10KV变电站设计毕业论文.doc

'10KV变电站设计毕业论文目录摘要IIAbstractIII第一章绪论-1-1.1变电站发展的历史与现状-1-1.1.1概况-1-1.1.2变电站综合自动化系统的设计原则-1-第二章变电站的负荷计算和无功率补偿计算-3-2.1负荷计算-3-2.3变电所主变压器的选择-5-2.4变电所安装位置-6-第三章变电站主接线设计-7-3.1电气主接线的基本要求-7-3.2常用的主接线-7-3.3工厂变电所主要接线方案选择-9-第四章短路电流计算-11-4.1短路电流计算的目的-11-第五章电气设备的选择及校验-15-5.2变电所一次一次设备的选择校验-16-5.2.1高压侧电气设备的选择校验-16-5.2.2低压侧电气设备的选择校验-19-5.3变电所进出线的选择及校验-20-5.3.1导线选择的原则-21-5.3.2变电所导线的选择-21-第六章变电所继电保护-24-6.1电力变压器的故障形式-24-6.2变电所继电保护装置-25-6.3作为备用电源的高压联络线的继电保护装置-28--37- 第七章防雷与接地方案设计-29-7.1变电所防雷保护-29-7.1.1变电所遭受雷击的主要原因-29-7.1.2变电所防雷的具体措施-29-7.2变电所接地装置设计-31-7.2.1变电所接地装置分析-31-7.2.2工厂变电所接地装置的设计-33-第八章总结-35-参考文献-36-致谢-37--37- 10KV变电站设计摘要电能是现代工业生产的主要能源和动力，随着经济发展的现代工业建设的迅速崛起，供电系统的设计越来越全面、系统、工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高。因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理，不仅直接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量，也会反映在供电的可靠性和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电气设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送、与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势、随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。10KV配电网属中压配电网，它延伸至用电负荷中心或居民小区内，直接面对工矿企业和居民等广大用户的供电需要，启着承上启下确保用户供电的作用，因此10KV配电网所处的地位十分重要。在配电工程中，能否保证系统安全、经济、可靠地运行，工程的设计质量是一个重要条件。本变电站的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路计算（4）继电保护的选择与整定（5）防雷与接地保护等内容。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断发生变化。变电站作为电力系统中一个关键环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。关键词：变电站、负荷、变压器、短路电流、电气设备-37- 10KVsubstationdesignAbstractElectricityisthemainindustrialproduction,energyandpower,alongwiththeeconomicdevelopmentandthemodernindustrydevelopmentsofquickrising,thedesignofthepowersupplysystembecomemoreandmorecompletelyandsystem.Becausethequicklyincreaseelectricityoffactories,italsoincreasesseriouslytothedependableindexoftheeconomiccondition,powersupplyinquantity.Thereforetheyneedthehigherandmoreperfectrequesttothepowersupply.Whetherdesignreasonable,notonlyaffectdirectlythebaseinvestmentandexpenseswithhavethemetaldepletionincolormetal,butalsowillreflectthedependableinpowersupplyandthesafeinmanyfacts.Inaword,itisclosewiththeeconomicperformanceandthesafetyofthepeople.Thesubstationisanimportancepartoftheelectricpowersystem,throughitsfunctionoftransformationandassign,transportandsafety.Thentransportthepowertoeveryplacewithsafe,dependable,andeconomical.Asanimportantpartofpower"stransportandcontrol,thetransformersubstationmustchangethemodeofthetraditionaldesignandcontrol,thencanadapttothemodernelectricpowersystem,thedevelopmentofmodernindustryandtheoftrendofthesocietylife