220kV变电站电气部分初步设计

摘要本设计书主要介绍了220kV地区性变电站的设计内容和设计方法，论述了电力系统工程中变电站的部分电气设计（一次设备部分）的全过程。通过对变电站的主变压器的选择，主接线设计，站用电设计，短路电流计算，电气设备动稳定、热稳定的校验，主要电气设备型号及参数的确定，防雷保护的设计，配电装置的设计及继电保护的配置，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。本设计书是针对变电站电气设备的一次部分的理论设计，未涉及二次部分。SummaryThe design sheet introduces the project contents and design methods of 220kV regional converting station mainly and expounds the overall process of segmental electrical appliance designing (primary equipment part) of converting station during the course of electrical power system. Through choosing the main transformer of converting station, designing the main wiring, devising the electricity for station, reckoning short-circuit current, checking out the dynamic stability and thermal arrest of electrical equipment, ensuring the model and parameter of main electrical equipment, designing the lightning production, devising the power distribution unit and collocating the productive relaying, I finished the design of converting station in electrical power system in details. The design sheet is a design theoretically direct at primary equipment part of electrical equipment in converting station, not involve second section.第一篇 说明书1第一章 原始资料及分析1第二章 主变压器及所用变的选择3第一节 概述3第二节 主变压器台数的选择3第三节 主变压器容量的选择4第四节 变压器型式和结构的选择4第五节 所用变的选择6第三章 电气主接线设计8第一节 概述8第二节 主接线的接线方式选择9第四章 短路电流的计算14第一节 概述14第二节 短路电流计算的目的与假设14第五章 电气设备的选择17第一节 概述17第二节 断路器的选择19第三节 隔离开关的选择20第四节 互感器的选择21第五节 电力电缆的选择24第六节 母线的选择25第六章 配电装置的选择27第一节 概述27第二节 配电装置的选择29第七章 防雷保护的配置32第一节 概述32第二节 配置原则32第八章 继电保护的配置34第一节 概述34第二节 变压器保护配置34第三节 线路保护35第二篇 计算书37第一章 短路电流的计算37第一节 变压器参数的计算37第二节 短路电流的计算38第三节 回路最大持续工作电流的计算40第二章 电气设备的选择42第一节 断路器的选择42第二节 隔离开关的选择43第三节 互感器的选择44第四节 10KV电力电缆的选择47第五节 10kV母线的选择49第三章 防雷设计的计算51第一节 避雷器的选择51第二节 避雷针的保护范围计算52结束语54参考资料：55附录：电气主接线图55220kV变电站电气部分初步设计第一篇 说明书第一章 原始资料及分析一、 原始资料及分析1.根据电力系统规划需新建一座220kV区域变电所。该所建成后与110kV和220kV电网相连，并供给近区用户，按规划该所装设两台容量为120MVA主变压器2.计划新建变电站为220kV降压变电所，其性质为地区变电所。该所有220kV、110kV和10kV三个电压等级。其中220kV出线6回，110kV出线8回，10kV出线12回。3.该变电所建成后于110kV和220kV电网相连。4.110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为40MVA，其他作为一些地区变电所进线，10kV侧总负荷为30MVA，、类用户占60%，最大一回出线负荷为3000kVA。5.各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：220kV侧 cos=0.9 Tmax=3800小时/年110kV侧 cos=0.9 Tmax=4200小时/年10kV侧 cos=0.85 Tmax=4500小时/年6.系统阻抗：220kV侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220kV母线侧阻抗为0.32(Sj=100MVA)，110kV侧电源容量为1000MVA，归算至本所110kV母线侧阻抗为0.64（Sj= 100 MVA）。7.该地区最热月平均温度为28，年平均气温16，绝对最高气温为40，土壤温度为18,海拔153m。8.该变电所位于市郊生荒土地上，地势平坦、交通便利、环境无污染。二、设计内容及要求：1 主接线设计：分析原始资料，根据任务书的要求拟出各级电压母线接线方式，选择变压器型号及连接方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。