220KV变电站设计毕业论文

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引言

随着经济的腾飞，电力系统的发展和负荷的增长，电力网容量的增大，电压等级和综合自动化水平也不断提高，科学技术突飞猛进，新技术、新电力设备日新月异，该地原有变电所设备陈旧，占地较大，自动化程度不高，为满足该地区经济的持续发展和人民生活的需要，电网正在进行大规模的改造，对变电所的设计提出了更高、更新的要求。建设新的变电所，采用先进的设备，使其与世界先进变电所接轨，这对提高电力网的供电可靠性，降低线路损耗，改善电能质量，增加电力企业的经济效益有很大的现实意义。

1、绪论

由于经济社会和现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，使变电所设计问题变得越来越复杂。除了常规变电所之外，还出现了微机变电所、综合自动化变电所和无人值班变电所等。目前，随着我国城乡电网建设与改革工作的开展，对变电所设计也提出了更高、更新的要求。

1.1 我国变电所发展现状

变电技术的发展与电网的发展和设备的制造水平密切相关。近年来，为了满足经济快速增长对电力的需求，我国电力工业也在高速发展，电网规模不断扩大。目前我国建成的500kV变电所有近200座，220kV变电所有几千座；500kV电网已成为主要的输电网络，大经济区之间实现了联网，最终将实现全国联网。电气设备的制造水平也在不断提高，产品的性能和质量都有了较大的改进。除空气绝缘的高压电气设备外，GIS、组合化、智能化、数字化的高压配电装置也有了新的发展；计算机监控微机保护已经在电力系统中全面推广采用；代表现代输变电技术最高水平的750kV直流输电，500kV交流可控串联补偿也已经投入商业运行。我国电网供电的可靠性近年来也有了较大的提高，在发达国家连续发生严重的电网事故的同时，我国电网的运行比较稳定，保证了经济的高速发展。

1.2 变电所未来发展需要解决的问题

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在未来，随着经济的增长，变电技术还将有新的发展，同时也给电力工程技术人员提出了一些需要解决的问题，例如：高压、大容量变电所深入负荷中心进入市区所带来的如何减少变电所占地问题、环境兼容问题；电网联系越来越紧密，如何解决在事故时快速切除隔离故障点，保证电力系统安全稳定问题；系统短路电流水平不断提高，如何限制短路电流问题；在保证供电可靠性的前提下，如何恰当的选择主接线和电气设备、降低工程造价问题等。

1.3 地区变电所的未来发展

变电所实现无人值班是一项涉及面广、技术含量高、要求技术和管理工作相互配套的系统工程。它包括：电网一、二次部分、变电所装备水平、通信通道建设、调度自动化系统的建立以及无人值班变电所的运行管理工作等。所以要实现变电所的无人值班，必须满足一定的条件，主要有以下几个方面：

⑴ 变电所的基础设施要符合要求。如：主接线力求简单，运行方式改变易实现，变压器要具有调压能力（可以是有载调压变压器或由调压器与无载调压变压器相配合来实现调压），主开断设备要具有较高的健康水平，操作机构要能满足远方拉合要求等。另外，所内还要具备一定的基础自动化水平，用以完成对一些辅助性设备实现控制（如主变风扇的开停、电容器的投切等），以减轻调度端的工作量。

⑵ 调度自动化系统在达到部颁发的《县级电网电力调度自动化规范》中所要求的功能的基础上，通过扩展“遥控”、“遥调”，实现“四遥”功能，达到实用化要求。同时还要满足RTU功能先进、通道畅通可靠等条件。

⑶ 企业要有一支高素质的人才队伍。这既是变电所实现无人值班建设的需要，更是变电所无人值班建成后运行和管理的需要，也是变电所能否真正实现无人化运行，发挥出应有效益的要求。

⑷ 对企业必须产生明显的效益。因为变电所要实现无人值班，无论是设备升级，还是上自动化系统，需要有大量的资金投入。对企业来说，要搞无人值班变电所，首先要作好投入产出评价。一般来说，当运行的无人值班变电所低于3～4座时，总体经济效益是不明显的。这主要是因为一方面县调自动化功能由于覆盖率低而得不到充分发挥；另一方面企业又要为无人值班变电所的运行、操作和管理工作配备一支队伍，而从变电所减下来的人员由于数量少，达不到减人增效

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的目的。所以说，要搞无人值班变电所，就必须要形成规模。实践证明：一个县级供电部门，在无人值班变电所数量达到50%以上时，才可能受到良好的经济效益。

实现无人值班的几点意见：

⑴ 坚持积极稳妥的建设原则，要统筹规划，作好可行性论证，因地制宜，量力而行，以点带面，逐步展开。目前国家在无人值班变电所设计、建设到管理等方面还没有制定出一个统一的技术导则或运行管理办法，各供电部门只能边干，边摸索，边总结，为国家形成相应的文件提供参考依据。

⑵ 要防止“为无人而无人”的观念。在县级电网的规划建设时，建议在非枢纽所和用户所可先行实现无人值班，而对电网影响大的枢纽所可考虑上综合自动化系统。

⑶ 要坚持新建与改造并重的原则。对于新建变电所，有条件、有实力的县局可以按照原电力部提出的小型化远景模式方案，一次到位实现变电所无人值班；对于条件尚不成熟的县局，可通过对变电所进行改造这条途径，先从设备改造入手，提高基础自动化水平，分步骤实施，最终达到无人值班的要求。

2、电气主接线

2.1 电气主接线的设计原则和要求

变电所电气主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。

2.1.1 主接线的设计原则

⑴ 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的地位和作用事决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于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、经济性的要求也不同。

⑵ 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

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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电源和出线回数。

⑶ 考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。对一级负荷，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。

⑷ 考虑主变压器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。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

⑸ 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、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。

2.1.2 主接线设计的基本要求

根据我国原能源部关于《220～500kV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定：“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。

主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 ⑴ 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，而是相对的。一种主接线可靠性的标志：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，停运线路的回数和停运时间的长

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短，以及能否保证对重要用户的供电；③变电所全部停电的可能性。

⑵ 灵活性

主接线的灵活性有以下几方面要求：

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渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。

⑶ 经济性

经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。

2.2 主接线方案比较及确定

根据对原始资料的分析，现将各电压等级可能采用的较佳方案列出。进而，以优化组合的方式，组成最佳可比方案。

表2.1 方案拟定表

电压等级 220kV 110kV 10kV 方案Ⅰ 双母线接线 双母线接线 单母线接线 方案Ⅱ 双母带旁路接线 双母带旁路接线 单母分段接线 2.2.1 220kV和110kV主接线方案确定

⑴ 方案Ⅰ：

图2.1 双母线接线 第5页，共69页

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①线路故障断路器拒动或母线故障只停一条母线及所连接的元件，将非永久性故障元件切换到无故障母线，可迅速恢复供电。

②检修任一元件的母线隔离开关，只停该元件和一条母线，其他元件切换到另一母线，不影响其他元件供电。

③可在任何元件不停电的情况下轮流检修母线，只需将要检修的母线上的全部元件切换到另一母线即可。

④断路器检修可加临时跨条，将被检修断路器旁路，用母联断路器代替被检修断路器，减少停电时间。

⑤运行和调度灵活，根据系统运行的需要，各元件可灵活地连接到任一母线上，实现系统的合理接线。

⑥扩建方便，一般情况下，双母线接线配电装置在一期工程中就将母线构架一次建成，近期扩建间隔的母线也安装好，在扩建新元件施工时，对原有元件没有影响。

⑵ 方案Ⅱ：

图2.2 双母带旁路接线

加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修不停电的问题，但是旁路母线也带来了如下的负面影响：

① 旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关，增加了配电装置的设备，增加了土地，也增加了工程投资。

② 旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成事故。

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③ 保护及二次回路接线复杂。

④ 用旁路代替各回路断路器的倒闸操作，需要人来完成，因此带旁路母线的接线不利于实现变电所的无人值班。

近年来，系统地发展，系统接线可靠性的提高，新技术、新设备的采用，使得采用旁路母线的环境发生了较大的变化，主要有以下几个方面：

⑴ 由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断出现，例如现在广泛采用的SF6断路器、真空断路器，运行可靠性大幅度提高。连续不检修运行的时间不断增长，SF6断路器制造厂可保证20年不检修。即使有时因操作机构故障需要停电检修，检修的时间也很短。近年来弹簧机构、液压弹簧机构等高可靠性的断路器操作机构也不断涌现。因此，断路器本身需要检修的几率不断减少，而每次检修的时间又非常短，旁路母线使用的几率也在逐年下降。

⑵ 由于继电保护装置的微机化，维护工作大量减少，需要停电维护的几率很小。特别是双重化配置的保护，可以一套保护运行，另一套保护停用更换插件，不需要旁路保护代替。

⑶ 220kV及以下新设计的变电站，一般都按无人值班方式设计。旁路母线给无人值班带来不便。

鉴于上述情况，旁路母线的作用已经逐年渐弱了。作为电气主接线的一个重要方案带旁路母线的接线已经完成了它的历史作用，现在已经成为了一种过时的接线方式。新建工程基本上不再采用带旁路母线的接线方式。故而220kV和110kV主接线均采用方案Ⅰ双母线接线。

