220KV降压变电站电气部分设计

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第一篇 说 明 书

前 言

电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。

我国具有极其丰富的能源。这些优越的自然条件为我国电力工业的发展提供了良好的物质基础。但是，旧中国的电力工业落后，无法将其利用。不过，随着改革开放的深入发展，我国电力工业的发展很快。到2000年，我国电力工业已跃升世界第2位，电力工业的发展为我国的国民经济的高速发展做出了巨大的贡献。不仅如此，目前我国的电力工业已开始进入“大电网”、“大机组”、“超高压交、直流输电”等新技术发展的新阶段，一些世界水平的先进的高新技术，已在我国电力系统中得到了相应的应用。

但是，随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长，电力工业的发展仍不能满足整个社会发展的需要，未能很好起到先行的作用，仅以2004年夏季的供电负荷高峰期为例，全国预计总共缺电3000万KW左右，有24个省区都先后出现拉闸限电的情况，这样的局面预期还要过2～3年才可能得到较好的解决 。

另外，由于我国人口众多，由此在按人口平均用电方面，迄今

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不仅仍远远落后于一些发达国家，即使在发展中国家中，也只处于中等水平，尚不及全世界平均人口用电量的一半。因而，要实现在21世纪初全面建设小康社会的要求，我国的电力工业必须持续、稳步地大力发展，一方面是要大力加强电源建设，搞好“西电东送”，以确保电力先行，另一方面，要继续深化电力体制改革，实施厂网分开、竞价上网，并建立起符合社会主义市场经济法则的、规范的电力市场。

展望未来，我们坚信，在新的世纪，中国的电力工业必须持续、高速地发展，取得更加辉煌的成就。

第一章 原始资料分析

1.1 变电站的类型

本次设计的为220kv降压变电站，建成后与110kv和220kv电网相连，并供给近区用户。 1.2 电力系统与本站的连接情况

(1)系统与变电站相连的电压等级有220kv、110kv、10kv，其中，220kv出线5回，110kv出线8回，10kv出线12回。

(2)系统归算后的标幺值阻抗:220kv为0.16,110kv为0.32。 1.3 电力负荷水平

（1）220kv侧有5回出线，功率因数和最大负荷利用小时为：cosφ=0.9,Tmax=3800小时/年。

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（2）110KV侧有8回出线，有两回出线供给远方大型冶炼厂，功率因数和最大负荷利用小时为：cosφ=0.85,Tmax=4200小时/年。

（3）10kv侧有12回出线，总负荷为30000KVA，I、II类用户占60%，最大一回负荷为4500KVA，功率因数和最大负荷利用小时为：cosφ=0.8，Tmax=4500小时/年。 1.4 环境条件

（1）该地区最热月平均温度为28℃，年平均气温16℃，绝对最高温度为40℃，土壤温度为18℃。

（2）该变电站位于市郊荒土地上，地势平坦，交通便利，环境无污染。

第二章 主变压器的选择

2.1 主变压器的选择原则

（1）相数

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

电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分

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裂式等型式。

（3）绕组接线组别

变压器的三绕组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及要求限制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。

（5）冷却方式

电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却等。 2.2 主变压器的选择结果

根据上述原则，结合本次设计的实际主变压器选用两台三相三绕组有载调压强迫油循环水冷变压器，容量为120MVA，联接组标号为YN/yn0/d11.

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主变压器参数列表：

型 号 SSPSL1- 120000/220 电压（KV） 高压 220±2×2.5% 中压 121 阻抗电压（%） 低压 高-中 中-低 高-低 10.5 24.7 8.8 14.7 空载 电流（％） 1.0 第三章 .电气主接线和所用电接线设计

变电所的电气主接线是电力系统接线的重要部分，它表明变电所内的变压器、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，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。

电气主接线的设计与所在电力系统及所采用的设备密切相关。随着电力系统的不断发展、新技术的采用、电气设备的可靠性不断提高 ，设计主接线的观念也应与时俱进、不断创新。 3.1 电气主接线的一般要求

（1）应按电源情况、负荷性质、容量大小及邻近变配电所联系等因素确定主接线型式。力求简单可靠，维护方便，使用灵活，便于发展。

（2）架空进线避雷器设在靠近变压器的架空进线处；电缆进线的避雷器设在进线开关后的母线上。

（3）一段母线设一组电压互感器。当分段的单母线在正常运行时不为分段，亦可仅设一组电压互感器。

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（4）设在母线上的电压互感器及避雷器可合用一组隔离开关。 （5）在所以进出线回路上按指示计量、继电保护的要求装设电流互感器。

（6）单电源的主接线，可以仅在断路器靠电源侧、装设隔离开关或隔离触头。

（7）在电源进线上应装设带电指示装置。若采用真空断路器时，为防止操作过电压，应在供电变压器的10~35KV 线路上装设阻容吸收器或氧化锌避雷器。

另外，对电气主接线还要求可靠性、灵活性、经济性，这三者是一个综合概念，不能单独强调其中的某一种特性，也不能忽略其中的某一种特性。但根据变电所在系统中的地位和作用的不同，对变电所主接线的性能要求也不同的侧重。 3.2 主接线选择的主要原则

