地区变电所与电气主接线设计

摘 要 现阶段，随着科学技术的快速发展，世界范围内经济、能源领域电力均发挥着至关重要的作用，逐渐演变为人类社会的基本配备能源，因此，对变电所进行合理设计、建设至关重要。本课题的主要研究内容为地区变电所与电气主接线初步设计，主要目的是在确保变电所功能达到远期符合需求的基础上，进一步提高供电的安全性、可靠性。

本课题设计研究过程中，对多方面的相关因素进行了全面且细致的考虑，例如，工程设计的灵活性、经济性以及可靠性等，并在结合毕业设计要求以及参考电力专业相关理论知识、既有研究成果的基础上，明确了主变压器以及电气设备、拟定电气主接线、计算短路、规划配电装置与自动装置、继电保护与防雷保护等工作。

关键词 电力系统，电气主接线，短路计算，电气设备 目 录 摘 要 I 引 言 - 1 - 第一部分 毕业设计说明书 - 2 - 1 变电所原始资料分析 - 2 - 1.1 设计题目 - 2 - 1.2 变电所概况介绍 - 2 - 1.3 变电所60KV的用户负荷表 - 2 - 1.4 电力系统接线方式 - 2 - 2 主变压器台数和容量的确定 - 4 - 2.1 主变压器选择的要求 - 4 - 2.2 主变压器容量和台数的确定 - 4 - 2.3 主变压器的选择 - 5 - 3 主接线形式的选择及说明 - 7 - 3.1 主接线的设计原则 - 7 - 3.2 主接线的设计要求 - 7 - 3.3 主接线的选择 - 8 - 3.3.1主接线的预定方案 - 8 - 3.3.2 对两种方案接线方式的同时论证 - 9 - 3.4 主接线的确定 - 10 - 3.5 设备的配置 - 11 - 3.5.1 隔离开关的配置 - 11 - 3.5.2 电压互感器的配置 - 11 - 3.5.3 电流互感器的配置 - 11 - 3.5.4 接地刀闸的配置 - 11 - 3.5.5 避雷器的配置 - 12 - 4 短路计算 - 13 - 4.1 短路电流计算的目的 - 13 - 4.2 短路的基本类型 - 13 - 4.3 短路电流计算的基本假定 - 13 - 4.4 一般规定 - 13 - 4.5 计算步骤 - 14 - 4.6 计算方法 - 14 - 4.7 本变电所电力系统等值电路图 - 15 - 5 电气设备的选择 - 16 - 5.1 母线的选择 - 16 - 5.1.1 母线的型式及适用范围 - 16 - 5.1.2 一般条件 - 16 - 5.1.3 截面选择说明 - 17 - 5.1.4 热稳定校验 - 17 - 5.2 高压断路器的选择 - 17 - 5.3 隔离开关的选择 - 19 - 5.4 电流互感器的选择 - 19 - 5.5 电压互感器选择 - 21 - 5.6 避雷器的选择 - 21 - 6 高压配电装置 - 23 - 6.1 高压配电装置设计原则及要求 - 23 - 6.2 屋外配电装置的布置原则 - 25 - 6.3 本变所配电装置的规划 - 25 - 7 继电保护及自动装置设计 - 27 - 7.1 继电保护配置的作用和要求 - 27 - 7.2 变压器保护的配置 - 27 - 7.3 母线保护和断路器失灵保护 - 28 - 7.3.1 母线保护配置原则 - 29 - 7.3.2 母线保护 - 29 - 7.3.3 断路器失灵保护 - 30 - 7.4 线路的保护装置 - 30 - 7.4.1 220kV侧线路保护 - 30 - 7.4.2 60KV侧线路保护 - 31 - 7.5 自动装置的规划设计 - 32 - 7.5.1 电力系统自动装置的设计 - 32 - 7.5.2 自动重合闸装置应按下列规定装设 - 32 - 7.5.3 自动重合闸装置应符合以下要求 - 32 - 7.5.4 备用电源和备用设备自动投入 - 32 - 8 防雷保护的规划设计 - 34 - 8.1 防雷保护的同必要性 - 34 - 8.2 发电厂及变电所的防雷保护内容 - 34 - 8.3 变电所防雷保护的对象 - 34 - 8.4 装设避雷针（线）的基本原则 - 35 - 8.5 防雷保护设计所需资料 - 35 - 8.6 避雷针的保护范围计算 - 35 - 8.7 防雷保护措施 - 36 - 第二部分 桓仁220/60变电所电气部分设计计算书 - 37 - 1 主变压器的选择 - 37 - 2 短路电流的计算 - 39 - 2.1计算公式 - 39 - 2.2系统计算电路图和等值电路图 - 39 - 2.2 220KV母线上K1点发生短路时的短路计算 - 43 - 2.3 60KV母线上K2点发生短路时的短路计算 - 43 - 3 主要电气设备的选择 - 45 - 3.1 母线的选择 - 45 - 3.1.1 220KV侧母线选择 - 45 - 3.1.2 60KV侧母线选择 - 45 - 3.2 高压断路器的选择 - 47 - 3.2.1 220KV侧断路器的选择 - 47 - 3.2.2 63KV侧断路器的选择 - 48 - 3.3 隔离开关的选择及校验 - 49 - 3.3.1 220KV侧隔离开关选择与校验 - 49 - 3.3.2 60KV侧隔离开关选择与校验 - 50 - 3.4 电流互感器的选择及校验 - 51 - 3.4.1 220KV侧电流互感器的选择及校验 - 51 - 3.4.2 63KV侧电流互感器的选择及校验 - 52 - 3.5 电压互感器选择及校验 - 53 - 3.6 避雷器的选择 - 54 - 4 避雷针的保护范围计算 - 55 - 结 论 - 57 - 致 谢 - 58 - 参考文献 - 59 - 附 录 - 60 - 引 言 电力工业的蓬勃发展促使电网规模迅速扩大，电压等级、自动化水平均实现了质的飞跃，供电部门要想在日新月异的市场机制下取得良好的发展，必须在电力经营管理方面加大对科技、经济的投入力度。我国为了打破现有壁垒，在垄断中谋求发展，于2002年提出了体制改革，倡导竞争引入，意在以此推动发输供电效率实现积极发展。同期，世界各国也颁布相关政策，电力领域迎来了全面改革时期。

地区变电所的设计、建设具有非常深远的影响，是确保西电东送工程建设顺利的基础，是各地区人们正常生活与工作的保障，是供电负荷稳定可靠的前提，也是我国电力工业实现可持续发展的关键所在。不仅如此，由于区域间存在较大的环境差异，例如，技术、经济以及电压等级等，建设220/60kv的变电所，势在必行。

本课题所设计研究的变电所为一般性的220/60kv的变电所，负荷方案共有两种：远期负荷、近期负荷。其中，60kv的侧供电共有12回负荷出线，为了确保设计符合远期负荷需求，且具有良好的供电性能，本课题设计过程之中择取远期负荷规划为参考。

本次设计具有较好的系统性，充分融合了专业理论知识、实践操作，是大学期间学习的整合体现，也是实践教学的综合性环节，对学生理论知识、专业技能的实际应用具有综合训练的作用，不仅如此，也是学生步入社会实现自我发展的实践基石，意义重大。通过本次课题的研究，不仅可以帮助学生形成良好的专业知识运用能力、创新意识，还有助于学生形成工程观念，为其日后发展奠定良好基础。

第一部分 毕业设计说明书 1 变电所原始资料分析 1.1 设计 地区变电所电气主接线初步设计 1.2 变电所概况介绍 （1）变电所为地区变电所，它主要是给开发区工业用户供电。地区年平均温度为2.5℃，最高温度为36℃；
变电所地势平坦，交通方便。

