第一章 原始资料分析 ............................................................ 3
1.1 设计任务 .......................................................... 3 1.2 原始资料 .......................................................... 3
第二章 主变压器的选择 ........................................................... 4
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
概述 ........................................................ 4
主变压器台数的选择 ............................................... 5 主变压器容量的选择 ............................................... 5 主变压器型号的选择 ............................................... 6 所用变压器的选择 ................................................ 9
第三章 电气主接线选择 ........................................................... 10
3.1 3.2 3.3
概述 ........................................................ 10 主接线的选择 .................................................. 14 所用电接线的选择 ................................................ 16
第四章 短路电流计算 ............................................................ 17
4.1 短路计算的目的及假设 ........................................... 17
4.2 短路电流计算 .................................................. 20
第五章 电气设备与母线的选择 ...................................................... 24
5.1 概述 ............................................................. 24
5.1.1
电气设备选择的一般规则 ....................................... 24
电气选择的条件 ............................................. 25
5.1.2
5.2 10kV 电压等级电抗器的选择 ............................................ 26 5.3 高压断路器和隔离开关的选择 ......................................... 28
5.3.1 5.3.2
断路器的选择 ............................................. 28 隔离开关的选择 ............................................. 31
5.4 互感器的选择 ...................................................... 33
5.4.1 5.4.2
电流互感器的选择 ......................................... 34 电压互感器的选择 ......................................... 34
5.4.3 互感器的选择结果表 ......................................... 37
5.5 母线的选择 ..................................................... 38
5.5.1 裸导体的选择及校验原则 ....................................... 38 5.5.2 220kV 侧母线的选择 ........................................... 40 5.5.3 110kV 侧母线的选择 ........................................... 41 5.5.4 10kV 硬母线选择 .............................................. 42
第六章 配电装置 . ..................................................... 44
6.1 概述 . .................................................. 44
6.1.1 配电装置特点 .............................................. 44 6.1.2 配电装置的基本要求 ......................................... 45 6.1.3 配电装置的最小安全净距 ....................................... 46 6.1.4 配电装置的设计原则及步骤 ..................................... 48 6.2
屋内配电装置 ................................................... 49
6.2.1 屋内配电装置的总体布置原则 ..................................... 49 6.2.2 屋内配电装置的布置 ......................................... 50 6.3 屋外配电装置 ................................................. 51
第七章 防雷保护 . ..................................................... 52
7.1 7.3
直击雷防护 .................................................. 52 雷电过电压的防护 ................................................. 55
第八章 毕业小结 . ................................................. 55 第九章 参考文献 . ................................................. 66 第十章 图纸 . ........................................................ 67
第一章 资料分析
1.1 设计任务 由于智能电网的迅速发展，广元地区的供电就慢慢有了很大的缺口，因 此
需要在广元建一座变电站，起点供电和联络作用。根据电力系统规划需新 建一座 220kV 区域变电所，该所变电站建成后与 110kV 和 220kV 电网相连， 近期 10kV 没有出线，只带站用电和无功补偿装置。
1.2 原始资料
1、按规划要求，该所有 220kV 、110kV 和 10kV 三个电压等级。 220kV 出 线 9 回
（其中备用 2 回）， 110kV 出线 12 回（其中备用 2 回）。
2、 110kV 侧作为一些地区变电所进线。Ⅰ、Ⅱ类用户占
出线负荷为 3000kVA，变电站总的所用最大负荷为 ,250kVA 。
60%，最大一回
3、各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：
cos cos cos
220kV 侧
0.9
Tmax
3800 小时 / 年
110kV 侧
0.85 0.8
Tmax
Tmax
4200 小时 / 年
10kV 侧 9760 小时 / 年
4、220kV 和 110kV 侧出线主保护为瞬时动作， 后备保护时间分别为 2 s 、 1.5s 。
5、系统阻抗： 220kV 侧电源近似为无穷大系统，归算至本所 侧阻抗为 220kV 母线 0.16 ( j =100MVA)，110kV 侧电源容量为 1000MVA，归算至本所 110kV 母线侧阻抗为 0.32 ( j =100 MVA)，10kV 侧没有电源。
S
S
6、该地区最热月平均温度为 38℃，年平均气温 20℃，绝对最高气温为
40 ℃，土壤温度为 18℃，海拔 100m。
7、该变电所位于市郊半山坡上，地势比较高，无洪涝现象。交通便利， 由于附件有几
座火电厂和工业群，环境污染比较严重。
第二章 主变压器的选择
2.1 概述
变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或 者两种电压等级
之间交换功率的重要任务， 同时兼顾电力系统负荷增长情况， 并根据电力系统 5～ 10 年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济 技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资， 扩大占地面积，而且会增加损耗，运行和检修不便，设备亦未能充分发挥效 益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的 寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可 靠供电和网络经济运行的保证。
在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足 可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。
2.2 主变压器台数的选择
由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊 220kV 降压变电站， 它是以 220kV
受功率为主。 把所受的功率通过主变传输至 110kV 及 10kV 母线 上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的 供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。
为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电 所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽 然有所提高，但接线网络较复杂，且投资和占用面积增大，以及带来维护和 倒闸操作等许多复杂化。 故选择两台主变压器互为备用， 提高供电的可靠性。
2.3 主变压器容量的选择
主变容量一般按变电所建成近期负荷，
5～ 10 年规划负荷选择，并适当
考虑远期 10～ 20 年的负荷发展， 对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规 划相结合。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变 压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一 般性能的变电站，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷 的 70%～ 80%。该变电站是按 70%全部负荷来选择。即：
SN
(0.7 ～0.8 ) Smax∕ n 1 (MVA)
Smax
—变电所最大负荷，
MVA， n—变电所主变压器台数
由于变电所最大负荷为 180 MVA，因此主变压器容量为：
SN
（0.7 ～0.8 ）× 180∕（ 2-1 ） =（ 126～144）（MVA）
在满足可靠性的前提下，结合经济性，选择容量为 150MVA的主变压器
2.4 主变压器型号的选择
2.4.1 主变压器相数的选择
当不受运输条件限制时，在 330kV 以下的变电所均应选择三相变压器 单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，也增加了维护及倒 闸操作的工作量。
本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的 条件限制，故本次设计的变电所选用三相变压器。
2.4.2 绕组数的选择
在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达 到该变压器容量的 15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功 补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。
一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕 组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，该所选择三 绕组变压器。
2.4.3 主变调压方式的选择
调压方式分为两种，不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常只有
10%（± 2×2.5%），另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达
由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。
30%。
