毕业设计--220kV、110kV变电站设计通用

220KV变电所电气部分设计

摘 要：本文阐述了设计建设一座220KV降压变电所的方案。首先，通过分析原始资料确定主变形式。然后在对经济和技术方面进行比较后制定出的主接线方案。再次，选取短路点，并对各短路点进行短路电流计算。最后，按各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备的选择和校验。

关键词：变电所；电气主接线；短路电流；电气设备选择

The Design of 220KV Electrical Substation

Abstract: A program for the design of the building of a 220 KV antihypertensive transformer substation is described in this paper. Firstly, through the analysis of raw data the main form of change is determined. After the comparison in economy and technology the optimal program for main wiring is designed. Secondly, select the point of short-circuit and calculate the current of these short-circuit points. Finally， according to the rated voltage and the maximum persistent current of differential levels, the choice of equipment and calibration is completed.

Key Words: substation; electric main wiring; short-circuit current; the selection of electric

equipment

1 引言

本所位于市郊，地势平坦，交通便利，具有220KV、110KV、及10KV三个电压等级，110KV侧以接受功率为主，10KV侧主要用于所用电及无功补偿。本次所设计的变电所是一般变电所，采用两台OSFPS7-120000/220型三绕组有载调压变压器，容量为100/100/50，互为备用。220KV侧共有8回，本期4回最终4回，110KV侧也有11回，本期5回最终6回，10KV侧本期12回最终16回。因此220KV及110KV主接线最后方案采用双母线带旁母接线方式，正常运行时旁母不带电。

本变电所配电装置采用普通中型配电装置，220KV及110KV均采用断路器单列布置，将隔离开关放置母线下，使与另一级隔离开关电气距离增大，缩短配电装置的纵向距离。

主变中性点及出线均装设避雷器，中性点经隔离开关直接接地，并装设两段零序保护及放电间隙保护。

本次论文设计是以我国现行的各有关规范规程等技术标准为依据，所设计是一次初步设计，根据任务书提供的原始资料，参照有关资料及书籍，对各种方案进行比较而得出 。

2 设计任务书

一．原始资料：为满足某地区经济发展和人民生活对电力的需要，经系统规划设计

1

论证，新建一所220KV变电所，变电所与系统连接情况如图1所示。

220MVABAUk=10.5%

待建220KV变电所C40km60km110kv

图1 变电所与系统连接图

1建设规模

1）本所安装2台120MVA 主变压器，先期安装1台。 2）电压等级220/110/10KV

3）各电压侧出线回路数：220KV侧本期4回最终4回 ；110KV侧本期5回最终6回；10KV侧本期12回最终16回。

2各侧负荷情况

110KV侧有2回出线供给远方大型冶炼厂，其容量是60MVA，其他作为地区变电所进线。

10KV侧总负荷为50MVA，最大一回出线负荷为5MVA 3各侧功率因数与最大负荷利用小时数分别为Tmax 220KV侧cos?=0.9 Tmax =4800小时/年 110KV侧cos?=0.85 Tmax =4200小时/年 10KV侧 cos?=0.8 Tmax =4500小时/年 4系统阻抗

220KV侧电源近似为无限大电源系统，以100MVA为基准容量，归算至本所220KV母线阻抗为0.021；110KV侧电源也近似为无限大电源系统，以100MVA为基准容量，归算至本所110KV母线阻抗为0.12。

5调压要求

经规划计算认为本所220KV侧母线电压波动较大，宜采用带负荷调压变压器，10KV留两回出线为本所无功补偿用。

6气象条件

该地区最热月平均气温为38.5℃，年平均气温16℃，绝对最高气温40℃，土壤最热月平均气温18℃，风速为25m/s，微风风速小于5m/s。

7该所位于生荒土地上，地势平坦，交通便利，空气无污染。 8本期施工电源从5公里以外35KV变电所10KV母线引接。 9线路的电抗为0.4?/km。

二．设计内容及要求

1拟定主接线方案：分析原始资料，确定主变形式；技术经济比较；确定最佳方案；

2

选择各侧接线方式。

2计算短路电流：选择计算短路点，计算各点短路电流并列出短路电流计算结果表。 3选择主要电器设备：选择110KV、220KV主接线；选择主变三侧短路器和隔离开关；选择限流电抗器；选择10KV出线电流互感器；选择10KV侧主母线电压互感器；选择各电压等级的避雷器。

