毕业设计完整版1

第1章 引言

1.1国内外现状及发展趋势

1.2原始资料简要分析

1、建设规模：该变电所主变采用2×120MVA,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。

根据建厂规模，对本变电所的电气主接线进行设计确定出2 ~3种方案，进行技术和经济比较，确定出最佳方案。

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%。

根据负荷预测及发展情况，可了解该地区的负荷情况及发展，根据负荷情况对主变压器的台数、容量等进行选择。

3、220kV系统短路容量为5600MVA，110kV系统短路容量为600MVA。 根据以上两系统的短路容量，可计算出两系统的综合电抗标幺值。进而进行短路电流的计算。收集、了解国内外电气设备的现状和发展趋势，了解设备和导体选择的条件，对本变电所进行电气设备和导体的选择。

4、本设计中各级电压侧年最大负荷利用小时数为： 220kV侧 Tmax=3600小时/年 110kV侧 Tmax=4600小时/年 35kV侧 Tmax=4000小时/年

根据以上年最大负荷利用小时数，可查表得出导体经济电流密度，进而按照经济电流密度进行母线截面的选择。

5、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。

根据以上所用负荷，可确定所用电设计的相关情况，如对所用变压器和所用主接线进行设计。

6、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。

根据以上所址概述，可了解到该设计中变电所的周边环境情况，可推测该所地处平原地区，占地面积大，由此根据变电所配电系统和配电装置的设计原则，对本变电所进行高压配电系统及配电装置设计；交通便利，因此可以确定主变压器的型式，是三相式还是单相变压器组；接近负荷中心，则要求供电的可靠性、调度的灵活性更高，由35kV电压送电，该负荷侧可采用双回路送电。

第2章 电气主接线的设计

电气主接线是发电厂、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。主接线的确定与电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。因此，电气主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过经济技术比较，最终确定合理的主接线方案。

2.1电气主接线设计概述

2.1.1主接线的设计原则

电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，根据国家现行的“安全可靠、经济适用、符合国情”的电力建设与发展方针，严格按照技术规定和标准，结合工程实际的具体特点，准确掌握原始资料，在保证设计方案的供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的情况下，兼顾运行、维护方便，尽可能节省投资，就近取材，力争设计的先进性和可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

2.1.2主接线的设计依据

在选择变电所的电气主接线时，应以下面各点作为设计依据；

（一） 在电力系统中的地位和作用。电力系统中的变电所有系统枢纽变电

所、地区重要变电所和一般变电所三种类型。一般系统枢纽变电所汇集多个大电源，进行系统功率交换和以中压供电，电压为330~500KV；地区重要变电所，电压为220~330KV；一般变电所为终端和分支变电所，电压为110KV，但也有220KV。

（二） 所的分期和最终建设规模。变电所根据5～10年电力系统发展规划

进行设计，一般装设两台（组）主变压器；当技术经济比较合理时，330～500KV枢纽变电所也可装设3～4台（组）主变压器；终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。

（三） 负荷大小的重要性。1、对于一级负荷必须有两个独立的电源供电，

且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。2、对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部或大部分二级负荷不间断供电。3、对于三级负荷一般只要一个电源供电。

（四） 系统备用容量大小。装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其

中一台（组）事故断开，其余主变压器的容量应保证该所70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证拥护的一级和二级负荷，系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。 设计主接线时，应充分考虑上述因素。

2.1.3主接线设计的基本要求

主接线应满足可靠性、灵敏性和经济性三个要求 （一） 可靠性

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先满足这个要求具体如下； 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，尽量减少停运的回数和停运的时间，并保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 3、尽量避免变电所的停运的可靠性。 （二） 灵敏性

主接线应满足在调度、检修及扩建的灵敏性。

1、调度时应可以灵敏地投入和切除电压的线路，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行下的系统调度要求。

2、检修时可方便地停运断路器母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网用户的供电。

3、扩建时可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连接供电或停电时间最短的情况下投入变压器或线路而互不干扰，并且对一级和二级部分的改建工作量最少。 （三） 经济性

主接线在满足可靠性、灵敏性的要求下做到经济合理，即要做到节省一次投资、占地面积要少、电能损耗少。

2.2主接线的基本类型及适用范围

电气主接线的型式是多种多样的，按有无母线可分为有母线型的主接线和无母线型的主接线两大类。

2.2.1有母线型的主接线

1、单母线接线及单母线分段接线 （1）单母线接线

单母接线的优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便和采用成套配电装置。

缺点：①可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。②调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。

适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况： ① 6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回； ② 35～63kV配电装置的出线回路数不超过3回；

③ 110～220kV配电装置的出线回路数不超过两回。 （2）单母线分段接线

单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。

单母线分段接线的缺点是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

适用范围：

① 6～10kV配电装置的出线回路数为6回及以上； ② 35～63kV配电装置的出线回路数为4～8回； ③ 110～220kV配电装置的出线回路数为3～4回。 （3）单母线带旁路母线的接线

为了检修出线断路器，但不中断对该出线的供电，可增设旁路母线。当检修电源回路断路器期间不允许断开电源时，旁路母线还可以与电源回路连接，此时还需在电源回路加装旁路隔离开关。有了旁路母线，提高了供电的可靠性，但旁路系统造价昂贵，同时使配电装置运行复杂化，另外检修母线或母线故障期间中断供电。

2、双母线接线及分段接线 （1）双母线接线

双母接线有两组母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。由于有了两组母线，运行时的可靠性和灵活性大为提高。

其优点主要有：①检修母线时不影响正常供电；②检修任一组母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属回路和与此隔离开关相连的该组母线，其他回路均可通过另一组母线继续运行；③工作母线发生故障后，所有回路能迅速恢复供电；④检修任一出线断路器时，可用母联断路器代替检修的断路器，回路只需短时停电；⑤调度灵活；⑥扩建方便等特点。

缺点:①在倒母线的操作过程中，隔离开关作为操作电器，容易发生误操作；②检修任一回路的断路器或母线故障时，仍将短时停电；③所使用的设备多（母线隔离开关的数目多），并且使配电装置结构复杂，所以经济性能差。

（2）双母线分段接线

为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母线分段接线，用分段断路器将工

作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。这种接线具有单母线分段和双母线的特点，较双母线接线具有更高的可靠性和灵活性。正常运行时工作母线工作，备用母线不工作，它是单母线分段接线方式，当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路倒至备用母线上，即可恢复供电，这样，只是部分短时停电，而不必短期停电，仍是单母线分段运行方式。

双母线分段接线主要用于大容量进出线较多的配电装置中，如220KV进出线达10～14回时，就可采用双母线三分段的接线。在330～500KV的配电装置中，也有采用双母线四分段的。

（3）双母线带旁路母线的接线

为了不停电检修出线断路器，双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这种接线运行操作方便，不影响双母线正常运行，但多装了一组断路器和隔离开关，增加了投资和配电装置的占地面积，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。

2.2.2无母线型的主接线

无母线型的电气主接线在电源与引出线之间或接线中各元件之间没有母线连接，常用的有桥型接线、多角形接线和单元接线。

1、桥型接线适用于仅有两台变压器和两条引出线的发电厂和变电所中。因此，它不适合本设计中对主接线进出线的要求。

2、多角形接线没有集中地母线，相当于将单母线用断路器按电源和引出线的数目分段，且连接成环形的接线。这种接线一般适用于最终规模已确定的110kV及以上的配电装置中，且以不超过六角形为宜。多角形接线的缺点之一就是扩建困难，因此，此接线型式亦不适合本设计的要求。

