毕业设计

华北水利水电学院毕业设计

分类号 编 号

华北水利水电学院

North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power

毕 业 设 计

题目 227变电站电气部分初步设计

学 院 电 力 学 院 专 业 电气工程及其自动化

姓 名 吕 娜 娜 学 号 200915009

指导教师 张 鸿 博

2011年 5月 20 日

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华 北 水 利 水 电 学 院

毕 业 设 计 任 务 书

设计题目：227变电站电气部分初步设计

专 业：电气工程及其自动化 班级学号： 200915009 姓 名: 吕 娜 娜 指导教师： 张 鸿 博 设计期限：2011 年 3 月 01 日开始

2011 年 5 月 20 日结束

院、系： 电力学院 2011年 03 月 01 日

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一、毕业设计的目的

毕业设计和毕业论文是本科生培养方案中的重要环节。学生通过毕业设计，旨在培养学生综合运用所学的基本理论和方法解决实际问题的能力，提高学员实际操作的技能以及分析思维能力，使学员能够掌握文献检索、研究分析问题的基本方法，提高学员阅读外文书刊和进行科学研究的能力。在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。

二、主要设计内容

（1） 选择变电站主变压器台数及容量； （2） 设计变电站各电压侧主接线； （3） 电压互感器、电流互感器的配置；

（4） 电气设备选择（主变压器、断路器、隔离开关、母线、电缆、电流电压互感器）； （5） 变压器保护方案设计。

三、重点研究问题

（1） 电气主接线方案的设计,要求方案应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案。

（2） 短路电流计算及电气设备选择与校验。 （3） 变压器继电保护整定。

四、主要技术指标或主要设计参数

（1）建所目的

为满足乡镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系统发展规划，拟建设一座220/110/10kV的区域性降压变电所。

（2）拟建变电站概况

220kV以双回路与 60km外的系统相连。系统最大方式的容量为1200 MVA，相应的系统电抗为0.54；系统最小的方式为800 MVA，相应的系统电抗为0.625，（一系统容量及电压为基准的标么值）。系统最大负荷利用小时数为TM=5700h。

220kV另有负荷出线2回，每回出现功率100MVA；

（3）110kV架空线4回，2回输送距离30km，每回输送功率20MVA；2回输送距离20km，每回输送功率20MVA。

（4） 10kV电压级，电缆出线4回，输送距离5km，每回输送功率4MW；架空输电

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线4回，输送距离7km，每回输送功率5MW。

（5） 变电站所在高度65M，最高年平均气温20摄氏度，月平均气温26摄氏度。

五、设计成果要求

1、编写设计说明书

（1） 变电站主变压器台数、容量选择计算及结果； （2） 变电站各电压侧主接线分析论证及结果； （3） 变电站短路电流计算； （4） 电气设备选择、校验； （5） 变压器保护整定方案与结果； 2、编写设计计算书

（1）对称与不对称短路电流计算； （2）电气设备选择、校验计算； （3）变压器保护整定计算； 3、绘图

图纸数量不少于3张；图纸名称：

（1）电气主接线图(计算机绘制，A1或A2纸打印)； （2）开关站平面布置图(手工绘制，1号图纸幅面)；

（3）变压器保护原理接线图、展开图(手工绘制，1号图纸幅面)。 4、要求

（1）电气主接线方案设计应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案。 （2）短路电流及电气设备选择校验方法应正确。

（3）主接线图形符号、线条及图签符合规范，接线正确，图面布局合理，参数标注正确，图形清晰美观。

（4）论文格式应符合要求，结构严谨，逻辑性强，层次分明，文理通顺，无错别字，要求打印，统一用A4纸。

（5）独立完成，严禁抄袭或请人代作。 （6）按分配时间阶段完成相应任务。

5、 专业相关文献翻译（原件及译文，汉字要求3000字以上）

六、其它

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1、参考文献

[1]范锡普主编 发电厂电气部分（第二版） 水利电力出版社 1995 [2]西北电力设计院 电力工程电气一次设计手册 水利电力出版社 1989 [3]西北电力设计院 电力工程电气二次设计手册 水利电力出版社 1989 [4]陈珩主编 电力系统稳态分析 中国电力出版社 1998 [5]李光琦主编 电力系统暂态分析 中国电力出版社 2002 [6]贺家李 宋从矩 合编 电力系统继电保护 中国电力出版社 2、时间安排

本次设计的时间共12周，各部分设计内容的时间安排大致如下： （1）搜集资料，熟悉设计题目 1周 （2）变电站电气主接线设计 1周 （3）短路电流计算 1周 （4）电气设备选择 2周 （5）绘图 2周 （6）整理说明书、计算书 1周 （7）外文文献翻译 1周 （8）答辩 1周

