220kV变电站设计

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1、220kV变电站设计作者姓名：黎赛华专业名称：电气工程及其自动化指导教师：李自成 副教授 许丽 助教摘要电力生产过程有别于其他工业生产过程的一个重要特点，就是它的生产、输送、变换、分配、消费的几个环节是在同一个时间内同步瞬间完成。电力生产过程要求供需严格动态平衡，一旦失去平衡生产过程就要受到破坏，甚至造成系统瓦解，无法维持正常生产。随着经济的快速发展，全国乃至全世界凸现缺电局面，如何进一步优化调度，加强电力资源的优化配置，最大限度满足电力需求成为人们探讨的问题之一。本次220kV变电站的设计包括一次和二次部分，主要内容有主变压器的选择和分析、电气主接线的选择（包括一般单母、单母分段和一般双母的

2、特点分析），关于电气主接线部分的内容是基础部分，主要分析了常用主接线的形式，综合比较各种接线方式的特点。短路电流的计算（等值电路图及各侧短路电流及冲击电流的计算）、主要电气设备的选择（高压断路器、隔离开关、互感器、母线及电力电缆），各侧配电装置的选择、防雷保护及继电保护。在设计过程中，短路电流的计算是重要部分，根据计算出的短路电流进而选择高压开关设备，才能使设备正常运行和短路时可靠接地工作。为了保障运行人员的人身安全，要完善保护装置。与此同时，也要保障设备运行稳定性，需要完善继电保护装置。关键词 ：220KV变电站 短路电流 继电保护 AbstractThe produce of electr

3、ic power is different from other industrial produce ,whose process of product ,transfer ,change,distribute and consume is completed at the same time .The produce of electric power must keep balance ,or it cant function normally or even be destroyed. As the development of economy, the problem of bein

4、g shot of electricity is becoming more and more serious. Its a big problem how to optimize the disposition of electric resource and meet the electric power requirement.The 220kV substation design includes first and second parts, the main content selection and analysis of the main transformer, electr

5、ical main connection options (including common single mother, single mother of segmentation and analysis of the general characteristics of two-parent), on the main electrical terminal part of the content is the foundation part, analyzes the main connection in the form of common and comprehensive way

6、 of comparing the characteristics of different connection. In the design process, the short circuit current is an important part of the calculation, according to the calculated short-circuit current and then select the high-voltage switching equipment, equipment for normal operation and to make reli

7、able short circuit ground work. In order to protect the personal safety of operating personnel we should improve the protection device. At the same time, we must guarantee the stability of the device, and you need to improve the protection device.朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典Keywords: 220KVsubstation, short circ

8、uit, protection device目录摘要IAbstractII目录III前言11绪论21.1原始资料分析21.2 主变选择22电气主接线52.1一般单母接线52.1.1一般单母线的特点52.1.2 一般单母线优缺点及适用范围62.2 单母分段接线72.2.1 单母分段接线的正常运行方式72.2.2 单母分段接线的优点72.2.3单母分段接线的适用范围82.3 一般双母线82.3.1 一般双母线的接线特点92.3.2 双母线的适用范围93短路电流的计算103.1 短路电流计算的目的103.2 计算方法103.2.1 选取基准容量及基准电压113.2.2 画出等值电路图113.2.3

9、等值电路图的化简123.2.4 220kV侧的短路电流及冲击电流133.2.5 110kV侧短路电流及冲击电流133.2.6 10kV侧短路电流及冲击电流144主要电气设备154.1 电气设备选择的技术条件154.1.1 按正常工作条件选择电器154.1.2 短路稳定条件154.2 高压断路器的选择说明164.3 隔离开关的选择说明174.4 互感器的选择174.4.1 电流互感器的选择174.4.2 电压互感器的选择184.5 母线的选择194.6 电力电缆的选择195配电装置205.1 220kV配电装置的选择205.2 110kV配电装置215.3 10kV配电装置226防雷保护236.

10、1 防雷保护的设计236.2 输电线路的防雷措施246.3 直击雷过电压防护246.4 雷电侵入波的过电压防护246.5 防雷保护计算说明256.5.1 防雷方案的确定256.5.2 避雷针的布置256.5.3 避雷器的装设266.5.4 避雷器参数选择267变压器及线路的继电保护配置277.1 变压器保护277.1.1 主变压器保护277.1.2 变压器保护的配置原则277.2 线路的继电保护287.2.1 220kV线路保护287.2.2 110kV线路保护287.2.3 10kV线路保护297.2.4 母线保护298计算部分308.1 短路电流计算308.1.1 220kV侧短路电流的计

