摘 要
本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。设计首先查阅了有关资料，收集与研究课题大量的资料，并翻译了相关的外文资料，然后对负荷分析进行了精确的计算与分析，从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV与35kV两个电压等级，用拟定方法进行比较从而确定主接线的连接方式，对主接线系统的做了设计，110KV侧选择了单母线分段接线方式，35KV单母线分段带旁路母线接线方式，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，确定了变压器用两台，容量为31500KVA,型号为SSZ9—31500/110，对无功功率补偿做了明确的计算，然后采用标幺值法对短路计算进行了分析与处理。根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线和电压互感器，电流互感器进行了选型。对主变压器进行整定计算与分析，对防雷部分进行了计算和分析，确定了防雷的方法,并做出了相应的原理图。从而完成了110kV/35KV变电站电气部分的设计。
关键词：变电站；变压器；电气主接线 Abstract
In this design, on the basis of the mandate given by the system and the load line and all the parameters, load analysis of trends. Design First check the relevant information collection and research topic a lot of information and foreign-language translation of the relevant information and then load analysis of the precise calculation and analysis, load growth from the establishment of the need to clarify, and then passed on The proposed substation and the general direction of Chuxian to consider and, through the load data analysis, security, economic and reliability considerations, identified 110 kV and 35kV two voltage levels, compared with developed methods to determine the main wiring connections , The main wiring system to do the design, 110 KV side of the single-choice sub-bus connection mode, 35 KV sub-bus with bypass bus connection mode, and then through the load calculation and determine the scope of the main electricity transformer Number, capacity and Models, identified by two transformers, the capacity for 31500 KVA, the model SSZ9-31500/110, the reactive power compensation to a clear, and per-unit value method used to calculate a short-circuit analysis and treatment. According to the most sustained work and short-circuit current calculation of the results, the high-voltage fuse, isolating switch, bus and voltage transformers, current transformers for the selection. The main transformer for setting calculation and analysis, part of the mine were calculated and analyzed to determine the mine's method, using AUTOCAD and make the corresponding schematic. Thus completing the 110 kV/35KV electrical substation part of the design.
Key words：converting station；transformer substation；electrical wiring
目录
第1章 绪论... 1
1.1 变电站的背景和地址情况... 1 1.1.1 变电站的背景... 1 1.1.2 变电站地址概况... 1 1.2 变电站的意义... 1 1.3 本文研究内容... 2 第2章 负荷分析计算... 3 2.1 电力负荷的概述... 3 2.1.1 电力负荷分类方法... 3 2.1.2 各主要电用户的用电特点... 3 2.1.3 电力系统负荷的确定... 3 2.2 无功功率补偿... 4
2.2.1 无功补偿的概念及重要性... 4 2.2.2 无功补偿装置类型的选择... 5 2.3 主变压器的选择... 8 2.3.1 负荷分析与计算... 8 2.3.2 主变压器选择... 10 第3章 电气主接线设计... 12
3.1 变电站主接线的要求及设计原则... 12 3.1.1 变电站主接线基本要求... 12 3.1.2 变电站主接线设计原则... 13 3.2 110 kV侧主接线方案选取... 13 3.3 35kV侧主接线方案选取... 16
第4章 短路计算... 18
4.1 短路计算的原因与目的... 18 4.2 短路计算的计算条件... 18 4.3 最大最小运行方式分析... 19 4.4 短路计算... 20
第5章 开关设备的选择与校验... 23 5.1 电气设备选择的概述... 23 5.2 110kV侧断路器的选择... 25 5.3 35KV侧断路器的选择... 26 5.4 110kV隔离开关的选择... 27 5.5 35KV隔离开关的选择... 28 5.6 互感器的选择... 28 5.7 高压侧熔断器的选择... 30 5.8 母线选择及校验... 30 第6章 变电站的继电保护... 33 6.1 继电保护的任务与要求... 33
6.2 继电保护的接线方式与操作方式... 33 6.3 主变压器保护规划与整定... 35 第7章 防雷保护计算... 43 7.1 防雷保护... 43
7.2 防雷的装置与防雷计算... 44 第8章 结论... 46 参考文献... 47 致谢... 48
附 录Ⅰ... 49 英文文献... 49 附 录Ⅱ... 61
第1章 绪论
1.1 变电站的背景和地址情况
1.1.1 变电站的背景
随着时代的进步，电力系统与人类的关系越来越密切，人们的生产，生活都离不开电的应用，如何控制电能，使它更好的为人们服务，就需要对电力进行控制，避免电能的损耗和浪费，需要对变电站的电能进行降压，从而满足人们对电的需求，控制电能的损耗。提高电能的应用效率。变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。依据远期负荷发展，决定在兴建1中型110kV/35 kV变电站。该变电站建成后，主要对本区用户供电为主，尤其对本地区大用户进行供电。改善提高供电水平。同时和其他地区变电站联成环网，提高了本地供电质量和可靠性。
1.1.2 变电站地址概况
(1)当地年最高温度为40℃, 年最低温度为-5℃； (2)当海拔高度为800 米；当地雷暴日数为55 日/年；
(3)本变电站处于“薄土层石灰岩”地区，土壤电阻率高达1000Ω．
1.2 变电站的意义
从我国电网实际运行的情况出发，根据现有电网的特点，结合地区电力负荷的发展，城市发展态势及负荷预测的分析对我国一些地区电网电压等级选择进行技术经济分析，有110KV和35KV电网的共同发展,现阶段降压变电站及其电网主要用在负荷密度较高的地区。就电网建设，造价分析，运行情况等方面进行，有针对性地研究了其负荷特性，高峰时期的避峰措施，注意到中高压配电网络的电压等级，网络规划的优化，与周边电网的协调配合等问题，从我国现状及发展趋势出发，对选择电网结构及配电电压进行了经济技术比较及可行性分析，提高城乡电压等级是必然趋势。
1.3 本文研究内容
本文主要完成“110kV/35kV降压变电站”电气部分设计。 本文研究的具体内容：
1）负荷分析、变压器的选择、功率补偿 2）主接线设计 3）短路计算
4）各种开关设备的选择 5）变压器继电保护设计 6）防雷接地设计
在设计的同时要求独立完成“110kV/35kV降压变电站”电气部分设计，绘制主接线图、继电保护图、防雷接地图。本设计要求参考各类相关资料，按照有关的技术规程和工程实例进行。
第2章 负荷分析计算
2.1 电力负荷的概述
2.1.1 电力负荷分类方法
1) 按用电的部门属性的划分：工业用电，农业，交通
2) 按使用电力目的划分：动力用电，照明用电，电热用电，各种电气设备仪器的操作控制用电及通信用电
3) 按用电用户的重要性划分：一类负荷，二类负荷和三类负荷 4) 按负荷的大小划分：最大负荷，平均负荷，最小负荷
2.1.2 各主要电用户的用电特点
1) 工业用电特点分析
用电量大 ，占全社会用电量的75%左右。用电比较稳定。
2) 商业用电特点分析
比重不大，约为4.2%。并且季节性强。 3) 交通运输业的用电 约占1.5%左右。 4) 城乡居民生活用电
此类用电在总用电中的比重有较大提高，但比重不大，约占10%左右。 5) 动力用电
不仅与用电设备的容量有关，还与用电设备的负荷率和使用时间长短有关。
2.1.3 电力系统负荷的确定
对于选择变电站主变压器容量，电源布点以及电力网的接线方案设计等，都是非常重要的，电力负荷应在调查和计算的基础上进行，对于近期负荷，应力求准确、具体、切实可行；对于远景负荷，应在电力系统及工农业生产发展远景规划的基础之上，进行负荷预测，负荷发展的水平往往需要多次测算，认真分析影响负荷发展水平的各种因素，反复测算与综合平衡，力求切合实际。电力系统在一定时段内（如一年、一天）的最大负荷值称为该时段的系统综合最大用电负荷。时段内其余负荷值称为系统综合用电负荷。系统各电力用户的最大负荷值不可能都出现在同一时刻。因此，系统综合最大用电负荷值一般小于全系统各用户最大负荷值的总和，即
PΣmax=K0ΣPimax 中PΣmax-系统综合最大用电荷。K0-同时率，K0≤1。ΣPimax-各用户最大负荷的总和。同时率的大小与用户多少、各用户特点有关，一般可根据实际统计资料或查设计手册确定。
表2.1负荷情况
电压 负荷名称 每回最大负荷（KW） 35kv(备用两回) 水泥厂 火电厂 中方变 水电站 造纸厂 6000 8000 5000 7000 5000 0.65 0.73 0.75 0.7 0.7 1 1 1 2 1 架空 架空 架空 架空 架空 功率因数 回路数 供电方式 线路长度（km） 6 8 15 12 10
2.2 无功功率补偿
2.2.1 无功补偿的概念及重要性
无功补偿是指在交流电力系统中，就可看成为有功电源负荷和无功电源负荷两个并存且不可分割的电力系统，在运行、设计、监测、管理中，借助功率因数把有功系统和无功系统有机地联系起来，形同一个整体。如果说交流系统运行的目的是传输和消费能源，那么无功系统运行就是为此而不可缺少的手段。它的存在保持了交流电力系统的电压水平，保证了电力系统的稳定运行和用户的供电质量，并使电网传输电能的损失最小。
无功电源不足，即无功并联补偿容量不能满足无功负荷的需要，无功电源和无功负荷处于低电压的平衡状态。由于电力系统运行电压水平低，给电力系统带来了一系列危害：1、设备出力不足；2、电力系统损耗增加；3、设备损坏；4、电力系统稳定度降低。
无功补偿的必要性
电压是电能质量的重要指标，电压质量对电力系统安全经济运行，对保证用户的安全用电和产品的质量是非常重要的。用户消耗的无功功率是它有功功率的50%～100%，同时电力系统本身消耗的无功功率可达用户的10%～30% 。另外变压器中存在励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗，两部分无功损耗，无功功率的不足将造成电压的下降，电能损耗增大，电力系统稳定遭到破坏，所以电力系统的无功电源和无功功率必须平衡，因此要进行无功补偿。无功补偿可以保证电压质量、减少网络中的有功功率的损耗和电压损耗，同时对增强系统的稳定性有重要意义。
2.2.2 无功补偿装置类型的选择
1、无功补偿装置的类型
无功补偿装置可分为两大类：串联补偿装置和并联补偿装置。 目前常用的补偿装置有：静止补偿器、同步调相机、并联电容器。 2、常用的三种补偿装置的比较及选择
