电力系统课程设计-220kv变电所设计.doc

课程设计说明书 课程名称： 电力系统课程设计 设计题目： 220kv 变电站设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 05 电气（2）班 学 号： 姓 名： 指导教师： 华南理工大学电力学院 二九 年 一 月 2 摘要摘要 本课程设计的目的是通过所学的电力系统知识来对某个区域的 220kv 变电 所电力网进行规划设计进行规划设计。首先，由变电所的原始资料来选定变电 所母线的接线方案以及对主变进行选择；其次，进行短路计算，根据短路电流 参数计算并确定变电所的主要电气设备；最后，对电气设备进行配置及对所用 电设计。 关键字：接线方案议定关键字：接线方案议定 短路计算短路计算 电气设备配置电气设备配置 电气总平面布置电气总平面布置 所用电所用电 3 区域变电所电气部分设计区域变电所电气部分设计目录目录 第一章 主接线的选择4 1.1 原始资料分析4 1.2 方案议定4 1.3 节电气主接线图6 第 2 章 主变的选择7 2.1 原始资料.7 2.2 主变压器选择.7 第三章 短路电流计算9 3.1 短路计算概述9 3.2 相关参数计算9 3.3 短路点选择和计算(不计负荷影响).10 第四章 主要电气设备的选择和校验14 4.1 断路器的选择.14 4.2 母线19 4.3 支柱绝缘子及穿墙套管22 4.4 限流电抗器23 4.5 电缆25 4.6 互感器26 第五章电气设备配置30 5.1 继电保护配置规划30 5.2 避雷器配置规划32 5.3 互感器的配置34 第六章 电气总平面布置及配电装置的选择36 6.1 概述36 6.2 高压配电装置的选择36 第 7 章所用电设计38 7.1 概述38 7.2 所用电的接线方式38 7.3 所用电接线39 参考资料39 4 第一章第一章 主接线的选择主接线的选择 1.11.1 原始资料分析原始资料分析 变电所规模及其性质：变电所规模及其性质： 1. 电压等级 220/110/10 kv 2. 线路回数 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 10 回（其中备用 2 回） 区域变电所建成后与 110kv 和 220kv 电网相连，并供给近区用户供电。 3归算到 220kv 侧系统参数（=100mva,ub=230kv） b s 220kv 侧电源近似为无穷大系统，归算至本所 220kv 母线侧阻抗为 0.015( =100mva) b s 4归算到 110kv 侧系统参数（=100mva,ub=115kv） b s 110kv 侧电源容量为 500mva，归算至本所 110kv 母线侧阻抗为 0.36( =100mva) b s 5110kv 侧负荷情况：110kv 侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为 75000kva，其 他作为一些地区变电所进线，最小负荷与最大负荷之比为 0.65。 610kv 侧负荷情况： 10kv 侧总负荷为 38000kva，类用户占 60%，最大一回出线负荷为 4000kva，最小 负荷与最大负荷之比为 0.65。 7. 各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为： 220kv 侧 小时/年90 . 0 cos4200 max t 110kv 侧 小时/85 . 0 cos4500 max t 10kv 侧 小时/年85 . 0 cos4300 max t 8. 220kv 和 110kv 侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间为 0.15s，10kv 出线过流保 护时间为 2s ,断路器燃弧时间按 0.05s 考虑。 9 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。 1.21.2 方案议定方案议定 各种接线方式的优缺点分析：各种接线方式的优缺点分析： 5 1、单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等 优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整 个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停 电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高， 所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。 单母接线适用于：110200kv 配电装置的出线回路数不超过两回，3563kv，配电装 置的出线回路数不超过 3 回，610kv 配电装置的出线回路数不超过 5 回，才采用单母线 接线方式 2、单母分段 用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。 当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使 重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检 修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡 扩建，单母分段适用于：110kv220kv 配电装置的出线回路数为 3 34 4 回，3563kv 配电 装置的出线回路数为 4 48 8 回，610kv 配电装置出线为 6 6 回及以上，则采用单母分段接线。 