220kV 变电站电气部分设计

220kV 变电站电气部分设计

【原文对照报告-大学生版】

报告编号：1d9769140emn9y55

作者姓名： 卢瑞鹏

检测时间：2022-05-09 17:01:02

所属单位：安阳工学院

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原文对照

颜色标注说明：

自写片段

摘要 I

Abstract II

第1章电气主接线的设计 1

1.1主接线概述 1

1.2主接线设计原则 2

1.3主接线选择 2

第2章电气总平面布置及配电装置的选择 4

2.1概述 4

2.2配电装置的确定 4

2.3电气总平面布置 4

第3章主变压器的选择 5

3.1主变压器的选择原则 5

3.1.1主变压器台数的选择 5

3.1.2主变压器容量的选择 5

3.1.3主变压器型式的选择 6

3.2主变压器选择结果 6

第4章220KV变电站电气部分短路计算 7

4.1变压器的各绕组电抗标幺值计算 7

4.210KV侧短路计算 8

4.3220KV侧短路计算 11

4.4110KV侧短路计算 12

第5章导体和电气设备的选择 14

5.1断路器和隔离开关的选择 15

5.1.1220KV出线、主变侧 16

5.1.2主变 110KV 侧 19

5.1.310KV限流电抗器、断路器隔离开关的选择 21 5.2电流互感器的选择 25

5.2.1220KV侧电流互感器的选择 26

5.2.2110KV侧的电流互感器的选择 27

5.2.310KV侧电流互感器的选择 28 5.3电压互感器的选择 29 5.4导体的选择与校验 30

5.4.1220KV 母线 30

5.4.2110KV 母线 31

5.4.310KV母线的选择 31

5.4.4变压器220KV侧引接线的选择与校验 32

5.4.5变压器110KV侧引接线的选择与校验 32

5.4.6变压器10KV侧引接线的选择与校验 33

第6章防雷接地设计 35

6.1防雷设计 35

6.1.1防雷设计原则 35

6.1.2避雷器的选择 35

总结 39

致谢 40

参考文献 41

220kV变电站电气部分设计

摘要：随着当代人们追求的文化生活质量层次的快速提高,供电运行系统功能的逐步整体化、系统化、设备自身 的综合耗电负荷水平的快速提高，对输入电能供给进行电能质量、技术进步发展与经济社会状况、供电设备系统可 靠性程度等多方面指标水平的逐步提高，对智能供电方案的顶层设计又提出另了另外一个层面更高、更具体完善具 体的要求。电力系统布线的优化设计措施是否先进合理，不仅要直接的关系到供电基建设备投资、运行维修费用， 还会关系到整个供电过程的设备可靠性问题和设备安全正常生产，关系涉及到生产企业员工的技术经济效益水平和 员工人身用电安全。

本设计主要针对220kV变电站的电力系统进行了设计。首先，查找一些数据，进行电路分析,根据查找这些的数据， 进行线路主回路接线系统的分析设计,然后再进行系统总电路平面位置的规划布设、配电装置线路的规划设计、变压 器绕组的导线选取、短路电流系数的正确计算、导体的选型、继电器的选型、继电器的配置、防雷、接地、防护设 计。

关键字：变电站；短路计算；设备选择；继电保护；防雷接地

220kV Substation Electrical Part Design

Abstract:As the culture of the contemporary people pursue life quality level of rapid increase,

the gradual integration of the power supply operation system function, systematic and comprehensive power load with the device itself rapidly increase, the level of the input power supply for power quality, technology progress and economic and social status, power equipment system the gradual improvement of the level of various indexes such as reliability degree, the intelligent power supply The top-level design of the case has put forward another higher level, more specific to improve the specific requirements. Power system optimal design measures are advanced and reasonable wiring, not only directly related to the power supply construction equipment investment, operation and maintenance cost is also related to the whole process of power supply equipment reliability issues and safety equipment to normal production, relations involved in the production of the enterprise staff technical economic level and staff personal safety.

This paper mainly designs the power system of 220 kV substation. First of all, find some data, circuit analysis, according to the search for these data, the analysis of the main loop of the circuit wiring system is designed, then the system total circuit plane position of planning layout, power distribution equipment line planning and design, selection of transformer winding wires, the correct calculation of short-circuit current coefficient, conductor selection, relay selection, relay configuration, prevent Lightning, grounding, protection design.

Key Words: Substation ； Short Circuit Calculation ； Equipment Selection ； Relay Protection；

Lightning Protection Grounding

第1章电气主接线的设计

1.1主接线概述

主电接线设备是指一种可用于导线输电接线和功率分配系统的成套电气设备，是将变压器、开关控制电器、母

线、变压器、开关连接线等作为一系列电器设备进行连接的主要接线。

1.1.1单母线接线及单母线分段接线

(1)单母线接线

单母线的接线方法是一个由电气线路、变压器回路和某一组母线绕组组成母线的电气主接线。

使用单母线的好处:成本低廉，只要为分配母线设备容量预留少许余量，母线回路就基本可以直接扩展连接到设 备两端,扩展性极好。缺点:①不太可靠。母线故障、母线、母线断路器检修异常时,所有检修线路电源必须马上停 机,导致母线全厂时间或断路器全厂站长时间自动断电故障;任何一台断路器在需要维修改造时，它所处的线路都会 停止运行。②不便于调度，电力系统只能并行、不能分开工作，而且当线路一侧短路时，会出现较大短路。

