成人高等教育
毕业设计（论文）
题
目220kV降压变电站电气一 次部分设计
学
院 自
动
化
学
院
专
业 电力系统及其自动化
年
级
姓
名
指导教师
（2007 年 X月）
XX大学继续教育学院制
目
录 第一部分
设计说明 1 前言 1 第1章 电气主接线选择 2 1.1.
概述 2 1.2．
主接线的接线方式选择 3 第2章
主变压器容量、台数及形式的选择 3 2.1．概述 3 2.2．主变压器台数的选择 4 2.3．主变压器容量的选择 4 2.4．主变压器型式的选择 4 第3章
短路电流计算 6 3.1．
概述 6 3.2．短路计算的目的及假设 6 第4章
电气设备的选择 7 4.1
概述 7 4.2．断路器的选择 9 4.3．隔离开关的选择 10 4.4．母线的选择 10 4.5．支持绝缘子及穿墙套管的选择 11 4.6．限流电抗器的选择 12 第5章
电气总平面布置及配电装置的选择 13 5.1
概述 13 5.2
高压配电装置的选择 14 第6章 继电保护配置规划 16 第7章
防雷及接地装置设计选择 17 7.1．概述 17 7.2．防雷保护的设计 18 7.3． 主变中性点放电间隙保护 19 第8章
主接线比较选择 20 8.1.方案一 20 8.2. 方案二 20 第10章
短路计算 23 第11章 电气设备选型计算 30 11.1. 主要电气设备选型计算依据 30 11.2. 断路器选型计算 30 11.3 隔离开关选型计算 36 11.4． 220kV、110kV主母线及10kV主变低压侧母线桥导体选择计算 37 11.5．10kV最大一回负荷出线电缆 41 11.6． 支持绝缘子及穿墙套管的选择 42 11.7． 限流电抗器 43 第12章
继电保护规划设计 43 12.1． 变电站主变保护的配置 43 12.2．220、110、10kV线路保护部分 44 第13章
避雷器参数计算与选择 44 第14章 接地电阻、接地装置、避雷针保护范围计算 46 14.1．接地电阻选型计算 46 14.2．接地装置的选型计算 46 14.3．避雷针保护范围的计算 46 第15章 参考资料 46
专业：
电气工程及其自动化 姓名：
蔡桂潮 前言 本设计为XX大学2005级电气工程及自动化专业的电力系统课程设计，设计题目为：220kV降压变电站电气一次部分设计。
此设计任务旨在体现我们对专业课程知识的掌握程度，培养我们对本专业课程知识的综合运用能力。
1、设计任务：
根据电力系统规划，需新建一座220kV终端变电站。该站建成后与A、B、C三个220kV电网系统相连，并供给110、10kV近区用户供电。
2、原始资料 2.1．按照规划要求，该所有220kV、110kV和10kV三个电压等级。本期投产2台变压器，预留1台变压器的扩建间隔，220kV出线7回（其中备用2回），110kV出线10回（其中备用2回），10kV出线14回（其中备用2回）。
2.2．根据规划，本所与系统的连接方式为：220kV侧与A及C系统各通过2回架空线路相连，与B系统通过1回架空线路相连，A与B及B与C之间各有1回架空线路联络。
2.3．系统阻抗：220kV侧电源A、B、C三个系统容量分别为SA=2000MVA，SB=1500MVA，SC=4000MVA，系统阻抗标幺值分别为XA* =0.3，XB* =0.4，XC* =0.2(各电抗均以各电源容量为基值计算的标幺值)，110及10kV侧没有电源。
2.4．110kV侧负荷主要为工厂和地区变电站，最大负荷约231MW，功率因数cosφ=0.9-0.8，负荷同时率为0.8，其中I、II级负荷占85%；10kV侧总负荷为12.4MW，功率因数cosφ=0.9-0.8，负荷同时率为0.7，Ⅰ、Ⅱ级负荷占70%，最大一回出线负荷为2500kW；所用负荷为400kVA，Ⅰ、Ⅱ级负荷占50%。
2.5．220kV和110kV侧出线主保护动作时间为0.2s，后备保护时间为2s；变压器主保护动作时间为0.2s，后备保护时间为1s；220kV和110kV侧断路器燃弧时间按0.05s考虑。
2.6．本站拟建地区位于山坡上，南面靠丘陵，东西北地势平坦、地质构造稳定、土壤电阻率为1.5×102欧·米。
2.7．本站拟建地区最高月平均温度为23°C，年平均气温10.7°C，绝对最高气温为40°
C，风向以东北风为主。
3．设计内容及要求：
3.1．主接线设计：分析原始资料，根据任务书的要求拟出各级电压母线接线方式，选择变压器型式及连接方式，通过技术经济比较选择主接线最优方案。
3.2．短路电流计算：根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流并列表表示出短路电流计算结果。
3.3．主要电气设备选择：
3.3.1．选择220kV主变、线路侧、110kV主变、最大一回负荷出线侧的断路器及隔离刀闸。
3.3.2．选择220kV、110kV主母线及主变低压侧10kV母线桥导体。
3.3.3．选择220kV、110kV、10kV主母线的支持绝缘子及穿墙套管。
3.3.4．选择限流电抗器（如有必要装设）及10kV最大一回负荷出线电缆。
3.4．电气配电装置设计：
3.4.1．220kV、110kV侧配电装置选择。
3.4.2．10kV侧配电装置选择。
3.5．防雷及接地装置设计。
3.6．进行继电保护的规划设计。
4．设计成果 4.1.编制设计说明书。
4.2.编制设计计算书。
4.3.绘图若干张。
4.3.1．绘制变电站电气主接线图。
4.3.2．绘制变电站平面布置图。
4.3.3．绘制220kV高压配电装置断面图。
4.3.4．绘制或110kV高压配电装置断面图。
第1章 电气主接线选择 1.1.
概述 主接线是变电站电气设计的首要部分，它是由高压电器设备通过连接线组成的接受和分配电能的电路，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择、配电装置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系。
我国《变电站设计技术规程》SDJ2-79规定：变电站的主接线应根据变电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。
1.1.1.可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。
主接线可靠性的具体要求：
1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电； 2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电； 3）尽量避免变电站全部停运的可靠性。
1.1.2．灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。
1）为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求； 2）为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电； 3）为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。
1.1.3．经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
1）投资省：主接线应简单清晰，以节约一次设备的投资；要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备的投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器； 2）占地面积小：主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。
3）电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而增加电能损失。
1.2．
主接线的接线方式选择 电气主接线是根据电力系统和变电站具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而本所各电压等级进出线均超过四回，并且考虑到220kV侧会有功率穿越，所以采用有母线连接。根据规划，可以发现本站将是地区性枢纽变电站，担负起保障整个地区负荷供给的重要任务，因此主接线考虑下列几种选择：
1、一个半断路器（3/2）接线 两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。
2、双母接线 它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110K～220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。
3、双母线分段接线 双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。
为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。
当110KV出线为7回及以上，220KV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。
第2章
主变压器容量、台数及形式的选择 2.1．概述 在各级电压等级的变电站中，变压器是变电站中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。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站安全可靠供电和网络经济运行的保证。
在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电站的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。
选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电站以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。
2.2．主变压器台数的选择 由原始资料可知，本期变电站上2台主变，本设计变压器选择台数为2台。
2.3．主变压器容量的选择 主变容量一般按变电站建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电站主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电站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站，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。该变电站是按70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电站的总装容量为：∑se = 2（0.7PM） = 1.4PM。
当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电，而高压侧220KV母线的负荷不需要通过主变倒送，因为，该变电站的电源引进线是220KV侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。因此主变压器的容量为：Se = 0.7（SⅡ+SⅢ）。
2.4．主变压器型式的选择 2.4.1．主变压器相数的选择 当不受运输条件限制时，在330KV以下的变电站均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电站的实际情况来选择。
单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。
本次设计的变电站，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电站选用三相变压器。
2.4.2．绕组数的选择 在具有三种电压等级的变电站，如通过主变压器的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，主变宜采用三绕组变压器。
一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电站具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。
