220kV降压变电站设计

来源：好土汽车网

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本科生毕业论文

220/110/10kV降压变电所设计

继续教育学院电气工程及其自动化

杨文中 1143202353 2016 年 5 月 10 日

华北电力大学继续教育学院

220/110/10kV降压变电所设计

杨文中指导老师：刘伟

摘要：本设计主要介绍了220/110/10 kV变电所电气部分初步设计内容和方法。设计的内容有主接线方案的确定，主变压器的选择，短路电流的计算,母线、断路器、隔离开关、熔断器、绝缘子、穿墙套管的选择和校验，互感器的配置，防雷保护的设计，以及继电保护的设计和整定计算。关键词：变电所；主接线；变压器；继电保护

The Tentative Design of Electrical Engineering

in 220/110/10 kV substation

Yang Wenzhong Tutor:

Abstract: This design introduces the content and methods of 220/110/10 kV substation electrical part of the preliminary design. Design the content of the main wiring program, the choice of the main transformer short-circuit current calculation, bus, circuit breakers, isolating switches, fuses, insulators, selection and validation of the wall bushing, transformer configuration, lightning protection design, as well as the design of the relay and setting calculation. Key words: substation；main wiring；transformer；relay protection

前言

电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。

由于电能在工用电。若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。

变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户的中间环节。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。将压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是220KV降压变电站。它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。

本设计是根据毕业设计的要求，针对220/110/10kV降压变电所毕业设计论文。本次设计主要是一次变电所电器部分的设计，并做出阐述和说明。论文包括选择变电所的主变压器的容量、台数和形式，选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数，并且通过计算，详细的校验了公众不同设备的热稳定和动稳定，并对其选择进行了详尽的说明。同时经过变压器的选择和变电所所带负荷情况，确定本变电所电气主接线方案和高压配电装置及其布置方式，同时根据变电所的电压等级及其在电力网中的重要地位进行继电保护和自动装置的规划设计，最后通过对主接线形式的确定及所选设备的型号绘制变电所的主接线图、平面图、和继电保护配置图和继电保护原理图。

1 设计内容及要求

1.1 设计的原始资料及依据

(1)概述

本变电所是按系统规划，为满足某城镇负荷需要而建设的枢纽变电站，电压等

级为220/110/10kV。

(2)所址地理及气象条件

本变电所为某城镇的新建220kV降压变电所，拟建于城郊，距城区约10km，当地年最高气温36℃，年最低气温-20℃，最热月平均最高气温35℃，最冷月平均最低气温-15℃。当地海拔高度为600m，雷暴日为100日/年。 (3)本设计中各级电压侧年最大负荷利用小时数为：

220kV侧 Tmax=3600小时/年 110kV侧 Tmax=4600小时/年 10kV侧 Tmax=4000小时/年

(4)所用负荷有：主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为60kW，锅炉动力、检修间动力、主变冷却装置动力等为250kW。

(5)所址概括：该变电所地势较平，占地面积大，交通便利，出线走廊开阔，地震烈度为7度，该所接近负荷中心，区域稳定可满足建所要求。

(6)系统情况

系统至本变电所220kV母线的标幺电抗（Sd=100MVA） (7)设计内容

本设计只做电气部分的初步设计，不作施工设计和土建设计。主要设计范围为：⑴确定电气主接线；⑵主变压器的选择；⑶短路电流计算；⑷断路器和隔离开关选择；⑸母线和出线选择；⑹限流电抗器选择（必要时）；⑺电流互感器和电压互感器选择；⑻高压熔断器选择（必要时）；⑼支持绝缘子和穿墙套管选择；⑽消弧线圈选择（必要时）；⑾避雷器选择；⑿配电装置设计；⒀配电装置防雷设计；⒁自动重合闸接线设计；⒂继电保护及整定计算。 1.2 负荷统计 1.2.1 站用负荷

表1-1 110kV负荷

有功功率同

cosφ

时系数 0.95

0.9

无功功率同时系数

0.97

回路数 2

用户名称站用

最大负荷（KW）

310

1.2.2 110kV负荷

序号 1

2 3

用户名称医院炼钢厂砖窑厂

表1-2 110kV负荷

最大负荷cosφ 有功功率（KW）同时系数

7800

54000 38000

0.95 0.9 0.85

0.85 0.9 0.9

无功功率同时系数 0.95 0.95 0.93

回路数

2 2 2

1.2.3 10kV负荷

表1-3 10kV负荷

序号 1 2 3 4 5 6

用户名称矿机厂汽车厂电机厂饲料厂制药厂机械厂

最大负荷（KW）

1200 2100 2400 6000 5500 5800

cosφ 0.85 0.9 0.86 0.7 0.8 0.9

有功功率同时

系数

0.9 0.85 0.86 0.89 0.85 0.9

无功功率同时系数

0.93 0.95 0.96 0.95 0.95 0.97

回路数 2 2 2 2 2 2

1.3 工程概况

1.3.1 工程建设规模

各级电压出线回路数：

1）220 kV：电源进线2回（本站距离系统电源80公里）； 2）110 kV：出线6回（工厂3回、3回备用）； 3）10kV：出线12回。

根据以上所址概述，可了解到该设计中变电所的周边环境情况，可推测该所地处平原地区，占地面积大，由此根据变电所配电系统和配电装置的设计原则，对本变电所进行高压配电系统及配电装置设计；接近负荷中心，则要求供电的可靠性、调度的灵活性更高，由10kV电压送电，该负荷侧可采用双回路送电。

2 电气主接线的设计

发电厂和变电所的电气主接线是指由发电机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路。电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电所电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护配置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。

2.1 电气主接线设计概述

2.1.1 对电气主接线的基本要求

电气主接线的基本要求：

（1）电气主接线应根据系统和用户的要求，保证供电的可靠性和电能质量。对三类负荷以一个电源供电即可。对一类负荷和二类负荷占大多数的用户应由两个独立电源供电，其中任一电源必须在另一电源停止供电时，能保证向重要负荷供电。

电压和频率是电能质量的基本指标，在确定电气主接线时应保证电能质量在允许的变

动范围之内。

（2）电气主接线应具有一定得灵活性和方便性，以适应电气装置的各种运行状态。不仅要求在正常运行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或设备检修及故障时，也能适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式，使停电时间最短，影响范围最小。

（3）电气主接线应在满足上述要求的前提下，尽可能经济。应尽量减少设备投资费用和运行费用，并尽量减少占地面积，同时注意搬迁费用、安装费用和外汇费用。

（4）具有发展和扩建的可能性。电气主接线在设计时应尽量留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能的不影响连续供电或在停电时间最短的情况下完成过渡方案的实施。

2.1.2 变电所电气主接线的设计原则

变电所主接线的设计必须满足上述四个基本要求，以设计任务书为依据，一国家经济建设方针、政策及有关技术规范为准则，结合工程具体特点，准确地掌握基础资料，做到既要技术先进，又要经济实用。

在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书事必不可少的。它将根据国家经济发展及电力负荷增长率的规划，给出所设计的变电所的容量、电压等级、出线回路数、主要是负荷要求、电力系统参数和对变电所的而具体要求，以及设计的内容和范围，这些原始资料是设计的依据，必须进行详细的分析和研究，从而可以初步拟定一些主接线方案。国家方针政策、技术规范和标准是根据国家实际状况，结合电力工业的技术特点而制定的准则，设计时必须严格遵循。结合对主接线的基本要求，设计的主接线应供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。设计时，在进行论证分析阶段，更应该辩证的统一供电可靠性与经济性的关系，以使设计的主接线具有先进性和可行性。

我国《变电所设计技术规程》对主接线设计作了如下规定：

在满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线。在110~220kv变电所中，当出现为2回时，一般采用桥型接线；当出线不超过4回时，一般采用单母线分段接线；当枢纽变电所的出线在4回及以上时，一般采用双母线。在35kv变电所中，当出线为2回时，一般采用桥型接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。出线回路数和电源数较多的污秽环境中的变电所，可采用双母线接线。在6~10kv变电所中，一般采用单母线接线或单母线分段接线。

旁路设施可按主接线基本形式中所述的情况设置。 2.1.3 电气主接线的设计步骤

电气主接线的设计伴随着发电厂或变电所的整体设计，即按照工程基本建设程序，经历可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计等四个阶段。在各阶段中随要求、任务的不同，其深度，广度也有所差异，但总的设计思路、方法和步骤相同。

1、对原始资料进行综合分析

（1）变电所的情况，包括变电所的类型，在电力系统中的地位和作用，近期及远景规划容量，近期和远景与电力系统的连接方式和各级电压中性点接地方式、最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。

（2）负荷情况，包括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。电力负荷的原始资料室设计主接线的基础数据，应在电力负荷预测的基础上确定，其准确性直接影响主接线的设计质量。

（3）环境条件，包括当地的气温、湿度、污秽、覆冰、风向、水文、地质、海拔高度及地震等因素。这些对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响，必须予以重视；此外，对重型设备的运输，也应充分考虑。

（4）设备情况。为使所设计的主接线可行，必须对各主要电器的性能、制造能力、供货情况和价格等资料汇集并进行分析比较，保证设计具有先进性、经济性和可行性。

2、确定主变压器的容量和台数

变电所主变压器的容量，一般应按5~10年规划负荷来选择，根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定。对重要变电所，应考虑当1台主变压器停运时，其余变压器容量在记及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电；对一般性变电所，当1台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70﹪至80﹪。

变电所主变压器的台数，对于枢纽变电所在中、低压侧已形成环网的情况下，以设置2台主变压器为宜；对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器，以提高供电可靠性。

3、主接线方案的拟定与选择

根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源盒出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等，可拟定出若干个主接线方案。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2～3个技术上相当，又都能满足任务书要求的方案，在进行经济比较。对于在系统中占有重要地位的大容量变电所的主接线，还应进行可靠性定量分析计算比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的最终方案。

4、所用电源的引接

确定所用电源的引接方式。

5、短路电流计算和主要电气选择

对所选的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。 6、绘制电气主接线图

对最终确定的主接线，按工程要求绘制工程图。 2.2 主接线的基本接线形式及其特点

电气主接线的型式是多种多样的，按有无母线可分为有母线型的主接线和无母线型的主接线两大类。

2.2.1 有母线型的电气主接线

1、单母线接线及单母线分段接线

（1）单母线接线

单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作，又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等，应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上，以减少功率在母线上的传输。

单母接线的优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、经济性好，并且母线便于向两端延伸，扩建方便和采用成套配电装置。

缺点：①可靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，也就成了全厂或全站长期停电。②调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。

适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况： ① 6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回； ② 35～63kV配电装置的出线回路数不超过3回； ③ 110～220kV配电装置的出线回路数不超过两回。（2）单母分段接线

单母线用分段断路器进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性；对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路，由两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将用户停电；两段母线同时故障的几率甚小，可以不予考虑。在可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段，任一母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完成即可恢复供电。

单母线分段接线的缺点是当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；当出线为双回路时，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。

（3）单母线带旁路母线的接线

为了检修出线断路器，但不中断对该出线的供电，可增设旁路母线。当检修电源回路断路器期间不允许断开电源时，旁路母线还可以与电源回路连接，此时还需在电源回路加装旁路隔离开关。有了旁路母线，提高了供电的可靠性，但旁路系统造价昂贵，同时使配电装置运行复杂化，另外检修母线或母线故障期间中断供电。

2、双母线接线及分段接线（1）双母线接线

双母接线有两组母线，并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路，都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现。由于有了两组母线，时运行的可靠性和灵活性大为提高。

其优点主要有：①检修母线时不影响正常供电；②检修任一组母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属回路和与此隔离开关相连的该组母线，其他回路均可通过另一组母线继续运行；③工作母线发生故障后，所有回路能迅速恢复供电；④检修任一出线断路器时，可用母联断路器代替检修的断路器，回路只需短时停电；⑤调度灵活；⑥扩建方便等特点。

缺点:①在倒母线的操作过程中，隔离开关作为操作电器，容易发生误操作；②检修任一回路的断路器或母线故障时，仍将短时停电；③所使用的设备多（母线隔离开关的数目多），并且使配电装置结构复杂，所以经济性能差。

（2）双母线分段接线

为了缩小母线故障的停电范围，可采用双母线分段接线，用分段断路器将工作母线分为两段，每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连，电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。这种接线具有单母线分段和双母线的特点，较双母线接线具有更高的可靠性和灵活性。正常运行时工作母线工作，备用母线不工作，它是单母线分段接线方式，

当一段工作母线发生故障后，在继电保护作用下，分段断路器先自动跳开，而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开，该段母线所连的出线回路停电；随后，将故障段母线所连的电源回路和出线回路倒至备用母线上，即可恢复供电，这样，只是部分短时停电，而不必短期停电，仍是单母线分段运行方式。

双母线分段接线主要用于大容量进出线较多的配电装置中，如220KV进出线达10～14回时，就可采用双母线三分段的接线。在330～500KV的配电装置中，也有采用双母线四分段的。

（3）双母线带旁路母线的接线

为了不停电检修出线断路器，双母线可以带旁路母线，用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作，使该回路不致停电。这种接线运行操作方便，不影响双母线正常运行，但多装了一组断路器和隔离开关，增加了投资和配电装置的占地面积，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。 2.2.2 无母线型的电气主接线

无母线型的电气主接线在电源与引出线之间或接线中各元件之间没有母线连接，常用的有桥型接线、多角形接线和单元接线。

（1）桥型接线适用于仅有两台变压器和两条引出线的发电厂和变电所中。因此，它不适合本设计中对主接线进出线的要求。

（2）多角形接线没有集中地母线，相当于将单母线用断路器按电源和引出线的数目分段，且连接成环形的接线。这种接线一般适用于最终规模已确定的110kV及以上的配电装置中，且以不超过六角形为宜。多角形接线的缺点之一就是扩建困难，因此，此接线型式亦不适合本设计的要求。

（3）单元接线一般适用于只有一台变压器和一回线路时的小容量终端变电所和小容量的农村变电所，因此，此接线也不适合本设计的要求。

2.2.1 220 kV侧主接线方案

本变电站高压侧220 kV进线回路数2回，无出线回路。根据原始资料拟定了两个主接线方案，具体分析如下：方案一：

图2-1 220 kV侧主接线图方案一

如图是单断路器不分段双母线接线，其中Ⅰ母线处于工作状态，Ⅱ组母线处于备用状态，Ⅰ组与Ⅱ组母线之间由母联断路器QF进行联络，正常运行时，母联断路器QF是断开的，每一回进线接到I短母线上的隔离开关是闭合的，接到Ⅱ短母线上的隔离开关是断开的，双母线接线最主要的优点是灵活性高，它具有以下五个功能：

① 检修任意一组母线可不中断供电；

② 检修任意回路的断路器，只中断该回路供电；

③ 工作母线发生故障可通过倒闸操作将所有回路转移到备用母线上，使装置迅速恢复供电；

④ 检修任一回路隔离开关，可用母线联络断路器代替它的工作，不至于使该回路供电长时间中断；

⑤ 在个别回路发生故障，断路器因故不能跳闸时，可用母线联络断路器QF代替切断该回路。

上图这种双母线不分段接线的主要优点是灵活性高，便于扩建，但此种接线的主要缺点有：

① 增加了一组母线,就需要使每回路增加一组母线隔离开关；

② 当母线故障检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作，为了避免隔离开关误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设联锁装置。根据以上分析及相关规范，本方案满足该变电站220 kV侧主接线的要求。方案二：

图2-2 220 kV侧主接线图方案二

方案二是在方案一的基础上增设了一条旁路母线，其目的是为了在进线断路器检修时不中断该回路的供电，提高了供电可靠性，但是比起方案一来说增加了一条旁路母线，旁路短路器，隔离开关等设备，扩大了占地面积，投资增加。

综合考虑本次设计220 kV高压侧接线方式采用方案一，即双母线接线。 2.2.2 110 kV侧主接线方案方案一：如下页图2-3

图2-3 110 kV侧主接线图方案一

如图，本方案为双母线接线，其优缺，在高压侧主接线方案中以作分析，这种主接线运用到中压侧110 kV主接线当中，设计运行方式为双母线同时工作方式，这样可以大大提高双母线的供电可靠性，所谓双母线同时工作，是指两段母线同时带电，母线联络断路器QF闭合的运行，合理分配负荷，这种方式减少了单组母线上的汇流量，如果一段母线故障，只造成部分的线路短时间停电，双母线同时工作这种运行方式适用于一、二、三级负荷，目前在我国35-220 kV的配电装置中采用较多。这种工作方式的缺点是平时没有备用母线。方案二：

图2-4 110 kV侧主接线图方案二

方案二为双母线带旁路母线接线，与方案一双母线接线相比较供电可靠性提高了，从经济上分析比较，由于110 kV侧出线回路多，方案二投资比方案一大，设计中断路器选用六氟化硫断路器，检修周期长，综合分析本设计选择方案一作为站内中压侧110 kV主接线方案。

2.2.3 10 kV主接线设计方案

图2-5 10kV侧主接线图方案

如图本方案采用的是单母线分段接线，其优点如下：

1 用断路器把母线分段后，对重要的负荷可以从不同段引出两个回路,由两个电源供○电；

2一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段自动切除，保证正常母线不间断供电○

和不至使重要负荷停电。缺点：

1 当一段母线或者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停○电；

2 当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越； ○

3 建时需要向两个方向均衡扩建。 ○

母线用断路器QF分为Ⅰ、Ⅱ段，电源和引出线大体上平均分配在两段母线上，母线分段的目的是：减少母线故障时停电范围，例如在Ⅱ段母线上短路时，接在Ⅱ段母线上有电源

的断路器，包括分段断路器QF在继电保护装置的作用下均自动断开，因而Ⅰ段母线可以继续供电，提高了可靠性，另外，在检修母线时也可以分段检修，提高了灵活性。 2.3变电所主接线图最终方案

综合以上各方案，最终确定本变电所主接线，如下页图2-6。

图2-6 主接线图

3 主变压器的选择

3.1负荷计算

3.1.1 110kV侧负荷计算

医院：

P医7.8MW;Ky10.85;cos10.95;Kw10.95;P1Ky1P医0.857.86.63MW

Q1Kw1P1tan12.07MWS医6.6322.0726.95MW

I6.95103医311036.48A

炼钢厂：

P钢35MW;Ky20.9;cos20.9;Kw20.95;P2Ky2P钢0.93531.5MW

Q2Kw2P2tan214.49MWS钢31.5214.49234.67MW

I34.67103钢3110182A

砖窑厂：

P砖18MW;Ky30.9;cos30.85Kw30.93;P3Ky3P砖0.91816.2MW

Q3Kw3P3tan39.34MWS砖16.229.34218.7MW

I18.7103砖311098.15A

110千伏侧合计

P6.6331.516.254.33MWQ2.0714.499.3425.9MW

S211054.3325.9260.19MWI11036.4818298.15316.63A

3.1.2 10千伏侧负荷计算

矿机厂：

P矿1.2MW;Ky10.9;cos10.85;Kw10.93;P1Ky1P矿0.91.21.08MWQ1Kw1P1tan10.622MWS矿1.0820.62221.25MW