(2)单母分段接线

单母线分段接线系统是一种采用隔离式开关线路或隔离断路器等将线路单根母线进行分段的新型电气主辅接线。

1.1.2双母线接线及分段接线

(1)双母线接线

双母线接线中的断路器有正反两种类型相同的母线，它们又可以独立互为后备。每条线路电源输入和直流输出 母线侧都应设有另一只断路器,并可设有前后两组双母线的绝缘保护开关。两组母线绕组之间所有的供电联络电路均 要通过母线间连接的断路器组来自动实现。该断路器系统同时具有母线供电稳定可靠、调度方便灵活、扩展功能方 便快捷等一系列优点。

(2)双母线分段接线

为了尽可能大的程度减小备用母线故障引起停电和事故扩大的各种直接影响，采用了双母分段式接线故障模 式，采用了分段式主母线断路器并自动将两条备用工作母线同时再拆分为了内外两段，母线发生故障后由备用主工 作母线断路器自动再与外两端的备用工作主母线断路器分别重新相连,并再自动地均匀且可靠有效地同时分布并保护 安装在的另外的两条备用正常的工作主母线上。双母接线与故障分段型断路器闸接线相比均明显比单双母式的断路 器接线都要更为可靠，当连接某一段电缆的工作母线中发生短路了的故障时,采用继电线过载短路保护，将整个故障 的分段式的断路器闸全部跳离开,并能够同时安全跳过所有可能与故障工作母线相垂直交叉和连接断开部分的所有工 作母线段中所有的故障断路器闸，从而保证了供电可靠性。

1.2主接线设计原则

电力主路接线工程的整体设计指导原则应当是:在切实保证整个系统运行供电设备安全运行可靠、调度合理灵活、满 足用电企业当前各项供电信息技术指标条件和用电技术要求规定的基本前提下，在力求确保本系统设备供电系统安 全运转可靠、调度管理灵活、满足配电企业现有各项输配电信息的前提下，就近取材,坚持一个可靠、先进、实用、经济、美观的设计原则。

1.3主接线选择

该套布线系统方案设计采用220KV侧双母带旁路接线，110KV侧双母接线、10KV侧单母分段接线。

双母线配有旁路型母线，且旁路断路器可在线路检修结束时代替回路断路器工作，避免了线路的断电，尽管为 我们多安装了另一台价格较为昂贵的断路器和隔离和控制开关，提高了公司的投入，但它对于旁路母线上的线路数 量很多，而且对电力系统的安全性和可靠性有特别要求的电路中非常重要。主接线如图1.1：

图1.1主接线方案

该方案可靠性较高；有两台主变压器工作， 保证了在变压器检修或故障时，不致使该侧不停电，提高了可靠 性，提高了接线方式的灵活性，容易实现扩建。

第2章电气总平面布置及配电装置的选择

2.1概述

配电网络是电力系统和变电所的重要组成部分，由开关电器、保护、测量用电器及其他附属设备组成，根据主 接线的连接方式， 构成接收和分配的电能的装置。

根据设备的安装位置，配电设备可分为室内和室外两种。

2.2配电装置的确定

该方案为220KV和110KV的室外配电网，10KV为室内配电网。

本变电所在市郊区，由于其地质、环境状况较好，所占用的土地面积较小，故其220KV和110KV电压技术等级均 为一套普通的中型户外配电自动化设备。2.3电气总平面布置

(1) 220KV高压配电装置 220KV母线可以采用屋外的中型母线单列布置。

(2) 110KV高压配电装置

采用屋外式配电装置。

(3) 10KV高压配电装置：

采用屋内式配电装置，且可采用上下两层式

(4) 道路：

主母线间距离与旁路母间距离有3米，为能更能便于在室外电气运行时人员的进出与操作、检修等室内的电气设 备,屋外的配电装置内设双向高0.8米~宽1米的环形小道，电缆沟盖板等也只可允许临时占用作为供部分人员巡视的 小道。

第3章主变压器的选择

3.1主变压器的选择原则

3.1.1主变压器台数的选择

(1)大城市的一次变电所，在中、低电压出线端之间构成环网时，应设置两个主要变压器。

(2) 一次系统变电所或一次系统的大企业的工厂，在设计时，应考虑使用三个主要变压器。

(3) 为了在负荷增大时改变变压器容量，打算仅安装两个主要变压器的变电所。

3.1.2主变压器容量的选择

(1) 对于用电负荷较集中的大型变电站，当最后一个主变发生断电故障时，要重新考虑其他所有变压器出线 的额定容量，以尽可能确保在接下来一段时间周期内，满足客户的一次、二次负荷；在普通变电站中，当出现故障 时，其他变压器的装机容量应为70%~80%。

(2) 要立足于整个网络，推行系列化和标准化。为了确保电力系统的可靠性，通常设置2个主变电所，如果有 条件的话，可以考虑3个。

3.1.3主变压器型式的选择

选择主变压器，需考虑如下原则；

(1) 在不受限于交通状况的情况下，三相变压器适用于330KV及以下的电厂、变电所。

(2) 当在变电站内设计线路与设计安装于该电站变压器系统连接点电压的额定总交流电压差值为500KV及以下 值时，经过综合电气技术条件分析和电气设备经济效果指标上综合评估及对比，选择采用一组大容量三相变压器、两台50%及其以上相同容量比例的中型三相变压器进行组合设计或另选用其中一组小型单相变压器。三相变压器主要 适用于单台功率小于300MW、直接升至500KV的机组。

