阿克苏220kV变电站初步设计

新疆大学毕业论文（设计）PAGE19摘要本设计论述了阿克苏地区中心变电所电气部分电气设计（一次部分）的全过程，通过对变电所主接线的设计，短路电流计算，电气设备的动、热稳定校验，来确定电气设备的型号，同时完成变电所防雷及过电压保护装置的设计，除上述所说之外，为了使此次变电所设计比较完整，我还对变电所配电装置和主变压器保护也进行了设计。最后此变电所工程比较大，一期工程只建设了其很少的一部分，我在这里也考虑其以后扩建的问题。关键词：中心变电所；主接线；短路电流；扩建AbstractDiscussesthedesignofelectricalsubstationsinAksuPrefecture,centralpartoftheelectricaldesign(firstpart)oftheentireprocess,throughthedesignofthesubstationmainconnection,shortcircuitcurrentcalculation,electricalequipment,dynamicandthermalstabilitytest,todeterminetheelectricalequipmentmodels;simultaneouslyandover-voltagesubstationlightningprotectiondevice;additiontotheabovementioned,theorderforthesubstationdesignmorecomplete,Iamalsothemaintransformersubstationdistributionequipmentandprotectionforisdesigned.Finallytherelativelylargesubstationproject,aprojectonlyasmallpartofitsconstruction,Iwouldlikealsotoconsiderthequestionofitsfutureexpansion.Keywords：CenterSubstation;mainconnection;short-circuitcurrent;expansion目录摘要 11绪论 11.1设计依据 11.2设计的内容及范围 11.3建设此变电所的必要性及意义 11.4变电所工程建设需要解决的问题及规模 12变电站的所址选址 22.1阿克苏地区水文气象条件 22.2各所址方案的技术条件分析比较 22.3推荐所址 33电气主接线设计 43.1电气主接线设计说明 43.2电气主接线的一般要求 43.3主接线选择的主要原则 43.4主接线设计 53.4.1方案拟定及技术比较 53.4.2方案的经济性比较 64主变的选择 94.1选择原则 94.2容量计算 95所用电接线及所用变选择 116短路电流计算 126.1短路故障产生的原因 126.2短路故障的危害 126.3短路电流计算的目的 126.4三相短路电流原则 136.5三相短路电流周期分量起始值的计算 137设备的选择及动、热稳定校验 167.1按正常工作条件选择电气设备 167.1.1电器选择的一般原则 167.1.2额定电压 167.1.3额定电流 167.1.4环境条件对设备选择的影响 167.2按短路状态校验 167.2.1校验的一般原则 167.2.2短路热稳定校验 177.2.3电动力稳定校验 177.2.4短路计算时间 177.3断路器、隔离开关的选择 177.3.1断路器的选择: 177.3.2隔离开关的选择 197.4互感器的选择 197.4.1电流互感器的选择 197.4.2电压互感器的选择 207.5设备选择 217.6裸导体的选择 237.6.1一般要求: 237.6.2导体的选择 237.6.3截面的选择 238配电装置 268.1配电装置的基本要求 268.2配电装置的设计原则 268.3配电装置的选用 268.4电气总平面布置 279防雷保护装置设计 289.1避雷针 289.2避雷器 299.3变电所的进线段保护 309.4接地装置 309.5变电所二次系统防雷措施 309.5.1变电站二次设备防雷保护的必要性 309.5.2变电站二次设备防雷保护设计原则 319.5.3二次设备防雷的具体措施 3110无功补偿 3210.1提高功率因数的意义 3210.2无功补偿容量计算 3210.3补偿的最大容性无功量计算 3211继电保护装置配置 3411.1继电保护配置原则 3411.2主变压器保护配置 3411.3主变压器保护 3512结束语 36参考文献 37附录 38附图1：电气主接线图 38附图2：平面布置图 39附图3：防雷图 40致谢 411绪论1.1设计依据（1）阿克苏地区电力有限责任公司设计委托书。（2）新疆电力公司文件，新基[2001]279号关于《库—阿220千伏送变电工程。初步设计审查的意见》。（3）2004年2月9日下发的基建工作督办单-第（17）号。1.2设计的内容及范围本变电所为新建变电所,设计包括变电所围墙内电气设备的一、二次安装设计和土建设备支架及建筑物的设计，除此之外还有所区道路设计、防雷接地、给水系统和绿化规划及通讯等，本论文中主要设计是电气部分（一次部分）。1.3建设此变电所的必要性及意义随着阿克苏地区经济的快速发展，特别是国家加大了对新疆的投资，许多的工厂、企业相继的建立起来，他们的建成对当地的经济起了极大的推动作用，但是同时使当地电力行业暴露出许多的问题，首要的问题就是电力供应不足，满足不了经济发展的需要，所以迫切需要建立一个新的变电所，来缓解电力紧张的压力。此变电所将成为阿克苏地区重要的电源点之一，同时也是南疆电网中一座中间变电所，它的建成投产可满足阿克苏地区电力市场发展的需求，缓解阿克苏电网供电压力，完善阿克苏电网主网架，提高电网运行的经济性，改善供电质量，充分发挥大电网规模化经营优势，遏制地方小电源的重复建设，在系统中具有十分重要的意义。1.4变电所工程建设需要解决的问题及规模该变电所的规模为:主变压器容量为2x120MVA；本期上一台主变,220kV一期出线一回，连接龟兹的220kV变电站，从其受电；110kV一期出线两回，分别为苏中线，苏瓦线，负荷总计27MVA；35kV侧不出线，接无功补偿装置和所用变，一期上一条母线，最终我们要达到的规模是220kV出现六回，110kV出现10回，上两台变压器，35kV安装两条母线。由于特殊的地理环境，阿克苏地区变电站的所用材料要求比较高，在建设时，我们考虑的应更加长远。

