220Kv毕业设计

山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计

毕业设计（论文）任务书

一、设计题目：1、题目名称 220kv变电站设计 现场 2、题目来源 二、目的和意义 本设计充分应用和巩固所学专业知识，继电保护及自动装置和高电压技术等课本知识，进行实际运算，加深学生对在校期间所学知识的理解和掌握，提高学生分析计算的能力，训练学生的综合运用能力和创造能力，使学生在行将毕业参加工程实际工作之前得到电气设计工程师的初步训练，为今后的工作打下坚实的基础。 三、原始资料 1、建设规模：该变电所主变采用23120MVA,其电压等级为220/110/38.5KV的变压器，220KV进出线四回，110KV进出线八回，35KV进出线八回。 2、该地区的负荷预测情况及发展：2010年负荷为60MW,负荷水平增长率为10%， 3、220KV系统短路容量为5600MVA，110KV系统短路容量为600MVA 4、所用负荷有：主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为60KW，锅炉动力、检修间动力、主变冷却装置动力等为250KW。 5、所址概括：该变电所地势较平，占地面积大，交通便利，出线走廊开阔，地震烈度为7度，该所接近负荷中心，区域稳定可满足建所要求。 四、设计说明书应包括的内容 ①原始资料的分析； ②变电所的主结线方案设计； ③主变压器的选择： ④短路电流计算及一次设备和导体的选择； ⑤高压配电系统及配电装置设计： ⑥所用电的设计； ⑦保护配置及整定计算等等。

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五、设计应完成的图纸 1、设计说明书； 2、电气主接线图； 3、配电装置图。 六、主要参考资料 电气工程电气设计手册 专业课程教材 七、进度要求 1、实习阶段 第 16 周（ 6月 9 日）至第18 周（ 6 月 22 日）共 三 周 2、设计阶段 第1 周（2 月24 日）至第15周（ 6 月5 日）共十五周 3、答辩日期 第15周（2014年 6 月 6、7 日） 八、其它要求

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摘 要

变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所，它担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。显然，变电所是供电系统的枢纽，在供电系统中占有重要的地位。

本设计书主要介绍了220KV区域变电所电气一次部分的设计内容和设计方法。设计的主要内容有220KV区域变电所的电气主接线的选择，主变压器、所用变压器的选择，短路电流的计算，断路器和隔离开关的选择，互感器的配置，220KV、110KV、35KV母线的选择。设计中还对主要高压电气设备进行了选择和计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。此外还进行了防雷保护的设计和计算，提高了整个变电所的安全性。

关键词：变电站；主接线；变压器；设备选择

I

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220KV Substation Design

ABSTRACT

A substation is a site in the electric power system where electric voltage and current are commutated, centralized and distributed. It bears the task of reception, voltage transformation, and distribution of electricity. Evidently, it is one of the hinges and plays an important part in the power supply system.

The design of the book introduces the regional 220KV electrical substation design a part of the content and design .The design of the main contents are 220KV area substation main electrical connection of choice, the main transformer, the choice of transformer, calculation of short circuit current, circuit breaker and isolating switch, transformer configuration, 220KV, 110KV, 35KV bus selection. The design of the main high voltage also had a choice of electrical equipment selection and calculation, such as circuit breaker, isolating switch, voltage transformer, current transformer, etc.. In addition to the lightning protection design and calculation, improve the security of the entire substations.

Keywords: Substation; Main Connection; Transformer; Equipment Selection

II

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目 录

前言 ..................................................................................................................................... 错误！未定义书签。

第1章 概 述 .......................................................................................................................................... - 2 -

1.1 概述............................................................................................................................................. - 2 - 1.2 变电站原始资料 .................................................................................................................. - 2 - 1.3 变电所原始资料分析 ....................................................................................................... - 2 - 1.4 变电站设计内容及要求 .................................................................................................. - 2 - 第2章 主接线方案拟定 .................................................................................................................. - 4 -

2.1 电气主接线的概念及要求 ............................................................................................. - 4 -

2.1.1 电气主接线的概念 ................................................................................................. - 4 - 2.1.2 电气主接线的要求 ................................................................................................. - 4 - 2.1.3 各电压等级主接线的设计 ................................................................................. - 4 - 2.1.4 电气主接线方案的初步选择 ............................................................................ - 4 - 2.2 所用主接线的设计 ............................................................................................................. - 6 -

2.2.1所用主接线的概述 .................................................................................................. - 6 - 2.2.2所用电接线的设计要求及原则 ........................................................................ - 6 - 2.2.3所用电压等级 ............................................................................................................. - 6 - 2.2.4中性点接地方式以及供电线路连接方式的确定 ................................... - 6 - 2.2.5所用电源及其引接 .................................................................................................. - 7 - 2.2.6所用电接线方式的选择 ........................................................................................ - 7 -

第3章 变压器的选择 ....................................................................................................................... - 8 -

3.1主变压器的选择 ................................................................................................................... - 8 -

3.1.1 主变压器台数选择 ................................................................................................. - 8 -

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前 言

电力工业是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。电能也是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同时瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界发展规律。因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。而变电所在改变和调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用。它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任。对其进行设计势在必行，合理的变电所不仅能充分地满足当地的供电需求，还能有效地减少投资和资源浪费。

本次设计根据一般变电所设计的步骤进行，包括原始资料的分析，主接线选择，主变选择，短路电流计算，设备选择和校验，继电保护，防雷措施等几大块。并依据相关规定和章程设计其中个个步骤，所以能满足一般变电所的需求。

根据我国变电所目前现有电气设备状况以及今后发展趋势，应选用新型号、低损耗、低噪声的电力变压器及性能好、时间长、免维护的SF6断路器及高压开关柜。为此新的设备选择也在设计中得以体现。由于时间仓促和自身知识的局限，导致在设计中难免有遗漏和错误之处，望读者予以批评指正。

编 者 2014年05月

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第1章 概 述

1.1 概述

随着社会的发展，电能被日益广泛的应用于工农业生产以及人民的日常生活中。电能可以方便的转化为其他形式的能源，例：机械能、热能、光能、磁能等，并且电能的输送和分配易于实现，可以输送到需要它的人、工作场所和生活场所。电能的应用规模也很灵活，以电能作为动力可以促进工农业的机械化和自动化，保证产品质量大幅度提高劳动生产率。同时提高电气化程度以电能代替其它形式的能源，是节约能源消耗的一个重要的途径。

电力工业电能的生产、输送、分配和消费与其它工业的区别在于： （1）与国民经济各部门的关系非常密切。

（2）电力系统从一种运行方式过渡到另一种运行方式的过程非常短促。

（3）电能的生产、输送、分配和消费实际上是同时完成的，不能大量储存。

变电站是联系发电厂和电力用户的重要纽带，是将电能从产品变成商品的中间环节。它担负着电能转换和电能重新分配的重要任务。对国家经济的发展有着极其重要的作用。

本变电站设计为地区负荷降压站，110KV设计所带负荷为电气化铁道，35KV为城市生活用电，承担着该市的输变电任务。

1.2 变电站原始资料

1、建设规模：该变电所主变采用23120MVA,其电压等级为220/110/38.5KV的变压器，220KV进出线四回，110KV进出线八回，35KV进出线八回。

