220kV变电所设计毕业设计

1、.220kV变电站设计:43第一章 绪 论1.1 选题背景与意义1.1.1 选题背景随着智能电网和特高压电网的大力推进，电网规模正日益快速增长。变电站作为电能传输的关键节点，起到了升压或者降压的作用，使电能在一个合适的电压等级水平传输以达到降低损耗的目的。设计合理的变电站能够带来巨大的经济效益和社会效益，设计不合理的变电站或者是变电站设计的失误往往会给国民经济造成无法挽回的损失。目前，随着我国城乡电网建设与改革工作的推进，除了常规变电站之外，还出现了微机变电站、综合自动化变电站和无人值班变电站等，为保持国民经济持续健康发展，在新形式下，必须更加关注变电站设计。变电技术与电网发展以及设备制造水平

2、密切相关。近年来，随着智能电网和特高压电网的大力推进，电网规模正日益快速增长。目前我国已建成的500kV变电站有近200座，220kV变电站也有几千座；500kV网架已成为主要的输电网络，各区域之间实现了联网，最终将实现全国电网互联。随着电气设备制造水平的不断提高，设备性能和质量也都有了较大的提升。除了传统的高压设备外，智能、自动、数字化的高压配电装置也都有了新的发展；计算机监控的微机保护已经在电力系统中得到了全面推广采用。变电站规划设计需满足可靠性、经济性、灵活性的要求。其中，可靠性是指规划方案要能满足正常运行和事故扰动下的要求；经济性是指规划方案考虑投资和年运行费后的年费用最小；灵活性是指

3、规划方案不仅要适应调度运行可能发生的各种运行方式，而且要便于过渡，且能应对规划中电源和负荷的适度变化。由于可靠性、灵活性、经济性三者之间相互制约，并常常会发生矛盾，故需权衡利弊，尽量达到综合最优。近年来，我国电网供电可靠性有了大幅提高，电网的稳定运行，为我国经济发展打下了坚实基础。在未来，随着经济与科学技术水平的发展，变电技术还将有新的突破，同时也将给电力工程技术人员提出一些需要解决的问题，例如：提升电压等级、站点选择如何深入负荷中心、进入市区如何减少占地问题；在电网联系变得越来越密切的情况下，如何解决发生事故时故障的快速切除、故障点的隔离以保证电力系统安全稳定问题；电网短路电流水平不断提升，

4、如何限制短路电流大小问题；在保证供电可靠性前提下，如何恰当选择电气主接线和设备、降低工程造价问题等。1.1.2 选题意义大学四年完成了包含电路、电机学、发电厂电气部分、电力系统分析（稳态、暂态）、继电保护等电力系统主干课程的学习，为以后从事电力系统方向的工作打下了良好的基础。变电站设计涉及到多个方面的内容，如变压器选型，电气主接线设计，短路电流计算，继电保护配置以及高压防雷知识等，几乎涵盖了本科期间所学的所有电力系统方面的内容。通过本次毕业论文设计，可以加深对电力系统理论知识的理解，熟悉变电站设计的工作内容，提高自己理论联系实践的技能，培养解决实际问题的能力，为以后走上工作岗位打下更加坚实的基

5、础，都具有重要的实际意义。1.2 本文的主要工作本文以变电站设计为最终目的，在广泛查阅文献与技术手册的基础上，研究了变压器选型，电气主接线设计，短路电流计算，继电保护配置以及高压防雷保护配置等，主要开展了以下工作：第一章绪论。在论述了论文研究背景与意义的基础上，明确了本文研究的主要内容。第二章原始资料及数据分析。对本文待设计的变电站进行数据分析，为开展后续工作打好基础。第三章主变压器的选择。根据待规划变电站的地理位置、负荷情况、重要性等因素选择主变压器并确定其台数、容量、型号、参数。第四章电气主接线设计。在论述主接线方式及设计原则的基础上，为本文待规划变电站设计最优的主接线形式，并做出住接线图

6、。第五章短路电流计算。研究变电站各个电压等级下的短路并计算最严重情况下的短路电流。第六章导体和电气设备选择。研究按照正常工作条件选择，按照短路条件校验的原则选择待规划变电站的导体和电气设备。第七章继电保护配置。当电力系统发生故障时，为了及时将故障切除使故障部分免于继续遭到损坏、非故障部分继续运行，需要给变电站配置继电保护装置。第八章防雷保护。为待规划变电站设计防雷保护，使变电站导体和电气设备免遭雷电的损坏。第九章总结。总结本文研究内容及成果，并结合论文存在的不足，展望后期可进一步开展的研究工作。第二章 原始资料及数据分析2.1 原始资料（一）变电站性质：本站为枢纽变电站，以110kV电压等级向

