毕业设计1

220kV降压变电站电气部分设计

第一章 前言

毕业设计是我们在校期间最后一次综合训练，它将从思维、理论以及动手能力方面给予我们严格的要求,使我们综合能力有一个整体的提高。它不但使我们巩固了本专业所学的专业知识，还使我们了解、熟悉了国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则以及各种图形、符号,它将为我们以后的学习、工作打下良好的基础。

能源是社会生产力的重要基础，随着社会生产的不断发展，人类使用能源不仅在数量上越来越多，在品种及构成上也发生了很大的变化,人类对能源质量也要求越来越高。电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要,而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用,它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任,通过对220KV变电站电气部分设计使我对变电站有了一个整体的了解，认识上上升了一个高度。

该毕业设计主要包括以下任务：1、主变压器的选择2、主接线和所用电设计3、短路计算 4、导体和电气设备的选择6、配电装置设计7、继电保护的配置8、防雷接地设计。

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第二章 变电站总体分析

本变电站为220kV降压变电站，建成后与110kV和220kV电网相连，并供给近区用户，规划该所装设两台容量为120MVA主变压器。

一、电力系统与本站的连接情况：

系统与变电站相连的电压等级有220kV、110kV、10kV，其中，220kV有5回出线，110kV有8回出线，10kV有12回出线，系统取基准容量为100MVA,经归算后的标幺值阻抗220kV侧为0.16，110kV侧为0.32。 二、电力负荷水平：

1. 220kV侧有5回出线，功率因数和最大负荷利用小时为：cosφ=0.9，Tmax=3800小时/年。

2. 110kV侧有8回出线，有两回供给远方大型冶炼厂，功率因数和最大负荷利用小时为：cosφ=0.85，Tmax=4200小时/年。

3. 10kV侧有12回出线其中I、II类用户占60%，功率因数和最大负荷利用小时为：cosφ=0.8，Tmax=4500小时/年。 三、环境条件：

1.该地区最热月平均温度为28℃，年平均气温16℃，绝对最高温度为40℃，土壤温度为18℃。

2.该变电所位于市郊荒土地上，地势平坦，交通便利，环境无污染。

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第三章 主变压器选择

在各级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，其担任着向用户输送功率，或者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年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。

在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。 一、主变压器台数的选择

由原始资料可知，该变电所是市郊区220KV降压变电所，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。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

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二、主变压器容量的选择

主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，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负荷来选择主变的容量，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后允许时间内，应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%。 三、主变压器型式的选择

1.主变压器相数的选择：

当不受运输条件限制时，在330KV以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及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，同时配电装置以及断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，位于市郊荒土地上，地势平坦，交通便利，不受运输的条件限制，故本次设计的变电所选用三相变压器。

2．绕组数的选择：

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，主变宜采用三绕组变压器。

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，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。

在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通

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三绕组变压器。

自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。

由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性。而自耦变压器的变化较小，故不选择自耦变压器。

分裂变压器：分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。

普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。

3.主变调压方式的选择

为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV及以上网络

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电压应符合以下标准：

（1）枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的1～1.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。

（2）电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%～100%。

调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。

由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。

四、连接组别的选择

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，全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点，而且全星形接法，零序电流没有通路，相当于和外电路断开，即零序阻抗相当于无穷大，对限制单相及两相接地短路都有利，同时便于接消弧线圈限制短路电流。但是三次谐波无通路，将引起正弦波的电压畸变，对通讯造成干扰，也影响保护整定的准确度和灵敏度。如果影响较大，还必须综合考虑系统发展才能选用。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地系统，而且要考虑到三次谐波的影响，会使电流、电压畸变。采用△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：Yo/Yo/△接线。

五、主变压器冷却方式的选择

主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫空气冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却，强迫油循环导向冷

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却，水内冷。

自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。

强迫油循环水冷却：虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。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。所以，选择强迫油循环风冷却。

综上，由原始资料可知，该站规划装设两台容量为120MVA主变压器，有220kV、110kV和10kV三个电压等级，由此可选定主变压器，其参数列表如下:

