220kv变电站工程电气毕业设计

'目录前言原始材料第一章电气主接线的设计及主变选择第一节电气主接线设计……………………3第二节所用电的设计……………………10第二章短路电流计算第一节概述………………………………12第二节短路计算说明……………………15第三章导体和电器的选择计第一节总则………………………………24第二节母线的选择设计……………………26第三节断路器选择设计……………………31第四节隔离开关选择设计…………………33第五节互感器的选择设计…………………35第六节引下线的选择设计…………………38第七节支持绝缘子及穿墙套管选择设计…38第四章防雷保护第一节直击雷防护………………………40第二节雷电过电压的防护…………………42第五章继电保护及自动装备配置第一节概述………………………………46第二节继电保护的一般规定………………47第三节电力变压器保护……………………48第四节自动重合闸配置……………………50附录(Ⅰ)………………………………………………53参考文献60 前言毕业设计是四川某学院电气工程系供用技术专业一门专业课程.为了提高毕业生专业知识的综合运用能力.本设计详细介绍了220KV枢纽变电站的设计过程.第一章电气主接线的设计及主变的选择,对主接线的设计提出了多种方案,并进行了论述,分析比较了各种主接线形式的优缺陷,选择最佳主案;第二章短路电流的计算,第三章导体及电器的选择,本章详细介绍了变电站中的设备选取,对设备的参数进行了校验论证.第四章防雷保护,对变电站的直击雷防护、雷电过电压防护进行了比较全面的介绍.第五章继电保护及自动装备的配置,结合相关规范对变电站的设备保护做了系统的分析论述.本设计中的文字符号和图形符号采用了新的国家标准.本设计在设计过程中参考了大量的参考资料,如:《发电厂变电所电气部分》、《电力系统继电保护》(增订版)、《供配电系统》、《220～500KV变电所设计技术规程》、《中国电力百科全书》、《毕业设计指导书》等.本设计在设计中大力得到了四川某学院电气工程系的大力支持,他们对本设计提出了宝贵的意见,在此对他们一并致谢.由于设计水平有限,书中谬误之处在所难免,恳请批评指正.2006.560 原始材料1．变电站的建设规模（1）类型：220kV枢纽变电站（2）最终容量：根据工农业负荷的增长，需要安装两台220/110/10KV，120MVA的主变压器，容量比为100/100/50，一次设计，两期建成。2．电力系统与本所连接情况（1）新建的220KV变电站，连接着220KV和110KV两个电力系统，担负着一个地区的供电，是一座枢纽变电站。（2）变电站与220KV电力系统连线有两回，与110KV电力系统连线有三回。（3）电力系统总装机容量为464万千瓦，本变电站在系统最大运行方式下，系统的正序、负序、零序阻抗见下图：（此阻抗值为Sj=100MVA时的数值，括号内的数值为零序阻抗）。（4）变电站在地理学中所处的地理位置、供电范围示意图如下图：60 3．电力负荷水平（1）220KV进出线回路数最终5回，本期2回，其中线路（一）、（二）的最大输送容量为250MVA，其余3回线路每回的最大输送容量为180MVA，最大负荷利用小时数Tmax=5000h，为一级负荷。（2）110KV进出线回路数最终8回，本期5回，其中（一）、（二）、（三）的最大输送容量为40MVA，Tmax=5000h，为一级负荷，其余线路每回的输送容量均按30MVA设计，Tmax=3000h以上。（3）10KV出线最终4回，本期一次建成。每回线的最大输送容量为2MVA，10KV无电源，设计10KV配电装置时予留两个扩建空间，作为备用。（4）本变电站的自用电负荷可按下式近视计算：计算负荷=照明负荷+其余负荷×0.854．环境条件（1）当地年最高温度41.70C,年最低温度为-20.60C，最热月平均最高温度32.50C.（2）当地海拔高度396.8m,P=97332.7Pa.（3）当地雷电日数15.4日/年60 第一章电气主接线的设计及主变选择第一节电气主接线设计一、概述电气主接线又称一次接线，它是电厂变电所，电力系统传递电能的通路，主接线是发电厂变电站电气部分的主体，其中包括发电机，变压器，母线，断路器，隔离开关，电抗器等主要设备，变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位、变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求.220kV变电所中的110kV配电装置，当出线回路数在6回以下时宜采用单母线或分段单母线接线，6回及以上时，宜采用双母线接线。220kV终端变电所的配电装置，当能满足运行要求时，宜采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。当能满足电力系统继电保护要求时，也可采用线路分支接线。220kV配电装置出线在4回及以上时，宜采用双母线或其他接线。采用双母线或单母线的110～220kV配电装置，当断路器为少油(或压缩空气)型时，除断路器有条件停电检修外，应设置旁路母线，当110kV出线回路数为6回及以上，220kV出线为4回及以上时，可装设专用旁路断路器。110～220kV母线避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关,安装在出线上的耦合电容器、电压互感器以及接在变压器引出线或中性点上的避雷器，不应装设隔离开关,在一个半断路器接线中，前两串的线路和变压器出口处应装设隔离开关。各级电压配电装置，初期回路数较少时，应采用断路器数量较少的简化接线，但在布置上应考虑过渡到最终接线方便。二、220KV侧主接线方案本变电站高压侧220KV出线回路数5回，本期建成两回,其中线路(一)，(二)的最大输送容量为250MVA，其余3回线路每回的最大输送容量为180MVA，最大符合利用小时数Tmax=5000h，为一级负荷根据以上原始资料拟定了两个主接线方案，具体分析如下：方案一：60 如图是单断路器不分段双母线接线，其中Ⅰ母线处于工作状态，Ⅱ组母线处于备用状态，Ⅰ组与Ⅱ组母线之间由母联断路器QF进行联络，正常运行时，母联断路器QF是断开的，每一回进出线接到I短母线上的隔离开关是闭合的，接到II短母线上的隔离开关是断开的，双母线接线最主要的优点是灵活性高，它具有以下五个功能：①检修任意一组母线可不中断供电②检修任意回路的断路器，只中断该回路供电。③工作母线发生故障可通过倒闸操作将所有回路转移到备用母线上，使装置迅速恢复供电。④检修任一回路隔离开关，可用母线联络断路器代替它的工作，不至于使该回路供电长时间中断。⑤在个别回路发生故障，断路器因故不能跳闸时，可用母线联络断路器QF代替切断该回路。上图这种双母线不分段接线的主要优点是灵活性高，便于扩建，但此种接线的主要缺点有：①增加了一组母线,就需要使每回路增加一组母线隔离开关。②当母线故障检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作，为了免隔离开关误操作，需要在隔离开关和断路器之间装设联锁装置.根据以上分析及相关规范，本方案满足该变电站220KV侧主接线的要求.60 方案二：方案二是在方案一的基础上增设了一条旁路母线，其目的是为了在出线断路器检修时不中断该回路的供电，提高了供电可靠性，但是比起方案一来说增加了一条旁路母线，旁路短路器，隔离开关等设备，扩大了占地面积，投资增加。综合考虑本次设计220KV高压侧接线方式采用方案一,即双母线接线。三、110KV侧主接线方案方案一：60 如图，本方案为双母线接线，其优缺，在高压侧主接线方案中以作分析，这种主接线运用到中压侧110KV主接线当中，设计运行方式为双母线同时工作方式，这样可以大大提高双母线的供电可靠性，所谓双母线同时工作，是指两段母线同时带电，母线联络断路器QF闭合的运行，合理分配负荷,这种方式减少了单组母线上的汇流量，如果一段母线故障，只造成部分的线路短时间停电，双母线同时工作这种运行方式适用于一、二、三级负荷，目前在我国35-220KV的配电装置中采用较多。