220kV变电站设计完整版

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上海电力学院

220kV降压变电所（AD变电所）设计 220kV降压变电所电气部分设计

摘要

随着国民经济的快速发展，工业化进程和城镇化建设步伐不断加快,电力的需求量也不断增长。电网的供电能力和可靠性，对区域社会经济的发展是极为重要的。变电站是电力系统中不可缺少的一个重要环节，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。变电站的设计必须体现社会主义的技术经济政策，符合安全可靠、技术先进、经济合理和确保质量的要求，在本设计中充分体现了这些要求。本论文中主要是电气一次部分的设计说明，其内容括：1）变电所电气主接线设计；2）所用电接线设计；3）短路电流计算；4）主要电气设备选型；5）变电所电气总平面布置；6）继电保护的配置

根据未来经济发展的要求，变电站设计规模为2×180MVA。220kV线路 2回；110kV线路8回； 10kV线路13回。是该变电站是地区重要变电站，对地区负荷有巨大意义。

设计以中华人民共和国国家发展和改革委员颁布的220～500kV变电所设计技术规程（DL-T5218——2005）为标准，以水利电力部西北设计院编制的电力工程电气设计手册一次部分为原则。设计中的设备的技术参数资料来自设备制造商发布的电子样本和参考文献中的相关资料。

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第一章原始资料及分析

第一节原始资料

第（一）节待建变电站的规模、性质

待建变电站为终端变电站,拟定2台变压器，远景规划三台。本变电站的电压等级分别为220kV、110kV、10kV。

1、系统容量：

A系统：S=2000MVA X=0.32 2、连接方式：

A系统与待建变电站D的距离：130km，导线型号：LGJQ-400 （以上为双回连接）第（二）节各保护 1、变压器

主保护时间：0.5秒，后备保护时间：3.5秒 2、断路器

主保护时间：0.2秒，后备保护时间：4.0秒系统图如下图所示：第（三）节设计原始资料 1. 电力系统部分

(1)与电力系统联接的接线图（示意图）

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(2)本变电所通过两回220kV线路与电力系统相连接，并由其供电。 (3)系统参数如图所示。第（四）节其他原始资料

1、水文、气象 ①绝对最高温度为40℃； ②最热月平均气温为25℃； ③年平均温度为4.7℃；

20

7

6

5

4

3

2

1

10 kV

180MVA

电力系统

~

X*=0.0104 Sj=100MVA 220kV

110kV

AD变电所

1 2 3 4 5 6

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④风向以东北风为主。

2、环境保护站区周围无污染源

电压等级

最大负荷（MW） 36 32 35 25 20 22

用电单位功率因数回路数供电方式距离（km）

J厂 K厂 L厂

110kV

钢铁厂石化厂玻璃制造厂

备用

0.9 0.9 0.9 0.8 0.85 0.85

2 2 1 1 1 1 2

架空架空架空架空架空架空

55 45 60 80 70 90

有功负荷同时率：0.8，一级负荷35%，二级负荷50%，三级负荷15%。负荷增长率：

7％

无功负荷同时率：0.9，线损7％，远景规划数5年配电站A 配电站B 配电站C 自来水厂医院

10kV

煤气厂化工厂农药厂其它备用

1 1.5 1.0 1.2

0.8 0.8 0.8 0.8

1 1 1 1 2

电缆电缆架空电缆

3 5 10 5

2.5 3 2.5 2 2

0.9 0.85 0.9 0.85 0.85

2 2 2 1 2

架空架空架空电缆电缆

15 10 15 5 3

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负荷同时率：0.8，一级负荷30%，二级负荷40%，三级负荷30%。

所用负荷：计算总容量（150kVA）

其中：一级负荷20%，二级负荷30%，三级负荷50%。

第二节原始资料分析

要求设计的变电站为220kV降压变电站，由原始资料可知它有220kV，110kV，10kV三个电压等级，初次一次性建成投产2台变压器。220kV电压等级出线为2回。110kV电压等级出线为8回，2回备用，最大输送功率为170MW，10kV电压等级的出线13回，2回备用，最大输送功率为16.9MW。由这些数据可以知道各电压等级的出线多，而且该变电站的110kV一、二级负荷是85%，10kV 一、二级负荷是70%。由此可见，该变电站的一、二级负荷所占比例大，负荷也较重，所以应能够保证不管是母线或母线设备检修还是任何一个电源断开后，都不会影响对用户的供电。装有2台主变压器的变电站，当其中一台事故或检修时，另一台变压器的容量应能保证该站60%的负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应能保证用户的一、二级负荷。

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第二章设计说明及产品

第一节、设计任务： 1) 主变及所用变的选择 2) 变电所电气主接线设计； 3) 短路电流计算； 4) 主要电气设备选型； 5) 变电所电气总平面布置； 6) 继电保护的配置；第二节、设计产品：

1. 设计说明书（包括计算书）；

2. 图纸：变电所电气主接线图（包括所用变高压接线）； 3. 图纸：110kV电气设备断面图

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第三章主变压器及所用变选择

第一节变电所主变压器台数、容量、型号的选择一、变压器台数确定：

本设计的220kV降压变电所，因容量较重，故考虑装设两台，变压器远景规划三台。待设计变电所选择安装两台主变压器，这样一台主变停运时，另一台主变仍能保证60%以上负荷正常供电。二、变压器各侧负荷计算： 1、10kV负荷计算： ∑Pi（kW）＝16700 ∑Qi（kVar）＝10265

P∑＝Kp（∑Pi）（1+α）(1+t)5=0.8×16700×(1+7%)5（1+7%）＝20040（kW）Q∑＝KQ（∑Qi）（1+α）(1+t)5=0.9×10265×(1+7%)5（1+7%）＝13857.75（kVar） S∑=24364.7kVA

S10Max1= S10Max×η10=24364.7×0.8=19491.76(kVA)

S10Max2＝S10Max1(1+m)5＝19491.76×(1+7%)5＝24876.97(kVA) 2、110 kV负荷计算： ∑Pi（kW）＝170000 ∑Qi（kVar）＝127500

P∑＝Kp（∑Pi）（1+α）(1+t)5=0.8×170000×(1+7%)5（1+7%）＝204000（kW）

5Q∑＝KQ（∑Qi）（1+α）(1+t)5=0.9×127500×(1+7%)（1+7%）＝172125（kVar）

S∑=266913.87kVA

S110Max1= S110Max×η110=266913.87×0.8=213531.1(kVA)

S110Max2＝S110Max1(1+m)5＝213531.1×(1+7%)5＝299488.4(kVA) 3、220 kV负荷计算：

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S∑＝√（P∑10+ P∑110）2+（Q∑10+ Q∑110）2=290076.07(kVA) 考虑到负荷同时率220kV侧最大负荷应为（η220＝0.8） S220Max1= S220Max×η220=290076.07×0.8=232940.86(kVA)

考虑到负荷年增长率7%待设计变电所按5年发展规划则220kV侧负荷为 S220Max2＝S220Max1(1+m)5＝232940.86×(1+7%)5＝297298.12(kVA) 三、变压器容量确定：

