220kV变电站电气设计

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毕 业 设 计

题 目：220kV变电站电气设计

摘要

随着现代化建设的飞速发展，国内电网构架越来越完善，变电站综合技术也发展到了较高的技术水平。电网某区域随着负荷的增加，现有供电的220kV变电站主变压器的负载率已达到70%，该区域负载预计年增率将达到10% ，并且其出线回路间隔已全部用完，急需在该区域新建1座220kV变电站以缓解供电紧张的局面，整合电网接线。 关键词

负荷增加、缓解供电、整合接线、构建变电站

目录

第一部分 课题假定条件 .................................. 5

1.1系统条件 ....................................... 5 1.2 A变电站建设规模 ............................... 6 1.3 设计要求 ...................................... 6 第二部分 电气设计说明书 ................................. 7 第一章 总的部分 ...................................... 7 1.1设计依据 ....................................... 7 1.2工程建设的必要性 ................................ 7 1.3工程建设规模 .................................... 7 第二章 接入系统 ...................................... 7 2.1 系统接线 ...................................... 7 2.2 220kV母线最大穿越功率 ......................... 8 2.3 系统线路截面校核 .............................. 8 第三章 电气主接线的确定 ............................. 10 3.1 设计原则 ..................................... 10 3.2 A变电站电气主接线的确定 ...................... 10 第四章 电气总平面布置 ............................... 12 4.1 电气总平面布置 ............................... 12 4.2 配电装置 ...................................... 12 4.3 电气总平面布置图见附图D-02 ................... 12

第五章 主变压器的选择 ............................... 13 5.1 容量和台数的确定 ............................. 13 5.2 绕组的数量 ................................... 13 5.3 调压方式 ..................................... 13 5.4 冷却方式 ..................................... 13 5.5 主变压器的主要参数 ........................... 13 5.6 中性点接地方式 ............................... 14 第六章 短路电流计算 ................................ 14 6.1 计算条件 ...................................... 14 6.2 系统等值阻抗 .................................. 14 6.3 短路电流计算 .................................. 17 6.4 短路电流最大冲击值 ............................ 17 第七章 主要设备导体选择 ............................. 18 7.1 主要设备选择 ................................. 18 7.2 主要导体选择 ................................. 24 第八章 绝缘配合 ..................................... 31 8.1 避雷器的配置 ................................. 31 8.2 直击雷防护 ................................... 33 8.3 接地 ......................................... 34 8.4 防污 ......................................... 34 第九章 继电保护与监控系统 ........................... 34 9.1 系统继电保护 ................................. 34

9.2 监控系统 ..................................... 36 9.3 保护配置 ..................................... 38 第十章 所用电 ....................................... 40 第十一章 直流系统 ................................... 41

第一部分 课题假定条件

1.1系统条件

电网某区域随着负荷的增加，现有供电的220kV变电站（C变电站）主变压器的负载率已达到70%，该区域负载预计年增率将达到10% ，并且其出线回路间隔已全部用完，急需在该区域新建1座220kV变电站以缓解供电紧张的局面，整合电网接线。

C变电站为系统终端变电站，主变容量2台150MVA自耦无载变压器，现有2回220kV线路来自500kV变电站（B变电站），两回线路（BC1、BC2）均采用LGJ-400导线，线路长度25km。

B变电站为区域内1座枢纽变电站，主变容量为现有2组750MVA单相有载调压变压器。

新建A变电站位于B变电站和C变电站之间，系统接线计划开口环入双回路BC线，BA线路径长度20km，AC线路径长度15km，预计变电站建成后将转移C变电站负荷60MW，其他转移和新增负荷40 MW，合计约100MW。

系统等值阻抗为：

厂站名称 B 母线名称 220kV 支路名称 系统等值 最大方式 小方式 检修方式 正序阻抗 0.0123 零序阻抗 0.0098 正序阻抗 0.018 零序阻抗 0.0111 正序阻抗 0.0194 零序阻抗 0.0127 1.2 A变电站建设规模

根据地区电网发展规划和负荷增长预测，建设规模如下：

主变压器 220kV出线 110kV出线 35kV出线

远景规模 3台180MVA

6回 10回 8回

本期规模 1台180MVA

4回 4回 2回

变电站的监控保护采用综合自动化系统，按无人值班变电站设计。根据系统稳定计算，各种方式情况下线路故障，系统均稳定。 1.3 设计要求

1） 电气设计说明书1本（主要包括：系统接线的校验；电气主接

线的选择；电气总平面布置；短路电流计算；主要设备材料的选择；继电保护的配置，所用电的配置等） 2） 电气主接线图1张； 3） 电气总平面布置图1张； 4） 主变继电保护配置图1张。

第二部分 电气设计说明书

第一章 总的部分 1.1设计依据

依据课题假定条件设计。 1.2工程建设的必要性

电网某区域随着负荷的增加，现有供电的220kV变电站（C变电站）主变压器的负载率已达到70%，该区域负载预计年增率将达到10% ，并且其出线回路间隔已全部用完，急需在该区域新建1座220kV变电站以缓解供电紧张的局面，整合电网接线。 1.3工程建设规模