2.4.4 连接组别的选择和中性点接地方式的设计 变压器绕组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有星形“ Y”和三角形“ D”。在变电站中，一般考虑
系统的同步并列以要求限制 3 次谐波对电源等因素。根据以上原则，主变一 般是 Y， D11 常规接线。
根据原始资料，本站选用 YNyn0d11 连接组别。
在 63kV 及以下的系统，由于单相接地时，接地电流小，采用不接地的运 行方式较为适宜。电压为 110kV 系统，为了减少设备和线路的投资，大多不 采用中性点经消弧线圈的接地方式。目前我国 220kV 及以上都采用中性点直 接接地的运行方式。 220kV、 110kV 接地设备有隔离开关、避雷器和保护间隙 （在 QF非全相运行时， 工频电压升高 ） ，可选用避雷器额定电压不低于变压器 最大工作相电压的避雷器保护，也可用棒间隙保护。
综上所述， 本设计中的主变 220kV、110kV 中性点均采用直接接地的运行 方式。在本所中选用无隙的氧化锌避雷器，防止雷电入侵波对中性点绝缘的 危害。
2.4.5 主变压器冷却方式的选择
主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强 迫油循环水冷却
自然风冷
一般只适用于小容量变压器。
强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等 优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高， 维护工作量较大。
本设计主变为大型变压器，发热量大，散热问题不可轻视，强迫油循环 冷却效果较好，再根据变电站建在郊区，通风条件好，可选用强迫油循环风 冷却方式。
2.4.6 主变型号选择 根据以上条件选择，确定采用型号为 SFPSZ7-150000/220 的
220kV 三绕 组有载调压电力变压器，其具体参数如下：
表 2-1
型号 额定容量 kVA 1500000 SFPSZ7-150000/220 容量比（ %） 空载电流 （ %） 损耗 (kw) 100∕ 100∕50 0.8 空载 短路 144 480 额定电压 (kV) 高压 220 ± 8 × 中压 低压 121 11 1.25% 联接组标号 阻抗电压％ YN， yn0 ， d11 高－中 高－低 中－低 12.6
22.0 7.6 型号中各符号表示意义：从左至右为
S：三相 F ：风冷却 P ：强迫油循环 S ：三绕组 Z ：有载调压 7：性能水平号 120000 ：额定容量 220 ：电压等级
2.5 所用变压器的选择
2.5.1 所用变压器台数的选择
220kV 变电站，有两台及以上主变压器时，宜从主变压器低压侧分别引
接两台容量相同、互为备用、分裂运行的所用工作变压器，每台工作变压器 按全所计算负荷选择。根据本次设计的情况，选用两台容量相同的站用变压 器。
2.5.2 所用变压器容量的选择
所用变压器容量 （ kVA）的计算公式为：
St
St K1P1 P2 P3
式中 K1 —所用动力负荷换算系数，一般取
P1
0.85
KW。
、 P2、 P3—所用动力、电热、照明负荷之和，
由于本次设计的变电站总的所用最大负荷为
250kVA，所以 St ≥ 250kVA，
根据经济性、可靠性、灵活性，又由于这次选择关系到以后近 20 年的发展， 一台检修的时候怕另一台长时间高大负荷运行比较危险，因此选择 St =400kVA 的所用变压器。
2.5.3 所用变压器型号的选择 根据以上分析计算，查表，本次设计所用变选用型号为
S7—400∕ 10 的
干式变压器。
S：三相 7
10
表 2-2
：特殊用途或特殊结构代号 ：电压等级 10kV
空载 电流 空载 短路 （%） 1.0
400：额定容量 400kVA
阻抗 电压 （%） 额定容 型号 （ kVA） 额定电压 （kV） 高压 低压 连接 组 损耗（ KW） S7-400/ 400 10 10 0.4 DYn11 0.48 1.86 4 第三章 电气主接线选择
3.1 概述
变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组成部分。一个变电所的电 气主接线因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不 同。
电气主接线的设计与所在电力系统及所采用的设备密切相关。随着电力
系统的不断发展、新技术的采用、电气设备的可靠性不断提高 ，设计主接线 的观念也应与时俱进、不断创新。
3.1.1 电气主接线的基本要求
1、可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量 是对主接线最
基本要求，而且也是电力生产和分配的首要要求。
主接线可靠性的具体要求：
（ 1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电； （ 2）断路器或母线故障以及母线检修时， 时间，并要求保证对重要用户的供电；
（ 3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。
尽量减少停运的回路数和停运
2、灵活性：主接线应满足在调度、检修、事故处理及扩建时的灵活性。 3、经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。
（ 1）投资省（ 2）占地面积小（ 3）电能损失少。 电气主接线的可靠性、灵活性、经济性是一个综合概念，不能单独强调 其中的某一种特性，也不能忽略其中的某一种特性。但根据变电所在系统中 的地位和作用的不同，对变电所主接线的性能要求也不同的侧重。
3.1.2 主接线选择的主要原则
1. 变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所 在系统中的地
位，作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。
2. 变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网 出故障时应处理
的要求。
3. 各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所性质，电压等级、 进出线回路数、
采用的设备情况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等 因素。
4. 近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程。 5. 在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。
3.1.3 主接线的类型
单母线接线 优点：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。 缺点：不够灵活可靠，任一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电 使用范围：一般适应一台主变的以下情况。
① 6 ～ 10kV 配电装置的出线回路数不超过
5 回。
② 35 ～63kV 配电装置的出线回路数不超过 3 回。
③ 110kV ～ 220kV 配电装置的出线路数不超过 2 回。 单母分段接线
优点：母线分段后，对主要用户可从不同段供电，保证供电的可靠性，
另外，当一段母线发生故障，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。
缺点：当母线故障时，该段母线的回路都要停电，同时扩建时需向两个 方向均衡扩建。
适用范围：
① 6 ～ 10kV 配电装置的出线回路数为 6 回及以上时。 ② 35 ～63kV 配电装置的出线回路数为 4～8 回时。
③ 110kV ～220kV 配电装置的出线路数为 3～4 回时。 单母分段带旁路母线 这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为 110kV 的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。
双母线接线 优点：具有供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于试验。
缺点：增加一组母线，每一回路增加一组母线隔离开关，从而增加投资， 也容易造成误操作。
适用范围：
① 6 ～ 10kV 配电装置当短路电流较大，出线需要装设电抗器时。 ② 35 ～ 63kV 配电装置的出线回路数超过
8 回路时。
③ 110kV ～220kV 配电装置的出线回路数为 5 回及以上时
35～
5. 双母线分段带旁路接线
优点：出线回路数较多时，提高了双母线工作的可靠性和灵活性 缺点：占地面积大，增加投资
适用范围： 110kV 出线在 6 回以上， 220kV 出线在 4 回以上时，宜采用带 专用旁路 QF的旁路母线。 但当采用可靠性较高的 SF6 断路器时可不设置旁路
母线
3.2 主接线的选择
3.2.1 220kV 侧
表 3-1
方案 方案Ⅰ双母线接线 项目 路 方案Ⅱ双母线接线带旁 母线检修时，电源和出线 可继续工作，不会中断对用户 供可靠性 电。检修任一母线 QS，只需 断开这一回路。工作母线故障 时，所有回路能迅速恢复工作 母联 QF可以断开运行， 一 灵活性 组母线工作， 另一组母线备用。 也接线和继电保护较复杂
任一出现故障或检修， 均不致停电， 其他任何 QF 故 障或检修都不会中断供电。 运行调度灵活，但二次 可以闭合母联 QF，双母线同 时工作 设备多，占地面积大， 经济性 经济性较好，便于扩建 投资大 由以上比较结果，经过综合判断，定性分析， 220kV 侧主接线宜采用方 案Ⅰ。
3.2.2 110kV 侧
表 3-2
方案 方案Ⅰ双母线接线 方案Ⅱ双母带旁路接线 项目 可靠性 灵活性 经济性 较高的可靠性 灵活性较高 经济性较好，便于扩建 可靠性很高 灵活性很高 增加了设备和投资 由以上比较结果，经过综合判断，由于资金有限，定性分析， 110kV 侧 主接线宜采用方案 1。
3.2.3 10kV 侧
可以是重要负荷从不同的 可靠性 母线分段取得，可靠性较高 分段 QF 可以接通及断开 灵活性 运行，灵活性较高 可靠性不高，任一元件 故障或检修均使该回路停电 灵活性差 经济性 设备和投资增加 设备少，投资小 由以上比较结果，经过定性分析， 10kV 侧主接线宜采用方案Ⅰ
综合以上分析可知，根据设计任务书的原始资料可知：该变电所 220kV 侧采用双母线接线方式， 110kV 侧采用双母接线方式， 10kV 侧用单母线分段 接线方式。
3.3 所用电接线的选择
所用电接线应按照运行、检修和施工的要求，考虑全厂发展规划，积极
慎重地采用成熟的新技术和新设备，使设计达到经济合理、技术先进、安全、 经济地运行。
3.3.1 所用电源引接方式
当所内有较低电压母线时 , 一般均较低电压母线上引接 1～ 2 个所用变压 器 , 这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点。
当有可靠的 6～ 35kV 电源联络线时，可将一台所用变压器接到联络变压 器外侧，更能保证所用电的不间断供电。
由主变压器第三绕组引接 , 所用变压器高压侧要选用大断流容量的开关 设备，否则要加装限流电抗器
3.3.2 所用电接线的确定
由于本所内有较低电压（ 10kV）母线时 , 所以从 10kV 母线上引接 2 台所 用变压器 , 分别接于 10kV 母线的Ⅰ段和Ⅱ段，互为备用，平时运行当一台故 障时另一台能承受变电所的全部负荷。
11
图 3-1
第四章 短路电流计算
4.1 短路计算的目的及假设
短路是电力系统中最严重的故障， 他能破坏对用户的正常供电和电气设备 正常工作，因
此变电所电气部分的设计和运行，都必须靠到可能发生的各种故 障情况，本设计以三相对称短路情况作为分析计算。
4.1.1 短路电流计算的目的
电力系统发生短路时， 电压严重下降， 可能破坏各电厂并联运行的稳定性， 使整个系统被解列成为几个异步运行的部分，这时某些发电厂可能过负荷，因 而使频率下降， 供电频率下降导致包括锅炉给水的水泵电动机在内的所有异步 电动机转速下降，锅炉打不进水，发电厂出力也进一步下降，直至无法运行。
为了保证发电厂的运行，不得不切除一部分负荷。短路时电压下降的越大持续 时间越长，破坏整个系统稳定运行的可能性越大。
为了保证电力系统安全可靠运行，减轻短路的影响，必须努力设法消除可 能引起短路的隐患，还必须快速切除故障部分，使系统电压在较短时间内恢复 到正常值，为此，可采用快速动作的继电保护和断电器，在发电厂应装设自动 电压调整器，还可以采用限制短路电流的措施，如装设电抗器。
4.1.2 短路电流计算的一般规定 计算短路电流的目的是为了在电器装置的设计中用来选择
电气设备、 选择 限制短路电流的方式、设计继电保护装置和分析电力系统的故障等 , 选择电气 设备时，一般只需近似计算该设备的最大可能三相短路电流值，设计继电保护 和分析电力系统故障时 , 必须计算各种短路情况下系统各支路中的电流和各点 的电压。
考虑到现代电力系统的实际情况，要进行极准确的短路计算非常复杂的， 同时对决大部分实际问题，并不需要十分精确的计算结果，为了使计算简化 , 多采用近似计算方法。这种方法是建立在一系列假定的基础上的，并且使计算 结果稍微偏大一点 , 一般误差为 10-15%, 计算短路电流的基本假设如下：
①认为在短路过程中，所以发电机的转速相同，电势相位相同，即发电机 无摇摆现象。 ②不考虑磁系统的饱和，因此可以认为短路回路各元件的感抗为常数，这 将使短路电流的计算分析大大简化，并可应用重叠原理。
变压器的励磁电流略去不计。 所有元件的电容略去不计。
认为三相系统是对称的 . 元件的电阻一般忽略不计，以简化计算，对电压为 1kV 以上的高压装置， 这种假设是合理的，因为这些装置中，各元件的电阻比它们的电抗小的多，对 短路电流周期分量的计算影响小 , 只有当回路中电阻很大时才考虑，例如很长 的架空线路和电缆线路，一般当短路回路中总电阻
R∑大于总电抗的三分之一
时，在计算周期分量时才考虑电阻，在计算短路电流周期分量时，为了确定衰 减时间常数要考虑个元件的电阻， 计算电压为 1kV 一下低压装置总的短路时因
为元件的电阻较大，除了考虑电抗之外，还必须计算电阻
4.2 短路电流计算的步骤
⑴ 各电厂电抗标幺值
X A
// xdA ?
