110kV黄河变电站设计毕业设计.doc

'朱玉龙:110kV黄河变电站设计110kV黄河变电站设计毕业设计目录摘要IABSTRACTI1.绪论11.1概述11.2总体分析21.2.1设计依据21.2.2本设计的分析31.3：负荷分析41.3.1设计依据41.3.2负荷计算51.4一级和二级负荷分析72主变的选择82.1设计依据82.2主变台数选择82.3主变容量选择92.4主变型式选择103电气主接线133.1电气主接线设计的基本要求与依据133.1.1电气主接线设计的基本要求133.1.2电气主接线设计的依据143.2各电压等级电气主接线设计153.2.1110kV侧接线的选择153.2.210kV侧接线选择163.3主变中性点接地方式选择163.3.110kV侧限流问题163.3.2变压器中性点接地方式183.4所用变设计203.4.1所用变容量台数和接线设计2081 朱玉龙:110kV黄河变电站设计3.4.2所用变型号选择203.5无功补偿设计203.5.1无功补偿设计意义与原则203.5.2补偿方法213.5.3补偿电容器选择214短路电流计算224.1短路电流计算概述224.1.1短路电流计算的目的224.1.2系统运行方式的确定224.1.3短路形式的确定234.1.4短路计算点的确定234.2短路电流的计算234.2.1基准值的选取244.2.2元件电抗标幺值的计算244.2.3网络化简254.2.4各短路点的短路电流计算254.2.5短路电流计算的结果265电气设备选择275.1电气设备选择的一般原则与技术条件275.1.1电气设备选择的一般原则275.1.2电气设备选择的技术条件275.2导体的选择305.3高压电器的选择316配电装置与电气总平面设计336.1配电装置基本要求336.2配电装置分类336.3配电装置的最小安全净距346.4各电压等级配电装置型式选择366.5电气总平面设计366.5.1主要建筑物布置376.5.2主变压器布置376.5.3所内道路布置376.5.4通道及围栏3881 朱玉龙:110kV黄河变电站设计7防雷保护407.1电力系统过电压及变电所防雷保护概述407.1.1电力系统过电压407.1.2变电所防雷保护设计的必要性407.2直击雷保护417.3雷电侵入波保护438电气二次部分设计概述448.1继电保护的意义448.2电力系统对继电保护的要求448.3选择保护装置以及构成方案是的基本原则459变压器保护479.1保护概述479.2使用说明499.2.1主变的主保护499.2.2主变的后备保护499.3电容器的保护装置509.3.1过电流保护509.3.2熔断器509.3.3过电压保护519.3.4零序电压保护519.4母线和断路器失灵保护配置519.4.110kV侧母线的保护配置519.4.2110kV侧母线的保护配置519.4.3断路器失灵保护5210线路保护的配置5210.1线路保护配置的原则5210.2线路保护配置结果53结论54致谢54参考文献55附录1：外文资料翻译5681 朱玉龙:110kV黄河变电站设计A1.1英文：56A1.2中文63附录2：计算书68A2.1短路电流计算68A2.2电气设备选择计算77A2.3防雷计算8281 朱玉龙：110kV黄河变电站设计1.绪论1.1概述随着我国工业的发展，各行业对电力系统的供电可靠性和稳定性的要求日益提高。变电站是连接电力系统的中间环节，用以汇集电源、升降电压和分配电能。变电站的安全运行对电力系统至关重要，本毕业设计是在完成本专业所有课程后进行的综合能力考核。通过对原始资料的分析、主接线的选择及比较、短路电流的计算、主要电器设备的选择及校验、接线图的绘制以及防雷与接地设备的选择等步骤、最终确定了110kV变电站所需的主要电器设备、主接线图以及变电站防雷。通过本次毕业设计，达到了巩固《发电厂电气部分》及相关课程的理论知识，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，体验和巩固我们所学的专业基础和专业知识的水平和能力，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关的实际问题，培养我们独立分析和解决问题的能力的目的。务求使我们更加熟悉电气主接线，短路计算以及各种电力手册及其电力专业工具书的使用，掌握变电站电气部分和防雷保护设计的基本方法，并在设计中增新、拓宽、提高专业知识，完善知识结构，开发创造型思维，提高专业技术水平，培养综合能力。我们要继续在电力方面深入研究学习，争取为中国的电力事业贡献我们的力量。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计1.2总体分析1.2.1设计依据《GB_50059-199235kV～110kV变电所设计规范》第2.0.1条变电所所所址的选择，应根据下列要求，综合考虑确定：1)靠近负荷中心；2)节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地；3)与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出；4)交通运输方便；5)周围环境宜无明显污秽，如空气污秽时，所址宜设在受污源影响最小处；6)具有适宜的地质，地形和地貌条件（例如避开断层，滑坡，塌陷区，溶洞地带，山区风口和有危岩或易发生滚石的场所），所址宜避免选在有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点，否则应征得有关部门的同意；7)所址标高宜在50年一遇高水位之上，否则，所区应有可靠的防洪措施或于地区（工业企业）的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位；8)应考虑职工生活上的方便及水源条件；1.2.2本设计的分析根据本设计的给出的原始资料，本站位于市区。向市区工业、生活等用户供电，属新建变电站，它承担了地区变电所的任务。本设计涉及到两个电压等级分别为：110kV和10kV。其中110kV的近期出线81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计数2回，远景发展出线数2回，10kV的近期出线14回，远景发展出线6回。所址地区海拔200米，地势平坦，非强地震地区电力系统接线简图如下：附注：1.图中，系统容量、系统阻抗均相当于最大运行方式；2.最小运行方式下：S1=1300MVA，XS1=0.65；S2=170MVA，XS2=0.75。年最高气温+40˚C，年最低气温-20˚C，年平均温度+15˚C，最热月平均最高温+32˚C。最大覆冰厚度b=10mm。最大风速25m/s,，属于我国第六标准气象区。全线为黄土层地带，地耐力2.4kg/cm２,天然容重γ=2g/。内摩擦角，土壤电阻率100Ω·cm,地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。土壤热阻系数=120˚C·cm/wm。土温20˚C。1.3：负荷分析1.3.1设计依据《电气设计技术规程》1.0.281 朱玉龙：110kV黄河变电站设计系统设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期、长期电力规划的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究并提出系统的具体发展方案；应合理利用能源，节约能源；合理布局电源和网络，使发、输变电及无功建设配套协调，并为系统继电保护设计、系统安全自动装置设计及下一级电压的系统设计等创造条件；设计方案应技术先进，过度方便，运行灵活，切实可行，以经济、可靠、质量合格和充足的能源满足国民经济个部门与人民生活不断增长的需要。1.0.3标准的系统设计应为编制和审批工程设计任务书，工程初步设计，近期计划及下一轮电力规划提供依据。1.0.5系统设计的具体任务是：1．分析并核算电力负荷和电量水平、分布、组成及其特性，必要时分析某些负荷可能变化的幅度；2．进行电力电量平衡，进一步论证系统的合理供电范围和相应的联网方案，电源建设方案及系统调峰方案；3．论证网络建设方案，包括电压登记、网络结构及过度措施；4．进行无功平衡和电气计算，提出保证电压质量、系统安全稳定的技术措施，包括无功补偿设备、调压装置及提高稳定性的措施等；5．计算各类电厂的燃料需要量，对新增火电的燃料的来源提出建议；6．安排发、输变电工程及无功补偿项目的投产时间，提出主要设备的数量及主要规范，估算总投资和发、供电成本；上述任务可根据具体情况，在统筹全局的基础上有针对性地分阶段进行。1.0.6系统设计的设计水平年可分为今后等5至等10年的某一年，并应对过度年进行研究（5年内应逐年研究）远景水平年可为今后等10至等15年的某一年，且要与国民经济计划及规划的年份相一致，系统设计经审查后2至3年宜再行编制，一旦有重大变化应及时修改。（1）变电所在电力系统中的地位和作用。电力系统中的变电所有系统枢纽变电所，地区重要变电所和一般变电所三种类型。一般系统枢纽变电所汇集扩大电源，进行系统功率交换和以中压供电，电压为330~500kV；地区重要变电所，电压为220~330kV81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计，一般变电所多为终端和分支变电所，电压110kV，但也有220kV。（2）变电所的分支和最终建设规模变电所依据5~10年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台主变压器；当技术经济比较合理时，330~500kV枢纽变电所也可装设3~4台主变压器；终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变；（3）负荷大小和重要性①一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任何一个电源断开后，能保证对全部一级负荷不间断供电；②二级负荷一般要有两个独立的电源供电，且当任何一个电源短开后，能保证全部或大部分二级负荷不间断供电；③三级负荷对三级负荷一般只需要一个电源供电；④系统备用容量大小:a.运行备用≥8~10%，适用负荷实增、机组维修和故障运行三种情况。b.两台互为备用，保证灵活性和可靠性。1.3.2负荷计算本站以10KV电压等级向市区供电具体负荷资料如下：电压等级负荷名称最大负荷(MW)穿越功率(MW)负荷组成（%）功率因数Tmax(h)线长(km)近期远景近期远景一级二级10kV棉纺厂12420400.7555003.5棉纺厂22420400.7555003.5印染厂12330400.7850004.5印染厂22330400.7850004.5大学城13520400.850002大学城23520400.850002毛纺厂2320400.7550002.5针织厂1220400.7545001.581 朱玉龙：110kV黄河变电站设计柴油机厂13425400.840003柴油机厂23425400.840003橡胶厂1230400.7245003市区12420400.825002市区22420400.825002食品厂2315300.840001.5备用12备用22备用3220400.82.5备用42备用52备用62远景综合最大负荷(0.1)式中——同时系数，取0.85；——各出线的远景最大负荷，MVA；——各出线的自然功率因数，——线损率，取5%。故远景综合最大负荷如下：1.4一级和二级负荷分析远景Ⅰ和II级综合最大负荷计算公式（采用不计线损和负荷同时率）：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计代入资料表中的数据：2主变的选择2.1设计依据主变的台数、容量、形式的选择直接影响到电气主接线和配电装置的布置以及系统的安全经济运行。此外，主边的选择还应根据5-881 朱玉龙：110kV黄河变电站设计年的发展规划、馈线回路数、电压等级等因素。在变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。利用上节的有关负荷计算结果和以下国家能源部颁发的《110kV变电所设计技术规程》中有关规程，便可选择主变的台数、容量和型式。第4.1.1条主变压器容量和台数的选择。凡装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故停运后，其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的Ⅰ级和Ⅱ级负荷。第4.1.2条与电力系统连接的110kV变压器，若不受运输条件的制，应选用三相变压器。第4.1.4条110kV具有三种电压的变电所中，如通过主变各侧绕组的功率均达到该主变容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。2.2主变台数选择变电所主变的台数与电压等级接线方式传输容量以及系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的大中型变电所，在一种电压等级下，主变应不少于二台。为保证供电的稳定性和远期发展，以及减少投资回收周期，本所采用两台主变。2.3主变容量选择变电所主变容量，一般应按年远景负荷来选择。根据城市规划负荷性质电网结构等综合因素确定主变容量。(1)按规划5~10年选择，并考虑远期10~20年发展，对城郊变，应与城市规划相结合。(2)由变电站带负荷性质及电网结构决定主变容量，对有重要负荷变电站，应考虑一台主变停运时期于主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的一、二级负荷，对一般变电站，当一台主变停运时，其余主变应保证其余负荷的60~70%。(3)同级电压单台降压容量不易太多，应从全网出发，推行标准化、系列化。(4)对城市的郊区一次变，在中、低压侧构成环网下，装两台。(5)对地区性孤立的一次变或大工业的专用变电所，装三台。(6)对规划只装两台，其主变基础按大于主变容量的1~2级设计以便发展时宜更换。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计1)选择条件所选择的n台主变压器的容量n，应该大于等于变电所的最大综合计算负荷，即≥(0.1)式中——主变台数，为2台。——主变额定容量，MVA。2)校验条件装有两台及以上主变压器的变电所中，当其中一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%~70%的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷SI和大部分II类负荷SII即(n-1)≥(0.6~0.7)(n-1)≥联立以上两式，求它们的最大值，然后查变压器容量表，即得主变额定容量。根据负荷计算的已知条件，代入以上，求得主变额定容量，本所选择为50MVA，只装一台主变就能满足近期负荷，考虑负荷发展速度快，和再次改建将影响供电，本所一次施工全部安装2台变压器。2.4主变型式选择主变压器型式的选择主要包含有：相数、绕组数、电压组合、容量组合、绕组结构、冷却方式、调压方式、绕组材料、全绝缘还是半绝缘、连接组别、是否选择自耦变、主变中性点接地方式等，以下分别论述。（1）相数选择变压器有三相变压器和单相变压器。在330kV及以下的发电厂和变电所，一般选用三相变压器。单相变压器是由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高。只有受变压器的制造和运输条件限制时，才考虑用单相变压器组。所以此变电站主变压器选三相变压器。（2）绕组数选择在具有两种电压等级的变电所中，选择双绕组变压器经济合理。