220kv变电站电气部分初步设计

分类号郑州电力高等专科学校毕业设计（论文）题目220KV变电站电气部分初步设计并列英文题目PRELIMINARYDESIGNOFELECTRICITYPARTIN220KVTRANSFORMERSUBSTATION系部电力工程系专业发电厂及电力系统姓名XXX班级XXX指导教师郭琳、马雁职称教授、助教论文报告提交日期20100612郑州电力高等专科学校摘要本设计以220KV地区变电站设计为例，论述了电力系统工程中变电站部分电气设计（一次部分）的全过程。通过对变电站的原始资料分析、主接线的选择与比较，站用电接线设计，短路电流的计算，主要电气设备的选择，配电装置设计，防雷保护的设计与继电保护配置等步骤，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。通过本次毕业设计，巩固了“发电厂电气部分”课程的理论知识，掌握了变电站电气部分设计的基本方法，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关实际问题的能力。关键词变电站短路电流电气设备配电装置防雷设计继电保护ABSTRACTTHEPROJECTABOUTTHE220KVTRANSFORMERAREASUBSTATIONDESIGN,DISCUSSEDSOMEELECTRICALTRANSFORMERSTATIONSDESIGNONEPARTINPOWERSYSTEMSENGINEERINGOFTHEENTIREPROCESSTHROUGHANALYSISOFORIGINALDATAONTHESUBSTATION,SELECTIONANDCOMPARISONOFMAINCONNECTION,STATIONPOWERDESIGN,SHORTCIRCUITCURRENTCALCULATION，THECHOICEOFMAJORELECTRICALEQUIPMENT,DESIGNOFPOWERDISTRIBUTIONEQUIPMENT,LIGHTNINGPROTECTIONDESIGNANDRELAYCONFIGURATIONSTEPS,DETAILCOMPLETEDSUBSTATIONSINPOWERSYSTEMDESIGNTHROUGHTHEGRADUATIONDESIGN,CONSOLIDATETHE“POWEROFELECTRICPARTS“CURRICULUMTHEORYKNOWLEDGE,GRASPSTHEBASICDESIGNMETHODOFTHEELECTRICPARTS,WEUSEKNOWLEDGETOANALYSEANDSOLVETHERELEVANTQUESTIONKEYWORDSSUBSTATION,SHORTCIRCUITCURRENTS,ELECTRICEQUIPMENT,POWERDISTRIBUTIONEQUIPMENT,LIGHTNINGPROTECTIONDESIGN目录第一部分设计说明书1第一章前言1第二章原始资料分析2第三章主变压器的选择2第一节概述3第二节主变压器台数的选择3第三节主变压器容量的选择3第四节主变压器型式的选择4第五节所用变压器的选择6第四章电气主接线选择7第一节概述7第二节主接线的选择10第三节所用电接线的选择11第五章短路电流计算12第一节短路计算的目的及假设12第二节短路电流的计算结果14第六章电气设备的选择14第一节概述14第二节断路器的选择16第三节隔离开关的选择17第四节电流互感器的选择17第五节电压互感器的选择19第六节母线的选择20第七节电力电缆的选择21第八节限流电抗器的选择22第七章配电装置的选择23第一节概述23第二节配电装置的选用25第八章防雷保护的设计27第一节概述27第二节避雷针和避雷器的配置原则28第三节避雷针的选择28第四节避雷器的选择29第九章继电保护配置30第一节概述30第二节主变压器保护30第三节线路及母线保护31第二部分附录32附录一短路电流的计算32附录二电气设备的选择3621断路器的选择3622隔离开关的选择3923电流互感器的选择4024电压互感器的选择422510KV母线的选择422610KV出线电力电缆的选择442710KV出线限流电抗器的选择45附录三防雷保护设计4731避雷针保护范围的计算4732避雷器的选择48结束语49参考文献50第一部分设计说明书第一章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。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，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，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23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，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，并建立起规范的电力市场。展望未来，我们坚信，在新世纪中，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。第二章原始资料分析一、设计任务根据电力系统规划需新建一座220KV区域变电所。该所建成后与110KV和220KV电网相连，并供给近区用户供电。二、原始资料1、按规划要求，该所有220KV、110KV和10KV三个电压等级。220KV出线6回（其中备用2回），110KV出线8回（其中备用2回），10KV出线12回（其中备用2回）。2、110KV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为40MVA，其他作为一些地区变电所进线。10KV侧总负荷为30MVA，、类用户占60，最大一回出线负荷为3000KVA，变电站总的所用最大负荷为150KVA。3、各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为220KV侧093800小时/年COSMAXT110KV侧0854200小时/年10KV侧0854500小时/年AX4、220KV和110KV侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间分别为2S、15S，10KV出线过流保护时间为1S,断路器全分闸时间按01S考虑。5、系统阻抗220KV侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220KV母线侧阻抗为016100MVA，110KV侧电源容量为JS1000MVA，归算至本所110KV母线侧阻抗为032（100MVA），JS10KV侧没有电源。6、该地区最热月平均温度为28，年平均气温16，绝对最高气温为40，土壤温度为18，海拔153M。7、该变电所位于市郊生荒土地上，地势平坦、交通便利、环境污染小。