和平220KV一次降压变电所电气部分初步设计

沈阳工程学院毕业设计（论文）

中文摘要

电力系统专业的毕业设计是一次比较综合的训练，它是我们将在校期间所学的专业知识进行理论与实践的很好结合，运用理论知识和所学到的专业技能进行工程设计和科学研究，提高分析问题和解决问题的能力。在完成此设计过程中，我们可以学习电力工程设计、技术问题研究的程序和方法，获得搜集资料、查阅文献、调查研究、方案比较、设计制图等多方面训练，并进一步补充新知识和技能。本毕业设计论文是220/60KV一次降压变电所电气部分初步设计。为了保证供电的可靠性和一次性满足远期负荷的要求，按照远期负荷规划进行设计建设，从而保证变电所能够长期可靠供电。

根据毕业设计任务书的要求，综合所学专业知识及《变电所设计》等书籍的有关内容，设计过程中完成了主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、电气设备选择、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划和防雷保护的规划等主要工作。在此期间，遇到的种种问题均通过反复比较、验算，并请教老师得以解决。毕业设计论文由设计说明书、设计计算书、一套图纸（电气主接线图、总平面布置图、配电装置断面图、防雷保护图）组成。内容较为详细，对今后扩建有一定的参考价值。

近年来，电力在世界各国能源和经济发展中的作用日益增长，它已成为现代社会实用最广、需要最快的能源。变电所的合理设计与建设是一个极其重要的组成部分。本次设计是通过本人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，全面细致的考虑工程设计的可靠性、经济性、灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。通过完成此毕业设计论文，进一步领会我国电力工业建设的政策观念和经济观点，培养对工程技术、经济进行较全面的综合分析能力。

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

关键词 电力系统，变电所，短路电流，电气设备

I

和平220/60KV一次降压变电所电气部分初步设计

Abstract

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II

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policy idea of electric power industry developments with the economic standpoint, educates to proceed to the engineering technique, economy more completely to synthesize the analytical skill.

Because time strain with ability limited, this thesis inside difficult do not need to will appear the lapse with mistake, hope the teacher give to point out with make correction.

Key word electric power system substation short circuit computing

electricity equip

III

和平220/60KV一次降压变电所电气部分初步设计

目录

中文摘要 .................................................................... I ABSTRACT ................................................................... II 第一篇 说明书 ............................................................... 1 第一章变电所原始资料分析 .................................................... 1 1.1设计题目 和平220KV一次降压变电所电气部分初步设计 ..................... 1 1.2变电所条件 ............................................................ 1 1.3变电所60KV侧负荷表及电力系统接线图 ................................... 1 第二章 主变压器的选择 ...................................................... 3 2.1主变压器台数的确定 .................................................... 3 2.2主变压器容量及型式的确定 .............................................. 3 第三章 电气主接线的选择 ..................................................... 4 3.1设计原则 .............................................................. 4 3.2设计的基本要求 ........................................................ 4 3.2.1 可靠性 ............................................................ 4 3.2.2 灵活性 ............................................................ 4 3.2.3 经济性 ............................................................ 4 3.3变电所电气主接线的选择 ................................................ 5 3.3.1 220KV侧主接线的选择 ............................................... 5 3.3.2 60KV侧接线的选择 .................................................. 6 第四章 短路电流的计算 ...................................................... 8 4.1短路电流计算的目的 .................................................... 8 4.2短路的基本类型 ........................................................ 8 4.3短路电流计算的基本假定 ................................................ 8 4.4一般规定 .............................................................. 8 4.5计算步骤 .............................................................. 9 4.5.1 画等值电抗图 ...................................................... 9 4.5.2 选择计算短路点 .................................................... 9 4.6计算方法 .............................................................. 9 4.6.1 标么值法 .......................................................... 9 4.6.2 网络变换 .......................................................... 9 4.6.3 三相短路电流周期分量的计算 ....................................... 10 第五章 主要电气设备的选择 ................................................. 11 5.1一般原则 ............................................................. 11 5.2高压断路器的选择 ..................................................... 11

