毕业设计论文

上海电力学院成教院

本科毕业设计（论文）

题 目：专 业：年 级：学生姓名：学 号：指导教师：

2*120MVA 220kV变电站电气部分初步设计 电气工程及其自动化 2008 教学站点：泉州 张潭 17080240 张美霞

2010年8月

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2*120MVA 220kV变电站电气部分初步设计

摘要

本设计是根据经济建设发展的要求,为了满足地区用电负荷日益增长的要求，同时中转一部分功率，设计一个220kV中间变电所，本电站的建设规模为2*120MVA（220/110/35 ）三相三绕组有载调压电力变压器，可分期建设（可过渡容量120MVA）。220kV进线4回，110kV进线8回，35kV进线10回，220kV和110kV采用户外配电装置，35kV采用户内配电装置，35kV无功补偿容量按每台120MVA主变压器2*4000kVar设计，远景按4组设置。所用电率为0.1%～0.2%。主要完成变电所电气主接线设计，设计中包括变压器台数、容量的选择和主接线方案的拟定，其中主接线方案的选择要从经济、技术方面来综合考虑，最后选出一种比较合适的方案；所用电系统初步设计，包括所用电电压等级即低压供电网络0.4kV（380/220V）的选择、所用电接线的设计、所用变压器的台数、容量、型号的选择；短路电流计算，包括三个短路点的计算，短路电流计算的结果是设备选择的主要依据之一；主要电气设备的选择包括主母线、支母线、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、熔断器、避雷器的选择；主要电气设备布置以及绘制主接线图。 关键词：变电所，变压器，短路电流，电气设备的选择

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目录

第一章 概述 ............................................................... 5 1.1 适用范围 ............................................................... 5 1.2变电所规模及主变参数 .................................................... 5 1.3 所址条件 ............................................................... 6 1.3.1地形地质资料 ........................................................ 6 1.3.2 气象条件 ........................................................... 6 1.3.3 交通运输情况 ....................................................... 6 第二章 电气主接线设计 ..................................................... 7 2.1电气主接线的基本要求 .................................................... 7 2.2 主变的选择 ............................................................. 8 2.2.1变压器容量、台数的选择原则 .......................................... 8

2.2.1.1变压器台数选择原则 ..................................................... 8 2.2.1.2变压器容量选择原则 ..................................................... 8 2.2.1.3变压器型号选择原则 ..................................................... 9

2.3主接线方案的拟定 ........................................................ 9 2.3.1常用电气主接线 ...................................................... 9 2.3.1.1有汇流母线的接线方式 ................................................... 9 2.3.1.2无汇流母线的接线方式 .................................................. 10

2.3.2本电站可行的电气主接线 ............................................. 11 2.4四种方案的技术经济比较 ................................................. 13 第三章 短路电流计算 ....................................................... 15 3.1 短路电流计算的目的 .................................................... 15 3.2 短路电流计算 .......................................................... 15 3.2.1计算的方法 ......................................................... 15 3.2.2 短路电流计算 ...................................................... 15 3.2 短路电流计算表 ........................................................ 18 第四章 电气设备选择 ....................................................... 19 4.1电气设备选择的一般条件 ................................................. 19 4.1.1按正常的工作条件进行选择 ........................................... 19 4.1.1.1额定电压和最高工作电压 ................................................ 19 4.1.1.2额定电流 .............................................................. 19 4.1.1.3按当地环境条件校核 .................................................... 19

4.1.2按短路情况校验 ..................................................... 20 4.1.2.1短路热稳定校验 ........................................................ 20 4.1.2.2短路动稳定校验 ........................................................ 20 4.1.2.3特殊考虑.............................................................. 20

4.2220KV侧电气设备的选择 ................................................ 20 4.2.1 汇流主母线及绝缘子的选择 .......................................... 20

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4.2.2变压器220kV侧电气设备选择 ......................................... 21 4.2.3 主母线电压互感器回路设备选择 ...................................... 22 4.2.4母联设备的选择 ..................................................... 23 4.2.5 220kV出线设备的选择 ............................................... 23 4.3 110KV侧电气设备的选择 ................................................. 23 4.3.1汇流主母线及绝缘子 ................................................. 23 4.3.2 变压器110kV侧电气设备选择 ........................................ 24 4.3.3母线分段断路器与隔离开关的选择 ..................................... 24 4.3.4母联设备的选择 ..................................................... 24 4.3.5主母线电压互感器回路设备选择 ....................................... 25 4.4 35KV侧电气设备的选择 .................................................. 25 第五章 微机继电保护配置及主变电气保护整定 ................................. 28 5.1、变电站微机继电保护配置： ............................................. 28 5.2、主变保护整定： ....................................................... 28 5.2.1、差动保护整定： ................................................... 29 5.2.2、高压侧后备保护整定： ............................................. 29 5.2.3、中压侧后备保护整定： ............................................. 30 5.2.4、低压侧后备保护整定： ............................................. 31 5.2.5、主变压器微机继电保护装置定值单为： ............................... 31 第六章 电气设备布置 ....................................................... 32 6.1 配电装置的概述 ........................................................ 32 6.2 屋内配电装置 .......................................................... 32 6.3 屋外配电装置 .......................................................... 32 6.4本电站的电气设备布置 ................................................... 33 第七章 设备材料清单 ....................................................... 34 结论 ...................................................................... 38 参考文献 .................................................................. 37

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第一章 概述

1.1 适用范围

本变电站是以户外为主的有人值守变电站，220kV、110 kV配电装置及主变压器户外布置，35 kV配电装置为户内布置成套固定式开关柜。本变电站主要适用于城区、小城镇或县城供电。

所址位置应根据所报告论证提出的方案经主管部门批准。 短路电流按远景系统提供的220kV母线三相短路电流40 kA。

1.2变电所规模及主变参数

本变电站建设规模为2*120MVA，本期1台，最终为2台。主要采用三相风冷有载调压变压器。220kV出线：本期220 kV出线有2回，远景出线有4回。根据其在系统中的地位和性质定义为中间变电站，宜采用双母线接线方式。

