華北水利水電大學(xué)220kv南陽變電站畢業(yè)設(shè)計(jì)

華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第1頁頁共共50頁頁 第一部分 設(shè)計(jì)說明書 1. 論證 220kV 桐柏變電站建設(shè)的必要性與可行性 1.1 變電站建設(shè)的必要性 滿足負(fù)荷發(fā)展的需要 由于南陽東南部三縣（唐河、社旗、桐柏）和河南油田聯(lián)系緊密，整體屬于唐河 青臺變的供電區(qū)域。因此對東南部三縣一區(qū)進(jìn)行電力平衡，校核電網(wǎng)的變電容量和供 電能力。 宛東南部區(qū)域 220kV 電力平衡 表 1-1單位：MW 20062007200820092010 東南部最高供電負(fù)荷315342371398425 其中：社旗縣4448525661 唐河縣778594104115 桐柏縣728396104113 河南油田129133137141145 轉(zhuǎn)供方城負(fù)荷4040000 市區(qū)轉(zhuǎn)供油田負(fù)荷3032000 需 220kV 電網(wǎng)供電負(fù)荷325350371398425 宛東南區(qū)域 220kV 變電容量480480480480480 220kV 容載比1.481.371.291.211.13 2005 年唐河變的最大負(fù)荷為 176MW，青臺變的最大負(fù)荷為 175MW，負(fù)荷都重要。 根據(jù)宛東南部的負(fù)荷預(yù)測，2008 年宛東南部的負(fù)荷為 370MW，該區(qū)域現(xiàn)有 220kV 變電容 量 480MVA，如果不建設(shè)桐柏 220kV 變電站，則東部區(qū)域的容載比為 1.29。2010 年宛東 南部的負(fù)荷為 425MW，如果不建設(shè)桐柏 220kV變電站，則東部區(qū)域的容載比僅為 1.13， 唐河變與青臺變將滿載運(yùn)行。如果 2008 年 220kV 桐柏站建成投運(yùn)，則宛東南部區(qū)域的整 體容載比為 1.7?？紤]該地區(qū)域唐河、社旗縣已有 220kV變電站，因此，“十一五”期間 建設(shè)桐柏 220kV變電站是必要的。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第2頁頁共共50頁頁 改善電網(wǎng)網(wǎng)架，提高供電可靠性的需要 桐柏電網(wǎng)通過兩回 110kV 線路（唐桐線、青大線）與系統(tǒng)相聯(lián)絡(luò)，其中青大線的導(dǎo) 線型號為 LGJ120，已運(yùn)行 34年，故障頻繁。唐桐線作為桐柏縣電網(wǎng)的主供電源，運(yùn)行 壓力較大。由于田園變 T 接于唐桐線，在唐桐線故障檢修的情況下，桐柏變可由大河變 轉(zhuǎn)供，而田園變將沒有第二電源而全站停電。至 2008 年，唐桐線最大負(fù)荷將達(dá) 96MW， 如果兩回線路任一線路故障，將壓限大量負(fù)荷。因此，目前桐柏縣的供電可靠性較低。 由于桐柏縣近期負(fù)荷發(fā)展較快，為滿足負(fù)荷的用電需求和提高供電可靠性的需要， 如果不建桐柏 220kV 變電站，則需要建設(shè)新的 110kV 線路。若建設(shè)新的 110kV 線路仍需 要由唐河變或青臺變提供電源，線路長度均 60 公里以上，投資較大，而且從長遠(yuǎn)的角度 考慮，將來桐柏 220kV 變電站建成后，建設(shè)長距離 110kV 線路將造成投資浪費(fèi)。而且依 靠 110kV線路供電將造成長距離的輸電，線損較高，電壓質(zhì)量較低。 如果建設(shè)桐柏 220kV 變電站，利用桐柏 220kV 變電站的 110kV 送出，可以滿足負(fù)荷 的供電需求外，還可以完善桐柏縣的 110kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提高了公用負(fù)荷供電可靠性。 降低線損，提高電壓質(zhì)量 桐柏電網(wǎng)位于電網(wǎng)末端，供電距離長，電能質(zhì)量差，損耗大，已不能滿足人民生活 和工農(nóng)業(yè)發(fā)展需要。桐柏 220kV 變電站投運(yùn)之后，對于桐柏電網(wǎng)，避免了長距離的輸 電，縮短了 110kV電壓等級的輸電半徑，降低了損耗，提高了桐柏縣的電壓質(zhì)量。 綜上所述，從南陽供電區(qū)、東南部三縣及桐柏縣負(fù)荷的供電需求，提高供電可靠性 和電能質(zhì)量的需求，以及電網(wǎng)發(fā)展的需要等方面考慮，非常有必要建設(shè)桐柏 220kV 變電 站及輸電工程。 1.2 變電站規(guī)模的確定 根據(jù)導(dǎo)則規(guī)定容載比在 1.61.9之間，確定桐柏 220kV變電站主變規(guī)模2 150MVA 本期1 150MVA。2008 年桐柏縣 220kV 變電站投運(yùn)后，宛東南部區(qū)域的整體容載比為 1.7。 1.3 變電站低壓側(cè)電壓等級的確定 對于主供縣一級的 220kV 變電站，其低壓側(cè)的電壓等級應(yīng)根據(jù)縣電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā) 展，合理確定。桐柏縣電網(wǎng)目前高壓輸電網(wǎng)電壓等級為 110kV、35kV。35kV 電網(wǎng)以 110kV 變電站為主供電源，形成聯(lián)絡(luò)，主要向鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級供電。位于縣城附近的 110kV 變 電站，低壓側(cè)以 10kV 出線主供城區(qū)負(fù)荷。對于桐柏 220kV 變電站，其低壓側(cè)可以選擇 35kV或 10kV。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第3頁頁共共50頁頁 桐柏 220kV 變電站選下南莊為站址。下南莊站址距離縣城約 15km，但距離安棚化工 城約 25km，因此桐柏 220kV 變電站的低壓側(cè)不適宜直接對安棚化工城的用戶供電。下南 莊站址位于田園變與 110kV 桐柏變之間，田園變與 110kV 桐柏變目前均為單臺主變運(yùn) 行。參考南陽供電區(qū)“十一五”電網(wǎng)規(guī)劃及 2015 年展望及其審查意見，該站址附近 至 2015 年無規(guī)劃的 110kV 變電站。桐柏 220kV 變電站的低壓側(cè)選擇 35kV 電壓等級也無 法替代一座 110kV 變電站。同時(shí)，低壓側(cè)選擇 35kV 電壓等級，將使銅柏變的投資增大 （包括主變壓器、低壓側(cè)配電裝置、無功補(bǔ)償裝置、占地、相關(guān) 35kV 電網(wǎng)改造引起的新 增投資）。因此，桐柏 220kV 變的低壓側(cè)宜選擇 10kV 電壓等級，主要用于站用負(fù)荷及無 功補(bǔ)償，同時(shí)考慮周邊 10kV 負(fù)荷的用電需要。 1.4 變電站接入系統(tǒng)方案的確定 220kV 出線方案 由于桐柏縣位于南陽供電區(qū)的東南部，因此桐柏 220kV 變電站的定位為末端站，其 主要供電范圍為桐柏縣的負(fù)荷。 根據(jù)桐柏變周邊的 220kV 及以上電網(wǎng)的情況及桐柏變的負(fù)荷性質(zhì)，初步考慮桐柏 220kV 變電站的出線方案如下： 本期出線 1 回，最終 4 回，其中 3 回備用。220kV 桐柏變周邊有 220kV 變電站兩座 （青臺變、唐河變），考慮距唐河變距離較近，新建至唐河 220kV 變電站的線路。遠(yuǎn)期 桐柏 220kV 變電站擴(kuò)建時(shí)，建設(shè)第二電源線路，可考慮由唐河變或青臺變出線。另外兩 回備用主要考慮為桐柏縣的第二座 220kV 變電站提供電源。 110kV 出線方案 桐柏 220kV 變電站建成后，主要供電范圍將為桐柏縣的負(fù)荷。桐柏變 110kV 出線應(yīng) 遵循滿足供電負(fù)荷需求，同時(shí)提高供電可靠性的原則。根據(jù)桐柏 220kV 變周邊的 110kV 變電站與線路情況，其 110kV 出線方案如下： 本期出線 3 回，最終 10 回。