220kV变电站一次初步设计

河北工程水电学院毕业设计（论文）

220kV变电所电气一次部分初步设计

目录

第一部分 说明书 ................................................. 5 １.１ 概述 ..................................................... 5 １.２ 本次设计内容 ............................................. 5 １.３ 本次设计任务 ............................................. 5 2 变电站总体分析 ............................................... 6 2.１变电所总体分析 .............................................. 6 2.2主变压器选择 ................................................ 7 3 电气主接线选择 ............................................... 10 3.1 电气主接线的概念 ........................................... 10 3.2 电气主接线设计的基本要求 ................................... 10 3.3 电气主接线基本型式 ......................................... 11 3.4 电气主接线设计原则 ......................................... 12 3.5电气主接线选择 ............................................. 12 3.6 所用电接线设计 ............................................. 13 4 短路电流计算 ................................................. 13 4.1短路的基本类型 ............................................. 13 4.2短路电流计算的目的 ......................................... 13 4.3短路电流使用计算的基本假设 ................................. 14 4.4短路电流计算的一般规定和计算步骤 ........................... 14 4.5 短路点的确定 ............................................... 15 5 导体和电气设备的选择计算 ..................................... 15 5.1高压断路器及隔离开关的选择 ................................. 15 5.2 敞露硬母线的选择及电力电缆的选择 ........................... 16 5.3 电流互感器的选择 ........................................... 19 5.4电压互感器的选择 ........................................... 21 6 配电装置的选择 ............................................... 22 6.1 配电装置的分类及特点 ....................................... 22

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6.2 配电装置的确定 ............................................. 23 7 继电保护配置规划 ............................................ 23 7.1 变电所主变保护的配置 ....................................... 23 7.2 220KV、110KV、10KV线路保护部分 ............................ 22 8 防雷设计说明 ................................................ 25 8.1 防雷设计原则 ............................................... 25 8.2 接地设计 ................................................... 26 第二部分 计算书 ................................................ 28 9 短路计算 ..................................................... 28 10 导体和电气设备的选择计算 .................................... 32 10.1 220KV侧断路器及隔离开关 ................................... 32 10.2 110KV侧断路器及隔离开关 ................................... 33 10.3 10KV侧出线断路器及隔离开关 ............................... 32 10.4 10KV母线及其最大一回负荷出线电缆的校验 .................... 35 10.5 10KV电压互感器及出线电流互感器选择计算 ................... 37 11 防雷设计校验 ............................................... 39 结束语 ......................................................... 40 参考文献 ....................................... 错误！未定义书签。 致谢………………………………………………………………………………错误！未定义书签。 附图

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第一部分 说明书

1 绪论

１.１ 概述

220kV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。

１.２ 本次设计内容

１.２.１ 电气一次部分设计

电气一次部分设计包括：

1、选择本变电所主变的台数、容量和类型；

2、设计本变电所的电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个较佳方案；

3、进行必要的短路电流计算； 4、选择和校验所需的电气设备； 5、设计和校验母线系统； 6、进行防雷保护规划设计； 7、220kV高压配电装置设计。

１.２.２ 电气二次部分设计

电气二次部分设计包括：继电保护的规划设计，利用WBZ-500H微机型变压器保护装置对所设计的变电所主变压器进行保护。使变压器安全、稳定的运行。

１.３ 本次设计任务

本次设计是在学完了电机原理、电力系统、电气设备、电力系统继电保护、电气设计、变配电所二次系统、电力安全技术、变电站综合自动化等课程的基础上进行的，通过他我不仅巩固了专业课程的有关内容，而且拓宽了知识面，增强了工程观念，培养了变电站设计的能力，为今后走上工作岗位打下了坚实的基础。

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2 变电站总体分析

２.１ 变电所总体分析

２.１.１变电站设计依据

根据老师的要求文件规定，需建设本变电所。

２.１.２ 建站必要性

党的十六大提出了全面建设小康社会的宏伟目标，从一定意义上讲，实现这个宏伟目标，需要强有力的电力支撑，需要安全可靠的电力供应，需要优质高效的电力服务。随着辉县市郊经济的快速发展，用电负荷逐年递增，对电力供给和质量提出新的要求，因此对市郊的供电网络进行改造和建设十分必要。