这种工作方式的缺点是平时没有备用母线。60 方案二：方案二为带双母线带旁路母线接线，与方案一双母线接线相比较供电可靠性提高了，从经济上分析比较,由于110KV侧出线回路多,方案二投资比方案一大,设计中断路器选用六氟化硫断路器,检修周期长,综合分析本设计选择方案一作为站内中压侧110KV主接线方案.四、10KV主接线设计方案60 如图本方案采用的是单母线分段接线，其优点如下：①用断路器把母线分段后，对重要的负荷可以从不同段引出两个回路,由两个电源供电。②当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段自动切除，保证正常母线不间断供电和不至使重要负荷停电。缺点：①当一段母线或者母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。②当出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越。③扩建时需要向两个方向均衡扩建。④母线用断路器QF分为I，II段，电源和引出线大体上平均分配在两段母线上，母线分段的目的是：减少母线故障时停电范围，例如在II段母线上短路时，接在II短母线上有电源的断路器，包括分段断路器QF在继电保护装置的作用下均自动断开，因而I段母线可以继续供电，提高了可靠性，另外，在检修母线时也可以分段检修，提高了灵活性。本变电站的同步调相机接在10KV母线上,这样接线的方式使主变10KV侧出线上接线简单化了,这样有提高供电可靠性的优点,设备故障与接线的灵活性和复杂成度,对供电的可靠性因素影响很大,本设计中采取的接线方式能使主变10KV侧出线上串联的电抗器减少两个,对可靠性有所提高.因为母线上的负荷跟为集中,所以同步调相机接在母线上无功补偿也能取得比较明显60 的效果,但是这样的接线的缺陷是使主变10KV侧出线的线径同10KV母线截面有所增大.同步调相机也可以并接在主变10KV侧出线上,这种接线方式可以减少主变10KV侧出线的线径,但是使接线复杂化了,但串接在主变10KV侧出线上的设备增加两个电抗器,降低了10KV侧供电的可靠性.经过以上分析讨论,选择将同步调相机接在10KV侧母线上的方案为该变电站内低压侧10KV主接线选择本方案.本变电站的主接线设计方案(见图LC6-2)五、主变压器的选择1．台数：2台2.容量：120MVA3.型号：SFPSZ7-（三相强迫油循环风冷三绕组有载调压变压器）4.容量比：100/100/505.变比：220/121/11空载损耗（KW）负载损耗（KW）空载电流（%）U1-2%U1-3%U2-3%1184250.814.023.07.0六、调相机的选择1．型号：TT-15-8UN=11KV，Xd%=16，IN=788A60 第二节所用电的设计一、站用电接线的选择如图为站用电接线方案，站用电电源取自10KVI段母线和10KVII段母线，保证了两个独立电源供电，低压侧采用单母线分段的接线形式，部分重要负荷可在低压侧I段母线，II段母线各取一回，保证供电的可靠性。二、站用电负荷计算及变压器选择1.站用电负荷计算P1=215.2KVAP2=41KVASis=0.85P1+P2=0.85×215.2+41=223.9KVAP1′=215.2P2′=44KVASis′=0.85P1′+P2′60 =0.85×215.2+44=213.5KVA2．站用变压器选择（S＞Sis）抬数：2台容量：315KVA型号：SJL1-315（三相油浸自冷铝芯变压器）变比（KV）组别空载损耗（KW）短路损耗（KW）阻抗电压（%）空载电流（%）10/0.4▽/Y0-120.8542.460 第二章短路电流计算第一节概述短路是电力系统中最严重的故障，他能破坏对用户的正常供电和电气设备正常工作，因此变电所电气部分的设计和运行，都必须靠到可能发生的各种故障情况，本设计以三相对称短路情况作为分析计算一、短路的危害电力系统发生短路时，电压严重下降，可能破坏各电厂并联运行的稳定性，使整个系统被解列成为几个异步运行的部分，这时某些发电厂可能过负荷，因而使频率下降，供电频率下降导致包括锅炉给水的水泵电动机在内的所有异步电动机转速下降，锅炉打不进水，发电厂出力也进一步下降，直至无法运行。为了保证发电厂的运行，不得不切除一部分负荷。短路时电压下降的越大持续时间越长，破坏整个系统稳定运行的可能性越大。为了保证电力系统安全可靠运行，减轻短路的影响，必须努力设法消除可能引起短路的隐患，还必须快速切除故障部分，使系统电压在较短时间内恢复到正常值，为此，可采用快速动作的继电保护和断电器，在发电厂应装设自动电压调整器，还可以采用限制短路电流的措施，如装设电抗器.二、短路计算的基本假设计算短路电流的目的是为了在电器装置的设计中用来选择电气设备、选择限制短路电流的方式、设计继电保护装置和分析电力系统的故障等,选择电气设备时，一般只需近似计算该设备的最大可能三相短路电流值，设计继电保护和分析电力系统故障时,必须计算各种短路情况下系统各支路中的电流和各点的电压。考虑到现代电力系统的实际情况，要进行极准确的短路计算非常复杂的，同时对决大部分实际问题，并不需要十分精确的计算结果，为了使计算简化,多采用近似计算方法。这种方法是建立在一系列假定的基础上的，并且使计算结果稍微偏大一点,一般误差为10-15%,计算短路电流的基本假设如下：①认为在短路过程中，所以发电机的转速相同，电60 势相位相同，即发电机无摇摆现象。②不考虑磁系统的饱和，因此可以认为短路回路各元件的感抗为常数，这将使短路电流的计算分析大大简化，并可应用重叠原理。①变压器的励磁电流略去不计。②所有元件的电容略去不计。③认为三相系统是对称的.④元件的电阻一般忽略不计，以简化计算，对电压为1KV以上的高压装置，这种假设是合理的，因为这些装置中，各元件的电阻比它们的电抗小的多，对短路电流周期分量的计算影响小,只有当回路中电阻很大时才考虑，例如很长的架空线路和电缆线路，一般当短路回路中总电阻R∑大于总电抗的三分之一时，在计算周期分量时才考虑电阻，在计算短路电流周期分量时，为了确定衰减时间常数要考虑个元件的电阻，计算电压为1KV一下低压装置总的短路时因为元件的电阻较大，除了考虑电抗之外，还必须计算电阻.三、短路电流的计算程序在进行短路电流计算时，应该根据计算要求收集有关资料，如电力系统接线图，运行方式和各元件的技术参数等，首先做出计算电路图，再做出针对各短路点的等值电路图，然后利用网络简化规则，化简等值电路，求出短路总电抗，最后根据总电抗即可求出短路电流值，下面分别讨论计算电路图，等制电路图以及短路总电抗的决定。1、计算电路图计算短路电流用的计算电路图是一种简化了的单线图，图中只需要画出与计算短路电流有关的元件以及它们之间的连接，并在各元件旁注明它们的参数,为了计算方便,图中按顺序编号，计算电路图中各元件的接线方式，应根据电气装置的运行方式和计算短路电流的目的决定。设计继电保护装置时，要计算电气装置或整个电力系统在不同运行方式时的短路电流，这些都应在计算电路图中反映出来。短路时，同步补偿机和同步电机也向短路点共给短路电流，在计算电路图中应把它看作附加的电源，在距离较远和同步电动机的总功率在1000KVA以下时，对短路电流影响较小，可不予考虑，计算电路图中可能有几个用变压器联系起来的电级，在使用计算中，为了计算方便,各电压级均用与之相60 应的平均额定电压代替，并注明在计算电路图中母线上，平均额定电压见下表：额定电压（KV）50033022011060351513106平均电压（KV）525346230115633715.7513.810.56.32、等值电路图由于短路电流是对各短路点分别进行计算的，所以等值电路图必须按照指定的各短路点参照计算电路图分别做出，等值电路中各元件用它的等值电抗标么值表示,并注明元件的顺序编号，横线下表示电抗标么值。