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220kV降压变电所电气一次系统设计281,220,kV,降压,变电所,电气,一次,系统,设计,281
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毕 业 设 计(论文)题目220kV 降压变电所电气一次系统设计（220/110/35kV，2/4/4 回出线）院系 电力工程系专业班级 农电 08K2 学生姓名 刘景凯指导教师 苏海锋二一二年六月9华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）220kV 降压变电所电气一次系统设计 （220/110/35kV，2/4/4 回出线）摘要电能是现代城市发展的主要能源和动力，随着现代文明的发展与进步，社会生产和生 活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。城市供电系统的核心部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。本变电所设计除了注重变电所设计的基本计算外，对于主接线的选择与论证等都作了充分的说明，其主要内容包括：变电所主接线方案的选择，进出线的选择；变电所主变压器台数、容量和型式的确定；短路点的确定与短路电流的计算，电气设备的选择（断路器，隔离开关，电压互感器，电流 互感器，避雷器）；配电装置设计和总平面布置；防雷保护与接地系统的设计。另外，绘 制了六张图纸，包括：电气主接线图，电气总平面布置图，防雷与接地图，配电装置断面图各一张，电气总平面布置图断面图2-3张。图纸规格与布图规范都按照了电力系统相关的图纸要求来进行绘制。关键词：变电所；电气主接线；电气设备；短路计算A DESIGN OF ELETRIC SYSTEMFOR 220kV TERMINAL TRANSFORMER SUBSTATIONAbstractElectric energy is the main energy and dynamism of modern city development. With development and progress of modern civilization, social production and is it put forward high request more and more to quality and management that electric energy supply to live. The core of city for supplying power is transformer. It is very important to design and build one safe and economical transformer substation. Besides paying attention to basic calculation of design for transformer substation, the design make satisfying narration toward choice and argumentation of main connection. The main content of this design include the choice of main connection for transformer substation; the choice of pass in and out line; the certainty of number, capacitance and model for main transformer; the certainty of short circuit points and calculation of short circuit; the choice electric equipment(breaker, insulate switch, voltage mutual-inductance implement, current mutual-inductance implement, arrester); the design for distribution and disposal for chief plane; the design for lightning proof protection and earth system. In addition, drawing five blueprints include the main wiring diagram; the disposal drawing of electric plane; the drawing of lightning proof protection and earth system。