3、双母接线 它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对 用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条” ，则该回路在检修期需要 停电。对于，110k220kv 输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要 停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kv220kv 双母线接线 的配电装置中，当出线回路数达 7 7 回， （110kv）或 5 5 回（220kv）时，一般应装设专用旁路 母线。 4、双母线分段接线 双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不 同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传 统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现 分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积 较大，一般当连接的进出线回路数在 11 回及以下时，母线不分段。 为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试） ， 不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。 当 110kv 出线为 7 回及以上，220kv 出线在 4 回以下时，可用母联断路器兼旁路断路 器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。 各供电侧主接线设计：各供电侧主接线设计： 1 1、220kv220kv 侧主接线的设计侧主接线的设计 220kv 侧出线回路数为 6 回，考虑到所要采用变压器的台数为两台以及供电负荷属于 重要负荷，为了提高供电可靠性，宜采用双母线接线 6 2 2、110kv110kv 侧主接线的设计侧主接线的设计 110kv 侧出线回路数为 8 回，考虑到负荷比较重，年最大运行小时数为 4500 小时，对供电 可靠性要求比较高，所以可以采用双母线接线。 3 3、10kv10kv 侧主接线的设计侧主接线的设计 10kv 侧出线回路数为 10 回，负荷比较轻，供电半径短，所以采用单母分段连接就能 满足要求，故 10kv 采用单母分段连接 方案拟定：方案拟定： 方案220kv 侧110kv 侧10kv 侧主变台数 方案一双母线不带旁路双母不带带旁路单母分段 2 1.31.3 节电气主接线图节电气主接线图 图 1-1 电气主接线图 7 第第 2 章章 主变的选择主变的选择 2.12.1 原始资料原始资料 1.110kv 侧负荷情况： 110kv 侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为 75000kva，其他作为一些地区变电 所进线，最小负荷与最大负荷之比为 0.65。 210kv 侧负荷情况： 10kv 侧总负荷为 38000kva，类用户占 60%，最大一回出线负荷为 4000kva，最小 负荷与最大负荷之比为 0.65。 2.22.2 主变压器选择主变压器选择 主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合 考虑确定。 主变压器容量一般按变电所、建成后 510 年的规划负荷选择，并适当考虑到远期的负 荷发展。对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。 在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两 台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得跔容量的备用电源时，可装设一台 主变压器。 装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于 60%的 全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。 容量选择：容量选择： 本变电所选用两台变压器，按 110kv 侧的变电所的进线跳开，由 220kv 侧无穷大系统 来单供电给 110kv 和 10kv 侧的负荷，一台主变压器的容量不应小于 60%的全部负荷。 110kv110kv 侧的负荷：侧的负荷： 两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为 75000kva，属于一类负荷。110 侧的总负荷 容量为 75mva 10kv10kv 侧的负荷：侧的负荷： 10kv 侧总负荷为 38000kva，最大一回出线负荷为 4000kva，有 10 回出线，其中两回 备用，类用户占 60%。 