(3) 在一个500千伏以下变电站改造中，除了首先需要着重考虑供电交通状况影响之外，还应该能够根据系统 所需要提供电能的最大负载容量和用电系统状况，对任何一台以上(或多组)供电变压器运行发生严重故障后或大 面积停电进行检修作业时发生的电系统运行影响后果进行预测分析。

在大型发电厂机组或小型变电站时还要综合根据供电可靠性、灵活性、经济性指标等,确定发电机组是否同时需

要装设备用相。

3.2主变压器选择结果

110kV侧负荷的最大容量计算：S2MAX=150/0.85=188.2MVA

10kV侧负荷的最大容量计算：S3MAX=38/0.8=47.5MA

通过变压器的容量计算：S=188.2+47.5=235.7MVA

SN = 0.7S = 165MVA (3-1)

选定变压器的容量为180MVA。

查《大型变压器技术数据》可选定其主变型号分别为:SFPS7-18000/220。

主要技术参数如下：

额定容量：180000(KVA)

额定电压：高压一220±2X2.5%；中压一121； 低压一10.5(KV)

连接组标号：YN/yn0/d11

空载损耗：178(KW)

阻抗电压(%):高中：14.0；中低：7.0；高低：23.0

空载电流(%)：0.7

所以选择两台SFPS7-180000/220型变压器为主变。

第4章220KV变电站电气部分短路计算

系统阻抗：220KV侧电源近似为无穷大系统A,归算至本所220KV母线侧阻抗为0.015(Sj=100MVA),110KV侧电源容 量为500MVA，归算至本所110KV母线侧阻抗为0.36(Sj=100MVA)。变压器型号为SFPS7—180000/220。

Sn=180MVA其中高中、高低、中低阻抗电压(%)分别为14， 23，7。简化图如图4.1所示：

?A

图4.1系统图的等值电路

4.1变压器的各绕组电抗标幺值计算

UM = 2叵(1一2)% + U5 % -U* %] = 2(14 + 23 -7) = 15

Us2 % = 2[Us(1-2) % + Us(2-3) %-Us(3-1)%] = 2(14 + 7 -23) = -1

US3 % = [Us(3-1) % + Us(2-3) % - Us(1-2) %] = 2(23 + 7 -14) = 8

设 Sb=100MVA，U = U

B av

X ^T1*X^T2*Us^ x 金=J! x 竺=0.083

100 SM 100 180

U% x 虽 ―x 0.006

100 SM 100 180

XCt3*U3% SB 8 100 cc

— ^3— x-^ = x =0.044

100 S 100 180

4.210KV侧短路计算

f(3)-1短路时，示意图如下4.2：

? A

X AS米 '、、

0,015 .

220KV

B

图4.2f⑶-1短路的等值电路图

X = - (X. +,. + Xti*Xt2* ) = - (0. 083-0. 006+~°' 006x°' 083) =0. 033

】* 2 十电 X3. 2 0.044

1 X X

V - [1] [2] rv _lv _l 5*5*、

X2* o (XT2*+XT3*+ x )

匕 ^T1*

1,-0.006x 0.044、

=一 (-0.006+0.044+ )

20.083

=0. 018

1 X X

v - 1 rv _lv _l 5*5*、

X3* o (XT1*+XT3*+ x )

匕 、2*

Xi*

X'i*

X'1*+X'2*+X'

3*

_ 0.033 乂 (—0.24)

-0.033 + 0.018 — 0.241

=0.042

X

2*

X 3*

2*

X']*+X'2*+X'

3*

_ 0.018 乂 (—0.241)

-0.033 + 0.018 — 0.241

=0.023

3*X'八2*X']*X']*+X'2*+X'3*

0.018 x 0.033

0.033 + 0.018 — 0.241

=—0.003

图4.3f(3) -1短路的等值电路图

再次简化

因为击*二 0.042 ^C^as* 0.0'5 ^^bs* 0.36

所以 Xa*=Xas*+X1*

=0. 015+0. 042

=0. 057

X =Xr, +X =0.36-0.003=0.357

B* BS* 3*

X =X2

C* 2*

示意图如下4.4所示:

图4.4f⑶-1短路的等值电路图

再做三角形变换

X X

X =X _kX La*、*

XAF* xa*+xc* +

XB*

0.057 + 0.23 +0.057 x 0.0230.357

=0.084

Xbf*=Xb*+Xc*+Xb*Xc* = 0.357 + 0.023 + 0.357 x 0.023 = 0.524

BF B C XA* 0.057

示意图如4.5：

图4.5f⑶-1短路的等值电路图

计算电抗：

XsB=Xbf* 室=0.524 x 迎=2.62 jsB BF S 100

N

汽轮发电机计算曲线，0s时标么值为

Ib0*=O. 390

因为A电源为无穷大系统所以提供的短路电流为:

Ip*=L = — ^ = 11.90

P XAp* 0.084

所以短路电流有名值为:

IfO=0.390 x l500 +11.90 x — = 76.154KA

V3 X10.5 J3 X10.5

冲击电流：= a* * 76.154 = 194.193( KA)

短路容量：Sk =V3 X10.5 X 76.154 = 1384.977(MA)