2 短路电流计算：根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流并列表表示出短路电流计算结果。3 主要电气设备选择：a. 选择220kV变压器回路、110 kV变压器回路的断路器及隔离开关。b. 选择10kV出线断路器及隔离开关。c. 选择220kV、110kV变压器回路的电流互感器，10kV变压器回路及出线侧的电流互感器。d. 选择220kV、110kV、10kV主母线电压互感器。 e. 选择10kV出线电缆。f. 选择10kV母线。4 其它设计a. 配电装置设计b. 防雷保护设计。c. 继电保护配置设计。5 设计成果a. 编制设计说明书。b. 编制设计计算书。c. 绘制工程设计图纸。第二章 主变压器及所用变的选择第一节 概述在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统510年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。第二节 主变压器台数的选择由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区220KV降压变电所。把所受的功率通过主变传输至110KV及10KV母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，不能充分发挥设备效益，并增加运行和检修的工作量。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。第三节 主变压器容量的选择主变容量一般按变电所建成近期负荷，510年规划负荷选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%80%。该变电所是按70%全部负荷来选择。当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电，而高压侧220KV母线的负荷不需要通过主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是220KV侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。因此主变压器的容量为：SN=0.7（S+S）。第四节 变压器型式和结构的选择一、 相数在330kV及以下的发电厂和变电所，一般选用三相式变压器，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此小，占地小，运行损耗小，同时配电装置结构简单，运行维护较方便，如果受到制造、运输等条件（如桥梁负重，隧道尺寸等）限制时，则可选用单相变压器组。在500kV及以上的发电厂和变电所中，应按其容量、可靠性要求、制造水平、运输条件、负荷和系统情况等技术经济比较后，采用单相变压器组。二、 绕组数与结构电力变压器按每相的绕组数分为双绕组、三绕组或更多绕组等型式，按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式，当只有一种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及只有两种电压的变电所时，可采用双绕组变压器；当有两种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂，以及有三种电压的变电所时，可以采用双绕组变压器或三绕组变压器。三、 绕组接线组别变压器三相绕组的连接方式必须使其线电压与系统线电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统变压器采用的绕组连接方式有星形和三角形两种。因此，主变压器三相绕组的连接方式可根据具体工程来确定。四、 调压方式变压器的电压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较少，调压范围只有，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，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合理。1) 出力变化大，或发电机经常在低功率因数运行的发电厂的主变压器。2) 具有可逆工作特点的联络变压器。3) 电网电压可能有较大变化的220KV及以上的降压变压器。4) 电力潮流变化大和电压偏移大的110KV变电所的主变压器。五、 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，一般冷却方式有以下几种类型。1) 自然风冷却。2) 强迫风冷却。3) 强迫油循环风冷却。4) 强迫油循环水冷却。5) 强迫油循环导向冷却。6) 水内冷。六、主变压器的选择结果根据上述原则，结合本次设计的实际主变压器选用两台三相三绕组有载调压强迫油循环水冷变压器，容量为120MVA,联结组别标号YN/yn0/d11,220kV侧、110kV侧中性点经隔离开关、避雷器、放电间隙及电流互感器接地。主变压器参数列表：型号额定电压（KV）阻抗电压（%）空载电流（）容量比高压中压低压高-中中-低高-低SFPSZ7- 120000/22022081.25%12110.514.523.27.20.8100:100:50变压器型号字母的意义：1) 相数：三相S2) 冷却方式：风冷却F，强迫油循环P3) 绕组数：三绕组S4) 调压方式：有载调压Z第五节 所用变的选择一、所用变压器台数的选择220KV变电站，有两台及以上主变压器时，宜从主变压器低压侧分别引接两台容量相同、互为备用、分裂运行的所用工作变压器，每台工作变压器按全所计算负荷选择。根据本次设计的情况，选用两台容量相同的站用变压器。二、所用变压器容量的选择所用变容量：所用变压器计算容量（KVA）的公式为： 式中所用动力负荷换算系数，一般取0.85、所用动力、电热、照明负荷之和，KW。