（2）变电所220KV侧进线2回，60KV侧出线12回。

（3）变电所主保护动作时间0.5S，后备保护动作时间为3秒；
短路计算时间4秒。

根据所给条件对本变电所的电气主接线、电气设备进行选择，对配电装置进行规划，对防雷保护进行设计。

1.3变电所60KV的用户负荷表 负荷同时系数0.86，线损率为4.5%，重要负荷占75.5%，根据负荷表确定本变电所的远期最大负荷，确定本变电所主变压器的容量，根据相关规程对本变电所的主变压器进行选择。

1.4电力系统接线方式 2*100KM 220KV 2*50KM 800MVA Ud%=18 2*30KM 240MVA Ud﹪=16.5 600MW Xd”=0.12 COSφ=0.9 待设计变电所 200MW；
Xd”=0.135；
COSφ=0.9 图1.1电力系统接线方式 系统中所有的发电机均为汽轮发电机,送电线路均为架空线，单位长度正序电抗为0.3欧姆/公里 根据电力系统接线方式及所给数据，正确选择短路点，进行短路计算，根据短路计算的数据进行相关电气设备的选择较验。

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；
只供本厂（站）用电的变压器，称为厂（站）用变压器或自用变压器。

2.1 主变压器选择的要求 与系统相连的变压器应在两台或两台一下，当有备用电源保证供电时，可只装一台，装配两台以上主变压器时，单台容量的选择要参照其中任意一台不工作时，剩余变压器容量最少能保证所供电的所有一级负荷或是变电所全部负荷的60—75%。正常情况下一次变电所为75%，二次变电所为60%。变电所的主变压器正常情况下都采用三相变压器，因制作或运输条件限制及初期只装一台主变压器的220KV变电所中，正常情况下采用单相变压器组，当装设一台单相变压器时，不用备用相，当主变压器多于一台，且每台容量满足上述要求时，单相变压器组不用装设备用相。

变电所中的变压器在系统调压有需求时，正常情况下采用带负荷调压变压器，但在受设备制造限制时，应该采用单独的调压变压器。变压器绕组的连接方法必须和系统电压相位一样，否则不能并列运行，电力系统采用的绕组连接方法只有“Y”型和“△”型，高、中、低三侧绕组如何连接要根据具体工程来确定。

2.2 主变压器容量和台数的确定 主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。

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其容量。对重要变电站，应考虑当1台主变压器停运时，其作变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足 2.3主变压器的选择 总容量的确定 主变容量的确定应根据5-10年发展规划进行选择，通过对原始资料的分析，根据负荷及经济发展的要求，同时考虑负荷的同时系数和线损率等因素，可由公式求得。

分析原始资料变电所60KV用户负荷表（表2-1） 最大负荷同时系数0.86，线损率为4.5﹪。总负荷中重要负荷占75.5﹪。

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级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，当一台变电所停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%~80%。

本变电所的最大远期负荷为：
kW kW 式中 —本变电所60KV侧各出线负荷 P —本变电所60KV侧各出线总负荷 已知cosφ1=0.85，cosφ2=0.95线损率为4.5%，负荷的同时系数为k0=0.86 将上数据代入公式可得变压器容量为: 经计算得Se=70%S=36791.05kVA 查《电力设备手册》选用两台双绕组变压器，其型号为SFPZ7—120000/220，电压为 kV采用YN,d11连接组，附套管电流互感器，其具体型号和参数见表2-2。

正常运行时，两台变压器全部投入。当其中一台停运检修时，考虑变压器的过负荷能力，另一台仍能达到全部负荷的98%。

S—三相；

F—风冷；

P—强迫油循环；
Z—有载调压；
7—设计序号；
120000—额定容量（KVA）；
220—额定电压（KV） 3 主接线形式的选择及说明 3.1主接线的设计原则 变电所电气主接线是电力系统接线的主要主成部分，它表明了发电机、变压器、线路和断路器等设备的数量和接线方式，从而实现安全的发电、输变电、配电的任务。

根据设计规程，变电所主接线应满足可靠性、 灵活性、 经济性的要求。同时还应考虑以下的因素：
（1） 考虑变电所在电力系统中的地位和作用。

（2） 考虑近期和远期的发展规模。

（3） 考虑负荷的重要性分级和出线回数的多少对主接线的影响。

（4） 考虑主变台数对主接线的影响。

（5） 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。

3.2 主接线的设计要求 在设计电气主接线的过程中，要确保其满足四项基本要求，即经济性、灵活性、可靠性以及安全性。

在安全性方面，要确保与国家相关标准、技术规范相符，可以为人身安全、设备安全提供有效保障。具体有五点：
①高压断路器电源侧、反馈电能负荷侧需装置适宜的高压隔离开关。

②低压断路器电源侧、反馈电能负荷侧需装置适宜的低压隔离开关。

③高压熔断器以及负荷开关出线柜的母线侧需要装置适宜的高压隔离开关。

④线路电压达到35kv，其末端需装置连接隔离开关的接地刀闸。

⑤高压母线、架空线路的末端需装置避雷器。

此外，还要通过以下四点充分分析变电站的作用以及设备的可靠性、一二次设备的运行可靠性：
①检修断路器时，支持正常供电。

②断路器、母线因故检修过程中，停运出现回数、停运时间最小化，且一级负荷、局部二级负荷可以正常供电。

③是变电所、发电厂完全停运的可能性实现最小化，避免出现系统解列的情况。

④大机组超高压电气的主接线需要完全负荷可靠性需求。

不仅如此，主接线还要符合检修、调度以及扩建等方面的灵活性要求，基于系统长期规划考虑，主接线还要满足以下要求：
①调度过程中，与线路、变压器以及发电机的切除、投入灵活性良好，可以对负荷、电源进行适宜调配，支持系统的事故运行方式、特殊运行方式、检修运行方式以及上述方式下的调度要求。

②检修过程中，对继电保护设备、母线以及断路器的停运操作较为便捷，不会给电力网的正常运行以及车间供电造成不良影响。

③扩建过程中，由初期接线向最终接线的过渡较为便捷，且线路、变压器、新装机组投入时，不会给停运时间、连续供电造成影响，且一二次部分改建相对较少。

主接线要想满足灵活性、可靠性要求，必须符合以下条件，拥有经济合理性：
①一次设备较少，例如，避雷器、隔离开关以及断路器等。

②可以对短路电流进行有效限制，支持轻型电气、廉价设备。

③分支变电所、终端电压不超过35kv，支持简易电器。

④占地面积相对较少，可以为配电装置提供良好的布设环境。

⑤电气设备型号、数量以及容量选择合理。

3.3 主接线的选择 由《规程》知：110—220kV配电装置中的出线回路数是2回时，正常情况下采用单母线分段的接线形式。当配电装置中的进线和出线总和为12—16回时，在一组母线上安装分断断路器，而双母线运行方式在6—220kV电压的配电装置中，总是以保证用户供电所必需的可靠性。根据上述的要求，初步确认主接线方案：第一种方案是一次侧（220kV侧）采用单母分段的接线形式，二次侧（60kV侧）采用双母三分段的接线形式；
第二种方案是一次侧（220kV侧）采用双母线的接线形式，二次侧（60kV侧）采用双母线带旁路的接线形式。

3.3.1主接线的预定方案 本变电所电压等级为220kV/60kV，220kV电源进线为2回；

60kV侧出线为12回。

根据主接线设计必须满足供电可靠性、保证电能质量、满足灵活性和方便性、保证经济性的原则，初步拟定两种主接线方案。

第一方案：220kV侧采用单母分段带旁路接线，60kV侧采用双母三分段接线。第二方案：220kV侧采用双母线接线，60kV侧采用双母线带旁路接线 。

图 接线方案 3.4 主接线的确定 两种方案进行比较：
首先，一次侧两种接线形式的对比：单母分段虽然较双母线减小了母线长度和隔离开关的数量，而且占地面积也较小，但是单母分段接线当出现一段母线或母线隔离开关故障或检修等情况时，都会让这段母线上所有回路在检修期间一直停电，而这对重要负荷的供电可靠性是不可以的。双母线接线方式虽然占地面积大，投资高，但是其供电可靠性调度灵活性和扩建方便等优点却是对负荷和系统容量的变化起着非常重要的作用。所以通过对上述的比较，最后确定一次侧（220kV侧）采用双母线接线形式。

