桃园小区变电站设计

'7广州大学成人高等教育毕业论文/设计题目：110kV桃园小区变电站的电气部分设计专业、班级：09电气工程及其自动化层次、形式：专升本姓名：黄翔学号：095305327130指导教师：费红蕾教学点：珠海函授站继续教育学院制7 7毕业论文（设计）诚信保证书我保证我撰写的毕业论文（设计）《110kV西湖变电站的电气部分设计》，没有弄虚作假、也不存在抄袭他人写作成果的情况。若有抄袭他人论文的情况，产生的后果一切由本人负责。学院级专业班保证人：二O年月日备注：1.所有毕业生都必须签订本诚信保证书：2.本诚信保证书与论文一起装订。7 7广州大学成人高等教育毕业论文（设计）选题申报表学院：继续教育学院年级、专业：2009级电气工程及自动化层次形式专升本姓名：黄翔学号：095305327130电话号码：13727885328申报日期：2011年06月15日课题名称学位申请是√否110kV桃园变电站的电气部分设计指导教师姓名费红蕾职称副教授电话号码/电子邮箱（填本人）课题类别（打√）毕业论文毕业设计√课题来源（打√）科研实际自拟√选题说明（研究的意义、目的）：研究的目的是巩固所学专业知识，在毕业设计的实践中灵活应用。供电可靠性在工业生产中的重要性，有利于实现生产过程自动化；从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。课题主要内容：本工程初步设计内容包含变电站电气设计，新建的变电站从110KV侧东郊变电站受电，其负荷分为35KV和10KV两个电压等级。通过技术和经济比较，现采用下列方案：1.内设两台三绕组变压器，电压等级为121/37.8/11。2.110KV进线采用内桥接线形式。3.本工程初步设计内容包括变电站电气设计。4.35KV和10KV配电装置同样采用单母线分段接线。站用电分别从10KV两端母线获得。主要参考文献：[1]电力工业部西北电力设计院.电气工程设计手册电气一次部分[M].中国电力出版社,1998.[2]弋东方.电气设计手册电气一次部分[M].中国电力出版社2002[3]陈学庸编.电力工程电气设备手册（电气二次部分）[M].北京：中国电力出版社，1996.[4]曹绳敏编.电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M].北京：中国电力出版社，1995.5.[5]文远芳编.高电压技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.1.[6]孟祥萍.电力系统分析[M].高等教育出版社,2004.[7]刘吉来、黄瑞梅.高电压技术[M].中国水利水电出版社,2004[8]熊信银、吴希再.电力工程[M].武汉:华中科技大学，19977 7完成本课题所具备的条件及进度安排：8月中下旬至9月中上旬整理材料设计方案，9月下旬在回到实际检验设计方案的实际可操作性，设计完成时间10月底。备注：指导教师意见：选题符合专业方向，在电力系统中有一定实际意义，同意开题。指导教师：费红蕾2011年10月19日注：1、此表一式二份，经审查同意后，一份发还学生按此执行，一份指导教师保存。2、课题来源：“科研”指参加教师或外单位在研的科研课题；“实际”指某些部门、企业委托项目（调研任务）或已实际存在的项目；“自拟”指指导教师根据教学要求自拟的课题（包括学生提出并经指导教师确认的课题）。3、由几名学生共同完成的课题，必须在“备注”栏注明每位学生独立承担的工作。继续教育学院制7 7广州大学成人高等教育毕业论文（设计）评审表姓名黄翔学号095305327130专业、班级电气工程及自动化层次、形式专升本题目110kV西湖变电站的电气部分设计以上各项由学生本人填写指导教师评语和成绩建议成绩等级：指导教师签名：年月日答辩小组意见答辩成绩：答辩成员签名：年月日总成绩审核意见盖章：年月日注：1成绩按“优秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”五级制记分；2，本表一式二份7 7110kV西湖变电站设计目录前言81原始资料分析91.1本所设计电压等级91.2电源负荷地理位置情况92电气主接线设计112.1主接线接线方式112.1.1单母线接线112.1.2单母线分段接线112.1.3单母分段带旁路母线112.1.4桥型接线112.1.5双母线接线122.1.6双母线分段接线122.2电气主接线的选择132.2.135kV电气主接线132.2.2110kV电气主接线133所用电的设计153.1所用电接线一般原则153.2所用变容量型式的确定153.3所用电接线方式确定153.4备用电源自动投入装置153.4.1备用电源自动投入装置作用153.4.2适用情况以及优点163.4.3BZT装置应满足的基本要求[2]：164短路电流计算184.1短路计算的目的184.2短路计算过程184.2.1110KV短路电流计算184.2.235KV侧短路计算235继电保护配置265.1变电站母线保护配置265.2变电站主变保护的配置266防雷接地286.1避雷器的选择286.1.1避雷器的配置原则286.1.2避雷器选择技术条件286.2变电站的进线段保护[8]296.3接地装置的设计296.3.1设计原则296.3.2接地网型式选择及优劣分析306.3.3降低接地网电阻的措施30致谢327 7参考文献33摘要电力工业是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的位置，是时间国家现代化的战略重点。