（1）变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所在系统中的地位，作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。

（2）变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出现故障时应处理的要求。

（3）各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备情况、供电负荷的重要性和

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本地区的运行习惯等因素。

（4）近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程。 （5）在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。 3.3 主接线方案的比较 （一）单母线接线

（1）优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。

（2）缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电。

（3）使用范围：一般适应一台主变的以下情况。 A、6—10KV配电装置的出线回路数不超过5回。 B、35—63KV配电装置的出线回路数不超过3回。 C、110—220KV配电装置的出线路数不超过2回。 （二） 单母线分段接线

（1）优点：母线分段后，对主要用户可从不同段供电，保证供电的可靠性，另外，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。

（2）缺点：当母线故障时，该段母线的回路都要停电，同时扩建时需向两个方向均衡扩建。

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（3）适用范围：

A、6－10KV配电装置的出线回路数为6回及以上时。 B、35－63KV配电装置的出线回路数为4～8回时。 C、110-220KV配电装置的出线路数为3～4回时。 （三）双母线接线

（1）优点：具有供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于试验。 （2）缺点：增加一组母线，每一回路增加一组母线隔离开关，从而增加投资，也容易造成误操作。

（3）适用范围：

A、6—10KV配电装置当短路电流较大，出线需要装设电抗器时。 B、35—63KV配电装置的出线回路数超过8回路时。 C、110—220KV配电装置的出线回路数为5回及以上时。 3.4 变电站电气主接线的确定 3.4.1 220KV侧

根据要求可以草拟以下两种方案：

方案 项目 可 靠 性 方案I双母接线 方案II双母带旁母接线 母线检修时，电源和出线可继续工作，可靠性很高，检修出线断路不会中断对用户供电。检修任一母线隔器时，可不中断对用户供电。 离开关时，只需断开这一回路。工作母线故障时，所有回路能迅速恢复工作。 - 8 -

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灵 活 性 经 济 性 母联断路器可以断开运行，一组母线工旁路断路器代替各回路倒闸作，一组母线备用。也可以闭合母联断操作复杂，容易产生误操作，路器运行，双母同时工作。 经济性较好，便于扩建。 酿成事故，保护及二次侧回路接线复杂。 增加了设备，增加了投资。 由以上比较结果知，这两种方案都有较好的可靠性和灵活性。但由于新技术、新设备及系统的发展。电力系统接线的可靠性有了较大的提高，SF6断路器的广泛使用，运行可靠性大幅提高。目前规程已规定，采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。综合考虑，220KV侧宜采用方案I。 3.4.2 110KV侧

根据要求和接线的特点，草拟双母和双母带旁路这两种接线。和220KV侧原理相同，经分析认为双母接线更适合。 3.4.3 10KV侧

根据要求可以草拟以下两种方案：

方案 方案I单母分段 项目 可 靠 性 用断路器把母线分段后,对重要用旁路母线和旁路断路器后，检用户可从不同段引出两个回路, 修任一接入旁路的进、出线的断保证不间断供电，可靠；检修出路器时，该回路不停电。 线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高。 方案II单母分段带旁母接 - 9 -

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灵 活 性 经 济 性 当一回线路故障时,分段断路器当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用母线不间断供电,不致使重要用户停电。 户停电。 接线简单,运行设备少，投资少，增加了设备,投资较方案I高。 年运行费用少。 通过比较，最后选择第(I)方案，即采用单母分段接线的电气主接线形式。因为带旁路操作复杂，且重要用户可以用双回路，可以保证对重要用户的供电可靠性。所以采用I接线。

3.4.4 综上分析可以得出，待建变电站的电气主接线形式为：220KV电压采用双母线接线的主接线形式，110KV电压级采用双母线接线的主接线形式，10KV电压级采用单母线分段主接线形式。电气主接线图如下所示：

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3.5 所用电接线设计

变电站的主要所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，小型变电站，大多只装1台站用变压器，从变电站低压母线引进，所用变压器的二次侧为380/220V中性点直接接地的三相四线制系统。对于中型变电站或装设有调相机的变电站，通常都装设2台所用变压器，分别接在变电站低压母线的不同分段上，380V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。

因而本设计两台所用变分别接于10KV母线的Ⅰ段和Ⅱ段，互为备用，平时运行当一台故障时，另一台能够承担变电所的全部负荷。接线图如下所示：

第四章 短路电流计算

在电力系统设计中，短路电流的计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平一般取工程建成后5—10年中的某一年。计算内

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容为系统在最大运行方式时，枢纽点的三相短路电流。 4.1 短路电流的危害

在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆；在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。 4.2 短路电流计算的目的