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5.3隔离开关的选择 ....................................................... 11 5.4电压互感器的选择 ..................................................... 12 5.5电流互感器的选择 ..................................................... 13 5.6母线的选择 ........................................................... 15 5.6.1 母线的选择包括母线材料和母线截面的选择 .......................... 15 5.6.2 导体截面选择和校验 .............................................. 15 5.7避雷器的选择 ......................................................... 15 第六章 配电装置的设计 ..................................................... 17 6.1电气布置 ............................................................. 17 6.2配电装置设计原则 ..................................................... 17 6.3配电装置型式的选择 ................................................... 17 6.3.1 屋外配电装置的特点 ............................................... 17 6.3.2 屋外配电装置的种类 ............................................... 18 6.3.3 屋外配电装置的最小安全净距 ....................................... 18 6.3.4 屋外配电装置的若干问题 ........................................... 18 第七章 继电保护及自动装置设计 ............................................. 19 7.1继电保护配置的作用和要求： ........................................... 19 7.2变压器保护的配置 ..................................................... 19 7.3母线保护和断路器失灵保护 ............................................. 20 7.3.1 母线保护配置原则 ................................................. 20 7.3.2 双母线保护 ....................................................... 21 7.3.3 断路器失灵保护 ................................................... 21 7.4.1 220KV侧线路保护 .................................................. 22 7.4.2 60KV侧线路保护 ................................................... 22 7.5自动装置的规划设计 ................................................... 23 7.5.1 电力系统自动装置的设计 ........................................... 23 7.5.2 合闸装置应按下列规定装设 ......................................... 23 7.5.3 自动重合闸装置应符合以下要求 ..................................... 24 7.5.4 备用电源和备用设备自动投入 ....................................... 24 第八章 防雷保护规划设计 .................................................. 26 8.1变电所的保护对象 ..................................................... 26 8.2配电装置的防雷保护 ................................................... 26 8.3防雷设计要求和所需资料 ............................................... 26 8.3.1 雷电过电压保护情况 ............................................... 26 8.3.2 防雷保护设计所需资料 ............................................. 26 8.3.3 避雷针的选择 ..................................................... 26 第二篇 计算书 .............................................................. 27 第一章 主变压器选择的计算部分 ............................................. 27 第二章 短路电流计算过程 ................................................... 29

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2.1系统的等值电抗 ....................................................... 29 2.2短路计算 ............................................................. 29 第三章 电气设备的选择计算及校验 ........................................... 33 3.1高压断路器的选择计算 ................................................. 33

3.1.1 220KV侧断路器的选择 .............................................. 33 3.1.2 60KV侧断路器的选择 ............................................... 34 3.2 隔离开关的选择计算. .................................................. 35 3.2.1 220KV隔离开关的选择 .............................................. 35 3.2.2 60KV侧隔离开关的选择 ............................................. 36 3.3电压互感器的选择计算 ................................................. 37 3.4电流互感器的选择 ..................................................... 38 3.4.1 220KV侧电流互感器的选择 .......................................... 38 3.4.2 60KV侧电流互感器的选择 ........................................... 39 3.5母线的选择计算 ....................................................... 40 3.6避雷器的选择 ......................................................... 41 第四章 防雷保护计算 ....................................................... 43 4.1避雷针的定位 ......................................................... 43 4.2变电所避雷针布置图 ................................................... 43 4.3保护范围计算 ......................................................... 43 结 论 ..................................................................... 45 致 谢 ..................................................................... 46 参考文献 ................................................................... 47 附录 ....................................................................... 48

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第一篇 说明书

第一章变电所原始资料分析

1.1设计题目 和平220KV一次降压变电所电气部分初步设计 1.2变电所条件

1待设计变电所进线为双回线路，转供线路为两回，出线为14回，电压等级为220/60KV 2变电所地区年平均温度18℃，最高温度39℃，最低温度-19℃ 3本变电所地势平坦，平均海拔350米， 4交通方便，出线走廊宽阔。

1.3变电所60KV侧负荷表及电力系统接线图

序号 负荷名称

最大符合（KW） 功率

因素 近期 远期

出

线 方式 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空

出现 回路数 2 1 2 2 2 2 2 1

附注

1 2 3 4 5 6 7 8

电机厂 家用电器厂 矿山机械厂 市区一号 市区二号 市区三号 市区四号 卷烟厂

6000 6000 10000 6000 8000 8000 8000 8000

8000 8000 12000 8000 10000 12000 16000 10000

0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95

有重要负荷 Ⅲ类负荷 有重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 Ⅲ类负荷

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电力系统转供线待设变电所

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第二章 主变压器的选择

2.1主变压器台数的确定

在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，担负着变换网络电压、进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。为保证供电的可靠性和经济性，变电所一般装设两台主变压器。故本变电所选择两台主变。

2.2主变压器容量及型式的确定

（1）主变容量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规程》SJD2—88有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，若计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级负荷和二级负荷。

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

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

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

（4）主变调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ---161的有关规定。根据计算，确定选择两台容量为90000KVA的变压器，其型号为SFPZ4—90000/220。

