220kv变电站毕业设计

本文格式为Word版，下载可任意编辑——220kv变电站毕业设计国泰220kV一次降压变电所电气部分设计

中文摘要

本文主要对220kV一次降压变电所电气部分进行设计，根据任务书的要求，设计的主要内容包括主变选择、电气主接线的拟定、短路计算、电气设备选择、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划以及防雷保护的规划等主要工作。本文中对主变的选择、电气主接线的拟定、配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划进行了详细的说明，特别是对主变继电保护的规划、动作原理等内容进行了深入的研究和思考。本文重点的计算部分包括短路计算、设备的选择校验计算、和避雷针的保护范围计算等部分。其中短路计算包括对称短路计算和不对称短路计算两部分，分别应用了计算曲线和正序等效原则；防雷计算中采用了等针高的计算方式。

本次设计既满足了电力系统的安全、经济、可靠、环保的基本要求，又重视了电力系统的长期规划长远的发展，重视了解和应用电力系统的新技术新设备，变电所进行设计，是一次较为综合性的实践过程。是对以往所学专业知识的系统总结和提高。本设计属于变电所电气部分初步设计，能够基本满足任务书和毕业论文的总体要求。

关键词变电所，电气系统，短路计算，电气设备

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Abstract

InthispaperTheprofessionalgraduateinsysteminelectricpowerdesignisoncemoresynthesizeoftraining,itiswewillduringtheperiodofschoolaprofessionforlearningknowledgeproceedtheoriesandpracticeverygoodcombination,makeuseofthetheoriesknowledgeproceedswithaprofessionforlearningtechnicalabilityengineeringdesignwithsciencestudy.Thisgraduatedesignthesisisa220kVdecliningtopresstochangetogiveorgetanelectricshockanelectricitypartsoffirststepsdesign.Forthesakeofdependablethatguaranteethepowersupplywitharequestthatcontentedlong-termburthen,carriesaccordingtotheforwardtheprogrammingproceedingdesigndevelopments,frombutguaranteetochangetogiveorgetanelectricshockcanlong-termdependablepowersupply.

Thisdesignnotonlymeetsthepowersystemsecurity,economic,reliable,basicrequirementsofenvironmentalprotection,butalsotothelong-termpowersystemplanninglong-termdevelopment,focusingonunderstandingandapplicationofnewtechnologiesandnewpowersystemequipment,substationdesign,isamoreintegratedpractice.Istheknowledgelearnedinthepastandupgradethesystem.Thisdesignispartofthepreliminarydesignofelectricalsubstationsandcanbasicallymeettheoverallmissionstatementandtheserequirements.

KeyWordsubstation，electricpowersystem，shortcomputing，electricityequipment

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国泰220kV一次降压变电所电气部分设计

目录

目录III第一部分说明书11主变压器的选择1

1.1主变选择的有关规定1

1.2主变选择的原则1

1.2.1主变台数的确定11.2.2变压器形式的选择11.2.3主变容量的确定22电气主接线的选择3

2.1概述32.2主接线的设计原则3

2.2.1考虑变电所在电力系统中的地位和作用32.2.2考虑近期和远期的发展规模32.2.3考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响32.2.4考虑主变台数对主接线的影响42.2.5考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响42.3主接线设计的基本要求4

2.3.1可靠性42.3.2灵活性42.3.3经济性52.4主接线的确定5

2.4.1对原始资料的分析52.4.2主接线方案的拟定5

3短路计算8

3.1概述83.2短路电流计算的主要目的83.3短路计算中的一般规定83.4电路元件参数的计算9

3.4.1基准值93.4.2各元件参数标么值计算93.4.3标么值表示的等值网络93.5三相短路电流周期分量计算10

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3.5.1影响短路电流变化规律的主要因素103.5.2应用计算曲线的具体步骤如下：10

4电气设备的选择11

4.1概述11

4.1.1一般原则114.1.2选择的一般问题114.1.3选择项目的说明114.2高压断路器的选择124.3高压隔离开关的选择124.4母线选择13

4.4.1软导线介绍134.4.2一般要求144.4.3导体截面积的选择与校验144.5电流互感器14

4.5.1参数选择144.5.2一次额定电流选择154.5.3电流互感器确凿级154.5.4热稳定和动稳定校验154.6电压互感器16

4.6.1电压选择164.6.2确凿度选择164.7避雷器17

4.7.1避雷器的参数174.7.2避雷器的配置17

5配电装置19

5.1屋内外配电装置的安全净距19

5.1.1概述195.1.2分类及特点195.1.3屋内外配电装置的安全净距195.2屋外配电装置215.3设计原则215.4设计要求22

5.4.1满足安全净距的要求225.4.2施工、运行和检修的要求225.5配电装置形式的选择236继电保护及自动化装置规划设计24

6.1继电保护在电力系统中的作用246.2继电保护的基本要求24

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6.3选择保护配置及构成方案时的基本要求246.4主要设备继电保护配置25

