220kv户外配电装置布置设计

A. 管型母线选用浅析

管型母线在户外配电装置中的应用，因其独特的优势日益受到业界瞩目。其外观优美，占用空间小，结构简洁，便于清晰布局，同时具有大流量和高起晕电压特性，已在国外广泛采用。在国内，虽然广东电网500kV户外变电站率先采用管型母线，但110kV和220kV设备尚未普及。

在220kV配电装置的设计上，目前多采用双母线旁路连接，布置方式有软母线中型、半高或半高三种。考虑到设备配置和电线预留，通常采取双排布局，对软母线间距有严格要求，以确保检修和维护空间。采用管型母线后，这些顾虑迎刃而解，母线间距可调整为3m，同时保持设备间的适当间距，使整体布局优化至13m，显著节省占地面积。

管型母线的安装方式有悬挂式和支撑式两种。悬挂式母线，如V形斜悬或垂直V形，抗震性能优良，但悬挂点增多可能带来维护工作量的增加。支撑式母线则简化了支架设计，但抗震性略逊一筹。在220kV工程中，考虑到施工难度和热胀冷缩影响，通常选择连续跨距，如13m，以确保管型母线的稳定。

尽管使用管型母线可能导致线路侧出线间距减小，但对Cooper变电站这类线路较少的场合，实际影响并不大。例如，220kV进出线回路数量有限，近期只有2条，长远也不会超过4回，因此出线布局的难度并未显著增加。

从技术经济角度看，管型母线与中型布置的双母线旁路配电装置相比，占地面积相近，但母线结构简化，操作和维护更为便捷。这无疑提升了配电装置的整体效率和可靠性。以上分析由广东高电技术有限公司提供，展示了管型母线在实际应用中的优化潜力。

B. 谁说明一下220kV配电装置的接线分为几类

外配电装置通常适用于35kV及以上的电压等级，其结构形式与电气主接线的形式、电压等级、主变容量、重要程度、母线和构架的型式、断路器和隔离开关型式等有着密切关系。根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置通常可分为普通中型、分相中型、半高型和高型等类型。

普通中型布置配电装置是最普遍的一种布置方式，具有较成熟的运行经验。普通中型布置配电装置是将所有的开关电气设备安装在同一水平面内，并安装在一定高度的基础支架上，使带电部分对地保持必要的高度，让工作人员能安全地在地面上进行操作和维护。中型配电装置的汇流母线所在的水平面都稍高于开关电器所在的水平面。这种配电装置布置清晰明了、运行可靠、不易误操作、运行维护方便、架构高度较低、消耗钢材较少、造价低，它的最大缺点是占地面积过大。

普通中型布置配电装置的断路器布置有单列、双列之分。单列布置是将进出线断路器排成一列，它缩短了纵向(与母线垂直方向)尺寸，便于进线参加旁路，但引线跨数较多，给施工和检修带来不便；双列布置是将进出线断路器分成两列，分别布置在母线两侧，它减少了跨越，缩短了横向(沿母线方向)尺寸。单列布置和双列布置各有其特点和适用条件，要结合具体工程实际情况综合比较确定。图16-6所示为220kV双母线带旁路单列布置的中型布置配电装置断面图。

分相中型配电装置是将母线隔离开关直接布置在各相母线的下方，有的仅一组母线隔离开关采用分相布置，有的所有母线隔离开关均采用分相布置。隔离开关选用单柱式隔离开关，母线引线直接自分相隔离开关支持和棒式绝缘子引至断路器，这样避免了普通中型复杂的双层构架。分相中型可采用软母线或硬管型母线。图16-7所示为110kV普通分相中型配电装置断面图。

分相中型配电装置较普通中型配电装置的占地面积约减少20%～30%，尤其采用铝管母线配合单柱式隔离开关的布置方案，布置清晰、美观，可省去大量构架。在220500kV配电装置中，分相中型布置被广泛应用。

