220-60KV降压变电所毕业设计

内容摘要

电气工程及其自动化专业的毕业设计是培养学生综合运用大学四年所学理论知识，独立分析和解决工程实际问题的初步能力的一个重要环节。

本设计是根据“电力系统及自动化专业（发电厂及电力系统）”毕业任务书的要求，综合大学四年所学的专业知识及《电力工程电气设计手册》，《电力工程电气设备手册》等书籍的有关内容，在指导教师的帮助下，通过本人的精心设计论证完成的。整个设计过程中，全面细致的考虑工程设计的经济性，系统运行的可靠性，灵活性等诸多因素，最终完成本设计方案。

本设计说明书是根据毕业设计的要求，针对220/60KV降压变电所毕业设计论文。本次设计主要是一次变电所电气部分的设计，并做出阐述和说明。论文包括选择变电所的主变压器的容量、台数和形式，选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数，并且通过计算，详细的校验了各种不同设备的热稳定和动稳定，并对其选择进行了详尽的说明。同时经过变压器的选择和变电所所带负荷情况，最后确定本变电所电气主接线方案和高压配电装置及其布置方式。论文包括设计的说明和设备选择的计算，并附有五张设计图纸（电气主接线图一张、 变电所断面图两张、平面布置图一张、防雷保护图一张、继电保护原理图一张），可为以后的设计做些参考。

由于时间紧张和能力有限，此论文中难免会出现遗漏和错误，希望老师给予指点和更正。

最后，感谢各位老师给予我的帮助和大力支持，正因为你们精心的指导本次论文才得以更好的完成，再次表示深深的感谢！ 关键词 电力系统，变压器，

I

220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

Abstract

Electrical engineering and professional graduate in its automation designs is an important link of the first step to trains student synthesize to make use of the four years in university an academic theories theory knowledge, independence analysis definitely reach agreement engineering actual problem ability.

This design according to\" electric power system and automation

profession( power plant and electric power system)\" the request that graduate the mission book, synthesize the four years in university a profession for learning knowledge and 《 electric power engineering electricity design manual 》,etc. Under the help that guide the teacher, pass oneself of design what argument complete with meticulous care.Whole design process inside, completely economic that meticulous consideration engineering design, dependable that system circulate, vivid etc. many factors, end complete this design project.

This design the main according to the request that graduate the design, aiming at the 220/60 KV decline to press to change to give or get an electric shock a graduate the design the thesis. The design is based on summarizing our country’s substation design and operation .It takes the selections of devices which this substation needed such as the type of electric bus,the type of the power distribution.It is made up of the instruction and the caculating parts.And for blueprints(situation main connected wires picture,the plot and section of the substation,transformer protective principle connection picture),It can be unsuited for the same design in future.

For my limited knowledge,it is impossible to be no mistakes in the draft.I hope the teacher give to point out with make correction.

Finally, thanks for each teacher to give my help with support strongly, positive because you with meticulous care of leading this thesis just can better complete, mean the profound with gratitude again!

Keyword electric power system, transformer

II

沈阳工程学院毕业设计（论文）

目录

内容摘要 .......................................................................................................................................... I Abstract .......................................................................................................................................... II 第一部分 毕业设计说明书 ........................................................................................................... 1 第一章 引言 ............................................................................................................................... 1 第二章 主变压器台数和容量的确定 ........................................................................................... 2

2.1 主变压器选择的要求 ..................................................................................................... 2 2.2 主变压器的选择： ......................................................................................................... 2 第三章 主接线形式的选择及说明 ............................................................................................... 4

3.1 主接线的设计原则 ......................................................................................................... 4 3.2 主接线的设计要求 ......................................................................................................... 4 3.3 主接线的选择 ................................................................................................................. 5 第四章 短路电流的计算 ........................................................................................................... 8

4.1 短路电流计算的目的 ................................................................................................... 8 4.2 短路的基本类型 ......................................................................................................... 8 4.3 一般规定 ..................................................................................................................... 8 4.4 计算步骤 ....................................................................................................................... 9

4.4.1 画等值电抗图 ................................................................................................... 9 4.4.2 计算短路电流步骤............................................................................................ 9 4.5 计算方法 ..................................................................................................................... 9

4.5.1 标么值法 ........................................................................................................... 9 4.5.2 网络变换 ........................................................................................................... 9 4.5.3 短路电流周期分量的计算 .............................................................................. 10

第五章 主要电气设备的选择 ...................................................................................................... 11

5.1 一般原则 ...................................................................................................................... 11 5.2 高压断路器的选择 .................................................................................................... 11

5.2.1断路器形式的选择 ............................................................................................. 11 5.2.2 断路器的选择方法 ........................................................................................... 12 5.3 隔离开关的选择 ......................................................................................................... 12

5.2.1隔离开关的选择方法 ........................................................................................ 13 5.4 电压互感器的选择 ................................................................................................... 13 5.5 电流互感器的选择 ................................................................................................... 14 5.6 母线的选择 ............................................................................................................... 16

5.6.1 母线选择的依据 ............................................................................................. 16 5.6.2 母线截面选择和校验...................................................................................... 16

第六章 防雷保护的设计 ............................................................................................................. 17

6.1防雷保护设计和选择 .................................................................................................... 17 6.2避雷器的选择 ................................................................................................................ 17 第七章 配电装置的设计 ......................................................................................................... 19

7.1 电气布置 ..................................................................................................................... 19 7.2 配电装置设计原则 ................................................................................................... 19

7.3 配电装置型式的选择 ....................................................................................... 19

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

7.3.1 屋外配电装置的特点.................................................................................... 20 7.3.2 屋外配电装置的最小安全净距 ........................................................................ 20 7.3.3 屋外配电装置的若干问题 .............................................................................. 20

第八章 继电保护和自动装置的规划设计 ................................................................................. 22

8.1 继电保护的配置 ......................................................................................................... 22

8.1.1 变压器的保护 ................................................................................................. 22 8.1.2 母线保护 ......................................................................................................... 22 8.1.3 线路保护 ......................................................................................................... 23 8.2 自动装置的配置 ....................................................................................................... 24

8.2.1 配置原则及原因 ............................................................................................. 24 8.2.2 自动重合闸的作用.......................................................................................... 24 8.2.3 自动重合闸装置应符合基本要求 .............................................................. 25 8.2.4 备用电源和备用设备自动投入 ...................................................................... 25

第九章 防雷保护规划设计 ..................................................................................................... 26

9.1 电工装置的防雷保护 ................................................................................................. 26 第二部分 220KV/60KV降压变电所电气部分计算书 ............................................................. 27 第一章 短路电流的计算 ........................................................................................................... 27

1.1 所用计算公式： ........................................................................................................... 27 1.2系统计算电路图和等值电路图..................................................................................... 27 第二章 电气设备选择及计算校验 ............................................................................................. 33

2.1高压断路器的选择计算 ................................................................................................ 33

2.1.1 220KV侧断路器的选择 ................................................................................... 33 2.1.2 60KV侧断路器的选择..................................................................................... 34 2.2 隔离开关的选择计算 ................................................................................................. 35

2.2.1 220KV隔离开关的选择 ................................................................................... 35 2.2.2 60KV侧隔离开关的选择 ................................................................................... 36 2.3 电压互感器的选择计算 ........................................................................................... 36 2.4 电流互感器的选择 ..................................................................................................... 37

2.4.1 220KV侧电流互感器的选择 ........................................................................... 37 2.4.2 60KV侧电流互感器的选择 ............................................................................. 38 2.5 母线的选择计算 ....................................................................................................... 39

2.5.1 220KV侧母线的选择....................................................................................... 39 2.5.2 60KV侧母线的选择 ........................................................................................ 40

第三章 防雷保护设计 ............................................................................................................. 42

3.1 避雷器的选择 ........................................................................................................... 42 3.2避雷针的选择和计算 .................................................................................................... 43 总 结 ............................................................................................................................................. 45 致 谢 ........................................................................................................................................... 46 参 考 文 献 ................................................................................................................................. 47

