66kV变电站设计研究

绪论1.1设计课题的目的对该66kV变电站的所处环境，与上级下级系统连接情况及所送负荷进行分析，根据结果进行变压器的选择；根据进出线回路数及变压器台数，在对各种主接线的优劣性对比后进行66kV进线及10kV出线的选择；根据所选主接线形式选择短路点，进行各个短路点的短路电流计算并制成短路电流计算结果表格，根据短路电流计算结果，进行电气设备的挑选，包括母线、隔离开关、电流和电压互感器、高压断路器，并采用科学的方式对这些设备进行全面、严格的审查[2]。最后根据系统特点进行变压器主，后备保护和线路三段式电流保护的计算整定，最终保证变电所能够长期可靠对地区66kV及以下用电等级用户进行供电，并且能保证供电的安全可靠性，稳定性与灵活性。1.2设计方案首先应对该66kV变电站的所处环境，与上级下级系统连接情况及所送负荷进行分析，根据结果进行变压器的选择。（1）站用变压器的容量应满足负荷需要且留有10%左右的裕度。考虑到目前我国配电变压器生产厂家情况和实现电力设备逐步安全化，先进化，且散热需求较宽松，故本站用变选用干式变压器。（2）通过计算出的各类参数完成电气主接线的确定。在平鲁66kv变电设计中，变压器的作用是向各个用户输送电能，承担着不同电压等级的功率交换，担负着整个电力系统负荷等重要任务，它是电气设计中主要的电气设备，可以根据5-10年的发展规划进行合理选择变压器的台数、型号和容量。根据各种电气主接线的特点和适用情况，选择66kV和10kV适合的主接线方案。（3）计算短路电流，电力系统在运行时要始终考虑到各种随时突发的故障，比如最有可能发生的危险故障是短路，因此为了减小整个电气系统的损耗，防止短路，在变电所的设计中需要对短路电流就行详细精确的推导计算。通过分析系统的主接线形式来确定其等值电路图，从而计算短路故障中各个计算值，包括短路电流、冲击电流、短路容量等参数，不仅仅校验了之前的主接线形式，也是变电所中电气一次设备选择的重要数据基础。采用标幺值法，求出变压器、线路等电抗标幺值，画出短路电流计算标幺阻抗图。本设计选取三个短路点，分别是66kv进线，10kv分列运行和10kv并列运行。（4）确定变电所内变压器、线路的保护及过电压保护。（5）最后进行防雷设计和保护。以保证变电所的整体安全。对于直击雷保护来说，本站66kV配电装置、变压器均为户外布置，因此选择在66kⅤ构架上设置避雷针。由于10kV高压开关柜、电容器组等均为户内布置，因此选择在屋顶设置避雷带。对于雷电侵入波保护，为防止线路侵入雷电波的过电压，在66kV进线和10kV出线分别安装合适的避雷器[6]。1.3原始资料（1）变电所类别：地区性终端变电所，所送负荷为10kV生活区。（2）变电所与上下级系统的联系，如图1-1：图1-1变电所与系统的联系（3）电力系统与本地连接情况=1\*GB3①本变电所为地区性终端变电所，建成后像10kV生活区送电。=2\*GB3②本变电所与发电厂高压66kV母线相连，共有两回进线。上级火力发电厂参数：小型地区性火力发电厂，共有二台发电机，，，与本变电所的直线距离。（4）10kV生活区负荷参数：=1\*GB3①[2]，；=2\*GB3②10kV用户负荷资料如表1-1所示：表1-110kV用户负荷资料序号用户名称最大负荷(kW)功率因数备注11#开闭站Ⅰ段58000.852备用56000.853生产检测1TM24000.854办公大楼1TM8000.8553#开闭站Ⅱ段58000.85（5）环境条件该变电所地处半丘陵区，海拔高度为50m，无污染影响，年最高温度为40℃，年最低温度为-10℃，最热月平均温度为35℃，最热地下0.8m处土壤温度为30.4℃。变电站长80m，宽。

第2章负荷计算与变压器的选择2.1负荷计算的意义负荷计算是设计变电站最重要的工作，可以确定线路持续工作电流[2]，是确定主变容量和选择母线的重要依据。2.2变电站负荷计算计算公式如下：（2-1）（2-2）（2-3）式中各物理量代表意义如下表2-1所示：表2-1各物理量意义视在功率有功功率无功功率功率因数在这里根据66kV变电所近期的供电和运营情况等有关资料，利用上述公式组分别计算了开闭站I段、开闭站II段，生产检测，研发，实验等10kv侧用户的负荷功率、无功功率、视在负荷以及负荷电流并将其列在下表2-2中。表2-210KV负荷资料序号用户名称无功功率(kar)功率因数无功功率(kar)视在功率(kV·A)最大负荷(A)1开闭站Ⅰ段58000.85359368230.3942生产相关24000.85148628230.1633办公大楼8000.854959410.0544开闭站Ⅱ段58000.85359368230.3945备用56000.85347065880.38062040012637239981.385由式（2-2）得：由式（2-3）得：2.3变压器的选择在66kV变电所电气设计中，变压器的作用是向各个用户输送电能，承担着不同电压等级的功率交换，担负着整个电力系统负荷等重要任务，它是电气设计中主要的电气设备，可以根据5-10年的发展规划进行合理选择变压器的台数、型号和容量。作为配电系统的连接装置对电力系统的运行和电压等级的变换起着关重要的作用，对其选择必须谨慎合理，不然将带来一系列的不便。变压器的选用还应考虑进出线回路数、所需电压等级等，要进行全面分析和考虑。2.3.1主变数量及单台容量的选择方法及选择结果在进行主变选择时，要考虑负荷增长情况，保证容量充足。根据计算结果，从可靠性上分析，降压变电所中装有两台变压器，保证不间断供电，需保证本变电站供电的可靠性[2]。