在画某一短路点的等值电路图时，只需表示该点短路时短路电流所通过的元件的电抗。3、短路回路总电抗的计算先求出各元件的电抗，再算出该元件的平均额定电压的标么值，根据所求得的各元件电抗标么值便可做出等值电路图，利用网络化简规则求出总电抗的标么值。60 第二节短路计算说明因为短路计算主要用于设备的选择及校验，因此选择三相对称短路作为分析计算，本变电站设计分两种情况进行分析计论：一、10KV母线上的母联断路器合闸运行;二、10KV母线上的母联断路器分闸运行。以下分别进行讨论分析。一、10KV母线的母联断路器合闸运行1.计算电路图如下：选择k1,k2,k3作为短路点分析计算。计算各元件的标么值，（Sb=100MVA。Ub=Uav）由原始材料已知可得X1*=0.094X4*=0.1199变压器的标么值计算:60 X3-1=X2-1=0.125X3-2=X2-2=-0.0083X3-3=X2-3=0.0667同步调相机的电抗标么值计算：2、K3点短路分析（1）K3点发生短路时其等值电路图如下：图一中A，B为等电位点，所以经变换得图二60 图(二)经化简得:根据图三可求出短路回路总的电抗标么值：X∑*=0.0853根据图三算出:当K3点发生短路时，60 流过两个变压器低压侧出线的短路电流及两个同步调相机出线的短路电流分别为：短路容量:短路冲击电流:根据主变1#，2#低压侧10KV出口断路器的额定开断电流容量,考虑在低压侧10KV出口断路器前串联一个电抗器，其型号选择如下：①最大负荷电流的计算由原始资料科知10KV侧4回，每回出线最大输送容量2MVA，站用电容量按站用电变压器容量考虑630×2KVA。同步调相机额定电流为788A.∴最大负荷电流：∴所选择限流电抗的额定电压为：10KV,额定电流为：3000A②电抗器百分电抗值的选择变压器10KV出口短路器容量按750MVA考虑∴X∑"==0.16∴电抗器电抗标么值:∴选型为NKL-10-3000-12的水泥柱式电抗器,所选限流电抗基准标么值为:加入限流电抗器后等值电路为60 根据图(四)化简可得:短路冲击电流和短路容量:短路全电流最大有效值:③电抗器校验:60 a、动稳定校验,该电抗器动稳定电流为100.1KA,大于三相冲短路击电流92.49KA,故动稳定合格.b、校验短路时母线的残余电压合格c、校验正常运行时电压损耗:合格根据图五可得∴故加入限流电抗器后K3点短路时,两变压器低压侧10KV出线与两同步调相机出线的电流分别为:变压器低压侧10KV出线上的短路冲击电流为34.267KA,同步调相机出线的短路冲击电流为11.976KA，则出口断路器能够满足要求。3、K1点短路分析等值电路图如下:化简可得:60 继续化简可得:4、K2点短路分析K2点短路时等值电路图如下:60 经化简可得：∴∴5、短路计算成果表()短路点基准电压(KV)基准电流(KA)短路冲击电流(KA)短路电流(KA)短路容量(MVA)短路全电流最大有效值(KA)公式K12300.25110.7484.2511643.2356.365K21150.50220.888.191631.2512.367K310.55.49992.4936.269659.5954.766二．10KV母线的母联断路器分闸运行1、计算电路图如下:60 10KV母线分段运行，在此选K1点为短路计算点分析讨论：2、等值电路图及化简(见附录Ⅰ)总电抗的标么值:∴短路电流的标么值:∴又∵前面分析中设置了限流电抗器。∴在分段运行时，10KV母线上发生三相对称短路时的短路电流为：∴∵在两台主变压器低压侧10KV出线上都串有一台限流电抗器。∴10KV母线上发生三相短路电流应该小于21.143KA。根据以上数据分析，10KV母线上可以分段运行.60 第三章导体和电器的选择设计第一节总则一、一般规定导体和电器的选择设计，同样必须执行国家的有关技术政策，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余地，以满足电力系统安全运行的需要，对导体和电器选择设计规定简述如下：1.一般原则<1>应满足正常行，检修，短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。<2>应按当地环境条件检验。<3>应与整个工程的建设标准协调一致，尽量使新老电器型号一致。<4>选择导线时应尽量减少品种。<5>选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠试验数据，并经主管部门鉴定合格。2.有关的几项规定：导体和电器应按正常运行情况选择，按短路条件验算其动稳定和热稳定，并按环境条件校核电器的基本使用条件：<1>在正常运行条件下，各回路的持续工作电流，应按有关规定进行计算。<2>验算导体和电器用的短路电流，按下列情况进行计算：①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，元件的电阻都略去不计。②在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。③在变电所中，应考虑如果安有同步调相机时，应将其视作附加电源，短路电流的计算方法与发电机相同。④对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点，对带电抗器的6—10KV出线的计算点，除其母线隔离开关前的引线和套管应选择在电抗器前外，其余导线和电器宜选择在电抗器之后<3>验算导体和110KV以下电缆短路热稳定时，所用的计算时间，一般用主保护的动作时间加相应在的断路器全分闸时间，如主保护有死区时，则采用能对该处死区起作用的后备保护动作时间，并采用相应处的短路电流值。电器和110KV及以上充油电缆和短路电流计算时是，一般须用后备保60 护动作时间加相应的短路器全分闸时间。<4>导体和电器的动稳定，热稳定以及电器开断电流，可按三相短路验算，若发机出口两相短路或中性点直接接地系统，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，则应按严重情况验算。<5>环境条件：选择导体和电路时，应按当地环境条件校核，当气温、风速、湿度、污秽、海拔、覆冰等环境条件超出一般电器的基本使用条件时，应通过经济技术比较分别采取下列措施：①向制造部门提出补充要求，订制符合该环境条件的产品。②在设计或运行中采取相应的防护措施，如采用屋内配电装置、水冲洗、减震器等。二、按额定电压选择的要求是：要求设备的额定电压不低于设备安装地点的电网的额定电压，由于线路供电端额定电压比受电端额定电压高10-5%,因此设备必须能够长期承受这个电压值，电器能够长期承受的最高电压称为最高工作电压，对220KV及以下设备其最高工作电压额定电压高15%，330及500KV设备的最高工作电压比额定工作电压高10%，由此可知，只要设备的额定电压不小于该处电网的额定电压，其最高工作电压不小于该处电网的额定电压，其最高工作电压一定能满足电网首端电压要求。三、按额定电流选择的要求是：设备的额定电流不小于流过设备的最大长期负荷电流，当周围介质的温度不等于规定值时，设备的容许电流应进行修正。四、短路热稳定校验的要求是：导体的最高短时温度不大于短时允许最高温度，对于电器来说，是短路电流热脉冲不大于电器允许的热脉冲t,是t秒钟的热稳定电流。和t值可由电器的铭牌或手册中查出。五、校验动稳定校验的要求是：对导体(母线)来说，其中通过三相短路冲击电流时产生的应力不小大于材料的允许应力，对于电器来说，是通过它的三相短路冲击电流不大于它的最大允许动稳定电流。60 第二节母线的选择设计一﹑母线材料的选择配电装置中所用母线材料有铜、铝、钢三种，铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，但铜的贮量少，价格贵，一般不建议采用，只在空气中有腐蚀性气体的户外配电装置中才用，铝的电阻率较高，较易腐蚀，但贮量多，价格便宜，广泛用作配电装置中的母线，钢的电阻率更大，还有很大的磁滞损耗和涡流损耗，但它的优点是机械强度高和价格便宜，通常用于高压小容量电路，工作电流不大于300—400A的低压电路以及直流路中，本设计中的母线均选铝质材料。