110KV变 电站设计毕业设计.doc

'湖南科技大学本科生毕业设计（论文）110KV变电站设计毕业设计目录第一章引言11.1概述11.11变电所的位置，作用11.12电源的基本情况11.13.用户的基本情况21.2本变电所的设计原则2第二章负荷计算与无功功率补偿32.1.负荷计算32.1.16.3KV负荷计算32.1.235KV的负荷计算42.2变压器的选择42.21变压器台数的选择42.22变压器容量的选择42.2.3主变相数的选择52.2.4绕组数的选择52.2.5主变调压方式的选择52.2.6连接组别的选择52.2.7容量比以及冷却方式的选择62.3无功功率的补偿62.31无功功率补偿的目的62.32无功功率补偿的计算6第三章电气主接线设计83.1主接线接线方式83.1.1单母线接线871-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）3.1.2单母线分段接线83.1.3单母分段带旁路母线83.1.4桥型接线83.2.5双母线接线93.1.6双母线分段接线93.2电气主接线的选择103.2.16.3kV电气主接线103.2.235kV电气主接线113.2.3110kV电气主接线12第四章短路电流计算144.1短路计算的目的144.2短路电流的计算14第五章高压电器的选择和校验165.1选择设备的一般原则和基本要求165.2高压断路器的选择175.2.1断路器选择的具体技术条件175.2.2断路器选择及校验185.3隔离开关的选择225.3.1隔离开关选择的具体技术条件225.3.2隔离开关选择计算235.4电流互感器选择275.4.1电流互感器的选择技术条件275.4.2电流互感器选择及校验285.5电压互感器选择计算315.5.1电压互感器选择技术条件315.5.2电压互感器选择325.6各级电压母线的选择335.6.1裸导体选择的具体技术条件335.6.2母线的选择计算3471-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）5.6.3引接线的选择计算36第六章继电保护配置406.1变电所母线保护配置406.2主变压器的主保护406.3主变压器的后备保护40第七章防雷接地447.1避雷器的选择427.1.1避雷器的配置原则427.1.2避雷器选择技术条件427.1.3避雷器的选择和校验447.2变电所的进线段保护467.3避雷针的配置477.3.1避雷针位置的确定477.4接地装置的设计497.4.1设计原则497.4.2接地网型式选择及优劣分析497.4.3降低接地网电阻的措施507.4.4接地刀闸的选择与校验50结束语53参考文献54致谢54附录5471-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）第一章引言1.1概述本次设计题目为110KV变电所一次系统设计。此设计任务旨在体现对本专业各科知识的掌握程度，培养对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业学习四年以来的学习结果。此次设计首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，6.3kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，在根据最大持续工作电流及短路计算结果，对设备进行了选型校验，同时考虑到系统发生故障时，必须有相应的保护装置，因此对继电保护做了简要说明。对于来自外部的雷电过电压，则进行了防雷保护和接地装置的设计，最后对整体进行规划布置,从而完成110kV变电所一次系统的设计1.11变电所的位置，作用变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所，是电力系统的重要组成部分，他直接影响这个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变化和分配电能的作用。变电所是电力转换站，用以提高或降低电压，并分配用电量。从发电厂送电到用户家中的过程中，变电所扮演的角色，可比喻为高速公路的交流道。从发电厂送电到用户家中的过程中，车辆在上高速公路前须在交流道先行加速；同理，电厂发出的电要先经过变电所升高电压才可大量快速的输送。车辆要进入市区，必须下交流道减速慢行，再驶向大街小巷，同样的，高压电须经过变电所降低电压才可依序分送各地，并逐段降低到用户可使用的电压。1.1．2电源的基本情况1．电源分析与本所相连接的电源有两个110KV，具体情况如下：1）电源1：来自地区变电所110KV母线，发电机容量可视为无线大，地区变电所110KV母线最大短路容量2700MVA，最小短路容量2300MVA，距离本所35KM。2）电源2：来自另一地区变电所110KV母线，发电机容量可视为无限大，地区变电所110KV母线最大短路容量2400MVA，最小短路容量2100MVA71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文），最小短路容量2100MVA，距离本所30KM。1.1．3用户的基本情况1）6.3KV负荷参数表负载名称统计容量负荷性质需要系数自然功率因数供电距离1车间8501类0.380.620.72车间14500.500.63车间14001类0.470.60.34车间17000.61.15车间19002类0.510.60.46车间12001类0.400.620.72）35KV负荷参数负载名称统计容量需用系数自然功率因数供电距离用户130000.60.60.9用户240000.60.60.9用户345000.60.60.9用户425000.60.60.91.2本变电所的设计原则变电所的所用电是变电所的重要负荷，因此，在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电所发展规划，妥善解决因建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电所安全，经济的运行71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）第二章负荷计算与无功功率补偿要选择主变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷，包括站用电负荷6.3负荷、35kV负荷。2.1.负荷计算1)各组负荷计算公式：1、有功功率P＝Kx×∑Pei2、无功功率Q=P×tgΦ3、视在功率S=式中：∑Pei:每组设备容量之和，KW；Kx:需用系数；CosΦ:功率因数2)总负荷的计算：1、有功功率：P∑=Kt×∑P2、2、无功功率：Q∑=Kt×∑Q3、视在功率：S∑=4、自然功率因数：COSΦ1=P∑/S∑式中：Kt:组间同时系数，取为0.85～0.92.1．16.3KV负荷计算表2.16.3KV负荷计算结果71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）6.3KV负荷统计计算表负载名称装机容量负荷性质（类别）需用系数功率因数实际容量供电距离（km）P(kW)Q(kvar）S（kVA）1车间8501类0.380.623234095210.72车间14501类0.50.672596712080.83车间14001类0.470.665887710970.34车间17002类0.510.6867115614451.15车间19002类0.510.6969129216150.46车间12001类0.40.624806077740.7全厂总负荷8500--　　----　402253086660　考虑同时系数总负荷7650--　--　--　362047775994　按年递增2.5%，15年内不扩建11079--　--　--　511568208525　2.1.235KV的负荷计算表2.23.5KV负荷计算结果35KV负荷统计计算表负载名称装机容量负荷性质需要系数功率因数实际容量供电距离（类别）P(kW)Q(kvar）S（kVA）（km）用户13000一类0.60.61800240030000.9用户24000一类0.60.62400320040000.9用户34500一类0.60.62700360045000.9用户42500一类0.60.61500200033600.9全厂总负荷14000　--　----　84001120014860--　按年递增2.5%，15年内不扩建19781.6　----　--　11868.981582319779.79--　71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）2.2变压器的选择2.2．1变压器台数的由原始资料可知，我们本次设计的变电站是一个位于城镇边的110KV降压变电所，主要是接受110KV，通过主变向35KV和6.3KV线路输送，是一个一般的地区变电站。由于出线中有多回Ⅰ类负荷，停电会对生产造成重大的影响。因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性为了提高供电的可靠性，防止因一台主变故障或检修时影响整个变电站的供电，变电站中一般装设两台主变压器，互为备用，可以避免因主变检修或故障而造成对用户的停电。故可选择两台主变压器。2.2．2变压器容量的选择根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。