IV

沈阳工程学院毕业设计（论文）

第一部分 毕业设计说明书

第一章 引言

电气工程及其自动化专业的毕业设计是培养学生综合运用大学四年所学理论知识，独立分析和解决工程实际问题的初步能力的一个重要环节。

本设计是根据毕业设计的要求，针对220/60KV降压变电所毕业设计论文。本次设计主要是一次变电所电气部分的设计，并做出阐述和说明。论文包括选择变电所的主变压器的容量、台数和形式，选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数，并且通过计算，详细的校验了各种不同设备的热稳定和动稳定，并对其选择进行了详尽的说明。同时经过变压器的选择和变电所所带负荷情况，确定本变电所电气主接线方案和高压配电装置及其布置方式，同时根据变电所的电压等级及其在电力网中的重要地位进行继电保护和自动装置的规划设计，最后通过对主接线形式的确定及所选设备的型号绘制变电所的断面图、平面图、和继电保护原理图，同时根据所绘制的变电所平面图计算变电所屋外高压配电装置的防雷保护，并绘制屋外高压配电装置的防雷保护图。本设计的所有图纸都是计算机绘制而成，最后按照要求进行毕业设计成品打印。论文包括毕业设计说明书和毕业设计计算书两部分，并附有五张设计图纸（电气主接线图一张、 变电所断面图两张、平面布置图一张、防雷保护图一张、继电保护原理图一张），可为以后的设计做些参考，同时能够比较直观的反映本设计变电所的整体全貌。

最后，感谢吴志宏及其它老师在设计过程中的指导。设计中难免有不合适的地方，还请老师帮助改正。

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

第二章 主变压器台数和容量的确定

2.1 主变压器选择的要求

1.和电力系统连接的主变压器一般不超过两台。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。

2.变压器装设两台及以上主变压器时，每台容量的选择应按照其中任一台停用时，其余变压器容量至少能保证所供电的全部一级负荷或为变电所全部负荷的60—75%。通常一次变电所为75%，二次变电所为60%。

3.变电所的主变压器一般采用三相变压器，因制造或运输条件限制及初期只装一台主变压器的220KV枢纽变电所中，一般采用单相变压器组，当装设一台单相变压器时，应没有备用相，当主变压器超过一台，且各台容量满足上述要求时，单相变压器组可不装设备用相。

4.变电所中的变压器在系统调压有要求时，一般采用带负荷调压变压器，如受设备制造限制时，可采用独立的调压变压器或预留位置。

5.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方式只有“Y”型和“△”型，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

2.2 主变压器的选择：

1.总容量的确定

主变容量的确定应根据5-10年发展规划进行选择，通过对原始资料的分析，根据负荷及经济发展的要求，同时考虑负荷的同时系数和线损率等因素，可由公式S=k0*（1+5%）*P/cosφ求得。

分析原始资料变电所60KV用户负荷表（表2-1）

表2-1 用户负荷表

序号 1 2 3 4 5

负荷名称 汽车制造厂 汽车齿轮厂 风动工具厂 电工机械厂 发动机厂 最大符合（KW） 近期 远期 12000 15000 8000 11000 15000 21000 12000 17000 15000 16000 功率 因素 0.92 0.93 0.95 0.90 0.94 2

出线 方式 架空 架空 架空 架空 架空 出现 回路数 2 2 2 2 2 附注 有重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 有重要负荷 沈阳工程学院毕业设计（论文）

6 汽车配件厂 10000 12000 0.90 架空 2 有重要负荷

最大负荷利用小时数T = 5600小时，负荷同时系数0.82，线损率为5﹪，重要负荷占75﹪。

S1=p1/cosφ=15000/0.92=16304.4

S2=P2/cosφ=11000/0.93=11827.96

S3=P3/cosφ=21000/0.95=22105.26

S4=P4/cosφ=17000/0.90=18888.9

S5=P5/cosφ=16000/0.94=17021.3

S6=P6/cosφ=12000/0.90=13333.3

负荷总容量：S= S1+S2+S3+S4+S5+S6=99481.12

则S’=k0*（1+5%）*s=0.82*1.05*99481.12= 85653.24

因为重要负荷占75%，所以单台变压器的容量：

S0=75%*85653.24=64239.93

若选两台容量为64239.KVA的变压器，当一台停运时，仍能保证75%的重要负荷供电。 查《电力设备手册》选用两台有载调压变压器，其型号为SFPZ7-90000/220，电压为230+8×1.5%/69KV，采用YN,d11连接组，其具体型号和参数见表2-2。

表2-2 所选SFPZ4-90000/220变压器的主要参数

型 号 额定电压（KV） 连接组损耗(kw) 阻抗电压别 （%） SFPZ4-90000/220 高压 230+8×1.5% 低压 69 YN，d11 负载 369.9 空载 102 13.5

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

第三章 主接线形式的选择及说明

3.1 主接线的设计原则

变电所电气主接线是电力系统接线的主要主成部分，它表明了发电机、变压器、线路和断路器等设备的数量和接线方式，从而实现安全的发电、输变电、配电的任务。

根据设计规程，变电所主接线应满足可靠性、 灵活性、 经济性的要求。同时还应考虑以下的因素：

1）考虑变电所在电力系统中的地位和作用。 2）考虑近期和远期的发展规模。

3）考虑负荷的重要性分级和出线回数的多少对主接线的影响。 4）考虑主变台数对主接线的影响。

5）考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响。

3.2 主接线的设计要求

1.可靠性

1）应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。

2）主接线的可靠性包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。 3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度，采用可靠性高的电气设备可以简化接线。

4）要考虑所设计的变电所在电力系统中的地位和作用。 2.灵活性

主接线的灵活性有以下几方面的要求：

1）调度要求，可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷，能够满足系统在事故运行方式下，检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

2）检修要求，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备进行安全检修且不致于影响对用户的供电。

3.经济性 1）投资省

a.主接线力求简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。 b.要能使断电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。 c.要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。

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沈阳工程学院毕业设计（论文）

d.如能满足系统安全运行及继电保护要求，110KV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。

2）占地面积小

主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。 3）电能损失小

经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量，要避免因两次变压而增加电能损失。

3.3 主接线的选择

根据《变电所设计》等书籍中关于接线形式适用范围规定可知，220KV配电装置出线回路不超过两回时，可选用单母线、单母线分段接线，也可使用桥式接线。

下面选取单母线分段和内桥接线两种方案进行介绍和比较，从而选择最佳方案作为本变电所侧一次主接线

表2—1 220KV侧主接线方案比较

特点 方案一：单母线分段 当一段母线发生故障后，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不指使重要用户断电。 可靠性 方案二：内桥接线 线路的投入和切除比较方便，当线路发生故障时，仅线路断路器断开，不影响其他回路运行。但是变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回为发生故障的线路的运行。 方案一当一段母线发生故障时，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。方案二中当控制变压器的断路器出现故障时，可由旁路隔离临时供电。 经济性 灵活性 由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只比较综合造价。方案一用的断路器和开关电器多，占地面积大，故不经济。 方案一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。方案一有利于扩建，而方案二不能扩建。

综上所述，方案一比较灵活、可靠；方案二占地小，投资少，但不利于长远发展。所以综合考虑选方案一：单母线分段接线为本变电所一次侧主接线。

60KV侧接线的选择：

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

由于 60KV侧进出线数共12回，查找规程，可选用双母线，我国110-220KV母线分段规定是：而当配电装置的进线和出线总数为12—16回时，仍采用不分段的双母线接线。且在本设计中选择的断路器是SF6断路器，由于其可靠性高，检修周期长，所以本变电所二次侧采用的接线方式是双母线接线，不设旁路母线。

关于二次侧方案的说明：

1. 可以轮流检修母线而不致使供电中断，只需将要检修的那段母线上的全部元件倒闸操作到另一组母线上就可以停电检修。

2. 检修任一母线回路的母线隔离开关时只需停该回路即可。

3. 母线故障后能迅速供电。

4. 调度灵活，各个电源和各回路的负荷可以任意分配到某一组母线上，可以适应各种变

化的需要。

5. 扩建方便，双母线接线向左右任意方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷的均匀分配。

6. 便于实验，在个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。

综上所述，本变电所主接线选择以下接线方式 ：一次侧采用单母线分段接线，二次侧采用双母线接线。

本设计的电气主接线图

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图2-1 电气主接线图

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第四章 短路电流的计算

4.1 短路电流计算的目的

1、在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。

2、选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备导体和电气设备，如：断路器、互感器、母线、电缆等，必须与短路电流为依据。

3、为了合理的配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。

4、进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算内容。

4.2 短路的基本类型

三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，其中三相短路是对称短路。

为了检验和选择电气设备和载流导体，以及为了继电保护的整定计算，常用下述短路电流值。

Ich：短路电流的冲击值，即短路电流最大瞬时值。

I''：超瞬变或次暂态短路电流的有效值，即第一周期短路电流周期分量有效值，也就是在计算书中0s时的短路电流。

4.3 一般规定

1、验算导体和电器动稳定、热稳定，以及电器开断电流所用的短路电流，应按本设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，确定适中电流时，应按可能发生最大短路电流的接线方式。而不按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

