500KV变电站电气部分设计

500KV变电站电气部分设计摘要本论文主要阐述了500KV变电站电气部分的设计。随着我国科学技术的发展，特别是计算机技术的进步，电力系统对变电站的要求也越来越高。变电站作为电能传输与控制的枢纽必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。本设计为500kV超高压变电站，为枢纽变电所。500kV变电所控制系统的特点是可靠性要求更高、被控制的对象多、控制对象的距离远、控制电缆用量大，要求自动化水平高和抗干扰问题突出。本设计讨论的是500KV变电站电气部分的设计。其中包括负荷计算、无功补偿、变电所位置的选择及变压器的选择、主接线设计、短路计算及电气设备的选择与校验、继电保护设计，还包括防雷设计等。关键词变电站超高压500kVAbstractThispaperexpatiateonthepartof500kVelectricalsubstationdesign.WiththedevelopmentofscienceandtechnologyinChina,particularlycomputingtechnologyhasadvanced,thepowersystemdemandsonsubstationmoreandmore.Substationasahubforpowertransmissionandcontroltochangethetraditionaldesignandcontrolmode,toadapttothemodernpowersystem,modernizationofindustrialproductionandthedevelopmenttrendofsociallife.

Thetransformersubstationthatisdesignedthistimeisthekeypositiontransformersubstationof500kV.ItisthehubofSubstation.500kVsubstationcontrolsystemischaracterizedbyhigherreliabilityrequirements,theobjectofcontrol,andcontroloftheobjectdistanceandtheamountofcontrolcable,andrequireahighlevelofautomationandanti-jammingproblems.Thedesignisrefertothepartof500kVelectricalsubstationdesign.Wholebookprimarilycontain，calculationofpowerload，reactivepowerexpiation，locationofelectricstationandchoicetransformeranddesignthemainwiringandshort-circuitcalculationandchoiceandtestofelectricequipmentsandthedesignofprotectiverelaysandthedesignofpreventingthunder,etc.KEYWORDSubstationEHV500kV目录TOC\o"1-4"\h\z第一章绪言 1第一节超高压变电站发展概况 1第二节选题目的…… 2第三节背景和意义…… 2第四节500KV设计变电站简介 2第二章500KV变电站选址、负荷统计及计算 3第一节500KV变电站选址及主要技术特点…… 3第二节500KV变电站负荷统计表… 4HYPERLINK第三节500KV变电站负荷计算…… 5HYPERLINK第九节所用变压器及电力电容器选择…… 31HYPERLINK第九章变电站继电保护设计…… 40HYPERLINK结束语 47谢辞 48参考文献 49电子科技大学毕业论文（设计）500KV变电站的设计PAGEPAGE47第一章绪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。变电所是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高，现在已有许多变电站实现了集中控制和采用计算机监控，电力系统也实现了分级集中调度，所有电力企业都在努力增产节约，降低成本，确保安全远行。变电所是生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑，因此，要求变电所土建施工技术及施工组织水平也相应地随之不断提高。电网是根据不同地区、不同电压等级而形成的高压和超高压网络，起着重要作用。在我国很多地区现已形成以500kV为骨干的主网，能将电力资源更充分的利用。随着国民经济的发展以及大型发电厂和更高等级电压的出现，在不久的将来，我国会出现跨几个大区的联合大电网。500kV超高压变电站的容量大、电压高、出线回路数多，在电力系统中一般都是电力输送的枢纽性变电站。因此兴建500kV超高压变电站能够更好的利用资源，实现最大利用。北方的充足能源，也将通过枢纽变电站实现“北电南送”。500kV超高压变电站设备要求高，进而推动了国内电气设备新的改革，实现了优化能源的进程。电气主接线是变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。随着变电所综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统，继而实现“无人值班”变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势。第一节超高压变电站发展概况我国自1974年建成了第一条330kV输电线路，由甘肃刘家峡水电站厂到陕西关中地区开始，变电站发展迅速。1981年建成了第一条500kV输电线路，由河南姚孟火电厂到武汉，500kV超高压变电站走入人们的视线。其中，超高压变电站的建设成功，使国内各省电网形成联网，华北、东北、华东、华中、南方等电网都已建成500kV大容量输电线路和跨省联络线，并将逐步形成跨大区域互联的骨干网络。在日趋建设的超高压变电站中，超高压等级500kV的变电站占有重要的地位。第二节选题目的我选择设计本课题，学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法和步骤，培养独立进行电力工程设计的基本技能，进一步了解国家有关的方针政策、设计标准和设计规范，同时将所学的理论知识与实际相结合，进一步培养理论联系实际的能力，开拓思路，锻炼独立分析问题及解决问题的能力。本次设计的500kV超高压变电站的目的是用以提高该地区的供电质量、减少电能损失，满足该地区负荷增长的需要。变电站在设计基础上，力求更加实用化，符合实际，并设计高度可靠性和灵活性的主接线，保证500kV电网的安全运行，满足各类重要负荷的用电需要。第三节背景和意义500KV超高压枢纽变电站是我国电网建设中非常重要的技术环节，所以做好500KV超高压枢纽变电站的设计是我国电网建设的重要环节。500KV变电站需要采用节约资源的设计方案，既要要克服通信干扰和噪声、保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用率高的要求。500KV变电站的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，500KV超高压变电站电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。因而，500KV超高压变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化，配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保的设计方案。