爱华网绪 论
我国目前所使用的交流电能主要是由交流发电机提供的。由于受绝缘水平的限制，发电机输出端发出的电压一般低于30kV。用这样低的电压将电能进行远距离输送事实上是不可能的。为此，需要利用升压变压器将电压升高后，再将电能进行远距离输送，到用电负荷所在地区以后，用电设备多是低压设备，所以用高电压将电能输送到用电地区后，还必须利用降压变压器降低电压，才能供给用户使用。因此，变电站在电力生产过程中是一个重要的环节。
在电力系统中，变电站主要担负着电压变换这一重要任务，其作用主要有提高输电电压，减少电能损失。电能在输送的过程中，由于电流的热效应，就要产生电能损失，且电能转化为热能的损失与电流的平方成正比。因此，当输送功率一定时，提高输电电压就可减小电流，电网就会相应减少电能损失。降低电压，分配电能。电能经过升压输送到用电地区后，用户很难使用高电压的电气设备，因此，需要降压变电站把电压降低再分配到用户供用户使用。集中电能、控制电力流向。一个电网多数由多个电源点提供电能，这些电能的集中必须通过枢纽升压变电站来实现。在用电地区，根据负荷情况，再由降压变电站来控制电力的流向。调整电压，提高电压质量，满足用户的要求。通过变电站的变压器调压装置和无功补偿设备，既可使用户得到稳定的电压，也可以提高线路的输电功率。
此次设计的220KV变电站，对该地区的电网优化配置资源的能力将显著增强。该站的建成，可以满足市区生产及生活的供电要求，在设计过程中考虑到该市工业生产和人民生活的发展，并可满足5-10年的远景供电需求。
作为新建站，除了能够满足用电的需求的基本条件外，还必须考虑到自身的建站经济性、调度的灵活性和可靠性，并易于扩建和升级改进成微机综合自动化。
关于此课程，目前国内外较先进的是变电站综合自动化。其一般为无人值班，有人职守，四谣设计，采用综合自动化实现控制、保护、测量和远动等功能。微机控制，通过“远方”“就地”转换开关实现就地（就地单元控制）、远方（站内控制室微机及调度中心）两种控制方式，用微机实现模拟操作，待确认后再执行控制命令。测量元件和保护元件接各自独立的CT，全部四谣量送至调度中心，站内通信采用大量通信网等。
变电站综合自动化的发展将是以后变电站发展的主导方向，它不但节省了人力、物力、财力，而且从更大程度上可以保证供电质量，提高供电的可靠性。
随着计算机技术和网络通信技术的快速发展，电力系统自动化建设发展越加完善，尤其是在电力系统变电站远程监控中，广泛采用了最新的计算机技术、通讯技术和图像处理等技术。传统的变电站视受技术发展的局限，只能进行现场监视，简单的报警信息传输，无法实现远距离传输视频信号，对于前端具体情况的了解、事件的确认是非常困难的，无形中降低了系统的稳定性和安全性。尤其是现在电力系统为提高劳动生产率，增强竞争力，在变电站系统平常的生产过程大量采用无人值守模式。而对于变电站这样的行业来说，远程、实时的监控是行业系统安全运作必备的前提条件。
220KV变电站初步设计
第1章 概述
1.1 概述
随着社会的发展，电能被日益广泛的应用于工农业生产以及人民的日常生活中。电能可以方便的转化为期他形式的能源，例：机械能、热能、光能、磁能等，并且电能的输送和分配易于实现，可以输送到需要它的人和工作场所和生活场所。电能的应用规模也很灵活以电能作为动力，可以促进工农业的机械化和自动化。保证产品质量大幅度提高劳动生产率。同时提高电气化程度以电能代替其它形式的能源，是节约能源消耗的一个重要的途径
电力工业电能的生产、输送、分配和消费与其它工业的区别在于：
（一）、与国民经济各部门的关系非常密切。
（二）、电力系统从一种运行方式过度到另一种运行方式的过度，过程非常短促。
（三）、电能的生产、输送、分配和消费实际上同时完成的不能大量储存。
变电站是联系发电厂和电力用户的重要纽带，是将电能从产品变成商品的中间环节。它担负着电能转换和电能重新分配的重要任务。对国家经济的发展有着极其重要的作用。
本次所设计变电站担负着向开发区的炼钢厂供电及变电所附近的地区负荷供电，承担着该市的输变电任务。根据《电力系统技术规程》中的有关部分，特别是：
第1.0.2条：系统设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期、长期电力规划的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究提出系统设计的具体方案；应合理利用能源，合理布局电源和网络，使发、输、变电及无功建设配套协调，并为系统的继电保护设计，系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条件。设计方案应技术先进、过度方便、运行灵活、切实可行，以经济、可靠、质量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生活不断增长的需要。
第1.0.6条：系统设计的设计水平可为今后第五年至第十年的某一年，并应对过度年进行研究（五年内逐年研究），远景水平可为第十年至第十五年的某一年，且宜与国民经济计划的年份相一致。系统设计经审查后，二至三年进行编制，但有重大变化时，应及时修改。
该市郊220KV变电站是地区性城市变电站，它由系统同时向炼钢厂和地区负荷供电，系统总容量为：S1=200MW，S2=40MW，S3=2100MW，同时向变电站供电，变电站与系统联系较为紧密，在整个系统中占有重要地位。
1.2 本次设计的内容
变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。故本次220KV变电站设计主要为电气一次部分设计。
电气一次部分设计主要包括变电所总体分析、电力系统分析、主接线的选择、主变的选择、所用变的选择、无功补偿的设计、短路电流的计算、电气设备的选择、配电装置和防雷保护等内容。本部分设计主要参考了《电气一次部分设计手册》、《电气一次部分设备手册》等，按照有关的技术规程和工程实例进行的。
1.3 本次设计的任务
本次设计的主要任务是220KV的变电站的设计，设计的内容包括电气的一次部分的设计和计算。在一次部分中，要对电力系统和变电站进行总体分析，然后确定变电站电气主接线的型式，并在此过程中进行系统的无功补偿、调压计算、短路电流计算以及电气设备的选择。在具体计算后，还要为建造变电站进行配电装置及电气总平面的布置设计，使建站合理化，并进行防雷设计，保证安全。
第2章 变电站分析
2.1 变电站总体分析
水力、火力及核能等发电站发出的的电能，由于经济上的原因把电压升高，用输电线送到变电站，在这里把电压降低，用输电线再送到其他变电站，或通过输电线和配电线路送到用户。这样，在变电站除了把输电线送来的电压和电流进行变换，集中和分配外，为了使电能的质量良好以及设备安全，进行电压调整、电力潮流控制以及输配电线和变电站的保护。
2.2 变电站设计要求
1.变电站的设计应根据工程的5—10年发展规划进行做到远，近期结合。以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。
2.变电站的设计，必须以全出发，统筹兼顾。按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案。
3.变电站的设计，必须坚持节约用地的原则。
4.变电站设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。
该变电所是一个220KV地区性城市变电所，向市区的炼钢厂及附近地区负荷供电，它由系统1（容量为200MVA）和系统2（容量为40MVA）和系统3（容量为2100MVA）供电，同时向变电站供电，与系统联系紧密。
（1）建设的必要性
该所位于市郊的工矿企业集中区的中心，为满足该地区经济发展及人民生活需要，决定再此建设此区域性变电所。
（2）建设规模
根据电力系统规划，本变电所的规模如下:
电压等级：220/110/10KV
线路回数：220KV近期3回， 远景发展2回；
110KV 近期2回， 远景发展2回；
10KV 近期10回， 远景发展2回。
2.3 电力系统接线图
图2-1
2.4 负荷分析
根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，即一级负荷、二级负荷、三级负荷。负荷等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。
如果停电，一级负荷将造成人身伤亡或会引起对周围环境严重污染；对工厂将造成经济上的巨大损失，如重要的大型的设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响。二级负荷会造成较大的经济损失，如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产；还可能引起社会秩序混乱或较严重的政治影响。三级负荷造成的损失不大或不会造成直接经济损失。由此可知，供电的稳定性直接影响经济的发展，负荷等级不同，对供电的要求也不相同：对于一级负荷，必须有二个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。对特别重要的一级负荷应该由二个独立电源点供电。对于二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷供电。对于三级负荷，一般只需一个电源供电。