7、地区用户供电。（二）站址条件：建于大城市近郊，向市区用电和大工业用户供电。地势平坦，交通便利，有公路、铁路经过。最低温度-30，最高气温+38，年平均气度+10，最大风速30m/s，覆冰厚度10 mm，土壤电阻率<500. m，地震烈度<6级，雷电日30，周围环境较清洁，不受各类污染的影响，冻土深度1.5m，主导风向夏南，冬北。（三）负荷资料：（1）220kV侧共2回线与系统相连。（2）110kV侧共9回架空出线，负荷同时率0.85，线损率5%，=0.9。表2-1 110kV电压等级下负荷数据负荷名称最大负荷(MW)线路长度（km）回路数附注大型电机厂50302有重要负荷变压器厂4

8、0301有重要负荷开关厂20251电容器厂20251市区变电所甲50302有重要负荷市区变电所乙40402有重要负荷（3）10kV侧共8回架空线，负荷同时率0.85，线损率5%，=0.85。表2-2 10kV电压等级下负荷数据负荷名称最大负荷(MW)线路长度（km）回路数附注通用机械厂6101毛纺机械厂4151毛纺厂8181印染厂8161化纤厂18182有重要负荷电机厂8201丝织厂10201（四）系统情况： 200kM 150kM 4*QFSS-200-2 120KM 4*SSPSL-240/220kV 4*QFSS-200-2 4*SSPSL-240/220kV 变电站 图2-1 系统概况

9、图2.2 数据分析(1)负荷分析由原始数据可知：待设计变电站有两回220kV进线，出线有两个电压等级，分别是110kV和10kV，且分别接有不同性质的负荷，当接有重要负荷时通过设置2回线路以保证供电的可靠性。对110kV和10kV电压等级下的负荷进行统计分析。根据原始资料给定的有功功率P、功率因数、同时率以及线损率得视在功率的计算公式，如式2-1所示。 (2-1)由式2-1，分别计算110kV、10kV电压等级下的视在功率。该变电所总的视在功率为：(2)发电机分析对于QFSS-200-2型发电机电压为15.75kV，容量为200MW，功率为=0.85，电抗为=14.23%。 若功率基准SB取为

10、100MVA，则对发电机的相关参数进行基准值转换。(3)变压器分析对于SSPSL-240000/220型变压器，电压为242±2*2.5%/15.75，容量为240MVA，短路电压为=14%，接线方式：Yd11。若功率基准SB取为100MVA，则对变压器的相关参数进行基准值转换。（4）线路分析取架空输电线路单位电抗为=0.4/km，若功率基准SB取为100MVA，求线路的阻抗标幺值。第三章 主变压器的选择变压器是变电站中最贵重和最重要的设备，是关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，使电能在一个合适的电压等级水平传输以达到降低损耗的目的。3.1 主变压器选择原则选择主变压器时应满

11、足可靠的对负荷供电的要求，对含有大量一、二级负荷的变电站，应选用两台变压器，这样的话当一台变压器故障或检修时，另一台变压器保证对一、二级负荷继续供电；对于负荷中只有二级负荷的变电站，也可以只采一台变压器，但须在低压侧设有其它变电站相连的联络线作为备用电源或另有自备电源；对季节性负荷或昼夜负荷变化较大而宜于采用经济运行方式的变电站也可以采用两台主变压器。在确定变电站主变压器台数时，应适当考虑负荷的增长留有一定余地。3.2 主变压器的选择3.2.1 选择主变压器台数（1）对大城市的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。（2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三

12、台的可能性。（3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。由以上分析知待设计变电站应选择两台主变。3.2.2 选择主变压器容量(1)主变压器的容量一般按照5-10年的规划负荷选择，并综合考虑所在地区的未来发展趋势，而处于城市边缘地区的变电站，主变压器容量参考所在城市的未来规划。(2)综合分析负荷性质和变电站所在的电网结构，选择适宜的主变容量，对有I、II级负荷的变电站应考虑当一台主变因故障或检修停运时，剩余变压器能够在过负荷状态下保证I、II级负荷的正常供电；对于一般的变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60。(3)相同