2、该地区的负荷预测情况及发展：2011年负荷为60MW，负荷水平增长率为10%。 3、220KV系统短路容量为5600MVA,110KV系统的短路容量为600MVA

4、所用负荷有：主控室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为60KW，锅炉动力、检修间动力、主变冷却装置动力等为250KW。

5、所址概况：该变电站地势较平，占地面积大，交通便利，出线走廊开阔，地震烈度为7度，该所接近负荷中心，区域稳定可满足建所要求。

1.3 变电所原始资料分析

根据变电所各电压等级的出线回数，可确定各电压等级相适应的接线方式，最终综合考虑，选取电气主接线的形式。变电所的负荷一般考虑未来5～10年的发展规划，由变电所2011年负荷情况及年增长率可以计算未来5年变电所负荷状况，选取主变压器的容量。所用负荷通过换算系数法用以确定所用变的容量。变电站所处位置，地形及对占地面积的要求对变电所电气设备、配电装置的类型的选取至关重要。

1.4 变电站设计内容及要求

本次设计主要针对变电站一次部分，以说明书形式呈现设计过程，其内容应包括： 原始资料的分析

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（1）变电所的主接线方案设计 （2）主变压器的选择

（3）短路电流计算及一次设备和导体的选择 （4）高压配电系统及配电装置的设计 （5）所用电的设计

（6）保护配置及整定计算等 （7）防雷及接地 （8）计量装置

设计要求完成设计说明书、电气主接线图、配电装置图。

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第2章 主接线方案拟定

电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。 本章以变电站电气主接线设计为中心，主要根据《电气工程设计手册一次部分》第二章电气主接线及《发电厂电气部分》第四章对电气主接线的要求规定，选择具有较高安全性、可靠性、灵活性、和经济性的电气主接线方案。

2.1 电气主接线的概念及要求

2.1.1 电气主接线的概念

在发电厂和变电站中,发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能生产、汇集和分配的电气主回路。这个电气主回路被称为电气主接线。主接线是变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。 2.1.2 电气主接线的要求

电气主接线必须满足安全性、可靠性、灵活性和经济性四项基本要求。

（1）主接线设计应保证足够的安全性，安全性主要包括两个方面给的要求，即对人的安全和对设备的安全。

（2）主接线应保证对用户供电的必要可靠性：能长期，持续，正常的向用户供电的能力，因此必须考虑设备的备用，并有一定的裕度。

（3）主接线必须运行灵活、检修方便；能满足：调度时的灵活性要求，检修时的灵活性要求，扩建时的灵活性要求。

（4）主接线应保证投资少，运行费用低。

本文对变电站主接线和站用电主接线的设计都将严格按照此四项基本原则来进行选择。

2.1.3 各电压等级主接线的设计

（1）220KV电压级设计

出线回路数大于4回，为使其出线断路器检修时不停电，应采用单母线分段带旁路接线、双母线带旁路接线及双母线分段接线以保证其供电可靠性。考虑出线断路器采用SF6故障检修几率很低故不设旁母，采用双母线或双母分段。

（2）110KV电压级

出线回路数8回，为满足供电可靠性，应采用双母接线。 （3）35KV电压级

出线回路数8回，可采用单母线接线、单母线分段接线。由于单母线接线的母线或母线侧隔离开关检修或故障时所有回路都要停止运行造成全站长期停电，故可靠性差，所以采用单母线分段接线。

综合以上分析、筛选、组合可保留两种可能接线方案。 2.1.4 电气主接线方案的初步选择

方案Ⅰ 220KV侧采用双母线接线 110KV侧采用双母线接线 35KV侧采用单母线分段接线

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 方案Ⅱ 220KV侧采用双母线分段接线 110KV侧采用双母线接线 35KV侧采用单母线分段接线

方案的经济比较，仅比较方案不同点即220KV侧接线。表2-1所示为两方案的综合比较：

表2-1 方案Ⅰ、Ⅱ电气主接线比较 项目 可靠性 方 案 Ⅰ 接线简单设备故障本身率小，故障时停电时间较长 调度灵活，可一母线运行，一母线备用，也可并联运行 方 案 Ⅱ 可靠性较高，可有效减少故障停电范围 运行方式更加灵活，倒闸操作复杂 灵活性 经济性 设备相对较少，投资较少 设备相对较多，投资较大 经过分析比较选择方案Ⅰ为最终电气主接线方案，电气主接线图如图2-1所示：

图2-1 电气主接线图

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2.2 所用主接线的设计

2.2.1所用主接线的概述

所用电系统应具有高度的供电可靠性和灵活性。无论系统在正常运行还是某些部分发生短路的过渡状态下，均能可靠地向需要运行的所用设备供电。

所用电接线方式决定于变电所在电力系统中所处的地位，设备性能、自动化水平以及补偿设备的有无，但对所用电设备的布置来说，电气设计人员拥有较多的主动权。

所用电气接线的设计应按照运行、检修和施工的要求，考虑全所发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进，保证变电所安全、经济地运行。

2.2.2所用电接线的设计要求及原则

所用电接线应满足下述要求。

（1）供电可靠，运行灵活。所用负荷的供电除了正常情况下有可靠的工作电源外，还应保证异常或事故情况下有可靠的备用电源，并可实现自动切换。另外，由于所用电系统负荷种类复杂、供电回路多，电压变化频繁，波动大，运行方式变化多样，要求无论在正常、事故、检修等情况下均能灵活地调整运行方式，可靠、不间断地实现所用负荷的供电。

（2）公用负荷应分散接入不同的所用母线或公用负荷母线。在所用电系统接线中，不应存在可能导致切断多于一个供电电源的故障点，更不应存在导致全所停电的可能性，应尽量缩小故障影响范围。

（3）供电电源应尽量与电力系统保持紧密的联系。当所内无法取得正常的工作电源时，应尽量从电力系统取得备用电源，这样可以保证其与电气主接线形成一个整体，一旦机组故障时一边从系统倒送电。

（4）充分考虑变电所分期建设和连续施工过程中所用电系统的运行方式，特别要注意对公用负荷供电的影响，要便于过渡，尽量减少改变接线和更改设置。

所用电接线的设计原则与主接线的设计原则基本相同，这里仅稍作补充，不再赘述。所用电源的对应供电性，即当所用电系统发生故障时应只影响一个供电电源的运行，缩小故障范围，接线简单。 2.2.3所用电压等级

在变电所中，低压所用电压常采用380/220V，高压所用电压有3、6、10KV等。在满足技术要求的前提下，优先采用较低的电压，以获得较高的经济效益。由于变电所的主要站用电负荷是变压器冷却装置，直流系统中的充放电装置和晶闸管整流设备，照明、检修

及供水和消防系统，这些负荷的容量并不太大通常只设380/220V一种所用电压等级。

故本变电所的所用电压为低压所用电压，且仅380/220V这一电压等级。 2.2.4中性点接地方式以及供电线路连接方式的确定

低压所用电系统的中性点接线方式有中性点经高阻抗接地方式、中性点直接接地方式两种。这里仅对中性点直接接地方式的特点和使用范围进行详述。

其特点是：（1）发生单相故障时中性点不发生位移，防止了相电压出现不对称和超过250V，而且该电力系统中的电气绝缘可以只按相电压考虑。我国380/220V低压配电系统广泛采用中性点直接接地运行方式。（2）动力和照明、检修网络可以共用，低压所用网络比较简单，但照明检修回路的故障往往会危及动力回路，使可靠性降低；为了提高承受三相不平衡负载能力，低压所用变压器宜采用△/Ｙ0接线。

