毕业设计完整

郊区220KV一次降压变电所电气部分设计

摘 要

电气工程及其自动化专业的毕业设计是培养学生综合运用大学四年所学理论知识，独立分析和解决工程实际问题的初步能力的一个重要环节。

本设计是根据“电力系统及自动化专业（发电厂及电力系统）”毕业任务书的要求，综合大学四年所学的专业知识及《电力工程电气设计手册》，《电力工程电气设备手册》等书籍的有关内容，在指导教师的帮助下，通过本人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，全面细致的考虑工程设计的经济性，系统运行的可靠性，灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。

本设计说明书是根据毕业设计的要求，针对220/60kv降压变电所毕业设计论文。本次设计主要是一次变电所电气部分的设计，并做出阐述和说明。论文包括选择变电所的主变压器的容量、台数和形式，选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数，并且通过计算，详细的校验了各种不同设备的热稳定和动稳定，并对其选择进行了详尽的说明。同时经过变压器的选择和变电所所带负荷情况，最后确定本变电所电气主接线方案和高压配电装置及其布置方式。论文包括设计的说明和设备选择的计算，并附有设计图纸（电气主接线图一张、变电所断面图两张、平面布置图一张、防雷保护图一张、继电保护原理图一张），可为以后的设计做些参考。

由于时间紧张和能力有限，此论文中难免会出现遗漏和错误，希望老师给予指点和更正。

最后，感谢各位老师给予我的帮助和大力支持，正因为你们精心的指导本次论文才得以更好的完成，再次表示深深的感谢！

关键词: 电力系统，变电所，电气设备，校验

I

沈阳工业大学毕业设计(论文)

ABSTRACT

Electrical engineering and professional graduate in its automation designs is an important link of the first step to trains student synthesize to make use of the four years in umiversity an academic theories theory knowledge, independence analysis definitely reach agreement engineering actual problem ability.

This design according to“ electric power system and automation professiom( power plant and electric power system )” the request that graduate the mission book, symthesize the four years in university a profession for learning knowledge and 《electric power engineering electricity design manual 》, etc. Umder the help that guide the teacher, pass oneself of design what argument complete with meticulous care. Whole design process inside, completely economic that meticulous comsideration engineering design,dependable that system circulate, vivid etc.many factors, end complete this design project.

This design the main according to the request that graduate thed design, aiming at the 220/60kv decline to press to change to give or get an electric shocd a graduate the design the thesis. The design is based on summarizing our coumtry's substation design and operation. It takes the selections of devices which this substation needed such as the type of electric bus, the type of the power distribution. It is made up of the instruction and the caculating parts. And for blueprints(siuation main connected wires picture, the plot and section of the substation, transformer protective principle connection picture), It can be unsuited for the same design in future.

For my limited knowledge, it is impossible to be no mistakes in the draft. I hope the teacher give to point out with make correction.

Finally, thanks for each teacher to cive my help with support strongly, positive because you with meticulous care of leading this thesis just can better complete, mean the profound with gratitude again!

Key word electric power system ，substation，electricity equipment，Proofreading

II

郊区220KV一次降压变电所电气部分设计

引 言

电气工程及其自动化专业的毕业设计是培养学生综合运用大学三年所学理论知识，独立分析和解决工程实际问题的初步能力的一个重要环节。

本设计是根据毕业设计的要求，针对220/60kv降压变电所毕业设计论文。本次设计主要是一次变电所电气部分的设计，并做出阐述和说明。论文包括选择变电所的主变压器的容量、台数和形式，选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数，并且通过计算，详细的校验了各种不同设备的热稳定和动稳定，并对其选择进行了详尽的说明。同时 经过变压器的选择和变电所所带负荷情况，确定本变电所电气主接线方案和高压配电装置及其布置方式，同时根据变电所的电压等级及其在电力网中的重要地位进行继电保护和自动装置的规划设计，最后通过对主接线形式的确定及所选设备的型号绘制变电所的断面图、平面图和继电保护原理图，同时根据所绘制的变电所平面图计算变电所屋外高压配电装置的防雷保护，并绘制屋外高压配电装置的防雷保护图。本设计的所有图纸都是计算机绘制而成，最后按照要求进行毕业设计成品打印。论文包括毕业设计说明书和毕业设计计算书两部分，并附有设计图纸（电气主接线图一张、变电所断面图两张、平面布置图一张、防雷保护图一张、继电保护原理图一张），可为以后的设计做些参考，同时能够比较直观的反映本设计变电所的整体全貌。

最后，感谢许晓峰老师在设计过程中的指导。设计中难免有不合适的地方，还请老师帮助改正。

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第一篇 毕业设计说明书

第一章 待设计变电所原始资料分析

1.1 变电所概况介绍

1、本变电所位于某工业区附近，主要向工业区供电。此外一部分是城市公共负荷 2、电压等级为220/60KV。

3、本变电所进线2回，从220KV母线转送线路两回向某变电所，输送功率140MW，COSφ=0.85。出线14回。

4、地区年平均温度16℃，最高温度36℃，最低温度-28℃ 5、所址地势平坦，交通方便，出线走廊宽阔。

1.2 变电所60KV的用户负荷表

表1.1变电所60KV的用户负荷表 最大负荷（KW） 序号 负荷名称 近期 1 2 3 4 5 6 7 8 化工厂 建材厂 机械厂 拖拉机厂 杜泽变电所 汪家变电所 沙岭变电所 南关变电所 18000 6000 4500 10000 2000 10000 8000 7000 远期 22000 9000 7200 12000 2800 12000 11000 8500 0.92 0.95 0.94 0.92 0.94 0.95 0.92 0.95 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 2 1 1 2 2 2 2 2 功率因数 出线方式 出线回数 附注

最大负荷利用小时数Tmax=5500，负荷同时系数0.9，线损率为5﹪。总负荷中重要负荷（Ⅰ、Ⅱ类负荷）占60％ 。

1.3 电力系统接线方式图

系统中所有的发电机均为汽轮发电机,送电线路均为架空线，单位长度正序电抗为0.4欧姆/公里。

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电 力系统 2100MVA 55KM 220KV 65KM 2×63MVA 220KV 2×120KM 40KM 220KV 2×50MW COSφ=0.85 Xd”=0.124 X*=0.04 （ SJ=100MVA） 待 设 计 的变 电 所 Ud﹪=14.45 220KV 3×150MVA Ud﹪=13 3×125MW COSφ=0.85 Xd”=0.24 1.1 电力系统接线方式图

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图

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第二章 主变压器台数和容量的确定

2.1 主变压器选择的要求：

1. 和电力系统连接的主变压器一般不超过两台。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。

2.变压器装设两台及以上主变压器时 ，每台容量的选择应按照其中任一台停用时，其余变压器容量至少能保证所供电的全部一级负荷或为变电所全部负荷的60－75％。通常一次变电所为75％，二次变电所为60％。

3. 变电所的主变压器一般采用三相变压器，因制造或运输条件限制及初期只装一台主变压器的220KV枢纽变电所中，一般采用相变压器组，当装设一组单相变压器时，应设有备用相，当主变压器超过一台，且各台容量满足上述要求时，单相变压器组可不装设备用相。

4. 变电所中的变压器在系统调压有要求时，一般采用带负荷调压变压器，如受设备制造限制时，可采用独立的调压变压器预留位置。

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

2.2 主变压器台数的确定

1. 根据规程，为保证供电的可靠性和经济性，变电所一般装设两台主变压器。故本变电所选择两台主变。

2.3 主变压器容量及型式的确定

（1） 变电所中，主变压器一般采用三相式变压器，其容量应根据电力系统5-10年的发展规划进行选择。装有两台及以上主变压器的变电所中，当一台停运时，其余主变压器的容量至少能保证所供的全部负荷的70%。

（2）变电所中的主变压器在系统调压有要求时，一般采用有载调压变压器，对于新建的变电所，从网络经济运行的观点考虑，应注意选用无载调压变压器。

（3）具有直接由高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级，减少重复降压容量，可采用双绕组。

根据本变电所实际情况，交通便利，只有两个电压等级220/60KV，故选择采用三相双绕组变压器。

（4）根据计算，确定选择两台容量为63000KVA的变压器，查《电力 设备手册》选用两台双卷有载调压变压器，其型号为SFP7－63000/220，电压为220±2*2.5％/63KV，

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采用YN，d11连接组，附套管电流互感器，其具体型号和参数见表2.1。

