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任务书
中文摘要 ……………………………………………………………………Ⅰ Abstract ……………………………………………………………………Ⅱ 引 言…………………………………………………………………………1 第一部分 ……………………………………………………………………2 原始资料分析 ………………………………………………………………2 第 一 章 变电所主变压器的选择…………………………………………3 1.1主变压器容量及形式的选择 …………………………………4 第 二 章 电气主接线的选择 ……………………………………………4 2．1设计原则………………………………………………………5 2．2设计的基本要求………………………………………………5 2．3本变电所电气主接线的选择…………………………………6 第 三 章 短路电流的计算…………………………………………………5 3．1短路电流计算的目的…………………………………………8
3．2短路电流的基本类型…………………………………………8 3．3一般规定………………………………………………………8 3．4计算目的………………………………………………………9 3．5计算方法………………………………………………………9
第 四 章 主要电气设备的选择……………………………………………10 4．1一般原则………………………………………………………11 4．2高压断路器的选………………………………………………11 4．3隔离开关的选择………………………………………………12 4．4电压互感器的选择……………………………………………13 4．5电流互感器的选择……………………………………………14 4．6母线的选择……………………………………………………15 第 五 章 防雷保护的设计…………………………………………………16 5．1防雷保护设计…………………………………………………17 5．2避雷器的选择…………………………………………………17 第 六 章 配电装置的设计…………………………………………………18 6．1电气布置………………………………………………………19 6．2配电装置设计…………………………………………………19 6．3配电装置形式的选择…………………………………………19 第 七 章 继电保护和自动装置的设计……………………………………20 7．1继电保护的配置………………………………………………21 7．2自动装置的配置………………………………………………23 第 八 章 防雷保护的设计…………………………………………………24
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8．1电工装置的防雷保护 …………………………………………25 8．2防雷设计要求和所需资料 ……………………………………25 第二部分 ……………………………………………………………………25 第 九 章 主变压器选择的计算过程 ………………………………………25 9．1主变压器选择的计算方法………………………………………26 第 十 章 短路电流计算过程 ………………………………………………27 10．1系统的等值电抗图……………………………………………28 10．2参数计算………………………………………………………28 10．3短路计算………………………………………………………29 第十一章 电气设备选择的计算和校验 ……………………………………37 11．1高压断路器的选择计算………………………………………38 11．2隔离开关的选择计算…………………………………………39
11．3电流互感器的选择计算………………………………………41
11．4电压互感器的选择计算………………………………………42
11．5母线的选择计算………………………………………………44
第十二章 避雷针的选择 ……………………………………………………45 12．1避雷器的选择…………………………………………………46 12．2避雷针的选择和计算…………………………………………46 结 论………………………………………………………………………48 致 谢………………………………………………………………………49 参考资料………………………………………………………………………50
原始资料分析
一、 设计题目 浑河220kV一次降压变电所电气部分初步设计
二、始资料及依据
1、变电所概况介绍
（1）、变电所为地区变电所，以14回60KV出线向地区用户送电。主要用户为工业用
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户。
（2）、所址地势平坦海拔100米，最高气温40℃，最低气温-35℃，年平均气温+10℃，空气无污染，交通便利。
2、变电所60KV的用户负荷表
表1-160KV的用户负荷表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
负荷名称 机械厂 东科科技园 数字机床厂 高压电气厂 111变电所 121变电所 131变电所 市工业园 最大负荷（KW） 近期 5000 5000 6000 8000 8000 6000 12000 8000 远期 10000 10000 12000 12000 12000 10000 12000 15000 功率因出线 数 0.95 0.95 0.95 0.9 0.9 0.9 0.9 0.95 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 架空 出线回路数 1 1 2 2 2 2 2 2 3、最大负荷利用小时数T=5000H，负荷同时系数0.9，线损率为5%，重要负荷占65%。
