220KV变电站电气部分初步设计

分类号

郑州电力高等专科学校

毕 业 设 计（论 文）

题 目 220KV变电站电气部分初步设计 并列英文题目 Preliminary Design of Electricity

Part in 220KV Transformer Substation

系 部 电力工程系 专 业 发电厂及电力系统 姓 名 X X X 班 级 X X X 指导教师 郭琳、马雁 职 称 教授、助教 论文报告提交日期 2010-06-12

郑州电力高等专科学校

摘 要

本设计以220KV地区变电站设计为例，论述了电力系统工程中变电站部分电气设计（一次部分）的全过程。通过对变电站的原始资料分析、主接线的选择与比较，站用电接线设计，短路电流的计算，主要电气设备的选择，配电装置设计，防雷保护的设计与继电保护配置等步骤，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。通过本次毕业设计，巩固了“发电厂电气部分”课程的理论知识，掌握了变电站电气部分设计的基本方法，培养我们运用所学知识去分析和解决与本专业相关实际问题的能力。

关键词：变电站 短路电流 电气设备 配电装置 防雷设计 继电保护

ABSTRACT

The project about the 220kv transformer area substation design, discussed some electrical transformer stations design (one part) in power systems engineering of the entire process. Through analysis of original data on the substation, selection and comparison of main connection, station power design, short circuit current calculation，the choice of major electrical equipment, design of power distribution equipment,, lightning protection design and relay configuration steps, detail completed substations in power system design. Through the graduation design, consolidate the \"power of electric parts\" curriculum theory knowledge, grasps the basic design method of the electric parts, we use knowledge to analyse and solve the relevant question.

KEY WORDS: Substation, short–circuit currents , electric equipment, power distribution equipment, Lightning protection design

目 录

第一部分 设计说明书 ........................................................ 1 第一章 前言 ......................................................................... 1 第二章 原始资料分析 ........................................................ 2 第三章 主变压器的选择 .................................................... 2

第一节 概述 ................................................................................. 3 第二节 主变压器台数的选择 ..................................................... 3 第三节 主变压器容量的选择 ..................................................... 3 第四节 主变压器型式的选择 ..................................................... 4 第五节 所用变压器的选择 ......................................................... 6

第四章 电气主接线选择 .................................................... 7

第一节 概述 ................................................................................. 7 第二节 主接线的选择 ............................................................... 10 第三节 所用电接线的选择 ....................................................... 11

第五章 短路电流计算 ...................................................... 12

第一节 短路计算的目的及假设 ............................................... 12 第二节 短路电流的计算结果 ................................................... 14

第六章 电气设备的选择 .................................................. 14

第一节 概述 ............................................................................... 14 第二节 断路器的选择 ............................................................... 16 第三节 隔离开关的选择 ........................................................... 17 第四节 电流互感器的选择 ....................................................... 17 第五节 电压互感器的选择 ....................................................... 19 第六节 母线的选择 ................................................................... 20 第七节 电力电缆的选择 ........................................................... 21 第八节 限流电抗器的选择 ....................................................... 22

第七章 配电装置的选择 .................................................. 23

第一节 概述 ............................................................................... 23

第二节 配电装置的选用 ........................................................... 25

第八章 防雷保护的设计 .................................................. 27

第一节 概述 ............................................................................... 27 第二节 避雷针和避雷器的配置原则 ....................................... 28 第三节 避雷针的选择 ............................................................... 28 第四节 避雷器的选择 ............................................................... 29

第九章 继电保护配置 ...................................................... 30

第一节 概述 ............................................................................... 30 第二节 主变压器保护 ............................................................... 30 第三节 线路及母线保护 ........................................................... 31

第二部分 附录..................................................................... 32 附录一 短路电流的计算 .................................................. 32 附录二 电气设备的选择 .................................................. 36

2.1 断路器的选择 ...................................................................... 36 2.2 隔离开关的选择 .................................................................. 39 2.3 电流互感器的选择 .............................................................. 40 2.4 电压互感器的选择 .............................................................. 42 2.5 10kV母线的选择 ................................................................ 42 2.6 10KV出线电力电缆的选择 ............................................... 44 2.7 10KV出线限流电抗器的选择 ........................................... 45

附录三 防雷保护设计 ...................................................... 47

3.1 避雷针保护范围的计算 ...................................................... 47 3.2 避雷器的选择 ...................................................................... 48

结束语 ................................................................................... 49 参考文献 ............................................................................... 50

220kv变电站电气部分初步设计

第一部分 设计说明书

第一章 前言

电力工业是国民经济的重要部门之一，它是负责把自然界提供的能源转换为供人们直接使用的电能的产业。它即为现代工业、现代农业、现代科学技术和现代国防提供不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密切的关系。电力是工业的先行。电力工业的发展必须优先于其他的工业部门，整个国民经济才能不断前进。

我国具有极其丰富的能源。这些优越的自然条件为我国电力工业的发展提供了良好的物质基础。随着改革开放的深入发展，我国电力工业的发展很快。到2000年，我国电力工业已跃升世界第2位，为我国的国民经济的高速发展做出了巨大的贡献。不仅如此，目前我国的电力工业已开始进入“大电网”、“大机组”、“超高压交、直流输电”等新技术发展的新阶段，一些世界水平的先进的高新技术，已在我国电力系统中得到了相应的应用。

但是，随着近年来我国国民经济的高速发展与人民生活用电的急剧增长，电力工业的发展仍不能满足整个社会发展的需要，仅以2004年夏季的供电负荷高峰期为例，全国预计总共缺电3000万KW左右，有24个省区都先后出现拉闸限电的情况，这样的局面预期还要过2～3年才可能得到较好的解决。

另外，由于我国人口众多，由此在按人口平均用电方面，迄今不仅仍远远落后于一些发达国家，即使在发展中国家中，也只处于中等水平，尚不及全世界平均人口用电量的一半。因而，要实现在21世纪初全面建设小康社会的要求，我国的电力工业必须持续、稳步地大力发展，一方面是要大力加强电源建设，以确保电力先行，另一方面，要继续深化电力改革，实施厂网分开、竞价上网，并建立起规范的电力市场。

展望未来，我们坚信，在新世纪中，中国的电力工业必须持续、高速地发展，取得更加辉煌的成就。

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第二章 原始资料分析

一、设计任务

根据电力系统规划需新建一座220kv区域变电所。该所建成后与110kv和220kv电网相连，并供给近区用户供电。 二、原始资料

1、按规划要求，该所有220kv、110kv和10kv三个电压等级。220kv出线6回（其中备用2回），110kv出线8回（其中备用2回），10kv出线12回（其中备用2回）。

2、110kv侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为40MVA，其他作为一些地区变电所进线。10kv侧总负荷为30MVA，Ⅰ、Ⅱ类用户占60%，最大一回出线负荷为3000KVA，变电站总的所用最大负荷为150KVA。

3、各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：

220kv侧 cos0.9 Tmax3800小时/年 110kv侧 cos0.85 Tmax4200小时/年 10kv侧 cos0.85 Tmax4500小时/年 4、220kv和110kv侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间分别为2 s 、1.5s，10kv出线过流保护时间为1s ,断路器全分闸时间按0.1s考虑。

5、系统阻抗：220kv侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220kv母线侧阻抗为0.16 (Sj=100MVA)，110kv侧电源容量为1000MVA，归算至本所110kv母线侧阻抗为0.32（Sj=100 MVA），10kv侧没有电源。

