【毕业设计】110kv xx水泥厂变电站设计

'xxx：110kVxx水泥厂变电站设计XXXX学院毕业设计（论文）110kVXX水泥厂变电站设计学生：XXX学号：XXXXXXXXXXX专业：XXXXXXXXX班级：XXXXXX指导教师：XXXXXXXX自动化与电子信息学院二O一一年六月 xxx：110kVxx水泥厂变电站设计摘要本设计针对YW水泥厂110kV变电所工程。按照变电站设计规范和电力设计手册。以原始资料和生产实际为依据，以变电站按最佳方式运行为基础，在充分考虑工厂未来发展的前提下，通过实际计算，进行了电气设备选择，主接线设计，继电保护设计，完成了总体电气部分的设计工作，达到设计要求。关键词：一次部分；变电所；变压器；电气设备 xxx：110kVxx水泥厂变电站设计ABSTRACTThedesignisinaccordancewiththedesigningstandardoftransformersubstationandthedesigningpamphletofelectricpower,aimingatthepowertransformationof110kVinYWCementPlant.Itisalsoonthebaseoforiginalreferenceandthepracticalproduce,adoptingthebestmethodofoperationoftransformersubstation.Underthepreconditionofsufficientconsideringthedevelopmentoftheplant’sfuture,thisdesignconsistsofaseriesofprocessing,suchaspracticalcalculation,selectionofelectricdevices,designofMaincircuitwiringandprotectionofrelay.Finally,therequirementofdesigningisachieved. Keywords:majorsystem;transformer;substation;electricityequipments xxx：110kVxx水泥厂变电站设计目录摘要IABSTRACTII引言-1-第1章变电站负荷统计和无功补偿-2-1.1变电所分类-2-1.2变电所设计要求-2-1.2变电站的负荷统计-2-1.2.1负荷统计的目的-2-1.2.2水泥厂主要生产工艺流程-2-1.2.3主要设备及其负荷计算-3-1.2.4主变压器的选择-5-1.2无功补偿-6-1.2.1无功补偿的目的-6-1.2.2无功补偿的计算-6-第2章短路电流的计算-8-2.1短路电流的计算-8-2.2各点的短路电流-8-第3章电气设备的选择及其校验-12-3.1设备选择的原则-12-3.2设备校验原则-13-3.3导线和电缆的选择-13-3.4断路器及隔离开关的选择-14-3.4.1110kV断路器选择-14-3.4.210kV段断路器及隔离开关选择-17-3.5互感器的选择-19-3.5.1110kV段互感器选择-19-3.5.210kV段互感器选择-20-3.6电气主接线的基本要求-21- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计3.7主接线的基本接线形式-21-第4章继电保护与防雷设计-24-4.1继电保护的作用和基本任务-24-4.1.1继电保护的作用-24-4.1.2继电保护的基本任务-24-4.2过电压保护和接地保护-24-4.2.1过电压保护-24-4.2.2过电压的类型-24-4.2.3接地保护概述-25-4.2.4中性点接地原则-25-4.2.5中性点接地方式-26-4.3雷电过电压保护-26-4.4本站接地保护设计-27-4.5主变压器及线路的整定计算-28-结束语-29-致谢-30-参考文献-31-附录-33-附图主接线图-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计引言设计的主要内容就是进行YW水泥厂的一次供电设计。在确定主接线方案的同时，对变电所的电气设备进行了选择，并对其进行了校验，短路电流的计算，断路器及其隔离开关的选择。针对线路、变压器等介绍了其保护方法，其中介绍了过电压保护、雷电过电压保护和接地保护，接地保护采用中性点接地方式。当前，能源严重短缺，合理用电、节约用电的迫切性和必要性已为人们所认识。电力工业在国民经济中的作用已为人所共知：它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大地影响人民的物质与文化生活水平的提高，影响整个社会的进步。限于本人水平，设计中错漏难免，敬请老师们批评指正，本人不胜感激！-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计第1章变电站负荷统计和无功补偿1.1变电所分类变电所除了可以简单的分为升压变电所和降压变电所外，还可按照设备的布置地点分为户内变电所和户外变电所、箱式变电所和地下变电所等。如果按容量和重要性还可以分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。枢纽变电所一般容量较大，处于联系电力网各部分的中枢位置，地位重要。中间变电所一般处于电厂与负荷中间，从这里可转供一部分负荷。