中 文 摘 要

220kV变电所电气部分初步设计,详细的说明了各种设备选择的最基本的要求和原则依据。变压器的选择包括：主变压器的台数、容量、型号等主要技术数据的确定；电气主接线主要介绍了电气主接线的重要性、设计依据、基本要求、各种接线形式的优缺点以及主接线的比较选择，并制定了适合要求的主接线； 短路电流计算是最重要的环节，本论文详细的介绍了短路电流计算的目的、假定条件、一般规定、元件参数的计算、网络变换、以及各短路点的计算等知识； 高压电气设备的选择包括母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器的选择原则和要求，并对这些设备进行校验和产品相关介绍。继电保护和自动装置的规划，包括总则、自动装置、一般规定主变压器、母线等设备的保护，  而变电所的防雷保护则主要针对避雷针和避雷器的设计。此外，在论文适当的位置还附加了图纸（主接线、平面图、断面图）及表格以方便阅读、理解和应用。

关键词： 变电所、变压器、电力系统、设备选择等。

目  录

中 文 摘 要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

第一篇  设计说明书 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

第一章 引言 ..........．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5

第二章 变电所设计原则..................................................... 6

第三章 主变压器的选择................................................... ..8

3.1 主变压器的选择.....................................................8

3.2 变压器型式的选择...................................................9

第四章 补偿电容的选择................................ ............... .... 10

4.1 无功功率的平衡................................................... 10

4.2 无功补偿的意思.............................................. .....11

4.3 电容器的选择原则........................................... ......11

4.4 电容器的选择............................................. ....... 12

4.5 选择电容器的台数................................................ .12

4.6低压侧功率因数校验................................................12

第五章 电气主接线选择.................................................... 13

5.1 概述..............................................................13

5.2 主接线的设计原则及基本要求........................................15

5.3 电气主接线的选择..................................................18

第六章 短路电流的计算.................................................... 21

6.1 计算短路电流的目的................................................21

6.2 短路类型说明......................................................22

6.3 短路计算数据说明..................................................22

6.4 短路计算基本假定说明..............................................22

6.5 规定说明..........................................................23

6.6 短路计算点的选择..................................................23

6.7 短路计算方法......................................................23

第七章 电气设备的选择与校验.............................................. 24

7.1 设计原则..........................................................24

7.2 母线的选择........................................................25

7.3 高压断路器的选择..................................................26

7.4隔离开关的选择....................................................27

7.5电流互感器选择....................................................28

7.6电压互感器选择....................................................30

第八章 配电装置.......................................................... 31

8.1高压配电装置和设计原则及要求..................................... .31

8.2 设备的配置...................................................... .33

8.3 配电装置的选择................................................... 35

第九章 继电保护的规划设计................................................ 36

9.1 220kV继电保护的配置...............................................36

9.2 变压器保护配置....................................................37

9.3 60kV继电保护的配置................................................37

第十章 防雷保护的设计说明................................................ 38

10.1 雷击和感应保护...................................................38

10.2 避雷器的设计.....................................................39

第二篇 计算书........................... .........   ...... ...    .... .40

第一章 主变压器的选择.......................................... ..........40

1.1 本变电所60kV的用户总容量（按五年规划计算）.......................41

1.2 折算到变压器的容量：（考虑负荷同时系数和线损）.....................41

1.3 主变压器容量的选择.......................................... .....42

1.4功率因数补偿................................................. .....42

第二章  短路电流计算.............................. .......................43

2.1 网络化简......................................................... 43

第三章  电气设备的选择......................... ....... ............ .....50

3.1 断路器的选择................................................ .....50

3.2母线选择............................................. ....... .....51

3.3 隔离开关的选择............................................. ......53

3.4 电流互感器的选择......................................... . ......54

3.5 电压互感器的选择.......................................... . .....55

第四章 避雷针的选择............................................... .. ....56

4.1 避雷针高度的确定.......................................... . .....56

4.2 保护范围的计算............................................ . .....57

总    结................................................................... 59

参考文献................................................................... 60

致    谢................................................................... 61

附    录................................................................... 62

第一篇     设计说明书

第一章    引言

本毕业设计题目为某地区变电所电气部分初步设计，要求所设计的变电所能长期可靠为其负荷供电。设计过程中遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约能源和用地，对生产工艺、主要设备和主体工程要做到可靠、适用、先进。

在上述原则基础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、电气设备选择、高压配电装置的规划、防雷保护规划、绘制图纸等主要工作，形成较为完整的论文。

目前，电力技术已成为世界能源领域的主流技术，发电、输电、配电技术的进步，提高了供电的能力、质量和可靠性，扩大了电力应用范围，因此，变电所的合理设计也变得尤为重要。设计工作是工程建设的关键环节。做好设计工作，对工程建设的工期、质量、投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作用。

本论文即在遵循原则、合理规划、反复校验的基础上完成。

第二章  变电所设计原则

  2.1 总则.

  1.变电所的设计必须贯彻执行党的有关方针、政策。设计中应不断终结实践经验，在保证安全运行、经济合理的条件下，力求接线简化，布置紧凑和逐步提高自动化水平。并积极慎重地采用新技术。

  2.变电所应根据5～10年电力系统发展规划进行设计，枢纽变电所连接的电源数和回路数，还应该根据电力系统运行完全和经济等条件确定。

2.2 所址选择和所区规划

 (一) 地址的选择应符合下列要求

       （1）接近负荷中心。

       （2）不占或少占农田。

       （3）便于各级电压线路的引入和引出，架空线路走廊应与所址同时确定。

       （4）交通运输方便。

       （5）尽量不设在空气污秽地区，否则采用防污措施或设在污秽源上风道。

       （6）所址不应为积水淹没，并有足够排洪设施。

       （7）生活和生产用水的可靠水源。

       （8）确实所址时应考虑对邻近设施的影响。

    为了减少所占面积或地区面积受到限制时，配电装置中尽量采用少占地的电网或布置采用高型或半高型方式等。

（二）管线的布置

    各地下管线方间和地下管线与建筑物，构筑物，道路之间最小净距，应根据敷设和检修的要求。建设物的基础的构造，管线的埋设深度，检修的位置及当地其他条件确定其最小距可参照，《变电所设计技术规程》的“附录-”所列数值。

（三）所区内、外通道

    变电所应有道路与外部公路连接，其路面宽度一般不小于3.5米，变电所内应设置环行道路或回车道、环行道，路面宽度一般为3米，由变电所大厅至主变电器的道路可适当加宽。

       变电所内应设巡视小道，并可利用电缆沟盖板作为部分巡视小道。

第三章    主变压器的选择

3.1  主变压器的选择

变电所主变压器选择的依据：根据《电力工程设计手册》中规定选择变压器的台数及容量。

（一）主变压器容量的确定

    1. 主变压器容量一般按变电所建成后5—10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10—20年的负荷发展。

