避雷器在电力系统应用中的问题分析论文
摘要：文中阐述了避雷器自身防护问题及其对电力系统的影响，简单的论述了避雷器的保护特性，分析了氧化锌避雷器在应用中的问题及解决问题的技术措施，探讨了防雷界的热点问题。
关键词：避雷器特性应用问题分析技术措施
1.应用中的问题探讨
1.1避雷器自身过电压防护问题
避雷器是过电压保护电器，其自身仍存在过电压防护问题。对于能量有限的过电压如雷电过电压和操作过电压，避雷器泄流能起限压保护作用。对能量是无限（有补充能源）的过电压，如暂态过电压（工频过电压和谐振过电压的总称），其频率或为工频或为工频的整数倍或分数倍，与工频电源频率总有合拍的时候，如因某些原因而激发暂态过电压，工频电源能自动补充过电压能量，即使避雷器泄流过电压幅值不衰减或只弱衰减，暂态过电压如果进入避雷器保护动作区，势必长时反复动作直至热崩溃，避雷器损坏爆炸，因此暂态过电压对避雷器有致命危害。如果已将全部暂态过电压限定在保护死区内不受其危害的避雷器，称之为暂态过电压承受能力强，反之称暂态过电压承受能力差。碳化硅避雷器暂态过电压承受能力强，但由于运行中动作特性稳定性差，常因冲击放电电压（保护动作区起始电压）值下降，仍可能遭受暂态过电压危害。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压（可近似地把参考电压当作拐点电压）偏低，仅2.21～2.56Uxg（最大相电压），而有些暂态过电压最大值达2.5～3.5Uxg，故有暂态过电压承受能差的缺点。对暂态过电压危害有效防护办法是加结构性能稳定的串联间隙将全部暂态过电压限定在保护死区内，使避雷器免受其危害。串联间隙氧化锌避雷器有此独具优点。
1.2避雷器自身对电力系统不安全影响
保护间隙和管型避雷器在间隙击穿后，保护回路再也没有限流元件，保护动作都要造成接地故障或相间短路故障，保护作用增多电力系统故障率，影响电力系统的正常、安全运行。应用氧化锌避雷器，从根本上避免保护作用产生接地故障或相间短路故障，且不用自动重合闸装置就能减少线路雷害停电事故。
1.3避雷器其连续雷电冲击保护能力
有时高压电力装置可能遭受连续雷电冲击，连续雷电冲击是指两次雷电入侵波间隔时间仅数百μs至数千μs，间隔时间极短。碳化硅避雷器保护动作既泄放雷电流也泄放工频续流，切断续流时耗最大达10000μs，一次保护循环时间要远大于10000μs才能恢复到可进行再次动作能力，故碳化硅避雷器没有连续雷电冲击保护能力。氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流，雷电流泄放（小于100μs）完毕，立即恢复到可进行再次动作能力，故氧化锌避雷器具有连续雷电冲击保护能力，这对于多雷区或雷电活动特殊强烈地区的防雷保护尤为重要。
1.4工频能源的浪费
只关注防雷器件泄放雷电流的限（降）压保护作用，轻视或忽视有些器件同时泄放工频电流浪费能源作用。保护间隙或管型避雷器保护动作可能伴随短路电流（几kA至几十kA）对地放电，碳化硅避雷器保护动作有工频续流（避雷器FS型为50A，FZ型为80A，FCD型为250A）对地放电，而造成能源浪费，使用氧化锌避雷器可彻底避免保护作用带来的工频能源浪费。
2.避雷器保护特性
2.1避雷器的保护特性参数
各种型号的避雷器在同用途同电压级时，其雷电残压参数相同或接近，这是因为各生产厂都是按国标规定决定残压值的。有人认为既然雷电残压值一样，它们的保护作用和效果也应是一样的，随意选用哪种型号都可以。这是一种偏见，因为除雷电残压外，还有其它保护参数，如工频放电电压值，冲击放电电压值，是考察避雷器暂态过电压承受能力，保证其长期正常运行的参数；又如是否有雷电陡波残压值，是标示避雷器防雷保护功能完全的重要参数。综合来看，只有串联间隙氧化锌避雷器齐备上述保护特性参数，也就是说它有齐全的防护功能。
2.2避雷器动作特性运行稳定性
碳化硅避雷器保护动作要泄放雷电流和工频续流，动作负载重，经计算每次动作泄放雷电流为0.04～0.07C电荷量，工频续流为0.5～2.5C电荷量，后者与前者相比一般为11～17倍，且其间隙数量多隙距，常因动作负载重使部分间隙烧毛烧损，另外瓷套外壳脏污潮湿也会影响内间隙电容分布，这些都可能使部分间隙失效而降低冲击放电电压值，即动作特性稳定性差，可能增加保护动作频度，或遭受暂态过电压危害，而加速损坏。串联间隙氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流而无续流，动作负载轻，间隙不需具有灭弧及切断续流能力，故间隙数量特少，3～10kV避雷器仅一个间隙，35kV避雷器为3个间隙串联，间隙的工频放电电压值与碳化硅避雷器相同，符合GB7327规定，故间隙隙距大，动作特性可保持长期运行稳定。
2.3串联间隙氧化锌避雷器
碳化硅避雷器因其间隙结构（隙距小，数量多）带来一些缺点：如没有雷电陡波保护功能；没有连续雷电冲击保护能力；动作特性稳定差可能遭受暂态过电压危害；动作负载重寿命短等。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压较低，有暂态过电压承受能力差，损坏爆炸率高和寿命短等缺点。串联间隙氧化锌避雷器既有间隙又用ZnO阀片，其间隙结构不同于碳化硅避雷器，因其间隙数量少，当过电压达到冲击放电电压时间隙无时延击穿，同时因隙距大动作特性稳定，故它可避免碳化硅避雷器间隙带来的一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器的间隙已将全部暂态过电压限定在保护死区内免受其危害，故它可避免无间隙氧化锌避雷器因拐点电压偏低带来一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器仍有前两种避雷器保护性能优点，而避免它们的缺点。
2.4避雷器运行工况监测
避雷器失效的主要特征是泄漏电流增大，运行中不易发现，有可能长时带病运行，以致扩大事故，故有必要监察其运行工况。碳化硅避雷缺乏监察手段，靠每年定期普遍测试筛选淘汰这样作事倍功半，还不能随时剔除失效品。氧化锌避雷器可附带脱离器，当其失效损坏时，脱离器自动动作（30mA时不大于8min）退出运行，以免造成更大损失和事故，提高运行安全可靠性。
3.避雷器应用
3.1避雷器外形尺寸
制造避雷器均按户内外两用条件决定其瓷套绝缘强度，其外形尺寸与阀片材料有关。当其用于架空线路或户外变配电设备时，因其相间距大，避雷器外形尺寸不会带来不良影响。户内手车式开关柜因其体积尺寸较小，避雷器外形尺寸大时会带来不良影响。碳化硅避雷器的SiC阀片其单位通流容量仅为ZnO阀片的1/4，在相同通流能力（5kA）条件下，SiC阀片直径较大，避雷器外径也大；在相同额定电压和残压条件下，碳化硅避雷器高度比氧化锌避雷器大。尤以35kV级的更为显著。如JYN1－35型手车柜的112方案，原用FYZ1－35型无间隙氧化锌避雷器，高仅650mm，装在柜后部隔室内简易手车上，上部有隔离插头，因该产品已停产，工程设计坚持改用FZ3－35型碳化硅避雷器，高1500mm，隔室高度不够，只得将母线室与隔室间隔板取消，避雷器直接与主母线相联，这样避雷器的测试或更换必需在整段主母线断电下进行，运行维护困难，而避雷器外径较大，相间空气净距不够，加装的相间绝缘隔板，有老化受潮绝缘事故隐患。氧化锌避雷器外径和高度相对较小，35kV级还可作成悬挂式，如Y5CZz－42/110L型串联间隙氧化锌避雷器，高度仅640mm。小型化避雷器更有利于手车柜内安装使用。
3.2避雷器性能价格比
无间隙氧化锌避雷器的阀片运行中长期承受电网电压，工作条件严酷，产品制造时要对阀片严格测试筛选，合格率低成本高，故价格也高；因它有暂态过电压承受能力差的致命弱点，不适于在我国3～35kV电网中推广使用。串联间隙氧化锌避雷器因有间隙，大大改善阀片长期工作条件，产品制造时对阀片测试筛选要求相对低些，合格率高成本低，价格也就便宜，串联间隙氧化锌避雷器价格比无间隙氧化锌避雷器普遍便宜，有时也比碳化硅避雷器（如3～10kV的FZ型）便宜，同时它对其它防雷器件都有扬长避短作用，实为当代最先进防雷电器，具有高的性能价格比，是避雷器更新换代的普及和推广产品。
3.3避雷器使用寿命问题
避雷器使用寿命与许多因素有关，除制造质量，密封失效受潮及其它外界因素外，避雷器阀片的老化速度是影响寿命的关键因素。碳化硅避雷器因其动作和负载重，续流大，动作特性稳定差，可能遭受暂态过电压危害等原因，加速阀片老化，寿命不长，一般7～10年，甚致有仅3～5年的。无间隙氧化锌避雷器的阀片长期承受电网电压，工作条件严酷，拐点电压低，动作频度大，还可能遭受暂态过电压危害，温度热损伤等原因，迅速加快阀片老化，寿命较短，有的比碳化硅避雷器还短。串联间隙氧化锌避雷器的间隙可保证阀片只在过电压保护动作过程承受高电压，时间极短（100μs内），在其它情况下阀片对于电网电压，或处于隔离状态（纯间隙时），或处于低电位状态（复合间隙电阻分压），大大改善阀片长期工作条件，还可免受暂态过电压危害和温度热损伤，保证阀片温度不超过55℃，从而保证避雷器寿命达20年以上。