I1.25103矿31072.17A

汽车厂：

电机厂：饲料厂：制药厂：机械厂：P汽2.1MW;Ky20.85;cos20.9;Kw20.95;P2Ky2P汽0.852.11.785MW

Q2Kw2P2tan20.821MWS汽1.78520.82121.96MW

I1.96103汽310113.16A

P电2.4MW;Ky30.86;cos30.86;Kw30.96;P3Ky3P电0.862.42.064MW

Q3Kw3P3tan31.176MWS2电2.0641.17622.38MW

I2.38103电310137.4A

P料6MW;Ky40.89;cos40.7;Kw40.95;P4Ky4P料0.8965.34MW

Q4Kw4P4tan45.18MWS料5.3425.1827.44MW

I7.44103料310429A

P药5.5MW;Ky50.85;cos50.8;Kw50.95;P5Ky5P药0.855.54.675MW

Q5Kw5P5tan53.33MWS药4.67523.3325.74MW

5.74103I药310331.4A

P机5.8MW;Ky60.9;cos60.9;Kw60.97;P6Ky6P机0.95.85.22MWQ6Kw6P6tan62.45MW

S机5.2222.4525.77MW

I机5.77103333.13A

31010千伏侧合计：

P1.081.7852.0645.344.6755.2220.064MWQ0.6222.450.8211.1765.183.332.4513.579MW

S1020.064213.579224.31MWI11072.17113.16137.4429331.4333.131416.26A

3.1.3 站用负荷计算

P站0.31MW;Ky0.9;cos60.90;Kw60.97;PKyP机0.90.310.279MWQKwPtan0.13MW

总计：

P74.67MWQ39.609MWS总74.67239.609284.53MW

3.2 主变压器台数和容量的确定

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；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。以下是对变电站主变压器的选择。 3.2.1 主变压器台数的确定

主变压器的台数选择原则为：

（1）对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。

（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所，在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。

（3）对于规划只装设两台主变压器的变电所，以便负荷发展时，更换变压器的容量。根据以上主变压器台数的选择原则以及本设计的要求，该变电所装设两台主变压器。 3.2.2 主变压器容量的选择

1、主变压器容量的确定原则

（1）主变压器容量一般按变电所建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。对于城郊变电所，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%。

（3）同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。应从全网出发，推行系列化、标准化。

2、本变电所主变压器容量的确定

本设计中该地区的负荷预测情况及发展：2017年负荷为84MW,负荷水平增长率为10%。

设该地区负荷的功率因数为0.9，则2018年该地区负荷的视在功率为：P92.4S102.6(MVA)。

cos0.9根据该地区负荷水平增长率10%，可确定未来5～10年的规划负荷，如2018年该地

P9373.33(MVA)；区的负荷有功功率P60(110%)92.4(MW),视在功率Scos0.92019年该地区的负荷有功功率P84(110%)2101.64(MW),视在功率P101.64S112(MVA)；

cos0.92020年该地区的负荷有功功率P84(110%)3111.8(MW),视在功率P111.8S124.2(MVA)；

cos0.9……

2025年该地区的负荷有功功率P84(110%)8180(MW),视在功率P180S200(MVA)

cos0.9该地区未来5～10年的规划负荷情况如表3-1所示。

根据主变压器容量的确定原则，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60%～70%，可以确定单台变压器的额定容量。

2017年变电所单台主变压器的额定容量: SN0.6102.661.65MVA 5—10年规划负荷：

2025年变电所单台主变压器的额定容量: SN100.6200120MVA

综合考虑以上选择原则和本变电所的负荷情况，确定变电所单台主变压器的额定容量： SN120MVA 。

3.3 主变压器型式的选择 3.3.1 主变压器相数的的选择

选择主变压器的相数，需考虑如下原则：

1、当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电站，均应选用三相变压器。

2、当发电厂与系统连接的电压为500KV时，已经技术经济比较后，确定选用三相变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。对于单机容量为300MW、并直接升压到500KV的，宜选用三相变压器。

3、对于500KV变电所，除需考虑运输条件外，尚应根据所供负荷和系统情况，分析一台（或一组）变压器故障或停电检修时对系统的影响。尤其在建所初期，若主变压器为一组时，当一台单相变压器故障，会使整组变压器退出，造成全网停电；如用总容量相同的多台三相变压器，则不会造成所停电。为此要经过经济论证，来确定选用单相变压器还是三相变压器。

在发电厂或变电站还要根据可靠性、灵活性、经济性等，确定是否需要备用相。对于容量、阻抗、电压等技术参数相同的两台或多台主变压器，首先应考虑共用一台备用相。备用相是否需要采用隔离开关和切换母线与工作相相连接，可根据备用相在替代工作相的投入过程中，是否允许较长时间停电和变电所的布置条件等工程具体情况确定之。

根据以上选择原则以及原始资料分析，本变电站选用三相变压器作为主变压器。 3.3.2绕组数量和连接方式的选择

在具有三种电压等级的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需要装设无功补偿设备时，主变压器一般选用三绕组变压器。

变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有丫和△，高、中、低三侧绕组如何结合要根据具体工作来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组多采用丫连接；10kV亦采用丫连接，其中性点多通过消弧线圈接地。10kV以下电压，变压器绕组多采用△连接。由于10kV采用丫连接方式，与220、110系统的线电压相位角为0，这样当变压变比为220/110/10kV，高、中压为自耦连接时，否则就不能与现有10kV系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕组全星接线的变压器，全国投运这类变压器约40～50台。

本设计中变电所具有三种电压等级，即220kV、110kV和10kV，需选用三绕组变压器，变压器绕组的连接方式为Y/Y/。 3.3.3.变电站主变压器型式的选择

具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三饶组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求10kV及以下变电站采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。我国110kV及以上电压变压器绕组都采用Y0连接；220kV采用Y０连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV以下电压变压器绕组都采用连接。

故市郊工业变电所主变应采用的绕组连接方式为：YNyn011

3.3.4 调压方式的确定

常用的调压方式手动调压和有载调压。手动调压用于调整范围±2×2.5％以内；有载调压用于调整范围可达30%，其结构复杂，价格较贵，常用于以下情况：

（1）接于出力变化大的发电厂的主要变压器。

（2）接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作的特点联络变压器。（3）发电机经常在低功率因数下运行时。

规程规定，在满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式(手动调压方式的变压器便于维修)。对于200kv站以往设计由于任务书已经给出系统能保证本站220kv母线的电压波动在+5-0％之内，所以可以采用手动调压方式。

综合以上分析，本设计中该市郊工业变电站的主变宜采用有载调压方式。 3.3.5 主变压器的冷却方式

根据型号有：自然风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。按一般情况，220KV变电站宜选用自然风冷式。 3.3.6 是否选用自耦变压器

选择自耦变压器有许多好处，但是自耦变适用于两个电压级中性点都直接接地的系统中，而本站220KV与110KV是中性点直接接地系统，且其多用于220KV及以上变电所，发电机升压及联络变压器。它经小阻抗接地，短路电流大，造成设备选择困难和对通信线路的危险干扰，且考虑到现场维护等问题，故不采用自耦变压器。 3.3.7 变压器各侧电压的选择

作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在10%电压损耗的情况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于220KV的变电站，考虑到要选择节能新型的，220KV侧应该选230KV,110KV侧选115KV,10KV侧选10.5KV。 3.3.8 全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决

在110KV及以上的中性点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。

如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。

选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

根据原始资料，本站选用两台容量为120 MVA的变压器作为主变压器。数据，明显满

足上述情况。故本市郊变电所主变压器选择三绕组变压器。 3.4主变压器的选择结果

查《电力系统设计手册》，结合原始资料，选定变压器的参数、型号如下：

1）台数：2台

2）容量：120 MVA

3）型号：SFPSZ7-120000/220（三相强迫油循环风冷三绕组有载调压变压器） 4）变比：220/121/11

表3-1 主变压器参数

额定电压(kV)

型号 SFPSZ7-120000/2

高压

中压 121

低压 10.5

高-中 13.4

短路电压（%）高-低 23

中-低 7.84

损耗(kW)

空载 94

短路

高-中 377.1

高-低 460.04

中-低 252.06

空载电流

连接组

220

YN,y

1．25 n0,d1

所以选择两台SFPSZ7-120000/220 型变压器为主变压器。

4 短路电流的计算

4.1 概述

高压短路电流计算一般只计及各元件（即发电机、变压器、电抗器、线路等）的电抗，采用标幺值计算。

在为选择电气设备而进行的短路电流计算中，如果系统阻抗（即等值电源阻抗）不超过短路回路总阻抗的5%～10%，就可以不考虑系统阻抗，将系统作为“无限大”电力系统处理，按这种假设所求得的短路电流虽较实际值偏大一些，但不会引起显著误差以致影响所选电气设备的型式。另外，由于按无限大电力系统计算得到的短路电流是电气装置所通过的最大短路电流，因此，在初步估算装置通过的最大短路电流或缺乏必需的系统参数时，都可认为短路回路所接的电源容量是无限大电力系统。

由于在本设计的原始资料中未提及220kV系统、110kV系统的电源容量和等值电源内阻抗，因此，可近似将系统看作无限大电源系统。

短路是电力系统中最严重的故障，它能破坏对用户的正常供电和电气设备正常工作，因此变电所电气部分的设计和运行，都必须考虑到可能发生的各种故障情况，本设计以三相（对称）短路情况作为分析计算。 4.1.1 短路的危害

电力系统发生短路时，电压严重下降，可能破坏各电厂并联运行的稳定性，使整个系统被解列成为几个异步运行的部分，这时某些发电厂可能过负荷，因而使频率下降，供电频率下降导致包括锅炉给水的水泵电动机在内的所有异步电动机转速下降，锅炉打不进

水，发电厂出力也进一步下降，直至无法运行。短路时电压下降的越大持续时间越长，破坏整个系统稳定运行的可能性越大。 4.1.2 短路计算的基本假设

计算短路电流的目的是为了在电器装置的设计中用来选择电气设备、选择限制短路电流的方式、设计继电保护装置和分析电力系统的故障等，选择电气设备时，一般只需近似计算该设备的最大可能三相短路电流值，设计继电保护和分析电力系统故障时，必须计算各种短路情况下系统各支路中的电流和各点的电压。

考虑到现代电力系统的实际情况，要进行极准确的短路计算是非常复杂的，同时对解决大部分实际问题，并不需要十分精确的计算结果，为了使计算简化，多采用近似计算方法。这种方法是建立在一系列假定的基础上的，并且使计算结果稍微偏大一点，一般误差为10-15%，计算短路电流的基本假设如下：

1认为在短路过程中，所有发电机的转速相同，电势相位相同，即发电机无摇摆现象；○ 2不考虑磁系统的饱和，因此可以认为短路回路各元件的感抗为常数，这将使短路电○

流的计算分析大大简化，并可应用重叠原理；

3变压器的励磁电流略去不计； ○

4所有元件的电容略去不计； ○

5认为三相系统是对称的； ○

6元件的电阻一般忽略不计，以简化计算，对电压为1 kV以上的高压装置，这种假设○

是合理的，因为这些装置中，各元件的电阻比它们的电抗小的多，对短路电流周期分量的计算影响小，只有当回路中电阻很大时才考虑，例如很长的架空线路和电缆线路，一般当短路回路中总电阻R大于总电抗的三分之一时，在计算周期分量时才考虑电阻，在计算短路电流周期分量时，为了确定衰减时间常数要考虑个元件的电阻，计算电压为1 kV一下低压装置总的短路时因为元件的电阻较大，除了考虑电抗之外，还必须计算电阻。 4.1.3 短路电流的计算程序

在进行短路电流计算时，应该根据计算要求收集有关资料，如电力系统接线图，运行方式和各元件的技术参数等，首先做出计算电路图，再做出针对各短路点的等值电路图，然后利用网络简化规则，化简等值电路，求出短路总电抗，最后根据总电抗即可求出短路电流值，下面分别讨论计算电路图，等值电路图以及短路总电抗的决定。 1) 计算电路图

计算短路电流用的计算电路图是一种简化了的单线图，图中只需要画出与计算短路电流有关的元件以及它们之间的连接，并在各元件旁注明它们的参数,为了计算方便,图中按顺序编号，计算电路图中各元件的接线方式，应根据电气装置的运行方式和计算短路电流的目的决定。

短路时，同步补偿机和同步电机也向短路点共给短路电流，在计算电路图中应把它看作附加的电源，在距离较远和同步电动机的总功率在1000 kVA以下时，对短路电流影响较小，可不予考虑，计算电路图中可能有几个用变压器联系起来的电压等级，在使用计算中，为了计算方便,各电压级均用与之相应的平均额定电压代替，并注明在计算电路图中母线上，平均额定电压见表5-1。

表4-1 平均额定电压

额定电压 50（kV） 0 平均电压 52（kV） 5

0 346

220 230

110 115

60 63

35 37

15 13 10 6

15.75 13.8 10.5 6.3

2) 等值电路图

由于短路电流是对各短路点分别进行计算的，所以等值电路图必须按照指定的各短路点参照计算电路图分别做出，等值电路中各元件用它的等值电抗标么值表示，并注明元件的顺序编号，横线下表示电抗标么值。

在画某一短路点的等值电路图时，只需表示该点短路时短路电流所通过的元件的电抗。

3) 短路回路总电抗的计算

先求出各元件的电抗，再算出该元件的平均额定电压的标么值，根据所求得的各元件电抗标么值便可做出等值电路图，利用网络化简规则求出总电抗的标么值。 4.2 短路计算说明

因为短路计算主要用于设备的选择及校验，因此选择三相对称短路作为分析计算，短路点为图中的K1、K2、K3。以下分别进行讨论分析。 4.3 电路各元件参数标幺值的计算

主变压器的各绕组电抗标幺值计算如下：

11U1%U12%U13%U23%13.4237.8414.28

2211U2%U12%U23%U31%13.47.84230.88

2211U3%U13%U23%U12%237.8413.48.72

22取UBUav，SB100MVA，则

U%S14.28100XT1*S1B0.119

100SN100120U%S0.88100XT2*2B0.0073

100SN100120U%S8.72100XT3*3B0.073

100SN1001204.4 初步等效电路图

1) 计算电路图见下页图4-1：

图4-1 短路点设定

计算各元件的参数标么值，（选取Sb=100 MVA，Ub=Uav）由原始材料已知可得220 kV侧线路电抗：

S1001X1*x1l12B0.4800.03025Uav23022

2) 等值电路图为：

图4-2 短路点设定等效电路图

4.5 K1点短路分析

等值电路图如下页图4-3：

图4-3 短路点K1等效电路图

可求出短路回路总的电抗标么值：X*0.03025

I(3)3*1X1K33.0579 *0.03025I(3)(3)K3IK3*Sb1003U33.0579av32308.2982kA

短路容量：S(3)K3IK3*Uav38.29822303305.7679MVA 短路冲击电流：i(3)imp2.55IK32.558.298221.1605kA 短路电流最大有效值：II(3)imp1.51K31.518.298212.6133kA 4.6 K2点短路分析

K2点短路时等值电路图如图4-4：

图4-4 短路点K2图示

X21*X31*0.1190.1198*XX0.059521*X31*0.1190.119XX22*X32*0.0073(9*X0.0073)0.0036522*X32*0.00730.0073因此，可求出短路回路总的电抗标么值：X*0.0861

I(3)11

K3*X0.086111.6144 *I(3)(3)K3IK3*Sb3U11.6144100av31155.8309kA

短路容量：S3I(3)KK3Uav35.83091151161.43MVA 24

短路冲击电流：i.55I(3)imp2K32.555.830914.8688kA 短路电流最大有效值：I(3)imp1.51IK31.515.83098.8047kA经化简可得：

图4-5 短路点K2等效电路图

图4-6 短路点K3图示

4.7 K3点短路时

可化简为：

图4-7 短路点K3等效图

XX21*X31*0.1190.7*X1190.059521*X31*0.1190.119XX23*X33*0.07309*X.0730.036523*X33*0.0730.073因此，可求出短路回路总的电抗标么值：X*0.12625

I(3)11

K3*X126257.9208 *0.I(3)(3)SbK3IK3*3U7.9208100av310.543.5531kA

(3)短路容量：SK3IK 3*Uav343.553110.5792.08MVA(3)短路冲击电流：iimp2.55IK32.5543.5531111.06kA (3)短路电流最大有效值：Iimp1.51IKkA 31.5143.553165.76514.8 短路计算成果表 (Sb100 MVA)

表4-2 短路电流计算成果表

短路点

基准电压(kV)

基准电流(kA)

短路冲击电流

(kA)

短路电流(kA)

短路容量(MVA)

短路电流最大有效值(kA)

公式

UbUav

Sb 3Uav0.251 0.502 5.499

(3)iimp2.55IK3(3)(3)IK3IK3* 21.1605 14.8688 111.06

8.2982 5.8309

(3)Sb(3)imp1.51IK3 SK3IK3*UIav3Uav

K1 K2 K3

230 115 10.5

3305.7679 1161.43 792.08

12.6133 8.8047 65.7651

43.5531

5 导体和电气设备的选择

5.1 总则 5.1.1 一般规定

导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术政策，并应做到技术先进，经济合理，安全可靠，运行方便和适当的留有裕度，以满足电力系统安全运行的需要，对导体和电器选择设计规定简述如下： 1) 一般原则：

1应满足正常运行、检修、故障情况下的要求，并考虑远景发展； ○

2应按当地环境条件检验； ○

3如是改造工程，应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致； ○

4选择导线时应尽量减少品种； ○

5选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管部门鉴定合格。 ○

2) 有关的几项规定：

导体和电器应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动稳定和热稳定，并按环境条件校核电器的基本使用条件：在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按有关规定进行计算；验算导体和电器用的短路电流，按下列情况进行计算：

①除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计；

②在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响；

③在变电所中，应考虑如果安有同步调相机时，应将其视作附加电源，短路电流的计算方法与发电机相同。

验算导体和110 kV以下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，一般用主保护的动作时间加相应在的断路器全分闸时间，如主保护有死区时，则采用能对该处死区起作用的后备保护动作时间，并采用相应处的短路电流值。电器和110 kV及以上充油电缆和短路电流计算时，一般须用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。

导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流，可按三相短路验算，若发生在出口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严重时，则应按严重情况验算。

环境条件：选择导体和电路时，应按当地环境条件校核，当气温、风速、湿度、污秽、海拔、覆冰等环境条件超出一般电器的基本使用条件时，应通过经济技术比较分别采取下列措施：

①向制造部门提出补充要求，订制符合该环境条件的产品；

②在设计或运行中采取相应的防护措施，如采用屋内配电装置、水冲洗、减震器等。 5.1.2 按额定电压选择的要求

要求设备的额定电压不低于设备安装地点的电网的额定电压，由于线路供电端额定电压比受电端额定电压高10-5%，因此设备必须能够长期承受这个电压值，电器能够长期承受的最高电压称为最高工作电压，对220 kV及以下设备其最高工作电压额定电压高15%，330及500 kV设备的最高工作电压比额定工作电压高10%，由此可知，只要设备的额定电压不小于该处电网的额定电压，其最高工作电压不小于该处电网的额定电压，其最高工作电压一定能满足电网首端电压要求。 5.1.3 按额定电流选择的要求

设备的额定电流不小于流过设备的最大长期负荷电流，当周围介质的温度不等于规定值时，设备的允许电流应进行修正。 5.1.4 短路热稳定校验的要求

导体的最高短时温度不大于短时允许最高温度，对于电器来说，是短路电流热脉冲不大于电器允许的热脉冲I2tt，It是t秒钟的热稳定电流。It和t值可由电器的铭牌或手册中查出。

5.1.5 校验动稳定校验的要求

对导体(母线)来说，其中通过三相短路冲击电流时产生的应力不小大于材料的允许应力，对于电器来说，是通过它的三相短路冲击电流不大于它的最大允许动稳定电流。

正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。

尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求确是一致的。电气设备要可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动、热稳定性。

本设计中，电气设备的选择包括：断路器和隔离开关的选择，电流、电压互感器的选择、避雷器的选择，导线的选择。

电气设备选择的一般原则：

（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；（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）与整个工程的建设标准应协调一致；（5）同类设备应尽量减少品种；