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华北水利水电学院本科生毕业设计（论文）开题报告

2011年 3月 26 日

学生姓名 吕娜娜 学号 200915009 专业 电气工程及其自动化 题目名称 227变电站电气部分初步设计 课题来源 模拟 一．设计原始资料 为满足乡镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系统发规划，拟建设一座220／110／10kV的区域性降压变电所。220kV以双回路与60km外的系统相连。系统最大方式的容量为1200MVA，相应的系统电抗为0.54；系统最小的方式为800MVA，相应的系统电抗为0.625，（以系统容量及电压为基准的标幺值）。系统最大负荷利用小时数为TM=5700h.220kV另有负荷出线2回，每回出线功率100MVA；110KV架空线4回，2回输送距离30km,每回输送功率20MVA；2回输送距离20km，每回输送功率20MVA；10kV电压级，电缆出线4回，输送距离5km，每回输送功率4MW；架空输电线4回，输送距主 要 内 容 离7km,每回输送功率5MW。变电站所在高度65m,最高年平均气温20摄氏度，月平均气温26摄氏度。 二．设计内容 1. 变电站主变压器台数及容量的选择 由任务书中给出的新建变电站的性质和规模，针对变电站的作用和地位，对待建变电站的必要性和可行性进行进一步分析，论述。220kV回路数，负荷数据，参考有关文献资料，主要负荷的行业性质，特点，负荷等级，及其对供电可靠性的要求进行分析，综合和计算，为主变压器选择及接线方式的设计准备必要的资料。根据《电气设计手册》及《变电设备合理选择运行》对主变的要求，可以确定主变压器的台数，容量，变压器型号也就确定了。 2.各电压级接线方案的确定 主变压器台数、型式、容量确定之后，变电站电气主接线的框架就已确定，这时，可进行各电压等级接线方式的设计。每个电压等级可分别拟定出2个初步方案，进行比较，主要是进行上述的技术方面的可靠性、灵活性和方便性比4

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较，然后分别得出各电压等级的最佳接线方式。在比较小的用电等级接线方式设计中，可粗略估计其短路电流，确定是否限制短路电流措施。在主接线设计中，认真学习和回顾有关专业课程内容，深入研究有关设计技术规范、规程、必要时，有些规程的有关条款要摘抄到说明书中来。设计结果要符合规程规定。 3. 主要电气设备的选择 ①.断路器和隔离开关的选择 断路器和隔离开关的型式选择要根据电压等级、安装地点、对系统稳定运行的影响等因素决定。 断路器选择校验内容：（1）选择类型；（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）校验切断能力；（5）校验热稳定性；（6）校验动稳定性。 隔离开关的选择校验内容：（1）选择类型；（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）校验热稳定性；（5）校验动稳定性。 ②.电压互感器的选择 电压互感器的选择内容：（1）根据安装地点和用途，选择电压互感器的型号、台数；（2）确定额定电压；（3）根据额定电压，确定接线方式和准确级。 ③.电流互感器的选择 电流互感器的选择内容：（1）选择类型；（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）校验动稳定性；（5）校验热稳定性；（6）在施工阶段，需要校验准确级。 ④.避雷器的选择 避雷器的选择内容：（1）选择避雷器型号；（2）选择额定电压；（3）校验最大允许电压；（4）校验工频放电电压。 ⑤.高压熔断器的选择 高压熔断器只适用于35kV及以下电压等级，较广泛地用于高压输电线路、变压器和电流互感器等设备过载及短路保护。它的选择内容：（1）选择型式种类；（2）选择额定电压；（3）选择额定电流；（4）选择开断电流。 4.硬母线及其软导体的选择 硬导体包括矩形、槽形和管形等，软导体指钢芯铝绞线。对于年最大负荷利用小时数较大，距离长、传输容量大的回路（如发电机引出线回路变压5

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器引出线回路），一般按经济电流密度选择截面，其它短导体按长期发热允许电流选择截面。一般原则如下 ⑴.按长期发热允许电流选择截面； ⑵.按经济电流密度选择截面； ⑶.按电晕电压校验（对110kV及以上电压的母线进行校验）； ⑷.在三相短路状态下，进行热稳定和动稳定校验。 5.变压器的保护整定计算 变压器主保护有瓦斯保护和纵联差动保护，其中瓦斯保护是反映内部短路和油面降低的非电量保护；纵联差动保护是反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路。变压器的后备保护对变压器的安全运行也很重要，对各类保护应设置合理的整定值。 三．重点研究问题 1.电气主接线方案的设计，要求方案应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案； 2.短路电流及电气设备选择计算方法。 3.变压器继电保护整定。 在发电厂和变电所中，发电机，变压器，断路器，隔离开关，电流电压互 采取的主要技术路线或方法 6

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，构成了电能的生产、汇集和分配的电气主回路。这个电气主回路被称为电气一次系统，又叫电气主接线。电气主接线必须满足可靠性，灵活性和经济性三项基本要求。 其设计方案由以下五方面： 1. 负荷分析 2. 变压器配置方案的确定 3. 各电压级接线方式的确定 4. 短路电流计算 5. 主要电气设备的选择 华北水利水电学院毕业设计

一． 设计说明书： 主要内容包括电站主变压器台数、容量选择及计算结果，变电站各电压侧主接线分析论证及结果，变电站短路电流的计算，电气设备的选择、校验， 变压器保护整定。要求字数在10000-15000字，论文格式参照《华北水利水电学院关于本科毕业设计论文格式》要求； 二．设计计算书： 对称与不对称短路电流计算，电气设备选择、校验计算，变压器继电保护整定。 预期的成三．绘图： 果及形式 图纸数量不少于3张；图纸名称： （1）电气主接线图(计算机绘制，A1或A2纸打印)； （2）开关站平面布置图(手工绘制，1号图纸幅面)； （3）变压器保护原理接线图、展开图(手工绘制，1号图纸幅面)。 本次设计的时间共12周，各部分设计内容的时间安排大致如下： （1）图书馆查找资料，熟悉设计题目 1周 （2）变电站电气主接线设计 1周 （3）短路电流计算 1周 时间安排 （4）电气设备选择 2周 （5）绘图 2周 （6）整理说明书、计算书 1周 （7）外文文献翻译 1周 （8）答辩 1周 指导教师意见 签 名： 年 月 日 7