电压（kV） 型 号 SFPSZ7-120000/220 高压 220 中压 121 低压 10.5 阻抗电压（%） 高-中 中-低 高-低 13.4 7.84 23

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第四章 电气主接线和所用电接线的设计

一、电气主接线的选择

电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家的经济建设方针、技术规定为标准，结合实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项要求的前提下、兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

方案一：220KV侧双母接线，110KV侧双母接线、10KV侧单母分段接线。

220kV出线5回，而双母接线使用范围是110～220KV出线数为5回及以上时。满足主接线的要求。且具备供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。

110kV出线8回，110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为60000kVA，其他作为一些地区变电所进线，根据条件选择双母接线方式。

10kV出线12回，该侧总负荷为30000kVA，Ⅰ、Ⅱ类用户占 60%，最大一回出线负荷为4500kVA，选择单母分段接线方式。

方案一、主接线图如下：

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方案二： 220KV侧双母带旁路接线，110KV侧双母接线、10KV侧单母分段接线。

220kV出线5回，而由于本回路为重要负荷停电对其影响很大，因而选用双母带旁路接线方式。双母线带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。

方案二、主接线如下图：

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现对两种方案比较如下：

方案 项目 方案一：220KV侧双母10KV侧单母分段接线。 方案二、220KV侧双母带旁10KV侧单母分段接线。 接线，110KV侧双母接线、路接线，110KV侧双母接线、可靠性 1.220KV接线简单，设备本1.可靠性较高；2.有两台主变身故障率少；2.220KV故障压器工作，保证了在变压器检时，停电时间较长。 修或故障时，不致使该侧停电，提高了可靠性。 灵活性 1.220KV运行方式相对简1.各电压级接线方式灵活性都单，灵活性差；2.各种电压好；2.220KV电压级接线易于扩级接线都便于扩建和发展。 建和实现自动化。 经济性 设备相对少，投资小。 1.设备相对多，投资较大2.母线采用双母线带旁路，占地面增加。 综上通过分析对两种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，辨证统一，现确定第二方案为设计最终方案。 二、所用电接线的设计

变电站站用母线采用单母分段接线方式。当有两台站用变采用单母线接线方式，平时分列运行，以限制故障。对于容量不大的变电站，为了节省投资，所用变压器高压侧可用高压熔断器代替高压断路器。

1.所用变选择：

（1）所用变台数的选择： 变电所宜从主变低压侧分别引接两台容量箱体可互为备用的所用工作变压器，每台所用变的容量按全所计算负荷选择，本所为两台主变，因此选用两台所用变。

（2）所用变引接方式的选择： 因本所10kV侧采用单母线分段接线形式，且选用两台所用变，故使两台所用变分别接于两组10kV母线上。此外，所用变二次侧采用三相四线制接线，给本所所用低压负荷供电。

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（3）所用变容量选择：每台所用变容量应不小于所用总计算负荷。确定其容量前，应先分析并计算本所所用负荷。所用负荷按其性质不同可分为两类：动力负荷和照明负荷（包括电热负荷）。动力负荷的计算公式：

nS1??Kf?ii?1?icos?iP1?i 其中式中

S1—— 动力负荷，kVA；

P1?i—— 动力负荷的有功功率，kW；

Kf?i—— 动力负荷的换算系数；

?i—— 动力负荷的效率；

cos?i—— 动力负荷的功率因数。

照明负荷的计算公式：

S2??P2?ii?1n 式中

S2—— 照明负荷，kVA；

P2?i—— 照明负荷的有功功率，kW；

所用计算负荷的计算公式：S所?S1?S2

S所—— 所用计算负荷，kVA

经估测计算，要满足Se≥S所，查变压器选型表，可选用型号为S9—160/10的所用变，其有关参数如下表：

所用变 型号 额定容量kVA 额定电比kV 空载损耗kW 短路阻抗电流 2.10 电压 4 短路 电流 % 1.7 连接组别 Y,yn0 S9-160/10 160 10±5%/0.4 0.42 2.所用变接线： 变电站的主要站用电负荷是变压器冷却装置，直流系统中的充放电装置和晶闸管整流设备，照明、检修及供水和消防系统，小型变电站，大多只装1台站用变压器，从变电站低压母线引进，站用变压器的二次侧为380/220V中性点直接

