220千伏降压变电站设计

'220KV降压变电站设计目录1.原始资料11.1.变电站原始资料11.2.设计任务22.变压器的选择32.1负荷计算32.2主变压器台数的确定32.3调压方式的确定32.4主变台数及额定容量的确定32.5主变型号的确定33.所用变的配置53.1变电所的所用变接线53.2所用变压器台数及容量的选择54.电气主接线选择64.1主接线设计要求64.2主接线形式74.3电气主接线方案的确定105.短路电流计算115.1短路电流计算的目的115.2短路电流计算的一般规定115.3短路电流计算126.设备的选择和校验186.1设备选择的原则和规定186.2断路器、隔离开关的选择和校验196.3裸导体选择246.4互感器的选择和校验267.避雷器的选择317.1避雷器的型式317.2避雷器参数318.继电保护方案的选择338.1电力系统继电保护的作用33总结35致谢36参考文献37附录38 220KV降压变电站设计1.原始资料1.1.变电站原始资料1.1.1、所址概况变电所有两回220KV出线，分别与电力系统和一所发电厂相连。1.1.2、自然条件所区地势较平坦，交通方便，有铁路公路经过本所附近。最高气温+30°C，最低气温-25°C，最高月平均温度25°C，年平均温度+10°，最大风速20m/s,覆冰厚度5mm，地震烈度<6级，土壤电阻率<500Ω.m；雷电日30；周围环境较清洁、化工厂对本所影响不大；冻土深度1.5；主导风向、夏南、冬西北。1.1.3、负荷资料：（1）110KV侧，10回出线，最大综合负荷256MW，功率因数cosΦ=0.85，年最大负荷利用小时5500小时。用户名称最大负荷MW线路长度KM回路数重型机械厂50202机床厂20151工机械厂25101化工厂25201化肥厂30202市区变电所20101冶炼厂35152化肥厂35182表1-1（2）10kv侧，10回出线，综合最大负荷为50MW，功率因数cosΦ=0.88，年最大负荷利用小时4500时。用户名称最大负荷MW线路长度KM回路数印染厂662机床厂421通用机械厂431日用电器厂632日用化工厂421修配厂321小型电机厂411电车厂321表1-239 220KV降压变电站设计1.1.4、系统图图1-1系统图1.2.设计任务1、选择主变压器的容量、台数、型号、参数。2、进行经济、技术比较、选择电气主接线方案。3、计算电路电流，选择电气设备；4、全所平面总布置；5、继电保护规划；6、防雷保护；成品要求：1、说明书，计算书各一本；2、图纸；（1）主接线图；（2）220kv变电站总平面布置图39 220KV降压变电站设计2.变压器的选择2.1负荷计算根据设计任务书，该降压站分为三个电压等级，即电源侧220kv，负荷侧分别为110kv、10kv。（1）110kv侧：最大负荷Pmax110=256MWcosΦ=0.85Smax110=Pmax110/cosΦ=256÷0.85=301.2(MVA)（2）10KV侧：最大负荷Pmax110=50MWcosΦ=0.88Smax10=Pmax10/cosΦ=50÷0.88=56.8(MVA)（3）220kv侧：负荷同时率取K220=0.85Smax220=（Smax110+Smax10）×0.85=（301.2+56.8）×0.85=358×0.85=304.3(MVA)2.2主变压器台数的确定该变电站一、二类负荷占总负荷的70%以上，为保证供电可靠性，变电站装设两台主变压器。2.3调压方式的确定根据原始资料，变电站220KV母线有穿越电流，电压变动较大，为了保证110KV、10KV母线供电质量，应该选择有载调压变压器。2.4主变台数及额定容量的确定变电所的一、二类负荷较大，为保证供电可靠性，考虑装设两台变压器，又考虑到变压器正常运行和事故时的过负荷能力，对两台变压器的变电所每一台额定容量按下式进行选择：SN=0.7×304.3=213.01(MVA)2.5主变型号的确定1.相数依据设计原则（330kv及以下电力系统中，一般都选用三相变压器）和给定的电压等级，以及实际需要考虑选择三相变压器，容量比为100/100/100。2.绕组的确定依据设计要求，本所具有三个电压等级，可选用三绕组变压器或自耦变压器。（1）自耦变压器39 220KV降压变电站设计自耦变压器与普通变压器不同的地方，主要是其一次绕组和二次绕组除了磁的联系外，还有电路上的联系，而普通变压器的一次绕组与二次绕组只有磁的联系，在电路上是彼此分开的。（2）三绕组变压器三绕组变压器每个绕组通过的容量应达到额定容量的15%以上，否则绕组未能充分利用，下面验证通过主变各侧的功率是否达到主变容量的15%以上。①220kv侧：Smax2200/SN=[304.3/(2×150)]×100%=101.4%>15%②110kv侧：Smax110/SN=[301.2/(2×150)]×100%=100.4%>15%③10kv侧：Smax10/SN=[56.8/(2×100)]×100%=28.4%>15%因此本所将选用三绕组变压器，为保证110kv及10kv系统电压质量，故两台主变均采用有载调压方式。2.6所选变压器主要技术参数如下表型号额定容量（KVA）额定电压（KV）连接组标号损耗（KW）空载电流（%）阻抗电压（%）高压中压低压短路空载高低高中中低SFPZ7-150000/22015000022012110．53538．5YN，yn0,d115701700.822～2412～147～9表2-1sfpz7-15000的参数表主变选择：SFPZ7-150000/220型变压器两台。3.所用变的配置3.1变电所的所用变接线39 220KV降压变电站设计变电所的所用电负荷，一般都比较小，其可靠性要求远不主变那样高，变电所的主要所用电负荷是变压器的冷却装置、蓄电池的充放电装置和硅整流设备、照明、油处理设备、检修工具等。