.10KVpowerdistributionnetworkofmediumvoltagedistributionnetwork,itextendstoelectricityloadcenterorresidentsinthedistrict,directlytoindustrialandminingenterprisesandresidents,thebroadmassesofusersneedpowersupply,andlinktoensurethattheusertheroleofpowersupply,so10KVpowerdistributionnetworkofthepositionisveryimportant,Inthedistributionofproject,thesystemcanguaranteethesafety,economy,reliableoperation,thedesignoftheengineeringqualityisaimportantcondition.Thepreliminarydesignoftransformersubstationinclude:(1)ascertainthetotalproject(2)loadanalysis(3)thecalculationoftheshort-circuitelectriccurrent(4)thechoiceandthesettleoftheprotectivefacility(5)thecontentstodefendthethunderandprotectionofconnecttheearth.-37- Alongwiththehighandquickdevelopmentofelectricpowertechnique,electricpowersystemthencanchangefromthegenerateoftheelectricitytothesupplythepower.Keywords:transformersubstation，load，transformer，short-circuitcurrent，electricalequipment-37- 第一章绪论1.1变电站发展的历史与现状1.1.1概况变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足现代电力系统管理模式的需求；同时用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，不能充分利用微机数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。而且社会经济的发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应，建国以来，我国电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一步提高，电网自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化已具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时，可靠，安全，经济运行管理的需要，更是电力系统自动化EMS和DMS的基础。变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等）利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和调节的一种综合的自动化系统。它是变电站的一种现代化技术装备，是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用，它可以收集较齐全的数据和信息。它具有功能综合化、设备、操作、监视微机化，结构分布分层化，通信网络光缆化及运输管理智能化等特征。变电站的综合自动化为变电站小型化、智能化、扩大监视范围及变电站的安全、可靠、优质、经济的运行提供了现代化手段和基础保证。1.1.2变电站综合自动化系统的设计原则（1）在保证可靠性的前提下，合理和设置网络和功能终端。采用分不式分层结构，不须人工干预的尽量下放，有合理的冗余但尽量避免硬件不必要的重复。-37- （2）采用开放式系统，保证可用性和可扩充性。要求不同制造厂生产的设备能通过网络互连和互操作，同时还要求以后扩建时，现有系统的硬件和软件能较方便的与新增设备实现互操作。-37- 第二章变电站的负荷计算和无功率补偿计算2.1负荷计算1.设备负荷的计算（1）功计算负荷（单位为KW）Kd为需用系数。(2)无功计算负荷（单位为Kvar）（3）视在计算负荷（单位为KVA）（4）计算电流（单位为A）为用电设备的额定电压（单位为KVA).2.多组用电设备负荷计算（1）有功计算负荷（单位为KW）式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.85-0,.95.(2)无功计算负荷（单位为Kvar）是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.9-0.97.视在计算负荷（单位为KVA）-37- （4）计算电流（单位为A）2.2无功功率补偿1.无功补偿的目的无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗，稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。无功功率的人工补偿装置，主要有同步补偿机和并联电抗器两种，由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。2.无功补偿的计算（1）计算考虑主变损耗后的自然因数（2）取定补偿以后的功率因数：为0.95（3）计算补偿电容器的容量：式中：=0.8-0.9（4）计算补偿电容器个数：-37- 式中：单个电容器的容量，单位为Kvar。