220kv-110kv-10kv变电站的设计-USB迷|专注于互联网分享

2024年10月22日发(作者：前子实)

1 主接线的选择 ..................................................................................................................................................... 2

1.1原始资料分析 .............................................................................................................................................. 2

1.2方案议定 ...................................................................................................................................................... 2

1.3节电气主接线图 .......................................................................................................................................... 4

2主变的选择 .......................................................................................................................................................... 5

2.1

原始资料 ..................................................................................................................................................... 5

2.2

主变压器选择 ............................................................................................................................................. 5

3 主要电气设备的选择和校验 ............................................................................................................................. 6

3.1

断路器的选择 ............................................................................................................................................. 6

3.1.1主变高压侧的断路器、隔离开关的选择和校验

.............................................................................. 7

3.1.2主变中压侧的断路器、隔离开关的选择和校验

.............................................................................. 9

3.1.3 110kV侧最大一回负荷出线的断路器、隔离开关的选择和校验

................................................ 10

3.2母线 ............................................................................................................................................................ 12

3.2.1 220kV母线选择

.............................................................................................................................. 13

3.2.2 110kV母线选择

.............................................................................................................................. 14

3.2.3主变低压侧母线桥的选择

................................................................................................................ 15

3.3支柱绝缘子及穿墙套管 ............................................................................................................................ 15

3.4限流电抗器 ................................................................................................................................................ 16

3.5电缆 ............................................................................................................................................................ 19

4电气设备配置 .................................................................................................................................................... 20

4.1继电保护配置规划 .................................................................................................................................... 20

4.1.1 配置原则

..................................................................................................................................... 20

4.1.2 变电所主变保护的配置

............................................................................................................. 21

4.1.3 220kV、110kV、10kV线路保护部分

........................................................................................ 22

4.2

避雷器配置规划 ...................................................................................................................................... 23

4.2.1 概述

................................................................................................................................................. 23

4.2.2 防雷保护的设计

........................................................................................................................... 24

4.2.3 接地装置的设计

......................................................................................................................... 25

4.2.4 主变中性点放电间隙保护

............................................................................................................. 25

5电气总平面布置及配电装置的选择 ................................................................................................................ 26

5.1

概述.......................................................................................................................................................... 26

5.2

高压配电装置的选择 .............................................................................................................................. 26

6所用电设计 ........................................................................................................................................................ 27

6.1概述 ............................................................................................................................................................ 27

6.2所用电的接线方式 .................................................................................................................................... 28

结束语 ................................................................................................................................................................... 29

致谢 ..................................................................................................................................................................... 30

参考资料 ............................................................................................................................................................... 31

220/110/10kv变电站的设计

1 主接线的选择

1.1原始资料分析

变电所规模及其性质：

1. 电压等级 220/110/10 kV

出线6回（其中备用2回） 2. 线路回数 220kV

110kV 出线8回（其中备用2回）

10kV 出线10回（其中备用2回）

区域变电所建成后与110kV和220kV电网相连，并供给近区用户供电。

3．归算到220kV侧系统参数（

=100MVA,UB=230kV）

220kV侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220kV母线侧阻抗为0.015(

=100MVA)

4．归算到110kV侧系统参数（

=100MVA,UB=115kV）

110kV侧电源容量为500MVA，归算至本所110kV母线侧阻抗为0.36(

=100MVA)

5．110kV侧负荷情况：110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，

其他作为一些地区变电所进线，最小负荷与最大负荷之比为0.65。

6．10kV侧负荷情况：

10kV侧总负荷为38000kVA，ⅠⅡ类用户占60%，最大一回出线负荷为4000kVA，最

小负荷与最大负荷之比为0.65。

7. 各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：

220kV侧

cos



0.90

max

4200

小时/年

110kV侧

cos



0.85

max

4500

小时/年

10kV侧

cos



0.85

max

4300

小时/年

8. 220kV和110kV侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间为0.15s，10kV出线过流

保护时间为2s ,断路器燃弧时间按0.05s考虑。

9．该地区最热月平均温度为28℃，年平均气温16℃，绝对最高气温为40℃，土壤温

度为18℃。

1.2方案议定

各种接线方式的优缺点分析：

1、单母线接线

220/110/10kv变电站的设计

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。

各供电侧主接线设计：

1、220kV侧主接线的设计

220/110/10kv变电站的设计

220kV侧出线回路数为6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，宜采用双母线接线

2、110kV侧主接线的设计

110kV侧出线回路数为8回，考虑到负荷比较重，年最大运行小时数为4500小时，对供

电可靠性要求比较高，所以可以采用双母线接线。

3、10kV侧主接线的设计

10kV侧出线回路数为10回，负荷比较轻，供电半径短，所以采用单母分段连接就

能满足要求，故10kV采用单母分段连接

方案拟定：

方案

方案一

220kV侧

双母线不带旁路

110kV侧

双母不带带旁路

10kV侧

单母分段

主变台数

1.3节电气主接线图

图1.1 电气主接线图

220/110/10kv变电站的设计

2主变的选择

2.1 原始资料

1.110kV侧负荷情况：

110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，其他作为一些地区

变电所进线，最小负荷与最大负荷之比为0.65。

2．10kV侧负荷情况：

10kV侧总负荷为38000kVA，ⅠⅡ类用户占60%，最大一回出线负荷为4000kVA，最

小负荷与最大负荷之比为0.65。

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。如变电所可由中、低压侧电力网取得跔容量的备用电源时，可装

设一台主变压器。

装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于

60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

容量选择：

本变电所选用两台变压器，按110kV侧的变电所的进线跳开，由220kV侧无穷大系

统来单供电给110kV和10kV侧的负荷，一台主变压器的容量不应小于60%的全部负荷。

110kV侧的负荷：

两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，属于一类负荷。110侧的总负

荷容量为75MVA

10kV侧的负荷：

10kV侧总负荷为38000kVA，最大一回出线负荷为4000kVA，有10回出线，其中两

回备用，ⅠⅡ类用户占60%。

10kV侧的总负荷为38MVA

10kV侧的最大负荷，按10回来算为10*4000kVA=40MVA>38MVA，所以按40MVA来算

10kV的总负荷容量。

单台容量：

>（80MVA+40MVA）*0.7=84MVA

同时还要保证用户的一、二级负荷：

10kV侧的一级、二级负荷为40MVA*60%=24MVA

110kV侧的一级、二级负荷为80MVA

220/110/10kv变电站的设计

总的一级、二级负荷为24MVA+80MVA=104MVA>84MVA

综合以上讨论可知，从长远考虑选主变压器容量：

=120 MVA，容量比100/100/100的变压器。

主变相数的选择:

主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件

等因素。当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变

压器。

社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故

由以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器，同时，为了保障电压水平能够满

足用户要求，本所选用有载调压变压器。

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、中、低三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。35kV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。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、110kV侧宜采用Y0接线，10kV侧采用△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，所以，本变电所主变220kV、110kV侧

和10kV侧均采用中性点不接地方式。

综上所述，本变电所采用型号为SFPSZ7-120000/220三绕组有载调压变压器。其主要参

数如下：

表2-1 变压器参数列表

容量MVA

120

联结组标号

YN，ynd，d11

型号

SFPSZ7-120000/220

调压范围

±8×1.5%

额定电压（kV）

高压

220

中压

121

低压

10.5

空载损耗

（kW）

124

空载电流

（%）

0.8

I-2

阻抗电压

1-3

22.6

2-3

7.4

3 主要电气设备的选择和校验

3.1 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。根据我国当前制造情况，电压6－220kV的

220/110/10kv变电站的设计

电网一般选用少油断路器，电压110－330kV电网，可选用

或空气断路器，大容量机

组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。

断路器选择的具体技术条件如下：

（1）电压：

≤

---电网工作电压,

---断路器的额定电压

（2）电流：

gmax

≤

gmax

---最大持续工作电流，

---断路器的额定电压

（3）开断电流：

≤

Nbr

---断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；

Nbr

---断路器额定开断电流

（4）动稳定：

≤

max

---断路器极限通过电流峰值；

---三相短路电流冲击值

（5）热稳定：

I

--- 短路电流的热效应或热脉冲；

--- 断路器t秒热稳定电流

隔离开关形式的选择，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：

≤

---电网工作电压

（2）电流：

gmax

≤

gmax

---最大持续工作电流

（3）动稳定：

≤

max

（4）热稳定：

I

--- 短路电流的热效应或热脉冲；

--- 断路器t秒热稳定电流

3.1.1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：

短路点位

置

主变高压

侧

稳态短路

基准电压

（MVA）

电流标么

VaV（kV）

值

100 230 69.0571

基准容量稳态短路电

流有名值

（kA）

17.3333

短路电流冲

击

值

(kA)

44.1235

短路全电流最

大有效值

(kA)

26.1727

短路容量

( MVA)

