220kv变电站毕业设计

国泰220kV一次降压变电所电气部分设计

中文摘要

本文主要对国泰220kV一次降压变电所电气部分进行设计，根据任务书的要求，设计的主要内容包括主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、电气设备选择、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划以及防雷保护的规划等主要工作。本文中对主变的选择、电气主接线的拟定、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划进行了详细的说明，特别是对主变继电保护的规划、动作原理等内容进行了深入的研究和思考。本文重点的计算部分包括短路计算、设备的选择校验计算、和避雷针的保护范围计算等部分。其中短路计算包括对称短路计算和不对称短路计算两部分，分别应用了计算曲线和正序等效原则；防雷计算中采用了等针高的计算方式。

本次设计既满足了电力系统的安全、经济、可靠、环保的基本要求，又重视了电力系统的长期规划长远的发展，注重了解和应用电力系统的新技术新设备，变电所进行设计，是一次较为综合性的实践过程。是对以往所学专业知识的系统总结和提高。本设计属于变电所电气部分初步设计，能够基本满足任务书和毕业论文的总体要求。

关键词 变电所，电气系统，短路计算，电气设备

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Abstract

In this paper The professional graduate in system in electric power design is once more synthesize of training, it is we will during the period of school a profession for learning knowledge proceed theories and practice very good combination, make use of the theories knowledge proceeds with a profession for learning technical ability engineering design with science study. This graduate design thesis is a 220 kV declining to press to change to give or get an electric shock an electricity parts of first steps design. For the sake of dependable that guarantee the power supply with a request that contented long-term burthen, carries according to the forward the programming proceeding design developments, from but guarantee to change to give or get an electric shock can long-term dependable power supply.

This design not only meets the power system security, economic, reliable, basic requirements of environmental protection, but also to the long-term power system planning long-term development, focusing on understanding and application of new technologies and new power system equipment, substation design, is a more integrated practice. Is the knowledge learned in the past and upgrade the system. This design is part of the preliminary design of electrical substations and can basically meet the overall mission statement and these requirements.

Key Word substation，electric power system， short computing，electricity equipment

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国泰220kV一次降压变电所电气部分设计

目录

中文摘要 .......................................................................................................................................... I Abstract .......................................................................................................................................... II 目录 ............................................................................................................................................... III 第一部分 说明书 ........................................................................................................................... 1 1 主变压器的选择 ......................................................................................................................... 1

1.1 主变选择的有关规定 ....................................................................................................... 1

1.2 主变选择的原则 ............................................................................................................... 1

1.2.1 主变台数的确定 ..................................................................................................... 1 1.2.2 变压器形式的选择 ................................................................................................. 1 1.2.3 主变容量的确定 ..................................................................................................... 2 2 电气主接线的选择 ..................................................................................................................... 3

2.1 概述 ................................................................................................................................... 3 2.2 主接线的设计原则 ........................................................................................................... 3

2.2.1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用 ............................................................. 3 2.2.2考虑近期和远期的发展规模 .................................................................................. 3 2.2.3考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响 .............................. 3 2.2.4考虑主变台数对主接线的影响 .............................................................................. 4 2.2.5考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 ...................................................... 4 2.3 主接线设计的基本要求 ................................................................................................... 4

2.3.1 可靠性 ..................................................................................................................... 4 2.3.2 灵活性 ..................................................................................................................... 4 2.3.3 经济性 ..................................................................................................................... 5 2.4 主接线的确定 ................................................................................................................... 5

2.4.1 对原始资料的分析 ................................................................................................. 5 2.4.2 主接线方案的拟定 ................................................................................................. 5

3 短路计算 ..................................................................................................................................... 8

3.1 概述 ................................................................................................................................... 8 3.2短路电流计算的主要目的 ................................................................................................ 8 3.3短路计算中的一般规定 .................................................................................................... 8 3.4电路元件参数的计算 ........................................................................................................ 9

3.4.1基准值 ...................................................................................................................... 9 3.4.2各元件参数标么值计算 .......................................................................................... 9 3.4.3标么值表示的等值网络 .......................................................................................... 9 3.5 三相短路电流周期分量计算 ......................................................................................... 10

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3.5.1影响短路电流变化规律的主要因素 .................................................................... 10 3.5.2应用计算曲线的具体步骤如下： ........................................................................ 10

4 电气设备的选择 ....................................................................................................................... 11

4.1 概述 ................................................................................................................................. 11

4.1.1 一般原则 ............................................................................................................... 11 4.1.2 选择的一般问题 ................................................................................................. 11 4.1.3 选择项目的说明 ................................................................................................... 11 4.2 高压断路器的选择 ......................................................................................................... 12 4.3 高压隔离开关的选择 ..................................................................................................... 12 4.4 母线选择 ......................................................................................................................... 13

4.4.1软导线介绍 ............................................................................................................ 13 4.4.2一般要求 ................................................................................................................ 14 4.4.3导体截面积的选择与校验 .................................................................................... 14 4.5 电流互感器 ..................................................................................................................... 14

4.5.1参数选择 ................................................................................................................ 14 4.5.2一次额定电流选择 ................................................................................................ 15 4.5.3电流互感器准确级 ................................................................................................ 15 4.5.4热稳定和动稳定校验 ............................................................................................ 15 4.6 电压互感器 ..................................................................................................................... 16

4.6.1 电压选择 ............................................................................................................... 16 4.6.2 准确度选择 ........................................................................................................... 16 4.7 避雷器 ............................................................................................................................. 17

4.7.1 避雷器的参数 ....................................................................................................... 17 4.7.2 避雷器的配置 ....................................................................................................... 17

5 配电装置 ................................................................................................................................... 19

5.1 屋内外配电装置的安全净距 ......................................................................................... 19

5.1.1 概述 ....................................................................................................................... 19 5.1.2 分类及特点 ........................................................................................................... 19 5.1.3 屋内外配电装置的安全净距 ............................................................................... 19 5.2 屋外配电装置 ................................................................................................................. 21 5.3 设计原则 ......................................................................................................................... 21 5.4 设计要求 ......................................................................................................................... 22

5.4.1 满足安全净距的要求 ........................................................................................... 22 5.4.2 施工、运行和检修的要求 ................................................................................... 22 5.5 配电装置形式的选择 ..................................................................................................... 23 6 继电保护及自动化装置规划设计 ........................................................................................... 24

6.1 继电保护在电力系统中的作用 ..................................................................................... 24 6.2 继电保护的基本要求 ..................................................................................................... 24

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6.3 选择保护配置及构成方案时的基本要求 ..................................................................... 24 6.4 主要设备继电保护配置 ................................................................................................. 25

6.4.1 变压器保护 ........................................................................................................... 25 6.4.2 母线保护 ............................................................................................................... 26 6.4.3 线路保护 ............................................................................................................... 26 6.5 自动化装置配置 ............................................................................................................. 27

6.5.1 自动重合闸 ........................................................................................................... 27 6.5.2 备用电源自动投入装置 ....................................................................................... 27

7 过电压保护 ............................................................................................................................... 28

7.1 概述 ................................................................................................................................. 28 7.2 配电装置的防雷保护 ..................................................................................................... 28 7.3 防雷设计要求和所需资料 ............................................................................................. 28 第二部分 计算书 ......................................................................................................................... 30 1 主变压器的容量计算 ............................................................................................................... 30

1.1变电所60kV的用户总容量 ........................................................................................... 30 1.2变压器的容量 .................................................................................................................. 30 1.3主变压器容量的选择 ...................................................................................................... 30 2 短路电流计算 ........................................................................................................................... 32

2.1 系统等值网络 ................................................................................................................. 32

2.1.1 系统等值电路图 ................................................................................................... 32 2.1.2 各元件电抗标幺值的计算 ................................................................................... 32 2.2 K1点短路电流计算 ........................................................................................................ 33

2.2.1 网络化简 ............................................................................................................... 33 2.2.2 短路电流计算 ....................................................................................................... 35 2.3 K2点短路电流计算 ....................................................................................................... 36

2.3.1 网络化简 ............................................................................................................... 36 2.3.2短路电流计算 ........................................................................................................ 38 2.3.3短路电流计算结果 ................................................................................................ 39

3 设备的选择计算 ....................................................................................................................... 40

3.1 断路器的选择 ................................................................................................................. 40

3.1.1 220 kV侧断路器的选择 ....................................................................................... 40 3.1.2 60kV侧断路器的选择 .......................................................................................... 42 3.2 隔离开关选择 ................................................................................................................. 44

3.2.1 220kV侧隔离开关的选择 ................................................................................. 44 3.2.2 60kV侧隔离开关选择 .......................................................................................... 45 3.3 电压互感器选择 ............................................................................................................. 47 3.4 电流互感器的选择 ......................................................................................................... 48