4.氧化锌避雷器运行中的问题分析
我公司应用氧化锌避雷器始于80年代，运行至今在110KV母线上共发生6起事故，均为氧化锌避雷器本体爆炸，其运行寿命最长达110个月，最短的仅有11个月煴1为我公司110KVⅢ段母线避雷器爆炸统计表。
从运行时间上、安装的环境、气候、及生产厂，对损坏的氧化锌避雷器进行技术分析，造成氧化锌避雷器运行中爆炸的原因可归纳如下几项：
4.1氧化锌避雷器的密封问题
氧化锌避雷器密封老化问题，主要是生产厂采用的密封技术不完善，或采用的密封材料抗老化性能不稳定，在温差变化较大时或运行时间接近产品寿命后期，造成其密封不良而后使潮气浸入，造成内部绝缘损坏，加速了电阻片的劣化而引起爆炸。
4.2电阻片抗老化性能差
在氧化锌避雷器运行在其产品寿命的后期，电阻片劣化造成泄漏电流上升，甚至造成与瓷套内部放电，放电严重时避雷器内部气体压力和温度急剧增高，而引起氧化锌避雷器本体爆炸，内部放电不太严重时可引起系统单相接地。
4.3瓷套污染
由于工作在室外的氧化锌避雷器，瓷套受到环境粉尘的污染，特别是设置在冶金厂区内变电所，由于粉尘中金属粉尘的比例较大，故给瓷套造成严重的污染而引起污闪或因污秽在瓷套表面的不均匀，而使沿瓷套表面电流也不均匀分布，势必导致电阻片中电流IMOA的不均匀分布（或沿电阻片的电压不均匀分布），使流过电阻片的电流较正常时大1—2个数量级，造成附加温升，使吸收过电压能力大为降低，也加速了电阻片的劣化。
4.4高次谐波
冶金企业电网随着大吨位电弧炉、大型整流、变频设备的应用及轧钢生产的冲击负荷等的影响，使电网上的高次谐波值严重超标。由于电阻片的非线性，当正弦电压作用时，还有一系列的奇次谐波，而在高次谐波作用时就更加速了电阻片的劣化速度。
4.5抗冲击能力差
氧化锌避雷器多在操作过电压或雷电条件下发生事故，其原因是因电阻片在制造工艺过程中，由于其各工艺质量控制点控制不严，而使电阻片的耐受方波冲击能力不强，在频繁吸收过电压能量过程中，加速了电阻片的劣化而损坏，失去了自身的技术性能。
5.技术措施
针对冶金电网的特点及氧化锌避雷器几次事故分析的.结论，要保证氧化锌避雷器在网上安全可靠运行，应采取以下措施：
5.1设计选型
在设计选型上，应首选有多年稳定运行实践的产品，在选择生产厂时，应选择有先进的工艺设备和完善的检测手段的生产厂，才能保证所选用的氧化锌避雷器具有高的抗老化、耐冲击性能，以使在产品的寿命周期内稳定运行。
5.2在线监测
增设氧化锌避雷器的在线监测仪，并加强对在线监测仪的巡检力度，特别是在雷雨后和易发生故障的部位（有电弧炉负荷的母线段、氧化锌避雷器寿命已到后期）增加巡次数。定期给氧化锌避雷器进行各项电气性能测试及在线监测仪的校验。
5.3防污措施
采用必要的避雷器瓷套的防污措施，如定期清扫或涂以防污闪硅油，在氧化锌避雷器选型上选用防污瓷套型的氧化锌避雷器。
5.4谐波治理
加强电网谐波的治理力度，在有谐波源的母线段增设动态无功补偿和滤波装置，以使电网的高次谐波值控制在国家标准允许范围内。
5.5技术管理
加强对氧化锌避雷器的技术管理工作，即对运行在网上的每一只氧化锌避雷器建立技术档案，对出厂报告、定期测试报告及在线监测仪的运行记录均要存入技术档案，直至该避雷器退出运行。
据国外有关技术资料统计，氧化锌避雷器损坏的原因有雷电和操作过电压，受潮、污闪、系统条件、本身故障等，但仍有一定比例损坏的原因不详，故仍有其在运行中对事故原因不明确的问题。又因氧化锌避雷器的劣化速度的离散性，及雷电、操作过电压、谐波、运行环境等的随机性，都决定着氧化锌避雷器的安全运行的可靠性，故需在今后的工作实践中去研究、实验、探索和总结，以使得其在运行中的不安全因素可得以预防和完善。
移动通信基站的防雷与接地问题探讨工学论文
摘要： 本文论述了移动基站防雷接地系统经常出现的问题，介绍了移动通信基站防雷接地的重要性，防雷接地系统的构成和基本要求，并结合多年运维经验提出根据实际情况设计移动通信基站防雷接地系统的设计思想。
关键词： 移动通信;基站;防雷;接地
简介由于移动通信基站的天线设置大多安装在建筑物的房顶上，还有一部分安装在铁塔上，相对周围环境而言，形成十分突出的目标，从而导致雷击概率增多。通信设备损坏，耗费了大量人力财力。怎样才能有效地预防雷害，确保移动通信基站设备和工作人员的安全呢?几年来的维护经验告诉我们：必须根据每个基站的实际情况设计移动通信基站的防雷接地系统，实施基站针对性防雷。
1认清移动基站雷害的主要原因
移动基站防雷是一个复杂的系统工程，过去我们按照防雷理论[1]，尽量提高基站防雷系统的泄流能力，选用了80kA甚至100kA的大型防雷器，但是防雷效果却不尽人意，经常出现基站防雷器没有明显动作，基站设备却已经发生损坏[2]。是防雷器不好吗?不，防雷器都是检测合格的入网产品。原因是没有按照基站的实际情况设计防雷系统。经调查统计了黑龙江省近两年来的雷击事故，得出一条重要数据;基站内设备被直击雷和雷电感应破坏的概率为零。这是因为基站设备包括基站室外电力变压器的位置普遍较低[3]，完全处于建筑防雷设施或铁塔以及架空线路避雷系统和建筑防雷等外围的避雷系统泄放，所以基站设备很难遭到直击雷损害。
2防止地电压反击是基站防雷接地的主要课题
当雷电流基站附近的避雷器对地泄放时，由于接地电阻的存在必然引起基站工作地的电位升高，基站直流负荷如BTS电源、开关电源的监控单元、基站的动力环境监控器等设备相对远端地一般都存在寄生电容，这些设备一端接工作接地，无流的远端地与基站的工作接地间存在电位差，因而产生差模脉冲电压[5]。当超过设备绝缘耐压的容许限度时必然造成设备的损坏。基站的单相交流负荷如基站空调、照明等设备的零线接在变压器的交流地上，当雷电流沿基站附近的避雷器对地泄放时，变压器的交流地和交流重复接地电位也会升高，因此基站的单相交流设备也同样存在地电压反击的问题。
若把基站设备与接地有关的电路简单等效为线路电阻、线路寄生电感(可忽略不计)、线路负载(如传感器、BTS、空调、灯具等)、终端对远端地寄生电容组成的串联回路。假设基站的冲击接地电r为2欧姆，防雷器对地的泄放电流为2kA，这时基站的接地排的瞬间电压为U=1×r=4kV，可见负载两端的瞬间浪涌电压可达4kV，如不采取措施，必然造成设备损坏。
3因地制宜消减反击电压
怎样才能避免地电压反击造成的`损失呢?一般很自然会想到使用交流过压保护器和直流浪涌抑制器，即在交流变压器的低压侧、基站交流配电箱的地零间加装交流过压保护器;在直流负载的电源输入端加装浪涌抑制器。所有交流过压保护器和直流浪涌抑制器必须靠近被保护的设备安装，避免被保护设备由于接地或电源引线过长引起脉冲反射。除此之外一个非常重要的问题就是将基站的工作接地与室外避雷器接地在基站地网上的引接点分开焊接，这样可以大大降低基站工作接地母排的电压浪涌幅值。众所周知，雷电电流沿地网泄放时，在避雷器引下线与地网连接点附近土壤内形成一个强电位场，距离越近电压越高。将基站工作接地与室外避雷器接地分开，可以大大降低基站的反击电压。所以YD5068-98《移动通信基站防雷与设计规范》明确指出：基站工作地与防雷地在基站联合接地网上的引接点距离不应小于5m，条件允许时宜间距10~15m。实际上除电力线路外，基站的铁塔遭雷击次数最多，与铁塔共用接地网的基站经常受到地电压反击的损害，如果铁塔地网边缘距离基站大于5m，应在基站附近另建环形工作接地网;条件差的基站可以沿铁塔地网与基站工作接地引接线，补设接地桩;只能利用铁塔地网的基站也应把铁塔避雷接地的引接点与工作接地的引接点分别在对角塔基上安装。
对于山项基站尤其应注意将基站的工作接地与铁塔避雷接地及站基室外接地分开，因为山顶基站的接地电阻较大，接地引线较长，雷电流泄放相对缓慢，所以地电压反击比较严重。
降低基站接地电阻也有利于电压反击事故。接地电阻较大的山上基站，可利用塔基钢筋、蓄水池、无爆炸和电击危险的金属管路等自然接地体，埋设地桩有困难的山上基站也可从塔基沿山体的自然沟壑，最好选择阴暗潮湿的地方，制作横向辐射接地网，辐射接地网长度应小于30m，塔基四周辐射的横向接地网越多也有利于雷电散流。
4适当地选用电源线路保护空开