    2. 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%—80%。

    3. 变压器最大负荷按下式确定： PM≥K₀∑P； ∑S =2×0.7PM

其中，PM----变电所最大负荷；  K₀：同时率；  ∑P：按负荷等级统计的综合用电负荷。

（二）主变压器台数的确定

    1.为保证供电可靠性，避免一台主变故障或检修时影响供电，变电所应装设两台主变。

    2.对地区性孤立一次变或大型工业专用变电所，设计时应考虑装设三台主变的可能。

3.对于规划只装设两台主变的变电所，基础宜大于变压器容量的1—2级设计，以便负荷发展时，更换主变容量。

4. 变电所的主变压器一般不宜超过两组，当变电所只有一个电源或变电所的重要负荷另有备用电源保证供电时，变电所也可装一组变压器。

     根据本设计变电所的实际情况，设计装设两台主变压器。

3.2  变压器型式的选择

     1.与系统连接的220—60KV变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。

     2.具有直接以高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级减少重复降压容量可采用双绕组。根据本变电所的实际情况，交通便利，只有两个电压等级220/60，因此本变电所主变采用三相双绕组形式。通过计算：已知负荷同时系数取0.9，线损取5%，重要负荷占60%，选择2台型为SFPZ-20000/60有载调压，如表3-1。

表3-1                               主变压器技术参数

型号

额定容量

（KVA）

额定电压

高（KV）

额定电压

低（KV）

阻抗电压

ud%

连接组别

SFPZ-20000/60

20000

220

63KV

14．2

Y_N,d₁₁

第四章  补偿电容器的选择

电力系统的无功功率平衡是系统电压质量的根本保证。在电力系统中，整个系统的自然无功负荷总大于原有的无功电源。因此必须进行无功补偿。合理的无功补偿和有效的电压控制。不仅可保证电压质量，而且将提高电力系统运行的稳定性、安全性和经济性。电力系统中，必须设法提高电力网中各有关部门的功率因数，以充分利用电力系统中各发电设备和变电设备的容量，增加其输电能力，减小供电线路导线的截面，节约有色金属，减小电力网中的功率损耗和电能损耗，并降低线路中的电压损失和电压波动，以达到节约电能和提高供电质量的目的，为了补偿无功功率，在工业企业中经常装设电力电容器作为补偿装置。

补偿装置都是设置于发电厂、变电所、配电所或开关站中，大部分连接在这些厂站的母线上，也有的补偿装置是并联或串联在线路上。电容器型号由系列代号、介质代号、设计序号、额定电压、额定容量、相数或频率尾注号或使用环境等部分组成，符号代号一般用汉语拼音字头表示。

4.1        无功功率的平衡

系统的无功功率平衡是电力系统运行中的一个重要问题。所谓无功功率平衡就是指在运行的每一个时刻系统中各无功电源发出的无功功率要等于用户所消耗的无功功率（即无功负荷）与系统中各环节上无功功率损耗之和。

电力系统的无功功率电源除了发电机外还有同步调相器、静电电容器及静止补偿器。后三种装置又称为无功补偿装置。

4.2  无功补偿的意义

  （1） 提高功率因数；

    （2） 改善电能质量；

   （3）降低网络功率损耗和电能损耗。

4.3  电容器的选择原则

   （1）补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置；

   （2）对于110KV及以下电网中的串联电容补偿装置，可以减少线路电压降，降低受端电压波动，提高供电电压；在闭合电网中，改善潮流分布，减少有功损耗；

   （3）对于并联补偿装置的（同期）调相机，可以向电网提供可无级连续调节的容性和感性无功，维持电网电压；并可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性；

   （4）对于并联补偿装置，可以向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功；减少电网有功损耗和提高电网电压；

（5）对于静止补偿装置，可以向电网提供可快速无级连续调节的容性和感性无功，降低电压波动和波形畸变率，全面提高电压质量，并兼有减少有功损耗，提高系统稳定性，降低工频过电压的功能。

4.4   电容器的选择

计算补偿的功率因数

                                     式（4-1）

式中：   ———补偿前的功率因数

    ———有功和无功的负荷系数月平均值

———变压器高压侧总有功、无功功率（ ， ）

    反映了有功、无功负荷的均匀程度， 越小，说明曲线起伏越大，即有功、无功负荷变化大。一般的工业企业负荷系数年平均值为 ＝0.70～0.75, =0.76～0.82

说明：因为本设计 ＜0.9，不满足设计要求，所以必须进行无功补偿。

4.5   选择电容器的台数

              — 补偿容量（ ）        式（4-2）

   式中： —有功负荷系数月平均值

—补偿前、后的角度

若选择单台容量为 ＝200 的电容器，则电容器台数为

                                式（4-3）

式中：  —电容器台数（台）

—单台电容器容量（ ）

注:（1）补偿后功率因数至少为0.9

（2）因为本次设计采用2台主变，而且是3相供电为保持无功平衡电容器的台数既是2的倍数也应是3的倍数，本次所选电容器为单相电容器，所以电容器的选择应为6的倍数

（3）因为66kV以上的的并联电容器采用角型接线，所以本次设计电容器应选择角型接线

4.6  低压侧功率因数校验

                                  式（4-4）

    ———补偿后功率因数

———变压器高压侧总有功、无功功率（ ， ）

     ———所选电容器总容量（ ）

若 ≥0.9则满足条件。

第五章    电气主接线选择

5.1 概  述

电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的，是分配和传送电能的总电路。将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图，称为电气主接线图。变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的，所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身，同时也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线设计是一个综合性问题。

5.2 主接线的设计原则及基本要求

5.2.1 主接线的设计原则

根据《220---500kV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定，变电所电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、电压等级、回路数、所选设备特点、负荷性质等因素确定，满足运行可靠性，简单灵活，操作方便，节约投资等要求。

（1）变电所在电力系统中的地位和作用

变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素，变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于他们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的技术要求也不同。

（2）考虑近期和远期的发展规模

变电所主接线设计应根据5-10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布，负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。

（3）考虑负荷的重要性分布和出线回数多少对主界线的影响

对一级负荷必须布两个独立的电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一级负荷不间断供电；对二级负荷，一般有两个电源供电，且当一个电源失去后，能保证大部分二级负荷供电，三级负荷一般只需一个电源供电。

（4）考虑主变台数对主接线的影响

变电所主变的容量和台数，对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电所，基于传输容量大，对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高，而容量小的变电所，其传输容量小，对住接线的可靠性、灵活性要求低。

（5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增，设备检修，故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如：当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时，允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

5.2.2 主接线设计的基本要求

5.2.2.1 可靠性

（1）研究主接线可靠性应注意的问题：

1）应重视国内外长期运行实践经验及其可靠性的定性分析；

2）主接线的可靠性包括一次部分和二次部分在运行中的可靠性的综合；

3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度，采用可靠性能高的电气设备可以简化接线。

（2）可靠性的具体要求：

1）断路器检修时，不影响对系统的供电；

2）断路器或母线故障及母线检修时，尽量减少可停运回路数和停用时间，并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电；