2、选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

3、短路点的选择：选择导体的电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。本设计中选择变压器两侧的两点为短路点。

4、导体和电器的动稳定，热稳定，以及电器开断电流，一般按三相短路计算，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相，两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。

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4.4 计算步骤

4.4.1 画等值电抗图

1、首先去掉系统中的所有负荷开关，线路电容，各元件电阻； 2、选取基准容量和基准电压； 3、计算各元件的电抗标么值。 4.4.2 计算短路电流步骤

1、计算出各短路点在系统最大运行方式下的短路电流； 2、计算出各点发生短路时的最大冲击电流和短路容量； 3、列出短路电流计算数据表。

4.5 计算方法

4.5.1 标么值法

取基准容量SB=100MVA，UBUav ，以下是各元件电抗标幺值的计算用公式：

S发电机电抗：XG=XB

SNS线路电抗：XL*=0.4LB 2UNU%S变压器电抗：X*= KB

100SN短路电流周期分量有效值： I''I1IN1I2IN2

式中I1--系统短路电流标幺值； I2 --发电机组电流标幺值 。

冲击电流：ich=2.55I''

短路功率：St(I1I2)SB

4.5.2 网络变换

1、△/Y变换

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

X1X1X12X13X12X13X23X12X13X12X13X23

X12X23X2X12X13X23X3X13X23X12X13X232、Y/△变换

X12X1X2 X13X1X3X1X2X3X1X3 X2X2X3X1X23X2X3网络图如下： X1X3

X2X12X13X23

图3—1 网络变换图

4.5.3 短路电流周期分量的计算

1、无限大电源供给的短路电流

当供电电源为无穷大或者计算电抗Xjs>3.45时，不考虑短路电流周期分量的衰减，直接取Xjs值的倒数即为短路电流在不同时刻周期分量的标幺值。

2、有限电源供给的短路电流

先将电源对短路点的等值电抗X∑*，归算到以电源容量为基准的计算电抗Xjs，然后按

Xjs值查相应的发电机运算曲线，或查发电机的运算数字表，即可得到短路电流在不同时

刻周期分量的标幺值。

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第五章 主要电气设备的选择

正确的选择电气设备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。在进行电气设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。

5.1 一般原则

1、应满足正常工作状态下的电压和电流的要求； 2、应满足安装地点和使用环境条件要求；

3、应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求； 4、应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质。

5.2 高压断路器的选择

5.2.1断路器形式的选择

按照短路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：多油式断路器、少油式断路器、压缩空气高压断路器、SF6断路器、真空断路器等。由于多油式断路器和真空断路器没有 本设计中所需要的电压等级的型号，所以在次只对少油式断路器、、压缩空气高压断路器SF6断路器这几种形式的断路器进行比较，列表比较如下：

类别 少油式断路器 表5-1断路器比较表

结构特点 技术性能特点 油量少，油主要作为灭开断电流大，35KV以上弧介质，结构简单，制为积木书式结构，全开造方便，，积木式结构。 断时间短，可开断空载长线。 结构复杂，以压缩空气额定电流和开断能力都作为灭弧介质和操动介可以做的较大，适于开质以及弧隙绝缘介质，断大容量电路，动作快，体积和重量较小。 开断时间短。 结构简单，但工艺及密额定电流和开断电流都封要求严格，体积小，可以做的很大，开断性重量轻。 能好，可适于各种工矿开断，SF6气体灭弧，绝缘性能好，所以断口电压可做的较高，断口开距小。 运行维护特点 运行经验丰富，易于维护，噪声底，油量少，易裂化，需要一套油处理装置。 噪声大，维护周期长，无火灾危险，价格高。 压缩空气高压断路器 SF6断路器 噪声低，维护工作量小，不检修间隔期长，断路器价格目前较高，运行稳定，安全可靠，寿命长。

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所以由上表比较可知，SF6断路器是在各方面都是较合适的，所以本设计中选择的断路器都是SF6断路器断路器。

5.2.2 断路器的选择方法

1、断路器额定电压UN大于电网电压UNS，即UN≥UNS。

2、高压断路器的额定电流IN应大于或等于它的最大持续工作电流Imax，IN≥Imax。 3、动稳定校验

断路器的极限通过电流峰值Idw应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流ich''，

即Idw≥ich''。

4、热稳定校验

高压断路器的短时允许发热量It2t应不小于短路期内短路电流发出的热量QK，即

It2tQk。

5、开断电流能力校验

断路器的额定开断电流INbr应大于短路电流的有效值I''，即INbr>I''。

本变电所220KV侧选用型号为LW7-220的断路器, 60KV侧选择型号为LW(OFPT-63)断路器。

其主要参数如表4—2所示：

表5—2 断路器主要参数

型号 额定电压(KV) 最高工作电压(KV) 额定电流(A) 额定短路开断电流(KA,有效值) 额定短路关合电流(KA,峰值) 3S额定短时耐受电流(KA,有效值) 额定峰值耐受电流(KA,峰值) 分闸时间(MS) LW7-220 220 252 1250 31.5 80 31.5 80 ≤30 LW(OFPT)-63 63 72.5 1250 25 63 25 63 ≤30 5.3 隔离开关的选择

隔离开关的选择，除了不校验开断能力外，其余与断路器的选择相同，因为隔离开关与断路器串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间，故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同。

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5.2.1隔离开关的选择方法

1、隔离开关额定电压UN大于电网电压UNS，即UN≥UNS。

2、隔离开关的额定电流IN应大于或等于它的最大持续工作电流Imax，IN≥Imax。 3、动稳定校验

隔离开关的极限通过电流峰值Idw应不小于三相短路时通过隔离开关的冲击电流

ich''，即Idw≥ich''。

4、热稳定校验

隔离开关的短时允许发热量It2t应不小于短路期内短路电流发出的热量QK，即

It2tQk。

5、开断电流能力校验

隔离开关的额定开断电流INbr应大于短路电流的有效值I''，即INbr>I''。

本变电所220KV侧选用型号为GW7-220/600隔离开关, 60KV侧选择型号为断GW5-60GD/1000隔离开关。

型号 额定电压(KV) 最高工作电压(KV) 额定电流(A) 5S热稳定电流(KA,有效值) 极限通过峰值电流(KA) 分闸时间(S) GW7-220/600 220 252 600 21 55 0.03 GW5-60GD/1000 60 72.5 1000 14 50 0.03 表5—3 隔离开关主要参数 5.4 电压互感器的选择

1、按额定电压选择

选择原边额定电压U1要与接入的电网电压相适应，即要求电压互感器原边所接受的电网电压应满足下列条件：

1.1UNS>U1>0.9UN 其中：UNS--电网电压；

UN--电压互感器一次绕组额定电压。

2、按准确级和容量选择

用于电度计量的电压互感器，准确度不低于0.5级，用于电流、电压测量的准确度不应低于1级，用于继电保护不应低于3级。

3、结构种类选择

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

60KV及以上可选串级式电压互感器。

110KV及以上可选用电容分压式电压互感器。

本变电所220KV侧选择型号为JDX-220的电压互感器。60KV侧选择型号为JDCF-63的电压互感器。

表5—4 220KV侧电压互感器 型号 额定电压比（KV） 测量 二次绕组额定输出（KV） 保护 剩余电压绕组

JDX-220 2200.10.1///0.1 3330.2级 0.5级 3P级 3P级 200 400 400 300 额定输出（VA） 200 准确级 3P 表5—5 60KV侧电压互感器 型号 额定电压比（KV） 二次绕组 准确级 额定输出 (VA) 极限输出（VA） 频率（HZ） 测量 0.2 0.5 50 100 JDCF-63 660.10.10.1/// 3333保护 3P 400 2000 50 剩余 3P 100 5.5 电流互感器的选择

1、电流互感器额定电压UN大于电网电压UNS，即UN≥UNS。

2、电流互感器的额定流IN应大于等于最大持续工作电流Imax，IN≥Imax。 3、按准确度级和副边负荷选择额定电流：为了保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级，为保证互感器在一定的准确级工作，电流互感器二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。

4、动稳定校验

极限电流互感器通过电流峰值Idw应不小于三相短路时通过电流互感器的冲击电流ich''，即Idw≥ich''。

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5、热稳定校验

短时允许电流互感器发热量It2t不小于短路期内短路电流发出的热量QK，即

It2tQk。

6、开断电流能力校验

电流互感器额定开断电流INbr应大于短路电流的有效值I''，即INbr>I''。

本变电所220KV侧选择型号为LB6-220的电流互感器，60KV侧选择型号为LCWB5-63的电流互感器。

型号 额定电压（KV） 最高工作电压（KV） 额定一次电流（A） 额定二次电流（A） 级次组合 额定输出 COSф=0.8 （KVA） 表5—6 220KV侧电流互感器参数表 LB6-220 220 252 300 5 0.5/10P/10P/10P/10P/10P 0.5级30 10P级60 额定短时热电流（KA/S） 动稳定电流（KA）