6.4.1变压器保护256.4.2母线保护266.4.3线路保护266.5自动化装置配置27

6.5.1自动重合闸276.5.2备用电源自动投入装置27

7过电压保护28

7.1概述287.2配电装置的防雷保护287.3防雷设计要求和所需资料28其次部分计算书301主变压器的容量计算30

1.1变电所60kV的用户总容量301.2变压器的容量301.3主变压器容量的选择302短路电流计算32

2.1系统等值网络32

2.1.1系统等值电路图322.1.2各元件电抗标幺值的计算322.2K1点短路电流计算33

2.2.1网络化简332.2.2短路电流计算352.3K2点短路电流计算36

2.3.1网络化简362.3.2短路电流计算382.3.3短路电流计算结果39

3设备的选择计算40

3.1断路器的选择40

3.1.1220kV侧断路器的选择403.1.260kV侧断路器的选择423.2隔离开关选择44

3.2.1220kV侧隔离开关的选择443.2.260kV侧隔离开关选择453.3电压互感器选择473.4电流互感器的选择48

3.4.1220kV侧电流互感器选择48

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（1）调度要求：可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特别运行方式下的调度要求

（2）检修要求：可以便利的停运断路器，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：可以简单的从初期过度到终期接线，便在扩建时，无论一次和二次设备改造最小。

2.3.3经济性

主接线在满足可靠性与灵活性要求的前提下要做到经济合理，减小占地面积，减少电能损耗，尽量节省投资。

2.4主接线的确定

2.4.1对原始资料的分析

根据任务书上所给的原始资料可知，本次设计的变电所的电压等级为220/60kv，为一次降压变电所的目的主要是为重工业城市的工业区工厂供电（有重要负荷）。该变电所有两个电压等级，分别为220kV和60kV。220kV侧有两回进线，60kV侧有12回出线。

2.4.2主接线方案的拟定

根据该变电所的电压等级和进出线回数

220kv侧：可采用的主接线形式有单母分段接线和单母分段带旁路母线接线(1)单母分段接线

出线回路数增多时，单母线供电不够可靠，一台断路器检修该回路停电，母线故障相应回路停电，两段母线同时停电的机率较小，不可能全所停电，而需用断路器将母线分段，成为单母线分段接线。

优点：

1)接线简单，经济，便利；2)用断路器把母线分段后，可以进行分段检修，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；

3)当一段母线发生故障分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不休止供电和不致使重要用户停电。

缺点：

1)当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；2)当出线为双回路时，常使架空线路出现交织跨越；3)扩建时需向两个方向均衡扩建.

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单母线分段接线如图2.1

图2.1单母线分段

单母分段带旁路母线接线形式

规程规定，采用母线分段或双母线的110-220kV的配电装置，在满足以下条件时可以不设旁路母线：当系统允许停电检修时，如为双回路供电或负荷点可又线路其他电源供电；当线路允许断路器停电检修；配电装置为屋内型为俭约配电面积可不设旁路母线而用简易隔离开关代替；采用维修周期较长的SF6断路器或全封闭组合电器。优点：

1)一台断路器检修该回路不停电，供电可靠性加强；2)母线故障可保住更多重要负荷；缺点：

1)增加一台断路器的投资；2)占地面积大

单母分段带旁路母线形式接线如图2.2

WPQFP

图2.2单母线分段带旁路母线

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由上分析可知，本次设计采用设计的初步计划用SF6断路器，且变电所本身220kV侧为2回出线，出线回路数较少，因此经济性可靠性等多方面分析，采用单母线分段。

60kV侧：可采用的主接线方式有双母线接线，双母分段接线以及双母带旁路接线。根据《变电所设计》所述，有可能停电检修断路器，并且60kV侧所有用户都为双回路供电，因此可不设旁路母线。