3.4.1 220 kV侧电流互感器选择 ................................................................................ 48

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3.4.2 60kV侧电流互感器选择 ................................................................................... 49 3.5 母线的选择 ..................................................................................................................... 51

3.5.1 220 kV侧母线的选择 ........................................................................................ 51 3.5.2 60 kV侧母线的选择 .......................................................................................... 52 3.6 避雷器的选择 ................................................................................................................. 53 4 避雷针的保护范围计算 ........................................................................................................... 55

4.1 避雷针的定位及针距 ..................................................................................................... 55 4.2 变电所避雷针布置图 ..................................................................................................... 55 4.3 保护范围计算 ................................................................................................................. 55 总结 ............................................................................................................................................... 57 致谢 ............................................................................................................................................... 58 参考文献 ....................................................................................................................................... 59 附录 ............................................................................................................................................... 60

A1.变电所电气主接线图 ...................................................................................................... 60 A2.变电所配电装置平面图 .................................................................................................. 60 A3.变电所高压配电装置断面图 .......................................................................................... 60 A4.全所防雷保护图 .............................................................................................................. 60

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第一部分 说明书 1 主变压器的选择

在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的主要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。

1.1 主变选择的有关规定

（1）主变容量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规定》SDJ161-85有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。

（2）与电力系统连接的220～330kV变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。

（3）变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，电力系统采用的绕组连接方式只有“Y”型和“△”型，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

（4）主变的冷却方式，主变的一般冷却方式有：自然冷却方式、强迫油循环风冷却方式、强迫油循环水冷却方式 、强迫油循环导向冷却方式等。大型变压器一般采用强迫油循环风冷却变压器。

（5）主变调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ161的有关规定。

1.2 主变选择的原则

1.2.1 主变台数的确定

为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变，当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证共电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电所，根据工程的具体情况，应装设2～4台主变。

在本次设计中，选用两台主变压器。

1.2.2 变压器形式的选择

（1）主变压器一般采用三相变压器，若因制造和运输条件限制，在220kV的变电所中，可采用单相变压器组。当装设一组单相变压器时，应考率装备用相，当主变超过一组且各

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组容量满足全所负荷的75%时，可不装设备用相。

（2）当系统有调压要求是，应采用有载调压变压器。对新建的变电所，从网络运行的观点考虑，应注意选用有载调压变压器，其所附加的工程造价，通常在短期内是可以回收的。

（3）与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除低压负荷较大或与高中压间潮流不定情况外，一般采用自耦变压器，但仍需要作技术经济比较。

（4）本次设计的变电所，电压等级为220/60kV为一次降压变电所以应采用双绕组变压器。

1.2.3 主变容量的确定

根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。

主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。

同级电压的单台降压变压器的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。在本次设计中，两台主变压器为相同容量。

变压器最大负荷按下式确定：

Pmax=K0∑P （1.1） 式中 K0—负荷同时系数；

∑P --按负荷等级统计的综合用电负荷。 对于两台主变压器的变电所，其主变压器的额定容量可按下式确定：（重要负荷占70%以下）

SN≥ 0.7Smax =0.7 K0×1.05Smax （1.2）

上式中考虑5%的线路损耗。如果重要负荷超过70%，则按原始资料中的百分比代替70%计算，来确定主变压器的额定容量。

本次设计变压器选用SFPZ4-63000/220型变压器，其参数如表1.1所示:

表1.1 变压器参数表 型号 SFPZ4- 63000/220 额定容量（kVA） 63000 额定电压（kV） 高 220±8×1.5% 低 63 连接组标 号 YN，d11 空载电空载损负载损耗阻抗电压（%） 13.4 流（%） 耗（KW） （KW） 0.8 78 270 S—三相变压器；F—风冷；P—强迫油循环；Z—有载调压；63000—额定容量（kVA）；220—额定电压（kV）

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2 电气主接线的选择

2.1 概述

电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送电能的总电路。将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为电气主接线图。变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的，所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身，同时也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线设计是一个综合性问题。

变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量，负荷性质，线路，变压器连接元件总数，设备特点的条件确定。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。

在主接线设计时，必须从全局出发，统筹兼顾，根据本变电所在系统中的地位，进出线回路数，负荷情况，工作特点，周围环境条件等确定合理的设计方案。

2.2 主接线的设计原则

2.2.1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用

变电所在电力系统中地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所可以分为枢纽变电所、地区变电所、终端变电所和中间变电所，它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性灵活性和经济性的要求也不同。

2.2.2考虑近期和远期的发展规模

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

2.2.3考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响

对于一级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般要有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。

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2.2.4考虑主变台数对主接线的影响

变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型的变电所，由于其传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性，灵活性的要求也高，而对于容量小的变电所，要求则相对较低。

2.2.5考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

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

2.3 主接线设计的基本要求

变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位，变电所的规划容量，负荷性质，线路，变压器连接元件总数，设备特点等条件确定。并应该综合考虑供电可靠，运行灵活，操作检修方便，投资节约和便于过度或扩建等要求。

2.3.1 可靠性

所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准就是运行实践，经过长期运行实践的考验，对以往所采用的主接线，经过优选。现今采用主接线的类型并不多，主接线的可靠性是它所的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性不是绝对的，一种主接线对某些变电所是可靠的，而对另一些变电所可能是不可靠的。评价主接线的标志是：

（1）断路器检修时是否影响供电

（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数与停运时间的长短，以及能否保证对重要用户供电

（3）变电所全部停电的可靠性

（4）有些国家以每年用户不停电时间的百分比来表示供电所的可靠性，先进的指标都在99%以上。

2.3.2 灵活性

主接线的灵活性有以下几个方面要求：

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（1）调度要求：可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求

（2）检修要求：可以方便的停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致影响对用户的供电。

（3）扩建要求：可以容易的从初期过度到终期接线，便在扩建时，无论一次和二次设备改造最小。

2.3.3 经济性

主接线在满足可靠性与灵活性要求的前提下要做到经济合理，减小占地面积，减少电能损耗，尽量节省投资。

2.4 主接线的确定

2.4.1 对原始资料的分析

根据任务书上所给的原始资料可知，本次设计的变电所的电压等级为220/60kv，为一次降压变电所的目的主要是为重工业城市的工业区工厂供电（有重要负荷）。该变电所有两个电压等级，分别为220kV和60kV。220kV侧有两回进线，60kV侧有12回出线。

2.4.2 主接线方案的拟定

根据该变电所的电压等级和进出线回数

220kv侧：可采用的主接线形式有单母分段接线和单母分段带旁路母线接线 (1)单母分段接线

出线回路数增多时，单母线供电不够可靠，一台断路器检修该回路停电，母线故障相应回路停电，两段母线同时停电的机率较小，不可能全所停电，而需用断路器将母线分段，成为单母线分段接线。

优点：

1)接线简单，经济，方便； 2)用断路器把母线分段后，可以进行分段检修，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；

3)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和不致使重要用户停电。

缺点：

1)当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； 2)当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越； 3)扩建时需向两个方向均衡扩建.

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单母线分段接线如图2.1

图2.1 单母线分段

单母分段带旁路母线接线形式

规程规定，采用母线分段或双母线的110-220kV的配电装置，在满足下列条件时可以不设旁路母线：当系统允许停电检修时，如为双回路供电或负荷点可又线路其他电源供电；当线路允许断路器停电检修；配电装置为屋内型为节约配电面积可不设旁路母线而用简易隔离开关代替；采用维修周期较长的SF6断路器或全封闭组合电器。 优点：

1)一台断路器检修该回路不停电，供电可靠性增强； 2)母线故障可保住更多重要负荷； 缺点：

1)增加一台断路器的投资； 2)占地面积大

单母分段带旁路母线形式接线如图2.2

WPQFP 图2.2 单母线分段带旁路母线

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由上分析可知，本次设计采用设计的初步计划用SF6断路器，且变电所本身220kV侧为2回出线，出线回路数较少，因此经济性可靠性等多方面分析，采用单母线分段。

60kV侧：可采用的主接线方式有双母线接线，双母分段接线以及双母带旁路接线。根据《变电所设计》所述，有可能停电检修断路器，并且60kV侧所有用户都为双回路供电，因此可不设旁路母线。

(1)双母线 优点：

1）可以轮流检修母线而不致中断供电；

2）检修任一回路隔离开关时，只停该回路，母线故障后，可迅速恢复供电； 3）调度灵活，各电源和负荷回路可以任意分配到某一组母线上； 4）有利于扩建和便于试验。

缺点：使用设备多（特别是隔离开关），配电装置复杂，投资较多；在运行中隔离开关作为操作电器，容易发生误操作。接线方式如图2.3

图2.3 双母线接线方式

(2)双母带旁路接线

这种接线方式具有很高的可靠性和灵活性，但增加了母联断路器和旁路断路器数量，配电装置投资较大。

综上所述，虽然本次设计任务书中，所有用户都有重要负荷，但都为双回路供电，双母线接线就可以满足供电可靠性与灵活性。为了减少电气设备，节省投资，不选用双母带旁路接线方式。所以二次侧接线方式确定为双母线接线方式。

