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(fā)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(guān)設(shè)備，保護(hù)和測量電器，母線裝置和必要的輔助設(shè)備構(gòu)成，用來接受和分配電能。
 配電裝置按電氣設(shè)備裝置地點(diǎn)不同，可分為屋內(nèi)和屋外配電裝置。按其組裝方式，又可分為：由電氣設(shè)備在現(xiàn)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(nèi)配電裝置的特點(diǎn)：①由于允許安全凈距小可以分層布置，故占地面積較�。虎诰S修、巡視和操作在室內(nèi)進(jìn)行，不受氣侯影響；③外界污穢空氣對電氣設(shè)備影響較小，可減少維護(hù)工作量；④房屋建筑投資大。
 屋外配電裝置的特點(diǎn)：①土建工程量和費(fèi)用較小，建設(shè)周期短；②擴(kuò)建比較方便；③相鄰設(shè)備之間距離較大，便于帶電作業(yè)；④占地面積大；⑤受外界空氣影響，設(shè)備運(yùn)行條件較差，順加絕緣；⑥外界氣象變化對設(shè)備維修和操作有影響。
 成套配電裝置的特點(diǎn)：①電氣設(shè)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(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小；②所有電器元件已在工廠組裝成一整體，大大減小現(xiàn)場安裝工作量，有利于縮短建設(shè)周期，也便于擴(kuò)建和搬運(yùn)；③運(yùn)行可靠性高，維護(hù)方便；④耗用鋼材較多，造價(jià)較高。
 配電裝置應(yīng)滿足以下基本要求：
 1）配電裝置的設(shè)計(jì)必須貫徹執(zhí)行國家基本建設(shè)方針和技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策；
 2）保證運(yùn)行可靠，按照系統(tǒng)自然條件，合理選擇設(shè)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(jié)約材料和降低造價(jià)；
 5）安裝和擴(kuò)建方便。
 配電裝置的設(shè)計(jì)原則：
 1）節(jié)約用地；
 2）運(yùn)行安全和操作巡視方便；
 3）考慮檢修和安裝條件；
 4）保證導(dǎo)體和電器在污穢、地震和高海拔地區(qū)的安全運(yùn)行；
 5）節(jié)約三材，降低造價(jià)；
 6）安裝和擴(kuò)建方便。

5.2  高壓配電裝置的選擇
 5.2.1．配電裝置的整個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸，是綜合考慮到設(shè)備外形尺寸、檢修維護(hù)和搬運(yùn)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(xiàn)內(nèi)外過電壓時(shí)，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(wǎng)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(guān)的斷口兩側(cè)引線帶電部分之間 10-1
10-3 200 1000 1100 2000
B1 1、設(shè)備運(yùn)輸時(shí)，其外部至無遮欄帶電部分之間
2、交叉的不同時(shí)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(yè)時(shí)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(wǎng)狀遮欄至帶電部分之間 10-2 300 1000 1100 1900
C 1、無遮欄裸導(dǎo)體至地面之間
2、無遮欄裸體至建筑物、構(gòu)筑物之間 10-2
10-3 2700 3400 3500 4300
D 1、平行的不同時(shí)停電檢修的無遮欄帶電部分之間
2、帶電部分與建筑物、構(gòu)筑物的邊沿部分之間 10-1
10-2 2200 2900 3000 3800

屋內(nèi)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(wǎng)狀和極狀遮欄向上延伸線距地2.3m處當(dāng)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(guān)的斷口兩側(cè)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(shí)停電檢修的無遮欄帶電部分之間 10-4 875 1600 1700 2550
B2 網(wǎng)狀遮欄至帶電部分之間 10-5 225 950 1050 1900
C 無遮欄裸導(dǎo)體至地（樓）面之間 10-4 2425 3150 3250 4100
D 平行的不同時(shí)停電檢修的無遮欄裸導(dǎo)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(diǎn)直接接地網(wǎng)
 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(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中所規(guī)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(shí)，無論正�；蜻^電壓的情況下，都不致發(fā)生空氣絕緣的電擊穿。其余的B、C、D值是在A值的基礎(chǔ)上，加上運(yùn)行維護(hù)、搬運(yùn)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(gè)電壓等級：即220kV、110 kV、10 kV根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊》規(guī)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(nèi)配電裝置，故本所220及110 kV采用屋外配電裝置，10kV采用屋內(nèi)配電裝置。
 5.2.2．根據(jù)電氣設(shè)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(nèi)，并裝在一定高度的基礎(chǔ)上，使帶電部分對地保持必要的高度，以便運(yùn)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(diǎn)是：布置比較清晰，不易誤操作，運(yùn)行可靠，施工和維修都比較方便，構(gòu)架高度較低，抗震性能較好，所用鋼材較少，造價(jià)低，但占地面積大，此種配電裝置用在非高產(chǎn)農(nóng)田地區(qū)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(qū)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(yùn)行方面和安裝搶修方面積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。
 5.2.2.2．半高型配電裝置，它是將母線及母線隔離開關(guān)抬高將斷路器，電壓互感器等電氣設(shè)備布置在母線下面，具有布置緊湊、清晰、占地少等特點(diǎn)，其鋼材消耗與普通中型相近，優(yōu)點(diǎn)有：
 ①占地面積約在中型布置減少30%；
 ②節(jié)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(shí)理進(jìn)出線均帶旁路很方便。缺點(diǎn)：上層隔離開關(guān)下方未設(shè)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(guān)上下布置，母線下面沒有電氣設(shè)備。該型配電裝置的斷路器為雙列布置，兩個(gè)回路合用一個(gè)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(yùn)行中條件均較差，一般適用下列情況：
 1）配電裝置設(shè)在高產(chǎn)農(nóng)田或地少人多的地區(qū)；
 2）原有配電裝置需要擴(kuò)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(shè)計(jì)的變電站位于市郊區(qū)，地質(zhì)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(yùn)行維護(hù)、檢修且造價(jià)低、抗震性能好、耗鋼量少而且布置清晰，運(yùn)行可靠，不易誤操作，各級電業(yè)部門無論在運(yùn)行維護(hù)還是安裝檢修，方面都積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。
 
