220kv及10kV变电站设计毕业论文.doc

'220kv及10kV变电站设计毕业论文目录中文摘要IabstractII第1章绪论......................................................................................................................................11.1课题研究的意义11.2国内外在该方向的研究现状及分析11.3变电站设计中存在的问题11.4课题设计的主要内容2第2章变电所主变压器的选择32.1主变压器台数的选择32.2主变压器相数的选择32.3主变压器绕组数的选择32.4主变压器型式的选择32.5主变压器绕组联结组别的选择42.6主变压器调压方式的选择42.7主变压器冷却方式的选择42.8主变压器容量的选择4第3章变电所电气主接线选择73.1主接线设计原则73.2各级电压配电装置接线方式的拟定73.3各级电压配电装置接线方式采用的形式83.4最佳方案的确定9第4章短路电流计算114.1短路的危害114.2短路电流计算的条件114.3短路电流计算方法和步骤124.4三相短路电流计算124.4.1基准值的计算134.4.2d1点短路154.4.3d2点短路164.4.4d3点短路164.5短路电流计算结果表18第5章电气设备的选择195.1电气设备选择的一般条件195.1.1按正常工作状态选电气设备195.1.2短路状态校验205.2断路器的选择205.2.1断路器选择内容205.3隔离开关的选择225.3.1隔离开关选择内容2251 5.4熔断器的选择225.4.1熔断器选择内容225.4.2具体计算235.5互感器的选择235.5.1电流互感器的选择245.5.2电压互感器的选择245.6母线的选择255.6.1母线的选择校验265.7设备选择计算体过程265.7.1220kV侧设备选择计算部分265.7.210kV侧设备选择计算部分31第6章所用电设计406.1所用电的接线406.2所用变压器的选择406.3所用电的电源41第7章变电所的防雷保护427.1变电所的防雷保护427.2防雷保护装置427.3避雷器选择与校验427.3.1220kV侧避雷器的选择427.3.210kV侧避雷器的选择43结论44参考文献45附录46致谢48第1章绪论1.1课题研究的意义在经济快速增长的同时，我国也在消耗着越来越多的电力资源，各种各样的设备运转、建筑的建立等都需要以强大的电力网作为基础。在电力系统的运转中，变压器是一个非常重要的设备，变压器主要工作是转换电压并连接电网，变压器的设计显得非常重要。目前，我国虽然在变电站设计中取得不错的成绩，但也存在着一些问题。而对于我们来说，针对变电站设计中存在的问题进行研究，可以加快变电站设计的发展，从而使电网的安全稳定运行更加可靠、推动国家的发展。国外变电站技术的发展先于我们，有很多方面值得我们去学习。1.2国内外在该方向的研究现状及分析51 目前，国内变电站综合自动化系统一般是应用在110kV及以下的变电站，已经投入了相当的数量并发挥出了积极的作用。国内高电压等级的变电站，有很大一部分都配有值班人员。但国内由于无人值班变电站综合自动化刚刚起步，市场前景可观而吸引了大量的厂家纷纷投资进入。在国外，他们更早的运用了先进的科学技术研究变电站。与国外相比国内在变电站领域的研究还有待提高。并且他们很注重各种技术的协调统一，以便于在实际运用时的配合。这种方式对变电站设计在今后的发展起着十分重要的作用。在设计中存在一些问题往往会拉打我国与国外变电站技术发展之间差距。1.3变电站设计中存在的问题首先，国内在变电站线路设计中存在问题。一般来说变电站都是一次建成的，建完以后更改就显得十分困难，由此导致在之后的使用过程中变换线路更加困难。并且在变电站设计的过程中，着重考虑近期工程的完成，而没有对远期的发展进行合理考虑并预留相应的空间，导致后期变电站运行中线路没有办法进行调整，影响变电站的发展。其次，在开关装置设计方面也较简单。目前国内部分开关装置的厂家将原本需要严格操作的开关装置进行了大量的简化。虽然说这种方法简化了生产步骤、使操作变得更加简单易懂，而且还节约了成本，但是这样生产出来的开关存在着安全漏洞，开关使用寿命变短、而且还会对变电站的安全稳定运行带来一定的影响。另外，目前国内变电站设计的模式整体上没有统一的规定，只有部分较为详细的规定。但对于具体的设计标准没有硬性规定。统一规定的缺乏十分不利于变电站设计的发展。1.4课题设计的主要内容本课题选择220kV变电站为设计对象，设计具有代表性的接线方式、选择合适的开关设备以及合理设计土建规模等。本次课题设计的主要内容包括确定变电站的主接线方式、通过技术以及经济性分析选取合理的主变压器、考虑短路电流并通过校验的方法选取各类电气设备、根据设计的条件合理分析并设计出平面布置方式，再对各类设备的选择以及平面布置进行优化以满足设计的要求。我们需要掌握目前国内变电站设计的发展状况以及变电站经济运行中所运用的关键技术，再从安全性、可靠性等多方面考虑设计主接线以及各类电气设备的选择，以便于我们设计的变电站在遇到种种不利外界因素时仍然可以稳定运行。51 51 第2章变电所主变压器的选择一般来说，主变压器的价格都非常高，电压等级越高主变价格越高。因此，主变压器的选择对变电站的经济性影响很大。主变压器的选择与变电站的性质及其在电力系统中的作用有关。主变的选择工作量是比较大的，选择时需要考虑主变的台数、相数、型式、容量等多种因素。2.1主变压器台数的选择从发电到用电的过程中，变压器相当于一座桥，它需要保证供电的可靠性，因此，对于它的选择需要考虑备用。若只选择一台主变，当它出现故障的时候就会导致断电以及其他事故的发生，为了防止这类事情的发生，主变的选择一般需要考虑备用。本次毕业设计220kV的变电站，考虑到该变电站电压等级较高，所以采用两台主变压器。2.2主变压器相数的选择在电压等级较高或者输送容量较大的变电站中一般都采用三相变压器。单相变压器一般适用于500kV及以上电压等级的发电厂和变电站中。单相变压器组面临着占据的地方大、损耗高等问题。但如果变压器的在运输条件方面受到一定因素的限制，则可以采用单相变压器组来代替三相变压器。本课题设计的变电所所址位于山坡地上，地形较平坦，是开阔地，制造以及交通的约束条件可忽略，故采用三相变压器。2.3主变压器绕组数的选择变压器的型式有许多种，粗略可分为双绕组、三绕组以及多绕组等型式。目前国内电压等级较高的变电站设计中，一般都是采用三绕组方式的变压器。三绕组变压器有两种主要的类别，分别是升压、降压结构。在发电厂以及变电站中分别根据自身的需求将电压增高或者降低来选择升压或者降压型式的变压器。本课题设计的降压变电所包含三个电压等级，故在设计中采用三绕组降压变压器。2.4主变压器型式的选择51 电力变压器的型式有多种比如两个绕组的变压器、三个绕组的变压器以及自耦变等。自耦变压器在运行时的损耗小、价格低、经济性强。但只能用于高中压直接接地的系统，即只能用于220kV及以上的发电厂或变电站中。自耦变压器阻抗较小，可能使短路电流增加，使低电压等级断路器的断流容量不足，对系统的运行造成影响。我国现阶段220kV变电站的设计中普遍采用普通三绕组变压器。考虑到本次设计的是三绕组变压器并且从经济性方面考虑选择普通三绕组变压器。2.5主变压器绕组联结组别的选择电力系统中绕组采用的联结方式只有星形和三角形两种。如果选择了三绕组变压器，我们还需要考虑一些其他因素才可以让它并列运行。主变压器联结组号一般都选用YNd11。本次设计中主变压器的联结组别采用YNyn0d11。2.6主变压器调压方式的选择选择的时候需要考虑在实际运行过程中保障发电厂或者变电站供电的质量。