Both the specification of drawing and the criterion of disposal is based on requirement of drawing to electric power system.Key Words: Transformer substation; main connection; electric equipment; calculation of short circuit 36目录摘要IAbstractII1前言12 电气主接线设计22.1 主接线的设计原则22.2 主接线设计的基本要求22.2.1 主接线可靠性的要求22.2.2 主接线灵活性的要求22.2.3 主接线经济性的要求32.3 主接线方案的拟订32.4 主接线各方案的讨论比较62.5 主接线方案的初选择73 主变压器的选择与论证83.1 概述83.2 主变压器选择的一般原则与步骤83.2.1 主变压器台数的确定原则83.2.2 主变压器形式的选择原则83.2.3 主变压器容量的确定原则103.3 主变压器的计算与选择103.3.1 容量计算103.3.2 变压器型号的选择114 短路电流计算124.1 短路点的选择与各短路点的短路电流计算124.2 网络的等值变换与简化125 重要的电气设备选择155.1 断路器的选择155.1.1断路器选择原则与技术条件155.1.2 断路器型号的选择及校验165.2 隔离开关的选择185.2.1 隔离开关的选择原则及技术条件185.2.2 隔离开关型号的选择及校验185.3 导线的选择195.3.1 220kV侧母线的选择195.3.2 110kV侧母线的选择195.3.2 110kV侧出线的选择205.3.3 35kV侧母线的选择205.3.4 35kV侧出线的选择205.3.5 站用变压器的选择206 方案B 与方案D 的技术经济比较226.1 方案的总投资比较226.2 最终方案的确定227 其它电气设备的选择237.1 熔断器选择237.2 电流互感器的选择237.3 电压互感器的选择237.4 避雷器的选择247.4.1 220kV侧避雷器的选择247.4.2 110kV侧避雷器的选择247.4.5 35kV避雷器的选择248 配电装置的选择268.1 配电装置的选择要求与分类268.2 配电装置设计选择279 防雷保护设计289.1 避雷针的作用289.2 避雷针的设计289.2.1 四支避雷针的保护范围及计算公式289.2.2 本所避雷针的设计过程2810 接地网的设计3010.1 设计说明3010.2 接地体的设计3010.3 典型接地体的接地电阻计算3010.4 接地网设计计算31结论33参考文献34致谢351前言目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与此相应，城乡变电所也正不断的更新换代。我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监测变电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。然而，所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。本毕业设计的内容为220kV降压变电所电气一次系统设计，正是常见的常规变电所，并根据变电所设计的基本原理设计，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程。2 电气主接线设计2.1 主接线的设计原则变电站电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路、和断路器等的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、配电的任务。它的设计，直接关系着全站电器设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。对于6220kV 电压配电装置的接线，一般分两类：一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。应视电压等级和出线回数，酌情选用。2.2 主接线设计的基本要求变电站的电气主接线应根据该变电站所在电力系统中的地位，变电站的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。2.2.1 主接线可靠性的要求可靠性的工作是以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。评价主接线可靠性的标准：（1）断路器检修时是否影响停电；（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否对重要用户的供电；（3）变电站全部停电的可能性。2.2.2 主接线灵活性的要求主接线的灵活性有以下几个方面的要求：（1）调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。（2）检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。（3）扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最少。2.2.3 主接线经济性的要求在满足技术要求的前提下，做到经济合理。（1）投资省：主接线简单，以节约断路器、隔离开关等设备的投资；占地面积小：电气主接线设计要为配电装置布置创造条件，以节约用地、架构、导线、绝缘子及安装费用。（2）电能损耗少：经济选择主变压器型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。2.3 主接线方案的拟订高压侧是2回出线，中压侧有7回出线，均可选择线路变压器组，单母分段带旁路母线，桥型接线。低压侧有11回出线，可以采用单母线、单母分段、单母分段带旁路和双母线接线。在比较各种接线的优缺点和适用范围后，提出如下五种种方案：方案A （图2-1）220kV 高压侧：单母分段带旁路母线；110kV中压侧，35kV低压侧：单母分段。图2-1,方案A电气主接线图方案B（图2-2）220kV 高压侧：内桥型接线；110 kV中压侧，35 kV低压侧：单母分段。图2-2，方案B电气主接线图方案C（图2-3） 220 kV高压侧：单元接线；110kV中压侧，35kV低压侧：单母线分段。图2-3 方案C电气主接线图方案D（图2-4） 220 kV高压侧：外桥接线；110 kV中压侧：单母分段带旁路母线；35 kV低压侧：双母线。