根据地区电网发展规划和负荷增长预测，建设规模如下： 主变压器 220kV出线 110kV出线 35kV出线

远景规模 3台180MVA

6回 12回 8回

第二章 接入系统 2.1 系统接线

A变电站本期220kV出线4回，开口换入BC双回线，其中BA

本期规模 1台180MVA

4回 4回 2回

线路径长度20km，AC线路径长度15km。 2.2 220kV母线最大穿越功率

C变电站为终端变，本期A变电站最大穿越功率按C变电站满载的80%计算为252MW（功率因数按0.95计），远景考虑还需专供1台主变，因此考虑220kV母线最大穿越功率按400MW计。 2.3 系统线路截面校核 2.3.1BA线路最大工作电流计算

远景变电站最大需电电流：

Imax3180000220340000022032467A

远景单回线路最大工作电流：

Ig.max1.2(2467/2)1480A

本期变电站最大需电电流：

Imax180000220324000022031102A

本期单回线路最大工作电流：

Ig.max1.2(1102/2)661A

2.3.2 BA导线截面校核

原线路导线截面为LGJ-400/30，根据DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》中的资料，其长期允许载流量为781A（环境温度25℃，导体温度+70℃，表面黑度0.9），大于661A，本期满足系统供电要求，远景小于1480A，不满足系统供电要求，需要更换。

2.3.3 BA线路新导线选择

1） 按经济电流密度选择导线截面

最高负荷：采用线路投运后5~10年的发展，采用正常运行方式下经常重复出现的最高负荷，本设计考虑按主变容量60%计，年利用小时数约2900小时。

最大负荷电流：

Ih.max246760%1480A

经济电流密度：

J1.65A/mm2

导线截面：

SIh.max1480897.1mm2 J1.65拟选用2×LGJ-500/35双分裂导线。 2） 按电晕条件校验导线截面

在高压输电线路中，导线周围产生很强的电场，当电场强度达到一定数值时，导线周围的空气就发生游离，形成放电，这种放电现象就是电晕。电晕会增加送电线路的电能损失，对无线电通信和载波通信产生干扰。

根据《电力系统设计手册》，武汉高压研究所推荐当220kV导线不小于LGJ-240时，不必校验电晕。 3） 按导线长期容许电流校验导线截面

根据DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》中的资料，LGJ-400/35导线的长期允许载流量为854A（环境温度+25℃，导体温度+80℃，表面黑度0.9），双分裂导线的长期允许载流量按近似计算

为2×854A，等于1708A。按实际环境温度+35℃，修正系统0.88计算，载流量为1500A，满足长期运行要求。

4） BA1、BA2线路导线均更换为2×LGJ-400/35双分裂导线。

第三章 电气主接线的确定 3.1 设计原则

主接线应满足可靠性、灵活性和经济性的三项基本要求。 变电站的电气主接线应根据变电站在电力系统中的地位、变电站的规划容量、负荷性质、线路和变压器连接元件总数、设备特点等条件确定，并综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节省和便于过渡或扩建等要求。 3.2 A变电站电气主接线的确定 3.2.1 220kV部分

依据DL/T5218-2005《220kV~500kV变电所设计技术规程》中的规定，当“220kV变电所中的220kV配电装置，在系统中居重要地位、出线回路数为4回及以上时，宜采用双母线接线”。

A变电站本期220kV出线4回，规模出线6回，在系统中处于重要变电站的地位，因此考虑其220kV采用双母线接线。

双母线接线具有供电可靠，调度灵活，扩建方便和便于试验等优点，缺点是投资较大。 3.2.2 110kV部分

依据DL/T5218-2005《220kV~500kV变电所设计技术规程》中的规定，当220kV变电所中的110kV配电装置，出线回路数为6回以下时，宜采用单母线或单母线分段接线，6回及以上时，宜采用双母线接线”。

A变电站本期110kV出线4回，规模出线12回，因此考虑其110kV也采用双母线接线。 3.2.3 35kV部分

依据DL/T5218-2005《220kV~500kV变电所设计技术规程》中的规定，当220kV变电所中的35kV配电装置，出线回路数为6回以下时，宜采用单母线或单母线分段接线，6回及以上时，宜采用双母线接线”。

A变电站本期35kV出线2回，规模出线8回，考虑35kV出线多为用户专线，可靠性要求相对较低，同时设备均为成套装置户内布置，运行条件较好，因此采用单母线分段接线。由于供电区域35kV电压网架已逐步弱化，规模缩减，因此变电站仅考虑#1和#2主变供35kV负荷，采用单母线分段接线，#3主变仅接入无功补偿装置，设独立35kV单母线。本期出现2回，可采用单母线接线。

单母线接线的优点是简单清晰、设备少投资省，操作方便，便于扩建和采用成套设备，加分段后可使重要用户从两个不同段引出，可靠性提高。缺点是不够灵活可靠。 3.2.4 电气主接线详见附图D-01。

第四章 电气总平面布置 4.1 电气总平面布置

A变电站拟采用户外布置方式，220kV配电装置布置在所区的北侧，向北出线，110kV配电装置布置在所区的南侧，向南出线，35kV配电装置布置在所区的西侧，向西出线，进所道路布置在所区东侧。变电站总占地面积为23571平方米。 4.2 配电装置

在确定配电装置形式时，必须满足四点要求：节约土地，运行安全和操作巡视方便，便于检修与安装，节约三材减低造价。

220kV配电装置均采用户外管母线分相中型单列布置，母线相间距离采用3.0米，设备相间距离采用3.5米，间隔宽度采用13.0米，隔离开关采用GW16型和GW7型。