Sb
0.4
1000 2000
0.2
A 棉山电厂：
SNA
//
X B xdB
Sb
1000 0.38
?b
SNB
B伊川二电
厂：
0.21
1800
//
X C xdC
Sb
1000 0.45
?b
SNC
C曙光变电
站：
0.25
1800
//
X D
Sb ?b
1000 0.5
xdD
D伊川二电
0.5
SND
1000
厂：
⑵ 主变各绕组的等值电抗标幺值 VS1%
11
(VS(1 2)% VS(3 1) % VS(2 3)%) 22 11 (VS(1
2
(13.83 23.95
7.74) 15.02 23.95) 1.19 13.83) 8.93
VS2%
VS3%
2)
% VS(2 3) %
VS(3 1) %
VS(3 1) %)
VS(1 2)%)
2
(13.83 7.74
11
(V
2 S(2
3)% (7.74 23.952
VS1%
Xt1
S
? b
100 SNT1
15.02 1000 100 150
SNT 2
1.001
Xt2
VS2 % Sb ?100
1.19 1000 100 150 8.93 1000 100 75
0.079
VS3%
Xt3
100
S? b
SNT 3
1.191
⑶ 各线路等值电抗标幺值
( 取架空输电线路单位电抗为
1000
XL=0.4 Ω /km)
X L1 X L ?L1 ? 2b L1 L 1
a2v
S
U
0.4 180
Sb
2 1.361 2
230
XL2
X L ?L2 ? X L ?L3 ? b2
L 3
U a2v
S
2 av
0.4 160 0.4 200
1000
2 1.512
2
10002 230
1.211
XL3
1000
230
XL4 XL ?L4 ? b2
S
U av
0.4 120
Sb
b
X L5 X L ?L5 ? L5 L 52
U a2v av
1000 0.907 2302
1.134
XL6 XL ?L6 L6 L 62? av
U
b
Sb
2
0.4 150 1000
2302 0.4
180
4） 总的短路等值电路图
1000
2302 1.361
图 4-1 短路等值电路总图
（ 5） 220kV 母线短路点 d1 的短路电流计算 ⑴ 220kV
母线短路等值电路图如图 4.2 和 4.3 。
图 4-2 220kV 母线短路等值电路图 图 4-3 220kV 母线短路等值电路图 2
X1
XL1?XL2
X L1 X L2 X L 3
1.361 1.211 1.361 1.211 1.512 1.211 1.512 1.361 1.211 1.512 1.361 1.512 1.361 1.211 1.512 0.907 1.134 0.907 1.134 1.361
1.134 1 .361 0.907 1.134 1.361
0.404
X2
X L2 ? X L3
X L1 X L2 X L 3
0.448
X3
XL1?XL3
X L1 X L2 X L 3
0.504
X4
X L 4
X L4 ? X L 5
X L 5
X L6
0.302
X5
X L5 ? X L6
X L4 X L5 X L6
0.454
X L4 ? X L6 0.907 1.361 0.363 X6
X L 4 X L 5 X L6 0.907 1.134 1.361
各电厂对短路点 d1的转移电抗值
( X A X1)X 3 (0.2 0.404) 0.504 1.571 0.2 0.404 0.504 X fA XA X1 X3
0.21 0.448 X B X 2
( 0.21 0.448) 0.504( X B X 2)X 3 1.711 0.21 0.448 0.504 X
fB XB X2 X3
0.2 0.404 X A X1
(0.25 0.302) 0.363X4)X6 (XC 0.302 0.363 1.125 XX0.25 X fC X C 4 6
X D X 5 0.5 0.454
X fD X D
X5 X6
(X D X 5 )X 6
X C X 4
0.5
0.454 0.363 (0.5 0.454) 0.363 1.944
0.25 0.302
⑶ 将 A、 B 两厂合并，求其对短路点 d1 的转移电抗值
( X A X1)(X B X 2 ) X1 X A X XB X2 (0.2 0.404) (0.21 0.448) 0.504 0.819 0.2 0.404 X f ( A // B) 3
D两厂合并，求其对短路点 0.21 0.448 d1的转移电抗值
⑷ 将 C、
X4)( X (0.25 0.302) (0.5 0.454) ( X C X4)( X D D X 5) 5
X f (C // D ) X6
0.363 0.713 6 XC X 4 X D X5 0.25 0.302 0.5 0.454
B、C、D四厂合并，求其对短路点 d1 的转移电抗值 ⑸ 将 A、
X
f ( A// B) ? X f (C // D ) 0.819 0.713
X
f ( A // B // C // D ) 0.381
X f (A// B) X f (C //D ) 0.819 0.713
⑹ 四厂合并后对短路点 d1 的计算电抗为
S 0.381 2000 1800 1800 1000 2.5146
XX
f (A// B//C// D) js220
S1000
b
⑺ 通过查计算曲线得 0～ 4s 内不同时间短路电流标幺值， 然后求其有名
pt
I pt
⑴ 等值电路图如图 4.4 和图 4.5
图 4-4 110kV 母线短路等值电路图 1
图 4-5 110kV 母线短路等值电路图 2
⑵ 全部电厂（站）对短路点 d2的转移电抗值及计算电抗值
3U av
表 4-1 短路点 d1 的短路电流表
时间 （s） 标幺值 有名（ kA） 0 0.409 6.776 0.5 0.409 6.776 1 0.410 6.793 1.5 0.410 6.793 2 0.410 6.793 3 0.410 6.793 4 0.410 6.793 6） 110kV 母线短路点 d2 的短路电流计算
X t12
11
(Xt1 X t2) 22
(1.001 0.079) 0.461
转移电抗： X f110 X f(A//B//C //D) Xt12 0.381 0.461 0.842 计算电抗： X js110 Xf110 ? S 0.842 2000 1800 1800 1000 5.5572
js110 f110
Sb
1000
⑶ 通过查计算曲线得到 0～ 4s 内不同时间短路电流标幺值， 然后求其有 名值
pt
I
pt
3Uav
表 4-2 短路点 d2 的短路电流表
时间 （s） 标幺值 有名值 0 0.18 0.5 0.18 1 0.18 1.5 0.18 2 0.18 3 0.18 4 0.18
5.964 5.964 5.964 5.964 5.964 7） 10kV 母线短路点 d3 的短路电流计算（未装设电抗器之时） a、 等值电路图如图 4.6 和图 4.7
（kA） 5.964 5.964 图 4-6 10kV 母线短路等值电路图 1
b、 全部电厂对短路点 d2 的转移电抗值及计
算电抗值
有名值
短路电流标幺值计算公式： Ip
X
js10 1 (1.001 1.191) 1.096
t13 t1 Xt3) 2
2
S
有名值计算公式：pt 转移电抗： f10 I X pt f (A// B//C // D ) X t13
3U av
1
X
(X
X
图 4-7 10kV 母线短路等值电路图 2
1
0.381 1.096 1.477
S
计算电抗：
X
js10
X
f10
1.477 2000 1800 1800 1000 9.748 Sb
1000
c、 通过查计算曲线得到 0～4s 内不同时间短路电流标幺值，然后求其
表 4-3 短路点 d3 的短路电流表
时间 (s) 标幺值 有名值 (kA)
0 0.103 37.38 0.5 0.103 37.38 1 0.103 37.38 1.5 0.103 37.38 2 0.103 37.38 3 0.103 37.38 4 0.103 37.38 第五章 电气设备与母线的选择
5.1 概述 导体和电气设备的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备 是使电气
主接线和配电装置达到安全、 经济的重要条件。 在进行设备选择时， 应根据工程的实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新 技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。
电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术 先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力 系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件 进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在 长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下都能保持正常运行。
5.1.1 电气设备选择的一般规则
⑴ 应能满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景 发展； ⑵ 应按当地环境条件校核； ⑶ 应力求技术先进和经济合理； ⑷ 与整个工程的建设标准应协调一致；
⑸ 同类设备应尽量减少品种；
⑹ 选用新产品均应具有可靠的实验数据， 并经正式鉴定合格。 在特殊情 况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经过上级批准。
5.1.2 电气选择的条件 正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要
条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下， 积极而稳妥的采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。
尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也 不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须 按正常条件下进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