在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。
1）自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。
由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。由于本次所设计的变电站所需装设两台变压器并列运行。电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性。而自耦变压器的变化较小，由原始资料可知，该所的电压波动为±8%，故不选择自耦变压器。
2）分裂变压器：
分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。由于本次所设计的变电站，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。
3）普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。所以，本次设计的变电站，选择普通三绕组变压器。
2.4.3．主变调压方式的选择 为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV及以上网络电压应符合以下标准：
①枢纽变电站二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电站的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的1～1.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。
②电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电站一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%～100%。
调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。
由于该变电站的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。
2.4.4．连接组别的选择 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。
2.4.5．容量比的选择 由原始资料可知，110kV中压侧为主要受功率绕组，而10kV侧主要用于地区性负荷、所用电以及无功补偿装置，所以容量比选择为：100/100/50。
2.4.6．主变压器冷却方式的选择 主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，自然油循环强迫风冷却，强迫油循环水冷却。
自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。
强迫油循环水冷却：散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。
自然油循环强迫风冷却：利用外置冷却风机的冷风和主变热油流的加强对流，提高主变油散热速度，散热效率高，无需增加太多的附件，因此，推荐自然油循环强迫风冷却。
第3章
短路电流计算 3.1．
概述 在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。
短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。
在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。
电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。
3.2．短路计算的目的及假设 3.2.1．短路电流计算是变电站电气设计中的一个重要环节。
其计算目的是：
1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。
2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。
4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
5）按接地装置的设计，也需用短路电流。
3.2.2．短路电流计算的一般规定 1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。
3.2.3．短路计算基本假设 1）正常工作时，三相系统对称运行； 2）所有电源的电动势相位角相同； 3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化； 4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流； 5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响； 6）系统短路时是金属性短路。
3.2.4．基准值 高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：
基准容量：SB= 100MVA 基准电压：UB= 10.5
115
230kV 3.2.5．短路电流计算的步骤：
1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下； 2）给系统制订等值网络图； 3）选择短路点； 4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。
标幺值：Id* =
有名值：Idi = Id*Ij 5）计算短路容量，短路电流冲击值 短路容量：S = VjI˝ 短路电流冲击值：Icj = 2.55I˝ 6）列出短路电流计算结果 3.2.6．具体短路电流计算具体见计算说明书。
第4章
电气设备的选择 4.1
概述 导体和电器的选择是变电站设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，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，并注意节约投资，选择合适的电气设备。
电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。
电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。
4.1.1．一般原则 1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要； 2）应按当地环境条件校核； 3）应力求技术先进和经济合理； 4）选择导体时应尽量减少品种； 5）扩建工程应尽量使新老电器的型号一致； 6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。
4.1.2．技术条件 4.1.2.1．按正常工作条件选择导体和电气设备 4.1.2.1.1．电压：
所选电器和电缆允许最高工作电压Uymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Ugmax 即
Uymax≥Ugmax 一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为1.15Ve，而实际电网运行的Ugmax一般不超过1.1Ue。
4.1.2.1.2．电流 导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q 0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax 即
Iy≥Igmax 由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Igmax = 1.05Ie（Ie为电器额定电流） 4.1.2.1.3．按当地环境条件校核 当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q 0不等时，其长期允许电流Iy Q可按下式修正 Iy Q = Iy = Kiy 基中K —修正系数 Q y—导体或电气设备正常发热允许最高温度 我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。= 40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。
4.1.2.2．按短路情况校验 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。
4.1.2.2.1．短路热稳定校验
Qd≤Qr 满足热稳定条件为
Ir2tdz≤Ir2t
Qd
—短路电流产生的热效应 Qr —短路时导体和电器允许的热效应 Ir —t秒内允许通过的短时热电流 验算热稳定所用的计算时间：tdz = tb+toL tb —断电保护动作时间 110KV以下导体和电缆一般采用主保护时间 110KV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间 toL —相应断路器的全开断时间 4.1.2.2.2．短路的动稳定校验 满足动稳定条件为：
ich≤idf
Ich≤Idf Ich — 短路冲击直流峰值
（KA） Ich — 短路冲击电流有效值 （KA） idf、Idf —电器允许的极限通过电流峰值及有效值（KA）
4.2．断路器的选择 变电站中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。
高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35～220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。
4.2.1．按开断电流选择 高压断路器的额定开断电流Iekd应不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流的有效值Ie(td) 即：Iekd≥Iz（KA） Iekd — 高压断路器额定开断电流（KA）
Iz — 短路电流的有效值（KA） 4.2.2．短路关合电流的选择 在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流ieg 不应小于短路电流最大冲击值。
即：ieg≥icj 或 idw≥icj ieg — 断路器额定关合电流
idw — 额定动稳定电流
icj — 短路冲击电流 4.2.3．关于开合时间的选择 对于110KV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间大于0.04 ~ 0.06s。
4.2.4．其选择具体过程见计算说明书
4.3．隔离开关的选择 隔离开关，配置在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。
4.3.1．隔离开关的配置：
1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离； 2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地； 3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关； 4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关； 5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。
4.4．母线的选择 母线在电力系统中主要担任传输功率的重要任务，电力系统的主接线也需要用母线来汇集和分散电功率，在发电厂、变电站及输电线路中，所用导体有裸导体，硬铝母线及电力电缆等，由于电压等级及要求不同，所使用导体的类型也不相同。
敞露母线一般按导体材料、类型和敷设方式、导体截面、电晕、短路稳定、共振频率等各项进行选择和校验。
4.4.1．裸导体应根据具体使用情况按下列条件选择和校验 （1）型式：载流导体一般采用铝质材料，对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机，变压器出线端部，以及对铝有较严重腐蚀场所，可选用铜质材料的硬裸导体。
