变电站一次侧设计

电子与信息工程学院

课 程 论 文

论文题目 变电站电气一次设计的初步研究 课程名称 电气工程基础 学生姓名 学 号

2012年6月

摘要

提高电网的供电可靠性，变电站起着十分重要的作用。对变电站电气一次设计中的部分技术问题。包括变电站主接线、电气平面布置和主变压器的选择提出了一些技术设想，可为其他工程设计提供借鏊和参考。

关键词：主接线；电气设备；变电站电气设计

Abstract

Improving the reliability of power supplying, substation play a very

important role.. On the electrical substation design of some technical problems in. Including electrical substation main wiring, the layout and the selection of main transformer and puts forward some technical assumptions, for other engineering design provides the reference and reference.

Key word: Main wiring; electrical equipment; electrical substation design

1 变压器的选择

1.1调压方式的选择

变压器的电压调整是用分接开关切换的分接头，从而改变变压器的变比来实现的。切换方式有两种：不带负荷切换称为无励磁调压，调整范围通常在±5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压调整范围可达30%。设置有载调压的原则：

（1）对于220KV及以上的降压变压器，仅在电网电压可能有较大的变化的情况下采用有载调压。

（2）对于110KV及以下的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。

1.2 自藕变压器的选择

（1）用作联络变压器时，其高中压侧功率交换很大，而且方向不定其第三绕组一般备用。由于正常运行高中压侧的功率交换要求高，中压绕组间的阻抗小所以采用降压型自藕变压器。

（2）用作降压变压器时，220KV及以上的变电站中主变压器一般选择自藕变压器。

（3）在电力系统中采用自藕变压器后，自藕变压器的中性点必须直接接地，或经小阻抗接地。以免高压网络发生单相接地时，自藕变压器中压绕组出现过电压。

根据以上原则结合本变电所设计任务书的要求，对本变电所的主变进行选择。由于设计任务书已明确给出了要求采用两台型号完全相同的三相自藕变压器，其调压方式为有载调压，容量给出为31500KVA。因此，本次设计就省去了负荷的计算，使对变压器容量选择的工作量有所减少。根据《电力变压器手册》查得选用OSFPSZ-31500/220型号的自藕变压器。 自藕变压器参数 额定容量 31500KVA 空载损耗

型 号 OSFPSZ- 电压等级 高 中 低 高 短路电压百分比 中 低 18-24% 制造商 31500/220 220 121 6.3 负载损耗 短路电流百分 8-10% 28-34% 比容量分配

32KW 121KW 0.9% 100/100/50 沈变 变电站符合下列条件之一时，宜安装两台及以上变压器： a)有大量一级负荷或虽为二级负荷，但从保安角度(如消防等)考虑； b)季节性负荷变化较大时； c)几种负荷较大时。

在下列情况下，变电站可设置专用变压器：

a)当动力和照明采用共用变压器严重影响质量及灯泡寿命时，或在电源系统不接地或经阻抗接地，电气装置外露导电体就地接地系统的低压电网中，应设照明专用变压器；

b)当季节性的负荷容量较大时(如大型民用建筑的空调冷冻机等负荷)，或出于功能需要的某些特殊设备(如容量较大的电焊机)时，可设专业变压器； c)接线为YynO的变压器，当单相不平衡负荷引起的中性线电流超过变压器低压绕组额定电流的25％时，或单台单相负荷较大时，宜设单相变压器； d)冲击性负荷较大严重影响电能质量时，可设冲击负荷专用变压器。

1.3主变压器台数的确定

对于城网变电站中一般配有2台或多台主变压器，当其中一台变压器出现故障时，可以将其负荷自动转移至正常运行的变压器。对于一座变电站，在满足相同的供电能力和供电可靠性的前提下。安装两台或三台变压器哪个方案更合理，如何选择合适的主变压器台数，需要根据城区供电条件、负荷性质及运行方式等条件，从经济和技术方面考虑以下几个因素： 1.3.1 主变总容量

在总负荷不变的前提下，停一台主变压器时，要求仍具有相同的供电能力。 1.3.2 变压器制造容量 1.3.3 占地面积

城网变电站位于市内，节约占地具有十分重要的意义，显然安装三台变压器比安装两台变压器要多占地。 1.3.4 配电装置的投资

当采用高压有断路器的接线时，一般都采用六氟化硫断路器。当采 用T接或线路变压器组接线时，则需要建设线路及电源翻出线间隔，相 应的投资更多一些。 1.3.5短路电流水平

变压器单台容量提高后，低压侧短路容量将增加，给lOkV配电装 置选型增加困难。因此当变压器容量太大，致使lOkV配电装置不能选 择轻型设备时，应考虑短路电流的措施。 1.3.6 变压器投资

选用两台变压器比选用三台变压器时儒要的总容量要多，但投资相差不太。 如果以2台主变压器和3台主变压器两种方案为例，一般来说，两

台方案与三台方案相比具有占地面积小、投资省、运行费用低等优点，且 具有较大的容载比，电网适应能力强，因此具有较大优越性。但是由于城 市的发展，用电密度的增加，以及提高变电站的供电可靠性和灵活性，城 网设计时应主要采用三台主变压器，这也是一种趋势。