电能是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配和用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求就必须加强电网建设，而变电站建设就是电网建设中的重要一环。在变电站的设计中，既要求所变电能能很好地服务于工业生产，又要切实保证工厂生产和生活的用电的需要，并做好节能工作。。这次设计以110kV降压变电站为主要设计对象，分析变电站的原始资料确定变电站的主接线；通过负荷计算确定主变压器台数、容量及型号。根据短路计算的结果，对变电站的一次设备进行了选择和校验。同时完成防雷保护及接地装置方案的设计。关键词:变电站电气主接线；短路电流计算；一次设备；防雷保护723 45前言110KV变电站属于高压网络，该地区变电所所涉及方面多，考虑问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备，为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷与接地保护等内容。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展，电力系统在从发电到供电的所有领域中，通过新技术的使用，都在不断的发生变化。变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。此次设计首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，在根据最大持续工作电流及短路计算结果，对设备进行了选型校验，同时考虑到系统发生故障时，必须有相应的保护装置，因此对继电保护做了简要说明。对于来自外部的雷电过电压，则进行了防雷保护和接地装置的设计，最后对整体进行规划布置,从而完成110kV变电站一次系统的设计。45 451原始资料分析1.1本所设计电压等级建设性质及规模：为满足某县城区及相关单位用电，建一座110KV降压变电所。所址海拔为200m，为非地震多发区。最高气温+39℃，最低气温为-18℃，最热月平均最高气温为30℃。根据设计任务本次设计的电压等级为：110/35kV1.2电源负荷地理位置情况1.2.1电源分析与本所连接的系统电源共有3个，其中110kV两个，35kV一个。具体情况如下：1.2.1.1110kV系统变电站该站电源从相距9km的220kV八一变电站受电。在该站等电压母线上的短路容量为650MVA，以一回路与本所连接。1.2.1.2110kV火电厂该厂距离本所12KM，装有3台机组和两台主变，以一回线路与本所连接，该厂主接线简图如图1.1：45 45图1.1110kV火电厂接线图1.2.1.335KV系统变电站该所距本所7.5KM.以一回线路相连接，在该所高压母线上的短路容量为250MVA.。以上3个电源，在正常运行时，主要是由两个110KV级电源来供电给本所。35KV变电站与本所相连的线路传输功率较小，为联络用。当3个电源中的某一电源出故障，不能供电给本所时，系统通过调整运行方式，基本是能满足本所重要负荷的用电，此时35KV变电站可以按合理输送容量供电给本站。1.2.2负荷资料分析1.2.2.135KV负荷表1.135KV负荷参数表用户名称容量（MW）距离（KM）备注化工厂3.515Ⅰ类负荷铝厂4.313Ⅰ类负荷水厂1.85Ⅰ类负荷注：35KV用户中，化工厂，铝厂有自备电源10kV负荷表45 45电压等级线路名称最大有功（MW）最大无功（MVAr）COSФ负荷级别Tmax同时率10KV珊瑚海花园31.460.9135000．85西湖新村20.920.92毛纺厂10.490.92水泥厂1.20.580.92纺织厂0.80.390.921.2.2.235KV远期最大负荷1.2.2.3本变电站自用负荷约为60KVA；1.2.2.4一些负荷参数的取值：负荷功率因数均取cosφ=0.85，负荷同期率Kt=0.9c，年最大负荷利用小时数Tmax＝4800小时/年，表中所列负荷不包括网损在内，故计算时因考虑网损，此处计算一律取网损率为5%，各电压等级的出线回路数在设计中根据实际需要来决定。各电压等级是否预备用线路请自行考虑决定。2电气主接线设计3电气主接线设计电力系统是有发电厂变电所线路及用户组成。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而主接线代表了变电所的电气部分的主体结构是电力系统接线的主要组成部分是变电所设计的首要部分。关系着电力系统的安全和稳定灵活经济运行。由于电能生产的特点是发电变电输电用电是在同一时刻完成的所以主接线设计的好坏也影响工、农业生产和人民生活。因此主45 45接线的设计是一个综合性问题必须在满足国家有关技术经济政策的前提下正确处理好各方面的关系全面分析有关因素力求使其技术先进经济合理安全可靠。同时主接线是保证电网安全可靠经济运行的关键是电气设备布置选择自动化水平和二次回路设计的原则和基础。。3.1变电所主接线设计的基本原则电气主接线�又叫一次接线�是由各种开关电气、变压器、互感器、线路、电抗器、母线等按一定的顺序连接而成的接受和分配电能的总电路。