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110kv变电站设计毕业设计

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'110kV变电站设计毕业设计目录摘要IAbstractI1绪论12变电所总体分析与负荷分析32.1变电所总体分析32.2变电所负荷分析计算53主变压器的选择93.1主变台数选择93.2主变容量选择93.3主变型式选择104电气主接线134.1电气主接线设计的基本要求与依据134.2各电压等级电气主接线设计144.3主变中性点接地方式选择174.4所用变设计194.5无功补偿设计205短路电流计算225.1短路电流计算概述225.2短路电流的计算236电气设备选择276.1电气设备选择的一般原则与技术条件276.2导体的选择306.3高压电器的选择327配电装置与电气总平面设计337.1配电装置基本要求337.2配电装置分类337.3配电装置的最小安全净距347.4各电压等级配电装置型式选择357.5电气总平面设计368防雷保护398.1电力系统过电压及变电所防雷保护概述398.2直击雷保护408.3雷电侵入波保护419电气二次部分设计概述429.1继电保护的意义429.2电力系统对继电保护的要求429.3选择保护装置以及构成方案是的基本原则4310变压器保护4410.1保护概述4477 10.2使用说明4510.3电容器的保护装置4610.4母线和断路器失灵保护配置4711线路保护的配置4911.1线路保护配置的原则4911.2线路保护配置结果49结论50谢辞51参考文献52附录1:外文资料翻译53A1.1(译文)53A1.2(原文)57附录2:计算书62A2.1短路电流计算62A2.2电气设备选择计算7177 1绪论现在,电力的使用已渗透到社会经济、生活的各个领域,一个国家的电气化程度已经成了衡量其国民经济发展水平和社会现代化水平高低的重要标志之一。21世纪最初的20年,是我国电力发展的关键时期,而重点是加强电网建设,而变电所是电网建设的关键之一。电力系统是由发电机,变压器,输电线路,用电设备(负荷)组成的网络,它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类,一类是电力元件,它们对电能进行生产(发电机),变换(变压器,整流器,逆变器),输送和分配(电力传输线,配电网),消费(负荷);另一类是控制元件,它们改变系统的运行状态,如同步发电机的励磁调节器,调速器以及继电器等。供电的中断将使生产停顿,生活混乱,甚至危及人身和设备安全,形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。因此,电力系统运行首先要满足可靠,持续供电的要求。变电所是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。变电所是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。这就要求变电所的一次部分经济合理、二次部分安全可靠,只有这样才能发挥自己的作用,为国民经济服务。变电所根据它在系统中的地位,可分为下列几类:1.枢纽变电所位于电力系统的枢纽点,连接电力系统高压和中压的几个部分,汇集多个电源,电压为330~500kV的变电所,称为枢纽变电所。全所停电后,将引起系统解列,甚至出现瘫痪。2.中间变电所高压侧以交换潮流为主,起系统交换功率的作用,或使长距离输电线路分段,一般汇集2~3个电源,电压为220~330kV,同时又降压供当地用电,这样的变电所起中间环节的作用,所以叫中间变电所。全所停电后,将引起区域电网解列。3.地区变电所高压侧电压一般为110~220kV,向地区用户供电为主的变电所,这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后,仅使该地区中断供电。4.终端变电所在输电线路的终端,接近负荷点,高压侧电压为110kV,经降压后直接向用户供电的变电所,即为终端变电所。全所停电后,只是用户受到损失。本所位于某市边缘,除以10kV电压供给市区工业与生活用电之外,并以35kV电压向郊区工矿企业及农业供电。为新建变电所。77 本次设计的主要内容是RM110kV变电所设计的电气一次部分。此次设计的目的是通过变电所设计实践,综合运用所学知识,贯彻执行我国电力工业有关方针政策,理论联系实际,锻炼独立分析和解决电力工程设计问题的能力,为未来的实际工作奠定必要的基础,而本次设计过程中安排了到葛洲坝及三峡电厂参观实习,更容易将参观实习所学到的实际知识运用其中,提高自己的实际动手能力,把自己所学到的理论知识转化为实际运用的能力,真正实现素质教育的目的。本所的设计是在国家和地方的规划下进行的,是以设计任务书为依据,以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳,结合工程实际情况,在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下,兼顾运行、维护方便,尽可能地节省投资、就近取材,力争设备元件和设计的先进性与可靠性。本所的设计包括电气一次系统中的主要部分。变电所设计以实际工程技术水平为基础,以虚拟的变电所资料为背景,从原始资料的分析做起,内容涵盖《发电厂电气部分》、《电力系统分析》等电气工程及其自动化本科教育期间的主要专业课。通过设计,将书本上的知识融入到工程设计的实际运用之中。拉近了理论与实际的距离,同时也为今后走向工作岗位奠定了夯实的基础。在设计过程中,初步体现了工程设计的精髓内容,如根据规程选择方案、用对比的方法对方案评价等。教会了我们在工程中运用所学的专业知识,锻炼了我们用实际工程的思维方法去分析和解决问题的能力。77 2变电所总体分析与负荷分析2.1变电所总体分析根据《电力系统技术规程》中的有关部分,特别是:第1.0.2条 系统设计应在国家计划经济的指导下,在审议后的中期,长期电力规划的基础上,从电力系统整体出发,进一步研究提出系统设计的具体方案;应合理利用能源,合理布局电源和网络,使发、输、变电及无功建设配套协调,并为系统的继电保护设计,系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条件。设计方案应技术先进,过度方便,运行灵活,切实可行,以经济,可靠质量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生活不断增长的需要。第1.0.3条 变电所的设计应依据工程的5-10年发展规划进行;做到远、近期结合,以近期为主,正确处理近期建设与远期发展的关系,适当考虑扩建的可能。第1.0.4条 变电所的设计必须从全局出发,统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件,结合国情合理确定设计方案。第1.0.5条 变电所的设计必须坚持节约用地的原则。2.1.1设计依据《电气设计技术规程》第2.0.1条变电所所址的选择,应根据下列要求,综合考虑确定:1.靠近负荷中心;2.节约用地,不占或少占耕地及经济效益高的土地;3.与城乡或工矿企业规划相协调,便于架空和电缆线路的引入和引出;4.交通运输方便;5.周围环境宜无明显污秽,如空气污秽时,所址宜设在受污源影响最小处;6.具有适宜的地质、地形和地貌条件(例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所),所址宜避免选在有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点,否则应征得有关部门的同意;7.所址标高宜在50年一遇高水位之上,否则,所区应有可靠的防洪措施或与地区(工业企业)的防洪标准相一致,但仍应高于内涝水位;8.应考虑职工生活上的方便及水源条件;9.应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。77 本所位于姜寨县境内,资源丰富,工农业发展前景良好,除以10kV电压供给市区工业与生活用电之外,并以35kV电压向郊区工矿企业及农业供电。为新建变电所。本所电压等级为110/35/10kV,其中,110kV电压等级近期出线3回,远景发展2回;35kV电压等级近期出线6回,远景发展3回;10kV电压等级近期出线12回,远景发展6回。电力系统接线简图如下:图2.1电力系统接线简图2.1.2建站必要性考虑到该县农业生产的需要及市区工业及生活用电的要求,为了满足这些用电要求按照远景规划设计本所。2.1.3所址概况所址地区海拔250m,地势平坦,输电线路走廊开阔,地震烈度6度。土壤性质为黄粘土,地耐力2.5kg/cm2,土壤电阻率120Ω•M。年最高气温+40°C,年最低温度为-10°C,年平均气温15°C,最热月平均最高温度为+32°C。最大风速为25m/s,微风风速3.5m/s,属于我国典型III级气象区。常年主导风向:NW。历年最大覆冰厚度:5mm。热阻系数ρ=120°C.cm/W,土温20°C。77 2.2变电所负荷分析计算2.2.1设计依据《电气设计技术规程》1.0.2系统设计应在国家计划经济的指导下,在审议后的中期、长期电力规划的基础上,从电力系统整体出发,进一步研究并提出系统的具体发展方案;应合理利用能源,节约能源;合理布局电源和网络,使发、输变电及无功建设配套协调,并为系统继电保护设计、系统安全自动装置设计及下一级电压的系统设计等创造条件;设计方案应技术先进,过度方便,运行灵活,切实可行,以经济、可靠、质量合格和充足的能源满足国民经济个部门与人民生活不断增长的需要。1.0.3标准的系统设计应为编制和审批工程设计任务书,工程初步设计,近期计划及下一轮电力规划提供依据。1.0.5系统设计的具体任务是:1.分析并核算电力负荷和电量水平、分布、组成及其特性,必要时分析某些负荷可能变化的幅度;2.进行电力电量平衡,进一步论证系统的合理供电范围和相应的联网方案,电源建设方案及系统调峰方案;3.论证网络建设方案,包括电压登记、网络结构及过度措施;4.进行无功平衡和电气计算,提出保证电压质量、系统安全稳定的技术措施,包括无功补偿设备、调压装置及提高稳定性的措施等;5.计算各类电厂的燃料需要量,对新增火电的燃料的来源提出建议;6.安排发、输变电工程及无功补偿项目的投产时间,提出主要设备的数量及主要规范,估算总投资和发、供电成本;上述任务可根据具体情况,在统筹全局的基础上有针对性地分阶段进行。1.0.6系统设计的设计水平年可分为今后等5至等10年的某一年,并应对过度年进行研究(5年内应逐年研究)远景水平年可为今后等10至等15年的某一年,且要与国民经济计划及规划的年份相一致,系统设计经审查后2至3年宜再行编制,一旦有重大变化应及时修改。(1)变电所在电力系统中的地位和作用。电力系统中的变电所有系统枢纽变电所,地区重要变电所和一般变电所三种类型。一般系统枢纽变电所汇集扩大电源,进行系统功率交换和以中压供电,电压为330~500kV;地区重要变电所,电压为220~330kV,一般变电所多为终端和分支变电所,电压110kV,但也有220kV。(2)变电所的分支和最终建设规模77 变电所依据5~10年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台主变压器;当技术经济比较合理时,330~500kV枢纽变电所也可装设3~4台主变压器;终端或分支变电所如只有一个电源时,可只装设一台主变;(3)负荷大小和重要性①一级负荷必须有两个独立电源供电,且当任何一个电源断开后,能保证对全部一级负荷不间断供电;②二级负荷一般要有两个独立的电源供电,且当任何一个电源短开后,能保证全部或大部分二级负荷不间断供电;③三级负荷对三级负荷一般只需要一个电源供电;④系统备用容量大小:a.运行备用≥8~10%,适用负荷实增、机组维修和故障运行三种情况。b.两台互为备用,保证灵活性和可靠性。本变电站以35kV和10kV两个电压等级对用户供电,变电站负荷分析以这两个电压等级为计算标准。2.2.235kV侧负荷分析35kV侧近期6回,远景发展3回。以下将具体分析各回出线的负荷情况:表0.135kV负荷表电压等级负荷名称最大负荷(MW)穿越功率(MW)负荷组成(%)功率因数Tmax(h)线长(km)近期远景近期远景一级二级35kV铁矿12340200.9600015铁矿22340200.9600015水泥厂1341520~400.9600017水泥厂2340.9600017甲镇变231520~400.9450014乙镇变230.9450010备用12备用22备用3277 远景综合最大负荷(0.1)式中——同时系数,取0.9;——各出线的远景最大负荷,MVA;——各出线的自然功率因数,——线损率,取5%。2.2.310kV侧负荷分析10kV侧近期12回,远景发展6回。以下将具体分析各回出线的负荷情况:表0.210kV负荷表电压等级负荷名称最大负荷(MW)穿越功率(MW)负荷组成(%)功率因数Tmax(h)线长(km)近期远景近期远景一级二级10kV磷肥厂12330300.855002磷肥厂22330300.855002纺织厂1220400.7560002.5玻璃厂1230300.8550001罐头厂1230300.850001机修厂1220300.840001.5中药厂1220300.855002县直1330300.830002.5医院1230300.845001南关2320300.7835002北关1220300.7835002西关2420300.7840003备用12备用22备用32备用42备用52备用6277 所以远景总的最大综合负荷=27.3+35.7=63MVA2.2.4一级和二级负荷分析远景Ⅰ级综合最大负荷计算公式(采用不计线损和负荷同时率):(0.2)远景II级综合最大负荷计算公式:(0.3)经计算:远景二级负荷为17.17MVA,MVA77 3主变压器的选择在变电所中,用来向电力系统或用户输送功率的变压器,称为主变压器。利用上节的有关负荷计算结果和以下国家能源部颁发的《110kV变电所设计技术规程》中有关规程,便可选择主变的台数、容量和型式。第4.1.1条主变压器容量和台数的选择。凡装有两台(组)及以上主变压器的变电所,其中一台(组)事故停运后,其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的70%,在计及过负荷能力后的允许时间内,应保证用户的Ⅰ级和Ⅱ级负荷。第4.1.2条与电力系统连接的110kV变压器,若不受运输条件的制,应选用三相变压器。第4.1.4条110kV具有三种电压的变电所中,如通过主变各侧绕组的功率均达到该主变容量的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。3.1主变台数选择变电所主变的台数与电压等级接线方式传输容量以及系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的大中型变电所,在一种电压等级下,主变应不少于二台。为保证供电的稳定性和远期发展,以及减少投资回收周期,本所采用两台主变。3.2主变容量选择变电所主变容量,一般应按年远景负荷来选择。根据城市规划负荷性质电网结构等综合因素确定主变容量。(1)按规划5~10年选择,并考虑远期10~20年发展,对城郊变,应与城市规划相结合。(2)由变电站带负荷性质及电网结构决定主变容量,对有重要负荷变电站,应考虑一台主变停运时期于主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内,保证用户的一、二级负荷,对一般变电站,当一台主变停运时,其余主变应保证其余负荷的60~70%。(3)同级电压单台降压容量不易太多,应从全网出发,推行标准化、系列化。(4)对城市的郊区一次变,在中、低压侧构成环网下,装两台。(5)对地区性孤立的一次变或大工业的专用变电所,装三台。(6)对规划只装两台,其主变基础按大于主变容量的1~2级设计以便发展时宜更换。1)选择条件所选择的n台主变压器的容量n,应该大于等于变电所的最大综合计算负荷,即≥(0.1)77 式中——主变台数,为2台。——主变额定容量,MVA。2)校验条件装有两台及以上主变压器的变电所中,当其中一台主变压器停运时,其余主变压器的容量一般应满足60%~70%的全部最大综合计算负荷,以及满足全部I类负荷SI和大部分II类负荷SII即(n-1)≥(0.6~0.7)(n-1)≥联立以上两式,求它们的最大值,然后查变压器容量表,即得主变额定容量。根据负荷计算的已知条件,代入以上,求得主变额定容量,本所选择为31.5MVA,只装一台主变就能满足近期负荷,考虑负荷发展速度快,和再次改建将影响供电,本所一次施工全部安装2台变压器。3.3主变型式选择主变压器型式的选择主要包含有:相数、绕组数、电压组合、容量组合、绕组结构、冷却方式、调压方式、绕组材料、全绝缘还是半绝缘、连接组别、是否选择自耦变、主变中性点接地方式等,以下分别论述。(1)相数选择变压器有三相变压器和单相变压器。在330kV及以下的发电厂和变电所,一般选用三相变压器。单相变压器是由三个单相的变压器组成,造价高、占地多、运行费用高。只有受变压器的制造和运输条件限制时,才考虑用单相变压器组。所以此变电站主变压器选三相变压器。(2)绕组数选择在具有三种电压等级的变电所中,如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15%以上,或在低压侧虽没有负荷,但是在变电所内需要无功补偿设备时,主变压器宜选择三绕组变压器,此变电站采用三绕组变压器。自耦变压器损耗小、造价低,但是其高中压侧必须都是中性点直接接地方式,所以对220kV及以上电压等级的变压器可以选择自耦变。但是由于其限制短路电流的效果差,保护配置和整定困难等,220kV及以下变电所选择普通三绕组变压器。(3)绕组联结方式变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种。我国110kV及以上的电压等级均为大电流接地系统,为取得中性点都需要选择YN的联结方式,对于 110kV变压器的35kV侧也采用yn的联结方式,以便接入消弧线圈,而6~10kV侧采用d形。