正常运行时，两台变压器全 部投入。当其中一台停运检修时，考虑变压器的过负荷能力，另一台仍能达到全部负荷的70％以上。

表2.1 所选SFP7—63000／220变压器的主要参数

型 号 额定容量（KVA） 高压 额定电压 低压 空载损耗(KV) 阻抗电压(%) 上节油箱 油 质量(T) 运输 总质量 生产厂 101.39(带油) 119.41 沈阳变压器厂 外开尺寸(长*宽*高) 1670*4840*6910 63 73 12.5 11 29.38 负载损耗(KW) 连接组别 轨距 245 YN,dn 2000/1435 242±2*2.5% SFP7-63000/220 63000 空载电流(%) 1.0

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第三章 主接线形式的选择及说明

3.1 主接线的设计原则：

变电所电气主接线是电力系统接线的主要主成部分，它表明了发电机 、变压器、线路和断路器等设备的数量和接线方式，从而实现安全的发电、输变电、配电的任务。

根据设计规程，变电所主接线应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。同时还应考虑以下的因素：

（1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用。 （2）考虑近期和远期的发展规模。

（3）考虑负荷的重要性分级和出线回数的多少对主接线的影响。 （4）考虑主变台数对主接线的影响。

（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。

3.2 主接线的设计要求：

1. 可靠性

（1）应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。

（2）主接线可靠性含一次部分和相应组成的二次部分运行中可靠性的综合。

（3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。

（4）要考虑所设计的变电所在电力系统中的地位和作用。 2. 灵活性

主接线的灵活性有以下几方面的要求：

（1）高度要求，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，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。 3. 经济性

（1）投资省

a.主接线力求简单，节省断路器隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。 b. 要能使断电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次 设备和控制电缆。 c. 要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。

d. 如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。

（2）占地面积小

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主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。 （3）电能损失小

经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。

3.3 主接线的选择：

《规程》如：110-220KV配电装置中的出现回路数为4回时，一般采用单母线分段的接线形式。当配电装置中的进线和出线总数为12-16回时，在一组母线上设置分断断路器，而双母线运行方式在6-220KV电压的配电装置中，通常是以 保证用户供电，所必需的可靠性。根据上述及本变电所所处系统和负荷性质的要求，初步确定主接线方案：第一种方案是一次侧（220KV侧）采用单母分段的接线形式，二次侧（60KV侧）采用双母线的接线形式；第二种方案是一次侧（220KV侧）采用双母的接线形式，二次侧（60KV侧）采用双母线的接线形式。

3.3.1第一种方案主接线图（如图3.1）：

图3.1第一种方案主接线图

此种方案的特点：

一次侧（220KV侧）采用单母分段接线形式

优点：单母分段按可进行分段检修，对于重要负荷可以从不同段引出两个回路，使重要负荷有两个电源供电，在这种情况下，当一段母线发生故障时，由于分段断路器在继电保护装置的作用下能自动将故障切除，因而保证了正常段母线不间断供电和不致使重要负

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荷停电。

缺点：是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线上所有回路都要在检修期间长时间停电。

二次侧（60KV侧）采用双母线接线形式

为了避免单母分段在母线或母线隔离开关故障或检修时，连接在该段母线上的回路都要在检修时间长时间停电，而发展成双母线这种接线，每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两组母线同时工作，并能过母线联络断路器并联运行。

优点：（1）可以轮流检修母线而不致使供电中断。

（2）检修任一回路的母线隔离开关时，只需停该回路。 （3）母线故障后，能迅速恢复供电。 （4）调度灵活。 （5）扩建方便。 （6）便于试验。

缺点：增加了母线长度和使回路增加了一组母线隔离开关，还使配电装置架构增加，占地面积增大，投资增我，由于隔离开关较多，容易误操作。 3.3.2 第二种方案主接线图（如图3.2）：

3.2第二种方案主接线图 一次侧（220KV侧）采用双母线接线形式 二次侧（60KV侧）采用双母线接线形式图

此种方案的特点：

双母线接线形式的特点上面已经介绍。

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双母线带旁路接线：

除了具有双母线接线的优点外，双母线带旁路接线还具有许多其它的优点： 当进出线检修时，可由专用旁路断路器代替，通过旁路母线供电。但当设置了专用旁路断路器后，设备的投资和配电装置的占地面积都有所增加。

根据《220---500KV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定，35~60KV配电装置当出线回数为4~7回时，宜采用单母线接线；当出线回数为8回及以上时，宜采用双母线接线。

3.4 主接线的确定：

两种方案进行比较：

首先，一次侧两种接线形式的比较：单母分段虽然较双母线减少母线长度和隔离开关的数量，而且占地面积也较小，但是单母分段接线当一段母线或母线隔离一关故障或检修时，都会使该段母线上所有回路的检修期间长时间的停电，而这对重要负荷的供电可靠性11 是不允许的。双母线接线形式虽然占地面积较大，投次较高，但是其其电可靠性和扩建方便等优点却是对重要负荷和系统容量的变化是非常重要的。所以通过以上的比较，最终确定一次侧（220KV侧）采用双母线接线形式。

其次，二次侧两种接线形式的比较：双母带旁路的接线增加了一条母线和隔离开关和断路器的数量，经济性较差，但可靠性优于双母线接线，当进出线检修时，可由专用旁路断路器代替，通过旁路母线供电。所以通过上述的比较，二次侧（60KV侧）最终选定双母线接线的接线形式。

最后，通过前面对一次侧（220KV侧）和二次侧（60KV侧）接线的经济性，可靠性，灵活性等各方面的综合比较，同时考虑本所的进线，出线的回数以及重要负荷的分布等因素，一次侧（220KV侧）采用双母线的接线形式，二次侧（60KV侧）采用双母线带旁路的接线形式。

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第四章 短路计算

4.1 短路电流计算的目的

1.电气主接线的选择

2.选择导体和电气设备，保证设备在正常运行情况下，都能正常工作，保证安全可靠，而且在发生短路时保证不损坏。

3.选择断电保护装置。

4.2 短路的基本类型

三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，其中三相短路是对称短路。

为了检验和选择电气设备和载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用下述短路电流值：

Ich：短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。

I\：超瞬变或次暂态短路电流的有效值，即第一周期短路电流周期分量有效值。 I∞：稳态短路电流有效值。

4.3 短路电流计算的基本假定

1.正常运行时，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，即带铁蕊的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。

4.短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

5.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

6.元件的计算参数取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 7.输电线路和电容略去不计。

4.4 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，应接本设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，确定适中电流时，应 按可能发生最大短路电流的接线方式。而不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异步电动机的影响和电容裣装置放电电流的影响。

3.选择导体的电器时，对不带电抗器的回 路的计算短路点，应选择在正常接线方式

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时短路电流为最大的地点。

4.导体和电器的动稳定，热稳定，以及电器开断电流，一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回 路中的单相，两相接地短路较三相短路严重，则应按严重情况计算。

4.5 计算步骤

1.画等值电抗图

1）首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻。 2）选取基准容量和基准电压。 3）计算各元件的电抗标么值。 2.选择计算短路点

3.求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。 4.各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。 5.列出短路电流计算数据表。

4.6 计算方法

标么值法：取基准容量SB＝100MVA，基准电压UB＝Uav计算用公式：线路电抗：XL*?XL?SBU2 B变压器电抗：X%SB*?UK100?S e短路电流周期分量有效值：I1K*?X *短路电流冲击值：ich＝2.55IK 标么值转为有名值：ISBK?IK*?3U B具体计算过程及结果见第十章短路计算的内容。

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式(4-1)

式(4-2)

式(4-3)

式(4-4) 式(4-5)

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第五章 主要电气设备的选择

电器设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一。正确的选择电器是使电器主接线和配电装置达到安全经济运行的重要条件。在运行电器选择时，在安全、可靠的前提下，应根据工程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，具体的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热稳定和动稳定。

5.1 电器设备选择的一般原则：

（1）应满足正常工作状态下的电压和电流的要求。 （2）应满足安装地点和使用环境条件要求。 （3）应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求。 （4）应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质。 （5）对电流互感器的选择应计其负载和准确度级别。 表5.1为待设计变电所的主要电器设备。

表5.1主要设备选择一览表

设备名称 断路器 安装地点 220KV侧 60KV侧 220KV侧母线 220KV侧出线 60KV侧 220KV侧 60KV侧 220KV侧 60KV侧 220KV侧 60KV侧 主变中性点 220KV侧 60KV侧 型号 LW(OFPI)-220 LW(OFPI)-63 GW6-220 GW6-220 GW5-63 LCWB6-220 LCWB5-63 JDCF-220 JDCF-63 FZ-220J FZ-60 FZ-110 LGJ-185/30 LGJ-300/40 隔离开关 电流互感器 电压互感器 避雷器 母线