(1)双母线优点：

1）可以轮番检修母线而不致中断供电；

2）检修任一回路隔离开关时，只停该回路，母线故障后，可迅速恢复供电；3）调度灵活，各电源和负荷回路可以任意分派到某一组母线上；4）有利于扩建和便于试验。

缺点：使用设备多（特别是隔离开关），配电装置繁杂，投资较多；在运行中隔离开关作为操作电器，简单发生误操作。接线方式如图2.3

图2.3双母线接线方式

(2)双母带旁路接线

这种接线方式具有很高的可靠性和灵活性，但增加了母联断路器和旁路断路器数量，配电装置投资较大。

综上所述，虽然本次设计任务书中，所有用户都有重要负荷，但都为双回路供电，双母线接线就可以满足供电可靠性与灵活性。为了减少电气设备，节省投资，不选用双母带旁路接线方式。所以二次侧接线方式确定为双母线接线方式。

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3短路计算

3.1概述

所谓短路是指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。

产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因设备过电压、直接遭遇雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路杆塔也能造成短路事故。所谓短路是指相与相之间通过电弧或其他较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。

三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路以及两相接地短路。

由电力系统的运行经验说明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机遇最少，但状况较严重，应给以足够的重视。从短路计算方法来看，一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都可归结为对称短路的计算。

在短路过程中，短路电流是变化的，其变化状况决定与系统容量的大小，短路点距电源的远近，系统内发电机是否有调压装置等因素。根据线路电流的变化状况，寻常把电力系统分为无限容量系统和有限容量系统两大类。

为了校验和选择电气设备及载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用到下述短路电流值：短路电流的冲击值，最大有效值，次暂态短路电流有效值，以及短路后不同时刻的短路电流周期分量有效值，而短路时刻由网络中的条件及所要选用设备的参数确定。

3.2短路电流计算的主要目的

（1）电气主接线的比较与选择。

（2）选择断路器等电器设备，或对这些设备提出技术要求。（3）为继电保护的设计以及调试提供依据。

（4）评价并确定网络方案，研究限制短路电流的措施。

3.3短路计算中的一般规定

（1）验算导体和电器动稳定，热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规则（一般为本期工程建成后5～10年）。

（2）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

（3）导体和电器的动稳定，热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。

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3.4电路元件参数的计算

3.4.1基准值

高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、线路等）的电抗采用标准值计算。为了计算便利，寻常取基准容量Sj=100MVA，或Sj=1000MVA，基准电压Uj一般用各级的平均电压，即Uj=Up=1.05Ue。

当基准容量Sj（MVA）与基准电压Uj（kV）选定后，基准电流Ij（kA）与基准电抗Xj（Ω）便已确定，如下式：基准电流：

Ij?Sj3Uj（3.1）

基准电抗：

Xj?Uj3Ij?UjSj2（3.2）

3.4.2各元件参数标么值计算

电路元件的标么值为有名值与基准值之比，采用标么值之后，相电压和线电压的标么值是一致的，单相功率和三相功率的标么值也是一致的，这是标么值的优点之一。某些物理量可以用标么值相等的的另一些物理量来代替，如I*=S*，这是标么值的另一个优点。

3.4.3标么值表示的等值网络

按平均额定电压之比计算：发电机

??*XG=XdSjSN(3.3)

变压器

SjUd%XT=×(3.4)

100SN线路

XL=Xl?l?

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SjUp2(3.5)

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3设备的选择计算

3.1断路器的选择

3.1.1220kV侧断路器的选择

最大持续工作电流为

Igmax?1.05?IN?1.05?63000?166.06A?IN(3.1)

3?230电网额定电压UNS?220kV，查询电气设备手册，根据电网电压和最大持续工作电流，宜选用LW1—220/1250型断路器，其参数如表3.1：

表3.1220kV侧断路器参数

型号额定电压（kV）额定电流（A）最高工作电压(kV)额定开断电流(kA)动稳定电流(kA)4S热稳定电流(kA)

LW6B-220220315025240/508031.5

周期分量热效应：

Qp?2I??2?10It2?Itkk2122.6062?10?2.852?2.8522tk??4?32.05?kA??s(3.2)

12由于tk>1s，故不计非周期热效应。短路电流引起的热效应：

QK?QP?32.05(kA)2?s

冲击电流：

ish=1.8?2I\=2.55?2.606=6.645kA(3.3)