对装有高压空气断路器的变电所，还有压缩空气制备系统用电等。这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需380/220V一级，动力与照明采用混合供电。在中小型变电所中，大多只装一台所用变。在大型枢纽变电所或装有同步调相机的变电所中，一般都装设两台所用变压器，分别接在母线的不同分段上。380V所用电母线采用闸刀分段。对于容量不大的变电所，为了节省投资，所用变压器高压侧可用高压熔断器代替高压断路器。3.2所用变压器台数及容量的选择（1）为了保证所用电安全、可靠供电，又考虑到经济问题，本所将设计两台所用变，相互备用。（2）所用变单台容量的选择SN=（0.1～0.5）%·SΣ=（0.1～0.5）%×300000SN取总容量的0.2%,所以单台所用变容量为SN=0.2%×300000=600(MVA)经查找《电气设备实用手册》所用变型号确定为：S9—630/10变压器两台。所选变压器主要技术参数如下表：型号额定容量（KVA）额定电压（KV）阻抗电压（%）连接组标号损耗（W）空载电流（%）质量（kg）外形尺寸（长×宽×高）（mm）高压低压空载短路油器身总质量S9-630/1063010、6.3、60.44.5Y,yn0123060001.2610172028301870×1526×1920表3-1s9-630|10的参数表4.电气主接线选择39 220KV降压变电站设计电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。4.1主接线设计要求4.1.1主接线的设计依据：（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）系统设备容量大小；（5）系统专业对电器主接线提供的具体资料。4.1.2主接线设计的基本要求（1）可靠性：供电可靠性是电力生产和分配的首要要求,主接线首先应满足这个要求。可靠性的具体要求如下：①断路器检修时，不宜影响对系统的供电。②断路器或母线发生故障以及母线计划检修时，应尽量减少回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷供电。③尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。超高压变电所在系统中的位置非常重要，因其供电量大，范围广，发生事故可能使系统稳定发生破坏，甚至电网瓦解，造成巨大是损失，为此，对这种情况的电气主接线提出可靠性的特殊要求。（2）灵活性：主接线必须满足调度灵活、操作方便的基本要求。①调度运行中可以灵活投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源及负荷，满足系统在事故、检修以及结束运行方式下的系统调度运行要求。②检修时，可以方便的停运断路器、母线及保护设备，进行安全检修而不至影响电力网的运行和对用户的供电。③扩建时，可以适应以初期接线过度到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装机组、变压器或线路而不至互相干扰，并且使一次二次大部分的改建工作量减少。（3）经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下尽量做到投资省、占地面积少、电能损耗少。4.2主接线形式4.2.1概述有母线的接线：如单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线。无母线的接线：包括单元接线、桥形接线和角形接线等。4.2.2主接线基本接线形式39 220KV降压变电站设计6～220kv高压配电装置的接线形式，决定于电压等级的高低及出线回路数的多少，有其大致的适用范围。（1）变压器-线路单元接线图4-1变压器-线路单元接线优点：接线简单，设备少，操作简单。缺点：线路故障或检修时，变压器必须停运；变压器故障或检修时，线路必须停运。适用范围：适宜于一机、一变、一线的厂、所（2）桥形接线1）内桥接线：连接桥断路器接在线路断路器的内侧。优点：高压断路器数量少，四回路只需三台断路器，线路的投入和切除比较方便。缺点：①变压器的投入和切除较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路暂时停运。②出线断路器检修时，线路需长时间停运。③连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。适用范围：容量较小的发电厂、变电所，输电线路较长，故障几率较多而主变不能经常切除。2）外桥接线：连接桥断路器接在线路断路器的外侧。优点：设备少，且变压器的投入和切除比较方便。缺点：①线路的投入和切除较复杂，需动作两台断路器。且影响一台变压器暂时停运。②变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。③连接桥断路器检修时，两个回路需解列运行。适用范围：容量较小的变电所，且变压器切换较频繁或线路较短，故障几率较少的情况或系统有穿越功率流经时更宜。3）角形接线：由于保证接线运行的可靠性，以采用3～5度角为宜。优点：①投资少，断路器数等于回路数。②在接线的任一段发生故障时，只需切除这一段及其相连接的元件，对系统影响较小。③接线成闭合环形，运行时可靠、灵活。④每回路都与两台断路器相连接，检修任一台断路器时都不致中断供电。⑤占地面积小。缺点：在开环，闭环两种运行状态时，各支流通过的电流差别很大，使电器选择困难，并使继电保护复杂化，且不便于扩建。适用范围：适用于能一次建成，最终进出线为3～5回的110kv以及以上电压的配电装置，不宜用于有再扩建可能的变电所。（3）单母线接线39 220KV降压变电站设计优点：接线简单清晰，设备少，投资省，运行操作方便，且便于扩建。