所以，两台主变压器应各自承担15MVA。当一台停运时，另一台则承担70%为22.328MVA。故选两台1.5MVA的主变压器就可满足负荷需求2.2．3主变相数的选择主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件，可靠性要求及运输条件等因素，特别是大型变压器尤其需要考虑其运输可能性保证运输尺寸不超过遂洞、涵洞、桥洞的允许通过限额，运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力，当不受运输条件限制时，在330KV71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）及以下的变电所均应选用三相变压器。本次设计的变电站是一个110KV变电站，位于市郊，交通便利，不受运输条件限制，故可选择三相变压器.2.2.4绕组数的选择在具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比相对应的两台双绕组变压器的都较少。本次所设计的变电所具有三种电等级，中、低压侧负荷容量均为主变压器容量的15%以上，考虑到运行维护和操作的工作量，及占地面积等因素，因此选择三绕组变压器。普通三绕组变压器价格在自耦变压器和分裂变压器之间，安装以及调试灵活，满足各种继电保护的要求，又能满足调度的灵活性，它还分为无激磁调压和有载调压两种，这样它能满足各个系统中的电压波动，它的供电可靠性也高。综上分析，本次设计的变电所选择普通三绕组变压器。2.2.5主变调压方式的选择变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。切换方式有两种：不带电切换称为无激磁调压，调整范围通常在±5%以内。另一种是带负载切换，称为有载调压，调整范围可达30%。对于110KV的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式，所以本次设计的变电站选择有载调压方式。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）2.2.6连接组别的选择变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用YO连接，35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV以下电压，变压器绕组都采用△连接。全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点，且零序阻抗较大，对限制单相短路电流有利，同时也便于接入消弧线圈，但是由于全星形变压器三次谐波无通路，因此将引起正弦波电压的畸变，并对通讯设备发生干扰，同时对继电保护整定的准确度和灵敏度有影响,采用△接线可以消除三次谐波的影响。本次设计的变电所的三个电压等级分别为110KV、35KV和6.3KV，所以选用主变的接线组别为YN,yn0,d11接线方式。2.2.7容量比以及冷却方式的选择根据原始资料计算可知，35KV和6.3KV侧负荷容量都比较大。主变压器一般采用的冷却方式有自然风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却,小容量变压器一般采用自然风冷却,大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。在水源充足，为了压缩占地面积的情况下，大容量变压器也有采用强迫油循环水冷却方式的。强迫油循环水冷却方式散热效率高，节约材料，减少变压器本体尺寸，其缺点是这样的冷却方式要有一套水冷却系统和有关附件，冷却器的密封性能要求高，维护工作量大。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）本次设计的变电所位于郊区，对占地要求不是十分严格，所以应采用强迫油循环风冷却方式。综上所述，故选择主变型号为SSZ10－15000/110变压器。如下表2.3表2.3SSZ10-15000/110变压器参数型号电压组合及分接范围阻抗电压损耗KW空载电流连接组高压中压低压空载负载高中高低中低42.31481．4YN，yn0,d11SSZ10-15000/110110356.310.517-186.52.3无功功率的补偿2.31无功功率补偿的目的功率因数低降低了发电机和变压器的出力，增加了输电的损耗和电压损失。电力系统要求用户的功率因数不低于0.9，因此，必须采取措施提高功率因数。2.32无功功率补偿的计算1）计算考虑主变损耗后的自然功率因数COSΦ1：P1=P∑+△Pb=……KWQ1=Q∑+△Qb=……KVARcosΦ1=P1/√P12+Q12=……2)取定补偿以后的功率因数COSΦ2为0.953)计算补偿电容器的容量：Qc=K1P∑×(tgΦ1-tgΦ2)=……KVAR式中：K1=0.8～0.9将COSΦ由0.6提高到0.95所需要的补偿容量为Qc=K1P∑×(tgΦ1-tgΦ2)=3682kvar4）采用BGF—200—1W型苯甲基硅油纸、薄膜复合并联电容器如下表2.471-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）表2.4电容器参数用户名称电容器型号规格电压kv取定的功率因数每台电容器的容量电容器台数总补偿容量补偿后功率因数全所BGF—200—1W6.3KV0.6200kvar1836000.95第三章电气主接线设计电气主接线是变电所电气设计的首要核心部分，也是电力构成的重要环节。电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出某种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）3.1主接线接线方式3.1.1单母线接线优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线或母线隔离开关等）故障时检修，均需使整个配电装置停电，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母线的供电。适用范围：6-10KV配电装置的出线回路数不超过5回；35-63KV配电装置出线回路数不超过3回；110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回。3.1.2单母线分段接线优点：用断路器把母线分段后，对重要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，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：6-10KV配电装置出线回路数为6回及以上时；35KV配电装置出线回路数为4-8回时；110-220KV配电装置出线回路数为3-4回时。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）3.1.3单母分段带旁路母线这种接线方式在进出线不多，容量不大的中小型电压等级为35-110KV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。3.1.4桥型接线1、内桥形接线优点：高压断器数量少，四个回路只需三台断路器。缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行；出线断路器检修时，线路需较长时期停运。适用范围：适用于较小容量的发电厂，变电所并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。2、外桥形接线优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。高压侧断路器检修时，变压器较长时期停运。适用范围：适用于较小容量的发电厂，变电所并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。3.1.5双母线接线优点：1）供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障时，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。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。3）扩建方便。向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。4）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：1）增加一组母线和使每回线路需要增加一组母线隔离开关。2）当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，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；35KV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110-220KV配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为4回及以上时。