69.0571

（1）选择

220/110/10kv变电站的设计

220KV

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



（75+4



10）/(2×

×220)=0.158kA

选择LW2-220 SF

断路器

表3-1 LW2-220 SF

断路器参数表

额定电压

（kV）

220

额定电流

（kA）

2.5

额定短路

开断电流

（kA）

31.5

额定短路

关合电流

（kA）

额定峰值

耐受电流

（kA）

100

4秒热稳

定电流

（kA）

31.5

全开断时

间（s）

0.05

型号

LW2-220/2500

（2）热稳定校验：

Q

Q

I

--- 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

QT*I

t

''2

10I

I)/12

； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查

出)；

--- 断路器t秒热稳定电流

短路计算时间：

t

t

--- 后备保护动作时间；

--- 断路器全开断时间

t

t

=0.15+0.05=0.2s<1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应

I

=26.1727



0.2=137.002[(kA) ·s] (

为全电流的最大有效值)

I

=26.1727



0.05=34.251[(kA) ·s]；

(Q

Q

)

=171.253[(kA) ·s]

222

=31.5



4=3969[(kA)

·s]> 137.253[(kA)

·s]>

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

I

max

---------断路器极限通过电流峰值；

-----------三相短路冲击值。

=44.1235 kA <

max

=100kA

满足动稳定要求。

主变高压侧的隔离开关：

（1）选择

220KV

220/110/10kv变电站的设计

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



（75+4



10）/(2×

×220)=0.158kA

选择GW6—220 D/1000-50隔离开关

表3-2 GW6—220D/1000-50隔离开关参数

型号

GW6-220D/1000-50

额定电压

（kV）

220

额定电流

（kA）

额定峰值耐4秒热稳定

受电流（kA）电流（kA）

50 21

QQQI

（2）热稳定校验：

kpNpt

上述计算可得：

(Q

Q

)

=171.253[(kA)

·s]；

=21



4=1764 [(kA)

·s]>

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

I

max

=44.1235 kA <

max

=50kA

满足动稳定要求

3.1.2主变中压侧的断路器、隔离开关的选择和校验

主变中压侧的断路器：

短路点位

置

主变中压

侧

基准电压

（MVA）

VaV（kV）

100 115

基准容量稳态短路

电流标么

值

9.5958

稳态短路电

流有名值

（kA）

4.8181

短路电流冲击

短路全电流最大

(kA)

值

(kA)

有效值

12.2651 7.2753

短路容量

( MVA)

959.58

（1）选择

220KV

；

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



75/(2×

×110)=0.207kA

选择LW2-110Ⅰ/2500 SF

断路器

表3-3 LW2-110Ⅰ/2500 SF

断路器参数表

额定

型号电压

LW2-110Ⅰ/2500 110

额定电流

（kA）

2.5

额定短路

开断电流

（kA）

31.5

额定短路

关合电流

（kA）

额定峰值

耐受电流

（kA）

125

4秒热稳

定电流

（kA）

31.5

全开断

时间（s）

0.05

（2）热稳定校验：

Q

Q

I

--- 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

QT*I

t

''2

10I

I)/12

； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查

220/110/10kv变电站的设计

出)；

--- 断路器t秒热稳定电流

短路计算时间：

t

t

--- 后备保护动作时间；

--- 断路器全开断时间

t

t

=0.15+0.05=0.2s<1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应

I

=7.2751



0.2=10.585[(kA) ·s] (

为全电流的最大有效值)

I

=7.2751



0.05=2.646[(kA) ·s]；

(Q

Q

)

=13.231[(kA) ·s]

222

=31.5



4=3969[(kA)

·s]> 13.231[(kA)

·s]>

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

I

max

---------断路器极限通过电流峰值；

-----------三相短路冲击值。

=12.2651kA <

max

=125kA满足动稳定要求

110kV侧最大一回负荷出线的隔离开关：

（1）选择

220KV

；

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



75/(2×

×110)=0.207kA

选择GW4—110D/1000-80隔离开关

表3-4 GW4—110D/1000-80隔离开关参数

型号

GW4—110D/1000-80

额定电额定电流额定峰值耐5秒热稳定

压（kV）（kA）

110 1

受电流（kA）电流（kA）

80 21.5

（2）热稳定校验：

上述计算可得：

Q

Q

I

Q

Q

I

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

= 13.231 [(kA)

·s]

=21.5



5=2311.25[(kA)

·s]>

=12.2651kA <

max

=80kA

I

max

满足动稳定要求

3.1.3 110kV侧最大一回负荷出线的断路器、隔离开关的选择和校验

110kV侧最大一回负荷出线的断路器：

短路点位

置

稳态短路

基准电压

（MVA）

电流标么

VaV（kV）

值

基准容量稳态短路电

流有名值

（kA）

短路电流冲

击

值

(kA)

短路全电流最

大有效值

(kA)

短路容量

( MVA)

220/110/10kv变电站的设计

110kV侧

最大一回

负荷出线

100 115 16.4138 8.2397 20.9749 12.4417 1641.38

（1）选择

220KV

；

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



75/(2×

×110)=0.207kA

选择LW2-110Ⅰ/2500 SF

断路器

表3-5 LW2-110Ⅰ/2500 SF

断路器参数表

额定

型号电压

LW2-110Ⅰ/2500 110

额定电流

（kA）

2.5

额定短路

开断电流

（kA）

31.5

额定短路

关合电流

（kA）

额定峰值

耐受电流

（kA）

125

4秒热稳

定电流

（kA）

31.5

全开断

时间（s）

0.05

（2）热稳定校验：

Q

Q

I

--- 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

QT*I

t

''2

10I

I)/12

； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查

出)；

--- 断路器t秒热稳定电流

短路计算时间：

t

t

--- 后备保护动作时间；

--- 断路器全开断时间

t

t

=0.15+0.05=0.2s<1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应

I

=12.4417



0.2=30.959[(kA) ·s] (

为全电流的最大有效值)

I

=12.4417



0.05=7.74[(kA) ·s]；

(Q

Q

)

=38.699[(kA) ·s]

222

=31.5



4=3969[(kA)

·s]> 38.699[(kA)

·s]>

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

I

max

---------断路器极限通过电流峰值；

-----------三相短路冲击值；

=20.9749kA <

max

=125kA

满足动稳定要求

110kV侧最大一回负荷出线的隔离开关：

（1）选择

220/110/10kv变电站的设计

220KV

；

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



75/(2×

×110)=0.207kA

选择GW4—110D/1000-80隔离开关

表3-6 GW4—110D/1000-80隔离开关参数

型号

GW4—110D/1000-80

额定电额定电流额定峰值耐5秒热稳定

压（kV）（kA）

110 1

受电流（kA）电流（kA）

80 21.5

QQQI

（2）热稳定校验：

kpNpt

上述计算可得：

Q

Q

I

= 38.699 [(kA) ·s]

=21.5



5=2311.25[(kA)

·s]>

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

I

max

=20.9749 kA <

max

=80kA

满足动稳定要求

3.2母线

母线应根据具体使用情况按下列条件选择和校验：

（1）型式。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。

（2）按最大持续工作电流选择导线载面S，即

gmax

KI

式中

——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

220/110/10kv变电站的设计

（3）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。

I

gmax

(mm

)

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

。当无合适规格导体时，允许小于

。

（4）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≥

min

/C (mm

)

式中

min

——根据稳定决定的导体最小允许截面（mm

）；C——热稳定系数；

——短路热效应。

（5）动态稳定校验：







式中



——母线材料的允许应力



——作用在母线上的最大计算应力。

对于输电线路应校验线路电压损失。对于发电厂、变电所内的导体，由于相对距离

较短，电压损失不严重，所以可不校验。

3.2.1 220kV母线选择

（

1）最大负荷持续工作电流（长期允许载流量）

gmax

=1.05



（75+4



10）/



220=0.316 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

D1/D2(mm)

截面（mm）

导体最高允许温度为70℃时

的载流量（A）

截面系数

W(cm)

1.37

惯性半径

（cm）

0.976

惯性矩J

（cm）

2.06



30/25 216 572

跨距l=1.5m,相间距离a=0.75m,自重m=4.08kg/m，弹性模数E=7



环境温度为40℃,则温度修正系数：

(







)/(







)

(7040)/(7025)

=0.82

修正后的电流：

al40

=0.82×572=469A >316A

（2）热稳定校验：

t

t

=0.15+0.05=0.2s ,

220/110/10kv变电站的设计

用全电流

来校验，d1短路时

=26.1727kA

I

=26.1727

×0.2=137.002kA

·S

正常运行时得导体温度：







(







max

=40+(70-40)316

/469

=53.6℃

查表得：C=94

min

137.00210

1

/94<125.8(mm

)<216mm

满足热稳定

(3)动稳定校验：

查表得频率系数

=3.56(发电厂电气部分表3-5)

N

EJ/m/L

=3.56

710

2.0610

8

/4.08

/1.5

=29.7Hz<35Hz

可见到该母线可不计共振影响

=44.1235 (kA)

母线相间应力：

=1.73×10

-7

I

=1.73×10

-7

×44.1235

/0.75=449N/m

-6



f

/(10W)

