毕业设计（论文）-35kv箱式变电站设计

'华北科技学院毕业设计说明书（2012）毕业设计说明书35kV箱式变电站设计45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）35kV箱式变电站设计摘要：箱式变电站又称户外成套变电站，也有称作组合式变电站，它是发展于20世纪60年代至70年代欧美等西方发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备，由于它具有组合灵活，便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行费用低、无污染、免维护等优点，受到世界各国电力工作者的重视。进入20世纪90年代中期，国内开始出现简易箱式变电站，并得到了迅速发展。本课题的主要内容包括箱式变电站的发展应用，箱式变电站的结构分类，以及箱式变电站一次系统设计极其设备选型，二次系统设计，以及箱式变电站的智能监控系统。35kV箱式变电站的设计高压侧额定电压为35kV，低压侧额定电压为10kV，主变压器容量为7500kVA。主接线采用单母线分段接线。关键词：箱式变电站；结构；一次系统；二次系统45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）Designof35kVbox-typetransformersubstationABSTRACT：Box-typetransformersubstationcallsagainoutdooratransformersubstation,alsocalltodothesectionaltransformersubstation.Itisadevelopmenttowaitto70"sEuropeandAmericawesternprosperinthe60"sof20centuriesthenationreleaseakindofoutdoorthesetchangestogiveorgetanelectricshockofnewchangetogiveorgetanelectricshocktheequipments,becauseithavethecombinationvivid,easytoconveyance,move,installconvenience,startconstructiontheperiodisshortandcirculatetheexpenseslow,freefrompollution,donotneedmaintenanceetc.advantage,suffertheinternationalcommunityelectricpowertheworkervalues.Enterthemiddleof90"sof20centuries.Thedomesticstartsappearingthesimplebox-typetransformersubstation,andgotthequickdevelopment.Thearticleregardbox-typetransformersubstationasadevelopmentforrelatingbox-typetransformersubstationapplied,theconstructionofbox-typetransformersubstationdividesintose-section,emphasizingthetreatisebox-typetransformersubstationatheveryequipmentsindesigninsubsystemchoosesthetype,twosubsystemsdesign,andtheintelligenceofbox-typetransformersubstationsupervisesandcontrolthesystem.Thedesignhighpressuresidesumofbox-typetransformersubstationsettleselectricvoltageas35kVs,thelow-pressuresidesumsettleselectricvoltageas10kVs,maintransformercapacityis5000kVA.Thelordconnectsthesinglemotherinadoptioninlinelinecentsegmentconnectstheline.Keywords：box-typetransformersubstation；construction；firstsystem；secondsystem45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）1.绪论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。再次人们对供电质量尤其是的可靠性要求越来越高，而采用高压环网或双电源供电、低压网自动投切等先进技术的预装式变电站成为首选的配电设备。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、遥讯、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]。箱式变电站的类型、结构与技术特点1．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”，一区别欧式预装式变电站。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。2．箱式变电站的结构美式预装式变电站的结构型式大致有三种：45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）（1）变压器和负荷开关、熔断器共用一个油箱；（2）变压器和负荷开关、熔断器分别装在上下两个不同的油箱内；（3）变压器和负荷开关、熔断器分别装在左右两个不同的油箱内。其中（1）型为美式箱变的原结构，它的特点是结构紧缩、简洁、体积小、重量轻。（2）型和（3）型为（1）的变形。这种变型的理论根据是：开关操作和熔断器的动作造成的游离碳会影响整个箱变的寿命。由于采用普通油和难燃油作为绝燃介质，使之既可用于户外，又可用于户内，适用于住宅小区、共矿企业及各种公共场所，如机场、车站、码头、港口、高速公路、地铁等。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”布置较为有利。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3．箱式变电站的技术特点45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）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。变压器一般采用S9或干式的等。箱式变中的电器设备元件，均选用定型产品，元器件的技术性能均满足相应的标准要求。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。操作采用电动方式，不需另配电源，由TV引出即可。另外箱式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。目前，国内生产的箱式变的电压等级：高压侧为3～35kV、低压侧为0.4～10kV。变压器的容量：当额定电压比为35/10、6、0.4kV时可从几百kVA～上万kVA、当额定电压比为10、6/0.4kV时可从几十kVA～几千kVA。箱式变电站有如下特点：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，外壳一般采用镀铝锌钢板，框架采用标准集装箱材料及制作工艺，有良好的防腐性能，保证20年不锈蚀，内封板采用铝合金扣板，夹层采用防火保温材料，箱体内安装空调及除湿装置，设备运行不受自然气候环境及外界污染影响，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、干式变压器、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，产品无裸露带电部分，为全绝缘结构，完全能达到零触电事故，全站可实现无油化运行，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自动化程度高全站智能化设计，保护系统采用变电所微机综合自动化装置，分散安装，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45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）设计时，只要设计人员根据变电站的实际要求，作出一次主接线图和箱外设备的设计，就可以选择由厂家提供的箱变规格和型号，所有设备在工厂一次安装、调试合格，真正实现变电所建设工厂化，缩短了设计制造周期；现场安装仅需箱体定位、箱体间电缆联络、出线电缆连接、保护定值校验、传动试验及其它需调试的工作，整个变电站从安装到投运大约只需5～8天的时间，大大缩短了建设工期。