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表1—1主要参数

额定容量（KVA） 额定电压（KV） 连接组标号 空载电流（%） 空载损耗（KW） 负载损耗（KW） 阻抗电压（%） 冷却方式

90000

高压 220±8*1.5% 低压 69

YN，d11 0.8 102 369.9 13.5 ODAF

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第四章 短路电流的计算

4.1短路电流计算的目的

（1）电气主接线的选择

（2）选择导体和电气设备，保证设备在正常运行情况下，都能正常工作，保证安全可靠，而且在发生短路时保证不损坏。 （3）选择断电保护装置。

4.2短路的基本类型

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

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

Ich：短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。

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

4.3短路电流计算的基本假定

（1）正常运行时，三相系统对称运行。 （2）所有电源的电动势相位角相同。

（3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁蕊的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。

（4）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

（5）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

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

4.4一般规定

（1）验算导体和电器动稳定、热稳定，以及电器开断电流所用的短路电流，应按本设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，确定适中电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式。而不按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

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

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短路电流为最大的地点。

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

4.5计算步骤

4.5.1 画等值电抗图

（1）首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻。 （2）选取基准容量和基准电压。 （3）计算各元件的电抗标么值。 4.5.2 选择计算短路点

（1）求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。 （2）各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。 （3）列出短路电流计算数据表。

4.6计算方法

本设计利用分布系数法进行网络化简，求出转移电抗；应用《导体和电器选择设计技术规定》SDGJ 14-86所提供的运算曲线求取短路电流。 计算时取基准容量SB=100MVA基准电压UB=UAV ； 4.6.1 标么值法

发电机电抗：XG=X?SB （4.1） SNS线路电抗：XL*=0.4L?B （4.2） 2UNU%S变压器电抗：X*= K?B （4.3）

100SN1短路电流周期分量有效值：IK*= （4.4）

X*

冲击电流：ich=2.55I11 （4.5）

4.6.2 网络变换

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如下图：

图4—1 网络变换图

（1） △/Y变换

X13 X12 （4.6） X1=(X13+X12+X23)X13 X23 X3= （4.7）

(X13+X12+X23)X12 X23 （4.8） X2=(X13+X12+X23)（2）Y/△变换

X+X+XX X13=1313 （4.9）

X2X+X+XXX12=1212 （4.10）

X3X+X+XX X23=2323 （4.11）

X14.6.3 三相短路电流周期分量的计算

（1） 无限大电源供给的短路电流

当供电电源为无穷大或者计算电抗Xjs>3.45时，不考虑短路电流周期分量的衰减。 （2）有限电源供给的短路电流

先将电源对短路点的等值电抗X∑*归算到以电源容量为基准的计算电抗Xjs，然后按Xjs值查相应的发电机运算曲线，或查发电机的运算数字表，即可得到短路电流周期分量的标幺值。

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第五章 主要电气设备的选择

正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电气设备选择时，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，并注意节省投资，选择合适的电器。

5.1一般原则

（1）应满足正常工作状态下的电压和电流的要求。 （2）应满足安装地点和使用环境条件要求。

（3）应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求。 （4）应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质。

5.2高压断路器的选择

（1）断路器额定电压Ue大于电网电压Ug，Ue≥Ug

（2）高压断路器的额定电流Ie应大于或等于它的最大持续工作电流Igmax，Ie≥Igmax （3）型式和结构 （2） 动稳定校验

断路器的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ich3即idw≥ich3.

（3） 热稳定校验

高压断路器的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量 （4） 开断电流能力校验

断路器的额定开断电流Ibr应大于短路电流的有效值I11 ，即Ibr> I11. （5） 关合能力校验

断路器的额定关合电流Ip,应大于冲击电流ich3,即Ip> ich3.

本变电所220KV侧选用型号为LW(OFPT(B))-220的断路器, 60KV侧选择型号为LW(OFPT(B))-63断路器。

5.3 隔离开关的选择

隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同，因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间，故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。 （1）隔离开关额定电压Ue大于电网电压Ug，Ue≥Ug

（2）隔离开关的额定电流Ie应大于或等于它的最大持续工作电流Igmax，Ie≥Igmax

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（3）型式和结构 （4）动稳定校验

隔离开关的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ich3即idw≥ich3.