按照3的整数倍取定补偿器的个数，然后计算出实际的补偿容量：（5）计算补偿以后实际功率的功率因数，补偿后实际的功率因数大于0.9为合理10KV：选来考虑：2.3变电所主变压器的选择主变压器的选择原则如下：根据电源进线方向，结合工厂计算负荷以及扩建和备用的需要，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，确定变压器型号。一般按5-10年规划符合选择，重要变电所，一台主变停运，其余变压器在允许过负荷范围内，满足一、二类负荷，一般变电所，一台主变停运，其余变压器满足全部负荷的70%-80%，总降压变电所变压器台数的确定需综合考虑负荷容量、对供电可靠性的要求、发展规划等因素。变压器台数越多，供电可靠性就越高，但设备投资必然加大。运行费用也要增加。因此，在满足可靠性要求的条件下，变压器台数越少越经济。-37- 对三级负荷供电的变电所以及对可取的低压设备电源的一二级负荷供电时，皆选用一台主变压器。对于有大量一、二级用电负荷、或总用电负荷季节性（或昼夜）变化较大、或集中用电负荷较大的单位，应设置两台及以上电力变压器、如有大型冲击负荷，如高压电动机、电炉等动力，为减少对照明或其他负荷的影响，应增设独立变压器。对供电可靠性要求高，又无条件采用低压联络线或采用低压联络线不经济时，也应设置两台电力变压器。选用两台变压器时，其容量应满足在一台变压器故障或维修时，另一台仍保持对一、二级用电负荷供电，但需对该变压器负荷能力及其允许时间进行校核。2.4变电所安装位置变电所位置和型式的选择应遵循以下几点来选择：（1）变电所的位置应尽量靠近负荷中心；（2）变电所应选择在地势比较高处避免低洼积水；（3）交通运输必须方便，便于设备运输；（4）变电所周围必须无易燃易爆物品；（5）变电所进出线则应无高大建筑物。-37- 第三章变电站主接线设计所的主接线又称为主电路，指的是变电所中各种开关设备、变压器、母线、电流互感器等主要电气设备，按一定顺序用导线连接而成的，用以接受和分配电能的电路，它对电气设备选择、配电装置布置等均有较大影响，是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。3.1电气主接线的基本要求（1）可靠性在规定条件和规定时间内保证不中止供电能力，即供电的连续性。（2）灵活性1操作的方便性；2调度方便性，主接线能适应系统或本厂所的各种运行方式；3扩建方便性，具有初期—终期—扩建的灵活方便性。（3）经济性1投资省，设备少且廉价（接线简单且选用轻型断路器）；2占地面积少，一次设计，分期投资，尽快发展经济效益；3电能损耗少，合理选择变压器的容量和台数，避免两次变压。3.2常用的主接线1.线接线如图3-1所示：优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套电装置。-37- 缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关）故障或抢修，均需是整个配电装置停电。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，才能恢复非故障的供电。适用范围：一般适用于一台发电机或一台主变压器。2.线分段接线如图3-2所示：图3-2单母线分段接线图优点：用断路器把母线分开后，对重要的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段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障时或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，当出线为双回路时，常使架空线出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：6-10KV配电装置出现回路数为6回及以上，350-63KV配电装置出线回路数为4-8回，110KV-220KV配电装置出现回路为3-4回。3.双母线接线如图3-3所示：-37- 图3-3双母线接线图优点：供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断，一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路；调度灵活，各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一母线上，能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要；扩建方便，像双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和符合均匀分配，不会引起原有回路的停电，当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母分段那样导致出线交叉跨越；便于试验，当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。缺点：增加一组母线，每回路就需要增加一组母线隔离开关，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器，容易误操作，为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。适用范围：6-10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；35-63KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时；110-220KV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110-220KV配电装置在系统中居重要地位，出线回路数为4回及以上。