第四节500KV变电站设计简介本次设计的变电站为500kV大型超高压枢纽变电站，500kV采用一个半断路器接线，220kV采用双母线带旁路接线，10kV采用单母线分段接线。500kV配电装置采用GIS配电装置。本所选用分层分布式综合自动化系统。主变压器及线路控保屏、电度表屏、直流屏、电池屏、交流屏均布置在主控室内。为有人值班变电站，部分站区设立无人值班室，用计算机进行监控。该变电所总建筑面积3078平方米，主控楼建筑面积第二章500KV变电站选址、负荷统计及计算第一节500KV变电站选址及主要技术特点一、500KV变电站选址变电所位置与供电的可靠性、经济性以及电压质量密切相关，选择变电所的地址时，应兼顾以下各点：（1）尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属的消耗量；（2）进出线方便，特别是要便于架空进出线；（3）设备运输方便，特别要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输；（4）不宜设在多尘或者有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源的下风侧；（5）不应设在地势低洼和可能积水的场所；（6）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。该500KV变电所所址位于某市郊区，地势平坦、进出线走廊便于架空线路的引入和引出，因此配电装置的布置不必考虑特殊方式。所址的海拔为7米，经调查没有被洪水浸淹的历史，不必选用高海拔的电气设备。所址位于负荷中心，交通便利、通讯畅通。有铁路和公路经过变电所附近，不必过多考虑设备的运输问题。旱涝期，附近河流对变电站无影响。该地区年平均气温为14.5℃，极端最高气温为+36.5℃，极端最低气温为-11.4℃，全年≥35℃的高温日数为4天，电气设备均可正常工作；该地区年降水总量为980.3毫米，最大风速为2.0m/s，夏秋季节不受强风影响，所以不必考虑架空线路的机械强度及对屋外配电装置的影响；该地区全年只有短暂的霜冻（不足5天）和结冰现象（不足10天），覆冰厚度仅为3mm，因此不必考虑覆冰问题；无冻土情况发生，接地装置地下部分不必过深即可保证可靠接地；土壤电阻率为100Ω·M，可考虑采用构架式避雷针；年雷暴雨日数为35天，防雷装置的选取应加以考虑；当地四季存在溶雪溶冰、毛毛雨、雨加雪等对污秽绝缘子极为不利的气象条件，为防止污闪，所以对绝缘子串和变电设备外绝缘的影响应予以考虑。

二、500KV变电站主要技术特点500KV变电站主要技术特点，具体见表2-1。表2-1变电站主要技术特点序号项目名称技术特点1电气接线500kV：采用一个半断路器接线220kV：采用双母线带旁路接线10kV：采用单母线分段接线2短路电流500kV:50kA220kV:50kA10kV:40kA3主要设备选型主变压器：三相，油浸式，无励磁调压，自耦变压器500kV：SF双断口瓷柱式断路器220kV：SF单断口瓷柱式断路器10kV：SF瓷柱式断路器4配电装置型式500kV：采用悬吊管母线中型分相断路器三列式布置220kV：采用支持式管母，断路器单列布置10kV：采用支持管母线中型布置，母线与主变压器平行或垂直布置，分支回路断路器配置在母线侧5电气二次变电站设置计算机监控系统，保护设备分散布置在各继电保护小室第二节500KV变电站负荷统计表本次设计的500KV变电站，线路1～8为500kV出线，9～12为220kV出线，13～15为10kV出线。根据统计负荷如表2-1所示。表2-1负荷统计表回路序号回路名称负荷容量（kVA）需用系数线长（km）供电回路1扬东甲线713500.8085012扬东乙线704000.7587013扬方甲线586000.8079014扬方乙线504000.8075015扬辉甲线518500.8073016扬辉乙线563000.7565017扬楚甲线407500.8068018扬楚乙线421000.8071019扬江甲线433000.75530110扬江乙线422000.80560111扬运甲线323000.80570112扬运乙线371000.80560113扬海线217000.80480114扬都线215000.80460115扬羽线210000.804601第三节500KV变电站负荷计算变电站供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件都必须选择得当，除了需要满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求，因此必须对变电站供电系统中各条出线的电力负荷进行统计计算，通过负荷计算求出来的计算负荷是确定工厂电力系统线路截面、变压器容量、电气设备及互感器等供电设计参数的基本依据。根据原始资料，计算出变电站各条出线的计算负荷，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将使电气设备和导线电缆选得过大，造成投资过大和有色金属的浪费。但如果计算负荷确定得过小，投入使用后，又将使电气设备和导线电缆处于过负荷状态运行，增加电能损耗，产生过热，加速其绝缘老化降低使用寿命，甚至燃烧引起火灾造成更大损失，影响供电系统的正常可靠运行。负荷计算的方法有多种，我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需用系数法和二项式法，针对不同的情况应采用不同的方法。当变电站出线较多、容量相差不太大时，宜采用需用系数法。当变电站出线较少、各台容量相差很大时，宜采用二项式法。本设计为500kV超高压变电所，该变电站出线较多，各条出线容量相差不太大，负荷计算采用需用系数法。其优点是：公式简单，计算方便，对于不同性质的供电用户的需用系数值是经过几十年的统计积累，数值比较完整和准确，为供电设计创造了很好的条件。由于各供电区域电性质相差不大，考虑功率因数相同，则视在功率可表示为有功功率。采用需用系数法求各用户的计算负荷：=Kt·Sei（2-1）式中—各用户的计算负荷，kVA；Sei—各用电设备额定容量，kVA。每条出线路的负荷：线路1：Sjs1=0.80×71350=57080(kVA)线路2：Sjs2=0.75×70400=52800(kVA)线路3：Sjs3=0.80×58600=46880(kVA)线路4：Sjs4=0.80×50400=40320(kVA)线路5：Sjs5=0.80×51850=41480(kVA)线路6：Sjs6=0.75×56300=42225(kVA)线路7：Sjs7=0.80×40750=32600(kVA)线路8：Sjs8=0.80×42100=33680(kVA)线路9：Sjs9=0.75×43300=32475(kVA)线路10：Sjs10=0.80×42200=33760(kVA)线路11：Sjs11=0.80×32300=25840(kVA)线路12：Sjs12=0.80×37100=29680(kVA)线路13：Sjs13=0.80×21700=17360(kVA)线路14：Sjs14=0.80×21500=17200(kVA)线路15：Sjs15=0.80×21000=16800(kVA)变电所设计当年的计算负荷可由式（2-2）计算（2-2）式中Kt—同时系数，一般取0.85-0.9，这里取0.9；%—线损率，高低压网络的综合线损率在8%-12%，这里取10%。=0.9×520180×(1+0.1)514978.2(kVA)计算负荷增长后的变电所最大计算负荷为（2-3）式中n—年数，取10年； m—年平均增长率，取7%；—n年后的最大计算负荷。