220KV变电站设计及一次图

学 号：2012210542

XINJIANG INSTITUTE OF ENGINEERING

毕业设计

设计题目： 220KV变电站一次系统设计 学生姓名： 汪凯凯

专 业： 电力工程及其自动化 班 级： 电气工程12-3（本） 系 部： 电力工程系 指导教师： 付涛 讲师

二〇一六年五月九日

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摘 要

展望未来，我国能否在本世纪中叶基本实现现代化，相当大的程度上取决于能源。电力工业是国民经济的基础，是重要的支柱产业，它及国家的兴衰和人民的安康有着密切的关系，随着经济的发展和现代工业的建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。

变电站作为电能传输及控制的枢纽必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。本设计讨论的220kV变电站电气部分设计（一次系统），首先根据原始资料进行分析，负荷计算选择主变压器，然后在此基础上进行主接线设计，再进行短路计算，导体和电气设备的选择，最后进行防雷接地设计。

关键词：变电站； 负荷计算； 短路电流； 设备选择

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ABSTRACT

Looking ahead, our ability to achieve the middle of this century, modernization, to a large extent depends on energy. The power industry is the basis of the national economy is an important pillar industry, the rise and fall with the State and the people closely related to the well-being, along with economic development and the rapid development of modern industry rise, more and more power supply system design comprehensive, systematic, rapid growth of plant consumption for power quality, technical and economic conditions, reliability of electricity supply are increasing, and therefore also have higher power supply design, better requirements.

Substation as a hub for power transmission and control to change the traditional design and control mode, to adapt to the modern power system, modernization of industrial production and the development trend of social life. The design discussion is part of 220KV electrical substation design (a system), First of all, analyze the original data and choose the main transformer, based on it , design the main wiring and Short Circuit Calculation, at last choose equipment, then mine and the protection of earth and distribution device.

Keywords: substation ; short-circuit current ; equipment selection ; distribution equipment

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目 录

摘 要 .......................................................... ABSTRACT .......................................................I 1 绪论 .................................................... - 4 -

1.1 电力行业的现状 .................................... - 4 - 1.2 研究背景 .......................................... - 5 - 2电气主接线的设计 ........................................ - 7 -

2.1电气主接线的概述 .................................. - 7 - 2.2电气主接线的基本要求 .............................. - 8 - 2.3电气主接线设计的原则 .............................. - 8 - 2.4电气主接线的方案选择 .............................. - 8 - 3负荷计算和主变压器的选择 ............................... - 12 -

3.1主变压器的选择原则 ............................... - 12 - 3.2负荷计算 ......................................... - 14 - 3.3无功补偿 ......................................... - 15 - 3.4主变压器选择结果 ................................. - 18 - 3.5站用变的选择 ..................................... - 18 - 4.短路电流的计算 ......................................... - 21 -

4.1短路的危害 ....................................... - 21 - 4.2短路电流计算的目的 ............................... - 22 - 4.3短路电流计算的内容 ............................... - 22 - 4.4短路电流计算方法 ................................. - 22 - 4.5三相短路电流周期分量起始值的计算 ................. - 23 - 5导体和电气设备的选择 ................................... - 27 -

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5.1按正常工作条件选择电气设备 ....................... - 27 - 5.2按短路状态校验 ................................... - 28 - 5.3高压断路器 ....................................... - 29 - 5.4 220kV侧断路器隔离开关的选择及校验 ............... - 31 - 5.5 110kV侧断路器隔离开关的选择及校验 ............... - 32 - 5.6 35kV侧断路器隔离开关的选择及校验 ................ - 34 - 5.7互感器的选择 ..................................... - 36 - 5.8 35kV高压熔断器的选择 ............................ - 40 -5.9导体的选择及校验 ................................. - 42 -6防雷及过电压保护装置设计 ............................... - 48 -6.1避雷针 ........................................... - 48 -6.2避雷器 ........................................... - 49 -6.3防雷接地 ......................................... - 50 -6.4变电所的防雷保护 ................................. - 50 -6.5变电所的进线段保护 ............................... - 51 -6.6接地装置 ......................................... - 51 -总结 ..................................................... - 52 -参考文献 ................................................. - 53 -谢 辞 ................................................... - 54 -

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1 绪论

1.1 电力行业的现状

电力事业的日益发展紧系着国计民生。它的发展水平和电气的程度，衡量一个国家的国民经济发展水平及其社会现代化水平高低的一个重要标志。

变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全及经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。我国电力系统的变电站大致分为四大类：升压变电站，主网变电站，二次变电站，配电站。我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。

现在电力力布局由注重就地平衡向全国乃至更大范围优化统筹转变，电力结构由过度依赖煤电向提高非化石能源发电比重转变，推进集约化发展和标准化建设，充分发挥国家电网在电力市场化、能源清洁化、经济低碳化、生活方式现代化中的基础性作用；实现供配电输送无缝隙，无错误。

本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核。通过对主接线的选择及比较、负荷计算和主变压器的选择及短路电流的计算、主

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要电器设备的选择及校验、线路图的绘制以及避雷器针高度的选择等步骤、最终确定220kV变电站所需的主要电器设备、主接线图以及变电站防雷保护方案。 1.2 研究背景

通过本次毕业设计，达到了巩固“发电厂电气部分”课程的理论知识，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，体验和巩固我们所学的专业基础和专业知识的水平和能力，培养我们运用所学知识去分析和解决及本专业相关的实际问题，培养我们独立分析和解决问题的能力的目的。务求使我们更加熟悉电气主接线，电力系统的短路计算以及各种电力手册及其电力专业工具书的使用，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，并在设计中增新、拓宽。提高专业知识，拓宽、提高专业知识，完善知识结构，开发创造型思维，提高专业技术水平和管理，增强计算机应用能力。

表1-1 110KV侧负荷名称

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负荷名称 变电站A

变电站B

变电站C

变电站D

医院 武警 公安局

市政府

军区 煤矿

最大负荷（KW）

20000 25000 27000 26000 10000 13000 14000 20000 30000 15000

COS

线路长度（KM）

20 25 14 26 24 26 17 20 25 24

回路数

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

供电方式

架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空

0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85

表1-2 35KV侧负荷名称

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负荷名称 配电站A

配电站B

配电站C

机械厂

学校 剧院 商场 小区 钢铁厂

化工厂

设计院

电影院

最大负荷（KW）

10000 15000 15000 6000 2000 1500 1000 3000 6000 7000 1500 3000

COS

线路长度回路

供电方式

（KM） 数

20 20 5 15 10 5 7 9 15 10 5 5

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空

0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

2电气主接线的设计

2.1电气主接线的概述

电气主接线是由电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。

主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技

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术、经济论证比较后方可确定。 2.2电气主接线的基本要求