宜选用两台主变并且保证每台主变的容量不小于变电所所送负荷的百分之七十或大于所有一，二级负荷的总和，从而确保在一台主变因事故或检修停运时，能保证全部一，二级负荷的正常用电以及部分三级负荷的供电。用公式表示为:（2-4）其中，而对于本66kV变电所取0.7，共选用两台主变，故n取2，所以由式（2-4）得：，即＞15115kVA故根据变压器容量选择的要求，暂定选择容量为16MVA的主变[7]。2.3.2主变的选择（1)相数在地区性变电所设计中一般选用经济性较好，安装检修较为简单的三相变压器，在变压器容量特别大时，为了保证运输安全，也可以选择单相变压器组。但本变电所主变要求容量不大，三项式主变可以运输安装，又因为一台三相式较同容量的三台单项式项投资小、占地少、损耗小，故选择三相变压器是合适的。（2）绕组本变电站只有66kV和10kV两个电压等级[5]，不宜选用三绕组变压器。且变比数大于2，选用自耦变压器经济性不好。故采用双绕组变压器是合适的。（3）接线形式双绕组变压器其绕组接线形式一般有Yyn0、Yd11、YNd11，YNy0、Yy0。其中Y表示一次侧星形联结；D表示一次侧三角形联结；y表示二次侧星形联结；d表示二次侧三角形联结。在无特殊要求时，一般选用星角11点接线组别。（4）调压方式有载调压对比无载调压在稳定电压，保证电能质量方面有很大的优势，为了保证系统的电能质量，可采用变压器分接头对电压进行调节。因本变电所为终端变电所，用于区域供电，为保证供电可靠性和电能质量，所以需要使用有载调压。（5）冷却方式由于额定容量≈16000kVA，所以使用强迫空气循环冷却，散热能力强于普通风冷弱于强迫油循环，适用于本变电所。2.4变压器的型号选择经过上述得分析计算后，查得《电力设备实用手册》，66kV变电所应当选取SZ7-16000/63变压器比较合适，该变压器得主要参数如表2-3所示[11]：表2-3变压器主要参数型号额定容量（kVA）额定电压（kV）损耗（kW）空载电流（％）连接组高压低压空载短路SZ7-16000/631600066±2×2.5％10.525.381.71.0YN,d11第3章电气主接线设计3.1电气主接线的设计方法设计电气主接线时，应用最广泛的设计方法是将核心设备如[5]。发电机、电容器、母线、避雷器等按照要求连接形成一个分配和传送电能的总电路，它是电力系统设计的重要部分[2]。电气主线接入系统后，因电气主接线方式的设备的扩建产生的影响，对选型、配电装置的要求。整体的灵活性以及可靠醒决定了整个系统运行的安全性。因此，必须协调好各方面的因素，做到全面分析。3.2电气主接线的基本接线形式本变电所进线电压为66kV,出线电压为10kV，依据电压等级的设计要求及进线数量选择主接线形式。（1）单母线接线优点：所需电气设备较少，经济性较好，灵活性较好缺点：可靠性差，虽然采用隔离开关进行分段，但其中母线的某一段发生故障时，还是要让整个配电装置断电，从而增大维修的工作量。适用范围：适用主变压器、发电机。具体包含以下两种情况。应小于5；应小于3。： （2）单母线分段优点：为保证一，二级负荷用电可靠性，可采用断路器分段，这相当于两个电源互为后备，保证重要用户的安全用电。缺点：当一段单母线或者单母线分段上的开关出现问题，需要对其进行检查和维护时，需要停电后进行操作。当变电所扩建时要求要向前后两个方向均衡扩建。使用范围：大于等于5。小于8。：3.366kV侧不同接线形式的经济性比较单母线接线接线与单母线分段接线中开关数量对比如表3-1所示。表3-1开关数量对比表单母线接线单母线分段接线进线断路器数量23进线隔离开关数量463.3.1变压器年电能损耗的计算为保证变电站运行的经济性，需要进行经济比较，其中年电能损耗为重要的一部分[6]，其计算公式如下：式中；，kVA；S；t；；K，系统中取0.1-0.15。由公式3-1：3.3.2综合造价P的计算（3-2）式中，110kV以下电网取90。查阅相关资料，66kV侧断路器每台价格为5000元，66KV侧隔离开关每台价格为1500元。变压器每台造价约为25万元。（1）由公式3-2：（3-3），单位为千瓦时；a为电能损耗折算系数，取每度电的平均售价，一般取0.06-0.08；为检修维护费，万元取（0.022-0.042）P为折旧费，万元取0.58P由公式3-3：（2）单母线分段接线的综合造价单母线分段接线的年运行费用C由公式3-3：式中为年电能损耗，单位为千瓦时；a为电能损耗折算系数，取每度电的平均售价，一般取0.06-0.08；为检修维护费，万元取（0.022-0.042）P为折旧费，万元取0.58P综上所述，单母线接线经济性更好，故66KV侧选用单母线接线是合适的。3.410kV侧不同接线形式的经济性比较单母线分段接线与双母线分段接线中开关数量对比如表3-2所示。表3-2开关数量对比表单母线分段接线双母线分段接线进线断路器数量34进线隔离开关数量683.4.1变压器年电能损耗的计算，：；，kVA；S；t；；K，系统中取0.1-0.15。由公式3-1：3.4.2综合造价P的计算：式中，110kV以下电网取90。查阅相关资料，10kV侧断路器每台价格为2000元，10KV侧隔离开关每台价格为1000元。变压器每台造价约为25万元。