220kV区域变电所电气设计.doc

本文由电专无名氏贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 220kV 区域变电所电气部分设计 目录 第一部分 设计说明 前言 1 第一章 电气主接线选择 2 第一节 概述 2 第二节 主接线的接线方式选择 3 主变压器容量、 第二章 主变压器容量、台数及形式的选择 4 第一节 概述 4 第二节 主变压器台数的选择 4 第三节 主变压器容量的选择 5 第四节 主变压器型式的选择 5 第三章 短路电流计算 7 第一节 概述 7 第二节 短路计算的目的及假设 7 第四章 电气设备的选择 8 第一节 概述 8 第二节 断路器的选择 10 第三节 隔离开关的选择 10 第四节 高压熔断器的选择 11 第五节 互感器的选择 11 第六节 母线的选择 14 第七节 支持绝缘子及穿墙套管的选择 15 第八节 限流电抗器的选择 16 第五章 电气总平面布置及配电装置的选择 17 第一节 概述 17 第二节 高压配电装置的选择 18 第六章 继电保护配置规划 20 第七章 防雷设计规划 21 第一节 概述 21 第二节 防雷保护的设计 21 第三节 主变中性点放电间隙保护 22 第二部分 第二部分 设计计算 第八章 主接线比较选择 22 方案一 23 方案二 23 方案三 24 第九章 主变容量的确定计算 25 第十章 短路计算 26 第十一章 电气设备选择计算 30 第一节 断路器选择计算 30 第二节 隔离开关选择计算 33 第三节 220kV、110kV 主母线及主变低压侧母线桥导体选择计算 35 第四节 10kV 最大一回负荷出线电缆 37 第五节 支持绝缘子及穿墙套管的选择 38 第六节 限流电抗器 39 第七节 10kv 出线电流互感器选择计算 40 第八节 10KV 电压互感器选择 41 第十二章 继电保护规划设计 41 第一节 变电所主变保护的配置 41 第二节 220KV、110KV、10KV 线路保护部分 42 第十三章 避雷器参数计算与选择 42 第十四章 参考资料 44 前言 本设计为华南理工大学 2003 级电气工程及自动化专业的电力系统课程设计，设计题目为：220kV 220kV 220 区域变电所电气部分设计。 区域变电所电气部分设计 此设计任务旨在体现我们对专业课程知识的掌握程度，培养我们对本专业课程知识的综合运用能 力。 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 10 回（其中备用 2 回） ，10kV 出线 12 回（其中备用 2 回） 。变电所还安装两台 30MVA 调相机以满 足系统调压要求。 2、110kV 侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为 80000kVA，其他作为一些地区变电所进线，最 大负荷与最小负荷之比为 0.6。10kV 侧总负荷为 35000kVA，类用户占 60%，最大一回出线负荷为 2500kVA，最大负荷与最小负荷之比为 0.65。 3、各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为： 220kV 侧 110kV 侧 10kV 侧 cos ? = 0.9 cos ? = 0.85 cos ? = 0.8 Tmax = 3600 小时/年 Tmax = 4600 小时/年 Tmax = 4000 小时/年 4、 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。 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 0.015 (Sj=100MVA)， 。 110kV 侧电源容量为 500MVA，归算至本所 110kV 母线侧阻抗为 0.36 （Sj= 100 MVA） 6、 该地区最热月平均温度为 28 C，年平均气温 16 C，绝对最高气温为 40 C，土壤温度为 18 C。 7、 该变电所位于市郊生荒土地上，地势平坦、交通便利、环境无污染。 三、 设计内容及要求： 1、 主接线设计：分析原始资料，根据任务书的要求拟出各级电压母线接线方式，选择变压器型式及连 接方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。 2、 短路电流计算：根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流并列表表示出短路 电流计算结果。 3、 主要电气设备选择： (a)选择 220kV 主变侧、110kV 侧最大一回负荷出线及 110 kV 主变侧的断路器及隔离刀闸。 (b)选择 220kV、110kV 主母线及主变低压侧母线桥导体。 (c)选择 220kV 主母线的支持绝缘子及穿墙套管。 (d)选择限流电抗器（如有必要装设）及 10kV 最大一回负荷出线电缆。 (e)选择 10kV 主母线电压互感器。 (f)选择 10kV 出线电流互感器。 4、电气设备配置 1 (a)各电压等级电压互感器配置。 (b)各回路电流互感器配置。 5、其它设计 (a）进行继电保护的规划设计。 (b）进行防雷保护的规划设计。 (c) 220kV 高压配电装置设计。 四、设计成果 1、编制设计说明书。 2、编制设计计算书。 3、绘图若干张。 (a)绘制变电所电气主接线图。 (b)绘制 220kV 或 110kV 高压配电装置平面布置图。* (c)绘制 220kV 或 110kV 高压配电装置断面图（进线或出线） 。* (d)绘制继电保护装置规划图。 第一章 电气主接线选择 第一节 概述 主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的 电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活 性和经济性密切相关， 并且对电气设备选择、 配电装置、 继电保护和控制方式的拟定有较大影响。 