回路正常工作电流在400A及以下时，一般选用矩形导体。在400～8000A时，一般选用槽形导体。
（2）配电装置中软导线的选择，应根据环境条件和回路负荷电流、电晕、无线电干扰等条件，确定导体的截面和导体的结构型式。
（3）当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择导线的截面积，对220KV及以下配电装置，电晕对选择导体一般不起决定作用，故可采用负荷电流选择导体截面。
4.4.2．母线及电缆截面的选择 除配电装置的汇流母线及较短导体按导体长期发热允许电流选择外，其余导体截面，一般按经济电流密度选择。
（1）按导体长期发热允许电流选择，导体能在电路中最大持续工作电流Igmax应不大于导体长期发热的允许电流Iy 即：Igmax≤kIy （2）按经济电流密度选择，按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低，对应不同种类的导体和不同的最大负荷年利用小时数Tmax将有一个年计算费用最低的电流密度—经济电流密度（J），导体的经济截面可由下式：
S =
J取0.9A/MM2 （3）热稳定校验：按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。
S≥Smm = （mm2） C — 热稳定系数
取
I∞ — 稳态短路电流（KA） tdz — 短路等值时间S （4）动稳定校验：动稳定必须满足下列条件 即：δmax≤δy δy — 母线材料的允许应力（硬铅δy为69×106P∞硬铜137×106Pa，铜为157×106Pa）提供电源，以获得较高的可靠性。
4.5．支持绝缘子及穿墙套管的选择 4.5.1．型式选择 根据装置地点、环境，选择屋内、屋外或防污式及满足使用要求的产品型式。一般屋外采用联合胶装多棱式，屋外采用棒式，需要倒装时，采用悬挂式。
4.5.2．额定电压选择 无论支持绝缘子或套管均要负荷产品额定电压大于或等于所在电网电压要求 4.5.3．穿墙套管的额定电流选择与窗口尺寸配合
具有倒替的穿墙套管额定电流应大于或等于回路中最大持续工作电流，当环境温度为，导体温度为，额定环境温度为＋25℃，应按照一下公式修正
母线型穿墙套管，只需保证套管的型式与穿过母线的窗口尺寸配合即可。
4.5.4．动热稳定校验 （1）穿墙套管的热稳定校验。
具有导体的套管，应对导体校验热稳定，其套管的热稳定能力，应大于或等于短路电流通过套管所产生的热效应，即
母线型穿墙套管无需热稳定校验。
（2）动稳定校验。
无论是支持绝缘子或套管均要进行动稳定校验。布置在同一平面内三相导体，在发生短路时，支持绝缘子（或套管）所受的力为该绝缘子相邻跨导体上电动力的平均值。例如某一绝缘子所受电动力为
（N） 式中：——冲击电流，
——相邻线路距离
——计算跨距（m）,， 与是绝缘子与相邻绝缘子（或套管）的距离，对于套管（套管长度） 支持绝缘子的抗弯破坏强度是按作用在绝缘子高度处给定的，而电动力是作用在导体截面中心线上，折算到绝缘子帽上的计算系数为，则应满足：
式中：0.6——裕度系数，是计及绝缘材料性能的分散性；
——绝缘子底部导体水平中心线的高度（mm），，而b是导体支持器下片厚度，一般竖放矩形导体b＝18mm，平放矩形导体及槽形导体b＝12mm，h为导体中心到支持器距离
4.6．限流电抗器的选择 为了选择10KV侧各配电装置，因短路电流过大，很难选择轻型设备，往往需要加大设备型号，这不仅增强投资，甚至会因断流容量不足而选不到合乎要求的电器，选择应采取限制短路电流，即在10KV侧需加装设电抗器。一般按照额定电压、额定电流、电抗百分数、动稳定和热稳定来进行选择和检验。
4.6.1．额定电压和额定电流的选择应满足
Vek≥Vew
Iek≥Igmax Vek、Iek — 电抗器的额定电压和额定电流 Vew、Igmax — 电网额定电压和电抗器最大持续工作电流 4.6.2．电抗器百分数的选择 1）电抗器的电报百分数按短路电流限制到一定数值的要求来选择，设要求短路电流限制到Iz，则电源至短路点的总电抗标么值X′∑为 X∑＝Ij/iz
Ij — 基准电流 XK＝X∑—X′∑
X′∑— 电源至电抗器前系统电抗标么值 电抗器在其额定参数下的百分电抗 Xk%＝（— X′∑）×100% 2）电压损失检验：普通电核器在运行时，电抗器的电压损失不大于额定电压的5%，即：△V%≈Xk% U¢≤5% ¢ — 负荷功率因数角一般U = 0.8 3）母线残压检验，为减轻短路对其他用户的影响，当线路电抗器后短路时，母线残压不能于电网额定值的60～70% 即：△Vcy = Xk% ≥60~70% 4.6.3．热稳定和动稳定检验应满足下式 Ir≥I∞
idw≥icj Icj、I∞ — 电抗器后短路冲击电流和稳态电流 Idw、Ir — 电抗器的动稳定电流和短时热电流（t = Is）
第5章
电气总平面布置及配电装置的选择 5.1
概述 配电装置是发电厂和变电站的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。
配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置。
屋内配电装置的特点：①由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；②维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响；③外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量；④房屋建筑投资大。
屋外配电装置的特点：①土建工程量和费用较小，建设周期短；②扩建比较方便；③相邻设备之间距离较大，便于带电作业；④占地面积大；⑤受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘；⑥外界气象变化对设备维修和操作有影响。
成套配电装置的特点：①电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；②所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；③运行可靠性高，维护方便；④耗用钢材较多，造价较高。
配电装置应满足以下基本要求：
1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策； 2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离； 3）便于检修、巡视和操作； 4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价； 5）安装和扩建方便。
配电装置的设计原则：
1）节约用地； 2）运行安全和操作巡视方便； 3）考虑检修和安装条件； 4）保证导体和电器在污秽、地震和高海拔地区的安全运行； 5）节约三材，降低造价； 6）安装和扩建方便。
5.2
高压配电装置的选择 5.2.1．配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑到设备外形尺寸、检修维护和搬运的安全距离、电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基本的是带电部分对地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。
屋外配电装置的安全净距（mm）
符号 适用范围 图号 额定电压（KV） 3-10 110J 110 220J A1 1、带电部分至接地部分之间 2、网状遮栏向上延伸线距地2.5m处与遮栏上方带电部分之间 10-1 10-2 200 900 1010 1800 A2 1、不同相的带电部分之间 2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间 10-1 10-3 200 1000 1100 2000 B1 1、设备运输时，其外部至无遮栏带电部分之间 2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 3、栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间 4、带电作业时的带电部分至接地部分之间 10-1 10-2 10-3 950 1650 1750 2550 B2 1、网状遮栏至带电部分之间 10-2 300 1000 1100 1900 C 1、无遮栏裸导体至地面之间 2、无遮栏裸体至建筑物、构筑物之间 10-2 10-3 2700 3400 3500 4300 D 1、平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间 10-1 10-2 2200 2900 3000 3800
屋内配电装置的安全净距（mm）
符号 适用范围 图号 额定电压（kV） 10 110J 110 220J A1 1、带电部分至接地部分之间 2、网状和极状遮栏向上延伸线距地2.3m处当遮栏上方带电部分之间 10-4 125 850 950 1800 A2 1、不同相的带电部分之间 2、断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间 10-4 125 900 1000 2000 B1 1、栅状遮栏至带电部分之间 2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 10-4 875 1600 1700 2550 B2 网状遮栏至带电部分之间 10-5 225 950 1050 1900 C 无遮栏裸导体至地（楼）面之间 10-4 2425 3150 3250 4100 D 平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间 10-4 1925 2650 2750 3600 E 通向屋外的出线套管至屋外通道的路面 10-4 4000 5000 5000 5500
注：110J、220J系指中性点直接接地网 以上表中所列出的是本站适用的各种电压等级间隔距离中最基本的最小安全净距，《高压配电装置设计技术规程》中所规定的A值，它表明带电部分至接地部分或相间的最小安全净距，保持这一距离时，无论正常或过电压的情况下，都不致发生空气绝缘的电击穿。其余的B、C、D值是在A值的基础上，加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而确定的。
本变电站三个电压等级：即220kV、110 kV、10 kV根据《电力工程电气设计手册》规定，110 kV及以上多为屋外配电装置，35 kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所220及110 kV采用屋外配电装置，10kV采用屋内配电装置。
5.2.2．根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、中高型和高型等。
5.2.2.1．中型配电装置：中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便运行人员能在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行可靠，施工和维修都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普遍采用的一种方式，而且运行方面和安装抢修方面积累了比较丰富的经验。
5.2.2.2．半高型配电装置，它是将母线及母线隔离开关抬高将断路器，电压互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点，其钢材消耗与普通中型相近，优点有：
①占地面积约在中型布置减少30%； ②节省了用地，减少高层检修工作量； ③旁路母线与主母线采用不等高布置实理进出线均带旁路很方便。缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。
5.2.2.3．高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，母线下面没有电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因此可大大缩小占地面积，约为普通中型的5%，但其耗钢材多，安装检修及运行中条件均较差，一般适用下列情况：