（1）由公式3-2：单母线接线的年运行费用C式中为年电能损耗，单位为千瓦时；a为电能损耗折算系数，取每度电的平均售价，一般取0.06-0.08；为检修维护费，万元取（0.022-0.042）P为折旧费，万元取0.58P由公式3-3：（2）单母线分段接线的年运行费用C式中为年电能损耗，单位为千瓦时；a为电能损耗折算系数，取每度电的平均售价，一般取0.06-0.08；为检修维护费，万元取（0.022-0.042）P为折旧费，万元取0.58P综上所述，单母线分段接线经济性更好，故10KV侧选用单母线接线是合适的[11]。3.5主接线方案的确定10kV出线侧若采用单母线接线，根据负荷资料，出线共有5回[6]，单母线接线无法满足供电可靠性和灵活性[6]。而单母线分段接线可满足供电可靠性，也具有较好的灵活性，进线共有2回，采用单母线接线方式即可满足可靠性，也便于扩建[7]。在经济性方面上文比较了进线侧单母线和单母线分段接线，出线侧则比较了单母分段及双母分段，在进线侧选用单母线经济性较好，在出线侧选用单母分段经济性较好。经过比较，本次设计的66kV变电站。进线侧采用单母线接线方式，出线侧选用单母分段接线形式[6]。第4章短路电流的计算4.1计算的目的及计算方法4.1.1进行短路电流计算的目的，比如最有可能发生的危险故障是短路，因此为了减小整个电气系统的损耗，防止短路，需要在变电所的电气设计中考虑并计算短路电流。由于本变电站的稳定运行直接关系着该地区的供电问题，因此，在电力设备出现故障时，要保证电力系统仍然能够安全、稳定、有效供电，在选择主接线时需要进行重新计算短路电流，继电保护的方式选择多样的方式进行，主要参考几种常规的短路情况而定。4.1.2短路电流的计算方法电力系统中的短路电流计算有标幺值法、短路容量法和有名单位制法[7]，根据原始资料分析得出，66kV变电所的具体情况选用标幺值法计算更为合理，。（1）基准值在进行基准值选择时，根据以往经验，系统容量一般选择100MVA作为基准；在求取线路的平均额定电压时，将线路首、末两端电压值相加求平均数，求得的电压即为线路的平均额定电压，得出：基准电压，也可查表获得，如表4-1[1]：表4-1线路额定电压与平均额定电压额定电压(kV)103566110220平均额定电压(kV)10.53763115230（2）标幺值标幺值本身是一个无单位的数值，求取各个基本参数的标幺值的公式如下：容量标么值：(4-1)：(4-2)：(4-3)：(4-4)：（4-5）：（4-6）：（4-7）系统主要设备的电抗（取每公里单位电抗为0.4欧姆）：（4-8）变压器电抗：（4-9）电抗器电抗：（4-10）4.2等值电路图的绘制及短路点的确定4.2.1绘制计算电路图设定最大运行方式下的电站工作状态，此时对应的整个电网以及对应的保护电网电路都处于最大载荷运行状态，也是考验保护系统效能时刻。此时应对的保护电路应该有逐次配合的保护效能，这样电网能够在最大工况下能得到保护也不会误动作。在相应的最大运行的工况下对应的等效综合抗阻值处于最低处。如下图4-1所示。图4-1计算电路图4.2.2短路点的选择本设计共选择两个电路点K1、K2。K1点为66kV高压母线，K2点为10kV低压母线。4.3主要元件标幺值计算及等值电抗图的绘制4.3.1主要元件标幺值的计算：：,：，线路电抗：本变电所有两回进线，长度为50km，根据计算得出。：，，主变的等值电抗：根据第二章所选变压器，经查表得此变压器=1，经过计算主变等值电抗为==4.3.2系统等值电抗图的绘制发电机等值电抗用次暂态电抗表示，如下图4-2所示[7]：图4-2系统等值电抗图4.4最大运行方式下短路电流计算4.4.1K1短路点短路电流的计算：根据计算电路图绘制K1点短路时系统等值电抗图如下图4-3所示[7]：图4-3最大运行方式K1短路点短路时系统等值电抗图;;得出，如下图4-4所示：图4-4最大运行方式K1短路点短路时系统等值电抗图,得出,如图4-5所示图4-5（1）:（2）::=:=:=:=：:=::（3）4.4.2K2短路点电路电流的计算：图4-6最大运行方式K2短路点短路时系统等值电抗图,;得出,，图如下图4-7所示：图4-7最大运行方式K2短路点短路时系统等值电抗图，,化简图如下4-8所示；图4-8（1）:（2）::::::两::（3）:4.5最小运行方式下短路电流的计算4.5.1最小运行方式下的等值电路图在最小运行方式下短路电流较小不利于保护动作[7]，保护电路能够识别到的最小短路电流，并实现保护动作，验证保护电路的灵敏性。根据原始资料和第二章的变压器选择，系统中两组发电机和变压器均相同。对应只有一台发电机运行并且分段断路器断开的情况。如下图4-9所示:图4-9最小运行方式系统计算电路图绘制等值电抗图，如下图4-10：图4-10最小运行方式系统等值电抗图化简，4.5.2K1短路点短路电流和容量的计算绘制等值电抗图如下图4-11： 图4-11最小运行方式K1短路点短路时系统等值电抗图化简，，化简图如下图4-12：图4-12最小运行方式K1短路点短路时系统等值电抗图（1）:::::::（3）:4.5.3K2短路点短路电流和容量的计算绘制等值电抗图如下图4-13：图4-13最小运行方式K2短路点短路时系统等值电抗图化简，,化简图如下4-14：图4-14（1）（2）::=:::::（3）4.6短路电流计算结果表经过计算，短路电流计算结果如表4-2所示[16]：表4-2短路电流计算结果表短路类型短路点运行方式短路电流周期分量有效值（kA）冲击电流（kA）三相短路容（MVA）三相66kV母线大1.8694.76620466kV母线小0.9342.38210210kV母线大9.98025.449172.854续表10kv母线小5.2713.34891.27两相66kv母线大1.6194.12766kv母线小0.8092.06310kv母线大8.64324.03910kv母线小4.56411.637第5章电气设备的选择电气一次设备的挑选是电气设计所研究的主要对象[9]，挑选并使用合适的机器是主配线设备安全运行的非常重要的因素。