66kV变电站设计1

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66kV变电站设计

摘要

电力系统是国民经济的重要能源部门，而变电所的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。由于变电所的设计内容多、范围广、逻辑性强，因此要求要有较高的专业水平，并熟悉各种设计规程和设计原理，设计过程中要针对变电所的规模和形式，具体问题具体分析。本文是对大北60kv/10kv二次降压变电所提供的设计方案，设计分为两部分。

第一部分说明书中包括了对原始设计条件的分析，导线的选择，无功补偿静电电容器的选择，主变压器的选择，电气主接线的确定，短路计算，各种电气设备的选择与校验，高压配电装置的规划设计，防雷保护的规划设计。在设计和选择设备中都充分考虑到了可靠性，灵活性和经济性。另外，各种断路器、隔离开关、电流互感器型号的选择要与高压配电装置的布置联系在一起考虑。

计算书部分包括了计算变电所的最大负荷容量，无功补偿的计算，计算主变压器的容量，化简短路阻抗和计算短路电流，电气设备的校验，和防雷保护保护范围的计算。

本设计是有文字说明和图表解释的比较完整的二次降压变电所的设计方案。

关键词  电力系统，电气设备，变压器，继电保护

Abstract

The electrical power system is the national economy important energy department, but the transformer substation design is in the electric power industry construction an essential project. Because transformer substation design content many, scope broad, logical, therefore requests to have to have the high specialized level, and the familiar each design regulations and the principle of design, in the design process must aim at the transformer substation the scale and the form, concrete question concrete analysis. The content quite are many, the scope is broad, different voltage rank, different type, when heterogeneity load transformer substation design stresses the aspect is dissimilar. This book is about mishan 60/10KV Transformer Station Design of Electric Portion. The design is divided into two parts.

The first part description includeddesigned conditional analysis to the originality,the choice of transmission line,static capacitor and main transformer,key diagram finalized,ect.

high pressure in transformer substain, In all of the design the equipments choice in consideration of reliability, flexibility and economy. Moreover, all of the circuit breaker, disconnecting switch, electric current the choice of feeling machine model number want to go together with the decoration of giving or getting an electric shock the device with high pressure to contact to together consider with each other.

Calculations include the calculation of the maximum load capacity of substations, reactive power compensation, the calculation of main transformer capacity, a short way of calculating the impedance and short-circuit current, electrical equipment check, and the scope of protection lightning protection calculations.

The design is a text description and a chart to explain the relatively complete secondary step-down substation design.

Key words  electrical power system, electrical equipment, transformer, relay protection

第一篇  设计说明书

1 变电所设计原则

   变电所的设计必须贯彻执行党的有关方针、政策。设计中应不断总结实践经验，在保证安全运行、经济合理的条件下，力求接线简化、布置紧凑和逐步提高自动化水平，并积极慎重地采用新技术。变电所设计规程规定电压为35～330KV，每台变压器容量为5000KA及以上新建变电所的设计，扩建工程的设计可参照行。

变电所应根据5～10年电力系统发展规划进行设计。

1.1 所址选择和所区规划

变电所的所址应符合下列要求：接近负荷中心；不占或少占农田；便于各级电压线路的引入和引出。架空线路走廊应与所址同时确定；交通运输方便；具有适宜的地质条件；尽量不设在空气污秽地区，否则应采取防污设施或设在污源的上风侧；所址不应为积水淹浸，山区变电所的防洪设施应满足泄洪要求；具有生产和生活用水的可靠水源；适当考虑职工生活上的方便；确定所址时，应考虑邻近设施的影响。所区内建筑物、构筑物的布置应紧凑合理，充分利用地形并考虑便于扩建。为了减少所区占地面积或当所区面积受到限制时，配电装置中应尽量采用减少占地的电器，或在布置上采用高型或半高型方式等。

1.2 电气部分设计原则

1.2.1 主变压器

变电所中一般装设两台主变压器。如只有一个电源或变电所可由中、低压侧电力网取得备用电源，可装设一台主变压器。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装5～10年的发展规划进行选择。装有两台及以上主变压器的变电所，当一台断开时，其余主变压器的容量一般保证70%的全部负荷，但应保证用户的一级和大部分二级负荷。

1.2.2 主接线

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、设备特点及负载性质等条件确定，并应满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求。