故选用双绕组变压器81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计（1）绕组联结方式变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种。我国110kV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中性点都需要选择YN的联结方式，对于　6~10kV侧采用d形。故主变压器的联结方式为YN/d11接线。（2）调压方式的选择变压器的调压方式分带负荷切换的有载（有励磁）调压方式和不带负荷切换的无载（无励磁）调压方式。无载调压变压器的分接头档位少，电压调整范围一般只有10%（即±2×2.5%）以内，而有载调压变压器的电压调整范围大，能达到电压的30%，但其结构调压变压器复杂，造价高。近年来随着用户对电压质量要求的提高和有载调压变压器质量的提高，变电站的变压器选择有载调压方式。所以该变电站的变压器选择有载调压方式。（3）变压器阻抗的选择变压器各侧阻抗值得选择必须从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并列运行等方面进行综合考虑，并应以对工程起决定作用的因素来确定。接发电机的三绕组变压器，为低压侧向高压侧输送功率，应选升压型变压器；变电所的三绕组变压器，如果高压侧向中压侧输送功率为主，则选用降压型变压器；如果以高压侧向低压侧输送功率为主，侧可选用升压型变压器,但如果需要限制6~10kV系统的短路电流，可以考虑优先采用降压结构变压器。该变电站选用升压型变压器。（4）容量比变压器各绕组容量相对总容量由100/100/100、100/100/50、100/50/50等几种形式。由于110kV变压器总容量不大，其绕组容量对造价影响不大，但其中、低压侧的传输功率相对总容量都比较大，为调度灵活，一般采用100/100/100的容量比，因此该变电站采用100/100/100的容量比。（5）变压器的冷却方式变压器的冷却方式有自然风冷、强迫风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷和强迫导向油循环冷却等，它随变压器的型式和容量不同而异。一般中小容量的变压器选择自然风冷却和强迫风冷却；大容量的变压器采用强迫油循环风冷。此处采用自然风冷却。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计（1）全绝缘半绝缘、绕组材料等问题全绝缘变压器的绕组首、尾绝缘水平是一样的，都是按照线电压设计的。为减小变压器的造价，变压器还可以采用半绝缘方式，即变压器绕组靠近中性点部分的主绝缘水平比绕组端首部的绝缘水平低，不适按照线电压设计，而是低一个电压等级。半绝缘变压器只允许在中性点直接接地的情况下运行。变压器绕组材料有铝绕组和铜绕组两种。一般变压器选用铝绕组，可以减小造价。如需减小变压器体积和降低变压器本身的损耗，则应选择铜绕组。（2）变压器各侧电压的选择变压器的某个电压等级若作为电源，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在有10%电压损失的情况下，线路末端的电压为额定值，该侧的电压按照110%额定电压选择。而如果某个电压等级是线路的末端，该侧的电压应按照电网额定电压选择。变压器的高压侧相当于用电设备，其额定电压应为线路额定电压，低压侧相当于电源，其额定电压应为线路额定电压的1.05倍，又变压器二次电压为空载时的电压，带负荷时内部电压损耗为5%，故低压侧额定电压，为11kV，即主变电压组合为110/11kV。综上所述主变压器的选择型号：SFZ9—50000/110容量50MVA空载损耗36.3短路损耗194.4连接组别YN/d11联接方式阻抗电压10.5%空载电流0.35%额定电压110kV/11kV根据以上的原则和技术规范本变电所采用的变压器容量为两台50000kVA的变压器，调压方式为有载调压，绝缘方式为半绝缘。所选型号为：SFZ9-50000/110，其参数如下表：表2.1选择的主变型号参数表型号SFZ9-50000/110额定容量50MVA容量比100/100/100电压比110±8×1.25%/1181 朱玉龙：110kV黄河变电站设计阻抗电压Uk%=10.5空载电流0.35%连接组别YN/d11调压方式有载调压3电气主接线3.1电气主接线设计的基本要求与依据发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计3.1.1电气主接线设计的基本要求对电气主接线设计的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性、经济性三方面。(1)可靠性电能生产的特点是电能不能大量储存，发电、输电和用电必须在同一瞬间完成，任何一个环节出现故障都会造成供电中断，停电事故不仅给电力部门带来损失，给国民经济各部门带来的损失更严重，造成的人员伤亡、设备损坏、经济损失、城市生活混乱和政治影响都是难以估量的。保证电力系统的安全可靠运行是电力生产的首要任务，作为其中一个重要环节的电气主接线，首先应满足可靠性的要求。定性分析和衡量主接线可靠性的评判标准是1)断路器检修时，能否不影响供电。2)断路器或母线故障以及母线或母线隔离开关检修时，停运的回路数的多少和停电的时间的长短，能否保证对I类负荷和大部分II类负荷的供电。3)发电厂、变电所全部停运的可能性。4)大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求(2)灵活性电气主接线就能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面1)调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配断电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求；2)检修时，可方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电；3)扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。(3)经济性1)节约投资主接线应力求简单清晰，节约断路器、隔离开关等一次设备；要使相应的控制、保护不过于复杂、节省二次设备与控制电缆等；能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备和轻型电器等。2)占地面积小81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计主接线的形式影响配电装置的布置和电气总平面的格局，主接线方案应尽量节约配电装置占地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，应采用三相变压器而不用三台单相变压器组。3）年运行费用小年运行费用包括电能损耗费、折旧费及大修费、日常小修的维护费等。电能损耗主要由变压器引起，因此要合理选择主变压器的型式、容量和台数及避免两次变压而增加损耗。另外，我们应重视国内外长期积累的运行实践经验，优先选用经过长期实践考验的主接线形式。3.1.2电气主接线设计的依据1）变电所在电力系统中的地位和作用2）变电所的分期和最终建设规模3）负荷大小和重要性4）系统备用容量大小5）系统专业对电气主接线提供的具体资料3.2各电压等级电气主接线设计在进行电气主接线设计时,一般根据设计任务书的要求,综合分析有关基础资料，拟订2~3个技术上能满足要求的方案进行详细技术经济比较，最后确定最佳方案。3.2.1110kV侧接线的选择110kV近期设计回路数为2，最终为4回。先列出两个可行方案：单母分段接线和双母线进行比较。表3.1110kV侧接线方案比较方案单母线分段双母线81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计接线简图可靠性用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。分段可以缩小母线停电范围的影响。任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段。任一回路断路器检修,所在回路停电。供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不至于供电中断，一组母线故障后能迅速恢复供电，检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。扩建方便，可向双母线的左右送电。任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配，不会引起原有回路的停电。经济性较好,费用低增加隔离开关数目,费用高.灵活性有一定灵活性，并在检修断路器时不至于中断对全部用户供电。运行方式灵活，增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器容易误操作。对比以上两种方案：虽然双母线也能满足要求，但其投资大、经济性能差，故不采纳；将I、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上，当其中一段母线故障时，由另一段母线提供电源，从而可保证供电可靠性，且六氟化硫断路器的安全性，可靠性较高，故采用单母线分段接线。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计3.2.210kV侧接线选择10kV出线回路数近期为14回，最终为20回；先列出两个可行方案：单母线分段接线和双母线接线进行比较。表3.310kV侧接线方案比较方案单母线分段手车式单母线分段接线简图可靠性用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电。当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。分段可以缩小母线停电范围的影响,任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段.任一回路断路器检修,所在回路停电。重要用户可以从不同母线段上分别引出两回馈线向其供电，保证不中断供电。任一母线或母线隔离开关检修时，仅停该段，不影响其他段运行，减小了母线检修时的停电范围。出线断路器检修时，由于采用手车式，只需短时停电。经济性相比于手车式单母线分段，单母线分段带旁路母线的配电装置占地面积大，增加了断路器和隔离开关的数量，接线复杂，投资增大。灵活性采用旁路母线，虽不需要停电检修出线断路器，但需通过较复杂的倒闸操作。采用手车式配电装置，断路器可以快速更换进行检修，方便灵活，无需倒闸操作。对比以上两种方案：以上两种方案均能满足主接线要求，但由于它与用户连在一起，并且出线较多，所以采用手车式单母线分段。综上：110kV侧采用单母线分段接线；81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计10kV侧采用手车式单母线分段。3.3主变中性点接地方式选择3.3.110kV侧限流问题根据《电气设计手册I》第2.6节中“变电所6～10kV侧短路电流的限制”规定：限制变电所6～10kV侧短路电流不超过16～31.5kA，以便采用价廉轻型的SF6断路器，并且使选用的架空线截面不致过大，一般采用下列措施：3.3.1.1变压器分列运行在变电所中，母线分段电抗器的限流作用小，故采用简便的两台变压器分列运行的方法来限制短路电流，其优点如下：（1）6~10kV侧发生短路时，短路电流只通过一台变压器，其值较两台变压器并联时大为减小，从而在许多情况下允许6~10kV侧装设轻型断路器；（2）使无故障母线段维持较高的剩余电压。但也有不足之处：（1）变压器负荷不平衡，使能量损耗较并列运行时稍大；（2）一台变压器故障时，该分段母线在分段断路器接通前要停电，但可由分段断路器装设自动投入装置解决。3.3.1.2在变压器回路装设电抗器或分裂电抗器当变压器容量增大，分裂运行不能满足限制短路电流要求时，可在变压器回路装设分裂电抗器或电抗器。采用分裂变压器：变压器低压绕组分裂成相等容量的两个绕组，可大大增加各个分裂绕组和分裂绕组间的电抗，减小短路电流。在出线上装设电抗器：当6-10kV侧短路电流很大，采用其它限流措施不能满足要求时，就要采用在出线上装设电抗器的接线，但这种接线投资贵，需建设两层配电装置楼，故在变电所中一般不采用出线装设电抗器的接线故采用在变压器低压回路装设电抗器或分裂电抗器81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计3.3.2变压器中性点接地方式根据《电气设计手册I》第2—7节中关于“主变压器中性点接地方式”的规定：电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。1）变压器的110kV侧采用中性点直接接地方式根据《电气设计手册I》第2—7节中关于“主变压器中性点接地方式”的规定，电力网中性点的接地方式，决定了主变压器的中性点的接地方式。①变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比X0/X1<3，以使单相接地时全相上工频电压不超过阀型避雷器的灭弧电压；X0/X1<1.5以使单相接地时短路电流不超过三相短路电流.②所有普通变压器中性点都经隔离开关接地，以使运行调度灵活选择接地点。③选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成中性点不接地的系统.。2）主变压器6~63kV多用中性点不接地或经消弧线圈接地方式6~63kV电网多采用中性点不接地方式，但当单相接地故障电流大于30A(6~10kV电网)或10A(20~63kV电网)时，中性点应经消弧线圈接地，用消弧线圈接地时应注意：①消弧线圈应由系统统筹规划，分散布置，应避免整个电网中只装一台消弧线圈，也应避免在一个变电所中装设多台消弧线圈，在任何运行方式下，电网不得失去消弧线圈的补偿。②在变电所中，消弧线圈一般装在变压器中性点上6~10kV消弧线圈也可装在调相机的中性点上。③当两台主变压器合用一台消弧线圈时，应分别经隔离开关与变压器中性点相连。消弧线圈的补偿容量按下式计算：(0.1)其中k—系数，过补偿取1.35Ue—电网或发电机回路的额定线电压(kV)Ie—电网或发电机回路的电容电流(A)电网的电容电流Ie，应包括有电气连接的所有架空线路，电缆线路，发电机，变压器以及母线和电器的电容电流，并考虑电网5~10年的发展架空线路的电容电流可按下式估算：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计(0.2)2.7—系数，适用于无架空地线的线路3.3—系数，适用于有架空地线的线路本设计中负荷均采用架空线路，且35kV及以下电压等级无避雷线本设计中负荷10kV侧：表3.3厂所母线增加的电网电压6kV10kV35kV63kV110kV18%16%13%12%10%计及10KV侧母线增加的IC=16%由此分析：10KV侧无需加装消弧线圈，中性点不接地3.4所用变设计3.4.1所用变容量台数和接线设计根据经验和参考其他110kV变电站，本所所用变压器容量选择50MVA。所用变压器台数选择：变电所宜从主变低压侧分别引接两台容量箱体可互为备用的所用工作变压器每台所用变的容量按全所计算负荷选择，本所所用变选择2台。所用变引接方式选择：因本所10kV侧采用单母线分段接线形式，且选用两台所用变，故使两台所用变分别接于两段10kV母线上。此外，所用变二次侧采用三相四线制接线，给本所所用低压负荷供电。