本次设计的变电站动力负荷取=400kVA，电热取=200kVA，照明取=90kVA，总的所用最大负荷为630kW，所以，根据经济性、可靠性、灵活性，选择=630KVA的所用变压器。三、所用变压器型号的选择根据以上分析计算，查表，本次设计所用变选用型号为S963010的配电变压器。参数如下：型号额定容量（KVA）额定电压(KV)连接组损耗（KW）空载电流（%）阻抗电压(%)高压低压空载短路S9-63010630100.4Yyn01.236.01.24.5第三章 电气主接线设计第一节 概述主接线是变电所电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。对电气主接线的基本要求:一、 可靠性发、供电的安全可靠，是电力生产的第一要求，主接线必须首先给予满足。事故停电不仅给电力企业造成损失，更严重的是会给国民经济造成更大的损失。主接线可靠性可以从以下几方面考虑：（1）断路器检修时，是否影响供电。（2）断路器、母线或线路故障以及母线或母线侧隔离开关检修时，停运的回路数目的多少和停运时间的长短，以及能否保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电。（3）尽量避免变电所全部停运的可能性。二、灵活性主接线的灵活性主要体现在正常运行或故障的情况下都能迅速改变接线方式，具体要求如下：（1）调度灵活、操作方便。根据需求，能方便、灵活的投入或切除某些变压器、线路及无功补偿装置，使电力系统处于最经济、最安全的运行状态。（2）检修灵活。可以方便地停运各种电器设备，进行安全检修或更换，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电；（3）扩建灵活。可以容易地从初期接线过渡到其最终接线，使在扩建过渡过程中，停电范围最小，停停电时间最短，并在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。（4）事故处理灵活。变电所内部或系统发生故障后，能迅速隔离故障，尽快恢复供电，保证电网稳定。三、经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。（1）投资省。主接线应简单清晰，少用设备以减少投资，适当采取限制短路电流的措施，以便选择价格合理的轻型电气设备和小截面电缆，降低投资。（2）年运行费用小。包括电能损耗费、折旧费及检修费用，应合理选择设备型式及参数。（3）占地面积小。在选取接线方式时，要考虑设备布置的占地面积大小，力求减少占地。主接线的可靠性、灵活性、经济性应统筹兼顾，根据不同的情况具体分析，选择正确的侧重点。第二节 主接线的接线方式选择一、 常用的接线方式及特点1. 单母线接线1) 优点：接线简单清晰、投资省、操作方便、便于扩建。2) 缺点：可靠性和灵活性差，任一元件故障或检修，在故障消除之前，整个配电装置必须停电。3) 使用范围：一般适应一台主变且出线回数不多的小型发电厂或变电所，其具体适用范围如下： 610KV配电装置的出线回路数不超过5回。 3563KV配电装置的出线回路数不超过3回。 110KV220KV配电装置的出线路数不超过2回。2. 单母分段接线1) 优点：母线分段后，对主要用户可从不同段供电，保证供电的可靠性，另外，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。2) 缺点：当母线故障或检修时，该段母线的回路都要停电。当分段断路器故障时，整个配电装置会全停。具体适用范围如下： 610KV配电装置的出线回路数为6回及以上时。 3563KV配电装置的出线回路数为48回时。 110KV220KV配电装置的出线路数为34回时。3. 单母分段带旁路母线这种接线方式解决了单母分段接线检修出线断路器时，需将此线路停电的问题，适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。4. 双母线接线1) 优点：具有较高的供电可靠性，灵活性，扩建方便，便于试验。2) 缺点：设备较多，配电装置复杂，投资和占地面积增大，易误操作。3) 适用范围： 610KV配电装置当短路电流较大，出线需要装设电抗器时。 3563KV配电装置的出线回路数超过8回路时。 110KV220KV配电装置的出线回路数为5回及以上时。5. 双母线分段接线1) 优点：有较高的可靠性和灵活性，缩小了母线故障的影响范围。2) 缺点：占地面积大，增加投资。3) 适用范围：用于进出线回路数较多的配电装置。一般220KV进出线超过10-14回时，可采用双母单分段接线。当回路数达15回以上时，可采用双母双分段接线。6. 双母线分段带旁母接线1) 优点：出线回路数较多时，提高了双母线工作的可靠性和灵活性。2) 缺点：占地面积大，增加投资。3) 适用范围：110KV出线在6回以上，220KV出线在4回以上时，宜采用带专用旁路QF的旁路母线。但当采用可靠性较高的SF6断路器时可不设置旁路母线。7. 桥形接线1) 优点：使用断路器少、布置简单、造价低等2) 缺点：可靠性较差3) 适用范围：内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停故障相应的线路。外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。8. 一个半断路器（3/2）接线1) 优点：具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电2) 缺点：使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。适用范围：广泛用于大型发电厂和变电所的超高压配电装置中。二、 电气主接线的选择1. 220kV侧方案对比：项目方案方案I 双母线接线方案II 双母带旁母接线可靠性单条母线检修时，电源和出线可继续工作，不会中断对用户供电。工作母线故障时，所有回路能迅速恢复工作。可以不停电检修出线断路器，较双母线的可靠性更高。灵活性母联断路器可以断开运行，一组母线工作，一组母线备用。