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3 短路计算

3.1 概述

所谓短路是指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。

产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因设备过电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路杆塔也能造成短路事故。所谓短路是指相与相之间通过电弧或其他较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。

三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路以及两相接地短路。

由电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少，但情况较严重，应给以足够的重视。从短路计算方法来看，一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都可归结为对称短路的计算。

在短路过程中，短路电流是变化的，其变化情况决定与系统容量的大小，短路点距电源的远近，系统内发电机是否有调压装置等因素。根据线路电流的变化情况，通常把电力系统分为无限容量系统和有限容量系统两大类。

为了校验和选择电气设备及载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用到下述短路电流值：短路电流的冲击值，最大有效值，次暂态短路电流有效值，以及短路后不同时刻的短路电流周期分量有效值，而短路时刻由网络中的条件及所要选用设备的参数确定。

3.2短路电流计算的主要目的

（1）电气主接线的比较与选择。

（2）选择断路器等电器设备，或对这些设备提出技术要求。 （3）为继电保护的设计以及调试提供依据。

（4）评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。

3.3短路计算中的一般规定

（1）验算导体和电器动稳定，热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规则（一般为本期工程建成后5～10年）。

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

（3）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。

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3.4电路元件参数的计算

3.4.1基准值

高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、线路等）的电抗采用标准值计算。为了计算方便，通常取基准容量Sj=100MVA，或Sj=1000MVA，基准电压Uj一般用各级的平均电压，即Uj=Up=1.05Ue。

当基准容量Sj（MVA）与基准电压Uj（kV）选定后，基准电流Ij（kA）与基准电抗Xj（Ω）便已确定，如下式： 基准电流：

Ij?Sjj3U （3.1）

基准电抗：

Xj?Ujj3I?US2jj （3.2）

3.4.2各元件参数标么值计算

电路元件的标么值为有名值与基准值之比 ，采用标么值之后，相电压和线电压的标么值是相同的，单相功率和三相功率的标么值也是相同的，这是标么值的优点之一。某些物理量可以用标么值相等的的另一些物理量来代替，如I*=S*，这是标么值的另一个优点。

3.4.3标么值表示的等值网络

按平均额定电压之比计算： 发电机

??*XG=XdSjSN (3.3)

变压器

XT=

线 路

XL=Xl?l?

- 9 -

Ud0×

SjSN (3.4)

SUj2p (3.5)

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3.5 三相短路电流周期分量计算

在本次设计中，所给的电源为发电机组和电力系统，均为有限电源，所以在此只说明有限电源供给的短路电流的计算方法。

3.5.1影响短路电流变化规律的主要因素

影响短路电流变化规律的主要因素有两个：一个是发电机的特性（指类型、参数等），另一个是发电机对短路点的电气距离。在离短路点很近的情况下，发电机本身特性的不同对短路电流的变化规律起决定的作用，因此不能将不同类型的发电机合并成为一组。如果发电机到短路点之间的电气距离很大时，不同类型发电机的特性引起短路电流变化规律的差异受到极大的削弱，在这种情况下，可以将不同类型的发电机合并起来。

3.5.2应用计算曲线的具体步骤如下：

（1）绘制等值网络； （2）进行网络变换：

（3）将前面求出的转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归算，便得到各等值发电机对短路点的计算电抗：

Xjs1= X1K×

SNS?1j (3.6)

Xjs2= X2K×

SNS?2j (3.7)

式中SN∑1、 SN∑2??为等值电源1、2的额定容量。

（4）由计算电抗分别根据适当的计算曲线找出指定时刻各等值发电机提供的短路周期电流的标么值；

当Xjs＞3.45时，由它供给的三相短路电流是不衰减的，其周期分量有效值的标么值为：

I*=1/Xjs (3.8) （5）计算短路电流周期分量的有名值。 按下式计算：

I??=I1?0?IN?1+I2?0?IN?2+? (3.9)

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4 电气设备的选择

4.1 概述

电气设备是按流过设备的长期最大负荷电流和额定电压选择。按短路电流进行热稳定校验，设备的额定电压必须不低于设备安装地点的电网额定电压，额定电流必须不低于流过设备的最长期负荷电流。

4.1.1 一般原则

(1)应满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 (2)应按当地环境条件校核。 (3)应力求技术先进和经济合理。

(4)与整个工程的建设标准应协调一致。 (5)同类设备应尽量减少品种。

4.1.2 选择的一般问题

高压电器选择的主要任务是选择满足变电所及输、配电线路正常和故障状态下工作要求的合理的电器，以及保证系统安全、可靠、经济的运行条件。在高压电器选择中的主要问题有下述几点：

(1)高压电器应满足正常工作状态下的电压和电流的要求。 (2)高压电器应满足安装地点和使用的环境条件要求。 (3)高压电器应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求。 (4)高压电器应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质。

4.1.3 选择项目的说明

(1)按工作电压和工作电流选择 电器的额定电压或最高工作电压不应小于所在回路的工作电压。避雷器、电压互感器的额定电压应符合所在回路的工作电压。电器的额定电流不应小于该回路的工作电流。 (2)短路计算时间

电器的热稳定和开断能力时，还必须合理地确定短路计算时间。验算热稳定的计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应短路器的全开断时间之tab和，即：

tk=tpr?tab (4.1)

tab=ta+tin (4.2)

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式中 tab—断路器全开断时间；

tpr—后备保护动作时间，一般取0.3s； tin—断路器固有分闸时间，一般取0.02s；

ta—为断路器开断时电弧持续时间，对少油断路器为0.04～0.06S，对SF6和压缩

空气断路约为0.02～0.04S，本设计中初步计划用SF6，取0.02s。。 (3)热稳定校验

所谓热稳定校验是指稳态短路电流在假想时间内通过高压电器时，其各部分发热量不会使高压电器超过规定的最大容许温度，即：

It2t≥Qk (4.3)

式中 Qk —短路电流产生的热效应；

It —电器允许通过的热稳定电流。 (4)动稳定校验

动稳定校验的目的是：在冲击电流作用下高压电器的载流部分所产生的电动力是否导致高压电器的损坏。 满足动稳定的条件为

Ies≥Ish （4.4）

式中 Ish —短路冲击电流幅值及其有效值；

Ies —电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。

4.2 高压断路器的选择

在各种电压等级变电所的设计中，断路器是最为重要的电气设备。高压断路器的工作最为繁重，地位最为关键，结构最为复杂。

在电力系统运行中，对断路器的要求是比较高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。

断路器型式选择，除了应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，本次设计为了保证供电可靠性，选用SF6断路器。

在校验断路器的断流能力时，应用开断电流代替断流容量。一般取断路器实际开断时间（继电保护动作时间与断路器固有分闸分闸时间之和）的短路电流作为校验条件。

本次所设计变电所220kV侧选用LW6B-220型断路器, 60kV侧选用LW9-63型断路器，其参数如表4.1所示。

4.3 高压隔离开关的选择

高压隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全

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取决于断路器的开断时间。故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。

220kV侧选择GW7-220D(W)和GW6-220G型隔离开关，60kV侧选择GW5-60G型隔离开关，其参数如表4.2所示。

表4.1 220kV和60kV断路器的参数 额定电型号 压 （kV） LW6--220 9-63 220 63 最高工作电压 （kV） 252 72.5 额定电流 （A） 3150 2500 额定短路额定关合动稳定电流 峰值 （kA） 80 63 热稳定电流 4S 31.5 31.5 合闸时间 分闸时间 开断电流 电流峰值 （kA） 40/50 31.5 （kA） 80 63 （mS） （mS） ≦28/38 ≦0.12 ≦0.03 ≦90 表4.2 220kV和60kV隔离开关的参数 额定电型号 GW4-220D（W） GW6-220G GW5-60G 压 （kV） 220 220 60 最高工作电压 （kV） 252 252 69 额定 电流 （A） 630 600 1250 动稳定电流（kA） 热稳定电流（kA） 峰值 50 55 50 3S/4S 40（3S） 16（4S） 16 接地 不接地 不接地 备注 4.4 母线选择

导体和电缆是输配电系统传输电能的的主要组成部分，根据结构和用途，导体可分为裸硬导体（矩形、槽形、圆管形导体）和裸软导体（钢绞线、铝绞线、钢芯铝绞线、耐热铝合金导线）及封闭导体。