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 其使用范围：变电所低压所用电系统，特别是原有低压所用电系统采用中性点直接接地的扩建厂和主厂房外供给Ⅱ、Ⅲ类负荷的辅助车间。

故本变电所低压所用电系统采用中性点直接接地方式。 2.2.5所用电源及其引接

变电所的所用电源必须供电可靠，且能满足各种工作状态的要求，应除具有正常工作

电源外，还应设置备用电源、启动电源和事故保安电源。本次设计中，我们仅对工作电源的引接作进一步详述。

变电所的工作电源室保证正常运行的基本电源。通常，工作电源应不少于两个。对于低压所用工作电源的引接是由高压所用母线(这里是35KV母线段）通过低压所用变压器引接的，又当变电所内有较低电压母线时，一般由这类电压母线上引接2个所用电源（两个工作电源互为暗备用，这里不再详述备用电源的相关知识），这种所用电源引接方式具有经济性好和可靠性高的特点。如果能从不同电压等级的母线上分别引接两个所用电源，则更能保障所用电的不间断供电，提高可靠性。

故本变电所的工作电源的引接为从35KV电压母线段上经降压变压器后引接的。 2.2.6所用电接线方式的选择

对于变电所所用电系统接线通常都采用单母线分段接线形式，通常都装设2台所用变压器，分别接在变电所低压母线的不同分段上，380/220V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。故本变电站所用电接线采用单母线分段接线。

综上所述，所用电接线图如图2-2所示：

图2-2 220KV变电站的所用电的接线示意图

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第3章 变压器的选择

在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；只供本厂（站）用电的变压器，称为厂（站）用变压器或称自用变压器。

本章主要内容为主变压器和站用变压器的选择，依据《电气工程设计手册一次部分》第五章主变压器的选择和第七章厂用变压器的选择及《发电厂电气部分》第四章第三节对变电站主变压器的选择要求，对主变压器进行选择。依据《发电厂电气部分》第五章第五节厂用变压器的选择，对站用变压器进行选择。

3.1主变压器的选择

3.1.1 主变压器台数选择

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。故本变电所采用两台主变压器。 3.1.2 主变压器型式的选择

330KV及以下的变电所一般采用三相变压器，如因制造和运输条件的限制，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容量满足全所负荷的75%要求时，可不装设备用相。本变电所不考虑运输条件，故此变电所采用三相变压器。 3.1.3 主变压器调压方式的选择

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，有利于变压器经济运行。因此本变电所主变压器采用有载调压方式。 3.1.4 主变压器绕组连接方式的选择

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用

的绕组连接方式一般是Ｙ和Δ。我国110KV及以上电压变压器绕组都采用Ｙ连接；35KV亦采用Ｙ连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35KV以下电压变压器绕组都采用Δ连接。为消除3次谐波的影响，必须有一绕组为Δ连接。 故本变电站主变压器绕组连接方式为YNynd。 3.1.5 主变压器容量的选择

主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对于一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%～80%。

由原始资料知2011年负荷为60MW，负荷增长率为10%，2014年的负荷为6031.13 =79.86MW。在此基础上考虑未来5年发展，5年后负荷为79.8631.15 =128.62MW。按照一台变压器停运，单台变压器应承担总负荷的70%-80%，单台变压器的容量S≥0.83128.62=102.89MVA。查电气设备手册选择的变压器与此容量应与此相近，选为120MVA。

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 3.1.6 主变压器型号的选择

综上所述：根据电力设备选型手册（P663），变压器型号为SFPS24-120000/220变压器参数如表3-1所示：

表3-1 主变压器参数 三相三绕组有载调压变压器 额定容量120000KVA，容量比100/100/50 定电压比220±831.5%/121/38.5 短路阻抗Us1-2%=14，Us1-3%=23，Us2-3%=7.3 接线组别：YN yn0 d11 空载损耗：155KW 空载电流：1.2% 3.2 站用变压器的选择

3.2.1 站用变概述

变电站的主要站用点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。负荷容量并不太大，根据《发电厂电气部分》站用变设计规定，站用变压器从变电站低压母线（35KV母线）上引接，站用变压器二次侧为380／220V中性点直接接地的三相四线制系统。 3.2.2 站用变压器台数的选择

根据电力工业标准SDJ2-79第29条修改条文：变电所宜装设两台容量各按全所计算负荷选择的所用变压器，这样可以保证所用变压器的相互切换和轮换维修。当只有一只主变压器时，其中一台所用变压器宜从外电源引线或从所外引入足够容量的低压电源。 3.2.3 站用变压器的容量计算

根据电力工程电气设计手册一次部分，采用换算系数法：

S??(KP)

S—计算负荷。

K—换算系数。

P—电动机计算功率。

由原始资料本站负荷SΣ=0.85P1+P2

P1—锅炉动力、检修间动力、主变冷却装置动力等250KW。 P2—主控室、主建筑物和辅助建筑物60KW。 SΣ=0.853250+60=272.5KVA。

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 3.2.4 站用变压器联结组标号选择

低压侧采用三相四线制接线，故绕组应该为Ｙ型接法。为了防止三次谐波进入电网高压侧采用Δ型接法。最终选变压器联结组标号为Dyn11。 3.2.5 站用变压器变比的选择

该变电站地势较平，占地面积大，接近负荷中心。在满足电气安全距离的情况下，占地满足要求，变比选为35/0.4. 3.2.6 站用变压器型号的选择

综上所述：根据电力设备选型手册最终确定变压器型号为：SC—315/35，其参数如表3-2所示：

表3-2 站用变压器参数 型号 额定容量（KVA） 额定电压 （KV） 高压 35 低压 0.4 联结组标号 阻抗电压（%） 损耗（KW） 空载 1.20 负载 4.25 SC-315/35 315 Dyn11 6.0

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1.无遮拦裸导线至地面之间 C 2.无遮拦裸导线2700 至建筑物、构筑物顶部之间 1.平行的不同时停电检修的无遮拦裸导线之间 D 2200 2.带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间 2800 2900 3100 3400 3500 4300 5000 7500 2300 2400 2600 2900 3000 3800 4500 5800 6.5 屋外配电装置的分类及布置要求

6.5.1 屋外配电装置的分类

（1）低型配电装置：电气设备直接放在地面基础上，母线布置的高度也比较低，为了保证安全距离，设备周围设有围栏。

（2）中型配电装置：所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度（2～2.5mm）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。按照隔离开关的布置方式可分为普通中型和分相中型。所谓分相中型配电装置系指隔离开关是分相直接布置在母线的正下方，其余的均与普通中型配电装置相同。

（3）半高型和高型配电装置：母线和电器分别装在几个不同高度的水平面上，并重叠布置。如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。

根据原始资料分析，本变电站对占地要求较低，因此选用造价较低，施工、检修和运行都比较方便的分相中型配电装置。 6.5.2 屋外配电装置的布置要求

（1）母线及构架

屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。软母线三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。硬母线一般采用柱式绝缘子，安装在支柱上。