（6）扩建工程应尽量使新老电气设备型号一致；

（7）选用新产品，均应具有可靠的实验数据，并经正式鉴定合格。 5.2 断路器和隔离开关的选择

断路器的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑到要便于安装调试和运行维护，并在经济技术方面都比较后才能确定。根据目前我国断路器的生产情况，现一般选用真空、SF6、少油和压缩空气等断路器作为10kV～220kV的开关电器。

表5-1 高压断路器、隔离开关的选择及其校验项目

额定关合

项目

额定电压

额定电流

开断电流

电流

高压断路器隔离开关

热稳定

动稳定

UNUNnet '' INIwmax INOCIKPiKish It2tQk iFstish iFstish

UNUNnet INIwmax

It2tQk

同样，隔离开关的选择校验条件与断路器相同，其型式应根据配电装置的布置特点和

使用要求等因素，进行综合技术经济比较后确定。 5.2.1 220kV主变侧

1) 主变断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流

Iwmax1.05120330.66A

3220具体选择及校验过程如下：

（1）额定电压选择：UNUNnet220KV （2）额定电流选择：INIwmax330.66A

（3）额定开断电流选择：INOCIKP12.6133kA

''选择LW6—220/2500，其技术参数如下表：

表5-2 LW6—220/2500技术参数表

型号

额定工作电压(kV)

最高工作电压(kV)

额定电流

额定开断电流

额定关合电流

4s热稳额定动稳定电流

定电流

额定开断时间

固有分闸时间(s)

（A）（kA）（峰值）（kA）（峰值）(s)

（kA）

100

0.06

LW6-220/2500

220 252 2500 40 100 0.036

（4）热稳定校验：It2t> Qk

It2t40246400[(kA)2s]

设主保护和后备保护的动作时间为1.5s 。

热稳定电流计算时间： tk1.50.061.56s

因为是无限大电源系统，所以 teqtk

QkI2teq12.613321.56248.19[(kA)2s] 可知 It2t> Qk，满足热稳定校验。（5）动稳定校验：iFstish 因为iFst100kAish21.1605kA, 所以满足动稳定校验。具体参数如下表：

表5-3 具体参数表

计算数据

LW6—220/2500

220kV

Iwmax

330.66A IN

2500A I\"

12.6133kA INOC

40 kA ish 21.160538.54kA

iK 100 kA

248.19（[kA)2s] I2tt

6400（[kA)2s]

由表可知，所选断路器满足要求。

2) 出线断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流：

I2120wmax3220629.84A

由上表可知LW6—220/2500同样满足出线断路器的选择。其热稳定、动稳定校验计算与主变侧相同。其具体参数如下表：

表5-4 具体参数表

计算数据

LW6—220/2500

220kV UN 220kV Iwmax

629.84A IN

2500A I\"

15.14kA INOC

40 kA ish 38.54kA

iK 100 kA

Qk 357.54（[kA)2s] I2tt

6400（[kA)2s] ish

38.54kA

iFst

100 kA

由表可知，所选断路器满足选择要求。

3) 主变侧隔离开关的选择与校验过程如下：（1）额定电压选择：UNUNnet220KV （2）额定电流选择：INIwmax330.66A 选择GW6—220D/2000，其技术参数如下表：

表5-5 GW6—220D/2000技术参数表

型号额定电压(kV) 额定电流(A) 3s热稳定电流（kA）

动稳定电流峰值（kA） 100

GW6—220D/200

220 2000 40

[kA)2s] （3）热稳定校验：It2tQK，It2t40234800[(kA)2s]﹥Qk=248.19（所以，满足热稳定校验。

（4）动稳定校验：iFst=100kA ＞ish=21.1605kA ,所以，满足动稳定校验要求。

表5-6 具体参数如下表

计算数据

GW6—220D/2000

220kV UN 220kV Iwmax 330.66A

IN 2000A

Qk 248.19（[kA)2s] I2tt

40234800[(kA)2s]

ish

21.1605kA

iFst

100 kA

由表可知，所选隔离开关满足选择要求。

4) 出线隔离开关的选择与校验：

流过隔离开关的最大持续工作电流：

I120wmax23220629.84A

由上表可知，GW6—220D/2000同样满足出线隔离开关的选择要求。其热稳定、动稳定校验与主变侧隔离开关的校验相同。具体参数如下表：

表5-7 具体参数如下表

计算数据

GW6—220D/2000

220kV UN 220kV Iwmax 629.84A

IN 2000A

357.54（[kA)2s] I2tt

40234800[(kA)2s]

ish

38.54kA

iFst

100 kA

由表可知，所选隔离开关满足选择要求。 5.2.2 110kV主变、出线侧

1) 主变断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流：

120Iwmax1.05661.33A

3110具体选择及校验过程如下：

（1）额定电压选择：UNUNnet110kV （2）额定电流选择：INIwmax661.33A （3）额定开端电流选择：INOCIKP8.8047kA 选择LW14—110/2000，技术数据如下表所示：

表5-8 技术数据表

'' 型号

额定最高额定额定额定3s热额定全开固有分工作工作电流开断关合稳定动稳断时闸时间电压电压（A）电流电流电流定电间 (s) (s) (kV)

(kV)

（kA）（峰（kA）流（峰

值

）

值

）

（kA）

LW14-110/2000

110

126

2000

31.5

（kA） 80

0.05

0.025

（4）热稳定校验：It2tQK，It2t31.5232976.75[(kA)2s] 设主保护和后备保护的动作时间为1.5s，则

热稳定计算时间：tK1.50.051.55s 因为是无限大电源系统，所以teqtK1.55s

QkI2teq8.804721.55120.16[(kA)2s]

所以，I2ttQK，满足热稳定校验。（5）动稳定校验：iFstish

因为iFst80kAish14.8688kA，所以满足动稳定校验。其具体参数如下表：

表5-9 具体参数表

计算数据

LW14—110/2000

110kV UN 110kV Iwmax

661.33A IN

2000A I\"

8.8047kA INOC

31.5kA ish 14.8688kA

iK 80 kA

120.16（[kA)2s] I2tt

31.5232976.75[(kA)2s]

2) 出线断路器的选择与校验

流过断路器的最大持续工作电流：

I120wmax231101259.67A 由上表可知LW14—110/2000同样满足出线断路器的选择。其热稳定、动稳定校验计算与主变侧的相同。其具体参数如表5-9所示。

由表可知，所选断路器满足选择要求。 3) 主变侧隔离开关的选择与校验

Iwmax1.051203110661.33A （1）额定电压选择：UNUNnet110kV

（2）额定电流选择：INIwmax661.33A

选择GW4—110D/2000—100，其技术参数如表5-12。（3）热稳定校验：I2ttQK

由表可知，所选断路器满足选择要求。

因为It2t40246400[(kA)2s]QK142.85[(kA)2s]，所以，满足热稳定校验。

表5-11 GW4—110D/2000—100技术参数表

型号

额定电压(kV)

额定电流(A)

GW4—110D/200

110

2000

4s热稳定电流（kA）

动稳定电流峰值（kA）

100

（4）动稳定校验：iFst具体参数如下表：

计算数据

100kAish14.8688kA

表5-12 具体参数表

GW4—110D/2000

110kV 661.33A

UN IN It2t

110kV 2000A

Iwmax Qk ish

[kA)2s] 120.16（14.8688kA

40246400[(kA)2s]

100 kA

iFst

由表可知，所选隔离开关满足选择要求。 4、出线侧隔离开关的选择与校验流过回路的最大持续工作电流：

Iwmax21201259.67A

3110由上表可知GW4—110D/2000同样满足出线隔离开关的选择。其热稳定、动稳定校验计算与主变侧的相同。 5、母联断路器及隔离开关的选择

由于110KV母联断路器及隔离开关的最大工作条件与主变110KV侧应满足相同的要求，故选用相同的设备。即选用LW14—110/2000型六氟化硫断路器和GW4-110D/2000—100型隔离开关。 5.2.3 10kV主变、出线侧

1) 主变10kV侧断路器的选择与校验流过断路器的最大持续工作电流：

Iwmax1.05

1207.27kA 31034

具体选择及校验过程如下：

（1）额定电压选择：UNUNnet10kV （2）额定电流选择：INIwmax7270A

（3）额定开断电流选择：INOCIKP65.7651kA

选择SN4—10G/8000型六氟化硫断路器，其技术数据如下表所示：

表5-13 技术数据表

型号

额定电压 (kV)

最高工

额定电

额定开断

额定关

5s热稳定电流

额定动稳定电流

合闸时间 (s)

分闸时间 (s)

''作电压流（A）电流（kA）合电流(kV)

（kA）（kA）（峰值）

（kA）

SN4—10G/8000 10 11.5

28000 87 300 120 87 0.15 0.65

（4）热稳定校验：IttQK

It2t872537845[(kA)2s]

tK设主保护和后备保护的动作时间为1.5s，则校验短路热稳定的计算时间：

1.50.72.2s

因为是无限大电源系统，所以teqtK2.2s

QkI2teq65.765122.29515.1[(kA)2s] 所以，It2tQK，满足热稳定校验。（5）动稳定校验：iFstish

因为iFst300kAish111.06kA，所以满足热稳定校验。具体参数如表5-14所示。

由表可知，所选断路器满足选择要求。 2、主变隔离开关的选择与校验流过回路的最大持续工作电流：

Iwmax1.051207.27kA 310表5-14 具体参数表

计算数据

SN4—10G/8000

10kV 7.27A

UN IN

10kV 8000A

Iwmax

I\"

65.7651kA 111.06kA

INOC

87kA 300kA

ish Qk

iK It2t

[kA)2s] 9515.1（It2t872537845[(kA)2s]

（1）额定电压选择：UNUNnet10kV （2）额定电流选择：INIwmax7.27kA

选择GN10—10T/8000型隔离开关，其技术参数如下表：

表5-15 GN10—10T/8000技术参数表

额定电流

型号

额定电压kV

5s热稳定

动稳定电

电流（kA）流峰值（kA）

250

GN10—10T/8000 （3）热稳定校验：It2tQK

10 8000

因为It2t802532000[(kA)2s]QK9515.1[(kA)2s]，

所以，满足热稳定校验。

（4）动稳定校验：iFst250kAish111.06kA，所以，满足动稳定校验。具体参数如下表：

表5-16 具体参数表

计算数据

GN10—10T/8000

10kV 7.27kA

UN IN It2t

10kV 8000A

Iwmax Qk ish

[kA)2s] 9515.1（111.06kA

802532000[(kA)2s]

250kA

iFst

由表可知，所选隔离开关满足选择要求。 5.3 母线的选择与校验

母线一般按母线材料、类型和布置方式；导体截面；电晕；热稳定；动稳定；共振频

率等项进行选择与校验。母线一般为硬母线，而架空线则是软导线。常用的硬母线截面有矩形、槽型和管型。

单片矩形导体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，一般用于工作电流小于2000A的回路中。矩形母线为了增加散热面积，将矩形的厚和高的差距加大，在相同截面情况下，散热面积增大，但同时应兼顾机械强度和集肤效应的影响，通常厚与高的比例取1∕5～1/12。为避免集肤效应系数过大，单条矩形截面积最大不超过1250mm2。当工作电流超过最大截面单条母线允许电流时，可将几条矩形母线并列使用，但是由于邻近效应和散热的影响，多条母线并列的运行载流量并不成比例增加，故一般避免采用4条以上矩形母线并列。矩形母线常用于35KV及以下，电流在4000A及以下的配电装置中。

槽形母线机械强度好，载流量较大，散热条件好，集肤效应系数小，安装也比较方便，在回路持续电流为4000～8000A时，一般用双槽形导体，大于上述电流值时，由于会引起钢件结构严重发热，故不推荐使用。

管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内可通水和通风冷却，因此，可用在8000A以上的大电流母线。户外配电装置使用管形导体，具有占地面积小、结构简明、布置清晰等优点。另外，由于圆形表面光滑，电晕放电电压高，因此可用于110KV及以上的配电装置中。

母线截面的选择：除配电装置的汇流母线及较短导体（20m以下）按最大长期工作电流选择截面外，其余导体的截面一般按经济电流密度选择。按经济电流密度选择母线截面可使年综合费用最低。年综合费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等，综合这些因素，使年综合费用最小时所对应的母线截面称为经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。本设计母线的截面按经济电流密度选择。母线的经济截面可由下式决定：

ISjwmax

J式中 Sj——经济截面（mm2）；

Iwmax——正常工作时的最大长期工作电流；

J——经济电流密度（A/mm2）。

经济电流密度J与年最大负荷利用小时数Tmax有关，本设计中各级电压侧年最大负荷利用小时数为：

220kV侧 Tmax=3600小时/年 110kV侧 Tmax=4600小时/年 10kV侧 Tmax=4000小时/年 5.3.1 220kV母线的选择与校验

按经济电流密度选择导体截面积：

3220查经济电流密度曲线，当Tmax=3600h时，经济电流密度J0.98(Amm2)，则

I330.66Sjwmax337.41(mm2)。

J0.98选择LF21圆管形铝锰合金导体作为母线，其技术数据如下表5-17所示。（1）当环境温度为40℃时，导体最高允许温度为70℃时，查表得综合修正系数为K=0.81,则按长期发热允许电流校验：

正常工作时的最大长期工作电流：Iwmax1.05120330.66(A)

KIal0.8112401004.4(A)330.66(A) （2）母线热稳定校验。

正常运行时母线的工作温度：

2Iw330.662max， 0（al0）40(7040)43.25（℃）22(KIal)1004.44表5-17 技术数据表导体最高允许温

导体尺寸D1∕D2(mm)

导体截面(mm)

2惯性半

截面系数W(cm)

3度为下值时的载

流量(A) 70℃

80℃

径惯性矩J(cm)

4质量（kg/m）

rj(cm)

φ60∕54 539 1240 1072 7.29 2.02 21.9 1.471

查《发电厂电气部分》表3—2，C=97,则满足短路时发热的最小导体截面为：

QK248.19106Smin162.4(mm2)539(mm2)，

C97所以满足热稳定要求。

（3）按电晕电压校验。110KV及以上的线路、发变电所母线均应以当地气象条件下晴天不出现全面电晕为控制条件，使导线安装处的最高工作电压小于临界电晕电压。即：

UgU0anr00.301lgjjU084m1m2k1k0rdr0232.895p103273trk0102(n1)sindn式中 Ug ——回路工作电压（KV）；

U0——电晕临界电压（KV，线电压有效值）；

k——三相导线水平排列时，考虑中间导线电容比平均电容大的不均匀系数，一般

取0.96；

m1——导线表面粗糙系数，一般取0.9； m2——天气系数、晴天取1.0，雨天取0.9； n ——每相分裂导线根数，对单根导线n=1； d——分裂间距（cm）； r0——导线半径（cm）； ——相对空气密度； P——大气压力（Pa）； t——空气温度（℃），t250.005H；

H ——海拔高度（m）；

ajj——导线相间几何均距，三相导线水平排列时ajj1.26a； a——相间距离（cm）；

k0——次导线电场强度附加影响系数； rd——分裂导线的等效半径（cm），单根导线rdr0。电晕校验：Ug1.05UN1.05220231KV 其中：n=1，r02.02，t=25℃,a=200cm,

r0(11)sin1d12.8951.0131051030.9827325

212.020.3011.26200U0840.91.00.960.983370(kV)1lg12.022.020.98k01因为U0370kVUg231kV，所以满足电晕校验要求。5.3.2 110kV母线的选择与校验

按经济电流密度选择导体截面积：

正常工作时的最大长期工作电流：Iwmax1.051203110查经济电流密度曲线，当Tmax =4600h时，经济电流密度J0.84(Amm2)，则

I661.33Sjwmax787.30(mm2)。

J0.84661.33(A)

选择LF21圆管形铝锰合金导体作为母线，其技术数据如下表所示：

表5-18 技术数据表

导体最高允许

质量

导体尺寸

导体截

温度为下值时的载流量(A) 70℃

80℃

截面系数W(cm3)

惯性半径

惯性矩

（kg/m

D1∕D2(mm) 面(mm2)

J(cm4)

）

rj(cm)

φ80∕72 954 1900 1545 17.3 2.69 69.4 2.6

（1）当环境温度为40℃时，导体最高允许温度为70℃时，查表得综合修正系数为

K=0.81,则按长期发热允许电流校验：

KIal0.8119001539(A)661.33(A) （2）热稳定校验。正常运行时导体温度：

2Iw661.332max， 0（al0）40(7040)46（℃）22(KIal)1539查《发电厂电气部分》表3—2，C=95,则满足短路时发热的最小导体截面为：

QK120.16106Smin115.4(mm2)539(mm2)，

C95所以满足热稳定要求。

（3）按电晕电压校验：

Ug1.05UN1.05110115.5(KV)2.895p2.8951.0131053100.98273t27325rrk0102(n1)sin102(11)sin1dndn即UgU0220.301anr12.69jj01lgU084m1m2k3840.91.00.960.983k0rd1r00.3011.261101390kVlg2.692.690.98可知，U0Ug，故满足检验要求。

5.3.3 10kV母线的选择与校验

按经济电流密度选择导体截面积：

310查经济电流密度曲线，当Tmax =4000h时，经济电流密度J0.92(Amm2)，则

I7270Sjwmax7902(mm2)。

J0.92查《发电厂电气部分》附表1-6，选取两组双槽导体截面为4880mm2的槽型母线并列运行。相关数据如下

导体截面S(mm2):9760；

集肤效应系数： Kf=1.103；

正常工作时的最大长期工作电流：Iwmax1.051207.27(kA)

竖放允许电流： 10420A

（1）当环境温度为40℃时，导体最高允许温度为70℃时，查表得综合修正系数为K=0.81,则按长期发热允许电流校验：

KIal0.81104208440.2(A)7270(A) （2）热稳定校验。正常运行时导体温度：

2Iw72702max， 0（al0）40(7040)62.26（℃）

(KIal)28440.22 40

查《发电厂电气部分》表3—2，得C=89,则满足短路时发热的最小导体截面为：

SQKKf9515.11061.103minC891151.1(mm2)9760(mm2)，

所以满足热稳定要求。（3）动稳定校验

导体短路时产生的机械应力一般均按三相短路校验。校验应满足的要求为： xuphtw式中——短路时导体产生的总机械应力（N/cm2）；ph——短路时导体相间产生的最大机械应力（N/cm2）；

tw——短路时同相导体片间相互作用的机械应力（N/cm2）；xu——导体材料的允许应力单位长度三相母线受到的相间电动力为 f0.1731ai2shN/m0.17310.7111.0623048.3N/m