其次，二次侧两种接线形式的对比：双母三分段的接线添加了隔离开关和断路器的数量，对正常运行或线路故障时的倒闸操作要比双母线接线繁杂，它平时只有一组母线运行，所以当工作母线短路时，仍需要让整个配电装置短时间内停止工作，增加了停电时间。双母线带旁路接线形式虽然占地面积大，投资高，但是相比之下其供电可靠性和扩建方便等优点却是对重要负荷和系统容量的变化起着非常重要的作用。而双母线带旁路接线不仅经济性要高于前者，而且在母线发生故障后，恢复供电的速度也快于前者，同时，双母线接线可靠性高，扩建方便，所以两者之间的对比，二次侧（60kV侧）最终选定双母线接线的接线形式。

最后，通过上述各方面的综合比较，同时考虑本所的进线，出线的回数，最终确定一次侧（220kV侧）采用双母线的接线形式，二次侧（60kV侧）采用双母线带旁路的接线形式。本变电所电气主线图见附录 4 短路计算 4.1 短路电流计算的目的 设计以及实际操作电力系统、电气设备的过程中，合理计算短路电流，是避免下列问题的基本保障：
(1)合理计算短路，可以保证电缆、母线、瓷瓶、互感器以及断路器等设备拥有良好的热稳定性、动稳定性。

②合理计算短路，可以保证明确自动装置、继电保护的参数，并对其进行合理配置。

③合理计算短路，可以为不同接线方案的对比提供参考依据，从而明确接线过程中限制短路电流是否具有应用价值。

4.2 短路的基本类型 电力系统中的常见短路有四种，分别为两相接地短路、单相短路、两相短路以及三相短路。其中，单相短路的发生概率最高，三相短路的发生概率最小。但三相短路拥有相对较大的电流量，因此，其危害最大。为了确保短路时，电气设备仍可以正常运作，计算短路时，主要参考三相短路。参考对称分量法，可以将不对称短路的电流划分为三个分量：零序、正序以及负序。

4.3 短路电流计算的基本假定 正常情况下，都用三相系统对称运行。电源的电动势相角必须相同。短路应参考短路电流为最大值的瞬间。元件的计算参数取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。原件的参数取基准值，电容略去不计。

4.4 计算步骤 (1) 画等值电抗图 1）首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻。

2）选取基准容量和基准电压。

3）计算各元件的电抗标么值。

(2) 选择计算短路点 (3) 求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。

(4) 各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。

(5) 列出短路电流计算数据表。

4.5计算方法 标么值法：取基准容量Se=100MVA，基准电压Ue=Uav计算用公式：
线路电抗：XL*= XL (4.1) 变压器电抗：X*= (4.2) 短路电流周期分量有效值：IK*= (4.3) 路电流冲击值：icj=2.55IK (4.4) 标么值转为有名值：IK= Ie (4.5) 4.6本变电所电力系统等值电路图 本变电所电力系统接线图见图1.1,等值电路图如下图4.1 图4.1 电力系统等值电路图 本变电所短路电流计算数据一览表 具体计算过程及结果见《毕业设计计算书》。

5 电气设备的选择 电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一。正确的选择电器是使电器主接线和配电装置达到安全经济运行的重要条件。电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。

电气设备选择的一般原则：
(1) 应满足正常工作状态下的电压和电流的要求。

(2) 应满足安装地点和使用环境条件要求。

(3) 应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求。

(4) 应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质。

(5) 对电流互感器的选择应计其负载和准确度级别 5.1 母线的选择 5.1.1 母线的型式及适用范围 导体的常用材料为铝合金、铝、铜。其中，铜具有较强的抗腐蚀性以及强度较大、电阻率较低的特点，而铝虽然电阻率相对较高，但密度较小，且我国具有非常丰富的铝储量，经济性能较好，因此，导体材料应以铝、铝合金为主。

硬导体的常见截面有管形、槽形、矩形三种形状，其中，矩形具有连接性好、固定方便以及散热好的特点，但是具有较大的集肤效应，因此，实际应用过程中，最大截面应低于1250mm2。如果工作电流超过载流量的允许范围后，可以并列使用多条矩形导体，但最多不能超过4条。由于以上条件很难同时满足，故本变电所采用软母线形式。

5.1.2 截面选择说明 选择导体截面时，应根据实际应用环境，从热稳定、动稳定、经济电流密度、电晕以及工作电流等方面进行明确选择及校验。

5.1.3热稳定校验 根据上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。其公式为：
S≥Smin= (5.1)式中 Smin——根据热稳定决定的导体最小允许截面（mm）2 I∞——稳定短路电流（A）；

tdz——短路电流等值发热时间；

kf——集肤效应系数；

C——热稳定系数，其值与材料及发热温度有关 5.2 高压断路器的选择 断路器主要负责倒换系统的运行方式，即连接线路、设备与电路，或是将二者退出运行。线路或设备运行过程中出现故障时，断路器可以将故障回路迅速切除，保护无故障回路可以正常运作。在选择断路器形式时，不仅要保证其符合环境条件以及技术要求，还要对其施工调试以及运行维护的经济性能、便捷性进行充分考虑。

（1）断路器种类和形式可从油断路器、压缩空气断路器、6氟化硫断路器、真空断路器等，其主要特点如表5.1， 选择断路器型式时，应依据各类断路器的特及点及使用环境、条件决定。

（2）额定电压和电流选择 ， (5.2) 式中 、——分别为电气设备和电网的额定电压，kV；

、——分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷，A；

（3）开断电流的选择 高压断路器的额定开断电流，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量，即 (5.3) 当断路器的较系统短路电流大很多时，简化计算可用进行选择，为短路电流值。

（4）短路关合电流的选择 额定关合电流是断路器的重要参数之一。为了使断路器在关合短路电流时绝对安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击值，即 (5.4) （5）短路热稳定和动稳定校验 校验式为 ， (5.5) 5.3 隔离开关的选择 对于变电所而言，隔离开关属于常用性电气，需和断路器进行配套。但其并没有配备灭行装置，所以，不支持负荷电流、短路电流的接通与切断。

隔离开关具有多种型式，参考安装环境可以划分为屋外、屋内两种形式，参考绝缘支柱数量可以划分为三柱、双柱以及单柱的形式。

选择隔离开关的方法基本等同于断路器，但无需对关合电流、开断电流进行校验。因回路中隔离开关、断路器处于串联状态，短路故障时，断路器开断时间会直接决定隔离开关所受的影响程度，因此，其相关计算数据等同于断路器计算数据。

5.4 电流互感器的选择 选择电流、电压互感器应满足继电保护和自动装置及测量仪表的要求，电流互感器二次额定电流有5A和1A两种，电流互感器选择参数见表5.1 （1）对一次回路大电流进行转换，使其成为二次回路小电流，促使保护装置、测量仪表实现小型化、标准化，利于屏内安装。

（2）分离高压部分与二次设备，互感器二次侧完全实现接地，为人身、设备提供安全保障。

（3）选择电流互感器的准则 电流互感器一次回路电压、电流额定值应符合以下表达式：
其中，代表一次回路电压的额定值，达标一次回路电流的额定值 （4）热稳定和动稳定校验：
只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。电充互感器热稳定能力常以1S允许通过的热稳定电流或一次额定电流的倍数来表示，热稳定校验式为 或 (5.7) 动稳定校验包括由同一相的电流相互作用产生的内部电动力校验，以及不同相的电流相互作用产生的外部电动力校验。显然，多匝式一次绕组主要经受内部电动力；
单匝式一次绕组不存在内部电动力，则电动力稳定性为外部电动力决定。

