变电站

《电气工程基础》课程设计报告

220/35KV变电所设计

姓 名：

专 业: 电气工程及其自动化 班 级:一班 学 号 :指导老师:

1、 变电所性质：待建变电站为某一中型钢铁企业专用变电所，电压等级为220/38.5KV，其中，220KV两回线路与系统相连，35KV侧共10回线路，以架空线的形式向各负荷供电。

2、 所址条件：本所交通方便，地势平坦，年最高气温+40℃，最低气温-15℃，年平均气温+20℃。 3、 负荷资料：

35KV侧负荷同时率为90%，线损5%，功率因数为0.8，一、二级负荷占70%，各分厂的负荷如下：

负荷名称 采矿 造矿 冶炼 轧钢 供水 其它 备用

最大负荷（MVA） 回路数 22 9 10 15 5 4 10 2 1 2 2 1 1 1 线路长度（KM） 40 30 20 15 20 20 25 年利用小时数 6300 6300 6300 6300 6300 6300 6300 4、 系统情况：

附：要求选择的电器设备包括：

1）220KV配电装置中的主母线、高压断路器、高压隔离开关、接地刀闸、电压互感器、电流互感器；

2）35KV配电装置中的主母线、高压断路器、高压隔离开关、接地刀闸、电压互感器、电流互感器、高压熔断器、导线；

3）各电压等级的避雷器

发电厂变电站课程设计任务书 班级 姓名

一、课程设计的目的

发电厂变电站课程设计是“农业电气化与自动化专业”重要的实践环

节之一。结合“发电厂电气部分”的授课内容，通过课程设计使学生进一步掌握发电厂或变电所电气主接线的设计方法。 二、课程设计内容

1、选择主变压器。

2、拟定主接线方案，并进行技术和经济性比较。 3、短路计算。 4、选择电气设备。 5、绘制电气主接线图。

三、课程设计要求

1、每人一题，根据自己的原始资料独立完成，撰写课程设计报告。

2、报告用A4纸，格式要求规范，即 封面+任务书+摘要+目录+正文（分章节来写）+总结+参考资料+计算书。正文应包括设计的论证分析及全部结果，并尽可能用图表说明问题。计算书是正文的附录，它给出设计中的全部计算过程。可参考下面内容要求写正文和计算书。 （1）主变选择

? 主变选择的原则和结果（包括变压器的台数、容量、型号、参数），写入

正文。

? 主变容量选择的计算过程，写入计算书。 （2）主接线设计（写入正文）

原始资料分析，拟定2~3个主接线方案，进行技术和经济比较，选择电气主接线方案。 （3）短路电流计算

? 短路计算条件的确定原则和计算结果，写入正文。 ? 短路计算的过程，写入计算书。 （4）选择电气设备

? 各电器设备的选择和校验步骤，最后确定的设备型号，列表显示主要参

数的铭牌值和计算值，写入正文。

? 各电器设备选择和校验的计算过程写入计算书。 （5）绘制主接线图 1张（2#图纸）。

四 、验收方式

以答辩的形式进行验收。答辩时每人交一本“发电厂变电站课程设计报告”和主接线图一张，并回答相关问题。

五、参考资料：

（1）《发电厂电气部分》教材

（2）《发电厂电气部分课程设计参考资料》，天津大学黄纯华主编 （3）《电力工程电气设计手册》，西北电力设计院编

目录

1.主接线的选择 ............................................................................................................ 3

1.1原始资料分析.......................................................................................................... 3 1.2方案议定.................................................................................................................. 6 2.主变的选择 ................................................................................................................ 5 2.1原始资料.................................................................................................................. 5 2.2主变压器选择.......................................................................................................... 5 3短路电流计算 ............................................................................................................ 6 3.1短路计算概述.......................................................................................................... 6 3.2相关参数计算.......................................................................................................... 7

4主要电气设备的选择和校验 .................................................................................. 10 4.1断路器的选择........................................................................................................ 10 4.2母线........................................................................................................................ 14 4.3限流电抗器............................................................................................................ 17 4.4互感器.................................................................................................................... 19 5电气设备配置 .......................................................................................................... 21 5.1继电保护配置规划................................................................................................ 21 5.2避雷器配置规划.................................................................................................... 22 5.3互感器的配置........................................................................................................ 24 参考资料...................................................................................................................... 25