二﹑母线截面形状选择要求母线的截面形状应使集肤效应小，散热良好，机械强度高，安装简单和连接方便，实际上常采用的母线截面形状有圆形、矩形(单条、双条、三条的)、管形、双槽形等圆形母线只适用于小功率的电气装置中，矩形母线常用于35KV及以下的户内配电装置中，为了增大散热面面积，减小集肤效应，应兼顾机械强度。矩形母线的边比通常是1/12—1/15,为避免集肤效应过大，单条母线的截面积不应大于1000—1200㎜2。当单条矩形的最大容许电流不满足要求时可采用两条矩形母线，条间的距离一般取为一条母线的厚度，以保证散热良好，当工作电流更大时，可采用三条矩形母线，当每相有三条矩形母线时，中间一条中的电流占总电流的20%，两边的每条占总电流的40%,可见母线材料的利用率低，通常不宜采用每相有四条以上的矩形母线。在工作电流很大的装置中，可采用双槽形母线和管形母线，双槽形母线集肤效应较小，散热面大，机械强度高，适用于工作电流很大(4000—8000A)。短路电流也较(150kA及以上)大的场合，管形母线的机械强度大，但内表面的散热条件差，如果管内采用通风冷却或通水冷却，其载流能力可较普通母线提高几倍或几十倍，管形母线多用作绝缘封闭水内冷母线作为巨大容量发电机的连接线，硬管及软管母线也可用于户外高压配电装置中，本设计中220KV、110KV母线形状选管型，10KV母线选矩形母线。三﹑220KV母线选择根据本变电站的设计资料知道220KV母线上所有负荷出线容量为790MVA，每台主变压器容量比为100/100/50，所以母线所通过的功率为790＋100×2＝990MVA。由此推出最大工作持续电流为。　　　　　　　1.按经济电流密度选择母线截面积：最大负荷利用小时数Tmax＝5000h60 。查手册可得导体的电流密度J取0.775。所以导体截面积固母线型号选择Φ130/116的铝锰合金管形导体。2.校验：（1）热稳定校验：Si>Smin导体最小允许截面:式中:I∞-----稳态短路电流.(A)C-----热稳定系数.(取:87)tdz----短路电流等值时间.(S)tdz=tz+0.05β″由计算时间t可查表查出短路电流周期分量等值时间tz，取β″=1根据短路电流计算时间t＝4S，查出tz=3.5S,所以tz=3.5+0.05×1=3.55S,,Si＞Smin，满足要求.（2）动稳定校验:(硬铝最大允许应力、69×106Pa)母线单位长度所受的作用力有:①短路电动力：　式中：α---相间距离,取(3m)ich---短路冲击电流.(10748A)　　　　β---振动系数.取(1)②最大风压力:式中：α---风速不均匀系数,(取α=1)K---空气动力系数(取K＝1.2)D---管型母线外径(D=0.13m)　　　　V---风速(m/s)取V＝10m/s③自重：　　式中：S---管形母线截面(m2)(2705mm2)r---比重(取r=2.7)60 220KV母线设计跨距L＝10m,所以一个跨距的母线受的合力为:220KV母线长度为90m，跨数N设计9跨，所以受到的最大应力为:式中:W---截面系数,取W=79cm3满足要求.四﹑110KV母线选择110KV母线材料选择铝锰合金管，采用支柱绝缘子支持水平排列，根据变电站设计资料可以知道110KV母线上所有负荷容量为190MVA，每台主变压器容量比为100/100/50，所以母线所通过的功率为190＋50×2＝290MVA。最大工作持续电流:最大负荷利用小时数:Tmax＝3000h根据导体经济电流密度曲线查得经济电流密度J＝1.07.1、按经济电流密度J选择导体截面　,母线型号选择Φ80/72mm的铝锰合金管.2.校验：（1）热稳定校验：Si>Smin导体最小截面:,式中:C---热稳定系数,取C=87,tdz=tz+0.05β″,取,根据110KV短路电流计算时间t＝3S查出tz＝2.55S，tdz＝2.55+0.05×1=2.6S,Si＞Smin，满足要求.（2）动稳定校验：(硬铝最大允许应力、69×106Pa)母线单位长度所受到的作用力有：①短路电动力：　式中：α---相间距离,取(1.6m)ich---短路冲击电流.(20880A)　　　　β---振动系数.取(1)z60 ②最大风压力:式中：α---风速不均匀系数,(取α=1)K---空气动力系数(取K＝1.2)D---管型母线外径(D=0.08m)　　　　V---风速(m/s)取V＝10m/s③自重：　　式中：S---管形母线截面(m2)(954mm2)r---比重(取r=2.7)110KV母线设计跨距L＝10m,所以一个跨距的母线所受的合力为:110KV母线长度为72m，跨数N设计8跨，所以受到的最大应力为:式中:W---截面系数,取W=17.3cm3满足要求.五﹑10KV母线选择根据设计资料可以知道10KV母线上的最大负荷容量为8.63MVA,两个同步调相机的额定电流为788A.最大工作持续电流:1.按最大持续工作电流选择母线截面S应满足式中:K0---温度修正系数,取K0=1Iy---相应于某一母线布置方式和环境温度为+250C时的导体允许载流量.选择矩形母线型号为125×10mm的铝导体,竖放。Iy＝2.179KA，满足这个要求.2.校验：　（1）热稳定校验:Si>Smin所选母线截面Si＝1250mm2，根据热稳定决定的导体最小截60 面:　式中:I∞=36.269KA,热稳定系数C取87,10KV短路电流计算时间tz取3S，则tdz由前面计算可知tdz=2.6s　　所以:Si>Smin满足要求.（2）动稳定校验:(硬铝最大允许应力、69×106Pa),10KV母线跨距设计为L=1m,W---截面系数取W=0.167hb2=0.167×12.5×12=2.08cm3,相间距α=0.2m.满足要求.60 第三节断路器选择设计一﹑断路器的选择要求<1>断路器的额定电压应等于或大于电气装置的额定电压<2>断路器的额定电流应等于或大于通过断路器的长期最大负荷电流<3>选择断路器的类型：户内型、户外型、多油式、少油式、压缩空气断路器、六氟化硫断路器等<4>校验断路器的开断能力：断路器允许开断电流应等于或大于断路器实际开断时间的三相短路电流周期分量有效值。当短路电流非周期分量的初时不时大于周期分量的幅值的20%时，应向断路器制造厂家咨询断路器的开断性能或要求做补充实验。<5>校验断路器的动稳定：要求断路器允许的动稳定电流峰值应大于或等于流过断路器的三相短路冲击电流。<6>校验断路器热稳定：要求断路器t秒钟稳定电流It算出的允许热效应t大于或等于通过断路器的短路电流热脉冲.二﹑20KV侧断路器的选择1．220KV母线上的出线回路<一>、<二>回总和最大输送容量为250MVA，所以每回出线容量均不会超过250MVA，按250MVA考虑每回出线最大负荷电流为627A，选择户外SF6断路器型号为LW1―220。额定电压：220KV,额定电流2KA,额定开断电流31.5KA,动稳定电流80KA,热稳定电流34.5KA：4S.2．校验：　①电压:Ue=Ug=220KV合格②电流:Ig.max=627AIed=2KAIg.max﹤Ied合格③开断电流:Idt=4.215KAIedt=31.5KAIdt﹤Iedt合格④动稳定校验:合格⑤热稳定校验:合格三、110KV断路器选择1．110KV侧母线上每回出线容量都不超过100MVA。按100MVA考虑每回出线最大输送容量，则出线最大负荷电流不超过524A。选择户外SF6断路器型号为LW―110，额定电压为：110KV，额定电流为：2500A，额定开断电流31.5KA，动稳定电流125KA；热稳定电流3S:50KA2．校验：60 ①电压:Ue=Ug=110KV合格②电流:Ig.max=524AIed=2500AIg.max﹤Ied合格③开断电流:Idt=8.19KAIedt=31.5KAIdt﹤Iedt合格④动稳定校验:合格⑤热稳定校验:合格四、10KV断路器的选择1．