高型和半高型布置配电装置的母线和电器分别重叠布置在几个不同高度的水平面上。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置的就称为高型布置。如果仅将母线与其他电气设备重叠布置的就称为半高型布置。高型布置的配电装置最大优点是节省占地面积，一般为普通中型布置配电装置的一半，相应还减少了绝缘子串和导线，布置显得紧凑。如图16-8、图16-9所示。

高型和半高型布置的最主要缺点是消耗钢材多，尤其是高型布置，其钢材耗量为中型布置的1～2倍。另外，采用高型和半高型布置时，设备的维护、操作和检修都没有中型布置时方便。

110～500kV配电装置若采用空气绝缘一般都是中型布置，如果为了节省占地或建于污秽严重的地区，一般都采用GIS或全户内站的型式。

C. 配电房设计规范要求

1、高压配电室宜设不能开启的自然采光窗，窗台距室外地坪不宜低于1.8m，低压配电室可设能开启的自然采光窗。配电室临街的一面不宜开窗。

2、变压器室、配电室、电容器室的门应向外开启。相邻配电室之间有门时，此门应能双向开启。

3、配电所各房间经常开启的门、窗，不宜直通相邻的酸、碱、蒸汽、粉尘和噪声严重的场所。

4、变压器室、配电室、电容器室等应设置防止雨、雪和蛇、鼠类小动物从采光窗、通风窗、门、电缆沟等进入室内的设施。

5、长度大于7m的配电室应设两个出口，并宜布置在配电室的两端。长度大于60m时，宜增加一个出口。当变电所采用双层布置时，位于楼上的配电室应至少设一个通向室外的平台或通道的出口。

6、控制墙体的裂缝，配电室外墙本身存在大量的窗洞、门洞、脚手架洞、预留管线洞、窗楞洞等薄弱部位，外墙防渗特别注意这些薄弱点。

7、加强墙面排水，常见的做法是对外墙面采取憎水处理措施。例如采用有机硅乳液对外墙面进行处理，使外墙不能被水湿润，以防止由于毛细作用引起的渗漏。

(3)220kv户外配电装置布置设计扩展阅读：

配电房管理制度：

1、严格遵守国家、公司和厂部制定的各类相关电气管理制度和标准，严格执行停送电工作票制度。

2、启停1000千瓦以上（包括1000千瓦）的设备，必须和二厂3万5千伏负责人进行电话联系并得到允许后方可操作，同时做好启停记录。

3、不得随意修改综保、软起、保护器、变频器等仪器仪表的参数，高压柜和变压器综保的定值只能由二厂3万5千伏变电站指派人员（或工段长以上人员在指派人员的授权下）设定、修改、记录且签字确认，并经由装备处批准后档案室备案，其它参数的设置由工段长以上人员批准，主修以上人员修改并做好记录。

4、非电气工作人员禁止随便进入配电室，实习人员和临时参加劳动的人员须经安监科安全教育后，在生产部或电气工作人员负责人指导下，方可进入，对外单位派来支援和配合工作的电气工作人员，工作前应由现场工作负责人介绍现场电气设备运行情况以及有关安全措施。

5、带有计量装置的配电柜，其计量装置要满足要求，计量装置的试验、校验应由有资质的电业部门负责。

参考资料来源：网络--配电室

D. 220kV变电所二次回路设计与分析

本设计为华南理工大学2003级电气工程及自动化专业的电力系统课程设计，设计题目为：220kV区域变电所电气部分设计。
此设计任务旨在体现我们对专业课程知识的掌握程度，培养我们对本专业课程知识的综合运用能力。