当有两台变压器和两条线路时，按桥断路器的位置，分析内桥和外桥。（1）内桥接线桥断路器位于变压器侧，线路中有断路器的桥接线。特点：①正常操作时，线路投切方便，变压器不方便。②线路故障，仅跳对应回路QF，而T故障对应回路QF也须跳闸。应用场所：输电线路长而变压器又不需要经常切换的接线。（2）外桥接线桥断路器位于线路侧，变压器回路中有断路器的接桥线。特点：与内桥相反。应用场所：与内桥相反，且线路中有穿越功率接线，穿越功率是路过变电所的功率。3.3工厂变电所主要接线方案选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列三种方案：-37- 方案1：高、低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分开后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需要两个方向均衡扩建。方案2：单母线分段带旁路优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。方案3：高压采用单母线、低压采用单母线分段。优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所得供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。以上三种方案均能满足主接线要求，采用方案3时虽经济最佳，但是其可靠性相比其他两方案：采用方案2需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案1既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案1.第四章短路电流计算-37- 4.1短路电流计算的目的短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗，在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简，对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路简化，求出其等效阻抗，最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺值法。本设计采用标幺值法进行短路计算。4.2短路电流计算变电所等效电路图如图4-1所示：1、基准量：取Sd=100MV.A,Uc1=10.5KV,Uc2=0.4KV,基准电流为Id。2、短路电路中各元件电抗标幺值-37- 电力系统的电抗标幺值电缆线路的电抗标幺值电力变压器的电抗标幺值，查表得变压器的短路电压百分值，故绘制等值电路如图4-2所示，图上标出各元件序号和电抗标幺值和短路计算点K-1与K-2。3、10KV高压侧K1点总电抗标幺值以及三相短路电流各值和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流的周期分量有效值-37- （3）其他三相短路电流（4）三相短路容量4、低压侧K2点的总电抗标幺值以及三相短路里电流各值和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流的周期分量有效值（3）其他三相短路电流（4）三相短路容量-37- -37- 第五章电气设备的选择及校验5.1电气设备选择1、电气设备的一般选择（1）应满足正常运行、检修、断路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；（2）应按当地环境校验（3）应力求技术先进和经济合理；（4）选择导体时应尽量较少品种；（5）扩建工程应尽量使新老电器型号一致；（6）选用新的产品，均应具有可靠的实验数据，并经证实鉴定合格。2、电气设备和载流导体选择的一般条件（1）电压：电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷变化，可能高于电网额定电压，这对裸铝、铜导体不会有任何影响，但对电器和电缆则要规定其允许最高工作电压得底于所接电网的最高运行电压。（2）电流：导体（或电气设备）的额定电流是指在额定环境温度下，长期允许通过的电流。在额定的周围环境温度下，导体（或电气设备）的额定电流应不允许小于该回路的最大持续工作电流。周围环境温度不等时，长期允许电流可按下式修正式中：------导体或电气设备正常发热允许最高温度数值，一般取=.我国生产的电气设备的额定环境温度,裸导体的额定环境温度。（3）环境条件：在选择电器时还要考虑带暖气安装地点的环境条件，一般电器的使用条件如不能满足当地气温、风速、湿度、污秽程度、海拔高度、地震强度和覆冰厚度等环境条件时，应向制造部门提出要求或采取相应措施。-37- 3、按短路条件校验（1）热稳定校验：导体或电器通过短路电流时，各部分的温度（或发热效率）应不超过允许值。满足热稳定的条件为：式中：、t-----允许通过的热稳定电流和持续时间，由产品样本查得。（2）动稳定校验：等稳定，即导体和电器承受短路电流机械效应能力。应满足的动稳定条件为式中：5.2变电所一次一次设备的选择校验5.2.1高压侧电气设备的选择校验1、高压少油断路器初步选择SN10-10/630高压少油断路器，电压级10KV，额定电流是630A，开断电流16KA，动稳定电流40KA，关合电流40KA，（2S)热稳定电流16KA。动稳定校验：热稳定校验：变压器设有差动保护，在差动保护范围内短路时，其为临时动作，继电器保护动作时限为0，短路持续时间小于1S，假想时间由断路器的全开断时间0.1S，和零周期分量假想时间0.05S构成，则整定时间为-37- 当K1点短路时，相当于2S的热稳定电流为则当K2点短路时，假想时间有继电保护何继电器开断时间构成相当于2S的热稳定电流为则经过校验，所选高压少油断路器满足要求。