（1）电气主接线方案的比较和选择。 （2）电气设备和载流导体的选择。 （3）继电保护装置的选择和整定计算。 （4）接地装置的设计。

（5）系统运行和故障情况的分析等。 4.3 短路点的选择

各电压等级母线上发生短路：f1、f2、f3

计算短路电流时短路计算点的选择，应使所选择的电气设备和载流导体，通过可能最大的短路电流。

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4.4 短路电流计算结果

类别 短路点 f1 f2 f3 电压等级短路电流有名值冲击电流最大有效电流（KV） 220 110 10 （KA） 2.161 3.478 39.26 （KA） 5.501 8.854 99.925 （KA） 3.263 5.252 59.28 第五章 电气设备的选择

正确选择电气设备是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，选择合适的电气设备。 5.1 电气设备选择的一般条件

由于各种电气设备的具体工作条件并不完全相同，所以，它们的具体选择方法也不完全相同，但基本要求是相同的。即，要保证电气设备可靠地工作，必须按正常工作条件选择，并按短路情况校验其热稳定和动稳定。 5.1.1 按正常工作条件选择

（1）按额定电压选择

由于电力系统负荷的变化、调压及接线方式的改变而引起功率分布和网络阻抗变化等原因，往往使得电网某些部分的实际运行电

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压高于电网的额定电压，因此电气设备允许的最高工作电压不得低于所在电网的最高运行电压。即

UN≥UNS

（2）按额定电流选择

电气设备的额定电流是指在额定环境条件（环境温度、日照、海拔、安装条件等）下，电气设备的长期允许电流。

当实际环境条件不同于额定环境条件时，电气设备的长期允许电流应作修正。经综合修正后的长期允许电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流 ，即

Ial=KIN≥Imax

（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、地震烈度和覆水度等超过一般电气设备使用条件时，应向制造部门提出特殊订货要求，并采取相应措施。 5.1.2按短路情况校验

（1）校验的一般原则

a.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，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，则应按严重情况校验。

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b.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，可不验算动稳定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。

（2）短路计算时间

校验热稳定的短路计算时间tk为后备继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tab之和，即

tk＝ tpr＋ tab

（3）热稳定校验

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

I2tt≥Qk

式中： Qk—短路电流通过电器时所产生的热效应；

It 、t—制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流和时间。

（4）动稳定校验

动稳定就是要求电气设备能承受短路冲击电流所产生的电动力效应。

a.硬导体满足动稳定的条件为

?al≥?max

式中：?al—导体材料最大允许应力；

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?max—导体最大计算应力。

b.电器满足动稳定的条件为

ies≥ich

式中：ich—短路冲击电流幅值；

ies—电器允许通过的动稳定电流幅值。

5.2 高压断路器的选择

5.2.1 高压断路器的选择原则

（1）断路器种类和型式的选择

按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为多油断路器，少油断路器，压缩空气断路器，SF6断路器，真空断路器。

(2)额定电压的选择： UN≥UNS (3)额定电流的选择: Ial=KIN≥Imax (4)额定开断电流的选择

高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量If,即INbr≥If。

当断路器的INbr较系统短路电流大很多时,为了简化计算,也可用次暂态电流I\进行选择,即INbr≥I\。

(5)额定关合电流的选择

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断路器的额定关合电流iNcl不应小于短路最大冲击值ich，即

iNcl≥ich

(6)热稳定校验 I2tt≥Qk

(7)动稳定校验 ies≥ich 5.2.2 高压断路器的选择结果

电压等级 型号 额定电压（KV） 额定电流（A） 额定开断电流（KA） 额定关合电流（KA） 动稳定电流（KA） 3S额定短时耐受电流（KA） 全开断时间（S） 220KV LW15—220 252 2000 40 100 100 40 ≤0.05 125 50 ≤0.06 110KV LW6—110 110 3150 31.5 100 100 50 ≤0.06 10KV进线 10KV出线 VD4 12 4000 100 100 40 ≤0.06 VT12 12 1250 5.3 隔离开关的选择

5.3.1 隔离开关的选择原则

（1）种类和形式的选择：

隔离开关的形式很多，按安装地点可分为屋内式和屋外式,按绝缘支柱数目又分为单柱式、双柱式和三相五柱式。

（2）额定电流选择：Ial=KIN≥Imax

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（3）额定电压选择: UN≥UNS

（4）热稳定校验: I2tt≥Qk

（5）动稳定校验: ies≥ich

5.3.2 隔离开关的选择结果

电压等级 型号 额定电压（KV） 额定电流（A） 额定热稳定电流（KA） 额定热稳定时间（S） 额定动稳定电流（KA） 220KV GW6—220G 220 1250 40 3 100 110KV GW6—110G 220 1250 40 3 100 10KV GN22—10 10 4000 50 3 125 5.4 电流互感器的选择

5.4.1 电流互感器的选择原则

（1）一次回路额定电压和电流的选择，应满足：

UN≥UNS I=KI≥I

alNmax（2）额定二次电流的选择

额定二次电流有5A和1A两种,一般弱电流系统用1A,强电流系统用5A。当配电装置距控制室较远时，为能使电流互感器能多带二次负荷或减小电缆截面，提高准确级，应尽量采用1A。