型号 额定电流比（A） 准确级 额定输出 COSф=0.8 （KVA） 表5—7 60KV侧电流互感器参数 LCWB5-63 900/5 0.5 B 0.5级1K1，1K2 30 0.5级1K1，1K3 50 B 2K1，2K2，3K1，3K2 50 额定1S短时热电流（KA） 额定动稳定电流（KA） 25 62.5 31.5/1 80

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

5.6 母线的选择

5.6.1 母线选择的依据

1、电流分布良好； 2、散热良好；

3、有利于提高电晕超始电压； 4、安装检修方便，连接简单。 5.6.2 母线截面选择和校验

由于本设计的TMAX=5000H，处于临界点，既可以用长期发热允许电流选择，又可以用经济电流密度选择，在本设计中采用的方法是长期发热允许电流选择方法。

1、按导体长期发热允许电流选择，按下式：

ImaxKIal （1）

式中：Imax--导体所在回路最大持续工作电流；

Ial--在额定环境温度025C时导体允许电流；

K—与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数。当导体允许最高温度为+70C和不计日照时，K值也用下式计算：

al K （2）

al0其中： al--导体长期发热允许最高温度；

0、--导体额定环境温度和安装地点实际环境温度。

2、按短路热稳定检验

在校验导体热稳定时，若计及集肤效应系数KS的影响，，可得由热稳定决定的导体最小截面为

SminQkks/C （3）

其中 Smin: 所选导体截面mm2；

C: 热稳定系数，，与导体材料及工作温度有关，可由课本《发电厂电气部分》

P115表4-6查得；

Ks: 集肤效应系数，在本设计中取Ks=1。

所选截面应大于或等于Smin合格。

本变电所220KV侧选择母线型式为钢芯铝母线，型号为LGJ-240，不需进行动稳定校

验。

60KV侧选择母线型式钢芯铝母线，型号为LGJQ-700，不需进行动稳定校验。

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第六章 防雷保护的设计

6.1防雷保护设计和选择

输电线路的防雷保护

输电线路担负着发电厂产生和经过变电所变压后的电力输送到各地区用电中心的重任。架空输电线路遭受雷电袭击的机会很多，所以输电线路的雷击事故在电力系统总的雷害事故中占很大的比重。输电线路防雷保护的根本目的是尽可能减少线路雷害事故的次数和损失。

变电所的防雷保护

变电所是多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽。故变电所的雷害事故就要严重的多，往往导致大面积停电，其次，变电设备的内绝缘水平往往低于线路绝缘，而且不具有自恢复功能，一旦因雷电过电压而发生击穿，后果会十分严重。不过另一方面，变电所的地域比较集中，因而比较容易加强保护。

6.2避雷器的选择

避雷器的设计原则

1、配电装置的每组母线上应装设避雷器。 2、110-220KV线路侧一般不装设避雷器。

避雷器的类型

1、保护间隙是最简单最原始的限压器，但它没有灭弧装置、对变压器等设备的绝缘很不利等缺点，所以在现代的电力系统中不能采用。

2、管型避雷器：它有较强的灭弧能力，但是在我们计算出短路电流后，很难选择出一个合适的型号，此外，它的运行也不是很可靠，并且动作时形成截波对变压器的纵向绝缘不利，所以不被采用。

3、普通阀型避雷器：变电所防雷保护的重点对象是变压器，而保护间隙和管型避雷器都不能承受保护变压器的重任，所以不能成为变电所防雷中的主要保护装置，变电所的防雷保护主要依靠阀型避雷器。阀型避雷器是变电所对入侵雷电过电压波进行防护的主要措施，其保护作用主要是限制过电压波的幅值。其在电力系统过电压防护和绝缘配合中都起着重要的作用。

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

综上所述，本设计全部选用阀型避雷器。220KV侧选择型号为FZ-220J的避雷器，60KV侧选择型号为FZ-60的避雷器，变压器中性点选择型号为FZ—110的避雷器。

它们的基本数据如下所示：

表6—1 220KV侧避雷器参数表 型号 额定电压有效值（KV） 灭弧电压有效值（KV） 不小于 FZ-220J 220 200 448KV

表6—2 60KV侧避雷器参数表 型号 额定电压有效值（KV） 灭弧电压有效值（KV） 不小于 FZ-60 60 70.5 140KV

表6—3 变压器中性点避雷器参数表 型号 额定电压有效值（KV） 灭弧电压有效值（KV） 不小于 FZ-110 110 125 254KV

不大于 312KV 工频放电电压有效值 8/20µS雷电冲击波残压峰值不大于（KV） 5KA 375 10KA 415 不大于 173KV 工频放电电压有效值 8/20µS雷电冲击波残压峰值不大于（KV） 5KA 227 10KA 250 不大于 536KV 工频放电电压有效值 8/20µS雷电冲击波残压峰值不大于（KV） 5KA 652 10KA 715 18

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第七章 配电装置的设计

配电装置是根据主接线的连接方式，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，用来接受和分配电能的装置。

7.1 电气布置

在220KV变电所设计中，电气布置的设计是比较关键的一步，在布置中要考虑主接线所确定的形式和间隔，考虑变压器设置地点，避雷设备的设置，控制电缆的走向进行总体布局。在布置中要考虑监视、运行方便、占地面积小、节约控制电缆、出线合理等要求。 电工建筑物总平面布置的基本要求： 1、 满足电气生产工艺流程要求。

2、 慎重确定最终规模，妥善处理分期建设。 3、 布置紧凑合理，尽量节约用地。 4、 结合地形地质，因地制宜布置。 5、 符合防火规定，预防火爆事故。 6、 注意风象朝向，有利环境保护。 7、 控制噪声。

8、 合理分区，方便管理。 9、 有利于交通运输及检修活动。 10、 电工建筑物与外部条件相适应。

7.2 配电装置设计原则

查《电力工程电气设计手册》可知：高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策，并应根据电力系统条件，自然环境特点和运行，检修、施工等方面要求，合理地制订布置方案和选用设备，并积极慎重地采用新布置，新设备和新材料，使配电装置设计不断创新，做到设计先进，经济合理，运行可靠，维护方便。 7.3 配电装置型式的选择

配电装置型式的选择，应考虑所在地的地理情况及环境要求，通过技术比较确定，一般情况下，在大、中型发电厂和变电所中，35KV及以下的配电装置宜采用屋内式，110KV以上多为屋外式，故本变电所设计采用屋外式配电装置。

中型配电装置：现有220KV配电装置分为普通中兴和分相中型两种，对于普通中型其母线下方不布置任何电气设备，而分相中型布置的特点是将母线隔离开关直接布置在各相母线的下方。

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

1、普通中型配电装置，其特点和使用情况是其电气设备都安装在地面支架上，施工运行和检修都比较方便，所以使用广泛，各方面的经验较为丰富，但占地面积大。所以在70年代以后，普通中型配电装置已经逐步被其他各型占地面积较小的配电装置所取代。

2、分相中型配电装置，其布置可以节约用地，简化构架，节约三材，故已经基本上取代了普通中型布置。

本设计的配电装置采用分相中型。 《电力工程电气设计手册》规定，对采用GW4和GW7型隔离开关的分相中型配电装置，间隔宽度选用15m,，即边相对构架中心线的距离由3m改为3.5m，综合进出线对相间距离的要求、设备对相间距离的要求和电晕对相间距离的要求的考虑，相间距离取4m即可以满足要求。

7.3.1 屋外配电装置的特点

1、土建工作量和费用较小，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、占地面积较大；

5、受外界环境影响，设备运行的条件较差，须加强绝缘； 6、不良气候对设备维修和操作有影响。 7.3.2 屋外配电装置的最小安全净距

表7—1 屋外配电装置的最小安全净距 单位((mm）

符号 A1 A2 B1 B2 C D 适用范围 带电部分至接地部分之间 不同相的带电部分之间 带电作业时带电部分至接地部分之间 网状遮拦至带电部分之间 无遮拦裸导体至地面之间 平行的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间 220KV 1800 2000 2550 1900 4300 3800 60KV 650 650 1400 750 3100 2600 7.3.3 屋外配电装置的若干问题