这三种无功补偿装置都是直接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变配电所的母线上。 同步调相机：同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁时运行，它向系统提供无功功率而起到无功电源的作用，可提高系统电压。
装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出或汲取的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。但是同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。它的有功功率损耗较大。小容量的调相机每千伏安容量的投入费用也较大。故同步调相机宜于大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。在我国，同步调相机常安装在枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。
静止补偿器：静止补偿器由电力电容器与可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。静止补偿器是一种技术先进、调节性能、使用方便、经纪性能良好的动态无功功率补偿装置。静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能做负荷，且调节不能连续的缺点。与同步调相机比较，静止补偿器运行维护简单，功率损耗小，能做到分相补偿以适应不平衡负荷的变化，对冲击负荷也有较强的适应性，因此在电力系统得到越来越广泛的应用。（但此设备造价太高，不在本设计中不宜采用）。
电力电容器：电力电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它所提供的无功功率值与所节点的电压成正比。电力电容器的装设容量可大可小。而且既可集中安装，又可分散装设来接地供应无功率，运行时功率损耗亦较小。此外，由于它没有旋转部件，维护也较方便。为了在运行中调节电容器的功率，也可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入和切除。综合比较以上三种无功补偿装置后，选择并联电容器作为无功补偿装置。
无功补偿装置容量的确定：现场经验一般按主变容量的10％--30％来确定无功补偿装置的容量。并联电容器装置的分组。
1、分组原则
1）、并联电容器装置的分组主要有系统专业根据电压波动、负荷变化、谐波含量等因素确定。
2）、对于单独补偿的某台设备，例如电动机、小容量变压器等用的并联电容器装置，不必分组，可直接与设备相联接，并与该设备同时投切。
对于110KV—220KV、主变代有载调压装置的变电所，应按有载调压分组，并按电压或功率的要求实行自动投切。
3）、终端变电所的并联电容器设备，主要是为了提高电压和补偿变压器的无功损耗。此时，各组应能随电压波动实行自动投切。投切任一组电容器时引起的电压波动不应超过2.5％。
2、分组方式
1）、并联电容器的分组方式有等容量分组、等差容量分组、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组。
2）、各种分组方式比较
a、等差容量分组方式：由于其分组容量之间成等差级数关系，从而使并联电容器装置可按不同投切方式得到多种容量组合。既可用比等容量分组方式少的分组数目，达到更多种容量组合的要求，从而节约了回路设备数。但会在改变容量组合的操作过程中，会引起无功补偿功率较大的变化，并可能使分组容量较小的分组断路器频繁操作，断路器的检修间隔时间缩短，从而使电容器组退出运行的可能性增加。因而应用范围有限。
b、带总断路器的等差容量分组、带总断路器的等差级数容量分组，当某一并联电容器组因短路故障而切除时，将造成整个并联电容器装置退出运行。
c、等容量分作方式，是应用较多的分作方式。
综上所述，在本设计中，无功补偿装置分作方式采用等容量分组方式。
并联电容器装置的接线：并联电容器装置的基本接线分为星形（Y）和三角形（△）两种。经常使用的还有由星形派生出来的双星形，在某种场合下，也采用有由三角形派生出来的双三角形。从《电气工程电气设计手册》（一次部分）P502页表9-17中比较得，应采用双星形接线。因为双星形接线更简单，而且可靠性、灵敏性都高，对电网通讯不会造成干扰，适用于10KV及以上的大容量并联电容器组。
中性点接地方式：对该变电所进行无功补偿，主要是补偿主变和负荷的无功功率，因此并联电容器装置装设在变电所低压侧，故采用中性点不接地方式。当功率因数不满足要求时，首先进行自然功率因数补偿，在进行人工补偿。自然补偿的方法有：
（1） 合理选择电动机的规格、型号； （2） 防止电动机空载运行； （3） 合理选择变压器的容量； （4） 保证电动机的检修质量； （5） 交流接触器的节电运行。 人工补偿的方法有：
（1） 并联电容器人工补偿
1) 有功损耗小，约为0.25%-0.5%，而同步调相机约为1.5%-3%； 2) 无旋转部分，运行维护方便；
3) 可按系统需要增加或减少安装容量和改变安装地点； 4) 个别电容器损坏不影响整个装置运行；
5) 短路时，同步调相机增加短路电流，增大了用户开关的断流容量，电器 无此缺点。 （2） 同步电动机补偿 （3） 动态无功功率补偿
补偿前系统的平均功率因数为：
——有功负荷系数，一般为0.7～0.75 本设计取0.75 ——无功负荷系数，一般为0.76～0.82 本设计取0.8 将 由0.7提高到0.9所需的补偿容量为 tg tg
装设大容量的电力电容器，平均分配在两条35KV的母线上，35kV出线回路数8回，本期采用电力电容两组，每组装设9000kvar电容器组。
2.3 主变压器的选择
2.3.1 负荷分析与计算
若使供配电系统在正常条件下可靠的运行，必须正确的选择电力变压器，开关设备及导线，电缆等。就需要对电力负荷进行计算。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷的正确是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。计算负荷不能定的太大，否则选择的电气设备和导线电缆将会过大而造成投资和有色金属的浪费，计算负荷也不能过小，否则选择的电气设备和导线电缆将会长期处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘体过于老化甚至烧坏。因此，工程上依据不同的计算目的，针对不同类型的用户和不同类型的负荷，在实践中总结出了各种计算方法，有估算法，需用系数法，二项式法，单相负荷计算法等。此次设计用需用系数法。
本变电站负荷分析计算公式如下：
计算如下：
1） 2） = 可知 = 可知 =6000kw =8000kw = ×tan(cos )可知 = ×tan(cos )可知 =6000 tan(cos ) =8000 tan(cos )
=3900kvar =5840kvar = =7156kvA = =9904kvA / =118A / =163A 3） 4） = 可知 = 可知 =5000kw =7000kw = ×tan(cos )可知 = ×tan(cos )可知 =5000 tan(cos )=3750kvar =7000 tan(cos ) =3750kvar =4900kvar = =6250kvA = =8545kvA / =103A / =140A 5）
= 可知 =5000kw = ×tan(cos )可知 =5000 tan(cos )=3500kvar = =6103kvA / =100A 表2.2负荷分配情况
负荷名称 水泥厂 火电厂 中方变 水电厂 造纸厂 P(kw) 6000 8000 5000 7000 5000 Q(kvar) 3900 5840 3750 4900 3500 S(kvA) 7156 9904 6250 8545 6103 I(A) 118 163 103 140 100 同时系数的确定：确定
配电所母线的最大负荷时，所采用的有功负荷同时系数：计算负荷小于5000 千瓦。 0.9~1.0 计算负荷为5000~10000 千瓦。 0.85计算负荷超过10000 千瓦 0.8。 此次设计K为0.85。
由计算公式：
=K 0.85×（6000+8000+5000+7000+7000+5000）=32300(kw) 0.85×（3900+5840+3750+4900+4900+3500）=22516(kvar) =39373(kvA) / =650(A)
2.3.2 主变压器选择
在变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。
《35～110kV 变电所设计规范》规定，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条件综合考虑确定。
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。
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。
具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功率均达到该变压器容量的15%以上，主变压器宜采用三线圈变压器。
主变压器台数和容量直接影响主接线的形式和配电装置的结构。
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。为了担负更多的负荷取70%。则 70% =24522(kvA).。
由负荷计算，装设两台主变压器，每台变压器额定容量按下式选择，故可选择两台型号为SZ9—31500/110 的变压器。
当一台主变停运时，即使不考虑变压器的事故过负荷能力，也能保证对61.0%的负荷供电。 表2.3主变压器参数技术参数
额定电压 一次 分接范围(KV) 110 (%) 空载电流 (%) 0.7 型号 额定容量 (kVA) 31500 空载损耗 负载损耗 (KW) 0.134 二次 (KV) (KW) 短路阻抗 连接组标号 (%) 10.5 YNd11 SZ9- 2×2.5 6.3(6.6) 0.03 31500/110 10.5 (11) 括号里电压为降压变压器用电压
第3章 电气主接线设计
3.1 变电站主接线的要求及设计原则
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。主接线方案的确定对电力系统及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电站主接线的最佳方案。
3.1.1 变电站主接线基本要求
1、运行的可靠性
断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。
2、具有一定的灵活性
主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。
3、操作应尽可能简单、方便
主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。
4、经济上的合理性
主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。
5、应具有扩建的可能性
由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。
变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。
3.1.2 变电站主接线设计原则
1、变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网上不得采用分支界线。
2、在35-60kV 配电装置中，当线路为3 回及以上时，一般采用单母线或单母线分段接线，若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。
3、6-10kV 配电装置中，线路回路数不超过5 回时，一般采用单母线接线方式，线路在6 回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大时，可采用双母线接线。
4、110-220kV 配电装置中，线路在4 回以上时一般采用双母线接线。
5、当采用SF6 等性能可靠、检修周期长的断路器以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设施。
总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规范、规程为标准，结合具体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。
3.2 110 kV侧主接线方案选取