1.1原始资料分析

1.主接线的选择

1.1.1变电所规模及其性质： 1. 电压等级 2. 线路回数

220/35 kV

220kV 出线2回

35kV 出线10回

3．归算到220kV侧系统参数（SB=100MVA,UB=220kV） 4．35kV侧负荷情况：

35kV侧总负荷为75MVA，一.二级用户占70%，最大一回出线负荷为22MVA，最小负荷为4MVA。

5. 220kV和35kV侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间为0.15s，断路器燃

弧时间按0.05s考虑。

6． 该地区年最高气温+40℃，最低气温-15℃，年平均气温+20℃。 1.1.2各种接线方式的优缺点分析： 1、单母线接线

单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。

单母接线适用于：110～200kV配电装置的出线回路数不超过两回，35～63kV，配电装置的出线回路数不超过3回，6～10kV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式 2、单母分段

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。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：110kV～220kV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63kV配电装置的出线回路数为4～8回，6～10kV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。 3、双母接线

它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110k～220kV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kV～220kV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110kV）或5回（220kV）时，一般应装设专用旁路母线。 4、双母线分段接线

双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。

为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。

当110kV出线为7回及以上，220kV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。

1.2.方案拟定： 方案 一 二 三 220kV侧 单母线 双母 双母 35kV侧 双母分段 单母 双母 主变台数 2 2 2 四 单母 单母 2 220kV侧主接线的设计 220kV侧出线回路数为2回，考虑到所要采用变压器的台数为两台以及供电负荷属于重要负荷，为了提高供电可靠性，采用单母线接线 35kV侧主接线的设计

35kV侧出线回路数为10回，负荷比较大，所以采用双母分段满足要求，故35kV采用双母分段连接，所以选择方案一。

2.主变的选择

2.1原始资料

35kV侧负荷情况：

35kV侧总负荷为75MVA， 1,2级负荷占70%，35KV侧负荷同时率为90%，线

损5%，功率因数0.8

2.2主变压器选择

主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑确定。

主变压器容量一般按变电所、建成后5～10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期的负荷发展。对于城网变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。 在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。 容量选择：

本变电所选用两台变压器，220KV侧由两个发电场供电，35KV侧由两根回路从220KV母线上引出，一台主变压器的容量不应小于60%的全部负荷。 35kV侧的负荷：

35kV侧总负荷为75MVA，最大一回出线负荷为22MVA，有10回出线，其中一回备用，ⅠⅡ类用户占70%。 SB=SN/0.8*（1+5%）=98.4375MVA，变压器选择用120MVA的容量，变比为100:16。 变压器连接方式和中性点接地方式的选择:

变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△，高、低两侧绕组如何要根据具体情况来确定。

我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。同时考虑到为了降低绕组的绝缘要求，从而降低制造成本，为了给三次谐波电流提供通道，避免正弦波电压的畸变故此变电所220kV侧宜采用Y0接线， 35kV侧采用Y接线，我国的110kV及以上电网一般采用中性点直接接地系统，在运行中，为了满足继电保护装置灵敏度配合的要求，变压器的中性点不接地运行。

变压器选择总结：

综上所述，本变电所采用型号为SSPL—120000/220单绕组有载调压变压器。其主要参数如下：

型号 SSPL—120000/220 变压器参数列表 额定容额定电压 损耗 短路电空载量 压 电流 高压 低压 短路 空载 （%） （%） 120MVA 220?2*2.5% 38.5 1011 98.2 14.2 1.26 3.短路电流计算

3.1短路计算概述

短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。 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。