110kV出线：本期110 kV出线有4回，远景出线有8回。主接线采用双母线接线方式。

35kV出线：本期35 kV出线有5回，远景出线有10回。

无功补偿：35 kV无功补偿容量按每台120MVA主变压器2*1000kVar设计，远景按4组设置。

所用电率0.1％～0.2％。 主变参数： 容量：1x120MVA

型号：SFPSZ7－120000/220 容量比：100/100/50 电压等级： 220/110/35kV 短路阻抗：

高－中 高－低 中－低

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调压方式：有载调压

主变220kV、110kV侧中性点直接接地，35kV侧预留接地变和消弧线圈的位置。

1.3 所址条件

1.3.1地形地质资料

（1）所址位于城郊，靠近密集负荷区，站址场地比较开阔，出线走廊较宽敞。

（2）土壤电阻系数ρ=2.5ｘ104Ω/cm。 （3）土壤地下深度（0.8）温度28℃。

1.3.2 气象条件

（1）海拔20米。

（2）最高月最高气温月平均36.5℃/7月份。 （3）最冷月最低气温月平均8℃/1月份。 （4）雷暴日数62天/年。 （5）污恢等级为3级。

1.3.3 交通运输情况

有县级公路可以直达所址，运输较为便利。

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第二章 电气主接线设计

2.1电气主接线的基本要求

电气主接线是高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线图。主接线代表了发电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。

对电气主接线图的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。

（1） 可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气接线最基本的要求。因事故被迫中断供电机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度就越高。分析和评估主接线的可靠性应从以下几方面综合考虑：

①发电厂或变电所在电力系统中的地位和作用。 ②发电厂和变电所接入电力系统的方式。 ③发电厂和变电所的运行方式及负荷强度。 ④设备的可靠程度直接影响着主接线的可靠性 长期实践运行经验的积累是提高可靠性的重要条件。

（2） 灵活性：电气主接线必须满足调度灵活、操作方便的基本要求，既能灵活地投、切某些机组、变电器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定性。此外，在设计主接线时还应留有发展扩建的余地。不仅要考虑最终接线的实现，还要考虑从初期接线过度到最终接线的可能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能地不影响来年许供电或在停电时间最短的情况下完成过度方案的实施，使改造工作量最少。

（3） 经济性：主接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下作到经济合理。应从以下几方考虑：

①投资省。 ②占地面积少。

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③电能损耗少。 2.2 主变的选择

在发电厂和变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本厂（所）用电的变压器，称为厂（所）用变压器或称自用变压器。

2.2.1变压器容量、台数的选择原则

主变压器的容量和台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5～10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

2.2.1.1变压器台数选择原则

发电厂或变电所主变压器的台数和电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。通常与系统具有强；大、中型发电厂和枢纽变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于2台；而对弱联系的中、小型电厂和低压侧电压为6～10ｋV的边点所或系统联系只是备用性质时，可只装一台主变压器；对地区孤立的一次边点所或大型工业专用变电所，可设3台主变压器。

在本设计中，为了保证运行的可靠性，采用2台主变压器，互为备用。

2.2.1.2变压器容量选择原则

变电所主变压器容量，一般应按5～10年规划负荷来选择。根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足I类及II类负荷的供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运是，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%～80%。

在本设计中，运用2台主变压器，若一台断开，另一台应保持60%的供电。

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2.2.1.3变压器型号选择原则

选择变压器型号时，应考虑以下问题：

（1） 相数的确定：在330ｋV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。

（2） 绕组数的确定：国内电力系统中采用的变压器按其绕组分类有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组式等变压器。

（3） 绕组接线组别的确定：变压器三相绕组的接线组别必须与系统相位一致，否则，不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星型“Y”和三角形“ D”两种。

（4）调压方式的确定：为了保证发电厂或变电所的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过变压器的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变化，实现电压调整。切换方式有两种：不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在22.5%以内；另一种是在负荷切换，称为有载调压，调压范围可达30%。

（5） 冷却方式的选择：电力变压器的冷却方式，随其形式和容量不同而异，一般有以下几种类型：自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却、水内冷变压器。

2.3主接线方案的拟定

2.3.1常用电气主接线

主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式。概括地可分为两大类：有汇流母线的接线方式、无汇流母线的接线方式。

2.3.1.1有汇流母线的接线方式

图2-1单母线接线图 有汇流母线的接线方式

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（1）单母线接线：具有简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便，切有利于扩建等优点，但可靠性和灵活性较差，当母线或母线隔离开关故障或维修时，必须断开它所接的电源、与之相接的所有电力装置，在整个检修期间均须停止工作。此外，在出线断路器检修期间，必须停止该回路的工作。

这种接线只适用于6～220ｋV系统中只有一台发电机或一台主变压器，切出线回路数又不多的中、小型发电厂或变电所。

（2） 单母线分段接线：优点是提高了单母线接线的供电可靠性。缺点是当任一分段母线或母线隔离开关进行检修或故障时，必须将母线分段上的电源切断，减小了水电站的出力，接在该段上的用户供电中断。这种接线广泛用于中、小容量发电厂的6～10ｋV接线和6～220ｋV边点所中。

（3）双母线接线：可以提高运行的可靠性

图2-3双母线接线图2-2单母线分段接线图 和灵活性。使供电可靠、调度灵活、扩建方便。

主要缺点是隔离开关作为操作器易误操作，引起重大事故。工作母线故障、转移母线时该母线上全部装置仍将短时停电。母线隔离开关数目比单母线接线大大增加，配电装置的结构也较为复杂。在大、中型发电厂和变电所中广为采用。

（4） 双母线分段接线：当进出回路数或母线上电源较多、输送和通过功率较大时，在6～10KV配电装置中，短路电流较大，为选择轻型设备，短路电流，提高接线的可靠性，常采用双母线分段接线。