④组合方式灵活箱式变电站由于结构比较紧凑，每个箱体均构成一个独立系统，这就使得组合方式灵活多变，我们可以全部采用箱式，即35kV及10kV设备全部箱内安装，组成全箱式变电所；也可以采用35kV设备室外安装，10kV设备及控保系统箱内安装，这种组合方式，特别适用于农网改造中的旧所改造，即原有35kV设备不动，仅安装一个10kV开关箱即可达到无人值守的要求。⑤投资省、见效快箱式变电站(35kV设备户外布置，10kV设备箱内安装)较同规模综自变电站(35kV设备户外布置，10kV设备布置于户内高压开关室及中控室)减少投资40％～50％。⑥占地面积小。本课题的主要任务1.对该变电站所供负荷进行统计，选择供电变压器2.短路电流计算3.高压一次设备的选择4.典型器件的继电保护计算5.箱式变电站的防雷接地保护设计45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）2.设计说明2.1住宅小区基本情况该住宅小区占地面积约73000平方米，共有建筑21座，其中高层住宅楼6座（3#、4#、13#~16#楼），多层住宅楼10座(1#、2#、5#~12#楼)，此外还有小区物业（17#）、泵房（18#）、热力交换站（19#）及车棚（20#、21#）、地下车库等公共用电设施。2.2设计范围按照市区供电部35kV及以下配电网络设计的规定，对于住宅小区配电工程，设计范围为：高压侧从市区公用35kV配电线路起，在接引35kV电源处设置明显断开点，低压侧至小区内各建筑低压用电计量装置上表位。2.3设计原则进入新世纪后，我国正在进入人口城市化的社会新时期。各地的开发小区悄然兴起，以满足城市人口急剧膨胀的需要。开发小区的特点是占地面积大、人口集中、楼房之间有较大的空间。加之绿地、曲径、花园、水泵、以及灯饰等，丰富了小区的内涵，体现环境、建筑及人居的和谐统一。根据以上特点它的供电特点与一般的乡村、工厂不同，必须采取新的配电思路和方式来满足其功能的需要。在供配电设计中，力求做到小区特点及环境的要求。设计必须根据小区实际，符合其特点，采用多种供配电形式和方法，满足使用功能的要求，不但做到整体布局合理，在宏观上保持三相负荷分配基本平衡，而且在微观上要做到细致，给每个用户提供一个良好的用电环境。在实现安全可靠配电的同时，还要做到环境的美化，使整个小区的配电合理、适用、经济。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）总之，供配电设施要坚持服务和服从于文明城、文明小区创建活动的要求，坚持美化城镇、小区形象，合理布局，科学规范的原则，要有超前意识和适应不断发展变化的新形势。否则，将有可能造成重复建设，不仅造成资金、资源的浪费，还要影响居民用电。在建设上主要是符合如下条件：(1)符合城镇建设的总体规划；(2)节约居民小区宝贵的土地资源；(3)保持居民小区的形象整体美观；(4)配变置于居民小区中心位置；(5)有较高的供电质量和供电可靠性。住宅小区的供电方案主要有：柱上变压器配电、独立配电室配电、箱式变电站配电三种。其中，柱上变压器配电方案虽然投资小，但对小区环境影响较大，因为高压需架空线路引入而不容易深入负荷中心，不能保证较高的供电质量也将造成较高的低压线损，对居民也增加了事故隐患。独立配电室配电方案需要一定面积的土建占地，增大了建设投资，对于本设计所选择的小区来说并不适宜，本小区多为多层建筑，用电负荷分散，供电半径大，降低了供电质量、提高了低压线损。箱式变电站配电方案的特点是，体积小、占地小、外形美观，高压侧采用电缆引入，箱变位置可以随意选择，使得低压配电部分更加合理，提高了供电可靠性，也有利于安装电量采集装置实现自动化管理。因此，本设计考虑将住宅小区的主要供电模式定位为箱式变电站配电工程。本市的高压供电等级模式为110kV→35kV→10kV，城区主要配电线路电压等级为10kV，住宅小区一级配电电压选用10kV，低压配电电压应采用220/380V。2.4环境条件当地年最高温度+40C°，年最低温度-30C°，年平均温度+10C°。覆冰-5mm，最大风速30m/S。当地海拔高度800米。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）3.住宅小区负荷计算3.1负荷计算3.1.1住宅小区住户照明用电负荷计算方法：简单测算住宅小区住户照明用电负荷的方法可以有两种：1.单位指标法应用单位指标法确定计算负荷Pjs(适用于照明及家用电负荷)，即：Pjs=∑Pei×Ni÷1000(kW)式中　Pei——单位用电指标，如：W/户(不同户型的用电指标不同)，由于地区用电水平的差异，各地区应根据当地的实际情况取用Ni——单位数量，如户数(对应不同面积户型的户数)应用以上方法计算负荷应乘以同时系数，即实际最大负荷(PM)。PM=Pjs×η(式中η——同时系数，η值按照住户数量多寡不同取不同的数值：一般情况下，用户数量在25～100户的取0.6；用户数量在101～200户的取0.5；用户数量在200户以上的取0.35。)2.单位面积法按单位面积法计算负荷，在一定的面积区有一个标准，面积越大的区其负荷密度越小，其表达式如下：PM=Ped×S×η式中　PM——实际最大负荷，kWPed——单位面积计算负荷，W/m2S——小区总面积，m2η——同时系数，取值范围同上3.1.2其它负荷计算方法：根据以上两种方法求出照明及家用负荷后，结合小区的实际情况，还需考虑其它用电负荷。比如本小区还包括小区物业公司、泵房、热力交换站及车库、自行车棚等45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）用电负荷；另外还有四座小高层，还应考虑电梯负荷；二次加压泵房负荷(供生活及消防用水)，以上诸负荷在计算住宅小区负荷中占比重较大的是照明及家用电负荷，而照明及家用电负荷出现最大值的时段为每天19：00～22：00，因而在计算小区的最大负荷时就以19：00～22：00时段的照明及家用电负荷为基础，然后再叠加其它负荷。其它负荷计算方法为：1.电梯：PD=∑PDi×ηD。式中　PD——电梯实际最大总负荷，kW　　　PDi——单部电梯负荷，kW　　　ηD——多部电梯运行时的同时系数(取值范围见下表)电梯同时系数一览表电梯台数123456…12同时系数10.910.850.80.760.72…0.482.二次加压水泵：PMS=∑PSi×NSi式中　PMS——二次加压水泵最大运行方式下(开泵最多的方式)的实际最大负荷　　　PSi——各类水泵的单台最大负荷　　　NSi——最大运行方式下各类水泵的台数3.物业楼：PWM=PWS×ηW式中　PWM——物业楼在照明及家用电最大负荷时段实际最大负荷　　　PWS——物业楼设计最大负荷，kW　　　ηW——物业楼负荷、照明及家用电最大负荷的同时系数4.路灯及公用照明：按照路灯的盏数及每盏灯的瓦数进行累加计算。路灯负荷为PL(kW)。5.住宅小区的综合最大负荷P∑=PM+PD+PMS+PWM+PL(kW)3.1.3详细负荷计算：1.居民用电负荷计算：45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）首先按照单位面积法计算每户居民最大用电负荷，以此做为单位用电指标，再用单位指标法计算每座住宅楼的负荷并合并计算结果。