第三章主变压器的选择第一节概述变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统510年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，运行和检修不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。第二节主变压器台数的选择由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊220KV降压变电所，它是以220KV受功率为主。把所受的功率通过主变传输至110KV及10KV母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资和占用面积增大，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。第三节主变压器容量的选择主变容量一般按变电所建成近期负荷，510年规划负荷选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的7080。该变电所是按70全部负荷来选择。即（0708）MVANSMAXS1N变电所最大负荷，MVA，N变电所主变压器台数MAX由于变电所最大负荷为130，因此主变压器容量为MVA（0708）130（21）（91104）MVANS在满足可靠性的前提下，结合经济性，选择容量为120MVA的主变压器。第四节主变压器型式的选择一、主变压器相数的选择当不受运输条件限制时，在330KV以下的变电所均应选择三相变压器。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，也增加了维护及倒闸操作的工作量。本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。二、绕组数的选择在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，该所选择三绕组变压器。三、主变调压方式的选择调压方式分为两种，不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常只有10（225），另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30。由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。四、连接组别的选择和中性点接地方式的设计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有星形“Y”和三角形“D”。在变电站中，一般考虑系统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。根据原始资料，本站选用YNYN0D11连接组别。在63KV及以下的系统，由于单相接地时，接地电流小，采用不接地的运行方式较为适宜。电压为110KV系统，为了减少设备和线路的投资，大多不采用中性点经消弧线圈的接地方式。目前我国220KV及以上都采用中性点直接接地的运行方式。220KV、110KV接地设备有隔离开关、避雷器和保护间隙在QF非全相运行时，工频电压升高，可选用避雷器额定电压不低于变压器最大工作相电压的避雷器保护，也可用棒间隙保护。综上所述，本设计中的主变220KV、110KV中性点均采用直接接地的运行方式。在本所中选用无隙的氧化锌避雷器，防止雷电入侵波对中性点绝缘的危害。五、主变压器冷却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。自然风冷却一般只适用于小容量变压器。强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。本设计主变为大型变压器，发热量大，散热问题不可轻佻，强迫油循环冷却效果较好，再根据变电站建在郊区，通风条件好，可选用强迫油循环风冷却方式。六、主变型号选择根据以上条件选择，确定采用型号为SFPSZ7120000/220的220KV三绕组有载调压电力变压器，其具体参数如下型号SFPSZ7120000/220额定容量KVA1200000容量比（）10010050空载电流（）08空载短路损耗KW144480高压中压低压额定电压KV220812512111联接组标号YN，YN0，D11高中高低中低阻抗电压12622076型号中各符号表示意义从左至右为S三相F风冷却P强迫油循环S三绕组Z有载调压7性能水平号120000额定容量220电压等级第五节所用变压器的选择一、所用变压器台数的选择220KV变电站，有两台及以上主变压器时，宜从主变压器低压侧分别引接两台容量相同、互为备用、分裂运行的所用工作变压器，每台工作变压器按全所计算负荷选择。根据本次设计的情况，选用两台容量相同的站用变压器。二、所用变压器容量的选择所用变压器容量（KVA）的计算公式为TS123TSKP式中所用动力负荷换算系数，一般取0851K、所用动力、电热、照明负荷之和，KW。P23由于本次设计的变电站总的所用最大负荷为150KVA，所以150KVA，根据经济性、可靠性、灵活性，选择160KVA的TSTS所用变压器。三、所用变压器型号的选择根据以上分析计算，查表，本次设计所用变选用型号为SC1016010的干式变压器。型号额定容量额定电压KV连接组损耗（KW）空载电流阻抗电压（KVA）高压低压空载短路（）SC10160101601004DYN11048186104第四章电气主接线选择第一节概述变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。一个变电所的电气主接线因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。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。一、电气主接线的基本要求1、可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。主接线可靠性的具体要求（1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；（2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对重要用户的供电；（3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。2、灵活性主接线应满足在调度、检修、事故处理及扩建时的灵活性。3、经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。（1）投资省（2）占地面积小（3）电能损失少。电气主接线的可靠性、灵活性、经济性是一个综合概念，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。