当能满足运行要求时，变电所高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥形接线等。当满足电力系统继电保护的要求时，也可采用线路分支接线。如有扩建的需要，在布置上应为过渡到最终接线准备条件。

35～60KV配电装置中，当出线为两回时，一般采用桥形接线，当出线为两回以上时，一般采用分段单母线或单母线接线。出线回路数较多、连接的电源较多，负荷大或污秽环境中的35～60KV屋外配电装置，可采用双母线接线。 6KV和10KV的配电装置中，一般采用分段单母线或单母线接线。

配电装置中旁路设施或专用的旁路断路器，应按下列条件设置：35～60KV配电装置中，一般不设旁路母线；如线路断路器不允许停电检修，可设置其他旁路设施。当地区电力网或用户不允许停电检修线路断路器时，采用单母线或分段单母线的6KV和10KV配电装置中，可设置旁路母线。

2 10KV线路导线的选择

导线是架空线路的主要元件之一，在架空线路建设投资中占很大比重。铜导线虽然导电性能好，机械强度高，在抗氧化、抗腐蚀能力。但价格较为昂贵，经济性较差，所以不宜采用铜导线。

铝导线虽具有很好的导电性，价格低廉，但由于机械强度较差，大约为铜的一半，此外铝易氧化，抗腐蚀性差，因此也不宜采用。

架空线路要求有较高的机械性能，耐腐蚀和耐震性能，同时要考虑经济性，符合国家电线产品的标准。

因此本变电所的架空线路采用钢芯铝绞线，符号：LGJ—**，其中**为导线的标称截面（mm²）。

导线截面选择过大，会增加线路的投资，导线截面过小，会增加导线运行中电压和电能损耗，使电能传输质量和运行的经济性变差，所以要选择合适的导线截面。

2.1 按经济电流密度选择导线经济截面积

使年综合费用最小时所对应的母线的经济截面，对应的电流密度称为经济电流密度。

按经济电流密度选择导线截面，可使用全年综合费用（包括年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等）最低。对于电压较高、线路较长、最大负荷利用小时数较多的线路首选此方法。此外，从经济性的角度，可使网络处于最佳经济运行状态，故本次设计按经济电流密度选择导线。其计算公式如下。

                              （2-1）  

式中 S——导线经济截面（mm²）；

  ——线路正常运行时的最大负荷电流（A）；

J——经济电流密度（A/mm²），可根据经济电流密度曲线查取。

2.2 选择导线截面积的步骤

选择导线截面积的一般方法：先按经济电流密度初选导线标称截面积，然后作热稳定、电压损失、机械强度、电晕电压等技术条件的校验，最后确定导线的截面积及型号。

2.2.1 10KV线路导线经济截面积计算

2.2.2 按电压损失校验导线截面

按电压损失校验导线截面，并不是单纯地为了增大其截面积。对于线路来说，采用增大导线截面积的方法可降低电压损失，虽然增加了投资和金属的消耗量。但这要比提高功率因数、采用有载调压变压器以及改变电网规划方案来满足电压损失来讲，其经济性要好得多。

本次设计任务中已明确要求电压损失不超过9%。

其电压损失校验可用下式来校验，即：

2.2.3 按载流量校验导线截面积

允许载流量是根据热平衡条件确定的导线长期允许通过的电流。因此所有线路都必须根据可能出现的长期运行情况作载流量的校验。线路的最大长期工作电流应不大于导体长期发热的允许电流，即：。

式中    --导线允许温度和标准环境条件下导体长期允许电流；

--温度修正系数；

--线路可能通过的最大电流（A）。

按照上述方法选择架空线型号见下表

表2-1 10KV架空线型号表

3 主变压器容量、台数和型式的选择

在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。

3.1 变压器选择的规定

为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。根据《电力系统设计技术规程》SKJ161—85有关规定：凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。

根据《供配电设计手册》P50页规定，选择主变压器台数时应考虑下列原则：

（1）应满足供电的可靠性要求。对供有在量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。

（2）对季节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，也可采用两台变压器。

（3）对于集中负荷较大的情况，虽为三级负荷，也应采用两台及以上的变压器。

（4）在确定变电所主变压器参数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。

综上所述，本变电所设计的主变压器台数应装设两台。

3.2 主变压器容量和台数的选择

首先应确定变电所的总装设容量。变电所总装设容量的确定根据《电力工程电气设计手册》P214页规定：一般按变电所建成后5～10年的远期规划负荷选择。其容量的大小应为低压侧母线的计算负荷的总和，可按下式确定：