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第六章 配电装置

6.1 高压配电装置和设计原则及要求

配电装置是指发电厂或变电所的电气主接线中的所有开关电器,载流导体和辅助设备按照一定要求建造而成的,用来接受和分配电能的电工建筑物.配电装置的形式与电气主接线、周围环境等因素有关，分为屋内配电装置和屋外配电装置两种。

配电装置是变电所的一个重要组成部分，电能的汇集和分配是通过各级电压的配电装置实现的，因此，在设计配电装置时应满足以下的要求：

1．保证工作的可靠性和防火性要求

2．保证工作人员的人身安全

3．保证操作、维护、检修的方便。

在保证安全可靠的条件下，应尽量降低配电装置的造价，减少有色金属和钢材的消耗，并应减少占地面积，除此之外配电装置还应有扩建的可能性。配电装置的整个结构尺寸是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定的。各种间隔距离中最基本的是空气中的最小安全净距，在这一距离下，无论正常或过电压的情况下，都不致发生空气绝缘的电击穿。

屋内、外配电装置中各项安全净距尺寸，在《高压配电装置设计技术规程》中被分为A、B、C、D、E五项，作主设计配电装置时的根据，其中A值是基础，其余各值是在A值的基础上，加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而得。各项净距数值可查阅有关规程。

在配电装置的具体设计中，应遵循《电力工业管理办法》、《高压配电装置设计技术规程》、《建筑设计防火规范》等有关规定，高压配电装置设计的一般原则： 1．节约用电。

2．运行安全和操作巡视方便 3．便于检修和安装。 4．节约材料，降低造价。

屋外配电装置与屋内配电装置的比较，所具有的特点：

1．屋外配电装置的土建工程量少，施工时间短，节省建筑材料，降低了基建投资。 2．相邻回路电器之间的距离较大，大大减少了事故蔓延的危险性。

3．巡视检查清楚，便于扩建和设备更新。

4．维护操作不方便，因为隔离开关的操作以及对各种开关电器的巡视检查，在任何天气条件都必须在露天进行。

5．面积大占地面积大。

屋外配电装置根据电器和母线布置的高度可分为中型、高型和半高型等型式。 中型配电装置是所有开关电器都安装在较低的基础和支架上，母线一般采用饺线和悬

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垂绝缘子串组成，悬挂在门型构架上，母线水平面高于开关电器的水平面。

高型配电装置是指开关电器分别安装在几个水平面内，断路器安装在地面基础支架上，母线隔离开关在断路器之上，主母线又在母线隔离开关之上或两组母线上下重叠，母线一般采用绞线和悬垂绝缘子串悬挂在构架上。其特点是布置紧凑、集中，占地面积小，操作维护条件差两组母线隔离开关分层操作，路径较长，易引起误操作。

半高型配电装置指其布置处于中型和高型配电装置之间，既仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置。

此外，还要设置搬运通道，为了便于变压器等笨重的设备。当变压器的油量超过1000公斤时，为了防止事故时，油的燃烧和蔓延，应在其下面设置能容纳20％油量的储油池，储油池的尺寸一般比变压器外壳尺寸大1米，池内铺设厚度不小于250mm的卵石层。

屋外配电装置不需建造房屋，投资较长。 设计高压配电装置时，还应遵循以下设计原则： 1．用地。

2．安全和操作巡视方便。

3．检修和安装条件。

4．导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行。 5．三材，降低造价。 6．设备选型。

6.2 设备的配置

6.2.1 隔离开关的配置

1.接在变压器引出线上或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。 2.接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。

3.短路器两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器是隔离电流。 4.中性点直接接地的普通形式变压器均宜配置隔离开关。 6.2.2 电压互感器的配置

1.电压互感器的数量和配置与主接线有关，应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。

2.60—220KV电压等级的每组主接线的三相应电压互感器

3.当需监视和检测线路上有、无电压时，出线侧的一组上应装设电压互感器。 6.2.3 电流互感器的配置

1.凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动化的要求。

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2.在未装设断路器的发电机和变压器中性点，应装设电流互感器。 3.对直接接地系统，一般按三相配置，对非直接接地系统依具体要求配置两相或三相。 6.2.4 接地刀闸的配置

1.为保证电器和母线的检修安全，35KV以上每段母线根据长度宜装设1—2组接地刀闸，两组接地刀闸间距适中，母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联开关上，也可装设于其它母线回路。

2.63KV及以上的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置一组接地隔离开关，双母线接地两组母线隔离开关的断路器侧可共用一组接地隔离开关。

3.旁路母线一般装设一组接地隔离开关，装设在旁路隔离开关的旁路线线侧。 4.63KV及以上主变母线隔离开关的主变侧宜装设一组接地隔离开关。 6.2.5 避雷器的配置

1.配电装置每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器的除外。

2.220KV及以下变压器到避雷器的电器距离越过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

3.下列情况下的变压器中性点应装设避雷器：

1）中性点直接接地系统中，变压器中性点分极绝缘且有隔离开关时。 2）不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点。 3）110—220KV线路侧一般不装设避雷器。

6.3 配电装置的选择

本设计为220／60KV变电所，所以采用屋外配电装置，所以，本所采用分相中型布置，既隔离开关是分相直接布置在母线的正下方，此种方法采用LGJ185／30型母线配合剪刀式隔离开关，布置清晰、美观，可省去大量构架，较普通中型配电装置方案节约用地1／3左右。同时选择220KV出线和60KV出线两个断面图。

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第七章 防雷装置保护的规划计划

注：《规程》规定：为防止雷直击电力系统，一般采用避雷针和避雷线。

7.1 防雷保护的必要性：

无论是直击雷或是感应雷，都能够在架空线或金属管道上产生雷电冲击波，沿线路导线或金属管道上以光速向两侧传播，所以又称为行波。行波侵入室内时，是以高电位引入的，常常危及人身安全并损坏电器设备，因此防雷保护必须考虑。

7.2 发电厂及变电所的防雷保护内容：

发电厂及变电所的防雷保护主要是两个方面： 1.对直击雷的防护。

2.对沿线路侵入的雷电冲击波的防护。

发电厂及变电所为防护直击雷，一般用避雷针（线）加以保护。

避雷针（线）的主要作用是主动引导雷电流安全入地，从而保护发电厂变电所免受直击雷害。

7.3 变电所防雷保护对象

A类：电工装置

B类：需要采取防雷措施的建筑物和构筑物

7.4 装设避雷针（线）的基本原则：

1.一方面应使所有的被保护物处于避雷针（线）保护范围之内，即要求避雷针（线）高于被保护物，且两者之间的距离又不能太远，以保证雷击避雷针（线），而被保护物免遭雷击。

2.避雷针（线）遭受雷击时，强大的雷电流流过避雷针（线）引下线和接地体，其上会产生很高的对地电位，如果它们距被保护物过近，两者之间将发生放电，称为反击。使高电位引向被保护物。因此避雷针（线）和引下线，接地体与被保护物之间还应保持足够的电气距离。

7.5 防雷保护设计所需资料：

1.要求变电所附近气象资料

2.要求变电所主接线图及电器设备布置图

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3.其它需要保护的设备和设施 4.变压器入口电容

7.6 避雷针的保护范围计算：

7.6.1 rx的确定与单支避雷针同

rx＝（h-hx）p----hx≥h/2 式(7-1) rx＝（1.5h-2hx）p----hx≥h/2 式(7-2) 其中rx-避雷针在hx水平面上的保护半径（m） hx—被保护物的高度 h---避雷针的高度

当h≤30时，p=1;120≥h>30时，p=5.5／h

h>120m,p=5.5／h 式(7-3) 7.6.2 保护全面积的条件

D≤8hap 式(7-4) 其中D为通过由三支避雷针所形成的三角形顶点圆的半径，或以避雷针为顶点的四角形的对角线。

7.7 防雷保护措施

1.在变电所的220KV构架上、高压配电装置的中心位置和60KV出线构架附近共安装9支30米高的避雷针。

2、在变压器中性点、母线电压互感器上分别安装一组避雷器。 3.在220KV、60KV进线和出线上分别安装避雷线。

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第八章 继电保护及自动装置设计

8.1 继电保护配置的作用和要求：

电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路。在发生短路时可能产生以下的结果：

1.通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；

2.短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；

3.电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；

4.破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使整个系统瓦解。

电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏，但没有发生故障，这种情况属于不正常运行状态。系统中出现功率缺额引起的频率降低，发电机突然甩负荷而产生的过电压，以及电力系统发生振荡等，都属于不正常运行状态。