对于三相导体布置在同一平面的槽型导体，相间应力按下式计算：

f2L3048.31.5210W100.1225621.8Pa

式中 l——绝缘子间跨距（cm）； a——相间距离（cm）；

W——导体的截面系数（cm3），见《发电厂电气部分》附表1-6； β——振动系数相间距离：a=0.7m，冲击电流：ish111.06kA 取绝缘子跨距l=1.5m。

fri5.650112L211215021.55104435.9Hz 式中

fm——母线的自振频率（Hz）；l——跨距长度（cm）；ri——母线的惯性半径（cm），其值见《发电厂电气部分》

附表1-6；——材料系数，铜为1.14104；铝为1.55104；钢为1.64104。因为435.9远大于155Hz,所以不考虑母线共振问题。所以1

b12h，双槽母线槽间作用力可写成： f2211c510ishh0.05111.0620.1225055N/m

半槽受到的最大应力为 41

f222cLc12W4.17103ishLc4.17103111.0620.525c1066.0210Pa yhWy0.175122满足动稳定的最大衬底间距为

LalhWy49cmax4.17103i215.hWyshialsh

15.49111.06701065621.80.1750.1221.7m实际选用的LcLcmax且alc，母线是动稳定的。

综上，所选的二片4880mm2槽型硬铝导体满足要求。 5.4 绝缘子和穿墙套管的选择校验 5.4.1 220kV绝缘子的选择与校验

支柱绝缘子应按安装地点，额定电压选择，短路动稳定校验。（1）此变压所属户外配电装置，故选择防污式的（2）支柱绝缘子应满足下式 UNUNS

UN为绝缘子额定电压kV；UNS为所在电网电压kV UNS=220×1.05=231kV

表5-19 技术参数

型号额定电压绝缘子高度机械破坏负荷

ZS-220

220kV

2100mm

400kg

FP3920N，0.6FP2352N,F0.173i2sh77.46N F0.6FP，故满足要求。 5.4.2 110kV侧支柱绝缘子的选择与校验

UN110KV,UNUNS,ish14.8688kA

表5-20 技术参数

型号额定电压绝缘子高度机械破坏负荷

ZS-110

110kV

1060mm

800kg

FP7840N，0.6FP4704N,F0.173i2sh38.2N F0.6FP，故满足要求。 5.4.3 10kV侧支柱绝缘子的选择与校验

UN10KV,UNUNS,ish111.06kA

表5-21 技术参数

型号 ZS-10

额定电压 10kV

2绝缘子高度 210mm

机械破坏负荷

500kg

FP4900N，0.6FP2940N,F0.173ish2133.8N F0.6FP，故满足要求。 5.4.4 220kV穿墙套管的选择与校验

穿墙套管应按安装地点，额定电压选择，短路动稳定校验。（1）此变压所属户外配电装置，故选择防污式的（2）支柱绝缘子应满足下式

UNUNS UN为绝缘子额定电压kV；UNS为所在电网电压kV UNS=220×1.05=231kV

表5-22 技术参数

型号 CR-220

额定电压 220kV

额定电流（A）

1200

2套管长度 5500mm

机械破坏负荷 4000kg

FP39200N，0.6FP23520N,F0.173ish38.2N F0.6FP，故满足要求。 5.4.5 110kV穿墙套管的选择与校验

UN110KV,UNUNS,ish14.8688kA

表5-23 技术参数

型号 CRL2-110

额定电压 110kV

额定电流（A）

1200

2套管长度 3700mm

机械破坏负荷 4000kg

FP39200N，0.6FP23520N,F0.173ish77.46N F0.6FP，故满足要求。 5.4.6 10kV穿墙套管的选择与校验

UN110KV,UNUNS,ish111.06kA

表5-24 技术参数

型号 CWLB-10

额定电压 10kV

额定电流（A）

1500

2套管长度 600mm

机械破坏负荷

750kg

FP7350N，0.6FP4410N,F0.173ish2133.8N F0.6FP，故满足要求。

5.5 电流互感器的选择

5.5.1 电流互感器按以下技术条件进行选择：

（1）按一次回路额定电压和电流选择

电流互感器的一次回路额定电压和电流必须满足：

UNUNnet

INIwmax

UNnet——电流互感器所在电力网的额定电压；定电压和电流；式中 UN、IN——电流互感器的一次额

Iwmax——电流互感器一次回路最大工作电压（2）电流互感器种类和型式的选择

在选择时，应根据安装地点（如屋内、屋外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择型式。

10kV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用L(C)系列。10kV屋内配电装置常采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构，如LZ系列的树脂浇注绝缘结构只适用于屋内配电装置。

（3）准确级的选择

互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级，0.5～1级的电流互感器用于变电所的测量仪表，电能表必须用0.5级的电流互感器。（4）热稳定校验

电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流IN1的倍数Kr来表示，故热稳定按下式校验：

22(KrIN1）Iteq(或QK)

（5）动稳定校验

电流互感器的内部动稳定性常以额定动稳定倍数Kd表示，校验式如下：

2IN1Kdish

外部动稳定校验主要是校验互感器出线端受到的短路作用力不超过允许值。有的产品样本未标明出线端部运行作用力，而只给出动稳定倍数Kd。Kd一般是在相间距离为a40cm，计算长度为lM50cm的条件下取得的。按下式校验：

ish10350aKd

40lM2IN1（6）二次负荷校验 Z2Nrzrwrj

式中 rz—二次负载（测量仪表或继电器线圈）的电阻； rw—连接导线的电阻；

rj—连接处的接触电阻，一般取0.1；

Z2N—二次负荷的电阻。

5.5.2 220kV侧电流互感器的选择

（1）按一次回路额定电压和电流选择

电流互感器一次回路最大持续工作电流：

Iwmax1.05120330.66A

3220电流互感器的一次回路额定电压和电流必须满足：

UNUNnet220kV

INIwmax330.66A

（2）电流互感器种类和型式选择

采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，安装地点是屋外。（3）准确级的选择

作电流、电能测量及继电保护用，准确级选择0.5级。

根据以上三项，初选LCW220户外独立式电流互感器，其技术数据如下（4300/5）表所示：

表5-25 LCW-220（4×300/5）参数

额定电流比

（A）

级次组合

二次负荷（Ω）

准确级次

0.5级 1级 3级

0.5 D

2 1.2

1.2 30

10%倍数 1S热稳定动稳定

型号

LCW-22

4×300/5

D/0.5 D/D

）Iteq(或QK) （4）热稳定校验： (KrIN122(KrIN1）（120060）5184[(kA)2s]QK248.19[(kA)2s]

22所以，满足热稳定校验。（5）动稳定校验：

①内部动稳定校验：2IN1Kdish

因为2IN1Kd2120060101.82(kA)ish21.1605(kA)，所以，满足内部动稳定校验。 ②外部动稳定校验：Kdish10350a 40lM2IN1 45

50a504021.1605103Kd606012.46，

40lM405021200所以，满足外部动稳定校验。（6）二次负荷校验

测量仪表的选择如表5-26所示。

表5-26 测量仪表

型号 1T1-A

1D1-W DS864 DX863-2

接触电阻

仪表名称电流表有功功率表有功电能表无功电能表

每个电流线圈的负载

0.12

0.058 0.02 0.02 0.1

Z2Nrzrwrj0.120.0580.020.020.10.3181.2满足要求。

综上，所以LCW-220（4×300/5）满足要求。具体数据见下表：

表5-27 具体数据表

数据项目 LCW-220（4×300/5） 220kV 1200A

计算数据 220kV 330.66A

2248.19[(kA)s]

UNUNnet

INIwmax

2(KrIN1）QK

5184[(kA)2s]

101.82kA 60 2IN1Kdish

Kdish10350a 40lM2IN121.1605kA 12.46 5.5.3 110kV侧电流互感器的选择

（1）按一次回路额定电压和电流选择

电流互感器一次回路最大持续工作电流：

Iwmax1.05120661.33A

3110电流互感器的一次回路额定电压和电流必须满足：

UNUNnet110kV

INIwmax661.33A

（2）电流互感器种类和型式选择

采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，安装地点是屋外。（3）准确级的选择

作电流、电能测量及继电保护用，准确级选择0.5级。

综上，初选LCWD2—110/ (2×600/5)型电流互感器，其技术数据如下表所示：

表5-28 技术数据表

额定电流比（A）

二次负荷（Ω） 0.

135

级级级 2

1S热动稳定稳定倍倍数（倍）（倍）数二次负荷（Ω）倍数（倍）

10%倍数

型号

级次

组合准确级次

LCWD-110 2×600/5 0.5/B/B 0.5/B

2 15 35

2.5×35

22（4）热稳定校验： (KrIN1）Iteq(或QK)

22(KrIN1）（120035）1764[(kA)2s]QK120.16[(kA)2s] 所以，满足热稳定校验。（5）动稳定校验：

①内部动稳定校验：

2IN1Kdish

14.8688(kA)，

因为2IN1Kd212002.535148.49(kA)ish所以，满足内部动稳定校验。 ②外部动稳定校验：Kdish10350a 40lM2IN150a504024.44103Kd2.53587.58.76，

40lM405021200所以，满足动稳定。（6）二次负荷校验

Z2Nrzrwrj0.120.0580.020.020.10.3182满足要求。综上，所以LCWD2—110/ (2×600/5)满足要求。具体数据见下表：

表5-29 具体数据表数据项目 LCWD2—110/ (2×600/5) 110kV 1200A

计算数据 110kV 661.33A

2120.16[(kA)s]

UNUNnet

INIwmax

2(KrIN1）QK

1764[(kA)2s]

148.49kA

2IN1Kdish

14.8688kA

Kdish10350a 40lM2IN187.5 14.40 5.5.4 10kV侧电流互感器的选择

1) 主变10kV侧电流互感器的选择

（1）按一次回路额定电压和电流选择电流互感器一次回路最大持续工作电流：

Iwmax1.051207.27kA

310电流互感器的一次回路额定电压和电流必须满足：

UNUNnet10KV

INIwmax7.27A

（2）电流互感器种类和型式选择

10kV以下屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。35kV及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用L（C）系列。树脂浇注绝缘的LZ系列只适用于35kV屋内配电装置。

（3）准确级的选择

作电流、电能测量及继电保护用，准确级选择0.5级。

选择LZZBJ7-10（Q）/8000型电流互感器，本型电流互感器为环氧树脂浇注绝缘全封闭支柱式结构。适用于额定电压为10kV及以下，额定频率为50Hz或60Hz的户内电力系统中作电流、电能计量和继电保护使用。本产品的特点为动热稳定参数高，二次输出容量大，绝缘性能稳定，耐污秽等，可完全取代LCZ-10Q、LZZ-10Q等老式同类产品。结构简介

该型互感器为支柱式结构，采用环氧树脂浇注，属大爬距加强型绝缘，耐污秽，耐潮湿，适合污染重湿度大的地区使用。是全封闭式浇注结构。该产品具有高动热稳定性，适合短路电流较大的系统。

其技术数据如下表所示：

表5-30 技术数据表

额定电流比（A）

额定二次负荷

（KAcosφ=0.8（滞后）（VA） 1S热稳定电流

准确级次

有效值）

0.2 0.5 0.2/0.5

2型号

动稳定电流（KA

峰值）

LZZBJ7-10(Q) 8000/5 50 50 80 130

（4）热稳定校验：IttQK

It2t80216400[(kA)2s]QK509.80[(kA)2s]，

所以，满足热稳定校验。（5）动稳定校验：iFstish。

因为iFst130kAish45.44kA，所以满足动稳定校验。

（6）二次负荷校验

Z2Nrzrwrj0.120.0580.020.020.10.3181.2满足要求。

综上，所以LZZBJ7-10(Q)满足要求。 5.6 电压互感器的选择

5.6.1电压互感器的选择和配置按下列条件：

型式：10kV～110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器；220kV及以上的配电装置，当容量和准确等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器。

按一次回路电压选择：UN1UNnet 按二次回路电压选择：二次回路电压必须满足测量电压为100V。电压互感器接线不同，二次电压各不相同。

准确等级：电压互感器在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。 5.6.2 220kV侧母线电压互感器的选择

型式：采用电容式电压互感器，作电压，电能测量及继电保护用。额定电压：UN1UNnet220/3KV

UN2100/3V

准确等级：用于保护、测量、计量用，其准确等级为0.5级。

0.0075查相关设计手册，选择PT的型号：TYD—220/3—。

0.0075H2200.10.1KV 额定变比：

335.6.3 110kV侧母线电压互感器的选择

型式：采用串级绝缘瓷箱式电压互感器，作电压、电能测量及继电保护用。额定电压：

3KV，

UN21003V准确等级：用于保护，测量、计量用，其准确等级为0.5级。查《发电厂电气部分》，选定PT的型号为：JCC2-110型。

1100.1//0.1KV33额定变比为： 5.6.4 10kV母线设备电压互感器的选择

型式：采用油浸式绝缘结构电磁式PT，供电压、电能和功率测量以及继电保护用。

额定电压：UN1UNnet10KV

准确等级：用于保护、测量以及计量用，其准确等级为0.5级。

UN1110查《发电厂电气部分》，选定PT型号：JD6—10 额定变比为：10/0.1kV 5.7 互感器在主接线中的配置

互感器在主接线中的配置如下所述： 1) 电压互感器的配置：

（1）母线。除旁路母线外，一般工作及备用母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置；

（2）线路。35kV及以上输电线路，当对端有电源时，为了监视线路有无电压，进行同步和设置重合闸，装有一台单相电压互感器；

（3）变压器。变压器低压侧有时为了满足同期和继电保护的要求，设有一组电压互感器。

2) 电流互感器的配置:

（1）为了满足测量和保护配置的需要，在变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统，一般按三相配置；对于中性点非直接接地系统，依具体情况按二相或三相配置；

（2）保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的死区来设置。如有两组断路器，应尽可能设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中；

（3）电流互感器通常布置断路器的出线或变压器侧，即尽可能不在紧靠母线侧装设电流互感器。

根据以上互感器在主接线中的配置原则，互感器在本设计中主接线的配置见附录Ⅲ。 5.8 熔断器的选择及校验

熔断器的选择：高中低压侧熔断器均选用RN2型熔断器

220kV侧熔断器 RN2型号（220kV）计算结果 Un=220kV 21.1605kA

熔断器参数 Un=220kV

35kA

表5-31 熔断器选型 110kV侧熔断器

RN2型号（110kV）计算结果 Un=110kV Iimp=14.87kA

熔断器参数 Un=110kV Ibr=17kA

计算结果 Un=10kV Iimp=111.06kA

10kV侧熔断器

RN2（10kV）

熔断器参数 Un=10kV Ibr=120kA

6 高压配电系统及配电装置设计

高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级颁发的有关规程、规范及技术规定，并根据电力系统条件、自然环境特点和运行、检修、施工方面的要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新，做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。

变电所的配电装置型式选择，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、检修和安装要求，通过技术经济比较予以确定。在确定配电装置型式时必须满足以下四点要求：

（1）节约用地；（2）运行安全和操作巡视方便；（3）便于检修和安装；（4）节约材料，降低造价。 6.1 配电装置的要求

配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量装置，母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置，是发电厂和变电站的重要组成部分，其作用是在正常情况运行下，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，配电装置应满足下述基本要求。

（1）保证运行可靠

配电装置中引起事故的主要原因是，绝缘子因污秽而闪络，隔离开关因误操作而发生相间短路，断路器因开断能力不足而发生爆炸等。因此，要按照系统和自然条件以及有关规程要求合理选择电气设备，使选用电气设备具有正确的技术参数，保证具有足够的安全净距；还应采取防火、防爆、蓄油和排油措施，考虑设备防水、防风、抗震、耐污等性能。

（2）便于操作、巡视和检修

配电装置的结构应使操作集中，尽可能避免运行人员在操作一个回路时需要走几层楼或几条走廊。配电装置的结构和布置应力求整齐、清晰，便于操作巡视和检修；还应装设防误操作的闭锁装置及连锁装置，以防带负荷拉合隔离开关、带电拉接地线、误拉合断路器、误入屋内有电间隔。

（3）保证工作人员安全

为了保证工作安全，对配电装置应采取一系列措施，例如用隔墙把相邻电路的设备隔开，以保证电气设备检修时安全；设置遮拦；留出安全距离，以防触及带电部分；设置适当的安全出口；设备外壳和底座都采用保护接地等；在建筑结构等方面还应考虑防火等安全措施。

（4）力求提高经济性

在满足上述要求的前提下，电气设备的布置应紧凑，节省占地面积，节约钢材、水泥和有色金属等原材料，并降低造价。

（5）具有扩建可能

要根据发电厂和变电站的具体情况，分析是否有发展和扩建的可能。如有，在配电装置结构和占地面积等方面要留有余地。 6.2 配电装置的分类

配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装着和屋外配电装置；按其组装方式，又可分为装配式和成套式。在现场将电气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气、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由于允许安装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，可减小维护工作量，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房屋建筑投资较大，建设周期长，但可采用价格较低的户内型设备。

（2）屋外配电装置的特点：①土建工作量和费用较小，建设周期短；②与屋内配电装置相比，扩建比较方便；③相邻设备之间距离较大，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）成套配电设备的特点：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，有利于缩短建设周期，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 配电装置的应用

在发电厂和变电所中，35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，其中3～10kV的大多采用成套配电装置；110kV及以上的配电装置大多采用屋外配电装置；对110～220kV配电装置有特殊要求时，如建于城市中心或处于严重污秽地区时，也可以采用屋内配电装置。

成套配电装置一般布置在屋内，目前我国生产的3～35kV的各种成套配电装置，在发电厂和变电所中已被广泛采用，110～500kV的SF6全封闭组合电器也得到应用。 6.4 配电装置的设计要求及步骤

1) 高压配电装置的设计要求 ⑴满足安全净距的要求：

屋外配电装置的安全净距亦不应小于规定数值，并按规定标准进行校验。屋外电气设备外绝缘体最低部位距地小于2.5m时，应装设固定遮拦。屋外配电装置使用软导线时，带电部分至接地部分和不同相的带电部分之间的最小电气距离，应根据外过电压和风偏，内过电压和风偏，最大工作电压、短路摇摆和风偏三种条件进行校验，并采用其中最大数值。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。

屋内配电装置的安全净距不应小于规定数值，并按规定标准进行校验。屋内电气设备外绝缘体最低部位距地小于2.3m时，应装设固定遮拦。屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷的照明或动力线路跨越。

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其安全净距。 ⑵施工、运行和检修的要求：

①施工要求。配电装置的结构在满足安全运行的前提下应尽量予以简化，并考虑构架的标准化和工厂化，减少架构的类型，以达到节约材料、缩短工期的目的；设计时，要考虑安装检修时设备搬运及起吊的便利；还应考虑土建施工误差，保证电气安全净距的要求，一般不宜选用规程规定的最小值，而应留有适当的裕度（5cm左右），这在屋内配电装置的设计中更要引起重视。

②运行要求。各级电压配电装置之间，以及他们和各种建（构）筑物之间的距离和相对位置，应按最终规模统筹规划，充分考虑运行的安全和便利。

③检修要求。应考虑到检修方便要求。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。为保证检修人员在检修电气设备及母线时的安全，屋内配电装置间隔内硬导体及接地线上，应留有接触面和连接端子，以便于安装携带式接地线。

⑶噪声的允许标准及限制措施：

配电装置中的主要噪声源是主变压器、电抗器及电晕放电。我国规定有人值班的生产建筑最高允许连续噪声级的最大值为90dB（A），控制室为65dB（A）。我国《城市区域环境噪声标准》中规定：受噪声影响人的居住或工作建筑物外1m处的噪声级，白天不大于65dB（A），晚上不大于55dB（A）。因此，配电装置布置要尽量远离职工宿舍或居民区，保持足够的间距，以满足职工宿舍或居民区对噪声的要求。

⑷静电感应的场强水平和限制措施：

在高压输电线路或配电装置的母线下和电气设备附近有对地绝缘的导电物体时，由于电容耦合感应而产生电压。当上述被感应物体接地时，就产生感应电流。这种感应通称为静电感应。鉴于感应电压和感应电流与空间场强的密切关系，故实用中常以空间场强来衡量某处的静电感应水平。所谓空间场强，是指离地面1.5m处的空间电场强度。

对于220KV变电所，测得其空间场强一般不超过5kV/m以内，因此认为静电感应问题并不突出。

关于静电感应的限制措施，设计时应注意：①尽量不要在电气设备上方设置软导线；②对平行跨导体的相序排列要避免同相布置，尽量减少同相母线交叉与同相转角布置，以免场强直接叠加；③当技术经济合理时，可适当提高电器及引线安装高度；④控制箱等操作设备尽量布置在场强较低区，必要时可增设屏蔽线或设备屏蔽环等。

