110kv变电站设计说明书 毕业论文

'110KV变电站设计说明书摘要随着经济的发展和现代化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，也会放映在供电的可靠行和安全生产方面，它和企业的经济效益、设备人身安全。密切相关。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，本论文设计了一个城区降压变电站,主要针对城区供电，此变电站有二个电压等级：高压侧电压为110kv,有二回线路；低压侧电压为10kv,有十四回出线。同时对于变电站内的主设备进行合理的选型。本设计选择选择两台SFs7-31500/110主变压器，其他设备如站用变，断路器，隔离开关，电流互感器，高压熔断器，电压互感器，无功补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置，力求做到运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。使其更加贴合实际，更具现实意义。关键词电气设计说明短路计算变电站保护 目录第一章 110kv变电所电气设计说明     1.1 工程建设规模…………………………………………………………41.2 主接线的设计…………………………………………………………41.3 主变压器的选择………………………………………………………41.4 变电站运行方式的确定………………………………………………4第二章 短路电流计算………………………………………………5第三章 电气设备的选择3.1　断路器的选择…………………………………………………………103.2　隔离开关的选择………………………………………………………113.3　电流互感器的选择……………………………………………………133.4　电压互感器的选择……………………………………………………143.5熔断器的选择…………………………………………………………183.6　无功补偿装置…………………………………………………………193.7　避雷器的选择…………………………………………………………21第四章 继电保护装置4.1 变压器保护……………………………………………………………224.2 线路保护……………………………………………………………25 4.3 自动装置………………………………………………………………254.4 二次设计方案…………………………………………………………25第五章防雷设计……………………………………………………………27结论……………………………………………………………………………29致谢……………………………………………………………………………29参考文献………………………………………………………………………30附图……………………………………………………………………………31 110KV变电站设计说明书第一章：110kV变电所电气设计说明一．工程建设规模本次城南110kV变电站新建工程规模如下：1、110kV出线回路数：最终2回，本期2回。2、110kV主变压器：最终2×31.50KVA,本期2×31.50KVA。3、10kV出线回路数：最终14回，本期14回。4、10kV无功电容补偿量：最终2×4008kVar，本期2×4008kVar。二、主接线的设计(附设计图纸一张)1.110kv出线回路：2回出线，单母线分段2.10kv出线，14回，单母线分段室内配置，电缆出线，成套开关柜（GG—1A）三、主变压器的选择1.变压器：两台SFs7—31500/110、低损耗变压器调压方式：无载调压.Ue：110±2×2.5%10.5kv.110kv中性点直接接地容量比：100/100.阻抗电压：Ud1-2=10.5%Ud1-3=17%Ud2-3=6.5%接线组别：Yo/Y/Δ-12-112.所用变压器：10kVI、II段上各设一台10kvS7-50/1010.5±5%/0.4kvY/Yo-12Ud=4%四、变电站运行方式的确定该站正常运行方式： 110kV、10kV母线分段开关（在下面选择设备都以该方式下出现的最大短路电流来选择）在合闸位置，#1、#2主变变高、变中中性点只投#1主变，#2主变变高中性点在断开位置第二章电流计算（设备选择用）1、短路计算基本假设1）正常工作时，三相系统对称运行；2）所有电源的电动势相位角相同；3）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；6）系统短路时是金属性短路。2、短路电流计算（1）主变压器各侧阻抗的百分值：X1%=0.5*(10.5+17-6.5)%=10.5%X2%=0.5*(10.5-17+6.5)%=0%X3%=0.5*(17+6.5-14)%=4.75%其标幺值为（近似计算法）X1*=0.105×100/31.5=1/3；X2*=0×100/31.5=0；X3*=0.0475×100/31.5=0.15；（2）基准值设短路故障点为2处，即110KV母线短路d1点，10KV母线短路点为d2点。基准容量：Sj=100MVA基准电压：UB1=115KVUB3=10.5KV基准电流：121kv侧：10.5kv侧： 短路电流计算（3）在最大运行方式下，计算各种情况下最大短路电流K1点短路电流计算：Ik〞=Id1/∑X1*=0.502/0.03kA=16.73kAish=2.55Ik〞=2.55×16.73kA＝33.47kASk=Sd/∑X1*=100/0.03MVA=3334MVAK2点短路电流计算：Ik〞=Id2/∑X2*=5.6/（0.03+0.17+0.075）kA=20.36kAish=2.55Ik〞=2.55×20.36kA＝51.93kASk=Sd/∑X2*=100/（0.03+0.17+0.075）MVA=364MVA结果附表一。