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接地的三相四线制系统。对于中型变电站或装设有调相机的变电站，通常都装设2台站用变压器，分别接在变电站低压母线的不同分段上，380V站用电母线采用低压断路器进行分段，并以低压成套配电装置供电。

因而本设计两台所用变分别接于10KV母线的Ⅰ段和Ⅱ段，互为备用，平时运行当一台故障时，另一台能够承担变电所的全部负荷。

该所用电接线如下图：

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第五章 短路电流的计算

在电力系的电气设备，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形式的短路，因为它们的发生，会破坏对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。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相接地短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性 一、短路计算的目的及假设

短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节，其计算目的是：

1．在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

2．在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

3．在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。

4．在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

5．按接地装置的设计，也需用短路电流。

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二、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所用的短路电流，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，而不应按仅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导步电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，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。

5.短路计算基本假设

（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。 三、短路点的选择及计算结果

各电压等级母线上发生短路时短路点分别取：D1、D2、D3。 计算短路电流时短路计算点的选择，应使所选择的电气设备和载流导体，通过尽可能最大的短路电流，通过各种短路电流的比较，可知三相短路时电流最大，故选取三相短路来计算。

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经短路分析计算得出各电压级母线短路时短路电流分别如下：

短路点 类别 三相短路电流 (kA) 冲击电流（kA） 短路全电流（kA） 短路容量（MVA） D1(220kV侧) 2.24 5.70 3.38 891.2 D2(110kV侧) 3.89 9.93 5.88 775.4 D3(10kV 侧) 27.5 70.1 41.5 500.1

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第六章 电气设备的选择

在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

1.本设计电气设备的选择包括：断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择。

2.气设备选择的一般原则：应满足正常运行、检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要，应按当地环境条件校验，应力求技术先进与经济合理，选择导体时应尽量减少品种，扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致，选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。

3.技术条件：选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。同时，所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验。 一、断路器和隔离开关选择的具体技术条件简述如下：

(1)按额定电压选择：Ug（电网工作电压）≤Un (2)按额定电流选择：Ig.max（最大持续工作电流）≤In (3)按额定开断电流（或开断容量）选择Idt≤Ikt（或Sdt≤Skt）

据以上条件选定各电压级的设备分别如下：

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断路器的选择参数如下表

电压等级（kA） 220k进出线 110kV进 出线 额定额定 型号 电压 (KV) LW6-220 SFM-110 220 110 电流 （A） 额定热稳额定峰开断定电值耐受电流流 （kA） (kA) 50-3s 50-3s 电流 （kA） 125 125 全分闸时间 (S) ≤0.05 ≤0.05 3150 50 3150 50 10kV进线 ZN22-10 KYN-12开关设备 10 3150 40 40-4s 100 ≤0.05 10kV出线 10 630 40 40-4s 100 ≤0.06 隔离开关的选择参数如下表 电压等级（kA） 220kV进出线 110kV进出线 10kV进线 10kV出线 型号 额定电压额定电热稳定电(KV) 220 110 10 10 流（A） 流(kA) 1250 2000 2000 630 31.5-4s 31.5-4s 40-4s 40-4s 额定峰值耐受电流（kA） 80 80 100 100 GW7-220 GW5-110 GN22-10 KYN-12 二、电压互感器的选择 1. 参数的选择