也可以闭合母联断路器运行，双母同时工作。倒闸操作复杂，易产生误操作，且不利于实现变电所的无人值守。经济性经济性较好，便于扩建。投资增加，占地面积大。结论：由于近年来220kV多采用断路器，设备可靠性高，基本可以不考虑检修断路器的情况，旁母已逐渐失去作用，故选择方案。2. 110kV侧方案对比：项目方案方案I 双母线接线方案II 双母带旁母接线可靠性单条母线检修时，电源和出线可继续工作，不会中断对用户供电。工作母线故障时，所有回路能迅速恢复工作。可以不停电检修出线断路器，较双母线的可靠性更高。灵活性母联断路器可以断开运行，一组母线工作，一组母线备用。也可以闭合母联断路器运行，双母同时工作。倒闸操作复杂，易产生误操作，且不利于实现变电所的无人值守。经济性经济性较好，便于扩建。投资增加，占地面积大。结论：由于近年来110kV多采用断路器，断路器设备可靠性高，基本可以不考虑检修断路器的情况，旁母已逐渐失去作用，故选择方案。3. 10kV侧方案对比：项目方案方案I 单母分段接线方案II 单母分段带旁母接线可靠性可以使重要负荷及所用电的供电从不同的母线分段取得。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。可不停电检修出线断路器，提高供电可靠性。灵活性接线简单清晰，设备少，操作方便倒闸操作复杂，易产生误操作，且不利于实现变电所的无人值守。经济性经济性较好，便于扩建。投资增加，占地面积大。结论：由于近年来10kV基本采用真空断路器，断路器设备可靠性高，开断能力好，可以不考虑检修断路器的情况，旁母已逐渐失去作用，故选择方案。第四章 短路电流的计算第一节 概述系统中的电气设备，在其运行时都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。短路是电力系统常见的、十分严重的故障。所谓“短路”，是指一切发生在相与相或相与地（对于中性点接地系统）之间的非正常的连接情况。系统发生短路时，短路回路电流剧烈增大，可达到正常电流的几倍或几十倍，产生的电动力效应和热效应，对载流导体和电气设备造成很大的冲击和损坏。第二节 短路电流计算的目的与假设 一、短路电流计算的目的1. 电气主接线的选择2. 电气设备和载流导体的选择。3. 继电保护装置的选择和整定计算。4. 验算接地装置的接触电压和跨步电压。5. 系统运行和故障的分析等。二、短路计算基本假设1. 系统正常工作时，三相对称运行；2. 电力系统中各元件的磁路不饱和；3. 元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，变压器励磁电流略去不计，不考虑负荷的影响4. 系统中发电机的相位，频率都相等；5. 不考虑短路点的电弧阻抗；6. 系统中的电动机均为理想电动机；7. 系统短路时是金属性短路。三、短路电流计算的一般规定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，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后510年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2 选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3 选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。4 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。四、基准值高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：基准容量：Sj = 100MVA基准电压：UB=Uav（KV）:10.5 、115 、230五、短路电流计算的步骤1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；2）给系统制订等值网络图；3）选择短路点；4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。5）短路电流冲击值：Ish = I=2.55I6）列出短路电流计算结果短路点的编号额定电压（KV）短路电流有名值If（KA）短路电流冲击值Ish(KA)d12201.142.9d21102.15.34d31020.1251.23短路电流的具体计算过程见计算书。第五章 电气设备的选择第一节 概述电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。一、 一般原则：1.应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；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.选择导体时应尽量减少品种；5.扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；6.选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经鉴定的新产品时，应经上级批准。二、 技术条件1.按长期工作条件选择1) 额定电压：所选电气设备各种电缆的最高允许工作电压，不得低于装设回路的最高运行电压。一般可按照电气设备的额定电压UN 不低于装置地点电网额定电压 UNS的条件选择。即2) 额定电流电气设备的额定电流 IN，或电气设备的长期允许电流Ial， 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： 3) 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、地震烈度和覆冰度等）超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。2.