据设计规范“装有两台及以上主变压器的变电所，当一台断开时，其余主变压器容量不应小于60%的全部符合人，并应保证用产的一、二级负荷，故本设计满足两个条件：

1、两台总容量∑S≥S220Max2 2、S≥（60%－70%）S220Max2 ∑S＝ S220Max2＝297298.12（kVA）

S＝60%∑S＝0.6×2972912＝178378.8749（kVA）

查生产目录，选择两台变压器容量一样，每台容量为180000（kVA）四、主变型式：

1、相数选择：待设计变电所主变压器为220kV降压变，每台容量（180000kVA），应选择三相变压器

2、绕组选择：待设计变电所有

220kV、110kV、10kV三个电压等级且通过变

压器每侧的负荷容量占主变容量的百分比110kV侧：S110Max2/∑SN＝299488.4/2×180000＝83.19%＞15%

10kV侧：S10Max2/∑SN＝24876.97/2×180000＝16.29%＞15%

根据设计规范“具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈功率均达该变压器容量15%以上，变压器采用三线圈变压器”上述两式均大于15%，故选择变压器为三绕组变压器 3、容量比

当只有一台变压器运行时：

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0.6 S110Max2/ SN＝0.6×299488.4/180000＝99.83%＞50% 0.6 S10Max2/ SN＝0.6×24876.97/180000＝8.29%＜50% 从以上分析得主变压器各绕组的容量比为100/100/50 4、调压方式采用有载调压 5、中性点接地方式

本设计220kV、110kV均采用中性点直接接地方式 10kV侧：

架空线：Ic1＝UNL/350=10×(2×15+2×10+2×15+2×3+3+5+10)÷350=3A 电缆线：Ic2＝0.1 UNL电缆＝0.1×10×（5+5）10A

Ic＝Ic1+ Ic2=3+10=13A＜30A

由电气专业资料可知：当10kV系统对地电容电流小于30A中性点可不接地，本设计10kV系统对电容量电流小于30A故中性点不接地。 6、绕组排列方式：

由原始资料可知，变电所主要是从高压侧向中压侧供电为主，向低压侧供电为辅。因此选择降压结构，能够满足降压要求，主要根据的依据是《电力系统分析》，如图所示：

7、接线组别

《电气设计手册》规定：变压器绕组的连接方式必须与系统电压相位一致，否则不能并列运行。由于220kV系统采用中性点直接接地，110kV系统采用中性点直接接地，10kV系统采用中性点不接地，故主变的接线方式采用YN/Yn0/d-11。

8、选取二台型号为SFPSZ9--180000/220/121/10.5三相风冷、有载调压、

低

中

高

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节能型电力变压器。技术参数如下：额定容量（KVA）

180000 100/100/5

0 容量分配

联结组标号 YN，yn0,d11

高-低 25

Ud% 高-中 14.7

中-低 8.7

0.3 I0%

第二节、所用电接线的设计

第（一）节变电所所用电电压等级及接线方式确定

变电所的主要所用电负荷是变压器冷却装置（包括风扇、油泵、水泵）、直流系统中的充放电装置和硅整流设备、空气压缩机、油处理设备、检修工具及采暖、通风、照明及供水等。因此，本变电所的所用电压等级确定为380/220V,采用动力和照明混合供电方式。

考虑到发生故障时应尽量缩小所用电系统影响范围，并应尽量避免引起全所停电事故，保证变电所正常、事故、检修等运行方式下的供电要求。因此，本变电所应采用两台所用变压器，采用单母线分段接线方式，宜同时供电分列运行，以限制故障的范围，提高供电可靠性。

第（二）节变电所所用电源的引接

一、所用电源的引接方式

1、工作电源：本所采用两台所用变，工作电源引自主变低压侧10kV I、II段母线上，低压侧采用单母线分段。

2、备用电源：两台工作电源同时供电，分裂运行，互为备用（暗备用）。

第（三）节变电所所用变压器台数、容量选择

1、所用变压器台数选择

为保证供电可靠性，应设置两台所用变压器，互为备用。 2、所用变压器容量，型号选择：（1）所用电率为:Ky=1.2%

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（2）主变压器容量:为Se=2×180=360MVA

（3）所用电负荷为：Sj=Ky×Se=1.2%×360=432kVA （4）选所用变容量为：Sn=2×250kVA 校验：Sn满足要求

（5）所用变压器选用2台，型号为SC9-250/10三相干式变压器。如表所示：额定容量（kVA）

250

分接电压（%） ±2×2.5%

联结组标号

Yyn0

外形尺寸（mm）长×宽×高 1240×700×1

400

额定电压（KV）高压 10

低压 0.4

损耗（KW） △P0 0.8

△P 3

重量（kg）

总重 1260

4.5

2.0

Ud%

I0%

SjKiKf



432

461.5kVA Sn0.6432259.2kVA

0.91.04

第（四）节变电所所用电接线

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第四章电气主接线图方案拟定

第一节电气主接线方案拟定

一、主接线应满足可靠性、灵活性、经济性和发展性等四方面的要求。 1、可靠性

研究主接线可靠性应注意的问题如下：（1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用。（2）变电所接入电力系统的方式。（3）变电所的运行方式及负荷性质。（4）设备的可靠程度直接影响着主接线的可靠性。 2、灵活性

对灵活性的要求如下：

(1)调度时，可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。 (2)检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。

(3)扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并对一次和二次部分的改建工作量最少。 3、经济性

一般从以下方面考虑：

(1)投资省。①主接线应简单清楚，节省断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器等一次设备；②使断电保护和二次回路不过于复杂，节省二次设备和控制电缆；③限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。

(2)占地面积小。主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。

3)电能损失少。在变电所中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器，应经

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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。

此外，在系统规划设计中，要避免建立复杂的操作枢纽，为简化主接线，变电所接入系统的电压等级一般不超两种。二、各级电压接线方案的拟定：

根据电气主接线设计的基本要求和原则，依据《变电所设计规程》规定，对（AD）变电所电能资料进行分析，拟订以下接线方案： 1、220kV电压母线接线方案拟定

220kV侧出线共2回，10kV和110kV的负荷功率都由220kV母线供应，10kV和110kV的总负荷为186.9MW。一、二级负荷为85%，要求母线故障后要迅速恢复供电，母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电，由母线形式的适用范围将用双母线。双母线式主接线系统的特点是，供电容量大、可用于供电路多的变电站、供电可靠性高、运行灵活性大，故综合考虑选用双母线接线方式；如下图所示：

2、110kV电压母线接线方案拟定：

110kV侧出线共8回，其中2回备用，最大输送功率为170MW，是本变电站的重要负荷，要求在母线检修时不中断供电，在母线故障时能迅速恢复供电，因此选用双母线接线。

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由于110kV回路较多，综合上述双母接线的优点，采用双母接线方式；考虑现在系统已经较完善，设备检修允许停电，本站不考虑装设旁路设施。故采用双母线接线，如下图所示：

3、10kV电压母线接线方案拟定。

10kV侧出线共13回，其中2回备用，最大输送功率为16.9MW，所占负荷不大，故只需采用单母线分段接线。

......

4、无功补偿及限流电抗器

......

无功补偿：6组并联电力电容器共60Mvar。

为限制10kV母线的短路电流，需在主变10kV侧装设10％限流电抗器，Ie＝3000A。

上海电力学院第二节、变电所电气主接线图如下图所示：

............