变压器分接头的切换方式有两种：无激磁调压、有载调压。若在运行过程中电压波动太大需要调整，我们可以通过调节变压器来间接调节电压变化幅度。无激磁调压变压器只能在停电状态下进行切换，而有载调压变压器可带负荷切换，这种变压器可以在一定程度上保证带负载调压，有利于变压器的经济运行。本次设计中主变采用有载调压的方式。2.7主变压器冷却方式的选择油浸式电力变压器在运行的过程中产生大量的热量，因此其冷却方式的采用也显得非常重要。一般有自然冷却的类型以及强迫冷却的型式，其冷却的介质也有多种多样。在我国现有变电站中，中小型变电所一般采用自然风冷却或强迫风冷却的散热方式。容量在31.5MVA及以上大容量的变压器主要采用强迫油循环风冷却的方式。本次设计的变电站容量很大所以比较适合采用强迫油循环冷却的方式。本次变电站设计中主变的冷却方式采用强迫油循环风冷却。2.8主变压器容量的选择51 主变压器的容量选择对变电站的各种设备配合以及间距设计有较大的影响。主变压器容量的确定也要同时考虑多种因素，首先，考虑到正常状态下变压器正常运行；其次，在故障时，要考虑它的事故过负荷能力。本次设计中采用两台主变压器，主要是考虑到其发挥的重要作用所以设置一台备用。当其一出线问题的时候，另一台变压器可以有能力承担重要负荷的供电，同时也应能满足全部负荷的0.7至0.8倍左右（课题中取70%）。每台变压器容量一般按下式选择：或。为变压器额定容量（kVA），、分别为变电所最大负荷的视在功率和有功功率（kVA，kW），为负荷功率因子，在110kV侧，在10kV侧，K为负荷同时率，取K=0.85，记为110kV侧的负荷，记为10kV侧的负荷。对于变电所最大负荷的视在功率=/+/公式(2—1)计算：根据已有数据计算近期计算：110kV近期出线10回，总负荷90MVA，10kV近期出线20回，总负荷52MVA，即=90MVA，=52MVA则有=90+52=142MVA考虑负荷同时率：公式(2—2)由于主变选了两台，所以对于每台主变来说有：校验：对其容量的选择也有一定的规定，在正常情况下要满足任一主变公式(2—3)则有远期计算：110kV远期出线14回，总负荷118MVA，10kV远期出线26回，总负荷66MVA即，，则有考虑负荷同时率：由于主变选了两台，所以对于每台主变来说有：校验：按主变压器容量选择原则，要求任一台主变则有主变压器容量的选择需要同时考虑近期和远期要求，本次设计中主变压器的设计选用180MVA容量的变压器。最终本次变电站设计中主变压器选择为：型式：三相三绕组强迫油循环风冷却有载调压电力变压器型号：按任务书要求并查电力系统分册，主变压器型式选择如表2-151 表2-1所选主变的具体参数额定容量（KVA）电压组合及分接范围联接组标号空载损耗（kW）空载电流（%）容量分配（%）阻抗电压（%）高-中高-低中-低高压（kV）中压（kV）低压（kV）180000220±8×1.25%12111YN,yn0,d111560.56100100501423851 第3章变电所电气主接线选择3.1主接线设计原则变电所的主接线是指变电所的变压器、母线、断路器以及各种设备等形成一定的排序相互配合并与电力系统组合起来，形成一个小整体来完成各种输电及配电的作用。其中，由一次设备，例如发电机、断路器、变压器等按一定的流程所组合成的电路，也就是我们经常说的一次电路。变电所的电气主接线，它是系统中很重要的模块，它的选择会影响很多东西例如保护方式、设备校验等。变电所的电气主接线其选择的依据也有很多，首先应该考虑其重要性、近期以及远期容量的总和等各因素来确定。并应该全面的考虑到在正常运行时其所提供电能的质量以及不间断供电的能力、当它出现一些故障要停运检查的时候还要考虑到检查设备的难易程度、在正常时候控制设备运行的步骤多少等条件。在进出线较多的时候，一般可以考虑采用汇流母线的接线方式，虽然在投资方面要多付出一点，但这种接线可以让电能输送更加灵活，对变电站今后的重建发展具有重要的作用。但有母线后由于母线的存在要占用部分的空间，所以其需要的空间会稍微大一些，并且使用断路器的数量也会增加，加大了投入。在本课题的变电站设计中，由于出现的回路数是比较多的，并且还要考虑到变电站设计完成之后的各种重建以及增加各种设备的过程，所以不使用无汇流母线的接线方式。带旁路母线的接线方式可以在很大程度上提高变电站传送电能而不断电的能力，但在现阶段，电气一次设备的运行可靠性相对较高，并且使用旁路母线需要增加占地面积、投资，不够经济，考虑到这些因素之后，本课题的变电站设计中选择不使用带旁路母线接线。3.2各级电压配电装置接线方式的拟定根据本次变电站设计任务书的要求，以及经过对任务书的研究，考虑到一次设备的配合以及各种设备的特点等因素，我合理设计了三种主接线的接线形式。根据所设计变电站的特点以及该站对主接线的要求，在设计的过程中分别需要从技术以及经济性去合理判断各种接线方式的优缺点，最终每个电压等级上分别保留两种接线方式，在技术上合理又能同时保证满足任务书要求。接下来分别从经济性以及技术性两个方面讨论，确定出合理的主接线方案。51 本课题设计的变电站中，220kV侧电压等级较高，并且它的出线数量不多，近期出线4回线路，而远期出线有6回。中压侧出线数量较多近期10回，远期14回。在低压10kV侧出线的数量最多近期出线20回，远期出线26回。经过各种性能的分析之后，考虑采用的主接线方案如下：在本课题设计中高压侧母线接线方式可选双母或双母分段接线两种，在中压侧母线接线方式可选双母线接线或单母线分段接线两种形式，而在低压侧部分母线接线方式可选单母线接线或单母线分段接线。3.3各级电压配电装置接线方式采用的形式课题设计的变电站中，10kV近期出线20回，远期出线26回，因此10kV侧的接线方式应选择单母线分段的接线的方式更加有利。110kV近期出线10回，远期出线14回，所以对于110kV侧的接线方式应选择双母线接线的方式更加有利。220kV近期出线4回，远期出线6回，所以对于220kV侧的接线方式应选择双母线接线的方式更加有利。综上所述，经济方面的比较选择两种方案如下表（主要从使用设备数量上考虑）：表3-1两种方案的选择方案选择ⅠⅡ高压侧部分双母线接线双母线分段接线中压侧部分双母线接线单母线分段接线低压侧部分单母线分段接线单母线接线两种方案的接线图分别如下：51 图3-1方案一的主接线图3-2方案二主接线从电气设备数目及配电装置比较：根据电气设备价格参考表，220kV侧断路器的价格是30万/台，隔离开关的价格是1万/组；110kV侧断路器的价格是22万/台，隔离开关的价格是2万/组；10kV开关柜1.6万/台。表3-2不同方案的投资方案项目方案一方案二10kV配电装置单母线分段接线单母线接线110kV配电装置双母线接线单母线分段接线220kV配电装置双母线接线双母线分段接线高压断路器110kV1717220kV911高压隔离开关110kV6034220kV263010kV侧开关柜数量2726综合投资（万元）833.2843.63.4最佳方案的确定51 220kV侧，从可靠性方面来说，双母线分段接线由于其中间多加了一个断路器，其实际运行的时候会更加灵活，并且它的可靠性也会比双母线接线的可靠性高，但考虑到目前国内采用的双母线接线的可靠性已经很高，采用双母线分段接线与采用双母线接线差距不大，两者都可以考虑；但从经济性方面考虑，为了减少综合投资，220kV侧接线采用双母线接线，并且采用方案一的综合投资比方案二的少，所以可以考虑方案一。从可靠性的角度考虑，双母线接线方式的可靠性高于单母线分段，因为在大多时候双母线的两条母线可以互为备用、灵活的转换在母线上的电流。从灵活性方面考虑，两条母线的灵活性在很大程度上也比单母线分段接线的灵活性高。所以在110kV侧接线采用方案Ⅰ。