PM=Ped×S×η式中　PM——实际最大负荷，kWPed——单位面积计算负荷，W/m2S——每户面积，m2η——同时系数，其中单位面积计算负荷按照张家口市的用电标准，取40W/m2，小区内户型种类较多，从80m2到140m2左右，其中小户型居多，为方便计算，取平均值100m2，则每户负荷为：PM=40W/m2×100m2=4kW再将PM作为单位指标Pei代入单位指标法公式Pjs=Pei×Ni×η(kW)，可求出每座住宅楼的用电负荷，如下表：住宅小区用户负荷计算明细表序号楼号户数单位指标（kW）计算负荷（kW）负荷同时率实际负荷11#3642880.6172.822#4843840.6230.433#8046400.638444#6445120.6307.255#4843840.6230.466#7245760.6345.677#6044800.628888#6845440.6326.499#6044800.62881010#4043200.61921111#4243360.6201.61212#4843840.6230.41313#2742160.6129.61414#2742160.6129.61515#2742160.6129.61616#5044160.6249.6　合计797　6392　3835.245 华北科技学院毕业设计说明书（2012）2.其他用电负荷计算：（1）.电梯：电梯的负荷分级电梯的负荷分级应符合2.2.1的负荷分级规范要求。客梯的供电要求应符合下列要求：一级负荷的客梯，应由引自两路独立电源的专用回路供电；二级负荷的客梯，可由两回路供电，其中一回路应为专用回路；三级负荷的客梯，宜由建筑物低压配电柜以一路专用回路供电，当有困难时，电源可由同层配电箱接引；因本工程电梯建筑均为小高层，小区规模为普通城镇住宅小区属二级负荷，不允许双电源引入，如需双电源接入的，可由用户自备发电机电源接入，在本设计中，电梯用电由用户从建筑电表下表位或配电室内自行接引低压电源。小区电梯总负荷为：∑PD=60.8+51.2+18+18+18+18+29.12+43.62=256.8kW（2）.物业管理中心物业管理中心的用电负荷主要为照明、办公用电器（电脑、复印机等），可能会有热水器、电视等家电设施，基本上可以按照普通居民的负荷计算方式来考虑，使用单位面积法可得：PM=Ped×S×η=40W/m2×540m2÷1000=21.6kW（3）其它：热力交换站、水泵房、自行车棚、地下车库热力交换站按用户提供资料可知所有设备合计负荷为110kW，水泵房按用户提供资料可知所有设备合计负荷为128kW，此类负荷在用电时一般为全部设备投入运行，按满负荷考虑用电。地下车库的用电时间主要在早晨7：00~8：00、中午12：00~12：30、晚上5：30~6：00左右几个时间段，与住户用电高峰期并不重合，且多层住宅的地下车库数量少、用电负荷较小、用电同时率较低，所以在负荷计算时可忽略不计，仅按低标准配置线路即可。自行车棚负荷主要为照明用电，通常单个车棚用电负荷不足1kW，可忽略不计，配电线路按最低标准配置。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）10kV负荷情况如表1所示表2.110kV负荷分布情况负荷名称最大负荷（kW）回路数供电方式功率因数1#出线15001架空0.852#出线8001架空0.853#出线8001架空0.84#出线10001架空0.855#出线15001架空0.96#出线12001架空0.85电容器回路210kV侧最小负荷是最大负荷的45％；10kV侧最大负荷利用小时数=4800H；待设计变电所年负荷增长率为5%。10kV侧的负荷计算1.5+0.8+0.8+1+1.5+1.2=6.8MW1.5*0.62+0.8*0.62+0.8*0.75+1*0.62+1.5*0.48+1.2*0.62=4.11MVar==7.95MVA功率因数cos=0.863.2无功补偿电力系统中有许多根据电磁感应原理工作的电气设备，如变压器、电动机、感应炉等。都是依靠磁场来传送和转换电能的电感性负载，在电力系统中感应电动机约占全部负荷的50%以上。电力系统中的无功功率很大，必须有足够的无功电源，才能维持一定的电压水平，满足系统安全稳定运行的要求。电力系统中的无功电源由三部分组成：1发电机可能发出的无功功率（一般为有功功率的40%~50%）。2无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率。3110kV及以上电压线路的充电功率。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）电力系统中如无功功率小，将引起供电电网的电压降低。电压低于额定电压值时，将使发电、送电、变电设备均不能达到正常的出力，电网的电能损失增大，并容易导致电网震荡而解列，造成大面积停电，产生严重的经济损失和政治影响。电压下降到额定电压值的60%~70%时，用户的电动机将不能启动甚至造成烧毁。所以进行无功补偿是非常有必要的。无功补偿的计算补偿前cos=0.86，求补偿后达到0.9。因此可以如下计算：设需要补偿XMva的无功则cos===0.9解得X=0.82MVar4．主变压器的选择4.1规程中的有关变电所主变压器选择的规定1主变容量和台数的选择，应根据《电力系统设计技术规程》SDJ161—85有关规定和审批的电力规划设计决定进行。凡有两台及以上主变的变电所，其中一台事故停运后，其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的70%，在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。若变电所所有其他能源可保证在主变停运后用户的一级负荷，则可装设一台主变压器。2与电力系统连接的220~330kV变压器，若不受运输条件限制，应选用三相变压器。3根据电力负荷的发展及潮流的变化，结合系统短路电流、系统稳定、系统继电保护、对通信线路的影响、调压和设备制造等条件允许时，应采用自耦变压器。4在220~330kV具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。5主变调压方式的选择，应符合《电力系统设计技术规程》SDJ161的有关规定。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）4.2主变台数的确定为保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电所，根据工程的具体情况，应安装2~4台主变。本次设计的变电所没有一级负荷，所以采用两台主变。4.3主变容量的确定主变容量的确定应根据电力系统5~10年发展规划进行。当变电所装设两台及以上主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60~75%。由3.2的负荷计算得知10kV侧的负荷总量为7.95MVA。考虑5%的年负荷增长率，5年规划年限内计算负荷可表示为：（4-1）式中—第一年的负荷；—年负荷增长率；n—规划年数；i—年利率。带入i=0.1，n=5，=5%，=7.95MVA得=11.98MVA。再考虑同时系数时，可按下式算：（4-2）式中—负荷同时系数带入=0.85得=10.18MVA。对于两台变压器的变电所，其变压器的额定容量可按下式确定：=0.7=0.7*10.18=7.13MVA总安装容量为2*（0.7）=1.4如此当一台变压器停运，考虑变压器的过负荷能力为40%，则可保证98的负荷供电。所以应选容量为7500kVA的变压器。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）4.4主变形式的选择主变一般采用三相变压器，若因制造和运输条件限制，在220kV的变电所中，可采用单相变压器组。当今社会科技日新月异，制造运输以不成问题，因此采用三相变压器。在关于绕组上，只有220~330kV具有三种电压的变电所中，若通过主变各侧绕组的功率均达到该变压器额定容量的15%以上，或者第三绕组需要装设无功补偿设备时，均宜采用三绕组变压器。此次设计的变电所只有35kV和10kV两个电压等级，所以采用双绕组变压器。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。因此35kV侧采用Y连接，10kV侧采用△接线。根据上述的讨论选用35kV铝线双绕组电力变压器，该变压器的型号为SJL—7500/35.具体技术数据如下表：表4.1变压器技术参数型号SJL—7500/35额定容量(kVA)7500额定电压(kV)高压35低压10.5损耗(KW)空载9.6短路57短路电压(%)7.5空载电流(%)0.95.电气主接线设计5.1电气主接线概述45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统得安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会长生直接的影响。.5.2主接线的设计原则1发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用；2发电厂、变电所的分期和最终建设规模；3负荷大小和重要性；4系统备用容量大小；5系统专业对电气主接线提供的具体资料。