屋外配电装置的构架，可由型钢或钢筋混凝土制成。以钢筋混凝土环形杆和镀锌钢梁组成的构架，在220kV及以下的各类配电装置中广泛采用。

本变电站母线均为硬母线采用柱式绝缘子，将母线安装在支柱上。配电装置构架由钢筋混凝土环形杆和镀锌钢梁组成。

（2）电力变压器

变压器基础一般做成双梁并铺以铁轨，轨距等于变压器的滚轮中心距。单个油箱油量超过1000kg以上的变压器，按照防火要求，在设备下面需设置贮油池或挡油墙，其尺寸应比设备外廓大1m，贮油池内一般铺设厚度不小于0.25m的卵石层。

（3）电气设备的布置 1)断路器

按照断路器在配电装置中所占据的位置，可分为单列（断路器集中布置在主母线的一侧）、双列（断路器布置在主母线两侧）和三列（断路器在进出线方向均呈三列布置）布

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 置。

断路器有低式（断路器放在0.5～1m的混凝土基础上）和高式（断路器安装在约高2m的混凝土基础上，操动机构装在相应的基础上）两种布置。

2)隔离开关和互感器

均采用高式布置，其要求与断路器相同。隔离开关的手动操动机构装在其靠边一相一定高度基础的上。每段母线应装设1～2组接地闸刀；断路器的两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧，应装设接地开关。

3)避雷器

有高式和低式两种布置。110kV及以上的阀型避雷器多采用落地布置，安装在0.4m的基础上，四周加围栏。磁吹避雷器及35kV的阀型避雷器形体矮小，稳定度较好，一般采用高式布置。

在110～500kV的中性点有效接地电力系统中，金属氧化避雷器一般采用高式布置。 4)电缆沟

电缆沟按其布置方向，可分为纵向和横向电缆沟。一般横向电缆沟布置在断路器和隔离开关之间，大型变电站的纵向电缆沟，因电缆数量较多，一般分为两路。

5)其他

大、中型变电站内一般均应设置3m的环型道路，还应设置宽0.8～1m的巡视小道运输设备和屋外电气设备外绝缘体最低部分距地小于2.5m，应设固定遮拦。带电设备的上、下方不能有照明、通信和信号线路跨越和穿过。

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第7章 变电站防雷和接地装置

变电站的电气设备在运行中可能会出现过电压，过电压主要有雷电过电压和由于误操作产生的内部过电压两种类型。本章依据《变电所设计》第十六章变电所的防雷保护和接地装置，对每种过电压采取对应措施，并对变电站接地做出概述。

7.1变电站防雷概述

变电站是电力系统的枢纽网络，一旦发生雷害事故，往往导致变压器等重要电气设备的损坏，并可能造成全站对外断电，严重影响电网和电站的安全和经济效益。所以变电站的防雷保护必须很可靠。

电气设备在运行过程中承受的过电压，有来自外部的雷电过电压和由于系统参数发生变化时电磁能产生振荡，积聚而引起的内部过电压两种。雷电过电压又可分为直击雷过电压，感应雷过电压和侵入雷电波过电压三种；内部过电压分工频过电压，谐振过电压和操作过电压。为保证电力设备和人身的安全，电气设备宜接地或接零。

7.2 直击雷保护

7.2.1 概述

变电站直击雷过电压应采用避雷针（线）保护。变电站的屋外配电装置，较高建筑物以及易燃易爆对象，都应加直击雷保护。 7.2.2 保护对象

屋外配电装置，包括组合导线、母线廊道。 7.2.3 保护措施

各电压等级配电装置防雷保护措施，如表7-1所示：

表7-1 各电压等级下防雷保护措施 35kV配电装置 110kV配电装置 220kV配电装置 屋外组合导线 装设地点 — 配电装置构架上 土壤电阻率》1000Ω 配电装置构架上 土壤电阻率》1000Ω — 类型 — 避雷针 独立避雷针 避雷针 独立避雷针 装设独立避雷针 7.2.4 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。

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 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的距离很难达到不小于15m的要求。

7.3雷电侵入波保护

7.3.1 概述

因为雷击线路机会远比雷直击变电站的机会更多，所以沿线路侵入变电所的雷电过电压行波是很常见的。又因为线路的绝缘水平要比变压器（或其他设备）的冲击试验电压高的多，所以变电站对进行波的保护十分重要。 7.3.2 保护对象

变电站的每相母线、电气设备及大接地短路电流系统中的中性点。 7.3.3 保护装置配置原则及措施

（1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器。

（2）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。 （3）110kV～220kV线路侧一般不装设避雷器

（4）全线无雷电的35～110KV（少雷或轻雷区）架空线路，在变电站进线段1～2KM长度内进行直击雷保护。

（5）根据以上原则，本变电站保护配置为：

1）220KV、110KV、35KV每段母线上均装一组避雷器。

2）220KV、110KV中性点为分级绝缘且装有隔离开关，故需装一个避雷器。 3）35KV线路在变电站进线段2KM长度内装设避雷线进行直击雷保护。 7.3.4 避雷器的选择

1、选择原则

（1）根据被保护对象选择避雷器类型；

（2）按系统中长期作用在避雷器上的最高电压确定避雷器的持续运行电压； （3）估算通过避雷器的雷电放电电流幅值,选择避雷器标称放电电流；

（4）根据被保护设备的额定雷电冲击耐受电压和操作冲击耐受电压,按照绝缘配合系数的要求留够绝缘裕度,确定避雷器雷电冲击保护水平和操作冲击保护水平。

2、选择结果

无间隙氧化锌避雷器是目前最先进的过电压保护设备。在正常运行电压时，氧化锌电阻阀片呈现极高的电阻，通过它的电流只有微安级。当系统出现危害电气设备的过电压时，它具有优良的非线性特性和陡波响应特性，使其有较低的陡坡残压和操作波残压。在绝缘配合上增大了陡波、操作波下的保护裕度。氧化锌避雷器特别适用于多回线路、电容器组、电缆等波阻抗低的系统。氧化锌电阻片线性系数高达30～50，在标称电流动作负载时无续流,吸收的能量少，大大改善了避雷器耐受多重雷击的能力。此外，它的通流能力大，耐受暂时工频过电压的能力强。

因此此次设计各电压等级皆采用氧化锌避雷器。

按照《高压输变电设备的绝缘配合》GB311.1-1997查出被保护设备的额定雷电冲击耐受电压值除以相应的雷电过电压配合系数得到保护该设备的避雷器雷电冲击电流下允许的最大残压值，该值在允许范围内，取值越小，保护效果越好。避雷器与被保护设备之间

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 的雷电过电压配合系数一般应满足：Kc≥1.4；中性点设备取Kc≥1.25。在确定避雷器的额定电压和标称放电电流后，可根据《交流无间隙金属氧化物避雷器》GB11032-2000中表6典型电站和配电用避雷器参数选定。

氧化锌避雷器的选择型号及参数如表7-2所示：

表7-2 氧化锌避雷器的选择结果表

技术参数 型号 安装地点 系统额定电压有效值(kV) 避雷器额定标称放电雷电冲击电流下电压 (kV) 电流（kA） 残压不大于（kV） YH5WZ-52.7/132 YH10WZ-102/266 YH10WZ-204/532 YH1.5W-73/200 YH1.5W-144/320 35kV母线、出线 110kV母线 220kV母线 110kV变压器中性点 220kV变压器中性点 35 110 220 110 220 52.7 102 204 73 144 5 10 10 1.5 1.5 132 321 678 200 320 注：其余避雷器选择与上述方法相同，不再一一列举。 7.4 内部过电压