2.2.2 10kV主接线方案确定

⑴ 方案Ⅰ单母线接线如图2.3。

图2.3 单母线接线 第7页，共69页

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⑵ 方案Ⅱ单母线分段接线如图2.4。

图2.4 单母线分段接线

⑶ 10kV主接线两种接线方式比较见表2.2

表2.2 10kV主接线方案比较表

方案 项目 可 靠 性 方案Ⅰ 方案Ⅱ 可靠性相对较高，当一段母线发生故障或当任一连接元件故障，断路器拒动时，继可靠性低，无论检修母线或设备故障、电保护动作断开分段断路器，将故障限制检修都将造成整个配电装置停电。 在故障母线范围内，非故障母线继续运行，整个配电装置不会全停，也能保证对重要用户的供电。 灵 活 性 经 济 性 接线简单，清晰，操作方便，扩建容易。 接线简单，清晰，操作方便，扩建容易 相对投资少、设备数量少，年费用低。 投资相对较高、设备数量稍多。 通过对两种方案的综合分析，方案Ⅱ在可靠性及灵活性方面占优势，方案Ⅰ在经济性方面稍占优势。由于考虑到该电厂需要的可靠性，方案Ⅱ可以满足其供电需要，故最终方案选用方案Ⅱ单母线分段接线。

2.2.2 所用电主接线方案确定

所用低压母线主要为所用电提供电源，其接线方式为单母分段接线，如图2.5所示。

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图2.5 所用电接线方式

2.3 中性点运行方式

2.3.1 中性点非直接接地

⑴ 中性点不接地

中性点不接地方式最简单，单相接地时允许带故障运行两小时，供电连续性好，接地电流仅为线路及设备的电容电流。但由于过电压水平高，要求有较高的绝缘水平，不宜用于110kV及以上电网。在6-63kV电网中，则采用中性点不接地方式，但电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高弧光间歇接地过电压，波及整个电网。

⑵ 中性点经消弧线圈接地

当接地电容电流超过允许值时，可采用消弧线圈补偿电容电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过电压。

⑶ 中性点经高阻抗接地

当接地电容电流超过允许值时，也可采用中性点经高阻抗接地方式。一般用于大型发电机中性点。

2.3.2 中性点直接接地

直接接地方式的单相短路电流很大，线路或设备须立即切除，增加了断路器 负担，降低供电连续性。但由于过电压较低，绝缘水平可下降，减少了设备造价，特别是在高压，超高压电网，经济效益显著。所以适用于110kV及以上电网中。此外，在雷电活动较强的山岳丘陵地区，结构简单的110kV电网，如采用直接接地方式不能满足安全供电要求和对联网影响不大时，可采用中性点经消弧线圈接地方式。

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2.3.3 各级电压中性点运行方式

⑴ 220kV及110kV均采用中性点直接接地。 ⑵ 10kV采用中性点不接地。

3、变电所变压器的选择

3.1 主变压器的选择

3.1.1 主变压器台数的确定

为保证供电的可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所一般装设两台主变压器，但一般不超过两台变压器。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。

对于大型超高压枢纽变电所，装设两台大型变压器，当一台发生故障时，要切断大量负荷是很困难的。因此，对大型枢纽变电所，根据工程具体情况，应该安装2～4台主变压器。这种装设方法可以提高变电所的供电可靠性，变压器的单台容量以及安装的总容量皆可有所节约，且可根据负荷的实际增长的进程，分期逐台装设变压器，而不致积压资金。

当变电所装设两台及以上的主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，其余变压器容量至少能保证所供的一级负荷或变电所全部负荷的60%～80%。通常一次变电所采用80%，二次变电所采用60%。

3.1.2 主变压器型式的选用

⑴ 变电所的主变压器一般采用三相变压器，如因制造和运输条件限制，在220kV的枢纽变电所中，一般采用单相变压器组。当装设一组单相变压器时，应考虑装设备用相。当主变压器超过一组，且各组容量满足全所负荷的75%要求时，可不装设备用相。

⑵ 变电所中的主变压器在系统有调压要求时，一般采用有载调压变压器。有载调压变压器可以带负荷调压，有利于变压器的经济运行。因此，在新设计的变电所中，大都采用这种型式的变压器。

⑶ 与两个中性点直接接地系统连接的变压器，除低压负荷较大或高中压间潮流不定情况外，一般采用自耦变压器，但仍需技术经济比较。

⑷ 三绕组变压器的选择

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具有三种电压的变电所，例如220、110、35/10kV，一般采用三绕组变压器。关于三绕组主变压器的阻抗和分接头的选择，现说明如下：

1）三绕组变压器的最大阻抗放在高、中侧还是高、低侧以及中低侧，其短路容量对高压系统稳定、继电保护、供电的电压水平以及电压的调整都有很大的影响，必须全面综合的考虑这些因素。

2）三绕组变压器在制造上有两种基本组合方式：

①升压结构。这种结构绕组的排列为铁芯—中压—低压—高压绕组，故高、中压间阻抗最大。

②降压结构。其绕组排列为铁芯—低压—中压—高压绕组，故高、中压间阻抗最大。

3）双绕组和三绕组变压器的变比和分接头可按制造标准选择，即变压器低压侧的线间电压为受电设备额定电压的105%，高、中压侧则为110%，并带有±2×2.5%的分接头。若正常运行时，高、低压同时向中压供电，则高压绕组的端电压应为受电设备额定电压的100%，分接头可根据要求选用±2×2.5%、-1×2.5%、-3×2.5%或-4×2.5%。

3.1.3 主变压器容量的选择

⑴ 为了正确的选出变压器额定容量，要绘制变电所的年及日负荷曲线，并从该曲线得出变电所的年及日最高负荷和平均负荷。

⑵ 主变容量的确定应根据电力系统5～10年的发展规划进行选择，因此，为了确定合理的变压器容量，必须尽可能把5～10年负荷发展规划做得正确，这是最根本

⑶ 变压器的最大负荷按下式确定为

PM≥K0∑P

式中PM——变电所最大负荷； K0——负荷同时系数；

∑P——按负荷等级统计的综合用电负荷。

⑷ 如果变压器容量按条件Se≥∑PM选出，那么，当曲线的尖峰负荷只占很短时间（0.5～1h）时，则变压器长时间工作在欠载状态下，从而增大了变压器的安装容量。在多数情况下，把变压器的额定容量选择到接近于较长运行时间的

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最大负荷较为有利，同时考虑充分利用变压器在正常情况下的过负荷能力。变压器的过负荷能力，取决于昼夜负荷曲线的负荷系数，以及昼夜和年温度变化特点，并取决于变压器的冷却方式。

⑸ 从年度损失和投资方面来讲，变压器过负荷运行小时数越大则越经济。原苏联在选择单台变电所的额定容量时，计及变压器允许的经常性过负荷。根据对多数终端，分支和企业变电所的统计，表明变压器容量Se=（0.75～0.8）PM选择较为合理。此时，以变压器的正常过负荷能力来承担变压器所遭受的短时高峰负荷（连续运行时间不宜超过1h），过负荷以不缩短变压器的寿命为限。因为变压器为具有高可靠性和低事故的元件，可允许在网络故障状态下有较大的过负荷，其寿命并不怎么缩短。

⑹ 对两台变压器的变电所，变压器的额定容量可按下式确定为

Se=0.8PM

即按80%的全部负荷选择，因此变电所的总安装容量为

∑Se=2×0.8 PM=1.6PM

当一台变压器停运时，可保证对80%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电。若取Se=0.6PM，则当一台变压器停运时，可保证对60%的负荷供电，考虑变压器的过负荷能力为40%，则可保证84%负荷的供电。由于一般变电所中，大约有25%的非重要负荷，在事故状态下可以切除，因此，采用Se=0.6PM，对变电所保证重要负荷来说明是可行的。

⑺ 提高供电可靠性，在1989年我国原能源部所颁发的SDJ2—88标准中，规定当一台主变停运时，其余主变容量应保证该所全部负荷的80%，这样，再将变压器的过负荷能力考虑进去，大致可以满足全部负荷的需要。

3.1.4 主变压器容量的计算

110kV和10kV负荷的同时系数都为0.9；110kV与10kV负荷同时系数为0.9，故有：

110KV电压等级侧全部负荷：

Smax =（ΣPmax/COSθ）× 0.9=[（40 + 27 + 23 + 14）/0.9 + 38/0.85 ]×0.9 = 160.262 ×0.9=144.236 MV·A 10KV电压等级侧全部负荷：

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Smax =（ΣPmax /COSθ）× 0.9=[（3 + 3 + 2.5 + 3 + 2.5 + 5 + 2.5）/0.85 +