5.3主接线设计的基本要求根据我国能源部关于《220~500kV变电所设计技术规程》SDJ2-88规定：“变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中地位，变电所的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。”因此对主接线的设计要求可以归纳为以下三点。1可靠性；2灵活性；3经济性。5.4主接线设计电气主接线的基本形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。大致分为有汇流母线和无汇流母线两大类。其中有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接线和双母线接线两大类；无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。5.4.135kV侧主接线设计35kV侧进线一回，由于使用两台变压器并且还和另一座变电所联络，所以出线三回。由《电力工程电气设计手册》第二章关于单母线接线的规定：“35~63kV配电装置的出线回数不超过3回”。故35kV侧应采用单母线接线。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）5.4.210kV侧主接线设计10kV侧出线6回，终期出线8回。由《电力工程电气设计手册》第二章规定：6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上时采用单母线分段接线，当短路电流过大、出线需要带电抗器时，也可采用双母线接线。5.4.3主接线方案的比较选择由上可知，此变电所主接线的接线有两种方案。方案一图：图5.1电气主接线方案一图方案一35kV侧采用的单母线接线，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。10kV采用单母线分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。方案二图：45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）图5.2电器主接线方案二图方案二10kV侧通过双母线虽然可以使供电更可靠，调度更加灵活，，但每增加一组母线就使每回路需要增加一组母线隔离开关，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。并且，带设计边变电所的负荷均每什么一类、二类负荷，没必要增加投资选择双母线接线。综合考虑：方案一：35kV侧采用单母线接线，10kV侧采用单母线分段。方案二：35kV侧采用单母线接线，10kV侧采用双母线接线。通过比较可以得知还是选方案一比较合适，即35kV侧采用单母线接线，10kV侧采用单母线分段。6．短路电流计算6.1概述6.1.1产生短路的原因和短路的定义产生短路的主要原因是电器设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因设备过电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路倒杆也能造成短路事故。所谓短路时指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相和多相接地。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）6.1.2短路的种类三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路、和两相接地短路。三相短路时对称短路，此时三相电流和电压同正常情况一样，即仍然是对称的。只是线路中电流增大、电压降低而已。除了三相短路之外，其它类型的短路皆系不对称短路，此时三相所处的情况不同，各相电流、电压数值不等，其间相角也不同。运行经验表明：在中性点直接接地的系统中，最常见的短路是单相短路，约占短路故障的65~70%，两相短路约占10~15%，两相接地短路约占10~20%，三相短路约占5%6.1.3短路电流计算的目的1电气主接线比选；2选择导体和电器；3确定中性点接地方式；4计算软导体的短路摇摆；5确定分裂导线间隔棒的间距；6验算接地装置的接触电压和跨步电压；7选择继电保护装置和进行整定计算。6.2短路电流计算的方法和条件6.2.1短路电流计算方法电力系统供电的工业企业内部发生短路时，由于工业企业内所装置的元件，其容量比较小，而其阻抗较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路情况时，系统母线上的电压变动很小，可以认为电压维持不变，即系统容量为无穷大。所谓无限容量系统是指容量为无限大的电力系统，在该系统中，当发生短路时，母线电业维持不变，短路电流的周期分量不衰减。当然，容量所以们在这里进行短路电流计算方法，以无穷大容量电力系统供电作为前提计算的，其步骤如下：1对各等值网络进行化简，求出计算电抗；2求出短路电流的标么值；3归算到各电压等级求出有名值。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）6.2.2短路电流计算条件1短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：（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）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间位置相差120度电气角度；（4）电力系统中的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；（5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线上，50%负荷接在系统侧；（6）同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；（7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；（8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；（9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的都略去不计；（10）元件的计算参数均取为额定值，不考虑参数的误差和调整范围；（11）输电线路的电容略去不计；（12）用概率统计法制定短路电流运算曲线。2接线方式计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不能用仅在切换过程中可能并联运行的接线方式。3计算容量应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划。4短路点的种类一般按三相短路计算，若发电机的两相短路时，中性点有接地系统的以及自耦变压器的回路中发生单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况的时候进行计算。5短路点位置的选择45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）短路电流的计算，为选择电气设备提供依据，使所选的电气设备能在各种情况下正常运行，因此短路点的选择应考虑到电器可能通过的最大短路电流。为了保证选择的合理性和经济性，不考虑极其稀有的运行方式。取最严重的短路情况分别在10kV侧的母线和35kV侧的母线上发生短路情况（点a和点b发生短路）。则选择这两处做短路计算。图6.1短路点选择图6.3短路电流的计算6.3.110kV侧短路电流的计算图中a点短路，由于A,B系统短路容量都很大，可以近似都看作为无穷大系统电源系统。取Sj=100MW，Uj1=37kV，Uj2=10.5kV。由公式I=（6-1）求的Ij1=1.56kA，Ij2=5.50kA。