3.2相关参数计算

总系统图

短路计算：基准容量：SB = 100MVA UB=UAV

d1点短路：

发电机：X1, X3

SB/4=0.204*100/300/0.85/4=0.014 SeSB X3= Xd*/6=0.201*100/200/0.875/4=0.022

Se X1=Xd*

变压器：X2 X4 X8 X9

Ud%SB*=15/100*100/360=0.042 100SeUd%SB*=13/100*100/260=0.05 X4=

100SeUd%SB*=14.45/100*100/63=0.229 X8=X9=

100SeSB100架空线：X5=120*0.4*=48*=0.099

UB22202SB100 X6=100*0.4*=40*=0.083 22UB220SB100 X7=150*0.4*=60*=0.124 22UB220 X2=

X1+X2=0.014+0.042=0.056

X3+X4=0.022+0.05=0.072

X10=X5*X6/(X5+X6+X7)=0.099*0.083/(0.099+0.083+0.124)=0.027 X11=X5*X7/( X5+X6+X7)=0.04 X12= X6*X7/( X5+X6+X7)=0.034

转移电抗：X13=( X1+X2)+ X10=0.056+0.027=0.083 X14= (X3+X4 )+ X11=0.040+0.072=0.112 X15= X12=0.034

X16=X13+X15=0.083+0.034=0.117 X17=X14+X15=0.146

Se=0.24 SBSe Xjs17= X17* =2.102

SB计算电抗：Xjs16= X16*

查表得：Is16=4.526 Is17=0.488 I16= Is16*

SE=4.526*(4*300/0.85)/(1.732*220)=16.77 3UBSE=0.488*(6*240/0.875)/ (1.732*220)=2.108 3UBI17= Is17*

所以：I1= I16+ I17=18.878

d2点短路：

转移电抗：

X18=X13=0.083 X19=X14=0.112 X20=0.034+0.1145=0.149

X21= X18+ X20=0.083+0.149=0.232 X22=X19+X20=0.112+0.149=0.261 Xjs21= X21*

Se=0.232*2.0514=0.476 SBXjs22= X22*

Se=0.261*14.397=3.758 SB查表得：Is21=2.25 Is22=0.275

I21= Is21*

SE=2.25*(4*300/0.85)/(1.732*35)=52.4 3UBSE=0.275* (6*240/0.875)/ (1.732*35)=7.47 3UBI22= Is22*

所以：I2= I21+ I22=52.4+7.47=59.87

短路计算总结：

短路点 d1 d2

基准容量 100MW 100MW

基准电压

转移电抗 X16=0.017

220KV X17=0.146

X21=0.232

35KV X22=0.261

计算电抗 Ijs16=0.24

Ijs17=2.102 18.878 Ijs21=0.476

Ijs22=3.758 59.87

短路电流

4.主要电气设备的选择和校验

4.1断路器的选择

断路器型式的选择：除需满足各项技术条件和环境条件外，还考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。电压35及35kV一下的电网一般选用少油断路器，电压35—220kV电网，可选用SF6，空气或少油断路器，330及330KV以上用SF6或空气断路器。 断路器选择的具体技术条件如下：

（1）电压：Ug≤UN Ug---电网工作电压, UN---断路器的额定电压 （2）电流：Igmax≤IN Igmax---最大持续工作电流，IN ---断路器的额定电压

（3）开断电流：Ipt≤INbr

Ipt---断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；INbr ---断路器额定开断

电流

（4）动稳定：Ich≤Imax

Imax---断路器极限通过电流峰值；Ich ---三相短路电流冲击值 （5）热稳定：Qk?It2t

Qk--- 短路电流的热效应或热脉冲；It --- 断路器t秒热稳定电流

隔离开关

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然后确定。参数的选择要综合考虑技术条件和环境条件。 选择的具体技术条件如下：

（1）电压：Ug≤ UN Ug---电网工作电压 （2）电流：Igmax≤IN Igmax---最大持续工作电流 （3）动稳定：Ich≤ Imax （4）热稳定：Qk?It2t

Qk--- 短路电流的热效应或热脉冲；It--- 断路器t秒热稳定电流

主变高压侧的断路器、隔离开关的选择和校验

主变高压侧的断路器：

基准容稳态短短路电流短路容基准电稳态短量SB路电流冲击 量 压V路电流有名值（MVA） （kV） 标么值 值Ich (kA) St ( MVA) （kA） 100 220 56.45 14.815 37.78 56.45 短路点位置 主变高压侧 选择