3.1.6双母线分段接线71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）双母线分段可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且相互联系的系统是有利的。由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题，而较容易实现分阶段的扩建优点。但容易受到母线故障的影响，断路器检修时需要停运线路。占地面积较大。一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。3.2电气主接线的选择3.2.16.3kV电气主接线根据资料显示,由于6.3KV的出线为6回，其中所用电6回，且有一类负荷，可以初步选择以下两种方案：1)单母分段带旁母且分段断路器兼作旁路断路器,6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，如果有一类负荷可采用单母线分段带旁路接线,如图3.1。图3.1单母线分段带旁母接线2)双母接线，一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合,如图3.2。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）图3.2双母线接线表3.16.3KV主接线方案比较方案项目方案Ⅰ单母分段带旁母方案Ⅱ双母接线技术①不会造成全所停电②调度灵活③保证对重要用户的供电④任一断路器检修，可以用利用旁路不会造成停电⑤扩建时需向两个方向均衡扩建①供电可靠②调度灵活③扩建方便④便于试验⑤易误操作经济①占地少②设备少③可选择用分段断路器兼作旁路断路器①设备多、配电装置复杂②投资和占地面大经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。在根据此变电站的用途,所以选用方案Ⅰ。3.2.235kV电气主接线根据资料显示,由于35KV的出线为4回，一类负荷较多，可以初步选择以下两种方案：171-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文））单母分段带旁母接线且分段断路器兼作旁路断路器，电压等级为35kV～60kV，出线为4～8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。图3.3单母线分段带旁母接线2）双母接线图3.4双母线接线表3.235KV主接线方案比较71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）方案项目方案Ⅰ单母分段带旁母方案Ⅱ双母接线技术①简单清晰、操作方便、易于发展②可靠性、灵活性差①旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电②扩建时需向两个方向均衡扩建①供电可靠②调度灵活③扩建方便④便于试验⑤易误操作经济①设备少、投资小②用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资①设备多、配电装置复杂②投资和占地面大虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案Ⅰ。3.2.3110kV电气主接线根据资料显示，由于110KV没有出线只有2回进线，可以初步选择以下两种方案：1）桥行接线,根据资料分析此处应选择内桥接线。上述两种方案如图3.5及图3.6所示。图3.5内桥接线2）单母接线。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）图3.6单母线分段接线表2.3110KV主接线方案比较`方案Ⅰ内桥接线方案Ⅱ单母分段技术①接线清晰简单②调度灵活，可靠性不高①简单清晰、操作方便、易于发展②可靠性、灵活性差经济①占地少②使用的断路器少①设备少、投资小经比较两种方案都具有接线简单这一特性。虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但其具有良好的经济性。可选用投资小的方案Ⅰ。第四章短路电流计算在电力系统运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。4.1短路计算的目的171-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文））在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。4.2短路电流的计算根据《导体的电器选择设计技术规定》和《导体和电器选择设计技术规定》，短路电流计算公式如下：基准电流基准电抗短路电流有效值冲值电流短路全电流系统阻抗值线路阻抗值各绕组等值电抗71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）取17％，取6％，取10.5％表4.1短路计算结果参数短路点基准电压Uav(KV)短路电流有名值(KA)短路电`流冲击值ish(KA)短路全电流值（KA）d11155.51414.0348.290d2376.93017.63810.06d36.314.33036.47321.2471-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）第五章高压电器的选择和校验导体和设备的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。5.1选择设备的一般原则和基本要求1、基本要求1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要；2）应按当地环境条件校核；3）应力求技术先进和经济合理；4）选择导体时应尽量减少品种；5）扩建工程应尽量使新老设备的型号一致；6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。2、按正常工作条件选择导体和电气设备1）电压：所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高运行电压即……………………………..(5.1)一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为，而实际电网运行的一般不超过1.1。2）电流71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q0下，导体和电器的长期允许电流应不小于该回路的最大持续工作电流。即………………………………(5.2)由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的=1.05（为电器额定电流）。………………………………(5.3)3）按当地环境条件校核当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q0不等时，其长期允许电流I可按下式修正………………………….(5.4)—导体或电气设备长期发热允许温度我国目前生产的电气设备的额定环境温度=40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。3、按短路情况校验设备在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定动稳定.71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）1）热稳定校验式为…………………………………….(5.5)上式中：——短路电流的热效应（KA2S）——t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S）t——设备允许通过的热稳定电流时间（s）2）动稳定校验式为或………………………….(5.6)上式中:,——短路冲击电流幅值及其有效值,----厂家给出的动稳定电流的幅值和有效值5.2高压断路器的选择高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电器设备。5.2.1断路器选择的具体技术条件1）电压选择同式(5.1)2）电流选择同式(5.2)由于高压开断器没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求，及取最大持续工作电流。3)开断电流选择高压断路器的额定开断电流，不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量即71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）………………………………………………………………(5.7)当断路器的较系统短路电流大很多时，简化计算可用进行选择，为短路电流值。