线路等效图如下图所示：45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）图6.210kV侧短路等效图线路1X=（6-2）=0.4*5*100/37=0.1461线路2X==0.4*20*100/37=0.5844变压器X=（6-3）=0.075*100/7.5=1取E1=E2=1简化后等效电路图如下图所示：图6.310kV侧短路等效简化图X=X//X=0.1461//0.5844=0.1169=X+0.5*X=0.1169+0.5*1=0.6169三相短路电流周期分量有效值I==5.50/0.6169=8.9155kA（6-4）三相短路冲击电流最大值ish=2.55*I=2.55*8.9155=22.7346kA（6-5）短路冲击电流有效值45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）Ish=1.51*I=1.51*8.9155=13.4625kA（6-6）三相短路容量S=UI=1.732*10.5*8.9155=162.1429MVA（6-7）6.3.235kV侧短路电流的计算等效电路图如下图所示：图6.435kV侧短路等效简化图=X=0.1169三相短路电流周期分量有效值I==1.56/0.1169=13.3447kA三相短路冲击电流最大值ish=2.55*I=2.55*13.3447=34.0291kA短路冲击电流有效值Ish=1.51*I=1.51*13.3447=20.1506kA三相短路容量S=*UI=1.732*37*13.3447=855.1843MVA6.3.3三相短路电流计算结果表表6.1三相短路电流计算结果表短路点编号短路点额定电压平均工作电压短路电流周期分量有效值短路点冲击电流短路容量有效值最大值45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）U/kVU/kVI/kAI/kA/kA/kAS/MVAa1010.58.91558.915513.462522.7346162.1429b353713.344713.344720.150634.0291855.18437.电气设备的选择7.1电气设备选择的一般条件7.1.1电气设备选择的一般原则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；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与整个工程的建设标准应协调一致；5同类设备应尽量减少品种；6选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准。7.1.2电气设备选择的技术条件选择的高压电器，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。1长期工作条件（1）电压选用的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug，即UmaxUg（2）电流选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig，即IeIg45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）由于变压器短时过载能力很大，双回路出线的工作电流变化幅度也较大，故其计算工作电流应根据实际需要确定。高压电器没有明确的过载能力，所以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。（3）机械荷载所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。2短路稳定条件（1）校验的一般原则①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。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相严重时，应按严重情况校验。②用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。（2）短路的热稳定条件(7-1)式中—在计算时间t秒内，短路电流的热效应（kA*S）；I—t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值（kA）；t—设备允许通过的热稳定电流时间（s）。（3）短路的动稳定条件（7-2）I（7-3）式中—短路冲击电流峰值（kA）；I—短路全电流有效值（kA）；—电器允许的极限通过电流峰值（kA）；—电器允许的极限通过电流有效值（kA）。3绝缘水平在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。当所选电器的绝缘水平低于国家规定的标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保护设备。表7.1选择高压电器应校验的项目表45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）项目电压电流断流容量短路电流校验动稳定热稳定断路器PPPPP负荷开关PPPPP隔离开关PPPP熔断器PPP电抗器PPP电流互感器PPPP电压互感器PP支柱绝缘子P母线PPP消弧线圈PP避雷器P表中P为应进行校验的项目7.1.3环境条件按《交流高压电器在长期工作时的发热》（GB763-74）的规定，普通高压电器在环境最高温度为+40时，允许按额定电流长期工作。当电器安装点的环境温度高于+40（但不高于+60）时，每增高1，建议额定电流减少1.8%；当低于+40时，每降低1，建议额定电流增加0.5%，但总的增加值不得超过额定电流的20%。普通高压电器一般可在环境最低温度为-30时正常运行。在高寒地区，应选择能适应环境温度为-40的高寒电器。在年最高温度超过40，而长期处于低湿度的干热地区，应选用型号带“TA”字样的干热带型产品。本次设计的变电所所在地区最高气温；最低气温；年平均气温；最热月平均最高温度。对于屋外安装场所的电器最高温度选择年最高温度，最低温度选择年最低温度，可见最高气温为+41，由规定知在选择电器设备时额定电流应减少1.8%，最低温度为-12，电器设备可正常运行。7.2断路器隔离开关的选择7.2.135kV侧进线断路器、隔离开关的选择流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）=（7-4）额定电压选择35kV额定电流选择开断电流选择本设计中35kV侧采用SF6断路器，因为与传统的断路器相比，SF6断路器采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，这种断路器具有断口耐压高，允许的开断次数多，检修时间长，开断电流大，灭弧时间短，操作时噪声小，寿命长等优点。因此可选用LW8—35A型户外高压SF6断路器。选用的断路器额定电压为35kV，最高工作电压为40.5kV，系统电压35kV满足要求。选用的断路器额定电流1600A，去除1.8%的温度影响为1571A，大于最大持续工作电流，满足要求。选用的断路器额定短路开断电流31.5kA，大于短路电流周期分量有效值13.3447kA，满足要求。动稳定校验。ish=34.0291kA<=80kA，满足要求。热稳定校验。由《电力工程电气设计手册电气一次部分》表6—5知，选用高速断路器，取继电保护装置保护动作时间0.6S，断路器分匝时间0.03S，则校验热效应计算时间为0.63S（后面热稳定校验时间一样）。因此Qk==13.344720.63=112.19[（kA）2S]。电气设备=31.524=3969[（kA）2S]。满足要求。表7.2LW8—35A具体参数比较表计算数据LW8—35A35kV35kV247.44A1600A13.3447kA31.5kA34.0291kA80kA112.19[（kA）2S]3969[（kA）2S]隔离开关选择GW14—35/630型号隔离开关选用的隔离开关额定电压为35kV，系统电压35kV满足要求。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）选用的断路器额定电流630A，去除1.8%的温度影响为618.7A，大于最大持续工作电流，满足要求。动稳定校验=34.0291kA<=40kA，满足要求。热稳定校验Qk=112.19[（kA）2S]，设备=162=1024[（kA）2S]，满足要求。