                                  （3-1）

式中    P--系统总的有功功率；

   Q--系统总的无功功率。

其中，在总负荷的计算中要先计算线路上的功率损耗，再加上出线负荷，之后乘以同时系数，得出总负荷。

线路上的功率损耗可根据《供用电工程》P41页，公式2-41及式2-42求出，其计算公式如下：

3.3 变压器型式的选择

（1）根据《电力工程电气设计手册》P216页规定：当不受运输条件限制时，在330KV有以下的发电厂和变电所均采用三相变压器。由于本次设计中电压等级为60KV/10KV，且变电所处于交通方便之地，故选用三相变压器。

根据《电力工程电气设计手册》P217页规定35KV以上的绕组采用Y接线。35KV以下的变压器绕组采用△接线，所以本次设计采用的变压器联结组别为Ynd—11型。选择两台SF9—12500/60型有载调压变压器。主变压器主要参数见下表：

表3-1 SF9—12500/60型有载调压变压器参数

（2）SF9—12500/60其型号含义说明如下：

S--三相电力变压器；

F--冷却方式风冷式；

9--设计序号；

60--高压绕组电压等级（KV）；

     12500--额定容量（KVA）。

4 补偿电容器的选择

系统无功平衡是一个重要的问题,为维持电压水平就必须为负荷点提供一定的无功功率,如果负荷侧的功率因数过低,会造成诸多不利影响:

(1)引起线路电流增大，使线路中功率、电压、电能损失增加。

(2)由于电流增大，从而使系统中设备的容量增大，这样会增加总投资。

为此，当系统功率因数过低的时候，应增设无功补偿设备来提高功率因数，根据《全国供电规则》规定“对于新建及扩建的电力用户其功率因数一律不应低于0.9,这与本次设计任务要求相一致，即变电所的功率因数在0.9以上。

在电力系统中除了发电机能发出无功功率外，还有同步调相机、静电电容器和静止补偿器三种无功补偿装置。其中调相机、静止补偿器主要用于枢纽变电所中。而静电电容器由于其质量轻、安装方便、投资少、故障少、损耗少、易维护等诸多优点，主要将其安装在中、小型变电所。所以本次设计采用静电电容器作为无功补偿装置。

并联电容器使系统总电流相量I与电压相量U的角度φ减小，因为容性电流与感性电流分量恰好相反，从而抵消一部分感性电流。串联电容器的容抗可以补偿一部分系统电抗，从串联电容补偿的电压损耗计算公式来看，只有负荷蓄在数低，导线为较粗的架空线，采用串联补偿才合适。因此本次设计采用并联方式。

并联电容器装置向电网提供可阶梯调节的容性无功，以补偿多余的感性无功，减少电网有功损耗和提高电网电压，在本次变电所中可直接连接在低压侧的母线上。

根据《并联电容器装置设计技术规定》第15页第2.2.1条规定“设计安装的10KV电容器应采用星形接线为宜。”三角形接线的主要问题是电容器发生故障时故障电流大，较星形接线发生相间短路的可能性较大。所以本次设计采用星形接线方式，被选择电容器的额定电压应为10KV。综合上述分析，选用电容器。

4.1 求出变压器的功率损耗

对于n台容量及参数均相同的变压器并列运行，其总有功功率损耗和总无功功率损耗可根据下式计算：

4.5补偿后总平均功率因数计算公式

5电气主接线方案设计

电所主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要部分。主接续线的确定，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。

变电所的电气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、操作方便和节约投资等要求

5.1主接线设计的基本要求

主接线应基本满足供电可靠性、运行灵活性和经济性。

（1）可靠性

所谓可靠性是指主接续线能可靠的工作，以保护对用户不间断地供电。

评价主接线可靠性的标志是：

1）断路器检修时是否影响供电；

2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能保证对用户（重要用户）的供电；

3）变电所全部停电的可能性。

（2）灵活性

主接线的灵活性有以下几方面要求：

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、母线及继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。