终端变电所基本上都是降压变电所，只负责供应一个局部和某些用户而不承担功率的转送[1]。1.2变电所设计要求变电所作为整个电力系统不可或缺的一环，其设计要求当然也是非常严格的。第一，变压器的选择，必须根据负荷大小、类型与系统容量来初步选定变压等级数量，其中还必须考虑外界环境、负荷裕量、扩建等来最终确定变压器的型号。第二，主接线的设计，主接线设计至关重要，主接线是将大系统、变电所与负荷连接起来的纽带，合理的设计不仅可以节省投资，而且便于运行与维护，提高供电的可靠性。第三，主要电气元件选择，变电所除了变压器、主接线外，一般还要有断路器、隔离开关、互感器、避雷器等元器件，对它们的选择也是非常重要的。第四，各种保护，变电所要安全可靠的运行，各种各样的保护必不可少。其中还有各种其他要求，比如：配电装置、图纸设计、所址选择等等[1]。1.2变电站的负荷统计1.2.1负荷统计的目的进行企业电力负荷计算的主要目的就是为正确选择企业各级变电站的变压器容量、各种电气设备以及供电网络所用导线等提供科学的依据[2]。1.2.2水泥厂主要生产工艺流程主要生产流程为：石灰石破碎及储存→粘土、铁粉储存→原煤的储存→生料制备→生料均化→烧成系统(①生料的烘干与脱水②碳酸盐分解；③固相反应；④熟料的烧成）→煤粉制备及输送→熟料储存水泥粉磨→水泥储存、散装与包装-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计1.2.3主要设备及其负荷计算表1-1各车间负荷车间变配电所负荷（kW）水泥粉磨及水泥库顶电力变配电室880窑头电力配电室970水泥烧成电力配电室640生料粉磨及矿山电力配电室1230计算公式：有功功率：（1-1）无功功率：（1-2）视在功率：（1-3）电流：（1-4）(1)泥粉磨及水泥库顶电力室　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)窑头电力配电室-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计(3)水泥烧成电力配电室(4)生料粉磨及矿山电力配电室-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计表1-2车间负荷计算结果序号车间名称1水泥粉磨及库顶电力室7045288801336.982窑头电力配电室7765829701473.763水泥烧成电力配电室512384640972.384生料粉磨及矿山电力配电室98473812301868.791.2.4主变压器的选择主变压器的选择原则：主变压器的容量应根据水泥厂5-10年的发展扩建规划进行选择，并适当考虑到远期10～20年的负荷发展。同时还应该考虑变压器遇到事故时的过负荷能力，对装两台变压器的变电所[3]。变压器单独运行是应该满足的条件：Sn=0.6S(1-5)(1-6)式中S为变电所最大负荷，S1+2为全部的一、二级负荷。对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的60～70%。这样，当其中一台变压器停用时，可以保证负荷60%的供电。考虑变压器的事故过负荷能力，则可保证负荷84%的供电。由于一般电网变电所大约有25%的非重要负荷，因此，采用Sn=0.6Pm，对变电所保证重要负荷来说多数是可行的，能满足一、二级负荷的供电需求。一般情况下采用三相式变压器，具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15%Sn以上时，可采用三绕组变压器。其中，当高压电网为110～220kV，而低压电网为10kV时，由于负荷较大，最大和最小运行方式下电压变化也较大，故采用带负荷调压的三绕组变压器。目前限制低压侧短路电流措施，一般采用高阻抗变压器，且根据110kV系统短路水平(不超过30kA)。经过推算，10kV短路电流(不超过30kA)。所选开关柜等电气设备均可满足要求(10kV不并列)。故本次设计采用高阻抗主变压器。本次设计结合实际运行经验，要求主变压器本体油枕由原A相移至C相。这样有利于主变压器中性点接地隔离开关连接安装，且操作检修方便。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计根据总负荷S=3563.816(kVA),选择对装两台三相自冷双绕组有载调压电力变压器SFZ10-6300/110型[4]。1.2无功补偿1.2.1无功补偿的目的无功功率补偿装置在电子供电系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。1.2.2无功补偿的计算1.自然平均功率因数负荷的有功功率：=633.6+698.4+460.8+885.6+7.02+7.99+5.28+9.51=2708.2kW负荷的无功功率：=501.6+552.9+364.8+701.1+33.54+42.16+22.6+44.8=2263.5kVar平均功率因数,取an=0.75，βn=0.8=0.75提高到=0.9（1-7）2.补偿容量补偿容量：（1-8）-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计=0.75×2708.2×0.40=812.46kVar那么（1-9）考虑到三相均衡分配，所以取n=18，每相6并联，这时并联电容器的实际补偿容量为：3.