6、该地区最热月平均温度为28℃，年平均气温16℃，绝对最高气温为40℃，土壤温度为18℃，海拔153m。

7、该变电所位于市郊生荒土地上，地势平坦、交通便利、环境污染小。

第三章 主变压器的选择

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第一节 概述

变压器是变电所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，运行和检修不便，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。

在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。

第二节 主变压器台数的选择

由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊220kv降压变电所，它是以220kv受功率为主。把所受的功率通过主变传输至110kv及10kv母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。

为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资和占用面积增大，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。

第三节 主变压器容量的选择

主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合。对于有重要负荷的变电所，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，对一般性能的变电所，

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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%。该变电所是按70%全部负荷来选择。即：

SN（0.7～0.8）Smax∕n1 (MVA) Smax—变电所最大负荷，MVA，n—变电所主变压器台数 由于变电所最大负荷为130MVA，因此主变压器容量为：

SN（0.7～0.8）×130∕（2-1）=（91～104）(MVA)

在满足可靠性的前提下，结合经济性，选择容量为120MVA的主变压器。

第四节 主变压器型式的选择

一、主变压器相数的选择

当不受运输条件时，在330kv以下的变电所均应选择三相变压器。单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，也增加了维护及倒闸操作的工作量。

本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。 二、绕组数的选择

在具有三种电压等级的变电所，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，但在变电所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所具有三种电压等级，该所选择三绕组变压器。 三、主变调压方式的选择

调压方式分为两种，不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常只有10%（±2×2.5%），另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。

由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。

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四、连接组别的选择和中性点接地方式的设计

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有星形“Y”和三角形“D”。在变电站中，一般考虑系统的同步并列以要求3次谐波对电源等因素。根据以上原则，主变一般是Y，D11常规接线。

根据原始资料，本站选用YNyn0d11连接组别。

在63kv及以下的系统，由于单相接地时，接地电流小，采用不接地的运行方式较为适宜。电压为110kv系统，为了减少设备和线路的投资，大多不采用中性点经消弧线圈的接地方式。目前我国220kv及以上都采用中性点直接接地的运行方式。220kv、110kv接地设备有隔离开关、避雷器和保护间隙(在QF非全相运行时，工频电压升高)，可选用避雷器额定电压不低于变压器最大工作相电压的避雷器保护，也可用棒间隙保护。

综上所述，本设计中的主变220kv、110kv中性点均采用直接接地的运行方式。在本所中选用无隙的氧化锌避雷器，防止雷电入侵波对中性点绝缘的危害。 五、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，强迫油循环风冷却，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，虽然散热效率高，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。

本设计主变为大型变压器，发热量大，散热问题不可轻佻，强迫油循环冷却效果较好，再根据变电站建在郊区，通风条件好，可选用强迫油循环风冷却方式。 六、主变型号选择

根据以上条件选择，确定采用型号为SFPSZ7-120000/220的220KV三绕组有载调压电力变压器，其具体参数如下

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220kv变电站电气部分初步设计 型号 额定容量KVA 容量比（%） 空载电流（%） 损耗(kw) 额定电压(KV) 联接组标号 阻抗电压％ 高－中 12.6 空载 144 高压 220±8×1.25% 中压 121 YN，yn0，d11 高－低 22.0 中－低 7.6 SFPSZ7-120000/220 1200000 100∕100∕50 0.8 短路 480 低压 11 型号中各符号表示意义：从左至右为 S：三相 F：风冷却 P：强迫油循环 S：三绕组 Z：有载调压 7：性能水平号 120000：额定容量 220：电压等级

第五节 所用变压器的选择

一、所用变压器台数的选择

220KV变电站，有两台及以上主变压器时，宜从主变压器低压侧分别引接两台容量相同、互为备用、运行的所用工作变压器，每台工作变压器按全所计算负荷选择。根据本次设计的情况，选用两台容量相同的站用变压器。 二、所用变压器容量的选择

所用变压器容量St（KVA）的计算公式为： StK1P1P2P3 式中K1—所用动力负荷换算系数，一般取0.85

P1、P2、P3—所用动力、电热、照明负荷之和，KW。

由于本次设计的变电站总的所用最大负荷为150KVA，所以St≥150KVA，根据经济性、可靠性、灵活性，选择St=160KVA的所用变压器。

三、所用变压器型号的选择

根据以上分析计算，查表，本次设计所用变选用型号为SC10—160∕10的干式变压器。

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220kv变电站电气部分初步设计 型号 额定容量（KVA） 高压 SC10-160∕10 160 10 低压 0.4 DYn11 空载 0.48 短路 1.86 1.0 4 额定电压(KV) 连接组 损耗（KW） 空载电阻抗电流（%） 压(%) 第四章 电气主接线选择

第一节 概述

变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。一个变电所的电气主接线因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。

电气主接线的设计与所在电力系统及所采用的设备密切相关。随着电力系统的不断发展、新技术的采用、电气设备的可靠性不断提高 ，设计主接线的观念也应与时俱进、不断创新。 一、电气主接线的基本要求

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，并要求保证对重要用户的供电； （3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。

2、灵活性：主接线应满足在调度、检修、事故处理及扩建时的灵活性。

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（2）占地面积小（3）电能损失少。

电气主接线的可靠性、灵活性、经济性是一个综合概念，不能单独强调其中的某一种特性，也不能忽略其中的某一种特性。但根据变电所在系统中的地位和作用的不同，对变电所主接线的

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性能要求也不同的侧重。 二、主接线选择的主要原则

1.变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所在系统中的地位，作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。

2.变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出故障时应处理的要求。

3.各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备情况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。

4.近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程。 5.在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。 三、主接线的类型 1. 单母线接线

1) 优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。

2) 缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电。

3) 使用范围：一般适应一台主变的以下情况。 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 110KV～220KV配电装置的出线路数不超过2回。 2. 单母分段接线

1) 优点：母线分段后，对主要用户可从不同段供电，保证供电的可靠性，另外，当一段母线发生故障，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。

2) 缺点：当母线故障时，该段母线的回路都要停电，同时扩建时需向两个方向均衡扩建。 3) 适用范围：

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① 6～10KV配电装置的出线回路数为6回及以上时。 ② 35～63KV配电装置的出线回路数为4～8回时。 ③ 110KV～220KV配电装置的出线路数为3～4回时。 3. 单母分段带旁路母线

这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。

4. 双母线接线

1) 优点：具有供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于试验。 2) 缺点：增加一组母线，每一回路增加一组母线隔离开关，从而增加投资，也容易造成误操作。 3) 适用范围：

① 6～10KV配电装置当短路电流较大，出线需要装设电抗器时。 ② 35～63KV配电装置的出线回路数超过8回路时。 ③ 110KV～220KV配电装置的出线回路数为5回及以上时。 5. 双母线分段接线

1) 优点：有较高的可靠性和灵活性，缩小了母线故障的影响范围 2) 缺点：占地面积大，增加投资

3) 适用范围：用于进出线回路数较多的配电装置。一般220KV进出线超过10-14回时，可采用双母单分段接线。当回路数达15回以上时，可采用双母双分段接线。 6. 双母线分段接线

1) 优点：出线回路数较多时，提高了双母线工作的可靠性和灵活性

2) 缺点：占地面积大，增加投资

3) 适用范围：110KV出线在6回以上，220KV出线在4回以上时，宜采用带专用旁路QF的旁路母线。但当采用可靠性较高的SF6断路器时可不设置旁路母线。 7. 桥形接线

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1) 优点：使用断路器少、布置简单、造价低等 2) 缺点：可靠性较差 3) 适用范围：