=449×1.5/(10×1.37×10

满足动稳定

3.2.2 110kV母线选择

)=7.37×10Pa<8×10Pa

（

1）最大负荷持续工作电流（长期允许载流量）

gmax

=1.05



75/



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

D1/D2(mm)

截面（mm）

导体最高允许温度为

70℃时的载流量（A）

截面系数

W(cm)

1.37

惯性半径

（cm）

0.976

惯性矩J

（cm）

2.06



30/25 216 572

跨距l=1.5m,相间距离a=0.75m,自重m=4.08kg/m，弹性模数E=7



环境温度为40℃,则温度修正系数：

(







)/(







)

(7040)/(7025)

=0.82

修正后的电流：

al40

=0.82×572=469A >413A

220/110/10kv变电站的设计

（2）热稳定校验：

t

t

=0.15+0.05=0.2s ,

用全电流

来校验，d1短路时

=12.4417kA

I

=12.4417

×0.2=30.959kA

·S

正常运行时得导体温度：







(







max

=40+(70-40)413

/469

=63.3℃

查表得：C=90

min

30.95910

1

/90<(mm

)<61.8mm

满足热稳定

(3)动稳定校验：

查表得频率系数

=3.56(发电厂电气部分表3-5)

N

EJ/m/L

=3.56

710

2.0610

8

/4.08

/1.5

=29.7Hz<35Hz

可见到该母线可不计共振影响

=20.9749 (kA)

母线相间应力：

=1.73×10

I

=1.73×10

-7

×20.9749/0.75=101N/m

-6



f

/(10W)

=101×1.5/(10×1.37×10

满足动稳定

3.2.3主变低压侧母线桥的选择

)=1.66×10

Pa<8×10

设备名称

母线桥

S(mm)

2（63×10）矩形铝排

放置方式

平放

(A)(32℃)

1458



(×10Pa)

3.3支柱绝缘子及穿墙套管

支柱绝缘子按额定电压和类型选择，进行短路时动稳定校验。穿墙套管按额定电压，

额定电流和类型选择，按短路条件校验动、热稳定。

（1）按额定电压选择支柱绝缘子和穿墙大管。支柱绝缘子和穿墙套管的额定电压大于

等于电网的额定电压，即：

U

发电厂与变电所的3~20kV屋外支柱和套管，当有冰雪和污秽时，宜选择高一级的

产品。

220/110/10kv变电站的设计

（2）按额定电流选择穿墙套管。穿墙套管的额定电流I

大于或等于回路最大持续电流

max

,即： k

•

≥I

max

式中k——温度修正系数。

对母线型穿墙套管，因本身无导体，不必按此项选择和校验热稳定，在需保证套

管的型式和穿过母线的尺寸相配合。

（3）支柱绝缘子和套管的种类和型式的选择。根据装置地点，环境现在屋内，屋外或

防污式及满足使用要求的产品型式。

（4）穿墙套管的热稳定校验。套管耐受短路电流的热效应

通过套管所产生的热效应

，即：

tQ

，大于或等于短路电流

（5）支柱绝缘子和套管的动稳定校验。在绝缘子和套管的机械应力计算中应注意，发

生短路时，支柱绝缘子（或套管）所受的力为该绝缘子相邻跨导体上电动力的平均值。

另外，由于导体电动力F

max

是作用在导体截面中心线上的，而支柱绝缘子的抗弯破坏强

度是按作用在绝缘子高度H处给定的，可将绝缘子的力折算为：

max

F

max

/H(N)

式中 H

——绝缘子底部到导体水平中心线的高度，mm。

对于屋内35kV及以上水平安放的支柱绝缘子，在进行机械计算时，应考虑导体和

绝缘子的自重以及短路电动力的复合作用。屋外支柱绝缘子尚应计及风和冰雪的附加作

用。

220kV母线的支柱绝缘子及穿墙套管的选择

表3-7 ZC-220 支柱绝缘子

型号

ZC-220

额定电压（kV）

220

绝缘子高度(mm)

210

机械破坏负荷(kg)

250

表3-8 CR-220 穿墙套管

热稳定电流(kA)不少于

额定电

型号

压（kV）流(A) 度（mm）

（10s）

CR-220 220 600 5500 12

(5s)

额定电套管长

铜导体铝导体

3.4限流电抗器

为了选择10kV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

220/110/10kv变电站的设计

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

U

I

gmax

、

— 电抗器的额定电压和额定电流

、

gmax

— 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

(1)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

I

— 基准电流

电抗器在其额定参数下的百分电抗

%(I

X

100%

(2)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%X

max

sin



≤5%,sin



— 负荷功率因数一般0.6

(3)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：

X

≥60~70%

tQ

3、热稳定和动稳定检验应满足下式

I

10kV侧限流电抗器的选择和校验

10kV侧采用单母分段的接线方式，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。

U

=10kV

I

gmax

=1.05×(4×10/2)/(

×10.5)=1.15kA

根据额定

和

gmax

可以选择型号为CkS(Q)-1300/10的限流电抗器

220/110/10kv变电站的设计

型号

表3-9 CkS(Q)-1300/10 限流电抗器的参数

额定

容量

（kVar）

线路

电压

（kV）

10.5

端子

电流

(A)

1190 6 7400

电抗

（%）

损耗

（w）

动稳

定流

（kA）

38.25 34

1S热稳定

电流（kA）

CkS(Q)-1300/10 1300

短路电流的校验：

%(I

X

100%

=100/(

×10.5)=5.5kA

I

=5.5/28.8665=0.19

6%=（5.58/

-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：

=12kA ， 1.8×

=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：

×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×

×24=61.1kA

表3-10 安装电流限抗器母线短路或负荷出线短路的短路电流结果对比

安装前

安装后

短路电流的周期分量（kA）

57.3308

短路冲击电流(kA)

145.9405

61.1

由上表可知可以选用轻型设备

电压损失检验：

V%X

max

sin



=6%×1.15×0.6/1.19=3.48%≤5%

故满足要求

热稳定检验:

I

(1.51I

)

(t

t

)

= (1.51×12)×(2+0.05)=673.08 [(kA) ·s]

取过流保护的动作时间

=2s

=34

×1=1156 [(kA)

·s] >

满足热稳定要求

220/110/10kv变电站的设计

动稳定检验:

=38.25kA>

=30.55kA

满足动稳定校验

3.5电缆

电缆应按下列选择及校验

1、型式：应根据敷设环境及使用条件选择电缆型式。

（1）明敷（包括架空、隧道、沟道内等）的电缆，一般选用裸钢带铠装或塑料外护层

电缆。在易受腐蚀地区应选用塑料外护电缆。在需要使用钢带铠装电缆时，宜选用二

级外护层型式。

（2）直埋敷设时，一般选用钢带铠装电缆。在潮湿或腐蚀性土壤的地区，应带有塑料

外护层。

（3）三相交流系统的单芯电力电缆，要求金属护外层采用一端接地时，在潮湿地区，

外护层宜选用塑料挤包的型式。电力电缆除充油电缆外，一般采用三芯铝芯电缆。

2、按额定电压选择：

gmax

U

3、按最大持续工作电流选择电缆截面S：

gmax

KI

KK

或

KK

T

)/(T

T

)

——温度修正系数;

，

——修正系数

——电缆芯最高工作温度（℃）；

——对应于额定载流量的基准环境温度（℃）；

——实际环境温度；

——对应于所选用电缆截面S、环境温度为+25℃时，电缆长期允许载流量（A）。

4、按经济电流密度选择导体截面以及允许电压降的校验，与裸导体计算相同。

5、热稳定校验：S≥S

min

/C , C=



1



(



20)

4.2Q

×10

-2





1



(



20)

式中 C——热稳定系数。（其他相关系数可以在发电厂电气部分P207查出）

10kV最大一回负荷出线电缆的选择与校验：

=10kV；

gmax

==1.05×4/(

×10.5)=0.23kA

（1）型式：

220/110/10kv变电站的设计

热阻系数为80℃·cm/w,

=325A,直埋敷设,截面积240mm

，缆芯最高工作温度为+60℃

的粘性浸渍绝缘三芯（铝）电力电缆。（电力系统分册附表10）

（2）校验：

①电压：

U

=10kV

②电流：

T

(6040)

=0.76

(6025)

T

=1.09 ,

=1（发电厂电气部分附表18、19）

KK

=0.76×1.09×1=0.83

=0.83×325A=269A >

gmax

=230A

（3）热稳定：

I

(1.51I

)

(t

t

)

= (1.51×12)×(0.15+0.05)=65.7 [(kA) ·s]

(按装设电抗器后的热效应)

正常运行时得导体温度：







(







max

=40+(60-40)230

/269

=54.62℃



1



(



20)

