110kv变电站设计(毕业论文)

'摘要随着经济的发展和人民生活水平的提高，对供电质量的要求日益加深。国家提出了加快城网和农网建设及改造，拉动内需的发展计划，城网和农网110kV变电站建设迅猛发展。由于建设地点地理条件的错综复杂和其他客观条件限制，如何设计城网和农网110kV变电站是国家城网和农网建设中需要研究和解决的一个重要课题。变电站是电力系统的重要组成部分，变电站可靠的运行与国民经济的发展密切相关。本次设计为110kV变电站电气部分初步设计，并绘制了电气主接线图。通过对原始资料的分析，从可靠性、灵活性和经济性等方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线。然后又通过负荷计算确定了主变压器台数，容量及型号，然后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，母线进行了选型和校验。之后，对变电站进行了相应的防雷保护规划，从而完成了一次部分的设计。最后，对变电站的主变压器进行相应的保护规划以及配电装置设计，从而完成了110kV电气部分的设计。关键词：变电站；一次部分；防雷保护；主变保护 ABSTRACTWiththedevelopmentofeconomyandtheimprovementofpeople"slivingstandard,therequirementofpowerqualityisincreasing.Thecountryputforwardtoacceleratecitynetandruralpowergridconstructionandtransformation,stimulatingdomesticdemand,developmentplan,citynetand110kVsubstationconstructionoftherapiddevelopmentofruralpowernetwork.Duetotheconstructionsiteofgeographicalconditionsofperplexingandotherobjectiveconditions,howtodesignthenetworkofcityandrural110kVsubstation,isanationalnetworkofcityandruralconstruction,transformationoftheneedtostudyandsolvemaintask.Transformersubstationisanimportantpartofpowersystem,anditsreliabilityiscloselyrelatedwiththedevelopmentofnationaleconomy.Thedesignisthepreliminarydesignof110kVtransformersubstationelectricalpart,anddrawmainelectricalone-linediagram.The110kV,35kV,10kVandthemainlinesaredeterminedbyanalyzingtheconcerningloaddata(includingitssecurity,economyandreliability).Meanwhile,thenumber,capacityandtypeofthemaintransformeraremadecertainthroughtheloadcalculation.then,accordingtotheresultsofcalculatingofthemaximumworkelectriccurrentandshortcircuits,highvoltagebreaker,isolatorswitches,currenttransformer,voltagetransformerandbus-barcanbeselected,andAfterdesigninglightningprotection,theprimarydesignof110kVelectricityprimarysystemiscompleted.Then,theconservationprogrammeforthemaintransformerismadeandthepowerdistributionunitisdesigned.Andthedesignof110kVelectricityprimarysystemiscompleted.Keywords:substation;primarysysterm;lightningprotection;maintransformerprotection 目录1绪论11.1原始资料分析11.2设计的工作应遵循的主要原则11.3本次设计的主要内容21.4本章小结22电气主接线32.1电气主接线概述32.2选择电气主接线时的设计原则32.3变电站主接线设计的基本要求32.4电气主接线的具体设计步骤42.5本变电站电气主接线设计52.5.1110kV侧主接线方案52.5.235kV侧主接线方案62.5.310kV侧主接线方案82.5.4站用电接线方案92.6本章小结93负荷计算及变压器选择103.1负荷分类及定义103.2各侧负荷的大小103.3主变压器的选择113.3.1主变压器台数的确定113.3.2主变压器容量的确定113.3.3变电站主变压器型式的选择123.4所用变压器的选择143.4.1所用变台数的确定143.4.2所用变容量的确定153.4.3所用变型式的选择153.5无功补偿和电容器的选取153.6本章小结174最大持续工作电流及短路计算194.1各回路最大持续工作电流194.2短路计算194.2.1短路电流计算的目的194.2.2短路电流计算的一般规定194.2.3短路计算基本假设204.3短路计算步骤204.4短路电流计算结果23 4.5本章小结235电气设备的选择255.1电气设备的选择原则255.2电气设备和载流导体选择的一般条件255.3断路器的选择265.3.1110kV侧断路器的选择275.3.235kV侧断路器选择285.3.310kV侧断路器选择295.4隔离开关的选择305.4.1110kV侧隔离开关315.4.235kV侧隔离开关315.4.310kV侧隔离开关325.5电流互感器的选择335.5.1110kV电流互感器的选择345.5.235kV侧电流互感器的选择355.5.310kV侧电流互感器355.6电压互感器的选择365.6.1电压互感器的选择依据365.6.2110kV侧电压互感器选择385.6.335kV侧电压互感器选择385.6.410kV侧电压互感器选择385.7母线导体的选择395.7.1母线的分类及特点395.7.2110kV侧母线选择415.7.335kV侧主母线的选择425.7.410kV侧母线选择435.8高压熔断器的选择435.8.135kV侧熔断器选择445.8.210kV侧高压熔断器选择445.9避雷器的选择445.10主要电气设备选择结果455.11本章小结456继电保护规划466.1变压器保护466.2线路保护476.2.1110kV中性点直接接地电网线路保护配置476.2.235kV及以下中性点非直接接地电网中线路保护配置476.3母线保护48 6.4本章小结487变电站的防雷保护507.1避雷针507.2阀型避雷器517.3进线段保护517.4三绕组变压器的防雷保护527.5本章小结528配电装置设计538.1设计要求538.1.1满足安全净距的要求538.1.2施工、运行和检修的要求538.2本站各电压等级配电装置设计548.3本章小结54致谢词55参考文献56附录57 1绪论1.1原始资料分析站址情况：群英110kV变电站处于焦作市山阳区，地平，交通便利，进出线方便，空气污染微轻。环境条件：变电站选在黄沙土地上，突然电阻率p=500欧每米。平均海拔200米，最高气温40度，最低气温-10度，年平均气温20度，最热月平均气温30度，土壤湿度25度。冬季主导风向：西北；最大风速25米每秒；覆冰厚度8毫米。系统情况：系统通过110kV1，2修武T型架空线路向变电站供电，距离30km，系统最大运行方式折算至设计变电站高压母线的阻抗标幺值0.15，Sj=100MVA。系统容量设计时计算值为500MVA。表1-1负荷情况分析电压等级负荷名称每回最负荷（kVA）功率因数回路数供电方式线路长度35kV东城花园50000.851架空15槐店乡90000.851架空8耐火材料厂50000.851架空7化肥厂100000.851架空11白鲨针布40000.851架空3保险公司70000.851架空4机械厂80000.851架空510kV17中20000.91架空5医院30000.81架空3农药厂7000.821架空7紫水小区12000.851架空4紫旋庭院10000.81架空5鑫鸳鸯集团5000.81架空2面粉厂6000.851架空5区政府20000.851架空71.2设计的工作应遵循的主要原则（1）变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。56 （2）变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案。（3）变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。（4）变电所的设计必须遵循国家有关标准和规范的规定，如《35~110kV变电所设计规范》。1.3本次设计的主要内容（1）原始资料分析；（2）电气主接线的设计；（3）主变压器的选择；（4）无功补偿和电容器的选取；（5）最大持续工作电流及短路计算；（6）主要电气设备的选择；（7）继电保护规划；（8）防雷保护设计；（9）配电装置设计。1.4本章小结国家提出了加快城网和农网建设及改造，拉动内需的发展计划，城网和农网110kV变电站建设迅猛发展。现在许多变电站采用计算机监控，电力系统也实现了分级集中调度，电力企业也努力实现降低成本，确保安全运行。因此，变电站的设计应该按照国家相关规程设计，并且考虑多方面的因素以求取得最佳的经济技术效益。56 2电气主接线2.1电气主接线概述电气主接线又称电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能的生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相连接图。它是发电厂和变电所高电压大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它表明了各种设备的数量及连接情况，决定了可能存在的运行方式，影响运行的可靠性和灵活性。电气主接线决定了电气设备的选择，配电装置的布置还决定了继电保护和控制的方式。2.2选择电气主接线时的设计原则主接线的设计必须经过技术与经济的充分了论证比较，综合考虑各个方面的影响因素，最终得到实际工程确认的最佳方案。主接线设计的基本原则为：以下达的设计任务书为依据，根据国家现行的“安全可靠、经济适用、符合国情”的电力建设与发展的方针，严格按照技术规定和标准，结合工程实际的具体特点，准确地掌握原始资料，保证设计方案的可靠性、灵活性和经济性。