220kV变电站设计

编号（学号）

届本科毕业论文（设计）

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题目：

姓 名

专 业 班 级 学 号 所在学院 指导教师 完成日期

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

本科生毕业论文（设计） 原创性及知识产权声明

本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下取得的成果。对本论文研究做出重要贡献的个人和集体，及本文引用他人研究成果的均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文引起的法律结果完全由本人承担。

本毕业论文成果归 所有。 特此声明

毕业论文作者签名： 作者专业： 作者学号：

目 录

摘要 关键词 前言

毕业设计任务书

第一章 对待设计变电所在电力系统中的地位、作用及电力用户的分析 …………… 7 第二章 主变压器的选择 ………………………………………………………………… 7 第一节 主变容量、参数确定 ………………………………………………………… 7 第二节 过载能力校验 ………………………………………………………………… 9 第三章 主接线的确定…………………………………………………………………… 10 第一节 主接线方案拟定……………………………………………………………… 10 第二节 主接线确定…………………………………………………………………… 12 第四章 电气设备的选择与校验………………………………………………………… 14 第一节 短路电流计算………………………………………………………………… 14 第二节 220KV高压断路器的选择与校验…………………………………………… 25 第三节 220KV隔离开关型号、参数选择与校验 ………………………………… 27 第四节 10KV高压断路器的选择与校验 ………………………………………………28 第五节 10KV隔离开关型号、参数选择与校验 …………………………………… 31 第六节 母线型号及规格选择及校验………………………………………………… 33

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

第七节 互感器的配置………………………………………………………………… 41 第五章 所用电的接线方式与所用变压器的选择………………………………………44 第一节 所用电的接线方式确定………………………………………………………44 第二节 所用变压器的选择……………………………………………………………46 第六章 防雷规划…………………………………………………………………………46 参考文献 致谢 220KV降压变电所电气一次部分初步设计

摘 要

本毕业设计是对220KV降压变电所电气一次部分初步设计，说明书的主要设计内容为拟订电气主接线方案并进行技术经济比较、最大运行方式下短路电流计算、电气设备的选择、防雷规划。毕业设计是实践教学的重要环节，能够使我在大学四年里所学的所有专业理论知识，在毕业实习期间从发电厂和电网中学习了实际工程知识并进行了综合应用，巩固和加深对专业知识的理解，通过毕业设计实践教学环节掌握变电所设计的基本技能，培养和提高独立分析和解决实际工程问题的能力。

关键词

毕业设计；电气主接线；短路电流；变压器保护

前 言

电能有许多的有点，是运用相当广泛的清洁能源，随着电力工业和国民经济的可持续发展,电力已成为国民经济建设中不可缺少的动力，并广泛应用于一切生产和日常生活方面。

我们这次设计的题目是：220 KV降压变电所电气一次部分初步设计。设计变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有地区负荷。确定本变电所的电压等级为220/110/10KV，220KV是本变电所的电源电压，110KV和

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

10KV是二次电压。待设计变电所的电源，由双回220KV线路送到本变电所；在中压侧110KV母线，送出2回线路，主要供给炼钢厂（一类负荷），最大负荷为42000KW,其中重要负荷占65%，COSФ=0.95；在低压侧10KV母线，送出12回线路，主要给部分工厂和民用（主要为二三类负荷），最大负荷为9800KW，其中重要负荷占62%；在本所220KV母线有三回输出线路。最大负荷利用小时数Tmax方便。

我们组于12月1日接到设计任务书，我们组有3人相互配合完成本次设计任务，主要设计内容为：1.选择本变电所主变的台数、容量和类型2. 设计本变电所电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个最佳方案3.进行必要的短路电流计算4.选择和校验所需的电气设备5.选择所用电接线方式和所用变压器6.进行防雷保护规划设计。设计任务于2009年6月26日之前完成。我在本次毕业设计中承担的主要设计任务是：1. 短路电流计算 2. 220KV高压断路器的选择与校验 3. 220KV隔离开关型号、参数选择与校验 4. 10KV高压断路器的选择与校验 5. 10KV隔离开关型号、参数选择与校验 6. 母线型号及规格选择及校验 7. 互感器的配置

握们组在本次毕业设计过程中，始终本着综合运用理论知识和符合毕业设计要求而展开设计工作。查阅了发电厂电气部分、电力系统分析、电力系统继电保护、高电压技术等课程的内容，查阅了电力工程设计手册和标准，在次基础上拟定了电气主接线，进行了短路电流的计算和电气设备的选择，进行了继电保护的整定计算，最后根据设计要求绘出降压变电所电气主接线图。这次设计检验了我在大学四年里所学的所有专业知识和实习期间所获得的生产知识。从而巩固、加深专业知识，学习和掌握水电站设计的基本方法和技能，还培养和提高独立分析和解决实习工程问题的能力。

设计人：

毕业设计任务书

一、设计题目：220 KV降压变电所电气一次部分初步设计

我们这次设计的题目是：220 KV降压变电所电气一次部分初步设计。设计变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有地区负荷。确定本变电所的电压等级为220/110/10KV，220KV是本变电所的电源电压，110KV和10KV是二次电压。待设计变电所的电源，由双回220KV线路送到本变电所；在中压侧110KV母线，送出2回线路，主要供给炼钢厂（一类负荷），最大负荷为42000KW,其中重要负荷占65%，COSФ=0.95；在低压侧10KV母线，送出12回线路，主要给部分工厂和民用（主要为二三类负荷），最大负荷为9800KW，其中重要负荷占62%；在本所220KV母线有三回输出线路。最大负荷利用小时数Tmax通方便，环境最高温度为40ºC。

通过选择本变电所主变的台数、容量和类型，设计本变电所电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个最佳方案。进行必要的短路电流计算，选择选择和校验所需的电气设备。并进行防雷保护规划设计。 待设计变电所与电力系统的连接情况如下： 二、设计内容：

5500h，同时率取0.9，线路损耗取5%。该变电所的所址，地势平坦，交通

5500h，同时率取0.9，线路损耗取5%。该变电所的所址，地势平坦，交

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

1.本变电所主变的台数、容量和类型。 2.设计本变电所电气主接线。 3.进行短路电流计算。

4.选择和校验所需的电气设备。 5.选择所用电接线方式和所用变压器。 6.进行防雷保护规划设计。 7.提交用A4纸打印的设计说明书； 8.提交采用CAD绘制A3电气主接线图。

第一章 对待设计变电所在电力系统中的地位、作用及电力用户的分析

设计变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有地区负荷。220KV有7回线路；110KV送出2回线路；在低压10KV有12回线路。可知该变电所为枢纽变电所。另外变电所的所址，地势平坦，交通方便。

第二章 主变压器的选择

变压器台数和容量的选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应依据电力系统5-10年的发展规划负荷、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

选择主变压器型式时，应考虑以下问题：相数、绕组数与结构、 绕组接线组别（在电厂和变电站中一般都选用YN，d11常规接线）、调压方式、 冷却方式。

容量为300MW及以下机组单元链接的主变压器和330KV及以下电力系统中，在不受运输条件限制时，应选用三相变压器。由于本变电所具有三种电压等级220KV、110KV、10KV，各侧的功率均达到变压器额定容量的15%以上，低压侧需装设无功补偿，因此主变压器宜采用三绕组变压器，且本变电所的接地方式适合采用自耦变压器。由于本所是枢纽变电所，在中低压侧已形成环网，变电所应设置2台主变压器。因此本所选用两台同样型号的无励磁调压三绕组自耦变压器。当系统处于最大运行方式时两台变压器同时投入使用，最小运行方式或检修时只投入一台变压器且能满足供电要求。介于本地区的自然地理环境以及变电所本身的特点，冷却方式采用自然风冷却。

第一节 主变容量、参数确定

一、变压器容量的确定

（一）主变压器容量一般按变电所建成5~10年的规划负荷选择，并适当考虑到运期10~20年负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应于城市规划相结合。

（二）变压器的最大负荷为0。根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有

重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时其余变压器容量在计及过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对具有两台主变压器的变电所，其中一台主变压器的容量应大于等于全负荷的70%或者全部重要负荷。两者中，取最大值作为确定主变压器的容量的依据。考虑到变压器每天的负荷不是均衡的，计及欠负荷期间节省的使用寿命，可用于在过负荷期间中消耗，故可选较小容量的主变压器作为过负荷计算，以节省主变压器的投资。最小的主变压器容量为：

Se0.7M51.8MVA0.90.734.35MVA

cos0.95表2—1变压器的参数

型号 额定容量（kVA） - 5 -

OSFP7—40000/220 40000 二、变压器参数的确定

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

高压(kV) 电压组合及其分接头范围 中压(kV) 低压(kV) 连接组标号 空载损耗(kW) 负载损耗(kW) 空载电流(%) 高 —中 阻抗电压(%) 高 —低 中 —低 注 1．容量分配为100/100/50.

