110kv变电站设计毕业设计论文

'河南机电高等专科学校毕业设计论文论文题目：110KV变电站设计系部：电气工程系专业：供用电技术班级：2012级01班学生姓名：李冲学号：120315101指导老师：常文平童新2014年12月31日 摘要电力工业为现代化生产提供主要动力，电力科学的发展和广泛应用，对我国工农业的迅速发展及人民生活的提高起到了巨大的作用和深远的影响。 而变电站是汇集电源、升降电压和分配电力的场所，是发电厂和用户联系的中间环节。为满足工业发展的需要,设计一座110KV变电站，以10KV向附近的工厂供电。变电站安装两台变压器，一次建成。设计要求采用两回110KV进线，10KV出线10回，基于上述条件，变电站的设计在满足国家设计标准的基础上，尽量考虑当地的实际情况。在本变电站的设计中，包括对变电站总体分析和负荷分析、变电站主变压器的选择、主接线、短路电流计算等部分的分析计算以及防雷设计。在保证供电可靠性的前提下，减少事故的发生，降低运行费用。关键词：变电站设计；主接线；设备选择；防雷计算ABSTRACTTheelectricpowerindustrytoprovidethemainimpetusforthemodernizationofproduction,developmentandwideapplicationofthepowerofscience,therapiddevelopmentofindustryandagricultureofourcountryandpeople"slifeimprovedplayedhugeroleandfar-reachinginfluence.Andthesubstationpoolingpower,liftingvoltageanddistributionofelectricpoweroftheplace,isamiddlelinkofpowerplantandcustomercontact.Inordertomeettheneedsofindustrialdevelopment,designa110KVsubstation,uses10KVtonearbythefactorypowersupply.Theinstallationoftwosetsoftransformersubstation,abuilt.Thedesignrequirementsusingtwo110KVbackintoline,10KVoutlet10back,basedontheaboveconditions,thesubstationdesignbasedonmeetingthenationaldesignstandards,asfaraspossibletoconsidertheactualsituationofthelocal.Inthedesignofthesubstation,includingcalculationandanalysisofsubstationoverallanalysisandloadanalysis,theselectionofmaintransformer,themainwiring,short-circuitcurrentcalculationportionandlightningprotectiondesign.Underthepremiseofensuringthereliabilityofpowersupply,reducetheoccurrenceofaccidentsandreducetheoperationcost. Keywords:thedesignofthesubstation；mainwiring；Thechoiceofequipment；Preventinglightningcalculation 目录摘要I绪论1第1章变电站概述21.1变电站的组成分类21.2变电站的工作原理2第2章变电站总体分析42.1变电站建设规模及气象条件42.2负荷分析4第3章主变压器的选择53.1电力负荷估算53.2容量计算5第4章电气主接线的设计74.1110kv高压侧的接线方式84.210kv低压侧的接线方式9第5章短路电流计算115.1短路电流的危害115.2短路电流计算目的与规定115.3短路电流计算步骤12第6章电气设备选择246.1电气设备选择的总体概述246.2电气设备选择条件246.3电气设备选择过程246.4断路器及隔离开关选择276.5电压互感器的选择366.6支柱绝缘子和穿墙套管选择366.7电气设备选择结果37第7章继电保护的配置397.1继电保护的基本知识397.2主变压器保护配置计算39第8章防雷设计448.1变电站的防雷保护概述448.2避雷针保护范围与计算45展望46 致谢47参考文献48附录49 绪论世界各国电力工业发展的经验告诉我们，电力系统愈大，调度运行就愈能合理和优化，经济效益就愈好，应变事故的能力就愈强。所以很多发达国家的电力系统都已联合成统一的国家电力系统，甚至联合成跨国电力系统。这可以说是现代电力工业发展的重要标志。我国也必然要向这一方向发展由于负荷的不断增长和电源建设的发展，负荷和能量分布不均衡，将一个电力系统与邻近的电力系统互联，是历史发展的必然趋势。不仅城市与城市之间，省与省之间，大区与大区之间的相邻电力系统如此，国与国之间的电力系统也是这样。变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所，是联系发电厂和用户的中间环节。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。降压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是北郊110kv变电站。本次设计为110kV变电站设计，分为变电站概述、负荷分析、短路电流计算，电气主接线，主变保护整定计算，10KV侧保护整定计算，设备选择，防雷设计等几部分。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。