35KV箱式变电站设计毕业论文.doc

'35KV箱式变电站设计毕业论文目录摘要IAbstractII第一章绪论11.1引言11.2箱式变电站的类型11.3箱式变电站的结构11.4箱式变电站的技术特点21.5设计任务31.6设计思路与步骤3第二章负荷统计及计算42.1自然条件42.2负荷统计42.3负荷计算52.3.1一段母线52.3.2二段母线5第三章主变压器的选择73.1主变压器的选择7第四章主接线的设计方案84.1选择主接线的形式8第五章短路电流的计算95.1短路电流计算的目的95.2短路点的确定95.3短路电流的计算9第六章电气设备的选择13 6.1母线的选择及校验136.1.1母线材料的选择136.1.2母线截面形状的选择136.1.3母线的放置136.1.435kV侧母线的选择136.1.410kV侧母线的选择156.1.510kV侧出线选择及校验176.2断路器的选择及校验186.2.135kV侧断路器的选择及校验186.2.210kV侧断路器的选择及校验196.2.310kV出线侧断路器的选择及校验206.2.4分段断路器的选择216.3隔离开关的选择及校验216.3.135kV侧隔离开关的选择及校验216.3.210kV侧隔离开关的选择及校验226.3.310kV出线侧隔离开关的选择及校验226.3.4分段隔离开关的选择236.4电流互感器的选择及校验236.4.135KV侧电流互感器的选择236.4.210kV侧电流互感器的选择及校验246.4.310kV出线侧电流互感器的选择及校验256.5电压互感器的选择与校验256.5.1电压互感器的选择及校验256.5.2其保护熔断器的选择及校验266.6绝缘子的选择及校验276.6.135kV侧绝缘子的选择及校验276.6.210kV侧绝缘子的选择及校验276.7穿墙套管的选择286.7.110KV侧穿墙套管的选择286.8电力电容器的选择29 6.8.1电容器的选择296.9站用变的选择306.9.135KV站用变的选择306.9.210KV站用变的选择306.10熔断器的选择316.10.1保护所用变的熔断器的选择316.10.2保护10KV侧电压互感器的熔断器的选择326.10.3保护电力电容的熔断器的选择32第七章继电保护347.1电力变压器的保护347.1.1变压器的瓦斯保护347.1.2变压器的纵差动保护357.1.3变压器的过电流保护377.1.4变压器的过负荷保护387.210kV出线的保护397.2.110kV线路保护的设计原则397.2.210kV出线保护的配置与整定397.310KV分段母线的保护417.410KV母线的保护427.5电力电容器的保护427.5.1保护装置的选择427.5.2整定计算437.6自动重合闸43第八章二次系统部分448.1二次系统的定义及分类448.2二次系统设计448.3断路器控制与信号回路458.3.1概述458.3.2电气测量与信号系统47 8.4系统的绝缘监察装置478.5箱式变电站的监控内容488.5.1电参量监测与保护488.5.2防凝露保护488.5.3变压器室温度保护498.5.4参数在线数字化显示和设定498.5.5系统组网与集中化管理498.6配电网自动化的功能498.7综合自动化装置的选择508.7.1概述518.7.2主要特点518.7.3装置的保护功能简介528.7.4通用技术数据538.7.5装置简介55第九章变电站的防雷保护589.1变电站的保护对象589.2变电站的防雷保护589.2.1雷电过电压保护589.2.2直击雷的防护609.2.3变电站侵入波的保护61第十章接地保护6210.1接地的种类6210.2保护接地装置的确定6210.3人工接地装置的确定6310.4单根垂直接地体的接地电阻的确定6310.5接地体根数的确定63第十一章箱变电气五防保护6411.1电气“五防”内容6411.2实现“五防”的途径64 第十二章变电站的平面布置及交流原理图6512.1箱式变电站总体布置6512.2变电站一次系统图见附页图0016512.335KV侧箱体的平面布置图见附页图0026512.410KV侧箱体的平面布置图见附页图0036512.5电容箱箱体的平面布置图见附页图0046512.6变电站的整体平面布置图见附页图0056512.7五防锁程序图见附页图0066512.8各柜交流原理图见附页图007-01165第十三章结论66参考文献67致谢69 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第一章绪论1.1引言随着市场经济的发展，国家在城乡电网建设和改造中，要求高压直接进入负荷中心，形成高压受电—变压器降压—低压配电的供电格局，所以供配电要向节地、节电、紧凑型、小型化、无人值守的方向发展，箱式变电站(简称箱变)正是具有这些特点的最佳产品，因而在城乡电网中得到广泛应用。其次随着社会发展和城市化进程的加快，负荷密度越来越高，城市用地越来越紧张，城市配电网逐步由架空向电缆过渡，架杆方式安装的配电变压器越来越不适应人们的要求。因此，预装式变电站成为主要的配电设备之一。与此同时，由于信息化、网络化和智能化住宅小区发展，因此不仅要求箱变安全可靠，同时要求具有“四遥”(遥测、遥信、遥调、遥控)的智能化功能。这种智能箱式变电站(简称智能箱变)环网供电时，在特定自主软件配合下，能完成故障区段自动定位、故障切除、负荷转带、网络重构等功能，从而保证在一分钟左右恢复送电[1]。1.2箱式变电站的类型箱式变电站有美式箱式变电站和欧式箱式变电站。美式预装式变电站在我国叫做“预装式变电站”或“美式箱变”，它将变压器器身、高压负荷开关、熔断器及高低连线置于一个共同的封闭油箱内，构成一体式布置。用变压器油作为带电部分相间及对地的绝缘介质。同时，安装有齐全的运行检视仪器仪表，如压力计，压力释放阀，油位计，油温表等。欧式预装式变电站以前在我国习惯称为“组合式变电站”，它是将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置布置在三个不同的隔室内，通过电缆或母线来实现电气连接，我的设计主要是采用组合变电站设计。1.3箱式变电站的结构欧式预装式变电站的总体结构包括三个主要部分：高压开关柜、变压器及低压配套装置，其总体结构主要有两种形式：一种为组合式；另一种为一体式。组合式布置是高压开关设备、变压器和低压配电装置三部分个为一室，即由高压室、变压器室和低压室三个隔室组成，可按“目字型”或“品字型”布置，如图1-1所示。“目字型”布置与“品字型”布置相比，“目字型”接线较为方便，故大多采用“目字型”布置。但“品字型”布置结构较为紧凑，特别是当变压器室排布多台变压器时，“品字型”68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计布置较为有利[2]。TMHVTMHVTMLVLVHVLVHVTMHVLVHVTMZLLVTMLVLV(a)目字型布置(b)品字型布置图1-1欧式预装式变电站的整体布置形式HV-高压室；LV-低压室；TM-变压器室；ZL-操作走廊1.4箱式变电站的技术特点箱式变电站的高压室一般是由高压负荷开关、高压熔断器和避雷器等组成的，可以进行停送电操作并且有过负荷和短路保护。低压室由低压空气开关、电流互感器、电流表、电压表等组成的。为了可靠实现五防要求，各电器元件之间采用了机械联锁，各电器元件都安装在有足够强度和刚度的结构上，以便于导线的连接。另外箱变还都具有电能检测、显示、计量的功能，并能实现相应的保护功能，还设有专用的接地导件，并有明显的接地标志。此外为适应户外工作环境，箱式变电站的壳顶一般都采用隔层结构，内装有隔热材料，箱体底部和各室之间都有冷却进出风口，采用自然风冷和自动控制的强迫风冷等多种形式，以保证电气设备的正常散热，具有防雨、防尘、防止小动物进入等措施。箱式变电站有如下特点[3]：①技术先进安全可靠箱体部分采用目前国内领先技术及工艺，可保证在－40℃～＋40℃的恶劣环境下正常运行。箱体内一次设备采用单元真空开关柜、干式互感器、真空断路器(弹簧操作机构)等国内技术领先设备，安全性高，二次采用微机综合自动化系统，可实现无人值守。②自动化程度高68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计全站智能化设计，可实现“四遥”，即遥测、遥信、遥控、遥调，每个单元均具有独立运行功能，继电保护功能齐全，可对运行参数进行远方设置，对箱体内湿度、温度进行控制，满足无人值班的要求。③工厂预制化。④组合方式灵活。⑤投资省、见效快。⑥占地面积小。1.5设计任务变电站设计原始数据：本变电站位于县城边缘，公路交通方便；35kV单回路进线，进线长度l=25km；导线型号LGJ-150，均为三类负荷，生活用电和农业灌溉负荷比重较大，工业负荷比重较小；共有6～8条10kV出线，长度为2～15km不等，每条出线接有配电变压器10～25台，具体数据通过调研后填到负荷表上，负荷增长率按5%填写；土壤电阻率ρ小于500Ω·m；冬季最低气温-35℃，夏季最高气温+37℃，年平均气温+5℃，最大冻土深度1.5m；上级出线保护整定时间为tI=0s，tII=1.0s，tIII=2.0s；系统基准容量100MVA，供电系统最大短路容量400MVA，最小短路容量150MVA。箱体和箱体之间通过电缆连接，要求满足负荷要求的按5年发展规划的变电站。1.6设计思路与步骤首先进行负荷统计计算，根据统计计算的结果选择主变压器以及设计出电气主接线，然后确定短路点做短路计算，为电气设备的选择做准备，电气设备选择好后做接地装置及防雷保护的设计，继电保护的设计和整定校验以及电气布置和配电装置的确定。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第二章负荷统计及计算2.1自然条件1）最高温度：37℃，最低温度：-35℃，年平均温度：+5℃，覆冰厚度：10㎜2）设计风速：30m/s，防污等级：2级污秽，土壤电阻率：＜500Ω·m3）基本雪压：0.25KN/㎡，地震设防烈度：8度及以下，海拔高度：≤1000m，4）地基承载力标准值[5]：150KN/㎡，冻土深度：≤1.5m2.2负荷统计本变电站均为三级负荷，其中生活用电和农业灌溉负荷比重较大，工业负荷比重较小，单进线，每类负荷4回出线，共8回出线，负荷统计如表2-1所示：表2-1负荷调查统计表回路名称用户类型容量kVA需用系数变压器台数供电回路线路长度km负荷级别第一区银行生活用电灌溉用电2002003000.80.90.7515115三类第二区医院镇政府商业用电2002003000.90.750.814113三类第三区学校生活用电灌溉用电2003005000.80.80.912110三类第四区备用800112三类第五区商业用电生活用电灌溉用电3002003000.60.90.7514111三类第六区生活用电医院商业用电3002002000.80.70.915114三类第七区生活用电灌溉用电工厂2003004000.750.60.913110三类第八区镇内三产化工厂生活用电4005003000.80.90.720111三类68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计2.3负荷计算2.3.1一段母线：该所负荷计算采用需要系数法进行计算，由于各供电区域用电性质相差不大，考虑功率因数相同，则视在功率可表示为有功功率。即(2-1)式中:Sei—各用电设备额定容量，kVAKt—各线路的同时系数Kxi—各用电设备的需要系数Sjs1=(0.8×200+0.9×200+0.75×300)×0.8=452kVASjs2=(0.9×200+0.75×200+0.8×300)×0.8=456kVASjs3=(0.8×300+0.8×400+0.9×800)×0.8=680kVA备用出线取640KVA全年计算负荷变电站设计当年的计算负荷由(2-2)式中:Kt-同时系数取0.9x%-线损率为6%Sjs=ki(Sjs1+Sjs2+Sjs3+Sjs4)(1+x%)=0.9(452+456+680+640)(1+6%)=2125.512(kVA)计算负荷增长后的变电站最大计算负荷为Sjszd=Sjsemn(2-3)式中:n-年数取5年m-年后增长率取5%n年后的最大计算负荷Sjszd=2125.512e5×5%=2729.211（KVA）(2-4)2.3.2二段母线：Sjs1=(0.6×300+0.9×200+0.75×300)×0.8=468kVASjs2=(0.8×300+0.7×200+0.9×200)×0.8=448kVA68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计Sjs3=(0.75×200+0.6×300+0.9×400)×0.8=552kVASjs4=(0.8×400+0.9×500+0.7×300)×0.8=784kVA全年计算负荷Sjs=ki(Sjs1+Sjs2+Sjs3+Sjs4)(1+x%)=0.9(468+448+552+784)(1+6%)=2148.408(kVA)计算负荷增长后的变电站最大计算负荷为Sjszd=Sjsemn(2-5)式中n-年数取5年m-年后增长率取5%n年后的最大计算负荷:Sjszd=2148.408e5×5%=2758.610（KVA）(2-6)68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第三章主变压器的选择3.1主变压器的选择本变电站均为三级负荷，其中生活用电和农业灌溉负荷比重较大，工业负荷比重较小，故装设两台主变压器。