2．《电力工程专业设计指南》第二版之继电保护分册P161附表21 3. 第一部分：O:自耦 第二部分S：三相 第三部分：F: 风冷 由表所知：

YN,a0,d11 33 135 0.8 8 —10 28—34 18—24 220±2×2.5% 121 10.5 VS(12)%8 V'S(13)%28 V'S(23)%18 VS(13)%V'S(13)%(SN100)28()56 S3N50VS(23)%=V'S(23)%(SN100)18()36 S3N50由此可计算出各绕组的等值电抗如下：

11(VS(12)%VS(13)%VS(23)%(85636)14 2211VS2%(VS(12)%VS(23)%VS(13)%(83656)6

2211VS3%(VS(13)%VS(23)%VS(12)%(56368)42

22VS1%归算到220KV侧得：

VS1%VN1422023X110103169.4

100SN10040000VS2%VN622023X21010372.6

100SN10040000VS3%VN4222023X310103508.2

100SN10040000选取基准值SB222100MVA,VB230KV,化为标幺值为：

X1X1SBVB2169.41000.3202 2230- 6 -

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X2X2X3X3SBVB272.61000.1372 22301000.9607 2230第二节 过载能力校验

SBVB2508.2经计算，一台主变压器应接待的负荷为34350KVA，先选用两台31500KVA的变压器进行正常过负荷能力校验。 先求出变压器低载运行时的欠负荷系数为

K122I12t1I2t2Intn10.90

(t1t2tn)K由K1及过负荷小时数T查“变压器正常过负荷曲线”得过负荷倍数K2得变压器的正常过载能力S21.08。

K2Se1.083150034020(KVA)34350(KVA),故需加大主变压器

第三章 主接线的确定 第一节 主接线方案拟定

的容量，考虑到今后的发展，故选用两台OSFP7—40000/220三绕组变压器。

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵敏性和经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，确定主接线方案。

一、 电气主接线的设计原则

电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，根据国家现行的“安全可靠、经济适用、符合国情”的电力建设与发展方针，严格按照技术规定和标准，结合工程实际的具体特点，准确掌握原始资料，在保证设计方案的供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的情况下，兼顾运行、维护方便，尽可能节省投资，就近取材，力争设计的先进性和可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。 二、主接线的设计依据

在选择电气主接线时，应以下面各点作为设计依据； （一）在电力系统中的地位和作用

电力系统中的变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三种类型。一般系统枢纽变电所汇集多个大电源，进行系统功率交换和以中压供电，电压为330~500KV；地区重要变电所，电压为220~330KV，一般变电所为终端和分支变电所，电压为110KV；但也有220KV。

（二）所的分期和最终建设规模

变电所根据5～10年电力系统发展规划进行设计，一般装设两台（组）主变压器；当技术经济比较合理时，330～500KV枢纽变电所也可装设3～4台（组）主变压器；终端或分支变电所如只有一个电源时，可只装设一台主变压器。

（三）负荷大小的重要性

1、对于一级负荷必须有两个独立的电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。 2、对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部或大部分二级负荷不间断

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供电。

3、对于三级负荷一般只要一个电源供电。 （四）系统备用容量大小

装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故断开，其余主变压器的容量应保证该所70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证拥护的一级和二级负荷。

系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。

例如：检修母线或断路器时，变压器或发电机停运；故障时允许切除的线路、变压器和机组的数量等。设计主接线时，应充分考虑这个因素。 三、 主接线设计的基本要求

主接线应满足可靠性、灵敏性和经济性三个要求 （一） 可靠性

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先满足这个要求具体如下； 1、断路器检修时，不宜影响对系统的供电。

2、断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回数和停运的时间，并保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。

3、尽量避免变电所的停运的可靠性 （二） 灵敏性

主接线应满足在调度、检修及扩建的灵敏性。

1、调度时应可以灵敏地投入和切除电压的线路，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行下的系统调度要求。

2、检修时可方便地停运断路器母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网用户的供电。

3、扩建时可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连接供电或停电时间最短的情况下投入变压器或线路而互不干扰，并且对一级和二级部分的改建工作量最少。

（三） 经济性

主接线在满足可靠性、灵敏性的要求下做到经济合理，即要做到节省一次投资、占地面积要少、电能损耗少。

第二节 主接线确定

一、主接线的设计方案

根据以上原则结合所给的设计任务书，电气主接线拟定以下两个方案，如图所示；

方案Ⅰ：220KV侧采用单母线带旁路母线，110KV采用单母分段接线，10KV采用单母分段接线。如图3—1所示：

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220KVT1T2110KV10KV图3—1 电气主接线方案（1）

方案Ⅱ：220KV侧采用双母接线，110KV采用内桥式，10KV单母分段接线。如图3-2所示：

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

220kv110kvT1T2图3—2 电气主接线方案（2）

二、主接线方案的确定

表3—1 方案Ⅰ与方案Ⅱ的综合比较 方案 项目 方案Ⅰ 1、主接线简单清晰、设备少 2、采用单母带旁母线接线，出线及主线间隔断路器检修，不需停电，母线检修或故障时，220KV配电装置全停，供电不可靠 3、配置不太合理，两回线路中同时出现故障的概率很小 1、运行方式简单，易于操作 2、各种电压等级均便于扩建 设备少、占地面积小，投资相对较小 方案Ⅱ 可靠性 1、主接线复杂、采用设备较多 2、采用双母接线，任一条母线或母线上的设备检修，不需要停掉线路，供电可靠 3、配置合理，两回线路中同时出现故障的概率很小 1、变压器接在不同的母线上，负荷分配均匀，调度灵活方便，运行方式相对复杂、操作烦琐 2、各种电压等级便于扩建 设备多、占地面积大，投资相对较大 灵活性 经济性

按SDJ2—88《220～500KV变电所设计规程》规定，“220KV配电装置出线在4回以上时，宜采用双母线及他接线”。 其由于本工程220KV断路器采用SF6断路器，其检修周期长，可靠性高，故不可设旁母线。由于有两回线路，一回线路停运时，仍满足N-1原则，所以，220KV宜采用双母接线。

对110KV侧的接线方式，出线仅为两回，按照规按照规程要求，宜采用桥式接线，以双回线向炼钢厂供电。考虑到主变不会经常投切，和对线路操作和检修的方便性，采用内桥接线。

对10KV侧的接线方式，按照规程要求，采用单母分段接线。 综上比较，最终确定方案Ⅱ为最佳方案。

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第四章 电气设备的选择与校验

电气装置中的载流导体和电气设备，在正常运行和短路状态时，都必须安全可靠地运行。为了保证电气装置的可靠性与经济性，必须正确地选择电气设备和载流导体。电气设备和载流导体的选择设计，必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和为今后的发展扩建留有一定余地。

电气设备选择一般要求有以下几点：（1）该满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的运行要求，并考虑远景发展；（2）按照当地环境条件校核；（3）力求技术先进和经济合理；（4）与整个工程的建设标准协调相一致；（5）同类设备尽量减少品种，以减少备品备件，方便运行管理。（6）选用的新产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。