4.2Q

-2

×10=57.6





1



(



20)

min

/C<

65.71

×10

/57.6=140<240mm

满足要求

④动稳定：由厂家来保证。

4电气设备配置

4.1继电保护配置规划

4.1.1 配置原则

1、系统继电保护及自动装置

继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计变电站继电保护结合我国

目前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠性、快速性、灵敏性、运用微机继电保

护装置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平。

2、继电保护配置原则

根据GB14285《继电保护和安全自动装置技术规程》中有关条款《继电保护二十五

项反事故措施要点》、《电力系统继电保护》教材。

3、220千伏系统

220/110/10kv变电站的设计

220千伏线路配置高频距离保护，要求能快速反应相间及接地故障。对于220千伏

双母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，

性能良好的故障录波装置。

4、110千伏系统

110千伏线路配置阶段式距离保护，要求能反应相间及接地故障。对于110千伏双

母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，性

能良好的故障录波装置。

5、主变压器保护

电力变压器是电力系统中大量使用的重要的电气设备,它的故障将对供电可靠性和

系统正常运行带来严重的后果,同时大容量变压器也是非常贵重的设备, ,因此必须根据

变压器的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。

变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕

组的匝间短路和单相接地短路；油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和

接地故障。变压器的不正常工作状态主要由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低。

对于上述故障和不正常工作状态变压器应装设如下保护：

（1)为反应变压器油箱内部各种短路和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变

压器和户内0.4MVA以上变压器,应装设瓦斯保护。

（2)为反应变压器绕组和引线的相间短路,以及中性点直接接地电网侧绕组和引线

的接地短路及绕组匝间短路,应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列

运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器, 以及6.3MVA及以上的所用变压器,应装设

纵差保护。

（3)为反应变压器外部相间短路引起的过电流和同时作为瓦斯、纵差保护(或电流

速断保护)的后备应装设过电流保护.例如,复合电压起动过电流保护或负序过电流保

护。

（4)为反应大接地电流系统外部接地短路,应装设零序电流保护。

（5)为反应过负荷应装设过负荷保护

4.1.2 变电所主变保护的配置

电力变压器是电力系统的重要电气设备之一，它的安全运行直接关系到电力系统的

连续稳定运行，特别是大型电力变压器，由于其造价昂贵，结构复杂，一旦因故障而遭

到损坏，其修复难度大，时间也很长，必然造成很大的经济损失。所以，本设计中主变

保护配置如下：

1、主变压器的主保护

（1）瓦斯保护

对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部

220/110/10kv变电站的设计

所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电

源断路器。

（2）差动保护

对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开

各侧电源断路器。

2、主变压器的后备保护

（1）过流保护

为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，

作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。

而本次所设计的变电所，电源侧为220kV和110kV，主要负荷在10kV侧，即可装设

两套过电流保护，一套装在中压侧110kV侧并装设方向元件，电源侧220kV侧装设一套，

并设有两个时限

和

Ⅲ

，时限定原侧为

Ⅲ

≥

Ⅱ

，用U切除三侧全部断路器。

3、过负荷保护

变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷

保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一

个时间继电器。

4、变压器的零序过流保护

对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后

备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运

行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，

另一套用于中性点不接地运行方式。

4.1.3 220kV、110kV、10kV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、110kV线路保护

由于110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其他作为一些地区变电所进线，所

以稳定性要求较高，所以，110kV线路保护配置如下：

（1）距离保护

（2）零序方向保护

220/110/10kv变电站的设计

（3）过电流保护

3、10kV母线保护

对于10kV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。

4、10kV出线保护

（1）电流保护：线路故障瞬时跳开所在线路的断路器

（2）过电流保护

（3）过负荷保护

4.2 避雷器配置规划

4.2.1 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。按其产生原因，它们又可分为以下几类：

220/110/10kv变电站的设计

4.2.2 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：

220/110/10kv变电站的设计

1、电压110kV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。

4.2.3 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。

4.2.4 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。

220/110/10kv变电站的设计

5电气总平面布置及配电装置的选择

5.1 概述

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，

保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。

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。按其组装方式，

又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置。

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。

屋外配电装置的特点：①土建工程量和费用较小，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，设备运

行条件较差，顺加绝缘；⑥外界气象变化对设备维修和操作有影响。

成套配电装置的特点：①电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地

距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；②所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大

减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；③运行可靠性高，维

护方便；④耗用钢材较多，造价较高。

配电装置应满足以下基本要求：

1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策；

2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保

证具有足够的安全距离；

3）便于检修、巡视和操作；

4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；

5）安装和扩建方便。

配电装置的设计原则：

1）节约用地；

2）运行安全和操作巡视方便；

3）考虑检修和安装条件；

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；

6）安装和扩建方便。

5.2 高压配电装置的选择

配电装置的整个结构天寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距

离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基

220/110/10kv变电站的设计

本的是带电部分对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，在这一距

离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。

本变电所三个电压等级：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、中高型和高型等。

1、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，以便工作售货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，并宜在地震烈度较高地区建用。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。

2、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理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。

3、高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，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5%，但其耗钢多，安装检修及运行中条件均较差，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速，而场地受到限制；

（3）场地狭窄或需要大量开挖。

6所用电设计

6.1概述

变电所所用电属于确保供电负荷，提高所用电供电可靠性的措施如下：

（

1）对于容量在60MVA及以上或枢纽变电所采用两台所用变供电。

（2）两台所用变分别接至变电所最低一级电压母线或独立电源上，并装设备用电源自

接装置。

（3）对于采用复式整流、电容储能等整流电源代替蓄电池时，其交流供电电源由两种

不同电压等级取得电源，并装设备用电源自接装置。

（4）能可靠地利用所外380V电源备用时，需2台所变的变电所可装一台所变。

220/110/10kv变电站的设计

（5）采用强迫油循环水冷却主变或调相机，变电所装设两台所用变。

（6）对于3～10kV有旁路母线且变电所只有一台所用变压器时，该变压器与旁路断路

器分别接至两段母线上。

（7）对无人值班的变电所，一般采用两台能够自动接入的所用变。

（8）对中小型变电所及有人值班的变电所，一般采用一台所用变，其容量一般为20kVA。

所用变压器一般高压侧采用熔断器，为了满足用户侧电压质量要求，故宜采用6.3kV或

10.5kV的所用变。所用变压器低压侧采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动

力和照明公用一个电源，所内一般设置检修电源。

6.2所用电的接线方式

为了保证所用电供电的可靠性，所用电分别从10kV的两个分段上引接，为了节省

投资，所用变压器采用隔离开关加高压熔断器与母线相连。所用变的容量选择，可通过

对变电所自用电的负荷，结合各类负荷的需求系数，求得最大需求容量来选取容量，在

这里假定选用两台S9-50/10可满足要求。

站用母线

Ⅰ段 Ⅱ段 Ⅲ段

其他变电所的进线

220/110/10kv变电站的设计

结束语

课程设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较

完整的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运

用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计规范

以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细

节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能

力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行设计的目的所

在。

虽然设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。我都是随着设计的不断深入

而不断熟悉并学会应用的。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累

了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学

习中表现出更高的应变能力和更强理解力。

顺利如期的完成本次设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业

的发展前景充满信心。比如我的设计还有很多的不足之处，可这些不足正是我们去更好

的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾

不会给我打击只会更好的鞭策我前行。

220/110/10kv变电站的设计

致谢

在此答辩之际，我首先要感谢老师。因为无论从论文选题，到编写过程，直到完成，

刘老师无不倾注着心血和辛劳。这点让我们深受感动。刘老师认真的求学精神、严谨的

治学态度、渊博的专业学识、敏锐的学术眼光、深邃的学术思想、勤勉塌实的治学作风、

诲人不倦的精神无不让人感动。我在这里说一声，老师，辛苦了！

同时，我还要感谢其他给我指导帮助的各位老师，他们都在我做设计的时候无私的

帮助过我，给我提出很多很好的建议，让我获益匪浅。

老师们无私耕耘、孜孜教诲，让我们学到了很多书里和书外的知识。在这里我向所

有老师们表示深深得谢意和崇高的敬意。你们辛苦了！

最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！忠心地祝愿各位身

体健康、工作顺利。

220/110/10kv变电站的设计

参考资料

[1] 熊信银，朱永利 . 发电厂电气部分（第三版）. 北京：中国电力出版社，2004.

[2] 西北电力设计院. 电力工业部西北电力设计院《电力工程电气设备手册一二次电气部分》 .

北京：中国电力出版社，1998

[3] 何仰赞. 电力系统分析（下册）（第三版）.武汉：华中科技大学，2002.

[4]陈跃 .电气工程专业毕业设计指南电力系统分册（第二版） . 北京：中国水利水电出版社，2008.