3、单元接线一般适用于只有一台变压器和一回线路时的小容量终端变电所和小容量的农村变电所，因此，此接线也不适合本设计的要求。

2.3电气主接线的选择

我国《变电所设计技术规程》对主接线设计作了如下规定：

在满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。在110~220kv变电所中，当出现为2回时，一般采用桥型接线；当出线不超过4回时，一般采用单母线分段接线；当枢纽变电所的出线在4回及以上时，一般采用双母线。在35kv变电所中，当出线为2回时，一般采用桥型接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。出线回路数和电源数较多的污秽环境中的变电所，可采用双母线接线。在6~10kv变电所中，一般采用

单母线接线或单母线分段接线。

2.3.1主接线方案的拟定

根据原始资料的分析，以及上述理论知识的掌握，先拟定如下两种接线方案； 方 案 方案一 方案二 电压等级 220kv 110kv 35kv 如图所示：

双母线接线 双母线接线 单母线分段接线 双母线带旁路接线 双母线带旁路接线 单母线分段接线

2.3.2电气主接线方案的确定

电气主接线方案的确定是在任何可能的运行方式及检修方式下，保证运行人员与设备的安全基础上，通过对电气主接线的可靠性、灵活性、经济性的综合比较，从而确定出最佳的接线方案。

电气主接线方案的比较，如下表所示； 项目 可靠性 灵活性 经济性 方案 可靠性较高，检修出线断路器需临时停电（加临时跨条，用母联断路器代替出线断路器） ①运行和调度灵活；②扩建方便；③保护比带旁路的投资小，及二次回路相对简占地面积小，经济性单；④利于实现无人相对较好 值班； 方案一 方案二 ①运行和调度相对灵活，检修方便，但倒可靠性高，可以不停闸操作复杂，容易产设备相对较多，投资电检修任何一台断路生误操作；②扩建不大，经济性较差，配器 方便；③保护及二次电装置费用较大 回路复杂；④不利于实现无人值班； 近年来，随着系统的发展，系统接线可靠性的提高，新技术、新设备的采用，使得采用旁路母线的环境发生了较大的变化，主要有几下方面：

1、由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断涌现，例如：现在广泛使用的SF6断路器、真空断路器，运行可靠性大幅度的提高，可以保证连续运行20年不检修，即使因操作机构出现故障需要停电检修，检修的时间也非常短，因此，旁路母线的使用几率也在逐年下降。

2、由于继电保护装置的微机化，维护工作量减小，需要停电的几率很小，特别是双重化配置的保护，不需要旁路保护代替。

3、220kv及以下新设计的变电站，一般按无人值班方式设计，旁路母线给无人值班带来了极大的不便。

鉴于上述分析，装设旁路母线主要是为了不停电检修出线断路器，然而新型设备足以代替旁路母线，并且可以避免旁路母线倒闸操作复杂、保护接线复杂的不足。再根据可靠性、灵活性、经济性综合考虑，现确定方案一为最佳方案。即220kv为双母线接线、110kv为双母线接线、35kv为单母分段接线。

第3章 主变压器的选择

在发电厂或变电所中，用于向电力系统或用户输送功率的变压器称为主变压器，主变压器是发电厂或变电所中的重要设备之一，它的好坏直接决定供电的可靠性与经济性，因此，主变压器的选择在变电所设计中是必不可少的一部分。

3.1主变压器台数和容量的确定

3.1.1主变压器台数的确定

1、对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。

2、对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。

3、对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

根据以上主变压器台数的选择原则以及本设计的要求，该变电所装设两台主变压器。

3.1.2主变压器容量的确定

主变压器容量的确定原则

1、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，并适当考虑到远期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。

2、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%。 3、同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发，推行系列化、标准化。

本设计中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%。

该地区10年后的负荷有功功率P?60?(1?10%)10?155.62(MW),视在功率

S?P155.62??172.92(MVA) cos?0.9根据主变压器容量的确定原则，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%，可以确定单台变压器的额定容量

10年后变电所单台主变压器的额定容量: SN-10=0.7×172.92=121(MVA) 根据SN> SN-10，应选择额定容量大于121 MVA的变压器，综合考虑以上选择原则和本变电所的负荷情况，以及油浸式变压器有10%的长期过载能力，查《电力工程电气设备手册：电气一次部分》确定变电所单台主变压器的额定容量： SN=120MVA 。

3.2主变压器型式的选择

3.2.1主变压器相数的选择

变电所的主变压器一般采用三相变压器，如因制造和运输条件限制，在220kv的枢纽变电所中，也可以采用单相变压器组。由于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，因此在条件允许的条件下，多采用三相变压器。根据以上选择原则以及原始资料分析，本变电站交通便利，故选用三相变压器作为主变压器。

3.2.2绕组数和连接方式的选择

在具有三种电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需要装设无功补偿设备时，主变压器一般选用三绕组变压器。查《电气设计一次部分》可知，220kv及以上变电站宜优先选择自耦变压器，但由于自耦变压器的短路电流比普通三绕组要大很多，必须采取限制短路电流的各种措施；运行时必须采用中性点可靠接地方式，供电可靠性有所降低，运行方式不能随负荷变化而改变；继电保护比较复杂；本设计接近负荷中心，必须保证供电的可靠性，因此，本设计中采用普通三绕组变压器。

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丫和△，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组多采用丫连接；35KV亦采用丫连接，其中性点多通过消弧线圈接地。在高压变电所中，一般考虑系统的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响、引起绕组过电压等因素，主变压器连接一般都选用丫/△常规接线方式。△连接为3次谐波电流提供流通通道，可限制3次谐波的影响，因此35KV侧亦采用△连接。

本设计中变电所具有三种电压等级，即220kV、110kV和35kV，需选用普通

三绕组变压器，变压器绕组的连接方式为丫/丫/△。

3.2.3冷却方式和调压方式的选择

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；强迫导向油循环冷却，容量在31.5MVA及以上的大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。由于本设计中主变压器容量为120MVA，所以采用强迫油循环风冷却。

对于220kv及以上的降压变压器，仅在电网电压可能有较大变化的情况下，采用有载调压方式，一般均采用无激磁调压；当电力系统运行确有需要时，在降压变电所也可装设单独的调压变压器。由于电网电压波动不大，本设计采用无激磁调压变压器。

3.3主变压器的选择结果

查《电力工程电气设备手册：电气一次部分》，选定变压器的额定容量为120MVA。这里选择三绕组变压器，所选变压器的技术参数如下所示：

型号：SFPS7-120000/220 额定容量(kVA)：120000

额定电压（kV）: 高压—220±2×2.5%±4×2.5% ；

中压—121 ； 低压—38.5

联接组标号：YN/yn0/d11 空载损耗(kW)：129

负载损耗（kW）：高-中：477；高-低：150；中-低：102 阻抗电压（%）： 高-中：14；高-低：23；中-低：7.2 空载电流（%）：0.5

所以选择两台SFPS7-120000/220 型变压器为主变压器。

第4章 所用电的设计

所用电的可靠性，对电力系统的安全运行非常重要。然而，变电所的所用电系统设计和设备的选择，直接关系到变电所的安全运行和设备的可靠性，本章主要是根据所用电负荷的分析、计算确定所用变压器和所用电接线以及所用电源的引接。

4.1所用电负荷

1.负荷的种类

本变电所的所用电负荷主要是：主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明，锅炉动力、检修间动力、主变冷却装置动力等。 2.负荷的重要性