图2-4，方案D 电气主接线图方案E（图2-5） 220 kV高压侧：内桥接线；110 kV中压侧，单母线分段；35 kV低压侧：单母线分段。图2-4 方案E电气主接线图2.4 主接线各方案的讨论比较方案A：220kV侧：变电所经两回线从系统获得电源，采用单母分段带旁路母线接线可以获得很高的可靠性，任一母线或断路器检修均不会造成停电，任一母线、断路器故障只会引起短时停电，任一进线故障不会造成停电。但同时我们也注意到，该方案较后两种方案多用了两套断路器和多台隔离开关，这无疑增加了变电所的一次投资，而且在检修时倒闸也十分的复杂，容易造成误操作，从而引起事故。110kV 和35kV 侧：采用单母分段接线的形式使得重要用户可从不同线分段引出两个回路，使重要用户有两个电源供电。单母线分段接法可以提供单母线运行，各段并列运行，各段分列运行等运行方式，便于分段检修母线，减小母线故障影响范围。任一母线发生故障时，继电保护装置可使分段断路器跳闸，保证正确母线继续运行。当然这种接线也有它本身的缺点，那就是在检修母线或断路器时会造成停电，特别在夏季雷雨较多时，断路器经常跳闸，因此要相应地增加断路器的检修次数，这使得这个问题更加突出。方案B：220kV侧：采用内桥法接线。该接线形式所用断路器少，四个回路只需三个断路器，具有可观的经济效益。连接桥断路器接在线路断路器的内侧。因此，线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但是当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障的运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换，因此，系统中应用内桥接线较多，以利于线路的运行操作。110kV和35kV与方案A一致。方案C：220kV侧：采用单元接线。优点：接线简单，开关设备少，节省投资，操作简单。不过缺点也相当突出：任一元件发生故障或经行检修时，整个单元需停止工作。110kV与35kV侧均采用单母线分段的方式。方案D：220kV侧：采用外桥法接线。与内桥法一样,该接线形式所用断路器少，四个回路只需三个断路器，具有可观的经济效益。当任一线路发生故障时，需同时动作与之相连的两台断路器，从而影响一台未发生故障的变压器的运行。但当任一台变压器故障或是检修时，能快速的切除故障变压器，不会造成对无故障变压器的影响。因此，外桥接线只能用于线路短、检修和故障少的线路中。此外，当电网有穿越性功率经过变电站时，也采用外桥接线。110kV 侧：采用单母分段带旁路母线接线。该接线方法具有单母分段接线优点的同时，可以在不中断该回路供电的情况下检修断路器或母线，从而得到较高的可靠性.这样就很好的解决了在雷雨季节断路器频繁跳闸而检修次数增多引起系统可靠性降低的问题。但同时我们也看到：增加了一组母线和两个隔离开关，从而增加了一次设备的投资。而且由于采用分段断路器兼做旁路断路器，虽然节约了投资，但在检修断路器或母线时，倒闸操作比较复杂，容易引起误操作，造成事故。35kV 侧：采用双母线接线优点：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，检修任一回路母线的隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其他线路均可通过另一组母线继续运行。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地需要;通过倒换操作可以组成各种运行方式，扩建方便。缺点:增加一组母线和多个隔离开关，一定程度上增加一次投资。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作。方案E220kV侧：采用内桥接线。110kV侧采用单母线分段，35kV侧采用单母线分段带旁路母线的接线方式。此方案该接线方法具有单母分段接线优点的同时，可以在不中断该回路供电的情况下检修断路器或母线，从而得到较高的可靠性。2.5 主接线方案的初选择通过分析原始资料，可以知道该变电站在系统中的地位较重要，年运行小时数较高。因此主接线要求有较高的可靠性和调度的灵活性。根据以上各个方案的初步经济与技术性综合比较，兼顾可靠性，灵活性,我选择方案B与方案D，待选择完电气设备后再进行更详尽的技术经济比较来确定最终方案。3 主变压器的选择与论证3.1 概述在各级电压等级的变电所中，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，给运行和检修带来不便，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。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，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。选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。3.2 主变压器选择的一般原则与步骤3.2.1 主变压器台数的确定原则由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是220 kV降压变电所，它是以220 kV受功率为主。把所受的功率通过主变传输至110 kV 及35 kV 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，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。