2 变电站主接线

2.1 主接线的设计原则

⑴ 考虑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。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所，由于它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、经济性的要求也不同。

⑵ 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的潮流分布，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。

⑶ 考虑负荷的重要性分级和出线回路数多少对主接线的影响

对一级负荷，必须有两个电源供电，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，一般要有两个电源供电，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。

⑷ 考虑主变台数对主接线的影响 变电所主变的台数和容量，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，由于其传输容量大，对供电可靠性的要求高，因此，对其主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

⑸ 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供电的可靠性，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，都直接影响主接线的形式。

2.2 主接线设计的基本要求

根据我国能源部关于《220～500kV变电所设计技术规程》SDJ2—88规定：“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性、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。”

⑴ 可靠性

所谓可靠性时指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。经过长期的运行实践的考验，对以往所采用的主接线经过优选，现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。评价主接线可靠性的标志是：

① 断路器检修时是否影响供电；

② 线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

③ 变电所全部停电的可能性。

④ 有些国家以每年用户不停电的时间的百分比表示供电的可靠性，先进的指标都在99.9%以上。

⑵ 灵活性

主接线的灵活性有以下几方面要求：

① 调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 ② 检修要求。可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。

③ 扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。

⑶ 经济性

经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小

3短路电流的计算

3.1短路电流计算的目的

(1)为了保证电力系统的安全运行，在选择电气设备时都要用可能流经设备的最大短路电流进行热稳定和动稳定效验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路电流引起的发热和电动力的巨大冲击。

(2)用于选择继电保护装置和整定计算。

(3)电网接线和发电厂、变电所电气主接线的比较、选择。 (4)为确定送电线路对附近通信线路电磁危害的影响。 3.1.1计算的假定条件[6]

(1)短路为金属性短路，即不计短路点过度电阻的影响。 (2)不计变压器励磁电流，不计磁路饱和。 (3)正常工作时三相系统对称运行。

(4)认为在短路过程中发电机供出的电流全部流向短路点，而所有负荷支路则认为已断开。

3.2利用运算曲线计算的步骤

（1） 画出以标幺值电抗表示的等值电路图，网络中的负荷看成断开的。 （2） 进行等值网络化简，简化成各个电源与短路点之间只经过一个电抗直

接相连。

（3） 将“转移电抗”换算成以各自的电源总容量为基准的另一中标幺值，

既为“计算电抗”Xca。

（4） 根据Xca在运算曲线上查出电源在不同时刻供给短路电流的标幺值，

分别是0s，0.2s，和短路电流稳定后的大小。

（5） 再把所查得的标幺值分别乘以各自的电流基准值，即得到短路电流的

有名值。

（6） 然后把各个电源供给的短路电流的有名值相加，就会得到流过该点的

短路电流之和。

（7） 最后用短路电流之和乘以冲击系数2.7（发电机端短路时）或2.55

（高压电网和非发电机端短路时）即得三相短路冲击电流。 注：计算过程见附录计算书。

3.3短路点的选取及短路计算的结果

根据电气主接线的接线形式和设计变电所的电压等级，可选取三个短路点为K1、K2、K3。这三个短路点位于220/110/6KV各电压等级的母线上，短路点位置确定的原则就是力求使流过所选设备的短路电流最大。如图3-1所示：

图3-1

短路计算的结果如下表

短路点位置 K1 系统两条线路运行 K2 两台变压器同时运行 K3 两台变压器同时运行 12.02KA 12.02KA 12.02KA 30.65KA 3.16KA 3.13KA 3.17KA 8.06KA 运行方式 据 0 s 0.2 s 4 s 短路电流计算参考数冲击电流 ish 12.9KA 10.9KA 12.06KA 32.9KA

4 变电所电气设备的选择

在各级电压等级的变电所中，使用着各种电气设备，诸如变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、调相机等，这些设备的任务时保证变电所安全、可靠的供电，因为选择电气设备时，必须考虑电力系统在正常运行和故障状态下的工作情况。所谓电气设备选择，则是根据各种电气设备在系统中所处的地位和完成的任务来确定它的型式和参数。电气设备选择的总原则是在保证安全、可靠工作的前提下，适当地留有裕度，力求在经济上进行节约。

4.1 电气设备选择的一般原则

尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件不同，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠的工作，必须按照正常工作条件进行选择，并按短路状态来效验热稳定和动稳定。 4.1.1 按正常工作条件选择电气设备

1. 额定电压

电气设备所在电网的运行电压因调压和负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1～1.15倍，而电气设备所在的电网运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，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 （4-1）

2. 额定电流

电气设备的额定电流IN是指在额定温度下，电气设备的长期允许电流。IN通常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