本次设计中选用的为软导体，主要对软导体进行介绍。

4.4.1软导线介绍

软导体有铝绞线、钢芯铝绞线、耐热铝合金绞线、扩径导线、铝镁硅合金导线、铜绞线等种类，主要用于架空电力线路输送电能及架空避雷线。

钢芯铝绞线适用于架空电力线路作为输送电能之用。但铝绞线由于机械强度低，耐腐蚀性能差，故使用范围受到一定限制。钢芯铝绞线强度和载流能力在一定范围内均能满足要求，且施工安装方便，目前在各级电压配电装置及输电线路上得到广泛应用。

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4.4.2一般要求

(1)配电装置中软导线的选择，应根据环境条件（环境温度、日照、风速、污秽、海拔高度）和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导线的截面和导线的结构形式。 (2)当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择较大截面的导线。当电压较高时，为保持导线表面的电场强度，导线最小截面必须满足电晕的要求，可增加导线外径。

(3)对于220kV及以下的配电装置，电晕对选择导线截面一般不起决定作用，故可根据负荷电流选择导线截面。导线的结构型式可采用单根钢芯铝绞线或由钢芯铝绞线组成的复导线。

4.4.3导体截面积的选择与校验

（1）按经济电流密度选择

对于全年平均负荷较大，母线较长，传输容量也较大的回路，均应按经济电流密度选择。

S?式中 S——经济截面；

Imax——工作电流A ； J——经济电流密度。

查1995年电力部颁发的经济电流密度表 （2）按短路热稳定检验

S ??I?C?Qkkf （4.6）

式中 S—— 所选导体截面mm2.

C—— 热稳定系数； Kf—— 集肤效应系数。

本变电所220kV侧选择母线型式为LGJQ—400型钢芯铝绞线，60kV侧选LGJQ—600型钢芯铝绞线。

ImaxJ （4.5）

4.5 电流互感器

4.5.1参数选择

电流互感器应按高压电器选择的一般要求进行选择，并补充说明如下：

（1）电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距离控制室较远时亦可考虑用1A。

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3 设备的选择计算

3.1 断路器的选择

3.1.1 220 kV侧断路器的选择

最大持续工作电流为

Igmax?1.05?IN?1.05?630003?230?166.06A?IN (3.1)

电网额定电压UNS?220kV，查询电气设备手册，根据电网电压和最大持续工作电流，宜选用LW1—220/1250型断路器，其参数如表3.1：

表3.1 220kV侧断路器参数

型号 额定电压（kV） 额定电流（A） 最高工作电压(kV) 额定开断电流(kA) 动稳定电流(kA) 4S热稳定电流(kA)

LW6B-220 220 3150 252 40/50 80 31.5

周期分量热效应 ：

I???10ItkQp?12222?Itk2tk?2.6062?10?2.85122?2.852?4?32.05?kA??s (3.2)

2由于tk>1s，故不计非周期热效应。短路电流引起的热效应：

QK?QP?32.05(kA)2?s

冲击电流：

ish=1.8?2I\=2.55?2.606=6.645kA (3.3)

断路器的有关参数与计算结果比较如表3.2：

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表3.2 断路器参数与计算结果比较

计算数据 LW6B—220型断路器

UNs 220kV

UN 220 kV Igmax 166.06A

IN 3150 A I?? 2.606kA INbr 31.5 kA ish 6.645kA iNc1 80 kA

Qk

32.05(kA)2?s

I2t?t

3969(kA)2?s

ish 6.645kA

ies 80 kA

LW6B—220合格。

(1)按电压选择：

短路器的工作电压UN=220kV，满足工作要求。

(2)最大持续工作电流选择：

IN?1250A?Igmax 满足要求。

(3)按额定开断电流校验：

INbr?31.5kA, I(??0)=2.606kA

I?I\Nbr 满足要求。

(4)按额定关合电流校验：

INc1?80kA，ish=6.645

INc1?ish 满足要求。

(5)动稳定校验：

ies?80kA, ish=6.645kA

ies?ish 满足动稳定要求。 (6)热稳定校验：

由于tk=4s>1s，故不计非周期分量热效应

I(??0)=2.606kA Itk=2.85kA Itk=2.85kA

2- 41 -

(3.4)

(3.5)

(3.6)

(3.7)

由表可见各项条件均满足，故所选断路器

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I???10ItkQp?12222?Itk2tk?22.6062?10?2.851222?2.852?4?32.05?kA??s

2QN?It?31.5?4?3969?kA??s

2QK?QN (3.8)

满足热稳定要求。

3.1.2 60kV侧断路器的选择

最大持续工作电流为

Igmax?1.05?IN?1.05?630003?63?606.24A

电网额定电压UNS?60kV，查询电气设备手册，根据电网电压和最大持续工作电流，宜选用LW?63型六氟化硫断路器，其参数如表3.3：

表3.3 60kV侧断路器参数

型号 额定电压（kV） 额定电流（A） 最高工作电压(kV) 额定开端电流(kA) 动稳定电流(kA) 4S热稳定电流(kA)

LW?63

63 1250 72.5 25 80 25

周期分量热效应

I???10ItkQp?12222?Itk2tk?3.3722?10?3.11?3.111222?4?39.254?kA??s

2由于tk>1s，故不计非周期热效应。短路电流引起的热效应：

QK?QP? 39.254?kA??s2

冲击电流 ：

ish=1.8?

2I\=2.55?3.372=8.599kA

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断路器的有关参数与计算结果比较如表3.4：

表3.4 断路器参数与计算结果比较

计算数据 UNs 60 kV

Igmax 606.24A

LW-63

UN 63 kV

IN 1250A 25kA 63kA

2500(kA)2?s

I?? 3.372kA INbriNc1 ish 8.599kA

Qk

39.254(kA)2?s

It?t2 ish 8.599kA

ies 25kA

由表可见各项条件均满足，故所选断路器LW?63合格。

(1)按电压选择：

断路器的工作电压UN=63kV满足要求。

(2)最大持续工作电流选择：

IN?1250A?Igmax

满足要求。

(3)按额定开断电流校验：

INbr?25kA，I(??0)=3.372kA

INbr?I\

满足要求。

(4)额定关合电流校验：

INc1?63kA，ish=8.599kA

INc1?ish

满足要求。 (5)动稳定校验：

ies?63kA，ish=8.599kA

ies?ish

满足动稳定要求。 (6)热稳定校验：

由于tk=4s>1s，故不计非周期分量热效应

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QP?39.254(kA)?s，QK?QP2

QN?It?25?4?2500?kA??s

222QK?QN

满足热稳定要求。

3.2 隔离开关选择

3.2.1 220kV侧隔离开关的选择

由于最大持续工作电流Igmax?166.06A，电网额定电压UNS?220kV，查询相关设计手册可选择GW6-220G剪刀式隔离开关，其参数如下表3.5：

表3.5 220kV隔离开关参数

型号 额定电压（kV） 额定电流（A）

GW6—220G

220 1000

80

极限通过电流峰值（kA）

热稳定电流（kA）

31.5(4s)

根据断路器的选择中式(3.2)和式(3.3)可知，短路电流热效应QK?QP?32.05(kA)2?s，冲击电流ish=6.645kA，隔离开关的有关参数与计算结果比较如下表3.6：

表3.6 隔离开关参数与计算结果比较

计算数据 UNs 220kV

Igmax 166.06A

GW6—220G

UN 220kV

IN 1000A

3969(kA)2?s

Qk

32.05(kA)2?s

It?t2 ish 6.645kA

ies 80kA

由表可见各项条件均满足，故所选GW6—220G型隔离开关合格。

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（2）二次级的数量决定于测量仪表、保护装置和自动装置的要求。一般情况下，测量仪表与保护装置宜分别接于不同的二次绕组，否则应采取措施，避免互相影响。

4.5.2一次额定电流选择

当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的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，并在过负荷时使仪表有适当的指示。

为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。

4.5.3电流互感器准确级

为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。

用于电度计量的电流互感器，准确度不应低于0.5级，用于电流电压测量的准确级不应低于1级，非重要回路可使用3级。

4.5.4热稳定和动稳定校验

电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器的热稳定能力常以1S允许通过的热稳定电流It或一次额定电流IN1的倍数Kt来表示，故热稳定应按下式校验：

It2≥Qk或?KtIN1?t≥Qk (4.7)

2电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的动稳定电流Ies或一次额定电流最大值(2IN1)的倍数动稳定电流倍数Kes表示，故内部动稳定可用下式校验：

Ies≥Ish 或

2IN1Kes≥Ish (4.8)