桐柏 220kV 變電站距 110kV 唐桐線較近，所以接 110kV 唐桐線。為縮短供電距離，降低線路損耗，110kV 大河站改由新建 220kV 桐柏站供 電，新建至 110kV 青大線的 T 接線路，同時(shí)改造 T 接點(diǎn)至大河 110kV 變電站的線路。 10kV 出線方案 本期暫不出線，最終出線 4 回，主要用于站用負(fù)荷及無功補(bǔ)償。 2. 電氣主接線設(shè)計(jì) 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第4頁頁共共50頁頁 2.1 變壓器型號的選擇 變電站變壓器型號的選擇應(yīng)從如下幾個(gè)方面考慮： 相數(shù)：220330kV 變壓器，若不受運(yùn)輸條件限制，應(yīng)選用三相式。所以，本變電 站主變采用三相變壓器。 繞組數(shù)：220330kV 具有三種電壓的變電站中，如通過主變壓器各側(cè)繞組的功率 可達(dá)到該變壓器額定容量的 15%以上，或者第三繞組需要裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，均宜采用 三繞組變壓器。所以，本變電站主變采用三繞組變壓器。 繞組連接方式：變壓器繞組的連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列 運(yùn)行。電力系統(tǒng)采用的繞組連接方式一般是 Y 和，高、中、低壓三側(cè)繞組如何組合要 根據(jù)具體工程來確定。 我國 110kV 及以上電力變壓器繞組都采用 Y 連接，35kV 亦采用 Y 連接，其中性點(diǎn)多 通過消弧線圈接地，35kV 及以下電壓，變壓器繞組都采用連接。 所以，本變電站主變采用 Y-Y-接線方式。 調(diào)壓方式：由于本變電站為降壓變電站，位于電網(wǎng)的末端，為保證供電電壓質(zhì) 量，主變采用有載調(diào)壓方式。 冷卻方法：電力變壓器的冷卻方式隨變壓器型式和容量不同而異，一般有自然風(fēng) 冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向冷卻。本 變電站主變采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷。 中性點(diǎn)絕緣水平：變壓器的中性點(diǎn)絕緣水平分為全絕緣和分級絕緣。全絕緣即中 性點(diǎn)的絕緣水平與繞組首端的絕緣水平相同，分級絕緣即中性點(diǎn)的絕緣水平低于繞組首 端的絕緣水平。在 220kV 及更高的變壓器中采用分級絕緣的效益是比較顯著的，而且運(yùn) 輸、安裝方便。但必須采用變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)專用避雷器加以絕緣保護(hù)，并且所選的中 性點(diǎn)避雷器必須與中性點(diǎn)絕緣水平相當(dāng)。 所以，本變電站主變采用中性點(diǎn)分級絕緣。 綜上所述，選用以下型號變壓器： 表 2-1 型號SFPSZ10150000kVA/220 額定容量（kVA）150000/150000/75000 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第5頁頁共共50頁頁 額定電壓(kV) 高壓 2208 1.25% 中壓121 低壓10.5 阻抗電壓（%） 高中14.5 中低7.5 高低24 連接組YN，Yn0，d11 2.2 電氣主接線方案設(shè)計(jì) 2.2.1 電氣主接線設(shè)計(jì)的基本要求 主接線應(yīng)滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三項(xiàng)基本要求： 可靠性 通常定性分析和衡量主接線可靠性時(shí)，從以下幾個(gè)方面考慮： 斷路器檢修時(shí)，能否不影響供電 線路斷路器或母線故障時(shí)以及母線或母線隔離開關(guān)檢修時(shí)，停運(yùn)出線回路數(shù)的多 少和停電時(shí)間長短，以及能否保證對 I、II 類負(fù)荷的供電。 變電站全部停電的可能性。 靈活性 電氣主接線應(yīng)能適用各種運(yùn)行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換，包括以下幾 個(gè)方面： 操作的方便性。電氣主接線應(yīng)在滿足可靠性的條件下，接線簡單，操作方便，盡 可能地使操作步驟減少，以便運(yùn)行人員掌握，不致在操作過程中出差錯(cuò)。 調(diào)度的方便性。電氣主接線在正常運(yùn)行時(shí)，要能根據(jù)調(diào)度的要求，方便地改變運(yùn) 行方式，并且在發(fā)生事故時(shí)，要能盡快地切除故障，使停電時(shí)間最短，影響范圍最小， 不致過多地影響對用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 擴(kuò)建的方便性。對將來要建的發(fā)電廠和變電站，其主接線必須具有擴(kuò)建的方便 性。尤其是火電廠和變電站，在設(shè)計(jì)主接線時(shí)應(yīng)留有發(fā)展擴(kuò)建的余地。設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考 慮最終接線的實(shí)現(xiàn)，還要考慮從初期接線過渡到最終接線的可能性和分階段施工的可行 方案，使其盡可能地不影響連續(xù)供電或在停電時(shí)間最短的情況下，將來可順利完成過渡 方案的實(shí)施，使改造工作量最少。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第6頁頁共共50頁頁 經(jīng)濟(jì)性 在設(shè)計(jì)主接線時(shí)，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟(jì)性之間。通常設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足可 靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟(jì)合理。經(jīng)濟(jì)性主要從以下幾個(gè)方面考慮： 節(jié)省一次投資。主接線應(yīng)簡單清晰，并要適當(dāng)采用限制短路電流的措施，以節(jié)省 開關(guān)電器數(shù)量，選用廉價(jià)的電器或輕型電器，以便降低投資。 占地面積少。主接線設(shè)計(jì)要為配電裝置布置創(chuàng)造節(jié)約土地的條件，盡可能使占地 面積少，同時(shí)應(yīng)節(jié)約搬遷費(fèi)用、安裝費(fèi)用和外匯費(fèi)用。對大容量發(fā)電廠和變電站，在可 能和允許條件下，應(yīng)采用一次設(shè)計(jì)，分期投資、建設(shè)，盡快發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。 電能損耗少。在發(fā)電廠或變電站中，電能損耗主要來自變壓器，應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理地選 擇變壓器的型式、容量和臺數(shù)，盡量避免兩次降壓而增加電能損耗。 2.2.2 電氣主接線設(shè)計(jì)的選擇原則 變電站主接線要與變電站在系統(tǒng)中的地位和作用相適應(yīng)。根據(jù)變電站在系統(tǒng)中的 地位、作用確定對主接線的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性的要求。 變電站主接線的選擇應(yīng)考慮電網(wǎng)安全運(yùn)行的要求，還應(yīng)滿足電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)急 處理的要求。 