第五章短路电流的计算

第一节变电所短路电流计算

#3

#1

第（一）节电力系统与（AD）变电所接线图

~

d-1

X*=0.0104 Sj=100MVA

220kV

#2 #4

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系统S

d-1 0.0104 上海电力学院

d-2 220k

V

X1 X2X4

X5

10kV

图3

选取Sj=100MVA, Uj=UP=1.05Ue, Ij 已知：电抗器Ie=3000A, xk%=10 备注：220kV线路长度忽略不计。 1、网络各元件阻抗标幺值计算

X6

X3

d-5

110kV

d-1

0.0104

220kV

X1 X2X4

X5

10kV

10kV

Sj3Uj

d-2

X6

X3

110kV

图4

UdI%Sj15.5100

x1*x2*0.086

100Se100180x3*x4*

UdII%Sj0.8100

0 100Se100180

UdIII%Sj9.5100

x5*x6*0.053

100Se100180

SjXk%Un1010100

x7*x8*20.175 2

100100U10.53In33j

2、化简等值电路

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x9*

xx1*x2*0.086x0

0.043 x10*3*4*0 222222x5*x7*

0.02650.08750.114 22

x13*

x14*

x1*0.086

x6*x8*0.0530.1750.271 22

3、计算d-1至d-6三相短路电流

1、220KV侧母线短路（d-1）：取Kch1.8

UjUP230KV Ij

Sj3Uj



1003230

0.251KA

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X*0.0104 IZ*

1196.153 X*0.0104

IZIZ*Ij96.1530.25124.134kA

由于无限大容量系统的短路电流周期分量是不衰减的，所以：

I"I(0.2)IIZ24.134kA

ich2.55Iz2.5524.13461.542kA Ich1.52Iz1.5224.13436.684kA

Sd

11Sj1009615MVA X*0.0104

2、110KV侧母线短路（d-2）：取Kch1.8

UjUP115KV Ij

Sj3Uj



1003115

0.502KA

X*0.0104X9X100.01040.04300.0534

IZ*

11

18.727 X*0.0534

IZIZ*Ij18.7270.5029.401KA

由于无限大容量系统的短路电流周期分量是不衰减的，所以：

I"I(0.2)IIZ9.401KA

ich2.55Iz2.559.40123.973KA Ich1.52Iz1.529.40114.290KA

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Sd

11Sj1001872.7MVA X*0.0534

3、10kV侧母线短路，并列运行时（d-3）：取Kch1.8

UjUP10.5KV Ij

Sj3Uj



100310.5

5.499KA

X*0.0104X9X130.01040.0430.1140.1674

IZ*

11

5.974 X*0.1674

IZIZ*Ij5.9745.49932.851KA

由于无限大容量系统的短路电流周期分量是不衰减的，所以：

I"I(0.2)IIZ32.851KA

ich2.55Iz2.5532.85183.770KA Ich1.52Iz1.5232.85149.934KA

Sd

11Sj100597.4MVA X*0.1674

4、10KV侧母线短路，分裂运行时（d-4）：取Kch1.8

UjUP10.5KV Ij

Sj3Uj



100310.5

5.499KA

X*0.0104X140.01040.2710.2814 IZ*

11

3.554 X*0.2814

IZIZ*Ij3.5545.49919.543KA

由于无限大容量系统的短路电流周期分量是不衰减的，所以：

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I"I(0.2)IIZ19.543KA

ich2.55Iz2.5519.54349.835KA Ich1.52Iz1.5219.54329.705KA

Sd

11Sj100355.4MVA X*0.2814

4.3.7 短路电流计算结果表

短平均电基准电分支电稳态电路

压

流

抗

流周期分量有效值 I”(kA)

d-1 d-2

230 115

稳态短路电流

短路电流最大

短路电流最大

短路容量 Sd(MVA) 9615

点 UP(kV) Ij(kA) Xj* 有效值冲击值有效值

I(kA) ich(kA) Ich(kA)

0.251 0.0104 24.134 24.134 61.542 36.684 0.502 0.0534 9.401

9.401 23.973 14.290 1872.7

597.4 355.4

d-3 10.5 d-4 10.5 d-5 10.5 d-6 10.5

5.499 0.1674 32.851 32.851 83.770 49.934 5.499 0.2814 19.543 19.543 49.835 29.705

5.499 0.0799 68.824 68.824 15.504 104.614 1251.6 5.499 0.1064 51.680 51.680 131.784 78.554

939.8

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第六章电气设备选择

第一节电气设备选择的原则及条件

第（一）节电气设备选择的原则：

一、应满足正常运行检修、短路和过电压的要求，并考虑远景的发展；二应力求技术先进及经济合理；三应按当地环境条件校验；四同类设备应尽可能地减少品种；五与整个工程的建设标准应协调一致。第（二）节电气设备选择的条件： 1、按正常工作条件选择 1）按Ue选择：Ue≥Uew

2）按Ie选择：Ie≥Igmax，(导体)Iy≥Igmax 3）按环境来选型： 4）海拔修正

2、按短路电流情况来校验 1）热稳定校验：I∞2tdz ≤Ir2t 导体： Smin

IC

tdzKfS

2）动稳定校验：ich ≤idw , σmax=σxj+σtj≤σy , L≤Lmax 3、特殊条件 1）断路器DL：

开断电流Iekd≥I” 关合电流iec≥ich 2）熔断器RD：无限流作用：Iekd≥Icj 有限流作用：Iekd≥I”

保证前后两级熔丝之间的选择性：应进行熔丝选择性校验。

上海电力学院第二节 10kV配电装置电气设备的选型

第（一）节母线选型 1、按长期允许电流选择

Igmax

1.0590000310.5

5196.15(A)

查《变电站设计手册》选择巨型铝母线LMY-2（125×10），水平竖放；其技术参数如下：截面尺寸（mm）

截面积Sc

h

b

c

r

（mm） 4880

2

允许电流Iy（A）

集肤效应系数Kf

断面系数Wy (cm3) 25

惯性矩Jy (cm4) 144

铝导体共振最大允许跨距（cm） 147

125 80 8 12 6600 1.025

考虑环境温度的修正系数K

y7034

0.894 K

07025

IyKIy0.89466005900.4(A)Igmax

∴所选铝母线满足长期工作发热要求。 2、热稳固校验

1）短路计算时间即等效发热时间 tdz=tb+ tkd= tb+ tb +tgf=0.25S

查《变电站设计手册》，铝导体长期允许工作温度为70℃时，C=87 2）热稳定最小截面为：

Smin

IC

tdzKf

19543

0.251.025113.71(mm2)Sc 87

∴满足热稳固要求。 3、动稳定校验

上海电力学院

1) 计算条间应力：

2

ft5ich

111085498352108709.57(N/m) h0.175

取衬垫距离Lt=0.5m, 条间应力:

22ichLt4983520.529

tj4.16104.161090.591106(Pa) 6

hWy0.1752510

2)相间允许应力:

xyytj(690.591)10668.409106(Pa)

3)单位长度上相间电动力（β=1）取母线相间距a=70cm,

2ich4983527

x107613.8(N/m) fx1.73101.73

a0.7

4）母线布置方式为水平布置，则截面系数W=2Wy=2×25=50cm3 绝缘子间最大允许跨距:

Lmax

10xyWfx

1068.40910650106

8.09(m)

613.8

5）母线共振校验

已知铝导体共振最大允许跨距为Lman=1.47（m）

绝缘子间距不得超过1.47m。取1.00m即满足动稳固性要求。第（二）节主变低压侧10kV支母线选型（同上）第（三）节 10kV馈线电缆选型 1、按经济电流密度选择10kV馈线电缆 Sj

S3Uecos

4000310.50.95

Igj

(mm2)

Ig

231.52A

T max=4000h 查表得经济电流密度为2.25

上海电力学院

Sj

Igj

231.52

102.90(mm2) 2.25

所以选择YJV103150型电缆可满足要求，其技术参数如下：导体截面（mm） 150

2

允许载流

量 320

导体工作最高允许温度θc

（℃） 90

温度校正系数 1.04

多根并列敷设系数K5

1

2、按长期允许电流校验

Kθ=1.04 K5=1 ∴K=KθK5=1.04 ∴IXU(34℃)= kIe(34℃)=1.04×320=332.8＞Ig.

