。

8.2 本章小结

本章考虑了屋内外配电装置的安全净距，选取了各种电压合适了配电装置。

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第9章 继电保护规划

继电保护装置是一种能反映电气设备发生故障或不正常工作状态，并作用于断路器跳闸或发出信号的自动装置。

电力系统中的电力设备和线路，都应装设短路故障和异常运行保护装置。电力设备和线路的保护应有主保护和后备保护，必要时可再增设辅助保护。

继电保护装置应满足四个基本要求：可靠性、灵敏性、选择性、速动性【3】。

9.1 主变压器保护

电力变压器是电力系统中大量使用的一种电气设备，它的正常运行是电力系统稳定运行的前提，尤其是大型电力变压器（如本次220kV变电站的变压器），因为其造价高，结构复杂，如果因为故障而损坏，将造成极大的经济损失。因此，此次220kV变电站设计中主变保护如下：

9.1.1 主变压器的主保护

1、变压器气体保护

在油浸式变压器邮箱内发生故障时，故障点的温度升高，使变压器油温升高，从而使油里的空气被排出形成上升气泡，若故障点发生电弧，则变压器油和其他绝缘材料分解出大量气体，这些气体自油箱流向油枕上部，故障情况越严重，产生气体越多，流动速度越快，利用这些气体实现的保护称为气体保护

当变压器内部发生轻微故障时，将会发出轻气体动作信号，发生严重故障时将断开变压器各电源侧的断路器。

2、变压器的差动保护

差动保护能够区分被保护元件保护区内外故障，能够迅速切除保护区内的故障，反应变压器绕组、套管和引出线上的相间短路，220kV绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器【16】。

9.1.2 主变压器的后备保护

1、过电流保护

反应外部相间短路并作为气体保护与纵差保护的后备保护，带时限跳主变高

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压侧（或低压侧）断路器。当不符合灵敏性要求时，可采用复合电压起动的过电流保护。本次设计的变电站中装设两套过流保护装置，一套在110kV侧并安装方向元件，220kV侧装设一套，设置两个时限ts和tⅢ，时限确定原侧为tⅢ≥tⅡ+△t。

2、过负荷保护

变压器的过负荷在多数情况下是三相对称的，因此只过负荷保护只用一个电流继电器接于一相电源，经延时作用于信号。本次的220kV变电站三侧容量不相等，过负荷保护应装于220kV侧及容量较小的10.5kV侧【16】。

9.1.3 变压器的零序过流保护

大型的变压器接地，通常应装设零序电流保护，作为主保护的后备保护和相邻元件的后备保护，所以，每台变压器应装设两套零序电流保护，一套针对中性点接地运行方式，而第二套用于中性点不接地运行方式。

9.2 线路保护部分

在发电厂和变电站中，屋内和屋外配电装置的母线室电能分配中的重要环节，母线故障多数情况是单相接地，多项短路发生的几率较小。

9.2.1 220KV线路保护

220kV线路的正常运行，对电力系统有着至关重要的影响，本次220kV线路配置的保护：

1、纵联差动保护 2、三段式距离保护 3、零序过流保护 4、过电流保护

9.2.2 110KV线路保护

因为110kV侧有供电对象主要是大型的工厂，而另一些间隔出线作为35KV的小型变电站进线，因此需要较高的稳定性，110KV线路保护如下：

每条线路配一套数字高压线路成套快速保护装置，采用保护方式有 1、三阶段式相间保护

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2、接地距离保护 3、四段零序保护 4、三相一次自动重合闸