附表一：最大运行方式下各短路点短路电流和短路容量短路点编号短路电流计算值（kA）Sk(MVA)I”kI∞ish110kV母线K1333416.7316.7333.4710kV母线K236420.3620.3651.933、各回路的工作电流主变110kV侧主变10kV侧 第三章电气设备选型正确地选择电器是使电器主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。在进行电器选择时，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，并注意节省投资，选择合适的电器。尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电器要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定。概述导体和电器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。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。一、一般原则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电器的型号一致；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。二、技术条件1、按正常工作条件选择导体和电气1）电压：所选电器和电缆允许最高工作电压Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax即Vymax≥Vgmax 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1.15Ve，而实际电网运行的Vgmax一般不超过1.1Ve。2）电流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Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax即Iy≥Igmax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Igmax=1.05Ie（Ie为电器额定电流）。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IyQ可按下式修正IyQ=Iy=Kiy基中K—修正系数Qy—导体或电气设备正常发热允许最高温度我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。=40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。2、按短路情况校验电器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。1）短路热稳定校验Qd≤Qr满足热稳定条件为Ir2tdz≤Ir2tQ0L—短路电流产生的热效应Qr—短路时导体和电器允许的热效应Ir—t秒内允许通过的短时热电流验算热稳定所用的计算时间：tdz=tb+toLtb—断电保护动作时间 110KV以下导体和电缆一般采用主保护时间110KV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间toL—相应断路器的全开断时间2）短路的动稳定校验满足动稳定条件为：ich≤idfIch≤IdfIch—短路冲击直流峰值（KA）Ich—短路冲击电流有效值（KA）Idf、Idf—电器允许的极限通过电流峰值及有效值（KA 电器主要选择项目汇总表 设备名称一般选择项目特殊选择项目额定电压额定电流热稳定动稳定断路器，隔离开关——电流互感器高压熔断器————；选择性电压互感器—————— 以下各节列出了各种电器设备选择结果:  一、断路器选择： 变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35～220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。1、按开断电流选择高压断路器的额定开断电流Iekd应不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流的有效值Ie(td)即：Iekd≥Iz（KA）Iekd—高压断路器额定开断电流（KA）Iz—短路电流的有效值（KA）2、短路关合电流的选择在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流ieg不应小于短路电流最大冲击值。即：ieg≥icj或idw≥icjieg—断路器额定关合电流idw—额定动稳定电流icj—短路冲击电流3、关于开合时间的选择对于110KV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间大于0.04~0.06s。