2变电站的所址选址2.1阿克苏地区水文气象条件表2-1工程气象条件：历年极端最高气温35历年极端最低气温-历年平均降雨量3平均气压941.3hpa历年最大积雪深度7历年平均相对湿度:66%地震基本烈度7度年平均气温10年平均雷暴日数37.2天30年一遇10分钟最大风速30米/秒最大冻土深度52.2各所址方案的技术条件分析比较在这次选所中，我共初选了两个所址，表2—2是对所址的各个条件进行了优劣比较。表2—2所址方案比较序号项目名称方案III1所址地理位置及地形地貌位于阿克苏市城北3.5公里的县城公路的北侧200m位于阿克苏市城东南7.2公里的县城公路边的的西侧的一块戈壁荒地2与城镇规划的关系及与周围企业有无相关影响不影响城镇发展与规划。同方案I。3交通运输及所内道路与外部连接位于阿克苏市城北沥青公路的北侧200m位于阿克苏市城东南7.2公里4进出线走廊110kV进出线向北，35kV出线向东，110kV侧出线均有民房，进出线不方便。110kV进出线向北，35kV不出线向东，进出线较为宽阔。2.3推荐所址综上所述，我推荐方案Ⅱ为本变电所所址。本方案进出线较为方便，交通运输便利，变电所周围无电磁干扰。

3电气主接线设计3.1电气主接线设计说明主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性。灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同[1]。3.2电气主接线的一般要求（1）应按电源情况、负荷性质、容量大小及邻近变配电所联系等因素确定主接线型式。力求简单可靠，维护方便，使用灵活，便于发展。（2）架空进线避雷器设在靠近变压器的架空进线处；电缆进线的避雷器设在进线开关后的母线上。（3）一段母线设一组电压互感器。当分段的单母线在正常运行时不为分段，亦可仅设一组电压互感器。（4）设在母线上的电压互感器及避雷器可合用一组隔离开关。（5）按电业局要求必须设置高压计费时，则必须在计费处装设电流互感器及电压互感器专柜。（6）在所区进出线回路上按指示计量、继电保护的要求装设电流互感器。（7）单电源的主接线，可以仅在断路器靠电源侧、装设隔离开关或隔离触头。（8）在电源进线上应装设带电指示装置。若采用真空断路器时，为防止操作过电压，应在供电变压器的10～35kV线路上装设阻容吸收器或氧化锌避雷器。3.3主接线选择的主要原则（1）变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所在系统中的地位和作用来确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。（2）变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出现故障时处理故障的要求。（3）各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所的性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备情况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。（4）近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程。（5）在确定变电所主接线时要对其进行技术经济性比较。3.4主接线设计3.4.1方案拟定及技术比较表3-1两种方案的比较方案220kV110kV35kV主变台数方案A双母线带旁母双母线单母线接线2方案B3/2接线双母线分段双母线2（1）单母线接线优点：接线简单，操作方便、设备少、经济性好，并且，母线便于向两端延伸，扩建方便。缺点：可靠性差，母线或母线隔离开关检修或故障时，所用回路都要停止工作，也就是要造成全厂或全站长期停电；调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。（2）双母线接线优点:供电可靠：可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连得该组母线，其他电路均可通过另一组母线继续运行。调度灵活：各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；通过倒换操作可以组成各种运行方式。扩建方便：向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。缺点：接线复杂,设备多,母线有短时停电故障。（3）3/2接线优点：可靠性高，运行方便，操作简单。任一母线故障或检修,均不导致停电；任一断路器检修也不引起停电；甚至在两组母线同时故障的极端情况下，功率仍能继续输送。缺点：造价高，而二次控制复杂。（4）双母线带旁路母线接线优点：不会因检修断路器而长时期停电，挺高了供电的可靠性缺点：设备多，投资比较大从上述的比较可以看出,四种接线从技术的角度来看主要的区别是在可靠性上，双母线比单母线可靠性高，双母线带旁路母线比双母线可靠性更高，3/2接线的可靠性最高。