据任务书要求，每回最大负荷60000 kVA.本设计提出两种方案进行经济和技术比较。根据《110 kV-35KV变电站设计规范》规定：110 kV线路为六回及以上时，宜采用双母线接线，在采用单母线，分段单母线或双母线的110 kV-35KV主接线中，当不容许停电检修断路器时，可设置旁路母线和旁路隔离开关。 35～110kV 线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。35～63kV 线路为8 回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV 线路为6 回其以上时，宜采用双母线接线。在采用单母线、分段单母线或双母的35～110kV 主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。故预选方案为：双母线接线和单母线分段接线。
方案一、双母线接线 1、优点：
1）、供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流
检修一组导线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路母线隔离开关，只停该回路。
2）、调度灵活，各个电源和各个回路负荷可任意切换，分配到任意母线上工作，能够灵活地适应系统中各种运行方式调度和系统潮流变化的需要。
3）、扩建方便，向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响,两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线时，不会如单母线分
段那样导致出线交叉跨越。
4）、便于实验，当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。 2、缺点：
1）、增加一组母线和每回路就需增加一组母线隔离开关。
2）、当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。
3、适用范围：
1）、6-10KV,配电装置，当短路电流较大，需要加装电抗器。
2）、35-63KV,回路总数超过8回，或连接电源较多，回路负荷较大时。 3）、110-220KV,出线回路在5回及以上时；或当110-220 KV 配电装置，在系统中居重要地位，出线回路数为4 回及以上时。
图3.1 双母线接线 方案二、单母线分段接线： 1、优点：
1）、用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，提供双回路供电。 2）、安全性，可靠性高。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。
2、缺点：
1）、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回 路都要在检修期间停电。
2）、扩建时需要向两个方向均衡扩建，以保证负荷分配的均匀。 3）、当出线回路为双回路时，常使母线出线交叉跨越。 3、适用范围：
1）、6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时。 2）、35-63KV配电装置出线回路数为4-8回时。 3）、110-220KV配电装置出线回路数为3-4回时。
图3.2 单母线分段接线 方案比较：
方案一相对方案二调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，所以当该母线或母线隔离开关故障或检修时，该母线上的回路不需要停电，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。通过对以上两种方案比较，结合现代科学进步，新型断路器的停电检修周期延长，没有必要考虑停电检修断路器，结合经济建设的需要，在满足要求的前提下，尽可能节约设备的投资故待设计的变电站110 kV接线选取方案二，单母线接线，即能满足要求。在技术上和经济上第二种方案明显合理，鉴于此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。经综合分析，决定选第二种方案为设计的最终方案。
结论：110 kV侧采用单母线分段接线
3.3 35kV侧主接线方案选取
本变电站35kV 线路有8 回，可选择双母线接线或单母线分段带旁路母线接线两种方案，根据本地区电网特点，本变电站电源主要集中在35kV 侧，不允许停电检修断路器，需设置旁路设施。方案一供电可靠、调度灵活，但是倒闸操作复杂，容易误操作，占地面积大，设备多，配电装置复杂，投资大。方案二具有良好的经济性，供电可靠性也能满足要求，故35kV 侧接线采用方案二。单母线分段带旁路母线接线。
图3.3 双母线接线
方案二简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，旁路断路器可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要回路特别是电源回路不停电。
图3.4 单母线分段带旁路母线接线
第4章 短路计算
4.1 短路计算的原因与目的
电力系统由于设备绝缘破坏，架空线路的线间或对地面导电物短接，或雷击大气过电压以及工作人员的误操作，都可能造成相与相、相与地之间导电部分短接，短路电流高达几万安、几十万安培。这样大的电流所产生的热效应及机械效应，会使电气设备损坏，人身安全受到威胁，由于短路时系统电压骤降，设备不能运行。单相接地在中性点直接接地系统中，对邻近通信设备将产生严重的干扰和危险影响，所以电力系统必须进行短路故障计算。另外，对于电气设备的规格选择，继电保护的调整整定，对载流导体发热和电动力的核算，都需要对系统短路故障进行计算。
短路计算选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。为了合理地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。在设计和选择发电厂 电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线时，确定是否需要采用限制短路电流的措施等，都需要进行必要的短路电流计算。计算电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有短路计算的内容。在确定输电线路对通讯的干扰，对已经发生的故障进行分析，都必须进行短路计算。
4.2 短路计算的计算条件
一、基本条件：
短路计算中采用以下假设条件和原则： 1、正常工作时，三相系统对称运行。 2、所有电源的电动势相位角相同。
3、电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。 4、短路发生在短路电流为最大值的瞬间。
5、不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。
6、除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。 7、元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整范围。 8、输电线路的电容略去不计。 二、一般规定：
1、验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统5—l0 年的远景发展规划。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的按线方式。
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放电电流的影响。
3、选择导体和电器时，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点；对带电抗器6—l0kV 出线，选择母线到母线隔离开之间的引线、套管时，短路计算点应取在电抗器之前、其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。
4、电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路电流计算。若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严重时，则应按严重的计算。
4.3 最大最小运行方式分析
在选择保护方式分析时，对大多数保护都必须认真分析与考虑哪种运行方式来作为计算的依据，一般而言所选用的保护方式，应在系统的各种故障参数增加而动作的保护，如电流保护，通常应根据系统最大运行方式来确定保护的定值，以保证选择性，因为只要在最大运行方式下能保证选择性。那么，在其他运行方式下，必然能保证选择性；而对灵敏性校验，则应根据最小运行方式来进行，因为只要在最小运行方式下，灵敏性合格，那么在其他运行方式下的灵敏性就会更好，对反映鼓掌参数减小而动作的欠量保护。如低压保护，刚刚好相反，此时应根据最小运行方式来整定，而根据最大运行方式来校验灵敏性。
最大运行方式
根据系统最大负荷的要求，电力系统中的所有可以投入的发电设备都投入运行（全部或绝大部分投入运行），以及所有线路和规定的中性点全部投入运行的方式称为系统最大运行方式即QF1、QF2都在闭合的状态。对继电保护而言，则是指在系统最大运行方式下短路时，通过该保护的短路电流为最大时的系统连接方式。本设计题目中，本变电站的最大运行方式为两台31500KVA的变压器并联运行，以及所有负荷投入时的运行方式。但由于纵联差动保护，由于其保护范围外故障时，保护不应动作。为了方便变压器纵联差动的整定计算，在变压器高压侧和低压侧的短路点的电流应为支路电流。所以变压器高压侧的短路点电流为变电站高压侧投入的，断路器闭合时，流过变压器高压侧的短路电流。变压器低压侧的短路电流为系统并联运行桥短路器连接，变压器单台投入时流入变压器低压侧的短路电流。
最小运行方式
根据系统负荷为最小，投入与之相适应的系统连接且系统中性点只有少部分接地的运行方式称为系统的最小运行方式。本设计题目中，变电站的最小运行方式为，变压器单台投入时的运行方式即QF1、QF2都在打开状态。
4.4 短路计算
图4.1电力系统短路图及其简化图 （1）确定基准值 取 而
（2）各主要元件电抗标幺值 取
架空线电抗标幺值 电力变压器的电抗标幺值
（3）求 点短路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量。 总电抗标幺值 =
三相短路电流周期分量的有效值 其他三相短路电流为
短路冲击电流与短路冲击电流的有效值为 三相短路容量
（4）求 点短路电流的总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量。 总电抗在不同的运行方式标幺值 = =
三相短路电流周期分量的有效值
在不同运行方式下的其他三相短路电流为 短路冲击电流与短路冲击电流的有效值为 三相短路容量 110KV侧主变进线 35KV侧主变进线
对于35KV侧出线，有8回出线，并且每回出线上的负载都相同，只对其中一点做出了短路计算即可。
第5章 开关设备的选择与校验
5.1 电气设备选择的概述
电器选择是发电厂和变电站电气设计的主要内容之一。正确的选择电器是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电器。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。
1、选择的原则
1）、应满足正常运行、检修、短路、和过电压情况下的要求，并考虑远景发展。 2）、应按当地环境条件校核。 3）、应力求技术先进和经济合理
4）、与整个工程的建设标准应协调一致。 5）、同类设备应尽量减少种类。
6）、选用的新产品均应具有可靠的实验数据。 2、设备的选择和校验。 (1)按正常工作条件选择电器
额定电压
在选择电器时，一般可按照电器的额定电压 不低于装置地点电网额定电压 的条件选择，即
额定电流
电器的额定电流 是指在额定周围环境温度 下，电器的长期允许电流。 应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 ，即
(2)按当地环境条件较验
在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境（尤其是小环境）条件当气温、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超过一般电器使用条件是，应采取措施。
(3) 按短路情况校验 短路热稳定校验
短路电流通过电器时，电器各部件温度应不超过允许值。满足热稳定的条件为 式中 ——短路电流产生的热效应；
、t ——电器允许通过的热稳定电流和时间。 电动力稳定校验
电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为 或
式中 ——短路冲击电流幅值及其有效值；
——电器允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。
下列几种情况可不校验热稳定或动稳定：
1)熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。 3)装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。 短路计算时间