图2-4双母线分段接2.3.1.2无汇流母线的接线方式

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（1） 单元接线：优点是接线简单，投资减少，不设发电机电压母线，电气设备减少，操作简单，继电保护简化。缺点是当一组单元中某个元件故障或检修时，整个单元将停止运行。适用于电力系统有足够备用容量。

图2-5单元接线图 （2）桥型接线：内桥是桥连断路器设置在变压器内侧。外桥是桥连断路器

设置在线路侧。当输电线路较长，故障几率较高，而变压器又不需经常切换时，采用内桥。外桥接线则在出线较短，且变压器随经济运行的需求需经常切换的场合。

图2-6桥型接线图 2.3.2本电站可行的电气主接线

（1）经过考虑有四种方案可以选择

表2-1 方案 方案一 方案二 方案三 方案四 220kV侧 双母 双母带旁路 双母 双母带旁路 110kV侧 双母 双母 双母带旁路 双母带旁路 35kV侧 单母分段 单母分段 单母分段 单母分段 （2）以下为四种方案的主接线图：

11 图2-1 电气主接线方案一

图2-1 电气主接线方案三

、

图2-1 电气主接线方案四

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图2-1 电气主接线方案二 上海电力学院本科毕业论文

2.4四种方案的技术经济比较

四种方案主要从技术和经济两方面比较，选出一种相对较合适的一种，见表2-2的方案比较。

表2-2 双母线（方案一） 双母线带旁路 （方案二，三，四） （1） 任何断路器检修，影响用户供电 （2） 线路故障断路器拒动或母线故障，只停一条母线及所连接元件，将非永久性故障元件切换到无故障母线，可迅速恢复供电 （1） 可避免检修断路器时的短时停电 （2） 旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成事故 可靠性（3） 可在任何元件不停电下，轮流检修母线，只需将需检修的母线上的元件切换到另一母线即可 （4） 断路器检修可加临时跨条，将被检修断路器旁路，用母联断路器代替被检修断路器，减少停电时间 （5） 母线联络断路器故障，整个配电装置将全停 （1） 以母联代替旁路断路器，虽节省了断路器，但代用过程中操作多，不够灵活，且断路器既作母联又作线路断路器使用，增加了继电保护的复杂性 （2） 运行调度灵活，根据系统运行的需要，各元件可灵活地连接到任一母线上，实现系统的合理接线，诸如：当母线断路器闭合，两组母线同时运 （1） 用旁母代替各回路断路器的倒闸操作复杂，需要人来完成，因此带旁母母线的接线不利于实现变电站无人值班 （2） 运行调度灵活（同双母） （3） 扩建方便 灵活性行，进出线分别接在两组母线上，即相当于单母分段运行，当母联断路器断开，一组母线运行，另一组母线 （3） 扩建方便，一般情况下，双母线接线配电装置在一期工程中，就将母线构架一次建成，近期扩建间隔的母线也安装好，在扩建新元件施工时，对原有元件没有影响 （4） 检修断路器时，需求系统安排设法向重要用户供电

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（1） 投资相对便宜 （1） 多了旁母和一个断路器与数个隔离开关，投资相对较大 （2） 占地面积相对较大 经济性（2） 占地面积相对小 的采用，使得采用旁路母线的环境发生了较大变化，它的作用已经逐渐减弱，现在已成为了一种过时的接线方式。新建工程中基不采用带旁路母线的接线方式，因此选用方案一。

图2-1 电气主接线方案一 断路器发生故障时，会造成全部回路停电。这些缺点在可靠性要求很高的一些变电所是不能接受的，因此采取将两组主母线进一步以断路分段的措施。双母线单分段界限的一段母线发生故障时，只引起1/3回路停电，发生更严重的母联断路器或分段断路器故障时，引起2/3回路停电。本工程110kV有十回出线，所以采用双母单分段接线。因此本工程采用方案五。

图2-1 电气主接线方案五

14 总结：近年来，系统的发展，系统接线可靠性的提高，新技术，新设备在双母接线中，当一组母线发生故障时， 会引起1/2回路停电，当母联

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第三章 短路电流计算

3.1 短路电流计算的目的

电力系统短路电流计算的主要目的是：

（1） 选择断路器的遮断电流（遮断容量），并对今后高压断路器等设备的制造提出短路电流方面的要求以及研究短路电流水平和措施；

（2） 为确定送电线路对附近通信线电磁危险的影响提供计算资料； （3）电网接线和电厂、变电所主接线的比选在电力系统规划设计阶段，一般是计算今后10年左右最大运行方式时三相短路和单相接地短路的零秒短路电流。对现有断路器进行更换时还应按过渡年份计算。

3.2 短路电流计算 3.2.1计算的方法

本设计中采用实用的短路电流计算方法，即采用标幺值计算。所谓某电气量的标幺值，就是该电气量的实际值（有名值）与某一选定的基准值（有名值）的比值。

3.2.2 短路电流计算

图3-1 短路电流阻抗表

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已知220kV短路电流按可选用最大开断电流40kV的断路器条件设定。在考虑主变压器并列，分列运行的情况下，主变压器回路的短路电流计算阻抗见图3-1，图中阻抗已归算为基准容量为10MVA的标么值，Uj=Uv

Ij又Sj3Uj=

100=0.251 kA

32301×Ij=40 kA XsXs=

Ij40=

0.251=0.006 40变压器参数：

SFPSZ7~120000/220 120000/120000/60000 22081.5％,121,38.5 UⅠ~Ⅱ%=14, UⅠ~Ⅲ%=22, UⅡ~Ⅲ%=9

XT1 =

S11(UⅠ~Ⅱ%+ UⅠ~Ⅲ%- UⅡ~Ⅲ%)b= （14+23-7.3）=0.125 200200Sn11S(UⅠ~Ⅱ%+ UⅡ~Ⅲ%- UⅠ~Ⅲ%)b= （14+7.3-23）0 200200Sn11S( UⅠ~Ⅲ%+ UⅡ~Ⅲ%- UⅠ~Ⅱ%)b= （23+7.3-14）=0.13 200200Sn1 XsXT2=