二、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。三、主接线的类型1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。610KV配电装置的出线回路数不超过5回。3563KV配电装置的出线回路数不超过3回。110KV220KV配电装置的出线路数不超过2回。2单母分段接线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。3适用范围610KV配电装置的出线回路数为6回及以上时。3563KV配电装置的出线回路数为48回时。110KV220KV配电装置的出线路数为34回时。3单母分段带旁路母线这种接线方式适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。4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610KV配电装置当短路电流较大，出线需要装设电抗器时。3563KV配电装置的出线回路数超过8回路时。110KV220KV配电装置的出线回路数为5回及以上时。5双母线分段接线1优点有较高的可靠性和灵活性，缩小了母线故障的影响范围2缺点占地面积大，增加投资3适用范围用于进出线回路数较多的配电装置。一般220KV进出线超过1014回时，可采用双母单分段接线。当回路数达15回以上时，可采用双母双分段接线。6双母线分段接线1优点出线回路数较多时，提高了双母线工作的可靠性和灵活性2缺点占地面积大，增加投资3适用范围110KV出线在6回以上，220KV出线在4回以上时，宜采用带专用旁路QF的旁路母线。但当采用可靠性较高的SF6断路器时可不设置旁路母线。7桥形接线1优点使用断路器少、布置简单、造价低等2缺点可靠性较差3适用范围内桥接线适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。外桥接线适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。8一个半断路器（3/2）接线1优点具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电2缺点使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。3适用范围广泛用于大型发电厂和变电所的超高压配电装置中。第二节主接线的选择一、220KV侧方案项目方案双母线接线方案32接线可靠性母线检修时，电源和出线可继续工作，不会中断对用户供电。检修任一母线QS，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任一母线故障或检修，均不致停电，除联络QF故障时与其相连的两回线路短时停电外，其他任何QF故障或检修都不会中断供电。灵活性母联QF可以断开运行，一组母线工作，另一组母线备用。也可以闭合母联QF，双母线同时工作运行调度灵活，但二次接线和继电保护较复杂经济性经济性较好，便于扩建设备多，占地面积大，投资大由以上比较结果，经过综合判断，定性分析，220KV侧主接线宜采用方案。二、110KV侧方案项目方案双母线接线方案双母带旁路接线可靠性较高的可靠性可靠性很高灵活性灵活性较高灵活性很高经济性经济性较好，便于扩建增加了设备和投资由以上比较结果，经过综合判断，定性分析，110KV侧主接线宜采用方案。三、10KV侧方案项目方案单母分段接线方案单母接线可靠性可以是重要负荷从不同的母线分段取得，可靠性较高可靠性不高，任一元件故障或检修均使该回路停电灵活性分段QF可以接通及断开运行，灵活性较高灵活性差经济性设备和投资增加设备少，投资小由以上比较结果，经过定性分析，10KV侧主接线宜采用方案。综合以上分析可知，根据设计任务书的原始资料可知该变电所220KV侧采用双母线接线方式，110KV侧采用双母带旁路接线方式，10KV侧用单母线分段接线方式。第三节所用电接线的选择所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、安全、经济地运行。一、所用电源引接方式1当所内有较低电压母线时,一般均较低电压母线上引接12个所用变压器,这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。2当有可靠的635KV电源联络线时，可将一台所用变压器接到联络变压器外侧，更能保证所用电的不间断供电。3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。二、所用电接线的确定由于本所内有较低电压（10KV）母线时,所以从10KV母线上引接2台所用变压器,分别接于10KV母线的段和段，互为备用，平时运行当一台故障时另一台能承受变电所的全部负荷。第五章短路电流计算第一节短路计算的目的及假设短路是电力系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或地与相之间的短接。系统发生短路时，短路回路电流剧增，可达到正常电流的几倍或几十倍，产生的电动力效应和热效应，对载流导体和电气设备造成很大的冲击和损坏；影响用户供电和破坏系统稳定性。关系到电气设备、载流导体及电气主接线方案的选择，继电保护装置的选择和整定计算。必须对电流的电动力和发热进行计算。一、短路电流计算的目的1在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。10KV10KV2在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。5按接地装置的设计，也需用短路电流。二、短路电流计算的一般规定1验算导体和电气动稳定、热稳定以及电气开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后510年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。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机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。4导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。三、短路计算基本假设1正常工作时，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，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，不计负荷的影响；6系统短路时是金属性短路。四、短路电流计算的步骤1计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；2给系统制订等值网络图；3短路点的选择在每个电压等级下选一个短路点，即220KV、110KV、10KV电压等级短路点分别选在D1、D2、D3点；4对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。