（5）热稳定校验

隔离开关的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量 本变电所220KV出线侧选择型号为GW4-220的隔离开关，220KV母线侧选择型号为GW6-220的隔离开关，60KV侧选择型号为GW4-63的隔离开关。

其主要参数如表5—1所示。

表5—1 断路器主要参数

型号

额定电压(KV) 最高工作电压(KV) 额定电流(A)

额定短路开断电流(KA,有效值) 额定短路关合电流(KA,峰值) 3S额定短时耐受电流(KA,有效值)

额定峰值耐受电流(KA,峰值) 分闸时间(MS)

LW(OFPT(B))-220

220 252 1250 31.5 80 31.5 80 ≤30

LW(OFPT(B))-63

63 72.5 1250 25 63 25 63 ≤30

表5—2 隔离开关主要参数

型号

额定电压(KV) 最高工作电压(KV) 额定电流(A)

3S热稳定电流(KA,有效值) 动稳定电流(KA,峰值) 分闸时间(S)

GW4-220 220 252 1250 31.5 80 0.03

GW6-220 220 252 1250 31.5 80 0.03

GW4-63 63 72.5 1250 20 50 0.03

5.4电压互感器的选择

（1）按额定电压选择

选择原边额定电压Ue1要与接入的电网电压相适应，即要求电压互感器原边所接受的电网电压应满足下列条件：

1.1Ue1>U1>0.9Ue1

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其中：U1 电网电压

Ue1 电压互感器一次绕组额定电压

（2）按准确级和容量选

用于电度计量的电压互感器，准确度不低于0.5级，用于电流、电压测量的准确度不应低于1级，用于继电保护不应低于3级。 （3）结构种类选择

60KV及以上可选串级式电压互感器。

110KV及以上可选用电容分压式电压互感器。

本变电所220KV侧选择型号为JDCF-220（GYW2）的电压互感器。60KV侧选择型号为JDCF-63的电压互感器

表5—3 220KV侧电压互感器

型号

额定电压比（KV） 二次绕组 额定输出（KV） 剩余电压绕组

测量 保护

JDCF-220（GYW2） 2000.10.1///0.1 3330.2级 0.5级

3P级 3P级

额定输出（VA） 300 准确级 3P

表5—4 60KV侧电压互感器

100 100 250 500

型号 额定电压比（KV）

二次绕组 准确级 额定输出 (VA) 极限输出（VA） 频率（HZ）

JDCF-63 660.10.10.1/// 3333测量 0.2 0.5 50 100 2000 50

保护 3P 400

剩余 3P 100

5.5电流互感器的选择

（1） 按一次额定电压选择:Ue≥Ug （2） 按原边额定电流选择：Iel≥Igmax （3） 设备种类、结构

（4）按准确度级和副边负荷选择额定电流

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为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级，为保证互感器在一定的准确级工作，电流互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。 （5）动稳定校验

电流互感器的极限通过电流峰值idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ich3

即idw≥ich3.