故主变压器的联结方式为YN/yn0/d11接线。(4)调压方式的选择77 变压器的调压方式分带负荷切换的有载(有励磁)调压方式和不带负荷切换的无载(无励磁)调压方式。无载调压变压器的分接头档位少,电压调整范围一般只有10%(即±2×2.5%)以内,而有载调压变压器的电压调整范围大,能达到电压的30%,但其结构调压变压器复杂,造价高。近年来随着用户对电压质量要求的提高和有载调压变压器质量的提高,变电站的变压器选择有载调压方式。所以该变电站的变压器选择有载调压方式。(1)变压器阻抗的选择变压器各侧阻抗值得选择必须从电力系统稳定、潮流方向、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并列运行等方面进行综合考虑,并应以对工程起决定作用的因素来确定。接发电机的三绕组变压器,为低压侧向高压侧输送功率,应选升压型变压器;变电所的三绕组变压器,如果高压侧向中压侧输送功率为主,则选用降压型变压器;如果以高压侧向低压侧输送功率为主,侧可选用升压型变压器,但如果需要限制6~10kV系统的短路电流,可以考虑优先采用降压结构变压器。该变电站选用升压型变压器。(2)容量比变压器各绕组容量相对总容量由100/100/100、100/100/50、100/50/50等几种形式。由于110kV变压器总容量不大,其绕组容量对造价影响不大,但其中、低压侧的传输功率相对总容量都比较大,为调度灵活,一般采用100/100/100的容量比,因此该变电站采用100/100/100的容量比。(3)变压器的冷却方式变压器的冷却方式有自然风冷、强迫风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷和强迫导向油循环冷却等,它随变压器的型式和容量不同而异。一般中小容量的变压器选择自然风冷却和强迫风冷却;大容量的变压器采用强迫油循环风冷。此处采用自然风冷却。(4)全绝缘半绝缘、绕组材料等问题全绝缘变压器的绕组首、尾绝缘水平是一样的,都是按照线电压设计的。为减小变压器的造价,变压器还可以采用半绝缘方式,即变压器绕组靠近中性点部分的主绝缘水平比绕组端首部的绝缘水平低,不适按照线电压设计,而是低一个电压等级。半绝缘变压器只允许在中性点直接接地的情况下运行。变压器绕组材料有铝绕组和铜绕组两种。一般变压器选用铝绕组,可以减小造价。如需减小变压器体积和降低变压器本身的损耗,则应选择铜绕组。(5)变压器各侧电压的选择变压器的某个电压等级若作为电源,为保证向线路末端供电的电压质量,即保证在有10%电压损失的情况下,线路末端的电压为额定值,该侧的电压按照110%额定电压选择。而如果某个电压等级是线路的末端,该侧的电压应按照电网额定电压选择。变压器的高压侧相当于用电设备,其额定电压应为线路额定电压,低压侧相当于电源,其额定电压应为线路额定电压的1.05倍,又变压器二次电压为空载时的电压,带负荷时内部电压损耗为5%,故低压侧额定电压,分别为38.5kV和11kV,即主变电压组合为110/38.5/11kV。综上所述主变压器的选择型号:SFSZ7—31500/110容量31.5MVA空载损耗50.3短路损耗175连接组别YN/yn0/d11联接方式77 阻抗电压10.5kV/17~18kV/6.5kV额定电压110kV/38.5kV/11kV根据以上的原则和技术规范本变电所采用的变压器容量为两台31500kVA的变压器,调压方式为有载调压,绝缘方式为半绝缘。所选型号为:SFSZ7-31500/110,其参数如下表:表0.1选择的主变型号参数表型号SFSZ7-31500/110额定容量31500kVA容量比100/100/100电压比110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5%短路阻抗Uk1-2%=10.5,Uk1-3%=17.5,Uk2-3%=6.5连接组别YN/yn0/d11调压方式有载调压77 4电气主接线4.1电气主接线设计的基本要求与依据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。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。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体,对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用,并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。4.1.1电气主接线设计的基本要求对电气主接线设计的基本要求,概括地说应包括可靠性、灵活性、经济性三方面。(1)可靠性电能生产的特点是电能不能大量储存,发电、输电和用电必须在同一瞬间完成,任何一个环节出现故障都会造成供电中断,停电事故不仅给电力部门带来损失,给国民经济各部门带来的损失更严重,造成的人员伤亡、设备损坏、经济损失、城市生活混乱和政治影响都是难以估量的。保证电力系统的安全可靠运行是电力生产的首要任务,作为其中一个重要环节的电气主接线,首先应满足可靠性的要求。定性分析和衡量主接线可靠性的评判标准是1)断路器检修时,能否不影响供电。2)断路器或母线故障以及母线或母线隔离开关检修时,停运的回路数的多少和停电的时间的长短,能否保证对I类负荷和大部分II类负荷的供电。3)发电厂、变电所全部停运的可能性。4)大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求(2)灵活性电气主接线就能适应各种运行状态,并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面1)调度时,应可以灵活地投入和切除变压器和线路,调配断电源和负荷,满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求;2)检修时,可方便地停运断路器、母线及其继电保护设备,进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电;3)扩建时,可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,投入变压器或线路而不互相干扰,并且对一次和二次部分的改建工作量最少。(3)经济性1)节约投资77 主接线应力求简单清晰,节约断路器、隔离开关等一次设备;要使相应的控制、保护不过于复杂、节省二次设备与控制电缆等;能限制短路电流,以便于选择价廉的电气设备和轻型电器等。2)占地面积小主接线的形式影响配电装置的布置和电气总平面的格局,主接线方案应尽量节约配电装置占地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方,应采用三相变压器而不用三台单相变压器组。3)年运行费用小年运行费用包括电能损耗费、折旧费及大修费、日常小修的维护费等。电能损耗主要由变压器引起,因此要合理选择主变压器的型式、容量和台数及避免两次变压而增加损耗。另外,我们应重视国内外长期积累的运行实践经验,优先选用经过长期实践考验的主接线形式。4.1.2电气主接线设计的依据1)变电所在电力系统中的地位和作用2)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4.2各电压等级电气主接线设计在进行电气主接线设计时,一般根据设计任务书的要求,综合分析有关基础资料,拟订2~3个技术上能满足要求的方案进行详细技术经济比较,最后确定最佳方案。4.2.1110kV侧接线的选择110kV近期设计回路数为3,最终为5回。先列出两个可行方案:单母分段接线和双母线进行比较。77 表4.1110kV侧接线方案比较方案单母线分段双母线接线简图可靠性用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同母线段引出两个回路,用两个电路供电。当一段母线故障时,分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。分段可以缩小母线停电范围的影响。任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段。任一回路断路器检修,所在回路停电。供电可靠,通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不至于供电中断,一组母线故障后能迅速恢复供电,检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。扩建方便,可向双母线的左右送电。任何一个方向扩建,均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配,不会引起原有回路的停电。经济性较好,费用低增加隔离开关数目,费用高.灵活性有一定灵活性,并在检修断路器时不至于中断对全部用户供电。运行方式灵活,增加一组母线和每回路需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。对比以上两种方案:虽然双母线也能满足要求,但其投资大、经济性能差,故不采纳;将I、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上,当其中一段母线故障时,由另一段母线提供电源,从而可保证供电可靠性,且六氟化硫断路器的安全性,可靠性较高,故采用单母线分段接线。4.2.235kV侧接线选择35kV出线回路数近期为6回,最终为9回;先列出两个可行方案:单母线分段接线和但母分段带旁母进行比较。77 表4.235kV侧接线方案比较方案单母线分段双母线接线简图可靠性用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同母线段引出两个回路,用两个电路供电。当一段母线故障时,分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。分段可以缩小母线停电范围的影响。任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段。任一回路断路器检修,所在回路停电。供电可靠,通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不至于供电中断,一组母线故障后能迅速恢复供电,检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。扩建方便,可向双母线的左右送电。任何一个方向扩建,均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配,不会引起原有回路的停电。经济性较好,费用低增加隔离开关数目,费用高.灵活性有一定灵活性,并在检修断路器时不至于中断对全部用户供电。运行方式灵活,增加一组母线和每回路需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。对比以上两种方案:单母分段带旁母接线可靠性增加了,切换操作比较麻烦,而使用单母分段采用六氟化硫断路器,从而可保证供电可靠性,故采用单母线分段接线。4.2.310kV侧接线选择10kV出线回路数近期为12回,最终为18回;先列出两个可行方案:单母线分段接线和双母线接线进行比较。77 表4.310kV侧接线方案比较方案单母线分段手车式单母线分段接线简图可靠性用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同母线段引出两个回路,用两个电路供电。当一段母线故障时,分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。分段可以缩小母线停电范围的影响,任一母线及母线隔离开关检修,仅停检修段.任一回路断路器检修,所在回路停电。重要用户可以从不同母线段上分别引出两回馈线向其供电,保证不中断供电。任一母线或母线隔离开关检修时,仅停该段,不影响其他段运行,减小了母线检修时的停电范围。出线断路器检修时,由于采用手车式,只需短时停电。经济性相比于手车式单母线分段,单母线分段带旁路母线的配电装置占地面积大,增加了断路器和隔离开关的数量,接线复杂,投资增大。灵活性采用旁路母线,虽不需要停电检修出线断路器,但需通过较复杂的倒闸操作。采用手车式配电装置,断路器可以快速更换进行检修,方便灵活,无需倒闸操作。对比以上两种方案:以上两种方案均能满足主接线要求,但由于它与用户连在一起,并且出线较多,所以采用手车式单母线分段。综上:110kV侧采用单母线分段接线;35kV侧采用单母线分段接线;10kV侧采用手车式单母线分段。4.3主变中性点接地方式选择4.3.110kV侧限流问题根据《电气设计手册I》第2.6节中“变电所6~10kV侧短路电流的限制”规定:限制变电所6~10kV侧短路电流不超过16~31.5kA,以便采用价廉轻型的SF6断路器,并且使选用的电缆截面不致过大,一般采用下列措施:4.3.1.1变压器分列运行在变电所中,母线分段电抗器的限流作用小,故采用简便的两台变压器分列运行的方法来限制短路电流,其优点如下:77 (1)6~10kV侧发生短路时,短路电流只通过一台变压器,其值较两台变压器并联时大为减小,从而在许多情况下允许6~10kV侧装设轻型断路器;(2)使无故障母线段维持较高的剩余电压。但也有不足之处:(1)变压器负荷不平衡,使能量损耗较并列运行时稍大;(2)一台变压器故障时,该分段母线在分段断路器接通前要停电,但可由分段断路器装设自动投入装置解决。4.3.1.2在变压器回路装设电抗器或分裂电抗器当变压器容量增大,分裂运行不能满足限制短路电流要求时,可在变压器回路装设分裂电抗器或电抗器。采用分裂变压器:变压器低压绕组分裂成相等容量的两个绕组,可大大增加各个分裂绕组和分裂绕组间的电抗,减小短路电流。在出线上装设电抗器:当6-10kV侧短路电流很大,采用其它限流措施不能满足要求时,就要采用在出线上装设电抗器的接线,但这种接线投资贵,需建设两层配电装置楼,故在变电所中一般不采用出线装设电抗器的接线4.3.2变压器中性点接地方式根据《电气设计手册I》第2—7节中关于“主变压器中性点接地方式”的规定:电力网中性点的接地方式,决定了主变压器中性点的接地方式。1)变压器的110kV侧采用中性点直接接地方式根据《电气设计手册I》第2—7节中关于“主变压器中性点接地方式”的规定,电力网中性点的接地方式,决定了主变压器的中性点的接地方式。①变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正序电抗之比X0/X1<3,以使单相接地时全相上工频电压不超过阀型避雷器的灭弧电压;X0/X1<1.5以使单相接地时短路电流不超过三相短路电流.②所有普通变压器中性点都经隔离开关接地,以使运行调度灵活选择接地点。③选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成中性点不接地的系统.。2)主变压器6~63kV多用中性点不接地或经消弧线圈接地方式6~63kV电网多采用中性点不接地方式,但当单相接地故障电流大于30A(6~10kV电网)或10A(20~63kV电网)时,中性点应经消弧线圈接地,用消弧线圈接地时应注意:①消弧线圈应由系统统筹规划,分散布置,应避免整个电网中只装一台消弧线圈,也应避免在一个变电所中装设多台消弧线圈,在任何运行方式下,电网不得失去消弧线圈的补偿。②在变电所中,消弧线圈一般装在变压器中性点上6~10kV消弧线圈也可装在调相机的中性点上。③当两台主变压器合用一台消弧线圈时,应分别经隔离开关与变压器中性点相连。消弧线圈的补偿容量按下式计算:77 (0.1)其中k—系数,过补偿取1.35Ue—电网或发电机回路的额定线电压(kV)Ie—电网或发电机回路的电容电流(A)电网的电容电流Ie,应包括有电气连接的所有架空线路,电缆线路,发电机,变压器以及母线和电器的电容电流,并考虑电网5~10年的发展架空线路的电容电流可按下式估算:(0.2)2.7—系数,适用于无架空地线的线路3.3—系数,适用于有架空地线的线路本设计中负荷均采用架空线路,且35kV及以下电压等级无避雷线电缆按下式计算:(A)本设计中负荷35kV采用架空线,且35kV及以下电压等级无避雷线,10kV采用电缆出线。表4.4厂所母线增加的电网电压6kV10kV35kV63kV110kV18%16%13%12%10%35kV侧:10kV侧:由此分析:主变中压侧和低压侧中性点均不接地。4.4所用变设计4.4.1所用变容量台数和接线设计根据经验和参考其他110kV变电站,本所所用变压器容量选择50kVA。所用变压器台数选择:变电所宜从主变低压侧分别引接两台容量箱体可互为备用的所用工作变压器每台所用变的容量按全所计算负荷选择,本所所用变选择2台。所用变引接方式选择:因本所10kV侧采用单母线分段接线形式,且选用两台所用变,故使两台所用变分别接于两段10kV母线上。此外,所用变二次侧采用三相四线制接线,给本所所用低压负荷供电。77 4.4.2所用变型号选择由≥,查变压器选型表,选用型号为S9—50/10的所用变,其有关参数如下:表4.5所用变型式选择结果型号额定容量/kVA额定电压/kV损耗/kW阻抗电压/%空载电流/%联结组别总重/t高/低空载短路S9-50/105010±5%/0.40.170.8742Yyn00.474.5无功补偿设计4.5.1无功补偿设计意义与原则电压是电能质量的重要指标,电压质量对电力网络安全经济运行,对保证用户的安全用电和产品质量是非常重要的,根据统计,用户消耗的无功功率是它的有功功率的50—100%,同时电力系统本身消耗的无功功率可达到用户的25—75%。无功功率的不足,将造成电压的下降,电能损耗增大,电力系统稳定的破坏,所以电力系统的无功电源和无功功率必须平衡,总之,补偿变压器的无功损耗,补偿高压网的无功缺额,可以减少无功功率的传输,提高电压质量和减小电能损耗。无功补偿原则:对无功电源与无功负荷采取在各级电压电网中分级补偿、就地平衡的原则。