在这次设计中老师治学严谨、知识广博、善于捕捉新事物、新的研究方向，在设计的选题和设计思路上给了我很多的指导和帮助。老师循循善诱的教学方法、热情待人的处事方式、一丝不苟的治学态度、对学生严格要求的敬业精神给我留下了很深的印象。 第1章变电站概述变电站，改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，小的称为变电所。变电站大于变电所。变电所：一般是电压等级在110KV以下的降压变电站；变电站：包括各种电压等级的“升压、降压”变电站。1.1变电站的组成分类变电站主要可分为：枢纽变电站、终端变电站；升压变电站、降压变电站；电力系统的变电站、工矿变电站、铁路变电站(27.5KV、50HZ）；1000KV、750KV、500KV、330KV、220KV、110KV、66KV、35KV、10KV、6.3KV等电压等级的变电站；10KV变电所。箱式变电站。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电站的主要设备和连接方式，按其功能不同而有差异。变电站在特定的环境中；是将AC—DC—AC转换过程。像海底输电电缆以及远距离的输送中。有些采用高压直流输变电形式。直流输电克服交流输电的容抗损耗。具有节能效应。1.2变电站的工作原理变压器是变电站的主要设备，分为双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器(即高、低压每相共用一个绕组，从高压绕组中间抽出一个头作为低压绕组的出线的变压器。电压高低与绕组匝数成正比，电流则与绕组匝数成反比。变压器按其作用可分为升压变压器和降压变压器。前者用于电力系统送端变电站，后者用于受端变电站。变压器的电压需与电力系统的电压相适应。为了在不同负荷情况下保持合格的电压有时需要切换变压器的分接头。按分接头切换方式变压器有带负荷有载调压变压器和无负荷无载调压变压器。有载调压变压器主要用于受端变电站。电压互感器和电流互感器。它们的工作原理和变压器相似，它们把高电压设备和母线的运行电压、大电流即设备和母线的负荷或短路电流按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制设备的低电压和小电流。在额定运行情况下电压互感器二次电压为1 00V，电流互感器二次电流为5A或1A。电流互感器的二次绕组经常与负荷相连近于短路，请注意：绝不能让其开路，否则将因高电压而危及设备和人身安全或使电流互感器烧毁。开关设备。它包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器等。都是断开和合上电路的设备。断路器在电力系统正常运行情况下用来合上和断开电路；故障时在继电保护装置控制下自动把故障设备和线路断开，还可以有自动重合闸功能。在中国，220KV以上变电站使用较多的是空气断路器和六氟化硫断路器。隔离开关（刀闸）的主要作用是在设备或线路检修时隔离电压，以保证安全。它不能断开负荷电流和短路电流，应与断路器配合使用。在停电时应先拉断路器后拉隔离开关，送电时应先合隔离开关后合断路器。如果误操作将引起设备损坏和人身伤亡。负荷开关能在正常运行时断开负荷电流，没有断开故障电流的能力，一般与高压熔断丝配合用于10KV及以上电压且不经常操作的变压器或出线上。为了减少变电站的占地面积，六氟化硫全封闭组合电器（GIS）得到广泛应用。它把断路器、隔离开关、母线、接地开关、互感器、出线套管或电缆终端头等分别装在各自密封间中，后集中组成一个整体外壳，并充以六氟化硫气体作为绝缘介质。这种组合电器具有结构紧凑体积小重量轻不受大气条件影响，检修间隔长，无触电事故和电噪声干扰等优点，具有发展前765KV已在变电站投入运行。它的缺点是价格较贵，制造和检修工艺要求高。 第2章变电站总体分析2.1变电站建设规模及气象条件为满足工业发展的需要,新建的一座变电站为110KV变电站，以10KV向附近的平原机械厂、开拓水泥厂、电器设备厂等用户供电。变电站安装两台变压器，一次建成。变电站的电压等级时110/10kv,110kv是2回，10kv是10回。厂区所在地全年最高气温+40℃，最低气温-6℃，最热月平均最高气温35℃;年最热月平均温度为25℃,当地海拔高度180米；最大风速30m/s,属于我国∨级标准气象区。2.2负荷分析变压器二次侧负荷有平原机械厂,开拓水泥厂Ⅰ,开拓水泥厂Ⅱ,太行纺纱厂Ⅰ,太行纺纱厂Ⅱ,电器设备厂,铸造厂,宾馆,市化肥厂Ⅰ,市化肥厂Ⅱ。序号用户Pmax(kW)cosφ1平原机械厂20000.902开拓水泥厂Ⅰ20000.853开拓水泥厂Ⅱ20000.904太行纺纱厂Ⅰ30000.855太行纺纱厂Ⅱ30000.856电器设备厂10000.807铸造厂20000.808宾馆10000.859市化肥厂Ⅰ15000.8510市化肥厂Ⅱ15000.80合计19000表2-1负荷统计 第3章主变压器的选择变压器是变电站最主要和最贵的设备，变压器的选择在变电所中是比较重要的，主变压器的台数和容量应根据地区供电条件负荷性质用电容量和运行方式等条件综合考虑确定；一般凡装有两台及以上主变压器的变电所，其中一台事故停运以后，其余主变的容量应该保证该所全部负荷的60%，在计及过负荷情况能力后的允许时间内，应该保证用户的一级、二级负荷。在330kv及以下的变电所中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。  3.1电力负荷估算电力负荷估算公式为SC=（3-1）式中当输电线路在三回以下时，取K∑=0.95～1.00；SC——某一级电压的最大视在计算负荷；KV·A；K∑——同时系数，一般取K∑=0.85～0.9；a%——线损率，可取平均值a%=5%；cosφ——平均功率因数，可取cosφ=0.80；Pc——各工厂或农业负荷馈电线最大有功功率计算负荷。最小负荷的计算值一般取最大值的60%-70%，若主要为农业用电负荷，则取最大值的20%-30%。