XT3=

对于K1点短路

I1

=

I1I1Sj3Uj=

1100 =35 kA 0.063230ich2.55I12.5535=.25kA Ich1.52I11.5235=53.2 kA SI1Sj10011666.67 MVA 0.006

对于K2,K3点短路（变压器并列运行）

X1XsXT1XT20.006+0.625=0.0685 2 16

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I2Sj11100==1.4997 kA X10.06853Uj338.5ich2.55I2=2.55×7.33=18.69kA Ich1.52I21.52×7.33=11.14kA

SI2Sj1100=1459 MVA 0.0685

对于K4,K5点短路（变压器并列运行）

X2XsI3XT1XT20.1250.130.0060.1335 22Sj11100==11.69kA X20.1335373Ujich2.55I3=29.81 kA Ich1.52I3=17.77kA SI3Sj1×100= 749.06MVA 0.1335对于K6,K7点短路（变压器并列运行）

X3X4XsXT1XT20.261

I4Sj11100==5.98 kA X40.2613Uj337ich2.55I4=15.25 kA Ich1.52I4=9.087kA SI4Sj1×100=383.14 MVA 0.261

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3.2 短路电流计算表

表3-1

短路点编号 短路点位置 短路点平均工作电压 U(kV) 短路电流周期分量起始值 稳态短路电流有效值 短路电流冲击值 短路全电流最大有效值 短路容量 ich(kA) I(kA) I（kA）40 40 102 Ich(kA) 60.8 S(MVA) K1 220kV母线 230 16666.67 K2,K3 110kV母线 115 7.33 7.33 18.69 11.14 1459 35kVK4,K5（并列） 母线 K6,K7（分列）

37 11.69 5.98 11.69 5.98 29.81 15.25 17.77 9.087 749.06 383.14 18

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第四章 电气设备选择

4.1电气设备选择的一般条件 4.1.1按正常的工作条件进行选择

4.1.1.1额定电压和最高工作电压

电器所在网络的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，

故所选电气允许最高工作电压Ualm不低于所接网络的最高运行电压Usm，即

UalmUsm

一般电器允许的最高工作电压：当额定电压在220KV及以下是为1.15UN；额定电压为330～500KV时为1.1UN。而实际电网的最高运行电压因此在选择电器时，一般可按照电器的额定电压UNUsm一般不超过1.1UNS，

不低于装置地点电网额定电压UNS的条件选择，即UNUNS

4.1.1.2额定电流

电器的额定电流IN是指在认定周围环境温度0下，电器的长期允许电流。IN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Imax，即

INImax

4.1.1.3按当地环境条件校核

在选择电器时，还应该考虑电器安装地点的环境（尤须注意小环境）条件，当气温、风速、温度、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时，应采取措施。

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4.1.2按短路情况校验

4.1.2.1短路热稳定校验

短路电流通过电器时，电器各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。 （1）电器：电器允许通过的热稳定电流的平方和时间的积It2t不低于短路电流产生的热效应QK，即It2tQK (2) 导体：SminItj 取tj1S C4.1.2.2短路动稳定校验

动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，亦称为动稳定。

(1) 电器：满足动稳定的条件为短路冲击电流幅值及有效值ish,Ish不低于电器允许通过的动稳定电流的幅值及有效值ies,Ies，即iesish或IesIsh (2) 导体：满足导体应力不低于相间应力和条件应力。 4.1.2.3特殊考虑

(1) 不需效验动热稳定的情况：

1用熔断器保护的电器，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，可不效验动稳定。 ○

3装设在电压互感器回路中的裸导线和电器可不效验动、热稳定。 ○

(2) 具体设备应考虑不同因素:电压互感器和电流互感器的准确度等级。

4.2220kV侧电气设备的选择 4.2.1 汇流主母线及绝缘子的选择

（1）选择计算条件

1主母线通过的最大持续工作电流I○gmax=

1.312032300.392kA392A

2计算点确定为图k1点，短路电流值见表 ○

3主母线热稳定计算时间t取1s. ○js 20

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（2）主母线的选择

1按长期发热条件选择截面 ○

根据Igmax=392A，查知：选用钢芯铝绞线LGJ-400，即截面400mm2时，Ie=840A（0 =+250C，无日照），考虑温度影响后，允许载流量IXU=

7036.5该导体不但用于主母线还用于主*840=722.4﹥Igmax＝310A。

7025变出口的支母线。

2热稳定校验 ○

主母线短路前可能的最高温度QW

3102

QW=36.5+(70-36.5)()=42.660C

722.4热稳定系数C按表查得97

2Qd =I*tdz

Smin=

I1Qd*kfCctdz*kf351*1*103 97=360mm2400mm2

 满足要求

3动稳定校验 ○

采用LGJ，不用校验

4电晕电压校验 ○

所用一根LGJ-400，即截面400 mm2时Ie=840A（0 =+250C，无日照），考虑温度影响后，允许载流量IXU=

7036.5*840=724.08A﹥Igmax＝310A。

7025该导体不但用于主母线还用于主变出口的支母线。

 S=400 mm2>300 mm2 可不进行电晕校验  合格，所用1*LGJ-400满足要求

5绝缘子的选择 ○

选用8片绝缘子串

4.2.2变压器220kV侧电气设备选择

（1）选择条件

1变压器220kV侧的最大持续工作电流I○gmax=392A

21

2计算点确定为图k1点，短路电流值见表 ○

3短路电流计算时间取1s ○

（2）短路器和隔离开关的选择

根据Uwc=220kV和 Igmax=316A，可选用LW12-220型六氟化硫断路器和GW6-220/GW4-220型隔离开关。 短路电流的热效应计算：

2QZ =I*t=402*1=1600kA2.s

表4-1

计算数据 U 220kV Igmax 316A I\"z 40 k A ich 102kA QZ 1600 kA2.s ich 102kV LW12-220 Ug 220 kV Ig 2500A Iekd 50 kA ies 125 kA 2I2r *t 204 GW6-220DW 220 kV 3150A ----- ----- 5023 GW4-220DW 220 kV 1500A ----- ----- 2024 =7500 kA2.s Idw 125 kA 短路器配用CS型电动压操动机构 （3）．电流互感器的选择