13、电压等级的变压器容量的选择不宜太多，应从电网整体出发，推行系列化和标准化。由第二章对原始资料的分析可知，待设计变电站承担总的视在功率为283.27MVA，在满足以上原则的条件下，并查询设计手册，可选择单台额定容量为180MVA的变压器。3.2.3 选择变压器型式(1)相数的选择根据相关规程，对于选址比较开阔平坦，交通条件便利的站点，只要不是容量过大而难以制造，均宜采用三相变压器，综合以上分析，此变电所应采用三相变压器。(2)绕组数和绕组连接方式的选择电力工程电气设计手册一起其他相关规程中指出：对于含三种不同电压的变电站中，倘若通过各绕组的功率达到该变压器容量的15以上，则可以选择三绕组变压器，

14、由第二章的负荷数据分析可知明显满足上述情况。故该市郊变电站主变压器选择三绕组变压器。电力工程电气设计手册和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统接线方式一致，否则不能并列运行。变压器绕组采用的连接方式有Y（星型）和（三角型）两种，为了消除三次谐波的影响，在设计时有一个绕组是的，我国110kV及以上的电压等级均为大电流接地系统，所以需要选择的连接方式，而6-10kV侧采用的连接方式。故该市郊变电站主变压器采用的绕组连接方式为： 。(3)主变阻抗和调压方式的选择电力系统电气设计手册和相应规程中指出：变压器各侧阻抗值的选择须从电力系统稳定、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并列运

15、行等的方面进行综合考虑，并应以对工程起决定性作用的因素作为确定条件。变压器可以分为升压结构和降压结构两种类型，调压方式是指采用带负荷调压还是不带负荷调压方式。规程中规定：在能满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式，近年来随着对电压质量的要求的提高和有载调压变压器的质量的提高，作为城市变电站，一般都选用有载调压方式。综合以上分析，待规划变电站的主变宜选用有载调压方式。(4)主变压器的冷却方式根据型号有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。按一般情况，220kV变电站宜选用自然风冷式。(5)变压器各侧电压的选择变压器相当于电源侧的绕组，为保证向线路末端供电的电压质量(保

16、证在10%电压损耗)，线路末端的电压应保证在额定值，所以电源侧的主变电压按10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于220kV的变电站，考虑到要选择节能新型的，220kV绕组侧选220kV，110kV绕组侧选115kV。10kV绕组侧选10.5kV。(6)全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决110kV及以上中性点直接接地系统中，为了降低使发生接地故障时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，故需要考虑中性点绝缘保护的问题。220kV和110kV侧采用分级绝缘的方式经济效果显著，并选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。10kV由于电压等级较低，对绝缘水

17、平要求不那么高，因而该侧中性点不接地系统的变压器，中性点采用全绝缘的方式。3.3 主变压器选择结果根据以上章节的分析，查阅大型变压器技术数据选定主变型号为：SFPS7-180000/220。主要技术参数如下：额定容量（MVA）：180额定电压（kV）：高压220±2×2.5% ；中压115；低压10.5连接组标号：空载损耗(kW)：178阻抗电压（%）：高中：14.0；中低：7.0；高低：23.0空载电流（%）：0.7根据以上章节的分析，本文的待规划变电站选择两台SFPS7-180000/220型变压器为主变。第四章 电气主接线设计4.1 主接线方式介绍主接线设计是一个综合

18、性问题，需要考虑多个方面的因素，全面分析有关因素，力求使主接线设计安全可靠、经济合理、技术先进。以下将介绍变电站设计中常用的主接线方式以及其在工程应用中的优缺点。(1)单母线接线单母线接线是指由线路、变压器回路和一组（汇流）母线所组成的电气主接线。汇流母线不但可以使电源并列工作，而且任一条馈线都能从母线上的电源获取电能。各出线回路输入功率可能不相等，为了减少功率在母线上的传输，尽可能使负荷均衡地分配在各出线上。单母接线的优点：简单、经济，向两端延伸且扩建方便。缺点：供电可靠性低。灵活性差，电源不能分列运行，并且线路侧发生短路时，将产生较大的短路电流。单母线接线方式一般用在出线回路数少，且没有重

19、要负荷的发电厂或变电站中。(2)单母线分段接线单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对于含有重要负荷的线路可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电，以提高供电的可靠性；当其中的一段母线发生故障时，分段断路器自动将用户隔离起来；由于两段母线同时发生故障的概率很小，因此可以不考虑。单母线分段接线被广泛用在中、小容量的发电厂或变电站中。(3)单母线分段带旁路母线的接线单母线分段带旁路母线的接线方式带有专用旁路断路器，这种接线方式极大地提高了供电的可靠性，但由于增加了一台旁路断路器，从而额外增加了投资。(4)双母线接线双母接线有两组母线，且可以相互为备用。每一个母线和出线回路，都