在110kv负荷中炼钢厂的一类负荷比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短和一定的经济损失.因此要尽可能保证其供电可靠性。
在10kv负荷中，汽车厂，电机厂，炼油厂一类负荷比较大；若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，必须保证其供电可靠性。
第3章 主变的选择
3.1 主变选择
变压器是变电所中最重要的和最贵重的是设备，变压器的选择在变电所中是比较重要的。它是变电站中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送，分配和利用。
变压器的分类方法比较多，按功能分有升压变压器和降压变压器，按相数分有单相和三相变压器，按绕组导体的材质分有铜绕组和铝绕组变压器，按冷却方式和绕组绝缘分有油浸式，干式两大类，其中油浸式变压器又有油浸自冷式，油浸风冷式，油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。而干式变压器又有浇注式，开启式，充气压（SF6）等。按用途又可分为普通变压器和特种变压器，按调压方式分有无载调压变压器和有载调压变压器。安装在总降压变电所的变压器通常被称为主变压器，6~10KV/0.4KV的变压器常被叫做配电变压器。
在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10系列。高损耗变压器已被淘汰，不在采用，在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器，供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9，S10-M，S11，S11-M等）；对于高建筑，地下建筑，发电厂化工等单位对消防要求较高的场所，宜采用干式电力变压器（SC，SCZ，SG3，SG10，SC6等）；对电网电压波动较大的，为改善电能质量应采用有载调压电力变压器（SZ7，SFSZ。SGZ3等）降压变电所主变压器台数和容量的确定。
主变压器的选择原则
选择主变压器台数时应考率下列原则：
应满足用电负荷对供电可靠性的要求,对供有大量一、二级负荷的变电所,应采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器对一二级负荷继续供电.对只有二级负荷而无一级负荷的变电所,也可以只采一台变压器,但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源或另有自备电源。
（1） 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所也可以考虑采用两台变压器。
（2）除上述两种情况外,一般车间变电所宜采用一台变压器.但是负荷集中且容量相当大的变电所,虽为三级负荷,也可以采用两台变压器。
（3） 在确定变电所主要变压器台数时,应适当考虑负荷的发展留有一定的余地。
3.1.1 变压器容量的选择
主变容量选择应考虑：（参考《电力工程电气设计手册》一中的第五章 ）
（1）主变容量选择一般应按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。
（2）根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60％。
(3)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。（主要考虑备用品，备件及维修方便。）
由计算结果得知应选择容量为SSP-360000/220型。
3.1.2 主变台数的考虑原则及台数的选择：
（1）对大城市的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。
（2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。
（3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。
由以上分析知应选择两台主变。
3.2 变压器型式的选择
3.2.1 相数的选择
由相应规程规定，若站址地势开阔，交通运输方便，也不是由于容量过大而无法解决制造问题宜采用三相变压器，结合以上分析，此变电所应采用三相变压器。
3.2.2 绕组数和绕组连接方式的选择
参考《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15％以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。故该市郊变电所主变选择三绕组变压器。
参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110KV及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要选择的连接方式。而6-10KV侧采用△型的连接方式。
故该市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为： 。
3.2.3 主变阻抗和调压方式的选择
参考《电力系统电气设计手册》和相应规程中指出：变压器各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应以对工程起决定性作用的因素来确定。
变压器的阻抗选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此变压器可以分为升压结构和降压结构两种类型。
调压方式是指采用有载（带负荷）调压还是手动（不带负荷）调压方式。规程规定：在能满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式（手动调压方式的变压器便宜、维修方便）。近年来随着对电压质量的要求的提高和有载调压变压器的质量的提高，作为城市变电站，一般也都用有载调压方式。
综合以上分析本设计中此变电站的主变宜采用有载调压方式。
3.2.4 主变压器的冷却方式
根据型号有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。按一般情况，220KV变电站宜选用自然风冷式。
3.2.5 变压器各侧电压的选择
作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在10%电压损耗的情况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于220KV的变电站，考虑到要选择节能新型的，220KV侧应该选220KV,110KV侧选115kv。10KV侧选10.5KV。
3.2.6 全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决
在110KV及以上的中型点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。220KV，110KV侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。10KV侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。
第4章电气主接线设计
4.1电气主接线设计
电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家的经济建设方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，它要求用规定的设备文字和图形符号，并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置全部基本组成和连接关系，代表该变电站电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重要组成部分。
设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，我们要重视电气主接线的设计。在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵活，必然要选用高质量的设备和现化的自动装置，从而导致投资费用的增加。因此，主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。一般应当从以下几方面考虑：