2、高压隔离开关初步选择GN8-10/200型号的隔离开关，参数为电压级10KV，额定电流200A，动稳定电流25.5A，热稳定电流10KA。动稳定校验：热稳定校验：最坏情况下差动不起作用，短路发生在进贤断路器QF1的隔离开关后，并在断路器QF2之前时，事故切除靠上一级的变电所过电流保护，继电器动作时限应比进线的继电保护动作时限2S大一个时限差0.5S，再加上隔离开关动作的时间，则总时间相当于5S的热稳定电流为经校验，所选的隔离开关满足要求。3、高压熔断器高压熔断器按工作环境条件、电网电压、长时间最大负荷电流（对保护-37- 电压互感器的熔断器不考虑负荷电流）选择型号外，还必须校验熔断器的断流容量，即熔断器的额定电流有两个，即熔件和熔管的额定电流，应按下式取所选熔件应在最大长时符合电流及设备起动电流的作用下不应熔断，在短路电流作用下可靠熔断：要求熔断器特性与上级保护装置的动作时限相配合（及动作要有选择性），以免保护装置超级动作，造成停电范围的扩大。初选RN1-10型号的熔断器，额定电压为10KV，额定电流为100A，熔断电流100A,最大开断电流有效值为11.6KA。经校验，所选熔断器满足要求。4、高压电流互感器电流互感器除按一般条件选择外，还应根据二次设备要求选择电流互感器的准确级和校验二次侧额定容量，选择互感器应满足以下条件：(1)额定电压大于或等于电网额定电压；(2)额定电流大于或等于一次回路最大长时负荷电流；(3)电流互感器的准确级应不小于二次侧所接仪表的准确级；(4)电流互感器的额定容量应不小于所接二次设备的容量。初步选择LQJ-10型号的电流互感器，额定电流比100/5，二次负载值0.5级4,1级0.4,3级0.6，1S热稳定倍数90，动稳定倍数225。5、高压电压互感器电压互感器的选择原则如下：（1）电压互感器一次额定电压不小于电网的额定电压；（2）电压互感器二次额定电压按接线方式选择；（3）电压互感器的准确值不小于所接仪表的准确值；（4）电压互感器的额定容量不小于二次侧负荷的容量。-37- 选择JDJ-10型号和JDZJ-10型号的电压互感器额定表压比系数分别为6、避雷针选择高压避雷器型号为FS-10，额定电压为100KV，最大工作电压11.5KV。5.2.2低压侧电气设备的选择校验1、低压侧断路器低压侧断路器的选择应分开选择，变压器主二次侧的与车间的断路器根据其额定电流不一样选择不一样的断路器，根据实际情况选择的断路器如下表5-1所示动稳定校验：380KV侧电压器总开关不做保护，则整定的总时间经校验，所选断路器满足要求。同理，可校验其他所选断路器也同样满足要求。2、低压隔离开关变压器二次侧隔离开关选择HP系列的隔离开关，根据计算电流选择HP-2500隔离开关，选择数量为3个，其数量如图所示-37- 动稳定校验：热稳定校验：经校验，所选隔离开关满足要求。3、电流互感器低压侧所选电流互感器如表5-4所示选择型号为JDG-0.5，额定变压比为380/100，容量为200MVA的电压互感器。5.3变电所进出线的选择及校验-37- 5.3.1导线选择的原则为了保证供电安全、可靠、经济、优质，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。1、发热条件,导线和电缆（含母线）在通过计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使其允许载流量Ia1不小于通过相线的计算电流I30，即2、电压损耗导线和电缆在通过计算电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗值，对于通常那较短的高压此案路，可不进行电压损耗教研。3、经济电流密度高压线路及特大电流的抵押线路，一般应按规定的经济电流密度城镇导线和电缆的截面，以是线路的年运行费用（包括电能的损耗）接近于最小，节约电能和有色金属，所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。但对建筑园区内较短的10KV及以下的高压线路和母线，可不按经济电流密度选择。4、机械强度，导线的截面应不小于最小允许截面。由于电缆的机械强度很好，因此电缆不校验机械强度，但需要检验短路热稳定度。此为，对于绝缘线和电缆，还需要满足工作电压的要求。根据设计经验：一般10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。5.3.2变电所导线的选择1、10KV高压进线导线的选择采用LGJ型钢芯铝绞架空敷设，接入10KV公用干线。按发热条件校验：无功补偿后高压侧计算电流，室外环境最高温度为，查表得，初选LGJ-35，其时的，满足发热条件。-37- 检验机械强度：查表得，最小允许截面积，而LGJ-35满足要求，故选它。2、中性线和保护截面的选择（1）中性线（N线）界面的选择三相四线制系统中的中性线，要通过系统的不平衡电流和零序电流，因此中性线的允许载流量，不应小于三相系统的最大平衡电流，同时应考虑谐波电流的影响。一般三相四线制线路的中性截面A0，应不小于相线截面Aj的50%，即对于三次谐波电流相当突出的三相四线制线路，由于各相的三次谐波电流都要通过中性线，使得中性线电流可能接近甚至超过相电流，因此这种情况下，中性线截面A0宜等于或大于相线截面Aj,即保护线（PE线）截面的选择如下：保护线要考虑三相系统发生单相短路故障的单相短路电流通过时的短路热稳定度。根据短路热稳定度的要求，选择保护线（PE线）截面APE（3）保护中性线（PEN）截面的选择保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能，因此其截面选择应同时满足上述保护线和中性线的要求，取其中的最大值。