【導(dǎo)讀】指標(biāo)也日益提高，因此對(duì)供電設(shè)計(jì)也有了更高、更完善的要求?？煽啃院桶踩a(chǎn)方面，它和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、設(shè)備人身安全密切相關(guān)。本設(shè)計(jì)討論的是220KV變電站電氣部分的設(shè)計(jì)。首先對(duì)原始資料進(jìn)行分析，保護(hù)的設(shè)計(jì)和配備，最后進(jìn)行防雷接地以及保護(hù)設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 。 滿足熱穩(wěn)定要求。 選擇 LGJK1250/150 鋼芯鋁絞線符合要求。 變壓器 10KV 側(cè)引接線的選擇與校驗(yàn)： 10KV 母線最大持續(xù)工作電流： Imax=*35/( 3 *)= 查表： J=178。 導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)面積： Sj=Imax/J=178。 查表選取二條 mmmm 10*125 矩形硬鋁導(dǎo)體平放： 豎放允許電流： 3152A 集膚效應(yīng)系數(shù)： Kf= 當(dāng)環(huán)境溫度 40℃，溫度修正系數(shù)： K= Ial40℃ =KIal=*3152=＞ Imax= 滿足要求。 熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)體溫度： 38 θ =θ 0+（θ alθ 0） I2max/I2a1=40+（ 7040） ℃ 查表得： C=95。則滿足短路時(shí)發(fā)熱的最小導(dǎo)體截面積： Smin= fkQ /C= *1 0 00 0 0 0* 4 89 8 /95=＜ 2550mm178。 滿足條件。 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)： 相間距 a= 10KV 側(cè)短路沖擊電流： ish=51KA 母線相間應(yīng)力： ∫ ph=*107*i2sh/a=*107*510002/=W=bh178。/3=*178。/3=*106m179。 σ ph=∫ ph*L178。/10W=*178。/(10*)=*106Pa 母線同相條間作用應(yīng)力計(jì)算如下： b/h=10/125= (2bb)/(b+h)=10/(10+125)= 由導(dǎo)體形狀系數(shù)曲線查得 K12= ∫ b=178。sh/b*108=**51000178。*1/*108=1561Pa 其中 Lb=， 而 條 間 應(yīng) 力 為 σ b=∫ bL178。b=1561*178。/(2*178。*)=10*106Pa σ ph+σ b=*106+10*106=*106Pa＜ 70*106Pa 滿足要求。 所以選擇： 2條 125mm*10mm 矩形硬鋁導(dǎo)體滿足條件。 6 繼電保護(hù)的配備 變壓器繼電保護(hù)配置 電力變壓器是電力系統(tǒng)的重要電氣設(shè)備之一，它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，特別是大型電力變壓器，由于其造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 39 一旦因故障而遭到損壞，其修復(fù)難度大，時(shí)間 也很長，必然造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，本 設(shè)計(jì)中主變保護(hù)配置如下： 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 非電量保護(hù) 過流保護(hù) 為了反應(yīng)變壓器外部故障而引起的變壓器繞組過電流，以及在變壓器內(nèi)部故障時(shí)，作為差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備，所以需裝設(shè)過電流保護(hù)。 過負(fù)荷保護(hù) 變壓器的過負(fù)荷電流，大多數(shù)情況下都是三相對(duì)稱的，因此只需裝設(shè)單相式過負(fù)荷保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)一般經(jīng)過時(shí)動(dòng)作于信號(hào)，而且三繞組變壓器各側(cè)過負(fù)荷保護(hù)均經(jīng)同一個(gè)時(shí)間繼電器 [20]。 