因此， 必须正确处理好各方面的关系。 我国变电所设计技术规程SDJ2-79 规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、 回路数、 设备特点及负荷性质等条件确定， 并且满足运行可靠， 简单灵活、 操作方便和节约投资等要求， 便于扩建。 一、 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。 1、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，并要求保证对一 级负荷全部和大部分二级负荷的供电； （3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。 二、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 （1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够 满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求； （2）为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致 影响电力网的运行或停止对用户的供电； （3）为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和 二次设备装置等所需的改造为最小。 2 三、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：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一 次设备的投资，要能使控制保宜，便于屏内安装。 11 2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。 电流互感器的特点： 1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷， 而与二次电流大小无关； 2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短 路状态下运行。 电压互感器的特点： 1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数； 2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。 互感器的配置： 1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流 互感器； 2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点； 3）对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制； 4）6220KV 电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器； 5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 一、电流互感器的选择 1、电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流 I1 与-I2 在数值和相位上都 有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。 2、电流互感器 10%误差曲线： 是对保护级（BlQ）电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要 求是在正常工作范围内有较高的准确级， 而当其通过故障电流时则希望早已饱和， 以便保护仪表不受短 路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流 范围内误差限制不超过-10%。 电流互感器的 10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件 下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗 Z2f 关系曲线。 3、额定容量 为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷 S2 应不大于该准确级所规定的额定容量 Se2。 即：Se2 S2 = Ie2 z2f z2f = Vy + Vj + Vd + Vc（） Vy 测量仪表电流线圈电阻 Vj 继电器电阻 Vd 连接导线电阻 Vc 接触电阻一般取 0.1 4、按一次回路额定电压和电流选择 电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大 1/3 左右以保证 测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：VeVew 保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流 Vew 电流互感器所在电网的额定电压 12 2 Ie1Igmax，为了确 Ve Ie1 电流互感器的一次额定电压和电流 Igmax 电流互感器一次回路最大工作电流 5、种类和型式的选择 选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点 （屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、装入式等）来选择。 