低压侧出线较多，从经济性方面考虑，采用单母线分段的接线方式因为在母线连接出需要多加一个断路器，所以它的一次投入比较大。但是单母线接线的可靠性不高，当运行时母线出现问题要停下来检查设备的时候，所有回路都没有办法继续运电，而只能停电；但单母线分段由于母线可以分段运行也可以不分段运行，它在操作的过程中虽然步骤多了一点点，但它还是很灵活的。当采用单母分段接线时，如果不得不向一级负荷供电的时候，它可以从两个分段母线侧引出两回线向一级负荷供电，减少了断电的可能性。由于此次设计的变电站低压侧出线数量太多，所以采用单母线分段接线的性价比都比单母线接线的高。所以在低压侧采用单母线分段的接线方式。综合考虑可靠性、灵活性和经济性三个方面，220kV侧优先选用双母线接线，110kV侧优先选用双母线接线，10kV侧优先选用单母线分段接线。51 第4章短路电流计算在电力系统实际工作运行中，短路发生的次数是最多最频繁的，而且出现这种故障后的破坏也是最厉害的。我们平时所说的短路，就是指在不正常的时候出现短接现象。三相短路产生的短路电流可能是正常额定电流的几十倍，是非常大的、它所带来的后果也是最严重。在变电站设计的过程中短路电流计算重点考虑三相短路。短路电流计算是用于修正由于人为操作或者电路自身老化或绝缘破坏等问题产生的过电流。短路电流计算可以避免由过电流造成的供电破坏或造成导体过热甚至熔化等问题。并且，通过计算短路电流可以对断路器、母线等设备进行动、热稳定校验从而保证更经济的选择设备；通过计算短路电流，可以为系统设计及选择电气主接线提供依据；计算短路电流，还能帮助我们进行故障分析。总之，短路电流的具体计算是十分有意义的。4.1短路的危害短路故障对电力系统的安全稳定运行以及设备的运行维护有很大的危害，短路类型的不同产生的后果也不一致，可能导致电力系统局部出现无法正常供电的现象，也有可能使整个电力系统的安全稳定运行受到危害。发生短路故障时，可能会出现一些现象，我们也是根据这些现象来说明短路的危害。发生短路故障时，短路电流会急剧增大，可能超过额定电流的好多倍，短路电流通过电气设备的时候会产生大量的热，带来严重危害。短路时短路点会产生电弧，电弧的高温会使设备遭到损坏。总之，短路造成的后果是很严重的，应该重点防止设备出现短路的现象。因此，应该根据短路计算的具体条件来计算短路电流，并加电抗器等进行一定的限制。4.2短路电流计算的条件短路电流的确定应该考虑多方面。确定短路电流计算时，应按最大运行方式下可能发生最大短路电流的正常接线方式。51 导体短路时，短路电流大，在导体内产生的热量来不及向周围的介质传递，因此可认为是一种绝热的过程，将对导体造成很大的损坏，所以短路电流的计算十分有必要。短路的类型一般采用三相短路，在一般情况下三相短路的短路电流大于其他短路类型的短路电流；并且，在短路电流计算时，短路电流的标幺值等于电源点到短路点电抗标幺值之和的倒数，所以需要计算的电流与短路点有关。短路电流将随短路点的不同而不同。因此，还要合理考虑短路点。4.3短路电流计算方法和步骤（1）选择计算短路点短路计算点如下：d1—220kV母线短路时的短路计算点d2—110kV母线短路时的短路计算点d3—10kV母线短路的短路计算点（2）画出等值网络图①选取基准容量和基准电压（kV）（一般取各级的平均电压），计算基准电流(kA)公式(4—1)②计算各部分换算后的标么值电抗。③绘制等值电路图，并将各组件统一编号。（3）化简等值网络图化简原图，并求出各电源与短路点之间的电抗。（4）计算短路电流周期分量有名值（5）计算短路电流冲击值（6）绘制短路电流计算结果表4.4三相短路电流计算考虑到三相短路对电力系统的冲击是最严重的，因此在短路电流的具体计算中重点考虑三相短路电流的计算。计算中，采用近似计算的方法并选取平均电压作为基准电压计算，并且需要确定出电气设备以及导体出现最严重情况的短路点，使出现的短路电流值为最大值，从而可以利用最大短路电流对设备进行校验。以下分别从三侧中选取最严重的短路点d1、d2、d3计算出最严重的短路电流。d1、d2、d3三点的选取点如图4-151 图4-1短路点的选取4.4.1基准值的计算短路电流的计算方法，通常采用标幺值的近似计算。而准确计算法则一般运用于潮流计算、稳定计算和要求准确的故障计算。近似计算过程中采用平均电压。我国电力系统中常用的各电压等级的平均电压如下表：(kV)表4-1我国电力系统中常用的各电压等级的平均电压3610351102203305003.156.310.537115230345525故在220kV侧取平均电压=230kV，110kV侧取平均电压=115kV，并令其为基准电压根据主变压器的选型计算变压器各绕组电抗如下表4-2所选主变压器各侧绕组电抗阻抗电压％高－中高－低中－低14238记高压侧短路电压、中压侧短路电压、低压侧短路电压各绕组两两间的短路电压分别为=12、=22、=8各绕组等值电抗51 =（+-）=（14+23-8）=14.5公式(4—2)=（+-）=（8+14-23）=-0.5=（+-）=（23+8-14）=8.5变压器绕组电抗的计算公式为（近似计算法）：公式(4—3)==0.0806==－0.00278==0.0944计算系统内某局部网络的短路电流时，可将系统等效成一个电源接入该网络。根据任务书可知系统提供高压侧的短路电流为34kA，系统提供中压侧的短路电流为1kA在220kV侧，取基准电压=230kV，由=公式(4—4)短路电流标幺值公式(4—5)系统侧电抗标幺值在110kV侧，取基准电压=115kV，由=短路电流标幺值系统侧电抗标幺值51 在10kV侧，取基准电压=10.5kV，由=4.4.2d1点短路当d1点短路时，由于低压侧母线上不存在电源。当发生短路故障的时候，低压侧母线不起任何作用。因此该侧可忽略，等值电路图如图4-2图4-2d1点短路时等值电路计算电源点到短路点间的总电抗标幺值=0.00728则d1短路时的短路电流标幺值=137.36则d1短路时的短路电流有名值短路冲击电流kA公式(4—6)短路冲击电流标幺值短路容量S==×230×34.48=13735.86MVA公式(4—7)本次设计中，冲击系数取1.8(发电机出口短路时,51 取1.9；在发电厂升压变压器高压侧母线短路时，取1.85；在高压电网其他地点短路时，取1.8；在1000kVA及以下变压器低压侧0.4kV短路时，取1.3)4.4.3d2点短路当d2点短路时，其情况与d1点短路相似。等值电路图如图图4-3d2点短路时等值电路计算电源点到短路点间的总电抗标幺值=0.0424则d2短路时的短路电流标幺值=23.59则d2短路时的短路电流有名值短路冲击电流kA短路冲击电流标幺值短路容量S==×115×11.842=2358.76MVA4.4.4d3点短路当d3点短路时，等值电路图如图4-4，化简后的电路图4-551 图4-4d3点短路时等值电路图4-5d3点短路时化简电路图其中=0.0403、=-0.00139、=0.0472、图4-5d3点短路时化简电路图其中=0.00738+0.0403=0.0477、=0.502-0.00139=0.501、51 =0.0472、+=0.0908、可知=0.0908则d3短路时的短路电流标幺值=11.013则d3短路时的短路电流有名值短路冲击电流短路冲击电流标幺值短路容量S==×10.5×60.572=1101.595MVA4.5短路电流计算结果表根据三侧短路电流的计算，将计算结果列为一个表格，如下表4-2短路电流计算结果短路点编号基准电压(kV)短路点总电抗(标么值)短路电流周期分量短路冲击电流短路容量（MVA）标么值有名值(kA)标么值有名值(kA)d-1230220kV母线0.00728137.3634.48349.6887.7713735.86d-2115110kV母线0.042423.5911.8460.0430.142358.76d-310.510kV母线0.090811.0160.5728.035154.191101.5951 第5章电气设备的选择在各种电压等级的变电所中，使用着各种电气设备，像变压器、隔离开关、母线、断路器、电抗器等，这些设备的主要任务就是保证变电所安全、可靠的同时提供优质的电能。