内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。

外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。 8. 一个半断路器（3/2）接线

1) 优点：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

2) 缺点：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。

3) 适用范围：广泛用于大型发电厂和变电所的超高压配电装置中。

第二节 主接线的选择

一、220kv侧

方案 项目 可靠性 母线检修时，电源和出线可检修任一母线QS，只需断开这一回路。工作母线故障时，所有回路能迅速恢复工作 灵活性 母联QF可以断开运行，一组母线工作，另一组母线备用。也可以闭合母联QF，双母线同时工作 经济性 经济性较好，便于扩建 设备多，占地面积大，投资大 任一母线故障或检修，均其相连的两回线路短时停电外，其他任何QF故障或检修都不会中断供电。 运行调度灵活，但二次接线和继电保护较复杂 方案Ⅰ双母线接线 方案Ⅱ3∕2接线 继续工作，不会中断对用户供电。不致停电，除联络QF故障时与由以上比较结果，经过综合判断，定性分析，220kv侧主接线宜采用方案Ⅰ。 二、110kv侧

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220kv变电站电气部分初步设计 方案 项目 可靠性 灵活性 经济性 较高的可靠性 灵活性较高 经济性较好，便于扩建 可靠性很高 灵活性很高 增加了设备和投资 方案Ⅰ双母线接线 方案Ⅱ双母带旁路接线 由以上比较结果，经过综合判断，定性分析，110kv侧主接线宜采用方案Ⅱ。 三、10kv侧

方案 项目 可靠性 可以是重要负荷从不同的母线分段取得，可靠性较高 灵活性 分段QF可以接通及断开运行，灵活性较高 经济性 设备和投资增加 设备少，投资小 可靠性不高，任一元件故障或检修均使该回路停电 灵活性差 方案Ⅰ单母分段接线 方案Ⅱ单母接线 由以上比较结果，经过定性分析，10kv侧主接线宜采用方案Ⅰ。

综合以上分析可知，根据设计任务书的原始资料可知：该变电所220kv侧采用双母线接线方式，110kv侧采用双母带旁路接线方式，10kv侧用单母线分段接线方式。

第三节 所用电接线的选择

所用电接线应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、安全、经济地运行。 一、所用电源引接方式

1) 当所内有较低电压母线时,一般均较低电压母线上引接1～2个所用变压器,这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。

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2) 当有可靠的6～35KV电源联络线时，可将一台所用变压器接到联络变压器外侧，更能保证所用电的不间断供电。

3) 由主变压器第三绕组引接,所用变压器高压侧要选用大断流容量的开关设备，否则要加装限流电抗器。 二、所用电接线的确定

由于本所内有较低电压（10KV）母线时,所以从10KV母线上引接2台所用变压器,分别接于10KV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承受变电所的全部负荷。

10kV 10kV 第五章 短路电流计算 第一节 短路计算的目的及假设

短路是电力系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或地与相之间的短接。系统发生短路时，短路回路电流剧增，可达到正常电流的几倍或几十倍，产生的电动力效应和热效应，对载流导体和电气设备造成很大的冲击和损坏；影响用户供电和破坏系统稳定性。关系到电气设备、载流导体及电气主接线方案的选择，继电保护装置的选择和整定计算。必须对电流的电动力和发热进行计算。 一、短路电流计算的目的

1.在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取短路电流的措施等，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

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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。 二、短路电流计算的一般规定

1.验算导体和电气动稳定、热稳定以及电气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。

三、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，不计负荷的影响； 6.系统短路时是金属性短路。 四、短路电流计算的步骤

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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.短路点的选择

在每个电压等级下选一个短路点，即220kv、110kv、10kv电压等级短路点分别选在d1、d2、d3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：If =

1Xf

Sj3Uj有名值：If = If 5.计算短路电流冲击值 短路电流冲击值：Ich= 2KchIf 6.列出短路电流计算结果

第二节 短路电流的计算结果

短路点的编号 d1 d2 d3 额定电压（KV） 220 110 10 短路电流有名值短路电流冲击 值短路全电流最大有效值If（KA） ich(KA) Ich (KA) 2.242 3.926 33.414 5.707 9.994 85.058 3.385 5.928 50.4 第六章 电气设备的选择 第一节 概述

电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济，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。 一、电气设备的选择的一般原则

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

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220kv变电站电气部分初步设计

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。 二、技术条件 1.按正常工作条件选择 1) 额定电压：

一般可按照电气设备的额定电压UN 不低于装置地点电网额定电压 UNS的条件选择。即UNUNS 2) 额定电流

电气设备的额定电流 IN，或电气设备的长期允许电流Ial， 应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 Imax，即： IalKINImax

3) 环境条件对设备选择的影响

当电气设备安装地点的环境条件（如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰度等）超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。 2.按短路状态校验 1) 校验的一般原则

（1） 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及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，则应按严重情况校验。

（2） 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。

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220kv变电站电气部分初步设计

2) 热稳定校验

短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时，其热效应不应超过允许值。即应满足：

QkQal 或 QkIt2t

式中：Qk—短路电流产生的热效应

Qal—电气设备和载流导体允许的热效应

It、t—电气设备允许通过的热稳定的电流和时间 3) 动稳定校验：

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为：

ishies或IshIes

式中： ish和Ish—三相短路冲击电流幅值和有效值

ies和Ies—电气设备允许通过的动稳定电流幅值和有效值 4) 短路计算时间

验算热稳定的短路计算时间t为继电保护动作时间tpr和相应断路器的全分闸时间tab之和，即： ttprtab tpr一般取保护装置的后备保护动作时间

第二节 断路器的选择

变电所中，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，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。 一、高压断路器的选择原则

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220kv变电站电气部分初步设计 额定电压 额定电流 开断电流 短路关合动稳定 电流 UNUNSIalImax INbrIzk iNclich 热稳定 It2tQk iesish 二、断路器的选择结果

电压等级 型号 额定电压（KV） 额定电流（A） 额定开断电流（KA） 额定关合电流（KA） 动稳定电流（KA） 额定短时耐受电流（KA） 全开断时间（S） 220KV LW-220/1250 220 1250 31.5 80 80 31.5(4S) 0.03 110KV LW35-126/3150 126 3150 31.5 100 100 40(4S) ≤0.06 10KV进线 ZN41A－12∕4000 12 4000 50 125 125 50(3S) 0.065 10KV出线 ZN28－10∕630 10 630 20 50 50 20(4S) 0.05 第三节 隔离开关的选择 一、隔离开关的选择原则

隔离开关与断路器相比，项目相同。由于隔离开关不用来接通和切除短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。 二、隔离开关的选择结果

电压等级 型号 额定电压（KV） 额定电流（A） 额定热稳定电流（KA） 额定动稳定电流（KA） 220KV ∕630 220 630 20（4S） 50 110 630 20（4S） 50 110KV 10KV进线 4000 10 4000 80（5S） 160 10KV出线 GN19-10XT∕630 10 630 20（4S） 50 GW4-220（D）GW4-110∕630 GN10-10T∕第四节 电流互感器的选择 一、电流互感器的选择原则

1.根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、母线式等）来选择电流互感器的型式。6～20KV配电装置，可选用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器；35KV及以上配电装置，一般选用油浸装箱式绝缘结构的电流互感器，有条件时应选

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220kv变电站电气部分初步设计

用套管式电流互感器

2.按一次回路额定电压和电流选择，应满足：

IalKIN1Imax

3.二次额定电流选择：二次额定电流选择一般选用5A，弱电系统

UNUNS中选用1A。

4.根据二次负荷的要求，选择电流互感器的准确度级

电流互感器的准确度级不得低于所供测量仪表的准确度级，以保证测量的准确度。 5.额定容量的选择

为保证互感器的准确度级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量SN2，即： S2SN2 6.热稳定检验