补偿后功率因数补偿后的功率因数计算如下：选择BWF10.5-50-1W此为十二烷基苯浸泽，薄膜与纸复合介质，额定电压为10.5kV，额定容量50kvar，单相，户外。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计第2章短路电流的计算2.1短路电流的计算图2.1网络示意图2.2各点的短路电流短路电流的计算常采用近似标么值计算。取=100MW，各级基准电压为平均额定电压。本变电站由资阳董家湾变电站供电，架空线约为L=80km。基准电流:(2-1)==0.502kA(2-2)架空线：(2-3)-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计两对装变压器:(2-4)1.K点短路电流:(2-5)==2.08kA2.K0点短路电流K0点总电抗:=(2-6)=1.04K0点短路电流:(2-7)次暂态短路电流:(2-8)瞬时短路冲击电流有效值:(2-9)-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计根据主变压器和个配电室设置的位置可以估算出所需电缆长度，生料粉磨及矿山电力配电室变电缆250m,窑头电力配电室变电缆200m，水泥烧成电力配电室变电缆100m，水泥粉磨及库顶电力室变电缆150m。3.K1点的短路电流：K1点的总电抗：(2-10)==1.058K1点短路电流:(2-11)4.K2点短路电流：K2点的总电抗：(2-12)=0.2=1.054K2点短路电流：（2-13）5.K3点的电流：K3点的总电抗：（2-14）=0.1-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计=1.047K3点短路电流：（2-15）6.K4点短路电流：K4点的总电抗：（2-16）=0.15=1.05K4点短路电流：（2-17）表2-1短路电流计算结果表短路点K（kA）2.085.285.25.225.265.24-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计第3章电气设备的选择及其校验3.1设备选择的原则为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有：按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择[5]。(1)额定电压高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最高运行电压。一般电气设备允许的最高工作电压可达1.1~1.15UN，而实际电网的最高运行电压Usm一般不超过1.1UNs，因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即(3-1)(2)额定电流电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即(3-2)(3)环境条件对设备选择的影响当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆水度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施[6]。（4）短路电流计算条件为使所选电气设备具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定时期内适应电力系统发展的需要，作校验用的短路电流应按下列条件确定。1.容量和接线按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划(一般为本工程建成后5~10年)；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常接线方式，但不考虑在切换过程中可能短时并列的接线方式(如切换厂用变压器时的并列)。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计2.短路种类一般按三相短路验算，若其它种类短路较三相短路严重时，则应按最严重的情况验算。3.计算短路点选择通过电器的短路电流为最大的那些点为短路计算点。3.2设备校验原则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短路严重时，则应按严重情况校验。2.用熔断器保护的电器可不算验热稳定。当熔断器有限流作用时，可不算验动稳定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不算验动、热稳定。(1)热稳定校验短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定条件。≥(3-3)式中：—短路电流产生的热效应—电气设备允许通过的热稳定的电流和时间(2)动稳定校验电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为：≥(3-4)式中：—短路冲击电流幅值—电气设备允许通过的动稳定电流最大值[7]3.3导线和电缆的选择导线和电缆的选择是工业企业供电网络设计中的一个重要组成部分，因为它们是构成供电网络的主要元件，电能必须靠它们输送分配。