1）配电装置设在高产农田或地少人多的地区； 2）原有配电装置需要扩速，而场地受到限制； 3）场地狭窄或需要大量开挖。
5.2.2.4．本次所设计的变电站位于市郊区，地质条件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以该变电站220 kV及110 kV电压等级均采用普通中型，配电装置，而本变电站采用的汇流母线是管形母线，采用普通中型布置，具有运行维护、检修且造价低、抗震性能好、耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运行维护还是安装检修，方面都积累了比较丰富的经验。
第6章 继电保护配置规划 6.1．系统继电保护及自动装置 继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计中变电站继电保护结合我国目前继电保护现状，突出继电保护的选择性、可靠性、快速性、灵敏性、运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平。
6.2．继电保护配置原则 根据GB14285《继电保护和安全自动装置技术规程》中有关条款《继电保护二十五项反事故措施要点》、《电力系统继电保护》教材。
6.2.1．220kV系统
220kV线路配置高频距离保护，要求能快速反应相间及接地故障。
对于220kV双母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。
每条线路配置功能齐全，性能良好的故障录波装置。
6.2.2．110kV系统
110kV线路配置阶段式距离保护，要求能反应相间及接地故障。
对于110kV双母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。
每条线路配置功能齐全，性能良好的故障录波装置。
6.2.3．主变压器保护 电力变压器是电力系统中大量使用的重要的电气设备,它的故障将对供电可靠性和系统正常运行带来严重的后果,同时大容量变压器也是非常贵重的设备, ,因此必须根据变压器的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。
变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路；油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地故障。变压器的不正常工作状态主要由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低。
对于上述故障和不正常工作状态变压器应装设如下保护：
1)、为反应变压器油箱内部各种短路和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器,应装设瓦斯保护。
2)、为反应变压器绕组和引线的相间短路,以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路,应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器, 以及6.3MVA及以上的所用变压器,应装设纵差保护。
3)、为反应变压器外部相间短路引起的过电流和同时作为瓦斯、纵差保护(或电流速断保护)的后备应装设过电流保护.例如,复合电压起动过电流保护或负序过电流保护。
4)、为反应大接地电流系统外部接地短路,应装设零序电流保护。
5)、为反应过负荷应装设过负荷保护
第7章
防雷及接地装置设计选择 7.1．概述 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量产生振满和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：
直击雷过电压
雷电过电压
感应雷过电压
侵入雷电流过电压
长线电容效应
工频过电压
不对称接地故障
甩负荷
消弧线圈补偿网络的线性谐振 过电压
暂时过电压
线性谐振
传递过电压
线路断线
谐振过电压
铁磁谐振
电磁式电压互感器饱和 内过 电压
参数谐振—发电机同步或异步自励磁
开断电容器组过电压
操作电容负荷过电压
开断空载长线过电压
关合（重合）空载长线过电压
开断空载变压器过电压
操作过电压
操作电感负荷过电压
开断并联电抗器过电压
开断高压电动机过电压
过电压
间歇电弧过电压
7.2．防雷保护的设计 变电站是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生雷击事故，将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏，绝大多数不能自行恢复会严重影响国民经济和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。
变电站的雷害来自两个方面，一是雷直击变电站，二是雷击输电线路后产生的雷电波沿线路向变电站侵入，对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避雷针（线）的保护范围之内，此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。
对侵入波防护的主要措施是变电站内装设阀型避雷器，以限制侵入变电站的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过其耐压值，同时在距变电站适当距离内装设可靠的进线保护。
避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备，避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或装设在配电构架上，或独立装设，避雷线主要用于保护线路，一般不用于保护变电站。
避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。
7.2.1．避雷针的配置原则：
1）电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000n米的地区，宜装设独立的避雷针。
2、独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10n。
3、35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。
4、在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在装置中距离很难达到不小于15M的要求。
7.2.2．避雷器的配置原则 1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器。
2）旁路母线上是否应装设避雷器，应看旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足而定。
3）220KV以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并尽可能靠近设备本体。
4）220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。
5）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。
6）110KV—220KV线路侧一般不装设避雷器。
7.3． 主变中性点放电间隙保护 为了保护变压器中性点，尤其是不接地高压器中性点的绝缘，通常在变压器中性点上装设避雷器外，还需装设放电间隙，直接接地运行时零序电流保护起作用，动作
接地变压器，避雷器作后备；变压器不接地时，放电间隙和零序过电压起保护作用，大气过电压时，线路避雷器动作，工程过电压时，间隙保护动作。因氧化锌避雷器残压低，无法与放电间隙无法配合，故选用阀型避雷器。
7.4． 接地装置设计 7.4.1．接地装置布置得一般原则 1）为了将各种不同用途和各种不同电压的电气设备接地，一般应使用一个总的接地装置。
2）发电厂、变电所的接地装置，除充分利用直接埋入地中或水中的自然接地体外，还应敷设人工接地体。对于3~10kV变、配电所，当采用建筑物的基础作接地体且接地电阻满足规定值时，可不另设人工接地体。
3）在高土壤电阻率地区可采用下列降低接地电阻的措施：①敷设外引接地体；②采用井式或深钻式接地体；③填充电阻率较低的物质或降阻剂；④敷设水下接地网。
4）一般情况下，变电所接地网中的垂直接地体对工频电流散流作用不大，降低接地电阻主要依靠大面积水平接地体，它既有均压、减小接触电压和跨步电压的作用，又有散流作用。所以，对变电所，不论采用何种形式的人工接地体，都应敷设以水平接地体为主的人工接地网。
5）人工接地体应围绕设备区域连成闭合形状，并在其中敷设若干水平均压带。
7.4.2．人工接地体的选择 7.4.2.1．规格 垂直接地体可采用钢管、角钢，单根长度一般为2.5m；水平接地体可采用扁钢、圆钢。接地装置的导体尚应满足热稳定与均压要求，还应考虑腐蚀的影响，实际的接地体一般规格为：钢管管径40~50mm，角钢40×40×4~50×50×5，扁钢40×4mm，圆钢直径16mm。
敷设在大气和土壤中有腐蚀性场所的接地体和接地线，应根据腐蚀的性质经技术经济比较采取热镀锡、热镀锌等防腐措施。
7.4.2.2．热稳定校验 变电所中电气设备接地线的截面，应按接地短路电流进行热稳定校验。未考虑腐蚀时，接地线的最小截面Smin应符合下式要求：
Smin≥mm2 式中 Ig----流经接地线的短路电流稳定值，A，根据系统5~10年发展规划，按系统最大运行方式确定；
te—短路的等效持续时间，s； C----接地线材料的热稳定系数。
7.4.3．接地装置的敷设 1）为减少相邻接地体的屏蔽作用，垂直接地体的间距不宜小于其长度的2倍，水平接地体的间距不宜小于5m； 2）接地体与建筑物的距离不宜小于1.5m。
7.4.3．具体计算见计算书。
第8章
主接线比较选择 由设计任务书给定的负荷情况：220kV出线7回（其中备用2回），110kV出线10回（其中备用2回），10kV出线14回（其中备用2回），该变电站主接线可以采用以下两种方案进行比较：
8.1.方案一 8.1.1．220kV采用双母带旁路母线接线方式，110kV采用双母三分段接线。
根据《电力工程电气设计手册》第一册可知，220kV出线5回以上、在系统中居重要地位时可考虑设计旁路母线，考虑到220kV近期5回，装设专用母联断路器和旁路断路器。
根据《电力工程电气设计手册》第一册可知，110kV出线为7回及以上时装设专用旁路断路器。而由原始资料可知，110kV出线10回（其中备用2回），装设专用母联断路器和分段断路器。
10kV出线12回（其中备用2回），可采用单母分段接线方式。
8.1.2．方案一的接线特点：
1）220kV采用双母带旁路接线方式，并且设置专用旁路断路器，使检修或故障时，不致破坏双母接线的固有运行方式，及不致影响供电可靠性。
2）110kV采用双母三分段接线方式，并且设置专用分段断路器，具有分段单母线和一般双母线的特点，而且具有更高的可靠性和灵活性；使检修或故障时，不致破坏双母接线的固有运行方式，不致影响供电可靠性。
3）10kV侧采用单母分段接线时，接线简单清晰，设备少，操作方便等优点，重要用户可以用双回路接于不同母线段，保证不间断供电。
8.1.3．方案一接线的缺点：
220kV采用双母线带旁路母线接线，运行时，操作步骤复杂、投资高、占地面积大，旁路断路器的继电保护整定比较复杂；110kV采用双母线三分段接线，配电装置占地面积大、投资高；运行时，操作步骤复杂、投资高，不推荐上述方式。
8.2. 方案二 8.2.1．220、110kV均采用双母线接线方式，10kV采用单母线分段接线。
8.2.2．方案二其接线方式的特点：
1）220、110kV双母线接线，在其中一回母线检修或故障时，仍可保证有一回母线正常运行，不致影响供电可靠性；另外，220、110kV出线中重要线路全部采用双回路，其中一回发生故障或断路器检修时，仍可保证重要线路的供电可靠性。
2）10kV侧采用单母线分段接线，可以使重要负荷及所用电的供电从不同的母线分段取得。当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。
8.1.3．方案二接线的缺点：
1）双母线在母线检修或故障时，隔离开关作为倒换操作电器，操作复杂，容易发生误操作； 2）当一组母线故障时仍短时停电，影响范围较大；