各種配電裝置接線的選擇，要考慮該配電裝置所在的變電站性質(zhì)、電壓等級、進(jìn) 出線回路數(shù)、采用的設(shè)備情況、供電負(fù)荷的重要性和本地區(qū)的運(yùn)行習(xí)慣等因素。 近期接線與遠(yuǎn)景接線相結(jié)合，方便接線的過渡。 在確定變電所主接線時(shí)要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。 2.2.3 電氣主接線設(shè)計(jì) 220kV 220kV 降壓變電站中的 220kV 配電裝置，當(dāng) 220kV 線路 4 回及以上，變壓器 2 組的 情況下，一般采用雙母線接線，不帶旁路。 110kV 220kV 降壓變電站中的 110kV 配電裝置，通常是地區(qū)配電網(wǎng)的電源點(diǎn)，出線回路比 較多。當(dāng)出線回路數(shù)超過 6 回，總元件數(shù) 8 個(gè)以上時(shí)，一般采用雙母線接線，不帶旁路。 當(dāng)?shù)貐^(qū) 110kV 電網(wǎng)較薄弱，斷路器檢修有可能造成重要用戶停電時(shí)，通常也不通過設(shè)旁 路母線來解決，而是通過加強(qiáng)地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)或?qū)χ匾脩舨捎秒p回路供電方式來解決斷 路器檢修問題。 10kV 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第7頁頁共共50頁頁 在降壓變電站中，610kV 側(cè)所連接的元件是到用戶去的饋電線，無功補(bǔ)償設(shè)備，站 用變壓器等，對重要用戶都采用雙回或多回供電，通常采用單母線分段接線。 2.2.4 方案比較 方案一：220kV 采用雙母線接線 110kV 采用雙母線接線 10kV 采用單母線分段接線 方案一：220kV 采用單母線分段接線 110kV 采用雙母線線分段接線 10kV 采用單母線接線 表 2-2 方案 電壓等級 方案一方案二 220kV 雙母線接線 可以輪流檢修一組母線而不致使供 電中斷；一組母線故障后能迅速恢 復(fù)供電；檢修任一回路的母線的隔 離開關(guān)時(shí)，只需斷開此隔離開關(guān)相 連的該組母線，其它線路均可通過 另一組母線繼續(xù)運(yùn)行。 單母線分段接線 母線或母線隔離開關(guān)檢修或故障時(shí)， 整個(gè)配電裝置全停。 110kV 雙母線接線 可以輪流檢修一組母線而不致使供 電中斷；一組母線故障后能迅速恢 復(fù)供電；檢修任一回路的母線的隔 離開關(guān)時(shí)，只需斷開此隔離開關(guān)相 連的該組母線，其它線路均可通過 另一組母線繼續(xù)運(yùn)行。 雙母線線分段接線 一段工作母線發(fā)生故障后，將故障段 母線所連接的電源回路和出線回路切 換到備用母線上，即可恢復(fù)供電，所 以只是部分短時(shí)停電，而不必全部短 時(shí)停電；但比雙母線接線增加了兩臺 斷路器，投資有所增加。 10kV 單母線分段接線 母線和母線隔離開關(guān)可分段輪流檢 修；對重要用戶可從不同母線段引 雙回路供電，當(dāng)一段母線發(fā)生故障 單母線接線 母線或母線隔離開關(guān)檢修，整個(gè)配電 裝置將全停，可靠性不高；當(dāng)任一連 接元件故障，斷路器拒動(dòng)或母線故障 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第8頁頁共共50頁頁 或任一連接元件故障，斷路器拒動(dòng) 時(shí)，由繼電保護(hù)動(dòng)作斷開分段斷路 器，將故障限制在故障母線范圍 內(nèi)，非故障母線繼續(xù)運(yùn)行，整個(gè)配 電裝置不會全停，也保證對重要用 戶供電，提高了可靠性。 都將造成整個(gè)配電裝置全停。 綜上所述，通過在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上對每個(gè)電壓等級電氣主接線的兩個(gè)方案的比較，方案 一比方案二更加合理，且可靠性，靈活性滿足要求。所以，綜合分析，選用方案一為最 終設(shè)計(jì)方案，即 220kV，110kV采用雙母線接線，10kV采用單母線分段接線。 3.短路電流的計(jì)算 3.1 短路計(jì)算的目的 為了保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，在設(shè)計(jì)選擇電氣設(shè)備時(shí)，都要用可能流經(jīng)該設(shè)備的最 大短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)和動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)，以保證該設(shè)備在運(yùn)行中能夠經(jīng)受住突發(fā)短路 引起的發(fā)熱和電動(dòng)力的巨大沖擊。同時(shí)，為了盡快切斷電源對短路點(diǎn)的供電，繼電保護(hù) 裝置將自動(dòng)地使有關(guān)斷路器跳閘。繼電保護(hù)裝置的整定和斷路器的選擇，也需要準(zhǔn)確的 短路電流數(shù)據(jù)。 3.2 短路計(jì)算的假設(shè)條件 電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)景短路電流一般是采用簡化或近似計(jì)算。在計(jì)算時(shí)有以下假 設(shè)： 故障前為空載，即負(fù)荷略去不計(jì)，只計(jì)算短路電流的故障分量 故障前所有節(jié)點(diǎn)電壓均等于平均額定電壓，其標(biāo)幺值等于 1 系統(tǒng)各元件的電阻忽略不計(jì)（1kV以上的高壓電網(wǎng)） 只計(jì)算短路電流基頻的周期分量 3.3 短路計(jì)算的步驟 一般三相短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動(dòng)力最大，所以只對三相短路短路電流進(jìn)行計(jì) 算。計(jì)算步驟如下： 畫等值電路圖 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第9頁頁共共50頁頁 網(wǎng)絡(luò)化簡(消去中間節(jié)點(diǎn))，得到各電源對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗 由于系統(tǒng)為無窮大電源，所以轉(zhuǎn)移阻抗的倒數(shù)即為短路點(diǎn)電流的標(biāo)幺值 求各電源送至短路點(diǎn)電流的有名值之和，即為短路點(diǎn)的短路電流 3.4 短路點(diǎn)的選擇 選取短路點(diǎn)主要依據(jù)變電站的電壓等級，本變電站有三個(gè)電壓等級，所以選擇三個(gè) 短路計(jì)算點(diǎn)，分別代表 220kV、110kV、10kV 工作母線上的短路點(diǎn)。然后根據(jù)這三個(gè)短路 點(diǎn)依次計(jì)算對應(yīng)的短路電流值，并利用這三個(gè)短路電流值分別校驗(yàn)對應(yīng)電壓等級母線上 以及與母線相連的進(jìn)出線上的電氣設(shè)備。 3.5 短路計(jì)算結(jié)果(),100 avBB UUMVAS 表 3-1 短路編號短路位置 短路電流 I“=I （kA） 沖擊電流 shi（kA） 基準(zhǔn)電壓 BU（kV） 1K220kV母線5.3913.72230 2K110kV母線5.1713.16115 3K10kV母線4411210.5 4.電氣設(shè)備與母線的選擇與校驗(yàn) 4.1 電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 4.1.1 電氣設(shè)備選擇的一般條件 4.1.1.1 按正常工作條件選擇電氣設(shè)備 額定電壓 電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的運(yùn)行電壓因調(diào)壓或負(fù)荷的變化，有時(shí)會高于電網(wǎng)的額定電壓， 故所選電氣設(shè)備的允許最高工作電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓。通常，規(guī)定一 般電氣設(shè)備允許的最高工作電壓為設(shè)備額定電壓的 1.11.15 倍，而電氣設(shè)備所在電網(wǎng)的 運(yùn)行電壓波動(dòng)，一般不超過電網(wǎng)額定電壓的 1.15。因此，在選擇電氣設(shè)備時(shí)，一般可按 照電氣設(shè)備的額定電壓 N U不低于裝置地點(diǎn)電網(wǎng)額定電壓 S N U的條件選擇，即 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第10頁頁共共50頁頁 S NN UU 額定電流 電氣設(shè)備的額定電流 N I是指在額定環(huán)境溫度 0 下，電氣設(shè)備的長期允許電流。 N I應(yīng) 不小于該回路在各種合理運(yùn)行方式下的最大持續(xù)工作電流 max I，即 max IIN 由于發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)和變壓器在電壓降低 5%時(shí)，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的 max I應(yīng)為發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)和變壓器的額定電流的 1.05 倍；若變壓器有可能過負(fù)荷運(yùn)行 時(shí)， max I應(yīng)按過負(fù)荷確定（1.32 倍變壓器額定電流）；母聯(lián)斷路器回路一般可取母線 上最大一臺發(fā)電機(jī)或變壓器的 max I；母線分段電抗器 max I應(yīng)為母線上最大一臺發(fā)電機(jī)跳閘 時(shí)，保證該段母線負(fù)荷所需的電流，或最大一臺發(fā)電機(jī)額定電流的 50%80%；出線回路 的 max I除考慮正常負(fù)荷電流外，還應(yīng)考慮事故時(shí)有其他回路轉(zhuǎn)移過來的負(fù)荷。 環(huán)境條件對設(shè)備選擇的影響 當(dāng)電氣設(shè)備安裝地點(diǎn)的環(huán)境（尤其注意小環(huán)境）條件如溫度、風(fēng)速、污穢等級、海 拔高度、地震強(qiáng)度和覆冰厚度等超過一般電氣設(shè)備使用條件時(shí)，應(yīng)采取措施。 一般非高原型的電氣設(shè)備使用環(huán)境的海拔高度不超過 1000m，當(dāng)?shù)貐^(qū)海拔超過制造 廠家的規(guī)定值時(shí)，由于大氣壓力、空氣密度和濕度相應(yīng)減少，使空氣間隙和外絕緣的放 電特性下降。一般當(dāng)海拔在 10003500m 范圍內(nèi)，若海拔制造廠家規(guī)定值每升高 100m， 則電氣設(shè)備允許最高工作電壓要下降 1%。當(dāng)最高工作電壓不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采用高原 型電氣設(shè)備或采用外絕緣提高一級的產(chǎn)品。對于 110kV 及以下電氣設(shè)備，由于外絕緣裕 度較大，可在海拔 2000m以下使用。 電氣設(shè)備的額定電流是指在基準(zhǔn)環(huán)境溫度下能允許長期通過的最大工作電流。此 時(shí)，電氣設(shè)備的長期發(fā)熱溫升不超過其允許溫度。而在實(shí)際運(yùn)行中，周圍環(huán)境溫度直接 影響電氣設(shè)備的發(fā)熱溫度，所以電氣設(shè)備的額定電流必須經(jīng)過溫度修正。我國生產(chǎn)的電 器設(shè)備一般使用的額定環(huán)境溫度 0 =+40,如周圍環(huán)境溫度高于+40(但+60)時(shí),其 允許電流一般可按每增高 1,額定電流減少 1.8%進(jìn)行修正；當(dāng)環(huán)境溫度低于+40時(shí)， 環(huán)境溫度每降低 1，額定電流可增加 0.5%，但其最大電流不得超過額定電流的 20%。 此外，還應(yīng)按電器的裝置地點(diǎn)、使用條件、檢修和運(yùn)行等要求，對電器進(jìn)行種類 （屋內(nèi)或屋外）和型式（防污型、防爆型、濕熱型等）的選擇。 4.1.1.2 按短路狀態(tài)校驗(yàn)設(shè)備 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第11頁頁共共50頁頁 短路熱穩(wěn)定校驗(yàn) 短路電流通過電器時(shí)，電氣設(shè)備各部件溫度（或發(fā)熱效應(yīng)）應(yīng)不超過允許值。滿足 熱穩(wěn)定的條件為 K QtI 2 式中 K Q短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)， 2 kAs t I、t電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流和時(shí)間，kA，s 短路動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 動(dòng)穩(wěn)定是電器承受短路電流機(jī)械效應(yīng)的能力。滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件為 shes ii 式中 sh i短路沖擊電流幅值，kA es i電氣設(shè)備允許通過的動(dòng)穩(wěn)定電流幅值，kA 下列幾種情況可不校驗(yàn)熱穩(wěn)定或動(dòng)穩(wěn)定： 用熔斷器保護(hù)的電氣設(shè)備，其熱穩(wěn)定有熔斷時(shí)間保證，故可不驗(yàn)算熱穩(wěn)定。 采用有限流電阻的熔斷器保護(hù)的設(shè)備，可不校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。 裝設(shè)在電壓互感器回路中的裸導(dǎo)體和電氣設(shè)備可不校驗(yàn)動(dòng)、熱穩(wěn)定。 4.1.2 具體設(shè)備的選擇 各高壓電器的一般技術(shù)條件如下表所示： 表 4-1 設(shè)備名稱額定電壓額定電流 額定開斷 電流 熱穩(wěn)定動(dòng)穩(wěn)定 斷路器 隔離開關(guān) 電流互感器 電壓互感器 熔斷器 絕緣子 避雷器 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第12頁頁共共50頁頁 本設(shè)計(jì)要求選擇的設(shè)備有斷路器、隔離開關(guān)、互感器、熔斷器、絕緣子、避雷器 等。所有的設(shè)備應(yīng)滿足正常工作及短路狀態(tài)的要求。 4.1.2.1 斷路器 選擇種類和型式 選擇斷路器種類和型式時(shí)，應(yīng)依據(jù)各類斷路器的特點(diǎn)及使用環(huán)境、條件決定。 額定電壓和電流選擇 S NN UU， maxN II 式中 N U、 S N U分別為電氣設(shè)備和電網(wǎng)的額定電壓，kV N I、 max I分別為電氣設(shè)備的額定電流和電網(wǎng)的最大負(fù)荷電流，A 校驗(yàn)開斷電流 ktbr II 式中 br I斷路器的額定開斷電流，kA kt I斷路器實(shí)際開斷瞬間的短路電流周期分量，kA 當(dāng)斷路器的 br I較系統(tǒng)短路電流大很多時(shí)，簡化計(jì)算時(shí)可用 “ IIbr進(jìn)行選擇，I“為短 路電流值。 校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定 shes ii， K QtI 2 式中 sh i短路沖擊電流幅值，kA es i電氣設(shè)備允許通過的動(dòng)穩(wěn)定電流幅值，kA K Q短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)， 2 kAs t I、t電氣設(shè)備允許通過的熱穩(wěn)定電流和時(shí)間，kA，s 4.1.2.2 隔離開關(guān) 隔離開關(guān)與斷路器相比，額定電壓、額定電流的選擇及短路動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)的項(xiàng)目 相同。