电气设备选择的一般原则有：（1）按正常工作条件选择 （2）按短路状态进行校验 （3）按环境条件校核

第一节 短路电流计算

一、短路电流计算的目的

（一）电气主接线的比较与选择； （二）选择导线的电气设备； （三）确定中性点的接地方式； （四）计算软导线的短路摇摆； （五）定分裂导线间隔棒的距离；

（六）验算接地装置的接触电压和跨步电压； （七）选择继电保护装置和进行整定计算。

二．短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则： （一）正常工作时，三相系统对称运行。 （二）所有电源的电势相位角相同。

（三）系统中同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应的影响；转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差120°电气角度。

（四）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。

（五）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。（六）输电线路的电容略去不计。 三．计算步骤

（一） 选择并标示设计中计算的短路点。

（二） 画等值网络（次暂态网络）图，并将各元件电抗统一编号。

（三） 化简等值网络，为计算不同短路点的短路电流值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗（四） 求计算电抗

X\"。

Xjs

（五） 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值。 （六） 计算无限大容量(或

Xjs=3)的电源供给的短路电流周期分量的标幺值。

（七） 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 （八） 计算短路电流冲击值。

（九） 计算异步电动机供给的短路电流。 （十） 绘制短路电流计算结果表。 四．短路计算已知数据

发电机G-1，G-2，G-3，G-4：每台50MW,

x\"d0.124，cos0.8；变压器

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T-1, T-2, T-3, T-4:每台

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63MVA,uk%\"10.5；发电机G-5，G-6：每台200MW，xd0.1423，cos0.85；变压器T-5, T-6：每台240MVA，

uk%18；线路

40km,xL-1:2×50km,x0.4/km;线路线路L-1L-2:2×67km,x0.4/km;线路

L-3:2×

0.4/km;线路L-4:2×60km,x0.4/km;线路L-5:2×50km,x0.4/km。

五．各电气元件的电抗标幺值计算及等值网络的制定、化简 （一）选取SB100MVA,VBVav，计算如下：

1、发电机G-1，G-2，G-3，G-4电抗参数：

x\"1xdSBS0.1241000.248 G150x2x3x4x10.248

2、发电机G-5，G-6电抗参数：

x9x10x\"dSBS0.14231000.07115G22003、变压器T-1, T-2, T-3, T-4电抗参数:

xB5uk%SS0.1051000.1667

T163x6x7x8x50.1667

4、变压器T-5, T-6电抗参数:

x11x12uSBk%S0.181002400.075 T25、线路L-1， L-2， L-3， L-4，L-5电抗参数：

x11320.45010023020.0189 x11001420.46723020.0253 x120.4401001523020.01512 x11001620.46023020.0227 x11001720.45023020.0189

x0.004 （二）等值网络的制定与化简

系统等值网络图如图4—1所示，将其化简后的图4—2。

x1—x8合并再与x13串联得x18 x9—x12合并再与x14串联得x19

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

x与x16串联得x20

x18x1x5x130.1226 4x9x11x140.0984 2

x19x20xx160.0267Sx13x15x5x6x7x8x1x2x3x4x11x12xT3xT3x9x1010kvx14xT1xT1xx16220kv110kvxT2x17xT2图4—1 系统等值网络图

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

sx18x15x19BxT1xT3xT1xT3xT2xT2x17x20A图4—2 系统等值网络图的化简

六、系统最大运行方式下短路电流计算 （一）最大、最小运行方式的含义:

通过保护装置（断路器）的短路电流为最大时的系统的运行方式为最大运行方式，此时的短路电流可作为高压开关设备的选择依据；当通过保护装置的短路电流为最小时的系统运行方式为最小运行方式，此时的短路电流为最小，可作为检验继电保护设备灵敏度及保护整定的主要依据。 （二）最大运行方式的确定:

由系统等值网络图可以看出，当系统中全部电源均投入使用时，为系统的最大运行方式。制定等值网络图如下（图4—3）所示

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sx18x15x19BxT1xT3x20Af1xT1xT3f3 图4—3 系统网络化简图 图4—4系统网络化简图

sx15x19x17f2xT3/2f3Bf1xT2xT2xT1/2xT2/2f2x17x20Ax18由于两台变压器的型号、参数完全相同，因此两台变压器可以合并，合并后网络图如图4—4。 （三）最大运行方式下的短路电流计算

由于本设计之涉及电气一次部分，所以不考虑最小运行方式下的短路电流。 1、选择短路点

图4—4所示，分别选取变压器高、中、低三侧为三个短路点开关以及互感器等设备的依据及检验母线的依据。

2、三相短路电流计算（不计负荷侧的影响及母线上的损耗）

f1、f2、f3，所计算电流将作为选择断路器、隔离

sx15x19Bx20f1

图4—5

（1）短路点

Ax18f1点短路网络化简图

f1处短路电流

其等值网络图如图4—5所示。

EA到f1的转移电抗：

- 15 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

xf1Ax18x15x18x150.12260.015120.12260.015120.1566x190.0984

EB到f1的转移电抗： xf1Bx19x15x19x150.09840.015120.09840.015120.1257x180.1226

S到f1的转移电抗：

xf1sx200.0267

各个电源的计算电抗为:

xjs1Axf1ASNA450/0.80.15660.3915SB100

xjs1Bxf1BSNB400/0.850.12570.5915 SB100

xjs1xf1sSNS21000.02670.5607SB100查汽轮发电机计算曲线数字表，得出短路周期电流0s的标幺值如下

IPt1A2.737 IPt1B1.781 IPt1S1.88

归算到短路点电压等级的各电源的额定电流分别为

INASNA3VavSNB3VavSNS3Vavg25032300.6276

INB400/0.853230210032301.1813

INS5.2716

短路电流周期分量的有名值计算：

IPt1IPtiINi2.7370.62761.7811.18131.885.271613.73

i1再查出0.5s、2s、4s的短路周期电流标幺值并计算出其有名值，计入表表4—1 （2）短路点

f2处短路电流

f2点短路的网络图及其化简图如图4—6、4—7、4—8所示。

- 16 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

ssAx18x15x20x15x20Ax18x19x19xT1/2xT2/2x17f2图4—6

f2点短路网络图 图4—7 f2点短路网络化简图

由于电源点离短路点较远，可将电源A和B合并，x18、x19合并再与x15串联得：

xx18x190.22xxx12260.098415.12260.09840.015120.06971

18190变压器1、2绕组合并后得：

x21x1x220,32020.137220.0915

EAB到f2的转移电抗： xx21x22fABx22x21x0.069710.09150.069710.09150.02670.4001 20S到f2的转移电抗：

xx21x20f2Sx20x21x0.02670.09150.02670.0915.069710.15325

220各个电源的计算电抗为:

xNAB250400/0.85jsABxSfABS0.40011002.883 B- 17 -

Bx21xf217

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

xSNSjs2xfs2S0.1532521001003.218 B查汽轮发电机计算曲线数字表，得出短路周期电流0s的标幺值如下

IPtAB 0.353 IPt2S0.314

归算到短路点电压等级的各电源的额定电流分别为

INABSNAB3V250400/0.85av31153.6177

ISNS3V2100NSav311510.5429

短路电流周期分量的有名值计算：

gIPt2IPtiINi0.3533.61770.31410.54294.59

i1再查出0.5s、2s、4s的短路周期电流标幺值并计算出其有名值，计入表表4—1 （3）短路点

f3处短路电流

其等值网络图及化简图如4—9、4—10所示。

sx15x20EABsAx18x19Bx22x20xT1/2xT3/2x23f3f2图4—9 图4—10 图4—8

变压器1、3绕组合并后得：

x1x323x20.32020.960720.6405

EAB到f3的转移电抗：

- 18 -

EABsx22x20x21xf217

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

xf3ABx22x23x23x220.069710.64050.069710.64052.3825x200.0267

S到f2的转移电抗：

xf3Sx20x23x23x200.02670.64050.02670.64050.9125x220.06971

各个电源的计算电抗为:

xjs3ABxf3ABSNAB250400/0.852.382517.168SB100

xjs3xfs3当xjsSNS21000.912519.1625SB1003.45时，可近似地认为短路周期电流的幅值已不随时间的改变和变，直接用

IP1xjs计算。所以得出短路周期电流的标幺值如下：

IPt3AB10.05825

17.1681IPt3S0.05096

19.1625归算到短路点电压等级的各电源的额定电流分别为

IN3ABSNAB3VavSNS3Vav250400/0.85310.52100310.539.62

IN3S115.47

短路电流周期分量的有名值计算：

IPt3IPtiINi0.0582539.620.05096115.478.19

i1g

表4—1 最大运行方式下三相短路电流计算结果

短路点 时间（s） 0 电流值 标幺 有名 标幺 有名 标幺 有名 电源A 2.737 1.7177 2.055 1.2897 2.1235 1.3327 电源B 1.781 2.104 1.4954 1.7665 1.7162 2.0273 - 19 - 电源S 1.88 9.91 1.5596 8.222 1.7678 9.3269 电源A和B合并 总电流（kA） 13.73 f1 0.5 11.2782 2 12.6869 220KV降压变电所电气一次部分初步设计

4 标幺 有名 标幺 有名 标幺 有名 标幺 有名 标幺 有名 标幺 有名 标幺 有名 标幺 有名 标幺 有名 2.2005 1.381 1.8978 2.2419 1.9392 10.2227 0.314 3.3105 0.314 3.3105 0.314 3.3105 0.314 3.3105 0.05096 5.884 0.05096 5.884 0.05096 5.884 0.05096 5.884 0.353 1.277 0.3534 1.2785 0.3534 1.2785 0.3534 1.2785 0.05825 2.3079 0.05825 2.3079 0.05825 2.3079 0.05825 2.3079 13.8456 0 4.59 0.5 4.59 f2 2 4.59 4 4.59 0 8.19 0.5 8.19 f3 2 8.19 4

8.19 表4—2短路电流的持续时间最大值（s）

220KV侧 3.6 110KV侧 3.1 10KV侧 2.1 从以上计算的表格可见，各级电压的最大短路电流均在断路器一般选型的开断能力（20KA）之内，所以不必采用价格昂贵的重型设备或者采取限制短路电流的措施。

第二节 220KV高压断路器的选择与校验

高压断路器是发电厂和变电站电气主系统的重要开关电器。高压断路器的功能是：正常运行倒换运行方式，把设备和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。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备，其最大特点就是能断开电器中负荷电流和短路电流。 一、型号选择

高压断路器的选择除了应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。

如图1-1方案2所示，220KV母线侧进出线断路器及母线连接断路器的短路情况及基本要求一致，故可选用同一型号的断路器（10个）。

PN为最大负荷之和：PN420.959.80.9549.21(MW)

220KV母线的最大持续工作电流为：

Igmax1.05PN3UNcos1.0549.2132200.950.1427(KA)

由此选出断路器，其参数如下：

表4—3 220KV高压断路器选择结果

设备选型 计算数据 - 20 - 技术数据 220KV降压变电所电气一次部分初步设计

UN (kV) LW6—220/3150 备注 Igmax(A) I\" ish (kA) Qk [(kA)2s] 50.83 UN (kV) IN (A) Inbr (kA) ies (kA) It2t [(kA)2s] 7500 (kA) 220 142.7 15.2 38.76 220 3150 50 125 注:《发电厂电气部分》P492附表2—18 二、断路器校验 1、开断电流校验

INbr50KAI（或I\"）13.73KA tInbr—额定开断电流

I—f1点次暂态电流

2、额定电压校验

UN220KVUNS220KVUN—断路器额定电压 UNS—电网额定电压

3、额定电流校验

满足要求

IN3150AIgmax142.7A 满足要求

IN—断路器额定电流 Igmax—最大持续工作电流

4、动稳定校验

ies125KAish2.55I\"35.01KA 满足要求

ies—动稳定额定电流 ish—短路冲击电流

5、热稳定校验

短路时间：tk =0.03+0.09+0.05=0.17S 周期分量的热效应：

QPI\"210It2It2kk21213.7321013.73213.732tk0.1732.05.(KA)2S

12非周期分量的热效应：tk＜1时，T=0.05

- 21 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

QNP=T×I\"2=0.05×13.732=9.43(KA)2.S

短路电流的热效应：QK=QP+QNP=32.05+9.43=41.48(KA).S

2It2t7500(KA)2SQk41.48(KA)2S 满足要求

第三节 220KV隔离开关型号、参数选择与校验

隔离开关的主要功能是保证高压电器及其装置在检修工作时的安全，不能用来切断、投入负荷电流或开断短路电流，仅允许用于不产生强大电弧的某些切换操作。

隔离开关的型号选择应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较后确定。另外根据隔离开关操作控制要求，还应选择其配用的操作机构。屋内式8000A以下隔离开关一般用手动操作机构;220KV及以上高位布置的隔离开关，宜采用电动机构和液压机构。 一．型号选择

如图1-1所示的方案2。220KV母线侧进出线隔离开关及母线分段隔离开关发工作情况，短路情况及基本要求一致，故可选用同一型号的隔离开关（29个）。

PN为最大负荷之和：PN420.959.80.9549.21(MW)

220KV母线的最大持续工作电流为：

Igmax1.05PN3UNcos1.0549.2132200.950.1427(KA)

根据此持续电流查《电气工程专业毕业设计指南》之继电保护分册P173附表33，选择型号为GW4—220的隔离开关，参数见表4—4。

表4—4 220KV隔离开关参数表

设 备 选 型 GW4—220 备注 二．隔离开关校验 1、额定电压校验

计算数据 技术数据 UN (kV) 220 Igmax(A) 142.7 ish (kA) 38.76 Qk [(kA)2s] 50.83 UN (kV) 220 IN (A) 2000 ies (kA) 100 It2t [(kA)2s] 6400 UN220KVUNS220KVUN—断路器额定电压 UNS—电网额定电压

2、额定电流校验

满足要求

IN2000AIgmax142.7A 满足要求

IN—断路器额定电流

- 22 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

Igmax—最大持续工作电流

3、动稳定校验

ies100KAish2.55I\"35.01KA 满足要求

ies—动稳定额定电流 ish—短路冲击电流

4、热稳定校验

It2t6400(KA)2SQk41.48(KA)2S 满足要求

第四节 10KV高压断路器的选择与校验

一．10KV母线侧高压断路器 （一）型号选择

PN为最大负荷之和：PN9.80.959.31(MW)

10KV母线的最大持续工作电流为：

Igmax1.05PN3UNcos1.059.313100.950.5941(KA)

根据该最大持续工作电流查《发电厂电气部分》P489附表2—15可得到：选择型号为LN—10/2000型断路器，参数见表4-5。

表4-5 10KV母线断路器参数

额定电压 （KV） 额定电流 （A） 额定开断电流 （KA） 40 动稳定电流 （KA） 110 热稳定电流（KA） 固有分闸时间 （S） 0．06 合闸时间 （S） 备注 型号 LN—10/2000 10 2000 43.5（3s） 0．06 （二）断路器校验 1、开断电流校验

Inbr40KAI8.19KA 满足要求 Inbr—额定开断电流

I—f3点次暂态电流

2、额定电压校验

UN10KVUNS10KVUN—断路器额定电压 UNS—电网额定电压

满足要求

- 23 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

3、额定电流校验

IN2000AIgmax594.1A 满足要求

IN—断路器额定电流 Igmax—最大持续工作电流

4、动稳定校验

ies110KAish2.55I20.88KA ies—动稳定额定电流 ish—短路冲击电流

5、热稳定校验

短路时间：tk =0.06+0.06=0.12S 周期分量的热效应：

2I\"210It2Itkk2QP128.192108.1928.192tk0.128.049 .(KA)2S

12非周期分量的热效应：tk＜1时，T=0.05

QnpTI\"20.058.1923.354(KA)2S

短路电流的热效应：QkQpQnp=8.049+3.354=11.403(KA)2S

It2t5676.75(KA)2SQk11.403(KA)2S 满足要求

二．10KV出线侧高压断路器 （一）型号选择

10KV出线的最大持续工作电流为：

Igmax1.05SN3UN1.052.43100.145(KA)