10kv 侧的总负荷为 38mva 10kv 侧的最大负荷，按 10 回来算为 10*4000kva=40mva38mva，所以按 40mva 来算 10kv 的总负荷容量。 单台容量：单台容量： （80mva+40mva）*0.7=84mva n s 同时还要保证用户的一、二级负荷 10kv 侧的一级、二级负荷为 40mva*60%=24mva 110kv 侧的一级、二级负荷为 80mva 8 总的一级、二级负荷为 24mva+80mva=104mva84mva 综合以上讨论可知综合以上讨论可知，从长远考虑选主变压器容量： =120 mva，容量比 100/100/100 的变压器。 n s 主变相数的选择主变相数的选择: 主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因 素。当不受运输条件限制时，在 330kv 及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。 社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故由以上 规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器，同时，为了保障电压水平能够满足用户要 求，本所选用有载调压变压器。 变压器连接方式和中性点接地方式的选择变压器连接方式和中性点接地方式的选择: 变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组 连接方式只有 y 和，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。 我国 110kv 及以上电压，变压器绕组都采用 y0 连接；35kv 亦采用 y 连接，其中性 点多通过消弧线圈接地。35kv 及以下电压，变压器绕组都采用连接。同时考虑到为了降 低绕组的绝缘要求，从而降低制造成本，为了给三次谐波电流提供通道，避免正弦波电压 的畸变故此变电所 220kv、110kv 侧宜采用 y0 接线，10kv 侧采用接线，我国的 110kv 及以上电网一般采用中性点直接接地系统，在运行中，为了满足继电保护装置灵敏度配合 的要求，变压器的中性点不接地运行，所以，本变电所主变 220kv、110kv 侧和 10kv 侧 均采用中性点不接地方式。 变压器选择总结变压器选择总结: 综上所述，本变电所采用型号为 sfpsz7-120000/220 三绕组有载调压变压器。其主要参数 如下： 表表 2-12-1 变压器参数列表 额定电压（kv）阻抗电压 容量 mva 调压范围高压中压低压 空载损耗 （kw） 空载电流 （%） ui- 2% u1-3% u2- 3% 12081.5%22012110.51240.81422.67.4 联结组标号型号 yn，ynd，d 11 sfpsz7-120000/220 9 第三章第三章 短路电流计算短路电流计算 3.13.1 短路计算概述短路计算概述 一、短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。 其计算目的是： 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。 2、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、验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器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，及不计负荷的影响； 6、系统短路时是金属性短路。 3.23.2 相关参数计算相关参数计算 变压器:%=0.5(%+%-%)=0.5(14+22.6-7.4)=14.6 1 u 12 u 13 u 23 u 10 图 3-1 短路点分布图（不计及负荷影响） %=0.5(%+%-%)=0.5(14+7.4-22.6)=-0.6 2 u 12 u 23 u 13 u %=0.5(%+%-%)=0.5(22.4+7.4-13.5)=8 3 u 13 u 23 u 12 u 所以=%/(100)=14.6100/(100120)=0.12167 1t x 1 u b s n s = %/(100)=-0.6100/(100120)=-0.005 2t x 2 u b s n s = %/(100)=8100/(100120)=0.0667 3 t x 3 u b s n s 3.33.3 短路点选择短路点选择和计算和计算( (不计负荷影响不计负荷影响) ) 短路点的选择和主要应用：短路点的选择和主要应用： d1:220kv 母线(短路电流可以用来校验 220kv 的母联断路器、隔离开关和母线等) d2:110kv 母线(短路电流可以用来校验 110kv 的母联断路器、隔离开关和母线等) d3:10kv 母线(短路电流可以用来校验 10kv 的母联断路器、隔离开关和母线等) 短路计算：短路计算： 基准容量： = 100mva 冲击系数：= 1.8 b s ch k 如图 3-1 所示： 220kv 侧：电源的标幺值： = 1，归算至本所 220kv 母线侧阻抗为=0.015( 1 e 1 x b s =100mva) 110kv 侧:电源的标幺值： = 1，归算至本所 110kv 母线侧阻抗为=0.36( =100mva) 2 e 2 x b s = xt1=0.12167 = xt2=-0.005 = xt3=0.0667 5 x 6 x 7 x = ， =， = 8 x 5 x 9 x 6 x 10 x 7 x 11 图 3-3 化简后的等值电路 可知 = / 2=0.12167/2=0.060835 = / 2=-0.005=-0.0025 12 x 5 x 13 x 6 x = / 2=0.0667=0.03335 14 x 7 x 图 3-2 等效变换后的等值电路图 d1 点短路时的情况：点短路时的情况： 等效电阻： = + + 21 x 2 x 12 x 13 x =0.36-0.0025+0.060835 =0.418335 短路电流的周期分量的标幺值为： = / + / 1d i 2 e 21 x 1 e 1 x =1/0.418335+1/0.015 =69.0571 d1 点是电流基准值为：=100/( b i )ka=0.251ka2303 短路电流的周期分量的有名值为：0.251ka=17.3333ka 1d i 冲击电流的有名值为： = 0.251=44.1235ka ch i ch k2 1d i 短路电流的全电流有效值为：= 0.251ka=26.1727ka q i 1) - (k 1) - (k 2 + 1 chch1d i 短路容量：=6905.71mva t s 1d i b s d2 点短路时的情况：点短路时的情况： 等效电阻： = + + 22 x 1 x 12 x 13 x 12 图 3-4 化简后的等值电路 图 3-5 化简后的等值电路 =0.015+0.060835-0.0025 =0.073335 短路电流的周期分量的标幺值为： = / + / =1/0.073335+1/0.36=16.4138 2d i 1 e 22 x 2 e 2 x d2 点是电流基准值为：=100/()ka=0.502ka b i1153 短路电流的周期分量的有名值为：0.502ka=8.2397ka 2d i 冲击电流的有名值为： = 0.502=20.9749ka ch i ch k2 2d i 短路电流的全电流有效值为：= 0.502ka=12.4417ka q i 1) - (k 1) - (k 2 + 1 chch2d i 短路容量：=1641.38mva t s 2d i b s d3 点短路时的情况：点短路时的情况： 等效电阻： = + ( +) ( + ) / ( + + + ) 23 x 14 x 2 x 1 x 13 x 12 x 2 x 13 x 1 x 12 x =0.03335+（0.36-0.0025） （0.015+0.060835）/（0.36-0.0025+0.015+0.060835） =0.09591 = ( * ( + ) + * ( + ) / ( + + +) 3 e 1 e 2 x 13 x 2 e 1 x 12 x 2 x 13 x 1 x 12 x =(1 ( + ) + 1 ( + ) / ( + + + ) 2 x 13 x 1 x 12 x 2 x 13 x 1 x 12 x =1 短路电流的周期分量的标幺值为： = / x23=1/0.09591=10. 4264 3d i 3 e d3 点是电流基准值为：=100/()ka=5.4986ka b i 5 . 103 短路电流的周期分量的有名值为：5.4986ka=57.3308ka 3d i 冲击电流的有名值为： = 5.4986=145.9405ka ch i ch k2 3d i 13 短路电流的全电流有效值为： = 5.4986ka=86.5677ka q i 1) - (k 1) - (k 2 + 1 chch3d i 短路容量： =1042.64mva t s 3d i b s 短路计算总结短路计算总结： 表表 3-13-1 短路点的 编号 基准容量 （mva b s ） 基准电压 vav（kv ） 稳态短路 电流标么 值 稳态短路 电流有名 值（ka） 短路电流冲击 值 (ka) ch i 短路全电流 最大有效 值 (ka) q i 短路容量 ( mva) t s d1 230 69.0571 17.333344.123526.1727 69.0571 d2 115 16.4138 8.239720.974912.44171641.38 d3 100 10.5 10.4264 57.3308145.940586.56771042.64 14 第四章第四章 主要电气设备的选择和校验主要电气设备的选择和校验 4.14.1 断路器的选择断路器的选择 断路器型式的选择：除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运 行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前制造情况，电压 6220kv 的电网一 般选用少油断路器，电压 110330kv 电网，可选用或空气断路器，大容量机组釆用封 6 sf 闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。 