∴所选电缆满足长期工作发热要求 3、热稳定校验

1）短路计算时间即等效发热时间 tdz=0.25S 2) 电缆热稳定系数C

1

JQ

kf20

ln

1(d20)

102

1(g20)

g0(c0)(

则热稳定系数为:

IgIXU

)349034()

243.1

75C 332.8

14.20.8113.9103(20020)2

Cln10136.83633

0.931.011.8103.91013.910(7520)

3）热稳定最小截面为：

Smin

I

C

tdzkf

19543

0.251.0171.77mm2Sc

136.83

∴满足热稳定要求。

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第（四）节10kV高压断路器选型

1、主变10kV侧进线断路器和隔离开关的选型

Igmax

1.05104000

310.5

2309.4(A)

短路电流的热效应：

22

(I")210Izt32.85121032.851232.8512/2Izt

Qztt0.2532.85120.25KA2S

1212

选择断路器型号为:VD4M1231-40，满足要求

断路器选择结果表

计算数据 U 10kv Igmax 2309.4A I” 32.851kA ich 83.770KA QZT 32.8512×0.25KA2.S

ich 83.770KA 2、10kV馈线断路器的选型

Igmax

4000310.50.95

231.52A

VD4M1231-40

额定电压 Ue 额定电流Ie 额定短路开断电流Iekd 额定短路关合电流Ieg 断路器允许热效应It2t

动稳定电流idw

10kv 3150A 40kA 100KA 402×4KA2S 100KA

选择断路器型号为: VD4M1212-31，

断路选择结果表

计算数据 U 10kv

额定电压 Ue

额定参数 VD4M1212-31

10kv

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Igmax 231.52A I” 19.543kA ich 49.835KA QZT 19.5432×0.25KA2.S ich 49.835KA 满足要求

3、10kV母线分段断路器的选型：

与主变10kV侧进线断路器的型号一致；

第（五）节 #1、#2所用变高压侧手车开关及熔断器的选型

Igmax

1.05250310.5

14.43(A)

额定电流Ie 额定短路开断电流Iekd 额定短路关合电流Ieg 断路器允许热效应It2t

动稳定电流idw

1250A 31.5kA 80KA 31.52×4KA2S

80KA

U=10 (KV) Igmax=14.43(A) I’’ =19.543(KA) 选择隔离开关型号为：GN30-10D/1000，熔断器型号为:RN1-10

手车开关选择结果表

计算数据

GN30-10D/1000

U 10kv Igmax 231.52A I” 19.543kA ich 49.835KA QZT 19.5432×0.25KA2.S

ich 49.835KA 满足要求。

额定电压 Ue 额定电流Ie 额定短路开断电流Iekd 额定短路关合电流Ieg 断路器允许热效应It2t

动稳定电流idw

10kv 1000A 31.52×4KA2S

80KA

额定参数

上海电力学院

熔断器选择结果表

计算数据 U 10kv Igmax 14.43A I” 7.9kA 所选熔断器符合要求。第（六）节互感器选型

1、10kV母线电压互感器（PT）及高压熔断器的选型 1) 选择电压互感器的型式

因为每段母线上接有馈线6回或7回，所用变1台，主变1台，电容器组1组。共有有功电度表9只，有功功率表3只，无功功率表1只，母线电压表1只，绝缘监察电压3只。故选用JDZJ-10，Y/Y/△压互感器。

2)准确度等级和额定二次容量的选择

因电压互感器需供电度表，故选择准确度等级为0.5级。相应的额定二次容量Se2=120VA

3）保护电压互感器的高压熔断器的选择

Igmax

1.05120310.5

0.00693(A) 选择RN2-10/0.5

额定参数

RN1-10

额定电压 Ue 额定电流Ie 额定电流Ikd

10kv 30A 8.6kA

100.10.1//型电333

上海电力学院

熔断器选择结果表

计算数据 U 10kv Igmax 0.00693A I” 19.543kA

∵Ie1 ＞Ie2 ＞Igmax， Ikd＞I’’ ∴所选熔断器符合要求。 2、10kV电流互感器（CT）的选型 1)10kV馈线CT的选型

根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流等条件选择LZZB-10，300/5，0.5/D型电流互感器。技术参数如下：

型号 LZZB-10

额定变比 300/5

准确级次 0.5

额定二次负荷（VA）

15

额定短时热电流（KA/S） 31-2

额定动稳定电流（KA）

80

额定参数

RN2-10/0.5

额定电压 Ue 熔丝额定电流Ie2 最大切断电流Ikd 熔管额定电流 Ie1

10kv 0.5A 50kA 50kA

2)主变低压侧CT的选型

根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流等条件选择LAJ—10Q，3000/5，0.5/D型电流互感器。技术参数如下：型号

LAJ—10Q

制造厂家

大连第一开关厂

1。设备主要技术规范：额定电压额定频率

10kV 50HZ

额定电流比额定绝缘水平

3000/5 11。5/42/75kV

2．二次绕组参数：二次绕组序号

电流比

准确等级

额定输出(VA)

上海电力学院

1K1—1K2 2K1—2K2

3000/5 3000/5

0。5 10P15

60 25

安装位置：#1主变10kV侧进线CT（上）。型号

LAJ—10Q

制造厂家

大连互感器厂

1。设备主要技术规范：额定电压额定频率

10kV 50HZ

额定电流比额定绝缘水平

3000/5 11。5/42/75kV

2．二次绕组参数：二次绕组序号 1K1—1K2 2K1—2K2

电流比 6000/5 6000/5

准确等级 10P15 10P15

额定输出(VA) 25 25

安装位置：#1主变10kV侧进线CT（下）。 3)母线分段开关CT的选型

根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流等条件选择LMZB-10，3000/5，0.5/D型电流互感器。技术参数如下：型号 LMZB-10

额定变比 3000/5

准确

额定二次

额定短时热电流（KA-S）

额定动稳定电流（KA）

级次负荷（VA） 0.5

50

3、10kV避雷器（BL）的选型

根据系统电压Uew =10.5kv，选用HY5WS2-17/50型避雷器，技术参数如下：

额定电压（KV）

避雷器额定电

直流1mA参考电压

2ms方波通流容量A（18次）

4/10大电流耐受kA（2次） 65

型号

压（KV）（≥KV） 17

26.5

HY5WS2-17/

50

10 100

上海电力学院

第（七）节限流电抗器的选型 1、Igmax

1.05104000

310.5

2309.4(A)，Ue10.5(KV)

根据：UekUe和IekIgmax选择XZK-10-3000-10型电抗器。 Ie=3000A, xk%=10，idw128KA 2、电压损失校验：

U%XK%

IgmaxIek

sin10

2309.4

0.312.3865% 满足要求 3000

3、母线残压校验：

"IZ19.53

Ucy%XK%1065.160% 满足要求

Iek3

4、动稳校验：

idw128KAich49.835KA 满足要求

5、热稳定校验：

22

(I")210Izt/2Izt

t Qzt

12

19.54321019.543219.54320.2595.482(KA2S)502410000(KA2S)

12

满足要求,故选择XZK-10-3000-10型电抗器满足要求。

第三节 110kV配电装置电气设备的选型

第（一）节110kV汇流母线的选型： 1、按长期允许电流选择 Igmax

1.05180000

3115

948.86(A)

查《变电站设计手册》选择LGJ-700型钢芯铝绞线，其技术参数如下：

上海电力学院

标称面积（mm

2

允许载流量 Iy（A） 1220

实际面积（mm2）铝

钢

19360 拉断力 (kgf)