20、装有一台断路器、两组母线隔离开关，可分别与两组母线建立连接。两组母线之间的联络是通过母联断路器实现的。其特点有：供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。双母线接线被广泛应用在110220kV出线数为5回及以上，3560kV出线数超过8回或连接电源较大，出线带电抗器的610kV配电装置的情况。(5)双母线分段接线双母线分段接线比双母线接线的供电可靠性更高。当一段工作母线发生故障时，继电保护先将分段断路器跳开，后将故障段母线所连的电源回路跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上即可恢复供电。这样，只是部分负荷短时停电，而不必短期停电，从而大大提高了供

21、电可靠性。双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中。(6)双母线带旁路母线的接线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。这样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。4.2 设计原则变电站规划设计需满足可靠性、经济性、灵活性的要求。其中，可靠性是指规划方案要能满足正常运行和事故扰动下的要求；经济性是指规划方案考虑投资和年运行费后的年费用最小；灵活性是指规划方案不仅要适应调度运行可能发生的各种运行方式，而且要便于过渡，且能应对规划中电源和负荷的适度变化。由于可靠性、

22、灵活性、经济性三者之间相互制约，并常常会发生矛盾，故需权衡利弊，尽量达到综合最优。根据220500kV变电所设计技术规程SDJ2-88规定：变电站的电气主接线应根据该变电站在该区域中的地位，变电所的规划容量、负荷性质等条件确定，综合考虑供电可靠、灵活、投资节约和便于过渡或扩建等要求。(一)可靠性所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，保证对用户不间断的供电。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。衡量主接线满足可靠性的因素有：断路器检修时是否影响正常供电；线路、断路器、母线故障或检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电

23、；变电站全部停电的可能性。(二)灵活性主接线的灵活性有以下几方面要求：(1)调度要求。可以灵活的投入或切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足在事故运行、检修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小。(三)经济性经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。4.3 主接线方式确定由原始资料负荷情况可知：待设计变电站为枢纽变电站，对供电可靠性要求较高；220kV侧共2回，110kV侧共9回，10kV侧共8回，待设计变电所主

24、接线方式有以下三种方案可供选择：(一)方案一(1)220kV采用双母线带旁路母线接线方式；(2)110kV采用双母线带旁路母线接线方式；(3)10kV出线回路数为8回且所带负荷不大，可采用单母线接线方式。其接线特点：(1)220kV、110kV都采用双母线带旁路，并且设计专用的旁路断路器，使故障或检修时，不会破坏双母线接线的固有运行方式并且不影响供电。(2)10kV采用单母线接线，接线简单，经济。但若某一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电，将影响全变电站的照明及操作电源、控制电源等，因而可靠性不高。以上接线的缺点：10kV采用单母线接线，接线简单、经济，但供电可靠性差；因而整个方案一的供电

25、可靠性较差。（二）方案二(1)220kV采用双母线接线；(2)110kV出线9回，可采用双母线接线方式；(3)10kV采用单母线隔离开关分段接线。其接线的特点：(1)220kV采用双母线接线方式时，出线回路数较多，能够承担的输送功率较大，母线事故后能尽快恢复正常供电；母线和母线设备检修时可以轮流检修，不会引起供电中断；当一组母线发生故障时，可以将开关迅速拨至未发生故障的母线从而实现恢复供电。(2)110kV采用双母线接线方式，同上。(3)10kV采用单母线隔离开关分段：不够灵活，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，当一段母线或母线隔离

26、开关故障或检修，该母线的回路都在检修期间内停电。优点：方案一220kV、110kV都采用双母线带旁路，可靠性高于方案二；但方案一10kV采用单母线接线，虽简单、经济但供电可靠性、灵活性较差，当发生故障或检修时，均需长时间或短时间停电。(3)方案三(1)220kV采用双母线带旁路，并且设计专用的旁路断路器，使检修或故障时，不会破坏双母线接线的固有运行方式及影响停电。(2)110kV采用双母线接线方式。(3)10kV为了满足供电的可靠性，其接线方式采用单母线分段接线方式。其接线方式的特点：(1)双母线带旁路母线，并设专用的旁路断路器，虽然额外增加了一些成本，但是保证了各段出线断路器检修或事故的情况

