《220KV降压变电所初步设计》课程设计报告.doc

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1、 220KV 降降压变电压变电所初步所初步设计设计 课课程程设计报设计报告告 系系 别：别： 机电与自动化学院机电与自动化学院 专业班级：专业班级： 电气电气 0705 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 指导教师：指导教师： （课程设计时间：2010 年 12 月 13 日2010 年 12 月 31 日） 华中科技大学武昌分校华中科技大学武昌分校 目目 录录 1 1 变电所的原始资料 2 1.1 变电所的规模.2 1.2 变电所的基本数据.2 1.3 所址情况.2 2 主变压器容量，台数及形式的选择 2 2.1 概述.2 2.2 主变压器台数的选择.3 2.3 主变压器容量的选择.

2、3 2.4 主变压器型式的选择.3 3 电气主接线的选择 4 3.1 概述 .4 3.2 主接线的方式选择.4 3.3 选择设计方案 6 4 变电所短路电流计算 7 4.1 概述.7 4.2 短路计算的目的及假设.7 4.3 计算参数 8 4.4 短路情况分析.9 5 变电所电气设备的选择 .10 5.1 概述10 5.2 断路器的选择13 5.3 补偿装置容量的选择 .14 6 主变压器保护15 6.1 概述 .15 6.2 变电所主变保护的配置 .15 6.3 限流电抗器的选择19 7. 防雷及接地体设计20 7.1 概述 .20 7.2 防雷保护的设计 .20 7.3 接地装置的设计 .

3、21 7.4 主变压器中性点放电间隙保护 .21 参考文献 23 1、变电所的原始资料 2 1.1 变电所的规模 本次变电所的设计为一区域性变电所，向开发区的炼钢厂、化纤厂供电， 在变电所附近还有 10KV 地区负荷。本变电所的电压等级为 22011010kV，220kV 是电源侧电压，110kV 和 10kV 是二次负荷侧电压。待 设计的变电所，220kV 线路 5 回，其中 2 回与系统、2 回与电厂相连、备用一回； 110kV 送出 4 回线路，备用一回；10kV 送出 12 回线路；该变电所的所址，地势 平坦，交通方便。 1.2 变电所的基本数据 110kV 和 10kV 用户负荷统计

4、资料见下表。最大负荷利用小时数 Tmax5500h，同时率取 0.9，线路损耗取 6。主要负荷见表 1： 最大负荷 （kW） cos回路数 线路全长 （kM） 重要负荷百分数 （%） 炼钢厂420000.95065 化纤长320000.958070 矿机厂1800 机械厂1900 汽车厂1700 电机厂2000 炼油厂2200 饲料厂800 用户名称 110kV 10kV620.95 2 表 1 1.3 所址情况 该变电所的所址，地势平坦，交通方便。最高气温 40、最低气温-20， 主导风向冬季为西北风，夏季为东南风，最大风速 25mS、海拔 600m，最大冻 土层厚 0.6m，地震级为 6

5、度。 2 主变压器容量，台数及形式的选择 2.1 概述 3 在发电厂和变电所中，用来向系统或用户输送功率的变压器，称为主变压 器。主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确 定除依据传递容量的原始资料外，还应根据电力系统 510 年发展规划、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。 变电所主变压器容量，一般应按 510 年规划、负荷性质、电网结构等综 合考虑确定其容量。对重要变电所，应考虑当一台主变停运时，其余变压器容 量在计及过负荷能力允许时间内，应满足类及类负荷的供电；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满足全

6、部负荷的 70%以上。 2.2 主变压器台数的选择 由设计要求可知，本次设计的是 220kV 降压变电所，它是以 220kV 输 出功率为主。把所受的功率通过主变传输至 110kV 及 10kV 母线上。若全所停电 后，将引起下一级变电所与地区的电力设备全部停电，影响整个市区的供电， 因此选择主变压器台数时，要确保供电的可靠性。 为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所 中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有 所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积和配电设备及 用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且还会