断路器的有关参数与计算结果比较如表3.2：

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表3.2断路器参数与计算结果比较

计算数据

LW6B—220型断路器

UNs220kV

UN220kVIgmax166.06A

IN3150A

I??2.606kA

INbr31.5kAish6.645kA

iNc180kA

Qk

32.05(kA)2?sI2t?t

3969(kA)2?sish6.645kAies80kA

LW6B—220合格。

(1)按电压选择：

短路器的工作电压UN=220kV，满足工作要求。

(2)最大持续工作电流选择：

IN?125A0?Igmax满足要求。

(3)按额定开断电流校验：

INbr?31.5kA,I(??0)=2.606kA

INbr?I\满足要求。

(4)按额定关合电流校验：

INc1?80kA，ish=6.645

INc1?ish满足要求。

(5)动稳定校验：

ies?80kA,ish=6.645kAies?ish满足动稳定要求。(6)热稳定校验：

由于tk=4s>1s，故不计非周期分量热效应

I(??0)=2.606kAItk=2.85kAItk=2.85kA

2-41-

(3.4)(3.5)

(3.6)

(3.7)

由表可见各项条件均满足，故所选断路器

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Qp?I??2?10It2?It2kk2122.6062?10?2.852?2.8522tk??4?32.05?kA??s

122?kA??sQN?I2t?31.52?4?3969QK?QN(3.8)

满足热稳定要求。

3.1.260kV侧断路器的选择

最大持续工作电流为

Igmax?1.05?IN?1.05?630003?63?606.24A

电网额定电压UNS?60kV，查询电气设备手册，根据电网电压和最大持续工作电流，宜选用LW?63型六氟化硫断路器，其参数如表3.3：

表3.360kV侧断路器参数

型号额定电压（kV）额定电流（A）最高工作电压(kV)额定开端电流(kA)动稳定电流(kA)4S热稳定电流(kA)

LW?63

63125072.5258025

周期分量热效应

Qp?2I??2?10It2?Itkk2123.3722?10?3.112?3.1122tk??4?39.254?kA??s

12由于tk>1s，故不计非周期热效应。短路电流引起的热效应：

QK?QP?39.254?kA??s

2冲击电流：

ish=1.8?2I\=2.55?3.372=8.599kA

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断路器的有关参数与计算结果比较如表3.4：

表3.4断路器参数与计算结果比较

计算数据

LW-63

UNs60kV

UN63kV

Igmax606.24A

I??3.372kA

IN1250A

INbr25kAiNc163kA

22500(kA)2?sI?tt

ish8.599kA

39.254(kA)2?sQk

ish8.599kAies25kA

由表可见各项条件均满足，故所选断路器LW?63合格。

(1)按电压选择：

断路器的工作电压UN=63kV满足要求。

(2)最大持续工作电流选择：

IN?1250A?Igmax

满足要求。

(3)按额定开断电流校验：

INbr?25kA，I(??0)=3.372kAINbr?I\

满足要求。

(4)额定关合电流校验：

INc1?63kA，ish=8.599kA

INc1?ish

满足要求。(5)动稳定校验：

ies?63kA，ish=8.599kA

ies?ish

满足动稳定要求。(6)热稳定校验：

由于tk=4s>1s，故不计非周期分量热效应

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QP?39.254(kA)2?s，QK?QP

?kA??sQN?I2t?252?4?25002QK?QN

满足热稳定要求。

3.2隔离开关选择

3.2.1220kV侧隔离开关的选择

由于最大持续工作电流Igmax?166.06A，电网额定电压UNS?220kV，查询相关设计手册可选择GW6-220G剪刀式隔离开关，其参数如下表3.5：

表3.5220kV隔离开关参数

型号额定电压（kV）额定电流（A）

GW6—220G

2201000

80

极限通过电流峰值（kA）

热稳定电流（kA）

31.5(4s)

根据断路器的选择中式(3.2)和式(3.3)可知，短路电流热效应QK?QP?32.05(kA)2?s，冲击电流ish=6.645kA，隔离开关的有关参数与计算结果比较如下表3.6：

表3.6隔离开关参数与计算结果比较

计算数据

GW6—220G

UNs220kV

UN220kV

Igmax166.06A

32.05(kA)2?sQk

IN1000A

23969(kA)2?sI?tt

ish6.645kAies80kA

由表可见各项条件均满足，故所选GW6—220G型隔离开关合格。

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（2）二次级的数量决定于测量仪表、保护装置和自动装置的要求。一般状况下，测量仪表与保护装置宜分别接于不同的二次绕组，否则应采取措施，避免相互影响。