在选择导线和电缆型号和截面时，既要保证工业企业供电的安全可靠，有要充分利用导线和电缆的负载能力。因此，正确选择导线和电缆型号和截面，节约有色金属，是有重要意义的。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面时必须满足下列条件:1.发热条件导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。应充分利用导线或电缆的负荷能力,此时应按导线或电缆的允许载流量来选择其截面。2.电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。3.经济电流密度35kV及以上的高压线路及电压在35kV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10kV及以下线路，通常不按此原则选择。4.机械强度导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。根据设计经验，一般10kV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。对长距离大电流及35kV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。对于本设计来说，我们是110kV架空进线，地质及水文条件:根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8-5.3米。地耐压力为20吨/平方米。土壤中0.7-1米深处一年中最热月平均温度为20℃,所以在厂内我们一律采用电抗值为0.08的电缆线[8]。3.4断路器及隔离开关的选择-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计3.4.1110kV断路器选择本设计110kV段选选用户内VZF10B-126型六氟化硫全封闭组合电器(GIS)。1.划时代的小型化：缩小形GIS的体积，仅仅是通常用的偏相式GIS的40%。2.体积最小，重量轻，抗地震。3.开断能力强：断路器采用自能灭弧原理，具有很高的短路开断和关合能力，开合线路充电电流无重燃和重击穿现象，电寿命达到16次。4.没有危险的操作过电压：由于SF6气体对小电流电弧的特殊性能，可把操作过电压限制到最低。在截断架空线或电缆的充电电流时，既不会产生电弧重燃，也不会产生一次游离，并且在切断变压器的励磁电流时，观察到的最大过电压倍数不超过2.5p.U。5.绝缘水平高：产品绝缘结构设计合理，所用的绝缘件都经严格的质量检验，整体耐受电压水平超过国际和IEC标准的要求，绝缘稳定可靠。由于结构内充SF6气体，无氧状态下不会造成导体接头的劣化，SF6气体消耗可忽略不计，触头的耐久性高，所以显著地延长了灭弧室的维修周期。6.可靠性能高：由于带电部分被封闭于充有SF6气体的金属容器中，其可以完全避免由于化学烟雾以及某些盐类沉积物的玷污。经长期使用后，仍可保持高度的可靠性。7.安全性高：由于所有的带电部分均密封于接地的金属容器内，所以不必担心电击的危险。SF6气体起绝缘，不燃的作用，是一种五毒无味的惰性气体，对人、蓄无害。8.噪音低：因为是金属容器完全封闭的构造，开闭的动作声音不会外传，所以是噪音很低的装置。9.避雷器：采用了ZnO元素的无间隙避雷器。由于采用了无间隙结构，整个结构不仅简单，小型化而且性能非常优良。在其工作过程中不会产生电弧，其性能不受大气压的影响。是一种优良的具有高度可靠性的避雷器。10.隔离开关与接地开关：隔离开关与接地开关具有线性的简单结构。三相一个操动机构，人力操作或动力操作可用于各种控制。当需要快速启动操作时，它能够开闭励磁电流，环电流等等。　　　　　11.-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计贯通形电流互感器、电压互感器：采用单相电磁式电压互感器。有两种情况：一种是将电流互感器设置在电缆一侧，和设置在金属容器内这两种情况[9]。表3-1GIS组合电器技术参数设备型号额定电压（kV）额定电流(kA)1.5秒开断电流(kA)极限峰值电流(kA)断路器LWG2-126126125031.540FDS快速隔离开关：（线路侧）120-GRE-20C126125031.540FES快速接地刀闸：（线路侧）120-GRE126125031.540ES接地刀闸：(开关侧)120-GRE126125031.540DS隔离刀闸：(开关侧)120-GR-20C126125031.540(1)断路器校验110kV母线分段断路器，110kV侧所有出线断路器和主变压器进线断路器。变压器最大工作电流：=30.12A=110×1.05=115kV=2.55=2.55×2.08≈5.304kA所有，断路器选LWG2—126型。其参数=126KV＞=115kV=1250＞=30.12A动稳定校验：=40KA＞=5.304kA热稳定校验：=31.52×1.5＞=5.3042×2.5各项均满足要求。(2)隔离开关选择-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计其参数=126KV＞=115kV=1250＞=30.12A动稳定校验：=40KA＞=5.304kA热稳定校验：=31.52×2＞=5.3042×2.5所以，各项均满足要求。