一、设计任务：
根据电力系统规划需新建一座220kV区域变电所。该所建成后与110kV和220kV电网相连，并供给近区用户供电。

二、原始资料
1、按规划要求，该所有220kV、110kV和10kV三个电压等级。220kV出线6回（其中备用2回），110kV出线10回（其中备用2回），10kV出线12回（其中备用2回）。变电所还安装两台30MVA调相机以满足系统调压要求。
2、110kV侧有两回出线供给远方大型冶炼厂，其容量为80000kVA，其他作为一些地区变电所进线，最大负荷与最小负荷之比为0.6。10kV侧总负荷为35000kVA，ⅠⅡ类用户占60%，最大一回出线负荷为2500kVA，最大负荷与最小负荷之比为0.65。
3、各级电压侧功率因数和最大负荷利用小时数为：
220kV侧 小时/年
110kV侧 小时/年
10kV侧 小时/年
4、 220kV和110kV侧出线主保护为瞬时动作，后备保护时间为0.15s，10kV出线过流保护时间为2s ,断路器燃弧时间按0.05s考虑。
5、 系统阻抗：220kV侧电源近似为无穷大系统，归算至本所220kV母线侧阻抗为 (Sj=100MVA)，110kV侧电源容量为500MVA，归算至本所110kV母线侧阻抗为 （Sj= 100 MVA）。
6、 该地区最热月平均温度为28°C，年平均气温16°C，绝对最高气温为40° C，土壤温度为18°C。
7、 该变电所位于市郊生荒土地上，地势平坦、交通便利、环境无污染。
第一章 电气主接线选择
第一节 概述
第二节 主接线的接线方式选择
电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的，它以电源和出线为主体，在进出线路多时（一般超过四回）为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。而本所各电压等级进出线均超过四回，采用有母线连接。
1、单母线接线
单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置等优点，但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）等故障或检修时，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。
单母接线适用于：
110～200KV配电装置的出线回路数不超过两回，35～63KV，配电装置的出线回路数不超过3回，6～10KV配电装置的出线回路数不超过5回，才采用单母线接线方式，故不选择单母接线。
2、单母分段
用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路；有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建，单母分段适用于：
110KV～220KV配电装置的出线回路数为3～4回，35～63KV配电装置的出线回路数为4～8回，6～10KV配电装置出线为6回及以上，则采用单母分段接线。
3、单母分段带旁路母线
这种接线方式：适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。
4、桥形接线
当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可分为内桥和外桥接线。
内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时，采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。
外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统有穿越功率，较为适宜。为检修断路器LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔离开关以供检修LD时使用。当线路故障时需停相应的变压器。
所以，桥式接线，可靠性较差，虽然它有：使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具有良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。
5、一个半断路器（3/2）接线
两个元件引线用三台断路器接往两组母上组成一个半断路器，它具有较高的供电可靠性和运行灵活性，任一母线故障或检修均不致停电，但是它使用的设备较多，占地面积较大，增加了二次控制回路的接线和继电保护的复杂性，且投资大。
6、双母接线
它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设“跨条”，则该回路在检修期需要停电。对于，110K～220KV输送功率较多，送电距离较远，其断路器或母线检修时，需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110KV～220KV双母线接线的配电装置中，当出线回路数达7回，（110KV）或5回（220KV）时，一般应装设专用旁路母线。
7、双母线分段接线
双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路，占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。
为了保证双母线的配电装置，在进出线断路器检修时（包括其保护装置和检修及调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。
当110KV出线为7回及以上，220KV出线在4回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间隔。
第二章 主变压器容量、台数及形式的选择
第一节 概述
在各级电压等级的变电所中，变压器是变电所中的主要电气设备之一，其担任着向用户输送功率，或者两种电压等级之间交换功率的重要任务，同时兼顾电力系统负荷增长情况，并根据电力系统5～10年发展规划综合分析，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。如果主变压器容量造的过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便，设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。
在生产上电力变压器制成有单相、三相、双绕组、三绕组、自耦以及分裂变压器等，在选择主变压器时，要根据原始资料和设计变电所的自身特点，在满足可靠性的前提下，要考虑到经济性来选择主变压器。
选择主变压器的容量，同时要考虑到该变电所以后的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。