电流互感器热稳定能力常以1s允许通过的热稳定电流的峰值

2It与一次额定电流之比来表示，应满足条件为： t或KtIN1Qk

2式中，Kt—t时间的热稳定倍数，t=1s 7.动稳定校验

电流互感器的动稳定能力，常以内部允许通过极限电流的的倍数峰值与一次额定电流之比来表示，应满足条件为： ies或

二、电流互感器的选择结果

esK3•2IN1ish电压等级 220KV 110KV 10KV进线 10KV出线 型号 LCLWD3—220 LCLWB6—110 LZZBJ9—10 LFZD2—10 额定电流比（A） 600∕5 1000∕5 1000∕5 200∕5 准确级 0.5 0.5 0.5 0.5 1S热稳定电流（KA） 35 45 80 120(倍数) 额定动稳定65 115 130 210（倍数） 额定输50 50 30∕40 — 电流（KA） 出（VA）

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第五节 电压互感器的选择

一、电压互感器的选择原则 1.按装置种类和型式选择

电压互感器的装置种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择。对于3～20KV屋内配电装置，宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器；110KV及以上配电装置，当容量和准确度级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。 2.按一次回路电压选择

为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在US应满足：1.1UN1US0.9UN1 3.按二次回路电压选择

电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，可按下表选择

接 线 型 式 Yy 电网电压 （KV） 3～35 110J～500J YNynd 3～60 3～15 型 式 基本二次绕组电压（V） 100 100/3 100/3 100 辅助二次绕组电压（V） 无此绕组 100 100/3 100/3（相） 单相式 单相式 单相式 三相五柱式 注：J—是指中性点直接接地系统 4.电压互感器的准确级和容量

电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值。

规程规定，用于变压器，所用馈线，出线等回路中的电度表，供所有计算电费的电度表，其准确等级要求为0.5级，供运行监视估算电能的电度表，功率表和电压继电器等，其准确等级要求一般为1级，在电压二次回路上，同一回路接有几种不同型式用途的表计时，应按要求等级高的仪表，确定为电压互感器工的最

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220kv变电站电气部分初步设计

高准确等级。互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），

SN2应不小于互感器的二次负荷S2，即： S2SN2。

设备型号 额定变比（KV） 二次绕组 220kV TYD220∕准确级 额定容量 200 100 100 100 100 100 40 100 200 100 600 2000 2000 最大容量 二、电压互感器的选择结果

电压等级 30.01H —测量 0.5 2200.10.1:::0.1333 保护 3P 剩余 3P 110kV TYD2110∕30.015H —测量 0.5 1100.10.1:::0.1333 保护 剩余 3P 3P 0.2 0.5 1 剩 余 绕 组 6P 10kV JDZX11—10B 100.10.1::333 二 次 绕 组 型号中各字母表示含义： TYD220∕3—0.01H中: T—成套式，Y—电容式,D—单相 JDZX11—10B中：

J—电压互感器，D—单相，Z—浇注式，X—带剩余绕组，B—三柱带补偿绕组

第六节 母线的选择

一、母线的选择原则

1) 母线材料及截面形状的选择

载流导体一般选用铝质材料。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，或对采用硬铝导体穿墙套管有困难，以及对铝有较严重腐蚀的场所才采用铜导体。

常用的硬导体截面有矩形、槽形和管形。矩形导体一般只用于35KV及以下电流在4000A及以下的配电装置中；槽形导体机械

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220kv变电站电气部分初步设计

强度好，载流量大，集肤效应系数小，一般用于4000～8000A的配电中。管形导体用于110V及以上配电装置，可用于8000A以上的配电中。 2) 母线截面的选择

（1） 按长期工作电流选择时，所选母线截面的长期允许电流应大于装设回路的最大持续工作电流，即：

IalImax IalKIN 式中IN—基准环境条件下的长期允许电流 K—综合校正系数

（2） 热稳定校验：所选母线截面S，热稳定校验应满足的条件为：

SSminQK CC — 热稳定系数，S —所选母线截面，Smin—根据热稳定决定的最小允许截面

（3） 动稳定校验：js

js— 作用在母线上的最大计算应力

—母线上的最大允许应力

二、10KV母线的选择结果

10KV出线选择125×10mm2的矩形铝导线。

第七节 电力电缆的选择

一、电力电缆的选择原则 1) 结构类型的选择

电缆芯线有铜芯和铝芯，其芯线一般由多股导线绞合而成，国内工程一般选择铝芯。

油浸纸绝缘电缆，适用于35KV及以下的输配电线路，聚氯乙烯绝缘电缆和橡皮绝缘电缆适用于6KV及以下的输配电线路，交联聚乙烯绝缘电缆适用于1～110KV输配电线路，高压冲油电缆适用于110～330KV输配电线路。 2) 额定电压的选择：UNUNS

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220kv变电站电气部分初步设计

3) 截面选择：对于长度超过20m且最大负荷利用小时数大于5000h的电缆按经济电流密度选择截面；反之，按长期工作电流选择。 4) 热稳定校验：SQK102(mm2) C二、10KV出线电力电缆的选择结果

10KV出线回路均选用S=240mm2截面的黏性纸绝缘电缆。

第八节 限流电抗器的选择

对于10KV侧各配电装置，因短路电流过大，很难选择轻型设备，甚至会因断流容量不足而选不到合乎要求的电器，应采取措施短路电流，即在10KV侧需加装设电抗器。 一、电抗器的选择原则

1) 额定电压和额定电流的选择应满足 UNLUNS IalKINLImax

UNL、INL — 电抗器的额定电压和额定电流

UNS、Imax — 电网额定电压和电抗器回路最大持续工作电流

K—温度修正系数

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到一定数值的要求来选择，设要将短路电流到I3，则电源至短路点的总电抗标么值X为

XIB IB — 基准电流 I3XL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：XL%XL（2） 电压损失检验：U%XL%IfhINLINLUB100% IBUNLsin5%

XL%—选出的电抗器的百分电抗。

（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%

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220kv变电站电气部分初步设计

I即：Usy%XL%60%～70%

INL33) 热稳定和动稳定检验，应满足下式：

iesish It2tQk

Qk—短路电流热效应，It—t时间热稳定电流（t = 1s）

二、10KV出线限流电抗器的选择结果

型号 额定电压(KV) NKSL-10-400-3 10 额定电流(A) 400 3 电抗(%) 动稳定电流(KA) 25.5 热稳定电流(KAs) 23.178 第七章 配电装置的选择

第一节 概述

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。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。 一、配电装置的类型及特点

配电装置按电气设备装设地点不同，可分为屋内配电装置和屋外配电装置;按其组装方式，又可分为装配式和成套式。 1）屋内配电装置的特点：

（1）安全净距小，可以分层布置，占地面积较小；（2）维修、巡视和操作在室内进行，不受外界气候影响；（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。 2）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。 3）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

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220kv变电站电气部分初步设计

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。 二、配电装置的设计要求 1）节约用地；

2）保证运行安全，工作可靠和操作巡视方便； 3）便于检修和安装；

4）在保证上述条件要求下，采取有效措施节约材料，减少投资。

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）

额 定 电 压（KV） 符号 适用范围 3-10 110J 110 220J 1、带电部分至接地部分之间 A1 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 1、不同相的带电部分之间 A2 2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间 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B1 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 B2

200 900 1010 1800 200 1000 1100 2000 950 1650 1750 2550 网状遮栏至带电部分之间 300 1000 1100 1900 24