缺点：可靠性及灵活性差。适用范围：35～63kv配电装置的出线回路数不超过3回时，10～220kv配电装置的回路数不超过2回。（4）单母线分段接线优点：①断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。②当一段母线故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。缺点：①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。②当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。③扩建时需要两个方面均衡扩建。适用范围：35～63KV配电装置出线回路数为4～8回时；110～22kv配电装置出线回路数为3～4回。（5）双母线接线优点：供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于检修和试验。缺点：使用设备多，特别是隔离开关，配电装置复杂，投资较多，且操作复杂容易发生误操作。适用范围：35～63kv配电装置当出线回路数超过8回时，或连接电源较多，负荷较大时；10～220kv配电装置当出线回路超过5回以上时，或当其在系统中居主要地位，出线回路数为4回及以上。（6）双母线分段接线39 220KV降压变电站设计当220kv进出线回路甚多，双母线需分段，分段原则为：①当进出线回路数为10～14回时，在一组母线上用断路器分段；②当进出线回路数在15条以上，两组母线均用断路器分段；③为了限制某种运行方式下220kv母线短路电流或系统解列运行的要求，可根据需要将母线分段；（7）增设旁路母线的接线由于6～10KV配电装置供电负荷小，供电距离短，且一般可在网络中取得备用电源，故一般不设旁路母线；35～60KV配电装置，多为重要用户，为双回路供电，有机会停电检修断路器，所以一般也不设置旁路母线；采用单母线分段式或双母线的110～220KV配电装置一般设置旁路母线，设置旁路母线后，每条出线或主变间隔均装设旁路隔离开关，这样一来，检修任何断路器都不会影响供电，将会大幅度提高供电可靠性。优点：可靠性和灵活性高，供电可靠。缺点：接线较为复杂，且操作复杂，投资较多。适用范围：①出线回路多，断路器停电检修机会多；②多数线路为向用户单供，不允许停电，及接线条件不允许断路器停电检修时。4.3电气主接线方案的确定结合原始资料所提供的数据，权衡各种接线方式的优缺点，最后确定该变电所主接线如下：1.220kv侧共有出线两回，将采用单母线分段带旁母接线方式。2.110kv侧共有出线10回，最大综合负荷为256MW，供电线路中包括市区变电所，为一类负荷，如采用双母线接线方式，只需将出线合理的安排在各段母线上，即可保证任一段母线及出线断路器的检修或故障时对用户继续供电，保证了供电可靠性。因此110kv侧采用双母线接线方式。3.10KV选择单母线分段接线。因为待建变电所10KV出线有Ⅰ、Ⅱ类负荷。Ⅰ类负荷33%，Ⅱ类负荷67%，供电可靠性要求较高，同时负荷采用双回线供电且采用手车式开关柜，所以单母分段接线可以满足要求，为满足供电的可靠性和灵活性，应选择单母分段接线形式。39 220KV降压变电站设计5.短路电流计算5.1短路电流计算的目的在变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的重要有以下几个方面：（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，需要进行必要的短路电流计算。（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。（5）设计接地装置时，需用短路电流。5.2短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用短路电流，一般有以下规定：39 220KV降压变电站设计1、计算的基本情况（1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。（2）所有同步电机都具有自动调节激磁装置（包括强行励磁）。（3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。（4）所有电源的电动势相位角相同。（5）应考虑对短路电流有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻，对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。2、接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。3、计算容量按该设计规划容量计算。4、短路种类均按三相短路计算。5、短路计算点在正常运行方式下，通过电气设备的短路电流为最大的地点为短路计算点。5.3短路电流计算1、系统图及各元件参数如下：图5-1系统图2、选择计算短路点39 220KV降压变电站设计计算220kv、110kv、10kv母线最大、最小方式下的短路电流及短路容量，可满足选择设备和保护整定之用，在下图中，d1，d2，d3分别为对应于220kv、110kv、10kv母线三个短路点。