根据我国变压器运行的实践经验，并参考国外的运行经验，我国农村变电站单台主变压器的额定容量按下式选择是合适的[6]。Se≥（0.75----0.8）Sjszd（5-1）式中Se—主变压器额定容量，kVASe≥0.8×（2148.408+2758.610）=3925.614kVA(3-2)综合考虑35kV箱式变电站变压器的容量确定为5000kVA，变压器的连接组别为三相五柱D，yn11，阻抗电压为Ud=7.0%，采用油浸式变压器。将熔断器连接在“△”内部，因为这样如果熔断器一相熔断后不会造成低压侧两相电压不正常，熔断器所对应的低压侧相电压几乎为零，其它两相电压正常。而站用变压器容量确定为800kVA，连接组别采用D，yn11，接在35Kv、10KV母线上分别将35kV、10KV电压降低为0.4kV供箱式变电站本身使用。查《电力工程电气设备手册电气一次部分》主变压器采用35KV级有载调压铜线油浸式电力变压器可选用SFZ9-5000/35型三相风冷式变压器，其技术数据[7]如表3-1所示：表3-1SFZ9-5000/35型三相风冷式变压器技术数据额定电压连接组别空载损耗空载电流阻抗电压（%）负载损耗（KW，75。C）高压35低压10YNd116630W0.8%732.668 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第四章主接线的设计方案4.1选择主接线的形式概况地说，对主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面的综合考虑，本设计采用一次侧母线不分段，二次侧单母线分段的接线方式。总降压变电站为单电源进线两台变压器时，主接线采用一次侧单母线不分段，二次侧单母线分段接线.轻负荷时可停用一台，当其中一台变压器因故障或需停运检修时，接于该段母线上的负荷，可通过闭合母线联络开关来获得电源，提高了供电可靠性，但单电源供电的可靠性不高。因此，这种接线只适用于三级负荷及二级负荷[8]。主接线图见图4-1所示：图4-1主接线概略图68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第五章短路电流的计算5.1短路电流计算的目的(1)选择导线和电气设备。(2)电网接线和发电厂变电站电气主接线的比较选择。(3)选择继电保护装置和整定计算。(4)验算接地装置的接触电压和跨步电压。(5)为确定送电线路对附近通信线路电磁危险的影响提供计算资料[9]。5.2短路点的确定短路点应选在电气主接线上，在最大运行方式下发生短路的短路电流。短路点的确定如图5-1所示。图5-1短路点示意图5.3短路电流的计算基准值SB=100MVA，VB=VAV，Xmax=0.67（系统最小运行方式下电抗标幺值）（5-1）Xmin==0.25（系统最大运行方式下电抗标幺值）（5-2）68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计进线长度为25km，每公里电抗0.4Ω/km，主变压器的等效阻抗标幺值XL*=0.4×20×=0.4×25×(100/372)=0.73（5-3）变压器阻抗标幺值（5-4）低压侧各出线的的阻抗标幺值XL1*=0.4×L0×=0.4×15×(100/10.52)=5.442（5-5）XL2*=0.4×L0×=0.4×13×(100/10.52)=4.7166（5-6）XL3*=0.4×L0×=0.4×10×(100/10.52)=3.6282（5-7）XL4*=0.4×L0×=0.4×12×(100/10.52)=4.3537（5-8）XL5*=0.4×L0×=0.4×11×(100/10.52)=3.9910（5-9）XL6*=0.4×L0×=0.4×14×(100/10.52)=5.0794（5-10）XL7*=0.4×L0×=0.4×10×(100/10.52)=3.6282（5-11）XL8*=0.4×L0×=0.4×11×(100/10.52)=3.9910（5-12）f1点短路时（1）最小运行方式下Id1min=1/(Xmax+XL*)=1/(0.67+0.73)=0.714kA（5-13）Id1min(3)=Id1min×=0.714×=1.114kA（5-14）Ich1=2.55×Id1min(3)=2.55×1.114=8.920kA（5-15）68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计Id1min(2)=Id1min(3)=1.114=0.965kA（5-16）（2）最大运行方式下Id1max=1/(Xmin+XL*)=1/(0.25+0.73)=1.020（5-17）Id1max(3)=Id1max×=1.020×=1.592kA（5-18）Ich1=2.55×Id1max(3)=2.55×1.592=4.060kA（5-19）Id1max(2)=Id1max(3)=1.592=1.379kA（5-20）f2点短路时（1）最小运行方式下Id2min=1/(Xmax+XL*+XB*)=1/(0.67+0.73+1.19)=0.386kA（5-21）Id2min(3)=Id2min×=0.386×=2.123kA（5-22）Ich2=2.55×Id2min(3)=2.55×2.123=5.414kA（5-23）Id1min(2)=Id2min(3)=2.123=1.839kA（5-24）（2）最大运行方式下Id2max=1/(Xmin+XL*+XB*)=1/(0.25+0.73+1.19)=0.461kA（5-25）Id2max(3)=Id2max×=0.461×=2.535kA（5-26）Ich2=2.55×Id1max(3)=2.55×2.535=6.464kA（5-27）Id2max(2)=Id2max(3)=2.535=2.195kA（5-28）f3点短路时（1）最小运行方式下Id3min=1/(Xmax+XL*+XB*+XL1*)=1/(0.67+0.73+1.19+5.442)=0.125kA（5-29）Id3min(3)=Id3min×=0.125×=0.687kA（5-30）Ich3=2.55×Id3min(3)=2.55×0.687=1.752kA（5-31）68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计Id3min(2)=Id3min(3)=0.687=0.595kA（5-32）（2）最大运行方式下Id3max=1/(Xmin+XL*+XB*+XL1*)=1/(0.04+0.202+0.45+5.442)=0.131kA（5-33）Id3max(3)=Id3max×=0.131×=0.720kA（5-34）Ich3=2.55×Id3max(3)=2.55×0.720=1.837kA（5-35）Id3max(2)=Id3max(3)=0.720=0.624kA（5-36）同理可求出其它短路点的短路电流[10-12]，各短路点短路电流统计如下表5-1表5-1各短路点短路电流计算值短路点计算最大运行方式（KA）最小运行方式(KA)f11.5921.3794.0601.1140.9652.841f22.5352.1956.4642.1231.8395.414f30.7200.6241.8370.6870.5951.752f40.7970.6902.0320.7530.6521.921f50.9460.8192.4120.8850.7662.258f60.8410.7282.1450.7920.6862.020f70.8910.7722.2720.8360.7242.132f80.7590.6571.9350.7150.6191.823f90.9460.8192.4120.8850.7662.258f100.8910.7722.2720.8360.7242.13268 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第六章电气设备的选择6.1母线的选择及校验6.1.1母线材料的选择母线的材料有铜、铝和钢。目前，农村发电厂和变电站以及大、中型发电厂、变电站的配电装置中的母线，广泛采用铝母线，这是因为铜贵重，我国储量又少；而铝储量较多，具有价格低、重量轻、加工方便等特点。因此，选用铝母线要比铜母线经济。6.1.2母线截面形状的选择农村发电厂和变电站配电装置中的母线截面目前采用矩形、圆形和绞线圆形等。选择母线截面形状的原则是：肌肤效应系数尽量低；散热好；机械强度高；连接方便；安装简单[13]。由于本变电站是农网型箱式变电站，高压侧与低压侧均布置在室内，并且采用单母线接线方式，在允许电流相同的条件下，硬铝母排相对比较好固定。为了使农村发电厂和变电站的箱内配电装置结构和布置简单，投资少，所以35KV，10kV侧母线选择LMY型涂漆硬铝母线。6.1.3母线的放置母线水平放置，相间距离a=0.40m已知条件[14]：θ0＝25℃＝70℃θ＝37℃。6.1.435kV侧母线的选择（1）按最大长期工作电流选择母线截面[15]选择条件：通过母线的最大长期工作电流不应大于母线长期允许电(6-1)式中：—相应于某一母线布置方式和环境温度为+25℃时的母线长期允许电流，可由母线载流量表查出；68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计K—温度修正系数，，其中=25℃，为母线的长期允许温度，用螺栓连接时，为70℃；Ig.zd—通过母线的最大长期工作电流，A温度修正系数：(6-2)按通过低压侧母线的最大长期工作电流Ig.zd===173.2(A)(6-3)查我国经济电流密度表得：(h/a)≤3000h/a时，取J=1.65A/mm2∴===104.97(mm2)(6-4)经计算查《工业与民用配电设计手册》选择LMY-40×5的涂漆硬铝母线，其70℃，环境温度25℃时最大允许持续电流为540A。（2）校验1）热稳定性校验=K×=0.86×540=464.4A(6-5)按上述条件选择的截面，还必须按短路条件校验其热稳定，其方法通常采用最小截面法，即（㎜2）(6-6)式中：—选择的母线截面，㎜2—最小允许截面，㎜2—稳态短路电流，A—母线材料的热稳定系数—短路发热的等值时间，s短路计算时间=0+1+2=3S通常情况下铝母线=87，所以稳定条件所需最小母线截面为㎜2(6-7)小于所选母线截面200mm2，故满足热稳定要求。2）动稳定校验68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计短路时母线承受很大的电动力，因此，必须根据母线的机械强度校验其动稳定，即：(6-8)其中硬铝母线LMY的=70MPa三相短路电动力(6-9)弯曲力矩按大于2档计算，即=(6-10)(6-11)其中：—母线材料最大允许应力（Pa）—母线短路冲击电流产生的最大计算应力—母线短路冲击电流—集肤效应系数—三相短路时中间相受到的最大计算电动力—挡距—相间距离—系数，一般大于2档时取10计算应力为：(6-12)(6-13)故母线满足动稳定要求。6.1.410kV侧母线的选择按最大长期工作电流选择母线截面选择条件：通过母线的最大长期工作电流不应大于母线长期允许电(6-14)式中：—相应于某一母线布置方式和环境温度为+25℃时的母线长期允许电流，可由母线载流量表查出；68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计K—温度修正系数，，其中=25℃，为母线的长期允许温度，用螺栓连接时，为70℃；Ig.zd—通过母线的最大长期工作电流，A温度修正系数(6-15)按通过低压侧母线的最大长期工作电流Ig.zd===303.12(A)(6-16)查我国经济电流密度表得：(h/a)≤3000h/a时，取J=1.65A/mm2∴===183.71(mm2)(6-17)经计算查《工业与民用配电设计手册》选择LMY-40×5的涂漆硬铝母线，其70℃，环境温度25℃时最大允许持续电流为540A。