3.2容量计算在330kv及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。1．选择条件是两台主变容量总和应大于综合最大计算负荷： nSN≥Sjs(kVA或MVA)（3-2）n=2；Sjs—综合最大计算负荷2．校核条件：(n-1)SN≥0.7Sjs(n-1)SN≥∑SI+∑SII3．Sjs计算：10kV侧综合最大计算负荷：Sjs=kt()(1+α%)=0.85×[(24)/0.8]×（1+0.05）=26.775(MVA)KT-10kV侧同时系数取0.85Sjs=kt()(1+α%)=0.85×[(17.9)/0.8]×（1+0.05）=19.97(MVA)0.7Sjs=18.74MVA远景∑SI+∑SII=0.85×[(14.5)/0.8]×（1+0.05）=16.18MVA根据计算结果选择变压器容量可选用两台额定容量为20MVA的变压器，根据《电力工程电气手册》查表可选用主变型号为：SFL1-20000/110(KAVA/KV)合格。S代表三相，F代表双分裂绕组，L代表铝制，1代表设计序号。20000代表变压器的额定容量，110代表额定电压。 第4章电气主接线的设计一、可靠性：所谓可靠性是指主接线能可靠的工作，以保证对用户不间断的供电，衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是由其组成元件（包括一次和二次设备）在运行中可靠性的综合。因此，主接线的设计，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。同时，可靠性并不是绝对的而是相对的，一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站则可能不是可靠的。评价主接线可靠性的标志主要是断路器检修时是否影响供电；线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电；变电站全部停电的可能性。二、灵活性：主接线的灵活性要求主要是调度灵活，操作方便，可灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的调度要求；检修安全，可方便的停运断路器、母线及其继电器保护设备，进行安全检修，且不影响对用户的供电。随着电力事业的发展，往往需要对已经投运的变电站进行扩建，从变压器直至馈线数均有扩建的可能，所以，在设计主接线时，应留有余地，应能容易地从初期过度到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最小。三、经济性：可靠性和灵活性是主接线设计中在技术方面的要求，它与经济性之间往往发生矛盾，即欲使主接线可靠、灵活，将可能导致投资增加。所以，两者必须综合考虑，在满足技术要求前提下，做到经济合理。主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式（110/6～10kV）变电站和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。运行要节约资源年运行费包括电能损耗费、折旧费以及大修费、日常小修维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理地选择主变压器的型式、容量、台数以及避免两次变压而增加电能损失。占地面积小。电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。 在可能的情况下，应采取一次设计，分期投资、投产，尽快发挥经济效益。4.1110kv高压侧的接线方式图4-1单母线分段接线图4-2双母线带旁路母线接线表4-1方案对比方案项目方案1方案2优点不会造成全所停电；调度灵活；保证对重要用户的供电；占地少；设备少。运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建；母联断路器可代替需检修的出线断路器工作；母联断路器兼作旁路断路器节省投资。 缺点任一断路器检修，该回路必须停止工作；当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开接在该分段上的全部电源和出线。倒闸操作复杂，容易误操作；占地大、设备多、投资大。由上面种方案的对比，根据变电站设计的可靠性、灵敏性、经济性来考虑，进行综合分析之后。110kv高压侧选择方案一还是比较合理的。故就选择方案一。4.210kv低压侧的接线方式图4-3单母线分段接线图4-4双母线接线表4-2方案 方案项目方案1方案2优点不会造成全所停电；调度灵活；保证对重要用户的供电；占地少；设备少。供电可靠；调度灵活；扩建方便；便于试验。缺点任一断路器检修，该回路必须停止工作；当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开接在该分段上的全部电源和出线。易误操作；设备多、配电装置复杂；投资和占地面大。综上所述，由上面的两种方案对比来看，综合考虑，方案一调度灵活也可保证供电的可靠性，应该选择第一种方案。110kv采用单母线分段接线方式，10kv采用单母线分段接线方式。 第5章短路电流计算5.1短路电流的危害在供电系统中发生短路故障时，短路故障使电源供电回路的总阻抗减小，此时短路电流急剧增加，在短路回路中短路电流要比额定电流大几倍至几十倍，通常可达数千安；短路点产生的电弧会烧坏电器设备而短路电流通过电气设备导体时的热效应很大，同时受到电动力的作用在短路点附近电压显著下降，造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作；发生接地短路时所出现的不对称短路电流，将对通信线路产生干扰；短路故障会改变电力网络的结构，引起功率分布的变化。5.2短路电流计算目的与规定计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电器设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采用限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。