110kV配电装置均采用户外管母线分相中型单列布置，母线相间距离采用1.6米，设备相间距离采用2.0米，间隔宽度采用8.0米，隔离开关采用GW16型和GW4型。

35kV配电装置采用户内成套开关柜单列布置，相间和对地距离按300mm。

4.3 电气总平面布置图见附图D-02

第五章 主变压器的选择 5.1 容量和台数的确定

根据设计依据，变电站投运时的负荷约为100MW，根据年增长10%计，10年后A变电站的负荷约为260MW，同时考虑到两台主变压器，当一台主变停运时另一台主变应能够承担全部负荷的70%，因此考虑，单台主变容量选用180MVA，考虑到远期负荷增长，共设置3台主变的规模，分期建设。 5.2 绕组的数量

采用三绕组变压器，设220kV、110kV和35kV三个电压等级。 5.3 调压方式

由于上级500kV B变电站采用有载调压变压器，A变电站采用无励磁调压变压器。通过潮流软件计算，峰、腰、谷荷时各级电压都能保持在合格水平。 5.4 冷却方式

采用自然冷却方式。 5.5 主变压器的主要参数

型号：SS10-180000/220 电压比：230±3×2.5%/117/38.5Kv 接线组别：YN yn0 d11

容量比：180000/180000/90000kVA

阻抗电压百分比：U1-2=12~14%

U1-3=22~24% U2-3=7~9%

5.6 中性点接地方式

220kV和110kV为中性点直接接地系统，主变中性点配置接地隔离开关，35kV为中性点非直接接地系统，本期不接地，远景预留经消弧线圈接地的安装位置。 第六章 短路电流计算 6.1 计算条件

系统500kVB变电站2台750MVA主变压器并列运行，220kVC变电站2台150MVA主变压器并列运行，A变电站远景共3台变压器，按两台变压器三侧并列运行，第三台主变110kV、35kV侧分列运行计算。

全部计算采用标幺值计算，Sj=100MVA，Uj=Up=1.05Ue。 6.2 系统等值阻抗

6.2.1 主变压器等值阻抗计算 1）A变电站

Uk1(Uk12Uk1~3Uk2~3)/2(14249)/214.5Uk2(Uk1~2Uk2~3Uk1~3)/2(14924)/20.5 Uk3(Uk1~3Uk2~3Uk1~2)/2(24914)/29.5Uk%Sj14.51000.0805100Se100180Uk%Sj0.5100Xt2*0.0027

100Se100180Uk%Sj9.5100Xt3*0.0527100Se100180Xt1*2）C变电站

Uk1(Uk12Uk1~3Uk2~3)/2(103424)/210Uk2(Uk1~2Uk2~3Uk1~3)/2(102434)/20 Uk3(Uk1~3Uk2~3Uk1~2)/2(342410)/224Uk%Sj101000.067100Se100150Uk%Sj0100Xt2*0

100Se100150Uk%Sj24100Xt3*0.16100Se100150Xt1*6.2.2 线路等值阻抗

根据《电力工程电气设计手册》上的有关资料，220kV分裂导线单位阻抗标幺值取0.00057。

Xba*0.00057200.0114

Xac*0.00057150.008556.2.3 等值序网

归算到A变电站各级母线的阻抗值图如下： 1）正序

2）零序

6.2.4 系统等值阻抗表

正序阻抗 零序阻抗

6.3 短路电流计算 6.3.1 三相短路电流

10.25113.94kA 0.0181110kV母线：Id2*0.5028.8kA

0.057135kV母线：Id3*1.5618.35kA

0.085220kV 0.018

110kV 0.057

35kV 0.085

0.014 0.032

220kV母线：Id1*6.3.2 单相接地短路电流

10.251)15.06kA

0.0180.0180.0141110kV母线：Id1*3(0.502)10.32kA

0.0570.0570.032220kV母线：Id1*3(6.4 短路电流最大冲击值

ich2.55Id

220kV母线：ich2.5515.0638.4kA 110kV母线：ich2.5510.3226.3kA 35kV母线：ich2.5518.3546.8kA

第七章 主要设备导体选择 7.1 主要设备选择 7.1.1 回路最大工作电流 1）220kV

进线间隔：Ig.max.l1480A（计算见2.3.1） 主变间隔：Ig.max.t18000022031.3614A

母联间隔：Ig.max.mIg.maxIg.max.l1480A 2）110kV

主变间隔：Ig.max.t18000011031.31228A

母联间隔：Ig.max.mIg.maxIg.max.t1228A 3）35kV

主变间隔：Ig.max.t900003531.31930A

分段间隔：Ig.max.mIg.maxIg.max.t1930A 7.1.2 断路器选择 1）断路器形式

根据目前设备无油化的趋势，220kV和110kV拟采用单断口瓷柱式SF6断路器，35kV拟采用真空断路器成套开关柜。 2）额定电压

根据相关规程规定，断路器的额定电压取系统最高电压，因此： 220kV断路器：Ue=252kV

110kV断路器：Ue=126kV 35kV断路器：Ue=40.5kV 3）额定电流

断路器额定电流应大于最大工作电流。 220kV断路器：Ie=2000A>Ig.max=1480A 110kV断路器：Ie=1600 A>Ig.max=1228A 35kV断路器：Ie=2500 A>Ig.max=1930A 4）开断电流

根据DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》中的规定，220kV和110kV为中性点直接接地系统，断路器首相开断系数为1.3，35kV为中性点非直接接地系统，断路器首相开断系数为1.5。根据现有设备的统一标准，开断电流选择如下：