1、母线及构架

本变电所母线选用软母线钢芯铝绞线，三相呈水平布置，用悬式绝缘子悬挂在母线构架上。软母线可选用较大的档距，但档距越大，导线弧垂越大。

2、电缆沟和通道

屋外配电装置中电缆沟的布置，应使电缆所走的路径最短。一般横向电缆沟布置在断

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路器和隔离开关之间，大型变电所的纵向电缆沟因电缆数多，一般分为两路，大中型变电所内一般应铺设3M宽的环行道。

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第八章 继电保护和自动装置的规划设计

继电保护和安全自动装置应符合可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求。当确定其配置和构成方案时，应综合考虑以下几个方面：

1、电力设备和电力网的结构特点和运行特点；

2、故障出现的概率和可能造成的后果； 3、电力系统的近期发展情况； 4、经济上的合理性； 5、国内和国外的经验。

8.1 继电保护的配置

8.1.1 变压器的保护

变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。所以变压器保护主要有以下几种：

1、瓦斯保护：反映变压器油箱内的各种故障以及油面降低。 2、纵差保护或电流速断保护：、反映变压器绕组、套管和引出线故障

纵差动保护适用于：并列运行的变压器，容量为6300KVA以上；单独运行的变压器，容量在10000KVA以时。电流速断保护用于10000KVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5s。

对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路，以及绕组间适中中能起保护作用，如果变压器的纵差动保护对单相接地适中的灵敏性不符合要求，可增设零序差动保护。

3、零序电流保护：在中性点直接接地电网中，装设在降压变电所的变压器两侧，作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。

4、过负荷保护：双卷变压器，过负荷保护装于高压。 5、过电流保护

综上所述，本变电所变压器主变保护配置采用以下保护方式：

主保护：瓦斯保护、纵联差动保护；

后备保护：过电流保护、过负荷保护、零序电流保护。 8.1.2 母线保护

配置原则：35-500KV发电厂或变电所母线上，在下列情况下，应装设专用的母线保护

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装置。

1、110KV及以上双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除任一组（或段)母线上所发生的故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能继续运行。

2、110KV及以上单母线，重要发电厂或110KV及以上重要变电所的35-60K母线需要按照装设全线速动保护的要求，必须快速切除母线上的故障时。

为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按照差动原理构成的。 目前已被使用的母线保护有以下几种： （1）母线完全差动保护； （2）母线不完全差动保护；

（3）双母线固定连接的完全差动保护； （4）母联电流相位比较式差动保护； （5）电流相位比较式母线保护。

单母线或单母线分段的母线系统是比较简单的母线接线方式，其特点是所有的电源和出线都接在一组母线或分接在两段母线上。所以在出线回路较少的不太重要的发电厂和变电所相同，一般采用低阻抗的电流差动母线保护。 8.1.3 线路保护 配置原则 1、220KV侧线路保护

（1）规程规定，110-220KV直接接地电力网的线路，应装设反应接地短路的保护装置，双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。

（2）当线路发生故障时，如不能全线快速地切除故障，则系统的稳定运行将遭到严重破坏以及在双侧电源线路上，如果要求全线速动切除故障时10-22-KV电网的线路上，应装设线路快速动作的高频保护作为主保护，距离保护作为后备保护。

（3）220KV线路的接地保护适合装设带方向和不带方向的阶段式零序电流保护、对某出线路，如方向性的接地距离保护可以明显改善整个电力网接地保护的性能时，可装设接地距离保护并辅之以阶段式零序电流以及 常运行方式下保护安装处短路，电流速断保护有1.2以上灵敏度时，则可装设此保护。 （4）高频保护：采用相差高频保护 相差高频保护适用于200KM以内的110-220KV输电线路。 综上述，本变电所220KV侧线路保护采用：

主保护：高频保护； 后备保护：距离保护；

接地保护：零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段电流保护。

2、60KV侧线路保护

并列运行的平行线路，可装设横联差动方向保护或电流平衡保护为主保护，距离保护为后备保护。

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

横联差动保护有相继动作区和死区，而电流平衡保护只有相继动作区无死区，并且相继动作区比横联差动保护小，并且有动作迅速，灵敏度足够大，并且接线简单等优点。

综上述，本变电所60KV侧线路保护采用：

主保护：电流平衡保护 后备保护：距离保护

表8—1 本变电所继电保护规划配置 变压器 母线保护 220KV侧 线路保护 60KV侧 主保护 瓦斯保护、纵联差动保护 后备保护 过电流保护、零序电流保护、过负荷保护 采用母联电流比相式差动保护 高频相差保护 电流平衡保护 距离保护 接地保护 零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段电流保护 距离保护 8.2 自动装置的配置

8.2.1 配置原则及原因

1、3KV及以上的架空线路和电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，如用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置以及低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸。

2、电力系统的故障中，大多数是送电线路（尤其是架空线路）的故障。运行经验表明，架空线路的故障大多数是瞬时性故障，此时如果把 断开的断路器再合上，就能够恢复正常供电。若合上电源以后故障依然存在，线路还要被继电保护再次段开，因而就不能恢复正常的供电。

所以由于线路具有上述性质，因此，在线路被断开以后再进行一次合闸，就有可能大大提高供电的可靠性。由运行人员手动进行合闸固然也能够实现上述作用，但由于停电时间过长用户电动机大多数已经停电，因此效果并不明显。为此在电力系统中就采用了自动重合闸（缩写为ZCH），即当断路器跳闸以后，能够自动地将断路器重新合闸的装置。 8.2.2 自动重合闸的作用

1、提高供电可靠性，对单侧电源尤为显著。

2、高压输电线路上采用自动重合闸，可提高并列运行的稳定性。 3、可暂缓或不架双回线路，节约投资。 4、可纠正断路器或继电保护引起的误动。

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8.2.3 自动重合闸装置应符合基本要求

1、自动重合闸一般由控制开关位置与断路器位置不对应的原理启动，或用保护装置启动。

2、用控制开关或通过遥控器将断路器断开时，自动重合闸均不应动作。 3、自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。 4、自动重合闸装置动作后应自动复归。

5、自动重合闸装置应能实现重合闸后加速继电保护动作。

6、当断路器不处于正常状态，不允许实现自动重合闸，应将自动重合闸闭锁。 综上述，本变电所220KV线路采用综合重合闸，60KV线路采用三相一次重合闸，主变压器采用三相一次重合闸。

8.2.4 备用电源和备用设备自动投入

备用电源和备用设备自动投入装置是当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备用电源或备用设备投入工作，使用户不至于停电的一种装置。

备自投装置应满足以下要求：

1、只有当工作电源断开以后，备用电源才能投入。

2、工作母线上无论何种原因失去电压时，备自投均应投入。 3、备用电源自动投入装置只允许将备用电源投入一次。

4、当备用电源自投于故障母线时，应使其保护装置加速动作，以防扩大事故。 本变电所的设计，为了确保不间断供电，变电所的电源均应装设备自投装置。

本设计的主接线一次侧采用的接线方式是单母线分段接线，其设备自投装置的投入方式是：当任一台变压器故障切除时，分段断路器自动投入，以保证低压两段母线继续运行。

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

第九章 防雷保护规划设计

9.1 电工装置的防雷保护

1、电压为110KV以上的屋外配电装置，可将避雷针装在配电装置的构架上，对于35-60KV的配电装置，为防止雷击时引起反击闪络的可能，一般采用独立避雷针保护。

2、电压为110KV及以上的屋外配电装置，可将保护线路的避雷线连接在配电装置的出线门型构架上。

3、在选择独立避雷针的装设地点时，应尽量利用照明灯塔，在其上装设避雷针。

雷电过电压保护情况

1、防止雷电直击于电气设备上，一般采用避雷针，避雷线进行保护。 2、对于60KV及以下的电气设备，应尽量减小感应过电压，

一般电气设备应远离可能遭到直击雷的设备或物体，增大电气设备对电容或采用阀型避雷器保护。

3、防止从线路侵入的雷电波过电压对电器设备的危害，一般采用避雷器、间隙、电容器和相应的进线保护段进行保护。

防雷保护设计所需资料

1、要求变电所附近气象资料；

2、要求变电所主接线图及电器设备布置图； 3、其它需要保护的设备和设施。

避雷针的选择

根据总平面布置图中的保护面积以及被保护物的最大高度，先初选避雷针的针高。然后根据保护的范围进行校验，看是否满足要求。如不满足则重新选择针高。 利用公式：h0hD/7 bx1.5(h0hx) 进行计算。