（1）校验1）热稳定性校验=K×=0.86×540=464.4A(6-18)按上述条件选择的截面，还必须按短路条件校验其热稳定，其方法通常采用最小截面法，即：（㎜2）(6-19)式中：—选择的母线截面，㎜2—最小允许截面，㎜2—稳态短路电流，A—母线材料的热稳定系数—短路发热的等值时间，s短路计算时间=0+1+2=3S通常情况下铝母线=87，所以稳定条件所需最小母线截面为㎜2(6-20)小于所选母线截面200mm2，故满足热稳定要求。2）动稳定校验短路时母线承受很大的电动力，因此，必须根据母线的机械强度校验其动稳定，即：68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(6-21)其中硬铝母线LMY的=70MPa三相短路电动力(6-22)弯曲力矩按大于2档计算，即=(6-23)(6-24)其中：—母线材料最大允许应力（Pa）—母线短路冲击电流产生的最大计算应力—母线短路冲击电流—集肤效应系数—三相短路时中间相受到的最大计算电动力—挡距—相间距离—系数，一般大于2档时取10计算应力为：(6-25)(6-26)故母线满足动稳定要求。6.1.510kV侧出线选择及校验在八回出线中，以最大负荷的一条出线路为出线截面积选择的计算依据，其它线路一定能满足。由于四回出线的负荷相差不大，故不会造成太大的浪费，并且出线路负荷要考虑今后5年的增长，其增长率为5%。按通过10kV侧出线的最大长期工作电流===50.41(A)(6-27)∵=54068 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计∴(6-28)查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择LGJ—35型钢芯铝绞线，其70℃时最大允许持续电流为189A，如表6-2示：表6-2LGJ—35型钢芯铝绞线技术数据型号标称截面铝/钢（mm2）外径（mm）载流量（A）200C时直流电阻质量（Kg/Km）LGJ35/68.161890.8230141（1）校验(6-29)短路计算时间，因，所以，经查短路电流为分量等值时间表[1]得。因，所以，故母线正常运行时的最高温度37+（70－37）×()2=57.935℃(6-30)查不同工作温度下裸导体的值[16]知按热稳定条件所需最小母线截面为小于所选母线的截面积，故满足热稳定要求，因所选母线为绞线，故不需动稳定校验6.2断路器的选择及校验6.2.135kV侧断路器的选择及校验（1）断路器的选择按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器。查«电力工程电气设备手册电气一次部分»综合考虑35kV箱式变电站35kV侧选用ZN12-35型真空断路器，10kV侧采用ISM-12型真空断路器。真空断路器连续多次操作，且开断性能好，灭弧迅速、动作时间短；运行维护简单，灭弧室不需要检修；噪声低，无火灾爆炸危险；价格较昂贵。技术参数如表6-3：68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计表6-3ZN12-35型真空断路器技术参数类别型号额定电压kV额定电流A雷电冲击耐压kA动稳定电流峰值kV热稳定电流kA固有分闸时间≤合闸时间≤备用操动机构开断电流kA真空ZN12-3540.512501856325（4s）0.06s0.075sCT1225（2）校验对于无穷大电源供电电网，Idt=1.592KA＜Iedk=25KA所以满足额定开断电流的要求。1)热稳定性校验：(6-31)其中：—继电保护动作时间—断路器的全开断时间短路电流的热脉冲：I∞2tk=1.59223.06=7.755ich=4.060(KA)(6-33)故动稳定性也满足要求。经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选ZN23-35型真空断路器满足要求。6.2.210kV侧断路器的选择及校验（1）断路器的选择按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器，可选真空断路，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择ISM-12型真空断路器，其技术参数见表6-4：表6-4ISM-12型真空断路器技术参数类别型号额定电压kV额定电流A断流容量kA动稳定电流峰值kA热稳定电流kA固有分闸时间≤合闸时间≤备用操动机构开断电流kA真空ISM-121212506325（4s）0.06s0.1s25（1）校验对于无穷大电源供电电网Idt=I’’=2.535KAich=6.464(KA)(6-36)故动稳定性也满足要求。经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选ISM-12型真空断路器满足要求。6.2.310kV出线侧断路器的选择及校验（1）断路器的选择四条出线中找出负荷最大的作为计算依据，则其他几条线路都能满足，按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器。而且放在屋外，所以可选屋外式真空断路器。又据UW=10KV,Igzd=50.41A，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择ISM-12型真空断路器，参数见表6-5：表6-5ISM-12型真空断路器技术参数类别型号额定电压kV额定电流A断流容量kA动稳定电流峰值kA热稳定电流kA固有分闸时间≤合闸时间≤备用操动机构开断电流kA真空ISM-121212506325（4s）0.06s0.1s25（2）校验对于无穷大电源供电电网Idt=I’’=0.946KAich=2.412(KA)(6-39)故动稳定性也满足要求。经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选ISM-12型真空断路器满足要求。6.2.4分段断路器的选择因为10kV侧主接线为分断方式，故10kV侧母线分段断路器的选择与10kV侧断路器的选择相同。按构造形式、装置种类、额定电压、额定电流、和额定开断电流选择断路器，而且放在屋内，所以可选真空断路，又据UW=10KV，Igzd=303.12A，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择ISM-12型真空断路器，其技术参数见表6-6：表6-6ISM-12型真空断路器技术参数类别型号额定电压kV额定电流A断流容量kA动稳定电流峰值kA热稳定电流kA固有分闸时间≤合闸时间≤备用操动机构开断电流kA真空ISM-121212506325（4s）0.06s0.1s256.3隔离开关的选择及校验6.3.135kV侧隔离开关的选择及校验（1）隔离开关的选择根据变压器高压母线侧断路器选择计算的数据，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择GN27-40.5D型隔离开关，其技术参数见表6-7：表6-7GN27-40.5D型隔离开关技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（kA）4s热稳定电流（kA）GN27-40.5D40.512508031.5（2）校验1）热稳定性校验68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计短路电流的热脉冲：I∞2tdz=1.59223.06=7.755ich=4.060(KA)(6-41)故动稳定性也满足要求。经计算满足热稳定性及动稳定性要求，因此所选GN27-40.5D型隔离开关满足要求。6.3.210kV侧隔离开关的选择及校验（1）隔离开关的选择根据变压器低压母线侧断路器选择计算的数据，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择GN30-12D型隔离开关，其技术参数见表6-8：表6-8GN30-12D型隔离开关技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（kA）4s热稳定电流（kA）GN30-12D12125010040（2）校验1）热稳定性校验I∞2tdz=2.53523.06=19.664ich=6.464(KA)(6-43)故动稳定性也满足要求。经计算满足热稳定及动稳定要求，因此所选GN30-12D型隔离开关满足要求。6.3.310kV出线侧隔离开关的选择及校验（1）隔离开关的选择根据变压器低压母线侧断路器选择计算的数据，经查《68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计电力工程电气设备手册电气一次部分》选择GN30-12D型隔离开关，其技术参数见表6-9：表6-9GN30-12D型隔离开关技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（kA）4s热稳定电流（kA）GN30-12D12125010040（2）校验1)热稳定性校验短路电流的热脉冲：I∞2tdz=0.94623.06=2.738ich=2.412(kA)故动稳定性也满足要求。6.3.4分段隔离开关的选择因为10kV侧主接线为分断方式，故10kV侧母线分段隔离开关的选择与10kV侧隔离开关的选择相同，其技术参数见表6-10：表6-10GN30-12D型隔离开关技术参数型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（kA）4s热稳定电流（kA）GN30-12D121250100406.4电流互感器的选择及校验6.4.135KV侧电流互感器的选择Igzd===86.605(A)(6-45)根据额定电压等级及最大长期工作电流，选择LZZBJ7-35Q型电流互感器。查《电力工程电气设备手册电气一次部分》得技术参数如表6-11：表6-11LZZBJ7-35Q型电流互感器技术参数型号额定电压额定一次电流(A)额定二次电流(A)1s热稳定倍数（KA）动稳定倍数(KA)LZZBJ7-35Q35400-600563157.568 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计电流互感器的校验（1）热稳定校验tdz=3.06st=1.1s∵=（0.5×63）×1.1=1091.48＞×=1.592×3.06=7.755(6-46)∴满足热稳定要求（2）动稳定校验内部动稳定校验∵=×0.5×157.5=111.35(kA)＞=4.060(kA)(6-47)∴满足内部动稳定要求6.4.210kV侧电流互感器的选择及校验(1)电流互感器的选择按最大长期工作电流Igzd===303.12(A)(6-48)根据I1N>Igzd，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择LZZBJ9-10Q型电流互感器，其技术参数见表6-12：表6-12LZZBJ9-10Q型电流互感器技术参数型号额定电压（kV）准确级额定输出（VA）额定电流比短时热电流倍数动稳定电流倍数LZZBJ9-10Q1010P15400/580110(2)校验1)热稳定性校验热稳定校验tdz=3.06st=1.1s∵=（0.4×80）×1.1=1126.4＞×=2.195×3.06=14.743(6-49)∴满足热稳定要求2)动稳定性校验①内部动稳定校验∵=×0.4×110=62.216(kA)＞=6.464(kA)(6-50)∴满足内部动稳定要求②外部动稳定校验×I1N×k1×k2×kd=×0.4×1.12×1×110=69.68(kA)＞=6.464(kA)(6-51)68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计经计算满足热稳定及内、外动稳定性要求，所选LZZBJ9-10Q型电流互感器满足要求。6.4.3.10kV出线侧电流互感器的选择及校验（1）电流互感器的选择按最大长期工作电流===50.41(A)(6-52)根据I1N>Igzd，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择LZZBJ9-10Q型电流互感器，其技术参数见表6-13：表6-13LZZBJ9-10Q型电流互感器技术参数型号额定电压（kV）额定电流比1s热稳定电流倍数动稳定电流倍数LZZBJ9-10Q10200/580110（2）校验1）热稳定性校验tdz=3.06st=1.1s∵=（0.2×80）×1.1=281.6＞×=0.946×3.06=2.738(6-53)∴满足热稳定要求2）动稳定性校验×I1e×Kd=×0.2×110=31.108(kA)＞Ich=1.837(kA)(6-54)经计算满足动稳定要求。