220kV断路器：40kA.>15.06 kA 110kV断路器：31.5kA>10.32 kA 35kV断路器：25kA>18.35kA 5） 额定关合电流

额定关合电流应不小断路电流最大冲击值， 220kV断路器：100kA.>38.4 kA 110kV断路器：80kA>26.3kA 35kV断路器：63kA>46.8kA 6） 热稳定电流

根据DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》中的规定，

断路器的额定短时耐受电流等于额定短路开断电流，持续时间35kV、110kV为4s，220kV为2s。

7）220kV线路间隔配置了综合重合闸，因此断路器采用分相操作，其他采用三相联动操作。 7.1.3 隔离开关的选择 1）形式

根据布置方式的需要，110kV和220kV的付母隔离开关均采用垂直折臂式隔离开关（GW16型）；220kV的线路、主变及正母隔离开关均采用三柱水平中心旋转开启式（GW7型）；110kV的线路、主变及正母隔离开关均采用双柱水平中心开启式（GW4型）；35kV主变隔离开关均采用双柱水平中心开启式（GW4型）。 2）额定电压

根据相关规程规定，隔离开关的额定电压取系统最高电压，因此： 220kV隔离开关：Ue=252kV 110kV隔离开关：Ue=126kV 35kV隔离开关：Ue=40.5kV 3） 额定电流

断路器额定电流应大于最大工作电流。由于隔离开关没有承受持续过电流的能力，同时触头易受污秽等影响，应适当留有裕度。

220kV隔离开关：Ie=2500A>Ig.max=1480A 110kV隔离开关：Ie=2000 A>Ig.max=1228A 35kV隔离开关：Ie=3150 A>Ig.max=1930A

4） 热稳定和动稳定电流

热稳定电流：

220kV隔离开关：40kA.>15.06 kA 110kV隔离开关：31.5kA>10.32 kA 35kV隔离开关： 25kA>18.35kA 动稳定电流：

220kV隔离开关：100kA.>38.4 kA 110kV隔离开关：80kA>26.3kA 35kV隔离开关： 63kA>46.8kA 5）接地刀的配置

220kV和110kV线路、主变、母设隔离开关设两组接地刀，动热稳定参数同主刀。

220kV和110kV正母隔离开关设一组接地刀，动热稳定参数同主刀。

7.1.4 电流互感器选择 1） 形式

户外电流互感器均采用油浸瓷箱正立式，35kV户内开关柜内电流互感器采用环氧浇注式。 2） 额定一次电压

电流互感器的额定电压不小于系统电压，因此： 220kV电流互感器：Ue=220kV 110kV电流互感器：Ue=110kV

35kV电流互感器：Ue=35kV 3） 额定一次电流

电流互感器的额定电压不小于最大工作电流，同时电流互感器用于测量时其一次额定电流应尽可能选择得比回路中正常工作电流大1/3左右。因此选择如下：

220kV电流互感器：Ie=2×800A>Ig.max=1480A 110kV电流互感器：Ie=2×800 A>Ig.max=1228A 35kV电流互感器：Ie=2500 A>Ig.max=1930A 4） 电流互感器二次额定电流取5A。 5） 准确级

根据有关规程规定，一般220kV及以下系统的电流互感器一般可不考虑暂态影响，保护用电流互感器采用P类。

测量用电流互感器采用0.5级，计量用电流互感器采用0.2级 6）电流互感器选型

按每个间隔配置一组电流互感器，考虑到保护、测量、计量等需求，设备选型如下：

220kV电流互感器：LB6-220W 2×800/5 P/P/P/P/0.5S/0.2S 50/50/50/50/30VA

110kV电流互感器：LB6-110W 2×800/5 P/P/P/0.5S/0.2S

50/50/50/50/30VA

35kV电流互感器： LB6-35W 2500/5 P/P/0.2S 30/30/30VA

LZZB-35 2500/5 P/P/0.5

30/30/30VA

出线间隔电流互感器按实际负荷选取。 7.1.5 电压互感器的选取 1）形式

220kV和110kV采用电容式电压互感器，电容式电压互感器冲击绝缘水平高，且电容分压装置的电容较大，从而对冲击波的波头能起到缓冲作用。35kV开关柜内的电压互感器采用环氧树脂浇注式。 2）电压选择