（6） 热稳定校验

电流互感器的短时允许发热量应不小于短路期内短路电流发出的热量

本变电所220KV侧选择型号为LB6-220的电流互感器，60侧选择型号为LCWB5-63的电流互感器。

表5—5 220KV侧电流互感器参数表

型号

额定电压（KV） 最高工作电压（KV） 额定一次电流（A） 额定二次电流（A） 级次组合

额定输出 COSф=0.8 （KVA）

LB6-220 220 252 300 5

0.5/10P/10P/10P/10P/10P

0.5级30 10P级60 31.5/1 80

表5—6 60KV侧电流互感器参数

额定短时热电流（KA/S） 动稳定电流（KA）

型号

额定电流比（A） 准确级

额定输出 COSф=0.8 （KVA）

LCWB5-63 900/5

0.5 B

0.5级1K1，1K2 30 0.5级1K1，1K3 50

B 2K1，2K2，3K1，3K2 50

25 62.5

额定1S短时热电流（KA） 额定动稳定电流（KA）

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5.6母线的选择

5.6.1 母线的选择包括母线材料和母线截面的选择 （1）电流分布良好。 （2）散热良好。

（3）有利于提高电晕超始电压。 （4）安装检修方便，连接简单。 5.6.2 导体截面选择和校验

（1）按经济电流密度选择

对于全年平均负荷较大，母线较长，传输容量也较大的回路，均应按经济电流密度选择。

IgS= S：经济截面 Ig；工作电流A J：经济电流密度 J查1995年电力部颁发的经济电流密度表 （2）按短路热稳定检验

S ??I?C?tdzkf

其中 S: 所选导体截面mm2

C: 热稳定系数

Kf: 集肤效应系数

本变电所220KV侧选择母线型式为LGJ-240/30型钢芯铝绞线，60KV侧选LGJ-88/55型钢芯铝绞线。

5.7避雷器的选择

5.7.1 避雷器的设计原则

（1）配电装置的每组母线上应装设避雷器。 （2）110-220KV线路侧一般不装设避雷器。

避雷器也是目前广泛使用的，但它存在着各种电压作用下的老化问题，寿命和热稳定问题，在价格上同磁吹阀型避雷器相比没有明显的优越性，在特殊情况下才被使用。

管型避雷器由于动作时形成截波对变压器的纵向绝缘不利，所以不被采用。

FZ避雷器的造价远远低于FC2避雷器，两者的工作能力相差不大，考虑经济利益，本设计全部选用FZ避雷器。

本变电所220KV侧选择型号为FZ-220J的避雷器，60KV侧选择型号为FZ-60的避雷器，变压器中性点选择XING型号为FZ—110的避雷器。

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表5—7 220KV侧避雷器参数表

型号

额定电压有效灭弧电压有工频放电电压有效8/20μS雷电冲值（KV） 效值（KV） 值 击波残压峰值

不大于（KV）

220

200

不小于 448KV

不大于 536KV

5KA 652

10KA 715

FZ-220J

表5—8 60KV侧避雷器参数表

型号

额定电压有效灭弧电压有工频放电电压有效8/20μS雷电冲值（KV） 效值（KV） 值 击波残压峰值

不大于（KV）

60

70.5

不小于 140KV

不大于 173KV

5KA 227

10KA 250

FZ-60

表5—8 变压器中性点避雷器参数表

型号

额定电压有效灭弧电压有工频放电电压有效8/20μS雷电冲值（KV） 效值（KV） 值 击波残压峰值

不大于（KV）

110

125

不小于 254KV

不大于 312KV

5KA 375

10KA 415

FZ-110

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第六章

配电装置的设计

配电装置是根据主接线的连接方式，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，用来接受和分配电能的装置。

6.1电气布置

在220KV变电所设计中，电气布置的设计是比较关键的一步，在布置中要考虑主接线所确定的形式和间隔，考虑变压器设置地点，考虑避雷设备的设置，控制电缆的走向进行总体布局。在布置中要考虑监视、运行方便、占地面积小、节约控制电缆、出线合理等要求。

电工建筑物总平面布置的基本要求： （一） 满足电气生产工艺流程要求。

（二） 慎重确定最终规模，妥善处理分期建设。 （三） 布置紧凑合理，尽量节约用地。 （四） 结合地形地质，因地制宜布置。 （五） 符合防火规定，预防火爆事故。 （六） 注意风象朝向，有利环境保护。 （七） 控制噪声。

（八） 合理分区，方便管理。

（九） 有利于交通运输及检修活动。 （十）工建筑物与外部条件相适应。

6.2

配电装置设计原则

查高压配电装置设计技术规程

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并应根据电力系统条件，自然环境特点和运行，检修等要求，合理地制订布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置，新设备和新材料，使设计做到设计先进，经济合理，运行可靠，维护方便。

6.3配电装置型式的选择

配电装置型式的选择，应考虑所在地的地理情况及环境要求，通过技术比较确定，一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式，110KV以上多为屋外式，故本变电所设计采用屋外式配电装置。 6.3.1 屋外配电装置的特点

（1） 土建工作量和费用较小，建设周期短。

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（2） 扩建比较方便。

（3） 相邻设备之间距离较大，便于带电作业。 （4） 占地面积较大。

（5） 受外界环境影响，设备运行的条件较差，须加强绝缘。 （6） 不良气候对设备维修和操作有影响。 6.3.2 屋外配电装置的种类

根据电器和母线的布置高度，屋外配电装置可分为：高型、半高型、中型。中型配电装置按照隔离开关的布置方式又分为普通中型和分相中型两种。 6.3.3 屋外配电装置的最小安全净距

表6—1 屋外配电装置的最小安全净距 单位（MM）

符号 A1 A2 B1 B2 C D

适用范围

带电部分至接地部分之间 不同相的带电部分之间

带电作业时带电部分至接地部分之间

网状遮拦至带电部分之间 无遮拦裸导体至地面之间

平行的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间

220KV 1800 2000 2550 1900 4300 3800

60KV 650 650 1400 750 3100 2600

6.3.4 屋外配电装置的若干问题

（1）母线及构架

本变电所母线选用软母线钢芯铝绞线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的档距，但档距越大，导线弧垂越大。 （2）电缆沟和通道

屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。一般横向电缆沟布置在断路器和隔离开关之间，大型变电所的纵向电缆沟因电缆数多，一般分为两路，大中型变电所内一般应铺设3M宽的环行道。