7.4.1 工频过电压

工频过电压常发生在故障引起的长线切合过程中，幅值不高，在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，约为工频电压的1.73倍，在中性点直接接地系统中一般不允许超过1.5倍。工频过电压持续时间较长，对电气设备绝缘及运行有影响。

工频过电压对220kV及以下电网的电气设备没有危险，本设计变电站不作考虑。 7.4.2 操作过电压

在发生故障时或操作时，电网中的电容、电感等储能元件工作状态发生突变，产生充电再充电或能量转换的过渡过程，电压强制分量叠加以暂态分量形成操作过电压。其作用时间在几毫秒到数十秒之间，一般不超过4倍工频电压。

本设计不作要求。 7.4.3 谐振过电压保护

在一定电源的作用下，电网中的电感、电容元件受到操作或故障的激发，使得某一自由振荡频率与外加强迫频率相等，形成周期性或准周期性的剧烈振荡，电压振幅急剧上升，出现严重谐振过电压。这种过电压持续时间较长，甚至可以稳定存在，直到破坏谐振条件为止。

谐振过电压可在各级电网中发生，危及绝缘、烧毁设备，破坏保护设备的保护性能。 为限制35kV不接地系统产生的谐振过电压，在35kV电压互感器高压侧中性点上装设

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第4章 短路电流计算

在电力系统的运行过程中，可能发生各种故障，其中对电力系统运行和设备安全危害最大、出现最多的是短路故障。短路故障中又以三相短路故障产生的后果最为严重，三相短路的计算结果成为电气设备校验，保护配置的重要基础。

本章主要内容为各电压等级母线发生三相短路的计算，短路电流的计算的方法有欧姆法（又称有名值法）和标幺值法，本章计算采用标幺值计算方法。

4.1 短路计算的原则

运行经验表明，电力系统发生的各种短路故障中，单相接地短路占大多数，约为65%，两相短路接地约占20%，两相短路约占10%，三相短路最少约为5%。电力系统短路故障大多数发生在架空线路部分约占70%以上。三相短路故障虽然发生的几率最小，但产生的后果最严重，所以本设计只进行三相短路计算。

4.2 短路计算的目的

（1）在设计和选择合理的发电厂、变电所和电力系统电气主接线时需要根据短路计算的结果比较各种不同的电气主接线方案，确定短路电流水平，并决定是否需要采取限制短路电流的措施。

（2）选择有足够机械强度和热稳定度的电气设备和载流导体，需要根据短路计算结果校验电气设备和载流导体的机械稳定性，热稳定度和断流器的断流能力等。

（3）在电力系统中合理配置各种继电保护和自动装置并整定其参数时，需要短路计算提供可靠的依据。

4.3 短路电流的计算过程

4.3.1 变压器及系统的参数计算

设SB?6000MVA UB?Uav

11US1%?(US1?2%?US1?3%?US2?3%)?(14?23?7.3)?14.8522US2%?US3%?

11(US1?2%?US2?3%?US1?3%)?(14?7.3?23)??0.8522

11(US1?3%?US2?3%?US1?2%)?(23?7.3?14)?8.1522

电抗值XT1?US1%SB14.85?6000??7.425100SN100?120

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XT2?US2%SB?0.85?6000???0.425100SN100?120

US3%SB8.15?6000XT3???4.075100SN100?120220KV系统电抗 St1*?St15600??0.93SB6000

Xs1?111???1.07I1*St1*0.93

St2600110KV系统电抗 St2*???0.1SB6000

Xs2?111???10I2*St2*0.1

系统等效电路图如（a)所示：

(a)

4.3.2 35KV级母线发生三相短路短路电流的计算

等效为图中f1发生三相短路，系统可简化为如图(b)所示：

(3)

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(b)

X1?XS1?XT1?0.07?X2?XS2?XT2?10?7.425?4.7832

?0.425?9.7882

11X3?XT?3??4.075?2.03822X?1?X1?X3?X?2?X2?X3?X1X34.783?2.038?4.783?2.038??7.817X29.788X2X39.788?2.038?9.788?2.038??15.997X14.7831111????0.190X?1X?27.81715.997

短路电流标幺值 I*?短路电流有名值 I?I*SB6000?0.190??17.096KA 3Uav3?38.54.3.3 110KV母线发生三相短路

等效为图中f2发生三相短路，系统可简化为如图(c)所示：

(3)

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(c)

1X?1?XS1?XT1?XT2?1.07?(7.425?0.425)?4.5702X?2?XS2?10

1111????0.319X?1X?24.5710SB6000短路电流有名值 I?I*?0.319??9.609KA3Uav3?115 短路电流标幺值 I*?4.3.4 220KV母线侧发生三相短路

f等效为图中3发生三相短路，系统可简化为如图(d)所示：

(3)

(d)

X?1?XS1?1.071X?2?XT1?XT2?XS2?(7.425?0.425)?10?13.5002

1111 ????1.009X?1X?21.0713.5SB6000短路电流有名值 I?I*?1.009??15.197KA3Uav3?230各电压等级短路电流计算结果如果4-1所示：

短路电流标幺值 I*?

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 表4-1 各电压等级母线侧的三相短路电流

各母线侧发生三相短路时的三相短路电流 电压等级(KV) 稳态短路电流有名值(KA) 220 15.197 110 9.609 35 17.096 短路冲击电流有名值（KA） 39.76 25.14 44.73

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第5章 主要电气设备和导体的选择

导体和电气设备的选择是电气设计的主要内容之一。本章依据《发电厂电气部分》导体和电气设备的一般选择条件和校验条件，主要介绍电气设备和载流导体的选择条件和方法。

尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对他们的基本要求却是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

5.1电气设备的选择原则

5.1.1额定电压的选择原则

电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。通常规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1～1.5倍，而电网运行电压的波动范围一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压USN的条件选择即UN≥USN。 5.1.2额定电流的选择原则

电气设别的额定电流IN是指在 额定环境温度θ?下，电气设备的长期允许电流。IN不应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，输出功率可保持不变，故其相应回路的Imax应为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍。 5.1.3环境条件对设备选择的影响

当电气设备安装地点的环境条件如：温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震强度和覆冰厚度等环境条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。 5.1.4按短路状态校验

（1）短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件为It23t≥Qk。

式中：Qk为短路电流产生的热效应；It、t分别为电气设备允许通过的热稳定电流和时间。

（2）电动力稳定校验

电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为ies≥ish或Ies≥Ish。

式中：ish、Ish分别为短路冲击电流幅值及其有效值。

ies、Ies分别为电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。

5.2 断路器、隔离开关的选择

5.2.1 220KV侧断路器、隔离开关的选择

（1）流过设备最大持续工作电流为

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计

根据断路器、隔离开关安装位置的USN 、Imax及安装屋外要求，查《发电厂电气部分》附表5可选断路器为LW2-220/3150。固有分闸时间tin=0.03s，燃弧时间ta?0.04S。后备保护时间为0.5s，则tk?0.5?0.03?0.04?0.57S。