8.3. 方案比较 8.3.1．两种方案所用主要设备数量对比 隔离开关 断路器 220kV 双母线接线 双母线带旁路接线 双母线接线 双母线带旁路接线 21 29 8 9 110kV 双母线接线 双母线三分段接线 双母线接线 双母线三分段接线 35 39 11 13 比较：方案一中220kV部分所用的断路器比方案二多1个，隔离刀闸多8个；方案一中110kV部分所用的断路器比方案二多2个，隔离刀闸多4个，方案一的设备数量要大于方案二。
8.3.2．投资费用对比 8.3.2.1．方案一综合投资ZA
主变部分：Z1===199.2万元
220kV部分：Z2===479.57万元
110kV部分：Z3===259.83万元
10kV部分：Z4===44.3万元
方案一综合投资为：ZA= Z1+Z2+Z3+ Z4=199.2+479.57+259.83+44.3=982.9万元 8.3.2.2．方案二综合投资ZB
主变部分：Z1’===199.2万元
220kV部分：Z2’===405.79万元
110kV部分：Z3’===237.79万元
10kV部分：Z4’===44.3万元
方案一综合投资为：ZB= Z1’+Z2’+Z3’+ Z4’=199.2+405.79+237.79+44.3=887.08万元 8.3.2.3．根据综合投资对比，方案一投资高过方案二约96万元，经济性较差。
8.3.2．运行费用分析对比 因方案一、二均选用2台主变，所以年度运行费用中电能损耗相同，而设备运行维护费用可根据上述设备数量对比表判断方案一运行费用要高过方案二。
8.4．方案推荐 根据上述对比可以看出，方案二在经济性方面优于方案一，在运行可靠性方面基本等同于方案一，经过综合比较，决定推荐方案一。（两方案主接线简图见附图）
第9章
主变容量的确定计算 9.1．主变容量确定 本设计原始资料中，220kV侧A、B、C三个系统电源容量较大，可以认为是无限大系统，该侧的5回出线负荷功率包括本站需要通过主变传送110及10kV侧负荷和可能存在的系统穿越；110kV侧没有电源，系统最大计算负荷为217.4MVA,该侧共10回出线（两回备用），单回最大负荷容量为54.11MVA。剩下8回分别为一些工厂和地区变电所的进线。10kV侧没有电源，该侧系统最大计算负荷为12.4MVA。站区负荷最大为400kVA，因此，在正常运行情况下，主变传送的总容量为（注：计算时功率因数取0.85）：
9.1.1．正常工作时，220kV侧通过主变向110kV侧输送功率 S1=231×0.8÷0.85=217.4MVA, 9.1.2．220kV侧通过主变向10kV侧输送功率 S2=12.4×0.7÷0.85+0.4=10.6MVA, 9.1.3．主变输送的最大容量 Smax =S1+S2=217.4+10.6=228MVA 9.1.4．根据设计任务书要求，本期采用两台主变，选择容量时应满足当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。
由此可得单台主变最小容量：
Smin＝228×0.7＝159.6MVA 220kV变电所常用的单台主变容量为120、150、180、240MVA。由此可选择两台容量为180MVA的主变。
9.1.5．I、II级负荷校验：
110kV侧I、II级负荷：231×0.8×0.85÷0.85=184.8 MVA 10kV侧I、II级负荷：12.4×0.7×0.7÷0.85+0.4×0.5=7.35 MVA I、II级总负荷：184.8+7.35=192.15 MVA I、II级总负荷与主变额定容量之比：192.15/180=1.07，这样，全部I、II级负荷超额定容量7%，满足单台主变长期运行要求，符合要求。
9.1.6．所以，选择两台容量为180MVA的主变，主变总容量为360MVA
9.2．主变型号选择 9.2.1．主变主要通过高压绕组从220侧向至中、低压绕组侧传送功率，10kV侧最大功率为10.6MVA，因此，可选择容量比为100/100/50。
本设计主变为大型变压器，发热量较大，根据现阶段主变散热片制造工艺的提高，在不启动强迫风冷的情况下，主变可带80%负荷稳定运行，再根据变电站建在郊区，通风条件好，可选用强迫风冷却方式。
本变电站为地区枢纽站，担负起整个地区电压质量稳定的重任，因此考虑采用有载调压变压器。
9.2.2．变压器的技术参数 根据以上条件选择，确定采用中山ABB变压器厂的型号为SFSZ9-180000/220的220kV三绕组有载调压电力变压器，具体参数如下 型号 SFSZ10-180000/220 联接组标号 YN，yn0，d11 空载电流% 0.7 空载损耗(kw) 178 短路损耗(kw) 650 额定电压(KV) 高压 中压 低压 220±8×1.25% 121 10.5 额定容量MVA 180 180 90 阻抗电压％ 高－中 高－低 中－低 14 23 7
型号中个符号表示意义：
从左至右 S：三相
F：风冷却
S：三绕组
Z：有载调压
9：设计序列号
180000：额定容量
220：电压等级
第10章
短路计算
等值电路图 220KV 110KV Xs2 Xs1 S1 X1 X2 X3 10KV S2 d1 d2 d3
10.1.基准值及短路点选取 10.1.1．在短路计算的基本假设前提下，选取基准容量SB = 100MVA，UB 为各级电压平均值（230，115，10.5kV）。
10.1.2．短路点分别选取变电站的三级电压汇流母线：220kV—d1，110kV—d2，10kV—d3。
10.2.计算各元件的电抗标幺值 10.2.1.计算系统电抗标幺值 由原始材料可知，提供的A、B、C三系统电抗标幺值均为各电源容量为基值，需要换算成在SB=100MVA下的标幺值 A系统：X1*＝(0.3×100)÷2000=0.015 B系统：X2*＝(0.4×100)÷1500=0.027 C系统：X3*＝(0.2×100)÷4000=0.005 10.2.2. 计算变压器各绕组电抗标幺值
阻抗电压％ 高－中 高－低 中－低 14 23 7 10.2.2.1.各绕组等值电抗 Vs(1-2)％＝14％，Vs（1-3）％＝23％，Ｖs（2-3）％＝7％ 高压侧：Vs1% = （Vs(1-2)% + Vs(1-3)%－Vs(2-3)%） = （14+ 23－7） =15 中压侧：Vs2% = （Vs(1-2)% + Vs(2-3)%－Vs(1-3)%）
= （14+7－23） =－1 低压侧：Vs3% = （Vs(1-3)% + Vs(2-3)%－Vs(1-2)%）
= （23+7－14） =8 10.2.2.2.各绕组等值电抗标么值为：
高压侧：X9* = Vs1%/100×SB/SN=×＝0.083 中压侧：X10* = Vs2%/100×SB/SN＝×＝－0.006 低压侧：X11* = Vs3%/100×SB/SN＝×＝0.09 10.2. 3．220kV各线路等值电抗标幺值为：
A与B之间联络线：X4* = XA-B×SB/UB2=0.406×60×＝0.046 B与C之间联络线：X5* = XB-C×SB/UB2=0.406×80×＝0.061 A与本站之间双回架空线：X6* =XA×SB/UB2=×0.406×60×＝0.023 B与本站之间单回架空线：X7* =XB×SB/UB2=0.406×40×＝0.031 C与本站之间双回架空线：X8* =XC×SB/UB2=×0.406×100×＝0.038 10.2. 4．将各标幺值标注在系统等值电抗图上（附图--）
10.3．等值网络简化 10.3.1．等值网络简化计算：
10.3.1.1．Y1*=X1*×X4*+ X4*×X6*+ X1*×X6*=0.015×0.046+0.046×0.023+0.015×0.023＝0.0021
Y2*=X3*×X5*+ X3*×X8*+ X5*×X8*=0.005×0.061+0.005×0.038+0.061×0.038＝0.0028 ∑Y*=+++=+++ =37.04+32.26+18.1+15.36＝102.76 10.3.1.2．计算化简后A、B、C各系统电抗标幺值 X1*=
=
=0.038 X2*=
=
=0.066 X3*=
=
=0.037 10.3.1.3．两台主变三侧电抗进行星形--三角—星形变换简化 10.3.1.3.1两台主变三侧等值电抗星形—三角变换 X1-2*’=X1-2*”=0.083-0.006+=0.0715 X1-3*’=X1-3*”=0.083+0.09+=-1.072 X2-3*’=X2-3*”=0.09-0.006+=0.0775 10.3.1.3.2两台主变三侧等值电抗并联合并 X1-2* = X1-2*’=0.036
X1-3* = X1-3*’=-0.536 X2-3* = X2-3*’=0.039 10.3.1.3.3两台主变三侧等值电抗三角—星形变换 X1*==0.042 X2*==-0.003 X3*==0.045 10.3.1.4．将简化后的系统等值电抗标在图上（附图--） 10.3.1.4．A、B、C三系统容量相对计算容量来说为无穷大，不考虑短路电流周期分量的衰减，可将并联电源支路进行合并：
E==EA*=1(其中EA*= EB*= EC*，均取1)
X*===0.0146 10.3.1.5．最终将系统等值电抗图化简如附图
10.4.各短路点短路计算 10.4.1．d1点短路 220KV X* d1 图一 E 110、10kV母线侧没有电源，无法向220KV侧提供短路电流，即可略去不计，等值电路可化间为图一 则d1点短路电流标幺值为：
I d1*〞＝==68.49 换算到220kV侧0秒钟短路电流有名值 I″ = I d1*〞× =68.49× = 17.19KA 根据《电力工程电气设计手册》的相关规定， 远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数Kch = 1.8，当不计周期分量的衰减时， 短路电流全电流最大有效值 Ich = ×I″ =×17.19=25.96kA 220KV 110KV X* X1* X2* E d2 图二
当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流 ich =Kch× I″ =×1.87×I″ = 2.55× I″ = 2.55×17.19= 43.83 kA 短路容量 S = UB × I″ = ×230×17.19 =6848MVA 10.4.2．d2点短路 如d1处短路类似， 10kV母线侧因没有电源， 无法向110kV侧提供短路电流，即可略去不计， 等值电路可化简为图二 则短路电流 则d2点短路电流标幺值为：
I d2*〞＝==18.66 换算到110kV侧0秒钟短路电流有名值 I″ = I d2*〞× =18.66× = 9.37KA 根据《电力工程电气设计手册》的相关规定， 远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数 Kch = 1.8，当不计周期分量的衰减时， 短路电流全电流最大有效值 Ich = ×I″ =×9.37=14.15kA 当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流 ich =Kch× I″ =×1.87×I″ = 2.55× I″ = 2.55×14.15= 36.08 kA 短路容量 S = UB × I″ = ×115×14.15 =2848.48MVA 220kV 10kV X* X1* X3* E d3 图三
10.4.3．d3点短路 如d1处短路类似，110kV母线侧因没有电源， 无法向10kV侧提供短路电流，即可略去不计，等 值电路可化简为图三 则短路电流 则d3点短路电流标幺值为：
I d3*〞＝==9.84 换算到10kV侧0秒钟短路电流有名值 I″ = I d3*〞× =9.84× =54.12kA 根据《电力工程电气设计手册》的相关规定， 远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数 Kch = 1.8，当不计周期分量的衰减时， 短路电流全电流最大有效值 Ich = ×I″ =×54.12=81.72kA 当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流 ich =Kch× I″ =×1.87×I″ = 2.55× I″ = 2.55×54.12= 138.006 kA 短路容量 S = UB × I″ = ×10.5×54.12 =984.26MVA 10.4.4．因为d3点短路时，短路电流有名值I″=54.12kA、短路电流冲击电流ich =138.006kA均以超出常规10kV断路器规格，需要选用重型断路器，所以必须对d3点进行短路电流限制，采取在两台主变的10kV变低侧加装串联电抗器，限制后的短路电流应实现满足有名值I″=40kA、短路电流冲击电流ich =100kA的目的。