2.3变电站主接线设计的基本要求电气主接线设计的基本要求概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三个方面，以下对各方面做具体介绍。（1）可靠性供电可靠性是电力生产的首要要求。因故障或检修，导致的停电机会越少、停电影响范围越小、停电时间越短、停电后恢复供电越快，供电可靠性就越高。分析电力系统可靠性时，要考虑发电厂和变电站在电力系统中的地位和作用、用户的负荷类型和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。主接线可靠性的基本要求通常包括以下几个方面：断路器检修时，不宜影响对系统的供电；线路、断路器或母线故障，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运的出线回路数和停运时间，并保证对全部I类及全部或大部分II类负荷的供电。尽量避免发电厂或变电站全部停电的可能性；大型机组停运时，不应危及电力系统稳定运行。（2）灵活性电力系统应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性应包括以下几个方面：操作的方便性：电气主接线应该在服从可靠性的基本要求下，接线简单，操作步骤少，以便于运行人员掌握，从而避免误操作。56 调度的方便性：正常运行时，要能根据调度要求，方便的改变运行方式；在发生故障时，要能尽快的切除故障，使停电时间最短、影响范围最小，不致过多的影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。扩建的方便性：对于要扩建的发电厂和变电站，其主接线应有扩建的方便性。尤其是火电厂和变电站，在设计主接线时应有发展扩建的余地。可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。（3）经济性在设计主接线时，主要矛盾发生在可靠性与经济性之间。设计时应该在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。经济性应从以下几个方面考虑：降低一次投资：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复染，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电站推广采用质量可靠的简单电器。节约占地面积：主接线要为配电装置布置创造节约用地条件，以节省构架、导线、绝缘子及安装费用。可能的条件下，采取一次设计，分期投资、投建，尽快产生经济效益。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。电能损耗少：在变电站中电能损耗主要来自于变压器，经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。2.4电气主接线的具体设计步骤(1)分析原始资料①本工程情况变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量等。②电力系统情况电力系统近期及远景发展规划（5～10年），变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。③负荷情况负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。④环境条件当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。⑤设备供货情况为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。(2)拟定主接线方案56 根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。(3)短路电流计算对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。(4)主要电器选择包括高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等电器的选择。(5)绘制电气主接线图将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。2.5本变电站电气主接线设计2.5.1110kV侧主接线方案依据《电力工程电气设计手册》最终出线回路数2～4回、主变压器2～3台时，可采用线路变压器组、桥形、扩大桥形、单母线和单母线分段接线。因为110kV主接线在系统中有重要地位，会直接影响本地区的供电，可靠性要求较高，并且后期可能会根据负荷的增长进行扩建，故选择单母线与单母线分段接线进行比较，选择最优接线方案。单母线接线如图2-1所示图2-1单母线接线图主要优缺点：单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件(母线及母线隔离开关)等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电,并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。适用范围：110~220kV配电装置的出线回路数不超过两回；35~63kV配电装置的出线回路数不超过3回；6~10kV配电装置的出线回路数不超过5回时选用。56 单母线分段接线如图2-2所示图2-2单母分段接线图主要优缺点：用断路器，把单母线接线的母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个冋路，有两个电源供电，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：110~220kV配电装置的出线冋路数为3~4回；35~63kV配电装置的出线回路数为4~8冋；6~10kV配电装置出线为6回及以上时选用。在可靠性与灵活性方面第II种方案明显合理，虽然此站仅有两回出线，但考虑到此站为一重要的终端变电站，需要较高的可靠性和灵活性，经综合分析，决定选第II种方案为设计的最终方案。2.5.235kV侧主接线方案依据《电力工程电气设计手册》35kV配电装置有出线4~8回时，宜采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。为保证线路检修时不中断对用户的供电，采用单母线分段接线和双母线接线时，可增设旁路母线。但因为双母线接线本身可靠性较高，故而35kV~60kV采用双母线接线时，不宜设置旁路母线，有条件时可设置旁路隔离开关。综合上述分析，筛选得到以下两种接线方案。单母分段接线如图2-3所示主要优缺点：用断路器，把单母线接线的母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，但是此时架空线路可能出现交叉穿越，影星系统稳定性；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。56 图2-3单母分段接线图适用范围：110~220kV配电装置的出线冋路数为3~4回；35~63kV配电装置的出线回路数为4~8冋；6~10kV配电装置出线为6回及以上时选用。双母线接线如图2-4所示图2-4双母线接线图主要有缺点：它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110~220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110~220kV双母线接线的配电装置中，当110kV出线回路数达7回，或220kV出线回路数达5回时，一般应装设专用旁路母线。适用范围：110~220kV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110~220kV配电装置在系统中处于重要地位，出线回路为4回及以上时。35~63kV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；6~10kV配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时选用。相比而言，方案Ⅱ在可靠性和灵活性上优势明显，然而本站中35kV侧出线不多，并且选用方案Ⅰ能满足可靠性与灵活性的要求，且经济性较好，56 故选用实用性较好的方案Ⅰ。2.5.310kV侧主接线方案依据《电力工程电气设计手册》10kV配电装置有出线6回以上时，宜采用单母线分段接线，也可采用单母分段带旁路的接线方式。单母分段接线如图2-5所示图2-5单母分段接线图主要优缺点：单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件(母线及母线隔离开关)等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电,并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。适用范围：110~220kV配电装置的出线回路数不超过两回；35~63kV配电装置的出线回路数不超过3回；6~10kV配电装置的出线回路数不超过5回时选用。单母带旁路接线如图2-6所示：图2-6单母带旁路接线图这种接线方式适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35~110kV的变电站较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。56 方案Ⅱ在可靠性上稍有提升，但是经济性上却比比方案Ⅰ差，考虑到设置旁路母线的条件所限(35kV～60kV出线多为双回路，有可能停电检修断路器，且检修时间短，约为2～3天。)，综合考虑而言，采用方案Ⅰ。2.5.4站用电接线方案一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式，故提出单母线分段接线。两台站用变压器分别从10kV母线处引接，正常情况下可分列运行，分段开关设有自动投入装置，每台站用变压器应能担负本段负荷的正常供电，在另一台站用变压器故障或检修停电时，工作者的站用变压器应能担负另一段母线上的重要负荷，以保证变电站的正常运行。站用电接线如图2-7所示：图2-7单母线分段接线图综上所述可选择110kV侧采用单母分段接线为主接线，35kV侧采用单母分段接线为主接线，10kV侧采用单母分段线接线为主接线，站用电为单母分段接线。2.6本章小结主接线代表了变电站电气部分主体结构，是本次设计的首要部分。本次主接线设计主要考虑负荷情况（如负荷大小、出线回数、负荷未来预测），然后按照国家相关设计规程选出适合的两到三种接线方案，进而对这些接线方案进行对比选出最适合本地区的主接线方案。56 3负荷计算及变压器选择3.1负荷分类及定义（1）在电力系统中，按重要性的不同将负荷分为三类：I类负荷：即使短时停电也将造成人员伤亡和重大设备损坏的最重要负荷，如矿井、医院、电弧炼钢炉等。其供电要求是：任何时间都不能停电。一级负荷要求有两个独立电源供电。II类负荷：停电将造成减产、使用户蒙受较大的经济损失的负荷，如重要的工矿企业等。