２.１.３ 描述建站规模

1、待建变电所基本资料

按规划要求，220kV侧进线6回，110kV侧出线6回，10kV侧出线12回；110kV侧有两回线路供给远方大型冶炼厂，其容量为40MVA，其他作为一些地区变电所进线，10kV侧总负荷为30MVA，Ⅰ、Ⅱ类用户占60%，最大一回负荷为3000kVA。 2、110kV和10kV用户负荷统计资料

110kV和10kV主要用户负荷统计资料见表1和表2。 表1 110kV主要用户负荷统计资料 用户名称 冶炼厂 最大负荷（kVA） 40000 重要负荷百分数（%） 65 cos? 0.85 回路数 2 表2 10kV主要用户负荷统计资料 序号 用户名称 最大负荷（kVA） cos? 1 2 3 4 5 6

回路数 2 2 2 2 2 2 重要负荷百分数（%） 矿机厂 机械厂 汽车厂 电机厂 炼油厂 饲料厂 2800 1800 2700 3000 2500 1500 4

0.85 60 河北工程水电学院毕业设计（论文）

7 8 9 玻璃厂 鞋厂 其它 2000 1700 1200 3、各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为： 220kV侧 cos??0.9 Tmax?3800小时/年

110kV侧 cos??0.85 Tmax?4200小时/年 10kV侧 cos??0.85 Tmax?4500小时/年 4、系统阻抗

220kV侧电源近似为无穷大容量系统归算至本所220kV母线为0.16（Sj=100MVA），110kV侧电源容量为1000MVA，归算至本所110kV母线侧阻抗为0.32（Sj=100MVA），10kV侧没有电源。

２.１.４ 变电站站址概况

１ 地理位置

该变电所位于荒土地上，地势平坦，交通便利，环境污染小。 ２ 其他参数

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℃，海拔153m。

2.2主变压器选择

2.2.1 主变容量和台数的选择

1、主变台数的确定

为保证供电的可靠性，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供电时，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。

当变电所装设两台及以上主变时，每台容量的选择应按照其中一台停运时，其余容量至少能保证一级负荷或为变电所全部负荷的70%-80%，通常一次变电所采用75%，二次变电所采用60%。

本次变电所地址在郊区，供电负荷包括大型冶炼厂，负荷比较重要，故装设两台变压器。

2、主变容量的确定

（1）为正确的选择主变容量，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、日最高负荷和平均负荷。

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3.6 所用电接线设计

变电站的主要所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，所用变压器的二次侧为380/220V中性点直接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台所用变压器，分别接在变电站低压母线的不同分段上，380V所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。接线图如下所示：

4 短路电流计算

4.1短路的基本类型

三相短路，两相短路，单相短路，两相接地短路

4.2短路电流计算的目的

4.2.1、电气主接线比选。 4.2.2、选择电气设备。 4.2.3、继电保护装置的配置和整定。 4.2.4、计算软导线的短路摇摆。 4.2.5、确定分裂导线间隔棒的距离。

4.2.6、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的距离。

4.2.7、验算接地装置的接触电压和跨步电压

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4.3短路电流使用计算的基本假设

4.3.1 短路发生前，电力系统是对称的三相系统

4.3.2 电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相等，频率与正常工作是相等。

4.3.3 变压器的励磁电流和电阻，架空线的对地电容和电阻均略去，都用纯电抗表示。 4.3.4 电力系统中各元件的磁路不饱和，即各元件参数不随电流变化，计算中可用叠加原理。

4.3.5 对负荷只作近似估计，离短路点较远的负荷忽略不计，只考虑接在短路点附近的大容量电动机对短路电流的影响。

4.3.6 短路故障是金属性短路，即短路点的阻抗为零。 4.3.7 短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

4.3.8 元件和参数均取额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 4.3.9 系统中的电动机均为理想电动机。

4.3.10 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上。 4.3.11 用概率统计法制定短路电流运算曲线。

4.4短路电流计算的一般规定和计算步骤

4.4.1 一般规定

1、验算导体和电气设备动稳定和热稳定以及电气设备开断电流所用的短路电流，应按本规程规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工期工程建成后5—10年）。确定短路电流时，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遇到的接线方式。

2、选择导体和电气设备用的短路电流，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。

3、选择导体和电气设备时，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点，对带电抗器6-10KV的出线与厂用分支回路，除其母线与母线隔离开关之间隔离板前引线和套管的计算点应选在电抗器前外，其余导体和电气设备是计算短路点一般选在电抗器后。