据能源部《导体和电器选择设计技术规程》，对主电路所有电气设备进行选择和校验，各级电压的断路器的选择成果见表     计算数据 设备参数 型号  (KV)   （A）(KA)   (KA)   安装地点台数 LW-126/T4000-40 110 126173.6 4000 16.73 4018.2810033.47 6400变压器110KV侧，出线GG-1A-12 10  12103.8 125020.36 31.560.28  8051.93396910KV    出线回路ZN63 10  121909.59 400023.64  4060.28 100706.94640010KV主变回路 二、隔离开关的选择隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵倒闸操作顺序。送电：首先合上母线隔离开关（M6）其次合上线路侧隔离开关（X6）最后合上断路器，停电则与上述相反。隔离开关的配置：1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离；2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地； 3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关；4）按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关；5）当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。选择隔离开关的方法和要求与选择断路器相同，为了使所选择的隔离开关符合要求，又使计算方便，各断路器两侧的隔离开关，原则上按断路器计算数据进行选择。隔离开关选择表：  计算数据    设备参数 型号  (KV)   （A）   (KA)   安装地点GW4-110/1000110110173.6100018.288063.752246.76变压器110KV侧KYN27-12/18010121909.598400060.28100706.94640010KV主变、分段开关及馈线   三、电流互感器的选择： 电流互感器的配置原则：1、为了满足测量和保护装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段及母联断路器、旁路断路器等回路中均设有电流互感器。对于中性点直接接地系统，一般按三相配置；对于中性点非直接接地系统，依照具体情况（如符合是否对称、保护灵敏度是否满足等）按二相或三相配置。2、对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如：若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断路器处于交叉保护范围之中。3、为了防止支持式电流互感器套管闪络造成母线故障，电流互感器通常布置在断路器的出线或变压器侧。4、为了减轻内部故障时发电机的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器应布置在发电机定子绕组的出线侧。为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器已装在发电机中性点测。根据以上配置原则和电流互感器选择条件和校验标准选出电流互感器如下：安装地点型号额定电流比1S热稳定倍数Kt动稳定倍数Kdw主变110KV侧LCWDL-1102*600/575135主变10KV侧LAJ-103000/5509010KV馈线LAJ-103000/55090电流互感器的选择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I1与-I′2 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：是对保护级（BlQ）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。即：Se2≥S2=Ie22z2fz2f=Vy+Vj+Vd+Vc（Ω）Vy—测量仪表电流线圈电阻Vj—继电器电阻Vd—连接导线电阻Vc—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：Ve≤VewIe1≥Igmax，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Vew—电流互感器所在电网的额定电压VeIe1—电流互感器的一次额定电压和电流Igmax—电流互感器一次回路最大工作电流5、种类和型式的选择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、热稳定检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）2≥I2tdz（或≥Qd） 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：Ie1kd≥icj短路电流不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于其邻相之间电流的相互作用使绝缘帽上受到外力的作用。