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设计参考资料 [1]范锡普主编 发电厂电气部分（第二版） 水利电力出版社 1995 [2]西北电力设计院 电力工程电气一次设计手册 水利电力出版社 1989 备注 [3]西北电力设计院 电力工程电气二次设计手册 水利电力出版社 1989 [4]陈珩主编 电力系统稳态分析 中国电力出版社 1998 [5]李光琦主编 电力系统暂态分析 中国电力出版社 2002 [6]贺家李 宋从矩 合编 电力系统继电保护 中国电力出版社 2003

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摘 要

变电站是输电和配电的集结点。其设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。本文设计建设一座220kV降压变电所，主要是对该变电所的电气一次部分进行设计、计算。

本说明书以220kV地区变电站设计为例，论述了电力系统工程中变电站部分电气设计（一次部分）的全过程。本文通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析、安全、经济及可靠性方面考虑，确定了220kV，110kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型。对变压器保护整定电流进行了分析计算，设计中也配置了避雷器及继电保护装置方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。

本毕业设计对变电站电气部分初步做了较为详细的理论设计，并且对其电气二次部分有所涉及，这有待于在今后的学习和工作中进行研究。

关键词：变电站 短路电流 电气设备 继电保护整定

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ABSTRACT

Substation is the focal point in a system for transmission and distribution

of electrical energy. Designing quality of substation is directly referred to the security, stabilization, flexibility and economical operation of electric system. This thesis designs a 220kV stepdown substation and its electric primary part.

The statement about the 220kv transformer area substation design, discussed some electrical transformer stations design (one part) in power systems engineering of the entire process. Through the main transformer stations wiring design, stations wiring design stations, short circuit current calculations, check electrical equipment moving and thermal stability, set the main electrical equipment models and the parameters, the operating mode, design over-voltage protection and mine devices , design general electric graphic and distribution devices flood, and without power compensation. Lastly,complete substation design in power system.

The design is a part of the electrical transformer stations, and its second part did involve, which research it in future study and work.

KEY WORDS: Substation, Short circuit currents, electrical equipment, relay protection devices.

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目 录

摘 要 .................................................................... I ABSTRACT ................................................................. II 设计说明书 ................................................................ 1 1 电气主接线设计 .......................................................... 1 1.1 概述 .................................................................. 1 1.2 电气主接线的基本要求 .................................................. 1 1.3 主接线的接线方式选择 .................................................. 2 2 主变压器容量、台数及形式的选择 ......................................... 2 2.1 概述 .................................................................. 4 2.2 主变压器台数的选择 .................................................... 4 2.3 主变压器容量的选择 .................................................... 4 2.4 主变压器型式的选择 .................................................... 5 3 短路电流计算 ........................................................... 6 3.1 概述 .................................................................. 7 3.2 短路电流计算的目的 .................................................... 8 3.3 短路电流计算的一般规定 ................................................ 8 3.4 短路电流计算的内容 .................................................... 8 3.5 短路电流计算的步骤 .................................................... 9 4 电气设备的选择 ......................................................... 9 4.1概述 .................................................................. 9 4.2 断路器的选择 ......................................................... 11 4.3 隔离开关的选择 ....................................................... 13 4.4 互感器的选择 ......................................................... 13 4.5 熔断器的选择 ......................................................... 17 4.6 母线及出线的选择 ..................................................... 18 4.7 支柱绝缘子及穿墙套管的选择 ........................................... 19

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5 配电装置 .............................................................. 21 5.1 概述 ................................................................. 21 5.2 配电装置的基本要求 ................................................... 21 5.3 配电装置的设计原则 ................................................... 21 5.4 各电压等级配电装置设计 ............................................... 22 6 防雷保护的设计 ........................................................ 23 6.1 概述 ................................................................. 24 6.2 避雷器的技术参数 ..................................................... 24 6.3 避雷器的配置原则 ..................................................... 24 7 继电保护配置规划 ...................................................... 25 7.1 概述 ................................................................. 25 7.2 变压器的保护 ......................................................... 26 7.3 线路的保护 ........................................... 错误！未定义书签。 8 主变容量的确定计算 ..................................... 错误！未定义书签。 9 短路计算 .............................................................. 27 9.1 三相短路计算 ........................................................ 27 9.2 两相短路计算 ........................................................ 36 10 电气设备选择计算 ..................................................... 37 10.1 断路器选择计算 ...................................................... 38 10.2 隔离开关选择计算 .................................................... 41 10.3 互感器选择计算 ...................................................... 42 10.4 220、110KV主母线及出线的选择计算 ................................... 44 10.5 10KV母线及出线的选择计算 ............................................ 46 10.6 支持绝缘子及穿墙套管的选择 .......................................... 48 11 避雷器的选择计算 ..................................................... 49 11.1 220KV避雷器选择计算 ................................................. 49 11.2 110KV避雷器选择计算 ................................................. 50

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11.3 10KV避雷器选择计算 .................................................. 50 致谢 ..................................................................... 50 参考文献 ................................................................. 51 附录一：文献翻译 ......................................................... 51 附录二：电气主接线图 ..................................................... 60 附录三：110KV侧断面图 .................................................... 60 附录四：继电保护配置图 ................................................... 60