根据该最大持续工作电流查《发电厂电气部分》P489附表2—15可得到：选择型号为LW3—10Ⅲ型断路器，参数见表4—6。

表4—6 10KV出线断路器参数

型号 额定电压 （KV） 额定电流 （A） 额定开断电流 （KA） LW3—10Ⅲ 10 630 12.5 动稳定电流 （KA） 31.5 12.5（4s） 热稳定电流（KA） 固有分闸时间 （S） 0．04 0．06 合闸时间 （S） 备注 （二）断路器校验 1、开断电流校验

Inbr12.5KAI8.19KA 满足要求

- 24 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

Inbr—额定开断电流

I—f3点次暂态电流

2、额定电压校验

UN10KVUNS10KVUN—断路器额定电压 UNS—电网额定电压

3、额定电流校验

满足要求

IN630AIgmax145A 满足要求

IN—断路器额定电流 Igmax—最大持续工作电流

4、动稳定校验

ies31.5KAish2.55I20.88KA ies—动稳定额定电流 ish—短路冲击电流

5、热稳定校验

短路时间：tk =0.04+0.06=0.1S

2I\"210It2Itkk2周期分量的热效应：QP128.192108.1928.192tk0.16.71(KA)2S

12非周期分量的热效应：tk＜1时，T=0.05

QnpTI\"20.058.193.354(KA)2S

短路电流的热效应：QkQpQnp=6.71+3.354=10.064(KA)2S

It2t625(KA)2SQk10.064(KA)2S 满足要求

第五节 10KV隔离开关型号、参数选择与校验

一．10KV母线隔离开关 （一）型号选择

PN为最大负荷之和：PN9.80.959.31(MW)

- 25 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

10KV母线的最大持续工作电流为：

Igmax1.05PN3UNcos1.059.313100.950.5941(KA)

根据此持续电流查《发电厂电气部分》P493表2—19，选择型号为GN2—10/1000的隔离开关，参数见表4—7。

表4—7 10KV隔离开关参数表

型号 额定电压（KV） 额定电流（KA） 动稳定电流峰值（KA） 5秒热稳定电流（KA） 备注 GN2-10/1000 （二）隔离开关校验 1、额定电压校验

10 1000 80 40 UN10KVUNS10KVUN—隔离开关额定电压 UNS—电网额定电压

2、额定电流校验

满足要求

IN1000AIgmax594.1A 满足要求

IN—断路器额定电流 Igmax—最大持续工作电流

3、动稳定校验

ies80KAish2.55I20.88KA ies—动稳定额定电流 ish—短路冲击电流

4、热稳定校验

It2t8000(KA)2SQk11.403(KA)2S 满足要求

二．10KV出线隔离开关 （一）型号选择

10KV母线的最大持续工作电流为：

Igmax1.05SN3UN1.052..43100.145(KA)

根据此持续电流查《发电厂电气部分》P493表2—19，选择型号为GN6—10T的隔离开关，参数见表4—8。

表4—8 10KV隔离开关参数表

型号 额定电压（KV） 额定电流（KA） 动稳定电流峰值（KA） 5秒热稳定电流（KA） 备注 - 26 - 220KV降压变电所电气一次部分初步设计

GN2-10T （二）隔离开关校验 1．额定电压校验

10 400 52 14 UN10KVUNS10KVUN—隔离开关额定电压 UNS—电网额定电压

2．额定电流校验

满足要求

IN400AIgmax145A 满足要求

IN—断路器额定电流 Igmax—最大持续工作电流

3．动稳定校验

ies52KAish2.55I20.88KA ies—动稳定额定电流 ish—短路冲击电流

4．热稳定校验

It2t980(KA)2SQk10.064(KA)2S 满足要求

第六节 母线型号及规格选择及校验

根据矩形、槽形和管形母线的使用范围、母线的截面形状，应该保证集肤效应系数尽可能低、散热良好、机械强度高、安装简便和连接方便以及变电所的周围环境和实际情况母线的选择。 一、220KV母线的选择 （一）母线型号选择

一般情况下采用铝母线；在持续工作电流较大、且位置特别狭窄的发电机、变压器出口处，以及污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所，采用铜母线。

35KV及以下且正常工作电流不大于4000A时，宜选用矩形导体；在4000~8000A时，一般选用槽型导体；8000A以上工作电流选管形导体或钢芯铝绞线构成的组合导线。

导体的布置方式应根据载流量的大小、短路短路水平和配电装置的具体情况而定。钢芯铝绞线母线、管形母线一般采用三相水平布置；矩形、双槽形母线常见布置方式有三相水平和三相垂直布置。

对于负荷利用小时数大，传输容量大，长度在20m以上的母线（如发动机至主变压器、配电装置的母线），应按经济电流密度选择导线的截面。变压器220KV母线上最大持续工作电流为：

Igmax1.05PN3UNcos1.0549.2132200.950.1427(KA)

Igmax＜4000A,所以用矩形导体。

- 27 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

因为Tmax=5500h/年，查铝质矩形、槽形和组合导体的经济电流密度曲线得J=0.74A（mm）

2所以Sj=

Igmax142.72==192.84mm J0.74Igmax/J 查《发电厂电气部分》P484附表2-1，选择每相1条50mm

依据最大持续工作电流和经济电流密度Sj×4mm矩形铝导体，母线型号LMY—200，其参数见表4-9。

表4-9 220KV母线参数

导体尺寸h×b (mm×mm) 载流量 集肤效应系数Kf 放置方式 (A) 565 ≈1.0 平放 50×4 本变电所环境实际温度是综合校正系数K=0.81

40ºC时，查发电厂电气部分（第三版）附表3得

IalKIN0.81565457.65AIgmax142.7A

满足长期允许发热条件。

（二）母线校验 1．热稳定的校验 正常运行时导体温度

2Imax142.72 0(al0)240(7040)43(C) 2Ial457.65由此查表经计算得C=97.8 则SminQkKf/C41.481061.0/97.865.85(mm2)其中：Smin—按热稳定决定的母线最小截面

C—母线的热稳定系数

Kf—集肤效应系数 Qk—短路电流热效应 满足热稳定条件 2．共振校验

由于不知道绝缘子跨距L，可令单位长度导体质量：

f1160HZ,Nf3.56

mhbw0.050.00427000.54(kg/m)

导体的截面二次矩： Jbh3/120.0040.053/121.67109(m4)

- 28 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

铝导体的导体材料的弹性模量E=7×1010Pa，因此有：

3.56160710101.671090.57(m)

0.54最大绝缘子跨距 LmaxNff1EJm选取L= 0.5 短路冲击电流 ish1，满足不共振要求。

35.01(KA)

fph1.73107121ish1.7310735.0121061848.2(N/m) a0.25fph—单位长度导体上所受到的相间电动力, N/m;

L—支持绝缘子之间的跨距，m.