11、算308.1.2 110kV侧短路电流的计算318.1.3 10kV侧短路电流的计算328.2电气设备的选择338. 2.1 断路器的选择338.2.1.1 220kV断路器的选择338.2.1.2 110kV断路器的选择348.2.1.3 10kV断路器的选择348.2.2 隔离开关的选择358.2.2.1 220kV侧隔离开关的选择358.2.2.2 110kV侧隔离开关的选择368.2.2.3 10kV侧隔离开关的选择368.2.3 互感器的选择378.2.3.1 电流互感器的选择378.2.4 母线的选择378.2.5 电力电缆的选择388.3 避雷针防雷保护计算398.3.1 本变电

12、站避雷针的选择398.3.2 避雷器的选择40总结42致谢43参考文献44前言我国目前所使用的交流电能主要是由交流发电机提供的。由于受绝缘水平的限制，发电机输出端发出的电压一般低于30 kV。用这样低的电压将电能进行远距离输送事实上是不可能的。为此，需要利用升压变压器将电压升高后，再将电能进行远距离输送，到用电负荷所在地区以后，用电设备多是低压设备，所以用高电压将电能输送到用电地区后，还必须利用降压变压器降低电压，才能供给用户使用。因此，变电站在电力生产过程中是一个重要的环节。在电力系统中，变电站主要担负着电压变换这一重要任务，其作用主要有提高输电电压，减少电能损失。电能在输送的过程中，由于电

13、流的热效应，就要产生电能损失，且电能转化为热能的损失与电流的平方成正比。因此，当输送功率一定时，提高输电电压就可减小电流，电网就会相应减少电能损失。降低电压，分配电能。电能经过升压输送到用电地区后，用户很难使用高电压的电气设备，因此，需要降压变电站把电压降低再分配到用户供用户使用。集中电能、控制电力流向。一个电网多数由多个电源点提供电能，这些电能的集中必须通过枢纽升压变电站来实现。在用电地区，根据负荷情况，再由降压变电站来控制电力的流向。调整电压，提高电能质量，满足用户的要求。通过变电站的变压器调压装置和无功补偿设备，既可使用户得到稳定的电压，也可以提高线路的输电功率。1绪论1.1 原始资料分

14、析拟建变电所的概况：变电所类型为220kV降压变电所，该所建成后与110kV和220kV电网相连，并供给近区用户，按规划设计规划容量为240MVA，单机容量为120MVA，台数为两台。负荷资料：电压级别为220,110,10kV。220kV侧的cos 为0.9，最大负荷利用小时数为3800，回路数为6。110kV侧的cos为0.85，最大负荷利用小时数为4200，回路数为8。10kV侧的cos为0.85，最大负荷利用小时数为4500，回路数为12。系统阻抗：220kV侧电源近似为无穷大容量系统，归算至本所220kV母线为0.16（Sj =100MVA），110kV侧电源容量为1000MVA，归

15、算至本所110kV母线侧阻抗0.32（Sj=100MVA），10kV侧没有电源。地区自然条件：该变电所位于市荒郊土地上，地势平坦，交通便利，环境污染小。该地区最热月平均温度为28摄氏度，年平均气温16摄氏度，绝对最高温度为40摄氏度，土壤温度为18摄氏度，海拔153m。1.2 主变选择相数：主变采用三相或单相，主要考虑变压器的可靠性要求及运输条件等因素，根据设计手册有关规定，当不受运输条件限制时在330kV及以下的发电厂和变电所中，一般选择三相式变压器，因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小，占地少，运行方式损耗也较小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。所以主变压器选三相变

16、压器。绕组数：在具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据设计要求，主变压器选用三绕组变压器。绕组接线方式：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。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Yn连接，35kV亦可采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压，变压器绕组都采用连接。从以上原则可以看出，本变电所的主变压器连接方式可选择为 YN/yn0/d11

17、。中性点接地方式：由于变电所选用的主变为无励磁调压自耦型三绕组变压器，根据设计手册规定，在电力系统采用自耦变压器后，其中性点必需直接接地或经小阻抗接地，以避免高压网络发生单相接地时，自耦变压器中压绕组出现过电压。据此，系统高、中压侧采用中性点直接接地方式，低压侧采用不接地方式。调压方式：变压器的调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现的。无励磁调压变压器的分接头比较少，调压范围只有10（22.5），且分接头必须在停电的情况下才能调节；有载调压变压器的分接头较多，调压范围可达30，且分接头可在带负荷的情况下调节，但其结构复杂，价格贵，在下述情况下采用较为合理。由于待建变电站为降压