（3 + 3 + 3 + 3）/0.9]×0.9 = （25.294 + 13.333）×0.9 =38.627×0.9 =34.764 MV·A

110kV和10kV的总共负荷为: S=(144.236+34.764)×0.9=161.1 MV·A

考虑负荷同时系数，主变压器承担总负荷：

SΣ= （144.236+34.764）×0.9 + 0.11195 =161.21 MV·A

一台主变停运（检修）时，主变要满足的容量： S =SΣ=161.21×0.8=128.968 MV·A

最大方式下运行且留裕10%后的容量：

S =（SΣ /2）×（1+10%）=（161.21/2）×110%=86.67 MV·A

经过计算和分析可确定主变压器的容量要为最接近130 MV·A，即选 SFPS7-150000/220TH型变压器。

3.2 所用变压器的选择

3.2.1 所用变压器主要参数选择

⑴ 绕组接线。常用的绕组接线有Yyn和Dyn接线两种。Yyn接线在低压侧单相接地时，因变压器零序阻抗大，而高压侧零序电流小，所以无法实现过电流保护。Dyn接线变压器，因三角形绕组有零序电流通路，零序阻抗较小，与正序阻抗接近。低压侧单相接线短路时，高压侧也有短路电流（正序、负序），容易实现过电流保护。三角形绕组也是三倍次谐波电路的通路，有利于改善负荷侧电压波形畸变。低压侧中性点浮动位移也小，低压侧电压也比较稳定。因此，无特殊要求的情况下，所用变压器应优先选用Dyn接线变压器。

⑵ 变压器阻抗的选择。所用变压器的阻抗的大小直接影响低压侧短路电流的大小，母线电压波动和电动机的启动条件。220～500kV变电所，380/220V系统一般没有大型电动机，电压波动如超过5%可采用带负荷调压变压器，因此所用变压器阻抗的选择主要考虑限制低压侧短路电路的水平。

⑶ 所用变压器的额定电压选择。在220kV变电所，当所用变压器接于10kV配电装置主母线时，主母线与10kV配电网相连，通过主变压器调压分接开关和投切电容器组来调整10kV母线电压，其波动范围在10kV配电网允许的范围内，

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一般不超过5％。因此，这类所用变压器的额定电压按主变压器低压侧的额定电压选择，其电压变化范围可按一般配电变压器的情况来考虑。

3.2.2 所用变压器容量的计算

在选择所用变压器容量时，首先要进行所用变压器的负荷统计。所用变压器

的负荷可按动力负荷，加热负荷，照明负荷换算法按下式计算所用变压器的负荷：

S?K1P1?P2?P3

式中 S——所用变压器的计算容量，kV·A； K1——动力负荷换算系数，一般取0.8～0.85； P1——总动力负荷，kW； P2——总加热负荷，kW； P3——总照明负荷，kW。

对于变电所电动机的计算功率P，应根据负荷的运行方式及特点确定。 ⑴ 对经常、连续运行的设备和连续而不经常运行的设备，即连续运行的电动机均应全部计入，按下式计算

P?PN

式中的PN——电动机额定功率，kW。

⑵ 对经常短时及经常断续运行的电动机应按下式计算

P?0.5PN

⑶ 对不经常短时及不经常断续运行的设备，一般可不予计算

P?0

故有 S =Σs

= （0.15×2×66+20×1+ 14×1+1.4×1+1.7×1+1.7×1+22×2×0.5+1.7×1）×0.85+（1×1+1×1）+（20×1+20×1） =82.3×0.85+2+40=111.955 kV·A

通过计算，本变电所所用变压器选用型号为59-125/10型变压器，其主要参

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数见表3.1。

表3.1 变压器参数表

变压器 #1 主 变 #2 主 变 所用变 59-125/10 125kVA Yyn0 型号 额定容量 联结组别 短路阻抗 V3-1% V1-2% V2-3% V3-1% V1-2% V2-3% 23.94 13.83 7.74 23.94 13.83 7.74 SFPSZ7-150000/220TH 150/150/75(MVA) YNyn0d11 SFPSZ7-150000/220TH 150/150/75(MVA) YNyn0d11 4、短路电流计算 电力系统的电气设备在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会破坏用户的正常供电和电气设备的正常运行。

短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。

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。

4.1 短路计算的目的及假设

4.1.1 短路电流计算目的

⑴ 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。

⑵ 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。

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⑶ 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。

⑷ 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。

⑸ 按接地装置的设计，也需用短路电流。

4.1.2 短路电流计算的一般规定

⑴ 验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按只在切换过程中可能并列运行的接线方式。

⑵ 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

⑶ 选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点时，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

⑷ 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。

4.1.3 短路计算基本假设

⑴ 正常工作时，三相系统对称运行； ⑵ 所有电源的电动势相位角相同；

⑶ 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小而发生变化；

⑷ 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

⑸ 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。

4.1.4 短路电流计算基准值

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

基准容量：Sb= 1000MV·A

基准电压：Ub=Uav (kV) 10.5 115 230

4.2 短路电流计算的步骤

⑴ 计算各元件电抗标幺值，并折算到同一基准容量下；

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⑵ 给系统制订等值网络图； ⑶ 选择短路点；

⑷ 对网络进行化简，计算出计算电抗，通过查计算曲线来求出短路电流的标幺值，其中计算曲线只作到xjs=3.45为止，当xjs≥3.45时可以近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间而变，直接按下式计算即可

IP??1 xjs⑸ 列出短路电流计算并得出结果。

4.2.1 各元件电抗标幺值

⑴ 各电厂电抗标幺值

//A厂：XA?xdA?Sb1000?0.4??0.2 SNA2000//B厂：XB?xdB?Sb1000?0.38??0.21 SNB1800Sb1000?0.45??0.25 SNC1800Sb1000?0.5??0.5 SND1000//C厂：XC?xdC?//D厂：XD?xdD?⑵ 主变各绕组的等值电抗标幺值

VS1%?VS2%?VS3%?11(VS(1?2)%?VS(3?1)%?VS(2?3)%)?(13.83?23.95?7.74)?15.02 2211(VS(1?2)%?VS(2?3)%?VS(3?1)%)?(13.83?7.74?23.95)??1.19 2211(VS(2?3)%?VS(3?1)%?VS(1?2)%)?(7.74?23.95?13.83)?8.93 22Xt1?VS1%Sb15.021000????1.001 100SNT1100150Xt2?Xt3?VS2%Sb?1.191000?????0.079 100SNT2100150VS3%Sb8.931000????1.191 100SNT310075⑶ 各线路等值电抗标幺值(取架空输电线路单位电抗为XL=0.4Ω/km)

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XL1?XL?L1?Sb1000?0.4?180??1.361 22Uav230XL2?XL?L2?Sb1000?0.4?160??1.211 22Uav230XL3?XL?L3?XL4?XL?L4?Sb1000?0.4?200??1.512 22Uav230Sb1000?0.4?120??0.907 22Uav230XL5?XL?L5?XL6?XL?L6?Sb1000?0.4?150??1.134 22Uav230Sb1000?0.4?180??1.361 22Uav2304.2.2 总的短路等值电路图

图4.1 短路等值电路总图

4.2.3 220kV母线短路点d1的短路电流计算

⑴ 220kV母线短路等值电路图如图4.2和4.3。

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XL1?XL21.361?1.211??0.404

XL1?XL2?XL31.361?1.211?1.512

图4.2 220kV母线短路等值电路图1 图4.3 220kV母线短路等值电路图2

X1?X2?X3?X4?XL2?XL31.211?1.512??0.448

XL1?XL2?XL31.361?1.211?1.512XL1?XL31.361?1.512??0.504

XL1?XL2?XL31.361?1.211?1.512XL4?XL50.907?1.134??0.302

XL4?XL5?XL60.907?1.134?1.361X5?X6?XL5?XL61.134?1.361??0.454

XL4?XL5?XL60.907?1.134?1.361XL4?XL60.907?1.361??0.363

XL4?XL5?XL60.907?1.134?1.361⑵ 各电厂对短路点d1的转移电抗值

XfA?XA?X1?X3?XfB?XB?X2?X3?XfC(XA?X1)X3(0.2?0.404)?0.504?0.2?0.404?0.504??1.571

XB?X20.21?0.448XfD(XB?X2)X3(0.21?0.448)?0.504?0.21?0.448?0.504??1.711XA?X10.2?0.404(X?X4)X6(0.25?0.302)?0.363?XC?X4?X6?C?0.25?0.302?0.363??1.125XD?X50.5?0.454(XD?X5)X6(0.5?0.454)?0.363?XD?X5?X6??0.5?0.454?0.363??1.944XC?X40.25?0.302 ⑶ 将A、B两厂合并，求其对短路点d1的转移电抗值

Xf(A//B)?(XA?X1)(XB?X2)(0.2?0.404)?(0.21?0.448)?X3??0.504?0.819X1?XA?XB?X20.2?0.404?0.21?0.448第19页，共69页