=514978.2×e10×0.07=1037363.72(kVA)第三章主变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对500KV变电站主变压器的选择。第一节主变压器的选择原则主变压器的容量和台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5-10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能会满足不了变电站负荷的需要。一、主变压器台数的选择（一）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。（二）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。（三）对于规划只装设两台主变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1～2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量[1]。本次设计的500kV变电站装设两台主变压器。二、主变压器容量的选择变压器容量的选择至关重要，容量选择小了，不满足负荷增长的要求。容量选择大了，变压器空载损耗大，起不到降低损耗、同网同价的要求。因此，变电所主变压器的容量一般按变电所建成后5~10年的规划负荷考虑，并应按照其中一台停用时其余变压器能满足变电所最大负荷的60%~70%选择[1]，故500kV变电所取70%。三、主变压器型式和结构的选择（一）相数容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。在500kV及以上的发电厂和变电所中，应按容量、可靠性要求、制造水平、运输条件、负荷和系统情况等，经技术经济比较后确定变压器相数。500kV变电站主变压器选择单相变压器组。（二）绕组数与结构电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。为简化电压等级或减少重复降压容量，500kV主变压器采用双绕组自耦式变压器。（三）绕组接线组别电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。由于变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列进行，所以变压器绕组的连线方式选Y型连接。本次500kV变电站设计主变压器采用YN，ynO，d11接线组别。（四）调压方式为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种：一种是不带电切换，称为无励磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压。500kV变电站主变压器采用一般均采用无励磁调压，分接头的选择依据具体情况定。（五）冷却方式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；强迫、导向油循环冷却[1]。第二节主变压器的选择结果装设两台主变压器的变电站，根据我国变电压器运行的实践经验，并参考经验，每台主变的额定容量：（3-1）0.7×1037363.72=726154.604(kVA)主变压器可选择ODFPS-250000/500单相自耦无励磁调压变压器，三台为一组，主要性能参数为：额定容量250/250/80MVA；额定电压//10.5kV；额定电流3150A；空载损耗80KW；负载损耗445KW。其中绝缘件中的含水量降低到0.5%以下，达到了变压器局部放电量国际IEC标准[3]。其技术数据如表3-1所示。表3-1ODFPS-250000/500三相自耦变压器额定容量(kVA)电压组合（kV）联结组标号空载损耗(kW)负载损耗(kW)空载电流(%)重量（t）250000高压分接(%)低压YN，yn0,d11.8044514.5715910.53538.5第四章电气主接线的设计第一节电气主接线的概述电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，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发电厂、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、配电装置布置、继电保护、自动装置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，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案[1]。第二节电气主接线的基本要求电气主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求[1]。这三者是一个综合概念，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。第三节电气主接线的设计原则电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、实用、经济、美观的原则。变电所的主接线是电力系统按接线组成中的一个重要组成部分，主接线的确定对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行将会产生直接影响。第四节电气主接线的方案选择与确定一、方案拟定主接线是根据发电厂或变电所的设计任务书，原始资料以及设计要求和原则来进行设计的，在保证满足技术要求条件下，力求经济性。现初步选择两个方案进行可靠性、灵活性及经济性比较，确定出最佳主接线方案。方案1：电气主接线采用双母线双分段带旁路接线方案2：电气主接线采用3/2断路器主接线二、方案比较可靠性比较：500kV超高压变电站进出线为8回，为了限制设备故障影响范围，在双母线接线中采用双母线双分段带旁路母线，将各元件分别接在各段母线上；对3/2断路器接线则采用两个断路器控制一个元件的多环形接线。双母线双分段带旁路接线见图4-1，3/2断路器接线见图4-2。图4-1双母线双分段带旁路接线图4-23/2断路器接线两种电气主接线自身设备的故障停电范围比较（按8个元件考虑）分别见表4-1，表4-2[1]。表4-1双母线双分段带旁路母线接线故障停电范围运行情况故障类别停电元件数停电百分比（%）无设备检修出线断路器（或母线）故障225母联或分段断路器故障450有一台断路器检修出线断路器（或母线）故障1~312.5~37.5母联或分段断路器故障3~537.5~62.5一组母线检修出线断路器（或母线）故障2~325~37.5母联或分段断路器故障4~650~75表4-23/2断路器接线故障停电范围运行情况故障类别停电元件数停电百分比（%）无设备检修母线侧断路器故障112.5母线故障00中间断路器故障225有一台断路器检修母线侧断路器故障1~212.5~25母线故障0~10~12.5中间断路器故障225一组母线检修母线侧断路器故障225母线故障00中间断路器故障225比较表4-2、表4-3可以看出，3/2断路器接线无论是在无设备检修方式下，还是在检修与故障重叠方式下，停电元件最多只有两个；当母线故障时没有元件停电。而双母线双分段接线在无设备检修方式下，出线断路器故障或母线故障时有两个元件停电；当母联或分段断路器故障时，停电元件为4个，停电元件占50%；在检修与事故相重叠方式下，停电元件占75%。由此可见，3/2断路器接线能将各种设备自身故障引起的停电元件限制在最小范围内，从而提高电力系统运行的安全可靠性，所以方案2优于方案1[1]。经济性比较：从设备投资分析，在8个元件时两种主接线是一样的；当元件总数达10个，双母线双分段加专用旁路母线断路器时，两种主接线也是一样的。当元件多于10个时，3/2断路器接线投资大；元件少于6个时，双母线双分段带旁路接线投资大。