Ug?220KV

Igmax?1.05Smax/(3?UN)=1.05*56.45/(3*220)=0.154kA

选择LN2-220SF6断路器

LN2-220SF6 断路器参数表

型号 LN2-220 额定短额定电额定电路开断压（kV） 流（kA） 电流（kA） 220 1.25 16 额定峰4秒热值耐受稳定电电流流（kA） （kA） 40 16 全开断时间（s） 0.06 2Q?Q?Q?I热稳定校验：kpNptt

Qk Qp , QNp --- 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效

应, 短路电流非周期分量的热效应

''22Q?T*IQp?tk(I''2?10It2?I)/12； Np/2tkkIt--- 断路器t秒热稳定电流

短路计算时间：

prtk?tpr?tbr

t--- 后备保护动作时间；tbr--- 断路器全开断时间

tk?tpr?tbr=0.15+0.06=0.21s<1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应

2Qp?Iqtk (Iq为全电流的最大有效值)

2QNp?IqT Qk?(Qp?QNp)

It2t=162?4=1024> Qk

满足热稳定要求 动稳定校验：Ich?Imax

Imax---------断路器极限通过电流峰值；Ich-----------三相短路冲击值。

Ich=37.78 kA

满足动稳定要求。 主变高压侧的隔离开关：

Ug?220KV

Igmax?1.05Smax/(3?UN)=1.05?56.45/(3×220)=0.154 kA

选择GW7—220 D/1000-50隔离开关

GW6—220D/1000-50隔离开关参数 额定峰值4秒热稳额定电额定电流型号 耐受电流定电流压（kV） （kA） （kA） （kA） GW6-220D/1000-50 220 1 50 21 热稳定校验：Qk上述计算可得：

?Qp?QNp?It2t

2Qk?(Qp?QNp)=171.253；Itt=212?4=1764 > Qk

满足热稳定要求 动稳定校验：Ich满足动稳定要求

?Imax

Ich=37.78kA

主变低压侧的断路器、隔离开关的选择和校验

短路点位置 主变低压侧 主变低压侧的断路器： 基准容稳态短短路电流短路容基准电稳态短量SB路电流冲击 量 压VaV路电流有名值（MVA） （kV） 标么值 值Ich (kA) St ( MVA) （kA） 100 35 17.38 4.56 11.628 17.38 选择

Ug?220KV

Igmax?1.05Smax/(3?UN)=1.05*17.38/(3*35)=0.3kA 选择LN2-35SF6断路器

LN2-220SF6 断路器参数表

额定短额定峰4秒热额定电额定电路开断值耐受稳定电型号 压（kV） 流（kA） 电流电流流（kA） （kA） （kA） LN2-35 35 1.25 16 40 16 2热稳定校验：Qk?Qp?QNp?Itt

全开断时间（s） 0.06 Qk Qp , QNp --- 短路电流的热效应或热脉冲, 短路电流周期分量的热效应,

短路电流非周期分量的热效应

2''2； Qp?tk(I''2?10It2?I)/12Q?T*I/2tNpkkIt--- 断路器t秒热稳定电流

tk?tpr?tbr

tpr--- 后备保护动作时间；tbr--- 断路器全开断时间

短路计算时间：

tk?tpr?tbr=0.15+0.06=0.21s<1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应

2Qp?Iqtk (Iq为全电流的最大有效值) 2QNp?IqT Qk?(Qp?QNp)

It2t=162*4=1024> Qk

满足热稳定要求 动稳定校验：IchImax---------断路器极限通过电流峰值；Ich-----------三相短路冲击值。 Ich=11.627 kA

?Imax

满足动稳定要求。 主变低压侧的隔离开关：

选择 Ug=35kv

Igmax?1.05Smax/(3?UN)=1.05?17.38/(3×220)=0.3 kA

选择GW5—35G/1000-83隔离开关

GW6—220D/1000-50隔离开关参数 额定峰值4秒热稳额定电额定电流型号 耐受电流定电流压（kV） （kA） （kA） （kA） GW5-35G/1000-83 35 1 83 25 热稳定校验：Qk?Qp?QNp?It2t 上述计算可得：