6、热稳定检验 电流互感器热稳定能力常以 1s 允许通过一次额定电流 Ie1 的倍数 Kr 来表示，即： （Kr Ie1） I tdz（或Qd） 7、动稳定校验 电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（ 内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验： 2 Ie1kdicj 短路电流不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于其邻相之间电流的相互作用使绝缘帽上受 到外力的作用。因此需要外部动稳定校验，即： L 2 -7 Fy0.51.73icy 10 N 对于瓷绝缘的母线型电流互感器（如 LMC 型）可按下式校验 2 Ljs -7 Fy1.73iy 10 N 在满足额定容量的条件下，选择二次连接导线的允许最小截面为： PLjs 2 S m Ze2-(Vy+Vj+Vc) 二、电压互感器的选择 1、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。 由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的 误差与负荷有关， 所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量， 通常额定容量是指对应于最 高准确级的容量。 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 （1.10.9）Ve 范围内变动，即应满足： 1.1Ve1V10.9Ve1 3、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，电压互感器二次侧额定电 压可按下表选择 接 线 型 式 电网电压 （KV） 型 式 二次绕组电压（V） 接成开口三角形辅助 绕组电压 IV 2 Ie1）的倍数 kd动稳定电流倍数，表示其 2 2 13 一台 PT 不完全符 形接线方式 335 110J500J 单相式 单相式 单相式 三相五柱式 100 100/ 3 100/ 3 100 无此绕组 100 100/3 100/3（相） Yo/ Yo/ 360 315 4、电压互感器及型式的选择 电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在 635KV 屋内配电装置中一般 采用油浸式或浇注式电压互感器。110220KV 配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。220KV 及以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。 5、按容量的选择 互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级） 2 应不小于互感器的二次负荷 S2，即： ，Se Se2S2 S2 = (po) + (Qo) 2 2 Po、Qo 仪表的有功功率和无功功率 第六节 母线的选择 母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散 电功率，在发电厂、变电所及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压 等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。 敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行 选择和校验。 1、裸导体应根据具体使用情况按下列条件选择和校验 （1）型式：载流导体一般采用铝质材料，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，以及对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。 回路正常工作电流在 400A 及以下时， 一般选用矩形导体。 4008000A 时， 在 一般选用槽形导体。 （2）配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件， 确定导体的截面和导体的结构型式。 （3）当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对 220KV 及以下配电装置，电晕 对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择导体截面。 2、母线及电缆截面的选择 除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济 电流密度选择。 （1）按导体长期发热允许电流选择，导体能在电路中最大持续工作电流 Igmax 应不大于导体长 期发热的允许电流 Iy 即：IgmaxkIy （2）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类 14 的导体和不同的最大负荷年利用小时数 Tmax 将有一个年计算费用最低的电流密度经济电流密度 （J） ， 导体的经济截面可由下式： Igmax 2 J 取 0.9A/MM S = J （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。 I 2 SSmm = tdz （mm ） C C 热稳定系数 取 I 稳态短路电流（KA） tdz 短路等值时间 S （4）动稳定校验：动稳定必须满足下列条件 即：maxy y 母线材料的允许应力（硬铅 y 为 6910 P硬铜 13710 Pa，铜为 15710 Pa）提供 电源，以获得较高的可靠性。 6 6 6 第七节 支持绝缘子及穿墙套管的选择 1型式选择 根据装置地点、环境，选择屋内、屋外或防污式及满足使用要求的产品型式。一般屋外采用联合胶 装多棱式，屋外采用棒式，需要倒装时，采用悬挂式。 