因为在变电站运行过程中出现的状态大致有两种，分别是正常运行状态以及出现故障的情况。因此电气设备在选型的时候，必须同时考虑在正常和故障两种状态下的工作情况。以保证所选设备在正常情况下可以使用，在故障的情况下也能最大化地保障各种设备不被破坏。5.1电气设备选择的一般条件在对电气设备进行选择的时候，不仅要考虑到正常情况下电气设备的正常运行，还要考虑在出现短路故障的时候不被损坏，并且保证在短路切除后继续安全工作。5.1.1按正常工作状态选电气设备1)额定电流我们所说的设备额定电流（）是指各种设备在额定环境温度下保持正常运行的同时，设备可以长期通过而又不会使设备损坏的最大电流。一般情况下，额定电流应大于该回路正常运行下的最大持续工作电流，即公式(5—1)2)额定电压在电网运行过程中，可能由于某些原因导致电网的运行电压在合理的范围内产生波动，要求所选电气设备的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。在选择的时候，要保证电气设备的额定电压（）不低于安装处额定电压()的条件选择，即公式(5—2)3)环境对电气设备选择的影响在选择电气设备的安装地点时，也要考虑安装地点的环境条件如安装地点的温度、湿度、污秽等级等，如果安装地点的环境条件超出我们所选设备的使用条件时，就应该主动采取补救措施。我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度为40℃51 。在设计的时候正确选择环境的最高温度也是非常重要的一个步骤。除此之外，还应该根据电气设备的安装地点、使用条件、环境保护等条件，对电气设备进行种类和型式进行选择。5.1.2短路状态校验当运行电路出现短路故障的时候，就会产生一定的短路电流。当这种电流通过电气设备时，就会有大量的热量产生，同时这种电流还可能使设备发生变形。所以对电气设备进行校验是十分有必要的。短路电流流过电气设备使导体发出大量的热，因此在进行设备校验时规定设备的温度必须小于允许的数值即公式(5—3)（为短路电流产生的热效应；为电气设备运行允许通过的热稳定电流；t为电气设备运行允许通过的热稳定时间)动稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力。满足的条件为：或者公式(5—4)(、分别为短路冲击电流幅值和有效值）（、分别为电气设备允许通过的动稳定电流幅值和有效值）5.2断路器的选择高压断路器是变电站的主要设备之一，高压断路器选择的合适与否，直接影响变电所在正常状态下的运行，同时也影响变电站在故障状态下能否可靠的切除故障部分。断路器的选择内容比较多，在接下来的断路器选择校验中一一列举出来。断路器是一件功能比较强大的设备。在正常运行时或者故障时都可以发挥出它的作用。断路器被认为是接通和切断电路的控制电器。短路选择时需要注意的地方比较多，并且不同电压等级适用的断路器类型也不尽相同。接下来就对断路器的选择进行具体的分析。5.2.1断路器选择内容断路器灭弧能力较强，并且种类众多有油断路器、断路器等。断路器型式的选择需要依据安装地点的环境特点、工作条件等。前几十年，我国实际运行的变电站中主要使用油断路器，但由于使用油断路器虽然占地面积少、廉价，但其运行时的开断性能差并且发生的故障比较多，近年来，油断路器渐渐被断路器以及真空断路器所取代。51 气体虽然是一种有毒的气体，但是它有着非常高的绝缘性能，只要在该设备运行期间合理保护，它的性价比还是非常高的。在我国现有的220kV及以上变电站中得到广泛应用。而真空断路器利用真空作为绝缘和灭弧介质。在高真空的条件下电弧很容易熄灭，短路时间就变短，从而使设备受到短路电流的冲击就小了。此外，这种类型的断路器还具有十分多的优点。真空断路器在35kV及以下的配电装置中已获得非常广泛的使用。但真空断路器在切断短路电流及分合电动机负荷时会产生过电压，因此需要氧化锌避雷器等过电压保护。接下来对断路器的选择进行具体介绍。额定电压和额定电流的选择断路器的额定电压、额定电流的选择需要满足：、公式(5—5)（、分别为断路器的额定电压和电网电压；、分别为断路器的额定电流和电网的最大负荷电流）开断电流选择断路器出来满足正常工作条件以外，还应保证在故障时能有效切除故障部分，可靠地切断最大短路电流。一般情况下，用额定开断电流来表示断路器开断短路电流的能力。在给定电网电压的条件下，高压断路器的开断电流应该大于流过断路器的短路电流的有效值，即公式(5—6)（指断路器的额定开断电流、指短路电流的有效值）短路关合电流的选择如果在断路器合闸时线路上已经有一些问题，那么此时关合短路电流就更加困难，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流应大于短路电流最大冲击值，即公式(5—7)（指断路器额定关合电流、指短路电流最大冲击值）短路热稳定和动稳定校验断路器的热稳定是由制造厂给出的断路器热稳定时间t内的热稳定电流表示。也就是要满足在给定时间内，热稳定电流通过断路器时，其各部分的发热温度不会超过最大短时发热温度。因此，断路器名牌上规定的短时允许发热量应该大于短路时间内发出的热量，即高压断路器的极限通过允许电流，若大于三相短路时通过断路器的冲击电流，动稳定就满足要求，即在油断路器、断路器等个类型的断路器中性能最好的是真空断路器，其51 次是六氟化硫断路器，但由于目前没有220kV电压等级的断路器。因此，在220kV侧断路器选用六氟化硫断路器，在10kV侧选用真空断路器，这样更加经济。5.3隔离开关的选择隔离开关也是变电站常用的电气设备之一。在变电站设计中使用的数量比较多。隔离开关开合电流的能力是非常低的。一般情况下该类开关只在设备停止运行退出工作时切断不带电的线路，从而保证与带电部分分开，起着隔离电压的作用。在倒闸操作时，断路器先弹开使线路断电，之后隔离开关再断开使之与带电部分隔离，从而完成任务。并且隔离开关还具有一定的分合小电流的能力。5.3.1隔离开关选择内容隔离开关也需要按照不同的依据来选择校验，包括电压、型式等的选择。在变电站中，隔离开关在很多地方都需要进行配置。比如在各种接线的断路器两侧均应配置隔离开关，作为断路器检修时隔离电源；还有在出线侧也有必要安装一些隔离开关，当线路外侧停电的时候可以用来隔离电源等5.4熔断器的选择高压熔断器的选择条件包括额定电压、额定电流、装置种类、构造型式、开断电流。5.4.1熔断器选择内容（1）按额定电压选择对于熔断器额定电压的选择，应该保证熔断器的额定电压大于或者等于电网的额定电压。选择熔断器的额定电压时，不能太高也不能太低，如果选择的电压太高或者太低都会对电网的运行带来不利的影响。若用于与熔断器额定电压相等的电网中，那么就没有这种危险。（2）按额定电流选择①熔管额定电流选择：为了保证熔断器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流应大于或者等于熔体的额定电流。②熔体额定电流选择：熔体的额定电流应该根据电力变压器回路最大工作电流选择：k—可靠系数(一台电力电容器时k取1.1到1.3之间，一组电力电容器时k取1.3到1.8之间)。