根据系统额定电压和保护、测量、计量等要求，电压互感器电压选择如下：

220kV电压互感器：110kV电压互感器：35kV电压互感器：7.1.6 电容器的选择

按分层分区就地补偿的原则，变电站内设置电容器组无功补偿装置，按每台主变配置2组设置，电容器的容量按主变容量的10~30%。

每组容量设置为10800kvar，采用单星形不接地接线，设置串联电抗器和放电线圈。

2200.10.1///0.1kV 3331100.10.1///0.1kV 333350.10.10.1///kV

33337.2 主要导体选择 7.2.1 母线

1）220kV母线：采用管型导体。

 按回路持续工作电流选择：母线最大工作电流按穿越功率计算

Ig.max40000022031049A

 按经济电流密度选择

根据《电力工程设计手册》，按最大负荷利用小时数4000h，查表的经济电流密度j=0.9A/cm2。

SjIg10491165.5mm2 j0.9拟采用φ110/100铝锰合金管型导体，Ixu=1774A（+40℃），导体截面1649mm2。  按电晕条件校验

管型导体外径φ110>φ30，可不进行电晕校验。  按短路电流热稳定校验

Qc15.061031.5Sjs212mm1806mm2

C87满足。

 正常状态时母线所受的最大弯矩和弯曲应力的计算

要求xu8820N/cm2。

母线自重产生的垂直弯矩Mcz：（母线每两跨设一个伸缩节，按两跨梁计算）

自重：q12.7316491021001034.5kg/m

母线计算跨距：ljs12.5m（220kV间隔宽度13米，减去管母线支撑金具长度0.5米）

MCZ0.125q1ljs9.80.1254.512.529.8861Nm

2集中载荷产生的垂直弯矩Mcf

集中载荷考虑隔离开关静触头重量为15kg。

Mcf0.188Pljs9.80.1881512.59.8345.45Nm

最大风速产生的水平弯矩Msf

取风速不均匀系数主变引线av1，取空气动力系数kv1.2，最大风速为vmax30m/s

vmax30211.20.117.425kg/m 风压：fvavkvD116162MCZ0.125fvljs9.80.1257.42512.529.81421Nm

2正常状态 时母线所承受的最大弯矩及应力为：

Mmax(MczMcf)2Msf2(861345.5)2142121864NmMmax1864max1001004502N/cm2xuW41.4

满足。

 短路状态时母线所受到的最大弯矩Md和应力σd的计算

短路电动力产生的水平弯矩Msd及短路电动力fd

38.42fd1.761.760.585.01kg/m300

2Msd0.125fdljs9.80.1255.0112.529.8958.9Nmich'内过电压情况下的风速产生的水平弯矩Msf和fv'

2v2182fdvkD111.20.112.673kg/m1616

'2Msf0.125fv'l2js9.80.1252.67312.59.8511.6Nm'v短路状态下母线所承受的最大弯矩及应力为：

'2Md(MsdMsf)(MczMcf)2(958.9511.6)2(861345.45)21902Nmmax100Md19021004594N/cm2xuW41.4

 地震时母线所受到的最大弯矩Mdz和应力σdz

地震力产生的水平弯矩Mdx为：

Mdx0.1250.54.512.529.8430.7Nm

''地震时计算风速所产生的弯矩Msf和风压

2vd6.252favkD111.20.110.32kg/m 1616''2Msf0.125fv''l2js9.80.1250.3212.59.861.25Nm''v地震时母线所承受的最大弯矩及应力为：

\"Md(MsfMdx)2(MczMcf)2(61.25430.7)2(861345.45)21303Nmmax100Md13031003147N/cm2xuW41.4

 挠度的校验

母线自重产生的挠度：由单跨梁力学计算公式得在X=0.4215ljs处有最大挠度。

4.512.54106y10.5210.5213.53cm

100EJ1007.1105228q1l4js集中荷载产生的挠度：由由单跨梁力学计算公式得在X=0.4472ljs处有最大挠度。

1512.53106y20.9110.9111.81cm

100EJ1007.1105228Pl3js合成挠度：yy1y23.531.815.35cm0.5D15.5cm 满足要求。

2）110kV母线：采用管型导体。

 按回路持续工作电流选择：母线最大工作电流按穿越功率计算

Ig.max1800001.31228A

1103 按经济电流密度选择

根据《电力工程设计手册》，按最大负荷利用小时数4000h，查表的经济电流密度j=0.9A/cm2。

SjIg12281364.4mm2 j0.9拟采用φ110/100铝锰合金管型导体，Ixu=1774A（+40℃），导体截面1649mm2。  按电晕条件校验

管型导体外径φ110>φ20，可不进行电晕校验。  按短路电流热稳定校验

Qc10.321032Sjs167.7mm1806mm2

C87满足。

 正常状态时母线所受的最大弯矩和弯曲应力的计算

要求xu8820N/cm2。

母线自重产生的垂直弯矩Mcz：（母线每三跨设一个伸缩节，按三跨梁计算）

自重：q12.7316491021001034.5kg/m

母线计算跨距：ljs12.5m（220kV间隔宽度13米，减去管母线支撑金具长度0.5米）

MCZ0.1q1ljs9.80.14.57.529.8248Nm

2集中载荷产生的垂直弯矩Mcf

集中载荷考虑隔离开关静触头重量为10kg。

Mcf0.15Pljs9.80.15107.59.8110.25Nm

最大风速产生的水平弯矩Msf

取风速不均匀系数主变引线av1，取空气动力系数kv1.2，最大风速为vmax30m/s

vmax30211.20.117.425kg/m 风压：fvavkvD116162Msf0.1fvljs9.80.17.4257.529.8409.3Nm

2正常状态 时母线所承受的最大弯矩及应力为：

Mmax(MczMcf)2Msf2(248110.25)2409.32544NmMmax544max1001001313N/cm2xuW41.4

满足。

 短路状态时母线所受到的最大弯矩Md和应力σd的计算 短路电动力产生的水平弯矩Msd及短路电动力fd

26.32fd1.761.760.584.41kg/m160 2Msd0.1fdljs9.80.14.417.529.8243.1Nmich'内过电压情况下的风速产生的水平弯矩Msf和fv'

2v2182fdvkD111.20.112.673kg/m1616

'2Msf0.1fv'l2js9.80.12.6737.59.8147.3Nm'v短路状态下母线所承受的最大弯矩及应力为：

'2Md(MsdMsf)(MczMcf)2(243.3147.3)2(248110.25)2530Nmmax100Md5301001280N/cm2xuW41.4

 地震时母线所受到的最大弯矩Mdz和应力σdz

地震力产生的水平弯矩Mdx为：

Mdx0.10.54.57.529.8124Nm

''地震时计算风速所产生的弯矩Msf和风压

2vd6.252favkD111.20.110.32kg/m 1616''2Msf0.1fv''l2js9.80.10.327.59.817.64Nm''v地震时母线所承受的最大弯矩及应力为：