3.4.210kV段断路器及隔离开关选择1.10kV段断路器选择表3-210kV真空断路器技术参数型号ZN63A-12/630额定电压（kV）12额定频率(Hz)501min工频耐压(kV)42（极间，对地）48（断口）额定雷电冲击耐压(kV)475（极间，对地）85（断口）额定电流(A)6302秒额定短路开断电流(kA)额定热稳定电流（有效值）(kA)25额定短路关合电流（峰值）(kA)额定动稳定电流（峰值）(kA)5010kV段选择ZN63A（VS1）-12型系列真空断路器。(1)10kV母线分段断路器及出线断路器：=363.7A=10×1.05=10.5kV=2.55×5.28=13.464kA所以，10kV母线分段断路器及出线断路器均选用ZN63A—12/630—25。其参数：=12KV＞=10.5kV=630＞=363.7A动稳定校验：=50kA＞=13.464kA-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计热稳定校:=252×2＞=13.4642×2.5各项均满足要求。(2)10kV水泥粉磨及水泥库顶电力变配电室主变压器进线断路器：=10×1.05=10.5kV=2.55×5.2=13.26kA所以，10kV各出线断路器均选用ZN63A—12/630—25。同理，配窑头电力配电室、水泥烧成电力配电室、生料粉磨及矿山电力配电室变进线断路器选均选用ZN63A—12/630—25。2.隔离开关选择隔离开关选择GN19—10Q系列户内高压隔离开关。10KV母联隔离开关及配变变压器进线隔离开关相同，选择GN19-10Q/630-20型。其校验方法同断路器校验。表3-3隔离开关技术参数开关型号额定电压（kV）最大工作电压（kV）额定电流（A）动稳定电流kA（峰值）2秒热稳定电流kA（峰值）GN19-10Q/630-201011.5630502010kV户内高压接地刀选择JN15-12/31.5-210型。表3-4接地开关技术参数产品型号与规格额定电压（kV）4S热稳定电流（kA）动稳定电流(峰值)（kA）关合电流(峰值)（kA）额定绝缘平（kV）极间中距（mm）JN15-12/31.5-2101231.5808042/7521010kV母线分段隔离开关及出线隔离开关:=363.7A=10×1.05=10.5kV=2.55×5.28=13.464kA所以，10kV母线分段隔离开关及出线隔离开关均选用JN15-12/31.5-210型。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计其参数=11.5KV＞=10.5kV=630＞=363.7A动稳定校验：=50KA＞=13.464kA热稳定校验：=202×2＞=13.4642×2.5各项满足条件。3.5互感器的选择3.5.1110kV段互感器选择1.电流互感器选择(1)110kV母线分段CT根据Ig、Ug选组合电器B·S1EC441型（GIS）50/5A，为135，为75；Iee=50A＞I=33.1A动稳校验：=1.414×0.05×135=9.54kA＞＝kA式中为电压互感器一次额定电流，为电压互感器动稳定倍数，为短路冲击电流。热稳校验：（0.05×75）2×1=14.1kA2.S=2.082×2.5=9.1kA2.S＜(3-5)式中为电压互感器的一次额定电流的热稳定倍数，为电压互感器一次额定电流。所以，此选择符合要求。(2)110kV主变进线CT根据Ig、Ug选组合电器B·S1EC441型（GIS）50/5A。验证同上，动稳校验和热稳校验都符合要求。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计(3)110kV主变出线CT=363.7A选LZZBJ12—10/500A，电流比：500/5，为135，为75。Iee=500A＞I=363.7A动稳校验：=1.414×0.5×135=95.445KA＞=13.464kA热稳校验：=（0.5×75）2×1=1406.25kA2.S=5.282×2.1=58.55kA2.S＜(3-6)所以，此选择符合要求。2.电压互感器选择JSQX8-110HA1，准确级：0.2/3P,六氟化硫额定值:0.4MVA。由于本设计主要涉及一次部分，所以电压互感器选用110kV通用型，如果二次部分容量不够可另行选择[10]。3.5.210kV段互感器选择1.电流互感器选择(1)10kV段进线CT，水泥粉磨及水泥库顶电力变配电室、窑头电力配电室配变选择LFZB-10，电流变比75/5,次级组合：0.5/BIee=75A＞=72.17A所以，同上，经热稳校验符合要求。(2)10kV水泥粉磨及水泥库顶电力变配电室、窑头电力配电室配变出线CT。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计选LZZBJ12—10/3000A，电流变比：3000/5，次级组合：0.2/0.5/10p15I=3000A＞=1804A所以，同上，热稳校验符合要求。(3)10kV段进线CT水泥烧成电力配电室配变选择LFZB-10，电流变比75/5,次级组合：0.5/BIee=75A＞=57.73A所以，同上，经热稳校验符合要求。(4)10kV段进线CT生料粉磨及矿山电力配电室配变选择LFZB-10X，电流变比100/5,次级组合：0.5/BIee=100A＞=92.37A所以，同上，经热稳校验符合要求。2.电压互感器选择JDZXF1-10，准确级：0.2/6P，最大容量：500kVA。