【《220kV降压变电站一次电气部分设计》16000字（论文）】

第一章绪论1.1课题研究背景能源，指的是能够提供能量的资源，它是人类文明发展的重要力量之一，促进着人类文明向前发展，能源变迁历史和人类文明历史发展息息相关。电能，作为能源的一种，在一百年前，它的广泛应用无疑是人类发展史以及人类文明的一个重要飞跃，它把人类社会从蒸汽时代推到了电气时代，从而解放了人们的生产力。时至今日，电能已成为了一个最洁净、有效的能源形式，是我们生活中不可或缺的一部分。回顾世界电力系统运行的发展历史，自1779年始，意大利物理学家伏特提出了世界第一台化学电池，人类开始掌握了连续输出的电压，到1866年，德国物理学家兼机械工程师西门子制造首台利用电磁铁的大功率自激式发电机，这台发电机标志着二次工业革命的开端和“电力时代”的来临。再到1875年，由比利时工程师格拉姆把改造之后的发电机架设在了法国巴黎北火车站发电厂，从而诞生了世界上的第一个火电厂。十九世纪80~90年代，人类完成了电力系统的初创时期，并在19世纪与20世纪之交，确立了交流输电系统优先发展的地位，由此带来了20世纪交流高压输电和交流电力系统的飞速发展。在2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出了碳达峰、碳中和的指标。完成这个指标需要构建多元化清洁能源共给体系，这就必须大力发展非化石能源的利用，主要表现为加大风力发电、光伏发电等新能源发电的开发和利用，因此要求电力系统展示出更大的作为。习近平总书记的讲话明确指出了我国电力系统在未来发展的目标与方向。在未来，中国需要建设什么样的电力系统、以何种主体能源建设电力系统，习近平总书记的讲话为我国能源电力行业提供了行动指南。1.2国内研究现状及发展趋势改革开放以来，由于电力系统已经得到了前所未有的发展，同时电网的构造也越来越复杂，所以各级调度中心都必须掌握越来越多的信息，来更精确地了解电网和变电站的实时运行状况.随着现代经济的日益发达，以及工业技术水平的不断进步，民众生活水平也在日益改善，对电力的需求量也愈来愈大。现代的电网是一个严密的整体，发电厂、变电站等在其中发挥着发电、变电、配电等作用。所以变电站的设计是整个电力工业建设当中不可分割的内容，而电压的等级、负荷的性质也决定了变电所在设计之初所侧重的方面会不同。变电站在电力系统中具有改变电流、接受与分配电力的功能，并利用变压器与各种电网进行连接。在电力水平飞速发展的今天，我国对变电站的设计提出了更高的要求。1.3原始资料分析该变电站以110kV及35kV电压向地方负荷供电。所区地势较平坦，海拔650m最高气温+40℃，最低气温-25℃，年平均气温+15℃，地震烈度6级，土壤电阻率大于200Ω·m，雷电日40天。周围环境：空气清洁，地处沿海，应注意台风影响。冻土深度：1.0m，主导风向：夏东南风，冬西北风。220kV侧共4回线与系统相连，变电站与两座火电厂与相连，均为双回路，距离分别为180km和250km。两座火电厂容量分别为600MVA和300MVA，；。110kV侧共10回架空出线，最大综合负荷150MW，，5年后增两回线，负荷增加60MW。35kV侧共18回电缆出线，最大综合负荷40MW，，35kV侧用户不发展。本论文主要根据以上原始资料开展对变电站的研究，对其一次系统进行设计。其主要的研究内容是；电气主接线方案设计、短路电流计算、电气设备选型、站用电设计、防雷工程设计等。电气主接线是组成供电系统中的重要环节之一，在选定电气主接线方法时，必须分析不同接线方法的优缺点，通过对各种主要接线方法的可靠性、灵活性、经济性的比较，并根据对短路电流计算的结果，选择正确的电气主接线方法。对于短路计算，短路的种类、出现位置以及时间的差异，有可能只破坏了局部地区的正常供电，也有可能危及整个电力系统的运行安全。在选择电气主接线方案时，可以根据短路电流计算的结果确定限制短路电流的设备，或者限制某种运行防守的出线。短路电流所引起的破坏主要由载流导体所产生的引力或推力以及导体本身的发热所决定的，这两种效应对着短路电流的出现而瞬时出现，并且强度很高，对载流导体以及电气设备的破坏力较大。因此选择合适的电气设备至关重要。变电站除了变电之外，本身也在用电能，因此需要设计变电站的站用电系统。站用电系统主要负荷有主变压器冷却系统、强迫油循环油汞电动机、冷却器风扇电动机、水冷变压器的水循环系统电动机，消防系统，采暖、空调、通风系统等。变电站的站用交流电属于Ⅰ类负荷，因此必须有两路以上的电源供电。在设计供电回路时需要根据其重要性的不同采用不同方案。对于站用变压器的选择根据具体情况而选择油式或干式。站用变压器的负荷可按照动力负荷、加热负荷、照明负荷分别统计，最后选择合适容量的站用变压器。除此之外，为保护变电站安全，还需要装设相对应的防雷装置，根据不同的雷击类型以及变电站所在地的环境因素、避雷器的装设原则，装设不同的避雷装置。