本次设计中，220kV侧选择LB6-220型电流互感器60kv侧选择LCWB5型电流互感器，其参数如表4.3所示：

4.3 220kV和60kV电流互感器参数 额定型号 电流比 A

（1S）额定动额定输出 短时二次组合 准确级 热稳定电抽头 VA - 15 -

稳定电流 kA 额定电压 最高工作电压 kV 流 kA kV 沈阳工程学院毕业设计

续上表

5P20/5P25/LB6-220 300/5 5P20/5P20/0.2 5P25 50 21（5S） 55 220 252 LCWB5 1500/5 0.5/B/B B 50 50 125 60 66 L—电流互感器；B—保护级；6—设计序号；220（60）—额定电压(kV)

4.6 电压互感器

4.6.1 电压选择

(1)一次回路电压的选择

为了确保电压互感器安全和在规定的准确等级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压UNS应在（0.8～1.2）UN1范围内变动

(2)二次回路电压的选择

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。

4.6.2 准确度选择

电压互感器的准确度是在额定二次负荷下的准确级次。必须按测量仪表要求的最高准确度选择。两个电压等级均选用串级式瓷绝缘电压互感器。其参数如表所示：

表4.4 220kV和60kV电压互感器参数 额定电压 产品型号 一次绕组 JDCF-220 220/3 JDC5-60 60/3 二次绕组 测量绕组 0.1/3 保护绕组 0.1/3 0.1/3 0.1 0.1/3 100 100 300 500 2000 2000 剩余电压绕组 二次绕组额定输出 0.2级 0.5级 1 级 3P级 剩余电压绕组额定输出/VA 500 300 J—电压互感器； C—串级式； C—瓷绝缘； 220（60）--额定电压（kV）

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4.7 避雷器

4.7.1 避雷器的参数

普通阀型避雷器有FS型和FZ型两种。FS型主要使用于配电系统，FZ型使用于发电厂和变电所。FZ型避雷器均由结构和性能标准化的单件组成，其单件的额定电压分别为3、6、10、15、20kV和30kV。因此，可由不同单件组成各种电压等级的避雷器，如FZ—35型避雷器是由两个FZ—15型避雷器串联而成。

避雷器的主要技术参数如下： （1）额定电压。避雷器的额定电压必须与安装避雷器的电力系统的电压等级相同。 （2）灭弧电压。灭弧电压是保证避雷器能够在工频续流第一次经过零值时，根据灭弧条件所允许加至避雷器的最高工频电压。对35kV及以下的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作线电压的100%～110%；对110kV及以上中性点接地系统的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作线电压的80%。

（3）工频放电电压。对工频放电电压要规定其上、下限。工频放电电压太高则意味着冲击放电电压也高，将使其保护特性变坏；工频放电电压太低，意味着灭弧电压太低，将会造成不能可靠地切断工频续流。

（4）冲击放电电压。冲击放电电压是指预放电电压时间为1.5～20?s的冲击放电电压，与5kA（对330kV为10kA）下的残压基本相同。

（5）残压。在防雷计算中以5kA下的残压作为避雷器的最大残压

（6）保护比。保护比等于残压与灭弧电压之比。保护比越小说明残压越低或灭弧电压越高，其保护特性越好。FZ和FCD系列避雷器的保护比约在2.3～2.6范围内，FCZ系列避雷器的保护比则为1.7～1.8。

4.7.2 避雷器的配置

阀型避雷器的安装位置和组数，应根据电气设备的雷电冲击绝缘水平和避雷器特性以及侵入波陡度，并结合配电装置的接线方式确定。

断路器、隔离开关、耦合电容器的绝缘水平比变压器为高。因此，避雷器至这些设备的最大允许距离可增大。

避雷器的配置原则如下：

（1）配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器。

（2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在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要求而定。

（3）330kV及以上变压器和并联电抗器处必须装置避雷器，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。

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（5）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。

（6）自耦变压器必须在其两个自耦绕组出线上设置避雷器，并应接在变压器与断路器之间。

（7）下列情况的变压器中性点应装设避雷器：

1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘切且装有隔离开关时。

2）直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。

3）不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。 （8）连接在变压器低压侧的调相机出线处宜装设一组避雷器。 （9）发电厂变电所35kV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。 （10）直配线发电机和变电所10kV及以下，进线段避雷器的配置应遵照《电力设备过电压保护设计技术规程》执行。

氧化锌避雷器长持续时间电流冲击放电能力表征了避雷器的通流容量，在标称放电电流范围以内，雷电冲击容量一般可不进行校验。

表4.5 避雷器的参数 系统型号 额定电压/kV Y10W-216/526 220 避雷器额定电压/kV 216 持续运行电压/kV 146 Y5W-69/224 63 69 63

221 188 562 478 雷电冲击残压/kV 操作冲击残压/kV 备注 标称放电电流为10A 标称放电电流为5A Y—金属氧化锌避雷器；10（5）--标称放电电流（kA）； W--结构特征，无间隙

变压器避雷器中性点避雷器选择结果如表4.6

表4.6 避雷器的参数 型号 额定电压灭弧电压有效值/kV 有效值/kV 110 100 工频放电电压干燥及雨淋有效值/kV 不小于 224 不大于 268 冲击放电电压/kV（预放电时间1.5～2?s）小于 310 冲击残压/kV（不大于） 3kA 332 5kA 350 FZ-110J Y—金属氧化锌避雷器；10（5）--标称放电电流（kA）； W--结构特征，无间隙

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5 配电装置

5.1 屋内外配电装置的安全净距

5.1.1 概述

配电装置是按主接线要求由开关设备、保护电器、测量仪表、母线和必要的辅助设备等组成。它的主要作用是：接受电能，并把电能分配给用户。

5.1.2 分类及特点

按电气设备安装地点不同，配电装置可分为屋内式和屋外式。按其组装方式，又可分为：如在现场组装配电装置的电气化设备，称为装配式配电装置；若在制造厂把属于同一回路的开关电器、互感器等电器设备装配在封闭或不封闭的金属柜中，构成一个独立的单元，成套供应，则称为成套配电装置。高压开关柜、低压配电盘和配电箱等均是成套配电装置。

屋内配电装置的特点： （1）占地面积小。 （2）不受气候影响。

（3）外界污秽空气对电气设备影响小。 （4）房屋建筑投资较大。 屋外配电装置的特点：

（1）土建量和费用小，建设周期短。 （2）扩建方便。

（3）相邻设备间距较大，便于带电作业。 （4）占地面积小。

（5）受外界气候影响，设备运行条件差。 （6）外界气象变化影响设备的维修和操作。

大中型变电所中35kV及以下的配电装置，多采用屋内配电装置；110kV及以上多为屋外配电装置。在特殊情况下，如当大气中含有腐浊性气体或处于严重污秽地区的35～110kV也可以采用屋内配电装置。在农村或城市郊区的小容量6～10kV也广泛采用屋外配电装置。

5.1.3 屋内外配电装置的安全净距

安全净距是从保证电气设备和工作人员的安全出发，考虑气象条件及其它因素的影响所规定的各电气设备之间、电气设备各带电部分之间、带电部分与接地部分之间应保持的

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最小空气间隙。

表5.1 屋外配电装置安全净距 符号 1.带电部分至接地部分之间 2.网状和板状遮拦向上A1 延伸线距地2.5m处，与遮拦上方带电部分之间 1.不同相的带电部分之A2额定电压（kV） 适用范围 3～10 15～20 35 60 110J 110 220J 330J 500J 200 300 400 650 900 1000 1800 2500 3800 间 2.断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间 1.设备运输时，其外廓至无遮拦带电部分之间 2.交叉的不同时停电检B1 修的无遮拦带电部分之间 3.栅状遮拦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 B2200 300 400 650 1000 1100 2000 2800 4300 950 1050 1150 1400 1650 1750 2550 3250 4550 网状遮拦至带电部分 之间 1.无遮拦裸导体至地面之间 300 400 500 750 1000 1100 1900 2600 3900 C 2.无遮拦裸导体至建筑物、构筑物顶部之间 1.平行不同时停电检修无遮拦带电部和带2700 2800 2900 3100 3400 3500 4300 5000 7500 D 电部分与建筑物、构筑物的边缘部分之间 2200 2300 2400 2600 2900 3000 3800 4500 5800 配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修和运行的安全距离等因素

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而决定的。对于敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接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，即A1和A2值。在这一间距下，无论为正常工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。A值可根据电气设备标准试验电压和相应电压与最小放电距离试验曲线决定，其它电气距离是根据A值并结合一些实际因素确定的。

安全净距可分为A、B、C、D、E五类。屋内配电装置的安全净距不应小于下表1所列数值。屋内电气设备外绝缘体最底部位距地小于2.3m，应装设固定遮拦。屋外配电装置安全净距不应小于表2所类数据。屋外配电装置使用软导线时，还应考虑软导线在短路电动力、风摆、温度等因素作用下使相间及对地距离的减小。屋外电气设备外绝缘体距地小于2.5m时，应装设固定遮拦。（注：J系指中性点接地系统）