3、等值电路图5-2等值电路（1）、计算：选SN=100（MVA）UB=Uav即平均电压：220kv～230kv110kv～115kv10kv～10.5kv系统S1的标幺值为：XB=0.01Sj=100X″d(B)＊=X″d1＊×=0.67×=0.6285XT1＊=×=×=0.1167XL1＊=XL×=0.4×50×=0.0378XL2＊=XL×=0.4×15×=0.01134计算主变电抗标幺值：UK1%=[UK(1-2)%+Uk(1-3)%-Uk(2-3)%]=(13+23-8)=14Uk2%=[UK(1-2)%+Uk(2-3)%-Uk(1-3)%]=(13+8-23)=-10Uk3%=[UK(1-3)%+Uk(2-3)%-Uk(1-2)%]=(23+8-13)=939 220KV降压变电站设计XT2-1*=XT3-1*=×=×=0.0933XT2-2*=XT3-2*=×=0XT2-3*=XT3-3*=×=×=0.06（2）d1点发生三相短路（220kv母线）图5-3三相短路X3＊=XB+XL1＊=0.01+0.0378=0.0478X4＊=X″d(B)＊+XT1＊+XL2＊=0.6285+0.1167+0.01134=0.7565各等值电源对短路点的计算电抗为：XJS＊S1=X3*×=0.0478×=0.0478XJS＊S2=X4*×=0.7565×=2.667由得出I″＊S1=10由得出I″＊S2=0.36d1点总的次暂态短路电流为：I″=I″＊S1+I″＊S2=I″＊S1×+I″＊S2×=10×+0.36×=2.781（KA）得出：冲击电流Ish=KshI″=×1.8×2.781=7.078（KA）39 220KV降压变电站设计由得出I″＊S12。0=2.7I″＊S14。0=2.5由得出I″＊S22。0=2.4I″＊S24。0=2.36I2.0=Is1+Is2=I″＊S12。0×+I″＊S22。0×=2.7×+2.4×=2.4852（KA）I4.0=Is1+Is2=I″＊S14。0×+I″＊S24。0×=2.5×+2.36×=2.4046（KA）（3）d2点发生三相短路（110kv母线）对等值电路进行化简得：图5-4化简图之后进行Y→△X5＊=（XT2-1＊+XT2-2＊）=（0.0933+0）=0.0467X6＊==0.0478+0.0467+=0.097X7＊==0.7565+0.0467+=1.542239 220KV降压变电站设计计算电抗：XJS＊S1=X6*×=0.097×=0.097XJS＊S2=X7*×=1.5422×=5.436由得出：I″＊S1=10由得出：I″＊S2=0.184d2点的次暂态短路电流为：I″=I″＊S1+I″＊S2=I″＊S1×+I″＊S2×=10×+0.184×=5.297（KA）冲击电流：Ish=KshI″=×1.8×5.297=13.48（KA）由得出I″＊S12。0=2.7I″＊S14。0=2.5由得出I″＊S22。0=0.184I″＊S24。0=0.184I2.0=Is1+Is2=I″＊S12。0×+I″＊S22。0×=2.7×+0.184×=1.632（KA）I4.0=Is1+Is2=I″＊S14。0×+I″＊S24。0×=2.5×+0.184×=1.532（KA）（4）d3点发生三相短路（10kv母线）对等值电路进行化简得：39 220KV降压变电站设计图5-5化简图之后进行Y→△X8＊=（XT2-1＊+XT2-3＊）=（0.0933+0.06）=0.1533X9＊==0.097+0.1533+=0.2599X10＊==1.5422+0.1533+=3.1328计算电抗为：XJS＊S1=X9*×=0.2599×=0.2599XJS＊S2=X10*×=3.1328×=11.04由得出：I″＊S1=4.2由得出：I″＊S2=0.09d3点的次暂态短路电流为：I″=I″＊S1+I″＊S2=I″＊S1×+I″＊S2×=4.2×+0.09×=24.58（KA）39 220KV降压变电站设计冲击电流：Ish=KshI″=×1.8×24.58=62.56（KA）由得出I″＊S12。0=2.45I″＊S14。0=2.4由得出I″＊S22。0=0.09I″＊S24。0=0.09I2.0=Is1+Is2=I″＊S12。0×+I″＊S22。0×=2.45×+0.09×=14.965（KA）I4.0=Is1+Is2=I″＊S14。0×+I″＊S24。0×=2.4×+0.09×=14.68（KA）短路电流计算结果表短路点I″（kv）Ish（kv）I2.0（kv）I4.0（kv）d12.7817.0782.48522.4064d25.29713.481.6321.532d324.5862.5614.96514.68表5-1短路电流计算结果表6.设备的选择和校验6.1设备选择的原则和规定导体和设备的选择设计，应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。6.1.1一般原则（1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。（2）应力求技术先进和经济合理。（3）选择导体时应尽量减少品种。（4）应按当地环境条件校核。（5）扩建工程应尽量使新老电器型号一致。（6）选用的新产品，均应有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。39 220KV降压变电站设计6.1.2有关规定1、技术条件选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压过电流的情况下保持正常运行。（1）长期工作条件a、电压：选用的电器允许的最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压，即Umax>Ug，当额定电压在220KV及以下时为1.15UN。额定电压与设备最高电压受电设备或系统额定电压供电设备额定电压设备最高电压220kv230242110kv12112610kv10.511.5表6-1b、电流：选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即Ie≥Ig。由于高压电器没有明显的过载能力，所以在选择其额定电流时，应满足各种方式下回路持续工作电流。