第二章变压器选择2.1变压器型号选择原则主变压器的容量、台数会直接影响电气主接线的基本形式，及其配电装置的基本结构。除去原始资料中所提供的基本条件之外，还应针对整个电力系统的发展规划、电压等级等因素，作出综合分析与选择。变压器容量过大、台数过多将导致经济负担，而不可以实现最大的经济效益。如果总容量过小则不可以满足变电站的设计符合要求。在选择变电站主变压器时，其容量需要根据5~10年的规划负荷、城市规则、符合性质、电网结构等综合考虑其容量。对重要的变电站，必须考虑在前一台主变压器停用时，剩余变压器的总容量并在考虑过负载能力后规定的时间内，同时实现对Ⅰ类和Ⅱ类负荷的供电；对于一般的变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应达到全部负荷的70％~80％。基于原始资料所得，该变电站110kV侧共10回架空出线，最大综合负荷150MW，，5年后增两回线，负荷增加60MW。35kV侧共18回电缆出线，最大综合负荷40MW，，35kV侧用户不发展。变压器的各侧容量可以根据公式2-1所得，由于该变电站为降压变电站，因此所选择变压器的容量分配为（100/100/50）%。(2-1)2.2变压器各侧容量计算1.变压器220kV侧容量一般认为，110kV以上的系统容量为无限大，因此高压侧的变压器容量一般由低压侧的容量所决定，故220kV侧所需要的变压器容量为110kV侧与35kV侧的变压器容量之和为243MVA。2.变压器110kV侧容量据原始资料所给，变电站110kV侧共10回架空出线，最大综合负荷150MW，，5年后增两回线，负荷增加60MW。根据公式2-1可得110kV侧的变压器容量为208MVA。3.变压器35kV侧容量由原始资料可知，变电站35kV侧共18回电缆出线，最大综合负荷40MW，，35kV侧用户不发展可知，35kV侧扩建出线为0回，则根据公式2-1可得35kV侧的变压器容量应为35MVA。2.3变压器型号和台数选择（1）变压器型号选择根据变压器220kV侧、110kV侧和35kV侧容量可知，变压器最大容量应满足三侧所需要的容量。经查阅GBT6451-2015油浸式电力变压器技术参数和要求文档，结合容量计算结果，最终选择采用220kV三相风冷三绕组无励磁调压电力变压器，型号为SFS11-300000/220±2×2.5%/121/38.5kV。该变压器220kV侧容量为300MVA，110kV侧容量为300MVA，35kV侧容量为150MVA，满足变电站各侧的容量要求，其主要参数为表2-1。表2-1220kV三相风冷三绕组无励磁调压电力变压器参数变压器型号SFS11-300000/220kV额定容量（kVA）300000额定电压（kV）高压220±2×2.5%中压121低压38.5联结组标号YNyn0d11空载损耗（kW）166负载损耗（kW）808空载电流（%）0.3短路阻抗（%）高—中12~14高—低22~24中—低7~9容量分配（%）100/100/50（2）变压器台数选择结合本次设计的变电站的实际情况，为方便后期变压器检修、维护，故装设两台220kV三相风冷三绕组无励磁调压电力变压器为主变压器。

第三章电气主接线3.1电气主接线基本要求电气主接线也叫做电气一次接线，主接线代表着变电所中高电压、大电流下的电气部分及其主体构成，可以直接影响到电力生产工作的可靠性、灵活性。主接线的选型，决定了变电站设备的选型、配电设备的布设、继电保护系统和自动设备的架设等各方面。电气主接线的选择可从可靠性、灵活性和经济性三个方面进行对比。其中，可选择电气主接线最基本的要求是保证其可靠性。但是变电站在整个电力系统中的地位与作用、负荷的性质与类型等一系列因素，都会影响着电气主接线的可靠性。所以当设计电气主接线时，应从多方面考察其可行性。其次，电气主接线在确定了其可靠性的条件下，既可以满足不同工作状态，又同时可以灵活地变换工作方式，即是电气主接线的灵活性，灵活性同时也包含着操作、调度和扩建的方便性。在电气设备的主接线方案设计中，一般是在具备可靠和灵活性的条件下，尽可能实现经济合理。主接线设计简洁清晰、减少设备数量、降低变电站面积、减少电能损耗等都能够减少投资。3.2主接线方案比较该变电站的220kV侧共4回线与系统相连，110kV侧共10回架空出线，5年后增两回线，35kV侧共18回电缆出线，35kV侧用户不发展。根据以上变电站进出线情况，拟定两个方案如表2-1所示。表2-1主接线方案拟定方案序号220kV接线方案110kV接线方案35kV接线方案主变压器数量方案1双母线接线双母线接线双母线接线2台方案2双母线分段接线双母线接线双母线接线2台方案选择比较：方案1：220kV侧采用双母线接线方式，出线4回，保证了其供电可靠性，相对于方案2的双母线分段接线方式，减少了投资。110kV接线方案也采用双母线接线方式，本期出线10回，远期出线12回，采用双母线接线方式，除了有较高的可靠性外，还方便后期扩建。35kV侧因出线数目较多，经查找、翻阅资料，故也采用双母线接线方式，能够保证35kV侧供电有足够的可靠性。方案1接线如下图所示：图3-1方案1接线图方案2：该方案中220kV侧采用的是双母线分段接线，比双母线接线方式具备更高的可靠性与灵活性，但是双母线分段接线中增加了两台断路器，比起双母线接线方式投资有所增加。110kV侧和35kV侧均采用双母线接线方式，与方案1相同，能够保证供电的可靠性。