27、下不致影响供电，而且也不会破坏双母线运行的特性，继电保护装置也比较容易配合，相对而言提高了供电的可靠性。(2)双母线接线方式，出线回路数较多，能够承担的输送功率较大，母线事故后能尽快恢复正常供电；母线和母线设备检修时可以轮流检修，不会引起供电中断；当一组母线发生故障时，可以将开关迅速拨至未发生故障的母线从而实现恢复供电。(3)10kV为了保证所用电可以从不同段两出线取得电源，同时一段母线发生故障，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。以上三种方案相比较，方案三的可靠性高于方案一和方案二，其经济性介于方案一和方案二之间，且操作灵活性也居于方案一、二之间。根据变电所的基本数据，只有

28、方案三更适合于本次设计切身利益，故选择方案三。4.4 电气主接线设计图第五章 短路电流计算5.1短路电流计算的目的(1)用于选择电气设备。(2)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。(3)设计接地装置时，需用短路电流。(4)在选择继电保护和整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。5.2短路电流计算的一般规定(1)计算的基本情况系统中所有电源均在额定负荷下运行。短路发生在短路电流为最大值的瞬间。所有电源的电动势相位角相同。应考虑对短路电流值有影响的所有元件。(2)接线方式(3)计算容量：按该设计规划容量计算。(4)短路种类：均按三相短路计算。(5)短路计算

29、点。5.3短路电流计算5.3.1 变压器的各绕组电抗标幺值计算由第三章变压器的选型可知，主变型号为SFPS7-180000/220，且高中、中低、高低压侧的短路电压百分比为：14.0、7.0、23.0。取SB=100MVA，UB=Uav 5.3.2 变电站与系统连接阻抗的求取变电站以外的示意图如下图所示：图5-1变电站外接线示意图将发电机和变压器参数合并入下图所示：图5-2变电站外接线示意图（化简）由于两组发电机和变压器的性质相同，因此端点可以合并，合并后出现一个三角形，然后利用三角形-星行变换，得出下图：图5-3变电站外接线示意图（化简）最后求得，变电站以外的综合阻抗为： = 0.0155.

30、3.3 10kV侧短路计算f(3)-1短路时，示意图如下：图5-4 10kV侧短路的等值电路图三角形变为星形：图5-5 10kV侧短路的等值电路图合并A侧的阻抗：因为： 所以：示意图如下所示:图5-6 10kV侧短路的等值电路图再做三角形变换因为A电源为无穷大系统所以提供的短路电流为：所以短路电流有名值为： 冲击电流： 短路容量： 5.3.4 110kV侧短路计算f(3)-3短路时，图5-7 10kV侧短路的等值电路图做星形-三角形转换，然后忽略掉无源部分得到：图5-8 10kV侧短路的等值电路图A为无穷大系统所以有 所以短路电流有名值为： 冲击电流： 短路容量： 5.3.5 220kV侧短路

31、计算f(3)-2短路时，示意图如下图所示。图5-9 110kV侧短路的等值电路图图5-10 110kV侧短路的等值电路图A电源（无穷大系统）的短路电流为：所以短路电流有名值为冲击电流： 短路容量： 短路计算结果列表于下：表5-1 短路计算成果表短路点基准电压(kV)短路电流(kA)冲击电流(kA)短路容量(MVA)f-110.565.43163.581189.94f-21159.2923.701851.83f-323016.7342.676666.75第六章 导体和电气设备的选择6.1 概述6.1.1 主要任务（1）导体和绝缘子 导体的选择主要有：各电压级的汇流母线及各电压级的绝缘子等。（2）

32、电气设备 电气设备包括各电压级的断路器、旁路断路器、分段断路器、以及相应的隔离开关、熔断器等。用于保护和测量用的电流互感器，包括穿墙套管选择及其一次接线的编号。6.1.2 选择的一般原则根据导体和电气选择技术规定SDGJ14-86第1.1.2条规定：（1）应力求技术先进、安全适用、经济合理；（2）应满足正常运行、检修、短路、过电压情况下的要求，并考虑远景发展；（3）应按当地环境条件校准；（4）选择的导体品种不宜过多；（5）应与整个工程建设标准协调一致；（6）选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。6.2 选择导体和电气设备的技术条件6.2.1 按长期工作条件选择参