故障和不正常运行状态，都可能在电力系统中引起事故。造成电能质量的破坏，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减少发生事故的可能性外，故障一旦发生，必须迅速而月选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。这种保护装置就是继电保护装置，其能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是：

1.自动、迅速、有选择性的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其它无故障部分迅速恢复正常运行；

2.反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误操作。

电力系统对继电保护的要求是：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

8.2 变压器保护的配置

8.2.1 变压器保护的配置原则

变压器一般应装设下列继电保护装置

1. 反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护，容量为800KVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，当油箱内不故障产生清为瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。

2. 相间短路保护反应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护火电流速断保

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护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。容量为6300KVA一下列并运行的变压器，以及10000KVA一下单独运行的变压器加装电流速断保护（本设计不加装电流速断保护）容量为6300KVA及以上，厂用工作变压器和并列运行的变压器，一般宜采用三相三继电器式接线。

3.相间后备保护

为了防止外部短路所引起的过电流合作为变压器的后备保护，在变压器上可装设过电流保护。

对于单侧电源的双卷降压变压器，如高压侧中性点有可能直接接地运行，为防止高压侧电网中发生接地故障时导致保护非选择性动作，供高压侧过电流保护用的电流互感器二次线圈可接成三角形。

4.中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。

110KV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧获三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为相领元件的后备保护。（110KV及以上中性点直接接地采用分级绝缘）

5. 过负荷保护

对于400KV及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的后备电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负茶保护，过负荷保护迎接于一相电流上，带有时限动作与信号。

6. 过电流保护

过激磁保护用于500KV及以上的大容量的变压器，本设计不加装此保护。

通过以上的分析，该可以确定变压器应加装的保护及保护安装位置，见表8.1。

表8.1 变压器保护及其安装位置 保护类型 瓦斯保护 纵联差动保护 过电流保护 零序电流保护 过负荷保护 安装位置 变压器油枕和油箱间 变压器两侧 电源侧 变压器中性点接地侧 高压侧

8.3 母线保护和断路器失灵保护

8.3.1 母线保护配置原则

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母线故障是电气设备最严重的故障之一，它将使连接在母线上的所有元件被迫停电，当未装设专用的母线保护时，如果母线故障，只能依靠相邻元件保护的后备保护作用切除，这将延长故障切除时间，并往往会扩大停电范围，对高压电网安全运行不利，因此，35－500KV的发电厂或变电所母线上，在下列情况下，应装设专用的母线保护装置。

1.110KV及以上双母线

2.110KV及以上单母线，重要发电厂或110KV及以上重要变电所的35—66KV母线需按照装设全线速动保护的要求，必须快速切除母线上的故障时，应装设。

专用保护应根据母线的重要程度应满足以下要求：

对于双母线并列，母线保护应保证先跳开母联断路器，以防止失去选择性。对于平行线接于不同的母线，当母线保护动作时，应闭锁横差保护，以防止误动作。母线保护不限制母线运行方式，在母线破坏固定联结时，母线保护装置能有选择性的动作。在一组母线或一般母线无电合闸时，应能快速而有选择性的切除故障母线。在外部短路不平衡电流的作用下或交流回路断线时，母线保护不应动作。 8.3.2 双母线接地母线保护

目前已被使用的母线保护有以下几种： 1. 母线完全差动保护。

2. 母线不完全差动保护。

3. 双母线固定连接的完全差动保护。 4. 母联电流相位比较式母线保护。

5. 电流相位比较式母线保护。

目前在110—220KV电网中应用较多的是母联电流相位比较差动保护，这种保护适用于并列运行的双母线母联断路器全闸运行，不限制元件连接方式（但每一组母线上至少要保留一支电源回路）具有较高的可靠性与选择性。目前已逐渐取代阻抗电流差动保护，较广泛用于110—220KV的双母线系统。

本设计220KV侧和60KV侧母线均采用母联电流比相式差动保护。 保护选择见表8.2所示。

表8.2 母线保护选择表 220KV侧 母线保护 60KV侧 母联电流比相式差动保护 母联电流比相式差动保护 8.3.3 断路器失灵保护

220KV及以上电压的电网中，各厂站相应电压级均应装设。在高压和超高压电网中，断路器失灵保护作为一种近后备保护方式得到了普遍的采用，其目的是当发生故障时断路

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器拒动（含跳闸回路异常因素所致）时，快速而有选择性的切除故障。

8.4 线路的保护装置

8.4.1 220KV侧线路保护

1.配置原则

(1）《规程》规定：110—220KV直接接地电力网的线路，应装设反应接地短路的保护装置，双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。 (2）《规程》规定：110—220KV直接接地电力网的线路，应装设反应接地短路的保护装置，双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。

①当线路上发生故障时,如不能全线快速的切除故障;则系统的稳定运行将遭到破坏。 ②在双侧电源线路上，如果要求全线速动切障时。 2.220KV线路的接地保护

(1）宜装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护。

(2）对某出线路，如方向性的接地距离保护可以明显改善整个电力网接地保护的性能时，可装设接地距离保护并辅之以阶段式零序电流。

(3）正常运行方式下保护安装处短路，电流速断保护有1.2以上灵敏度时，则可装设此相保护。

(4）高频保护：采用相差高频保护

相差高频保护适用于200KM以内的110—220KV输电线路。 主要优点：

相差高频保护在非全相运行时不会误动作，所以无需加非全相的闭锁装置，简化接线，同时在系统振荡过程中，被保护线路内部发生故障时，相差高频保护瞬间时的切除故障。

高频保护工作状态不受电压回路断线影响，测量元件均反应电流量无电压回路。 经过以上分析确定220KV线路保护。 主保护：高频保护。

后备保护：三段式距离保护。 接地保护：零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护。 8.4.2 60KV侧线路保护

并列运行的平行线路，可装设横联差动方向保护或电流平衡保护作为主保护，距离平衡保护作为后备保护。

主保护可以选用横联差动方向保护有相继动作区和死区，而电流平衡保护作为主保护，距离平衡保护作为后备保护。

主保护可以选用横联差动方向保护有相继动作区和死区，而电流平衡保护只有相继动

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作无死区，并且相继动作区比横差动保护小，而且动作迅速，灵敏度足够大，并且接线简单等优点，其缺点是只能应用于有电源的一侧的双回路上，在无源的一侧不能采用，这一缺点对本设计不产生影响，因此主保护采用电流平衡保护。

综上述分析，60KV侧线保护为： 主保护：电流平衡保护。 后备保护：距离保护。 线路保护选择见表8.3所示。

表8.3 线路保护选择表 主保护 220KV侧 线路保护 后备保护 接地保护 主保护 60KV侧 后备保护

三段式距离保护 高频差动保护 三段式距离保护 零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段电流保护 电流平衡保护 表8.4为本变电所所选保护一览表，表中具体的列出了本设计的变电所的所有选择的保护类型及其所选保护的安装位置，具体说明及原则见以上说明书中的说明

表8.4 变电所继电保护配置一览表

瓦斯保护 主保护 纵联差动保护 变压器保护 后备保护 过电流保护 零序电流保护 过负荷保护 220KV侧 母线保护 60KV侧 母联电流比相式差动保护 主保护 220KV侧 线路保护 60KV侧 后备保护

三段式距离保护 后备保护 接地保护 主保护 离频差动保护 三段式距离保护 零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段电流保护 电流平衡保护 母联电流比相式差动保护 - 22 -

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8.5 自动装置的规划设计

8.5.1 电力系统自动装置的设计

应根据运行需要，考虑使用效果和利用率等因素，合理的确定方案。同时还应从充分发挥原有的自动装置的作用，自动装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性。自动装置应力求简单、可靠、使用元件和触点尽量少，接线简单，便于运行维护。 8.5.2 合闸装置应按下列规定装设 8.5.2.1 合闸装置应按下列规定装设：