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第七章 继电保护及自动装置设计

7.1继电保护配置的作用和要求：

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

1.通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；

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

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

4.破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使整个系统瓦解。

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

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

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

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

电力系统对继电保护的要求是：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

7.2变压器保护的配置

7.2.1 变压器保护的配置原则

变压器一般应装设下列继电保护装置

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

2.相间短路保护反应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护火电流速断保

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护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。容量为6300KVA一下并列运行的变压器，以及10000KVA一下单独运行的变压器加装电流速断保护（本设计不加装电流速断保护）容量为6300KVA及以上，厂用工作变压器和并列运行的变压器，应装设纵联差动保护，对所有升压变压器及15000KVA及以上的降压变压器，一般宜采用三相三继电器式接线。

3.相间后备保护

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

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

4.中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。 110KV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧获三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。（110KV及以上中性点直接接地采用分级绝缘）

5.过负荷保护

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

6.过电流保护

过激磁保护适用于500KV及以上的大容量的变压器，本设计不加装此保护。 通过以上的分析可以确定变压器应加装的保护及保护安装位置，见表7-1。

表7-1 变压器保护及其安装位置

保护类型 瓦斯保护 纵联差动保护 过电流保护 零序电流保护 过负荷保护

安装位置 变压器油枕和油箱间

变压器两侧 电源侧 变压器中性点接地侧

高压侧

7.3母线保护和断路器失灵保护

7.3.1 母线保护配置原则

母线故障是电气设备最严重的 故障之一，它将使连接在母线上的所有元件被迫停电，当未装设专用的母线保护时，如果母线故障，只能依靠相邻元件保护的后备保护作用切除，

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这将延长故障切除时间，并往往会扩大停电范围，对高压电网安全运行不利，因此， 35—500KV的发电厂或变电所母线上，在下列情况下，应装设专用的母线保护装置。 1.110KV及以上双母线。

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

专用保护应根据母线的重要程度应满足以下要求：

对于双母线并列，母线保护应保证先跳开母联断路器，以防止失去选择性。对于平行线接于不同的母线，当母线保护动作时，应闭锁横差保护，以防止误动作。母线保护不限制母线运行方式，在母线破坏固定联结时，母线保护装置能有选择性的动作。在一组母线或一般母线无电合闸时，应能快速而有选择性的切除故障母线。在外部短路不平衡电流的作用下或交流回路断线时，母线保护不应动作。 7.3.2 双母线保护

目前已被使用的母线保护有以下几种： 1.母线完全差动保护。 2.母线不完全差动保护。

3.双母线固定连接的完全差动保护。 4.母联电流相位比较式母线保护。

5.电流相位比较式母线保护。

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

本设计220KV侧和60KV侧母线均采用母联电流比相式差动保护，保护选择 见表7-2所示。

表7-2 母线保护选择表

母线保护

7.3.3 断路器失灵保护

220KV侧 60KV侧

母联电流比相式差动保护 母联电流比相式差动保护

220KV及以上电压的电网中，各厂站相应电压级均应装设。

在高压和超高压电网中，断路器失灵保护作为一种近后备保护方式得到了普遍的采用，其目的是当发生故障时断路器拒动（含跳闸回路异常因素所致）时，快速而有选择性的切除故障。

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7.4 线路的保护装置

7.4.1 220KV侧线路保护

1.配置原则

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

2）《规程》规定：110—220KV电网的线路上，应装设线路快速动作的高频保护作为主保护，距离保护作为后备保护。

①当线路上发生故障时，如不能全线快速的切除故障；则系统的稳定运行将遭到破坏。

②在双侧电源线路上，如果要求全线速动切除故障时。 2.220KV线路的接地保护

1）宜装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护。

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

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

4）高频保护：采用相差高频保护

相差高频保护适用于200KM以内的110—220KV输电线路。 主要优点：

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

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

后备保护：三段式距离保护。

接地保护：零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护。 7.4.2 60KV侧线路保护

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

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

综上述分析，60KV侧线路保护为： 主保护：电流平衡保护。

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后备保护：距离保护。

线路保护选择见表7-3所示。

表7-3 线路保护选择表

220KV侧

线路保护

60KV侧

主保护 后备保护 接地保护 主保护 后备保护

高频差动保护 三段式距离保护

零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段电流保护

电流平衡保护 三段式距离保护

表7-4 变电所继电保护配置一览表

主保护

变压器保护

后备保护 220KV侧 60KV侧 220KV侧

线路保护

60KV侧

瓦斯保护 纵联差动保护 过电流保护 零序电流保护 过负荷保护 母联电流比相式差动保护 母联电流比相式差动保护

主保护 后备保护 接地保护 主保护 后备保护

高频差动保护 三段式距离保护

零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段电流保护

电流平衡保护 三段式距离保护

母线保护

7.5自动装置的规划设计

7.5.1 电力系统自动装置的设计

应根据运行需要，考虑使用效果和利用率等因素，合理的确定方案。同时还应从充分发挥原有的自动装置的作用，自动装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性。自动装置应力求简单、可靠、使用元件和触点尽量少，接线简单，便于运行维护。 7.5.2 合闸装置应按下列规定装设