防止雷电波侵入避雷的响应特性有远近软硬之分：气体放电管和火花间隙防雷器是基于斩弧技术的角形火花隙和同轴放电火花隙，当线中电压超过防雷器的击穿电压后，防雷器的绝缘电阻立刻急剧下降，放电能力较强，残压相对较高，恢复电压低于原来的击穿电压，属于硬响应特性;属于软响应特性的压敏电阻和浪涌抑制二极管，其特点是响应时间短，放电电流小，残压低，而且恢复电压基本不变。硬响应特性的防雷器工频后续电流和防雷器绝缘劣化可能造成线路短路，所以防雷器前面应该配置过流保护空气开关或熔丝。其额定电流应小于防雷器的最大短路允许强度。如果主电路保护空开关大于防雷器的最大保险丝强度，应设避雷器分路保护空开。
5实现分级防雷
防雷器的残压是保护基站设备的最重要参数，一般来讲，泄流能力强的防雷器，响应时间长，残压高。世界上没有任何一种防雷器能满足所有混合雷电冲击波、残压以及响应时间指标要求，所以应根据基站电源设备的绝缘等级划分防雷层次，实现多级防护，对雷电能量逐级减弱，使各级防雷器残压相互配合，最终使过电压值限制在设备绝缘强度之内。另外多级防护对于某一级防雷器失效、防雷器的残压不配合设备绝缘强度等也是必须的。我们认为应该结合YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规定》和基站的实际情况，从交流电力网高压线路开始，根据基站主要电源配套设备的耐雷电冲击指标和防雷器残压要求，采取分级协调的防护措施，进行基站的防雷系统设备。避雷器的直流1mAA参考电压是我们选择避雷器的绝缘要求，选用时应考虑电网的电压波动上限值和操作过电压远小于直流1mA参考电压。
实现各级防雷器的能量分配与电压配合的要点在于利用两级防雷器之间线缆本身的感抗。电缆本身的感抗有一定的阻碍电流及分压作用，使雷电流更多地被分配到前级泄放。当保护地线与其它线缆紧贴敷设或处于同一条电缆之内时，要求两级防雷器之间线缆长度在15m左右，当防雷器接地线与被保护电缆有一定距离(>1m)，这时要求线缆长度大于5m即可。在一些不适合采用线缆本身作退耦措施的，如两级防雷器靠近或线缆长度较短时，可利用专门的退耦器件，这是无距离要求。
参考文献
[1]YD5068-98移动通信基站防雷与接地设计规范[S].
[2]张殿富.移动通信基础[M].北京：中国水利水电出版社.
[3]金山，刘吉克，陈强.YD/T 1429-2006通信局(站)在用防雷系统的技术要求和检测方法[S].2006.
[4]曹和生，吴少丰，匡本贺.GB/T 21431-2008建筑物防雷装置检测技术规范[S].2008.
[5]张农.关于基站防雷接地的问题[J].邮电设计技术，2004(4).
第一章 变电所主变压器的选择及主接线的设计
一、变电所主变压器台数、容量及型式的选择
1、变压器台数的选择
据国际《35-110 KV变电所设计规范GB50059-92》有关条文规定，为保证供电的可靠性，变电所一般装设两台主变，当只有一个电源的变电所可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台，现时待设变电所有水电厂和220 KV变电所两个电源，故选择2台主变。
2、主变压器容量的选择
主变容量应根据5-10年的发展规划进行选择，适当考虑到远期10-20年负荷的发展，对城郊变电所，主变压器容量还应与城市规划相结合。并应考虑主变正常运行和事故时的过负荷能力。对选两台主变的变电所，每台变压器的容量一般按式Sn=0.7Pm(Pm为变电所最大负荷)选择：
按5年发展规划：Sn=0.7Pm=16.44（MVA）
按10年发展规划：Sn=0.7Pm=20.98（MVA）
这样当一台主变停用时，可保证对70%负荷供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%，而可保证对98%负荷供电，由于一般变电所大约有25%的非重要负荷，因此在一台主变停用时，仍能对一、二级负荷供电。
3、 主变压器型式的选择
变压器有油浸式和干式两种，一般在户外情况下采用三相油浸节能型变压器。具有三种电压的变电所，如通过各侧绕组的功率均达到15%以上时，多采用自耦变压器，以得到较大的经济效益。现待设变电所为郊区中间变电所，且只有110 KV和10 KV两个电压等级，所以待设变电所选择三相双绕组高阻抗有载调压油浸式变压器，查《设备手册》选择型号为 SFZ7系列110KV级双绕组有载调压变压器，其技术参数列于表1-1
表1-1 SFZ7系列110KV级双绕组有载调压变压器技术参数表
发展方案
型号
额定容量（KVA） 额定电压（KV） 损耗(KW) 阻抗电压(%) 空载电流(%) 连接组别
高压 低压 空载 负载
5年
SFZ7-16000/110
16000 110±8×1.5%
10.5
25.3
86
10.5
1.1
Yn,d11
10年 SFZ7-20000/110 20000 110±8×1.5%
10.5
30
104
10.5
1.2
Yn,d11
二、变电所主接线的设计原则
待设的110KV变电站为市郊中间变电站，是降压变电站具有110KV、10KV两个电压等级。高压侧为电源侧，有二回路，其中连接着110KV水电厂一个和220KV变电站一个的一回110KV线路，距离待设变电站分别为12KM和10KM。两电源之间存在15MW的功率交换，低压侧10KV为负荷侧，负荷性质分别为：I、II、III类。根据负荷性质，应设计20回10KV馈线其中包括四回备用馈线。
变电所主接线的设计对电气设备的选择。配电装置的布置、工作的灵活性、继电保护以及运行的可靠性与经济合理性有密切关系，而电气主接线是变电所电气部份的主体，对变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起重要作用。根据我国《变电所设计技术规程》规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。并且应满足运行可靠、简单灵活。操作方便和节省投资等要求。现就主接线应满足的可靠性、灵活性、经济性三项基本要求说明如下：
1、保证供电可靠性
（1）、断路器检修时，不影响对用户供电；
（2）、设备的母线故障或检修时，应尽量减少停止运行的回数和停运时间并保证对I类和II类负荷的供电；
（3）尽量避免全变电所停运的可能性
2、具有一定的灵活性
（1）、调度灵活，操作方便，应能灵活地投入或切除某些元件，调配电源负荷，能满足系统在事故检修及运行方式下的调整要求。
（2）、检修安全应能方便地运断路器，母线及继电保护设备进行安全检修而不影响电力网的正常运行及用户的供电。
（3）扩建方便，应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时，一次和二次设备等所需的改造最少。
3、具有合理的经济性
（1）投资省，主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资，要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备的电缆投资。
（2）占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，以节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。
（3）电能损耗，经济合理地选择主变压器的型式、容量和台数。避免两次变压而增加电能的损耗。
综合以上所述，由于待设110KV变电所电源侧110KV有二回线路，低压侧10KV负荷侧负荷的性质分别为I、II、III类。根据负荷性质，必须保证重要负荷供电的连续性、可靠性，为此，拟定本次设计的主接线初步方案。
三、变电所主接线初步方案
A、技术比较（确定各级电压等级配电装置的接线方式）
设计规程规定：
110 -220 KV配电装置中出线一回时，采用不分段单母线或变压器-线路单元接线，当出线为2回时，一般采用桥形接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线分段。出线回数较多，连接的电源较多，负荷大或污秽环境中，则采用双母线接线。
6-10 KV配电装置中，一般采用单母线分段或单母线。如果单母线分段不能满足供电可靠性，则可采用双母线接线。
现待设变电所中，其中110 KV侧连着水电厂和220 KV变电所2回进线，由于待设变电所中选用2台主变压器，故引出2回出线，因此采用桥形接线，而在10 KV侧有多个供电线路，为满足供电可靠性可采用单母线分段或双母线。
1、变电所110 KV侧可能接线方案技术比较如下表1-2所示
表1-2 变电所110 KV侧接线方案技术比较表
接线方案
内桥接线
外桥接线
接
线
图
优点
内桥接线一次侧可装设线路保护，倒换线路时操作方便，设备投资与占地面积少