220kv变电站电气部分初步设计 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 1、平行的不同时停电检修的无遮栏带D 电部分之间2、带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间 2200 2900 3000 3800 2700 3400 3500 4300 屋内配电装置的安全净距（mm）

额 定 电 压（KV） 符号 适用范围 10 1、带电部分至接地部分之间 A1 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 1、不同相的带电部分之间 A2 2、断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间 1、栅状遮栏至带电部分之间 B1 2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间 B2 C 网状遮栏至带电部分之间 无遮栏裸导体至地（楼）面之间 平行的不同时停电检修的无遮栏裸导体之间 通向屋外的出线套管至屋外通道的路面 225 950 1050 1900 875 1600 1700 2550 125 900 1000 2000 125 850 950 1800 110J 110 220J 2425 3150 3250 4100 D 1925 2650 2750 3600 E 4000 5000 5000 5500 注：110J、22J、330J、500J系指中性点直接接地网 第二节 配电装置的选用

本变电所三个电压等级：即220kv、110kv、35kv，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

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220kv变电站电气部分初步设计

以下的配电装置多采用屋内配电装置，故本所220kv及110kv采用屋外配电装置，10kv采用屋内配电装置。 1、屋内配电装置的选择

6～35kv屋内配电装置的结构型式主要和有无出线电抗器有关。目前，无出线电抗器的配电装置多为单层式，有出线电抗器的配电装置多为两层式。

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、半高型和高型等。

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，以便工作巡检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检修方面积累了比较丰富的经验。

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）布置较中型紧凑，占地面积约在中型布置减少30%； （2）施工、运行、检修条件比高型好；

（3）旁路母线与主母线采用不等高布置实现进出线均带旁路，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。 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40%～50%，但其耗钢多，安装检修及运行条件均较差，一般适用下列情况：

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220kv变电站电气部分初步设计

（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建，而场地受到； （3）场地狭窄或需要大量开挖。

本次所设计的变电站位于市郊荒土地上，对建筑面积没有特殊的要求，所以变电所220kv、110kv电压等级采用普通中型配电装置。若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差，耗钢量多。10kv电压等级采用屋内两层配电装置。

第八章 防雷保护的设计

第一节 概述

一、直击雷过电压保护

变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊成网状。

（一）直击雷的保护范围和措施：

1、保护范围：包括屋外配电装置、主控楼、变压器、构架及高压屋内配电装置等。

2、保护措施：采样设置避雷针和避雷线进行保护。具体见表6-1所示：

表6-1 变电站D进行防雷保护的对象和措施

序号 1 2 3 4 5 建筑物及构筑名称 110KV及以上配电装置 变压器 屋外组合导线及母线桥 主控楼 屋内配电装置 建筑物的结构特点 钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构 钢筋混凝土结构 防雷措施 在构架上装设避雷针或装设避雷针 装设避雷针 装设避雷针 钢筋焊接成网并接地 二、雷电侵入波保护

由于雷电侵入波在电气设备上产生的过电压很高，一般为电气设备额定电压的8-12倍，为防止雷电波产生的过电压损坏电气设备，本设计变电所配电装置对雷电波的过电压保护是采用氧化

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220kv变电站电气部分初步设计

锌避雷器及与其相配合的进线保护段待保护措施。

220KV及以下的配电装置电气设备绝缘与避雷器通过雷电流为5KA幅值的残压进行配合。进线保护段的作用，在于利用其阻抗来雷电流幅值和利用其电晕衰耗来降低雷电波陡度，并通过进线段上避雷器的作用，使之不超过绝缘配合所要求的数值。

第二节 避雷针和避雷器的配置原则

一、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，宜装设的避雷针。

2、避雷针（线）宜设的接地装置，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、在变压器的门型构架上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形构架距变压器较近，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。 二、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。

第三节 避雷针的选择

一、多支避雷针保护范围的确定方法

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220kv变电站电气部分初步设计

1）将多支避雷针的多边形，划分成若干个三支避雷针的三角形，划分时必须是相邻近的三支避雷针。

2）每三支避雷针，其相邻两支保护范围的一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积才能受到保护。

3）多支避雷针的外侧保护范围，应分别按不等高（或等高）两针保护范围的方法确定。

二、本变电站避雷针的选择结果

经过计算，本变电站采用四支h=30m 的等高避雷针进行保护。

第四节 避雷器的选择

一、避雷器类型的选择

由于金属氧化物避雷器（简称MOA）一般是无间隙避雷器，与阀式避雷器相比，它没有灭弧和工频续流的问题，且具有优异的非线性伏安特性，因此，本次设计选用ZnO避雷器。 二、ZnO避雷器的选择原则

1）避雷器额定电压的选择：UNkUT

式中， k—切除短路故障时间系数，10S以内取k=1.0,2h以内取k=1.3； UT—暂时过电压,kv.

2）避雷器最大持续运行电压UC的选择。一般情况下UC=（0.76～0.8）UN,UC不得低于以下规定值： 直接接地： UCUm／3 非直接接地:10S内切除故障：UCUm／3 2h内切除故障：UC1.1Um（3～10kv）; UCUm (35～63kv) 三、避雷器的选择结果

系统额定电压（KV） 220 110 10 避雷器型号 Y10W-192∕500 Y10W-96∕235 Y5WZ-17∕45 避雷器额定电压（KV） 192 96 17 避雷器持续运行电压（KV） 150 75 13.6 型号中各字母含义：

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220kv变电站电气部分初步设计

Y10W-192∕500：Y-瓷套金属氧化物避雷器， 10-金属氧化物避雷器的标称放电电流，单位KA， W-无间隙，192-避雷器的额定电压，KV;500-避雷器标称放电电流下的残压，KV Y5WZ-17∕45中：Z-用于发、变电站

第九章 继电保护配置

第一节 概述

一、继电保护的作用

1）自动快速有选择地将故障元件切除，保证其他非故障元件迅速恢复正常运行。

2）反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，动作于发信号、减负荷或跳闸，此时一般不需要保护迅速动作，而且根据电力系统及其元件的危害程度有一定延时，以免不必要的动作或由于干扰引起的误动作。 二、对继电保护的基本要求

①选择性；②速动性；③灵敏性；④可靠性。

第二节 主变压器保护

一、主变压器的主保护 1、瓦斯保护

对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。 2、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。 二、主变压器的后备保护 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。

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220kv变电站电气部分初步设计

2、过负荷保护

变压器的过负荷电流，大多数情况下三相都是对称的，因此只需装设单相式过负荷保护。 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，一般变电所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。

第三节 线路及母线保护

一、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：

1、光纤纵联差动保护：反映线路两端电气量的保护，能准确地区分内部与外部故障，不需要与相邻线路的保护在整定值上配合，因此可以实现全速启动。

2、距离保护：反映保护安装处到故障点之间的距离，并根据距离的远近确定动作时限的一种保护装置。

3、零序电流保护：中性点直接接地系统发生接地短路，将产生很大的零序电流，利用零序电流分量构成保护，可以作为一种主要的接地短路保护。 二、110KV线路保护

由于110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其他作为一些地区变电所进线，所以稳定性要求较高，所以，110KV线路保护配置如下：

距离保护和零序电流保护（中性点直接接地系统），分别反应相间及接地故障，在35kV及以上运行方式较为复杂的多电源系统，通常采用性能较为完善的距离保护。 三、10KV线路保护