内部动稳定校验公式为 或 (5.8) 式中 ——电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，由制造厂提供。

外部动稳定校验公式为 (5.9) 式中 ——作用于电流互感器瓷帽端部的允许力，由制造厂提供；

L ——电流互感器出线端至一个母线支柱绝缘子之间的跨距；

——相间距离；

0.5——系数，表示互感器瓷套端部承受该跨上电动力的一半。

5.5 电压互感器选择 目前,电力系统广泛应用的电压互感器主要有电磁式和电容分压式两种。

（1）电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同，其特点是：
1）容量很小，类似一台小容量变压器，但结构上要求有较高的安全系数；

2）二次侧仪表和继电器的电压线圈阻抗大，互感器在近于空载状态下运行。

（2）电压互感器的选择 1）种类和型式的选择。应根据装设地点和使用条件进行选择电压互感器的种类和型式。在6-35KV屋内配装置中，一般采用油浸式或浇注式电压互感器；
110-220KV配电装置特别是母线上装设的电压互感器，通常采用串级式电磁式电压互感器；
当容量和准确级满足要求时，通常多在出线上采用电容式电压互感器。

2）一次额定电压和二额定电压的选择。3-35KV电压互感器一般经隔离开关和熔断器接入高压电网。110KV及以上的电压互感器可靠性较高，电压互感器只经过隔离开关与电网连接。

3）容量和准确级的选择。根据仪表和继电器接线要求选择电压互感器的接线方式，并尽可能将负荷均匀分布在各相上。

5.6 避雷器的选择 1.避雷器保护原理 在需要保护设备周围并联安装避雷器，一旦电压超过允许范围，首先击穿避雷器，残余电压远小于设备击穿电压，可以避免设备遭受损害。

2.选择避雷器条件 首先，要确保伏秒特性曲线上限处于设备伏秒特性曲线下线之下，且裕度足够；
其次，避雷器残余的电压值小于设备击穿电压值；
最后，设备要位于避雷器覆盖范围之内。

3.避雷器具体分类 避雷器可以划分为四大类型，分别为氧化锌避雷器、阀式避雷器、排气式避雷器以及保护间隙。

本变电所的主要电器设备的选择结果见表5.2，具体计算过程和所选的各个电器设备的具体参数见《毕业设计计算书》。

6 高压配电装置 配电装置是指发电厂或变电所的重要组成部分，在电力系统中起着接受和分配电能的作用。

6.1 高压配电装置设计原则及要求 参考电气设备的安装环境，可以划分为屋外式、屋内式，参考组装方式，可以划分为装配式、成配套式、而低配压电盘、高压开关柜以及配电箱，均属于成配套式。

屋内式具有不受气候干扰、占地面积相对较小、污秽空气干扰较小以及房屋建设成本较高等特点；
而屋外式具有设备间距较大、扩建便捷、建设周期较短、建设成本较低、带电作业便捷、占地面积较小、运行条件较差、气象变化干扰较大的特点。

对于变电所而言，配电装置十分重要，是电力系统实现安全经济运作的根本保障。因此，在选择配电装置时，应严格遵循以下六点要求：
⑴其设计符合我国技术经济政策以及基本建设方针；

⑵ 实际运行过程中具有良好的可靠性；

⑶ 与电气安全净距的基本要求相符，为相关人员、设备提供安全保障；

⑷ 操作、巡视以及检修较为便捷；

⑸ 成本低廉、占地面积较小，经济性能显著；

⑹ 安装、扩建便捷性较好。

6.2 屋外配电装置的布置原则 （1）母线及构架 屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种，本变电站选用软母线。

（2）电力变压器 电力变压器外壳不带电，故采用落地布置，安装在变压器基础之上。主变压器与建筑物的距离不应小于1.25米，且距变压器5米以内的建筑物，在变压器总高度以下及外廓两侧各3米的范围内,不应有门窗和通风孔。

（3）高压断路器 按照断路器在配电装置中所占据的位置，可分为单列、双列、三列布置。断路器的排列方式，必须根据主接线、场地地形条件、总体布置和出线方向等多种因素合理选择。

（4）避雷器 避雷器有高式和低式两种布置。110KV及以上的阀型避雷器由于器身细长多落地安装在0。4米的基础上。

（5）隔离开关和互感器 隔离开关和互感器均采用高式布置，其要求与断路器相同。隔离开关的手动操动机构装在其靠边一相基础上。

（5）电缆沟 屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。

（6）道路 为了运输设备和消防的需要，应在主要设备近旁铺设行车道路。大、中型变电站内一般均应铺设3米的环形道。屋外配电装置应设置0.8~1米的巡视小道，以便运行人员巡视电气设备，电缆沟盖板可作为部分巡视小道。

6.3 本变所配电装置的规划 由《规程》得知，35KV及以下应建设屋内配电装置，110KV及以上的配电装置大多采用屋外配电装置， 本设计为220/60kV变电所，采用分相中型布置的屋外配电装置，既隔离开关是分相直接布置在母线的正下方，此种方法采用LGJ240/30型母线配合剪刀式隔离开关，布置清晰、美观，可省去大量构架，较普通中型配电装置方案节约用地1/3左右，但支柱式绝缘子防污、抗震能力较差，在污秽严重或地震烈度较高的地区，不宜采用。同时选择220kV出线和60kV出线两个断面图。

7 继电保护及自动装置设计 7.1 继电保护配置的作用和要求 电力系统实际运作过程中，不可避免会出现故障等非正常运作情况，其中短路最为常见，危险性最高，极易诱发以下后果：
（1） 故障点短路电流过大，电弧燃烧，损坏故障元件；

（2） 正常作业元件经过福安路电流，受电动力、发热影响，元件使用年限缩短；

（3） 电力系统内局部电压锐减，用户工作丧失稳定性，甚至给产品质量造成不良影响；

（4） 导致电力系统内部的并列运行缺乏稳定性，系统出现震荡情况，严重的甚至会出现系统解列。

若电气元件无法正常运作，但不存在故障，属于非正常运行状态。才外，该状态还表现为电力系统震荡、发电机甩负荷造成电压过大以及功率缺额降低频率等。

非正常运行，或是故障，均会导致电力系统出现事故，损坏电能质量，严重的甚至损坏设备、威胁相关人员的生命安全。因此，采取有效措施，降低事故发生的可能性至关重要。一旦发生事故，需要立即对故障元件进行有效切除，确保电力系统可以安全运行。而要想实现这种思想，必须装置继电保护，对电力系统元件的运行状态进行实时监测。总体而言，继电保护装置具有两大功能：
（1）对于电力系统内部的故障元件，可以有选择性的、自动且迅速的进行有效切除处理，避免故障元件进一步遭到损坏，并确保其他元件可以正常运作。

（2）对电气元件的运行状态进行实时反映，并结合运行维护需求，在跳闸、减负荷以及发出信号之前进行有效处理。值得注意的是，此时并不提倡保护动作的迅捷兴，而是要参考电力系统、元件的损坏情况，做出适宜延迟，避免动作干扰，诱发误操作。

7.2 变压器保护的配置 变压器一般应装设下列继电保护装置 （1）反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护，容量为800kVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，当油箱内产生各种短路故障或油面下降时，保护装置应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。因此气体保护除能反应上述故障外，还能起到作变压器油箱内短路故障时纵差保护的后备作用。

图 变压器瓦斯保护原理接线图 （2）相间短路保护反应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护和电流速断保护，对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。容量为6300kVA一下并列运行的变压器，以及10000kVA一下单独运行的变压器加装电流速断保护（本设计不加装电流速断保护）容量为6300kVA及以上，厂用工作变压器和并列运行的变压器，应装设纵联差动保护，对所有升压变压器及15000kVA及以上的降压变压器，一般宜采用三相三继电器式接线。