變壓器的零序過流保護(hù) 對(duì)于大接地電流的電力變壓器，一般應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)，用作 變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)和相鄰元件接地短路的后備保護(hù)，一般變電所內(nèi)只有部分變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，因此，每臺(tái)變壓器上需要裝設(shè)兩套零序電流保護(hù)，一套用于中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式，另一套用于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式 [21]。 母線保護(hù) 母線配置的保護(hù)有：母線差動(dòng)保護(hù)。 7 防雷接地設(shè)計(jì) 防雷設(shè)計(jì) 防雷設(shè)計(jì)原則 已在輸電線路上形成的雷閃過電壓 ， 會(huì)沿輸電線路運(yùn)動(dòng)至變電所的母線上 , 40 并對(duì)于母線有連接的電氣設(shè)備構(gòu)成威脅。在母線上裝設(shè)避雷器是限制雷電入侵波過電壓的主要措施。 三繞組在正常運(yùn)行時(shí)可能存在只有 高、中壓繞組工作低壓繞組開路的情況 ，這在防雷中帶來了需要特別考慮的問題。在三繞組變壓器中，若低壓繞組開路，則 C2很?。▋H為其對(duì)地電容），靜電分量可能危及低壓繞組的絕緣，故應(yīng)采取防雷措施?？紤]到靜電分量將使低壓繞組三相的電位同時(shí)升高，故只要在任一相繞組直接出口處裝設(shè)一個(gè)避雷器即可 [14]。 避雷器的選擇 閥式避雷器應(yīng)按下列條件選擇 型式：選擇避雷器型式時(shí)，應(yīng)考慮被保護(hù)電器的絕緣水平和使用特點(diǎn)，按下表選擇。 表 71 避雷器類型 型號(hào) 型式 應(yīng)用范圍 FS 配電用普通閥型 10KV 以下配電系統(tǒng)、電 纜終端盒 FZ 電站用普通閥型 3~220KV 發(fā)電廠、變電所配電裝置 FCZ 電站用磁吹閥型 330KV 及需要限制操作的 220KV 以及以下配電 某些變壓器中性點(diǎn) FCD 旋轉(zhuǎn)電機(jī)用磁吹閥型 用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)、屋內(nèi) 額定電壓 Un：避雷器的額定電壓應(yīng)與系統(tǒng)額定電壓一致。 41 滅弧電壓 Umh：按照使用情況，校驗(yàn)避雷器安裝地點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大導(dǎo)線對(duì)地電壓，是否等于或小于避雷器的最大容許電壓（滅弧電壓）。 工頻放電電壓 Ugf：在中性點(diǎn)絕緣或經(jīng)阻抗接地的電網(wǎng)中，工頻放電電壓一般大于最大運(yùn)行相電壓的 倍。在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，工頻放電電壓應(yīng)大于最大運(yùn)行相電壓的 3倍。工頻放電電壓應(yīng)大于滅弧電壓的 倍。 沖擊放電電壓和殘壓：一般國產(chǎn)閥式避雷器的保護(hù)特性與各種電器的具有均可配合，故此項(xiàng)校驗(yàn)從略 [16]。 根據(jù)避雷器配置原則，配電裝置的每組母線上，一般應(yīng)裝設(shè)避雷器，變壓器中性點(diǎn)接地必須裝設(shè)避雷器，并接在變壓器和斷路器之間； 1 35kv 線路側(cè)一般不裝設(shè)避雷器。本工程采用 220KV、 110KV 配電裝置構(gòu)架上設(shè)避雷針， 10KV配電裝置設(shè)獨(dú)立避雷針進(jìn)行直接保護(hù)為了防止反擊，主變構(gòu)架上不設(shè)置避雷針?？紤]到氧化鋅避雷器的非線性伏安特性優(yōu)越于碳化硅避雷器，且沒有串聯(lián)間隙，保護(hù)特性好，沒有工頻續(xù)流、滅弧等問題，所以本工程 220KV、 110KV 系統(tǒng)中，采用氧化鋅避雷器。 