3）扩建的要求。可以容易的从补期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。

（3）经济性

经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。

5.2主接线方案

根据系统和负荷性质的要求，主接线方案初步给出以下两种：

第一方案：高压侧采用内桥接线，低压侧单母线分段的主接线，如图5-1所示。

第二方案：高压侧采用单母线分段，低压侧单母线分段的主接线，如图5-2所示。

图5-1高压侧采用内桥接线，低压侧采用单母线分段的主接线

图5-2 高压侧采用单母线分段，低压侧采用单母线分段的主接线

5.3方案的比较与确定

以上两个方案中，主接线二次侧方案相同，只比较一次侧方案。

第一种方案的特点如下：变压器随负荷变化投切方便；线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回未发生故障线路运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。桥形接线节省占地面积，不易在一次侧增加进线或出线回路。

第二种方案的特点如下：变压器投切方便；在一次侧容易增设进出线数目，相对桥形占地面积大；使用设备多；综合造价高。

从经济性来看，由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只是比较综合造价。由于第二种方案比第一种方案所占的面积大、设备多、故不经济。

从改变运行方式灵活性来看，第二方案比第一方案投切变压器时，倒闸操作简便。

通过以上分析比较，可以发现第一方案以占地面积小、投资少，供电可靠性高为主要优点。第二方案以改变运行方式灵活为主要优点。考虑综合因素选第一方案为本变电所的主接线方案。

5.4主接线二次方案的说明

主接线二次侧采用单母分段的目的是：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负荷停电，可减小停电范围。但当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线回路都在检修期内停电。单母分段接线简单、经济、方便，而且供电可靠性和灵活性相对较高。

6 短路电流的计算

6.1 发生短路的原因和短路的定义

所谓“短路”即是指载流导体相与相之间发生非正常接通的情况；在中性点直接接地的系统中，还有相与地之间的短路。发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。其次还有气候条件恶化，例如雷击过电压造成的闪络放电，由于风灾引起架空线路断线或导线覆冰引起电杆倒塌等。再其次是人员过失，例如运行人员带负荷拉刀闸，检修线路或设备之后未拆除接地线就合闸供电等。最后是其他原因，例如挖沟损伤电缆、鸟兽或风筝跨接在载流裸导体上等。绝缘损坏的原因多因设备地电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路倒杆也能造成事故。

6.2短路的分类

在三相系统中短路的基本形式有：三相短路--K^（3）；两相短路--K^（2）；单相接地短路--K^（1）；以及两相接地短路--K^（1，1）。

当三相短路时，由于短路回路阻抗相等，因此三相电流和电压仍是对称的，故又称为对称短路。此时三相短路电流同速正常情况一样是对称的，只是线路中电流增大，电压降低而已，而电压和电流之间的相位差一般也较正常情况时大，除了三相短路这外，其它类型的短路皆为不对称短路，此时三相所处的情况不同，各相电流、电压数值不等，其相位角也不同。

三相短路其后果一般最为严重。电力网在设计及运行时考虑最严重的故障情况下工作的可能性时，三相短路起着决定性的作用。故在设计中需要计算的是三相短路。

6.3计算短路电流的目的

短路电流的计算主要是为了解决以下几方面的问题：

（1）作为选择电气设备（断路器、隔离开关、母线、互感器等）的依据。电力系统中的电气设备在短路电流的电动力效应和热效应作用下，必须不受损坏，以免扩大事故范围造成更大的损失。为此在设计时必须校验所选择的电气设备的电动力稳定度和热稳定度，因此就需要计算发生短路时流过电气设备的短路电流。

（2）继电保护的设计和整定

（3）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等。

在短路电流计算中用到短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。

此外在短路电流的计算中，为了能够在工程要求的准确度范围内方便和迅速地计算短路电流，做出下列假设：

（1）认为在短路过程中，所有发电机转速和电势相位相同；

（2）在考虑磁路饱和，变压器励磁电流可略去不计；

（3）一般不计元件的电阻和电容，仅在R>X/3时计入电阻，在超高压远距离输电时计入电容。

6.4短路电流的计算过程

6.4.1根据系统连接图画出等阻抗图

图6-1 系统等值阻抗图

6.4.2等值电路中各元件电抗的计算、短路电流的计算

                              （6-4）

式中    --平均标称电压(KV)。

短路计算点：该点短路时，流过电器或导体的短路电流最大，称为短路计算点。

由等值阻抗图可以看出，系统为并列运行，所以分别取d1、d2为短路点，计算出短路电流，为以后选择设备的校验的冲击电流提供数据。

所以计算得出：

d1点短路电流为3.2KA；

d2点短路电流为8.52KA；

负荷侧最大短路电流为4.01KA。

7 电气设备的选择

电器设备的选择是根据配电变电所电气工程设计的主要内容之一。正确选择电气设备是保证电气主接线和配电装置的安全、经济、可靠运行的重要条件。在高压电器选择中的主要问题有下述各点：