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计3.4.2所用变型号选择由≥，查变压器选型表，选用型号为S9—50/10的所用变，其有关参数如下：表3.5所用变型式选择结果型号额定容量/kVA额定电压/kV损耗/kW阻抗电压/%空载电流/%联结组别总重/t高/低空载短路S9-50/105010±5%/0.40.170.8742Yyn00.473.5无功补偿设计3.5.1无功补偿设计意义与原则电压是电能质量的重要指标，电压质量对电力网络安全经济运行，对保证用户的安全用电和产品质量是非常重要的，根据统计，用户消耗的无功功率是它的有功功率的50—100%，同时电力系统本身消耗的无功功率可达到用户的25—75%。无功功率的不足，将造成电压的下降，电能损耗增大，电力系统稳定的破坏，所以电力系统的无功电源和无功功率必须平衡，总之，补偿变压器的无功损耗，补偿高压网的无功缺额，可以减少无功功率的传输，提高电压质量和减小电能损耗。无功补偿原则：对无功电源与无功负荷采取在各级电压电网中分级补偿、就地平衡的原则。3.5.2补偿方法补偿方法主要有串联补偿和并联补偿两类。其中，串联补偿主要是采用串联电容器装置；并联补偿主要采用并联电容器装置、静止补偿装置和并联电抗器装置等。本设计采用并联电容器补偿装置，向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗，提高电网电压和功率因数。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计3.5.3补偿电容器选择根据《并联电容器装置设计技术规程》SDJ25—85电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计，调相调压计算及技术经济比较确定，对35～110kV变电所中电容器装置的总容量，按照无功功率就近平衡的原则，可按主变压器容量的10%～30%考虑。所以，对本所中电容器装置的总容量按主变压器容量的20%考虑，即：50×20%×2=20MVar电容器装置宜设在主变的低压侧或主变主要负荷侧。小电流接地系统的电容器装置应采用中性点不接地的星形或双星形接地。电容器装置每相的电容器，应采用先并联后串联的连接方式。单台电容器的容量选择按电容器组单相容量和每相电容器的串、并联台数确定，每相各串联段中电容器的并联台数宜小于最大并联台数。可选择型号为的电容器，其技术参数为：表3.6补偿电容器型式选择结果补偿电容器型号额定电压（kV）额定容量（kVar）额定电容（μF）质量（kg）50039.4894外形尺寸LL1L2Bh1hHF62568573517365592可计算并联电容器的个数：因为本所采用Y型连接，而且要在10kV单母线分段的两端各接入一组，故电容器个数应为6的倍数，应选42个。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计4短路电流计算4.1短路电流计算概述4.1.1短路电流计算的目的在变电所电气设计中，短路电流计算是一个重要环节。其目的主要是为以下提供方面的确定依据。(1)电气主接线比选(2)选择导体和电器(3)确定中性点接地方式(4)计算软导体的短路摇摆(5)确定分裂导线间隔棒的间距(6)验算接地装置的接触电压和跨步电压(7)选择继电保护装置和进行整定计算4.1.2系统运行方式的确定系统运行方式主要有三种，即系统最大运行方式、系统最小运行方式和系统正常运行方式。现将简介前两种系统运行方式。4.1.2.1系统最大运行方式根据系统最大负荷的需要，电力系统中的所有可以投入的发电设备都投入运行，以及所有线路和规定接地的中性点全部投入运行的方式。该运行方式是考虑了系统5～10年的发展，对于本设计要考虑远景发展。该运行方式主要用在电气设备的选择校验和保护的整定计算中。4.1.2.2系统最小运行方式根据系统负荷为最小，投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少数接地的运行方式。该运行方式主要针对近期系统规模而言，主要用在保护的灵敏度校验当中。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计4.1.3短路形式的确定三相系统中短路的基本类型有四种，即三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。电气设备的动、热稳定校验，一般按短路情况最严重的短路形式计算，而电气距离距电源较远的变电所，一般三相短路最严重，故本设计中短路电流均按三相短路的情况进行计算。4.1.4短路计算点的确定选取短路计算点的个数，主要依据变电所的电压等级数，故本所设两个短路点，分别以K1、K2表示110kV和10kV工作母线上的短路点，其中10kV侧计算并列和分裂运行两种情况的短路电流。然后根据这两个短路点来依次计算对应点的短路电流值，并利用这两个短路点的短路电流值来校验电气设备和继电保护。4.2短路电流的计算高压短路电流计算一般只计及各元件的电抗，采用标幺制形式的近似计算法。标幺制中各物理量均用标幺值来表示，此方法使运算步骤简单、数值简明便于分析。标幺值的一般数学表达式为4.2.1基准值的选取基准有四个，即基准容量（SB）、基准电流（IB）、基准电压（UB）和基准阻抗（ZB）。在此计算中，选取基准容量SB=1000MVA，基准电压UB为各电压级的平均额定电压（115kV、10.5kV）。选定基准量后，基准电流和基准阻抗便已确定：基准电流：(0.1)81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计基准阻抗：(0.2)4.2.2元件电抗标幺值的计算（1）系统S的等效电抗标幺值：或(0.3)式中——系统的容量，MVA；——系统以其本身容量为基准的等效电抗标幺值。（2）线路电抗标幺值：(0.4)式中——线路单位长度的电抗值，110kV及以下一般为单根导线，为0.4Ω/km；——线路的长度，km。（3）变压器电抗标幺值：本设计中主变为双绕组，已给出了阻抗电压%可直接代入公式计算4.2.3网络化简网络化简的目的是简化短路电流计算，以求得电源至短路点间的等值阻抗。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计表4.1网络变换的图形和公式表变换名称变换前网络变换后网络变换后等值电抗串联并联△→Ｙ4.2.4各短路点的短路电流计算本设计仅有两个电源，且它们距本所的电气距离差别较大，故采用个别法来计算各短路点的短路电流。各短路点的短路电流计算步骤如下：（1）网络化简，得到各电源对短路点的转移电抗X∑；（2）求各电源的计算电抗Xjs（将各转移电抗按各电源容量S∑归算）：(0.5)（3）查运算曲线，得到以各电源容量为基准值的各电源至短路点电流标幺值；（4）求（3）中各电流的有名值之和，即为短路点的短路电流，并计算短路电流冲击值ish。在本设计计算中，考虑了远期发展中两台主变低压侧是并列运行还是分列运行，将两种运行情况均考虑在内。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计4.2.5短路电流计算的结果表4.2短路电流计算的结果（kA）电压等级短路点110kVK10.5024.9374.4684.39312.58910kV并列K25.4992.5322.4942.4946.45710kV分列K25.4991.7051.6931.6934.343短路电流计算过程见附录。5电气设备选择5.1电气设备选择的一般原则与技术条件5.1.1电气设备选择的一般原则(1)力求技术先进、安全适用、经济合理；(2)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；(3)应按当地环境条件校核；(4)应与整个工程的建设标准协调一致；(5)选择的导体品种不宜太多；(6)选用新产品应积极慎重。新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。5.1.2电气设备选择的技术条件参考《导体和电器选择设计技术规定》SDGJ14-86的有关规程：（1）按长期工作条件选择81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计选择的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压（规程第1.1.3条）；即：选用的导体长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流（规程第1.1.4条）；即：以下列出主要回路的最大持续工作电流的计算公式：变压器回路：(0.1)母线回路：中低压母线，取母线上最大一台主变的最大持续工作电流，同上。高压母线：(0.2)出线回路：单回线：(0.3)双回线：(0.4)分段回路：　(0.5)母联回路：取母线上最大一台主变的最大持续工作电流。（2）按经济电流密度选择导体除配电装置的汇流母线外，对于全年负荷利用小时数较大、母线较长，传输容量较大的回路，均应按经济电流密度选择导体截面。即：（3）按当地环境条件校验海拔条件：海拔在1000m以下时，可不考虑海拔条件；海拔在1000m及以上时，需考虑海拔对电气设备选择的影响。温度条件：我国电气设备使用的额定环境温度为+40℃。(0.6)81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计式中K——修正系数；——导体或电器长期发热允许最高温度；——安装地点周围环境温度；——定环境温度其中周围环境温度的确定裸导体（屋外：最热月平均最高温度；屋内：最热月平均最高温度+5度）电器（屋外：年最高温度；屋内：最热月平均最高温度+5度）（4）按短路情况校验1）动稳定校验电器：或　(0.7)式中　（）——动稳定电流峰值（有效值），kA；　　　（）——短路冲击电流峰值（有效值），kA；导体：(0.8)式中、——导体允许应力、最大应力，Pa；2）热稳定校验电器：(0.9)式中——t秒时的短路电流，kA；导体：（或----钢芯铝绞线采用）(0.10)式中、——导体的实际截面、允许最小截面（mm2）：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计　　——短路热效应，（kA）2·s；　　——导体集肤效应系数；0　　——热稳定系数（5）短路计算时间计算短路电流热效应时所用的短路切除时间等于继电保护动作时间与相应断路器的全开断时间之和，即断路器的全开断时间等于断路器的固有分闸时间与燃弧时间之和，即验算裸导体的短路热稳定时，宜采用主保护动作时间；验算电器的短路热稳定时，宜采用后备保护动作时间。（6）电晕电压校验1）导体的电晕放电会产生电能损耗、噪声、无线电干扰和金属腐蚀等不良影响。2）为了防止发生全面电晕，要求110kV及以上裸导体的电晕临界电压Ucr应大于其最高工作电压，即。在海拔不超过1000m的地区，下列情况可不进行电晕电压校验：110kV采用了不小于LGJ-70型钢心铝绞线和外径不小于φ20型管形导体时。220kV采用了不小于LGJ-300型钢心铝绞线和外径不小于φ30型的管形导体时。5.2导体的选择导体分为裸导体和电力电缆两种。裸导体一般可分为硬导体和软导体。硬导体主要有矩形、槽形、管形等形状；软导线有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线及扩径导线等形式。常用导体材料有铜、铝及铝合金。铜的电阻率低、机械强度大、抗腐蚀性强，是很好的导体材料；但其储存量不多，价格贵。铝的电阻率虽为铜的1.7～2倍，但其密度只有铜的30%，且其储量丰富，价格低廉。铝合金在铝基础上提高了机械强度和抗腐蚀性。导体选择与校验过程见附录计算部分。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计表5.1各电压级母线的选型结果母线使用场所导体型号导体净截面（mm2）载流量（A）备注110kV主母线LGJ-5005001025钢芯铝绞线10kV主母线TMY-120×1024003770双条平放矩形铜导体10kV侧负荷出线的造型结果导线使用场所导体型号导体净截面（mm2）载流量（A）备注棉纺厂（双回）LGJ-400400898钢芯铝绞线印染厂（双回）LGJ-400400898钢芯铝绞线大学城（双回）LGJ-400400898钢芯铝绞线毛纺厂（单回）LGJ-400400898钢芯铝绞线针织厂（单回）LGJ-400400898钢芯铝绞线柴油机厂（双回）LGJ-400400898钢芯铝绞线橡胶厂（单回）LGJ-400400898钢芯铝绞线市区（双回）LGJ-400400898钢芯铝绞线食品厂（单回）LGJ-400400898钢芯铝绞线5.3高压电器的选择表5.2断路器及隔离开关选选型结果设备项目断路器隔离开关110kV电压等级侧LW14-110/3150AGW5-110ⅡD/1250A10kV主变进线侧ZN12-10/2500A-------81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计侧母线分段侧ZN12-10/2000A-------负荷出线侧ZN12-10/1250A--------表5.3电流互感器及电压互感器的选型结果电压级设备类型110kV10kV电压互感器JDZX11-10B主变引下线电流互感器LCWB4—1102×300/5LMZJ1-102500/5分段电流互感器LCWB4-1102×200/5LMZJ1-102000/5表5.410kV侧支柱绝缘子和穿墙套管选型结果设备名称设备型号机械破坏负荷（kN）绝缘子高度或套管长度（mm）支柱绝缘子屋内ZS-10/55200屋外ZS-20/88350穿墙套管CWLC2—1012.543581 朱玉龙：110kV黄河变电站设计6配电装置与电气总平面设计6.1配电装置基本要求配电装置是根据电气主接线的连接方式由开关电器、保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常运行情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维持系统正常运行。为此配电装置应满足以下基本要求：(1)保证运行可靠(2)保证工作人员的安全(3)力求提高经济性(4)具有扩建的可能根据《高压配电装置设计技术规程》SDJ5－79的规定：第1.0.1条高压配电装置（简称配电装置）的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并应根据电力系统条件，自然环境特点和运行、要求，合理地制订布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置、拳设备和新材料，使设计做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。第4.1.4条配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时，应按较高的额定电压确定其安全净距第4.1.5条屋外配电装置带电部分的上面或下面不应有照明、通信和信号线路架空跨越或穿过；屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷或动力线路跨6.2配电装置分类配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按其组装方式，又可分为装配式和成套式。在现场将电器组装而成的称为装配配电装置；在制造厂按要求预先将开关电器、互感器等组成各种电路成套后运至现场安装使用的称为成套配电装置。（1）屋内配电装置的特点：①由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小；②维修、巡视和操作在室内进行，可减轻维护工作量，不受气候影响；③外界污秽空气对电气设备影响较小，可以减少维护工作量；④房屋建筑投资圈套，建设周期长，但可采用价格较低的屋内型设备。