51 5.4.2具体计算（1）所用变侧熔断器:所用变容量为315kVA，公式(5—8)所用熔断器电流应该大于熔断器的额定电流故选择RN1，10kV，30A，开断容量为200MVA表5-1所选熔断器的具体参数型号额定电压(kV)额定电流（A）最大开断容量（MVA）最大切除电流（有效值）（kA）最小切断电流或过电压倍数RN210302001.3（2）电压互感器侧熔断器：由于电压互感器二次侧电流很小，故选择RN210kV0.5A型熔断器表5-2所选熔断器的具体参数型号额定电压(kV)额定电流（A）最大开断容量（MVA）最大切除电流（有效值）（kA）最小切断电流或过电压倍数RN210501000500.6～1.8（A）5.5互感器的选择互感器是变换电压、电流的电气设备，它的功能有很多，主要是进行一次以及二次之间的联系。主要分为电压互感器和电流互感器两种。互感器的每一个二次绕组必须有一个可靠的接地，防止绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。51 互感器在变电站中起着很多作用，如进行电气部分隔离、将一次回路的大信号转换为二次回路的小数值以便于仪表的测量以及测量零序信号等。5.5.1电流互感器的选择（1）种类和型式的选择电流互感器的种类与其他电气设备相似，都有屋内、屋外之分；并且根据它的安装的位置、方式等的不同还可分为穿墙式、支柱式等。按一次绕组匝数可分为单匝式和多匝式，但一次电流较小时优先采用一次绕组多匝式，220kV及以上电压等级，二次额定电流应该尽量采用1A。（2）额定电压、额定电流的选择对于电流互感器的电流电压校验的具体方法跟断路器设备的选择是类似的，都是要保证额定电压大于或者等于安装处电压，电流也一样。（3）准确级和额定容量的选择为了保证过程的准确性，一般情况都是要保证互感器的准确级大于或者等于测量仪表的准确级。对于测量精度要求较高的场合，宜采用0.2级；对于比较重要回路中的互感器，准确级应采用0.2至0.5之间；对于较小的用电负荷，电流互感器宜采用0.5至1级之间。（4）热稳定以及动稳定的校验电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流或一次额定电流的倍数来表示，即或。该设备在动稳定校验方面所应该考虑的就比较多了，首先在单相间不考虑相间的相互作用影响，所以只需要考虑外部电动力的影响，而对于不同相之间，还需要考虑相与相之间的相互作用力的影响。当绕组的匝数比较多的情况下主要考虑内部电动力产生的影响，当出线单匝绕组的情况就主要考虑外部电动力。内部动稳定校验：或公式(5—9)为电流互感器动稳定电流，为电流互感器的动稳定电流倍数)外部动稳定校验：（N）公式(5—10)为电流互感器的允许力，L为绝缘子跨距，a为相间距离，0.5为系数表示互感器承受该跨距上电动力的一半。5.5.2电压互感器的选择51 在电气设备中，电压互感器是一种具有转换能力的设备，它可以通过一二次绕组将信号小型化，使测量仪表和继电器等装置变得更小、更加准确。这种设备也有几种不同的类型，比如电容式结构、电磁式结构等。（1）种类和型式的选择在此次变电站设计的过程中，由于110kV或者220kV配电装置都是比较大的电压等级，所以要求也比较高，因此，这两侧采用电容式结构的互感器。该类电气设备型式多样，更是有多种不同绝缘方式的型式，SF6气体绝缘型是经常使用的，其余的在此就不一一列举出来。（2）电压互感器的配置在具体工程设计的过程中，电压互感器的使用也算是很频繁的，因此对于电压互感器的配置方面，值得我们去思考、去研究。首先，在母线上经常需要装设该设备，主要是用于检测。对于线路部分，在本次设计中220kV侧的出线部分都加装了单相的电压互感器设备，因为在出线侧使用单相设备来检同期已经可以满足要求，同时又考虑一次投资所以配备单相的电压互感器。在实际运行中变压器低压侧也需要安装一组电压互感器，主要是为了满足同期以及继电保护的要求。（3）额定电压的选择电压互感器的一次侧绕组额定电压的确定也有一些依据，首先应该考虑高压侧接线的方式，然后确定电压等级等。电压互感器二次绕组额定电压通常是100V，但也随着接线方式的不一样改变，二次侧的信号主要供给测量仪表以及一些保护设备使用。接线方式是三相式的电压互感器，二次绕组电压是V；单相式设备单独使用的时候，二次绕组电压是100V；35kV及以下中性点不接地系统时电压互感器电压是100/3V。本次设计的屋外配电装置采用的型式是分相中型。隔离开关分相布置在母线正下方的布置方式就是分相中型。采用该类型的设计，具有接线简单、占地等优点。主保护时间迅速，而后备保护切除故障所花的时间较多，使短路电流发热多，而高压部分因为电压等级高所以一般采用主保护时间计算短路电流时间，而用后备保护时间来校验。本次设计中在220kV侧以及110kV采用的电流互感器三相配置，每相有6个。因为它的电压等级较高，所以每相都布置，在每相上都有两个用于保护母线、两个用于保护线路另外两个用于测量以及计量。在10kV侧，出线侧采用两相电流互感器布置，每相三个。在10kV侧每相分别用于测量、计量、保护。而220kV侧出线侧的电压互感器采用三个单相组合的型式。主要是因为220kV侧准同期测量采用单相电压互感器就可以满足要求。5.6母线的选择51 5.6.1母线的选择校验（1）导体选型我们在选择母线时需要考虑的因素非常多，因此在选择校验的过程中应该充分考虑到各种因素的影响，并加以分析最后合理选择母线型号。目前常见的母线截面有矩形、槽型以及管型。矩形导体有菱角从而会降低导体的电晕临界电压，这是它非常不利的一种条件，一般用于35kV及以下电压等级的配电装置中；管型导体机械强度高、集肤效应系数低，适用于110kV及以上电压等级的配电装置中。（2）导体截面积的选择导体截面积的选择有两种方式，计算过程都略微复杂。第一种是通过掌握年负荷利用小时数从而进行比较来判定是否可以利用经济电流密度选择。第二种方法就是通过了解导体在正常运行的情况下可以通过的最大长期工作电流，并利用这个数据来进行校验的方法，即公式(5—11)（3）热稳定校验在选择导体的时候，我们需要对它进行热稳定校验，此时我们需要考虑到短路时决定的导体最小截面，即公式(5—12)其中C为热稳定系数。（4）动稳定校验发生短路时，短路冲击电流流过电气设备的时候，会在设备间产生相互的作用力，而这种作用力可能会导致导体发生形变。因此对导体应该按弯曲度进行应力的计算。在任何情况下都要保证导体材料的允许应力要大于或者等于导体所受到的作用力。（5）电晕电压校验110kV及以上电压等级的导体需要按在晴天不发生电晕现象校验，也就是要保证电晕的临界电压要大于导体的最高工作电压。5.7设备选择计算体过程5.7.1220kV侧设备选择计算部分5.7.1.1断路器选择220kV进线侧断路器选择具体计算：51 额定电压和额定电流选择：断路器安装处的电网电压220kV，电网的最大负荷电流由短路电流计算可知在220kV侧短路电流是34.48kA，即=34.48kA,由于220kV侧近似认为是外接无穷大系统，在计算时可以不计非周期分量的影响，采用起始次暂态电流（）进行校验，即所选断路器开断电流要满足。由=,所选断路器关合电流要满足。热稳定校验：短路时间主要包括继电保护动作时间、断路器固有分闸时间、断路器开断时电弧持续时间三部分，即=0.5+0.04+0.04=0.58s公式(5—13)：油断路器时间为0.04至0.06s、六氟化硫断路器时间为0.02至0.04s、真空断路器约为0.015s；后备保护为距离保护，时间为0.5s；）公式(5—14)根据以上数据选择LW1-220/2000型户外六氟化硫式断路器列出有关参数，与计算数据比较，见表5-3表5-3进线侧断路器选型校验计算数据LW1-220/2000型户外六氟化硫式断路器220kV220kV496.0A2000AI34.48kA40kA87.77kA100kA=689.54（）（）87.77kA100kA根据上表，可知所选断路器满足要求。