220KV 側(cè)避雷器的選擇和校驗(yàn) （ 1）型式選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定選用 FCZ 系列磁吹閥式避雷器。 （ 2）額定電壓的選擇： UN=UNS=220KV 因此選 FCZ220 避雷器，其參數(shù)如下表 72： 表 72 避雷器參數(shù) 型號(hào) 額定電壓（ kv） 滅弧電壓有效值（ kv） 工頻放電電壓有效值（ KV） 沖擊放電電 峰值（ ? ）不大于（ KV） s?20/8沖擊殘壓不大于（ KV） 不小于 不大于 42 FCZ220 220 252 503 580 710 740 （ 3）滅弧電壓校驗(yàn)： 最高工作允許電壓： Um==*220=253KVN 直接接地： Umh＞ CdUm=*253=，滿足要求。 （ 4）工頻放電電壓校驗(yàn)： 下限值： Ugfx＞ k0Uxg=3*253/ 3 = 上限值： Ugfs= U gfx=*=＜ 580KV 上、下限值均滿足要求。 （ 5）殘壓校驗(yàn)： Ubc=kbhUmh=* 2 *==＜ 740KV，滿足要求。 （ 6）沖擊放電電壓校驗(yàn)： Uchfd==Ubc=＜ 710KV，滿足要求。 所以，所選 FCZ220 型避雷器滿足要求 110KV 側(cè)避雷器的選擇和校驗(yàn) （ 1）型式選擇 根據(jù)設(shè) 計(jì)規(guī)定選用 FCZ 系列磁吹閥式避雷器。 （ 2）額定電壓的選擇： UN=UNS=110KV 因此選 FCZ110 避雷器，其參數(shù)如下表 73： 表 73 避雷器參數(shù) 型號(hào) 額定電壓（ kv） 滅弧電壓有效值（ kv） 工頻放電電壓有效值（ KV） 沖擊放電電峰值（ ? ）不大于（ KV） s?20/8沖擊殘壓不大于（ KV） 不小于 不大于 FCZ 220 126 255 290 345 365 43 110 （ 3）滅弧電壓校驗(yàn)： 最高工作允許電壓： Um==*110= 直接接地： Umh＞ CdUm=*=，滿足要求。 （ 4）工頻放電電壓校驗(yàn)： 下限值： Ugfx＞ k0Uxg=3*上限值： Ugfs==*219=262KV＜ 290KV 上、下限值均滿足要求。 （ 5）殘壓校驗(yàn)： Ubc=kbhUmh=* 2 *=336KV＜ 365KV ，滿足要求。 （ 6）沖擊放電電壓校驗(yàn)： Uchfd=Ubc=336KV＜ 345KV，滿足要求。 所以，所選 FCZ110 型避雷器滿足要求。 10KV 側(cè)避雷器的選擇和校驗(yàn) : （ 1）型式選擇： 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定選用 FS 系列普通閥式避雷器。 （ 2）額定電壓的選擇： UN=UNS=10KV 因此，選擇 FS— 10 型磁吹閥式避雷器 . 表 74 FS10主要技術(shù)數(shù)據(jù) 型式 額定電壓（ KV） 滅弧電壓有效值（ KV） 工頻放電電壓有效值（ KV） 沖擊放電電壓峰值（ ? ）不大于（ KV） s?20/8沖擊殘壓不大于（ KV） 不小于 不大于 FS— 10 10 12.7 26 31 50 50 44 （ 3）滅弧電壓校驗(yàn)： 最高工作允許電壓： Um==*10= 直接接地： Umh＞ CdUm=*=，滿足要求。 （ 4）工頻放電電壓校驗(yàn) 下限值： Ugfx＞ k0Uxg=* 上限值： Ugfs==*26=28KV＜ 31KV 上、下限值均滿足要求。 （ 5）殘壓校驗(yàn)： Ubc=kbhUmh=* 2 *=42KV＜ 50KV，滿足要求。 （ 6）沖擊放電電壓校驗(yàn)： Uchfd=Ubc=42KV＜ 50KV，滿足要求。 故所選 FS— 10 閥式避雷器合格。 避雷針的配置 一、避雷針的配置原則： 。在非高土壤電阻率地區(qū)，其工頻接地電阻 Re≤ 10Ω 。當(dāng)有困 難時(shí)，可將該接地裝置與主接地網(wǎng)連接，但避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)沿接地線的長度不得小于 15m。 d1≥ +，且 d1≥5m；獨(dú)立式避雷針的接地裝置與變配電所主接地網(wǎng)在地中距離 d2≥ ，且d2≥ 3m，式中 iR 為沖擊接地電阻。 二、避雷針位置的確定： 首先應(yīng)根據(jù)變電所設(shè)備平面布置圖的情況而確定，避雷針的初步選定安裝位置與設(shè)備的電氣距離應(yīng)符合各種規(guī)程規(guī)范的要求。 