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计（2）屋外型配电装置的特点：①土建工作较大和费用较小，建设周期短；②与屋内配电装置相比，扩建比较方便；③相信设备之间距离较大，便于带电作业；④与屋内配电装置相比，占地面积大；⑤受外界环境影响，设备运行条件较差，须加强绝缘；⑥不良气候对设备维修和操作有影响。（3）成套配电装置的特点：①电气设备布置在封闭或半封闭的金属（外壳或金属框架）中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；②所有电气设备已在工厂组装成一体，如SF6全封闭组合电器、开关柜等，大大减少现场安装工作量，有等于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁；③运行可靠性高，维护方便；④耗用钢材较多，造价较高。6.3配电装置的最小安全净距为了满足配电装置运行和检修的需要，各带设备尖相隔一定的距离。配电装置的整个尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修、维护和运输的电气距离等因素而决定的。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之间的空间最小安全净距，即所谓的A1和A2值。A1和A2是根据过电砖瓦绝缘配合计算，并根据间隙放电试验曲线来确定的，而B、C、D、E等类安全净距是在A什的基础上再考虑运行维护、设备移动、检修工具活动洪恩、施工误差等具体情况而确定的。配电装置室内各种通道的最小宽度（净距），不应小于表7.1所列的数值。表6.1屋内配电装置的安全净距（mm）符号适用范围额定电压（kV）10110J110A1（1）带电部分至接地部分之间（2）网状遮拦向上延伸线距地2.3处，100850950A2（1）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1009001000B1（1）交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间（2）栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间85016001700B2网状遮栏至带电部分之间200950105081 朱玉龙：110kV黄河变电站设计C无遮栏裸导体至地面之间240031503250D平行不同时停电检修的无遮栏带电部分之间190026502750E通向屋外的出线套管至屋外通道400050005500表6.2屋外配电装置的安全净距（mm）符号适用范围额定电压（kV）3-10110J110A1（1）带电部分至接地部分之间（2）网状遮拦向上延伸线距地2.5处，2009001000A2（1）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20010001100B1（1）设备运输时，其外廓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95016501750B2网状遮栏至带电部分之间30010001100C（1）无遮栏裸导体至地面之间（2）无遮栏裸导体至建筑物、构筑物的顶部之间27003500D（1）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22002900300081 朱玉龙：110kV黄河变电站设计6.4各电压等级配电装置型式选择选择配电装置的型式，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行及检修要求，通过技术经济比较，参考国家电网公司的110kV典型推广设计方案确定。屋外配电装置的型式除与主接线有关，还与场地位置、面积、地质、地形条件及总体布置有关，并受材料供应、施工、运行和检修要求等因素的影响和限制。普通中型配电装置的特点是将所有的电器设备均安装在同一水平面上，并装在一定高度的基础上，而母线一般采用软导体安装在构架上，稍高于电器设备所在水平面。因设备安装较低，施工、检修和运行都比较方便，抗震能力较好，造价比较低。本所位于市郊，故可以采用普通中型。高型配电装置的最大优点是占地面积少，一般比普通中型节约用地50%左右。但耗用钢材多，检修运行不及中型方便。一般在下列情况下宜采用高型：①在高产农田或地少人多的地区②地形条件限制③原有装置需改、扩建而场地受限制。半高型配电装置吸收了中，高型配电装置的优点，并克服了两者的缺点。它的特点是两组母线高度不同，将旁路母线或一组主母线置于高一层的水平面，并于断路器，电流互感器等设备重叠布置，从而缩小了纵向尺寸。半高型配电装置的优点是占地面积比普通中型布置少30%，除主母线和母线隔离开关布置在上层外，其余部分与普通中型基本相同，运行维护方便，易被运行人员接受。半高型布置适用于110~220kV配电装置，在110kV配电装置中应用比较广泛。110kV配电装置选择屋外普通中型配电装置；10kV配电装置选择JYN2-10手车式高压开关柜，屋内配置。6.5电气总平面设计变电所主要由屋内外配电装置、主变压器、主控楼（室）及辅助设施等组成。变电所的总平面布置应根据外界条件（城市规划、交通和水源），依据配电装置的电压等级和型式、出线方向和方式、出线走廊的条件、地形情况等因素，并满足安全运行、方便管理、节约投资、节约用地及环境保护等综合要求，因地制宜地进行设计。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计6.5.1主要建筑物布置主控楼（室）的位置应满足：（1）值班人员便于监视屋外配电装置，有利于其与各电压级配电装置的联系，以便迅速进行各种操作；（2）值班人员有良好的环境（噪声干扰和静电感应较小，有较好的朝向），有利于安静和专心地工作；（3）尽可能缩短主控楼与配电装置、主变的控制电缆长度。因高压配电装置为双列布置，故主控楼（室）宜布置于两列配电装置之间，且适当靠近所前区。主控室与通讯室、值班休息室、检修和材料间等辅助室联合成一座建筑，即主控楼。本所主控楼采用带夹层的双层楼，顶层用于主控室，供值班人员工作；底层用于辅助室，像检修间、休息室、材料间等；中间设有夹层，用于铺设控制电缆。6.5.2主变压器布置变压器一般布置在各电压级配电装置和无功补偿装置较为中间的位置，且布置于主道边1~2m以内，便于运输和安装，此外还便于和各电压侧引线的就近连接。主变压器坐于贮油池（坑）上，其基础一般做成双梁形并铺以铁轨，轨距等于主变的滚轮中心距。为了防止主变发生事故时，燃油流失使事故扩大，贮油池尺寸应比设备外廓大1m,贮油池内一般铺设厚度不小于0.25m的卵石层，且卵石直径为50~80mm。为防止下雨时泥水流入贮油池内，油池四壁宜高出地面50~100mm，并以水泥抹面，排油管的内径不应小于100mm。主变与建筑物的距离不应小于1.25m，且距主变5m内的建筑物，在主变总高度以下及外廓两侧各3m的范围内，不应有门窗和通风孔。当主变油量超过2500kg以上时，两台主变之间的放火净距不应小于5~10m，布置有困难时，应设防火墙，放火墙高度不宜低于主变油枕的顶端高程，其长度应大于主变贮油池两侧各1m。6.5.3所内道路布置6.5.3.1道路的分类所内道路主要分三级：Ⅰ级：主要道路，叫主道。由大门至主控楼主变的道路，需行驶大型平板车。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计Ⅱ级：次要道路，包括环形道和其他道。除主道外，需要行驶汽车的道路。Ⅲ级：巡视小道。主要为值班人员巡视电气设备而设计的小道，可利用电缆沟盖作为部分巡视小道。6.5.3.2布置原则（1）道路应结合生产和所前区的划分进行布置，充分适应各建筑物交通运输、消防、巡视和设备检修的使用要求，并且也作为各建筑物间的分界标志。（2）道路布置要力求规则，与主要建筑物平行，且宜环形贯通。当环形有困难时，应具备回车条件，如在道路尽端设回车场（12×12m），或设“Τ”型或“十”字形路口，以取代回车场。（3）道路设计标高及纵坡因应与场地的竖向布置相适应，一般应与场地排水坡向保持一致，便于运输和排水。（4）主道与高压线，要处于不同方向，或相互错开，尽可能避免穿越高压线。（5）穿越道路的电缆沟应有足够的强度，以保证行车安全。6.5.3.3路面设计（1）对于本所内，主道宽度可设为4m，次道宽度可设为3m，巡视小道宽度可设为0.7~1.0m。（2）行驶汽车道路的转弯半径，一般不小于7m（内缘），可设为8m，通行平板车的路段转弯半径要根据不同平板车的类型确定。（3）道路一般采用混凝土路面。6.5.4通道及围栏6.5.4.1通道布置应便于设备操作、检修和搬运，故需设置必要的通道。一般通道可分为三类：维护通道、操作通道和防爆通道。（1）维护通道：用于维护和搬运各种电器的通道。（2）操作通道：设有断路器隔离开关等的操作机构就地控制屏等的通道。（3）防爆通道：仅和防爆小室相通的通道。配电装置室内各种通道的最小宽度（净距），不应小于表6.2所列的数值:81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计表6.3屋内配电装置通道的最小净距（mm）布置方式维护通道操作通道防爆通道固定式移动式一面有开关设备8001500单车长+12001200两面有开关设备10002000双车长+9001200屋外配电装置的通道见第一节所述，通常称为巡视小道，宽度可取0.7~1m。6.5.4.2围栏围栏按其形状，可分为栅状围栏（栅栏）和网状围栏（遮栏）两种。（1）发电厂及大型变电所的屋外配电装置，其周围宜围以高度不低于1.5m的围栏，以防止外人任意进入。变电所的所区围墙，宜采用高度为2.2~2.5m的实体墙。（2）配电装置中电气设备的栅栏高度，不应低于1.2m，栅栏最低栏杆至地面的净距不应大于200mm，配电装置中电气设备的遮栏高度，不应低于1.7m，遮栏网孔不应大于40×40mm。（3）围栏门应装锁。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计7防雷保护7.1电力系统过电压及变电所防雷保护概述7.1.1电力系统过电压电力系统中的各种电气设备在运行过程中除了长期受到工作电压的作用外，还会受到各种比工作电压高得多的过电压的短时作用。所谓“过电压”通常指电力系统中出现的对电气设备有危险的电压升高和电位差升高。按照产生根源的不同，可将过电压作如下分类：（9）内部过电压：暂时过电压、操作过电压：（10）雷击过电压：直接雷击过电压、侵入雷电波过电压。.研究过电压及其防护问题对于电气设备的设计与制造电力系统的设计与运行都有重大的意义和密切的关系。7.1.2变电所防雷保护设计的必要性在电力系统运行中，由于种种原因，系统中某部分的电压可能升高，其数值大大超过设备的正常运行电压，这种现象称为过电压。其后果是：设备绝缘损坏，造成长时间的停电，危及人身及财物安全。按产生原因和作用机理通常将过电压分为内部过电压和外部过电压两种。电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压叫内部过电压。它是由于电网中磁能转化为电能，和各部分之间的电容的能量传递产生的电网电压升高。内部过电压有暂态过电压、操作过电压和谐振过电压。暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，又称工频电压升高。操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快、持续时间较短的过电压。谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。外部过电压又称雷电过电压、大气过电压，是指电力系统内的电气设备及地面建筑物遭受直接雷击或雷电感应时而产生的过电压。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计雷电通过被击物在其阻抗上产生的压降（直接雷过电压）和雷电对设备附近的地面（或避雷针、线）放电时所引起的感应雷过电压，统称为雷电过电压或大气过电压，这种来自大气层中的雷电是一种强烈的电磁干扰源，因此雷电过电压对电力系统的危害是很大的。产生雷电过电压的根源的确是特大雷电流，其特点是幅值极高，最大可达200kA以上。雷电放电主通道通过被保护物，被保护物被直击雷击中。电力系统设备或电力系统所在建筑物被雷电直接击中会造成设备损坏，人员伤亡等极大危害。雷电放电主通道没有经过被保护物，但放电过程中产生强大的瞬变电磁场在附近的导体中感应到电磁脉冲，称为LEMP，即感应雷。LEMP可通过两种不同的感应方式侵入导体。静电感应，即在雷云中电荷积聚时，就近的导体会感应相反的电荷，当雷击放电时，雷云中电荷迅速释放，而导体中的静电荷在失去雷云电场束缚后也会沿导体流动寻找释放通道，就会在电路中形成LEMP。电磁感应，即在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，附近的导体中就会产生很高的感应电动势，在电路中形成LEMP。LEMP沿导体传播，损坏电路中的设备或设备中的器件。由于LEMP可以来自云中放电，也可以来自对地雷击。而电力系统与外界连接有各种长距离电缆可在更大范围内产生LEMP，并沿电缆传入电力系统。所以防雷是电力系统过电压的重点。为了确保电力系统和人身的安全，对雷电过电压必须采取相应的防雷技术保护措施。本设计中过电压保护仅研究雷电过电压保护，进行防雷保护设计。变电所中出现的雷电过电压有两个来源：1雷电直击变电所，即直击雷过电压；2沿输电线路入侵的雷电过电压，即侵入雷电波过电压。雷电放电所引起的雷电过电压的幅值可高达数十万伏、甚至数兆伏，电气设备绝缘一般是难以耐受的，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一。变电所是多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽，因此变电所的雷害事故比一般输电线路上的要严重得多，往往导致大面积停电。此外，变电设备（主要是电力变压器）的内绝缘水平往往低于线路绝缘，而且不具有自恢复能力，一旦因雷电过电压而发生击穿，后果十分严重。因此，变电所的防雷保护设计是十分必要的，并且比输电线路要更严格、措施更严密、可靠。7.2直击雷保护(1)保护对象根据《电力设备过电压保护设计技术规定》第67条：变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针或避雷线。下列设施应装设直击雷保护装置。1）屋外配电装置，包括组合导线和母线廊道。2）烟囱、冷却塔和输煤系统的高建筑物。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计3）油处理室、燃油泵房、露天油罐及架空管道，装卸油台，大型变压器修理间，易燃材料仓库等建筑物。4）乙炔发生站、制氢站、露天氢气罐、氢气罐储存室，天然气调压站及架空管道。5）多雷区的列车电站为了保护其它设备而装设的避雷针，不宜装在独立的主控室和35kV及以下的高压屋内配电装置室的顶上。雷电活动特别强烈的主厂房、主控室和高压室内配电装置宜设直击雷保护装置。(2)保护措施根据《电力设备过电压保护设计技术规程》第20条：为防止直击雷雷击电力设备，一般采用避雷针和避雷线。(3)避雷针装设应注意的问题：应妥善采用独立避雷针和构架避雷针，其联合保护范围应覆盖全所保护对象。根据《电力设备过电压保护技术规程》SDJ7—76规定：第70条：独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m。第71条：110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在其构架或房顶上；6kV及以上的配电装置，允许将避雷针装在其构架或房顶上；35kV及以下高压配电装置构架或房顶上不宜装设避雷针。