⑴ 按正常工作条件选择电气设备
① 额定电压和最高工作电压 所选用的电器允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即
Ualm ≥ Usm
一般电器允许的最高工作电压： 当额定电压在 220kV 及以下时为 1.15UN； 额定电压是 330 ～500kV 时是 1.1UN。而实际电网的最高运行电压 Usm一般不 会超过电网额定电压的 1.1UNs ，因此在选择电器时，一般可按电器额定电压 UN不低于装置地点电网额定电压
UNS的条件选择 , 即
UN≥UNs
② 额定电流
电器的额定电流 IN 是指在额定周围环境温度θ 0 下，电器的长期允许电 流。 IN 不应该
小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 Imax ， 即
IN ≥ Imax
由于发电机、调相机和变压器在电压降低
5%时，出力保持不变，故
其相应回路的 Imax 为发电机、调相机或变压器的额定电流的 1.05 倍；若变 压器有过负荷运行可能时， Imax 应按过负荷确定；母联断路器回路一般可取 上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流，或最大一台发电 机额定电流的 50%～ 80%；出线回路的 Imax 除考虑正常负荷电流外，还应考 虑事故时由其他回路转移过来的负荷。此外，还与电器的装置地点、使用条 件、检修和运行等要求，对电器进行种类和形式的选择。
母线上最大一台发电机或变压器的 Imax ；母线分段电抗器的 Imax 应为母线
③ 按当地环境条件校核 在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件， 当气温，风速，温度，污秽等级，海拔高度，地震列度和覆冰厚度等环境条 件超过一般电器使用条件时，应采取措施。我国目前生产的电器使用的额定 环境温度 θ0＝＋
40℃，如周围环境温度高于＋ 40℃（但≤＋ 60℃）时，其 允许电流一般可按每增高 1℃，额
定电流减少 1.8 ％进行修正， 当环境温度低 于＋ 40℃时，环境温度每降低 1℃，额定电流可增加 0.5 ％，但其最大电流不 得超过额定电流的 20%。
⑵ 按短路状态校验 ① 短路热稳定校验
短路电流通过电器时， 电器各部分的温度应不超过允许值。 满足热稳 定的 条件为： It2 t ≥ Qk ；
式中 Q k —短路电流产生的热效应
It 、 t —电器允许通过的热稳定电流和时间。
② 电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。足动稳定条件为： Ies ≥ Ish ； 式中 Ish —短路冲击电流有效值；
Ies —电器允许的动稳定电流的有效值。
5.2 10kV 电压等级电抗器的选择
⑴ 额定电压和额定电流的选择 U N 10kV,I N 2kA I max ⑵ 电抗百分数的选择
满① 按将短路电流限制到一定数值的要求来选择。 设要求将电抗器后的短 路电流限制到 I
//
。以额定参数下的百分电抗表示，则应选择电抗器的百分电 抗为
xL(%) (Id// x*/ ) INUd 100% L// * I IdU N
54.987 2 10.5 ( 2.573) 100% 31.5 54.987 10 3.16%
式中 Ud ——基准电压；
Id
——基准电流；
Id
Sb 3U b 1000 3 10.5
54.987kA
电源至电抗器前的系统电抗标幺值；
X
f ( A// B// C// D) Xt13
2.192 0.381 2.573 。
XKGKL—10—2000—6
曾选用 4%的电抗，但校验中不符合要求，现该选
型电抗器，其中 xL (%) 6%
图 5-1 加电抗器后 10kV 侧的等值电路图
② 正常运行时电压损失 U(%) 校验。普通电抗器在运行时，电抗器的
U(%) ≤ 5%，考虑到电抗器电阻很小，且
产
I max
U 主要是由电流的无功分量 电
压
损失
max
sin
生
故 2.014 2
0.6
: U (%)
xL(%)
IN
sin
0.05
3.6% 5%
U re (%) 应不低于
③ 母线残压校验。当线路电抗器后短路时，母线残压
电网电压额定值的 60%～ 70%，
U re (%) xL (%) 0.06
IIN
24.315 72.95% (60% ～70%) 2
其中装设电抗器后，系统对短路点 X f 10
/
1
X f(A//B//C// D)
d3的转移阻抗为：
(Xti Xt3 XL) 0.381 1.882 2.263 ，从而计 算电 2
抗为
X js10
/
X f10 1 X j/s10
/
SS
b
N
2.263 16060000 14.9338，短路电流标幺值为：
I P/*
1
0.067，短路电流有名值为：
14.9338 0.067
6600
I P* P*
3Ub
24.315kA。 3 10.5
5.3 高压断路器和隔离开关的选择 5.3.1 断路器的选择
变电所中， 高压断路器是重要的电气设备之一， 它具有完善的灭弧性能， 正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在变电所电气主接线中，还担任改 变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常以继电保护的方式配合使 用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳 定性。
高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其
种类及型式，由于真空断路器、 SF6 断路器比少油断路器，可靠性更好，维护 工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故
35kV～ 220kV 一般采用
SF6 断路器。 10kV 采用少油断路器。
⑴ 220kV 电压等级断路器的选择
1）额定电压和电流选择
① 额定电压 UN=220kV ；② 额定电流 I N=2kA； 其中 I max
1.05PN 3U N cos
1.05 S220N
3 220
1.05 161.21
444A；故有：I N≥ I max 。 3 220
2）开断电流的选择
高压断路器的额定开断电流 INbr 不应小于实际开断瞬间的短路电流周
期分量 IPt, 为了简化计算可应用此暂态电流 I\" 进行选择 , 即 INbr ≥ I\"
INbr=40kA ≥ I\"=6.776kA
3）短路关合电流的选择 为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流 INcl 不 应小于短路电流最大冲击值 Ish ，即 INcl ≥ Ish ；
INcl=100kA ≥Ish= 2 kimI\"=6.776KA × 2 ×1.85=17.725kA 4) 热稳定校验
It2t ≥Qk；取 Tk(短路切除时间 )=4s ；
''2
Qk = (I'' + 10I22+ I42) ×Tk/12= (6.7762+10 ×6.7932+6.7932 )× 4/12 =184.503 (kA)2 · s
It2t=402 × 4=6400 (kA)2 · s 5) 动稳定校验
ies =100kA ≥ ish =17.725kA
⑵ 110kV 电压等级断路器的选择
1）额定电压和电流选择
① 额定电压 UN=110kV；② 额定电流 IN=3kA ；
其中 Imax
1.05PN
3UN cos
1.05 S
1.05 144.236 794.92A ；故有： IN
3 110 3 110
110N
≥ I max 。
2）开断电流的选择
高压断路器的额定开断电流 INbr 不应小于实际开断瞬间的短路电流周 期分量 IPt, 为了简化计算可应用此暂态电流 I\" 进行选择 , 即 INbr ≥ I\" 。
INbr=40kA ≥ I\"=5.964kA
3) 短路关合电流的选择 为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流 INcl 不 应小于短路电流最大冲击值 Ish ，即 INcl ≥ Ish ；
INcl=100kA ≥Ish= 2 kimI\"=5.964kA × 2 ×1.85=15.601kA 4) 热稳定校验
It2t ≥ Qk；取 tk( 短路切除时间 )=4s ；
Qk= ( I '' + 10I22+ I42) ×Tk/12 =(5.9642+10 ×5.9642+5.9642) ×4/12 =142.277
''
2
(kA)2 · s
It2t=402 ×4=6400 (kA)2 · s 5) 动稳定校验
ies =100kA ≥ ish =15.601kA
⑶ 10kV 电压等级断路器的选择
1）额定电压和电流选择
① 额定电压 UN=10kV；② 额定电流 IN=3kA ；
I
max
1.05PN
N
1.05 S10N
其中
cos
1.05 34.876 3 10.5
2.014kA
；故有：
IN≥
Imax 。
2）开断电流的选择
高压断路器的额定开断电流 INbr 不应小于实际开断瞬间的短路电流周
期分量 IPt, 为了简化计算可应用此暂态电流 I\" 进行选择 , 即 INbr ≥ I\"
INbr=31.5kA ≥ I\"=24.315kA
3）短路关合电流的选择 为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器的额定关合电流
应小于短路电流最大冲击值 Ish ，即 INcl ≥ Ish ；
INcl 不
INcl=80kA ≥Ish= 2 kimI\"=24.315kA × 2 ×1.85=63.606kA 4) 热稳定校验
It2t ≥Qk；取 tk( 短路切除时间 )=4s ；
''
2
Qk= ( I '' + 10I22+ I42) ×Tk/12 =(24.3152+10 ×24.3152+24.3152) × 4/12 =2364.877 (kA)2 · s It2t=31.52 × 4=3967 (kA)2 ·s 5) 动稳定校验
ies =80kA ≥ ish =63.606kA 。
5.3.2 隔离开关的选择