断路器断路器选择的具体技术条件如下： （1）电压： -电网工作电压, -断路器的额定电压 g u n u g u n u （2）电流： -最大持续工作电流， -断路器的额定电压 maxg i n i maxg i n i （3）开断电流： pt i nbr i -断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量；-断路器额定开断电流 pt i nbr i （4）动稳定： ch i max i -断路器极限通过电流峰值；-三相短路电流冲击值 max i ch i （5）热稳定： 2 kt qi t - 短路电流的热效应或热脉冲；- 断路器 t 秒热稳定电流 k q t i 隔离开关隔离开关形式的选择，应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经 济比较然后确定。参数的选择要综合考虑技术条件和环境条件。 选择的具体技术条件如下： （1）电压： -电网工作电压 g u n u g u （2）电流： -最大持续工作电流 maxg i n i maxg i （3）动稳定： ch i max i （4）热稳定： 2 kt qi t - 短路电流的热效应或热脉冲；- 断路器 t 秒热稳定电流 k q t i 4.1.1 主变高压侧的断路器、隔离开关的选择和校验主变高压侧的断路器、隔离开关的选择和校验 主变高压侧的断路器：主变高压侧的断路器： 短路点 位置 基准容 量 （mv b s a） 基准电 压 vav（kv ） 稳态短 路电流 标么值 稳态短路 电流有名 值（ka） 短路电流 冲击 值 (ka) ch i 短路全电流 最大有效 值 (ka) q i 短路容量 ( mva) t s 15 主变高 压侧 10023069.0571 17.333344.123526.1727 69.0571 （1）选择 220 g ukv =1.05（75+410）/(2220)=0.158ka maxmax 1.05/( 3) gn isu3 选择 lw2-220 sf6断路器 表表 4-1 lw2-220 sf6 断路器参数表 型号 额定电 压 （kv） 额定电 流 （ka） 额定短 路开断 电流 （ka） 额定短 路关合 电流 （ka） 额定峰 值耐受 电流 （ka） 4 秒热 稳定电 流 （ka） 全开 断时 间 （s） lw2- 220/2500 2202.531.580100 31.5 0.05 （2）热稳定校验： 2 kpnpt qqqi t , - 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应, 短路电 k q p q np q 流非周期分量的热效应 ； (可由发电厂电气部分 p73 页表 3-3 222 /2 (10)/12 kk pktt qtiii 2 * np qti 查出)；- 断路器 t 秒热稳定电流 t i 短路计算时间： kprbr ttt - 后备保护动作时间；- 断路器全开断时间 pr t br t =0.15+0.05=0.2s 137.253(ka)2 s 2 t i t k q 满足热稳定要求 （3）动稳定校验： maxch ii -断路器极限通过电流峰值；-三相短路冲击值。 max i ch i =44.1235 ka () kpnp qqq 2 t i t k q 满足热稳定要求 （3）动稳定校验： maxch ii =44.1235 ka 13.231(ka)2 s 2 t i t k q 满足热稳定要求 （3）动稳定校验： maxch ii -断路器极限通过电流峰值；-三相短路冲击值。 max i ch i =12.2651ka 2 t i t k q 满足热稳定要求 （3）动稳定校验： maxch ii =12.2651ka 38.699(ka)2 s 2 t i t k q 满足热稳定要求 （3）动稳定校验： maxch ii -断路器极限通过电流峰值；-三相短路冲击值； max i ch i =20.9749ka 2 t i t k q 满足热稳定要求 （3）动稳定校验： maxch ii =20.9749 ka 316a 40al i 21 （2）热稳定校验：=0.15+0.05=0.2s , kprbr ttt 用全电流来校验，d1 短路时=26.1727ka q i q i =26.172720.2=137.002ka2s 2 kk k qi t 正常运行时得导体温度：=40+(70-40)3162/4692=53.6 22 00max ()/ alal ii 查表得：c=94 =/94413a 40al i （2）热稳定校验：=0.15+0.05=0.2s , kprbr ttt 用全电流来校验，d1 短路时=12.4417ka q i q i 22 =12.441720.2=30.959ka2s 2 kk k qi t 正常运行时得导体温度：=40+(70-40)4132/4692=63.3 22 00max ()/ alal ii 查表得：c=90 =/90 2 t it a k q 满足热稳定要求 动稳定检验动稳定检验: =38.25ka=30.55ka es i ch i 满足动稳定校验 4.54.5 电缆电缆 电缆应按下列选择及校验 1、型式：应根据敷设环境及使用条件选择电缆型式。 （1）明敷（包括架空、隧道、沟道内等）的电缆，一般选用裸钢带铠装或塑料外护层电缆。 26 在易受腐蚀地区应选用塑料外护电缆。在需要使用钢带铠装电缆时，宜选用二级外护层型 式。 （2）直埋敷设时，一般选用钢带铠装电缆。在潮湿或腐蚀性土壤的地区，应带有塑料外护层。 （3） 三相交流系统的单芯电力电缆，要求金属护外层采用一端接地时，在潮湿地区，外护 层宜选用塑料挤包的型式。电力电缆除充油电缆外，一般采用三芯铝芯电缆。 