因此需要外部动稳定校验，即：Fy≥0.5×1.73icy2××10-7N对于瓷绝缘的母线型电流互感器（如LMC型）可按下式校验Fy≥1.73×iy2×10-7N在满足额定容量的条件下，选择二次连接导线的允许最小截面为：S≥m2四、电压互感器的选择：1.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，其作用有：1）将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。2）使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。电流互感器的特点：1）一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关；2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。电压互感器的特点：1）容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数； 2）二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。互感器的配置：1）为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器；2）在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如：发电机和变压器的中性点；3）对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制；4）6~220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器；5）当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。电压互感器的选择1、电压互感器的准确级和容量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）Ve范围内变动，即应满足：1.1Ve1>V1>0.9Ve13、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不完全符形接线方式3~35单相式100无此绕组Yo/Yo/□110J~500J单相式100/100 3~60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。220KV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≥S2S2=Po、Qo—仪表的有功功率和无功功率各电压互感器除供给测量仪表和继电保护外，另有辅助绕组，供给保护及绝缘监察装置用。电压互感器的配置原则如下：1、I、II段母线都装有一组电压互感器，用于同步、测量仪表和保护装置。4、变压器 变压器低压侧有时为了满足同步或继电保护的要求，设有一组电压互感器。根据以上配置原则和电压互感器选择和校验条件选出电压互感器如下：安装地点型 号数 量额定变比最大容量(VA)110KV母线TYD110/－0.005H6120010KV母线JSJW-10210000/100/100/3960  五、熔断器选择：熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，也可常用于保护电压互感器。1、按额定电压选择对一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网额定电压。另外对于充填石英砂有限流作用的熔断器，只能用于等于其额定电压电网中。2、按额定电流选择（1）熔管额定电流选择：为了保证熔断器壳不致损坏，高压熔断器的熔管额定电流Ierg应大于熔化的额定电流Iert即：Ierg≥Iert（2）熔体额定电流选择：为了防止熔体在通过变压器励磁涌流和保护范围以外的短路可按下式选择即：Iert=kIgmax用于保护电力电容的高压熔断器熔体：即：Iert=kIeck—可靠系数(一台电力电容时k=1.5~2.0，一组电力电容器时k=1.3~1.8)。Iec—电力电容器回路的额定电流。3、熔断器开断电流校验：Iekd≥Icj（或Iz˝）对于保护电压互感器用的高压熔断器，只需按额定电压及断流量来选择。选择的高压断路器、隔离开关、熔断器校验项目项目额定电压额定电流开断电流关合电流热稳定动稳定高压熔断器Ve≥VewIe≥ImaxIekd≥Iij———高压断路器Ve≥VewIe≥IgmaxIekd≥Igigh≥icjigh≥I8idw≥icj隔离开关—— 由于110KV侧电压互感器的电压等级很高，不宜装设熔断器，下面对10KV侧熔断器进行选择。由于PT一次绕组电流很小，故熔断器只需按额定电压和开断电流进行选择。即：             选择结果如下表： 安装地点型 号额定电压（KV）额定电流（A）最大开断电流（KA）断流容量（MVA）10KV电压互感器RN2—10/0.5100.5851000 六、无功补偿装置无功电源和有功电源一样是保证系统电能质量和安全供电不可缺少的。据统计，电力系统用户所消耗的无功功率大约是它们所消耗的有功功率的50~100%。另外电力系统中的无功功率损耗也很大，在变压器内和输电线路上所消耗掉的总无功功率可达用户消耗的总无功功率的75%和25%。因此，需要由系统中各类无功电源供给的无功功率为总有功功率的1~2倍。