4.5.2补偿方法补偿方法主要有串联补偿和并联补偿两类。其中,串联补偿主要是采用串联电容器装置;并联补偿主要采用并联电容器装置、静止补偿装置和并联电抗器装置等。本设计采用并联电容器补偿装置,向电网提供可阶梯调节的容性无功,以补偿多余的感性无功,减少电网有功损耗,提高电网电压和功率因数。4.5.3补偿电容器选择根据《并联电容器装置设计技术规程》SDJ25—85电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计,调相调压计算及技术经济比较确定,对35~110kV变电所中电容器装置的总容量,按照无功功率就近平衡的原则,可按主变压器容量的10%~30%考虑。所以,对本所中电容器装置的总容量按主变压器容量的20%考虑,即:31.5×20%×2=12.6MVar77 电容器装置宜设在主变的低压侧或主变主要负荷侧。小电流接地系统的电容器装置应采用中性点不接地的星形或双星形接地。电容器装置每相的电容器,应采用先并联后串联的连接方式。单台电容器的容量选择按电容器组单相容量和每相电容器的串、并联台数确定,每相各串联段中电容器的并联台数宜小于最大并联台数。可选择型号为的电容器,其技术参数为:表4.6补偿电容器型式选择结果补偿电容器型号额定电压(kV)额定容量(kVar)额定电容(μF)质量(kg)50039.4894外形尺寸LL1L2Bh1hHF62568573517365592可计算并联电容器的个数:(个)因为本所采用Y型连接,而且要在10kV单母线分段的两端各接入一组,故电容器个数应为6的倍数,应选36个。77 5短路电流计算5.1短路电流计算概述5.1.1短路电流计算的目的在变电所电气设计中,短路电流计算是一个重要环节。其目的主要是为以下提供方面的确定依据。(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5.1.2系统运行方式的确定系统运行方式主要有三种,即系统最大运行方式、系统最小运行方式和系统正常运行方式。现将简介前两种系统运行方式。5.1.2.1系统最大运行方式根据系统最大负荷的需要,电力系统中的所有可以投入的发电设备都投入运行,以及所有线路和规定接地的中性点全部投入运行的方式。该运行方式是考虑了系统5~10年的发展,对于本设计要考虑远景发展。该运行方式主要用在电气设备的选择校验和保护的整定计算中。5.1.2.2系统最小运行方式根据系统负荷为最小,投入与之相适应的发电设备且系统中性点只有少数接地的运行方式。该运行方式主要针对近期系统规模而言,主要用在保护的灵敏度校验当中。5.1.3短路形式的确定三相系统中短路的基本类型有四种,即三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。电气设备的动、热稳定校验,一般按短路情况最严重的短路形式计算,而电气距离距电源较远的变电所,一般三相短路最严重,故本设计中短路电流均按三相短路的情况进行计算。77 5.1.4短路计算点的确定选取短路计算点的个数,主要依据变电所的电压等级数,故本所设三个短路点,分别以K1、K2、K3表示110kV、35kV和10kV工作母线上的短路点,其中10kV侧计算并列和分裂运行两种情况的短路电流。然后根据这三个短路点来依次计算对应点的短路电流值,并利用这三个短路点的短路电流值来校验电气设备和继电保护。5.2短路电流的计算高压短路电流计算一般只计及各元件的电抗,采用标幺制形式的近似计算法。标幺制中各物理量均用标幺值来表示,此方法使运算步骤简单、数值简明便于分析。标幺值的一般数学表达式为5.2.1基准值的选取基准有四个,即基准容量(SB)、基准电流(IB)、基准电压(UB)和基准阻抗(ZB)。在此计算中,选取基准容量SB=1000MVA,基准电压UB为各电压级的平均额定电压(115kV、37kV、10.5kV)。选定基准量后,基准电流和基准阻抗便已确定:基准电流:(0.1)基准阻抗:(0.2)5.2.2元件电抗标幺值的计算(1)系统S的等效电抗标幺值:或(0.3)式中——系统的容量,MVA;77 ——系统以其本身容量为基准的等效电抗标幺值。(1)线路电抗标幺值:(0.4)式中——线路单位长度的电抗值,110kV及以下一般为单根导线,为0.4Ω/km;——线路的长度,km。(3)变压器电抗标幺值:本设计中主变为三绕组,已给出了各绕组两两之间的短路电压百分数,即、、。则可求出高、中、低压绕组的短路电压百分数,分别为(0.5)(0.6)(0.7)再按与双绕组变压器相似的计算公式求变压器高、中、低压绕组的电抗标幺值,分别为(0.8)5.2.3网络化简网络化简的目的是简化短路电流计算,以求得电源至短路点间的等值阻抗。77 表5.1网络变换的图形和公式表变换名称变换前网络变换后网络变换后等值电抗串联并联△→Y5.2.4各短路点的短路电流计算本设计仅有两个电源,且它们距本所的电气距离差别较大,故采用个别法来计算各短路点的短路电流。各短路点的短路电流计算步骤如下:(1)网络化简,得到各电源对短路点的转移电抗X∑;(2)求各电源的计算电抗Xjs(将各转移电抗按各电源容量S∑归算):(0.9)(3)查运算曲线,得到以各电源容量为基准值的各电源至短路点电流标幺值;(4)求(3)中各电流的有名值之和,即为短路点的短路电流,并计算短路电流冲击值ish。在本设计计算中,考虑了远期发展中两台主变低压侧是并列运行还是分列运行,将两种运行情况均考虑在内。77 5.2.5短路电流计算的结果表5.2短路电流计算的结果(kA)电压等级短路点110kVK12.6392.6392.6392.6396.72935kVK24.3794.3794.3794.37911.16710kV并列K39.6419.6419.6419.64124.584短路电流计算过程见附录。77 6电气设备选择6.1电气设备选择的一般原则与技术条件6.1.1电气设备选择的一般原则(1)力求技术先进、安全适用、经济合理;(2)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;(3)应按当地环境条件校核;(4)应与整个工程的建设标准协调一致;(5)选择的导体品种不宜太多;(6)选用新产品应积极慎重。新产品应有可靠的试验数据,并经主管单位鉴定合格。6.1.2电气设备选择的技术条件参考《导体和电器选择设计技术规定》SDGJ14-86的有关规程:(1)按长期工作条件选择选择的电器允许最高工作电压不得低于该回路的最高运行电压(规程第1.1.3条);即:选用的导体长期允许电流不得小于该回路的持续工作电流(规程第1.1.4条);即:以下列出主要回路的最大持续工作电流的计算公式:变压器回路:(0.1)母线回路:中低压母线,取母线上最大一台主变的最大持续工作电流,同上。高压母线:(0.2)出线回路:单回线:(0.3)双回线:77 (0.4)分段回路: (0.5)母联回路:取母线上最大一台主变的最大持续工作电流。(2)按经济电流密度选择导体除配电装置的汇流母线外,对于全年负荷利用小时数较大、母线较长,传输容量较大的回路,均应按经济电流密度选择导体截面。即:(3)按当地环境条件校验海拔条件:海拔在1000m以下时,可不考虑海拔条件;海拔在1000m及以上时,需考虑海拔对电气设备选择的影响。温度条件:我国电气设备使用的额定环境温度为+40℃。(0.6)式中K——修正系数;——导体或电器长期发热允许最高温度;——安装地点周围环境温度;——定环境温度其中周围环境温度的确定裸导体(屋外:最热月平均最高温度;屋内:最热月平均最高温度+5度)电器(屋外:年最高温度;屋内:最热月平均最高温度+5度)(4)按短路情况校验1)动稳定校验电器:或 (0.7)式中 ()——动稳定电流峰值(有效值),kA;   ()——短路冲击电流峰值(有效值),kA;导体:(0.8)式中、——导体允许应力、最大应力,Pa;77 2)热稳定校验电器:(0.9)式中——t秒时的短路电流,kA;导体:(或----钢芯铝绞线采用)(0.10)式中、——导体的实际截面、允许最小截面(mm2):  ——短路热效应,(kA)2·s;  ——导体集肤效应系数;0  ——热稳定系数(5)短路计算时间计算短路电流热效应时所用的短路切除时间等于继电保护动作时间与相应断路器的全开断时间之和,即断路器的全开断时间等于断路器的固有分闸时间与燃弧时间之和,即验算裸导体的短路热稳定时,宜采用主保护动作时间;验算电器的短路热稳定时,宜采用后备保护动作时间。(6)电晕电压校验1)导体的电晕放电会产生电能损耗、噪声、无线电干扰和金属腐蚀等不良影响。2)为了防止发生全面电晕,要求110kV及以上裸导体的电晕临界电压Ucr应大于其最高工作电压,即。在海拔不超过1000m的地区,下列情况可不进行电晕电压校验:110kV采用了不小于LGJ-70型钢心铝绞线和外径不小于φ20型管形导体时。220kV采用了不小于LGJ-300型钢心铝绞线和外径不小于φ30型的管形导体时。77 6.2导体的选择导体分为裸导体和电力电缆两种。裸导体一般可分为硬导体和软导体。硬导体主要有矩形、槽形、管形等形状;软导线有钢芯铝绞线、组合导线、分裂导线及扩径导线等形式。常用导体材料有铜、铝及铝合金。铜的电阻率低、机械强度大、抗腐蚀性强,是很好的导体材料;但其储存量不多,价格贵。铝的电阻率虽为铜的1.7~2倍,但其密度只有铜的30%,且其储量丰富,价格低廉。铝合金在铝基础上提高了机械强度和抗腐蚀性。导体选择与校验过程见附录计算部分。表6.1各电压级母线的选型结果母线使用场所导体型号导体净截面(mm2)载流量(A)备注110kV主母线LGJ-400/35425.24879钢芯铝绞线35kV主母线LGJ-400/35425.24879钢芯铝绞线10kV主母线LMY-125×820002670双条平放矩形铝导体其它导体的选型结果如下表所示:表6.2各电压等级分段母线及主变引下线的选型结果导线使用场所导体型号导体净截面(mm2)载流量(A)备注110kV主变引下线LGJ-240240655钢芯铝绞线35kV主变引下线LGJ-400400898钢芯铝绞线10kV主变引下线LMY-125×820002670双条平放矩形铝导体77 表6.335kV侧和10kV侧负荷出线的造型结果导线使用场所导体型号导体净截面(mm2)载流量(A)备注铁矿(双回)LGJ-120120408钢芯铝绞线水泥厂(双回)LGJ-150150463钢芯铝绞线甲镇变(单回)LGJ-7070289钢芯铝绞线乙镇变(单回)LGJ-7070289钢芯铝绞线磷肥厂(双回)LGJ-400400898钢芯铝绞线纺织厂(单回)LGJ-300300735钢芯铝绞线玻璃厂(单回)LGJ-9595357钢芯铝绞线罐头厂(单回)LGJ-185185539钢芯铝绞线机修厂(单回)LGJ-185185539钢芯铝绞线中药厂(单回)LGJ-185185539钢芯铝绞线县直(单回)LGJ-240240655钢芯铝绞线医院(单回)LGJ-185185539钢芯铝绞线南关(单回)LGJ-185185539钢芯铝绞线北关(单回)LGJ-185185539钢芯铝绞线西关(单回)LGJ-400400898钢芯铝绞线77 6.3高压电器的选择表6.4断路器及隔离开关选选型结果设备项目断路器隔离开关110kV电压等级侧LW6-110/3150AGWD4-110-Ⅱ/630A35kV电压等级侧LW2-35/1600AGWD5—35Ⅱ/630A10kV侧主变进线侧ZN12-10/2500A——母线分段侧ZN12-10/2000A——负荷出线侧ZN12-10/1250A——表6.5电流互感器及电压互感器的选型结果电压级设备类型110kV35kV10kV电压互感器JDZX8-35JDZX11-10B主变引下线电流互感器LCWB4-1102×150/5LB-35700/5LMZJ1-102500/5分段电流互感器LCWB4-1102×200/5LB-35600/5LMZJ1-102000/5出线电流互感器备用1备用2LCWB4-1102×50/5甲镇变乙镇变铁矿LCWB-35100/5玻璃厂LFZ1-10100/5罐头厂机修厂LFZ1-10200/5水泥厂LCWB-35150/5纺织厂县直LFZ1-10300/5西关磷肥厂LFZ1-10400/5表6.610kV侧支柱绝缘子和穿墙套管选型结果设备名称设备型号机械破坏负荷(kN)绝缘子高度或套管长度(mm)支柱绝缘子屋内ZL—10/88170屋外ZL—35/88400穿墙套管CWLC2—1012.543577 7配电装置与电气总平面设计7.1配电装置基本要求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而成的总体装置。其作用是在正常运行情况下,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以下基本要求:(1)保证运行可靠(2)保证工作人员的安全(3)力求提高经济性(4)具有扩建的可能根据《高压配电装置设计技术规程》SDJ5-79的规定:第1.0.1条高压配电装置(简称配电装置)的设计必须认真贯彻国家的技术经济政策,并应根据电力系统条件,自然环境特点和运行、要求,合理地制订布置方案和选用设备,并积极慎重地采用新布置、拳设备和新材料,使设计做到技术先进、经济合理、运行可靠、维护方便。第4.1.4条配电装置中相邻带电部分的额定电压不同时,应按较高的额定电压确定其安全净距第4.1.5条屋外配电装置带电部分的上面或下面不应有照明、通信和信号线路架空跨越或穿过;屋内配电装置带电部分的上面不应有明敷或动力线路跨7.2配电装置分类配电装置按电气设备装设地点不同,可分为屋内配电装置和屋外配电装置;按其组装方式,又可分为装配式和成套式。在现场将电器组装而成的称为装配配电装置;在制造厂按要求预先将开关电器、互感器等组成各种电路成套后运至现场安装使用的称为成套配电装置。(1)屋内配电装置的特点:①由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小;②维修、巡视和操作在室内进行,可减轻维护工作量,不受气候影响;③外界污秽空气对电气设备影响较小,可以减少维护工作量;④房屋建筑投资圈套,建设周期长,但可采用价格较低的屋内型设备。(2)屋外型配电装置的特点:①土建工作较大和费用较小,建设周期短;②与屋内配电装置相比,扩建比较方便;③相信设备之间距离较大,便于带电作业;④与屋内配电装置相比,占地面积大;⑤受外界环境影响,设备运行条件较差,须加强绝缘;⑥不良气候对设备维修和操作有影响。(3)成套配电装置的特点:①电气设备布置在封闭或半封闭的金属(外壳或金属框架)中,相间和对地距离可以缩小,结构紧凑,占地面积小;②所有电气设备已在工厂组装成一体,如SF6全封闭组合电器、开关柜等,大大减少现场安装工作量,有等于缩短建设周期,也便于扩建和搬迁;③运行可靠性高,维护方便;④耗用钢材较多,造价较高。77 7.3配电装置的最小安全净距为了满足配电装置运行和检修的需要,各带设备尖相隔一定的距离。配电装置的整个尺寸,是综合考虑设备外形尺寸、检修、维护和运输的电气距离等因素而决定的。对于敞露在空气中的配电装置,在各种间隔距离中,最基本的是带电部分之间的空间最小安全净距,即所谓的A1和A2值。A1和A2是根据过电砖瓦绝缘配合计算,并根据间隙放电试验曲线来确定的,而B、C、D、E等类安全净距是在A什的基础上再考虑运行维护、设备移动、检修工具活动洪恩、施工误差等具体情况而确定的。配电装置室内各种通道的最小宽度(净距),不应小于表7.1所列的数值。表7.1屋内配电装置的安全净距(mm)符号适用范围额定电压(kV)1035110J110A1(1)带电部分至接地部分之间(2)网状遮拦向上延伸线距地2.3处,100300850950A2(1)不同相的带电部分之间(2)断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间1003009001000B1(1)交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间(2)栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间850105016001700B2网状遮栏至带电部分之间2004009501050C无遮栏裸导体至地面之间2400260031503250D平行不同时停电检修的无遮栏带电部分之间1900210026502750E通向屋外的出线套管至屋外通道4000400050005500表7.2屋外配电装置的安全净距(mm)符号适用范围额定电压(kV)3-1035110J110A1(1)带电部分至接地部分之间(2)网状遮拦向上延伸线距地2.5处,2004009001000A2(1)不同相的带电部分之间(2)断路器和隔离开关的断口两侧引线带电部分之间2004001000110077 B1(1)设备运输时,其外廓至无遮栏带电部分之间(2)交叉的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间(3)栅状遮栏至绝缘体和带电部分之间(4)带电作业时的带电部分至接地部分之间950115016501750B2网状遮栏至带电部分之间30050010001100C(1)无遮栏裸导体至地面之间(2)无遮栏裸导体至建筑物、构筑物的顶部之间2700290034003500D(1)平行的不同时停电检修的无遮栏带电部分之间(2)带电部分与建筑物、构筑物的边沿部分之间22002400290030007.4各电压等级配电装置型式选择选择配电装置的型式,应考虑所在地区的地理情况及环境条件,因地制宜,节约用地,并结合运行及检修要求,通过技术经济比较,参考国家电网公司的110kV典型推广设计方案确定。屋外配电装置的型式除与主接线有关,还与场地位置、面积、地质、地形条件及总体布置有关,并受材料供应、施工、运行和检修要求等因素的影响和限制。普通中型配电装置的特点是将所有的电器设备均安装在同一水平面上,并装在一定高度的基础上,而母线一般采用软导体安装在构架上,稍高于电器设备所在水平面。因设备安装较低,施工、检修和运行都比较方便,抗震能力较好,造价比较低。本所位于市郊,故可以采用普通中型。高型配电装置的最大优点是占地面积少,一般比普通中型节约用地50%左右。但耗用钢材多,检修运行不及中型方便。