图 变压器差动保护原理接线图 （3）相间后备保护 为了防止外部短路所引起的过电流合作为变压器的后备保护，在变压器上可装设过电流保护。

对于单侧电源的双卷降压变压器，如高压侧中性点有可能直接接地运行，为防止高压侧电网中发生接地故障时导致保护非选择性动作，供高压侧过电流保护用的电流互感器二次线圈可接成三角形。

图 过电流保护原理接线图 （4）中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。

110kV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧获三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护，作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。（110kV及以上中性点直接接地采用分级绝缘） 图 零序过流保护原理接线图 （5）过负荷保护 对于400KV及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的后备电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护，过负荷保护迎接于一相电流上，带有时限动作与信号。

（6）过电流保护 过激磁保护适用于500kV及以上的大容量的变压器，本设计不加装此保护。

通过以上的分析可以确定变压器应加装的保护及保护安装位置，见表7.1。

7.3 母线保护和断路器失灵保护 7.3.1 母线保护配置原则 电气设备中，最为严重的一种故障便是母线故障，一旦发生该故障，母线上所连接的元件均无法正常运作。如果没有专用母线保护装置，故障发生后，需要通过邻近元件的后备保护作用，将故障切除，耗时相对较长，极易扩大故障范围，不利于高压电网的可靠、安全运行，因此，变电所电压介于35kv-500kv之间时，需要结合实际情况，布置专用母线保护。

值得注意的是，布置过程中，要确保母线完全符合以下要求：
如果双母线处于并列运行的状态，母线保护要首先对母联断路器做出跳开选择，以此却把拥有良好的选择性。如果母线平行，当连接不同，母线保护首先对横差保护进行闭锁处理，避免出现误操作。母线保护并不会给母线的实际运行方式造成影响，在固定联结被打破之后，母线保护装置会做出一系列选择性动作，即使母线不存爱电合闸，仍可以对故障进行快速切除。如果外部短路电流缺失平衡性，或是交流回路处于短线状态时，母线保护并不会做出任何动作。

7.3.2 母线保护 现阶段，常用的母线保护措施主要有5种：其一，完全母线差动保护；
其二，不完全母线差动保护；
其三，固定连接的双母线完全差动保护；
其四，母联对比电流相位的母线保护；
其五，对比电流相位的母线保护。

图 母线差动保护原理接线图 本设计220kV侧和60kV侧母线均采用母联电流比相式差动保护，保护选择见表7.2。

7.2 母线保护选择表 母线保护 220kV侧 母联电流比相式差动保护 60kV侧 母联电流比相式差动保护 7.3.3 断路器失灵保护 根据DL400—91，在220~500kV及110kV电网中的个别重要部分，可按下列要求装设断路器失灵保护。

（1）线路保护采用近后备保护时，对220~500kV分相操作的断路器，可只考虑断路器单相拒动的情况。

（2）线路保护采用远后备保护方式时，由其他线路或变压器的后备保护切除故障将扩大停电范围并引起严重的情况。

（3）如断路器与电流互感器之间发生的短路故障不能由该回路主保护切除，而是由其他线路或变压器后备保护来切除，从而导致停电范围扩大并引起严重后果。

220kV及以上电压的电网中，各厂站相应电压级均应装设。

7.5 自动装置的规划设计 7.5.1 电力系统自动装置的设计 应根据运行需要，考虑使用效果和利用率等因素，合理的确定方案。同时还应从充分发挥原有的自动装置的作用，自动装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性。自动装置应力求简单、可靠、使用元件和触点尽量少，接线简单，便于运行维护。

7.5.2 自动重合闸装置应按下列规定装设 (1) 自动重合闸装置应按下列规定装设 1) 110kV及以上的架空线路和电缆与架空的混合线路，当具有断路器时，应装设自动重合闸。旁路断路器和兼作旁路的母线联络断路器或分段断路器。一般装设自动重合闸。

2) 电力变压器和母线，必要时可装设自动重合闸。

(2) 220kV以下单侧电源线路的自动重合闸，按下列规定装设 1) 一般采用三相式一次重合闸。

2) 当断路器断流容许时，有些线路可采用两次重合闸。

(3) 220kV和330kV线路的自动合闸，按下列规定装设 1) 一般装设综合重合闸，即当线路上发生其他故障时，实现单相重合闸，发生相间故障时，实现三相重合闸。

2) 根据电力网结构和被保护线路的特点，在某些情况下为了简化，采用三相自动重合闸。

7.5.3 自动重合闸装置应符合以下要求 (1) 自动重合闸一般由控制开关位置与断路器位置不对应的原理起动，或用保护装置起动。

(2) 用控制开关或通过遥控器将断路器断开时，自动重合闸均不应动作。

(3) 装置的动作次数应符合预先的规定。在任何情况下，均不应使断路器重合次数超过规定。

(4) 自动重合闸装置动作后应自动复归。

(5) 自动重合闸装置应能实现重合闸后加速继电保护动作。

(6) 当断路器不处于正常状态时，不允许实现自动重合闸应将自动重合闸装置闭锁。

本变电所设计，220kV侧线路装设综合重合闸。60kV侧线路采用三相一次重合闸。

7.5.4 备用电源和备用设备自动投入 (1) 备用电源和备用设备自动投入装置是当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动将备用电源或设备投入工作，使用户不至于停电的一种装置（简称AAT装置）。备自投装置的接线应满足以下要求: 1) 只有当工作电源断开以后，备用电源才能投入。

2) 工作母线上无论何种原因失去电压时，备自投应投入。

3) 备用电源自动投入装置只允许将备用电源投入一次。

(2)备用电源或备用设备的自动投入装置，在下列情况下装设 1) 装有备用电源的发电厂的厂用电源和变电所的所用电源。

2) 由双电源供电的变电所，其中一个电源经常断开作为备用的变电所。

3) 降压变电所内有备用变压器或有相互为备用的母线段。

4) 生产过程中某些重要机组有备用机组。

(3) 对备用装置的基本要求 1) 保证在工作电源或设备确实断开后,才投入备用电源或设备。

2) 不论因任何原因工作电源或设备上的电压消失时,AAT装置均应动作。

3) AAT装置保证只动作一次。

4) 应校验备用电源和备用设备自动投入时过负荷的情况，以及电动机自起动情况，如过负荷超过允许限度，或不能保证自启动时，应有自动投入装置动作于自动减负荷。

5）当备用自动投入装置动作时，如备用电源或设备投于故障时，必要时使其保护装置加速动作 6）AAT装置的动作时间，以使用户的停电时间尽可能短为原则。

7）备用电源不满足有压条件时，AAT装置不应动作。

8 防雷保护的规划设计 雷电过电压的幅值可高达数十万伏、甚至更高，如不采取防护措施和装设各种防雷保护装置，电力设备绝缘一般是难以耐受的。如果仅仅因此把设备的绝缘水平取得很高，从以经济角度出发，显然是难以接受的。

在现代电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有：避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等。

8.1 防雷保护的同必要性 无论是直击雷或是感应雷，都能够在架空线路或金属管道上产生雷电冲击波，沿线路导线或金属管道上以光速向两侧传播，所以又称为行波。行波侵入室内时，是以高电位引入的，常常危及人身安全并损坏电器设备，因此防雷保护必须考虑。

8.2 发电厂及变电所的防雷保护内容 一般情况下，变电所防雷保护主要包括两个方面：其一，直击雷保护；
其二，雷电入侵波保护。通过实际观察可知，通过安装避雷器、避雷针等对变电所行直击雷保护，效果十分显著。而在雷电入侵波保护方面，需要装置阀型避雷器。装置防雷保护需要充分考虑变电所地质地貌、气象环境、被保护物特点以及雷电活动规律等情况，做到因地制宜，才能确保防雷保护拥有良好的经济性、合理性、技术先进性以及安全性、可靠性。