4配置主要电器设备：配置各级电压的电压互感器和防雷装置；配置各支路的电流互感器。

5各级电压等级的配电装置的选型与布置。

3 主变压器容量，台数及形式的选择

3.1 概述

在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中主要的电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间的交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况。必须要根据电力系统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，扩大了占地面积，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；若容量选的过小，可能使变压器长期过负荷中运行，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。

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。

3.2 主变压器台数的选择

由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是使市郊220KV降压变电所，它是以220KV受功率为主。把所受功率通过主变传输至110KV及10KV母线上，若全所停电，将引起下一级变电所与地区电网的瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。

为了保证供电的可靠性，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。根据原始资料可以得知要选择两台主变压器，再考虑到两台主变同时发生故障的机率较小，适用于远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或检修时，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，提高供电的可靠性。

3.3 主变压器容量的选择[4]

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

3

年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都已给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变压器的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于重要负荷的变电所，应考虑当一台停运时其余变压器容量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，当一台停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%-80%。本次设计任务书已给定，选择两台120MVA的主变压器。

3.4 主变压器形式的选择

一．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。

本次设计的变电所位于生荒土地，地势平坦，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田，丘陵。故本次设计的变电所选用三相变压器。

二．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：自耦变压器，分裂变压器以及普通三绕组变压器。 普通三绕组变压器在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要。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。

三．主变调压方式的选择

调压方式分为两种，一种为不带电切换，称为无激磁调压，但是调压范围仅在±5%以内，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外，普通变压器的调整很不方便。另一种时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．容量比的选择

由始资料可知，110KV中压侧为主要受功率绕组，而10KV侧主要用于所用电及无

4

功补偿装置，所以容量比选择为：100/100/50。

五．主变器冷却方式的选择

主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。

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，维护工作量大。所以选择强迫油循环风冷却。

3.5 所用变压器容量的选择计算

名称 第一段母线容量（KW） 第二段母线容量（KW） 变压器修理动力 P1 34.29

其他动力 P2 42.6 46.9 变电所空调动车 P3 15 15 电热 P4 43.8 43.92 照明 P5 27.13 25.57 调相机拖动设备 P6 由于S?K?P1??P2

即：第一段母线总容量：S1?0.85?P1?P2?P3??P4?P5?149KVA

第二段母线总容量：S2?0.85?P2?P3??P4?P5?124.1KVA 故变电所所用变压器总容量为：S总=S1?S2?149?124.1?273.1KVA 所以选两台Sq-315/10型号的所用变压器互为备用 额定电压为：10KV 阻抗电压（%） 4 连接组标号：Y/YO?12

4 电气主接线的选择[3][1]

4.1 概述

主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接组成的接受和

5

分配电能的电路，也构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本体运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关， 并且对电器设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系。

我国《变电所设计技术规程》SDJ2-79规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。

1．可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。

2．灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

3．经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。

4.2 主接线接线方式的选择

电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便、有利于安装和扩建。而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。

1.单母线接线

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

单母接线适用于：110KV-220KV配电装置的出线回路数不超过两回，35KV-63KV，配电装置的出线回路数不超过3回，6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。

2.单母线分段

用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母线分段适用于：

110KV-220KV配电装置的出线回路数为3-4回，35KV-63KV配电装置的出线回路数为4-8回，6KV-10KV配电装置出线为6回及以上，则采用单母线分段接线。这种接线方

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式适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35-110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 3．双母线接线

它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于110KV-220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110KV-220KV双母线接线配电装置中，当出线回路数达7回，（110KV）或5回（220KV）时，一般应装设专用的旁路断路器和旁路母线。 4.双母线分段接地

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

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

为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时，不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。

由任务书给定的负荷情况可以确定该变电所主接线采用以下几种方案进行比较：

方案一

220KV采用双母带旁路母线接线方式，110KV也采用双母线接线，根据《电力工程电气设计手册》第一册可知，220KV出线5回以上，装设专用旁路断路器，考虑到220KV8回出线，装设专用母联断路器和旁路断路器。

110KV母线上也装设专用母联断路器和旁路断路器。

10KV，因负荷不多也作无功补偿用，可采用单母线接线方式。 其接线特点：

1）220KV、110KV都采用双母带旁路，并且设计专用的旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母线的固有运行方式，及不致影响停电。