供电要求：仅在必要时可短时停电（几分钟到几十分钟）。III类负荷：I、II类负荷以外的其它负荷，必要时可长时间停电。（2）本设计中的负荷分析如下东城花园：居民生活小区对供电无特殊要求属于三级负荷。槐店乡：负责整个乡的电力供应，若中断供电将大面积停电，属于一级负荷。耐火材料厂：若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。化肥厂：化肥厂的生产过程伴随着许多化学反应过程，一旦电力供应中止了就会造成产品报废，造成极大的经济损失，所以应属于一级负荷。白鲨针布：若中断纺织厂的电力供应，就会引起跳线，打结，从而使产品不合格，所以应属于二级负荷。保险公司：若中断供电，影响不大，所以属于三级负荷。机械厂：机械厂的生产过程与电联系不是非常紧密，若中止供电，不会带来太大的损失，所以应属于二级负荷。17中：学校属于一级负荷。医院：若中断供电将造成人员的生命危害，所以属于一级负荷。农药厂：农药厂的生产过程伴有化学反应，若停电就会造成产品报废，应属于一级负荷。紫水小区：生活小区属于三级负荷。紫旋庭院：生活小区属于三级负荷。鑫鸳鸯集团：中断供电不会造成重大的经济损失，属于二级供电。面粉厂：若中断供电，影响不大，所以应属于三级负荷。区政府：是国家政府属于一级负荷。3.2各侧负荷的大小（3-1）56 式中：——某电压等级的计算负荷；——同时系数；——该电压等级的线损率；P———用户的负荷；—负荷所对应的功率因数35kV侧负荷如下：10kV侧负荷如下：110kV侧负荷如下：3.3主变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器，用于两种电压等级交换功率的变压器，称为联络变压器。变压器是变电站中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者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，需合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。3.3.1主变压器台数的确定主变台数确定的要求：（1）对枢纽变电站，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台主变压器为宜。（2）对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时可装设三台主变压器，以提高供电可靠性。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，变电站中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电站的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。考虑到两台主变压器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%的负荷保证全变电站的正常供电。考虑到该变电站为一重要地区变电站，与地方用电紧密联系。故选用两台主变压器，并列运行且容量相等。3.3.2主变压器容量的确定（1）主变压器容量一般按变电所建成后5~1056 年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10~20年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。（2）根据变电所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，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70％~80％。有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：所以应选两台容量为50MVA的主变压器3.3.3变电站主变压器型式的选择选择主变压器型式时应主要考虑相数，绕组数，绕组接线组别，调压方式，及冷却方式等。（1）相数的确定主变选择三相还是单相，主要考虑变压器的制造条件、运输条件和可靠性要求等因素。容量为300MW及以下机组单元接线的变压器和330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单台变压器组占地多、相对投资大、运行损耗也大，同时配电装置复杂，维修工作量大，故本变电站选用三相变压器。（2）绕组数的确定电力变压器按每相的绕组数为双绕组、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。本站经110kV降压为35kV和10kV两个电压等级，多采用三绕组变压器，但三绕组变压器的每个绕组通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上，否则绕组未能充分利用，反而不如选用两台双绕组变压器在经济上更为合理。变压器各侧的功率与该主变容量的比值：高压侧：65807×0.8/50000=1.05>0.15中压侧：53360×0.8/50000=0.854>0.15低压侧：12447×0.8/50000=0.199>0.15由以上可知此变电所中的主变压器应采用三绕组。（3）绕组接线组别在发电厂和变电所中，一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次谐波对电源的影响等因素，主变的接线组别一般都选用YNd11接线。56 变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力系统常用的绕组连接方式只有星形(Y)和三角形(△)两种。变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用YN连接，中性点直接接地；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地；10kV系统中性点不接地，绕组多采用△连接。（4）调压方式的确定包括无激磁调压和有载调压两种，其调压范围分别在10%（±2×2.5%）以内和30%。发电厂或变电站很少采用有载调压，220kV及以上的降压变压器仅在电网电压变化较大时采用有载调压。110kV及以下变压器应至少有一级电压的变压器采用有载调压，因为这种方式容易稳定电压，减少电压波动。（5）冷却方式电力变压器的冷却方式，随其型式和容量不同而异，一般有以下几种类型。①自然风冷却。一般适于7500kVA以下较小容量变压器。为使热量散发到空气中，装有片状或管形辐射式冷却器，以增大油箱冷却面积。②强迫空气冷却。简称为风冷式。容量大于10000kVA的变压器，常采用人工风冷。③强迫油循环水冷却。大容量变压器采用潜油泵强迫油循环，同时用冷水对油管道进行冷却，带走变压器中热量。④强迫油循环风冷却。类似于强迫油循环水冷，采用潜油泵强迫油循环，同时用风扇对油管进行冷却。⑤强迫油循环导向冷却。它是利用潜油泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油道中，使铁芯和绕组中的热量直接由具有一定流速的油带走，而变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却器或风冷却器冷却后，再由潜油泵注入变压器油箱底部，构成变压器的油循环。近年来大型变压器都采用这种冷却方式。此变压器容量大于10000kVA，有上面分析可知，宜选用强迫空气冷却方式，即风冷式。附：主变型号的表示方法第一段：汉语拼音组合表示变压器型号及材料第一部分：相数S——三相；D——单相第二部分：冷却方式J——油浸自冷；F——油浸风冷；S——油浸水冷；G——干式；N——氮气冷却；FP——强迫油循环风冷却；SP——强迫油循环水冷却56 第三部分：绕组数S——三绕组F——分裂绕组第四部分：调压方式Z——有载调压表3-1主变压器参数型号SFSZ9-50000/110容量50MVA容量比100 100 100阻抗电压高—压110±8×1.25%中—压38.5±2×2.5%低—压10.5联结组号YNyn0d11损耗空载58.8kW负载225kW空载电流0.91%阻抗电压高-中10.5%高-低17.8%中-低6.5%3.4所用变压器的选择变电站的站用负荷，一般都比较小，其可靠性要求也不如发电厂那样高。变电站的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。这些负荷容量都不太大，因此变电站的站用电压只需0.4kV一级，采用动力与照明混合供电方式。380V站用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。3.4.1所用变台数的确定《35～110kV变电所设计规范》规定，对大中型变电站，通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要，考虑到该变电站具有两台主变压器和两段10kV母线，为提高站用电的可靠性和灵活性，所以装设两台站用变压器，分别从110kV侧两条分段母线引接，并采用暗备用的方式。56 3.4.2所用变容量的确定站用变压器容量选择的要求：站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被切断后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。S站=96.075/(1-10%)=106kVA3.4.3所用变型式的选择10kV级S9系列三相油浸自冷式铜线变压器，是全国统一设计的新产品，是我国国内技术经济指标比较先进的铜线系列配电变压器。表3-2站用变压器参数型号S9-125/10容量（kVA）125额定电压高压（kV）10低压（kV）0.4阻抗电压4%连接标号Y，yn0损耗（W）空载350短路1750空载电流1.8%3.5无功补偿和电容器的选取（1）无功补偿的作用：电力系统的无功功率平衡主要的目的是为了保证电压质量，无功功率遵循的是分（电压）层和分（供电）区就地平衡的原则。为达到就地平衡必须分层分区进行无功补偿。合理的无功补偿和有效的电压控制，不但可保证电压质量，还将提高电力系统安全性、稳定性和经济性。进行无功功率的就地平衡的原因是电力系统供电区域幅员宽广，从降低网络损耗和改善电压质量考虑，无功功率不易长距离输送，负荷所需的无功功率应尽量就地供应。56 在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。从发电机和高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。（2）无功补偿的原理：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并接在同一电路，当容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量，而感性负荷释放能量时，容性负荷吸收能量，能量在两种负荷之间交换。