由无功功率的静态特性可知，无功功率与电压的关系较有功功率与电压的关系更为密切，从根本上来说，要维持整个系统的电压水平就必须有足够的无功电源。无功电源不足会使系统电压降低发送变电设备达不到正常出力，电网电能损失增大，故需要无功补偿。有功功率必须由发电厂送至负荷点，而无功功率则不宜由输电线路远距离输送，这有以下原因：1）电压降增加，使电压控制复杂化；2）由于加大电流而增加损失，使输电费用增加；3）由于加大电流，使变压器、架空线路和电缆等电气设备和导体的热容量不能充分利用。 所以，现代电力系统中的无功电源和无功负荷都在各级电压电网中的变电所和用户处逐级补偿，就地平衡，我国现行规程规定，以35千伏及以上电压等级直接供电的工业负荷，功率因数不得低于0.90。一、补偿装置的确定：1）同步调相机：同步调相机在额定电压±5%的范围内，可发额定容量，在过励磁运行时，它向系统供给感性的无功功率起无功电源作用，能提高系统电压，在欠励磁运行时，它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用，可降低系统电压。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸收）无功功率，进行电压调节，但是调相机的造价高，损耗大，维修麻烦，施工期长。2）串联电容补偿装置：在长距离超高压输电线路中，电容器组串入输电线路，利用电容器的容抗抵消输电线的一部分感抗，可以缩短输电线的电气距离，提高静稳定和动稳定度。但对负荷功率因数高（oy＞0.95）或导线截面小的线路，由于PR/V分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。故串联电容器调压一般用在供电电压为35KV或10KV，负荷波动大而频繁，功率因数又很低的配电线路上。3）静电补偿器补偿装置：它由静电电容器与电抗器并联组成电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率的静止补偿器，与同步调机相相比较，运行维护简单，功率损耗小，但相对串联电容及并联电容补偿装置，其造价高维护较复杂，一般适用以较高的电压等级500KV变电所中。4）并联电容器补偿装置：并联电容器是无功负荷的主要电源之一。它具有投资省，装设地点不受自然条件限制，运行简便可靠等优点，故一般首先考虑装设并联电容器。由于它没有旋转部件，维护也较方便，为了在运行中调节电容器的功率，可将电容器连接成若干组，根据负荷的变化，分组投入或切除。由于本次设计的变电站为110KV降压变电站，以补偿的角度来选择，以上四种均能满足要求，但是在经济和检修方面来考虑，首先选择并联和串联补偿装置。而原始资料可知，补偿装置主要补偿负荷的无功容量及平衡主变损耗。所以选择并联补偿装置。二、补偿装置容量的选择1）负荷所需补偿的最大容性无功量计算：Qcfm=Pfm*sinp2/cosp2-Pfm*sinp1/cosp1Qcfm—负荷所需补偿的最大容性无功量（kvar）Pfm—母线上的最大有功负荷（KW） cosp1—补偿前的功率因数cosp2—补偿后的功率因数（2）主变压器所需补偿的最大容性无功量计算Qcb.m=（+）SeQcb.m—主变压器需要补偿的最大容性无功量（Kvar）Vd(%)—需要进行补偿的变压器一侧的阻抗电压的分值Im—母线装设补偿后，通过变压器需要补偿一侧的最大负荷电流值（A）Ie—变压器需要补偿一侧的额定电流值（A）I%—变压器容截电流百分值（%）Se—变压器需要补偿一侧的额定容量（KVA）所以本变电站所需要补偿的无功容量为：Q总=Qcfm+Qcbm把总无功容量分为两组，这样才能更灵活地适应系统负荷以及电压变化，更有效地改善系统电压稳定，以及负荷大小所需的无功容。由于负荷的变化明显，波动性大，对线路末端的用户极为不利，特别在负荷高峰期电压太低，在低谷期电压有明显偏高，使电压质量下降，站内的调压装置有有载调压装置，但单纯地依靠有载调压进行调压效果也不是很理想，尤其在出线无功缺额，功率因数较低的情况下。再者频繁调节有载调压对该装置的寿命影响很大。考虑到上述因素，在10kV母线处加装几组电容进行无功补偿。根据电容容量的选择原则：＝6.3MVar－9.45MVar（功率因数偏低时用30％）选用2组4008kVar的电容器组，10kVI、II段母线上各一组 七、避雷器选择：   根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器；变压器中心点接地必须装设避雷器，并应接在变压器与断路器之间；110KV线路侧一般不装设避雷器。本工程采用110KV配电装置构架上设避雷针；10KV配电装置设独立避雷针进行直接雷保护。   为了防止反击，主变构架上不设置避雷针。 采用避雷器来防止雷电侵入波对电器设备绝缘造成危害。避雷器的选择，考虑到氧化锌避雷器的非线性伏安特性优越于碳化硅避雷器（磁吹避雷器），且没有串联间隙，保护特性好，没有工频续流、灭弧等问题，所以本工程110KV系统中，采用氧化锌避雷器。由于金属氧化物避雷器没有串联间隙，正常工频相电压要长期施加在金属氧化物电阻片上，为了保证使用寿命，长期施加于避雷器上的运行电压不可超过避雷器允许的持续运行电压。