校验电器的热稳定和开断能力时，还必须合理的确定短路计算时间。验算热稳定的计算时间 为继电保护动作时间 和相应断路器的全开断时间 之和，即
= + 而 =
式中 ——断路器全开断时间；
——后备保护动作时间； ——断路器固有分闸时间；
——断路器开断时电弧持续时间。
开断电器应能在最严重的情况下开断短路电流，故电器的开断计算时间应为主保护时间和断路器固有分闸时间之和。
（4）短路校验时短路电流的计算条件
所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。
为使电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作验算用的短路电流应按下列条件确定：
1)容量和接线 按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建成后5～10 年）；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式。
2)短路种类 一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。
3)计算短路点 选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。
5.2 110kV侧断路器的选择
在本设计中110KV侧断路器采用SF6高压断路器，因为与传统的断路器相比SF6高压断路器具有安全可靠，开断性能好，结构简单，尺寸小，质量轻，操作噪音小，检修维护方便等优点，已在电力系统的各电压等级得到广泛的应用。
110KV的配电装置是户外式，所以断路器也采用户外式。
从《电气工程电器设备手册》（上册）中比较各种110KVSF6高压断路器的应采用LW11-110型号的断路器。高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。
额定电压： = 110KV ，合格； 额定电流： ，合格； 额定开断电流： ，合格； 短路关合电流： ，合格； 动稳定校验： 2.6(KA) ,合格；
热稳定校验： ，合格；
本变电站高压断路器选择如下：
110kV 线路侧及变压器侧：选择LW11-110 型SF6 户外断路器。 表5.1 110KV侧断路器的选择
计算数据 110(KV) 173(A) 1.569(KA) 2.37(KA) 2.6(KA) 4(KA) LW11-110 110(kV) 1600(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(KA) 80(kA)
5.3 35KV侧断路器的选择
35KV侧断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。35KV侧断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。
35kV 线路侧及变压器侧选用ZW7-40.5 型户外真空断路器。 额定电压： ，合格； 额定电流： ，合格； 额定开断电流： ，合格； 短路关合电流： ，合格； 动稳定校验： 11(KA) ,合格；
热稳定校验： ，合格；
35kV 线路侧及变压器侧：选择ZW7-40.5 型真空户外断路器。 表5.2 35KV侧断路器的选
计算数据 35(KV) 546(A) 3.22(KA) 4.86(KA) 11(KA) 8.21(KA) ZW7-40.5 40.5(kV) 1600(A) 31.5(kA) 80(kA) 3969(KA) 80(kA)
隔离开关的选择
隔离开关也是变电站中常用的电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。
隔离开关的主要用途：
(1)隔离电压 在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。
(2)倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。
(3)分、合小电流 因隔离开关具有一定的分、合小电感电流和电容电流的能力，故一般可用来进行以下操作：
①分、合避雷器、电压互感器和空载母线； ②分、合励磁电流不超过2A 的空载变压器； ③关合电容电流不超过5A 的空载线路；
5.4 110kV隔离开关的选择
110kV 隔离开关选用GW5-110Ⅲ/1000-80 型隔离开关。 额定电压： = 110KV，合格； 额定电流： 合格； 动稳定校验： 合格； 2.6 (KA) ,合格；
110kV 隔离开关选用GW5-110Ⅲ/1000-80 型隔离开关 表5.3 110KV侧隔离开关的选择
计算数据 110(KV) 173(A) 2.6(KA) 4(KA) GW5-110Ⅲ/1000-80 , 110(kV) 1000(A) 2311(KA) 80(kA) 5.5 35KV隔离开关的选择
35kV 隔离开关选用GW4-35D/1000-83 型隔离开关。 额定电压： = 35KV，合格； 额定电流： 合格； 动稳定校验： 合格； 11(KA)
,合格；
热稳定校验：： 合格
35kV：选择GW4-35D/1000-83型隔离开关
表5.4 35KV侧隔离开关的选择
计算数据 35(KV) 546(A) 11(KA) 8.21(KA) GW4-35D/1000-83 12(kV) 1000(A) 2500(KA) 83(kA) 5.6 互感器的选择
互感器（包括电流互感器TA 和电压互感器TV）是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电流线圈和电压线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。互感器的作用是：将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压(100V)和小电流(5A 或1A)，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构小巧、价格便宜和便于屏内安装。使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。
对于电压互感器的选择应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。
1、3－20kV 配电装置，宜采用油绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。
2、35kV 配电装置，宜采用油浸绝缘结构的电磁式电压互感器。
3、ll0kV 及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，宜采用电容式电压互感器。 《3～110kV 高压配电装置设计规范》规定，用熔断器保护的电压互感器可不验算动稳定和热稳定。
(1)110kV 电压互感器：出线电压互感器选用TYD-110 成套电容式电压互感器，母线电压互感器选用JDCF-110 单相瓷绝缘电压互感器。
一次回路电压： 合格； 二次回路电压：110/ 合格。
(2)35kV 电压互感器：母线电压互感器选用JDZXW-35 单相环氧浇注绝缘电压互感器。
一次回路电压： ,合格； 二次回路电压：110KV,合格。 电流互感器选择及校验
(1)110kV 电流互感器：选用LCWB6-110 型电流互感器。 一次回路额定电压和电流： ，合格； ，合格； 热稳定校验： 2.6(KA) (KA) ，合格；
内部动稳定校验： ，合格；
(2)35kV 电流互感器：线路侧选用LZZB8-35 型电流互感器。 一次回路额定电压和电流： ，合格； ，合格； 热稳定校验： 11(KA) (KA) ，合格；
内部动稳定校验： ，合格； 变压器侧选用LR-35 型电流互感器。 一次回路额定电压和电流： ，合格； ，合格；
热稳定校验： 11(KA) (KA)
，合格；
内部动稳定校验： ，合格；
5.7 高压侧熔断器的选择
变电站35kV 电压互感器和l0kV 电压互感器以及所用变压器都用高压熔断器进行保护，不需装设断路器，保护电压互感器的熔断器，需按额定电压和开断电流进行选取。
Igmax＜I 熔丝＜I 底座
1、所用变压器高压侧熔断器属成套设备选用RN1—10 型熔断器进行保护。 2、35kV 电压互感器选取RW9—35 型高压熔断器。
3、l0kV 电压互感器属成套设备，选取RN2—l0 型高压熔断器。
熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流容量两项来选择。35kV 高压熔断器，选用RXW-35/0.5 型户外跌落式高压熔断器，
额定电压： ，合格； 断流容量： ，合格。
5.8 母线选择及校验
母线选择及校验的一般规定
(1)汇流母线按正常工作最大电流 选择其截面S( ) ，即按长期发热允许电流选择，要求导体所的电路中最大持续工作电流 应不大于导体长期发热的允许电流 ，即
(2)按短路热稳定校验： 式中 C ——散热系数
——集肤效应系数
(3)按电晕电压校验(35kV 及以上电压级母线)：使晴天工作电压小于临界电晕电压，即 式中 ——临界电晕电压(kV)，其值按下式计算：
式中 k ——三相导体等边三角形布置取1，水平布置取0.96；
——导线表面粗糙系数,管型母线及单股导线取0.98～0.93，多股绞线取
0.87～0.83；
δ ——空气相对密度；
r ——导线半径,矩形母线为四角的曲率半径； a ——相间距离。
(4)硬母线校验动稳定 式中 允许应力
本变电站母线选择及校验 (1)110kV 母线选择
110kV 汇流母线按最大可能负荷63000kW 计算,则在当地常温25℃时，最大持 续工作电流为：
归算到温度为t=40℃，则 式中 ——温度校正系数。
该级汇流母线采用管型母线,选择LGJ—185，载流量为510A。
热稳定校验： = ,合格； 电晕校验： =84 合格； 35kV 母线：
该电压等级母线选用管型母线LGJ—185，载流量为510A。 热稳定： = ,合格； 电晕电压：
=84 合格。
第6章 变电站的继电保护
6.1 继电保护的任务与要求
供配电系统在正常运行中，可能由于各种原因会发生各种故障或者不正常状态，最严重的发生故障短路，并且导致严重的后果，如烧毁或损坏电气设备，造成大面积的停电，甚至破坏电力系统的稳定性，引起系统的振荡或解列，因此，必须采用各种有效的措施消除或减少故障。一旦系统发生故障，应该迅速切除故障设备，恢复正常运行，当发生不正常运行状态时，应及时处理，以免引起设备故障，继电保护装置就是能放映出预告信号的一种自动装置，继电保护任务是：
1）自动地，迅速地，有选择性的将故障设备从供配电系统中切除，使其他非故障部分迅速恢复正常供电。
2）正确反映电气设备的不正常运行状态，发出预告信号，以便操作人员采取措施，恢复电气设备的运行。
3）与供配电系统的自动装置配合，提高供配电系统的供电可靠性。 继电保护要求
6.2 继电保护的接线方式与操作方式
高压线路的继电保护装置中，起动继电器与电流互感器之间的连接方式，主要有两相两继电器式和两相一继电器式两种。
1、两相两继电器式接线
这种接线，如果一次电路发生三相短路或两相短路时，都至少有一个继电器要动作，从而使一次电路的断路器跳闸。
为了表述这种接线方式中继电器电流 与电流互感器二次电流 的关系，特引入一个接线系数Kw。
两相两继电器式接线在一次电路发生任意相间短路时，KW=1，即其保护灵敏度都相同。 2、两相一继电器式接线
这种接线又称两相电流差接线。正常工作时，流人继电器的电流为两相电流互感器二次电流之差。
在一次电路发生三相短路时，流入继电器的电流为电流互感器二次电流的 倍，即 = 。
两相一继电器式接线能反应各种相间短路故障，灵敏度有所不同，有的甚至相差一倍，因此不如两相两继电器式接线。但是它少用一个继电器，较为简单经济。
3.三相三继电器式接线
三相三继电器式接线方式是将3只电流继电器分别与3只电流互感器相连接，，它能反映各种短路故障，流入继电器的电流和电流互感器二次绕组的电流相等，其接线系数在任何短路情况下均等于1。这种接线方式主要用于高压大接地电流系统，保护相间短路和单相短路。
继电保护装置的操作电源，有直流操作电源和交流操作电源两大类由于交流操作电源具有投资少、运行维护方便及二次回路简单可靠等优点，因此它在中小工厂中应用广泛。
交流操作电源供电的继电保护装置主要有以下两种操作方式： 1、直接动作式
利用断路器手动操作机构内的过流脱扣器（跳闸线圈）YR作为直动式过流继电器，接成两相一继电器式或两相两继电器式。正常运行时，YR通过的电流远小于其动作电流，因此不动作。而在一次电路发生相间短路时，YR动作，使断路器QF跳闸。这种操作方式简单经济，但保护灵敏度低，实际上较少应用。
2、“去分流跳闸”的操作方式
正常运行时，电流继电器KA的常闭触点将跳闸线圈 YR短路分流，YR无电流通过，所以断路器 QF不会跳闸。当一次电路发生相间短路时，电流继电器KA动作，其常闭触点断开，使跳闸线圈YR的短路分流支路被去掉（即所谓“去分流”)，从而使电流互感器的二次电流全部通过YR，致使断路器QF跳闸，即所谓“去分流跳闸”。这种操作方式的接线也比较简单，且灵敏可靠，但要求电流继电器KA触点的分断能力足够大才行。现在生产的 GL-15、16、25、26等型电流继电器，其触点容量相当大，短时分断电流可达150A，完全能满足短路时“去分流跳闸”的要求。因此这种去分流跳闸的操作方式现在在工厂供电系统中应用相当广泛。