这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负荷输出的无功功率中得到补偿，这就是无功补偿的原理。（3）电站的无功补偿终端变电所的并联电容器补偿主要是为了提高电压和补偿主变压器的无功损耗。各组应能随电压波动实现自动投切。110kV电压等级的变电所一般均应配置可投切的无功补偿设备，补偿设备大部分连接在变电所的母线上，也有的补偿装置是并联或串联在线路上。对于直接供电的变电所，安装的容性无功量应约等于装置所在母线上的负荷按提高功率因数所需补偿的最大容性无功量。变电所的并联电容器装置是电力系统无功补偿的重要设备，应优先选用，主要是为了提高电压和补偿主变压器的无功损耗。此时，各组应能随电压波动实行自动投切。投切任一组电容器时引起的电压波动不应超过2.5%。因此本站在10kV侧增添一些电容器柜，以进行无功补偿，尽量达到无功功率就地平衡。三相交流电路功率因数的数学表达式为（3-2）式中：P—有功功率，kW；Q—无功功率，kVar；S—视在功率，kVA；U—线电压有效值，kV；I—线电流有效值，A。随着电路的性质不同，的数值在0~1之间变化，其大小取决于电路中电感、电容及有功负荷的大小。当时，表示电源发出的视在功率全为有功功率，即56 S=P，Q=0；当时，则P=0，表示电源发出的功率全为无功功率，即S=Q。所以符合的功率因数越接近1越好。（4）无功补偿容量选择通常情况下110kV的变电所是在35kV母线和10kV母线上进行无功补偿。本变电所设计是在10kV母线上进行无功补偿，对系统10kV母线侧进行无功补偿，将功率因数提高至0.92。10kV侧补偿前的功率因数为：负荷所需补偿的最大容性无功量为：由表查得选用GR-1C-08型，电压为10kV，容量qc=270kVar的电容器柜，则柜数：取十二，因此本设计采用的无功补偿装置为十二组GR-1C-08型，电压为10kV容量为qc=270kVar的电容器柜。（5）无功补偿装置的设置本次设计的并联电容器补偿装置，采用断路器来投切，向电网提供可阶梯调节的容性无功，已补偿多余的的感性无功，减少电网有功损耗和提高电压质量。①串联电抗器作用如下：降低电容器组的涌流倍数和涌流频率，是得益于选择回路设备和保护电容器；与电容器容抗全调谐后，组成某次谐波的交流滤波器，可降低该次谐波电压值；若处于过调谐状态下，即为一种并联电容器装置，并部分的降低该次谐波电压值，提高电压质量。②熔断器作用：本设计用喷逐式熔断器来保护电容器。③放电装置：为了安全放电及继电保护的需要，放电装置选用专用的放电线圈。3.6本章小结在各电压等级的变电站中，变压器是变电站中的主要电气设备之一，它担任着向用户输送功率，或者在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，本章首先对负荷情况进行了分析计算，根据负荷情况完成对主变容量、台数以及型式的选择，以取得最佳的运行效果。然后，对10kV56 侧进行无功补偿，以提高电压质量和降低网络损耗。56 4最大持续工作电流及短路计算4.1各回路最大持续工作电流（4-1）式中：——所统计各电压侧负荷容量———各电压等级额定电压——最大持续工作电流则最大持续工作电流为（4-2）各侧的最大持续工作电流如下：35kV侧10kV侧110kV侧表4-1各侧最大持续工作电流结果电压等级（kV）1103510最大持续工作电流(kA)0.3450.880.7194.2短路计算4.2.1短路电流计算的目的（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。（2）为了保证电力系统安全运行，在设计选择电气设备时，都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。（3）为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。为了合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，需进行短路计算。4.2.2短路电流计算的一般规定（1）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5～10年。56 （2）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，而不应仅按在切换过程中可能并列运行的接线方式。（3）在各种短路类型中应选短路类型最严重的情况，一般按照三相短路进行计算。（4）在正常接线方式时通过设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。（5）在工程设计中，短路电流计算一般采用实用计算，即在一定的假设条件下算出短路电流的各个分量。4.2.3短路计算基本假设（1）正常工作时，三相系统对称运行；（2）所有电源的电动势相位角相同；（3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；（4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；（5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；（6）系统短路时是金属性短路。4.3短路计算步骤所选出的SFSZ9-50000/110型变压器参数。=10.5=17.8=6.5取基准容量为：SB=100MVA，基准电压为UB=Uav又依公式（4-3）和（4-4）（4-3）（4-4）各侧平均额定电压分别为10.5 kV  37kV   115kV变压器各侧阻抗标幺值为当系统容量设计时计算值为500MVA，短路电流的计算系统的等值网络如图4-1所示，因为本设计仅有系统侧有电源，并且两台变压器型号相同，各侧的阻抗标幺值也相同，可以对变压器各侧阻抗进行相应化简，进而对等值电抗图进行相应的化简，得到如图4-2所示的等值电路图。56 图4-1系统等值电抗图图4-2系统化简图化简后，图中阻抗的标幺值如下所示：35kV侧短路时，f3处短路时，等值电路图如下所示：图4-335kV侧短路系统等值电抗图短路电流基准值短路电流标幺值56 短路电流有名值冲击电流短路容量电流最大有效值10kV侧短路时f2短路时图4-410kV侧短路系统等值电抗图短路电流基准值短路电流标幺值短路电流有名值冲击电流短路容量电流最大有效值110kV侧短路时56 图4-5110kV侧短路系统等值电抗图f1短路时短路电流基准值短路电流标幺值短路电流有名值冲击电流短路容量电流最大有效值4.4短路电流计算结果表4-2短路计算结果短路点标号短路点电压(kV)短路电流基准(kA)短路电流标幺值短路电流有名值(kA)短路电流冲击值(kA)短路电流最大有效值(kA)短路容量MVAf11100.5026.673.3488.5235.055637.880f2105.53.86121.23654.5832.066367.818f3351.563.0494.75612.1077.182288.3174.5本章小结56 短路是电力系统的严重故障，会破坏电力系统的稳定性，使系统的电压降低，回路电流增加，影响对用户的正常供电并破坏电气设备。本章短路电流计算的目的是为了后续章节中选择导体和电器，并进行有关的校验。因此，在变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。本次短路计算首先对系统的等值电路图进行化简，选择相应的短路点，再利用标幺值的方法求出相应的短路电流值，计算结果将作为设备校验的重要依据。56 5电气设备的选择5.1电气设备的选择原则电气装置中的电气设备和载流导体，在正常运行和短路状态时，都必须安全可靠地运行，因此必须正确地选择电气设备和载流导体才能保证电气装置的可靠性和经济性。各种电气设备选择的基本要求是：先按正常工作条件选择设备，然后按短路条件校验其热稳定和动稳定。电气设备与载流导体的设计，必须执行国家有关的技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和为今后扩建留有一定的余地。电气设备选择的一般要求包括：（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型号一致；（6）选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格；（7）按短路条件来校验热稳定和动稳定；（8）验算导体和110kV以下电缆短路热稳定时，所有的计算时间，一般采用主保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间；而电器的计算时间一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间；断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间。5.2电气设备和载流导体选择的一般条件（1）按正常工作条件选择①额定电压：所选电气设备和电缆的最高允许工作电压UN，不得低于装设回路的最高运行电压UNS即UN≥UNS（5-1）②额定电流：所选电气设备的额定电流IN，或载流导体的长期允许电流Iy，不得低于装设回路的最大持续工作电流Imax。计算回路的最大持续工作电流Imax时，应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流，选用最大者。IN≥Imax（5-2）（2）按照短路状态校验56 ①热稳定校验：如果电气设备散热能力不够，巨大的短路电流产生的巨大热量可能要损坏许多昂贵的电气设备。因此，必须校验所选电气设备承受短路发热的能力。通常制造厂直接给出设备的热稳定电流It，及允许持续时间t。热稳定条件为（5-3）（5-4）（5-5）式中：——设备允许承受的热效应；——所在回路的短路电流热效应；——短路电流存在的等效时间；tpr——后备保护动作时间；tab——断路器全开段时间。②动稳定校验：如果电气设备不够坚固，巨大的短路电流产生的巨大电动力可能要损坏许多昂贵的电气设备。因此，必须校验所选电气设备承受短路电动力的能力。制造厂一般直接给出定型设备允许的动稳定峰值电流ies，动稳定条件为:（5-6）式中：ies——设备允许的动稳定电流峰值；ish——短路时动稳定电流峰值。（3）短路校验时短路电流的计算条件：为保证设备在短路时的安全性，用与校验热稳定、动稳定和开断能力的短路电流，需是实际通过该设备的的最大短路电流。计算条件可以归纳为以下几个方面：短路的种类一般按三相短路校验；所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路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的接线方式；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。5.3断路器的选择56 高压断路器是变电站中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，在变电站电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常以继电保护的方式配合使用，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。