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第二部分 220KV/60KV降压变电所电气部分计算书

第一章 短路电流的计算

1.1 所用计算公式：

1.变压器：xB(Ud%/100)SB/SN

\"SB/SN 2.发电机： xGxd1.2系统计算电路图和等值电路图

X15X6X16X17X12X7X13X8X3X4X5X11X14X9X10X1X2

图１－１系统接线图

取SB = 100MVA，VB = Up，求得等值电路图中各阻抗标幺值如下：

X20X17X21X22X23X24X25

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

图１－２系统等值计算电抗图

取SB=100MVA，VB=Up，求得等值电路图中各阻抗标幺值如下：

发电机:

X1= X2=0.24×100×0.85/150=0.408

X3= X4= X5=0.215×100×0.8/125=0.1376

变压器:

X6= X7= X8=(14/100)×(100/150)=0.0933

X9= X10=(10.5/100)×(100/63)=0.1667

X18= X19=( 14/100)×(100/120)=0.1166 线路:

X11= X12= 0.4×75×100/2302=0.0567

X13= X14= 0.4×65×100/2302=0.0491

X15= X16= 0.4×80×100/2302=0.0605

220KV母线上K1点发生短路时的短路计算:

网络化简:

X25=(X6+ X3)/3=( 0.1376+ 0.0933)/3=0.0770

X20= X15/2= 0.0605/2=0.0303

X21= X11/2= 0.0567/2=0.0284

X22= X9/2= 0.1667/2=0.0834

X23= X1/2= 0.408/2=0.2040

X24= X13/2= 0.0491/2=0.0246

28

沈阳工程学院毕业设计（论文）

X17X20X25X26X24图１－３系统等值计算电抗图

X26= X21+ X22+ X23=0.3158 X27X20X25X24４系统等值计算电抗图

X27=(X17×X26)/( X17+X26)=(0.03×0.3158)/(0.3+0.3158)=0.0274

29

220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

X28X25X24图１－５系统等值计算电抗图

X28= X27+ X20=0.0274+0.0303=0.0577 X28X25X24 １－６系统等值计算电抗图

Xf1=X28+X24+[(X28×X24)/ X25]

= 0.0577+0.0246+[(0.0577×0.0246)/ 0.0770]=0.1007

系统Xjs1=Xf1×SN1/SB =0.1007×750/100=0.7553

Xf2=X25+X24+[(X25×X24)/ X28]

=0.0770+0.0246+[(0.0770×0.0246)/ 0.0577]=0.1344 发电机

Xjs2=Xf2×SN2/SB =0.1344×(3×125/0.8)/100=0.6300

30

图

沈阳工程学院毕业设计（论文）

查表：

系统IN1=SN1/(√3×Uav)=750+2×50/(√3×230)=1.8827

发电机IN2=SN2/(√3×Uav)=(3×125/0.8)/(√3×230)=1.1767

时间/S 0S 1.5S 3S 电流值 标么值Ip* 有名值Ipt 标么值Ip* 有名值Ipt 标么值Ip* 有名值Ipt

表1-1 短路计算电流表 系统 1.338 2.520 1.412 2.658 1.576 2.967 发电机 1.676 1.970 1.582 1.862 1.765 2.077 I= I1+I2

0S:4.49 1.5S:4.52 3S:5.044

冲击电流：ish=Kim×Ipm=1.85×√2×4.49=12.78KA

60KV侧短路计算 X28X25X30 1-7 系统等值计算电抗图

X29=X18/2 =X19/2=0.1166/2=0.0583

X30=X24+X29=0.0246+0.0583=0.0829

Xf1=X28+X30+(X28×X30/ X25)

=0.0577+0.0829+(0.0577×0.0829/0.0770)=0.2027

Xjs1=Xf1×SN1/SB =0.2027×750/100=1.5203

Xf2=X25+X30+(X25×X30/ X28)

31

220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

=0.0770+0.0829+(0.0770×0.0829/0.0577)=0.2705

Xjs2=Xf2×SN2/SB =0.2705×(3×125/0.8)/100=1.2608

IN1=SN1/(√3×Uav)=750+2×50/(√3×63)=6.8734

IN2=SN2/(√3×Uav)=(3×125/0.8)/(√3×63)=4.2959

时间/S 0S 1.5S 3S 电流值 标么值Ip* 有名值Ipt 标么值Ip* 有名值Ipt 标么值Ip* 有名值Ipt 系统 0.672 4.6189 0.712 4.8939 0.712 4.8939 发电机 0.810 3.4797 0.834 3.5828 0.834 3.5828 流入短路点的电流为两个电源提供的短路电流之和:

即I= I1+I2

0S:8.0986 1.5S:8.4767 3S: 8.4767

冲击电流：ish=Kim×Ipm=1.8×√2×8.0986=19.34KA

32

沈阳工程学院毕业设计（论文）

第二章 电气设备选择及计算校验

2.1高压断路器的选择计算

2.1.1 220KV侧断路器的选择

1、按电压选择：安装地点断路器的工作电压Ug=220KV

∴断路器最高工作电压U2d应大于220KV。

2、按电流选择：流过断路器的最大长期工作电流

S90000238A Igmax=1.05N1.053UN32303、形式选择： 根据工作电压和工作电流以及户外工作条件，本变电所选择LW7220型断路器，有关技术数据见下表10—1。

表2—1 220KV侧断路器主要参数表 额定电型号 LW7-220 最高工（KV） 220 252 1250 额定电额定开额定关合电流额定峰值耐受电流3S额定短时耐受电流（KA） 31.5 ≤30 分闸时间(ms) 压（KV） 作电压流（KA） 断电流（KA） （KA） （KA） 31.5 80 80 3、动稳定校验 所选断路器的极限动稳定电流idw=80KA大于冲击电流，ich=11.43KA,即idwich，满足要求。

表2-2 220KV侧断路器数据比较表 计算数据 UNS 220KV LW7220 UN 220KV IN 1250A Imax 238A I'' 4.75KA ish 12.78KA QK 72.90KAs 2INbr 31.5KA INcl 80KA 222 Itt 31.532976.75KAs ish 12.78KA ies 80KA

5、热稳定校验

灭弧时间ta0.02s,分闸时间tin0.02s,后备保护时间tpr3s

tktprtatin30.020.023.04 d1点发生三相短路时：I''4.75KA,I1.52''I1.5''4.91KA,I3.04''I3''4.91KA 周期分量热效应

33

220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

4.752104.9124.912 QKtK3.0472.90KA2s

1212 由于tK1s，故不计非周期热效应的影响，所以短路电流引起的热效应：

2I''210ItKItK QKQP72.90KA2s

冲击电流 ish1.92I''1.924.7512.78KA

计算数据与断路器的有关数据比较，如表11-2所示。

由表11-2比较可知，各项条件均能满足，所以选择LW7220型断路器合格。 2.1.2 60KV侧断路器的选择

1、按电压选择：安装地点断路器的工作电压Ug=60KV ∴断路器最高工作电压U2d应大于60KV 2、按电流选择：流过断路器的最大长期工作电流：

S90000866A Igmax=1.05N1.053UN3633、形式选择 ：根据工作电压、工作电流以及户外条件，60KV侧选用LW(OFPI)-63

型断路器，有关技术数据见下表11—3。

表2—3 60KV侧断路器主要参数表 型号 额定电压(KV) 最高工作电压(KV) LW(OFPI)-63 63 72.5 1250 25 额定电流(KA) 额定开断电 额定关合(KA) 63 63 25 ≤30 额定峰值耐受电流(KA) 3S额定短时耐受电流(KA) 分闸时间(ms) 流（KA） 电流4、动稳定校验 所选断路器的极限动稳定电流idw=80KA大于冲击电流，ich=7.19KA,即idwich，满足要求。

表2—4 60KV侧断路器数据比较表 计算数据 UNS 60KV LW(OFPI)-63 UN 63KV Imax 866A I 7.19KA ish 19.34KA QK 176.6KAs 2IN 1250A ''INbr 25KA INcl 63KA 222 Itt 2531875KAs ish 19.34KA ies 63KA 5、热稳定校验

灭弧时间ta0.02s,分闸时间tin0.02s,后备保护时间tpr3s

tktprtatin30.020.023.04

34

沈阳工程学院毕业设计（论文）

d1点发生三相短路时：I''7.27KA,I1.52''I1.5''7.66KA,I3.04''I3''7.66KA 周期分量热效应：

I''210ItKItK7.192107.6627.6622 QKtK3.04176.6KA2s

1212 由于tK1s，故不计非周期热效应的影响，所以短路电流引起的热效应： QKQP176.6KA2s

冲击电流 ish1.92I''1.927.1919.34KA

由上表比较可知，各项条件均能满足，所以选择LW(OFPI)-63型断路器合格。

2.2 隔离开关的选择计算

隔离开关对配电装置的布置和占地面积有很大影响，应根据配电装置特点和使用要求以及技术经济条件来确定。选择隔离开关时除了不校验开断电流以外，其余与断路器相同，原因是隔离开关与断路器配套使用串联在回路中，网络出现短路故障时，对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间。 2.2.1 220KV隔离开关的选择

1、按电压选择：安装地点隔离开关的工作电压Ug=220KV ∴隔离开关最高工作电压U2d应大于220KV.