满足全厂设计要求。3.6电气主接线的基本要求电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。电气主接线设计的基本要求有三点：可靠性、灵活性、经济性。3.7主接线的基本接线形式-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计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，以电源和出线为主体。由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样，因而为便于电能的汇集与分配，在进出线数较多时（一般超过4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建，而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使开关电器较少，配电装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂或变电站[11]。有汇流母线的接线形式概括地可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。下面对最适合本设计的两种接线形式的优缺点以及适用范围作以简介。单母线分段接线：分段的数目，取决于电源数量和容量。段数分得越多，故障时停电范围越小，但使用的分段断路器的数量也就越多，且配电装置和运行也就越复杂，通常2到3段为宜。但由于该接线当进出线较多或需对重要负荷采用两条出线供电时，增加了出线数目，且常使架空线交叉跨越，使整个母线系统可靠性收到限制。适用于：小容量发电厂的发电厂电压配电装置，一般每段母线上所接发电容量为12MW左右，每段母线上出线不多于5回；变电站有两台主变压的6-10kV配电装置；35-63kV配电装置出线4-8回；110-220kV配电装置出线3-4回[11]。图3.1单母接线图-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计双母线接线：供电可靠、调度灵活、扩建方便，但与单母线接线相比，投资有所增加。适用于：进出线回数较多、容量较大、出线带电抗器的6-10kV配电装置；35-60kV出现数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110kV出现数为6回及以上时；220kV出现数为4回及以上时[11]。图3.2单母线分段接线本设计的两个电压等级分别为110kV和10kV。110kV主变电所有两台变压器，出线数为4回。且工厂属于二级负荷，对可靠性要求较高。因此主接线形式在单母线分段接线和双母线接线之间进行对比选择。由于二者的可靠性与灵活性都较高，因此主要对经济性进行对比，在相同进出线的情况下，单母线分段接线的断路器和隔离开关数量少于双母线接线，因此本设计的主接线方式选择单母线分段接线形式,如图3.2所示。主接线见附录中的附图。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计第4章继电保护与防雷设计4.1继电保护的作用和基本任务4.1.1继电保护的作用当电网或电力设备发生故障，或出现影响安全运行的异常情况时，自动切除故常设备和消除异常情况的技术与装备，其特点是动作快，其性质是非调节性的。电力系统中的发电机、变压器、输电线路母线以及用电设备，一旦发生故障，迅速而有选择地切除故障设备，是保证电力系统安全运行最有效的方法之一。切出故障的时间通常要求短到十几毫秒至几百毫秒。实践证明，只有在每个电气元件上装设继电保护装置，才有可能完成这个任务[12]。4.1.2继电保护的基本任务电力系统继电保护的基本任务有以下两点：（1）自动、迅速、有效地将故障元件从电力系统中切除，以免故障元件继续遭到损坏，又保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。（2）反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出信号或跳闸。此时一般不要求迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免短暂的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动。4.2过电压保护和接地保护4.2.1过电压保护在电力系统中，各种电压等级的输配电线路、发电机、变压器以及开关设备等。正常运行状态下只承受其额定电压的作用，但在异常情况下，可能由于某些原因，造成上述电气设备主绝缘匝间绝缘上的电压远远超过额定值，虽然时间很短（一般从几微秒至几十毫秒），但电压升高的数值可能很大。在没有防护措施或设备本身绝缘水平较低时，将使设备绝缘被击穿，使电力系统的正常运行遭受破坏。通常将这种对设备绝缘有危险的电压升高叫做过电压[13]。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计4.2.2过电压的类型过电压的产生都是由于电力系统的电磁能量发生瞬间突变所引起的。1.由外部直击雷或雷电感应突然加到系统里的叫做大气过电压或叫外部过电压。雷电是带电荷的云所引起的放电现象，雷电放电是雷云所引起的放电现象。