按短路状态校验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) 热稳定校验短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值。即应满足： 或 式中：QK短路电流产生的热效应Qal电气设备和载流导体允许的热效应 It、t电气设备允许通过的热稳定的电流和时间3) 动稳定校验：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。（a）电气设备满足动稳定的条件为：或式中： ish和Ish三相短路冲击电流幅值和有效值 ies和Ies电气设备允许通过的动稳定电流幅值和有效值 (b) 硬导体满足动稳定的条件为:式中：导体材料最大允许应力； 导体最大计算应力。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tpr和相应断路器的全分闸时间tab之和，即： t=tpr+tabtpr一般取保护装置的后备保护动作时间第二节 断路器的选择变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。一、 断路器的选择原则：1、选择高压断路器的类型（按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为多油断路器，少油断路器，压缩空气断路器，SF6断路器，真空断路器）。2、根据安装地点选择屋外式或屋内式。3、断路器的额定电压不小于装设电路所在电网的额定电压。4、断路器经校正后的额定电流不小于通过断路器的最大持续工作电流。5、校验断路器的断流能力，一般可按断路器的额定开断电流，大于或等于断路器触头分离实际开断的短路电流周期分量有效值来选择，即应满足条件：。6、按短路关合电流选择：。7、动稳定校验：短路冲击电流应不大于断路器的电动稳定电流，即。8、热稳定校验：短路热效应应不大于断路器在时间t内允许的热效应，即：。二、 断路器的选择结果：电压等级220KV110KV10KV出线型号LW10-252LW35-126ZN6312额定电压（KV）25212612额定电流（A）31503150630额定开断电流（KA）5031.531.5额定关合电流（KA）12510080动稳定电流（KA）12510080热稳定电流（KA）50(3S)40(3S)31.5(4S)其具体选择过程见计算书。第三节 隔离开关的选择隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。一、 隔离开关的选取原则：1、根据配电装置布置的特点，选择隔离开关的类型（单柱式、双柱式和三相五柱式）。2、根据安装地点选用户内式或户外式。3、隔离开关的额定电压应大于装设处电路坐在电网的额定电压。4、隔离开关经校正后的额定电流应大于装设电路的最大持续工作电流；5、动稳定校验应满足的条件为：。6、热稳定校验应满足的条件为：。7、根据对隔离开关操作控制的要求，选择配用的操动机构。二、 隔离开关的选取结果电压等级220KV110KV10KV型号GW4220(D)GW5110(D)GN310额定电压（KV）22011010额定电流（A）100010004000动稳定电流（KA）80100200热稳定电流（KA）31.5(4s)31.5(4s)120(5s)第四节 互感器的选择互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况，其作用有：1 将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。2 使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。一、 电流互感器的选择原则：（1）电流互感器种类和形式的选择应根据安装地点（如屋内、屋外）、安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）及产品情况来选择电流互感器种类和形式。（2）一次回路额定电压和电流的选择，应满足：UNUNS Ial=KInImax（3）额定二次电流的选择：额定二次电流有5A和1A两种,一般弱电流系统用1A,强电流系统用5A。当配电装置距控制室较远时，为能使电流互感器能多带二次负荷或减小电缆截面，提高准确级，应尽量采用1A。（4）电流互感器的准确级和额定容量的选择 准确级是根据所供仪表和继电器的用途考虑。互感器的准确级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准确级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。为了保证电流互感器的准确级，互感器二次测所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SN2，即 (5)热稳定校验 电流互感器热稳定能力，常以1s所允许的热稳定电流It或It对一次额定电流IN1的倍数Kt（Kt=It/IN1）表示，故按下式校验 It2tQK或（KtIN1)2QK （6）动稳定校验电流互感器的内部动稳定能力，常以允许通过的动稳定电流ies或 ies对一次额定电流最大值的倍数Kes表示，故按下式校验： 或 选取结果：电压等级型号额定电流比（A）准确级1S热稳定倍数动稳定倍数220KVLCW2204300/50.56060110KVLCWD21102600/50.5352.53510KV进线LRJ104000/50.5509010KV出线LFZD210400/50.580160二、 电压互感器的选择1.按安装地点和使用条件选择电压互感器的装置种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择。对于320KV屋内配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器；110KV及以上配电装置，当容量和准确度级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。