对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面。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。 2.3电气主接线设计的原则

电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性及可靠性，坚持可靠、先进、实用、经济、美观的原则。 2.4电气主接线的方案选择

表格2-1方案拟定

方案

220kV

110kV

35kV

主变台数

2

方案一

双母线 双母线

单母线分

段

方案双母带旁路母线接双母线 单母线分2 二 线 段

方案一：220kV采用双母线接线，出线6回（其中备用2回）保证了可靠性。110kV侧也采用双母线接线，出线10回（其中备用2回），供给远方大型冶炼厂，铝厂和矿井等，其他作为地区变电所进线。35kV侧则采用单母线分段接线，出12回,接线简单，操作方便，使用的设备少，从而投资少，而且保证了重要用户供电，有很好的可靠性和灵活性。

方案主接线图如下：

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图2.1 方案一主接线图

方案二：220kV侧采用双母带旁路母线接线形式，具有比双母线可靠性更高的接线方式，出线6回（其中2回备用），多装了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，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。110kV采用双母线接线，出线10回。35kV侧采用单母线分段接线，出线12回。

方案主接线图如下：

图2.2 方案二主接线图

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2.4.2方案比较

表格2-2 方案对比 方案 方案一 方案二 要求 220kV侧双母线接线可靠性可靠性 较好，接线简单，停电时间可靠性更高。

稍长。

220kV侧运行相对简单，灵活

调度灵活，各电压等级均

灵活性 性差。各电压等级都利于扩

利于扩建和发展，

建和发展。

设备相对多，投资大，

设备相对较少，投资少，造

经济性 220kV采用双母带旁母占

价低。

地面积较大。

（1）单母线分段接线

优点：单母线用分段断路器进行分段，对重要用户可以有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，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电。缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,接在该段母线上的电源和出线,在检修期间必须全部停电;任一回路的断路器检修时,该回路必须停止工作。

（2）双母线接线

优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电。其次是调度灵活，各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式。最后就是扩建方便，向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源盒负荷自由自合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。缺点：接线复杂,设备多,母线故障有短时停电。

（3）双母线带旁路母线接线

优点：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。缺点：虽然多装了价高的断路器，增加了投资，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

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殊需要的场合是十分必要的。 2.4.3方案确定

比较可以看出,三种接线从技术的角度来看主要的区别是在可靠性上，双母线比单母线可靠性高，双母带旁路母线接线比双母线的可靠性更高。 单母线分段接线简单，控制简单，有利于变电站的运行。从可靠性，灵活性，经济性方面综合考虑，辩证统一，确定选择第二种接线方案。

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3负荷计算和主变压器的选择

3.1主变压器的选择原则

主变压器的容量和台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者会满足不了变电站负荷的需要，这在技术上是不合理的，因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资[1]。 3.1.1主变压器台数的选择

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。

3.1.2主变压器容量的选择

(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，适当考虑到远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应及城市规划相结合。

(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其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

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一般性变电所，当一台变压器停运时，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。

3.1.3主变压器型式和结构的选择

(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)绕组数及结构

电力变压器按每相的绕组数为双绕组、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裂式等型式。在一发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。

(3)绕组接线组别

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。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，发电厂主变压器中很少采用有载调压。因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，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，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

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

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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。 3.2负荷计算

负荷计算的必要性：为一个企业或用户供电，首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容量变压器等问题，这就需要进行负荷的统计和计算，为正确地选择变压器容量及无功补偿装置，选择电气设备及导线、以及继电器保护的整定等提供技术参数[2]。

供电设计常采用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用系数法和单位产品电耗法等。需用系数法计算简便，对于任何性质的企业负荷均适用，且计算结果基本上符合实际，尤其对各用电设备容量相差较小且用电设备数量较多的用电设备组，因此，这种计算方法采用最广泛。二项系数法主要适用于各用电设备容量相差大的场合，如机械加工企业，煤矿井下综合机械化采煤工作面等。利用系数法以平均负荷作为计算的依据，利用概率论分析出最大负荷及平均负荷的关系，这种计算方法目前积累的实用数据不多，且计算步骤较为繁琐，故工程应用较少。单位产品电耗法常用于方案设计。鉴于以上几种方法的介绍，本次设计采用需用系数法。

对于用电户或一组用电设备，当在大负荷运行时，所安装的所有用电设备（不包括备用）不可能全部同时运行，也不可能全部以额定负荷运行，再加之线路在输送电力时必有一定的损耗，而用电设备本身也有损耗，故不能将所有设备的额定容量简单相加来作为用电户或设备组的最大负荷，必须要对相加所得到的总额定容量PN打一定的折扣。所谓需用系数法就是利用需用系数来确定用电户或用电设备组计算负荷的方法。其实质是用一个小于1的需用系数Kd对用电设备组的总额定容量PN打一定的折扣，使确定的计算负荷Pca比较接近该组设备从电网中取用的平均负荷Pmax。其基本计算公式为PcaKdPN。

需用系数的含义：一个用电设备组的需用系数可表示为

(式3-1)

式中Ksi—设备同时系数； Klo—设备加权平均负荷系数；

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av—设备组的各用电设备的加权平均效率； 1—供电线路的平均效率；

PcaKdPN (式

3-2)

QcaPNtan

(式3-3)

ScaPca2Qca2 (式

3-4)

IcaSca/(3UN) (式

3-5)

系统中有110kV 和35kV两个负荷等级，其最大负荷为200MW，

cos0.85，和70MW，cos0.8

1200MW P Q12000.62124(Mvar)

P270MW

Q2700.7552.5(Mvar) Pca270(MW) Qca176.5(Mvar)

22Sca270176.5322.6(MVA)

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％。

SN0.7322.6225.8(MVA) 3.3无功补偿

功率因数是用电户的一项重要电气指标。提高负荷的功率因数可以使发、变电设备和输电线路的供电能力得到充分的发挥并能降低各级线路和供电变压器的供电损失和电压损失[3]，因而具有重要的意义。目前用户高压配电网主要采用并联电力电容器组来提高负荷功率因数，即所谓集中补偿法，部分用户已采用自动投切电容补偿装置。

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3.3.1功率因数定义

在交流电路中，有功功率及视在功率的比值称为功率因数，用cos表示。交流电路中由于存在电感和电容，故建立电感的磁场和电容的电场都需要电源多供给一部分不作机械功的电流，这部分电流叫做无功电流。无功电流的大小及有功负荷即机械负荷无关，相位及有功电流相差900。

三相交流电路功率因数的数学表达式为

cosPSPPQ22P3UI (式3-6)