主控制室照明、主建筑物照明、主变冷却装置动力属于一类负荷（短时停电会造成主辅设备损坏、危及人身安全、主变停运及出力下降）；锅炉动力、检修间动力属于二类负荷（允许短时停电，不至于造成生产紊乱，但较长时间停电，有可能损坏设备或者影响机组正常运转）；辅助照明属于三类负荷（较长时间停电不会直接影响生产，仅造成生产上不方便）。 3.负荷的供电电压

变电所的所用电因高压电动设备很少，一般动力负荷均为低压，故低压所用电压宜采用380/220V，故本设计中所用电的电压等级为380/220V。 4.所用电源的引接方式

对于中型的变电站，通常都装设两台站用变压器，分别接在变电站低压母线的不同分段上，所以从35kv母线侧引接。

4.2 所用负荷的计算

负荷计算采用换算系数法，不经常短时及不经常持续运行的负荷均可不列入

计算负荷。所用变压器容量按下式计算:

S≥K1·P1+P2+P3

式中:S—— 所用变压器容量(kVA)；

K1——所用动力负荷换算系数，一般取K1=0.85； P1——所用动力负荷之和(kW)； P2——所用电热负荷之和(kW)； P3——所用照明负荷之和(kW)。

根据估算，考虑一般变电所所需，拟设计如下：

名称 动力P1 照明P3 注：照明负荷需要系数Ｋd为1.0 第一段母线容量Ｓ＝0.85*250+60=272.5 KVA 第二段母线容量Ｓ＝0.85*250+60=272.5 KVA 所用变容量Ｓ272.5KVA

第一段母线容量(KW) 250KW 60KW 第二段母线容量(KW) 250KW 60KW 4.3 所用变压器的选择

所用变压器应选用低损耗节能型产品。变压器型式宜采用油浸式，当防火和布置条件有特殊要求时，可采用干式变压器。

所用变压器宜采用Dynll联结组别，接地变压器宜采用Znynll联结组别，所用变压器联结组别的选择，宜使各所用工作变压器及所用备用变压器输出电压的相位一致。所用电低压系统应采取防止变压器并列运行的措施。 所用变压器的阻抗应按低压电器对短路电流的承受能力确定，宜采用标准阻抗系列的普通变压器。 所用变压器高压侧的额定电压，应按其接入点的实际运行电压确定，宜取接入点相应的主变压器额定电压。 当高压电源电压波动较大，经常使所用电母线电压偏差超过±5%时，应采用有载调压站用变压器。

综合上述所选用两台型号为SL7-315/35站用变压器

电压组合及分接范空载损耗 空载电流 围 kW % 额定连接负载短路高压容量 组 损耗 阻分 高压 低压 kVA 标号 组Ⅰ 组Ⅱ kW 组Ⅰ 组Ⅱ 抗% 接范kV kV 围 % 315 35 ±5 0.4 Yyn0 0.68 0.76 5.30 1.40 2.0 6.5 注 1 根据要求变压器的高压分接范围可供±2×2.5%。 2 表中所列组Ⅱ数据为过渡标准值。

4.4所用电接线

4.4.1所用电接线的要求

所用电接线应满足下述要求： （1）保证所用电源的可靠性；

（2）调度灵活可靠，检修调试安全方便，系统接线要清晰、简单；

（3）要考虑全所的扩建和发展规划，所用配电装置布置合理，便于维护管 理，对全所系统的容量应满足要求，适当留有裕度；

（4）设备选用合理、技术先进、注意节约投资、减少电缆用量； （5）变电所的所用电因高压电动设备很少，一般动力负荷均为低压，故低压所用电压宜采用380/220V。

4.4.2 所用变压器低压侧接线

所用电系统采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动力和照明合用

一个电源。考虑到有两台所用变压器，所用变压器低压侧采用单母线分段接线方式，平时分列运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。 接线图如下所示：

第5章短路计算

在变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。本章主要对变电所在三相短路故障情况下进行短路计算。

5.1短路计算的基本概述

5.1.1短路计算的目的

计算短路的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。其中在选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性；在进行继电保护装置的选型与整定计算时，需要短路计算提供可靠的依据。

一般短路计算包括短路电流周期分量有效值计算、短路冲击电流计算、短路容量计算。短路冲击电流主要用于校验电气设备和载流导体的电动力稳定度；短路电流周期分量有效值常用于校验某些电气设备的断流能力或耐力强度；短路容量主要用于校验开关的切断能力。

5.1.2短路计算的一般规定

1.电力系统中所有电源均在额定负荷下运行； 2.变电所中的短路种类一般以三相短路为准；

3.短路点一般选择在系统最大运行时，通过电气设备短路电流的最大点；在本设计中，短路点均选在母线上。

4.高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、电抗器、线路等）的电抗，采用标幺值计算。

5.在为选择电气设备而进行的短路电流计算中，如果短路点的短路容量比电源容量小的多时，在该点短路时，电力系统可认为是无限大电源容量系统。由于在本设计的原始资料中未提及220kV系统、110kV系统的电源容量和等值电源内阻抗，因此，可近似将系统看作无限大电源系统。

5.1.3短路计算的方法

在电力系统中，要想准确计算三相短路电流是非常困难和复杂的，因此，在计算短路电流大多采用实用计算的方法。实用计算是在满足工程计算准确度的前提下，采取必要的简化方法，以求计算过程简便。三相短路一般计算起始次暂态短路电流和任意时刻短路电流周期分量。其中起始次暂态短路电流的计算方法有直接计算法、叠加计算法、计算机算法；任意时刻短路电流周期分量采用运算曲

线进行计算。本设计采用直接计算法来进行短路计算。

5.2 电路各元件参数标幺值的计算

1、主变压器的各绕组电抗标幺值计算如下：

11US1%??US1?2%?US1?3%?US2?3%???14?23?7.2??14.9

2211US2%??US1?2%?US2?3%?US3?1%???14?7.2?23???0.9

2211US3%??US1?3%?US2?3%?US1?2%???23?7.2?14??8.1

22取UB?Uav，SB?1000MVA，则

XT1*?US1%SB14.91000????1.242 100SN100120XT2*?US2%SB?0.91000?????0.075 100SN100120US3%SB8.11000????0.675 100SN100120XT3*?2、系统的综合电抗标幺值计算：

''已知220kV系统短路容量为Sd1?5600MVA，110kV系统短路容量为

\SdMVA,则可求得两系统的综合电抗标幺值： 2?600SB1000X*1?''??0.179Sd15600X*2

SB1000?\??1.667600Sd2变电所简化电路图如下图所示：

125.3三相短路电流计算

5.3.1 220kv母线发生三相短路时的短路计算

等效电路及简化过程如下：

\ （a）

\ （b）\ \

（c）

∑ 0.1659

（e）

（d）

X9?X5?X8?0.675?0.675?1.35

三角形连接转换成星形连接：X3X61.242?1.242X10???0.402X3?X6?X91.242?1.242?1.35X11?X12?X13 X3X91.242?1.35??0.437X3?X6?X91.242?1.242?1.35X6X91.242?1.35??0.437X3?X6?X91.242?1.242?1.351??X4?X11?∥?X7?X12??X2?X10???0.075?0.437??1.667?0.402?2.252X?1?X1∥X13?X1X130.179?2.25??0.1659

X1?X130.179?2.25因为是无限大电源容量系统，所以起始次暂态短路电流为：

''I?1?11??6.03 X?10.165910003?230?15.14(KA)

有名值为：I1\?6.03?冲击电流瞬时值：ish?1.8?2?15.14?38.54(KA)

\短路电流的最大有效值：Ish?1.52I1?1.52?15.14?23.01(KA) \短路容量：St1?I?(MVA) 1SB?6.03?1000?60305.3.2 110kv母线发生三相短路时的短路计算