一般在下列情况下宜采用高型:①在高产农田或地少人多的地区②地形条件限制③原有装置需改、扩建而场地受限制。半高型配电装置吸收了中,高型配电装置的优点,并克服了两者的缺点。它的特点是两组母线高度不同,将旁路母线或一组主母线置于高一层的水平面,并于断路器,电流互感器等设备重叠布置,从而缩小了纵向尺寸。半高型配电装置的优点是占地面积比普通中型布置少30%,除主母线和母线隔离开关布置在上层外,其余部分与普通中型基本相同,运行维护方便,易被运行人员接受。半高型布置适用于110~220kV配电装置,在110kV配电装置中应用比较广泛。110kV配电装置选择屋外普通中型配电装置;35kV配电装置选择屋外普通中型配电装置;10kV配电装置选择JYN2-10手车式高压开关柜,屋内配置。77 7.5电气总平面设计变电所主要由屋内外配电装置、主变压器、主控楼(室)及辅助设施等组成。变电所的总平面布置应根据外界条件(城市规划、交通和水源),依据配电装置的电压等级和型式、出线方向和方式、出线走廊的条件、地形情况等因素,并满足安全运行、方便管理、节约投资、节约用地及环境保护等综合要求,因地制宜地进行设计。7.5.1主要建筑物布置主控楼(室)的位置应满足:(1)值班人员便于监视屋外配电装置,有利于其与各电压级配电装置的联系,以便迅速进行各种操作;(2)值班人员有良好的环境(噪声干扰和静电感应较小,有较好的朝向),有利于安静和专心地工作;(3)尽可能缩短主控楼与配电装置、主变的控制电缆长度。因高压配电装置为双列布置,故主控楼(室)宜布置于两列配电装置之间,且适当靠近所前区。主控室与通讯室、值班休息室、检修和材料间等辅助室联合成一座建筑,即主控楼。本所主控楼采用带夹层的双层楼,顶层用于主控室,供值班人员工作;底层用于辅助室,像检修间、休息室、材料间等;中间设有夹层,用于铺设控制电缆。7.5.2主变压器布置变压器一般布置在各电压级配电装置和无功补偿装置较为中间的位置,且布置于主道边1~2m以内,便于运输和安装,此外还便于和各电压侧引线的就近连接。主变压器坐于贮油池(坑)上,其基础一般做成双梁形并铺以铁轨,轨距等于主变的滚轮中心距。为了防止主变发生事故时,燃油流失使事故扩大,贮油池尺寸应比设备外廓大1m,贮油池内一般铺设厚度不小于0.25m的卵石层,且卵石直径为50~80mm。为防止下雨时泥水流入贮油池内,油池四壁宜高出地面50~100mm,并以水泥抹面,排油管的内径不应小于100mm。主变与建筑物的距离不应小于1.25m,且距主变5m内的建筑物,在主变总高度以下及外廓两侧各3m的范围内,不应有门窗和通风孔。当主变油量超过2500kg以上时,两台主变之间的放火净距不应小于5~10m,布置有困难时,应设防火墙,放火墙高度不宜低于主变油枕的顶端高程,其长度应大于主变贮油池两侧各1m。7.5.3所内道路布置7.5.3.1道路的分类所内道路主要分三级:Ⅰ级:主要道路,叫主道。由大门至主控楼主变的道路,需行驶大型平板车。77 Ⅱ级:次要道路,包括环形道和其他道。除主道外,需要行驶汽车的道路。Ⅲ级:巡视小道。主要为值班人员巡视电气设备而设计的小道,可利用电缆沟盖作为部分巡视小道。7.5.3.2布置原则(1)道路应结合生产和所前区的划分进行布置,充分适应各建筑物交通运输、消防、巡视和设备检修的使用要求,并且也作为各建筑物间的分界标志。(2)道路布置要力求规则,与主要建筑物平行,且宜环形贯通。当环形有困难时,应具备回车条件,如在道路尽端设回车场(12×12m),或设“Τ”型或“十”字形路口,以取代回车场。(3)道路设计标高及纵坡因应与场地的竖向布置相适应,一般应与场地排水坡向保持一致,便于运输和排水。(4)主道与高压线,要处于不同方向,或相互错开,尽可能避免穿越高压线。(5)穿越道路的电缆沟应有足够的强度,以保证行车安全。7.5.3.3路面设计(1)对于本所内,主道宽度可设为4m,次道宽度可设为3m,巡视小道宽度可设为0.7~1.0m。(2)行驶汽车道路的转弯半径,一般不小于7m(内缘),可设为8m,通行平板车的路段转弯半径要根据不同平板车的类型确定。(3)道路一般采用混凝土路面。7.5.4通道及围栏7.5.4.1通道布置应便于设备操作、检修和搬运,故需设置必要的通道。一般通道可分为三类:维护通道、操作通道和防爆通道。(1)维护通道:用于维护和搬运各种电器的通道。(2)操作通道:设有断路器隔离开关等的操作机构就地控制屏等的通道。(3)防爆通道:仅和防爆小室相通的通道。配电装置室内各种通道的最小宽度(净距),不应小于表6.2所列的数值:表7.3屋内配电装置通道的最小净距(mm)布置方式维护通道操作通道防爆通道固定式移动式一面有开关设备8001500单车长+12001200两面有开关设备10002000双车长+9001200屋外配电装置的通道见第一节所述,通常称为巡视小道,宽度可取0.7~1m。77 7.5.4.2围栏围栏按其形状,可分为栅状围栏(栅栏)和网状围栏(遮栏)两种。(1)发电厂及大型变电所的屋外配电装置,其周围宜围以高度不低于1.5m的围栏,以防止外人任意进入。变电所的所区围墙,宜采用高度为2.2~2.5m的实体墙。(2)配电装置中电气设备的栅栏高度,不应低于1.2m,栅栏最低栏杆至地面的净距不应大于200mm,配电装置中电气设备的遮栏高度,不应低于1.7m,遮栏网孔不应大于40×40mm。(3)围栏门应装锁。77 8防雷保护8.1电力系统过电压及变电所防雷保护概述8.1.1电力系统过电压电力系统中的各种电气设备在运行过程中除了长期受到工作电压的作用外,还会受到各种比工作电压高得多的过电压的短时作用。所谓“过电压”通常指电力系统中出现的对电气设备有危险的电压升高和电位差升高。按照产生根源的不同,可将过电压作如下分类:(1)内部过电压:暂时过电压、操作过电压:(2)雷击过电压:直接雷击过电压、侵入雷电波过电压。.研究过电压及其防护问题对于电气设备的设计与制造电力系统的设计与运行都有重大的意义和密切的关系。8.1.2变电所防雷保护设计的必要性在电力系统运行中,由于种种原因,系统中某部分的电压可能升高,其数值大大超过设备的正常运行电压,这种现象称为过电压。其后果是:设备绝缘损坏,造成长时间的停电,危及人身及财物安全。按产生原因和作用机理通常将过电压分为内部过电压和外部过电压两种。电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压叫内部过电压。它是由于电网中磁能转化为电能,和各部分之间的电容的能量传递产生的电网电压升高。内部过电压有暂态过电压、操作过电压和谐振过电压。暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障,使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压,又称工频电压升高。操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快、持续时间较短的过电压。谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。外部过电压又称雷电过电压、大气过电压,是指电力系统内的电气设备及地面建筑物遭受直接雷击或雷电感应时而产生的过电压。雷电通过被击物在其阻抗上产生的压降(直接雷过电压)和雷电对设备附近的地面(或避雷针、线)放电时所引起的感应雷过电压,统称为雷电过电压或大气过电压,这种来自大气层中的雷电是一种强烈的电磁干扰源,因此雷电过电压对电力系统的危害是很大的。产生雷电过电压的根源的确是特大雷电流,其特点是幅值极高,最大可达200kA以上。77 雷电放电主通道通过被保护物,被保护物被直击雷击中。电力系统设备或电力系统所在建筑物被雷电直接击中会造成设备损坏,人员伤亡等极大危害。雷电放电主通道没有经过被保护物,但放电过程中产生强大的瞬变电磁场在附近的导体中感应到电磁脉冲,称为LEMP,即感应雷。LEMP可通过两种不同的感应方式侵入导体。静电感应,即在雷云中电荷积聚时,就近的导体会感应相反的电荷,当雷击放电时,雷云中电荷迅速释放,而导体中的静电荷在失去雷云电场束缚后也会沿导体流动寻找释放通道,就会在电路中形成LEMP。电磁感应,即在雷云放电时,迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场,附近的导体中就会产生很高的感应电动势,在电路中形成LEMP。LEMP沿导体传播,损坏电路中的设备或设备中的器件。由于LEMP可以来自云中放电,也可以来自对地雷击。而电力系统与外界连接有各种长距离电缆可在更大范围内产生LEMP,并沿电缆传入电力系统。所以防雷是电力系统过电压的重点。为了确保电力系统和人身的安全,对雷电过电压必须采取相应的防雷技术保护措施。本设计中过电压保护仅研究雷电过电压保护,进行防雷保护设计。变电所中出现的雷电过电压有两个来源:1雷电直击变电所,即直击雷过电压;2沿输电线路入侵的雷电过电压,即侵入雷电波过电压。雷电放电所引起的雷电过电压的幅值可高达数十万伏、甚至数兆伏,电气设备绝缘一般是难以耐受的,它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一。变电所是多条输电线路的交汇点和电力系统的枢纽,因此变电所的雷害事故比一般输电线路上的要严重得多,往往导致大面积停电。此外,变电设备(主要是电力变压器)的内绝缘水平往往低于线路绝缘,而且不具有自恢复能力,一旦因雷电过电压而发生击穿,后果十分严重。因此,变电所的防雷保护设计是十分必要的,并且比输电线路要更严格、措施更严密、可靠。8.2直击雷保护(1)保护对象根据《电力设备过电压保护设计技术规定》第67条:变电所的直击雷过电压保护可采用避雷针或避雷线。下列设施应装设直击雷保护装置。1)屋外配电装置,包括组合导线和母线廊道。2)烟囱、冷却塔和输煤系统的高建筑物。3)油处理室、燃油泵房、露天油罐及架空管道,装卸油台,大型变压器修理间,易燃材料仓库等建筑物。4)乙炔发生站、制氢站、露天氢气罐、氢气罐储存室,天然气调压站及架空管道。5)多雷区的列车电站为了保护其它设备而装设的避雷针,不宜装在独立的主控室和35kV及以下的高压屋内配电装置室的顶上。雷电活动特别强烈的主厂房、主控室和高压室内配电装置宜设直击雷保护装置。(2)保护措施根据《电力设备过电压保护设计技术规程》第20条:为防止直击雷雷击电力设备,一般采用避雷针和避雷线。(3)避雷针装设应注意的问题:应妥善采用独立避雷针和构架避雷针,其联合保护范围应覆盖全所保护对象。根据《电力设备过电压保护技术规程》SDJ7—76规定:第70条:独立避雷针(线)宜设独立的接地装置,避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m。77 第71条:110kV及以上的配电装置,一般将避雷针装在其构架或房顶上;6kV及以上的配电装置,允许将避雷针装在其构架或房顶上;35kV及以下高压配电装置构架或房顶上不宜装设避雷针。装在构架上的避雷针应与接地网连接,并应在其附近装设集中接地装置。避雷针与主接地网的地下连接点至变压器接地线与主接地网的地下连接点,沿接地体的长度不得小于15m。在主变压器的门型构架上,不应装设避雷针,避雷线。第72条:110kV及以上配电装置,可将线路的避雷线引接到出线门型架上;35kV配电装置可将线路的避雷线引接到出线门型架上,但应集中接地装置。第74条:独立避雷针、避雷线与配电装置的带电部分间的空气中距离,以及独立避雷针、避雷线的接地装置与接地网之间地中距离,应符合下列要求:Sk0.3Rch+0.1hSk:空气中距离Rch:独立避雷针的冲击接地电阻()h:避雷器校检点的高度(m)(4)独立避雷针的接地装置与发电厂、变电所接地网间的地中距离,应符合下式要求:Sd0.3Rch(Sd:地中距离)(5)除了上述要求外,对避雷针和避雷线,Sk不宜小于5m,Sd不宜小于3m。本设计中采用了国网公司的典型推广方案,根据平面布置图选择本所中的防直击雷设计,本所采用4根避雷针。避雷针要安装在变电所的四角,高度均为30m。8.3雷电侵入波保护(1)保护措施:避雷器结合进线段保护(2)避雷器的设置:《电力设备过电压保护技术规程》SDJ7—79中的规定第78条:变电站的每相母线上都应装设阀型避雷器,应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接,同时应在其附近架设集中接地装置。第80条:大接地短路电流系统中的中性点不接地变压器如中性点绝缘按线电压设计,应在中性点装设保护装置;如中性点绝缘按线电压设计,但变电所为单进线且为单台变压器运行,也应在中性点装设保护装置。第83条:与架空线联络连接的三绕组变压器的10kV绕组,如有开路运行的可能,应采用防止静电感应电压危害该绕组绝缘的措施。在其一相出线上装设一只阀型避雷器。第85条:变电站3~10kV配电装置,应在每相母线和每路架空线上装设阀型避雷器。1)110kV,35kV,10kV每段母线上均装一组雷器2)变压器35kV,10kV侧一相上装一组雷器3)110kV中性点为分级绝缘且装有隔离开关,故需装一组雷器4)10kV电缆与架空线连接处应装设一组雷器5)110kV中性点为分级绝缘且装有隔离开关,故需装一组避雷器(3)本所避雷器选择结果:110kV:Y5W-100/26035kV:Y5W-42/13410kV:Y5W-12.7/45主变中性点避雷器:Y1W-73/20077 9电气二次部分设计概述9.1继电保护的意义电力系统在运行中,可能发生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。在发生短路时可能产生以下的后果:(1)通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧,使故障元件损坏;(2)短路电流通过非故障元件,由于发热和电动力的作用,引起它们的损坏或缩短它们的使用寿命;(3)电力系统中部分地区的电压大大降低,破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量;(4)破坏电力系统并列运行的稳定性,引起系统振荡,甚至使整个系统瓦解。在电力系统中,除应采取各项积极措施消除或减小发生故障的可能性外,故障一旦发生,必须迅速而有选择性地切除故障元件,这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之几秒,实践证明只有装设在每个电气元件上的保护装置才有可能满足这个要求,也就是继电保护装置。继电保护装置,就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是:(1)可以自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除,使故障元件免于继续遇到破坏,保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。(2)反应电气元件的不正常运行状态,并根据运行维护的条件,而动作于发出信号、减负荷或跳闸,此时一般不要求保护迅速动作,而是根据对电力系统以及其他元件的危害程度规定一定的延时,以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。9.2电力系统对继电保护的要求根据中华人民共和国水利电力部《继电保护与安全装置技术规程》6DJ6-83第2.1.1条:电力系统的电力设备和线路,应装设短路故障和异常运行保护装置。电力设备和线路的保护应该有主保护,后备保护,必要时在增加辅助保护。1主保护:满足系统稳定及设备安全要求,有选择地切除被保护设备和全线路故障的保护。2后备保护:主保护或断路器拒动时,用以切除故障的保护。后备保护可以分为近后备远后备两种方式。(1)近后备:当主保护拒动时,有本电力设备或线路的另一套保护实现后备;当断路器拒动时,由断路器的关联保护实现后备。(2)远后备:当主保护或断路器拒动使,有相邻电力设备或线路的保护实现后备。(3)辅助保护:为补充主保护,后备保护的不足而增设的简单保护。电力设备和线路的异常运行保护,是反应被保护电力设备或线路正常运行状态的保护。77 第2.1.2条:继点保护装置应满足可靠性,选择性,灵敏性和速动性的要求。(1)可靠性是指保护该动作时应该可靠动作,不该动作时应可靠不动作。(2)选择性是指首先由故障设备或线路的保护切除故障,当故障设备或线路的保护或短路断路器拒动时,应有相邻设备或线路的保护切除故障。(3)灵敏性是指在被保护设备或线路范围内故障时,保护装置应有必要的灵敏系数.灵敏系数应该根据常见不利运行方式和不利故障类型计算。(4)速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障,其目的是提高系统稳定性,限制故障设备或线路的损坏程度,减小故障波及范围,提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。9.3选择保护装置以及构成方案是的基本原则根据<<继电保护与安全自动装置技术规程>>6DJ6-83:第1.0.3条继电保护与安全自动装置应符合可靠性,选择性,灵敏性和速动性的要求。当确定其配置和构成方案时,应该考虑以下几个方面:(1)电力系统和电力网的结构特点和运行特点;(2)故障出现的概率和可能出现的后果;(3)电力系统近其发展情况;(4)经济上的合理性;(5)国内和国外的成熟经验。第1.0.4条:继电保护与安全自动装置是电力系统的重要组成部分。确定电力网结构,厂站主接线和运行方式时,必须继电保护与安全自动装置的配置统筹考虑,合理安排继电保护与安全自动装置的配置方式。要满足电力网和厂站主接线的要求,并考虑电力网厂站运行方式的灵活性。对导致继电保护与安全自动装置不能保证电力系统安全运行的电网结构方式,宜根据继电保护与安全自动装置的要求,限制使用,或辅以适当的措施。第1.0.5条:应根据审定的电力系统设计或审定的系统接线图及要求进行继电保护与安全自动装置的系统设计。在系统设计中,除了新建部分外,还应包括对原有系统继电保护与安全自动装置不符合要求部分的改造设计。为了便于运行管理和有利于性能配合,同一电力网或同一厂站内的继电保护和安全自动装置的形式,不宜品种过多。电力系统中各电力设备和线路的原有的继电保护与安全自动装置,凡是满足可靠性,选择性,灵敏性和速动性要求的,均应予以保留。