\"Md(MsfMdx)2(MczMcf)2(17.64124)2(248110.25)2385Nmmax100Md385100931N/cm2xuW41.4

 挠度的校验

母线自重产生的挠度：

4.57.54106y1y30.6770.5210.88cm 5100EJ1007.110228q1l4js集中荷载产生的挠度：

107.53106y21.1480.9110.26cm

100EJ1007.1105228Pl3js合成挠度：yy1y2y30.880.260.882.02cm0.5D15.5cm

满足要求。

3）35kV母线：采用矩形导体

 按回路持续工作电流选择：母线最大工作电流按穿越功率计算

Ig.max900001.31930A

2203 按经济电流密度选择

根据《电力工程设计手册》，按最大负荷利用小时数3000h，查表的经济电流密度j=1.3A/cm2。

SjIg19301484.6mm2 j1.3拟采用TMY-125×10矩形铜导体铝锰合金管型导体，Ixu=2149A（+40℃），导体截面1250mm2。  按电晕条件校验

110kV以下母线不需要校验电晕电压。  按短路电流热稳定校验

Qc18.351033Sjs185.9mm21250mm2

C171满足。

 按短路动稳定校验

要求xu13720N/cm2

单片矩形导体的机械应力：三相水平布置

xx2l22314017.24810ich17.4281046.821575.5N/cm2xuaW50263 满足。 7.2.2 主变引线选择

编号安装地点环境 温度 ℃ 工作 电流 Ig.max A 614 1480 1480 944 944 1485 导线材料 材料 截面 S mm2 531.68 850.5 850.5 333.31 696.22 696.22 333.31 1062.7 容许 电流 Ixu A 878 1500 1500 1009 1009 1500 经济 截面 Sj mm2 409 986 986 555 555 873 热稳定最小截面 Smin mm2 2 3 5 6 8 9 11 12 LGJ-500/45 2×LGJ-400/35 2×LGJ-400/35 LGJ-300/25 LGJ-630/55 LGJ-630/55 LGJ-300/25 2×LGJ-400/45 220kV主变 220kV母联 220kV线路 220kV母设 110kV主变 110kV母联 110kV母设 35kV主变 35 35 35 35 35 35 35 35

第八章 绝缘配合 8.1 避雷器的配置 8.1.1 配置

根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的要求，为使变电所内各电气设备受入侵雷电波的侵害，在各级配电装置的每组母线上设置一组氧化锌避雷器。

主变压器选用铜芯三相片式散热降压结构三圈变压器，为保护变压器免受雷过电压和操作过电压，在变压器的各侧均装设一组氧化锌避雷器，同时在高压侧和中压侧的中性点侧装设中性点专用氧化锌避雷器和保护间隙。 8.1.2 选择

根据BG11032-2000《交流无间隙氧化物避雷器》和DL/T620-1997

《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的要求，氧化锌避雷器的持续运行电压和额定电压应不低于下列数值： 1）持续运行电压

220kV氧化锌避雷器：Um/3252/3kV 220kV中性点氧化锌避雷器：0.45Um113.4kV 110kV氧化锌避雷器：Um/3126/3kV 110kV中性点氧化锌避雷器：0.45Um56.7kV 35kV氧化锌避雷器：Um40.5kV 2）额定电压

220kV氧化锌避雷器：0.75Um189kV 取200kV 220kV中性点氧化锌避雷器：0.57Um143.6kV 取146kV 110kV氧化锌避雷器：0.75Um94.5kV 取100kV 110kV中性点氧化锌避雷器：0.57Um71.8kV 取73kV 35kV氧化锌避雷器：1.25Um50.6kV 取51kV 3）标称放电电流

根据避雷器额定电压有效值确定。 变压器中性点：采用1.5A。

220kV和110kV避雷器采用10kA（规程中规定。 90kVUr460kV）

35kV避雷器采用5kA（规程中规定5kVUr108kV）。 4）残压

220kV避雷器残压为520kV，变压器雷电冲击耐受电压为950kV，

配合系数k9501.831.4。 520220kV避雷器残压为520kV，变压器、开关雷电冲击耐受电压为950kV，配合系数k9501.831.4。 520110kV避雷器残压为260kV，变压器雷电冲击耐受电压为480kV，配合系数k系数k4801.851.4。开关雷电冲击耐受电压为550kV，配合2605502.111.4。 26035kV避雷器残压为131kV，变压器雷电冲击耐受电压为200kV，配合系数k系数k2001.531.4。开关雷电冲击耐受电压为185kV，配合1311851.411.4。 131220kV中性点避雷器残压为284kV，变压器不接地雷电冲击耐受电压为400kV，配合系数k4001.401.25。 284110kV中性点避雷器残压为144kV，变压器不接地雷电冲击耐受电压为250kV，配合系数k6） 型号