隔离开关配制在主接线上时， 保证了线路或设备检修时形成明显的断口， 与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离 开关时，必须遵守倒闸操作顺序。送电时首先合上母线隔离开关，其次合上 线路侧隔离开关，最后合上断路器，停电则与上述相反。
隔离开关的配置：①断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检 修时形成明显的断口，与电源侧隔离；②中性点直接接地的普通型变压器均 应通过隔离开关接地；③接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离 开关， 为了保证电器和母线的检修安全， 每段母线上宜装设 1— 2 组接地刀闸 或接地器。 63kV 及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接 地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；④按在变压器引出 线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关； ⑤当馈电线的用户侧设有电源时， 断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如果费用不大，为了防 止雷电产生的过电压，也可以装设。
⑴ 220kV 电压等隔离开关选择
1）额定电压和电流选择
① 额定电压 UN=220kV；② 额定电流 IN=1.6kA ；
其中 I
max
1.05PN 1.05 S220N
3U N cos 3 220
1.05 161.21
444A ；故有：I N≥ I max 。
3 220
2) 热稳定校验
It2t ≥ Qk ，取 tk( 短路切除时间 )=3s
Qk= ( I '' + 10I1.52+ I32) × Tk/12 =(6.7762+10 × 6.7932+6.7932) ×
''
2
3/12
=138.377 (kA)2 · s It2t=402 ×3=4800 (kA)2 · s 3) 动稳定校验
ies =100kA ≥ish = 2 kimI\"=6.776kA × 2 ×1.85=17.725kA
⑵ 110kV 电压等级隔离开关选择
1) 额定电压和电流选择
① 额定电压 UN=110kV；② 额定电流 IN=1.6kA ； 其中I
max
1.05PN
3U N cos
1.05 S
110N 3 110
1.05 144.236 794.92A；故有：IN
3 110
≥ I max 。
2) 热稳定校验
It2t ≥ Qk ，取 tk( 短路切除时间 )=3s ；
''2
Qk= ( I '' + 10I1.52+ I32) ×Tk/12=(5.9642+10 ×5.9642+5.9642) ×3/12 =106.708 (kA)2 · s
It2t=402 ×3=4800 (kA)2 · s 3) 动稳定校验
ies =100kA ≥ish = 2 kimI\"=5.964kA × 2 ×1.85=15.601kA
⑶ 10kV 电压等级隔离开关的选择
1) 额定电压和电流选择
① 额定电压 UN=10kV；② 额定电流 IN=3.15kA ； 其 中 I max
1.05P
N
1.05 S10N
1.05 34.876 2.014kA； 故 有 ： I N≥
3UN cos 3 U N 3 10.5
max
2）热稳定校验
It2t ≥ Qk ，取 tk( 短路切除时间 )=4s ；
''
2
Qk= ( I '' + 10I22+ I42) × Tk/12=(24.3152+10 × 24.3152+24.3152) × 4/12 =2364.877 (kA)2 · s It2t=502 × 4=10000(kA)2 · s 3) 动稳定校验
ies =125kA ≥ ish = 2 kimI\"=24.315kA × 2 × 1.85=63.606kA
表 5-1 断路器、隔离开关选择的结果表
电 压 等 级 器 件 额定短 路开断 电流 型号 额定 电最高 电(kA) 压 (kV) 压 (kV) 额定 关额 定 合 电流 电 流 (kA) (kV ) (kA ) 稳电峰动定流值A热稳定电流4 Sk ( (k 断 路 器 220 LW12-220 LW11-110(P )220 252 40 100 31. 5 1.6 100 30 110 110 126 11.5 252 40 31.5 100 100 40 31.5 40 40 50 10 隔 离 220 开 关 110 SN10-10 GW6-220G GW6-110G GN25-10/31 50 10 220 110 10 80 3 1.6 80 100 100 125 126 1.6 3.1 5 10 11.5 5.4 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间的联络
元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映 电气设备的正常运行和故障情况，其作用是：
⑴ 将一次回路的高电压和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，便于屏 内安装。
⑵ 使二次设备与高电压部分隔离， 且互感器二次侧均接地， 从而保证了 设备和人身的安
全。
5.4.1
电流互感器的选择
⑴ 概论
1）电流互感器的特点：
① 一次绕组串联在电路中， 并且匝数很少， 故一次绕组中的电流完全取 决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；
② 电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况 下，电流互感器在近于短路状态下运行。
2）一次额定电流的选择
① 在现在电流互感器的一次额定电流应大于所在回路可能出现的最大 的负荷电流。确定最大负荷电流时，应考虑回路可能出现的过负荷、近 5 年 之内负荷的增长等情况。如果没有条件确定最大负荷电流时，也可以考虑与 所在回路的其他电气设备，如断路器、隔离开关等设备的额定电流相谐调一 致。
② 应满足短时热稳定、动稳定电流的要求。一般来说，电流互感器的一 次额定电流越大，所能承受的短时热稳定和动稳定电流值也越大。有的电流 互感器所在回路正常电流并不大，但短路电流很大，为了满足短时热稳定、 动稳定电流的要求，不得不加大电流互感器的一次额定电流。
③ 由同一母线引出的各回路，电流互感器的变比尽可能相同，以方便维 护和实现母线差动保护。
④ 选取的电流互感器一次额定电流值应与国际规定的一次电流标准值 相一致，尽量不采用非标准值。
3）二次额定电流的选择
GB 1208—1987 规定标准的电流互感器二次电流为
1A 和 5A。
电流互感器的二次额定电流采用 1A 还是 5A，需经技术经济比较确定。 采用 1A 时，电流互感器本身的投资略有增加， 而电流互感器回路的控制电缆 投资减少；相反，采用 5A 时，电流互感器本身的投资降低，而二次电缆的投 资会增加。
一般来说，在 220kV 及以下电压等级小容量变电所，特别是户内变电所 中， 220kV 回路数不多，而 10～ 66kV 回路数较多，电缆长度较短。按规定， 电流回路电缆不得小于
2.5mm2，采用数字式保护和测量表计，电路回路功耗 很小， 采用 2.5mm2 电缆就可满足要
求， 因此电流互感器二次额定电流采用 5A 是经济的。在 220kV 及以上电压等级大型变电所， 220kV 及以上回路数较多， 电流回路电缆较长，采用 5A 导线截面要大于 2.5mm2，电
流互感器二次额定 电流采用 1A 是经济的。
⑵ 220kV 电压等级电流互感器的选择
1)一次回路额定电压和电流的选择
① 额定电压 UN=220kV；② 额定电流 I 1N≥ I max=444A。
2)热稳定和动稳定校验
① 只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。 电流互感 器热稳定能力常以 1s 允许通过的热稳定电流 I t 或一次额定电流 I 1N 的倍数 Kt 来表示，热稳定校验式为
I t 2≥Qk或( Kt I 1N)≥ Qk
2
'' 2 2 2 2
2
Qk= ( I ''2+ 10I 0.5+ I 12) × T1/12=(6.776 +10×6.776 2+6.793 2) ×1/12 =45.933 (kA) ·s
I t 2=31.5 2=992.25 (kA) 2· s
② 内部动稳定校验式为
2
2
i es ≥ i sh 或 2I 1NKes≥ i sh
式中 i es 、Kes ——电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，由制造厂 家提供。
i es =80kA≥ i sh=17.725kA ；符合要求。
⑶ 110kV 电压等级电流互感器的选择
1)一次回路额定电压和电流的选择
① 额定电压 UN=110kV；② 额定电流 I 1N≥I max=794.92A 。
2)热稳定和动稳定校验
① 只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。 电流互感 器热稳定能力常以 1s 允许通过的热稳定电流 I t 或一次额定电流 I 1N 的倍数 Kt 来表示，热稳定校验式为
I t2≥Qk或(KtI 1N)≥ Qk
2
'' 2 2 2 2
2
Qk= ( I''2+ 10I 0.5+ I 12)×T1/12=(5.964 +10× 5.964 2+5.964 2) ×1/12
=35.369(kA) 2· s
I t2=31.5 2=992.25 (kA) 2·s
② 内部动稳定校验式为
i es ≥i sh 或 2I 1N Kes≥i sh
式中 i es 、Kes——电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，由制造厂 家提供。
i es=80kA≥i sh =15.601 kA ；符合要求。
⑷ 10kV 电压等级电流互感器的选择
1)一次回路额定电压和电流的选择
① 额定电压 UN=10kV；② 额定电流 I 1N≥I max=2.014 kA 。 2)热稳定和动稳定校验 ① 只对本身带有一次回路导体的电流互感器进行热稳定校验。 电流互感 器热稳定能力常以 1s 允许通过的热稳定电流 I t 或一次额定电流 I 1N 的倍数 Kt 来表示，热稳定校验式为
I t2≥Qk或(KtI 1N)≥ Qk
2
2 2 2 2