6.5电压互感器的选择与校验6.5.1电压互感器的选择及校验电压互感器主要用来计量，而电压互感器的一、二侧均有熔断器保护，所以不需要校验短路动稳定和热稳定。（1）35kV侧电压互感器的选择根据该电压互感器的用途、装设地点及额定电压，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择JDZX9-35Q型电压互感器，其技术参数见表6-14：68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计表6-14JDZX9-35Q型电压互感器技术参数型号额定电压比（kV）最大容量一次熔断器（A）准确级次及相应额定二次负荷(VA)JDZX9-35Q3000.20.2级150.5级206P级100（2）10kV侧电压互感器的选择根据该电压互感器的用途、装设地点及额定电压，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择JDZX9-10Q型电压互感器，其技术参数见表6-15：表6-15JDZX9-10Q型电压互感器技术参数型号额定电压比（kV）最大容量一次熔断器（A）准确级次及相应额定二次负荷(VA)JDZX9-10Q3000.20.2级150.5级206P级1006.5.2其保护熔断器的选择及校验熔断器是最简单的保护电器，当电流超过给定值一定时间通过熔化一个或几个特殊设计的和配合的组件用分断电流来切断电流的故障，保护电气设备免受过载和短路电流的损害[17]。对于保护电压互感器的熔断器，只按额定电压及断流容量选择即可∵∴Sd=UpIch=354.060=246.117MVA(6-55)∵∴Sd=UpIch=106.464=111.956MVA(6-56)经计算查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择RN2-35型和RN2-10型熔断器，其技术参数见表6-16：表6-16RN2-35型和RN2-10型熔断器技术参数型号额定电压(kV)额定电流(A)最大开断电流（KA）开断容量不小于（MVA）RN2-35350.57001000RN2-10100.510001000经计算满足要求，故选择RN2-35型和RN2-10型熔断器。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计6.6绝缘子的选择及校验6.6.135kV侧绝缘子的选择及校验按安装地点和额定电压查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择ZL-35/8型绝缘子，其技术参数见表6-17：表6-17ZL-35/8型绝缘子技术参数型号额定电压（KV）机械破坏负荷不小于(KN)泄露比距（cm/kv）最小放电距离（cm）ZL-35/835弯曲8拉伸81.630（1）支柱绝缘子片数的选择一般情况下的单位泄漏距离为1.6cm/kV，所以应选绝缘子的片数为n==1.87(6-57)式中——泄漏比距——每片绝缘子的泄漏距离所以初选2片绝缘子，考虑到绝缘子老化及出现故障等情况，应将绝缘子片数加1，故选择片3绝缘子。∴35kV每相悬式绝缘子应选3片，满足要求。6.6.210kV侧绝缘子的选择及校验按额定电压和装设地点，经查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择ZL-10/16型绝缘子，其技术参数见表6-18：表6-18ZL-10/16型绝缘子技术参数型号额定电压（KV）机械破坏负荷不小于(KN)泄露比距（cm/kv）最小放电距离（cm）ZL-10/1610弯曲16拉伸161.630校验悬式绝缘子片数的选择一般情况下的单位泄漏距离为1.6cm/kV，所以应选绝缘子的片数为片(6-58)68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计式中——泄漏比距——每片绝缘子的泄漏距离所以初选1片绝缘子，考虑到绝缘子老化及出现故障等情况，应将绝缘子片数加1，故选择片2绝缘子。∴10kV每相悬式绝缘子应选2片，满足要求。6.7穿墙套管的选择6.7.110KV侧穿墙套管的选择按额定电压，装设地点和最大长期工作电流选择Igzd=173.2A选择10KV户内用的CWLC2-10/2000型铝体穿墙套管，技术数据如下表6-19：表6-19CWLC2-10/2000型铝体穿墙套管技术数据型号额定电压（KV）额定电流(A)泄漏距离(mm)抗弯强度(KN)质量(㎏)CWLC2-10/200010200022012.511.3额定电压=10kV，额定电流=2000A，最大负荷电动力==12500N，5s的热稳定电流为=20A，套管长度=0.362m。穿墙套管在θ=20℃时的允许电流：=×=2000×1.095=2190A(6-59)=2190A>=1515.544A(6-60)（1）热稳定性校验：×t=×5=2000kA2s(6-61)×=4.0602×3.06=50.440kA2s(6-62)×t=×5=2000kA2s>×=4.0602×3.06=50.440kA2s所以满足热稳定性要求（2）动稳定性校验：套管的允许负荷为：0.6=0.6×12500=7500N(6-63)套管瓷帽受得力为：F=1.73×××=1.73×××4.0602×=7.768N(6-64)68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计0.6=0.6×12500=7500N>F=7.768N(6-65)式中——穿墙套管端部至最近一个支柱绝缘子的距离。=1m——套管长度，=0.362m∵0.6=0.6×12500=7500N>F=7.768N(6-66)∴满足动稳定性的要求6.8电力电容器的选择6.8.1电容器的选择（1）按工作电压选择。（2）按工作频率选择。（3）无功功率的计算。设备补偿前的功率因数为0.75，经电容器要求补偿后达到0.9。负荷的有功功率为系统要求补偿的无功功率为：(6-67)查《电力工程电气设备手册电气一次部分》初选BWF10.5-100-1型电容器组，其技术参数见表6-20：表6-20BWF10.5-100-1型电容器组技术参数型号额定电压(kV)额定容量(kVAr)额定电容(μF)BWF10.5-100-110.51002.89(6-68)因此，一相需6个此型号的电容器组，三相则需18个电容器组，总的额定容量为：68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计故所选电容器组满足要求。6.9站用变的选择对于35kV农网型箱式变电站，从可靠性角度来说，每个箱体应该选择一台站用变压器。实际上正常运行时变电站的所用负荷是很小的，只有十几千瓦，最大负荷也只有几十千瓦[18]。6.9.135KV站用变的选择表6-2135KV箱体站用负荷统计序号名称额定容量（KW）负荷类型1通信2.5经常、连续2充电屏7.5经常、连续3监控电源1经常、连续4保护电源1经常、连续5动力电源8不经常、不连续6采暖、通风电源20经常、连续小计动力负荷P140135KV加热4经常、连续235KV箱变室内照明4短时、连续3二次设备室照明2短时、连续小计加热及照明负荷P210综合以上数据，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择S7-800/35型电力变压器作为站用变压器，其技术参数见表6-22：表6-22S7-800/35型电力变压器技术参数额定电压KV损耗阻抗电压额定容量高低空载短路350.41.54116.5%800KVA6.9.210KV站用变的选择68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计表6-2310KV箱体站用负荷如统计序号名称额定容量（KW）负荷类型1通信2.5经常、连续2充电屏7.5经常、连续3监控电源1经常、连续4保护电源1经常、连续5动力电源8不经常、不连续6采暖、通风电源20经常、连续小计动力负荷P140110KV加热4经常、连续210KV箱变室内照明5短时、连续3二次设备室照明3短时、连续小计加热及照明负荷P212综合以上数据，查《电力工程电气设备手册电气一次部分》选择SC-800/10型电力变压器作为站用变压器，其技术参数见表6-24：表6-24SC-800/10型电力变压器技术参数额定电压KV损耗阻抗电压额定容量高低空载短路100.41.58.956.%800KVA6.10熔断器的选择6.10.1保护所用变的熔断器的选择（1）熔断器的选择其最大长期工作电流A(6-69)熔件的额定电流为68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计=×=1.5×=19.795A(6-70)短路容量==×10.5×2.458=44.701MVA(6-71)经计算查«电力工程电气设备手册电气一次部分»选择RN1-10型高压跌落式熔断器，其技术参数见表6-25：表6-25RN1-10型高压跌落式熔断器技术参数型号额定电压(KV)额定电流(A)额定断流容(MVA)RN1-1010100200（2）校验(6-72)经计算满足要求，选RN1-10型熔断器。6.10.2保护10KV侧电压互感器的熔断器的选择（1）熔断器的选择：对于保护电压互感器的熔断器，只按额定电压及断流容量选择即经计算查«电力工程电气设备手册电气一次部分»选择RN2-10型熔断器，其技术参数见表6-26：表6-26RN2-10型熔断器技术参数型号额定电压(KV)额定电流(A)额定断流容量（MVA）RN2-10100.51000（2）校验(6-73)经计算满足要求，故选RN2-10型熔断器。6.10.3保护电力电容的熔断器的选择电力电容器在合闸时产生冲击电流，此时熔断器的熔件不应熔断，保证正常工作熔件的额定电流应按如下计算：68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计===0.5774kA(6-74)=×=1.5×0.5774=0.8661kA(6-75)——系数取1.3—1.8取1.5——电力电容器的额定电流额定电压10kV,所以选择RN1-10型户内高压熔断器，技术数据见表6-27所示：表6-27RN1-10型户内高压熔断器技术数据型号额定电压（kV）开断电流（kA）额定电流（KA）切断容量（MVA）RN1-10/20010122200熔断器的额定电流>，所以熔断器满足要求。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第七章继电保护继电保护的设计应以合理的运行方式和故障类型作为依据，并应满足速动性、选择性、可靠性和灵敏性四项基本要求。本站主要对变压器、线路、电力电容器进行保护，同时也对其它设备进行保护，这里主要介绍这些主要的保护[19]。7.1电力变压器的保护电力变压器是电力系统中大量使用的重要电器设备，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件。因此，必须根据变压器容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部短路或过负荷引起的过电流，以及漏油引起的油面降低和过励磁等[20]。对变压器的不正常工作状态应采取以下保护：（1）为反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低应装设瓦斯保护。（2）为反应变压器绕组、套管和引出线相间短路；直接接地系统侧绕组、套管和引出线的接地短路以及绕组匝间短路应装设纵联差动保护。（3）为反应外部相间短路引起的过电流，应装设过电流保护作为后备保护。（4）为反应过负荷，应装设过负荷保护。（5）为反应油温降低而装设的保护。7.1.1变压器的瓦斯保护根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，对于容量在0.8MVA以上的油浸式变压器应装设瓦斯保护。瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体的数量和流动的速度而动作的保护，保护变压器油箱内部各种短路故障，特别是对绕组的相间短路和匝间短路。（1）原理及接线图1）原理：由于短路点电弧的作用，将使变压器油和其它绝缘材料分解，产生气体。气体从油箱经连通管流向油枕，利用气体的数量及流速构成瓦斯保护，它应安装在油箱与油枕之间的连接管道上。2）瓦斯保护接原理线图如图7-11所示。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计图7-1瓦斯保护接原理线图（2）整定整定：在出现轻微瓦斯及油面下降时，保护装置应动作于信号；但是在出现大量瓦斯时，保护装置通常应动作于跳闸。