2）10KV虽然所用负荷少，但是有所用电及无功补偿装置，如采用单母线接线时，接线简单清晰，设备少，操作方便等优点。如果某一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电，将影响全所的照明及操作电源、控制电源保护等。

以上接线的缺点：

10KV采用单母线运行方式，操作不够灵活、可靠，任一元件故障或检修，均需整个配电装置停电。

方案二

1）220KV、110KV都采用双母带旁路，并且设计专用的旁路断路器，使检修或故

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障时，不致破坏母线接线的固有运行方式，及不致影响停电。

2）10KV虽然负荷少，但为了满足所用电的可靠性，有装设两台所用变压器，为互备方式运行，其接线方式为单母分段接线方式。 其接线方式的特点：

1)双母线带旁路，并设有专用的旁路短路器，其经济性相对来是提高了，但是保 证了各段出线断路器检修和事故不影响供电的情况下，而且也不会坡坏双 母线运行特性，继电保护也比较容易配合，相对来说可靠性即提高了。

2）10KV为了保证所用电可以从不同段两出线取得电源，同时一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线段不间断供电。

以上两种方案相比较，方案二的经济性虽略逊色于方案一，但是其可靠性和操作灵活性都高于方案一，根据原始资料，方案二满足要求。

5 短路电流的计算

5.1 概述

电力系统的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，在可能发生的各种不正常运行状态和故障中最常见而且对电力系统影响最大的就是各种短路故障，因为他们会破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。

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，三相电路的机会最少。但三相短路虽很少发生，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。

5.2 短路电流计算的步骤

一．短路电流计算的步骤 基准值

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

基准容量： SB=100MVA

基准电压： Vg（KV） 10.5 115 230 基准电流： IB （KA） 步骤：

1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下； 2）给系统制定等值网络图；

3）选择短路点；

4）对网络进行简化，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。

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标幺值： Id*=1/Xd* （1） 有名值： I''?Id*IB （2） 5）计算短路容量，短路电流冲击值

短路容量： S?3VBI'' （3） 短路电流冲击值： ich?2.55I'' （4） 6）列出短路电流计算结果 二．计算过程

根据原始资料两台主变压器，选择型号为：OSFPS7-120000/220 额定电压：高压220±2?2.5%KV，中压 121KV，低压 10.5KV 阻抗电压% 高—中：28-34% 高—低 ：8-10% 中—低： 18-24% 容量比为：100/100/50

连接组标号：YO/YO/??12?11 载电流：0.8% 空载损耗：70KW 短路损耗：320KW

1.在短路计算的基本假设前提下，选取SB?100MVA，VB?VAV

系统阻抗归算到基准容量：SB?100MVA，由原始资料可知220KV侧系统阻抗为0.021，110KV侧为0.298，即系统图2如下：

0.021110kv220kv0.2630.2630.1210kv0.1210.181 图2 系统阻抗图

2.计算参数

由所选变压器的参数可得

阻抗电压为 高—中 中—低 高—低 % 8-10 18-24 28-34 各绕组等值电抗

Vs?1?2?%取10%，Vs?2?3?%取20%，Vs?1?3?%取30%

11Vs1%=?Vs?1?2?%?Vs?1?3?%?Vs?2?3?%?=?10?30?20??10

2211Vs2%??Vs?1?2?%?Vs?2?3?%?Vs?1?3?%?=?10?20?30??0

22Vs3%?12?Vs?2?3?%?Vs?1?3?%?Vs?1?2?%?=

129

?20?30?10??20

各绕组等值电抗标幺值为：

X1?Vs10VS20VS30?SBSNSBSNSBSN=

10100?100120?0.083

X2???010020?100120?0

X3???100?100120?0.167

3.根据系统图可以制定系统网络图3如下：

0.0210.298d10.0830.083d20.1670.167d3 图3 系统等值网络图

4.根据等值网络进行简化及计算

1）当220KV母线发生三相短路时即d1点短路

10KV母线侧因没有电源，无法向220KV侧提供短路电流，即可略去不计。网络简化为图4：

1/0.0214/0.298220kv110kvd12/0.0833/0.083

图4 d1点短路系统等值网络图

X5?X2//X3?0.042 X6?X5?X4?0.34

网络简化图为图5

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1/0.021d16/0.34 图5 d1短路时网络最终简化图

