220kV降壓變電站電氣一次部分設計(四)

第5章  電氣總平面布置及配電裝置的選擇
5.1  概述
 配電裝置是發電廠和變電站的重要組成部分。它是按主接線的要求，由開關設備，保護和測量電器，母線裝置和必要的輔助設備構成，用來接受和分配電能。
 配電裝置按電氣設備裝置地點不同，可分為屋內和屋外配電裝置。按其組裝方式，又可分為：由電氣設備在現場組裝的配電裝置，稱為配式配電裝置和成套配電裝置。
 屋內配電裝置的特點：①由于允許安全凈距小可以分層布置，故占地面積較小；②維修、巡視和操作在室內進行，不受氣侯影響；③外界污穢空氣對電氣設備影響較小，可減少維護工作量；④房屋建筑投資大。
 屋外配電裝置的特點：①土建工程量和費用較小，建設周期短；②擴建比較方便；③相鄰設備之間距離較大，便于帶電作業；④占地面積大；⑤受外界空氣影響，設備運行條件較差，順加絕緣；⑥外界氣象變化對設備維修和操作有影響。
 成套配電裝置的特點：①電氣設備布置在封閉或半封閉的金屬外殼中，相間和對地距離可以縮小，結構緊湊，占地面積�。虎谒�有電器元件已在工廠組裝成一整體，大大減小現場安裝工作量，有利于縮短建設周期，也便于擴建和搬運；③運行可靠性高，維護方便；④耗用鋼材較多，造價較高。
 配電裝置應滿足以下基本要求：
 1）配電裝置的設計必須貫徹執行國家基本建設方針和技術經濟政策；
 2）保證運行可靠，按照系統自然條件，合理選擇設備，在布置上力求整齊、清晰，保證具有足夠的安全距離；
 3）便于檢修、巡視和操作；
 4）在保證安全的前提下，布置緊湊，力求節約材料和降低造價；
 5）安裝和擴建方便。
 配電裝置的設計原則：
 1）節約用地；
 2）運行安全和操作巡視方便；
 3）考慮檢修和安裝條件；
 4）保證導體和電器在污穢、地震和高海拔地區的安全運行；
 5）節約三材，降低造價；
 6）安裝和擴建方便。

5.2  高壓配電裝置的選擇
 5.2.1．配電裝置的整個結構尺寸，是綜合考慮到設備外形尺寸、檢修維護和搬運的安全距離、電氣絕緣距離等因素而決定，對于敞露在空氣中的配電裝置，在各種間距中，最基本的是帶電部分對地部分之間和不同相的帶電部分之間的空間最小安全凈距，在這一距離下，無論為正常最高工作電壓或出現內外過電壓時，都不致使空氣間隙擊穿。
屋外配電裝置的安全凈距（mm）

符號 適用范圍 圖號 額定電壓（KV）
   3-10 110J 110 220J
A1 1、帶電部分至接地部分之間
2、網狀遮欄向上延伸線距地2.5m處與遮欄上方帶電部分之間 10-1
10-2 200 900 1010 1800
A2 1、不同相的帶電部分之間
2、斷路器和隔離開關的斷口兩側引線帶電部分之間 10-1
10-3 200 1000 1100 2000
B1 1、設備運輸時，其外部至無遮欄帶電部分之間
2、交叉的不同時停電檢修的無遮欄帶電部分之間
3、柵狀遮欄至絕緣體和帶電部分之間
4、帶電作業時的帶電部分至接地部分之間 10-1
10-2
10-3 950 1650 1750 2550
B2 1、網狀遮欄至帶電部分之間 10-2 300 1000 1100 1900
C 1、無遮欄裸導體至地面之間
2、無遮欄裸體至建筑物、構筑物之間 10-2
10-3 2700 3400 3500 4300
D 1、平行的不同時停電檢修的無遮欄帶電部分之間
2、帶電部分與建筑物、構筑物的邊沿部分之間 10-1
10-2 2200 2900 3000 3800