装在构架上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。在主变压器的门型构架上，不应装设避雷针，避雷线。第72条：110kV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架上；35kV配电装置可将线路的避雷线引接到出线门型架上，但应集中接地装置。第74条：独立避雷针、避雷线与配电装置的带电部分间的空气中距离，以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网之间地中距离，应符合下列要求：Sk0.3Rch+0.1hSk：空气中距离Rch：独立避雷针的冲击接地电阻（）h：避雷器校检点的高度（m）(4)独立避雷针的接地装置与发电厂、变电所接地网间的地中距离，应符合下式要求：Sd0.3Rch（Sd：地中距离）(5)除了上述要求外，对避雷针和避雷线，Sk不宜小于5m，Sd不宜小于3m。本设计中采用了国网公司的典型推广方案，根据平面布置图选择本所中的防直击雷设计，本所采用4根避雷针。避雷针要安装在变电所的四角，高度均为30m。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计7.3雷电侵入波保护(1)保护措施：避雷器结合进线段保护(2)避雷器的设置：《电力设备过电压保护技术规程》SDJ7—79中的规定第78条：变电站的每相母线上都应装设阀型避雷器,应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近架设集中接地装置。第80条：大接地短路电流系统中的中性点不接地变压器如中性点绝缘按线电压设计，应在中性点装设保护装置；如中性点绝缘按线电压设计，但变电所为单进线且为单台变压器运行，也应在中性点装设保护装置。第83条：与架空线联络连接的三绕组变压器的10kV绕组，如有开路运行的可能，应采用防止静电感应电压危害该绕组绝缘的措施。在其一相出线上装设一只阀型避雷器。第85条：变电站3~10kV配电装置，应在每相母线和每路架空线上装设阀型避雷器。1）110kV，10kV每段母线上均装一组雷器2）变压器10kV侧一相上装一组雷器3）110kV中性点为分级绝缘且装有隔离开关，故需装一组雷器4）10kV电缆与架空线连接处应装设一组雷器5）110kV中性点为分级绝缘且装有隔离开关，故需装一组避雷器(3)本所避雷器选择结果：110kV：Y5W-100/26010kV：Y5W-12.7/45主变中性点避雷器:Y1W-73/20081 朱玉龙：110kV黄河变电站设计8电气二次部分设计概述8.1继电保护的意义电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路。在发生短路时可能产生以下的后果：（1）通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，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，引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命；（3）电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统振荡，甚至使整个系统瓦解。在电力系统中，除应采取各项积极措施消除或减小发生故障的可能性外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求，也就是继电保护装置。继电保护装置，就是指能反应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出信号的一种自动装置。它的基本任务是：（1）可以自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遇到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。（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，而动作于发出信号、减负荷或跳闸，此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统以及其他元件的危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。8.2电力系统对继电保护的要求根据中华人民共和国水利电力部《继电保护与安全装置技术规程》6DJ6-83第2.1.1条：电力系统的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行保护装置。电力设备和线路的保护应该有主保护，后备保护，必要时在增加辅助保护。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计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路故障的保护。2后备保护：主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。后备保护可以分为近后备远后备两种方式。(1)近后备：当主保护拒动时，有本电力设备或线路的另一套保护实现后备；当断路器拒动时，由断路器的关联保护实现后备。(2)远后备：当主保护或断路器拒动使，有相邻电力设备或线路的保护实现后备。(3)辅助保护：为补充主保护，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，是反应被保护电力设备或线路正常运行状态的保护。第2.1.2条：继点保护装置应满足可靠性，选择性，灵敏性和速动性的要求。(1)可靠性是指保护该动作时应该可靠动作，不该动作时应可靠不动作。(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或短路断路器拒动时，应有相邻设备或线路的保护切除故障。(3)灵敏性是指在被保护设备或线路范围内故障时，保护装置应有必要的灵敏系数.灵敏系数应该根据常见不利运行方式和不利故障类型计算。(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，限制故障设备或线路的损坏程度，减小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。8.3选择保护装置以及构成方案是的基本原则根据<<继电保护与安全自动装置技术规程>>6DJ6-83：第1.0.3条继电保护与安全自动装置应符合可靠性，选择性，灵敏性和速动性的要求。当确定其配置和构成方案时，应该考虑以下几个方面：(1)电力系统和电力网的结构特点和运行特点；(2)故障出现的概率和可能出现的后果；(3)电力系统近其发展情况；(4)经济上的合理性；(5)国内和国外的成熟经验。第1.0.4条：继电保护与安全自动装置是电力系统的重要组成部分。确定电力网结构，厂站主接线和运行方式时，必须继电保护与安全自动装置的配置统筹考虑，合理安排继电保护与安全自动装置的配置方式。要满足电力网和厂站主接线的要求，并考虑电力网厂站运行方式的灵活性。对导致继电保护与安全自动装置不能保证电力系统安全运行的电网结构方式，宜根据继电保护与安全自动装置的要求，限制使用，或辅以适当的措施。第1.0.581 朱玉龙：110kV黄河变电站设计条：应根据审定的电力系统设计或审定的系统接线图及要求进行继电保护与安全自动装置的系统设计。在系统设计中，除了新建部分外，还应包括对原有系统继电保护与安全自动装置不符合要求部分的改造设计。为了便于运行管理和有利于性能配合，同一电力网或同一厂站内的继电保护和安全自动装置的形式，不宜品种过多。电力系统中各电力设备和线路的原有的继电保护与安全自动装置，凡是满足可靠性，选择性，灵敏性和速动性要求的，均应予以保留。第1.0.6条：继电保护与安全自动装置的新产品，应按国家规定的要求和程序进行鉴定，合格后方可使用。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计9变压器保护9.1保护概述电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好、工作可靠的继电保护装置。变压器的内部故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路以及接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。油箱内故障时产生的电弧，不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁心，而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体，有可能引起变压器油箱的爆炸。因此，这些故障应尽快切除。变压器的不正常状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。变压器处于不正常运行状态时，保护应根据其严重程度，发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，以确保变压器的安全。根据上述故障类型和不正常运行状态，对变压器应装设下列保护。（1）瓦斯保护对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中，轻瓦斯保护反应于油箱内部故障所产生轻微瓦斯或油面下降时产生的气体而动作于发信号；重瓦斯保护反应于油箱内部故障所产生大量瓦斯时产生的油流而动作于跳开变压器各侧断路器。瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。同时，与纵联差动保护同时作为变压器的主保护，相互配合、补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内外及引出线上发生的各种故障。（2）相间短路保护容量为6300kVA及以上，厂用工作变压器和并列运行的变压器，应装设纵联差动保护。纵联差动保护是反应于变压器绕组和引出线的相间短路而动作于跳开变压器各侧断路器的变压器主保护之一。对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计纵联差动保护最大的特点就是能够可靠地躲过各种不平衡电流而不致误动作，且其保护范围包括变压器套管及其引下线，正好与瓦斯保护相配合，很好地对变压器进行了保护。（3）后备保护对由于外部相间短路引起的变压器过电流，可采用复合电压启动用的过电流保护，它适用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷，对中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路故障，应装设零序电流保护。复合电压起动的过电流保护装置区别于一般过电流保护的元件就是负序电压继电器和低电压继电器。负序电压继电器是反应负序电压增大而动作的过量继电器；而低电压继电器是反应线电压降低而动作的欠量继电器。与一般低电压起动的过电流保护相比，复合电压起动的过电流保护具有以下优点：1）在不对称短路时，负序电压继电器的灵敏系数高；2）当经变压器后面发生不对称短路时，电压元件的工作情况与变压器采用的接线方式无关；3）在三相短路时，低电压继电器的灵敏系数也有所提高；4）接线较简单。（4）过负荷保护对400kVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。（5）零序电流保护零序电流保护主要反应于变压器外部单相接地短路时引起的过电流而动作的后备保护。本所主变的110kV侧引线上装设零序电流保护装置。零序电流保护可由两段组成，每段各带两个时限，并均以较短的时限动作于缩小故障影响范围，以较长的时限有选择性地动作于跳开变压器各侧断路器。当有选择性要求时，应增设方向继电器。零序Ⅰ段由灵敏Ⅰ段和不灵敏Ⅰ段组成。灵敏Ⅰ段是按躲过下一条线路出口出单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流和躲过断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流整定。灵敏Ⅰ段是对全相运行状态下的接地故障起保护作用，具有较大的保护范围；不灵敏Ⅰ段是为了在单相重合闸过程中，其它两相又发生接地故障时，用以弥补失去灵敏Ⅰ段的缺点，尽快地将故障切除。零序Ⅱ段也有两段组成。第一个是定值较大，能在正常运行方式和最大运行方式下，以较短的延时切除本线路上所发生的接地故障（保留0.5s的零序Ⅱ段，按与下条线路的零序Ⅱ段相配合来整定）；第二个是具有较长的延时，能保证在各种运行方式下线路末端接地短路时，保护装置具有足够的灵敏度（按与下条线路的零序Ⅱ相配合来整定，时限再抬高一级，约为1.0s）。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计（6）其他保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置9.2使用说明9.2.1主变的主保护变压器的主保护为差动保护和瓦斯保护。其中变压器差动保护的整定计算如下：为了防止变压器内部线圈及引出线的相间及匝间短路，以及在中性点直接接地系统侧的引出线和线圈上的接地短路，应装设变压器的纵联差动保护。纵联差动保护的形式很多，但基本原理及定值计算所考虑的基本原则是相同的，一般要考虑以下几个方面的因素及影响：（1）应躲过当变压器空投及外部故障后电压恢复时的励磁涌流的影响；（2）应躲过变压器外部故障时在变压器保护中所引起的最大不平衡电流；（3）应躲过变压器差动保护二次回路断线时，在差动回路引起的差电流的影响。具体的由本变电所的变压器差动保护的定值计算见附录的计算书。9.2.2主变的后备保护为了防止变压器外部故障引起的过电流及作为变压器之后备保护，在变压器上装设带低压或不带低压闭锁的过电流保护装置.如果其灵敏度不够，或为了简化保护接线，也可装设带复合电压闭锁的过电流保护。变压器过电流保护的装设可按以下原则确定：（1）对于单侧电源的变压器，后备保护装设于电源侧，作为差动保护、瓦斯保护的后备或相邻元件的后备。（2）对于多侧电源的变压器，后备保护应装设于变压器各侧。其作用为：1）作为变压器差动保护的后备，要求它动作后起动总出口继电器。对于零序过电流保护，由于变压器中性点接地而使零序电流分布发生变化，往往会使零序电流保护的灵敏度降低，因此要求在变压器的两侧均装设能动作于总出口的零序电流保护段。对于相间过电流保护，则一般可只在主电源侧装设动作于总出口的保护段，但该保护段对变压器各电压侧的故障均能满足灵敏度的要求。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计2）变压各侧装设的后备保护，主要作为各侧母线和线路的后备保护，故要求只动作于跳开本侧的断路器。3）作为变压器断路器与其电流互感器之间死区故障的后备保护。9.3电容器的保护装置并联补偿电容器也是变电所中重要的电力补偿设备，因此也要进行保护的配置。电容器常见的故障及异常运行方式主要有以下类型：（1）电容器组和断路器之间连接线短路；（2）电容器内部故障及其引出线短路；（3）电容器组中某一故障电容器切除后引起的过电压；（4）电容器组的单相接地故障；（5）电容器组过电压。针对以上电容器常见的故障及异常运行方式，结合本所中电容器的接线方式等具体情况，按照有关规程须配置的保护类型如下所示。9.3.1过电流保护过电流保护反应于电容器和断路器之间连接线的短路而引起的过电流而动作于跳闸。