18、变电站，电网电压可能有较大的变化，同时，系统二级负荷比率较大，因此，为保证重要负荷的供电，根据设计规程，宜采用有载调压方式所以调压方式选择有载调压。冷却方式：电力变压器的冷却方式，随其型式和容量的不同而异。强迫油循环风冷却采用潜油泵强迫油循环，并用风扇对油管进行冷却。主变额定容量在4000kVA及以上，所以冷却方式选用强迫油循环风冷却。 主变容量确定：根据选择原则确定所选主变的台数为二台，每台主变额定容量为Sn。当一台主变运行时，另一台主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级、二级负荷Sn=0.6-0.7Pm。这样，当一台主变停运时，可满足70的一、二级负荷的电力需要，事故时，

19、变压器允许的过负荷能力30考虑，则可保证对91负荷的供电。110kV侧负荷的最大容量计算：S2max40/0.85=47.1MVA 10kV侧负荷的最大容量计算：S3max30/0.85=35.3MVA 通过变压器容量计算：S=47.1+35.3=82.4MVA 所以一台主变应承担的系统容量为：Sn=0.7S=0.782.4=57.7MVA 考虑到最大负荷的容量计算和投资的经济性，经查相关的设备手册，决定选 择主变的容量为Sn=120MVA。 根据以上内容，主变选SFPSZ7-120000/220。额定容量为120000kVA，容量比为100/100/50。额定电压：高压220132.5kV中

20、压121kV低压10.5；11。连接组YN/yn0/d11。空载电流（）：0.8。阻抗电压（）：高中14.0高低23.0中低7.0。2电气主接线变电站的电气主接线由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关）及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分。它与电源回路线、电压等级和负荷的大小、级别以及所用变压器的台数、容量等因数有关，确定变电站的主接线对变电站电气设备的选择、配电装置的布置及运行的可靠性与经济性等都由密切的关系，主接线的设计是变电站设计中的重要任务之一。变电站的电气主接线应根据该变电站在电力系统中的地址、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

21、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。2.1 一般单母接线2.1.1 一般单母线的特点每一电源和出线回路都装有断路器QF，在正常情况下接通或断开电路，故障情况下自动切断故障电流。为了检修断路器，断路器两侧装有隔离开关QS，靠近母线侧的称为母线隔离开关QS1，出线回路中靠近线路侧的称为线路隔离开关QS2。当用户侧没有其他电源时，线路隔离开关QS2可以不装。当电源回路中只要断路器断开，电源不可能再送电时，断路器与电源之间便可以不装隔离开关。接地隔离开关QE在检修线路时闭合，以代替安全接地线的作用。根据断路器和隔离开关的性能，电路的操作顺序为：接通电路时

22、应先合断路器两侧的隔离开关，再合断路器；切断电路时，应先断开断路器，再断开两侧的隔离开关。该操作必须严格遵守，否则会造成误操作而发生事故。为了防止误操作，在断路器与隔离开关之间应加装闭锁装置。QS1QFQS2WL1WL2WL3WL4QEW电源 图2.1 一般单母线2.1.2 一般单母线优缺点及适用范围单母线接线的优点是简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便且有利于扩建，但可靠性和灵活性差。因此，不分段的单母接线一般只用在出线6220kV系统中只有一台发电机或一台主变压器，且出线回路数又不多的中、小型发电厂和变电所。具体适用范围如下：(1)610kV配电装置，出线回路数不超过5回。(2)3563

23、kV配电装置，出线回路数不超过3回。(3)110220kV配电装置，出线回路数不超过2回。2.2 单母分段接线2.2.1 单母分段接线的正常运行方式（1）分段断路器QFd接通运行。任一段母线发生电路故障时，在继电保护的作用下，分段断路器和接在故障段上的电源回路的断路器自动分闸，这时非故障段母线可以继续工作。（2）分段断路器QFd断开运行。分段断路器除装设继电保护装置外，还应装设备用电源自动投入装置，任一电源故障，电源回路断路器自动断开，分段断路器可以自动投入，保证给全部出线供电。分段断路器断开运行时还可以起到限制短路电流的作用。WL4WL3WL2WL1QS1QFQFdQS2QFQF电源1电源2

24、图2.2 单母分段接线2.2.2 单母分段接线的优点（1）母线发生故障，仅故障段母线停止工作，非故障段母线可继续工作，缩小了母线故障的影响范围；（2）双回路供电的重要用户，可将双回路接在不同分段上，保证对重要用户的供电。2.2.3 单母分段接线的适用范围（1）610kV配电装置，出线回路数为6回及以上时，每段所接容量不宜超过25MW；（2）3563kV配电装置，出线回路数不宜超过8回；（3）110220kV配电装置，出线回路数不宜超过4回。2.3 一般双母线 图2.3 一般双母线2.3.1 一般双母线的接线特点（1）检修母线时电源和出线可继续工作，不会中断对用户的供电。（2）检修任一母线隔离开

