厂用电及绝缘配合.docx
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厂用电及绝缘配合
3.510kV高压开关柜的选择
近年来高压开关柜（简称开关柜）的开发和制造发展的步伐比较快。
额定电压有3、6、10、35kV等多种，额定电流可达到3150A，开断电流可达到50KA。
本设计选用KYN28-12型户内金属铠装中置移开式开关柜。
用于交流频率50Hz，额定电压3-10kV、额定电流3150A以下的三相单母线及母线分段系统中，作为接受和分配电能之用，本开关柜具有完善的五防装置，适合于各类发电厂、变电所及工矿企业的要求。
其具体技术参数如下表：
第五章厂用电设计
根据《35～110kV变电所设计规范》规定，在有两台及以上主变压器的变电所中，宜装设两台容量相同可互为备用的所用变压器，分别接到母线的不同分段上。
变电所的所用负荷，一般都比较小。
变电所的主要负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充电装置和硅整流设备、油处理设备、检修工具以及采暖、通风、照明、供水等。
这些负荷容量都不太大，因此变电所的所用电压只需0.4kV一级，采用动力与照明混合供电方式。
380V所用电母线可采用低压断路器（即自动空气开关）或闸刀进行分段，并以低压成套配电装置供电。
依据本变电站站用负荷情况，安装2台容量为200kVA的站用变压器，本期2台安装于10kV
、
段母线上。
站用电系统采用三相四线制接线，380/220中性点接地系统，单母线分段接线，本站重要负荷均分在两段母线上，每台站用变压器各带一段母线，动力与照明合用一个电源，通常带电分列运行，两段母线设置自动切换，以保证供电可靠性。
本变电所所用容量为200kVA，选用2台型号为
的三相油浸自冷式铜线变压器，接入低压侧,互为暗备用。
参见《电气工程专业毕业设计指南-电力系统分册》
参数如下表：
表6-1站用电变压器参数表
产品
型号
额定容量（kVA）
高压侧（kV）
低压侧（kV）
接线组方式
短路损耗（W）
短路电压（%）
空载损耗（W）
空载电流（%）
200
10
0.4
Y,yn0
2600
4
480
1.3
尺寸大小：
1090*640*1320（mm）
总重：
835KG
额定频率：
50Hz
第六章配电装置设计
参考资料：
《发电厂电气设备》
发电厂和变电站主接线中，所装开关电器、载留导体以及保护和测量电器等设备，按一定要求建设而成的电工建筑物，称为配电装置。
它的作用是接受电能和分配电能，所以它是发电厂和变电所的重要组成部分。
6.1配电装置的要求
1、配电装置的设计和建设，应认真贯彻国家的技术经济政策和有关规程的要求，特别注意应节约用地，争取不占或少占良田。
2、保证运行安全和工作可靠。
设备要注意合理选型，布置应力求整齐、清晰。
3、便于检修、操作和巡视。
4、便于扩建和安装。
5、在保证上述条件下，应节约材料，减少投资。
6.2配电装置的分类及使用范围
配电装置按电气设备装置的地点，可分为屋内配电装置和屋外配电装置；按组装的方式，可分为在现场组装而成的装配式配电装置，以及在制造厂将开关电器等按接线要求组装成套后运至现场安装用的成套配电装置。
1、屋内配电装置是将电气设备安装在屋内，它的特点是占地面积小，运行维护和操作条件较好，电气设备受污秽和气候条件影响较小；但需建造房屋，投资较大。
2、屋外配电装置是将电气设备装置在屋外，它的特点是土建工程量小，投资小，建造工程短，易扩建，但占地面积大，运行维护条件较差，易受污秽和气候条件影响。
在发电厂和变电所中，一般35kV及以下的配电装置采用屋内配电装置，3~10kV的配电装置大多采用成套配电装置，110kV及以上的配电装置多采用屋外配电装置。
但110kV及以上的配电装置，在严重污秽地区，如海边和化工厂区或大城市中心，当技术经济合理时，也可采用屋内配电装置。
3、成套配电装置一般布置在屋内，特点是结构精密，占地面积小，建设期短，运行可靠，维护方便，但耗用钢材较多，造价较高。
目前我国生产的3—35kV各种成套配电装置，在发电机和变电站中已广泛应用。
配电装置的整个结构尺寸，是综合考虑设备外型尺寸，检修运输的安全距离等因素而决定，对于散露在空气中的配电装置，在各种间隔距离中是带电部分对接地部分之间和不同相的带电部分之间的空间最小安全净距，在这一距离下，无论为最高正常工作电压或出现内外过电压时，不致使空气间隙击穿。
由以上各种方案比较以及参考相关设计规程得：
10kV采用屋内配电装置，中置式手车式开关柜，双列布置；
35kV采用屋内配电装置，中置式手车式开关柜，单列布置；