33、考导体和电器的选择设计技术规定第1.1.3条: 选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压。 即： 其中， 一般按照选择电气设备的额定电压。第1.1.4条: 选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流，由于高压开路电器没有连续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各中可能运行方式下回路持续工作电流的要求。在即： 对于导体：对于电器： * 的计算方法 1汇流主母线 220kV主母线：按实际功率分布进行计算 110kV主母线： 10kV主母线： 2旁路母线回路 3主变的引下线 4出线 单回线： 双回线： 5母联回路 6分段回路 （K=0.50.8 ）6.3 导体和电气设备的选取及

34、校验条件6.3.1 导体的选择6.3.1.1 母线的选择参考导体和电器选择设计技术规定：第2.1.3条：载流导体宜采用铝质材料，下列场所可选用铜质材料的硬导体。（1）持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部或采用硬铝导体穿墙套管有困难时；（2）污秽对铜腐蚀较轻微而对铝有较严重腐蚀的场所。第2.3.1条：20kV以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜采用矩形导体，在4000-8000A时，宜选用槽形导体。110kV及以上高压配电装置，当采用硬导体时，宜选用铝合金管形导体。6.3.1.2 10kV出线电缆选择（1）依据发电厂电气部分电力电缆应按下列条件选择和校验:a. 电缆芯

35、线材料及型号b. 额定电压c. 截面选择d. 允许电压降校验e. 热稳定校验f. 电缆的动稳定由厂家保证，可不必校验。（2）电缆芯线材料及型号选择电缆芯线有铜芯和铝芯，国内工程一般选用铝芯，电缆的型号应根据其用途，敷设方式和使用条件进行选择，该市变电站10kV出线选用三相铝芯电缆。（3）电压选择：电缆的额定电压应大于等于所在电网的电压。（4）截面选择：电力电缆截面一般按长期发热允许电流选择，当电流的最大负荷利用小时数大于5000小时且长度超过20m时，应按经济电流密度选择。6.3.2 电气设备选择6.3.2.1 断路器选择按照电力工程设计手册高压断路器选择规定：断路器型式的选择除应满足各项技术

36、条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定选择断路器。根据电力工程电气设计手册（电气一次部分）第62节规定：35kV及以下，可选用少油、真空、多油断路器等，应注意经济性。35kV220kV可选用少油、SF6、空气断路器等。综合考虑，尽量利用经过国家鉴定推荐使用的新产品，又220kV为检修方便，选用SF6断路器，110kV也选用SF6断路器，10kV侧采用真空断路器。6.3.2.2 隔离开关的选择隔离开关电力系统中常用的电气设备，它经常与断路器配合使用。不同的时断路器可以带电拉合电路，而隔离开关由于没有灭弧装置不能带电开合电路。本设计中采用手车式断路器，考虑到安全性

37、，均选用隔离开关。6.3.2.3 电压互感器选择依据电力工程设计手册对电压互感器配置的规定：a. 电压互感器的配置与数量和配置、主接线方式有关，并应满足测量、保护周期和自动装置的要求。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。b. 6220kV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否需要装设压互，应视各回出线外侧装设压互的情况和需要确定。c.当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设压互。根据导体和电器选择技术规定SDGJ14-86：第10.0.1条：电压互感器应按下列技术条件选择和校验a. 一次回路电压b. 二次电压c.二次负荷

38、d. 准确度等级e. 继电保护及测量的要求根据以上原则，可选择电压互感器。6.3.2.4 电流互感器选择根据导体和电器选择设计技术规定第9.0.3条：320kV屋内配电装置的电流互感器，应根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。35kV及以上配电装置的电流互感器，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，应采用套管式电流互感器。根据电力工程电气设计手册（电气一次部分）第2-8节：a. 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。6.3.2.5 绝缘子根据导体和电器选择设计技术规定第11.0.7条：屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子， 屋外支柱绝缘子需倒装时， 采用

39、悬挂式支柱绝缘子。屋内支柱绝缘子宜采用联合胶装的的采用多棱式支柱绝缘子。6.3.2.6 穿墙套管根据导体和电器选择设计技术规定第11.0.8条:屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管，对于母线型穿墙套管应校核窗口允许穿过的母线尺寸。高压穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种。瓷绝缘的穿墙套管适用于交流电压635kv系统，油纸电容式绝缘适用于交流电压60500kV中性点直接接地系统。6.3.2.7 接地刀根据电力工程电气设计手册（电气一次部分）第28节：（1）为保证电器和母线的检修安全，35kV及以上每段母线根据长度宜装设12组接地刀或接地器，两组接地刀间的距离应尽量保持适中，母线的接地刀宜装设在母线电