?Id1*?1X1?1X6?10.021?10.34?50.56KA

SB3VB1003?230换算到220KV短路电流有名值I''?Id1*?取Kch?1.8

短路电流全电流最大有效值

Ich?1?2?KU?1?I?''2?50.56??12.69KA

1?2?1.8?1?I?1.51I''2'' Ich?1.51?12.69?19.16KA

当不计周期分量衰减时

冲击电流ich?2KchI''?2?1.8I''?2.55I''?2.55?12.69?32.36KA 短路容量S?3VBI''?3?230?12.69?5162.7MVA

2）当110KV母线上发生三相短路时，即d2点短路，它的等值网络为图6：

1/0.0214/0.298220kvd22/0.0833/0.083

图6 d2点短路系统等值网络图

X5?X2//X3?0.042 X7?X5?X1?0.042?0.021?0.063

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7/0.063d24/0.298 图7 d2点短路网络最终简化图

Id2*?1X7?1X4?10.063?10.298?19.23KA

换算到110KV的短路电流有名值

I?Id2*?''SB3VB?19.23?1003?115?9.65KA

短路电流全电流最大有效值

Ich?1.51?Iich?2.55I''''?1.51?9.65?14.57KA

短路电流冲击值

?2.55?9.65?24.61KA

短路容量

S?3VBI''?3?115?9.65?1922.1MVA3）10KV母线上发生三相短路，即d3点短路，它的等值网络如图8：

1/0.0216/0.298220kv2/0.0833/0.0834/0.1675/0.167d310kv

图8 d3点短路系统等值网络图

X2//X3?X7?0.042 X4//X5?X8?0.084 X9?X1?X7?0.063

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经过对阻抗的简化计算可得图9，星形变换为三角形可得图10。

9/0.0636/0.298d310/0.1658/0.084 d3

X10?X9?X8?X9?X8X6?0.063?0.084?0.084?0.0630.29811/0.78

图9 系统最简图 图10 星形变三角形系统最简图

?0.165

X11?X6?X8?X6?X8X9?10.165?0.298?0.084?0.298?0.0840.063?0.78

Id3*?1X10?1X11?10.78?7.34KA

换算到10KV侧有名值：

I?Id3*?''SB3VB?7.34?1003?10.5?40.36KA

短路电流全电流最大有效值及冲击值：

Ich?1.51?I''?1.51?40.36?60.94KA ich?2.55I''?2.55?40.36?102.92KA

短路容量：S?3VBI''?3?10.5?40.36?733.99MVA 列出短路电流计算结果表：

表1 短路电流计算结果表

短路点的编号 基准电压VAV 基准电流IB 额定电流In （KA） 短路电流标幺值短路电流有名值I ''稳态短路电流标幺值 稳态短路电流有名值 ''冲击电流ich 全电流最大有效短路容量S 值 （MVA） I* （KA） ''Ich （KA） I*'' （KA） I （KA） （KV） （KA） （KA） （KA） 公式 SB3VAV SB3VAV 1X?* 1 '' '' ''I*In 12.69 9.65 40.36 ''X?*I*In 2.55I 1.51I 3VBI''d1 d2 d3 230 115 10.5 0.25 0.5 5.5 0.25 0.5 5.5 50.56 19.23 7.34 50.56 19.23 7.34 12.69 9.65 40.36 32.36 24.61 102.92 19.16 14.57 60.94 5162.7 1922.1 733.99 13

6 电气设备的选择

6.1 概述

导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确的选择设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择高压电器，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。

技术条件[3]：

1．按正常工作条件选择导体和电器 1）电压

所选电器和电缆允许最高工作电压Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压

Vgmax。

即： Vymax≥Vgmax （5）

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

2）电流

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

即： Iy≥Igmax （6）

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

3）按当地条件环境校验

当周围环境温度?和导体额定温度?o不等时，其长期允许电流Iy?可按下式修正：

Iy?=Iy?y???y??o=KIy （7）

其中K—修正系数

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?y—导体或电器设备正常发热允许最高温度

我国目前生产电气设备的额定环境温度?o=40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。 1.按短路情况校验