（3）电流互感器种类和形式的选择

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应根据安装地点（如屋内、屋外）、安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）及产品情况来选择电流互感器种类和形式。

（4）电流互感器的准确级和额定容量的选择

准确级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准确级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。

为了保证电流互感器的准确级，互感器二次测所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SN2，即

S2?SN2

(5)热稳定校验

电流互感器热稳定能力，常以1s所允许的热稳定电流It或It对一次额定电流IN1的倍数Kt（Kt=ItIN1）表示，故按下式校验

I2tt≥Qk或（Kt IN1）2≥Qk

（6）动稳定校验

电流互感器的内部动稳定能力，常以允许通过的动稳定电流ies或

ies对一次额定电流最大值的倍数Kes[ Kes=ies(2IN1)]表示，故按下式

校验

ies?ich或2IN1Kes?ich

5.4.2 电流互感器的选择结果

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电压等级 型号 额定电流比（A） 准确级 短时热稳定电额定动稳定额定输流（KA） 电流（KA） 65 80 130 136 出（VA） 50 50 30／40 30／40 220KV 110KV LCLWD3—220 600／5 LCWB6—110 1000／5 0.5 0.5 35(1s) 31.5(3s) 80(1s) 55(1s) 10KV进线 LZZBJ9—10 10KV出线 LDZJ1—10 4000／5 0.5／10p 600／5 0.5／10p 5.5 电压互感器的选择 5.5.1 电压互感器的选择原则

（1）额定电压的选择

互感器型式 接入系统方系统额定初次绕组次绕组第三绕组式 三相五拄三绕组 接于线电压 电压（KV） （KV） 3—10 （V） 100 （V） 100/3 无此绕组 无此绕组 100/3 UNS UNS UNS UNS/3 UNS/3 三相五拄三绕组 接于线电压 单相双绕组 单相三绕组 接于线电压 接于相电压 3—10 3—35 3—63 100 100 100/3 单相三绕组 接于相电压 110—500 100/3 100 （2）种类和型式选择

电压互感器的种类和型式应根据安装地点（如屋内、屋外）和使用技术条件来选择。

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a，3—20KV屋内配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可以采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。

b，110—220KV配电装置，用电容式或串级电磁式电压互感器。为避免铁磁谐振，当容量和准确级满足要求时，宜优先采用电容式电压互感器。

（3）准确级选择

规程规定，用于变压器所用馈线、出线等回路中的电度表，供所有计算电费的电度表，其准确等级要求为0.5级，供运行监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级要求一般为1级，在电压二次回路上，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求等级高的仪表确定为电压互感器工作的最高准确等级。

（4）二次侧负荷S2：S2≤SN2。 5.5.2电压互感器的选择结果

电压等级 型号 220KV 额定电压比（KV） 二次绕组 准确级 测量 保护 剩余 测量 保护 剩余 - 21 -

额定输出（VA） 100 100 150 100 100 50 30 0.5 3P 3P 0.5 3P 3P 0.2 TYD220／3 220／0.1／0.1／0.1 333 110KV TYD110／3 110／0.1／0.1／0.1 333 220KV降压变电站电气部分设计

10KV JDZX—10 100.10.1／／ 333二次绕组 0.5 1 100 200 50 剩余绕组 6P 5.6 母线的选择 5.6.1 母线的选择原则

（1）型式：

载流导体一般选用铝质材料。对于持续工作电流较大且位置特别狭窄变压器出线端部，或采用硬铝导体穿墙套管有困难的特殊场合，可选用铜质材料硬裸导体。回路正常工作电流在4000A及以下时，一般选用矩形导体，在4000－8000时，一般选用槽形导体。110kv及以上高压配电装置，一般采用软导体，当采用硬导体时宜用铝锰合金管形导体。

（2）按最大持续工作电流选择导线截面S，即

Imax≤KIy

式中：Iy—对应于某一母线布置方式和环境温度＋25℃时导体长期允许载流量；

K－温度修正系数。

（3）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。裸导线热稳定校验公式

S≥Smin?QkKsC

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220KV降压变电站电气部分设计

式中 Smin—根据热稳定决定的导体最小允许截面；

C —热稳定系数； Qk—热效应； Ks—集肤效应系数。

（4）动稳定校验

?max≤?al

式中： ?max—作用在母线上的最大计算应力； ?al—母线允许应力。

5.6.2母线的选择结果

电压等级 220KV 110KV 10KV 母线型式 软导线 软导线 矩形铝导线 导体截面积（mm） LGJ—120 LGJ—300 125×8 25.7 10KV侧限流熔断器的选择 5.7.1 限流熔断器的选择原则