1.1KV及以上的架空线路和电缆与架空的混合线路，当具有断路器时，应装设自动重合闸。旁路短路器和兼作旁路的母线联络断路器或分段断路器。一般装设自动重合闸。

2.电力变压器和母线，必要时可装设自动重合闸。 8.5.2.2 220KV以下单侧电源线路的自动重合闸，按下列规定装设：

1.一般采用三相式一次重合闸。

2.当断路器断流容许时，有些线路可采用两次重合闸。 8.5.2.3 220KV和330KV线路的自动重合闸，按下列规定装设：

1.一般装设综合重合闸，即当线路上发生其他故障时，实现单相重合闸，发生其他故障时，实现三相重合闸。

2.根据电力网结构和被保护线路的特点，在某些情况下为了简化，采用三相自动合闸。 8.5.3 自动重合闸装置应符合以下要求

1.自动重合闸一般由控制开关位置与断路器位置不对应的原理起动，或用保护装置起动。

2.用控制开关或通过遥控器将断路器断开时，自动重合闸均不应动作。

3.装置的动作次数应符合预先的规定。在任何情况下，均不应时断路器重合次数超过规定。

4.自动重合闸装置动作后应自动复归。

5.自动重合闸装置应能实现重合闸后加速继电保护工作。

6.当断路器不处于正常状态时，不允许实现自动重合闸应将自动重合闸装置闭锁。 本变电所设计，220KV侧线路装设综合重合闸。60KV侧线路采用三相一次重合闸。 8.5.4 备用电源和备用设备自动投入

1.查电力系统自动装置书

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

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2.备用投装置的接线应满足以下要求

(1）只有当工作电源断开以后，备用电源才能投入

(2）工作母线上无论何种原因失去电压时，备自投应投入 (3）备用电源自动投入装置只允许将备用电源投入一次 3.备用电源或备用设备的自动投入装置，在下列情况下装设

(1）发电厂的厂用电和变电所的所用电

(2）由双电源供电的变电所，其中一个电源经常断开作为备用 (3）降压变电所内有备用变压器或有相互备用的母线段

(4）生产过程中某些重要机组有备用机组

4.当备用自动投入装置动作时，如果用电源或设备投于故障时，必要时使其保护装置加速动作。

本变电所设计，为了确保不间断供电，变电所的电源均应装备自投装置。

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第二篇 毕业设计计算书

第九章 变选择计算部分

9.1 主变压器的选择：

9.1.1 总容量的确定

通过对待设计变电所原始资料中变电所60KV用户负荷表（表1-1）分析，进行计算得： 将表1-1中数据代入公式可得变压器的容量：

?P?P?845001?P2?P3?P4?P5?P6?P7?P8 式(9-1) ?22000?9000?7200?12000?2800?12000?1100?8500 ?Q?P1tg?1?P2tg?2?P3tg?3?P4tg?4?P5tg?5?P6tg?6?P7tg?7?P8tg?8?22000?0.426?9000?0.3287?7200?0.3630?12000?0.4260?2800?0.3630?12000?0.3287?1100?0.4260?8500?0.3287?32495.615S? 式(9-2)

?P2??Q2?7140250000?1055964914?90532.95 式(9-3) S??S?0.9?(1?5%)?90532.95?0.9?1.05?85553.64Se?70%S??85553.64?0.7?59887.55 式(9-4) 式(9-5)

若选两台容量为59887.55KVA的变压器，当一台停运时，仍能保证70％的重要负荷供电。

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第十章 短路计算

10.1 所用计算公式：

1.变压器：X*=Ud%*SB/100SN 式(10-1) 2.发电机：X(G)*=Xd*SB/SN 3.线路：X1*=X1*L*SB/U2 B4.网络变换

(1）△/Y变换

XX12?X131?X12?X13?X23XX12?X131?X12?X13?X23 XX12?X232?X12?X13?X23XX13?X233?X12?X13?X23(2）Y/△变换

X12?X1?X2?X1X2X3 X?XX1X3131?X3? X2XX2X323?X2?X3?X1网络图如下：

X1X2X12X13X23X3 图10.1星-角变换网络图

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式(10-2) 式(10-3) 式(10-4)

式(10-5)

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10.2 系统等值计算电路图(图10.2) 电力系统接线图见《毕业设计任务书》

图10.2系统等值计算电路图

取Sb＝100MVA，Vs＝Up，求得等值电路图中各阻抗标幺值如下： 电力系统电抗为：

式(10-6) X1?X*?0.04 发电机电抗为：

X2?Xd?\SBSNSBSN?0.124?1002?50100?0.124 式(10-7)

X3?Xd?\?0.14?3?125?0.064

变压器电抗为：

X6?Ud0?SBSN?14.45100?1002?50?0.1147 式(10-8)

X7?Ud0?SBSN?13100?1003?150?0.0289

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线路阻抗：

X4?X5?X(1)?l1?SBV2B?0.4?120?1002202 式(10-9) ?0.0992 X8?X(1)?l1?SBVB2?0.4?40?10022010022010022022?0.0331 X9?X(1)?l2?SBV2B?0.4?55?2?0.0455 X10?X(1)?l2?SBVB2?0.4?65??0.0537 将原图化简得(图10.3)：

图10.3 系统等值电路图

X11 ＝(X1+ X4)// X5=0.04+0.0496=0.0896 式(10-10) X12＝X2 +X6 ＝0.124+0.1147=0.2387 X13＝X3+X7＝0.064+0.0289 将(图10-2)进行“角-星”变换

X14?X8?X9X8?X9?X10X8?X10X8?X9?X10(图10.4)：

?0.0113 式(10-11) X15??X12?0.2521 - 28 -

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X16?X9?X10X8?X9?X10?X13?0.1114 图10.4 系统等值电路图

再将(图1-3)进行“星-角”变换(图10.5)：

图10.5 系统等值电路图

X17?X14?X15?X14?X15X16?0.28897 式(10-12) - 29 -

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X18?X14?X16?X14?X16X15?0.1277 10.3 220KV母线上K1点发生短路时的辞别短路计算

当K1点上发生三相短路时 转移阻抗为：

Xf1 ＝X11=0.896 Xf2 ＝X17=0.289 Xf3 ＝X18=0.1277

各电源在短路点的转移电抗为：

Xjs1?X11?SNSBSNSB?0.896?21001002?50100?1.882 式(10-13)

Xjs2?X17??0.289??0.289 Xjs3?X18?SNSB?0.1277?3?125100?0.4789

K1(3)点发生三相短路时的短路电流的标幺值，可查表《气轮发电机计算曲线数字表》得各电源对短路点的电流标幺值为表10.1所示。

表10.1 K1(3)点发生三相短路时的短路电流标幺值

短路时间 0s I1*=0.53 K1(3) I2*=3.7 I3*=2.21 1.5s I1*=0.53 I2*=2.94 I3*=1.952 3s I1*=0.53 I2*=2.396 I3*=1.974 4s I1*=0.53 I2*=2.38 I3*=2.06

各电源对220KV侧的额定电流为：

IN?1?SN3Vav?21003?230?5.2716KA 式(10-14)

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郊区220KV一次降压变电所电气部分设计

IN?2?SN3Vav?1003?230?0.295KA IN?3?SN3Vav?3753?230?1.1075KA 所以，各电源对K1(3)点的电流有名值见表10.2所示。

表10.2 各电流对K1(3)点的短路电流有名值

短路时间 K1(3)短路电流 有名值(KA) 0s I1=2.794 I2=1.0915 I3=2.4475 1.5s I1=2.794 I2=0.8564 I3=2.454 3s I1=2.794 I2=0.7076 I3=2.2869 4s I1=2.794 I2=0.7021 I3=2.2815

综合以上的计算结果，可得K1(3)点的短路电流可见表10.3所示。

表10.3 K1(3)点短路时各电源不同时刻对其的短路电流有名值

短路时间 K1短路电流 有名值(KA) (3)0s I=6.333 1.5s I=5.9064 3s I=5.5872 4s I=5.7776 10.4 60KV母线上K2点发生短路时的短路计算

首先进行网络化简，化简后的网络图见图(图10.6)： 图10.6 系统等值电路图

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图10-6 60KV侧发生三相短路时的系统等值电路图

对该网络进行“星-网”变换求出G1、G2、G3、对K2、点的电抗值

1111Y??????17.10866?XaXbXcXd 式(10-15)

式(10-16)

Xad?XaXd???0.0896?0.2127?17.10865?0.3261Xbd?XbXd???0.289?0.2127?17.10865?1.0517

Xcd?XcXd???0.1277?0.2127?17.10865?0.4647因此当60KV侧K2点发生三相短路时 转移阻抗为：

XXXf1?Xad?0.3261 式(10-17) f2?Xbd?1.0517?X?0.4647f3cd各电源在短路点的转移电抗为：

Xjs1?Xad?SNSBSNSB?0.3261?21001002?50100?6.8481 式(10-18)