第1.0.6条:继电保护与安全自动装置的新产品,应按国家规定的要求和程序进行鉴定,合格后方可使用。77 10变压器保护10.1保护概述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。同时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。变压器的内部故障可以分为油箱外和油箱内两种故障。油箱外的故障,主要是套管和引出线上发生相间短路以及接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧损等。油箱内故障时产生的电弧,不仅会损坏绕组的绝缘、烧毁铁心,而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量的气体,有可能引起变压器油箱的爆炸。因此,这些故障应尽快切除。变压器的不正常状态主要有:由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压;由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。变压器处于不正常运行状态时,保护应根据其严重程度,发出告警信号,使运行人员及时发现并采取相应的措施,以确保变压器的安全。根据上述故障类型和不正常运行状态,对变压器应装设下列保护。(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,轻瓦斯保护反应于油箱内部故障所产生轻微瓦斯或油面下降时产生的气体而动作于发信号;重瓦斯保护反应于油箱内部故障所产生大量瓦斯时产生的油流而动作于跳开变压器各侧断路器。瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应油箱内部发生的各种故障。同时,与纵联差动保护同时作为变压器的主保护,相互配合、补充,实现快速而灵敏地切除变压器油箱内外及引出线上发生的各种故障。(2)相间短路保护容量为6300kVA及以上,厂用工作变压器和并列运行的变压器,应装设纵联差动保护。纵联差动保护是反应于变压器绕组和引出线的相间短路而动作于跳开变压器各侧断路器的变压器主保护之一。对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。纵联差动保护最大的特点就是能够可靠地躲过各种不平衡电流而不致误动作,且其保护范围包括变压器套管及其引下线,正好与瓦斯保护相配合,很好地对变压器进行了保护。(3)后备保护对由于外部相间短路引起的变压器过电流,可采用复合电压启动用的过电流保护,它适用于降压变压器,保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷,对中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路故障,应装设零序电流保护。复合电压起动的过电流保护装置区别于一般过电流保护的元件就是负序电压继电器和低电压继电器。负序电压继电器是反应负序电压增大而动作的过量继电器;而低电压继电器是反应线电压降低而动作的欠量继电器。与一般低电压起动的过电流保护相比,复合电压起动的过电流保护具有以下优点:77 1)在不对称短路时,负序电压继电器的灵敏系数高;2)当经变压器后面发生不对称短路时,电压元件的工作情况与变压器采用的接线方式无关;3)在三相短路时,低电压继电器的灵敏系数也有所提高;4)接线较简单。(4)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,装设过负荷保护保护。过负荷保护接于一相电流上,并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电所,必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。(5)零序电流保护零序电流保护主要反应于变压器外部单相接地短路时引起的过电流而动作的后备保护。本所主变的110kV和35kV侧引线上装设零序电流保护装置。零序电流保护可由两段组成,每段各带两个时限,并均以较短的时限动作于缩小故障影响范围,以较长的时限有选择性地动作于跳开变压器各侧断路器。当有选择性要求时,应增设方向继电器。零序Ⅰ段由灵敏Ⅰ段和不灵敏Ⅰ段组成。灵敏Ⅰ段是按躲过下一条线路出口出单相或两相接地短路时可能出现的最大零序电流和躲过断路器三相触头不同期合闸时所出现的最大零序电流整定。灵敏Ⅰ段是对全相运行状态下的接地故障起保护作用,具有较大的保护范围;不灵敏Ⅰ段是为了在单相重合闸过程中,其它两相又发生接地故障时,用以弥补失去灵敏Ⅰ段的缺点,尽快地将故障切除。零序Ⅱ段也有两段组成。第一个是定值较大,能在正常运行方式和最大运行方式下,以较短的延时切除本线路上所发生的接地故障(保留0.5s的零序Ⅱ段,按与下条线路的零序Ⅱ段相配合来整定);第二个是具有较长的延时,能保证在各种运行方式下线路末端接地短路时,保护装置具有足够的灵敏度(按与下条线路的零序Ⅱ相配合来整定,时限再抬高一级,约为1.0s)。(6)其他保护对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障,应按现行变压器标准的要求,装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。10.2使用说明10.2.1主变的主保护变压器的主保护为差动保护和瓦斯保护。其中变压器差动保护的整定计算如下:为了防止变压器内部线圈及引出线的相间及匝间短路,以及在中性点直接接地系统侧的引出线和线圈上的接地短路,应装设变压器的纵联差动保护。纵联差动保护的形式很多,但基本原理及定值计算所考虑的基本原则是相同的,一般要考虑以下几个方面的因素及影响:(1)应躲过当变压器空投及外部故障后电压恢复时的励磁涌流的影响;(2)应躲过变压器外部故障时在变压器保护中所引起的最大不平衡电流;(3)应躲过变压器差动保护二次回路断线时,在差动回路引起的差电流的影响。具体的由本变电所的变压器差动保护的定值计算见附录的计算书。77 10.2.2主变的后备保护为了防止变压器外部故障引起的过电流及作为变压器之后备保护,在变压器上装设带低压或不带低压闭锁的过电流保护装置.如果其灵敏度不够,或为了简化保护接线,也可装设带复合电压闭锁的过电流保护。变压器过电流保护的装设可按以下原则确定:(1)对于单侧电源的变压器,后备保护装设于电源侧,作为差动保护、瓦斯保护的后备或相邻元件的后备。(2)对于多侧电源的变压器,后备保护应装设于变压器各侧。其作用为:1)作为变压器差动保护的后备,要求它动作后起动总出口继电器。对于零序过电流保护,由于变压器中性点接地而使零序电流分布发生变化,往往会使零序电流保护的灵敏度降低,因此要求在变压器的两侧均装设能动作于总出口的零序电流保护段。对于相间过电流保护,则一般可只在主电源侧装设动作于总出口的保护段,但该保护段对变压器各电压侧的故障均能满足灵敏度的要求。2)变压各侧装设的后备保护,主要作为各侧母线和线路的后备保护,故要求只动作于跳开本侧的断路器。3)作为变压器断路器与其电流互感器之间死区故障的后备保护。10.3电容器的保护装置并联补偿电容器也是变电所中重要的电力补偿设备,因此也要进行保护的配置。电容器常见的故障及异常运行方式主要有以下类型:(1)电容器组和断路器之间连接线短路;(2)电容器内部故障及其引出线短路;(3)电容器组中某一故障电容器切除后引起的过电压;(4)电容器组的单相接地故障;(5)电容器组过电压。针对以上电容器常见的故障及异常运行方式,结合本所中电容器的接线方式等具体情况,按照有关规程须配置的保护类型如下所示。10.3.1过电流保护过电流保护反应于电容器和断路器之间连接线的短路而引起的过电流而动作于跳闸。电容器回路一般不装设电流速断保护,因为速断保护要考虑躲过电容器分闸冲击电流及对外放电电流的影响,其保护范围和效果不能充分利用。10.3.2熔断器熔断器主要对电容器内部故障及其引出线短路起保护作用,宜对每台电容器分别装设专用的熔断器。熔断器的额定电流可取电容器额定电流的1.5~2倍。77 单台电容器的内部由若干带埋入式熔丝和电容元件并联组成,电容元件故障,可由熔丝自动切除而不影响电容器的运行,因而理论上可不外装熔断器。但实际中为防止电容器箱壳爆炸,一般都装设外部熔断器。10.3.3过电压保护过电压保护是反应于电容器所接母线电压升高引起的过电压而动作于跳闸,主要是防止母线电压升得过高以击穿电容器。10.3.4零序电压保护当电容器组中故障电容器切除到一定数量,引起电容器端电压超过110%额定电压时,保护应带延时将整组电容器断开。对于本所,电容器采用单星形接线形式,故可采用零序电压保护。10.4母线和断路器失灵保护配置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母线上运行以前被迫停电。所以,母线亦需要进行保护配置。10.4.110kV侧母线的保护配置对于本所10kV侧母线,因为仅接有所用电和并联补偿电容器,所以不采用专门的母线保护,而是利用供电元件的远后备保护装置就可以把母线故障切除。具体地说,本所为降压变电所,其低压侧母线正常时分列运行(即单母线接线),则低压母线上的故障就可以由相应变压器的过电流保护使变压器的断路器跳闸予以切除。10.4.2110kV侧母线的保护配置本所高压侧母线采用完全电流差动母线保护。完全电流差动母线保护,需在母线的所有连接元件上装设具有相同变比和特性的电流互感器。该保护类似变压器纵联差动保护,其差动继电器的起动电流应按躲过外部故障时所产生的最大不平衡电流和电流互感器二次回路断线引起的最大负荷电流来整定。10.4.3断路器失灵保护断路器失灵保护:当故障线路的继电保护动作发出跳闸脉冲后,断路器拒绝动作时,能够以较短的时限切除同一变电所内其它有关的断路器,以使停电范围限制为最小的一种后备保护。为提高动作可靠性,必须同时具备下列条件,断路器失灵保护方可起动:(1)故障线路或设备的保护装置出口继电器动作后不返回;77 (2)在被保护范围内仍然存在故障。为确保是否仍存在故障,可采用检查通过每台或每相断路器的故障电流的方式;当采用三相重合闸,且只要求反应接地故障(为分相操作断路器)时,可采用检查变压器零序电流的方式。断路器失灵保护的动作时限,应大于故障线路或电力设备的断路器跳闸时间及保护装置返回时间之和。断路器失灵保护应首先动作于跳开母联断路器。如果断开母联断路器后,能使相邻电力设备或线路的保护相继动作,则可只动作于跳开母联断路器;否则,还应动作于跳开与拒动断路器连接在同一母线上的所有有电源支路的断路器。77 11线路保护的配置11.1线路保护配置的原则参考《继电保护和安全自动装置技术规程》:第2.6.1条110—220kV直接接地电力网的线路,应装设反应接地短路和相间短路的保护装置。第2.6.2条在某些情况下,应装设全线速动的主保护。①系统稳定要求有必要时;②线路三相短路重要用户电压低于允许值(60%UN)且其他保护不能无时限和有选择的切除短路时;③如电力网主要部分的某些线路采用全线速动主保护,能显著简化电力网保护,并提高保护的选择性、灵敏性和后备作用时;④系统稳定要求装设全线速动主保护,且阶段式保护在正常运行下难以配合,不能取得应有的灵敏性和选择性时,可装设两套全线速动保护。第2.6.3条110kV宜采用远后备方式。第2.6.4条对接地短路:①宜装设带方向或不带方向的阶段式零序电流保护;②某些线路,如方向性,接地距离保护可以明显改善整个电力网接地保护的性能,可装设接地距离保护,并辅之以阶段式零序电流保护。第2.6.5条相间短路:①单侧电源单回线路,可装设三相多段式电流或电流电压保护,如不能满足要求,则装设距离保护;②正常运行方式下保护安装处短路,电流速断保护有1.2以上的灵敏度时,则可装设此相保护;③符合本规程第2.6.2条规定时,除装设全线素动相间主保护外,还应装设本条第二、三、款所规定的保护作相间后备保护和辅助保护,双侧电源线路宜装设阶段式距离保护。第2.6.7条并列运行平行线,根据电网的需要,可考虑装社下列保护装置。对110kV线路,可装设相间横联差动及零序横联差动保护作为主保护,为提高后备保护在相邻线路末端短路时的灵敏性,后备保护可按两回线和电流方式连接。11.2线路保护配置结果根据《电气二次设计手册》有关规定及上述说明本设计中的线路保护配置如下:110kV采用距离保护;35kV采用三段式电流保护;10kV采用三段式电流保护。当灵敏度不能满足要求时可以首先采用电压电流连锁保护。77 结论在各位老师的辛勤指导下,经过几个月的努力,我终于完成了姜寨110kV降压变电站的设计任务。本设计的任务是姜寨110kV变电所设计。本变电站位于姜寨县,境内资源丰富,向该县工农业生产及人民生活供电。电压等级为110/35/10kV。通过对姜寨110kV变电所的进行总体分析和负荷计算,确定变电所在电力系统中的地位和规模等。依据该变电所的电压等级和负荷情况,确定其电气主接线形式。本设计根据对主接线的基本要求,结合负荷的具体分布情况,拟定了可行性方案并进行了比较,从而确定主接线形式:3个电压等级的主接线都采用单母线分段方式。根据当地情况选择所用电气设备和进行电气设备布置。首先进行了导体选择,然后是断路器和隔离开关的选择,最后是电压互感器和电流互感器的选择。按照变电所设备布置方式和可靠运行的要求进行了配电装置、防雷保护和继电保护设计等。110kV采用屋外普通中型配电装置,35kV采用了屋外普通中型型配电装置,10kV采用屋内手车式配电装置;对于防雷保护作了概述;最后用AutoCAD绘制了一次部分。通过本次设计,本人对变电所的设计内容和步骤有了基本的掌握,并学习了大量的国家规定和规范,掌握了CAD的绘图技巧,充实了自己的知识以及能力,同时学习了工程设计的基本方法,养成了严谨的工作态度。77 谢辞本毕业论文是在孔斌、许珉等老师的悉心指导下完成的,论文的全过程倾注了诸位老师大量的心血和汗水。在此期间,各位老师作了大量的辅导工作,多次集体辅导和尤其是孔斌老师经常进行单独答疑,帮我解决一个又一个难题。论文的全过程倾注了诸位老师大量的心血和汗水老师对我无微不至的关心和精心的教导,使我能够不断地战胜困难,走向收获。诸位老师高尚的人格、渊博的知识、严谨求实的治学态度和对事业忘我工作的崇高敬业精神使我感到无比的钦佩,并将受益终生。在此谨向等诸位老师表示崇高的敬意和衷心的感谢!在设计期间,同学们在资料和工具方面鼎力相助,使本次设计如期顺利完成。在此过程中,很多同学提出了许多宝贵意见,在此也一并表示感谢。在此期间,电气工程及其自动化专业同组设计的许多同学也给了我很大的帮助,在此向他们表示衷心的感谢!在本论文的写作过程中,参考和借鉴了许多教材和资料中的部分论述,对本论文的完成起到了很大的作用。在此次设计中虽充分采纳了老师和同学们的经验和意见,几经修改,但由于是初次设计,尚不能纵观全局,以至不能很好的理解老师们的教诲和同学们的建议,这就使本次设计及论述过程中难免有错误和不妥之处,敬请各位老师和同学批评指正。77 参考文献[1]范锡普.发电厂电气部分(第二版).水利电力出版社.[2]电力系统分析.水利电力出版社.[3]贺家李等.电力系统及电保护原理.水利电力出版社.[4]应智大.高电压技术.浙江大学出版社.[5]水利电力部西北电力设计院.电力工程电力设计手册.水利电力出版社.[6]水利电力部西北电力设计院.发电厂变电所电气接线盒布置(上、下).水利电力出版社.[7]许珉,杨宛辉等.发电厂电气部分.机械工业出版社.[8]杨宛辉等.发电厂、变电所电气一次部分设计参考图册.[9]高电压配电装置设计技术规程SDJ5-85.中国电力出版社.[10]电力系统设计技术规程(试行)SD131-84.中国电力出版社.[11]导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86.中国电力出版社.[12]电力设备接地设计技术规程SDJ8-97.水利电力出版社.[13]电力设计工程电气设备手册(电气一次部分上、下.).水电部西北电力设计院.77 附录1:外文资料翻译A1.1(译文)变电站选址工程在城市环境中的设计和施工摘要:电力系统变电站选址是最综合的最优化问题之一。在最完整的形式,问题简化到一个非线性整数规划问题。这个问题将决定变电站的选址和新变电站的规模大小,和知道一个电力服务区的线路的负荷和变电站的位置和规模的现状。价值函数包括新设备的资本成本、电网损失和维修成本。约束条件从符合约束、电压约束到可靠性和变电站或线路的容量约束。决策变量包括变电站建设和在不同的电压等级增加新线路和扩充线路电流或容量。这是一个难题,而且目前没有办法解决。解决办法是选取要选址的变电站为一个连续变量,用九点变电站负荷模型和二次解决。本文介绍了一个优化配电站的选址的新算法来确定新变电站的数量、地址和规模以及输电线路的容量和电压等级。这个问题用公式明确表示。并解释了参数、决策变量和目标函数。该问题一个最重要的部分是解决I=YV体系。一个整体规划的数学公式的给出为问题的解决奠定了基础。最后,解决了一个典型的配电系统变电站的最优化选址,包括3D图形表示的最初和最终电压等级分布和变电站的位置和大小。关键词:配网规划,变电站的优化,导体浆料,损失最小化,配电网络,分布扩展规划背景:配电网的长期规划包括变电站的多少以及各个变电站的位置的大小。新变电站的最优化选址的目的是在长期的电网体系中降低网损,减少投资总额和维修成本,最大化系统的可靠性并且最小化变电站的扩充。规划也在关注什么样的配电网结构是最好的(包括规模、电压及每个变电站的出线数量)。最理想的目标是配电网每年的总成本最低。虽然变电站是关键的战略举措,但在规划未来的基础设施时,变电站只是总成本的一小部分。变电站优化选址的目标是为降低总成本服务的。包括何时、何地、如何增加变电站的容量的变电站优化选址将决定将来配电网的容量并且影响配电网的其他要素。详细来讲,变电站选址对电网总成本的潜在影响一般大于变电站本身的成本。整个配电网的性能和经济,尤其是不同层次电力系统的交互作用表现为规划基础。如果系统作为一个整体,要有良好的功能和经济效益,设计时必须兼顾输电、变电站以及支路分配。这三个方面在电力及经济等多方面的交互影响的研究并兼顾一方面的水平在另外方面的成本权衡是长期战略规划的本质。