Imax?1.05?SN3UN?1.05?120?1033?220?330.6A??2?tk?15.1972?0.57?131.64(KA)2?SQ?IK ish?1.85?2I\?1.85?2?15.197?39.76KA

隔离开关查同书的附表7选为GW6-220D/1000-50。

（2）表5-1中所列为220KV侧所选断路器、隔离开关有关参数，并与计算数据进行比较，由表可见，所选断路器LW-220/1600、隔离开关GW6-220D/1000-50满足要求。

表5-1 220KV侧断路器、隔离开关选择结果表 计算数据 LW-220/1600断路器 GW6-220D/1000-50隔离开关 UNS 220KVImax 330.66AI\ 15.197Aish 39.76KAQK 131.34ies 39.76KA UN 220kvIN 1600AINbr 40KAINcl 100KAIt2?t?402?3?4800(KA2)?Sies 100KA UN 220KVIN 1000A——It2?t?212?4?1764(KA2)?Sies 50KA5.2.2 110KV侧断路器、隔离开关的选择

（1）流过设备最大持续工作电流为

3UN3?110

根据断路器、隔离开关安装位置的USN 、Imax及安装屋外要求，查发电厂电气部分附表5可选断路器为LW6—110I。固有分闸时间tin=0.03s，燃弧时间ta?0.02S。后备保护时间0.5s，则tk?0.5?0.03?0.02?0.55S。

Imax?1.05?SN?1.05?120?103?661.33AQK?I??2?tk?9.6092?0.55?50.783(KA)2?S

ish?1.85?2I\?1.85?2?9.609?25.14KA

隔离开关查同书的附表7选为GW4-110D/1000-80。

（2）表5-2所列为110KV侧所选断路器、隔离开关有关参数，并与计算数据进行比

较，由表可见，所选断路器LW6—110I隔离开关GW4-110D/1000-80满足要求。

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表5-2 110KV侧断路器、隔离开关选择结果表 计算数据 LW6-110I断路器 GW4-110D/1000-80隔离开关 UNS 110KVImax 661.33AI\ 9.609Aish 25.14KA2QK 50.783(KA)?Sies 25.14KA UN 110kvIN 3150AINbr 31.5KAINcl 125KAIt2?t?502?3?7500(KA2)?Sies 125KA UN 110KVIN 1000A——It?t?21.52?5?2311.25(KA2)?Sies 80KA 25.2.3 35KV侧断路器、隔离开关的选择

（1）流过设备最大持续工作电流为

3UN3?35

根据断路器、隔离开关安装位置的USN 、Imax及安装屋外要求，查发电厂电气部分附表5可选断路器为LW8—35。开断时间为0.06S。后备保护时间为0.5s，则tk?0.5?0.06?0.56S。

Imax?1.05?SN?1.05?120?103?1039.23AQK?I??2?tk?17.0912?0.56?163.67(KA)2?S ish?1.85?2I\?1.85?2?17.091?44.73KA

隔离开关查同书的附表7选为GW4-35。

（2）表5-3所列为35KV侧所选断路器、隔离开关有关参数，并与计算数据进行比较，由表可见，所选断路器LW8—35隔离开关GW4-35满足要求。

表5-3 35KV侧断路器、隔离开关选择结果表 计算数据 LW8-35断路器 GW4-35隔离开关 UNS 35KVImax 1039.23AI\ 17.096Aish 44.73KA2QK 163.67(KA)?Sies 44.73KA UN 35KVIN 1600AINbr 25KAINcl 63KAUN 35KVIN 1600A——2It2?t?252?4?2500(KA2)?SIt?t?31.52?4?3969(KA2)?Sies 63KA100KA ies 综上所述各电压等级侧断路器、隔离开关选择结果如表5-4所示(见下一页）：

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表5-4 各电压等级侧断路器、隔离开关选择结果表

电压等级（KV） 220 110 35 断路器型号 LW-220/1600 LW6—110I LW8—35 隔离开关型号 GW6-220D/1000-50 GW4-110D/1000-80 GW4-35 5.3 电流互感器的选择

5.3.1 电流互感器的选择原则

1、种类和型式的选择

选择互感器时，应根据安装地点和安装方式（如：穿墙式、支持式、装入式等）选择其型式。3～20KV屋内配电装置的电流互感器应采用瓷绝缘或树脂浇注绝缘结构；35KV及以上配电装置宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器；有条件安装于断路器或变压器瓷套管内且精确及满足要求时，应使用廉价、动热稳定性好的套管式电流互感器。 当一次电流较小，在400A及以下时宜优先采用一次绕组多匝式，以提高精确度；220KV及以上电压等级或采用微机监控系统时，二次额定电流宜采用1A，而强电系统均采用5A。

由于本变电站电压等级在35KV及以上，所以均选择油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。

2、准确级的选择

为了确保测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供电测量仪表的准确级。对测量精度要求较高的大容量发电机和变压器、系统干线、发电企业上网电量、电网或供电企业之间的电量交换的关口计量点，宜采用0.2级；装于重要回路（如中小型发电机和变压器、调相机、厂用馈线、有收费电能计量的出线等）中的互感器，准确级应采用0.2～0.5级；对供运行监视、100MW及以下发电机组用电较小用电负荷以及供电企业内部考核经济指标分析的电能表和控制盘上仪表其电流互感器应为0.5～1级。

本变电站电流互感器均为测量仪表，准确级均采用0.5级。 3、一次回路额定电压和电流的选择

一次回路额定电压UN和电流IN应满足UN≥USN，I1N≥Imax。测量电流互感器的一次额定电流不应低于回路正常最大负荷电流且应尽可能比电路中的正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表在正常运行时，指示在刻度标尺的3/4最佳位置。并且过负荷时能适当指示。

4、电流互感器的配置

（1）为了满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段和母联断路器、旁路断路器等回路均设有电流互感器。对于大接地电流系统，一般按三相配置；对于小接地电流系统，根据具体要求按两相或三相配置。在指定的计量点，还应设置计量专用的电流互感器。

（2）对于保护用电流互感器应尽量消除保护的死区。例如，装有两组电流互感器，且位置允许时应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 5.3.2 电流互感器的选择

1、220kV级电流互感器的选择：

（1）因Imax1=330.6A，查《电力工程电气设备手册一次部分》选用户外防污型瓷绝缘LCWB7-220W1型电流互感器，参数如表5-5所示:

表5-5 220KV侧电流互感器参数 额定电流比 23300/5 级次组合 0.2/0.5 准确级次 0.5 二次负荷 2Ω 1S热稳定电流 2321kA 动稳定电流 2355kA （2）二次负荷校验： 220kV进线电流互感器采用完全星形接线，二次侧表计配置图如图5-1所示，可见：电流表3只，有功功率表2只，无功功率表2只， 三相三线有功电度表2只，三相三线无功电度表2只。

AAWVarWhVarhBAVarVarhCAWWh 图5-1 220KV侧电流互感器二次侧表计配置图

电流互器二次各相负荷如表5-6所示：

表5-6 220KV侧电流互感器二次各相负荷

仪表名称及型号 电流表46DL1-A 有功功率表46D1-W 无功功率表46D1-VAR 有功电能表DS1 无功电能表DX1 总 计 A相 0．35 0．6 0．6 0．5 0．5 2．55 B相 0．35 0．6 0．5 1．45 C相 0．35 0．6 0．5 1．45 选择最大负荷阻抗相A相进行负荷校验： Z表?