220kV出线侧断路器选型最大负荷电流，其余条件与进线侧断路器选择一致，故选择51 LW1-220/2000型户外六氟化硫式断路器。列出有关参数，与计算数据比较，见表5-4表5-4出进线侧断路器选型校验计算数据LW1-220/2000型户外六氟化硫式断路器220kV220kV124.0A2000AI34.48kA40kA87.77kA100kA=689.54（）（）87.77kA100kA根据上表，可知所选断路器满足要求。5.7.1.2隔离开关选择220kV侧隔离开关选择（进出线选型一致）：隔离开关安装处的电网电压220kV安装处的最大负荷电流短路时间=0.5+0.04+0.04=0.58s=220kV侧隔离开关选择-220/2000型,列出有关参数与计算数据比较表5-5隔离开关校验数据计算数据-220/2000型开关电压220kV220kV电流=496.0AIN=2000A热稳定校验()Qk=689.54动稳定校验ish=87.77kAies=100kA51 5.7.1.3220kV侧电流互感器选择电流互感器安装处的电网电压是220kV，=,，最大负荷电流公式(5—15)电流互感器一次侧额定电流应大于正常回路最大负荷电流，还应尽可能比电路中的正常电流大1/3，以保证在正常运行条件下测量仪表指示在刻度标尺的3/4位置，并且过负荷时能正确指示,所以可得二次回路电流=496.0×4÷3=661.33A。根据所得条件查找电流互感器的技术参数，选择LCW-220-4×300/5型电流互感器。其技术参数如图表5-6所示表5-6LCW-220型电流互感器的技术参数型号额定电流比（A/A）级次组合准确级次二次负荷二次负荷10％倍数1s热稳定倍数动稳定倍数0.5级1级3级D级二次负荷倍数LCW-2204×300/5D/D/D/0.5D1.21.23060600.524220该互感器为多匝式互感器，只需校验内部动稳定，所选设备的一次额定电流为1.2kA。由kA,满足动稳定校验由满足热稳定校验。准确级的选择为(5P/5P/5P/5P/0.5/0.2)。综述所述，所选电抗器满足要求。5.7.1.4220kV侧电压互感器选择母线上电压互感器电压互感器只需校验电压以及准确级，220kV侧母线上电压互感器初选串级式瓷绝缘电压互感器JCC2-220，参数如下：51 表5-7JCC2-220电压互感器具体参数型号额定电压（kV）二次额定容量（VA）最大容量(VA)一次绕组二次绕组辅助绕组0.5级1级3级JCC2-220220/0.1/0.1500100020001.J-电压互感器（第一字母）2.C－串级式（第二字母）3.C－瓷绝缘（第三字母）出线侧电压互感器：选择单相式电容互感器，型号为TYD-220/-0.005H。因为220kV出线侧使用单相式电压互感器就可以满足同期的要求，同时为了节约一次投资所以这么选。5.7.1.5220kV侧母线选择在本次变电站设计中按照长期发热允许电流选择母线，其最大持续工作电流为A，考虑环境温度的修正，=70℃，=25℃，由任务书知设计地点最热月最高气温月平均值36.5℃/7月份，所以取=36.5℃（为导体长期发热允许的最高温度，导体额定载流量下的温度，θ为导体安装处的实际最高温度）计算得温度修正系数公式(5—16)根据上计算结果，查设备技术参数可选择主变220kV侧导线型号为2×LGJ-400其具体参数如表5-8表5-8LGJ-400具体参数标称截面（mm2）长期允许载流量（A）+70℃+80℃400898901满足要求。热稳定校验：正常运行时的温度51 公式(5—17)=36.5+（80-36.5）×=67.4℃查表5-9后可取C=88表5-9不同工作温度下裸导体的C值工作温度4045505560657075808590硬铝9997959391898785838179硬铜186183181179176174171169166164162由断路器热稳定校验部分可知，当C=88时满足短路时发热的最小截面积为公式(5—18)满足热稳定要求。5.7.210kV侧设备选择计算部分5.7.2.1断路器选择由于10kV侧的短路电流太大，所以需要加装电抗器。按要求在10kV侧加装限流电抗器=8%，如下图一，分布化简后分别如图二、三、四。图5-1加装限流电抗器后接线简图图5-2化简后的图51 图5-3化简图经计算、、、则加电抗器后10kV侧的短路电流，则，10kV侧出线的总负荷是66MVA10kV进线侧断路器具体选择部分：公式(5—19)10kV侧后备保护时间为0.5s，故短路电流计算时间为=0.5+0.04+0.04=0.58s则根据以上数据选择ZN12-10/3150型真空断路器列出有关参数，与计算数据比较，见下表5-10表5-10进线侧断路器校验计算数据ZN12-10/3150型真空断路器10kV10kV2667.36A3150AI41.99kA55kA106.9kA125kA=1022.63（）（）106.9kA125kA51 10kV出线侧断路器具体选择部分：公式(5—20)n表示出线回路数根据以上数据，对于出线回路上的断路器选择ZN12-10/3150型户内真空式断路器。列出有关参数，与计算数据比较，见下表5-11表5-11出线侧断路器校验计算数据ZN12-10/3150型户内真空式断路器10kV10kV153.89A3150AI41.99kA55kA106.9kA125kA=1022.63（）（）106.9kA125kA根据上表，可知所选断路器满足要求。5.7.2.2隔离开关选择10kV侧隔离开关选择：（进线侧）隔离开关的选择主要有以下几个方面，分别列出。隔离开关安装处的电网电压10kV安装处的最大负荷短路电流计算时间为=0.5+0.04+0.04=0.58s热稳定校验：动稳定校验：，根据以上数据选择-10T/4000型隔离开关列出有关参数，与计算数据比较，见下表5-12表5-1210kV进线侧隔离开关校验51 计算数据-10T/4000型隔离开关电压10kV10kV电流=2667.36AIN=4000A热稳定校验()Qk=1022.63动稳定校验ish=106.9kAies=160kA10kV侧隔离开关选择：（出线侧）最大电流的计算公式(5—21)其余条件与变压器低压侧隔离开关选型条件一致，根据以上数据选择-10T/3000型隔离开关。将所选的设备参数与计算数据进行对比，发现所选设备符合要求。表5-1310kV出线侧隔离开关校验计算数据-10T/3000型隔离开关电压10kV10kV电流=153.89AIN=3000A热稳定校验()Qk=1022.63动稳定校验ish=106.9kAies=160kA5.7.2.310kV侧电流互感器选择10kV主变侧电流互感器选择电流互感器安装处的电网电压是10kV，，并由短路电流计算得出，106.9kA，并根据计算得出流过的最大工作电流为二次回路电流=2667.36×4÷3=3556.48A根据所得的条件查找电流互感器的技术参数，选择LAJ-10-4000/5型电流互感器。其技术参数如下所示，表5-14LAJ-10-4000/5型电流互感器51 参数型号额定电流比（A/A）级次组合准确级次二次负荷10％倍数1s热稳定倍数动稳定倍数LAJ-104000/50.52.4<10509012.4<10D4.0>15所选设备的一次额定电流为6.0kA由kA,满足动稳定校验由满足热稳定校验准确级选择1级综述所述，所选电抗器满足要求。10kV出侧电流互感器选择电流互感器安装处的电网电压是10kV，=,，最大工作电流为二次回路电流=153.89×4÷3=205.19A根据求得的条件查找电流互感器的技术参数，选择LA-10-300/5型电流互感器。