对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到单母线分段接线，且投资少，占地面积少
缺点
操作变压器和扩建成单母线分段不如外桥方便，不利于变压器经常切换
倒换线路时操作不方便，变电所一次侧无线路保护
适用范围
这种接线适用于进线距离长的终端变
电所 这种接线适用于进线短而倒闸次数少的变电所或变压器采取经济运行需要经常切换的终端变电所以及可能发展为有穿越负荷的变电所
技术比较结果
经上述比较，由于待设变电所两回线路进线分别为12KM和10KM较短，且考虑到以后
发展的需要，因此选用外桥接线
2、变电所10 KV侧可能接线方案技术比较如下表1-3所示：
表1-3 变电所10 KV侧可能接线方案技术表
接线方案
单母线分段接线
双母线接线
接
线
图
优点 任一母线发生故障时，不影响另一母线运行。单母线分段比双母线所用设备少，系统简单、经济、操作安全
可靠性比单母线分段高，运行灵活
缺点 当其中任一段母线需要检修或发生故障时，接于该母线的全部进出线均停止运行 设备投资多，接线复杂，操作安全性较差
适用范围
多用于具有一、二级负荷，且进出线较多的变电所
主要用于负荷容量大，可靠性要求高、进出回路多的变电所
技术比较结果
经上述比较，由于待设变电所负荷容量不大，在两种接线方式均满足可靠性的情况下，考虑到经济问题，因此选用单母线分段接线
B、经济比较
经过上述技术比较，可初步确定待设变电所的电气主接线。由于主变容量根据5-10年的发展规划进行选择，且选择不同容量的变压器其综合投资和年运行费用就不同，因此进行经济比较是很有必要的，初步拟定按5年发展规划和按10年发展规划两个方案对变压器进行经济比较。查《电气设备选择施工安装设计应用手册》，计算过程详看计算书，可得相关参数如下表1-4所示：
表1-4 经济比较表
方案号 综合投资Z（万元） 年运行费用u（万元）
Ⅰ(按5年发展规划) 98.3 53.3
II (按10年发展规划) 112 57.7
比较结果 经上述比较，方案Ⅰ的综合投资和年运行费用都比方案II少，故选择方案Ⅰ(按5年发展规划)
第二章 变电所自用电接线设计
自用电接线包括从电源引接至所用电的全部网络，其中高压部分也是电站主接线的组成部分。所用电接线的基本要求与主接线大体相同，其中最主要的是供电的可靠性。对小电站还要力求接线简单、清晰、运行方便，并合理节省费用。现主要以电源的引接方式、接线的形式的供电网络三个层次给予说明，所用变压器选择。
一、所用变压器的选择
按设计题目要求，变电所自用负荷接两台100KVA考虑，因此所用变压器应装设两台容量为100KVA的变压器，为了节省一、二次设备的投资和占地面积，以及运行维护的方便。查表可选择SC9—100/10型树脂干式变压器，将其配置成可推拉式，装嵌在10KV高压柜内其技术参数列于表2-1
表2-1 所用变压器技术参数
型号 额定容量（KVA） 额定电压（KV） 损耗（KW） 阻抗电压（%） 空载电流（%） 连接组别
高压 低压 空载 负载
SC9-100/10 100 10.5±5% 0.4 0.4 1.48 4 2.0 Y/Yn0
二、所用电的接线形式
所用电的低压电路还具有相应的接线形式以满足可靠性等方面的要求。
（1）由前面一章知，单母线分段有较高的可靠性，现决定采用单用单母线分段，二分段母线用自动开关和闸刀开关相联，分段自动开关在正常情况下处于分闸位置，当因故失去一个电源时，投入分段自动开关，由另一电源带全部负荷，这就是暗备用。为了满足I类负荷对恢复供电的紧迫要求宜设置BZT（备用电源自动投入）装置，以加速成切换过程和避免匆忙中的人为操作。两电源不允许在低压侧并列。
三、负荷供电回路
所用负荷的供电回路常用以下四种形式，直接或间接地从低压母线取电。
（1）、一级辐射式供电
每个回路有单独的隔离引接、保护和操作电器以避免影响主母线的正常运行，供电可靠性较高。一般只限于某些容量较大或较重要的公共负荷。
（2）、二级辐射式供电
二级辐射式供电的前提是负荷的分组，采用分组二级供电方式的优点是：A、便于供电的分组管理，方便运行维护；B、减小主盘的供电回数，提高一级辐射供电的可靠性；C、就地设置可大量节约电缆。向Ⅰ、II类负荷供电的分盘应采用有独立的引接闸刀开关的配电盘，以保证供电的可靠性和灵活性。
（3）、干线式供电
对一些相邻近的小容量III类负荷或同一用电设备的不同负荷可共用一组供电回路和电源电缆，直接在各负荷的操作电器的电源侧并接电源。
（4）、环网式供电
将干线式供电回路的末端接至另一电源，构成环式供电，环式供电用于重要负荷，但同样也禁闭环运行。
综合考虑供电的可靠性、安全性、技术性和经济性决定采用：高压部分采用单母线分段，负荷配电采用一级辐射式、环网式混合供电。具体图样见图纸书上。
第三章 短路电流计算及主要设备的选择
一、短路电流计算
根据设计的变电所电气主接线绘制出等值电路图，采用标么值计算，取Sj=100MVA;Uj=Up网络，对选择10KV~110KV配电装置的电器和导体，需计算出在最大运行方式下流过电气设备的短路电流，选取d1、d2两个短路点，计算过程详见计算书，各短路点短路电流计算结果见表3-1
表3-1 短路电流计算结果一览表
短路点 支路名称
(KV)
回路名称 次暂态短路电流
I″(3)
(KA) 0.1S短路电流I0.1(3) (KA) 0.2S短路电流I0.2(3)
(KA) 1S短路电流I1(3)
(KA) 2S短路电流I2(3)
(KA) 4S稳态短路电流I∞(3)
(KA) 短路电流冲击值i ch
(KA)
d1
115 水电厂S＝2×30MW／0.8
1.316
1.089
1.061
1.074
1.090
1.108
3.558
省网Xxt=∞ 2.181 2.181 2.181 2.181 2.181 2.181 5.561
短路点总电流Id∑
3.497
3.270
3.242
3.255
3.271
3.289
8.917
d2
10.5 水电厂S＝2×30MW／0.8
4.375
4.235
4.322
4.994
5.052
5.052
11.16
省网Xxt=∞ 7.451 7.451 7.451 7.451 7.451 7.451 19.00
短路点总电流Id∑
11.826
11.686
11.773
12.445
12.503
12.503
30.09
二、主要电气设备的选择
在选择电气设备时应遵循如下的原则：
1、导体和电器力求技术先进，安全适用，经济合理，贯彻以铝代铜，减小占地等政策。
2、在选择导体和电器时应按正常工作条件进行选择，并按短路情况校验其动稳定和热稳定以满足正常运行、检修和短路情况下的要求。
3、验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，按本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按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行计算。
4、为了便于维修，减少备品备件的型号，设计时同一电压等级的导体和电器尽量采用同一品种。
5、所选的导体和电器，应按当地的气温、风速、覆冰、海拔等环境条件进行校验
根据原水电部86年颁布的《导体和电器选择设计技术规程SDGJ14-86》，对主电路所有电气设备进行选择和校验，选择结果列于下列各表中。
表3-1 10KV高压开关柜一览表
开关柜的型号
KYN-10型
BA1-10、16、25
一次线路方案编号
05
23
27
47
18
19
一次线路方案图
用途
型号及名称
馈电
左右联络
所用 变压器 TV及避雷器（柜宽1000） 电容器柜（柜宽1000）
SN10-10Ⅰ/630型少油断路器
1
SN10-10III/2000型少油断路器
1
1
LDJ型电流互感器 3 3 3
UKI-12型电压互感器 3
RN2-10型熔断器 3
FZ型避雷器 3 3
SCL-10型变压器 1
LQG-0.5型电流互感器 3
RN3-10型熔断器 3 3
BW10.5-12-1型电容器 3
外形尺寸（宽×深×高）mm 800×1500×2200 800×1800×2200 800×1500×2200 800×1500×2200
额定电流(A) 630 2000
表3-2： 导体选择结果一览表
导线名称 型号 载流量（A） 最大允许应力
110KV母线 LGJ-25/4 252
10KV母线 LGY-100×8单条平放矩形铝母线 1454 69000000Pa
10KV电缆 3XZLQ-185普通粘性绝缘三芯（铝） 771
表3-3： 断路器选择结果一览表