110kV采用屋外软母线半高型配电装置，进出线均为架空方式。
以下两个表格分别给出了屋内、屋外配电装置的安全净距。
表7-1屋内配电装置的安全净距（mm）
符号
适用范围
额定电压（kV）
3
6
10
15
20
35
60
110J
110
220J
A1
1、带电部分至接地部分之间
2、网状和板状遮栏向上延伸距地2.3m处，与遮栏上方带电部分之间
70
100
125
150
180
300
550
850
850
1800
A2
1、不同相的带电部分之间
2、断路器和隔离开关的断口两侧带电部分之间
75
100
125
150
180
300
550
900
1000
2000
B1
1、栅栏遮栏至带电部分之间
2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间
825
850
875
900
930
1050
1300
1600
1700
2550
B2
网状遮栏至带电部分之间
175
200
225
250
280
400
650
950
1050
1900
C
无遮栏裸导线至地（楼）面之间
2375
2400
2425
2450
2480
2600
2850
3150
3250
4100
D
平行的不同时停电检修的无遮栏裸导线之间
1875
1900
1925
1950
1980
2100
2350
2650
2750
3600
E
通向屋外的出线套管至屋外通道的路面
4000
4000
4000
4000
4000
4000
4500
5000
5000
5500
表7-2屋外配电装置的安全净距（mm）
符
号
适用范围
额定电压（kV）
3－10
15－2
35
60
110J
110
220J
330J
500J
A1
1、带电部分至接地部分之间
2、网状遮栏向上延伸距地2.5m处与遮栏上方带电部分之间
200
300
400
650
900
1000
1800
2500
2800
A2
1、不同相的带电部分之间
2、断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间
200
300
400
650
1000
1100
2000
2800
4300
B1
1、设备运输时，其外廓至无遮栏带电部分之间
2、交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间
3、栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间
4、带电作业时的带电部分至接地部分之间
950
1050
1150
1400
1650
1750
2550
3250
4550
B2
网状遮栏至带电部分之间
300
400
500
750
1000
1100
1900
2600
3900
C
1、无遮栏裸导线至地面之间
2、无遮栏裸导体至建筑、构筑物顶部之间
2700
2800
2900
3100
3400
3500
4300
5000
7500
第七章绝缘配合及过电压保护和接地
7.1防雷设计
运行中的电气设备，可能会受到来自外部的雷电过电压的作用。
必须采取有效的过电压防护器具，实现防雷保护。
7.1.1防雷设计原则
防雷保护装置是指能使被保护物体避免雷击，而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置，电力系统中最基本的防雷保护装置有：
避雷针，避雷线，避雷器和防雷接地装置等。
避雷针和避雷线可以防止雷电直接击中被保护物体，因此也成为直击雷保护，避雷器可以防止沿输电线侵入变电站的雷电过电压，因此也称为侵入波保护；防雷接地装置的作用是减少避雷针（线）或避雷器与大地（零电位）之间的电阻值，已达到降低雷电过电压幅值的目的。
避雷针和避雷线是防止直接雷电过电压的有效措施。
在输电线路上形成的雷闪过电压，会沿输电线路运动至变电所的母线上,并对于母线有连接的电气设备构成威胁。
在母线上装设避雷器是限制雷电入侵波过电压的主要措施。
三绕组在正常运行时可能存在只有高、中压绕组工作低压绕组开路的情况，这在防雷中带来了需要特别考虑的问题。
在三绕组变压器中，若低压绕组开路，则C2很小（仅为其对地电容），静电分量可能危及低压绕组的绝缘，故应采取防雷措施。
考虑到静电分量将使低压绕组三相的电位同时升高，故只要在任一相绕组直接出口处装设一个避雷器即可[14]。
7.1.2避雷器的选择
避雷器的配置：
为防止线路侵入的雷电波过电压，110kV出线、主变压器110kV中性点、主变10kV侧及其母线、电容器均安装氧化锌避雷器。
阀式避雷器应按下列条件选择