220kV避雷器：Y10W-200/520W 110kV避雷器：Y10W-200/260W 35kV避雷器：Y5W-51/131W

220kV中性点避雷器：Y1.5W-146/284W 110kV中性点避雷器：Y1.5W-73/144W 8.2 直击雷防护

变电所设置由独立避雷针、220千伏和110千伏户外构架避雷针组成的联合保护网进行直击雷防护；同时，将220千伏、110千伏线

2501.741.25。 144路避雷线引至配电装置的出线构架，以保护各自的进线段。 8.3 接地

变电所的接地网由水平接地网和垂直接地体组成的复合接地网， 工频接地电阻应满足不大于2000/I的规程要求，并且接触电势和跨步电压也应满足规程要求。 8.4 防污

A变电所按三级污秽区设计，220kV、110kVkV的设备外绝缘爬电比距取2.5 cm/kV（最高电压），35千伏及以下电压等级的设备外绝缘爬电比距取3.0 cm/kV（最高电压），35kV开关柜及35kV电容器柜的各组件及其支持绝缘子的外绝缘爬电比距应满足纯瓷不小于1.8cm/kV，合成绝缘不小于2.0cm/kV。

第九章 继电保护与监控系统 9.1 系统继电保护 9.1.1 220kV线路保护

220kV A变电站由两回220kV线路接入500kVB变电站，按保护双重化设置要求B变电站侧线路配置微机线路保护1和微机线路保护2，微机线路保护1采用载波通道的纵联相间距离、接地距离、零序方向过流、负序方向过流等保护作为线路全线速动主保护，以三段式相间和三段式接地距离保护、四段零序方向过流保护作为后备保护；同时配置综合重合闸、充电保护、三相不一致保护和失灵起动元

件等功能。微机线路保护2采用工频变化量方向元件和零序方向元件作为主体快速主保护，由工频变化量距离元件构成快速I段保护，有三段式相间和接地距离及二个延时段零序方向过流作为后备的全套后备保护；同时配置分相操作箱（带电压切换）。 9.1.2 220kV母线保护

A变电站220kV本期为双母线接线，110kV为单母线结线，远景均为双母线接线。根据稳定计算，220kV母线三相短路，0.15秒切除故障，110kV母线三相短路，0.2秒切除故障，系统保持稳定，220kV母线保护选用微机型母线保护。 9.1.3 110kV线路保护

A变电站本期110kV出线4回，所接厂站均对保护无特殊要求，均为终端变电所。经稳定计算，线路故障保护动作，系统稳定。所以110kV线路配置普通微机线路保护。

110kV微机型线路保护包括完整的三段式相间和接地距离及四段零序方向过流保护；同时配置三相操作箱（带电压切换）。 9.1.4 110kV母线保护

A变电站110kV本期为单母结线，远景为双母线接线。根据稳定计算，需配置母差保护；同时考虑到110kV母线出线回路多，操作较多的特点，为提高保护装置对系统运行方式变化的自适应能力，为方便与监控系统接口和运行方便， 110kV母线保护选用微机型母线保护。

母联充电保护独立设置，考虑与母联的操作箱一起组屏。

9.2 监控系统

计算机监控系统采用分散分布式系统,综合考虑实时数据采集、控制（包括防误闭锁和同期点单相同期检测）、报警处理、远动、事件顺序记录、制表打印等功能，以及GPS、逆变电源设备的配置。

计算机监控系统分为二层：站级监控层和间隔监控层。 站级网络采用10M或更高速度的双光纤局域网，其拓扑结构可采用双总线型或交换式集线器，介质访问控制方法可相应为CWSMA/CD。设置主机兼人机工作站、工程师工作站、远动数据处理及通信装置的GPS设备。主机兼人机工作站下达电气设备的控制命令（具有操作闭锁、操作权限管理、操作指导、记录及操作票管理生成功能），完成在线画面和报表生成管理及打印、报警处理、自动电压和无功的调节、事件顺序记录和事故追忆、数据库储存和管理、测点管理及统计计算、实时网络管理、系统时钟管理等功能，并在满足权限的条件下可进行应用程序的修改和省调、区调有一个常规通道，完成遥测、遥信量的采集和发送给各级调度，另一路接入浙江省电力专用计算机通信网。GPS设备接受GPS卫星的标准授时信号，对监控系统内各具有时钟的设备进行同步的时钟校正，保证各部件时钟同步率达到精度遥就。当GPS系统故障时，则通过远动通道，保持系统与省调时钟同步。

间隔级监控层采用工控局域网，网上各单元监控装置按间隔配置，相互独立、不相互影响，以增强整个系统的可靠性。间隔级监控层的单元监控装置及保护设备发在继电器室，经由区域控制子站（或

集线器）及保护信息管理器通过光纤与主网连接。单元监控装置执行网络控制命令或装置面板上的就地控制命令，并有间隔控制闭锁功能以保证操作满足防误要求。同期合闸功能也在单元监控装置实现。单元监控装置具有和间隔实时数据采集和处理功能。采集的实时数据包括：模拟量（交流采样）、开关量、脉冲量及温度量等，来自每一个电气单元的CT、PT、断路器和保护设备及直流、所用电系统、通信设备运行状况信号等，温度量通过温度变送器输入，开关量包括报警信号和状态信号。

保护管理装置、直流系统通过串行口与监控系统通信。 运行人员在主控制室通过显示器、操作键盘及打印输出设备，监测全所电气设备，控制所有断路器和电动隔离开关。通过实时更新数据的各种图形监视全所一、二次电气设备的运行参数和运行状态，系统能迅速对变电所内出现的开关变位、测量数据越限及继电器保护情况等作出告警。