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设计说明书

1 电气主接线设计

1.1 概述

变电站电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电站的性质，选择出一种与变电站在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电站的电气主接线是电力系统接线的重要部分，它表明变电站内的变压器、各电压等级的线路 、无功补偿设备以最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电站内各种电气设备之间的连接方式。

变电站电气主接线设计是依据变电站的最高电压等级和变电站的性质，选择出一种与变电站在系统中的地位和作用相适应的接线方式。一个变电站的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。

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

1.2 电气主接线的基本要求

（1） 可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。主接线可靠性的具体要求： ① 断路器检修时，不宜影响对系统的供电；

② 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电； ③ 尽量避免变电所全部停运的可靠性。

（2） 灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

① 为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求；

② 为了检修的目的,可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；

③ 为了扩建的目的,可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在

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一次和二次设备装置等所需的改造为最小。

（3） 经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。

① 投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；

② 占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布 置。 ③ 电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。

1.3 主接线的接线方式选择

根据以上原则结合所给的设计任务书，电气主接线拟定以下两个方案，如图所示； 方案Ⅰ：220KV侧采用单母线带旁路母线，110KV采用单母分段接线，10KV采用单母分段接线。如图1—1所示：

220KVT1T2110KV10KV2

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图1—1 电气主接线方案（1）

方案Ⅱ：220KV侧采用双母接线，110KV采用内桥式，10KV单母分段接线。如图1-2所示：

220kv110kvT1T2图1—2 电气主接线方案（2）

二、主接线方案的确定

表1—1 方案Ⅰ与方案Ⅱ的综合比较 方案 项目 方案Ⅰ 1、主接线简单清晰、设备少 2、采用单母带旁母线接线，出线及主线间隔断路器检修，不需停电，母线检修或故障时，220KV配电装置全停，供电不可靠 3、配置不太合理，两回线路中同时出现故障的概率很小 1、运行方式简单，易于操作 2、各种电压等级均便于扩建 方案Ⅱ 1、主接线复杂、采用设备较多 2、采用双母接线，任一条母线或母线上的设备检修，不需要停掉线路，供电可靠 3、配置合理，两回线路中同时出现故障的概率很小 1、变压器接在不同的母线上，负荷分配均匀，调度灵活方便，运行方式相对复杂、操作烦琐 2、各种电压等级便于扩建 3

可靠性 灵活性 华北水利水电学院毕业设计

经济设备少、占地面积小，投资相对较小 设备多、占地面积大，投资相对较大 性 按SDJ2—88《220～500KV变电所设计规程》规定，“220KV配电装置出线在4回以上时，宜采用双母线及他接线”。 其由于本工程220KV断路器采用

SF6断路器，其检修周期

长，可靠性高，故不可设旁母线。由于有两回线路，一回线路停运时，仍满足N-1原则，所以，220KV宜采用双母接线。

对110KV侧的接线方式，出线仅为两回，按照规按照规程要求，宜采用桥式接线，以双回线向炼钢厂供电。考虑到主变不会经常投切，和对线路操作和检修的方便性，采用内桥接线。

对10KV侧的接线方式，按照规程要求，采用单母分段接线。 综上比较，最终确定方案Ⅱ为最佳方案。

2 主变压器容量、台数及形式的选择

2.1 概述

主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的选择除依据基础材料外，主要取决与输送功率的大小、与系统联系的紧密程度、运行方式等因素，并至少要考虑5～10年规划负荷的发展需要。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此要合理选择变压器的容量和台数。

2.2 主变压器台数的选择

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电站中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电站的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电站的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

2.3 主变压器容量的选择

主变容量一般按变电站建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电站主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和

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电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。该变电站是按70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电站的总装容量为：∑se = 2（0.7PM） = 1.4PM。

当一台变压器停运时，可保证对60%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，而高压侧220kV母线的负荷不需要通过主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是220kV侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。因此主变压器的容量为：Se = 0.7（SⅡ+SⅢ）。

2.4 主变压器型式的选择 （1） 相数的确定

容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。 （2） 绕组数与结构的确定

在具有三种电压等级的变电站，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。当中性点接地方式允许是则应采用自耦变压器。对深入引进负荷中心，具有直接从高压降为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压容量，可采用双绕组变压器。

一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。 （3） 绕组接线组别的确定

变压器三绕组的接线组别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有星形“Y”和三角形“D”。

在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3次谐波对电源等因素。根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。 （4） 调压方式

为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接

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开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无激磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压。

通常，对于220kV及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用有载调压，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。 （5） 冷却方式

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

自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。

根据实际给定主变容量位90MVA,变电所电压等级为220/110/10KV,采用两台型号完全相同的有载调压三绕组变压器，可以确定变压器型号为SFPSZ4-90000/220。参数见表2—1。

SFPSZ4-90000/220的变压器参数

型号 额定容量（kVA） 电压组合及其分接头范围 连接组标号 空载损耗(kW) 负载损耗(kW) 空载电流(%) 阻抗电压(%) F：风冷却 P：强迫油循环 S：三绕组 4：性能水平号 90000：额定容量 220：电压等级 由上表所知：

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表2—1变压器的参数 SFPSZ4—90000/220 90000 高压(kV) 220±8×2.5% 中压(kV) 121 低压(kV) 11 YN,yn0,d11 121 414 1.2 高 —中 12 —14 高 —低 22—42 中 —低 7—9 华北水利水电学院毕业设计