型式：
选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，按下表选择。
表8-1避雷器类型
型号
型式
应用范围
FS
配电用普通阀型
10kV以下配电系统、电缆终端盒
FZ
电站用普通阀型
3~220kV发电厂、变电所配电装置
FCZ
电站用磁吹阀型
330kV及需要限制操作的220kV以及以下配电
2、某些变压器中性点
FCD
旋转电机用磁吹阀型
用于旋转电机、屋内
Y系列
金属氧化物（氧化锌）阀型
同以上阀型避雷器的应用范围、高压电缆、变压器和电抗器的中性点等
1、额定电压Un：
避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。
2、灭弧电压Umh：
按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大导线对地电压，是否等于或小于避雷器的最大容许电压（灭弧电压）。
3、工频放电电压Ugf：
在中性点绝缘或经阻抗接地的电网中，工频放电电压一般大于最大运行相电压的3.5倍。
在中性点直接接地的电网中，工频放电电压应大于最大运行相电压的3倍。
工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍。
4、冲击放电电压和残压：
一般国产阀式避雷器的保护特性与各种电器的具有均可配合，故此项校验从略[16]。
根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间；110、35kV线路侧一般不装设避雷器。
本工程采用110kV、35kV配电装置构架上设避雷针，10kV配电装置设独立避雷针进行直接保护为了防止反击，主变构架上不设置避雷针。
考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器，且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程110kV、35kV系统中，采用氧化锌避雷器。
根据相关规程，110kV避雷器选择如下：
表8-2
型号
系统标称电压kV（有效值）
避雷器额定电压kV
（有效值）
避雷器持续运行电压大kV
（有效值）
直流1mA参考电压在≮kV
（有郊值）
残压
雷电冲
击电流
陡波冲击电流
操作冲击电流
kV（峰值）≯
YH10WZ-102/266
110
102
80
148
266
297
226
35kV避雷器选择如下：
表8-3
型号
系统标称电压kV（有效值）
避雷器额定电压kV
（有效值）
避雷器持续运行电压大kV
（有效值）
直流1mA参考电压在≮kV
（有郊值）
残压
雷电冲
击电流
陡波冲
击电流
操作冲击电流
kV（峰值）≯
YH5WZ-52.7/134
35
52.7
40.8
73.0
134.0
154.0
114.0
10kV避雷器选择如下：
表8-4
型号
系统标称电压kV（有效值）
避雷器额定电压kV
（有效值）
避雷器持续运行电压大kV
（有效值）
直流1mA参考电压在≮kV
（有郊值）
残压
雷电冲
击电流
陡波冲
击电流
操作冲击电流
kV（峰值）≯
YH5WZ-17/45
10
17
13.6
24.0
45.0
51.8
38.3
主变中性点避雷器选择：
表8-5
型号
系统标称电压kV（有效值）
避雷器额定电压kV
（有效值）
避雷器持续运行电压大kV
（有效值）
直流1mA参考电压在≮kV
（有郊值）
残压
雷电冲
击电流
陡波冲
击电流
操作冲击电流
kV（峰值）≯
H（Y）1.5W-72/186
110
72
58
103
168
-
174
7.2绝缘配合
7.2.1绝缘配合的意义
电力系统中用以确定输电线路和电工设备绝缘水平的原则、方法和规定。
研究绝缘配合的目的在于综合考虑电工设施可能承受的作用电压，过电压防护装置的效用，以及设备的绝缘材料和绝缘结构对各种作用电压的耐受特性等因素，并且考虑经济上的合理性以确定输电线路和电工设备的绝缘水平。
也就是说，绝缘配合是要正确处理各种电压、各种限压措施和设备绝缘耐受能力三者之间的配合关系，全面考虑设备造价、维修费用以及故障损失三个方面，力求取得较高的经济效益。
7.2.2绝缘配合的一般原则和方法
1.不同电网，因结构不同以及在不同的发展阶段，采用了不同的保护设备，可以有不同的绝缘水平。
2.在绝缘配合中不考虑谐振过电压。
3.不考虑各种绝缘之间的自配合。
4.由于过电压保护的方法不同，一般不考虑线路绝缘与配电装置之间的配合问题。
5.污秽地区配电装置的外绝缘应按规定加强绝缘或采取其他措施。