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⑷ 将C、D两厂合并，求其对短路点d1的转移电抗值

(XC?X4)(XD?X5)(0.25?0.302)?(0.5?0.454)?X6??0.363?0.713XC?X4?XD?X50.25?0.302?0.5?0.454 ⑸ 将A、B、C、D四厂合并，求其对短路点d1的转移电抗值 Xf(C//D)?Xf(A//B//C//D)?Xf(A//B)?Xf(C//D)Xf(A//B)?Xf(C//D)?0.819?0.713?0.381

0.819?0.713⑹ 四厂合并后对短路点d1的计算电抗为

Xjs220?Xf(A//B//C//D)?S?0.381?2000?1800?1800?1000?2.5146

Sb1000⑺ 通过查计算曲线得0～4s内不同时间短路电流标幺值，然后求其有名值

Ipt?Ipt??S3Uav

表4.1 短路点d1的短路电流表

时间(s) 标幺值 0 0.409 0.5 0.409 6.776 1 0.410 6.793 1.5 0.410 6.793 2 0.410 6.793 3 0.410 6.793 4 0.410 6.793 有名值（kA） 6.776 4.2.4 110kV母线短路点d2的短路电流计算 ⑴ 等值电路图如图4.4和图4.5。

图4.4 110kV母线短路等值电路图1 图4.5 110kV母线短路等值电路图2

⑵ 全部电厂对短路点d2的转移电抗值及计算电抗值

Xt12?11(Xt1?Xt2)?(1.001?0.079)?0.461 22第20页，共69页

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转移电抗：Xf110?Xf(A//B//C//D)?Xt12?0.381?0.461?0.842 计算电抗：Xjs110?Xf110S2000?1800?1800?1000???0.842??5.5572 Sb1000⑶ 通过查计算曲线得到0～4s内不同时间短路电流标幺值，然后求其有名值

Ipt?Ipt??S3Uav

表4.2 短路点d2的短路电流表

时间(s) 标幺值 0 0.18 0.5 0.18 5.964 1 0.18 5.964 1.5 0.18 5.964 2 0.18 5.964 3 0.18 5.964 4 0.18 5.964 有名值（kA） 5.964 4.2.5 10kV母线短路点d3的短路电流计算（未装设电抗器之时） ⑴ 等值电路图如图4.6和图4.7。

图4.6 10kV母线短路等值电路图1 图4.7 10kV母线短路等值电路图2

⑵ 全部电厂对短路点d2的转移电抗值及计算电抗值

Xt13?11(Xt1?Xt3)?(1.001?1.191)?1.096 22转移电抗：Xf10?Xf(A//B//C//D)?Xt13?0.381?1.096?1.477 计算电抗：Xjs10?Xf10??S?1.477?2000?1800?1800?1000?9.748

Sb1000⑶ 通过查计算曲线得到0～4s内不同时间短路电流标幺值，然后求其有名

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值

短路电流标幺值计算公式：Ip??1Xjs10

有名值计算公式：Ipt?Ipt??S3Uav表4.3 短路点d3的短路电流表

时间(s) 标幺值 0 0.103 0.5 0.103 37.38 1 0.103 37.38 1.5 0.103 37.38 2 0.103 37.38 3 0.103 37.38 4 0.103 37.38 有名值（kA） 37.38 5、电气设备与母线的选择

5.1 概述

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

电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下都能保持正常运行。

5.1.1 电气设备选择的一般规则

⑴ 应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展；

⑵ 应按当地环境条件校核； ⑶ 应力求技术先进和经济合理； ⑷ 与整个工程的建设标准应协调一致； ⑸ 同类设备应尽量减少品种；

⑹ 选用新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况

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下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。

5.1.2 电气选择的条件

正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。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，积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。

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却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

⑴ 按正常工作条件选择电气设备 ① 额定电压和最高工作电压

所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即

Ualm ≥ Usm

一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220kV及以下时为1.15UN；额定电压是330～500kV时是1.1UN。而实际电网的最高运行电压Usm一般不会超过电网额定电压的1.1UNs，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择,即

UN≥UNs

② 额定电流

电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度θ0下，电器的长期允许电流。IN不应该小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

IN ≥Imax

由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍；若变压器有过负荷运行可能时，Imax应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机或变压器的Imax；母线分段电抗器的Imax应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电机额定电流的50%～80%；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。此外，还与电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。

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③ 按当地环境条件校核

在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电器使用的额定环境温度 θ0＝＋40℃，如周围环境温度高于＋40℃（但≤＋60℃）时，其允许电流一般可按每增高1℃，额定电流减少1.8％进行修正，当环境温度低于＋40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5％，但其最大电流不得超过额定电流的20%。

⑵ 按短路状态校验 ① 短路热稳定校验

短路电流通过电器时，电器各部分的温度应不超过允许值。满足热稳定的 条件为：It2 t ≥Qk ；

式中 Q k —短路电流产生的热效应

It、t—电器允许通过的热稳定电流和时间。

② 电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。 满足动稳定条件为：Ies≥Ish ； 式中Ish—短路冲击电流有效值；

Ies—电器允许 的动稳定电流的有效值；

5.2 10kV电压等级电抗器的选择

⑴ 额定电压和额定电流的选择

UN?10kV,IN?2kA?Imax

⑵ 电抗百分数的选择

① 按将短路电流限制到一定数值的要求来选择。设要求将电抗器后的短路电流限制到I//。以额定参数下的百分电抗表示，则应选择电抗器的百分电抗为

xL(%)?(?(IdINUd/?x)?100%//*?IdUNI54.9872?10.5?2.573)??100% 31.554.987?10?3.16%第24页，共69页

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式中Ud——基准电压；

Id——基准电流； Id?x*/?Sb3Ub?10003?10.5?54.987kA；

——电源至电抗器前的系统电抗标幺值；

x*/?Xf(A//B//C//D)?Xt13?2.192?0.381?2.573。 ?曾选用4%的电抗，但校验中不符合要求，现该选XKGKL—10—2000—6型电抗器，其中xL(%)?6%。

图5.1 加电抗器后10kV侧的等值电路图

② 正常运行时电压损失?U(%)校验。普通电抗器在运行时，电抗器的 考虑到电抗器电阻很小，且?U主要是由电流的无功分量Imaxsin??U(%)≤5%，

产生，故电压损失为:?U(%)?xL(%)Imax2.014sin??0.05??0.6?3.6%?5% IN2③ 母线残压校验。当线路电抗器后短路时，母线残压?Ure(%)应不低于电网电压额定值的60%～70%，即

?Ure(%)?xL(%)I??24.315?0.06??72.95%?(60%～70%） IN2第25页，共69页

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其中装设电抗器后，系统对短路点d3的转移阻抗为：

1X/f10?Xf(A//B//C//D)?(Xti?Xt3?XL)?0.381?1.882?2.263，从而计算电抗为

2X/js10?X/f10?/IP*??SSbN?2.263?6600?14.9338，短路电流标幺值为： 10001X/js10?1?0.067，短路电流有名值为：

14.9338/I???IP*?S3Ub?0.067?66003?10.5?24.315kA。

5.3 高压断路器和隔离开关的选择

5.3.1 断路器的选择

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

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

⑴ 220kV电压等级断路器的选择 1）额定电压和电流选择

① 额定电压UN=220kV；② 额定电流IN=2kA； 其中Imax?1.05PN3UNcos??1.05?S220N3?220?1.05?161.213?220?444A；故有：IN≥Imax 。

2）开断电流的选择

高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量IPt,为了简化计算可应用此暂态电流I\进行选择,即INbr≥I\。 INbr=40kA≥I\

3）短路关合电流的选择

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为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流INcl 不应小于短路电流最大冲击值Ish，即INcl≥Ish ；

INcl=100kA≥Ish=2kimI\×2×1.85=17.725kA

4）热稳定校验

It2t≥Qk；取Tk(短路切除时间)=4s；

Qk = (I''+ 10I22+ I42)×Tk/12=（6.7762+10×6.7932+6.7932）×4/12 =184.503 (kA)2·s Itt=40×4=6400 (kA)·s

5）动稳定校验 ies =100kA≥ish =17.725kA

⑵ 110kV电压等级断路器的选择 1）额定电压和电流选择

① 额定电压UN=110kV；② 额定电流IN=3kA； 其中Imax?2

2

2

21.05PN3UNcos??1.05?S110N3?110?1.05?144.2363?110故有：IN≥Imax 。 ?794.92A；

2）开断电流的选择

高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量IPt,为了简化计算可应用此暂态电流I\进行选择,即INbr≥I\。 INbr=40kA≥I\

3）短路关合电流的选择

为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流INcl 不应小于短路电流最大冲击值Ish，即INcl≥Ish ；

INcl=100kA≥Ish=2kimI\×2×1.85=15.601kA

4）热稳定校验

It2t≥Qk；取tk(短路切除时间)=4s；

Qk= (I''+ 10I22+ I42)×Tk/12 =(5.9642+10×5.9642+5.9642) ×4/12 =142.277 (kA)2·s It2t=402×4=6400 (kA)2·s