3.2.2 主变压器形式的选择原则1主变压器相数的选择当不受运输条件限制时，在330 kV以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。2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，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性。而自耦变压器的变化较小，由原始资料可知，该所的电压波动为8%，故不选择自耦变压器。分裂变压器：分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。由于本次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。3主变调压方式的选择为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220 kV及以上网络电压应符合以下标准： (1)枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的11.3 倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。(2)电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%100%。调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在5%以内，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。4连接组别的选择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。5 容量比的选择由原始资料可知，110 kV中压侧为主要受功率绕组，而35 kV侧主要用于所用电以及无功补偿装置，所以容量比选择为：100/100/100。6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。所以，选择强迫油循环风冷却。3.2.3 主变压器容量的确定原则（1）为了准确选择主变的容量，要绘制变电站的年及日负荷曲线，并从该曲线得出变电站的年、日最高负荷和平均符合。（2）主变容量的确定应根据电力系统5到10年发展规划进行。（3）变压器最大负荷按下式确定：PM K0 P式中 K0 负荷同时系数； P 按负荷等级统计的综合用电负荷。 对于两台变压器的变电站，其变压器的容量可以按下式计算：S e =0.6PM如此，当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力为40%，则可保证84%的负荷供电。3.3 主变压器的计算与选择3.3.1 容量计算在电力工程电气设计手册可知：装有两台及以上主变压器的变电所中，当断开一台主变时，其余主变压器的容量应能保证用户的一级和二级负荷，其主变压器容量应满足“不应小于70%-80%的全部负荷”。已知110kV侧最大负荷100MW，cos0.90 。35kV侧最大负荷为32MW， cos0.90 ，由计算可知单台主变的最大容量为(设负荷同时率为0.90)：Sn = 0.6Smax = 0.6Pmax / cos = 0.6 (245 / 0.88 + 10 / 0.84) = 177.05(MVA)3.3.2 变压器型号的选择因为本次设计中有三个电压等级，且当变压器最小负荷侧通过的容量大于主变容量的15%时，宜选用三绕组变压器。所以本设计用三绕组变压器，绕组排列顺序为（由内向外）：35kV、110 kV、220 kV。综上所述： 主变压器选用220KV三绕组有载调压变压器。型 号:SFPSZ4-90000/220容 量：90000kVA空载损耗：121kW空载电流：1.2%阻抗电压：高-中14%，高-低22%，中-低7%调压方式： 有载调压冷却方式：强迫油循环水冷容量比：100/100/1004 短路电流计算4.1 短路点的选择与各短路点的短路电流计算已知，选取100MVA 为基准容量，基准电压为230kV，基准电流为0.251kA，基准电抗为529，系统为无穷大系统，发生短路时，短路电流的周期分量在整个短路过程中不衰减。由原始资料可知：方案B与方案D的短路计算的系统化简阻抗图及各阻抗值，短路点均一样系统短路电抗X* =U*/ I*=1/24=0.04又由所选的变压器参数阻抗电压：14% (高-中)，22% (高-低)，7%（中-低）算得U1=1 / 2U(1-2)% +U(1-3)% - U(2-3)%=14.5U2=1 / 2U(1-2)% +U(2-3)% - U(1-3)%= -0.5U3=1 / 2U(1-3)% +U(2-3)% - U(1-2)%=7.5主变容量为90MVA，标幺值： X1* = X1 / 100( Sb /SN)= 0.161；X 2* = X2 / 100( Sb /SN)= -0.006；X 3* = X3 / 100( S b /SN)= 0.083。 因为 X 2* 小于零，所以在计算中取零。4.2 网络的等值变换与简化1）系统阻抗图图4-1系统阻抗图2)因为两主变压器型号一样，因此两变压器的中间点等电位，用导线连起来，其转化图如图图4-2 系统阻抗简化图（1） 当 d1 点短路时：Id1*= 1/0.04=25 I b = Sb/U b1 =100/（ 115）=0.251(kA) I d1 =Id1*Ib =240.251= 6.275(kA) I= I d1 =6.275(kA) ich= 2 Kch I d1=15.974(kA) （110kv及以上网络Kch取1.8） S = Ub1I=2499.782(MVA)其中，Id:短路电流周期分量有效值；Id：起始次暂态电流 ；I ：t=时的稳态电流；S ：短路容量。