方案2接线如下图所示：图3-2方案2接线图3.3主接线方案确定结合主接线设计的三个基本要求，进行两个方案的比较。表2-2主接线方案拟定要求\方案方案1方案2可靠性该方案的主接线都采用双母线接线，供电可靠，调度灵活，后期扩建比较方便双母线分段接线比双母线接线方式可靠性更高灵活性双母线左右任何方向都可以进行扩建，且不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配调度灵活，检修方便经济性设备的投资相对较少，且设备造价较低增加了两台断路器，投资比双母线接线方式有所增大经表2-2进行对比，可看出，在可靠性方面，双母线分段接线方式的可靠性始终大于双母线接线方式，对于灵活性来讲，两种接线方式都具备了一定的灵活性，便于扩建，调度灵活。在经济性方面，双母线分段接线比双母线接线增加了两台断路器，虽然保证了更高的可靠性，但是设备的投资也相应增大。结合三个方面进行考虑，选择方案1作为最终的主接线方案。变电站主接线如下图所示：图3-3电气主接线图

第四章短路电流计算4.1短路电流计算概念短路电流指的是当电力系统运行中，在相与相之间或相与地间出现短路现象时通过的电流，而短路电流的数值往往远远超过额定电流，在一定情况下会对电气设备造成不可逆转的损害。系统中出现短路现象时，在3~5秒的时间里面电力系统会由正常的稳定状态转换到短路状态。在段时间里，短路电流的变化十分复杂。在短路后大约0.01秒时会产生短路电压的最大瞬时值，而这种瞬时值也被叫做最大短路冲击电流，可用来校验电气设备的动稳定。短路电流的分析、计算为在供电系统的规划设计和运行过程中选用正确的电气装置、整定继电保护装置、分析事故原因提供了手段，成为电力系统分析的主要内容之一。短路的种类、出现位置以及持续时间的差异，可能只破坏局部地区的正常用电，也可能危及整个系统的操作安全，所以一定要做好短路电流的计算分析。短路电流计算的结论既可作为选用电气设备的主要根据，也有助于设计和调整继电保护设备，另外在选定电气设备主接线方案时，也可参照短路电流计算的结论选定限制短路电流的装置，或者限制某种运行防守的出线。4.2短路电流计算目的1.选择合适的电气设备电气设备（如断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等）都应该具备足够的动稳定与热稳定，但电气设备的动稳定与热稳定都是在短路电流计算结果基础上再加以校验的。2.继电保护的配置和整定经过对电力系统中短路故障的计算与分析，能够选择出在电力系统中设置继电保护设备和保护装置的参数整定。继电保护的整定除要计算短路点的短路电流，还要计算短路电流在电力网络中各支路上的分布。3.电气主接线方案的比较和选择在发电厂和的主接线设计中，都必须依据短路计算结果，更改接线的方法或是采用一些限制短路电流的措施，以便选择满足可靠性、灵活性和经济性要求的电气主接线。4.3三相短路电流计算变电站与两座火电厂与相连，其中220kV侧共4回线与系统相连，均为双回路，距离分别为180km和250km。根据变电站的系统接线情况，可画出如下系统接线图，如图4-1所示。图4-1系统接线图根据系统接线图，可画出该变电站的正序网络图并进行化简，如图4-2所示。图4-2正序等值网络图及其化简系统正序阻抗等值网络图；（2）（3）（4）化简过程选架空线路的阻抗为0.4Ω/1km，取基准容量为，基准电压等于各级平均电压（取1.05倍的额定电压），220kV侧平均电压为230kV，110kV侧平均电压为115kV，35kV侧平均电压为37kV。系统容量为600MVA，x1=0.35；系统容量为300MVA，x2=0.24。短路阻抗取，，。各元件电抗标幺值可按如下公式计算：系统电抗：(4-1)变压器电抗：(4-2)线路电抗：(4-3)变压器高压侧短路电压百分比：(4-4)变压器中压侧短路电压百分比：(4-5)变压器低压侧短路电压百分比：(4-6)式中：——基准容量；——系统容量；——变压器短路百分比；——变压器容量；——架空线路每公里电抗；——架空线路长度；——平均电压；——变压器高-中短路阻抗；——变压器高-低短路阻抗；——变压器中-低短路阻抗。根据图4-2，计算出各设备电抗的标幺值，其中，。系统G1：系统G2：线路1（180km）：线路2（250km）：变压器高压侧短路电压百分比：变压器中压侧短路电压百分比：变压器低压侧短路电压百分比：变压器高压侧：变压器中压侧：变压器低压侧：其他电抗标幺值：4.4.1220kV侧三相短路220kV侧短路取f1为短路点，由正序网络图可得220kV侧母线短路时的等值电路图，如图4-3所示。图4-3220kV侧短路正序阻抗等值电路图当220kV侧发生三相短路时，短路点为，其等值电路如上图所示，假设故障点在正常时电压标幺值为1，即。220kV侧三相短路时，其短路电流标幺值为：短路电流有名值为：短路冲击电流的幅值：短路冲击电流的有效值：4.4.2110kV侧三相短路图4-4110kV侧短路正序阻抗等值电路图根据上图可计算出和的标幺值：当110kV侧发生三相短路时，短路点为，其等值电路如上图所示，假设故障点在正常时电压标幺值为1，即。