变电站最优化选址的优点:电网长期规划自动化软件的最终目标是提高设计者完成这项任务的能力:从综合、多层的配电网的性能和成本来评估比较设计和决策。变电站优化选址包括它们的选址、容量和建设时间。变电站选址至关重要有三个原因:1、变电站的位置和负荷关系到输配电网的传输要求,但是一个变电站建设需要十年时间。2、变电站是昂贵的(不管在经济上还是政治上),约占一个典型配电网的20%。3、变电站的位置和容量由地理位置和配电网决定。他们的位置相对于符合、周边的变电站和地理环境,主要是电力系统的容量和电压等级。变电站选址的问题:77 变电站的计划编制是一系列的重复步骤(以7年规划为例)。它有自己独特的规则,也有多种选其一的办法,比如“今年什么也不建”或停掉一个变电站和“宁可见两个小变电站而不建一个大变电站”或“建设可移动变电站”。对于任何一个变电站,都有它最合适的容量、服务区域和变电站距离,这些决定了变电站的最佳选址。所有因素包括电网结构、变电站选址、配电网初始电压、输电线路型号,以及每个现存在变电站的出现回输是可以调动的导致变电站选址变得困难。同样,配网系统可以建设成不同容量等级也可以影响全局投入。设计者的工作是设计一批变电站能够不留空隙的覆盖整个服务区。变电站像柱子一样在不同的地方用不同的力量支撑着一个有弹性的钢板,这个钢板就是配电系统。消费者的负载就按照最终符合密度和盘子的重量分布在这个盘子里。由于盘子的弹性特性,盘子会弯曲。盘子的最高点在变电站柱子处或电压等于1.0处。盘子的弯曲程度是电压降落。盘子的弯曲度牵涉到配电网的网损。目标是确定盘子的厚度(导线型号和初始电压)和变电站柱子的位置、大小以及数量来达到变电站建设成本、容量、输电线路损耗和网损最小。变电站总容量必须大于或等于最大总负荷。已经形成了很多变电站选址规则以最佳选择变电站位置和容量在服务区和地理位置边界。如果一个变电站不在经济区域的中心,在未来30年,由于网损和输电线路建设会损失数百万美元。变电站选址方法至1960年以来,由于计算机处理应用软件在电力系统中的应用,有很多不同的自动化程序用在了变电站。这些软件中很多都是启发式的,任何一个都不是太精确,只适用于一定的环境。另外一些雇佣形式的最优化程序。一个研究论文的勘测表明:在很大程度上,在70、80年代在解决这个问题的努力是向着设立运算法则另外加上分支和跳跃计划来识别最佳方案的方向。很多情况下,几千瓦的损失都会被DC负载近似法考虑。在80、90年代,方法会变成组合方法,比如改变开关状态以改变网络结构或增加网络结构的方法。这种方法已经联合了网络单一算法。变电站选址的一种新方法变电站选址的问题决定于最佳位置和新变电站的大小和给定服务区最终符合密度。负荷密度和已存在变电站的容量和大小知道。目标函数包括新设备的资本成本,网络损耗,运行和维修成本。约束条件负荷约束、电压约束可靠性以及变电站和输电线的容量约束。决策变量包括变电站的安装和升级,也包括在不同电压等级和容量等级增加输电线路。参数包括以下:1、X和Y相匹配2、从任何节点出发的支路数目(i,j)k=0,1,2,3,4…3、变电站的应变倍数=1.4紧急情况=1.0其它情况4、正常情况下负载线路应有较低的电压回升5、紧急情况下负载线路应有较低的电压回升6、n*n形式的准入矩阵7、变电站变量的分布空间8、变电站变量的无效空间决策变量包含以下内容:1、位于节点(i,j)的新装变电站容量(如12.5,25,37.5,50mva)2、位于节点(i,j)的升级后变电站容量(未升级时容量25,37.5,50mva)3、和节点(i,j)相连的支路尺寸4、和节点(i,j)相连的升级后的支路尺寸5、和节点(i,j)相连的升级后的支路电压等级6、单元标记节点(i,j)所需个数7、单元标记节点(i,j)处电压8、沿支路k流出节点(i,j)的电流9、单元标记节点(i,j)处支路k的阻抗10、描述变电站总线的方向电流11、描述变电站总线的方向电压12、描述变负载总线的方向电压成本函数包括以下方面77 1、新装变电站固定成本2、升级后变电站固定成本3、新装支路的固定成本4、新升级支路的路固定成本5、新装支路电压等级相关的固定成本6、电网中任意支路的损耗成本约束及和成本包括以下项目1、对完整性的约束要求增加了问题的复杂性,由于空间的分散,安装不同电压等级的变电站的决策将被约束。变电站存在升级可能,并且只发生在变电站最大容量达不到最大所需容量时。新的直路可以安装在两侧总线之间。升级变电站支路电压等级的决策可能会被限定,类似的,不同的升级决策指向特定的支路。2、电流容量约束的存在限制支路或导体的电流。3、负载总线的电压有必要约束在正常和紧急情况的电压回升范围内沿线支路电能损失和电压沿线降落的平方成正比。4、节点矩阵限定两个节点之间是否有关联,电流由分布在线路上的阻抗电压得出,电流值必须小于允许值。负载电流方程负载视为电流连续,独立于电压之外的模型,假定一个支流负载模型,线路上的电压和电流可用方程I=YU表示,I和V以nm维分别代表电流和电压,Y代表nm*nm维的准入矩阵,求解电流的一种方法可以用一个电压完全设为单位电压的初始系统,算法的首次重复可假定为未知电压和电流的解决方法。n*m网络的准入矩阵由nm维相乘得出,每一个节点和网格内部四边的节点均有联系,这会导致带有n维主对角矩阵和次对角矩阵组成的集中矩阵。假设n小于m,负载线路的电流已知且和线路要求的功率在数字上相等。不过,变电站侧的线路电流未知。因此,电流方向有已知的入口部分(负载侧)和未知的入口部分(变电站侧)组成。值为零的方向电流对变电站来讲为固定区域,准入矩阵的阻抗视为无穷大。方向电流,用I表示,能够分为已知部分和未知部分。最后V表示线路电压,线路用V表示已知电压(变电站侧)和其它的零电压,这可由I和V计算产生。准入矩阵Y具有非常重要的作用,为mn*mn维,此矩阵有一个三角矩阵和一个非常稀疏主对角矩阵和次对角矩阵相加而成,这使得LU分解很容易。问题制定便电站的目标函数是增加/升级成本及损耗的总和。第一个约束用I=YU系统来说明未知电压,电流。第二个约束条件设置变电站电压为单位电压。第三个约束为不依赖于电压的直流负载模型,在正常和紧急两种情况下分别有较高和较低的回升。和负载侧的电压一样,变电站电流为非负值。与安装/升级变电站决策相关的决策变量在本质上是分离的。特征算法制定解决问题的方法是相当棘手的。问题不是经典的整合问题。在这类问题中,整体变量和分离变量同连续变量以同样的方式出现。这里我们有一些彻底的不同。在一个节点上放置变电站影响约束限定。在标准问题中,约束函数不会随之改变。如果只有一个约束条件,可以制定解决问题的方法,但它要求包含的约束条件的每一种可能的个数为天文数字(约25000000个)。我们试着适应简化,假定只有一种容量的变电站和在特定等级下固定的阻抗。随后,我们用弱化了的假定修饰一下算法任何分散问题的难处是大多数分散问题兼备的。如果每次插入一个变量,可能的改变会以指数的形式增加。能打破指数控制同时也能够适可能的变量。通常,这是不可能的,因为,多变量的改变难以预测。我们所做的是制定那些可能的问题。注意,对于连续变量改变所有的变量是标准程式,问题是如何制定,这样,变电站选址成了一个连续变量,达到这的方式是考虑将变电站分布在几个相邻节点,变量就成了位于每个节点的变电站的比例。9点变电站负荷样板77 变电站沿离散电网变址是固有的离散优化问题,成本函数也不是可区分的。为了克服这个困难,我们用包含变电站部分的九点式模版处理问题。换句话说,取代在一个特定点放置变电站,而是变电站沿其分布,此种修改不影响总成本,这是因为九点式的各个部分是一个整体。另外,在这个模版中,最理想的方法包括变电站最理想的部分。由于最初的中心选址在某些可行的但是不最理想的节点上,这部分将最有可能倚重于中心本应该移向的节点上。例如,如果中心放置在顶部靠左处,而负载全在电网的中心处,模版将会移向底部靠右处,这样一种结果就是通过沿特定方向改变中心位置来解决问题。变电站位置移动一旦模版的分量被确定,是否移动模版的中心位置的决定将被做出。注意,如果决定移动,移动的方向也要被决定。首先,决定模版分量的引力中心,这个决定基于如何关闭引力中心。在规则内设定一个参数供距离比较,如果距离比参数大,就决定移动,移动的方向有中心引力所在卦限决定。移动后,如果距离增大,费用将增大,但我们仍然以东个别具体电站,因为费用的增加不是因为移动个别具体电站,而是整体的移动。我们必须增大相关参数减少变电站移动的个数,即使只有一个变电站移动造成费用增加,该算法必须终止。译自《PowerEngineeringSocietySummerMeeting,2002IEEE》`77 A1.2(原文)InanurbanenvironmentengineeringsubstationlocationofdesignandconstructionRobertFletcher–MemberSnohomishCountyPUDEverett,Washington98206Abstract:PowerSystemdistributionsubstationsitingisoneofthemorecomplexoptimizationproblemsfoundinpractice.Initsmostcompleteform,theproblemreducestoanonlinearinteger-rogrammingproblem.Theproblemistodeterminetheoptimalsitingandsizingofnewdistributionsubstationsandfeedersforagivenelectricserviceareaknowingtheultimateloaddensityandlocation/sizesofexistingsubstations.Thecostfunctionincludesthecapitalcostsofnewequipment,thelossesinthenetworkandO&Mcosts.Theconstraintsrangefromloadconstraintsandvoltageconstraintstoreliabilityandsubstation/feedercapacityconstraints.Thedecisionvariablesincludeinstallation/upgradationofsubstationsaswellasaddingfeedersatdifferentvoltagelevelsand/orcapacities.Thisisahardproblemandcurrentlynoalgorithmsexisttosolveit.Thesolutionisachievedbysitingofthesubstationasacontinuousvariableusinganine-pointsubstationloadingmodelandquadraticsolver.Thispresentationdiscussesanewalgorithmfortheoptimalsitingofdistributionsubstationstodeterminethenumber,locationandsizeoffuturesubstationsandfeedercapacityand/orvoltageclass.Theproblemisformulated.Theparameters,decisionvariablesandcostfunctionsareexplained.OneofthecrucialpartsoftheproblemisthesolutionoftheI=YVsystem.Havinglaidthefoundationoftheproblem,amathematicalprogrammingformulationofthefull-blownproblemisgiven.Finally,someresultsaregivenforatypicalelectricdistributionsystemsubstationsitingoptimizationincluding3-Dgraphicalrepresentationofinitialandfinalareavoltageprofiles,andsubstationsiting/sizing.Keywords:DistributionPlanning,SubstationOptimization,ConductorSizing,LossMinimization,DistributionNetworks,DistributionExpansionPlanningBackgroundLongrangedistributionsystemplanning(20+years)dependsonknowinghowmanysubstationsshouldbeinstalledinthefutureandwheretheyshouldbelocatedandcapacityofeach.Theoverallobjectiveofapplyingthesubstationsitingoptimizationmodelwillbetoreducelongrangesystemlosses,reducetotalcapitalandO&Mrequirements,maximizesystemreliability,andminimizesubstationexpansions.Planningisalsoconcernedwithwhatkindofdistributiontopologyisbest(conductorsizes,primaryvoltages,andnumberoffeederspersubstation.)Theoptimalsolutionrepresentsthesystemwiththelowestpossibletotalannualcost.Whilesubstationsarethekeystrategicmovesplannersmakeinplanningforfutureinfrastructureneeds,substationsrepresentonlyaminorityoftotalallcost.Thegoalofthesitingsubstationsistoserveallthecustomersattheminimumoverallcost.Thesitingdecisionsaboutwhen,where,andhowtoaddsubstationcapacitiesaremadetoaccommodatelongtermdistributionsystemneedsandimpactsotherelementsofthedistributionsystem.Inparticular,thepotentialimpactthatsubstationsitinghasonfeedersystemcostisgenerallygreaterthanthesubstationcostitself.Theperformanceandeconomicsoftheoveralldistributionsystem,particularlytheinteractionofthevariouslevelsofthepowersystemformsthebasisofsystemplanning.Thetransmission,substation,andfeederlevelsmustbecompatiblydesignedifthesystemasawholeistoperformwellandbeeconomical.Studyingtheinteractionofsomanyaspectsofelectricalandeconomicperformance,amongthosethreelevels,andconsideringoneleveloveranotherinabalancedtradeoffofcost,istheessenceoflong-rangestrategicdistributionplaning.77 