2024年10月22日发(作者：前子实)

1 主接线的选择 ..................................................................................................................................................... 2

1.1原始资料分析 .............................................................................................................................................. 2

1.2方案议定 ...................................................................................................................................................... 2

1.3节电气主接线图 .......................................................................................................................................... 4

2主变的选择 .......................................................................................................................................................... 5

2.1

原始资料 ..................................................................................................................................................... 5

2.2

主变压器选择 ............................................................................................................................................. 5

3 主要电气设备的选择和校验 ............................................................................................................................. 6

3.1

断路器的选择 ............................................................................................................................................. 6

3.1.1主变高压侧的断路器、隔离开关的选择和校验

.............................................................................. 7

3.1.2主变中压侧的断路器、隔离开关的选择和校验

.............................................................................. 9

3.1.3 110kV侧最大一回负荷出线的断路器、隔离开关的选择和校验

................................................ 10

3.2母线 ............................................................................................................................................................ 12

3.2.1 220kV母线选择

.............................................................................................................................. 13

3.2.2 110kV母线选择

.............................................................................................................................. 14

3.2.3主变低压侧母线桥的选择

................................................................................................................ 15

3.3支柱绝缘子及穿墙套管 ............................................................................................................................ 15

3.4限流电抗器 ................................................................................................................................................ 16

3.5电缆 ............................................................................................................................................................ 19

4电气设备配置 .................................................................................................................................................... 20

4.1继电保护配置规划 .................................................................................................................................... 20

4.1.1 配置原则

..................................................................................................................................... 20

4.1.2 变电所主变保护的配置

............................................................................................................. 21

4.1.3 220kV、110kV、10kV线路保护部分

........................................................................................ 22

4.2

避雷器配置规划 ...................................................................................................................................... 23

4.2.1 概述

................................................................................................................................................. 23

4.2.2 防雷保护的设计

........................................................................................................................... 24

4.2.3 接地装置的设计

......................................................................................................................... 25

4.2.4 主变中性点放电间隙保护

............................................................................................................. 25

5电气总平面布置及配电装置的选择 ................................................................................................................ 26

5.1

概述.......................................................................................................................................................... 26

5.2

高压配电装置的选择 .............................................................................................................................. 26

6所用电设计 ........................................................................................................................................................ 27

6.1概述 ............................................................................................................................................................ 27

6.2所用电的接线方式 .................................................................................................................................... 28

结束语 ................................................................................................................................................................... 29

致谢 ..................................................................................................................................................................... 30

参考资料 ............................................................................................................................................................... 31

220/110/10kv变电站的设计

1 主接线的选择

1.1原始资料分析

变电所规模及其性质：

1. 电压等级 220/110/10 kV

出线6回（其中备用2回） 2. 线路回数 220kV

110kV 出线8回（其中备用2回）

10kV 出线10回（其中备用2回）

区域变电所建成后与110kV和220kV电网相连，并供给近区用户供电。

3．归算到220kV侧系统参数（

=100MVA,UB=230kV）

220kV侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220kV母线侧阻抗为0.015(

=100MVA)

4．归算到110kV侧系统参数（

=100MVA,UB=115kV）

110kV侧电源容量为500MVA，归算至本所110kV母线侧阻抗为0.36(

=100MVA)

5．110kV侧负荷情况：110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，

其他作为一些地区变电所进线，最小负荷与最大负荷之比为0.65。

6．10kV侧负荷情况：

10kV侧总负荷为38000kVA，ⅠⅡ类用户占60%，最大一回出线负荷为4000kVA，最

小负荷与最大负荷之比为0.65。

7. 各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：

220kV侧

cos



0.90

max

4200

小时/年

110kV侧

cos



0.85

max

4500

小时/年

10kV侧

cos



0.85

max

4300

小时/年

8. 220kV和110kV侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间为0.15s，10kV出线过流

保护时间为2s ,断路器燃弧时间按0.05s考虑。

9．该地区最热月平均温度为28℃，年平均气温16℃，绝对最高气温为40℃，土壤温

度为18℃。

1.2方案议定

各种接线方式的优缺点分析：

1、单母线接线

220/110/10kv变电站的设计

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。

各供电侧主接线设计：

1、220kV侧主接线的设计

220/110/10kv变电站的设计

220kV侧出线回路数为6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，宜采用双母线接线

2、110kV侧主接线的设计

110kV侧出线回路数为8回，考虑到负荷比较重，年最大运行小时数为4500小时，对供

电可靠性要求比较高，所以可以采用双母线接线。

3、10kV侧主接线的设计

10kV侧出线回路数为10回，负荷比较轻，供电半径短，所以采用单母分段连接就

能满足要求，故10kV采用单母分段连接

方案拟定：

方案

方案一

220kV侧

双母线不带旁路

110kV侧

双母不带带旁路

10kV侧

单母分段

主变台数

1.3节电气主接线图

图1.1 电气主接线图

220/110/10kv变电站的设计

2主变的选择

2.1 原始资料

1.110kV侧负荷情况：

110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，其他作为一些地区

变电所进线，最小负荷与最大负荷之比为0.65。

2．10kV侧负荷情况：

10kV侧总负荷为38000kVA，ⅠⅡ类用户占60%，最大一回出线负荷为4000kVA，最

小负荷与最大负荷之比为0.65。

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。如变电所可由中、低压侧电力网取得跔容量的备用电源时，可装

设一台主变压器。

装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于

60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

容量选择：

本变电所选用两台变压器，按110kV侧的变电所的进线跳开，由220kV侧无穷大系

统来单供电给110kV和10kV侧的负荷，一台主变压器的容量不应小于60%的全部负荷。

110kV侧的负荷：

两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为75000kVA，属于一类负荷。110侧的总负

荷容量为75MVA

10kV侧的负荷：

10kV侧总负荷为38000kVA，最大一回出线负荷为4000kVA，有10回出线，其中两

回备用，ⅠⅡ类用户占60%。

10kV侧的总负荷为38MVA

10kV侧的最大负荷，按10回来算为10*4000kVA=40MVA>38MVA，所以按40MVA来算

10kV的总负荷容量。

单台容量：

>（80MVA+40MVA）*0.7=84MVA

同时还要保证用户的一、二级负荷：

10kV侧的一级、二级负荷为40MVA*60%=24MVA

110kV侧的一级、二级负荷为80MVA

220/110/10kv变电站的设计

总的一级、二级负荷为24MVA+80MVA=104MVA>84MVA

综合以上讨论可知，从长远考虑选主变压器容量：

=120 MVA，容量比100/100/100的变压器。

主变相数的选择:

主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件

等因素。当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变

压器。

社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故

由以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器，同时，为了保障电压水平能够满

足用户要求，本所选用有载调压变压器。

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、中、低三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。35kV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。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、110kV侧宜采用Y0接线，10kV侧采用△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，所以，本变电所主变220kV、110kV侧

和10kV侧均采用中性点不接地方式。

综上所述，本变电所采用型号为SFPSZ7-120000/220三绕组有载调压变压器。其主要参

数如下：

表2-1 变压器参数列表

容量MVA

120

联结组标号

YN，ynd，d11

型号

SFPSZ7-120000/220

调压范围

±8×1.5%

额定电压（kV）

高压

220

中压

121

低压

10.5

空载损耗

（kW）

124

空载电流

（%）

0.8

I-2

阻抗电压

1-3

22.6

2-3

7.4

3 主要电气设备的选择和校验

3.1 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。根据我国当前制造情况，电压6－220kV的

220/110/10kv变电站的设计

电网一般选用少油断路器，电压110－330kV电网，可选用

或空气断路器，大容量机

组釆用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。

断路器选择的具体技术条件如下：

（1）电压：

≤

---电网工作电压,

---断路器的额定电压

（2）电流：

gmax

≤

gmax

---最大持续工作电流，

---断路器的额定电压

（3）开断电流：

≤

Nbr

---断路器实际开断时间t秒的短路电流周期分量；

Nbr

---断路器额定开断电流

（4）动稳定：

≤

max

---断路器极限通过电流峰值；

---三相短路电流冲击值

（5）热稳定：

I

--- 短路电流的热效应或热脉冲；

--- 断路器t秒热稳定电流

隔离开关形式的选择，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：

≤

---电网工作电压

（2）电流：

gmax

≤

gmax

---最大持续工作电流

（3）动稳定：

≤

max

（4）热稳定：

I

--- 短路电流的热效应或热脉冲；

--- 断路器t秒热稳定电流

3.1.1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：

短路点位

置

主变高压

侧

稳态短路

基准电压

（MVA）

电流标么

VaV（kV）

值

100 230 69.0571

基准容量稳态短路电

流有名值

（kA）

17.3333

短路电流冲

击

值

(kA)

44.1235

短路全电流最

大有效值

(kA)

26.1727

短路容量

( MVA)

69.0571

（1）选择

220/110/10kv变电站的设计

220KV

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



（75+4



10）/(2×

×220)=0.158kA

选择LW2-220 SF

断路器

表3-1 LW2-220 SF

断路器参数表

额定电压

（kV）

220

额定电流

（kA）

2.5

额定短路

开断电流

（kA）

31.5

额定短路

关合电流

（kA）

额定峰值

耐受电流

（kA）

100

4秒热稳

定电流

（kA）

31.5

全开断时

间（s）

0.05

型号

LW2-220/2500

（2）热稳定校验：

Q

Q

I

--- 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

QT*I

t

''2

10I

I)/12

； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查

出)；

--- 断路器t秒热稳定电流

短路计算时间：

t

t

--- 后备保护动作时间；

--- 断路器全开断时间

t

t

=0.15+0.05=0.2s<1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应

I

=26.1727



0.2=137.002[(kA) ·s] (

为全电流的最大有效值)