计算直径（cm) 电线 36.24

钢芯 12.0

） 700

692.23 85.95

考虑环境温度的修正系数K K

y7034

0.894

07025

IyKIy0.89412201090.68(A)Igmax

∴所选钢芯铝绞线满足长期工作发热要求。 2、热稳固校验

1）短路计算时间即等效发热时间

tdz =tb+ tkd= tb+ tb +tgf =0.1+0.1+0.05=0.25S

查《变电站设计手册》，铝导体长期允许工作温度为70℃时为C=87。 2）热稳定最小截面为：

Smin

IC

tdzKf

9401

0.251.02554.70(mm2)Sc 87

∴满足热稳定要求。 3、电晕电压校验：

所选LGJ-700型母线 LGJ-300型母线已经满足电晕要求，故所选母线不进行电晕电压校验。

第（二）节主变中压侧110kV支母线的选型（同上）第（三）节110kV馈线的选型 1、按长期允许电流选择 Igmax

4000031150.95

211.39(A)

上海电力学院

查《变电站设计手册》选择LGJQ-500钢芯铝绞线，其技术参数如下：标称面积

2

允许载流量+70℃

实际面积（mm）铝 478.81

钢 59.69

13870

2

拉断力 (kgf)

计算直径（cm) 电线 30.16

钢芯 10

（mm） Iy（A） 500

945

K

y7034

0.894

07025

IyKIy0.894945844.83(A)Igmax

∴所选钢芯铝绞线满足长期工作发热要求。 2、热稳固校验

1）短路计算时间即等效发热时间

tdz =tb+ tkd= tb+ tb +tgf =0.1+0.1+0.05=0.25S

查《变电站设计手册》，铝导体长期允许工作温度为70℃时C=87。 2）热稳定最小截面为：

Smin

IC

tdzKf

9401

0.251.02554.70(mm2)Sc 87

∴满足热稳定要求。 3、电晕电压校验：

所选LGJ-500型母线 LGJ-300型母线已经满足电晕要求，故所选母线不进行电晕电压校验。

第（四）节110KV高压断路器及隔离开关的选型 1、主变110KV 侧进线断路器的选型

Igmax

1.05180000

3115

948.86(A)

短路电流的热效应：

上海电力学院

22

(I")210Izt9.4012109.40129.4012/2Izt

Qztt0.2522.095KA2S

1212

选择断路器型号为:LW6-110-3150-40六氟化硫断路器。选择高压隔离开关型号为:GW4-110D-2000-40

断路器及隔离开关选择结果表

计算数据 U 110kv Igmax 948.86A I

”

额定参数

LW6-110-3150-40 额定电压 Ue 额定电流Ie 额定短路开断电流

Iekd

额定短路关合电流

Ieg

断路器允许热效应

Itt 动稳定电流idw

2

GW4-110D-2000-40 Ue Ie Iekd

110kv 2000A 40kA

110kv 3150A 40kA

9.401kA

ich 23.973KA 100KA 402×4KA2

S 100KA

Ieg --

QZT 22.095KA2.S ich 23.973KA 满足要求

It2t idw

-- 100KA

2、110kV母联断路器及隔离开关的选型

Igmax

1.05180000

3115

948.86(A)

短路电流的热效应：

9.4012109.40129.4012

0.2522.095KA2S Qzt

12

选择断路器型号为:LW6-110-3150-40六氟化硫断路器。选择高压隔离开关型号为:GW4-110D-2000-40

上海电力学院

断路器及隔离开关选择结果表

计算数据 U 110kv Igmax 948.86A I

”

额定参数

LW6-110-3150-40 额定电压 Ue 额定电流Ie 额定短路开断电流

Iekd

额定短路关合电流

Ieg

断路器允许热效应

Itt 动稳定电流idw

2

GW4-110D-2000-40 Ue Ie Iekd

110kv 2000A 40kA

110kv 3150A 40kA

9.401kA

ich 23.973KA 100KA 402×4KA2

S 100KA

Ieg --

QZT 22.095KA2.S ich 23.973KA 满足要求

It2t idw

-- 100KA

3、110kV馈线断路器及隔离开关的选型

Igmax

4000031150.95

211.39(A)

短路电流的热效应：

9.4012109.40129.4012

0.2522.095KA2S Qzt

12

选择断路器型号为:LW6-110D-3150-40六氟化硫断路器。选择高压隔离开关型号为:GW4-110-630-20 计算数据 U 110kv Igmax 211.39A

额定电压 Ue 额定电流Ie

额定参数

LW6-110-3150-40

110kv 3150A

GW4-110D-630-20 Ue Ie

110kv 630A

上海电力学院

I

”

9.401kA

额定短路开断电流

Iekd

额定短路关合电流

Ieg

断路器允许热效应

Itt 动稳定电流idw

2

40kA Iekd 20kA

ich 23.973KA 100KA 402×4KA2

S 100KA

Ieg --

QZT 22.095KA2.S ich 23.973KA 满足要求

It2t idw

-- 50KA

4、110KV母线电压互感器（PT）及避雷器（BL）的隔离开关的选型电压互感器（PT）所带的都是二次负荷，它的工作条件近似于开路。流经PT及BL隔离开关的最大负荷电流很小。因此，选用GW4-110D-630-20 型隔离开关。技术参数如下：

额定参数 GW4-110D-630-20

额定电压 Ue 额定电流Ie 额定短路开断电流Iekd 额定短路关合电流Ieg 断路器允许热效应It2t

动稳定电流idw

第（五）节、110kVPT的选型

1、根据电压互感器安装处的电网电压，110kV母线PT选用JDCF-110，Y/Y/

1100.10.1

/△，//100型电压互感器（具有保护、测量分开的四个二次绕组），333

110kv 630A 20kA -- -- 50KA

技术参数如下：

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额定二次电压（KV）

额定一次电压（KV）

测

保

辅

额定输出及准确级

热极限负

测量保护

荷VA

一次绕组A对二次及地

80VA

110

3

0.13

0.13

0．1

工频耐受电压（KV）

一次绕组N对二次及地

局部

二次绕组

放电水平

量护助间及（PC）地

0.2 300VA 150VA0.5

3P

2000 230KV 5kV 3kV ≤5

2、110kV线路PT选用TYD110/3型电容式电压互感器。其技术参数如下：额定电压（KV）

1103/0.13/0.1

额定电容（μf） 0.01

高压电量（μf） 0.0125

中压电量（μf） 0.05

额定容量和准

确级 150/0.5（VA/

级）

第（六）节110kV电流互感器（CT）的选型 1、主变中压侧CT的选型

根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流等条件选择LB6-110，2×600/5，P/P/P/0.5型电流互感器。技术参数如下：型号

额定变比

准确级次 P/P/P/0.5

额定二次负荷 50（VA）

额定短时热电流（KA/S） 30/1

额定动稳定电流（KA） 100

LB6-110 2×600/5

2、110kV线路CT的选型

上海电力学院

根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流等条件选择LB6-110，2×300/5，P/P/P/0.5型电流互感器。技术参数如下：型号

额定变比

准确级次 P/P/P/0.5

额定二次负荷 50（VA）

额定短时热电流（KA/S） 30/1

额定动稳定电流（KA） 100

LB6-110 2×300/5

第（七）节110kV避雷器的选型 1、110kV母线BL的选型

根据系统电压Uew =115kv，选用Y10W5-100/260型避雷器，技术参数如下：型号

额定电压

持续运行电

压 73kV

残压≤

2MS方波电流耐受值

Y10W5-100/260 110kV 260kV 800A

第四节 220kV配电装置电气设备的选型

第（一）节220kV汇流母线的选型 1、按长期允许电流选择 Igmax

1.05218000

3230

948.86(A)