表7.3GW14—35/630具体参数比较表计算数据GW14—35/63035kV35kV247.44A630A34.0291kA40kA112.19[（kA）2S]1024[（kA）2S]7.2.235kV主变压器侧断路器、隔离开关的选择流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流==129.90A（7-5）额定电压选择35kV额定电流选择开断电流选择由上面表格知LW8—35A型断路器和GW14—35/630型隔离开关同样满足主变侧断路器和隔离开关的要求，动、热稳定校验也一样，所以选择同样的型号。这也满足了选择设备同类设备应尽量较少品种的原则。7.2.310kV侧断路器、隔离开关的选择流过断路器和隔离开关的最大持续工作电流==866.03A额定电压选择10kV45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）额定电流选择开断电流选择10kV侧选用真空XGN2—10开关柜中的ZN28—10型真空断路器选用的断路器额定电压为10kV，最高电压11.5kV，系统电压10kV满足要求。选用的断路器额定电流1600A，去除1.8%的温度影响为1571A，大于最大持续工作电流，满足要求。选用的断路器额定短路开断电流20kA，大于短路电流周期分量有效值8.9155kA，满足要求。动稳定校验。ish=22.7346kA<=50kA，满足要求。热稳定校验。Qk==8.915520.63=50.08[（kA）2S]。电气设备=2024=1600[（kA）2S]。满足要求。表7.4ZN28—10具体参数比较表计算数据ZN28—1010kV10kV866.03A1600A8.9155kA20kA22.7346kA50kA50.08[（kA）2S]1600[（kA）2S]隔离开关选择GN25—10型隔离开关选用的隔离开关额定电压10kV，最高工作电压11.5kV系统电压10kV，满足要求。选用的隔离开关额定电流2000A，去除1.8%的温度影响为1964A，大于最大持续工作电流，满足要求。动稳定校验。ish=22.7346kA<=100kA，满足要求。热稳定校验。Qk==8.915520.63=50.08[（kA）2S]。电气设备=4024=6400[（kA）2S]。满足要求。表7.5GN25—10具体参数比较表计算数据GN25—1010kV10kV45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）866.03A2000A22.7346kA100kA50.08[（kA）2S]6400[（kA）2S]7.2.4选择的断路器、隔离开关型号表表7.6断路器-隔离开关选择一览表断路器隔离开关35kV进线侧LW8—35AGW14—35/63035kV主变侧LW8—35AGW14—35/63010kV侧ZN28—10GN25—107.3母线的选择及校验7.3.1母线导体选择的一般要求1一般要求裸导体应根据具体情况，按下列技术条件分别进行选择或校验：（1）工作电流；（2）经济电流密度；（3）电晕；（4）动稳定或机械强度；（5）热稳定。裸导体尚应按下列使用环境条件校验：（1）环境温度；（2）日照；（3）风速；（4）海拔高度。2按回路持续工作电流—导体回路持续工作电流，单位为A；—45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）相应于导体在某一运行温度、环境条件及安装方式下长期允许的载流量，单位为A。3按经济电流密度选择一般母线较长，负荷较大，在综合考虑减少母线的电能损耗。减少投资和节约有色金属的情况下，应以经济电流密度选择母线截面。可按下式计算，即（7-6）其中—经济截面，单位为mm2；—回路持续工作电流，单位为A；—经济电流密度，单位为A/mm2。7.3.235kV母线的选择35kV的长期工作持续电流=35kV主母线一般选用矩形的硬母线，选择LMY—1006立放矩形铝母线+40时长期允许电流为1155A，母线平放时乘以0.95，则允许电流为1097A，满足35kV主母线持续电流247.44A的要求。主母线动稳定校验35kV母线固定间距取l=2000mm，相间距取a=300mm，母线短路冲击电流=34.0291kA，计算母线受到的电动力，即（7-7）=135.87kgf1332.88N（1kgf=9.81N）计算母线受的弯曲力矩，（7-8）母线水平放置，截面为1006mm2，则b=6mm，h=100mm，计算截面系数，即（7-9）45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）计算母线最大应力，即（7-10）小于规定的铝母线极限应力6860，满足动稳定要求。热稳定要求最小截面（7-11）选择LMY—1006矩形母线截面大于热稳定要求最小截面68.60mm2，故满足要求。在选择35kV主变进线时往往选用钢芯铝绞线，选择LGJ—150/20型钢芯铝绞线，因其机械强度决定支撑悬挂的绝缘子，所以不必校验其机械强度。环境温度为+40时，长期允许载流量计算，即（0.81为温度修正系数）由最大负荷利用小时数为T=4800H，查曲线得j=1.11A/mm2。经济截面，经济输送电流,经济输送容量，都大于35kV主变的持续工作电流和容量。满足经济运行的要求。7.3.310kV母线的选择10kV母线长期工作电流==866.03A选用LMY—12010型立放矩形铝母线，，长期允许电流为1680A,母线平放乘以0.95,则允许电流为1596A，满足要求。同35kV母线动稳定校验最后，小于规定的铝母线极限应力6860，故满足动稳定要求。热稳定要求最小截面，选择的LMY—120型矩形母线截面大于热稳定最小截面要求45.83mm2，故满足要求45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）7.3.4母线选择结果表7.7母线选择结果35kV母线LMY—100635主变进线LGJ—150/2010kV母线LMY—1207.4互感器的选择7.4.1电流互感器的选择1电流互感器选择的原则电流互感器的选择应满足变电所中电气设备的继电保护、自动装置、测量仪表及电能计量的要求。选择的电流互感器一次回路允许最高工作电压Umax应大于或等于该回路的最高运行电压，即式中—电流互感器最高电压，单位为kV；—回路工作电压，即系统标称电压，单位kV。电流互感器的一次额定电流有：5、10、15、20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000、12000、15000、2000、3000、4000、5000、6000、8000、10000、15000、20000、25000A。其一次侧额定电流应尽量选择得比回路正常工作电流大1/3以上，以保证测量仪表的最佳工作，并在过负荷时使仪表有适当的指示。二次额定电流有5A和1A两种，强电系统一般选5A，弱电系统一般选用1A。电流互感器动稳定可按来下式校验式中—为电流互感器允许通过的最大动稳定电流，单位kA；—系统短路冲击电流，单位kA。电流互感器短时热稳定应大于或等于系统短路时的短时热稳定电流。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）235kV侧电流互感器的选择35kV级电流互感器分为户外型和户内型两类。户外电流互感器，一般选用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，常用LB系列、LABN系列。选用LCZ—35(Q)型浇注绝缘加强型电流互感器，作为保护、测量、计算之用。电流互感器额定电压为42kV，大于系统标称电压35kV。额定二次电流5A.主变进线电流为129.90A，额定一次电流选用600A，大于主变电流。选用LCZ—35（Q）型电流互感器，0.2级25VA为计量，0.5级40VA为测量，10P15级50VA为保护。动稳定校验，电流互感器动稳定电流为120kA,大于短路冲击电流34.0291kA,满足要求。热稳定校验，电流互感器的热稳定，Qk==13.344720.63=112.19[（kA）2S]。电气设备=[（kA）2S]。满足要求。310kV侧电流互感器的选择10kV进线选用LQZBJ—10型电流互感器。额定电压10kV，最高工作电压11.5kV，大于系统标称电压10kV，额定电流1500A，大于10kV侧负荷电流866.03A，满足要求。额定二次电流为5A。电流互感器额定动稳定电流140kA，大于10kV侧三相短路冲击电流22.7346kA。热稳定校验Qk==8.915520.63=50.08[（kA）2S]。电气设备=[（kA）2S]，满足要求。故选择的电流互感器满足要求。7.4.2电压互感器的选择1电压互感器选择的原则电压互感器正常工作条件时，按一次回路电压、二次电压、二次负荷、准确度等级、机械荷载条件选择。