但由于隔離開關(guān)不用接通和切斷短路電流，故無需進(jìn)行開斷電流的校驗(yàn)。 4.1.2.3 電流互感器 重要的 220kV 變電站的 220kV 母線、線路、變壓器，因其重要性，為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定 性要求，一般配置雙套保護(hù)。故 220kV 出線的電流互感器要帶有 6 個(gè)二次繞組，其中 2 個(gè)供線路或變壓器保護(hù)用，2 個(gè)供母線保護(hù)用，1 個(gè)供失靈和故障錄波用，1 個(gè)供測量 用。110kV 出線的電流互感器要帶有 5 個(gè)二次繞組，其中 2 個(gè)供線路或變壓器保護(hù)用，1 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第13頁頁共共50頁頁 個(gè)供母線保護(hù)用，1 個(gè)供失靈和故障錄波用，1 個(gè)供測量用。10kV 出線為站用變壓器和無 功補(bǔ)償設(shè)備回路，電流互感器帶有兩個(gè)二次繞組，供保護(hù)和測量儀表用。 220kV、110kV 變壓器回路配置帶有兩個(gè)二次繞組的電流互感器，分別用于繞組測溫 和備用。10kV 變壓器回路配置兩組電流互感器，供 4 個(gè)二次繞組，其中 3 個(gè)普通保護(hù)級 和一個(gè)測量級，普通保護(hù)級供變壓器保護(hù)用，測量級供測量用。 變壓器 220kV、110kV 中性點(diǎn)配置用于零序過電流保護(hù)的電流互感器，經(jīng)放電間隙接 地時(shí)，增設(shè)用于間隙零序過流保護(hù)的電流互感器。 選擇種類和型式 選擇電流互感器種類和型式時(shí)，應(yīng)根據(jù)安裝地點(diǎn)和安裝方式選擇。 選擇一次回路額定電壓和電流 S NN UU， max1 II N 式中 N U、 S N U分別為電流互感器和電網(wǎng)的額定電壓，kV N I1電流互感器一次回路額定電流，A max I電網(wǎng)的最大負(fù)荷電流，A 選擇準(zhǔn)確級 為了保證測量儀表的準(zhǔn)確度，電流互感器準(zhǔn)確級不得低于所供測量儀表的準(zhǔn)確級。 校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定 shes ii， K QtI 2 式中 sh i短路沖擊電流幅值，kA es i電流互感器允許通過的動(dòng)穩(wěn)定電流幅值，kA K Q短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)， 2 kAs t I、t電流互感器允許通過的熱穩(wěn)定電流和時(shí)間，kA，s 4.1.2.4 電壓互感器 220kV和 110kV 側(cè)每段母線上分別裝設(shè)一組電容式電壓互感器，有 3 個(gè)二次繞組，2 個(gè)二次繞組接成星形，為保護(hù)、測量表計(jì)和同期提供二次電壓，剩余繞組接成開口三角 形，供接地保護(hù)用。10kV 側(cè)每段母線上裝設(shè)一組電磁式電壓互感器，分別有 2 個(gè)二次繞 組，1 個(gè)二次繞組接成星形，為保護(hù)、測量表計(jì)和同期提供二次電壓，剩余繞組接成開口 三角形，供接地保護(hù)用。220kV 和 110kV 側(cè)為監(jiān)視和檢測線路有無電壓，每回出線上裝 設(shè)單相電容式電壓互感器。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第14頁頁共共50頁頁 選擇種類和型式 應(yīng)根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)和使用條件選擇電壓互感器的種類和型式。 選擇一次額定電壓和二次額定電壓 電壓互感器一次繞組額定電壓 N U，應(yīng)根據(jù)互感器的接線方式來確定。電壓互感器的 二次繞組額定電壓通常是供額定電壓為 100V 的儀表和繼電器的電壓繞組使用。單個(gè)單相 式電壓互感器的二次繞組電壓為 100V，而其余可獲得相間電壓的接線方式，二次繞組電 壓為 100/3V。電壓互感器開口三角形的輔助繞組電壓用于 35kV及以下中性點(diǎn)不接地系 統(tǒng)的電壓為 100/3V，而用于 110kV及以上的中性點(diǎn)接地系統(tǒng)為 100V。 選擇準(zhǔn)確級 根據(jù)儀表和繼電器接線要求選擇電壓互感器的接線形式，并盡可能將負(fù)荷均勻分布 在各相上，然后計(jì)算負(fù)荷大小，按照所接儀表的準(zhǔn)確級和容量選擇電壓互感器的準(zhǔn)確級 和額定容量。 4.1.2.5 熔斷器 保護(hù)電壓互感器的高壓熔斷器，一般選用 2 RN型，其額定電壓應(yīng)高于或等于所在電 網(wǎng)的額定電壓（但限流式只能電網(wǎng)電壓），額定電流通常均為 0.5A，其開斷電流 br I應(yīng)滿 足 “ br II。 4.1.2.6 絕緣子 支持軟母線應(yīng)選用懸式絕緣子，支持硬母線應(yīng)選用支柱絕緣子。 懸式絕緣子 根據(jù)所在電網(wǎng)的電壓選擇絕緣子的額定電壓，并根據(jù)電壓等級選擇絕緣子片數(shù)。 支柱絕緣子 選擇型式 根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)、環(huán)境，選擇屋內(nèi)、屋外式或防污式及滿足使用要求的產(chǎn)品型式。 選擇額定電壓 支柱絕緣子的額定電壓應(yīng)大于或等于所在電網(wǎng)的額定電壓。 校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定 P FF H H 6 . 0 max 1 式中 1 H絕緣子底部導(dǎo)體距導(dǎo)體水平中心線的高度，m H絕緣子高度，m 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第15頁頁共共50頁頁 P F絕緣子抗彎破壞強(qiáng)度，N max F發(fā)生短路時(shí)，絕緣子受力，N 4.1.2.7 避雷器 避雷器的配置： 在 220kV、110kV、10kV的每段母線上裝設(shè)避雷器。 變壓器的 220kV 側(cè)距母線避雷器較遠(yuǎn)，裝設(shè)避雷器。變壓器的低壓側(cè)在一相上裝 設(shè)避雷器。 變壓器的中性點(diǎn)為分級絕緣，且裝有隔離開關(guān)，可接地或不接地運(yùn)行，裝設(shè)避雷 器。 10kV的出線在電纜頭附近裝設(shè)避雷器。 氧化鋅避雷器是當(dāng)前最先進(jìn)的過電壓保護(hù)設(shè)備，與傳統(tǒng)碳化硅閥式避雷器相比，具 有優(yōu)良的非線性，動(dòng)作迅速，殘壓低，通流量大，無續(xù)流，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。耐污 性強(qiáng)，維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)碳化硅閥式避雷器的更新?lián)Q代產(chǎn)品，因此本設(shè)計(jì)均采用 氧化鋅避雷器。 4.1.2.8 補(bǔ)償設(shè)備 電能質(zhì)量好壞的指標(biāo)是頻率和電壓是否穩(wěn)定。維持電力系統(tǒng)的頻率和電壓在允許范 圍之內(nèi)變動(dòng)，對保證電力系統(tǒng)負(fù)荷的正常運(yùn)行和電力系統(tǒng)自身的安全至關(guān)重要。電力系 統(tǒng)的頻率和有功功率的平衡情況密切相關(guān)；電力系統(tǒng)的電壓水平則是與無功功率的平衡 情況密切相關(guān)。