由材料力学知道，当跨距数大于2时，导体所受到的最大弯矩为：

MphfphL210848.20.5221.2(Nm)

10导体相间抗弯截面系数为：

Wphbh20.0040.0521.67106(m3)

66 导体最大相间计算应力为

maxphMphWph21.26612.6910(Pa)7010(Pa) al61.6710al—导体材料最大允许应力，硬铝为70106(Pa) 满足动稳定要求

4．电晕电压的校验

对110KV及以上裸导体，需要按晴不发生全面电晕条件校验，即裸导体的临界电压Ucr应大于最高工作电压Umax。

Ucr84Kmrr(10.301r)lga0.30125840.960.985.0161(1)lg313.68(KV)r5.01615.016Ucr313.68(KV)Umax220(KV) 满足要求

其中： mr=0.98 a=25cm 1.000 r5.016cm K=0.96

Ucr

—临界电晕电压

Umzx—电网电压

二、110KV母线的选择 （一）母线型号选择

变压器110KV母线上最大持续工作电流为：

- 29 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

Igmax1.05SN3UN1.054231100.2315(KA)

Igmax＜4000A,所以用矩形导体。

因为Tmax=5500h/年，查铝质矩形、槽形和组合导体的经济电流密度曲线得J=0.74A（mm）

2 所以Sj=

Igmax231.52==312.84mm J0.74Igmax/J 查《电力工程手册（1）》P266表4-15，选择每相1条60mm

依据最大持续工作电流和经济电流密度Sj×6mm矩形铝导体，母线型号LMY—360，其参数见表4—10。

表4—10 110KV母线参数

导体尺寸h×b (mm×mm) 载流量 集肤效应系数Kf 放置方式 (A) 826 ≈1.0 平放 60×6 本变电所环境实际温度是综合校正系数K=0.81

40ºC时，查发电厂电气部分（第三版）附表3得

IalKIN0.81826669.06AIgmax231.5A

满足长期允许发热条件。 （一）母线校验 1．热稳定的校验

正常运行时导体温度

2Imax231.52 0(al0)240(7040)44(C) 2Ial669.06由此查表经计算得C=97.4 短路时间：tktkdtd0.253=3.25(s)

tkd—断路器开断时间，查得为0.25s

td—后备保护动作时间取为3s 周期分量的热效应：

2I\"210It2Itkk2QP124.592104.5924.592tk3.2568.47(KA)2S

122短路电流的热效应：Qk=QP=68.47(KA).S 则SminQkKf/C68.471061.0/97.484.96(mm2)其中：Smin—按热稳定决定的母线最小截面

- 30 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

C—母线的热稳定系数

Kf—集肤效应系数

Qk—短路电流热效应

满足热稳定条件 2．共振校验

由于不知道绝缘子跨距L，可令单位长度导体质量

f1160HZ,Nf3.56

mhbw0.060.00627000.972(kg/m)

导体的截面二次矩

Jbh3/120.0060.063/123109(m4)

10铝导体的导体材料的弹性模量E=7×10Pa，因此有：

3.561607101031090.572(m)

0.972最大绝缘子跨距

LmaxNff1EJm选取L= 0.5 短路冲击电流

1，满足不共振要求。

ish11.71(KA)

fph1.73107121ish1.7310711.712106194.89(N/m) a0.25fph—单位长度导体上所受到的相间电动力, N/m;

a—相间距离，m.

由材料力学知道，当跨距数大于2时，导体所受到的最大弯矩为：

MphfphL21094.890.522.37(Nm)

10导体相间抗弯截面系数为：

Wphbh20.0060.0626107(m3)

66 导体最大相间计算应力为

maxphMphWph2.373.95106(Pa)al70106(Pa) 7610al—导体材料最大允许应力，硬铝为70106(Pa)

满足动稳定要求 4．电晕电压的校验

- 31 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

对110KV及以上裸导体，需要按晴不发生全面电晕条件校验，即裸导体的临界电压Ucr应大于最高工作电压Umax。

Ucr84Kmrr(10.301r)lga0.30125840.960.986.02991(1)lg330.39(KV)r6.029916.0299Ucr330.39(KV)Umax110(KV) 满足要求

其中：

mr=0.98 a=25cm 1.000 r6.0299cm K=0.96

Ucr

—临界电晕电压

Umzx—电网电压

三、10KV母线的选择 （一）母线型号选择

变压器110KV母线上最大持续工作电流为：

Igmax1.05SN3UN1.059.83100.5941(KA)

Igmax＜4000A,所以用矩形导体。

因为

T=5500h/年，查铝质矩形、槽形和组合导体的经济电流密度曲线得J=0.74A（mm） max2Igmax594.12所以Sj===802.84mm

J0.74

依据最大持续工作电流和经济电流密度SjIgmax/J 查《发电厂电气部分》P484表2-1，选择每相1条80mm

×10mm矩形铝导体，母线型号LMY—800，其参数见表4—11。

表4—11 10KV母线参数

导体尺寸h×b (mm×mm) 载流量 集肤效应系数Kf 放置方式 (A) 1411 1.05 平放 80×10 本变电所环境实际温度是综合校正系数K=0.81

40ºC时，查发电厂电气部分（第三版）附表3得

IalKIN0.8114111142.91AIgmax594.1A

满足长期允许发热条件。 （二）母线校验 1．热稳定的校验

正常运行时导体温度

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

2Imax594.12 0(al0)40(7040)48(C) 22Ial1142.91由此查表经计算得C=95.8 则SminQkKf/C11.4031061.0/95.835.25(mm2)其中：Smin—按热稳定决定的母线最小截面

C—母线的热稳定系数

Kf—集肤效应系数

Qk—短路电流热效应 满足热稳定条件

2．共振校验

由于不知道绝缘子跨距L，可令单位长度导体质量

f1160HZ,Nf3.56

mhbw0.080.0127002.16(kg/m)

导体的截面二次矩

Jbh3/120.010.083/124.28107(m4)

10铝导体的导体材料的弹性模量E=7×10Pa，因此有：

710104.281070.26(m)

2.16最大绝缘子跨距

LmaxNff1EJ3.56m160选取L= 0.2 短路冲击电流

1，满足不共振要求。

ish20.88(KA)

fph1.73107121ish1.7310720.8821061301.69(N/m) a0.25fph—单位长度导体上所受到的相间电动力, N/m;

L—支持绝缘子之间的跨距，m.

由材料力学知道，当跨距数大于2时，导体所受到的最大弯矩为：

MphfphL210301.690.221.21(Nm)

10导体相间抗弯截面系数为：

Wphbh20.010.08210.67106(m3)

66- 33 -

导体最大相间计算应力为

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

maxphMphWph1.210.11106(Pa)al70106(Pa) 610.6710al—导体材料最大允许应力，硬铝为70106(Pa) 满足动稳定要求

第七节 互感器的配置

互感器包括电压互感器和电流互感器，电压互感器是一种小型变压器，电流互感器是一种小型变流器，它们是将电力系统的一次电压表，继电保护及自动装置的电压线圈或电流线圈供电。

按照监视、测量、继电保护和自动装置的要求，配置互感器。 一、电流互感器选择

电流互感器的选择，根据电流互感器安装处电网的额定电压，线路的最大持续工作电流，用途以及安装地点，分别找出此变电站的三个电压等级下的电流互感器。

所有断路器的回路均装设电流互感器，以满足测量、保护和自动装置的要求。变压器的中性点安装一台，以检测零序电流。电流互感器一般按三项配置。对10KV系统，母线分段回路和出线回路按两项式配置，以节省投资同时提高供电的可靠性。（一）电流互感器型号选择

电流互感器的选择，根据电流互感器安装处电网的额定电压，线路的最大持续工作电流，用途以及安装地点，查《电力工程设计手册》之三，P1251～1300页，分别找出此变电站的三个电压等级下的电流互感器。

表4—12 220KV、110KV 、10KV电流互感器参数表：

型号 额定电流比（A） 准确级次 二次负荷0.5级 10%倍数 二次负荷 — — 倍数 <10 — 1S热稳定倍数（电流） LA—10/600 LCWD—110/300 LCW2—220W LA—10/600 （二）设备的校验 1．额定电流的校验

400/5 200/5 0．5 0．5 2 0.4 — — 20 10 80(KA) 90 80（KA） 160 600/5 300/5 0．5 0．5 0. 4 1.2 50 75 动稳定倍数（电流） 90 130 Ie400AIgmax142.7A (220KV)

Ie300AIgmax231.5A (110KV)

Ie600AIgmax594.1A (10KV母线) Ie200AIgmax145A (10KV出线)