VS(1?2)%?12 V'S(1?3)%?22 V'S(2?3)%?7

VS(1?3)%?V'S(1?3)%(SN)?22?(100)?44

S3N50VS(2?3)%=V'S(2?3)%(SN100)?7?()?14 S3N50由此可计算出各绕组的等值电抗如下：

VS1%?11(VS(1?2)%?VS(1?3)%?VS(2?3)%?(12?44?14)?21 2211VS2%?(VS(1?2)%?VS(2?3)%?VS(1?3)%?(12?14?44)??9

2211VS3%?(VS(1?3)%?VS(2?3)%?VS(1?2)%?(44?14?12)?23

22归算到220KV侧得：

VS1%VN2122023X1???10???103?112.93?100SN10090000 VS2%VN?922023X2???10???103??48.4?100SN10090000 VS3%VN2322023X3???10???103?123.69?100SN10090000

222选取基准值SB?100MVA,VB?230KV,化为标幺值为：

X1??X1?SBVB2?112.93?100?0.2132230

X2??X2?SBVB2??48.4?100??0.09152230100?0.2342230

X3??X3?SBVB2?123.69?

3 短路电流计算

3.1 概述

在电力系的电气设备，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，因为它们会遭到破坏对用户的

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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。

3.2 短路电流计算的目的

（1） 电气主接线的比较与选择。

（2） 选择断路器等电气设备，或对这些设备提出技术要求。 （3） 为继电保护的设计以及调试提供依据。

（4） 评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。 （5） 分析计算送电线路对通讯设施的影响。

3.3 短路电流计算的一般规定

（1） 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。 （2） 所有电源的电动势相位角相同。

（3） 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，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（4） 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机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

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

（6） 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。

3.4 短路电流计算的内容

（1） 短路点的选取：各级电压母线、各级线路末端。

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（2） 短路时间的确定：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，确定计算短路电流的时间。

（3） 短路电流的计算：最大运行方式下最大短路电流；最小运行方式下最小短路电流；各级电压中性点不接地系统的单相短路电流。计算的具体项目及其计算条件，取决于计算短路电流的目的 。

3.5 短路电流计算的步骤

（1） 计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下； （2） 给系统制订等值网络图； （3） 选择短路点；

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

标幺值：Id* =

1 Xdi*有名值：Idi = Id?Ij

（5） 计算短路容量，短路电流冲击值 短路容量：S = 3 UjI?? 短路电流冲击值：ish = 2.55I?? （6） 列出短路电流计算结果 具体短路电流计算见计算说明书

表3-5-1 短路电流计算结果

短路形式 三相短路 短路点 K1 K2 K3 4.997 KA 4.594 KA 20.42 KA 两相短路 5.16 KA 2.133 KA 17.44 KA 单相接地短路 两相接地短路 5.199 KA 5.73 KA 0 KA 4.97 KA 5.625 KA 17.44 KA 4 电气设备的选择

4.1概述

导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和

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配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。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。

尽管电力系统中各种设备的工作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。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验人稳定和动稳定。

4.1.1 选择的一般原则

（1） 应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 （2） 应按当地环境条件校核。 （3） 应力求技术先进和经济合理。 （4） 与整个工程的建设标准应协调一致。 （5） 同类设备应尽量减少品种。

（6） 选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。

4.1.2 选择的技术条件

（1） 按正常工作条件选择导体和电气 ① 额定电压

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。

因此，在电气设备中一般可按照电气设备的额定电压电压UNS的条件选择。即：UN≥② 额定电流 电气设备的额定电流

INUNSUN不低于装置地点电网的额定

是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。

ImaxIN应不小

于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流③ 环境条件对设备选择的影响

，即:

INImax≥

当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q 0不等时，其长期允许电流IyQ可按下式修正：

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Iy Q =Iy

?w???w??o = KIy

基中K —修正系数

?w —导体或电气设备正常发热允许最高温度

我国目前生产的电气设备的额定环境温度?o= 40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。

（2）按短路状态校验 Ⅰ 校验的一般原则

① 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流

② 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算路电流通过电器时，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。 Ⅱ 短路热稳定校验

It2t≥Qk

Qk式中：—短路电流产生的热效应

、t—电气设备允许通过的热稳定的电流和时间 验算热稳定所用的计算时间：

tk = tb+tg

tb—继电保护动作时间 tg—断路器全开断时间

It110kV以下导体和电缆一般采用主保护时间

110kV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间 Ⅲ 短路的动稳定校验 满足动稳定的条件为：

ies式中：

≥

ish

ish—短路冲击电流幅值

ies—电气设备允许通过的动稳定电流幅值

4.2 断路器的选择

变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，

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用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，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。

（1） 型式。除满足各项技术条件和环境条间外，还应考虑安装调试和运行维护的方便。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35～220kV一般采用户外式少油断路器或SF6断路器。35kV及以下的可选用户内式少油断路器。 （2） 额定电压的选择为UN≥（3） 额定电流的选择为

UNS

INImax≥

（4） 额定开断电流的校验条件为Ibr?Ikt。

Ibr—断路器的额定开断电流，kA

Ikt—刚分电流，kA

（5） 热稳定校验的条间应满足:

It2tQk≥

当

Qktk＞1S时，可不考虑非周期分量的热效应，只计周期分量。

2Ipttp＝

式中：

Ipttp—短路电流周期分量

—短路电流周期分量发热的等值时间

（6） 动稳定校验的条间应满足:

ies≥

ish

（7）选择断路器时无论按照变压器容量还是按照单回线路最大负荷容量来选，其结果都是一样的。

表4-2-1 断路器选择结果

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电压等级 型号 额定电额定额定开动稳定热稳定电流固有分压（kV） 电流断电流电流峰（kA） 闸时间（A） （kA） 值（kA） （s） 220 110 110 10 10 10 1600 40 1000 18.4 1000 18.4 6000 105 1250 40 1250 40 100 55 55 300 130 130 40(3s) 21(5s) 21(5s) 120(5s) 40(4s) 40(4s) 0.04 0.06 0.06 0.15 ≤0.06 ≤0.06 220kV LW4-220I 110kVSW4-110 进线侧 110kVSW4-110 出线侧 10kV SN4-10G/6000 进线侧 10kV架SN10-10Ⅲ 空出线 10kV电SN10-10Ⅲ 缆出线 4.3 隔离开关的选择

隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器。隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。其作用有：隔离电压，接通或断开很小的电流，与断路器配套使用完成倒闸操作。

隔离开关与断路器相比，项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。

表4-3-1 隔离开关选择结果

电压等级 型号 额定电压额定电流动稳定电流峰4s热稳定电流（kV） （A） 值（kA） （kA） 630 630 630 6000 1250 1250 50 55 55 200 100 100 20 16 16 105(5s) 40 40 220 kV 110kV进线侧 110kV出线侧 10 kV进线侧 10 kV架空出线侧 10 kV电缆出线侧 GW4-220(D) 220 GW13-110 GW13-110 GN10-10T 110 110 10 GN30-10(D) 10 GN30-10(D) 10 4.4 互感器的选择

互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感

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器，互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100，100/3）和小电流（5A，1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。

表4-4-1 电流互感器和电压互感器的特点

互感器 特 点 电流互感器 一次绕组串在电路中，且电压互感器 容量小 ，近似于一台小容匝数少，电流互感器在近于短量变压器，电压互感器在近于路状态下运行 空载状态下运行 互感器的配置：

(1) 为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；

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

(4) 6－220kV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；

(5) 当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。

4.4.1电流互感器的选择

选择电流互感器时，首先要根据装设地点﹑用途等具体条件确定互感器的结构类型﹑准确等级，确定电流比KL其次要根据互感器的额定容量和二次负荷计算二次回路连接导线的截面积；最后校验动稳定和热稳定。

(1) 种类和型式的选择

电流互感器根据使用环境可分为室内式﹑室外式,根据结构可分为瓷绝缘结构和树脂浇注式结构，根据一次线圈的型式又可分为线圈式和母线式﹑单匝贯穿式﹑复匝贯穿式。 选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。

(2) 准确级的选择

电流互感器的准确级应符合其二次测量仪表﹑继电保护等的要求。用于电能计量的电流互感器，准确级应不低于0.5级。用于继电保护的电流互感器，误差应在一定的限值之内，以保证过电流时的测量准确度的要求。

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(3) 一次回路额定电压的选择 一次回路额定电压

UN应满足:

UNUNS≥

(4) 一次额定电流的选择

电流互感器的一次额定电流不小于装设回路的最大持续工作电流。当电流互感器用于测量时,其一次侧额定电流应尽量选择比实际正常工作电流大1/3左右,以保证测量仪表的最佳工作，并在负荷时有适当的指示。即应满足：

I1NImax≥

(5) 热稳定校验

电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流I1N的倍数Kt来表示，即：

（KtI1N）2 ≥Qk

(6) 动稳定校验

电流互感器的内部动稳定能力用动稳定倍数Kd表示，动稳定倍数Kd等于互感器内部允许通过的极限电流与Kd倍一次额定电流

I1N之比。故互感器内部动稳定条间为:

2I1nKd≥ish

表4-4-1 电流互感器选择结果

电压等级 型号 级次组合 额定电流比1s热稳定倍动稳定倍数(A/A) Kd 数Kt 300/5 600/5 200/5 6000/5 1500/5 1500/5 42 70 75 50 50 50 78 183 178～179 90 90 90 220kV 110kV进线侧 110kV出线侧 10kV进线侧 10kV架空出线 10kV电缆出线 LB9-220B LB1-110 L-110 LBJ-10 LDZJ-10 LDZJ-10 B/0.5/0.2 B/B 0.5/B 0.5/D 0.5/D 0.5/D 4.4.2 电压互感器的选择

电压互感器是把一次回路高电压转换为100V的电压,以满足继电保护﹑自动装置和测

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量仪表的要求。在并联电容器装置中，电压互感器除作测量外，还作为放电元件。

(1) 种类和型式选择

根据配电装置类型，相应的电压互感器可选择户内式或户外式，35kV及以下可选用油浸式结构或浇注式结构；110kV及以上可选用串级式结构或电容分压式结构。所以应根据装设地点和使用条件进行选择电压互感器的种类和型式。

(2) 按一次回路电压选择

电压互感器一次侧的额定电压UN1,应大于或等于所接电网的额定电压UNW.但电网电压UW的变动范围，应满足： 1.1UN1>Uw >0.9UN1

(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：

表4-4-2 电压互感器的形式

接 线 型 式 Y/Y 电网电压 （KV） 3～35 110J～500J 型 式 单相式 单相式 单相式 三相五柱式 基本二次绕组电压（V） 100 100/3 100/3 100 辅助二次绕组电压(V) 无此绕组 100 100/3 100/3（相） Y0/Y0/△ 3～60 3～15 (4) 按容量的选择 互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），Se2应不小于互感器的二次负荷S2，即：