3）尽量避免全部停运的可能性。

5.2.2.2 灵活性

满足运行、检修要求和扩建要求。

5.2.2.3 经济性

主要是指投资省，占地面积小，能量损失小。

5.3 电气主接线的选择

5.3.1 主接线的预定方案

本变电所电压等级为220kV/60kV，220kV侧进线为2回；60kV侧出线为12回。

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

5.3.2 对220kV侧接线方式的论证

220kV侧拟采用双母线接线和单母线分段带旁路母线接线。双母线接线接线简图见图4-1；单母线分段带旁路母线接线简图见图5-2。

两种接线的比较如下图5-1、5-2所示：

图5-1 双母线接线

图5-2 单母线分段带旁路母线接线

（1）双母线接线

单断路器的双母线接线中，每个回路均通过一台断路器和两组隔离开关，连接到两组母线上，电源和出线可均匀地分布在两组母线上，普遍适用于6～220kV电压等级的配电装置中，此接线有以下几个优点：

1）可以轮流检修母线而不影响供电，只需将要检修的那组母线上所连接的电源和线路通过两组母线隔离开关的倒闸操作，全部切换到另一组母线上。

2）检修任一母线的隔离开关时，只停该回路。当某一回路的一组母线隔离开关发生故障时，只要将该隔离开关所在的回路和所连接的母线停电，就可以对该隔离开关进行检修，不影响其它回路。

3）一组母线故障后，能迅速恢复该母线所连接回路的供电，即被切除回路可迅速恢复送电。

4）运行高度灵活。电源和线路可以任意分配在某一组母线上，能够灵活地适应系统中各种运行方式和潮流变化的要求。

5）扩建方便。双母线接线方式可以沿着预备的扩建端向左右扩建，而不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，也不会引起原有回路的停电。

6)便于实验。在个别回路需单独进行实验时，可将该回路单独接至一组母线上。

（2）单断路器的双母线接线也有自己的缺点：

1)任一台断路器拒动，将造成与该断路器相连母线上其它回路的停电。

2）一组母线检修时，全部电源及线路都集中在另一组母线上，若该母线再故障，将造成全停事故。

3）母联断路器故障，将造成配电装置全停。

4）当母线故障或检修时，隔离开关作为切换电器，容易发生误操作。

5）在检修任一进出线回路的断路器时，将使该回路停电。

6）单母线分段带旁路母线接线

（3）单母线分段带旁路母线的优点为：

接线简单、清晰、操作方便、采用设备少、便于扩建和采用成套配电装置。

用断路器把母线分段后，对重要负责用户可以从不同的母线段引出两个回路，有两个电源，具有供电可靠性。

检修任一回路断路器时不中断对用户的供电。

（4）单母线分段带旁路母线的缺点为：

接线不够灵活。当母线与母线刀闸故障或检修时，将造成一段母线停电。

配电装置复杂，运行操作复杂。

分段断路器用作旁路开关时，两段母线并列运行。但当其一段母线故障时，整套配电装置停止工作，在拉开分段刀闸时恢复无故障母线工作。

断路器与刀闸间的闭锁复杂。

（5）根据《电力工程设计手册》的要求，主接线应满足可靠性、灵活性，并在此基础上考虑做到经济合理。

1）可靠性。本变电所用户较多，负荷容量较大， 要求供电可靠性较高。当采用可靠性高的六氟化硫断路器时，选择双母线接线就可以满足可靠性的要求。

2）灵活性。采用双母线接线，各个电源和回路的负荷可以任意分配到某一组母线上，可以灵活地适应系统中各种接线方式和潮流变化的需要。

3）经济性。单母线分段带旁路接线比双母线接线少用了断路器以及隔离开关，投资相对减少，配电装置的占地面积也大大减少，但可靠性有所降低。

根据《220---500kV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定， 220kV配电装置出线回数在四回及以上时，宜采用双母线或其他接线。

本变电所220kV配电装置进线回数为2回，主要从可靠性和灵活性考虑可以采用双母线接线方式。

综合以上分析，本变电所220kV侧选用双母线接线方式

5.3.3 60kV侧接线方式的选择与论证

60kV侧采用双母线接线和双母线带旁路接线。双母线接线接线简图见图5-3；双母线带旁路母线接线简图见图5-4。

两种接线的比较如下：

图5-3 双母线接线

（1）双母线接线：

双母线接线的特点在220kV侧接线方式选择论证中已详细说明，此处不再缀述。

（2）双母线带旁路接线：

除了具有双母线接线的优点外，双母线带旁路接线方式还具有许多其它的优点：

当进出线检修时，可由专用旁路断路器代替，通过旁路母线供电。但当设置了专用旁路断路器后，设备的投资和配电装置的占地面积都有所增加。

根据《220---500kV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定，35～60kV配电装置当出线回数为4～7回时，宜采用单母线接线；当出线回数为8回及以上时，宜采用双母线接线。

本变电所60kV出线为12回，且均为重要负荷，应主要侧重于可靠性和灵活性。

综合以上分析，本变电所60kV侧选用双母线带旁路接线方式。

图5-4 双母线带旁路接线

第六章  短路电流的计算

6.1 计算短路电流的目的

a.电气主接线比较；

b.计算软导线的短路摇摆；

c.确定中性点接地方式；

d.选择导线和电器；

e.确定分裂导线间隔棒的间距；

f.验算接地装置的接触电压和跨步电压；

g.选择继电保护装置和进行整定计算。

本设计中计算短路电流的目的主要是载流导体和电器的选择和校验。

6.2  短路类型说明

    本设计短路类型220kV采用三相短路，60kV也采用三相短路 。

6.3  短路计算数据说明

     i_im ：短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值；

I^” ：超瞬变或次暂态短路电流的有效值；

I_∞ ：稳态短路电流有效值；

6.4  短路计算基本假定说明

短路电流实用计算中，采用的假设条件和原则为：

a.正常工作时，三相系统对称运行。

b.所有电源的电动势相位角相同。

   c.系统中均为理想电机，转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差120⁰电气角度。

d、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。

e.电力系统所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷在高压母线上，50%负荷接在系统侧。

f.同步电机都具有自动调励装置（包括强行励磁）。

g.短路发生在短路电流为最大值的瞬间。

h.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。

i.除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻忽略不计。

j.元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。

k.输电线路的电容忽略不计。

6.5  规定说明

    a.验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流时，所有的短路电流应按本设计规划容量计算，并考虑电力系统远景规划。

b.确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的故障方式和接线方式选择；

6.6  短路计算点的选择

正常接线方式，通过电气设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。

2×50MW

COSφ=0.8

X_d^”=0.124

图6-1 系统计算电路图

6.7   短路电流计算方法

本设计利用分布系数法进行网络化简，求出转移电抗；应用《导体和电器选择设计技术规定》SDGJ 14-86所提供的运算曲线求取短路电流。计算时取S =100MVA基准电压U_B=U_AV ；