25、关时，只需断开这一回路。（3）工作母线故障时，所有回路能迅速恢复工作。（4）在特殊需要时，可将个别回路接在备用母线上单独完成工作或试验。（5）双母线接线运行方式比较灵活，母联断路器可以断开运行，一组母线工作，一组母线备用，此时运行情况相当于单母接线。（6）便于扩建。2.3.2 双母线的适用范围（1）610kV配电装置，当短路电流较大、出线需带电抗器时；（2）3563kV配电装置，当出线回路数超过8回或链接的电源较多、负荷较大时；（3）110220kV配电装置，出线回路数为5回及以上或该配电装置在系统中居重要地位、出线回路数为4回及以上。220kV侧出线数6回5回，所以选双母接线方式。110kV

26、侧出线数8回5回，所以选双母接线方式。10kV侧出线数12回6回，30/122.525，所以选单母接线方式。3短路电流的计算3.1 短路电流计算的目的（1）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下，能安全可靠地工作。同时，又力求节约资金，这需要进行全面的短路计算。（2）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施，均需要进行必要的短路电流计算。（3）在设计屋外配电装置时，需按短路条件校验相间和相对地安全距离。（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。（5）接地装置的设计，也需要短路电流。短路种数一般按三相短路验

27、算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。短路计算点应选择通过导体和电气设备的短路电流为最大的那些点。根据以上原则，短路点分别选择为220kV母线、110kV母线、10kV母线，分别为f1、f2、f3点。3.2 计算方法（1）本所的最大运行方式为两台主变并列运行，此时阻抗最小；最小运行方式为单台主变运行，此时阻抗最大。（2）本所的短路计算为近似计算，220kV侧系统可近似看成无穷大系统，而10kV侧正常情况下不接外来电源，所以f1、f2、f3短路时，该侧提供的短路电源可以忽略不计。（3）计算时，基准容量取100MVA，基准电压取各级平均额定电压，即220kV侧取230kV，1

28、10kV侧取115kV，10kV侧取10.5kV。（4）计算项目：三相短路电流、冲击电流、全电流（具体计算过程详见计算部分）。3.2.1 选取基准容量及基准电压SB100MVA，UbUaV3.2.2 画出等值电路图f1f2f3X7 X8X1X3X2X4X5X6图3.1 等值电路图AC3.2.3 等值电路图的化简X7 X8X12X22X32AC图3.2 等值电路的化简f1f2f33.2.4 220kV侧的短路电流及冲击电流f 1短路时ACf1X7X9图3.3 f1短路计算电抗X0.38短路电流为 短路冲击电流ish6.2KA3.2.5 110kV侧短路电流及冲击电流2短路时ACf2X7X10图3

29、.4 f2短路计算电抗X0.32短路电流为短路冲击电流为ish9.65KA3.2.6 10kV侧短路电流及冲击电流3点短路时ACf3X11X12图3.5 f3短路计算电抗X0.4短路电流为短路冲击电流ish80.64KA短路电流计算结果表：表3.1 短路电流计算表格短路点短路点基准电压（kV）基准电流（kA）短路电流I（kA）短路电流冲击值ish(kA)12300.352.436.221150.2473.799.65310.51.943280.644主要电气设备导体和电器的选择，必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进合理，安全可靠，运行方便和适当地留有发展余地，以满足电力系统安全经济

30、运行的需要。设备选择的一般原则为：应满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的要求；应按当地环境条件校核；应力求技术先进和经济合理；与每个工程的建设标准应协调一致；同类设备应尽量减少品种。4.1 电气设备选择的技术条件4.1.1 按正常工作条件选择电器（1）额定电压和最高工作电压电器所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电器允许最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最高运行电压Usm，即 （4-1） （2）额定电流电器的额定电流IN是指在额定周围环境温度下，电器的长期允许电流。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，即 （4-2） 由于发电机

31、、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax为发电机、调相机或变压器的额定电流的1.05倍。4.1.2 短路稳定条件（1）校验的一般原则电器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，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。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。（2）短路的热稳定条件 式中 Qk 在计算时间tjs秒内，短路电流产生的热效应； It t秒内