从占地面积分析，3/2断路器接线采用常规的三列式布置方式比双母线双分段带旁路接线节省占地面积40%，若采用其它布置方式时（如单列式等），两种主接线是一样的[1]。三、方案确定综合上述比较可以看出，3/2断路器接线在最严重的故障方式下，停电元件最多为两个，当一组母线发生故障时，没有元件停电，即使是在一组母线检修，另一组母线故障的情况下，也没有元件停电，隔离开关操作简单，调度运行灵活。在投资方面，当元件数在6~10时，与双母线双分段带旁路接线相比是经济的；当元件多于10个，3/2断路器接线投资增大，但是与一旦造成系统重大事故的经济损失相比，也是合适的[1]。所以本设计500kV超高压变电站应选用方案2。本变电站的主接线设计详见附图：500KV变电站电气主接线图。第五章短路电流计算第一节短路故障的危害短路是电力系统的严重故障。所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接[6]。供电系统发生短路后，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过正常工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重后果：一、短路电流的热效应巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备过热而损坏。二、短路电流的电动力效应由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。三、短路系统电压下降短路时，系统电压大幅度下降，对用户工作影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，它的电磁转矩同它的端电压的平方成正比，电压下降时，电磁转矩将显著降低，使电动机停转，以致造成产品报废及设备损坏等严重后果[6]。四、短路时的停电事故短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及范围越大。五、破坏系统稳定造成系统瓦解短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。第二节短路电流计算的目的电力系统发生短路时，由于系统中总阻抗大大减少，因而短路电流可能达到很大数值（几万安至十几万安），故短路电流为主要计算对象。计算的目的是：一、选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，必须以短路计算作为依据；二、为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析；三、在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，要进行必要的短路电流计算；四、进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有部分短路计算的内容；五、确定输电线路对通信的干扰，对已发生的故障进行分析，都必须进行短路计算[6]。第三节短路电流计算的内容一、短路点的选取：各级电压母线、各级线路末端；二、短路电流的计算：最大运行方式下最大短路电流；最小运行方式下最小短路电流；计算的具体项目及其计算条件，取决于计算短路电流的目的。第四节短路电流计算的方法供配电系统某处发生短路时，要算出短路电流必须首先计算出短路点到电源的回路总阻抗值。电路元件电气参数的计算有两种方法：标幺值法和有名值法。一、标幺值法标幺制是一种相对单位制，标幺值是一个无单位的量，为任一参数对其基准值的比值。标幺值法，就是将电路元件各参数均用标幺值表示。由于电力系统有多个电压等级的网络组成，采用标幺值法，可以省去不同电压等级间电气参量的折算。在电压系统中宜采用标幺值法进行短路电流计算。二、有名值法有名值法就是以实际有名单位给出电路元件参数。这种方法通常用于1kV以下低压供电系统短路电流的计算。第五节短路点确定及短路电流计算根据保护整定的计算和经验，各短路点选择如图5-1：图5-1短路点选择图根据图5-1对各短路点进行短路电流计算，计算过程如下所示：最小运行方式下：f点短路时==1/(0.06+0.05)=9.091==9.091×=4.338=2.55×=2.55×4.338=11.062kA==×4.338=3.757kA最大运行方式下：f点短路时==1/(0.04+0.05)=11.111==11.111×=5.302=2.55×=2.55×5.302=13.520kA==×5.302=4.592以下各点同上得短路计算值见表5-1。表5-1短路计算结果表短路点三相短路电流冲击电流二相短路电流最大运行方式最小运行方式最大运行方式最小运行方式最大运行方式最小运行方式f15.3024.33813.52011.0624.5923.757f216.65815.70642.47840.05014.42613.602f313.25712.48636.02830.24012.57211.541f413.10412.02435.48128.72511.41210.050f52.8322.7407.3857.1522.4822.342f62.9412.8307.4007.2172.5472.451f72.6552.4057.5827.6132.7242.095f82.7522.6706.9887.0252.4162.387f92.8452.4307.3687.5112.8472.404f102.9032.5767.4297.6272.8732.378f112.4702.3197.2957.4072.7052.305f122.6682.4057.3127.2172.5472.214f131.7481.6124.5604.8901.4761.396f141.7611.6434.5234.7571.4231.376f151.6891.5874.4014.6501.3881.354f161.6751.6014.4754.6781.4011.362f171.1201.0973.3393.2492.6751.482f181.2251.2043.3563.2852.7051.747f191.1741.1283.1693.0852.9751.988第六章电气设备选择及校验电气设备按其在一次电路中的作用可分为：（1）变换设备，是按电力系统运行的要求改变电压或电流、频率的设备，如电力变压器、电压互感器和电流互感器等；（2）控制设备，是按电力系统运行的要求来控制一次电路通断的设备，如高低压开关设备；（3）保护设备，是用来对电力系统进行过电流和过电压等保护的设备，如高压熔断器和避雷器；（4）补偿设备，是用来补偿电力系统中的无功功率，提高系统功率因数的设备，如并联电容器；（5）成套设备，是按一次电路线路方案的要求，将有关一、二次设备组合为一体的电气装置，如高压开关柜、低压配电屏等。电气设备的选择及校验是发电厂和变电所电气部分设计的重要内容之一。如何正确地选择电气设备，将直接影响到电气主接线和配电装置的安全及经济运行。因此，在进行电气设备的选择时，必须执行国家的有关技术经济政策，在保证安全、可靠的前提下，力求做到技术先进、经济合理、运行方便和留有适当的发展余地，以满足电力系统安全、经济运行的需要。另外，电力系统中的各种电气设备由于用途和工作条件各异，它们的具体选择方法也就不尽相同，但从基本要求上来说是相同的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，按短路条件校验其动、热稳定性[7]。变电站内各种主要电气设备的选择见表6-1。