IN或IyImax

（4-2）

由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax应为发电机、调相机和变压器的额定电流的1.05倍；若变压器可能过负荷运行时，Imax应按过负荷确定(1.3～2倍变压器额定电流)。

按《交流高压电器的长期工作时的发热》的规定，断路器、隔离开关、电抗器等电器设备在环境最高温度为+40℃时，允许按额定电流持续工作。当安装地点的环境温度高于+40℃而低于+60℃时，每增高1℃，建议额定电流减少1.8%；当低于+40℃时，每降低1℃，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。

4.1.2 按短路状态进行校验

当电气设备和载流导体通过短路电流时，会同时产生电动力和发热两种效应，一方面使电气设备和载流导体受到很大的电动力作用，同时又使它们的温度急剧升高，这可能使电气设备和载流导体的绝缘受到损坏。为此，在进行电气设备和载流导体的选择时，必须对短路电流电动力和发热计算，以验算动稳定和热稳定。

1. 短路热稳定效验

短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热稳定的条件为

It2tQk

（4-3）

式中 Qk----短路电流的热效应；

It----设备给定的ts内允许的热稳定电流有效值。

2. 电动力稳定效验

电动力稳定效验是电气设备承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为

ishies （4-4）

式中 ish----短路冲击电流的幅值；

ies----设备允许通过的动稳定电流的幅值。

3. 短路电流计算的条件

为使所选电气设备和载流导体具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定。

⑴ 容量和接线。按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（工程建成后5～10年）；其接线应采取可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。

⑵ 短路种类。一般按三相短路验算，若其他种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。

⑶ 计算短路点。选择通过电器设备的短路电流为最大的那些点为短路点。先考虑分别在电气设备前后短路时的短路电流，同时要强调的是流过所要校验设备内部的短路电流，而非流到短路点的总电流。

4.2 高压断路器的选择

高压断路器是电厂和变电站电气主系统的重要开关电器。高压断路器的主要

功能是：正常运行倒换运行方式，把设备或线路接入电网或退出运行，起控制作用，当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起保护作用。

（1）型式。除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑安装调试和运行维护的方便。一般6～35KV选用真空断路器，35～500kV选用SF6断路器。

（2）额定电压的选择为UNUNS。 （3）额定电流的选择为InImax

（4）额定开断电流的检验为INbrIt(或I'')

式中 It----断路器实际开断时间ts的短路电流周期分量。

实际开断时间tK，为继电保护主保护动作时间与断路器固有分闸时间之后。

（5）热稳定校验应满足It2tQK

（6）动稳定校验应满足iesish 通过以上技术条件，和短路计算拟定断路器型号为：单柱双断口共用一台液压机构，可分相操作的LW6220和三相组装在一个框架上的LW963两种型号。其技术数据如下：

表4-1 LW6-220高压断路器技术参数 额定开断电流 安装地点 220KV侧 40 (kA) 额定关和电流 型 号 LW6-220 100 (kA) 动稳定电流 额定电压 220 100 (kA) 最高工作电压 热稳定电流 252 40 (kV) (kA) 额定电流 3150 (kA) 表4-2 LW9-63高压断路器技术参数 额定开断电流 安装地点 60KV侧 25 (kA) 额定关和电流 型 号 LE0-63 63 (kA) 动稳定电流 额定电压 63 63 (kA) 最高工作电压 热稳定电流 72.5 25 (kV) (kA) 额定电流 1250 (kA) 通过相关的校验得出所选择的断路器符合其正常运行及故障情况时的技术条件要求，其数据对比如下：

表4-3 220KV侧高压断路器LW6-220的参数与计算数据对比 计算数据 LW6-220 UNs Imax I\" 220kV 273.2A 3.956kA UN IN 220 kV 3150A 40kA INbr

ish Qk ish

10.088kA 69.129（kA2s） 10.088kA iNc1 It2t 100kA 4024=00（kA2s） 100kA ies 表4-4 60KV侧高压断路器LW9-63的参数与计算数据对比 计算数据 LW9-63 UNs Imax I\" 60 kV 866.1 A 6.629 kA 16.904 kA 180.821（kA2s） 16.904 kA UN IN 63 kV 1250A 25 kA 63 kA 2524=2500（kA2s） 63 kA INbr iNc1 It2t ish Qk ish

ies 4.3 隔离开关的选择

隔离开关的选择主要以额定电压、额定电流为依据，并需进行动、热稳定的校验。但由于隔离开关不能开断负荷电流和短路电流，故不需校验断流容量。其算法与断路器是相同的。

通过短路计算初步拟定隔离开关为：双柱三相立开式GW12-220D(W)和双柱GW5-60GD两种型号。其技术参数如下：

表4-5 GW12-220D(W)隔离开关技术参数 额定电流 安 装 地 点 220KV侧 1600 (kA) 动稳定电流 型 号 GW12-220D(W) 100 (kA) 额 定 电 压 热稳定电流 220 40 (kV) (kA) 最高工作电压 252 (kV)