3、380KV低压线路导线的选择工厂车间低压照明线路和电动机导线截面的选择主要依据以下条件：-37- （1）导线发热条件（即连续允许电流）；（2）电压损失；（3）机械强度;（4）导线截面应与线路中装设的熔断器相适应。导线因敷设的方式和地点的不同，其散热条件也不相同。同样的导线，露在空气中的安全电流和装在管子里的安全电流时不同的。另外，当环境温度不同时，导线安全电流也不相同。关于导线安全电流的确定在实际工作中，通常可以从手册中查找，另一方面可以采用一些经验做法。比如：对绝缘线包括各种型号的橡皮绝缘线或塑料绝缘线，在明敷且环境温度为25摄氏度的条件下可以做以下估算，对铝芯线10平方毫米以下的载流量是截面数的5倍；100平方毫米以上的截留量是截面的2倍，16平方毫米与25平方毫米；35平方毫米与50平方毫米；70平方毫米与95平方毫米三组截面的载流量分别是相应截面的4倍、3倍、2.5倍。-37- 第六章变电所继电保护电力变压器是电力系统中使用相当普遍和十分重要的电器设备，虽然它有别于发电机，是一种静止的电气设备，结构比较可靠，发生故障的机会相对较少，但它一旦发生故障将会给供电的可靠性和系统的正常运行带来严重的后果。为了保证变压器的安全运行。防止故障的扩大，按照变压器可能发生的故障，装设灵敏、快速、可靠和选择性好的保护装置是十分必要的。变压器的继电保护是利用当变压器内外发生故障时，由于电流、电压、油温等随之发生变化，通过这些突然变化来发现，判断变压器故障性质和范围，继而做出相应的反应和处理。继电保护具有选择则性、速动性、可靠性及灵敏性。6.1电力变压器的故障形式中压供电系统中常用电力变压器都是降压变压器，绝缘形式有油浸式和干式，绕组连接组别有两种。其主要故障形式有：1、绕组及其引出线的相间路:包括三相短路和两相短路。这种故障的特点是短路相上电源急剧增加为正常电流的若干倍，因此可采用反应电流过量而动作的过电流保护装置来加以保护。对于油浸式变压器，当油箱内绕组发生相间短路时危害很大，故障处的电弧不仅可能烧坏绕组绝缘和铁心，而且可能会使绝缘材料和变压器油强烈汽化，从而引起油箱爆炸。针对这种情况，变压器除了设置过电流保护外，还应设置反应油气化量多少的瓦斯保护。2、绕组匝间短路：绕组匝间短路也是变压器的常见故障。绕组匝间短路时也会使故障点电流增加，但增加的多少与短路匝数有关，但短路匝数不多时，故障电流与正常电流差异不是很大，过电流保护装置不一定能够反映出来。因此，对这种故障，油浸式变压器采用瓦斯保护；干式变压器采用反映绕组短路时温度升高的温度保护。3、二次侧单相短路：变压器二次侧中性点直接接地，其单相短路时故障相出现较大的短路电流。一般，首先考虑用变压器一次侧装设的过电流保护兼作单相短路保护，若灵敏度不够，再考虑在变压器二次侧采用反映三相电流之和的零序电流保护。-37- 4、过负荷：虽然变压器有一定得过负荷能力，但过负荷时间不能太长。因此，当变压器的实际负荷超过其额定负荷时，采用反映变压器过负荷的过负荷保护。5、油浸式变压器的油面降低：油浸式变压器是用变压器油作绕组的相间绝缘和对地绝缘的，因此，绕组必须完全浸泡在变压器油中，当油面降低时，会威胁变压器的绝缘，从而引起短路故障。针对这种情况，应设置可反映油面降低的瓦斯保护。6、干式变压器绕组温度升高：干式变压器绕组温度升高的原因很多，如：过负荷、匝间短路、环境温度升高、冷却系统故障等。针对这种情况，应设置温度保护。对于高压侧6-10KV的变电所主要变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护，如过电流保护动作时间大于0.5S-0.7S时，还应装设电流速断保护。容量在800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间油浸变压器，按规定应装设瓦斯保护。容量在400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时，动作于信号，而其他保护包括瓦斯保护在严重故障时，一般均动作于跳闸。6.2变电所继电保护装置对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作与信号。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护和过负荷保护装置，在低压侧采用相关断路器实现三段保护。保护装置原理图如下：-37- 1、定时限过电流保护（1）动作电流的整定保护装置的启动电流应按照避开变压器可能出现的最大负荷电流来整定，由于变电两台变压器型号及容量相同，而且是并列运行的，则最大电流此时保护装置的启动电流应整定为因此过电流保护动作电流整定为10A（2）过电流保护动作时间的整定因本变电所为电力系统的中断变电所，故其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5S.-37- （3）过电流保护灵敏度系数的检验因此其灵敏度系数为：满足灵敏度系数的1.5的要求。2、电流速断保护（1）速断电流的整定继电保护动作电流（2）电流速断保护灵敏度系数的校验3、过负荷保护一次侧动作电流继电保护动作电流-37- 取继电器整定值为4A，则一次侧实际动作电流为80A。6.3作为备用电源的高压联络线的继电保护装置装设反时限过电流保护，采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。1、过电流保护动作电流的整定2、过电流保护动作电流的整定按终端保护考虑，动作时间整定为0.5S.-37- 第七章防雷与接地方案设计变电所是电力系统中对电能电压和电流进行变换、集中和分配的场所，是联系发电厂与电力用户的纽带。担负着电压变换和电能分配的重要任务。如果变电所发生雷击事故，会给国家和人民造成巨大的损失。所以，变电所的防雷是不可忽视的问题。