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220kv变电站电气部分初步设计

配置两段式是电流保护，包括限时电流速断保护和定时限过电流保护，由于电缆线路较短，不设置瞬时电流速断保护。 四、母线保护

母线保护主要是反应单相接地故障而配置的，该所地位重要，采用专用的母线保护，保护配置为电流差动保护和电流相位保护。互补缺点，完成对母线保护选择性、快速性、灵敏性的要求。

第二部分 附录 附录一 短路电流的计算

一、短路计算等值电路图：

S2 Xs2 d1 220KV X3 X1 d3 X2 d2 10KV Xs1 110KV S1 二、短路电流的计算 1. 选取基准值

在短路计算的基本假设前提下，选取Sj100MVA，Uj为各级电压平均值（230，115，10.5kv） 2. 系统电抗

由原始材料可知，在Sj=100MVA下 Xs1＝0.32，Xs2＝0.16

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220kv变电站电气部分初步设计

3. 计算变压器各绕组电抗 各绕组等值电抗

U12%＝12.6％，U13%＝22.0％，U23%＝7.6％

U%= 1

k12 （U12% + U13%－U23%）=13.5

U1

k2% = 2

（U12% + U23%－U13%）=－0.9

U1k3% = 2

（U13% + U23%－U12%）=8.5

各绕组等值电抗标么值为：

XU1 = k1%100×SjSN =13.5100×100120＝0.113

XU%2 =

k2100×Sj0.9100SN ＝100×120＝－0.008 X = Uk3%Sj8.51003100×SN ＝100×120＝0.071

4. 各短路点短路计算 1) d1点短路

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，等值电路可化简为图1，进一步可化简为图2 S2 Xs2 d1 220KV X1 X2 110KV Xs1

S1 图1

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220kv变电站电气部分初步设计

其中，XS2=0.16，X4XS1X1X2=0.373 计算电抗：Xjs,4X4S10.37310003.73 Sj10012∵Xjs,4﹥3.0，可近似认为短路电流周期分量已不随时间变化。 ∴I41Xjs,410.268 0.3732由于S2为无限大容量电源，所以IS∴d1点总的短路电流为：

If16.25116.25 XS10.1610010000.2682.242KA 32303230根据《电力工程电气设计手册》的相关规定

S2 S1 Xs2 X2 d1 X4 图2 取电流冲击系数Kch = 1.8,当不计周期分量衰减时 冲击电流 ich2KchIf1 =2 ×1.8×2.242 = 5.707（KA） 短路电流全电流最大有效值

IchIf112Kch1 = 2.42×121.81= 3.385（KA）

22 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，等值电路可化简为图3，进一步可化简为图4

其中，XS1=0.16，X5XS2X1X2=0.213 计算电抗：Xjs,S1Xs1S10.3210003.2 Sj10012

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220kv变电站电气部分初步设计

∵Xjs,S1﹥3.0，可近似认为短路电流周期分量已不随时间变化。

220KV S2 Xs2 ∴IS11Xjs,S110.3125 3.2X1 由于S2为无限大容量电源， 所以I5114.695 X50.213X2 d2 110KV Xs1图3 ∴d2点总的短路电流为：

If24.695S2 S1 10010000.31253.926KA 31153115S1 X5 X2 d2 Xs1 图4 当不计周期分量衰减时

冲击电流 ich2KchIf2 =2 ×1.8×3.926 = 9.994（KA） 短路电流全电流最大有效值

IchIf212Kch1 =5.928（KA）

23) d3点短路

等值电路可化简为图5，进一步可化简为图6

X6=（XS1 +X7=（XS2+X8=

11X2）=0.32－×0.008=0.316 2211X1）=0.16＋×0.013=0.217 2211X3 =×0.071=0.036（如图5），星形变换成三角形(如图6) 2235

220kv变电站电气部分初步设计 S2 X6 S1 X7 X8 X10 d3 图5 d3 S2 X9 图6 S1 X9= X6 + X8 +X10= X7+ X8+

X6•X80.3160.036 = 0.316+0.036+ = 0.404 X70.217X7•X80.2170.036 = 0.217+0.036+ = 0.278 X60.316计算电抗：Xjs,9X9S10.40410004.04 Sj100∵Xjs,9﹥3.0，可近似认为短路电流周期分量已不随时间变化。 ∴I9110.248 Xjs,94.04113.597 X100.278由于S2为无限大容量电源，所以I10∴d3点总的短路电流为：

If3.59710010000.24833.414KA 310.5310.5冲击电流 ich2KchIf3 =2 ×1.8×33.414 = 85.058（KA） 短路电流全电流最大有效值

IchIf312Kch1 =50.4（KA）

2附录二 电气设备的选择 2.1 断路器的选择

1.220KV侧断路器：选用LW-220/1250型，校验： 1)额定电压：UNUNS ∵220=220KV∴满足条件 2)额定电流：IalImax

220KV侧回路的最大持续工作电流为：

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220kv变电站电气部分初步设计

1.05120103Imax= 3220= 330.6A

∵1250A>330.6A∴满足条件

3)额定开断电流：INbrIzk ∵31.5KA>2.242KA∴满足条件 4)额定关合电流：iNclish ∵80KA>5.707KA∴满足条件 5)校验热稳定，取后备保护为2 s，断路器固有分闸时间0.1 s,

2ttprtab = 2 + 0.1= 2.1 s It2t = 31.5243969KAS Qktk22.122=I10II2.2422102.24222.2422 tktk122122KAS = 10.556即

It2tQk满足要求

6)校验动稳定：iesish ∵80KA>5.707KA ∴满足要求

2.110KV侧断路器：选用LW35-126/3150型，校验： 1)额定电压：UNUNS ∵126KV>110KV∴满足条件 2)额定电流：IalImax

110KV侧回路的最大持续工作电流为：

1.05120103Imax= 3121= 601.208A

∵3150A>601.208A∴满足条件

3)开断电流：INbrIzk ∵31.5KA>3.926KA∴满足条件 4)短路关合电流：iNclish ∵100KA>9.994KA∴满足条件 5)校验热稳定，取后备保护为1.5 s，断路器固有分闸时间0.1 s,

2ttprtab = 1.5 + 0.1=1.6 s It2t = 40234800KAS tk2221.6QkI10ItkItk=3.9262103.92623.9262 12212KAS = 24.662

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220kv变电站电气部分初步设计

即It2tQk满足要求 6)检验动稳定：iesish

∵100KA>9.994KA ∴满足要求

3.10KV进线断路器：选用ZN41A－12∕4000型，校验： 1)额定电压：UNUNS ∵10KV=10KV∴满足条件 2)额定电流：IalImax

10KV侧回路的最大持续工作电流为：

Imax= 1.0560103=3306.2A 311∵4000A>3306.2A∴满足条件

3)开断电流：INbrIzk ∵50KA>33.414KA∴满足条件 4)短路关合电流：iNclish ∵125KA>85.058KA∴满足条件 5)校验热稳定，取后备保护为1 s，断路器固有分闸时间0.1 s,

ttprtab = 1+ 0.1=1.1 s

2It2t = 50237500KAS Qktk2221.133.41421033.414233.4142 I10IItktk=122122KAS = 1228.145即It2tQk满足要求 6)校验动稳定：iesish