（1）型号和种类选择

熔断器的型式可以根据安装地点、使用要求选用。作为电压互感器的短路保护，可以选用RN2、RN4、RW10、RXW0等系列。

（2）额定电压的选择

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220KV降压变电站电气部分设计

对一般高压熔断器，额定电压应满足下式的要求，即

UN≥UNS

（3）额定开断电流校验

对于有限流作用的熔断器，可按下式进行校验，即

INbr≥If

5.7.2 10KV侧限流熔断器的选择结果

型号 RN2—10 额定电压（KV） 额定电流（A） 最大开断容量（MVA） 10 0.5 1000 第六章 配电装置设计

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，它是根据主接线的联结方式，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 配电装置设计的基本要求

（1）节约用地。 （2）保证运行可靠。

（3）保证人身安全和防火要求。

（4）安装、运输、维护、巡视、操作和检修方便。

（5）在保证安全前提下，布置紧凑，力求节省材料和降低造价。 （6）便于分期建设和扩建。

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220KV降压变电站电气部分设计

6.2 配电装置的类型及特点

配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置;按其组装方式，又可分为装配式和成套式。 6.2.1 屋内配电装置的特点：

（1）安全净距小并可以分层布置，占地面积较小；

（2）维修、巡视和操作在室内进行，不受外界气象条件影响，比较方便；

（3）设备受气象及外界有害气体影响较小，可减少维护工作量； （4）建筑投资大。 6.2.2屋外配电装置的特点：

（1）安全净距大，占地面积大，但便于带电作业； （2）维护、巡视和操作在室外进行，受外界气象条件影响； （3）设备受气象及外界有害气体影响较大，运行条件较差，须加强绝缘，设备价格较高；

（4）土建工程量和费用较少，建设周期短，扩建方便。 6.2.3 成套配电装置的特点： （1）结构紧凑，占地面积小；

（2）运行可靠性高，维护方便；

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220KV降压变电站电气部分设计

（3）安装工作量小，建设周期短，而且便于扩建和搬迁； （4）消耗钢材较少，造价较高。 6.3 配电装置的选用

本变电站三个电压等级：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及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、半高型和高型三类。

（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，以便工作巡检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。这种布置优点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠；构架高度较低，抗震性能较好；检修、施工、运行方便，且已有丰富经验；所用钢材较少，造价低。缺点是：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枪修方面积累了比较丰富的经验。

（2）半高型配电装置：它是将两组母线及母线隔离开关均分别抬高至同一高度，电气设备布置在一组主母线的下面，另一组主母

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220KV降压变电站电气部分设计

线下面设置搬运道路。其优点是：布置较中型紧凑，纵向尺寸较中型小；占地面积约为普通中型的50%～70%，其钢材消耗与普通中型相近；施工、运行、检修条件比高型好；母线不等高布置，实现进、出线均带旁路较方便。缺点是：检修上层设备不够方便。

（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40%～50%；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：

a．配电装置设在高产农田或地少人多的地区； b．原有配电装置需要扩速，而场地受到限制； c．场地狭窄或需要大量开挖。

本次所设计的变电站位于市郊荒土地上，对建筑面积没有特殊的要求，所以该变电站220KV和110KV电压等级均采用屋外普通中型配电装置；10KV电压等级采用屋内两层配电装置。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。

第七章 继电保护配置

7.1 电力系统中继电保护的作用

（1）自动、迅速、有选择地将故障元件切除，使故障元件迅速切除，避免元件遭到破坏，保证其它非故障元件迅速恢复正常运行。

（2）反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，

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220KV降压变电站电气部分设计

动作于发信号、减负荷或者跳闸，此时一般不需要保护迅速动作，而且根据电力系统及其元件的危害程度有一定延时，以免不必要的动作或者由于干扰引起的误动作。 7.2 对继电保护的基本要求

(1)选择性；(2)速动性；(3)灵敏性；(4)可靠性。 7.3 主变压器保护

主变保护装置采用微机保护装置，有以下功能配置： 主变保护由差动保护与主变非电气量本体保护组成，保护装置具有差动速断保护、二次谐波制动和比率制动式差动保护；本体保护装置包含有：本体重瓦斯保护、本体轻瓦斯保护和压力释放阀保护，重瓦斯作用于跳闸，轻瓦斯作用于信号。

主变后备保护选用微机型保护装置，主要保护有复合电压闭锁方向过流保护、零序方向过流保护、零序过电压保护、间隙过流保护、过负荷保护。 7.4 线路保护 7.4.1 220KV线路保护

220KV线路保护装置采用微机保护装置，有以下功能配置： 高频闭锁距离保护，瞬时切除全线路上任一处故障；高频闭锁方向保护，快速切除全线路范围内的各种故障；阶段式距离保护，由三段式相间距离保护和三段式接地距离保护组成，作为高频保护

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220KV降压变电站电气部分设计

的后备保护；三段式零序电流方向保护；断路器失灵保护，在主断路器拒动时切除故障；自动重合闸装置，线路发生故障切除故障后，实现自动重合。 7.4.2 110KV线路保护