Qk?(Qp?QNp)=171.253；Itt=212?4=1764 > Qk

满足热稳定要求 动稳定校验：

2Ich?Imax

Ich=37.78kA

满足动稳定要求

4.2 母线

4.2.1 母线应根据具体使用情况按下列条件选择和校验：

一般采用铝材，只有当持续工作电流较大且位置特别狭窄的场所，或者腐蚀严重的场所，才选用铜材。硬母线截面积形状一般有矩形、槽型、和管型。矩形母线散热条件好，有一定的机械强度，便于固定和连接，但集肤效应较大，矩形母线一般只用于35kV及以上，电流在4000A级以下的配电装置中。 槽形母线的机械性能强度较好，集肤效应较小，在4000－8000A时一般 才用槽形母线。

管形母线集肤效应较小，机械强度高，管内可用水或风冷却，因此可用于800A及以上的大电流母线。此外，管形母线表面光滑，电晕放电电压高，因此，110kV以上配电装置中多才用管形母线。

按最大持续工作电流选择导线载面S，即

Igmax?K?Ial

式中

Ial——相应于某一母线布置方式和环境温度为+25℃时的导体长期允许载

流量。

k——温度正系数 按经济电流密度J选择：

在选择导体载面S时，除配电装置的汇流母线、厂用电动机的电缆等外，长度在20 m以上的导体，其截面S一般按经济电流密度选择。

Sj?P/3JU cosΦ(mm2)

式中J——导体的经济电流密度，按此条件选择的导体截面S，应尽量接近经济计算截面Sj。当无合适规格导体时，允许小于Sj。

热稳定校验：按上述情况选择的导体截面S，还应校验其在短路条件下的热稳定。

母线的校验公式为： S≥Smin =QkKf/C (mm2)

式中 Smin——根据稳定决定的导体最小允许截面（mm2）；C——热稳定系数；

Qk——短路热效应。

动态稳定校验：?al??ph

式中 ?al——母线材料的允许应力

?ph——作用在母线上的最大计算应力。

4.2.2 220kV母线选择

最大负荷持续工作电流（长期允许载流量）

Igmax=1.05*56.45/(3*220)=0.154kA

回路正常工作电流在4000A以下,为了使电晕放电电压高，故采用管型。 导体的尺寸截面导体最高允许温截面系数惯性半径 惯性矩J 度为70℃时的载W(cm3) 流量（A） （cm） （cm4） D1/D2(mm) （mm2） ?30/25 216 572 1.37 0.976 2.06 跨距l=1.5m,相间距离a=0.75m,自重m=4.08kg/m，弹性模数E=7?1010 Pa 环境温度为40℃,则温度修正系数：

k=(?al??)/(?al??0)=(70?40)/(70?20)=0.775 修正后的电流：Ial40=0.775×572=443.3A >316A 热稳定校验：tk?tpr?tbr=0.15+0.06=0.21s ,

用短路电流Id来校验，d1短路时Id=3.24kA

Qk?Ik2tk =3.242*0.2=137.002kA2·S

22???0?(?al??0)Imax/Ial正常运行时得导体温度：=40+(70-40)3162/4692=53.6℃

查表得：C=94

Smin =QkKf/C=137.002?106?1/94<125.8(mm2)<216mm2

满足热稳定 动稳定校验：

查表得频率系数Nf =3.56(发电厂电气部分表3-5)

f1?NfEJ/m/L2 =3.567?1010?2.06?10?8/4.08/1.52=29.7Hz<35Hz

可见到该母线可不计共振影响

Ich=44.1235 (kA)