绝缘配合一般采用1、惯用法2、统计法3、半统计法4、简化统计法。
7.2.3220kV及以下配电装置的绝缘配合特点
1.一般由雷电过电压决定绝缘水平，并按避雷器的冲击保护水平进行选择。
2.由于绝缘水平在正常情况下能耐受操作过电压的作用，因此一般不采用专门限制内部过电压的措施，也不要求避雷器在内过电压下工作。
3.旋转电机的绝缘水平，应以专用磁吹避雷器3KA残压为基础进行绝缘配合。
4.配电装置的绝缘水平，以普通阀型避雷器5KA残压为基础进行绝缘配合。
7.2.4电气设备的绝缘配合
1.110kV电气绝缘配合
110kV系统以雷电过电压决定设备的绝缘水平，在此条件下一般能耐受操作过电压的作用。
所以，在绝缘配合中不考虑操作波实验电压的配合，雷电冲击的配合，以雷电冲击10KA为基准，配合系数为1.4（所谓的绝缘配合系数，即是被保护设备的耐受电压与避雷器在相应过电压冲击波下的残压的比值）。
参考《国家电网典型设计》
110kV设备绝缘水平如下表8-6所示。
经核算满足配合要求。
设备名称
设备的耐受电压值
雷电冲击耐压（kV，峰值）
1min工频耐压
（kV，有效值）
全波
截波
内绝缘
外绝缘
内绝缘
外绝缘
主变压器
480
450
550
200
185
高压电器
550
550
630*
230
230
断路器断口间
550
550
230
230
隔离开关断口间
630
265
230
*仅电流互感器承受截波耐压试验。
2.主变中性点绝缘配合
为保护主变压器中性点绝缘，在主变压器中性点装设交流无间隙金属氧化物避雷器及放点间隙保护。
主变压器器绝缘水平如下表8-7所示。
（参看典型设计）
设备名称
设备的耐受电压值
雷电冲击耐压（kV，峰值）
短时工频耐压电压
（kV，有效值）
全波
截波
中性点设备
250
250
95
3.10kV电气设备绝缘配合
10kV电气设备绝缘绝缘水平按国家标准选取。
如下表8-8：
设备名称
设备的耐受电压值
雷电冲击耐压（kV，峰值）
1min工频耐压
（kV，有效值）
全波
截波
内绝缘
外绝缘
内绝缘
外绝缘
主变压器
75
75
85
35
35
高压电器
75
75
42
42
断路器断口间
75
75
42
42
隔离开关断口间
85
49
7.3外绝缘及绝缘子片数的选择
依据设计任务书的要求，并考虑本工程所处区域，设备的外绝缘按
级防护等级选取，按最高运行电压选择设备的爬电距离和绝缘子片数，110kV泄露比距为25mm/kV，10kV泄露比距取31mm/kV（户外）、20mm/kV（户内），单片绝缘子爬电距离去450mm。
绝缘子宜选择陶瓷绝缘子，耐张绝缘子串取2片零值，悬垂绝缘子串取1片零值，110kV耐张绝缘子串宜取9片，悬垂绝缘子串取8片。
7.4雷电过电压保护
7.4.1直击雷的保护
发电厂、变电所的直击雷过电压保护，可采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊接成网等。
35kV屋外配电装置应装设独立避雷针；110kV及以上配电装置在构架上装设避雷针或装设独立避雷针。
1.避雷针的配置
（1）避雷针的配置原则：
a.独立式避雷针宜装设独立的接地装置。
在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻
。
当有困难时，可将该接地装置与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点沿接地线的长度不得小于15m。
《电气工程电气设计手册电气一次部分》p848
b.独立式避雷针与变配电装置在空气中的间距
；独立式避雷针的接地装置与变配电所主接地网在地中距离
，且
，式中
为冲击接地电阻。
（2）避雷针位置的确定：
首先应根据变电所设备平面布置图的情况而确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程规范的要求。
a.电压110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000n米的地区，宜装设独立的避雷针。
b.独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10n。
c.35kV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。
d.110kV进线，10kV主变进线，10kV母线及电容器出线均装设避雷器作为过电压保护。
e.主地网接地采用以水平接线为主，带棒相结合的方式，其接地电阻小于0.5
。