=7500 kA2.s 125kA =1600kA2.s 125kA 根据电流互感器安装处的电网，最大工作电流和安装地点要求，初选用LVQB-220W2型SF6电流互感器。变比600/5A，有0.2级和10P级，其二次负荷额定阻抗为2动稳定电流125kA（一次串联），热稳定电流50 kA/3s（一次串联），可供差动保护装置用。 动稳定校验：Ide =125kA>

i cj 21022=72.14 kA

热稳定校验：Ire =50 kA>Q Z /t 2500/3=28.87 kA

电流互感器满足动、热稳定要求。

4.2.3 主母线电压互感器回路设备选择

（1）．选择计算条件

选择隔离开关的短路计算点为k1,其短路电流的热稳定计算时间与主母线选择相同。

22

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（2）．电压互感器的选择

根据母线电压互感器的用途，装置与户外，以及工作电压，查得选用JDQX-220W3，

2200.10.10.1/，单相四绕组电压互感器连接Y0/ Y0/ //3333Y0/，接线可满足测量、保护和绝缘监察的需要。 （3）．避雷器的选择

根据其用途、工作电压及安装于户外选用氧化锌型避雷器YSWS-228/593W （4）．隔离开关的选择

为了电压互感器检修时与电源可靠隔离，须装设一组隔离开关，可选用GW4-220，动、热稳定可满足要求。即QZ=2500<502*3,ich=102kA4.2.4母联设备的选择

可选用与变压器侧相同的短路器与隔离开关。

4.2.5 220kV出线设备的选择

可选用与变压器侧相同的短路器与隔离开关。

4.3 110kV侧电气设备的选择 4.3.1汇流主母线及绝缘子

a)

选择计算条件

1.3*1203*1151主母线上通过的最大持续工作电流 ○

Igmax =

=0.78kA=780A

2计算确定为图d点，短路电流值见表 ○53主母线热稳定计算时间t取1s ○js （2）主母线的选择

23

查知选用钢芯铝绞线LGJQ-500 ( 3 )绝缘子的选择 选用8片的绝缘子串

4.3.2 变压器110kV侧电气设备选择

（1）选择计算条件

1变压器110kV侧最大持续工作电流 ○

Igmax1.3*1203*1150.780kA=780A

2计算点确定为d点 ○63短路电流计算时间为1s ○

（2）断路器和隔离开关的选择

根据Uwc 110k V 和Igmax 780A ，可选用LW11-110（P）六氟化硫断路器、GW4-110和GW6-110型隔离开关 断路器配用CY型液压操作机构

（3）电流互感器的选择

根据电流互感器安装处的电网，最大工作电流和安装地点要求，初选用LVQB-110W2型SF6电流互感器。变比为2*600/5A，有0.2级和5P级，其二次负荷额定阻抗为2动稳定电流80kA（一次串联），热稳定电流31.5 kA/3s（一次串联），可供差动保护装置用。

4.3.3母线分段断路器与隔离开关的选择

选择计算条件中设备可能通过的最大持续工作电流 I gmax 0.5*1.3*1203*1150.39kA=390A，所以可选用与变压器110kV侧相同

的断路器与隔离开关。

4.3.4母联设备的选择

可选用与变压器110kV侧相同的断路器(LW12-220)与隔离开关(GW6-220DW,GW4-220DW)。

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4.3.5主母线电压互感器回路设备选择

（1）．选择计算条件

选择隔离开关的短路计算点，其短路电流的热稳定计算时间与主母线选择相同

（2）．电压互感器的选择

根据母线电压互感器的用途，装置与户外，以及工作电压，查得选用JDX-110，

1100.10.10.1/，单相四绕组电压互感器连接Y0/ Y0/ Y0/，//3333接线可满足测量、保护和绝缘监察的需要。 （3）．避雷器的选择

根据其用途、工作电压及安装于户外选用Y5W-100/260型氧化锌避雷器 （4）．隔离开关的选择

为了电压互感器检修时与电源可靠隔离，须装设一组隔离开关，可选用GW4-110D/1000，有带双接地开关，选配CJ6电动操作机构。

4.4 35kV侧电气设备的选择

（一）汇流主母线及绝缘子

（1）选择计算条件

①主母线上通过的最大持续工作电流 Igmax =

1.3*603371.217kA=1217A

②计算确定为图d8点，短路电流值见表 ③主母线热稳定计算时间tjs 取1s

（2）主母线的选择 ①按长期发热条件等选择截面

根据Igmax =2434A ，查知选用双条矩形铝导线导体尺寸为125*10mm2， 即2LMY4(12510)满足要求 （3）支持绝缘子的选择

选用户内胶装支柱绝缘子ZNA-35mm和户外针式支柱绝缘子ZPC1-35，它们的机械破坏负荷分别为3.75kN和12.5kN，可满足1.2m跨距要求

25

（4）穿墙套管的选择

选用GWB-35/1000型，用于35kV户内变电所进线

满足要求

（二）变压器35kV侧电气设备选择

（1）选择计算条件

①变压器110KV侧最大持续工作电流

Igmax1.3*603371.217kA=1217A

②计算点确定为d9点 ③短路电流计算时间为1s

（2）断路器和隔离开关的选择

根据Uwc 35k V 和Igmax 1217k A ，可选用ZN91-40.5型户内高压真断路器配CD2-40G型操作机构。

（3）电流互感器的选择

根据电流互感器安装处的电网，最大工作电流和安装地点要求，初选用环氧树脂真空浇注全封闭结构LDJ5-35Q电流互感器，有0.2级和5P级，动稳定电流160kA，热稳定电流100kA/1s，可供差动保护装置用。 （三）汇流主母线电压互感器回路设备选择