2) 配电装置设计的基本步骤

⑴选择配电装置的型式。选择时应考虑配电装置的电压等级、电气设备的型式、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素。

⑵配电装置的型式确定后，接着拟定配电装置的配置图。

⑶按照所选电气设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照配电装置设计有关技术规程的规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册，设计绘制配电装置平面图和断面图。 6.5 屋内配电装置的布置原则

1）总体布置

⑴尽量将电源布置在每段母线的中部，使母线截面通过较小的电流，但有时为了连接的方便，根据主厂房或变电所的布置而将变压器间隔设在每段母线的端部。

⑵同一回路的电器和导体应布置在一个间隔内，以保证检修和限制故障范围。 ⑶较重的设备（如电抗器）布置在下层，以减轻楼板的荷重并便于安装。 ⑷充分利用间隔的位置。 ⑸设备对应布置，便于操作。 ⑹有利于扩建。

间隔内设备的布置尺寸除满足最小安全净距外，还应考虑设备的安装和检修条件，进而确定间隔的宽度和高度。设计时，布置尺寸可参考一些典型方案进行。

2) 屋内配电装置的设备布置 ⑴母线及隔离开关

母线通常装在配电装置的上部，一般呈水平布置、垂直布置和直角三角形布置。水平布置不如垂直布置便于观察，但建筑部分简单，可降低建筑物的高度，安装比较容易，因此在中、小容量变电所的配电装置中采用较多。垂直布置时，相间距离可以取得较大，无需增加间隔深度；支柱绝缘子装在水平间隔板上，绝缘子间的距离可取较小值。因此，垂直布置的母线结构可获得较高的机械强度；但垂直布置的结构复杂，并增加建筑高度。垂

直布置可用于20kV以下、短路电流很大的配电装置中。直角三角形布置的结构紧凑，可充分利用间隔的高度和深度，但三相为非对称布置，外部短路时，各项母线和绝缘子机械强度均不相同。这种布置方式可用于6～35KV大、中容量的配电装置中。

母线相间距离a决定于相间电压，并考虑短路时母线和绝缘子的机械强度和安装条件。10kV配电装置中母线水平布置时，相间距离a约为500mm。

在负荷变动或温度变化时，硬母线将会胀缩，如母线很长，又是固定连接，则在母线、绝缘子和套管中可能会产生危险的应力。为了将它消除，必须按规定加装母线补偿器。不同材料的导体相互连接时，应采取措施，防止产生电化腐蚀。

母线隔离开关，通常设在母线的下方。为了防止带负荷误拉隔离开关引起飞弧造成母线短路，在双母线布置的屋内配电装置中，母线与母线隔离开关之间宜装设耐火隔板。两层以上的配电装置中，母线隔离开关宜单独布置在一个小室内。

为了确保设备及工作人员的安全，屋内配电装置应设置防止误拉合隔离开关、带接地线合闸、带电合接地开关、误拉合断路器、误入带电间隔等（五防）电气误操作事故的闭锁装置。

⑵断路器及其操动机构

断路器通常装设在单独的小室内。

断路器的操动机构设在操作通道内。手动操作机构和轻型远距离控制的操动机构均装在壁上，重型远距离的操动机构则落地装在混凝土基础上。

⑶互感器和避雷器

电流互感器无论是干式或油浸式，都可和断路器放在同一小室内。穿墙式电流互感器应尽可能作为穿墙套管使用。电压互感器都经隔离开关和熔断器（110kV及以上只用隔离开关）接到母线上，须占用专用的间隔，但同一时间内，可以装设几台不同用途的电压互感器。

当母线上接有架空线路时，母线上应装避雷器。由于避雷器体积不大，通常与电压互感器共占用一个间隔（相互之间应以隔层隔开），并可共用一组隔离开关。

电缆隧道及电缆沟。

电缆隧道及电缆沟是用来放置电缆的。电缆隧道为封闭狭长的构筑物，高1.8m以上，两侧设有数层敷设电缆的支架，可放置较多的电缆，人在隧道内能方便地进行电缆的敷设和维修工作，但其造价较高，一般用于大型电厂。电缆沟则为有盖板的沟道，沟宽与深均不足1m，可容纳的电缆数量较少，敷设和维修电缆必须揭开水泥盖板，很不方便，且沟内容易积灰和积水，但土建施工简单，造价较低，常为变电站和中、小型发电厂所采用。国内外有不少发电厂，将电缆吊在天花板下，以节约电缆沟。为使电力电缆发生事故时不致影响控制电缆，一般将电力电缆与控制电缆分开排列在过道两侧。如布置在一侧时，控制电缆应尽量布置在下面，并用耐火隔板与电力电缆隔开。

（5）配电装置室的通道和出口：

配电装置的布置应便于设备操作、检修和搬运，故需设置必要的通道。凡用来维护和搬运各种电器的通道，称为维护通道；如通道内设有断路器（或隔离开关）的操动机构、就地控制屏等，称为操作通道；仅和防爆小室相通的通道，称为防爆通道。配电装置室内各种通道的最小宽度（净距）应符合规程要求。

为了保证工作人员的安全及工作的方便，不同长度的屋内配电装置室，应有一定数目的出口。长度小于7m时，可设置一个出口；长度大于7m时，应有两个出口（最好设在两端）；当长度大于60m时，在中部适当的地方再增加一个出口。配电装置室出口的们应向外开，并应装弹簧锁；相邻配电装置室之间如有门时，应能向两个方向开启。

（6）配电装置室的采光和通风。配电装置室可以开窗采光和通风，但应采取防止雨雪、风沙、污秽和小动物入室内的措施。配电装置室应按事故排烟要求，装设足够的事故通风装置。

6.6 本设计中配电装置的确定

本变电所三个电压等级：即220kV、110kV、10kV，根据《电力工程电气设计手册》规定，110kV及以上多为屋外配电装置，35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所220kV、 110kV侧采用屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。

1) 本设计中220kV采用屋外高型配电装置。它的主要优点是节约用地的效果显著，其占地面积约为普通中型的50%左右；布置紧密，可节省较多的电缆、钢芯铝绞线及绝缘子串。通过多年的实践与改进，高型布置的耗钢量已下降到接近普通中型布置，上层母线及母线隔离开关的检修也有了很多的改善，同时在运行维护等方面也做了较多的考虑，满足运行安全、检修方便的要求。

对于双母线带旁路母线的高型配电装置，采用三框架双列式布置，将两组主母线及其隔离开关上下重叠布置，旁路母线设在主母线两侧，与上层主母线并列布置，其构架与主母线构架合并，构成三框架结构，断路器为双列布置。

某些改进措施：

（1）为便于操作检修，增设旁路隔离开关的操作道路；

（2）进出线悬挂点高度设置在11.94m处，取消出线专用的挂线梁，利用旁路隔离开关走道梁兼挂进出线导线；

（3）取消隔离开关检修平台，在上层隔离开关下设置3.6m宽的操作走道，检修更方便；

（4）可自行制作带电作业的高空作业车，这为带电进行上层母线的检修工作创造了更好的条件；

（5）上层隔离开关的引下线由与水平方向成30°的捧式绝缘子斜撑；

（6）上层隔离开关与主控制室间设有天桥，便于巡视操作，布置紧凑，居高临下，巡视设备一目了然。

2) 本设计中110kV采用分相中型配电装置，将母线隔离开关直接布置在各相母线的下方。分相中型配电装置硬管母线配合剪刀式（或伸缩式）隔离开关方案，布置清晰、美观，可省去大量构架，较普通中型配电装置节约用地31.6%左右，节省钢材16.7%左右，运行维护和安装检修均比较方便，并具有较高的可靠性和较强的抗震能力。

3) 10kV屋内配电装置与屋外配电装置相比较在选型时一般采用屋外配电装置。布置型式采用两层式，所用设备分别布置在两层中，第一层布置断路器，第二层布置母线、隔离开关等较轻设备，这种布置方式与三层式相比，其造价较低、运行和检修较方便，但占

地面积有所增加，根据本变电所的具体情况，选择两层式布置合理。 7 所用电的设计

变电所的所用电系统设计和设备选择，直接关系到变电所的安全运行和设备的可靠，对它的要求主要有：

（1）保证所用电源的可靠性；

（2）调度灵活可靠，检修调试安全方便，系统接线要清晰、简单；

（3）要考虑全所的扩建和发展规划，所用配电装置布置合理，便于维护管理，对全所系统的容量应满足要求，适当留有裕度；

（4）设备选用合理、技术先进、注意节约投资、减少电缆用量；

（5）变电所的所用电因高压电动设备很少，一般动力负荷均为低压，故低压所用电压宜采用380/220V。 7.1 所用电源数量及容量

枢纽变电所、总容量为60MVA及以上的变电所、装有水冷却或强迫油循环冷却的主变压器以及装有同步调相机的变电所，均装设两台所用变压器。采用整流操作电源或无人值班的变电所，装设两台所用变压器，分别接在不同电压等级的电源或独立电源上。如果能够从变电所外引入可靠的380V备用电源，上述变电所可以只装设一台所用变压器。本变电所为地区重要变电所，全所停电后，将引起地区电网瓦解，影响整个地区供电。

该变电所总容量在60MVA以上，所用负荷有：主控制室照明、主建筑物和辅助建筑物照明等为60KW，锅炉动力、检修间动力、主变冷却装置动力等为250KW。根据以上情况，装设两台所用变压器。

设所用负荷的功率因数为0.9，则所用电总负荷 S所用（60250）0.9344.44(KVA)

所用变压器单台容量的确定：SN0.7S所用0.7344.44241.11(KVA)

由于本变电所最低电压等级为10KV，需通过两级电压降落，每级选用两台变压器，最后降为所用电压380/220V，查《电力工程电气设备手册：电气一次部分》，所选变压器的技术参数如下所示：

所用变压器KV级侧的技术参数如下表所示：

表7-1 技术参数表

额定容量

型号

（kVA）

S9-315/

315

高压 10

低压 0.4

（%） 4

空载 700

短路 3500

流（%） 1.5

标号 Y,yn0

额定电压（kV）

阻抗电压

损耗（W）

空载电

连接组

7.2 所用电源引接方式

当所内有较低母线时，一般均采用这类母线上引接1～2个所用电源，这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。如能由不同电压等级的母线上分别引接两个所用电源，则更可保证所用电的不间断供电。本变电所所用电接线设计，所用电源采用从35KV母线上引接两个的方式。因为35KV母线为单母线分段接线，所以所用电源分别接于35KV母线的Ⅰ段和Ⅱ段，互为备用，平时运行当一台故障时，另一台能够承担变电所的全部负荷。

第一级电压降落所用电力变压器的额定电压为38.5/KV, 其高压侧进线分别接于35KV侧母线的Ⅰ段和Ⅱ段，低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。

第二级电压降落所用电力变压器的额定电压为/0.4KV, 其高压侧进线分别接于KV侧母线的Ⅰ段和Ⅱ段，其低压侧接线采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。

所用电接线图如下图所示：

图7-1 所用电接线图

8 防雷和接地设计

电气设备在运行中承受的过电压，有来自外部的雷电过电压和由于系统参数发生变化时电磁能产生振荡，积聚而引起的内部过电压两种类型。按其产生原因，它们又可分为以下几类：雷电过电压分为直击雷过电压、感应雷过电压和侵入雷电波过电压；内部过电压包括工频过电压（长线电容效应、不对称接地故障以及甩负荷）、谐振过电压以及操作过电压（操作电容负荷过电压、操作电感负荷过电压、解裂过电压和间歇电弧过电压）。 8.1 防雷设计

8.1.1变电站的直击雷保护

为了避免变电站的电气设备及其他建筑物遭受直接雷击，需要装设避雷针或避雷线，使被保护物体处于避雷针或避雷线的保护范围之内；同时还要求雷击避雷针或避雷线时，不应对被保护物发生反击。

1) 变电站应装设直击雷保护装置的设施

(1)屋外配电装置，包括组合导线和母线廊道；

(2)油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装设油台、大型变压器修理间、易燃材料仓库等建筑物；

雷电活动特殊强烈地区的主厂房、主控制室和高压屋内配电装置室。 (3)直击雷保护的措施

2) 对主厂房需装设的直击雷保护，或为了保护其他设备而在主厂房上装设的避雷针，应采取如下措施：

（1）加强分流：用扁钢将所有避雷针水平连接起来，并与主厂房内钢筋焊接成一体。在适当地方接引下线，一般应每隔15-20m引一根。引下线数目尽可能多些；

（2）防止反击：设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点，避雷针接地引下线尽量远离电气设备；

3）主控制室及屋内配电装置直击雷的保护措施：

（1）若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地；（2）屋顶为钢筋混泥土结构，将其钢筋焊接成网接地。

综上，对变电所必须进行防雷保护的对象和措施，可见下表：

表8-1 变电所必须进行防雷保护的对象和措施

建筑物及构筑物名称

建筑物的结构特点

金属结构

110kV及以上配电装置

钢筋混泥土结构

金属结构钢筋混泥土结构钢筋混泥土结构钢筋混泥土结构

防雷措施

在架构上装设避雷针或独立避雷针在架构上装设避雷针或独立避雷针。当在架构上装设避雷针时，可将架构支柱主钢筋作引下

线接地，作引下线的钢筋不少于2根

装设独立避雷针

装设独立避雷针；在不能装设独立避雷针时，

考虑在附近主厂房屋顶装设避雷针金属架构接地

但在雷电活动特殊

钢筋焊接成网并接地

强烈地区应设独立

钢筋焊接成网并接地避雷针

钢筋焊接成网接地

屋外安装的变压器屋外组合导线及母线桥主控制楼（室）屋内配电装置变压器检修间

本设计中采用220kV、110kV配电装置构架上装设避雷针，10kV屋内配电装置上装设独立避雷针进行直接保护，钢筋混泥土结构焊接成网并接地，为了防止反击，主变构架上不设置避雷针。

8.1.2 变电站的侵入雷电波保护

（1）配置原则

变电站采用避雷针保护后，电气设备几乎可以免受直接雷击。而在与变电站相连的长达数十、数百公里的输电线路上，虽然有避雷线保护，但由于雷电的绕击和反击，仍然会危及变电站中的电气设备。雷击线路时无论发生绕击还是反击，都会自雷击点产生向变电站方向传播的入侵电压波，入侵电压波的最大幅值等于线路绝缘的冲击放电电压，而变电站电气设备的绝缘水平通常低于低压线路的绝缘水平，因此入侵波对变电站的电气设备会构成严重威胁。

变电站中限制雷电入侵波过电压的主要措施是装设避雷器。在母线上装设避雷器是限

制雷电入侵波过电压的主要措施。对于220kV及以下的一般变电站，无论变电站的电气主接线形式如何，实际上只要保证每一段可能单独运行的母线上都装有一组避雷器，就可以使整个变电站得到保护。只有当母线或设备连接线很长的大型变电站，或靠近大跨越、高杆塔的特殊变电站，经过计算或验证证明以上布置不能满足要求时，才需要考虑是否在适当位置增设避雷器。

根据避雷器的配置原则，本设计中配电装置的每组母线上，应装设避雷器。此外，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间。避雷器的类型选择为阀式避雷器。

（2）避雷器的选择

1）磁吹阀式避雷器的电气参数如下：

①额定电压Ube避雷器的额定电压应与其安装地点系统的额定电压等级相同。 ②灭弧电压Umi对35kV及以下的中性点不接地系统，灭弧电压取为最高工作线电压的0%～1%；对1kV及以上的中性点直接接地系统，灭弧电压取为系统最大工作线电压的80%。

③工频放电电压Ugf：指在工频电压作用下，避雷器发生放电的电压值。在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般大于最大运行相电压的3.5倍；在中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍。

④残压Ubc：按Ubc2.352Umi计算来确定。

⑤冲击放电电压Uchfs：我国生产的避雷器其冲击放电电压与5kA的残压基本相同。（3）避雷器的选择与校验

1）220kV侧避雷器的选择与校验 ①型式的选择

根据规程及本设计，选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。 ②额定电压的选择：

UbcUNnet220kV

因此选 FCZ-220避雷器，其参数如下表8-2所示。 ③灭弧电压校验：

最高工作电压：Umax1.15UNnet252kV

直接接地：UmicdUmax0.8252200kV，满足要求。

型号

额定电压（kV） 220

表8-2 避雷器参数

灭弧电压工频放电电压有效值有效值（kV）（kV）不小于不大于 252

503

580

冲击放电电峰8/20s冲击

值（1.5/20s）残压不大于不大于（kV）（kV）

740

FCZ-220

④工频放电电压校验：

下限值：Ugfx503kVK0Uxg3上限值：Ugfs1.2Ugfx25231.2436.5523.8(kV) ＜580kV

436.5kV

上、下限值均满足要求。

⑤残压校验：Ubc2.352Umi2.352200664（kV）740kV，满足要求。

⑥冲击放电电压校验：Uchfs0.95Ubc0.95664630(kV)710kV,满足要求。综上，所选FCZ-220 型避雷器满足要求 2）110KV侧避雷器的选择和校验 ①型式的选择

根据规程及本设计，选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。 ②额定电压的选择：

UbcUNnet110kV

因此选FCZ-1避雷器，其参数如下表8-3所示。 ③灭弧电压校验：

（kV）最高工作电压： Umax1.15UNnet1.15110126

直接接地： UmicdUmax0.8126100.8kVKV，满足要求。

型号

额定电压（kV）

表8-3 避雷器参数

灭弧电压工频放电电压有效值有效值（kV）（kV）不小于不大于 126

255

290

冲击放电电峰8/20s冲击

值（1.5/20s）残压不大于不大于（kV）（kV）

345

365

FCZ-110 110

④工频放电电压校验：

下限值： Ugfx255kVK0Uxg3上限值： Ugfs1.2Ugfx上、下限值均满足要求。

⑤残压校验：Ubc2.352Umi2.352100.8334＜365KV，满足要求。（kV）（kV）⑥冲击放电电压校验：Uchfs0.95Ubc0.95334317＜345KV，满足要求。

12631.2218261(kV) ＜290kV

218kV

综上，所选FCZ-1 型避雷器满足要求。 3）10KV侧避雷器的选择和校验 ①型式的选择

根据规程及本设计，选用FZ系列普通阀式避雷器。 ②额定电压的选择： UbcUNnet10kV

因此选FZ-10避雷器，其参数如下表8-4：

型号

额定电压（kV） 10

灭弧电压有效值（kV） 11.5

表8-4 避雷器参数

工频放电电压有效值冲击放电电峰8/20s冲击

值（1.5/20s）残压不大于（kV）

不小于不大于不大于（kV）（kV） 82 98 134 134

FZ-10

③灭弧电压校验：

5kV）最高工作电压： Umax1.15UNnet1.151011.（

非直接接地： UmicdUmax1.011.511.5kVKV，满足要求。 ④工频放电电压校验：

下限值： Ugfx82kVK0Uxg3.5上限值： Ugfs1.2Ugfx上、下限值均满足要求。

11.531.22328(kV) ＜98kV

23（kV）

⑤残压校验：Ubc2.352Umi2.35211.538.22＜134KV，满足要求。（kV）（36.3kV）⑥冲击放电电压校验：Uchfs0.95Ubc0.9538.22127＜134KV，满足要求。