通过它可以了解各种电气设备的规范、数量、连接方式、作用和运行状态等。因此�主接线的连接方式对供电的可靠性、运行灵活性、维护检修的方便及经济性等起着决定性的作用。在选择电气主接线时�应以下各点作为设计依据�变电所在电力系统中的地位和作用�负荷大小和重要性等条件确定�并且满足可靠性、灵活性和经济性等多项基本要求。�1�运行的可靠性�断路器检修时是否影响供电�设备和线路故障检修时�停电数目的多少和停电时间的长短�以及能否保证对重要用户的供电。45 455�2�具有一定的灵活性�主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式�达到调度的目的�而且在各种事故或设备检修时�能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小�并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。�3�操作应尽可能简单、方便�主接线应简单清晰、操作方便�尽可能使操作步骤简单�便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作�还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单�可能又不能满足运行方式的需要�而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。�4�经济上合理�主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上�还应使投资和年运行费用小�占地面积最少�使其尽地发挥经济效益。�5�应具有扩建的可能性�由于我国工农业的高速发展�电力负荷增加很快。因此�在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择�主45 45要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。变电所的主接线设计应根据负荷大小、负荷性质、电源条件、变压器台数和容量以及进出线回路数等综合分析来确定。对于进线电压为35kv及以上的变电站�总降压变电所的主接线设计原则如下��1�一次侧无母线、二次侧采用单母线界限适用于只有一回电源进线和一台变压器的总降压变电所。这种接线简单经济、使用设备少、基建快、投资费用低。但当线路或变压器发生故障或检修是时�需全部停电�故供电可靠性不高�只能用于三类负荷的企业。�2�一次侧采用内桥或外桥接线、二次侧采用单母分段接线适用于具有两台变压器和两回进线的总降压变电所。这种接线所用设备少、结构简单、占地面积小、供电可靠性高�可用于一、二类负荷的企业。�3�一、二次侧均采用单母分段接线适用于具有两回及以上电源进线或一、45 45二次侧进出线较多的总降压变电所。这种接线的供电可靠性高、运行灵活�但所用高压开关设备较多、投资大�可用于一、二类负荷的企业。�4�一、二次侧均采用双母线接线这种接线的供电可靠性高、运行灵活�但设备投资大、配电装置复杂、占地面积大�适用于负荷容量大�进出线回路多的发电厂或区域变电所。2.1主接线接线方式2.1.1单母线接线优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线或母线隔离开关等）故障时检修，均需使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障母线的供电。适用范围：35-63KV配电装置出线回路数不超过3回；110-220KV配电装置的出线回路数不超过2回。2.1.2单母线分段接线优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：35KV配电装置出线回路数为4-8回时；110-220KV配电装置出线回路数为3-4回时。45 452.1.3单母分段带旁路母线这种接线方式在进出线不多，容量不大的中小型电压等级为35-110KV的变电站较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。单母线分段带旁母接线；2.1.4桥型接线2.2.4.1内桥形接线优点：高压断器数量少，四个回路只需三台断路器。缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行；出线断路器检修时，线路需较长时期停运。适用范围：适用于较小容量的发电厂，变电站并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。2.1.4.2外桥形接线优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运。高压侧断路器检修时，变压器较长时期停运。适用范围：适用于较小容量的发电厂，变电站并且变压器的切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。2.1.5双母线接线2.1.5.1优点：1)供电可靠,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障时，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。