BenefitofsubstationsitingoptimizationTheforemostgoalofautomateddesigntoolsforlong-rangestrategicdistributionistoimprovetheplanner’sabilitytoperformthiswork:toevaluatealternativedesignanddecisionsfromtheperspectiveofthecombined,multi-leveldistributionsystem’sperformanceandcosts.Substationsitingoptimizationistheidentificationofthefuturesubstationsites,theircapacities,andexpansionschedules.Substationsitingisstrategicforthreereasons:1.Substationlocationsandloadssetthedeliveryrequirementsforthetransmissionsystem,whichhasaten-yearleadtimerequirementforconstruction.2.Substationsareexpensive(bothfinanciallyandpolitically),representingabouttwentypercentofthetotalcostofatypicalpowerdistributionsystem.3.Substationlocationsandcapacitiesdefinethesourcelocationsandconstraintsforthedistributionsystem.Theirlocationrelativetotheload,neighboringsubstationsandsurroundinggeographylargelydefinethefeedersystemcapacitiesandvoltageclass.SubstationsitingproblemSubstationplanningisaseriesofiterativesteps(i.e.,seven-yearplans).Ithasitsownuniquerules(planningcriteria,standards)andpermitsmanyalternativessuchas“buildnothingthisyear”orsplitasubstationand“buildtwosmalleronesratherthanonelargeone”or“installamobile”.Foranysystem,thereisanoptimalsubstationsize(capacity),serviceareasize,andsubstationspacingwhichdefinestheoptimallocation.Whatmakessubstationsitingdifficultisthatallelementsofadistributionconfiguration,locationofthesubstation,distributionprimaryvoltage,conductorsizes,numberoffeederspergivensubstationsizeareelastic.Similarly,thefeederssystemcanbeconstructedindifferentdegreesofcapacity,whichaffectstheoverallcost.Theplanner’sjobistodesignasetofsubstationssotheycovertheserviceterritory,leavingnogaps.Thesubstationsarelikepillarsofdifferentstrengthsandlocationsthatsupportalargeelasticplate,whichrepresentsthefeedersystem.Thecustomerloadingisplacedontopoftheplateindifferentlocationsaccordingtoultimateloaddensityandweightstheplate.Duetotheelasticnatureoftheplate,theplatewillbend.Themaximumoftheheightoftheplateisatthepeakofthesubstationpillaror1.0perunitvoltage.Thedepthofbendingrepresentsthevoltagedrop.Theplatesheermagnitudeofbendingisrelatedtothesystemloss.Theresultantdistributionweightoneachsubstationpillaristhesubstationloading.Thegoalistosizetheplatethickness(conductorsizeandprimaryvoltageclass)andlocation/sizeandnumberofsubstationpillarstoachievetheoptimalminimumcostsofsubstationinstallationsandsizes,feedercosts,andsystemlosses.Thetotalsubstationloadingcapabilitymustbeequaltoorgreaterthantheweightofthetotalload.Therehavebeendevelopedmanysubstation-sitingrulestooptimallylocateandsizesubstationsnearserviceterritoryboundariesandnaturalbarriers.Ifasubstationisnotcenteredintherighteconomiclocation,thecosttotheutilityover30yearscouldbeinthemillionsofdollarsduetolosses,addedfeederconstruction,etc.SubstationsitingmethodsThereareanumberofdifferentautomatedproceduresthathavebeenproposedforsubstationsitingandsizingsincetheadventofcomputerizedapplicationstopowersystemplanninginthelate1960”s.Manyoftheseareheuristic,andeitherinaccurateofapplicableonlyinverylimitedcircumstances.Othersemployformaloptimizationprocedures.Asurveyofresearchliteraturehasindicated,forthemostpart,theeffortstosolvetheprobleminthe70sand80shavebeenalongthelinesofsettinguptransshipmentalgorithmscoupledwithbranchandboundschemestoidentify“optimal“designs.Inmostcases,kWlosseshavebeenconsideredbyusingDCLoadFlowapproximation.Inthelate80sand90s,themethodshaveturnedtocombinatorialmethodssuchasswitchexchangemethodsforpurposesofnetworkreconfigurationandaugmentation.Suchmethodshavelinkagestotheknownnetworksimplexalgorithms.Anewalgorithmfortheoptimalsitingofsubstations77 Thesubstationssitingproblemistodeterminetheoptimalsitingandsizingofnewsubstationsandfeedersinagivenultimateservicearealoaddensity.Theloaddensitiesandlocations/sizesofexitingsubstationsareknown.Thecostfunctionincludesthecapitalcostsofnewequipment,thelossesinthenetworkandoperationandmaintenancecosts.Theconstraintsrangeformloadconstraintsandvoltageconstraintstoreliabilityandsubstation/feedercapacityconstraints.Thedecisionvariablesincludeinstallation/upgradationofsubstationsaswellasaddingfeedersatdifferentvoltageandcapacitylevels.TheParametersincludethefollowing:1.XandYcoordinates.2.Numbersoffeedersemanatingfromanygrid-point(i,j)k=0,1,2,3,4,etc.3.Substationcapacitycontingencymultiplier=1.4duringacontingencyand1.0otherwise4.Lowerboundonvoltageattheloadbusesundernormalconditions5.Lowerboundonvoltageattheloadbusesundercontingencyconditions6.Admittancematrixassociatedwithgrid(n2xn2)7.RangeSpaceassociatedwiththesubstationvariables8.NullSpaceassociatedwiththesubstationvariablesTheDecisionVariablesincludethefollowing:1.Sizeofnewlyinstalledsubstationatgridpoint(i,j)inthegrid(i.e.12.5,25,37.5,and50MVA)2.Sizeofupgradedsubstationatgridpoint(i,j,)inthegrid(noupgrade,25,37.5,and50MVA)3.Sizeofnewlyinstalledfeederassociatedwithgrid-point(i,j)4.Sizeofupgradedfeederassociatedwithgrid-point(i,j)5.Voltageclassofupgradedfeederassociatedwithgrid-point(i,j)6.Demandatgridpoint(i,j)inperunitnotation7.Voltageatgridpoint(i,j)inperunitnotation8.Currentflowingoutofgridpoint(i,j)alongfeederbranchkinperunit9.Resistanceofbranchkemergingfromgridpoint(i,j)inperunit10.Vectorofcurrentsrepresentingthesubstationbusesinperunit11.Vectorofvoltagesrepresentingthesubstationbusesinperunit(1.0perunit)12.VectorofvoltagesrepresentingtheloadbusesinperunitTheCostfunctionsincludethefollowing:1.Fixedcostsindollarsassociatedwitheachofthenewsubstationsizes2.Fixedcostsindollarsassociatedwitheachoftheupgradedsubstationsizes3.Fixedcostsindollarsassociatedwitheachofthenewfeedersizes4.Fixedcostsindollarsassociatedwitheachoftheupgradedfeedersizes5.Fixedcostsindollarsassociatedwitheachofthevoltageclassesofnewfeederssizes6.Costoflossesacrossanybranchinthegridindollars/perunit.TheConstraintsandCostsincludethefollowing:1.Integralityconstraintsincreasethecomplexityoftheproblem.Thedecisiontoinstalldifferentcapacitiesofsubstationsisconstrainedbetweenthediscretespace.Theupgradeofsubstationsisalsoapossibilityandcanonlyoccurifthesubstationcapacityisnotofthemaximumavailablecapacity.Newfeederscanbeinstalledbetweenonebusandanother.Thedecisiontoupgradethevoltageinasubstationfeederareacanbemade.Similarly,adifferentupgradedecisionneedstobetakentoreconductoraparticularfeeder.2.Currentcapacityconstraintsexistthatlimitthecurrentforeachconductororfeederbranch.3.Itisessentialthatthevoltageattheloadbusesbemaintainedwithinspecifiedboundsofnormalandcontingencyconditionlimits.Theenergylossacrossalineisproportionaltothesquareofthevoltagedropacrosstheline.4.Thecurrentflowconstraintsrepresenttheboundsoncurrentflowalonganylinkage.Thenode-nodematrix77 defineswhetheralinkexistsbetweenanytwonodes.Thecurrentflowisgivenbyvoltagedropacrossalinkdividedbytheimpedanceacrossthelink.Thevalueofcurrentmustbelessthanthatallowed.Load-FlowequationsTheloadsaremodeledasconstantcurrentandareindependentofthevoltage.AssumingaDCLoadFlowmodel,thevoltagesandcurrentsatthebusesarelinkedbytheequationI=YV,whereIandVarevectorrepresentationsofthecurrentsandvoltagesatthebusesinthegrideachofdimensionnm.Yrepresentstheadmittancematrixandisofdimensionnmbynm.Onesolvesforthecurrentsusinganinitialsystemwithallvoltagesat1perunit.Thisfirstiterationofthealgorithmisassumedtobetheactualsolutiontotheunknownvoltagesandcurrents.Theadmittancematrixforannxmgridisofdimensionnmxnm.Eachnodeinteriortothegridhaslinkageswithnodesonfoursides.Thisleadstoabandedmatrixwithsuperdiagonalandsub-diagonalofdimensionn.Itisassumedwithoutlossofgeneralitythatnislessthanm.Thecurrentataloadbusisknownandisassumedtobenumericallyequaltothepowerrequirementsatthebus.However,thecurrentatsubstationbusesisunknown.Therefore,thecurrentvectorhassomeknownentries(atloadbuses)andsomeunknownentries(atsubstationbuses)withtheremainderbeingzeros.Thecurrentvectorhaszeroeswereno-goareasforsubstations(i.e.water,parks,etc.)Theadmittancematrixforthesameno-goareashasinfiniteimpedanceforthesameareas.Thecurrentvector,representedasI,canbeseparatedintoitsknownandunknownentriesusingI,whereIhascurrentvectorcorrespondingtotheunknownentries.Finally,VrepresentsthevoltagesassociatedwiththebuseswithVrepresentingthevectorwithknownvoltages(athesubstationbuses)andothervoltagesatzero.ThiscanbecalculatedbytakingaproductofITwithV.ThestructureoftheadmittancematrixYisofsignificantimportance.Itisofdimensionmnxmnandbandsizeisgivenbyn.Thematrixistri-diagonalplusasuper-diagonal,sub-diagonalandverysparseaswell.ThisallowsforeaseofLUfactorization.ProblemFormulationTheobjectivefunctionofthesubstationproblemisasumofthecostsofaddition/upgradeofsubstationsandfeedersaswellasthetotalcostoflosses.ThefirstconstraintspecifiestheunknownvoltagesandcurrentsusingtheI