8.3 变电所防雷保护的对象 A类：导线、母线等 B类：需要采取防雷措施的建筑物和构筑物 C类：变电所的变压器 8.4 装设避雷针（线）的基本原则 (1) 一方面应使所有的被保护物处于避雷针（线）保护范围之内。

(2) 避雷针（线）遭受雷击时，强大的雷电流流过避雷针（线）引下线和接地体，其上会产生很高的对地电位，如果它们距被保护物过近，两者之间将发生放电，称为反击。使高电位引向被保护物。因此避雷针（线）和引下线，接地体与被保护物之间还应保持足够的电气距离。

8.5 防雷保护设计所需资料 (1) 要求变电所附近气象资料 (2) 要求变电所主接线图及电器设备布置图 (3) 其它需要保护的设备和设施 (4) 变压器入口电容 8.6 避雷针的保护范围计算 (1) rx的确定与单支避雷针同 rx=(h-hx)P----当hx≥h/2 (8.1) rx=(1.5h-2hx)P----当hx<h/2 (8.2) 式中 rx——避雷针在hx水平面上的保护半径（m） hx——被保护物的高度 h——避雷针的高度 P—— 避雷针高度影响系数，当h≤30时，P=1；

当120 m≥h>30 m时，P=。最大保护半径即为地面上（hx =0）的保护半径rg=1.5h。

从h越高、修正系数P越小可知：为了增大保护范围，而一味提高避雷针的高度并非良策，合理解决办法应是采用多支（等高或不等高）避雷针作联合保护。

(2) 保护全面积的条件为 D≤8hxP 其中D为通过由三支避雷针所形成的三角形顶点圆的半径，或以避雷针为顶点的四角形的对角线。

8.7 防雷保护措施 在220kV侧进线构架上安装3支避雷针，在主变压器附近两侧安装1支独立避雷针。

。

第二部分 地区变电所与电气主接线初步设计计算书 9 主变压器的选择 主变容量根据电力系统5—10年发展规划进行确定。本变电所60KV侧出线负荷表见表9.1 由于负荷侧的功率因数相同，计算本变电所的总负荷为 kW kW 已知cosφ1=0.85，cosφ2=0.95线损率为4.5%，负荷的同时系数为k0=0.86 将上数据代入公式可得变压器容量为: 经计算得Se=70%S=36791.05kVA 查《电力设备手册》选用两台双绕组变压器，其型号为SFPZ7—120000/220，电压为 kV采用YN,d11连接组，附套管电流互感器，其具体型号和参数见表9-2。7777 10 短路电流的计算 10.1计算公式 1.变压器：X*=Ud%*Sj/100Se 2.发电机：X(G)*=Xd*Sj/Se 3.线路：
Xl*=Xl*L*Sj/Uj2 4.星—角变换公式：
1）星-角 R12=（R1R2+R2R3+R3R1）/R3 R23=（R1R2+R2R3+R3R1）/R1 R31=（R1R2+R2R3+R3R1）/R2 2）角-星 R1=R12R31/（R12+R23+R31） R2=R23R12/（R12+R23+R31） R3=R31R23/（R12+R23+R31） 10.2系统计算电路图和等值电路图 2*100KM 220KV 2*50KM 800MVA Ud%=18 2*30KM 240MVA Ud﹪=16.5 600MW Xd”=0.12 COSφ=0.9 待设计变电所 200MW；
Xd”=0.135；
COSφ=0.9 图10.１系统接线图 图4.1 电力系统等值电路图 取，，基准电流是；
基准电抗是。

根据各元件参数可求得等效电路图中各阻抗标幺值：
变压器计算如下：
输电线路L1和L2为50km，L3和L4为100km，L5和L6为30km，，线路每公里阻抗按0.4Ω计算，线路阻抗计算如下：
电源到短路点f1、f2和f3之间的总等效电抗标幺值计算如下：
短路电流周期分量标幺值计算如下：
短路电流有效值计算如下：
冲击电流值计算如下：
短路计算数据结果汇总见毕业设计说明书中表12.1。

11 主要电气设备的选择 11.1 母线的选择 11.1.1 220KV侧母线选择 （1）根据最大长期工作电流选择 Igmax = 1.05×120000/(×230) = 316.3(A) 故选择LGJ——400型钢芯铝纹线，Ie = 825(A) （2）热稳定校验 查当实际环境温度为36℃时的温度修正系数为Kθ = 0.85，故有 θF = θ0 + (θe - θ0)( Igmax/Ie)2 = 36 + (70 - 38)×[260/（0.85×825）] 2 = 45℃ 查表得C值为C = 97 根据公式：
S ≥ Smin = I∞/C 由以上短路计算得I4 = 5.23(KA)，Iz”= 5.6(KA), I2 = 4.92(KA) tK = 4s 由于>1不计非周期效应取Kf = 1. S ≥ Smin = /C = (110710000)1/2/97 = 108.47 mm2＜400mm2 故所选母线合格。

11.1.2 60KV侧母线选择 （1）根据最大长期工作电流选择 Igmax = 1.05 = 1.05×120000/(×63) = 1154.73(A) 查电工产品目录及电气工程手册，故选择100×8mm2的矩形铝母线，当母线为竖放， 正常最高发热温度为700C时的，长期允许通过的载流量为Ie = 1682(A). （2）热稳定校验 查当实际环境温度为36℃时的温度修正系数为Kθ = 0.85，故有 θF =θ0 + (θe -θ0)( Igmax/I)2 = 36 + (70 - 36)×[1154.73/（0.85×1609）] 2 = 60℃ 查表得C值为C = 90 根据公式：
S ≥ Smin = I∞/C=/C 由以上短路计算得I4 = 6.21KA，Iz”= 6.04KA, I2 =6.21KA tK = 4s 由于>1不计非周期效应取Kf = 1. 取Kf = 1, S ≥ Smin = I∞/C =/C = 137.5 mm2＜800mm2 故所选母线合格。

（3）动稳定校验: 跨距取1.2m两回路相间距离0.75m f = 1.73×ish2×10-7/a = 1.73×15400×15400×10-7/0.75 = 54.7(N/m) M = f L2/10 = 54.7×1.22/10 = 7.9(N/m) W = b2h/6 = 0.008×0.008×0.1/6 = 1.067×10-6(m3) σ = M/W = 7.9/(1.067×10-6) =60.74×106(Pa) 查手册得硬铝导线母线的最大允许应力 σa = 70×106(Pa) σ＜σa 所以动稳定满足要求。

11.2 高压断路器的选择 11.2.1 220KV侧断路器的选择 （1）根据额定电压选择要 Uew = 220KV （2）根据最大长期工作电流选择 Igmax = 1.05S/Ue = 1.05×120000/(×230) = 316.3(A) 本设计选用LWII(OFPI)-220型断路器，有关技术数据见表11.1 （3）热稳定校验 热稳定校验公式：
Ir2tr ≥ 由以上计算得短路发热量为: （4）动稳定校验 Ies ≥ ish ；

55≥ 2.55×5.6=15.04KA （5）按额定开断电流选择 INbr ≥ Iz；

20≥5.6KA （6）按额定关合电流选择 INcl ≥ ish；
55 ≥ 15.04KA 其额定值与计算值的比较见表11.2。

11.2.2 63KV侧断路器的选择 （1）根据额定电压选择 Uew = 63KV （2）根据最大长期工作电流选择 Igmax = 1.05Se/Uav = 1.05×120000/×63 = 1154.7A 本设计选用LWⅡ（OFPI）-63型断路器，有关技术数据见表10.3。