7、造成中 压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变压器同时发生故障机 率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时， 另一台主变压器可承担 70%的负荷保证全变电所的正常供电。 2.3 主变压器容量的选择 主变压器容量的选择，变压器的最大负荷为 PM=K0P。对于具有两台变压 器的变电所。其中一台主变压器的容量应大于等于 70%的全部负荷或全部重要 负荷。两者中，取最大值作为确定主变的容量依据。 =57150kW0.7 cos M e P S 故选用两台 OSFP7-6000/220 三绕组变压器。 2.4 主变压器类型的选择 4 在 330kV 及以下电力系统中

8、，一般都选用三相变压器。如采用单项变压器组， 则投资大、占地多、运行损耗也较大，同时也使配电装置结果复杂。 如果变电所采用的变压器两种降压电压级降压，当最大机组容量为 125MW 及以下时，多采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格以及所使用的 控制电器和辅助设备，与相应的两台双绕组变压器相比都较少。在 110kV 及以 上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦 变压器，它损耗小、体积小、效率高。 另外主变压器无需选用有载调压，选用无励磁调压即可。 3 电气主接线的选择 3.1 概述 变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选 择出一种与变

9、电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主 接线是电力系统接线的重要组成部分，它表明变电所内的变压器、各电压等级 的线路、无功补偿设备以最优的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电 所内各种电气设备之间的连接方式。一个变电所的主接线包括高压侧、中压侧、 低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同， 进出回路数不同，接 线方式也不同。 变电所的电气主接线设计是整个变电所设计的核心技术。它对变电所内电 气设备的选择、布置，继电保护及自动装置的设计，变电所总平面布置的设计， 都起决定性作用。 3.2 主接线的方式选择 对变电所电气主接线的设计一般从可靠性，灵活性和经济性等方面进

10、行评 价。常用的各种接线方式有以下几种： （1）变压器线路组接线这种接线是一台变压器与一条线路构成一个接线单 元。常用的接线方式有两种：一种是变压器低压侧没有电源，在变压器和线路 之间只装设一组带接地刀闸的隔离开关，不装设断路器。另一种是在变压器和 线路间除了装设一组带接地刀闸的隔离开关外，还装设断路器。当新路故障时， 5 由线路对侧和本侧保护动作，线路两侧断路器切除故障当变压器故障时，变压 器保护动作，由变压器两侧断路器切除故障这种接线可用于变压器低压侧有电 源或无电源的情况。 （2）桥接线在两个变压器线路组接线之间装设一台桥断路器便构成了桥接 线。在桥接线中，4 个元件只用 3 台断路器，

11、是一种节省断路器的接线方式。 桥接线又分为内桥接线、外桥接线和扩大桥接线。桥接线可作为最终接线，也 可作为过渡接线。只要在布置上留有位置，桥接线可过渡到单母线接线、但母 线分段接线、双母线接线、双母线分段接线。 （3）单母线接线 这种接线的特点是设有一条汇流母线。电源线和负荷线 均通过一台断路器就接到母线上。它是母线制接线中最简单的一种接线其优点 是接线简单、清晰，采用设备少、造价低、操作方便、扩建容易。缺点是可靠 性不高，当任一接线元件故障，断路器据动或母线故障，都将造成整个配电装 置全停。母线和母线隔离开关检修，整个配电装置亦将全停。 （4）单母线分段接线 用断路器将母线分段，分段后母线和

12、母线隔离开关 可分段轮流检修。这种接线除了具有单母线接线的简单、清晰等优点外，增加 分段断路器后，提高了可靠性。因此这种接线的应用范围比单母线接线广。其 缺点是当分段断路器故障时，整个配电装置会全停；母线和母线隔离开关检修 是，该段母线上连接的元件都会在检修期间停电。 （5）双母线接线 为了克服单母线分段接线在母线和母线隔离开关检修时， 该段母线上连接的元件都要在检修期间停电的缺点而发展出来的双母线接线。 这种接线，每一元件通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上，两组 母线间通过母线联络断路器连接。双母线接线与单母线接线相比，具有较高的 可靠性和灵活性。 （6）双母线分段接线 当双母线接