2、按电流选择：流过隔离开关的最大长期工作电流：

S90000238A Igmax=1.05N1.053UN32303、形式选择：根据工作电压、工作电流以及户外工作条件，220K侧GW7-220/600型。 其技术参数见表10—5。

表2—5 220KV侧隔离开关主要参数表 型号 GW7-220/600

额定电压(KV) 220 600 额定电流(A) 5s热稳定电流（KA，极限通过电流峰值（KA） 有效值） 21 55 根据11.1.1的计算数据：UNS220KV,Imas238KA,Qk72.9KA2s,ish12.78KA，由这些数据与所选隔离开关的数据进行比较，列表如下：

表11—6 220KV侧隔离开关比较表 计算数据 UNS 220KV GW7-220/600 UN 220KV IN 600A 2222 Itt 2141768KAs Imax 238A QK 72.90KAs

35

220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

ish 12.78KA ies 55KA

由上表比较可知，各项条件均能满足，所以选择GW7-220/600型隔离开关合格。 2.2.2 60KV侧隔离开关的选择

1、按电压选择：安装地点隔离开关的工作电压UN=220KV， ∴电流互感器最高工作电压U2d应大于220KV。

2、按电流选择：流过隔离开关的最大长期工作电流：

S90000238A Imax=1.05N1.053UN32303、形式选择：根据工作电压、工作电流以及工作条件，220KV隔离开关选择型

GW5-60GD/1000，技术参数如下表：

表2—7 60KV侧隔离开关主要参数表 型号 GW5-60GD/1000

额定电压(KV) 60 最高电压(KV) 72.5 额定电流(A) 1000 5s热稳定电流（KA，有效值） 14 极限通过峰值电流（KA） 50 根据11.1.2的计算数据：UNS60KV,Imas866KA,Qk176.6KA2s,ish19.34KA，由这些数据与所选隔离开关的数据进行比较，列表如下：

表2—8 60KV侧隔离开关比较表 计算数据 UNS 60KV GW5-60GD/1000 UN 60KV IN 1000A 2222 Itt 145=980KAs Imax 866A QK 176.6KAs ish 19.34KA ies 50KA

由上表比较可知，各项条件均能满足，所以选择GW5-60GD/1000型隔离开关合格。

2.3 电压互感器的选择计算

表11—9 220KV侧电压互感器参数表 型号 额定电压比（KV） 二次绕组额定输出（KV）

JDX-220 2000.10.1///0.1 333测量 36

0.2级 0.5级 100 100 沈阳工程学院毕业设计（论文）

保护 剩余电压绕组 3P级 3P级 250 500 额定输出（VA） 300 准确级 3P

电压互感器是通过隔离开关与电网相连的，它的选择是根据额定电压，装置种类，准确度级以及按副边负载选择的。

220KV侧电压互感器选择JDX-220型号，60KV侧电压互感器选择JDCF---63型，技术参数如表11-9所示。

系统接地方式：中型点非有效接地系统。

表2—10 60KV侧电压互感器参数表 型号 额定电压比（KV） 二次绕组 准确级 额定输出 (VA) 极限输出（VA） 频率（HZ） JDCF-63 660.10.10.1/// 3333测量 0.2 0.5 50 100 2000 50 保护 3P 400 剩余 3P 100 2.4 电流互感器的选择

电流互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，它根据电压等级和电流互感器安装处的最大长期工作电流来进行选择。 2.4.1 220KV侧电流互感器的选择

1、按电压选择：安装地点电流互感器的工作电压UN=220KV，即U2d应大于220KV。 2、 按电流选择：流过电流互感器的最大长期工作电流

S90000238A Imax=1.05N1.053UN32303、形式选择：根据工作电压、工作电流以及工作条件，220KV电流互感器选择LB6-220型，技术参数如下表：

表2—11 220KV侧电流互感器参数表 型号 LB6-220

37

220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

额定电压（KV） 最高工作电压（KV） 额定一次电流（A） 额定二次电流（A） 级次组合 额定输出 COSф=0.8 （KVA） 220 252 300 5 0.5/10P/10P/10P/10P/10P 0.5级30 10P级60 额定短时热电流（KA/S） 动稳定电流（KA）

31.5/1 80 根据11.1.1的计算数据：UNS220KV,Imas238KA,Qk72.9KA2s,ish12.78KA，由这些数据与所选电流互感器的数据进行比较，列表如下：

表2—12 220KV侧电流互感器比较表 计算数据 UNS 220KV LB6-220 UN 220KV IN 300A 2222 Itt 31.532976.75KAs Imax 238A QK 72.90KAs ish 12.78KA ies 80KA 由上表比较可知，各项条件均能满足，所以选择LB6220电流互感器合格。 2.4.2 60KV侧电流互感器的选择

1、 按电压选择：安装地点电流互感器的工作电压Ug=60KV∴U2d应大于60KV。 2、按电流选择：流过电流互感器的最大长期工作电流：

S90000866A Igmax=1.05N1.053UN3633、形式选择：根据工作电压和工作电流以及户外工作条件，

60KV侧电流互感器选择LCWB5-63型，技术参数如表10—11所示：

型号 准确级 表2—13 60KV侧电流互感器参数表 LCWB5-63 2600/5 0.5 B

38

额定电流比（A） 沈阳工程学院毕业设计（论文）

额定输出 COSф=0.8 （KVA） 额定1S短时热电流（KA） 额定动稳定电流（KA） 0.5级1K1，1K2 30 0.5级1K1，1K3 50 B 2K1，2K2，3K1，3K2 50 25 62.5 根据11.1.2的计算数据：UNS60KV,Imas866KA,Qk176.6KA2s,ish19.34KA，由这些数据与所选电流互感器的数据进行比较，列表如下

：

表2—12 60KV侧电流互感器比较表 计算数据 UNS 60KV LCWB5-63 UN 63KV IN 2600=1200A 2222 Itt 251=625KAs Imax 866A QK 176.6KAs ish 19.34KA ies 62.5KA 由上表比较可知，各项条件均能满足，所以选择LCWB5-63型电流互感器合格。 2.5 母线的选择计算