安装地点
型号
额定电压
(KV) 最高工作电压
(KV)
额定电流
(A) 额定短路开断电流（KA）
动稳定电流（KA）
4秒后热稳定电流（KA）
110KV出线 SW 110 126 1200 21 53 21
110KV分段 SW6-110
110 126 1200 21 53 21
主变110KV侧
SW6-110
110
126
1200
21
53
21
主变10KV侧
SN10-10III
10
11.5
2000
40
130
40
10KV分段 SN10-10III 10 11.5 2000 40 130 40
10KV馈线 SN10-10J 10 11.5 630 20 50 20
表3-4： 电流互感器选择结果一览表
安装地点
型号 额定电流比2×600/5
级次组合 额定二次负荷（Ω） 1秒后热稳定倍数
动稳定倍数
0.5级 1.0级
主变110KV侧
LCWD-10
2×600/5
0.5/D/D
2
75
135
110KV分段 LCWDL-10 2×600/5 0.5/D/D 2 75 135
主变10KV LDJ-10 3000/5 0.5/D 0.4 0.6 50 90
10KV分段 LDJ-10 3000/5 0.5/D 0.4 0.6 50 90
10KV馈线 LDJ-10 630/5 0.5/D 0.4 0.6 50 90
表3-5： 高压熔断器选择结果一览表
安装地点
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
最大开断电流（KA） 额定断流容量（MVA）
备注
10KV侧电压互感器
RN2-10
10
0.5
50
1000
1000
所用变压器 RN3-10/50 10 50 50 200
10KV侧电容器 RN3-10/50 10 50 50 200
表3-6： 电压互感器选择结果表
安装地点 型号 数量 额定变比 额定容量（VA）
0.2级 0.5级 1级
110KV线路侧
TYD-110
6个 110000/√3、100/√3、100/√3、100
50
100
10KV母侧
VKI12
2组 10000/√3、1000/√3、100/√3
30
90
280
表3-7 隔离开并选择结果一览表
安装地点 型号 额定电压（KV） 额定电流（A） 动稳定电流（KA） 4秒热稳定电流（KA）
110KV侧 GW4-110 110 1250 50 20
表3-8 电容器选择结果表
安装地点 型号 额定电压（KV） 标称容量（KVA） 标称电容μF
10KV侧 BWY0.5-12-1 10.5 12 0.347
表3-9 支柱绝缘子选择结果一览表
安装地点 型号 额定电压
（KV） 绝缘子高度（mm） 机械破坏负荷（kg）
110KV侧 ZS－110 110 1200 1500
10KV侧 ZL－10／4 10 160 2.4
第四章 无功功率补偿
一、补偿无功功率的必要性。
无功功率的主要消耗者是感应电动机、变压器和电焊机等。它们都需要无功功率来建立交变磁场。无功功率除发电机是主要无功功率电源外，线路电容也产生一部分无功功率。但上述无功功率往往不能满足负荷对无功功率和电网对无功功率的需要， 需要加装无功补偿设备。例如，同期调相机、移相电容器等，它们都是无功功率电源，这里仅谈，用移相电容补偿无功功率，即无功补偿问题。无功电源不足，交流系统电压降低，从而损坏用电设备，严重的会造成电压崩溃，使系统瓦解而造成大面积停电，还会使电能损耗增加，效率降低，限制线路的输电能力，因而补偿无功功率是保证电力系统安全运行的重要措施。
二、提高功率因数的补偿方法
1、采用同期调相机，同期调相机主要是空载运行的同步电动机，在过励磁情况下输出感性无功功率。与采用移相电容器相比，有功功率的单相损耗较大，具有旋转部分，需专人监护，运行时有噪音，但在短路故障时较为稳定， 损坏后可修复继续使用。由于其容量较大， 一般用于电力系统较大的变电所中， 工业企业较少采用。
2、采用移相电容器，与采用同期调相机相比，移相电容器有下列特点：
A、优点
（1）、无旋转部件，不需专人维护管理；
（2）、安装简单；
（3）、可以做到自动投切，按需要增减补偿量；
（4）、有功功率损耗小；
B、缺点：
（1）、移相电容器的无功功率与其端电压的平方成正比，因此电压波动对其影响较大；
（2）、寿命短，损坏后不易修复；
（3）、对电流的稳定性差；
（4）、切除后有残留电荷，危及人身安全。
待设变电所要求补偿后功率因数达到0.9，而中间变电所负荷量不大，从技术性和经济性等综合考虑本所采用移相电容器补偿，详情请见计算书。
三、电容器的补偿方式
电容器的补偿方式的选择，首先要从减少大量无功功率的传输入手，其基本原则就是尽量使用户的无功负荷就地供应。工厂企业内部电容器的补偿方式，可分为个别补偿、分组补偿和集中补偿三种。
1、个别补偿
适用于低压网络，与单台用电设备装于同一回路，这种无功功率就地供应的方式，补偿效果最好，可以减少配电变压器的容量及配电线路的截面及其相应传输无功功率的有功损耗，但电容器的利用率低，常用于由较长线路供电、长期运行的容量电动机。
1、 分组补偿
电容器装设在车间变、配电室母线上，可提高电容器的利用率，但只能减少高压线路和配电变压器中的无功功率，而低压配电线路中的无功功率不能减少。
2、 集中补偿
电容器装设在工厂总降压变电所的母线上（一般装设在低压母线侧），这种补偿方式，电容器安装方便、运行可靠、利用率高。但不能减少工厂内部配电网络中的无功功率。
综上所述，本变电所采用集中补偿的方式，分别装设在10KV母线两段侧。
四、电容器的补偿容量的确定
分别在低压母线的两侧并联电容器补偿，每侧补偿0.745MVAR，型号为TBB310－750/50
接线方式：单Y。
第五章 变电所的防雷保护及接地网设计
一、避雷针的布置和保护范围
避雷针是变电所屋外配电装置和所内电工建筑物防护直击雷过电压的主要设施，变电所避雷针布置应考虑以下几个方面的因素：
1、 避雷针和保护范围应保护到站内各电气设备。
2、 避雷针和保护范围和地下连接点至10KV设备与主接地网和地下连点，沿接地体的长度不得小于15米。
3、 独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷电针及其接地装置与道路口等的距离不宜小于3米。
4、 电压在110KV以上和配电装置，一般将避雷器装在配电装置和构架上，35KV及以下和高压配电装置和构架或房顶不宜装设避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时容易引起反击，另外在变压器的门型构架上不宜装设避雷针。这是因为门型构架距离变压器近，装设避雷针后，构架的集中接地装置距离变压器和金属外壳接地点在地中距离难以达到不小于15米要求。
二、避雷器的选择和校验
避雷器是发电厂、变电所防护雷电侵入波的主要设施，避雷器的选择和校验是以《交流电气装置过电压保护和绝缘配合》为依据的。
由于氧化锌避雷器一般是无间隙，避免了间隙电压分布不均的缺点；在过电压下动作后无续流通过；不用串联火花间隙, 其体积小、重量轻、结构简单在运行中维护方便、使用寿命长，造价也低等优点比普通阀式，磁吹阀式避雷器具有优越的保护性能，而且目前也具有逐步取代其他类型避雷器的趋势，因此，待设变电所各级电压的设备都选用氧化锌型避雷器来防护雷电侵入波的危害，并对各级电压的避雷器分别进行选择的校验，详细的校验过程参见计算书。
表5-1： 避雷器选择果表
安装地点
型 号 避雷器额定电压（KV） 持续运行电压（KV） 雷电冲击8/20µs（10KA），峰值（KV）
标称放电电流
(KA) 直流1mA参考电压（KV）
数量
110KV母线侧 Y10WR－108／268
108
84
268
10
157
2组
主变压器中性点 Y1.5WR-72/186
72
58
186
1.5
103
2组
10KV母线侧 Y5WZ－17／45
17
136
45
5
24
2组
三、接地装置
1、接地
电气设备和线路的某些部分通过接地装置与大地紧密连接起来，是保证供用电系统安全运行的主要措施之一。接地装置由接地体和接地线两部分组成。接地类型如下：
1、工作接地 为了保证电气设备正常和事故情况下能可靠工作而进行的接地，如发电机、变压器中性点接地。
2、保护接地 是将电气设备正常运行中不带电的金属部分与接地装置间作良好的金属连接，防止在电气设备绝缘损坏外壳带电时发生人身触电事故。
3、冲击接地 即防雷装置的接地。由于雷电流的幅值大，作用时间短暂，故接地装置在冲击电流作用下呈现的电阻值与工频接地电阻值有所差别。
2、接地网