6.3 主变压器保护规划与整定
现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但实际运行中仍有可能发生各种类型故障和异常运行。为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，必须根据变压器容量的大小、电压变压器保护的配置原则。
变压器一般应装设以下保护： 1. 短路保护。 2. 后备保护。 3. 过负荷保护。
4. 变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护。
5. 中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。 变压器的过电流保护，电流速断保护和过负荷保护。
1）变压器过电流保护的组成，原理，无论是定时还是反时限均与线路过电流保护相同。变压器过电流保护的动作电流整定公式也于线路过电流保护基本相同。
其动作时间按阶梯原则整定，与线路电流保护完全相同。变压器过电流保护的灵敏度，按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时的高压侧的穿越电流值来检验，要求 ，如果达不到要求，可采用低电压闭锁的电流保护。
2）变压器的电流速断保护。
变压器的电流速断保护，其原理，组成与线路的电流速断保护完全相同，变压器的电流速断保护动作电流的整定公式与线路电流速断保护的基本相同。
只是-其中应该取低压母线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的穿越电流值，也就是变压器电流速断保护的动作电流应按躲过低压母线三相短路电流周期分量有效值来整定。变压器电流速断保护的灵敏度，按其装设的高压侧在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流来检验，要求
考虑到变压器在空载投入或突然恢复电压时将出现一个冲击性的励磁涌流，为了避免电流速断保护误动作，可在速断电流整定后，将变压器空载试投若干次，以检验速断保护是否误动作。
电流速断保护带时限的过电流保护，有一个明显的缺点，就是越靠近电源的线路过电流保护，其动作时间越长，而短路电流则是越靠近电源越大，其危害也更加严重。因此，根据
GB50062—1992规定，在过电流保护动作时间超过0.5～0.75时，应装设瞬动的电流速断保护装置(current quick - break protector）。
电流速断保护的组成及速断电流的整定电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护。对于采用 DL 系列电流继电器的速断保护来说，就相当于定时限过电流保护中抽去时间继电器，即在起动用的电流继电器之后，直接接信号继电器和中间继电器，最后由中间继电器触点接通断路器的跳闸回路。
电流速断保护的“死区”及其弥补
由于电流速断保护的动作电流躲过了线路末端的最大短路电流，因此靠近末端的相当长一段线路上发生的不一定是最大短路电流（例如两相短路电流）时，电流速断保护不会动作。这说明，电流速断保护不可能保护线路的全长。这种保护装置不能保护的区域，叫做“死区” ( dead band ) ，为了弥补死区得不到保护的缺陷，所以凡是装设有电流速断保护的线路，必须配备带时限的过电流保护，过电流保护的动作时间比电流速断保护至少长一个时间级差 ，而且前后的过电流保护的动作时间又要符合“阶梯原则”，以保证选择性。
在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，过电流保护作为后备；而在电流速断保护的死区内，则过电流保护为基本保护。
电流速断保护的灵敏度
电流速断保护的灵敏度按其安装处（即线路首端）在系统最小运行方式下的两相短路电流 作为最小短路电流 来检验。因此电流速断保护的灵敏度必须满足的条件为
Sp= ≥1.5～2
按GB50062 —1992,Sp≥ 1.5 ；按JBJ6 —1996,Sp≥2。
3）变压器的过负荷保护。
变压器的过负荷保护的组成，原理与线路过负荷保护完全相同，其动作电流的整定计算公式也与线路过负荷保护基本相同。
只是应用变压器的额定一次电流，动作时间一般取 S
图6.1 定时限过电流，电流速断保护与过负荷保护的综合电路。
4）变压器的瓦斯保护
容量为800KVA级以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护，当有内部故障时产生经微瓦斯后油面下降时保护应瞬时动作于信号，当产生大量瓦斯时，瓦斯保应动作与断开变压器各电源侧断路器。
瓦斯保护装置及整定：
瓦斯继电器又称气体继电器，瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的连接管道中，油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕。
目前，国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯式两种型式。在本设计中采用开口杯式。 瓦斯保护的整定：
（1）、一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250—300m，变压器容量在10000KVA以上时，一般正常整定值为250cm，气体容积值是利用调节重锤的位置来改变。
（2）、重瓦斯保护油流速度的整定
2
重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为0.6—1.5m/s，在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不依据继电器处的流速。
根据运行经验，管中油速度整定为0.6—1.5时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度约为0.4—0.5。因此，本设计中，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定在1S左右。 图6.2 气体保护的原理图
5）纵联差动保护
瓦斯保护只能反应变压器油箱内部的故障，而不能反应油箱外绝缘套管及引出线的故障，因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，对容量较小的变压器可以在电源侧装设电流速断保护。但是电流速断保护不能保护变压器的全部，故当其灵敏度不能满足要求时，就必须采用快速动作并能保护变压器的全部绕组，绝缘套管及引出线上各种故障的纵联差动保护。
瓦斯保护职能反应变压器油箱内部的故障，而不能反应油箱外绝缘套管及引出线的故障，因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，对容量较小的变压器可在电源侧装设电流速断保护，但是电流速断保护不能保护变压器的全部，故当灵敏度不能满足要求时，就必须采用快速动作并能保护变压器全部绕组，绝缘套管及引出线上各种故障的纵差动保护。
为了防止外部短路引起的过电流和作为变压器差动保护、瓦斯保护的后备，变压器应装设后备保护。后备保护的方案有过电流保护、负荷电压起动的过流保护、负序过电流保护和低阻抗保护等。目前，已广泛采用复合电压起动的过流保护作为变压器的后备保护。
图6.3 纵联差动保护原理图
变压器的接地保护：
在中性点直接接地的变压器上，一般应装设反应接地短路的保护作为变压器的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。如果变压器中性点直接接地运行，其接地保护一般采用零序电流保护，保护接于中性点引出线的电流互感器上。所以在变压器的接地保护采用零序电流保护。为了
防止外部短路引起的过电流和作为变压器差动保护、瓦斯保护的后备，变压器应装设后备保护。后备保护的方案有过电流保护、负荷电压起动的过流保护、负序过电流保护和低阻抗保护等。目前，已广泛采用复合电压起动的过流保护作为变压器的后备保护。故在本设计也采用复合电压起动的过流保护。
变压器的过负荷保护：
过负荷保护反应变压器对称负荷引起的过流保护。保护用一个电流继电器接于一相电流上，经延时动作于信号。对于两侧有电源的三绕组降压变压器，三侧均应装设保护。过负荷保护的动作电流按躲过变压器额定电流整定。
在本设计中，采用由BCH-2继电器起动的纵联差动保护。 主变压器整定计算
1.（1）变压器 侧与变压器 侧 变压器 侧
额定电压为110KV,额定电流为 =31500/( )=165.3KA。 的接线方式为 型，计算变比为 = = 实际变比 =200/5=40， 差动臂电流为 A 变压器 侧
额定电压为35KV,额定电流为 =31500/( )=491KA。 的接线方式为 型，计算变比为 = = 实际变比 =400/5=80， 差动臂电流为 A
由于 ，则选择35KV为基本侧，平衡线圈 放于35KV侧，平衡线圈 放于110KV侧。 （2）确定动作电流
躲过变压器的励磁涌流： =1.3 165.3=214.89A 躲开电流互感器二次断线： =1.3 546=709A =1.3 (0.1 1+0.05+0.05) 546=709.8A 所以继电器的动作电流： （3）确定线圈接法和匝数
110KV与35KV侧电流互感器分别接到平衡线圈 与 BCH-2继电器在保护时的动作安全匝数值 则有 匝
其中取差动线圈匝数为6匝，平衡绕组线圈匝数为2匝。 （4）确定非基本侧线圈匝数。 = 匝 选取整匝 匝
（5）校验相对误差： ，合格。 （6）灵敏度校验： ，合格。 2.电流继电器：
电流继电器一次动作电流按躲过变压器额定电流整定： Kk=1.2 Kh=0.85
=1.2/0.85 214.89=303.4A 3.低电压继电器
对于降压变电站低压继电器一次动作电压，应按最低工作电压整定。 3.负序电压继电器
负序电压继电器的一次动作电压，应按躲过正常运行时的不平衡电流整定取 =0.06KV =6.6KV
变压器的接地保护：
在中性点直接接地的变压器上，一般应装设反应接地短路的保护作为变压器的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护。如果变压器中性点直接接地运行，其接地保护一般采用零序电流保护，保护接于中性点引出线的电流互感器上。所以在本设计中变压器的接地保护采用零序电流保护。
变压器的过负荷保护：
过负荷保护反应变压器对称负荷引起的过流保护。保护用一个电流继电器接于一相电流上，经延时动作于信号。
对于二绕组降压变压器，各侧均应装设保护。
过负荷保护的动作电流按躲过变压器额定电流整定，即 式中Kk取1.05 Kb取0.85
高压侧： =（1.05/0.85） 31500/（ 115）=195.3KA 低压侧： =（1.05/0.85） 31500/（ 35）=607.2KA
变电站的保护，变电站的所用负荷很少，主要负荷时变压器的冷却设备以及其它一些用电负荷。如：强迫油循环冷却装置的油泵，水泵风扇等，采暖通风照明及检修用电等。故一般变电所，所用变压器的容量为50—135KV，中小型变电所所用20KVA即能满足要求。变电所所用接线很简单，一般用一台所用变压器，自变电所中最低以及电压母线引接电源，副边采用380/220中性点直接接地的三相四线制系统，用单母线接线。大容量变电所，所用电较多，一般装设两台所用变压器，两台所用变压器分别接在变电所最低一级电压母线的不同分段上。
第7章 防雷保护计算
7.1 防雷保护
对直击雷的保护一般来用避雷针或避雷线。
由线路入侵的雷电波电压；其主要防护措施是在发电厂，变电所内装设阀型避雷器。以限制入侵雷电波的幅值。使设备上的过电压不超过其冲击耐压值。在变电所60KV侧和10KV侧母线分别设置阀型避雷器，其型号分别为FZ—60 ，FZ—10对于35—60KV的配电装置中，以防止雷击时引起的反击，闪络可能一般采用独立避雷针进行保护。并应满足不发生反击要求，并且使所有的电气设备都在避雷针的保护范围之内，为了防止避雷针与被保护设备之间的空气间隙被击穿，而造成反击事故。110kv 的屋外配电装置，将避雷针装在配电装置的构架上，对于10kv 和35kv 的屋内配电装置，为防止雷击时引起反击闪络的可能，采用独立的避雷针。主变压器用独立的避雷针。屋外组合导线，采用独立的避雷针。
变电站的保护范围分为三种：
1）电工装置，包括屋内外配电装置、主控制楼、组合导线和母线桥等。
2）需要采取防雷措施的建筑物和构造物，按着在发生火花时能否引起爆炸或火灾。凡是在建筑物长期保存或经常发生瓦斯、蒸汽、尘埃与空气的混合物，可能引起电火花发生爆炸，以及引起房屋破坏和人身事故者。但在因电火花发生爆炸时，不致引起巨大的破坏或人身事故者。凡遭受直击雷时，仅有火灾及机械破坏危害，且对建筑物内部的人有危害者。
3）不需专门防雷保护的建筑物。在变电站中的建筑物装设直击保护装置，诸如屋内外配电装置，主控室等。
变电站遭受雷害可能来自两个方面：雷直击于变电站，雷击线路，沿线路向变电所入侵的雷电波。
1)应该采用避雷针或避雷线对高压配电装置进行直击雷保护并采取措施防止电击。 2)应该采取措施防止或减少发电厂和变电所近区线路的雷击闪络并在厂、所内适当配置阀式避雷器以减少雷电侵入波过电压的危害。