第一章 变电所主变压器的选择
1.1 主变压器容量及型式的确定
1.1.1主变压器容量的确定
1、变电所中，主变压器一般采用三相式变压器，其容量应根据电力系统5-10年的发展规划进行选择,并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。对于城郊变电所，主要变压器的容量应与城市规划相结合。
2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台停运时，其余主变压器的容量在机及过负荷能力的允许时间内，应保证
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用户的一级和二级负荷。对一般性质的变电所，当一台停运时，其余主变压器的容量应能保证所供的全部负荷的70%。
3、具有直接由高压降为低压供电条件的变电所，为简化电压等级，减少重复降压容量，可采用双绕组。
根据本变电所实际情况，交通便利，只有两个电压等级220/60KV，故选择采用三相双绕组变压器。
1.1.2主变压器台数的确定
1、对大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧以构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。
2、对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变压器，在设计时应考虑装设三台变压器的可能性。
3、对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换变压器的容量。
根据计算，确定选择两台容量为90000KVA的变压器，其型号为SFPZ4—90000/220。主要参数如表1—1。
表1—1 变压器主要参数 额定容量（KVA） 额定电压（KV） 连接组标号 空载电流（%） 空载损耗（KW） 负载损耗（KW） 阻抗电压（ %） 90000 高压 220±8*1.5% 低压 69 YN，d11 0.8 102 369.9 13.5 沈阳工程学院毕业设计（论文）
第二章 电气主接线的选择
变电所电气主接线是电力系统接线的主要组成部分，主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。
2.1 设计原则
1、变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节省投资等要求。
2、220KV终端变电所的配电装置，当满足运行要求时，应尽量采用断路器较少的接线，如桥形接线等。
2.2 设计的基本要求
主接线设计应满足可靠性、灵活性、经济性三个基本要求。
2.2.1可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，应满足以下几点：
1、应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。
2、主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。
3、要考虑所设计的变电所在电力系统中的地位和作用。
2.2.2灵活性
主接线的灵活性有以下几方面的要求：
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。
2.2.3经济性
1、投资省
首先是主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。其次要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。
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2、占地面积小
主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。 3、电能损失小
经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。
2.3 本变电所电气主接线的选择
2.3.1 220KV侧主接线的选择
根据《变电所设计》等书籍中关于接线形式适用范围规定可知，220KV配电装置出线回路不超过两回时，可选用单母线、单母线分段接线，也可使用桥式接线。
下面选取单母线分段和内桥接线两种方案进行介绍和比较，从而选择最佳方案作为本变电所侧一次主接线。
表2—1 220KV侧主接线方案比较 特点 方案一：单母线分段 方案二：内桥接线 当一段母线发生故障线路的投入和切除比较方便，当线路发生后，分段断路器自动将故障时，仅线路断路器断开，不影响其他故障段隔离，保证正常回路运行。但是变压器发生故障时，与该段母线不间断供电，不台变压器相连的两台断路器都断开，从而指使重要用户断电。 影响了一回为发生故障的线路的运行。 可靠性 方案一当一段母线发生故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。方案二中当控制变压器的断路器出现故障时，可由旁路隔离临时供电。 经济性 灵活性 由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只比较综合造价。方案一用的断路器和开关电器多，占地面积大，故不经济。 方案一用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。方案一有利于扩建，而方案二不能扩建。 综上所述，方案一比较灵活、可靠；方案二占地小，投资少，但不利于长远发展。所以综合考虑选方案一：单母线分段接线为本变电所一次侧主接线。 2.3.2 60KV侧接线的选择