母线相间应力：

2fph=1.73×10-7 ?Ich/a=1.73×10-7×44.12352/0.75=449N/m

?ph?fph?L2/(10W)=449×1.52/(10×1.37×10-6)=7.37×107Pa<8×107Pa

满足动稳定

4.2.3 35kV母线选择

最大负荷持续工作电流（长期允许载流量）

Igmax=1.05?75/3?110=0.413 kA 回路正常工作电流在4000A以下,为了使电

晕放电电压高，故采用管型。 导体的尺寸截面导体最高允许温截面系数惯性半径 惯性矩J 度为70℃时的载W(cm3) 流量（A） （cm） （cm4） D1/D2(mm) （mm2） ?30/25 216 572 1.37 0.976 2.06 跨距l=1.5m,相间距离a=0.75m,自重m=4.08kg/m，弹性模数E=7?1010 Pa 环境温度为40℃,则温度修正系数：

k=(?al??)/(?al??0)=(70?40)/(70?25)=0.82 修正后的电流：Ial40=0.82×572=469A >413A 热稳定校验：tk用全电流Iq来校验，d1短路时Iq=12.4417kA

?tpr?tbr=0.15+0.05=0.2s ,

Qk?Ik2tk =12.44172×0.2=30.959kA2·S

?正常运行时得导体温度：

查表得：C=90

22??0?(?al??0)Imax/Ial=40+(70-40)4132/4692=63.3℃

Smin =QkKf/C=30.959?106?1/90<(mm2)<61.8mm2

满足热稳定 动稳定校验：

查表得频率系数Nf =3.56

f1?NfEJ/m/L2 =29.7Hz<35Hz

可见到该母线可不计共振影响

Ich=72.47 (kA)

母线相间应力：

2fph=1.73×10-7 ?Ich/a=1.73×10-7×72.472/0.75=121.1N/m

?ph?fph?L2/(10W)=121.1×1.52/(10×1.37×10-6)=1.66×107Pa<8×107Pa

满足动稳定

4.3 限流电抗器

为了选择35kV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，这不仅增强投资，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侧需加装设电抗器。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。 1、额定电压和额定电流的选择应满足 UN?UNS IN?Igmax

UN、IN — 电抗器的额定电压和额定电流

UNS、Igmax— 电网额定电压和电抗器最大持续工作电流

2、电抗器百分数的选择

电抗器的电报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I′z，则电源至短路点的总电抗标公值U为

X*?Ij/I'' Ij— 基准电流

电抗器在其额定参数下的百分电抗

Xk%?(Ij/I1''?X*)INUd/UNId?100%

电压损失检验：普通电抗器在运行时，电抗器的电压损失不大于额定电压的5%，

即：

?V%?Xk%Imaxsin?/IN≤5%,sin?— 负荷功率因数一般0.6

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，母线残压不能于电网额定值的60～70%

'即：?Vre?Xk%I/IN≥60~70%

3、热稳定和动稳定检验应满足下式

It2t?Qk Ies?Ic h4.3.1 35kV侧限流电抗器的选择和校验

35kV侧采用双母分段的接线方式，一、二级负荷可以从两段母线上取电，

在没有安装限流电抗器10kV侧发生短路时，流经主变低压侧断路器的短路电流和冲击电流分别为28.8665kA和72.9699kA，母线短路和负荷出线短路时短路电流和冲击电流分别为57.3308kA和145.9405（由前面的短路计算得出）,为了提高经济性在主变低压侧安装限流电抗器，这样主变低压侧和负荷就可以选用轻型设备。

UN?UNS=35kV

IN?Igmax=1.05*17.38/(3*35)=0.3kA

根据额定UNS和Igmax可以选择型号为CkS(Q)-1300/10的限流电抗器

CkS(Q)-1300/10 限流电抗器的参数 型号 额定 容量 （kVar） CkS(Q)-1300/10 短路电流的校验：

''Xk%?(Ij/I1?X*)INUd/UNId?100%

线路 电压 （kV） 10.5 端子 电流 (A) 1190 电抗 （%） 损耗 （w） 动稳 定流 （kA） 1S热稳定电流（kA） 34 1300 6 7400 38.25 Ij=100/(3×10.5)=5.5kA

X*?Ij/I''=5.5/28.8665=0.19

6%=（5.58/

I1''-0.19）×1190×10.5/（10.5×5500）

''安装电流限抗器后在10kV侧发生短路流经主变低压侧短路电流周期分量最大值和冲击电流分别为：I1=12kA ， 1.8×2×I1=30.55kA<38.25 kA