（1）选择计算条件

选择隔离开关的短路计算点d

线选择相同。

（2）电压互感器的选择

根据电压互感器的用途，装置于户外，以及工作电压，查得选用JDZ2-35，

350.10.1//，单相三绕组电压互感器连接Y0/Y0/，接线可满足33310，其短路电流的热稳定计算时间与主母

测量保护和绝缘监察的需要。

（3）避雷器的选择

根据其用途、工作电压及安装于户内选用Y5W-35型带间隙氧化锌型避雷器。

（四）所用变压器选择

根据所用电率0.1%~0.2%计算，选用单台容量为240kVA 的干式两台，分别接在两条母线上，型号为SC-250/35

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（五）无功补偿器

根据无功管理及供用电规则，并联电容器装置的容量和分组按就地补偿，便于调整电压及不发生谐振的原则进行配置。四组并联电容器装置分别接在两段35kV母线上，每组电容器容量按4000kVar配置。

补偿装置为屋内成套装置，选用TBB35-4000/50并联电容器成套设备。它包括串联电抗器、放电线圈、避雷器等，均有制造商成套供货。

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第五章 微机继电保护配置及主变电气

保护整定

5.1、变电站微机继电保护配置：

变压器保护：采用两套南京南瑞继保RCS－978EＤ变压器成套保护装置构成变压器双重保护，非电量保护选用南京南瑞继保RCS－974A变压器非电量及辅助保护装置。220kV、110kV及10kV侧的测控装置为南京南瑞继保RCS－9705C测控装置，主变本体测控装置为南京南瑞继保RCS－9703C测控装置。

220kV线路保护：采用南京南瑞继保RCS－902B超高压线路成套快速保护装置，测控装置为南京南瑞继保RCS－9707C测控装置。

110kV线路保护：采用南京南瑞继保RCS－943A超高压线路成套保护装置，测控装置为南京南瑞继保RCS－9707C测控装置。

220kV母母保护：采用南京南瑞继保RCS－905AB型微机母线保护装置。 110kV母母保护：采用南京南瑞继保RCS－915AB型微机母线保护装置。 站用变低压侧测控装置采用南京南瑞继保RCS－9703A测控装置。

220kV及110kV公用测控装置采用南京南瑞继保RCS－9702C测控装置，10kV公用测控装置采用南京南瑞继保RCS－9702A测控装置。

10kV馈线保护测控装置：采用南京南瑞继保RCS－9611B测控保护装置。 电压切换装置采用南京南瑞继保RCS－9663D电压并列与监视装置。

5.2、主变保护整定：

主变压器差动保护采用两种不同原理的差动保护作为主保护，二套保护交流回路彻底，保护范围交叉重迭，避免死区。二次保护电流回路设计采用固定接入式，主变压器保护选用主变差动保护CT变比：220kV侧为400/5，110kV侧为600/5，35kV侧为1000/5，第一套差动保护220kV、110kV侧CT选用主变进线间隔断路器CT，10kV侧采用主变进线柜CT。后备保护CT中220kV、110kV采用主变本体套管CT，变比分别为：400/5，600/5，35kV侧采用主变进线柜CT。第二套差动保护220kV、110kV侧CT选用主变套管CT，10kV侧采用主变进线柜CT。后备保护CT中220kV、110kV采用主变进线间隔断路器CT，变比分别为：400/5，600/5，35kV侧采用主变进线柜CT。两套保护低压侧电流取自一套CT的不同二次绕组。第一套保护零序电流互感器采用主变本体套管CT，220kV及110kV中性点零序保护电流互感器变比为200/5。间隙保护电流互感器变为100/5。第二套保护零序电流接于主变进线断路器CT自产零序电流，220kV及110kV中性点零序保护电流互感器变比为200/5。间隙保护电流互感器变为100/5。

220kV分相操作箱为断路器双跳闸线圈、分相机构、三相操作、不设重合闸，两套保护及操作取自不同的直流系统。两套电气保护及非电量保护同时驱动主变220kV侧断路器两组跳闸线圈。220kV变压器高压侧选用具备双

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跳闸线圈机构的断路器。非电量保护设置的电源回路和出口跳闸回路，且与电气量保护完全分开，在保护柜上的安装位置也相对。

5.2.1、差动保护整定：

主变各侧二次额定电流为：

220kV：3.94A 110kV：4.77A 35kV：4.50A 以220kV侧为基准计算侧。 （1）主变220kV侧平衡系数整定：

KphII2n-minKb，其中Kb＝min（2n-max，4）I2nI2n-min

计算结果：1.212。

（2）比例差动电流起动定值整定：

Icdqd＝Krel（KerUm）Ie

U242-2200.1220

Krel取1.5，Ker取2×0.03＝0.06，△m＝0.05，

整定值为1.24A。

（3）比例差动保护拐点电流的选取：

选取值：第一个拐点：0.5Ie＝1.968A；第二个拐点：6Ie＝23.620A。 （4）比例差动制动系数：

差动回路最大不平衡电流计算（低压侧外部短路）：

Iunb.max＝KapKccKerIk.max+△UhIk.h.max+△mIIk.I.max+△mIIIk.II.max

Kap＝1.5，Kcc＝1，△mI＝0.05，△mII＝0.05 计算结果：Iunb＝9.610A（低压侧）

Iunb＝18.129A（中压侧） Iunb＝147.446A（高压侧）

Iop.max＝KerlIunb.max＝1.5×147.446A＝221.169A （Kerl取1.5） 所以，比例差动制动系数：

Kres.max1＝Iop.maxIres.max

计算结果：0.442，结合实际和整定规程，整定为0.5，二次谐波制动系数选整定为15％，三次谐波制动系数整定为20％。 （5）TA报警差流定值：

选取值：0.5Ie=1.97A

5.2.2、高压侧后备保护整定：

（1）复合电压闭锁过流保护整定：

Iop＝KrelInKr

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整定为4.98A，相间方向元件电压取110kV侧，复合电压取35kV侧，过流Ⅰ段带方向，方向指向主变，第一时限为1.8s，跳110kV母联开关；第二时限为2.1s，跳主变110kV侧开关。过流Ⅱ段不带方向，第一时限为5.0s，跳主变三侧开关。