7.5.2.1 合闸装置应按下列规定装设

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

2.电力变压器和母线，必要时可装设自动重合闸。

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7.5.2.2 220KV以下单侧电源线路的自动重合闸，按下列规定装设

1.一般采用三相式一次重合闸。

2.当断路器断流容许时，有些线路可采用两次重合闸。 7.5.2.3 220KV和330KV线路的自动合闸，按下列规定装设

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

2.根据电力网结构和被保护线路的特点，在某些情况下为了简化，采用三相自动重合闸。

7.5.3 自动重合闸装置应符合以下要求

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

2.用控制开关或通过遥控器将断路器断开时，自动重合闸均不应动作。

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

4.自动重合闸装置动作后应自动复归。

5.自动重合闸装置应能实现重合闸后加速继电保护动作。

6.当断路器不处于正常状态时，不允许实现自动重合闸应将自动重合渣装置闭锁。 本变电所设计，220KV侧线路装设综合重合闸。60KV侧线路采用三相一次重合闸。 7.5.4 备用电源和备用设备自动投入

1.查电力系统自动装置书

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

2.备自投装置的接线应满足以下要求

1）只有当工作电源断开以后，备用电源才能投入

2）工作母线上无论何种原因失去电压时，备自投应投入 3）备用电源自动投入装置只允许将备用电源投入一次 3.备用电源或备用设备的自动投入装置，在下列情况下装设 1）发电厂的厂用电和变电所的所用电

2）由双电源供电的变电所，其中一个电源经常断开作为备用 3）降压变电所内有备用变压器或有相互为备用的母线段 4）生产过程中某些重要机组有备用机组

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

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加速动作

本变电所设计，为了确保不间断供电，变电所的电源均应装备自投装置。

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第八章 防雷保护规划设计

8.1变电所的保护对象

A类：电工装置 B类：需要采取防雷措施的建筑物和构筑物

8.2配电装置的防雷保护

（1）电压为110KV以上的屋外配电装置，可将避雷针装在配电装置的构架上，对于35-60KV的配电装置，为防止雷击时引起反击闪络的可能，一般采用独立避雷针保护。

（2）电压为110KV及以上的屋外配电装置，可将保护线路的避雷线连接在配电装置的出线门型构架上。

（3）在选择独立避雷针的装设地点时，应尽量利用照明灯塔，在其上装设避雷针。

8.3防雷设计要求和所需资料

8.3.1 雷电过电压保护情况

（1）防止雷电直击于电气设备上，一般采用避雷针，避雷线进行保护。 （2）对于60KV及以下的电气设备，应尽量减小感应过电压，

一般电气设备应远离可能遭到直击雷的设备或物体，增大电气设备对电容或采用阀型避雷器保护。

（3）防止从线路侵入的雷电波过电压对电器设备的危害，一般采用避雷器、间隙、电容器和相应的进线保护段进行保护。 8.3.2 防雷保护设计所需资料

（1）要求变电所附近气象资料

（2）要求变电所主接线图及电器设备布置图 （3）其它需要保护的设备和设施 8.3.3 避雷针的选择

根据总平面布置图中的保护面积以及被保护物的最大高度，先初选避雷针的针高。

然后根据保护的范围进行校验，看是否满足要求。如不满足则重新选择针高。

利用公式：h0?h?D/7，bx?1.5(h0?hx)，rx=1.5h-2hx,进行计算。

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第二篇 计算书

第一章 主变压器选择的计算部分

1.1主变压器选择计算方法

已知条件：负荷同时系数0.85，线损率为5%，重要负荷占65%。

表1—1 负荷用户表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

负荷名称 电机厂 家用电器厂 矿山机械厂 市区一号 市区二号 市区三号 市区四号 卷烟厂

最大负荷（KW） 近期 6000 6000 10000 6000 8000 8000 8000 8000

远期 10000 10000 12000 12000 10000 12000 16000 16000

功率因出线 数 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95

架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空

出线回路数 2 1 2 2 2 2 2 1

Ⅰ、 主变压器的容量应根据变电所的综合最大负荷决定。如果是选用两台主变压器，其容量应满足综合最大负荷的要求，且当一台主变故障检修时，能满足变电所重要用户的供电要求。当重要用户的比重不大时，若一台变压器停运，则另一台变压器能满足变电所综合最大负荷的65%。