7.1变电所防雷保护7.1.1变电所遭受雷击的主要原因供电系统在正常运行时，电气设备的绝缘处于电网的额定电压作用之下，但是由于雷击的原因，供配电系统中某些部分的电压会大大超过正常状态下的数值，通常情况下变电所雷击有两种情况：一是雷直击于变电所的设备上；二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所，其具体表现如下：1、直击雷保护直击雷过电压：雷电直接击入电气线路、设备或建筑物而引起的过电压，又称直雷击。在雷电的主放电过程中，其传播速度极快（约为光速的50%-10%），雷电压幅值达10-100MV，雷电流幅值达数百千安，伴以强烈的光、热、机械效应和危险的电磁效应以及强烈的闪络放电，具有强烈的破坏性核对人员的杀伤性。2、感应过电压当雷云在架空导线上方，由于静电感应，在架空导线上积聚了大量的异性束缚电荷，在雷云对大地放电时，线路上的电荷被释放，形成的自由电荷流向线路的两端，产生很高的过电压，次过电压会对电力网络造成危害。因此，架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所，是导致变电所雷击的主要原因，若不采取防护措施，势必造成变电所电气设备绝缘损坏，引发事故。7.1.2变电所防雷的具体措施1、变电所装设避雷针对直击进行保护-37- 架设避雷针是变电所防直击雷的常用措施，避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接收器，其作用是把雷电吸引到避雷针身上并安全将雷电流引入大地中，从而起到保护设备效果。变电所装设避雷针时应使用所有设备都处于避雷针保护范围之内，此外，还应采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。2、变电所的进线防护要限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的坡度就必须对变电所进线实施保护。当线路上出现过电压时，将有行波导线向变电所运动，起幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压，线路的冲击耐压比变电所设备的冲击耐压要高很多。因此，在接近变电所的进线上加装避雷线是防雷的主要措施，如不架设避雷线，当遭受雷击时，势必会对线路造成损坏。3、变电站对侵入波的防护变电站对侵入波的防护的主要措施是在其进线上装设阀型避雷器。阀型避雷器的基本元件为火花间隙和非线性电阻。目前，SFZ系列阀型避雷器主要有用来保护等级大容量变电所的电气设备；FZ系列阀型避雷器，主要用来保护小容量的配电装置。4、变压器的防护变压器的基本保护措施是在接近变压器安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。装设避雷器时，要尽量接近变压器，并尽量减少连线的长度，以便减少雷电电流在连接线上的压降。同时，避雷器的连线应与变压器的金属外壳及低压侧中性点连接在一起，这样就有效减少雷电对变压器破坏的机会。变电站的每一组主母线和分母线上都应装设阀式避雷器用来保护变压器和电气设备。各组避雷器应用最短的连线接到变电装置的总接地网上，避雷器的安装应尽可能处于保护设备的中间位置。5、变电所的防雷接地变电所的防雷接地满足要求以后，还要根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网，然后避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷的要求，或者在防雷装置下敷设单独的接地体。-37- 小变电所用独立避雷针，大变电所大多在独立避雷针与配电装置带电部分的空气中最短途径不得小于5米。避雷针接地引下线埋在地中部分与配电装置构架的接地导体埋在地中部分在土壤中的距离必须大于3米，变电所电气装置的接地装置采用水平接地极为主的人工接地网。水平接地极采用扁钢50mm*5mm，垂直接地极采用角钢50mm*5mm，垂直接地极间距5m-6m，主接地网接地装置电阻不大于4欧姆，主接地网埋于冻土层1m以下，人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形。大变电所安装在架构上的避雷针，与主接地网应在其附近装设集中接地装置，避雷针与主接地网的地下连接点至变压器的接地线主接地网的地下连接点，连接地体的长度不得小于15m，同时变压器门形架构上不得装避雷针。6、变电所防雷感应随着电力技术的发展，变电所均有完善的直击雷防护系统，户外设备直接遭受雷击损坏的可能很小。但雷击防护系统所产生的雷击放电及电磁脉冲，以及雷电过电压通过金属管道电缆对变电所控制各种弱电设备产生严重的电磁干扰，这就可能影响到变电设备的正常运行。采用防雷感应保护的措施主要有：多分支接地引线，减少引线雷电流，改善汇流系统的结构，减少引下线对弱电设备的感应；除了在电源入口装设初压敏电阻等限制过压装置外，还可在信号线接入使用光耦元件；所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电流，屏蔽层共用一个接地极，在控制室和通信室铺设等电位，所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。7.2变电所接地装置设计7.2.1变电所接地装置分析1、一般要求（1）为保证人身安全，所有的电气设备都应装设接地装置，并将电气设备外壳接地。设计中首先应利用各类自然接地体。（2）一般应将各种不同用途和不同电压的电气设备使用一个总的接地装置，接地装置的接地电阻，应满足其中接地电阻最小的电气设备要求。（3）电气设备的人工接地应尽可能在电气设备所在地点附近对电压分布均匀，一般应采用环形接地体。（4）设计接地装置时，应考虑一年四季中均能保证接地电阻的要求值。2、接地电阻大接地电流系统仅用于该系统接地,小接地电流系统1KV以上设备接地与1KV以下设备共用时的接地-37- 注：为接地短路电流的计算值（A),为接地电阻值3、接地短路电流的计算值在计算小接地电流系统的接地电阻时，其接地短路电流Ijd，用以下方法确定。