第二节 主变压器台数的选择
由原始资料可知，我们本次所设计的变电所是市郊区220KV降压变电所，它是以220KV受功率为主。把所受的功率通过主变传输至110KV及10KV母线上。若全所停电后，将引起下一级变电所与地区电网瓦解，影响整个市区的供电，因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。
为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电所中一般装设两台主变压器。当装设三台及三台以上时，变电所的可靠性虽然有所提高，但接线网络较复杂，且投资增大，同时增大了占用面积，和配电设备及用电保护的复杂性，以及带来维护和倒闸操作等许多复杂化。而且会造成中压侧短路容量过大，不宜选择轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障机率较小。适用远期负荷的增长以及扩建，而当一台主变压器故障或者检修时，另一台主变压器可承担70%的负荷保证全变电所的正常供电。故选择两台主变压器互为备用，提高供电的可靠性。
第三节 主变压器容量的选择
主变容量一般按变电所建成近期负荷，5～10年规划负荷选择，并适当考虑远期10～20年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，该所近期和远期负荷都给定，所以应按近期和远期总负荷来选择主变的容量，根据变电所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在过负荷能力后允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性能的变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应保证全部负荷的70%～80%。该变电所是按70%全部负荷来选择。因此，装设两台变压器变电所的总装容量为：∑se = 2（0.7PM） = 1.4PM。
当一台变压器停运时，可保证对60%负荷的供电，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证98%负荷供电，而高压侧220KV母线的负荷不需要通过主变倒送，因为，该变电所的电源引进线是220KV侧引进。其中，中压侧及低压侧全部负荷需经主变压器传输至各母线上。因此主变压器的容量为：Se = 0.7（SⅡ+SⅢ）。
第四节 主变压器型式的选择
一、主变压器相数的选择
当不受运输条件限制时，在330KV以下的变电所均应选择三相变压器。而选择主变压器的相数时，应根据原始资料以及设计变电所的实际情况来选择。
单相变压器组，相对来讲投资大，占地多，运行损耗大，同时配电装置以及断电保护和二次接线的复杂化，也增加了维护及倒闸操作的工作量。
本次设计的变电所，位于市郊区，稻田、丘陵，交通便利，不受运输的条件限制，而应尽量少占用稻田、丘陵，故本次设计的变电所选用三相变压器。
二、绕组数的选择
在具有三种电压等级的变电所，如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备，主变宜采用三绕组变压器。
一台三绕组变压器的价格及所用的控制和辅助设备，比相对的两台双绕组变压器都较少，而且本次所设计的变电所具有三种电压等级，考虑到运行维护和操作的工作量及占地面积等因素，该所选择三绕组变压器。
在生产及制造中三绕组变压器有：自耦变、分裂变以及普通三绕组变压器。
自耦变压器，它的短路阻抗较小，系统发生短路时，短路电流增大，以及干扰继电保护和通讯，并且它的最大传输功率受到串联绕组容量限制，自耦变压器，具有磁的联系外，还有电的联系，所以，当高压侧发生过电压时，它有可能通过串联绕组进入公共绕组，使其它绝缘受到危害，如果在中压侧电网发生过电压波时，它同样进入串联绕组，产生很高的感应过电压。
由于自耦变压器高压侧与中压侧有电的联系，有共同的接地中性点，并直接接地。因此自耦变压器的零序保护的装设与普通变压器不同。自耦变压器，高中压侧的零序电流保护，应接于各侧套管电流互感器组成零序电流过滤器上。由于本次所设计的变电所所需装设两台变压器并列运行。电网电压波动范围较大，如果选择自耦变压器，其两台自耦变压器的高、中压侧都需直接接地，这样就会影响调度的灵活性和零序保护的可靠性。而自耦变压器的变化较小，由原始资料可知，该所的电压波动为±8%，故不选择自耦变压器。
分裂变压器：
分裂变压器约比同容量的普通变压器贵20%，分裂变压器，虽然它的短路阻抗较大，当低压侧绕组产生接地故障时，很大的电流向一侧绕组流去，在分裂变压器铁芯中失去磁势平衡，在轴向上产生巨大的短路机械应力。分裂变压器中对两端低压母线供电时，如果两端负荷不相等，两端母线上的电压也不相等，损耗也就增大，所以分裂变压器适用两端供电负荷均衡，又需限制短路电流的供电系统。由于本次所设计的变电所，受功率端的负荷大小不等，而且电压波动范围大，故不选择分裂变压器。
普通三绕组变压器：价格上在自耦变压器和分裂变压器中间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的需求。又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动。它的供电可靠性也高。所以，本次设计的变电所，选择普通三绕组变压器。
三、主变调压方式的选择
为了满足用户的用电质量和供电的可靠性，220KV及以上网络电压应符合以下标准：
①枢纽变电所二次侧母线的运行电压控制水平应根据枢纽变电所的位置及电网电压降而定，可为电网额定电压的1～1.3倍，在日负荷最大、最小的情况下，其运行电压控制在水平的波动范围不超过10%，事故后不应低于电网额定电压的95%。
②电网任一点的运行电压，在任何情况下严禁超过电网最高电压，变电所一次侧母线的运行电压正常情况下不应低于电网额定电压的95%～100%。
调压方式分为两种，不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内，另一种是带负荷切换称为有载调压，调整范围可达30%。
由于该变电所的电压波动较大，故选择有载调压方式，才能满足要求。
四、连接组别的选择
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。
五、容量比的选择
由原始资料可知，110KV中压侧为主要受功率绕组，而10KV侧主要用于所用电以及无功补偿装置，所以容量比选择为：100/100/50。
六、主变压器冷却方式的选择
主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。
自然风冷却：一般只适用于小容量变压器。
强迫油循环水冷却，虽然散热效率高，节约材料减少变压器本体尺寸等优点。但是它要有一套水冷却系统和相关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量较大。所以，选择强迫油循环风冷却。
第三章 短路电流计算
第一节 概述