110kV侧三相短路时，其短路电流标幺值为：短路电流有名值为：短路冲击电流的幅值：短路冲击电流的有效值：4.4.335kV侧三相短路图4-535kV侧短路正序阻抗等值电路图根据上图可计算出和的标幺值：当35kV侧发生三相短路时，短路点为，其等值电路如上图所示，假设故障点在正常时电压标幺值为1，即。35kV侧三相短路时，其短路电流标幺值为：短路电流有名值为：短路冲击电流的幅值：短路冲击电流的有效值：4.4.4计算结果统计三相短路计算结果统计如表4-1所示。表4-1三相短路计算结果电压等级短路电流标幺值短路电流有名值冲击电流幅值冲击电流有效值220kV13.683.43kA8.75kA5.21kA110kV10.555.30kA13.52kA8.06kA35kV8.9714.00kA35.7kA21.25kA第五章设备型号选择及校验5.1电气设备选择原则和依据短路电流所引起的破坏主要由载流导体所产生的引力或推力以及导体本身的发热所决定的，这两种效应对着短路电流的出现而瞬时出现，并且强度很高，对载流导体以及电气设备的破坏力较大。设备选择时需根据设备正常的工作条件来加以选定，并根据其短路时的状态去校验设备热稳定与动稳定是否符合变电站的要求。设备选型的一般要求一般有以下几点。5.1.1断路器及隔离开关选择（1）按正常工作条件选择1.按照额定电压选择电气设备上所标明的线电压即是该电气装置的额定电压。因为电气设备在电网中的最大工作电压有时会超过在电网的额定电压，因此，所选用的电气设备允许的最高工作电压，不能小于所接电网的最高运行电压。在选择电气设备时，电气设备的额定电压要大于电网额定电压，即(5-1)电网额定电压如表5-1所示。表5-1电网额定电压电压等级电网额定电压等级220kV253kV110kV126.5kV35kV40.25kV2.按照额定电流选择在额定的环境温度下，电气设备所允许的长期运行的电流即为该电气设备的最大额定电流。其中该额定电流不应低于设备的所有在合理工作的方式下的最高连续工作电流，即：(5-2)3.其他因素的影响设备安装场所的环境要求都会影响到设备型号的选择，所以在选用相应设备型号时，也需要考虑变电站所处的地理环境以及该地区的环境因素，例如海拔、台风、地震烈度等。根据所给出的原始资料，该变电站实际环境条件如表5-2所示。表5-2变电站环境条件参数名称参数值环境温度-25℃~40℃平均气温15℃地震烈度6级冻土深度1.0米海拔高度650米（2）按短路状态校验1.短路热稳定校验当短路电流通过电气设备时，电气设备的各部分温度不应当高于其允许值，不然会导致电气设备的受损。电气设备所应达到的热稳定要求为(5-3)式中：——短路电流产生的热效应；——电气设备允许通过的热稳定电流；——电气设备允许通过的热稳定时间。2.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，也被称为动稳定。电气设备若要满足动稳定，其条件为或(5-4)式中：——电气设备允许通过的动稳定电流的幅值；——电气设备允许通过的动稳定电流的有效值；——短路冲击电流的幅值；——短路冲击电流的有效值。3.短路计算时间热稳定短路计算时间为。该时间用于校验电气设备再短路状态下的热稳定，其值为继电保护动作时间和相应断路器的全开断时间之和，即(5-5)继电保护动作时间取后备保护时间为5s。断路器全开断时间包括两个部分，即(5-6)式中：——断路器固有分闸时间；——断路器开断时电弧持续时间，少油断路器为0.04~0.06s，SF6和压缩空气断路器约为0.02~0.04s，真空断路器约为0.015s。5.1.2互感器的选择与校验1.电流互感器选择与校验（1）热稳定校验只针对本身就具有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。通常以1s允许用过的热稳定电流或一次侧额定电流的倍数来描述电流互感器的热稳能力，其热稳定性校验式为(5-7)（2）动稳定校验动稳定校验主要有两个方面，一是同一相之间的电流互相作用产生的内部电动力校验，二是不同相之间的电流相互作用产生的外部电动力校验。多匝式电流互感器一次绕组主要经受内部电动力，其内部动稳定校验式为(5-8)2.电压互感器选择（1）根据装设地点以及使用条件选择在6~35kV的屋内配电装置中，通常使用油浸式或浇注式电压互感器；110~220kV配电装置在容量和准确度等级满足要求时，一般应选用电容式电压互感器，但也可以选用油浸式电压互感器。（2）根据一次额定电压和二次额定电压选择电压互感器一次绕组额定电压，应根据互感器高压侧的接线方式来确定相电压或者相间电压。（3）按准确级选择规程中规定，用在变压器，变电站用馈线馈线，出线以及电路中的电度表等，供所有计量电费的电度仪表的最高准确度级别都规定在0.5级，而对于高电压的二次回路中，如果一个用电回路接有多种不同型号与用途的仪表计时，则按级别最高的仪表作为电压互感器工作的最准级别。5.1.3导体选择与校验导线选型的标准一般针对裸导线的实际情况，将最大工作电流、电晕（对于110kV级以上电压的母线）、动稳定性与机械强度、热稳定性等分别加以筛选与校验。