等效电路及简化过程如下： \

（a）

∑

0.523

（c）

\（b）

X14?X1?X10??X4?X11?∥?X7?X12??0.179?0.402?X?2?X2∥X14?1.667?0.762?0.5231.667?0.7621??0.075?0.437??0.7622

因为是无限大电源容量系统，所以次暂态短路电流为：

''I?2?11??1.912X?20.5231000?9.60kA3?115

\有名值：I2?1.912?冲击电流瞬时值：ish?1.8?2?9.60?24.44(KA)

\短路电流的最大有效值：Ish?1.52I2?14.592(KA) \短路容量：St1?I?(MVA) 1SB?1.912?1000?19125.3.3 35kv母线发生三相短路时的短路计算

等效电路及简化过程如下：

（a）

（b）

（c） （d）

X34?X3X4?X4X5?X5X31.242?(?0.075)?(?0.075)?0.675?0.675?1.242?X50.675X45?1.029XX?X4X5?X5X3?34?0.559X3X3X4?X4X5?X5X??9.261X4X53?X67?X34?1.029，X78?X45?0.559，X86?X53??9.261XAB?XBCXCA11X34??1.029?0.51452211 ?X45??0.559?0.27952211?X35??(?9.261)??4.630522XABXCA0.5145?(?4.6305)??0.621?XBC?XCA0.5145?0.2795?4.6305XAO?XBO?XCOXAB0.5145?0.2795??0.03750.5145?0.2795?4.63050.2795?(?4.6305)??0.337?3.83651

X?3??X1?XAO?∥?X2?XBO??XCO?111?0.179?0.6211.667?0.037511?X1?XAOX2?XBO?XCO

??0.337?0.87411??1.144X?30.874

1000\有名值：I3?1.144??17.85KA3?37\三相短路电流为：I*3?冲击电流：ish?1.8?2?17.85?45.44(kA) 短路电流的最大有效值：

\\\IM3?I31?2(KM?1)?I31?2(1.8?1)?1.52I3?27.132(KA)

短路容量：St3?1.144?1000?1144(MVA)

短路电流计算结果列表于下：

表4-1 短路计算结果表（有名值）

基准电压 短路点 (kV) K1 230 (kA) 15.14 (kA) 38.54 (MVA) 6030 短路电流 冲击电流 短路容量 K2 115 9.60 24.44 1912 K3 37 17.85 45.44 1144

第6章 电气设备与母线的选择

导体和电气设备选择是变电所电气设计的主要内容之一。本章在电气设备选择的一般原则和条件下，对变电所电气设备进行选择和校验。

6.1电气设备选择的一般原则和条件

电气设备选择的一般原则：

（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）扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致；

（7）选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。 技术条件：电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件（电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压；额定电流不小于该回路在最大运行方式下的最大持续工作电流）进行选择，并按短路状态（最大短路电流）来校验动、热稳定性。

本设计中，电气设备的选择包括：断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择。

高压电器的技术条件 额定 序号 电器名称 额定 额定 机械 额定开 短路稳定性 绝缘水 电 压 电 流 容 量 荷 载 断电流 平 （kA） (A (kVA) (N) (kA) 热稳定 动稳定 1 2 3 4 断路器 隔离开关 组合电器 负荷开关 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 5 6 7 8 9 10 11 12 13 熔断器 电流互感器 电压互感器 电抗器 消弧线圈 避雷器 封闭电器 穿墙套管 绝缘子 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √

6.2断路器和隔离开关的选择

高压断路器和隔离开关是发电厂与变电站中主系统的重要开关电器。高压断路器主要功能是：正常运行时倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保障无故障部分正常运行，起保护作用。高压断路器最大特点是能断开电气设备中负荷电流和短路电流。而高压隔离开关的主要功能是保证高压电气设备及装置在检修工作时的安全，不能用于切断、投入负荷电流或开断短路电流，仅可允许用于不产生强大电弧的某些切换操作。

断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并在经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，现一般选用真空、SF6断路器作为10kV～220kV的开关电器。

高压断路器、隔离开关的选择及其校验项目

额定关合电流 项目 额定电压 额定电流 开断电流 热稳定 动稳定 高压断路器 UN?UN?net ''IN?Iw?maxIN?OC?IKPiK?ish It2t?Qk iF?st?ish

隔离开关 ― ― 同样，隔离开关的选择校验条件与断路器相同，其型式应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合技术经济比较后确定。

6.2.1 220KV侧开关电器的选择与校验

1.主变断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流Imax?1.05具体选择及校验过程如下：

（1）额定电压的选择： UN?USN?220KV （2）额定电流的选择： IN?Imax?330.66A

根据变压器回路的UN、Imax及断路器安装在屋外的要求，查表可选LW2-220，户外SF6断路器。

其技术参数如下表： 型号 额定额定最高额定额定4s热额定额定工作电流 工作开端关和稳定动稳开断电压 电压 电流 电流 电流 定电时间 流 LW2-2220kv 1600A 252KV 40KA 100KA 40KA 100KA 0.05S 20 继电保护采用无延时保护，断路器的全开断时间：固有分闸时间 0.03S 120?330.66?A?

2203tbr?tin?ta?0.03?0.04?0.07s?0.08s，短路计算时间应选：tk?0.1s。 （3）短路热稳定校验:

根据计算电抗，查运算曲线，得短路电流： I???15.14KA,I0.05?12.86KA,I0.1?11.79KA 由于tk?1s，计及非周期热效应：（T取0.05s） 即Qnp?TI???0.05?15.142?11.46?KA??S

2I??2?10I0.05?I0.115.142?10?12.862?11.7922?tk??0.1?16.85?KA??S Qp?121222 Qk?Qnp?Qp?11.46?16.85?28.31?KA??S

2由于It?t?402?4?6400?KA??S?Qk?28.31?KA??S

222 所以，热稳定满足要求。 （4）短路动稳定校验：

冲击电流：ish?1.82I???1.82?15.14?38.54?KA? 由查表可知：ies?100?KA?

所以: ies?ish ,动稳定也满足要求。 （5）开断电流的校验：

查表可知：INbr?40?KA?，I???15.14?KA? 得：INbr?I?? 所以满足要求。 （6）关和电流的校验：

查表可知：iNcl?100?KA?, ish?38.53?KA? 得：iNcl?ish

所以满足要求。

220KV侧主变断路器的选择结果如下表： 计算数据 LW2—220/1600型断路器 UNS?220kv US?220kv Imax?330.66A '' IN?1600A INbr?40kA I?15.14kA ish?38.54kA iNcl?100kA 22Q?28.31[(kA)?s] k 2I?t?6400[(kA)?s] t ish?38.54kA 2.出线断路器的选择与校验：

ies?100kA 流过断路器的最大持续工作电流：IMAX?1.05120?330.66?A?