（3）热稳定校验 热稳定校验公式：
Ir2tr ≥ 由以上计算得短路发热量为: （4）动稳定校验 Ies ≥ ish ；

100≥ 2.55×6.04=16.23KA （5）按额定开断电流选择 INbr ≥ Iz；

40≥6.04KA （6）按额定关合电流选择 INcl ≥ ish；
100≥ 16.23KA 其额定值与计算值的比较见表11.4。

表11.4 63KV断路器各项技术数据与各项计算数据比较表 计 算 数 据 LWⅡ（OFPI）-63断路器额定值 电网电压Uew = 63KV 额定电压Ue = 63KV 长期最大工作电流Igmax = 1154.7A 额定电流Ie = 2000A 次暂态短路电流I″⑶〞= 6.04KA 额定开断电流Iekd = 40KA 短路冲击电流i⑶ch = 16.23KA 额定关合电流iegd = 100KA 短路冲击电流i⑶ch = 16.23KA 动稳定电流idw = 100KA 热效应：QK = 153.15KA2S 热效应：QK = 3669KA2S 11.3 隔离开关的选择及校验 11.3.1 220KV侧隔离开关选择与校验 （1）根据额定电压选择要 Uew = 220KV （2）根据最大长期工作电流选择 Igmax = 1.05Se/Uav = 1.05×120000/×230 = 316.3(A) 本设计母线隔离开关选用GW6—220GD单柱剪刀型，有关技术数据见表11.7 隔离开关的动热、稳定校验方法同220KV侧断路器的动热、稳定校验。其额定值与计算值的比较见表11.8。

11.3.2 60KV侧隔离开关选择与校验 （1） 根据额定电压选择 Uew = 63KV （2）根据最大长期工作电流选择 流过主变低压侧的电流：
Igmax = 1.05Se/(Ue) = 1.05×120000/(×63) = 1154.7A 流过最大负荷出线的电流：
Igmax = 0.8×1.05Se/(Ue) = 0.8×1.05×120000/(×63) = 320.75A 通过对电气工程手册、电工产品等专业书的查阅，确定待设计变电所选用GW5—63,GW4—63 型隔离开关，有关技术数据见表11.9。

隔离开关的动热、稳定校验方法同60kV侧断路器的动热、稳定校验。其额定值与计算值的比较见表11.10。

经以上校验，所选隔离开关符合要求。

11.4 电流互感器的选择及校验 11.4.1 220KV侧电流互感器的选择及校验 （1）根据电网电压 Ue = 220KV （2）根据最大长期工作电流：
Igmax = 1.05Se/(Ue) = 1.05×120000/(×230) = 316.3A 220KV侧的进出线上电流互感器均用LCWB7—220W1 L——电流互感器；

C——瓷绝缘；

W——户外型；

B——保护级；

7——设计序号；

220——额定电压（KV）；

W1——适用于中污秽地区 有关技术数据见表11.12。

热稳定检验：
(KtIe1)2×5 ≥ I∞2tdz；
(21×1.2)2×5 ＞110.71 动稳定校验：
icj ≤IelKdw；

2.55×5.6 ＜×1.2×55 其额定值与计算值的比较见表11.12。

3.4.2 63KV侧电流互感器的选择及校验 （1）根据电网电压Ue=63KV （2）根据流过主变低压侧的电流：
Igmax = 1.05Se/(Ue) = 1.05×120000/(×63) = 1154.70A 60KV侧的进出线上电流互感器均采用LCWB5—63, LCWB5-63型电流互感器为瓷箱式，油纸绝缘，用于额定频率为50HZ，额定电压为63KV的电力系统中作电流、电能测量和继电保护用，有关技术数据见表有关技术数据见表11.13。

热稳定检验：
(KtIe1)2×1 ≥ I∞2tdz；
（50×1.5）2×1 ＞ 153.15 动稳定校验：
icj ≤ IelKdw；

2.55×6.04＜×1.5×125 其保证值与计算值的比较见表11.14。

11.5 电压互感器选择及校验 （1）220KV侧电压互感器的选择：
1）按装置种类及型式选择 电压互感器的种类及型式应根据安装地点和使用条件进行选择，220KV采用JDCF—220（GYW2）型为四绕组的结构，二次绕组分为二次测量和二次保护绕组，各项技术性能优良，具有多种负荷及双重保护的特殊功能，用于220KV中性点有效接地的电力系统中作电压的测量、电能计算、继电保护和控制装置用。

2）按电压互感器安装位置的工作电压来选择：Ue=230KV 本设计选用JDCF-220型电压互感器有关技术数据见表11.17 （2）60KV侧电压互感器的选择：
1）电压互感器的种类及型式应根据安装地点和使用条件进行选择，60KV采用JDCF—63型电压互感器为双绕组（串级式）电压互感器，在63KV电力系统中作电压的测量、电能计算、继电保护和控制装置用。

2）按电压互感器安装位置的工作电压来选择：
Ue=63KV 本设计选用JDCF-63型电压互感器有关技术数据见表11.18。

表11.18 63KV侧电压互感器有关技术数据表 安装地点 型号 额定一次电压（KV） 额定绝缘水平U/AC/LI（KV） 二次绕组额定负荷 60KV侧 JDCF-63 一次 二次测量 二次保护 72.5/140/325 二次测量绕组 66/ 0.1/ 0.1/ 0.2级50VA 0.5级100VA 11.6 避雷器的选择 在选用避雷器时，应保证避雷器安装点的工频电压升高在任何情况下都不会超过灭弧电压，否则避雷器可因不能灭弧而爆炸，对单纯防雷器来说，只需考虑系统单相接地非故障相对地电压升高，这一升高显然与系统中性点接地方式有关，选定避雷器型号及技术数据见表11.18(注：FCZ—110J（为磁吹阀式避雷器，J——系统为中性点接地时数字为标称电流最大残压下最大残压KV），用于变压器中性点。

表11.18 避雷器型号及技术数据 型号 额定电压（KV） 灭胡电压（KV） 工频电压（KV） 冲击电流残压（KV）不大于 不小于 不大于 ５KA 10KA FZ-60 60 69 117 133 178 122 FZ-220J 220 200 448 536 664 728 FCZ-110J 110 100 170 195 260 260 12 防雷保护设计 12.1 防雷保护的必要 不可避免的在电网系统中的电气设备，总会有绝缘部分，而在运行过程中，这些绝缘部分会受到工作电压的作用和各种过电压的短时作用。这些过电压就是电网系统的电气设备工作时出现的对绝缘有危害的电位升高和电位差升高。根据产生根源分类，电力系统的过电压可分为雷电过电压和内部过电压两种形式。而影响110kV变电站的电气设备的绝缘水平主要有雷电过电压决定。特点频率高、幅值大的雷电过电压主要包括两种电压：感应雷击过电压和直接雷击过电压。

为了保护电气设备免受雷击时雷电过电压危害，电网系统普遍采用防雷保护装置。系统运行时采用的防雷保护装置普遍采用避雷针。

12.2 避雷针 在工程实践防雷保护中，避雷针是一种保护装置，其是专门预防直接雷击过电压的的可靠装置。

12.2.1避雷针保护原理 避雷针有效保护其保护范围内的建筑物和设备，其工作保护原理：某块区域出现自然雷雨，雷云中雷电发生先导放电逐渐向建筑物地面方向发展，当其下降到距建筑物设定的避雷针一定高度时，在避雷针作用下会发将该部分雷电逐渐引导向避雷针尖端，这样就可以雷云中的电荷逐渐引入到避雷针，最终通过接地装置将其将引入大地[16]。这样就可以可靠保护避雷针保护区域的建筑物和设备避免直击雷接触发生过电压。

12.2.2避雷针的结构和保护原理 避雷针虽然结构较小，但是功能相对复杂，根据其完成功能情况可将其分为四部分，非别为接闪器、支持构架、引下线和接地体。

①　 接闪器是避雷针的重要引雷装置，其一般采用一段镀锌圆钢或焊接钢管制作而成。雷云中的雷电可通过避雷针中的接闪器发生闪络放电，其是避雷针功能实现的首要装置。

②　 支持构架的不同形式。高度在15~20m以下的独立避雷针，可采用水泥杆；
较高时易采用钢结构支柱110KV及以上电压级变电站，条件允许时，可将避雷针安装在高压门型结构上；
对于建筑物和构筑物客装与顶部。