I

=26.1727



0.05=34.251[(kA) ·s]；

(Q

Q

)

=171.253[(kA) ·s]

222

=31.5



4=3969[(kA)

·s]> 137.253[(kA)

·s]>

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

I

max

---------断路器极限通过电流峰值；

-----------三相短路冲击值。

=44.1235 kA <

max

=100kA

满足动稳定要求。

主变高压侧的隔离开关：

（1）选择

220KV

220/110/10kv变电站的设计

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



（75+4



10）/(2×

×220)=0.158kA

选择GW6—220 D/1000-50隔离开关

表3-2 GW6—220D/1000-50隔离开关参数

型号

GW6-220D/1000-50

额定电压

（kV）

220

额定电流

（kA）

额定峰值耐4秒热稳定

受电流（kA）电流（kA）

50 21

QQQI

（2）热稳定校验：

kpNpt

上述计算可得：

(Q

Q

)

=171.253[(kA)

·s]；

=21



4=1764 [(kA)

·s]>

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

I

max

=44.1235 kA <

max

=50kA

满足动稳定要求

3.1.2主变中压侧的断路器、隔离开关的选择和校验

主变中压侧的断路器：

短路点位

置

主变中压

侧

基准电压

（MVA）

VaV（kV）

100 115

基准容量稳态短路

电流标么

值

9.5958

稳态短路电

流有名值

（kA）

4.8181

短路电流冲击

短路全电流最大

(kA)

值

(kA)

有效值

12.2651 7.2753

短路容量

( MVA)

959.58

（1）选择

220KV

；

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



75/(2×

×110)=0.207kA

选择LW2-110Ⅰ/2500 SF

断路器

表3-3 LW2-110Ⅰ/2500 SF

断路器参数表

额定

型号电压

LW2-110Ⅰ/2500 110

额定电流

（kA）

2.5

额定短路

开断电流

（kA）

31.5

额定短路

关合电流

（kA）

额定峰值

耐受电流

（kA）

125

4秒热稳

定电流

（kA）

31.5

全开断

时间（s）

0.05

（2）热稳定校验：

Q

Q

I

--- 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

QT*I

t

''2

10I

I)/12

； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查

220/110/10kv变电站的设计

出)；

--- 断路器t秒热稳定电流

短路计算时间：

t

t

--- 后备保护动作时间；

--- 断路器全开断时间

t

t

=0.15+0.05=0.2s<1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应

I

=7.2751



0.2=10.585[(kA) ·s] (

为全电流的最大有效值)

I

=7.2751



0.05=2.646[(kA) ·s]；

(Q

Q

)

=13.231[(kA) ·s]

222

=31.5



4=3969[(kA)

·s]> 13.231[(kA)

·s]>

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

I

max

---------断路器极限通过电流峰值；

-----------三相短路冲击值。

=12.2651kA <

max

=125kA满足动稳定要求

110kV侧最大一回负荷出线的隔离开关：

（1）选择

220KV

；

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



75/(2×

×110)=0.207kA

选择GW4—110D/1000-80隔离开关

表3-4 GW4—110D/1000-80隔离开关参数

型号

GW4—110D/1000-80

额定电额定电流额定峰值耐5秒热稳定

压（kV）（kA）

110 1

受电流（kA）电流（kA）

80 21.5

（2）热稳定校验：

上述计算可得：

Q

Q

I

Q

Q

I

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

= 13.231 [(kA)

·s]

=21.5



5=2311.25[(kA)

·s]>

=12.2651kA <

max

=80kA

I

max

满足动稳定要求

3.1.3 110kV侧最大一回负荷出线的断路器、隔离开关的选择和校验

110kV侧最大一回负荷出线的断路器：

短路点位

置

稳态短路

基准电压

（MVA）

电流标么

VaV（kV）

值

基准容量稳态短路电

流有名值

（kA）

短路电流冲

击

值

(kA)

短路全电流最

大有效值

(kA)

短路容量

( MVA)

220/110/10kv变电站的设计

110kV侧

最大一回

负荷出线

100 115 16.4138 8.2397 20.9749 12.4417 1641.38

（1）选择

220KV

；

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



75/(2×

×110)=0.207kA

选择LW2-110Ⅰ/2500 SF

断路器

表3-5 LW2-110Ⅰ/2500 SF

断路器参数表

额定

型号电压

LW2-110Ⅰ/2500 110

额定电流

（kA）

2.5

额定短路

开断电流

（kA）

31.5

额定短路

关合电流

（kA）

额定峰值

耐受电流

（kA）

125

4秒热稳

定电流

（kA）

31.5

全开断

时间（s）

0.05

（2）热稳定校验：

Q

Q

I

--- 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

QT*I

t

''2

10I

I)/12

； (可由发电厂电气部分P73页表3-3查

出)；

--- 断路器t秒热稳定电流

短路计算时间：

t

t

--- 后备保护动作时间；

--- 断路器全开断时间

t

t

=0.15+0.05=0.2s<1s,所以要计及短路电流非周期分量的热效应

I

=12.4417



0.2=30.959[(kA) ·s] (

为全电流的最大有效值)

I

=12.4417



0.05=7.74[(kA) ·s]；

(Q

Q

)

=38.699[(kA) ·s]

222

=31.5



4=3969[(kA)

·s]> 38.699[(kA)

·s]>

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

I

max

---------断路器极限通过电流峰值；

-----------三相短路冲击值；

=20.9749kA <

max

=125kA

满足动稳定要求

110kV侧最大一回负荷出线的隔离开关：

（1）选择

220/110/10kv变电站的设计

220KV

；

gmax

1.05S

max

/(3U

)

=1.05



75/(2×

×110)=0.207kA

选择GW4—110D/1000-80隔离开关

表3-6 GW4—110D/1000-80隔离开关参数

型号

GW4—110D/1000-80

额定电额定电流额定峰值耐5秒热稳定

压（kV）（kA）

110 1

受电流（kA）电流（kA）

80 21.5

QQQI

（2）热稳定校验：

kpNpt

上述计算可得：

Q

Q

I

= 38.699 [(kA) ·s]

=21.5



5=2311.25[(kA)

·s]>

满足热稳定要求

（3）动稳定校验：

I

max

=20.9749 kA <

max

=80kA

满足动稳定要求

3.2母线

母线应根据具体使用情况按下列条件选择和校验：

（1）型式。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。

（2）按最大持续工作电流选择导线载面S，即

gmax

KI

式中

——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

220/110/10kv变电站的设计

（3）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。

I

gmax

(mm

)

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

。当无合适规格导体时，允许小于

。

（4）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≥

min

/C (mm

)

式中

min

——根据稳定决定的导体最小允许截面（mm

）；C——热稳定系数；

——短路热效应。

（5）动态稳定校验：







式中



——母线材料的允许应力



——作用在母线上的最大计算应力。

对于输电线路应校验线路电压损失。对于发电厂、变电所内的导体，由于相对距离

较短，电压损失不严重，所以可不校验。

3.2.1 220kV母线选择

（

1）最大负荷持续工作电流（长期允许载流量）

gmax

=1.05



（75+4



10）/



220=0.316 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

D1/D2(mm)

截面（mm）

导体最高允许温度为70℃时

的载流量（A）

截面系数

W(cm)

1.37

惯性半径

（cm）

0.976

惯性矩J

（cm）

2.06



30/25 216 572

跨距l=1.5m,相间距离a=0.75m,自重m=4.08kg/m，弹性模数E=7



环境温度为40℃,则温度修正系数：

(







)/(







)

(7040)/(7025)

=0.82

修正后的电流：

al40

=0.82×572=469A >316A

（2）热稳定校验：

t

t

=0.15+0.05=0.2s ,

220/110/10kv变电站的设计

用全电流

来校验，d1短路时

=26.1727kA

I

=26.1727

×0.2=137.002kA

·S

正常运行时得导体温度：







(







max

=40+(70-40)316

/469

=53.6℃

查表得：C=94

min

137.00210

1

/94<125.8(mm

)<216mm

满足热稳定

(3)动稳定校验：

查表得频率系数

=3.56(发电厂电气部分表3-5)

N

EJ/m/L

=3.56

710

2.0610

8

/4.08

/1.5

=29.7Hz<35Hz

可见到该母线可不计共振影响

=44.1235 (kA)

母线相间应力：

=1.73×10

-7

I

=1.73×10

-7

×44.1235

/0.75=449N/m

-6



f

/(10W)

=449×1.5/(10×1.37×10

满足动稳定

3.2.2 110kV母线选择

)=7.37×10Pa<8×10Pa

（

1）最大负荷持续工作电流（长期允许载流量）

gmax

=1.05



75/



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

D1/D2(mm)