Qk= ( I''2+ 10I 0.5+ I 12)×T1/12=(24.315 2+10×24.315 2+24.315 2) ×1/12 =788.292 (kA) I t =552=3025 (kA) 2· s
② 内部动稳定校验式为
2
2 2 2
i es ≥ i sh 或 2I 1NKes≥ i sh
式中 i es 、Kes ——电流互感器的动稳定电流及动稳定电流倍数，由制造厂 家提供。
i es =136kA≥ i sh=63.606 kA ；符合要求。
5.4.2 电压互感器的选择
⑴ 压互感器的准确级和容量。 电压互感器的准确级是指在规定的一次电 压和二次负荷变化范围内，功率负荷因数为额定值时，电压误差的最大值。
由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位
有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同 的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。
⑵ 按一次回路电压选择。 为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下
运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（ 即应满足： 1.1 Ue1>U1 >0.9 Ue1
⑶ 按二次回路电压选择。 电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测 量使用标准仪表的要求。
各电压等级均采用电容式电压互感器。
1.1 ～0.9 ）Ue 范围内变动，
5.4.3 互感器的选择结果表
表 5-2 电流互感器选择的结果表
电压等级 （kV）
型号 额定电压比（ kV） 二次绕组 准确级 测量 0.2 10P 10P 0.5 10P 10P 0.5 10P 10P 220kV LB1— 220W1 600/5 保护 剩余 测量 110kV LCWB—6 110W1 1500/5 保护 剩余 测量 10kV LDZJ1— 10 1500/5 保护 剩余
表 5-3 电压互感器选择的结果表 电压等级 型号 （ kV） 测量 额定电压比（ kV） 二次绕组 准确级 0.5 3P 3P 0.5 3P 3P 0.5 0.5 0.5 220kV TYD220/ 3 — 0.005H 220 0.1 0.1 / / /0.1 3 3 3 保护 剩余 测量 110kV TYD110/ 3 — 0.005H 110 0.1 0.1 1100.10.13/ 3/ 3 / 0.1 333 保护 剩余 测量 10kV JDZX— 10（ GY） 10 /0.1/ 0.1 //3 3 3 保护 剩余
5.5 母线的选择
5.5.1 裸导体的选择及校验原则
5.5.1.1 母线选型
载流导体一般都采用铝质材料，工业上常用的硬母线为矩形、槽形和管 形。矩形母线散热好，有一定的机械强度，便于固定连接，但集肤效应系数 大，一般只用于 35kV 及以下，电流在 4000A 及以下的配电设备中 ;槽形母线 机械强度较好，载流量大，集肤效应系数小，一般用于 4000-8000A 配电装置 中；管形母线集肤效应系数小，机械强度高，管内可以通水和通风，可用于 8000A 以上的大电流母线，另外，由于圆管形表面光滑，电晕放电电压高， 可用于 110kV及以配电装置母线。
110kV 及以上高压配电装置，一般采用
软导线。当采用硬导体时，宜用铝锰合金管形导体。
5.5.1.2 截面选择
① 软母线的截面选择
按照经济电流密度选择的母线都能满足导体长期发热条件，故按经济电 流密度选择
S
式中 I gmax ——正常工作时的最大持续工作电流；
J ——经济电流密度。对应不同种类的导体和不同的最大负荷利用小时 数 Tmax ，将有不同取值。
② 硬母线的截面选择
硬母线一般用于电压较低的配电装置中，所以，可以按最大持续工作电
流选择导线截面积
g max
KI
式中 I N ——母线布置方式和环境温度为
+25℃时的导体长期允许载流
K ——温度修正系数
5.5.2 220kV 侧母线的选择
⑴ 母线最大负荷持续工作电流
I max
1.05S 1.05 161.21
3U 444A。N 3 220
⑵ 按经济电流密度选择（取 J 0.9A/mm2 ）， S I
max 444
493mm2 。 J
max
0.9
按以上计算选择和设计任务要求可选择 2 LGJ-400 型钢芯铝绞线， 其集 肤系数 K f =1，最高允许温度为 70℃，长期允许载流量为 1920A，基准温度为
25℃，考虑到环境温度的修正系数
70 38
25
0.843 ，
y 0
70
I 38 C 1920 0.843 1618.56A >
I
38
max
⑶ 运行时导体的最高温度
(70 38)( 444 )2
max 0
( )( I2
y
0 II
Imax )2 38
1618.56
40 C
y
查表得 C=95，满足短路时发热的最小导体截面（取 tdz 0.2s )
Smin
IC tdz ?K f
6.975
93 0.2 1 320mm2，满足要求。
⑷ 按电晕电压校验
其集
2.895 p 3 2.895 1.01 105
3
273 t 273 25
10
5
10
3
3
0.98
1.3 3.14
K 0 1 0 2(n 1)sin 1 2(1 1) 1 d n 1 1
r
0
nr 0.301
U 0 84m1m2K 3 0 (1 )lg jj =234.848kV, 满足要求 0 r0
a
nr
0.301
a
k
2
rd
⑸ 动稳态校验（ N5 取 2.86,L 取单位长度 1 米， a 取 4 米 ） l
F 6.07 10 2 ic2hN5 81.23(N /m) a
2 2
5.5.3 110kV 侧母线的选择
⑴ 母线最大负荷持续工作电流
I max
1.05S 3U N 1.05 144.236
3 110
794.92A
⑵ 按经济电流密度选择 （取 J 0.9A/ mm2 ），S max
I
794.92
883mm2。 J 0.9
按以上计算选择和设计任务要求也可选择 2 LGJ-400 型钢芯铝绞线， 其 集肤系数 K f =1，最高允许温度为 70℃，长期允许载流量为 1920A，基准温度 为 25 ℃，考虑到环境温度的修正系数
70 38 70 25
0.843 ，
38 C
1920 0.843 1618.56A > I
max
⑶ 运行时导体的最高温度（热稳态校验）
max
)( I
I
max 2 y
)
38 (70 38)(
)
1618.56)
444
40 C
tdz 0.2s ）
查表得 C=95，满足短路时发热的最小导体截面（取
Smin tdz?K f
IC
5.964 95
0.2 1 281mm2，满足要求
⑷ 按电晕电压校验
U g U
2.895 p 3 2.895 1.01 10 273 t
5
5
103 0.98 3.14
2(1 1) 1
1
ajj
273 25
1)sin
2
r0
K0
1 0 2(n
d
n
1 1.3
1
U0
84m1 m2 K 3 nr0 (1 0.301
=234.848kV, 满足要求
k0 r 0
rd
⑸ 动稳态校验( N5 取 2.86,L 取单位长度 1 米， a 取 2.2 米 )
2 l 2
F 6.07 10 2 ic2hN5 76.52(N /m)
a
5.5.4 10kV 硬母线选择
⑴ 母线截面选择
1 ）按导体长期发热允许电流或允许载流量选择，查资料，选用 100mm 10mm矩形铝导体，竖放允许电流为
当最高环境温度为 38℃时，可查得温度修正系数为
Ial25C KI al38 C 0.83 2840 2357.2 A> I max ，符合要求。
2 条
2840A，集肤效应系数 K s=1.5 ，
K =0.83 ，则
2）按经济电流密度选择
2014
1.15 1751.3mm
2
< 2 100 10mm2 ，符合要求。
⑵ 热稳定校验
正常运行导体温度为：
0
( al 0)Im2ax I 2 38 (70 38) 2014 23572 60℃，查得 C=91， 满足热稳定的导体的最小截
面为
Smin
QkKs
C 2365 102 1.591 654.5mm2
⑶ 动稳定校验
1)导体自由频率
m h b w 0.1 0.01 2700 2.7(kg / m) I bh3 0.01 0.13 8.3 10 7(m4)
12
12
f1 f
NEI m
3.56 7 10L2
2 8.3 107 2.7
1.22
362.3Hz>155Hz 2)母线应力计算
① 母线相间应力计算 单位长度上的电动力为：
1.73 10 7 i
导体截面系数为：
1.73 10 7 63.6062
0.35 1999.7(N /m)；
W 1.44b2h 1.44 0.012 0.1 1.44 10 5 m3 ； 相间应力为：
1999.7 1.2
f L
2 2 5 3
2
2
2
10W
② 同相条间应力计算
10 1.44 10 5
5 2 10
7
Pa。
7
单位长度条间电动力为：
1 b
10 2.5
8 8
b
2.5 K12 i sh
1 63.6062
2
106
10 8 10114.3N /m ； 0.01
1
临界跨距：
b h fb
4
Lcr
1003 0.01
4
0.1 10114.3
0.56m ；
母线衬垫间的距离 Lb 必须小于临界跨距 Lcr 。
第六章 配电装置
配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分， 在电力系统中起着接受和 分配电能的作用。它是
根据电气主接线的连接方式，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的总体装置。其作用是再正常运行 情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分， 维持系统正常运行。
6.1 概述
6.1.1 配电装置特点 配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。
⑴ 屋内配电装置的特点： ①由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小；②维修、巡视 和操作在室内进行，不受气侯影响；③外界污秽空气对电气设备影响较
小， 可减少维护工作量；④房屋建筑投资大。
⑵ 屋外配电装置的特点：