4)短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流不应小于短路电流最大冲击电流值即…………………………………………………………………(5.8)5)热稳定校验式同(5.5)6)动稳定校验式同(5.6)5.2.2断路器选择及校验1、110KV进线侧断路器选择1）额定电压选择：=1102）额定电流选择：考虑到电源进线发生故障，所以相应回路的即：=0.262KA3）按开断电流选择：5.514KA即5.514KA4）按短路关合电流选择：14.034KA即14.034KA根据以上数据可以初步选择LW11－110型SF671-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）断路器其参数如表5.1表5.1110KV断路器参数表型号额定电压Ue(kV)最高工作电压额定电流Ie(A)额定开断电流(kA)动稳定电流峰值(kA)额定短路关合电流(kA)热稳定电流(kA)固有分闸时间(ms)全开断时间(ms)4sLW11－110110KV126160030.5808031.50.040.075）校验热稳定，取后备保护为1.5S,全开断时间0.07s=1.5+0.07=1.57S==36.229KA²S=31.5²×3=2976.75KA²S即满足要求6）校验动稳定：=80kA>14.034KA满足要求故选择户外LW11－110型SF6断路器能满足要求，由上述计可列出下表：71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）表5.2110KV断路器计算结果表设备项目LW11－110型产品数据计算数据110KV110KV1600A262A80KA14.034KA30.5KA5.545KA80KA14.034KA2976.75KA²S36.229KA²S2、35KV断路器选择1）额定电压选择：=352）额定电流选择：即：=0.433KA3）按开断电流选择：6.930KA即6.930KA4）按短路关合电流选择：17.638KA即17.638KA根据以上数据可以初步选择LW8－35型SF6断路器其参数如表5.3表5.335KV断路器参数表型号额定电压Ue(kV)最高工作电压额定电流Ie(A)额定开断电流(kA)动稳定电流峰值(kA)额定短路关合电流(kA)热稳定电流(kA)固有分闸时间(ms)全开断时间(ms)4sLW8－3535KV40.51600256363250.040.065）校验热稳定:，取后备保护为1.5S,全开断时间为0.06s71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）=1.5+0.06=1.56S=73.697KA²S=25²×4=2500KA²S即满足要求。6）检验动稳定：=17.638KA<63KA满足要求。由以上计算表明选择户外LW8－35型断路器能满足要求，列出下表：表5.435KV断路器计算结果表设备项目LW8－35型产品数据计算数据≥35KV35KV1600A433A63KA17.638KA30.5KA6.930KA63KA17.638KA2500KA²S73.697KA²S3、6.3KV断路器选择1）额定电压选择：=6.3KV2）额定电流选择：即：=2.4056A3）按开断电流选择：14.330KA即14.330KA71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）4）按短路关合电流选择：36.473KA即36.473KA根据以上数据可以初步选择ZN-10/1600-31.5型真空断路器其参数如表5.5表5.56.3KV断路器参数表型号额定电压Ue(kV)最高工作电压额定电流Ie(A)额定开断电流Iekd(kA)动稳定电流峰值(kA)额定短路关合电流(kA)热稳定电流(kA)固有分闸时间(ms)合闸时间(ms)2sZN-6.3/1600-31.56.3KV11.5160031.5808031.50.05<0.15）校验热稳定:，取后备保护为1.5S,固有分闸时间为0.05s,取灭弧时间为0.04S=1.5+0.09=1.59S==356.058KA²S=31.5²×2=1984.5KA²S即满足要求6）校验动稳定：=36.473KA<80KA满足要求故选择户内ZN-6.3/1600-31.5型真空断路器能满足要求，由上述计算可列下表如表5.6：表5.66.3KV断路器计算结果表设备项目ZN-6.3/1600-31.5型产品数据计算数据71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）6.3KV6.3KV1250A456A80KA36.473KA31.5KA14.330KA80KA36.473KA1984.5KA²S356.058KA²S5.3隔离开关的选择隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。5.3.1隔离开关选择的具体技术条件1）电压选择同式(5.1)2）电流选择同式(5.2)由于高压隔离开关没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求，及取最大持续工作电流.3）热稳定校验式同(5.5)4）动稳定校验式同(5.6)5.3.2隔离开关选择计算为了维护及操作方便，同理110KV、35KV都选同类型1、110KV进线侧隔离开关1）额定电压选择：=110KV2）考虑到电源进线发生故障，所以相应回路的71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）即：=0.262KA根据以上数据，可以初步选择户外GW5-110Ⅱ型，隔离开关，其参数如5.7表5.7110KV隔离开关参数表型号额定电压UN(kV)最高工作电压额定电流Ie(A)动稳定电流峰值(kA)热稳定电流(kA)4sGW5-110Ⅱ110KV115630100203）校验热稳定：同断路器校验相同=36.229KA²SKA²S=20²×4=1600KA²S满足要求4）校验动稳定：=14.034KA=100KA即：满足要求由上述计算表明，选择GW5-110Ⅱ型隔离开关能满足要求，列出下表：如表5.8表5.8110KV隔离开关计算结果表设备项目GW5-110Ⅱ型产品数据计算数据110KV110KV630A262A71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）1600KA²S36.229KA²S100KA14.034KA2、110KV变压器侧隔离开关1）额定电压选择：=110KV2）额定电流选择：考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的即：=0.137KA根据以上数据，可以初步选择户外GW5-110Ⅱ型，隔离开关，其参数如5.9表5.9110KV隔离开关参数表型号额定电压UN(kV)最高工作电压额定电流Ie(A)动稳定电流峰值(kA)热稳定电流(kA)4sGW5-110Ⅱ110KV115630100203）校验热稳定：同断路器校验相同=36.229KA²SKA²S=20²×4=1600KA²S满足要求4）校验动稳定：=14.034KA=100KA即：满足要求由上述计算表明，选择GW5-110Ⅱ71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）型隔离开关能满足要求，列出下表：如表5.10表5.10110KV隔离开关计算结果表设备项目GW5-110Ⅱ型产品数据计算数据110KV110KV630A137A1600KA²S36.229KA²S100KA14.034KA3、35KV侧隔离开关1）额定电压选择：=35KV2）额定电流选择：即：=0.433KA根据以上计算数据可以初步选择户外GW5－35型隔离开关，其参数如表5.11表5.1135K隔离开关参数表型号额定电压Ue(kV)最高工作电压额定电流Ie(A)动稳定电流峰值(kA)热稳定电流(kA)4sGW5－353537630100203)校验热稳定:73.697KA²S=20²×2=800KA²S所以满足要求4）校验动稳定：71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）=100KA=17.638KA所以满足要求.由于上述计算选择GW5－35型型户外隔离开关能满足要求如表5.12表5.1235KV隔离开关计算结果表设备项目GW5－35型产品数据计算数据35KV35KV630A433A800KA²S73.697KA²S100KA17.638KA4、6.3KV侧隔离开关1）额定电压选择：=10KV2）额定电流选择：即：=2.4056A由上述计算数据可以初步选择户内GN2-6.3/2000-85型隔离开关，其参数如下：表5.136.3KV隔离开关参数表型号额定电压Ue(kV)额定电流Ie(A)动稳定电流峰值(kA)热稳定电流(kA)5sGN2－6.3/2000-856.3200085513）校验热稳定:356.058KA²S=51²×5=13005KA²S71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）所以满足要求4）校验动稳定：=36.473KA=85KA所以满足要求故选择GN2-6.3/2000-85型户内隔离开关能满足要求,如表5.14表5.146.3KV隔离开关计算结果表设备项目GN2-10/2000-85产品数据计算数据6.3KV6.3KV2000A456A1600KA²S356.058KA²S85KA36.473KA5.4电流互感器选择互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元件，用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设备的正常运行和故障情况。