为了达到上述目的，须计算出下列各短路参数：I″—次暂态短路电流，用来做为继电保护的整定计算和校验断路器额定断流容量。应采用（电力系统在最大运行方式下）继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。—三相短路冲击电流，用来检验电器和母线的动稳定。I—三相短路电流有效值，用来检验电器和母线的热稳定。S″—次暂态三相短路容量，用来检验断路器的遮断容量和判断母线短路容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。为了简化短路电流的计算方法，在保证计算精度的情况下，忽略次要因素的影响，做出一下规定：1.所有的电源电动势相位角均相等，电流的频率相同，短路前，电力系统的电势和电流是对称的。2.认为变压器是理想变压器，变压器的铁心始终处于不饱和状态，即电抗值不随电流的变化而变化。3.输电线路的分布电容略去不计。4.每一个电压级采用平均电压，这个规定在计算短路电流时，所造成的误差很小。唯一例外的是电抗器，应该采用加于电抗器端点的实际额定电压，因为电抗器的阻抗通常比其他元件阻抗大的多，否则，误差偏大。 5.计算高压系统短路电流时，一般只计及发电机、变压器、电抗器、线路等元件的电抗，因为这些元件X/3>R时，可以略去电阻的影响。只有在短路点总电阻大于总电阻的1/3时才加以考虑。6.短路点离同步调相机和同步电动机较近时，应该考虑对短路电流值的影响。有关感应电动机对电力系统三相短路冲击电流的影响：在母线附近的大容量电动机正在运行时，在母线上发生三相短路，短路点的电压立即降低。此时，电动机将变为发电机运行状态，母线上电压低于电动机的反电势。7.在简化系统阻抗时，距短路点远的电源与近的电源不能合并。8.以供电电源为基准的电抗标幺值>3,可以认为电源容量为无限大容量的系统,短路电流的周期分量在短路全过程中保持不变。5.3短路电流计算步骤图5-1电力系统结构简图的等值电路图一、基准容量=100MW、Ud1=115KV、Ud2=10.5KV则基准电流Id1==0.50KAId2==KA基准电抗Xd1==132.25Ω Xd2==1.10Ω各种线形的单位电抗统一选0.4Ω/KM二、各条架空线路的电抗的标幺值：X=30×0.4=0.091X=30×0.4=0.091X=50×0.4=0.151三、和发电机电抗标幺值：XD1*=XD2*=14.5%=0.0024SC系统在最大、最小运行方式下对应的电抗的标幺值分别为Xmax、Xmin则:Xmax＝Xmin＝四、变压器的电抗标幺值：五、短路电流计算公式短路电流周期分量有效值：（5-1）短路冲击电流峰值：（5-2）短路全电流最大有效值： (5-3)不同短路点的冲击系数表5-1冲击系数短路点推荐值发电机端1.902.69发电厂高压侧母线及发电机电抗器后1.852.62远离发电厂的地点1.802.55六、在最大运行方式下：（1）当K1点短路时：图5-2图5-3等效后的简图＝当母线电压不变的情况下： ==5.9453=2.55=5.9453三相短路后的容量：（2）当K2点短路时：图5-4图5-5等效后的简图：＝当母线电压不变的情况下： ==5.7736=2.55=5.7736三相短路后的容量：（3当K3点短路时：图5-6图5-7等效后的简图＝当母线电压不变的情况下：==6.4252 =2.55=6.4252三相短路后的容量：（4）当K4点短路时：图5-8图5-9等效后的简图＝当母线电压不变的情况下：==6.4252=2.55=6.4252 三相短路后的容量：（5）由于在最大运行方式下Ｋ１、Ｋ３点查短路电流曲线的查运算曲线得：0秒短路电流标幺值：I=7.1，=7.02秒短路电流标幺值：I＝2.8，=2.74秒短路电流标幺值：I=3.0，=3.4K点的短路电流：I=7.1=2.227（KA）；I=2．8=0.878（KA）；I=3.0=0.941（KA）；K３点的短路电流I"=7.0=24.056（KA）；I=2.7=9.279（KA）；短路电流短路点I"（KA）I（KA）I（KA）K12.2270.8780.941K34.0569.27911.685表5-2短路电流与短路点I=3.4=11.685（KA）； 七、在最小运行方式下：仅有一台发电机投入工作（1）当K1点短路时：图5-10图5-11等效后的简图当母线电压不变的情况下：==5.6116=2.55=5.6116三相短路后的容量：（2）当K2点短路时： 图5-12图5-13等效后的简图当母线电压不变的情况下：==5.4645=2.55=5.4645三相短路后的容量：（3）当K3点短路时：图5-14 图5-15等效后的简图当母线电压不变的情况下：==60.7734=2.55=60.7734三相短路后的容量：（4）当K4点短路时：图5-16图5-17等效后的简图 当母线电压不变的情况下：==60.7734=2.55=60.7734三相短路后的容量：八、短路电流计算结果表5-3短路电流计算结果短路点短路电流周期分量(有效值)短路冲击电流(峰值)短路全电流最大有效值最大运行方式下K16.863415.16058.9774K26.667114.72288.7181K36.744916.38439.7021K46.744916.38439.7021最小运行方式下K19.730914.30978.4735K29.464513.93448.2513K39.5690154.972391.7678 K49.5690154.972391.7678 第6章电气设备选择6.1电气设备选择的总体概述正确选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥的采用新技术，并注意节约投资，具体选择方法也就不完全一样。但对它们的要求却是基本相同的。电力系统中的各种电气设备，其运行条件完全一样，选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求是相同的。