2额定电压选择 无论支持绝缘子或套管均要负荷产品额定电压大于或等于所在电网电压要求 3穿墙套管的额定电流选择与窗口尺寸配合 具有倒替的穿墙套管额定电流 I N 应大于或等于回路中最大持续工作电流 I max ， 当环境温度为 ， 导 体温度为 al ，额定环境温度 0 为25， I N 应按照一下公式修正 al ? I N I max al ? 0 母线型穿墙套管，只需保证套管的型式与穿过母线的窗口尺寸配合即可。 4动热稳定校验 （1）穿墙套管的热稳定校验。 具有导体的套管，应对导体校验热稳定，其套管的热稳定能力 I t t ， 2 2 应大于或等于短路电流通过套管所产生的热效应 Qk ，即 I t t Qk 母线型穿墙套管无需热稳定校验。 （2）动稳定校验。 无论是支持绝缘子或套管均要进行动稳定校验。布置在同一平面内三相导体， 在发生短路时，支持绝缘子（或套管）所受的力为该绝缘子相邻跨导体上电动力的平均值。例如某一绝 缘子所受电动力 Fmax 为 Fmax = F1 + F2 2 L = 1.73i sh c 10 ?7 2 a （N） 15 式中： i sh 冲击电流， a 相邻线路距离 Lc 计算跨距（m）, Lc = ( L1 + L2 ) 2 ， L1 与 L2 是绝缘子与相邻绝缘子（或套管）的距离， 对于套管 L2 = Lca （套管长度） 支持绝缘子的抗弯破坏强度 Fde 是按作用在绝缘子高度 H 处给定的，而电动力 Fmax 是作用在导 体截面中心线 H 1 上，折算到绝缘子帽上的计算系数为 H 1 H ，则应满足： H1 Fmax 0.6 Fde H 式中：0.6裕度系数，是计及绝缘材料性能的分散性； H 1 绝缘子底部导体水平中心线的高度（mm） H 1 = H + b + h 2 ，而 b 是导体支持器下片 ， 厚度，一般竖放矩形导体 b18mm，平放矩形导体及槽形导体 b12mm，h 为导体中心到支持器距离 第八节 限流电抗器的选择 为了选择 10KV 侧各配电装置，因短路电流过大，很难选择轻型设备，往往需要加大设备型号， 这不仅增强投资，甚至会因断流容量不足而选不到合乎要求的电器，选择应采取限制短路电流，即在 10KV 侧需加装设电抗器。一般按照额定电压、额定电流、电抗百分数、动稳定和热稳定来进行选择和 检验。 一、额定电压和额定电流的选择应满足 VekVew IekIgmax Vek、Iek 电抗器的额定电压和额定电流 Vew、Igmax 电网额定电压和电抗器最大持续工作电流 二、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，设要求短路电流限制到 Iz， 则电源至短路点的总电抗标么值 X为 XIj/iz XKXX Ij 基准电流 X 电源至电抗器前系统电抗标么值 电抗器在其额定参数下的百分电抗 Ij IekVj Xk%（ X） 100% Iz Ijvek 2）电压损失检验：普通电核器在运行时，电抗器的电压损失不大于额定电压的 5%，即：V% Igmax Xk% U5% Iek 负荷功率因数角一般 U = 0.8 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 16 网额定值的 6070% 即：Vcy = Xk% IZ 6070% Iek 三、热稳定和动稳定检验应满足下式 Ir t I tdz idwicj Icj、I 电抗器后短路冲击电流和稳态电流 Idw、Ir 电抗器的动稳定电流和短时热电流（t = Is） 第五章 电气总平面布置及配电装置的选择 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。 配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为：由 电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置。 屋内配电装置的特点：由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；维修、巡视和 操作在室内进行，不受气侯影响；外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；房屋建 筑投资大。 屋外配电装置的特点：土建工程量和费用较小，建设周期短；扩建比较方便；相邻设备之 间距离较大，便于带电作业；占地面积大；受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；外 界气象变化对设备维修和操作有影响。 成套配电装置的特点： 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；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；运行可靠性高，维护方便；耗用钢材较多，造价较高。 配电装置应满足以下基本要求： 1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策； 2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足 够的安全距离； 3）便于检修、巡视和操作； 4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价； 5）安装和扩建方便。 配电装置的设计原则： 1）节约用地； 2）运行安全和操作巡视方便； 3）考虑检修和安装条件； 4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行； 5）节约三材，降低造价； 6）安装和扩建方便。 