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5）动稳定校验 ies =100kA≥ish =15.601kA

⑶ 10kV电压等级断路器的选择 1）额定电压和电流选择

① 额定电压UN=10kV；② 额定电流IN=3kA； 其中Imax?1.05PN3UNcos??1.05?S10N3?UN?1.05?34.8763?10.5?2.014kA；故有：IN≥Imax 。

2）开断电流的选择

高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量IPt,为了简化计算可应用此暂态电流I\进行选择,即INbr≥I\。 INbr=31.5kA≥I\

3）短路关合电流的选择

为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流INcl 不应小于短路电流最大冲击值Ish，即INcl≥Ish ；

INcl=80kA≥Ish=2kimI\×2×1.85=63.606kA

4）热稳定校验

It2t≥Qk；取tk(短路切除时间)=4s；

Qk= (I''+ 10I22+ I42)×Tk/12 =(24.3152+10×24.3152+24.3152) ×4/12 =2364.877 (kA)2·s It2t=31.52×4=3967 (kA)2·s

5）动稳定校验 ies =80kA≥ish =63.606kA

25.3.2 隔离开关的选择

隔离开关配制在主接线上时，保证了线路或设备检修时形成明显的断口，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，必须遵守倒闸操作顺序。送电时首先合上母线隔离开关，其次合上线路侧隔离开关，最后合上断路器，停电则与上述相反。

隔离开关的配置：①断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；②中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔

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离开关接地；③接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63kV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；④按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；⑤当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如果费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。

⑴ 220kV电压等隔离开关选择 1）额定电压和电流选择

① 额定电压UN=220kV；② 额定电流IN=1.6kA； 其中Imax?1.05PN3UNcos??1.05?S220N3?220?1.05?161.213?220?444A；故有：IN≥Imax 。

2）热稳定校验

It2t≥Qk ，取tk(短路切除时间)=3s

Qk= (I''+ 10I1.52+ I32)×Tk/12 =(6.7762+10×6.7932+6.7932) ×3/12 =138.377 (kA)·s It2t=402×3=4800 (kA)2·s

3）动稳定校验

ies =100kA≥ish =2kimI\×2×1.85=17.725kA

⑵ 110kV电压等级隔离开关选择 1）额定电压和电流选择

① 额定电压UN=110kV；② 额定电流IN=1.6kA； 其中Imax?2

21.05PN3UNcos??1.05?S110N3?110?1.05?144.2363?110故有：IN≥Imax 。 ?794.92A；

2）热稳定校验

It2t≥Qk ，取tk(短路切除时间)=3s；

Qk= (I''+ 10I1.52+ I32)×Tk/12=(5.9642+10×5.9642+5.9642) ×3/12 =106.708 (kA)2·s It2t=402×3=4800 (kA)2·s

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3）动稳定校验

ies =100kA≥ish =2kimI\×2×1.85=15.601kA

⑶ 10kV电压等级隔离开关的选择 1）额定电压和电流选择

① 额定电压UN=10kV；② 额定电流IN=3.15kA； 其中Imax?1.05PN3UNcos??1.05?S10N3?UN?1.05?34.8763?10.5?2.014kA；故有：IN≥Imax 。

2）热稳定校验

It2t≥Qk ，取tk(短路切除时间)=4s；

Qk= (I''+ 10I22+ I42)×Tk/12=(24.3152+10×24.3152+24.3152) ×4/12 =2364.877 (kA)2·s It2t=502×4=10000(kA)2·s

3）动稳定校验

ies =125kA≥ish =2kimI\×2×1.85=63.606kA

表5.1 断路器、隔离开关选择的结果表

电压额定电器件 等级(kV) 220 断路110 器 10 220 隔离 110 开关 10 GN25-10/3150 10 11.5 3.15 125 50 GW6-110G 110 126 1.6 100 40 SN10-10 GW6-220G 10 220 11.5 252 31.5 80 3 1.6 80 100 31.5 40 LW11-110(P) 110 126 40 100 1.6 100 40 LW12-220 220 252 型号 压(kV) 压(kV) （kA） 40 （kA） (kA) 值(kA) 100 31.5 100 (kA) 30 最高电开断电流合电流电流电流峰定电流额定短路额定关额定动稳定4S热稳25.4 互感器的选择 互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用是：

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⑴ 将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。

⑵ 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。

5.4.1 电流互感器的选择

⑴ 概论

1）电流互感器的特点：

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

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

2）一次额定电流的选择

① 在现在电流互感器的一次额定电流应大于所在回路可能出现的最大的负荷电流。确定最大负荷电流时，应考虑回路可能出现的过负荷、近5年之内负荷的增长等情况。如果没有条件确定最大负荷电流时，也可以考虑与所在回路的其他电气设备，如断路器、隔离开关等设备的额定电流相谐调一致。

② 应满足短时热稳定、动稳定电流的要求。一般来说，电流互感器的一次额定电流越大，所能承受的短时热稳定和动稳定电流值也越大。有的电流互感器所在回路正常电流并不大，但短路电流很大，为了满足短时热稳定、动稳定电流的要求，不得不加大电流互感器的一次额定电流。

③ 由同一母线引出的各回路，电流互感器的变比尽可能相同，以方便维护和实现母线差动保护。

④ 选取的电流互感器一次额定电流值应与国际规定的一次电流标准值相一致，尽量不采用非标准值。

3）二次额定电流的选择

GB 1208—1987规定标准的电流互感器二次电流为1A和5A。

电流互感器的二次额定电流采用1A还是5A，需经技术经济比较确定。采用1A时，电流互感器本身的投资略有增加，而电流互感器回路的控制电缆投资减少；相反，采用5A时，电流互感器本身的投资降低，而二次电缆的投资会增加。

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一般来说，在220kV及以下电压等级小容量变电所，特别是户内变电所中，220kV回路数不多，而10～66kV回路数较多，电缆长度较短。按规定，电流回路电缆不得小于2.5mm2，采用数字式保护和测量表计，电路回路功耗很小，采用2.5mm2电缆就可满足要求，因此电流互感器二次额定电流采用5A是经济的。在220kV及以上电压等级大型变电所，220kV及以上回路数较多，电流回路电缆较长，采用5A导线截面要大于2.5mm2，电流互感器二次额定电流采用1A是经济的。

⑵ 220kV电压等级电流互感器的选择 1）一次回路额定电压和电流的选择

① 额定电压UN=220kV；② 额定电流I1N≥Imax=444A。 2）热稳定和动稳定校验

① 只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流I1N的倍数Kt来表示，热稳定校验式为

It2≥Qk或（KtI1N）≥Qk

Qk= (I''+ 10I0.5+ I12)×T1/12=(6.7762+10×6.7762+6.7932)×1/12 =45.933 (kA)·s It2=31.52=992.25 (kA)2·s

② 内部动稳定校验式为

ies≥ish 或2I1NKes≥ish

式中ies、Kes——电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，由制造厂家提供。 ies=80kA≥ish=17.725kA；符合要求。

⑶ 110kV电压等级电流互感器的选择 1）一次回路额定电压和电流的选择

① 额定电压UN=110kV；② 额定电流I1N≥Imax=794.92A。 2）热稳定和动稳定校验

① 只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流I1N的倍数Kt来表示，热稳定校验式为

It2≥Qk或（KtI1N）≥Qk

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2

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2Qk= (I''+ 10I0.5+ I1)×T1/12=(5.964+10×5.964+5.964) ×1/12

2

2

2

2

=35.369(kA)2·s It2=31.52=992.25 (kA)2·s

② 内部动稳定校验式为

ies≥ish 或2I1NKes≥ish

式中ies、Kes——电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，由制造厂家提供。 ies=80kA≥ish=15.601 kA；符合要求。

⑷ 10kV电压等级电流互感器的选择 1）一次回路额定电压和电流的选择

① 额定电压UN=10kV；② 额定电流I1N≥Imax=2.014 kA。 2）热稳定和动稳定校验

① 只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流It或一次额定电流I1N的倍数Kt来表示，热稳定校验式为

It2≥Qk或（KtI1N）≥Qk

Qk= (I''+ 10I0.5+ I12)×T1/12=(24.3152+10×24.3152+24.3152)×1/12 =788.292 (kA)2·s It2=552=3025 (kA)2·s

② 内部动稳定校验式为

ies≥ish 或2I1NKes≥ish

式中ies、Kes——电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，由制造厂家提供。 ies=136kA≥ish=63.606 kA；符合要求。

25.4.2 电压互感器的选择

⑴ 压互感器的准确级和容量。电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，功率负荷因数为额定值时，电压误差的最大值。

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

⑵ 按一次回路电压选择。为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运

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行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.1～0.9）Ue范围内变动，即应满足：1.1Ue1>U1>0.9Ue1