电气设备要想能可靠地工作，必须按正常运行条件进行选择，并且按短路条件校验其热稳定和动稳定。导体的选择主要有：各电压级的汇流母线、主变引下线、出线以及各电压级的绝缘子等。电气设备包括各电压级的出线断路器、旁路断路器、分段断路器、以及相应的隔离开关、熔断器等。用于保护和测量用的电流互感器，包括穿墙套管、开关柜的选择及其一次接线的编号。6.2电气设备选择条件依据《导体和电器的选择设计技术规定》:选用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。即：其中，一般按照选择电气设备的额定电压。对于导体：对于电器：的计算方法：（6-1）主变的引下线：（6-2）分段回路：（6-3）其中：K=0.5～0.8。6.3电气设备选择过程一.最大长期工作电流Imax的计算 汇流母线的Imax：110KV侧：I=1.05I=1.05=132A10KV侧：I=1.05I=1.05＝1443Ａ二.母线选择（1）110KV母线选择按导体长期发热允许电流选择截面Imax≤KIαl（6-4）式中：Imax——导体所在回路中最大持续工作电流。Lal——在额定环境温度；时导体允许电流。K——与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数。K===0.81I=0.81170=138（A）>132A故选择型号为LGJ-35的钢芯铝绞线，长期允许载流量为170A。热稳定校验：短路电流通过的时间为：t=t+t=4s短路电流周期分量的热效应：Q==4=4.5因t=1s，故不计算非周期分量的热效应，所以Q=Q=4.5=+（–）=25+（70–25）＝52.1c根据《发电厂电气部分》查表4-6，C=９１满足短路时发热的最小导体截面为： S===23.3mm<35mm满足热稳定要求。（2）10KV母线选择按导体长期发热允许电流选择截面。查表可选用两条1258mm矩形铝导体，单条平放允许电流为1920A，集肤效应系数K=1.08，当环境温度为+40c时查附表3得修正系数K=0.81。则：I=0.811920=1555.2（A）>1443A热稳定校验：短路电流通过的时间为：t=t+t=4s短路电流周期分量的热效应：Q==4=525.4因t>1s,故不计算非周期分量的热效应,故:Q=Q=525.4正常运行时导体温度：=+（–）=25+（70–25）=50.4c根据《发电厂电气部分》查表可知当C=91满足短路时的最小导体截面为：S===251.8mm<1000mm满足热稳定要求。动稳定校验：i=16.384KA母线相间应力 f===107.37（N/m）导体截面系数：W===2.610（m）则：===4.1210（）<=7010（）满足动稳定要求。6.4断路器及隔离开关选择一、110KV出线断路器和隔离开关选择（1）110KV出线断路器的选择Imax=132A根据110KV出线断路器的UNS，Imax的要求，可选LW35-126型断路器根据前面的计算部分得：I=2.227KAI=0.878KAI=0.941KA计算周期分量热效应：Q==4.5因t>1s,故不计算非周期分量的热效应。所以Q=Q=4.5表6-1110KV计算数据和断路器的有关参数表计算数据LW35-126U110KAU110KVI132AI2500AI2.227KAI31.5KA I8.977KAi80KAQ4.5It499由选择结果表可见各项条件均能满足，故选断路器LW35-126合格。（2）110KV出线隔离开关的选择U=110KVI=132AQ=4.5I=8.977KA可选用GW5-110型号的隔离开关。表6-2110KV计算数据和隔离开关的有关参数表计算数据GW5-110/600U110KVU110KVI132AI600AQ4.5It160I8.977KAi50KA由上表可见所选隔离开关GW5-110/600合格。二、110KV主变引下线断路器和隔离开关的选择（1）断路器的选择Imax=132A 根据断路器的Uns，Imax的要求，可选LW35-126型断路器。根据前面的计算部分得：I=2.227KAI=0.878KAI=0.941KA计算周期分量热效应：Q==4.5因t>1s,故不计算非周期分量的热效应,所以:Q=Q=4.5表6-3110KV计算数据和断路器的有关参数表计算数据LW35-126U110KAU110KVI132AI2500AI2.227KAI31.5KAI8.977KAi80KAQ4.5It499由选择结果表可见各项条件均能满足，故选断路器LW35-126合格（2）隔离开关的选择U=110KVI=132A Q=4.5I=8.977KA表6-4110KV主变下引线计算数据和隔离开关的有关参数表计算数据GW5-110/600U110KVU110KVI132AI600AQ4.5It160I8.977KAi50KA由上表可见所选隔离开关GW5-110/600合格三、10KV出线断路器和隔离开关的选择（1）断路器的选择I=（1+5）=（1+5）=128.3A根据前面的计算部分得：I=24.56KAI=9.279KAI=11.685KAI=9.702KA热稳定校验：短路时的周期分量的热效应： Q==4=525.4因t>1s,故不计算非周期分量的热效应,故Q=Q=525.4表6-5计算数据和断路器的有关参数计算数据ZN5-10/1250U10KAU10KVI128.3AI1250AI24.56KAI25KAI9.702KAi63KAQ525.4It650由选择结果表可见各项条件均能满足，故选断路器ZN5-10/1250合格。（2）隔离开关的选择：由U=10KVI=128.3AQ=525.4I=9.702KA查表可选用GN19-10/1000-80型号的隔离开关。表6-610KV出线计算数据和隔离开关的有关参数 计算数据GN19-10/1000-80U10KVU10KVI128.3AI1000AQ525.4It625I9.702KAi80KA由上表可见所选隔离开关GN19-10/1000-80合格。