为了降低接触电势和跨步电势，使其不超过规定值。
发电厂、变电所的接地装置在充分利用了自然接地体之后，还应装置人工接地体。
一般情况下，发电厂、变电所接地网中的垂直接地体对工频电流散流作用不大。避雷针、避雷器和避雷线附近加强集中接地和散泄雷电流之用。
接地网的外边缘应闭合，做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间隔的一半。接地网内应敷设水平均压带。接地网的埋深一般采用0.6米或0.8米。
接地网的边缘经常有人出入的走道外，应铺设砾石、沥青路面或“帽檐式”均压带
综上所述，站区敷设水平接地体为主，辅以垂直接地极，主地网用Ф50镀锌圆钢，若土壤电阻率高，为满足接地电阻要求，可考虑外引接地网及深井接地极并施加降阻剂。
第六章 变电所电气总平面布置
变电所内设备布置型式采用常规户外设备单列中型式：110KV设备及主变压器布置在室外。由于两电源点都位于所址北侧，考虑110KV进线方便的需要，110KV开关布置在所内北面。同时，负荷在变电所的东侧，10KV配电装置亦设在变电所内的东边，便于出线。而中央控制室和辅助厂房在南边，门口正面对着公路，方便运输。变电所电气总平面布置详见附图：“变电所总平面布置图”；变电所接地网布置详见附图：“接地网布置图”。
设计参考资料：
《电力工程设计手册》——水利电力出版社
《电气设备选择施工安装设计应用手册上册》——中国水利水电出版社 刘宝林主编
《发电厂电气部分》——西安电力学校 卫斌编
《电力工程设备手册》——中国电力出版社
《无间隙氧化锌壁雷器选择手册》——中国电力出版社
浅析输电线路运行故障分析与防治方法论文
摘要： 输电线路是供配电系统中重要的环节和枢纽，一旦发生线路故障，将会引起大规模的停电事故，给国民经济带来巨大的损失。因此，深入分析输电线路的故障原因和采取针对性的防治措施格外重要。
关键词： 输电线路、运行、故障、防治方法
1输电线路运行故障产生的因素
1.1输电线路大多裸露在空气中，受大自然恶劣环境的影响，会产生各类的故障。如雷雨天的雷击现象和闪络现象；冬天的覆冰危害；天空中的鸟害（鸟粪污闪和粪道闪络）；大雾天，雾水粘在脏绝缘子上的污闪；还有，线路自身的拉力造成的应力破坏和接触不良造成的绝缘子与线路发热烧坏，以上情况具体分述如下：
1.1.1风灾因素
输电线路大多地处地形复杂处，线路长，如果周边绿化不好，没有森林遮挡御风，那么很容易被自然界的大风给吹坏，即所谓的输电线路的风偏闪络，这种故障可以说是线路故障的易发形式，对电力系统的正常供电危害相当大，而且一旦发生故障，会造成风偏跳闸，引起大面积停电。强大的风源甚至会波及低压电杆，破坏电杆之间力的平衡。由于强风的作用，而使电杆倒塌的事故也不占少数。如2011年4月17日，佛山顺德发生的风灾，致使勒流、容桂等镇街多次输电线路基塔倒塌，造成大面积停电和较大的经济损失。
1.1.2雷电因素
在雷电频发的珠江三角洲地区，一旦到春、夏季，雷电造成的输电线路故障时有发生，引起变电站的事故跳闸，事故的原因就是因为雷电过电压。如2011年3月19日凌晨，在顺德龙江，雷击使佛山龙江110V变电站10KV型材线折断，造成对地短路，使龙江变电站型材线10KV间隔保护跳闸。差点造成线路负载增氧机停运，致使大量鱼缺氧死亡，后在维修队伍的努力下，挽回了经济损失。
1.1.3覆冰因素
输电线路的覆冰造成的线路折断事故虽然很多，仅发生在冬季，但是从事故的结果可以看出，一旦发生覆冰事故，不但是大面积停电，而且天寒、工作强度大，维修维护的时间相对较长，不利于维修人员的维修。形成覆冰的原因是天冷且空气潮湿，当结成覆冰时，容易发生线路舞摆闪络事故。如2008年南方发生的冰灾就是一个典型的实例。
1.1.4污秽的因素
输电线路的污闪事故虽然不是很多，但损害性却不小，还会造成闪络事故。引发此类事故的主要原因是绝缘子表面没有按期除尘，尤其风雨天，灰尘堆积在绝缘子和线路上，会造成污秽电离发生闪络事故。
1.2外力破坏因素
外力破坏的形式可以说是多种多样，如大风天折断树木，大片的树木倒在线路上，增加线路的负载，发生折断；近几年，偷盗运行中的低压线路日益增多，还有频发的交通事故（如铲车司机酒后开车或不小心碰倒电线杆），也是发生这类事故的原因之一。
1.3鸟害
（1）鸟粪污闪。鸟落在输电线路上，会产生大量的粪便和污秽，粘连在绝缘子和线路上，加上阴湿的天气和山间的雨雾，积累到一定程度时，也会产生闪络现象。在正常的干燥的天气中，鸟粪并不会很大程度上降低绝缘子的闪络电压，而在雨雾的天气，鸟粪的电阻变小加之污秽面积和路径共同的作用，提高了电力线路的电压，增加了鸟粪污闪事故的发生率。
（2）粪道闪络。许多的鸟长期在低压电杆的绝缘子和横担附近排便，部分空气将与鸟粪接壤，即使没有使鸟粪贯穿全部的通道，也可能会造成粪道闪络现象，发生事故。
2输电线路故障的预防措施
2.1保证与提高电气设计质量
提高电气设计的`质量，最大程度地提高安全性。电气设计是各种电气设备正常工作与否和维护是否方便的重要因素。在输电线路的设计中，如杆塔、导线、绝缘子、辅助金具、防雷装置的计算与选择是很重要的。现在大部分设计人员只会机械地照抄、照搬典型设计与设计规范，如上文提到的雷击停电事故，后经事故分析，是由于设计时，设计者没有根据当地为多雷区，而采取相应的防雷措施，照搬当地的设计规范，造成雷击停电事故。后来，在杆塔上加装避雷器，事故才很少发生。同时，电力线路也必须在合理的设计下才能更好的“行使”它的职责。要想做好线路的设计工作，除了周密的计算外，现场勘测和线路路径的选择，也是设计的重中之重。需要设计人员亲自到现场细心观察地形、地貌和线路的路径。这样才能最大程度地避免各种事故的发生，保证输电线路的正常运行。
2.2做好防雷措施
防雷接地工作是各种建筑物都必须做的保护之一，对于输电线路来说，防雷工作无疑更加重要，一般选取避雷线来进行输电线路的雷电过电压保护，它是最常用的防雷装置。
同时也可以降低杆塔接地电阻，达到防雷的目的。例如，可把接地极埋设较深一些，也可以选择在地下水比较丰富、水位比较高的地方。在进入变电所的高压侧，通常都选用各种阀型避雷器进行防雷保护。例如，在雷电多发的佛山地区，由于设计缺陷，10KV架空线路大部分不设防雷措施，当地雷击停电事故频繁发生，给经济带来了重大的损失。此后，新建的和技改的线路，要求每隔一基塔必须安装一组避雷器，实践证明，电力线路运行稳定，效果很好。
2.3杆塔位置与杆型的正确选择
首先应该及时并且认真地调查气候条件和地形，尽量避开在不利的地形和地理位置架设杆塔，而且应加强杆塔的机械强度，尽量选用钢管杆或加强型的混凝土杆。横担可以加厚，或者选用那种不易沾冰结构的绝缘子，并涂上有憎水性能的涂料等。
2.4污闪的预防
污闪事故的发生数量虽然不多，但影响和危害很大，污闪事故的预防，是提高电力系统供配电安全用电、持续用电的重要工作。通过增加爬距以及采用合成的绝缘子可以有效地防止污闪事故发生；或者使用防污闪涂料，进而限制泄漏电流事故的发生。
2.5外力破坏的预防
输电线路的外力破坏，主要是大风使树木倒下压倒线路，再者是日益横行的偷盗和频繁的交通事故等。所以应该优化电气设计，输电线路尽量不要与树林离得太近，要充分考虑到树木增长速度带来的“危害”。要与道路保持适当的距离，并根据杆塔的具体位置，增设防护墩，最后涂上醒目的防护标志。
3针对输电线路外力破坏故障分析，可采取以下措施加以防范
3.1加大电力设施的保护工作力度。做好相关电力用户的宣传教育工作和建立一套严密的巡线制度。
3.2要掌握问题和故障的重点，把事故隐患消灭在萌芽状态中。
3.3要不断完善电力法规，加强电力执法的力度。可以与社会的相关部门共同组织电力安全的演讲比赛和知识竞赛等活动，推广电力安全法规，让大家充分了解电的危害，使那些铤而走险的人望而生畏，知难而退。
3.4要制定一些切实可行的方法和措施，并落实到实际工作中去。例如，在紧要和关键地段一定要多设立一些警示牌和警告的标志牌。
3.5培养和打造一支作风硬朗，善打硬仗的专业的技术团队是保障输电线路安全的必要保证。
3.6对鸟害采取的技术措施有：
①采用大盘径的绝缘子；
②加装防鸟粪的挡板；
③安装防鸟罩；
④安装专门防鸟的网；
⑤安装鸟刺。
结束语：通过分析，线路故障有设计的因素，更多的是自然界的因素。一方面我们要优化设计，尽量不在设计方面出问题，另外一方面要普及、完善电力知识和电力法，建立一个高效的输电线路维护队伍。
参考文献：
[1]胡毅.影响送电网安全运行的有关问题及对策[J].高电压技术.2005.
[2]武利会、张鸣、朱文滔.低气压覆冰条件下绝缘子的直流闪络特性[J].高电压技术.2006.
[3]郭秀慧、李志强、钱冠军.输电线路绕击防护的新措施[J].高电压技术.2005.