3)按本标准要求对采用的雷电侵入波过电压保护方案校验时，校验条件为保护接线一般应该保证2km外线路导线上出现雷电侵入波过电压时，不引起发电厂和变电所电气设备绝缘损坏。雷电所引起的大气过电压将会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所和高压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。运行经验证明，当前变电所中采用的防雷保护措施是可靠的，但是雷电参数和电器设备的冲击放电特性具有统计性，故防雷措施也是相对的，而不是绝对的。
7.2 防雷的装置与防雷计算
1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线装设避雷器时除外。
2）旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在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要求而定。
3）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。
4）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。 5）下列情况的变压器中性点应装设避雷器
（1）直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。
（2）直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。 （3）接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。 6）发电厂变电所35KV及以上进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。 7）SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 8）110—220KV线路侧一般不装设避雷器。 35KV系统最高电压为60KV
选用氧化锌避雷器相对地的电压为
选择Y10W5-50型无间隙氧化锌避雷器按额定电压为50KV
本变电站直击雷防护采用避雷针，变电站围墙四角各布置1 支避雷针，共布置4支避雷针，每支避雷针高30m。本站东西向长100m，南北向宽70m，占地面积6732m2，110kV 配电装置构架高13m，35kV 终端杆高14m。避雷针保护范围计算如下：各针保护半径 由下式计算：
式中， p ——高度影响系数，当h≤30m 是，p=1；
h ——避雷针高度； ——被保护物高度； —— 高度保护半径；
p ——高度影响参数； 四针保护半径为 两针间的保护宽度为
由计算结果可知，保护宽度都大于零，所以变电站内所有被保护物都在保护范围内。
图6.4 防雷保护图及其保护范围
第8章 结论
毕业设计是在完成了理论课程和毕业实习的基础上对所学知识一次综合性的总结。通过本次毕业设计，基本掌握110kV/35kV变电站电气主接线设计的基本步骤和方法，选择符合设计的接线方式，110kV侧用单母线接线方式，35kV侧用单母线分段带旁路母线接线方式，用拟定的接线方式进行比较，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，确定了变压器用两台，容量为31500KVA,型号为SSZ9—31500/110，对无功功率补偿做了明确的计算，然后采用标幺值法对短路计算进行了分析与处理。根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线和电压互感器，电流互感器进行了选型。在对电气设备选择设计上查阅资料，与拟定的设备进行比较，采用合理的设备，对主变压器进行了保护设计与整定计算，选用合理的方式，分析计算了防雷保护的设计，同时画出了所需的原理图。
110kV/35kV变电站电气部分设计的过程，是对所学知识进行的一次检验和实践，从而使电力专业知识得到巩固和加深，逐步提高了分析问题和解决问题的能力。在设计的过程中，我查阅了大量的文献资料，积累了丰富的材料，培养了自己分析问题、解决问题的能力，并使专业知识得到巩固和升华。通过此次设计，这使我深深感受到了我国电力系统设计的重要性，在以后的学习和工作中，我将继续发扬这种能吃苦的精神，为我国电力事业发展做出应有的贡献。但在本次设计中仍有不足与疏漏。在设计过程中，虽然有老师的耐心讲解，有大量的文献资料可供查阅，
但对于一些具体问题，仍感觉吃不透，我将在以后的工作、学习中扬长避短，发扬严谨的科学态度，使所到的知识不断升华。
参考文献
[1]黄纯华 编著 工厂供电 天津大学出版社 2001.6 [2]周泽存 编著 高电压技术 中国电力出版社 2004.7 [3]姚春球 编著 发电厂电气部分 中国电力出版社 2004.10 [4]尹克宁 编著 电力工程 中国电力出版社 2005.2
[5]方向晖 编著 中低压配电网规划与设计基础 中国水利水电出版社 2004.4 [6]杨奇逊 编辑 变电站综合自动化技术发展趋势 中国电力出版社1995 [7]王海猷 编辑 变电站综合自动化 水利力出版社 1999 [8]解广润 编辑 电力系统接地技术 中国电力出版社 1996 [9]冯慈璋 编辑 工程电磁场导论 高等教育出版社 1983
[10]李景禄 胡毅 刘春生 编辑 实用电力接地技术 中国电力出版社 1986 [11]袁建生 张丽萍 编辑 变电站地网接地电阻的计算 1983 [12]何金良 编辑 变电站接地网模拟计算 中国电机工程学报 1999 [13]曾嵘 编辑 变电站接地系统中垂直电极作用分析 中国电力出版社 2000 7． [14]进雅美 编辑 地下变电站的接地设计及其实例 电气评论 1995 [15]赵负图 编辑 《传感器集成电路手册》化学工业出版社 2002.4 [16]施文康 编辑 《检测技术》 机械工业出版社2002.1 [17] 于长顺 编辑 《发电厂电气设备》 郑州电力出版社 1988 [18] 李薇薇 李芳 编辑 《电力系统》 郑州电力出版社 1994 [19] 国际电力 中国电力信息中心 期刊2004 [20] 中国电力 水利电力出版社 期刊1986
[21] 电气时代 机械工业出版社 期刊1998
[22] 电力系统自动化 国家电力公司电力自动化研究院 期刊2000 [23] 电气应用 机械工业出版社 期刊1999
[24] 电力系统自动化 国家电力公司电力自动化研究院 期刊2001
[25] Thaper,Evalution of Ground Resistance of a Grounding Grid of Any Shape,IEEE Transsactions on Power Delivery Vol．6 No．2 April 1991
[26]J．M．Nahman,et al．Resistance to Ground of Combined Grid-multiple Rods Electrodes．IEEE Iransactions on Power Diliyery，vol． 1996
致谢
本次设计过程长达整个学期，在此期间有许多人给了我帮助，在设计过程中，结合个人的努力使得此次设计最终完成，至此我要特别感谢我的导师陈晓英老师，感谢陈老师在百忙之中给我的指导，给予我莫大的支持和鼓舞，每当设计到困难之处，她总会细心的指导，让我少走了许多弯路，使我学会了许多技巧，正是由于陈老师的教导，才使我打破困境，顺利完成设计。与此同时，我还要感谢我的同组同学，正是他们在我困难之际，耐心的解答我不懂的问题，有错误及时告诉我，使我对设计更有信心。
设计最终完成了，在老师的指导下，半年的时间没有浪费，老师的教导，同学的帮助给了我无穷的力量，请接受我最真诚的致谢。
附 录Ⅰ 英文文献
Substation system over-voltage protection technology
Second substation equipment over-voltage protection on electronic information system for the protection of core equipment for the construction of a protected both pressure and other potential system, and through all levels of over-voltage surge protectors of the current step by step into the land of China, Substation secondary safety equipment and reliable operation.
1 second over-voltage substation protection
In recent years, the substation communications, communications systems, protection systems, background management module frequent over-voltage damage, the main reason for this is weak and its related systems products over-voltage protection level is weak, or no guard against over-voltage Technical measures, the consequences for the safe operation of power grids bring about a greater negative impact. With integrated automation systems and automation systems such as communication systems in the substation weak secondary by the wider use of such electronic systems (equipment) components of the integrated more and more, the growing volume of information storage, speed and accuracy of the Increased and operates only a few volts, current information only microamp level, thus extremely sensitive to outside interference, especially the lightning and electromagnetic pulse, such as over-voltage tolerance is low. When thunder and lightning, such as over-voltage and accompanied by the electromagnetic fields reach a certain threshold, ranging from system failure caused, resulted in heavy equipment or permanent damage to its components. Despite the thunder and lightning viewpoint of electronic systems (equipment) is unlikely, but lightning strike near the land, buildings, communication and air supply line directly Leiyun discharge form, or because of electrostatic induction and the impact of electromagnetic induction formation of over-voltage, There might be connected to the power lines, signal lines or grounding system, through various interfaces to transfer, coupling, radiation and other forms of invasive electronic system (equipment) and lead to serious disturbances or incidents. Therefore, strengthening and improving the electronic system (equipment) protection, to minimize the impact of interference by lightning and other damage caused direct losses and indirect losses, has become the urgent need to solve the problem.