四、10KV分段断路器和隔离开关的选择（1）断路器的选择Imax=1443A根据断路器的Uns，Imax的要求，查表可选ZN12-10/2000型断路器。根据前面的计算部分得：I=24.56KAI=9.279KAI=11.685KAI=9.702KA周期分量的热效应：Q==525.4因t1s，故不计算非周期分量的热效应。所以Q=Q=525.4计算数据和断路器的有关参数 表6-710KV分段断路器计算数据和断路器的有关参数表计算数据ZN12-10/2000U10KAU10KVI1443AI2000AI24.56KAI31.5KAI9.702KAi63KAQ525.4It749由选择结果表可见各项条件均能满足，故选断路器ZN12-10/2000合格。（2）隔离开关的选择U=10KVI=1443AQ=525.4I=9.702KA可选用GN22-10/2000型号的隔离开关。表6-8计算数据和隔离开关的有关参数计算数据GN22-10/2000U10KVU10KVI1443AI2000AQ525.4It525.4 I9.702KAi100KA由上表可见所选隔离开关GN22-10/2000合格。五、10KV主变引下线断路器和隔离开关的选择（1）断路器的选择Imax=1443A根据断路器的Uns，Imax的要求，查表可选ZN12-10/2000型断路器。根据前面的计算部分得：I=24.56KAI=9.279KAI=11.685KAI=9.702KA周期分量的热效应：Q==525.4因t1s，故不计算非周期分量的热效应。所以Q=Q=525.4表6-910KV分段断路器计算数据和断路器的有关参数计算数据ZN12-10/2000U10KAU10KVI1443AI2000AI24.56KAI31.5KA I9.702KAi63KAQ525.4It749由选择结果表可见各项条件均能满足，故选断路器ZN12-10/2000合格（2）隔离开关的选择U=10KVI=1443AQ=525.4I=9.702KA可选用GN22-10/2000型号的隔离开关。表6-10计算数据和隔离开关的有关参数计算数据GN22-10/2000U10KVU10KVI1443AI2000AQ525.4It750I9.702KAi100KA由上表可见所选隔离开关GN22-10/2000合格。6.5电压互感器的选择一、110KV侧电压互感器的选择（1）一次回路的电压选择 0.8UN136000计算跨度：LC=（l+Lca）/2=(1+0.625)/2=0.8125m套管受力：F1=0.639200=23520N F===1510.3<23520N三、110KV绝缘子选择本次设计选用ZS-110/400普通型棒式绝缘子。6.7电气设备选择结果1．导体选择结果表6-11导体选择表项目电压级主母线主变引下线负荷出线110KVLGJ-35LGJ—30010KVLMY矩形母线(两条1258mm)LMY矩形母线(两条1258mm)ZLQ-3150三芯电缆（单根）2.断路器和隔离开关选择结果表6-12断路器和隔离开关选择表设备项目断路器隔离开关110KV出线LW35-126GW5-110/600110KV分段LW35-126GW5-110/600110KV主变引下线LW35-126GW5-110/60010KV出线ZN5-10/1250GN19-10/1000-8010KV分段ZN12-10/2000GN22-10/200010KV主变引下线ZN12-10/2000GN22-10/2000 2.电压互感器选择结果表6-13电压互感器选择表电压级设备类型110KV10KV电压互感器JDR-110JSJW-103.绝缘子和穿墙套管结果表6-14绝缘子和穿墙套管选择表电压级设备类型110KV10KV绝缘子ZS-110/400ZC-10F穿墙套管CMFW2-205.10KV配电柜GFC-10型手车式高压开关柜额定电压：10KVSN10-10型断路器额定电流：5-900ACD10型操动机构母线系统：单母线LZJC-10型电流互感器操作方式：直流电磁操作机构外型尺寸：800×1250×2000（mm） 第7章继电保护的配置7.1继电保护的基本知识电能是一种特殊的商品,为了远距离传送,需要提高电压,实施高压输电,为了分配和使用,需要降低电压,实施低压配电,供电和用电。发电----输电----配电----用电构成了一个有机系统。通常把由各种类型的发电厂,输电设施以及用电设备组成的电能生产与消费系统称为电力系统。电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态是指电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但是没有发生故障的运行状态,如:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。其中最常见且最危险的是各种类型的短路,电力系统的短路故障会产生如下后果:(1)故障点的电弧使故障设备损坏；(2)比正常工作电流大许多的短路电流产生热效应和电动力效应,使故障回路中的设备遭到破坏；(3)部分电力系统的电压大幅度下降,使用户的正常工作遭到破坏,影响企业的经济效益和人们的正常生活；(4)破坏电力系统运行的稳定性,引起系统振荡,甚至使电力系统瓦解,造成大面积停电的恶性循环；故障或不正常运行状态若不及时正确处理,都可能引发事故。为了及时正确处理故障和不正常运行状态,避免事故发生,就产生了继电保护,它是一种重要的反事故措施。继电保护包括继电保护技术和继电保护装置,且继电保护装置是完成继电保护功能的核心,它是能反应电力系统中电气元件发生故障和不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。7.2主变压器保护配置计算一、变压器保护配置电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。因此，我们必须研究变压器有哪些故障和不正常运行状态以便采取相应的保护措施。 