（1）断路器的种类选择按照灭弧介质的不同，变压器可分为油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器。根据结构特点，技术性能特点，运行维护特点，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，维护工作量更少，可靠性更好，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故本站110kV采用SF6断路器，35kV和10kV采用真空断路器。（2）断路器选择的一般条件断路器选择除了按照电气设备选择的一般条件进行选择，还应进行额定开断电流的选择。额定开断能力的选择考虑到实际情况，为使变压器安全可靠地开断短路电流，应满足以下条件：（5-7）式中：——断路器的额定开断电流，kA；——次暂态短路电流有效值，kA。5.3.1110kV侧断路器的选择变压器的最大工作电流额定电压选择额定电流选择开断电流选择在本设计中110KV侧断路器采用SF6高压断路器，因为与传统的断路器相比SF6高压断路器具有安全可靠，开断性能好，结构简单，尺寸小，质量轻，操作噪音小，检修维护方便等优点，已在电力系统的各电压等级得到广泛的应用。比较各种110kVSF6高压断路器选择应采用LW11-110型号的断路器。表5-2LW11-110型号的断路器参数断路器型号额定电压kV额定电流A最高工作电压kV额定短路开断电流kA动稳定电流峰值kA热稳定电流kA4s固有分闸时间sLW11-110110315012631.5100400.0356 热稳定校验取后备保护时间为3.5s，电弧持续时间取0.04s，热稳定时间为：因此不需要计入短路电流的非周期分量，短路电流热效应因为满足热稳定校验动稳定校验：满足动稳定校验，因此所选断路器合适。5.3.235kV侧断路器选择变压器的最大工作电流额定电压选择开断电流选择额定电流选择本设计中35kV侧采用真空断路器，比较各种35kV真空断路器，最后选择ZN-35系列户外高压真空断路器，这种断路器主要用于户外35kV输变电系统的控制保护，也可适用于城、乡电网络及工矿企业的正常操作与短路保护之用。表5-3ZN-35型号的断路器参数断路器型号额定电压kV额定电流A最高工作电压kV额定短路开断电流kA动稳定电流峰值kA热稳定电流kA（4s）固有分闸时间SZN-3535125040.51640160.06热稳定校验取后备保护时间3.5s，电弧持续时间取0.04S，热稳定时间为：因此不需要计入短路电流的非周期分量56 短路电流热效应因为满足热稳定校验动稳定校验：满足动稳定校验，因此所选断路器合适。5.3.310kV侧断路器选择变压器的最大工作电流额定电压选择开断电流选择额定电流选择本次设计中10kV侧选择真空断路器，表5-4ZN-10型号的断路器参数断路器型号额定电压kV额定电流A最高工作电压kV额定短路开断电流kA极限通过电流峰值kA热稳定电流kA2s固有分闸时间sZN-1010315011.540100400.06热稳定校验电弧持续时间取0.04S，热稳定时间为：因此不需要计入短路电流的非周期分量短路电流热效应因为满足热稳定校验动稳定校验：56 满足动稳定校验，因此所选断路器合适。5.4隔离开关的选择隔离开关是高压开关设备的一种，用于保证了线路或设备检修时形成明显的断口，与带电部分隔离，也可以接通或者断开很小的电流。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，必须遵守倒闸操作顺序。（1）选择隔离开关时应满足以下基本要求：①隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开；②隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全；③隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度；④隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压；⑤隔离开关的结构简单，动作要可靠；⑥带有接地刀闸的隔离开关，必须装设连锁机构，以保证隔离开关的正确操作。隔离开关的型号应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较后确定，其选择的具体方法与断路器的相同。（2）隔离开关的配置：①在断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；②安装在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；③装设在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设1~2组接地刀闸或接地器。63kV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闹。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；④中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；⑤当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如果费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。（3）隔离开关选择的一般条件隔离开关选择应按电气设备选择的一般条件进行选择。56 5.4.1110kV侧隔离开关变压器的最大工作电流额定电压选择额定电流选择经过各种型号的比较决定采用GW5-110高压隔离开关。表5-5GW5-110隔离开关技术数据如下：额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流值(kA)热稳定电流值(kA)操动机构11016008031.5(4s)CS17热稳定校验取后备保护时间为3.5s，热稳定时间为：因此不需要计入短路电流的非周期分量，短路电流热效应因为满足热稳定校验动稳定校验：满足动稳定校验，因此所选断路器合适。5.4.235kV侧隔离开关变压器的最大工作电流额定电压选择额定电流选择经过各种型号的比较决定采用GW5-40.5高压隔离开关。表5-6GW5-35隔离开关技术数据如下：额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流值(kA)热稳定电流值(kA)操动机构3516008031.5(4s)CS17通过隔离开关的最大持续工作电流为866A56 隔离开关的额定电流为2000A，大于通过隔离开关的最大持续工作电流。动稳定校验：动稳定电流：满足动稳定性。热稳定校验取后备保护时间3.5s，热稳定时间为：因此不需要计入短路电流的非周期分量短路电流热效应因为，满足热稳定校验5.4.310kV侧隔离开关变压器的最大工作电流额定电压选择额定电流选择经过各种型号的比较决定采用GN10-10T高压隔离开关。表5-7GN10-10T隔离开关技术数据额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流值(kA)热稳定电流值(kA)105000200100(5s)通过隔离开关的最大持续工作电流为754.56A隔离开关的额定电流为5000A，大于通过隔离开关的最大持续工作电流。动稳定校验：动稳定电流：满足动稳定性。热稳定校验56 热稳定时间为：因此不需要计入短路电流的非周期分量短路电流热效应因为满足热稳定校验5.5电流互感器的选择（1）概述电流互感器（CT）是一次系统和二次系统间联络元件，是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获得电气一次回路信息的互感器，正确反映电气设备正常运行和故障情况。电流互感器的的作用如下：①将一次回路的大电流变为二次回路的小电流（5A或1A），使测量仪表和保护装置标准化，小型化，并使其结构巧，价格便宜和便于屏内安装；②使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身的安全。（2）电流互感器的配置①凡装设断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置的要求；②未设电压互感器的以下地点也应装设电流互感器：发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥型接线的跨条上等；③对于直接接地系统均应按三相配置，非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。（3）电流互感器的选择应按下列条件：①型式：电流互感器的型时应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6～20kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构和树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35kV及以上配电装置，一般采用油浸式瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。②准确级和额定容量的选择。为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。装于重要回路(如发电机、调相机、变压器、厂用馈线、出线等回路)中的电流互感器的准确级不应低于0.556 级；对测量精度要求较高的大容量发电机、变压器、系统干线和500kV级宜用0.2级；对供运行监视、估算电能的电能表和控制盘上仪表的电流互感器应为0.5~1级；故只需估计电参数仪表的电流互感器可用3级。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。③选择与校验一次回路电压：一次回路电流：为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Sn。准确等级：要先知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求高的表计来选择。二次负荷：式中：Zy—测量仪表电流线圈电阻Zj—继电器电阻Zd—连接导线电阻Zc—接触电阻一般取0.1Ω动稳定：式中：—电流互感器动稳定倍数。热稳定：为电流互感器的1s热稳定倍数。5.5.1110kV电流互感器的选择变压器的最大工作电流额定电压选择额定电流选择由《电气工程电气设备手册》（上册）中比较分析得，在本设计中宜采用LCW－110型号的瓷绝缘户外型电流互感器。此电流互感器具有适用于污秽地区等不同规格，还有4个或5个次级绕组，可同时满足不同组合的电流、电能测量及继电保护要求。