13、线配电装置的进、出线回路数多时，可 增加可靠性和运行上的灵活性，可在双母线中的一条或两条母线上加分段断路 器，形成双母线单分段接线或双母线双分段接线。双母线分段或双分段接线克 服了双母线接线存在全停可能性的缺点，缩小了故障停电范围，提高了接线的 可靠性。特别是双母线分段，比双母线单分段接线只多一台分段断路器和一组 母线电压互感器和避雷器。双母线分段接线母线保护接线比单分段母线保护接 6 线简单，可靠性也较高。 （7）带旁路母线的母线制接线 带旁路母线的接线可分为单母线带旁路、 单母线分段带旁路、双母线带旁路、双母线分段带旁路等接线方式。加旁路母 线及旁路断路器的目的是利用一套共用的母线、公用的

14、断路器和公用的保护装 置。在母线引出各元件的断路器、保护装置需停电检修时，通过旁路母线由旁 路断路器及其保护代替，而引出元件可不停电。 （8）3/2 断路器接线 2/3 断路器接线中有两条主母线，在两主母线之间串 接三台断路器，组成一整串，每串中两台断路器之间引出一回线路或一组变压 器。每个元件占有 3/2 台断路器，3/2 断路器接线名称由此得来。 （9）双母线双断路器接线 在接线中有两条母线，每一元件经两台断路器 分别接在两条母线上。每一元件可以方便、灵活的接在任一条母线上。断路器 检修和母线故障时，元件不需要停电。它具有 3/2 断路器接线的一些优点。当 元件较多时母线可以分段。 （10

15、）4/3 断路器接线 这是由 3/2 断路器接线演变来的接线方式，即在 3/2 断路器接线的串内再串入一台新的断路器，就可再引出一个元件，形成四 台断路器接三个元件的接线方式。 3.3 选择设计方案 按 SDJ2-88220-500kV 变电所设计技术规程规定， “220kV 配电装置出 线在四回及以上时，宜采用双母线及其他接线” ，故设计中考虑下了两个方案， 方案一采用双母线接线，该接线变压器接在不同的母线上，负荷分配均匀，调 度灵活方便，运行可靠性高，任一条母线或母线上的设备检修，不需要停掉线 路，但出线间隔内任一设备检修，此线路需停电。方案二采用单母线待旁路母 线，该线路简单清晰，投资略

16、小，出线及主变间隔断路器检修，不需停电，单 母线检修或故障时，220kV 配电装置全停。 本工程 220kV 断路器采用 SF6断路器，其检修周期长，可靠性高，故可不 设旁路母线。又由于有两个回路，一回路停运时，仍满足 N-1 原则，本设计采 用了双母线接线。 对 110kV 侧的接线方式，出线仅为四回，按照规程要求，宜采单母线分段 接线。 7 对 10kV 侧的接线方式，按照规程要求，宜采用单母线分段接线，对重要的 回路，均以双回路供电，保证供电的可靠性。考虑到减小配电装置的占地和占 用空间，消除火灾、爆炸的隐患及环境保护的要求，主接线不采用带旁路的接 线，且断路器选用性能比少油断路器好的真

17、空断路器。 4、变电所短路电流计算 4.1 概述 电力系统的电气设备在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正 常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们 会破坏用户的正常供电和电气设备的正常运行。 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两 相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重， 应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气 设备的稳定性。 4.2 短路计算的目的及假设 4.2.1 短路电流计算目的 短路电流计算目的是： （1） 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是

18、否 需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 （2） 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安 全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。 （3） 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相 对地的安全距离。 （4） 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电 流为依据。 （5） 按接地装置的设计，也需用短路电流。 4.2.2 短路计算基本假设 8 短路计算基本假设是： （1） 正常工作时，三相系统对称运行； （2） 所有电源的电动势相位角相同； （3） 电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设