Pmax2.55?2?0.102?2IN25

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电流互感器的额定负荷：

SN2?S2

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各相负荷统计如下表所示（查《发电厂电气部分》例题）： 每线圈消耗功率（VA） 仪表电压线圈 仪表 数目 AB相 BC相 仪表名称及型号 cos? sin? 1 Pab2 1.2 Qab Pbc Qbc 有功功率表46D1-W 无功功率表46D1-VAR 有功电能表DS1 无功电能表DX1 频率表46L1-Hz 电压表46L1-V 总 计 0.6 1.2 0.5 1 2 1 1 1.5 0.38 0.925 2 1.14 2.775 1.14 2.775 1.5 0.38 0.925 2 1.14 2.775 1.14 2.775 1.2 1 1 1.2 0.3 1 1 0.3 5.68 5.55 4.78 5.55

据上表求出不完全星形部分负荷为：

22Sab?Pab?Qab?5.682?5.552?7.94(VA)22Sbc?Pbc?Qbc?4.782?5.552?7.32(VA)

由电气设备P161页表5－11公式有

Pcos?ab?ab?5.68?0.72Sab7.94 ?ab?43.95

Pcos?bc?bc?4.78?0.65Sbc7.32 ?bc?49.46

A相负荷为:

PA?11Sab?cos(?ab?30)??7.94?cos(43.95?30)?4.4W33 11Sab?sin(?ab?30)??7.94?sin(43.95?30)?1.1Var33

QA?B相负荷为:

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PB??11???Sab?cos(??30)?S?cos(??30)?[7.94cos(43.95?30)?7.32cos(49.6?30)]abbcbc??331(2.2?6.9)?5.26W3QB??11???S?sin(??30)?S?sin(??30)?7.94?sin(43.95?30)?7.32?sin(49.46?30)?ababbcbc????331(7.63?2.44)?5.8Var3 C相负荷为:

PC?11??S?cos(??30)??7.32?cos(49.46?30)?0.77Wbcbc??33QC?11Sbc?sin(?bc?30)??7.32?sin(49.46?30)?4.16Var33

2SB?PB2?QB?5.262?5.82?7.83VA?150/3?50VA从以上的计算结果可知B相负荷最大，所以就按B相的负荷进行校验：

所以，所选的电压互感器满足要求。 （2）110KV级电压互感器的选择

1）110kV侧测量电压互感器：由于回路接有计费电能表，并考虑与电流互感器相配合，应选用0.5准确度级，查《电力工程电气设备手册》选电容式TYD110压互感器，参数如表5-12所示：

表5-12 110KV侧电压互感器参数 型 号 初级绕组 次级绕组 二次绕组额定容量（VA） 3?0.015型电

TYD110 3?0.015110 3KV0.1 3KV200 2）二次负荷校验： 由于同为测量用电压互感器，二次负荷与220KV电压级相同，同为7.83VA＜200／3=66.67VA

所以，所选电压互感器满足要求。 （3）35KV级电压互感器的选择

35kV侧测量电压互感器：由于回路接有计费电能表，并考虑与电流互感器相配合，应选用0.5准确度级，查《电力工程电气设备手册》选油浸式JDJ—35型电压互感器，参数如表5-13所示：

表5-13 35KV侧电压互感器参数 型 号 JDJ—35 初级绕组 35 kV 次级绕组 0.1 kV 二次绕组额定容量（VA） 150 2、二次负荷校验：

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 由于同为测量用电压互感器，二次负荷与220KV电压级相同，同为7.83VA＜150／3=50VA

所以，所选电压互感器满足要求。

综上所述，各电压等级下的电流、电压互感器的选择结果如表5-14所示：

表5-14 各电压等级下电流、电压互感器选择结果表

电压等级（KV） 220 110 35 电流互感器型号 LCWB7-220W1 LCWB6-110 LCWD1-35 电压互感器型号 TYD220TYD1103?0.005 3?0.015 JDJ?35 注：其余互感器型号的选择与上述方法相同，本设计内容不再详述。

5.5 导体的选择

5.5.1导体的选型

导体通常由铜、铝、铝合金制成。载流导体一般使用铝或铝合金材料。纯铝的成型导体一般为矩形、管形和槽型；铝合金导体有铝锰合金和铝镁合金两种，形状均为管形，铝锰合金载流量大，但强度较差，而铝镁合金载流量小，但机械强度大，其缺点是焊接困难，因此使用受到限制；铜导体只用在持续工作电流大，且出线位置特别狭窄或污秽，对铝有严重腐蚀的场所。

硬导体截面常用的有矩形、槽型和管形。矩形单条截面最大不超过1250mm2,以减小集肤效应，大电流使用时可将2～4条矩形导体并列使用，矩形导体一般只用于35KV及以下，电流在4000A及以下的配电装置中；槽型导体机械强度号，载流量大，集肤效应系数小，一般用于4000～8000A的配电装置中；管形导体集肤效应系数小、机械强度高，用于8000A以上的大电流母线或要求电晕放电电压高的110KV及以上的配电装置中。 5.5.2导体截面的选择

导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。 对年负荷利用小时数大（通常指Tmax＞5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机，变压器的连接导体其截面一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，故可按长期允许电流来选择。

本变电站110KV所带负荷为电气化铁道，最大负荷利用小时数Tmax＝6000h，故220KV、110KV导体截面按经济电流密度选择导体截面；35KV所带负荷为城市生活用电Tmax＝2500h故导体截面按长期发热允许电流选择。 5.5.3 220KV导体的选择

（1）按经济电流密度选择导体的截面可使年计算费用最低，不同种类导体和不同最大负荷利用小时数Tmax将会有一个年计算费用最低的电流密度，称为经济电流密度J，经

济截面SJ为；

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SJ?Imax(mm2)J

查《发电厂电气部分》第六章第六节可得，220KV对应J?0.68Amm2，故220KV级导体截面；

??Imax330.6SJ???486.18mm2J0.68

查《电力工程电气设计手册一次部分》导体设计选择，220KV级导体选择尺寸为；Φ

60／54，参数如表5-15所示：

表5-15 220KV侧所选导体型号及其参数 导体最高运行温度 型号 导线截面 70℃ Φ60／54 539 1240 80℃ 1072 7.29 截面系数 （2）热稳定校验 当工作温度为70℃时查《发电厂电气部》第六章第六节得C=87

Smin?QK?KfC131.034?106?1??131.7?539mm2 热稳定满足要求

87（3）动稳定校验 导体电动力计算：

fph?1.73?10ish?7211?726?1.73?10?39.76?10??137.4(N?m)a2

导体间最大应力：

?phfphl2M137.4?1.5266????42.41?10?70?10pa 动稳定满足要求 W10w10?7.29?10?65.5.4 110KV级导体的选择

（1）同220KV计算原理，查《发电厂电气部分》第六章第六节可得；110KV对应

J?0.68Amm2

故110KV级导体截面；

??SJ?Imax661.12??972.36mm2J0.68

查《电力工程电气设计手册一次部分》导体设计选择，220KV级导体选择尺寸为；Φ

100／90，参数如表5-16所示：

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表5-16 110KV侧所选导体型号及其参数 导体最高运行温度 型号 Φ100／90 导线截面 70℃ 1491 2350 80℃ 2054 33.8 截面系数 （2）热稳定校验

当工作温度为70℃时查《发电厂电气部分》第六章第六节得C=87

Smin?QK?KfC50.78?106?1??81.91?1491mm2 热稳定满足要求

87（3）动稳定校验 导体电动力计算：

fph?1.73?10ish?721?1.73?10?7?25.142?106?1?109.3(N?m)a

导体间最大应力：

?ph

fphl2M109.3?2266????1.29?10?70?10pa 动稳定满足要求?6W10w10?33.8?105.5.5 35KV级导体选择

(1)35KV级导体按长期允许电流选择截面

Imax1039.23Ial???1180.94AK0.88

查《电力工程电气设计手册一次部分》第八章，选择单条竖放80mm38mm矩形铝导体，

参数如表5-17所示：

表5-17 80mm×8mm矩形铝导体参数表

h3b 8038 竖放（A） 1330 Kf 截面系数w 0.853 1.04 (2)热稳定校验

Smin?