10kV配电装置一般采用油浸绝缘结构；在高压开关柜中，可采用树脂浇注绝缘结构。当需要零序电压时，一般采用三相五柱电压互感器。35—110kV配电装置一般采用油浸绝缘结构电磁式电压互感器。目前采用电容式电压互感器，实现无油化运行，减少电磁谐振。表7.8电压互感器额定电压选择表型式一次电压/V二次电压/V第三绕组电压/V45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）单相接于一次线电压上（如V/V接法）100—接于一次相电压上/100/中性点非直接接地系统100/3，100/中性点直接接地系统100三相100100/3电压互感器的容量为二次绕组允许接入的负荷功率，以VA表示每一个给定容量和一定的准确级相对应。电压互感器还有许多种接线方式，这里就不一一介绍了，等后面用到时会介绍一部分235kV侧电压互感器的选择选择JDZXF9—35型电压互感器，该系列电压互感器为全封闭环氧树脂浇注绝缘结构。额定电压35/0.1/0.1/0.1，额定负载100VA/150VA/300VA，准确级0.2/0.5/6P，适于在额定频率为50HZ、额定电压35kV的户内电力系统中，做电压、电能测量及继电保护用。310kV侧电压互感器选择JDZF11—12型电压比10/0.1/0.1kV，0.5级；该系列电压器为全封闭环氧树脂浇注绝缘结构，体积小、质量轻、局部放电量小，适用于额定频率50HZ，额定电压3、6、12kV，供中性点非有效接地的户内电力系统做电压、电能测量机继电保护用。7.5熔断器的选择7.5.1熔断器概述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。熔断器的主要元件是一种易于熔断的熔断体，简称熔体，当通过熔体的电流达到或超过一定值时，由于熔体本身产生的热量，使其温度升高，达到金属的熔点时，熔断切除电源，因而完成过载电流或短路电流的保护。按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌开式、屋内式。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压，额定电流必须大于回路的最大工作持续电流，开断电流必须大于或等于短路冲击电流。在本站中，熔断器只用于保护电压互感器，其只需按额定电压及断流容量（S＝）两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。7.5.235kV侧熔断器的选择选择RW5—35/600型跌开式熔断器，额定电压35kV，满足要求，断流容量600MVA，，需加一定得限流电阻方满足要求。最大开断电流100kA，大于短路冲击电流34.0291kA，满足校验。7.5.310kV侧熔断器的选择选择RN2—10/0.5型户内熔断器，额定电压10kV，满足要求，断流容量1000MVA，，大于短路容量162.1429MVA，满足要求。最大开断电流50kA，大于短路冲击电流22.7346kA，满足校验。7.6配电装置的选择7.6.1配电装置概述配电装置是变电所的重要组成部分，配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器，母线和必要的辅助设备组建成的总体装置。其作用是正常运行情况下，用来接受和分配电能，而在系统发生故障时，迅速切断故障部分，维持系统正常运行。为此，配电装置应满足下述基本要求。1保证运行可靠；2便于操作、巡视和检修；3保证工作人员的安全；4力求提高经济性；5具有扩建的可能。配电装置按电气设备的装设地点不同，可以分为屋内和屋外配电装置；按其组装方式，又可分为装配式和成套式。7.6.235kV屋外配电装置本设计的35kV配电装置采用户外半高型布置，变压器户外布置。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）屋外配电装置将所有电气设备和母线都装设在露天的基础、支架或构架上。屋外配电装置的结构形式，除与电气主接线、电压等级和电气设备类型有密切关系外，还与地形地势有关。根据电气设备和母线布置的高度，屋外配电装置可分为中型配电装置、高型配电装置和半高型配电装置。半高型配电装置是将母线置于高一层的水平面上，与断路器、电流互感器、隔离开关上下重叠布置，其占地面积比普通中型较少30%。半高型配电装置介于高型和中型之间，具有两者的优点，除母线隔离开关外，其余部分与中型布置基本相同，运行维护仍较方便。7.6.310kV高压开关柜本设计10kV侧采用高压开关柜的配电装置。按照电气主接线的标准配置或用户的具体要求，将同一功能回路的开关电器、测量仪表、保护电器和辅助设备都组装在全封闭或半封闭的金属壳（柜）体内，形成标准模块，由制造厂按主接线成套供应，各模块现场装配而成的配电装置称为成套配电装置。成套配电装置分为低压配电屏（或开关柜）、高压开关柜和SF6全封闭组合电器三类。选用XGN2—10型固定式开关柜，该型开关柜用于3kV、6kV、10kV三相交流50Hz系统中作为接受和分配电能之用，特别适用于频繁操作的场合。开关柜符合国家标准GB3906—1991《3—35kV交流金属封闭式开关设备》及国际电工委员会标准IEC298的要求，并且有“五防”闭锁功能—防止误分、误合断路器，防止带负荷分、合隔离开关，防止带电挂地线，防止带地线合闸、防止误入带电间隔。表7.9XGN2—10型固定式开关柜的技术参数XGN2—10系统额定电压10kV电压10kV最高工作电压11.5kV额定电流2000—3150A长期工作电流866.03A额定开断电流40kA短路电流周期分量8.9155kA额定动稳定电流100kA短路冲击电流最大值22.7346kA额定热稳定电流40kA热稳定50.08[（kA）2S]45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）热稳定时间4S操作方式电磁式、弹簧储能式——8.继电保护的设置8.1电力变压器保护8.1.1电力变压器保护概述在电力系统中广泛地用变压器来升高或降低电压。变压器是电力系统中不可缺少的重要电气设备。变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。邮箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路以及接地短路。邮箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等。对于变压器发生的各种故障，保护装置应能尽快地将变压器切除。实践表明，变压器套管和引出线的相间短路、接地短路、绕组的匝间短路是比较常见的故障形式；而变压器邮箱内发生相间短路的情况比较少。电流纵差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛地用作变压器的主保护。8.1.2电力变压器纵差保护接线对于三相变压器，且采用Y，d11的接线方式，由于Y侧采用了两相电流差，该侧流入差动继电器的电流增加了倍。为了保证正常运行及外部故障情况下差动回路没有电流，该侧电流互感器的变比也要增加倍，即两侧电流互感器变比的选择应该满足（8-1）45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）变压器两侧电流互感器采取不同的接线方式，Y侧采用Y，d11接线方式，将两相电流差接入差动继电器内，d侧采用Y，d12的接线方式，将各相电流直接接入差动继电器内。对于数字式差动保护，一般将Y侧的三相电流直接接入保护装置内，由计算机的软件实现功能，以简化接线。8.1.3纵差动保护的整定计算1躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为（8-2）式中—可靠系数，取1.3；—外部短路故障时的最大不平衡电流。（8-3）是由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差。=600/5,=35/10.5,=1500/5，带入求得。—有变压器分接头改变引起的相对误差，由于本设计没有分接头，所以取0。—非周期分量系数，取1.5。—电流互感器同型系数，取1。0.1—电流互感器容许的最大稳态相对误差。为外部短路故障时最大短路电流，前面计算得13.4625kA。最终求得5115.8A，则，折算到二次侧2躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为（8-4）式中—可靠系数，取1.3；—励磁涌流的最大倍数，取6；—变压器额定电流，取10kV侧为412.39A。