5.2 屋外配电装置

根据电气设备和母线的布置高度，屋外配电装置可分为低型、中型、半高型和高型等。

在低型和中型屋外配电装置中，所有电气设备都装在地面设备支架上。低型的主母线一般都由硬母线组成，而母线与隔离开关基本布置在同一水平面上。中型配电装置大都采用悬挂式软母线，母线所在水平面高于电气设备所在水平面，但近年来硬母线采用日益增多。在半高型和高型屋外配电装置中，电气设备分别装在几个水平面内，并重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。高型布置中母线、隔离开关位于断路器之上，主母线又在隔离开关之上，整个配电装置的电气设备形成了三层布置，而半高型的高度则处于中型和高型之间。

我国目前采用最多的是中型配电装置，近年来高型配电装置的采用也有所增加，而高型由于运行、维护、检修都不方便，只是在山区及丘陵地带，当布置受到地形条件限制时才采用。

5.3 设计原则

变电所的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行、检修和安装的要求，通过技术经济比较予以确定。在确定配电装置型式时，必须满足下列四点要求： （1）节约用地

我国人口众多，但是耕地不多。因此，节约用地是我国现代化建设的一项带战略性的方针。配电装置少占地，不占良田和避免大量开挖土石方是一条必须认真贯彻的重要政策。 （2）运行安全和操作巡视方便

配电装置整齐清晰，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求，如保证各种电气安全净距、装设防误操作的闭锁装置，采取防火、防爆和蓄油、排油措施，考虑设备防冻、防阵风、抗震、耐污等性能，使配电装置一旦发生事故时能将事故限制到最小的范围和最

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低的程度，并使运行人员在正常操作和处理事故的过程中不致发生意外情况，以及在检修维护过程中不致损害设备。此外，还应重视运行维护时的方便条件，如合理确定电气设备的操作位置，设置操作巡视通道，便利与主（网络）控制室联系等。 （3）便于检修和安装

对于各种型式的配电装置，都要妥善考虑检修和安装条件。目前，不少地区已开展带电检修作业，在布置与架构荷载方面需为此创造条件，要考虑构件的标准化和工厂化，减少架构类型，设置设备搬运道路、起吊设施和良好的照明条件等。此外，配电装置的设计还必须考虑分期建设和扩建过渡的便利。 （4）节约三材，降低造价

配电装置的设计还应采取有效措施，减少三材消耗，努力降低造价。

5.4 设计要求

5.4.1 满足安全净距的要求

屋外配电装置的安全净距不应小于表5-2所列数值。

表5.2 设备对相间距离的要求

220kV设备类型 少油短路器 空气短路器 单柱式隔离开关 多柱式隔离开关 双柱式隔离开关

要求相间距离（m）

3 3 3 3 4

5.4.2 施工、运行和检修的要求

（1）施工要求

1）配电装置的结构在满足安全运行的前提下应该尽量予以简化，并考虑构件的标准化和工厂化，减少架构类型，以达到节省三材，缩短工期的目的。

2）配电装置的设计要考虑安装检修时设备搬运及起吊的便利。

3）工艺布置设计应考虑土建施工误差，确保电气安全距离的要求，一般不宜选用规程规定的最小值，而应留有适当的裕度（5cm左右）。

4）配电装置的设计必须考虑分期建设和扩建过渡的便利。 （2）运行要求

1）各级电压配电装置之间，以及它们和各种建（构）筑物之间的距离和相对位置，应按最终规模统筹规划，充分考虑运行的安全和便利。

1）配电装置的布置应该做到整体清晰，各个间隔之间要有明显的界限，对同一用途

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的同类设备，尽可能布置在同一中心线上（指屋外）或处于同一标高（指屋内）。 （3）检修要求

电压为110kV及以上的屋外配电装置，应视其在系统中的地位、接线方式、配电装置形式以及该地区的检修经验等情况，考虑带电作业的要求。

为保证检修人员在检修电器及母线时的安全，电压为63kV及以上的配电装置，对断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧，宜配置接地刀闸。

5.5 配电装置形式的选择

配电装置型式的选择，应考虑所在地的地理情况及环境要求。110kV以上多为屋外式，故本变电所设计采用屋外式配电装置。

根据电器和母线的布置高度，屋外配电装置可分为：高型、半高型、中型。中型配电装置按照隔离开关的布置方式又分为普通中型和分相中型两种。

220kV配电装置分普通中型布置和分相中型布置。对于普通中型布置，其母线下不布置任何电气设备，而分相中型布置的特点是将母线隔离开关直接安装在各相母线的下面。 （1）间隔及相间距

根据《电力工程设计手册》电气一次部分，220kV侧，间隔宽度选用13米，设备相间距取3米，进出线相间距取4米。设备与进出线对地距离分别为3.5米和2.5米。 （2）导线的弧垂和跨距

在分相中型配电装置中，进出线弧垂一般采用2米，一般将母线跨距限制为2-3个间隔，即30-40米左右，对母线弧垂限制为1.0-1.6米。 （3）搬运通道的设置

在搬运设备时，为使所搬运的设备与两侧带电设备保持足够的安全距离，并考虑到不超过设备端子的允许水平拉力，断路器和电流互感器之间的连接导线长度不大于10米。并设有宽度为3-3.5米的环行搬运道。 （4）母线及构架

本变电所母线选用软母线钢芯铝绞线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的档距，但档距越大，导线弧垂越大。 （5）电缆沟

屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。一般横向电缆沟布置在断路器和隔离开关之间，大型变电所的纵向电缆沟因电缆数多，一般分为两路。

分相中型布置可以节约用地，简化架构，节省三材，已基本上取代普通中型布置。在本次设计中220kV电压等级采用分相中型布置。60kV侧采用普通中型布置方式。

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6 继电保护及自动化装置规划设计

6.1 继电保护在电力系统中的作用

电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见的同时也是最严重的是发生各种形式的短路。当发生短路时，可能产生的后果为：

（1）通过故障点有很大的短路电流和燃起的电弧使故障元件损坏； （2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用引起它们的损坏或寿命缩短； （3）使电力系统电压降低，影响电能质量；

（4）破坏系统稳定性，使其发生振荡甚至使系统瓦解。

基于以上情况，继电保护的作用就是要能反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发信号，具体来说体现在以下两个方面： （1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除；

（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件动作于发信号，减负荷或跳闸。

6.2 继电保护的基本要求

（1）电力设备和线路的保护应有主保护和后备保护，必要时可装设辅助保护。 1）主保护：满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和全线故障的保护。

2）后备保护：主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种方式。

3）辅助保护：为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。

电力设备和线路的异常运行保护，是反映被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。

（2）继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。

1）可靠性是四性的前提，在拟制，配置和维护保护装置时，都必须满足可靠性的要求。

2）选择性是指首先由故障设备或线路的保护切除故障，当故障设备或线路的保护拒动时由相邻设备或线路保护切除故障。

3）灵敏性是指在被保护设备或线路范围内故障时，保护装置应有足够的灵敏系数。

4）速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，限制故障设备和线路的损坏程度，缩小故障范围。

6.3 选择保护配置及构成方案时的基本要求

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继电保护和安全自动装置应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。当确定其配置方案和构成方案时，应综合考虑以下几个方面： （1）设备和电力网的结构特点和运行特点； （2）故障出现的概率和可能造成的后果； （3）电力系统近期的发展情况； （4）经济上的合理性。

6.4 主要设备继电保护配置

在主设备的保护设计中，应要求保护在配置，原理接线和设备选型等方面，根据主设备的运行工况及结构特点，达到可靠、灵敏、快速且有选择性的要求。

6.4.1 变压器保护

（1） 主变的主要故障

内部故障：绕组相间短路、匝间短路、单相接地短路。

外部故障：绝缘套管及引出线各种相间短路、单相接地短路。

变压器不正常运行状态：过负荷、油箱漏油造成的油面降低、表面油温过高、外部短路引起的过电流、电压降低或频率升高引起的变压器过励磁。 （2）变压器保护装设的原则及保护的原理

变压器的主保护回路

1）当变压器线圈和引出线发生相间短路以及变压器发生匝间短路时，其保护应瞬时动作。这种保护由差动保护来完成，因此，差动保护为变压器的主保护。

2）当变压器油箱内部短路时，短路点电弧使变压器油分解，形成瓦斯气体。重瓦斯保护作用于断路器跳闸，为变压器的主保护；轻瓦斯作用于信号。在保护线路中通常设有切换片QP，也可将重瓦斯保护投入信号。瓦斯继电器与变压器成套供应。 后备保护