综上，所选FZ-10 型避雷器满足要求。 8.1.3 变压器的防雷保护

三绕组变压器在正常运行时，可能出现只有高、中压绕组工作而低压绕组开路的情况。

这时，当高压或低压侧有雷电波作用时，因处于开路状态的低压侧对地电容较小，低压绕组上的静电分量可达很高的数值以致危及低压绕组的绝缘。为了限制这种过电压，需在低压绕组出线端装一组避雷器，但若在低压绕组接有25m以上金属外皮电缆时，因对地电容增大，足以限制静电感应过电压，故可不必再装避雷器。

主变压器220kV、110kV侧中性点是直接接地，因而需在中性点装设雷电过电压保护装置，选用金属氧化物避雷器。10kV侧中性点是非有效接地，其中性点采用全绝缘，运行经验表明不加保护时的故障率很低，故一般不需保护。

所用变压器高、低压侧均需装设阀式避雷器避雷器。 8.1.4内部过电压保护

内部过电压是指由于短路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，从而引起电网电磁能量的转化或积累所造成的电压升高。内部过电压可分为操作过电压和暂时过电压两类。操作过电压的持续时间一般很短（0.1s以内），采用某些限压装置和其他技术措施加以限制。暂时过电压持续的时间一般较长，应采用相应的措施加以限制。如为了限制电弧接地过电压对设备绝缘的威胁，本设计主变压器220kV、110kV侧采用中性点直接接地的方式，这样单相接地将会造成很大的单相短路电流，断路器将立即跳闸而切断故障，经过一段短时间歇，让故障点电弧熄灭后再自动合闸，如能成功，可立即恢复送电；如不能成功，断路器将再次跳闸，不会出现断续电弧现象，可限制电弧接地过电压。 8.2 接地设计 8.2.1 接地概述

接地就是将需要接地的部分与大地相连。根据接地目的接地可分为防雷接地、工作接地和保护接地等。而与大地的连接都是靠接地装置来实现，接地装置由埋入地中的接地体和引下线构成。变电站的接地装置除了减小接地电阻，以降低雷电流或短路电流通过时其上的电位升高的作用，而且还有均衡地面电位分布、降低接触电位差和跨电位差的作用。而变电所中防雷接地是关键，防雷设备限压功能的发挥离不开良好的接地。防雷接地是将雷电流安全导入大地进行的姐弟，避雷针、避雷器的接地就是防雷接地。就防雷保护而言，其接地电阻都不能超过国家有关标准规定的数值。影响接地装置接地电阻的主要因素是土壤电阻率、接地装置的形状和尺寸，接地电阻可通过相关的公式计算。

按接地装置内、外发生接地故障时，经接地装置流入地中的最大短路电流所造成的接地电位升高及地面的电位分布不致于危及人员和设备的安全，将变电站范围的接触电位差

和跨步电位差限制在安全值之内的原则，进行本变电站接地装置的设计。 8.2.2 接地网型式的选择

220kv及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带布置按经验设计，水平接地带间距通常为5m～8m。除了在避雷针（线）和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置2.5m～3m的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带，接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。

长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序和对计算结果进行分析，设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的3～4倍，因此，地网边缘部分的电场强度比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀。接地钢材用量多，经济性差。在220kV及以下的变电工程中采用长孔网或方孔网，因为入地

故障电流相对较小，地网面积不大，缺点不太突出。

9 保护配置

变电所保护配置的基本任务是：

（1）当系统中某电气元件发生故障时，保护能自动、快速、有选择地将故障元件从系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行；

（2）当系统中电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。

对保护配置的基本要求是：选择性、速动性、灵敏性以及可靠性，即保护四性。 9.1 变压器的保护配置

9.1.1电力变压器继电保护的配置原则

针对电力变压器的故障类型及不正常运行状态，应对变压器装设相应的继电保护装置，其任务就是反映上述故障或异常运行状态，并通过断路器切除故障变压器，或发出信号告知运行人员采取措施消除异常运行状态。同时，变压器保护还应能作相邻电气元件的后备保护。故根据 DL400—1991《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，电力变压器应装设如下保护[5]。

1）瓦斯保护

为反映变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MV·A及以上的油浸式变压器和0.4MV·A及以上的车间内油浸式变压器均应装设瓦斯保护。

2）纵联差动保护或电流速断保护为反映电力变压器引出线、套管及内部短路故障。对于6.3MV·A以下厂用工作变压器和并运行的变压器，以及10MV·A以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时限大于0.5s 时，应装设电流速断保护。对于6.3 MV·A及以上的厂用工作变压器和并列运行的变压器，10MV·A及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器，以及2MV·A及以上

用电流速断保护灵敏性不满足要求的变压器，应装设纵联差动保护(以下简称差动保护)。对高压侧电压为330kV及以上的变压器，可装设双重差动保护。

对于发电机变压器组，当发电机与变压器之间有断路器时，发电机装设单独的差动保护。当发电机与变压器之间没有断路器时，100MW及以下发电机与变压器组共用差动保护；100MW以上发电机，除发电机变压器组共用差动保护外，发电机还应单独装设差动保护；对200～300MW的发电机变压器组亦可在变压器上增设单独的差动保护，即采用双重快速保护。

3）过电流保护

为反映外部相间短路引起的过电流并作为瓦斯保护和差动保护(或电流速断保护)的后备，应采用下列保护。①过电流保护，一般用于降压变压器。②复合电压起动的过电流保护，一般用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器。③负序电流及单相式低电压起动的过电流保护，一般用于63 MV·A及以上大容量升压变压器和系统联络变压器。④阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用第②③的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。

4）零序电流保护

为变压器外部接地短路时零序电流设的保护。 5）过负荷保护

为反映变压器对称过负荷引起的过电流。对于400kV·A及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他符合的备用电源时，应根据过负荷的情况装设过负荷保护。

7）温度保护

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保护即温度保护。 9.2设计所选用的继电保护装置 9.2.1瓦斯保护

在变压器油箱内常见的故障有绕组匝间或层间绝缘破坏造成的短路，或高压绕组对地绝缘破坏引起的单相接地。变压器油箱内发生的任何一个故障时，由于短路电流和短路点电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们就要从油箱里流向油枕的上部，当故障严重时，油会迅速膨胀并有大量的气体产生，此时，回游强烈的油流和气体冲向油枕的上部。利用油箱内部的故障时的这一特点，可以构成反映气体变化的保护装置，称之为瓦斯保护，图9-1为瓦斯继电器在变压器上的安装方法。

图9-1 瓦斯继电器在变压器上的安装

1 变压器油箱；2 连接管 3瓦斯继电器；4 油枕

瓦斯保护的原理接线图如图9-2所示，瓦斯继电器KG的上触电接至信号，为轻瓦斯保护；下触电为重瓦斯保护，经信号继电器KS发信号，经出口继电器KCO的两队触点，使断路器跳闸。

图9-2 瓦斯保护的原理接线图

如果变压器内部发生严重漏油或匝间短路、铁心局部烧损、线圈断线、绝缘劣化和油面下降等故障时，往往差动保护及其他保护均不能动作，而瓦斯保护却能动作。因此，瓦斯保护是变压器油箱内部故障最有效的一种主保护。瓦斯保护主要由气体继电器来实现，安装在变压器油箱与油枕之间的连接导油管中。气体继电器有两个输出触点：一个反映变压器内部不正常情况或轻微故障的“轻瓦斯”；另一个反映变压器严重故障的“重瓦斯”。轻瓦斯动作于信号，使运行人员能够迅速发现故障并及时处理；重瓦斯动作于跳开变压器各侧断路器。瓦斯保护动作后，应从气体继电器上部排气口收集气体，进行分析。根据气体的数量、颜色、化学成分和可燃性等，判断保护的原因和故障性质。

瓦斯保护的主要优点是动作迅速，灵敏度高，安装接线简单且能反映油箱内发生的各种故障。缺点是不能反映油箱以外的套管以及引出线等部位发生的故障。故不能作为变压器唯一的主保护，需与差动保护配合共同作为变压器主保护。 9.2.2变压器差动保护

差动保护的构成原理主要是利用比较变压器高、低压侧的电流大小和相位来实现的。将变

压器两侧的电流互感器二次侧按正常时的“环流接线”。适当地选择两侧电流互感器的电流比，使其比值等于变压器的电压比NT；对于YNd11的电力变压器，同时再考虑采用“相位补偿接线”，即变压器星形侧的电流互感器接成三角形，变压器三角形侧的电流互感器接成星形。当变压器正常运行时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之差，它近于零，差动继电器不动作，保护也不会动作。当变压器内部(包括变压器与电流互感器之间的引线) 任何一点故障时，差动继电器中的电流等于两侧电流互感器的二次电流之差，为故障点短路电流，大于继电器动作电流，继电器动作，变压器各侧断路器切除故障，同时发动作信号。

励磁涌流就是变压器空载合闸时的暂态励磁电流。由于在稳态工作时，变压器铁心中的磁通应滞后于外加电压900。所以，如果空载合闸正好在电压瞬间值u=0的瞬间接通，则铁心中就具有一个相应的磁通—φmax,而铁心中的磁通又是不能突变的，所以在合闸时必将出现一个+φmax磁通分量。此分量的磁通将按指数规律自由衰减，故称为非周期性的磁通分量。如果这个非周期性的磁通分量的衰减比较慢，那么，在最严重的情况下，经过半个周期后，它与稳态磁通相叠加的结果，将使铁心中的总磁通达到2φmax的数值，如果铁心中还有方向相同的剩余磁通φres，则总磁通将为2φmax+φres。此时由于铁心高度饱和，使励磁电流剧烈增加，从而形成的励磁涌流。该图中与φmax对应的为变压器的额定电流的最大值Iμψ，与2φmax+φres对应的则为励磁涌流的最大值Iμmax。随着铁心中非周期磁通的不断衰减，励磁电流也逐渐衰减至稳态值。以上分析是在电压瞬时值u=0时合闸的情况。当然，当变压器在电压瞬时值为最大的瞬间合闸时，因对应的稳态磁通等于零，故不会出现励磁涌流，合闸后变压器将立即进入稳态工作。但是，对于三相式变压器，因三相电压相位差1200，空载合闸时出现励磁涌流是不可避免的。根据以上分析可以看出，励磁涌流的大小与合闸瞬间电压的相位、变压器容量的大小、铁心中剩磁的大小和方向及铁心的特性等因素有关。而励磁涌流的衰减速度则随铁心的饱和程度及导磁性能的不同而变化。

由于变压器的励磁电流只流经它的电源侧，故造成变压器两侧电流不平衡，从而在差动回路中产生不平衡电流。在正常运行时，此励磁电流很小，一般不超过变压器额定电流的3%～5%。外部故障时，由于电压降低，励磁电流也相应减小，其影响就更小。因此由于正常励磁电流引起的不平衡电流不大，可以忽略不计。但是，当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁涌流，其值可以达到变压器额定电流的6～8倍。因此，励磁涌流将在差动回路中产生很大的不平衡电流，可能导致保护的误动作。

差动保护是一切电气主设备的主保护，它以其灵敏度高，选择性好，实现简单而广泛地应用在发电机、电抗器、电动机和母线等主设备上。鉴于差动保护在以上设备中应用的成功，以及过去技术水平的限制，人们别无选择地在变压器保护上同样采用差动保护作为主保护。它不但能正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优点。

变压器纵差保护原理

变压器的纵差保护用来反映变压器绕组、引出线及套管上的各种短路保护故障，是变压器的主保护。

纵联差动保护是按比较被保护的变压器两侧电流的大小和相位的原理实现的。为了实现这种比较，在变压器两侧各装设一组电流互感TA1、TA2，其二次侧按环流法连接，即若变压器两端的电流互感器一次侧的正极性端子均置于靠近母线的一侧，则将它们二次侧的同极性端子相连接，再将差动继电器的线圈按环流法接入，构成纵联差动保护，图3-1为变压器纵差保护单相原理接线图。

图9-3 变压器纵差保护单相原理接线图

为了保证变压器纵差保护的正常运行，必须选择好适应变压器两侧电流互感器的变比和接线方式，保证变压器在正常运行和外部短路时两侧的二次电流等。其保护范围为两侧电流互感TA1、TA2之间的全部区域，包括变压器的高、低压绕组、套管及引出线等。

在图9-3中，当被保护对象正常运行和外部短路时，流过差动继电器KD的电流为

IrII2III2 （9.1）

在理想情况下，被保护对象两侧的电流大小和相位都是相同的，故流入继电器的电流为零。当变压器内部故障时，流如差动继电器的电流为

IrII2III2 （9.2）

若该电流大于差动继电器KD的动作电流时，则KD动作。变压器纵差保护的不平衡电流

在纵差保护中，当被保护对象正常运行或外部故障时，总会有一个电流流入继电器，称之为“不平衡电流”，该电流的大小直接决定了保护的灵敏度。引起

不平衡电流的因素主要有：

1）电流互感器计算变比与实际变比不一致

由于电流互感器选用的是定型产品，而定型产品的变比都是标准化的，这就出现电流互感器的计算变比与实际变比不完全相符的问题，以致在差动回路中产生不平衡电流。为了减少不平衡电流对纵差动保护的影响，一般采用自耦变流器或利用差动继电器的平衡线圈予以补偿。

2）两侧电流互感器型号不同

由于变压器两侧的额定电压不同，所以，其两侧电流互感器的型号也不会相同。它们

的饱和特性和励磁电流都是不相同的。因此，在变压器的差动保护中将引起比较大的不平衡电流。在外部短路时，这种不平衡电流可能会很大。为了解决这个问题，一方面，应按10%误差的要求选择两侧的电流互感器，以保证在外部短路的情况下，其二次电流的误差不超过10%。另外一方面，在确定差动保护的动作电流时，引入一个同型系数Kst来消除互感器不同的影响。当两侧电流互感器的型号相同时，取Kst =0.5，当两侧电流互感器的型号不同时，取Kst=1。这样，当两侧电流互感器的型号不同时，实际上是采用较大的Kst值来提高纵联差动保护的动作电流，以躲开不平衡电流的影响。

3）变压器调压分接头位置改变

电力系统中常用带负荷调整变压器分接头的方法来调整系统电压。调整分接头实际上就是改变变压器的变比，结果必然将破坏电流互感器二次电流的平衡关系，产生了不平衡电流。由于变压器分接头的调整是根据系统运行的要求随时都可能进行的，所以在纵联差动保护中不可能采用改变平衡绕组匝数的方法来加以平衡。因此，在带负荷调压的变压器差动保护中，应在整定计算中加以考虑，即用提高保护动作电流的方法来躲过这种不平衡电流的影响。一般变压器在其高压侧绕组上都设有调压分接头，分有载调压和无载调压两种。当调压分接头位置改变时，变压器的变比也改变，从而两侧TA二次侧电流的大小也改变。这对已经配置好的纵差保护来讲就会形成不平衡电流。该项不平衡电流只能依靠保护的动作整定值躲过。

4）变压器接线组别的影响

当三相变压器的接线组别不同时，其二侧的电流相位关系也不同。以常用的Y，d11接线的电力变压器为例，它们两侧的电流之间就存在着300的相位差。这时，即使变压器两侧电流互感器二次电流大小相等，也会在差动回路中产生不平衡电流IUNB。为了消除这种不平衡电流的影响，就是必须消除纵联差动保护中两臂电流的相位差。通常都是采用相位补偿的方法，即将变压器星型接线一侧电流互感器的二次的绕组接成三角形，而将变压器的三角形侧电流互感器的二次绕组接成星型，以便将电流互感器二次电流的相位校正过来。采用了这样的相位补偿后，Yd11接线变压器差动保护的接线方式及其相量图如图3-2所示。

图9-4 Yd11接线变压器纵差保护的接线图及向量图

(a)接线图 (b)向量图

9.2.3 变压器过电流保护

过电流保护为电力变压器相间短路的后备保护, 当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号，这种继电保护称为过电流保护。该保护一般用于容量较小的降压变压器上，其单相原理接线如图9-5所示。

图9-5 变压器过电流保护单相原理接地图

定时限过电流保护由电流继电器1KA与2KA、时间继电器KT和信号继电器KS组成。其中1KA、2KA是测量元件，用来判断通过线路电流是否超过预设值；KT为延时元件，它以适当的延时来保证装置动作有选择性；KS用来发出保护动作的信号。图3-4为定时限过电流保护的原理图和展开图。

图9-6 定时限过电流保护的原理图和展开图

（a）原理图（b）展开图

正常情况下，断路器QF闭合，保持正常供电，线路中流过正常电流，此时电流继电器不会启动。当线路发生相间短路故障时，线路中流过的电流迅速增加，使电流继电器KA瞬时动作，启动时间继电器KT，经过延时，KT延时触点闭合，使串联的信号继电器（电流型）KS和中间继电器KM动作，KS触点闭合接通报警线路，KM触点闭合，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。在短路故障切除后，继电保护装置除KS外的其他所有继电器都自动返回起始状态，而KS需手动复位。 9.2.4变压器的过负荷保护

变压器长期过负荷运行时，绕组会因发热而受到损伤。对于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，应装设过负荷保护。过负荷保护通常只装在一相，其动作时限较长，延时动作于发信号，过负荷保护原理图如图9-7所示。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。对自耦变压器和多绕组变压器，过负荷保护应能反应公共绕组及各侧过负荷情况。过负荷保护的安装情况如下：

1）对双绕组升压变压器，装于发电机电压侧。

2）对一侧无电源的三绕组升压变压器，装于发电机电压侧和无电源侧。 3）对三侧有电源的三绕组升压变压器，三侧均应装设。 4）对于双绕组降压变压器，装于高压侧。

5）仅一侧电源的三绕组降压变压器，若三侧的容量相等，只装于电源侧；若三侧的容量不等，则装于电源侧及容量较小侧。

6）对两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设。装于各侧的过负荷保护，均经过同一时间继电器作用于信号。

图9-7 过负荷保护原理图

在图9-7中：QF是断路器，TA是电流互感器，两个圈并起来是变压器，这是一次回路。KA是电流继电器，其功能是当电流大与设定值时继电器动作闭左边的节点，KT是一般的信号继电器，其功能为：当电流继电器动作时，使其线圈得电动作，启动延时节点，延时的这段时间内如果电流回复正常那就不发信号，如延时到了还在过流状态则接通延时接点，发出过电流信号。 9.2.5变压器零序电流保护

中性点直接接地运行的变压器毫无例外地都采用零序过电流保护作为变压器接地后备保护。零序过电流保护通常采用两段式。零序电流保护Ι段与相邻元件零序电流保护Ι段相配合；零序电流；零序电流保护Ⅱ段与相邻元件零序电流保护后备段(注意，不是Ⅱ段)相配合。与三绕组变压器相间后备保护类似，零序电流保护在配置要考虑缩小故障影响范围的问题。根据需要，每段零序电流保护可设两个时限，并以较短的时限动作于缩小故障影响范围，以较长的时限断开变压器各侧断路器。

图9-8所示的为双绕组变压器零序过电流保护的原理接线和保护逻辑电路。零序过电流取自变压器中性点电流互感器的二次侧。由于是双母线运行，在另一条母线故障时，零序电流保护应该跳开母线断路器QF，是变压器能够继续运行。所以零序电流保护Ⅰ段和Ⅱ段均采用两个时限，短时限t1、t3跳开母联断路器QF，长时限t2、t4跳开变压器两侧断路器。

图9-8 零序过电流保护的原理接线和保护逻辑电路

9.2.6 变压器温度保护

当变压器的冷却系统发生故障或发生外部短路和过负荷时，变压器的油温将升高。变压器的油温越高，油的劣化速度越快，使用年限减少。当油温达115～150℃时劣化更明显，以致不能使用。油温越高将促使变压器绕组绝缘加速老化影香其寿命。因此，《变压器运行规程》规定：上层油温最高允许值为95℃，正常情况下不应超过85℃，所以运行中对变压器的上层油温要进行监视。凡是容量在1000KVA及以上的油侵式变压器均要装设温度