Ie—各电压等级下的电流互感器的额定电流 Igmax—各电压等级下的最大持续工作电流

2．热稳定的校验：

①220KV侧 ∵It28026400(KA)2S

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

∴It26400(KA)2SQk41.48(KA)2S

2 满足要求

②110KV侧 ∵(KtIN1)∴(KtIN1)2(750.3)2506.25(KA)2S

506.25(KA)2SQk68.47(KA)2S

满足要求

③ 10KV母线侧 ∵(KtIN1)∴(KtIN1)22(500.6)2900(KA)2S

900(KA)2SQk11.403(KA)2S 满足要求

④ 10KV出线侧 ∵(KtIN1)∴(KtIN1)22(900.2)2324(KA)2S

324(KA)2SQk10.064(KA)2S

满足要求 其中：Kt—热稳定倍数

IN1—一次额定电流

It—1s允许通过的热稳定电流

3．动稳定的校验

①220KV侧

ish2.55I2.5513.7335.01KA

ies80KAish 满足要求

②110KV侧 ∵∴

2IN1Kes20.313055.15KA

2INKes55.15KAish2.55I11.71KA 满足要求

2IN1Kes20.69076.38KA

③10KV母线侧 ∵∴

2INKes76.38KAish2.55I20.88KA 满足要求

2IN1Kes20.216045.25KA

④10KV出线侧 ∵∴

2INKes45.25KAish2.55I20.88KA 满足要求

IN1—一次额定电流 Kes—动稳定倍数

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

ies—动稳定电流

二、电压互感器的选择

电压互感器是将电力系统的一次电压按照一定的比例缩小为要求的二次电压，向测量表计和继电器供电。根据电压互感器的用途、安装地点及无油化和绝缘等级要求。电压互感器的配置应能保证在主接线的运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。

每组母线的三相上装设电压互感器。出线侧的一项上应装设电容式电压互感器。利用其绝缘套管末屏抽取电压，则可省去单项电压互感器。 （一）电压互感器型号选择

查《电力工程设计手册（3）》P1243表24-3，《发电厂电气部分》（第三版）P348，《电力设备选型手册》P ,得各电压等级电压互感器参数见表4—13，4—14。

表4—13 电压互感器选择结果

设备名称 安装地点 220KV母线 电压互感器 桥断路器两侧连接点 10KV母线

表各电压等级电压互感器参数表

型号 最大容量（V·A） 一次绕组 额定电压（KV） 二次绕组 辅助绕组 0.1 二次绕组1额定容量（V·A）0.5级 TYD—220/1200 型号 TYD—220/3—0.005 JDCF—110WB,0.2/3P级 JSJW—10，0.5级 2203—2000 3 0.13 150 0.005 JDCF—110WB,0.2/3P级 JSJW—10，0.5级 960 10 0．1 1103 0.13 0.1 150 0.13 120 SN是对应于在测量仪表所要求的最高准确级下，电压互感器的额定容量。S2是二次负荷，它与测量仪表的类型，

数量和接入电压互感器的接线方式有关，电压互感器的三相负荷经常是不平衡的，所以通常用最大一相的负荷和电压互感器一相的额定容量相比较。

第五章 所用电的接线方式与所用变的选择

第一节 所用电的接线方式确定

变电所用电设备的用电统称所用电。所用电比厂用电小的多，有人值班的地方变电所其总负荷一般只有20KVA左右；大、中型变电所其负荷一般为200～700KVA。 一、对所用电源的要求

根据SDJ2—1998《220～500KV变电所设计技术规程》、DL/T5155—2002《220～500KV变电所所用电设计技术规程》，有关要求如下。

（一）220KV变电所，有两台以上主变压器时，宜从变压器低压侧分别引接两台容量相同、可相互备用、分裂运行的所用变压器，每台工作变压器按全所计算负荷选择；只有一台主变压器时，其中一台所用变压器宜从所外电源引接。

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

（二）变电所的交流不停电电源宜采用成套UPS装置，或由直流系统和逆变器联合组成。 （三）为了保证对直流系统负荷可靠供电，变电所应设置直流电源。

220KV～330KV变电所、重要的35KV～110KV变电所及无人值班变电所，装设一组110KV或220KV蓄电池组；一般的35KV～110KV变电所，装设一组成套的小容量镉镍电池装置或电容储能装置。 二、所用电源引接

当所内有较低压母线时，一般均由较低电压母线上引接1～2台所用变压器。这种引接方式具有经济性和可靠性较高的特点。

三、所用电接线及供电方式

（一）所用电系统采用380/220KV中性点直接接地的三相四线制，动力与照明合用一个电源。

（二）所用电母线采用按工作变压器划分的分段单母线，相邻两段工作母线间可配置分段或联络断路器，各段同时供电、分裂运行。由于其负荷允许短时停电，工作母线段间不装设自动投入装置，以避免备用电源投合在故障母线上扩大为全部所用电停电事故。

（三）所用电负荷由所用配电屏供电，对重要负荷采用分别界在两段母线上的双回路供电方式。

（四）强油风（水）冷主变压器的冷却装置、有载调压装置及带点滤油装置，主变压器为三相变压器时，按台分别设置双回路电源进线，并只在冷却装置控制箱内自动相互切换。

（五）断路器、隔离开关的操作及加热负荷，可采用按配电装置区域划分、分别接在两段所用电母线的双回供电方式。

（六）检修电源网络采用按配电装置区域划分的单回分支供电方式。

（七）不间断供电装置主要是向通信设备、监控计算机及交流事故照明等负荷供电。 四、所用电的接线方式的确定

为了保证所用电供电的可靠性，所用电分别从10KV的两个分段上引接。为了节省投资，所有变压器采用隔离开关加高压熔断器与母线连接。高压熔断器选择结果如表5—1。

图5—1 所用电的接线图

表5—1 10kV所用变、压变高压侧熔断器选择结果

安装地点 型号 选择结果 计算结果 I（kA） \"INbr（kA） 所用变压器高压侧 压变高压侧 备注 注：《电气工程专业毕业设计指南》继电保护分册P171附表32

第二节 所用变压器的选择

所有变的容量选择，可通过对变电所自用电的负荷，结合各类负荷的需求系数，求的最大需求容量来选取容量。考

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RN1—10/10 RN2—10.5/0.5 20 100 8.19 8.19 220KV降压变电所电气一次部分初步设计

虑本变电所不是很大，所用负荷也不大，所以选用两台S9—50/10变压器即可满足。其参数如表5—2。

表5—2 所用变压器参数

型号 额定容量（kVA） 连接组标号 Y，yn0 高压 10.5 电压组合（kV） 低压 0.4 分接范围 ±5% 0.17 0，87 2.0 4 空载损耗 负载损耗 空载电流 短路电抗 S9—M—50 50 注：《电气工程专业毕业设计指南》继电保护分册P168附表27

第六章 防雷规划

运行中的电气设备可能受到来自外部的雷电过电压的作用。必须采取有效的过电压防护器具，实现防雷保护。防雷保护有避雷针保护、避雷线保护和避雷器保护。避雷针和避雷线是防止直接雷过电压的有效措施，避雷器用来限制设备所承受的雷电过电压和操作过电压。 一、直击雷保护措施

（一）电压为110kV以上的屋外配电装置。可将避雷针装置的配架上。对于35-60kV配电装置，一般采用独立的避雷针进行保护。安装避雷针的构架支柱应设置辅助的集中接地装置，其接地电阻不大于10Ω，在变压器门型架上，不得装设避雷针。

（二）电压为110kV以上的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型架上，35—60kV的屋内配电装置也可以。