（2）零序低电压闭锁整定：

整定值为6V。 （3）零序过电流整定：

Iop.o.I＝KrelKbrIIop.0.1I Iop.o.II＝KrelKbrIIIop.0.1II

Krel取1.1，KbrI为0.81，Iop.0.1I为3.95A，KbrII为0.92，Iop.0.1II为4.51A。

零序Ⅰ段过流保护经零序电压元件闭锁，带方向，方向指向220kV母线，整定值为3.52A，第一时限为1.9s，跳220kV母联开关；第二时限为2.4s，跳主变220kV侧开关。

零序Ⅱ段过流保护经零序电压元件闭锁，不带方向，整定值为4.56A，第一时限为5.3s，跳主变三侧开关。 （4）零序过压保护整定：

整定值为180V，第一时限为0.5s，跳主变三侧开关。 （5）间隙过流保护整定：

整定值为5A，第二时限为0.5s，跳主变三侧开关。 （6）过负荷保护整定：

过负荷Ⅱ段不投入，Ⅰ段整定值为1.15In＝4.53A，时限为8.5s。 （7）风冷起动整定：

风冷起动Ⅰ段整定值为In＝3.94A，时限为1.5s。 风冷起动Ⅱ段整定值为0.8In＝3.15A，时限为10s。 （8）闭锁调压整定：

整定值为1.05In＝4.13A，时限为5s。

5.2.3、中压侧后备保护整定：

（1）复合电压闭锁过流保护整定：

Iop＝KrelInKr

整定值为6.03A，相间方向元件电压取220kV侧，复合电压取本侧，过流Ⅰ段带方向，方向指向主变，第一时限为2.0s，跳主变220kV母联开关，第二时限为2.3s，跳主变220kV侧开关。过流Ⅱ段不带方向，第一时限为5.5s，跳主变三侧开关。过流Ⅲ段不投入。 （2）零序低电压闭锁整定：

整定值为6V。 （3）零序过电流整定：

Iop.o.I＝KrelKbrIIop.0.1I Iop.o.II＝KrelKbrIIIop.0.1II

Krel取1.1，KbrI为0.91，Iop.0.1I为4.33A，KbrII为0.87，Iop.0.1II为4.94A。

零序Ⅰ段过流保护经零序电压元件闭锁，带方向，方向指向110kV母线，整定值为4.33A，第一时限为1.6s，跳110kV母联开关；第二时限为2.0s，

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跳主变110kV侧开关。

零序Ⅱ段过流保护经零序电压元件闭锁，不带方向，整定值为4.73A，第一时限为5.8s，跳主变三侧开关 （4）零序过压保护整定：

整定值为150V，第一时限为0.5s，跳主变三侧开关。 （5）间隙过流保护整定：

整定值为5A，第一时限为0.7s，跳主变三侧开关。 （6）过负荷保护整定：

整定值为1.15In＝5.49A，第一时限为8.5s。 （7）风冷起动整定：

风冷起动Ⅰ段整定值为In＝4.77A，时限为1.5s。 风冷起动Ⅱ段整定值为0.8In＝3.82A，时限为10s

5.2.4、低压侧后备保护整定：

（1）复合电压闭锁过流保护整定：

Iop＝KrelInKr

复压取110kV侧，不带方向，过流Ⅰ段整定值为5.68A，时限为1.6s，跳35kV分段开关；过流Ⅱ段整定值为5.68A，时限2.0s，跳主变35kV侧开关；过流Ⅲ段整定值为5.68A，时限为6.0s，跳主变三侧开关；过流Ⅳ段不经复合电压闭锁，不带方向，整定值为9.00A，时限为1s，跳35kV分段开关；过流Ⅴ段不经复合电压闭锁，不带方向，整定值为9.00A，时限为3.1s，跳主变35kV侧开关。

（2）过负荷保护整定：

整定值为1.15In＝5.75A，时限为7.5s。 （3）零序电压报警定值整定：

整定值为150V，时限为5s。

5.2.5、主变压器微机继电保护装置定值单（略）

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第六章 电气设备布置

6.1 配电装置的概述

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它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。配电装置按电器装设地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。按其组装方式，又可分为装配式和成套式；在现场将电器组装而成的称为装配式配电装置；在执照厂预先将开关电器、互感器组成各种电器成套供应的称为成套配电装置。

配电装置布置的基本步骤：

①根据配电装置的电压等级、电器的选择、出线多少和方式、有无电抗器、地形、环境条件等因素选择配电装置的型式。 ②拟定配电装置的配置图。

③按照所选设备的外形尺寸、运输方法、检修及巡视的安全和方便等要求，遵照有关规定，并参考各种配电装置的典型设计和手册，设计绘制配电装置的平、断面图。

6.2 屋内配电装置

屋内配电装置的结构、除与电气主接线形式、电压等级、母线容量、断路器形式、出线回路数、出线方式及有无电抗器等有密切关系外，还与施工、检修条件、运行经验和习惯有关。发电厂和变电所中6～10KV的屋内配电装置，按其布置形式，一般可以分为三层、两层和单层式。

6.3 屋外配电装置

根据电器和母线布置的高度，屋外配电装置可分为中型、半高型和高型。 中型配电装置的所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，使带电部分对地保持必要的高度，以便工作人员能在地面上安全活动；中型配电装置母线所在的水平面稍高于电器所在的水平面。