安装电流限抗器母线短路或负荷出线短路时短路电流周期分量为：I1×2=24kA 安装电流限抗器母线短路或负荷出线短路时冲击电流为：1.8×2×24=61.1kA

''''电压损失检验：

?V%?Xk%Imaxsin?/IN=6%×1.15×0.6/1.19=3.48%≤5%

故满足要求 热稳定检验:

2''2Qk?Iq?tk?(1.51?I1)?(tpr?tbr)= (1.51×12)2×(2+0.05)=673.08

[(kA)2 ·s]

取过流保护的动作时间tpr=2s

It2?t=342×1=1156 [(kA)2 ·s] > Qk

满足热稳定要求 动稳定检验:

Ies=38.25kA>Ich=30.55kA 满足动稳定校验

4.4 互感器

4.4.1 电压互感器的选择：

在6~35kV屋内配电装置中，一般釆用油浸式或浇注式电压互感器；110~220kV配电装置特别是母线上装设的电压互感器，通常采用串级式电磁式电压互感器；当容量和准确经满足要求时，通常多在出线上采用电容式电压互感器。

当需要和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器，或有第三绕组的单相电压互感器组。电压互感器三个单相电压互感器接线，主二次绕组连接成星形，以供电给测量表计，继电器以及绝缘电压表，对于要求相电压的测量表计，只有在系统中性点直接接地时才能接入，附加的二次绕组接成开口三角形，构成零序电压滤过器供电给继电器和接地信号（绝缘检查）继电器。

一次电压U1：1.1UN>U1>0.9UN，UN为电压互感器额定一次线电压，1.1和0.9是允许的一次电压波动范围，即±10% UN。

二次电压：电压互感器二次电压，应根据使用情况，按下表选用所需的二次额定电压。

二次额定电压 绕组 主二次绕组 附加二次绕组 高压侧接接于线电接于相电用于中性用于中性入方式 压上 压上 点直接接点不接地地系统中 或经消弧线圈接地系统中 35 35/3 二次额定35 电压（V） 35/3 准确等级：电压互感器的准确度是在二次负荷下的准确级。用于电度表准确度不低于0.5级，用于电压测量，不应低于1级，用于继电保护不应低于3级。 二次负荷：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。 35kV主母线电压互感器

35kV侧母线所连的电压互感器的选择，选用JDJJ-35型电压互感器： 型号 额定电压 副绕组1额定容量 最大容量 原绕组 副绕组 辅助0.2 0.5 1 3 绕组 JDJJ-35 0.1/3 150 250 600 1200 35/3 0.1/3 4.4.2 电流互感器

电流互感器的选择和配置应按下列条件：

电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6～20 kV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35 kV及以上配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。有条件时，应尽量采用套管式电流互感器。 一次回路电压：Ug?UN

Ug为电流互感器安装处一次回路工作电压，UN为电流互感器额定电压。

一次回路电流：Igmax?I1n

Igmax 为电流互感器安装处一次回路最大工作电流，I1n为电流互感器原边额

定电流。当电流互感器使用地点环境温度不等到于+40℃时，进行修正。修正的方法与断路器In的修正方法相同。 准确等级：

电流互感器准确等级的确定与电压互感器相同，需先知电流互感器二次回路

接测量仪表的类型及对准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表计来选择。 动稳定：

内部动稳定 Ich≤

2I1nKd

式中Kd电流互感器动稳定倍数，它等于电流互感器级限通过电流峰值Idw与一次绕组额定电流I1n峰值之比，即 Kd=Idw/(2I1n) 热稳定： Qk?(I1nKt)2

Kt为电流互感器的1秒钟热稳定倍数。

35kV出线电流互感器

（1）形式：采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式 （2）电压：Ug=35kV

（3）电流：Igmax=1.05?17.38/(3×220)=0.3kA （4）准确等级：采用0.5级

根据计算结果可以选择型号为LFZ1-10的电流互感器，其主要参数如下： LFZ1-10的电流互感器参数(电力系统分册附表41) 型号 LFZ1-10 校验：

①电压：Ug?UN ②电流：Igmax?IN ③动稳定：

额定电流比（A） 300/5 准确度 0.5 1S热稳定倍数 75 动稳定倍数 130 Ich=1.8×2×I1''=30.55kA(按装设电抗器后的冲击电流) 2×I1nKt= 2×0.3×130=55.15kA, 2×I1nKt >Ich 满足动稳定的要求