40、压互感器的隔离开关上和母联隔离开关上。（2）63KV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀闸。（3）旁路母线一般装设一组接地刀闸，设在旁路隔离开关的旁路母线侧。（4）63kV及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧宜装设一组接地刀闸。6.4 电气设备表（1）导体选择一览表 项目电压级别主母线主变引下线负荷出线220kVLGJ-300LGJ300 /110kVLGJ-300LGJ300/10kVLMY矩形母线LMY矩形母线ZLQ2三芯电缆(2)断路器和隔离开关选择一览表设备项目断路器隔离开关220kV LW1220/2000GW4220/630110kV SW4110

41、/1000GW4110D/6005010kV SN10-10/3000/(3)电压互感器与电流互感器电压级别设备类型220kV110kV10kV电压互感器JCC1-220JCC2-110JSJW-10电流互感器LCWB7220LCWB7-110B/300/(4)绝缘子和穿墙套管电压级别设备类型220kV110kV10kV绝缘子ZS-220/4ZS-110/4ZN-10/4穿墙套管CRLQ1-220/1200 CRLQ1-110/600CWWL-10/2000-26.5电气设备选择具体计算书 6.5.1 220KV电气设备的选择与验算（） 汇流母线的Imax 220kV侧： 110kV侧：故22

42、0kV，110kV侧选用LGJ-300型导线。（） K1点短路数据见表一 （） 220kV出线断路器、隔离开关、互感器的选择。() 220kV出线断路器的选择 根据220kV出线断路器的UNS、Imax要求，查表可选LW1220/2000型六氟化硫断路器。ss 根据已知数据效核如下： (a) 工作电流： IN = 2000 A > Imax=273.74 A(b) 开断能力： Idu = 31.5 KA > Ik = 13.68 KA(c) 关合能力： Igu = 80 kA >ish=34.82 kA(d) 热稳定： Ig = 31.5 kA 由选择结果表可见各项条件均能满

43、足，故选LW1220/2000型六氟化硫断路器合格。() 隔离开关的选择 由 UNS = 220kV Imax = 273.74A 查表可选GW4220/630型隔离开关。根据以知数据效核如下：(a) 工作电流： Imax = 273.74 A < 630A(b) 动 稳 定： ich = 34.82kA < 80KA(c) 热 稳 定： IK4 = 31.5kA由以上结果可见所选隔离开关GW4220/630合格。()电流互感器的选择220kV电流互感器选用LCWB7220 型。技术数据见表二表 二 项 目型号额 定电 压（kV）最高工作电压（kV）额定一次电流（A）额定二次电流（

44、A）额定热稳定电流（kA*S）LCWB72202202522*600 52*21-56.5.2 110kV出线断路器、隔离开关、互感器的选择6.5.2.1 110kV断路器的选择 Imax = 220.44A 根据110kV出线断路器的UNS，Imax要求，查参数表可选SW4110/1000型少油断路器。 由前面的计算数据： 校核： (a) 工作电流： IN = 1000A > Imax=220.44A (b) 开断能力： < 18.4 kA (c) 动稳定： ich = 14.627kA < 55kA (d) 热稳定：   由选择结果可见各项条件均能满足要求，故选

45、择SW4110/1000型少油断路器合格。6.5.2.2 隔离开关的选择 选用GW4110D/60050型号隔离开关。额定电压UN = 110KV，额定电流 IN=600KA，动稳定电流ich = 50KA.。 校 验：（a） 工作电流： Imax = 220.44A < 600A（b） 动稳定： ich = 14.627kA < 50kA（c） 热稳定： 由此可见所选GW4110D/60050型号隔离开关合格。6.5.2.2 电压和电流互感器的选择依电压互感器的选择条件我们分别选出220kV、110KV、10kV压互型号分别为：JCC1-220型油浸式、JCC2-110型油浸式、

46、JSJW-10型三相五柱电压互感器它们二次侧电压均为5A。 电流互感器的选择： 线路保护： 选用 LCWB110B/300，0.2/P/P级 主变保护： 选用 LCWB110/300，0.5/D1/D2级6.5.3绝缘子和穿墙套管选择220KV侧支柱绝缘子所选型号为：ZS-220/4型普通型棒式支柱绝缘子，穿墙套管选CRLQ1-220/1200型。110KV侧支柱绝缘子所选型号为：ZS-110/4型普通型棒式支柱绝缘子，穿墙套管选CRLQ1-110/600型。10KV侧支柱绝缘子所选型号为：ZS-10/4型普通型棒式支柱绝缘子，穿墙套管选CWWL-10/2000-2型。第七章 继电保护配置7.