标幺值FI1FX有名值F3JFSU5计算短路电流冲击值短路电流冲击值CHI2CHFKI6列出短路电流计算结果第二节短路电流的计算结果短路点的编号额定电压（KV）短路电流有名值（KA）FI短路电流冲击值KACHI短路全电流最大有效值KACHID1220224257073385D2110392699945928D310334148505850454第六章电气设备的选择第一节概述电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。一、电气设备的选择的一般原则1应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；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选择导体时应尽量减少品种；5扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；6选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。二、技术条件1按正常工作条件选择1额定电压一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额NU定电压的条件选择。即NSUNS2额定电流电气设备的额定电流，或电气设备的长期允许电流，IALI应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即MAXIMAXALNIKI3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、地震烈度和覆冰度等）超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。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、热稳定校验。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。（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热稳定校验短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值。即应满足或KALQ2KTI式中短路电流产生的热效应KQ电气设备和载流导体允许的热效应AL、T电气设备允许通过的热稳定的电流和时间I3动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或SHESISHESI式中和三相短路冲击电流幅值和有效值SHII和电气设备允许通过的动稳定电流幅值和有效值E4短路计算时间验算热稳定的短路计算时间为继电保护动作时间和相应TPRT断路器的全分闸时间之和，即ABTPRABT一般取保护装置的后备保护动作时间PRT第二节断路器的选择变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。一、高压断路器的选择原则额定电压额定电流开断电流短路关合电流动稳定热稳定NSUMAXLINBRZKINCLHIESHI2TKIQ二、断路器的选择结果电压等级220KV110KV10KV进线10KV出线型号LW220/1250LW35126/3150ZN41A124000ZN2810630额定电压（KV）2201261210额定电流（A）125031504000630额定开断电流（KA）3153155020额定关合电流（KA）8010012550动稳定电流（KA）8010012550额定短时耐受电流（KA）3154S404S503S204S全开断时间（S）0030060065005第三节隔离开关的选择一、隔离开关的选择原则隔离开关与断路器相比，项目相同。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。二、隔离开关的选择结果电压等级220KV110KV10KV进线10KV出线型号GW4220（D）630GW4110630GN1010T4000GN1910XT630额定电压（KV）2201101010额定电流（A）6306304000630额定热稳定电流（KA）20（4S）20（4S）80（5S）20（4S）额定动稳定电流（KA）505016050第四节电流互感器的选择一、电流互感器的选择原则1根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、母线式等）来选择电流互感器的型式。620KV配电装置，可选用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器；35KV及以上配电装置，一般选用油浸装箱式绝缘结构的电流互感器，有条件时应选用套管式电流互感器2按一次回路额定电压和电流选择，应满足NSUMAX1NALIKI3二次额定电流选择二次额定电流选择一般选用5A，弱电系统中选用1A。4根据二次负荷的要求，选择电流互感器的准确度级电流互感器的准确度级不得低于所供测量仪表的准确度级，以保证测量的准确度。5额定容量的选择为保证互感器的准确度级，其二次侧所接负荷应不大于该2S准确级所规定的额定容量，即2NS2NS6热稳定检验电流互感器热稳定能力常以1S允许通过的热稳定电流的峰值与一次额定电流之比来表示，应满足条件为或2TI21TNKKIQ式中，时间的热稳定倍数，1STT7动稳定校验电流互感器的动稳定能力，常以内部允许通过极限电流的的倍数峰值与一次额定电流之比来表示，应满足条件为或ESI312ESNSHKII二、电流互感器的选择结果电压等级型号额定电流比（A）准确级1S热稳定电流（KA）额定动稳定电流（KA）额定输出（VA）220KVLCLWD3220600505356550110KVLCLWB61101000505451155010KV进线LZZBJ910100050580130304010KV出线LFZD210200505120倍数210（倍数）第五节电压互感器的选择一、电压互感器的选择原则1按装置种类和型式选择电压互感器的装置种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择。对于320KV屋内配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器；110KV及以上配电装置，当容量和准确度级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。