4.3220KV侧短路计算

/3)-2短路时，示意图如下图4.6所示。

Xas* V〉

0.015 <>

220KV

X 八T1*0.083X“*

-0.006~X

>八T1*

了> 0.083

V〉Xt2*

< -0.006

110KV

<> Xbs*

1> 0.36

图4.6f⑶-2短路的等值电路图

Xt * = 2( Xt 1* + Xt2*) = 2(0.083 - 0.006) = 0.039

0,015 2 0.0390,36B-O

图4.7f⑶-2短路的等值电路图

XB*=XT*=XBS*=0. 039+0. 36=0. 399

0,015 0,399Ao-

图4.8f⑶-2短路的等值电路图

A电源(无穷大系统)的短路电流为：

IP* = —-— = —-— =66.667

P XAS* 0.015

X、r= 0.399 x 迎=2.00 jSB 100

查汽轮发电机计算曲线有

Ib0=0.512

所以短路电流有名值为

If0=0.512 x500

也 x 230+66.667 xV3 x 230

=17.376KA

冲击电流：ish = 2.55 x17.376 = 44.309(KA

短路容量：Sk =心 x 230 x17.376 = 6922.106(MA)

4.4110KV侧短路计算

f3)-3短路时

图4.9f⑶-3短路的等值电路图

XA*=XT*+XAS*=0. 039+0. 015=0. 054

上图简化图4.10如下：

图4.10f(3) -3短路的等值电路图

A为无穷大系统所以有

Ip* =上=— ^ = 18.519

P XA* 0.054

而 X 而=0.36x 500=1.80

jsB 100

查汽轮发电机的计算曲线得

Ib0=O. 570

所以短路电流有名值为

500 100 .

IfO=0.570 x +18.519 x = 10.778KA

V3x115 V3x115

冲击电流：ish = 2.55 X10.778 = 27.484(KA)

短路容量：SK =V3 x115 X10.778 = 2146.825(MVA)

短路计算结果如4.11：

表4.11短路计算成果表

第5章导体和电气设备的选择

在用户进行安装电器技术选择工程时，应尽可能根据现场工程及实际应用情况,在切实保证产品安全、可靠性的 技术前提指导下，积极大胆而慎重稳妥合理地决定采用什么新技术，并同时注意适当节省电力投资，选择比较合适 用户的电气设备。

(1)技术条件

选择可靠的中高压电器，应至少能允许在一定长期稳定工作压力条件情况下工作和极少发生大过电压、过电流情况 的条件情况下长时间保持电路正常运行。同时，所应选择的导线和高压电气设备都应先按短路条件下分别进行动、热的稳定和校验。各种高压设备的一般技术条件如下5.1：

表5.1高压电器技术条件

5.1断路器和隔离开关的选择

在选用断路器时，除了要符合各种技术、环境条件之外，还要注意其在安装、调试、使用、维修等方面的综合 考虑。针对国内目前的断路器生产状况，在10~220KV的电力系统中，通常采用低油断路器，在不符合要求的条件 下，采用SF6。

断路器选择的具体技术条件如下：

额定电压校验：

额定电流校验：

开断电流：

Un牛

1 N > max

dr > I"

(6-1)

(6-2)

(6-3)

动稳定： 热稳定：

(6-4) (6-5)

〔es > L sh

> Qk

同样，隔离开关装置的设计选择标准及其安全校验与工作条件规定应当考虑与其

他隔离型断路器产品基本情况相同，并表示在工程设计实践操作中还可以继续考虑或者适当时采取技术措施进 一步降低其这些要求。

5.1.1220KV出线、主变侧

(1)主变断路器的选择与校验 流过断路器的最大持续工作电流

I =工max1.05 X180000

a/3 x 220=496.01( A)

选择SW6—220/1200，其SW6—220/1200技术参数如下5.2表:

表5.2SW6—220/1200技术参数表

热稳定校验：It2t>Qk

It2t=212X4=1764 [(KA)2S]

电弧持续时间取0.06S，热稳定时间为：tk=1.5+0.04+0.06=1.6S

查计算电抗并计算短路电流为

500 100

I08=0.519 x +66.667 x =17.319KA

J3 x 230 J3 x 230

500 100

1,6=0.512x +66.667x =17.321KA

J3 x 230 J3 x 230

tk /2 i tk

12

所以，It2t> Qk17.3762 +10 x17.3192 +17.3212 …

12= x1.6

= 120.252[(KA) • s]

满足热稳校验。

动稳定校验：7es=55kA>zsh=44.309KA满足校验要求

具体参数如下5.3表:

表5.3具体参数表

由表可知，所选断路器满足要求。

(2)、出线断路器的选择与校验

T 2 x 180000 ……

虬心= =944.88A

m 也 x 220

由上表可知SW6-220/1200同样满足出线断路器的选择。

其动稳定、热稳定计算与主变侧相同。

具体参数如下表5.4所示：

表5.4具体参数表

(3)、主变侧隔离开关的选择及校验过程如下:

①额定电压选择：Un^Uns=220KV

②额定电流选择：【N>Imax=496.01A

GW6—220D/1000—80，其技术参数如下5.5表:

表 5.5 GW6—220D/1000—80 技术参数表

④热稳定校验：It2t>Qk

It2t=23. 72X4=2246. 76 [ (KA) 2S]

所以，It2t>Qk满足热稳校验。

⑤动稳定校验：7es=80KA>zsh=44.309kA满足校验要求。

具体参数如下5.6表：

表5.6具体参数表

(4)出线侧隔离开关的选择及校验过程如下:

Im ax2x180000

a/3 x 220=944.88A

由上表可知GW6—220D/1000—80同样满足出线隔离开关的选择。

其动稳定、热稳定计算与主变侧相同。

具体参数如下5.7表：

表5.7具体参数表

由表可知，所选隔离开关各项均满足要求。

5.1.2 主变 110KV 侧：

(1)断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流

_ 992.02(A) _ 1.05 X180000

/ max _ 也 X110

具体选择及校验过程如下：

初选SW4—110/1000技术数据如下5.8表所示:

表5.8 SW4—110/1000技术数据

热稳定校验：It2t>Qk

It2t=212X 5=2205 [(KA)2S]

灭弧时间取0.06S，热稳定计算时间：tk=1.5+0.06+0.06=1.62S

查转移电抗并计算短路电流

I162=0.584 xV3 x115+18.519 xV3 x115= 10.762KA

In 时=0.575 xU.81V3 x115+18.519 x100

也 x115=10.730KA

12

10.7782 +10 X10.7302 +10.7622 ,小

12二 186.747[ KA.S ]= X1.62

所以，It2t>Qk满足热稳校验。

动稳定校验：Zes=55kA>Zsh=27.484KA满足校验要求。

具体参数如下5.9表：

表5.9具体参数表

由表可知，所选断路器满足要求。

(2)隔离开关的选择及校验过程如下：

选择GW4—110D/1000—80其技术数据如下5-10表:

表 5.10 GW4—110D/1000—80 技术数据

热稳定校验：It2t>Qk

It2t=21. 52X 5=2311. 25 [ (KA) 2s]

所以，It2t>Qk满足热稳校验

动稳定校验：Zes=55kA>zsh=27.484kA满足校验要求

具体参数如下5.11表

表5.11具体参数

由本表内容可知，所选的隔离开关的各项技术参数均基本满足要求。 110KV以上母联断路器装置及隔离式开关装置中的断路器额定或最大负荷过载和工作条件下应满足与主变配电路设计 中采用的110KV以下母断路器应保证能充分满足在其两端相同负荷工况上的额定负荷要求，故一般必须分别选用上述 两者容量相同负荷的设备。即也可以考虑选用SW4-110/1000型干式少油断路器和GW4-110D/1000—80型干式隔离开 关。

5.1.310KV限流电抗器、断路器隔离开关的选择：

限流电抗器的选择

35

IN A = 1.347KA

N J3x10.5

UN > Uns =1。KV

设将电抗器后的短路电流限制到I〃=20KA

(1)初选型号

根据以上条件初选XKK— 10—4000—4

电抗器标么值：

3T其中：小孔=5.5KA

(2)选择电抗值

电源至电抗器前的系统标么值：

X， *z=Xaf* // XBF* = °豚4 4 0.524 = 0.0724

BF 0.084 + 0.524

XL%=)^^X100% =(鲍0. 0724)XIbUn 204000x105005500x10000

曾运用4%的电抗器，计算结果表明不满足动稳定要求，故改为XKK-10-4000-12,5.12表是该装置的技术数据。 表 5.12 XKK— 10—4000— 12 技术数据

(3)电压损失和残压校验

当所选电抗值大于计算值时， 应重算电抗器后短路电流，以供残压校验。

为计算短路电流，先计算电抗标么值为

% = XL %IdUn…5500 x 10000=0.12 x 4000X10500=0.157

X*£ = X'*£ + X*L = 0.0724 + 0.157 = 0.229

其中tk=2+0.17+0.05=2.22S，查短路电流计算曲线并换算成短路电流有名值:

1〃 =76. 154KA I2.22=76. 23KA I1.11=76. 23KA

则电压损失和残压分别为

…I . c 1347

AU%=AU%=X %8sm0 = 0.012 x x 0.6 = 2.42%V5%

L I 4000

I〃 76 154

AUre%=XL%p = 0.12 x 4 0 = 228%>60% 70%

(4)I〃2 +101+12

动、热稳定校验

12

76.1542 +10 x 76.232 + 76.232 °”

12= x 2.22

=12898.306[ (KA)2s]

ish=KshI〃 =2. 55x 76. 154=194KA<204KA

表5.13具体参数

根据以上校验，选择满足要求。 限流后 I〃 =20KA zsh=2. 55 X 流过断路器的最大工作电流： Imax1.05 x35y/3 x10.5=1414.4

具体选择及校验过程如下:

20=51KA

A

选择SN4—10G/5000，其技术参数如下5.14表所示:

表 5.14 SN4—10G/5000 技术参数

热稳定校验

It2t=1202 X 5=72000 [ (KA) 2S]

设后备保护时间为1.5S，灭弧时间为0.06S

tk = 1.5 + 0.15 + 0.06 = 1.715

查短路电流计算曲线并换算成短路电流有名值：I〃=20KA

11,1=0.37 x500

心 x10.5+11.9 x43 x10.5=75.6KA

I = 0.38x l500 +11.9x — = 76.1KA

0 55 J3 x10.5 J3 x10.5

I"2 + 10尸 + 尸 202 +10 x 76 12 + 75 62 Q

12Qk = ——Jxtk = 76 + • x1.71 = 9123.9[ (KA)2s]

It2t>Qk满足要求。

动稳定校验：Zes=300kA>Zsh=51kA满足校验要求。

具体参数如下5.15表：

表5.15具体参数

由表可知，所选断路器满足要求。

隔离开关的选择及校验过程如下：

选择GN10—10T/5000—200，其技术参数如下5.16表:

表 5.16 GN10-10T/5000-200 技术参数

热稳定校验：It2t>Qk

It2t=1002 X 5=50000 [ (KA) 2s]