（1）高压电器应满足正常工作状态下的电压和电流的要求；

（2）高压电器应满足安装地点和使用的环境条件要求；

（3）高压电器应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求；

（4）高压电器应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质；

（5）对于电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别；

（6）同类产品应尽量减少品种。

7.1 断路器的选择

在各种电压等级变电所的设计中，断路器是最为重要的电气设备，它是通断故障电流和正常负荷电流的元件。在电力系统运行中，对断路器的要求是比较高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。

目前国产高压断路器按其灭弧介质和灭弧方式，一般可分为少油断路器、多油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器。高压断路器应根据断路器的安装地点、环境和使用技术条件等要求选择其种类和型式，由于少油断路器制造简单、价格便宜，维护工作量小，故在3～220KV电压等级中被广泛采用。

7.1.1 按额定电压等级选择断路器

表7.2 10kV侧断路器参数表

型号含义：真空户内断路器，设计序号为28，额定电压10kV，额定电流1000A。

7.2 隔离开关的选择

隔离开关也称刀闸，不能用来开断负荷电流和短路电流。在配电装置中，主要用来在检修设备时形成可见的空气绝缘间隔。在等电位时可作为操作电器，有时也可切断小电流。

7.2.1按额定电压等级选择隔离开关

7.2.4动稳定的校验

7.2.5隔离开关型号含义：

G--隔离开关；

W--户外型隔离开关；

5--设计序号；

60--额定电压（KV）；

G--改进型；

600--额定电流(A)；

7.3 互感器的选择

互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统的联络元件，分别用于向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，以正常反映电气设备的正常运行及故障情况。

互感器的作用是：

(1)将一次回路的高压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，并便于屏内安装。

(2)使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。

7.3.1电压互感器的选择

7.3.1.1电压互感器的配置原则

母线：一般除旁路母线外，工作及备用母线上都装有一组电压互感器用于同期、测量仪表和保护装置。

线路：35KV及其以上输电线路，当对端有电源时，为了监控线路有无电压，进行同期和设置重合闸，装有一台或三台单相电压互感器；10KV及其以下架空出线自动重合闸，可利用母线上的电压互感器。

在供电部门指定的计量点，一般装有计量之用电压互感器。

变压器：变压器的高压侧有时为了保护的需要，设有一组电压互感器。

7.3.1.2电压互感器的选择

电压互感器的选择是根据额定电压、装置种类、构造形式、准确度级以及按副边负载选择。

6～35KV屋内配电装置中，一般采用油浸式或浇注式；110～220KV配电装置一般采用串级式电磁式电压互感器；220KV有其有上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。

电压互感器准确级的选择：其准确级要高于或等于仪表和继电保护装置的准确级，计量时不低于0.5级，测量时不低于1.0级，继电保护采用P级。

根据《电力工程电气设计手册》P250型式选择规定：

6～20KV配电装置一般采用油浸绝缘结构。在高压开关柜中或布置地位狭窄的地方，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压时，一般采用三相五柱式电压互感器。

三相三柱式接线图无开口三角形。此种接线不能用于供电绝缘检查电压表，不允许将电压互感器高压侧中性点接地。由于10KV为中性点不接地系统，电压互感器除供测量仪表外，还用来作为电网对地绝缘监视，因此本次设计10KV侧采用JSJB--10型三相五柱式电压互感器。其主二次绕组Y型接线用于测量、继电器的电压线圈，开口三角形构成零序电压滤过器，用于绝缘检查，其接线如图所示：