⑶ 按二次回路电压选择。电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求。

各电压等级均采用电容式电压互感器。

5.4.3 互感器的选择结果表

表5.2 电流互感器选择的结果表

电压等级（kV） 220kV 110kV 10kV 型号 LB1—220W1 LCWB6—110W1 LDZJ1—10 额定电压比（kV） 600/5 1500/5 1500/5 二次绕组 测量 保护 剩余 测量 保护 剩余 测量 保护 剩余 准确级 0.2 10P 10P 0.5 10P 10P 0.5 10P 10P 表5.3 电压互感器选择的结果表 电压等级（kV） 型号 额定电压比（kV） 二次绕组 测量 220kV TYD220/3—0.005H 准确级 0.5 3P 3P 0.5 3P 3P 0.5 0.5 0.5 2200.10.1///0.1 333保护 剩余 测量 110kV TYD110/3—0.005H 1100.10.1///0.1 333保护 剩余 测量 10kV JDZX—10（GY） 100.10.1// 333保护 剩余 5.5 母线的选择 5.5.1 裸导体的选择及校验原则

⑴ 选型

载流导体一般都采用铝质材料，工业上常用的硬母线为矩形、槽形和管形。矩形母线散热好，有一定的机械强度，便于固定连接，但集肤效应系数大，一般

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只用于35kV及以下，电流在4000A及以下的配电设备中;槽形母线机械强度较好，载流量大，集肤效应系数小，一般用于4000-8000A配电装置中；管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内可以通水和通风，可用于8000A以上的大电流母线，另外，由于圆管形表面光滑，电晕放电电压高，可用于110kV及以配电装置母线。 110kV及以上高压配电装置，一般采用软导线。当采用硬导体时，宜用铝锰合金管形导体。

⑵ 截面选择 ① 软母线的截面选择

按照经济电流密度选择的母线都能满足导体长期发热条件，故按经济电流密度选择

S?IgmaxJ

式中Igmax——正常工作时的最大持续工作电流；

J——经济电流密度。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时数

Tmax，将有不同取值。

② 硬母线的截面选择。

硬母线一般用于电压较低的配电装置中，所以，可以按最大持续工作电流选择导线截面积

Igmax?K?IN

式中IN——母线布置方式和环境温度为+25℃时的导体长期允许载流量。

K?——温度修正系数。

5.5.2 220kV侧母线的选择

⑴ 母线最大负荷持续工作电流Imax?1.05S3UN?1.05?161.213?220?444A。

⑵ 按经济电流密度选择（取J?0.9A/mm2），S?Imax444??493mm2。 J0.9按以上计算选择和设计任务要求可选择2?LGJ-400型钢芯铝绞线，其集肤系数Kf=1，最高允许温度为70℃，长期允许载流量为1920A，基准温度为25℃，

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?y??70?38??0.843， 考虑到环境温度的修正系数K??y??070?25I38?C?1920?0.843?1618.56A＞Imax

⑶ 运行时导体的最高温度

?max??0?(?y??0)(Imax24442)?38?(70?38)()?40?C Iy1618.56查表得C=95，满足短路时发热的最小导体截面（取tdz?0.2s）

Smin?I?Ctdz?Kf?6.7930.2?1?320mm2，满足要求。 95⑷ 按电晕电压校验

Ug?U0

2.895p2.895?1.01?1053???10??103?0.98

273?t273?25K0?1?r0?1.33.142(n?1)sin?1??2(1?1)?1 dn1123ajjnr00.301U0?84m1m2K?(1?)lg=234.848kV,满足要求。

k0rdr0?⑸ 动稳态校验（N5取2.86,L取单位长度1米，a取4米 ）

F?6.07?10?2l2ichN5?81.23(N/m) a5.5.3 110kV侧母线的选择

⑴ 母线最大负荷持续工作电流Imax?1.05S3UN?1.05?144.2363?110?794.92A。

⑵ 按经济电流密度选择（取J?0.9A/mm2），S?Ixa794.92m??83mm2。 J0.9按以上计算选择和设计任务要求也可选择2?LGJ-400型钢芯铝绞线，其集肤系数Kf=1，最高允许温度为70℃，长期允许载流量为1920A，基准温度为25℃，

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?y??70?38??0.843， 考虑到环境温度的修正系数K??y??070?25I38?C?1920?0.843?1618.56A＞Imax

⑶ 运行时导体的最高温度（热稳态校验）

?max??0?(?y??0)(Imax24442)?38?(70?38)()?40?C Iy1618.56查表得C=95，满足短路时发热的最小导体截面（取tdz?0.2s）

Smin?I?Ctdz?Kf?5.9640.2?1?281mm2，满足要求。 95⑷ 按电晕电压校验

Ug?U0

2.895p2.895?1.01?1053???10??103?0.98

273?t273?25K0?1?r0?1.33.142(n?1)sin?1??2(1?1)?1 dn1123ajjnr00.301U0?84m1m2K?(1?)lg=234.848kV,满足要求。

k0rdr0?⑸ 动稳态校验（N5取2.86,L取单位长度1米，a取2.2米 ）

F?6.07?10?2l2ichN5?76.52(N/m) a5.5.4 10kV硬母线选择

⑴ 母线截面选择

1）按导体长期发热允许电流或允许载流量选择，查资料，选用2条100mm?10mm矩形铝导体，竖放允许电流为2840A，集肤效应系数Ks=1.5，当最高环境温度为38℃时，可查得温度修正系数为K=0.83，则

Ial25?C?KIal38?C?0.83?2840?2357.2A＞Imax，符合要求。

2）按经济电流密度选择

Sec?ImaxJec?20141.15?1751.3mm2＜2?100?10mm2，符合要求。

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⑵ 热稳定校验。 正常运行导体温度为：

???0?(?al??0)I2max2Ial22014?38?(70?38)?23572?60℃，查得C=91，满

足热稳定的导体的最小截面为

Smin?QkKsC22365?10?1.5?91?654.5mm2

⑶ 动稳定校验 1）导体自由频率

m?h?b??w?0.1?0.01?2700?2.7(kg/m)

3bhI?1230.01?0.1?12?8.3?10?7(m4)

?362.3Hz＞155Hz

f1?NfEImL2?3.567?102?8.3?10?72.71.222）母线应力计算 ① 母线相间应力计算 单位长度上的电动力为：

f??21.73?10?7isha?72?1.73?1063.6060.35?1999.7(N/m)；

导体截面系数为：

W?1.44b2h?1.44?0.012?0.1?1.44?10?5m3；

相间应力为：

???f?L21999.7?1.227??2?10Pa。 10W10?1.44?10?5② 同相条间应力计算 单位长度条间电动力为：

fb?2.5K12ish11?10?8?2.5?1?63.6062?106??10?8?10114.3N/m； b0.01临界跨距：

Lcr??b4hfb?1003?0.01?40.1?0.56m；

10114.3母线衬垫间的距离Lb必须小于临界跨距Lcr。

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6、自动重合闸

6.1 自动重合闸的作用及要求

⑴ 自动重合闸在电力系统中的作用 电力系统的运行经验表明，架空线路故障大都是“瞬时性”的故障，例如，由雷电引起的绝缘子表面闪络、大风引起的短时碰线、通过鸟类或树枝等物掉落在导线上引起的短路等，在线路被继电保护迅速动作控制断路器断开后，故障点的绝缘水平可自行恢复，故障随即消失。此时，如果把断开的线路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。为此，称这类故障为“瞬时性故障”。除此之外，也有“永久性故障”，“永久性故障”在线路被断开之后，它们仍然是存在的，即使合上电源，也不能恢复正常供电。

对于架空输电线路上的“瞬时性故障”，在线路断开后再进行一次合闸，就有可能恢复供电，从而大大提高供电的可能性。由运行人员手动进行合闸，当然也能够实现上述作用，但是由于停电时间过长，用户电动机多数已经停转，因此其效果就不显著。为此在电力系统中采用了自动重合闸装置，即是当断路器由继电保护动作或其他非人员操作而跳闸后，能够自动控制断路器重新合上的一种装置。

在线路上装设重合闸以后，由于它并不能够判断是瞬时性故障还是永久性故障，因此在重合以后可能成功（指恢复供电不再断开），也可能不成功。用重合成功的次数与总动作次数之比来表示重合闸的成功率，根据运行资料的统计，成功率一般在60%～90%之间。

重合闸在电力系统中的作用主要有如下几个方面：

①大大提高供电的可靠性，减少线路停电的次数；②在高压输电线路上采用重合闸，可以提高电力系统并列运行的稳定性；③在架空线路上采用重合闸，可以暂缓架设双回线路，以节约投资；④对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起纠正的作用。

采用重合闸以后，当重合于永久性故障上时，它也将带来一些不利的影响，如：①使电力系统又一次受到故障的冲击；②由于断路器在很短的时间内，连续切断两次短路电流，而使其工作条件变得更加恶劣。

⑵ 对自动重合闸装置的基本要求

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1）正常运行时，当断路器由继电保护动作或其它原因而跳闸后，自动重合闸装置均应动作，使断路器重新合上。自动重合闸动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。