在挑选电气机器设备的时候，必须要按照工程项目的具体运行情况，同时执行国家有关的技术经济政策，即先进技术、合理经济、安全可靠、操作方便、发展适宜，使其可以在很长一段时间内安全有效的运作，在过电压和电流的情况下正常运转。5.1电气设备选择的一般条件5.1.1总体原则确定电器时，首先要保证电气设备在电路处于故障和异常运转的情况下，仍然能够安全、可靠的运转。并在正常运行时保证经济效益。电气设备处于稳定运转的状态下才能实现其价值，因此，进行电器选择时，必须根据正常运行方式进行电气设备的选择，根据短路时进行电气设备的检验[9]。5.1.2电气设备的选择方式及条件（1）标称电压。进行选择时最基础的条件，因此所选择的电气机器设备在正常工作的电压要高于这一数值[10]，而所联网的正常工作的最大数值的电压，一般是高于了网络上最大的工作电压的1.1倍左右。（2）额定电流。电气机器设备所预先设定的电流用来表示，主要是指在低于所预先设定的环境温度时，电气的机器设备在较长的时间内所使用的允许电流。理论上讲，要高于这一回路中，在各种正常运行情况下的最大数值的持续工作电流，以公式来表示即为考虑到输电线路和变压器因损耗而造成电压降低的因素，考虑5%的裕量，因此相应回路的最大持续工作电流为电气设备和电缆的额定电流的1.3倍。5.1.3电气设备的校验方式及方法电力系统发生短路时，短路电流会产生电动力效应和发热效应，将导致它们自身产生非常大的热量，受到巨大的电动力[10]，发生这些变化后将导致载流导体外部的绝缘层受到破坏，电力设备无法正常工作。所以选定电力设备和电缆后，应进行动稳定和热稳定检验[10]。5.2断路器的选择及校验5.2.1断路器的类型需要严格按照其所将要安装的位置、所处的环境以及技术水平等来选择，故本设计的66kV和10kV侧均选用六氟化硫断路器[1]。5.2.2高压断路器额定电压和额定电流选择（1）标称电压，（5-1）式中：，，（2）断路器的额定开断电流，应当大于或等于实际运行中的开断瞬间短路电流周期分量[11]，用公式来表示如下：（5-2）（3）关合电流，用公式表示为：（5-3）5.2.3主变压器66kV侧进线断路器（1）：决定。额定电压。即。（2）：系统运行中。（5-4）：应大于时出现的短路电流。我国的断路器额定开断电流已经标准化，采用的值有1.6kA、3.15kA、6.3kA、8kA、10kA、12.5kA、16kA、20kA、25kA、31.5kA、40kA、50kA、63kA、80kA、100kA。故，经前文的计算得出。（4）：应不小于短路电流的,即根据以上要求以及对短路情况的分析，可初步选择LW9-63型SF6断路器，其参数如下表5-1[2]：表5-1额定电压63kV额定电流2.5kA额定闭合电流峰值（kA,峰值）80kA最高工作电压72.5kV额定开断电流（kA，有效值）31.5kA3S额定短时耐受电流（kA，有效值）31.5kA（5）动稳定校验，式中，为断路器允许通过动稳定电流，为三相短路冲击电流，有的断路器的产品目录未给出[12]，而凡给出的均有。由于，则满足动稳定[1]。（6）热稳定校验（5-5）：。t，。，一般按下式计算：（5-6）由于本系统可视为无限大系统，故可认为,为短路时间。由于所选断路器为六氟化硫断路器，分合闸时间均不大于0.06S，近似忽略。当动作时间大于1S时，可大致认为。==经过计算。5.2.4主变10kV侧出线断路器（1）额定电压额定电压。即。（2）额定电流选择（3）短路开断电流选择额定短路开断电流INbr应大于安装处的最大短路电流，，经短路电流计算结果表得出[2]。（4）短路关合电流选择为保证断路器在关合短路时的安全,断路器额定短路关合电流应不小于短路电流的最大瞬时冲击值[12],即根据以上要求以及对短路情况的分析，可初步选择HB-10型断路器，其参数如表5-2所示[1]：表5-2额定电压10KV额定电流2000A额定闭合电流峰值（KA,峰值）100KA最高工作电压12KV额定开断电流（KA，有效值）40KA3S额定短时耐受电流（KA，有效值）40KA（5）动稳定校验，式中，为断路器允许通过动稳定电流[1]；为三相短路冲击电流[1]。由于，且额定关合电流经厂家校验可满足任何条件的要求。（6）热稳定校验其中。t，。，一般按下式计算[1]：由于本系统可视为无限大系统，故可认为,为短路时间[1]。由于所选断路器为六氟化硫断路器，分合闸时间均不大于0.06S，近似忽略。当动作时间大于1S时，可大致认为。==经过计算，热稳定满足要求。5.3隔离开关基本原理及其选择高压隔离开关的主要功能是确保检修车间高压电器设备的安全，其特点是在有电压、无负荷电流情况下，分合电路[1]。对隔离开关进行选择时，要参照具体的工作环境，以及电路的额定电压值、电流值。5.3.1主变压器66kV侧出线隔离开关的选择（1）额定电压由隔离开关安装处的系统电压UNS决定。隔离开关所处电路的工作电压是66kV，基于额定电压选择（2）为保证隔离开关可长期工作，额定电流IN不应低于断路器安装处的系统运行中可能出现的最大的负荷电流。由此根据工作电压和工作电流，可初步选择GW4-63型隔离开关，其具体参数如表5-3所示[1]：表5-3额定电压63kv额定电流630A动稳定电流80ka最高工作电压72.5kv额定热稳定时间4s4S热稳定电流有效值20KA（1）校验如下：，80KA>4.766KA（3）其中。