对于此次建设的阿克苏地区220kV变电站来说，因为此变电站是阿克苏地区的枢纽变电站，所以应该选择可靠性比较高的接线方式，同时要兼顾建设的经济性，所以接线方式选择如下：35kV侧，我们采用单母线接线，因35kV侧不带负荷，不需要供电，这样可以减少造价；110kV侧，我们采用双母线接线即可达到设计要求；220kV侧，我们有双母线接线和双母线带旁路母线接线两种方式可选，综合来说双母线带旁路母线的可靠性更高，虽然造价较高，但符合此次建设的220kV变电站的要求，所以我们选择双母线带旁路母线接线方式。由上我们可以确定选择第一种接线方案。此变电站为阿克苏地区的枢纽变电站，计划220kV出线为6回，110kV出线为10回，35kV不出线仅并联补偿装置，现在一期工程为220kV出线1回，110kV出线为2回，最终变电站运行时将于南北疆各个重要变电站相连，构成一个环网体系。3.4.2方案的经济性比较（1）从电气设备的数目及配电装置上进行比较表3-2两种方案在配电装置上的比较方案项目方案A方案B220kV配电装置双母线带旁路母线3/2接线110kV配电装置双母线双母线分段35kV配电装置单母线双母线主变台数22断路器的数目220kV913110kV141635kV00隔离开关的数目220kV3630110kV363635kV00（2）计算综合投资Z①(元) （3-1）式中:—为主体设备的综合投资,包括变压器﹑高压断路器﹑高压隔离开关及配电装置等设备的中和投资；a—为不明显的附加费用比例系数,一般220取70％,110取90％[1]。②主体设备的综合投资如下从实习处变电站获得主变、断路器和隔离开关造价可计算出两种方案的初步造价。表3-3主变压器参考价格主变容量MVA主变的参考价格(万元/台)变压器的投资(万元)1208202×820＝1640表3-4220kV侧型断路器参考价格断路器的参考价格(万元/台)方案A断路器投资(万元)方案B断路器的投资(万元)1059×105＝94513×105＝1365表3-5220kV侧型隔离开关的参考价格隔离开关的参考价格(万元/台)方案A隔离开关投资(万元)方案B隔离开关的投资(万元)5.536×5.5＝19830×5.5＝165表3-6110kV侧型断路器的参考价格断路器的参考价格(万元/台)方案A断路器投资(万元)方案B断路器的投资(万元)6514×65＝91016×65＝1040表3-7110kV侧型隔离开关的参考价格隔离开关的参考价格(万元/台)方案A隔离开关投资(万元)方案B隔离开关的投资(万元)2.536×2.5＝9036×2.5＝90表3-8配电装置的参考价格接线方式单母接线双母线接线3/2接线双母线分段双母线带旁路母线投资(万元)560940250012001800表3-9综合投资方案A方案B主体设备总投资(万元)综合投资(万元)（3）方案的确定技术性比较：单母线接线简单，操作控制简单，有利于变电站的运行。双母线带旁路母线接线可靠性较高，能满足此次设计的220kV变电站。所以我选择方案A。经济性比较：，方案A投资少，且能满足技术的要求。所以，从运行费用的角度考虑，也应选择方案A。

4主变的选择4.1选择原则有相数，绕组数与结构，绕组接线组别，调压方式，冷却方式等，他们的具体内容，我在这里就不太详述了，许多资料上都有，我们可以作为参照，这里我要具体论述的是变压器容量的计算。4.2容量计算本系统中有110kV和35kV两个负荷等级，但35kV不出线，所以只有110kV为负荷线路，其中一期出线2回为苏中线和苏瓦线，分别连接阿克苏城市中心变电站和阿瓦提县的阿瓦提变电站，他们都是一级负荷供电质量要求比较高。建设初期估计了两线路用电时的最大负荷：苏中线负荷19.5MVA，苏瓦线负荷7.5MVA，总计27MVA，这条线路的功率因数分别为。由于国家近几年加大了对新疆建设的投资，所以新疆的GDP增长普遍高于全国水平。阿克苏地区的发展也是非常迅速的，人民生活水平及工农业的发展都在稳步的提高，用电量也在逐年增加，因此我把阿克苏地区的年增长负荷由5%提高到7%。此变电所为阿克苏地区的中心变电所，地理位置特殊，负荷余量考虑的年限也应该更长一点，所以我把此变电所的负荷余量提高到了20年，及20年以后此变电所还能正常的工作，预计20年以后此变电所供电负荷为：按照在负荷高峰时一台主变压器出现故障停运时，另一台变压器仍能保证带全部负荷的60%，但是此变电所是连接南北疆的枢纽变电所，我们应当适当的提高这比例，定位于70%，所以该变电所一台主变压器的容量大约为：需要选择的变压器容量从上可以看出，我们应该首选容量为100MVA的变压器，但是我们已经说过此变电所是中心变电所，变压器的余量应该留的更大一些，这样有利于长远规划，所以本变电所的主变压器选择两台额定容量为120000kVA的变压器，此容量考虑到10年以后的远期规划，让此枢纽变电站在20年以内都能正常的运行。变压器选取的型号为0SFSZ9—120000/220三相三绕组自然油循环风冷户外有载调压自耦电力变压器，查手册，选出的设备参数如下表：表4-1主变压器技术参数型号0SFSZ9—120000/220调压方式串联线圈末端有载调压调节范围230±8×1.25%kV额定容量120/120/60MVA额定电压230/121/38.5kV额定频率50Hz空载电流(%)0.2空载损耗(kW)60负载损耗(kW)320相数三相联接组标号YNa0d11最高工作电压（kV）高压/252；中压/126；低压/40.5冷却方式0NAF/0NAN对应额定容量100%、67%短路阻抗%高——中8高——低31.5中——低21表4-2主变压器适用环境海拔高度<1000m使用条件户外最低温度+40最低温度-40覆冰厚度10mm污秽等级Ⅳ级耐震能力水平加速度：3m/s2；垂直加速度：1.5m表4—3额定负载情况下的温升限值绕组平均温升顶层油温升铁心和金属结构件表面65578这里选择自耦变压器器主要是因为自耦变压器体积小、材料小、价格便宜、效率高等优点[5]，十分适合阿克苏地区变电所的建设。