2 over-voltage protection design
IEC (International Electrotechnical Commission) TC/81 mine technical committee will be divided into internal and external mine mine in two parts, the external mine is lightning rod (or with lightning, lightning network), Yin Xiaxian and grounding system, Objects to be protected from direct lightning strikes, mine is to prevent internal lightning and other internal over-voltage damage caused by invasive equipment. A comprehensive mine and over-voltage protection systems must be integrated use of discharge (segregation), both pressure (and other potential), shielding (isolation), grounded, limit pressure (clamp) protection, and other technology, in accordance with the external mine And the principle of internal mine, in accordance with the targets of protective features, flexible application to take concrete measures, constitute a complete protection system. Over-voltage substation in the form are: Lightning over-voltage, the resonant frequency over-voltage and over-voltage, over-voltage operation, these over-voltage transmission or electromagnetic induction to the way the lines and equipment on a dangerous over-voltage, in particular, Lightning over-voltage, lightning substation, in the low-voltage power supply system and weak system to produce a strong over-voltage sensor, while the substation to potential rise (for example: the substation grounding resistance to 1 Q, lightning current 10 kA, while the potential for 10 kV), due to the increased potential of the counter lines and equipment damaged lines and equipment and the events have occurred, therefore, despite the substation
outside the mine system (lightning rod. Yin Xiaxian And grounding devices) in line with national standards and the requirements of Buban, and the integrated automation and communications automation systems, such as weak secondary have been taken, such as shielding, grounding, isolation, filtering, and other measures, but it can not completely avoid over-voltage powerful lightning And voltage of the system counter the disruption caused damage and, therefore, the second weak system substation and a mine-voltage must also take the appropriate protective measures, in accordance with the IEC within the mine area EMP, the device's power cord, signal Lines, data lines, and the installation of lightning protection and internal over-voltage devices to prevent lightning sensors, channeling people along the lightning current, voltage counterattack, such as transient voltage surge too transient over-voltage caused by a fault and damaged electronic equipment. Over-voltage surge protection in accordance with its connection mode is divided into two series and parallel, the use of over-voltage surge protection tandem with, there may exist because of signal transmission does not match the causes of transmission of the signal interference, in particular data Communication Interface in the series were over-voltage surge protection in place, will have the normal data communications. Therefore, the data communications access I: I in the series were over-voltage surge protection in place, the transmission of data must be carried out conscientiously check if the data are not normal transmission, it may be due to the reasons do not match the transmission signal Interference, should be replaced to match the over-voltage surge protection for. If the use of over-voltage surge protection for use of parallel, the situation is basically non-existent, but the connection mode of over-voltage surge protection for higher technical requirements.
3 secondary system over-voltage substation protection 3.1 points over-voltage electricity system protection
Substation installed in the communications dispatch automation systems are used AC power or a DC power supply equipment for the rectification of its links are generally larger capacity filter capacitance, the transient over-voltage shock absorption of a certain extent, the station Low-voltage transformer side go to feed between the screen using a shielded cable and equipment have a good grounding, the use of modern technology to analyze mine, we must increase the circuit's segregation measures, because its grounding, protection and other electrical grounding all Grounding devices using the same equipment, and equipment are in a LPZOB, the relative strength of strong electromagnetic pulse, the station changed to prevent low-pressure side although there are lines intrusive wave arrester, but the residual pressure high, in the substation of lightning, through the line Coupling and the potential rise caused by over-voltage counterattack still exist, and high-pressure side of the residual pressure as high as several thousand volts, it is necessary to these scheduling automation equipment for the power supply over-voltage circuit protection. Lightning Protection in accordance with the principle of regional division, substation equipment in the secondary power supply system over-voltage sensors lightning protection may be two (B, C level) for the protection of segregation. B-mine use is generally greater flow capacity of the mine
installations, the Lightning could be more casual Liuxie people, to achieve the objective of current limit, over-voltage at the same time will reduce to a certain extent, c-mine use With lower residual pressure of the mine installations, you can loop in the remaining scattered lightning Liuxie people, to limit the purpose of over-voltage, over-voltage equipment can be reduced to the level of tolerance. The main power supply system is inhibited lightning protection and operation of the power back to the road and over-voltage surge. According to the substation status of the substation of the second mine-sensing system and the operation and use of two over-voltage protection. As build more substations in the region more open, relatively strong electromagnetic strength, power lines and communication cables are very vulnerable to lightning attacks sensors, sensors along the over-voltage power lines and communication lines into one device, which will damage equipment, Therefore, the exchange of first-class bus to install the power protection (B level) is to ensure the safety of the entire control room, and 80 percent of the over-voltage China, scattered to the earth, play a primary role in the protection, but are still in the exchange of feeder Some of the B-level power supply voltage and mine the residual pressure increases on-line and must therefore be important in the exchange of feeder lines (DC charging screen, UPS, etc.) c-level power protection, which would curb over-voltage electrical equipment to back-end To the level of tolerance.
Protective location: It is 1 EC1312 (LEMP protection \"in the region of lightning protection principles. Arrester installation should be in different locations at the junction of protected areas, this network, the first-class protection should be located in the bus exchange. In Two on the bus with the installation of a B-class models of a three-phase power supply voltage surge protector.
Install Location: AC bus (cabinet).
3.1.2 second-class protection measures to deal with
For the more important feeder lines on the exchange of equipment, here for the DC charge screen, the installation of c-level three-phase power arrester. As DC charging screen is two-way exchange of electricity supply, so the screen in the DC charge with the installation of two models of c-level three-phase power supply over-voltage surge protector. Installation location should choose the DC charge screen open exchange of air power
Commissioner Office.
3.2 integrated automation system over-voltage protection
Protective position: Computer-based integrated automation system's ability to bear a very low voltage, several hundred volts of over-voltage is enough to damage the equipment, so must the high side arrester the residual pressure (thousands of volts) to further curb to meet equipment Insulation level of need, and because of the potential rise to power and the induction loop is also over-voltage line up on KV, to be used in
the exchange of integrated automation system to the exchange on the c-level single-phase installation of a surge Voltage protection. Location should choose to install automated-ping in the Composite Air switch the AC power.
3.3 did not ask off power supplies (UPS) over-voltage protection
Protection here: because of the internal computer systems, hubs, monitoring equipment, electric energy billing systems and so on through the UPS power supply protection, in order to protect the safety of these micro-electronics equipment, the UPS power supply device in front of the installation of a c-Surge Voltage protection. Optional models: The (UPS for single-phase power input) C-class single-phase power surge or over-voltage protection (UPS for the three-phase power input) of c-level three-phase power supply over-voltage surge protector. Installation should choose the location of UPS into the front line.
3.4 communication interface over-voltage protection
Communication Interface over-voltage protection compared with the grid supply system, this over-voltage circuit on the degree of sensitivity is much higher, and these are over-voltage equipment in the circumstances it is very fragile. Equipment insulation tolerance level is very low. With the equipment connected to a signal line, data lines, measurement and control lines, and these are basically in line LPZOB region, but also through the LVZOA region, on the lines of sensors over-voltage relatively strong, according to the IEC test, when the electromagnetic field Strength increased to 0.07 GS, will have a micro-computer equipment malfunction, loss of data. And the safety of these circuits is directly related to a system of safety equipment, so important to be on the interface circuit over-voltage protection.
3.4.1 remote computer interface devices over-voltage protection
Protective position: As substation computer remote installations scattered distribution structure. From remote modules, intelligent telemetry module, intelligent remote control module, intelligent remote-module. The modules are installed in different automated-ping, through the RS232 interface between the modules or field bus communication. These interfaces are in the indoor circuit, equipment interface circuits shorter the distance, so there will be no more sensors to the over-voltage, but the automation equipment and other secondary equipment (measurement unit, computer, etc.) have electrical connections, when Other secondary equipment sensors to a strong over-voltage sensors, will be counter to these automation equipment, communications interface, so that damage to equipment interface circuits, it is necessary in these devices RS232 interfaces on the installation of a surge Voltage protection. Installation location should choose the remote computer interface devices, communications lines.
3.4.2 electric energy billing system signals over-voltage protection
A protective position: a multi-functional electronic power substation table, energy acquisition, the electronic power meter to bear a very low voltage levels. As Meter and remote computer stations in the communications equipment used RS232 interfaces, the communication line is longer, and in LVZOB region, near the substation or by direct lightning strike at the substation, proximity to the high voltage sensors, In order to prevent damage to equipment. E-Meter in and around the RS232 port RS232 installation of the over-voltage surge protector. Location should choose to install electronic power meter in and around the port, RS232.
The location of protection: electronic power meter through the acquisition of information on the collector's MODEM (modem) from telephone lines to send data to a remote, since the introduction of telephone lines from the outside, the lines on the sensor to sensor lightning current relatively strong, easy to Modem interface equipment damage, it is necessary in the telephone line modem interface, the installation of an interface over-voltage surge protector. Location should choose to install telephone Chuxian inside and outside phone lines-the-line people.
3.4.3 distance communication interface over-voltage protection
Protective position: Since the basic use of unmanned substation. On the first circuit protection, measurement, control, regulation of signal through the optical and data communications network or carrier to the distance (in tune, and stressed that the centralized control stations, etc.) to transmit data. If the carrier, the carrier and the computer automation of the signal devices connected relatively long lines, substations in the vicinity of a direct lightning strike or substations.Should be a strong over-voltage sensors, to be near the computer automation devices to signal I: I-the installation of signal arrester, while in the area and extend to LPZOB LPZOA area of communication lines (DDN, X.25) very easy Lightning sensors on the over-voltage, must also be the installation of over-voltage surge protector. Installation location should choose the remote device communication line interface Department.
Secondary system over-voltage substation protection issues in recent years by a new task, the above is only related to the scene of the unit into the actual situation on the Protection of the preliminary measures, it will be in continuing to draw on practical experience of running a summary analysis and continuous improvement, Hope that the new substation in the future or the old substation automation of integrated, strengthen the secondary over-voltage protection system of planning and design, equipment and ensure the safe and stable operation of power grids.