①土建工程量和费用较少，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占地面积大；⑤受外界空气影响，设备露 天运行条件较差，须加强绝缘；⑥外界天气变化对设备维修和操作有较大影 响。
6.1.2 配电装置的基本要求
⑴ 保证运行可靠
配电装置中引起事故的主要原因是，绝缘子因污秽而闪络，隔离开关因 误操作而发生相间短路，断路器因开断能力不足而发生爆炸等。因此，要按 照系统和自然条件以及有关规程要求合理选择电气设备，使选用电气设备具 有正确的技术参数，保证具有足够的安全净距；还应采取防火、防爆、蓄油、 和排污措施，考虑设备防冰、防冻、防风、抗震、耐污等性能。
⑵ 便于检修、巡视和操作
配电装置的结构使操作集中，尽可能避免运行人员在操作一个回路时需 要走几层楼或几条走廊。配电装置的结构和布置应力求整齐，清晰，便于操 作巡视和检修；还应装设防误操作的闭锁装置及连锁装置，以防带负荷拉隔 离开关、带接地线合闸、带电挂接地线、误拉合断路器、误入屋内有电间隔。
⑶ 保证工作人员的安全
为了保证工作人员的安全，对配电装置应采取一系列措施，例如用隔墙 把相邻电路的设备隔开，以保证电气设备检修时的安全；装设遮拦，留出安 全距离，以防触及带电部分；设置适当的安全出口；设备外壳和底座都采用 保护接地等；在建筑结构等方面还应考虑防火等安全措施。
⑷ 力求提高经济性
在满足上述要求的前提下，电气设备的布置应紧凑，节省占地面积，节 约钢材、水泥和有色金属等原材料，并降低造价。
⑸ 具有扩建的可能性
要根据变电所的具体情况，分析是否有发展和扩建的可能。如有，在配 电装置结构和占地面积等方面要留有余地
6.1.3 配电装置的最小安全净距
表 6-1 屋外配电装置的安全净距（单位
:mm）
额定电压（ 符号 适用范围 kV) 35 63 110 J 110 220 330 500 J J J 3-1 0 15 20 1、带电部分至接地 部分之间 2、网状遮栏向A1 上延 伸线距地 2.5m 处 200 与遮栏上方带电部 分之间 300 400 650 900 101 0 800 250 380 0 0 1、不同相的带电部 分之间 A2 2、断路器和隔离开 关200 的断口两侧引线 带电部分之间 300 400 650 100 0 110 200 280 430 0 0 0 0 1、设备运输时， 其 外部至无遮栏带电 部分之间 2、交叉的不同时停 电检修的无遮栏带 电部分之间 3、栅状遮栏至B1 绝缘 体和带电部分之间 950 105 115 0 0 140 165 0 0 175 255 325 455 0 0 0 0 4、带电作业时的带 电部分至接地部分 之间 1、网状遮栏至带电 B2 部分之间
300 400 500 750 100 0 110 190 260 390 0 0 0 0 1、无遮栏裸导体至 地C 面之间 2、无遮栏裸体至建 筑物、构筑物之间 270 0 280 290 0 0 310 340 0 0 350 430 0 0 500 0 750 0 1、平行的不同时停 电检修的无遮栏带 D 电部分之间 2、带电部分与建筑 物、构筑物的边沿 部分之间 220 0 230 240 0 0 260 290 0 0 300 380 0 0 450 0 580 0 注： 110J 、 220J 、 330J 、 500J 系指中性点直接接地网 为了满足配电装置运行和检修的需要，各带电设备之间应相隔一定的距 离。配电装置的整个结构尺寸、检修、维护和运输的安全电气距离等因素而 决定的。对于敞露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中，最基本的是带 电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距。工程
上采用的相间距离和对地距离，通常大于表 7.1 和表 7.2 所列的数值。 表 6-2 屋内配电装置的安全净
距 （ 单位 :mm）
额定电压（ kV） 符号 适用范围 3 6 10 15 20 35 60 110 110 220 J J 1、带电部分至接 地部分之间 2、网状和极状A1 遮 栏向 上延伸线距 地 75 100 125 150 180 300 550 850 950 180 0 2.3m 处当遮栏 上方 带电部分之 间
1、不同相的带电 部分之间 A2 2、断路器和隔离 开 75 关 的 断 口两侧 带电部分之间 100 125 150 180 300 550 900 100 200 0 0 1、栅状遮栏至带 电部分之间 105 130 160 170 255 825 B1 2、交叉的不同时 停 电 检 修 的无遮 栏带电部分之间 850 875 900 930 0 0 0 0 0 网 状 遮 栏 至带电 部分之间 无 遮 栏 裸 导体至 地（楼）面之间 平 行 的 不 同时停 105 190 B2 175 237 5 187 200 225 250 240 242 245 0 5 0 280 400 650 950 0 0 248 260 285 315 325 410 0 0 0 0 0 0 C 190 192 195 0 198 210 235 265 275 360 0 D 电 检 修 的 无遮栏 裸导体之间 通 向 屋 外 的出线 5 5 0 0 0 0 0 0 400 0 400 400 400 0 400 400 450 500 500 550 0 E 套 管 至 屋 外通道 的路面 0 0 0 0 0 0 0 注： 110J 、 220J 系指中性点直接接地网 6.1.4 配电装置的设计原则及步骤
⑴ 配电装置的设计原则
配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循有关规程、规 范及技术规定，并根据电力系统、自然环境特点和运行、检修、施工方面的 要求，合理制定布置方案和选用设备，积极慎重地采用新布置、新设备、新 材料、新结构，使配电装置设计不断创新，做到技术先进、经济合理、运行 可靠和维护方便。
变电所的配电装置型式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件， 因地制宜，节约用地，并结合运行、检修和安装要求，通过技术经济比较予 以确定。在确定配电装置型式时必须满足下述要求：①节约用地；②运行安 全和操作巡视方便；③方便检修和安装；④保证导体和电器在污秽、
地震和 高海拔地区的安全运行；⑤节约三材，降低造价。
⑵ 配电装置设计的基本步骤
1）选择配电装置的型式。选择时应考虑配电装置的电压等级、电气设备
的型式 、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素。
2）配电装置的型式确定后，接着拟定配电装置的配电图。
3）按照所选电气设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便 等要求，遵照配电
装置设计有关技术规程的规定，并参考各种配电装置的典 型设计和手册，设计绘制配电装置平面图和断面图。
6.2 屋内配电装置
本变电所中有三个电压等级：即
220kV、110kV 、10kV，根据《电力工程
电气设计手册》规定， 110kV 及以上多为屋外配电装置， 35kV 及以下的配电 装置多采用屋内配电装置，故本所 220kV 及 110kV 采用屋外配电装置， 10kV 采用屋内配电装置。
6.2.1 屋内配电装置的总体布置原则
⑴ 尽量将电源布置在每段母线的中部， 使母线截面通过较小的电流， 但 有时为了连接的方便，根据变电所的布置而将变压器间隔设在每段母线的端 部。
⑵ 同一回路的电器和导体应布置在一个间隔内， 保证检修和限制故障范 围。 ⑶ 较重的设备 （如电抗器） 布置在下层， 以减轻楼板的荷重并便于安装。 ⑷ 充分利用间隔的位置。 ⑸ 设备对应布置，便于操作。 ⑹ 有利于扩建。
间隔内设备的布置尺寸除了满足表 7.1 最小安全净距外，还应考虑设备 的安装和检修条件，进而确定间隔的宽度和高度。设计时，布置尺寸可参照 一些典型方案进行。
6.2.2 屋内配电装置的布置
⑴ 母线及隔离开关
1） 10kV 母线采用单母分段的接线方式，装设在配电装置的上部，才用 水平布置，如图 7.1 ，其中的 a=350mm。
图 6-1 母线水平布置方式
2）母线隔离开关设在母线的下方。
⑵ 断路器及其操作机构 断路器设在单独的小室内，断路器的操作机构设在操作通道内。 ⑶ 所用变压器 所用变压器安装在有防爆墙的小室内。为了防火安全，还设置了贮油和 挡油设施。
⑷ 互感器和避雷器 1）电流互感器和断路器放在同一小室内， 电压互感器都经熔断器和隔离
开关接到母线上，占有专用的间隔，但同一间隔内，可装设几台不同用途的 电压互感器。
2）避雷器与电压互感器占用一个间隔，并共一组隔离开关。
⑸ 电抗器
图 6-2 电抗器水平布置方式 电抗器采用三相水平布置，如图
7.2 ，且布置在封闭小室的第一层
⑹ 10kV 屋内配电装置配置图见附录 4 。
6.3 屋外配电装置
本变电所中有三个电压等级：即
220kV、110kV 、10kV，根据《电力工程
电气设计手册》规定， 110kV 及以上多为屋外配电装置， 35kV 及以下的配电 装置多采用屋内配电装置，故本所 220kV 及 110kV 采用屋外配电装置， 10kV 采用屋内配电装置。
根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可以分为中型、半高型 和高型等。 ⑴ 中型配电装置： 中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内， 并 装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能 在地面安全地活动，中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平 面。这种布置特点是：布置比较清晰，不易误操作，运行
可靠，施工和维修 都比较方便，构架高度较低，抗震性能较好，所用钢材较少，造价低，但占 地面积大，此种配电装置用在非高产农田地区及不占良田和土石方工程量不 大的地方，并宜在地震强度较高地区建用。这种布置是我国屋外配电装置普 遍采用的一种方式，而且运行方面和安装抢修方面积累了比较丰富的经验。
⑵ 半高型配电装置，它是将母线及母线隔离开关抬高，将断路器、电压 互感器等电气设备布置在母线下面，具有布置紧凑、清晰、占地少等特点， 其钢材消耗与普通中型相近，优点有：
①占地面积约在中型布置减少
30%；②节省了用地，减少高层检修工作
量；③旁路母线与主母线采用不等高布置实现进出线均带旁路很方便。