其技术参数如下表所示表5-15LA-10-300/5型电流互感器参数型号额定电流比（A/A）级次组合准确级次二次负荷10％倍数1s热稳定倍数动稳定倍数LA-10300/50.5/3及1/30.50.4<107513510.4<1030.6>10所选设备的一次额定电流为1.0kA51 由kA,满足动稳定校验由满足热稳定校验准确级选择1级综述所述，所选电抗器满足要求。5.7.2.410kV侧电压互感器选择对于10kV侧初选JDJ-10型电压互感器，参数如下：表5-16JDJ-10型电压互感器参数型号额定电压（kV）二次额定容量（VA）最大容量(VA)一次绕组二次绕组辅助绕组0.5级1级3级JDJ-10100.180150320640（J-电压互感器（第一字母），D－单相，J-油浸式（第三字母）)5.7.2.510kV侧母线选择考虑到本次设计的变电站中，主变压器大致出现在母线的中间，同时向母线两端供电，所以近似任为母线上穿越功率是总功率的一半，所以利用穿越功率计算最大持续工作电流为公式(5—22)查表，初选矩形铝导体，尺寸为2×（100×8），=2259A，集肤系数为1.14，三相垂直布置导体竖放，参数如下：表5-17所选矩形铝导体参数导体尺寸h×b（mm×mm）集肤效应系数Kf允许载流量（A）惯性半径平放竖放平放（cm）竖放（cm）2（100×8）1.14225924552.890.832温度修正系数所以有满足要求。51 热稳定校验：正常运行时的温度=36.5+（80-36.5）×=67.4℃查表后可取C=88由断路器热稳定校验部分可知，当C=86.5时满足短路时发热的最小截面积为满足热稳定要求。动稳定校验：出线侧电流小于1250A，所以选择的开关柜宽度为0.8m，取支持绝缘子间的跨距L=0.8m，由于是屋内配电装置的设计，故母线相间距取a=0.35m。共振校验导体单位长度的质量公式(5—23)导体断面二次矩公式(5—24)公式(5—25)取β=1，即不考虑共振影响。单位长度相间应力：中间相所受电动力最大所以用中间相来校验。i===106.9（kA）公式(5—26)=1.7310公式(5—27)求单位长度相间应力=1.7310/a公式(5—28)=1.7310106.9/0.75=2636.0（N/m）为了增强散热，2条导体竖放，导体截面系数W=1.44hbW=1.440.1=9.2(m）公式(5—29)（导体材料允许应力，硬铝为7010Pa）导体相间应力51 =＜7010Pa公式(5—30)条间应力计算：单相单根导体在通过电流的时候，只会收到相间的相互作用力，而不需要考虑条件作用力。但对于单相多条导体的情况，在对电动力进行校验的时候，就需要同时考虑相间以及条件的作用力，并将两者相加与导体材料所能承受的最大应力比较，即公式(5—31)每相两条导体：（考虑相电流在两条导体中平分）、查表得K12=0.37（N/m）满足动稳定要求的最大衬垫跨距为L=b=0.008=0.22（m）公式(5—32)另外衬垫跨距还要满足：临界跨距L==1003=0.42（m）公式(5—33)（为系数，铝双条为1003，三条为1197）L、L、L=公式(5—34)为了便于安装，每跨绝缘子装五个衬垫L==0.2（m）只要的设置满足条件，我们所选择的矩形导体就能满足动稳定的校验。5.7.2.6开关柜的设计51 开关设备外形尺寸的设定也有一定的依据，开关柜的高度一般采用2300mm或者2200mm，对于宽度，如果分支母线额定电流达到1250A，热稳定电流40kA，那么该柜的宽度选800mm，如果分支母线额定电流有1600A及以上则所设计的柜宽需要1000mm,。对于柜子的深度，一般电缆进出线设计的深度为1500mm，如果是架空进出线，则设计的柜深为1660mm。而在本次10kV侧开关柜设计中，电抗器柜与进线柜都设计成宽1000mm，柜深为1666mm。而分段柜比较特殊，考虑到母线分段处的穿越功率，其上所流过的电流有可能达到1600A，但不是采用架空线，所有在设计中，分段开关柜的宽为1000mm，柜的深度为1500mm。并且在设计中考虑到站用变以及电抗器所需占用的空间比较大，因此将他们单独分离出来。在设计中，10kV侧两个分段分别引出两个站用变。由于10kV侧是中性点不接地系统，为了引出中性点，还需要一个接地变，但为了节约成本，将站用变与接地变共用。51 第6章所用电设计在220kV变电站中,变电站的自用电负荷分为很多种，主要部分有照明、冷却系统等。对于厂用电接线的设计应满足在正常运行的时候安全、可靠、灵活、经济和检修维护方便等要求。此外，在设计之前我们还要确保我们所设计的变电站在各种不同的运行状态下，仍可以满足稳定供电的要求。6.1所用电的接线所用电380/220V侧采用三相四线制接线，系统中性点直接接地。中小型变电站所用电接线一般采用单母线接线，大型变电站所用电接线采用单母线分段接线。本次设计的是大型变电站，并且在10kV侧采用的是单母分段的接线方式。而厂用电正好可以从10kV侧的两个分段母线上分别引出，采用的接线方式与10kV侧一致。因此，在设计中站用变压器选用两台，每台站用变压器接在母线的一条分段上。为了保证所用电在运行的时候不会出现突然断电的情况，所用电的工作电源分别从10kV侧的母线各分段上引接，并以此来作为站用电的工作电源，供给各负荷运行使用。380/220V母线采用分裂运行可以限制故障的范围、可以降低短路电流、可以避免所用电全部停电的事故等。6.2所用变压器的选择（1）所用电变压器台数选择为了满足站用电系统供电可靠性要求，一般采用两台主变压器。（2）所用电变压器容量由变电站设计的原始数据取所用电率0.2%总容量：公式(6—1)所用电负荷：公式(6—2)在选择站用变的时候仍然需要考虑到选择的原则，对于站用变的容量选择一般都需要满足以下条件：公式(6—3)则=0.7×720÷2=252kVA根据以上数据查表可选择低损耗全密封波纹油箱配电变压器S9-M-315，所选变压器的具体参数如下表51 表6-1厂用变压器参数型　号额定容量（kVA）空载损耗（kW）负载损耗（kW）高　压(kV)低　压(V)阻抗电压(%)S9-M-6303150.673.65100.446.3所用电的电源本次变电站设计中站用电的备用方式是采用暗备用方式。采用这种方式的原因主要是站用侧已经通过双站用变从外侧引接电源进来。两条进线相当于两个电源，而这两个电源之间，一个可以作为另一个的备用，可靠性相对来说是比价高的。同时，从经济性方面考虑，如果应用明备用的方式还要另外多设置一种备用电源，这样子就使经济的投入大大提高，所以在本设计中，采用暗备用的方式。51 第7章变电所的防雷保护在变电站运行时，一遇到雷电的天气设备就有可能遭受雷击，而雷电的破坏力是非常巨大的，它所引起的过电压对电力系统的安全稳定运行是不利的，所以在变电站中安装一些避雷的设备时十分有必要的。随着防雷保护设备特性的不断改善，变电所在防雷方面的保护也将变得越来越经济。在变电站防雷保护装置设计的过程中要同时考虑经济性、安全性以及合理性等各个因素。由于一个变电站设备众多并且分布范围广，所以需要在多个地方设置防雷保护。7.1变电所的防雷保护在遇到雷电天气的时候，变电所可能受到来自直击雷的危害，直击雷的危害巨大，在设计变电站的时候就应该考虑到直击雷的防范措施，并采用相应的方法来解决问题。在设计中我采用安装避雷器的方法来防止直击雷。安装避雷器的时候需要注意要让所有的设备都能被避雷器保护到。当感应雷电流通过线路入侵变电站也会对变电站造成不利的影响，因此在变电所内装设阀型避雷器以限制雷电波入侵造成过电压。此外，对变电站的进线侧以及三相三绕组变压器都需要设置防雷保护措施。对于变压器，一旦雷电波入侵变压器的高压侧，变压器的低压侧可能也会出现高电压，从而对设备造成了一定的影响。要设计变电站的防雷保护，就需要对防雷保护装置有一定的了解。