（1）投资省主接线应简单清晰，以节省开关电器数量，降低投资；要适当采用限制短路电流的措施，以便选用价廉的电器或轻型电器；二次控制与保护方式不应过于复杂，以利于和节约二次设备及电缆的投资。
（2）占地面积少主接线设计要为配电布置创造节约土地的条件，经可能使占地面积减少。同时应注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量发电厂或变电所，在可能和允许条件下，应采取一次设计，分期投资、投建，尽快发挥经济效益。
（3）电能损耗少在发电厂或变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经济合理地选择变压器的型式、容量、和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。
因此,主接线的设计必须根据电力系统,发电厂或变电站的具体情况,全面分析正确处理好各方面的关系,通过技术经济比较,合理的选择主接线方案。决定电压等级和出线回数。因此,发电厂和变电站的主接线必须满足以下基本要求:
1. 根据发电厂变电站在电力系统中的地位,作用和用户性质,保证必要的供电可靠行和电能质量的要求。
2.应力求接线简单,运行灵活和操作方便。
3.保证运行,维护和检修的安全和方便。
4.应尽量降低投资,节省运行费用。
5.满足扩建的要求,实现分期过度。
我们在比较各种电气主接线的优劣时，主要考虑其可靠性、灵活性、经济性三个方面。我们可以遵循以下原则来满足其可靠性、灵活性及经济性。首先，在比较主接线可靠性的时候，应从以下几个方面考虑：
（1）断路器检修时，能否不影响供电；
（2）线路、断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对Ⅰ、Ⅱ类用户的供电；
（3）变电站全部停电的可能性；
（4）大型机组突然停电时，对电力系统稳定性的影响与后果因素。
其次，电气主接线在满足可靠性与灵活性的前提下做到经济合理，应主要从以下几个方面考虑，来满足其经济性：
（1）投资省；
（2）占地面积小；
（3）电能损耗少；
（4）扩建和扩展的可能性。
4.2 主接线设计应满足的基本要求
变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。
4.3 接线设计
结合本变电站的实际情况，220KV侧有3回出线，110KV侧有2回出线，10KV侧有12回出线.该变电站在整个电力网络中处于重要的地位，各侧均不允许断电。故可对各电压等级侧主接线设计方案作以下处理：
（1）220KV侧
根据要求可以草拟以下两种方案：
列表对以上两种方案进行比较：
方案 项目 | 方案I 单母分段 | 方案II单母分段带旁母接线 |
可 靠 性 | 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间断供电，可靠；检修出线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高 | 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间断供电，可靠 |
灵 活 性 | 当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电 | 当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电 |
经 济 性 | 接线简单，增加了设备,投资较方案Ⅱ高 | 接线简单,运行设备少，投资少，年运行费用少 |
由以上比较结果知，这两种方案都有较好的可靠性和灵活性。由于本变电站在整个系统中占有较重要的地位，要求保证某些重要的用户不可中断供电，故要求系统有更好的供电可靠性，综合考虑，220KV侧宜采用方案2。
（2）110KV侧
根据要求可以草拟以下两种方案：
列表对以上两种方案进行比较：
方案 项目 | 方案I单母分段带旁母接线 | 方案II 单母分段 |
可 靠 性 | 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,保证不间断供电，可靠；检修出线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高 | 用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,可靠，适合用于屋内布置，可采用手车式断路器，这样可保证进出线检修时不中断供电 |
灵 活 性 | 当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电 | 当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电，且扩建方便 |
经 济 性 | 占地面积大，多一旁路增加了投资 | 占地面积小，但小车投资多 |
表中分析可以知道，110KV电压级，综合考虑主接线的基本要求，合理考虑市区电力负荷的基本情况以及市区的经济状况，通过比较，最后选择第(1)方案，即采用单母分段的电气主接线形式。这种主接线形式能够满足市郊对电力负荷的用电要求，考虑了今后随着经济的发展，还有扩建的可能，另外，在此用电负荷中有少量的一级负荷和二级负荷。因此，选择了单母线分段带旁母的主接线形式。
（3）10KV侧
列表对以上两种方案进行比较：
基本要求/方案 | 方案（Ⅰ）单母分段 | 方案（Ⅱ）单母分段带旁母接线 |
可 靠 性 | 无论检修断路器或变压器故障时，均不会造成重要的电力负荷停电。使用的电气设备比较多，出现故障的几率也比较大。 | 具有较强的供电可靠性。选择轻型的电气设备。 使用的设备比较少，出现故障的几率比较底。 |
灵 活 性 | 电气主接线的结构简单，但调度灵活性较差。易于扩建和扩展。 | 运行方式相对简单，并且具有较好的灵活性。易于扩建和实现自动化。 |
经 济 性 | 使用的电气设备多，投资大，年运行费用高。占地面积比较大。 | 使用的设备相对少，投资少，年运行费用不高。占地面积比较小。 |
由表中分析可以知道，10KV电压级，综合考虑主接线的基本要求，合理考虑市区电力负荷的基本情况以及市区的经济状况，通过比较，最后选择第(Ⅱ)方案，即采用双母线接线的电气主接线形式。这种主接线形式能够满足市区各级电力负荷的用电要求，考虑了今后随着经济的发展，还有扩建和扩展的可能，另外，由于进出线回路数比较多，且各回路出线的负荷等级中一，二级负荷较多。综上分析可以得出：市区新建变电站的电气主接线形式为，220KV电压级采用单母线分段带旁母的主接线形式，110KV电压级采用单母线分段带旁母的主接线形式10KV电压级采用单母线分段带旁母主接线形式。变电站电气主接线图详见附录。
第5章 短路电流的计算
供电系统要求正常的不间断对用电负荷供电，以保证生产和生活的正常进行。然而，由于各种原因也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。电力系统中出现最多的故障形式是短路。所谓短路既是指载流导体相与相之间发生非正常接触情况，在中性点直接接地的系统中还有各相与地之间的短路。同时论述了短路电流的计算及电气设备的选择与校验。
造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身质量低劣，绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备质量合格，绝缘合乎要求而被过电压（包括雷电过电压）击穿，或者是设备绝缘受到外力损坏而造成短路。
工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压设备接入较高的电压的电路中，也可能造成短路。
短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大的多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几千万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害：
1） 短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其它元件受到损害和破坏，甚至引发火灾事故。
2） 短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。
3） 短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路电越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。
4） 严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。
5）不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。