(2) 当d2短路时：I d2 *=1/X d2*=1/(0.04+0.0805)=8.299(kA) I b =S b / U b2=100/( 115)=0.052(kA) I d2= I d2 *I b =4.149(kA) I= I d2 =4.149(kA) ich= 2 Kch I d2=10.562(kA) S2= U b2I=884.029(MVA) (3) 当d3点短路时：I d2 *=1/X d2*=1/(0.04+0.0805+0.0415)=6.173 (kA) I b =S b / U b3=100/( 36.75)=1.571 (kA) I d3= I d3 *I b =9.698(kA) I= I d3 =9.698(kA) ich= 2.5525.4=24.687(kA) S3=U b3I=617.306 (MVA)5 重要的电气设备选择5.1 断路器的选择5.1.1断路器选择原则与技术条件在各种电压等级的变电站的设计中，断路器是最为重要的电气设备。高压断路器的工作最为频繁，地位最为关键，结构最为复杂。在电力系统运行中，对断路器的要求是比较高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电或退出运行，起着控制作用；当设备或电路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。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路中负荷电流和短路电流。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、真空断路器、SF6断路器等。断路器型式的选择，除应满足各项技术条件和环境外，还应考虑便于施工调试和维护，并以技术经济比较后确认。目前国产的高压断路器在110kV主要是少油断路器。断路器选择的具体技术条件简述如下：由于高压断路器没有持续过载的能力， 其额定电流取最大工作持续工作电流I gmax 。1）电压：U i （电网工作电压） Un 。2）电流： I gmax （最大持续工作电流） In 。由于高压断路器没有持续过载的能力， 其额定电流取最大工作持续工作电流Igmax。3）开断电流（或开断容量） IdgtI kd（或 SdgtSkd ） 式中 Idgt 断路器实际开断时间 t 秒的短路电流周期分量；Ikd 断路器的开断路器额定开断容量； Sdgt 断路器 t 秒的开断容量。断路器的实际开断时间t为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之和。固有分闸时间查阅发电厂电气部分课程设计参考资料表 5-255-29。4）动稳定：ich imax式中 ich 三相短路电流冲击值；imax 断路器极限通过电流峰值。 5） 热稳定： I2t t Ix2tdz 式中 I2 稳态三相短路电流；tdz 短路电流发热等值时间；It 断路器 t 秒热稳定电流。 其中 tdz = tz +0.05 ，由=II和短路电流计算时间t。 从发电厂电气部分课程设计参考资料图 5-1 中查出短路电流周期分量等值时间 tz，从而算出 tdz。根据电力设备过电压保护设计技术规程规定：在中性点直接接地的电网中，操作110kV 空载线路时，使用少油断路器不超过2.8。5.1.2 断路器型号的选择及校验（1）电压选择：220kV侧：U N U N Ug=220kV；110 kV侧：U N U N Ug=110kV；35 kV侧：U N U N Ug=35kV。（2）电流选择：I N I max = P max（U g cos）220kV 侧： I e I max =247.998A；110 kV侧： I e I max = 408.227A；35 kV侧： I e I max =586.515A。（3）开断电流：220kV侧： I kd Idt=6.275kA S kd Sd= 12499.782MVA；110 kV侧：I kd Idt=4.149kA S kd Sd= 884.029MVA；35 kV侧：I kd Idt=9.6981kA S kd Sd= 617.306MVA。（4）最大短路冲击电流：220kV侧： I max ich=15.974kA；110kV侧： I max ich=10.562kA；35kV侧： I max ich=24.687kA。根据以上数据，选定断路器如下：1）220kV侧 选定为 SW4-220.各项技术数据如下： 额定电压：220kV 额定电流：1250A； 额定开断电流：31.5kA 极限通过电流（峰值）：80kA； 额定开断容量：7000MVA 热稳定电流（5s有效值）：31.5kA。2）110kV侧 选定为SW3-110各项技术数据如下： 额定电压：110kV 额定电流：1000A； 额定开断电流：15.8kA 极限通过电流（峰值）：41kA； 额定开断容量：1200MVA 热稳定电流（5s有效值）：15.8kA。3）35kV侧 选定为SW2-35各项技术数据如下： 额定电压：35kV 额定电流：1500A；额定开断电流：24.8kA 极限通过电流（峰值）：63.4kA； 额定开断容量：500MVA 热稳定电流（5s有效值）：24.8kA。校验： 1）满足动稳定，即 ich Imax； 2）满足热稳定，即I2t t Ix2tdz；其中 tdz=tz+0.05 。（1）220kV侧 ich=15.974kA imax=80kA ichimax，满足动稳定； tdz=tz+0.05 当取5s时, tdz=4.4+0.05=4.45 Ix2tdz =6.275 24.45It2t=21 25 所以满足热稳定。