随着电路的性质不同，cos的数值在0-1之间变化，其大小取决于电路中电感、电容及有功负荷的大小。当cos1时，表示电源发出的视在功率全为有功功率，即SP,Q0；当COS0时，则P0，表示电源发出的功率全为无功功率，即SQ。所以符合的功率因数越接近1越好。

国家及电力部门对用户的功率因数有明确的规定，要求高压供电系统的功率因数执行为0.95以上，以保证加上变压器及电源线路的功率损耗后，仍能保证在上级变电所测得的平均功率因数大于0.9。 3.3.2功补偿容量计算

对于直接供电的末端边点所，安装的最大容性无功量应等于装置所在母线上的负荷按提高功率因数所需补偿的最大容性无功量及主变压器所需补偿的最大容性无功量之和。

(1)补偿的最大容性无功量计算

'QKP(tantan) (式cloca

3-7)

Pca(11 11)cos2cos2'

式中：Pca——有功计算负荷（KW）

tan——补偿前用电单位自然功率因数角正切 tan'——补偿后用电单位功率因数角正切值 1）110kV侧的补偿无功量

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QcPca(1111) cos2cos2' 200(1111)58Mvar 0.8520.9522）35kV侧的补偿无功量

QcPca(1111) cos2cos2'

(2)变压器补偿的最大的容性无功量

QTSN.T(70(1111)29.4Mvar 0.8020.952I0%Uk%2) (式3-8) 100100式中：I0%为变压器空载电流占额定电流IN的百分数。 Uk%为电压器短路电压占额定电压的百分数。 SNT为变压器额定容量。 为变压器的负荷率。 1）110kV一侧补偿

I0%Uk%2) 100100

13225.80.9()20042.46Mvar

100240100所以，110kV侧补偿需要的总容性无功量为：

QTSN.T('Qc QcQcB58242.46143Mvar

2）35kV一侧补偿

I0%Uk%2QS() TN.T100100

23225.80.9()20061.28Mvar

100240100所以，35KV侧补偿需要的总容性无功量为：

'Qc QcQcB29.4261.28152Mvar

在降压变电所中设置的无功功率补偿装置，是实现无功功率的就地平衡和保证电压质量的重要手段。无功补偿装置一般都接在降压变压器的低压侧。过去在一次变电所中多采用同期调相机作为无功功率补偿装置。在

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新设计的变电所中，由于具有经济、维护和安装的优点，多采用静止补偿装置作为无功功率补偿。本站也采用静止补偿装置。 3.4主变压器选择结果

该变电站供应有较多的一、二级用户，则采用两台变压器。选用三绕组变压器，查手册，选出的设备如下表：

表3-1 SFPS8-240000/220型变压器技术参数

SFPS8-240000/220型强迫油循环风冷三相三绕组调压变压器

额定 容量 MVA

容量比 电压比 组别

负阻抗电压%

空载载

损耗 损

高中 高低 中低

kW 耗

kW

100/100240 /50

240±8YN,yn0

141 747 12-122-27-9 ×,d11

4 4 1.25%/

38.5/11

采用两台同时分列运行的方式，当一台因故停运时，另一台亦能保证

全部一、二级负荷的供电，并留有一定的发展余地。 3.5站用变的选择 3.5.1所用电源数量及容量

(1)枢纽变电所﹑总容量为60MVA及以上的变电所﹑装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的边点所，均装设两台所用变压器。采用整流操作电源或无人值班的变电所,装设两台所用变压器,分别接在不同等级的电源或独立电源上。如果能够从变电所外引入可靠的380V备用电源，上述变电所可以只装设一台所用变压器[4]。

(2)500kV变电所装设两个工作电源.当主变压器为两台时,可以分别接在每一台主变压器的第三绕组上。两台所用变压器的容量应相等,并按全所计算负荷来选择.当建设初期只有一台主变压器时,可只接一台工作

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变压器。

(3)当设有备用所用变压器时,一般均装设备用电源自动投入装置。 3.5.2所用电源引接方式

(1)当所内有较低电压母线时,一般均由这类母线上引接1～2个所用电源,这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。如能由不同电压等级的母线上可分别引接两个电源,则更可保证所用电的不间断供电.当有旁路母线时,可将一台所用变压器通过旁路隔离开关接到旁路母线上。正常运行时,则倒换到旁路上供电。

(2)由主变压器第三绕组引接,所用变压器高压侧要选用大断流容量的开关设备，否则要加装限流电抗器。

(3)由于低压网络故障机会较多,从所外电源引接所用电源可靠性较低.有些工程保留了施工时架设的临时线路，多用于只有一台主变压器或一段低压母线。

3.5.3所用变压器的运行方式

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,动力及照明合用一个电源。

(1)所用变压器低压侧多采用单母线接线方式.当有两台所用变压器时,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。

(2)500kV变电所设置供电装置，向通讯设备﹑交流事故照明及监控计算机等负荷供电,其余负荷都允许停电一定时间,故可不装设失压启动的备用电源自投装置,避免备用电源投合在故障母线上扩大为全所停电事故。

(3)具备条件时,调相机专用负荷优先采用由所用变压器低压侧直接支接供电的方式。 3.5.4站用电接线

站用电接线应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、

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安全、经济地运行。

变电站的站用电源，是保证正常运行的基本电源。通常不少于两个。其引接方式有两种：一种是从母线侧引入，另一种是从主变低压侧引入。本站由于没有具体说明，因此采用通过断路器和隔离开关从低压侧引入。

本站是用两台500kVA变压器接入，为此，查手册，选出站变，如下表：

表3-2 变压器S7—500/35型号表

型号

高压kV

低压kV

组别

空载损耗

负载损耗

空载电流

A

S7—500/35 3.5.5备用电源

35 0.4 Y，yn0 1.08 7.70 1.9

站用备用电源用于工作电源因事故或检修而失电时替代工作电源，起后备作用。备用电源应具有独立性和足够的容量，最好能及电力系统紧密联系，在全厂停电情况下仍能从系统取得备用电源。

备用分为名备用和暗备用。本站是地区性变电所。所以，采用暗备用的方式，两台变压器相互备用，当一台退出运行时，由另一台承担负荷电气部分短路计算。

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4.短路电流的计算

4.1短路的危害

供电系统发生短路后[5]，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过正常工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重后果：

(1)短路电流的热效应

巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备过热而损坏。

(2)短路电流的电动力效应

由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。

(3)短路系统电压下降

短路造成系统电压突然下降，对用户带来很大影响。例如，异步电动机的电磁转矩及端电压平方成正比。同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及一些气体放电灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。