Se2≥S2

S2 = (∑po)2+ (∑Qo)2

Po、Q0 — 仪表的有功功率和无功功率

表4-4-3 电压互感器选择结果

电压 等级 型号 额定电压（kV） 二次额定容量（VA） 3级 一次线二次线辅助线0.5级 1级 圈 圈 圈 16

最大容量（VA） 华北水利水电学院毕业设计

220kV线 220kV线 110kV线 110kV线 10kV线 母JCC5W-220 出YDR-220 母JCC2-110 出YDR-110 母JSJW-10 220/3 0.1/3 220/3 0.1/3 110/3 0.1/3 110/3 0.1/3 10/3 0.1/3 0.1 0.1 0.1 0.1 500 220 500 220 200 480 2000 1200 2000 1200 960 0.1/3 120 4.5 熔断器的选择

高压熔断器是一种保护电器，当其所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，它的熔体熔化而分断电流﹑开断电路，熔断器主要用来进行短路保护,用来保护线路﹑变压器及电压互感器等设备。有的熔断器具有过负荷保护功能。

高压熔断器应根据额定电压﹑额定电流﹑型式种类﹑开断能力﹑保护的选择性等进行选择。3～35kV的电压互感器侧一般经隔离开关和高压熔断器接入高压电网，低压侧也应装低压熔断器。

高压熔断器按下列条件进行选择： (1) 根据装置地点选用户内式或户外式。

(2) 按额定电压选择。对一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压。对于有限流作用的熔断器只能用在等于其额定电压的电网中。

(3) 按额定电流选择：

INg?INt INt?KImax

保护电压互感器的高压熔断器，一般选RN2型，其额定电流应高于或等于电网的额定电流，额定电流通常为0.5A。其开断电流Ibr应满足：Ibr?Imax 其技术参数如下：

表4-5-1 熔断器选择结果

型号 额定电压额定电流断流容量最大切断电流有效值kV A 0.5 MVA 1000 kA 85 备注 RN2 10 保护户内电压互感器 17

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4.6 母线及出线的选择

母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率。在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。一般来说。母线系统包括载流导体和支撑绝缘两部分，载流导体可构成硬母线和软母线。软母线是钢芯铝绞线，因其机械强度决定于支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。

母线的选择内容包括：

(1) 确定母线的材料﹑截面形状、布置方式; (2) 选择母线的截面积；

(3) 校验母线的动稳定和热稳定；

(4) 对重要的和大电流母线，校验其共振频率； 对于110kV及以上的母线，还应校验能否发生电晕。 对于软母线不需要校验其动稳定。

4.6.1裸导体的选择

（1） 型式：载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的场所或腐蚀严重的场所可选用铜质材料的硬裸导体。

20kV及以下且正常工作电流不大于4000A时，宜选用矩形导体；在4000～8000A时，一般选用槽形导体。

（2） 配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导体的截面和导体的结构型式。

（3） 当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对220kV及以下配电装置，电晕对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择导体截面。

（4） 按最大长期工作电流选择。导体截面应满足：Ial?Igmax

（5）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度—经济电流密度（J），导体的经济截面可由下式：

Igmax

J

（6）热稳定校验：按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。

S =

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1KfQK(mm2）， C只要实际选用的母线截面积S?Smin，母线便是热稳定的。

S=

（7）动稳定校验：动稳定必须满足下列条件即：??≤?al

?al — 母线材料的允许应力（硬铅?al为69×106 Pa硬铜137×106Pa，铜为157×106Pa）提供电源，以获得较高的可靠性。

表4-5-1 母线选择结果

选 择 结 果 设备 名称 S(mm2)计算结果（参考值） 型号 Igmax(A) Ial (A) 70℃ 256 511 3750 LGJ-120 LGJ-300 矩形硬母线三条平放 Smin(mm2) 220kV母线 120（1） 110kV母线 10kV母线

300 125×10 248 496 2445.3 96.89 80.12 994.13 4.7 支柱绝缘子及穿墙套管的选择

支柱绝缘子按额定电压和类型选择，进行短路时动稳定校验。穿墙套管按额定电压，额定电流和类型选择，按短路条件校验动、热稳定。

（1）型式选择

根据装置地点、环境，选择屋内、屋外或防污式及满足使用要求的产品型式。一般屋外采用联合胶装多棱式，屋外采用棒倒装时，采用悬挂式。

（2）按额定电压选择支柱绝缘子和穿墙套管。

无论支持绝缘子或套管均要负荷产品额定电压大于或等于所在电网电压要求，即:

UN≥

UNS

（3）按额定电流选择穿墙套管。穿墙套管的额定电流IN大于等于回路最大持续工作电流Igmax，即：

Igmax?kIN

（4） 按短路条件校验热稳定

穿墙套管的热稳定参数一般以ts允许通过的热稳定电流It给出，据此可得热稳定条

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件：

It2t?Qk

（5）按短路条件校验动稳定

无论是支持绝缘子或套管均要进行动稳定校验。布置在同一平面内三相导体，在发生短路时，支持绝缘子（或套管）所受的力为该绝缘子相邻跨导体上电动力的平均值。例如某一绝缘子所受电动力F为 F?F1?F22Lca?1.73ish? （N） 2aLca?(L1?L2)2 （m）