（3）瓦斯保护的主要特点动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、可以有效地反应变压器油箱内的故障及油面降低，但它不能反应油箱外套管及引出线上的故障，因此必须与纵差动保护一起，共同构成变压器的主保护。7.1.2变压器的纵差动保护（1）原理：纵差动保护是反应被保护的变压器各端流入和流出电流的相量差。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。在保护范围内故障时，流入差回路的电流为短路点的短路电流的二次值，保护动作。（2）整定保护的动作电流（利用BCH-2型差动继电器构成的变压器差动保护）1）确定基本侧。将变压器两侧电流互感器流入差回路的电流中较大的一侧作为基本侧，计算步骤见表7-1。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计表7-1基本侧保护数据变压器额定电压（KV）（高压）=35（低压）=10.5变压器额定电流（A）=82.48=274.94变压器接线方式YΔ电流互感器接线方式ΔY电流互感器计算变比=28.57=54.988电流互感器实际变比200/5=40400/5=80流入差回路电流（A）=3.57=3.437不平衡电流（A）03.57-3.437=0.1332）确定差动保护的动作电流已知Id1max(3)=2.535kA①躲过变压器的励磁涌流(7-1)式中EMBEDEqua数及实际动作电流Idz.J--可靠系数，取1.3-----变压器基准侧的额定电流所以Idz=KKIet=1.382.48=107.224(A)(7-1)②按躲开二次回路断线Idz=KKIet=1.382.48=107.224（A）(7-1)③躲过外部短路时的最大不平衡电流=(++)(7-2)式中-----最大不平衡电流-----两侧电流互感器电流误差引起的不平衡电流-----变压器调分接头引起的不平衡电流所以Idz=1.3(0.1+0.05+0.05)=197.73(A)(7-3)从以上计算可知，以躲过外部短路最大不平衡电流为计算条件，差动保护的动作电流取为Idz=197.73（A）68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计④计算差动线圈匝数及实际动作电流Idz.J.js=Kjs.Idz/nTA==8.562(7-4)Wcd.js=AN0/Idz.J.js=7.001(7-5)其中：AN0取60差动线圈的实际匝数应向小调整，取7（匝）继电器的实际动作电流为Idz.J.js=8（A）⑤确定35kV侧平衡绕组匝数为取实用匝数5（匝）Wph.35.js=[(I2.jb-I2.fj35)/I2.fj35]Wcd.zd=[(3.57-3.437)/3.437]7=0.271(7-6)（A）(7-1)⑥计算相对误差为(7-7)因为相差很小，不需要核算动作电流。⑦35KV侧二次动作电流为Ij35=Id/ni35=[82.48(35/10.5)]/40=11.905(A)(7-8)⑧计算最小灵敏系数为(7-9)(7-10)满足要求。7.1.3变压器的过电流保护(1)原理：变压器的过电流保护是反应电流增大而动作的保护，作用于外部相间短路引起的变压器过电流。由于过电流保护装置装在被保护变压器的电源侧，因此它可以作为变压器的后备保护。(2)整定计算按躲开出线的最大负荷电流来整定68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计(7-11)式中—可靠系数，取1.2—返回系数，取0.85—自起动系数，取1.5Idz==174.666(7-12)1)灵敏度的校验近后备保护(7-13)远后备保护(7-14)经校验灵敏度均符合要求。人为延时是1.5S，考虑到线路中避雷器的放电时间0.04～0.06S。7.1.4变压器的过负荷保护(1)原理：变压器可能出现过负荷的情况，因此需装设过负荷保护。对于双绕组变压器，过负荷保护应装设于电源侧。(2)过负荷保护的整定计算按躲过变压器的额定电流进行整定(7-15)式中：—可靠系数，一般取1.05；—返回系数，取0.85；—保护安装侧变压器的额定电流。A(7-16)68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计过负荷保护的延时应比变压器过电流保护时延长一个时限阶段，一般取10s。7.210kV出线的保护7.2.110kV线路保护的设计原则（1）10kV架空线路和电缆线路应装设相间短路保护。保护装置采用两相式接线，并在所有出现中皆装设同名的两相上，通常装设在A、C两相上，以保证当发生不在同一出线上的两点单相接地时有2/3机会切除一个故障点。（2）10kV线路保护一般以电流速断保护为主，以过流保护作为后备保护。这就是说保护装置采用的是远后备保护方式。（3）10kV线路在以下情况下必须装设电流速断保护。1)对变电站来说，当线路上发生短路，变电站母线电压大量降低时，应装设电流速断保护。2)导线截面不允许延时切除短路电流时，应装设电流速断保护。（4）当装设电流速断保护时，为保证母线电压不至过份的下降，必要时允许非选择性的动作，并装设备用电源自投入装置来部分地校正保护的非选择性的动作。7.2.210kV出线保护的配置与整定（1）10kV出线的电流速断保护的整定计算下面以线路1为例说明整定方法。保护的动作一次电流KA(7-17)动作二次电流A(7-18)动作时限t=0s灵敏度校验：按被保护线路始端短路时，流过保护安装地处最小两相短路电流校验。Xx·zd=Xs*+XL1*+XT单*=0.67+0.73+5.442=6.842(7-19)Xx·zd——等效电源最大电抗Xs——最小运行方式下系统电抗68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计XL1——进线线路电流XT——最小运行方式下变压器电抗lb·zx=1/xl×（Ue/2I（2）dmin－XX·zd）=4.954(7-20)lb·zx——电流速断保护的最小长度xl——输电线路的单位长度的正序电抗，取为0.4Ω/kmlb·zx/lAB×100﹪=4.954/15×100﹪=33.025﹪﹥15﹪-20%(7-21)∴满足灵敏度校验。同理可求出其它出线的保护动作电流与灵敏度系数如表7-2表7-2出线的保护动作电流与灵敏度系数计算值线路名称电流速断保护的整定保护动作一次电流（KA）保护动作二次电流（A）灵敏度系数(%)线路10.93611.733.025线路21.03612.95137.223线路31.23015.36345.640线路41.09313.66639.567线路51.15814.47942.282线路60.98712.33435.750线路71.23015.36345.630线路81.15814.47942.282（2）10kV侧出线的过电流保护的整定计算1#出线整定计算：动作电流按躲开被保护线路的最大负荷If·zd，且在自起动电流下继电器能可靠返回来整定。动作电流Idz（3）=(KK（3）·Kxq/Kf)×Ifzd(7-22)KK（3）----可靠系数，取1.15～1.25,这里取1.2Kxq-----自起动系数，取1～3，这里取1Kf-----继电器的返回系数，对于电磁型继电器取0.85。Ifzd----被保护线路的最大负荷电流。Idz（3）=(KK（3）·Kxq/Kf)×Ifzd=(1.2×1/0.85)×452/10.5=60.773A(7-23)继电器动作电流：I（3）dz·j=Idz（3）×Kjx/Ki=0.760A(7-24)其中Kjx=1，Ki=8068 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计灵敏度校验：=9.791>1.5(7-25)∴满足灵敏度校验。同理可对其它出线做过电流保护的整定如表7-3表7-3出线电流保护的整定计算值线路名称过电流保护的整定动作电流（A）继电器动作电流（A）灵敏度系数线路160.7730.7609.791线路261.3110.76610.634线路391.4291.1438.378线路486.0651.0767.971线路562.9350.78711.504线路660.2450.75310.275线路774.2310.92810.319线路8105.4291.3186.8677.310KV分段母线的保护保护配置：装设两台DL—11型电流继电器和两个变比为600/5的电流互感器组成过电流保护，过电流瞬时部分解除。整定计算：按躲过任一母线的最大负荷电流计算保护装置的动作电流。Idz·j=Kk·Kjx·Ifh/Km·n=1.2×1×809.91/0.85×200=5.718A(7-26)保护装置的一次动电流：Idz=Idz·j×n1/Kjx=5.718×200/1=1143.6A(7-27)保护装置的灵敏系数：Km=I2d2min/Idz=4220/1143.60=3.69﹥1.5(7-28)I2d2min——最小运行方式下母线两相短路时流过保护的短路电流I2d4min——最小运行方式下相邻元件的末端两相短路时流保护的短路电流。装设DL—11/10型继电器保护装置的动作时限应较相邻元件的过电流保护大一时限阶段，取1.0秒。分段保护原理图7-2：68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计图7-2分段保护原理图7.410KV母线的保护对于中小容量的变电站，其母线故障时，不装设专用的母线保护。母线故障时可利用变压器的后备保护及分段断路器的保护来切除7.5电力电容器的保护本所采用BWF10.5-100-1型电容器进行无功补偿，以提高电网功率因数、减少线损、改善电压质量，充分发挥发电、供电设备的效率，为此要求对电容器进行保护。7.5.1保护装置的选择在电容器的运行中可能会发生故障而引起电容器爆破和火灾事故，故其主要的故障形式有：电容器和短路器之间连接线短路；电容器的内部故障及其引出线上短路及个别电容器的切除引起电压升高等。为了防止电容器爆破及火灾事故，保证安全运行，必须装设相应的保护。电容器的保护包括内部保护和外部保护两个方面，内部保护作为单台电容器内部击穿时的保护，使电容器内部串联元件未全部击穿之前将其从电源上断开；本设计装设无时限过流保护和过压保护作为外部短路故障保护，并作为内部故障的后备保护。内部保护采用熔断器保护单台电容器，其保护接线如图7-3所示，短路保护用电流互感器与电流继电器和信号继电器来实现。由于多数电容器只允许在不超过1.05倍额定电压下长期运行，只能在1.1倍额定电压下短期运行（一昼夜），所以过电压保护也必不可少。另一方面，一般在电容器母线上安装一组避雷器，以泄放操作等原因引起的瞬态过电压。保护电容器中，由于无间隙金属氧化物避雷器的性能优于有间隙的碳化硅避雷器，所以多采用无间隙金属氧化物避雷器FYS系列[21]68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计。为确保断开电容器上存在的电压在1min内降至50V，以保证人身和设备的安全，应在外部并联放电装置。一般利用电压互感器二次串入灯泡作为放电器。图7-3电容器保护接线7.5.2整定计算（1）无时限过电流保护保护装置的动作电流，取5A保护装置一次动作电流(7-29)保护装置的灵敏系数满足灵敏度要求。（2）过电压保护保护装置动作电流（按母线电压不超过110%额定电压值整定）(7-30)保护装置动作于信号或带3～5分钟时限动作于跳闸。7.6自动重合闸在供电系统中，对于非永久性故障，采用自动重合闸装置可以迅速恢复供电，提高了供电的可靠性。根据《继电保护和自动装置设计技术规程》10kV出线路装设了自动重合闸装置。自动重合闸装置的接线应满足下列要求：1.用转换开关将断路器断开，或将断路器投于故障线路上而随即有保护装置将其断开时，自动重合闸装置均不应动作。2.自动重合装置的动作次数应符合预先的规定，在任何时候均不应使断路器重合次数超过规定。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第八章二次系统部分8.1二次系统的定义及分类箱式变电站的设备通常可分为一次设备和二次设备两大类。主接线所连接的都是一次设备，而二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护设备、自动装置和运动装置等。根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备相互连接关系的电路，称为二次接线或二次回路[22]。二次回路依照电源和用途可分为下述几种：(1)电流回路。包括交流电流回路，即由电流互感器TA(LH)二次侧供电的全部回路；也包括由直流电源供电的全部回路。