由此可见，短路的后果十分严重，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不至损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。
在三相系统中，短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路等，其中两相接地短路实质是两相短路。按短路电路得对称性来分，三相短路属对称性短路其他形式为不对称性短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般情况下特别是远离电源的供电系统中，三相短路地短路电流最大，因此造成的危害也最为严重。为了是电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠的工作，因此，作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。实际上，不对称短路也可以按对称分量发将不对称的短路电流分解为对称的正序、负序和零序分量，然后按对称量来分析和计算，所以对称的三相短路分析计算也是不对称短路分析计算的基础。因此，本文的短路电流计算都以三相短路为例。
5.1 短路电流的计算目的
5.1.1 短路电流的危害
在供电系统中发生短路故障时，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆；在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。
5.1.2 计算短路电流的目的
计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电器设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采用限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。
为了达到上述目的，须计算出下列各短路参数：
I″—次暂态短路电流，用来做为继电保护的整定计算和校验断路器额定断流容量。应采用（电力系统在最大运行方式下）继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。
— 三相短路冲击电流，用来检验电器和母线的动稳定。
I— 三相短路电流有效值，用来检验电器和母线的热稳定。
S″—次暂态三相短路容量，用来检验断路器的遮断容量和判断母线短路容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。
5.2 短路电流的计算
5.2.1 短路电流计算结果
表5-1短路点电流计算结果
类别 短路点 |
|
| |||
K1 | 13.68 | 12.74 | 12.77 | 12.77 | 34.82 |
K2 | 5.746 | 4.57 | 4.595 | 4.597 | 14.627 |
K3 | 17.19 | 17.19 | 17.19 | 17.19 | 43.75 |
5.2.2短路电流的计算过程
一般情况下，最大短路电流出现在三相短路的情况下，实际上应该将各短路点短路时的电流值计算出并进行比较，以得出最大的短路电流值。结合本次设计的实际情况，我们按最严重母线短路来考虑，在母线上三相短路电流最大，因此，设三个短路电流计算点，即k1、k2、K3。k1位于220KV母线上；k2位于110kv母线上；k3位于10kv母线上，一般短路电流在两台变压器并联时处于最大值，因此我们这里主要介绍在两台变压器并联情况下的短路电流。
原理图为：
（a）
(b)
（１）取SB=100MVA，UB为各电压级的平均额定电压Uav，利用式计算书各元件的电抗。
发电机 G1～G4：
发电机 G5、G6：
系 统 S：
变压器 T1～T4：
变压器 T5、T6：
主变压器 T7、T8：
架空线路L13、L14、L15：
等值电路如图（a）所示。
（２）当Ｋ１短路时：
(Ⅰ)网络化简，求转移阻抗。
（c）
Xl８，Xl３串联得Xz１；Xl９，Xl４串联得Xzz,见图（d）。
(d)
(Ⅱ) 利用Y—△转换法，将等值电路化简为图（e）所示
（e）
Xz０为Ｓ对K１的转移阻抗，Xz３为Ga对K１的转移阻抗，Xz４为Gb对K２的转移阻抗。
(Ⅲ)各电源的计算电抗，用式 计算
(Ⅳ) ， 查运算曲线表得。
则
=13.68（KA）
当tk =1.2s时
（３）当 K2 点短路时
(f)
利用 法等效
（g）
查运算曲线字表得
I′II=3.159I′III=0.485其中
即:
当tk =1.2s时
= 4.597（KA）
（４）当K3点短路时
利用 法等效
各电源的计算阻抗为
查运算曲线字表得I′III=0.292
由于其中
即
当tk =1.2s时
第6章 电气设备选择
6.1 概述
6.1.1 电气设备选择
6.1.1.1 本次设计中电气选择的主要任务
（1）导体和绝缘子导体的选择主要有：各电压级的汇流母线及各电压级的绝缘子等。
（2）电气设备电气设备包括各电压级的断路器、旁路断路器、分段断路器、以及相应的隔离开关、熔断器等。用于保护和测量用的电流互感器，包括穿墙套管选择及其一次接线的编号。
6.1.1.2 选择导体和电器的一般原则
根据《导体和电器选择技术规定》SDGJ14-86第1.1.2条规定：
（1）应力求技术先进、安全适用、经济合理；
（2）应满足正常运行、检修、短路、过电压情况下的要求，并考虑远景发展；
（3）应按当地环境条件校准；
（4）选择的导体品种不宜过多；
（5）应与整个工程建设标准协调一致；
（6）选用新产品应积极慎重，新产品应有可靠的试验数据，并经主管单位鉴定合格。
6.2 选择导体和电器的技术条件
6.2.1 按长期工作条件选择
参考《导体和电器的选择设计技术规定》
第1.1.3条:选用的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压。即：
其中，
一般按照 选择电气设备的额定电压。
第1.1.4条:选用导体的长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流，由于高压开路电器没有连续过载能力，在选择其额定电流时，应满足各中可能运行方式下回路持续工作电流的要求。在断路器、隔离开关、空气自然冷却限流电抗器等电器各部分的最大允许发热温度，不超过《交流高压电器在长期工作时的发热》GB763-74所规定的数值情况下，当这些电器使用在环境温度高于+40℃（但不高于+60℃）时，环境温度每增加1℃，减少额定电流的1.8%；当使用在环境温度低于+40℃时，环境温度每降低1℃，增加额定电流的0.5%，但其最大过负荷不得超过额定电流的20%。
即：对于导体：
对于电器：
* 的计算方法
1．汇流主母线
① 220KV主母线：按实际功率分布进行计算
② 110KV主母线：
③ 10kV主母线：
2．旁路母线回路
3．主变的引下线
4．出线
单回线：
双回线：
5．母联回路
6．分段回路
（K=0.5～0.8）
6.3 导体和电器的选取及校验条件
6.3.1 导体的选择
6.3.1.1 母线的选择
参考《导体和电器选择设计技术规定》：
第2.1.3条：载流导体宜采用铝质材料，下列场所可选用铜质材料的硬导体。
（1）持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部或采用硬铝导体穿墙套管有困难时；
（2）污秽对铜腐蚀较轻微而对铝有较严重腐蚀的场所。
第2.3.1条：20KV以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜采用矩形导体，在4000-8000A时，宜选用槽形导体。
110KV及以上高压配电装置，当采用硬导体时，宜选用铝合金管形导体。
6.3.1.2 10KV出线电缆选择
（1）依据《发电厂电气部分》电力电缆应按下列条件选择和校验:
a. 电缆芯线材料及型号
b. 额定电压
c. 截面选择
d. 允许电压降校验
e. 热稳定校验
f. 电缆的动稳定由厂家保证，可不必校验。
（2）电缆芯线材料及型号选择
电缆芯线有铜芯和铝芯，国内工程一般选用铝芯，电缆的型号应根据其用途，敷设方式和使用条件进行选择，该市变电站10KV出线选用三相铝芯电缆。
（3）电压选择：电缆的额定电压应大于等于所在电网的电压。
（4）截面选择：电力电缆截面一般按长期发热允许电流选择，当电流的最大负荷利用小时数大于5000小时且长度超过20m时，应按经济电流密度选择。
6.3.2 电器选择
6.3.2.1 断路器选择
按照《电力工程设计手册》高压断路器选择规定：断路器型式的选择除应满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术经济比较后确定选择断路器。