10.4.4.1．选择限流电抗器 10.4.4.1.1．10kV变低侧额定电流
Igmax =1.05 ×=1.05 ×=5.196kA 根据目前10kV断路器制造厂家最大只能提供额定电流IN=4000A的设备，以及本站10kV侧总负荷为10.6MVA的情况，可以通过保护整定值的方式将主变10kV侧通过最大容量限制为60MVA，这样，10kV变低额定电流为：
In =1.05 ×=1.05 ×=3.464kA 10.4.4.1.2．根据10kV侧变低的额定电压和额定电流，选定10kV进线侧断路器型号为ZN28-12Ⅰ,其技术参数为：
额定电压UN=10kV，额定电流IN=4000A，额定开断电流INbr=40kA，额定关合电流峰值INc1 =100kA， 4S热稳定电流Ir=40kA，合闸时间0.2s，固有分闸时间0.06s，燃弧时间0.03s（则断路器全分闸时间为0.09S）。
10.4.4.1.3．电抗器限制短路电流到I″ =INbr=40kA， 取Id＝==5.5kA（其中Ud＝10.5kV，Sd＝100MVA）， 电抗器电抗的标幺值为：X L*=
10.4.4.1.4．电源至电抗器前对短路点的总电抗标幺值为：
X∑*ˊ=0.0146+0.042+0.045=0.1016 10.4.4.1.5．估算所需电抗器的电抗标幺值X L*及其在额定参数下的百分电抗：
X L*= X∑*-X∑*ˊ=-X∑*ˊ=-0.1016=0.0359
需要在两台主变变低加设限流电抗器，因此
=×100=0.0359×0.76×100=5.46% 10.4.4.1.6．根据上述计算结果，选取限流电抗器型号为XKK-10-4000-6，其参数如下 额定电压kV 额定电流A 额定电抗％ 220KV 10KV X* X1* X3* E 图五
XL* d3 通过容量 kVA 动稳定电流峰值kA 4s热稳定电流kA 10 4000 6 3*23094 204 80 10.4.5．重新核算d3点短路电流 因增加限流电抗，所以需要重新核算相关值。
等值图见右侧图五 则限流电抗标幺值X L*= = =0.0786 则d3点短路电流标幺值为：
I d3*〞＝ ==7.098 换算到10kV侧0秒钟短路电流有名值 I″ = I d3*〞× =7.098× =39.03KA 此结果符合预定短路电流有名值小于40kA的要求。
XL* 根据《电力工程电气设计手册》的相关规定， 远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数 Kch = 1.8，当不计周期分量的衰减时， 短路电流全电流最大有效值 Ich = ×I″ =×39.03=58.93kA 当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流 ich =Kch× I″ =×1.87×I″ = 2.55× I″ = 2.55×39.03=99.53kA 短路容量 S = UB × I″ = ×10.5×39.03 =709.82MVA
10.5．短路电流计算汇总表
短路点的编号 基准电压VaV（KV） 基准电流Ij（kA） 额定电流Ij In（kA） 短路电流标么 值I″* 短路电流有名 值I″KA 稳态短路电流标么值 稳态短路电流 标有名值 短路电流冲击 值 ich(KA) 短路全电流最大有效值ich(KA) 短路容量 S″( MVA) 表达式 平均值
I″* In
I″* In 2.55I″ 1.51I″ VjI″ d1 230 0.25 0.25 68.49 17.19 68.49 17.19 43.83 25.96 6848 d2 115 0.5 0.5 18.66 9.37 18.66 9.37 36.08 14.15 2849 d3（限流前） 10.5 5.5 5.5 9.84 54.12 9.84 54.12 138.00 81.72 984 d3（限流后） 10.5 5.5 5.5 7.098 39.03 7.098 39.03 99.53 58.93 709.82
第11章 电气设备选型计算 11.1. 主要电气设备选型计算依据 根据原始资料反映，本站初期上两台主变，并预留第三台变压器的空间，为避免在后期扩建中出现主要进线断路器及220、110kV母线需要更换的重大变动，因此，在本次设计任务中，全站总负荷均按本站最终规模的三台主变容量进行考虑，即SN=3×180= 540MVA。
11.2. 断路器选型计算 11.2.1．鉴于目前SF6断路器设备制造工艺的飞速发展，SF6断路器已在技术性能和运行维护方面具有明显的优势，因此本站220、110kV断路器推荐采用西门子（杭州）高压开关设备厂的LW6系列SF6断路器。
11.2.2．主要断路器的选择 11.2.2.1．220kV侧断路器的选择 根据原始资料反映，本站主要从A、B、C三个系统取得电源，任何一回220kV进线都可能会出现带全站负荷运行的方式，因此220kV进线断路器以通过全站负荷进行选择；主变、母联断路器以设计手册要求的回路最大持续工作电流进行选择。
11.2.2.1.1．220kV进线断路器 11.2.2.1.1.1．额定电压选择：Un≥Vns = 220kV 11.2.2.1.1.2．最高工作电压选择：Ualm≥Vsm =Un×1.15 =220 ×1.15 =253kV 11.2.2.1.1.3．额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie
即：Igmax =1.05 ×=1.05 ×=1.488kA 11.2.2.1.1.4．额定开断电流选择：Ik =I″ 即：Ik =17.19kA 11.2.2.1.1.5．额定短路关合电流选择：iNcl≥ish
即：iNcl ≥43.83kA 11.2.2.1.1.6．根据以上数据可以初步选择LW6－220型SF6断路器其参数如下：
额定全开断时间0.05S 额定合闸时间0.09S 固有分闸时间0.036s 燃弧时间取0.05s
额定开断电流为IK =40kA 额定关合电流峰值iNc1 =125kA 动稳定电流峰值idw =100kA 4S热稳定电流40kA
额定电压：UN=220kV 最高工作电压Ualm =256kV 额定电流Ie =2500A
11.2.2.1.1.7．校验热稳定（取后备保护为2S）：I2 t t ≥Qk 计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 2=2.05S
Qk = Ik2×dz = 17.192×2.05 = 605.77kA2·S I2r t = 402×4 = 6400 kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.1.1.8．检验动稳定：ish≤ ies 即：ish= ich=43.83≤ ies= idw =100kA, 满足要求 11.2.2.1.1.9．故220kV线路侧断路器选择户外LW6－220型SF6断路器能满足要求，由上述计可列出下表：
设备
项目 LW6－220 产品数据 计算数据 Ualm≥Vsm 256kV 253kV Ie≥Igmax 2500A 1488A iNcl≥ish 125kA 43.83kA Ik≥I″ 40kA 17.19kA ish≤ ies 100kA 43.83kA I2 t t ≥Qk 6400 kA2·S 605.77 kA2·S 11.2.2.1.2．220kV主变、母联断路器 11.2.2.1.2.1．额定电压选择：Un≥Vns = 220kV 11.2.2.1.2.2．最高工作电压选择：Ualm≥Vsm =Un×1.15 =220 ×1.15 =253kV 11.2.2.1.2.3．额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie
即：Igmax =1.05 ×=1.05 ×=0.496kA 11.2.2.1.2.4．校验热稳定（取后备保护为1S）：I2 t t ≥Qk 计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 1=1.05S
Qk = Ik2×dz = 17.192×1.05 = 310.27kA2·S I2r t = 402×4 = 6400 kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.1.2.5．因设备各项选型及校验均与线路侧断路器相同，故主变、母联侧断路器设备选型与线路侧相同，对照情况见下表：
设备
项目 LW6－220 产品数据 计算数据 Ualm≥Vsm 256kV 253kV Ie≥Igmax 1250A 496A iNcl≥ish 125kA 43.83kA Ik≥I″ 40KA 17.19kA ish≤ ies 100kA 43.83kA I2 t t ≥Qk 6400 kA2·S 310.27 kA2·S
11.2.2.2．110kV侧断路器的选择 11.2.2.2.1．110kV主变、母联断路器 11.2.2.2.1.1．额定电压选择：Un≥Vns = 110kV 11.2.2.2.1.2．最高工作电压选择：Ualm≥Vsm =Un×1.15 =110 ×1.15 =126.5kV 11.2.2.2.1.3．额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie
即：Igmax =1.05 ×=1.05 ×=0.992kA 11.2.2.1.1.4．额定开断电流选择：Ik =I″ 即：Ik =9.37kA 11.2.2.1.1.5．额定短路关合电流选择：iNcl≥ish
即：iNcl ≥36.08kA 11.2.2.1.1.6．根据以上数据可以初步选择LW6－110型SF6断路器其参数如下：
额定全开断时间0.05S 额定合闸时间0.09S 固有分闸时间0.036s 燃弧时间取0.05s
额定开断电流为IK =40kA 额定关合电流峰值iNc1 =125kA 动稳定电流峰值idw =100kA 4S热稳定电流40kA
额定电压：UN=110kV 最高工作电压Ualm =145kV 额定电流Ie =1500A
11.2.2.1.1.7．校验热稳定（取后备保护为1S）：I2 t t ≥Qk 计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 1=1.05S
Qk = Ik2×dz = 9.372×1.05 = 92.187kA2·S I2r t = 402×4 = 6400 kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.1.1.8．检验动稳定：ish≤ ies 即：ish= ich=36.08≤ ies= idw =100kA, 满足要求 11.2.2.1.1.9．故110kV线路侧断路器选择户外LW6－110型SF6断路器能满足要求，由上述计可列出下表：
设备
项目 LW6－110 产品数据 计算数据 Ualm≥Vsm 145kV 126.5kV Ie≥Igmax 1500A 992A iNcl≥ish 125kA 36.08kA Ik≥I″ 40KA 17.19kA ish≤ ies 100kA 43.83kA I2 t t ≥Qk 6400 kA2·S 605.77 kA2·S
11.2.2.2.2．110kV侧最大一回负荷出线侧断路器 11.2.2.2.2.1．额定电压选择：Un≥Vns = 110kV 11.2.2.2.2.2．最高工作电压选择：Ualm≥Vsm =Un×1.15 =110 ×1.15 =126.5kV 11.2.2.2.2.3．额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑其中1回线路故障退出时，所有负荷将转移到另1回线路，所以相应回路的Igmax=Ie 即：Igmax ===0.241kA 11.2.2.1.1.4．额定开断电流选择：Ik =I″ 即：Ik =9.37kA 11.2.2.1.1.5．额定短路关合电流选择：iNcl≥ish
即：iNcl ≥36.08kA 11.2.2.1.1.6．根据以上数据可以初步选择LW6－110型SF6断路器其参数如下：
额定全开断时间0.05S 额定合闸时间0.09S 固有分闸时间0.036s 燃弧时间取0.05s