保护，监视上层油温的情况；对于变电所，凡是容量在315KVA及以上的变压器，通常都要装设温度保护；对于少数用户变电站，凡是容量在800KVA左右的变压器，都应装设温度保护，但温度保护只作用于信号[9]。

温度继电器的工作原理：当变压器油温升高时，受热元件发热升高使连接管中的液体膨胀，温度计中的压力增大，可动指针向指示温度升高的方向转动。当可动指针与事先定位的黄色指针接触时，发出预告信号并开启变压器冷却风扇。如经强风冷后变压器的油温降低，则可动指针逆时针转动，信号和电风扇工作停止；反之，如变压器油温继续升高，可动指针顺时针转动到与红色定位指针接触，这是未避免事故发生而接通短路器跳闸线圈回路，使短路器跳闸，切除变压器，并发出声响灯光信号。

温度继电器的结构：变压器油温的监视采用温度继电器K，它由变压器生产厂成套提供。它是一种非电量继电器。常用的电触头压力式温度继电器的结构图，它由受热元件、温度计及附件组成，是按流体压力原理工作的。温度计是一只灵敏的流体压力表，他有一支可动指针和两支定位指针分别为黄色和红色。铜质连接管内充有乙醚液体或氯甲烷、丙酮等,受热元件插在变压器油箱定盖的温度测孔内。 9.3控制回路

发电厂的一次电路及一次设备的投入和切除是通过开关电器实现的，而开关电器的控制操作时是通过其操动机构完成的。开关电器中隔离开关大多数是利用人工手动就地操作，而断路器的分合闸是通过控制回路实现的。按操作地点不同，分为就地控制和集中控制。集中控制实在控制是内扳动控制屏上的控制开关，通过控制回路发出指令到几十米至几百米远的断路器安装地点，通过断路器的操动机构使其分合闸。 9.3.1断路器控制回路的基本要求

对断路器控制回路的基本要求如下：

1) 断路器操动机构的合闸，分闸线圈时按短时通电设计的，当跳合闸操作完成之后应能自动切除跳、合闸脉冲电流。

2) 断路器控制回路接线不仅要满足手动分、合闸，而且当继电保护或自动装置动作时，能实现自动分、合闸。

3) 应具有防止断路器跳跃的机械或电气闭锁装置。

4) 能指示断路器的合闸和分闸位置信号，而且能够区分自动合闸或跳闸与手动合闸或跳闸的位置信号。

5) 能监视控制回路的工作状态及跳闸或合闸回路是否完好。 6) 控制回路接线力求简单可靠，使电缆芯数最少。 9.3.2控制开关

发电厂和变电所的控制、信号及测量回路，按其操作电源可分为强电控制与弱电控制，前者一般为110V或220V电压；后者为48V及以下电压。按操作方式可分为一对一控制和选线控制两种。根据不同特点，强电控制一般分为以下三类：

1) 根据控制地点非为集中控制与就地控制二种。

2) 按跳、合闸回路监视方式分为灯光监视和音响监视两种。

3) 按控制回路接线分为控制开关具有固定位置的不对应接线与控制开关触点自动复制的接线。

采用LW2，LW5等系列控制开关对操作对象实行强电一对一的控制，是我国长期以来采用的为广大运行人员所熟悉的方式，实践证明这种方式安全可靠。

发电厂和变电所中常用的控制开关：一种是跳，合闸操作都分两步进行，手柄有两个固定位置和两个操作位置的LW2系列控制开关，由它构成的控制、信号接线能直接反应运行、事故和操作过程各种状态，便于分析各种状况，多用于主设备的断路器控制回路；另一种是操作需要进一步进行，手柄有一个固定位置和两个操作位置的LW5系列控制开关，由它构成的控制、信号接线也能反映运行和事故的各种工况，虽然没有LW2那样清晰，但操作比较简单，多用于厂用电动机系统的断路器控制回路。

本变电所采用的控制开关型号为LW-2-Z-1a.4.6a.40.20/F8

LW2系列控制开关面板有方形和圆形两种，手柄有9种形式，根据接线是否需定位、自动复归、取出手柄和内附信号灯等要求任意选择，LW2系列控制开关。其节点如图7。

图9-9控制开关节点图（型号：LW-2-Z-1a.4.6a.40.20/F8）

9.3.3断路器的“防跳”闭锁

所谓“跳跃”是指断路器在手动或自动装置动作合闸后，如果操作控制开关未复归或控制开关触点、自动装置触点卡住，此时保护动作使断路器跳闸而发生的多次“跳一合”现象。所谓“防跳”，就是利用操动机构本身的机械闭锁或在操作线上采取措施以防止这种“跳跃”的发生。灯光监视及音响监视对控制回路的“防跳”要求是一致的。

对35kV及以上电压的断路器（包括电磁、弹簧、液压和空气操动机构）一般采用电气“串联防跳”接线，

串联防跳接线图如图9-10。

图 9-10 串联防跳接线图

9.4 信号回路

9.4.1信号回路的作用

在发电厂及变电站中，除了运用各种仪表监视电气设备的运行状况外，还要借助灯光和音响信号装置反映设备的正常和非正常运行状况，并作为主控室与生产车间联络、传送信息的工具。运行值班员根据信号的性质进行正确的分析、判断和处理，以保证发、供电工作的正常运行。 9.4.2信号回路的基本要求

1)断路器事故跳闸时能及时发出音响信号（蜂鸣器声HAU），同时相应位置指示灯闪光，并伴有光字牌显示事故的性质。

2)系统或某个电气设备发生异常情况时能发出区别于事故音响的信号（警铃HAB），即瞬时或延时发出预告音响，并伴有光字牌显示异常的种类、区域。

3)能手动或自动复归音响信号，而保留光字牌信号。

4)能对该装置进行监视和试验，能进行事故和预告信号及光字牌完好性的试验，以证明其状态完好。

5)对音响监视接线能实现亮屏或暗屏运行。

6)试验发遥信的事故音响信号时，能同时闭锁遥信回路。事故音响装置起动时，应停事故时钟（试验事故音响信号时不应停事故时钟）。

7)对其他信号装置，如：指挥信号、联系信号和全厂故障信号等，其装设的原则应使运行人员能迅速而准确地确定所得到信号的性质和位置。 9.5 继电保护的信号回路的分类 9.5.1事故信号

事故信号的级别高于预告信号，它只有当系统或变电所内设备发生故障引起断路器跳闸时才动作。断路器跳闸具体可以由以下原因引起：

1）线路或电气设备发生事故，由继电保护装置动作跳闸。

2）自动无功优化、备用电源自投等自动装置来跳闸。

3）继电保护或自动装置误动作、二次回路故障误跳闸或断路器自动脱扣等非正常跳闸。

事故信号装置应具有以下功能:

（1）发生断路器跳闸时应无延时发出事故音响信号，同时有相应的灯光信号（一般为相应断路器绿灯闪光）指出发生跳闸的断路器位置。

（2）应立即通过远动装置，向调度系统及远方的监控系统发出遥信信号。

（3）能手动或自动复归音响信号，能进行定期切换对声光信号进行试验，但在试验时不发遥信。

（4）事故时应有光信号或机械掉牌、机械变位等指示信号，指明继电保护和自动装置的动作情况。

（5）能重复动作，当一台断路器事故跳闸后，在运行人员还没来得及确认事故及复位之前又发生了新的事故跳闸时，事故信号装置还能发出音响和灯光信号。

(6)能手动对事故信号装置进行定期切换试验。 9.5.2预告信号

预告信号是系统或变电所中电气设备运行状态发生变化或不正常的信号。 1) 预告信号的内容

（1）系统中发生各种参数的越限，如系统过电压、欠电压，系统频率异常，各种电力设备的过负荷等。

（2）系统出现异常的运行方式，如交流小电流接地系统的接地故障。

（3）设备损坏但还不致造成故障跳闸，如电流互感器一次熔丝熔断造成二次电压异常，轻瓦斯动作告警等。

（4）各种设备的运行参数超过报警值还不至于造成故障时，如带油设备的油温升高超过极限，各种液压或气压机构的压力异常等，用SF6 气体绝缘设备的SF6气体密度或压力异常。

（5）各种设备的回路、压力等状态与运行要求不符，可能存在缺陷会危及设备安全运行时，如弹簧机构的弹簧没有拉紧，三相断路器的三相位置不一致，有载调压变压器的三相分接头位置不一致，断路器的控制回路断线等。

（6）继电保护装置或回路发生异常，可能影响其正常运行的，继电保护和自动装置的交、直流电源消失，装置故障信号等。

（7）电流或电压互感器的二次回路断线、失压，产生差流、零流、差压、低压等越限告警或闭锁保护的。

（8）变电所中有继电保护或其它信号继电器动作没有复归的。

（9）变电所公用设备发生故障或异常，如直流系统的接地或电压异常，所用电等缺相或失压等。

（10）动作于信号的继电保护和自动装置的动作。

（11）一些设备的切换或动作，如断路器油泵起动，变压器辅助冷却器起动等。 2) 对预告信号装置提出以下要求

（1）预告信号出现时，应能与事故信号有区别的音响信号，同时有灯光信号指出预告信号的内容。

（2）能手动或自动的复归音响信号，在预告信号消除以前，应能保留相应的灯光或机械掉牌信号。

（3）能重复动作，即在一个预告信号没有消除前，再出现新的预告信号时，仍能发出音响和灯光信号。

（4）当保护装置或信号装置的直流电源因故消失重新恢复后，信号装置应保证其动作状态不便，便于运行人员查找。

（5）预告信号可以有选择地通过远动装置发给调度或集控中心。 9.5.3位置信号

表示断路器、隔离开关、变压器的有载调压开关等开关设备的触头的位置，其主要的位置信号如下：

（1）断路器的位置信号。（2）隔离开关的位置信号。

（3）电力变压器的有载调压分接头的位置。 9.5.4指挥信号和联系信号

指挥信号用于主控制室向各车间控制室发出操作命令。如向机炉控制室发“注意”、“增负荷”、“减负荷”、“停机”等命令。联系信号用于个控制是之间的联系。 9.5.5光子牌信号

光字牌闪光的报警装置具有的功能

（1）对音响监视接线能实现亮屏或暗屏运行。

（2）断路器事故跳闸时，能瞬时发出音响信号，同时相应的位置指示灯闪光。（3）发生故障时，能瞬时或延时发出预告信号并以光字牌显示故障性质。（4）能进行事故和预告信号及光字牌完好性试验。（5）能手动或自动归复音响而保留光字牌信号。（6）试验遥信事故信号时，能解除遥信回路。 9.6检测回路 9.6.1 测量方式和要求

弱电测量分常测和选测两种方式。

区域变电所的变压器一般采用常测表计、对线路可参考下表的原则装设常测和选测表计。参考表如表9-1所示。

表9-1 馈线采用常测或选测表计的参考表

安装单位 220kV及以上电压的线路 110kV线路 35kV线路 6～10kV线路

常测表计 W、Var W、Var W、Aa

选测表计 Aa、Ab、Ac Aa W、Aa Aa

备注

根据线路在电网中的重要地位决定常测或选测。一般情况可选测

9.6.2 测量的主要要求

电气测量仪表配置及要求，遵循《电气测量仪表装置设计技术规程SDJ9—87》的规定。测量仪表一般选用指针式仪表。接变送器输出的二次仪表，准确度不应小于1.0级，变送器或辅助互感器的准确度应满足表9-2的要求。

表9-2 仪表附件及配件的准确度等级表

分流器和变送器（级）辅助互感器（级）

0.5 0.2 0.5 0.2 0.5 0.2

仪表准确度等级

1.0 1.5 2.0 互感器（级）

0.5 0.5 1.0

9.6.3变电站测量回路配置

本变电所的测量量：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数。本变电所采用的测量方式为常测。准确度等级为 2、 0.5。 9.7 主变压器继电保护整定计算 9.7.1 变压器差动保护整定计算及校验

电力变压器是电力系统的重要电气设备之一，它的安全运行直接关系到电力系统的连续稳定运行，特别是大型电力变压器，由于其造价昂贵，结构复杂，一旦因故障而遭到损坏，其修复难度大，时间也很长，必然造成很大的经济损失。所以，本设计中主变保护配置：纵联差动保护；瓦斯保护；过电流保护；过电压保护；过负载；压力释放阀保护；超温保护。

变压器纵差保护主要是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障，是变压器的主保护。按避越励磁涌流的方法不同，变压器差动继电器可按不同工作原理来实现，本文中采用带短路线匝的BCH-2型继电器用作变压器的差动保护。（1）额定参数的计算

名称额定电压（kV）

额定电流（A）互感器接线方式

表9-4 变压器额定参数

变压器各侧数值 220

1200003220314.93

110

1200003110629.86

1200006928.2 310∆

Y Y

电流互感器计算变比电流互感器实际变比电流互感器二次回路额定电流（A）

3314.93629.86 554300 53629.861090.9 552600 5629.862.62

260056928.2 58000 536298.67.5

80005629.862.62

43005

由计算结果可知， 10kV侧差动臂中的电流为最大，故选10kV侧为计算的基本侧。（2）确定差动保护的动作电流 1）躲开变压器的励磁涌流

IoplKrelI3NT1.36928.29006.66 (A) 式中：Krel——可靠系数，对于BCH-2型继电器，Krel取1.3；

I3NT——变压器基本侧的额定电流。

2）躲开电流互感器二次断线产生的不平衡电流

IoplKrelIL.max1.36928.29006.66 (A)

式中：KK——可靠系数，取1.3；

ILmax——变压器最大负荷电流，在变压器最大负荷电流不能确定的情况下，用变压器额定电流IeT。

3）确定外部短路时的最大不平衡电流

U%3IoplKrel(0.1Keqfc)IK.max 100 1.30.110.050.0543553(A)11324A式中：∆U——变压器调分接头引起的误差；

； Keq——同型系数（同型号取0.5，不同型号取1）

； fc——平衡线圈的误差（计算变比和实际变比不同取0.05）

3IK.max——变压器外部短路时的最大电流。

取选取一次动作电流为：11324 A。 (3) 确定基本侧差动线圈匝数

Iop.KDKw311324Iopl12.26A Ki80005式中： Kw——电流互感器的接线系数，其值为流入继电器中的电流与电流互感器二次侧电流的比，当电流互感器的二次侧接成三角形时，Kw取为3；

Iopl——基本侧一次动作电流。基本侧差动线圈的计算匝数：

AW060Wdc4.85

Iop.KD12.26式中：AW0——继电器的动作安匝，一般取60安匝。差动线圈的实际匝数Wdc应向小调整，匝数少，启动电流加大，能可靠躲过最大不平很电流，取差动线圈实际的匝数为4匝。

继电器的实际动作电流和一次动作电流分别为：

6015 (A) 41580005IdzjbjsIdzjbKiKw13856.4 (A)

3(4) 计算非基本侧平衡线圈匝数

平衡线圈用来平衡变压器两侧电流互感器的计算变比与实际变比不一致的不平衡安Idzjb60(安匝）Wdc匝。

对三绕组变压器：

Wc1Wd.c(I2ejbI2efj1)I2efj14(7.52.62)2.627.45

取220 kV侧平衡线圈匝数为7匝。

Wc2Wcdzd(I2ejbI2efj2)I2efj14(7.52.62)2.627.45

取110 kV侧平衡线圈匝数为7匝。（5）平衡线圈的相对误差计算

fc1(Weq1.cWeq1.op)(Weq1.cWeq1.op)(7.457)(7.457)0.031

∴fc1＜0.05，满足要求。

计算结果的变化范围在0～0.091内，误差小于0.5计算结果有效，满足要求。

fc2(Weq.cWeq2.op)(Weq2.cWeq2.op) (7.457)(7.457)0.031

∴fc2＜0.05，满足要求。（6）灵敏度校验

335830.9IKD3KI2K.min236.44(A) i240IAW060op.KDW75.45A

dWeq24KIKDI36.44S5.456.682

op.KD保护范围内短路最小灵敏度大于2，满足要求。

式中：KS——保护范围内故障，流过基本侧的最小短路电流； Iop.KD——差动保护一次动作电流。 9.7.2 变压器过电流保护整定计算 (1) 动作电流的整定

保护装置的动作电流应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流IL.max来整定，即

IKrelKwKK1.5~3.0SNU1.21.02402120000op.KAoc32203.7A （4-15）rei3N10.85式中 Krel：可靠系数，一般采用1.2-1.3；

Kre：返回系数，一般采用0.85； IL.max：变压器的最大负荷电流。

可靠系数的引入可按其字面意思理解就可以了，一般电流保护按一定的原则计算，再乘以一定的可靠系数防止保护在计算值边缘时误动，可靠系数大小的选取一般都是经验值，没有很严格的规定，大多都是1.2或1.3左右,计算准确可靠的就选小点，估算成分或不确定因素比较多的就选大点。

公式中引入返回系数Kre的意义在于：可提高可靠性和灵敏度。因为当在最大负荷时若出现瞬时故障（时间小于保护装置的动作时限），电流达到了整定值，继电器动作。在这种情况下若考虑到了返回系数，则当瞬时故障消失后继电器会可靠返回而不至于跳闸；若不考虑返回系数，则继电器会由最大负荷电流的存在而不能反回，导致跳闸。

保护一次侧动作电流为

IoplKi240Iop.KAoc4960A Kw1.0（2）动作时间的整定

动作时限比由变压器供电的线路保护装置的最大时限大一时限阶段，一般取0.5s—0.7s，这里取0.5s(当过电流保护的动作时限大于0.5s时，增设电流速断保护)。

（3）保护装置的灵敏校验

KSIK2.minIopl213112613.32233.281.5 （4-18）

9602式中 IK2.min：最小运行方式下，在灵敏度校验发生两相短路时，流过保护装置的最小短路电流。

在被保护变压器受电侧母线上短路时，要求KS1.5~2.0；在后备保护范围末端短路时，要求KS1.5 。保护装置的动作时限应与下一级过电流保护配合，要比下一级保护中