(4)不对称短路的磁效应

当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻近的电路内能感应出很大的电动势。

(5)短路时的停电事故

短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及范围越大。

(6)破坏系统稳定造成系统瓦解

短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。

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4.2短路电流计算的目的

(1)电主接线比选

短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。

(2)选择导体和电器

如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验短路器的遮断能力等。

(3)确定中性点接地方式

对于35kV 、10kV供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。

(4)选择继电保护装置和整定计算

在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。 4.3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。

(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。 4.4短路电流计算方法

供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法。

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（1）标幺值法

标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基准值的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。

（2）有名值法

有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1kV以下低压供电系统短路电流的计算。 4.5三相短路电流周期分量起始值的计算 4.5.1短路电流计算的基准值

短路电流的计算通常采用近似标幺值计算。取SB110MW，各级基准电压为平均额定电压。 4.5.2网络模型

计算短路电流对所用的网络模型为简化模型，即：忽略负荷电流；不计各元件的电阻，也不计送电线路的电纳及变压器的导纳；发电机用次暂态电抗表示，并认为发电机电势模值标幺制为1，相角为0%。 4.5.3三相短路电流周期分量起始值的计算步骤

(1)计算各元件参数标幺值，作出等值电路

前已选出了主变压器（三绕组），其阻抗电压百分比，如下表：

表4-1变压器阻抗电压百分比

绕组 阻抗电压%

高—中 12—14

高—低 22—24

中—低 7—9

计算每个绕组的短路电压百分数：

VS111(VS(12)VS(31)VS(23)%)(13238)14 22- 23 - / 57

11(VS(12)VS(23)VS(31)%)(13823)1 22

11VS3(VS(23)VS(31)VS(12)%)(182313)9

22

取SB100MVA,UBUav计算变压器各绕组的标么值

VS2

XT11XT12XT13

由于一期工程，只有两台主变运行。所以，只需考虑2台变压器。2变的参数及1变的参数一致。

做出等值电路图：

VS1%100141000.0583 100240100240V%1001100S20.0042 100240100240V%1009100S30.0375 100240100240

图4-1 等值电路图

当（f-1）点（220kV母线）发生短路时的计算

图4-2 （f-1）点短路等值电路图

I\"fE\"155.6 X0.018

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i2KI\"2.551435.7kA

im sh\"I1.52I1.521421.28kA sh

(3)当(f-2)点（110kV母线）发生短路时的计算

3Uav3230St1ISB141101540MVAI\"55.6SB55.610014kA

图4-3 （f-2）点短路等值电路图

XT1XT2XT11XT120.05830.00420.0541

XTXT1//XT20.0271

X1XXT0.0180.02710.0.0451

i2.55I\"2.5511.1328.38kA sh

\" Ish1.52I1.5211.1317kA

3Uav3115St2ISB11.131101224.3MVA

I\"22.17SB22.1710011.13kA

(4)当（f-3）点（35kV）母线短路时的计算

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图4-4 （f-3）点短路等值电路图

XT1XT2XT11XT130.05830.03750.0958 XTXT1//XT20.0479

X1XXT0.0180.04790.0659

I\"15.17SB33715.1710033723.68kA

\"i2.55I2.5523.6860.38kA sh

\"I1.52I1.5223.6836kA sh

St3ISB23.681102604.8MVA

表4-2 短路电流表

计算参数 短路点 220kV 110kV 35kV

短路电流有名值 kA 14 11.13 23.68

短路电流有效值 kA 21.28 17 36

冲击电流kA 35.7 28.38 60.38

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5导体和电气设备的选择

5.1按正常工作条件选择电气设备

1）电器选择的一般原则

(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)及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。 2）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。通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1~1.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压U不低于装置地点电网额定电压U的条件选择[6]。

NNS 即

UNUNs (式

5-1)

3）额定电流

电气设备的额定电流IN是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。IN应不小于该贿赂在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即：

INImax (式

5-2)

4）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，应采取措施。

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5.2按短路状态校验

1）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）短路热稳定校验

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。

It2tQk (式

5-3)

式中：Qk—短路电流产生的热效应

It、t—电气设备允许通过的热稳定的电流和时间

3）电动力稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为：

iesish (式5-4)

式中：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）短路电流计算条件

为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：

（1）容量和接线 （2）短路种类 （3）计算短路点 5）短路计算时间

验算热稳定的短路计算时间tk为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全开断时间tbr之和，即：

tktprtbr (式

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5-5)

tpr一般取保护装置的后备保护动作时间，这是考虑到主保护有死区或

拒动；而tbr是指对断路器的分闸脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后的电弧完全熄灭为止的时间段。 5.3高压断路器

高压断路器和隔离开关是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器。高压断路器主要功能是：正常运行倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行，起着控制作用。当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起着保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备，其最大特点是能断开电器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器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，仅可用于不产生强大电弧的某些切换操作[8]。 5.3.1高压断路器的选择

1)种类

按断路器采用的灭弧介质可分为油断路器（多油，少油）、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。

额定电压和额定电流

UNUNS，INImax （式5-6）

式中：UN，UNS—分别为电气设备和电网的额定电压KV

IN，Imax—分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流A

3）开断电流选择

校验断路器的断流能力,宜取断路器实际开断时间的短路电流,所为校验条件。因此，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Ipt，即：

INbrIpt (式

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5-7)

当断路器的INbr较系统短路电流大很多时，简化计算可用INbrI\"，I\"为短路电流值。

4）短路关合电流的选择

为了保证断路器在关合短路电流时的安全断路器的额定关合电流incl不应小于短路电流最大冲击值ish，即：

inclish (式

5-8)

5）短路热稳定和动稳定校验

在短路电流过断路器时,产生大量热量,由于来不及向外散发,全部用来加热断路器,使其温度迅速上升,严重时会使断路器触头焊住,损坏断路器。因此产品标准规定了断路器的热稳定电流,例如1s﹑4s的热稳定电流，其物理意义为:当热稳定电流通过断路器时,在规定的时间内,断路器各部分温度不会超过国家规定的允许发热温度,保证断路器不被损坏。

2It tQk,iesish （式

5-9）

当tk1S时，可不考虑非周期分量的热效应，只计周期分量。

Qk＝

2Ipttp （式

5-10）

式中：Ipt—短路电流周期分量

tp—短路电流周期分量发热的等值时间 5.3.2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。它需及断路器配套使用，但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。

隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下，分合电路。其主要功用为：隔离电压，倒闸操作，分、合小电流[13]。

隔离开关及断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。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。

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隔离开关的型式较多，按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式；此外，还有V形隔离开关。隔离开关的型式对配电设备装置的布置和占地面积有很大影响。还应根据配电设备特点和使用要求以及技术经济条件来确定。 5.4 220kV侧断路器隔离开关的选择及校验 5.4.1主变压器侧断路器的选择及校验