由于 60KV侧进出线数共14回，查找规程，可选用双母线，我国110-220KV母线分段规定是：而当配电装置的进线和出线总数为12—16回时，仍采用不分段的双母线接线。且在本设计中选择的断路器是SF6断路器，由于其可靠性高，检修周期长，所以本变电所二次侧采用的接线方式是双母线接线，不设旁路母线。
关于二次侧方案的说明：
1、可以轮流检修母线而不致使供电中断，只需将要检修的那段母线上的全部元件倒闸操作到另一组母线上就可以停电检修。
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2、检修任一母线回路的母线隔离开关时只需停该回路即可。 3、母线故障后能迅速供电。
4、调度灵活，各个电源和各回路的负荷可以任意分配到某一组母线上，可以适应各种变化的需要。
5、扩建方便，双母线接线向左右任意方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的均匀分配。
6、便于实验，在个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。
综上所述，本变电所主接线选择以下接线方式 ：一次侧采用单母线分段接线，二次侧采用双母线接线。
本所的主接线图如下所示：
图2-1 本所电气主接线图
第五章 防雷保护的设计
5.1防雷保护设计
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5.1.1输电线路的防雷保护
输电线路担负着发电厂产生和经过变电所变压后的电力输送到各地区用电中心的重任。架空输电线路遭受雷电袭击的机会很多，所以输电线路的雷击事故在电力系统总的雷害事故中占很大的比重。输电线路防雷保护的根本目的是尽可能减少线路雷害事故的次数和损失。
5.1.2变电所的防雷保护
变电所是多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。故变电所的雷害事故就要严重的多，往往导致大面积停电，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，一旦因雷电过电压而发生击穿，后果会十分严重。不过另一方面，变电所的地域比较集中，因而比较容易加强保护。
5.2避雷器的选择 5.2.1 避雷器的设计原则
1、配电装置的每组母线上应装设避雷器。 2、110-220KV线路侧一般不装设避雷器。
5.2.2避雷器的类型
1、保护间隙是最简单最原始的限压器，但它没有灭弧装置、对变压器等设备的绝缘很不利等缺点，所以在现代的电力系统中不能采用。
2、管型避雷器：它有较强的灭弧能力，但是在我们计算出短路电流后，很难选择出一个合适的型号，此外，它的运行也不是很可靠，并且动作时形成截波对变压器的纵向绝缘不利，所以不被采用。
3、普通阀型避雷器：变电所防雷保护的重点对象是变压器，而保护间隙和管型避雷器都不能承受保护变压器的重任，所以不能成为变电所防雷中的主要保护装置，变电所的防雷保护主要依靠阀型避雷器。阀型避雷器是变电所对入侵雷电过电压波进行防护的主要措施，其保护作用主要是限制过电压波的幅值。其在电力系统过电压防护和绝缘配合中都起着重要的作用。
综上所述，本设计全部选用阀型避雷器。220KV侧选择型号为FZ-220J的避雷器，60KV侧选择型号为FZ-60的避雷器，变压器中性点选择型号为FZ—110的避雷器。 它们的基本数据如下所示：
表5—1 220KV侧避雷器参数表 型号 额定电压有效值（KV） 灭弧电压有效值（KV） 工频放电电压有效值 8/20µS雷电冲击波残压峰值不大于（KV） 沈阳工程学院毕业设计（论文）
不小于 FZ-220J 220 200 448KV 不大于 536KV 5KA 652 10KA 715 表5—2 60KV侧避雷器参数表 型号 额定电压有效值（KV） 灭弧电压有效值（KV） 工频放电电压有效值 不小于 不大于 173KV 8/20µS雷电冲击波残压峰值不大于（KV） 5KA 227 10KA 250 FZ-60 60 70.5 140KV 表5—3 变压器中性点避雷器参数表 型号 额定电压有效值（KV） 灭弧电压有效值（KV） 工频放电电压有效值 不小于 不大于 312KV 8/20µS雷电冲击波残压峰值不大于（KV） 5KA 10KA 375 415 FZ-110 110 125 254KV
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第六章 配电装置的设计
配电装置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。 6.1 电气布置
在220KV变电所设计中，电气布置的设计是比较关键的一步，在布置中要考虑主接线所确定的形式和间隔，考虑变压器设置地点，避雷设备的设置，控制电缆的走向进行总体布局。在布置中要考虑监视、运行方便、占地面积小、节约控制电缆、出线合理等要求。
电工建筑物总平面布置的基本要求： 1、 满足电气生产工艺流程要求。 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、
慎重确定最终规模，妥善处理分期建设。 布置紧凑合理，尽量节约用地。 结合地形地质，因地制宜布置。 符合防火规定，预防火爆事故。 注意风象朝向，有利环境保护。 控制噪声。
合理分区，方便管理。
有利于交通运输及检修活动。
10、 电工建筑物与外部条件相适应。
6.2 配电装置设计原则
查《电力工程电气设计手册》可知：高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并应根据电力系统条件，自然环境特点和运行，检修、施工等方面要求，合理地制订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，使配电装置设计不断创新，做到设计先进，经济合理，运行可靠，维护方便。 6.3 配电装置型式的选择