第二节 短路计算的目的及假设
一、短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。
其计算目的是：
1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。
2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。
4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
5）按接地装置的设计，也需用短路电流。
二、短路电流计算的一般规定
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，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，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机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。
3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。
4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。
三、短路计算基本假设
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）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；
5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；
6）系统短路时是金属性短路。
四、基准值
高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：
基准容量：Sj = 100MVA
基准电压：Vg（KV） 10.5 115 230
五、短路电流计算的步骤
1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下；
2）给系统制订等值网络图；
3）选择短路点；
4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。
标幺值：Id* = 1X*di
有名值：Idi = Id*Ij
5）计算短路容量，短路电流冲击值
短路容量：S = 3 VjI˝
短路电流冲击值：Icj = 2.55I˝
6）列出短路电流计算结果
具体短路电流计算具体见计算说明书。

第四章 电气设备的选择
1、按正常工作条件选择导体和电气
1）电压：
所选电器和电缆允许最高工作电压Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax
即 Vymax≥Vgmax
一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为1.15Ve，而实际电网运行的Vgmax一般不超过1.1Ve。
2）电流
导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q 0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax

E. 变电站户外配电装置区域可不设置消火栓，为什么

现在户外配电装配区域可不设置消防双方为什么监站户外配电站装置可不是设计好的配置的配置的配置的？

F. 在220kV屋外配电装置中，当1母线与2母线平行布置时，其两组母线间的安全距离应按下列哪种情况校验（ ）

【答案】：D
根据《高压配电装置设计技术规程》（DL/T 5352—2018）表5.1.2-1（题解表）可知，母线间的安全距离应按平行的不同时停电检修的无遮拦带电部分之间（D值）校验。
题解表