（2）110kV侧 ich=10.562kA imax=41kA ichimax，满足动稳定； tdz=tz+0.05 当取5s时, tdz=4.4+0.05=4.45 Ix2tdz =4.419 24.45It2t=41 245 所以满足热稳定。（3）35kV侧 ich=24.687kA imax=63.4kA ichimax，满足动稳定； tdz=tz+0.05 当取5s时, tdz=4.4+0.05=4.45 Ix2tdz =9.698 24.45It2t=24.8 255 所以满足热稳定。5.2 隔离开关的选择5.2.1 隔离开关的选择原则及技术条件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要素，进行综合的技术经济比较然后确定。其选择的技术条件与断路器的选择的技术条件1）、2）、3）、4）相同。隔离开关也是发电厂和变电所常用的电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关的类型很多，按安装地点不同，1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。它对配电装置的布置和占地面积有很大影响，选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。本设计220kV、110kV和35kV 侧为屋外布置。5.2.2 隔离开关型号的选择及校验根据短路电流计算结果及选择要求，选定设备如下：（1）220kV侧 选定为GW6-220G，各项技术数据为：额定电压：220kV 额定电流：1000A热稳定电流（5s有效值）：21kA 动稳定电流（峰值）：50kA（2）110kV侧 选定设备为GW4-110,各项技术数据如下：额定电压：110kV 额定电流：2000A热稳定电流（4s有效值）：46kA 动稳定电流（峰值）：104kA（3）35kV侧 选定设备为GN2-35T,各项技术数据如下：额定电压：35kV 额定电流：600A热稳定电流（5s有效值）：25kA 动稳定电流（峰值）：64kA校验：1）满足动稳定，即ich imax2）满足热稳定，即Ix2.tdz It2t其中tdz=tz+0.05 （1）220kV 侧ich=15.974kA imax=50kA ichimax，满足动稳定；tdz=tz+0.05 当取 5s 时： tdz=4.4+0.05=4.45Ix2.tdz =6.725 24.45It2t=21 244 所以满足热稳定。（2）110kV 侧 ich=10.562kA imax=80kA ichimax，满足动稳定；tdz=tz+0.05 当取 5s 时：tdz=3.4+0.05=3.45Ix2.tdz =4.648 23.45It2t=21.5 254 所以满足热稳定。（3）35kV 侧ich=24.687kA imax=64kA ichimax，满足动稳定；tdz=tz+0.05 当取 5s 时：tdz=4.4+0.05=4.45Ix2.tdz =9.698 24.45It2t=25 25 所以满足热稳定。5.3 导线的选择5.3.1 220kV侧母线的选择按经济电流密度选择导线截面，由于Tmax=5400h/年查表得J=0.9A/mm 2。经短路计算得出：I=7.53kA最大负荷持续工作电流：Igmax=2Se1.05/Ug=2901.05/3220=496A S=Igmax/J=551.1 mm 2。可选择LGJ-500/65，长期允许载流量（+70）1039A。热稳定校验：=40+（70-40）(496/1039) 2=47,查表得 C=95，满足短路时发热的最小导体截面Smin= /C =139.34 mm 2 满足热稳定要求。5.3.2 110kV侧母线的选择按经济电流密度选择导线截面，由于Tmax=5400h/年，查表得J=0.9A/mm 2。110kV 母线最大工作电流：Imax =1.05P max /(2 U g cos) =1.05100000/(2 1100.9)=306.16A，S= I max /J=340.18mm 2。可选导线LGJ-300/50，长期允许载流量（+70）747A。热稳定校验：=40+（70-40）(306.16/747) 2=45，查表得C=97，满足短路时发热的最小导体截面 Smin= /C=84.6300 mm 2满足热稳定要求。5.3.2 110kV侧出线的选择按经济电流密度选择导线截面，由于Tmax=5600h/年，查表得J=0.9A/mm 2。110kV 母线最大工作电流：Imax =P max /(4 U n cos) =100000/(4 1100.9)=365.33A，S= I max /J=161.99 mm 2 可选导线LGJ-150/20，长期允许载流量（+70）4691A。热稳定校验：=40+（70-40）(145.8/469) 2=43，查表得C=97，满足短路时发热的最小导体截面 Smin= /C=84.61150 mm 2满足热稳定要求。5.3.3 35kV侧母线的选择按经济电流密度选择导线截面，由于Tmax=5800h/年，查表得J=0.9A/mm 2。35kV 母线最大工作电流：Imax =1.05P max /(2 U g cos) =1.0532000/(2 350.9)=307.92A，S= I max /J=342.133 mm 2 可选导线LGJ-300/50，长期允许载流量（+70）747A。热稳定校验：=40+（70-40）(307.92/747) 2=45，查表得C=97，满足短路时发热的最小导体截面 Smin= /C=207.04300 mm 2满足热稳定要求。5.3.4 35kV侧出线的选择按经济电流密度选择导线截面，由于Tmax=5800h/年，查表得J=0.9A/mm 2。