Xjs2?Xbd??1.0517??1.0517 Xjs3?Xcd?SNSB?0.4647?3?125100?1.74625

因为Xjs1?6.8481>3.45

所以I1*＝1／Xjs1=0.146

K2(3)点发生三相短路时的短路电流的标幺值，可查表《气轮发电机计算曲线数字表》得各电源对短路点的电流标幺值见表10.4所示。

表10.4 K2(3) 点发生三相短路时的短路电流标幺值

短路时间 K2(3) 0s I1*=0.146 I2*=0.98 I3*=0.58 1.5s I1*=0.146 I2*=1.02 I3*=0.58 2s I1*=0.146 I2*=1.06 I3*=0.57 4s I1*=0.146 I2*=1.08 I3*=0.57

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各个电源对60KV侧的额定电流为：

IN?1?SN3VavSN3Vav?21003?631003?63?19.2456KA IN?2???1.07918KA IN?3?SN3Vav?3753?63?4.0432KA 所以，各电源对k2(3)点的短路电流有名值见表10.5所示。

表10.5 各电流对K2(3)点的短路电流有名值 短路时间 0s I1=2.8099 K2短路电流 I2=1.0566 有名值(KA) I3=2.3450 I3=2.3217 I3=2.3046 I3=2.3046 I2=1.0572 I2=1.1644 I2=1.1644 (3)1.5s I1=2.8099 3s I1=2.8099 4s I1=2.8099

综合以上的计算结果，可得K2(3)点的短路电流见表10.6所示。

表10.6 K2(3)点短路时各电源不同时刻对其的短路电流有名值

短路时间 K2短路电流 有名值(KA) (3)0s I=6.2155 1.5s 3s I=6.2789 4s I=6.2789 I=6.2488

冲击电流有效值为：

K1点：Ich1?1.52I1???1.52?6.333?9.6262KA 式(10-19) 0s???1.52?6.2115?9.4415KA K2点：Ich2?1.52I20s冲击电流为：

K1点：ich1?2.55I1???2.55?6.333?16.1492KA 式(10-20) 0s???2.55?6.2115?15.8393KA K2点：ich2?2.55I20sK1(3)点处短路容量：

S1???3?230?I1???0s3?230?6.333?3834.6771MVA 式(10-21) K2(3)点处短路容量：

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???S2???3?63?I20s3?63?6.2115?1030.2165MVA 计算结果可见表10.7 短路电流计算数据一览表

表10.7 短路电流计算数据一览表

名称 基准容量Sj 基准电压Uj 等值电抗X ?? 短路电流标幺值I*单位 MVA KV KA KA KA MVA K1 100 230 0.044 6.44 6.333 9.6262 16.1492 3834.6771 (3)K2 100 63 0.162 1.706 6.2115 9.4415 15.8393 1030.2165 (3)短路电流有名值I?? 冲击电流有效值Ich 冲击电流ich 短路容量S??

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第十一章主要电气设备的选择

1、电器设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一。正确的选择电器是使电器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，选择合适的电器。一般原则：

（1）应满足正常工作状态下的电压和电流的要求。 （2）应满足安装地点和使用环境条件要求。 （3）应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求。 （4）应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质. （5）对电流互感器的选择应计其负载和准确度级别

11.1 高压断路器的选择:

11.1.1 220KV侧断路器的选择

1、按电压选择：安装地点断路器的工作电压Ug=220KV ∴断路器最高工作电压U2d应大于220KV。 2、按电流选择：流过断路器的最大长期工作电流

Igmax＝1.05?SN3UN?1.05?630003?230?166.056A 式(11-1)

由此根据工作电压和工作电流以及户外工作条件，本设计可初步选用SF6断路器，其型号为LW（OFPI）-220型。有关技术数据见表11.1所示。

表11.1 LW (OFPI)-220 型断路有关技术数据表 额定电压 (KV) LW(OFPI)-220 220 额定短路 3s额定短路时 耐受电压(KA) (KA,峰值) 31.5 80 (KA ,峰值) 80 DC(V) 110 ≤30 ＝150 关合电流 耐受电流 电 压 (ms) (ms) 最高工作电压 (KV) 252 额定峰值 额定电流 (KA) 1250 控制回路 分闸时间 合闸时间 SF6气体压力 20℃表示(MPa) 0.4 额定短路 开断电流(KA) 31.5

3、热稳定校验

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灭弧时间ta?0.03s,分闸时间tin?0.07s,后备保护时间tk?tpr?ta?tin?3?0.03?0.07?3.1tpr?3s 式(11-2)

取t=3s,K1点发生三相短路时： I???6.333KV, I1.5s?5.9064KV, I3s?5.8572KV 周期分量热效应

I???10It?It222 Qp?212tk?6.333?10?5.9061222?5.85722?3?105.8 KAS 式(11-3)

2

由于tK?1S，故不计非周期热效应的影响，所以短路电流引起的热效应： 短路发热量为： Q k＝Q p＝105.8KA2S

断路器的额定周期分量热效应为：Q＝It2×tr=31.52×3=2976.75 Q＞Qk

经校验满足热稳定要求。 4、动稳定校验

按规定开断电流校验：

I br=31.5KA，I\I br≥I\

?6.333KA

按额定关合电流校验：

I p=80KA，i ch=16.1492 I p≥i ch；

经校验满足动稳定要求。其保证值与计算值的比较见表11.2所示。

表11.2 220KV断路器各项技术数据与各项计算数据比较表 计算数据 电网电压U=220KV 长期最大工作电流Igmax=166.056KA 次暂态短路电流I“=6.333KA 短路冲击电流ich= 16.1492KA 短路冲击电流ich= 16.1492KA 热效应 Qk = 105.8KAS 2LW(OFPI)-220断路器额定值 额定电压Ue=220KV 额定电流Ie=1250A 额定开断电流Iekd=31.5KA 额定关合电流iegd=80KA 动稳定电流idw=80KA 热稳定：Q=2976.75 11.1.2 63KV侧断路的选择

1. 根据安装地点的工作电压，最大长期工作电流选择

安装地点的工作电压为60KV，制造厂保证断路器的最高工作电压应大于60KV

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Igmax = 1.05Se/

×63 = 636.5A 式(11-4)

由此根据工作电压和工作电流以及户外工作条件，本设计可初步选用SFa断路器，其

33Uav = 1.05×63000/

型号为LW（OFPI）－63型。

有关技术数据见表11.3所示。

表11.3 LW (OPFI)-63型断路器有关技术数据表

额定电压 (KV) LW(OFPI)-63 63 额定短路 3s额定短路时 关合电流 耐受电压(KA) (KA,峰值) 25 80 (KA ,峰值) 80 110 ≤30 ＝120 耐受电流 电压DC(V) (ms) ms) 最高工作电压 (KV) 72.5 额定峰值 控制回路 分闸时间 合闸时间( 额定电流 (KA) 1250 SF6气体压力 20℃表示(MPa) 0.4 额定短路 开断电流(KA) 31.5

2.热稳定校验

灭弧时间ta?0.03s,分闸时间tin?0.07s,后备保护时间tk?tpr?ta?tin?3?0.03?0.07?3.1tpr?3s

取t=3s,K2点发生三相短路时：I???6.2155, I1.5s?6.2488, I3s?6.2789 周期分量热效应：

I???10It?It222 Qp?212tk?6.21552?10?6.2488122?6.27892?3?117.133 KAS

2

由于tK＞1s,故不计非周期热效应的影响，所以短路电流引起的热效应： Q k＝Q p＝117.133KA2S

断路器的额定周期分量热效应为：Q＝It2×tr=31.52×3=2976.75

Q＞Qk

经校验满足热稳定要求。 3.动稳定校验

按规定开断电流校验：

I br=31.5KA，I\?6.2115KA

I br≥I\

按额定关合电流校验： I p=80KA，i ch=15.8393

I p≥i ch；

经校验满足动稳定要求。其保证值与计算值的比较见表11.4所示。

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表11.4 60KV断路各项技术数据与各项计算数据比较表 计 算 数 据 电网电压U=60KV 长期最大工作电流Igmax=636.5KA 次暂态短路电流I“=6.2115KA 短路冲击电流ich=15.8393KA 短路冲击电流ich=15.8393KA 热效应 Qk = 117.133 LW(OFPI)-220断路器额定值 额定电压Ue=63KV 额定电流Ie=1250A 额定开断电流Iekd=31.5KA 额定关合电流iegd=80KA 动稳定电流idw=80KA 热稳定：Q=1875 11.2 隔离开关的选择及校验