表6-1主设备清单序号设备名称规格或型号单位数量备注1主变压器ODFPS-250000/500台62管型主导线6063-150/136M36配补强衬管3500kV高压并联电抗器DWK3-110台34500kV隔离开关SSBⅢ-AM-550/3150组45断路器LW15-550组66隔离开关GW13—220/600组27电力电容器BFM11/-200-1W组38电流互感器LVQBT-500台29电压互感器JVQT-500台210避雷器Y5W-12.7/45组111避雷器Y5W-12.7/45组2电压互感器侧12避雷器Y5W-12.7/45组2电容器侧13避雷器Y5W-12.7/45组614穿墙套管CWLB2-10/1000个15绝缘子XP-4C片416绝缘子ZS-10/4串17钢芯铝绞线LGJQT-1400mm²米5300跨线18钢芯铝绞线LGJQT-1400mm²米4000设备引下线19组合导线2×LGJQ-400mm2米变电站内各种主要电气设备的校验要求见表6-2[1]。表6-2电气设备的校验要求表序号设备名称额定电压kV额定电流A额定容量kVA额定开断电流短路热稳定短路动稳定1断路器√√√√√2隔离开关√√√√3电流互感器√√√√4电压互感器√√5熔断器√√√6电力电容器√√7避雷器√8绝缘子√√9穿墙套管√√√√注：表中“√”表示校验要求项目第一节按正常工作条件选择电气设备一、电气设备选择的一般原则（一）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；（二）应按当地环境条件校核；（三）应力求技术先进和经济合理；（四）与整个工程的建设标准应协调一致；（五）同类设备应尽量减少品种；（六）选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格[1]。二、额定电压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1～1.15倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于安装地点电网额定电压UNS的条件选择[7]。即(6-1)三、额定电流电气设备的额定电流IN是在规定的环境温度下，电气设备能允许长期通过的电流IN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Imax[7]，即：(6-2)四、自然环境条件对设备选择的影响选择导体和电气设备时，应按当地环境条件校核它们的基本使用条件[7]。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、地震烈度和覆水度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。第二节按短路状态校验一、校验的一般原则（一）电气设备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。（二）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[1]。二、短路热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件。(6-3)式中：—短路电流产生的热效应；、—电气设备允许通过的热稳定的电流和时间[7]。三、电动力稳定校验电动力稳定是电气设备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：(6-4)式中：—短路冲击电流幅值；—电气设备允许通过的动稳定电流幅值[1]。四、短路电流计算条件为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：（一）容量和接线；（二）短路种类；（三）计算短路点。五、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断路器的全开断时间之和，即：(6-5)一般取保护装置的后备保护动作时间，这是考虑到主保护有死区或拒动；而是指对断路器的分闸脉冲传送到断路器操作机构的跳闸线圈时起，到各相触头分离后的电弧完全熄灭为止的时间段。第三节母线选择及校验母线应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择和校验：（1）工作电流；（2）经济电流密度；（3）电晕；（4）动稳定性或机械强度；（5）热稳定；（6）同时也应注意环境温度、日照、风速、海拔高度等[1]。母线截面可以按长期发热允许电流或经济密度选择，除配电装置的汇流母线外，对于年负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20m以上的母线一般来说，母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分，载流导体构成硬母线和软母线，软母线是钢芯铝绞线，有单根，双分和组合导体等形式，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。110KV及以上高压配电装置一般采用软导线。一、母线材料及形状的选择母线的材料有铜、铝和钢。由于铝的成本低，除某些特殊场所外，普遍使用铝导体。变电站常用母线形状有矩形、槽型和管型等。矩形截面电流的集肤效应强烈。常被用于容量为60MVA及以下的降压变压器的配电装置等。槽型截面母线用于回路正常工作电流4~8KA的情况，电流不符合。管型母线具有机械强度好、载流量大、集肤效应小的特点并可用于8KA以上的大电流母线。由于500kV电压等级的特殊性，因此选择钢芯铝绞线。二、500KV侧母线选择及校验（一）按经济电流密度选择母线最大长期工作电流A按经济电流密度选择母线截面[7]（6-6）式中—经济截面，㎡；—经济电流密度，A/㎡。由于母线置于户外，考虑集肤效应和散热，最大负荷利用小时数取为3000~5000h/a，按经济电流密度选择母线截面。查表选择=1.15×106A/m2[1]。故选择截面积1400的LGJQT-1400mm²型钢芯铝绞线[3]，其25℃时最大允许持续电流1760A。取θ=35℃，θo=25℃时，温度修正系数为：则实际环境温度为35℃时的母线允许电流：=0.882×1760=1552.32(A)大于其长期最大工作电流（），满足长期工作时的发热条件。（二）校验短路计算时间。因，所以，经查《短路电流周期分量等值时间曲线》表得，。因，所以。故母线正常运行时的最高温度为：查表知，按热稳定条件所需最小母线截面为：（6-7）式中：C—热稳定系数；Kj—集肤效应系数（取1）。小于所选母线的截面积，满足热稳定要求，因所选母线为绞线，故不需动稳定校验。所以选择截面积1400的LGJQT-1400mm²型钢芯铝绞线。三、500KV侧母线进线选择及校验因与发电厂相联，进线的最大长期工作电流与500kV侧的母线相同，所以选用截面积1400的LGJQT-1400mm²型钢芯铝绞线[3]。四、220KV侧母线选择及校验（一）按经济电流密度选择母线截面[7]考虑变压器变比约为2：1：0.04。最大长期工作电流A查表得经济电流密度[1]。 经济截面故选择截面积1400的LGJQT-1400mm²型钢芯铝绞线[3]，其25℃时最大允许持续电流1760A。温度修正系数为=0.882×1760=1552.32(A)大于其长期最大工作电流（），满足长期工作时的发热条件。（二）按最小截面积法校验母线的热稳定短路时间查《短路电流周期分量等值时间曲线》得，则母线正常运行时的最高温度为：查表知，按热稳定条件所需最小母线截面为：（6-8）式中C—热稳定系数；Kj—集肤效应系数（取1）。小于所选母线的截面积，满足热稳定要求。所以选择截面积1400的LGJQT-1400mm²型钢芯铝绞线。（三）按电晕条件校验[1]，查表得，kV所以kVkV，满足要求。五、220KV侧中压侧出线选择及校验220kV侧有四回出线，其中线路9为最大的一条负荷，kVA，应以此条线路作为依据选择出线。