2203通过主变侧的选择可知，LW2-220型断路器同样适合于出线侧，所以出线侧断路器也选择LW2-220型。

3.母联断路器的选择与校验：

同理，LW2-220型同样适合于母联断路器，其校验过程如主变侧。 4.主变侧隔离开关的选择与校验：

（1）额定电压的选择：UN?USN?220?KV? （2）额定电流的选择：IN?IMAX?330.66?A? 查表可知：选择型号为GW6-220D/1000-50. 其技术参数如下表： 型号 额定电压 额定电流 GW6-220/1000 220KV -50 （3）短路热稳定校验：

22 1000A 4s热稳定电流 动稳定电流（峰值） 21KA 50KA Qk?28.31?KA??S It?t?212?4?1764?KA??S

2 可知，It?t?Qk 所以，热稳定满足要求。

(4) 短路动稳定校验：

ish?38.53?KA? ies?50?KA? 可知：ies?ish

所以，动稳定满足要求。

220KV主变侧隔离开关的选择技术如下表： 计算数据 GW6-220/1000-50 UNS?220?KV? IMAX?330.66?KA? ish?38.54?KA? Qk?28.31?KA??S 22 US?220?KV? IN?1000?A? ies?50?KA? It?t?1764?KA??S 22 5、出线侧隔离开关的选择：

主变侧的选择结果同样适合于出线侧隔离开关的选择，所以所选型号为 GW6-220/1000-50。 其校验如主变侧。 6、母联隔离开关的选择：

同理，母联隔离开关所选型号也为GW6-220/1000-50。

6.2.2 110kV侧开关电器的选择与校验

1.主变QF的选择与校验

流过QF后最大持续工作电流：Imax?1.05?具体选择及校验过程如下：

（1）额定电压选择：UN?USN?110KV （2）额定电流选择：IN?Imax?661.33A

选择LW14—110/2500，技术数据如下表所示：

型号 额定最高额定额定额定3s热额定全开固有分工作工作电流开断关合稳定动稳断时闸时间电压电压（A） 电流电流电流定电间 (kV) (kV) （kA） （峰（kA） 流（峰值）值）(s) (s) 120110?3?661.33A

（kA） LW14-110/2500 110 126 2500 40 100 40 （kA） 100 0.05 0.025 QF的全开断时间： tbr?tin?ta?0.025?0.04?0.065s?0.08s 所以，tk?0.1s。 热稳定校验：

Xjs?0.523 I???9.6kA I0.1?8.82kA I0.05?9.09kA 由于tk?1s，计及非周期热效应：（T取0.05s） 即Qnp?T?I??2?0.05?9.62?4.608(KA)2?S

I??2?10I20.05?I20.19.62?10?9.092?8.822?tk??0.1?8.3(KA)2?S Qp?1212QK?Qnp?Qp?4.608?8.3?12.908(KA)2?S 由于It?t?402?3?4800?Qk?12.908(KA)2?S

2所以，热稳定校验满足要求。 （3）动稳定校验

冲击电流：ish?1.82?I???1.82?9.6?24.44KA ies?100kA，ies?ish，动稳定满足要求。 （4）开断电流的校验

INbr?40kA，INbr?I??，所以开断电流符合要求。 （5）关合电流的校验

iNcl?100kA，因为iNcl?ish?24.44kA，所以符合要求。

110kV侧主变QF的选择结果如下表

计算数据 LW14—110/2500型断路器 UNS?110kv US?110kv Imax?661.33A '' IN?2500A INbr?40kA I?9.6kA ish?24.44kA iNcl?100kA 22Q?12.908[(kA)?s] k 2I?t?4800[(kA)?s] t ish?24.44kA 2、出线断路器的选择与校验

ies?100kA 流过断路器的最大持续工作电流：

Iw?max?1.05?120?661.33?A?

3?110由上表可知LW14—110/2500同样满足出线断路器的选择。 其热稳定、动稳定校验计算与主变侧的相同。 故以上所选断路器满足选择要求。 3、母联断路器的选择与校验

同理，LW14—110/2500型同样适合于母联断路器，其校验过程如主变侧 4、主变侧隔离开关的选择与校验：

（1）额定电压选择： UN?USN?110kV （2）额定电流选择： IN?Imax?661.33A 查得GW4—110D/1000—80，参数如下表：

型号 额定电压kV 额定电流 5s热稳定A 动稳定电电流（kA） 流峰值（kA） GW4—110D/1000—80

110 1000 21.5 80 （3）热稳定校验： Qk?12.908kA2?S，It?t?2311.25kA2?S 因为It?t?QK，所以热稳定校验满足要求。 （4）动稳定校验

22ish?24.44kA，由于ies?80kA 所以ies?ish，动稳定校验满足要求。 计算数据 GW4-110D/1000-80 UNS?110kv US?110kv IN?1000A Imax?661.33A ish?24.44kA ies?80kA 22Q?12.908[(kA)?s] k 2I?t?2311.25[(kA)?s] t 由表可知，所选隔离开关满足选择要求。

5、出现侧隔离开关的选择

流过回路的最大持续工作电流： Iw.max?2?120110?3?1259.67A

由上表可知GW4—110D/1000-80同样满足出线隔离开关的选择。 其热稳定、动稳定校验计算与主变侧的相同。 6、母联隔离开关的选择

由于110KV母联隔离开关的最大工作条件与主变110KV侧应满足相同的要求，故选用相同的设备。即选用GW4-110D/1000—80型隔离开关。

6.2.3 35KV侧开关电器的选择与校验

1、主变断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流：Imax?1.05具体选择及校验过程如下：

（1）额定电压的选择：UN?USN?35kv （2）额定电流的选择：IN?IMAX?2078.46A

根据变压器回路的UN、Imax的要求，查表可选LW8-35/3150，SF6断路器。 其技术参数如下表： 型号 额定额定最高额定额定4s热工作电流 工作开端关和稳定电压 电压 电流 电流电流 (峰值) LW8-335kv 3150040.5K31.5K80KA 31.5K5/315A V A A 0 （3）短路热稳定校验: 根据计算电抗，查运算曲线，得短路电流： I???17.85KA I0.05?17.32KA I0.1?17KA 由于tk?1s，计及非周期热效应：（T取0.05s） 即Qnp?TI???0.05?17.852?15.93?KA??S

2120?2078.46?A? 353额定固有动稳分闸定电时间 流（峰值） 80KA ?0.06S I??2?10I0.05?I0.117.852?10?17.322?1722Qp??tk??0.1?30.06?KA??S

121222Qk?Qnp?Qp?15.93?30.06?45.99?KA??S

2由于It?t?31.52?4?3969?KA??S?Qk?45.99?KA??S

222所以，热稳定满足要求。

（4）短路动稳定校验：

冲击电流：ish?1.82I???1.82?17.85?45.44?KA?

由查表可知：ies?80?KA?

所以: ies?ish ,动稳定也满足要求。 （5）开断电流的校验：

查表可知：INbr?31.5?KA?，I???17.85?KA? 得：INbr?I?? 所以满足要求。 （6）关和电流的校验：

查表可知：iNcl?80?KA?, ish?45.44?KA? 得：iNcl?ish

所以满足要求。

35KV侧主变断路器的选择结果如下表： 计算数据 LW8-35/3150型断路器 UNs?35?kv? IMAX?2078.46?A? I???17.85?KA? ish?45.44?KA? Qk?45.99?KA??S 2 US?35?KV? IN?3150?A? INbr?31.5?KA? iNcl?80?KA? It?t?31.52?4?3969?KA??S 22 ish?38.54?KA? 2、出线断路器的选择与校验：

流过断路器的最大持续工作电流： IMAX?1.05120?2078.46?A? 353 ies?80?KA? 通过主变侧的选择可知，LW8-35/3150型断路器同样适合于出线侧，所以出线侧断路器也选择LW8-35/3150型。 3、母联断路器的选择与校验：

同理，LW8-35/3150型同样适合于母联断路器，其校验过程如主变侧。 4、主变侧隔离开关的选择与校验 （1）额定电压的选择：UN?USN?35kv

（2）额定电流的选择：IN?IMAX?2078.46A 查表可得：型号GW4-35 型号 额定电压 额定电流 4s热稳定电流 动稳定电流（峰值） GW4-35 35KV （3）短路热稳定校验： 222000A 40KA 2100KA Qk?45.99?KA??S It?t?402?4?6400?KA??S 所以，热稳定满足要求。 （4）短路动稳定校验：

ish?45.44?KA? ies?80?KA? 可知： ies?ish

所以，动稳定满足要求。 5、出线侧隔离开关的选择：

主变侧的选择结果同样适合于出线侧隔离开关的选择，所以所选型号为 GW4-35。

其校验如主变侧。 6、母联隔离开关的选择：

同理，母联隔离开关所选型号也为GW4-35。

6.3 母线的选择

导体通常由铜、铝、铝合金制成，载流导体一般选用铝和铝合金材料。导体分为硬导体和软导体，硬导体包括矩形、槽型、管型，矩形导体一般用于35kv及以下的配电装置中；槽型导体一般用于4000~8000A的配电装置中；管型导体用于110kv及以上的配电装置中。软导体常用的有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线和扩径导线，一般用于110kv及以上配电装置中。

6.3.1 220Kv母线选型

1. 导体材料

220Kv侧母线用软导体钢芯铝绞线 2. 导体截面选择

120 按经济电流密度选择：Imax?1.05?3?220?330.66?A?