(1)、一次电压U1：1.1Un＞U1＞0.9 Un.Un为电压互感器额定一次线电压，1.1和0.9是允许的一次电压的波动范围，即为±10% Un。

(2)、二次电压：电压互感器二次电压，应根据使用情况，选用所需二次额定电压U2n。、

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2. 电压互感器选择表

在下列准确等级下最大容型号 额定变比 额定容量（VA） 量 0.5级 1级 3级 （KVA） YDR-220 22000031100003100100 150 3100100 150 3220 440 1200 YDR-110 JDJ-10 220 150 440 320 1200 640 10000100 80 三、 电流互感器的选择 1. 参数选择

(1)、一次回路电压：Ug≤Un。 Ug 为电流互感器安装处一次回路工作电压，Un为电流互感器额定电压。

(2)、一次回路电流：Ig.max≤I1n。 Ig.max为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流，I1n为电流互感器原边额定电流。

2. 电流互感器选择表

型号 LCW-220 额定电 准确二次负荷（Ω） 1s热稳动稳定倍数 60 60 150 90 135 流(A) 级次 0.5级 1级 3级 定倍数 600/5 0.5 2 4 60 34 75 50 LCWD-110 1200/5 0.5 1.2 LCWB6-110 600/5 1 LBJ-10 LA-10 2000/5 1 400/5 3 1.2 4 2.4 0.6 75 四、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

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晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。

1、裸导体应根据具体使用情况按下列条件选择和校验载流导体，一般选用铝质材料，对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的变压器出线端部或采用硬铝导体穿墙套管有困难的特殊场合，可选用铜质材料硬裸导体，回路正常工作电流在4000A及以下时，一般选用矩形导体，在4000－8000时，一般选用槽形导体，并以工作电流；电晕（对110KV级以上电压的母线）；动稳定性和机械强度；热稳定性；同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等进行选择校验。

2.导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20M以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。

一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根，双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度，110KV及以上高压配电装置一般采用软导线。

各电压级母线的选择结果如下

母线使用场所 220kV母线 110kV母线 10kV母线 导体型号 导体净截载流量面（mm） （A） 640 504 1250 1411 995 2242 2备注 LMY80×8 LMY63×8 LMY125×10 单条平放矩形铝导体 单条平放矩形铝导体 单条竖放矩形铝导体

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220kV降压变电站电气部分设计

第七章 配电装置的设计

配电装置是变电所的重要组成部分，它根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。 一、设计原则

(1) 节约用地：以屋外普通中型为占地110％，本设计为了节约用地，提高用电可靠性，110kV、220kV选用SF6全封闭电器，占地（5－10）％

(2) 运行安全和操作巡视方便 (3) 便于检修和安装调试 (4) 节约材料、降低造价 二、 各级电压配电装置选择和布置

1.220kV配电装置：

本设计选用屋外全封闭SF6断路器，手册上无断面图，暂以半高型配电装置代替全封闭SF6的布置。半高型配电装置是将母线及母线隔离开关升高，将断路器、电流互感器等电气设备布置在母线的下面。该布置方式在工程中运用较多，并具有一定的运行检修经验。

现采用田字型布置，该布置占地面积为普通中型的60.6％，耗钢量为78.4％，且比较适应该所所处的地理位置。

2. 110kV配电装置：

110kV半高型配电装置的特点同220kV电压级，将母线及母线隔离开关升高，将断路器、电流互感器等电气设备布置在母线的下面。

3.10kV配电装置：

该级电压均为屋内布置，由于该级出线带有电抗器，故采用单层装置与成套混合式布置，电抗器及出线单独设置配电房，成套选型为KYN180金属铠装式柜。站用电源直接用10kV开关柜和

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220kV降压变电站电气部分设计

的电位分布不致于危及人员和设备的安全，将变电站范围的接触电位差和跨步电位差限制在安全值之内的原则，进行本变电站接地装置的设计，由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中为防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施;考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3-10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏;应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求,施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。

在接地故障电流较大的情况下，为了满足以上要求，还是得把接地电阻值尽量减小。接地电阻的合格值既不是0.5Ω，也不是5Ω，而应根据工程的具体条件，在满足附加条件要求的情况下，不超过5Ω都是合格的。