经过选择，60KV侧电压互感器为JCC5—60，10KV母线电压互感器为JSZW--10型。

表7-3 电压互感器的主要参数

（注：由于电压互感器与电网并联，当系统发生短路时，互感器本身并不遭受短路电流的作用，因此不需要校验动稳定与热稳定。）

7.3.1.3电压互感器型号含义如下：

JCC5-60型电压互感器：

J--电压互感器；

C--串级绝缘形式；

C—瓷箱式；

5—设计序号；

60-额定电压（KV）。

JSJB-10型电压互感器：

J--电压互感器；

S--三相；

J--油浸式；

B--带补偿绕组；

10--额定电压（KV）。

7.3.2 电流互感器的选择

电流互感器的选择应根据电压等级和电流互感器安装处的最大长期工作电流进行选择。

电流互感器一次额定电压和电流必须满足下式：

7.3.2.2 电流互感器的配置

 (1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线、分段等回路设置电流互感器，一般按三相配置；10KV出线按两相配置。

(2）对于保护用电流互感器应尽量消除保护的死区。

电流互感器经过选择校验，60KV侧电流互感器选择LCWD--60，用于安装在变回路和桥型回路。10KV侧电流互感器选用LAJ--10和LFZ1--10型电流互感器。LAJ--10用于变压器和母联回路，其额定电流比为1000/5。LFZ1--10用于不同的馈出线上。

表7-4 电流互感器的主要参数

7.3.2.3电流互感器型号含义：

1）LCWD-60型电流互感器：

L—电流互感器；

C—瓷绝缘；

W—户外型；

D--有差动保护级；

60—额定电压（KV）。

2）LAJ-10型电流互感器：

L—电流互感器；

A—穿墙式；

J—加大容量。

10—额定电压（KV）。

3）LFZ1-10型电流互感器：

L—电流互感器；

F—复匝贯穿式；

Z—浇注绝缘；

1—设计序号；

10--额定电压（KV）。

7.4避雷器的选择

7.4.1过电压的分类

过电压可分为大气过电压（或称雷电过电压）和内部过电压两种形式。

7.4.2避雷器的作用

 (1）当冲击电压超过避雷器动作电压时，避雷器导通，将雷电流引入大地，避免了被保护设备的电压升高，从而保护了设备。

(2）冲击电压过后，熄灭工频续流电弧。

7.4.3避雷器的类型

主要有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等几种。

7.4.4避雷器的选择及型号含义

FZ系列普通阀式避雷器，用于保护相应额定电压的交流变、配电设备的绝缘，以免受大气过电压的损害。

FS系列避雷器用于保护配电变压器和电缆头等电气设备免受大气过电压的损害。

避雷达器只根据系统额定电压进行选择。本设计变电所60KV侧避雷器选用FZ—60型，10KV侧选用FS—10型避雷器。

表7-5 避雷器的主要参数

FZ-60及FS-10避雷器型号含义：

F—阀型避雷器；

Z—电站用；

S—变电所用；

60/10—额定电压（KV）。

7.5 高压开关柜的选择

6～35KV高压开关柜主要用于6～35KV的电力系统中，作电能的接受、分配的通、断和监视及保护之用。

选择高压开关柜主根据使用环境决定选户内还是户外型。根据开关柜数量的多少和可靠性的要求，确定使用固定式还是手车式开关柜。固定式开关柜价格便宜，对开关柜台数少的变电所尽量选用固定式开关柜。结合本变电所主接线方案，结合控制、计量、保护、信号等方面要求选择10KV侧开关柜，使设备的型号尽量作到统一。10KV侧的所有出线架空线选用一个型号的开关柜。本设计初选六种开关柜，分别为变压器10KV侧出线回路柜、分段母联回路柜、架空出线柜、所用变压器柜、电压互感器及避雷器柜、补偿电容器柜。

由《高压成套开关设备》P113页，表1.8.1选择KYN3-10型移开式金属封闭高压开关柜，其主要技术参数如下：

表6.16 所选高压开关的主要技术参数

7.5.1主电路选取方案

（1）进线柜、出线柜和母联柜

表6.16 进线柜、出线柜和母联柜的主电路方案及设备表

（2）电压互感器柜和所用变柜

表6.17 电压互感器柜和所用变柜的主电路方案及设备表

（3）电容器控制柜和电容器柜

表6.18 电容器控制柜和电容器柜的主电路方案及设备表

7.6母线的选择

母线起汇集和分配电能的作用。

35KV及以下变电所的各种高压配电装置的母线，主要采用硬母线和软母线两种型式，其中硬母线有铜、铝两种材料。根据《导体和电器选择设计技术规定》第7页第2.3.1条规定：20KV及以下回路的正常工作电流在4000A及以下时，宜选用矩形硬导体。