2.5.1 220KV侧母线的选择

1、按导体长期发热允许电流选择 流过母线的最大长期工作电流

S90000238A Igmax=1.05N1.053UN3230故选择钢芯铝绞线LGJ—240，即截面为240 mm2，屋外载流量为610A。

2、按导体长期发热允许电流选择，应满足IgmaxKIal 。 其中：K是综合修正系数；

Ial是在额定环境温度θ0=+25℃时导体允许电流。

当实际环境温度不是+25℃时，

70K，

700其中：θ为安装地点实际环境温度；θ0为导体额定环境温度。 因此，K=0.816 Ial=610A

KIal0.816610269.3AIgmax合格。

3、热稳定校验

继电保护动作时间tpr0.15s，断路器固有分闸时间tin0.02s，断路器开短时点弧持续时间ta0.02s ，

39

220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

所以tktprtinta0.150.020.020.19s

由10.3.1.1计算可知I''4.75KA,I0.2''4.52KA,I0.1''4.635KA

周期分量热效应：

I''210ItKItK4.752104.63524.5222QKtK0.194.08KA2s

1212''2非周期分量热效应：QnpTaI0.054.7521.13KA2s

式中Ta--短路电流非周期分量的衰减时间常数，其平均值均为0.05S。 所以短路电流引起的热效应：

QkQPQnp4.081.135.21KA2S

Imax22382正常运行时导体温度0(al0)225(7025)60C 2Ial269.3由课本《发电厂电气部分》P115表4-6查得C=91：

QK5.2110325.08mm2240mm2合格。 代入SminC91所以，所选母线合格。

2.5.2 60KV侧母线的选择

1、按导体长期发热允许电流选择 流过母线的最大长期工作电流，

S90000238A Igmax=1.05N1.053UN3230故选择钢芯铝绞线LGJQ—700，即截面为700 mm2，屋外载流量为1220A。

2、按导体长期发热允许电流选择，应满足IgmaxKIal 。

其中，K是综合修正系数；

Ial是在额定环境温度θ0=+25℃时导体允许电流。

70当实际环境温度不是+25℃时，K

700其中，θ为安装地点实际环境温度，θ0为导体额定环境温度， 因此，K=0.816，Ial=1220A

KIal0.8161220995.5AIgmax866A合格。

3、热稳定校验

继电保护动作时间tpr0.15s，断路器固有分闸时间tin0.02s，断路器开短时点弧持续时间ta0.02s

所以tktprtinta0.150.020.020.19s

由10.3.1.1计算可知I''7.27KA,I0.2''7.31KA,I0.1''7.29KA 周期分量热效应：

40

沈阳工程学院毕业设计（论文）

7.272107.2927.312QKtK0.1910.1KA2s

1212''2非周期分量热效应：QnpTaI0.057.2722.64KA2s

2I''210ItKItK式中Ta--短路电流非周期分量的衰减时间常数，其平均值均为0.05S

QkQPQnp10.12.6412.74KA2S

Imax28662正常运行时导体温度0(al0)225(7025)60C 2Ial995.5由课本《发电厂电气部分》P115表4-6查

QK12.7410339.22mm2700mm2合格 C=91，代入SminC91所以，所选母线合格。

41

220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

第三章 防雷保护设计

3.1 避雷器的选择 根据规程，查《电力工程设计手册》可选择如下避雷器：

表3—1 避雷器的选择

220KV侧 60KV侧 变压器中性点 表3—2 220KV侧避雷器的参数

型号 额定电压有效值（KV） FZ---220J 220 灭弧电压有效值(KV) 200 工频放电电压有效值(KV) 不小于 448KV 不大于 536KV 8/20μs雷电冲击波残压峰值不大于(KV) 5KA 652 10KA 715 FZ---220J FZ---60 FZ---110 表3—3 60KV侧避雷器的参数

型号 额定电压有效值（KV） FZ---60J 60 灭弧电压有效值(KV) 70.5 工频放电电压有效值(KV) 不小于 140KV

表3—4 变压器中性点避雷器的参数

型号 额定电压有效值（KV） FZ---110J 110 灭弧电压有效值(KV) 125 工频放电电压有效值(KV) 不小于 254KV 不大于 312KV 8/20μs雷电冲击波残压峰值不大于(KV) 5KA 375 10KA 415 不大于 173KV 8/20μs雷电冲击波残压峰值不大于(KV) 5KA 227 10KA 250

42

沈阳工程学院毕业设计（论文）

3.2避雷针的选择和计算

根据变电所的电气布置，共设计九根避雷针比较适宜。

防雷保护图如下所示：

60601201#避雷针2#避雷针3#避雷针120604#避雷针5#避雷针6#避雷针7#避雷针8#避雷针9#避雷针 图12-1防雷保护图

1. 初选避雷针高度为h=25m，被保护设备最高为hx=15m，因为h＜30m，P取1，两针间距为D12=60 m，D24=602602=85 m 2～4之间：

h0=h－

D2485=25－=12.9 m 7P7∵hx=15m ∴ hx＞h0/2

∴bx=1.5（h0-hx）= 1.5（12.9-15）=-3.15m＜0

不满足要求。

2. 重新选择高度，h=30m （1）2～4之间：

h0=h－

D2485=30－=17.9 m 7P743

220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

∵hx=15m ∴ hx＞h0/2

∴bx=1.5（h0-hx）= 1.5（17.9-15）=4.35m＞0

（2）1～2之间：

h0=h－

D1260=30－=21.4 m 7P7 ∵hx=15m ∴ hx＞h0/2

∴bx=1.5（h0-hx）= 1.5（21.4-15）=9.6m＞0

同理，其它各针两两之间的bx均大于零，多边形中间全部面积都处于联合保护范围内。

所以选用的30 m高的避雷针合格。

3. 单根避雷针的保护半径

（1）单根避雷针在hx=15m的水平面上的保护半径rx为 hx≥ h/2 rx= （h－hx）P= 30-15 = 15m 单根避雷针在hx=10m的水平面上的保护半径rx为 hx＜ h/2 rx = （1.5h-2hx）P = 1.530-210 = 25m （2）单根避雷针在hx=9m的水平面上的保护半径rx为 hx＜ h/2 rx =（1.5h-2hx）P = 1.530-29 = 27m 单根避雷针在hx=7m的水平面上的保护半径rx为

hx＜ h/2 rx =（1.5h-2hx）P = 1.5变电所内的设备都能在保护范围内。

30-27 = 31m

44

沈阳工程学院毕业设计（论文）

总 结

毕业设计是一次比较综合的训练，它是我们将在大学期间所学的专业知识进行理论与实践结合，运用理论知识和所学到的专业技能进行工程设计和科学研究，提高分析问题和解决问题的能力。在完成此设计过程中，我们在电力工程设计、技术问题研究的程序和方法以及获得搜集资料、查阅文献、调查研究、方案比较、设计制图等方面都得到了训练，并进一步补充了新的知识和技能。本毕业设计题目是黑山220KV一次降压变电所电气部分初步设计。为了保证供电的可靠性和一次性满足远期负荷的要求，按照远期负荷规划进行设计建设，从而保证变电所能够长期可靠的供电。

按照毕业设计任务书的要求,通过详细的分析和规划,对黑山220KV一次降压变电所电气部分进行了初步设计.在设计过程中,借阅了各种电气类书籍,查阅相关资料,从短路计算、电气设备选择到绘制图纸，经过了多次计算、修改，终于有了初步的成果。

设计期间，我学会了很多关于电力工程设计的程序和方法，在搜集资料、查阅文献、方案比较、设计制图等方面，都得到了很大训练，有了很大的提高。同时，对我国电力工业建设的政策观念和经济观点也有了初步的了解。

总之，本次毕业设计使大学几年所学的专业知识有了一个较系统的综合，并对其中的许多问题进行了重新学习和加深理解，同时也学会了很多在课堂上学不到或者理解不是很深的问题，进一步提高了我专业课的综合能力，为将来的工作奠定了坚实的基础！

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220KV/60KV降压变电所电气部分初步设计

致 谢

在毕业设计过程中，吴志宏老师给了我许多的指导和帮助，对每一个问题都耐心的讲解并引导我向更新更深的知识探索，本毕业设计（论文）的完成，老师的正确指导有着极其重要的作用。

同时，发电教研室的各位老师对我的设计也给予了指导，无论是设计中的专业知识，还是人生中的为人处事，老师们都给了我们最耐心、最详细的讲解，为我今后的工作与发展指明了方向。在此，我要对各位老师诚恳的说一声：谢谢您，老师！我会用自己的努力答谢您的指导和教诲。

最后，谨祝各位恩师万事顺意！

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沈阳工程学院毕业设计（论文）

参 考 文 献

[1] 水利电力部西北电力设计院 .电力工程电气设计手册（1、2）.水利电力出版社 .1989；

[2] 丁毓山 . 变电所设计 .辽宁科学技术出版社 .1994；

[3] 西北电力设计院 .发电厂变电所电气接线和布置 .水利电力出版社 .1984； [4] 华东电力设计院 .变电所设计技术规程（SDJ2-88）.水利电力出版社 .1989； [5] 继电保护和自动装置设计技术规程（SDJ6-83）. 水利电力出版社 .1983； [6] 电力设备过电压保护设计技术规程（SDJ7-79）. 水利电力出版社 .1979； [7] 高压配电装置设计技术规程(SDJ5-85) . 水利电力出版社 .1986；

[8] 导体和电器选择设计技术规定(SDGJ14-86) .；水利电力出版社 .1987； [9] 范锡普 .发电厂电气部分 .中国电力出版社 .1987；

[10] 何仰赞 温增银 .电力系统分析 .华中科技大学出版社 .2002； [11] 贺家李 宋从矩 .电力系统继电保护 . 中国电力出版社 .1991； [12] 赵智大 .高电压技术 .中国电力出版社 .1999；

[13] 杨冠城 . 电力系统自动装置原理 .中国电力出版社 .1994；

[14] 周文俊 . 电气设备实用手册（上、下册）. 中国水利电力出版社 ；. [15] 物资部机电设备司，机械电子工业部第一装备司 . 电工产品目录 . 清华大学出版社；

[16] 西北电力设计院，东北电力设计院 . 电力工程设计手册（1、2） . 上海科学技术出版社；

[17] 甘肃省水电局，西北电力设计院合编 . 电力系统规划设计手册 . 1974.4 月；

[18] 王晓莺等.变压器故障与监测.机械工业出版社.2003 [19] 英汉电技术词典； [20] 典型设计实例；

[21] 网上检索的相关科技论文。

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