2.按一次回路电压选择为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次侧额定电压UN1,应大于或等于所接电网额定电压UNW3.按二次回路电压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，可按下表选择接线型式电网电压（KV）型 式基本二次绕组电压（V）辅助二次绕组电压（V）Yy335单相式100无此绕组YNynd110J500J单相式100/100360单相式100/100/315三相五柱式100100/3（相）注：J是指中性点直接接地系统4.电压互感器的准确级和容量电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。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型式用途的表计时，应按要求等级高的仪表，确定为电压互感器工的最高准确等级。互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），SN2应不小于互感器的二次负荷S2，即： 。5. 选取结果：电压等级型号额定电压比（KV）接线方式220KVTYD2200.00750.1Y0/Y0/110KVTYD1100.0150.1Y0/Y0/10KVJDZJ110Y0/Y0/第五节 电力电缆的选择电力电缆的选择原则1. 结构类型的选择明敷的电缆，不应有黄麻外绝缘护层，一般选用裸钢带铠装式或塑料外层电缆，在易受腐蚀的区域应选用塑料外护层电缆。直埋时，一般选用钢带铠装电缆，在潮湿或腐蚀性土壤地区，应带有塑料外护层，其他地区可选用黄麻外护层电缆。三相交流系统的单芯电缆，要求金山湖曾采取一端接地时，在潮湿地区，外护层宜选用塑料挤包的型式。电力电缆除了充油电缆外，一般采用铝芯电缆。2. 额定电压的选择：3. 截面选择：对于长度超过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截面；反之，按长期工作电流选择。电缆的长期许用电流应根据环境温度和敷设条件进行校正。4. 热稳定校验：电缆截面S应满足5. 按电压损失校验电缆截面：对供电距离较远，容量较大的电缆线路，应校验其电压损失6. 选取结果：YJLV22-10-3400型电缆。第六节 母线的选择一、 母线的选择原则1. 母线材料及截面形状的选择载流导体一般选用铝质材料。对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部，或对采用硬铝导体穿墙套管有困难，以及对铝有较严重腐蚀的场所才采用铜导体。常用的硬导体截面有矩形、槽形和管形。矩形导体一般只用于35KV及以下电流在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40008000A的配电中。管形导体用于110V及以上配电装置，可用于8000A以上的配电中。2. 母线截面的选择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大于装设回路的最大持续工作电流，即： 式中IN基准环境条件下的长期允许电流 K综合校正系数2) 热稳定校验：所选母线截面S，热稳定校验应满足的条件为：C 热稳定系数，S 所选母线截面，根据热稳定决定的最小允许截面3) 动稳定校验： 作用在母线上的最大计算应力母线上的最大允许应力二、 选取结果：双槽形导体2（1255565），其额定参数为：S=2740，Ks=1.085，=4620A，=9.5，。 第六章 配电装置的选择第一节 概述配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。一、 配电装置的类型及特点配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置。1 屋内配电装置的特点：由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；房屋建筑投资大。2 屋外配电装置的特点：土建工程量和费用较小，建设周期短；扩建比较方便；相邻设备之间距离较大，便于带电作业；占地面积大；受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；外界气象变化对设备维修和操作有影响。3 成套配电装置的特点：电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；运行可靠性高，维护方便；耗用钢材较多，造价较高。二、 配电装置的设计要求（一） 总体要求1）节约用地；2）保证运行安全，工作可靠和操作巡视方便；3）便于检修和安装；4）在保证上述条件要求下，采取有效措施节约材料，减少投资。（二） 具体要求（三） 满足安全净距的要求1) 屋内配电装置的的要求：符号适用范围额 定 电 压（KV）361015203563110J110220JA11、带电部分至接地部分之间2、网状和极状遮栏向上延伸线距地2.3m处当遮栏上方带电部分之间751001251501803005508509501800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间7510012515018030055090010002000B11、栅状遮栏至带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间82585087590093010501300160017002550B2网状遮栏至带电部分之间17520022525028040065095010501900C无遮栏裸导体至地（楼）面之间2375240024252450248026002850315032504100D平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间1875190019251950198021002350265027503600E通向屋外的出线套管至屋外通道的路面40004000400040004000400045005000500055002) 