2）由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，自动重合闸不应起动，不能将断路器重新合上。

3）继电保护动作切除故障后，在满足故障点绝缘恢复及断路器消弧室和传动机构准备好再次动作所必需时间的条件下，自动重合闸装置应尽快发出重合闸脉冲以缩短停电时间，减少因停电而造成的损失。在断路器跳开后，自动重合闸一般延时0.5～1s后发出重合闸脉冲。

4）自动重合闸装置动作次数应符合预先的规定。如一次式重合闸就应该只动作一次，当重合于永久性故障而再次跳闸以后，就不应该再动作；对二次式重合闸就应该能够动作两次，当第二次重合于永久性故障而跳闸以后，它不应该再动作。重合闸装置损坏时，不应将断路器多次重合于永久性故障线路上，以避免系统多次遭受电流的冲击，使断路器损坏，扩大事故。

5）自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作 ，以便更好地和继电保护相配合，加速故障的切除 。

6）在双侧电源的线路上实现重合闸时，重合闸应满足同期合闸条件。 7）当断路器处于不正常状态（例如操作机构中使用的气压、液压降低等）而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。

6.2 单侧电源线路的三相一次自动重合闸

本220kV地区变电所涉及的所有出线均为单侧电源线路，均装设三相一次自动重合闸。三相一次自动重合闸就是在输电线路上发生任何故障，继电保护装置将三相断路器断开时，自动重合闸起动，经0.5～1s的延时，发出重合脉冲，将三相断路器一起合上。若为瞬时性故障，则重合成功，线路继续运行；若为永久性故障，则继电保护再次动作将三相断路器断开，不再重合。本变电所装设的为电磁式三相一次自动重合闸。

⑴ 接线原理图见图6.1。 ⑵ 工作情况如下：

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图6.1 电磁式三相一次自动重合闸的原理接线图

1）正常情况。断路器处于合闸状态，在跳闸回路断路器的辅助常开触点QF2

闭合，合闸回路常闭触点QF1断开，故跳闸位置继电器2KM失电，其在起动重合闸的常开触点2KM1断开。而控制开关SA的手柄处在合后位置上，其触点SA21-23接通，触点SA2-4断开，重合闸投入，指示灯HL亮。重合闸继电器的电容C经4R充电，经 10～ 15s后，电容器 C两端电压等于电源电压，此电压可使中间继电器KM起动。

2）线路发生故障时。当线路发生故障时，继电保护动作断路器跳开后，断路器的辅助常闭触点QF1闭合，跳闸位置继电器2KM得电，其常开触点2KM1闭合，起动自动重合闸继电器中的时间继电器KT，KT经过约0.5～1s的延时，其常开触点KT1闭合。电容器C通过KT1及中间继电器KM的电压线圈放电，中间继电器KM起动，闭合其常开触点KM1、KM2、KM3。电源经中间继电器的三个常开触点、中间继电器的自保护电流线圈、重合闸动作信号继电器KS、防跳闭锁继电器1KPJL的常闭触点1KM2、断路器辅助常闭触点QF1及合闸接触器4KM的线圈构成通路→发出合闸脉冲。在合闸回路中，中间继电器的自保护线圈可以保证断路器

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可靠地合闸，为防止触点被焊住，该回路中串接中间继电器KM的三个常开触点。

3）若线路发生瞬时性故障。断路器合闸后，KM因电流自保持线圈失去电流而返回。同时，2KM失电，其常开触点 2KM1断开，重合闸继电器中的时间继电器KT失电，触点KT1断开，电容器C经4R重新充电，经10～15s又使电容C两端建立电压。整个回路复归，准备再次动作。

4）若线路发生永久性故障。断路器合闸后，继电保护动作再次将断路器断开，其辅助常闭触点QF1闭合，跳闸位置继电器 2KM得电，其常开触点2KM1闭合，时间继电器KT起动，其常开触点KT1经过约0.5～1s的延时闭合。电容器C通过中间继电器KM的电压线圈放电，因电容C充电时间短，只有1s，其两端电压不足以使中间继电器KM起动，故断路器不能再次重合。一般充电电阻4R的数值很大（约20kΩ）,与中间继电器电压线圈的电阻约20kΩ相近，所以加于中间继电器电压线圈的电压不足以使中间继电器起动，故保证自动重合闸只动作一次。

5）手动跳闸。当用控制开关SA 发出预跳命令时，其触点SA2-4接通，将储能电容器C上的电荷瞬时放掉。当SA开关发出跳闸命令时，其触点SA6-7接通，断路器跳闸， 2KM常开触点2KM1闭合，使重合闸的时间继电器KT起动，经过约0.5～1s的延时，其常开触点KT1闭合。这时，储能电容器C两端早已没有电压，KM不能起动，重合闸不能重合。

6）手动合闸。合闸时，接通控制开关SA5-8、SA25-28两队触电。SA5-8接通合闸回路，发出合闸脉冲。SA25-28起动加速继电器3KM。 当合于故障线路时，保护动作，经加速继电器3KM的常开触点使断路器加速跳闸。这时，因重合闸继电器中的 电容C尚未充满电，不能使中间继电器KM起动，所以断路器不能自动重合。

7）为了防止断路器多次重合于故障线路，装设了防跳继电器1KPJL，在手动合闸及自动重合闸过程中都能防止断路器跳跃。例如，当KM1、KM2、KM3接点卡住或粘住时，可以由1KPJL来防止将断路器多次重合到永久性故障上。因为发生永久性故障时，重合闸进行第一次合闸以后，保护将再次动作使断路器跳闸，在跳闸时使1KPJL起动，于是1KPJL的电压保持线圈卡住了的KM1、KM2、KM3接点和本身的常开接点1KPJL1而自保持，使断路器跳闸后1KPJL不返回，故其常闭接点1KPJL2的打开，切断合闸回路，使断路器不能再次合闸。同样，当手动合闸到永久性故障时，由于操作时SA5-8总要闭合一些时间，在保护动作使断路器跳开时，1KPJL起动，并经SA5-8和1KPJL1接通其电压自保持回路，使SA5-8断

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路器之前1KPJL不能返回。借助于其常闭触点1KPJL2的大开，切断合闸回路，使断路器不能重合。

6.3 自动重合闸与继电保护的配合

利用自动重合闸提供的条件加速继电保护的动作，一般采用两种配合方式。 ⑴ 自动重合闸前加速

自动重合闸前加速简称前加速，就是当线路发生故障时，继电保护加速电流保护的第III段，造成无选择性瞬时切除故障，然后重合闸进行一次重合。若重合于瞬时性故障，则线路就恢复了供电。若重合于永久性故障，则保护带时限有选择性地切除故障，如图6.2所示。

图6.2 自动重合闸前加速保护网络接线图

系统的每条线路都装设过电流保护，1QF处装设自动重合闸装置，变电所B

和C没有装自动重合闸装置。1QF的过电流保护范围很大。当d1点或d2点短路时，1QF的过电流保护动作，通过加速继电器3KM的常闭触点瞬时跳闸。1QF跳开后，起动重合闸继电器进行重新合闸，与此同时，起动加速继电器3KM，加速继电器3KM的常闭触点断开，如图6.3所示。若重合不成功，过电流保护再次动作，这时通过KT的延时接点有选择性切除故障。

+WCLKAKT-WCL3KMKTKOM

图6.3 前加速保护跳闸回路原理图

1）采用前加速保护的优点： ① 快速地切除瞬时性故障。

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② 使瞬时性故障不至于发展成永久性故障．从而提高重合闸的成功率。 ③ 设备少，只需装设一套重合闸装置，简单、经济。 2）采用前加速保护的缺点：

① 断路器1QF的工作条件恶劣，动作次数增多。 ② 对永久性故障，故障切除时间可能很长。

③ 重合闸或断路器1QF拒绝合闸，将扩大停电范围。

本变电所所有10kV出线线路均采用前加速，以便快速切除瞬时性故障，保证母线电压质量。由于快速切除故障，可以使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，从而提高了重合闸的成功率。

⑵ 自动重合闸后加速

自动重合闸后加速一般简称为后加速，就是当线路发生故障时，首先保护有选择性动作切除故障，重合闸进行一次重合。若重合于瞬时性故障，则线路恢复供电：如果重合于永久性故障上，则保护装置加速动作，瞬时切除故障。其原理接线如图6.4所示。

+WCLKAKT-WCL3KMKTKOM

图6.4 后加速原理接线图

当输电线路上发生故障时，电流继电器KA动作后，通过时间继电器KT延时起动保护出口继电器KOM，即继电保护有选择性地动作，然后重合闸进行重新合闸，与此同时，将加速继电器3KM起动，其常开触点瞬时闭合而延时返回。若发生的是永久性故障，则过电流保护再次起动，这时通过3KM的常开触点瞬时起动KOM，切除故障。