根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）第6—2节规定：35KV及以下，可选用少油、真空、多油断路器等，应注意经济性。35KV—220KV可选用少油、SF6、空气断路器等。
综合考虑，尽量利用经过国家鉴定推荐使用的新产品，又220KV为检修方便，选用SF6断路器，110KV也选用SF6断路器，10KV侧采用真空断路器。
6.3.2.2 隔离开关的选择
隔离开关是发电厂和变电站中常用的开关电器，它需要与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。
隔离开关的型式较多，按安装地点不同，可分为屋内式和屋外式；按绝缘支柱数目又可分为单柱式、双柱式和三柱式；此外，还有V形隔离开关。隔离开关的型式对配电装置的布置和占地面积有很大影响。隔离开关选型时应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来决定。本变电站选择操作灵活有经济的手车式隔离开关。
由于本设计中采用手车式断路器， 除10KV以外、220KV、110KV侧均选用隔离开关。
6.3.2.3 电压互感器选择
依据《电力工程设计手册》对电压互感器配置的规定：
a.电压互感器的配置与数量和配置、主接线方式有关，并应满足测量、保护周期和自动装置的要求。电压互感器应能在运行方式改变时，保护装置不得失压，周期点的两侧都能提取到电压。
b.6～220KV电压等级的一组主母线的三相上应装设电压互感器，旁路上是否需要装设压互，应视各回出线外侧装设压互的情况和需要确定。
c.当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设压互。
根据《导体和电器选择技术规定》SDGJ14-86：
第10.0.1条：电压互感器应按下列技术条件选择和校验
a. 一次回路电压
b. 二次电压
c.二次负荷
d. 准确度等级
e. 继电保护及测量的要求
第10.0.3条：电压互感器的型式应按下列使用条件选择：
a.3～20KV屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。
b.110KV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。
第10.0.7条：用于中型点直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100V，用于中性点非直接接地系统的电压互感器，其第三绕组电压应为100/3V。
根据以上原则，可选择电压互感器。
6.3.2.4 电流互感器选择
根据《导体和电器选择设计技术规定》第9.0.3条：
3～20KV屋内配电装置的电流互感器，应根据安装使用条件及产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。
35KV及以上配电装置的电流互感器，宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，在有条件时，应采用套管式电流互感器。
根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）第2—8节：
a. 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器。
b. 发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等也应装设电流互感器。
c. 对直接接地系统，按三相配置；对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相装配。
6.3.2.5 绝缘子
根据《导体和电器选择设计技术规定》第11.0.7条：屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子, 屋外支柱绝缘子需倒装时,采用悬挂式支柱绝缘子。
屋内支柱绝缘子宜采用联合胶装的的采用多棱式支柱绝缘子。
6.3.2.6 穿墙套管
根据《导体和电器选择设计技术规定》第11.0.8条:屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管,对于母线型穿墙套管应校核窗口允许穿过的母线尺寸。高压穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种。瓷绝缘的穿墙套管适用于交流电压6～35kv系统，油纸电容式绝缘适用于交流电压60～500kv中性点直接接地系统。
6.3.2.7 接地刀
根据《电力工程电气设计手册》（电气一次部分）第2—8节：
（1）为保证电器和母线的检修安全，35KV及以上每段母线根据长度宜装设1～2组接地刀或接地器，两组接地刀间的距离应尽量保持适中，母线的接地刀宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联隔离开关上。
（2）63KV及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配置接地刀闸。
（3）旁路母线一般装设一组接地刀闸，设在旁路隔离开关的旁路母线侧。
（4）63KV及以上主变压器进线隔离开关的主变压器侧宜装设一组接地刀闸。
6.4 电气设备表
（1）导体选择一览表
项目 电压 级别 | 主母线 | 主变引下线 | 负荷出线 |
220KV | LGJ-300 | LGJ—300 | / |
110KV | LGJ-300 | LGJ—300 | / |
10KV | LMY矩形母线 | LMY矩形母线 | ZLQ2三芯电缆 |
(2)断路器和隔离开关选择一览表
设备 项目 | 断路器 | 隔离开关 |
220KV | LW1—220/2000 | GW4—220/630 |
110KV | SW4—110/1000 | GW4—110D/600—50 |
10KV | SN10-10/3000 | / |
(3)电压互感器与电流互感器
电压级别 设备类型 | 220KV | 110KV | 10KV |
电压互感器 | JCC1-220 | JCC2-110 | JSJW-10 |
电流互感器 | LCWB7—220 | LCWB7--110B/300 | / |
(4)绝缘子和穿墙套管
电压级别 设备类型 | 220KV | 110KV | 10KV |
绝缘子 | ZS-220/4 | ZS-110/4 | ZN-10/4 |
穿墙套管 | CRLQ1-220/1200 | CRLQ1-110/600 | CWWL-10/2000-2 |
6.5电气设备选择具体计算书
6.5.1 220KV电气设备的选择与验算
（１） 汇流母线的Imax
220KV侧：
110KV侧：
故220KV，110KV侧选用LGJ-300型导线。
（２） K1点短路数据见表一
（３）220KV出线断路器、隔离开关、互感器的选择。
(Ⅰ) 220KV出线断路器的选择
根据220KV出线断路器的UNS、Imax要求，查表可选LW1—220/2000型六氟化硫断路器。
根据已知数据效核如下：
(a)工作电流： IN = 2000 A> Imax=273.74 A
(b) 开断能力： Idu = 31.5 KA> I’’k = 13.68 KA
(c) 关合能力： Igu = 80KA >ish=34.82 KA
(d)热稳定： Ig = 31.5 KA
由选择结果表可见各项条件均能满足，故选LW1—220/2000型六氟化硫断路器合格。
(Ⅱ) 隔离开关的选择
由 UNS =220KV Imax =273.74A 查表可选GW4—220/630型隔离开关。
根据以知数据效核如下：
(a)工作电流： Imax = 273.74 A < 630A
(b)动 稳 定： ich = 34.82KA < 80KA
(c)热 稳 定： IK4 = 31.5KA
由以上结果可见所选隔离开关GW4—220/630合格。
(Ⅲ)电流互感器的选择
220KV电流互感器选用LCWB7—220 型。技术数据见表二
表 二
项目 型号 | 额定 电压 （KV） | 最高工作 电压 （KV） | 额定一次 电流 （A） | 额定二次电流 （A） | 额定热稳定电流（KA*S） |
LCWB7—220 | 220 | 252 | 2*600 | 5 | 2*21--5 |
6.5.2 110KV出线断路器、隔离开关、互感器的选择
6.5.2.1 110KV断路器的选择
Imax = 220.44A
根据110KV出线断路器的UNS，Imax要求，查参数表可选SW4—110/1000型少油断路器。
由前面的计算数据：
校核：
(a)工作电流： IN = 1000A> Imax=220.44A
(b)开断能力：< 18.4 KA
(c)动稳定：ich = 14.627KA < 55KA
(d)热稳定：
由选择结果可见各项条件均能满足要求，故选择SW4—110/1000型少油断路器合格。