5.4.1电流互感器的选择技术条件1)电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根据测量时误差的大小和准确度来选择。2)电流互感器10%误差曲线：是对保护71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）级电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流范围内误差限制不超过-10%。电流互感器的10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗Z2f关系曲线。3)额定容量为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。Se2≥S2=Ie22Z2……………………………………………(5.9)=（Ω）………………………(5.10)式中：—测量仪表电流线圈电阻—继电器电阻—连接导线电阻—接触电阻一般取0.1Ω4)按一次回路额定电压和电流选择电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右以保证测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足：，为了确保所供仪表的准确度，互感器的一次工作电流应尽量接近额定电流5)种类和型式的选择71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点（屋内、屋外）和安装方式（穿墙、支持式、装入式等）来选择。6)热稳定校验电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流Ie1的倍数Kr来表示即：（KrIe1）2I2tdz(或QK）……………………………………….(5.11)7)动稳定校验电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值（Ie1）的倍数kd—动稳定电流倍数，表示其内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验：………………………………(5.12)5.4.2电流互感器选择及校验1、110KV电流互感器选择1）额定电流：===0.175KA2）额定电压：=110KV根据以上计算数据，可以初步选择LCW－110型电流互感器，其参数为表5.15110KV电流互感器参数表准确等极二次负荷准10%倍数1S热稳定动稳定71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）型号额定电流比级次组合0.2V.A0.513二次负荷倍数倍数倍数LCW－110200/50.5/10.51.22.41.215751503）热稳定校验：36.229KA²S=（75×0.2）=225KA²S即:＞满足要求4）动稳定校验：=×0.2×150=42.42KA=14.034KA即：＞满足要求列出计算结果如表5.16表5.16110KV电流互感器计算结果表设备项目LCW－110型产品数据计算数据110KV110KV200A110A＞225KAS36.229KAS＞42.42KA14.034KA2、35KV侧电流互感器1）额定电压选择：,=35KV2）额定电流选择：即：KA根据以上计算数据，可初步选择LCW-35型电流互感器，其参数表5.1735KV电流互感器参数表71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）型号额定电流比级次组合准确等极二次负荷准10%倍数1S热稳定动稳定0.5V.A0.513二次负荷倍数倍数倍数LCW－35600/50.5/3324228651003）热稳定校验：73.697KA²=（65×0.6）=1521KAS即＞满足要求4）动稳定校验：=×0.6×100=84.84KA=17.638KA即：满足要求由上述计算可以列出下表：表5.1835KV电流互感器计算结果表设备项目LCW－110型产品数据计算数据35KV35KV600A550A＞1521KAS73.697KAS＞84.84KA17.638KA3、6.3KV侧电流互感器1）额定电压选择：=10KV2）额定电流选择：即：根据以上计算数据可以初步选择LMC－6.3，其参数为如表5.19表5.196.3KV电流互感器参数表71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）型号额定电流比级次组合准确等极二次负荷准10%倍数1S热稳定动稳定0.5V.A0.513二次负荷倍数倍数电流KALMC－6.32000/50.5/0.50.51.222875803）热稳定校验：356.058KA²S=（75×2）=22500KAS即:＞满足要求4）动稳定校验：=80KA=36.473KA即：＞满足要求故选择户内LMC－6.3型电流互感器能满足要求，如下表5.20表5.206.3KV电流互感器计算结果表设备项目LMC－6.3型产品数据计算数据10KV10KV2000A1925A＞22500KAS356.058KAS＞80KA36.473KA.5.5电压互感器选择计算5.5.1电压互感器选择技术条件1、电压互感器的准确级和容量71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内，负荷功率因数为额定值时，电压误差最大值，由于电压互感器本身有励磁电流和内阻抗，导致测量结果的大小和相位有误差，而电压互感器的误差与负荷有关，所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量，通常额定容量是指对应于最高准确级的容量。2、按一次回路电压选择为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行，电压互感器一次绕组所接电网电压应在（1.1-0.9）Ue范围内变动，即应满足：.........................................................................(5.13)3、按二次回路电压选择电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求，电压互感器二次侧额定电压可按下表选择,如表5.21表5.21电压互感器型号选择表接线型式电网电压（KV）型式二次绕组电压（V）接成开口三角形辅助绕组电压IV一台PT不完全接线方式3-35单相式100无此绕组Yo/Yo/Yo110J-500J单相式100/1003-60单相式100/100/33-15三相五柱式100100/3（相）4、电压互感器及型式的选择电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择，在6～35KV屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。110～220KV配电装置中一般采用半级式电磁式电压互感器。220KV71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）及以上配电装置，当容量和准确级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。5、按容量的选择互感器的额定二次容量（对应于所要求的准确级），Se2应不小于互感器的二次负荷S2，即：Se2≥S2………………………………………………………………………………….(5.14)S2=……………………………………………………..(5.15)Po、Qo—仪表的有功功率和无功功率5.5.2电压互感器选择1、110KV侧电压互感器表5.22110KV电压互感器参数表型号额定电压（V）二次绕组额定输出（VA）电容量载波耦合电容一次绕组二次绕组剩余电压绕组0.5级1级高压电容中压电容YDR-110110000/100/100150VA300VA12.550102、35KV侧电压互感器表5.2335KV电压互感器参数表型号额定电压（V）二次绕组额定输出（VA）最大容量一次绕组二次绕组剩余电压绕组0.2级2000MVAJDX-3535000/100/100/3100VA3、6.3KV侧电压互感器表5.246.3KV电压互感器参数表71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）型号额定电压(v)最大容量一次绕组二次绕组剩余电压绕组JDJ-6.310000/100/640MVA5.6各级电压母线的选择5.6.1裸导体选择的具体技术条件1）型式：载流导体一般采用铝质材料。对于持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机、变压器出线端部，或采用硬铝导体穿墙套管有困难时，以及对铝有较严重的腐蚀场所，可选用铜质材料的硬导体。回路正常工作电流在4000～8000A时，一般选用槽型导体。110KV及以上高压配电装置，一般采用软导线。