所以，It2t>Qk=9123.9[(KA)2s],满足热稳校验。

动稳定校验：Zes=200kA>Zsh=51kA满足校验要求。

具体参数如下表5.17：

表5.17具体参数

10KV母联断路器侧的设计和最大设计负荷工作条件等应符合与变幅系数低匹配的标准，10KV侧设备设计应尽量同时 考虑满足具备以上几种相同工况特性下的基本技术要求， 故设计最好尽量选用满足上述的相同设备。即断路器分别 选用了SN4-10G/5000型干式少油断路器开关和GN10-10T/5000—200型隔离开关。

5.2电流互感器的选择

电流互感器的选择和配置应按下列条件：

型式：电流互感器选择采用的型式还需特别根据设备具体安装使用和现场电气环境条件情况和产品情况综合考 虑而予以选择。对于6~20KV屋内的低压配电开关装置，可选择采用烤瓷片型绝缘结构类型的变压器和采用树脂浇注 式绝缘结构形式类型的电流互感器。对于35KV及以上高压配电装置，一般均建议考虑采用带油脂浸膏式外壳及以瓷

箱式绝缘结构为连接结构的独立的箱式电流互感器。

一次回路电压：ug(一次回路工作电压)＜un (6-6)

一次回路电流：

Ig.max(一次回路最大工作电压)＜Im (原边额定电流) (6-7)

二次负荷：

S” = 12n. Z2” (以) (6-8)

式中， S”=I2”.Z2„(以) (6-9)

禹=尸2”.Z2„ (6-10)

动稳定:

(6-11)

式中，Kdw是电流互感器动稳定倍数。

(6-12)热稳定:

尸北*(戚)2

Kt为电流互感器的1s热稳定倍数。

5.2.1 220KV侧电流互感器的选择

主变220KV侧CT的选择

一次回路电压： u > u = 220KV n g

T , 4 180000

二次回路电流： I > I = —x = 629.84A

g 3 也 x 220

根据以上两项，初选LCW-220(4x300/5)户外独立式电流互感器，其参数

如下5.18：

表 5.18 LCW-220(4X300/5)参数

二次负荷

准确等级 稳定

额定电流 级次 准确 动稳定

型号 倍 电 倍

A 组合 级次 0.2V. 0.5 1 3 5P 10P 倍 电

A 数 流

Q V.A

二次 负荷

数 流 数

动稳定校验：ish也*如

V2Im Kdw = ^2 x1200 x 60 = 101.81陷 > ish = 44.309陷

满足动稳定要求。

热稳定校验：

尸盘广(戚)2

(ImKt)2=(1200x60)2=5184K42.s>QK=115.743KA2.S

满足热稳定要求。

综上所述，所选LCW-220(4x300/5)满足要求。

表 5.19 LCW-220 (4X300/5)参数

5.2.2110KV侧的电流互感器的选择

主变中110KV的CT的选择：

一次回路电压：un=u=110KKn&

二次回路电流:Tr 4180000

I > I = — x = 1159.67A

g 3 也 x110

根据以上两项，初选LCWDL-110/(2x600/5)户外独立式电流互感器，其

参数如下5.20：

表 5.20 LCWDL-110/(2X600/5)参数

动稳定校验：ish<>/2ImKdw

5/2 Im Kdw = V2 X1200X135 = 229.10KA > ish = 24.484KA

热稳定校验：

Qk <(*2

(ImK)=(1200X75)2=8100M.S>QK=179.831KA2.S满足热稳定性要求。综上所述，所选的电流互感器LCWDL-110/(2x600 /5)满足动热稳定性要求，具体参数如下5.21表：

表 5.21 LCWDL-110/(2X600/5)参数

型 号

准 确 级 次

二次负荷 准确等级

1S热 稳定

10%倍数

动稳定

额定电流 A

级次 组合

5.2.310KV侧电流互感器的选择 10KV主变进线回路CT的选择

1、一次回路电压：u>u=10KAn&

2、二次回路电流:Im > Igmax4 35=Ex 匚5 = 2694A3 J3x10

由此得， 初选LMZD-10(11000/5)户外独立式电流互感器，其参数如下5.22

表:

表 5.22 LMZD-10 (11000/5)参数

电 倍 流 数

0.2

0.5 1 3 5P 10P 二次 倍 电 倍

V

.

A Q V.A

3、动稳定校验板V捉ImKdw:

...V2lm Kdw =V2X11000 X 90 = 1399.86KA > ish = 115.754KA

4、热稳定校验：Qk<(ImK) :. (ImK)=(11000x40)2=193600KA2.5>Qk=12898.306KA2.S

满足热稳定性要求。

综上所述，所选的电流互感器LMZD-10(11000/5)满足动热稳定性要求。

表 5.23 LMZD-10(11000/5)参数

5.3电压互感器的选择

电压互感器的选择和配置应按下列条件：

型式:620KV级的干式屋内变压电流互感器安装的一种基本的型式是用户根

据自身具体和使用的场所条件要求一般可以考虑选择一种采用树脂胶主滤芯绝缘式密封结构密封安装型式的干 式交流电压互感器结构类型;如为220KV及以上变电站设置的直流配电或稳压接地装置，当额定供电设备容量电压范 围和电气绝缘要求的准确电气绝缘电压等级都必须满足其设计技术要求，一般均可以要求采用电容式电压互感器。 在用电现场如需要在现场进行检查三相线路特性和进行现场电压监视测量或确认一次三回路中二次绕组及其接地故 障情况时，应要求首先确定选用的三相五线式电压互感器。