19、备电抗值不随 电流大小而发生变化； （4） 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流； （5） 元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响； （6） 系统短路时是金属性短路。 4.2.3 短路电流计算基准值 高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了 计算方便选取如下基准值： 基准容量：= 100MVA g S 基准电压：（KV） 10.5 115 230 g U 基准电流： （KA） 0.502 0.251 j I 4.2.4 短路电流计算的步骤 （1） 计算各元件电抗标幺值，并折算到同一基准容量下； （2） 给系统制订等值网络图； （3） 选择短路点；

20、（4） 对网络进行化简，把供电系统看成为无限大系统，不考虑短路电流 周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流的标幺值、 有名值； 标幺值： 有名值： * * 1 = d i I X d * didj II I （5） 计算短路容量、短路电流冲击值； 短路容量： 短路电流冲击值：3 g SU I I = 2.55 cj I （6） 列出短路电流计算并得出结果。 4.3 计算参数 所选择变压器的参数如表 2: 9 阻抗电压高一中中一低 高一低 % 8101824 2834 表 2 变压器的参数 各绕组等值电抗 取 10，取 20，取 30 (1 2) Vs (2 3) Vs (3

21、 1) Vs 其中 1 代表高压端，2 代表中压端。3 代表低压端。则： % = （% + %）= （10+3020）= 10 1 Vs 1 2 (1 2) Vs (3 1) Vs (2 3) Vs 1 2 % = （% + %）= （10+ 2030）=0 2 Vs 1 2 (1 2) Vs (2 3) Vs (3 1) Vs 1 2 % = （% + %）= （20 + 3010）=20 3 Vs 1 2 (2 3) Vs (3 1) Vs (1 2) Vs 1 2 各绕组等值电抗标么值为： = = 0.05 1 1 Vs % 100 j N S X S 10 100 60 120 = =

22、 0 2 2 Vs % 100 j N S X S 0 100 60 120 = = 0.1 3 3 Vs % 100 j N S X S 20 100 60 120 4.4 短路情况分析 4.4.1 220kV 母线发生三相短路 当 220kV 母线发生三相短路时，即 d1点短路时 10kV 和 110kV 母线侧因没 有电源，无法向 220kV 侧提供短路电流，可略去不计。 2100 1*21 100 dl I 换算到 220kV 短路电流有名值为： 10 100 *215.27() 33230 B dl b S IIkA U 取 = 1.8 ch K 短路电流全电流最大有效值为： = I

23、 = 2 I = 1.51I ch I 2 12(1) U K 1 + 2(1.8 - 1) =8.0（KA ） 4.4.2 110kV 母线上发生三相短路 当 110kV 母线上发生三相短路时，把计为，即： 123 XXX 6 X = = 6 X 123 XXX0.050.050.050.017 则 76 100 0.50.056 2100 XX = * 2 Id 1 17.86 0.056 换算到 110kV 的短路电流有名值为： =kA “* 2 = IdI 3 B b S U 100 17.868.97 3 115 4.4.3 10kV 母线值发生三相短路 当 10kV 母线值发生三相

24、短路， 0.056 86 100 0.5 2100 XX = * 3 Id 1 17.86 0.056 换算到 110kV 的短路电流有名值为： =kA “* 2 = IdI 3 B b S U 100 17.8698.2 3 10.5 11 5 变电所电气设备的选择 5.1 概述 导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电 气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据 工程的实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并 注意节约投资，选择合适的电气设备。 5.1.1 电气设备的选择原则 电气设备选择的一般原则是： （1） 应满足

25、导体和电器正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求， 并考虑远景发展的需要； （2） 应按当地环境条件校验； （3） 应力求技术先进和经济合理； （4） 选择导体时应尽量减少品种； （5） 扩建工程应尽量使新老电器的型号一致； （6） 选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 5.1.2 电气设备选择的技术条件 （1） 按正常工作条件选择导体和电器 电压： 所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高运行 maxy U 电压 maxg U 即： maxy U maxg U 一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在 220kV 及以下时为 1.15，而实际电网运行