第6章   繼電保護(hù)配置規(guī)劃
6.1．系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動裝置
 繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要屏障，在此設(shè)計(jì)中變電站繼電保護(hù)結(jié)合我國目前繼電保護(hù)現(xiàn)狀，突出繼電保護(hù)的選擇性、可靠性、快速性、靈敏性、運(yùn)用微機(jī)繼電保護(hù)裝置及微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提高變電站綜合自動化水平。
6.2．繼電保護(hù)配置原則
 根據(jù)GB14285《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》中有關(guān)條款《繼電保護(hù)二十五項(xiàng)反事故措施要點(diǎn)》、《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)》教材。
6.2.1．220kV系統(tǒng)
 220kV線路配置高頻距離保護(hù)，要求能快速反應(yīng)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(hù)。
 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(tǒng)
 110kV線路配置階段式距離保護(hù)，要求能反應(yīng)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(hù)。
 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(hù)
 電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要的電氣設(shè)備,它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的后果,同時(shí)大容量變壓器也是非常貴重的設(shè)備, ,因此必須根據(jù)變壓器的保護(hù)的容量和重要程度裝設(shè)性能良好、動作可靠的保護(hù)。
 變壓器故障可分為油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障。油箱內(nèi)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(chǎn)生各種相間短路和接地故障。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要由外部短路或過負(fù)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(tài)變壓器應(yīng)裝設(shè)如下保護(hù)：
 1)、為反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)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(nèi)0.4MVA以上變壓器,應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。
 2)、為反應(yīng)變壓器繞組和引線的相間短路,以及中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引線的接地短路及繞組匝間短路,應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。對于6.3MVA及以上并列運(yùn)行變壓器和10MVA及以上單獨(dú)運(yùn)行變壓器, 以及6.3MVA及以上的所用變壓器,應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。
 3)、為反應(yīng)變壓器外部相間短路引起的過電流和同時(shí)作為瓦斯、縱差保護(hù)(或電流速斷保護(hù))的后備應(yīng)裝設(shè)過電流保護(hù).例如,復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)或負(fù)序過電流保護(hù)。
 4)、為反應(yīng)大接地電流系統(tǒng)外部接地短路,應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)。
 5)、為反應(yīng)過負(fù)荷應(yīng)裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)

第7章  防雷及接地裝置設(shè)計(jì)選擇
7.1．概述
 電氣設(shè)備在運(yùn)行中承受的過電壓，有來自外部的雷電過電壓和由于系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)電磁能量產(chǎn)生振滿和積聚而引起的內(nèi)部過電壓兩種類型。按其產(chǎn)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(yīng)雷過電壓
                        侵入雷電流過電壓
                                      長線電容效應(yīng)
                          工頻過電壓   不對稱接地故障
                                       甩負(fù)荷
                                                   消弧線圈補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的線性諧振
過電壓            暫時(shí)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(shù)諧振—發(fā)電機(jī)同步或異步自勵磁
                                                開斷電容器組過電壓
                         操作電容負(fù)荷過電壓     開斷空載長線過電壓
                                                關(guān)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(fù)荷過電壓     開斷并聯(lián)電抗器過電壓
                                               開斷高壓電動機(jī)過電壓
                         過電壓
                         間歇電弧過電壓
 