17 第二节 高压配电装置的选择 配电装置的整个结构天寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘 距离等因素而决定，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） 符 号 额定电压（KV） 适用范围 图号 310 2 0 0 2 0 0 15-2 0 300 35 63 110J 110 220J 330J 500J A1 1、带电部分至接地部分之间 2、网状遮栏向上延伸线距地 2.5m 处与遮栏上方带电部分之间 1、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 1、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 10-1 10-2 400 650 900 1010 1800 2500 3800 A2 10-1 10-3 300 400 650 1000 1100 2000 2800 4300 B1 10-1 10-2 10-3 9 5 0 1050 1150 1400 1650 1750 2550 3250 4550 B2 1、网状遮栏至带电部分之间 10-2 3 0 0 400 500 750 1000 1100 1900 2600 3900 C 1、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 1、 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 10-2 10-3 27 2800 2900 3100 3400 3500 4300 5000 7500 00 D 10-1 10-2 22 2300 2400 2600 2900 3000 3800 4500 5800 00 屋内配电装置的安全净距（mm） 符 号 适用范围 图 号 额 3 6 10 15 定 电 压（KV） 20 35 63 110 J 110 220 J 18 A1 1、带电部分至接地部分之 间 102、 网状和极状遮栏向上延伸 4 线距地2.3m处当遮栏上方带 电部分之间 1、不同相的带电部分之间 102、断路器和隔离开关的断 4 口两侧带电部分之间 1、栅状遮栏至带电部分之 间 102、交叉的不同时停电检修 4 的无遮栏带电部分之间 网状遮栏至带电部分之间 105 75 100 125 150 180 300 550 850 950 1800 A2 75 100 125 150 180 300 550 900 1000 2000 B1 825 850 875 900 930 1050 1300 1600 1700 2550 B2 C 175 200 225 250 280 400 650 950 1050 1900 无遮栏裸导体至地 （楼） 面 102375 2400 2425 2450 2480 2600 2850 3150 3250 4100 之间 4 平行的不同时停电检修的 1 0 1875 1900 1925 1950 1980 2100 2350 2650 2750 3600 无遮栏裸导体之间 4 通向屋外的出线套管至屋 1 0 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4500 5000 5000 5500 外通道的路面 4 D E 注：110J、22J、330J、500J 系指中性点直接接地网 以上表中所列出各种间隔距离中最基本的最小安全净距， 高压配电装置设计技术规程中所规 定的 A 值，它表明带电部分至接地部分或相间的最小安全净距，保持这一距离时，无论正常或过电压的 情况下，都不致发生空气绝缘的电击穿。其余的 B、C、D 值是在 A 值的基础上，加上运行维护、搬运和 检修工具活动范围及施工误差等尺寸而确定的。 本变电所三个电压等级：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、中高型和高型等。 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， 以便工作售货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抢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： 占地面积约在中型布置减少 30%； 19 节省了用地，减少高层检修工作量； 旁路母线与主母线采用不等高布置实理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 5%，但 其耗钢 多，安装检修及运行中条件均较差，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速，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区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以该变 电所 220KV 及 110KV 电压等级均采用普通中型，配电装置，而本变电所采用的是软导线，采用普通中型 布置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作， 各级电业部门无论在运行维护还是安装检修，方面都积累了比较丰富的经验。 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。选择配电装 置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所，适用普通中型屋外配电装置，该变 电所是最合适的。 