26、的一般不超过 1.1。 e U maxg U e U 电流： 导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，导体和电器的长期 0 Q 允许电流应不小于该回路的最大持续工作电流Iy maxg I 即： max I yg I 12 由于变压器在电压降低 5%时，出力保持不变，故其相应回路的= 1.05 maxg I （为电器额定电流） 。IeIe 按当地环境条件校核： 当周围环境温度和导体额定环境温度不等时，其长期允许电流可Q 0 Q yQ I 按下式修正： = 0 y yQ y I iy K 基中修正系数 iy K 导体或电气设备正常发热允许最高温度 y Q 我国目前生产的电气设备的额定环境温度

27、= 40，裸导体的额定环境温 0 Q 度为+25。 （2） 按短路情况校验 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校 验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断 器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验 算动、热稳定。 短路热稳定校验 满足热稳定条件为 Q ol Qr 2 Ir dz t 2 Ir t 短路电流产生的热效应Q ol 短路时导体和电器允许的热效应Qr t 秒内允许通过的短时热电流Ir 验算热稳定所用的计算时间： = +tdz b t ol t tb 断电保护动作时间 110kV 以下导体和电缆一般采用主

28、保护时间 110kV 以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间 toL 相应断路器的全开断时间。 短路的动稳定校验 13 满足动稳定条件为： chdf ii chdf II 短路冲击直流峰值（kA） ch i 短路冲击电流有效值（kA） ch I 、电器允许的极限通过电流峰值及有效值（kA） df i df I 5.2 断路器的选择 变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能， 正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在变电所电气主接线中，还担任改变 主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常以继电保护的方式配合使用， 断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系

29、统的稳定性。 高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种 类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作 量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故 35kV220kV 一般采用 SF6断 路器。真空断路器只适应于 10kV 电压等级，10kV 采用真空断路器。 考虑到检修、维护方便，220kV 及 110kV 均选同类型产品。 5.2.1 220kV 侧断路器和和隔离开关的选择 220kV 高压断路器选择结果 计算数据技术数据设备选 型 N U maxg I I sh i k Q N U N I nbr I es i 2 t I t LW6-2

30、20220110015.2388312203150501257500 表 3 14 220kV 隔离开关的选择结果 计算数据技术数据设备选 型 N U maxg I sh i k Q N U N I es i 2 t I t LW6-22022011003883122016001257500 表 4 5.2.2 110kV 侧断路器和和隔离开关的选择 110kV 高压断路器选择结果 计算数据技术数据设备选 型 N U maxg I I sh i k Q N U N I nbr I es i 2 t I t LW6-22022011006.1316116110160031.5552977 表 5

31、 110kV 隔离开关的选择结果 计算数据技术数据设备选 型 N U maxg I sh i k Q N U N I es i 2 t I t LW6-220110615.815.6116110100050980 表 6 5.3 补偿装置容量的选择 15 负荷所需补偿的最大容性无功量计算： = / - / cfm Q * fm P 2 sin P 2 cos P * fm P 1 sin P 1 cos P 负荷所需补偿的最大容性无功量（kvar） cfm Q 母线上的最大有功负荷（kW） fm P 补偿前的功率因数 1 cos P 补偿后的功率因数 2 cos P , 阻抗功率角 1 P 2

32、 P 主变压器所需补偿的最大容性无功量计算： = （） .cb m Q 2 0 2 (%)(%) + 100100 dm UII I e S 主变压器需要补偿的最大容性无功量（kvar） .cb m Q (%)需要进行补偿的变压器一侧的阻抗电压的分值 d U 母线装设补偿后，通过变压器需要补偿一侧的最大负荷电流值 m I （A） 变压器需要补偿一侧的额定电流值（A） e I I%变压器容截电流百分值（%） 变压器需要补偿一侧的额定容量（kVA） e S 所以本变电站所需要补偿的无功容量为：Q总 = + .cf m Q .cb m Q 6.主变压器保护 6.1 概述 电力变压器是电力系统中十分重