5所用电接线及所用变选择所用电接线应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、安全、经济地运行。变电所的所用电源，是保证正常运行的基本电源，通常不少于两个。其引接方式有两种：一种是从母线侧引入，另一种是从主变低压侧引入。通过实地的考察，因为本变电所是阿克苏地区的枢纽变电所，它的正常工作关系到整个阿克苏地区的供电安全，所以设计的所用电源为两个。本所电源的引入采用通过断路器和隔离开关从低压侧。从实习的这段时间里，我收集了大量的数据，了解到此变电所一月份的所用电量为30kVA，据此估计变电所的最高所用电量应在80kVA左右，所以所用变压器的容量我选择为100kVA，此为新疆特变电生产油浸式变压器。通过查手册，变压器的参数具体如下表：表5—1所用变压器的参数型号高压(kV)低压(kV)组别空载损耗(kW)负载损耗（kW）S9—100/3535×（1±5%）0.4Y，yn00.32.03

6短路电流计算6.1短路故障产生的原因短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是电力系统正常情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。系统发生短路的原因很多，主要有设备原因、气候原因、人为原因等，我们在这里就不一一介绍了，我们主要来了解一下它所带来的危害。6.2短路故障的危害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甚至数百倍以上，它会对电力系统的正常运行和电气设备造成很大的危害，例如：（1）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。（2）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。（3）短路系统电压下降短路造成系统电压突然下降，对用户带来很大影响。例如，异步电动机的电磁转矩与端电压平方成正比。同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及一些气体放电灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。（4）不对称短路的磁效应当系统发生不对称短路时，不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻近的电路内能感应出很大的电动势。（5）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，给国民经济带来严重的损失。6.3短路电流计算的目的（1）电气主接线比较与选择短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。（2）选择断路器等电气设备，或对这些设备提出技术要求如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验断路器的遮断能力等。（3）为继电保护的设计以及调试提供依据在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。（4）分析计算送电线路对通讯设施的影响6.4三相短路电流原则短路电流的计算通常采用标幺值计算。取，各级基准电压为平均额定电压。6.5三相短路电流周期分量起始值的计算(1）计算各元件参数标幺值，作出等值电路前已选出了主变压器（三绕组），其阻抗电压百分比，如表6-1：表6-1主变压器各绕组阻抗电压百分比绕组高—中高—低中—低阻抗电压%831.521计算每个绕组的短路电压百分数：取，计算变压器各绕组的标幺值由于一期工程，只有一台主变运行。但是要考虑到以后的长期建设，所以这里要选择两台变压器进行短路电流的计算，同时也方便满足以后断路器、隔离开关、导线等设备的选择要求。此变电所是受电的源头是龟兹变，他们的输电距离大约是150kM，取Ω同理可以算出它的标幺值2变的参数与1变的参数一致。以下计算冲击电流和最大有效值电流时都取1.8。做出等值电路图：(2）当（f-1）点（220kV母线）发生短路时的计算有名值：冲击电流：最大有效值电流：短路容量：(3）当（f-2）点（110kV母线）发生短路时的计算（因为两个变压器的参数一样，我们计算一个主变压器即可）有名值：冲击电流：最大有效值电流：短路容量：(4）当（f-3）点（35kV母线）短路计算（因为两个变压器的参数一样，我们计算一个主变压器即可）有名值：冲击电流：最大有效值电流：短路容量：表6-2短路电流表计算参数短路点短路电流有名值（kA）冲击电流（kA）220kV2.225.67110kV2.646.7435kV5.1513.13