(2)电压回路。由电压互感器TV(YH)二次侧及三相五柱电压互感器开口三角形供电的全部回路组成。(3)测量回路。测量回路也称计量回路，包括电流表、电压表、功率表、电能表、功率因数表等的电流和电压线圈的回路。(4)保护回路。保护回路为接有电流继电器、电压继电器、时间继电器的线圈和接点的回路。(5)开关和信号回路。包括各种控制开关、转换开关、灯光信号、信号继电器的线圈和接点、音响信号和回路。(6)操作回路。继电器合闸、跳闸以及备用电源自动重合闸的电路称为操作电路。8.2二次系统设计全站智能化设计，保护系统采用变电站微机自动化保护装置，该系统作为分层、分布式多CPU的综合自动化系统，包括了变电站所需的各种继电保护如变压器保护、35kV/10kV线路保护、低频减载、电容器保护等，具有变电站的测量、实时数据采集、运行工况监视、控制操作、自动控制与调节及全部远动功能。系统采用分布式控制系统，配置、扩展、组态灵活、控制管理集中、功能分散，数据处理实时性强，传输安全可靠，操作灵活方便[23]。对于变电站的整个保护系统主要采用以下几个装置，它们都具有以下特点：①装置有抗系统谐波的能力；②装置有自检功能，自检出错报警及闭锁保护；③装置出口及动作回路可设投切压板；68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计④装置保护动作出口与监控动作出口各自独立；⑤装置集测量、计量、保护、控制功能于一体。（1）变压器保护变压器保护主要采用主变主保护装置、主变高压侧保护监控装置、主变低压侧监控装置等三个装置，主要实现：①比率差动保护；②差动速断保护；③重瓦斯保护；④两段式复合电压闭锁过流保护。（2）10kV线路保护监控装置主要实现：①三段式三相过流保护，由无时限速断、定时限速断、定时限过流组成；②三相一次重合闸；③低周减载。（3）10kV电容器保护监控装置主要实现：①定时限电流保护；②电压保护。（4）备用电源自投装置适用于母线联络开关，由监控和保护两套完全独立的系统组成，实现备用电源自动投入功能及母联速断过流保护。（5）PT监控装置适用于母线电压互感器，由监控和保护两套完全独立的系统组成，可实现PT自动切换功能及单相接地保护及低电压保护[24]。（6）中央信号监控装置与其它装置相配合完成全站事故信号及预告信号报警输出，主变油温及环境温度。8.3断路器控制与信号回路8.3.1概述68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计断路器控制按控制地点可分为集中控制与就地控制。所谓集中控制就是集中在控制室内进行控制；就地控制就是在断路器安装地点进行控制。在控制室内对配电装置中的断路器进行控制称为距离控制。这种控制主要由控制开关、控制电缆和操作机构等组成。在箱式变电站运行的各种电气设备，随时都可能发生不正常运行的工作状态。中央信号，主要用来示警和显示电气设备的工作状态，以便于运行人员及时了解、采取措施。断路器控制回路的基本要求有：（1）能进行手动跳闸、合闸，也能完成自动跳闸，断路器跳闸（合闸）过程完成后，能自动切断跳闸（合闸）线圈回路电流，防止线圈长时间通电而烧毁。（2）有防止断路器连续多次跳闸或合闸操作的位置信号。（3）有反映断路器完成跳闸或合闸的防跳回路。（4）有断路器自动跳闸或合闸的位置信号。（5）有控制回路完好性监视信号。（6）在满足要求的前提下，力求简单可靠。在变电站中，断路器的数目一般是比较多的，如果只有指示断路器位置的灯光信号，那么当发生事故而使某一断路器跳闸时，值班人员可能不会及时发现。因此，除了灯光信号以外，还必须有音响信号。音响信号不是每个断路器都装的，而是全所只装一套。中央信号装置设在主控室内的中央信号屏上。（1）中央信号的设计原则1)中央信号装置由事故信号和预告信号组成。2)能保证在断路器跳闸时发出音响信号、灯光信号或其他指示信号。3)事故音响一般用蜂鸣器，预告音响信号一般使用电铃。4)音响信号应能自动或手动恢复，而故障性质的指示信号保持到故障消除为止。5)中央信号的接线应力求简单，对其电源熔断器应有监视装置。（2）事故信号装置采用中央复归能重复动作的事故音响信号，音响采用蜂鸣器，用信号灯表示跳闸断路器。（3）预告信号装置采用中央复归带重复动作的预告信号装置，用光字牌说明发生非正常运行状态。预告的非正常运行状态有：1）变压器的过负。2）变压器的轻瓦斯保护动。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计3)变压器油温过高。4）电压互感器二次回路断线。5）交流回路绝缘降低。6）直流回路绝缘降低。7）控制回路断线、熔断器熔断等。8）事故音响信号熔断器熔断。9）直流电压过高或过低。8.3.2电气测量与信号系统（1）需要进入计算机监测与控制系统的各种测量参数，首先经过电流互感器与电压互感器变为统一的交流，然后再经各种电量变送器将交流参数变为直流信号给计算机监测与控制系统进行测量。（2）电量变送器的种类与电工测量仪表完全对应。有什么类型的电工测量仪表，就有什么样类型的电量变送器。（3）电量变送器的一次接线与电工测量仪表完全相同。（4）电压变送器的测量输入电压最大值应提高20%，高压选交流120V，低压选交流250V或420V，各种电量变送器的输出一般选直流0-5V或4-20mA。（5）采用变配电站综合自动化系统之后，其监控单元均为交流采样，直接从电流或电压互感器取。在进线开关柜内增加有功与无功脉冲电度表各一块，作为内部统计用电量使用[25]。8.4系统的绝缘监察装置变电站的直流系统比较复杂，当发生一点接地时，由于没有短路电流流过，熔断器不会熔断，仍能继续运行，故对这种接地故障必须及早发现。否则，当发生另一点接地时，有可能引起信号回路、控制回路、继电保护回路和自动装置回路的不正确动作。因此装设经常性的直流系统监察装置是十分必要的[26]。其原理接线图如图8-1所示。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计8-1直流系统绝缘监察装置接线图8.5箱式变电站的监控内容随着社会经济的发展，用户对供电可靠性和电能质量要求越来越高。预装式变电站和传统的供电所相比，虽然有着明显的优势，单仍存在一些不足之处，比如没有变压器故障监控，无防环境影响的揭露控制等。传统的保护只在高压侧配置负荷开关和熔断器，变压器有的装有专用温度控制器，低压室出线一般设有空气开关和塑壳开关。鉴于这种情况，我对箱式变电站智能监控采用预装式变电站智能监控单元。它集中采集了预装式变电站所有有用的信息，包括电参量、环境温湿度、变压器温度等信息。通过对这些信息的综合分析作出对应动作，确保变电站的经济、安全运行，延长使用寿命。下面介绍箱变的监控内容：8.5.1电参量监测与保护实时在线监测高压侧三相入口电压/出口电流，低压侧各输出端口电流，记录运行时的电压，电流，功率，功率因数，供上位机调用或本地监测；实时监测预装式变电站三相高压端出口电流故障，根据故障状态及时分断负荷开关或向上位机发送故障状态信号。8.5.2防凝露保护68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计预装式变电站一般用于户外，对高压室，低压室实时在线监测温湿度信号，根据当前温湿度值及时启停除湿，升温设备，破坏凝露的生成，有效防止高压开关和低压开关设备因表面出现凝露而发生闪络放电事故[27]。8.5.3变压器室温度保护变压器在运行过程中由于负荷及各种原因的影响，温度容易升高，若不及时对其降温，或在温度急聚上升时做出相应地处理，将影响变压器出力甚至设备故障或永久损坏。通过实时监测变压器绕组温度或变压器油温，当监测温度超过设定值时，可启动风扇，强迫排风散热。8.5.4参数在线数字化显示和设定8位LED循环显示高压侧入口三相电压和出口三相电流、低压侧各输出端口电压高压侧低压室温湿度和变压器室温度，通过按“显示”键可显示高压侧最新出口故障电流。故障电流地整定值和各路温湿度的上小限设置值均可通过键盘设置修改，或通过上位机下发命令而设置修高故障电流整定值和温湿度上下限值。8.5.5系统组网与集中化管理预装式变电站无人值守的特点，使得系统组网成为必然。现场总线通信接口以及RS485/422人机通信接口能方便地通过电力线载波、无线电信道、通信电缆与县调或地调进行可靠通信，符合部颁通信规约标准，从而全面支持“四遥”功能。8.6配电网自动化的功能（1）配电网的实时监视与控制这种监视和控制功能与大电网的SCADA系统（数据采集及监视控制）原则上具有类似的功能，只是监视和控制的对象不同，其规模较小。它必须随时了解配电网内各重要母线电压，各配电线的有功功率的状况；反映系统结构变化后各配电变压器，断路器及柱子上开关的运行状态；重要用户的负荷情况及其电力和电能表的信息等。（2）安全性控制安全性控制的目的是使配电网系统在发生故障后所造成的损失和影响最小。安全控制主要有以下几方面：68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计①电线的切换和自动分段在发生永久性故障时，配电网自动控制系统可以根据遥测和遥信信号自动地识别故障将故障隔离，并自动地重新安排运行方式，恢复所有非故障线的供电。包括：故障检测、故障隔离、初始电源恢复和配电线重新配置。②母线自动分段在配电变电站一段发生永久性故障时，原来由这一母线供电的配电线必须切换到另一健全的母线上。③冷负荷启动这是指在大于20min的停电以后，重新恢复配电线的供电时，为防止短时冲击性负荷超过配电线的允许值，采用切除部分用户负荷，并在配电线正常运行后逐步按次序恢复用户的自动恢复供电控制。（3）经济控制经济性控制的目的是为了有效的利用配电设备的能力，降低或推迟扩建资金的投入，减少运行费用。（4）质量控制质量控制的目的是保证供电的电压和频率，当然，这二者与整个电力系统的运行控制的关系是十分密切的。（5）负荷控制负荷控制是用对用户负荷进行远方控制的方式，以抑制高峰负荷和提高负荷率。其目的是降低用户对电网的负荷需求，鼓励用户在低谷时多用电，系统突然失去大电源时，缓解对电力系统的扰动，在停电后恢复供电时，减轻冷负荷时的冲击。8.7综合自动化装置的选择变电站综合自动化将变电站保护、自动、远动、通信功能融为一体，完成对站内所有模拟量、状态量的采集以及对各种设备的控制和保护。例如对线路及主设备各模拟量、状态量的采集，对断路器和隔离开关、变压器有载调压开关的控制与监视，站用备用电源的自动投入、站用直流电源等的控制与监视，以及对为火灾的监视与消防系统的控制。通常变电站综合自动化系统由计算机系统组成。变电站综合自动化能节省二次电缆，缩短建设周期，便于对系统调度运行和维护管理。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计根据上节继电保护和二次接线部分的计算，本变电站ASL-22X系列数字线路保护测控装置。8.7.1概述ASL-22X系列数字线路保护测控装置适用于66KV及以下电压等级的小电流接地系统、或配电流电压保护的110KV线路，是线路单元的间隔层设备，基本功能如下：1.三段低电压闭锁方向过流保护：每段低电压闭锁或方向闭锁可单独投退，一、二、三段具有可选的后加速功能；2.三相一次自动重合闸功能；三元件装置的重合闸还具有检同期和检无压功能。3.失压保护功能（ASL-226）：母线失压后跳闸不重合；4.备用线路自投功能（ASL-228）；5.低频减载功能：低压闭锁和小电流闭锁可投退，低频减载出口跳闸或告警可选择；6.监控功能：装置具有测量电流、电压、频率等模拟量的遥测功能，采集断路器、储能、隔离刀闸、远方╱就地等位置信号及其它开关量信号的遥信功能，分、合断路器及储能的遥控功能，以及脉冲电能采集和积分电能计算功能。7.具有操作箱、谐波分析、故障录波、信号和PT断线检测等功能；8.面板上具有大屏幕汉字液晶显示和键盘操作功能，可方便地实现测量跟踪监视、在线修改定值或投退某些保护功能。面板上还具有运行、告警、跳位、合位等指示灯；8.7.2主要特点（1）保护配置系列化、成套化、模块化、生产过程自动化。硬件系统设计思想统一，以高压系统的标准应用于中低压系统，保留了望独立的起动开放回路，冗余、自检、闭锁相结合，提高硬件系统固有的可靠性。软件设计思想统一，程序结构统一，保护中的多功能软件模块统一，管理软件格式，内容统一，通信协议统一。（2）保护功能完善，性能安全可靠，内置精心设计的抗干扰组件，抗干扰能力强。（3）友好的人机界面，配有液晶显示，正常运行时显示电流，电压的幅值和相位及其它有关状态，故障时显示保护的动作元件及时间，键盘操作简单，采用菜单工作方式，易于掌握。（4）配有自动调试接口，可方便地与配套的自动调试仪（Help-90）连接，自动进行定值校验，整组试验及输入输出接点检查。（5）背后有一个隔离的串行口，作为对外的通信接口。