QK?KfC163.67?106?1.04??152.93?640mm2 热稳定满足要求87(3)动稳定校验 电动力计算:

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fph?1.73?10?7ish导体间最大应力:

211?1.73?10?7?44.732?106??865.3(N?m)a0.4

?phfphl2M865.3?1.5266????228.2?10?70?10pa 动稳定不满足要求?6W10w10?0.853?10 选择双条平放6336.3矩形铝导体，参数如表5-18所示：

表5-18 35KV侧所选导体规格及其参数 h3b 6336.3 双条平放（A） 1330 Kf1 截面系数w 8.33 ph

同相母线由多条矩形导体组成时，母线中最大机械应力由相间应力σ力σb叠加而成，则母线满足动稳定条件为:

和同相条间应?ph??b??al

fph?1.73?10?7(ish211)?1.73?10?7?22.372?106??216.4(N?m)2a0.4

?ph216.4?1.526???5.8?10(pa)?610W10?8.33?10

fphL2同相条间应力?b

MfLfL?b?b?bb?b2bW12W2bh

22Mb为边条导体所受弯矩，W为导体对垂直于条间作用力的截面系数，与导体放置方式

无关，Lb为条间衬垫跨距一般为30～50cm，fb为单位长度导体上所受条间作用力

21fb?2.5K12ish?10?8b

K12为条1、2之间的截面形状系数，查《发电厂电气部分》第三章第三节载流导体短路时电动力的计算K12的值约为1

1?8-3fb?2.5?22.372??10?1.98?10（N?m）-36.3?10

MbfbLbfbLb1.98?0.32?b?????35.6?106(pa)22?63W12W2bh2?6.3?10?63?10?

22?ph??b?5.8?106?35.6?106?41.4?106?70?106??al 动稳定满足要求

综上所述，各电压等级的母线选取结果如表5-19所示：

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表5-19 各电压等级下导体选择结果 电压等级（KV） 220 110 35 母线选取结果 管形截面尺寸为Φ60／54 管形截面尺寸为Φ100／90 双条平放6336.3矩形铝导体

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第6章 配电装置设计

配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分，在电力系统中起着接受和分配电能的作用。本章依据《发电厂电气部分》第七章配电装置的有关规定，介绍配电装置的概念、作用、分类、特点及要求，并对变电站内配电装置类型做出选择。

6.1配电装置的作用和分类

1.配电装置的作用

配电装置：根据电气主接线的接线方式，由开关设备、母线装置、保护和测量电器、必要的辅助设备等构成，按照一定技术要求建造而成的特殊电工建筑物，称为配电装置。

配电装置的作用：正常运行时进行电能的传输和再分配，故障情况下迅速切除故障部分恢复运行。

2.配电装置的类型

按电气设备安装地点可分为：屋内配电装置和屋外配电装置； 按组装方式可分为：装配式配电装置和成套式配电装置； 按应用可分为：35kv及以下的配电装置多采用屋内配电装置其中3～10kv的配电装置多采用成套配电装置。110kv及以上的配电装置多采用屋外配电装置。

6.2配电装置的基本要求

安全：设备布置合理清晰，采取必要的保护措施。

可靠：设备选择合理、故障率低、影响范围小，满足对设备和人身的安全距离。 方便：设备布置便于集中操作，便于检修、巡视。

经济：在保证技术要求的前提下，合理布置、节省用地、节省材料、减少投资。 发展：预留备用间隔、备用容量，便于扩建和安装。

6.3 配电装置的特点

6.3.1 屋内配电装置的特点

屋内配电装置是将电气设备和载流导体安装在屋内，避开大气污染和恶劣气候的影响，其特点是：

（1）由于允许安全净距小而且可以分层布置，因此占地面积较小； （2）维修、巡视和操作在室内进行，不受气候的影响；

（3）外界污秽的空气对电气设备影响较小，可减少维护的工作量； （4）房屋建筑的投资较大。 6.3.2 屋外配电装置的特点

屋外配电装置：将电气设备安装在露天场地基础、支架、或构架上的配电装置。一般多用于110kV及以上电压等级的配电装置。

特点：土建工作量和费用较小，建设周期短；扩建比较方便；相邻设备之间距离较大，便于带电作业；占地面积大；受外界环境影响，设备运行条件较差，需加强绝缘；不良气候对设备维修和操作有影响。

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山西大学（大东关校区） 220KV变电站设计 本变电站所处位置地势平坦，且较为开阔，对变电站场地面积的要求较低，为了减小建筑投资，各电压等级均采用屋外配电装置。

6.4屋外配电装置概述

1.安全净距：配电装置各部分之间，为了满足配电装置运行和检修的需要，确保人身和设备的安全所必须的最小电气距离，称为安全净距。在这一距离下，无论是在正常最高工作电压还是在出现内、外过电压时，都不致使空气间隙击穿。

我国《高压配电装置设计技术规程》规定的屋内、屋外配电装置各有关部分之间的最小安全净距，这些距离可分为A、B、C、D、E五类。在各种间隔距离中，最基本的是A1和A2值。

A1值：带电部分对接地部分之间的空间最小安全净距。 A2值 ：不同相的带电部分之间的空间最小安全净距。 屋外配电装置安全距离示意图如图6-1、6-2所示：

图6-1屋外配电装置安全距离示意图

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图6-2屋外配电装置安全距离示意图

屋外配电装置的安全净距如表6-1所示：

表6-1 屋外配电装置的安全净距（mm) 符号 适用范围 1.带电部分至接地部分之间 2.网状和板状遮拦向上延伸线距地2.5米，与遮拦上方带电部分之间 1.不同相的带电部分之间。 2.断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间 1.栅状遮拦至带电部分之间 2.交叉的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间 3.设备运输时，其外廓至无遮拦带电部分之间 4.带电作业时的带电部分至接地部分之间 网状遮拦至带电部分之间 3～10 15～20 35 额定电压（kV） 60 110J 110 220J 330J 500J A1 200 300 400 650 900 1000 1800 2500 3800 A2 200 300 400 650 1000 1100 2000 2800 4300 B1 950 1050 1150 1400 1650 1750 2550 3250 4550 B2 300 400 500 750 1000 1100 1900 2600 3900

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/s632.html