110KV线路保护装置采用微机保护装置，有以下功能配置： 阶段式距离保护，由三段式相间距离保护和三段式接地距离保护组成，实现110KV线路主保护；四段式零序电流方向保护；自动重合闸，线路发生故障切除故障后，实现自动重合；重合闸具有检同期、检无压、不检三种方式，重合闸启动方式以保护起动及开关位置不对应起动两种方式；保护具有多组定值切换、相继动作、后加速、自动重合闸、故障录波等功能。 7.4.3 10KV线路保护

10KV线路保护采用微机保护保护装置,有以下功能配置： 电流速断保护，设有速断、三相式延时过流及后加速保护，零序过流保护。具备三相一次重合闸功能，安装于开关柜上。 7.5 母线保护

220KV和110KV母线采用电流相位比较式保护，10KV母线采用两相两段式不完全母线差动保护

第八章 防雷保护设计

8.1 变电站防雷保护的原因

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220KV降压变电站电气部分设计

变电站是防雷保护的重要部分，雷云放电能使母线上引起短路，造成重大事故。大气过电压能使变电站的设备，特别是变压器“内绝缘”损坏，这是最严重的事故，因为变压器是变电站内最贵重的设备，一旦发生雷击事故，则能引起停电，不但设备受到损害，而且给用户和系统造成很大的损失。故必须采取保护措施，使变电站的绝缘不致在大气过电压作用下发生损坏。 8.2 直击雷过电压保护

变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊成网状。

（1）直击雷的保护范围和措施：

保护范围：包括屋外配电装置、主控楼、变压器、构架及高压屋内配电装置等。

保护措施：采用设置避雷针和避雷线进行保护。具体见下表：

序号 1 建筑物及构筑名称 建筑物的结构特点 防雷措施 在构架上装设避雷针或装设独立避雷针 2 3 4 5 变压器 装设独立避雷针 装设独立避雷针 钢筋焊接成网并接地 110KV及以上配电装置 钢筋混凝土结构 屋外组合导线及母线桥 主控楼 屋内配电装置 钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构 （2）避雷针、避雷线的装设原则及其接地装置的要求：

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220KV降压变电站电气部分设计

a、为防止避雷针落雷而引起的反击事故，独立避雷针与配装置架构之间在空气中的距离不宜小于5m，独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离应大于3m。

b、独立避雷针（线）宜设独立的接地装置。独立避雷针不应设在人经党通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入口待的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设卵石或沥青地面。

c、电压为110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，装在架构上的避雷针应与接地网连接，并应有尽有其附近装设集中接地装置；35KV及以下高压配电装置架构或房顶上不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击；在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线。

d、独立避雷针、避雷线与配电装置带电部分的空气距离，以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网间的地中距离，应符合规程的要求。

根据以上有关规范，结合实际，本此设计的防雷保护采用4支高度为34.3米的避雷针进行保护。保护范围计算详见《计算书》。 8.3 雷电侵入波保护

由于雷电侵入波在电气设备上产生的过电压很高，一般为电气设备额定电压的8-12倍，为防止雷电波产生的过电压损坏电气设备，本设计变电所配电装置对雷电波的过电压保护是采用氧化锌避雷器及与其相配合的进线段保护等保护措施。

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220KV降压变电站电气部分设计

（1）进线段保护

220KV及以下的配电装置电气设备绝缘与ZnO避雷器通过雷电流为5KA幅值的残压进行配合。进线段保护的作用，在于利用其阻抗来限制雷电流幅值和利用其电晕衰耗来降低雷电波陡度，并通过进线段上避雷器的作用，使之不超过绝缘配合所要求的数值。

（2）架空进线保护

对110KV和220KV架空送电线路采用全线架设避雷线措施。为防止或减少近区雷击闪络，对未沿全线架设避雷线的110K架空送电线路，应在变电所1-2km的时线段架设避雷线，避雷线的保护角为20?-30?的范围内。

（3）10KV配电装置的保护

变电所的10KV配电装置（包括电力变压器），应在每组母线和每路架空进线上装设ZnO避雷器。

（4）变压器保护

变压器的三个绕组的出线上必须装设阀式避雷器，此避雷器应装在变压器与断路器之间，此时为避免中压侧避雷器先于高压避雷器动作，使中压侧避雷器可能因能量小而损坏，因此，应校核中压避雷器，使其额定电压不低于高压侧换算到中压侧的电压值。