截面（mm）

导体最高允许温度为

70℃时的载流量（A）

截面系数

W(cm)

1.37

惯性半径

（cm）

0.976

惯性矩J

（cm）

2.06



30/25 216 572

跨距l=1.5m,相间距离a=0.75m,自重m=4.08kg/m，弹性模数E=7



环境温度为40℃,则温度修正系数：

(







)/(







)

(7040)/(7025)

=0.82

修正后的电流：

al40

=0.82×572=469A >413A

220/110/10kv变电站的设计

（2）热稳定校验：

t

t

=0.15+0.05=0.2s ,

用全电流

来校验，d1短路时

=12.4417kA

I

=12.4417

×0.2=30.959kA

·S

正常运行时得导体温度：







(







max

=40+(70-40)413

/469

=63.3℃

查表得：C=90

min

30.95910

1

/90<(mm

)<61.8mm

满足热稳定

(3)动稳定校验：

查表得频率系数

=3.56(发电厂电气部分表3-5)

N

EJ/m/L

=3.56

710

2.0610

8

/4.08

/1.5

=29.7Hz<35Hz

可见到该母线可不计共振影响

=20.9749 (kA)

母线相间应力：

=1.73×10

I

=1.73×10

-7

×20.9749/0.75=101N/m

-6



f

/(10W)

=101×1.5/(10×1.37×10

满足动稳定

3.2.3主变低压侧母线桥的选择

)=1.66×10

Pa<8×10

设备名称

母线桥

S(mm)

2（63×10）矩形铝排

放置方式

平放

(A)(32℃)

1458



(×10Pa)

3.3支柱绝缘子及穿墙套管

支柱绝缘子按额定电压和类型选择，进行短路时动稳定校验。穿墙套管按额定电压，

额定电流和类型选择，按短路条件校验动、热稳定。

（1）按额定电压选择支柱绝缘子和穿墙大管。支柱绝缘子和穿墙套管的额定电压大于

等于电网的额定电压，即：

U

发电厂与变电所的3~20kV屋外支柱和套管，当有冰雪和污秽时，宜选择高一级的

产品。

220/110/10kv变电站的设计

（2）按额定电流选择穿墙套管。穿墙套管的额定电流I

大于或等于回路最大持续电流

max

,即： k

•

≥I

max

式中k——温度修正系数。

对母线型穿墙套管，因本身无导体，不必按此项选择和校验热稳定，在需保证套

管的型式和穿过母线的尺寸相配合。

（3）支柱绝缘子和套管的种类和型式的选择。根据装置地点，环境现在屋内，屋外或

防污式及满足使用要求的产品型式。

（4）穿墙套管的热稳定校验。套管耐受短路电流的热效应

通过套管所产生的热效应

，即：

tQ

，大于或等于短路电流

（5）支柱绝缘子和套管的动稳定校验。在绝缘子和套管的机械应力计算中应注意，发

生短路时，支柱绝缘子（或套管）所受的力为该绝缘子相邻跨导体上电动力的平均值。

另外，由于导体电动力F

max

是作用在导体截面中心线上的，而支柱绝缘子的抗弯破坏强

度是按作用在绝缘子高度H处给定的，可将绝缘子的力折算为：

max

F

max

/H(N)

式中 H

——绝缘子底部到导体水平中心线的高度，mm。

对于屋内35kV及以上水平安放的支柱绝缘子，在进行机械计算时，应考虑导体和

绝缘子的自重以及短路电动力的复合作用。屋外支柱绝缘子尚应计及风和冰雪的附加作

用。

220kV母线的支柱绝缘子及穿墙套管的选择

表3-7 ZC-220 支柱绝缘子

型号

ZC-220

额定电压（kV）

220

绝缘子高度(mm)

210

机械破坏负荷(kg)

250

表3-8 CR-220 穿墙套管

热稳定电流(kA)不少于

额定电

型号

压（kV）流(A) 度（mm）

（10s）

CR-220 220 600 5500 12

(5s)

额定电套管长

铜导体铝导体

3.4限流电抗器

为了选择10kV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

220/110/10kv变电站的设计

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

U

I

gmax

、

— 电抗器的额定电压和额定电流

、

gmax

— 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

(1)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

I

— 基准电流

电抗器在其额定参数下的百分电抗

%(I

X

100%

(2)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%X

max

sin



≤5%,sin



— 负荷功率因数一般0.6

(3)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：

X

≥60~70%

tQ

3、热稳定和动稳定检验应满足下式

I

10kV侧限流电抗器的选择和校验

10kV侧采用单母分段的接线方式，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。

U

=10kV

I

gmax

=1.05×(4×10/2)/(

×10.5)=1.15kA

根据额定

和

gmax

可以选择型号为CkS(Q)-1300/10的限流电抗器

220/110/10kv变电站的设计

型号

表3-9 CkS(Q)-1300/10 限流电抗器的参数

额定

容量

（kVar）

线路

电压

（kV）

10.5

端子

电流

(A)

1190 6 7400

电抗

（%）

损耗

（w）

动稳

定流

（kA）

38.25 34

1S热稳定

电流（kA）

CkS(Q)-1300/10 1300

短路电流的校验：

%(I

X

100%

=100/(

×10.5)=5.5kA

I

=5.5/28.8665=0.19

6%=（5.58/

-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：

=12kA ， 1.8×

=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：

×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×

×24=61.1kA

表3-10 安装电流限抗器母线短路或负荷出线短路的短路电流结果对比

安装前

安装后

短路电流的周期分量（kA）

57.3308

短路冲击电流(kA)

145.9405

61.1

由上表可知可以选用轻型设备

电压损失检验：

V%X

max

sin



=6%×1.15×0.6/1.19=3.48%≤5%

故满足要求

热稳定检验:

I

(1.51I

)

(t

t

)

= (1.51×12)×(2+0.05)=673.08 [(kA) ·s]

取过流保护的动作时间

=2s

=34

×1=1156 [(kA)

·s] >

满足热稳定要求

220/110/10kv变电站的设计

动稳定检验:

=38.25kA>

=30.55kA

满足动稳定校验

3.5电缆

电缆应按下列选择及校验

1、型式：应根据敷设环境及使用条件选择电缆型式。

（1）明敷（包括架空、隧道、沟道内等）的电缆，一般选用裸钢带铠装或塑料外护层

电缆。在易受腐蚀地区应选用塑料外护电缆。在需要使用钢带铠装电缆时，宜选用二

级外护层型式。

（2）直埋敷设时，一般选用钢带铠装电缆。在潮湿或腐蚀性土壤的地区，应带有塑料

外护层。

（3）三相交流系统的单芯电力电缆，要求金属护外层采用一端接地时，在潮湿地区，

外护层宜选用塑料挤包的型式。电力电缆除充油电缆外，一般采用三芯铝芯电缆。

2、按额定电压选择：

gmax

U

3、按最大持续工作电流选择电缆截面S：

gmax

KI

KK

或

KK

T

)/(T

T

)

——温度修正系数;

，

——修正系数

——电缆芯最高工作温度（℃）；

——对应于额定载流量的基准环境温度（℃）；

——实际环境温度；

——对应于所选用电缆截面S、环境温度为+25℃时，电缆长期允许载流量（A）。

4、按经济电流密度选择导体截面以及允许电压降的校验，与裸导体计算相同。

5、热稳定校验：S≥S

min

/C , C=



1



(



20)

4.2Q

×10

-2





1



(



20)

式中 C——热稳定系数。（其他相关系数可以在发电厂电气部分P207查出）

10kV最大一回负荷出线电缆的选择与校验：

=10kV；

gmax

==1.05×4/(

×10.5)=0.23kA

（1）型式：

220/110/10kv变电站的设计

热阻系数为80℃·cm/w,

=325A,直埋敷设,截面积240mm

，缆芯最高工作温度为+60℃

的粘性浸渍绝缘三芯（铝）电力电缆。（电力系统分册附表10）

（2）校验：

①电压：

U

=10kV

②电流：

T

(6040)

=0.76

(6025)

T

=1.09 ,

=1（发电厂电气部分附表18、19）

KK

=0.76×1.09×1=0.83

=0.83×325A=269A >

gmax

=230A

（3）热稳定：

I

(1.51I

)

(t

t

)

= (1.51×12)×(0.15+0.05)=65.7 [(kA) ·s]

(按装设电抗器后的热效应)

正常运行时得导体温度：







(







max

=40+(60-40)230

/269

=54.62℃



1



(



20)