5. 接地网型式选择及优劣分析

220kv及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带布置按经验设计，水平接地带间距通常为5m～8m。除了在避雷针（线）和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置2.5m～3m的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带，接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。

长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序和对计算结果进行分析，设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的3～4倍，因此，地网边缘部分的电场强度比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀。接地钢材用量多，经济性差。在220kV及以下的变电工程中采用长孔网或方孔网，因为入地故障电流相对较小，地网面积不大，缺点不太突出。而在500kV变电站采用，上述缺点的表现会十分明显，建议500kV变电站不采用长孔或方孔地网。

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220kV降压变电站电气部分设计

附录一

计算书

一、 短路电流计算分析

系统阻抗：220KV侧电源近似为无穷大系统A，归算至本所220KV母线侧阻抗为0.16（Sj=100MVA）,110KV侧电源容量为1000MVA，归算至本所110KV母线侧阻抗为0.36（Sj=100MVA）。

在基准电压下，VB为各级电压平均值（230、115、10.5KV），基准电流220KV侧Ij=0.251KA，110KV侧Ij=0.502KA，10KV侧Ij=5.5KA。变压器型号为SFPSZ7—1200000/220，SN=120MVA,其中高中、高低、中低阻抗电压（%）分别为13.4，23，7.84。

一般情况下，最大短路电流出现在三相短路的情况下，实际上应该将各短路点短路时的电流值计算出并进行比较，以得出最大的短路电流值。结合设计的实际情况，我们按母线短路来考虑，在母线上三相短路电流最大，因此，设三个短路电流计算点，即Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３。Ｄ１位于220kV母线上；Ｄ２位于110kV母线上；Ｄ３位于10kV母线上，一般短路电流在两台变压器并联时处于最大值，因此我们这里主要介绍在两台变压器并联情况下的短路电流

系统连接图：

X7 220KV X8 110KV X5 X6 X1 X2 X3 X4 10KV

变压器的参数计算:

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220kV降压变电站电气部分设计

变压器阻抗： X1?2?13.4 X1?3?23 X2?3?7.84

X1?X2?11?X1?2?X1?3?X2?3???13.4?23?7.84??14.28 2211?X1?2?X2?3?X1?3???13.4?7.84?23???0.88 22X3?11?X1?3?X2?3?X1?2???23?7.84?13.4??8.72 2214.28100??0.119 1001208.72100??0.145 10060?0.88100???0.007 100120各绕组等值电抗标么值为

X1?X2?X3?X4?X5?X6?1. D1(220kV侧)点短路的计算

等值电路图如下：

X7 220KV 110KV X8 X7 X1 X2 X5 X6 X9

计算如下：X9??0.119?0.007??0.32?0.376 各电源提供的短路分别为电流为:

*Id1?121?6.250.16 1?2.660.376

*Id2?稳态短路电流： I??1=6.25×0.251=1.57（kA） I??2=2.66×0.251=0.67（kA） I??=I??1+ I??2=1.57+0.67=2.24（kA） 冲击电流：ich1=2.55×I??=2.55×2.24=5.70（kA）

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220kV降压变电站电气部分设计

短路全电流有效值：Ich=1.51×2.24=3.378（kA） 短路容量：Sd1??6.25?2.66??100?891MVA 2. D2(110kV侧)点短路的计算 等值电路图如下：

220KV X7 110KV X8 X8 X1 X2 X5 X6 X10

计算如下：

等值电路化简为：X10??0.119?0.007??0.16?0.216 各电源提供的短路电流为:

*Id1?121?3.1250.32 1?4.630.216

*Id2?稳态短路电流： I??1=3.125×0.502=1.57（kA） I??2=4.63×0.502=2.324（kA） I??=I??1+ I??2=1.57+2.324=3.893（kA） 冲击电流：ich1=2.55×I??=2.55×3.893=9.927（kA） 短路全电流有效值：Ich=1.51×3.893=5.878（kA） 短路容量：Sd2??3.125?4.63??100?775.4MVA 3. D3(10kV侧)点短路的计算 等值电路图如下