c、机械负荷：所选电器端子的允许负荷，应大于电器引下线在正常运行和短路时的最大作用力。（2）短路稳定条件①检验的一般原则电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，校验的短路电流，一般取三相短路时的短路电流。②短路的热稳定条件：Itt²>QdtQdt—在计算时间tjs秒内，短路电流的热效应（KA².S）It—t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA）T—设备允许通过的热稳定电流时间（S）③短路的动稳定条件ｉch≤ｉdfIch≥Idfｉch—短路冲击电流峰值（KA）ｉdf—短路全电流有效值Ich—电器允许的极限通过电流峰值（KA）Idf—电器允许的极限通过电流有效值（KA）④绝缘水平在工作电压和过电压下，电气的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算选用适当的电压保护设备。39 220KV降压变电站设计2、环境条件选择导体时，应按照当地环境条件校核。原始资料提供环境条件如下：年最高气温+38°C，最低气温-38°C，最高月平均温度25°C，年平均温度+10°，地震烈度<6级。6.2断路器、隔离开关的选择和校验6.2.1断路器选择的技术条件1、电压：UN≥Ug(Ug为电网工作电压)2、电流：IN≥Igmax3、开断电流（或开断容量）：Idt≤Ikd（或Sdt≤Skd）Idt—断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量Ikd—断路器额定开断电流Sdt—断路器额定t秒的开断容量Skd—断路器额定开断容量4、短路关合电流选择：iNSC≥ich5、动稳定校验：imax>ich6、热稳定校验：I²∞tdz≤It²t6.2.2断路器型式和种类的选择按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：多油断路器、少油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器等。断路器型式的选择，除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并以技术经济比较后确定。6.2.3隔离开关的选择及校验原则1、种类和形式的选择隔离开关按安装地点的不同，可分为屋内和屋外式，按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式。其型式的选择应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素进行综合经济比较。2、额定电压选择：Ug≤UN3、额定电流选择：Ig≤IN4、动稳定校验：ich≤imax5、热稳定校验：I2∞tdz≤It2t6.2.4断路器、隔离开关的选择和校验1、电压选择：220kv侧：Ug=1.1Ue=230kv110kv侧：Ug=1.1Ue=121kv10kv侧：Ug=1.1Ue=10.5kv2、电流选择：39 220KV降压变电站设计由于高压断路器没有连续过流的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。（1）220kv侧①按额定电压选：UN≥UNSUNS=220kv所以UN=220kv②按长期工作电流选择：IN≥Imax220kv进线：Imax=1.05×=1.05×=826.7（A）主变侧：Imax=1.05×=1.05×=413.3（A）母联分段开关：Imax===559（A）为了尽量减少同类设备的不同型号给日常运行、检修及试验带来不便，因此220kv系统将选择同类型的220kv断路器、隔离开关。③额定开断能力选：INbr≥I″d1=2.781（KA）根据上述要求，查《电力设备实用手册》可选断路器和隔离开关型号如下：名称型号UN（kv）IN（KA）额定开断电流（KA）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）固定分闸时间断路器LW7-220220125050100（峰值）40（3S）0.025隔离开关GW4-22022012508031.5（4S）④热稳定校验：取tk=4（s）2（s）及4（s）的短路电流值如下：I″=2.781（KA）I2.0=2.4852（KA）I4.0=2.4046（KA）Ish=7.078（KA）由于tk>1s不计非周期热效应。短路电流的热效应QK等于周期分量热效应Qp，即：QK===25[(KA）2.S]断路器：Qp==402×3＝4800[(KA）2.S]>QK隔离开关：Qp==31.52×3＝3969[(KA）2.S]>QK因此满足热稳定校验⑤动稳定校验：断路器：Ip=100（KA）>ish39 220KV降压变电站设计隔离开关：Ip=80（KA）>ish因此动稳定校验合格⑥经校验设备的技术参数如下：名称型号LW7-220GW4-220计算数据额定电压（KV）220220220额定电流（A）12501250826.7额定开断电流（KA）50I″d1=2.781动稳定电流（KA）10080ish=7.078热稳定电流（KA）40（3S）31.5（4S）热脉冲QP（KA2S）4800396925表6-2（2）110kv侧①按额定电压选：UN≥UNSUNS=110kv所以UN=110kv②按长期工作电流选择：IN≥Imax主变侧110kv：Imax=1.05×=1.05×=826.6（A）110kv母联分段开关：Imax===1106.7（A）110kv出线最大负荷：Imax===308（A）为了尽量减少同类设备的不同型号给日常运行、检修及试验带来不便，因此110kv系统中的断路器和隔离开关选择为同一类型。