雷电过电压类型:直接雷击过电压、感应雷过电压、雷电反击过电压、雷电侵入波。变电所范围内雷击目的物：内外配电装置、主控制楼、组合导线及母线桥等。2.系统运行中由于操作、故障或其它原因引起的系统内部电磁能量的振荡、积聚和传播，从而产生的过电压叫做内部过电压[14]。4.2.3接地保护概述接地保护又常称保护接地，就是将正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分（即与带电部分相绝缘的金属结构部分）用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式[15]。接地保护一般用于配电变压器中性点不直接接地（三相三线制）的供电系统中，用以保证当电气设备因绝缘损坏而漏电时产生的对地电压不超过安全范围。如果电气未采用接地保护，当某一部分的绝缘损坏或某一相线碰及外壳时，电气的外壳将带电，人体万一触及到该绝缘损坏的电器设备外壳（构架）时，就会有触电的危险。相反，若将电气设备做了接地保护，单相接地短路电流就会沿接地装置和人体这两条并联支路分别流过。一般地说，人体的电阻大于1000欧，接地体的电阻按规定不能大于4欧，所以流经人体的电流就很小，而流经接地装置的电流很大。这样就减小了电器设备漏电后人体触电的危险[16]。4.2.4中性点接地原则中性点直接接地是将发电机或变压器的中性点直接与接地装置连接，或中性点经小阻抗与接地装置连接。系统中全部或部分变压器中性点直接接地，是大接地电流系统的标志，其主要目的是降低对整个系统绝缘水平的要求。当中性点接地变压器台数，容量及其分布情况变化时，系统零序序网也随之变化，因此同一点故障时，零序电流的分布也随之变化。所以变压器中性点接地情况的变化，直接影响到零序电流保护的灵敏度[16]。因此，变压器中性点接地原则：-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计1.不使系统出现危险的过电压；2.不使零序网有较大的变化，以保证零序电流保护有稳定的灵敏度。4.2.5中性点接地方式110kV及以上电压等级的电力系统，均属于大接地电流系统，中性点直接接地系统。中性点直接接地的系统中，当发生一点接地故障时，即构成单相接地短路，这时所产生的故障电流很大，所以称大电流接地系统。10kV以下电压等级的电力系统，均属于小接地电流系统，中性点不与接地装置连接或经过消弧线圈、电压互感器以及高电阻与接地装置连接的高压电力系。统称小接地短路电流系统[17]。4.3雷电过电压保护1.110kV及以上的屋外配电装置，可将避雷针装在配电装置架构上。安装避雷针的架构支柱应与配电装置接地网相连接。在避雷针的支柱附近，应设置辅助的集中接地装置，其接地电阻应不大于10Ω。由避雷针与配电装置接地网上的连接处起，至变压器与接地网上的连接处止，沿接地线的距离，不得小于15m。在变压器门型架构上，不得装置避雷针[18]。在选择独立避雷针的装设地点时，应尽量利用照明灯塔，在其上装设避雷针。装设独立避雷针时，避雷针与配电装置部分在地中和空气中应有一定的距离。(1)地中：避雷针本身的接地装置与最近的配电装置接地网的地中距离Sdi≥0.3R（m），式中R是独立避雷针的接地电阻。在任何情况下，Sdi不得小于3m。(2)空气中：由独立避雷针到配电装置导电部分之间以及到配电装置电力设备与架构接地部分之间的空气距离Sk≥0.3R+0.1h（m），式中h是被保护物考虑点的高度。在任何情况下，Sk不得小于5m。2.110kV及以下的屋外配电装置，可将保护线路的避雷线连接在配电装置的出线门型架构上，须满足下列条件：(1)线路终端杆塔的接地电阻应不大于10Ω；(2)在变压器母线10KV出口处装设阀型比雷器3.控制楼及屋内配电装置对直击雷的防雷措施如下：(1)金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地；(2)屋顶为钢筋混凝土结构，应将其钢筋焊接成网接地；-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计(3)结构为非导电体的屋顶时，采用避雷带保护，该避雷带的网络为8～10m，每隔10～20m设引下线接地[19]。上述的接地可与总接地网连接，并在连接处加装集中接地装置，其接地电阻应不大于10Ω。4.限制操作过电压和雷电侵入波的措施110kV系统采用氧化锌避雷器，并以避雷器10kA雷电冲击残压作为绝缘配合的依据。在110kV架构上设置了2只高度为25m的避雷针。在变电站的围墙两端各设一只为25m的独立避雷针，作为直击雷的保护装置[20]。110kV变压器中性点要装避雷器，因为110kV及以上电压等级的变压器一般是半绝缘的，即中性点的绝缘水平低于线端绝缘水平。对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵入变电站到达变压器中性点以及系统单相接地、非全相运行，特别是伴随产生变压器励磁电感与线路对地电容谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频稳态过电压，对分级绝缘变压器中性点构成威胁，甚至使绝缘损坏。所以中性点要装设避雷器[21]。4.4本站接地保护设计为防止大气雷电对电气设备和建筑物的直接袭击，在110kV开关场适当的位置建造构架避雷针1棵、独立避雷针2棵。