短路点

短路电流

冲击电流

短路形式

K1

2.539

6.463

三相短路

K2

1.612

4.111

三相短路

6 -2 短路电流形式与短路电流

第七章  电气设备的选择与校验

7.1  设计原则

   1. 总的原则：按照正常工作条件进行选择，按照短路条件进行校验。

   2. 一般原则：

a.应满足正常工作条件下的电压和电流的要求；

b.应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求；

c.应满足安装地点和使用环境条件要求；

d.应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质；

e.对电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别；

f.选用的新产品应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经鉴定的新产品时，应经上级批准。

7.2  母线的选择

  1. 母线的型式及适用范围

母线除满足工作电流、机械强度和电晕要求外，导体形状还应满足下列要求：

a.电流分布均匀；

b.机械强度高；

c.散热良好；

d.有利于提高电晕起始电压；

e.安装、检修简单、连接方便。

由于以上条件很难同时满足，故本变电所采用软母线形式。

一般条件：

a.配电装置中软母线的选择，应根据环境条件（环境温度、日照、风速、污秽、海拔高度）和回路负荷电流、电晕、无线电于扰等条件，确定导线的截面和导线的结构型式；

b.空气中含盐较大的沿海地区或周围气体对铝有明显腐蚀的场所，应选用防腐型铝铰线；

c.当负荷电流较大时，应根据负荷电流选择较大截面的导线，当电压较高时，为保持导线表面的电场强度，导线最小截面必须满足电晕的要求，可增加导线外径或增加每相导线的根数；

d.对于220kV及以下的配电装置，电晕对选择导线截面一般不起决定作用，故可根 据负荷电流选择导线截面。导线的结构型式可采用单根钢芯铝绞线组成的复导线。

2. 截面选择说明

a.为了保证母线的长期安全运行，母线在额定环境温度θ₀和导体面正常发热允许最高温度θ_e下的允许电流I_e应大于或等于流过导体的最大持续工作电流I_gmax即：I_gmax≤K_θI_e      (K_θ为温度修正系数)。

    b.为了考虑母线长期运行的经济性，除了配电装置的汇流母线以及断续运行或长度在20米以下的母线外，一般均应按经济电流密度选择导体的面积，这样可使年运行费用最低。经济电流密度的大小与导体的种类和最大负荷利用小时数T_max有关。母线经济截面为S=I_gmax/J。

3、校验说明

a、电晕电压校验：电晕放电会造成电晕损耗、无线电干扰、噪音和金属腐蚀等许多危害。因此，60千伏裸母线晴天不发生可见电晕的条件是：电晕临界电压U_li应大于最高工作电压U_gmax，

即：U_li＞U_gmax

b、热稳定校验：根据上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。

公式为S≥S_min=                                    式（7-5）

式中：S_min——根据热稳定决定的导体最小允许截面（mm）²

          I_∞——稳定短路电流（A）；

          t_dz——短路电流等值发热时间；

          k_f——集肤效应系数；

          C——热稳定系数，其值与材料及发热温度有关。

经过选择和校验，本设计选用母线结果见表6-1。

表7 -1 母线选用结果表

序号

安装地点

母线类型

截面面积（mm）2

载流量（A）

1

60kV母线

LW6-63

63

265

2

220kV母线

LGJ－300

300

690

7.3  高压断路器的选择

  1. 选择和校验项目

 高压断路器按下列项目选择和校验：

（1）型式和种类；

（2）额定电压；

（3）额定电流；

（4）开断能力校验；

（5）额定关合电流；

（6）动稳定校验；

（7）热稳定校验。

  2. 按种类和型式选择

 高压断路器的种类和型式的选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护、并经技术经济比较后才能确定。据规程规定35KV～220KV配电装置可选少油断路器、六氟化硫断路器、空气断路器，而用于一次变电所的断路器要求动作可靠，能快速的自动重合闸，并且能开断近距以及能够切断空载变压器、空载长线、发展性故障。而六氟化硫断路器具有断口耐压高、开断容量大、检修间隔周期长、开断性能优异等优点，广泛用于各电压等级的配电装置中。

3.  按额定电压选择

高压断路器的额定电压U_e应大于或等于所在电网的额定电压U_ew，即U ≥U_ew。

4.  按额定电流选择

高压断路器的额定电流I_e应大于或等于它的最大持续工作电流I_gmax，即I ≥I_gmax。 当断路器使用环境温度不等于设备基准环境温度时，应对断路器的额定电流进行修正。

5. 按开断电流选择

在给定的电网电压下，高压断路器的额定开断电流I_ekd应满足I_ekd≥I_t。式中I_t—断路器实际开断时间t_k秒的短路电流全电流有效值。

6.  按额定关合电流选择

要求断路器的额定开合电流 i_eg应不小于最大短路电流冲击值，即i_eg≥ i_c。.

7. 动稳定校验

高压断路器的极限通过电流峰值 i_dw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流i_cj，即i_dw≥i_cj

8.  热稳定校验

高压断路器的短时允许发热量I_r²t_r应不小于三相短路电流发出的热量I_∞²t_dz，即I²_rt_r≥I_∞²t_dz

据以上原则，本设计选断路器结果220KV选用LW6-220和60KV选用LW6-63。

7.4  隔离开关的选择

1. 选择和校验项目

隔离开关应根据下列条件选择：

（1）型式和种类；

（2）额定电压；

（3）额定电流；

（4）动稳定校验；

（5）热稳定校验。

2. 选型说明

隔离开关的型式和种类的应根据配电装置的布置特点和使用条件等因素，进行综合技术经济比较后确定。其它四项技术条件要求与高压断路器相同。

本设计220kV侧配电装置可采用分相中型布置，故220kV侧母线隔离开关选用GW6—220型单柱剪刀式。该产品为偏折式结构，分闸后形成垂直方向的绝缘断口，具有断口清晰可见，便于监视及有效地减少变电所的占地面积等优点。60kV配电装置拟采用户内普通布置,故60kV侧母线隔离开关，选用GW4-60型。

7.5  电流互感器选择

选择电流互感器应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。

1. 型式和种类

电流互感器的型式和种类应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6～20kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35kV及以上配电装置，宜采用油浸瓷箱式绝缘独立式电流互感器。

2. 按一次额定电压和额定电流选择

电流互感器的一次额定电压和额定电流必须满足：Ｕ ≥U_ew  ,  I ≥I_gmax

其中：U_N、I_N—电流互感器一次额定电压和额定电流;

U_ew、I_gmax—电流互感器安装处一次回路工作电压和一次回路最大工作电流。

变压器中性点引出的电流互感器只取额定电流的30%。

3. 按准确度级及副边负荷选择

为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。因此，需先要知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确级的要求，并按准确等级要求最高的表计选择电流互感器，具体要求如下：

（1）、装设在发电机、电力变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表及所有用于计算电费的电度表用电流互感器，其准确等级应为0.5级。