在負(fù)荷側(cè)裝有無功功率補(bǔ)償裝置和有載調(diào)壓變壓器，使電力系統(tǒng)的無功 功率處于平衡狀態(tài)，以及系統(tǒng)中各電壓控制點(diǎn)的電壓維持在給定水平。 為了減少輸送無功功率造成的電能損失，提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，對電力系統(tǒng)的無 功功率盡可能做到就地平衡。在電力系統(tǒng)中，按以下方式配置無功補(bǔ)償裝置： 在降壓變壓器低壓側(cè)裝設(shè)可投切的并聯(lián)電抗器或并聯(lián)電容器。 直接接在輸電線路兩端的并聯(lián)電抗器。 可連續(xù)調(diào)節(jié)的晶閘管靜止補(bǔ)償裝置。 在輸電線路中間串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。 發(fā)電機(jī)或同步調(diào)相機(jī)。 在大容量電力負(fù)荷處裝設(shè)就地補(bǔ)償裝置。 在降壓變電站中設(shè)置的無功功率補(bǔ)償裝置和有載調(diào)壓變壓器，是實(shí)現(xiàn)無功功率就地 平衡和保證電壓質(zhì)量的主要手段。無功功率補(bǔ)償裝置一般都接在降壓變壓器的低壓側(cè)。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第16頁頁共共50頁頁 在新設(shè)計(jì)的 220500kV 變電站中，由于具有經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)和安裝上的優(yōu)點(diǎn)，多采用電力 電容器、電抗器或靜止補(bǔ)償裝置作為無功功率補(bǔ)償。通過對有載調(diào)壓變壓器的變比和無 功功率補(bǔ)償裝置輸出無功功率的控制，可以調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)電壓和無功功率補(bǔ)潮流。 所以，本變電站選用并聯(lián)電容器組在變壓器低壓側(cè)補(bǔ)償無功功率。 4.2 母線的選擇與校驗(yàn) 試驗(yàn)和分析表明，電壓越高電場強(qiáng)度越大，母線越容易發(fā)生電暈。此外，母線表面 有棱角或不光滑，曲率半徑太小，都容易出現(xiàn)高電場集中，也容易發(fā)生電暈，電壓等級 較高的母線一般不采用有棱角的截面形狀，而廣泛采用表面比較光滑的圓形截面形狀， 如鋼芯鋁絞線，圓管形鋁合金硬母線等，而且直徑不可太小。所以本設(shè)計(jì) 220kV、110kV 母線采用軟母線，10kV母線采用硬母線。 4.2.1 母線的選擇 選型 導(dǎo)體通常由銅、鋁、鋁合金制成，載流導(dǎo)體一般使用鋁或鋁合金材料，銅導(dǎo)體只用 在持續(xù)電流大，且出線位置特別狹窄或污穢對鋁有嚴(yán)重腐蝕的場所。 硬導(dǎo)體截面常用的有矩形、槽形和管形。其中槽形導(dǎo)體機(jī)械強(qiáng)度好，載流量大，集 膚效應(yīng)系數(shù)較小，一般用于 40008000A 的配電裝置中。 導(dǎo)體的布置方式應(yīng)根據(jù)載流量的大小，短路電流水平和配電裝置的具體情況而定。 截面積 導(dǎo)體截面積可按長期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。 對負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)大（通常指 Tmax5000h），傳輸容量大，長度在 20m 以上的導(dǎo) 體，其截面一般按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。而配電裝置的匯流母線通常在正常運(yùn)行方式下， 傳輸容量不大，可按長期工作電流選擇。 4.2.2 母線的校驗(yàn) 校驗(yàn)電暈電壓 對 110kV 及以上裸導(dǎo)體，需要按照晴天不發(fā)生全面電暈條件校驗(yàn)，即裸導(dǎo)體的臨界 電壓 cr U應(yīng)大于最高工作電壓 max U?？刹贿M(jìn)行電暈校驗(yàn)的最小導(dǎo)體型號及外徑，可從相關(guān) 資料中獲得。 校驗(yàn)熱穩(wěn)定 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第17頁頁共共50頁頁 滿足熱穩(wěn)定要求的導(dǎo)體最小截面積 2 min 1 mmQK C S Kf ，只需實(shí)際選用的導(dǎo)體截面 積 min SS ，導(dǎo)體便是熱穩(wěn)定的。 校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定 各種形狀的硬導(dǎo)體通常都安裝在支柱絕緣子上，短路沖擊電流產(chǎn)生的電動(dòng)力將使導(dǎo) 體發(fā)生彎曲，因此，導(dǎo)體應(yīng)按彎曲情況進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。而軟導(dǎo)體不必進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。 4.3 電氣設(shè)備和母線的選擇結(jié)果 根據(jù)原始資料和以上的有關(guān)條件選擇的電氣設(shè)備和母線結(jié)果如下： 表 4-2 220kV110kV10kV 斷路器LW220LW110 4 SN10G 隔離開關(guān) GW220 GW220DW GW7220D2W GW110 GW110DW GW5110D2W 10 GN10T/ 5000 電壓互感器 TYD2220/3 0.01H TYD2110/3 0.01H JDZX10 電流互感器LCWB220LCWB110LZZBJ910 熔斷器 2 RN10 絕緣子 p X -7 p X -7 ZC10 避雷器 Y10W204/532 W Y10W1102/26 6W Y5W12.7/50 并聯(lián)電容器成套裝置 TBB10- 10000/334-AK 母線LGJ300/15LGJ400/20 槽形截面 2 2740mm 5. 變電站主變壓器的保護(hù) 5.1 變壓器可能發(fā)生的故障和不正常運(yùn)行方式 電 壓 等 級 設(shè) 備 名 稱 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第18頁頁共共50頁頁 本變電站的變壓器容量為 150MVA，屬于大型變壓器，是電力系統(tǒng)中的重要電力電 氣設(shè)備，其故障對電力系統(tǒng)和用戶影響都很大。因此，必須對它配備完善的保護(hù) 裝置， 在出現(xiàn)危及變壓器安全的不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，能及早地發(fā)出報(bào)警信號或切除變壓器，防 止故障的發(fā)生。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，能盡快地切除變壓器，使故障造成的損失減到最 小，使故障后的變壓器更容易修復(fù)。變壓器可能發(fā)生的故障和不正常運(yùn)行方式可分為三 種類型。 5.1.1 變壓器內(nèi)部的各種短路故障 各側(cè)繞組的相間短路故障。 中性點(diǎn)直接接地繞組的單相短路。 各側(cè)繞組的匝間短路。 變壓器內(nèi)部的各種短路都將產(chǎn)生電弧，引起主絕緣燒毀，絕緣油分解，內(nèi)壓增大， 有可能引起油箱爆炸起火。因此，對變壓器內(nèi)部故障應(yīng)盡快地切除。 5.1.2 變壓器附屬設(shè)備引起的不正常運(yùn)行 變壓器冷卻系統(tǒng)故障引起變壓器油溫升高，繞組及鐵芯過熱。 調(diào)壓開關(guān)系統(tǒng)故障引起的局部繞組過熱，調(diào)壓開關(guān)滅弧機(jī)構(gòu)不良引起的內(nèi)部故 障。 變壓器鐵芯局部過熱，甚至產(chǎn)生電弧，引起絕緣油分解。 漏油引起的油面下降。 變壓器油質(zhì)不正常，主要表現(xiàn)在含水量超過規(guī)定值，可燃性氣體超過規(guī)定值以及 其他化學(xué)成分的比例超過規(guī)定值等。 