2）调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。45 453）扩建方便。向双母线的左右任何的一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。4）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。双母线接线2.1.5.2缺点：1）增加一组母线和使每回线路需要增加一组母线隔离开关。2）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。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。适用范围：6-10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电抗器时；35KV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时；110-220KV配电装置，出线回路数为5回及以上时，或110-220KV配电装置在系统中占重要地位，出线回路数为4回及以上时。2.1.6双母线分段接线双母线分段可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到不同的母线上，对大容量且相互联系的系统是有利的。由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题，而较容易实现分阶段的扩建优点。但容易受到母线故障的影响，断路器检修时需要停运线路。占地面积较大。一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。45 45双母线带旁路母线接线；2.2电气主接线的选择2.2.135kV电气主接线根据资料显示,由于35KV的出线为4回，一类负荷较多，可以初步选择以下两种方案：2.2.1.1单母分段带旁母接线且分段断路器兼作旁路断路器，电压等级为35kV～60kV，出线为4～8回，可采用单母线分段接线，也可采用双母线接线。2.2.1.2双母接线接线表2.235KV主接线方案比较方案项目方案Ⅰ单母分段带旁母方案Ⅱ双母接线技术①简单清晰、操作方便、易于发展②可靠性、灵活性差①旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电②扩建时需向两个方向均衡扩建①供电可靠②调度灵活③扩建方便④便于试验⑤易误操作经济①设备少、投资小②用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资①设备多、配电装置复杂②投资和占地面大45 45虽然方案Ⅰ可靠性、灵活性不如方案Ⅱ，但其具有良好的经济性。鉴于此电压等级不高，可选用投资小的方案Ⅰ。2.2.2110kV电气主接线根据资料显示，由于110KV没有出线只有2回进线，可以初步选择以下两种方案：2.2.2.1桥行接线,根据资料分析此处应选择内桥接线。2.2.2.2单母接线。表2.3110KV主接线方案比较45 45单母线分段带旁母接线；双母线接线45 453所用电的设计变电站的所用电是变电站的重要负荷，因此，在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电站发展规划，妥善解决因建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电站安全，经济的运行。3.1所用电接线一般原则3.1.1满足正常运行时的安全,可靠,灵活,经济和检修,维护方便等一般要求。3.1.2尽量缩小所用电系统的故障影响范围,并尽量避免引起全所停电事故。3.1.3充分考虑变电站正常,事故,检修,起动等运行下的供电要求,切换操作简便。3.2所用变容量型式的确定一、主变台数的确定对于大城市郊区的一次变电所，在中、低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台主变压器为宜。此设计中的变电所符合此情况，故主变设为两台。二、主变容量的确定1、主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。对城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。2、根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑到当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70％-80％。此变电所是一般性变电所。45 45有以上规程可知，此变电所单台主变的容量为：S=ΣS2*0.8=43174.3*0.8=34539.48KVA所以应选容量为40000KVA的主变压器。三、主变相数选择1、主变压器采用三相或是单相，主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。2、当不受运输条件限制时，在330KV及以下的发电厂和变电所，均应采用三相变压器。