表4-6 GW5-60GD隔离开关技术参数 额定电流 安 装 地 点 60 KV侧 (kA) 动稳定电流 型 号 GW5-60GD (kA) 额 定 电 压 热稳定电流 60 (kV) (kA) 最高工作电压 69 (kV) 通过相关的校验得出所选择的隔离开关符合其正常运行及故障情况时的技术条件要求，其数据对比如下：

表4-7 220kV侧隔离开关GW12-220D的参数与计算数据对比 计算数据 GW12-220D 1250 50 16 UNs Imax 220 kV 273.2 A 69.129（kA2s） 10.088 kA UN IN It2t 220 kV 1600 A 4024=00（kA2s） 100 kA Qk ish ies 表4-8 60kV侧隔离开关GW5-60GD的参数与计算数据对比 计算数据 GW5-60GD UNs Imax 60 kV 866.1A 180.821（kA2s） 16.904 kA UN IN It2t 63 kV 1250 A 1624=1024（kA2s） 50 kA Qk ish ies 4.4 电流互感器的选择

1. 型式的选择

根据安装的场所和使用条件，选择电流互感器的绝缘结构（浇注式、瓷绝缘

式、油侵式等）、安装方式（户内、互外、装入式、穿墙式等）、结构型式（多匝式、单匝式、母线式等）、测量特性（测量用、保护用、具有测量暂态的特性等）。

一般常用型式为：低压配电屏和配电装置中，采用LQ线圈式和LM母线式；6～20kV户内配电装置和高压开关柜中，常采用LD单匝贯穿式或复杂贯穿式；35kV及以上的电流互感器多采用油侵式结构。在条件允许时，如回路中有变压器套管、穿墙套管，应优先选用套管电流互感器，以节省占地和减小投资。

2. 按额定电压选择

电流互感器的额定电压不小于装设电流互感器回路所在电网的额定电压。 3. 按额定电流选择

电流互感器的一次额定电流不小于装设回路的最大持续电流。电流互感器的二次额定电流，可根据二次负荷的要求分别选择5A或1A等。为了保证测量仪表的最佳工作状态，并且在过负荷时使仪表有适当的指示，当TA用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右。

4.按准确度等级选择 电流互感器的准确度等级应符合其二次测量仪表、继电保护等的要求。用于电能计量的电流互感器，准确度级不应低于0.5级。用于继电保护的电流互感器，误差应在一定的限值内，以保证过电流时的测量准确度的要求。

根据电力系统要求切除短路故障和继电保护动作时间的快慢，对互感器保证误差的条件提出了不同的要求。在大多数情况下，继电保护动作时间相对来说比较长，对电流互感器规定稳态下的误差就能满足使用要求，这种互感器称为一般保护用电流互感器，适合与电压等级较低的电力网。如果系统要求继电保护实现快速动作时，应选用铁芯带有小气隙的暂态特性好的电流互感器，因为它能保证其暂态误差在规定的范围内。

5. 校验二次负荷的容量

为保证电流互感器工作时的准确度符合要求，电流互感器的二次负荷不超过（某准确度下）允许的最大负荷。

电流互感器的二次总负荷包括二次测量仪表、继电器电流线圈、二次电缆和接触电阻的部分电阻。当电流互感器的二次负荷不平衡时，应按最大一相的二次负荷校验。

6.校验热稳定 电流互感器的热稳定能力用热稳定倍数Kr表示，热稳定倍数Kr等于互感器1s热稳定电流与一次额定电流IN1之比，故热稳定条件为

KrIN12Qk(4-5)

式中 Qk----短路热效应。 7. 校验动稳定

电流互感器的内部动稳定能力用动稳定倍数Kd表示，动稳定倍数Kd等于互感器内部允许通过的极限电流（峰值）与一次额定电流IN1之比。故互感器内部

动稳定条件为

Kd2IN1ish(4-6)

式中 ish----通过电流互感器一次侧绕组的最大冲击电流。

此外，还应校验电流互感器的外部动稳定（即一次侧瓷绝缘端部受电动力的机械动稳定）。电流互感器外部动稳定条件为

FyFmax(4-7)

式中 Fy----电流互感器一次侧端部允许作用力；

Fmax----电流互感器一次侧瓷绝缘端部所受最大电动力。

根据上述技术要求及结合本次设计的现有条件和要求，选取LCWB7-220W1和LCWB5-63型两种型号，其技术参数如下：

表4—9 220kV侧电流互感器技术数据表 安装地点 220KV侧 额定变流比 (A) 2X600/5 B1/B2/B1 型 号 LCWB7—220W1 二次组合 /B1/0.5 额定电压 220 动稳定倍数 2X55 (kV) 最高工作电压 252 1S热稳定倍数 2X21 (kV) 表4—10 60kV侧电流互感器技术数据表 安 装 地 60kV侧 额定变流比(A) 2X600/5 点 型 LCWB5—63 二次组合 0.5/ B1/B1 号 额定电压 63 动稳定倍数 80 (kV) 最高工作电压 69 1S热稳定倍数 31.5 (kV) 通过相关的校验得出所选择的电流互感器符合其运行时的技术条件要求，其数据对比如下：