9.2.3 10KV母线保护

10KV侧接线方式为单母线分段，可以配置的保护主要有： 1. 定时限过电流保护； 2. 电流速断保护； 3.三相一次重合闸装置。

9.3 本章小结

本章简单介绍了主变压器的主保护、后备保护、零序保护和各电压等级母线的保护方式。

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第10章 结束语

本文是在对原始资料进行详细的研究和分析，了解变电站的基本特性和工作原理，在此基础上初步完成了变电站电气部分的设计，即根据原始资料中的主变规模、电压比和容量比，确定了主变压器的台数、容量、相数、调压方式和冷却方式等标准，选取了SFSZ11-K-120000/220型变压器；而根据220KV侧出线8回（2回备用）和110KV侧出线10回等条件，拟定了方案一和方案二，比较了两种主接线方式的优缺点，并综合考虑可靠性和经济性以及本变电站在地区供电中的地位，选取了可靠性更高，造价更高的接线方案二；确定了站用电的接线方式；明确了短路故障的严重后果，做出了等值电路图，计算出各电压等级短路电流有名值、短路电流有效值和冲击电流；根据已经求得的短路电流数据，按照高压电气设备的选择要求，初步选择了各电压等级的高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、35KV侧高压熔断器和各侧的导体，并对所选电气设备进行了校验，经校验均符合要求；由于变电站作为地区供电的枢纽，所以应避免雷击等自然因素引起的故障，为此本文对避雷针、避雷器和防雷接地作了一定的布置；最后对配电装置和继电保护装置做了简单的阐述。

本文使用的软件主要是Auto CAD2009，使用此软件主要设计了变电站的主接线图和变电站的断面图。

经过近两个月的时间，基本完成了本次毕业设计。本设计只是理论上的设计，离实际工程设计还相差很远，而本设计只是涉及到变电所得一次部分，没有提到二次部分。由于本人的经历、阅历、实践操作能力有限，毕业设计中难免存在一些不尽人意的地方，请各位老师指点。

通过本次设计，不仅丰富了我的专业知识，还让我深深体会到了认识事物的过程。从拿到题目，再查阅资料，对题目进行设计、论证、修改到设计的完成，体现了理论联系实际的重要性。更重要的是这次设计让我学会完成一件事情，为将来参加工作做好了基础。针对本次设计中的不足之处，我会在以后的工作和学习过程中不断地完善和改进。

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致 谢

从大学到现在，从课题开始到论文的顺利完成，我满怀欣喜，回想求学之路，快乐而艰辛，在这本科生涯即将结束之际，一直都离不开父母、老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

感谢我的指导老师--傅成华老师，在整个的毕业设计期间，都凝结了傅老师的精心指导和细心检查。这里我特地向表示由衷的感谢！傅老师，谢谢您的指导！

我要特别感谢我含辛茹苦的父母，感谢他们对我学业的理解与支持。 最后，我还要对在这次设计中，帮助和支持我的同学，表示感谢！再一次向四年来所有支持和帮助过我的老师、同学和亲友表示衷心的感谢！

恩情似海，永生难忘！衷心祝愿各位老师身体健康，工作顺利，生活幸福美满！祝朋友们心想事成，美梦成真！

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参考文献

[1] 熊信银.发电厂电气部分[M]. 北京：中国电力出版社，2004.

[2] 宋继成.220—500KV变电所电气接线设计[M]. 北京：中国电力出版社，2004. [3] 刘学军.继电保护原理[M]. 北京：中国电力出版社，2007. [4] 文锋.现代发电厂概论[M]. 北京：中国电力出版社，2008. [5] 孟祥萍.电力系统分析[M]. 北京：高等教育出版社，2004. [6] 刘笙.电气工程基础[M]. 北京：科学出版社，2002.

[7] 黄益庄.变电站综合自动化技术[M]. 北京：中国电力出版社，2001. [8] 陈跃.电气工程专业毕业设计指南[M]. 北京：中国水利水电出版社，2003. [9] 弋东方.电气设计手册电气一次部分[M]. 北京：中国电力出版社，2002. [10] 刘吉来，黄瑞梅.高电压技术[M]. 北京：中国水利水电出版社，2004. [11] 何仰赞.电力系统分析[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2002. [12] 周泽存，沈其工等.高电压技术[M]. 北京：中国电力出版社，2007.

[13] 梁玲，王宪生.中文版Auto CAD2009电气设计[M]. 北京：清华大学出版社，2009. [14] Novotny D W, Lipo TA. Vector Control and Dynamics of AC Drives[M]. Clarendon

Press.Oxford, 2005.

[15] Chih-Min Lin. Neural-Network-based Adaptive Control for Induction Servomotor Drive

System[J]. IEEE Transaction On Industry Electronics:2002,49(1):pp 115～123. [16] Akagi. H. New Trends in Active Filter for Power Conditioning[J]. IEEE Trans IA:2007,

32(6): 1312～1322.

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附录

变电所断面图

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