电容器回路一般不装设电流速断保护，因为速断保护要考虑躲过电容器分闸冲击电流及对外放电电流的影响，其保护范围和效果不能充分利用。9.3.2熔断器熔断器主要对电容器内部故障及其引出线短路起保护作用，宜对每台电容器分别装设专用的熔断器。熔断器的额定电流可取电容器额定电流的1.5~2倍。单台电容器的内部由若干带埋入式熔丝和电容元件并联组成，电容元件故障，可由熔丝自动切除而不影响电容器的运行，因而理论上可不外装熔断器。但实际中为防止电容器箱壳爆炸，一般都装设外部熔断器。9.3.3过电压保护81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计过电压保护是反应于电容器所接母线电压升高引起的过电压而动作于跳闸，主要是防止母线电压升得过高以击穿电容器。9.3.4零序电压保护当电容器组中故障电容器切除到一定数量，引起电容器端电压超过110%额定电压时，保护应带延时将整组电容器断开。对于本所，电容器采用单星形接线形式，故可采用零序电压保护。9.4母线和断路器失灵保护配置变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障母线上运行以前被迫停电。所以，母线亦需要进行保护配置。9.4.110kV侧母线的保护配置对于本所10kV侧母线，因为仅接有所用电和并联补偿电容器，所以不采用专门的母线保护，而是利用供电元件的远后备保护装置就可以把母线故障切除。具体地说，本所为降压变电所，其低压侧母线正常时分列运行（即单母线接线），则低压母线上的故障就可以由相应变压器的过电流保护使变压器的断路器跳闸予以切除。9.4.2110kV侧母线的保护配置本所高压侧母线采用完全电流差动母线保护。完全电流差动母线保护，需在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器。该保护类似变压器纵联差动保护，其差动继电器的起动电流应按躲过外部故障时所产生的最大不平衡电流和电流互感器二次回路断线引起的最大负荷电流来整定。9.4.3断路器失灵保护81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计断路器失灵保护：当故障线路的继电保护动作发出跳闸脉冲后，断路器拒绝动作时，能够以较短的时限切除同一变电所内其它有关的断路器，以使停电范围限制为最小的一种后备保护。为提高动作可靠性，必须同时具备下列条件，断路器失灵保护方可起动：（1）故障线路或设备的保护装置出口继电器动作后不返回；（2）在被保护范围内仍然存在故障。为确保是否仍存在故障，可采用检查通过每台或每相断路器的故障电流的方式；当采用三相重合闸，且只要求反应接地故障（为分相操作断路器）时，可采用检查变压器零序电流的方式。断路器失灵保护的动作时限，应大于故障线路或电力设备的断路器跳闸时间及保护装置返回时间之和。断路器失灵保护应首先动作于跳开母联断路器。如果断开母联断路器后，能使相邻电力设备或线路的保护相继动作，则可只动作于跳开母联断路器；否则，还应动作于跳开与拒动断路器连接在同一母线上的所有有电源支路的断路器。10线路保护的配置10.1线路保护配置的原则参考《继电保护和安全自动装置技术规程》：第2.6.1条110—220kV直接接地电力网的线路，应装设反应接地短路和相间短路的保护装置。第2.6.2条在某些情况下，应装设全线速动的主保护。①系统稳定要求有必要时；②线路三相短路重要用户电压低于允许值（60%UN）且其他保护不能无时限和有选择的切除短路时；③如电力网主要部分的某些线路采用全线速动主保护，能显著简化电力网保护，并提高保护的选择性、灵敏性和后备作用时；④系统稳定要求装设全线速动主保护，且阶段式保护在正常运行下难以配合，不能取得应有的灵敏性和选择性时，可装设两套全线速动保护。第2.6.3条110kV宜采用远后备方式。第2.6.4条对接地短路：①宜装设带方向或不带方向的阶段式零序电流保护；81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计①某些线路，如方向性，接地距离保护可以明显改善整个电力网接地保护的性能，可装设接地距离保护，并辅之以阶段式零序电流保护。第2.6.1条相间短路：①单侧电源单回线路，可装设三相多段式电流或电流电压保护，如不能满足要求，则装设距离保护；②正常运行方式下保护安装处短路，电流速断保护有1.2以上的灵敏度时，则可装设此相保护；③符合本规程第2.6.2条规定时，除装设全线素动相间主保护外，还应装设本条第二、三、款所规定的保护作相间后备保护和辅助保护，双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。第2.6.7条并列运行平行线，根据电网的需要，可考虑装社下列保护装置。对110kV线路，可装设相间横联差动及零序横联差动保护作为主保护，为提高后备保护在相邻线路末端短路时的灵敏性，后备保护可按两回线和电流方式连接。10.2线路保护配置结果根据《电气二次设计手册》有关规定及上述说明本设计中的线路保护配置如下：110kV采用距离保护；10kV采用三段式电流保护。当灵敏度不能满足要求时可以首先采用电压电流连锁保护。结论为期五个月的毕业设计终于完成了，我的毕业设计的课题是110kV黄河变电站设计。论文是在孔斌老师的指导下完成。通过查阅资料及在孔斌，孙81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计丰奇等老师的指导下我大致了解了一个变电站的组成，也明白了作为一个设计人员，要做好一个变电站的设计不是一件简单的事，它需要有好的理论知识，也要有丰富的实际经验，在设计过程中还要根据实际情况考虑全面，也许这次设计在专业人员眼中做的不是很好，但是在今后的学习实践中，我会更加努力，争取一步步的成长。这次的设计我发现了很多以前不懂的问题，在老师的指导下学习到了很多各个方面的内容，学校安排我们的毕业设计很有意义，让我们以另一种途径归纳了大学三年所学到的专业知识，让我们及时地发现了自己以前的很多不足。对即将毕业的我们是一种鞭笞，也是一种摸底的考察！总之这样的毕业设计很有意义。在此对各位老师表示衷心的感谢！你们辛苦了！谢谢！致谢本人的毕业设计论文一直是在指导老师的悉心指导下进行的。指导老师治学态度严谨，认真负责，为人温和善良。并且在整个毕业设计过程中，指导老师不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在设计中难免会遇到许多比较低级的问题，指导老师却都极其耐心地予以解答在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。此外还要感谢为我提供了做毕业设计的资料朋友。参考文献[1]范锡普.发电厂电气部分（第二版）.水利电力出版社.[2]电力系统分析.水利电力出版社.[3]贺家李等.电力系统及电保护原理.水利电力出版社.[4]应智大.高电压技术.浙江大学出版社.81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计[5]水利电力部西北电力设计院.电力工程电力设计手册.水利电力出版社.[6]水利电力部西北电力设计院.发电厂变电所电气接线盒布置（上、下）.水利电力出版社.[7]许珉，杨宛辉等.发电厂电气部分.机械工业出版社.[8]杨宛辉等.发电厂、变电所电气一次部分设计参考图册.[9]高电压配电装置设计技术规程SDJ5-85.中国电力出版社.[10]电力系统设计技术规程（试行）SD131-84.中国电力出版社.[11]导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86.中国电力出版社.[12]电力设备接地设计技术规程SDJ8-97.水利电力出版社.[13]电力设计工程电气设备手册（电气一次部分上、下.）.水电部西北电力设计院.附录1：外文资料翻译A1.1英文：Substationsystemover-voltageprotectiontechnologySecondsubstationequipmentover-voltageprotectiononelectronicinformationsystem81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计fortheprotectionofcoreequipmentfortheconstructionofaprotectedbothpressureandotherpotentialsystem,andthroughalllevelsofover-voltagesurgeprotectorsofthecurrentstepbystepintothelandofChina,Substationsecondarysafetyequipmentandreliableoperation.1secondover-voltagesubstationprotection Inrecentyears,thesubstationcommunications,communicationssystems,protectionsystems,backgroundmanagementmodulefrequentover-voltagedamage,themainreasonforthisisweakanditsrelatedsystemsproductsover-voltageprotectionlevelisweak,ornoguardagainstover-voltageTechnicalmeasures,theconsequencesforthesafeoperationofpowergridsbringaboutagreaternegativeimpact.Withintegratedautomationsystemsandautomationsystemssuchascommunicationsystemsinthesubstationweaksecondarybythewideruseofsuchelectronicsystems(equipment)componentsoftheintegratedmoreandmore,thegrowingvolumeofinformationstorage,speedandaccuracyoftheIncreasedandoperatesonlyafewvolts,currentinformationonlymicroamplevel,thusextremelysensitivetooutsideinterference,especiallythelightningandelectromagneticpulse,suchasover-voltagetoleranceislow.Whenthunderandlightning,suchasover-voltageandaccompaniedbytheelectromagneticfieldsreachacertainthreshold,rangingfromsystemfailurecaused,resultedinheavyequipmentorpermanentdamagetoitscomponents.Despitethethunderandlightningviewpointofelectronicsystems(equipment)isunlikely,butlightningstrikeneartheland,buildings,communicationandairsupplylinedirectlyLeiyundischargeform,orbecauseofelectrostaticinductionandtheimpactof81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计electromagneticinductionformationofover-voltage,Theremightbeconnectedtothepowerlines,signallinesorgroundingsystem,throughvariousinterfacestotransfer,coupling,radiationandotherformsofinvasiveelectronicsystem(equipment)andleadtoseriousdisturbancesorincidents.Therefore,strengtheningandimprovingtheelectronicsystem(equipment)protection,tominimizetheimpactofinterferencebylightningandotherdamagecauseddirectlossesandindirectlosses,hasbecometheurgentneedtosolvetheproblem.2over-voltageprotectiondesign IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)TC/81minetechnicalcommitteewillbedividedintointernalandexternalminemineintwoparts,theexternalmineislightningrod(orwithlightning,lightningnetwork),YinXiaxianandgroundingsystem,Objectstobeprotectedfromdirectlightningstrikes,mineistopreventinternallightningandotherinternalover-voltagedamagecausedbyinvasiveequipment.Acomprehensivemineandover-voltageprotectionsystemsmustbeintegrateduseofdischarge(segregation),bothpressure(andotherpotential),shielding(isolation),grounded,limitpressure(clamp)protection,andothertechnology,inaccordancewiththeexternalmineAndtheprincipleofinternalmine,inaccordancewiththetargetsofprotectivefeatures,flexibleapplicationtotakeconcretemeasures,constituteacompleteprotectionsystem.Over-voltagesubstationintheformare:Lightningover-voltage,theresonantfrequencyover-voltageandover-voltage,over-voltageoperation,theseover-voltagetransmissionorelectromagneticinductiontothewaythelinesandequipmentonadangerousover-voltage,inparticular,Lightningover-voltage,lightning81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计substation,inthelow-voltagepowersupplysystemandweaksystemtoproduceastrongover-voltagesensor,whilethesubstationtopotentialrise(forexample:thesubstationgroundingresistanceto1Q,lightningcurrent10kA,whilethepotentialfor10kV),duetotheincreasedpotentialofthecounterlinesandequipmentdamagedlinesandequipmentandtheeventshaveoccurred,therefore,despitethesubstationoutsidetheminesystem(lightningrod.YinXiaxianAndgroundingdevices)inlinewithnationalstandardsandtherequirementsofBuban,andtheintegratedautomationandcommunicationsautomationsystems,suchasweaksecondaryhavebeentaken,suchasshielding,grounding,isolation,filtering,andothermeasures,butitcannotcompletelyavoidover-voltagepowerfullightningAndvoltageofthesystemcounterthedisruptioncauseddamageand,therefore,thesecondweaksystemsubstationandamine-voltagemustalsotaketheappropriateprotectivemeasures,inaccordancewiththeIECwithinthemineareaEMP,thedevice"spowercord,signalLines,datalines,andtheinstallationoflightningprotectionandinternalover-voltagedevicestopreventlightningsensors,channelingpeoplealongthelightningcurrent,voltagecounterattack,suchastransientvoltagesurgetootransientover-voltagecausedbyafaultanddamagedelectronicequipment.Over-voltagesurgeprotectioninaccordancewithitsconnectionmodeisdividedintotwoseriesandparallel,theuseofover-voltagesurgeprotectiontandemwith,theremayexistbecauseofsignaltransmissiondoesnotmatchthecausesoftransmissionofthesignalinterference,inparticulardataCommunicationInterfaceintheserieswereover-voltagesurgeprotectioninplace,willhavethenormaldatacommunications.Therefore,thedatacommunicationsaccessI:Iintheserieswereover-voltagesurgeprotectioninplace,thetransmissionofdatamustbecarriedout81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计conscientiouslycheckifthedataarenotnormaltransmission,itmaybeduetothereasonsdonotmatchthetransmissionsignalInterference,shouldbereplacedtomatchtheover-voltagesurgeprotectionfor.Iftheuseofover-voltagesurgeprotectionforuseofparallel,thesituationisbasicallynon-existent,buttheconnectionmodeofover-voltagesurgeprotectionforhighertechnicalrequirements.3secondarysystemover-voltagesubstationprotection 3.1pointsover-voltageelectricitysystemprotectionSubstationinstalledinthecommunicationsdispatchautomationsystemsareusedACpoweroraDCpowersupplyequipmentfortherectificationofitslinksaregenerallylargercapacityfiltercapacitance,thetransientover-voltageshockabsorptionofacertainextent,thestationLow-voltagetransformersidegotofeedbetweenthescreenusingashieldedcableandequipmenthaveagoodgrounding,theuseofmoderntechnologytoanalyzemine,wemustincreasethecircuit"ssegregationmeasures,becauseitsgrounding,protectionandotherelectricalgroundingallGroundingdevicesusingthesameequipment,andequipmentareinaLPZOB,therelativestrengthofstrongelectromagneticpulse,thestationchangedtopreventlow-pressuresidealthoughtherearelinesintrusivewavearrester,buttheresidualpressurehigh,inthesubstationoflightning,throughthelineCouplingandthepotentialrisecausedbyover-voltagecounterattackstillexist,andhigh-pressuresideoftheresidualpressureashighasseveralthousandvolts,itisnecessarytotheseschedulingautomationequipmentforthepowersupplyover-voltagecircuitprotection.LightningProtectioninaccordancewiththeprincipleofregionaldivision,substationequipmentinthesecondarypowersupply81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计systemover-voltagesensorslightningprotectionmaybetwo(B,Clevel)fortheprotectionofsegregation.B-mineuseisgenerallygreaterflowcapacityofthemineinstallations,theLightningcouldbemorecasualLiuxiepeople,toachievetheobjectiveofcurrentlimit,over-voltageatthesametimewillreducetoacertainextent,c-mineuseWithlowerresidualpressureofthemineinstallations,youcanloopintheremainingscatteredlightningLiuxiepeople,tolimitthepurposeofover-voltage,over-voltageequipmentcanbereducedtotheleveloftolerance.Themainpowersupplysystemisinhibitedlightningprotectionandoperationofthepowerbacktotheroadandover-voltagesurge.Accordingtothesubstationstatusofthesubstationofthesecondmine-sensingsystemandtheoperationanduseoftwoover-voltageprotection.Asbuildmoresubstationsintheregionmoreopen,relativelystrongelectromagneticstrength,powerlinesandcommunicationcablesareveryvulnerabletolightningattackssensors,sensorsalongtheover-voltagepowerlinesandcommunicationlinesintoonedevice,whichwilldamageequipment,Therefore,theexchangeoffirst-classbustoinstallthepowerprotection(Blevel)istoensurethesafetyoftheentirecontrolroom,and80percentoftheover-voltageChina,scatteredtotheearth,playaprimaryroleintheprotection,butarestillintheexchangeoffeederSomeoftheB-levelpowersupplyvoltageandminetheresidualpressureincreaseson-lineandmustthereforebeimportantintheexchangeoffeederlines(DCchargingscreen,UPS,etc.)c-levelpowerprotection,whichwouldcurbover-voltageelectricalequipmenttoback-endTotheleveloftolerance.Protectivelocation:Itis1EC1312(LEMPprotection"intheregionoflightningprotectionprinciples.Arresterinstallationshouldbeindifferentlocationsatthejunction81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计ofprotectedareas,thisnetwork,thefirst-classprotectionshouldbelocatedinthebusexchange.InTwoonthebuswiththeinstallationofaB-classmodelsofathree-phasepowersupplyvoltagesurgeprotector. InstallLocation:ACbus(cabinet). 3.1.2second-classprotectionmeasurestodealwith Forthemoreimportantfeederlinesontheexchangeofequipment,herefortheDCchargescreen,theinstallationofc-levelthree-phasepowerarrester.AsDCchargingscreenistwo-wayexchangeofelectricitysupply,sothescreenintheDCchargewiththeinstallationoftwomodelsofc-levelthree-phasepowersupplyover-voltagesurgeprotector.InstallationlocationshouldchoosetheDCchargescreenopenexchangeofairpower CommissionerOffice. 3.2integratedautomationsystemover-voltageprotection Protectiveposition:Computer-basedintegratedautomationsystem"sabilitytobearaverylowvoltage,severalhundredvoltsofover-voltageisenoughtodamagetheequipment,somustthehighsidearrestertheresidualpressure(thousandsofvolts)tofurthercurbtomeetequipmentInsulationlevelofneed,andbecauseofthepotentialrisetopowerandtheinductionloopisalsoover-voltagelineuponKV,tobeusedintheexchangeofintegratedautomationsystemtotheexchangeonthec-levelsingle-phaseinstallationofasurgeVoltageprotection.Locationshouldchoosetoinstallautomated-pingintheCompositeAirswitchtheACpower.81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计3.3didnotaskoffpowersupplies(UPS)over-voltageprotection Protectionhere:becauseoftheinternalcomputersystems,hubs,monitoringequipment,electricenergybillingsystemsandsoonthroughtheUPSpowersupplyprotection,inordertoprotectthesafetyofthesemicro-electronicsequipment,theUPSpowersupplydeviceinfrontoftheinstallationofac-SurgeVoltageprotection.Optionalmodels:The(UPSforsingle-phasepowerinput)C-classsingle-phasepowersurgeorover-voltageprotection(UPSforthethree-phasepowerinput)ofc-levelthree-phasepowersupplyover-voltagesurgeprotector.InstallationshouldchoosethelocationofUPSintothefrontline. A1.2中文变电站系统过电压防护技术变电站的过电压保护是以电子信息系统为保护核心，为被保护设备构建一个均压等电位系统，并通过各级过电压浪涌保护器逐级把电流泄放入大地，使变电站设备安全和可靠地运行。