避雷器的选择结果如下表：

系统额定电压 避雷器型号 避雷器额定电压（KV） 避雷器持续运行电压（KV） - 32 -

220KV降压变电站电气部分设计

220KV 110KV 10KV Y10W—192/500 Y10W—96/235 Y5WZ—10/27 192 96 17 150 75 13.6

第二篇 计 算 书 第一章 短路电流计算

短路电流计算的目的是选择主接线，比较各种接线方案；选择电气设备，校验设备提供依据；为继电保护整定计算提供依据等。 1.1 计算主变各绕组电抗

取SB=100MVA，UB=Uav。

主变阻抗电压（%）：u12%=24.7 ，u13%=14.7 ，u23%=8.8 计算各绕组电抗：us1%=12（u12%+ u13%- u23%）=15.3

us2%=1（u12%+ u23%- u13%）=9.4

2 us3%=1（u13%+ u23%- u12%）= -0.6

2∴xT1= us1% SB／100SN=0.128

xT2= us2% SB／100SN=0.078 xT3= us3% SB／100SN=-0.005 网络图如下所示：

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220KV降压变电站电气部分设计

1.2 220KV侧三相短路计算

网络化简后，得：

其中，xS=0.16 ，x1=xG+12（xT1+ xT2）=0.423 计算电抗：x1,js= x1 SG／SB=0.423?1000／100=4.23

∵x1,js﹥3.0,可近似认为短路电流周期分量已不随时间变化。 ∴I1=1／x1,js=1／4.23=0.236

由于S为无限大容量电源，所以IS=1／xS=1／0.16=6.25。

∴f1点总的短路电流：

If1=6.25×

1003?230+0.236×

10003?230=2.161KA

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220KV降压变电站电气部分设计

冲击电流：Ich=2kM If1=2×1.8×2.161=5.501KA 最大有效植：Ioh= If11?2(kM?1)2=3.263KA

1.3 110KV侧三相短路计算

网络化简后，得：

其中，xG=0.16 ，x2= xS+12（xT1+ xT2）=0.263 计算电抗：xG,js = xG SG／SB=0.32?1000／100=3.2

∵xG,js﹥3.0,可近似认为短路电流周期分量已不随时间变化。 ∴IG=1／xG,js=1／3.2=0.3125

由于S为无限大容量电源，所以I2=1／x2=1／0.263=3.802。

∴f2点总的短路电流：

If2=3.802×

1003?115+0.3125×

10003?115=3.478KA

冲击电流：Ich=2kM If2=2×1.8×3.478=8.854KA 最大有效植：Ioh= If21?2(kM?1)2=5.252KA

1.4 10KV侧三相短路计算

网络化简后得：

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220KV降压变电站电气部分设计

其中，x3=xS+12 xT1=0.225 ，x4= xG+12 xT2=0.36 计算电抗：x4,js = x4SG／SB=0.36?1000／100=3.6

∵x4,js﹥3.0,可近似认为短路电流周期分量已不随时间变化。 ∴I4=1／x4,js=1／3.6=0.27

由于S为无限大容量电源，所以I3=1／x3=1／0.225=4.44。 ∴f3点总的短路电流：

If3=4.44×

1001000+0.27×=39.26KA

3?10.53?10.5冲击电流：Ich=2kM If2=2×1.8×39.26=99.925KA 最大有效植：Ioh= If31?2(kM?1)2=59.28KA

第二章 主要回路最大持续工作电流的计算

2.1 主变压器回路

220KV侧：Imax=1.05×

SN3UNSN3UN

=1.05×

1203?2201203?121=330.67A

110KV侧：Imax=1.05×

=1.05×=601.23A

10KV侧：Imax=1.05×

SN3UN

=1.05×

603?10.5=3464A

2.2 母联断路器、主母线回路

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220KV降压变电站电气部分设计

220KV侧：Imax=1.05×

SN3UNSN3UN

=1.05×

1203?2201203?121=330.67A

110KV侧：Imax=1.05×

=1.05×=601.23A

10KV侧：Imax=1.05×

SN3UN

=1.05×

603?10.5=3464A

2.3 10KV侧出线回路

Imax=

Smax3?UN=

45003?10.5=247.44A

第三章 电气设备选择计算

3.1 断路器的选择

3.1.1 220KV侧：选用LW15—220型

校验：(1)额定电压:UN≥UNs,∵252KV>220KV,∴满足条件. (2)额定电流:Ial≥Imax,∵2000A>330.67A, ∴ 满足条件. (3)额定开断电流:INbr≥If,∵40A>3.263A, ∴满足条件. (4)额定关合电流:iNcl≥ich,∵100KA>5.501KA, ∴ 满足条件. (5)热稳定校验:I∵I Q

=

t2t2tt≥Qk,

+tab=1.5+0.05=1.55S

1.5512t=402×3=4800[(KA)2S] tk=tprkk12(I

''2+10I

2tk2+I

2tk)=(2.161

2+10×

2.1612+2.1612)=7.238[(KA)2S]

∴满足条件.

(6)动稳定校验:ies≥ich,∵100KA>5.501KA, ∴满足条件.

3.1.2 110KV侧：选用LW6—110型

校验：(1)额定电压:UN≥UNs,∵110KV=110KV, ∴满足条件.

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220KV降压变电站电气部分设计

(2)额定电流:Ial≥Imax,∵3150A>601.23A, ∴满足条件. (3)额定开断电流:INbr≥If,∵31.5A>5.252A, ∴满足条件. (4)额定关合电流:iNcl≥ich,∵125KA>8.854KA, ∴满足条件. (5)热稳定校验:I∵I Q

=

t2t2tt≥Qk,

+tab=1.5+0.06=1.56S

（3.478

2t=502×3=7500[(KA)2S] tk=tpr(I

''2kk12+10I

2tk2+I

2tk)=

1.5612+10×

3.4782+3.4782)=18.87[(KA)2S]

∴满足条件.