③按额定开端能力选：INbr≥I″d2=5.297（KA）根据上述要求，查《电力设备实用手册》可选断路器和隔离开关型号如下：名称型号UN（kv）IN（KA）额定开断电流（KA）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）固定分闸时间断路器LW6-110110125050100（峰值）40（3S）0.025隔离开关GW4-11011012508031.5（4S）表6-3④热稳定校验：取tk=4（s）2（s）及4（s）的短路电流值如下：I″=5.297（KA）I2.0=1.632（KA）I4.0=1.532（KA）Ish=13.48（KA）由于tk>1s不计非周期热效应。短路电流的热效应QK等于周期分量热效应Qp，即：QK===19[(KA）2.S]39 220KV降压变电站设计断路器：Qp==402×3＝4800[(KA）2.S]>QK隔离开关：Qp==31.52×3＝3969[(KA）2.S]>QK因此满足热稳定校验⑤动稳定校验：断路器：Ip=100（KA）>ish隔离开关：Ip=80（KA）>ish因此动稳定校验合格⑥经校验设备的技术参数如下：名称型号LW7-110GW4-110计算数据额定电压（KV）110110110额定电流（A）12501250864.5额定开断电流（KA）50I″d2=5.297动稳定电流（KA）10080Ish=13.48热稳定电流（KA）40（3S）31.5（4S）热脉冲QP（KA2S）4800396919表6-4（3）10kv侧①按额定电压选：UN≥UNSUNS=10kv所以UN=10kv②按长期工作电流选择：IN≥Imax主变侧10kv：Imax=1.05×=1.05×=9093.5（A）由此可见，若按主变10kv侧容量来选，数据结果较大，选不到合适的设备。因此10kv侧按最大负荷来选。Imax=1.05×=1.05×=3443.4（A）10kv母线分段开关：Imax===2295.6（A）10kv出线最大负荷：：Imax===656（A）为了尽量减少同类设备的不同型号给日常运行、检修及试验带来不便，因此110kv系统中的断路器和隔离开关选择为同一类型。③按额定开端能力选：INbr≥I″d2=24.58（KA）根据上述要求，查《电力设备实用手册》可选断路器和隔离开关型号如下：39 220KV降压变电站设计名称型号UN（kv）IN（KA）额定开断电流（KA）动稳定电流（KA）热稳定电流（KA）固定分闸时间断路器ZN12-10/200010200050125（峰值）50（3S）0.06隔离开关GW2-10T/300010300016075（5S）表6-6④热稳定校验：取tk=4（s）2（s）及4（s）的短路电流值如下：I″=24.58（KA）I2.0=14.965（KA）I4.0=14.68（KA）Ish=62.56（KA）由于tk>1s不计非周期热效应。短路电流的热效应QK等于周期分量热效应Qp，即：QK===1019.7[(KA）2.S]断路器：Qp==502×3＝7500[(KA）2.S]>QK隔离开关：Qp==752×5＝28125[(KA）2.S]>QK因此满足热稳定校验⑤动稳定校验：断路器：Ip=125（KA）>ish隔离开关：Ip=160（KA）>ish因此动稳定校验合格⑥经校验设备的技术参数如下：名称型号LW7-10GW4-10计算数据额定电压（KV）101010额定电流（A）200030003443.4额定开断电流（KA）50I″d2=24.58动稳定电流（KA）10080Ish=62.56热稳定电流（KA）50（3S）75（5S）热脉冲QP（KA2S）7500281251019.7表6-76.3裸导体选择6.3．1概述裸导体一般按下列各项选择和校验：①导体材料、类型和敷设方法；②导体截面；电晕；④热稳定；⑤动稳定；⑥共振频率。6.3.2导体材料、类型和敷设方式39 220KV降压变电站设计常用导体材料有铜、铝和铝和金。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，是很好的母线材料。其缺点：铜在工业上有很多重要用途，而且储量不多，价值较贵，因此铜母线只用在空气中含腐蚀性气体（如靠近海岸或化工厂）的屋外配电装置中。铝的电阻率为铜的1.7～2倍，重度只有铜的30%，而且储藏量多，价格也低，因此，在屋内和屋外配电装置中都广泛采用铝母线。其缺点：当铝与铜或其它金属连接时，由于铝在常温下迅速氧化，生成一层氧化铝薄膜，它的电阻很大（电阻率达1010欧·米），而且不容易清除。同时铜铝之间有相位差，使铝受到严重腐蚀，接触电阻更大，造成运行中温度增高，高温下腐蚀更会加快，这样的恶性循环致使接触处温度更高。钢的电阻率为铜的6～8倍，用于交流时，还有很大的磁滞损耗和涡流损耗，它的优点三机械强度大和价廉。因此，钢母线只适用于高压、小容量电路[如电压互感器、小容量厂（所）用变压器的高压侧]，工作电流不大于300～400安的低压电路以及直流电路中。常用的硬导体截面有矩形、槽形、管形。回路正常工作电流在4000A及以下时，一般选用矩形导体。在4000-8000A时，一般选用槽形导体。对于容量为2000MW及以上的发电机引出线和厂用电源、电压互感器等分支线，应采用全连式分相封闭母线。容量200-500MW发电机的封闭母线，一般采用定性产品。110kv及以上高压配电装置，一般采用软导线（钢芯铝绞线）。（一）220kv母线选择（1）按导体长期发热允许工作电流选择KIal≥ImaxImax=1.05×=1.05×=826.7（A）式中K—与实际环境温度和海拔有关的综合校正系数Ial—在额定环境温度θ0=+25ºC时导体允许电流，AImax—导体所在回路中的最大持续工作电流，A修正温度系数为：K===0.89选择LBGLJ/II630/55型厚铝层铝包钢芯铝绞线，长期允许载流量为1016（A）Ial38°C=KθIal20°C=0.89×1016=904.24>Imax826.7（A）∴220kv母线可选LBGLJ/II630/55型厚铝层铝包钢芯铝绞线，能满足要求。