11.2.1 220KV侧隔离开关选择与校验

1.根据安装地点的工作电压和最大长期工作电流选择

工作地点的工作电压230KV，制造厂保证断路器最高工作电压应大于230KV

Igmax＝1.05?SN3UN?1.05?630003?230?166.056A

由此根据工作电压和工作电流以及户外工作条件，本设计可初步选用型号为GW6-220单柱剪刀型，出线隔离开关选用GW6-220型。有关数据见表11.5。

表11.5 220KV隔离开关有关技术数据表 额定电压 安装地点 型号 (KV) 最高工作 电压(KV) 额定电流 (A) 动稳定 电流(KA) 3s热稳定 电流(KA) 220KV母线 GW6-220 220 220KV出线 GW6-220 252 1250 100 40 2.热稳定校验、

短路发热量为：Q k＝Q p＝105.8KA2S

隔离开关的额定周期分量热效应为：Q＝It2×tr=402×3=4800 Q＞Qk

经校验满足热稳定要求。 3.动稳定校验

按动稳定电流校验：

Idw=100KA ,220KV短路时的冲击电流为ich=16.1492KA,

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即 Idw≥ich

满足动稳定要求，保证值与计算值的比较见表11.6。

表11.6 220KV 侧隔离开关选择数据表

计 算 数 据 电网电压Uew=220KV 长期最大工作电流 Igmax=166.056A 短路冲击电流 ich=16.1492KA 热效应Q＝105.8 额定电流Ie=1250A 动稳定电流idw=100KA 热效应Q=4800 GW6-220技术数据 额定电压Ue=220KV 11.2.2 60KV侧隔离开关选择与校验

1、根据安装地点的工作电压和最大长期工作电流选择

工作地点的工作电压63KV，制造厂保证断路器的最高工作电压应大于63KV

Igmax = 1.05Se/

×63 = 636.5A

由此根据工作电压和工作电流以及户外工作条件，本设计可初步选用型号为GW5－63。

33Uav = 1.05×63000/

有关技术数据见表11.7所示。

表11.7 63KV 隔离开关有关技术数据表

安装地点 型号 额定电压 (KV) 63 最高工作 电压(KV) 72.5 额定电流 (A) 1250 动稳定 电流(KA) 80 3s热稳定 电流(KA) 31.5 60KV GW5-63 2、热稳定校验

短路发热量为：Q k＝Q p＝117.133KA2S

隔离开关的额定周期分量热效应为：Q＝It×tr=31.5×3=2976.75 Q＞Qk

经校验满足热稳定要求。 3.动稳定校验: I dx=80KA

60KV短路时的冲击电流为ich≥15.8393KA， 即Idw≥ich。

经校验满足动稳定要求。

其保证值与计算值的比较见表11.8所示。

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2

2

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表11.8 60KV 侧GW3-63的额定值和计算值的比较 计 算 数 据 电网电压Uew=63KV 长期最大工作 Igmax=636.5A 短路冲击电流 ich= 15.8393KA 热效应Q＝117.133 GW5-63技术数据 额定电压Ue=63KV 额定电流Ie=1250A 动稳定电流idw=80KA 热效应Q=2977.5 11.3 电流互感器的选择及校验

11.3.1 220KV侧电流互感器的选择及检验

1.根据电流互感器的工作电压和最大工作电流选择 工作电压Ue＝220KV，最大长期工作电流：

Igmax＝1.05?SN3UN?1.05?630003?230?166.056A

220KV侧的进出线上电流互感器均用LCWB—220W L——电流互感器； C——瓷绝缘； W——户外型； B——保护级； 7——设计序号； 220——额定电压（KV）； W1——适用于中污秽地区 有关技术数据见表11.9。

11.9 200KV侧电流互感器有关技术数据表 安 装 地 点 220K侧 LCWB -220 型号 额定电压(KV) 最高工作电压(KV) 额定一次电流(A) 2*100 -2*600 额定二次电流(A) 额定短时热电流 (KA) 220 252 5 31.5 80 动稳定电额定(HZ) 50 流（KA） 频率

2.热稳定检验：

短路发热量为：Q k＝Q p＝105.8KA2S

额定周期分量热效应为：Q＝It2×tr=31.52×1=992.25 Q＞Qk

经校验满足热稳定要求。 3.动稳定校验:

I dx=80KA

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220KV短路时的冲击电流为I dx≥i ch 经校验满足动稳定要求。

其保证值与计算值的比较见表11.10所示。

表11.10 220KW电流互感器技术数据与计算数据比较表

计 算 数 据 电网电压Uew=220KV 长期最大工作电流Igmax=166.056KA 准确度级：0.5 短路冲击电流ich=16.1492KA 热效应 Qk = 105.8 LB6-220断路器额定值 额定电压Ue=220KV 一次额定电流I1e=1250A 准确度：B1 / B1 / B2 / B1 / 0.5 动稳定电流80KA 热稳定：Q=992.25 11.3.2 60KV侧电流互感器的选择与校验

1. 根据电流互感器的工作电压和最大负荷电流选择 工作电压Ue＝60KV，流动最大负荷出线的电流：

Igmax = 1.05Se/

×63 = 636.5A

60KV侧的进出线上电流互感器均采用LCWB5-63，LCWB5-63型电流互感器为瓷箱式，油

33Uav = 1.05×63000/

纸绝缘，用于额定频率为50HZ，额定电压为63KV的电力系统中作电流、电能测量和继电保护用，有关技术数据见表11.11所示。

表11.11 60KW侧电流互感器有关技术数据表 安装 地点 60KV侧 额定电 压(KV) 最高工作电压(KV) 额定一次电流 (KV) 750 额定二次电流(KA) 5 准确级 绕组 组合 额定1S短时热电流(KA) 25-30 额定动稳定电流(KA) 62.5-125 型 号 LCWB5-63 63 69 0.5B 0.5/B/B

热稳定检验：

短路发热量为：Q k＝Q p＝117.133KA2S

额定周期分量热效应为：Q＝It2×tr=252×1=625 Q＞Qk

经校验满足热稳定要求。 满足热稳定要求。 3.动稳定校验:

I dx=62.5KA

60KV短路时的冲击电流为ich≥15.8393KA， 即Idw≥ich。

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经校验满足动稳定要求。

表11.12 60KW侧电流互感器有关技术数据比较表

计 算 数 据 电网电压Uew = 63KV 长期最大工作电流 Igmax = 636.5A 准确度级：0.5 短路冲击电流ich= 15.8393KA 热效应Qd = 117.133 LCWB5--63的技术数据 额定电压Ue = 63KV 额定电流Ie = 1500A 准确度：0.5 动稳定电流倍数125 热稳定值625 11.4 电压互感器选择及校验

11.4.1 220KV侧电压互感器的选择

1.按装置种类及型式选择

电压互感器的种类及型式应根据安装地点和使用条件进行选择，220KV采用JDCF－220（GYW2）型为四绕组的结构，二人绕组分为二次测量和二次保护绕组，各项技术性能优良，

具有多种负荷及双重保护的特殊功能，用于220KV中性点有效接地的电力系统中作用电压的测量、电能计算、继电保护和控制装置用。

2.按电压互感器安装位置的工作电压来选择： Ue＝230KV

本设计选用JDCF－220型电压互感器有关技术数据见表11.13所示。

表11.13 220KV侧电压互感器有关技术数据表 安装 地点 220KV侧 型号 额定一次电压(KV) 额定绝缘水平 U/AC/LI(KV) 二次绕组 额定负荷 二次测量 252/395/950 220/3一次 JDCF-220 二次测量 3二次保护 3绕 组 0.2级100VA 0.5级100VA 0.1 / 0.1 / 11.4.2 60KV侧电压互感器的选择

按装置种类型式选择

电压互感器的种类及型式应根据安装地点和使用条件进行选择，60KV采用JDCF－63型电压互感器为双绕组（串级式）电压互感器，在63KV电力系统中作电压的测量、电能计算、继电保护和控制装置置用。

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1. 按电压互感器安装位置的工作电压来选择：Ue＝63KV

本设计选用JDCF－63型电压互感器有关技术数据见表11.14所示。

表11.14 60KV侧电压互感器有关技术数据表 安装 地点 型号 额定一次电压(KV) 额定绝缘水平 U/AC/LI(KV) 二次绕组 额定负荷 二次测量 72.5/140/325 66 /3 0.1 /3 0.1 /3 绕 组 0.2级50VA 0.5级100VA 一次 60KV侧 JDCF-63 二次测量 二次保护 11.5 母线的选择