4、导体和电气设备的动稳定和热稳定以及设备的开断电流一般按三相短路验算。其发电机出口的两相电路，或中性点直接接地系统及自耦变压器回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。

4.4.2计算步骤

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1、绘制相应的电力系统图 2、确定与短路电流有关的运行方式 3、计算各元件的序阻抗 4、选择计算短路点 5、画等值网络（次暂态网络图） 6、求计算电抗

7、由运算曲线查出电源供给的短路电流周期分量有效值（运算曲线只做到Xjs=3.5） 8、计算无限大容量（Xjs≥3.5）电源供给的短路电流周期分量 9、计算短路电流周期分量的有名值和短路容量 10、计算短路电流冲击值 11、绘制短路电流计算结果表

4.5 短路点的确定

短路计算点是指在正常接线方式时，通过电气设备的短路电 流为最大的地点。本变电站系统的短路计算点为220kV母线、110kV 母线、10kV母线处。

5 导体和电气设备的选择计算

5.1高压断路器及隔离开关的选择

5.1.1高压断路器的选择

1．种类和型式的选择

根据环境条件、使用技术条件及各种断路器的不同特点进行选择。由于真空断路器、SF6断路器在技术性能和运行维护方面有明显优势，目前在系统中应用十分广泛，10kV及以下一般选用真空断路器，35kV及以上多选用SF6断路器。 2．根据安装地点选择：户内和户外； 3．额定电压选择：

4．额定电流选择：

6．按关合电流选择

7．热稳定电流

UN?UNsIal?KIN?Imax?Ik?I(kA)5．额定开断电流的选择： NbrI//iNcl?ishI2tt?Qk13

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8．动稳定电流

ies?ish5.1.2隔离开关的选择

1．根据配电装置布置的特点，选择隔离开关的类型。 2．根据安装地点选择：（1）户内（2）户外

?UNs4．按额定电流选择：I al?KIN?Imax3．按额定电压选择： UN7．热稳定电流

2It?Q8．动稳定电流 ies?ishtk断路器及隔离开关选择表： 型号 额定电压Un KV 额定电流In A 额定开断电流Inbr KA 额定关合电流incl KA 动稳定电流KA 热稳定电流KA LW6- 220 220 3150 50 125 125 LW14- 110 110 2000 31.5 80 80 ZN12- 10 10 2000 50 125 125 GW7- 220D 220 1000 ____ ____ 80 GW5- 110Ⅱ 110 2000 ____ ____ 100 GN2- 10 10 2000 ____ ____ 85 50（4S） 31.5（3S） 50(3S） 33（4S） 40(4S） 51(5S） 0.025 0.065 ____ ____ ____ 固有分闸时间ti（S） 0.036 5.2 敞露硬母线的选择及电力电缆的选择

5.2.1敞露母线的选择

一 母线材料、截面、布置方式的选择

1．材料：铝：电阻率低，有一定的机械强度，质量轻价格便宜。

铜：电阻率更低，价格较贵，只有特殊场合用。

一般情况下采用铝母线，在持续工作电流大，且位置特别狭窄的发电机，变压器出线端部以及对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场合采用铜母线。 2．截面形状

（1）矩形：UN在35kV及以下，Imax在4000A及以下屋内配电装置中，当电流超过最大截面的单条母线允许载流量时，每相可用2－4条并列使用。

（2）槽形：UN在3kV及以下，Imax在4000A～8000A的屋内配电装置中。 （3）管形：UN在110kV及以上，电流在8000A及以上的屋内外配电装置。

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3布置方式

铝绞线、管形母线一般采用三相水平布置，矩形、双槽形有三相水平布置和三相垂直布置 二 母线截面的选择 1．按最大持续工作电流选择

主母线及长度在20m以下的母线一般均按Imax选择：

Ial＝KIN≥Imax 2. 按经济电流密度选择 ?Sj?Imax(mm2)j

（1）选择条件：除配电装置的汇流母线和较短导体及厂用电动机的电缆外，对长度在20m

以上的母线（如发电机出口母线），一般按经济电流密度选择。

（2）选择原因：导体的电能损耗与负荷电流和导体的截面有关，而负荷电流一定时，导体截面越大，损耗越小；另一方面，导体截面增大，导致综合投资增加，小修、维护费及折旧费增加。故导体取某一截面时，两方面综合费用最小。这一截面即经济截面。 三．电晕电压校验