缺点：上层隔离开关下方未设置检修平台，检修不够方便。
⑶ 高型配电装置， 它是将母线和隔离开关上下重叠布置， 母线下面没有 电气设备。该型配电装置的断路器为双列布置，两个回路合用一个间隔，因 此可大大缩小占地面积，约为普通中型的
及运行纵条件均较差，一般适用下列情况：
①配电装置设在高产农田或地少人多的地区； ②原有配电装置需要扩充， 而场地受到限制；③场地狭窄或需要大量开挖。
本次所设计的变电站位于市郊区， 地质条件良好， 所用土地工程量不大， 且不占良田，所以该变电所 220kV 及 110kV 电压等级均采用普通中型配电装
置，采用普通中型布置，具有运行维护、检修方便且造价低、抗震性能好、
耗钢量少而且布置清晰，运行可靠，不易误操作，各级电业部门无论在运行 维护还是安装检修方面都积累了比较丰富的经验。
若采用半高型配电装置，虽占地面积较少，但检修不方便，操作条件差， 耗钢量多。所以，本次设计的变电所，应用普通中型屋外配电装置。
50%，但其耗钢量较多，安装检修
第七章 防雷保护
7.1 直击雷防护 在制订发电厂变电站的过电压保护方案时，必须严格执行《电力设备 过
电压保护设计技术规程》 。为了防止雷直击变电所，本设计采用避雷针进 行保护，避雷针与被保护物之间的距离应满足以下两个基本原则：
（1）应使发电厂，变电所内所有被保护设备置于避雷针（线）的保护范 围以内，以免遭受直接雷击。
（2）当雷直击于避雷针（线）时会在避雷针（线）上产生很高的对地电 压，所以必须采取措施防止反击发生，才能实现良好的保护，对于１１０ k Ｖ及以上的变电所，由于电气设备的绝缘水平较高，在土壤电阻率不高的地 区不易发生反击，因此一般允许将避难所雷针装设在配电构架上。
（3）用避雷针进行直击雷保护时，应使需要保护的所有设备和建 筑物都处于避雷针保护范围之内。
在确定避雷针的位置及安装时，应满意下列规定的要求： 第 1节 独立避雷针与被保护物之间应保护一定的空间距离，以免雷击避
雷革时，引起反击事故，在一般情况下，空间距离不应小于５ 击避雷针时感应过电压的影响，在条件许可时，此距离宜适当增加。
（ 2）避雷针的接地与被保护物体的接地体之间也应保持一定的地中距 离，一般情况下不应小于３ m。
（ 3） 35k Ｖ及以下的配电装置，因为其绝缘水平较低，故其架构或房顶 不宜装避雷针，在变压器的门型构架上也不应装设避雷针、避雷线。
（ 4）对 60kＶ及以上配电装置，因电气设备或母线绝缘水平较高不易造 成反击，为了降低在建设上的投资并便于布置，允许将避雷针装设在门型构 架或房顶上，但不能装在主变压器的门型构架上。
m，为了降低雷
（ 5）独立避雷针不应设在经常通行的地方，距道路不应小于３ m。
（ 6）为防止雷击避雷针时，雷电波沿线路侵入室内，危及安全，凡照明 线，广播线，天线或电话线等严禁架设在独立的避雷针上。
（ 7）若利用独立避雷针构架安装照明灯时，
照明灯电源线路必须采用铠
装或铅包电缆或是穿入金属管的导线，并要直接理入地中１０ m 以上，然后 才允许与 35kV 及以下配电装置的接地网相连接。
7.2 避雷针的保护范围
本变电站内设计装设四支避雷针，装设高度３５
m，其具体位置 （ 见防
雷保护图 ） 。变电站内被保护物体最大高度 12.1m，在 12.1m高度的水平面上
单根避雷针保护半径为Ｒ 1.5 Ｈ－２Ｈ x) P
水平面上的保护半径( m)
式中： Rx－－避雷针在高度Ｈ
Hx――被保护物体高度(
避雷针高度( m)
P――高度影响系数
Rx (1.5H 2H x)P (1.5 35 2 12.1) 0.93 两支避雷针的保护截面图见(防雷保护图) 。 两只避雷针间保护范围上部边缘最低点的高度
h0 h D 7P ，D 表示两
避雷针间的距离， AB 两针间 h0 h D 7P 35 63.9 7 0.93 25.2 m,同理可 算出：
BC两针间 h0=23m CD两针间 h0=25.8m AD两针间 h0=19.6m AC两针间 h0=17m BD两针间 h0=20m
两只避雷针间保护范围一侧的最小宽度
bx 1.5(H 0 Hx ), 当任意两支避
雷针满足 bx 0时，就可以说明， A、B、C、D 组成的四角形范围内都能够受 保护，详见(防雷保护图) 。AB 两针间 bx 1.5(H 0 Hx ) 1.5 (25.2 12.1) 19.7 m,
同理求出：
BC 两针间 bx 16.4m
CD两针间 bx AD两针间 bx
20.6m 11.3m
AC两针间 bx BD两针间 bx
7.35m 11.9m
经过以上数据分析， 都满足 bx 0 ，所以该避雷针的布置方案满足设计要 求。
7.3
7.3.1
雷电过电压的防护
概述
变电站的雷电过电压，主要是侵入雷电波过电压，也就是线路上的直击 雷或感应雷过电压行波沿导线传导至变电所，由于变配电所有大量的配电设 备，侵入雷电波过电压对这些设备的绝缘构成了威胁，由雷电过电压行波行 至变电所后，传输通道的特性发生变化，最明显的变化就是电气设备的波阻 抗与传输线路的波阻抗不一致，使波的行为复杂化，再由于避雷针动作前后 对过电压行波产生的不同作用，更使问题变得复杂化，因此对变配电所过电 压及其防护的精确计算工是一个极为复杂的问题， 因此这里化作定性的讨论。
7.3.2 避雷器
避雷器的作用是限制过电压以保护电器设备，它实质上是一个放电器， 当雷侵入波或操过过电压超过某一电压值时，避雷器将先于与其并联的被保 护设备放电，使过电压值被限制，从而使电气设备得到有效保护。
1、对避雷器的基本要求： 对于大接地电流系统，只要有一相存在工频续流，就相当于单相
短路对
于小接地系统，若两相或三相同时存在工频续流，则相当于相间短路，因此
避雷器必须切断工频续流以消防工频短路， 才能保证系统迅速恢复正常运行， 因此，对避雷器有
以下基本要求：
（ 1）在过电压作用下，避雷器应该先于被保护设备放电，这主要靠两者之间
的伏秒特性配合来实现。
（ 2）避雷器应具有一定的熄弧能力， 以使在工频续流第一次过零点时就能够
迅速地切断工频续流。
2、各种避雷器的主要应用场合
（1）保护间隙和管式避雷器的作用是限制线路上的雷电过电压， 主要用于线路的过电压保护， 保护间隙主要用 10kV 以下低压配电网线 路的保护，管式避雷器主要用于发电厂、变电站进线段保护。
（2）阀式避雷器和金属氧化物避雷器主要用于发电厂和变电站中 的过电压保护。
3、为了使避雷器可靠地保护设备，首先必须满足以下条件：
（ 1）避雷器的伏秒特性应能与被保护设备配合，在任何过电压波形下，避 雷器伏秒特性都应在被保护物绝缘伏秒特性之下。
（ 2）避雷器的残压要低于被保护设备的冲击击穿电压。
根据上面的讨论可知， 一般采用阀式或金属氧化物避雷器对变电站
设备进行保护，避雷器一般安装在母线上，应昼靠近变压器和其他设备，避
求，则应增设避雷器，本
雷器与所有被保护设备的电气距离均不能超过其最大允许值，若不能满足要设计 220kV 侧、 110kV 侧采用阀式避雷器， 10kV侧 采用氧化锌避雷器。
4、变电站的进线段保护
进线段保护是指在进入变电站有
雷措施，因此将这段线路称为进线段。
1— 2km 这一段架空线路上加强防
进线段保护的目的，一是要降低雷电流幅值，二是要降低雷电波陡 度，因阀式避雷器的通
流容量是有限的，且残压与电流大小相关，因此减少 雷电流幅值很有必要，而被保护设备上电压高出避雷器的部分与雷电波陡度 成正比，或者说保护最大允许距离与雷电波陡度成反比，因此降低雷电波陡 度是有好处的。
7.3.3 避雷器的选择
1、阀式避雷器选择的主要求参数如下：
（ 1）额定电压：
指与避雷器安装处电力系统电压等级的额定电压， 避雷器只能安 装在与其额定电压相应的电压等级上。 （ 2）灭弧电压：
为保证工频续流电弧在每一次过零时间靠熄灭， 所允许加在避雷 器上的最高工频电压， 避雷器的灭弧电压应大于其安装处相导体上可 能出现的最高工频电压，这个可能出现的最高工频电压与系统中性
点，运行线，不正常运行或故障类型等有关，当系统处于正常运行状
态下发生过电压使避雷器动作时， 避雷器状在相电压下灭弧， 若避雷 器动作时系统内同时有不对
称短路， 则全相的对地电压有可能高于相 电压，这时避雷器就必须在高于相电压的条件下灭弧。
3）工频放电电压：
指能使避雷器发生放电的工频电压下限值范围，工频你放电电压的 取值应有一定的确范围，工频放电电压与冲击放电电压相关，工频放 电电压过高， 意味着冲击放电电压也高， 将使避雷器的保护性能变差， 工频放电电压又与灭弧电压相关，工频带放电电压过低，将使避雷器 灭弧电压也低，导致不能可靠切断工频续流，另外普通阀式避雷器不 允许内部过电压动作， 工频放电电压过低意味着避雷器可能在内部过 电压下动作，导致避雷器因流过持续的短路电流而发生爆炸，或断路 器跳闸，因此规定：在中性点不接地系统中，避雷器工频放电电压应 高于系统最大工作相电压 3.5 倍，而在中性点直接接地系统中，工频 放电电压应高于系统中最大工作相压电压 3.0 倍。
4）冲击放电电压：
指在标准冲击波作用下避雷器的放电电压， 冲击放电电压低于 被保护设备绝缘在同样冲击波形作用下的冲击击穿电压， 我国生产 的避雷器，其冲击放电电压与 5kA（ 330kV 以上为
10kV）下的残压
基本相等。
（ 5）残压：
指冲击放电电流通过避雷器时在阀片电阻上产生的电压降， 我 国现行标准规定：通过避雷器的额定雷击冲击电流， 220kV 及以下 系统取 5kV，330kV 及以上系统取为 10kA，其波形统一取为 8/20us ， （波头时间 / 波尾时间） ，因此避雷器的残压都是统一指在上述标准 电流作用下阀片电阻上的压降，避雷器是通过放电来限制
过电压 的，残压表明了它能将过电压限制在何种程度，换句话说，对被保 护设备，即使避雷器可靠动作，设备上也要承受大小等于残压的那 么一个电压，因此残压越低越好。
6）保护比：
避雷器残压与灭弧电压幅值之比，保护比小，说明残压低，灭弧电 压高。
7）切断比：
避雷器工频放电电压下限与灭弧电压幅值之比，切断比是表明火花间 隙，灭弧能力的一个技术指标，流值越趋向于 弧能力越强。
以上各参数中，前五个为基础指标参数，后两个为导出指标。
1，说明火花间隙的灭
2、选择避雷器型号参数：
表 7-1
型号 额定电压( kV ) 灭弧电压 工频电压 冲击放电电压峰 值小于 (kV) FCZ3-220J 220 200 340≤Ug≤ 390 170≤Ug≤ 195 520 FCZ3-110J 110 YC-10 10 100 12．7 250 26≤ Ug≤ 31 45
第十章 图纸
制
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3 6 4
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