避雷器选择情况见下表： 型 号安装地点额定电压（KV）灭弧电压（KV）工频放电电压（KV）冲击放电电压（KV）不大于不小于不大于FCZ-110110KV侧110126255290365FZ-110J变压器110KV中性点110100224268364FZ-1010KV母线1012.7263145FS-1010KV出线1012.7263145第四章  继电保护配置一、变压器的继电保护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研总的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。  变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障，油箱内部故障包括相间短路，绕组的匝数短路和单相接地短路，外部故障包括引线及套管处会产生各相间短路和接地故障。变压器的不正常工作状态主要是由外部短路或过负荷引起的过电流油面降低和过励磁等。   对于上述故障和不正当工作状态，根据DL400--91《继电器保护和安全起动装置技术规程》的规定，变压器应装设以下保护：（1）瓦斯保护：为了反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低，对0.8MVA及以上油浸式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装置设瓦斯保护。（2）纵差动保护或电流速断保护为了反应变压器绕组和引出线的相间短路以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速动保护。纵差动保护适用于：并列运行的变压器，容量为6300KVA以上时；单独运行的变压器，容量为10000KVA以上时；发电厂常用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300KVA以上时。电流速断保护适用于1000KVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5S时。（3）外部相间短路时，应采用的保护：过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流；复合电压启动的过电流保护，一般用于升压变压器及过电流保护灵敏度不满足要求的降压变压器上；负序电流及单相式低电压启动的过电流保护，一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器； 阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用前两种保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。（4）系统外部接地短路时，应采用的保护对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。对自耦变压器和高中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应该增设零序方向元件。当电力网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地短路时，中性点接地的变压器跳开后，中性点不接地的变压器（低压侧有电源）仍带接地故障继续运行，应根据具体情况，装设专用的保护装置，如零序过电压保护等。（5）过负荷保护对400KVA以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。（6）过励磁保护对400KVA及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。 本设计所选变压器容量为31500KVA，根据以上保护原则，可装设以下保护：（1）装设反应内部短路和油面降低的瓦斯保护。（2）装设反应变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联比率制动差动保护。（3）装设反应变压器外部相间短路和内部短路的反备保护的过电流保护。（4）装设零序电流保护以反应大接地电流系统外部接地短路。 （5）装设过负荷保护防止变压器过负荷。二、线路保护  110kV侧设置距离阻抗保护、方向复压方向闭锁过流、零序过流、过负荷；10kV侧电网由于系不接地系统，故只配置速断和过流。三、自动装置   安全自动装置可分为自动调节性装置和自动操作性装置，其中发电机自动调节励磁和电力系统自动调频属于自动调节型装置，自动重合闸、备用电源和备用设备自动投入、自动同步并列、自动低频减载、火电厂事故减出力、水电厂事故切机、电气制动、水轮发电机自动启动和调相改发电、抽水蓄能机组由抽水改发电、自动解列等属自动操作型装置。   近几年，随着电力系统的发展及电网安全稳定的需要，故障连锁切机装置、故障连锁切负荷装置、故障快关汽门装置、振荡解列装置、过负荷连锁切机装置、机组低频自启动装置、具有故障判断的区域性稳定控制装置等新型自动装置也在电力系统中得到了运用。   由于安全自动装置种类较多，本设计根据有关自动装置配置的内容选择以下自动装置：1、三相一次重合闸装置，提高供电可靠性2、自动低频减载装置，防止电力系统因事故发生功率缺额时频率的过度降低，保证了电力系统的稳定运行和重要负荷正常工作。3.自动故障记录装置，用于分析电力系统事故，保护装置和安全自动装置在事故过程中的动作情况以及迅速判定线路故障点的位置。四、二次设计方案本站按综合自动化无人值班变电站设计，其中主变压器测控、保护，110kV线路、分段开关测控保护，110kV备自投、各电压等级母线PT测控均集中在二次设备室组屏安装。