配电装置型式的选择，应考虑所在地的地理情况及环境要求，通过技术比较确定，一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式，110KV以上多为屋外式，故本变电所设计采用屋外式配电装置。
中型配电装置：现有220KV配电装置分为普通中兴和分相中型两种，对于普通中型其母线下方不布置任何电气设备，而分相中型布置的特点是将母线隔离开关直接布置在各相母线的下方。
1、普通中型配电装置，其特点和使用情况是其电气设备都安装在地面支架上，施工运行和检修都比较方便，所以使用广泛，各方面的经验较为丰富，但占地面积大。所以
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在70年代以后，普通中型配电装置已经逐步被其他各型占地面积较小的配电装置所取代。
2、分相中型配电装置，其布置可以节约用地，简化构架，节约三材，故已经基本上取代了普通中型布置。
本设计的配电装置采用分相中型。 《电力工程电气设计手册》规定，对采用GW4和GW7型隔离开关的分相中型配电装置，间隔宽度选用15m,，即边相对构架中心线的距离由3m改为3.5m，综合进出线对相间距离的要求、设备对相间距离的要求和电晕对相间距离的要求的考虑，相间距离取4m即可以满足要求。
6.3.1 屋外配电装置的特点
1、土建工作量和费用较小，建设周期短； 2、扩建比较方便；
3、相邻设备之间距离较大，便于带电作业；
4、占地面积较大；
5、受外界环境影响，设备运行的条件较差，须加强绝缘； 6、不良气候对设备维修和操作有影响。 6.3.2 屋外配电装置的最小安全净距
表6—1 屋外配电装置的最小安全净距 单位((mm）
符号 A1 A2 B1 B2 C D 适用范围 带电部分至接地部分之间 不同相的带电部分之间 带电作业时带电部分至接地部分之间 网状遮拦至带电部分之间 无遮拦裸导体至地面之间 平行的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间 220KV 1800 2000 2550 1900 4300 3800 60KV 650 650 1400 750 3100 2600 6.3.3 屋外配电装置的若干问题
1、母线及构架
本变电所母线选用软母线钢芯铝绞线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的档距，但档距越大，导线弧垂越大。
2、电缆沟和通道
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数多，一般分为两路，大中型变电所内一般应铺设3M宽的环行道。
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第七章 继电保护和自动装置的规划设计
继电保护和安全自动装置应符合可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求。当确定其配置和构成方案时，应综合考虑以下几个方面：
1、电力设备和电力网的结构特点和运行特点；
2、故障出现的概率和可能造成的后果； 3、电力系统的近期发展情况； 4、经济上的合理性； 5、国内和国外的经验。 7.1 继电保护的配置
7.1.1 变压器的保护
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。所以变压器保护主要有以下几种：
1、瓦斯保护：反映变压器油箱内的各种故障以及油面降低。
2、纵差保护或电流速断保护：、反映变压器绕组、套管和引出线故障 纵差动保护适用于：并列运行的变压器，容量为6300KVA以上；单独运行的变压器，容量在10000KVA以时。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。
对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路，以及绕组间适中中能起保护作用，如果变压器的纵差动保护对单相接地适中的灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。
3、零序电流保护：在中性点直接接地电网中，装设在降压变电所的变压器两侧，作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。
4、过负荷保护：双卷变压器，过负荷保护装于高压。 5、过电流保护
综上所述，本变电所变压器主变保护配置采用以下保护方式：
主保护：瓦斯保护、纵联差动保护；
后备保护：过电流保护、过负荷保护、零序电流保护。
7.1.2 母线保护
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配置原则：35-500KV发电厂或变电所母线上，在下列情况下，应装设专用的母线保护装置。
1、110KV及以上双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除任一组（或段)母线上所发生的故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能继续运行。 2、110KV及以上单母线，重要发电厂或110KV及以上重要变电所的35-60K母线需要按照装设全线速动保护的要求，必须快速切除母线上的故障时。
为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按照差动原理构成的。 目前已被使用的母线保护有以下几种： （1）母线完全差动保护； （2）母线不完全差动保护；