47、1 概论电力系统中故障或扰动时有发生，如何保障电力系统的安全稳定运行时一个必须要关注的问题。继电保护装置的作用是反映电力系统中电气设备的故障或不正常的运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号；快速、有选择的将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损害，使非故障元件继续运行。继电保护的配置的应符合选择性、速动性、灵敏性、可靠性四个基本要求。设计应满足继电保护和安全自动装置方面的技术规程。供电系统的继电保护是保证安全供电的重要工具。电力系统中的电力设备和线路应有主保护和后备保护以及必要时增设的辅助保护。主保护能快速并且有选择地将故障元件从本段线路保护范围内切除。后备保护主保护或断路器拒动时

48、切除故障，作为主保护的后备保护。后备保护又可分为远后备保护和近后备保护两种形式。其中：远后备指当主保护或断路器拒动时，由相邻设备或线路的保护动作来切除故障实现后备；近后备指当主保护拒动时，由本设备或线路的另一套保护动作来切除故障实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护动作切除故障实现后备。辅助保护当需要加速切除故障线路或消除方向保护元件的死区时，可采用电流速断构成的辅助保护动作来切除故障。7.1.1继电保护装置的设计原则（1）当被保护元件发生故障影响设备的正常运转时，保护装置应动作于跳闸；在发生不正常运行时，保护装置应动作于信号。（2）为保证系统非故障部分的正常供电，保护装置应以足够小的

49、动作时限去切除故障。（3）系统故障时，保护装置有选择地动作将故障切除；若必须加快动作以消除故障，可无选择性跳闸，由自动重合闸来补救保护的无选择性动作。（4）选择保护方式时，不考虑可能性很小的故障类型和运行方式。（5）保护装置的电压回路断线时，如可能造成保护装置的误动作，则应装设电压回路断线闭锁装置并发出信号。（6）在表示保护装置动作的出口上应装设信号继电器。（7）主保护装置除完成主保护任务外，如有可能还应作为相邻元件的后备保护。（8）当保护装置因动作原理而不能起相邻原件后备保护作用时，应在所有或部分断路器上装设单独的后备保护。（9）为了相邻元件后备保护作用而使保护装置复杂化，或在技术上不能达到

50、完全的后备作用时，允许缩短后备作用范围。（10）在实际可能出现的最不利运行方式和故障类型下，保护装置应有足够的灵敏系数。（11）保护装置的灵敏性应该与相邻设备或线路配合。（12）保护装置所用的电流互感器在最不利的条件下其误差应小于10%。7.1.2 继电保护装置的电源继电保护装置的电源，包括了保护装置本身各元件的工作电源和相关断路器跳闸的操作电源。工作电源与操作电源有直流操作和交流操作两种情况。直流操作包括蓄电池复式整流和电容器储能等，发电厂和110kV及以上变电站通常采用蓄电池作为直流电源。110kV以下的终端变电站可用电容储能直流电源或复式整流电源。继电保护装置的电源应具有好的可靠性和稳定

51、性，电源容量和电压质量均应在最严重的事故情况下保证给继电保护装置供电的可靠性。交流操作一般是利用被保护元件的电流互感器作为短路保护装置的操作电源。用在不重要的终端变电站。7.2 电力变压器保护的设计7.2.1 概述变压器是变电站中最贵重和最重要的设备，是关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，使电能在一个合适的电压等级水平传输以达到降低损耗的目的。大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度接近于铁心的饱和磁通密度，因此在过电压或低频率等异常运行方式下，偶尔会发生变压器的过励磁故障。根据上述故障类型和不正常运行状态，对变压器应装设下列保护。（1）瓦斯保护油浸式变压器一般应装设瓦斯保护。当油箱内

52、部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时作用于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器。（2）纵联差动保护或电流速断保护对于2000kVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。上述保护动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。（） 外部相间短路时，应采用的保护（4）外部接地短路时，应采用的保护对于中性点直接接地的系统，当外部网络发生接地故障时，将产生很大的短路电流，若变压器中性点接地运行，此时应装设零序电流保护。当网络中部分变压器中性点直接接地，为防止发生接地故障时，中性点接地的变压器保护动作跳开后，中性点不接地的变压器仍带接地故障继续运行，应根据情况，装设专用的保护装置：如零序过电压保护、中性点装放电间隙加零序电流保护等。（5）过负荷保护对400KVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电站，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。（6）过励磁保护高压侧电压为500KV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。（7