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（6）有防跳操作回路，设计中考虑了无操作屏的要求。（7）有故障录波及事件记录功能，保证掉电数据不丢失。（8）钟走时精确，掉电不停钟，并有与卫星钟对时功能。（9）块化设计，本系列保护采用统一的硬件结构，插件品种少，各种装置之间可以互换，方便了生产调试及现场的运行维护。8.7.3装置的保护功能简介（1）三段式过流保护过流保护启动采用突变量电流启动和有效值辅助启动两种方式。（2）低压闭锁方向过流：采用三段定时限过流保护，每段均可通过控制字投退及选择经方向或经低电压闭锁，各段电流及时间定值可独立整定，分别设置整定控制字控制此三段保护的投退。为了躲开线路避雷器的放电时间，本装置中I段也设置了可以独立整定的延时时间。（3）零序过流保护采用与三段过流保护相同的（零序）电流突变量启动和有效值辅助启动，可选择跳闸或告警方式。（4）过负荷保护过负荷元件监视三相保护电流，有单独的电流及时间定值，并有控制字可投退，满足过负荷动作条件时发告警信号。（5）失压保护（ASL-226）监视母线电压，若均无压，非PT断线，延时到跳闸，不进行重合闸。有单独的失压定值及时间定值，并有控制字可投退。（6）备用线路自投（ASL-228）检测到贯通线无电压时，投入备用线路。有单独的电压定值及时间定值，并有控制字及遥信压板。（7）低频减载68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计低频减载元件可实现分散式的频率控制，当系统频率低于整定值时，该元件能自动判定是否切除负荷。低频减载逻辑中设滑差闭锁以区分故障情况、电机反充电和真正的有功缺额。为防止高压侧开关跳闸，而负荷侧电动机反充电引起的低频减载误动，增加低电流闭锁，闭锁电流定值可考虑按线路最小负荷电流来整定。考虑低频减载功能只在稳态时动作，故取A、C相电压进行采集及计算，当三相线电压都低于闭锁电压定值时，闭锁保护。（8）重合闸ASL-225重合闸方式为位置不对应启动重合闸，启动条件为：①重合闸已充电；②断路器在跳位，③重合闸压板已投入。对于遥控跳闸装置判遥控命令并给重合闸放电；手动操作跳闸时则需从F9端子输入放电信号。这样便可确保在遥控跳闸和手动跳闸方式下不启动重合闸，而保护跳闸和断路器偷跳情况下能够启动重合闸。充电条件包括：①重合闸控制字已投入；②断路器在合位；③重合闸压板已投入。当三个条件同时满足时充电，充电达20s置重合闸充电标志。（9）手合及重合后加速三段式过流保护带有手合及重合后加速功能，可通过控制字选择三段分别后加速。选择加速后，手合及重合于故障线路时装置将以加速时间动作。加速延时可整定一个短延时以避开合闸冲击电流。（10）小电流接地选线小电流接地选线采用零序功率方向原理，可选五次谐波或基波电压﹑电流计算，零序功率方向可选为零序保护的闭锁条件。（11）PT断线监视及母线绝缘监察功能本装置PT断线监视及母线绝缘监察功能有单独控制字投退，其判据如下：①启动元件无启动；②负序电压大于18V时报单相或两相PT断线；三相电压均小于15V而至少有一相电流大于0.5A时报三相PT断线。检测到PT断线可选退出方向及电压闭锁或相应的保护。8.7.4通用技术数据(1)额定直流数据220V，直流电流电压纹波系数不大于2%，电压波动为额定电压80~110%。(2)额定交流数据额定交流电流In：5A；额定交流电压Un：100V；交流电源波形为正弦波，畸变系数不大于2%；频率fn：50HZ，允许偏差为±0.5%。(3)交流回路过载能力施加1.2In~2In装置可持续工作；施加40In持续１s后无绝缘损坏。(4)保护主要技术数据①速断保护、延时速断保护、过流保护、零序电流保护68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计a:动作值整定范围：1~99.99A；（零序电流为0.2-5A）；整定级差0.01A；动作值的准确度一致性不大于动作值的3%；平均误差不超过±3%b:动作时间整定范围：0~9.99s；整定级差0.01s；动作时间的准确度在2倍的动作电流下测得动作时间，时间整定30ms以下，误差不超过30ms；时间整定30ms以上，误差不超过±20msc:相间方向功能灵敏角：-30°/-45°（可选），平均误差不超过±5°，一致性不大于5°；动作区160°，平均误差不超过±5°d:低电压闭锁功能整定范围：5V~100V，整定级差1V，误差不超过±3%②重合闸功能保护具有三相一次重合闸功能重合闸延时时间：整定范围0.1~9.99s；整定级差0.01s；动作时间的准确度一致性不大于20ms；动作时间平均误差不超过±20ms③后加速功能一段、二段、三段具有可选的后加速功能后加速延时时间：整定范围0~3s；整定级差0.01s；动作时间的准确度一致性不大于20ms；时间整定30ms以下，误差不超过30ms;；时间整定30ms以上，误差不超过±20ms(5)小电流接地选线功能零序电流大于0.02A，零序电压大于10V，用5次谐波或基波施加零序电压、零序电流，当零序电压超前零序电流在10°~170°之间时，判为小电流接地，边界误差不超过±5°；灵敏角+90°。(6)失压保护功能（ASL-226），备用线路自投功能（ASL-228）(7)绝缘电阻装置所有电路与外壳之间绝缘电阻在标准实验条件下，不小于500MΩ。(8)冲击电压装置的导电部分对外露的非导电金属部分外壳之间，在规定的试验大气条件下，能耐受幅值为5KV的标准雷电波短时冲击检验。(9)环境条件68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计工作：-10℃~+50℃相对湿度：不大于90％，无凝露。其它条件：装置周围的空气中不应含有带酸、碱腐蚀或爆炸性的物质8.7.5装置简介系列代号特征代号功能代号自动化系列产品ASL―22ٱ1.装置命名规则2.硬件说明本装置包括5个功能插件，从左到右依次为交流插件、CPU插件、电源插件、控制回路插件、操作箱插件;另外在前面板上还有一块用于人机对话的MMI板。（1）交流插件交流插件上共有11个模拟量输入变换器，用于将二次交流信号（三相电压、三相测量电流、三相保护电流、一个零序电压、一个零序电流）隔离变换为小电流或小电压信号，经调整后输入到A/D，交流插件的原理图8-2如下：2.5mALF347LF347输入~100V输入~5A电压互感器电压回路：保护电流回路：测量电流回路：电流互感器电流互感器CPU插件LF347去A/D去A/D去A/D1mAχR2.5mAR图8-2交流插件的原理图其中电压互感器(PT)2.5mA/2.5mA；电流互感器(CT)采用穿心式，测量CT68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计5A/2.5mA，保护CT5A/1mA；所选用的隔离变压器精度高、隔离效果好、具有很高的抗扰度。（2）CPU插件CPU插件采用嵌入式数字信号处理器（DSP）构成简洁高效的数据采集和处理系统，独特的设计和先进的表面贴安装工艺大大提高了系统的可靠性和抗干扰能力；硬件具有两级看门狗保证系统在异常时能及时复位；完善的软硬件自检还能使系统在运行时保证各种参数完好无损；用具有多重写闭锁功能的串行E2PROM保存定值、系数和配置，确保这些参数不被误修改而且能够掉电保持；模数转换采用带14个通道的串行A/D，转换精度为12位，转换时间约10μs，系统用3个通道做A/D自检，11个通道用于对外部输入量的模数转换；开关量输入（包括电度采集脉冲、断路器工作状态、断路器压力信号、事故总信号等）/输出（12个继电器的控制信号均有光隔驱动）；CPU通过RS232口与液晶MMI板通讯，并通过CAN通讯与上位管理机交换数据。CPU插件构成整个装置功能的核心，结构原理如图8-3所示：串行E2ROM看门狗及复位电路模拟通道0模拟通道10···光电隔离测频回路光电隔离MMI板RS232CAN光电隔离CAN总线RAM光电隔离光电隔离16路开关量输入8路开关量输出（带看门狗）时钟图8-3CPU插件结构原理（3）出口插件该插件接收CPU下发的命令并完成控制命令的输出；向CPU转发操作箱的上传信号（合/跳位）；完成信号灯指示；放电。该插件有八个独立的继电器出口，可定义成出口结点或信号。放电继电器的出口可与8个继电器中的若干个实现联动，装置故障时该插件还可发故障信号并闭锁跳/合闸操作。①操作箱插件68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计该插件接收来自出口插件的控制命令，完成操作机构的跳闸、合闸操作及防跳跃功能；采集并上发开关的合位/跳位信号；实现压力异常告警及压力降低闭锁跳合闸功能；当保护因事故跳闸及开关偷跳时，操作箱发事故总信号；控制回路断线后，发控制回路断线信号。②电源插件电源插件采用220V交直流两用的开关电源，可输出+5V/3A、±12V/0.5A、+24V/0.5A。其中+5V用于CPU系统、12V用于A/D采集部分、24V用于开入量和开出量的部分继电器。③人机对话板（MMI板）人机对话板配有便捷的薄膜输入键盘和丰富的液晶显示，为用户提供了良好的操作界面；该板与CPU插件以串行通讯的方式相连接，接收主系统的测量数据、开关量数据及各种故障告警信息供用户浏览，同时用户还可以调整系统开入量的去抖时间、修改电压电流的变比、设置装置的通讯地址、做遥控的传动实验、整定保护的定值和系统的时间等，增加了系统使用的灵活性。综上所述可知本套综合自动化装置适合于本变电站的要求。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第九章变电站的防雷保护9.1变电站的保护对象变电站的雷击目的物，按下述原则分类[28]。A类。电工装置，包括屋内外配电装置、主控制楼，组合导线及母线桥等。B类。需要采取防雷措施的建筑物和构筑物，按着在发生火花时能否引起爆炸或火灾，以及由此可能引起破坏范围又可分为三类：B—I类。凡是在建筑物或构筑物中长期保存或经常发生瓦斯、蒸气、尘埃与空气的混合物，可能因电火花发生爆炸，以及引起房屋破坏和人身事故者。B—Ⅱ类。同B—I类条件，但在因电火花发生爆炸时，不致引起巨大的破坏或人身事故者。B—Ⅲ类：凡遭受直击雷时，仅有火灾及机械破坏危害，且对于建筑物内部的人有危险者。C类。不需要专门防雷保护的建筑物和构筑物。在变电站中的建筑物应装设直击雷保护装置，诸如屋内外配电装置、主控室等。9.2变电站的防雷保护变电站是电力系统防雷的重要保护部位，如果发生雷击现象，将会造成大面积的停电，因此变电站装设防雷保护措施是非常必要的，并且要求防雷保护措施必须十分可靠。雷电所引起的大气过电压将会对电气设备和变电站的建筑物产生严重的危害，在变电站和高压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电气设备的安全[19]。9.2.1雷电过电压保护雷电过电压保护主要是：（1）防止雷电直击于电气设备上，一般采用避雷针、避雷线进行保护。（2）对于35kV及以下的电气设备，应尽量减少感应过电压。一般电气设备应远离可能遭到直击雷的设备（避雷针、避雷线）或物体，增大电气设备对地电容。（3）防止从线路侵入的雷电波过电压对电气设备的危害，一般采用避雷器、间隙、电容器和相应的进线保护段进行保护。避雷器的选择根据额定电压来选择避雷器68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计（1）35kV侧避雷器选择根据额定电压选择Ue≥Uw＝35kV，选用HY5WZ-42/134型氧化锌避雷器。应将此尽量接近变压器装置，其接线应与变压器低压侧中性点及金属外壳及和避雷器的接地线连在一起接地。其技术参数见表9-1。表9-1HY5WZ-42/134型避雷器参数型号额定电压（kV）系统标称电压(kV)最小冲击残压(kV)冲击放电电压峰值(kV)4冲击电流(kA)雷击冲击残压（kV）HY5WZ-42/134235操作114陡坡1548065134（2）10KV侧避雷器的选择对于该侧的断路负荷开关也应采用氧化锌避雷器。经常断路运行而又带电的断路器，负荷开关和隔离开关应在带电侧装设避雷器，其接地线与断路器等与金属外壳连接，且接地电阻≤10Ω。根据额定电压选择Ue≥Uw＝10kV，可选用HY5WZ-12.7/45型其技术参数见表9-2。表9-2HY5WZ-12.7/45型避雷器参数型号额定电压（kV）避雷器额定电压(kV)持续运行电压(kV)4冲击电流(kA)雷电冲击残压(kV)HY5WZ-12.7/451012.7256535（3）电容器组、电压互感器、站所用变保护的避雷器可选用HY5WZ-12.7/45型，同低压侧。其技术参数见表9-3。表9-3HY5WZ-12.7/45型避雷器参数型号额定电压（kV）避雷器额定电压(kV)持续运行电压(kV)4冲击电流(kA)雷电冲击残压(kV)HY5WZ-12.7/451012.7256535（4）10kV出线侧避雷器选用HY5WZ-12.7/45型，其技术参数见表9-4。