题目：35KV变电所课程设计
指导老师：
绪言 来河北农业大学的学习目的，一是为提高自己学历，二是随着科技进步，深感自身所掌握的知识贫乏，已不能更好地适应工作需要，希望通过学习，提高自身的知识文化水平，三是在校学习期间，由于所学理论知识都是书本上的，与实际实践相差很远，结合不深，知识不是掌握得很好， 现在，整个大学学习课程已经全部结束，开始做课程设计，这是在全部理论课程及完成各项实习的基础上进行的一项综合性环节，
课程设计的目的： 1． 巩固和扩大所学的专业理论知识，并在课程设计的实践中得到灵活应用； 2． 学习和掌握发电厂、变电所电气部分设计的基本方法，树立正确的设计思想； 3． 培养独立分析和解决问题的工作能力及解决实际工程设计的基本技能； 4． 学习查阅有关设计手册、规范及其他参考资料的技能。
设计任务书
目录
第一章
第二章
第三章
第四章
第五章
第六章
第七章
第一章 电气主接线的设计及变压器选择 分析任务书给定的原始资料，根据变电所在电力系统中的地位和建设规模，考虑变电所运行的可靠性、灵活性、经济性，全面论证，确定主接线的最佳方案。
第一节 原始资料分析 1. 本站经2回110KV线路与系统相连，分别用35KV和10KV向本地用户供电。 2. 任务：110KV变压器继电保护。 3. 环境参数：海拔<1000米，地震级<5级，最低温度0℃，最高温度35℃，雷暴20日/年。 4. 系统参数：110KV系统为无穷大系统，距离本站65KM，线路阻抗按0.4欧/KM计算。 5. 35KV出线7回，最大负荷10000KVA，cos∮＝0.8，Tmax＝4000h；10KV出线10回，最大负荷3600KVA，cos∮＝0.8，Tmax＝3000h，均为一般用户。 6. 站用电为160KVA。 根据本站为2回110KV线路进线，35KV、10KV最大负荷时间分别为4000h、3000h，可以判断本站为重要变电站，在进行设计时，应该侧重于供电的可靠性和灵活性。
第二节 电气主接线方案确定
方案一 方案二 方案三
主接线方案比较 名称 开关 主变 经济性 可靠性 方案确定
方案一 11台，110kv4台，35kv5台、10kv 2台 4台， 0.7×4＝2.8 最差，变压器总容量最大，开关最多。 最好，充分考虑了变压器，开关在检修、试验时仍然能保证供电。 110kv终端变电站，采用双回110kv进线，应该是比较重要的变电站，设计思想应侧重于可靠性。所以选择方案一为最终方案。方案一虽然建设投资大，但在以后运行过程中，小负荷时可以切除一台主变运行，降低了损耗。
方案二 7台，110kv5台，35kv、10kv各1台 2台，1 最好，变压器总容量最小。 中，35kv、10kv负荷分别供电，故障时互不影响。但是设备检修时，必然造成供电中断。 方案三 7台，110kv4台，35kv2台、10kv 1台 2台，1.6 中，介于方案一、方案二之间。 最差，高压侧故障时，低压侧必然中断供电。
第三节 容量计算及主变压器选择
1. 按年负荷增长率6％计算，考虑8年。 2. 双变压器并联运行，按每台变压器承担70％负荷计算。 3. 35kv负荷是 KVA，10kv负荷是 KVA，总负荷是 KVA。 4. 变压器容量：1）负荷预测 35kv负荷：10000KVA×（1＋6％）8 ＝15036.30KVA； 10kv负荷： 3600 KVA×（1＋6％）8 ＝5413.07 KVA，共计20449.77KVA。 2）变压器有功和无功损耗计算，因为所占比重较小，而本站考虑的容量裕度比较大，所以不计算。3)站用变选型 因为设计任务书已经给出用电容量为160KVA，所以直接选择即可，从主接线方案分析，站用变接于35KV母线更可靠，所以选型为SL7－160/35。
变压器选择确定： 主变压器 承担负荷 容量选择 确定型号 1#B 20449.77×0.5×0.7＝7157.42KVA 8000KVA SZL7-8000/110 2#B 同1＃B 3#B 5413.07×0.5×0.7＝1894.57KVA 2000KVA SL7－2000/35 4#B 同3＃B 站用变 160KVA 160KVA SL7－160/35 5. 变压器技术数据 型号 额定容量（KVA） 额定电压(kv) 损耗（KW） 阻抗电压（％） 空载电流（％） 连接组别 高压 低压 空载 负载 SZL7－8000/110 8000 110 38.5 15 50 10.5 1.4 Yn,d11 SL7-2000/35 2000 35 10 3.4 19.8 6.5 1.4 Y,d11 SL7-160/35 160 35 0.4 0.47 3.15 6.5 2.5 Y,yno
第二章 短路电流计算
第一节 短路电流计算的目的 为了确定线路接线是否需要采取限制短路电流的措施，保证各种电气设备和导体在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，为选择继电保护方法和整定计算提供依据，验算导体和电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流计算，应考虑5－10年的远景发展规划。
第二节 电路元件参数的计算 1.等值网络图 图2－1 主接线 图2－2 等值网络 图2－3 最小运行方式下等值网络 2.电路元件参数计算 常用基准值（Sj＝100MVA） 基准电压Uj（kv） 6.3 10.5 37 115 230 基准电流Ij（kA） 9.16 5.50 1.56 0.502 0.251 基准电抗X（欧） 0.397 1.10 13.7 132 529 1） 系统容量为无限大，Sc=∞，取基准容量Sj＝100MVA，基准电压Uj取各级平均电压，即Uj＝Up＝1.05Ue，Ue为额定电压。 Sj 基准电流 Ij＝――― 基准电抗Xj＝ 2） 线路阻抗X1=0.4×65＝26欧姆 3） 变压器电抗为 XB1＝XB2，XB3＝XB4 XB1＝Ud％/100×Sj/Se =10.5/100×100/8 =1.3125 XB3=6.5/100×100/2 =3.25 3.短路电流计算 1）d1点短路时：Up＝115kv 所以，三相短路电流 I(3)＝115/26√3＝2.55kA 两相短路电流 I(2)=I(3) √3/2 =2.55×1.73/2 ＝2.26kA 短路容量 S（3）＝√3UpI（3） ＝1.73×115×2.55 ＝507.32MVA 全电流最大有效值 Icb＝1.52 I（3） =1.52×2.55 =3.876kA 2）d2点短路时：Up＝37kv d2点短路时，阻抗图由图2－4（a）简化为图2－4（b） 图2－4（a） 图2－4（b） X1＝26Ω 根据变压器电抗有名值换算公式Xd＝Ud％/100×Ue2/Se，得出 X2＝10.5/100×1102/8 ＝158.81Ω X2＝X3 X2// X3 X6＝79.41Ω 三相短路电流 I（3）＝Up/√3/X ＝115/1.73/105.41 ＝0.63kA 两相短路电流 I（2）＝0.886 I（3） ＝0.886×0.63 ＝0.56kA 三相短路容量 S（3）＝√3Up I（3） ＝1.73×37×0.63 ＝40.32MVA 全电流最大有效值 Icb＝1.52 I（3） =1.52×0.63 =0.96kA 3）d3点短路时：Up＝37kv d3点短路时，阻抗图由图2－5（a）简化为图2－5（b） 图2－5（a） 图2－5（b） X1＝26Ω X6＝79.41Ω 根据变压器电抗有名值换算公式Xd＝Ud％/100×Ue2/Se，得出 X4＝6.5/100×352/2 ＝39.81Ω X4＝X5 X4// X5 X7＝19.91Ω 三相短路电流 I（3）＝Up/√3/X＝115/1.73/125.32＝0.53kA 两相短路电流 I（2）＝0.886 I（3） ＝0.886×0.53 ＝0.47kA 三相短路容量 S（3）＝√3Up I（3） ＝1.73×10.5×0.53 ＝9.63MVA 全电流最大有效值 Icb＝1.52 I（3） =1.52×0.53 =0.81kA 3.最小运行方式下短路电流计算 本站最小运行方式为B1、B3停运或B2、B4停运，据此作等值网络图2－6 图2－6 1）d2点短路时：Up＝37kv X1＝26Ω 根据变压器电抗有名值换算公式Xd＝Ud％/100×Ue2/Se，得出 X2＝10.5/100×1102/8 ＝158.81Ω 三相短路电流 I（3）＝Up/√3/X ＝115/1.73/184.81 ＝0.36kA 两相短路电流 I（2）＝0.886 I（3） ＝0.886×0.36 ＝0.32kA 三相短路容量 S（3）＝√3Up I（3） ＝1.73×37×0.36 ＝23.04MVA 全电流最大有效值 Icb＝1.52 I（3） =1.52×0.36 =0.55kA 2）d3点短路时：Up＝10.5kv X1＝26Ω X2＝158.81Ω 根据变压器电抗有名值换算公式Xd＝Ud％/100×Ue2/Se，得出 X4＝6.5/100×352/2 ＝39.81Ω 三相短路电流 I（3）＝Up/√3/X ＝115/1.73/224.62 ＝0.29kA 两相短路电流 I（2）＝0.886 I（3） ＝0.886×0.29 ＝0.26kA 三相短路容量 S（3）＝√3Up I（3） ＝1.73×10.5×0.29 ＝5.27MVA 全电流最大有效值 Icb＝1.52 I（3）=1.52×0.29=0.44kA
4.短路电流计算结果表 短路点编号 支路名称 短路电流（kA） 最小运行方式短路电流（kA) 全短路电流有效值(KA) 短路容量(MVA) d(3) d(2) d(3) d(2) d(3) d(2) d(3) d(2) d1 110kv母线 2.55 2.26 2.55 2.26 3.876 3.876 507.32 507.32 d2 35kv母线 0.63 0.56 0.36 0.32 0.96 0.55 40.32 23.04 d3 10kv母线 0.53 0.47 0.29 0.26 0.81 0.44 9.63 5.27