附屬設(shè)備故障引起的不正常運(yùn)行狀態(tài)，往往不需要立即切除變壓器。但要及時(shí)發(fā)出 預(yù)告信號，由運(yùn)行人員處理。如不能盡快消除不正常運(yùn)行狀態(tài)，可由運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行 規(guī)程的要求手動(dòng)切除變壓器。 5.1.3 外部短路引起的變壓器過電流 外部短路引起的變壓器過電流，可分為近區(qū)故障和遠(yuǎn)區(qū)故障。對 220kV 變壓器，因 220kV 線路都配備有完善的保護(hù)裝置，且 220kV 系統(tǒng)線路故障引起變壓器過電流的作用 時(shí)間一般較短，所以遠(yuǎn)區(qū)故障對變壓器的影響較小。對變壓器影響較大的是近區(qū)故障， 尤其是變壓器中、低壓側(cè)的母線短路故障，對變壓器的危害更大。這種短路故障不僅引 起變壓器繞組過熱，而且由于短路電流大，有可能引起變壓器繞組動(dòng)穩(wěn)定的破壞，造成 嚴(yán)重的內(nèi)部故障。對外部故障引起的過電流應(yīng)裝設(shè)保護(hù)，延時(shí)切除變壓器。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第19頁頁共共50頁頁 變壓器的過負(fù)荷也是繼電保護(hù)裝置應(yīng)保護(hù)的內(nèi)容之一。變壓器的過負(fù)荷可能由于負(fù) 荷的自然增長，也可能由于切除并聯(lián)變壓器后，造成剩余的變壓器過負(fù)荷。過負(fù)荷超過 允許的限度，會引起絕緣的老化，壽命降低，故應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù) ，動(dòng)作于信號。 5.2 變壓器保護(hù)裝設(shè)的原則 220kV變壓器應(yīng)配備下列繼電保護(hù)裝置： 反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種故障和油面下降的瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)分重瓦斯和輕瓦 斯保護(hù)，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳閘，輕瓦斯只動(dòng)作于信號。 對于帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器，調(diào)壓開關(guān)也應(yīng)裝瓦斯保護(hù)。 為保護(hù)變壓器的引線、套管以及內(nèi)部的各種短路故障應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)?？v聯(lián) 差動(dòng)保護(hù)應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作并跳開變壓器的各側(cè)斷路器。 為提高 220kV 及以上大型變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠性，差動(dòng)保護(hù)可采用雙重化配置。 雙套差動(dòng)保護(hù)可采用相同原理，也可采用不同原理。 為保護(hù)變壓器外部相間短路引起的過電流，并作為變壓器內(nèi)部相間短路故障的后 備，應(yīng)裝設(shè)相間故障后備保護(hù)。因 220kV 變壓器外部及內(nèi)部相間短路的幾率較少，故相 間后備保護(hù)應(yīng)簡化配置。首先應(yīng)考慮采用簡單的電流/電壓作為相間故障后備，當(dāng)電流/電 壓保護(hù)不能滿足靈敏度或需要滿足保護(hù)配合的要求時(shí)，可考慮裝設(shè)阻抗保護(hù)。 220kV 變壓器的 220kV 側(cè)為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，應(yīng)裝設(shè)單相接地短路保護(hù)，作 為變壓器內(nèi)部和外部單相接地故障的后備保護(hù) 。 裝設(shè)反應(yīng)變壓器各側(cè)繞組過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)，動(dòng)作于信號。 變壓器應(yīng)裝設(shè)下列輔助保護(hù)： 冷卻系統(tǒng)故障、油溫升高超過允許值時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于信號或跳閘。 變壓器繞組油溫過高，超過允許值時(shí)，應(yīng)動(dòng)作于信號或跳閘。 有載調(diào)壓變壓器，調(diào)壓系統(tǒng)故障應(yīng)動(dòng)作于信號或跳閘。 變壓器油箱的壓力釋放裝置動(dòng)作，應(yīng)動(dòng)作于信號或跳閘。 5.3 瓦斯保護(hù) 瓦斯保護(hù)是變壓器油箱內(nèi)各種故障的主要保護(hù)。運(yùn)行實(shí)踐證明，在裝有瓦斯保護(hù)的 情況下，凡是油箱內(nèi)故障，瓦斯保護(hù)幾乎都有反應(yīng)。尤其是在變壓器發(fā)生鐵芯故障、匝 間短路等情況下，反應(yīng)電氣量的繼電保護(hù)裝置往往靈敏度不夠或根本不反應(yīng)，此時(shí)主要 靠瓦斯保護(hù)切除故障。瓦斯保護(hù)在運(yùn)行中出現(xiàn)的主要問題是誤動(dòng)作幾率較高，所以提高 瓦斯保護(hù)的可靠性是提高整套變壓器保護(hù)可靠性的關(guān)鍵。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第20頁頁共共50頁頁 5.4 縱差動(dòng)保護(hù) 220kV變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)應(yīng)滿足以下要求： 縱差動(dòng)保護(hù)應(yīng)反應(yīng)保護(hù)區(qū)內(nèi)各種短路故障，動(dòng)作速度快，一般動(dòng)作時(shí)間不應(yīng)大于 30ms。 應(yīng)有防止變壓器出現(xiàn)勵(lì)磁涌流時(shí)誤動(dòng)作的措施，以避免在變壓器空載投入或切除 穿越性短路后出現(xiàn)勵(lì)磁涌流時(shí)，縱差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。 在發(fā)生穿越性短路，差動(dòng)回路內(nèi)出現(xiàn)最大不平衡電流時(shí)，總差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)該動(dòng) 作。 在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路，電流互感器飽和時(shí)，縱差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)該拒動(dòng)或延遲動(dòng)作。 在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障，在短路電流中含有諧波分量時(shí)，縱差動(dòng)保護(hù)不應(yīng)該拒 動(dòng)或延遲動(dòng)作。 5.5 變壓器的相間故障后備保護(hù) 變壓器的相間故障后備保護(hù)的作用主要是防御外部相間短路引起的變壓器過電流。 其保護(hù)范圍延伸到母線和線路，保護(hù)的定值和動(dòng)作時(shí)間要與相鄰元件的保護(hù)相配合。 在滿足靈敏性和選擇性要求的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用簡單可靠的電流、電壓保護(hù)作為 短路后備保護(hù)。選擇的順序是：過電流保護(hù)、復(fù)合電壓（負(fù)序電壓和線間電壓）啟動(dòng)的 過電流保護(hù)、復(fù)合電流保護(hù)（負(fù)序電流和單相式電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)）。 