第六章 1、系统继电保护及自动装置 继电保护配置规划 继电保护配置规划 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 20 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 第七章 第七章 防雷设计规划 防雷设计规划 第一节 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，它们又可分为以下几类： 直击雷过电压 雷电过电压 感应雷过电压 侵入雷电流过电压 长线电容效应 工频过电压 不对称接地故障 甩负荷 消弧线圈补偿网络的线性谐振 过电压 暂时过电压 线性谐振 传递过电压 线路断线 谐振过电压 铁磁谐振 电磁式电压互感器饱和 参数谐振发电机同步或异步自励磁 开断电容器组过电压 操作电容负荷过电压 开断空载长线过电压 关合（重合）空载长线过电压 开断空载变压器过电压 操作过电压 操作电感负荷过电压 开断并联电抗器过电压 开断高压电动机过电压 过电压 间歇电弧过电压 内过 电压 第二节 防雷保护的设计 21 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 ( 310.65 ) *10?2 =82 20 则 S min = Qd * 10 /C= 173 U 3 89.69 *10 /82=115.5 mm 2 240 mm L（rCOS+xSIN）*100 3 2 满足导线的最小截面的要求。 电压降校验 U= = I max 173 10 * 10 3 *151.55*5（0.238*0.8+0.077*0.6）*100 =3.15 可见，选用单根 ZLQ2-240 电缆能够满足要求。 ZLQ2- 第五节 支持绝缘子及穿墙套管的选择 1）支柱绝缘子 选用防污型棒式支柱绝缘子，型号为 ZS-220/10K,技术参数为额定电压 220kv，干耐受工频试验电 压不低于 495Kv, 湿耐受工频试验电压不低于 395Kv，全波冲击试验电压幅值电压不低于 950kv， 抗弯 10KN,抗扭 4KN。 动稳定校验 取总高 H2100mm，计算跨距 Lc = 1m ，相距 a0.7m H1 2100 + 12 + 14.57 1 2 Fmax = 1.73 i sh 10 ?7 = 491.2 N 0.6 Fde =600N H 2100 0 .7 即 H1 Fmax 0.6 Fde H 38 满足任务要求 2)穿墙套管 母线的额定电压 Ve220kv，额定电流 Ie 2 1.05 Se 2 1.05 150 = =827A 3 220 3 220 选用油纸电容式穿墙套管，型号为 CRW-220/1600,其技术参数为，最高工作线电压为 252kv，相 电压为 146kv，额定电流为 1600，抗弯强度不小于 3KN. H1 (1 + 5.74) 2 2100 + 12 + 14.57 2 Fmax = 1.73 i sh 10 ?7 = 1655 N 0.6 Fde =1800N H 2100 0.7 即 H1 Fmax 0.6 Fde H 满足要求 第六节 限流电抗器 1） 选择限流电抗器 10KV 最大一回负荷出线正常工作时 Imax= 1.05 S max 1.05 2500 = = 151.55A 3 Ve 3 10 短路时，由前面短路计算可知 Ik=58.176KA 如果不加装电抗器，将无法选择断路器，因此，在 10kv 侧出线需加装电抗器。 根据 10kv 侧出线的额定电压和最大负荷电流，选定断路器型号为 SN10-10,其技术参数为，额定 电压 10kv，额定电流 1000A,额定开断电流 16KA,额定断流容量 300MVA，固有分闸时间 0.06S,燃弧 时间 0.05s， （则断路器全分闸时间为 0.11S）,出线保护时间 1s， 则电抗器限制短路电流到 I=16KA,取 Id5.5KA,Ud10.5KV,Sd100MVA，系统归算到电抗器前 的总电抗为 X =X1/X2+0.5X3=0.3572/0.051+0.05=0.095, 初选型号 NKL-10-400 电抗器，Un10kv，In300A, 则 XL(%)= ( Id InUd ? 5.5 ? 300 10.5k ? X ) 100% = ? 0.095 ? 100 1.42 I IdUn ? 16 ? 10000 5.5k 额定电流 A 300 额定电抗 3 通过容量 KVA 3*1734 选用限流电抗器型号为 NKL-10-400-3,其参数如下 额定电压 KV 10 电压损耗和残压校验 电抗标幺值 X*L= Xl (%) IdUn 5500 10000 = 0.03 = 0.524 InUd 300 10500 39 X* =X*L+X =0.524+0.095=0.619 电压损失检验：普通电核器在运行时，电抗器的电压损失不大于额定电压的 5% U(%)=XL(%) Im ax 151.55 sin ? 0.03 0.6 = 0.91% 6070 0.3 I Q k 2 + 10 I 2 = tk 2 +I 2 tk 12 tk I t = 8.88 ? 2 k .11=87.5 ? ? ? ( kA ) .s? 17.15 ?( kA ) .s? 2 2 2 i sh = K sh 2 I = 18.5 ( kA ) 19.5 ( kA ) 由此可见，电压损失、残压，动、热稳定均能满足要求 第七节 10kv 出线电流互感器选择计算 额定电流：IelIgmax = 2500 1.05 = 152A 3 10 额定电压：VeVew = 10KV 根据以上计算数据可以初步选择型号为 LA-10 的电流互感器，其额定电流比为：500/5，准确级 次为 0.5，1S 热稳定电流倍数为 75，动稳定电流倍数为 135。 校验热稳定：10KV 断路器全断开时间为 0.11S，过电流保护时间为 2s，取 tdz2.11S,加装电抗 器后，短路电流限制为 16KA 热稳定校验： Qd = I tdz = 16 2.11 = 540.2KA .S Qr =(KrIel) 2 2 2 2 2 2 = (0.575) =1406.3 KA .S QrQd 满足要求 校验动稳定： ich = 2.55 2 16=57.70KA idw = 0.5135=67.5KA ichidw 满足要求 故选择 LA-10 型电流互感器能满足要求，可以列出下表： 设 备 项 目 LDZB610 产品数据 计算数据 40 VeVew IelIgmax QrQd Idwich 10KV 500A 1406.3