③　 引下线可靠连接接闪器和接地体，接闪器引入的电流通过其引入接地体，其一般采用特殊处理后圆钢或扁钢制作而成。引下线的安装设计原则为满足经济性和安全性的基础上沿支持构架果真建筑物外墙安装，且尽可能降低电流通过引下线时产生电感。

④　 接地体是放置于大地中的一种导体，将雷电流释放引入大地释放，其一般采用各种型钢制作而成。接地体是防雷装置中直接泄放雷电流的重要设备，因此在其设计铸造的过程中不仅要满足系统设计的经济性且满足防雷系统的接地电阻值的相关工程实践要求。

12.3避雷针的保护范围计算 按照规程规定，首先确定避雷针安放的地点。在220kV侧进线构架上安装3支避雷针，在主变压器附近两侧安装1支独立避雷针。

本变电所220KV和60KV配电装置设计防雷保护的范围为180×136.25㎡，利用4根避雷针进行保护。4根避雷针的定位及针距见图12.1。

图12 4根避雷针的定位及针距 根据《电气工程电气设计手册》第一册第十五章第一节中关于避雷针保护范围计算的有关内容，要求针高h≧D/7P+hx，220kV侧被保护物最大高度为14.5米，确定避雷针高度时针间距离D取最大，经计算h=91.1/7+14.5=28m，选220KV侧针高h=30米；

60kV侧被保护物最大高度为9米，确定避雷针高度时针间距离D取最大，经计算h=91.1/7+9=22m，选60KV侧针高h=30米。

(1) 单根避雷针的保护半径计算 针高30米 单根避雷针在hx =14.5m的水平面上保护半径 rx为: hx≤h/2 rx=（1.5h-2hx）P=16m (2) 多根等高避雷针的保护范围计算 针高30米 1) 1-2、2-3针之间 D12=D23=90m, h0=h-D/7P=30-90/7=17.14m, 在hx=14.5m的水平面上: bx=1.5(h0-hx)=1.5*(17.14-14.5)=3.96m 2) 3-4针之间 D34=60m, h0=h-D/7P=30-60/7=21.43m, 在hx=14.5m的水平面上: bx=1.5(h0-hx)=1.5*(21.43-14.5)=10.39m 3) 1-4针之间 D14=68.125m, h0=h-D/7P=30-68.125/7=20.27m 在hx=14.5m的水平面上: bx=1.5(h0-hx)=1.5*(20.27-14.5)=8.65m 经过以上的选择和校验，可以得出本设计选用4支30m的避雷针能够达到本所屋外高压配电装置对直击雷的保护要求，即能够满足防雷保护的要求。

结 论 本次毕业设计是地区变电所与主接线初步设计。根据设计任务书中给定的基本条件设计如下: ⑴ 主变压器选择为两台双绕组变压器，其型号为SFPZ7—120000/220，电压为 kV采用YN,d11连接组，附套管电流互感器。

⑵ 电气主接线选择为一次侧（220kV侧）采用双母线的接线形式，二次侧（60kV侧）采用双母线带旁路的接线形式。。

⑶ 电气设备选择。60 KV侧母线100×8mm2矩形铝导线 220 KV侧母线LW11-220（P） 60 KV侧断路器LWⅡ（OFPI）—63 220 KV侧断路器LW11-220（P） 60 KV侧隔离开关GW4-63 220 KV侧隔离开关GW6-220 60 KV侧电压互感器JDCF-63 220KV侧电压互感器JDC-220(GYW2) 60 KV侧电流互感器LCWB5—63 220KV侧电流互感器LCWB7-220W1 60侧避雷器 FZ-60 220 KV侧避雷器FZ-220J ⑷ 配电装置。分相中型布置的屋外配电装置 ⑸ 防雷保护的规划设计。在220kV侧进线构架上安装3支避雷针，在主变压器附近两侧安装1支独立避雷针。

⑹ 继电保护及自动装置设计。

继电保护：1变压器保护主保护瓦斯保护和纵联差动保护，后备保护过电流保护、零序电流保护、过负荷保护；
2变压器油枕、油箱间采用瓦斯保护；
3变压器两侧采用纵联差动保护；
4电源侧采用过电流保护；
5变压器中性点接地侧采用零序电流保护；
6高压侧采用过负荷保护。

自动装置分为自动重合闸和备用电源和备用设备自动投入。

致 谢 从古至今，尊师重道就是我国的传统美德，老师似春蚕，似蜡炬，不求回报的对我们这些学生无私且辛勤的付出他们的所有，正因为有了老师这样神圣的职业，我国的文化才可以流传，精神才以延续。

大四下学期的主要任务，就是毕业设计，我的指导教师是戴宪滨老师。在设计过程中，戴老师给了我很大的帮助，通过戴老师的耐心指导，我终于把大学四年学过的和电有关的科目系统的联系起来，也明白了在毕业走上工作岗位后大概是要从事一个什么样的工作。这次毕业设计让我受益匪浅，学习到了很多东西，明白了很多道理。在此，感谢戴老师在毕业设计论文的完成过程中给了我许多的指导和帮助，对每一个问题都耐心地讲解并引导我向更新更深的知识探索，使我对所学知识更系统、更全面地掌握，并学到了许多以前书本上学不到的知识，因此本毕业论文的完成，与您的正确指导和帮助是密不可分的。

同时，电气教研室的各位老师也非常热情地给予我耐心的指导。无论在设计中的遇到什么样的问题，老师们都给了我们最耐心、最详细的讲解，为我今后的工作与发展指明了方向。在此，我要对各位老师表示衷心的感谢！ 参考文献 [1] 电力工程手册.上海科学技术出版社，1997 [2] 电力工程电气设计手册.水利电力出版社，1997 [3] 杨奇逊.微型机继电保护基础.水利电力出版社，2003 [4] 谷水清.电力系统继电保护.中国电力出版社，2005 [5] 王敏义.电网继电保护应用.中国电力出版社，1999 [6] 崔家佩.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算.水利出版社，1990 [7] 华智明，张瑞林.电力系统.重庆：重庆大学出版社，1997 [8] 陈跃.电气工程专业毕业设计指南电力系统分册.北京：中国水利水电出版社，2003 [9] 刘永俭.发电厂电气部分.武汉：华中工学院出版社，1993 [10] 韩天行.继电保护及自动化装置检验手册.北京：机械工业出版社，2004 [11] 马长贵.继电保护基础.北京：水利电力出版社，1987 [12] SDGJ14-86.导体和电器选择设计技术规程. 1986 [13] DL/400-91.继电保护及安全自动装置技术规程. 1991 [14] GB50062-92.电力装置的继电保护和自动装置设计规程. 1992 [15] SDJ5-85.高压配电装置设计技术规程. 1985 [16] SDJ7-79.电力设备过电压保护设计技术规程. 1985 [17] Mark F Lachman,et a1.0n line Diagnostic of High voltage Bushings and Current Transformers Using the Sum Current Method.IEEE Transactions on Power Delivery,2000,15(1):155-162. [18] Mallt. Singularity detection and processing with wavelets. IEEE Trans on IT, 1992,38(2):617. [19] Allan D,et al.New techniques for monitoring the insulation quality of in service HV apparatus.IEEE Transactions on Electrical Insulation,1992,27(3):578-581. [20] Alessandro Ferrero,Roberto Ottoboni.High Accuracy Fourier Analysis Based on Synchronous Sampling Techniques.IEEE Trans.on IM,1992,41(6):780-785. [21] Djokic,B.So,E.Phase measurement of distorted periodic signals based on nonsynchronous digital filtering.IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,Vol.50,No.4,pp.864-867,Auguest 2001. 附 录 附录A1.1 变电所主接线图 附录A1.2 变电所配电装置平面图 附录A1.3 主变压器进线断面图 附录A1.4 防雷保护避雷针配置图

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