4.2Q

-2

×10=57.6





1



(



20)

min

/C<

65.71

×10

/57.6=140<240mm

满足要求

④动稳定：由厂家来保证。

4电气设备配置

4.1继电保护配置规划

4.1.1 配置原则

1、系统继电保护及自动装置

继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计变电站继电保护结合我国

目前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠性、快速性、灵敏性、运用微机继电保

护装置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平。

2、继电保护配置原则

根据GB14285《继电保护和安全自动装置技术规程》中有关条款《继电保护二十五

项反事故措施要点》、《电力系统继电保护》教材。

3、220千伏系统

220/110/10kv变电站的设计

220千伏线路配置高频距离保护，要求能快速反应相间及接地故障。对于220千伏

双母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，

性能良好的故障录波装置。

4、110千伏系统

110千伏线路配置阶段式距离保护，要求能反应相间及接地故障。对于110千伏双

母线接线，配置一套能快速有选择性切除故障的母线保护。每条线路配置功能齐全，性

能良好的故障录波装置。

5、主变压器保护

电力变压器是电力系统中大量使用的重要的电气设备,它的故障将对供电可靠性和

系统正常运行带来严重的后果,同时大容量变压器也是非常贵重的设备, ,因此必须根据

变压器的保护的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。

变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕

组的匝间短路和单相接地短路；油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和

接地故障。变压器的不正常工作状态主要由外部短路或过负荷引起的过电流、油面降低。

对于上述故障和不正常工作状态变压器应装设如下保护：

（1)为反应变压器油箱内部各种短路和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸式变

压器和户内0.4MVA以上变压器,应装设瓦斯保护。

（2)为反应变压器绕组和引线的相间短路,以及中性点直接接地电网侧绕组和引线

的接地短路及绕组匝间短路,应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上并列

运行变压器和10MVA及以上单独运行变压器, 以及6.3MVA及以上的所用变压器,应装设

纵差保护。

（3)为反应变压器外部相间短路引起的过电流和同时作为瓦斯、纵差保护(或电流

速断保护)的后备应装设过电流保护.例如,复合电压起动过电流保护或负序过电流保

护。

（4)为反应大接地电流系统外部接地短路,应装设零序电流保护。

（5)为反应过负荷应装设过负荷保护

4.1.2 变电所主变保护的配置

电力变压器是电力系统的重要电气设备之一，它的安全运行直接关系到电力系统的

连续稳定运行，特别是大型电力变压器，由于其造价昂贵，结构复杂，一旦因故障而遭

到损坏，其修复难度大，时间也很长，必然造成很大的经济损失。所以，本设计中主变

保护配置如下：

1、主变压器的主保护

（1）瓦斯保护

对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部

220/110/10kv变电站的设计

所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电

源断路器。

（2）差动保护

对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开

各侧电源断路器。

2、主变压器的后备保护

（1）过流保护

为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，

作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。

而本次所设计的变电所，电源侧为220kV和110kV，主要负荷在10kV侧，即可装设

两套过电流保护，一套装在中压侧110kV侧并装设方向元件，电源侧220kV侧装设一套，

并设有两个时限

和

Ⅲ

，时限定原侧为

Ⅲ

≥

Ⅱ

，用U切除三侧全部断路器。

3、过负荷保护

变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷

保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一

个时间继电器。

4、变压器的零序过流保护

对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后

备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运

行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，

另一套用于中性点不接地运行方式。

4.1.3 220kV、110kV、10kV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、110kV线路保护

由于110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其他作为一些地区变电所进线，所

以稳定性要求较高，所以，110kV线路保护配置如下：

（1）距离保护

（2）零序方向保护

220/110/10kv变电站的设计

（3）过电流保护

3、10kV母线保护

对于10kV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。

4、10kV出线保护

（1）电流保护：线路故障瞬时跳开所在线路的断路器

（2）过电流保护

（3）过负荷保护

4.2 避雷器配置规划

4.2.1 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。按其产生原因，它们又可分为以下几类：

220/110/10kv变电站的设计

4.2.2 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：

220/110/10kv变电站的设计

1、电压110kV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。

4.2.3 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。

4.2.4 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。

220/110/10kv变电站的设计

5电气总平面布置及配电装置的选择

5.1 概述

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，

保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。

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。按其组装方式，

又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置。

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。

屋外配电装置的特点：①土建工程量和费用较小，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，设备运

行条件较差，顺加绝缘；⑥外界气象变化对设备维修和操作有影响。

成套配电装置的特点：①电气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地

距离可以缩小，结构紧凑，占地面积小；②所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大

减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬运；③运行可靠性高，维

护方便；④耗用钢材较多，造价较高。

配电装置应满足以下基本要求：

1）配电装置的设计必须贯彻执行国家基本建设方针和技术经济政策；

2）保证运行可靠，按照系统自然条件，合理选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保

证具有足够的安全距离；

3）便于检修、巡视和操作；

4）在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价；

5）安装和扩建方便。

配电装置的设计原则：

1）节约用地；

2）运行安全和操作巡视方便；

3）考虑检修和安装条件；

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；

6）安装和扩建方便。

5.2 高压配电装置的选择

配电装置的整个结构天寸，是综合考虑到设备外形尺寸，检修维护和搬运的安全距

离，电气绝缘距离等因素而决定，对于敞露在空气中的配电装置，在各种间距中，最基

220/110/10kv变电站的设计

本的是带电部分对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，在这一距

离下，无论为正常最高工作电压或出现内外过电压时，都不致使空气间隙击穿。

本变电所三个电压等级：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、中高型和高型等。

1、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，以便工作售货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，并宜在地震烈度较高地区建用。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。

2、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理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。

3、高型配电装置，它是将母线和隔离开关上下布置，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5%，但其耗钢多，安装检修及运行中条件均较差，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速，而场地受到限制；

（3）场地狭窄或需要大量开挖。

6所用电设计

6.1概述

变电所所用电属于确保供电负荷，提高所用电供电可靠性的措施如下：

（

1）对于容量在60MVA及以上或枢纽变电所采用两台所用变供电。

（2）两台所用变分别接至变电所最低一级电压母线或独立电源上，并装设备用电源自

接装置。

（3）对于采用复式整流、电容储能等整流电源代替蓄电池时，其交流供电电源由两种

不同电压等级取得电源，并装设备用电源自接装置。

（4）能可靠地利用所外380V电源备用时，需2台所变的变电所可装一台所变。

220/110/10kv变电站的设计

（5）采用强迫油循环水冷却主变或调相机，变电所装设两台所用变。

（6）对于3～10kV有旁路母线且变电所只有一台所用变压器时，该变压器与旁路断路

器分别接至两段母线上。

（7）对无人值班的变电所，一般采用两台能够自动接入的所用变。

（8）对中小型变电所及有人值班的变电所，一般采用一台所用变，其容量一般为20kVA。

所用变压器一般高压侧采用熔断器，为了满足用户侧电压质量要求，故宜采用6.3kV或

10.5kV的所用变。所用变压器低压侧采用380/220V中性点直接接地的三相四线制，动

力和照明公用一个电源，所内一般设置检修电源。

6.2所用电的接线方式

为了保证所用电供电的可靠性，所用电分别从10kV的两个分段上引接，为了节省

投资，所用变压器采用隔离开关加高压熔断器与母线相连。所用变的容量选择，可通过

对变电所自用电的负荷，结合各类负荷的需求系数，求得最大需求容量来选取容量，在

这里假定选用两台S9-50/10可满足要求。

站用母线

Ⅰ段 Ⅱ段 Ⅲ段

其他变电所的进线

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结束语

课程设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较

完整的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运

用所学的专业基础知识，解决实际问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计规范

以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细

节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能

力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行设计的目的所

在。

虽然设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。我都是随着设计的不断深入

而不断熟悉并学会应用的。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累

了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学

习中表现出更高的应变能力和更强理解力。

顺利如期的完成本次设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业

的发展前景充满信心。比如我的设计还有很多的不足之处，可这些不足正是我们去更好

的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾

不会给我打击只会更好的鞭策我前行。

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致谢

在此答辩之际，我首先要感谢老师。因为无论从论文选题，到编写过程，直到完成，

刘老师无不倾注着心血和辛劳。这点让我们深受感动。刘老师认真的求学精神、严谨的

治学态度、渊博的专业学识、敏锐的学术眼光、深邃的学术思想、勤勉塌实的治学作风、

诲人不倦的精神无不让人感动。我在这里说一声，老师，辛苦了！

同时，我还要感谢其他给我指导帮助的各位老师，他们都在我做设计的时候无私的

帮助过我，给我提出很多很好的建议，让我获益匪浅。

老师们无私耕耘、孜孜教诲，让我们学到了很多书里和书外的知识。在这里我向所

有老师们表示深深得谢意和崇高的敬意。你们辛苦了！

最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！忠心地祝愿各位身

体健康、工作顺利。

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参考资料

[1] 熊信银，朱永利 . 发电厂电气部分（第三版）. 北京：中国电力出版社，2004.

[2] 西北电力设计院. 电力工业部西北电力设计院《电力工程电气设备手册一二次电气部分》 .

北京：中国电力出版社，1998

[3] 何仰赞. 电力系统分析（下册）（第三版）.武汉：华中科技大学，2002.

[4]陈跃 .电气工程专业毕业设计指南电力系统分册（第二版） . 北京：中国水利水电出版社，2008.

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