0 查曲线得：J?1.33Amm2 Tmax?360hSJ?Imax?330.66?248.62mm2

J1133选型：LGJ30015 导线长期允许载流量为735?A?

当环境温度为40℃，长期发热允许温度?al?70oc，基准温度?0?25oc时， 计算出修正系数 K??al-?30??0.82 ?al-?045Ial40oc?0.82?753?588?A??330.66?A? 3. 热稳定校验

2?330?OImax.66???30 正常运行时导体温度 ???1??al??12?40????49.49C 2??Ial40oc?588?2??查表6-12得 C=95，满足短路时发热的最小导体截面为

Smin?QkKf/C?28.31?106?1/95?56mm?300mm 满足热稳定要求。

226.3.2 110Kv母线选型

1. 导体材料

110Kv侧母线用软导体钢芯铝绞线

2. 导体截面选择

120 按经济电流密度选择：Imax?1.05?3?110?661.33?A?

?460h0时，查曲线得经济电流密度：J?1.13Amm2 Tmax SJ?J?1.13?585.25mm 选型：LGJ63045

2Imax661.33?A? 长期允许载流量为1187 当环境温度为40℃时，计算出修正系数K=0.82

o Ial40c?0.82?1187?973?A??661.33?A?

3. 热稳定校验

正常运行时导体温度 ???1???al??1?I2maxIal40oc973查表6-12得 C=94， 满足短路时发热的最小导体截面积为

2?40??70?40??661.33?53.86OC

22Smin?QkKf/C?12.548?106?1.04/94?38.43mm2?630mm2，其中Kf?1.04 满足热稳定要求。

6.3.3 35Kv母线选型

1. 导体材料

35Kv侧母线用硬导体矩形铝材料 2. 导体布置

矩形导体长边垂直布置（竖放） 3. 导体截面选择

120.5?A? 按经济电流密度选择：Imax?1.05?3?35?2078?400h0时，查曲线得经济电流密度J?0.92Amm2 TmaxImax2078.5.2mm2 选型：双条 竖放 导体尺寸 SJ?J?0.92?2259125?10?h?b?

?A?， 查表得Kf?1.45 长期允许载流量为3282 当环境温度为40℃时，计算出修正系数K?0.82

o?A??Imax?2078.5?A? Ial40c?0.82?3282?2691 4. 热稳定校验

?57.9OC 正常运行时导体温度 ???1???al??1?I2max?40??70?40??2078.52Ial40oc2691 查表6-12得 C=92, 满足短路时发热的最小导体截面积为

22 Smin?QkKf/C?189.36?106?1.45/92?180mm2?2500mm2 5. 动稳定校验

导体单位长度质量：m?h?b??m?0.125?0.01?2700?3.375?kgm? 其中?m?2.7?103kgm3为导体密度

截面惯性矩J?2.167bh?2.167?0.01?0.125?2.71?10m

33-747?1010?2.71?10?7NfEJ3.56自振频率f1?2m?185.35Hz?155Hz，其中Nf2?3.375L1.2为频率系数，根据导体连续跨数和支撑方式而异，其值查表3-4所得；E为导体

弹簧模量，

铝的弹簧模量为7?10Pa；L为导体支柱绝缘子之间的跨距?m?

10可见，对该母线可不计共振影响。取其他地方短路时，冲击系数K?1.8，则

ish?1.8?2?I?1.8?2?17.85?45.44?KA?

\母线相见应力计算

fph?1.73?10?isha?1.73?10?45.440.75?476.3?Nm?，其中

?72?72a为双导体中心相间距离?m?

按所采用的放置母线的方式，抗弯矩为

W?1.44bh?1.44?0.01?0.125?1.8?10m

476.3?1.2fphL26?Pa? ??3.8? ?ph?10?510W10?1.8?10222?5??3母线同相条间作用应力计算

b102b?b10?0.08，??0.074， ?h125b?h10?125由导体形状系数曲线查得K12?0.37，则有

fb?2.55k12ish?10?2.55?0.37?45.44?10?1948?Pa?

b0.01?8?822临界跨距（每相双条铝导体??1003）及条间衬垫最大跨距分别为 Lcr??b4hfb?1003?0.01?412.51948?0.9?m?

Lbmax?b2h??al??ph?fb?0.01?2?0.125??70?3.8??101948?0.92?m?

6所选衬垫跨距Lb应小于Lcr及Lbmax，为了便于安装，每跨绝缘子中设两个衬

垫，

Lb?1.23?0.4?m?，则可满足要求。

6.4 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器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100、1003V）和小电流（5、1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护装置等。

6.4.1互感器的配置

互感器在主接线中的配置如下所述：

1、电压互感器的配置：

（1）母线。除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置；

（2）线路。35kV及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压，进行同步和设置重合闸，装有一台单相电压互感器；

（3）变压器。变压器低压侧有时为了满足同期和继电保护的要求，设有一

组电压互感器。

2、电流互感器的配置:

（1）为了满足测量和保护配置的需要，在变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统，一般按三相配置；对于中性点非直接接地系统，依具体情况按二相或三相配置；

（2）保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的死区来设置。如有两组断路器，应尽可能设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中； （3）电流互感器通常布置断路器的出线或变压器侧，即尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。

6.4.2电流互感器的选择与校验

电流互感器按以下技术条件进行选择： 一、按一次回路额定电压和电流选择

电流互感器的一次回路额定电压和电流必须满足：

UN?UN?net

IN?Iw?max

UN?net——电流互感器所在电力网的额定电压；定电压和电流；式中 UN、IN——电流互感器的一次额

Iw?max——电流互感器一次回路最大工作电压二、电流互感器种类和型式的选择

在选择时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持

式、装入式等）选择型式。

35kV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用L(C)系列。35kV屋内配电装置常采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构，如LZ系列的树脂浇注绝缘结构只适用于屋内配电装置。

三、准确级的选择

互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级，0.5～1级的电流互感器用于变电所的测量仪表，电能表必须用0.5级的电流互感器。

四、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IN1的倍数Kr来表示，故热稳定按下式校验：

22(KrIN1）?I?teq(或QK)

五、动稳定校验

电流互感器的内部动稳定性常以额定动稳定倍数Kd表示，校验式如下：

2IN1Kd?ish

外部动稳定校验主要是校验互感器出线端受到的短路作用力不超过允许值。有的产品样本未标明出线端部运行作用力，而只给出动稳定倍数Kd。Kd一般是在相间距离为a?40cm，计算长度为lM?50cm的条件下取得的。按下式校验：