表1—2 变压器主要参数表

额定容量（KVA） 额定电压（KV） 连接组标号 空载电流（%） 空载损耗（KW） 负载损耗（KW） 阻抗电压（%） 冷却方式

90000

高压 220±8*1.5% 低压 69

YN，d11

0.8 102 369.9 13.5 ODAF

Ⅱ、根据负荷的要求，负荷同时率为0.85，线损率5%需要供电的容量为

P=P+…+P8=98000

1

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S=0.85(1+5%)

P=0.85(1+5%)(98000/0.95)=92068KVA （1.1） COS?初选变压器容量：Se=0.65S=59844.2KVA 台数为两台

所选变压器参数如表1—2。

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第二章 短路电流计算过程

2.1系统的等值电抗

图2—1 系统等值电抗图

2.2短路计算

输电线路和配电线路单位长度正序电抗为0.4欧姆/公里

取基准容量SB=100MVA,基准电压为各段平均电压。UB=Uav，各元件标幺值计算如下：

100SXG1=X?B=0.183×=0.183 （2.1）

100SNXG2= XG3=X?Xb1=Xb2=

100SB=0.124×=0.062 （2.2）

50SNUK%SB18.3100?==0.152 （2.3） ?100SN100120U%S13.7100?Xb3=Xb4=K?B==0.218 （2.4）

100SN10063S100?100?X1= X2=0.4L?B=0.4×2=0.151 （2.5） 22230UNS10090?X3= X4=0.4L?B=0.4×=0.136 （2.6） 22230UN

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X3= X6=0.4L?SB100?50?=0.4=0.076 （2.7） 22302UNS100?100?X7= X8=0.4L?B=0.4×2=0.151 （2.8） 22UN230 为了方便设备选择，选取220KV侧和60KV侧为两个短路点。

通过串并联可将等值网络化简为：

发电机电力系统图2--2 简化的等值电抗图计算得 X

1=0.224 X2=0.166 XL =0.075 XB=0.175 d1点短路电流的计算

计算得 XG=0.196 XS=0.169

图2--3 变换后的等效电抗图

计算电抗

200XJS1=?????0.83?500.8100?0.7 XJS2=0.169×750/100=1.27 查汽轮机计算曲线计算数字表得对应的短路电流标幺值。

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（2.9） 2.10）

（沈阳工程学院毕业设计（论文）

表2—1 汽轮机计算曲线计算数字表

Xjs 0.7 1.27

0S 1.65 0.8

1.5 S 1.65 0.81

3S 1.85 0.81

取UJ=230KV，于是电流基值为：

2??????????????????????????????S=2.7572KA （2.11） IN=N=3UN????3短路电流有名值：

I?1=1.52×6.829=10.38KA 冲击电流有效值：

Ish?2.55?6.829?17.414KA 短路容量：

S\1?3?230?10.38?4134.97MVA d2点短路电流的计算：

图2—4 d2点短路计算电抗图

20050X12?js?0.385?0.83?0.8100?1.29 0.309?750100?2.318 查汽轮机计算曲线计算数字表得相应的短路电流标幺值。

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（2.12） （2.13） （2.14）

（2.15） （2.16）

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表2—2 汽轮机计算曲线计算数字表

Xjs 1.29 2.318

0S 0.76 0.35

1.5S 0.81 0.45

3S 0.81 0.45

取UJ=63KV，于是电流基值为：

2??????????????????????????????S IN=N==2.7572KA （2.17）

????33UN短路电流有名值：

\I2?1.52?3.09?4.706KA （2.18） 冲击电流：

(3)\Ich2?2.55?I2?2.55?3.096?7.598KA （2.19）

短路容量：

\S2?3?63?4.706?513.8MVA （2.20）

表2—3 短路电流计算数据表

基准容量

基准电压 等值电抗

短路电流标幺值 短路电流有名值 短路电流有效值 冲击电流 短路容量

单位

MVA KV

KA KA KA KA MVA

d1(3) 100 230 0.037 2.23 10.38 11.146 17.414 4134.97

d2(3) 100 63 0.112 3.09 4.076 13.013 7.895 513.8

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