第三章 导体和电器的选择设计（不做动热稳定校验）
第一节 最大持续工作电流计算 1. 110KV母线导体的选择 母线最大持续工作电流计算 Igmax＝1.05Se/√3Ue ＝1.05×16000/1.73/110 ＝88.28A 1＃B、2#B变压器引线最大持续工作电流为母线最大持续工作电流的50％，即44.14A。 2. 35KV母线导体的选择 1. 母线最大持续工作电流计算 Igmax＝1.05Se/√3Ue ＝1.05×16000/1.73/35 ＝277.46A 1＃B、2#B变压器引线最大持续工作电流为母线最大持续工作电流的50％，即138.73A。 2. 主变压器35KV的引线按经济电力密度选择软导体。 最大运行方式下35KV引线的最大持续工作电流按1.05倍变压器额定电流计算 3. 10KV母线导体的选择 母线最大持续工作电流计算 Igmax＝1.05Se/√3Ue ＝1.05×4000/1.73/10 ＝242.77A 3＃B、4＃B变压器引线最大持续工作电流为母线最大持续工作电流的50％，即121.38A。 4. 3＃B、4＃B变压器35KV侧引线最大持续工作电流 Igmax＝1.05Se/√3Ue ＝1.05×2000/1.73/35 ＝34.68A
第二节 导体的选择
不考虑同时系数，Tmax均按3000h计算。 1. 110kv母线导体选择 查《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》图5－4，图5－1 得出 Tmax＝3000h，钢芯铝绞线的经济电流密度为J＝1.53A/mm2 Sj＝Ig/j ＝88.28/1.53 ＝57.69mm2 考虑留一定的裕度，选择LGJ－95钢芯铝绞线为110kv母线导体。 2. 35 kv母线导体选择 查《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》图5－4，图5－1 得出 Tmax＝3000h，钢芯铝绞线的经济电流密度为J＝1.53A/mm2 Sj＝Ig/j ＝277.46/1.53 ＝181.35mm2 考虑留一定的裕度，选择LGJ－240钢芯铝绞线为35kv母线导体。 3. 10 kv母线导体选择 查《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》图5－4，图5－1 得出 Tmax＝3000h，钢芯铝绞线的经济电流密度为J＝1.53A/mm2 Sj＝Ig/j ＝242.77/1.53 ＝158.67mm2 考虑留一定的裕度，选择LGJ－240钢芯铝绞线为10kv母线导体。 4. 变压器引线选择 1） 1＃B、2#B变压器110kv侧引线选择LGJ－95钢芯铝绞线； 2） 1＃B、2#B变压器35kv侧引线选择LGJ－120钢芯铝绞线； 3） 3＃B、4＃B变压器35KV侧引线选择LGJ－95钢芯铝绞线； 4） 3＃B、4＃B变压器35KV侧引线选择LGJ－120钢芯铝绞线。
第三节 电器设备的选择
1. 断路器及电流互感器的选择 根据断路器的选择定型应满足的条件，参考《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》附表选择如下： 序号 断路器形式 型号 额定电压（kv） 额定电流（A） 开断电流（KA） 工作电流（A） 电流互感器 1DL 少油断路器 Sw7- 15.8 88.28 LCW－110 2DL 少油断路器 同上 88.28 同上 3DL 少油断路器 同上 44.14 同上 4DL 少油断路器 同上 44.14 同上 5DL 少油断路器 SW3－35 35 1000 16.5 138.73 LCW－35 6DL 少油断路器 同上 138.73 同上 11DL 少油断路器 同上 7DL 少油断路器 SW3－35 35 600 6.6 34.68 同上 8DL 少油断路器 同上 34.68 同上 9DL 真空断路器 ZN－10 10 600 8.72 121.38 LFC－10 10DL 真空断路器 同上 121.38 同上 35kx出线开关 SW3－35 35 600 6.6 277.44－34.68×2＝208.08 2.8.08/7＝29.7A LCW－35 10kv出线开关 ZN－10 10 300 3 242.77/10＝24.28A LFC－10 电流互感器技术参数 序号 额定电压（kv） 工作电流（A） 电流互感器型号 数量（台） 准确度等级 额定电流A 二次负荷阻抗Ω 1s热稳倍数 动稳倍数 1DL 110 88.28 LCW－110 0.5 100/5 1.2 75 150 2DL 88.28 同上 0.5 3DL 44.14 同上 0.5 50/5 1.2 75 150 4DL 44.14 同上 0.5 5DL 35 138.73 LCW－35 0.5 150/5 2 65 100 6DL 138.73 同上 0.5 150/5 7DL 35 34.68 同上 0.5 40/5 8DL 34.68 同上 0.5 40/5 9DL 10 121.38 LFC－10 0.5 125/5 0.6 75 165 10DL 121.38 同上 0.5 125/5 0.6 75 165 35 277.44－34.68×2＝208.08 2.8.08/7＝29.7A LCW－35 0.5 30/5 2 65 100 10 242.77/10＝24.28A LFC－10 0.5 350/5 0.6 75 155 2. 隔离开关的选择 根据隔离开关的选择定型应满足的条件，参考《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》附表选择如下： 序号 安装位置 型号 额定电压（kv） 额定电流（A） 1 1DL－4DL两侧 GW5－110 110 600 2 5DL－8DL两侧，35kx出线开关两侧，站用变 GW4－35 35 600 3 9DL，10DL两侧 GW1－10 10 600 4 10kv出线开关两侧 GW1－10 10 400 5 3. 电压互感器PT的选择 根据电压互感器的选择定型应满足的条件，参考《发电厂和变电所电气部分毕业设计指导》附表选择如下： 序号 安装地点 型式 型号 数量（台） 额定电压kv 额定变比 1 110kv线路 户外单相 JCC1－110 2 110 110000/√3：100/√3/100/3 2 110kv母线 户外单相 JCC1－110 3 110 110000/√3：100/√3/100/3 3 35kv母线 户外单相 JDJJ－35 3 35 35000/√3：100/√3/100/3 4 10kv母线 户内单相 JDJ－10 3 10 10000/100 4.高压限流熔断器的选择 序号 类别 型号 数量（只） 额定电压kv 额定电流A 1 35kv互感器 RW3－35 3 35 0.5 2 10kv互感器 RN2 3 10 0.5 3 站用变35kv侧 RW3－35 3 35 5 5. 各级电压避雷器的选择 避雷器是发电厂、变电所防护雷电侵入波的主要措施。硬根据被保护设备的绝缘水平和使用条件，选择避雷器的形式、额定电压等。并按照使用情况校验所限避雷器的灭弧电压和工频放电电压等。 避雷器的选择结果 序号 型号 技术参数（KV） 数量 安装地点 灭弧电压 工频放电电压 冲击放电电压 残压 1 FCZ－110J 100 170－195 265 265 110kv系统侧 2 FZ－35 41 84－104 134 134 35kv侧及出线 3 FZ－10 12.7 26－31 45 45 10kv母线及出线 6. 接地开关的选择 安装地点 型号 额定电压kv 动稳电流kA 2s热稳电流KA 长期能通过电流A 110kv侧 JW2－110（w） 110 100 40 600 35kv侧 隔离开关自带
第四章 继电保护配置及整定计算
一、根据《继电保护和安全自动装置技术规程》进行保护配置。 1. 变压器继电保护：纵差保护，瓦斯保护，电流速断保护，复合过流保护（后备保护） 序号 保护配置 保护功能及动作原理 出口方式 继电器型号 1 纵差保护 变压器内部故障保护，例如断线，层间、匝间短路等变压器两侧电流不平衡起动保护。 断开变压器两侧开关。 BCH－2 2 瓦斯保护 变压器内部短路，剧烈发热产生气体起动保护。 轻瓦斯发信号，重瓦斯断开变压器两侧开关。 3 过电流保护 事故状态下可能出线的过负荷电流 动作于信号 4 电流速断保护 相间短路 断开线路断路器 2. 35KV线路，10KV线路继电保护：电流速断保护，过电流保护，单相接地保护 序号 保护配置 保护功能 出口方式 继电器型号 1 电流速断保护 相间短路 断开线路断路器 2 过电流保护 相间短路，过负荷 延时断开线路断路器 3 母线单相接地保护 绝缘监察 信号
第四节 保护原理说明
第五节 保护配置图
第六节 整定计算 电流速断保护整定计算 1. 1＃B、2＃B电流速断保护整定计算 35kv系统、10kv系统都是中性点非接地运行，因此电流速断保护接成两相两继电器式。此种接线方式的整定计算按相电流接线计算。 1） 躲过变压器外部短路时，流过保护装置的最大短路电流 Idz＝KkI（3）d.max 第五章 防雷规划设计 根据《电力设备过电压保护设计技术规程》的要求，配置防雷和接地设施如下： 为防止雷电直击变电设备及其架构、电工建筑物等，变电站需装设独立避雷针，其冲击接地电阻不宜超过10欧姆。为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电架构之间的空气中的距离SK不宜小于5米。
第六章 保护动作说明
第七章 结束语 根据任务书的基本要求，查阅教科书及大量的规程、规范和相关资料，经过2星期的艰苦努力，终于完成了设计任务，并形成了设计成果。 现在回过头看看，其间有酸甜苦辣，也有喜怒哀乐，尤其是理论基础不过硬，更是困难重重，