t，。，一般按下式计算：由于本系统可视为无限大系统，故可认为,为短路时间。由于所选断路器为六氟化硫断路器，分合闸时间均不大于0.06S，近似忽略。当动作时间大于1S时，可大致认为。==经过计算，热稳定满足要求。校验合格。故66KV侧选用GW4-63型隔离开关。5.3.3主变压器10kV侧出线隔离开关的选择（1）额定电压选择额定电压由隔离开关安装处的系统电压UNS决定。（2）额定电流IN不应低于断路器安装处的系统运行中可能出现的最大的负荷电流。由此根据工作电压和工作电流，可初步选择GN2-10/2000型隔离开关，其具体参数如表5-4[1]：表5-4型号GN2-10/2000额定电压10KV最高工作电压11.5KV额定电流2000A动稳定电流峰值100KA热稳定电流40/2（KA/S）校验如下：（1）（2），100KA>25.449KA（3）其中。t，。，一般按下式计算：由于本系统可视为无限大系统，故可认为,为短路时间。由于所选断路器为六氟化硫断路器，分合闸时间均不大于0.06S，近似忽略。当动作时间大于1S时，可大致认为。==经过计算，。5.4互感器的选择5.4.1电压互感器的选择方式（1）：在进行电压选择时，必须留有一定的裕度[1]。一次侧额定电压由该侧的接线方式和所在回路电压共同确定[1]；V。（2）根据电压互感器在电路中所处的具体位置，进行容量的选择。准确度级的选择则要在满足电压等级的情况下，即，即最高工作电压应大于66KV，在二次电压和负荷条件都满足的情况下选择。（3）在66KV母线侧选择JCC-60型电压互感器，其相关数据如下表5-5：表5-5JCC-60型电压互感器参数安装地点66kV侧型号JCC-60额定电压66KV一次绕组60/√3二次绕组0.1/√3辅助绕组0.1/3最大容量2000VA电压互感器的一次回路一般需要并联在电路中，这样的连接方式的好处是能够在电路出现故障的情况时，保护电压互感器不至于烧毁。而且，在对电压互感器的各参数进行测量校验时比较简单。在10KV母线侧则选用JSW-10型电压互感器，其相关数据如表5-6[1]：表5-6安装地点10KV侧型号JSW-10额定电压10KV一次绕组10KV二次绕组0.1辅助绕组0.1/√3最大容量960VA5.4.266KV侧电流互感器的选择（1）电流互感器的额定电压即为对地绝缘可最大承受并不被击穿的电压，为了保证互感器的安全，有效运行，电压条件为，即。（2）按最大长期工作电流选择为保证电流互感器的准确度和安全，需要满足≥；即（3）按准确级选择由所接仪表所决定。经过计算，在66KV母线侧选择LDB-60型电流互感器，其相关参数如表5-7[1]：表5-7安装地点66KV侧型号LDB-60额定电压66KV额定变比750/5最高工作电压72.5KV额定动稳定电流63KA额定短时热电流25KA（3）动稳定校验，63KA≥4.766KA其中。t，。，一般按下式计算：由于本系统可视为无限大系统，故可认为,为短路时间。由于所选断路器为六氟化硫断路器，分合闸时间均不大于0.06S，近似忽略。当动作时间大于1S时，可大致认为。=经过计算，。5.4.310KV侧选择（1），即（2），需要满足≥；即≥=1.62KA经过计算，在10KV母线侧选择LJWD-10型电流互感器，其相关参数如表5-8[1]：表5-8安装地点10KV侧型号LJWD-10额定电压10KV额定变比1200/5（3）动稳定校验；合格。5.5母线的选择5.5.1母线的作用及选择条件在电力系统的各级电压配电装置中均设置有母线，母线的主要作用是汇集、分配和传送电能,由于母线在运行中传送巨大的电功率，通过很大的负荷电流，在短路时承受很大的发热和电动力效应[5]。因此，对母线的材料、截面形状、截面积大小、排列方式、连接固定方法等，都必须经过严格的计算、分析、比较，合理选择，符合安全经济运行的要求[5]。在配电装置中，广泛采用的是铝母线，在某些含有腐蚀性气体或强烈地震地区，由于技术上的要求可采用铜母线，在某些高电压小电流的装置中，需要机械强度高的部位，也可采用钢母线[5]。5.5.2母线材料的选择电路中母线一般要求具备优良的导电性，并考虑经济性要求，故导体材料一般为铜、铝、铝合金。其材料的选择一般需要综合考虑环境、安全、经济等因素。由于该变电所地处半丘陵区，海拔高度为50m，无污染影响，故在材料的选择上可不用选择强抗腐蚀的铜线。5.5.3母线截面尺寸的选择（1）满足长期发热条件导体截面大小的选择与其长时间发热允许通过的电流大小或流经导体截面的电流密度有关。按长时间发热允许通过的电流大小确定：≤（5-7）式中，为一定温度25℃时导体工作电流，是修正系数；由导体所处的环境温度和海拔高度决定。根据原始资料，取35℃。因而在本设计中，母线选择时K取0.149=0.881。：当导体的截面取Sj时，年运行费最低，此截面成为经济截面，与该截面对应的电流密度称为经济电流密度J，经济电流密度与最大负荷利用小时数有关，可根据已知的最大负荷利用小时数查阅载流导体的经济电流密度曲线得出经济电流密度J[5]。（5-8）5.5.4母线的校验（1）：63kV及以下系统，不必校验。（2）热稳定校验：（5-9）热稳定系数可用如下公式计算：（5-10）式中，K'为常数，取149（铝）或248（铜）；τ为常数，取245℃（铝）或235℃（铜）；θf为导体断路最高允许温度，取200℃（铝及铝锰合金）或300℃（铜）。