（2）、供运行、监视、估算电能的电度表、功率表和电流表用电流互感器的准确等级应为1级。

（3）、供指示被测数值是否存在或大致估计被监测数值的表计用的电流互感器，其等级为3级和10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S_e2，即S_e2≥S₂=I_e2²Z₂

其中：Z₂为二次负荷阻抗；I_e2为二次额定电流。由于本次设计中外接阻抗Z₂未作规定，因此本项可略去。

4. 热稳定校验

电流互感器的热稳定能力，以1秒钟通过的一次额定电流倍数K_t表示，热稳定按下式校验：

（K_tI_e1）²×1≥I_∞²t_dz ，式中Kt—Is中允许通过一次额定电流热稳定倍数。

5.  动稳定校验       （内部）i_cj≤ I_elK_dw ，式中K_dw—电流互感器动稳定倍数。

220kV侧电流互感器选用JDB-220型，60KV侧电流互感的选用 LB-60型。

7.6  电压互感器选择

1. 按额定电压来选择

选择原边额定电压U 要与接入的电网电压相适应，即要求电压互感器原边所接受的电网电压满足下列条件：1.1U >U >0.9U 。

选择副边额定电压时要注意以下几点：

1）相电压互感器原边接于电网线电压时，副边额定电压选为100V，原边接于电网相电压时，副边额定电压选为100/ V，当单相电压互感器接成Y₀/Y₀接线时，副边线电压输出为100V。

2）单相电压互感器第三绕组接成开口三角形时，如果原边接到中性点直接接地电网中，则第三绕组额定电压选为100V，如果原边接到中性点不接地或经消弧线圈接地电网中，则第三绕组额定电压选为100/3V，这样，当电网中发生单相接地故障时，开口三角形接线端子输出电压保证为100V。

2. 种类选择

35kV及以上的电压互感器制成屋外型设备

3. 结构种类选择

60kV及以上的电压互感器可选择串级式电压互感器。110kV及以上的可选用电容分压式电压互感器。

4. 准确度级选择

互感器准确度级必须与测量表计的准确度相配合，即按测量仪表要求的最高准确度选择。

设计所选220kV侧电压互感器选用JDX-220型，60kV侧电压互感的选用 JSXN-60型。

第八章  配电装置

配电装置是指发电厂或变电所的电气主接线中的所有开关电器,载流导体和辅助设备按照一定要求建造而成的,用来接受和分配电能的电工建筑物.配电装置的形式与电气主接线、周围环境等因素有关，分为屋内配电装置和屋外配电装置两种。

8.1 高压配电装置和设计原则及要求

（1）配电装置是变电所的一个重要组成部分，电能的汇集和分配是通过各级电压的配电装置实现的，因此，在设计配电装置时应满足以下的要求：

1）保证工作的可靠性和防火性的要求。

2）保证工作人员的人身安全。

3）保证操作、维护、检修的方便。

在保证安全可靠的条件下，应尽量降低配电装置的造价，减少有色金属和钢材的消耗，并应减少占地面积，除此之外配电装置还应有扩建的可能性。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的。各种间隔距离中最基本的是空气中的最小安全净距，在这一距离下，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。

屋内、外配电装置中各项安全净距尺寸，在《高压配电装置设计技术规程》中被分为A、B、C、D、E五项，作主设计配电装置时的根据，其中A值是基础，其余各值是在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得。各项净距数值可查阅有关规程。

（2）在配电装置的具体设计中，应遵循《电力工业管理办法》、《高压配电装置设计技术规程》、《建筑设计防火规范》等有关规定，高压配电装置设计的一般原则：

1）节约用电。

2）运行安全和操作巡视方便。

3）便于检修和安装。

4）节约材料，降低造价。

（3）屋外配电装置与屋内配电装置的比较，所具有的特点：

1）屋外配电装置的土建工程量少，施工时间短，节省建筑材料，降低了基建投资。

2）相邻回路电器之间的距离较大，大大减少了事故蔓延的危险性。

3）巡视检查清楚，便于扩建和设备更新。

4）维护操作不方便，因为隔离开关的操作以及对各种开关电器的巡视检查，在任何天气条件都必须在露天进行。

5）占地面积大。

屋外配电装置根据电器和母线布置的高度可分为中型、高型和半高型等型式。

中型配电装置是所有开关电器都安装在较低的基础和支架上，母线一般采用饺线和悬垂绝缘子串组成，悬挂在门型构架上，母线水平面高于开关电器的水平面。

高型配电装置是指开关电器分别安装在几个水平面内，断路器安装在地面基础支架上，母线隔离开关在断路器之上，主母线又在母线隔离开关之上或两组母线上下重叠，母线一般采用绞线和悬垂绝缘子串悬挂在构架上。其特点是布置紧凑、集中，占地面积小，操作维护条件差两组母线隔离开关分层操作，路径较长，易引起误操作。

半高型配电装置指其布置处于中型和高型配电装置之间，既仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置。

此外，还要设置搬运通道，为了便于变压器等笨重的设备。当变压器的油量超过1000公斤时，为了防止事故时，油的燃烧和蔓延，应在其下面设置能容纳20％油量的储油池，储油池的尺寸一般比变压器外壳尺寸大1米，池内铺设厚度不小于250mm的卵石层。

8.2 设备的配置

8.2.1 隔离开关的配置

（1）接在变压器引出线上或中性点上的避雷器可不装设隔离开关。

（2）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关。

（3）短路器两侧均应配置隔离开关，以便检修断路器是隔离电流。

（4）中性点直接接地的普通形式变压器均宜配置隔离开关。

8.2.2 电压互感器的配置

（1）电压互感器的数量和配置与主接线有关，应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。

（2）60～220kV电压等级的每组主接线的三相应电压互感器

（3）当需监视和检测线路上有、无电压时，出线侧的一组上应装设电压互感器。

8.2.3 电流互感器的配置

（1）凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动化的要求。

（2）在未装设断路器的发电机和变压器中性点，应装设电流互感器。

（3）对直接接地系统，一般按三相配置，对非直接接地系统具体要求配置两相或三相。

8.2.4 接地刀闸的配置

（1）为保证电器和母线的检修安全，35kV以上每段母线根据长度宜装设1～2组接地刀闸，两组接地刀闸间距适中，母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联开关上，也可装设于其它母线回路。

（2）63kV及以上的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置一组接地隔离开关，双母线接地两组母线隔离开关的断路器侧可共用一组接地隔离开关。

（3）旁路母线一般装设一组接地隔离开关，装设在旁路隔离开关的旁路线线侧。

（4）63kV及以上主变母线隔离开关的主变侧宜装设一组接地隔离开关。

8.2.5 避雷器的配置

（1）配电装置每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器的除外。

（2）220kV及以下变压器到避雷器的电器距离越过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

（3）下列情况下的变压器中性点应装设避雷器：

1）中性点直接接地系统中，变压器中性点分极绝缘且有隔离开关时。

2）不接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点。

3）110～220kV线路侧一般不装设避雷器。

8.3 配电装置的选择

本设计为220／60kV变电所，所以采用屋外配电装置，本所采用分相中型布置，既隔离开关是分相直接布置在母线的正下方，此种方法采用LGJ300／30型母线配合剪刀式隔离开关，布置清晰、美观，可省去大量构架。同时选择220kV出线和60kV出线两个断面图。