④热稳定：

Qk?Iq2tk?(1.51?I1'')2?(tpr?tbr)= (1.51×12)2×(0.15+0.05)=65.7

(I1nKt)2=(0.3×75)2=506.25 > Qk 满足热稳定要求

5.电气设备配置

5.1 继电保护配置规划 220kV、35kV线路保护部分

1. 220kV线路保护

220kV线路的安全运行，对整个电力系统有着相当重要的影响，所以，本工程为220kV线路配置的保护如下： （1） 光纤纵联差动保护 （2） 距离保护 （3） 零序过流保护 （4） 过电流保护 2. 35kV母线保护

对于35kV母线接线方式为单母线分段，可以配置的保护主要有：过流保护，带时限跳分段开关，并利用装在变压器，断路器的后备保护来切除故障。

5.2避雷器配置规划

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。

5.2.1 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会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。对侵入波防护的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，防止设备上的过电压不超过其耐压值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护。

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。

一、避雷针的配置原则：

1、电压100kV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1000n米的地区，宜装设独立的避雷针。

2、独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10n。 3、35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。

4、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装置中距离很难达到不小于15M的要求。

二、避雷器的配置原则

1、配电装置的每组母线上，应装设避雷器。

2、旁路母线上是否应装设避雷器，应看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。

3、20kV以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并尽可能靠近设备本体。

4、220kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。

5、三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。 6、110kV—220kV线路侧一般不装设避雷器。

5.2.2 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0.5—1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，在接地线引进建筑物的入口处，应设标志。

5.2.3 主变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 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，工程过电压时，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。

5.3 互感器的配置

按照监视、测量、继电保护和自动装置的要求，配置互感器。

5.3.1 电压互感器的配置

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。出线侧的一相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，则可省去单相电压互感器。

5.3.2 电流互感器的配置

所有断路器的回路均装设电流互感器，以满足测量仪表、保护和自动装置要求。变压器的中性点上装设一台，以检测零序电流。电流互感器一般按三相配置。 电流互感器配置的要求：

(1)电流互感器的配置应尽量避免主保护出现死区。保护接入互感器二次绕组的位置，应避免当一套保护停用而被保护的主设备继续运行时，互感器内部发生故障时保护存在死区。

(2)电流互感器的配置应能可靠保护系统的各种类型故障，一般情况下，在中性点有效接地的电网中，应配置三相电流互感器；在非有效接地的电网中，根据保护装置的性能，为保证两不同点发生两相接地故障时，能有2／3机会只切除一个故障元件，提高供电可靠性。可配置二相或三相电流互感。

(3)为可靠地保护主设备的各个部位，一般情况下，每个主设备至少配置1组电流互感器。在能够实现町靠保护的前提下，应尽量减少耳感器的数量，必要时，应增加互感器二次绕组的数量。

(4)互感器二次绕组的数量及其技术特性应满足继电保护、自动装置和测量仪表、电能计量装置的要求。

结束语：

此次课程设计对电气工程基础的知识进行了综合运用，查阅文献和绘图方面的能力都得到了一定的锻炼，在不断翻阅和计算的过程中，把一些知识得到了巩固，以前不是很明白的知识，通过这次设计，有了一个更深得理解，这次课程设计要感谢吴利斌老师的细心指导和帮助。

参考资料

[1] 电气工程基础 刘涤尘 武汉理工大学出版社

[2] 电力工程电气设计手册 陈戌生 中国电力出版社 [3] 电力工程电气设计手册 西北电力设计出版社 [4] 高电压技术 赵智大 中国电力出版社

[5] 电力系统分析 张炜 中国水利水电出版社

[6] 发电厂电气部分课程设计参考资料 黄纯华 中国电力出版社

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/noa3.html