θw（5-11）其中:：：5.5.566KV母线的选择及校验（1）（2）根据原始资料。最大负荷利用小时数为4000h，故以经济电流密度来确定导体截面的大小[12]。如此一来，可以大大降低年计划费用减小损耗，提高经济效益。通过查询表格可以得到经济电流密度为1.15A/mm²。故经济截面为根据上述经济截面和最大长期工作电流可选择LGJ-400型钢芯铝线，其长期允许载流量如下表5-9[1]：表5-9型号+70℃+80℃LGJ-400840A835A（3）基于负荷电流的校验：经过计算K=0.881，故，故满足长期发热条件。（4）：。5.5.610KV母线的选择及校验（1）（2）根据原始资料，本变电站最大负荷利用小时数为4000h，故以将经济电流密度来确定导体截面的大小[12]。如此一来，可以大大降低年计划费用减小损耗，提高经济效益。通过查询表格可以得到经济电流密度为1.15A/mm²。故经济截面为:选用125mm（3）基于负荷电流的校验：经过计算K=0.881，校验合格。（5-12）其中:S:母线截面积：C：:短路发热时间取1.5S，母线截面积为1250。则：：其中:：：母线通过（5-13）其中M：这里取。W=b2h6根据第四章的计算，=25.449KA,L取1M，a取0.1M。故：：：查表得，140Mpa校验合格，母线可以使用。5.6电气设备平面布置根据所选电气设备，配电装置按不同层面的分类及其特点，见表5-9。表5-9类型特点按装设地点分屋内配电装置所有电气设备均放置在屋内，安全净距小，可采用分层布置，占地面积小，操作、维护与检修都在室内进行，工作条件较好，不受气候影响，土建工程量大，投资较大屋外配电装置所有电气设备放置在屋外，土建工程量小，相应的投资较小，建设工期短，扩建方便，相间及设备之间的距离大，便于带电检修作业，受外界环境影响，设备的运行条件及人员进行操作维护的工作条件较差，而且占地面积大按安装方法分装配式配电装置电气设备及其结构物均在现场组装成套式配电装置在制造厂已将所需电气设备装配成一整体，并成套供应，运到现场后，连接起来即可投入运行。可靠性高,维护方便，结构紧凑，占地少，建设时间短，便于扩建和搬迁，耗用钢材较多，造价较高设计中变电所所处位置为半丘陵地带，地震等级高，风力大，对构架的的牢固程度要求较高，因而不宜选用高型或半高型配电装置，因此66kV选用普通中型配电装置，10kV选用户内配电装置，采用开关柜[2]。具体情况见表5-10。表5-10配电装置情况说明66kV侧单母线接线。架空进出线，变压器间隔大于6M，配电装置按31.5kA短路电流水平设计。10kV侧单母分段接线。采用户内配电装置。按31.5KA短路电流水平设计。第6章继电器保护设计6.1继电保护概述6.1.1继电保护装置的工作原理和任务继电保护主要是利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量（电流、电压、功率、频率等）的变化构成继电保护动作的原理，还有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。[3]大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分（和定值调整部分）、逻辑部分、执行部分。原理图如下图6-1[3]：图6-1它的基本任务是[1]：当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响[3]。反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除，反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作[3]。6.1.2继电保护装置的作用继电保护装置的作用是在电力系统发生故障和不正常运行情况时，用于快速切除故障，消除不正常状况的重要自动化技术和设备[3]。电力系统发生故障或危及其安全运行的事故时，它们能及时发出报警信号，或直接发出跳闸命令以终止故障或事故[3]。6.1.3继电保护装置的要求可靠性是指保护该动体时应可靠动作，不该动作时应可靠不动作，可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求[3]。 选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障[3]。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合[3]。灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定，继电保护的可靠性主要由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置以及正常的运行维护和管理来保证[3]。任何电力设备(线路、母线、变压器等)都不允许在无继电保护的状态下运行[3]。速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等[3]。般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性[3]。6.2变电站主变压器保护（1）瓦斯保护[1]瓦斯保护是变压器内部故障的主保护，对变压器匝间和层间短路，铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作[3]。