7设备的选择及动、热稳定校验7.1按正常工作条件选择电气设备7.1.1电器选择的一般原则电器选择原则[1]（1）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。（2）应按当地环境条件校核。（3）应力求技术先进和经济合理。（4）与整个工程的建设标准应协调一致。（5）同类设备应尽量减少品种。（6）选用的新产品均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。7.1.2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。因此，在电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择。即（7-1）7.1.3额定电流电气设备的额定电流是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。应不小于该贿赂在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即：（7-2）7.1.4环境条件对设备选择的影响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。7.2按短路状态校验7.2.1校验的一般原则（1）电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。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。（2）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。7.2.2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。（7-3）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7.2.3电动力稳定校验电动力稳定是电器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：（7-4）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7.2.4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：（7-5）一般取保护装置的后备保护动作时间7.3断路器、隔离开关的选择7.3.1断路器的选择:(1）种类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、断路器、真空断路器等。选用少油断路器，其特点运行经验丰富，易于维护，噪声低。(2）额定电压和额定电流，（7-6）、——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。由下式确定: （7-7）计算各等级侧流过母线的最大电流：①220kV侧母线建设的此变电所是地区中心变电所，我们已经知道在20年以后此变电所的容量是122.92MVA，所以一台变压器基本上已经满足供电要求，计算结果如下：②110kV侧母线同上可得：③35kV侧母线35kV侧不出线仅接所用变和无功补偿装置，我们按照所用变为变电所所有容量的8%，则计算可得：（3）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,所为校验条件。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：（7-8）当断路器的较系统短路电流大很多时，简化计算可用进行选择，为短路电流值。（4）短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时的安全断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值，即：（7-9）（5）热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,例如1s﹑4s的热稳定电流，其物理意义为:当热稳定电流通过断路器时,在规定的时间内,断路器各部分温度不会超过国家规定的允许发热温度,保证断路器不被损坏。校验：，（7-10）当＞1S时，可不考虑非周期分量的热效应，只计周期分量。（7-11）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（6）动稳定校验断路器在闭合状态能承受通过的最大电流峰值,不会因电动力的作用而发生任何机械损坏。该最大电流峰值称为稳定电流。（7-12）7.3.2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。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定校验的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。7.4互感器的选择互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息的传感器，互感器将高电压、大电流按比例变成低电压（100，）和小电流（5，1A），其一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表与继电保护等。7.4.1电流互感器的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。（1）种类和型式的选择电流互感器根据使用环境可分为户内式和户外式,根据结构可分为瓷绝缘结构和树脂浇注式结构，根据一次线圈的型式又可分为线圈式和母线式﹑单匝贯穿式﹑复匝贯穿式。选择电流互感器时，应根据安装地点和安装方式选择其型式。（2）一次回路额定电压的选择一次回路额定电压和应满足：（7-13）（3）一次额定电流的选择当电流互感器用于测量时,其一次侧额定电流应尽量选择比实际正常工作电流大1/3左右,以保证测量仪表的最佳工作，并在负荷时有适当的指示。电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择。