屋內配電裝置的安全凈距（mm）
 
符號 適用范圍 圖號 額定電壓（kV）
   10 110J 110 220J
A1 1、帶電部分至接地部分之間
2、網狀和極狀遮欄向上延伸線距地2.3m處當遮欄上方帶電部分之間 10-4 125 850 950 1800
A2 1、不同相的帶電部分之間
2、斷路器和隔離開關的斷口兩側帶電部分之間 10-4 125 900 1000 2000
B1 1、柵狀遮欄至帶電部分之間
2、交叉的不同時停電檢修的無遮欄帶電部分之間 10-4 875 1600 1700 2550
B2 網狀遮欄至帶電部分之間 10-5 225 950 1050 1900
C 無遮欄裸導體至地（樓）面之間 10-4 2425 3150 3250 4100
D 平行的不同時停電檢修的無遮欄裸導體之間 10-4 1925 2650 2750 3600
E 通向屋外的出線套管至屋外通道的路面 10-4 4000 5000 5000 5500

 注：110J、220J系指中性點直接接地網
 以上表中所列出的是本站適用的各種電壓等級間隔距離中最基本的最小安全凈距，《高壓配電裝置設計技術規程》中所規定的A值，它表明帶電部分至接地部分或相間的最小安全凈距，保持這一距離時，無論正�；蜻^電壓的情況下，都不致發生空氣絕緣的電擊穿。其余的B、C、D值是在A值的基礎上，加上運行維護、搬運和檢修工具活動范圍及施工誤差等尺寸而確定的。
 本變電站三個電壓等級：即220kV、110 kV、10 kV根據《電力工程電氣設計手冊》規定，110 kV及以上多為屋外配電裝置，35 kV及以下的配電裝置多采用屋內配電裝置，故本所220及110 kV采用屋外配電裝置，10kV采用屋內配電裝置。
 5.2.2．根據電氣設備和母線布置的高度，屋外配電裝置可以分為中型、中高型和高型等。
 5.2.2.1．中型配電裝置：中型配電裝置的所有電器都安裝在同一水平面內，并裝在一定高度的基礎上，使帶電部分對地保持必要的高度，以便運行人員能在地面安全地活動，中型配電裝置母線所在的水平面稍高于電器所在的水平面。這種布置特點是：布置比較清晰，不易誤操作，運行可靠，施工和維修都比較方便，構架高度較低，抗震性能較好，所用鋼材較少，造價低，但占地面積大，此種配電裝置用在非高產農田地區及不占良田和土石方工程量不大的地方，并宜在地震烈度較高地區建用。這種布置是我國屋外配電裝置普遍采用的一種方式，而且運行方面和安裝搶修方面積累了比較豐富的經驗。
 5.2.2.2．半高型配電裝置，它是將母線及母線隔離開關抬高將斷路器，電壓互感器等電氣設備布置在母線下面，具有布置緊湊、清晰、占地少等特點，其鋼材消耗與普通中型相近，優點有：
 ①占地面積約在中型布置減少30%；
 ②節省了用地，減少高層檢修工作量；
 ③旁路母線與主母線采用不等高布置實理進出線均帶旁路很方便。缺點：上層隔離開關下方未設置檢修平臺，檢修不夠方便。
 5.2.2.3．高型配電裝置，它是將母線和隔離開關上下布置，母線下面沒有電氣設備。該型配電裝置的斷路器為雙列布置，兩個回路合用一個間隔，因此可大大縮小占地面積，約為普通中型的5%，但其耗鋼材多，安裝檢修及運行中條件均較差，一般適用下列情況：
 1）配電裝置設在高產農田或地少人多的地區；
 2）原有配電裝置需要擴速，而場地受到限制；
 3）場地狹窄或需要大量開挖。
 5.2.2.4．本次所設計的變電站位于市郊區，地質條件良好，所用土地工程量不大，且不占良田，所以該變電站220 kV及110 kV電壓等級均采用普通中型，配電裝置，而本變電站采用的匯流母線是管形母線，采用普通中型布置，具有運行維護、檢修且造價低、抗震性能好、耗鋼量少而且布置清晰，運行可靠，不易誤操作，各級電業部門無論在運行維護還是安裝檢修，方面都積累了比較豐富的經驗。
 