Imax1.05SN3UN1.052400003220661.33A

1.额定电压选择：UNUNs

2.额定电流选择：INImax661.33A 3.开断电流选择：INbrI\"14kA

选择SW6—220/1200，其SW6—220/1200技术参数如下表：

表5-1 SW6-220/1200技术参数

极限热稳

额定通过定电固有分 断流电流流闸时间合闸时间

s 量kA kA S kA

额定电压kV

额定断电流流A

容量MVA

型号

峰值 4s 55

21

0.04

0.2

SW6-220/12

00 21

4.短路热稳校验：

222It2141764[(kA)s] t

电弧持续时间取0.04s，热稳定时间为：

tk1.50.030.041.57(s)1(s)，不计非周期热效应。

22Q141.57307.72[(kA)]s k

所以，It2tQk ，满足热稳校验要求。 5. 动稳定校验

ies55(kA)ish35.7(kA) 满足热校验要求

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6.4.2主变压器侧隔离开关的选择及校验

（1）额定电压选择：UNUNs220kV （2）额定电流选择：INImax661.33A （3）极限过电流选择：iesish35.7kA

GW4-220/1250-80型隔离开关，其技术参数如下表：

表5-2 GW4-220/1250-80技术参数

极限通过电流

kA

峰值

GW4220/

型号

额定电压

kV

热稳定电流kA

4s 31.5

额定电流A

50 80

（5）定校验

222It31.543969Q307.72[(kA)s] tk

满足热稳定校验要求。 （5）动稳定校验

ies80kAish35.7kA满足校验要求

220kV母联断路器及隔离开关的最大工作条件及变中220kV侧应满足相同的要求，故选用相同设备。即选用SW6-220/1200型断路器和GW4-220/1250-80型隔离开关。

5.5 110kV侧断路器隔离开关的选择及校验 5.5.1主变压器侧断路器的选择及校验

Imax1.052400001322.66A3110 1.额定电压选择：UNUNs110kV

2.额定电流选择：INImax1322.66A 3.开断电流选择：INbrI\"11.13kA

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初选LW36-126/3150-40 六氟化硫型断路器,技术参数如下表：

表5-3 LW36-126/3150-40技术参数

型号

额定电压kV

额定电流A

50

额定短路开断电流

kA

40

极限通过电流kA 峰值

100

热稳定电流kA

4s 40

LW36-126/

4.热稳定校验：

It2tQk

22It31.543969[(kA)s] t

2电弧持续时间为0.06s

tktprtbr1.50.060.061.62s

It2tQk

22Q11.131.62200.68[(kA)s] K

满足热稳校验要求。 5.动稳定校验： ies100kAish28.38kA

满足动稳定校验要求

5.5.2主变压器侧隔离开关的选择及校验

（1）额定电压选择： UNUNs110kV （2）额定电流选择： INImax1322.66A （3）极限通过电流选择： iesish28.38kA

初选GW5-126D/1600-31.5型隔离开关，技术参数如下表：

表5-4 GW5-126D/1600-31.5技术参数

型号

极限通过电流 额定电额定

压kV 电流

峰值kA

A

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短路热稳定电流

4s

GW5-126D/1600-31.5

126 1600 80 31.5

4.短路热稳定校验：

222It31.543969200.68[(kA)s] t

满足热稳定要求 5.动稳定校验

ies80kAish25.35kA 满足校验要求。

110kV母联断路器及隔离开关的最大工作条件及变中110kV侧应满足相同的要求，故选用相同设备。即选用LW30-126/3150-31.5型六氟化硫断路器和GW5—126D/1600-31.5型隔离开关。 5.6 35kV侧断路器隔离开关的选择及校验 5.6.1主变压器侧断路器的选择及校验

Imax1.05875001433.62A

337

1.额定电压选择：UNUNs35kV

2.额定电流选择：INImax1433.62A 3.开断电流选择：INbrI\"20.68kA

选择LW36-40.5型六氟化硫断路器，技术参数如下表：

表5-5 LW36-40.5技术参数

额定

型号

电压kV

LW36-40.5

40.5

额 定电流kA 1600

额定短路开断电流 25

动稳定电峰值

63

热稳定4s

全开间

流峰值kA 电流kA 断时

25 0.06

4.热稳定校验

222It2542500[(kA)s] t

tktprtbr1.50.060.061.62s

22Q=23.681.62=908.4[(kA)s] K

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2It tQk

满足热稳定校验要求。 5.动稳定校验：

ies63kAish60.38kA （式

5-11）

满足动稳定校验要求。

5.6.2主变压器侧隔离开关的选择及校验

1.额定电压选择： UNUNs35kV 2.额定电流选择： INImax1433.62A 3.极限通过电流选择： iesish52.73kA

选择GW5-40.5D/1600-31.5型隔离开关，技术参数如下表：

表5-6 GW5-40.5D/1600-31.5技术参数

型号

额定电压kV 额定电流A 动稳定电热稳定电流

流峰值kA kA

峰值

4s 31.5

GW5-40.5D/1600-31.5

4.短路热稳定校验：

40.5 1600 80

222It31.543969Q908.4[(kA)s] tk

满足热稳校验要求。 5.动稳定校验：

ies80kAish60.38kA 满足动稳定校验要求。

35kV母联断路器及隔离开关的最大工作条件及变低35kV侧应满足相同的要求，故选用相同设备。即选用LW36-40.5型六氟化硫断路GW5-40.5D/1600-31.5型隔离开关。

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5.7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（100,100/3）和小电流（5，1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表及继电保护等[13]。

表5-7 电流互感器和电压互感器的对比

互感器

电流互感器

一次绕组串在电路中，且

匝数少，电流互感器在近

于短路状态下运行

电压互感器

容量小，近似于一台小容量变压器，电压互感器在近于

空载状态下运行

特点

5.7.1电流互感器的选择

（1）220kV侧电流互感器的选择 变220kV侧CT的选择

一次回路电压： unug220kV 一次回路电流： IN1Ilo.m661.33A

根据以上两项，初选LCW220户外支持式电流互感器，其参数如下：

表5-8 LCW-220（4×300/5）技术参数

二次负荷 准确等级 0.5 Ω 1 3 电流互感器型号 额定电流A 准级次确组合 级次 1S热动稳定 10%倍数 稳定 二次负荷 - 60 - 60 倍 电 倍 电 倍 数 流 数 流 数 LCW-220