35kV 母线最大工作电流：Imax =P max /(4 U n cos) =32000/(4 350.9)=146.63A，S= I max /J=162.92 mm 2 可选导线LGJ-210/10，长期允许载流量（+70）577A。热稳定校验：=40+（70-40）(240.57/1200) 2=42，查表得C=99，满足短路时发热的最小导体截面 Smin= /C=202.86210 mm 2满足热稳定要求。5.3.5 站用变压器的选择有两台及以上主变压器时，宜装设两台容量相同、可互为备用的站用工作变压器，两台站用工作变压器可分别由主变压器最低电压等级的不同母线段引接。站用变压器的容量一般按照主变压器容量的0.5%进行计算。=0.5%=0.5%120000=600kVA因此选择两台S7-630/35双绕组变压器。其主要技术参数如下：额定容量： 630kVA连接组别： Y，yn0空载损耗： 1.30kW负载损耗： 9.20kW阻抗电压百分比： 6.5%空载电流百分比： 1.8%6 方案B 与方案D 的技术经济比较6.1 方案的总投资比较方案BSFPSZ4-90000/220主变压器 77万元 2台SW4-220断路器 11.85万元 8台SW3-110断路器 4.746万元 10台SW2-35断路器 1.55万元 17台GW6-220G隔离开关 1.6万元 22个GW4-110D/1000隔离开关 0.298万元 41个GN2-35T隔离开关 0.51万元 34个总投资：397.418 （万元）方案DSFPSZ4-90000/220主变压器 77万元 2台SW4-220断路器 11.85万元 8台SW3-110断路器 4.746万元 10台SW2-35断路器 1.55万元 19台GW6-220G隔离开关 1.6万元 21个GW4-110D/1000隔离开关 0.298万元 41个GN2-35隔离开关 0.51万元 58个总投资：412.658 （万元）6.2 最终方案的确定方案B 在经济上比方案D 优越,因此选择方案B作为主接线方案。7 其它电气设备的选择7.1 熔断器选择保护电压互感器的熔断器按额定电压和断流容量选择，查书 166 页表 5-35，选用 KN2型 35 kV 熔断器，额定电压 35 kV，额定电流 0.5A，断流容量 1000MVA。7.2 电流互感器的选择（1）220 kV 电流互感器220 kV进线选用 LCW-220 型电流互感器，主要技术参 数为额定电流 4300/5A，级次组合为 D/D/D/0.5，准确级次 0.5，二级负荷 0.5 级 2，1S 热稳定倍数 60，动稳定倍数 60，价格 4300。变压器 220KV 侧选用 LCW-220 型电流互感器，与 220KV 进线电流互感器同型。（2）110 kV 侧电流互感器 110 kV侧母线选用LGB-110kV型电流互感器，额定电流2500/5A,系统最高电压126kV，绝缘水平126/185/450，额定短路时热稳定电流31.5kA/1A。110 kV 出线侧电流互感器与 110 kV母线电流互感器型号相同。（3）35 kV 侧电流互感器 35 kV进线选用 LCW-35 型电流互感器，主要技术参 数为额定电流 15-1000/5A，级次组合为 0.5/3，准确级次 0.5，二级负荷 0.5 级 2， 热稳定倍数 65，动稳定倍数 100，价格 4300。350 kV 出线侧电流互感器与 350 kV母线电流互感器型号相同。7.3 电压互感器的选择（1）220 kV 电压互感器，查表 13-27(变电设备合理选择与运行检修)选用YDR-220 型电压互感器,额定变比 220000/ /100/ /100,额定容量 1 级 300VA，3 级 600VA，最 大容量 1200VA。连接组别：1/1/1-12-12。（2）110 kV 电压互感器，查表 13-14(变电设备合理选择与运行检修)选择 JCC-110 型电压互感器，额定变比 110000/ /100/ /100，额定容量 1 级 500VA，3 级 1000VA，最大 容量 2000VA。连接组别1/1/1-12-12。（3）35kV 电压互感器，查表 13-11(变电设备合理选择与运行检修)选择 JDZ-35 型电压互感器，额定变比 35000/100,额定容量 0.5 级 150VA，1 级 250VA，3 级 600VA，最大容量 500VA。连接组别1/1/1-12-12。7.4 避雷器的选择7.4.1 220kV侧避雷器的选择（1）避雷器的灭弧电压：Vmi=0.8253=202.4kV，（2）避雷器的工频放电电压：VgfxKoVxg，直接接地110-220KV ，Ko=3，Vgfx3253=438.2kV（3）避雷器的残压：Vbc=2KbhVmi=672.66 kV，（4）避雷器的冲击放电电压：Vchfs=0.95Vbc=639.03 kV，选取FZ-220J型阀型避雷器能满足要求。7.4.2 110kV侧避雷器的选择（1）避雷器的灭弧电压：Vmi=0.8126.5=101.2kV，（2）避雷器的工频放电电压：VgfxKoVxg，直接接地110-220 kV ，Ko=3，Vgfx3126.5=219kV（3）避雷器的残压：Vbc=2KbhVmi=336.3 kV，（4）避雷器的冲击放电电压：Vchfs=0.95Vbc=319.5 kV，选取FZ-110J型阀型避雷器能满足要求。7.4.5 35kV避雷器的选择（1）避雷器的灭弧电压：Vmi=1.140.25=44.275kV，（2）避雷器的工频放电电压：VgfxKoVxg，直接接地35 kV及以下 ，Ko=4，Vgfx444.275=438.2kV（3）避雷器的残压：Vbc=2KbhVmi=148.053 kV，（4）避雷器的冲击放电电压：Vchfs=0.95Vbc=140.65 kV，选取FZ-35J型阀型避雷器能满足要求。