表5-8LCW－110型号的电流互感器技术数据额定电压（kV）额定电流比准确次级二次负荷阻抗(Ω)热稳定倍数动稳定倍数1101000/50.51.27515056 动稳定校验：满足动稳定要求热稳定校验：满足热稳定要求综上所述，所选LCW—110(1000/5)户外独立式电流互感器满足要求。5.5.235kV侧电流互感器的选择变压器的最大工作电流额定电压选择额定电流选择根据比较选择LCW-35型电流互感器表5-9LCW-35型电流互感器技术数据额定电压（kV）额定电流比准确次级二次负荷阻抗(Ω)热稳定倍数动稳定倍数351000/50.5265100动稳定校验：满足动稳定要求热稳定校验：满足热稳定要求综上所述，所选LCW-35型电流互感器满足要求。5.5.310kV侧电流互感器变压器的最大工作电流额定电压选择额定电流选择根据比较选择LCW-10型电流互感器，此电流互感器具有适用于污秽地区等不同规格，还有4个或5个次级绕组，可同时满足不同组合的电流、电能测量及继电保护要求。56 表5-10LCW-10型电流互感器技术数据额定电压（kV）额定电流比准确次级二次负荷阻抗(Ω)热稳定倍数动稳定倍数105000/50.51.275100动稳定校验：满足动稳定要求热稳定校验：满足热稳定要求综上所述，所选LMC-10型电流互感器满足要求。5.6电压互感器的选择（1）概述电压互感器（PT）是一次系统和二次系统间联络元件，用以分别向测量仪表、继电器线圈供电，正确反映电气设备正常运行和故障情况。作用是：①将一次回路的高电压变为二次回路的低电压，使测量仪表和保护装置标准化，小型化，并使其结构巧，价格便宜和便于屏内安装：②使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身的安全。（2）电压互感器的配置①电压互感器的配置和数量与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求；②6~220kV电压等级的每组母线上均应装设电压互感器；③当对侧有电源，需要监视和测量线路侧有无电压时，出线侧的一相应装设电压互感器；④在主变压器进线和每组母线上，应根据继电保护装置、自动装置、和测量仪表的要求，在一相或三相上装设电压互感器。5.6.1电压互感器的选择依据（1）型式选择：根据安装的场所和使用条件，选择电压互感器绝缘结构和安装方式，一般3~20kV户内配电装置多用油浸式或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器；35kV56 配电装置选用电磁式电压互感器；110kV及其以上的配电装置中尽可能地选用电容式电压互感器。①在6~35kV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式电压器；110~220kV配电装置特别是母线上装设的电压互感器，通常采用串级式电磁式电压互感器；当容量和准确级满足要求时，通常多在出线上采用电容式电压互感器。②三相式电压互感器投资省，但仅20kV以下才有三相式产品。三相五柱式电压互感器广泛用于3~15kV系统，而对三相三柱式电压互感器，为避免电网单相接地时，因零序磁通的磁阻过大，致使过大的零序电流烧坏互感器，则互感器的一次侧三相中性点不允许接地，不能测量相对地电压，故很少采用。③三相式电压互感器，当二次侧负荷不对称时，特别是在单相接地时，三相磁路不对称，将增大误差。故用于接人精度要求较高的计费电能表时，不宜采用三相式电压互感器，可采用三个单相电压互感器组或两个单相电压互感器接成不完全三角形。（2）接线方式选择：电压互感器一次绕组额定电压U1N，应根据互感器的接线方式来确定其相电压或相间电压。电压互感器的接线方式很多，常用有以下几种：①一台单相电压互感器，当用于110kV及以上中性点接地系统时，可测量某一相对地电压；当用于35kV及以下中性点不接地系统时，只能测量相间电压，不能测量相对地电压。②三台单相三绕组电压互感器YN，yn，d11接线，或YN，y，d11接线(二次侧星形绕组中性点不直接接地，而采用b相接地)，广泛应用于各电压级系统，而3~15kV电压级广泛采用三相式电压互感器。其二次绕组用于测量相间电压或相对地电压，辅助二次绕组接成开口三角形，供接入中性点不接地电网的绝缘监视仪表、继电器使用或供中性点直接接地系统的接地保护用。电压互感器二次绕组额定电压通常是供额定电压为100V的仪表和继电器的电压绕组使用。显然，单个单相式电压互感器的二次绕组电压为100V，而其余可获得相间电压的接线方式，二次绕组电压为V；电压互感器开口三角形的辅助绕组电压用于35kV及以下中性点不接地系统的电压为100/3V，而用于110kV及以上的中性点接地系统的为100V。（3）按额定电压选择：为保证测量的准确性，电压互感器一次额定电压在所安装电网额定电压90%~110%之间。PT二次额定电压应满足测量、继电保护和自动装置的要求。通常，一次绕组接于电网相电压时，二次绕组额定电压应选为100/1.732V56 。当电网为中性点直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为100/1.732V；当电网为中性点非直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为100/3V。（4）按容量和准确度级选择：PT按容量和准确度级选择与CT相似，要求互感器二次最大一相负荷S2应该不超过设计要求的准确度级的额定二次负荷SN2，而且S2应该尽量最接近SN2，因S2过小也会使误差增大，PT的二次负荷S2计算式为：式中P0、Q0——同一相一表和继电器电压线圈的有功功率、无功功率。（5）PT不校验动稳定和热稳定根据以上条件选择3种电压互感器5.6.2110kV侧电压互感器选择选用YDR—110系列采用单相电容式互感器表5-11YDR—110电压互感器数据一次绕组额定电压（kV）二次绕组额定电压（kV）二次负荷准确级二次额定容量(VA)0.51505.6.335kV侧电压互感器选择选用JDJJ-35系列单相油浸式电压变压器表5-12JDJJ-35系列一次绕组额定电压（kV）二次绕组额定电压（kV）二次负荷准确级二次额定容量(VA)0.51505.6.410kV侧电压互感器选择选用JDZ-10型单相环氧浇注绝缘式电压互感器，其技术参数数据如表5-13所表5-13JDZ-10型电压互感器数据一次绕组额定电压（kV）二次绕组额定电压（kV）二次负荷准确级二次额定容量(VA)0.55056 5.7母线导体的选择（1）概述在发电厂和变电站中，将发电机、变压器与各种电器连接起来的导体称为母线，母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率，在发电厂、变电站及输电线路中，所用导体有裸导体，硬锅母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。选择配电装置中各级电压母线，主要应考虑如下内容：①选择母线的材料，结构和排列方式；②选择母线截面的大小；③检验母线短路时的热稳定和动稳定；④对35kV以上母线，应检验它在当地睛天气象条件下是否发生电晕；⑤对于重要母线和大电流母线，由于电力网母线振动，为避免共振，应校验母线自振频率。5.7.1母线的分类及特点（1）母线按所使用的材料分类①铜母线。铜母线电阻率低、机械强度高、抗腐蚀性强，是很好的导电材料。但铜储量少，属贵重金属，只在含有腐蚀性气体的场合才采用。②铝母线。铝的电阻率比铜高，但储量多，比重小，加工方便，价格便宜，所以通常情况下应尽量采用铝母线。③钢母线。钢母线的优点是机械强度高，价格便宜。但钢的电阻率是铜的7倍，用于交流时会产生很强的集肤效应，所以仅用在高压小容量回路(如电压互感器)和电流在200A以下的低压和直流电路，以及接地装置中。（2）母线按截面形状分类①矩形母线。矩形母线具有集肤效应系数小、散热条件好、安装简单、连接方便等优点。在35kV及以下的户内配电装置中多采用矩形母线。②管形母线。管形母线是空芯导体，集肤效应系数小，且其直径较大、电晕临界电压高。在35kV以上的户外配电装置中多采用管形母线。③槽形母线。槽形母线的电流分布较均匀，与同截面矩形母线相比，集肤效应系数小、冷却条件好、金属材料的利用率高、机械强度高。当母线工作电流很大，每相需要三条以上的矩形母线才能满足要求时，一般均选用槽形母线。④圆形软母线。屋外高压配电装置大多采用钢芯铝绞线的软母线。如500kV，330kV56 的母线都用软母线。（3）母线截面尺寸的选择①按最大工作电流选择母线配电装置的汇流母线，一律按最大工作电流来选择。因为流经其中各段的电流数值是变化不定的，根本无法计算其经济性。配电装置汇流母线可能出现的最大工作电流，总会小于汇人母线的全部电源电流的总和。具体数值应分析主接线图中电源和负荷接入母线的位置来确定。按照导体长期发热允许电流选择，则计算式为（5-7）式中：Imax——导体所在回路中的最大持续工作电流；Ia1——额定温度25℃时导体允许电流；K——与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数。综合修正系数的计算式为（5-8）式中：——导体安装处的实际环境温度和导体额定载流量的基准温度；——额定载流量的基准温度；——导体长期发热允许最高温度。②按经济电流密度选择母线按照经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。对于传输容量大，年负荷利用小时数高，长度在20m以上的导体，例如发电机出口母线，其截面应按经济电流密度选择。导体种类不同，负荷利用小时数不同将有一个年计算费用最低的电流密度，成为经济电流密度。导体的经济截面S为（5-9）应尽量接近上式的计算截面，为了节省投资的目的，可以选择小于经济截面的导体。本次设计就按导体长期发热允许电流的方法选择。（4）母线截面尺寸的校验①母线截面尺寸的热稳定性校验可反求由短路热稳定决定的导体最小截面Smin，所选截面必须不小于Smin。当计及集肤效应系数Ks的影响时，导体最小截面Smin。的公式为:56 （5-10）式中：C——热稳定系数，C值与导体材料及工作温度有；，Qk——稳态短路电流有效值；Kf————集肤效应系数。母线截面尺寸的短路动稳定校验②对于硬母线要计算出其承受短路冲击电流ish时出现的最大应力。只有此值小于母线材料的允许应力才是动稳定的。最大应力计算式为：（5-11）（5-12）式中：M——弯矩，Nm；W——抗弯矩，又称母线的截面系数；f——作用在母线lm长度上的电动力，与短路冲击电流ish平方成正比，N/m；L——跨距，支撑母线的两个相邻绝缘子间的距离，m；a——母线的相间距离，m。5.7.2110kV侧母线选择110kV母线选择在国际上广泛使用的管型母线，其主要性能表现在以下几个方面：（1）管型导体（母线）采用国内先进的热顶铸造无缝管等一系列的先进工艺，表面光滑，尺寸精度高，抗拉强度大，不易产生放电和变形；（2）产品采用公司自行研发的稀土、耐热铝合金材料，具有优良的加工、焊接、导电及耐热性能；（3）对流散热条件好，温升低，损耗小，导电能力强、载流量大；（4）耐热性能高，可提高管母线的工作温度（工作温度达到150℃~200℃），导体在高温下具有较高的机械强度，提高输变电系统的安全可靠性；（5）安装占地面积小，组合管母线是软导线占地面积的1/3；（6）方便，外形美观，运行安全、稳定、可靠，便于检修和维护变压器的最大工作电流按以上计算数据可以选择LDRE56 圆管型铝锰合金导体，其具体技术参数数据见表5-14所示。