一般情况下可按变压器额定电流的1/3进行选择。（7-14）（4）动稳定校验动稳定校验是对同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验,对于母线从窗口穿过且无固定板的电流互感器可不校验动稳定。由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验公式为：或（7-15）、——电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，由制造厂提供。（5）热稳定校验只对产品本身带有一次回路导体的电流互感器进行校验。热稳定校验式为：或（7-16）为电流互感器1s允许通过的热稳定电流；电流互感器的一次额定电流；电流互感器的一次额定电流的倍数。7.4.2电压互感器的选择电压互感器是把一次回路高电压转换为100V的低电压,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。（1）种类和型式选择应根据装设地点和使用条件进行选择电压互感器的种类和型式。（2）额定电压和电流的选择，（7-17）（3）准确级规程规定，用于变压器，所用馈线，出线等回路中的电度表，供所有计算电费的电度表，其准确等级要求为0.5级，供运行监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级要求一般为1级，在电压二次回路上，同一回路接有几种不同形式和用途的表计时，应按要求等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确等级。7.5设备选择表7-1基本参数基本参数(kV)(kA)(kA)(kA)(s)()设备2200.4722.225.672.5＋0.07＝2.57＝12.681100.9452.646.742.5＋0.06＝2.56＝17.84350.1585.1513.132.5＋0.11＝2.61＝69.22其中对于的计算我们采用的公式是但是在这里短路时间tk>1s，不计非周期热效应。所以我们这里选用计算短路电流热效应的公式是公式（7-11）表7-1断路器的选择断路器参数设备(kV)(A)（kA）（kA）全开断时间(s)2203150401000.071102000401000.0635160025—0.11校验：由公式（7-8）和（7-9）进行校验，断路器负荷标准；再由公式（7-10）和（7-11）进行断路器的热稳定校验，经过校验所用断路器符合要求；由公式（7-12）进行断路器的动稳定校验，经过校验所选断路器符合要求。由上可以得出所选断路器均符合要求。其中型断路器为山东泰开生产，型短路器为西安开关公司生产。表7-2隔离开关的选择隔离开关参数设备(kV)(A)极限电流(kA)220250010011012508035125080校验：由公式（7-2）我们来校验隔离开关的额定电流，经过校验所选隔离开关负荷要求；由公式（7-3）我们来校验隔离开关的极限电流是否符合要求，经过校验所选隔离开关负荷要求，经过校验，所选的隔离开关均符合要求。表7-3电压互感器的选择电压互感器参数设备一次电压(kV)二次电压(kV)辅助绕组(kV)最大容量(MVA)JCC—2200.12.0JCC—1100.12.0JDJJ—351.2校验：由公式（7-17），来校验电压互感器，经过校验，所选的电压互感器均符合要求。表7-4电流互感器的选择电流互感器参数设备一次电流A二次电流A10%倍数热稳定电流LCWB7—220120051560LCWB6—11012005—75LCWD—3560053565由公式（7-13）、（7-14）、（7-15）和（7-16）进行校验，具体公式分别、、或和或，经过检验，所选的电流互感器的型号都符合要求。7.6裸导体的选择硬导体截面常用的有矩形、槽形、管形和绞线圆形。单条矩形导体截面最大不超过1250，使用大于电流时，可将2—4条矩形导体并列使用，矩形导体一般只用于35kV及以下、持续电流在4000A及以下的配电装置中；槽形导体机械强度好，载流量大，集肤效应系数小，一般用于35kV及以下，持续工作电流为4000～8000A的配电装置中；管型母线一般采用铝材，特点有：集肤效应系数小，机械强度高，不易发生电晕等；绞线圆形软母线，一般用于35kV及以上屋外配电装置，常用的有钢芯铝绞线、组合导线[1]。7.6.1一般要求:（1）裸导体应根据下列技术条件进行选择和校验:①工作电流②动稳定和机械强度③热稳定（2）裸导体尚应按下列使用环境条件校验:①环境温度②日照③风速④海拔高度7.6.2导体的选择导体截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（＞5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，其截面一般按经济电流密度选择。对传输容量不大，可按长期发热允许电流来选择。7.6.3截面的选择（1）220kV级选择导体因按长期发热允许电流选择截面，同时考虑到以后的扩建工程，我们应该提高流过该导体的最大电流。查手册：选用LGJ-400/35，70℃时长期允许载流量879A，截面为425.24,集肤效应系数取1，环境温度最高为40℃完全的满足条件热稳定校验正常运行时导体温度(7-18)式中：——导体要安装实际温度——长期发热允许最高温度我们按55℃来计算，查表可以得：C＝前已算得:则满足短路时发热的最小导体截面为：所以满足热稳定要求（2）110kV级选择导体因按长期发热允许电流选择截面查手册选用LGJ-630/55，70℃时长期允许载流量为1211A，截面为696.22,集肤效应系数取1，环境温度最高为40℃热稳定校验正常运行时导体温度：查表得：C＝87前已算得:则满足短路时最小截面积：满足热稳定要求。（3）35kV级选择导体因按长期发热允许电流选择截面选用LGJ-95/20，70℃时长期允许载流量为361A，截面为113.96,集肤效应系数取1，满足要求热稳定校验正常运行时温度查表得：C＝95前已算得:则满足短路时最小截面积满足热稳定要求。