表5.24二次额定电压

5.4导体的选择与校验

5.4. 1 220KV 母线

这里采用钢芯铝绞线导体

2x180000

也 x 220

=944.88A

选用LGJ型钢芯铝绞线,其长期额定允许标称连续工作流量截面宽度一般为

2 一..一一一 一

800/100mm， 长期额定最小允许最小连续载工作流量宽度通常为1402A。

6y-0 温度修正系数扁= ---- V 0V—0070 — 04 ———-V 70—2570—404 ————V 70—25=0.82

Ial40 = k0 x Im如=0.82 x1402 = 1149.64>944.88A

电晕校验：

Uy > Ug = 1.05Un = 1.05 x 220 = 231KV

U = 84kmx^r (1 + 攀)也 a = 299.55KV>231KV

J汉r r

满足要求。

5. 4. 2 110KV 母线

这里采用钢芯铝绞线导体

热稳定校验。正常运行时导体温度

, 、12 992 022 一

6 = °。+( % - %)芦=40 + (70 - 40)993^ = 69.94°C

查发电厂电气部分表C=87,则满足短路时发热的最小导体截面为

e 晅稣 J179.83 X1X106 2/河 2

S = = = 154.14mm' < 630mm

min C 87

满足热稳定要求。

电晕校验：

U > Ug =1.05Un = 1.05 X110 = 115.5KV

U = 84及心,(1 + 冒山-=299.55KV>Ug = 115.5KV yjS-r r

满足要求。

5.4.310KV母线的选择

动稳定校验

相间距a=0.25m

冲击电流"h=51KA

单位长度上的相间电动力：

„ _ 7 1 2 _ r 510002 _ ,

f = 1.73X10-7—i: = 1.73X10-7 x = 1799.892N/M

pf a 0.25

e bh 0.008 x 0.1252 “ m-6 3

W =——= =42 x10 6 mi

3

M 1799.892x1.22

a h = — = — = 6.2 x 106 Pa< 70x106

ph 10W 10 x 42 x10-6

母线同相条间作用应力计算如下：

b 8 2b - b 8

—= =0.064 = = 0.06

h 125 b + h 8 +125

由导体形状系数曲线查得K12=0.23

fb = 2.5K„i2,h -x10「8 = 2.5x0.23x510002 x-^x10「8 = 1869Pa

12 b 0.008

其中Zb=1.2/3=04m,而条间应力为

bb = f^ = —1869 x 0.4——=18.69 x106 Pa

2b1h 2 x 0.0082 x 0.125

。曲 +ab = 6.2 x106 +18.69 x106 = 24.89 x106 Pa<70 x106 Pa

由以上可知满足要求。

5.4.4变压器220KV侧引接线的选择与校验

(1)按经济电流密度选择导体截面积:

=罕迎00 = 944.88 A im ax

J3 x 220

查经济电流密度曲线，当Tmax=3600h时，经济电流密度J=1.3Amm^，则

S = lmaL = 944.88 = 726.83mm2

J J 1.3

查阅资料选取LJ-800铝绞线。

(2)热稳定校验，正常运行时导体温度 :

|2e = 00+/f)胃1 al944 882

查表得:

S min =C=85Kf = 1

S min ==J115.743 x106

=126.57<800mm2=40 + (80 - 40) ―r = 75.6oc 10012

满足热稳定要求。

选择LG-800铝绞线符合要求。

5.4.5变压器110KV侧引接线的选择与校验

热稳定校验，正常运行时导体温度:

一一一一、尸 9922_一

e =。0+(%-。0)芦=40 + (80 - 40) 10^ = 76°c

查表得:

C=85 Kf = 1

S皿 X呻/ 179.831 xlO6 xl/ = 157.77V 1250/W

满足热稳定要求。

选择LGJK-1250/150钢芯铝绞线符合要求。

5.4.6变压器10KV侧引接线的选择与校验

10KV母线最大持续工作电流：

查表：^max1.05 x 35

a/3 x10.5=1414.4 AJ = 0.98 ; 2 / mm

导体经济面积：

S =亳=1414.4 = 1443.26mm2

'J 0.98

热稳定校验：

正常运行时导体温度：

0 =色+泌厂&0)墉=40 + (70 - 40)141442 = 46.04°c ，al 3152

查表得：C=95。则满足短路时发热的最小导体截面积：

v 』0Kf J14898.306x106 x1.45 2 2

S = = = 1547.132mm < 2500mm

min C 95

满足条件。

动稳定校验：

相间距a=0.25m

10KV侧短路冲击电流：zsh=51KA

•，户 . 一 510002

母线相间应力：f h = 1.73 x10「7x 卫=1.73 x10「7x = 1799.892N / m

ph a 0.25

W =七=°^ = 52.083 "矛

。h =立=直纣892xM = 4.98x106〃 沥 10W 10 x 0.000052083

母线同相条间作用应力计算如下：

-=匹=0.08 2^^ = — 10— = 0.074 h 125 b + h 10 +125

由导体形状系数曲线查得K12=0.24

f = 2.5K、,i1 x10「8 = 2.5 x0.24x 510002 xLx10「8 = 1561Pa

Jb 12 shb 0.01

其中Lb=1.2/3=0.4m，而条间应力为

=10 x106 PafbLb _ 1561x 0.42

2-h - 2 x 0.012 x 0.125

%ph +%b = 4.98 x106 +10 x106 = 14.98 x106 Pa<70 x106 Pa

满足要求。

所以选择：2条125mmx10mm矩形硬铝导体满足条件。

第6章防雷接地设计

6.1防雷设计

6.1.1防雷设计原则

已经在输电线路上产生的闪击电流，会沿着输电线路向变电站的母线移动，从而对母线上的电气设备造成危 害。在母线安装避雷器是防止雷击侵入波过电压的重要手段。

三绕组在正常工作时，只会出现高、中压绕组工作时的低压绕组断开，这就给防雷工作带来了一些特殊的问 题。在三绕组变压器中，当低电压绕组断开时，C2极小，而且静电成分会危害到低压绕组的绝缘，因此必须采用防 雷技术。由于静电成分会使三相电压同时上升，所以只需在绕组的直出口安装避雷器。