在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在址中距离很难达到不小于15m的要求。
本设计采用单支避雷针，其保护范围按下法确定。
如图8.1.1所示：
保护半径按下式计算。
式中h---避雷针的高度m；p---高度影响系数。
P值按下式计算
时，
。
时，
。
如设备位于此保护范围内，则设备受雷击的概率小于0.1%。
2.避雷针保护范围计算
（1）110kV侧避雷针保护范围的计算
1,2号避雷针保护范围的计算
取避雷针高度h=25m，
，
，D=48m
单支避雷针保护范围
两支联合保护范围
（2）主变侧以及10kV、35kV配电装置避雷针保护范围的计算
3、4号避雷针保护范围的计算
取避雷针高度h=30m，
，
，D=50m
单支避雷针保护范围
两支联合保护范围
由以上计算确定，1、2号为构架避雷针，针高25m，
3、4号为独立避雷针，针高30m。
避雷针具体布置如附图所示。
采用以上避雷针可满足要求，有效保护配电装置防止直击雷。
7.4.2配电装置的侵入雷电波保护
1.保护措施
配电装置对侵入雷电波的过电压保护是采用阀型避雷器及与阀型避雷器相配合的进线段保护段等保护措施。
进线段保护，就是指在靠近变电站1～2米的一段线路上采取加强防雷保护措施。
变电站进线段保护的作用，就在于限制流经避雷器的雷电流幅值和侵入波陡度。
2.架空进线保护
对于全线无避雷线的35-110kV架空送电线路，在靠近变电站1～2Km的一段进线上必须架设避雷线，保护角为20°左右，最大不能超过30°。
变电所的进线段，应采用如图所示的保护接线。
未沿全线架设避雷线的35～110kV
变电站进线段保护接线
3.电缆进线保护
发电厂、变电站的35kV及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设阀型避雷器，其接地端应余电缆的金属外皮连接。
保护如图所示：
7.5变压器的防雷保护
三绕组变压器在正常运行时，可能出现只有高、中压绕组工作而低压绕组开路的情况。
这时，当高压或低压侧有雷电波作用时，因处于开路状态的低压侧对地电容较小，低压绕组上的静电分量可达很高的数值以致危及低压绕组的绝缘。
为了限制这种过电压，需在低压绕组出线端装一组避雷器，但若在低压绕组接有25m以上金属外皮电缆时，因对地电容增大，足以限制静电感应过电压，故可不必再装避雷器。
主变压器110kV侧中性点是直接接地，因而需在中性点装设雷电过电压保护装置，选用金属氧化物避雷器。
10kV侧中性点是非有效接地，其中性点采用全绝缘，运行经验表明不加保护时的故障率很低，故一般不需保护。
所用变压器高、低压侧均需装设阀式避雷器避雷器。
7.6内部过电压保护
内部过电压是指由于短路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，从而引起电网电磁能量的转化或积累所造成的电压升高。
内部过电压可分为操作过电压和暂时过电压两类。
操作过电压的持续时间一般很短（0.1s以内），采用某些限压装置和其他技术措施加以限制。
暂时过电压持续的时间一般较长，应采用相应的措施加以限制。
如为了限制电弧接地过电压对设备绝缘的威胁，本设计主变压器110kV侧采用中性点直接接地的方式，这样单相接地将会造成很大的单相短路电流，断路器将立即跳闸而切断故障，经过一段短时间歇，让故障点电弧熄灭后再自动合闸，如能成功，可立即恢复送电；如不能成功，断路器将再次跳闸，不会出现断续电弧现象，可限制电弧接地过电压。
7.7接地设计
随着电力事业的快速发展，电力系统中对接地装置的要求越来越严格，变电所接地系统直接关系到变电所的正常运行，更涉及到人身与设备的安全。
然而由于接地网设计考虑不全面、施工不精细、测试不准确等原因，近年来，发生了多起地网引起的事故，有的不仅烧毁了一次设备，而且还通过二次控制电缆窜入主控室，造成了事故扩大，故接地网对电力系统的安全稳定运行起到非常重要的作用。
7.7.1接地设计的原则
按接地装置内、外发生接地故障时，经接地装置流入地中的最大短路电流所造成的接地电位升高及地面的电位分布不致于危及人员和设备的安全，将变电站范围的接触电位差和跨步电位差限制在安全值之内的原则，进行本变电站接地装置的设计。
1.由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足电力行业标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中R≤2000/I
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