社会日新月异，在今天科技已十分进步，变压器的制造、运输等等已不成问题，故有以上规程可知，此变电所的主变应采用三相变压器。四、主变绕组数量1）、在具有三种电压的变电所中，如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15％以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功补偿装备时，主变压器宜采用三绕组变压器。根据以上规程，计算主变各侧的功率与该主变容量的比值：高压侧：K1=(35600+9800)*0.8/40000=0.9>0.15中压侧：K2=35600*0.8/4000=0.7>0.15低压侧：K3=9800*0.8/40000=0.2>0.15由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。五、主变绕组连接方式45 45变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有y和△，高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用Y0连接；35KV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线接地。35KV及以下电压，变压器绕组都采用△连接。有以上知，此变电站110KV侧采用Y0接线35KV侧采用Y连接，10KV侧采用△接线主变中性点的接地方式：选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主要接地方式有：中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网中性点的接地方式，决定了变压器中性点的接地方式。电力网中性点接地与否，决定于主变压器中性点运行方式。35KV系统，IC<=10A；10KV系统；IC<=30A（采用中性点不接地的运行方式）35KV：Ic=UL/350=35*(15+8+10*2+7*2+11)/350=6.8A<10A10KV：Ic=10*(5*3+7*2+4+5+7*2)/350+10*(2*2+3)/10=8.2A<30A所以在本设计中110KV采用中性点直接接地方式35、10KV采用中性点不接地方式45 456.主变的调压方式《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第三节规定：调压方式变压器的电压调整是用分解开关切换变压器的分接头，从而改变变压器比来实现的。切换方式有两种：不带电切换，称为无励磁调压，调压范围通常在+5％以内，另一种是带负荷切换，称为有栽调压，调压范围可达到+30％。对于110KV及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。由以上知，此变电所的主变压器采用有载调压方式。7.变压器冷却方式选择参考《电力工程电气设计手册》（电器一次部分）第五章第四节主变一般的冷却方式有：自然风冷却；强迫有循环风冷却；强迫油循环水冷却；强迫、导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。故此变电所中的主变采用强迫油循环风冷却方式。附：主变型号的表示方法第一段：汉语拼音组合表示变压器型号及材料第一部分：相数S----三相；D------单相第二部分：冷却方式J----油浸自冷；F----油浸风冷；S----油浸水冷；G----干式；N----氮气冷却；FP----强迫油循环风冷却；SP----强迫油循环水冷却45 454短路电流计算在电力系统运行中都必须考虑到可能发生的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，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。4.1短路计算的目的4.1.1在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。4.1.2在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。4.1.3在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。4.1.4在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。4.2短路计算过程4.2.1110KV短路电流计算4.2.1.1根据资料,110KV火电厂的阻抗可归算为以下·图4.1110KV火电厂接线图45 45图4.2110KV火电厂阻抗图在短路计算的基本假设前提下，选取=100MVA，UB==0.135=0.432各绕组等值电抗取17％，取6％，取10.5％==0.17945 45·图4.3110KV火电阻抗最简图=即火电厂的阻抗为0.232。2)又根据资料所得,可将变电站视为无限大电源所以取同理:因35KU变电站的短路容量为250MVA所以火电厂到待设计的变电站距离12KM，阻抗为每千米0.4欧45 45220KV八一变电站到到待设计的变电站距离9KM，阻抗为每千米0.4欧35KV变电站到到待设计的变电站距离7.5KM，阻抗为每千米0.4欧X=待设计变电站中各绕组等值电抗该变电站的两台型号规格一样所以另一个变压器的阻抗和相同。