6.5.2.2 隔离开关的选择
选用GW4—110D/600—50型号隔离开关。额定电压UN = 110KV，额定电流IN=600KA，动稳定电流ich = 50KA.。
校 验：
（a）工作电流： Imax = 220.44A < 600A
（b）动稳定： ich =14.627KA < 50KA
（c）热稳定：
由此可见所选GW4—110D/600—50型号隔离开关合格。
6.5.2.2 电压和电流互感器的选择
依电压互感器的选择条件我们分别选出220KV、110KV、10KV压互型号分别为：JCC1-220型油浸式、JCC2-110型油浸式、JSJW-10型三相五柱电压互感器它们二次侧电压均为5A。
电流互感器的选择：
线路保护： 选用 LCWB—110B/300，0.2/P/P级
主变保护： 选用LCWB—110/300，0.5/D1/D2级
6.5.3绝缘子和穿墙套管选择
220KV侧支柱绝缘子所选型号为：ZS-220/4型普通型棒式支柱绝缘子，穿墙套管选CRLQ1-220/1200型。
110KV侧支柱绝缘子所选型号为：ZS-110/4型普通型棒式支柱绝缘子，穿墙套管选CRLQ1-110/600型。
10KV侧支柱绝缘子所选型号为：ZS-10/4型普通型棒式支柱绝缘子，穿墙套管选CWWL-10/2000-2型。
第7章 继电保护的设计
7.1概论
电力系统继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分，继电保护的装设应符合可靠性及安全性、选择性、灵敏性、速动性四个基本要求。设计应满足继电保护和安全自动装置方面的技术规程。供电系统的继电保护是保证安全供电的重要工具。
电力系统中的电力设备和线路应有主保护和后备保护以及必要时增设的辅助保护。
主保护—能快速并有选择地切除被保护区域内的故障。
后备保护—在主保护或断路器拒绝动作时切除故障。后备保护可分为远后备和近后备两种形式。其中：
远后备指当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备；
近后备指当主保护拒绝动作时，由本设备或线路的另一套保护实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。
辅助保护—当需要加速切除线路故障或消除方向元件的死区时，可采用由电流速断构成的辅助保护。
7.1.1继电保护装置的设计原则
（1）当被保护原件发生短路或足以破环系统正常运行的情况时，保护装置应动作于跳闸；在发生不正常运行时，保护装置应动作于信号。
（2）为保证系统非故障部分的正常供电，保护装置应以足够小的动作时限去切除故障。
（3）系统故障时，保护装置要有选择地动作于跳闸，在必须加快动作时，可无选择性跳闸，而有自动重合闸来补救保护的无选择性动作。
（4）选择保护方式时，不考虑可能性很小的故障类型和运行方式。
（5）保护装置的电压回路断线时，如可能造成保护装置的误动作，则应装设电压回路断线闭锁装置并发出信号。
（6）在表示保护装置动作的出口上应装设信号继电器。
（7）主保护装置除完成主保护任务外，如有可能还应作为相邻元件的后备保护。
（8）当保护装置因动作原理而不能起相邻原件后备保护作用时，应在所有或部分断路器上装设单独的后备保护。
（9）为了相邻元件后备保护作用而使保护装置复杂化，或在技术上不能达到完全的后备作用时，允许缩短后备作用范围。
（10）在实际可能出现的最不利运行方式和故障类型下，保护装置应有足够的灵敏系数。
（11）保护装置的灵敏性应该与相邻设备或线路配合。
（12）保护装置所用的电流互感器在最不利的条件下其误差应小于10%。
7.1.2 继电保护装置的电源
保护装置的电源，包括了保护装置本身个元件的工作电源和相关断路器跳闸的操作电源。一般情况下工作电源与操作电源可分为直流操作和交流操作两大类。
直流操作包括蓄电池复式整流和电容器储能等，发电厂和110KV及以上变电站通常用蓄电池作为直流电源。110KV以下的终端变电站也可用电容储能直流电源或复式整流电源。电源应具有好的可靠性和稳定性，电源容量和电压质量均应在最严重的事故情况下保证用电设置的可靠性。
交流操作一般是利用被保护元件的电流互感器作为短路保护装置的操作电源。用在不重要的终端变电站。
7.2 电力变压器保护的设计
7.2.1概述
电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，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。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。
变压器的内部故障可分为油箱内和油箱外故障两种。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等，对变压器来讲，这些故障都是十分危险的，因为油箱内故障时产生的电弧，将引起绝缘物质的剧烈气化，从而可能引起爆炸，因此，这些故障应该尽快加以切除。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。上述接地短路均系对中性点直接接地电力网的一侧而言。
变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。
此外，对大容量变压器，由于其额定工作时的磁通密度相当接近于铁心的饱和磁通密度，因此在过电压或低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。
根据上述故障类型和不正常运行状态，对变压器应装设下列保护。
（1）瓦斯保护
油浸式变压器一般应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，保护装置应瞬时作用于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各电源侧断路器。
应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器。
（2）纵联差动保护或电流速断保护
对变压器绕组、套管及引出线上的故障，应根据容量的不同，装设纵联差动保护或电流速断保护。
纵差动保护适用于;并列运行的变压器，容量为6300KVA以上时；单独运行的变压器，容量为10000KVA以上时；发电厂厂用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300KVA以上时。
电流速断保护用于10000KVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5S时。
对于2000KVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。
上述保护动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。
（3）外部相间短路时，应采用的保护
对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护：
① 过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流；
② 复合电压起动的过电流保护，一般用于升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上；
③ 负序电流及单相式低压起动的过电流保护，一般用于大容量升压变压器系统联络变压器；
④ 阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用第②、③的保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。
（4）外部接地短路时，应采用的保护
对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。
当电力网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地短路时，中性点接地的变压器跳开后，中性点不接地的变压器（低压侧有电源）仍带接地故障继续运行，应根据具体情况，装设专用的保护装置，如零序过电压保护，中性点装放电间隙加零序电流保护等。
（5）过负荷保护
对400KVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电站，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。
（6）过励磁保护
高压侧电压为500KV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。过励磁保护反应于实际工作磁密和额定工作磁密之比而动作。
（7）其它保护
对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。