求得=3216.7A，折算到二次侧为10.72A。3躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流，整定式为（8-5）式中—可靠系数，取1.3；—变压器的最大负荷电流。取10kV侧的866.03A。求得=1125.8A，折算到二次侧为3.75A取最大值整定值为=33.2A45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）灵敏系数（8-6）8.1.4变压器瓦斯保护电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器邮箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件时气体继电器，它安装在邮箱和油枕之间的连接管道上。变压器发生轻微故障时，邮箱内产生的气体较少且速度慢，由于油枕处在邮箱的上方，气体沿管道上升，使气体继电器内的油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，发出警告信号。发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从邮箱经过管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到的油速达到动作门槛时，重瓦斯保护，瞬时作用于跳闸回路，切除变压器，以防事故扩大。8.1.5过电流保护变压器的主保护通常采用差动保护和瓦斯保护。除了主保护外，变压器还应装设相间短路和接地短路的后备保护。后备保护的作用是为了防止由外部故障引起的变压器绕组过电流，并作为相邻元件（母线或线路）保护的后备以及在可能的条件下作为变压器内部故障时主保护的后备。变压器的相间短路后备保护通常采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护以及负序过电流保护等，也有采用阻抗保护作为后备保护的情况。对于过电流保护，保护动作后，跳开变压器两侧的断路器。保护的启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即（8-7）式中—可靠系数，取1.3；—返回系数，取0.85；—变压器可能出现的最大负荷电流，取2412.39=824.79A。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）带入的1261.4A,折算到二次侧为4.2A。8.2母线保护发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障。母线短路故障类型的比例与输电线路不同。在输电线路的短路故障中，单相接地故障约占故障总数的80%以上。而在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。一般来说，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。如利用变压器过流保护使变压器断路器跳闸予以切除。9．变电所的防雷保护9.1变电所防雷概述雷电引起的大气过电压将会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所和高压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。运行经验表明，当前变电所中采用的防雷保护措施是可靠的，但是雷电参数和电器设备的冲击放电特性具有统计性，故防雷措施也是相对的，而不是绝对的。变电所的雷电危害主要来自两个方面：一个是直接雷击变电所的建筑物、构筑物或装设在露天的设备，强大的雷电冲击电流通过被击物泄放入地时，引起机械力破坏和热破坏；另外一个是雷电感应产生的高电压波沿输电线路侵入变电所内，使主要电气设备对地绝缘击穿或烧毁。所以对于直接雷击破坏，变电所一般采用安装避雷针或者避雷线保护，对于沿线路侵入变电所的雷电侵入波的防护，主要靠在变电所内合理地配置避雷器。45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）9.2避雷针的选择防直击雷最常用的措施是装设避雷针，它是由金属制成，比被保护设备高并具有良好的接地装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备、建筑免受雷击。避雷针的设计一般有以下几种类型：1单支避雷针的保护；2两针避雷针的保护；3多支避雷针的保护。本次设计采用单支避雷针进行防直击雷的保护。避雷针的保护范围是指被保护物在此空间范围内不致遭受雷击而言。单支避雷针的保护范围是一个旋转的圆锥体。避雷针的保护半径rx可按下式计算，即，当时；（9-1），当时。（9-2）式中h—避雷针高度，单位m；hx—被保护物的高度，单位m；p—高度影响因数，当时，p=1；当时，。这次选择在距变电所外10m的地方装设单支避雷针，安装在进线终端塔顶，塔顶高度为21m，针高12m，取33m作为计算高度。表9.1避雷针保护范围计算表针号h（m）p（m）(m)保护范围避雷针高度高度影响因数被保护物高度保护半径#1330.9617.015.36#1#1330.968.032.16#1#1330.964.039.84#19.3避雷器的选择目前在新建或技术改造的变电所中，一般都选用氧化锌避雷器，作为电力变压器等电气设备的大气过电压、操作过电压及事故过电压的保护设备。氧化锌避雷器与阀型避雷器相比，具有残压低、无续流、通流容量大、性能稳定和动作迅速等优点。135kV侧避雷器的选择45 华北科技学院毕业设计说明书（2012）（1）按额定电压选择35kV系统最高电压40.5kV，相对地电压为40.5/=23.4kV，避雷器相对地电压为1.25U=1.2540.5=50.6kV，取避雷器额定电压为53kV。（2）按持续运行电压选择35kV系统相电压23.4kV,选择氧化锌避雷器持续运行电压40.5kV，此值大于23.4kV。（3）标称放电电流的选择35kV氧化锌避雷器标称放电电流选择5A。（4）雷电冲击残压的选择35kV额定雷电冲击外绝缘峰值耐受电压为185kV，内绝缘耐受电压为200kV，计算避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为（9-3）选择氧化锌避雷器雷电冲击电流下残压（峰值）为134kV。（5）校核陡坡冲击电流下的残压35kV变压器类设备的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为220kV，计算陡坡冲击电流下的残压为（9-4）选择陡坡冲击电流下残压（峰值）为154kV。（6）操作冲击电流下的残压35kV变压器线端操作波试验电压为170kV，计算变压器35kV侧操作冲击电流下的残压为（9-5）选择操作冲击电流下峰值残压为114kV。（7）根据上述计算和校核，选择Y5WZ—53/134型氧化锌避雷器能满足35kV侧变压器的过电压保护要求。210kV侧避雷器的选择具体计算过程与上类似，选用Y5WS5—17/50L型氧化锌避雷器。表9.2Y5WS5—17/50L型氧化锌避雷器计算结果表计算结果Y5WS5—17/50L额定电压（kV）1.3811.5=15.87额定电压(kV)17持续运行电压（kV）11.5/=6.6持续运行电压（kV）8.6雷电冲击残压（kV）53雷电冲击电流下残压峰值（kV）50陡坡冲击残压60.757.545 华北科技学院毕业设计说明书（2012）（kV）陡坡冲击电流下残压峰值（kV）操作冲击残压（kV）52.17操作冲击电流下残压峰值(kV)42.510kV氧化锌避雷器标称放电电流为5kA参考文献1张保会，尹项根.电力系统继电保护.北京：中国电力出版社，20052刘涤尘.电力工程基础.武汉：武汉理工大学出版社，2003.63沈培坤，刘顺喜.防雷与接地装置.北京：化学工业出版社，2005.124丁毓山.变电所设计(10~220kV).沈阳：辽宁科学技术出版社，19935周裕厚.变配电所常见故障处理及新设备应用.北京：中国物质出版社，2002.56弋东方.电力工程电气设计手册电气一次部分.北京：水利电力出版社，19897安徽省电力公司.35kV箱式变电站模式设计.北京：中国电力出版社，20038熊信银.发电厂电气部分（第三版）.北京：中国电力出版社，2004.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'