32、设备允许通过的短时热电流； t设备允许通过的热稳定电流时间。校验短路热稳定所用的计算时间tjs按下式计算： (4-3) 式中 tb继电保护装置后备保护动作时间； td断路器的全分闸时间。（3）短路的动稳定条件 式中 ies、Ies电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值； ish、Ish短路冲击电流幅值及其有效值。4.2 高压断路器的选择说明（1）额定电压选择： （2）额定电流选择： （3）开断电流选择：或 式中 INbr高压断路器的额定开断电流； Ipt实际开断瞬间的短路电流周期分量（有效值）； 次暂态电流。（4）短路关合电流的选择： 式中 iNcl断路器的额定关合电流； ish短路电流最大

33、冲击值。（5）热稳定校验： （6）动稳定校验： （7）断路器选择结果：表4.1 断路器的选择电压等级220kV110kV10kV断路器型号LW10B252LW21126ZN40104.3 隔离开关的选择说明（1）额定电压选择： （2）额定电流选择：（3）动稳定校验： （4）热稳定校验： （5）隔离开关选择结果如下表：表4.2 隔离开关的选择电压等级220kV110kV10kV隔离开关型号GW16220（D）GW4110（D）GN1020（D）4.4 互感器的选择4.4.1 电流互感器的选择电流互感器按下列条件选择：（1）根据安装地点、安装使用条件等选择电流互感器的型式。620kV屋内配电装置，

34、可选用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器；35kV及以上配电装置，一般选用油浸瓷箱式绝缘结构的电流互感器，有条件时选用套管式电流互感器。（2）电流互感器的二次额定电流一般选用5A，在弱电系统中选用1A。（3）根据二次负荷的要求，选择电流互感器的准确度级。电流互感器的准确度级不得低于所供测量仪表的准确度级，以保证测量的准确度。例如，用于测量精确度级要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV电压级的电流互感器，宜用0.2级；用于重要回路，如发电机、调相机、变压器、厂用线路及出线等的电流互感器的准确度级应为0.5级；供运行监视和控制盘上的电流表、功率表、电能表等仪表的电流互感器，一般

35、采用1级。当仪表只供估计电气参数时，电流互感器可用3级。当用于继电保护时，应根据继电保护的要求选用“D”、“B”和“J”级。电流互感器的选择：220kV级：LCW220，额定电流比4300/5；级次组合0.5/D/D/D；准确度级0.5，D。110kV级：LCWB4110，额定电流比2200/5；准确级组合0.5/B1/B2/B3；准确度级0.5，B1，B2，B3。10kV级：LMZB610Q环氧树脂浇注结构的电流互感器，变比4000/5次级组合0.5/D。电流互感器选择结果如下表表4.3 电流互感器的选择电压等级220kV110kV10kV电流互感器型号LCW220LCWB4110LMZB6

36、10Q4.4.2 电压互感器的选择620kV配电装置一般采用油浸绝缘结构;在高压开关柜中或布置地位狭窄的地方,可采用树脂浇注绝缘结构。35110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。220kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。表4.4 电压互感器选择结果安装地点TV型号电压（kV）变 比准确级结构形式220kV侧JCC5-2202200.5单相串级三绕组户外式110kV侧JCC6-1101100.5单相串级三绕组户外式10kV侧JSJW-10100.5三相三绕组户内式油浸4.5 母线的选择（1）按长期工作电流选择时，所选母线截面的长期允许电流应

37、大于装设回路中最大持续工作电流。（2）按经济电流密度选择载流导体的截面，可使年计算费用最小。不同载流导体的经济电流曲线也不同。根据最大负荷利用小时数T，可查得经济电流密度。（3）按短路电流热稳定效应校验选择结果为：220kV选用638mm2，110kV选用638mm2，10kV选用4(12510)mm2。4.6 电力电缆的选择（1）额定电压选择：额定电压应满足（2）截面选择：电力电缆截面S的选择方法为：对长度超过20m且最大负荷利用小时数大于5000h的电缆按经济电流密度选择经济截面；反之，按长期允许电流选择。（3）热稳定校验。（4）按电压损失校验电缆截面。 选择的电缆截面为600mm2。5配

38、电装置配电装置按电气设备装置的特点，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按组装方式，可分为在现场组装而成的装配式配电装置，以及在制造厂将开关电器按接线要求组装成套后运至现场安装使用的成套配电装置。屋内配电装置是将电气设备安装在屋内。它的特点是占地面积少，运行维护和操作条件较好，电气设备受污秽和气候影响较小；但需建造房屋，投资较大。屋外配电装置是将电气设备装置在屋外。它的特点是土建工程量少，投资少，建造工程短，易扩建；但占地面积大，运行维护条件较差，易受污秽和气候条件影响。在发电厂和变电所中，一般35kV及以下的配电装置采用屋内配电装置，110kV及以上的配电装置采用屋外配电装置。成套配电装置一般