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

满足热稳定条件为：

?Qd?Qr?22 （8） It?It?dzrQd—短路电流产生的热效应

Qr—短路时导体和电器允许的热效应 Ir—t秒内允许通过的短路热电流

验算热稳定所用的计算时间：tdz?tb?tkd

tb—断电保护动作时间

110KV以下导体和电缆一般采用主保护时间 110KV以上导体电器和充油电缆采用后备保护时间

tkd—相应断路器的全开断时间

2.短路的动稳定校验

满足动稳定条件为：??ich?id??Ich?Id? （9）

ich—短路冲击直流峰值

Ich—短路冲击电流有效值 id?、Id?—电器允许的极限通过电流峰值及有效值（KA）

6.2 断路器的选择

变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线运行方式的任务，故障时，断路器通常和继电保护配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非

故障线路的正常供电及系统的稳定性。

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高压断路器应根据断路器的安装地点，环境和使用技术等要求选择其种类及形式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器可靠性更好，维护工作量少，灭弧性能高，目前得到普遍推广，故35-220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只需适用于10KV电压等级。

一．考虑到检修、维护方便，220KV及110KV均选同型产品 1.220KV侧断路器

1）额定电压选择：Vmax?Vg?220KV?1.15?253KV 2）额定电流选择：Ie?Igmax

考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax?1.05Ie。 即：Igmax?2?120?1.053?220?0.661KA

3）按开断电流选择：Iekd?I''?12.69KA 即Iekd?12.69KA 4）按短路关合电流选择：ieg?ich?32.36KA 即ieg?32.36KA

根据以上数据可以初步选择LW6?220型SF6[2]断路器其参数如下：额定电压220KV，最高工作电压252KV，额定电流3150A，额定开断电流为40KA，短路关合电流55KA，动稳定电流峰值55KA，4S热稳定电流40KA，固有分闸时间0.036S，合闸时间0.2S，全开断时间0.075S。

5）校验热稳定，取后备保护为5S。

td?tkd?tb?0.075?5?5.07S ??''I''I??1

因td?1，故不考虑非周期分量，查周期分量等值时间曲线，查得tz?4.3S。

tdz??td?5??tz??5.07?5??4.3?4.37S22

2Qd?I?tdz?12.69?4.37?703.73(KA)SQr?Irt?40?4?5400(KA)S222

即：Qr?Qd满足要求。

6）检验动稳定：ich?32.36KA id??55KA 即：ich?id?满足要求。

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故选择户外LW6?220型SF6断路器能满足要求，由上述可列出表2：

表2 220KV侧断路器选择校验结果表

设备 项目 LW6?220 产品数据 计算数据 Vmax≥Vg Ie≥Igmax idω≥ich Iekd≥I’’ ieg≥ich Qr≥Qd

252KV 3150A 55KA 40KA 55KA 5400(KA)2.S 253KV 661A 32.36KA 12.69KA 32.36KA 703.73(KA)2.S 2.110KV侧断路器

考虑到两台主变及一定的交换功率

1）额定电压：Vymax?Vgmax Vgmax?1.15?110?126.5KV 2）额定电流：Iy?Igmax Igmax?1.05?2Se3VAV?1.05?2?1203?110?1.323KA

3）按开断电流选择：Iekd?I''?9.65KA 即Iekd?9.65KA 4）短路关合电流：ieg?ich?24.61KA 即ieg?24.61KA

根据以上数据可以初步选择SW6?110Ⅰ型少油断路器，其参数为：最高工作电压126KV，额定电流2000A，额定开断电流31.5KA，短路关合电流80KA，动稳定电流峰值80KA，4S热稳定电流31.5KA，固有分闸时间为0.035S，合闸时间0.2S，全开断时间0.06S。

5）校验热稳定，取后备保护为5S。

td?tkd?tb?0.06?5?5.06S ??''I''I??1

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因td?1，故不考虑非周期分量，查周期分量等值时间曲线，查得tz?4.3S。

tdz??td?5??tz??5.06?5??4.3?4.36S222

Qd?I?tdz?9.65?4.36?406.01(KA)SQr?Irt?31.5?4?3969(KA)S222

即：Qr?Qd满足要求。

由以上计算表明选择户外SW6?110Ⅰ少油断路器能满足要求，可列出下表3：

表3 110KV侧断路器选择校验结果表

设备 项目 SW6?110Ⅰ 产品数据 计算数据 Vmax≥Vg Ie≥Igmax idω≥ich Iekd≥I’’ ieg≥ich Qr≥Qd

126KV 2000A 80KA 31.5KA 80KA 3969(KA)2.S 126.5KV 1323A 24.61KA 9.65KA 24.61KA 406.01(KA)2.S 3.10KV断路器

由于10KV侧装设了电抗器，则可以选择轻型户内真空断路器 1）额定电压：Ve?10KV 2）额定电流：Ie?Igmax?0.630?1.053?10?0.038KA