2）按长期发热允许电流选择导线截面S………………………………………(5.16)式中：—相应于某一母线布置方式和环境温度为+25℃时的导体长期允许载流量；—温度修正系数；—为导体在回路的长期持续工作电流3）电晕电压效验电晕放电引起电能损耗和无线电子干扰，对于110KV及以上的各种规格导体，应按晴天不出现电晕的条件效验，使导体的临界电晕电压大于最高工作电压。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）…………………………………….(5.17)式中，为临界电晕线电压有效值。4）热稳定校验：裸导体热稳定校验公式为：（mm²）………………(5.18)式中：—根据热稳定决定的导体最小允许载截面（mm²）—热稳定系数—短路电流的热效应（KA2S）（KA）—集肤效应系数5.6.2母线的选择计算1、110KV侧母线的选择1）按最大负荷持续工作电流选择：=0.262KA按以上计算选择和设计任务要求可选择LHBGJ-150型钢芯铝绞线，最高允许温度为70℃，长期允许载流量为310A，基准环境温度为+25℃，外径为d=17mm，其中钢芯外径6.6mm。,考虑到环境温度的修正系数：=310×0.894=277.14A>Igmax71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）2）热稳定校验=36.229KA²S运行时导体最高温度：=34+(70-34)(262/310)=59.7℃≈60℃查表得C=91=1满足短路时发热的最小导体截面=66.2上式中：小于所选导体截面,由以上数据表明，选择LHBGJ-150型钢芯铝绞线能满足要求2、35kv母线选择1）按最大负荷持续工作电流选择：=0.433KA按以上计算选择和设计任务要求可选择LHBGJQ-300型钢芯铝合金绞线，最高允许温度为70℃，长期允许载流量为486A，基准环境温度为+25℃，外径为d=25.3mm，其中钢芯外径10mm。=486×0.894=434.484A>Igmax满足长期负荷发热的要求。2)热稳定校验：=73.697KA²S71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）运行时导体最高温度：=34+(70-34)(433/486)=62.55℃=63℃查表得C=90=1满足短路时发热的最小导体截面=95.4<300小于所选导体截面,能满足要求3、6.3kv母线选择1)按最大工作持续电流：选125×8的单条矩形铝母线平放,总截面S=125×8=1000额定载流为1920A，温度修正系数取0.894，修正后的载流量为：1820×0.894=1716.48>Igmax满足长期负荷发热的要求。2）热稳定校验：=356.058KA²S运行时导体最高温度：=34+(70-34)(1516/1920)=62.465℃=63℃查表得C=90Kf=1.08满足短路时发热的最小导体截面=217.886<100071-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）小于所选导体截面能满足要求。3)动稳定校验相间距a=0.25m冲击电流ies=36.473KA单位长度上的相间电动力:N/M按弯矩N/M对于硬铝,满足要求满足动稳定要求的绝缘子最大允许跨矩而L=1.2m≤3.98m满足求。由以上计算表明，选择125×8mm的单条矩形铝导体能满足要求5.6.3引接线的选择计算1、110KV引接线选择1）按经济电流密度选择：71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）由于小时/每年,所以取J=0.8/=0.137KAS=Igmax/J=137/0.8=171.25按以上计算选择和设计任务要求可选择LHBGJ-185型钢芯铝绞线，最高允许温度为70℃，长期允许载流量为385A，基准环境温度为+25℃，外径为d=19mm，其中钢芯外径7.5mm。2）热稳定校验:=36.229KA²S运行时导体最高温度：=34+(70-34)(137/385)=38.63℃≈39℃查表得C=99Kf=1满足短路时发热的最小导体截面=60.7Smin小于所选导体截面,由以上数据表明，选择LHBGJ-185型钢芯铝绞线能满足要求2、35KV引接线选择1）按经济电流密度选择：由于年最大负荷利用小时数小时，所以取J=0.8/=0.433KA71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）即：=/J=433/0.8=541.25按以上计算选择和设计任务要求可选择LHBJ-600型钢芯铝合金绞线，最高允许温度为70℃，长期允许载流量为709A，基准环境温度为+25℃，外径为d=32mm.2）热稳定校验：=73.697KA²S运行时导体最高温度：=34+(70-34)(433/709)=47.4℃≈47℃查表得C=96Kf=1满足短路时发热的最小导体截面=88.5<600由以上数据表明，选择LHBGJQ-500型钢芯铝绞线能满足要求3、10KV引接线选择1）按经济电流密度选择：由于年最大负荷利用小时数小时，所以取J=0.8/mm2=2.4056A即：==1516/0.8=1895选两条10010mm的两条矩形铝导体平放布置,最高允许温度为70℃，长期允许载流量为1840A，基准环境温度为+25℃2）热稳定校验：71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）=356.058KA²S运行时导体最高温度：=34+(70-34)(1516/2613)=46.11℃≈46℃查表得C=96.5Kf=1.42满足短路时发热的最小导体截面=233<2000动稳定校验：相间距a=0.25m冲击电流ies=36.473KA单位长度上的相间电动力:按弯矩对于硬铝,满足要求满足动稳定要求的绝缘子最大允许跨矩71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）而L=1.2m≤5.03m满足要求。以上计算表明，选两条10010的两条矩形铝导体平放布置,满足要求。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）第六章继电保护配置继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障，在此设计变电站继电保护结合我国目前继电保护现状突出继电保护的选择性，可靠性、快速性、灵敏性、运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平。6.1变电所母线保护配置1、110KV、35KV线路保护部分：1)距离保护2)零序过电流保护3)自动重合闸4)过电压保护2、6.3KV线路保护：1)6.3kV线路保护：采用微机保护装置，实现电流速断及过流保护、实现三相一次重合闸。2)6.3kV电容器保护：采用微机保护装置，实现电流过流保护、过压、低压保护。3)6.3kV母线装设小电流接地选线装置6.2变电所主变保护的配置电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响，而本次所设计的变电所是110kv71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）降压变电所，如果不保证变压器的正常运行，将会导致全所停电，影响变电所供电可靠性。6.2.1主变压器的主保护1、瓦斯保护对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。2、差动保护对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护瞬时动作，跳开各侧电源断路器。6.2.2主变压器的后备保护1、过流保护为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动保护和瓦斯保护的后备，所以需装设过电流保护。2、过负荷保护变压器的过负荷电流，大多数情况下都是三相对称的，因此只需装设单相式过负荷保护，过负荷保护一般经追时动作于信号，而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器。3、变压器的零序过流保护71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）对于大接地电流的电力变压器，一般应装设零序电流保护，用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护，一般变电所内只有部分变压器中性点接地运行，因此，每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）第七章防雷接地变电所是电力系统的中心环节，是电能供应的来源，一旦发生雷击事故，将造成大面积的停电，而且电气设备的内绝缘会受到损坏，绝大多数不能自行恢复会严重影响国民经济和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保证电气设备的安全运行。变电所的雷害来自两个方面，一是雷直击变电所，二是雷击输电线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入，对直击雷的保护，一般采用避雷针和避雷线，使所有设备都处于避雷针（线）的保护范围之内，此外还应采取措施，防止雷击避雷针时不致发生反击。