根據(jù)變壓器的容量、電壓等級、在電力系統(tǒng)中的作用不同，配置相應(yīng)的相間短路后 備保護(hù)通常按以下原則配置： 66kV及以下變壓器采用過流保護(hù)作為相間短路后備保護(hù)。 110kV220kV 降壓變壓器、升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，用過電流保護(hù)不能滿足靈 敏性要求時(shí)，采用復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)和復(fù)合電流保護(hù)。 對降壓變壓器、升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，根據(jù)各側(cè)接線、連接的系統(tǒng)和電源 情況不同，應(yīng)配置不同的相間短路后備保護(hù)，該保護(hù)宜考慮能反應(yīng)電流互感器與斷路器 之間的故障。 單電源三繞組降壓變壓器相間短路后備保護(hù)應(yīng)裝于低壓側(cè)和電源側(cè)。低壓側(cè)保護(hù)可 設(shè)兩段時(shí)限，以較短時(shí)限斷開低壓側(cè)母聯(lián)或分段斷路器，以較長時(shí)間斷開變壓器低壓側(cè) 斷路器。當(dāng)母聯(lián)或分段斷路器上裝有解列保護(hù)時(shí)，低壓側(cè)保護(hù)只設(shè)一個(gè)時(shí)限，只斷開變 壓器低壓側(cè)斷路器。電源側(cè)相間短路后備保護(hù)應(yīng)設(shè)兩段時(shí)限，以較短時(shí)限（應(yīng)考慮與低 壓及中壓側(cè)保護(hù)相配合）斷開中壓側(cè)斷路器，以較長時(shí)間斷開變壓器各側(cè)斷路器。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第21頁頁共共50頁頁 5.6 接地故障后備保護(hù) 110kV及以上中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)連接的降壓變壓器、升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器 應(yīng)裝設(shè)接地短路后備保護(hù)。其目的是作為變壓器繞組內(nèi)部、引線、母線和線路接地故障 地后備保護(hù)。變壓器的接地保護(hù)方式與變壓器的形式、中性點(diǎn)接地方式以及所連接的系 統(tǒng)的中性點(diǎn)接地方式有關(guān)。 在中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，變壓器接地保護(hù)是電網(wǎng)接地保護(hù)的一個(gè)組成部分，所以 變壓器接地保護(hù)要與線路的接地保護(hù)相配合。 變壓器接地保護(hù)的配置原則： 在 220kV 中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中，若變壓器的中性點(diǎn)可能直接接地或不接地運(yùn)行， 同時(shí)低壓側(cè)或中壓側(cè)有電源。此時(shí)接地保護(hù)的配置要考慮可能出現(xiàn)的各種運(yùn)行情況 ，不 僅要考慮對變壓器可能出現(xiàn)的過電流，同時(shí)還要考慮變壓器中性點(diǎn)可能出現(xiàn)的過電壓。 接地保護(hù)的配置與變壓器中性點(diǎn)絕緣水平有關(guān)。此種情況一般按以下原則配置保護(hù)： 中性點(diǎn)為全絕緣變壓器。配置兩段式零序過電流保護(hù)，每段各帶兩個(gè)時(shí)限。同 時(shí)，還要增加零序過電壓保護(hù)，作為變壓器中性點(diǎn)不接地時(shí)的保護(hù)。當(dāng)變壓器中性點(diǎn)不 接地，而且所在系統(tǒng)也失去接地中性點(diǎn)，發(fā)生接地故障時(shí)，零序過電壓保護(hù)經(jīng) 0.30.5s 斷開變壓器各側(cè)斷路器。 分級絕緣變壓器。為保護(hù)分級絕緣變壓器的中性點(diǎn)，一般中性點(diǎn)裝設(shè)放電間隙。 當(dāng)中性點(diǎn)接地刀閘斷開時(shí)，經(jīng)放電間隙接地。在這種情況下，對直接接地和經(jīng)間隙接地 應(yīng)分別裝設(shè)保護(hù)。直接接地時(shí)，配置兩段式零序過電流保護(hù)，每段各帶兩個(gè)時(shí)限。經(jīng)放 電間隙接地時(shí)，應(yīng)增設(shè)反應(yīng)零序電壓和間隙放電電流的零序電流電壓保護(hù)。 當(dāng)分級絕緣的變壓器中性點(diǎn)不設(shè)放電間隙時(shí)，接地保護(hù)的配置與全絕緣變壓器相 同。但零序過電壓保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)盡可能的短，只需躲過暫態(tài)過電壓的時(shí)間。 5.7 過負(fù)荷保護(hù) 為監(jiān)視過負(fù)荷，應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況在變壓器的一側(cè)或幾側(cè)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。 單側(cè)電源的三繞組變壓器，當(dāng)三側(cè)容量相同時(shí)，過負(fù)荷保護(hù)只裝在高壓側(cè)。當(dāng)三側(cè) 容量不相同時(shí)，在電源側(cè)和容量較小的一側(cè)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)。 綜上所述，本變電站擬采用以下保護(hù)： 瓦斯保護(hù)。用于反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種故障和油面下降。重瓦斯動(dòng)作于跳閘， 輕瓦斯只動(dòng)作于信號。 華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第第22頁頁共共50頁頁 由于本變電站采用的主變?yōu)橛休d調(diào)壓變壓器，所以調(diào)壓開關(guān)也裝設(shè)瓦斯保護(hù)。 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。為用于保護(hù)變壓器的引線、套管以及內(nèi)部的各種短路故障，當(dāng)發(fā) 生短路故障時(shí)，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作并跳開變壓器的各側(cè)斷路器。為提高縱聯(lián)差動(dòng)保 護(hù)的可靠性，采用雙重化配置。 相間故障后備保護(hù)。用于保護(hù)變壓器外部相間短路引起的過電流，并作為變壓器 內(nèi)部相間短路故障的后備。因 220kV 變壓器外部及內(nèi)部相間短路的幾率較少，故相間后 備保護(hù)簡化配置，采用過電流保護(hù)作為相間故障后備保護(hù)。 本變電站的主變相間故障后備保護(hù)裝于低壓側(cè)和電源側(cè)。低壓側(cè)保護(hù)設(shè)兩段時(shí)限， 以較短時(shí)限斷開低壓側(cè)分段斷路器，以較長時(shí)間斷開變壓器低壓側(cè)斷路器。電源側(cè)保護(hù) 應(yīng)也設(shè)兩段時(shí)限，以較短時(shí)限斷開中壓側(cè)斷路器，以較長時(shí)間斷開變壓器各側(cè)斷路器。 單相接地短路保護(hù)。作為變壓器內(nèi)部和外部單相接地故障的后備保護(hù) 。本變電站 的主變的中性點(diǎn)可能直接接地或不接地運(yùn)行，中性點(diǎn)接地刀閘斷開時(shí)，經(jīng)放電間隙接 地。直接接地時(shí)，采用兩段式零序過電流保護(hù)，經(jīng)放電間隙接地時(shí)，增設(shè)反應(yīng)零序電壓