7.2防雷保护装置防雷保护装置主要有三种。为了防止设备在运行时受到直击雷的危害，通常采用装设避雷针的措施。避雷针的安装一般都高于被保护的物体，主要作用就是将雷电流吸引到避雷针本身并安全的将雷电流引入大地，从而保护被保护的物体。在重要的线路防雷时，需要将避雷线跟随线路方向来安装从而实现对线路的保护。避雷器主要是通过限制过电压的办法以保护电气设备。本次设计中，避雷器选取的类型为阀式避雷器。一般情况下，在主变附近还需要安装保护间隙，这种间隙是用来限制大气过电压的。目前，国内的变电站多用阀型避雷器来实现对重要设备的保护。7.3避雷器选择与校验7.3.1220kV侧避雷器的选择220kV侧选FCZ-220避雷器做保护，其参数如下表7-151 表7-1FCZ-220避雷器参数型号组合方式额定电压（kV）灭弧电压（kV）有效值）工频放电（kV）有效值预放电时间1.5～20us的冲击放电电压（kV，幅值）不大于5、10kA冲击电流（波形10/20us）下的残压（kV，幅值）不小于不大于5kA下不大于10kA下不大于FCZ-220J220200340390515515（570）7.3.210kV侧避雷器的选择10kV侧避雷器的选择型式为FZ-10，其具体参数如下：表7-2FZ-10避雷器参数型号组合方式额定电压（kV）灭弧电压（kV）有效值）工频放电（kV）有效值预放电时间1.5～20us的冲击放电电压（kV，幅值）不大于5、10kA冲击电流（波形10/20us）下的残压（kV，幅值）不小于不大于5kA下不大于10kA下不大于FZ-10单独元件1012.726314545（50）51 结论虽然说做毕业设计的过程是漫长的、是苦涩的，但不得不说做毕业设计对我们的帮助是非常大的。一开始我对变电站设计知识的积累只是从大学四年的教科书上获得的，而做毕业设计时，我发现教科书上的知识虽然经典，但我们都是分模块的学习，单独学习主接线选择部分、一次设备选择部分、防雷部分等，缺少把各个模块融合在一起整合为整体的实践过程。在做毕业设计的过程中，我认识到自己所积累的知识远远不够，为此我翻阅了一些课外的书本像变电站设计手册、变电站经典设计等，这些书本对我有很大的帮助。此次设计中，我先根据任务书所提供的原始数据进行分析，从技术性以及经济性两个方面选择出最优主接线方式，再通过短路电流的计算对电气一次设备的选择进行校验等。在设计过程中遇到最难的问题就是设置变电站电气总平面布置图以及配电装置的布置图、剖面图等。一开始，我对这些布置图的了解比较少，后期主要研究分析南网220kV典型设计这本书，加深了我对总平面布置图、配电装置图以及剖面图等的了解，并绘制出本次所设计变电站的各种布置图。总的来说，这次的毕业设计让我受益匪浅。一开始的我对变电站的各个模块只有初步的了解。但现在，我对变电站的各部分有理论深入的了解，并且已经初步掌握变电站设计的基本流程以及一些模块中应注意的事项。我自己觉得在这次设计中，我学到了很多的知识，收获到了很多。我深信这些对我以后的工作甚至是人生都会产生很大的影响。51 参考文献[1]丁毓山.雷振山.中小型变电所实用设计手册.北京：中国水利水电出版社，2000：3-5[2]唐涛.国内外变电站无人值班与综合自动化技术发展综述.电力系统自动化，1995,19（10）：10-17.[3]YupingTeng,Shaotao,DaiNaihaoSong,etal.Analysisonheatlosscharacteristicsofa10kVHTS power substation.In:Cryogenics[J].2014,63:155-159.[4]西北电力设计院.发电厂变电所电气接线和布置.北京：水利水电出版社.1984：2-25.[5]朴在林.玉立舒.变电站电气部分.北京:中国水利水电出版社.2008：17-18[6]牟道槐，李玉盛，马良玉.发电厂变电站电气部分.重庆：重庆大学出版社，2004.56-112.[7]熊信银.发电厂电气部（第四版）.北京：中国电力出版社，2009.5-71.[8]宋继成.220-500kV变电所电气接线设计.北京：中国电力出版社.2004：2-6.[9]汪觉恒.国内外变电站综合自动化技术的现状与发展.湖南电力，1999，1（19）：51-58.[10]CattareeyaSuwanasri,ThanapongSuwanasri,SarawutWattanawongpitak.Anewassetvalueestimationusingzeroprofitmethodforrenovationplanningofhighvoltageequipmentin power substation[J].2014,24(12):1633-1649.[11]庞红梅.李淮海.张志鑫.周海雁.110kV智能变电站技术研究状况.电力系统保护与控制，2010,38（6）：146-150.[12]成都电业局检修公司检修试验工区.智能变电站意义及关键技术研究.中国新技术新产品，2013,2（下）：33.[13]上海电力设计院有限公司.智能变电站实现方式研究及展望.华东电力，2010，38（10）：1570-1573.[14]高翔.数字化变电站应用展望.华东电力，2006,34（8）47-53.[15]艾璐博.110kV智能变电站的设计研究［硕士学位论文］．山东：山东大学电气工程学院，2012．[16]刁旭.数字化变电站设计研究.［专业硕士学位论文］．北京：华北电力大学电气与电子工程学院，2012．51 51 附录设备清单序号名称型号数量备注1主变压器SFPSZ—180000/2202台三绕组变压器、强迫油循环风冷、有载调压2站用变压器S—M—3152台低损耗全密封波纹油箱配电变压器220kV侧3SF6断路器LW1-220/20009台瓷柱式4隔离开关GW-220/20008组双接地、水平开启每组3台5隔离开关GW-220/20001组单接地、水平开启每组3台6隔离开关GW-220/200011组单接地、垂直开启每组3台7隔离开关GW-220/20008组不接地、垂直开启每组3台8电流互感器LCW-220-1200/59组每组配6个二次绕组9电压互感器JCC2-220-2组每组配4个二次绕组10电压互感器TYD-220/-0.005H6组11氧化锌避雷器FCZ-2204组12母线2×LGJ-4002组10kV屋内配电装置13高压开关柜，进线柜KYN28-12-0282面14高压开关柜，出线柜KYN28-12-00226面15高压开关柜，母联柜KYN28-12-0121面16高压开关柜，母联柜KYN28-12-0551面17高压开关柜，厂用变柜KYN28-12-077（改）2面51 18高压开关柜，无功柜KYN28-12-0022面19母线矩形铝导体，尺寸为2×（100×8）2组51 致谢本次毕业设计中，从课题的选择到论文的完成都是在张嫣老师精心指导下完成的。张老师渊博的知识以及教学的态度让我十分敬佩。每当我在设计中遇到难题请教老师的时候，她总是热情、认真的为我解答疑问，这带给了我非常大的帮助，让我收获到许多知识。正是老师的这种教学风格、这种教学的态度让我一步一步深入对电气专业的了解，加深对变电站设计的认识，也给我了勇气去克服在毕业设计中遇到的难题，我觉得这些都会让我终身受益。感谢老师在我写作过程中给我无私的帮助。希望老师以后得事业顺风顺水节节高。此外，我还非常感谢我的组员。虽然这次设计中，我们所设计的部分不是完全相同，但还是有一部分共同点。我们平时一起讨论设计中应该注意的问题、在绘制布置图前我们会一起商量如何绘制平面图等。很感激我的组员平时跟我交流探讨在设计中遇到的问题，也让我学到了一些知识，让我进一步认识到沟通的重要意义，让我进一步认识相互学习的重要性。在此，对她们致以最最真心的感谢与祝福。51 51'