8配电装置8.1配电装置的基本要求（1）保证运行可靠（2）便于操作﹑巡视和检修（3）保证工作人员的安全（4）力求提高经济性（5）具有扩建的可能8.2配电装置的设计原则（1）节约用地；（2）运行安全和操作巡视方便；（3）考虑检修和安装条件；（4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行；（5）节约三材，降低造价；（6）安装和扩建方便。配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是带电部分对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，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。8.3配电装置的选用本变电所三个电压等级：即220kV、110kV、35kV根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所220kV及110kV采用屋外配电装置，35kV采用屋内开关柜。本次所设计的变电所是地区性的中心变电所，对建筑面积没有特殊的要求，所以该变电所屋外配电装置的220kV、110kV电压等级均采用普通中型配电装置。若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。选择配电装置，首先考虑可靠性、灵活性及经济性，所以，本次设计的变电所，适用普通中型屋外配电装置，该变电所是最合适的。8.4电气总平面布置（1）布置要求①充分利用地形，方便运输、运行、监视和巡视等。②出线布局合理、布置力求紧凑，尽量缩短设备之间的连线。③符合外部条件，安全距离要符合要求。（2）布置方法本变电所主要由屋外配电装置，主变压器、二次室、静止补偿装置及辅助设施构成，屋外配电装置在整个变电所布置中占主导地位，占地面积大，本所有220kV、110kV电压等级集中布置，将220kV配电装置布置在所区北侧并向东出线；110kV配电装置布置在所区西侧并向北出线；35KV配电装置布置在南侧。主控室布置在35kV配电装置右方；主控室布置在所区中央靠下一点的地方。具体平面布置图见附图二。变电所以220kV、110kV屋外配电装置、35kV配电区的不同功能将全站分成几个区，并通过所内道路将几个区，并通过所内道路将几个区连接起来，以满足变电所生产运行等功能方面的要求，同时考虑了变电所扩建和远期发展[11]。

9防雷保护装置设计9.1避雷针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。在对较大面积的变电所进行保护时,采用等高避雷针联合保护要比单针保护范围大。因此，为了对本站覆盖,采用四支避雷针。被保护变电所总长初步估计160m,宽120m,查手册，门型架构高图9-1变电所避雷针布置图我们把此避雷针的布置图可以分成四个小块，只要算出其中的一块符合要求，说明全部都符合要求。我们取A区进行计算。（9-1）则需要避雷针的高度h:所以我取避雷针的高度是30m,所以p值取1，下面将进行验算：首先可以计算出单支避雷针保护范围，公式：（9-2）显然单支避雷针的保护范围不能保护整个变电所；其次来演算两个避雷针之间的保护范围，我把整个变电所划分为四个区域，这四个区域面积相等，我们就可以只算一个区域内的避雷针的保护范围就可以了。选择A区内三只避雷针进行验算，区内有1、2、4号三支避雷针，对保护的高度:1﹑2号针之间的高度：1﹑4号针之间的高度：由上可见,对保护物的高度是能满足要求的。对保护宽度:1﹑2号针的保护宽度:1﹑4号针之间的宽度:由此可见,对保护物的宽度也是能满足要求的。所以,1、2、4号避雷针是满足要求的。由于避雷针的摆放是长方形,。即A区的三只高度为30m的避雷针能保护整个变电所的四分之一，剩下的3区避雷针的放置如A区一样，他们共同工作则就能保护整个变电所。具体避雷针保护范围图见附图三9.2避雷器避雷器是一种过电压限制器,它实质上是过电压能量的接受器,它与别的保护设备并联运行,当作用电压超过一定的幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量,限制过电压,保护电气设备。在电力系统中广泛采用的主要是选用氧化锌避雷器。避雷器的选择计算：（1）按额定电压选择。220kV系统最高电压为252kV，查的资料取避雷器的额定电压为220kV，满足额定电压的要求。（2）按持续运行电压选择。220kV系统相电压为,查表可得选型无间隙氧化锌避雷器持续运行电压有效值为146kV，满足持续运行电压的要求。（3）按标称放电电流选择。220kV氧化锌避雷器标称放电电流选10kA。经检验型避雷器的其他各项都满足要求。其他各线段按照上面的要求进行校验可得，各等级电压的避雷器型号：35kV等级，避雷器型号为:110kV等级，避雷器型号为:因此次变压器所选为自耦变压器，避雷器的选择还应满足,主要是为了防止在高压侧进波，若中压侧先于高压侧动作，可能会因为中亚侧避雷器允许的通流容量较小而损坏。试中：——中压侧氧化锌避雷器的额定电压，kV；UgbN——高压侧氧化锌避雷器的额定电压，kV；——自耦变压器的高、中压绕组之间的电压比。此变压器的高压侧电压252kV，中亚侧电压126kV,所以:由此可见，满足条件。