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计1变电站过电压防护近年来，变电站的通信、通信系统、继电保护系统、后台管理模块经常发生过电压损毁事件，究其原因主要是其相关系统和弱电产品过电压防护水平较弱，甚至根本没有过电压防范技术措施，其后果对电网的安全运行带来了较大负面影响。随着综合自动化系统和通信自动化系统等二次弱电系统在变电站的广泛应用，这类电子系统(设备)元器件的集成度愈来愈高，信息存储量愈来愈大，速度和精度不断提高，而工作电压只有几伏，信息电流仅为微安级，因而对外界干扰极其敏感，特别对雷电等电磁脉冲和过电压的耐受能力很低。当雷电等过电压和伴随的电磁场达到某一阀值时，轻则引起系统失灵，重则导致设备或其元器件永久性损坏。尽管雷电直击电子系统(设备)的可能性不大，但是雷击附近大地、建筑物、交流供电线路和空中雷云放电时直接形成的，或者由于静电感应及电磁感应形成的冲击过电压，都有可能通过与之相连的电力线路、信号线路或接地系统，通过各种接口，以传导、耦合、辐射等形式，侵入电子系统(设备)并酿成严重的干扰或事故。因此，加强和改进电子系统(设备)的防护，尽量减小其遭受雷电等冲击干扰损害造成的直接损失和间接损失，已成为当今亟待解决的问题。2过电压保护设计81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计IEC(国际电工委员会)TC／81技术委员会将防雷分为外部防雷和内部防雷两个部分，外部防雷是指避雷针(或避雷带、避雷网)、引下线和接地系统，是被保护物体免受直接雷击；内部防雷则是防止雷电和其他内部过电压侵入设备造成的毁坏。一个完善的防雷及过电压保护系统必须综合运用泄流(分流)、均压(等电位)、屏蔽(隔离)、接地、限压(箝位)保护等各项技术，按照外部防雷和内部防雷的原则，根据防护对象的特点，灵活应用，采取具体措施，构成一个完整的防护体系。变电站内的过电压形式主要有：雷电过电压、工频过电压及谐振过电压、操作过电压等，这些过电压以传导或电磁感应的方式在线路及设备上形成危险的过电压，特别是雷电过电压，雷击变电站时，会在低压供电系统及弱电系统产生很强的感应过电压，同时使变电站的地电位升高(例如：变电站的接地电阻为1Q，雷电流为10kA，则地电位为10kV)，因地电位升高造成对线路及设备的反击而损坏线路及设备的事件时有发生，因此，尽管变电站的外部防雷系统(避雷针．引下线及接地装置)符合国家及部颁标准的要求，且其综合自动化和通信自动化等二次弱电系统也采取了诸如屏蔽、接地、隔离、滤波等措施，但却不能完全避免强大的雷电过电压及电压反击对系统造成的干扰和破坏，因此，变电站二次弱电系统内部防雷及过电压也必须采取相应的防护措施，按照IEC内部防雷EMP的分区，对设备的电源线、信号线、数据线等加装内部防雷及过电压器件，防止雷电感应、雷电流沿线窜人、电压反击、浪涌过电压等瞬间暂态过电压造成系统故障及损坏电子设备。浪涌过电压保护器根据其接线方式分为串联和并联两种，使用串联浪涌过电压保护器时，有可能存在由于传输信号不匹配的原因导致对传输信号有干扰的情况，特别是数据通信接口在串人浪涌过电压防护器后，会产生数据无法正常通讯。因此，在数据通讯接I：I中串人浪涌过电压防护器后，必须对数据的传输情况进行认真检查，如发现数据无法正常传输，则有可能是由于不匹配的原因导致对传输信号的干扰，应更换相匹配的浪涌过电压防护器。如果在使用浪涌过电压防护器时采用并联方式，基本上不存在上述情况，但这种接线方式对浪涌过电压防护器的技术要求更高。3变电站系统过电压防护3．1站用电系统过电压防护81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计安装在变电站内的通信调度自动化系统大多采用交流电源或直流电源为其设备供电，在其整流环节，一般有较大容量的滤波电容，对瞬态过电压冲击有一定的吸收作用，站用变压器低压侧到站用馈电屏之间采用的是屏蔽电缆且设备都有良好的接地，运用现代防雷技术来分析，必须增加回路的分流措施，因为其工作接地、保护接地都与其它电气设备采用同一接地装置，而且设备都处于LPZOB区，电磁脉冲强度相对较强，在站用变低压侧虽然有防止线路侵人波的避雷器，但残压高，因此在变电站遭受雷击时，通过线路耦合和地电位升高而造成的反击过电压依然存在，而且高压侧的残压高达几千伏，因此必须对这些调度自动化设备的供电回路进行过电压保护。根据雷电防护区域的划分原则，变电站内二次设备供电系统感应雷电过电压的防护可以按两级(B、C级)来进行分流保护。B级防雷一般采用具有较大通流容量的防雷装置，可以将较大的雷电流泄散人地，从而达到限流的目的，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，可以将回路中剩余的雷电流泄散人地，达到限制过电压的目的，使过电压减小到设备能耐受的水平。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。根据变电站的现状，对变电站的二次系统感应雷及操作过电压采用两级防护。由于变电站多建在较为空旷的区域，电磁强度相对较强，电力线路和通信电缆是很容易遭受到感应雷电的袭击，感应过电压沿着电力线路和通信线路进人设备，从而将设备损坏，因此，交流母线处加装第一级电源防护(B级)是为了保证整个控制室的安全，并且将80％的过电压泄散到大地，起到初级保护的作用，但在交流馈线上仍有部分过电压和B级电源防雷的残压加在线路上，因此必须在重要的交流馈线处(直流充电屏、UPS等)进行c级电源防护，从而将过电压抑制到后端用电设备能够耐受的水平。3．1．1第一级防护处理措施81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计防护位置：据1EC1312(雷电电磁脉冲的防护》中的雷电保护区域的划分原则。避雷器的安装位置应在不同保护区的交界处，对于此网络即第一级防护应设在交流母线处。在两根母线上各加装一个同型号的B级三相电源浪涌过电压保护器。安装位置：交流母线(机柜内)。3．1．2第二级防护处理措施对于较为重要的交流馈线上的设备，此处为直流充电屏，加装c级三相电源避雷器。由于直流充电屏是两路交流供电，所以在直流充电屏处加装两个同型号的c级三相电源浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在直流充电屏交流电源空气开关处。3．2综合自动化系统过电压防护防护位置：微机型综合自动化系统承受过电压的能力极低，几百伏的过电压就足以将设备损坏，因此必须对高压侧避雷器的残压(几千伏)进行进一步的抑制，以满足设备绝缘水平的需要，同时由于地电位升高而感应到电源回路零线的过电压也高达上千伏，因此必须在采用交流综合自动化系统的交流回路上加装c级单相浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在综合自动化屏交流电源空气开关处。3．3不间断电源设备(UPS)过电压防护防护位置：由于内部计算机系统、集线器、监控设备、电能量计费系统等均经由UPS供电保护，为了保障以上微电子设备的安全，故在UPS电源装置前端加装c级浪涌过电压保护器。选用型号：选用(UPS为单相电源输入时)C级单相电源浪涌过电压保护器或(UPS为三相电源输入时)的c级三相电源浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在UPS电源进线前端。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计附录2：计算书A2.1短路电流计算1.短路电流计算涉及公式及电抗标幺值计算系统电抗计算选；线路电抗变压器电抗81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计等效系统图为：A1.1等效系统图故由：可得X1=0.62*100/1700=0.036X2=0.7*100/250=0.28LGJ-240X=0.4故：LGJ-185X=0.409故：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计由可得：网络化简后可得如下图：A1.2三角变换后可得：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计A1.3进一步化简后：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计A1.4其中：A1.581 朱玉龙：110kV黄河变电站设计110KV侧母线短路时短路电流的计算首先求转移电抗由图A1.5可得转移电抗：由转移电抗求计算电抗：求短路计算时间保护动作时间，主保护取0.05s，后备保护中，10KV取2s，110KV取4s.断路器开断时间，本站主要使用SF6断路器，取0.15s.因此可计算的值，主保护=0.2s10KV后备保护=2.15s110KV后备保护=4.15s81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计查运算曲线时可得110KV母线短路时，=0.2s时短路电流的标幺值如下表：系统I(0)ItK/2ItkS10.380.350.35S21.351.181.12故代入数据可得：故10KV母线分列运行，短路电流计算：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计转移电抗：计算电抗：因为所以对于S1当tk=0.2时，对于S2查运算曲线，可得短路电流值，带入表，故tk=0.2s时断流电流标幺值如下：系统I(0)ItK/2ItkS10.1380.1380.138S20.420.410.4110KV侧母线并列运行，短路电流的计算81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计首先求转移电抗如下图：其中X8*=X8/2=0.192/2=0.096故：转移电抗：计算电抗：因为故：对于s1，当tk=0.2时81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计对于s2查运算曲线得如下：系统I(0)ItK/2ItkS10.2040.2040.204S20.630.600.60A2.2电气设备选择计算1.110kV侧设备选择1)110kV主母线110kV主母线属于汇流母线，因此采用长期发热允许电流（最大持续工作电流）来确定导体截面。（其中K==）查表选择LGJ-500型钢芯铝绞线，最高允许温度为+70C长期允许截流量为1025A校验：(1)校验电晕电压：110kV母线LGJ—70以上不用校验电晕电压。(2)热稳定校验：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计在最高允许温度80℃以下取C取83，在导体校验中一律取短路计算时间=0.2s短路电流热效应，将已知短路电流值代入故采用最小截面法校验：满足热稳定要求。1)110kV主变引下线选择按经济电流密度选择导线截面查表选择LGJ-300,载流量为735A，截面积为300.00mm2热稳定校验：2)110kV断路器和隔离开关选择最大持续工作电流为Imax=276A,后备保护动作的时间为4.1s，由短路计算结果可知：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计因为，不计非周期分量，则冲击电流;根据以上数据，选择LW14-110型高压断路器和GW5-110ⅡD户外型隔离开关，将其技术数据与计算数据列表比较如下：表A2.1数据比较表项目计算数据LW6-110GW5-110ⅡDUN/kV110110110Imax/A59331501250I〞(INbr)/kA2.63931.5　іsh(iNcl)/kA6.72931.5　Qk/(kA)2s28.5575001000іsh/kA6.2791251001)电流互感器的选择用于主变进线的电流互感器：Imax=276A,选择LCWB4—110型电流互感器，其参数如下：表A2.2型号参数表u电流互感器型号额定电流比1S热稳定倍数动稳定倍数LCWB4—110100-1000/575135校验：i.动稳定校验条件：满足动稳要求ii.热稳定校验：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计满足热稳定要求用于母线的电流互感器选择和校验原理同上，过程略。选择LCWB4—110，电流比1000/5A1.10kV侧电气选择1).10kV主母线的选择选择（其中K==）经查表，可选用2×(TMY-120×10),双条平放，载流量为3770A，校验合格过程略2)断路器与隔离开关选择：最大持续工作电流为Imax=3031A,后备保护动作的时间为4.1s，由短路计算结果可知：,代入数据：冲击电流：10kV侧采用开关柜JYN2-10，根据以上数据选择ZN12-10型高压断路器GN2-10G户内型隔离开关，将其技术数据与计算数据列表比较如下：81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计表A2.5数据比较表项目计算数据ZN12-10GN2-10GUN/kV101010Imax/A345031502000I〞(INbr)/kA5.40850　іsh(iNcl)/kA13.79125　Qk/(kA)2s119.975006400іsh/kA13.79125100由表可知各项条件均能满足要求，故所选型号合格。出线根据负荷的大小具体选择，这里不再叙述计算，选择负荷最大时为ZN5-10和GN19-10。电流互感器的选择：用于主变进线的电流互感器：Imax=3031A选择LMZJ1-10型电流互感器，经校验满足要求。用于负荷出线选择LAJ-10经校验合格4.10kV侧负荷出线选择大学城的负荷出线。为双回路出线供电：根据Tmax=5000h，查得J=1.1截面积：故选择LGJ-400/898A5.支柱绝缘子和穿墙套管的选择110kV支柱绝缘子的选择选择ZS-110/400=3920NH=1060mm=594.23N=H+b+h/2=1060+12+15=1087mm=594.23*1087/1060=609.37N＜0.6=3252N满足要求81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计10kV支柱绝缘子的选择选择ZS-10/5=5000NH=220mm=149.72Nn=H+b+h/2=215+12+15=242mm=168.53N＜0.6满足要求户外选择高一级ZS-20/8型10kV穿墙套管的选择选择CWLC2-10L=600mm=7840N=155.23＜=800满足热稳定要求=112.30N＜0.6满足动稳定要求A2.3防雷计算根据本所的总平面布置方式，则避雷针的安装在变电所的四角，高度为30m，电气总平面布置如附图所示。其保护范围的计算如下：在本所设计中，选择母线架构hx=7m，主变引下线hx=10m。总平面布置东西方向D＝80m，南北方向D=70。1.单根避雷针的保护范围母线架构hx=7m∵hx<∴rx=1.5h-2hx=1.5×30-2×7=31m主变引下线hx=10m∵hx<81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计∴rx=1.5h-2hx=1.5×30-2×10=25m2.避雷针1、2的联合保护D=70m母线架构hx=7m主变引下线hx=10m3.避雷针2、3的联合保护D=80m母线架构hx=7m主变引下线hx=10m4.避雷针1、3的联合保护D=106.3m母线架构hx=7m主变引下线hx=10m根据以上的计算，则可得四个避雷针的综合保护范围。由计算可知，满足保护整个变电所的要求。81 朱玉龙：110kV黄河变电站设计5.避雷针3，4的联合保护范围同避雷针1,2的联合保护范围，避雷针1,4的联合保护范围同避雷针2，3的联合保护范围，避雷针1,3的联合保护范围同避雷针2,4的联合保护范围。81'