变压器的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中性点直接接地侧的接地短路。这些故障的发生会危害电力系统的安全连续供电。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、烧毁铁芯，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。变压器外部短路引起的过电流、负荷长时间超过额定容量引起的过负荷、风扇故障或漏油等原因引起冷却能力的下降等，这些运行状态会使绕组和铁芯过热。此外，对于中性点不接地运行的星形接线方式变压器，外部接地短路时有可能造成变压器中性点过电压，威胁变压器的绝缘；大容量变压器在过电压或低频率等异常运行方式下会发生变压器的过励磁，引起铁芯和其它金属构件的过热。主保护：电流差动保护、瓦斯保护后备保护：过电流保护/低压闭锁过电流保护/复合电压闭锁过流保护/阻抗保护/零序过电流保护/零序过电压保护/过负荷保护/过激磁保护。两种配置模式：（1）主保护、后备保护分开设置（2）成套保护装置，重要变压器双重化配置二、纵联差动保护以双绕组变压器为例来说明实现纵差动保护的原理。由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差动保护的正确工作，就必须适当选择两侧电流互感器的变比，使得在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等，亦即在正常运行和外部故障时，差动回路的电流等于零。应使：===（7-1）或=（7-2）式中n11—高压侧电流互感器的变比；n12—低压侧电流互感器的变比；nB—变压器的变比（即高、低压侧额定电压之比）。由此可知，要实现变压器的纵差动保护，就必须适当地选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比nB，这是与前述送电线路的纵差动保护不同的。这个区别是由于线路的纵差动保护可以直接比较两侧电流的幅值和相位，而变压器的纵差动保护则必须考虑变压器变比的影响。三、保护配置的整定 对于本次设计来说，变压器的主保护有纵联差动保护和瓦斯保护，其中瓦斯保护一般不需要进行整定计算，所以仅对纵联差动保护进行整定如下：(1)避越变压器的励磁涌流：Iop.cal=KrelIe（7-3）其中Krel为可靠系数，取1.3，而A为变压器的额定电流。Iop.cal=KrelIe=1.3×104.97=136.461(2)躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流：Iop.cal=KrelIl.max（7-4）IL.MAX是最大负荷电流，当无法确定时，可采用基本侧变压器的额定电流值IIop.cal=KrelIe=1.3×104.97=136.461(3)避越外部短路时的最大不平衡电流：I=KI=1.3（7-5）Kts——为电流互感器同型系数，型号相同时取0.5——建议采用0.05IK.MAX——外部短路时流过基本侧的最大短路电流——继电器整定匝数与计算匝数不等而产生的误差，计算时选0.05I=KI=1.3=1.3=1338.363IK.MAX为变压器外部最大运行方式下的三相短路电流，由前面的计算结果知IK.MAX=6863.4。(4)确定差动继电器的动作电流和基本侧差动线圈的匝数：差动继电器的动作电流I=（7-6）电流互感器变比（7-7）基本侧工作线圈匝数W（7-8）则实际整定匝数选用：W= 所以继电器的实际动作电流为：I=（A）(5)校验保护的灵敏系数:当系统在最小运行方式下,线路K1处开环运行发生两相短路时,保护装置灵敏系数最低,即:=1338.363K=>2显然灵敏度满足要求。其中Ik.min是变压器差动保护范围内短路时总的最小短路电流有名值(归算到基本侧)。Kcom是保护的接线系数,这里取1。10kV线路保护配置及整定计算本设计选择10kV出线开拓水泥厂Ⅰ作为整定计算Pmax＝2000KW，＝0.85，设定线路全长15公里已知（由短路电流计算而得来）开拓水泥厂Ⅰ线路首端在最小运行方式下＝9.569KA开拓水泥厂Ⅰ线路末端在最大运行方式下＝1.05KA开拓水泥厂Ⅰ线路末端在最小运行方式下＝1.97KA根据保护配置10kV出线有电流速断和过电流配合保护四、无时限电流速断保护1、动作电流：（1）按躲过线路末端最大短路来整定（2）躲过变压器的励磁涌流考虑到CT、继电器的误差，为保证选择性，选择一个可靠性系数KK,一般在1.15－1.25之间，现按1.25选择。继电器动作电流式中Kjx为接线系数，两相不完全星形、三相不完全星形接线其值为1选DL－11/20继电器，其整定范围在5－20A。2、灵敏度检验，满足灵敏度要求。五、定时限过电流保护1、起动电流整定 （1）正常时保护不起动，即Idz>Ifh.max（2）当外部故障后，保护应能可靠地返回，其返回电流必须大于外部故障切除后流过保护的最大自起动电流即Ih>Izq.max以上两点是过流保护起动电流Idz必须满足的条件式中KK为可靠系数，取1.2Kzq为自起动系数，取1.3Kh为恢复系数，取0.85继电器动作电流选用DL-11/0.5，整定范围在0.5－2A2、灵敏度校验近后备：用本线路末端最小短路电流来校验灵敏度，满足灵敏度要求。3、动作时限整定按阶梯原则与相邻过电流保护中最大的动作时限配合，取相邻保护时间为1St1III=1＋t＋0.5=1.5（S）选用DS－112型时间继电器整定范围0.25－3.5S。 第8章防雷设计8.1变电站的防雷保护概述按安装方式的不同，将独立避雷针和构架避雷针两类。从经济观点出发，当然希望用希望避雷针，以为它既能节约支座的钢材，又能省去专门的接地装置，但对绝缘水平不高的35KV以下的配电装置来说，雷击构架避雷针很容易导致绝缘逆闪落，这当然不能容许，独立避雷针是指具有专门的支座和接地装置的避雷针，其接地电阻一般不超过10Ω。我国规定：一、110KV以上的配电装置，一般将避雷针装在构架上，但在土壤电阻率大于1000Ω/M的地区，仍装设独立避雷针，以免发生反击。