屋外配电装置的的要求：符号适用范围额定电压（KV）3-1015-203563110J110220J330J500JA11、带电部分至接地部分之间2、网状遮栏向上延伸线距地2.5m处与遮栏上方带电部分之间2003004006509001010180025003800A21、不同相的带电部分之间2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间20030040065010001100200028004300B11、设备运输时，其外部至无遮栏带电部分之间2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间3、栅状遮栏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95010501150140016501750255032504550B21、网状遮栏至带电部分之间30040050075010001100190026003900C1、无遮栏裸导体至地面之间2、无遮栏裸体至建筑物、构筑物之间270028002900310034003500430050007500D1、平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间220023002400260029003000380045005800注 J系统指中性点接地系统。第二节 配电装置的选择一、 屋外配电装置根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、中高型和高型等。1、中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装抢修方面积累了比较丰富的经验。2、半高型配电装置，它是将母线及母线隔离开关抬高将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，优点有：占地面积约在中型布置减少30%；节省了用地，减少高层检修工作量；旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。3、高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的50%，但其耗钢多，安装检修及运行中条件均较差，一般适用下列情况：1）配电装置设在高产农田或地少人多的地区；2）原有配电装置需要扩速，而场地受到限制；3）场地狭窄或需要大量开挖。二、 屋内配电装置的选择635kv屋内配电装置的结构型式主要和有无出线电抗器有关。目前，无出线电抗器的配电装置多为单层式，有出线电抗器的配电装置多为两层式。110220kV屋内配电装置与屋外配电装置比较，具有防止空气污染和节约占地的优点。结论：本次所设计的变电站位于市郊区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以该变电所220KV及110KV电压等级均采用普通中型配电装置，采用普通中型布置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作。10kV电压等级采用屋内单层配电装置。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，不符合配置原则。第七章 防雷保护的配置第一节 概述变电所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。变电所的雷害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入，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所内装设阀型避雷器，以限制侵入变电所的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过其耐压值，同时在距变电所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所。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。第二节 配置原则一、避雷针的配置原则1 电压110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000/M的地区，宜装设独立的避雷针。2 独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10。3 35KV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。4 在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在装置中距离很难达到不小于15M的要求。二、 避雷针选择结果本变电所选取四只等高为35.2m的避雷针。三、避雷器的配置原则1 配电装置的每组母线上，应装设避雷器。2 旁路母线上是否应装设避雷器，应看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而定。3 220KV以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并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。5 三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。6 110KV220KV线路侧一般不装设避雷器。四、避雷器选取结果：系统额定电压（KV）避雷器型号避雷器额定电压（KV）避雷