7.2．防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)
 變電站是電力系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，是電能供應(yīng)的來源，一旦發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，而且電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣會受到損壞，絕大多數(shù)不能自行恢復(fù)會嚴(yán)重影響國民經(jīng)濟(jì)和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。
 變電站的雷害來自兩個(gè)方面，一是雷直擊變電站，二是雷擊輸電線路后產(chǎn)生的雷電波沿線路向變電站侵入，對直擊雷的保護(hù)，一般采用避雷針和避雷線，使所有設(shè)備都處于避雷針（線）的保護(hù)范圍之內(nèi)，此外還應(yīng)采取措施，防止雷擊避雷針時(shí)不致發(fā)生反擊。
 對侵入波防護(hù)的主要措施是變電站內(nèi)裝設(shè)閥型避雷器，以限制侵入變電站的雷電波的幅值，防止設(shè)備上的過電壓不超過其耐壓值，同時(shí)在距變電站適當(dāng)距離內(nèi)裝設(shè)可靠的進(jìn)線保護(hù)。
 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(hù)設(shè)備，避雷針必須高于被保護(hù)物體，可根據(jù)不同情況或裝設(shè)在配電構(gòu)架上，或獨(dú)立裝設(shè)，避雷線主要用于保護(hù)線路，一般不用于保護(hù)變電站。
 避雷器是專門用以限制過電壓的一種電氣設(shè)備，它實(shí)質(zhì)是一個(gè)放電器，與被保護(hù)的電氣設(shè)備并聯(lián)，當(dāng)作用電壓超過一定幅值時(shí)，避雷器先放電，限制了過電壓，保護(hù)了其它電氣設(shè)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(gòu)架或房頂上，但在土壤電阻率大于1000n米的地區(qū)，宜裝設(shè)獨(dú)立的避雷針。
 2、獨(dú)立避雷針（線）宜設(shè)獨(dú)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(gòu)或房頂不宜裝避雷針，因其絕緣水平很低，雷擊時(shí)易引起反擊。
 4、在變壓器的門型架構(gòu)上，不應(yīng)裝設(shè)避雷針、避雷線，因?yàn)殚T形架距變壓器較近，裝設(shè)避雷針后，構(gòu)架的集中接地裝置，距變壓器金屬外殼接地點(diǎn)在裝置中距離很難達(dá)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(yīng)裝設(shè)避雷器。
 2）旁路母線上是否應(yīng)裝設(shè)避雷器，應(yīng)看旁路母線投入運(yùn)行時(shí)，避雷器到被保護(hù)設(shè)備的電氣距離是否滿足而定。
 3）220KV以下變壓器和并聯(lián)電抗器處必須裝設(shè)避雷器，并盡可能靠近設(shè)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(shí)，應(yīng)在變壓器附近增設(shè)一組避雷器。
 5）三繞組變壓器低壓側(cè)的一相上宜設(shè)置一臺避雷器。
 6）110KV—220KV線路側(cè)一般不裝設(shè)避雷器。

7.3． 主變中性點(diǎn)放電間隙保護(hù)
 為了保護(hù)變壓器中性點(diǎn)，尤其是不接地高壓器中性點(diǎn)的絕緣，通常在變壓器中性點(diǎn)上裝設(shè)避雷器外，還需裝設(shè)放電間隙，直接接地運(yùn)行時(shí)零序電流保護(hù)起作用，動作  接地變壓器，避雷器作后備；變壓器不接地時(shí)，放電間隙和零序過電壓起保護(hù)作用，大氣過電壓時(shí)，線路避雷器動作，工程過電壓時(shí)，間隙保護(hù)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(shè)計(jì)
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(shè)備接地，一般應(yīng)使用一個(gè)總的接地裝置。
 2）發(fā)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(yīng)敷設(shè)人工接地體。對于3~10kV變、配電所，當(dāng)采用建筑物的基礎(chǔ)作接地體且接地電阻滿足規(guī)定值時(shí)，可不另設(shè)人工接地體。
 3）在高土壤電阻率地區(qū)可采用下列降低接地電阻的措施：①敷設(shè)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(zhì)或降阻劑；④敷設(shè)水下接地網(wǎng)。
 4）一般情況下，變電所接地網(wǎng)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(yīng)敷設(shè)以水平接地體為主的人工接地網(wǎng)。
 5）人工接地體應(yīng)圍繞設(shè)備區(qū)域連成閉合形狀，并在其中敷設(shè)若干水平均壓帶。
7.4.2．人工接地體的選擇
7.4.2.1．規(guī)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(dǎo)體尚應(yīng)滿足熱穩(wěn)定與均壓要求，還應(yīng)考慮腐蝕的影響，實(shí)際的接地體一般規(guī)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(shè)在大氣和土壤中有腐蝕性場所的接地體和接地線，應(yīng)根據(jù)腐蝕的性質(zhì)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較采取熱鍍錫、熱鍍鋅等防腐措施。
7.4.2.2．熱穩(wěn)定校驗(yàn)
 變電所中電氣設(shè)備接地線的截面，應(yīng)按接地短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。未考慮腐蝕時(shí)，接地線的最小截面Smin應(yīng)符合下式要求：
 Smin≥mm2
 式中 Ig----流經(jīng)接地線的短路電流穩(wěn)定值，A，根據(jù)系統(tǒng)5~10年發(fā)展規(guī)劃，按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式確定；
     te—短路的等效持續(xù)時(shí)間，s； C----接地線材料的熱穩(wěn)定系數(shù)。

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