4.5.2一次额定电流选择

当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表的最正确工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。

为了确保所供仪表的确凿度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。

4.5.3电流互感器确凿级

为了保证测量仪表的确凿度，互感器的确凿级不得低于所供测量仪表的确凿级。当所供仪表要求不同确凿级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的确凿级。

用于电度计量的电流互感器，确凿度不应低于0.5级，用于电流电压测量的确凿级不应低于1级，非重要回路可使用3级。

4.5.4热稳定和动稳定校验

电流互感器的热稳定校验只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行。电流互感器的热稳定能力常以1S允许通过的热稳定电流It或一次额定电流IN1的倍数Kt来表示，故热稳定应按下式校验：

22It≥Qk或?KtIN1?t≥Qk(4.7)

电流互感器内部动稳定能力，常以允许通过的动稳定电流Ies或一次额定电流最大值(2IN1)的倍数动稳定电流倍数Kes表示，故内部动稳定可用下式校验：

Ies≥Ish或

2IN1Kes≥Ish(4.8)

本次设计中，220kV侧选择LB6-220型电流互感器60kv侧选择LCWB5型电流互感器，其参数如表4.3所示：

4.3220kV和60kV电流互感器参数额定型号电流比A

（1S）额定动额定输出短时二次组合确凿级热稳定电抽头VA-15-

稳定电流kA额定电压最高工作电压kV流kAkV沈阳工程学院毕业设计

续上表

5P20/5P25/LB6-220300/55P20/5P20/0.25P255021（5S）55220252LCWB51500/50.5/B/BB50501256066L—电流互感器；B—保护级；6—设计序号；220（60）—额定电压(kV)

4.6电压互感器

4.6.1电压选择

(1)一次回路电压的选择

为了确保电压互感器安全和在规定的确凿等级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压UNS应在（0.8～1.2）UN1范围内变动

(2)二次回路电压的选择

电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求。

4.6.2确凿度选择

电压互感器的确凿度是在额定二次负荷下的确凿级次。必需按测量仪表要求的最高确凿度选择。两个电压等级均选用串级式瓷绝缘电压互感器。其参数如表所示：

表4.4220kV和60kV电压互感器参数额定电压产品型号一次绕组JDCF-220220/3JDC5-6060/3二次绕组测量绕组0.1/3保护绕组0.1/30.1/30.10.1/310010030050020002000剩余电压绕组二次绕组额定输出0.2级0.5级1级3P级剩余电压绕组额定输出/VA500300J—电压互感器；C—串级式；C—瓷绝缘；220（60）--额定电压（kV）

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4.7避雷器

4.7.1避雷器的参数

普通阀型避雷器有FS型和FZ型两种。FS型主要使用于配电系统，FZ型使用于发电厂和变电所。FZ型避雷器均由结构和性能标准化的单件组成，其单件的额定电压分别为3、6、10、15、20kV和30kV。因此，可由不同单件组成各种电压等级的避雷器，如FZ—35型避雷器是由两个FZ—15型避雷器串联而成。

避雷器的主要技术参数如下：（1）额定电压。避雷器的额定电压必需与安装避雷器的电力系统的电压等级一致。（2）灭弧电压。灭弧电压是保证避雷器能够在工频续流第一次经过零值时，根据灭弧条件所允许加至避雷器的最高工频电压。对35kV及以下的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作线电压的100%～110%；对110kV及以上中性点接地系统的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作线电压的80%。

（3）工频放电电压。对工频放电电压要规定其上、下限。工频放电电压太高则意味着冲击放电电压也高，将使其保护特性变坏；工频放电电压太低，意味着灭弧电压太低，将会造成不能可靠地切断工频续流。

（4）冲击放电电压。冲击放电电压是指预放电电压时间为1.5～20?s的冲击放电电压，与5kA（对330kV为10kA）下的残压基本一致。

（5）残压。在防雷计算中以5kA下的残压作为避雷器的最大残压

（6）保护比。保护比等于残压与灭弧电压之比。保护比越小说明残压越低或灭弧电压越高，其保护特性越好。FZ和FCD系列避雷器的保护比约在2.3～2.6范围内，FCZ系列避雷器的保护比则为1.7～1.8。