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220kV降压变电站电气部分设计

X7 X8 X14 X11 X12 X13

计算如下：

1X11??0.119?0.0595

21X12????0.007???0.0035

21X13??0.145?0.0725

2X14X7?X11???X8?X12????XX7?X11?X8?X1213?0.1275?0.0725?0.2

等值电源提供的短路电流为:

*Id?1?50.2

稳态短路电流：I??=5×5.5=27.5 （kA）

冲击电流：ich1=2.55×I??=2.55×27.5=70.125（kA） 短路全电流有效值：Ich=1.51×27.5=41.525（kA） 短路容量：Sd3?5?100?500MVA 二、电气设备的选择校验计算

1. 断路器的选择计算

1） 220kV进出线断路器校验计算：

(1)电压选择：Ug（电网工作电压）=220kV；因为Un=220?220kV 所以符合要求。

(2)电流流择（最大持续工作电流）：

Igmax?1.05?SN3Uav1.05?120?103??316.3?A?

3?230因为In=3150>316.11(A)，所以符合要求。

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220kV降压变电站电气部分设计

（3）开断电流：Idt=2.237（kA） Ikt=50（kA）。因Idt

（4）动稳定校验：Ich=5.704（kA），Imax =125（kA），Ich

（5）热稳定校验：继电保护动作时间：tb=1.2s断路器全合闸时间:tdf=0.05s 短路电流持续时间：

Tdz= tb+ tdf=1.2+0.05=1.25s

故短路电流热效应为：

Qd?I2Tdz?2.242?1.25?6.27KA2?S

断路器3内允许的热效应：

Qn?It2t=502?4?10000KA2?S

2

It即Qd﹤t,所以符合热稳定要求。

具体校验比较表如下

计算数据 UNs 220KV Imax 316.3A I″ 2.237KA ish 5.704KA Qd 6.27[（KA）2S] ish 5.704KA LW6-220/3150 UN 220KV IN 3150A INbr 50KA INcl 125KA It2t 502×4=10000[（KA）2S] ies 125KA 由上述计算结果得出所选型号为LW6-220/3150 的断路器满足要求。

2）110kV进出线断路器选择

（1）电压选择：Ug（电网工作电压）=110kV；因为Un=110?110kV 所以符合要求

（2）电流选择：Imax?1.05?120?1.159?KA? 3?115即In=3150>1159 (A)，所以符合要求

（3）开断电流：Idt=3.89（kA）

Ikt=50（kA）。Idt

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220kV降压变电站电气部分设计

（4）动稳定校验：Ich=9.927（kA），Imax =125（kA），Ich

（5）热稳定校验：继电保护动作时间：tb=1.2s 断路器全合闸时间:tdf=0.05s 短路电流持续时间：Tdz= tb+tdf=1.2+0.05=1.25s 故短路电流热效应为：

Qd?3.8932?1.25?18.9KA2?S

断路器3内允许的热效应：

Qn?It2t=502?3?7500KA2?S Qd?Qn,所以符合热稳定要求。

具体校验比较表

计算数据 UNs 110KV Imax 1159A I″ 3.893KA ish 9.927KA Qd 18.9[（KA）2S] ish 9.927KA SFM-110/3150 UN 110KV IN 3150A INbr 50KA INcl 125KA It2t 502×3=7500 [（KA）2S] ies 125KA 3） 10kV进线断路器选择