（2）电晕电压校验查《电力工程电气设计手册》得知，所选导体型号可不进行电晕电压校验。（3）热稳定校验短路热稳定决定的导体最小截面为SminSmin===57.5（mm2）而所选导体截面630mm2>Smin，能满足热稳定校验。（4）动稳定校验39 220KV降压变电站设计（5）软导体不必进行动稳定校验。（二）110kv母线选择（1）按导体长期发热允许工作电流选择KIal≥ImaxImax=1.05×=1.05×=826.6修正温度系数为：K===0.89选择LBGLJ/II630/55型厚铝层铝包钢芯铝绞线，长期允许载流量为1016（A）Ial38°C=KθIal20°C=0.89×1016=904.24>Imax826.6（A）∴110kv母线可选LBGLJ/II630/55型厚铝层铝包钢芯铝绞线，能满足要求。（2）电晕电压校验查《电力工程电气设计手册》得知，所选导体型号可不进行电晕电压校验。（3）热稳定校验短路热稳定决定的导体最小截面为SminSmin===50.12（mm2）而所选导体截面630mm2>Smin，能满足热稳定校验。（4）动稳定校验软导体不必进行动稳定校验。（三）10kv母线选择（1）按导体长期发热允许工作电流选择KIal≥ImaxImax=1.05×=1.05×=1732（A）选择单条125×10矩形铝导体（平放），长期允许载流量为2063（A）Ial38°C=KθIal20°C=0.89×1016=904.24>Imax826.6（A）∴110kv母线可选单条125×10矩形铝导体（平放），能满足要求。（2）电晕电压校验查《电力工程电气设计手册》得知，所选导体型号可不进行电晕电压校验。（3）热稳定校验短路热稳定决定的导体最小截面Smin为：Smin===367（mm2）而所选导体截面125×10=1250mm2>Smin，能满足热稳定校验。（4）按短路动稳定校验对单条矩形导体而言，导体最大相间应力δph应小于导体材料允许应力δal，即δph<δal。导体材料允许应力δal：硬铝7×106Pa。39 220KV降压变电站设计选单条125×10矩形铝导体（平放），母线垂直布置，绝缘子跨距L=1.2m，相间距a=0.75m，两端固定跨距时取频率系数Nf=3.56，铝导体材料的弹性模量E=7×1010Pa。铝的密度为ρAl=2710kg/m3，那么单位铝导体的质量为：m=h×b×ρAl=0.125×0.01×2710=3.39（kg）导体截面惯性距J=bh3/12=0.01×0.1253/12=1.63×10-6（m4）导体自振频率：f===454（Hz）>155（Hz）∴动稳定应力系数β≈1单位长度导体上所受相间电动力为：==1.73×10-7（60.4×103）2/0.75=841.5（N/cm2）导体的截面系数W，在三相系统平行布置时，对于长边为h，短边为b的矩形导体，当长边呈水平布置，每相为单条时，W取值为bh2/6，那么===（m3）母线相间应力===4.66×106=（Pa）<δal=7×106（Pa）可见，选单条125×10矩形铝导体（平放），能满足动稳定校验。6.4互感器的选择和校验6.4.1电流互感器的选择1）为满足测量、保护、自动装置的同期点选择要求，凡装断路器回路以及变压器出口均应安装电流互感器。中性点直接接地的三相电网，电流互感器按三相配置，中性点非直接接地的电网，电流互感器按两相配置，变压器回路按三相配置。为防止支持式电流互感器套管闪络，而造成的母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器内侧。2）当电流互感器用于测量时，其一次侧额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表的最佳工作状态，并在过负荷时使仪表有适当的指示。二次额定电流选用5A。电流互感器的准确级必须大于等于所接仪表和继电保护要求的准确级，当所接仪表有不同的准确级时，应按相应最高级来确定电流互感器的准确（一）220kv1、220kv进线电流互感器1）额定电压：UN=220kv2）额定电流：IN1≥Imax=826.6（A）3）准确级：由于回路中接有计费电流表，故选用0.5级按上述要求查《电力设备实用手册》，220kv进线电流互感器选为：LB—220电流比为1000/5（A）。39 220KV降压变电站设计2、主变220kv侧和220kv母联断路器电流互感器1）额定电压：UN=220kv2）额定电流：IN1≥Imax=413.3（A）3）准确级：由于回路中接有计费电流表，故选用0.5级按上述要求查《电力设备实用手册》，主变220kv侧和220kv母联断路器电流互感器选为：LB—220电流比为600/5（A）。（二）110kv1、110kv出线电流互感器1）额定电压：UN=110kv2）额定电流：IN1≥Imax=308（A）3）准确级：由于回路中接有计费电流表，故选用0.5级按上述要求查《电力设备实用手册》，110kv出线电流互感器选为：LCWD—110电流比为400/5（A）。（采用完全星形接线法）2、主变110kv侧110kv分段出线回路电流互感器1）额定电压：UN=110kv2）额定电流：IN1≥Imax=1106.7（A）3）准确级：由于回路中接有计费电流表，故选用0.5级按上述要求查《电力设备实用手册》，110kv出线电流互感器选为：LCB—110电流比为50～1200/5（A）。