(6)动稳定校验:ies≥ich,∵125KA>8.854KA, ∴满足条件.

3.1.3 10KV进线：选用VD4型

校验：(1)额定电压:UN≥UNs,∵12KV﹥10KV, ∴满足条件.

(2)额定电流:Ial=KIN≥Imax,∵4000×1.035=4140A>3464A, ∴满足条件.

(3)额定关合电流:iNcl≥ich,∵100KA>99.925KA, ∴满足条件. (4)热稳定校验:Itk=tpr2tt≥Qk,∵Itk2tt=502×3=7500[(KA)2S]

1.56（39.262+1012+tab=1.5+0.06=1.56S， Qk=

122(I''2+10I2+Itktk)=

2×39.262+39.262)=2404.5[(KA)2S] ∴满足条件.

(5)动稳定校验:ies≥ich,∵100KA>99.925KA, ∴满足条件.

3.1.4 10KV出线：选用VT2型

校验：(1)额定电压:UN≥UNs,∵12KV﹥10KV, ∴满足条件.

(2)额定电流:Ial=KIN≥Imax,∵1250×1.035=1293.75A>247.44A, ∴满足条件.

(3)额定关合电流:iNcl≥ich,∵100KA>99.925KA, ∴满足条件.

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220KV降压变电站电气部分设计

(4)热稳定校验:Itk=tpr2tt≥Qk,∵Itk2tt=402×3=4800[(KA)2S]

1.56（39.262+1012+tab=1.5+0.06=1.56S， Qk=

122(I''2+10I2tk+Itk)=

2×39.262+39.262)=2404.5[(KA)2S] ∴满足条件.

(5)动稳定校验:ies≥ich,∵100KA>99.925KA, ∴满足条件.

3.2 隔离开关的选择

3.2.1 220KV侧：选用GW—220G型

校验：（1）额定电压:UN≥UNs，∵220KV=220KV，∴满足条件. （2）额定电流:Ial≥Imax，∵1250A﹥330.67A，∴满足条件. （3）热稳定校验:I2tt≥Qk，∵I2tt=402×3=4800[(KA)2S]﹥

Qk=7.238[(KA)2S]，∴满足条件.

（4）动稳定校验:ies≥ich，∵100KA﹥5.501KA，∴满足条件.

3.2.2 110KV侧：选用GW—110G型

校验：（1）额定电压:UN≥UNs，∵110KV=110KV，∴满足条件. （2）额定电流:Ial≥Imax，∵1250A﹥601.23A，∴满足条件. （3）热稳定校验:I2tt≥Qk，∵I2tt=402×3=4800[(KA)2S]﹥

Qk=18.87[(KA)2S]，∴满足条件.

（4）动稳定校验:ies≥ich，∵100KA﹥8.854KA，∴满足条件.

3.2.3 10KV侧：选用GN22—10型

校验：（1）额定电压:UN≥UNs，∵10KV=10KV，∴满足条件.

（2）额定电流:Ial=KIN≥Imax，∵4000×1.035=4140A>3464A, ∴满足条件.

（3）热稳定校验:I2t2tt≥Qk，∵It=502×3=7500[(KA)2S]﹥

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220KV降压变电站电气部分设计

Qk=2404.5[(KA)2S]，∴满足条件.

（4）动稳定校验:ies≥ich，∵125KA﹥99.925KA，∴满足条件.

3.3 10KV侧限流式熔断器（保护TV）的选择。 选择型号：RN2—10

校验：（1）额定电压：UN≥UNs，∵10KV=10KV，∴满足条件. （2）额定开断电流：INbr≥If,∵INbr=39.26KA，∴满足条件.

SNbr3UN=

1000=57.74KA﹥3?103.4 电流互感器的选择

3.4.1 220KV侧：选用LCLWD3—220型

校验：（1）一次回路额定电压：UN≥UNs，∵220KV=220KV，∴满足条件。 （2）一次回路额定电流：Ial=KIN≥Imax，∵600A﹥330.67A，∴满足条件。

（3）热稳定校验:I7.238[(KA)2S]，∴满足条件。

（4）动稳定校验:ies≥ich，∵65KA﹥5.501KA，∴满足条件。

2tt≥Qk，∵352×1=1225[(KA)2S]﹥

3.4.2 110KV侧：选用LCWB6—110型

校验：（1）一次回路额定电压：UN≥UNs，∵110KV=110KV，∴满足条件。 （2）一次回路额定电流：Ial=KIN≥Imax，∵1000KA﹥601.23KA，∴满足条件。

（3）热稳定校验:I18.87[(KA)2S]，∴满足条件。

（4）动稳定校验:ies≥ich，∵50KA﹥8.854KA，∴满足条件。

2tt≥Qk，∵31.52×3=2976.75[(KA)2S]﹥

3.4.3 10KV进线：选用LZZBJ9—10型

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