1）后加速保护的的优点：

① 第一次有选择性的切除故障，不会扩大停电范围。 ② 保证永久性故障能瞬时切除，并仍然是有选择性的。

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③ 和前加速保护相比，使用中不受网络结构和负荷条件的限制。 2）后加速保护的的缺点：

① 每台断路器上都需要装设一套重合闸，与前加速相比较为复杂。 ② 第一次切除故障可能带有延时。

本变电所所有110kV出线线路均采用后加速保护。

6.4 自动重合闸装置的参数整定

⑴ 自动重合闸的动作时限。如图6.1所示。自动重合闸的动作时限即是时间继电器KT的整定时限。一般来讲，整定时限越短越好，以免电源断电时间过长，电动机自动困难；但是也不能太短，因为此时还要考虑下面两方面的因素：

1）在线路发生暂时故障时，要使故障点的绝缘强度得以恢复，故自动重合闸的动作时限应大于故障点和周围介质的去游离时间。即自动重合闸的动作时限

top为：

top?tdi?tcl??t

式中tdi——故障点去游离时间（s）；

； tcl——断路器合闸时间（s）

?t——时间余量，一般为0.3～0.4（s）。

2）自动重合闸的动作时限还应大于断路器及操作机构的准备合闸时间。通常操作机构的合闸准备时间较长，故有：

top?toc??t

式中toc——断路器操作机构准备好重合闸的时间（s）。

对于10KV的线路，当自动重合闸的动作时限计算值小于0.8s时，一般取top为0.8～1s。

⑵ 自动重合闸的复归时间。自动重合闸装置的复归时间即为电容C充电至中间继电器KM的动作电压的时间。对其进行整定时应考虑如下因素：

首先应保证断路器合闸到永久性故障时，由时间最长的断电保护（后备保护时限）切除故障时断路器不会被重合，即复归时间tre应满足：

tre?top.K.m?tbr?tcl?top??t

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式中top.K.m——继电保护的最大动作时限(s)；

tbr——断路器的跳闸时间(s)； tcl——断路器的合闸时间(s)；

top——自动重合闸的动作时间(s)。

其次，还应考虑短路器切断能力的恢复，重合闸成功后，断路器需要一段时间才能进行一次跳-合闸，这段时间一般为8～10s，自动重合闸装置的返回时限应大于这段时间。通常tre应大于15～25s。由图6.1可知，tre即为电容C经电阻4R由0充电至中间继电器KM的起动电压Uop所需的时间，即：

tre?R4R?C?In[Udc/(Udc?Uq)]；

式中Udc——直流操作电源的电压（V）。当tre?15～25s，应可满足上述要求。

⑶ 加速继电器KPJL的复归时间。加速继电器KPJL的返回时间，应按自动重合或手动合闸于永久性故障时，加速的继电器保护装置能够动作切除故障进行整定。其复归时间应大于所加速的保护装置的动作时间和断路器跳闸时间之和，即：

tre.ac?top.K?tbr

式中top.K——加速的保护装置动作时间（s）；

； tre.ac——加速继电器KPJL的返回时间（s）； tbr——断路器的跳闸时间（s）一般tre.ac整定为0.3～0.4s。

7、配电装置

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，在电力系统中起着接受和分配电能的作用。它是根据电气主接线的连接方式，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的总体装置。其作用是再正常运行情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维持系统正常运行。

7.1 概述

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7.1.1 配电装置特点

配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。 ⑴ 屋内配电装置的特点：

①由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；②维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；③外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；④房屋建筑投资大。

⑵ 屋外配电装置的特点：

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

7.1.2 配电装置的基本要求

⑴ 保证运行可靠

配电装置中引起事故的主要原因是，绝缘子因污秽而闪络，隔离开关因误操作而发生相间短路，断路器因开断能力不足而发生爆炸等。因此，要按照系统和自然条件以及有关规程要求合理选择电气设备，使选用电气设备具有正确的技术参数，保证具有足够的安全净距；还应采取防火、防爆、蓄油、和排污措施，考虑设备防冰、防冻、防风、抗震、耐污等性能。

⑵ 便于检修、巡视和操作

配电装置的结构使操作集中，尽可能避免运行人员在操作一个回路时需要走几层楼或几条走廊。配电装置的结构和布置应力求整齐，清晰，便于操作巡视和检修；还应装设防误操作的闭锁装置及连锁装置，以防带负荷拉隔离开关、带接地线合闸、带电挂接地线、误拉合断路器、误入屋内有电间隔。

⑶ 保证工作人员的安全

为了保证工作人员的安全，对配电装置应采取一系列措施，例如用隔墙把相邻电路的设备隔开，以保证电气设备检修时的安全；装设遮拦，留出安全距离，以防触及带电部分；设置适当的安全出口；设备外壳和底座都采用保护接地等；在建筑结构等方面还应考虑防火等安全措施。

⑷ 力求提高经济性

在满足上述要求的前提下，电气设备的布置应紧凑，节省占地面积，节约钢

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材、水泥和有色金属等原材料，并降低造价。

⑸ 具有扩建的可能性

要根据变电所的具体情况，分析是否有发展和扩建的可能。如有，在配电装置结构和占地面积等方面要留有余地。

7.1.3 配电装置的最小安全净距

表7.1 屋外配电装置的安全净距（单位:mm） 额定电压（kV） 符号 适用范围 3-10 15-20 1、带电部分至接地部分之间 2、网状遮栏向上延伸线200 距地2.5m处与遮栏上方带电部分之间 1、不同相的带电部分之间 2、断路器和隔离开关的200 断口两侧引线带电部分之间 1、设备运输时，其外部至无遮栏带电部分之间 2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 950 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300 之间 35 63 110J 110 220J 330J 500J A1 300 400 650 900 1010 800 2500 3800 A2 300 400 650 1000 1100 2000 2800 4300 B1 1050 1150 1400 1650 1750 2550 3250 4550 B2 400 500 750 1000 1100 1900 2600 3900 C 1、无遮栏裸导体至地面之间 2700 2800 2、无遮栏裸体至建筑物、构筑物之间 1、平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 2200 2300 2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间 2900 3100 3400 3500 4300 5000 7500 D 2400 2600 2900 3000 3800 4500 5800 注：110J、220J、330J、500J系指中性点直接接地网 为了满足配电装置运行和检修的需要，各带电设备之间应相隔一定的距离。

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配电装置的整个结构尺寸、检修、维护和运输的安全电气距离等因素而决定的。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。工程上采用的相间距离和对地距离，通常大于表7.1和表7.2所列的数值。

表7.2 屋内配电装置的安全净距(单位:mm) 额定电压（kV） 符号 适用范围 3 1、带电部分至接地部分之间 2、网状和极状遮栏向75 上延伸线距地2.3m处当遮栏上方带电部分之间 1、不同相的带电部分之间 2、断路器和隔离开关75 的断口两侧带电部分之间 6 10 15 20 35 60 110J 110 220J A1 100 125 150 180 300 550 850 950 1800 A2 100 125 150 180 300 550 900 1000 2000 B1 1、栅状遮栏至带电部分之间 2、交叉的不同时停电825 850 检修的无遮栏带电部分之间 网状遮栏至带电部分175 200 之间 875 900 930 1050 1300 1600 1700 2550 B2 225 250 280 400 650 950 1050 1900 C 无遮栏裸导体至地2375 2400 2425 2450 2480 2600 2850 3150 3250 4100 （楼）面之间 平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之1875 1900 1925 1950 1980 2100 2350 2650 2750 3600 间 通向屋外的出线套管4000 4000 4000 4000 4000 4000 4500 5000 5000 5500 至屋外通道的路面 D E 注：110J、220J系指中性点直接接地网 7.1.3 配电装置的设计原则及步骤

⑴ 配电装置的设计原则

配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循有关规程、规范

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及技术规定，并根据电力系统、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠和维护方便。

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述要求：①节约用地；②运行安全和操作巡视方便；③方便检修和安装；④保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行；⑤节约三材，降低造价。

⑵ 配电装置设计的基本步骤

1）选择配电装置的型式。选择时应考虑配电装置的电压等级、电气设备的型式 、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素。

2）配电装置的型式确定后，接着拟定配电装置的配电图。

3）按照所选电气设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照配电装置设计有关技术规程的规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册，设计绘制配电装置平面图和断面图。

7.2 屋内配电装置

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

7.2.1 屋内配电装置的总体布置原则

⑴ 尽量将电源布置在每段母线的中部，使母线截面通过较小的电流，但有时为了连接的方便，根据变电所的布置而将变压器间隔设在每段母线的端部。

⑵ 同一回路的电器和导体应布置在一个间隔内，保证检修和限制故障范围。 ⑶ 较重的设备（如电抗器）布置在下层，以减轻楼板的荷重并便于安装。 ⑷ 充分利用间隔的位置。 ⑸ 设备对应布置，便于操作。 ⑹ 有利于扩建。

间隔内设备的布置尺寸除了满足表7.1最小安全净距外，还应考虑设备的安

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