最大动作时限大一个时限级差 Δt。

因此保护满足要求。 9.7.3 零序过电流整定计算及校验

(1) 高压侧零序过电流保护的一次侧动作电流的整定计算

INISN120000314.9A （4-20）

3UN13220nTA0240 （4-21）

nTA0（4-22）

式中I0.op：主变压器零序过电流保护动作电流；

Krel：可靠系数，一般取1.15-1.2；

I0.opKrelK0.bra.maxI0.op.max1.21314.91.57A

240； I0.op.max：零序过电流保护相关段最大一次动作电流（一般为一次侧额定电流）

K0.bra.max：系统最小运行方式时主变压器零序电流的最大分支系数（

设计无分支线路则其值为1）；

nTA0：主变压器零序电流互感器TA0的变比，其值为240。 (2) 零序过电流保护灵敏系数校验

Ik(1)10000.8660K0.sen5.67 （4-23）

I0.opnTA0100式中 Ik0(1)：线路出口单相接地时保护安装处零序电流最小值； K0.sen：其值应大于等于2。 (3) 动作时间的整定计算

t0.opt0.op.maxt0.50.40.9S （4-24）

式中t0.op.max：出线配合相关段零序过电流保护最长动作时间为0.5S；

t：动作时间级差，微机保护取0.3-0.4s。

(4) 中压侧零序过电流保护的一次侧动作电流的整定计算

INISN120000314.9A （4-20）

3UN13220nTA0240 （4-21）

1.21314.91.57A （4-22）

nTA0240式中 I0.OP：主变压器零序过电流保护动作电流；

零序过电流保护相关段最大一次动作电流（一般为一次侧额定电流）； I0.op.max：

I0.opKrel：可靠系数，一般取1.15-1.2；

KrelK0.bra.maxI0.op.maxK0.bra.max：系统最小运行方式时主变压器零序电流的最大分支系数（

设计无分支线路则其值为1）；

nTA0：主变压器零序电流互感器TA0的变比，其值为240。 (5) 零序过电流保护灵敏系数校验

Ik(1)10000.8660K0.sen5.67 （4-23）

I0.opnTA0100式中 Ik0(1)：线路出口单相接地时保护安装处零序电流最小值； K0.sen：其值应大于等于2。 (6) 动作时间的整定计算

t0.opt0.op.maxt0.50.40.9S （4-24）

式中t0.op.max：出线配合相关段零序过电流保护最长动作时间为0.5S；

t：动作时间级差，微机保护取0.3-0.4s。

9.7.4 过负荷保护整定计算及校验

过负荷保护的动作电流因躲过变压器的额定电流，即

Krel1.05IN103.9128.3A （4-25） Kres0.85式中 Krel：可靠系数，取1.05； Kres：返回系数，取0.85；

IN：保护安装变压器额定电流，取103.9A。

过负荷保护的动作时限，应比过电流保护的最大时限增加一个时限阶差Δt。以防止过负荷保护在外部短路故障及短时过负荷时误发信号。

Ioper9.8 瓦斯保护

轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250～300cm2整定，本设计采用280cm2。

重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.6～1.5cm2整定本，本设计采用0.9cm2。容量为12000KVA及以下的均用Φ50。即变压器本体和变压器储油柜连接的管路直径。

瓦斯继电器选用QJ-50。 9.9 变压器继电保护继电器的选型及参数 9.9.1 继电保护中各继电器的选型

经过比较，各继电保护所安装的继电器型号如下：

1）差动保护：BCH-2E型差动继电器，DX-8E型信号继电器；

2）过电流保护：DL-21CE型电流继电器，DS-26E型时间继电器，DX-8E型信号继电器；

3）零序过电流保护：DL-21CE型电流继电器，DS-26E型时间继电器，DX-8E型信号继电器；

4）过负荷保护：DL-21CE型电流继电器，DS-26E型时间继电器；

5）瓦斯保护：QJ50型气体继电器，DX-8E型信号继电器，DS-26E型时间继电器; 6）温度保护：温度继电器与变压器成套提供。 9.9.2 各继电器的参数介绍 (1) BCH-2E型差动继电器

1）额定值（输入激励量）：交流频率为50Hz；交流额定电流为5A。 2）动作值：无直流分量时，继电器的动作安匝AW0=60±4。 3）电流整定有效范围：当继电器用于保护三绕组电力变压器时，其动作电流可在3-12A的范围内进行整定（AW0=60）。当用于保护两绕组电力变压器或交流发电机时，其动作电流可以在1.55-12A的范围内进行整定。

4）动作特性：继电器直流助磁特性e=f(k)可以用改变短路绕组匝数的方法进行分阶调整。当K=0.4时，所有e值均应小于2.5；当K=0.6时，e值应不低于表9-4的规定：

短路绕组

A-A 1.6-0.13

表9-4 e值的取定

B-B 3-0.24

C–C 5-0.4

D-D 7-0.56

5）可靠系数;五倍动作电流时的可靠系数不小于1.35；二倍动作电流时的可靠系数不小于1.2。

6）动作时间:三倍动作电流时，继电器的动作时间不大于35ms。

7）功率消耗:工作绕组和一个平衡绕组全部串联接入，当在保护区内发生故障，且电流等于5A时，继电器的单相功率消耗不超过16VA。

8）触电断开容量:220V/1A/50W。 9）介质强度:2kV/50Hz/1min。

10）绝缘电阻不小于300MΩ（在交变湿热条件下不小于4MΩ）。 11）重量约为4kg。

(2) DL-21CE型电流继电器

DL-20CE系列电流继电器用于电机、变压器及输电线路的过负荷与短路保护线路中，作为起动元件。

1）DL-21CE型电流继电器有一个动合触点，动作于过电流。 2）动作值极限误差为6%。

3）动作时间：1.1倍实测动作值时不大于0.12s；2倍实测动作值时不大于0.04s。 4）动作一致性不大于5%。

5）环境温度引起的变差不大于5%。

6）过载能力：电流继电器测定最大整定值和最小整定值两点，测最小整定值时，继电器线圈串联；测最大整定值时，继电器线圈并联，输入电流分别从最小和最大整定值上升到相应试验电流，经5次试验，继电器的动合触点不应有不能工作的抖动，取出输入电流时不应有不返回现象，每次试验时间不大于5s。其中附加电阻表面温度不超过150℃。

7）绝缘电阻不小于300MΩ。 8）介质强度为2kV/50Hz/1min。

9）动作可靠性：a 当对线圈突然施加整定值的1.75倍激励量时，继电器的动合触点应无抖动地闭合；b 当无外来的碰撞和振动，继电器的整定值在刻度盘的中值时，过电流继电器激励量为整定值的0.6倍时，继电器的动断触点应可靠闭合，动合触点应可靠断开。c 在动作值或返回值下，继电器动作过程中的可动系统不应当停滞在中间位置。

10）触点断开容量：DC 250V/2A/50W；AC 250V/2A/250VA。 11）电寿命为5×102次。 12）机械寿命为104次。 13）重量为0.8kg。

(3) DS-26E型时间继电器

DS-20E系列时间继电器作为辅助元件用于各种保护盒和动控制线路中，使被控制元件的动作可得到调节的延时。

1）时间整定:范围1.2-5s，额定电压220V。

2）触点形式:一副瞬时转换触点、一副滑动动合触点和一副终止动合主触点。

3）动作值和返回值:在基准条件下，继电器的可靠动作电压，对于DS-26E不大于85%额定电压。继电器的可靠返回电压不小于5%额定电压。

4）整定误差:在基准条件下，继电器延时主触点整定误差±1.05。

5）延时一致性:在基准条件下，继电器延时主触点延时一致性见表9-5。

表9-5 时间继电器的延时

整定时间（s）延时一致性（s）

1.5 5 10 20 0.07 0.16 0.26 0.5

6）温度变化对性能的影响：环境温度为标称范围极限值时，继电器应可靠动作，且应满足要求：a 任一延时整定点的变差，对于前两点刻度整定值，应不超过最大延时整定值的±5%（可换算成绝对值），其余各点刻度整定值，应不超过最大延时整定值的±10%（可换算成绝对值）；b 此时继电器的动作电压，直流继电器不大于80%额定电压，交流继电器不大于95%额定电压；c 继电器的延时一致性不大于上表规定值的1.5倍[11]。

7）功率消耗：在额定电压下，继电器的功率消耗为35VA。 8）绝缘电阻不小于300 MΩ。 9）介质强度：2kV/50Hz/1min。 10）冲击电压为5kV。

11）触点断开容量：DC 250V/1A/50W；AC 250V/1A/250VA。

12）继电器延时主触点长期允许接通电流为5A，瞬时触点长期接通电流为5A。 13）电寿命为5×103次。 14）机械寿命为104次。 15）重量约为1kg。 (4) DX-8E型信号继电器

DX-8E型信号继电器用于直流操作的保护和自动控制装置中，作为实现机械保持手动复归的动作指示器。

1）动作值：电压型不大于70%额定电压；电流型不大于90%额定电流。

2）动作时间：电压型继电器施加额定电压，电流型继电器施加120%额定电流时，继电器的动作时间不大于30ms。

3）触点的断开容量：DC 250V/2A/50W；AC 250V/2A/200VA。 4）触点的长期允许闭合电流为2A。

5）功率消耗：电压型不大于3W，电流型不大于0.3W。 6）触点形式为三副动合触点。 7）电寿命为103次。 8）机械寿命为104次。

9）介质强度：2kV/50Hz/1min。 10）重量约为0.4kg。 9.10 母线的保护配置

变电所中的母线是电力系统中的一个重要组成元件，它起着汇总和分配电能的作用，因此必须保证母线的安全可靠运行。

母线故障的类型主要是单相接地和相间短路故障。为切除母线故障，可采用两种方式：

（1）利用母线上其他供电元件的保护装置来切除故障；（2）装设专门的母线保护，装设差动保护就可以满足要求。 9.10.1 220 kV母线保护

1) 220 kV母线完全电流差动保护（1）启动元件和选择原件

按下述两种条件计算,取大值者作为整定值，按躲过外部故障的最大不平衡电流整定,即

Ir.setKrelIunb.maxKrel0.1Ik.max/nNT1.30.121160.5/24011.46A

式中 Krel可靠系数，取1.3

Ik.max在母线范围外任一连接元件上短路时，流过差动保护TA一次侧的最大短路电流；

（2）保证电流互感器二次回路断线时,保护不误动作,即

Ir.setKrelIL.max/nNT1.3331/2401.8A

2) 监视断线继电器动作电流的计算

按躲过正常运行时的最大不平衡电流整定,即

Iop.r0.2IN.L/KTA0.2331/2400.28A

断线信号继电器的动作时限,应比母线上所有连接元件的后备保护装置的动作时限大一个时限价段。

3)灵敏度校验

KsenIk.minIr.setnTA321160.526.672，满足要求。 11.462409.10.2 110 kⅤ母线保护

1) 110 kV母线完全电流差动保护（1）启动元件和选择原件

按下述两种条件计算,取大值者作为整定值，按躲过外部故障的最大不平衡电流整定,即

Ir.setKrelIunb.maxKrel0.1Ik.max/nNT1.30.114868.8/2408.05A

式中 Krel可靠系数，取1.3

Ik.max在母线范围外任一连接元件上短路时，流过差动保护TA一次侧的最大短路电流；

（2）保证电流互感器二次回路断线时,保护不误动作,即

Ir.setKrelIL.max/nNT1.3629.8/2403.4A

2) 监视断线继电器动作电流的计算

按躲过正常运行时的最大不平衡电流整定,即

Iop.r0.2IN.L/KTA0.2629.8/2400.52A

断线信号继电器的动作时限,应比母线上所有连接元件的后备保护装置的动作时限大一个时限价段。

3)灵敏度校验

KsenIk.minIr.setnTA314868.826.672，满足要求。 8.052409.10.3 10 kV母线保护

1) 10 kV母线完全电流差动保护（1）启动元件和选择原件

按下述两种条件计算,取大值者作为整定值，按躲过外部故障的最大不平衡电流整定,即

Ir.setKrelIunb.maxKrel0.1Ik.max/nNT1.30.1111060/16009.02A

式中 Krel可靠系数，取1.3

Ik.max在母线范围外任一连接元件上短路时，流过差动保护TA一次侧的最大短路电流；

（2）保证电流互感器二次回路断线时,保护不误动作,即

Ir.setKrelIL.max/nNT1.36928.2/16005.6A

2) 监视断线继电器动作电流的计算

按躲过正常运行时的最大不平衡电流整定,即

Iop.r0.2IN.L/KTA0.26928.2/16000.85A

断线信号继电器的动作时限,应比母线上所有连接元件的后备保护装置的动作时限大一个时限价段。

3)灵敏度校验

KsenIk.minIr.setnTA311106026.672，满足要求。 9.02160010 自动重合闸配置

10.1 装设重合闸的规定

自动重合闸装置应按下列规定装设：

(1) 5 kV及以上的架空线路的电缆车与架空混合线路，在具有断路器的条件下，如用

电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置。

(2) 旁路断路器和兼作旁路的母线联络断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置。 (3) 低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置。 (4) 必要时，母线故障可采用母线自动重合闸。 10.2 使用重合闸的不利影响

在采用重合闸以后，当重合于永久性故障上时，它也将带来一些不利的影响，如： (1)使电力系统又一次受到故障的冲击，并可能降低系统并列运行的稳定性。

(2)使断路器的工作条件变得更加严重因为它要在很短的时间内，连续切断两次短路电流。这种情况对于油断路器必须加以考虑，因为在第一次跳闸时，由于电弧的作用已使油的绝缘强度降低，在重合后第二次跳闸时，是在绝缘已经降低的不利条件下进行的，因此，油断路器在采用了重合闸以后，其遮断容量也要有不同程度的降低（一般约降低到80%左右）。因而，在短路容量比较大的电力系统中，上述不利条件往往限制了重合闸的使用。因此，能够判断是瞬时性故障或永久性故障，以及检测消弧情况的自适应重合闸的研究具有重要意义。目前这一技术已趋于成熟已开始在电力系统中试运行。例如在中性点经消弧线圈接地的电网中，用微机自适应重合闸即可根据消弧线圈中电流的大小判断弧光熄灭的情况，从而自动调整重合时间。 10.3 对自动重合闸装置的基本要求

(1) 重合闸不应动作的情况

1由值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时。 ○

2手动投入断路器，由于线路上有故障，而随即被继电保护将其断开时。因为在这种○

情况下，故障是属于永久性的，它可能是由于检修质量不合格、隐患未消除或者保安的接地线忘记拆除等原因产生的，因此再重合一次也不可能成功。

3除上述条件外，当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后，重合闸均应动作，○

使断路器重新合闸。

(2) 重合闸的起动方式

为了能够满足第（1)项所提出的要求，应优先采用由控制开关的位置与断路器位置不对庆的原则来起动重合闸，即当控制开关在合闸位置而断路器实际上在断开位置的情况下，使重合闸起动，这样就可以保护不论是任何原因使断路器跳闸以后，都可以进行一次重合。当用手动操作控制开关使断路器跳闸以后，控制开关与断路器的位置仍然是对应的。因此重合闸就不对起动。

在某些情况下（如使用单相重合闸时），当利用保护装置来起动重合闸时，由于保护装置动作很快，可能使重合闸来不及起动，因此，必须采取措施（如用自保护回路、记忆回路等），来保证重合闸能可靠动作。

(3) 自动重合闸的动作次数

自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。如一次式重合闸就应该只动作一次，当重合于永久性故障而再次跳闸以后，就不应该再动作；对二次式重合闸就应该能够动作两次，当第二次重合于永久性故障而跳闸以后，它不应该再动作。在任何情况下，例如装

置本身的元件损坏，继电器触点粘住或拒动作等，重合闸均不应使断路器多次地重合到永久故障上去。

(4) 自动重合闸的复归方式

自动重合闸在动作以后，应能自动复归，准备好下一次再动作。但对10 kV及以下电压的线路，如当有值班人员时，为简化重合闸的实现，也可以采用手动复归方式。

采用手动复归的缺点是，当重合闸动作后，在值班人员未及时复归以前，而又一次发生故障时，重合闸将拒绝动作，这在雷雨季节，雷害活动较多的地方尤其可能发生。

(5) 重合闸与继电保护的配合

自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好地和继电保护相配合，加速故障的切除。

如用控制开关手动合闸并合于永久性故障上时，也宜于采用加速继电保护动作的措施，因为这种情况与实现重合闸后加速的要求是完全一样的。

当采用重合闸后加速保护时，如果合闸瞬间所产生的冲击电流或断路器三相触头不同时合闸所产生的零序电流有可能引起继电保护误动作时，则应采取措施（如适当增加一延时）予以防止。

（6）对双侧电流线路上重合闸的要求

在双侧电源的线路上实现重合闸时，应考虑合闸时两侧电源间的同步问题，并满足所提出的要求。

（7）闭锁重合闸

自动重合闸装置应具有接收外来闭锁信号的功能。当断路器处于不正常状态（例如操作机构中使用的气压、液压降低等）而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。

11 结束语

本次设计是对所学知识的巩固、再学习，同时也是了解新知识、探索新方法的过程。在此次毕业设计中，我能够巩固所学的基本理论、专业知识，并综合运用所学知识来解决实际的工程问题，学习工程设计的基本技能和基本方法。

所设计的变电所电气部分具有可靠性、灵活性、经济性，并能满足工程建设规模要求。采用的电气主接线具有供电可靠、调度灵活、运行检修方便且具有经济性和可扩建发展的可能性等特点。所选主变经济、合理。在设计过程中，短路电流是按最严重情况考虑计算的，并结合实际环境，选择的电气设备提高了运行的可靠性，节约运行成本。

本设计的统筹、计算、写作以及修改过程，使我越来越认识到自己知识与经验的缺乏。因为变电所系统的每个小模块都是一个复杂的小系统，每个小模块都可以单独作为一个课题去研究、分析。由于知识水平、学术能力、时间的限制，虽然我尽可能地收集材料，竭

尽所能运用自己所学的知识进行设计和论文写作，但还是存在许多不足之处，有待改进。

通过这次设计，我进一步领会电力工业建设中的政策观念和经济技术观念，以及对工程技术中的技术和经济问题，能够进行比较全面的综合分析。使我对电力系统有了一个整体和具体的了解，这对我们今后工作中有积极的意义。

谢辞

在刘伟老师悉心关怀和精心指导下，我完成了此次设计，从设计整体方案的确立到每小节内容的详细审定，无不倾注了刘伟老师的辛劳。老师求实的治学态度，认真细致的工作作风，深厚的学术造诣和丰富的实践经验，使我受益匪浅。他强烈的事业心，高度的责任感，将激励我在今后的工作学习中不断努力进取。在这里，我特别的感谢所有老师们对我学习上的关怀与提携！老师，衷心的谢谢您！

同时，在此还要感谢我的同学们，我们在设计中相互探讨，在设计上给我很多启示。感谢他们在三年短暂的大学生涯中陪伴我一起度过，在学习和生活中给我的帮助。

最后，对所有评阅我的毕业设计的老师们表示深深的敬意！真诚的希望您们能给予意见与指导。谢谢！

参考文献

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[9] 王维俭 .电气主设备继电保护原理与应用.[M] 武汉华中科技大学出版社，2001 [10] 应敏华，程乃蕾，常美生. 供用电工程. 北京：中国电力出版社，2006.9 [11] 卓乐友. 电力工程电气设计200例. 北京：中国电力出版社，2004

[12] 宋继成. 220～500kV变电所电气主接线设计. 北京：中国电力出版社，2004 [13] 苏小林，阎晓霞. 电力系统分析. 北京：中国电力出版社，2007 [14] 李光琦. 电力系统暂态分析. 3版. 北京：中国电力出版社，2007 [15] 西安交通大学，电力工业部西北电力设计院等编著. 短路电流实用计算法. 北京：中国电力出版社，1982

[16] 黄伟，付艮秀. 电能计量技术. 2版. 北京：中国电力出版社，2007

附件1

主要电气设备清单

名称规格数量 92

主变压器 SFPSZ7-120000/220 2台站用变压器 S9-315/10 2台 220 kV侧母线 LF21管型 2根断路器 LW6―220/2500 5个隔离开关 GW6-220D/2000 20个电流互感器 LCW-220 17个电压互感器 TYD-220/ 3 -0.0075 uF 2个绝缘子 ZS-220 4 穿墙套管 CR-220 4 熔断器 RN2 2 110 kV侧母线 LF21管型 2根断路器 LW14―110/2000 9个隔离开关 GW4-110D/2000 33个电流互感器 LCWD-110 27个电压互感器 JCC2-110 2个绝缘子 ZS-110 4 穿墙套管 CRL2-110 4 熔断器 RN2 2 10 kV侧母线槽形 2片 93

断路器 SN4－10G/8000 17个隔离开关 GN10-10/8000 23个电流互感器 LZZBJ7-10(Q) 18个电压互感器 JD6-10 2个绝缘子 ZS-10 4 穿墙套管 CWLB-10 4 熔断器 RN2 2

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