表5-14LDRE圆管型铝锰合金导体数据导体尺寸（mm）导体截面（mm2）导体最高允许温度为下值时的载流量(A)截面系数W（cm3）惯性半径T(cm)惯性矩J（cm4)质量(kg/m)70℃80℃Φ100/9014912350205433.83.361694.068换算至25℃时，其允许载流量为3100A。已知，该地区最高气温40度，最低气温-10度，年平均气温20度，最热月平均气温30度热稳定校验：正常运行时导体温度：查发电厂电气部分表C=99，则满足短路时发热的最小导体截面为：，，Kf=1×106Smin=63.9mm2<314mm2满足热稳定要求。所以可以使用LDRE-φ100/90铝镁合金管型母线。5.7.335kV侧主母线的选择按照母线分类中所述，35kV侧选择矩形铝母线变压器的最大工作电流按照导体最大持续工作电流，依照《电力工程电气设计手册》选择矩形母线平放，宽度112mm，厚度10mm，截面积为1120mm2，质量为3.02kg/m，载流量1928A，集肤效应系数1.08。56 热稳定校验：正常运行时导体温度：查发电厂电气部分表C=99，则满足短路时发热的最小导体截面为：Smin=91.2mm2<1771mm2满足热稳定要求5.7.410kV侧母线选择10kV侧同样选择矩形铝母线变压器的最大工作电流按照导体最大持续工作电流，依照《电力工程电气设计手册》选择矩形母线平放，宽度100mm，厚度10mm，截面积为1000mm2，质量为2.7kg/m，载流量1928A，集肤效应系数1.08。热稳定校验：正常运行时导体温度:查发电厂电气部分表C=99，则满足短路时发热的最小导体截面为:Smin=406.93mm2<1771mm2满足热稳定要求经校验，所选母线合格。5.8高压熔断器的选择（1）熔断器工作原理熔断器是用于保护短路和过负荷的最简单的电器。但其容量小，保护特性较差，一般仅适用于35kV及以下电压等级，主要用于电压互感器短路保护。熔断器的核心部件是装于外壳中的熔体。在500V56 以下低压熔断器中熔体由铅、锌等低熔点金属制成。在高压熔断器中，则由铜、银等金属制成熔丝，表面还焊上一些小锡(铅)球，电流大时会先从这些点熔断。有些熔断器内装有石英砂，短路时熔丝熔化后渗人石英砂狭缝中迅速冷却，使电弧熄灭非常迅速，在短路电流尚未达到其最大值之前就能熔断并灭弧，这种熔断器称为限流式熔断器。用这种限流式熔断器保护的电压互感器，可不校验动稳定和热稳定。（2）高压熔断器选择依据保护电压互感器的高压熔断器，一般选RN2:型，只需按额定电压及断流容量两项来选择。按照额定电压选择时应满足：按照断流容量选择时应满足：5.8.135kV侧熔断器选择选用RXW—35/0.5型户外跌落式高压熔断器按照额定电压选择时应满足合格按照断流容量选择时应满足合格5.8.210kV侧高压熔断器选择选用RN2-10/0.5型户内限流式高压熔断器。按照额定电压选择时应满足合格按照断流容量选择时应满足合格5.9避雷器的选择避雷器是电力系统中主要的防雷保护装置之一，只有正确地选择避雷器，方能发挥其应有的防雷保护作用。氧化锌避雷器是目前国际最先进的过电压保护器。由于其核心元件采用氧化锌电阻片，与传统碳化硅避雷器相比，改善了避雷器的伏安特性，提高了过电压通流能力，从而带来避雷器具特征的根本变化。避雷器是电力系统中主要的防雷保护装置之一，只有正确地选择避雷器，方能发挥其应有的防雷保护作用。（1）避雷器的配置①配电装置的母线上应装设避雷器；56 ②220kV及以下变压器到避雷器的距离超过允许值时，应在变压器附近装设一组避雷器；③三绕组变压器低压侧旳一相上应装设一台避雷器；④直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装设有隔离开关时宜设置避雷器；（2）避雷器的选择故根据本变电所的特点避雷器的选择如下：110kV侧选择Y10W1-100/248型避雷器；35kV侧选择Y10W5-42/142型避雷器；10kV侧选择Y5W-12.7/42型避雷器。5.10主要电气设备选择结果表5-15主要电气设备选择结果电压等级电气设备110kV35kV10kV断路器LW11-110ZN--35ZN-10隔离开关GW5-110GW5-35GN10-10T电流互感器LCWD－110LCW-35LMC-10电压互感器YDR—110JDJJ-35JDZ-10避雷器Y10W1-100/248Y10W5-42/142Y5W-12.7/42主变压器SFSZ9-50000/110站用变压器S9-125/105.11本章小结导体与电气设备是组成变电站的骨架，电气设备选择是本次设计的主要内容，选择安全可靠经济合理的电气设备是电力系统安全稳定运行的需要。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、过电流的情况下都能保持正常运行。本次设计参照《电力工程电气设计手册》，严格按照选择条件选择向相应型号的电气设备，只有这样才能保证电气设备正常运行，避免产生可能的不良后果。56 6继电保护规划电力变压器、母线与输电线路是电力系统中十分重要的元件，它们的故障对系统供电可靠性带来严重的影响，因此需根据其容量和重要程度来装设可靠的继电保护设备。6.1变压器保护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。由于变压器在变电站的重要作用，必须根据变压器的容量和重要程度来考虑装设性能良好，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内和油箱外故障两种。油箱内故障包括绕组的相间短路、接地短路以及匝间短路等。油箱外的故障，主要是套管和引出线发生相间短路和接地短路。变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流，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。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。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。（2）纵联差动保护对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应装设差动保护（因为其容量较大）。（3）过电流保护为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。（4）过负荷保护变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。（5）零序过电流保护56 对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电站内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。对于电力变压器而言，其对于系统的重要性要求变压器要长期安全稳定运行，因此，相应的变压器保护措施也是非常必要的。而变压器保护又可分为主保护和后备保护，在本章介绍的保护中，采用的主保护有瓦斯保护和差动保护，而后备保护需要有一定时限，也就是说不能在主保护无故障时提前动作，要滞后于主保护的动作时间，本设计所釆用的后备保护有过电流保护、过负荷保护和零序过流保护。6.2线路保护6.2.1110kV中性点直接接地电网线路保护配置（1）在110kV中性点直接接地电网，线路的相间短路及单相接地短路保护均应动作于断路器跳闸。对于此110kV线路为此变电站进线，故障的话会影响整个地区的供电，故考虑装设一套全线速动保护。（2）110kV线路保护可按下列原则配置；对于110kV线路，如装设全线速动保护，则除此之外，还要装设相间短路后备保护(如相间距离保护)和辅助保护(如电流速断保护)。对于平行线路的相间短路，一般可装设横差动电流方向保护或电流平衡保护作主保护。当灵敏度和速动性不能满足要求时，应在每一回线路上装设纵联保护作主保护。装设带方向或不带方向元件的多段式电流保护或距离保护作后备保护，并作为单回线运行时的主保护和后备保护。当采用近后备方式时，后备保护分别接于每一回线路上；当采用远后备方式时，则应接入双回线路的和电流。对于平行线路的接地短路宜装设零序电流横差动保护作为主保护；装设接于每一回线路的带方向或不带方向的多段式零序电流保护作为后备保护，当作远后备保护时，可接两线路零序电流之和，以提高灵敏度。6.2.235kV及以下中性点非直接接地电网中线路保护配置35kV及以下中性点非直接接地电网线路的相间短路保护必须动作于断路器跳闸，单相接地时，由于接地电流小，三相电压仍能保持平衡，对用户没有很大影响。因此，单相接地保护一般动作于信号，但单相接地对人身和设备的安全产生危害时，就应动作于断路器跳闸。（1）相间短路的电流、电压保护的配置根据有关规程，相间短路保护应按下列原则配置①56 保护的电流回路的电流互感器采用不完全星形接线，各线路保护用电流互感器均装设在A，C两相上，以保证在大多数两点接地情况下只切除一个故障接地点；②采用远后备保护方式；③线路上发生短路时，如厂用电或重要用户的母线电压低于（50%~60%）额定电压时，应快速切除故障，以保证非故障部分的电动机能继续运行。相间短路的电流电压保护通常是三段式保护。第Ⅰ段为无时限电流速断保护或无时限电流闭锁电压速断保护；第Ⅱ段为带时限电流速断保护或带时限电流闭锁电压速断保护；第Ⅲ段为过电流保护或低电压闭锁的过电流保护。（2）单相接地零序电流保护的配置与整定计算中性点非直接接地系统发生单相接地时，由于接地电流小，一般只在发电厂和变电所的母线上装设单相接地监视装置。监视装置反映零序电压，动作于信号。规程规定，对有条件安装零序电流互感器的线路，如电缆线路或经电缆引出的架空线路，当单相接地电流能满足保护的选择性和灵敏性要求时，应装设动作于信号的单相接地保护；如不能安装零序电流互感器，而单相接地保护能够躲过电流回路中不平衡电流的影响，例如单相接地电流较大，或保护反映接地电流的暂态值等，也可将保护装置接于三相电流互感器构成的零序回路中。6.3母线保护母线是电力系统汇集和分配电能的重要元件，当母线发生故障，将使连接在母线上的所有元件停电。若变电所母线上发生故障，可能会破坏整个系统的稳定，使事故进一步扩大，后果非常严重。对于110kV的单母分段，为保证事故时有选择切除故障，缩小停电范围，应装设专用的母线保护。对母线保护的要求是：必须快速有选择地切除故障母线；应能可靠方便地适应母线运行方式的变化；接线尽量简化。母线保护的接线方式，对于中性点直接接地系统，为反映相间短路和单相接地短路，须采用三相式接线；对于中性点非直接接地系统只需反映相间短路，可采用两相式接线。母线保护大多采用差动保护原理构成，动作后跳开连接在该母线上的所有断路器。此本电站母线保护为完全差动母线保护，此保护在母线所有连接元件中装设变比和特性完全相同的电流互感器，将它们的二次线圈同极性端连在一起，然后接入电流型差动继电器。此类继电器要求电流互感器的内阻抗较小，否则外部故障时可能是保护发生误动作。6.4本章小结56 电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，因此需根据其容量和重要程度来装设可靠的继电保护设备。