根据主接线图可简化为以下图型45 45图4.4主接线阻抗简化图当K1点发生短路时将图四可转化为以下图行图4.5K1点短路阻抗图又因为E1是有限大电源(将0.263改为0.264)45 45所以查短路电流周期分量运算曲线取T=0S,可得4.324=(4.324+5.525+1.134)×=5.514KA冲击系数取1.8×5.514×1.8=14.034KA=(4.324+5.525+1.134)×100=1098.3MV.A110kV短路电流计算结果表：短路点短路电流周期分量有名值（KA）冲击电流（KA）全电流（KA）短路容量S（MVA）K14.32414.0345.5141098.34.2.235KV侧短路计算根据图四进行变换45 45图4.6星三角形转化图图4.7K2点短路阻抗图==0.91045 450.910×0.9375=0.853查计算曲线取T为0S,可得1.225=(1.225+1.6+1.616)=6.930KA×6.93×1.8=17.638KA=(1.225+1.6+1.616)×100=444.1MV.A35kV短路电流计算结果表：短路点短路电流周期分量有名值（KA）冲击电流（KA）全电流（KA）短路容量S（MVA）K11.22517.6386.930444.145 457继电保护装置电力系统的继电保护是继电保护技术和继电保护装置的统称。它对保证系统安全运行和电能质量、防止故障扩大和事故发生起着及为重要的作用。7.1继电保护的任务和要求7.1.1继电保护的基本任务①自动地、迅速地、有选择性地将故障元件从供电系统切除，迅速恢复非故障部分的正常供电。②能正确反映电气设备的不正常运行状态，并根据要求，发出预报信号，以便值班人员采取措施，保证电气设备的正常工作；或经一段时间运行处理后，电气设备仍不能正常工作，则保护动作于断路器跳闸，将不能正常工作的电气设备切除。③与供配电系统的自动装置（如自动重合闸装置、备用电源自动投人装置等）配合，缩短事故停电时间，提高供电系统的运行可靠性。7.1.2继电保护的基本要求①选择性，当供电系统发生短路故障时，继电保护装置动作，只切除故障元件，并使停电范围最小，以减小故障停电造成的损失。保护装置这种能挑选故障元件的能力称为保护的选择性。②速动性，为了减小由于故障引起的损失，减少用户在故障时低电压下的工作时间，以及提高电力系统运行的稳定性，要求继电保护在发生故障时尽快动作将故障切除。③灵敏性，指在保护范围内发生故障或不正常工作状态时，保护装置的反应能力。④可靠性，继电保护装置在其所规定的保护范围内发生故障或不正常工作时，一定要准确动作，即不能拒动；不属其保护范围的故障或不正常工作时，一定不要动作，即不能误动。45 457.2电力变压器保护7.2.1电力变压器保护概述变压器是电力系统中不可缺少的重要电气设备。变压器的故障可分为内部和外部两种故障。1）内部故障是指变压器油厢里面的各种故障，主要故障类型有：(1)各绕组之间发生的相间短路；(2)单相绕组部分线区之间发生的匝间短路；(3)单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地短路；(4)铁芯烧损。2）变压器的外部故障类型有：(1)绝缘套管网络或破碎而发生的单相接地（通过外壳）短路；(2)引出线之间发生的相间故障。3）变压器的不正常运行情况主要有：(1)由于外部短路或过负荷而引起的过电流；(2)油箱漏油而造成的油面降低；(3)变压器中性点电压升高或由于外加电压过高而引起的过励磁。为了防止变压器发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证系统安全连续运行，故变压器应装设一系列的保护装置。7.2.2变压器瓦斯保护电力变压器通常是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器邮箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。气体排出的多少以及排出速度，与变压器的严重程度有关。利用这种气体来实现保护的装置，称为瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件时气体继电器，它安装在邮箱和油枕之间的连接管道上。其原理如图7-1所示45 45图7-1瓦斯继电保护原理电路图轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为250-300cm3，一般整定在250cm3。重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为0.6-1.5m/s，一般整定在1m/s左右。因此瓦斯继电器选用FJ3-80型。7.2.3变压器纵差动保护电流纵差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛地用作变压器的主保护。1）电力变压器纵差保护接线对于三相变压器，且采用Y，d11的接线方式，由于Y侧采用了两相电流差，该侧流入差动继电器的电流增加了倍。