第6章   繼電保護配置規劃
6.1．系統繼電保護及自動裝置
 繼電保護是電力系統安全穩定運行的重要屏障，在此設計中變電站繼電保護結合我國目前繼電保護現狀，突出繼電保護的選擇性、可靠性、快速性、靈敏性、運用微機繼電保護裝置及微機監控系統提高變電站綜合自動化水平。
6.2．繼電保護配置原則
 根據GB14285《繼電保護和安全自動裝置技術規程》中有關條款《繼電保護二十五項反事故措施要點》、《電力系統繼電保護》教材。
6.2.1．220kV系統
 220kV線路配置高頻距離保護，要求能快速反應相間及接地故障。
 對于220kV雙母線接線，配置一套能快速有選擇性切除故障的母線保護。
 每條線路配置功能齊全，性能良好的故障錄波裝置。
6.2.2．110kV系統
 110kV線路配置階段式距離保護，要求能反應相間及接地故障。
 對于110kV雙母線接線，配置一套能快速有選擇性切除故障的母線保護。
 每條線路配置功能齊全，性能良好的故障錄波裝置。
6.2.3．主變壓器保護
 電力變壓器是電力系統中大量使用的重要的電氣設備,它的故障將對供電可靠性和系統正常運行帶來嚴重的后果,同時大容量變壓器也是非常貴重的設備, ,因此必須根據變壓器的保護的容量和重要程度裝設性能良好、動作可靠的保護。
 變壓器故障可分為油箱內部故障和油箱外部故障。油箱內部故障包括相間短路、繞組的匝間短路和單相接地短路；油箱外部故障包括引線及套管處會產生各種相間短路和接地故障。變壓器的不正常工作狀態主要由外部短路或過負荷引起的過電流、油面降低。
對于上述故障和不正常工作狀態變壓器應裝設如下保護：
 1)、為反應變壓器油箱內部各種短路和油面降低，對于0.8MVA及以上的油浸式變壓器和戶內0.4MVA以上變壓器,應裝設瓦斯保護。
 2)、為反應變壓器繞組和引線的相間短路,以及中性點直接接地電網側繞組和引線的接地短路及繞組匝間短路,應裝設縱差保護或電流速斷保護。對于6.3MVA及以上并列運行變壓器和10MVA及以上單獨運行變壓器, 以及6.3MVA及以上的所用變壓器,應裝設縱差保護。
 3)、為反應變壓器外部相間短路引起的過電流和同時作為瓦斯、縱差保護(或電流速斷保護)的后備應裝設過電流保護.例如,復合電壓起動過電流保護或負序過電流保護。
 4)、為反應大接地電流系統外部接地短路,應裝設零序電流保護。
 5)、為反應過負荷應裝設過負荷保護

第7章  防雷及接地裝置設計選擇
7.1．概述
 電氣設備在運行中承受的過電壓，有來自外部的雷電過電壓和由于系統參數發生變化時電磁能量產生振滿和積聚而引起的內部過電壓兩種類型。按其產生原因，它們又可分為以下幾類：
                        直擊雷過電壓
          雷電過電壓    感應雷過電壓
                        侵入雷電流過電壓
                                      長線電容效應
                          工頻過電壓   不對稱接地故障
                                       甩負荷
                                                   消弧線圈補償網絡的線性諧振
過電壓            暫時過電壓                線性諧振
                                                   傳遞過電壓
 
                                                   線路斷線
                          諧振過電壓    鐵磁諧振
                                                   電磁式電壓互感器飽和
                                         參數諧振—發電機同步或異步自勵磁
                                                開斷電容器組過電壓
                         操作電容負荷過電壓     開斷空載長線過電壓
                                                關合（重合）空載長線過電壓
                                               開斷空載變壓器過電壓
            操作過電壓   操作電感負荷過電壓     開斷并聯電抗器過電壓
                                               開斷高壓電動機過電壓
                         過電壓
                         間歇電弧過電壓
 