Kd?ish?10350a ?40lM2IN1（一）220kV侧电流互感器选择 1、主变220kV侧电流互感器的选择 （1）额定电压选择： UN?USN?220KV

.66A （2）额定电流选择： IN?Imax?330（3）准确级选0.5

根据以上条件，选出35kV及以上配电装置采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电

流互感器，初选型号为：LCW?220，参数如下表： 额定电流比 型 号 （A） 组合 0.5 D 级次 准确级次 0.5级 1级 3级 二次负荷（Ω） 10%倍数 1S热稳定 动稳定 LCW-220 4×300/5 2 4 D/0.5D/D 1.2 1.2 30 60 60

(3)校验互感器热稳定：

It?QK或(Kt?I1N)2?QK

Kt?60，I1N?4?300?1200A?1.2KA

所以，(Kt?I1N)2?(60?1.2)2?5184KA2?S?QK?28.31KA2?S (4)动稳定校验：

内部动稳定校验：2I1N?Kes?2?1.2?60?101.82kA

22I1N?Kes?ish?38.54kA

所以，初选符合要求。具体数据如下表： 数据 项目 UN?UN?net LCW-220（4×300/5） 计算数据 220kV 1200A 220kV 330.66A 28.31[(kA)?s] 38.54kA 2IN?Iw?max 2(KrIN1）?QK 5184[(kA)2?s] 101.82kA 2IN1Kd?ish 2、220kV母联及旁路电流互感器的选择

由于220kV母联及旁路电流互感器与主变220KV侧的运行条件相同，故选

用相同的电流互感器，即LCW-220（4×300/5）型电流互感器。

（二）110kV侧电流互感器选择 1、 主变110kV侧电流互感器的选择 （1）额定电压选择： UN?USN?110KV

.33A （2）额定电流选择： IN?Imax?661（3）准确级选0.5

根据以上条件，初选型号为：LCWD?110，参数如下表：

型 号 额定电流比 （A） 二次负荷（Ω） 级次 组合 准确级次 10%倍数 0.5级 1级 3级 二次负荷（Ω） 倍数（倍） 1S热动稳定稳定倍倍数数（倍） （倍） LCWD-110 2×600/5 0.5/B/B 0.5/B 2 2 15 35 2.5×35

（4）校验互感器的热稳定：

It?QK或(Kt?I1N)2?QK

Kt?75，I1N?2?600?1200A?1.2KA，

所以，(Kt?I1N)2?(75?1.2)2?8100KA2?S?QK?12.908KA2?S，热稳定符合要求。

（5）动稳定校验：

内部动稳定校验：2I1N?Kes?2?1.2?150?254.56kA，

22I1N?Kes?ish?24.44kA 所以也符合要求。

具体数据表： 数据 项目 LCWD—110 计算数据 UN?UN?net IN?Iw?max 2(KrIN1）?QK 110kV 1200A 110kV 661.33A 12.908[(kA)?s] 24.44kA 28100（kA2?S） 254.56kA 2IN1Kd?ish 2、110kV母联电流互感器的选择

由于110kV母联电流互感器与主变110KV侧的运行条件相同，故选用相同的电流互感器，即LCWD2—110/ (2×600/5)型电流互感器。

（三）35kV侧电流互感器选择 1、主变35kV侧电流互感器的选择

（1）额定电压选择：UN?USN?35kV （2）额定电流选择：IN?Imax?1899.51A （3）准确级选0.5

初选型号为：LZZBJ7-35(Q) ，具体参数如下： 额定二次负荷cosφ=0.8（滞后）（VA） 准确级次 0.2 0.5 1S热稳定电流（KA有效值） 动稳定电流（KA峰值） 型 号 额定电流比 （A） LZZBJ7-35(Q) 2000/5 0.2/0.5 50 50 80 130 （4）校验互感器的热稳定：

(Kt?I1N)2?QK

Kt?65 I1N?1.2KA

所以(Kt?I1N)2?(65?1.2)2?6084KA2?S?QK?189.36KA2?S，热稳定符合要求。

（5）动稳定校验：

内部动稳定校：2I1N?Kes?2?1.2?100?169.71kA

2I1N?Kes?ish?45.44kA

所以，符合要求。

2、35kV母联电流互感器的选择

由于35kV母联只在一台主变停运时才有大电流通过，与35kV母线侧电流互感器相同，所以同样选择LZZBJ7-35（Q）/2000型电流互感器。

6.4.3电压互感器的选择

电压互感器的选择和配置按下列条件：

型式：35kV～110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器；220kV及以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。

按一次回路电压选择：UN1?UN?net

按二次回路电压选择：二次回路电压必须满足测量电压为100V。电压互感器接线不同，二次电压各不相同。

准确等级：电压互感器在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。

（一）220kV侧母线电压互感器的选择

型式：采用电容式电压互感器，作电压，电能测量及继电保护用。 额定电压：UN1?UN?net?220/3KV

UN2?100/3V

准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级。 查相关设计手册，选择PT的型号：YDR—220。 额定变比：

2200.1330.1KV

（二）110kV侧母线电压互感器的选择

型式：采用电容式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用。额定电

压：

UN1?110UN2?1003KV，3V

准确等级：用于保护，测量、计量用，其准确等级为0.5级。 查《发电厂电气部分》，选定PT的型号为：YDR-110型。

1100.1//0.1KV额定变比为：33

（三）35kV侧母线电压互感器的选择

型式：采用油浸式绝缘结构电磁式PT，供电压、电能和功率测量以及继电保护用。

额定电压：UN1?UN?net?35KV

准确等级：用于保护、测量以及计量用，其准确等级为0.5级。 查《发电厂电气部分》 ，选定PT型号：JDJ—35 额定变比为：35/0.1kV

第7章 配电装置

配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分，是发电厂与变电所电气主接线

的具体实现,在电力系统中起着接受和分配电能的作用。本章主要对变电所配电装置进行设计。

7.1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。在配电装置设计中，必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循国家颁发的有关规程、规范及技术规定，做到安全可靠，技术先进，经济合理和维修方便。为此，配电装置应满足的基本要求：

1. 运行可靠

配电装置中引起的事故主要原因是绝缘子因污秽而闪络，隔离开关因误操作而发生的相间短路，断路器因开端能力不足而发生的爆炸等。因此，要按照系统和自然条件以及有关规程规定要求合理选择设备，使选用设备具有正确的技术参数，保证具有足够的安全净距。还应采取防火、防爆、蓄油和排油措施，考虑设备防水、防冻、防风、抗震、耐污等性能。 2. 便于操作、巡视和检修

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

3. 保证工作人员的安全

为了保证工作人员的安全，应采取一系列安全措施，设置遮拦，留出安全距离，以防触及带电部分；设置适当的安全出口；设备外壳和底座都采用保护接地等。在建筑机构等方面还应考虑防火等安全措施。 4. 力求提高经济性

在满足上述要求的前提下，电气设备的布置应紧凑，节省占地面积，节约钢材、水泥和有色金属等原材料，并降低造价。 5. 具有扩建的可能

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

7.2配电装置的类型及特点

配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置。屋内配电装置按其布置型式一般可分为三层式、二层式和单层式；屋外配电装置根据电气设备和母线布置的高度，可分为中型配电装置、高型配电装置和半高型配电装置。

1.屋内配电装置特点

（1）由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小；（2）维修、巡视和操作在室内进行，可减轻维护工作量，不受气候的影响；（3）外界污秽空气对电气影响较小，可以减少维护工作量；（4）房屋建筑投资较大，建设周期较长，但可以采用价格较低的户内型设备。 2.屋外配电装置特点