二、35KV及一下的配电装置应采用独立避雷针来保护。三、60KV的配电装置，在土壤电阻率大于500Ω/M的地区宜采用独立避雷针，在土壤电阻率小于500Ω/M的土壤容许采用构架避雷针。当独立避雷针遭受雷击时，雷电流将在避雷针电感L和接地电阻R上造成压降。避雷针支座上高度为H处的对地电压（H为相邻配电装置构架的高度）UA=Rii=L0h（di/dt）（8-1）接地装置的对地电压：UB=Rii（8-2）式中Ri——独立避雷针的冲击接地电阻L0——避雷针单位高度的等值电感如果空气间隙的平均冲击击穿场强为E1（KV/M），为了防止避雷针对构架发生反击，其空气间隙S1应满足下面要求：与此相似，如果土壤的平均冲击击穿场强为E2（KV/M），为了防止避雷针接地装置与变电站接地网之间因土壤击穿而连在一起，其地下距离S2应满足下面要求：S2≥U2/E2我国的标准是取雷电流I的幅值I=100KAL0≈1.55μH/ME1≈500KV/ME2≈300KV/M平波波前陡度（di/dt）av≈100/2.6＝38.5KA/μS 我国标准推用下面两个公式校验独立避雷针的空间距离S1和地中距离S2：S1≥0.2RI＝0.1hS2≥0.3RI在一般的情况下S1不应小于5m，S2不小于3m8.2避雷针保护范围与计算设避雷针的高度为h(m),被保护的物体的高度为hx(m),则避雷针的有效高度为hα=h－hx，在hx高度上避雷针保护范围的半径rx由下式计算：当hx≥h/2时，rx＝（h－hx）P＝hαP（8-3）当hx≤h/2时，rx＝（1.5h－2hα）P（8-4）式子中P是考虑避雷针高度影响的校正系数，称为高度影响系数。当h＜30m,p＝1,30m＜h≤120m时，p＝5.5/h½；h＞120m时按照120m计算。从避雷针定点向下作45度斜线，此斜线旋转形成的锥体，构成hx≥h/2时的保护范围，从地平面距避雷针1.5h处按照下步骤计算。两针之间的保护范围由通过1，2，o,三个点的圆弧画出o点的高度按下式计算：h0=－D/7p（8-5）式中的D为两针之间的距离，p为校正系数，在o截面上高度水平的最小保护宽度为2bx，当bx>rx时，取bx＝rx。bx为两避雷针间的最小保护宽度。为了达到联合保护效果，两针间的距离之比D/h不宜大于5。具体计算如附录防雷保护图所示。 展望毕业设计是学生在校期间最后一个重要综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计的综合性训练。通过毕业设计，可以培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神，增强工程观念，以便更好的适用工作的需要。在这个一个多月的毕业设计中给我流下深刻的影响，此次的毕业设计检查了我三年所学的专业知识，初步的使我熟悉了国家能源开发的方针、政策和有关技术规程、规定，导则等，树立工程设计、工程计算、工程绘图等相关设计任务。此次设计使我培养实事求是、严肃认真和刻苦钻研的工作作风。巩固了三年我所学的基本理论和专业知识，能够灵活运用，解决实际问题。本次北郊110kv变电站的的设计，主要是对短路电流的计算、电气设备的选择和校验、主变压器和10kv保护整定计算。根据系统的负荷的要求和用户的负荷的大小以及根据电力系统设计的原则，我的设计使用的是单母线分段兼旁路断路器的接线方式，选用两台变压器。使用单母线接线的优点是在检修是时不会使系统全部失电，从而保证重要用户的不间断供电。电气主接线是变电站电气部分的主体，是保证出力、连续供电和电能质量的关键环节，它适应供电可靠、调度灵活、运行检修方便切具有经济性和扩建发展的可能性等基本要求。本次设计的高低压侧的母线全部采用单母线的接线方式，高压侧同时采用母线分段的接线，在穿越功率较小的地方分开以减小线路的短路电流增大线路的阻抗，但是降低了系统供电的可靠性。电气设备的选择条件概括起来可分为两大部分：第一部分是电器所必需满足的基本条件；第二部分是根据不同电器的特点而提出的选择和校验项目。变压器的容量选用SFL1-20000/110型的双绕组变压器，此容量虽然小于近期负荷但是变压器具有一定的过负载的能力，所以可以满足负荷的要求。在以后的技术发展过程中，110KV变电站逐渐发展成为无人变电站，因此应该采用自动化程度比较高的变电站自动化系统，用以提高系统的正确性和灵敏性和动作的快速性。通过这次论文设计是我充分认识到理论知识的重要性。同时感到它的用处之大、范围之广，所以今后我无论从事任何工作岗位我都会继续学习它。 致谢本次毕业设计是在常文平老师和新乡供电公司童新高级工程师的指导下完成。感谢他们在百忙当中抽出大量时间和精力给我细心的指导和帮助。同时感谢三年来老师对我的培养和教育，谢谢学校给了我这样好的学习环境，让我在学习大学度过了美好的大学生活。在即将离校之际我向你们表示感谢和美好的祝福。感谢我的父母二十几年来的养育之恩，使能完成学业。我将努力工作来报答他们的恩情。在设计的整理、资料的收集、图片的处理、软件的应用、图纸的绘制等方面，得到了很多同学的帮助，在此也向他们表示感谢。 参考文献[1]王广延.电力系统原件保护原理.水利电力出版社.1987.[2]张炜.电力系统分析.中国水利水电出版社.1999.[3]韩富春.电力系统自动化技术.水利电力出版社.2003.[4]许建安，连晶晶.继电保护技术.水利水电出版社.2004.[5]许建安.继电保护整定计算.水利电力出版社.2004[6]吴靓，常文平.电气设备运行与维护.中国电力出版社.2012.[7]钱卫东.电气设备.北京邮电大学出版社.1991.[8]梁国艳，杨婕.电力系统继电保护及自动化.中国电力出版社.2012[9]常美生.高电压技术.中国电力出版社.2012.[10]路文梅，李铁玲.变电站综合自动化技术.中国电力出版社.2012.[11]刘增良，杨泽江.输配电线路设计.中国水利水电出版社.2004.[12]水利电力部西北电力设计院.电力设计工程电气设备手册.中国电力出版社.1994.[13]朴在林.变电所电气部分.中国水利水电出版社.2002. 附录1.电气主接线图2.主变保护图3.防雷保护图'