39、布置在室内。其特点是结构紧凑，占地面积少，建造工期短，运行可靠，维护方便；但耗用钢材较多，造价较高。目前我国生产的335kV各种成套配电装置，在发电厂和变电所已广泛应用；110220kV的SF6封闭式组合电器也得到应用。5.1 220kV配电装置的选择分相中型配电装置：分相中型配电装置母线为铝锰合金，采用棒式绝缘子支持。这样缩小了母线的相间距离，降低了母线构架高度。由于母线高度降低，使进出线构架高度都降低。母线和旁路母线侧的隔离开关为单柱式隔离开关，出线间隔开关选用三柱式的。断路器为少油断路器，单列布置，间隔宽度为13m。分相中型配电装置较普通中型配电装置的占地面积约减少2030，尤其采用硬管

40、母线配合单柱式隔离开关的布置方案，布置清晰，美观，可省去大量构架，但支柱绝缘子防污及抗震能力，在污秽严重和地震烈度较高的地区不宜采用。高型配电装置：高型配电装置利用三个高型框架合并而成，中间框架为两组母线和两组母线隔离开关上、下重叠布置。两侧两个框架的上层布置旁路母线及旁路隔离开关；下层布置进出线断路器、电流互感器和隔离开关。这样可以两侧出线，更能充分利用空间位置，使占地面积压缩到仅为普通中型配电装置的50，控制电缆、绝缘子串和母线的消耗量也较中型配电装置少。但是，使用钢材较中型配电装置多，操作和设备检修条件较差，尤其是上层设备的检修较困难。在人多地少及高产良田地区，或因地形条件限制不宜建造中

41、型配电装置时，220kV配电装置宜采用高型配电装置。综合两种配电装置，220kV应选择高型配电装置。5.2 110kV配电装置普通中型配电装置：普通中型配电装置为单母线分段，出线带旁路断路器，分段断路器兼做旁路断路器。出线回路的断路器和变压器回路的断路器，分别布置在主母线两侧，故称为断路器的双列布置。所有断路器也可布置在母线架与出线架之间，称为断路器单列布置。母线采用钢芯铝绞线，用悬式绝缘子悬挂在母线门型架上。配电装置的构架，由钢筋混凝土环形杆和以钢材焊成的横梁组成，间隔宽度为8m；采用少油断路器；所有电气设备为高位布置，安装在混凝土支架上。普通中型配电装置的特点：布置比较清晰、不易误操作，运

42、行可靠，施工和维护都比较方便，构架高度较低，抗震性能好，所有钢材少，造价较低，并有多年的运行经验。但由于在母线下面不布置任何设备，普通中型配电装置占地面积较大。目前，110kV一般已极少采用。半高型配电装置：110kV单母线分段带旁路母线的半高型配电装置是将旁路母线架抬高为12.5m并将旁路隔离开关安装在7.5m高的构架横梁上，这样便于进线接于旁路母线，其他设备的布置与一般中型布置相同，因此保留了中型配电装置在运行、维护和检修方面的大部分优点,而其占地面积仅为普通中型的75。110kV半高型配电装置，因为构架较低，不需专设上层的操作维护走道，占地面积较普通中型少，钢材消耗比高型少，又有检修方便

43、的优点，故110kV屋外配电装置应优先采用半高型。综合两种装置，110kV应选择半高型配电装置。5.3 10kV配电装置10kV配电装置选户内开关柜按断路器安装方式分为移开式(手车式)和固定式 ： (1)移开式或手车式(用Y表示)：表示柜内的主要电器元件(如:断路器)是安装在可抽出的手车上的，由于手车柜有很好的互换性,因此可以大大提高供电的可靠性，常用的手车类型有:隔离手车、计量手车、断路器手车、PT手车、电容器手车和所用变手车等，如KYN28A-12。 (2)固定式（用G表示）：表示柜内所有的电器元件（如:断路器或负荷开关等）均为固定式安装的，固定式开关柜较为简单经济，如XGN2-10、GG

44、-1A等。 用途 ：1.KYN-10户内交流金属铠装移开式开关设备（以下简称手车式柜）手车柜适用于交流50Hz额定电压310kV中心点不接地的单母线及单母线分段系统的户内成套配电装置,供各类型发电厂，变电站及工矿企业作为接受和分配网络电能对电路实行控制保护监测。 2.KYN-(F-C)型户内铠装双层移动开式交流金属封闭开关设备系3.612kV，三相交流50Hz,单母线及单母线分段系统的户内成套开关设备，主要作为发电厂，变电所，冶金，造纸，石化，纺织及工矿企业的高压配电装置，可用于电动机，变压器和电容器的控制与保护。 3.KYN-12/1250-31.5户内铠装移开式交流金属封闭开关设备系3.6