10kV测控、保护装置则分散安装于10kV高压开关柜上。监控主机和微机五防主机合用，安装于二次设备室控制台上。 一）组屏方案本工程本期二次设备室需安装屏柜26面。（不含通讯）分别是视频监控屏1面，电能表屏2面，电能量采集屏1面，直流充馈电屏2面，蓄电池屏3面，UPS电源屏1面，所用电屏2面，110kV故障录波屏1面，综自保护测控屏13面。综合自动化系统采用北京四方公司生产的变电站综合自动化系统,含公用测控屏、PT并列屏、#1主变保护屏、#1主变测控屏、#2主变保护屏、#2主变测控屏、110kV线路测控屏、110kV备自投及分段屏、35kV线路保护测控屏、远动通信屏、网络通信屏、GPS同步时钟屏。系统保护采用国电南自股份有限公司设备，含110kV线路保护屏一面。二）视频监控系统本站配置四川蜀杰通用电气有限公司的视频监控系统1套，由厂家协助安装。全站设置摄像头12台，摄像头及探头安装位置已在土建施工时预埋管线。本系统需在二次设备室安装屏柜一面。三）直流系统本站配置220V直流系统一套，配备充电模块4块，10A/块。本站直流充馈电柜2面，由杭州奥能电源设备有限公司提供，蓄电池容量：200Ah，单只电池电压2伏，电池108，蓄电池柜3面。直流系统馈线按50回考虑，直流系统通过通信串口直接与监控系统接口，直流系统的信号通过串口及硬接点信号传至监控系统。本站配备UPS电源一套，模块2台，3KVA/台，组屏一面。UPS电源系统不带蓄电池组，直流电源由站用直流系统提供。馈线按6回考虑，该电源具有硬接点报警功能及通过RS485/RS232与监控系统通信功能。四）防误装置本站配置微机五防装置一套，由该装置对全站的断路器、隔离开关、接地刀闸、柜（网）门、接地桩、接地线实行防误闭锁操作。五）所用电系统所用电电源由10kV配电装置的两台所用变压器供给，容量均为100KVA。所用交流电源屏采用太原合创智能站用电源系统，组屏2面，所用电低压侧接线为单母线接线，所用电电压为380/220V。六）电能量采集系统本站配置一套电能量采集装置，全站所有的电能表通过RS485串口与电能采集装置接口，并将信息送入后台监控系统。 第五章防雷设计变电所的防雷保护1、变电站出现故障的原因避雷器接地电阻高由于避雷器接地电阻高，所以雷电流流过接地电阻时导致变压器外壳电位增高。当其超过一定数值时，就会引起变压器绝缘击穿损坏。避雷器接地引下线截面太小或长度太长，截面太小在雷击时易被烧断，起不到保护作用，长度太长在某一陡度电流通过时，接地引下线上的压降与避雷器的残压叠加在一起，作用到变压器绕组上有可能破坏变压器绝缘。变压器本身缺陷根据原北京电力建设科学技术研究所调查、分析，14800台年配电变压器的运行经验表明：在雷击损坏事故中，大约有37%是因绝缘存在缺陷而引起的。过载，由于电流的增加，变压器线圈温度迅速增加，造成绝缘材料变脆弱，加速老化，形成大量裂纹甚至脱落，严重时使线体裸露，而造成匝间短路。或者由于外部故障冲击力导致绝缘破损，进而发生故障。线路涌流现在，除非明确属于雷击事故，一般的冲击故障均被列为“线路涌流”。线路涌流（或称线路干扰）在导致变压器故障的所有因素中被列为首位。这一类中包括合闸过电压、电压峰值、线路故障/闪络以及其他输配方面的异常现象。其中以变压器出口突发性短路危害最大，当变压器二次侧发生短路接地等故障时，一次侧将产生高于额定电流20~30倍的短路电流，而在一次侧必然要产生很大的电流来抵消二次侧短路电流的消磁作用，如此大的电流作用于高电压绕组上，线圈内部将产生很大的机械应力，致使线圈压缩，其绝缘衬垫、垫板就会松动脱落，铁芯夹板螺丝松驰，高压线圈畸变或崩裂，变压器极易发生故障。分接开关故障变压器漏油使分接开关裸露在空气中，裸露的分接开关绝缘受潮一段时间后性能下降，导致放电短路，损坏变压器。变压器分接开关在频繁的调动中会造成触头之间的机械磨损、电腐蚀和触头污染，电流的热效应会使弹簧的弹性变弱，从而使动、静触头之间的接触压力下降,引线接头过热，引线接头过热是常见的故障之一，一旦发生将造成导电杆与接线端子间打火，甚至损坏导电杆丝扣，烧断接头，同时发热会造成桩头密封圈老化渗油，油溢至套管，沾粘吸附上导电性的金属尘埃，当遇到潮湿天气、系统谐磁、雷击过电压等就可能发生套管闪络放电或爆炸。其他原因工艺、制造不良，有少部分变压器故障是由于本身存在故障，例如：出线端松动或无支撑，垫块松动，焊接不良，铁芯绝缘不良，抗短路强度不足等。维护不良,压器保护装置不正确，冷却剂泄漏，污垢淤积以及腐蚀受潮，连接松动等都属于维护不良范畴。保养不够被有关统计列为第四位导致变压器故障的因素。电力变压器故障的预防措施器故障有相当部分是完全可以避免的，还有一些只要加强设备巡视严格按章操作，随时可以把事故消除在萌芽状态，这样不但将显著地减少变压器故障的发生以及不可预计的电力中断，而且可大量节约经费和时间。严格按照有关检修技术标准做好变压器运行前的检查和试验，防患于未燃。运行维护，持瓷套管及绝缘子的清洁。定期清理变压器上的污垢，检查套管有无闪络放电，接地是否良好，有无断线、脱焊、断裂现象，定期遥测接地电阻不大于4Ω ，或者采取防污措施，安装套管防污帽。在油冷却系统中，检查散热器有无渗漏、生锈、污垢淤积以及任何限制油自由流动的机械损伤。同时，应经常检查变压器的油位、油色，有无渗漏，发现缺陷及时消除。保证电气连接的紧固可靠。定期检查分接开关。并检验触头的紧固、灼伤、疤痕、转动灵活性及接触的定位。每三年应对变压器线圈、套管以及避雷器进行介损的检测。每年检验避雷器接地的可靠性。