第九章  继电保护的规划设计

为了保证电力系统的安全，稳定运行，需要配置继电保护，而且继电保护的配置要满足电气主接线的要求，确定主接线时也应与继电保护统筹考虑，继电保护装置应满足快速性、选择性、可靠性和灵敏性的要求。由于电力系统发展很快，对继电保护的可靠性提出更高的要求—采用双重的不同厂家、不同类型的保护。而继电保护装置随着科技的发展更新很快，应尽可能选用较先进的保护。

根据《规程》规定：

1.110—220kV直接接地电力网的线路，应装设全线速动保护作为主保护。

2.对接地短路宜装设阶段式或反时限零序电流保护。也可装设接地距离保护，并辅之以阶段式或反时限零序电流保护。以此作为接地后备保护。

3.单侧电源单回线路可装设三相电流电压保护，如不能满足要求，则装设距离保护。以此作为相间短路后备保护和辅助保护装置。

9.1  220kV继电保护的配置

1. 220kV侧线路保护

两条进线的继电保护配置方式是相同的。每回线均装设一面LFP-901B型微机高频保护（南京南瑞公司）及一面CSL- 101B型微机高频保护（北京四方公司），两套保护均配置LFX-912型南瑞产微机保护专用收发讯机，共用一面GXF-01K/A型辅助屏。

LFP-901B型微机保护设置有工频变化量方向元件和零序方向元件为主体的快速主保护，由工频变化量距离元件构成的超快速一段主保护，有三段式相间和接地距离及两个延时段的零序方向过流作为全套后备保护。保护装置有分相出口并配置了重合闸出口，根据需要可实现单相、三相综合重合闸方式。

CSL- 101B型微机保护包括高频保护、距离保护、零序保护、故障录波、综合重合闸。其中高频保护作为全线速动的主保护，瞬时切除全线路各种类型的故障，以保证系统安全稳定的运行，距离保护、零序保护为后备保护，而其中的故障录波对保护的各类模拟量及开入、开出量进行监视、录波，便于事故后对事故过程及保护的动作情况进行分析。

2. 220kV母联保护

220kV母联正常时并列运行，考虑到母线检修后用母联充电的情况，装设两段电流保护和两段零序保护作为充电保护。

3. 220kV母线保护和故障录波器

在本设计中220kV母线采用PMH-4型母线保护，YS-88型微机故障录波器（南京银山公司）。

9.2  变压器保护配置

1. 主变压器保护

采用WBZ-1201型微机变压器保护（国电南自公司）配置FBZ-03型瓦斯保护辅助箱。

    该保护包括差动保护、复压过流保护、零序保护、瓦斯保护、过负荷等。

2. 60kV所内变保护

采用PST 645型微机所用变保护（国电南自公司）,包括瓦斯、差动、电流速断等。

9.3  60kV继电保护的配置

1. 60kV线路保护

所有线路的继电保护配置方式是相同的。采用南京自动化公司产PSL 626型微机保护。该保护包括三段距离保护、三段电流保护、低周减载、三相重合闸。

2.  60kV母线保护和故障录波器

本设计采用南京南瑞公司RCS-915F型母线微机保护装置，WDGL-IV/X型微机故障录波器（山东山大公司）。

3. 60kV备自投装置，采用DFP-514备自投装置（国电南自公司）。

第十章 防雷保护的设计说明

10.1 雷击和感应雷保护

1. 110kV以上屋外配电装置，可将避雷针装设在构架上。60KV装置为防止雷击时引起反击的可能，一般采用独立避雷针。

2. 电压在110kV及以上屋外配电装置可将保护线路的避雷线连接在配电装置的出    线门构上。35~60kV的屋外配电装置如将线路的避雷线接在出线门构上应满足下列条件：