同时也应考虑环境要求，如气温、日照、海拔等。导线截面通常按长期发热允许的电流密度或经济密度进行选定，相对年负荷的使用小时数较大，传输容量也较大，例如直径为20m以上的导线，其截面通常按经济电流密度选定。硬母线与软母线一般由载流导体构成，其中软母线大多为钢芯铝绞线。由于软母线的机械强度主要取决于所支撑悬挂的绝缘子类型，故无须校验其机械强度。在110KV及以上的高压配电装置中，一般使用软导线。110kV及以上的裸导体需要按晴天不发生全面电晕条件校验，当海拔高度不超过1000m时，在常用的相间距离下，软导线的导体型号或外径不小于表5-3的数值时，可不进行电晕电压校验。表5-3可不进行电晕校验的最小导体型号及外径电压等级（kV）110220软导线型号LGJ-70LGJ-300（1）按导体长期发热允许电流选择按导体长期发热允许电流选择，则计算式为(5-9)式中：——导体所在回路中最大持续工作电流；——在额定环境温度=25℃时导体允许电流；K——实际环境温度和海拔有关的综合修正系数。综合修正系数K还可计算为(5-10)式中：——导体安装处的实际环境温度和导体额定载流量的基准温度；——导体额定载流量的基准温度；——导体长期发热允许最高温度。（2）热稳定校验在校验导体热稳定时，计及集肤效应系数的影响，由短路时发热的计算公式可得到短路热稳定决定的导体最小截面积为(5-11)式中：C——热稳定系数；——短路电流热效应。5.2断路器选择及校验5.2.1220kV断路器选择1.按额定电压选择：2.按额定电流选择：因变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故相应回路的，即：3.按断路器开断能力选择：4.按断路器开断能力选择：采用LW55B-252/T4000-50型罐式六氟化硫断路器，主要参数如表5-4所示。表5-4LW55B-252/T4000-50型罐式六氟化硫断路器参数额定电压额定电流额定开断电流额定峰值耐受电流额定短时耐受电流（3s）固有分闸时间252kV4000A50kA125kA50kA0.028±3s（1）热稳定校验取断路器开断时电弧持续时间ta为0.03s，继电保护动作时间tpr取后备保护时间为5s。由于，不计非周期热效应。因，满足热稳定要求。（2）动稳定校验该型号断路器允许通过动稳定电流的幅值，220kV侧短路冲击电流的幅值；因，满足动稳定要求。5.2.2110kV断路器选择1.按额定电压选择：2.按额定电流选择：因变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故相应回路的，即：3.按断路器开断能力选择：4.按断路器开断能力选择：采用LW55-126/T3150-40型罐式六氟化硫断路器，主要参数如表5-5所示。表5-5LW55-126/T3150-40型罐式六氟化硫断路器参数额定电压额定电流额定短路开断电流额定峰值耐受电流额定短时耐受电流（3s）固有分闸时间126kV3150A40kA100kA40kA0.024±4s（1）稳定校验取断路器开断时电弧持续时间ta为0.03s，继电保护动作时间tpr取后备保护时间为5s。由于，不计非周期热效应。因，满足热稳定要求。（2）动稳定校验该型号断路器允许通过动稳定电流的幅值，110kV侧短路冲击电流的幅值，因，满足动稳定要求。5.2.335kV断路器选择1.按额定电压选择：2.按额定电流选择：因变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故相应回路的，即：3.按断路器开断能力选择：4.按断路器开断能力选择：采用LW8-40.5/1600-31.5型真空断路器，主要参数如表5-6所示。表5-6ZW32-40.5/1250-31.5型真空断路器参数额定电压额定电流额定短路开断电流额定峰值耐受电流额定短时耐受电流（4s）固有分闸时间40.5kV1600A31.5kA80kA31.5kA0.05s（1）热稳定校验取断路器开断时电弧持续时间ta为0.03s，继电保护动作时间tpr取后备保护时间为5s。由于，不计非周期热效应。因，满足热稳定要求。（2）动稳定校验该型号断路器允许通过动稳定电流的幅值，35kV侧短路冲击电流的幅值，因，满足动稳定要求。5.3隔离开关选择及校验5.3.1220kV隔离开关选择1.按额定电压选择：2.按额定电流选择：采用GW46-252/3150-50高压交流隔离开关，主要参数如表5-7所示。表5-7GW46-252/3150-50高压交流隔离开关参数额定电压额定电流额定短时耐受电流额定短路持续时间额定峰值耐受电流252kV3150A50kA3s125kA（1）热稳定校验因，满足热稳定要求。（2）动稳定校验该型号隔离开关允许通过动稳定电流的幅值，220kV侧短路冲击电流的幅值，因，满足动稳定要求。5.3.2110kV隔离开关选择1.按额定电压选择：2.按额定电流选择：采用GW46-126/3150-50高压交流隔离开关，主要参数如表5-8所示。表5-8GW46-126/3150-50高压交流隔离开关参数额定电压额定电流额定短时耐受电流额定短路持续时间额定峰值耐受电流126kV3150A40kA3s100kA（1）稳定校验因，满足热稳定要求。