零序过电流保护：

1）为了提高保护装置的可靠性，在零序过电流前加了零序闭锁。零序电压元件的电压由本侧电压互感器的开口三角取得，动作电压值按躲过正常运行情况下的不平衡电压整定。

2）反应大接地电流系统外部接地短路。

为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯纵差保护（或电流速断保护）的后备，应装设过电流保护。本设计中采用复合电压起动的过电流保护。 3）过负荷保护

变压器长期过负荷运行，促使绝缘老化，影响绕组绝缘寿命。因此，还装设过负荷保护。

过负荷保护应接于一相电流上带时限动作于信号，在无经常值班人员的变电所，必要

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时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷

6.4.2 母线保护

母线相间短路较少，大多数故障为单相接地。母线故障是电气设备最严重的故障之一，因为它不但会使联于母线上的所有元件被迫停电，且将会危及到电力系统的稳定。在变电所中为减少短路容量，应考虑装设母线保护。

（1）对母线保护的要求是：

1）能快速，有选择地切除故障； 2）保护必须具有可靠性和灵敏度；

3）大接地系统母线保护采用三相式接线，小接地系统采用两相接线； 4）根据需要加装重合闸装置。

（2）母线完全差动保护 （3）母线不完全差动保护

母线完全差动保护要求连接于母线上的全部元件都装设电流互感器，设备费用昂贵，保护接线复杂，可根据母线的重要程度，采用母线不完全差动保护。只在变压器，分段断路器上装设电流互感器，且电流互感器只装设在A、C两相上。

保护由两段构成：第一段采用无时限或带时限的电流速断，当灵敏性不符合要求时，可采用电流闭锁电压速断保护；第二段采用过电流保护，当灵敏性不符合要求时，可将一部分负荷较大的配电线路接入差动回路，以降低保护的起动电流。

6.4.3 线路保护

（1）220kV侧线路保护

1）为了实现远距离输电线路全线的快速切除故障，采用高频保护作为220kV侧线路的主保护。

2）220kV线路的接地保护

宜装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护；对某出线路，如方向性的接地距离保护可以明显改善整个电力网接地保护的性能时，可装设接地距离保护并辅之以阶段式零序电流保护。

3）相间距离保护 4）线路纵差保护

根据系统要求，线路发生故障需要自两侧或多侧同时快速跳闸时，应采用纵差保护。其中相差高频保护常用作250km以下的220kV线路的专用全线快速保护。 （2）60kV侧线路保护

1）并列运行的平行线路宜装设横联差动保护作为主保护。以接于两回线之和的电流保护，作为两回路同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。

2）相间保护

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以电流电压保护作为相间故障的主保护及后备保护，可以满足选择性及快速切除故障的要求。可以根据实际系统特点采用距离保护作为相间故障和两点接地短路的主要保护。

6.5 自动化装置配置

在电力系统中，应装设安全自动装置以防止系统稳定破坏或事故扩大，造成大面积停电，或对重要用户的供电长时间中断。 根据规程：“3kV及以上的架空线路和电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，及分段断路器、低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置”。

6.5.1 自动重合闸

（1）提高供电可靠性，对单侧电源尤为显著。

（2）高压输电线路上采用自动重合闸，可提高并列运行的稳定性。 （3）可暂缓或不架双回线路，节约投资。 （4）可纠正断路器或继电保护引起的误动。

三相自动重合闸是220kV及以下电压等级电网应用最广泛的一种自动重合闸。它能简单、可靠地完成规定的重合闸动作，满足系统要求。

在110-220kV系统中，三相重合闸采用一次重合闸方式。

在220kV及以上超高压电网的输电线路上，综合自动重合闸得到普遍的应用。它兼有单相与三相重合闸的功能。即线路上发生单相故障时，实现单相重合闸；发生相间故障时，实现三相重合闸。

6.5.2 备用电源自动投入装置

备用电源和备用设备自动投入装置是当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备用电源或备用设备投入工作，使用户不至于停电的一种装置。

备自投装置应满足以下要求：

（1）只有当工作电源断开以后，备用电源才能投入。

（2）工作母线上无论何种原因失去电压时，备自投均应投入。 （3）备用电源自动投入装置只允许将备用电源投入一次。

（4）当备用电源自投于故障母线时，应使其保护装置加速动作，以防扩大事故。

在本次设计中，变电所的电源均装设备用电源自动投入装置，确保不间断、可靠供电。

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7 过电压保护

7.1 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产生振荡，积聚而引起的内部过电压两种类型。

本次设计中只重点介绍雷电过电压保护。

7.2 配电装置的防雷保护

（1）电压为110kV以上的屋外配电装置，可将避雷针装在配电装置的构架上，对于35-60kV的配电装置，为防止雷击时引起反击闪络的可能，一般采用独立避雷针保护。 （2）电压为110kV及以上的屋外配电装置，可将保护线路的避雷线连接在配电装置的出线门型构架上。

（3）在选择独立避雷针的装设地点时，应尽量利用照明灯塔，在其上装设避雷针。

7.3 防雷设计要求和所需资料

(1)雷电过电压保护类别

1）防止雷电直击于电气设备上，一般采用避雷针，避雷线进行保护。

2）对于60kV及以下的电气设备，应尽量减小感应过电压， 一般电气设备应远离可能遭到直击雷的设备或物体。

3）防止从线路侵入的雷电波过电压对电器设备的危害，一般采用避雷器、间隙、电容器和相应的进线保护段进行保护。

(2)防雷保护设计所需资料

1）要求变电所附近气象资料；

2）要求变电所主接线图及电器设备布置图； 3）其它需要保护的设备和设施。 (3)装设避雷针的基本原则 1）一方面应使所有的被保护物处于避雷针保护范围之内，既要求避雷针高于被保护物，且两者之间的距离又不能太远，以保证雷击避雷针，而被保护物免遭雷击。

高的对地电位，如果它们距被保护物过近，两者之间将发生放电，称为反击。使高电位引向被保护物。因此避雷针和引下线，接地体与被保护物之间还应保持足够的电气距离。

(4)避雷针保护范围计算 1）单支避雷针

单支避雷针的保护范围。在某一被保护物高度hx的水平面上的保护半径rx为

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当hx≥

h2时，

rx=（h-hx）P (7.1)

当hx＜

h2时，

rx=（1.5h-2hx）P (7.2)

式中 P—高度修正系数，当h≤30 m时，P=1；

当30m＜h≤120 m时，P=

h—避雷针的高度，m。

30h=

5.5h；

从h越高，修正系数越小可知：为了增大保护范围，而一味提高避雷针的高度并非良

策，合理的解决办法应是采用多支避雷针作联合保护。

2）两支等高避雷针

采用两支等高避雷针的保护范围并不是两个单支避雷针保护范围的简单相加，而是两针之间的保护范围有所扩大，但两针外侧的保护范围仍按单支避雷针的计算方法确定。

两针之间的保护范围可利用下式求得

h0=h－

D7P (7.3)

bx=1.5（h0-hx） (7.4)

式中 h--避雷针的高度，m；

h0--两针间联合保护范围上部边缘得最低点的高度，m； 2bx--在高度hx的水平面上，保护范围的最小宽度，m

求得bx后，即可在水平面的中央画出到两针连线的距离为bx的两点，从这两点向两支避雷针在hx层面上的半径为rx的圆形保护范围作切线，便可得到这一水平面上的联合保护范围。两针之间的距离不能太大，一般不宜大于5h。

（3）多支等高避雷针

本次变电所设计中，采用多支等高避雷针的联合保护范围，选用9支等高避雷针。可以按每三支针的不同组合分别求取其保护范围，计算方法与两支等高避雷针的计算相同，然后叠加起来得出总的联合保护范围。如各边的保护范围最小宽度bx均大于0，则多边形中间全部面积都处于联合保护范围之内。即能满足保护要求

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第二部分 计算书

1 主变压器的容量计算

1.1变电所60kV的用户总容量

采矿

最大远期有功：P1?16000kW 最大远期有功：P2?11000kW 最大远期有功：P3?14500kW 最大远期有功：P4?15000kW 最大远期有功：P5?7500kW 最大远期有功：P6?6500kW

∑S?