变电所内所有断路器、电动隔离开关具有就地操作和遥控操作功能。35千伏手动隔离开关和接地闸刀为就地操作。计算机监控系统对220千伏线路、母联和110千伏线路、110千伏母联应具有同期功能。计算机监控系统具有防误闭锁，不配置单独防误主机。对于电动操作设备，远方及就地操作均应具备闭锁功能，相对应的间隔层设备应输出足够的独立分/合闸接点及闭锁接点用以完成防误闭锁功能。而对手动操作设备额及网门，应通过机械编码锁或电编码锁完成防误闭锁功能，计算机监控系统通过串行口通信向电脑钥匙传送操作对象

的顺序和内容。虚拟检修挂牌操作应进入闭锁逻辑并有相应画面显示。

计算机监控装置电缆采用屏蔽电缆,电源采用UPS逆变电源;计算机监控装置的逻辑地、交流工作地、安全保护地在主控楼“一点接地”，已用电气主接地网作为监控系统接地网。

计算机监控系统容量统计情况如下：

序 号 电气单元名称 电气模拟量 双位置 输入 计算 状态量 6 6 6 0 7 7 3 7 7 3 6 6 3 12 10 8 2 15 15 15 0 16 16 8 16 16 8 16 16 8 14 16 8 2 8 8 6 0 10 5 4 7 5 4 5 5 2 5 5 4 2 告警量 温度量 13 11 10 23 25 19 3 14 19 3 11 13 4 10 11 10 6 4 开关量 5 5 1 2 4 3 1 4 3 1 1 1 1 1 闭锁 电气单元数量 远景 3 3 3 3 6 1 2 12 1 2 8 1 3 6 3 2 3 4 4 5 2 1 3 2 1 1 1 1 1 4 1 2 4 0 1 2 1 2 2 0 2 0 对象输出 输出 本期 1 主变220kV侧 2 主变110kV侧 3 主变35kV侧 4 主变本体 5 220kV线路 6 220kV母联 7 220kV母设 8 110kV线路 9 110kV母联 10 110kV母设 11 35kV线路 12 35kV分段 13 35kV母设 14 35kV电容器 15 35KV接地变 16 直流、所用电 17 消弧线圈 9.3 保护配置 9.3.1 主变保护 （1）变压器差动保护

主变三侧断路器组成差动保护，动作后跳变压器各侧断路器。 （2）220kV侧后备保护：

220kV复合电压闭锁方向过流保护：I时限动作跳主变110kV侧

断路器；II时限动作跳主变各侧断路器。

220kV复合电压闭锁过流保护：动作后跳主变各侧断路器。 220kV方向零序电流保护： I时限动作跳主变110kV侧断路器；II时限动作跳主变各侧断路器。

220kV零序电流保护：动作后跳主变各侧断路器。 220kV间隙零序过流保护：动作后跳主变各侧断路器。 220kV间隙零序过压保护：动作后跳主变各侧断路器。 220kV侧过负荷：动作后发信。 （3）110kV侧后备保护：

110kV复合电压闭锁方向过流保护：I时限动作跳110kV母联断路器；II时限动作跳主变本侧断路器。

110kV复合电压闭锁过流保护：I时限动作跳110kV母联断路器；II时限动作跳主变本侧断路器。

110kV方向零序过流保护：I时限动作跳110kV母联断路器；II时限动作跳主变本侧断路器。

110kV间隙零序过流保护：动作后跳主变各侧断路器。 110kV间隙零序过压保护：动作后跳主变各侧断路器。 （4）35kV侧后备保护：

复合电压闭锁（方向）过流保护：I时限动作跳35kV母联（分）断路器；II时限动作跳主变本侧断路器；III时限动作跳主变各侧断路器。

35kV侧过负荷：动作后发信。

（5）非电量保护

变压器本体及有载调压装置均设有重瓦斯及轻瓦斯保护，重瓦斯动作跳主变三侧断路器，轻瓦斯动作于发信。

压力释放阀动作保护：设跳闸和信号两个位置，跳闸出口接入主变重瓦斯出口回路。

主变保护按要求采用双套微机保护装置。 9.3.2 35kV线路、电容器保护及母线保护

35kV系统保护采用保护和测控合一的综合装置。

35kV线路保护采用微机型线路距离保护，三相一次重合闸。 35kV电容器保护装置设置带短时限的速断和过电流保护、差压保护、过电压保护和失压保护。

35kV母线保护采用微机型母差保护。 35kV装设微机小电流接地检测装置一套。 第十章 所用电

变电所交流所用电系统由1台35kV和1台10kV所用变压器和所用电配电屏组成。1号所用变型号为SC9-315/35，变比为37±5％/0.23～0.4kV，接线为D,yn1，阻抗Ud=6.5%，接于35kVⅠ段母线。2号所用变型号为SC9-315/10，变比为10.5±5％/0.23～0.4kV，接线为D,yn1，阻抗Ud=6.5%，由所外10kV电源接入。

380/220V所用电系统为单母线分段接线，用空气开关分段；两回电源进线互为备用，设置自动投切装置。

第十一章 直流系统

采用220V直流电源为控制、信号、保护、远动及事故照明的直流电源。直流系统由两路交流输入电源（可自动投切），一组蓄电池组、一套充电浮充电装置组成单母线分段微机监控系统。选用两套高频开关电源模块组合进行整流、稳压和对蓄电池的充电，浮充电及放电等自动管理。蓄电池组容量为400AH。 结束语

随着220kV变电站的大规模的运用为满足现代化建设对电力不断扩大的需求和对安全运行的要求日益提高的矛盾，设计安全可靠运行的220kV变电站，提出了新的要求，对电力系统的运行管理带来了质的变化，意义深远。

参考文献 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

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