（3）双母线固定连接的完全差动保护； （4）母联电流相位比较式差动保护；
（5）电流相位比较式母线保护。
单母线或单母线分段的母线系统是比较简单的母线接线方式，其特点是所有的电源和出线都接在一组母线或分接在两段母线上。所以在出线回路较少的不太重要的发电厂和变电所相同，一般采用低阻抗的电流差动母线保护。 7.1.3 线路保护 配置原则
1、220KV侧线路保护
（1）规程规定，110-220KV直接接地电力网的线路，应装设反应接地短路的保护装置，双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。
（2）当线路发生故障时，如不能全线快速地切除故障，则系统的稳定运行将遭到严重破坏以及在双侧电源线路上，如果要求全线速动切除故障时10-22-KV电网的线路上，应装设线路快速动作的高频保护作为主保护，距离保护作为后备保护。
（3）220KV线路的接地保护适合装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护、对某出线路，如方向性的接地距离保护可以明显改善整个电力网接地保护的性能时，可装设接地距离保护并辅之以阶段式零序电流以及 常运行方式下保护安装处短路，电流速断保护有1.2以上灵敏度时，则可装设此保护。 （4）高频保护：采用相差高频保护
相差高频保护适用于200KM以内的110-220KV输电线路。 综上述，本变电所220KV侧线路保护采用：
主保护：高频保护； 后备保护：距离保护；
接地保护：零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段电流保护。
2、60KV侧线路保护
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并列运行的平行线路，可装设横联差动方向保护或电流平衡保护为主保护，距离保护为后备保护。
横联差动保护有相继动作区和死区，而电流平衡保护只有相继动作区无死区，并且相继动作区比横联差动保护小，并且有动作迅速，灵敏度足够大，并且接线简单等优点。
综上述，本变电所60KV侧线路保护采用：
主保护：电流平衡保护 后备保护：距离保护
表7—1 本变电所继电保护规划配置 变压器 母线保护 220KV侧 线路保护 60KV侧 7.2 自动装置的配置 7.2.1 配置原则及原因
主保护 后备保护 瓦斯保护、纵联差动保护 过电流保护、零序电流保护、过负荷保护 采用母联电流比相式差动保护 高频相差保护 电流平衡保护 距离保护 接地保护 零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段电流保护 距离保护 1、3KV及以上的架空线路和电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，如用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置以及低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸。
2、电力系统的故障中，大多数是送电线路（尤其是架空线路）的故障。运行经验表明，架空线路的故障大多数是瞬时性故障，此时如果把 断开的断路器再合上，就能够恢复正常供电。若合上电源以后故障依然存在，线路还要被继电保护再次段开，因而就不能恢复正常的供电。
所以由于线路具有上述性质，因此，在线路被断开以后再进行一次合闸，就有可能大大提高供电的可靠性。由运行人员手动进行合闸固然也能够实现上述作用，但由于停电时间过长用户电动机大多数已经停电，因此效果并不明显。为此在电力系统中就采用了自动重合闸（缩写为ZCH），即当断路器跳闸以后，能够自动地将断路器重新合闸的装置。 7.2.2 自动重合闸的作用
1、提高供电可靠性，对单侧电源尤为显著。
2、高压输电线路上采用自动重合闸，可提高并列运行的稳定性。
3、可暂缓或不架双回线路，节约投资。
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4、可纠正断路器或继电保护引起的误动。 7.2.3 自动重合闸装置应符合基本要求
1、自动重合闸一般由控制开关位置与断路器位置不对应的原理启动，或用保护装置启动。
2、用控制开关或通过遥控器将断路器断开时，自动重合闸均不应动作。
3、自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。 4、自动重合闸装置动作后应自动复归。
5、自动重合闸装置应能实现重合闸后加速继电保护动作。
6、当断路器不处于正常状态，不允许实现自动重合闸，应将自动重合闸闭锁。
综上述，本变电所220KV线路采用综合重合闸，60KV线路采用三相一次重合闸，主变压器采用三相一次重合闸。 7.2.4 备用电源和备用设备自动投入
备用电源和备用设备自动投入装置是当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备用电源或备用设备投入工作，使用户不至于停电的一种装置。 备自投装置应满足以下要求：
1、只有当工作电源断开以后，备用电源才能投入。
2、工作母线上无论何种原因失去电压时，备自投均应投入。 3、备用电源自动投入装置只允许将备用电源投入一次。
4、当备用电源自投于故障母线时，应使其保护装置加速动作，以防扩大事故。
本变电所的设计，为了确保不间断供电，变电所的电源均应装设备自投装置。 本设计的主接线一次侧采用的接线方式是单母线分段接线，其设备自投装置的投入方式是：当任一台变压器故障切除时，分段断路器自动投入，以保证低压两段母线继续运行。
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