=YVsystem.Thesecondconstraintissettingallsubstationvoltagesat1.0perunit.Thethirdconstraintisthevoltage-independentDCLoadFlowmodel,whichhasupperandlowerboundsonloadvoltagesduringnormalandcontingencyconditions.Thesubstationcurrentsarenon-negative,asarethevoltagesattheloadbuses.Thedecisionvariablesassociatedwithdecisionstoinstall/upgradesubstations/feedersarediscreteinnature.FeaturesofthealgorithmThesolutionoftheproblemasformulatedisintractable.Theproblemisnottheclassicmixed-integerproblem.Insuchproblems,integerordiscretevariablesariseinmuchthesamewayascontinuousvariables.Herewehavesomethingquitedifferent.Thedecisiontoplaceasubstationatanodeimpactsthedefinitionoftheconstraints.Inthestandardproblem,theconstraintfunctionwouldstaythesamewhileitsvaluewouldchange.Onecouldformulatetheproblemtohavethischaracteristicbutitwouldrequireeverypossibleconfigurationofconstraintsbeingincludedandthisisastronomicallylargeiftherewasonlyoneconstraint(around25millionconstraints).Westartbyadoptingsomesimplifications.Weassumeonlyonesizeofsubstationandfixedimpedanceataparticularvoltage.Nextwecanembellishthealgorithmtoincludeaweakenedsetofassumptions.Adifficultyofanydiscreteproblemisthecombinatorialnatureofmostdirectalgorithms.Ifonevariableisinsertedatatime,thenumberofpossiblechangesgrowexponentiallyinthenumberofdiscretevariables.Whatbreakstheexponentialgripistobeabletoadjustthevariablessimultaneously.Ordinarily,thisisnotpossiblebecausetheconsequenceofchangingmorethanonevariablearedifficulttopredict.Whatwehavedoneistoformulatetheproblemsothatthisispossible.Notethatchangingallvariablesisstandardpracticeforcontinuousvariables.Thetaskishowtoformulatetheproblemsothesitingofthesubstationisacontinuousvariable.Thewaytoachievethisistoconsiderasubstationtobedistributedoverseveraladjacentnodes.Thevariablesarethentheproportionofthesubstationsitingateachnode.Nine-pointSubstationLoadingStencil77 Itmaybenotedthatthemovementofasubstationacrossadiscretegridisinherentlyadiscreteoptimizationproblem.Moreoverthecostfunctionisnotdifferentiableacrossthegrid.Toovercomethisdifficulty,weshallworkwithanine-pointstencilthatcontainsthe“portions”ofthesubstationsateachpointofthestencil.Inotherwords,insteadofplacingasubstationatparticularpoint,itisdistributedaroundthatpoint.Suchamodificationdoesnotaffectthecapitalcostsincethesumoftheportionsacrossallnine-pointswillbeunity.Moreover,theoptimalsolutionwillcontaintheoptimalportionsofthesubstationsinsuchastencil.Sincetheinitialcenterhasbeenchosenatsomefeasiblebutnotnecessarilyoptimalpoint,itisquiteconceivablethattheportionswillbeweightedtowardsadirectionthatthecentershouldbemovingin.Forinstance,ifthecenterisplacedinthetoplefthandcornerofasquaregridandtheloadingisallinthecenterofthegrid,thestencilwillhavealltheloadingtowardsitsbottomrighthandcorner.Sucharesultwillmotivateresolvingtheproblembymovingthecenterinaparticulardirectionasaresultofthesubstationloadingfromthepreviousiteration.MovementofaSubstationOncetheweightsofthestencilhavebeendetermined,adecisionofwhethertomovethecenterofthestencilneedstobemade.Notethatifthedecisionistomove,thenadecisionhastobemadeastowhere.Firstthecenterofgravityoftheweightsofthestencilaredetermined.Thisdecisionisbasedonhowclosethecenterofgravityistothestencilcenter.Aparameterissetwithinthecodetowhichthedistanceiscompared.Ifthedistanceisgreaterthantheparameter,adecisiontomoveismade.Wheretomoveisdecidedbytheoctantinwhichthecenterofgravitylies.Thereeightpossiblechoices.Thecenterofthestencilischosentobeintheoctantinwhichthecenterofgravitylies.Theparametertowhichthedistanceofthecenterofthestenciltothecenterofgravityiscompared,isincreasedifafterthecenterismoved,costsincrease.Wemaystillmoveanindividualsubstationsincetheincreaseincostsinnotduetoaspecificsubstationbeingmovedbutthetotalityofmoves.Byincreasing,therelevantparameter,wemusteventuallyreducethenumberofsubstationswemove,andeventuallyifevenonemovingincreasesthecosts,thealgorithmmustterminate.Reference:Willis,L.H.“PowerDistributionPlanningReferenceBook”ABBPowerT&DCompanyInc.Cary,NorthCarolina,PublishedbyMarcelDekker,Inc.,1997Additionalreferences,substationsolutiontrajectories,andtypicalexamplesofsubstationsitingoptimization3-Dresultswillbeavailableattimeofpresentation.77 附录2:计算书A2.1短路电流计算1.短路电流计算涉及公式及电抗标幺值计算系统电抗计算选;线路电抗变压器电抗系统S1、S2的等效电抗标幺值线路的等效电抗标幺值变压器的等效电抗标幺值77 1.110kV母线短路计算化简网络如下:图A2.1网络化简图1等效转换后电路如下:图A2.2网络化简图277 化简为图A2.3网络化简图3Y→Δ转换后电路如下:图A2.4网络化简图4Δ→Y转换后电路如下:77 图A2.5网络化简图5Y→Δ转换后电路如下图A2.5网络化简图577 求计算电抗系统S1:系统S2:求短路点短路电流有名值系统S1:系统S2:k1短路点的总短路电流有名值:K1短路点的短路电流冲击值:1.35kV母线短路计算化简网络如下77 图A2.135kV网络化简图1进一步化简如下图A2.235kV网络化简图2Y→Δ转换后如下77 图A2.335kV网络化简图3求计算电抗查短路电流运算曲线数字表求短路电流标幺值系统S1:系统S2:求短路点短路电流有名值系统S1:系统S2:K1短路点的总短路电流有名值:K1短路点的短路电流冲击值:77 1.10kV母线短路计算化简网络如下:图A2.410kV网络化简图1进一步化简如下图A2.510kV网络化简图2并列运行:Y→Δ转换后如下77 图A2.610kV网络化简图3求计算电抗查短路电流运算曲线数字表求短路电流标幺值系统S1:求短路点短路电流有名值系统S1:系统S2:K1短路点的总短路电流有名值:K1短路点的短路电流冲击值:77 A2.2电气设备选择计算1.110kV侧设备选择1)110kV主母线110kV主母线属于汇流母线,因此采用长期发热允许电流(最大持续工作电流)来确定导体截面。(其中K==)经查型号表,可选用LGJ-400/35型的钢芯铝绞线,载流量为879A,截面积为校验:(1)校验电晕电压:110kV母线LGJ—70以上不用校验电晕电压。(2)热稳定校验:在最高允许温度80℃以下取C取83,在导体校验中一律取短路计算时间=0.2s短路电流热效应,将已知短路电流值代入采用最小截面法校验:短路热稳定满足要求。2)110kV主变引下线选择按经济电流密度选择导线截面:查表选择LGJ-300/40,载流量为746A,截面积为338.99mm2热稳定校验:3)110kV断路器和隔离开关选择77 最大持续工作电流为Imax=173A,后备保护动作的时间为4.1s,由短路计算结果可知:,因为,不计非周期分量,则冲击电流根据以上数据,选择LW14-110型高压断路器和GW5-110W户外型隔离开关,将其技术数据与计算数据列表比较如下:表A2.1数据比较表项目计算数据LW6-110GW5-110WUN/kV110110110Imax/A59331501250I〞(INbr)/kA2.63931.5 іsh(iNcl)/kA6.72931.5 Qk/(kA)2s28.5575001000іsh/kA6.27912550由表可知各项条件均能满足要求,故所选型号合格。1)电流互感器的选择用于主变进线的电流互感器:选择LCWB4—110型电流互感器,其参数如下:表A2.2型号参数表电流互感器型号额定电流比1S热稳定倍数动稳定倍数LCWB4—110100-1000/575135校验:i.动稳定校验条件:满足动稳要求ii.热稳定校验:满足热稳定要求用于母线的电流互感器选择和校验原理同上,过程略。选择LCWB4—110,电流比1000/5A2.35kV侧设备选择1)35kV主母线选择77 35kV主母线属于汇流母线,因此采用长期发热允许电流(最大持续工作电流)来确定导体截面。(其中K==)经查型号表,可选用LGJ-400/35型的钢芯铝绞线,载流量为879A,截面积为425.24mm2校验:(1)热稳定校验:在最高允许温度80℃以下取C取83,在导体校验中一律取短路计算时间=0.2s短路电流热效应,将已知短路电流值代入采用最小截面法校验:短路热稳定满足要求。主变引下线选择与母线选择一样LGJ-400/35型的钢芯铝绞线1)35kV断路器和隔离开关选择最大持续工作电流为Imax=545A,后备保护动作的时间为4.1s,由短路计算结果可知:,因为,不计非周期分量,则冲击电流根据以上数据,选择LW8-35型高压断路器GW5-35II户外型隔离开关,将其技术数据与计算数据列表比较如下:77 表A2.3数据比较表项目计算数据LW8-35GW5-35IIUN/kV353535Imax/A5451600630I〞(INbr)/kA4.39725 іsh(iNcl)/kA11.16763 Qk/(kA)2s79.1318751200іsh/kA11.16763100由表可知各项条件均能满足要求,故所选型号合格。负荷出线选择型号为LW8-35和GW5-35(以最大负荷计算过程略),或者选用LW38-40.5(G)-CJ高架型瓷柱式户外交流高压六氟化硫断路器,可用来分、合额定电流和故障电流,投切电容组、转换线路,尤其适合频繁操作,也可作为联络断路器使用,断路器可带LR-40.5内置电流互感器,每台电流互感器可提供多小只,在本设计中的35kV平面布置中采用内置电流互感器的平面布置。1)电流互感器的选择用于主变进线的电流互感器:Imax=545A选择LCW-35型电流互感器,其参数如下:表A2.4型号参数表电流互感器型号额定电流比1S热稳定倍数动稳定倍数LCW-3515-1000/565100校验:(1)动稳定校验条件:满足动稳定要求(2)热稳定校验:满足热稳要求用于母线的电流互感器选择和校验原理同上,过程略。选择LCW—35,电流比1000/5A2.10kV侧电气选择1)10kV主母线的选择选择:(其中K==)经查表,可选用2×(LMY-100×10),载流量为2613A,校验合格过程略。2)断路器与隔离开关选择:77 最大持续工作电流为Imax=1909A,后备保护动作的时间为4.1s,由短路计算结果可知:,因为,不计非周期分量,则冲击电流10kV侧采用开关柜JYN2-10,根据以上数据选择ZN12-10型高压断路器GN2-10G户内型隔离开关,将其技术数据与计算数据列表比较如下:表A2.5数据比较表项目计算数据ZN12-10GN2-10GUN/kV101010Imax/A190920002000I〞(INbr)/kA5.40840 іsh(iNcl)/kA13.79100 Qk/(kA)2s119.975006400іsh/kA13.79100100由表可知各项条件均能满足要求,故所选型号合格。出线根据负荷的大小具体选择,这里不再叙述计算,选择负荷最大时为ZN5-10和GN19-10。电流互感器的选择:用于主变进线的电流互感器:Imax=1909A选择LMZJ1-10型电流互感器,经校验满足要求。用于负荷出线选择LAJ-10经校验合格4.支柱绝缘子和穿墙套管的选择110kV支柱绝缘子的选择选择ZS-110/400=3920NH=1060mm=169.78N=H+b+h/2=1060+12+15=1087mm=116.97*1087/1060=174.10N<0.6=3252N满足要求35kV支柱绝缘子的选择选择ZL-35/800=7840NH=420mm77 =90.72N=H+b+h/2=420+12+15=447mm=90.72*447/420=96.56N<0.6=4704N满足要求10kV支柱绝缘子的选择选择ZB-10Y=7350NH=215mm=149.72N=H+b+h/2=215+12+15=242mm=168.53N<0.6满足要求户外选择高一级ZS-20/8型10kV穿墙套管的选择选择CWL-10/2000L=600mm=7840N=155.23<=800满足热稳定要求=112.30N<0.6满足动稳定要求5防雷计算根据本所的总平面布置方式,则避雷针的安装在变电所的四角,高度为30m,电气总平面布置如附图所示。其保护范围的计算如下:在本所设计中,选择母线架构hx=7m,主变引下线hx=10m。总平面布置东西方向D=60m,南北方向D=60。1.单根避雷针的保护范围母线架构hx=7m∵hx<∴rx=1.5h-2hx=1.5×30-2×7=31m主变引下线hx=10m∵hx<∴rx=1.5h-2hx=1.5×30-2×10=25m2.避雷针1、2的联合保护D=60m母线架构hx=7m77 主变引下线hx=10m2.避雷针1、3的联合保护D=84.84mm母线架构hx=7mm主变引下线hx=10mm根据以上的计算,则可得四个避雷针的综合保护范围。由计算可知,满足保护整个变电所的要求。77'