表9-4HY5WZ-12.7/45型避雷器参数型号额定电压（kV）避雷器额定电压(kV)持续运行电压(kV)4冲击电流(kA)雷电冲击残压(kV)HY5WZ-12.7/451012.725653568 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计9.2.2直击雷的防护为了满足对直击雷的保护，应根据计算确定避雷针的高度和数量，根据变电站的电气布置，共设计两根避雷针比较合适，由于主变设备绝缘较弱，而它又是变电站中最重要的设备，故不应在变压器的门型柜架上装设避雷针，而是有独立的配电构架。该支架应装设接地设备装置，再与接地网相连，否则，雷击避雷针时雷电流经接地装置向变电站传入高电位，造成变压器的反击事故，接地电阻间距大于等于15m，因为被保护的最高设备是门型柜架，高度为7.3m，且两针之间的距离D为28m，则初选h＝25m两根。单针时雷电受针的吸引往往可以被吸到离针较进的地面上，但在两针联合保护时，处在两针之间的上空，雷电因受两阵的吸引，吸到难于击到离针较近的地面上，两针联合保护区如下图并将避雷针放在其保护区的斜线上。保护范围图如9-1所示：图9-1避雷针保护范围图两针外侧的保护范围为因被保护物hX＝7.3m<0.5h＝12.5m所以(9-1)而h＝25m<30m，校正系数P＝1，则可求rx＝(1.5×25－2×7.3)×1＝22.9(m)又因21(m)68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计则保护范围最小处的最大保护宽度为bx＝1.5(h0－hx)＝1.5(21－7.3)＝20.55(m)>15(m)根据以上计算可知，两根避雷针的安装基本保护全站。故选避雷针的高度为25m。9.2.3变电站侵入波的保护因为雷击线路机会远比雷直击变电站为多，所以沿线路侵入变电站的雷电过电压行波是很常见的。又因为线路的绝缘水平要比变压器的冲击试验电压高得多，所以变电站对进行波得保护十分重要。9.2.3.1保护措施雷电侵入波是利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相配合的进线保护段，本变电站设计利用氧化锌避雷器代替阀型避雷器。配电装置的雷电侵入波幅值取进线保护段绝缘水平的负极性冲击强度，即进线段绝缘的50％冲击放电电压。一般按下表的1.05～1.1倍选取。表9-5冲击放电电压表电压等级绝缘子50％冲击放电电压（正极性，kV）35kV2(x-4.5)350侵入配电装置雷电波陡度与进线保护段的长度有关。表9-6雷电波侵入陡度表额定电压雷电侵入波计算陡度（kV/m）1km进线保护段2km及全线有避雷线35kV1.00.59.2.3.2进线段保护进线保护段的作用是使雷不直接击在导线上，且利用进线段本身阻抗来限制雷电流幅值，利用导线的电晕衰耗来降低雷电波陡度。对未沿全长装设避雷线的35kV架空电力线路，在变电站的进线段1～2km长度内，进行侵入雷电波保护。其保护接线图如图9-2所示：图9-2直击雷保护接线图68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第十章接地保护10.1接地的种类电气设备的接地可以分为三种（1）工地接地这是根据电力系统的正常运行方式的需要而将网络的某一点接地，例如将系统的中性点接地，其作用为稳定电网对地电位，从而可使对地绝缘降低，还可以使对地绝缘闪络或击穿时容易查出，以及有利于实现继电保护措施等。（2）保护接地这是为了人身安全而将高压电气设备的金属外壳(包括电缆外皮)接地，这叫“接地保护”。（3）防雷接地例如避雷针(线)的接地，这是为了让强大的雷电流安全导人地中，以减少雷电流流过时引起的电位升高。对工作接地及保护接地而言，接地电阻是指在直流或工频电流流过时的电阻；对防雷接地而言，我们特别感兴趣的是它在雷电流(冲击电流)流过时的10.2保护接地装置的确定（1）确定接地电阻值（设接地体的接地电阻为20Ω）35kV侧经接地体入地的电流为（10-1）所以接地电阻的允许值为（10-2）10kV侧经接地体入地的电流为（10-3）所以接地电阻的允许值为（10-4）要求当大于10Ω时取10Ω。站用电380/220V中性点接地电阻允许值<4Ω,因为共用一个接地装置，故接地电阻应取=4Ω（2）计算人工接地电阻68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计人工接地网与自然接地体是并联的，并联后总电阻应达到R=4Ω，所以人工接地电阻为（10-5）由于共用一个接地装置，故应取=410.3人工接地装置的确定接地体包括水平、垂直两部分，水平接地体可选扁钢，垂直接地体可选钢条。垂直接地体的优点是随季节的变化小，缺点是当垂直接地体相距离很近时，互相的屏蔽作用，使每个接地体的散流作用很低。10.4单根垂直接地体的接地电阻的确定土壤电阻率<500Ω·m，由于土壤电阻率不高，固人工接地装置采用垂直接地体为主，上端用规格为4×10mm扁钢连接，构成环路式接地装置，钢管上端埋入土中深度为0.8m,垂直接地体采用长L=2.5m，直径为60×10-3m的钢管。单根接地体的接地电阻为：=48.85Ω（10-6）10.5接地体根数的确定假定钢管之间的距离a=7.5m,则a/l=3，根据Rc/Rrw=12.21,初选n=60根，查表得ηc=0.67，n=0.9Rc/(Rrw·ηc)=65.62≈66根,决定选70根钢管，验算人工接地电阻，查表取ηc=0.63，则Rrw=0.9Rc/(n·ηc)=0.997Ω<1Ω,满足人工接地电阻Rrw=1Ω的要求。10kV配电区每隔9m架设一条均压带以使电位分布均匀，均压带采用截面积不小于24mm2的扁钢，其埋深为0.6m。由于接地电阻的计算引入不少假设条件，所以在现场敷设接地装置以后，必须对接地电阻加以实际测量和核算，若不满足要求必须补埋接地体，达到设计要求。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第十一章箱变电气五防保护11.1电气“五防”内容(1)防止误分误合开关；(2)防止带负荷拉合刀闸（或推拉小车）；(3)防止带电挂地线（合地线刀闸）；(4)防止带地线合开关（合刀闸）；(5)防止误入带电间隔11.2实现“五防”的途径(1)机械闭锁(2)电气闭锁（分合闸回路中串联隔离开关辅助节点）(3)电磁强制闭锁（强制型带电显示器带电磁锁）(4)程序锁（包括电控锁、刀闸锁、直拨锁、电磁锁、挂锁、户内户外程序门锁等）(5)微机“五防”(6)用特殊工具才能打开的封门(7)警示标识和警示栏杆以及隔网门本次设计实现“五防”的途径采用程序锁。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第十二章变电站的平面布置及交流原理图12.1箱式变电站总体布置35kV箱式变电站高压室额定电压35kV，低压室额定电压10kV。主变压器额定容量为5000kVA，站用变压器额定容量为800kVA，分别接在35kV、10KV母线上。箱体采用了双层密封，双层铁板间充入高强度聚胺脂，具有隔温、防潮等特点。外层采用不锈钢体，底盘钢架采用金属喷锌技术,有良好的防腐性能。内层采用铝合金扣板箱体内安装空调及除湿装置，从而是设备运行不受自然环境及外界污染的影响。可保证设备在-40～+40℃之间运行。内部一次系统采用单元真空开关柜结构。开关柜内设有上下隔离刀闸，ZN12-35型真空断路器，选用干式高精度的电流互感器和电压互感器，电容器采用高质量并联电容器，并装有放电PT，站内装有多组氧化锌避雷器。一次系统连接采用封闭母线结构，在每个单元柜装有“五防锁”，保证了人身与设备的安全[29]。箱式变电站主要包括4部分，分别为框架、高压室、低压室、变压器室。（1）框架：基本结构是由槽钢、角钢和钢板焊接而成，外股、门和顶盖用新材料色彩钢板制作。（2）高压室：装备真空断路器。包括三工位负荷开关、熔断器、互感器、避雷器等。（3）低压室：装备全国统一设计的GGD型固定式低压配电屏、包括主开关柜、计量柜、多路出线柜、耦合电容器。（4）变压器室：配备5000kVA变压器，室顶装有温度监控仪启动的轴流风扇。12.2变电站一次系统图见附页图00112.335KV侧箱体的平面布置图见附页图00212.410KV侧箱体的平面布置图见附页图00312.5电容箱箱体的平面布置图见附页图00412.6变电站的整体平面布置图见附页图00512.7五防锁程序图见附页图00612.8各柜交流原理图见附页图007-01168 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计第十三章结论本课题主要对35kV农网型箱式变电站进行设计，系统的介绍了农网型箱式变电站的结构、特点以及其应用领域和市场前景。所做的工作主要包括四个方面：首先是农网型箱式变电站整体结构设计，包括主变压器和站用变压器容量，接线组别的确定，以及高压室、低压室、和变压器室的布置；其次是农网型箱式变电站的一次系统设计及各电器设备的选型和校验，35kV侧母线采用单母线，10kV侧母线采用单母线分段接线方式；再次是农网型箱式变电站的继电保护设计和二次系统设计；最后是农网型箱式变电站接地装置、防雷保护及智能监控功能设计。在本次设计中，我应用到了自己以前学过的知识，如《电力系统继电保护》、《电力系统分析》等；在图书馆我查阅了许多相关资料，总结所学到的知识，当然也遇到了许多困难，但在**老师的悉心指导下，最终完成了设计任务；通过这次系统设计让我对自己的专业知识有了进一步的巩固与提高，特别是对电器设备的选型，主电路的接线方式有了比较深刻的了解。由于本人经验和设计时间有限，可能有疏漏和不足，恳请各位老师指正。68 青岛农业大学机电工程学院本科毕业设计参考文献[1]黄绍平.成套电器技术[M].湖南工程学院讲义（内部资料），2002[2]庞腊成.智能农网型箱式变电站[J].农村电气化，2007，（7）：62-63[3]黄东平.35KV农网型箱式变电站在农网改造中的应用[J].继电器，2004，（16）：66-67[4]《工厂常用设备手册》编写组.工厂常用设备手册[M].中国电力出版社，2003：5-108[5]国家电力公司农电部编.35KV及以上工程[M].中国电力出版社，2002：708-750[6]中国航空工业规划设计研究院等编.工业与民用配电设计手册[M].中国电力出版社，1994：1-419[7]弋东方.电力工程电气设备手册电气一次部分[M].中国电力出版社，2000[8]唐志平.供配电技术[M].电子工业出版社，2005：69-277[9]余健明，同向前，苏文成.供电技术[M].机械工业出版社，1997：135-155[10]刘介才.工厂供电设计指导[M].机械工业出版社，2004：22-165[11]陈衍.电力系统稳态分析[M].中国电力出版社，1995：29-137[12]李光琦.电力系统暂态分析[M].中国电力出版社，1995：67-93[13]刘介才.工厂供电[M].机械工业出版社，2003：38-378[14]熊信银.发电厂电气部分[M].中国电力出版社，2004：102-210[15]李义山.变配电实用技术[M].机械工业出版，2001：71-144[16]KuffelE.etal.High-voltageEngineering[M].PergamonPress,1997.[17]StephenL.Herman，DonaldE.Singleton，Delmar"sStandardGuidetoTransformers，DelmarPublishers，NewYork，1996，99-108[18]纪建伟，黄丽华，房俊龙，孙国凯.电力系统分析[M].中国水利水电出版社，2002：15-221[19]都洪基.电力系统继电保护原理[M].东南大学出版社，2007：1-208[20]马永翔.电力系统继电保护[M].重庆大学出版社，2004：24-247[21]许业清.实用无功功率补偿技术[M].中国科学技术大学出版社，1998：67-169[22]张玉诸.发电厂及变电所的二次接线[M].东北农业大学，2000：57-77[23]卞尚，李新华.农网型箱式变电站的市场预测[J].江苏电器，2004，（3）：46-47[24]郑永坤.35KV农网型箱式变电站的发展与应用[J].农村电气化，2002，（9）：11-12[25]崔强.35/10KV智能农网型箱式变电站简介及设计选型[J].西北水力发电，2006，（2）：13-15[26]JohnJ.WindersJr.，PowerTransformersPrinciPlesandAPPlications，MareelDekker，68 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