10KV出线总的功率为8.63MVA，所以主变压器10KV出线仙的断路器选择时应按此功率考虑，则最大负荷电流为,初步选择户内少油断路器SN10－10Ⅲ。额定电压10KV。额定电流3000A额定开断电流40KA,动稳定电流125KA。热稳定电流3S：40KA.2．校验　：①电压:Ue=Ug=10KV合格②电流:Ig.max=2047AIed=3000AIg.max﹤Ied合格③开断电流:Idt=36.269KAIedt=40KAIdt﹤Iedt合格④动稳定校验:合格⑤热稳定校验:合格60 第三节隔离开关选择设计一、隔离开关选择要求（1）隔离开关的额定电压应等于或大于电气装置额定电压。（2）隔离开关的额定电流应等于或大于通过隔离开关的长期最大荷电流。（3）隔离开关的动稳定电流峰值应等于或大于通过隔离开关的三相短路冲击电流，当安装的6KV及以下隔离开关的相间距离小于产品规定的最小相间距离时，应向制造部门咨询该情况下允许的动稳定电流。（4）根据隔离开关容许的T秒钟热稳定电流IT所算得的容许热效应IT^2大于或等于通过陳禕关的短路电流热脉冲。二、220KV侧隔离开关选择1.由选择断路器时分析可知每回出线最大负荷电流I=627A，初步选择户外隔离开关型号为GW1-220，额定电压为220KV，额定电流1000A，动稳定电流83KA，热稳定电流4S：33KA。2.检验①电压:Ue=Ug=220KV合格②电流:Ig.max=627AIed=1000AIg.max﹤Ied合格③动稳定校验:合格④热稳定校验:合格三、110KV隔离开关选择1.由110KV断路器选择分析可知，每回出线最大负荷电流I=524A，初步选择户外隔离开关GW2-110KV，额定电流600以A，动稳定电流50KA，热稳定电流5S:14KA.2.检验①电压:Ue=Ug=110KV合格②电流:Ig.max=524AIed=600AIg.max﹤Ied合格③动稳定校验:合格④热稳定校验:60 合格四、10KV隔离开关选择1.由10KV断路器选择可知，最大负荷电流I=2074A，初步选择户内型隔离开关GN2-10/3000A，额定电压10KV，额定电流3000A，动稳定电流100KA，热稳定电流5S:70KA.2.校验①电压:Ue=Ug=10KV合格②电流:Ig.max=2074AIed=3000AIg.max﹤Ied合格③动稳定校验:合格④热稳定校验:合格60 第五节互感器的选择设计一、电流互感器的选择火电厂和变电所的电流感器的选择应符合<火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定>的要求，其选择和配置应按下列条件：⑴形式：电流以互感器的型式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，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。⑵一次回路电压Ue≥Ug，一次回路电流Ig.max≤Ie，电力变压器中性点，电流互感器的一次额定电流，应大于变压器允许的不平衡电流，一般可按变压器额定电流的30%选择，安装在放电间隙回路中的电流互感器，一次额定电流按100A选择。中性点非直接接地系统中的零序电流互感器应按下列条件选择和校验：①由二次电流及保护灵敏度确定一次回路起动电流①按电缆根数及外径选择电缆式零序电流互感器窗口直径③按一次额定电流选择母线式零序电流互感器母线截面⑶准确等级：电流以互感器准确等级的确定需先知电流互感器二次回路所接测量仪表和继电保护的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表计来选择。1.220KV电流互感器的选择220KV侧出线回路最大工作电流不超过627A，初步选择型号LB-220的电流互感器，额定电压220KV，额定电流2×600/5，准确级次0.5级，1秒钟热稳定电流倍数40，动稳定倍数100。①热稳定校验：，满足要求。②动稳定校验：，满路要求。60 2.110KV电流互感器选择110KV出线回路最大工作电流I=524A，初步选择电流互感器型号为LB3-110，额定电压110KV，额定电流2×300/5，准确级次0.5级，1秒钟热稳定倍数31，动稳定倍数53.5。①热稳定校验：，满足要求。②动稳定校验：，满路要求。3.10KV侧电流互感器选择主变10KV侧出线上的电流互感器选择：10KV最大工作电流为I＝2074A，初步选择电流互感器型号为LAJ-10，额定电压10KV，额定电流2000-6000/5，准确级次0.5级，1秒钟热稳定倍数50，动稳定倍数90。①稳定校验：，满足要求。②动稳定校验：，满路要求。10KV出线回路的电流互感器选择：10KV每回出线最大输送容量为2MVA，所以最大工作持续电流Imax=110A，选择电流互感器型号为LA-10，额定电压10KV，额定电流5-200/5，准确级次0.5级，1秒钟热稳定电流倍数90，动稳定倍数160。二﹑电压互感器选择电压互感器的选择和配置应按下列条件：（1）型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择：①2-20KV屋内配电装置，宜采用油绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。②35KV配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器。③110KV以上配电装置，当容量和准确等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。④SF6全封闭组合电器的电压互感器采用电磁式，在需要检查和监视一次回路单相接地时，3-20KV宜采用三相五柱式电压互感器，35KV宜采用具有第三绕组的单相电压互感器。60 （2）电压互感器一次额定电压应允许±10%的波动范围，二次电压应根据使用情况选择。（3）准确等级：电压互感器应在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定，在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准确等级的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确等级。（4）电压互感器二次负荷容量应大于或等于二次负荷的容量。①.220KV电压互感器选择220KV电压互感器选择型号为TYD-220/-0.0075uF，额定电压:初级绕组220/KV;二次级绕组0.1/KV，二次负荷20VA，准确级次0.5级。②.110KV电压互感器选择110KV电压互感器选择型号为TYD-110/-0.008uF，额定电压:初级绕组110/KV;二次级绕组0.1/KV，二次负荷200VA，准确级次0.5级。③.10KV电压互感器选择10KV电压互感器选择型号为JDZ×6-10，额定电压初级绕组10/KV，次级绕组0.1/KV，二次负荷50VA，准确等级0.5级。60 第六节引下线的选择设计一、220KV侧引下线的选择220KV出线回路最大工作持续电流为627A，按最大持续工作电流选择导线的截面S应满足Imax≤K0Iy，温度修正系数取K0=1，选择导线型号为LGJQ-300，长期允许的截流量Iy=690A，满足Imax≤K0Iy的要求。二、110KV侧引下线的选择110KV出线回路最大工作持续电流为524A，按最大持续工作电流选择导线的截面S应满足Imax≤K0Iy，温度修正系数取K0=1，选择导线型号为LGJ-240，长期允许的截流量Iy=605A，满足Imax≤K0Iy的要求。三、10KV引下线的选择10KV出线采用电缆经电缆沟引出，主变10KV引下线采用10K母线同样型号的矩形铝排穿墙进入10KV室内配电室。　　　　　　　　　　　　　　