（2）动稳定校验该型号隔离开关允许通过动稳定电流的幅值，110kV侧短路冲击电流的幅值，因，故该型号隔离开关满足动稳定要求。5.3.335kV隔离开关选择1.按额定电压选择：2.按额定电流选择：采用GW4-40.5/1000-31.5型高压柱上隔离开关，主要参数如表5-9所示。表5-9GW4-40.5/1250-31.5型高压柱上隔离开关参数额定电压额定电流额定短时耐受电流额定短路持续时间额定峰值耐受电流40.5kV1000A31.5kA4s63kA（1）热稳定校验因，满足热稳定要求。（2）动稳定校验该型号隔离开关允许通过动稳定电流的幅值，35kV侧短路冲击电流的幅值，因，满足动稳定要求。5.4电流互感器选择及校验5.4.1220kV电流互感器选择1.按额定电压选择：2.按额定电流选择：采用LVQB-220W3型电流互感器，主要参数如表5-11所示。表5-11LVQB-220W3型电流互感器参数最高电压额定一次电流额定二次电流短时热电流动稳定电流252kV4000A1A50kA（3s）125kA（1）热稳定校验因，满足热稳定要求。（2）动稳定校验因，满足动稳定要求。5.4.2110kV电流互感器选择1.按额定电压选择：2.按额定电流选择：采用LVQB-110W3型电流互感器，主要参数如表5-10所示。表5-10LVQB-110W3型电流互感器参数最高电压额定一次电流额定二次电流短时热电流动稳定电流126kV3000A1A50kA（3s）125kA（1）热稳定校验因，满足热稳定要求。（2）动稳定校验因，满足动稳定要求。5.4.335kV电流互感器选择1.按额定电压选择：2.按额定电流选择：采用LZZB8-35W电流互感器，主要参数如表5-12所示。表5-12LZZB8-35W型电流互感器参数最高电压额定一次电流额定二次电流短时热电流动稳定电流40.5kV800A1A31.5kA（4s）80kA（1）热稳定校验因，满足热稳定要求。（2）动稳定校验因，满足动稳定要求。5.5电压互感器选择及校验5.5.1220kV电压互感器选择采用电容式电压互感器，主要参数如表5-13所示。表5-13电容式电压互感器参数设备最高电压额定一次电压二次绕组额定电压剩余绕组电压准确级252kVkVkV0.1kV110kV电压互感器选择采用电容式电压互感器，主要参数如表5-14所示。表5-14电容式电压互感器参数设备最高电压额定一次电压二次绕组额定电压剩余绕组电压准确级126kVkVkVkV0.1kV35kV电压互感器选择采用型电压互感器，主要参数如表5-15所示。表5-15型电压互感器参数设备最高电压额定一次电压二次绕组额定电压剩余绕组电压准确级40.5kVkVkVkV0.55.6导体选择及校验5.6.1220kV母线选择220kV侧，故采用标称截面为630mm2的LGJ铝绞线，长期允许载流量为1182A（80℃）。温度修正系数K为：热稳定校验：经查找不同工作温度下裸导体的C值，取C=85，则满足短时发热的最小导体截面积为因，该导线满足热稳定的要求。5.6.2110kV母线选择11kV侧，故采用标称截面为800mm2的LGJ铝绞线，长期允许载流量为1390A（80℃）。温度修正系数为：热稳定校验：经查找不同工作温度下裸导体的C值，取C=77，则满足短时发热的最小截面积为：因，该导线满足热稳定的要求。5.6.335kV母线选择35kV侧，故采用标称截面为500mm2的LGJ铝绞线，长期允许载流量为1024A（80℃）。温度修正系数为：热稳定校验：经查找不同工作温度下裸导体的C值，取C=83，则满足短时发热的最小截面积为：因，该导线满足热稳定的要求。

第六章站用电设计6.1站用电系统概念在变电站正常运行情况下，站用电系统主要功能是为变电站内的一、二次设备和生产活动供应连续可靠的动力电源。如果没有站用电，那么变电站就无法运行，因此，站用电系统的设计是否合理对变电所的安全平稳工作非常关键。变电所的站供电系统，主要包括了变电站站用交流系统、变电所站用直流系统等，但由于变电所的站用交流系作为直流系统的主要电源之一，所以站用交流电系统是否可靠，直接影响交直流系统的长期有效运行。变电站的站用交流系统是保证变电站安全可靠运行的重要环节，本论文的站用电设计主要针对220kV变电站380/220V交流站用电系统的设计。6.2站用电主要负荷按照电力负荷的重要性，可以把负荷分为三类。（1）Ⅰ类负荷。指短时停电中可能会影响人身安全和机械设备的安全，使生产工作完全停止或主变压器减载的负荷。在220kV变电站的站用电负荷中，属于Ⅰ类负荷的有主变压器的冷却系统、变电站的消防系统的负荷。（2）Ⅱ类负荷。指允许短时停电，但是停电时间过长，有可能影响正常生产运行的负荷。在该变电站的站用电负荷中，属于Ⅱ类负荷的有蓄电池充电、断路器以及隔离开关的操作和加热电器、给排水系统的水泵电动机、事故通风机、变压器带电滤油装置等。（3）Ⅲ类负荷。指长时间停电也不会直接影响到生产运行的负荷。在站用电负荷中属于此类负荷的有采暖、通风、空调电源，检修、试验电源，在线监测电源，正常照明和生活用电。