为了保证正常运行及外部故障情况下差动回路没有电流，该侧电流互感器的变比也要增加倍，即两侧电流互感器变比的选择应该满足45 45（7-1）变压器两侧电流互感器采取不同的接线方式，Y侧采用Y，d11接线方式，将两相电流差接入差动继电器内，d侧采用Y，d12的接线方式，将各相电流直接接入差动继电器内。对于数字式差动保护，一般将Y侧的三相电流直接接入保护装置内，由计算机的软件实现功能，以简化接线。2）躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为（7-2）式中—可靠系数，取1.3；—外部短路故障时的最大不平衡电流。（7-3）是由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差。=400/5,=35/10.5,=1200/5，带入求得。—有变压器分接头改变引起的相对误差，取5%。—非周期分量系数，取1.5。—电流互感器同型系数，取1。0.1—电流互感器容许的最大稳态相对误差。为外部短路故障时最大短路电流，前面计算得7.81kA。最终求得4373.6A，则，折算到二次侧2）躲过变压器最大的励磁涌流，整定式为（7-4）式中—可靠系数，取1.3；—励磁涌流的最大倍数，取6；—变压器额定电流，取10kV侧为439.88A。45 45求得=3431.1A，折算到二次侧为14.3A。3）躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流，整定式为（7-5）式中—可靠系数，取1.3；—变压器的最大负荷电流。取10kV侧的616A。求得=800.5A，折算到二次侧为3.34A取最大值整定值为=23.70A灵敏系数（7-6）7.2.4变压器过电流保护和过负荷保护1）变压器过电流保护为了防止变压器外部短路，并作用是内部故障的后备保护，一般变压器上应装设过电流保护。对单侧电源的变压器，保护装置的电流互感器安装在变压器的电源侧，以便在发生变压器内部故障而瓦斯或差动保护拒动时，由过电流保护经整定时限动作后，作用与变压器两侧断路器跳闸。过电流保护的原理如图7-2所示45 45图7-2过电流继电保护原理电路图保护的启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即（7-7）式中—可靠系数，取1.3；—返回系数，取0.85；—变压器可能出现的最大负荷电流，取1.4439.89=615.84A。带入的941.8A,折算到二次侧为3.9A。2）变压器过负荷保护为了防止变压器长时间在超过负载允许下运行，需要装设过负荷保护装置。过负荷保护可用一个电流继电器连接到任一相上即可。(1)动作电流的整定，按躲过变压器额定电流来整定（7-8）式中——过负荷保护装置动作电流整定值（A）；——变电所额定电流（A）；45 45——电流互感器变比。(1)动作时限的整定：动作时限为10~15s，一般用于信号，整定为10s。7.3母线保护发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转换到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障。母线短路故障类型的比例与输电线路不同。在输电线路的短路故障中，单相接地故障约占故障总数的80%以上。而在母线故障中，大部分故障是由绝缘子对地放电引起的，母线故障开始阶段大多表现为单相接地故障，而随着短路电弧的移动，故障往往发展为两相或三相接地短路。一般来说，不采用专门的母线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。如利用变压器过流保护使变压器断路器跳闸予以切除。45 459变电所的防雷与接地9.1变电所的防雷雷电引起的大气过电压将会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所和高压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。运行经验表明，当前变电所中采用的防雷保护措施是可靠的，但是雷电参数和电器设备的冲击放电特性具有统计性，故防雷措施也是相对的，而不是绝对的。变电所的雷电危害主要来自两个方面：一个是直接雷击变电所的建筑物、构筑物或装设在露天的设备，强大的雷电冲击电流通过被击物泄放入地时，引起机械力破坏和热破坏；另外一个是雷电感应产生的高电压波沿输电线路侵入变电所内，使主要电气设备对地绝缘击穿或烧毁。所以对于直接雷击破坏，变电所一般采用安装避雷针或者避雷线保护，对于沿线路侵入变电所的雷电侵入波的防护，主要靠在变电所内合理地配置避雷器。9.1.1避雷针的选择防直接雷击最常用的措施是装设避雷针，它是由金属制成，比被保护设备高并具有良好的接地装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备、建筑免受雷击。避雷针的设计一般有以下几种类型：1单支避雷针的保护；2两支避雷针的保护；3多支避雷针的保护。本次设计采用单支避雷针进行防直击雷的保护。避雷针的保护范围是指被保护物在此空间范围内不致遭受雷击而言。单支避雷针的保护范围是一个旋转的圆锥体。避雷针的保护半径rx可按下式计算，即，当时；（9-1），当时。（9-2）式中h——避雷针高度，单位m；hx——被保护物的高度，单位m；45 45p——高度影响因数，当时，p=1；当时，。