7.2．防雷保護的設計
 變電站是電力系統的中心環節，是電能供應的來源，一旦發生雷擊事故，將造成大面積的停電，而且電氣設備的內絕緣會受到損壞，絕大多數不能自行恢復會嚴重影響國民經濟和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保證電氣設備的安全運行。
 變電站的雷害來自兩個方面，一是雷直擊變電站，二是雷擊輸電線路后產生的雷電波沿線路向變電站侵入，對直擊雷的保護，一般采用避雷針和避雷線，使所有設備都處于避雷針（線）的保護范圍之內，此外還應采取措施，防止雷擊避雷針時不致發生反擊。
 對侵入波防護的主要措施是變電站內裝設閥型避雷器，以限制侵入變電站的雷電波的幅值，防止設備上的過電壓不超過其耐壓值，同時在距變電站適當距離內裝設可靠的進線保護。
 避雷針的作用：將雷電流吸引到其本身并安全地將雷電流引入大地，從而保護設備，避雷針必須高于被保護物體，可根據不同情況或裝設在配電構架上，或獨立裝設，避雷線主要用于保護線路，一般不用于保護變電站。
 避雷器是專門用以限制過電壓的一種電氣設備，它實質是一個放電器，與被保護的電氣設備并聯，當作用電壓超過一定幅值時，避雷器先放電，限制了過電壓，保護了其它電氣設備。
 7.2.1．避雷針的配置原則：
 1）電壓110kV及以上的配電裝置，一般將避雷針裝在配電裝置的構架或房頂上，但在土壤電阻率大于1000n米的地區，宜裝設獨立的避雷針。
 2、獨立避雷針（線）宜設獨立的接地裝置，其工頻接地電阻不超過10n。
 3、35kV及以下高壓配電裝置架構或房頂不宜裝避雷針，因其絕緣水平很低，雷擊時易引起反擊。
 4、在變壓器的門型架構上，不應裝設避雷針、避雷線，因為門形架距變壓器較近，裝設避雷針后，構架的集中接地裝置，距變壓器金屬外殼接地點在裝置中距離很難達到不小于15M的要求。
 7.2.2．避雷器的配置原則
 1）配電裝置的每組母線上，應裝設避雷器。
 2）旁路母線上是否應裝設避雷器，應看旁路母線投入運行時，避雷器到被保護設備的電氣距離是否滿足而定。
 3）220KV以下變壓器和并聯電抗器處必須裝設避雷器，并盡可能靠近設備本體。
 4）220KV及以下變壓器到避雷器的電氣距離超過允許值時，應在變壓器附近增設一組避雷器。
 5）三繞組變壓器低壓側的一相上宜設置一臺避雷器。
 6）110KV—220KV線路側一般不裝設避雷器。

7.3． 主變中性點放電間隙保護
 為了保護變壓器中性點，尤其是不接地高壓器中性點的絕緣，通常在變壓器中性點上裝設避雷器外，還需裝設放電間隙，直接接地運行時零序電流保護起作用，動作  接地變壓器，避雷器作后備；變壓器不接地時，放電間隙和零序過電壓起保護作用，大氣過電壓時，線路避雷器動作，工程過電壓時，間隙保護動作。因氧化鋅避雷器殘壓低，無法與放電間隙無法配合，故選用閥型避雷器。

7.4． 接地裝置設計
7.4.1．接地裝置布置得一般原則
 1）為了將各種不同用途和各種不同電壓的電氣設備接地，一般應使用一個總的接地裝置。
 2）發電廠、變電所的接地裝置，除充分利用直接埋入地中或水中的自然接地體外，還應敷設人工接地體。對于3~10kV變、配電所，當采用建筑物的基礎作接地體且接地電阻滿足規定值時，可不另設人工接地體。
 3）在高土壤電阻率地區可采用下列降低接地電阻的措施：①敷設外引接地體；②采用井式或深鉆式接地體；③填充電阻率較低的物質或降阻劑；④敷設水下接地網。
 4）一般情況下，變電所接地網中的垂直接地體對工頻電流散流作用不大，降低接地電阻主要依靠大面積水平接地體，它既有均壓、減小接觸電壓和跨步電壓的作用，又有散流作用。所以，對變電所，不論采用何種形式的人工接地體，都應敷設以水平接地體為主的人工接地網。
 5）人工接地體應圍繞設備區域連成閉合形狀，并在其中敷設若干水平均壓帶。
7.4.2．人工接地體的選擇
7.4.2.1．規格
 垂直接地體可采用鋼管、角鋼，單根長度一般為2.5m；水平接地體可采用扁鋼、圓鋼。接地裝置的導體尚應滿足熱穩定與均壓要求，還應考慮腐蝕的影響，實際的接地體一般規格為：鋼管管徑40~50mm，角鋼40×40×4~50×50×5，扁鋼40×4mm，圓鋼直徑16mm。
 敷設在大氣和土壤中有腐蝕性場所的接地體和接地線，應根據腐蝕的性質經技術經濟比較采取熱鍍錫、熱鍍鋅等防腐措施。
7.4.2.2．熱穩定校驗
 變電所中電氣設備接地線的截面，應按接地短路電流進行熱穩定校驗。未考慮腐蝕時，接地線的最小截面Smin應符合下式要求：
 Smin≥mm2
 式中 Ig----流經接地線的短路電流穩定值，A，根據系統5~10年發展規劃，按系統最大運行方式確定；
     te—短路的等效持續時間，s； C----接地線材料的熱穩定系數。

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