2按一次回路电压选择为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在应满足SU1109NSNU3按二次回路电压选择电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，可按下表选择接线型式电网电压（KV）型式基本二次绕组电压（V）辅助二次绕组电压（V）YY335单相式100无此绕组110J500J单相式100/3100360单相式100/3100/3YNYND315三相五柱式100100/3（相）注J是指中性点直接接地系统4电压互感器的准确级和容量电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。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05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的最高准确等级。互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），应不小于互感器的二次负荷，即。2NS2S2NS二、电压互感器的选择结果电压等级设备型号额定变比（KV）二次绕组准确级额定容量最大容量测量05200保护3P100220KVTYD2203001H2013剩余3P1002000测量05100保护3P100110KVTYD21100015H01剩余3P1002000024005100二次绕组120010KVJDZX1110B103剩余绕组6P100600型号中各字母表示含义TYD220001H中3T成套式，Y电容式,D单相JDZX1110B中J电压互感器，D单相，Z浇注式，X带剩余绕组，B三柱带补偿绕组第六节母线的选择一、母线的选择原则1母线材料及截面形状的选择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的发电机、变压器出线端部，或对采用硬铝导体穿墙套管有困难，以及对铝有较严重腐蚀的场所才采用铜导体。常用的硬导体截面有矩形、槽形和管形。矩形导体一般只用于35KV及以下电流在4000A及以下的配电装置中；槽形导体机械强度好，载流量大，集肤效应系数小，一般用于40008000A的配电中。管形导体用于110V及以上配电装置，可用于8000A以上的配电中。2母线截面的选择（1）按长期工作电流选择时，所选母线截面的长期允许电流应大于装设回路的最大持续工作电流，即MAXLILNIK式中基准环境条件下的长期允许电流NIK综合校正系数（2）热稳定校验所选母线截面S，热稳定校验应满足的条件为MINKQCC热稳定系数，S所选母线截面，根据热稳定决定的MINS最小允许截面（3）动稳定校验JS作用在母线上的最大计算应力JS母线上的最大允许应力二、10KV母线的选择结果10KV出线选择12510的矩形铝导线。2M第七节电力电缆的选择一、电力电缆的选择原则1结构类型的选择电缆芯线有铜芯和铝芯，其芯线一般由多股导线绞合而成，国内工程一般选择铝芯。油浸纸绝缘电缆，适用于35KV及以下的输配电线路，聚氯乙烯绝缘电缆和橡皮绝缘电缆适用于6KV及以下的输配电线路，交联聚乙烯绝缘电缆适用于1110KV输配电线路，高压冲油电缆适用于110330KV输配电线路。2额定电压的选择NSU3截面选择对于长度超过20M且最大负荷利用小时数大于5000H的电缆按经济电流密度选择截面；反之，按长期工作电流选择。4热稳定校验210KQSCM二、10KV出线电力电缆的选择结果10KV出线回路均选用S240截面的黏性纸绝缘电缆。2第八节限流电抗器的选择对于10KV侧各配电装置，因短路电流过大，很难选择轻型设备，甚至会因断流容量不足而选不到合乎要求的电器，应采取措施限制短路电流，即在10KV侧需加装设电抗器。一、电抗器的选择原则1额定电压和额定电流的选择应满足NLSUMAXNLALIKI、电抗器的额定电压和额定电流I、电网额定电压和电抗器回路最大持续工作电流SMAX温度修正系数K2电抗器百分数的选择（1）电抗器的电报百分数按短路电流限制到一定数值的要求来选择，设要将短路电流限制到，则电源至短路点的总电抗标3I么值为X基准电流3BIBI电源至电抗器前系统电抗标么值LX电抗器在其额定参数下的百分电抗10NLBLIUX（2）电压损失检验SIN5FHLNIU选出的电抗器的百分电抗。LX（3）母线残压检验，为减轻短路对其他用户的影响，当线路电抗器后短路时，母线残压不能于电网额定值的6070即60703SYLNIU3热稳定和动稳定检验，应满足下式ESHI2TKIQ短路电流热效应，时间热稳定电流（T1S）KQT二、10KV出线限流电抗器的选择结果型号额定电压KV额定电流A电抗动稳定电流KA热稳定电流KASNKSL10400310400325523178第七章配电装置的选择第一节概述配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。一、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。1）屋内配电装置的特点（1）安全净距小，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，不受外界气候影响；（3）外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；（4）房屋建筑投资大。2）屋外配电装置的特点（1）土建工程量和费用较小，建设周期短；（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）占地面积大；（5）受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；（6）外界气象变化对设备维修和操作有影响。3）成套配电装置的特点（1）电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；（2）所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；（3）运行可靠性高，维护方便；（4）耗用钢材较多，造价较高。二、配电装置的设计要求1）节约用地；2）保证运行安全，工作可靠和操作巡视方便；3）便于检修和安装；4）在保证上述条件要求下，采取有效措施节约材料，减少投资。对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。