因为装设电抗器后，短路电流限制在9.05KA。

3）按开断电流选择：Iekd?I''?9.05KA 即Iekd?9.05KA

4）按短路关合电流选择：ieg?ich ich?2.55?9.05?23.08KA即ieg?23.08KA

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5）按短路容量选择：S?3VBI''?3?10.5?9.05?164.59MVA 即：选择断路器的容量应大于164.59MVA。

根据以上数据可以初步选择户内ZMD11-12/2500-40KA型真空断路器，其参数如下：额定电压10KV，额定电流2500A，额定开断电流40KA，额定断流容量727MVA，极限通过电流峰值80KA，2S热稳定电流31.5KA，固有分闸时间0.06S。 6）校验热稳定，取后备保护为1S。 td?tkd?tb?0.06?1?1.06S ??''I''I??1

因td?1，故不考虑非周期分量，查周期分量等值时间曲线，查得tz?0.8S。 7）校验动稳定：ich?id?，ich?23.08?80满足要求。

故选择户内ZMD11-12/2500-40KA型真空断路器能满足要求，可列出表4：

表4 10KV侧断路器选择校验结果表4

设备 项目 ZMD11-12/2500-40KA 产品数据 计算数据 Ve≥Vn Ie≥Igmax Ir2t≥I∞2tdz Iekd≥I’’ ieg≥ich S1≥S2

10KV 2500A 80KA 31.5KA 80KA 727MVA 10KV 38A 24.61KA 9.05KA 23.08KA 164.59MVA 6.3 隔离开关的选择

隔离开关，配置在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时。必须遵倒闸操作顺序。

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

1.220K侧隔离开关

1）Vy?Vgmax Vgmax?1.15Ve 即Vgmax?1.15?220?253KV 2）额定电流：Ie?Igmax?2?120?1.053?220?661A

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

3）校验热稳定：td?tkd?tb?0.07?5?5.07S 跟断路器一样，tdz?4.37S。

Qd?I''2?tdz?12.69?4.37?703.7(KA)?S22 Qr?Ir?t?322?3?3072(KA)2?S

2即：Qr?Qd满足要求。

4）校验动稳定：ich?32.6KA，id??80KA，即id??ich 满足要求。 由上述计算表明，选择GW7?220DW型隔离开关能满足要求，列出表5：

表5 220KV侧隔离开关选择校验结果表

设备 项目 GW7?220DW 产品数据 计算数据 Vy≥Vgmax Iy≥Igmax idω≥ich Iekd≥I’’ Qr≥Qd 2.110侧隔离开关

252KV 1600A 80KA 31.5KA 3072(KA)2.S 253KV 661A 32.36KA 9.05KA 703.7(KA)2.S 1）额定电压：Vy?Vgmax Vgmax?1.15Ve 即Vgmax?1.15?110?126.5KV

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2）额定电流：Iy?Igmax?2?120?1.053?110?1323A

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

3）检验热稳定，同110KV侧断路器相同，tdz?4.36S。

Qd?I??tdz?9.65?4.36?406.01(KA)?S22Qr?Ir?tdz?31.5?4?3969(KA)?S

2222

即：Qr?Qd满足要求。

3）检验动稳定：ich?24.61KA id??100KA 即：id??ich满足要求。

由于上述计算选择GW5?110型隔离开关能满足要求，列出表6：

表6 110KV侧隔离开关选择校验结果表

设备 项目 GW5?110 产品数据 计算数据 Vy≥Vgmax Iy≥Igmax idω≥ich Qr≥Qd

126KV 2000A 100KA 3969(KA)2.S 126.5KV 1323A 24.61KA 406.01(KA)2.S 3.10KV侧隔离开关

由于10KV侧装设了电抗器，即10KV侧可以选择轻型的户内隔离开关。 1）额定电压：Ve?10KV 2）额定电流：Ie?Igmax?0.630?1.053?10?0.038KA

由上述计算数据可以初步选择户内GN22Q隔离开关，其参数如下：额定电压10KV，

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额定电流2000A，动稳态电流40KA，5S热稳定电流14KA。