第七节支持绝缘子及穿墙套管选择设计一、220KV支持绝缘子的选择1.220KV支持绝缘子选择型号为ZS－220，额定电压220KV，绝缘子高度2000mm，机械破坏负荷3900N2.校验机械强度：满足要求。二、110KV支持绝缘子的选择1.110KV支持绝缘子的选择型号为ZS－110，额定电压为110KV，绝缘子60 度1200㎜，机械破坏负荷14700N。2.校验机械强度：满足要求。三﹑10KV支持绝缘子选择1.10KV支持绝缘子选择户内型ZND－10，额定电压10KV，高度168㎜，机械破坏负荷19600N。2.校验机械强度：母线立放时要求，是绝缘子底部的高度，，H是母线中心线距绝缘子底部的高度,b为母线底边缘距绝缘子上部的垫层厚度，取b＝10㎜，h为母线高度125㎜.满足要求。四﹑10KV穿墙套管选择1.10KV进线进入配电室的穿墙套管型号选择为CLD－10，额定电压10KV，额定电流3000A，套管长度620㎜，机械破坏负荷19600N。2．校验机械强度：绝缘子帽上所受的电动为一个跨距上电动力的一半，即为，此应力不大于绝缘子抗弯破坏负荷60%。满足要求。60 第四章防雷保护第一节直击雷防护一．概述在制订发电厂变电站的过电压保护方案时，必须严格执行《电力设备过电压保护设计技术规程》。为了防止雷直击变电所，本设计采用避雷针进行保护，避雷针与被保护物之间的距离应满足以下两个基本原则：（1）应使发电厂，变电所内所有被保护设备置于避雷针（线）的保护范围以内，以免遭受直接雷击。（2）当雷直击于避雷针（线）时会在避雷针（线）上产生很高的对地电压，所以必须采取措施防止反击发生，才能实现良好的保护，对于１１０ＫＶ及以上的变电所，由于电气设备的绝缘水平较高，在土壤电阻率不高的地区不易发生反击，因此一般允许将避难所雷针装设在配电构架上。（3）用避雷针进行直击雷保护时，应使需要保护的所有设备和建筑物都处于避雷针保护范围之内。在确定避雷针的位置及安装时，应满意下列规定的要求：（1）独立避雷针与被保护物之间应保护一定的空间距离，以免雷击避雷革时，引起反击事故，在一般情况下，空间距离不应小于５m，为了降低雷击避雷针时感应过电压的影响，在条件许可时，此距离宜适当增加。（2）避雷针的接地与被保护物体的接地体之间也应保持一定的地中距离，一般情况下不应小于３m。（3）35kＶ及以下的配电装置，因为其绝缘水平较低，故其架构或房顶不宜装避雷针，在变压器的门型构架上也不应装设避雷针、避雷线。60 （4）对60kＶ及以上配电装置，因电气设备或母线绝缘水平较高不易造成反击，为了降低在建设上的投资并便于布置，允许将避雷针装设在门型构架或房顶上，但不能装在主变压器的门型构架上。（5）独立避雷针不应设在经常通行的地方，距道路不应小于３m。（6）为防止雷击避雷针时，雷电波沿线路侵入室内，危及安全，凡照明线，广播线，天线或电话线等严禁架设在独立的避雷针上。（7）若利用独立避雷针构架安装照明灯时，照明灯电源线路必须采用铠装或铅包电缆或是穿入金属管的导线，并要直接理入地中１０m以上，然后才允许与35kV及以下配电装置的接地网相连接。一．避雷针的保护范围本变电站内设计装设四支避雷针，装设高度３５m，其具体位置(见防雷保护图)。变电站内被保护物体最大高度12.1m，在12.1m高度的水平面上单根避雷针保护半径为Ｒx＝（1.5Ｈ－２Ｈx）P式中：Rx－－避雷针在高度Ｈx水平面上的保护半径（m）Hx――被保护物体高度（m）H――避雷针高度（m）P――高度影响系数两支避雷针的保护截面图见（防雷保护图）。两只避雷针间保护范围上部边缘最低点的高度，D表示两避雷针间的距离，AB两针间m,同理可算出：BC两针间h0=23mCD两针间h0=25.8mAD两针间h0=19.6mAC两针间h0=17mBD两针间h0=20m两只避雷针间保护范围一侧的最小宽度,当任意两支避雷针满足时，就可以说明，A、B、C、D组成的四角形范围内都能够受保护，详见（防雷保护图）。AB两针间m,同理求出：60 BC两针间CD两针间AD两针间AC两针间BD两针间经过以上数据分析，都满足，所以该避雷针的布置方案满足设计要求。第二节雷电过电压的防护一、概述变电站的雷电过电压，主要是侵入雷电波过电压，也就是线路上的直击雷或感应雷过电压行波沿导线传导至变电所，由于变配电所有大量的配电设备，侵入雷电波过电压对这些设备的绝缘构成了威胁，由雷电过电压行波行至变电所后，传输通道的特性发生变化，最明显的变化就是电气设备的波阻抗与传输线路的波阻抗不一致，使波的行为复杂化，再由于避雷针动作前后对过电压行波产生的不同作用，更使问题变得复杂化，因此对变配电所过电压及其防护的精确计算工是一个极为复杂的问题，因此这里化作定性的讨论。二、避雷器避雷器的作用是限制过电压以保护电器设备，它实质上是一个放电器，当雷侵入波或操过过电压超过某一电压值时，避雷器将先于与其并联的被保护设备放电，使过电压值被限制，从而使电气设备得到有效保护。1、对避雷器的基本要求：对于大接地电流系统，只要有一相存在工频续流，就相当于单相短路对于小接地系统，若两相或三相同时存在工频续流，则相当于相间短路，因此避雷器必须切断工频续流以消防工频短路，才能保证系统迅速恢复正常运行，因此，对避雷器有以下基本要求：（1）在过电压作用下，避雷器应该先于被保护设备放电，这主要靠两者之间的伏秒特性配合来实现。60 （2）避雷器应具有一定的熄弧能力，以使在工频续流第一次过零点时就能够迅速地切断工频续流。2、各种避雷器的主要应用场合（1）保护间隙和管式避雷器的作用是限制线路上的雷电过电压，主要用于线路的过电压保护，保护间隙主要用10KV以下低压配电网线路的保护，管式避雷器主要用于发电厂、变电站进线段保护。（2）阀式避雷器和金属氧化物避雷器主要用于发电厂和变电站中的过电压保护。3、为了使避雷器可靠地保护设备，首先必须满足以下条件：（1）避雷器的伏秒特性应能与被保护设备配合，在任何过电压波形下，避雷器伏秒特性都应在被保护物绝缘伏秒特性之下。（2）避雷器的残压要低于被保护设备的冲击击穿电压。根据上面的讨论可知，一般采用阀式或金属氧化物避雷器对变电站设备进行保护，避雷器一般安装在母线上，应昼靠近变压器和其他设备，避雷器与所有被保护设备的电气距离均不能超过其最大允许值，若不能满足要求，则应增设避雷器，本设计220KV侧、110KV侧采用阀式避雷器，10KV侧采用氧化锌避雷器。4、变电站的进线段保护进线段保护是指在进入变电站有1—2km这一段架空线路上加强防雷措施，因此将这段线路称为进线段。进线段保护的目的，一是要降低雷电流幅值，二是要降低雷电波陡度，因阀式避雷器的通流容量是有限的，且残压与电流大小相关，因此减少雷电流幅值很有必要，而被保护设备上电压高出避雷器的部分与雷电波陡度成正比，或者说保护最大允许距离与雷电波陡度成反比，因此降低雷电波陡度是有好处的。二、避雷器的选择1、阀式避雷器选择的主要求参数如下：（1）额定电压：指与避雷器安装处电力系统电压等级的额定电压，避雷器只能安装在与其额定电压相应的电压等级上。（2）灭弧电压：60 为保证工频续流电弧在每一次过零时间靠熄灭，所允许加在避雷器上的最高工频电压，避雷器的灭弧电压应大于其安装处相导体上可能出现的最高工频电压，这个可能出现的最高工频电压与系统中性点，运行线，不正常运行或故障类型等有关，当系统处于正常运行状态下发生过电压使避雷器动作时，避雷器状在相电压下灭弧，若避雷器动作时系统内同时有不对称短路，则全相的对地电压有可能高于相电压，这时避雷器就必须在高于相电压的条件下灭弧。（3）工频放电电压：指能使避雷器发生放电的工频电压下限值范围，工频你放电电压的取值应有一定的确范围，工频放电电压与冲击放电电压相关，工频放电电压过高，意味着冲击放电电压也高，将使避雷器的保护性能变差，工频放电电压又与灭弧电压相关，工频带放电电压过低，将使避雷器灭弧电压也低，导致不能可靠切断工频续流，另外普通阀式避雷器不允许内部过电压动作，工频放电电压过低意味着避雷器可能在内部过电压下动作，导致避雷器因流过持续的短路电流而发生爆炸，或断路器跳闸，因此规定：在中性点不接地系统中，避雷器工频放电电压应高于系统最大工作相电压3.5倍，而在中性点直接接地系统中，工频放电电压应高于系统中最大工作相压电压3.0倍。