45、12kV，三相交流50Hz,单母线及单母线分段系统的成套配电装置。主要用于发电厂，中小型发电机送电，工矿企事业配电以及电业系统的二次变电所的受电，送电及大型高压电动机起动等，实行控制保护，监测之用。6防雷保护6.1 防雷保护的设计变电站是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生雷击事故，将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏，绝大多数不能自行恢复会严重影响国民经济和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。变电站的雷害来自两个方面，一是雷直击变电站，二是雷击输电线路后产生的雷电波沿线路向变电站侵入，对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避

46、雷针（线）的保护范围之内，此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。对侵入波防护的主要措施是变电站内装设阀型避雷器，以限制侵入变电站的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过其耐压值，同时在距变电站适当距离内装设可靠的进线保护。避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备，避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或装设在配电构架上，或独立装设，避雷线主要用于保护线路，一般不用于保护变电站。避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。避雷线的作用原理

47、与避雷针相同，主要用于输电线路的保护，也可用来保护发电厂和变电所。对于输电线路，避雷线除了防止雷电直击导线外，同时还有分流作用，以减少流经杆塔入地的电流，从而降低塔顶电位。而且避雷针对导线的耦合作用还可降低导线上的感应过电压。防雷接地装置向大地泄放雷电流，目的是减小雷电流通过接地装置的地电位升高。6.2 输电线路的防雷措施（1）架设避雷线（2）降低杆塔接地电阻（3）架设耦合地线（4）采用不平衡绝缘方式（5）装设自动重合闸（6）采用中性点经消弧线圈接地方式（7）装设管型避雷器6.3 直击雷过电压防护直击雷过电压防护主要是在发电厂和变电所内的适当位置装设适当数量和适当高度的避雷针（线）作为保护，所

48、有被保护设备必须处于避雷针或避雷线的保护范围之内。此外，还应采取措施防止雷击避雷针时的反击事故。避雷针按照其装设方式分为独立避雷针和构架避雷针。构架避雷针是装在配电装置构架上的避雷针的简称。它具有造价低廉，便于布置等优点。但必须满足构架避雷针的接地装置与变电站的接地网的连接点离主变压器接地装置与变电站接地网的连接点之间的距离不应小于15，目的在于防止主变压器被反击，由于变压器的绝缘较弱又是变电站中最重要的电气设备，故在变压器门型构架上不应装设避雷针。对35kV及以下变电站宜装设独立避雷针，独立避雷针有自己专用的支座和接地装置，其接地电阻一般不超过10欧姆。110kV及以上的配电装置，一般将避雷

49、针装在构架上。发电厂厂房一般不装设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。6.4 雷电侵入波的过电压防护（1）所内安装避雷器保护装设避雷器是发电厂、变电站对雷电侵入波过电压进行防护的主要措施。它的保护作用主要是限制雷电侵入波过电压的幅值。（2）变电站进线段保护（3）旋转电机的防雷保护6.5 防雷保护计算说明6.5.1 防雷方案的确定（1）由于屋外配电装置的电压等级为110kV和220kV可以采用架构避雷针，并根据需要辅以独立式避雷针对整个屋外配电设备进行保护。避雷针的高度一般取2030米，本变电站的220kV配电装置最高高度为18.5米，110kV配电装置最高高度为12.5米，拟采用30

50、米高的多支避雷针实施保护。（2）主控室、10kV配电室等钢筋混凝土结构的建筑物采用钢筋焊接成网接地的防雷方式。（3）对入侵雷电波的防护选用合适的避雷器。表6.1 变电站进行防雷保护的对象和措施序号建筑物及构筑名称建筑物的结构特点防雷措施1110kV及以上配电装置钢筋混凝土结构在框架上装设避雷针或装设独立避雷针2变压器装设独立避雷针3屋外组合导线及母线桥装设独立避雷针4主控楼钢筋混凝土结构钢筋焊接成网并接地5屋内配电装置钢筋混凝土结构6.5.2 避雷针的布置（1）多支避雷针的多边形，划分成若干个三支避雷针的三角形，划分时必须是相邻近的三支避雷针。（2）每三支避雷针，其相邻两支保护范围的一侧最小宽

51、度bx0则全部面积才能受到保护。（3）多支避雷针的外侧保护装置方法应分别按不等高和等高两针保护范围方法确定。两支等高避雷针保护范 (6-1)式中当 bx=(h0-hx)； (6-2)当hxh0/2 bx=1.5h0-2hx。 (6-3)在被保护物高度hx水平面上，其保护半径rx为, (6-4), (6-5)式中 h避雷针高度；h0两针间保护最低点的高度；D两针间的距离；bx两针间hx高度水平面上保护范围的一侧最小宽度；p避雷针高度影响系数，当时 p=1， (6-6)6.5.3 避雷器的装设（1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外。（2）三绕组变压器低压侧的一相上宜设