2、按额定电压选择： maxgn uu 3、按最大持续工作电流选择电缆截面s： 或, = max1ga iki 12t kk k k 34t kk k k t k)/()( 12 tttt mm 温度修正系数;，修正系数 t k 12 ,k k 34 k k 电缆芯最高工作温度（） ； m t 对应于额定载流量的基准环境温度（） ； 1 t 实际环境温度； 2 t 对应于所选用电缆截面s、环境温度为+25时，电缆长期允许载流量（a） 。 1a i 4、按经济电流密度选择导体截面以及允许电压降的校验，与裸导体计算相同。 5、热稳定校验：ssmin= fkk q /c , c=10-2 )20(1 )20(1 ln 2 . 41 20 w h f k q 式中 c热稳定系数。 （其他相关系数可以在发电厂电气部分 p207 查出） 10kv 最大一回负荷出线电缆的选择与校验：最大一回负荷出线电缆的选择与校验： =10kv；=1.054/(10.5)=0.23ka n u maxg i3 （1 1）型式：）型式： 热阻系数为 80cm/w, =325a,直埋敷设,截面积 240mm2，缆芯最高工作温度为+60的 n i 粘性浸渍绝缘三芯（铝）电力电缆。 （电力系统分册 附表 10） （2 2）校验：）校验： 电压：=10kv gn uu 电流：=0.76 t k 1 2 tt tt m m )2560( )4060( =1.09 , =1（发电厂电气部分附表 18、19） 3 k 4 k 27 =0.761.091=0.83 34t kk k k =0.83325a=269a =230a 1a ki maxg i （ （3） ）热稳定：热稳定： = (1.5112)2(0.15+0.05)=65.7 (ka)2 s 22 1 (1.51)() kqkprbr qititta (按装设电抗器后的热效应) 正常运行时得导体温度：=40+(60-40)2302/2692=54.62 22 00max ()/ alal ii c=10-2=57.6 )20(1 )20(1 ln 2 . 41 20 w h f k q smin= fkk q /c0.9，为电压互感器额定一次线电压，1.1 和 0.9 n u 1 u n u n u 是允许的一次电压波动范围，即10% 。 n u （2）二次电压：电压互感器二次电压，应根据使用情况，按下表选用所需的二次额定 电压。 表表 4-114-11 二次额定电压 绕组主二次绕组附加二次绕组 高压侧接 入方式 接于线电 压上 接于相电 压上 用于中性 点直接接 用于中性 点不接地 28 地系统中或经消弧 线圈接地 系统中 二次额定 电压（v） 100 100/ 3 100100/3 （3） 准确等级：电压互感器的准确度是在二次负荷下的准确级。用于电度表准确度不低 于 0.5 级，用于电压测量，不应低于 1 级，用于继电保护不应低于 3 级。 （4）二次负荷：是对应于在测量仪表所要求的最高准确级下，电压互感器的额定容量。 n s s2是二次负荷，它与测量仪表的类型，数量和接入电压互感器的接线方式有关，电压互感 器的三相负荷经常是不平衡的，所以通常用最大一相的负荷和电压互感器一相的额定容量 相比较。 10kv10kv主母线电压互感器主母线电压互感器 10kv侧母线所连的电压互感器的选择，选用jsjw-10型电压互感器： 表表4-124-12 jsjw-10型电压互感器参数表 型式额定变比 在下列准确等级下的额定 容量 最大容量 （va） 0.513 三相（屋内） jsjw-10 10000/100/ 3 100 120200480 960 4.6.2 电流互感器电流互感器 电流互感器的选择和配置应按下列条件电流互感器的选择和配置应按下列条件： (1)型式： 电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于 620 kv 屋内配电装置， 可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于 35 kv 及以上配电装置，一般 采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。 （2）一次回路电压： gn uu 为电流互感器安装处一次回路工作电压，为电流互感器额定电压。 g u n u （3）一次回路电流： max1ng ii 为电流互感器安装处一次回路最大工作电流，为电流互感器原边额定电流。 maxg i 1n i 当电流互感器使用地点环境温度不等到于+40时，进行修正。修正的方法与断路器的 n i 修正方法相同。 （4）准确等级： 29 电流互感器准确等级的确定与电压互感器相同，需先知电流互感器二次回路接测量仪 表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表计来选择。 （5）动稳定： 内部动稳定 ch idnki12 式中电流互感器动稳定倍数，它等于电流互感器级限通过电流峰值与一次绕组 d k dw i 额定电流峰值之比，即 1n i =/() d k dw i2 1n i (6) 热稳定： 2 1 () knt qi k 为电流互感器的 1 秒钟热稳定倍数。 