表4—11 220kV电流互感器的技术数据与计算数据比较表 计 算 数 据 LCWB7-220W1的技术数据 电网电压Ue=220 kV 额定电压Ue=220 kV 长期最大工作电流Imax=237.2 A 一次额定电流I1e=2*600A 准确度级：0.5 准确度：B1/ B1 /B2 /B1 /0.5 短路冲击电流i⑶ch =10.088 kA 动稳定电流倍数55 kA 热效应QK=69.129 kA2.S 热稳定：Qz=2540.1 kA2.S

表4—12 60kV电流互感器的技术数据与计算数据比较表 计 算 数 据 电网电压Uew=60 kV 长期最大工作电流Igmax=866.1 A 准确度级：0.5 ， 1 短路冲击电流i⑶ch =16.904 kA 热效应Qd =180.821 kA2.S LCWB5—63的技术数据 额定电压Ue=60 kV 额定电流Ie=2X600 A (400) 准确度：0.5/B1/ B1 动稳定电流80 热稳定数据992.25 kA2.S 4.5 电压互感器的选择

1. 型式的选择

根据电压互感器安装的场所和使用条件，选择电压互感器的绝缘结构和安装方式。

一般6～20kV户内配电装置中多采用油侵或树脂浇注绝缘的电磁式电压互感器；35kV配电装置中宜选用电磁式电压互感器；110kV及其以上的配电装置中尽可能选用电容式电压互感器。

在型式选择时，还应根据接线和用途的不同，确定单相式、三相式、三相五柱式、一个或多个副绕组的不同型式的电压互感器。

接在110kV及以上线路侧的电压互感器，当线路上装有载波通信时，应尽量与耦合电容器结合，统一选用电容式电压互感器。

2. 按额定电压选择

为保证测量准确性，电压互感器一次额定电压应在所安装电网额定电压的90%～110%之间。

电压互感器二次额定电压应满足测量、继电保护和自动装置的要求。通常，一次绕组接于电网线电压时，二次绕组额定电压选为100V；一次绕组接于电网相电压时，二次绕组额定电压选为100/3V。当电网为中性点直接接地系统时，互感器辅助副绕组额定电压选为100/3；当电网为中性点非直接接地系统时，互感器辅助绕组额定电压选为100/3V。

3. 按容量和准确度级选择 电压互感器按容量和准确度级的原则与电流互感器的选择相似，要求互感器二次最大一相的负荷S2，不超过设计要求准确度级的额定二次负荷S2，而且S2应该尽量接近SN2，因S2过小也会使误差增大。

统计电压互感器二次负荷时，首先应根据仪表和继电器电压线圈的要求，确定电压互感器的接线，并尽可能将负荷分配均匀。

然后计算各相负荷，取其最大一相负荷与互感器的额定容量比较。在计算各项负荷时，要注意互感器与负荷的接线方式。

电压互感器不校验动稳定和热稳定。

为满足上述要求，对于60kV配电装置采用JCC1—60W2型电压互感器；220kV采用JCC1—220型串级磁绝缘式电压互感器。为检查和监视一次回路单相接地，所有电压互感器选用具有第三绕组的单相电压互感器组。

表3-13 电压互感器有关技术数据表 额定容量（VA） 型式 额定变比 最大容量（VA） 0.51级 3级 级 220/ 3 JCC1--220 500 1000 2000 /0.1/3 /0.1 60/3/0.1/ 3 JCC5—60W2 250 2000 /0.1/3 4.6 避雷器的选择

4.6.1避雷器保护及配置

（一）避雷器的参数及配置

电气设备的绝缘配合基于避雷器的保护水平，设备所承受的雷电过电压和操作过电压均由避雷器来，即选用设备的绝缘水平取决于避雷器的保护性能。

1. 避雷器的参数

普通阀型避雷器有FS型和FZ型两种。FS型主要使用于配电系统，FZ型使用于发电厂和变电所。FZ型避雷器均由结构和性能标准化的单件组成，其单件的额定电压分别为3、6、10、15、20kV和30kV。因此，可由不同单件组成各种电压等级的避雷器，如FZ—35型避雷器是由两个FZ—15型避雷器串联而成。

避雷器的主要技术参数如下：

⑴ 额定电压。避雷器的额定电压必须与安装避雷器的电力系统的电压等级相同。

⑵ 灭弧电压。灭弧电压是保证避雷器能够在工频续流第一次经过零值时，根据灭弧条件所允许加至避雷器的最高工频电压。对35kV及以下的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作线电压的100%～110%；对110kV及以上中性点接地系统的避雷器，其灭弧电压规定为系统最大工作线电压的80%。

⑶ 工频放电电压。对工频放电电压要规定其上、下限。工频放电电压太高则意味着冲击放电电压也高，将使其保护特性变坏；工频放电电压太低，意味着灭弧电压太低，将会造成不能可靠地切断工频续流。