（一）按经济电流密度选择母线截面[7]最大长期工作电流A经济电流密度[1]。经济截面选用LGJ－150型户外钢芯铝绞线[3]，A。温度修正系数为则实际环境温度为38.9℃时，母线允许电流：，满足长期工作时的发热条件。（二）按最小截面积法校验母线的热稳定kA母线正常工作时的最高温度计算母线最小截面，因，故满足热稳定要求。六、10KV侧母线选择及校验按通过低压侧母线的最大长期工作电流（一）按经济电流密度选择母线截面[7]根据公式（6-6）取变压器因为最大利用小时数：(h/a)<3000h/a，查表选=1.65×106A/m2[1]。选用3（120×10）矩形铜母线[3]，A（平放）。，此时满足长期工作时的发热条件。（二）按最小截面积法校验母线的热稳定kA母线正常工作时的最高温度计算母线最小截面，因，故满足热稳定要求。（三）动稳定校验短路冲击电流kA三相短路最大电动力N母线所受的最大应力满足动稳定要求。七、10KV低压侧母线选择及校验10kV侧有三回出线，其中线路13为最大的一条负荷，kVA，应以此条线路作为依据选择出线。（一）按经济电流密度选择母线截面[7]最大长期工作电流A经济电流密度[1]。经济截面选用4×LGJQ－400型组合导线[3]，A。温度修正系数为则实际环境温度为38.9℃时，母线允许电流，满足长期工作时的发热条件。（二）按最小截面积法校验母线的热稳定kA母线正常工作时的最高温度计算母线最小截面，因，故满足热稳定要求。第四节高压断路器选择及校验高压断路器是变电站电气主系统的重要开关电器。高压断路器主要功能是：正常运行倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行，起着控制作用。当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起着保护作用。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器中负荷电流和短路电流。一、高压断路器的选择（一）种类和型式按断路器采用的灭弧介质可分为油断路器（多油，少油）、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器等。高压断路器的种类和型式的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应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[7]。（二）额定电压和额定电流，式中：，—分别为电气设备和电网的额定电压（KV）；，—分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流(A)（三）额定开断电流选择校验断路器的断流能力，宜取断路器实际开断时间的短路电流，做为校验条件。因此，高压断路器的额定开断电流，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量，即：(6-9)当断路器的较系统短路电流大很多时，简化计算可用，为短路电流值。（四）短路关合电流的选择[7]为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定短路关合电流应不小于短路冲击电流，即：(6-10)（五）短路热稳定和动稳定校验在短路电流过断路器时，产生大量热量,由于来不及向外散发,全部用来加热断路器,使其温度迅速上升，严重时会使断路器触头焊住，损坏断路器。因此产品标准规定了断路器的热稳定电流。当时，可不考虑非周期分量的热效应，只计周期分量。＝式中：—短路电流周期分量；—短路电流周期分量发热的等值时间二、500KV侧及进线断路器选择及校验当系统稳定，要求快速切合故障时，应选用分闸时间不大于0.04s的断路器；根据装设地点和构造类型选择户外式少油断路器；由额定电压选择Ue≥UN＝500kV；由额定电流选择Ie≥Igzd=1301.88A；由额定开断电流选择kA。查《电力工程设计手册》选用LW15-550型户外式少油断路器[3]。其技术数据见表6-3。表6－3断路器技术数据型号额定电压kV额定电流A断流容量MVA额定断流量kVALW15-5505501000350018.4极限通过电流kA热稳定电流kA峰值有效值1秒5秒10秒5532322114.8热稳定校验：短路等值时间短路电流热脉冲s即满足热稳定要求。动稳定校验：极限通过电流的幅值故满足动稳定要求。三、220KV侧及出线断路器选择及校验220KV侧及出线断路器由额定电压选择Ue≥UN＝220kV；由额定电流选择Ie≥Igzd=661.3A；由额定开断电流选择kA。查《电力工程设计手册》可知，根据装设地点和构造类型选用SW4－220/1000型户外式少油断路器[3]。其技术数据见表6-4。表6－4断路器技术数据型号额定电压kV额定电流A断流容量MVA额定断流量kVASW4-220/10002201000350018.4极限通过电流kA热稳定电流kA峰值有效值1秒5秒10秒5532322114.8热稳定校验：s即满足热稳定要求。动稳定校验：故满足动稳定要求。四、10KV侧及出线断路器选择及校验由额定电压选择Ue≥UN＝10kV；由额定电流选择Ie≥Igzd=3637.4A；由额定开断电流选择kA。选用SN4－10G/5000型户内式少油断路器[3]。其技术数据见表6-5。表6－5断路器技术数据型号额定电压kV额定电流A断流容量MVA额定断流量kVASN4-10G/50001050001800105极限通过电流kA热稳定电流kA峰值有效值1秒5秒10秒30017317312085热稳定校验：，即满足热稳定要求。动稳定校验：故满足动稳定要求。第五节高压隔离开关选择及校验隔离开关是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器。高压隔离开关的主要功能是保证高压电器及装置在检修工作时的安全，不能用于切断、投入负荷电流或开断短路电流，仅可用于不产生强大电弧的某些切换操作。一、高压隔离开关的选择隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器。它需与断路器配套使用，隔离开关的选择方法与断路器相同，但隔离开关没有灭弧装置，不承担接通和断开负荷电流和短路电流的任务，因此，不需要选择额定开断电流和额定关合电流。隔离开关按下列项目选择与校验：型式和种类；额定电压；额定电流；热稳定；动稳定[7]。隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下，分合电路。隔离开关的型式较多，按安装地点不同，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；此外，还有V形隔离开关。隔离开关的型式应根据配电设备特点和使用要求以及技术经济条件来确定。二、500KV侧隔离开关的选择及校验由额定电压选择Ue≥UN＝500kV；由额定电流选择Ie≥Igzd=910.4A，选用SSBⅢ-AM-550/3150型户外式隔离开关[3]。其技术数据见表6-6。表6－6隔离开关技术数据型号额定电压kV额定电流A极限通过电流峰值kASSBⅢ-AM-550/31505503150505秒热稳定电流操动机构型号14CS14G,CQ2-145热稳定校验：s即满足热稳定要求。动稳定校验：故满足动稳定要求。三、220KV侧隔离开关的选择及校验根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW13—220/600型隔离开关[3]。查《电力工程设计手册》得技术特性如表6-7。表6－7GW13—220/600隔离开关技术数据型号额定电压额定电流极限通过电流5s热稳定电流合闸时间分闸时间峰值有效值GW13—220/60022060055KA29kA14kA0.06s0.1s热稳定校验：×>×=142>5.3202 同理：满足热稳定要求。