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护[3]。（2）相间短路保护[1]：当变压器的引出线、绕组之间出现短路时，便会触动速断保护、纵差动保护[3]。（3）过负荷保护[1]。（4）后备保护[1]：一般指过电流保护，过电流保护宜采用降压变电所，保护装置的整定值应考虑事故时，可能出现的过负荷[3]。主变的继电保护配置如下[1]:（1）瓦斯保护：当油箱内的油液下降到一定值或快速分解生成瓦斯时，保护便会动作与发出信号或直接跳闸。当故障程度不同时，瓦斯的动作也存在差异，若油箱内的油液正在降低或产生微量气体，那么保护将会动作于发信号；若在短时间之内产生大量的瓦斯气体，则会立即跳开高压侧断路器。根据原始资料，结合实际情况，本设计选用开口式瓦斯继电器，与其他继电器相比，开口式瓦斯继电器具有经济性好、实用性强，保护效果好特点。但是其中继电器的气体容积整定范围要大于同类型继电器，经查表具体为250-300cm²。在本设计中，油流速度设定为0.89。（2）纵联差动保护本变电站的变压器选用带比率制动特性的纵联差动保护，即在保护中引入能变化的制动电流[1]。比率制动特性的纵联差动保护的整定项目还有最小动作电流及制动特性斜率K，保护特性原理曲线图如下图6-2：图6-2保护特性原理图纵联差动保护有关参数计算如下表6-1[1]：表6-1名称66KV侧10KV侧额定一次电流接线方式YY电流互感器接线方式ΔΔ电流互感器实际选用变比750/51200/5额定二次电流取高压侧为基本侧。①：（6-1）：，取1.2-1.3；：，取0.01:，取0.05故②：（6-2）③K：根据经验，一般取0.5-0.6，本设计取0.5④保护动作值表达式为：当时：（6-3）及在≤0.933A时。当时：（6-4）及在>0.933A时。⑤：灵敏度按照最小运行方式下变压器引出线两相短路电流校验，校验公式如下[3]：（6-5）可根据相应的制动电流得出，要求灵敏度大于1.5，校验灵敏度的最小短路电流应取最小运行方式下，在基本侧发生两相短路的短路电流[3]。根据第四章的计算：。：：：==2.17>1.5校验合格。（3）电流速断保护：为防止在发生励磁涌流时保护无法正确动作，需要配置电流速断保护作为辅助保护[3]。（6-6）——，取1.2-1.3；——；根据第四章的计算，取1.3，,采用接线,，为：选用GL15-10继电器最小动作电流为2A，故，故灵敏度满足要求[15]。（4）过负荷保护过负荷保护是指被保护区出现超过规定的\t"/item/%E8%BF%87%E8%B4%9F%E8%8D%B7%E4%BF%9D%E6%8A%A4/_blank"负荷时的保护措施，动作电流方式为[3]：（6-7）其中Krel取1.1；Kr取0.95。故::6.3输电线路的保护6.3.1输电线路短路的概念及分类所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相或者相与地之间的连接，在正常运行时，除中性点外，相与相或相与地直接是绝缘的[3]。短路故障分为三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路四种，三相短路时三相系统仍然保持对称，故称为对称短路，其余三种类型的短路发生时，三相系统不再对称，故称不对称短路[3]。6.3.2线路三段式电流保护的配置（1）整定计算原则：躲开本条线路末端最大短路电流，即最大运行方式下K1点的短路电流[3]。用整定计算公式表示为：（6-8）其中：，取1.2-1.3故=1.3×1.869=2.429kA（2）根据电力系统继电保护原则和以往经验，配电网可不装设限时电流速断保护[6]。（3）定时限过电流保护定时限过电流保护一般是作为后备保护使用，要求作为本线路主保护的后备以及相邻线路或元件的远后备[3]。整定计算原则：动作电流按躲过最大负荷电流整定[3]。用整定计算公式表示为：（6-9）1.2，0.85-0.95，1.5。故=1.2×1.5×246/0.85=520.94A第7章变电站防雷保护的规划设计7.1雷电的危害及防雷保护设计原则雷电对电力系统的伤害分为：直击，绕击，反击，感应，侵入等几类[1]。雷击造成的过电压具有波峰陡，波幅大的特点，对系统中绝缘最薄弱的设备（如变压器等）威胁最大，户外架空线及开关闸刀互感器的绝缘瓷瓶都会受到威胁，甚至室内的电气设备也会受到雷电波的侵害[1]。除了设备的直接损失，线路跳闸，局部停电，所造成的间接损失更大[1]。所以防雷保护是变电站设计中的重要一环，其设计原则大致如下[1]：（1）对变电所而言，直击雷主要防护装置为避雷针，雷电侵入波的主要防护装置为避雷器[1]。（2）110kV及以上，通常选择在配电装置的屋顶、构架之上加装避雷装置，对于土壤电阻率超过一万的区域，一般会加装独立的避雷装置。（3）对于独立的避雷装置而言，通常需要与独立的接地装置配合应用，且接地电阻越小越好。变电站接地电阻一般要求小于100Ω，当超过该值时需要采取另外的措施，例如铺设专用接地网。7.2避雷针及其保护范围7.2.1单只避雷针的保护范围当时，；（7-1）式中；h；；p，在h≤30m时，p=1；h=30-120m时，当时，（7-2），h，，p，在h≤30m时，p=1；h=30-120m时，（7-3）7.2.2两只等高避雷针的保护范围（1）两针外侧的保护范围与单只避雷针的计算方法相同[1]。（2）两针间的保护最低点高度按下式计算[1]：（7-4）其中为两针间保护最低点的高度，D为两针间的距离[15]。