160000.95?110000.95?145000.95?150000.95?75000.95?65000.95?74210.53KVA

1.2变压器的容量

考虑到负荷同时系数和线损率，变压器的容量为

SZ??S?0.82??1?5%??66232.9kVA

1.3主变压器容量的选择

根据规程规定，选择每台主变压器容量，应按照停一台主变后，余者应能带70%的负荷，所以

Se?SZ?70%?66232.9?0.7?46363.03kVA

若选择63000kVA主变压器，则其占总负荷的比例为：

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63000SZ?100%?95.12%＞65%（重要负荷比例）,满足设计要求。

根据以上计算，所选变压器型号如下表1.1，台数为两台。

表1.1 变压器主要参数表

型 号 额定容量（kVA） 额定电压（kV） 空载电流（%） 空载损耗（kW） 负载损耗（kW） 阻抗电压（%） 连接组标号

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SFPZ4-63000/220

63000

高压：220±8?1.43%；低压：63

0.8 78 270 13.4 YN，d11

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2 短路电流计算

2.1 系统等值网络

2.1.1 系统等值电路图

Xl5*XT1*XT2*XT3*Xl1*Xl2*Xl6*Xl7*XC*XG1*XG2*XG3*Xl3*Xl4*Xl8*K1XT6*XT7*XT4*XT5*K2XG4*XG5*

图2.1 系统等值电路图

2.1.2 各元件电抗标幺值的计算

取基准容量SB?100MVA，基准电压UB系统：XC*?0.03

???发电机：XG1*?XG2*?XG3*?XdSBSN?0.124?100500.8?0.06?0.198?Uavn?1.05UN，则各元件电抗标幺值为

(2.1)

??? XG4*?XG5*?XdSBSN?0.1423?1002000.85

变压器：XT1*?XT2*?XT3*?Ud0?SBSN?10.5?100100?63?0.167 (2.2)

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XT4*?XT5*?Ud0Ud0?SBSNSBSN?18?100100?24014.4?100100?63?0.075

XT6*?XT7*????0.229

线路： Xl1*?Xl2*?0.4?55?Xl3*?Xl4*?0.4?64?Xl5*?XL6*1002301002?0.042?0.048 (2.3)

230100?0.4?100??0.07622302Xl7*?XL8*?0.4?51?1002302?0.039

2.2

K1点短路电流计算

2.2.1 网络化简

(1)将系统等值电路进行化简，1、2、3号发电机和变压器的等值电抗进行合并，系统和线路5、6进行合并，线路7、8进行合并，网络化简如图（a）；将电抗2、4串联，网络化简如图（b）。

X2*0.072X4*0.021X1*0.068X7*0.093X1*0.068X5*0.024X6*0.0195K1X5*0.024X6*0.0195K1X3*0.137X3*0.137

（a）网络化简图 （b）网络化简图

图2.2 系统网络化简图

X1*?XC*?Xl5*//Xl6*?0.03?0.076//0.076?0.068

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沈阳工程学院毕业设计

X2*??XG1*?XT1*?//?XG2*?XT2*?//?XG3*?XT3*?

??0.05?0.167?//?0.05?0.167?//?0.05?0.167??0.072

X3*??XG4*?XT4*?//?XG5*?XT5*?

??0.156?0.118?//?0.156?0.118??0.137

X4*?Xl1*//Xl2*?0.042//0.042?0.021 X5*?Xl3*//Xl4*?0.048//0.048?0.024 X6*?Xl7*//Xl8*?0.039//0.039?0.0195 X7*?X2*?X4*?0.072?0.021?0.093

(2)将电抗1、5、7进行星?角变换，网络化简如下图所示：

X8*0.15X6*X9*0.110.0195K1X3*0.137

图2.3 系统网络化简图

Y??变换得

X8*?X7*?X5*?X7*?X5*X1*X1*?X5*X7*?0.093?0.024?0.093?0.0240.0680.068?0.0240.093?0.15

X9*?X1*?X5*??0.068?0.024??0.11

(1)将电抗3、6、8、9进行星?网变换，网络化简如下图所示：

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国泰220kV一次降压变电所电气部分设计

X10*X11*X12*0.1590.1370.11K1

图2.4 系统网络化简图

星网变换得

?1???1111?X?*X?X??????74.34 3*6*X8*X9*?X110*?X9*?X6*??X?0.11?0.0195?74.34?0.159 X111*?X8*?X6*??X?0.15?0.0195?74.34?0.217 X112*?X3*?X6*??X?0.137?0.0195?74.34?0.199

(2)将电抗11、12并联，如下图所示：

X10*X0.15913*0.104K1

图2.5 K1点短路等效电路图

X13*?X11*?X12*?0.217?0.199?0.104

2.2.2 短路电流计算

K1点短路时其等效电路如图

2.5所示，由转移阻抗可求出计算电抗为

系统侧：XSN?15000js1?X10*S?0.159?100?23.85?3.45 B发电机组侧：2?100XN??0.104?0.85?3?2000.8js2?XS13*S?1.03B100

- 35 -

(2.4)

沈阳工程学院毕业设计

(1)根据计算电抗查电力系统分析中汽轮发电机运算曲线得短路电流的标么值如下表所示：

表2.1 各时刻的短路电流标么值

短路时间 短路电流标么值

0s 1.032

2s 1.129

4s 2.85

(2)由于系统侧计算电抗大于3.45，为无限大容量电源，由它供给的三相短路电流是不衰减的，其周期分量有效值的标么值为

IS*?1Xjs1?123.85?0.042 (2.5)

发电机组侧的等值电源的额定电流为

IN??SN3Uav.n2?100?0.85?3?2000.8?2.51kA (2.6)

3?230220kV侧基准电流为IB?SB3UB?1003?230?0.251kA (2.7)

(3)各时刻K1点电流周期分量有效值为

I(0)?I*?0??IN??IS*?IB?1.032?2.51?0.042?0.251?2.606kA (2.8)

I(2)?I*?2??IN??IS*?IB?1.129?2.51?0.042?0.251?2.85kA I(4)?I*?4??IN??IS*?IB?1.129?2.51?0.042?0.251?2.85kA

(4)若取冲击系数K=1.8，则冲击电流为

ish?2KI''?2?1.8?2.606?6.645kA (2.9)

(5)短路功率为 St?3UavI?0??3?230?2.606?1038.157MVA (2.10) (6)短路电流最大有效值为 Iimp?1.52I?0??1.52?2.606?3.961kA (2.11)

2.3

K2点短路电流计算

2.3.1 网络化简

(1)当K2点短路时，其化简网络如下图所示：

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国泰220kV一次降压变电所电气部分设计

X10*0.159X13*0.104XT6*XT7*K2

图2.6系统网络化简图

(2)将变压器电抗6、7并联，如下图所示：

X10*0.159X13*0.104K2X14*0.1145

图2.7 系统网络化简图

X14*?XT6*//XT7*?0.229//0.229?0.1145

(3)将电抗10、13、14进行星?角变换，网络化简如下图所示：

X15*0.294X16*0.449K2 图2.8 K2点短路等效电路图

Y??变换得

X15*?X10*?X14*?X10*?X14*X13*?0.159?0.1145?- 37 -

0.159?0.11450.104?0.294

沈阳工程学院毕业设计

X16*?X13*?X14*?X13*?X14*X10*?0.104?0.1145?0.104?0.11450.159?0.449

2.3.2短路电流计算

K2点短路时其等效电路如图

2.8所示，由转移阻抗可求出计算电抗为

15000100?44.1?3.45

2?100?0.294??3?200系统侧：Xjs1?X16SN?SB?0.449?发电机组侧：Xjs2?X15SN?SB0.851000.8?2.897

(1)根据计算电抗查电力系统分析中汽轮发电机运算曲线得短路电流的标么值如下表所示：

表2.2 各时刻的短路电流标么值

短路时间 短路电流标么值

0s 0.371

`2s 0.342

4s 0.342

(2)由于系统侧计算电抗大于3.45，为无限大容量电源，由它供给的三相短路电流是不衰减的，其周期分量有效值的标么值为

IS*?1Xjs1?144.1?0.023

发电机组侧的等值电源的额定电流为

IN??SN3Uav.n3?200?0.8?2?1000.85?9.03kA

3?63220kV侧基准电流为IB?SB3UB?1003?63?0.916kA

(3)各时刻K2点电流周期分量有效值为

I(0)?I*?0??IN??IS*?IB?0.342?9.03?0.023?0.916?3.372kA I(2)?I*?2??IN??IS*?IB?0.342?9.03?0.023?0.916?3.11kA I(4)?I*?4??IN??IS*?IB?0.342?9.03?0.023?0.916?3.11kA (4)若取冲击系数K=1.8，则冲击电流为

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国泰220kV一次降压变电所电气部分设计

ish?2KI''?2?1.8?3.372?8.6kA

(5)短路功率为 St?3UavI?0??3?63?3.372?367.95MVA (6)短路电流最大有效值为 Iimp?1.52I?0??1.52?3.372?5.125kA

2.3.3短路电流计算结果

表2.3 各时刻的短路电流计算结果

短路电流时间

K1短路电流有效值

0s

kA kA

2.606 3.372

2s 1.129 3.11

4s 1.129 3.11

K2短路电流有效值

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