33、要的供电元件，它的故障将对供电可靠性 和系统的正常运行带来严重的影响，而本次变电所设计的变电所是市区 220kV 降压变电所，如果不保证变压器的正常运行，将会导致全所停电，甚至影响到 下一级降压变电所的供电可靠性。 为了防止变压器发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保 证 系统安全连续运行，故变压器应装设一系列的保护装置。 16 6.2 变电所主变保护的配置 （1） 主变压器的主保护 瓦斯保护 对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于 油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于 跳开变压器各侧电源断路器。如图 1 所示为瓦斯保护的原

34、理接线图。 图 1 瓦斯保护的原理接线图 差动保护 对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动 作，跳开各侧电源断路器。如图 2 所示为变压器差动保护线路原理接线图。 17 图 2 变压器差动保护线路原理接线图 （2） 主变压器的后备保护 为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部 故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。如图 3 所 示为变压器过电流保护原理接线图。 图 3 变压器过电流保护原理接线图 而本次所设计的变电所，电源侧为 220kV，主要负荷在 110kV 侧，即可装 设两套过电流保护，一套装在中压侧 110kV 侧

35、并装设方向元件，电源侧 220kV 18 侧装设一套，并设有两个时限和，时限设定原侧为t，用一台变ts 3 t 3 t 2 t 压器切除三侧全部断路器。 （3） 过负荷保护 变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相 式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过 负荷保护均经同一个时间继电器。如图 4 所示为变压器过负荷保护原理接线图。 图 4 变压器过负荷保护原理接线图 （4） 变压器的零序过流保护 对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主 保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压 器中性点接地

36、运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用 于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。如图 5 所示为变 压器零序电流保护原理接线图。 19 图 5 变压器零序电流保护原理接线图 6.3 限流电抗器的选择 为了选择 10kV 侧各配电装置，因短路电流过大，很难选择轻型设备，往往 需要加大设备型号，这不仅增加投资，甚至会因断流容量不足而选不到合乎要 求的电器，选择应采取限制短路电流，即在 10kV 侧需装设电抗器。一般按照额 定电压、额定电流、电抗百分数、动稳定和热稳定来进行选择和检验。 6.3.1 额定电压和额定电流的选择 ekew UU max I ekg I 、电

37、抗器的额定电压和额定电流 ek U ek I 、电网额定电压和电抗器的最大持续工作电流 ew U max Ig 6.3.2 电抗器百分数的选择 （1） 电抗器的电抗百分数按短路电流限制到一定数值的要求来选择，设 要求短路电流限制到，则电源至短路点的总电抗标幺值为： z I / 基准电流 j XI z I j I 电源至电抗器前系统电抗标幺值 XKXX X 电抗器在其额定参数下的百分电抗 20 00 00 ()100 jekj K Zjvek II U XX II （2） 电压损失检验：普通电核器在运行时，电抗器的电压损失不大于额 定电压的 5%，即： max 000 000 5 g k ek

38、I UXU I 负荷功率因数角一般取 0.8 （3） 母线残压检验，为减轻短路对其他用户的影响，当线路电抗器后短 路时，母线残压不能低于电网额定值的 6070% 即： 00 00 6070 z cyk ek I UX I : 6.3.3 热稳定和动稳定的检验 热稳定和动稳定检验应满足下式: rdz ItIt dw i cj i 、电抗器后短路冲击电流和稳态电流IcjI 、电抗器的动稳定电流和短时热电流（t =1s）IdwIr 7.防雷及接地体设计 7.1 概述 电气设备在运行中承受的过电压，有来自外部的雷电过电压和由于系统参 数发生变化时电磁能量产生振满和积聚而引起的内部过电压两种类型。 7.