電壓 110KV 及以上的配電裝置，一般將避 雷針裝在配電裝置的構(gòu)架或房頂上，但在土壤電阻率大于 1000n 米的地區(qū)，宜裝設(shè)獨(dú)立的避雷針。 獨(dú)立避雷針（線）宜設(shè)獨(dú)立的接地裝置，其工頻接地電阻不超過 10n。 35KV 及以下高壓配電裝置架構(gòu)或房頂不宜裝避雷針，因其絕緣水平很 45 低，雷擊時(shí)易引起反擊。 在變壓器的門型架構(gòu)上，不應(yīng)裝設(shè)避雷針、避雷線，因?yàn)殚T形架距變壓器較近，裝設(shè)避雷針后，構(gòu)架的集中接地裝置，距變壓器金屬外殼接地點(diǎn)在址中距離很難達(dá)到不小于 15m 的要求。 接地設(shè)計(jì) 隨著電力事業(yè)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中對(duì)接地裝置的要求越來越嚴(yán)格，變電所接地系統(tǒng)直接關(guān)系到變電所的正常運(yùn)行，更涉及到人身與設(shè)備的安全。然而由于接地網(wǎng)設(shè)計(jì)考慮不全面、施工不精細(xì)、測試不準(zhǔn)確等原因，近年來，發(fā)生了多起地網(wǎng)引起的事故，有的不僅燒毀了一次設(shè)備，而且還通過二次控制電纜竄入主控室，造成了事故擴(kuò)大，故接地網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到非常重要的作用。 接地設(shè)計(jì)的原則 : 按接地裝置內(nèi)、外發(fā)生接地故障時(shí)，經(jīng)接地裝置流入地中的最大短路電流所造成的接地電位升高及地面的電位分布不致于危及人員和設(shè)備的安全，將變電站范圍的接觸電位差和跨步電位差限制在安全值之內(nèi)的原則，進(jìn)行本 變電站接地裝置的設(shè)計(jì)。 由于變電站各級(jí)電壓母線接地故障電流越來越大，在接地設(shè)計(jì)中要滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T6211997《交流電氣裝置的接地》中 R≤ 2020/I 是非常困難的?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與原接地規(guī)程有一個(gè)很明顯的區(qū)別是對(duì)接地電阻值不再規(guī)定要達(dá)到 ，而是允許放寬到 5Ω，但這不是說一般情況下，接地電阻都可以采用5Ω，接地電阻放寬是有附加條件的，即：防止轉(zhuǎn)移電位引起的危害，應(yīng)采取各種隔離措施 。考慮短路電流非周期分量的影響，當(dāng)接地網(wǎng)電位升高時(shí)， 310kV避雷器不應(yīng)動(dòng)作或動(dòng)作后不應(yīng)損壞 。應(yīng)采取均壓措施，并驗(yàn) 算接觸電位差和跨步電位差是否滿足要求 ,施工后還應(yīng)進(jìn)行測量和繪制電位分布曲線。 46 在接地故障電流較大的情況下，為了滿足以上要求，還是得把接地電阻值盡量減小。接地電阻的合格值既不是 ，也不是 5Ω，而應(yīng)根據(jù)工程的具體條件，在滿足附加條件要求的情況下，不超過 5Ω都是合格的。 接地網(wǎng)型式選擇及優(yōu)劣分析 : 220kv 及以下變電站地網(wǎng)網(wǎng)格布置采用長孔網(wǎng)或方孔網(wǎng)，接地帶布置按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，水平接地帶間距通常為 5m～ 8m。除了在避雷針（線）和避雷器需加強(qiáng)分流處裝設(shè)垂直接地極外，在地網(wǎng)周邊和水平接地帶交叉點(diǎn)設(shè) 置 ～ 3m 的垂直接地極，進(jìn)所大門口設(shè)帽檐式均壓帶，接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)是水平地網(wǎng)與垂直接地極相結(jié)合的復(fù)合式地網(wǎng)。 長孔與方孔地網(wǎng)網(wǎng)格布置尺寸按經(jīng)驗(yàn)確定，沒有輔助的計(jì)算程序和對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)簡單而粗略。因?yàn)榻拥鼐W(wǎng)邊緣部分的導(dǎo)體散流大約是中心部分的 3～ 4倍，因此，地網(wǎng)邊緣部分的電