式中：ish——冲击电流， a——相邻线路距离

Lca——计算跨距（m）, L1与L2是绝缘子与相邻绝缘子（或套管）的距离，对于

管L2?Lc（套管长度）

支持绝缘子的抗弯破坏强度Fde是按作用在绝缘子高度H处给定的，而电动力F是作用在导体截面中心线H1上，折算到绝缘子帽上的计算系数为H1H，则应满足：

H1F?Fde H H1=H+b?h 2式中 F —三相短路时作用在母线中心的电动力，N H—绝缘子高度，m

H1—从绝缘子底部到母线中心的高度，m

b—母线支持器厚度，m；矩形母线b=0.018m；矩形母线平放及槽型母线

b=0.012m；

h—母线高度，m。

表4-7-1 绝缘子选择结果

型号 ZND-10 额定电压（kV） 绝缘子高度机械破坏负荷（kg） （mm） 10 168 2000 表4-7-2 穿墙套管选择结果

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型号 额定电压额定电流套管的长度机械破坏负荷（kV） （A） （mm） （kg） CMF1-20 10 6000 782 4000 5 配电装置

5.1 概述

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。

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。按其组装方式，又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置

5.2 配电装置的基本要求

配电装置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。其作用是在正常情况下，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。为此,应满足以下要求:

（1） 保证运行可靠 （2） 便于操作﹑巡视和检修 （3）保证工作人员的安全 （4） 力求提高经济性 （5） 具有扩建的可能

5.3 配电装置的设计原则

（1）节约用地；

（2）运行安全和操作巡视方便； （3）考虑检修和安装条件；

（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； （6）安装和扩建方便。

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，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是

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带电部分对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，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。

以下表中所列出各种间隔距离中最基本的最小安全净距，《高压配电装置设计技术规程》中所规定的A值，它表明带电部分至接地部分或相间的最小安全净距，保持这一距离时，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。其余的B、C、D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确定的。

表5-3-1 屋外配电装置最小安全净距（mm）

符号 适用范围 1、带电部分至接地部分之间 35 63 110J 110 220J A1 2、网状遮栏向上延伸线距地2.5m处400 与遮栏上方带电部分之间 1、不同相的带电部分之间 650 900 1010 1800 A2 2、断路器和隔离开关的断口两侧引线400 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650 1000 1100 2000 B1 电部分之间 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 1150 1400 1650 1750 2550 B2 C 1、网状遮栏至带电部分之间 1、无遮栏裸导体至地面之间 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500 2900 750 1000 1100 1900 3100 3400 3500 4300 D 电部分之间 2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间 2400 2600 2900 3000 3800 注：110J、22J、330J、500J系指中性点直接接地网 5.4 各电压等级配电装置设计

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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册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV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。

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、早高型和高型等。 （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，以便工作售货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检修方面积累了比较丰富的经验。

（2） 半高型配电装置，它是将母线及母线隔离开关抬高将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，优点有：

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操作方便。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。

选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性。

本次所设计的变电站是地区性变电站，对建筑面积没有特殊的要求，所以该变电所220kV、110kV和10kV电压等级均采用普通中型配电装置。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。

6 防雷保护的设计

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6.1 概述

变电站是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生雷击事故，将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏，绝大多数不能自行恢复会严重影响国民经济和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。

避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。

避雷器有FS型和FZ型两种。FS型主要适用于配电系统，FZ型适用于发电厂和变电站。电力系统中广泛采用的主要是阀式避雷器。根据额定电压(正常运行时作用在避雷器上的工频工作电压，也是使用该避雷器的电网额定电压)和灭弧电压有效值(指避雷器应能可靠地熄灭续流电弧时的最大工频作用电压)。

6.2 避雷器的技术参数

(1) 额定电压：避雷器的额定电压必须与安装避雷器的电力系统电压等级相同。

(2) 灭弧电压：灭弧电压是保证避雷器能够在工频续流第一次经过零值时，根据灭弧条件所允许加至避雷器的最高工频电压。因此，对35kV及以下的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作线电压的100%~110%；对110kV及以上中性点接地系统的避雷器；其灭弧电压规定为统最大工作线电压的80%。

(3) 工频放电电压：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般应大于最大运行电压的3.5倍。在中性点直接接地的电网，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍。

(4) 冲击放电电压：冲击放电电压是指预放时间为1.5~20us冲击放电电压，与5kA下的残压基本相同。

(5) 残压：在防雷计算中以5kA下的残压作为避雷器的最大残压。

6.3 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

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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。

表6-3-1 避雷器选择结果

工频放电电压有效值kV 型号 额定电压有效值kV 灭弧电压kV 不小于 冲击放8/20μs雷电冲击波电电压残压峰值不大于kV 峰值(1.5/20μs及不大于 5 A 10 A 1.5/40μs)不大于kV 536 630 664 728 FZ-220J 220 200 448 FZ-110J 110 100 224 268 310 332 364 FZ-10 10 12.7 26 31 45 45 50 220kV变压FZ-220J 器中性点 110kV变压FZ-110J 器中性点 200 448 536 630 664 728 100 224 268 310 332 364

7 变压器继电保护设计

7.1 概述

继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计变电站继电保护结合我国目前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠性、快速性、灵敏性、运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平。

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