在选择独立避雷针的装设地点时，应用照明灯塔在其上装设避雷针。 二、防雷保护设计原则

（一）变电所与发电厂的雷害可能来自两个方面：一是雷击变电所、发电厂；二是雷击输电线路后产生的雷电波侵入变电所或发电厂。

（二）防护雷击的措施：

1. 对主厂房需装设的直击雷保护，或为保护其他设备而在主厂房上装设的避雷针、避雷线，应采取如下措施： （1） 加强分流 （2） 防止反击

（3） 装设计中接地装置

2. 对变电站、发电厂的电气设备及厂房防止雷击的保护；

出于对反击问题的的考虑，避雷针的安装方式可分为构架避雷针和独立避雷针两种。对于110kV及以上的配电装置，由于电气设备的绝缘水平较高，在土壤电阻不高的地区不易发生反击，可采用构架避雷针。但在土壤电阻率大于1000Ω·m的地区，不宜装设构架避雷针。为了确保变电所中最重要而绝缘又较弱的设备，装设避雷针的构架应就近铺设辅助的接地装置。 三、本变电站的防雷措施

设计站位于地势平坦的地区，雷电活动较少，但为了供电的可靠性，防止事故的发生，考虑到被保护电器的绝缘水平和便用特点以及安装地点，本工程采用220KV、110KV配电装置构架上设避雷针；10KV配电装置设独立避雷针进行直接雷保护。

为了防止雷击，主变构架上不设置避雷针。

采用避雷针来防止雷电侵入波对电气设备绝缘造成危害。避雷器的选择，考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器（磁吹避雷器），且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续、灭弧问题，所以本工程220KV和110KV系统中，采用氧化锌避雷器。

由于金属氧化物避雷器没有串联间隙，正常工频电压要长期施加在金属氧化物电阻片上，为了保证适用寿命，长期施加于避雷器上的运行电压不可超过避雷器允许的持续运行电压。避雷器的选择情况表6—1。

表6—1 避雷器选择情况

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220KV降压变电所电气一次部分初步设计

设备名称 安装地点 220KV母线 110KV进线侧 避雷器 10KV进线 10KV出线 主变中性点

结 论

本次设计是对220KV降压变电所电气一次部分初步设计，在老师的指导下，我的毕业设计已经完稿。通过对电气主接线的设计，使我更加明确电气主接线对全所的重要性，以及在电力系统安全、经济运行所起的决定性作用，我所设计的变电所220进线为7回，出线为三回，经过技术比较，我选择了双母线接线，这样选择即经济又适用。在短路电流的计算中，了解电力系统发生故障时，电力系统内部发生的变化，短路电流运用在选择电气设备上，屋外配电装置上以及选择继电保护方式和进行整定计算上等等。这次设计，利用到大学四年里所学的知识，综合运用了发电厂电气设备、电力系统分析、电力系统继电保护、电机学、高电压技术等课程的专业知识、以及从毕业实习期间所学到的实际知识，学习和掌握了变电站设计的基本方法和基本技能、培养和提高了独立分析和解决实际问题的能力，从而巩固和加深了对专业知识的理解。通过本次设计使我熟悉了国家能源开发政策和有关技术规程、规则等，树立了发电、变电、送电、配电必须安全、可靠、经济的观点，为今后能尽快适应实际工作打下基础。主要设计成果有：电气主接线方案；变电所最大运行方式下的短路电流计算成果；导体和电气设备的选择和设计。

参考文献

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朱永利·发电厂电气部分（第三版）. 北京：中国电力出版社,2004 陈跃 ·电力系统分析手册（第二版）. 北京：中国水利水电出版社，2003 水利电力部西北电力设计院·电力工程电气设计手册.北京：水利水电出版社，1989 姚春球·发电厂电气部分.北京：中国电力出版社，2004

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水利水电部东北电力设计院，水利水电西北电力设计院· 电力工程设计手册（第三册），上海：上海科学技术出版社，1978

水利水电部东北电力设计院，水利水电西北电力设计院· 电力工程设计手册（第一册），上海：上海科学技术出版社，1978

简浩华，许建安．小型水电站电气部分设计指南．水利电力出版社，1999

10. 西安交通大学李光琦·电力系统暂态分析（第二版）,北京：中国电力出版社，1995 11. 陈光会，王敏·电力系统基础，北京：中国水利水电出版社，2004

致谢

时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。从开始进入设计到设计的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，本设计从选题到方案研究自始至终在 老师的精心指导和热情鼓励下完成的。在设计期间，老师付出了很多，特别是我在任何时候问问题，老师都予以耐心的讲解，这点让我非常感动。老师无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，并且鼓励我学习新知识、新技术，激励我去迎接挑战，并把知识灵活运用到实践中去。通过做这次毕业设计，我对电力系统中的变电所有了更进一步的了解，自身的专业知识也得到了提高，我对自己的专业更加热爱了。由于时间和设计者的水平有限，毕业设计中难免有不足之处，请各位审阅老师提出宝贵意见。 这一切离不开老师的鼓励和帮助，在此我表示衷心的感谢！

最后，向所有关心和帮助我的老师和同学表示衷心的感谢。

学生： 附表：2 （指导教师用表）

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型号 Y10W5—220 Y10W5—110 FZ—10 FZ—10 FZ—40，间隙保护 220KV降压变电所电气一次部分初步设计 本科生毕业论文（设计）题目审批表 毕业论文（设计）题目 指导教师 协助指导教师 学生应具备的条件 题目完成形式 220KV降压变电所电气一次部分初步设计 职称 职称 科研项目 科研项目 基本掌握电气工程自动化专业主要课程，并认真完成毕业实习的本科学生 在教师的指导下学生独立完成 内容简介：（不少于150字） 一、待建变电所基本资料 1.设计变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有地区负荷。2．确定本变电所的电压等级为220/110/10KV，220KV是本变电所的电源电压，110KV和10KV是二次电压。3.待设计变电所的电源，由双回220KV线路送到本变电所；在中压侧110KV母线，送出2回线路；在低压侧10KV母线，送出12回线路；在本所220KV母线有三回输出线路。该变电所的所址，地势平坦，交通方便。 二、110KV和10KV用户负荷统计资料 序号 1 2 3 4 5 6 用户名称 矿机厂 机械厂 汽车厂 电机厂 炼油长 饲料厂 最大负荷(KW) 1800 900 2100 2400 2000 600 cosφ 0.95 回路数 2 2 2 2 2 2 重要负荷的百分数（%） 62 最大负荷利用小时数Tmax5500h，同时率取0.9，线路损耗取5%。 三、待设计变电所与电力系统的连接情况 四、设计任务 1.选择本变电所主变的台数、容量和类型。2.设计本变电所电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个最佳方案。3.进行必要的短路电流计算。4.选择和校验所需的电气设备。5.选择所用电接线方式和所用变压器。6.进行防雷保护规划设计。 五、图纸要求 1.绘制变电所电气主接线图。 毕业论文（设计）工作领导小组审 核意见 组长签字： 年 月 日 - 40 -

220KV降压变电所电气一次部分初步设计

本科毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目：220KV降压变电所电气一次部分初步设计 学生姓名 指导教师 设计变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有地区负荷；确定本变电所的电压等级为220/110/10KV，220KV是本变电所的电源电压，110KV和10KV是二次电压，待设计变电所的电源，由双回220KV线路送到本变电所；在中压侧110KV母线，送出2回线路；在低压侧10KV母线，送出12回线路；在本所220KV母线有三回输出线路。该变电所的所址，地势平坦，交通方便。 通过选择本变电所主变的台数、容量和类型，设计本变电所电气主接线，选出数个电气主接线方案进行技术经济比较，确定一个最佳方案。进行必要的短路电流计算，选择选择和校验所需的电气设备。并进行防雷保护规划设计。 1.本变电所主变的台数、容量和类型。 2.设计本变电所电气主接线。 学号 职称 专业 班级 起止时间 主要研究︵设计︶内容主要任务及目标技术路线毕业论文︵设计︶工作小组意见

3.进行短路电流计算。 4.选择和校验所需的电气设备。 5.选择所用电接线方式和所用变压器。 6.进行防雷保护规划设计。 7.提交用A4纸打印的设计说明书； 8.提交采用CAD绘制A3电气主接线图。 1.确定主变压器的容量、参数，计算短路电流； 2.确定主接线方式、选择母线的型号及规格； 3.选择设计高压断路器、隔离开关的型号； 毕业论文（设计）工作小组组长签字： 年 月 日 - 41 -