4.7.2避雷器的配置

阀型避雷器的安装位置和组数，应根据电气设备的雷电冲击绝缘水平和避雷器特性以及侵入波陡度，并结合配电装置的接线方式确定。

断路器、隔离开关、耦合电容器的绝缘水平比变压器为高。因此，避雷器至这些设备的最大允许距离可增大。

避雷器的配置原则如下：

（1）配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器。

（2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。

（3）330kV及以上变压器和并联电抗器处必需装置避雷器，并应尽可能靠近设备本体。（4）220kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

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（5）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。

（6）自耦变压器必需在其两个自耦绕组出线上设置避雷器，并应接在变压器与断路器之间。

（7）以下状况的变压器中性点应装设避雷器：

1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘切且装有隔离开关时。

2）直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。

3）不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。（8）连接在变压器低压侧的调相机出线处宜装设一组避雷器。（9）发电厂变电所35kV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。（10）直配线发电机和变电所10kV及以下，进线段避雷器的配置应遵照《电力设备过电压保护设计技术规程》执行。

氧化锌避雷器长持续时间电流冲击放电能力表征了避雷器的通流容量，在标称放电电流范围以内，雷电冲击容量一般可不进行校验。

表4.5避雷器的参数系统型号额定电压/kVY10W-216/526220避雷器额定电压/kV216持续运行电压/kV146Y5W-69/224636963

221188562478雷电冲击残压/kV操作冲击残压/kV备注标称放电电流为10A标称放电电流为5AY—金属氧化锌避雷器；10（5）--标称放电电流（kA）；W--结构特征，无间隙

变压器避雷器中性点避雷器选择结果如表4.6

表4.6避雷器的参数型号额定电压灭弧电压有效值/kV有效值/kV110100工频放电电压枯燥及雨淋有效值/kV不小于224不大于268冲击放电电压/kV（预放电时间1.5～2?s）小于310冲击残压/kV（不大于）3kA3325kA350FZ-110JY—金属氧化锌避雷器；10（5）--标称放电电流（kA）；W--结构特征，无间隙

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5配电装置

5.1屋内外配电装置的安全净距

5.1.1概述

配电装置是按主接线要求由开关设备、保护电器、测量仪表、母线和必要的辅助设备等组成。它的主要作用是：接受电能，并把电能分派给用户。

5.1.2分类及特点

按电气设备安装地点不同，配电装置可分为屋内式和屋外式。按其组装方式，又可分为：如在现场组装配电装置的电气化设备，称为装配式配电装置；若在制造厂把属于同一回路的开关电器、互感器等电器设备装配在封闭或不封闭的金属柜中，构成一个独立的单元，成套供应，则称为成套配电装置。高压开关柜、低压配电盘和配电箱等均是成套配电装置。

屋内配电装置的特点：（1）占地面积小。（2）不受气候影响。

（3）外界污秽空气对电气设备影响小。（4）房屋建筑投资较大。屋外配电装置的特点：

（1）土建量和费用小，建设周期短。（2）扩建便利。

（3）相邻设备间距较大，便于带电作业。（4）占地面积小。

（5）受外界气候影响，设备运行条件差。（6）外界气象变化影响设备的维修和操作。

大中型变电所中35kV及以下的配电装置，多采用屋内配电装置；110kV及以上多为屋外配电装置。在特别状况下，如当大气中含有腐浊性气体或处于严重污秽地区的35～110kV也可以采用屋内配电装置。在农村或城市郊区的小容量6～10kV也广泛采用屋外配电装置。

5.1.3屋内外配电装置的安全净距

安全净距是从保证电气设备和工作人员的安全出发，考虑气象条件及其它因素的影响所规定的各电气设备之间、电气设备各带电部分之间、带电部分与接地部分之间应保持的

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最小空气间隙。

表5.1屋外配电装置安全净距符号1.带电部分至接地部分之间2.网状和板状遮拦向上A1延伸线距地2.5m处，与遮拦上方带电部分之间1.不同相的带电部分之A2额定电压（kV）适用范围3～1015～203560110J110220J330J500J2003004006509001000180025003800间2.断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间1.设备运输时，其外廓至无遮拦带电部分之间2.交织的不同时停电检B1修的无遮拦带电部分之间3.栅状遮拦至绝缘体和带电部分之间4.带电作业时的带电部分至接地部分之间B22003004006501000110020002800430095010501150140016501750255032504550网状遮拦至带电部分之间1.无遮拦裸导体至地面之间30040050075010001100190026003900C2.无遮拦裸导体至建筑物、构筑物顶部之间1.平行不同时停电检修无遮拦带电部和带270028002900310034003500430050007500D电部分与建筑物、构筑物的边缘部分之间220023002400260029003000380045005800配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修和运行的安全距离等因素