⑷ 冲击放电电压。冲击放电电压是指预放电电压时间为1.5～20s的冲击放电电压，与5kA（对330kV为10kA）下的残压基本相同。

⑸ 残压。在防雷计算中以5kA下的残压作为避雷器的最大残压

⑹ 保护比。保护比等于残压与灭弧电压之比。保护比越小说明残压越低或灭弧电压越高，其保护特性越好。FZ和FCD系列避雷器的保护比约在2.3～2.6

范围内，FCZ系列避雷器的保护比则为1.7～1.8。

⑺ 直流电压下的电导电流。运行中的避雷器，通常用测量直流电压下的电导电流的方法来判断间隙分路电阻的性能。若电导电流太大，则意味着避雷器受潮；电导电流太大的避雷器投入运行，可能会造成炸毁事故，所以要求其电导电流必须在规定的范围内。

2. 避雷器的配置

阀型避雷器的安装位置和组数，应根据电气设备的雷电冲击绝缘水平和避雷器特性以及侵入波陡度，并结合配电装置的接线方式确定。

避雷器至电气设备的允许距离还与雷雨季节经常运行的进线路数有关。进线数越多则允许距离可相应增大。

断路器、隔离开关、耦合电容器的绝缘水平比变压器为高。因此，避雷器至这些设备的最大允许距离可增大。

避雷器的配置原则如下：

⑴ 配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器。

⑵ 旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在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要求而定。

⑶ 330kV及以上变压器和并联电抗器处必须装置避雷器，并应尽可能靠近设备本体。

⑷ 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。

⑸ 三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。

⑹ 自耦变压器必须在其两个自耦绕组出线上设置避雷器，并应接在变压器与断路器之间。

⑺ 下列情况的变压器中性点应装设避雷器：

1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘切且装有隔离开关时。 2）直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。

3）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上。 ⑻ 连接在变压器低压侧的调相机出线处宜装设一组避雷器。 ⑼ 发电厂变电所35kV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。

⑽ 直配线发电机和变电所10kV及以下，进线段避雷器的配置应遵照《电力设备过电压保护设计技术规程》执行。

⑾ 110kV、220kV线路侧一般不装设避雷器。

⑿ SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 如上所述本次设计选用FCZ2-220JN和 FCZ4-66两种型号的避雷器，分别安装在220kV和60kV侧，其技术参数如下：

表4-14 避雷器型号及技术数

灭弧电工频电压（kV） 额定电 型号 压有效压（kV） 值（kV） 不小于 不大于 FCZ2-220JN 220 200 340 390 FCZ4-66 66 69 117 133 冲击电流残压 （kV）不大于 5KA 10KA 520 570 178 205 4.7汇流母线的选择

(1) 选择母线的材料：

常用的母线材料有铜,铝和铝合金三种，用铜作母线虽有诸多优点，但铜的价格高，且我国铜的储量有限，因此，一般用铝或铝合金作为母线材料。 (2) 选择母线结构：

母线的结构和截面形状决定于母线的工作特点：升高电压（汇流）母线，以前大都采用软导线作母线，现在35～500KV均可采用管形硬母线。 (3)选择母线的布置形式

矩形或槽形母线的散热及机械强度还与母线的布置方式有关。 (4)选择母线的截面积

按最大长期工作电流选择；

按经济电流密度选择。 （5）母线的热稳定校验

满足热稳定要求的母线最小面积Smin按式：

Smin=

1CKfQk

只要实际选用的母线截面积S≥Smin，母线便能满足热稳定要求。 （6）硬母线的动稳定校验（软母线不需校验动稳定）

当母线通过冲击短路电流时，作用在母线上的电动力可能使其弯曲，严重时可能使母线结构损坏。为保证母线在短路时的动稳定性，必须对母线进行应力计算。

汇流母线的选择结果

设备名称 Smm 2选择参数 放置 方式 计算结果 Iy(A) (106)Imax A Sminmm2 (106)

220KV母线 70 钢芯铝绞线 -- 194 -- 86.8 52 -- 6KV母线 3（12510） 矩形铝排 备 注

平放 3903 70 3182.7 55.6 23

5 防雷设计

5.1 防直击雷

当雷电直接击中电力系统中的导电部分，将引起极高的雷电过电压。任何电压等级的系统绝缘都将难以承受，所以在电力系统中需要安装直接雷击保护装置,广泛采用避雷针和避雷线。

(1)屋外配电装置，包括架空导线和母线应装设直击雷保护。 (2)屋顶有钢筋结构的，应将其钢筋焊接成网接地。

(3)如果结构为非导电金属时，应采用避雷保护。避雷带的网格为8-10m。 本工程采用220K、110KV配电装置构架上设避雷针。6KV配电装置设避雷针进行直击雷保护。 5.1.1 BLQ的配置原则

阀型BLQ的安装位置和组数，应根据电气设备的雷电冲击绝缘水平和BLQ特性以及侵入波的陡度，并结合全配电装置的接线方式确定。BLQ至电气设备的允许距离还要与雷雨季节经常运行的线路有关。 5.1.2 变压器过电压保护[1]