39、2 防雷保护的设计 变电所是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生雷击事故， 将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏，绝大多数不能自行 恢复并严重影响国民经济和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保证电 气设备的安全运行。 变电所的雷击害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电线路后 产生的雷电波沿线路向变电所侵入，对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷 线，使所有设备都处于避雷针（线）的保护范围之内，此外还应采取措施，防 止雷击避雷针时不致发生反击。 21 对侵入波的防护主要措施是变电所内装设阀型避雷器，以限制侵入变电所 的雷电波的幅值，同时在距变电所适当距离内装设可

40、靠的进线保护。 避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地，从而 保护设备，避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或装设在配电构架上， 或独立装设，避雷线主要用于保护线路，一般不用于保护变电所。 避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与 被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了 过电压，保护了其它电气设备。 （1） 避雷针的配置原则： 电压 110kV 及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房 顶上，但在土壤电阻率大于 1000.cm 的地区，宜装设独立的避雷针。 独立避雷针（线）宜装设独立的接地装置，其工频接地

41、电阻不超过 10。 35kV 及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因为其绝缘水平 很低，雷击时易引起反击。 在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压 器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在址 中距离很难达到不小于 15 米的要求。 （2） 避雷器的配置原则 配电装置的每组母线上均应装设避雷器。 旁路母线上是否应装设避雷器，应视当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而定。 330kV 及以上变压器和并联电抗器处必装设避雷器，尽可能靠近设备本 体。 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

42、增设一组避雷器。 三绕组变压器低压侧的一相上宜装设一台避雷器。 110kV220kV 线路侧一般不装设避雷器。 22 7.3 接地装置的设计 接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地 相连，使该物体或节点与大地保持等电位，埋入地中的金属接地体称为接地装 置。 本变电所采用棒形和带形接地体联合组成的环形接地装置。接地装置应尽 可能埋在地下，埋设深度一般为 0.51 米，围绕屋内外配电装置，主控楼、主 厂房及其它需要装设接地网的建筑物，敷设环形接地网。这些接地网之间的相 互联接线不应少于两根干线。接地网的外像应闭合，外像各角做成圆弧形，圆 弧半径不宜小于均压带间距离的一半，

43、在接地线引进建筑物的入口处，应设标 志。 7.4 主变压器中性点放电间隙保护 为了保护变压器中性点，尤其是不接地高压器中性点的绝缘，通常在变压 器中性点上装设避雷器外，还需装设放电间隙，直接接地运行时零序电流保护 起作用，动作保护接地变压器，避雷器作后备；变压器不接地时，放电间隙和 零序过电压起保护作用，大气过电压时，线路避雷器动作，工作过电压时，间 隙保护动作。因氧化锌避雷器残压低，无法与放电间隙无法配合，故选用阀型 避雷器。 7.5 变电所的防雷保护设计 由于本次所设计选择变压器为分级绝缘，即 220kV 中性点绝缘等级为 110kV，110kV 中性点绝缘等级为 35kV，所以 220k

44、V 中性点应与中性点绝缘等级 相同的避雷器，故 220kV 中性点装设 FZ110，110 中性点装设 FZ40 避雷器。 23 参考文献 1 能源部西北电力设计院.电力工程设计手册 1、2 册J. 北京：水利出版社. 1989 2 丁毓山，雷振山.中小型变电所实用设计手册.北京：中国水利水电出版社， 2000 3 陈跃.电气工程专业毕业设计指南 .北京：中国水利水电出版 社， 2008， （2） 4 王士政.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程.北京：中国电力出 版社，2007， （1） 5 电力业部西北电力设计院.电力工程电气设备手册 1 上、下册J. 北京： 中国电力出版社.1998

45、 6 华中工学院.发电厂变电站电气部分J. 北京：水利电力出版社.1987 24 7 傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算.北京：中国电力出版社，2008 8 孙国凯.电力系统继电保护原理 .北京：中国水利水电出版社， 2007 课程设计成绩课程设计成绩: : 项 目 业务考核成绩（70%） （百分制记分） 平时成绩（30%） （百分制记分） 综合总成绩 （百分制记分） 注注: :教师按学生实际成绩（平时成绩和业务考核成绩）登记并录入教务 MIS 系统，由系统自 动转化为“优秀（90100 分）、良好（8089 分）、中等（7079 分）、及格（6069 分） 25 和不及格（60 分以下）”五等。 指导教师评语指导教师评语: : 指导教师（签名）: 20 年 月 日