综上所述，变电站的站用交流电属于Ⅰ类负荷，在任何情况下不允许停电，必须有两路以上的电源供电。6.3站用变压器选择一般来说，户外变电站优先采用油浸式站用变压器。根据原始资料进行分析，该变电站属于户外变电站，采用油浸式变压器。（1）站用变压器负荷统计站用变压器的负荷可按动力负荷、加热负荷、照明负荷分别统计，采用负荷换算法按如下公式计算站用变压器的负荷。(6-1)式中：S——站用变压器的计算容量，kVA；K1——动力负荷的换算系数，一般取0.8~0.85；P1——总动力负荷，kW；P2——总加热负荷，kW；P3——总照明负荷，kW；——负荷平均功率因数。（2）220kV变电站内交流负荷统计如表6-1至表6-3所示。表6-1220kV变电站总动力负荷统计序号负荷名称负荷类别经常/连续负荷不经常短时/断续负荷运行方式安装容量（kW）运行容量（kW）安装容量（kW）运行容量（kW）1直流充电装置Ⅱ40×240经常、连续2UPS电源Ⅱ10×210经常、连续3保护室二次交流电源Ⅲ1010不经常、短时4变压器在线监测Ⅲ8.28.2经常、连续5220kV设备电机Ⅱ27.2427.24经常、连续6110kV设备电机Ⅱ21.8721.87经常、连续735kV设备电机Ⅱ8.28.2经常、连续8智能辅助系统Ⅲ6.5经常、连续9消防系统Ⅰ2经常、连续10断路器在线监测采集器Ⅱ2经常、连续11雨水泵Ⅱ4040不经常、短时12深井泵Ⅱ7.57.5经常、短时13固定潜污泵Ⅲ66不经常、短时14电动门Ⅲ11不经常、短时15水泵房动力控制箱Ⅲ80不经常、连续小计P1148.7表6-2220kV变电站总加热负荷统计序号负荷名称负荷类别经常/连续负荷不经常短时/断续负荷运行方式安装容量（kW）运行容量（kW）安装容量（kW）运行容量（kW）1电暖气（冬季）Ⅱ5050经常、连续续表6-32单冷型空调机（夏季）Ⅱ4040经常、连续3220kV设备电热（冬季）Ⅱ13.5×10135经常、连续4220kV设备驱潮（夏季）Ⅱ8.58.5经常、连续5110kV设备电热（冬季）Ⅱ6.75×1494.5经常、连续6110kV设备驱潮（夏季）Ⅱ6.56.5经常、连续7端子箱加热（冬季）Ⅱ3030经常、连续8端子箱驱潮（夏季）Ⅱ66经常、连续小计P2（冬）309.5（夏）55表6-3220kV变电站总照明负荷统计序号负荷名称负荷类别经常/连续负荷不经常短时/断续负荷运行方式安装容量（kW）运行容量（kW）安装容量（kW）运行容量（kW）1户外照明Ⅲ2525不经常、连续2应急照明Ⅲ1515不经常、连续3生产综合楼插座Ⅲ4040不经常、连续小计P380（3）220kV变电站站用变压器容量计算关于负荷平均功率因数，夏季按计算，冬季考虑到加热负荷占主要部分，则按计算。动力负荷的换算系数K1取0.8。冬季负荷与夏季负荷统计可按公式6-1算出站用变压器所需容量。冬季所需容量：夏季所需容量：根据计算结果，可选择容量为630kVA站用变压器。因为该站用变压器布置在室外，故，所以采用三相自冷无励磁调压油浸式变压器，其型号为S13-630/35-0.4kV，其参数如表6-4所示。表6-4S13-630/35油浸式变压器参数变压器型号S13-630/35-0.4kV额定容量（kVA）630高压侧（kV）35续表6-4低压侧（kV）0.4损耗（W）空载0.57负载6.20短路阻抗（%）6.5空载电流（%）0.54联结组别Dyn11（4）220kV变电站建设规模如表6-5所示。表6-5220kV变电站建设规模序号项目建设规模主接线形式1主变压器2×300MVA—2220kV出线4回双母线3110kV出线12回双母线435kV出线18回双母线5站用变压器2×630kVA—

第七章防雷设计7.1变电站防雷变电所中的变电装置（主要为变压器）的内部绝缘水平往往小于线路的绝缘水平，且通常不具有自动恢复功能，但如果由于雷电过电压而引起击穿，则通常将引起大规模停电，后果非常严重。所以，变电所中的防雷保护措施必须要比输电线路的规定更为严密，安全措施也更为可靠。变电站中所出线的雷电过电压有以下两个来源：（1）雷电直击变电站；（2）沿输电线路入侵雷电过电压波。7.1.1变电站直击雷保护如果雷电击中到变压器中的导电部分（例如母线等），将会产生很大的雷电过电压，而这种情况下通常会造成绝缘的闪络或击穿，所以需要装设避雷针和避雷点对直击雷加以保护，并要求变电站中的所有装置以及设备都位于其防护区域之内。在本次变电站设计中，采用了避雷针进行直击雷防护。结合原始资料分析，对于该变电站110kV及以上的配电装置，采用构架避雷针进行保护；35kV及以下的配电装置，采用独立避雷针进行保护。其中独立避雷针的接地电阻一般不超过10Ω。7.1.2入侵雷电过电压波保护装设阀式避雷器是变电站针对入侵雷电过电压波进行防护的主要措施。一般情况下，为了使阀式避雷器不至于负担过重和有效地发挥其保护功能，还需要有“进线段保护”的配合。7.1.3变电站进线段保护装设阀式避雷器是变电站内针对入侵雷电过电压波进行保护的最主要措施。通常情况下，要使阀式避雷器不至于负担过重以及更有效地发挥其防护功能，还必须有“进线段保护”的配合。