63KV及以下系统，一般不会出现全面电晕不必校验，对110KV及以上系统的裸导体，应按当地晴天不发生全面电晕的条件校验，使：Ucr>Umax 四. 热稳定校验

Smin?QKKS?QKKS(mm2)CAf?AiC——热稳定系数，Af和Ai分别取与短路时母线最高允许发热温度及正常运行时母线最高工作温度相对应的值。在不同的工作温度下，对于不同母线材料，C值可查表求得。 五. 硬母线的动稳定校验

矩形母线应力的计算：

??phMWphph(1)单条导体（只受相间电动力的作用），当跨数大于2时，导体所受的最大弯距为：

（N?m）

fphL2 Mph?101fph?1.73?10?7i2sh?（N/m） a(2)导体最大相间计算应力为：

fL??10Wphmax2ph15

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设计时，一般L为未知，为满足动稳定，常根据材料的允许应力来确定绝缘子间的最大允

??al?ph许跨距Lmax，即令 ，则由上式可得

Lmax?10?Walphfph只要选择L≤Lmax，必满足动稳定。 母线选择结果如下：

?30/25，截面为216㎜铝锰合金管型母线 220kV侧选用尺寸为

110kV侧选用尺寸为 ?50/45，截面为373㎜铝锰合金管型母线 10kV侧选用尺寸为125*8矩形截面铜导线

5.2.2电力电缆的选择

1．结构类型的选择

首先根据用途、敷设方式和使用条件选择。电缆作为载流导体，目前应用十分广泛，可以直接埋入地下以及敷设在电缆沟或电缆隧道当中，也可以敷设在水中或海底，还可以在空气中敷设。

其次根据结构类型选择。电缆芯线有铜芯和铝芯，其芯线一般由多股导线绞合而成，国内工程一般选择铝芯。 2. 额定电压的选择

UN?UNs UN——电缆的额定电压，kV UNS——电网的额定电压 3. 截面的选择

（1）截面选择方与裸导体基本相同，对长度不超越20m的电缆，按回路最大持续工作电流Imax选择，即

Ial?ImaxTmax≥5000h且长度超过20m的电缆，可按经济电流密度选择。 对

4. 允许电压损失校验

ΔU％≤5％

?U%?0.173ImaxL(rcos??xsin?)/UNsImax式中 ——电缆线路最大持续工作电流，A；

L ——线路长度，km；

r、x——电缆单位长度的电阻和电抗，Ω；

cos? ——功率因数；

UNs——电缆线路额定线电压，kV。

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电缆的热稳定与裸母线相同，仍用裸母线的校验方法，但其中Ks＝1， 即：

热稳定系数C的计算：

Smin?QKC?102(mm2)

C?1JQK?20??ln1??(?f?20)1??(?i?20)式中 ——计及电缆芯充填物热容随温度变化以及绝缘散热影响的校正系数。对于3～6kV厂用回路取0.93，其他情况可取1.0；

Q——电缆芯单位体积的热容量，铝芯取2.48，铜芯取3.4，J/cm2·℃； J——热功当量系数，取1.0；

K——20℃时电缆芯交流电阻与直流电阻之比，S≤100mm2的三芯电缆K＝1，S＝120～240mm2的三芯电缆K＝1.005～1.035；

?? ——电缆芯在20℃时的电阻系数，铝芯取0.031×10－4，铜芯取

200.0184×10－4，Ω·cm2/cm;

——电缆芯在20℃时的电阻温度系数，铝芯取0.00403，铜芯取0.00393，1/℃； ——短路前电缆的工作温度，℃； ?f ?i——电缆短路时的最高允许温度，对10kV以下普通粘性浸渍绝缘及交联聚乙烯绝缘电缆，铝芯为200℃，铜芯为250℃。有中间接头的电缆短路时的最高允许温度，锡焊头为120℃，压接接头为150℃。

?5.3 电流互感器的选择

1．选型：根据配置地点、安装方式等选型。 2．一次回路额定电压、电流选择：

UNs—电流互感器所在电网的额定电压； 式中

—温度修正系数；

UN?UNsIal?KIN?ImaxUN1IN1—电流互感器的一次额定电压和一次额定电流；

Imax—装设所选电流互感器的一次回路的最大持续工作电流。 3.额定二次电流的选择:一般选用5A，在弱电系统中选用1A。

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4．按准确度等级选择：

供计费电度表用0.5级，保护用：3级；D级 5．按二次负荷选择:

S2?SN2(VA)作出电流互感器回路的接线图，列表统计其二次侧每相仪表和继电器负荷，确定最大相负荷。设最大相总负荷为S2，S2应不大于互感器在该准确度级所规定的额定容量SN2，即:

即应满足： Z2l?ZN2(?)N2式中 ——选定准确度级下的额定二次负荷，Ω；

Z2l

——电流互感器的二次负荷，Ω。

Z由于

Z2l?Rar?Rl?Rc式中 Rar——二次侧负荷最大相的测量仪表和继电器电流线圈的串联总电阻；Ω Rl——仪表至互感器连接导线的电阻；Ω

Rc——各接头的接触电阻总和，一般取为0.1Ω。经计算整理得：

S??LcZN2?rar?rc(mm2)式中 S——连接导线的截面，mm2；

?——连接导线的电阻率，铜为1.75×10－2，铝为2.83×10－2，Ω·mm2/m；

Lc——连接导线的计算长度，m。

连接导线的计算长度，决定于从电流互感器到测量仪表（或继电器）之间的实际连接距离和电流互感器的接线方式。当采用单相接线时 Lc?2l；当采用星形接线时，由于中线内电流很小，则 ；当两只电流互感器接成不完全星形时，因为公共导线内的电L?l?? I流为，与U相电流的相位差为600，按电压方程可得 L3l。 c?v2；铝导线截面不应小于2.5mm 。 1.5mm

2c 选择稍大于计算结果的标准截面，根据机械强度要求，求得的铜导线截面不应小于6．热稳定校验：电流互感器得热稳定能力常以1s允许通过热稳定电流或热稳定电流对一次额定电流得倍数表示。 或 It?Q2k(KtINt)2?Qk

Kt——ts的热稳定倍数，t=1s； 式中

k——短路电流的热效应。

Q7．动稳校验： ies?ish或

(Kes?2IN1)?ish18

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5.4电压互感器的选择

1、电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，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。

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。 2、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行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.1~0.9）Ve范围内变动，即应满足：1.1Ve1>V1>0.9Ve1 3、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，电压互感器二次侧额定电压可按下表选择 接 线 型 式 一台PT不完全符形接线方式 电网电压KV 型 式 二次绕组电压（V） 接成开口三角形辅助绕组电压IV 无此绕组 100 100/3 100/3（相） 3~35 110J~500J 单相式 单相式 单相式 三相五柱式 100 100/3 100/3 100 Yo/ Yo/□ 3~60 3~15 4、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。

5、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：SN2≥S2

S2?(?Scos?)2?(?Ssin?)2?(?P)2?(?Q)2

式中 S、P、Q——仪表和继电器电压线圈消耗的视在功率、 有功功率、无功功率；

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cos?——仪表和继电器电压线圈的功率因数

电压电流互感器选择结果表： 设 备 项 目 型号 额定电流比 初级 绕组 额定电压（KV） 次级 绕组 辅助 绕组 次级绕组 额定容量(vA) 准确等级 二次负荷（Ω） 热稳定电流（1S） 动稳定电流倍数 - JCC5-220 - 电压互感器 电流互感器 JCC6-110 JSJW-10 LCW-220 LCWDL-110 LAJ-10 - - 10 0.1 4*300/5 － - - - 0.5 1.2 42 78 2*600/5 － － － － 0.5 2 75 135 200/5 － － － － 0.5 0.4 120 210 2203 1103 0.1/30.1 300 0.5 - - 0.1/30.1 300 0.5 - － － 0.1/3120 0.5 - － － 6 配电装置的选择

6.1 配电装置的分类及特点

根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、半高型和高型等。 1、中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。

这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装抢修方面积累了比较丰富的经验。

2、半高型配电装置：半 高行配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电

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流互感器、隔离开关上下重叠布置。半高型配电装置介于高型和中型之间。具有以下优点：

1)占地面积约在中型布置减少30%； 2)节省了用地，减少高层检修工作量；

3)旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。 缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。

3、高型配电装置：它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢多，安装检修及运行条件均较差，一般适用下列情况：

1）配电装置设在高产农田或地少人多的地区； 2）原有配电装置需要扩速，而场地受到限制； 3）场地狭窄或需要大量开挖。

6.2 配电装置的确定

本变电所三个电压等级：即220kV、110kV、10kV根据《电力工程电气设计手配电装置多采用屋内配电装置，故本所220kV及110kV采用普通中型屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。