对侵入波防护的主要措施是变电所内装设阀型避雷器，以限制侵入变电所的雷电波的幅值，防止设备上的过电压不超过其中击耐压值，同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护。避雷针的作用：将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备，避雷针必须高于被保护物体，可根据不同情况或装设在配电构架上，或独立装设，避雷线主要用于保护线路，一般不用于保护变电所。避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备，它实质是一个放电器，与被保护的电气设备并联，当作用电压超过一定幅值时，避雷器先放电，限制了过电压，保护了其它电气设备。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）7.1避雷器的选择7.1.1避雷器的配置原则1）配电装置的每组母线上，应装设避雷器。2）旁路母线上是否应装设避雷器，应在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足而定。3）220KV以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器，并尽可能靠近设备本体。4）220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。5）三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。7.1.2避雷器选择技术条件1、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，按下表选择如表7.1:表7.1避雷器型号选择表型号型式应用范围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1、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、屋内型号含义：F——阀型避雷器；S——配电所用；Z——发电厂、变电所用；C——磁吹；D——旋转电机用；J——中性点直接接地2、额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。3.校验项目：（1）灭弧电压71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）……………………………………………….(7.1)—接地系数，对于非直接接地，20KV及以下=1.1，35KV及以上=1.0；对直接接地=0.8。—最高工作允许电压，为电网额定电压的1.15倍。（2）工频放电电压下限值：…………………………………………………….(7.2)式中：—内部过电压允许计算倍数，对非直接接地63KV及以下=4；110KV及以下=3.5；对直接接地110～220KV，=3。—设备最高运行相电压（KV）。上限值：…………………………………………………….(7.3)（3）避雷器的残压，指波形为8/20的一定幅值的冲击电流通过避雷器时，在阀片上产生的电压峰值。我国标准规定：220KV及以下避雷器冲击电流幅值为5KA。………………………………………………………………(7.4)式中：—避雷器的保护比，FZ型=2.3～2.35，FCZ型=1.86～2。—灭弧电压的幅值。（4）避雷器冲击放电电压上限值71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）………………………………..(7.5)7.1.3避雷器的选择和校验1、110KV母线侧避雷器的选择和校验（1）型式选择根据设计规定选用FZ系列普通阀式避雷器。（2）额定电压的选择：KV110KV以上避雷器带有均压环，顶盖上有接线端子，110KV以上产品不超过20kgf.因此，选择FZ—110型普通阀式避雷器.表7.2110KV型普通阀式避雷器参数表型式额定电压（KV）灭弧电压有效值（KV）工频放电电压有效值（KV）冲击放电电峰值（1.5/20）不大于（KV）冲击残压不大于（KV）不小于不大于FZ—110110126255314375415（3）灭弧电压校验最高工作允许电压KV直接接地：KV，满足要求。（4）工频放电电压校验下限值：KV上限值：KV＜314KV所以上、下限值均满足要求。（5）残压校验KV＜415KV，满足要求。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）（6）冲击放电电压校验KV＜375KV，满足要求。故所选FZ—110型普通阀式避雷器合格。2、35KV侧避雷器的选择和校验（1）型式选择根据设计规定选用FZ系列磁吹阀式避雷器。（2）额定电压的选择：因此，选择FZ—35型磁吹阀式避雷器如表7.3表7.3FZ—35型普通阀式避雷器参数表型式额定电压（KV）灭弧电压有效值（KV）工频放电电压有效值（KV）冲击放电电压峰值（1.5/20）不大于（KV）冲击残压不大于（KV）不小于不大于FZ—3535417085112122（3）灭弧电压校验最高工作允许电压直接接地：KV，满足要求。（4）工频放电电压校验下限值：KV上限值：KV＜85KV所以上、下限值均满足要求。（5）残压校验71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）106.997KV＜122KV，满足要求。（6）冲击放电电压校验KV＜112KV，满足要求。故所选FCZ—35型磁吹阀式避雷器合格。3、10KV侧避雷器的选择和校验（1）型式选择根据设计规定选用FS系列普通阀式避雷器。（2）额定电压的选择：因此，选择FZ—10型雷器.如表7.4表7.46.3KV型普通阀式避雷器参数表型式额定电压（KV）灭弧电压有效值（KV）工频放电电压有效值（KV）冲击放电电压峰值（1.5/20）不大于（KV）冲击残压不大于（KV）不小于不大于FZ—6.36.312.726314550（3）灭弧电压校验最高工作允许电压KVKV，满足要求。（4）工频放电电压校验下限值：KV上限值：KV＜31KV所以上、下限值均满足要求。（5）残压校验71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）KV＜50KV，满足要求。（6）冲击放电电压校验KV＜45KV，满足要求。故所选FZ—10阀式避雷器合格。7.2变电所的进线段保护为使避雷器可靠的保护变压器，还必须设法限制侵入波陡度和流过避雷器的冲击电流幅值。因为避雷器的残压与雷电流的大小有关，过大的雷电流致使过高，而且阀片通流能力有限，雷电流若超过阀片的通断能力，避雷器就会坏。因此，还必须增加辅助保护措施配合避雷器共同保护变压器，这一辅助措施就是进线段。如果线路没有进线段保护，雷直击变电所附近导线时，流过避雷器的雷电流幅值和陡度是有可能超过容许值的。因此，为了限制侵入波的陡度和幅值，使避雷器可靠动作，变电所必须有一段进线段保护。本设计中采用的是在进线进线1～2km范围内装设避雷器。其原理接线图见下图7.1所示：图7.1变电所进线段的保护接线71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）7.3避雷针的配置7.3.1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1、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1000.m的地区，宜装设独立的避雷针。2、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10.m3、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。4、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。初步确定避雷针的安装位置后，再根据下列公式进行计算，校验是否在保护范围之中。根据保护要求和设计规程，选择如下：1）接闪器：选用针长为2m的圆钢，直径为18㎜；2）引下线：采用一般明敷，直径为12㎜的圆钢。7.3.2避雷针的保护范围计算根据测算该变电所大概面积为：所区围墙内占地面积:5490.96m2；所区围墙内建筑面积:3100㎡；主控制楼面积:422.5m2。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）若在变电所的四角装设等高的避雷针如图8.1,则按能保护变电所全部范围则:图7.2闭雷针联合保护图D取两针最远的距离ha==97/7=13.85m所以h=ha+hx=13.85+10=23.85m,考虑到以后的发展取避雷针的高度为25m。1）=10m（被保护物的高度）h=25m，h≤30m时，P=1，=53m时，1.5(12.43-10)=3.645m2）=10m（被保护物的高度）h=25m，h≤30m时，P=1，=78mm时，1.5(13.85-10)=5.775m3）=10mh=25mh≤30m时，P=146m71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）m时，1.5(18.42-10)=12.63m4）=10mh=25mh≤30m时，P=169mm时，1.5(15.14-10)=7.71m5）=10mh=25mh≤30m时，P=1=97mm时，1.5(11.14-10)=1.71m可见,内侧的最小宽度都满足≥0，所以避雷针1，2，3,4之间的面积都得到保护，其外部条件都得到保护，所以取4支25m的避雷针能满足要求。