动稳定校验：=55(kA)＞=13.520(kA)满足动稳定条件。第六节电流互感器选择电流互感器的作用是将一次回路中的大电流转换为1A或5A的小电流以满足继电保护﹑自动装置和测量仪表的要求。电流互感器的选择如表6-8所示[3]。表6－8电流互感器技术数据安装地点型号额定电流比A准确级数二次负荷Ω/0.5级500kV侧LVQBT-500200/50.52220kV侧LCWDL-220400/50.5210kV侧LMZ1-104000/50.52220kV侧出线路LQZ-220600/50.5210kV侧出线路LMZ1-102000/50.51.61秒热稳定倍数动稳定倍数35（5秒）6575135－－75135－－一、按准确等级选择根据所接的测量仪表，继电器和自动装置等设备的形式和用途对准确级的要求来确定电流互感器工作的正确等级。供计量电费用的表计所接的电流互感器要求为0.5级；供监视设备运行状态用的表计所接的电流互感器为1级；供保护用的电流互感器要求为3级。二、按所工作的电网额定电压选择Uew≤UeUew－电流互感器所在电网的额定电压；Ue－电流互感器一次侧的额定电压。三、按一次回路电流选择Igzd≤I1eIgzd－电流互感器一次回路最大长期工作电流；I1e－电流互感器的一次额定电流。四、二次回路额定电流选择电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般强电系统用5A，弱电系统用1A[7]。第七节电压互感器选择电压互感器是把一次回路高电压转换为100V的电压，以满足继电保护﹑自动装置和测量仪表的要求。在并联电容器装置中，电压互感器除作测量外，还作为放电元件。电压互感器的选择如表6-9所示[3]。表6－9电压互感器技术数据安装地点型号最大容量VA试验电压kV高压低压500kV母线JVQT-50040005502220kV母线JCC1-220TH2000400210kV母线JSJW-1096042额定电压kV幅线圈容量VA原线圈幅线圈辅助线圈0.5级1级3级0.2——5000.1—5001000100.10.1/3120200480连接组1/1/1―12―121/1/1―12―12—一、按所工作的电网额定电压选择要求电压互感器的原边电压满足下列条件：0.9UN＜UN＜1.1UN。UN为电压互感器一次侧额定线电压，0.9和1.1为允许的电压波动范围，即±10％UN。二、二次回路电压选择二次回路电压必须满足测量电压为100V，根据电压互感器接线的不同，二次电压各不同，可根据电压互感器的接线方式选择[7]。三、按准确等级选择电压互感器应在哪一准确级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备的型式、用途及对准确级的要求来确定。供计量电费用的表计所接的电压互感器要求为0.5级，供监视设备运行状态用的表计所接的电压互感器为1级，供非主要表计所接的电压互感器要求为3级。第八节绝缘子和穿墙套管的选择发电厂和变电站常用的绝缘子有支柱绝缘子、套管绝缘子和悬式绝缘子。支柱绝缘子用于支持和固定母线，并使母线与地绝缘；套管绝缘子主要用于母线穿过墙壁或楼板，使母线之间、母线与地之间绝缘；悬式绝缘子主要用于固定屋外配电装置中的软母线。一、支柱绝缘子的选择（一）屋外选用户外棒型支柱绝缘子此种绝缘子具有结构简单，运行安全，使用寿命长和维护工作量少等优点，与针式支柱绝缘子相比绝缘和耐污效果更好。选择结果及技术数据见表6-10。表6－10棒型支柱绝缘子技术数据安装地点型号爬电距离（mm）总高H（mm）500kV侧母线ZSX－500/4100004530220kV侧母线ZSW－220/45500216010kV侧母线ZS－10/4230210（二）屋内选用户内联合胶支柱绝缘子其技术数据见表6-11。表6－11内联合胶支柱绝缘子技术数据型号总高H瓷件最大公称直径DZL－10/416095（三）校验（以ZSW－10/4为例）母线所受最大电动力为N绝缘子底部至母线水平中心线的高度为绝缘子帽受力为N绝缘子允许负荷为0.6Fp＝0.6×4000＝2400N＞F＝0.14N，满足动稳定要求。按此方法校验其他三种型号的支柱绝缘子，均满足动稳定要求。二、悬式绝缘子的选择按正常工作电压下泄漏距离选择悬式绝缘子的片数，其公式为：其中n－绝缘子的片数；d－泄漏距离，取1.6cm/kV；s－每片绝缘子的泄漏距离，取29.53cm；U－电网额定电压（kV）。则500kV线路：220kV线路：为确保及防污闪效果，分别选用18片和13片。其技术数据见表6-12。表6－12悬式绝缘子技术数据安装地点型号额定机械负荷kN工频闪络电压kV500kV线路SGX－7/5007880220kV线路SGX－4/220472050％雷电冲击闪络电压kV最低人工污秽闪络电压kV质量kg82300750487120040032第九节所用变压器及电力电容器的选择一、所用变压器的选择考虑到变电所主要设备的需要，如蓄电池充电、取暖、照明及有关的继电保护装置的用电等负荷，因此将所用变建在10kV侧。所用电统计负荷见表6-13。表6－13所用电负荷统计表序号名称容量（KW）负荷类型1通信电源4经常、连续210kV操动机构0.825断续、短时3运动5经常、连续4电气二次设备室动力5断续、短时510kV配电装置动力15断续、短时6设备箱恒温电源1.5经常、连续7户外配电装置照明2经常、连续810kV配电装置动力2经常、连续9照明负荷P34经常、连续所用变压器容量选择根据《变电所所用电设计技术规程》中公式（3-12）：综合以上数据，选择S9-50/10-0.4型电力变压器作为所用变压器[3]。其技术参数见表6-14。表6－14S9—50/10-0.4型变压器技术数据表额定电压kV损耗阻抗电压空载电流额定容量高低空载短路100.40.251.186.5%1.1%50kVA二、电力电容器的选择电力电容器是用来提高电网功率因数、减少线损、改善电压质量、提高供电效率的电器设备。其中，并联电容器组的主接线方式，主要有三角形接线和星型接线。过去并联电容器组采用三角形接线较多，但运行经验证明，三角形接线的电容器组，当任一相击穿时，由电源供给的短路电流较大，实际相当于母线短路。这时虽然故障电容器的熔断器迅速熔断，但如此大的电流即使是瞬间流过电容器也极容易使电容器内浸渍剂受热膨胀，迅速汽化，引起爆炸。而且如果不同相的电容器同时发生对地击穿，有时熔断器也失去保护作用。如把电容器改为星形接线，当任一台电容器发生极板击穿短路时，短路电流都不会超过电容器组额定电流的三倍。而且不会出现其他两健全相的电容器对故障相的涌放电流，只有来自同相健全的电容器的涌放电流。因此星形接线的电容器组油箱爆炸事故较少发生。此外，三角形接线电容器组对过电压保护避雷器的运行条件和保护效果也不如星形接线的好。综合考虑本设计采用星形接线。按工作电压选择；按工作频率选择；设备补偿前的功率因数为=0.75，经电容器要求补偿后达到=0.9。负荷的有功功率为；系统要求补偿的无功功率为：（6-11）式中：则本所要求三组电容器组来补偿，补偿950kVar，采用三相星形接线的电容器。（6-12）式中：—单相等效电容值；—线电压；—角频率，πf，f=50HZ。选BFM-200-1W型电容器组[3]。其技术参数见表6-15。表6－15BFM-200-1W型电容器参数型号额定电压(kV)额定容量(kVar)额定电容(μF)BFM-200-1W10.520015.8因此，一相只需一个此型号的电容器组，三相则需三个电容器组，总的额定容量为，而需补偿的为950kVar，故所选电容器组满足要求。第七章变电站防雷及接地设计第一节变电站防雷设计变电站是电力系统的重要组成部分，变压器、断路器等一些重要设备都安装在这里，由于这些设备的内绝缘大都没有自恢复功能，如果发生雷击事故，可能会使这些设备损坏，修复起来较困难，所以后果十分严重，会造成大面积的停电，严重影响国民经济和人民生活。