11.5.1 母线的型式及适用范围

母线除满足工作电流、机械强度和电晕要求外，导体形状还应满足下列要求： 1)电流分布均匀； 2)机械强度高； 3)散热良好；

4)有利于提高电晕超始电压； 5)安装、检修简单、连接方便。

由于以上条件难同时满足，故本变电所采用软母线形式。 11.5.2 一般条件

1.配电装置中软母线的选择，应根据环境条件(环境温度、日照、风速、污秽、海拔高度)和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导线的截面和导线的结构型式； 2.在空气中含盐较大的沿海地区或周围气体对铝有明显腐蚀的场所，应尽量选用防腐型铝铰线；

3.当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择较大截面的导线，当电压较高时，为保持导线表面的电场强度，导线最小截面必须满足电晕的要求，可增加导线外径或增加每相导线的根数；

4.对于110KV及以下的配电装置，电晕对选择导线截面一般不起决定作用，故可根据负荷电流选择导线截面。导线的结构型式可采用单根钢芯铝铰线组成的复导线。 11.5.3 截面选择说明

1.为了保证母线的长期安全运行，母线在额定环境温度θO和导体面正常发热允许最

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高温度θe下的允许电流Ie应大于或等于流过导体的最大持续工作电流Igmax即：Igmax≤KθIe(K为温度修正系数)。

2.为了考虑母线长期运行的经济性，除了配电装置的汇流母线以及断续运行或长度在20米以下的母母外，一般均应按经济电流密度选择导体的面积，这样可使年运行费用最低。经济电流密度的大小与导体的种类或最大负荷利用小时

数Tmax有关。母线经济截面为S＝Igmax/J。如果没有最大利用小时则可按照最长期工作电流选择合适母线然后对所选母线对应的截面积进行热稳定校验。 11.5.4 热稳定校验

根据上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定，其公式为：

S≥Smin?QKKSC 式(11-5)

式中：Smin——根据热稳定决定的导体最小允许截面(mm)2；

Ks——集肤效应系数；

C——热稳定系数，其值与材料及发热温度有关。

11.5.5 220侧母线选择

根据最大长期工作电流选择： Igmax＝1.05?SN3UN?1.05?630003?230?166.056A

初选LGJ-185/30型母线：Ie?543A SB?210.93 mm2 当实际环境温度为39度时的温度修正系数：

K?70??70??0?70?3970?16?0.76 式(11-6)

式(11-7) K?Ial(39?c)?0.76?543?411.418A?Igmax 热稳定校验

??39?(70?39)?(166.056210.93)2?58C? 式(11-8)

查表得到C值为：C=92.6 取KS=1

Smin?QKKSC?106.3?10?192.66?114.79mm2?SB

故满足热稳定要求。

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11.5.6 60KV侧母线选择

1、根据最大长期工作电流选择：

Igmax = 1.05Se/

3Uav = 1.05×63000/

3×63 = 636.5A

2、初选LGJ-300/40型母线：Ie?746A SB?300.09mm2 每一相用两条导线

当实际环境温度为39度时的温度修正系数为0.76。

K?Ial(37?c)?0.76?746?2?1133.92A?Igmax 3、热稳定校验

??39?(70?39)?(636.5309.51?2)2?71C?

查表得C值为：C=86.8 取KS?1

Smin?QKKSC?636.5?10?186.86?290.656mm2?SB 故满足热稳定要求。

表11.15 母线形式一览表

安装地点 220KV 60KV 母线型号 LGJ-185/30 LGJ-300/40 11.6 避雷器的选择

11.6.1 避雷器的选择说明

在选用避雷器时，应保证避雷器安装点的工频电压升高在任何情况下都不会超过灭弧电压，否则避雷器因不能灭弧而爆炸，对单纯避雷器来说，只需考虑系统单相接地故障对地电压升高，这一升高显然与系统中性点接地方式有关。 11.6.2 避雷器的设计原则

1.配电装置的每组母线上应装设避雷器，但时出线都装设断路器的除外。 2.直接接地系统中，变压器中性点分级绝缘且装有隔离开关。

3.直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单过去时线且为单台变压器运行时。

4.110-220线路侧一般不装设避雷器

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沈阳工业大学毕业设计(论文)

11.6.3 220KV侧避雷器的选择

避雷器的灭弧电压为Umi(Ube)?Cd?Um?0.8?252?201.6KV 式(11-9) 式中:Umi:避雷器的灭弧电压有效值（KV）； ； Ube:避雷器额定电压电压有效值（KV）

Cd:接地系数，对直接接地Cd=0.8；

式(11-10)

，Um=1.15UeUm:最高运行线电压（KV）工频放电电压下限:

Ugfk?K0Uxg?3?145.5?436.5 式(11-11)

式中:Ugfk:工频放电电压下限值（KV）；

K0:内部过电压允许计算倍数，对直接接地110-220KV，K0Uxg=3；

:设备的最高运行线电压（KV）。

式(11-12)

工频放电电压上限：

Ugfs?1.2Ugfk?1.2?436.5?524KV式中：Ugfs：工频放电电压下限值（KV）。 避雷器的残压

Ubc?KbhUmi?2.25? 式(11-13) 2?200?664KV 式中：Ubc：避雷器的残压（KV）；

KbhUmi：绝缘配合系数，220KV取2.35； ：灭弧电压的峰值（KV）。

式(11-14)

避雷器冲击放电电压上限值

Uchfs?0.95Ubc?0.95?664?630KV式中：Uchfs：避雷器冲击放电电压上限值（KV）。 雷电冲击耐压水平：

BIL=1.4Ubc=930KV 取945KV。 式(11-15) 式中：BIL：雷电冲击耐压水平（KV）。

根据以上各计算数据，可选择FZ-220J型避雷器，其参数如下：

表11.16 220KV侧避雷器的技术参数 额定电压型号 （KV） 220 灭弧电压（KV） 不小于 FZ—220J 220 448 不大于 536 5KA 664 工频电压（KV） 冲击电流残压峰值（KV）不大于 10KA 728 11.6.4 60KV侧避雷器的选择

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郊区220KV一次降压变电所电气部分设计

60KV侧避雷器的选择与220KV侧的选择方法相同，故只将所选择的避雷器的技术参数列于下表：

表11.17 60KV侧避雷器的技术参数 额定电压（KV） 60 工频电压（KV） 不小于 69 117 不大于 133 冲击电流残压峰值（KV）不大于 5KA 178 10KA 122 型号 灭弧电压（KV） FZ—60 11.6.5 变压器中性点避雷器的选择

表11.18 变压器中性点避雷器的技术参数 型号 额定电压（KV） 110 灭弧电压（KV） 工频电压（KV） 不小于 110 170 不大于 196 冲击电流残压（KV） 不大于 5KA 260 10KA 260 FCZ—110J 表11.19主要设备选择一览表 设备名称 断路器 隔离开关 安装地点 220KV侧 60KV侧 220KV侧母线 220KV侧出线 60KV侧 电流互感器 220KV侧 60kv侧 电压互感器 220KV侧 60kv侧 避雷器 220KV侧 60kv侧 主变中性点 母线 220kv侧 60kv侧 型号 LW（OFPI）-220 LW（OFPI）-63 GW6-220 GW6-220 GW5-63 LCWB6-220 LCWB5-63 JDCF-220 JDCF-63 FZ-220J FZ-60 FCZ-110 LGJ-185/30 LGJ-300/40

以上是通过短路计算和本变电所的电压等级为本变电所所选择的一些主要的电气设

备，其具体的安装位置和型号，见表11.19所示。

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第十二章 避雷针的保护范围计算

12.1 避雷针的定位及针距

按照规程规定，首先确定避雷针安放的地点。在220KV侧进出线构架上安装3支避雷针，在主变压器附近两侧安装3支独立避雷针。在60KV出线侧安装3支独立避雷针。合计共有9支避雷针。

由于220KV侧共有8个间隔，且软母线的跨距一般在30—40米，所以在220KV配电装置中共设5个母线构架，中间跨距为8×15=120米，在两边和中间的其中一个构架上装设避雷针。

60KV侧共有19个间隔，每个间隔宽度为6米，共需19X6=114米。

本变电所220KV和60KV配电装置设计防雷保护的范围为120X133=159600㎡，利用9根避雷针进行保护。9根避雷针的定位及针距见图12.1。

图12.1 九根避雷针的定位及针距

利用勾股定理求出避雷针各对角线之间的距离为89.6m,根据《电气工程电气设计手册》第一册第十五章第一节中关于避雷针保护范围计算的有关内容，要求针高h≥D/7P+hx，220KV侧被保护物最大高度为14.5米，确定避雷针高度时针间距离D取最大，经计算

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