设计的变电站位于市郊区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以该变电所220kV及110kV电压等级册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV及以下的均采用普通中型配电装置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运行维护还是安装检修，方面都积累了比较丰富的经验。若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性。 所以，本次设计的变电所，适用普通中型屋外配电装置，该变电所是最合适的。

7 继电保护配置规划

7.1 变电所主变保护的配置

电力变压器是电力系统的重要电气设备之一，它的安全运行直接关系到电力系统的连续稳定运行，特别是大型电力变压器，由于其造价昂贵，结构复杂，一旦因故障而遭到损坏，其修复难度大，时间也很长，必然造成很大的经济损失。所以，本设计中主变保护配置如下：

7.1.1 主变压器的主保护

1、瓦斯保护

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对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。 2、差动保护

对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。

7.1.2 主变压器的后备保护

过流保护：为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。而本次所设计的变电所，电源侧为220kV和110kV，主要负荷在10kV侧，即可装设两套过电流保护，一套装在中压侧110kV侧并装设方向元件，电源侧220kV侧装设一套，并设有两个时限ts和tⅢ，时限 定原侧为tⅢ≥tⅡ+△t，用U切除三侧全部断路器。

7.1.3 过负荷保护

变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。

7.1.4 变压器的零序过流保护

对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。

7.2 220kV、110kV、10kV线路保护部分

7.2.1 220kV线路保护

220kV线路的安全运行，对整个电力系统有着相当重要的影响，所以，本工程为220KV线路配置的保护如下：

1、 光纤纵联差动保护 2、 距离保护 3、 零序过流保护 4、 过电流保护

7.2.2 110kV线路保护

由于110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其他作为一些地区变电所进线，所以稳定性要求较高，所以110kV线路保护配置如下：

1、距离保护

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2、零序方向保护 3、过电流保护

7.2.3 10kV母线保护

对于10kV母线接线方式为单母线分段，可以配置的保护主要有：

过流保护，带时限跳分段开关，并利用装在变压器，断路器的后备保护来切除故障。

7.2.4 10kV出线保护

1、电流保护：线路故障瞬时跳开所在线路的断路器 2、过电流保护 3、过负荷保护

8 防雷设计说明

8.1 防雷设计原则

在输电线路上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电所的母线上,并对于母线有连接的电气设备构成威胁。在母线上装设避雷器是限制雷电入侵波过电压的主要措施。

三绕组在正常运行时可能存在只有高、中压绕组工作低压绕组开路的情况，这在防雷中带来了需要特别考虑的问题。在三绕组变压器中，若低压绕组开路，则C2很小（仅为其对地电容），静电分量可能危及低压绕组的绝缘，故应采取防雷措施。考虑到静电分量将使低压绕组三相的电位同时升高，故只要在任一相绕组直接出口处装设一个避雷器即可。

8.1.1、避雷针的配置原则：

1、电压110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000Ω*m的地区，宜装设独立的避雷针。

2、独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10Ω。 3、35KV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。

4、在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在装置中距离很难达到不小于15m的要求。

在对较大面积的变电所进行保护时，采用等高避雷针联合保护要比单针保护范围大。因此，为了对本站覆盖，采用四支避雷针，被保护变电所总长120m,宽90m，查手

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册，门型构架高20m，避雷针高度42m.

8.1.2、避雷器的配置原则

1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器。

2）旁路母线上是否应装设避雷器，应看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而定。

3）220kV以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并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。

5）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。 6）110kV—220kV线路侧一般不装设避雷器。

根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间；110、35kV线路侧一般不装设避雷器。

本工程采用220kV、110kV配电装置构架上设避雷针，10kV配电装置设独立避雷针进行直接保护。为了防止反击，主变构架上不设置避雷针。考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器，且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程220kV、110kV、10kV系统中，采用氧化锌避雷器。

氧化锌避雷器型号说明

型号 YH10WZ-192/500 Y1.5W-144/320 HY5WZ-17/45 额定电压kV 192 140 17 标称电流下最大残压kV 500 320 45 标称放电电流kA 10 1.5 5 24

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8.2 接地设计

8.2.1接地设计原则：

按接地装置内、外发生接地故障时，经接地装置流入地中的最大短路电流所造成的接地电位升高及地面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。

1、由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足电力行业标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：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。

2、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。

8.2.2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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