7.2.2变压器的瓦斯保护
当在变压器油箱内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流向油枕的上部。利用油箱内部故障时的这一特点，可以构成反应于上述气体而动作的保护装置称为瓦斯保护。轻瓦斯保护动作后经延时发出报警信号。重瓦斯保护动作后起动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。
瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。其缺点则是不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。因此瓦斯保护可作为变压器的主保护之一，与纵差动保护相配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除变压器油箱内、外及引出线上发生的各种故障。
7.2.3 变压器电流速断保护
较小容量的变压器，可采用电流速断保护作变压器的主保护。电流速断保护装设在变压器的电源侧，当电网为中性点不直接接地系统时，电流速断保护按两相式接线；否则按三相式接线。为了提高保护对变压器高压侧引出线接地故障的灵敏系数，可采用两相三继电器式接线。
7.2.4 变压器纵联差动保护
变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时，由于变压器的励磁电流、接线方式和电流互感器误差等因素的影响，使差动继电器中有不平衡电流流过，且这一不平衡电流远比发电机及线路误差保护的大。如不采取一定的措施解决这一问题，保护的灵敏性及性能将受到极大的影响。因此，应减小或消除不平衡电流对差动保护的影响。
由以上分析可知主变压器可采用下列保护：
（1）主保护：
① 纵联差动保护。作为变压器引出线、套管及内部故障的主保护，瞬时动作于跳两侧断路器。
② 瓦斯保护。作为变压器内部故障的主保护，其中轻瓦斯动作发信号，重瓦斯动作于跳两侧断路器。
③ 有载分接开关调压装置轻瓦斯动作发信号，重瓦斯动作于跳两侧断路器。
④ 温度信号装置。作为变压器上层油温的信号装置。
⑤ 主变压器油位的信号装置。
（2）主变压器后备保护：
① 35KV侧设置过电流保护，动作跳两侧断路器。
② 35KV侧设置过负荷保护，动作发信号。
7.3电力线路保护的设计
7.3.1 220KV电力线路继电保护的装置原则
（1）对简单电网，采用三段式的电流保护。速断、限时速断保护作为主保护，过电流保护作为后备保护。如保护不能满足速动性或灵敏性要求，应以自动重合闸来补救。
（2）对复杂电力系统可采用距离保护。
（3）对并列运行的平行双回线电力系统，宜装设横联差动保护作为主保护。以接于两回线电流之和的阶段式电流保护作为两回线同时运行的后备保护，及一回线断开后的主保护及后备保护。
（4）对复杂网络中的短线路，一般用带辅助导引线的纵联差动保护作为主保护，以电流电压保护作为后备保护。
7.3.2 10KV电力线路继电保护的装置原则
（1）相间短路保护
① 对于不带电抗器的单侧电源线路，可采用定时限特性或反时限特性的电流保护。
变电站母线上的电压大幅度降低时，主保护亦应采用瞬时电流速断保护。必要时允许保护非选择性动作，并装设自动重合闸或备用电源自动投入装置来全部或部分地校正保护的非选择性动作。
② 对于双侧电源电力线路，一般可装设三段式或多段式方向电流保护。
对于较重要的短线路采用纵联差动保护作主保护，方向过电流保护作后备保护。
③对于并列运行的平行线路，宜装设横联差动保护或电流平衡保护作为主保护，以接于两回线电流之和的电流保护作为两回线同时运行的后备保护，及一回线断开后的主保护及后备保护。
（2）单相方向接地保护
在发电厂和变电站母线上，应装设单相接地监视装置，监视装置反应零序电压，动作于信号。
必要时装设动作于跳闸的单相接地保护。
（3）电力线路的过负荷保护
对于可能经常出现过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护，保护装置应带时限动作于信号，必要时可动作于跳闸。
由以上分析可知：
1．220KV桥断路器保护
装设限时速断保护、过流保护及充电保护。
2．10KV出线保护
采用三段式电流保护及三相一次重合闸。
3．10KV分段保护
装设限时速断保护、过流保护及充电保护。
4．10KV电容器保护
装设差压保护、限时速断保护、过流保护、过电压保护、电流闭锁失压保护。
第8章 配电装置和总平面布置设计
8.1 概述
配电装置是变电站的重要组成部分，它是根据主接线的连接方式，由开关电器保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能的装置。配电装置和总平面布置的设计是整个变电站设计的一个重要环节，是全面贯彻国家方针政策的重要环节，对变电站的多、快、好、省的建设和安全、经济、可靠地运行有重要意义。
8.2 配电装置设计
8.2.1 配电装置设计的基本原则
8.2.1.1 配电装置概述
配电装置是变电所的重要组成部分。是全面贯彻国家方针政策的重要环节，对变电所的多快好省的建设和安全，经济可靠的运行有重要意义。
它是根据电气主接线，由开关电器，保护和测量电器，母线和必要的组建而成，用来接受和分配的装置。
8.2.1.2配电装置设计原则
依据《高压配电装置设计技术规程》SDJ5—85中第1.0.1条规定：高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并根据电力系统条件，自然环境特点和运行检修的要求，合理的制定布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置，新设备和新材料，使设计技术先进，经济合理，可靠运行，巡视方便，同时注意节约三材。
8.2.1.3 型式选择：
依据《高压配电装置设计技术规程》中：
4.2.1选择配电装置应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约土地并保证运行和检修的要求，通过技术经济比较，35KV及以下配电装置宜采用屋内型。
4.2.5当采用管型母线的配电装置时，管母选用单管或分裂结构，固定方式宜采用支撑式或悬挂式，当地震烈度为8度及以上宜选用悬挂式。
配电装置应满足以下基本要求：
(1)配电装置的设计必须贯彻执行国家基本方针和技术经济政策，如节约土地。
(2)保证运行可靠。按照系统和自然条件，合理选择设备，在布置上力求清晰，整齐，保证具有足够的安全距离。
(3)便于检修，巡视和操作。
(4)在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。
(5)安装和扩建方便。
8.2.2 各电压等级配电装置设计
8.2.2.1 220KV侧配电装置型式选择
该市位于市郊，由于技术发展，新上项目均为全室内设计，自动化程度高，检修不受天气影响，虽然造价高，但可靠性更好，便于检修。最好采用全室内装置。
8.2.2.2 110KV侧配电装置设计
110KV侧配电装置屋内与屋外相比较，在经济上两者总投资接近，因屋内式电器投资较屋外略少，而土建投资又稍高于屋外式，但屋内式具有节约用地、便于运行维护、防污等优点，且参考以上原则可知，应采用屋内配电装置。
又考虑到该市郊变电站110KV侧采用了单母分段型式的主接线，为了提高运行可靠性，节约用地，故采用手车式高压开关柜，所以110KV配电装置采用屋内单层式。
8.2.2.3 10KV侧配电装置的型式选择
依据上述原则，10KV配电装置一般采用屋内配置。当出线不带电抗器时，一般采用成套开关柜单层布置。考虑到该市地区经济较发达，且主接线为单母分段接线型式，故采用手车式开关柜。
8.3 总平面布置设计
根据《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63—84等1.0.1条规定：
变电所的总平面布置必须全面贯彻现行的各项技术经济的政策精心设计，努力创新，因地制宜，合理布置，充分利用荒地，坡地，劣地，不占或少占良田，认真做好技术经济论证，选择最佳设计方案，提高经济效益，为安全运行创造条件。应在满足安全运行的前提下，尽量简化。
(1)屋外配电装置要考虑道路的设置：根据《变电所总平面设计技术规定》SDG63—84 ：
a.所外道路应利用已有道路或现成道路。
b.当路基宽度小于5.5m时且道路亮端不能通过时，适当位置设置错车道。
c.所外道路宜采用中级路面，根据施工条件可采用次高级路面。
d.所内路面宽度为3.5m ；220KV及以上变电所，有所大门至主空楼、主变前和调相机各路面可宽至4—5m。
e.所内道路转弯半径不小于7m。
(2)根据各侧、各回路相序排列尽量一致的原则。按面向出线，由远到近，由上到下为A、B、C相。
(3)《高压配电装置技术规程》SDJ5-85 第4.4.4条规定：储油池和挡油板的长度尺寸一般较设备外廓尺寸每边相应大1m。储油池内一般铺设厚度不小于250mm的卵石层（卵石的直径为50—80mm）。