∵125KA>85.058KA ∴满足要求

4.10KV出线断路器：选用ZN28－10∕630型，校验： 1)额定电压：UNUNS ∵10KV=10KV∴满足条件 2)额定电流：IalImax

10KV侧回路的最大持续工作电流为：

Imax= 3000=1.957A 310.5∵630A>1.957A∴满足条件

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220kv变电站电气部分初步设计

3)开断电流：INbrIzk 由于10KV出线回路加装了限流电抗器(见 后面章节)，将短路电流到16KA即INbr≥16KA∵20KA>16KA∴ 满足条件

4)短路关合电流：iNclish =16×2.55=40.8KA ∵50KA>40.8KA∴ 满足条件

5)校验热稳定，取后备保护为1 s，断路器固有分闸时间0.1 s,

2ttprtab = 1+ 0.1=1.1 s It2t = 20241600KAS Qk=

1.1221610162162= 281.6KAS 12即

It2tQk满足要求

6)检验动稳定：iesish ∵50KA>40.8KA ∴满足要求

2.2 隔离开关的选择

1.220KV隔离开关：选用GW4-220（D）∕630型，校验： 1)额定电压：UNUNS ∵220KV=220KV∴满足条件 2)额定电流：IalImax∵630A>330.6A ∴满足条件 3)校验热稳定：

22It2t = 20241600KAS>Qk10.556KAS 即It2tQk ∴满足要求 4)校验动稳定：iesish ∵50KA>5.707KA ∴满足要求

2.110KV隔离开关：GW4-110∕630型，校验： 1)额定电压：UNUNS ∵110KV=110KV∴满足条件 2)额定电流：IalImax∵630A>601.208A∴满足条件 3)校验热稳定：

22It2t = 20241600KAS>Qk24.662KAS 即It2tQk ∴满足要求

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220kv变电站电气部分初步设计

4)检验动稳定：iesish ∵50KA>9.994KA ∴满足要求

3.10KV进线隔离开关:选用GN10-10T∕4000型,校验: 1)额定电压选择：UNUNS ∵10KV=10KV∴满足条件 2)额定电流选择：IalImax∵4000A>3306.2A∴满足条件 3)校验热稳定：

22It2t = 802532000KAS>Qk1228.145KAS 即It2tQk ∴满足要求 4)检验动稳定：iesish

∵160KA>85.058KA ∴满足要求

4.10KV出线隔离开关：选用GN19-10XT∕630型，校验： 1)额定电压选择：UNUNS ∵10KV=10KV∴满足条件 2)额定电流选择：IalImax∵630A>1.957A∴满足条件 3)校验热稳定：

由于10KV出线回路加装了限流电抗器(见后面章节)，将短路电流到16KA,

22It2t = 20241600KAS>Qk 1621.1281.6KAS 即It2tQk ∴满足要求 4)检验动稳定：iesish ∵50KA>40.8KA ∴满足要求

2.3 电流互感器的选择

1.220KV侧：

所选电流互感器的型号和参数如下表：

型号 LCLWD3—220 额定电流比 600∕5 准确 度级 0.5 1s热稳定 电流（KA） 倍数 35 — 动稳定 电流（KA） 倍数 65 — 额定输出（VA） 50 校验： 1)一次回路额定电压：UNUNS∵220KV=220KV∴满足条件

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220kv变电站电气部分初步设计

2)一次回路额定电流：IalKIN1Imax∵600A>330.6A∴满足条件

KAS>10.556KAS 3)热稳定校验: It2tQk∵3521122522∴满足条件

4)动稳定校验: iesich∵65KA>5.707KA∴满足条件 2.110KV侧：

所选电流互感器的型号和参数如下表：

型号 LCLWB6—110 额定电流比 1000∕5 准确度级 0.5 1s热稳定 电流（KA） 倍数 45 — 动稳定 电流（KA） 倍数 115 — 额定输出（VA） 50 校验： 1) 一次回路额定电压：UNUNS∵110KV=110KV∴满足条件 2) 一次回路额定电流：IalKIN1Imax∵1000A>601.208A∴满足条 件

KAS>24.662KAS 3) 热稳定校验: It2tQk∵4521202522∴满足条件

4) 动稳定校验: iesich∵115KA>9.994KA∴满足条件 3.10KV进线：

所选电流互感器的型号和参数如下表：

型号 LZZBJ9—10 额定电流比 1000∕5 准确 度级 0.5 1s热稳定 电流（KA） 倍数 80 — 动稳定 电流（KA） 倍数 130 — 额定输出（VA） 30∕40 校验： 1) 一次回路额定电压：UNUNS∵10KV=10KV∴满足条件 2) 一次回路额定电流：IalKIN1Imax∵4000A>3306.2A∴满足条件

3) 热稳定校验: It2tQk∵

22802100KAS>1228.145KAS∴满足条件 

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220kv变电站电气部分初步设计

4) 动稳定校验: iesich∵130KA>85.058KA∴满足条件 4.10KV出线：

所选电流互感器的型号和参数如下表：

型号 LFZD2—10 额定电流比 200∕5 准确 度级 0.5 1s热稳定 电流（KA） 倍数 — 120 动稳定 电流（KA） 倍数 — 210 额定输出（VA） — 校验： 1)一次回路额定电压：UNUNS∵10KV=10KV∴满足条件

2)一次回路额定电流：IalKIN1Imax∵200A>1.957A∴满足条件 3)热稳定校验:

由于10KV出线回路加装了限流电抗器，将短路电流到16KA

KAS> 1621.1281.6KAS∴满足条∵1200.21576222件

4)动稳定校验: iesich∵（0.2×210）=42KA>40.8KA∴满足条件

2.4 电压互感器的选择

6～35KV屋内配电装置一般采用油浸式或浇注式电压互感器，110KV及以上宜采用电容式电压互感器。

依电压互感器的选择条件：1.1UN1US0.9UN1，分别选出220kv、110kv、10kv电压互感器的型号分别为：TYD220∕3—0.01H、TYD2 110∕3—0.015H、JDZX11—10B

2.5 10kV母线的选择

1.按长期允许电流选择母线截面 母线最大持续工作电流为：

Imax1.05SN1.05301653.321A

3113UN由产品目录，选用每相100×10mm2的矩形铝母线。在基准环境温度为25℃，母线平放时，基准条件下的长期允许电流

IN=1663A。查表知，室温为40℃时，校正系数K=0.81,故长期允

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220kv变电站电气部分初步设计

许电流为：

Ial=0.81×1663=1347.03（A）<1653.321（A）

所以选用100×10mm2的母线不适用，重选125×10mm2的矩形铝母线，IalN=2063A

长期允许电流为：Ial=0.81×2063=1671.03（A）>1653.321（A） 故可选用25×10mm2的矩形铝母线。 2.热稳定校验：

计算热稳定最小允许截面为： SminQK C短路持续时间：ttprtab=1+0.1=1.1(s)

因t>1s,可不考虑非周期分量热效应，所以短路电流热效应为：

Qktk22222KAS 33.4141.1==1228.145I10IItktk1222母线短路前通过最大持续工作电流的工作温度为：

I1653.321i0al0max=40+69.37℃ 1671.03Ial2查表得，按70℃取热稳定系数C=87, 热稳定最小允许截面为：

1228.145106Smin==402.81mm2

87故能满足热稳定要求。 3.动稳定校验

10KV母线三相短路时短路冲击电流为: ish85.058KA 中间相母线所受最大电动力为：

F332l321.27=6007.83（N） 1.73ish107=1.7385.0581010a0.25最大弯矩为：

Fl6007.831.2M720.94Nm =

10103bh2母线截面抗弯距为：W=2.6105m2

6

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220kv变电站电气部分初步设计

母线的计算应力为：jsM720.946=27.7310Pa 5W2.61066查表得，硬铝的最大允许应力为：=7010Pa>27.7310Pa满

足动稳定要求，故选125×10mm2的矩形铝母线。

2.6 10KV出线电力电缆的选择

1、根据原始资料，选用10KV铝芯铅包的黏性纸绝缘电力电缆。 2、选择电缆截面。因最大负荷利用小时数小于5000h，故不按经 济电流密度选择截面。 按长期允许电流选择电缆截面： 单回路每条电缆最大持续工作电流为：