（1）土建工作量和费用较小，建设周期短；（2）与屋内配电装置相比，扩建比较方便；（3）相邻设备之间距离较大，便于带电作业；（4）与屋内配电装置相比，占地面积较大；（5）受外界环境影响较大，设备运行条件较差，需加强绝缘；（6）不良气候对设备维护和操作的影响。

7.3配电装置的确定

本变电所三个电压等级：即220kV、110kV、35kV，根据《电力工程电气设计手册一次部分》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所220kV、 110kV侧采用屋外配电装置，35kV采用屋内配电装置。 1. 35KV配电装置

在本变电所中，35KV的配电装置采用屋内配电装置。而屋内配电装置，按其布置型式分为三层式、二层式和单层式。三层式是将所有电器按其轻重分别布置在各层中，它具有安全性、可靠性高，占地面积少等特点，但其结构复杂，施工时间长，造价较高，检查和运行维护不大方便，目前已经较少采用。二层式是将断路器和电抗器布置在第一层，将母线、母线隔离开关等较轻设备布置在第二层。与三层式相比，它的造价较低，运行维护和检修较方便，但占地面积有所增加。三层式和二层式均用于出现有电抗器的情况。单层式占地面积较大，通常采用成套开关柜，以较少占地面积。

综合上述，最后35KV配电装置所选为单层式的屋内配电装置。 2. 110KV和220KV配电装置

在本变电所中，110KV及220KV的配电装置采用屋外配电装置。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配电装置、高型配电装置和半高型配电装置。

（1）中型配电装置。中型配电装置是将所有电气设备都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面上安全活动；中型配电装置母线所在的水平面稍高于电气设备所在的水平面，母线及电气设备均不能上、下重叠布置。中型配电装置布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维护方便，造价较省，并有多年的运行经验；其缺点是占地面积过大。

（2）高型配电装置。高型配电装置是将一组母线及隔离开关与另一组母线及隔离开关上下重叠布置的配电装置，可以节省占地面积50%左右，但耗用钢材较多，造价较高，操作和维护条件价差。

（3）半高型配电装置。半高型配装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置，其占地面积比普通中型较少30%。半高型配电装置介于高型与中型之间，具有两者的优点。除母线隔离开关外，其余部分和中型布置基本相同，运行维护仍较方便。

根据以上所述，高型配电装置造价高，操作和维护条件差，抗震能力弱；半高型配电装置检修上层母线和隔离开关不方便，抗震能力较弱，而本变电所在地震7度区，若发生地震，会造成房屋损坏、地表出现裂缝，中型配电装置恰恰能弥补高型和半高型的不足，故110KV和220KV配电装置都所选用中型屋外配电装置。 综上所述，35KV配电装置所选为单层式的屋内配电装置，110KV和220KV配电装置都所选用中型屋外配电装置。

第8章 防雷与接地的设计

电气设备在运行中承受的过电压，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类型。本章主要对变电所的防雷措施以及防雷接地装置的设计。

8.1 防雷设计

8.1.1 变电所的直击雷保护

为了避免变电所的电气设备及其他建筑物遭受直接雷击，需要装设避雷针或避雷线，使被保护物体处于避雷针或避雷线的保护范围之内；同时还要求雷击避雷针或避雷线时，不应对被保护物发生反击。

（1） 变电所内应装设直击雷保护的对象包括（屋外配电装置、屋外变压器、屋

外组合导线、建筑物等等） （2） 直击雷保护应注意以下几点：

? 加强分流：用扁钢将所有避雷针水平连接起来，并与主厂房内钢筋焊接成一

体。在适当地方接引下线，一般应每隔10~20m引一根。引下线数目尽可能多些；

? 防止反击：设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点，避雷针接地

引下线尽量远离电气设备；

? 装设集中接地装置：上述接地应与总接地网连接，并在连接处加装集中接地

装置，其工频接地电阻应不大于10Ω。

? 若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地； ? 屋顶为钢筋混泥土结构，将其钢筋焊接成网接地。

本设计中采用220KV、110KV配电装置构架上装设避雷针，35KV屋内配电装置上装设独立避雷针进行直接保护，钢筋混泥土结构焊接成网并接地，为了防止反击危害主变压器，要求避雷针与主接地网的地下连接点至变压器与主接地网的地下连接点应大于15米。

8.1.2 变电所的入侵雷保护

变电站采用避雷针保护后，电气设备几乎可以免受直接雷击。而在与变电站

相连的长达数十、数百公里的输电线路上，虽然有避雷线保护，但由于雷电的绕击和反击，仍然会危及变电站中的电气设备。因此，应设置入侵雷的保护措施。 变电站中限制雷电入侵波过电压的主要措施是装设避雷器。在母线上装设避雷器是限制雷电入侵波过电压的主要措施。对于220kV及以下的一般变电站，无论变电站的电气主接线形式如何，实际上只要保证每一段可能单独运行的母线上都装有一组避雷器，就可以使整个变电站得到保护。只有当母线或设备连接线很长的大型变电站，或靠近大跨越、高杆塔的特殊变电站，经过计算或验证证明以上布置不能满足要求时，才需要考虑是否在适当位置增设避雷器。

根据避雷器的配置原则，本设计中配电装置的每组母线上，应装设避雷器。此外，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间。

8.1.3 变电所的进线段保护

输电线路上靠近变电所1~2km的线段称为进线段，当雷击35kv及以上变电所出线的进线段时，产生的入侵波经很短的距离就传播到变电所的母线上，此时流过避雷器的雷电流可能超过5KA，陡度也可能超过允许值。因此，对进线段必须加强防雷保护。

本设计的具体方法是在进线段内架设避雷线，并在进线段上装设避雷器。

8.1.4 变压器的防雷保护

三绕组变压器在正常运行时，可能出现只有高、中压绕组工作而低压绕组开路的情况。这时，当高压或低压侧有雷电波作用时，因处于开路状态的低压侧对地电容较小，低压绕组上的静电分量可达很高的数值以致危及低压绕组的绝缘。为了限制这种过电压，需在低压绕组出线端装一组避雷器，但若在低压绕组接有25m以上金属外皮电缆时，因对地电容增大，足以限制静电感应过电压，故可不必再装避雷器。

主变压器220kV、110kV侧中性点是直接接地，因而需在中性点装设雷电过电压保护装置，选用金属氧化物避雷器。35kV侧为三角形接法，而且是受电端，不可能开路运行，所以，可以不装设避雷器。

8.2 接地设计

接地就是将需要接地的部分与大地相连。根据接地目的接地可分为防雷接地、工作接地和保护接地等。而与大地的连接都是靠接地装置来实现，接地装置由埋入地中的接地体和引下线构成。变电站的接地装置除了减小接地电阻，以降低雷电流或短路电流通过时其上的电位升高的作用，而且还有均衡地面电位分布、降低接触电位差和跨电位差的作用。而变电所中防雷接地是关键，防雷设备限压功能的发挥离不开良好的接地。防雷接地是将雷电流安全导入大地进行的接地，避雷针、避雷器的接地就是防雷接地。就防雷保护而言，其接地电阻都不能超过国家有关标准规定的数值。影响接地装置接地电阻的主要因素是土壤电阻

率、接地装置的形状和尺寸，接地电阻可通过相关的公式计算。

本设计对接地装置的形状和尺寸进行了设计，采用4*40mm的扁钢，排列成方孔地网，埋入地下0.6m深，面积与变电所的占地面积大致相同。接地网做成网孔状的目的是使地面电位分布尽可能均匀，接地网的四角做成圆弧状，其目的是降低地网外的最大跨步电位差。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/st1p.html