8 配电装置的选择8.1 配电装置的选择要求与分类配电装置是变电站的重要组成部分。它是根据主接线的连接方式，由开关电气、保护 和测量电气、母线和必要的辅助设备组建而成，用来分配电能的装置。其总的要求为：1）配电装置的设计必须按照国家的有关规定，应尽量减少占地。2）配电装置的布置，应便于检修、巡视和操作。设备的检修和搬运不影响运行设备 的安全。在保证安全可靠的条件下，尽量降低造价。同时应考虑扩建过度方便。3）除防空有特殊要求外，凡不是严重污秽地区的 35kV 以上的配电装置，都不应采用屋内配电装置。4）各级配电装置之间，以及它们和各种建筑物之间的距离和相对位置，应结合远景规划通盘考虑，一般以近期为主。 配电装置的形式主要分为屋内配电装置与屋外配电装置：屋内配电装置的结构，除与电气主接线形式、电压等级、母线容量、断路器形式、出线回路数、出线方式及有无电抗器等有密切关系外，还于施工、检修条件、运行经验和习惯有关。随着新设备和新技术的采用，运行和检修经验的不断丰富，配电装置的结构和形式将不断的发展。而屋外配电装置根据电气和母线布置的高度，分为中型、半高型和高型。 中型配电的所有电气都安装在同一平面内，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，以便工作人员能在地面上安全活动；中型配电装置母线所在的水平面稍高于电气所在的水平面。 高型和半高型配电装置的母线和电气分别装在几个不同高度的水平面上，并重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则成为半高型配电装置。由于半高型和高型配电装置可大量节省占地面积，因此，高型和半高型配电装置得到较广泛的应用。屋外配电装置的形式除与主接线有关外，还与场地位置、面积、地质、地形条件及总 体布置有关，并受设备材料的供应、施工、运行和检修要求等因素的影响和限制，故应通 过技术经济比较来选择最佳方案。普通中型配电装置，国内采用较多，已有丰富的经验，施工、检修和运行都比较方便，抗振能力较好，造价比较高。缺点是占地面积较大。此种形式一般用在非高产农田地区及 不占良田和土石工程量不大的地方，并宜在地震烈度的地区采用。中型分相硬管母线配合剪刀式（或伸缩式）隔离开关方案，布置清晰、美观。但支柱式绝缘子防污、抗震能力较差，在污秽严重或地震烈度较高的地区，不宜采用。 中型配电装置广泛用于 110500kV 电压等级。半高型布置节约占地面积不如高型显著，但运行、施工条件稍有改善，所用钢材比高型少。高型配电装置可大大缩小占地面积，但其耗钢多，安装检修及运行中条件较差。8.2 配电装置设计选择本变电所三个电压等级：即 220 kV、110 kV、35 kV根据电力工程电气设计手册 规定，110 kV及以上多为屋外配电装置，35 kV以下的配电装置多采用屋内配电装置，故 本所 220 kV及 110 kV和35 kV均采用屋外配电装。220kV 侧：采用普通中型配电装置；110kV 侧：采用普通中型配电装置35kV 侧：采用普通中型配电装置。9 防雷保护设计9.1 避雷针的作用防直击雷最常用的措施是装设避雷针，它是由金属制成，比被保护设备高，具有良好接地的装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备，建筑免受雷击。所谓避雷针的保护范围是指被保护物在此空间范围内不致遭受雷击而言。它是在实验中用冲击电压下小模型的放电结果求出的，由于它与近似直流电压的雷云对空间极长间隙下的放电有很大差异，所以这一保护范围并没有得到科学界的公认，但我们可以把它看成一种用以决定避雷针高度与数目的工程办法9.2 避雷针的设计9.2.1 四支避雷针的保护范围及计算公式计算公式为：1）rx=1.6hap / (1+hx / h) （9-1）式中：rx 在被保护高度hx平面上的保护半径；hx 被保护物的高度，m；h 避雷针的高度，m；ha 避雷针的有效高度，ha=h-hx，m；p 系数，当h30m时，p=1；当h30m时，p=5.5 / h。2）bx 的尺寸由相邻两支避雷针的装设条件决定；3）保护全部面积的条件为：D8 hap，式中 d 三支避雷针所形成三角顶点圆得直径。9.2.2 本所避雷针的设计过程本变电所采用四根避雷针，分别以标号1，2，3，4表示。变电所面积（180*100）m，避雷针装设的位置及各相距的距离见大图所示。为避免反击，避雷针距墙2m，相邻避雷针的距离为a1=46m，a2=43m，下面效验避雷针的保护范围。对角间距D= 22m， a1+ +a2 =63m，避雷针的有效高度ha=D/8=7.9m，则避雷针的高度为h=22.9m在hx高度上保护半径为rx=1.6hap / (1+hx / h)=1.67.9/（1+15 / 22.9）1=7.6(m)1）对于避雷针1与避雷针2：两针距离a1=46m，因此：a1 / ha1=46 / 7.9=5.82 hx1 / h1=15 / 22.9=0.66查图15-4曲线（中小型变电所实用设计手册）得：bx1 / ha1=0.26，因此bx1=2.1（m）。2）对于避雷针1与避雷针3：两针距离a2=43m，因此：a2 / ha2=43 / 7.9=5.44 hx2 / h3=0.66。查图15-4曲线（中小型变电所实用设计手册）得：bx2 / ha2=0.38，因此bx2=3.0（m）全所皆在保护区内，可见，避雷针的设计能保护变电所。10 接地网的设计10.1 设计说明变电站需要有良好的接地装置，以满足工作安全和防雷保护接地要求。一般做法是根据安全和工作接地的要求，敷设一个统一的接地网，然后再在避雷针和避雷器下面增加接地体，以满足防雷接地的要求。总的接地电阻为水平接地体接地电阻和垂直接地体接地电阻的并联等效
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