t k 10kv 出线电流互感器出线电流互感器 （1）形式：采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式 （2）电压：=10kv g u （3）电流：=1.054/(10.5)=0.23ka maxg i3 （4）准确等级：采用 0.5 级 根据计算结果可以选择型号为 lfz1-10 的电流互感器，其主要参数如下： 表表 4-134-13 lfz1-10 的电流互感器参数(电力系统分册附表 41) 型号 额定电流比 （a） 准确度1s 热稳定倍数动稳定倍数 lfz1-10300/50.575130 校验：校验： 电压： gn uu 电流： maxgn ii 动稳定： =1.8=30.55ka(按装设电抗器后的冲击电流) ch i2 1 i = 0.3130=55.15ka,2 1nt i k2 满足动稳定的要求2 1nt i k ch i 热稳定： = (1.5112)2(0.15+0.05)=65.7 (ka)2 s(按装 2 2 1 (1.51)() kq kprbr qi titt 设电抗器后的热效应) ()2=(0.375)2=506.25 (ka)2 s 1nt i k k q 满足热稳定要求 30 第五章电气设备配置第五章电气设备配置 5.15.1继电保护配置规划继电保护配置规划 5.1.1 配置原则配置原则 1、系统继电保护及自动装置 继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计变电站继电保护结合我国目 前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠性、快速性、灵敏性、运用微机继电保护装 置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平。 2、继电保护配置原则 根据 gb14285继电保护和安全自动装置技术规程中有关条款继电保护二十五项 反事故措施要点、电力系统继电保护教材。 3、220 千伏系统 220 千伏线路配置高频距离保护，要求能快速反应相间及接地故障。对于 220 千伏双 母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，性能 良好的故障录波装置。 4、110 千伏系统 110 千伏线路配置阶段式距离保护，要求能反应相间及接地故障。对于 110 千伏双母 31 线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，性能良 好的故障录波装置。 5、主变压器保护 电力变压器是电力系统中大量使用的重要的电气设备,它的故障将对供电可靠性和系统 正常运行带来严重的后果,同时大容量变压器也是非常贵重的设备, ,因此必须根据变压器 的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。 变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕组 的匝间短路和单相接地短路；油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地 故障。变压器的不正常工作状态主要由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低。 对于上述故障和不正常工作状态变压器应装设如下保护： （1)为反应变压器油箱内部各种短路和油面降低，对于 0.8mva 及以上的油浸式变压器 和户内 0.4mva 以上变压器,应装设瓦斯保护。 （2)为反应变压器绕组和引线的相间短路,以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接 地短路及绕组匝间短路,应装设纵差保护或电流速断保护。对于 6.3mva 及以上并列运行变 压器和 10mva 及以上单独运行变压器, 以及 6.3mva 及以上的所用变压器,应装设纵差保护。 （3)为反应变压器外部相间短路引起的过电流和同时作为瓦斯、纵差保护(或电流速断 保护)的后备应装设过电流保护.例如,复合电压起动过电流保护或负序过电流保护。 （4)为反应大接地电流系统外部接地短路,应装设零序电流保护。 （5)为反应过负荷应装设过负荷保护 5.1.2 变电所主变保护的配置变电所主变保护的配置 电力变压器是电力系统的重要电气设备之一，它的安全运行直接关系到电力系统的连 续稳定运行，特别是大型电力变压器，由于其造价昂贵，结构复杂，一旦因故障而遭到损 坏，其修复难度大，时间也很长，必然造成很大的经济损失。所以，本设计中主变保护配 置如下： 1、主变压器的主保护 （1）瓦斯保护 对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所 产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断 路器。 （2）差动保护 对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各 侧电源断路器。 2、主变压器的后备保护 （1）过流保护 为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作 32 为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。 而本次所设计的变电所，电源侧为 220kv 和 110kv，主要负荷在 10kv 侧，即可装设两 套过电流保护，一套装在中压侧 110kv 侧并装设方向元件，电源侧 220kv 侧装设一套，并 设有两个时限和，时限 定原侧为+ ，用 u 切除三侧全部断路器。 