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而决定的。对于敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，即A1和A2值。在这一间距下，无论为正常工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。A值可根据电气设备标准试验电压和相应电压与最小放电距离试验曲线决定，其它电气距离是根据A值并结合一些实际因素确定的。

安全净距可分为A、B、C、D、E五类。屋内配电装置的安全净距不应小于下表1所列数值。屋内电气设备外绝缘体最底部位距地小于2.3m，应装设固定遮拦。屋外配电装置安全净距不应小于表2所类数据。屋外配电装置使用软导线时，还应考虑软导线在短路电动力、风摆、温度等因素作用下使相间及对地距离的减小。屋外电气设备外绝缘体距地小于2.5m时，应装设固定遮拦。（注：J系指中性点接地系统）

5.2屋外配电装置

根据电气设备和母线的布置高度，屋外配电装置可分为低型、中型、半高型和高型等。

在低型和中型屋外配电装置中，所有电气设备都装在地面设备支架上。低型的主母线一般都由硬母线组成，而母线与隔离开关基本布置在同一水平面上。中型配电装置大都采用悬挂式软母线，母线所在水平面高于电气设备所在水平面，但近年来硬母线采用日益增多。在半高型和高型屋外配电装置中，电气设备分别装在几个水平面内，并重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。假使仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。高型布置中母线、隔离开关位于断路器之上，主母线又在隔离开关之上，整个配电装置的电气设备形成了三层布置，而半高型的高度则处于中型和高型之间。

我国目前采用最多的是中型配电装置，近年来高型配电装置的采用也有所增加，而高型由于运行、维护、检修都不便利，只是在山区及丘陵地带，当布置受到地形条件限制时才采用。

5.3设计原则

变电所的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理状况及环境条件，因地制宜，俭约用地，并结合运行、检修和安装的要求，通过技术经济比较予以确定。在确定配电装置型式时，必需满足以下四点要求：（1）俭约用地

我国人口众多，但是耕地不多。因此，俭约用地是我国现代化建设的一项带战略性的方针。配电装置少占地，不占良田和避免大量开挖土石方是一条必需认真贯彻的重要政策。（2）运行安全和操作巡查便利

配电装置整齐明了，并能在运行中满足对人身和设备的安全要求，如保证各种电气安全净距、装设防误操作的闭锁装置，采取防火、防爆和蓄油、排油措施，考虑设备防冻、防阵风、抗震、耐污等性能，使配电装置一旦发生事故时能将事故限制到最小的范围和最

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低的程度，并使运行人员在正常操作和处理事故的过程中不致发生意外状况，以及在检修维护过程中不致损害设备。此外，还应重视运行维护时的便利条件，如合理确定电气设备的操作位置，设置操作巡查通道，便利与主（网络）控制室联系等。（3）便于检修和安装

对于各种型式的配电装置，都要合理考虑检修和安装条件。目前，不少地区已开展带电检修作业，在布置与架构荷载方面需为此创造条件，要考虑构件的标准化和工厂化，减少架构类型，设置设备搬运道路、起吊设施和良好的照明条件等。此外，配电装置的设计还必需考虑分期建设和扩建过渡的便利。（4）俭约三材，降低造价

配电装置的设计还应采取有效措施，减少三材消耗，努力降低造价。

5.4设计要求

5.4.1满足安全净距的要求

屋外配电装置的安全净距不应小于表5-2所列数值。

表5.2设备对相间距离的要求

220kV设备类型少油短路器空气短路器单柱式隔离开关多柱式隔离开关双柱式隔离开关

要求相间距离（m）

33334

5.4.2施工、运行和检修的要求

（1）施工要求

1）配电装置的结构在满足安全运行的前提下应当尽量予以简化，并考虑构件的标准化和工厂化，减少架构类型，以达到节省三材，缩短工期的目的。

2）配电装置的设计要考虑安装检修时设备搬运及起吊的便利。

3）工艺布置设计应考虑土建施工误差，确保电气安全距离的要求，一般不宜选用规程规定的最小值，而应留有适当的裕度（5cm左右）。

4）配电装置的设计必需考虑分期建设和扩建过渡的便利。（2）运行要求

1）各级电压配电装置之间，以及它们和各种建（构）筑物之间的距离和相对位置，应按最终规模统筹规划，充分考虑运行的安全和便利。

1）配电装置的布置应当做到整体明了，各个间隔之间要有明显的界限，对同一用途

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的同类设备，尽可能布置在同一中心线上（指屋外）或处于同一标高（指屋内）。（3）检修要求