接地必须可靠，而引线应尽可能短。引线应符合规定，无断股现象，旱季应检测接地电阻，其值不应超过5Ω。应坚持每年一度的预防试验，将不合格的避雷器更换，减少因雷击过电压损坏变压器。变压器应定时大、小修，在运行中或发生异常情况时，可及时大修。应考虑将在线检测系统用于最关键的变压器上。大型变压器在线监测系统（氢气、局部放电及绝缘在线监测）能预先发现运行中变压器的异常状态。在线监测与专家系统结合起来对变压器绝缘进行预测，把变压器的异常发现于萌芽之初。避雷针、避雷器是变电所屋外配电装置和所区电工建筑物防护直击雷过电压的主要措施。变电所借助屋外配电装置架构上的避雷针和独立避雷针共同组成的保护网来实现，主控制室和屋内配电要采用屋顶上的避雷带。直击雷的过电压保护：装设独立避雷针，为防止雷直击变电设备及其架构、电工建筑物，其冲击接地电阻不宜超过10欧，为防止避雷针落雷引起的反击事故，独立避雷针与配电装置架构之间的空气中的距离SK不宜小于5m，独立避雷针的接地装置与接地网之间的地中距离Sd应大于3m。110kV配电装置：在架构上装设独立避雷针，将架构支柱主钢筋作引下线接地。主变压器装设独立避雷针各电压等级母线桥：装设独立避雷针。主控制楼：屋内配电装置钢筋焊接组成接地网，并可靠接地。雷电侵入波的过电压对入侵波防护的主要措施：在变电所内装设阀型避雷器以限制入侵雷电波的幅值，同时在变电所的进线上，设进线段保护，以限制流经阀型避雷器的雷电流和降低入侵雷电波的陡度。变电所内必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，在110kV靠近变电所1-2kM的进线上架设避雷线，其耐雷水平分别不应低于75kA，保护角在25。和30。范围内，冲击接地电阻在10Ω左右，以保证大多数雷电波只在此线段外出现，即设置进线段保护。对于三绕组变压器，应在低压侧任一相绕组对地加装一个避雷器，对于变压器中性点保护，因中性点为直接接地，变压器为分级绝缘，其绝缘水平为35kV等级，需在中性点上加装避雷器。避雷器的配置：(1)进出线设备外侧；(2)所有母线上；(3)变压器高压侧，尽量靠近变压器；(4)变压器低压侧为Δ时，只装在B相(5)主变压器中性点，按其绝缘水平等级选设；避雷线的配置：(1)110kV及以上线路沿全长架设避雷线；(2)10-35kV一般设1~2kM的进线段保护，以降低雷电波的陡度。表5-1避雷器选择一览表型号安装地点数量参数陡度冲击电流下残压≤kV雷电冲击电流下残压≤kV操作冲击电流下残压≤kV直流1mA参考电压≥kVY10W—108/268110kv母线2268HY5WS1—17/5010kv母线25024.0Y1W—60/144主变中性点214413786Y5WZ—12.7/45主变10kv侧251.84538.324Y5WZ—12.7/4510kv出线1051.84538.324 结论通过这次毕业设计，使我能更好地理论联系实际，提高独立思考和动手的能力，系统、全面地分析问题，由总体到部分，由浅到深，逐步深入地分析、解决问题；另外，通过了解、比较目前各个厂家设备的优缺点，开拓了视野、丰富了经验，有助于在工作岗位上更好地发挥自己的专业水平。主要只是把握相关的理论知识，通过这次课程设计，能够把相关的理论知识与工程实际联系起来，也从中体会到，工程实际与理论知识之间也有一定的区别，并不能完全照搬书本，工程实际还是要复杂。增加了一些对工程的了解，这是我感觉到主要的收获。由于自己知识的局限，再加上手上能翻阅的书籍不是足够的多，设计过程中，有些地方不能做到尽善尽美。这是不足的地方，敬请老师提出宝贵的意见。致谢经过这段时间的忙碌，本次毕业论文设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及同学们的支持，想要完成这个设计是很困难的。在论文写作过程中，得到了叶老师的耐心的指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，敦老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。叶老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩叶老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向叶文卿老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。    在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! 参考文献：【1】参照《电力工程电气设计手册—电气一次部分》  水利电力部西北电力设计院 编    水利水电出版社【2】参照《电力系统分析》  华中科技大学编   华中科技大学出版社【3】.《工业与民用配电设计手则[M]》程田中国电力出版社【4】参照《电力系统设计手册》  电力工业部电力设计总院 编    中国电力出版社【5】《发电厂及变电站电气设备》  吴敏、谢珍贵 编   中国水利水电出版社【6】《地下变电站设计及其应用》许波上海电气出版社,2008.【7】刘吉来.主编《高电压技术》.中国水利水电出版社,2004.【8】许建安.主编《继电保护技术》.中国水利水电出版社,2004.【9】林永顺.主编《牵引变电所》.中国铁道也版社,2003.【10】《继电保护整定计算[M]》许建安中国水利水电出版社,2001. 附：电气主接线图'