1200/5 D/D 0.5 1.2 4 - 1.2 30 动稳定校验：

2IN1Kes2120060101.81(kA)ish35.7kA

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满足动稳定要求。 热稳定校验：

2222(IK)(120060)5184[(kA)s]Q307.72[(kA).s] N1tsK

满足热稳定要求。

综上所述，所选LCW220(4300/5)满足要求。

220kV母联CT：由于220kV母联及变高220kV侧的运行条件相应，故同样选用LCW-220（4×300/5）型CT。

（2）110kV侧的电流互感器的选择主变中110kV的CT的选择： 一次回路电压：unug110kV 一次回路电流：IN1Ilo.m1322.66A

根据以上两项，初选LB6—110户外油浸式电流互感器，其参数如下：

表5-9 LB6-110技术参数

二次负荷

电流

互感器型号

准确级次

准确等级 1

10%倍数 1S热稳定

动稳定

额定电流A

级次 组合

3 10P 二

次倍 电 倍 电 倍 负数 流 数 流 数

Ω

荷 2.4

115

LCW-110

2000/5

10P/10P/10P/0.2S

0.2S 10P

1.2

50 - 15 45 - -

动稳定校验：

2IN1Kes115kAish28.38kA 满足动稳定要求 热稳定校验：

2222(IK)452025[(kA).s]Q200.68[(kA).s] N1tsK

满足热稳定性要求。综上所述，所选的电流互感器LB6-110满足动热稳定性要求。

- 37 - / 57

110kV母联CT的选择。

母联的工作条件及变中110kV CT应相同，所以同样选择LB6-110型CT。

（3）35kV侧电流互感器的选择 一次回路电压： unug35kA 一次回路电流： IN1Ilo.m1433.62A

由此得，初选LB6—35户外油浸式电流互感器，其参数如下：

表5-10 LB6-35技术参数

参数设备

准确级组合 额定二次负荷 1s热稳

定电流额定电

kA 流比A

1s/2s 0.10P10P

动稳定电

流峰值kA

5

LB6—35

1 2

40

102

2000/5 0.5/10P1/1

0P2

1.6

1.6 1.2

动稳定校验：

2IN1Kes102kAish60.38kA

满足动稳定要求

热稳定校验：

22222(IK)401600[(kA)s]It908.4[(kA)s] N1tsi

满足热稳定要求 35kV母联CT的选择：

由于10kV母联只在一台主变停运时才有大电流通过，及10kV母线侧电流互感器相同，所以同样选择户LB6-35户外油浸式电流互感器 5.7.2电压互感器的选择

电压互感器是把一次回路高电压呀转换为100V的电压,以满足继电保护﹑自动装置和测量仪表的要求。在并联电容器装置中，电压互感器除

- 38 - / 57

作测量外，还作为放电元件。

1）种类和型式选择

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。6～20kV

屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电压互感器；35kV～110kV配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220KV级以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求，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。

2）额定电压和电流的选择 （1）一次额定电压UN1UNs （2）二次额定电压：

表5-11二次额定电压

绕组

高压侧接入

方式 二次额定电

压 3.准确级

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，期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.电压互感器的容量不小于二次侧负荷的容量

SN2S2S2(S1cos)2(S1sin)2二次绕组

接于线电压

上

100

二次辅助绕组

用于中性点直接接地系统中心

100

接于相电压

上

用于中性点不接地或经消弧线圈接地

100/3

100/3

（式

5-11）

- 39 - / 57

S1—仪表的视在功率；

—仪表的功率因数角。

（1）220kV母线设备电压互感器的选择

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。 电压：额定一次电压：

2n 1n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

U220kVU220/3V

设计手册，选择PT的型号：TYD—220。

额定变比：

（2） 110kV母线设备电压互感器的选择

型式：采用电容式式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用。 电压：额定一次电压：

110V

U1n110kV U2n3

准确等级：用户保护，测量、计量用，其准确等级为0.5级。 选定PT的型号为：TYD—110 额定变比为：

（3） 35kV母线设备电压互感器的选择

型式：采用树脂浇注绝缘结构PT，用于同步、测量仪表和保护装置。 电压：额定一次电压：U1n10kV选定PT型号：JDJJ—35 额定变比为：

5.8 35kV高压熔断器的选择 5.8.1熔断器的选择概述

高压熔断器是一种最简单保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害，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。

- 40 - / 57

U2n0.1kV

准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级。

（1）型式的选择

按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌开式、屋内式。对用于保护电压互感器的高压熔断器应选用专用系列。在本站中，熔断器只用于保护电压互感器 ，其只需按额定电压及断流容量（S3UNINbr）两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。

（2）额定电压选择

对于一般高压熔断器，其额定电压UN必须大于或等于电网的额定电压

UNs对于充填石英砂有限流作用的限流式熔断器，则不宜使用在低于熔断

器额定电压的电网中。

（3）额定电流选择 1）熔管额定电流的选择

为了保证熔断器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流INft应大于或等于熔体的额定电流INfs，即INftINfs

2）熔体额定电流的选择

为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路及电动机自启动等冲击电流时误动作，保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流应根据电力变压器回路最大工作电流Imax按

INfsKImax选择。K-为可靠系数，不计电动机自启动时K1.1~1.3，考虑自

启动K1.5~2.0。

5.8.2 35kV侧熔断器的选择

额定电压UN大于或等于电网的额定电压UNs 额定电压选择： UNUNs35kV

熔管的额定电流INft大于或等于熔体的额定电流INfs

额定电流选择： INftINfs

初选RW10-35型限流熔断器，技术参数如下表：

表5-12 RW10-35技术参数

额定 额定

型号

电压 电流 开断容

量不小

- 41 - / 57

最小切断电最大开断

kV A MVA 流(有效值) 电流kA

RW10-35 电流校验：

35kV 0.5

2000

2.5UN

50

INbrIsh(I\"),因RW10-35是限流熔断器，在电流到达最大值之前已截

断，故可不计非周期分量影响，采用I\"进行校验。

INbr50kAI\"23.68kA

满足校验要求。 5.9导体的选择及校验

导体选择的一般要求：裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择和校验。工作电流；电晕（对110kV级以上电压的母线）；动稳定性和机械强度；热稳定性；同时也应注意环境条件，如温度、日照、海拔等。

导体截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20M以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根，双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。110kV及以上高压配电装置一般采用软导线。 5.9.1 220kV母线选择

采用钢芯铝绞线

Imax661.33A选LGJ型钢芯铝绞线，标称截面铝/钢为800/100mm2，长

期允许载流量为1300A。

温度修正系数:

Ia/40KIa10.8213001066A661.33A

I2max661.332热稳定校验0(al-0)240(7040)51.55C 2Ia11066查发电厂电气部分表C=89，则满足短路时发热的最小导体截面为

- 42 - / 57

C

C为热稳定系数，CAhAw

SminQkkf307.72106197mm2800mm2

89满足热稳定要求。 5.9.2 110kV母线选择

采用钢芯铝绞线Imax1322.66A，选LGJ型钢芯铝绞线，标称截面铝/钢为630/80mm2，长期允许最大电流为1650A

温度修正系数 Ka170400.82

a107025 Ia/40KImax0.8216501353A1322.66A

热稳定校验

I2max1322.662 0(a10)240(7040)68.67。C

Ia11353查发电厂电气部分表C=89，则满足短路时发热的最小导体截面为

C

满足热稳定要求。

SminQkkf200.681106159.17mm2<630mm2

895.9.3 35kV母线选择

按最大持续电流选择两条1258矩形铝导体平放额定载流为2670A，集肤效应系数Kf为1.4，修正后的载流量为：

Ia10.8226702189.4AImax1433.62A 1)热稳定校验： 正常运行时导体温度：

I2max1433.6220(al-0)240(7040)52.86C 2Ia12189.4

查表C=93，则满足短路时发热的最小导体截面为：

SminQkkfC908.41061.4383.46mm2<2000mm2

93- 43 - / 57

满足热稳定要求。 2)动稳定校验 相间距a0.25m 冲击电流ish60.44kA 单位长度上的相间电动力:

21603802fpf10.5K12107ish1.731072522.86N/M

2b0.25

bh20.0080.1252W42106m3

33

2522.861.2266 ph8.6510Pa7010610W104210

母线同相条间作用应力计算如下：

b80.064h125

2bb80.06 bh8125fphL2由导体形状系数曲线查得K120.23

其中Lb1.2/30.4m，而条间应力为

fb2.5K12i2sh111082.50.236038021082620.38Pa b0.008

由以上可知满足要求。

fbL2b2620.380.426b226.210Pa2 2bh20.0080.125phb8.6510626.210634.85106Pa70106Pa5.9.4变压器220kV侧引接线的选择及校验

按经济电流密度选择导体截面积

查经济电流密度曲线，当Tmax3600h时，经济电流密度J1.3A/mm2则

查阅资料选取LJ-800铝绞线。

KSJImax1050808mm2J1.3

当环境温度为40℃时（考虑日照影响：取80℃） 1)按长期发热允许电流校验：

- 44 - / 57

a180400.85a108025

Ial40cKIa10.8513771170.45AImax661.33A 满足要求。

2)热稳定校验，正常运行时导体温度

Imax2661.3320(a10)240(8040)52.77c 2I1170.45a1

（式5-12）查表得：C=85 KfC

满足热稳定要求。

SminQkkf

1

307.721106206.38mm2800mm2

855.9.5变压器110kV侧引接线的选择及校验

按经济电流密度选择导体截面积： Imax1322.68A

查经济电流密度曲线，当Tmax4600h时， SJImax1322.681236.15 J1.07查阅资料选取JL/LB14钢芯铝绞线。长期允许载流量（考虑日照）：1850A

当环境温度40℃时

K

1)按长期发热允许电流校验：

a180400.727（考虑日照影响：取80℃）

a108025 Ial40cKIa10.72718501345AImax1322.68A

满足动稳定要求。

2)热稳定校验，正常运行时导体温度

2Imax1322.6820(al0)240(8040)78.68c 2Ial1345

（式5-13）

查表得： C=90 Kf1

200.681061574mm21600mm2 SminC90

满足热稳定要求。

Qkkf- 45 - / 57

变压器35kV侧引持续工作电流：Imax1433.62A 查表：J098A/mm2 5.9.6导体经接线的选择及校验 35kV母线最大济面积：

Imax1433.621462.88 J0.98

查表选取二条125mm10mm矩形硬铝导体平放：

SJ竖放允许电流： 3152A 集肤效应系数： K1.45

当环境温度40℃，温度修正系数：K0.82 正常运行时导体温度：

查表得：C=95。则满足短路时发热的最小导体截面积： Smin满足条件。 2)动稳定校验： 相间距a0.25m

10kV侧短路冲击电流：ish60.38kA 母线相间应力：

i2sh8750027fph1.73101.73105298N/m

a0.25

bh20.010.1252W52.083106m333

2fphL52981.22ph14.65106PA

10W100.000052083

母线同相条间作用应力计算如下：

7QkKfC908.41061.45382.03mm22500mm2

95b100.08h125

2bb100.074 bh10125由导体形状系数曲线查得K120.24

其中Lb1.2/30.4m，而条间应力为

fb2.5K12i2sh111082.50.246038021082187.45Pa b0.01- 46 - / 57

满足要求。

fbL2b2187.450.426b21410Pa2 2bh20.010.125phb14.651061410628.65106Pa70106Pa

- 47 - / 57

6防雷及过电压保护装置设计

6.1避雷针

避雷针的保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电,再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击

[6]

。

在对较大面积的变电所进行保护时,采用等高避雷针联合保护要比单

针保护范围大。因此，为了对本站覆盖,采用四支避雷针。被保护变电所总长108.5m,宽79.5m,查手册，门型架构高15m.避雷针的摆放如图所示。

108.5279.5314

D12D3479.5m；D23D14108.5m

Dmax79.52108.52135m

所以,需要避雷针的高度h为:

四只避雷针分成两个三只避雷针选择. 验算:首先,验算123号避雷针 对保护的高度:

1﹑2号针之间的高度：h034.32﹑3号针之间的高度：h034.31﹑3号针之间的高度:

79.52108.52h034.334.31915.3m15m

779.523m15m 7108.518.8m15m 7

由上可见,对保护物的高度是能满足要求的。

- 48 - / 57

对保护宽度:

1﹑2号针的保护宽度:bx1.5(h0hx)1.5(2315)120 2﹑3号针之间的宽度:bx1.5(h0hx)1.5(18.515)5.250 由此可见,对保护物的宽度是能满足要求的。 所以,123针是满足要求的。

由于4针的摆放是长方形,所以，134针也是满足要求的。即,四只高度选为35m的避雷针能保护整个变电所。 6.2避雷器

避雷器是一种过电压限制器,它实质上是过电压能量的接受器,它及别保护设备并联运行,当作用电压超过一定的幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量,限制过电压,保护电气设备.