（1）在中性点经消弧线圈接地的电网中，计算电流应采取以下数值：当变电所有消弧线圈时，计算电流等于消弧线圈确定电流的125%。当变电所不接消弧线圈时，计算电流按切断系统最大一台消弧线圈时，再此电网中可能发生的剩余接地短路电流来计算，但不得小于30A。（2）在中性点不接地的网络中计算电流采用单相接地电容电流，可被下式计算：（3）计算接地短路电流，应按运行中可能发生最大接地短路电流的接线方式确定。4、接地网的布置全国大部分地区变电所的接地网，无特殊情况，一般均可采用棒形和带形接地体联合组成的接地装置，对于不同的土壤电阻率，可分别采用不同的接地装置，一般的要求及布置方式为：（1）土壤电阻率小于等于3*104cm时，因电位分布衰减较快，应采用以下棒形垂直接地体为主的棒带接地装置。（2）土壤电阻率3*104小于等于p小于等于5*104cm时，因电位分布衰减较慢，应采用以水平接地体为主的带棒接地装置。（3）所有的接地装置应埋设于冻土层以下，一般埋设深度不小于0.6m，尽量利用固定电缆支、吊架用的预埋铁件作为屋内接地干线。（4）接地装置的敷设方式：围绕屋外配电装置、屋内配电装置、控制室及其他需要装设接地网的建筑物敷设环形接地网，各接地网之间的相互连线不应小于2根，接地网外缘的各角应做成圆弧形。-37- 5、避雷针和避雷器的接地（1）一般应采用垂直接地体做避雷针和避雷器的集中接地，以加强散泄雷电流的作用。（2）独立避雷针的接地装置与接地网的地中距离要求不小于3m，配电装置构架上的避雷针应与接地网相连，并在其附近装设集中接地装置。（3）独立避雷针及其接地装置与道路或建筑物出入口的距离应大于3m,从避雷针与接地网连接处到变压器或35KV及以下设备与接地网连接处的接地体长度不能小于15m.6、接地装置计算对于大多数以接地棒为主的接地装置，在计算中可以不单独计算水平接地体的接地电阻，考虑到它的作用，一般接地棒可减少10%左右，因此可以从接地电阻值直接求出接地体的数量：式中R为接地电阻。7.2.2工厂变电所接地装置的设计1、变电所的公共接地采用长2.5米直径5mm焊接钢管，每隔5米打一根，围成一个圈中间用40*4扁钢焊接。2、变电所公共接地所需钢管根数计算根据。但考虑到管间的屏蔽效应，初选15根直径50mm，长2.5m的钢管做接地体。以再查有关资料可得。因此可得：考虑到接地体的均匀对称布置，选16mm根直径50mm/长2.5m的钢管坐地提，用40*4平方毫米，环形布置。3、变电所公共接地的接地电阻。4、变电所变压器外壳的接地，变压器中性点接地，高低压配电外壳接地，其他金属物体设备以及设备的外壳接地均按照在变电所公共接地。-37- 第八章总结-37- 这次的毕业设计，时间短，内容多，几乎涵盖了大学中所学的知识。我经过了从收集资料、设计、审核的整个过程。三个月的时间既充实又紧张。设计过程中，我获得了综合运用过去所学的大部分课程进行设计的基本能力。变电站设计是一个思维创造与运用的过程，在这个过程中，我做到了学以致用，使设计思维在设计中得到锻炼和发展。在相关资料的帮助下，能结合自己的思路去设计，有许多地方是不懂的，但在老师的指导与帮助下得以解决。在设计期间，自己动手查阅了大量的资料，一方面，充分的检验自己的设计能力，丰富了自己在电气设计特别是变电站设计方面的知识，为自己将来从事该专业工作打下了坚实的基础；另一方面，使我体会到搞设计或科研需要具备严谨求实、一丝不苟和勇于献身的精神。这次的设计，我最大的收获就是学到了变电站的设计步骤与方法，还有学会了如何使用资料。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，设计虽然完成了，但我只是掌握了变电站设计中很少的一部分知识，还有很多深奥的专业知识等着我们去挖掘、去探索、去学习。我也将会在今后的工作学习中不断充实自己，不断完善自己的专业知识，为自身的发展打下坚实的基础。由于所学知识和时间有限，加上缺乏实践经验，在设计过程中难免出现错误，敬请各位专家和老师批评指正。再设计期间，指导老师给了我悉心指导，帮我解决了很多技术困难，使我能顺利完成设计任务，圆满结束四年的大学学习生活，在此表示衷心的感谢！参考文献[1]周泽存，高电压技术，中国电力出版社，2007.-37- [2]李先彬，电力系统自动化（第五版），中国电力出版社，2005.[3]中元国际工程设计研究院编，电气设计50.机械工业出版社，2005.[4]陈衍，电力系统稳态分析（第三版），中国电力出版社，2007。[5]李光琦，电力系统暂态分析（第三版），中国电力出版社，2007.[6]刘介才，工厂供电（第三版），机械工业出版社，1999.[7]戈东方，电力工程电气设计手册（一），中国电力出版社，1995.[8]刘宝林，电气设备选择，设计应用手册（上册），中国水利水电出版社，1998.[9]刘宝林，电气设备选择，设计应用手册（下册），中国水利水电出版社，1998.[10]将祥贤，短路电流的计算，北京工业大学出版社，1998.[11]邹友明，现代供电技术，中国电力出版社，2008.-37- 致谢由于所学知识和时间有限，加上缺乏实践经验，在设计过程中难免出现错误，敬请各位专家和老师批评指正。本设计是在张唐圣老师直接指导下完成的，在设计的选题及其设计过程中张唐圣老师多次给予我指导。当完成了设计的初稿之后，在这骄阳似火的六月，张老师不顾炎热，在百忙中挤出时间，仔细阅读了设计初稿，提出了许多珍贵的修改意见。在本次毕业设计过程中，能得到张老师的指导我感到非常的荣幸，张老师严谨的治学作风、高尚的学术品质、热情的待人态度给我留下了深刻的印象和影响。在完成毕业设计之际，在此向张老师表示衷心的感谢。在设计的整理、资料的收集、图文的处理等方面，得到了同组同学的积极帮助，占用大家的宝贵时间，在此我也表示衷心的感谢。在此之际，对以上老师、同学给予我真诚的帮助再次表示万分的感谢。-37-'