(4)《高压配电装置技术规程》SDJ5-85第4.4.6条规定：油量在2500kg以上的变压器或电抗器与油量在600kg以上的充油设备之间其防火净距不小于5m。
(5)根据《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63-84第3.2.1条：主控楼的位置在便于运行人员相互联系，便于巡视检查和观察屋外设备和减少电缆长度，避开噪音影响地段，在可布置的主配电装置一侧，配电装置之间结合前面设施进行布置。
(6)端子箱、配电箱电缆沟的位置：电缆沟应位于各条母线下方，然后通向主控室，端子箱位于电缆沟旁。
(7)围墙与大门：《变电所总布置设计技术规定》SDGJ63—84：
第3.5.1条：所区应设置实体围墙，围墙高度为2.2—2.5m。
第3.5.4条：所区大门应采用钢门，门宽应满足运输所内大型设备的要求。
(8)补偿电容器的位置：它应布置在变电所年主导风向的下风侧，装置应设维护通道，其宽度不宜小于1200毫米，装置为户内时，维护通道可设在户外，电容器构架与墙间设维修走廊时，其宽度不宜小于1000毫米，电容器与其它生产建筑物连接布置时，其间应设防火墙。
第9章 防雷设计
9.1 概述
雷电放电所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁感应，机械效应和热效应。从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是：雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，有时也称为大气过电压，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一；雷电放电所产生的巨大电流，有可能使被击物体炸毁，燃烧，使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。
变电所是多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。变电所的雷害事故比较严重，往往导致大面积的停电。其次，变电设备的内绝缘水平往往低于线路绝缘，而且不具有自恢复功能，一旦因雷国电压而发生击穿，后果十分严重。总之，变电所的防雷保护与输电线路相比，要求更严格、措施更严密可靠。
9.2 直击雷保护
9.2.1 保护对象
屋外配电装置，包括组合导线、母线廊道。
9.2.2 保护措施
a.220及110KV配电装置：装设避雷针或装设独立避雷针
b.主变压器：装设独立避雷针
c.屋外组合导线：装设独立避雷针
9.2.3 避雷针装设应注意的问题
应妥善采用独立避雷针和构架避雷针，其联合保护范围应覆盖全所保护对象。
根据《电力设备过电压保护技术规程》SDJ7—76规定：
第70条：独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m。
第71条：110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在其构架或房顶上；6KV及以上的配电装置，允许将避雷针装在其构架或房顶上；35KV及以下高压配电装置
构架或房顶上不宜装设避雷针。装在构架上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。在主变压器的门型构架上，不应装设避雷针、避雷线。
第72条：110KV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架上；35KV配电装置可将线路的避雷线引接到出线门型架上，但应集中接地装置。
9.3 雷电侵入波
9.3.1 保护措施
避雷器结合进线段保护
9.3.2 避雷器的设置
参考《电力设备过电压保护规程》SDJ7—79中的规定：
第78条：变电站的每相母线上都应装设阀型避雷器,应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近架设集中接地装置。
第80条：大接地短路电流系统中的中性点不接地变压器如中性点绝缘按线电压设计，应在中性点装设保护装置。
第83条：与架空线联络连接的三绕组变压器的10KV绕组，如有开路运行的可能，应采用防止静电感应电压危害该绕组绝缘的措施。在其一相出线上装设一只阀型避雷器。
第85条：变电站3～10KV配电装置，应在每相母线和每路架空线上装设阀型避雷器。
故：a.220KV，110KV，10KV每段母线上均装一组避雷器
b.变压器110KV侧每一相上装一个避雷器，10KV侧在一相上装一个避雷器
c.220KV，110KV中性点为分级绝缘且装有隔离开关，故需装一个避雷器
9.4 防雷设计结果
避雷器选择结果：
220KV | 110KV | 10KV | ||
主变引下线 | FZ-220J | FZ-110J | FZ-10 | |
母线 | FZ-220J | FZ-110J | FZ-10 | |
持续运行电压 | 146 | 73 | 6.6 | |
9.5电站的防雷设计计算书如下：
以下参数 表示避雷针的高度，P表示高度修正系数， 表示水平面上的保护半径。
选避雷针高度为32m则 P = =0.97
当 =11.5m时：
因
故 =（1.5h-2 ）P
=(1.5 32-2 11.5)P
= 25P
=25 0.97 =24.5m
当 =7m时：
=（1.5h-2 ）P
=（1.5 32-2 7）P
= 34P
=34 0.97 =32.98m
四支避雷针的代号分别为：#1 #2#3 #4
则四支避雷针的联合保护范围分别为：
当 =11.5m时：
=1.5
=1.5
=16.95m
全所不受雷电的袭击。确保变电站在雷电天气时能够正常稳定运行，保证供电的可靠性。
第10章 结 论
本次毕业设计针对“220千伏降压变电所电气一次部分设计”的要求我们分别对主变的选择、主接线的确定、短路电流的计算、电气设备的以及变电所的防雷设计等做了具体分析。在讨论设计方法和运行维护的同时,特别注意基本理论的系统性和在实际供电技术中应用的实用性.并总结了供电技术中所用到的新设备,新技术和新问题。从开始着手设计开始，我们的选题，确定设计任务和目的，寻找相关材料，到系统的总体设计及论文的写作，使我认识到自己在一些专业知识方面学习的不足，更系统地掌握了更多的专业知识。
随着科技的发展，社会经济的增长，人们对电力的需求日益增大对电能质量的要求不但提高。这就要求我们的电力系统有足够的可靠性，我们在建设该市变电站时为了保证电力系统的稳定运行，使电力系统的运行不至于受外界条件的影响，所以我们设计了全室内变电所，本变电所的优点在于它不因天气的变法而导致无法对电力系统的检修。在设计母线的运行方式时，因考虑到经济性和可靠性以及实用性，最终我们采用了单母分段的主接线形式。
雷电的袭击可使变电所处于瘫痪状态，严重时可导致火灾造成重大伤亡。为了保证生命及财产的安全所以我们要足够的重视变电所的防雷设计。
随着社会的进步科技的发展新型电气设备的脱颖而出，而使高度自动化的变电所成为主题。利用微机和自动控制装置来监控各个电气设备，这样我们即使不到控制现场也能达到监视和控制的目的，这就是“无人值班变电站”。科技的发展社会的进步这将踌使“无人值班变电站”成为以后变电站发展的主角。
致 谢
经过几个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，这次的毕业设计，由于我的经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。本次毕业设计论文从选题到完成的整个过程中是在朱雪凌老师的精心指导下完成的.在这里首先要感谢我的朱老师在我做毕业设计的每个阶段，从理论讲解到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我热情帮助和悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是朱老师仍然细心地纠正设计中的错误.。除了朱老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，并对我以后的学习和工作产生极大地促进作用.在论文完成之际，我要感谢老师对我在三年学习和生活中的关心和教诲，特向老师表示深深的敬意和感谢！
其次要感谢和我一起作毕业设计的同学，我们在本次设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没有他们的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下电力系统自动化知识专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。最后感谢我的母校华北水利水电学院三年来对我的大力栽培。
2009-4-7
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