查《变电站设计手册》选择LGJ-700型钢芯铝绞线，其技术参数如下：标称面积

2

允许载流量+70℃

实际面积（mm）铝 692.23

钢 85.95

2

拉断力 (kgf)

计算直径（cm) 电线

钢芯 12.0

（mm） Iy（A） 700

1220

19360 36.24

考虑环境温度的修正系数K

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K

y7034

0.894

07025

IyKIy0.89412201090.68(A)Igmax

∴所选钢芯铝绞线满足长期工作发热要求。 2、热稳固校验

1）短路计算时间即等效发热时间 tdz=0.25S

查《变电站设计手册》，铝导体长期允许工作温度为70℃时，C=87。 2）热稳定最小截面为：

Smin

IC

tdzKf

24134

0.251.025140.42(mm2)Sc 87

∴满足热稳定要求。 3、电晕电压校验：

所选LGJ-700型母线外径Ф=36.24mm，大于Ф=20mm。故不进行电晕电压校验。

第（二）节主变高压侧220kV支母线的选型（同上）第（三）节220kV进线的选型 1、按长期允许电流选择 Igmax

3200003230

803.27(A)

查《变电站设计手册》选择LGJ-500型钢芯铝绞线，其技术参数如下：标称面积

2

允许载流量+70℃

实际面积（mm）铝 478.81

钢 59.69

13870

2

拉断力 (kgf)

计算直径（cm) 电线 30.16

钢芯 10

（mm） Iy（A） 00

945

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考虑环境温度的修正系数K

y7034

0.894 K

07025

IyKIy0.894945844.83(A)Igmax

∴所选钢芯铝绞线满足长期工作发热要求。 2、热稳固校验

1）短路计算时间即等效发热时间 tdz=0.25S

查《变电站设计手册》，铝导体长期允许工作温度为70℃时，C=87。 2）热稳定最小截面为：

Smin

IC

tdzKf

24134

0.251.025140.42(mm2)Sc 87

∴满足热稳定要求。 3、电晕电压校验：

所选LGJ-500型母线外径Ф=30.16mm，大于Ф=20mm。故不进行电晕电压校验。

第（四）节220kV高压断路器及隔离开关的选型 1、主变220kV 侧进线断路器的选型

Igmax

1.05218000

3230

948.86(A)

短路电流的热效应：

22

(I")210IztI24.13421024.134224.1342/2zt

Qztt0.25145.61KA2S

1212

选择断路器型号为:LW6-220-3150-50六氟化硫断路器。选择高压隔离开关型

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号为:GW4-220D-2000-40

断路器及隔离开关选择结果表

计算数据 U 220kv Igmax 948.86A I

”

额定参数

LW6-220-3150-50 额定电压 Ue 额定电流Ie 额定短路开断电

流Iekd 额定短路关合电

流Ieg 断路器允许热效

应Itt 动稳定电流idw

2

GW4-220D-2000-40 Ue Ie Iekd

220kv 2000A 40kA

220kv 3150A 50kA

24.134kA

ich 61.542kA 100kA 502×4kA2

S 100kA

Ieg --

QZT 145.61kA2.S ich 61.542kA 满足要求

It2t idw

-- 100kA

2、220KV馈线断路器及隔离开关的选型

Igmax

3200003230

803.27(A)

短路电流的热效应：

24.13421024.134224.1342

0.25145.61KA2S Qzt

12

选择断路器型号为:LW6-220-3150-50六氟化硫断路器。选择高压隔离开关型号为:GW4-220D-2000-40

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断路器及隔离开关选择结果表

计算数据 U 220kv Igmax 803.27A I

”

额定参数

LW6-220-3150-50 额定电压 Ue 额定电流Ie 额定短路开断电流

Iekd

额定短路关合电流

Ieg

断路器允许热效应

Itt 动稳定电流idw

2

GW4-220D-2000-40 Ue Ie Iekd

220kv 2000A 40kA

220kv 3150A 50kA

24.134kA

ich 61.542KA 100KA 502×4KA2

S 100KA

Ieg --

QZT 145.61KA2.S ich 61.542KA 满足要求

It2t idw

-- 100KA

4、220kV母线电压互感器（PT）及避雷器（BL）的隔离开关的选型电压互感器（PT）所带的都是二次负荷，它的工作条件近似于开路。流经PT及BL隔离开关的最大负荷电流很小。因此，选用GW4-220D-2000-40 型隔离开关。技术参数如下：

额定参数 GW4-220D-2000-40

额定电压 Ue 额定电流Ie 额定短路开断电流Iekd 额定短路关合电流Ieg 断路器允许热效应It2t

动稳定电流idw

第（五）节220kV电压互感器（PT）的选型

220kv 2000A 40kA -- -- 100kA

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1、根据电压互感器安装处的电网电压，220KV母线PT选用JDCF-220，Y/Y/

2200.10.1

//△，/0.1型电压互感器（具有保护、测量分开的四个二次绕组），333

其技术参数如下：

额定二次电压

额定一次电压

测

保护

辅助

测量

保护

（KV）

额定输出及准确级

热极限负

工频耐受电压（KV）

局部

一次绕组

一次绕组N对二次

二次绕组间及地

放电水平（PC）

（KV）量

荷VA A对

二次

及地及地

150VA

220 0.1 0.1 0．1

3

3

3

0.2 300VA 0.5

500VA 3P

2000

460kV

5KV 3KV ≤5

2、220kV线路PT选用TYD220/3型电容式电压互感器。其技术参数如下：额定电压（kV）

2203/0.13/0.1

额定电容（μf） 0.005

高压电量（μf） 0.00556

中压电量（μf） 0.05

额定容量和准确级 150/0.5（VA/级）

第（六）节220kV电流互感器（CT）的选型 1、主变高压侧CT的选型

根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流等条件选择LB6-220，2×600/5，5P/5P/5P/0.5型电流互感器。技术参数如下：型号

额定

准确

额定二

额定短时热

额定动稳定

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变比

LB6-220 2×600/5

级次 5P/5P/5P/0.5

次负荷 50（VA）

电流（kA/S）电流（kA）

60/3

150

2、220kV线路CT的选型

根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流等条件选择LB6-220，2×600/5，5P/5P/5P/0.5型电流互感器。技术参数如下：型号

额定变比

准确级次 5P/5P/5P/0.5

额定二次负荷 50（VA）

额定短时热

额定动稳定

电流（kA/S）电流（kA）

60/3

150

LB6-220 2×600/5

第（七）节220kV避雷器的选型

1、220kV母线及线路避雷器（BL）的选型

根据系统电压Uew =230kv，选用Y10W5-200/520型避雷器，技术参数如下：型号

额定电压

持续运行电压

残压≤

2MS方波电流耐受值 800A

Y10W5-200/520 220kV 146kV 520kV

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第七章电气设备的布置

第一节变电所电气总平面布置设计基本要求

1、应能满足使用要求；

2、依据并符合外部条件（城市规划、交通、水源等要求）； 3、变电所电气设施布置工艺流程合理；

4、配电装置的布置要注意电压等级，采用形式，出线方向与方式，出线走廊的条件问题，应便于检修、巡视、操作、运行安全、可靠；

5、符合防火和环境保护的要求；因地制宜，布置力求紧凑，节约用地，降低造价，便于发展、扩建、过渡。

第二节变电所总平面布置

第（一）节 220kV配电装置的布置：

220KV配电装置布置在主变压器上方，采用户外接线型式。本设计220kV双回进线采用户外接线简单明了，便于巡视。第（二）节 110kV配电装置的布置：

110kV配电装置布置在主变压器左方，采用户外接线型式。本方案的特点是间隔之间简单明了，不容易混乱，便于操作巡视。第（三）节 10kV配电装置的布置

10kV高压开关室布置在主变的下侧，10kV配电装置选用成套高压开关柜，占地面积不大，故采用单层式布置。高压开关柜布置在10kV高压开关室左侧，为单列布置；所用变室、电抗器室、电容器室布置在10kV高压开关室右侧，出线全部采用电缆。第（四）节主控室及所区的平面布置