（4）冲击放电电压：指在标准冲击波作用下避雷器的放电电压，冲击放电电压低于被保护设备绝缘在同样冲击波形作用下的冲击击穿电压，我国生产的避雷器，其冲击放电电压与5KA（330KV以上为10KV）下的残压基本相等。（5）残压：指冲击放电电流通过避雷器时在阀片电阻上产生的电压降，我国现行标准规定：通过避雷器的额定雷击冲击电流，220KV及以下系统取5KV，330KV及以上系统取为10KA，其波形统一取为8/20us，（波头时间/波尾时间），因此避雷器的残压都是统一指在上述标准电流作用下阀片电阻上的压降，避雷器是通过放电来限制过电压的，残压表明了它能将过电压限制在何种程度，换句话说，对被保护设备，即使避雷器可靠动作，设备上也要承受大小等于残压的那么一个电压，因此残压越低越好。（6）保护比：避雷器残压与灭弧电压幅值之比，保护比小，说明残压低，灭弧电压高。60 （7）切断比：避雷器工频放电电压下限与灭弧电压幅值之比，切断比是表明火花间隙，灭弧能力的一个技术指标，流值越趋向于1，说明火花间隙的灭弧能力越强。以上各参数中，前五个为基础指标参数，后两个为导出指标。2、选择避雷器型号参数：型号额定电压（kV）灭弧电压工频电压冲击放电电压峰值小于(kV)FCZ3-220J220200340≤Ug≤390520FCZ3-110J110100170≤Ug≤195250YC-101012．726≤Ug≤314560 第五章继电保护及自动装备配置第一节概述继电保护与自动装置是电力系统的重要组成部分，确定电力网结构，厂站主接线和运行方式时，必须与继电保和安全自动装置的配置统一考虑，合理安排。继电保护和安全自动装置的配置方式要满足电力网结构和厂站主接线的要求，并考虑电力网和厂站运行方式的灵活性。对导致继电保护和安全自动装置不能保护电力系统安全运行的电力网结构形式，厂站主接线形式，变压器接线方式和运行方式，应限制使用。继电保护和安全自动装置应符合可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，当确定其配置和构成方案时，应综合考虑以下几个方面：1、电力设备和电力网结构特点和运行特点。2、故障出现的概率和可能造成的后果。3、电力系统的近期发展情况。4、经济上的合理性。5、国内和国外的经验。应根据审定的电力系统设计或审定的系统接线图及要求，进行继电保护和安全自动装置的系统设计，在系统设计中，除新建部分外，还应包括对原有系统继电保护和安全自动装置不符合要求部分的改造设计，为了便于运行管理和有得于性能配合，同一电力网或同一厂站内的继电保护和安全自动装置的型式，不宜品种过多。60 第二节继电保护的一般规定电力系统中的电力设备和线路应装设短路故障和异常运行保护装置，电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要可再增设辅助保护。主保护是满足系统稳定和设备有选择的切除被保护设备和线路故障的保护。后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，后备保护可分为远后备的近后备两种子选手方式，远后备是当主保护或断路器拒动时，由相邻电力设备或线路的保护来实现的后备，近后备是当主保护拒动时，由本电力设备或线路的另一套保护实现后备的保护，是当断路器拒动时，由断路器失灵保护来实现的后备保护。辅助保护是为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行增设的简单保护。异常运行保护是反应被保护电力设备或线路异常运行状态的保护。继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求：（1）可靠性：是指保护该动作时应动作，不该动作时不动作，为保证可靠的元件和尽可能简单的回路构成的性能良好的装置，并应具有必要的检测，闭锁和双重化等措施，保护装置应便于整定、调试和运行维护。（2）选择性：是指首先帮故障设备或线路本身残志不残的保护切除故障，当有故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备、线路的保护或断路器失灵保护切除故障。为了保证选择性，对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合的两个元件，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。当重合于本线路故障或在非全相运行期间又发生故障时，相邻元件的保护应保证选择性，在重合闸后加速的时间内以及单相重合闸过程中发生区外故障时允许被加速的线路保护无选择。在此条件下必须加速切除短路时，可使保护无选择性动作，但必须采取补救措施。60 （3）灵敏性：是指在设备或线路的被保护范围为发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，灵敏系数应根据不利正常运行方式的故障类型计算。（4）速动性：是指保护装置应能尽快切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备或线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果。保护用电流互感器的稳态比误差不应大于10%，必要时还应考虑暂态误差，对35KV及以下电力网，当技术上难以满足要求，且不致使保护不正确动作时，才允许较大的误差。原则上，保护装置与测量不共用电流互感器的二次绕组，当必须共用二次绕组时，仪表回路应通过中间电流互感受器或试验部件连接，当采用中间电流互感受器时，其二次开路情况下，保护用电流互感受器的稳态比误差仍应不大于10%。在电力系统正常运行情况下，当电压互感受器二次回路断线或其他故障能使保护误动作时，应装设断线闭锁或采取其他措施，将保护装置解除工作并发出信号，当保护不致误动作时，应设有电压回路断线信号。第三节电力变压器保护一、变压器可能发生的故障和不正常运行方式：用于220KV变电站的电力变压器每组容量在60-750MVA属于大型变压器，是电力系统中的重要电气设备，电力变压器故障对电力系统和用户影响都很大，因此必须对大型电力变压器配置完善的保护装置，在出现阶段危及变压器安全的不正常运行状态时，能及早的发出信号或切除变压器，防止故障的发生，发生故障时，能尽快的切除变压器，使故障造成的损失减少到最小，使故障后的变压器更容易修复，电力变压器可能发生的故障和不正常运行的方式可分为三种类型。1、变压器内部的各种短路故障：（1）各侧绕组相间短路故障。（2）中性点直接接地绕组的单相短路。60 （3）各侧绕组的匝间短路。变压器内部的各种短路半将产生电弧,引起主绝缘烧毁,绝缘油分解,内压增大,有可能引起油箱爆炸起火,因此,对于变压器内部故障应尽快地切除。2.变压器附属设备故障引起的不正常运行：（1）变压器冷却系统故障引起变压器温升高,绕组及铁芯过热.（2）高压开关系统故障引起的局部绕组过热,调压开关灭弧机构不良引起内部故障.（3）变压器铁芯局部过热,甚至产生电弧,引起绝缘油分解.（4）漏油引起的油面下降.（5）变压器油质不正常,主要表现在含水量超过规定值,或烯性气体超过规定值以及化学成份的比例超过规定值等.3.外部短路引起的变压器过电流.二、变压器保护装设的原则根据《继电保护和安全自动装置技术规程》GB14285-93,220KV-500KV电力变压器配备下列继电保护装置.（1）反应变压器油箱内部各种故障和油面下降的瓦斯保护,重瓦斯保护和轻瓦斯保护,重瓦斯保护动作于跳闸,高压开关也应装设瓦斯斯保护.（2）为保护变压器引线套管以及内部各种短路故障,应装设从开关差动保护,纵联差动保护应瞬时动作并跳开变压器各侧断路器.