a、   出线构架圆半径20M范围接地电阻应不大于50欧姆。当土壤电阻率P≥104欧     姆。CM范围时，半径可增加30M

b、线路终端杆塔接地电阻不大于10欧姆。

c、 在变压器的60kV出口装设阀型避雷器

3、在选择独立避雷针装设地点时，应利用照明灯塔，在其上装设避雷针。避雷针与配电装置部分在地中与空气中应有一定距离。（地中不得小于3M，空气中不得小于5M）

10.2 避雷针的设计

1. 单支避雷针的保护范围

rx=1.6hx/（1+hx/h）P                                              式（8-2）

式中rx—在保护高度hx平面上保护半径m。

    hx—被保护物的高度m

    h—避雷针的高度m

    p—系数，当h≤30m时P=1；H≥30m时p=5.5/

2. 两支避雷针的保护范围

 保护半径rx求法与单针相同，在针间hx的水平面上，保护范围最小宽度为26X。可用下式计算：

（bx/rx）^1.4+（a/hxp）^1.3=1                                         式（8-3）

式中a—两针间的距离

    3. 多支避雷针的保护范围

多支避雷针的联合保护范围可将它划分成若干个三针或四针避雷针后进行计算。

                      第二篇    计算书

第一章  主变压器的选择

1.1 本变电所60kV的用户总容量（按五年规划计算）

                S₁＝ = =3684.211kVA                 式（1-1）

                S₂＝ = =2105.263kVA                 式（1-2）

                S₃＝ = =4210.526kVA                 式（1-3）

                S₄＝ = =3157.895kVA                 式（1-4）

                S₅＝ = =3157.895kVA                 式（1-5）

                   S₆＝ = =3157.895kVA                 式（1-6）

                S₇＝ = =3157.895kVA                 式（1-7）

                   S₈＝ = =3157.895kVA                 式（1-8）

                   S₉＝ = =2631.579kVA                 式（1-9）

                   ∑S＝S₁+S₂+…S₉＝28421.054kVA                式（1-10）

1.2 折算到变压器的容量：（考虑负荷同时系数和线损）

                 S’＝∑S×0.8×(1＋5%)＝23873.685kVA              式（1-11）

1.3 主变压器容量的选择：

根据主变压器容量选择原则（见说明书：停一台主变后，余者能带70％的负荷）

S＝70%S’＝70%×23873.685＝16711.579kVA

若选择两台20000KVA主变压器，其中一台容量占总负荷的比例为

（S / 20000）×100%＝83.56%＞65%（重要负荷比例）。

表1-1  主变压器技术参数

型号

额定容量

（KVA）

额定电压

高（KV）

额定电压

低（KV）

阻抗电压

ud%

连接组别

SFPZ-20000/60

20000

220

63kV

14．2

Y_N,d₁₁

1.4 功率因数补偿

      损耗：

                =2 7.2+2 32.4 =35.67kW

式（1-12）

              =392.58kVar              式（1-13）

     高压侧功率：

                       P =P + =4583.25+35.67=4618.92kW           式（1-14）

                  Q =3437.44+392.58=3830.02kVar     

高压侧功率因数：

    cos = =0.7634<0.9          式（1-15）

 不满足所给条件， 所以低压侧需要补偿。

 低压补偿前

           cos = = =0.794

         tan 前=0.766

 低压补偿后

            cos =0.9

           tan 后=0.484

    补偿容量

   Q = （ tan 前- tan 后）=1008.13kVar

       所以  我选择电容器的型号为 BWF10.5-100-1W

       将10.5KV下的容量折到10KV下

                                                         式（1-16）

                   Q = =90.7kVar

   电容台数  n= =11.115 12台    因为所选的电容台数必须为3的倍数。

 实际补偿容量

                    Q =12 90.7=1088.4kVar

                    P =P =4583.25kW

                        Q =Q - Q =3437.44-1088.4=2349.04kVar

                    S = = =5150.16kVA

                   S =0.7S >S =3605.112

所以，还使用原来的变压器。

                  P =P + P =4583.25+35.67=4618.92

                  Q =Q + Q =2349.04+392.58=2741.62

                 cos = 0.939>0.9     满足要求

12台电容器分三相，每相4台，4台并联运行，三相组成三角形接线。

第二章  短路电流计算

2.1 网络化简

系统电路图如图3-1，等值电路图见图3-2。

  元件阻抗归算到系统基值(S_j=100MVA)的标么值计算

待设计变电站

图3-1  系统电路图

待设计的变电站

图3-2  等值电路图

各元件的阻抗标么值计算如下：

                 发电机：  X1=X3=X5=X8=Xd”=0.124

            变压器： X2=X4=X6=X9= =10.5/100×100/63＝0.167

线路：X7=X10＝ 0.4×50× ＝0.0375

                   X12＝ ＝0.0375

                   X11＝ ＝0.045

化简后的等效电路图：

待设计的变电站

图3-3  等值电路图（1）

 具体的计算等效公式：  X13=(X1+X2)/2=(0.124+0.167)=0.1455

                       X14=(X5+X6)/2=(0.124+0.167)=0.1455

                       X5=X7/2=0.0375/2=0.01875

待设计的变电站

计算公式：X16=X11*X15/(X11+X12+X15)

              =0.045*0.01875/(0.045+0.0275+0.01875)=0.0083

           X17=X12*X15/(X11+X12+X15)

               =0.0375*0.01875/(0.045+0.0375+0.01875)=0.00694

           X18=X11*X12/(X11+X12+15)

               =0.045*0.0375/(0.045+0.0375+0.9875)=0.01667

X19

图3-5 等值电路图（3）

计算公式：X19=0.154+0.01667+(0.154*0.01667/0.152)=0.0188

          X0=0.152+0.01667+(0.152*0.01667/0.154)=0.185

求相应的电抗：

          Xj321=0.188*（2*50/0.85）/100=0.221

Xj322=0.185*（2*50/0.85）/100=0.218

查Ijh(x)

          由 Xj319         I (0)=4.898

             Xj319         I (1)=2.756

             Xj319         I (2)=2.597

Xj319         I (4)=2.487

由  Xj320         I (0)=5.213

             Xj320         I (1)=2.489

Xj320         I (0)=2.211

Xj320         I (0)=0.219

I1（有）=4.989*(2*50/√3*230)=1.230 kA

I2（有）=5.213*(2*50/√3*230)=1.309 kA

I总（有）= I1（有）+ I2（有）

                  =1.230+1.309=2.539 kA

冲击电流：i=Kim I’’=√2*1.8*2.539=6.463 kA               式（2-1）

当发生低压侧短路时：

X19

图3-6 等值电路图（4）

X23

图3-7 等值电路图（5）

求相应的计算电抗：

                X22=0.188+0.355+(0.188*0.355/0.185)=0.904

             X23=0.185+0.355+(0.185*0.355/0.188)=0.889

查Ijh(x)：

    由 Xj322         I (0)=0.891

    Xj322         I (1)=0.903

Xj322         I (2)= 1.023

Xj322         I (4)=1.023

    Xj323        I (0)=0.867

    Xj323        I (1)=0.889

Xj323        I (2)= 0.983

Xj323        I (4)=1.003

I1（有）=0.891*(2*50/√3*63)=0.817kA

I2（有）=0.867*(2*50/√3*63)=0.795kA

I总（有）= I1（有）+ I2（有）

                  =0.817+0.795=1.612 kA

冲击电流：i=Kim I’’=√2*1.8*1.612 =4.1106 kA              式（4-5）

第三章  电气设备的选择

3.1 断路器的选择

  高压侧 最大持续工作电流为

                        I ＝ ＝ ＝55.111A     式（5-4）

                      I =2.539kA        

                         i =2.55I =6.474kA

220KV侧断路器我选择 LW6-220     六氟化硫断路器

同期分量效应

                       Q_P＝ ×t_k＝11.24KA²s         式（5-8）

由于t_k＞1s，因此不计非周期热效应，则短路电流引起的热效应：

                        Q_k＝Q_P＝56.72 kA­^2­

表4-1  断路器的有关参数，并与计算数据进行比较

LW6-220

计算数据

LW6-220

计算数据

U =220kV

U =220kV

i =80kA

i =6.474kA

I =3150A

I =55.111A

i =80kA

i =6.474kA

I =40kA

=2.539kA

I tr=31.5 4kA S

Q =11.24kA S

   低压侧 最大持续工作电流:

                    I ＝ ＝1.05 =202.073A           式（3-2）

                    I =1.612kA          

                        i =2.55I =4.1106kA

60kV侧断路器我选择 LW6-63 

                  Q_K＝Q_P＝ ×t_k＝71.96 kA^2­_˙s       式（5-6）

由于t_k＞1s 因此不计非同期分量热效应，则

表4-2   断路器的有关参数，并与计算数据进行比较

LW6-63

计算数据

LW6-63

计算数据

U =63kV

U =60kV

I =31.5kA

i =4.1106kA

I =2500A

I =202.073A

I =31.5kA

i =4.1106kA

I =31.5kA

I =4.21kA

I tr=12.5 4kA S

Q =71.96kA S

由上表可知LW6-63型六氟化硫断路器满足要求

3.2母线选择

   220kV母线选择：

 由计算知母线  I_gmax＝55.111 A

《查导体和电器选择设计技术规定》附录四，查出导体的经济电流密度, T＝4600时, J＝1.12(A/mm²) ,再查《设备手册下》

                  S＝I_gmax/J＝318.27/1.12＝284.17mm²            

选 LGJ－300 ， 根据温度为40℃     

                         I ＝690A

热稳定校验： 

                     Q_F ＝ Q₀＋（Qe－Q₀）（ ）²

                                              ＝40+(80-40) ^{(  )}

         查《电气部分》C＝95

满足短路时发热的最小导体截面为：

                    S = = =35.64<300           式（3-4）

满足热稳定要求

  60kV侧母线选择：

                           I_gmax＝202.073A   

                           J＝1.12 (A/ mm²)