自藕变压器必须 在其中两个自藕绕组出线上装设避雷器，并应接在变压器与断路器之间。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。

避雷器选择

电压等级 220KV 110KV 6KV 安装地点 母线及变压器进线 母线及变压器出线 母 线 型 号 Y10W5-220 FC2-110J FZ-6

6 继电保护的配置

继电保护对电力系统安全运行起着重要作用，担负如此重要任务的继电保护必须满足四点基本要求[5]：

选择性 有选择地将故障元件从电力系统中切除。

速动性 保护动作力求迅速，快速切除故障，减少故障对电气设备和系统的影响。

可靠性 该动作时不能拒动，不该动作时不能误动。

灵敏性 对于该保护装置保护范围内发生的任何故障，均应敏锐地感觉出并保证动作，将故障切除。

6.1变压器的保护•

按照《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求结合变压器运行的不正常状态，对变压器设置下列保护。

（1） 瓦斯保护。瓦斯保护作为变压器的主保护，它主要反应变压器壳内故障及油面的降低。轻瓦斯应动作于信号，重瓦斯应动作于条开电源侧的短路器。 （2） 纵差动保护。纵差动保护也作为变压器的主保护，它主要反应变压器绕组、套管及引出线上的故障。

（3） 过电流保护。过电流保护主要反应变压器外部相间短路，保护整定应考虑故障状态下可能出现的过负荷电流。可作为变压器后备保护。

（4） 过负荷保护。主要用来反映自藕变压器公共绕组及各侧的过负荷情况。

（5） 还有反应变压器温度和冷却系统故障的保护。

6.2 母线的保护

母线是电力系统汇集和分配电能的主要元件，母线发生故障将使连接母线的所有元件停电，将造成严重后果。所以要对母线装设保护。

在双母线上为了保证有选择性地切除任一组母线上发生的故障，而另一组无故障的母线仍能继续运行。所以在220KV母线上装设了完全电流差动母线保护[5]。

220KV的保护。装设高频保护作为主保护，电流保护作为后备保护。110KV的保护。设置距离为主保护，电流保护作为后备保护。6KV的保护。设置两电流保护。

7 配电装置设计

7.1 室内外配电装置的安全净距

一、概述

配电装置是按主接线要求由开关设备、保护电器、测量仪表、母线和必要的辅助设备等组成。它的主要作用是：接受电能，并把电能分配给用户。

1. 分类及特点 按电气设备安装地点不同，配电装置可分为屋内式和屋外式。按其组装方式，又可分为：如在现场组装配电装置的电气化设备，称为装配式配电装置；若在制造厂把属于同一回路的开关电器、互感器等电器设备装配在封闭或不封闭的金属柜中，构成一个的单元，成套供应，则称为成套配电装置。高压开关柜、低压配电盘和配电箱等均是成套配电装置。

屋内配电装置的特点：①占地面积小；②不受气候影响；③外界污秽空气对电气设备影响小；④房屋建筑投资较大。

屋外配电装置的特点：①土建量和费用小，建设周期短；②扩建方便；③相邻设备间距较大，便于带电作业；④占地面积小；⑤受外界气候影响，设备运行条件差；⑥外界气象变化影响设备的维修和操作。

大中型变电所中35kV及以下的配电装置，多采用屋内配电装置；110kV及以上多为屋外配电装置。在特殊情况下，如当大气中含有腐浊性气体或处于严重污秽地区的35～110kV也可以采用屋内配电装置。在农村或城市郊区的小容量6～10kV也广泛采用屋外配电装置。

2. 基本要求

配电装置是变电所的重要组成部分，为保证电力系统安全经济的运行，配电装置应满足以下基本要求：

⑴ 配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济。 ⑵ 保证运行的可靠性。

⑶ 满足电气安全净距要求，保证工作人员和设备的安全。 ⑷ 便于检修、巡视和操作。

⑸ 节约占地，降低造价，做到经济上合理。 ⑹ 安装和扩建方便。

二、屋内外配电装置的安全净距

安全净距是从保证电气设备和工作人员的安全出发，考虑气象条件及其它因素的影响所规定的各电气设备之间、电气设备各带电部分之间、带电部分与接地部分之间应保持的最小空气间隙。

配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外形尺寸、检修和运行的安全距离等因素而决定的。对于敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带电部分对接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，即A1和A2值。在这一间距下，无论为正常工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。A值可根据电气设备标准试验电压和相应电压与最小放电距离试验曲线决定，其它电气距离是根据A值并结合一些实际因素确定的。

安全净距可分为A、B、C、D、E五类。屋内配电装置的安全净距不应小于下表1所列数值。屋内电气设备外绝缘体最底部位距地小于2.3米，应装设固定遮拦。屋外配电装置安全净距不应小于表2所类数据。屋外配电装置使用软导线时，还应考虑软导线在短路电动力、风摆、温度等因素作用下使相间及对地距离的减小。屋外电气设备外绝缘体距地小于2.5米时，应装设固定遮拦。（注：J系指中性点接地系统）