额定开断电流为IK =40kA 额定关合电流峰值iNc1 =125kA 动稳定电流峰值idw =100kA 4S热稳定电流40kA
额定电压：UN=110kV 最高工作电压Ualm =145kV 额定电流Ie =1500A
11.2.2.1.1.7．校验热稳定（取后备保护为1S）：I2 t t ≥Qk 计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 1=1.05S
Qk = Ik2×dz = 9.372×1.05 = 92.187kA2·S I2r t = 402×4 = 6400 kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.1.1.8．检验动稳定：ish≤ ies 即：ish= ich=36.08≤ ies= idw =100kA, 满足要求 11.2.2.1.1.9．故110kV线路侧选择户外LW6－110型SF6断路器能满足要求，由上述计可列出下表：
设备
项目 LW6－110 产品数据 计算数据 Ualm≥Vsm 145kV 126.5kV Ie≥Igmax 1500A 241A iNcl≥ish 125kA 43.83kA Ik≥I″ 40KA 9.37kA ish≤ ies 100kA 43.83kA I2 t t ≥Qk 6400 kA2·S 605.77 kA2·S 11.2.2.3．10kV侧断路器的选择 11.2.2.3.1．10kV变低、母联侧断路器 11.2.2.3.1.1．根据第10.4.4.1.2．可得，选定10kV进线侧断路器型号为ZN28-12Ⅰ,其技术参数为：
额定电压UN=12kV，额定电流IN=4000A，额定开断电流INbr=50kA，额定关合电流峰值INc1 =125kA，额定动稳定电流（峰值）IDW =125kA，4S热稳定电流Ir=50kA，合闸时间0.2s，固有分闸时间0.06s，燃弧时间0.03s（则断路器全分闸时间为0.09S） 11.2.2.3.1.2．校验热稳定（取后备保护为1S）：I2 t t ≥Qk 计算时间tjs= td + tb = 0.06+0.03 + 1=1.09S
Qk = Ik2×dz = 39.032×1.09 =1660.44kA2·S I2r t =502×4 = 10000 kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.3.1.3．检验动稳定：ish≤ ies 即：ish= ich=99.53≤ ies= 125kA, 满足要求 11.2.2.3.1.4．故10kV主变及母联侧选择户内ZN28－12型真空断路器能满足要求，由上述计可列出下表：
设备
项目 ZN28－12 产品数据 计算数据 Ualm≥Vsm 12kV 11.5kV Ie≥Igmax 4000A 3464A iNcl≥ish 125kA 99.53kA Ik≥I″ 50KA 39.03kA ish≤ ies 125kA 99.53kA I2 t t ≥Qk 10000 kA2·S 4.45 kA2·S 11.2.2.3.2． 10kV侧最大一回负荷出线侧断路器 11.2.2.3.2.1．额定电压选择：Un≥Vns = 10kV 11.2.2.3.2.2．最高工作电压选择：Ualm≥Vsm =Un×1.15 =10 ×1.15 =11.5kV 11.2.2.3.2.3．额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑其中1回线路故障退出时，所有负荷将转移到另1回线路，所以相应回路的Igmax=Ie 即：Igmax ===0.18kA 11.2.2.3.2.4．额定开断电流选择：Ik =I″ 即：Ik =39.03kA 11.2.2.3.2.5．额定短路关合电流选择：iNcl≥ish
即：iNcl ≥99.53kA 11.2.2.3.2.6．根据以上数据可以初步选择ZN28－10型真空断路器其参数如下：
额定合闸时间0.2S 固有分闸时间0.06s 燃弧时间取0.03s
额定开断电流为IK =40kA 额定关合电流峰值iNc1 =100kA 动稳定电流峰值idw =100kA 4S热稳定电流40kA
额定电压：UN=10kV 最高工作电压Ualm =12kV 额定电流Ie =1250A
11.2.2.3.2.7．校验热稳定（取后备保护为2S）：I2 t t ≥Qk 计算时间tjs= td + tb = 0.03+0.06 + 2=2.09S
Qk = Ik2×dz = 39.032×2.09 =3183.78kA2·S I2r t = 402×4 = 6400kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.2.2.3.2.8．检验动稳定：ish≤ ies 即：ish= ich=99.53≤ ies= idw =100kA, 满足要求 11.2.2.3.2.9．故10kV馈线最大负荷侧选择户内ZN28－12型真空断路器能满足要求，由上述计可列出下表：
设备
项目 ZN28－12 产品数据 计算数据 Ualm≥Vsm 12kV 11.5kV Ie≥Igmax 1250A 180A iNcl≥ish 100kA 99.53kA Ik≥I″ 40kA 39.03kA ish≤ ies 100kA 99.53kA I2 t t ≥Qk 6400 kA2·S 3183.7 kA2·S
11.3 隔离开关选型计算
11.3.1. 220kV侧隔离开关 11.3.1.1.额定电压选择：Un≥Vns = 220kV 11.3.1.2. 额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑到隔离开关是与相应的断路器配套使用，所以相应回路的Ie应与断路器相同，即：Ie =2500A 11.3.1.3. 根据以上数据可以初步选择GW4－220(D)W和GW16-220(D、DW)型隔离开关，其参数分别如下：
GW4－220(D)W：
额定电压：UN=220kV
额定电流Ie =2500A
最高运行电压：Ula=252kV 动稳定电流峰值idw =125kA
4S热稳定电流50kA GW16-220(D、DW)：
额定电压：UN=220kV
额定电流Ie =2500A
最高运行电压：Ula=252kV 动稳定电流峰值idw =125kA
3S热稳定电流30kA 11.3.1.4. 校验热稳定（下列时间均取自对应断路器，后备保护取2S）：
即I2 t t ≥Qk 计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 2=2.05S
Qk = Ik2×dz = 17.192×2.05 = 605.77kA2·S I2r t = 502×4 = 10000 kA2·S（GW4型） I2r t = 302×3 = 27000 kA2·S（GW16型） 即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.3.1.5．检验动稳定：ish≤ ies 即：ish= ich=43.83≤ ies= idw =125kA, 满足要求 11.3.1.6．故220kV线路侧选择GW4－220(D)W和GW16-220(D、DW)型隔离开关能满足要求，由上述计可列出下表：
设备
项目 GW4－220(D)W GW16-220(D、DW) 产品数据 计算数据 Ie≥Igmax 2500A 1488A ish≤ ies 125kA 43.83kA I2 t t ≥Qk 10000 kA2·S 2700 kA2·S 605.77 kA2·S 11.3.2. 110kV侧隔离开关 11.3.2.1.额定电压选择：Un≥Vns = 110kV 11.3.2.2. 额定电流选择：Ie≥Igmax
考虑到隔离开关是与相应的断路器配套使用，所以相应回路的Ie应与断路器相同，即：Ie =1250A 11.3.2.3. 根据以上数据可以初步选择GW4－110(D)W和GW16-110(D、DW)型隔离开关，其参数如下：
GW4－110(D)W 额定电压：UN=110kV
额定电流Ie =1250A
最高运行电压：Ula=126kV 动稳定电流峰值idw =80kA
4S热稳定电流31.5kA GW16-110(D、DW) 额定电压：UN=110kV
额定电流Ie =1250A
最高运行电压：Ula=126kV 动稳定电流峰值idw =80kA
3S热稳定电流31.5kA
11.3.2.4. 校验热稳定（下列时间均取自对应断路器，后备保护取2S）：
即I2 t t ≥Qk 计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 2=2.05S
Qk = Ik2×dz = 9.372×2.05 = 180kA2·S I2r t = 31.52×4 = 3969 kA2·S（GW4型） I2r t = 31.52×3 =2976.75 kA2·S（GW16型） 即I2 t t > Qk ，满足要求。
11.3.2.5．检验动稳定：ish≤ ies 即：ish= ich=36.08≤ ies= idw =80kA, 满足要求 11.3.2.6．故110kV线路侧选择GW4－110(D)W和GW16-110(D、DW)型隔离开关能满足要求，由上述计可列出下表：
设备
项目 GW4－110(D)W GW16-110(D、DW) 产品数据 计算数据 Ie≥Igmax 1250A 992A ish≤ ies 80kA 36.08kA I2 t t ≥Qk 3969 kA2·S 2977 kA2·S 180 kA2·S
11.4． 220kV、110kV主母线及10kV主变低压侧母线桥导体选择计算 11.4.1．220kV侧母线的选择 本站220kV装置选用户外常规中型配电装置，同时在母线上有大量的功率穿越，持续工作电流较大，为便于设备布置及运行维护的方便，因此相应的户外汇流母线选用三相水平布置的LF21-铝锰合金管型母线。
11.4.1.1．母线截面的选择 按照最大负荷持续工作电流进行选择：
Igmax =1.05 ×=1.05 ×=1.488kA 考虑系统在220kV母线上的功率穿越，因此长期允许载流量选择2350A（+70℃），相应的参数为：导体尺寸 Φ100/90mm，导体截面 1491mm2，截面系数 W=33.8cm3，惯性半径ri= 3.36cm，惯性矩j= 169cm4，导体采用双跨的简支梁，每两跨做一过渡软连接，计算跨距ljs=11.5m，相间距离a=3m。
11.4.1.2．导体截面的校验
11.4.1.2.1．热稳定校验 由于本站址的最高月平均气温为+23℃、绝对最高温度为+40℃，因此假设导体短路前的发热温度为：
θ′=θ0 + (θy–θ0)( Igmax/ Iy)2 =40+(70-40) ×(1488/2350)2=52.03℃ 则热稳定系数C值为：
C= ==94.62 满足短路时发热的最小导体截面
Smin= ==260.11<1491 mm2
即能满足要求 11.4.1.2.2．动稳定校验 11.4.1.2.2.1．短路状态时母线所受的最大弯矩Md和应力σd的计算 11.4.1.2.2.1.1．短路电动力产生的水平弯矩Msd和短路电动力fd：
fd===1.005kg/m Msd===162.82Nm 11.4.1.2.2.1.2．在内过电压情况下的风速产生的水平弯矩M’sj和风压f’v：
f’v===1.69kg/m M’sj===273.8Nm 11.4.1.2.2.3．短路状态时母线所受的最大弯矩Md和应力σd Md===1071Nm （其中和两值取自设计手册P346） σd===3168.64N/cm2 此值小于铝锰合金的最大允许应力8820 N/cm2，满足要求。
11.4.2．110kV侧母线的选择 本站110kV装置同220kV一样，选用户外常规中型配电装置，持续工作电流较大，同样选用三相水平布置的LF21-铝锰合金管型母线。
11.4.2.1．母线截面的选择 按照最大负荷持续工作电流进行选择：
Igmax =1.05 ×=1.05 ×=2.976kA 长期允许载流量选择3511A（+70℃），相应的参数为：导体尺寸 Φ130/116mm，导体截面 2705mm2，截面系数 W=79.0cm3，惯性半径ri=4.36cm，惯性矩j=513cm4，导体采用双跨的简支梁，每两跨做一过渡软连接，计算跨距ljs=7.75m，相间距离a=1.4m。
11.4.2.2．导体截面的校验