                        S＝I_gmax/J＝202.073/1.12＝180.422mm²

固选  LW6－63

 根据温度为40℃      I ＝690A

   热稳定校验：

                   Q_F ＝ Q₀＋（Qe－Q₀）（ ）²  

                                          ＝40+(80-40) ^{(  )}

查《电气部分》表  C＝95

满足短路时发热的最小导体截面为：

                    S = = =89.3<300               式（3-5）

故所选母线满足要求

3.3  隔离开关的选择

1）220kV侧隔离开关的选择:

        根据最大长期工作电流： I_gmax＝55.111 (A) 

     表4-3  GW6-220型号的隔离开关与实际数据比较表

GW6-220

计算数据

U =220kV

U =220kV

I =1250A

I =55.111A

I =80kA

I =4.26kA

I tr=40

Q =11.24kA S

2） 60kV侧隔离开关的选择:

        根据最大长期工作电流 I_gmax＝202.073A     

表4-4  GW4-63型号的隔离开关与实际数据比较表

GW4-63

计算数据

U =63kV

U =60kV

I =630A

I =202.073A

I =50kA

I =10.74kA

I tr=20

Q =71.96kA S

3.4  电流互感器的选择

   1）220kV侧电流互感的选择：

表4-5  LDB-220电流互感器与实际数据比较表

LDB-220

计算数据

U =220kV

U =220kV

I =750-1500

I =55.111A

I =25

Q =11.24

I =220

i =6.474kA

经比较后，合格。

 2）60kV侧电流互感的选择：

表 4-6  LB-60 电流互感器与实际数据比较表

LB-60

计算数据

U =60KV

U =60KV

I =5-1200

I =202.073A

I =90 1200 ++

Q =71.96

I =1200

i =4.1106kA

经比较后，合格。

3.5 电压互感器的选择

电压互感器一绕组所接电网电压u_NS为220KV和60KV。根据0.9u_N＜u_N＜1.1u_N ,本变电所选用JDX-220型和JSXN-60 型电压互感器。

其有关技术参数见表：

表4-7  高压侧：JDX-220型

型号

电压等级

额定电压

二次负荷

JDX-220

220KV

初级绕组

次级绕组

剩余电压绕组

0.5级

1.0级

220/

0.1/

0.1/3

200

400

表4-8   低压侧：JSXN-60型

型号

电压等级

额定电压

二次负荷(二次绕组)

JSXN-60

60KV

初级绕组

次级绕组

剩余电压绕组

1.0级

3级

60

0.1

0.1/3

200

400

由于电压互感器不受短路电流的作用，因此不需要进行稳定校验。

第四章 避雷针的选择

 4.1  避雷针高度的确定

计算避雷针的高度h:

本次设计的变电所宽50米，长55米，最高被保护物为门型构架，高hx =9米，设计在变电所的四个角分别安装一支避雷针，如图所示。

相邻避雷针的间距： =50m   =55m 

对角避雷针1号针与3号针间距离：

                         式（4-1）

避雷针的高度：

                               式（4-2）

选择20m高避雷针

 4.2 保护范围的计算

计算保护范围：

1号、2号、或3号、4号避雷针间：

2号、3号或1号、4号避雷针间：

1号、3号或2号、4号避雷针间：

单支避雷针在9米高水平面上的保护范围半径：

当h<30m时，p=1

其中： --避雷针间保护最低点高度

        --保护范围的一侧宽度

        --被保护物高度

        --保护半径

       D--两针距离

根据有关规定：4支以上等高避雷针组成的四面形式求多边各保护范围的最小一侧高度 >0，则所有面积均受到保护。

本变电所采用4支20米等高避雷针，全所设备都得到有效保护。

结论

此次设计变电所是220/60kV地区一般性变电所，分别有近期负荷和远期负荷两种负荷方案。其60kV侧供电负荷出线共有12回，为了保证供电的可靠性和一次满足远期负荷的要求，本设计按照远期负荷规划进行设计建设，从而保证该变电所能够长期可靠供电。

设计过程中遵循国家的法律、法规，贯彻执行国家经济建设的方针、政策和基本建设程序，运用系统工程的方法从全局出发，正确处理生产与生活、安全与经济等方面的关系，实行资源的综合利用，节约能源和用地。

在上述原则基础上，明确设计的目的，逐步完成主变的选择、电气主接线的拟定、短路电流的计算、电气设备选择、高压配电装置的规划、继电保护和自动装置的规划设计、防雷保护规划、绘制图纸等主要工作，形成较为完整的设计。

参考文献

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[2] 丁毓山.变电所设计.辽宁科学技术出版社,1993

[3] 范锡普.发电厂电器部分.水力电力出版社,1997

[4] 张炜.供用电设备.中国电力出版社,2004

[5] 常美生.高电压技术.中国电力出版社,2004

[6] 王子午.高压成套开关设备.第四册.煤炭工业出版社,2003

[7] 电力互感器产品样本66—500kV.电力出版社 ,2003

[8] 范锡普.发电厂电气部分.第二版.中国电力出版社,1985   

[9] 何仰赞,温增银.电力系统分析.华中科技大学出版社,2002  

[10] 戈东方.电力工程电气设备手册.（上、下册）.中国电力出版社,1989.2

[11] 钟大文.电力工程电气设备手册.水力电力出版社,1989

[12] 丁毓山.变电所设计.辽宁科学技术出版社,1993.6

[13] 于永源、杨绮雯.电力系统分析. 长沙电力学院 .中国电力出版社, 1996.11

[14] 李峻年.电力系统继电保护. 沈阳电力高等专科学校. 中国电力出版社, 1993.10

[15] 许正亚.电力系统自动装置.南京电力专科学校.中国电力出版社, 1990.4

[16] 杨志辉《大电机运行》  沈阳电力高等专科学校 沈阳电力高等专科学校出版,1999.8

致 谢

   在我的毕业设计即将完成之际，我衷心地感谢我的毕业设计指导教师卢颖，邹婷老师。在整个的毕业设计过程中，老师无时无刻都在关心我毕业设计的进度并且在我遇到问题的时候给了我很多宝贵的意见和帮助。使我的毕业设计得以顺利进行，并按规定的时间完成。由此我要向老师说一声“谢谢您”！

光阴似箭，三年的函授生活即将结束了，在这里我要向三年来培养我、教育我、帮助我的老师们致以深深的谢意和诚挚的祝福。祝你们身体健康，合家欢乐，桃李满天下。

本篇毕业设计经过多次的修改，补充，增删，现以成稿。但由于本人水平有限，难免会有错误和遗漏，请各位批阅教师批评指正。

附录：

1、变电所电气主接线图一张。

2、屋外配电装置平面图一张。

3、屋外配电装置断面图一张（画俩个断面图）

。4、屋外防雷保护图一张。