电压为110kV及以上的屋外配电装置，应视其在系统中的地位、接线方式、配电装置形式以及该地区的检修经验等状况，考虑带电作业的要求。

为保证检修人员在检修电器及母线时的安全，电压为63kV及以上的配电装置，对断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧，宜配置接地刀闸。

5.5配电装置形式的选择

配电装置型式的选择，应考虑所在地的地理状况及环境要求。110kV以上多为屋外式，故本变电所设计采用屋外式配电装置。

根据电器和母线的布置高度，屋外配电装置可分为：高型、半高型、中型。中型配电装置依照隔离开关的布置方式又分为普通中型和分相中型两种。

220kV配电装置分普通中型布置和分相中型布置。对于普通中型布置，其母线下不布置任何电气设备，而分相中型布置的特点是将母线隔离开关直接安装在各相母线的下面。（1）间隔及相间距

根据《电力工程设计手册》电气一次部分，220kV侧，间隔宽度选用13米，设备相间距取3米，进出线相间距取4米。设备与进出线对地距离分别为3.5米和2.5米。（2）导线的弧垂和跨距

在分相中型配电装置中，进出线弧垂一般采用2米，一般将母线跨距限制为2-3个间隔，即30-40米左右，对母线弧垂限制为1.0-1.6米。（3）搬运通道的设置

在搬运设备时，为使所搬运的设备与两侧带电设备保持足够的安全距离，并考虑到不超过设备端子的允许水平拉力，断路器和电流互感器之间的连接导线长度不大于10米。并设有宽度为3-3.5米的环行搬运道。（4）母线及构架

本变电所母线选用软母线钢芯铝绞线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的档距，但档距越大，导线弧垂越大。（5）电缆沟

屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。一般横向电缆沟布置在断路器和隔离开关之间，大型变电所的纵向电缆沟因电缆数多，一般分为两路。

分相中型布置可以俭约用地，简化架构，节省三材，已基本上取代普通中型布置。在本次设计中220kV电压等级采用分相中型布置。60kV侧采用普通中型布置方式。

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6继电保护及自动化装置规划设计

6.1继电保护在电力系统中的作用

电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见的同时也是最严重的是发生各种形式的短路。当发生短路时，可能产生的后果为：

（1）通过故障点有很大的短路电流和燃起的电弧使故障元件损坏；（2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用引起它们的损坏或寿命缩短；（3）使电力系统电压降低，影响电能质量；

（4）破坏系统稳定性，使其发生振荡甚至使系统瓦解。

基于以上状况，继电保护的作用就是要能反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发信号，具体来说表达在以下两个方面：（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除；

（2）反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件动作于发信号，减负荷或跳闸。

6.2继电保护的基本要求

（1）电力设备和线路的保护应有主保护和后备保护，必要时可装设辅助保护。1）主保护：满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和全线故障的保护。

2）后备保护：主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可分为远后备和近后备两种方式。

3）辅助保护：为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。

电力设备和线路的异常运行保护，是反映被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。

（2）继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。

1）可靠性是四性的前提，在拟制，配置和维护保护装置时，都必需满足可靠性的要求。

2）选择性是指首先由故障设备或线路的保护切除故障，当故障设备或线路的保护拒动时由相邻设备或线路保护切除故障。

3）灵敏性是指在被保护设备或线路范围内故障时，保护装置应有足够的灵敏系数。

4）速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，限制故障设备和线路的损坏程度，缩小故障范围。

6.3选择保护配置及构成方案时的基本要求

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其次部分计算书

1主变压器的容量计算

1.1变电所60kV的用户总容量

采矿

最大远期有功：PkW1?16000最大远期有功：P2?11000kW最大远期有功：P3?14500kW最大远期有功：P4?15000kW最大远期有功：P5?7500kW最大远期有功：P6?6500kW

S?∑1600011000145001500075006500??????74210.53KVA0.950.950.950.950.950.95

1.2变压器的容量