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6.4本电站的电气设备布置

220kV双母线采用改进半高型单列布置，110kV双母线采用改进半高型双列布置，35kV单母线采用户内成套固定式开关柜布置。

并联电容器和所用变压器都布置在配电室内，220kV的四回出线采用架空出线，110kV的八回采用架空出线，35kV的十回出线采用电缆出线。

主变压器35kV以母线桥架经穿墙套管引入。

220kV线路从北引进，其间隔的排列顺序是由西到东，共有八个间隔， 220kV侧选用氧化锌避雷器，型号为Y5W5-228/593W，其电气性能较好，而且降低了设备高度，有较好的抗震稳定性。

根据负荷需要，220kV母线选用钢芯铝绞线2*LGJ-300型，母线档矩14米。构架总长112米。主母构架宽度为15米，总构架宽为39.8米，由北至南为门型架，双母线构架。构架周围有道路环绕，构架采用全钢结构。由北至南的电气设备是偶合电容器和电压互感器，高频阻波器，隔离开关，电流互感器，断路器，隔离开关和电压互感器，隔离开关，隔离开关，电流互感器。

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第七章 设备材料清单

表6-1 序号 1 名称 规格及主要参数 型号及参考单生产厂 位 台 初终期 期 1 2 备注 有载调压 变压器 户外三相油浸式 SFPSZ7~120000/220 120000/120000/60000UⅠ~Ⅱ%=14, UⅠ~Ⅲ%=22， UⅡ~Ⅲ%=9,YN,yn0,d11 SFPSZ7~ 120000/220 厂 主变压器技术条件书另提 22081.5%，121，38.5沈阳变压器2 变压器 三相干式250kVA 35/0.4kV，Y.yn0 SC-250/35 山东金乡变压器厂 台 1 2 所用变太大无法装入开关柜要另外放置 Uk6% 3 隔离开关 户外三相式 机构） GW6-220D沈阳高压开关厂 GW4-220D沈阳高压开关厂 LW12-220 如高高压电气厂 LVQB- 220W2 沈阳互感器厂 组 4 7 220kV,3150A（附操作W 4 隔离开关 户外三相式 机构） 组 6 15 220kV,1000A（附操作W 5 SF器 6断路户外三相式 220kV,2500A，50 kV 台 3 7 6 电流互感220 kV，2300/5A 器 10P/10P/10P/0.2 只 9 21 34

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7 电压互感器 2200.10.10.1///， 3333JDQX- 220W3 沈阳互感器厂 只 9 18 Y0/ Y0/Y0/ 8 氧化锌避户外式系统电压220 Y5W5-228/雷器 kV，额定电压有效值593W 228kV，标称残压593 宜兴市避雷kV 器厂 GW6-110D沈阳高压开关厂 GW4-110D沈阳高压开关厂 LW6-110 气厂 只 9 18 9 隔离开关 户外三相式 机构） 组 7 15 110kV,1000A（附操作W 10 隔离开关 户外三相式 机构） 组 12 23 110kV,1000A（附操作W 11 SF器 6断路户外三相式 台 18 39 110kV,31500A，50 kV 如高高压电LVQB- 110W2 沈阳互感器厂 只 18 39 12 电流互感110 kV，2600/5A 器 10P/10P/10P/0.2 13 电压互感器 1100.10.10.1///， 3333JDX- 110W3 沈阳互感器厂 只 21 39 Y0/ Y0/Y0/ 14 氧化锌避户外式系统电压110 Y5W-108/ 雷器 kV，额定电压有效值 281W 108kV，标称残压 宜兴市避雷281kV 器厂 只 21 39 35

35kV固定主变压器进线柜，配真KYN72- 空断路器35kV，40.5 1600A，25kA 开关柜 器35kV，1600A，25kA 福州天宇开台 1 2 15 开关柜 16 35kV固定分段柜，，配真空断路关厂 台 1 2 17 35kV固定分段隔离柜 开关柜 18 35kV固定馈线柜，配真空断路器开关柜 35kV，1600A，25kA 台 1 2 台 5 10 19 35kV固定电压互感器，避雷器柜 开关柜 JDZ2-35 Y5C-35 20 35kV固定所用变柜 开关柜 21 35kV固定电容器柜 开关柜

台 1 2 台 1 2 台 1 2 36

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参考文献

[1] 《发电厂 变电站电气部分》主编：牟道槐 重庆大学出版社 1996.4 第一版

[2] 《发电厂电气部分》 主编：范锡普 水利电力出版社 1995.11 第二版

[3] 《供配电系统与电气设备》．邓泽远．中国电力出版社 1996.6 第一版

[4] 《短路电流实用计算》.李瑞荣.中国电力出版社 2003.4 第一版

[5] 《电力系统电气设备选择与实用计算》．傅知兰. 中国电力出版社 2004.10 第

一版

[6] 《发电厂电气部分》. 范锡普.北京：中国电力出版社，1995.1-268

[7] 《电力工程设计手册》西北电力设计院编. 北京：水利水电出版社，19.1-280 [8] 《变电所设计（10-220KV）》. 丁毓山.辽宁科学出版社，1993.06 [9] 《RCS－978型变压器成套保护装置（220kV版技术说明书）》

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结论

通过这两个月的毕业设计，拟设计一个220kV降压变电所，完成变电所电气主接线设计、短路电流计算、主要电气设备的选择、主要电气设备布置以及绘制各种工程图纸的设计任务，使我对220KV变电所有了初步的了解。

致谢辞

感谢我的父母和所有的好朋友，是他们的无私奉献和默默支持使我得以完成学业。他们是我信心的保障和力量的源泉。

感谢培育了我三年的母校！

最后，向所有曾经给予我关心、帮助和鼓励的老师、同学和朋友们致以最真诚的谢意！在此祝愿全体老师：工作顺利，身体健康！

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