屋外配电装置的安全净距（MM）额定电压（KV）符号适用范围310110J110220JA11、带电部分至接地部分之间2、网状遮栏向上延伸线距地25M处与遮栏上方带电部分之间20090010101800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间200100011002000B11、设备运输时，其外部至无遮栏带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间3、栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间4、带电作业时的带电部分至接地部分之间950165017502550B2网状遮栏至带电部分之间300100011001900C1、无遮栏裸导体至地面之间2、无遮栏裸体至建筑物、构筑物之间2700340035004300D1、平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间2200290030003800屋内配电装置的安全净距（MM）额定电压（KV）符号适用范围10110J110220JA11、带电部分至接地部分之间2、网状和极状遮栏向上延伸线距地23M处当遮栏上方带电部分之间1258509501800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间12590010002000B11、栅状遮栏至带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间875160017002550B2网状遮栏至带电部分之间22595010501900C无遮栏裸导体至地（楼）面之间2425315032504100D平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间1925265027503600E通向屋外的出线套管至屋外通道的路面4000500050005500注110J、22J、330J、500J系指中性点直接接地网第二节配电装置的选用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规定，110KV及以上多为屋外配电装置，35KV以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所220KV及110KV采用屋外配电装置，10KV采用屋内配电装置。1、屋内配电装置的选择635KV屋内配电装置的结构型式主要和有无出线电抗器有关。目前，无出线电抗器的配电装置多为单层式，有出线电抗器的配电装置多为两层式。2、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、半高型和高型等。1）中型配电装置中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作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。这种布置特点是布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装检修方面积累了比较丰富的经验。2）半高型配电装置，它是将母线及母线隔离开关抬高，将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，优点有（1）布置较中型紧凑，占地面积约在中型布置减少30；（2）施工、运行、检修条件比高型好；（3）旁路母线与主母线采用不等高布置实现进出线均带旁路，很方便。缺点上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。3）高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的4050，但其耗钢多，安装检修及运行条件均较差，一般适用下列情况（1）配电装置设在高产农田或地少人多的地区；（2）原有配电装置需要扩建，而场地受到限制；（3）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，所以变电所220KV、110KV电压等级采用普通中型配电装置。若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。10KV电压等级采用屋内两层配电装置。第八章防雷保护的设计第一节概述一、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。（一）直击雷的保护范围和措施1、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。2、保护措施采样设置避雷针和避雷线进行保护。具体见表61所示表61变电站D进行防雷保护的对象和措施序号建筑物及构筑名称建筑物的结构特点防雷措施1110KV及以上配电装置钢筋混凝土结构在构架上装设避雷针或装设独立避雷针2变压器装设独立避雷针3屋外组合导线及母线桥装设独立避雷针4主控楼钢筋混凝土结构钢筋焊接成网并接地5屋内配电装置钢筋混凝土结构二、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812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保护段待保护措施。220KV及以下的配电装置电气设备绝缘与避雷器通过雷电流为5KA幅值的残压进行配合。进线保护段的作用，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。第二节避雷针和避雷器的配置原则一、避雷针的配置原则1、电压110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000N米的地区，宜装设独立的避雷针。2、独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10N。3、35KV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。4、在变压器的门型构架上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形构架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在装置中距离很难达到不小于15M的要求。二、避雷器的配置原则1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器。2）旁路母线上是否应装设避雷器，应看旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足而定。3）220KV以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并尽可能靠近设备本体。4）220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。5）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。6）110KV220KV线路侧一般不装设避雷器。第三节避雷针的选择一、多支避雷针保护范围的确定方法1）将多支避雷针的多边形，划分成若干个三支避雷针的三角形，划分时必须是相邻近的三支避雷针。2）每三支避雷针，其相邻两支保护范围的一侧最小宽度0时，XB则全部面积才能受到保护。3）多支避雷针的外侧保护范围，应分别按不等高（或等高）两针保护范围的方法确定。二、本变电站避雷针的选择结果经过计算，本变电站采用四支30M的等高避雷针进行保护。H第四节避雷器的选择一、避雷器类型的选择由于金属氧化物避雷