为提高330KV以上大型变压器差动保护的可靠性,差动保护可采用双重化配置,双套差动保护可采用相同原理也可采用不同原理.（3）为保护变压器外部相间短路,并作为变压器内部相间短路故障的后备,应装设相间故障后备保护,因220-500KV变压器外部及内部相间短路的机率较少,帮相间后备保护应简化配置,首先应考虑采用简单的过电流保护作为相间故障后备,当灵敏度不够时应加低电压或复合电压启动回路,过电流保护不能满足灵敏度和配合要求时应考虑装设阻抗保护.（4）60 220-500KV变压器高压侧和500KV变压器的220KV侧为中性点直接接地系统,应装设单相接地短路保护,作为变压器内部和外部单相接地故障的后备保护.220KV变压器的中压侧和低压侧.500KV变压器的低压侧为中性点,非直接接地系统时,应装设单相接地保护,动作于信号或跳闸.（5）装设反应变压器各侧绕组过负荷保护动作于信号.（6）500KV变压器应装设反应变压器铁芯磁通密谋的过励磁保护，以轻度过励磁时发出信号，在严重励磁时切除变压器。（7）变压器应装设下列辅助保护①冷却系统故障，油温升高超过允许值时，应动作于信号或跳闸。②变压器绕组温度过高，超过允许值时，应动作于信号或跳闸。③有载高压变压器，调压系统故障应动作于信号或跳闸。④变压器油箱的压力释放装置故障，应作于信号或跳闸。本变电站内主变的保护配置详（见保护配置图）第四节自动重合闸配置一、装设重合闸的规定自动重合闸装置应按下列规定装设：（1）5KV及以上的架空线路的电缆车与架空混合线路，在具有断路器的条件下，如用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置。（2）旁路断路器和兼作旁路的母线联络断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置。（3）低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置。（4）必要时，母线故障可采用母线自动重合闸。二、使用重合闸的不利影响在采用重合闸以后，当重合于永久性故障上时，它也将带来一些不利的影响，如：（1）使电力系统又一次受到故障的冲击，并可能降低系统并列运行的稳定性。60 （2）使断路器的工作条件变得更加严重因为它要在很短的时间内，连续切断两次短路电流。这种情况对于油断路器必须加以考虑，因为在第一次跳闸时，由于电弧的作用已使油的绝缘强度降低，在重合后第二次跳闸时，是在绝缘已经降低的不利条件下进行的，因此，油断路器在采用了重合闸以后，其遮断容量也要有不同程度的降低（一般约降低到80%左右）。因而，在短路容量比较大的电力系统中，上述不利条件往往限制了重合闸的使用。因此，能够判断是瞬时性故障或永久性故障，以及检测消弧情况的自适应重合闸的研究具有重要意义。目前这一技术已趋于成熟已开始在电力系统中试运行。例如在中性点经消弧线圈接地的电网中，用微机自适应重合闸即可根据消弧线圈中电流的大小判断弧光熄灭的情况，从而自动调整重合时间。三、对自动重合闸装置的基本要求1．重合闸不应动作的情况（1）由值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时。（2）手动投入断路器，由于线路上有故障，而随即被继电保护将其断开时。因为在这种情况下，故障是属于永久性的，它可能是由于检修质量不合格、隐患未消除或者保安的接地线忘记拆除等原因产生的，因此再重合一次也不可能成功。（3）除上述条件外，当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后，重合闸均应动作，使断路器重新合闸。2．重合闸的起动方式为了能够满足第1项所提出的要求，应优先采用由控制开关的位置与断路器位置不对庆的原则来起动重合闸，即当控制开关在合闸位置而断路器实际上在断开位置的情况下，使重合闸起动，这样就可以保护不论是任何原因使断路器跳闸以后，都可以进行一次重合。当用手动操作控制开关使断路器跳闸以后，控制开关与断路器的位置仍然是对应的。因此重合闸就不对起动。在某些情况下（如使用单相重合闸时），当利用保护装置来起动重合闸时，由于保护装置动作很快，可能使重合闸来不及起动，因此，必须采取措施（如用自保护回路、记忆回路等），来保证重合闸能可靠动作。（1）自动重合闸的动作次数60 自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。如一次式重合闸就应该只动作一次，当重合于永久性故障而再次跳闸以后，就不应该再动作；对二次式重合闸就应该能够动作两次，当第二次重合于永久性故障而跳闸以后，它不应该再动作。在任何情况下，例如装置本身的元件损坏，继电器触点粘住或拒动作等，重合闸均不应使断路器多次地重合到永久故障上去。（2）自动重合闸的复归方式自动重合闸在动作以后，应能自动复归，准备好下一次再动作。但对10KV及以下电压的线路，如当有值班人员时，为简化重合闸的实现，也可以采用手动复归方式。采用手动复归的缺点是，当重合闸动作后，在值班人员未及时复归以前，而又一次发生故障时，重合闸将拒绝动作，这在雷雨季节，雷害活动较多的地方尤其可能发生。（3）重合闸与继电保护的配合自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好地和继电保护相配合，加速故障的切除。如用控制开关手动合闸并合于永久性故障上时，也宜于采用加速继电保护动作的措施，因为这种情况与实现重合闸后加速的要求是完全一样的。当采用重合闸后加速保护时，如果合闸瞬间所产生的冲击电流或断路器三相触头不同时合闸所产生的零序电流有可能引起继电保护误动作时，则应采取措施（如适当增加一延时）予以防止。（4）对双侧电流线路上重合闸的要求在双侧电源的线路上实现重合闸时，应考虑合闸时两侧电源间的同步问题，并满足所提出的要求。（5）闭锁重合闸①自动重合闸装置应具有接收外来闭锁信号的功能。②当断路器处于不正常状态（例如操作机构中使用的气压、液压降低等）而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。本变电站的继电保护设计在此仅做了简单的阐述。（见保护配置图）60 (附录Ⅰ)化简可得:60 60 60 60 参考文献1.《发电厂变电所电气部分》主编:李学博西北工业大学出版社.2.《电力系统继电保护》(增订版)主编:贺家李、宋从矩中国电力出版社.3.《供配电系统》主编:雍静机械工业出版社.4.《安全用电》主编:苏景军、薛婉瑜中国水利水电出版社.5.《220～500KV变电所设计技术规程》6.《中国电力百科全书》中国电力出版社.7.《毕业设计指导书》四川某学院.内部资料仅供参考9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^G89AmUE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z8vG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNuGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89Amv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz84!z89Amv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$U*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNuGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazad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