为了保证在靠近变电站1～2km的线路上不出现绕击或反击，对于未沿全线架设避雷线的35kV及以下的线路来说，必须在靠近变电站1~2km的线段上加装避雷线，使之成为进线段。对于全线有避雷线的110kV及以上的线路，也必须将靠近变电所的一段长2km的线路划为进线段。在一切进线段上都应加强防雷措施，例如选用不大于20°的保护角α、杆塔的冲击接地电阻降至10Ω以下、提高耐雷水平，尽量减少在这一段线路上出现绕击或反击的次数。7.2避雷塔高度选择校验避雷针的防护原理为当雷云放电时导致地面电荷畸变，从避雷针的顶端产生局部场强集中的空间而影响雷先导释能的发展方向，即雷电对避雷针放电，然后再通过接地装置把雷电电流引到大地，从而使被防护物体免遭雷击。结合该变电站的地理情况，考虑到台风的影响，如果采用构架避雷针，台风天气可能会导致避雷针折断，因此本次设计中采用四座等高避雷塔。避雷塔的保护范围计算参照避雷针的保护范围进行计算。被保护的变电站长60m，宽60m，总面积3600m2，选用15m高的门型构架。避雷塔的摆放位置如图7-1所示。图7-1避雷塔布置图四座避雷塔的联合保护范围可以按每三座避雷塔的不同组合分别求出，然后进行叠加。而三座避雷塔的联合保护范围则由每两座避雷塔分别计算出其联合保护范围，如果在高度为的水平面上，双座避雷塔的，那么三座避雷塔组成的三角形中间部分都属于避雷塔的联合保护范围。由于变电站的避雷塔属于对称布置，故只需校验1、2、3号避雷塔的联合保护范围即可。因三座避雷塔的联合保护范围由两座避雷塔的保护范围计算得出，两座等高避雷塔的联合保护范围如图7-2所示。图7-2两座等高避雷塔的联合保护范围两座避雷塔的保护范围可由以下公式算出：(7-1)(7-2)式中：——避雷塔的高度；——两塔间联合保护范围上部边缘的最低点高度；——在高度的水平面上，保护范围的最小宽度；在被保护物体高度为的水平面上，避雷塔的保护半径由如下公式计算：（1）当时(7-3)（2）(7-4)式中：——避雷塔的高度；——高度修正系数，考虑到避雷针很高时不与塔高成正比增大而引入的一个修正系数1.避雷塔高度选择因该变电站所选的门型构架为15m，故需，则避雷塔高度为1）1、2号避雷塔高度2）1、3号避雷塔高度若避雷塔高度为28m，则此时1、2号避雷塔联合保护范围上部边缘最低点高度为：根据计算结果选择，采用4座高度为28m的避雷塔可确保变电站在四座避雷塔的联合保护范围内。2.避雷塔高度校验综上所述可得避雷塔高度，，取，则1、2、3号避雷塔保护范围最小宽度为1）1、2号避雷塔保护宽度2）1、3号避雷塔保护宽度3.避雷塔保护半径计算取，则保护半径为7.3避雷器选择参考中国南方电网有限责任公司企业标准《35kV～500kV变电站装备技术导则（变电一次分册）》中变电站型避雷器选型原则，该变电站设计中采用无间隙金属氧化物避雷器。该变电站所选择避雷器型号及其参数如表7-1所示。表7-1变电站避雷器型号参数电压等级（kV）避雷器型号避雷器额定电压（kV）持续运行电压（kV）标称放电电流（kA）雷电冲击残压（kV）220kVYH10CX1-204/59220425210≤592110kVYH10CX1-102/29610212610≤29635kVHY5WS-51/1345140.55≤134

第八章总结与展望从九月初到现在十一月初，两个月的时间里面初步完成了这次毕业设计的。在最初开始进行分析的时候，遇到了不少难题，尽管之前也写过类似的课程设计，但是也只有一小部分的类似，在设备选型，防雷设计等方面，还是需要很深入的学习。

在完成这个论文的过程中，花费最多精力的是在电气设备选型这一部分，选择合适的设备是变电站设计中最关键的点。在设备选型的过程中，查找了很多资料，什么电压等级用什么设备，再结合工作电流进行分析，在这个过程中遇到过瓶颈期，也参考过导师以及同学的建议。虽然这一次的设计只是理论上的，理想情况下的，距离真正的工程实际还有很长的一段距离，但是这也是我对这三年来所学知识的一个总结和运用。这两个月来一边写一边查资料一边修改，因为自己一时的想当然，导致了变压器选型错误，牵连到后面的大部分计算需要修改，同时也需要重新选择电气设备。这两个月以来，除了把书上的学过的知识再重新复习一遍，也通过各种资料学到了不少工程实际的知识，让我机会到了理论与实际相结合的重要性。在完成这一次毕业设计期间，我对电力工程的建设有了初步了解，也学会了自己去独立完成一件事，提高了我自己的专业综合能力的同时也为以后的工作生活打下了一个基础。

参考文献[1]苗世洪、朱永离．发电厂电气部分（第五版）．北京：中国电力出版社．2015．[2]方万良、李建华、王建学．电力系统暂态分析（第四版）．北京：中国电力出版社．2015．[3]电力工业部电力规划设计总院．电力系统设计手册．北京：中国电力出版社．1998．[4]水利电力部西北电力设计院．电力工程电气设计手册（电气一次部分）．北京：中国电力出版社．2018年．[5]许珉．变电站电气一次设计．北京：机械工业出版社．2015．[6]宋继成．220~550kV变电站电气接线设计．北京：中国电力出版社．2014．[7]李梅兰、李丽娇．发电厂变电所毕业设计指导书．北京：中国电力出版社．2019．[8]陈家斌、高小飞．电气设备防雷