9.3变电所的进线段保护变电站的进线段杆塔上装设一段(1kM～2kM)避雷线，使感应过电压产生在lkM～2kM以外，侵入的冲击波沿导线走过这一段路程后，波幅值和陡度均将下降，使雷电流能限制在5kV，这对变电站的防雷保护有极大的好处9.4接地装置为了使雷电流畅通的泄入地，，所有防雷设备都必须有良好的接地，才能起到应有的效果，这里就必须用到接地装置。接地装置包括接地体和接地线两部分。（1）接地网待设计变电所为长方形，则接地网也可取为长方形，若取直径为48mm，长为250cm的钢管作接地体，埋深0.8m,接地体之间连接一般用镀锌扁钢，应保证接地地电阻R≤4Ω。（2）接地线接地线是连接接地体和电气设备接地部分的金属部分的金属导体，一般接地采用截面积不小于4mm*12mm的扁钢，直径不应小于6mm的圆钢。9.5变电所二次系统防雷措施9.5.1变电站二次设备防雷保护的必要性变电站的二次设备是在高强度的电磁环境中运行的。在没有雷电的情况下，所有高压设备的操作，都不可避免地会对二次系统产生损害性过电压或破坏其信号流的电磁冲击，轻则引起系统控制混乱，重则损坏设备。对变电站都会造成严重的影响。虽然雷电直击站内设备概率很低，但有可能通过行波侵入或耦合二次回路感生干扰电压等途径对设备产生间接的有害影响。此外，当雷电击中站内避雷针或邻近高大构件时，强大的泄放电流引起地网电位升高，有时会在各接地点产生过大的电位差。而地下敷设的二次电缆的屏蔽层，会分流泄放雷电流，在缆芯间以及芯地间产生干扰电压[12]。9.5.2变电站二次设备防雷保护设计原则不管雷电从哪种途径入侵，都必须使它沿尽可能短的路径泄放到大地，使得放电冲击的时间最短，冲击波及的范围最小，从而最大限度地降低被波及设备各端口的电位差和承受时间。而被保护的二次设备和线路，则尽量就地、就近接入等电位系统中。使二次设备和线路各个端VI电位尽量相等。这就是变电站二次设备及电子设备防雷的基本原则[12]。9.5.3二次设备防雷的具体措施综合自动化系统自身能承受过电压的能力极低，几百伏的过电压就会将设备损坏，因此必须在交流综合自动化系统的交流回路上装C级单相电源避雷器。由于监控设备、电能计费等均需UPS供电保护，为了保障以上微电子设备的安全运行，需要在UPS电源装置前端装C级电源避雷器。（1）电源部分对于电源系统的防护主要是抑制雷电及操作在电源回路上产生的浪涌和过电压。对变电站的二次系统感应雷及操作过电压采用两级防护(B，C级)。B级防雷采用具有较大流通容量的防雷装置。可将80％的雷电流泄散入地，起到初级保护的作用，同时将过电压减小到一定的程度，C级防雷采用具有较低残压的防雷装置，将回路中剩余的雷电流泄散入地，限制过电压，使过电压减小到设备能耐受的范围。（2）信号部分现在变电站大都是无人值守。对一次回路的各种保护、测量、控制等信号通过光纤、数据通信网络或载波向集控站等传送数据。如果采用载波，载波机与微机自动化装置的信号连接线路相对较长。当变电站或其附近遭受直接雷击时，处在LPZOB(没有避雷针保护的非屏蔽建筑物内部、有避雷针保护的建筑物天台受保护部分、避雷线下的电缆等等雷电不易直接击中的LEMP没有衰减空间)区的通信线路将感应出较强的感应过电压，因此必须在靠近微机自动化装置的信号接口端加装信号避雷器，同时处在LPZOB区并延伸到LPZOA(天空、没有避雷针保护的大楼外部、上面没有顶棚覆盖物的地面等雷电可能会直接击中的空间)区的通信线路非常容易感应上雷电过电压，也必须加装信号避雷器[12]。

10无功补偿10.1提高功率因数的意义在用电设备中按功率因数划分，可以有以下三类：电阻性负荷、电感性负荷、电容性负荷。在用电设备中绝大部分为感性负荷。使用电单位功率因数小于1。功率因数降低以后，将带来以下不良后果：（1)使电力系统内电气设备的容量不能充分利用，因发电机和变压器电流是一定的，在正常情况下是不允许超过的，功率因数降低，则有功出力将降低，使设备容量不能得到充分利用。（2)由于功率因数降低，如若传输同样的有功功率，就要增大电流，而输电线路和变压器的功率损耗和电能损耗也随之增加。（3)功率因数过低，线路上电流增大，电压损耗也将增大，使用电设备的电压也要下降，影响异步电动机和其他用电设备的正常运行。为了保证供电质量和节能，充分利用电力系统中发变电设备的容量，减小供电线路的截面，节省有色金属，减小电网的功率损耗、电能损耗，减小线路的电压损失，必须提高用电单位的功率因数。10.2无功补偿容量计算对于直接供电的末端变电所，安装的最大容性无功量应等于装置所在母线上的负荷按提高功率因数所需补偿的最大容性无功量与主变压器所需补偿的最大容性无功量之和。把总无功容量分为两组，这样才能更灵活地适应系统负荷以及电压变化，更有效地改善系统电压稳定，以及负荷大小所需的无功容。容性无功补偿容量，规程要求按主变容量的10%～30%配置，典型设计按10%～15%配置。10.3补偿的最大容性无功量计算式中：——有功计算负荷（kW）——补偿前用电单位自然功率因数角正切——补偿后用电单位功率因数角正切值（1）110kV侧的补偿无功量 这样计算容性无功补偿容量占主变容量的百分数为：可以看出容性无功补偿容量在规程之内。在此次设计的变电所中，35kV侧不出线，仅作为无功补偿装置及所用变电源，所以35kV侧将安装相匹配的无功补偿装置。过去在一次变电所中多采用同期调相机作为无功功率补偿装置。在新设计的变电所中，由于具有经济、维护和安装的优点，多采用静止补偿装置作为无功功率补偿,本站也采用静止补偿装置。

11继电保护装置配置11.1继电保护配置原则继电保护的详细配置原则、技术要求可参见已出版的《国家电网公司输变电工程典型设计：220kV(110kV、35kV、10kV)变电站二次部分》(2007版)[7]11.2主变压器保护配置（1）瓦斯保护：作为变压器的主保护，反应变压器油箱内部故障，包括绕组的相间短路，接地短路，