(1)电压选择：Ug（电网工作电压）=10kV；因为Un=10?10kV， 所以符合要求。

(2)电流选择：：Imax?1.05?30?1.732(KA) 3?10.5因为In=3150>1732(A)，所以符合要求。

(3)开断电流：Idt=27.5（kA） Ikt=40（kA）。 Idt

(4)动稳定校验：Ich=70.125（kA），Imax =100（kA），Ich

(5)热稳定校验：

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220kV降压变电站电气部分设计

继电保护动作时间：tb=1.2s 断路器全合闸时间:tdf=0.1s

短路电流持续时间：Tdz= tb+ tdf=1.2+0.1=1.3s

故短路电流热效应为：

22Qd=27.5?1.3?983.125KA?S

断路器3内允许的热效应：

Qn?It2t=402?4?6400KA2?S

2ItQd﹤t,所以符合热稳定要求。

具体校验比较表

计算数据 UNs 10KV Imax 1732A I″ 27.5KA ish 70.125KA Qd 893.1[（KA）2S] ish 70.125KA ZN22-10 UN 10KV IN 3150A INbr 40A INcl 100KA It2t 402×4=6400 [（KA）2S] ies 100KA 4） 10kV出线断路器选择 (1)电压选择：

Ug（电网工作电压）=10kV；因为Un=10?10kV，所以符合要求。 (2)电流选择（最大持续工作电流）： Igmax4.5?103??309.3(A)因为In=630>309.3(A)，所以符3?10.5?0.8合要求。

（3）开断电流：Idt=27.5（kA） Ikt=40（kA）。Idt

（4）动稳定校验：Ich=70.1（kA），Imax =100（kA），Ich

（5）热稳定校验：

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220kV降压变电站电气部分设计

继电保护动作时间：tb=1.2s 断路器全合闸时间:tdf=0.06s

短路电流持续时间：Tdz= tb+ tdf=1.2+0.06=1.26s

故短路电流热效应为：

Qd?I2?Tdz?27.52?1.26?952.875(KA2?S)

断路器4内允许的热效应：

Qn?It2t?402?4?6400(KA2?S)，Qn?Qd，所以符合热稳定要

求。

2． 隔离开关的选择

1） 220kV侧隔离开关

由Ug = 220kV ，Ig.max = 316.3A查表可选GW7-220隔离

开关。

根据以知数据效核如下：

（1）工作电流： Ig.max = 316.3 A < 1250A （2）动 稳 定： Ich = 5.704kA < 80kA （3）热 稳 定： Qd= 6.27(KAS)，

Qn?It2t?31.52?4?3969(KA2?S) 即Qn?Qd

2由以上结果可见所选隔离开关GW7-220合格。

计算数据 UNs 220KV Imax 316.3A I″ 2.237KA ish 5.704KA Qd 6.27[（KA）2S] ish 5.704KA GW7-220/3150 UN 220KV IN 1250A INbr 31.5KA INcl 80KA It2t 31.52×4=3969[（KA）2S] ies 80KA

2）110kV侧进出线隔离开关

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220kV降压变电站电气部分设计

由Ug = 110kV ，Ig.max =1159A 查表可选GW5-110型隔离开关。

根据以知数据效核如下：

（1）工作电流： Ig.max =1159 A < 2000A （2）动 稳 定： Ich = 9.927kA < 100kA （3）热 稳 定：

Qd?3.8932?1.25?18.9(KA2?S) ，该隔离开关4s内允许热效

应为：Qn?It2t?31.52?4?3969(KA2?S) ，即Qn?Qd， 由以上结果可见所选隔离开关GW5-110合格。

计算数据 UNs 110KV Imax 1159A I″ 3.893KA ish 9.927KA Qd 18.9[（KA）2S] ish 9.927KA SFM-110/3150 UN 110KV IN 2000A INbr 31.5KA INcl 100KA 2It2t 31.52×4=3969 [（KA）S] ies 100KA 3） 10kV侧进线隔离开关

由Ug = 10kV ，Ig.max = 1732A 查表可选GN22-10型隔离开关。

根据以知数据效核如下：

（1）工作电流： Ig.max =1732< 2000A （2）动 稳 定： Ich = 70.125kA <100kA （3）热 稳 定： Qd?27.52?1.3?983.125(KA2?S) 该隔离开关4s内允许的热效应：Qn?402?4?6400(KA2?S) 即 Qd?Qn ，故满足热稳定。

由以上结果可见所选隔离开关GW2-10合格。

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