52、置一台避雷器。（3）110220kV线路侧一般不装设避雷器。6.5.4 避雷器参数选择（1）避雷器灭弧电压选择；（2）避雷器的雷电冲击保护水平；（3）普通阀型避雷器的工频放电电压Ugf； （4）流通容量。 避雷器的选择结果：表6.2 避雷器选择产品型号系统标称电压（kV）避雷器额定电压（kV）避雷器持续运行电压（kV）Y10W-192/500220192146Y5W-100/26011010078HY5WZ-17/45101713.67变压器及线路的继电保护配置7.1 变压器保护7.1.1 主变压器保护 电力变压器是电力系统中大量使用的重要的电气设备，它的故障将对供电可靠性和系统正常运行带来严

53、重的后果，同时大容量变压器也是非常贵重的设备，因此必须根据变压器的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。 变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路；油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。变压器的不正常工作状态主要由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低。 对于上述故障和不正常工作状态变压器应装设如下保护： （1）为反应变压器油箱内部各种短路和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器，应装设瓦斯保护。 （2）为反应变压器绕组和引线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引

54、线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器， 以及6.3MVA及以上的所用变压器，应装设纵差保护。 （3）为反应变压器外部相间短路引起的过电流和同时作为瓦斯、纵差保护(或电流速断保护)的后备应装设过电流保护。例如，复合电压起动过电流保护或负序过电流保护。 （4）为反应大接地电流系统外部接地短路，应装设零序电流保护。 （5）为反应过负荷应装设过负荷保护。7.1.2 变压器保护的配置原则针对电力变压器的故障和不正常运行状态，根据有关技术规程的规定，电力变压器应装设以下主保护和后备保护。（1）电力变压器的主保护：电力

55、变压器的主保护主要包括瓦斯保护、纵联差动保护及电流速断保护等。瓦斯保护：变压器的瓦斯保护是针对变压器油箱内的各种故障以及油面降低而设置的保护。其中轻瓦斯保护动作于新号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧的断路器。对于容量在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，应装设瓦斯保护。纵联差动保护或电流速断保护：为防止变压器绕组、套管及引出线上的故障，根据变压器容量的不同，应装设纵联差动保护或电流速断保护。电流速断保护：用于10000kVA及以下的变压器，且其过电流保护的动作时限大于0.5s。（2）后备保护：后备保护有过电流保护、低电压起动的过电流保护、微机型复合电压

56、起动的方向过电流保护、微机型变压器阻抗保护。7.2 线路的继电保护7.2.1 220kV线路保护220kV线路保护装置采用微机保护装置，有以下功能配置：高频闭锁距离保护，瞬时切除全线路上任一处故障；高频闭锁方向保护，快速切除全线路范围内的各种故障；阶段式距离保护，由三段式相间距离保护和三段式接地距离保护组成，作为高频保护的后备保护；三段式零序电流方向保护；断路器失灵保护，在主断路器拒动时切除故障；自动重合闸装置：线路发生故障切除故障后，实现自动重合。 7.2.2 110kV线路保护110kV线路保护装置采用微机保护装置，有以下功能配置：阶段式距离保护，由三段式相间距离保护和三段式接地距离保护组

57、成，实现110kV线路主保护；四段式零序电流方向保护；自动重合闸：线路发生故障切除故障后，实现自动重合；重合闸具有检同期、检无压、不检三种方式，重合闸启动方式以保护起动及开关位置不对应起动两种方式；保护具有多组定值切换、相继动作、后加速、自动重合闸、录波等功能。7.2.3 10kV线路保护10kV线路保护采用微机保护保护装置，有以下功能配置：电流速断保护，设有速断、三相式延时过流及后加速保护，零序过流保护。具备三相一次重合闸功能，安装于开关柜上。7.2.4 母线保护220kV和110kV母线采用电流相位比较式保护，10kV母线采用两相两段式不完全母线差动保护。8计算部分8.1 短路电流计算8.1.1 220kV侧短路电流的计算解：S100MVA，UUaV变压器各绕组短路电压百分数： U1%1/2(U12%U31%U23%) 1/2(14.023.07.0） 15.0 U2%1/2(U12%U23%U31%) 1/2(14.07.023.0) 1.0 U3%1/2(U31%U23%U12%) 1/2(23.07.014.0） 8.0 X1() 15/100() 0.125 X2() 1.0/100() 0.008