7.4接地装置的设计接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地相连，使该物体或节点与大地保持等电位，埋入地中的金属接地体称为接地装置。7.4.1设计原则　　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/I71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5Ω，而是允许放宽到5Ω，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5Ω，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危害，应采取各种隔离措施;考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，3-10kV避雷器不应动作或动作后不应损坏;应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求,施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。　　2、在接地故障电流较大的情况下，为了满足以上几点要求，还是得把接地电阻值尽量减小。接地电阻的合格值既不是0.5Ω，也不是5Ω，而应根据工程的具体条件，在满足附加条件要求的情况下，不超过5Ω都是合格的。7.4.2接地网型式选择及优劣分析220kv及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网，接地带布置按经验设计，水平接地带间距通常为5m-8m。除了在避雷针（线）和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外，在地网周边和水平接地带交叉点设置2.5m-3m的垂直接地极，进所大门口设帽檐式均压带，接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网。长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定，没有辅助的计算程序和对计算结果进行分析，设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的3-4倍，因此，地网边缘部分的电场强度比中心部分高，电位梯度较大，整个地网的电位分布不均匀。接地钢材用量多，经济性差。在220kV71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）及以下的变电工程中采用长孔网或方孔网，因为入地故障电流相对较小，地网面积不大，缺点不太突出。而在500kV变电站采用，上述缺点的表现会十分明显，建议500kV变电站不采用长孔或方孔地网。7.4.3降低接地网电阻的措施1、利用地质钻孔埋设长接地极根据接地理论分析，接地网边缘设置长接地极能加强边缘接地体的散流效果，可以起到降低接地电阻和稳定地网电位的作用。如果用打深井来装设长接地极，则施工费很高，如利用地质勘察钻孔埋设长接地极，施工费将大大节省。但需注意：利用地网边缘的地质钻孔，间距不小于接地极长的两倍；钻孔要伸入地下含水层方可利用，工程中我们曾经进行过实测，未插入到含水层的长接地极降阻效果差。2、使用降阻剂　　在高土壤电阻率区的接地网施工中使用降阻剂，无论是变电还是发电工程例子都很多。20世纪的70年代到80年代，使用较多的是膨润土降阻剂和碳基类降阻剂。据了解，多个使用降阻剂的工程，接地完工后测量接地电阻情况都不错，但由于缺乏长期的跟踪监测，对降阻剂性能的长效性和对接地极材料的腐蚀性的信息返回少。确实也有质量差的降阻剂，降阻效果不能持久，对接地网造成腐蚀，引起各地对降阻剂使用意见分岐。3、利用地下水的降阻作用,深井接地,引外接地。　　当变电站附近有低土壤电阻率区（水塘、水田、水洼地……），可以敷设辅助接地网与所内主接地网连接，这种方式叫引外接地。这也是降低接地电阻的有效措施。4.扩大接地网面积71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）　　我们知道，在均匀分布的土壤电阻率条件下，接地电阻与接地网面积的平方成反比，接地网面积增大，则接地电阻减小，因此，利用扩大接地网面积来降低接地电阻是可能预见的有效降阻措施。7.4.4接地刀闸的选择与校验1、110KV侧接地刀闸的选择：根据系统电压可以选择JW2-110型接地刀闸。表7.5JW2-110型接地刀闸参数表型号额定电压Ue(kV)最高工作电压长期通流能力(A)全波（8/20）全波冲击对地耐压（KV）动稳定电流峰值(kA)热稳定电流2S(kA)2JW2-110110KV12660030.510040校验热稳定：36.229KA²SKA²S=40²×2=3200KA²S则所以满足要求校验动稳定：=14.034KA=100KA则所以满足要求可见所选的JW2-110型接地刀闸能够满足要求。2、35KV侧接地刀闸的选择：71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）根据系统电压可以选择JW-35型接地刀闸。表7.6JW2-35型接地刀闸参数表型号额定电压Ue(kV)最高工作电压长期通流能力(A)全波（8/20）全波冲击对地耐压（KV）动稳定电流峰值(kA)热稳定电流2S(kA)2JW-3535KV37．5————5020校验热稳定：=73.697KA²S=20²×2=800KA²S则所以满足要求校验动稳定：≤=17.638KA<50KA满足要求可见所选的JW-35型接地刀闸能够满足要求。3、10KV侧接地刀闸的选择：根据系统电压可以选择JN1-10I型接地刀闸,表8.7表7.7JN1-6.3型接地刀闸参数表型号额定电压Ue(kV)最高工作电压长期通流能力(A)全波（8/20）全波冲击对地耐压（KV）动稳定电流峰值(kA)热稳定电流2S(kA)JN1-6.3I6.3KV11．5————5020校验热稳定：356.058KA²S71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）=20²×2=800KA²S则所以满足要求校验动稳定：=36.473KA=50KA则所以满足要求可见所选的JN1-10I型接地刀闸能够满足要求。结束语经济的发展对变电所的配电装置提出了更高的要求，配电网自动化也是电力系统现代化发展的必然趋势。建设一个110KV综合自动化变电站，也是变电所发展的一个更高阶段，其中变电所主接线,电气设备选择是保证变电所正常运行的重要保证之一，基础的稳定也非常重要，设计前一定要对所址地质情况，进行细致的分析，取得正确的地质资料，选择合理的所址。在对变电所所要提供的负荷做详细的分析。总之，电气设备的选择要进行可靠的分析计算以实际的情况，制定合理的、经济的、安全的方案。一次设备选择增强自动化程度，减少设备运行维护工作量，突出无油化，免维护型设备。由于当今技术在不断发展，用户的需求也不断提高,结合我们自己的实际情况，综合考虑近期与远期,建设出适合当地发展的变电站。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）参考文献[1]翁双安.工厂供电.机械工业出版社，2004.[2]电力工业部西北电力设计院.电气工程设计手册电气一次部分[M].中国电力出版社,1998.[3]弋东方.电气设计手册电气一次部分[M].中国电力出版社2002.[4]陈学庸编.电力工程电气设备手册（电气二次部分）[M].北京：中国电力出版社，1996.[5]柳永智，刘晓川编.电力系统远动（第二版）.中国电力出版社2006.[6]于永源，杨绮雯编.电力系统分析.中国电力出版社2007.[7]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆大学出版社2001.[8]刘增良，刘国亭主编.电气CAD[M].北京：中国水利水电出版社，2003.71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）致谢为期四年的大学学习即将结束，四年来在老师的精心辅导下，我的理论知识有了很大的提高。为检验四年来的学习成果，此次设计为110kV降压变电站电气一次系统设计。在设计过程中，我根据在学校所学知识实际进行设计,没想到看起来简单的设计，实际干起来却有太多疑问。有时为了弄懂一个数据，除了要一遍遍的查找资料，还要向老师同学屡屡请教,有时还要抱着原来所学过的课程再进行学习。经过两个月的努力，终于有了以下这份毕业设计。虽然设计的内容中还存在许多的缺陷，但确是几个月来辛勤劳动的结果。在毕业设计过程中，张敏老师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议,对我的辅导耐心认真，并给我们提供了大量有关资料和文献，使我的这次设计能顺利完成。通过这次毕业设计使我对以前学习的知识得到了更深的了解,并使知识得到了进一步的巩固。71-- 湖南科技大学本科生毕业设计（论文）附录主接线图71--'