s ttttta 3、过负荷保护 变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保 护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时 间继电器。 4、变压器的零序过流保护 对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备 保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运行，因 此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用 于中性点不接地运行方式。 5.1.3 220kv、110kv、10kv 线路保护部分线路保护部分 1、220kv 线路保护 220kv 线路的安全运行，对整个电力系统有着相当重要的影响，所以，本工程为 220kv 线路配置的保护如下： （1） 光纤纵联差动保护 （2） 距离保护 （3） 零序过流保护 （4） 过电流保护 2、110kv 线路保护 由于 110kv 侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其他作为一些地区变电所进线，所以 稳定性要求较高，所以，110kv 线路保护配置如下： （1） 距离保护 （2） 零序方向保护 （3） 过电流保护 3、10kv 母线保护 对于 10kv 母线接线方式为单母线分段，可以配置的保护主要有：过流保护，带时限跳 分段开关，并利用装在变压器，断路器的后备保护来切除故障。 4、10kv 出线保护 （1） 电流保护：线路故障瞬时跳开所在线路的断路器 （2） 过电流保护 （3） 过负荷保护 5.25.2 避雷器配置规划避雷器配置规划 5.2.1 概述概述 电气设备在运行中承受的过电压，有来自外部的雷电过电压和由于系统参数发生变化 时电磁能量产生振满和积聚而引起的内部过电压两种类型。按其产生原因，它们又可分为 33 以下几类： 5.2.2 防雷保护的设计防雷保护的设计 变电所是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生雷击事故，将造成大面 积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏，绝大多数不能自行恢复会严重影响国民经 济和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。 变电所的雷害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电线路后产生的雷电波 沿线路向变电所侵入，对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避 雷针（线）的保护范围之内，此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。对侵 入波防护的主要措施是变电所内装设阀型避雷器，以限制侵入变电所的雷电波的幅值，防 止设备上的过电压不超过其耐压值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护。 避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备， 避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或装设在配电构架上，或独立装设，避雷线 主要用于保护线路，一般不用于保护变电所。 避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与被保护的电 气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其它电 气设备。 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 34 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、在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，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、20kv 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。 5.2.3 接地装置的设计接地装置的设计 接地就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与大地相连，使该 物体或节点与大地保持等电位，埋入地中的金属接地体称为接地装置。 本变电所采用棒形和带形接地体联合组成的环形接地装置。接地装置应尽可能埋在地 下，埋设深度一般为 0.51 米，围绕屋内外配电装置，主控楼、主厂房及其它需要装设接 地网的建筑物，敷设环形接地网。这些接地网之间的相互联接线不应少于两根干线。接地 网的外像应闭合，外像各角做成圆弧形，圆弧半径不宜小于均压带间距离的一半，在接地 线引进建筑物的入口处，应设标志。 5.2.4 主变中性点放电间隙保护主变中性点放电间隙保护 为了保护变压器中性点，尤其是不接地高压器中性点的绝缘，通常在变压器中性点上 装设避雷器外，还需装设放电间隙，直接接地运行时零序电流保护起作用，动作 接地变 压器，避雷器作后备；变压器