本次设计的变压器保护又可分为主保护和后备保护，其中主保护有瓦斯保护和差动保护，后备保护有过电流保护、过负荷保护和零序过流保护。本次设计的线路保护根据电压等级不同，采取的保护方法也不尽相同。母线是电力系统分配和汇集电能的重要元件，本次设计在110kV母线上装设专用完全电流差动保护，故障后可以跳开连接该母线上的所有断路器。56 7变电站的防雷保护变电所是电力系统的中心环节，若发生雷击事故，将造成大面积的停电事故，于是应加装可靠的防雷保护。变电所雷击事故主要来自两个方面：即雷电直击于变电所；雷击于线路，沿线路向变电所入侵的雷电波。防止雷击对变电站造成破坏不能消除雷击电流，只能通过雷击电流拦截和引导设施将电流引入地下，从而达到保护变电站系统和电流设备的目的。在110kV变电站中安装避雷装置是通过将带电云层未放电或放电未影响变电站电力设备时，及时将雷击电流通过接地装置引入地面，以避免雷击电流对变电站电力设备造成破坏，避雷装置包括避雷针、避雷器和避雷线等。变电所的防雷保护主要包括以下几个方面：采用避雷针或避雷线作为对直击雷的防护；变电所进线上设置进线保护段，以限制流经避雷器的雷电流和限制入侵雷电波的陡度；装设阀型避雷器以限制入侵雷电波的幅值，是设备上的过电压不超过其冲击耐压值。7.1避雷针规模较小的变电所多采用独立避雷针进行防雷保护，大型变电所多采用在变电站系统架构上安装避雷针，本变电站规模较小，直击雷防护主要采用独立避雷针。另外还可以在110kV屋顶、变电站铁杆、变电站照明塔上装设避雷针对需要进行防雷保护的部进行保护。其原因是由于相同等级的配电装置具有很强的绝缘性，并且回路接地电阻值很小，因此，铁塔线杆对流经电流产生的反击作用危险性较小。本变电站围墙四角各布置1支避雷针，共布置4支避雷针，每支避雷针高30m。本站东西向长99m，南北向宽68m，占地面积6732m2，110kV配电装置构架高12.5m，35kV终端杆高13.5m。避雷针保护范围计算如下：各针保护半径由下式计算：（7-1）式中：——高度影响系数，当时，；——避雷针高度；——被保护物体高度。两针间保护范围离两针安装地平面的最低高度由下式计算：（7-2）式中：——避雷针高度；——两避雷针之间的距离；56 ——高度影响系数。两针间高度水平面上最小保护宽度由下式计算：（7-3）式中：——被保护物体高度；——两针间保护范围离两针安装地平面的最低高度。四针的保护半径为：两针间的保护宽度：由上计算可知，保护宽度均大于零，因此，变电站所有被保护物均在保护范围内，避雷针设置合理。7.2阀型避雷器变电所必须装设避雷器以限制入侵雷电波的过电压，只是变电所防雷保护的基础措施之一。避雷器直接接在变压器旁，故变压器的过电压波形与避雷器上电压相同，因此只要变压器的冲击耐压大于避雷器的冲击耐压，则变压器得到可靠的保护。一般只在变电所母线上装设避雷器，由于变压器是最重要的设备，因此避雷器应尽量靠近变压器。避雷器的配置如下：所有进出线外侧；所有母线上；变压器高压侧，且应尽量靠近变压器；当变压器低压侧为三角形时，只在B相上装设；变压器中性点按其绝缘水平选设。7.3进线段保护对于35~110kV无避雷线的线路在靠近变电所的一段进线上必须架设避雷线以保证此雷电波只在此进线端外出现，进线端内出现雷电波的概率将大大减小。变电所进线段保护的作用在于限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。这样在进线段内发生雷绕击和反击的概率是非常小的，而在进线端外落雷时，则由于进线端导体本身的阻抗作用是流经避雷器的雷电流受到限制，同时，由于在进线段内导体上冲击电晕的影响使入侵波陡度和幅值下降。铁塔是变电站线路水平布置时的标准装置，在目前110kV56 变电站线路中使用最为广泛。一般情况下，为确保铁塔线路抗雷性能符合变电站要求，铁塔接地电阻取值应在8欧姆至10欧姆之间。通常在110kV铁塔中，线路铁塔保护角取20度左右，目的在于这样能忽略雷电穿过避雷线的雷击电流。另外，安装避雷线时，应保证避雷线具有足够的悬挂高度，避免避雷线弛度过大而与地面距离过小，并将避雷线安装在管型避雷器保护装置交叉挡距的界限线杆上。在110kV木杆线路中，避雷线一般悬挂于线杆主杆上，并且仅在变电站进线长度在1公里至2公里的线路上悬挂避雷线，避雷线保护角度小于30度。当木杆杆塔接地电阻达到10欧姆时，避雷线线路完全具有耐雷性，保护值达到200千安。7.4三绕组变压器的防雷保护当变压器高压或中压侧有雷电波入侵时，通过绕组间经典和电磁耦合，在其低压侧也将出现过电压，将危及绝缘。为了限制这种过电压，只要在任一相低压绕组直接出口处对地加装一个避雷器即可。变压器中性点保护的原因是当三相来波时，变压器中性点的的电位理论上会达到绕组首端电压的两倍，因此需要考虑变压器中性点的保护问题。并且所有变压器的中性点都应经隔离开关接地，以便于根据电网运行调度灵活选择中性点是否接地运行。本站变压器中性点可能断开运行时，且中性点绝缘是分级绝缘设计的，故应装设避雷器保护。因为变电所35~60kV中性点雷害较少，因此我国有关标准规定35~60kV变压器中性点一般不需要保护。我国110kV及以上电网的中性点一般是直接接地的，但为了继电保护的需要，其中一部分变压器中性点是不接地的，如中性点采用分级绝缘且未装设保护间隙，应在中性点加装避雷器，且宜选变压器中性点金属氧化物避雷器。如果变压器的中性点是全绝缘的，但变电所为单线且为单台变压器运行，也应在中性点加装避雷器。对于110kV变压器中性点绝缘水平为35kV级来说，应考虑选用FZ—40型避雷器。目前，我国变电站安装使用的避雷器大多是金属银氧化物避雷器，国外变电站安装技术氧化物避雷器时，为增强避雷器失效后备保护，一般会在变电站电力设备上安装空气间隙。7.5本章小结变电所是电力系统的中心环节，若有雷击事故发生，将会造成大面积停电，严重影响电力系统可靠性。本次设计主要针对直击雷和入侵雷电波作出相应的防护方法，对于直击雷采用装设避雷针的方法保护，而对于入侵的雷电波则采用设置进线段保护和装设阀型避雷器作为相应的保护手段。56 8配电装置设计配电装置是变电站的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备、测量和保护电器、母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。形式有屋内和屋外配电装置，装配式配电装置和成套式配电装置。8.1设计要求8.1.1满足安全净距的要求屋外配电装置安全净距可参考《电力工程电气设计手册》表10-1。屋外配电装置带电部分的上面或下面不应有明敷的照明或信号线路跨越；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安全净距。8.1.2施工、运行和检修的要求（1）施工要求：①配电装置的结构在满足安全运行的前提下应该可能简化，并考虑构件标准化和工厂化，减少架构类型，以达到节省三材、缩短工期的目的。②配电装置的设计要考虑安装检修时设备搬运及起吊的便利。（2）运行要求：①各级电压配电装置之间以及它们与建筑物之间的距离，应按照最终的规模统筹规划。配电装置的方位应由下列因素综合考虑确定:进出线方向；避免或减少各级电压架空出线的交叉；缩短主变压器各侧引线的长度，避免交叉，并注意平面布置的整体性。②配电装置的布置应整齐清晰，各个间隔之间应有明显的界限。③架空出线间隔的排列应根据出线走廊规划的要求，尽量避免线路交叉，并与终端塔的位置相配合。④各级电压配电装置各回路的相序排列应尽量一致。一般为面对出线电流流出方向自左至右、由远到近、从上到下按A，B，C相顺序排列。对硬导体应涂色，A相黄色，B相绿色，C相红色。⑤配电装置内应有供操作、巡视用的通道。（3）检修要求：①电压为110kV及以上的屋外配电装置，应视其在系统中的地位、接线方式、配电装置型式以及该地区的检修经验等情况，考虑带电作业的要求。②为保证检修人员在检修电器及母线时的安全，电压为63kV56 及以上的配电装置，对断路器两侧的隔离开关和线路隔离开关的线路侧，宜配置接地刀闸；每段母线上宜装设接地刀阅或接地器.一般而言，每段母线应配置两组接地刀闸。8.2本站各电压等级配电装置设计本变电站有三个电压等级，110kV主接线配电装置采用屋外布置，屋外型的配电装置有高型、半高型和中型三种形式，中型布置的特点是布置清晰，不易无动作，运行靠靠，施工和维修都比较方便，构架高度低，抗震性能好，耗材少，造价低，但是占地面积较大。本站面积较大，可以采用普通中型配电装置的布置方式。35kV主接线配电装置采用屋外半高型布置；10kV配电装置采用屋内成套高压开关柜布置。本变电站配电装置布置图8-1所示：图8-1配电装置布置图8.3本章小结配电装置是变电站的重要组成部分，起着接受和分配电能的作用，本章主要介绍对配电装置的要求，设计原则以及设计要求。变电站电气设施的布置是其总平面布置的的主体，其布置主要考虑电气设施之间的有机联系和和与外界（出线方向、出线走廊和市政设施等）的配合。56 致谢词值此论文完成之际，心中充满了一片感激之情，在整个论文完成的过程中得到了张素妍老师的精心指导。从毕业设计题目的选择、到所选课题的研究和论证，再到此次毕业论文的编写、修改，每一步都有张老师的细心指导和认真的解析。在张老师的指导下，我在各方面都有所提高，张老师以严谨求实，一丝不苟的治学态度和勤勉的工作态度深深感染了我，给我巨大的启迪、鼓舞和鞭策，并成为我人生路上学习的榜样，使我的知识层次有了很大提高。最后，真诚感谢所有帮助过我的老师和同学，在我平时的设计中认真与我探讨问题，指出我设计上的误区，使我及时的发现问题，顺利地将论文进行下去。通过这次论文工作不仅提高了我独立思考问题、解决问题的能力而且培养了我认真严谨，一丝不苟的学习态度。由于经验匾乏，能力有限，设计中难免有许多考虑不周全的地方，希望各位老师多加指导。56 参考文献[1]陈戌生.电力工程电气设计手册电气一次部分.北京:中国电力出版社,1996.[2]陈茂生.电力工程电气设备手册电气一次部分.北京:中国电力出版社,1998.[3]陈跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册.北京:中国水利水电出版社,2003.[4]王士政.电气工程类专题课程设计与毕业设计指导教程.北京:中国水利水电出版社,2007.[5]熊信银.发电厂电气部分.北京:中国电力出版社,2009.[6]李佑光.电力系统继电保护原理及新技术.北京:科学出版社,2009.[7]周泽存.高电压技术.北京:中国电力出版社,2007.[8]韩笑.电力工程专业毕业设计指南继电保护分册.北京:中国水利水电出版社,2008.[9]何仰赞.电力系统分析.武汉:华中科技大学出版社,2002.[10]陈珩.电力系统稳态分析.北京:中国电力出版社,2007.[11]唐治平.供配电技术.北京:电子工业出版社,2005.[12]宋继成.220~500kV变电所电气接线设计.北京:中国电力出版社,2004.[13]邱关源.电路.北京:高等教出版社,2006.[14]杨有启.电气安全工程.北京:首都经济贸易大学出版社,2000.[15]张慧刚.变电站综合自动化原理与系统.北京:中国电力出版社,2004.[16]李先彬.电力系统自动化.北京:中国电力出版社,2007.56 附录56'