主控制及通讯楼布置在10kV配电装置的右侧，职工宿舍、车库、食堂等布置在变电所右侧。

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第八章继电保护装置规划及校验

第一节主变器保护的配置原则

一、主变压器的主保护

1、非电量保护 1）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。

2）压力释放起动跳闸、冷控失电延时起动跳闸、绕组过温起动跳闸、压力突变起动跳闸

2、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。

在本设计中采用BCH-2型继电器构成的差动保护整定的原则及公式：（1）按变压器最大容量和各侧一次额定电流及二次额定电流Ie.2

二次额定电流按下式计算：

Ie、电流互感器变比nL

Ie.2

KjxIenL

式中Kjx——电流互感器的接线系数，星形接线时去1，三角形接线时

取3；

取二次额定电流最大的一侧为基本侧。（2）计算各侧外部短路时的最大短路电流；

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（3）计算动作电流

动作电流按下面三个条件计算，并取其中最大的为整定值。 ①躲过变压器的励磁涌流

IdzKkIe.B

式中Kk——可靠系数一般取1.3；

Ie.B——变压器的额定电流

②躲过外部短路时的最大不平衡电流Ibp.max

IdzKk(KfzqKtxfiUfph)Id.max

式中Kfzq——非周期分量影响系数，取1； Ktx——电流互感器同型系数，取1；

fi——电流互感器允许的最大相对误差，取0.1；

U——变压器调压分接头改变引起的相对误差，一般取调压范围的一半；

fph——继电器平衡线圈整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差，由于在计算动作电流时，fph还不能确定时，所以可先采用中间值0.05；

③躲过电流互感器二次回路断线时的最大负荷电流：

IdzKkIfh.max

式中Ifh.max ——变压器正常运行时的最大负荷电流，在负荷电流不能确定时，可取变压器的额定电流。

（4）确定基本侧线圈匝数：基本侧继电器动作电流的计算值：

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Idz.j.jb.js

KjxnLH

Idz.jb.js

基本侧继电器工作线圈匝数：

Wcd.js

AWoAWonLHKjx

Wcd.z

Idz.j.jb.jsIdz.j.jb.js

Idz.j.jbIdz.j.jbWph.fj.js

Ie2.jbIe2.fj

Ie2.fj

Wg.fj.zWph.fjWcd.z

式中AWo——继电器的动作安砸，一般可用实测值，若无实测值，可采用额定值，即AWo＝60

基本侧实际的继电器动作电流计算为：Idz.j.jb

AWo

Wcd.z

保护的实际动作电流计算为：Idz.j.jbIdz.j.jb

nLH

Kjx

（5）非基本侧工作线圈匝数和平衡线圈匝数计算： ①平衡线圈匝数的计算：

Wph.fj.js

Ie2.jbIe2.fj

Ie2.fj

Wcd.z

②非基本侧工作线圈匝数：Wg.fj.zWph.fjWcd.z （6）相对误差f的计算（7）保护装置灵敏度的计算

Klm

Id.min

>2才满足要求 Idz.jb.z

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二、主变压器的后备保护

1、复压过流保护

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，所以需装设过复压电流保护。而本次所设计的变电站，电源侧为220kV，主要负荷在110kV即可在主变三侧各装设一套复压过电流保护。一套装在中压侧110kV侧并装设方向元件，电源侧220kV侧装设一套，并设有两个时限ts和tⅢ，时限整定原侧为tⅢ≥tⅡ+△t，用U切除三侧全部断路器。Ⅰ时限跳主变低压侧开关，Ⅱ时限跳主变高、中压开关。电压取自220kV、110kV、10kV母线PT（三侧电压接点并联），电流取自各侧主变开关电流。

复合电压启动的过电流保护整定原则及公式： 1、保护装置的起动值：

电流继电器的一次动作电流按躲过变压器额定电流Ie整定，即

Idz

Kk

Ie Kh

式中Kh——返回系数，取0.85

2、负序电压继电器的一次动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定，根据运行经验可取为：

Udz.20.06Ue

式中Ue——额定相间电压

3、低电压继电器的一次动作电压，按躲过电动机自启动的条件确定，一般取：Udz(0.50.6)Ue

4、灵敏度按后备保护范围末端金属性短路进行校验，要求灵敏度系数不小于1.2

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电流元件：Klm

Id.min

Idz

Ud2.min

Udz.2

负序电压元件：Klm

式中Ud2.min——后备保护范围末端金属性两相短路时，保护安装处的最小负序电压

相间电压元件：Klm

Ud2

Ud.max

式中Ud.max——后备保护范围末端三相金属性短路时，保护安装处的最大相间电压

三、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。过负荷装置装在220KV侧和绕组容量较小的一侧即10kV侧。

四、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，一般变电站内只有部分变压器中性点接地运行，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。

1、零序电流保护I段

零序电流保护I段的动作电流与相邻线路零序电流保护I段相配合，即：

'

Idz.oKphKfz.oIdz.i.o.xl

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式中Kph——配合系数，取1.1～1.2；

Kfz.o——零序电流分支系数，其值等于相邻线路零序电流保护I段保护

范围末端接地短路时，流过本保护的零序电流与流过线路零序电流保护的零序电流之比。

Idz.i.o.xl——相邻线路零序I段的一次动作电流。

2、零序电流保护Ⅱ段

零序电流保护Ⅱ段的动作电流与相邻线路零序电流后备段相配合

''Idz.oKphKfz.oIdz.o.xl

式中Idz.i.o.xl——出线零序电流保护后备段的一次动作电流

第二节本站线路保护配置

1、220kV进线保护配置：每条线路配两套保护，一套902A超高压线路成套快速保护装置，一套931超高压线路电流差动保护装置，两条线路采用相同的保护装置。（1）931保护：

由分相电流差动和零序电流差动构成快速主保护；由工频变化量距离原件构成快速一段保护，由三段式相间和接地距离还有两个延时段零序方向过流构成后备保护；配有自动重合闸功能，可以实现单重，综重，和三重。（2）902A保护：

由纵联距离保护、零序电流方向保护构成快速主保护；由工频变化量距离原件构成快速一段保护，由三段式相间和接地距离还有两个延时段零序方向过流构成后备保护

ZCH：配有自动重合闸功能，可以实现单重，综重，和三重。 2、110kV进线保护配置

七条线路均采用相同的保护配置，每条线路配一套RCS-941A数字高

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压线路成套快速保护装置。

采用三阶段式相间和接地距离及四段零序保护+三相一次ZCH 3、10kV进线保护配置

1、10kV出线回路

a 采用两段式电流保护（相间）配有PSL-641保护 Ⅰ段：电流速断保护，保护线路全长80﹪ Ⅱ段：定时段过电流保护

b 线路出线线路装设三相一次重动重合闸。 C 电缆出线装设过负荷保护，动作于发信号。

第三节母线保护及断路器失灵保护配置一、本站母线保护选择如下：

1、220kV母线保护：

220kV母线采用电流相位比较式母线差动保护（即使两段母线分裂运行时，也能有选择性动作）。由两块屏组成，220kV母差、失灵保护屏Ⅰ和220kV母差、失灵保护屏Ⅱ，实现双母差双失灵。两套母差、失灵保护功能完全一样，且完全独立。在其中一套母差保护退出的情况下，另一套母差、失灵保护仍能正常使用。