（采用完全星形接线法）（三）10kv1、10kv出线电流互感器1）额定电压：UN=10kv2）额定电流：IN1≥Imax=456（A）3）准确级：由于回路中接有计费电流表，故选用0.5级按上述要求查《电力设备实用手册》，110kv出线电流互感器选为：LB—10电流比为600/5（A）。（采用完全星形接线法）2、主变10kv侧10kv分段出线回路电流互感器1）额定电压：UN=10kv2）额定电流：IN1≥Imax=3443.4（A）3）准确级：由于回路中接有计费电流表，故选用0.5级按上述要求查《电力设备实用手册》，110kv出线电流互感器选为：LMZ1—10电流比为4000～5000/5（A）。（采用完全星形接线法）6.4.2电压互感器的选择1、220kv母线电压互感器220kv母线为双母线分段，每段各装设一组电压互感器。查《发电厂电气部分》附表9选型如下：39 220KV降压变电站设计型号额定电压（kv）一次绕组额定容量最大容量（V·A）一次绕组二次绕组辅助绕组（V·A）1级JCC2—220220/0.1/0.15002000表6-8J：电压互感器C：串级式C：瓷绝缘2、110kv母线电压互感器110kv母线为双母线，每段母线各装设一组电压互感器。查《发电厂电气部分》附表9选型如下：型号额定电压（kv）一次绕组额定容量最大容量（V·A）一次绕组二次绕组辅助绕组（V·A）1级JCC2—110110/0.1/0.15002000表6-9J：电压互感器C：串级式C：瓷绝缘3、10kv母线电压互感器10kv母线为单母线，每段母线各装设一组电压互感器。1）一次电压：1.1UWN≥UN1≥0.9UWN故UN1=10kv2）二次电压：主二次绕组线电压为100kv附加二次绕组为100/3v3）准确度等级：由于回路中接有计费电能表，故选用0.5级查《发电厂电气部分》附表9选型如下：型号额定电压（kv）一次绕组额定容量最大容量（V·A）一次绕组二次绕组辅助绕组（V·A）0.5级JSJW—10100.10.1/3120960表6-10JSJW—10型为三相五柱式电压互感器，三相容量为120V·A，接线为YN，yn.d0。J：电压互感器39 220KV降压变电站设计S：三相J：油浸式W：五柱三绕组熔断器的选择熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害，多用来保护电压互感器。对于保护电压互感器的高压熔断器，只需按额定电压（UN1≥UNS）及额定容量两项来选择。1）110kv及以上电压等级PT只经隔离开关与电网连接2）35kv及以下电压等级PT经隔离开关与高压熔断器介入电网。熔断器的作用是为了防止PT过载或断路，保护PT不至损坏。配电装置的布置配电装置是指发电厂、变电所中所有开关设备、保护设备、测量设备、母线以及必要的辅助设备组成的装置。它集电力、结构、土建等技术与一体的装置。其作用是接受和分配电能，发生故障时通过自动或手动操作迅速切除故障，恢复正常运行。配电装置以电气接线为主要依据，是实现电气主接线的重要装置，涉及到高压绝缘技术、装置的操作与维护、检修、安全等问题。1、配电装置的分类配电装置按安装地点的不同分为屋内式和无外式，按组装方式不同分类为装配式和成套式。35kv及以下配电装置采用屋外式，110kv及以上配电装置采用屋外式。2、220kv和110kv屋外配电装置方案的选择根据母线和电气设备布置的相对高度，屋外配电装置一般为普通中型、半高型和高型三种方案，下面对三种方案进行全面的分析比较：（1）中型配电装置是将所有设备都装在同一水平面内，带电部位对地面保持必要的高度，人可在地面安全活动。其优点是布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和检修都比较方便，构架高度较低，抗震性好，造价低，缺点是占地面积大。（2）半高型配电装置是将母线及母线隔离开关抬高，将断路器、电流互感器等电气设备布置在母线下面。其优点是紧凑清晰，占地面积少，钢材损耗较少，且运行检修条件有所改善。（3）高型是将一组母线和另一组母线重叠布置，母线下无电气设备，其断路器为双列布置，两个回路共用一个间隔。其优点是占地面积小，母线、绝缘子串和控制电缆的用量也少，缺点是钢材损耗大，土建投资大，检修条件较差。因此220kv采用屋外中型、110kv采用屋外半高型。39 220KV降压变电站设计7.避雷器的选择7.1避雷器的型式选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，宜按下表选择。阀型避雷器的应用范围：型号型式应用范围FS配电用普通阀型10kv及以下的配电系统，电缆终端盒FZ电站用普通阀型2-220kv发电厂、变电所的配置FCZ电站用磁吹阀型1、330kv及需要限制操作过电压的220kv及以下配电装置2、降低绝缘的配电装置3、布置场所特别狭窄或高雷烈度地震区4、某些变压器的中性点FCD旋转电机用磁吹阀型用于旋转电机，屋内图7-139 220KV降压变电站设计7.2避雷器参数（1）额定电压：避雷器的额定电压应与系统的额定电压一致（2）灭弧电压：按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）。在中性点非直接接地的电网中应不低于设备最高运行线电压。在中性点直接接地的电网中应取设备最高运行线电压的80%。（3）工频放电电压：在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般应大于最大运行相电压的3.5倍。在中性点直接接地的电网，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压大于灭弧电压的1.8倍。（4）冲击放电电压和残压：一般国产阀型避雷器的保护特性与各种电气的绝缘均可配合，故此项校验从略。（1）10kv侧初选FZ-10（普通阀式避雷器）Uby=12.7kvUbe=10kvUNS=10kvUxg=10/=5.77kv