在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)。

灭弧电压有效值的选择:

表6-1 灭弧电压有效值

电压等级kV 灭弧电压有效值

查手册,选出如下设备:

表6-2 避雷器的型号

型号

额定电压kV 35 11 22

灭弧电压kV 41

35

100%UN

110-220

80%UN

工频放电电压kV





冲击电灭弧电压选择压kV kV 134 10 30

35

110×0.8＝88 220×0.8＝

176

FZ-35 FZ-110J FZ-220J

84

104

- 49 - / 57

6.3防雷接地

“防雷在于接地”,这句话含义说明各种防雷保护装置都必须配以合适的接地装置。将雷电泄入大地，才能有效地发挥其保护作用。

接地是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体及大地保持等电位,电力系统的接地按其功用可分三类:

工作接地:根据电力系统正常运行的需要而设置的接地，它所要求的接地电阻值约在0.510的范围内。

保护接地:不设这种接地，电力系统也能正常运行,但为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加以接地,它是在故障的条件下才发挥作用的,它所要求的接地电阻值处于110的范围内。

防雷接地:用来将雷电流顺利泄入大地,以减小它所引起的过电压,它的性质似乎介于前两种接地之间,它防雷保护装置不可缺少的组成部分，它有些像工作接地;但它又是保障人身安全的有力措施,而且只有在故障下才发挥作用，它又有些像保护接地,它的阻值一般在130的范围内。

由此可见,接地电阻取10较合适。

查接地装置i(冲击系数)及i(接地装置的冲击利用系数)表,选用一字形的接地体。

查得: i0.45

(式中:Ri—冲击电流下的电阻;R—工频电流下的电阻) Ri0.45104.5 6.4变电所的防雷保护

变电所是重要的电力枢纽,一旦发生雷击事故,就会造成大面积停电。一些重要设备如变压器等,多半不是自恢复绝缘,其内部绝缘如故发生闪络,就会损坏设备。因此,变电所实际上是完全耐雷的。

变电所的雷害事故来自两个方面:一是雷直击变电所;二是雷击输电线路产生的雷电波沿线路侵入变电所。

按实际运行经验校验后，我国标准 目前推荐d1和对直击雷的防护一般采用避雷针或避雷线。对雷电侵入波的防护的主要措施是阀式避雷器限制过电压幅值,同时辅之以相应措施,以限制流过阀式避雷器的雷电流和

- 50 - / 57

降低侵入波的陡度。

为了防止变电所遭受直接雷击,需要安装避雷针、避雷线和辅设良好的接地网。装设避雷针(线)应该使变电所的所有设备和建筑物处于保护范围内。还应该使被保护物体及避雷针(线)之间留有一定距离，因为雷直击避雷针(线)瞬间的地电位可能提高。如果这一距离不够大，则有可能在它们之间发生放电，这种现象称避雷针(线)对电气设备的反击或闪络。逆闪络一旦出现,高电位将加到电气设备上，有可能导致设备绝缘的损坏。为了避免这种情况发生,被保护物体及避雷针间在空气中以及地下接地装置间应有足够的距离。

d2应满足下式要求:

d10.2Ri0.1h,d20.3Ri 6.5变电所的进线段保护

变电所限制雷电侵入波的主要措施是装设避雷器,避雷器动作后，可将侵入波幅值加以限制,使变压器受到保护。为了限制侵入波的陡度和幅值,使避雷器可靠动作，变电所必须有一段进线段。若没有次线段，雷直击变电所附近导线时,流过避雷器的雷电流幅值和陡度是有可能超过容许值的,因此,对于这种线路,在靠近变电所的一段进线上,必须加装避雷线或避雷针,以减少变电所的雷害事故。其作用是降低陡度和限制电流[14]。 6.6接地装置

无论是工作接地还是保护接地，都是经过接地装置及大地连接，接地装置包括接地体和接地线两部分。

1）接地体（网）

待设计变电所为长方形，则接地网也可取为长方形，若取直径为48mm，长为250cm的钢管作接地体，埋深0.8m,接地体之间连接一般用镀锌扁钢，应保证接地地电阻R4。

2）接地线

接地线是连接接地体和电气设备接地部分的金属部分的金属导体，一般接地采用截面积不小于4mm*12mm的扁钢，直径不 应小于6mm的圆钢。

- 51 - / 57

总结

经过两个多月的时间，我顺利的完成了这次毕业设计。从总体上来说，我对自己的成果还是比较满意的，也基本上达到了老师的要求。本设计只是理论上的设计，离实际工程设计还很远，而且本设计只涉及到一次部分，没有提到二次部分，所以设计还不完善，有一定的漏洞。而且由于本人经历、阅历、实际操作能力有限。难免存在一些不近人意的地方，请各位老师指点。

通过本次设计，不仅丰富了我的专业知识，还让我深深体会到了认识事物的过程。从拿到题目，再查阅资料，对题目进行设计、论证、修改到设计的完成。体现了理论联系实际的重要性。更重要的是这次设计让我学会了让自己独完成一件事情，为将来参加工作做好基础。

设计期间，我学会了很多关于电力工程设计的程序和方法，在收集资料、查阅文献，方案比较，设计制图等方面，都得到很大的提到。同时，对我国电力工程建设的政策有了初步的了解。

总之，本次毕业设计使大学四年所学的专业知识有了一个较为系统的综合，并对其中的许多问题进行了加深理解，进一步提高了我的专业综合能力。

- 52 - / 57

参考文献

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[2] 陈月娥 有关220kV变电站设计思路的分析 广东科技2008(24)

[3] 郭浩 220kV城市变电所研究 2006

[4] 郭日彩 许子智 徐鑫乾 220kV和110kV变电站典型设计研究及应用

[5] 刘叶南 邹敏威 220kV变配电所设计中存在的问题.电力建设 2008

[6] 杜欢 220kV变电站无功补偿容量配置分析规划及设计 [7] 包海龙 祝达康 220kV变电站中低压侧主接线方案分析 2009

[8] 刘庆 由三台主变构成的110kV变电站的设计方案.电气技术 2008

[9] 朱大新 数字化变电站综合自动化系统的发展《电工技术杂志》 2001

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[10] 李钧国 基于现场总线的变电站综合自动化系统《甘肃科学学报》 2006

[11] 曹海欧 基于CAN总线变电站综合自动化通信系统的研究, 2002第6期

[12] 胡雪艳 综合自动化变电站的防雷设计《浙江电力》 2007 第3期

[13] 常美生，张小兰，高电压技术，北京；中国电力出版社，2006 [14] 谷水清，李凤荣，电力系统继电保护。北京；中国电力出版社，2005

谢 辞

本设计的顺利完成，自己付出了许多的劳动，但老师的细心指教是分不开的。在过程中体现出付老师的渊博专业知识，更体现出了老师的宽厚待人的品质。我在设计过程中不但学会了勤奋求实的工作谨慎，更懂得了待人的品质。这一切将在我以后的工作生涯中起着重要的作用。

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在此过程中，我还要特别感谢给予我帮助的同学、朋友们，是在他们的鼓励、支持下我才会有今天的成绩。我如果说我以后在工作方面有一丝一毫的成就，那就离不开这次毕业设计带给我的启迪。

最后，特向四年来对我精心栽培的新疆工程学院老师表示诚挚的谢意，衷心的祝福！

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