主要功能：母线比率差动保护、复压闭锁、断路器失灵保护出口、母联失灵和死区保护、母联充电保护、CT断线闭锁及告警、CT断线闭锁及告警、主变失灵解除电压闭锁等。 2、110kV母线保护：

110kV母线采用一套电流相位比较式母线差动保护（即使两段母线分裂运行时，也能有选择性动作）。主要功能：母线比率差动保护、复压闭锁、断路器失灵保护出口（本站110kV开关没有失灵，故该功能不用）、母联失灵和死区保护、母联充电保护、CT断线闭锁及告警、CT断

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线闭锁及告警、主变失灵解除电压闭锁等。

3、10kV母线保护：

10kV母线设有绝缘监察装置，不设专用母线保护，动作于发信号，用主变过电流保护兼作母线保护

第四节主变保护整定计算

#1主变保护配置与#2主变保护相同一、瓦斯保护

1、轻瓦斯：整定气体容积250～300㎝3 2、重瓦斯：整定油流速度1.1～1.25m/s 二、纵差动保护

本系统采用的是BCH-2型继电器构成的差动保护

1、计算变压器各侧一次电流，选择电流互感器的变比，确定各侧二次额定电流。

计算结果如下：

额定电压（kV）额定电流（A）电流互感器接线方式电流互感器一次侧电流选用电流互感器变比电流互感器二次电流

220kV 472.4 △

121kV 858.9 △

10.5kV 4948.7 Y

818.2 1487.6 4948.7

1200/5 3

1500/5 3

6000/5

4948.7/(6000/5)=4.12

×472.4/(1200/5)=3.41 ×858.9/(1500/5)=4.96

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110kV侧的二次额定电流最大,选取该侧为基本侧. 2、确定制动线圈的接入方式:

制动线圈接入220kV侧,因为该侧的外部发生故障短路时,流过差动保护的短路电流最大

3、保护装置动作电流的确定

① 躲过变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时的励磁涌流

Idz=KkIB.e=1.3×858.9=1.12kA

② 躲过电流互感器二次回路断线

Idz=KkIf.max=1.3×858.9=1.12kA

③ 躲过10KV侧外部故障时的最大不平衡电流

Idz=Kk(KfzqKtxfiUfph)Id.max=1.3×(1×1×0.1+0.05+0.05)×

14.29=3.71kA

取动作电流Idz=3.8kA 继电器的动作电流为Idz.j.jb.js确定基本侧线圈的匝数

Wcd.js

AWoIdz.j.jb.js



60

4.74匝 12.67

KjxnLH

Idz.jb.js=

3800

12.67A 300

选取Wcd.z=4匝

60

15 A 4

15300

保护实际动作电流(一次值)为:Idz.bh.jb4.5KA

1

4、其他侧工作线圈和平衡线圈匝数的计算:

继电器的实际动作电流为:Idz.j.jb.z

Wph.js(220)

Ie2(110)Ie2(220)

Ie2(220)

Wcd.z

4.963.41

41.82

3.41

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Wph.js(10)

Ie2(110)Ie2(10)

Ie2(10)

Wcd.z

4.964.12

40.82

4.12

选用Wph.js(220)=2匝,Wph.js(110)=1匝工作线圈为:Wg.z(220)=2+4=6匝 Wg.z(110)=1+4=5匝检验相对误差:

fzd(220)fzd(110)

1.822

0.0310.05

1.824

0.8210.0370.050.824

fzd0.05符合要求 5、短路线圈抽头确定:

由于为大型变压器故初步选定为A-A 6、检验保护灵敏度:

当最小方式下,在110kV侧发生两相短路时的短路电流为: (2)Id.min=0.8669.4018.14kA 折算至110kV侧时:

(3)

IbpKfzqKtxfiIdmaxUgIdgmaxUzIdzmaxfzd(2

KzKk1.3((3)

IdzIdmax

110.124.1340.0524.1340.0524.1340.03124.13

1.3(

24.134

制动线圈的计算匝数 Wz制定线圈实际整定匝数 Wzz3匝

制定系数实际值 KzzKz

KzWgztg



0.4376

2.91匝 0.9

Wzz3

0.4370.451 Wz2.91

Klm

Id.min9.401

2.482 Idz.jb.z3.79

所以满足要求

三、复合电压启动的过电流保护

1、动作电流的整定：

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电流继电器的一次动作电流按躲过变压器额定电流Ie.B整定，即

Idz

Kk

Ie.B Kh

Idz＝ (1.2/0.85)×(180000/(3 ×110))=1332.1A

2、动作电压的整定：

Udz

Ug.minKkKh



0.9Ue.B0.9220

132KV KkKh1.21.25

9.401

7.061.2 1.332

3、灵敏度校验：

电流元件的灵敏度校验：KLM1负序电压元件的灵敏度： Udz0.061109.38KV

KLM

Ud.2.min6%Un0.06220

1.411.25满足灵敏度要求 Udz.2Udz9.38

4、低电压元件

起动电压：Udz0.611093.8kV

复合电压起动的过电流保护，在不对称故障时靠负序电压继电器来起动低电压继电器；在对称故障时靠负序电压继电器短时动作来起动低电压继电器，而依靠低电压继电器返回电压较高来保持其动作状

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结论

本次设计过程中，经指导老师胡老师的指导和本人的刻苦努力下，基本圆满完成本次设计任务。

通过本次设计，本人对三年所学知识更有了一个系统化，而以后的工作打下了扎实的基础，更懂得了怎样查阅有关参考资料，及掌握了电力系统初步设计的原则和问题解决的能力，和整个电力系统高压配电装置的配置原则，并且知道了如何撰写工程设计说明书。

虽然本次设计巩固和提高了自己所学的专业知识，但由于水平有限，理论知识又学得不够扎实，在本次设计中存在着某些错误和缺点，望老师给予指正。

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谢辞

在完成本次毕业设计的过程中，我得到了老师和同学的帮助，尤其是我的指导老师胡荣的悉心指导，在此同时也向那些为我无私解难的同学和朋友们表示最衷心的感谢！

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参考文献：

[1] 牟道槐等，发电厂变电站电气部分，重庆大学出版社，1996年 [2] 范锡普，发电厂电气部分，水利电力出版社第二版，1995年 [3] 西北电力设计院，电力工程设计手册，水利电力出版社，1989年 [4] 西北电力设计院，发电厂变电所电气接线和布置，水利电力出版社，1984年

[5]变电所设计技术规程，水利电力出版社，1979年

[6]导体与电器选择设计技术规定，电力工业出版社，1980年

[7]火力发电厂，变电所二次接线设计技术规定，水利电力出版社，1979年 [8]电气测量仪表装置设计规程，水利电力出版社，1983年 [9] 高压配电装置设计技术规程，水利电力出版社，1979年 [10] 电力设备过电压保护设计技术规程，水利电力出版社，1979年 [11] 《电力系统继电保护原理》、《电力系统继电保护》（上、下册）、《电力系统继电保护整定计算与实验》、《专题设计指导书》

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