为防止雷电入侵波和操作过电压对电气设备的危害，在110kV进线处和主变110kV侧分别装设了氧化锌避雷器，在主变110kV中性点装设避雷器和间隙保护，并在主变压器的10kV三相上均装设避雷器。全所接地采用以水平接地带为主和垂直接地极为辅的复合接地网，接地带选用50×6的镀锌扁钢，集中接地极采用角钢垂直接地极（70X70X7，长2.5米）。接地电阻值在任何季节都不大于0.5欧。由于本站地处沙岩层上，又因场地限制，可供地网敷设的面积较小,为达到≤0.5欧的要求,接地网应作如下处理。(1):垂直接地极埋设洞、水平接地体埋设沟进行换土处理。(2):如果实测接地电阻达不到要求,接地网应引出站外，引出方向可沿电缆沟、隧道，也可在适当地方敷设集中接地方式。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计2.户外接地扁钢与主接网可靠焊接，要三面焊牢，其焊接长度为扁钢宽度的三倍。在焊接点必须刷防锈漆2遍，并涂沥青处理。3.接地网施工完毕，接地电阻Rd≤O.5欧。否则将采取降阻措施。4.5主变压器及线路的整定计算图4.1线路及变压器示意图过电流保护：动作电流:(4-1)==1.93kA—可靠系数，取1.3；—返回系数，取0.85；—变压器最大负荷电流。灵敏性校验：（4-2）==2.3>1.2符合要求-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计结束语本次设计把我们所学专业的理论与实际紧密的连接起来，学习并掌握了传统的设计手段，着重培养了自己对电力系统的基本设计能力及四年来所学专业知识的综合应用能力；培养了独立分析和解决问题的能力，提高了工作能力和工程设计的基本技能，对我的专业知识有了一个新的提高。在设计中我们依据现有的降压变电站的接线形式作为参考资料，通过理论与实际相联系确定出最优秀的方案，本次设计的110kV降压变电站接线形式从目前来看比较可靠、经济的，而且是变电站通常采用的一种接线形式。电气设备的选择以所学知识理论为依据，通过短路计算，结合现有电厂运行设备进行选择，并进行设备校验。最后对变电站进行了继电保护和接地防雷保护，具有一定的实用性。-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计致谢在毕业设计过程中，xx高级工程师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导,对我认真耐心的辅导，并给我们提供了大量有关资料和文献，使我的这次设计能顺利完成。在老师的指导下,经过努力110kVxx水泥厂变电站一次设计终于完成了，在此我对老师给予帮助表示衷心的感谢。此外，我还要对在这次设计中，帮助和支持我的同学，表示感谢！-33- xxx：110kVxx水泥厂变电站设计参考文献［1］王仁祥.电力新技术概论[M].北京：中国电力出版社，2009.［2］戈东方.电力工程电气设计手册.第1册，电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，1989.［3］丁毓山、雷振山.中小型变电所使用设计手册[M].北京：中国水利水电出版社，2000.［4］姚志松、姚磊.中小型变压器实用手册[M].机械工业出版社，2008.［5］祝淑萍.工业企业电力网际变电设备[M].北京：冶金工业出版社，200343-54.［6］刘百昆.实用电工技术问卷[J].内蒙古：内蒙古人民出版社，1992.［7］傅知兰主编.电力系统电气设备选择与实用计算[M].北京：中国电力出版社，2004.［8］李金伴、陆一心.电气材料手册[M].化学工业出版社，2005.［9］清华大学高压教研组.高压断路器[M].北京：水利电力出版社，1978.［10］华东电气.SF6金属封闭组合电器[M].北京：华东电气股份有限公，1997.［11］熊信银.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，2009.［12］刘学军.继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2007.［13］谷水清主编.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2005.［14］马福.雷击变电所地电位干扰及防护措施研究[M].长沙：长沙理工大学，2009.［15］李骏年.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，199226-35.［16］吴华.浅谈总降压变电所的防雷[J].科技风,2009年，第15期.［17］解广润.电力系统过电压[M].北京：水利电力出版社，1991.［18］韩笑.电气工程专业毕业设计指南-继电保护分册[M].北京：中国水利水电出版社，2003.［19］刘介才.工厂供电设计指导[M].北京：机械工业出版社，200332-36.［20］刘天琪、邱晓燕.电力系统分析理论[M].北京：科学出版社，2005.［21］中国机械工业教育协会.工厂供电[M].北京：机械工业出版社，2002.［22］刘介才.工厂供电[M].北京：机械工业出版社，1983.［23］李宗纲.工厂供电设计[M].吉林：吉林科学技术出版社，1985.［24］GB50059-1992.35～110KV变电所设计规范[S]-33- 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