7.2 室外配电装置

根据电气设备和母线的布置高度，屋外配电装置可分为低型、中型、半高型和高型等。

在低型和中型屋外配电装置中，所有电气设备都装在地面设备支架上。低型的主母线一般都由硬母线组成，而母线与隔离开关基本布置在同一水平面上。中型配电装置大都采用悬挂式软母线，母线所在水平面高于电气设备所在水平面，但近年来硬母线采用日益增多。在半高型和高型屋外配电装置中，电气设备分别装在几个水平面内，并重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的，称为高型配电装置。如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。高型布置中母线、隔离开关位于断路器之上，主母线又在隔离开关之上，整个配电装置的电气设备形成了三层布置，而半高型的高度则处于中型和高型之间。

我国目前采用最多的是中型配电装置，近年来高型配电装置的采用也有所增加，而高型由于运行、维护、检修都不方便，只是在山区及丘陵地带，当布置受到地形条件时才采用。

7.2.1屋外高压配电装置的若干问题

1. 母线及构架

屋外配电装置的母线有软母线和硬母线两种。软母线为钢芯铝绞线，扩径软管母线和导线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。硬母线常用的有矩形、管形和组合管形。矩形用于35kV及以下的配电装置中，管形则用于66kV及以上的配电装置中。管形母线一般安装在支柱式绝缘子上，母线不会摇摆，相间距离可缩小，与剪刀式隔离开关配合可节省占地面积；管形母线直径大，表面光滑，可提高电晕起始电压。

屋外配电装置的构架，可由钢或钢筋混凝土制成。钢构架强度大，可以按任何负荷和尺寸制造，便于固定设备，抗震能力强，运输方便，但金属消耗量大，需要经常维护。钢筋混凝土构架可以节约大量钢材，也可以满足各种强度和尺寸的要求，经久耐用，维护简单。以钢筋混凝土环形和渡锌钢梁组成的构架，兼有二者的优点，目前，以在我国220kV以下的各种配电装置中广泛采用。 采用软母线的220kV普通中型配电装置的相间距离为4m，边相对架构中心线之间的距离为3m，间隔距离为14m。

2. 电力变压器

变压器基础一般做成双梁形并辅以铁轨，轨距等于变压器的滚轮中心距。单个油箱油量超过1000kg以上的变压器，按照防火要求，在设备下面需设置储油池或挡油墙，其尺寸应比设备外廓大1m，储油池内一般铺设厚度不小于0.25的卵石层。

主变压器与建筑物的距离不应小于1.25m。当变压器油量超过2500kg以上时，两台变压器之间的防火距离不应小于5～10m，如布置有困难，应设防火墙。

3. 电器的布置

按照断路器在配电装置中所占据的位置，可分为单列、双列和三列布置。断路器的排列方式，必须根据主接线、场地地形条件、总体布置和出线方向等多种因素合理选择。

断路器有低式和高式两种布置。低式布置的断路器安装在0.5～1m的混凝土的基础上，其优点是检修比较方便，抗震性能好，但低式布置必须设置围栏，因而影响通道的畅通。高式布置断路器安装在高约2m的混凝土基础上，基础高度应满足：①电气支柱绝缘子最低裙边的对地距离为2.5m；②电气间的连线对地距离应符合C值的要求。

避雷器也有高式和低式两种布置。110 kV以上的阀形避雷器由于器身细长，多落地安装在0.4m的基础上。110kV及以下的氧化锌避雷器形体矮小，稳定度好，一般采用高式布置。

表5-2 设备对相间距离的要求： 220kV设备类型 要求相间距离（m） 少油短路器 3

空气短路器 单柱式隔离开关 多柱式隔离开关 双柱式隔离开关 3 3 3 4 4. 电缆和通道

屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。一般横向电缆沟布置在断路器和隔离开关之间。大型变电所的纵向电缆沟，因电缆量多，一般分为两路。采用弱电控制和晶体管继电保护时，为了抗干扰，要求电缆沟采用辐射形布置。

8 参 考 文 献

[1] 变电所设计技术规程 (SDJ-79)

[2] 导体和电器选择设计规程 (SDJ6-67) [3] 高压配电装置设计规程 (SDJ5-85)

[4] 继电保护与自动装置技术规程 (SDJ6-76) [5] 电力设备过电压保护设计技术规程 (SDJ7-79) [6] 发电厂变电所电气接线和布置 (上、下册) [7] 电力工程电气设计手册 (上、下册)

[9] 范锡普.《发电厂电气部分》第二版 .中国电力出版社,1985 [10] 何仰赞,温增银 .《电力系统分析》华中科技大学出版社 ,2002 [11] 电气设备实用手册 （上、下册）

[12] 电工产品目录 （第九册、第十一册、第十五册） [13] 李俊年.《电力系统继电保护》.中国电力出版社