（3）两针间的保护最小宽度可以按下式计算[15]。当时，；（7-5）当时，。（7-6）7.3避雷器的选择电气设备的绝缘配合基于避雷器的保护水平，设备所承受的大气过电压由避雷器来限制，即选用设备的绝缘水平取决于避雷器保护性能，氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越，且没有串联间隙，保护性能好，故本变电站采用氧化锌避雷器[1]。7.3.1避雷器持续运行电压的选择由于金属氧化物避雷器没有串联间隙，正常工频相电压要长期施加在金属氧化物电阻片上[1]。为了保证使用寿命，长期施加于避雷器上的运行电压不得超过避雷器允许的持续运行电压[1]。在进出线侧分别根据电压选择合适的避雷器[1]。66kV：Uc>=72.5kV，取75kV。10kV：Uc>=13.2kV，取13.6kV。7.3.2避雷器额定电压的选择避雷器的额定电压要大于暂态过电压，暂态过电压是由于长线电容效应，突然甩负荷，单相接地及其它故障引起的系统电压的暂时升高，因此，氧化锌避雷器必须具备耐受这种暂态过电压的能力[1]。选取如下：66kV侧：Ue=1.3Um=1.3×72.5=94.25kV，取96kV；10kV侧：Ue=1.3Um=1.3×12=15.6kV，取17kV；7.3.3避雷器选择结果66kV配电装置选用96/250的避雷器，安装66kv侧进线[1]；10kV配电装置选用17/45的避雷器，安装在10kV侧出线[1]。7.3.4绝缘配合电气设备的绝缘配合，参照国家标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》（GB/T50064-2014）确定的原则进行。①66kV、10kV氧化锌避雷器按国内制造厂生产的设备选型，作为66kV、10kV绝缘配合的基准，其中主要技术参数见表7-1[8]：表7-1避雷器参数66kV10kV额定电压（kV，有效值）9617最大持续运行电压（kV，有效值）7513.6操作冲击残压（2kA）（kV，峰值）21338.3雷电冲击残压（8/20μs）（kV,峰值）25045陡波冲击残压（1μs）（kV,峰值）28851.5②66kV系统以雷电过电压决定设备的绝缘水平，在此条件下一班都能耐受操作过电压的作用，所以在绝缘配合中不考虑操作波试验电压的配合[8]。雷电冲击的配合以雷电冲击5kV残压为基准，配合系数取1.4[8]。表7-2系统标称电压（kV）设备最高电压（kV）设备类型雷电冲击耐受电压kV短时（1min）工作耐受电压（有效值）kV相对地相间断口相对地相间断口断路器隔离开关断路器隔离开关6672.5变压器350350150150开关350350350375150150155197③10kV电气设备的绝缘水平，按国标选取，取值见下表7-3[1]：表7-3系统标称电压（kV）设备最高电压（kV）设备类型雷电冲击耐受电压kV短时（1min）工作耐受电压（有效值）kV相对地相间断口相对地相间断口断路器隔离开关断路器隔离开关1013变压器75753535开关75757585424242497.4避雷针保护范围的计算根据原始资料，本变电站长宽均约为80M，根据经验选用四根避雷针是合适的，分别放置在变电站的四角。根据变电站设计经验，变电站门型构架高度可取=8.5M。故在=8.5M时，避雷针保护范围需包括整个变电站。根据两只等高避雷针的保护范围相关公式，进行计算[14]：①根据两针间的保护最低点高度计算[1]：假设h=30m，则对角两针的保护范围计算如下[1]，,,;校验合格，避雷针高度可以小于30m，高度系数P=1。带入算式，求得避雷针高度h最小值：带入数值：②根据针间保护最小宽度计算：带入数值校验合格，可取h=25m。经过校验，选择4根25m高的避雷针可以保护全站，是合适的。第8章变电站对周围环境的影响8.1噪声及噪声控制随着电网建设和城市发展的同步快速推进，城市变电站的选址与建设越来越困难，因变电站设备运行噪声而引发的环保问题时有发生[9]。因此，需要对城市变电站的噪声水平进行有效控制[9]。8.1.1我国城市变电站噪声控制标准我国城市变电站周边声环境功能区应满足GB3096-2008《声环境质量标准》规定的环境噪声等效声级限值（见表8-1）[9]。表8-1环境噪声限值时段声环境功能区类别昼间夜间0类50401类55452类60503类65554类4a类70554b类70608.1.2变电站及设备噪声特性及传播规律变电站噪声源主要包括主变压器、电抗器、电容器、高压断路器等各类开关装置操作、风机和产生电晕噪声的导体等[9]。主变压器的噪声主要由铁芯磁致伸缩及绕组电磁力引起的振动而产生，并通过铁芯垫脚和绝缘介质传递给箱体和附件[9]。电容器噪声主要由电容器单元介质内电极间产生的电场力及电磁力引起元件振动而产生[10]。高压断路器等各类开关装置操作引起的噪声持续时间短，且不连续。这些噪声可不考虑[10]。8.1.3变电站降噪措施① 为了从根本上解决变压器的噪声问题，降低本体噪声是最为捷径和有效的途径[10]。而要降低变压器的本体噪声，亦应从减少其本体振动入手，变压器内部振源主要是铁心和绕组，那么减少铁心硅钢片的磁致伸缩和绕组间的电磁力便成为内部减振降噪的主要任务[10]。②传播途径中采取降噪措施③辅助降噪措施近年来，国外对于变电站辅助降噪措施研究的报告比较鲜见，国内的研究工作比较多。总的来讲，隔声降噪措施的应用方式有：1.隔声隔声是通过材料、构件或结构来隔绝空气传播噪声的方法，变电站常见