变电站系统过电压防护技术
变电站的过电压保护是以电子信息系统为保护核心，为被保护设备构建一个均压等电位系统，并通过各级过电压浪涌保护器逐级把电流泄放入大地，使变电站设备安全和可靠地运行。
1 变电站过电压防护
近年来，变电站的通信、通信系统、继电保护系统、后台管理模块经常发生过电压损毁事件，究其原因主要是其相关系统和弱电产品过电压防护水平较弱，甚至根本没有过电压防范技术措施，其后果对电网的安全运行带来了较大负面影响。随着综合自动化系统和通信自动化系统等二次弱电系统在变电站的广泛应用，这类电子系统(设备)元器件的集成度愈来愈高，信息存储量愈来愈大，速度和精度不断提高，而工作电压只有几伏，信息电流仅为微安级，因而对外界干扰极其敏感，特别对雷电等电磁脉冲和过电压的耐受能力很低。当雷电等过电压和伴随的电磁场达到某一阀值时，轻则引起系统失灵，重则导致设备或其元器件永久性损坏。尽管雷电直击电子系统(设备)的可能性不大，但是雷击附近大地、建筑物、交流供电线路和空中雷云放电时直接形成的，或者由于静电感应及电磁感应形成的冲击过电压，都有可能通过与之相连的电力线路、信号线路或接地系统，通过各种接口，以传导、耦合、辐射等形式，侵入电子系统(设备)并酿成严重的干扰或事故。因此，加强和改进电子系统(设备)的防护，尽量减小其遭受雷电等冲击干扰损害造成的直接损失和间接损失，已成为当今亟待解决的问题。
2 过电压保护设计
IEC(国际电工委员会)TC／81技术委员会将防雷分为外部防雷和内部防雷两个部分，外部防雷是指避雷针(或避雷带、避雷网)、引下线和接地系统，是被保护物体免受直接雷击；内部防雷则是防止雷电和其他内部过电压侵入设备造成的毁坏。一个完善的防雷及过电压保护系统必须综合运用泄流(分流)、均压(等电位)、屏蔽(隔离)、接地、限压(箝位)保护等各项技术，按照外部防雷和内部防雷的原则，根据防护对象的特点，灵活应用，采取具体措施，构成一个完整的防护体系。变电站内的过电压形式主要有：雷电过电压、工频过电压及谐振过电压、操作过电压等，这些过电压以传导或电磁感应的方式在线路及设备上形成危险的过电压，特别是雷电过电压，雷击变电站时，会在低压供电系统及弱电系统产生很强的感应过电压，同时使变电站的地电位升高(例如：变电站的接地电阻为1 Q，雷电流为10 kA，则地电位为10 kV)，因地电位升高造成对线路及设备的反击而损坏线路及设备的事件时有发生，因此，尽管变电站的外部防雷系统(避雷针．引下线及接地装置)符合国家及部颁标准的要求，且其综合自动化和通信自动化等二次弱电系统也采取了诸如屏蔽、接地、隔离、滤波等措施，但却不能完全避免强大的雷电过电压及电压反击对系统造成的干扰和破坏，因此，变电站二次弱电系统内部防雷及过电压也必须采取相应的防护措施，按照IEC内部防雷EMP的分区，对设备的电源线、信号线、数据线等加装内部防雷及过电压器件，防止雷电感应、雷电流沿线窜人、电压反击、浪涌过电压等瞬间暂态过电压造成系统故障及损坏电子设备。浪涌过电压保护器根据其接线方式分为串联和并联两种，使用串联浪涌过电压保护器时，有可能存在由于传输信号不匹配的原因导致对传输信号有干扰的情况，特别是数据通信接口在串人浪涌过电压防护器后，会产生数据无法正常通讯。因此，在数据通讯接I：I中串人浪涌过电压防护器后，必须对数据的传输情况进行认真检查，如发现数据无法正常传输，则有可能是由于不匹配的原因导致对传输信号的干扰，应更换相匹配的浪涌过电压防护器。如果在使用浪涌过电压防护器时采用并联方式，基本上不存在上述情况，但这种接线方式对浪涌过电压防护器的技术要求更高。
3 变电站系统过电压防护 3．1 站用电系统过电压防护
安装在变电站内的通信调度自动化系统大多采用交流电源或直流电源为其设备供电，在其整流环节，一般有较大容量的滤波电容，对瞬态过电压冲击有一定的吸收作用，站用变压器低压侧到站用馈电屏之间采用的是屏蔽电缆且设备都有良好的接地，运用现代防雷技术来分析，必须增加回路的分流措施，因为其工作接地、保护接地都与其它电气设备采用同一接地装置，而且设备都处于LPZOB区，电磁脉冲强度相对较强，在站用变低压侧虽然有防止线路侵人波的避雷器，但残压高，因此在变电站遭受雷击时，通过线路耦合和地电位升高而造成的反击过电压依然存在，而且高压侧的残压高达几千伏，因此必须对这些调度自动化设备的供电回路进行过电压保护。根据雷电防护区域的划分原则，变电站内二次设备供电系统感应雷电过电压的防护可以按两级(B、C级)来进行分流保护。B级防雷一般采用具有较大通流容量的防雷装置，可以将较大的雷电流泄散人地，从而达到限流的目的，同时将过电压减小到一定的程度，c级防雷采用具有较低残压的防雷装置，可以将回路中剩余的雷电流泄散人地，达到限制过电压的目的，使过电压减小到设备能耐受的水平。电源系统的防护主要是抑制雷电及操作在电源回路上产生的浪涌和过电压。根据变电站的现状，对变电站的二次系统感应雷及操作过电压采用两级防护。由于变电站多建在较为空旷的区域，电磁强度相对较强，电力线路和通信电缆是很容易遭受到感应雷电的袭击，感应过电压沿着电力线路和通信线路进人设备，从而将设备损坏，因此，交流母线处加装第一级电源防护(B级)是为了保证整个控制室的安全，并且将80％的过电压泄散到大地，起到初级保护的作用，但在交流馈线上仍有部分过电压和B级电源防雷的残压加在线路上，因此必须在重要的交流馈线处(直流充电屏、UPS等)进行c级电源防护，从而将过电压抑制到后端用电设备能够耐受的水平。
3．1．1 第一级防护处理措施
防护位置：据1EC1312(雷电电磁脉冲的防护》中的雷电保护区域的划分原则。避雷器的安装位置应在不同保护区的交界处，对于此网络即第一级防护应设在交流母线处。在两根母线上各加装一个同型号的B级三相电源浪涌过电压保护器。
安装位置：交流母线(机柜内)。 3．1．2 第二级防护处理措施
对于较为重要的交流馈线上的设备，此处为直流充电屏，加装c级三相电源避雷器。由于直流充电屏是两路交流供电，所以在直流充电屏处加装两个同型号的c级三相电源浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在直流充电屏交流电源空气开关处。
3．2 综合自动化系统过电压防护
防护位置：微机型综合自动化系统承受过电压的能力极低，几百伏的过电压就足以将设备损坏，因此必须对高压侧避雷器的残压(几千伏)进行进一步的抑制，以满足设备绝缘水平的需要，同时由于地电位升高而感应到电源回路零线的过电压也高达上千伏，因此必须在采用交流综合自动化系统的交流回路上加装c级单相浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在综合自动化屏交流电源空气开关处。
3．3 不间断电源设备(UPS )过电压防护
防护位置：由于内部计算机系统、集线器、监控设备、电能量计费系统等均经由UPS 供电保护，为了保障以上微电子设备的安全，故在UPS 电源装置前端加装c级浪涌过电压保护器。
选用型号：选用(UPS为单相电源输入时)C级单相电源浪涌过电压保护器或(UPS 为三相电源输入时)的c级三相电源浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在UPS 电源进线前端。
3．4 通信接口过电压防护
通信接口过电压防护同电网供电系统相比，此回路对过电压的敏感程度要高得多，且这些设备在有过电压的情况下显得非常脆弱。设备的绝缘耐受水平也相当低。与这些设备相连的有信号线、数据线、测量和控制线路，并且这些线路基本上是处于LPZOB区域，也有穿过LVZOA区域的，线路上的感应过电压相对较强，根据IEC的测试，当电磁场强度增大到0．07GS时，微型计算机设备将产生误动，丢失数据。而且这些回路运行的安全与否直接关系到一次系统设备的安全，因此须对重要回路的接口进行过电压防护。
3．4．1 微机远动设备接口过电压防护
防护位置：由于变电站微机远动装置采用分布分散式结构。由遥信模块、智能遥测模块、智能遥控模块、智能遥调模块组成。各单元模块都装设在不同的自动化屏内，模块之间通过RS232接口或现场总线进行通信。这些接口线路都处在室内，设备接口线路的距离较短，因此不会感应到较强的过电压，但是各自动化设备与其它二次设备(测量单元、计算机等)有电气连接，当其它二次设备感应到很强的感应过电压时，将会反击到这些自动化设备的通信接口上，从而使设备接口电路损坏，因此有必要在这些设备的接口上加装RS232的浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在微机远动装置通信线路接口处。
3．4．2 电能量计费系统信号过电压保护
防护位置一：变电站采用多功能电子电能表进行电能量采集，电子电能表承受过电压的水平极低。由于电能表与站内微机远动设备的通信采用RS232的接口，其通信线路较长，又处在LVZOB区域，在变电站附近或变电站遭受直接雷击时，将感应出较强的感应过电压，为了防止设备的损坏。在靠近电子电能表的RS232端口加装RS232的浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在靠近电子电能表的RS232端口处。
防护位置二：电子电能表采集的信息通过集中采集器的MODEM(调制解调器)由电话线将数据传送到远端，由于电话线路从室外引入，线路上感应到的感应雷电流相对较强，容易将调制解调器设备的接口损坏，因此必须在调制解调器的电话线路接口处加装一个接口浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在内线电话出线端和外线电话的人线端。
3．4．3 远方通信接口过电压保护
防护位置：由于变电站基本采用无人值守。对一次回路的各种保护、测量、控制、调节信号通过光纤、数据通信网络或载波向远方(省调、地调、集控站等)传送数据。如果采用载波，由于载波机与微机自动化装置的信号连接线路相对较长，在变电站附近或变电站遭受直接雷击时，处在LPZOB区的通信线路将感
应出较强的感应过电压，因此必须在靠近微机自动化装置的信号接I：I端加装信号避雷器，同时处在LPZOB区并延伸到LPZOA区的通信线路(DDN、X．25)非常容易感应上雷电过电压，也必须加装浪涌过电压保护器。安装位置宜选择在远动装置通信线路接口处。
变电站系统过电压防护问题是近年来提出的一个新课题，以上仅是结合本单位相关现场实际情况对防护技术措施的初步探讨，还需在不断吸取实际运行经验进行总结分析和不断完善，希望在今后新建变电站或者对老旧变电站进行综合自动化改造时，加强对过电压防护系统的同时规划和设计，确保设备和电网的安全稳定运行。
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容