6.1.2避雷器的选择

阀式避雷器应按下列条件选择

型式:选择避雷器型式时,应全面考虑各种被动保护控制电器系统的主要绝缘技术水平和一般使用电气特点,按如下图

表中6.1项选择。

表6.1避雷器类型

按照安装避雷器电路的电气结构原理，在集中配电网线路的各侧母线端子上,通常也都一定要考虑安装上避雷 器，而在电力变压器端与高压断路器端之间，要适当安装一个避雷器即可;一般在有110kV、35kV变电站的供电线路 端子上，通常是不安加装避雷器。在装有220KV变压器和其他110kV配电设备变压器的主框架范围内应安装避雷针， 10kV配电网必须安装两个单独设计的避雷针来作为雷电直接安全防护,不需在其主变体范围上额外安装避雷针。鉴于 氧化锌避雷器具有了比碳化硅避雷器具有更好的抗非线性的伏安性能，可用其作为本设计的避雷器。

1、220KV侧避雷器的选择和校验

(1)型式选择

根据设计规定选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。

(2)额定电压的选择：

U = Un = 220KV

因此选FCZ-220避雷器，其参数如下表6.2：

表6.2避雷器参数

(3)灭弧电压校验:

最高工作允许电压： Um =1.15Un = 1.15 x 220 = 253KV

直接接地： Umh>CU=0.8x253=202.4KV，满足要求。

(4)工频放电电压校验：

253

下限值：U亦 > k0Uxg= 3 x苫=438.2KV

上限值：U亦=1.2U必=1.2x438.2 = 525.84KVV580KV

上、下限值均满足要求。

(5)残压校验：Ubc=kbUmh=2.35xJ2x202.4=672.657KVV740KV,满足要求。

所以，所选FCZ-220型避雷器满足要求

2、110KV侧避雷器的选择和校验

(1)型式选择

选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。

(2)额定电压的选择：

Un = Uns =110KV

因此选FCZ-110避雷器，其参数如下表6.3：

表6.3避雷器参数

(3)灭弧电压校验：

最高工作允许电压： Um =1.15Un = 1.15 x 110 = 126.5KV

直接接地： Umh > CdUm = 0.8 x 126.5 = 101.2 KV，满足要求。

(4)工频放电电压校验：

下限值： Uf>虹叭=3x邛5=219KV

上限值： U瓠=1.2U必=1.2 x 219 = 262KVV290KV

上、下限值均满足要求。

(5)残压校验：Ubc=kbhUmh=2.35x42x101.2=336KVV365KV，满足要求。

所以，所选FCZ-110型避雷器满足要求。

3、10KV侧避雷器的选择和校验

(1)型式选择：根据设计规定选用FS系列普通阀式避雷器。

(2)额定电压的选择：Un=Uns=10KV

因此，选择FS-10型磁吹阀式避雷器，具体参数如下表6.4 :

表6.4FS-10主要技术数据

(3)灭弧电压校验:

最高工作允许电压：Um=1.15Un=1.15x10=11.5KV

直接接地： Umh > CdUm =1.1x 11.5 = 12.65KV，满足要求。

(4)工频放电电压校验

下限值： Ugfx > k0Uxg = 3.5 x~^3 = 23KV

上限值： Uf =1.2U必=1.2 x 26 = 28KVV31KV

上、下限值均满足要求。

(5)残压校验：Ubc=kbhUmh=2.35x41x12.65=42KVV50KV，满足要求。

(6)冲击放电电压校验：Uchfd=Ubc=42KVV50KV，满足要求。

故所选FS-10阀式避雷器合格。

通过几个月的学习，我的毕业设计顺利完成。在此期间，我查阅了大量的书籍，上网搜索了变电站的资料，根 据实际要求，力求做到一个既经济有实用的变电站设计。

设计期间，学习关于供电的相关知识，自己的画图，设计，搜索资料的能力有了显著的提高，也同样使我的知 识体系更具有整体性和灵活性。无论是变压器的选型和台数，还是短路电流的计算都是我的专业知识进一步加深， 使我等会变压球有了更深层次的理解。

这次的设计不但让我充实了自己的专业知识，也让我对认识世界有了更深刻的理解。从得到题目，到参考材 料，设计、论证、修改，直至设计完成。充分反映了理论与实践相结合的重要意义。更重要的是，这个设计让我能 够独立地去做一些事情，为以后的工作打下坚实的基础。当然，这个设计还没有完全完成，还有很多不完善的地 方，希望能得到老师的指点。

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[15]陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].中国水利水电出版社，2000.

[16]华中工学院.电力系统继电保护原理与运行[M].中国水利电力出版社，1999.

[17]杨新民.电力系统继电保护培训教材[M].中国电力出版社，2000.

脚注

[1] 小 EC c v 0.083 x 0.044、=一(0.083+0.044+ )

[2] -0.006=-0.241三角形变为星形：

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