Imax30001.957A310.5

对于双回路，考虑到一条电缆故障时负荷的转移，则每条电缆的最大持续工作电流为：

1.22Imax，取1.5倍系数，则Imax1.51.957247.436A Imax（一）对于双回路

由产品目录，每回路选用一条三芯电缆，每芯的截面为S=185mm。电缆直埋时的基准环境温度为25℃，长期最高允许温度al=60℃，额定长期允许电流Ial=275A.当土壤温度为20℃时，查表得温度校正系数为1.07，电缆直埋地下时三根并列，电缆净距为200mm时，

2185mm查表得校正系数为0.86，经校正后S=电缆的长期允许电流

2为：

Ial=1.07×0.86×275=253.055A>247.436A

热稳定校验。

加装电抗器后，短路电流为16KA,由前面的计算知，短路电流热效应为

2QkQz281.6106AS

电缆短路前的工作温度，取ial60℃，计算可得热稳定系数：

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220kv变电站电气部分初步设计 C1JQK20ln1f201i20 =10.004032002088.4410212.48ln 41.0050.031100.0040310.004036020热稳定最小允许截面：

SminQK281.6106222mm2电缆10=101.744mm，所以选择185C88.441022不满足要求。

重选S=240mm的电缆定能满足要求，不再进行校验。 （二）对于单回路

同理,根据热稳定最小允许截面选择S=240mm的电缆定能满足要求，不再进行校验。

4、结果表明，10KV出线回路均选用S=240mm截面的黏性纸绝缘电缆，能满足要求。

222.7 10KV出线限流电抗器的选择

一．选择限流电抗器

10KV最大一回负荷出线正常工作时 Imax30001.957A 310.5短路时，由前面短路计算可知， Ik=33.414KA，如果不加装电抗器，将无法选择出线电缆，因此，在10kv侧出线需加装电抗器。

根据10kv侧出线的额定电压和最大负荷电流，选定水泥柱式限流电抗器，额定电压UNL=10KV,额定电流INL=400A, 二．选择电抗器的百分电抗。

取UB＝10.5KV, SB＝100MVA，则IB＝5.5KA, 设出线电抗器后三相短路电流为到I3=16KA,则电源到电抗器前的总电抗为

XIB5.50.344 316I45

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电源至电抗器前系统电抗标么值

XX6∥X7X80.316∥0.217+0.036=0.165

所选电抗器的百分电抗应大于

INLUB100%IBUNL0.410.50.3440.165100%1.37%

5.510XL%XX初选型号NKSL-10-400-3型电抗器，XL%2，ies25.5KA,1S热稳定电流It23.178KA 三．计算电抗器后的短路电流：

XLXL%IBUNL5.510=0.030.393 INLUB0.410.5XXXL=0.393+0.165=0.558

计算电抗：XjsXS110000.5185.58>3 Sj100短路电流周期分量稳定不变，

I3SB11100==9.8KA X3UB0.558310.．校验所选电抗器 1) 电压损失检验：

U%XL%IfhINL1.95710.8520.65%<5% 400sin=3%2) 母线残压检验：

9.8I=3%73.838%70% Usy%XL%0.4INL33) 动稳定校验：

ish2.55I2.559.825.128KA25.5KA

34) 热稳定校验：

ttprtab=1+0.1=1.1s>1s

可不计非周期分量热效应，故短路电流热效应为：

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22QkI32t106.811KAS23.17821537.22KAS 由此可见，电压损失、残压，动、热稳定均能满足要求，故选择NKSL-10-400-3型电抗器能满足要求。

附录三 防雷保护设计 3.1 避雷针保护范围的计算

在对较大面积的变电所进行保护时,采用等高避雷针联合保护要比单针保护范围大。因此，为了对本站覆盖,采用四支避雷针。被保护变电所总长80m,宽60m,查手册，门型构架高15m.避雷针的摆放如图所示。

2 80m 1 3 60m 4 D12＝D34＝60m; D23＝D14＝80m,Dmax＝802602＝100m

h0＝h－

D 7100＝29.3m 7所以,需要避雷针的高度h为: h＝15＋四只避雷针分成两个三只避雷针选择. 验算:首先,验算123号避雷针 对保护的高度:

1﹑2号针之间的高度：h0＝29.3－2﹑3号针之间的高度：h0＝29.3－

60＝20.7m＞15m 780＝17.9＞15m 78026021﹑3号针之间的高度: h0＝29.3－＝15.01m＞15m

7由上可见,对保护物的高度是能满足要求的。 对保护宽度:

1﹑2号针的保护宽度: bx＝1.5 (h0－hx)＝1.5(20.7－15) ＝

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8.6m＞0

2﹑3号针之间的宽度: bx＝1.5 (h0－hx)＝1.5(17.9－15) ＝4.4m＞0

由此可见,对保护物的宽度是能满足要求的。所以,123针是满足要求的。

由于4针的摆放是长方形,所以，134针也是满足要求的。即,四只高度选为30m的避雷针能保护整个变电所。

3.2 避雷器的选择

1.220kv侧：选用Y10W-192∕500型 校验：

1）额定电压：UNkUT

由于在10S以内切除故障，故 K=1.0, 对于110kv～220kv直接接地系统，UT1.4Um／3，则UN1.0×1.4×220／3 ∵192kv>1.4×220／3=177.829kv∴满足条件

2）持续运行电压：UCUm／3,∵150KV>220／3=127.021kv∴满足条件

2.110kv侧：选用Y10W-96∕235型 校验：

1）额定电压：UT1.4Um／3,∵96kv>1.4×110／3=63.51kv∴满足条件

2）持续运行电压：UCUm／3,∵75kv>110／3=63.51kv∴满足条件

3.10kv侧：选用Y5WZ-17∕45型 校验：

1）额定电压：UN1.1Um,∵17kv>1.1×10=11kv∴满足条件 2）持续运行电压：UCUm／3,∵13.6KV>10／3=5.774KV∴满足条件

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结束语

经过为期一个多月的时间，终于完成了这次毕业设计。通过这次的设计过程，使自己把近三年学习中所学的理论和实践相结合，提高了分析问题、解决问题的能力。通过本次设计，我翻阅了许多的书籍，增长了见识，丰富了经验，使我对变电站的认识上了一个台阶。由于本人水平有限和时间仓促，设计中不免有疏漏不足之处，恳请老师批评指正。更重要的是这设计让我学会了怎样让自己完成一件事情，为将来参加工作做好了基础。当然这次设计从开始到结束都离不开老师的帮助和指导，在此表示谢意。

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参考文献

1. 郭琳主编．发电厂电气部分课程设计．北京：中国电力出版社，2009年 2. 杨晓敏主编．电力系统继电保护原理及应用．北京：中国电力出版社，2004年 3. 于长顺郭琳主编．发电厂电气设备．北京：中国电力出版社，2008年 4. 常美生主编．高电压技术．北京：中国电力出版社，2007年

5. 《输配电设备手册》编辑委员会编．输配电设备手册上册.北京：机械工业出版社.2000 6. 水利水电部西北电力设计院编.电力工程电气设计手册·电气一次部分.北京：水利水电出版社，19年

7. 电力系统 . 北京：中国电力出版社

8. 电气工程设计手册电气一次部分 . 北京：中国电力出版社

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