3）校验热稳定电流，同10KV断路器一样，tdz?0.8S。 即：Qd?I?2?tdz?9.052?0.8?65.52(KA)2?S

22Qr?Ir?tdz?14?5?980(KA)?S

2即：Qr?Qd满足要求。

4）校验动稳定：ich?28.03KA，id??40KA。即id??ich满足要求。 故选择GN22Q型户内隔离开关能满足要求，列出表7：

表7 10KV侧隔离开关选择校验结果表

设备 项目 产品数据 计算数据 GN22Q Vy≥Vgmax Iy≥Igmax idω≥ich Qr≥Qd

10KV 2000A 40KA 980(KA)2.S 10KV 38A 23.08KA 65.52(KA)2.S 6.4 互感器的选择

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

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

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

2．互感器的配置：

1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路

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中均装设电流互感器。

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

4）6-220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器。 3．按一次回路额定电压和电流选择

电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择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电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：

Ve?Ve?，Ie1?Igmax。为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近

额定电流。

Ve?—电流互感器所在电网的额定电压

Ve1、Ie1—电流互感器的一次额定电压和电流 Igmax—电流互感器一次回路最大工作电流

4．热稳定校验

电流互感器热稳定能力常以1S允许通过一次额定电流Ie1的倍数Kr来表示。

?KrIe1?25．动稳定校验

?Itdz（或?Qd） （10）

2电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（2Ie1）的倍数Kd—动稳定电流倍数，表示其内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验：

2Ie1Kd?ich （11）

6．电压互感器及型式的选择

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

7．按容量的选择

互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），Se2应不小于互感器的二次负荷S2，即：

Se2?S2 （12）

2OS2???P????Q?O2 （13）

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QO、PO—仪表的无功功率和有功功率

1.电流互感器的选择计算

电流互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流。 1)220KV侧电流互感器 额定电流：Ie?Igmax?2?120?1.053?220?661A

额定电压：Ve?Ve??220KV

根据以上计算数据，可以初步选择LB7?220型电流互感器，其参数为额定电流比1200/5，准确级0.5，二次负荷2，1S热稳定倍数26.25，动稳定倍数67。

热稳定校验：Qd?I??tdz?12.692?4.37?703.7(KA)2?S ?KrIe1???26.25?1200??992.25(KA)2?S

222即：?KrIe1??I?tdz满足要求。

22动稳定校验:2Ie1Kd?2?1.2?67?113.7KA ich?32.36KA

即：2Ie1Kd?ich满足要求。

表8 220KV侧电流互感器选择校验结果表

设备 项目 LB7-220 产品数据 计算数据 Ve≥Veω Ie1≥Igmax (KrIe1)2〉I∞2tdz 2Ie1Kd?ich 220KV 1200A 992.25(KA)2.S 113.7KA 220KV 661A 703.7(KA)2.S 32.36KA 2)110KV侧电流互感器 额定电流：Ie1?Igmax?2?120?1.053?110?1323A

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额定电压：Ve?Ve??110KV

根据以上计算数据，可以初步选择LB7?110W型电流互感器，其参数为额定电流比为2?1200/5，准确级次为0.5，二次负荷阻抗为2，1S热稳定倍数为30，动稳定倍数75。

热稳定校验：Qd?I??tdz?9.652?4.37?406.9(KA)2?S

2?KrIe1?222??30?2400?22?5184(KA)?S

即：?KrIe1??I?tdz满足要求。 动稳定校验：2Ie1Kd?2?2.4?75?254.52KA，ich?24.61KA。

即：2Ie1Kd?ich满足要求。 由上述计算可以列出表9：

表9 110KV侧电流互感器选择校验结果表

设备 项目 LB7-110W 产品数据 计算数据 Ve≥Veω Ie1≥Igmax (KrIe1)2〉I∞2tdz 2Ie1Kd?ich 110KV 2×1200A 5184(KA)2.S 254.52KA 110KV 1323A 406.9(KA)2.S 24.61KA

3)10KV侧电流互感器 额定电流：Ie1?Igmax?630?1.053?10?38A

额定电压：Ve?Ve?=10KV

根据以上计算数据可以初步选择LDZB6?10，其参数为额定电流比为:400/5，准确级次为0.5，2S热稳定电流为31.5KA，动稳定电流为80KA。

校验热稳定同样跟10KV断路器一样，tdz?0.8S 热稳定校验：Qd?I??tdz?9.052?0.8?65.52KA2?S

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