因此，必须采取可靠的防雷保护措施[11]。变电所的雷害主要是雷直击变电所和雷击输电线后产生的雷电波沿线路侵入变电所造成设备损坏。防雷保护装置是指能使被保护物体避免雷击，而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置。电力系统中最基本的防雷保护装置有:避雷针﹑避雷线﹑避雷器和防雷接地等装置。对直击雷防护一般采用避雷针或避雷线，而用避雷器限制雷电侵入波的幅值。避雷针、避雷线、避雷器与良好的接地装置联合作用，保护变电所设备免遭伤害。一、变电站防雷设计原则已在输电线路上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电所的母线上，并对于母线有连接的电气设备构成威胁。在母线上装设避雷器是限制雷电波入侵过电压的主要措施。二、避雷针与避雷器（一）避雷针的结构和保护原理避雷针的保护原理是当雷云放电时使地面电场畸变,在避雷针的顶端形成局部场强集中的空间以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免受雷击。避雷针由避雷针针头（接闪器）、引流体和接地体三部分组成。500kV超高压变电站的避雷针针尖由直径40~80mm、壁厚为4~8mm的三节无缝钢管串接而成。引流体利用变电所门型钢构架（构架避雷针）或独立钢构架（独立避雷针）。避雷针的接地装置除利用变电所的接地网外，还应就地作集中接地，在一般土壤导电较好的条件下，用三根2.5m长的40mm40mm4mm的角钢打入地中并联后与钢构架可靠连接。避雷针一般明显高于被保护的设备和建筑物，当雷云先导放电临近地面时首先击中避雷针，避雷针的引流体将雷电流安全引入地中，从而保护了某一范围内的设备和建筑物。避雷针的接地装置的作用是减小泄流途径上的电阻值，即降低冲击电压幅值。（二）避雷器的结构和保护原理避雷器是变电所保护设备免遭雷电冲击波袭击的设备。当雷电冲击波沿线路传入变电所超过避雷器保护水平时，避雷器首先放电，将雷电压幅值限制在被保护设备雷电冲击水平一下，使电气设备受到保护。按发展的先后，目前使用的避雷器有五种，即保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、磁吹阀式避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙是最简单形式的避雷器；管型避雷器也是一个保护间隙，但它在放电后能自行灭弧；为进一步改善避雷器的放电特性和保护效果，将原来的单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，发展成为阀型避雷器。而磁吹阀型避雷器因利用了磁吹式火花间隙，间隙的去游离作用增强，提高了灭弧能力，从而改进了它的保护作用。70年代又出现一种新型避雷器——氧化锌避雷器，它具有无间隙、无续流、残压低等优点。磁吹阀式避雷器和氧化锌避雷器除能限制雷电过电压外，还具有限制电力系统内部过电压的能力。目前500kV设备用这两种避雷器作过电压保护。三、避雷器选型根据额定电压来选择避雷器；10kV母线侧避雷器选用Y5W-12.7/45型[3]。其技术参数见表7-1。表7－1Y5WZ-12.7/45型避雷器参数型号额定电压（kV）避雷器额定电压(kV)持续运行电压(kV)4冲击电流(kA)雷电冲击残压(kV)Y5W-12.7/451012.76.64045电压互感器线路用避雷器选用Y5WZ-12.7/45型；电容器组保护用避雷器选用Y5W-12.7/45型；10kV出线侧避雷器选用Y5WZ-12.7/45型。第二节变电站接地设计变电站接地系统的合理与否是直接关系到人身和设备安全的重要问题。随着电力系统规模的不断扩大，接地系统的设计越来越复杂。变电站接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。工作接地即为电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地；保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地；雷电保护接地即为为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。变电站接地网安全除了对接地阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。一、变电站接地设计的必要性接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位异常升高；如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。二、变电站接地设计原则按变电站接地装置内、外发生接地故障时，经接地装置流入地中的最大短路电流所造成的接地电位升高及地面的电位分布不致于危及人员和设备的安全，将变电站范围的接触电位差和跨步电位差限制在安全值之内的原则，进行变电站接地装置的设计。由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足R≤2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施；考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3～10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏，应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。变电站接地网设计时应遵循以下原则：（一）尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网；（二）尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形；（三）应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。三、接地网型式选择及优劣分析220kv及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带布置按经验设计，水平接地带间距通常为5m～8m。除了在避雷针（线）和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置2.5m～3m的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带，接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序和对计算结果进行分析，设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的3～4倍，因此，地网边缘部分的电场强度比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀。接地钢材用量多，经济性差。在220kV及以下的变电工程中采用长孔网或方孔网，因为入地故障电流相对较小，地网面积不大，缺点不太突出。而在500kV变电站采用，上述缺点的表现会十分明显，建议500kV变电站不采用长孔或方孔地网。500kV变电站采用新型的高度分散布置的外延地网是完全有可能收到显著的降阻效果的，至少在消耗同等接地材料的基础上，可达到更优越的降阻教果。作为枢纽变的超高压变电站，其接地装置的使用寿命无疑要从长计议，为了满足未来数十年的发展需要，在耐腐蚀性方面应有更高的要求。因此，选用铜材更符合技术经济性，而且可避免日后不断改造所