矩形导体的散热和机械强度与母线的布置方式有关。三相水平布置导体竖放与三相水平布置导体平放相比，前者散热较好，载流量大，但机械强度低，而后者情况正好相反。若三相导体垂直布置且导体竖放时，散热较好，载流量较大、机械强度高，但配电装置的高度增加，安装困难，所以本变电所采用三相水平布置且导体平放。

对于母线截面的选择按导体长期发热允许电流选择，即：

式中    L--支持绝缘子间的跨距（m）。本设计取绝缘子的跨距为开关柜的宽度：L=1.0m。

8 继电保护

8.1电力系统继电保护的作用

(1)有选择性地将故障元件从电力系统中快速、自动地切除，使其破坏程度降低到最小，并保证最大限度地迅速恢复无故障设备的正常运行。

(2)反映电气元件的异常运行情况，根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出警告信号，减负荷和延时跳闸。

(3)依据实际情况，尽快自动恢复停电部分的供电。

8.2 主变压器的保护

变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量变压器，一旦因故障损坏造成的损失就更大。因此必须真对变压器的故障和异常工作情况，根据其容量和重要程度，装设动作可靠，性能良好的继电保护装置。

8.2.1 变压器的纵联差动保护

纵联差动保护是本次设计变压器的主保护之一。保护原理图如下：

图8.1 变压器纵联差动保护单相原理图

8.2.2 变压器的瓦斯保护

瓦斯保护分为重瓦斯保护和轻瓦斯保护。重瓦斯保护动作于跳闸，而轻瓦斯保护动作于发警报信号。

    瓦斯保护范围应能反应油箱内部发生的各种故障，不能反应油箱以外的套管及引线等部位上发生的故障，因此瓦斯保护应于纵差动保护相互配合、相互补充。

    瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成，变压器内部发生轻微故障时，继电器触头闭合，发出瞬时“轻瓦斯保护动作”信号。变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触头闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器两侧断路器。因重瓦斯继电器触头有可能瞬时接通，故跳闸回路中要加自保持回路。变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出轻“瓦斯动作”信号。

8.2.3变压器的过电流保护

瓦斯保护、纵差动保护为主变压器的主保护，动作后，独立出口跳主变压器一次、二次侧及电容器开关。对外部相间短路引起的变压器过电流，装设过电流保护作为变压器后备保护，保护动作后，应跳开变压器两侧的断路器。

图8.2 变压器的过电流保护图

变压器的过电流保护主要是装设在降压变压器的高压侧.过电流保护的测量元件为电流继电器，延时元件时间继电器,其保护单相原理如图9.2所示.当短路电流达到或超过电流继电器的动作定值时,电流继电器动作并起动时间继电器，经给定的延时后时间继电器的动合触点闭合，出口继电器将变压器从运行的设备中切除保证电网的正常运行.

过电流保护的电流互感器采用三相完全星形接线方式，这样可以提高灵敏度。

8.3 线路保护

对于10kV架空线出线的继电保护，主保护采用瞬时电流速断保护，后备保护采用定时限过电流保护。为反应单相接地故障，采用零序电流保护，以区分出故障线路与非故障线路，构成选择性保护。

本所共有12条出线，选择最长线路服装厂（8Km）为例进行线路保护。

8.3.1瞬时电流速断保护

瞬时电流速断保护1的动作电流应按线路末端三相短路时最大短路电流，即：

（2）灵敏度校验：

9 防雷保护

雷击会使电力系统产生过电压，破坏电力系统的稳定和电气设备，为此变电所必须进行直击雷过电压保护。直击雷过电压保护可采用避雷针保护，避雷电流引入大地，从而保护了设备免受雷击。在变电所中，屋外配电装置，以及有金属的屋顶或钢筋混凝土结构建筑物均应加避雷针，作为防直击雷保护装置。

9.1避雷针的装设原则及接地装置的要求

独立避雷针宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻不宜超过10Ω。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，使两者的接地电阻都得到降低。但为了防止经过接地网反击35KV及以下设备与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。

9.2避雷针高度的计算

由变电所的平面图可知：

变电所长：a=39.6m， 变电所宽：b=37.2m。

为了避免反击,避雷针应距变电所5m。

9.2.2保护范围最小宽度和最小高度的计算：

END