11.4.2.2.1．热稳定校验 由于本站址的最高月平均气温为+23℃、绝对最高温度为+40℃，因此假设导体短路前的温度为+40℃，则通过持续工作电流时导体短路前的温度为：
θ′=θ0 + (θy–θ0)( Igmax/ Iy)2 =40+(70-40) ×(2976/3511)2=65℃<70℃ 则热稳定系数C值为：
C= ==89.58 满足短路时发热的最小导体截面
Smin= ==149.76<2705 mm2
即能满足要求
11.4.2.2.2．动稳定校验 11.4.2.2.2.1．短路状态时母线所受的最大弯矩Md和应力σd的计算 11.4.2.2.2.1.1．短路电动力产生的水平弯矩Msd和短路电动力fd：
fd===0.64kg/m Msd===47.09Nm 11.4.2.2.2.1.2．在内过电压情况下的风速产生的水平弯矩M’sj和风压f’v：
f’v===1.69kg/m M’sj===124.34Nm 11.4.2.2.2.3．短路状态时母线所受的最大弯矩Md和应力σd Md===993.68Nm （其中和两值取自设计手册P346） σd===2939.88N/cm2 此值小于铝锰合金的最大允许应力8820 N/cm2，满足要求。
11.4.3．10kV侧母线的选择 本站10kV装置选用户内XGN-10型成套开关柜布置，同时10kV侧变低持续工作电流较大，为便于设备布置及运行维护的方便，因此选用三相水平布置的TMY型铜排母线。
11.4.3.1．母线截面的选择 按照最大持续工作电流进行选择：
根据变电站运行方式的要求，在一台主变退出运行时，另一台主变将带全所负荷的70%，另外主变10kV变低侧额定负荷限制在60MVA，则最大持续工作电流：
Igmax =1.05 ×=1.05 ×=5.092kA 计及环境温度修正， Imax=K×Igmax==4.156kA
则选用铜导体，选用每相3条120×10mm（=3600mm）矩形铜导体，平放时长期允许载流量4780A（+70℃），趋肤系数KS=1.78，相间距离a=0.35m，支持绝缘子间距l=0.65m。
11.4.3.2．导体截面的校验
11.4.3.2.1．热稳定校验 由于本站址的最高月平均气温为+23℃、绝对最高温度为+40℃，因此假设导体短路前的发热温度为：
θ′=θ0 + (θy–θ0)( Igmax/ Iy)2 =40+(70-40) ×(4156/4780)2=62.68℃ 则热稳定系数C值为：
C= ==175 满足短路时发热的最小导体截面
Smin= ==319.33<3600 mm2
即能满足要求 11.4.1.2.2．动稳定校验 11.4.1.2.2.1．相间应力fph：
fph===4896.5N/m Wph===78.13×10-6m3 Mph===206.88N.m σph===2.65×106Pa 由b/h=0.08，(2b-b)/(h+b)=10/(10+125)=0.074，(4b-b)/(h+b)=30/(10+125)=0.222，查图得K12=0.37，K13=0.56 同条相间电动力 fb===7370.23N/m Lmax== Lcr===0.74m 满足动稳定
11.5．10kV最大一回负荷出线电缆 11.5.1．最大负荷持续工作电流（双回电缆，当其中一回故障退出时，另一回能带全部负荷。） Imax===180A
11.5.2．根据此侧负荷为自来水厂，性质属于城市生活用电，查设计手册可得Tmax＝2500h/y，所以按最大持续工作电流选择，按以上计算和设计任务要求可选择10kV铜芯交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套钢带铠装电力电缆型号为YJV22-8.7/10-3×50，缆芯截面为50，载流量为190A。正常允许最高温度为60℃，20℃时直流电阻r=0.370Ω/km ，x=0.079Ω/km。
11.5.3．按长期发热允许电流校验 电缆载流量的校正系数为=1.09（取土壤的温度为20℃），当双回电缆间距取300mm时,查表得=1，=1.08。
则单根直埋电缆允许载流量为
==1.09×1×1.08×190=223.67A>180A
满足设计要求 11.5.4．热稳定校验
对于电缆线路有中间接头，应按接头处短路校验热稳定。
短路前电缆最高运行温度为
θ=θ。+（θal-θ。）=20+（60-20）×＝45.9℃
由C=135 则
=×/C=×/135=41.7mm2<50 mm2
满足导线的最小截面的要求。
11.5.5．电压降校验
△U=L（rCOSφ+xSINφ） =*180*8（0.37*0.8+0.079*0.6） =3.1<5 可见，选用YJV22-8.7/10-3×50电缆能够满足要求。
11.6． 支持绝缘子及穿墙套管的选择 11.6.1．220kV支柱绝缘子 选用防污型大-小伞棒式支柱绝缘子，型号为ZSW-220/4，技术参数为额定电压220kV，干耐受工频试验电压不低于550kV，湿耐受工频试验电压不低于425kV，全波冲击试验电压幅值电压不低于950kV，抗弯4kN，抗扭2kN。
11.6.1.1．动稳定校验 取总高H＝2160mm，计算跨距m，相距a＝3m
N<=2400N 即 满足任务要求 11.6.2．110kV支柱绝缘子 选用防污型大-小伞棒式支柱绝缘子，型号为ZSW-110/4，技术参数为额定电压220kV，干耐受工频试验电压不低于295kV，湿耐受工频试验电压不低于215kV，全波冲击试验电压幅值电压不低于480kV，抗弯4kN，抗扭2kN。
11.6.2.1．动稳定校验 取总高H＝1060mm，计算跨距m，相距a＝1.4m
N<=2400N 即 满足任务要求
11.6.2．10kV穿墙套管 母线的额定电压UB＝10kv，额定电流Ie＝3464A，选用户外母线式穿墙套管，型号为2448，其技术参数为，额定电压为10kV，额定电流为4000，抗弯强度不小于16kN，穿墙套管长度670mm。
N<=9600N 即 满足要求
11.7． 限流电抗器 11.7.1．选择限流电抗器 选取限流电抗器型号为XKK-10-4000-6，其参数如下 额定电压kV 额定电流A 额定电抗％ 通过容量 kVA 动稳定电流峰值kA 4s热稳定电流kA 10 4000 6 3*23094 204 80 （计算过程见10.4.4.1.1.）
11.7.2．电压损耗校验 电抗标幺值X L*=0.0786 电压损失检验：普通电核器在运行时，电抗器的电压损失不大于额定电压的5% U(%)=XL(%)＝6×3464×0.6÷4000=3.12%＜5%
符合要求。
11.7.3．残压校验 母线残压检验：为减轻短路对其他用户的影响，当线路电抗器后短路时，母线残压不能于电网额定值的60～70% I″ = I d3*〞× =7.098× =39.03KA ==85% 11.7.4．动，热稳定校验：
Qk = Ik2×dz = 39.032×2.09 =3183.78kA2·S I2r t = 802×4 =25600kA2·S
即I2 t t > Qk ，满足要求。
ish= ich=99.53≤ ies= idw =204kA, 满足要求 由此可见，电压损失、残压，动、热稳定均能满足要求
第12章
继电保护规划设计 12.1． 变电站主变保护的配置 12.1.1．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如下：
12.1.1.1．主变压器的主保护 12.1.1.1.1．瓦斯保护 对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。
12.1.1.1.2．差动保护 对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。
12.1.1.2．主变压器的后备保护 12.1.1.2.1．过流保护 为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。
而本次所设计的变电站，电源侧为220kV，主要负荷在110kV侧，即可装设两套过电流保护，一套装在中压侧110kV侧并装设方向元件，电源侧220kV侧装设一套，并设有两个时限ts和tⅢ，时限
定原侧为tⅢ≥tⅡ+△t，用U切除三侧全部断路器。
12.1.1.2.2．过负荷保护 变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。
12.1.1.2.3．变压器的零序过流保护 对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电站内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。
12.2．220、110、10kV线路保护部分 12.2.1．220kV线路保护 220kV线路的安全运行，对整个电力系统有着相当重要的影响，所以，本工程为220kV线路配置的保护如下：光纤纵联差动保护、距离保护、零序过流保护、过电流保护 12.2.2．110kV线路保护
由于110kV侧有6回出线供给远方大型工厂，其他作为一些地区变电站进线，所以稳定性要求较高，所以，110kV线路保护配置如下：距离保护、 零序方向保护、过电流保护 12.2.3．220、110kV母线保护 对于220、110kV母线接线方式均为双母线，可以配置母线差动保护。
12.2.4．10kV出线保护
10kV出线一般配置电流保护、过电流保护、过负荷保护。
第13章
避雷器参数计算与选择 13.1．220kV避雷器选择计算 （1） 避雷器的灭弧电压：
（2） 避雷器的工频放电电压：
直接接地110~220kV，K0=3
（3） 避雷器的残压：
（4） 避雷器的冲击放电电压：
根据以上计算数据选取FZ-220J型阀型避雷器能满足要求。
13.2．110kV避雷器选择计算 （1）避雷器的灭弧电压：
（2） 避雷器的工频放电电压：
直接接地110~220KV，K0=3
（3） 避雷器的残压：
（4） 避雷器的冲击放电电压：
根据以上计算数据选取FZ-110J型阀型避雷器能满足要求。
13.3．10kV避雷器选择计算 （1）避雷器的灭弧电压：
（2）避雷器的工频放电电压：
（3） 避雷器的残压：
（4） 避雷器的冲击放电电压：
根据以上计算数据选取FZ-10型阀型避雷器能满足要求。
13.4．各级电压等级避雷器参数如下表：
型号 额定电压有效值KV 灭弧电压KV 工频放电电压有效值KV 冲击放电电压峰值(1.5/20μs及1.5/40μs)不大于kV 8/20μs雷电冲击波残压峰值不大于kV 不小于 不大于 5kA 10kA FZ-220J 220 200 448 536 620 652 715 FZ-110J 110 100 224 268 326 326 358 FZ-10 10 12.7 26 31 45 45 50
13.4.1．由于本次所设计选择变压器为分级绝缘，即220KV中性点绝缘等级为110KV，110中性点绝缘等级为35KV，所以220KV中性点应与中性点绝缘等级相同的避雷器，故220KV中性点装设FZ-110，110中性点装设FZ-40避雷器。
第14章 接地电阻、接地装置、避雷针保护范围计算 14.1．接地电阻选型计算 14.1.1．220kV系统属于有效接地系统，220kV侧短路电流起始值为43.83kA，因此接地跨步电压Uu≤2000V，接地电阻Ru≤0.5欧姆。
14.1.2．工频接地电阻的计算 1）人工接地体工频接地电阻的简易计算 根据原始资料提供的数据，实测的土壤电阻率为ρ=1.5×102欧·米；根据全站电气设备平面布置图可知，220kV区域占地面积为220×54=11880m2，110kV区域占地面积为180×56=10080m2，10kV区域占地面积为220×41=9020m2，闭合接地网总面积为11880+10080+9020= 30980m2 R2=0.5×=0.5×=0.426 由此可见，采用人工接地体的复合式接地网的接地电阻满足要求。
14.2．接地装置的选型计算 14.2.1．根据土质情况，考虑本站接地装置采用复合式接地网，即避雷针接地网、水平接地网、低压电气设备接地网三网合一的接地网，接地网选用2.5m长的镀锌角钢（50×50×5mm）为垂直接地体，选用直径16mm的镀锌圆钢为水平接地体。
14.3．避雷针保护范围的计算 第15章 参考资料 [1] 《发电厂电气部分》
姚春球编 中国电力出版社 [2] 《电力工程设计手册
电气一、二次部分》 水利电力部西北电力设计院编
中国电力出版社
[3] 《电力继电保护原理》中国水利水电出版社 [4] 《发电厂电气部分课程设计参考资料》天津大学黄纯化编
中国电力出版社 [5] 《电力工程电气设备手册
电气一次部分》电力工业部西北电力设计院编
中国电力出版社