这次选择在距变电所外10m的地方装设单支避雷针，安装在进线终端塔顶，塔顶高度为21m，针高12m，取33m作为计算高度。表9.1避雷针保护范围计算表针号h（m）p（m）(m)保护范围避雷针高度高度影响因数被保护物高度保护半径#1330.9617.015.36#1#1330.968.032.16#1#1330.964.039.84#19.1.2避雷器的选择目前在新建或技术改造的变电所中，一般都选用氧化锌避雷器，作为电力变压器等电气设备的大气过电压、操作过电压及事故过电压的保护设备。氧化锌避雷器与阀型避雷器相比，具有残压低、无续流、通流容量大、性能稳定和动作迅速等优点。1）35kV侧避雷器的选择（1）按额定电压选择35kV系统最高电压40.5kV，相对地电压为40.5/=23.4kV，避雷器相对地电压为1.25U=1.2540.5=50.6kV，取避雷器额定电压为53kV。（2）按持续运行电压选择35kV系统相电压23.4kV,选择氧化锌避雷器持续运行电压40.5kV，此值大于23.4kV。（3）标称放电电流的选择35kV氧化锌避雷器标称放电电流选择5A。（4）雷电冲击残压的选择35kV额定雷电冲击外绝缘峰值耐受电压为185kV，内绝缘耐受电压为200kV，计算避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为（9-3）选择氧化锌避雷器雷电冲击电流下残压（峰值）为134kV。45 45（5）校核陡坡冲击电流下的残压35kV变压器类设备的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为220kV，计算陡坡冲击电流下的残压为（9-4）选择陡坡冲击电流下残压（峰值）为154kV。（6）操作冲击电流下的残压35kV变压器线端操作波试验电压为170kV，计算变压器35kV侧操作冲击电流下的残压为（9-5）选择操作冲击电流下峰值残压为114kV。（7）根据上述计算和校核，选择Y5WZ—53/134型氧化锌避雷器能满足35kV侧变压器的过电压保护要求。2）10kV侧避雷器的选择具体计算过程与上类似，选用Y5WS5—17/50L型氧化锌避雷器。表9.2Y5WS5—17/50L型氧化锌避雷器计算结果表计算结果Y5WS5—17/50L额定电压（kV）1.3811.5=15.87额定电压(kV)17持续运行电压（kV）11.5/=6.6持续运行电压（kV）8.6雷电冲击残压（kV）53雷电冲击电流下残压峰值（kV）50陡坡冲击残压（kV）60.7陡坡冲击电流下残压峰值（kV）57.5操作冲击残压（kV）52.17操作冲击电流下残压峰值(kV)42.510kV氧化锌避雷器标称放电电流为5kA9.2变电所的接地接地是指电气设备的带电部分或不带电部分与大地连接。45 45(1)接地的一般要求在供电系统的某些部位，由于工作的需要或安全的需要而和大地进行直接连接，这就是接地。为了保证达到接地的目的，接地装置必须正确设置（包括正确的布置、正确的连接、采用适当的散流电阻等），并且连接可靠，否则，不仅达不到接地的目的，还可能反而带来不利的影响。变电所的接地装置除采用自然接地体外，还应设置人工接地网，通常用钢管或角钢作垂直接地体埋入地中，用扁钢作水平接地体来连接各条垂直接地体形成一个接地网，两垂直接地体之间应大于2.5m，以免影响散流电阻。扁钢应侧放而不应平放，以提高散流效果。接地装置的形式有外引式和回路式两种。(2)接地的种类按实施接地的目的不同可分为工作接地、保护接地和防雷接地。工作接地是指为了电力系统的正常运行，人为的将供电系统的某些点（例如发电机和变压器的中性点）和大地进行金属性的连接。保护接地是指由于电气设备绝缘损坏时可能危及人身安全而将电气设备不带电的金属外壳与大地相连。防雷接地则是为了引泄雷电流而将防雷设备（如避雷针、避雷器等）与大地相连。45 45致谢为期三年在珠海市应用技术专修学校的广州大学专升本学习即将结束，三年来在老师的精心辅导下，我的理论知识有了很大的提高，因为工作的原因，我缺席了许多课程，在此向老师表示深深的歉意。为检验三年来的学习成果，此次设计为110kV西湖变电站电气一次系统设计。在设计过程中，我根据所学知识实际进行设计,没想到看起来简单的设计，实际干起来却有太多疑问。在毕业设计过程中，费老师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议，使我的这次设计能顺利完成。通过这次毕业设计使我对以前学习的知识得到了更深的了解,并使知识得到了进一步的巩固。09电气自动化黄翔45 45参考文献[1]电力工业部西北电力设计院.电气工程设计手册电气一次部分[M].中国电力出版社,1998.[2]弋东方.电气设计手册电气一次部分[M].中国电力出版社2002[3]陈学庸编.电力工程电气设备手册（电气二次部分）[M].北京：中国电力出版社，1996.[4]曹绳敏编.电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M].北京：中国电力出版社，1995.5.[5]文远芳编.高电压技术[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.1.[6]孟祥萍.电力系统分析[M].高等教育出版社,2004.[7]刘吉来、黄瑞梅.高电压技术[M].中国水利水电出版社,2004[8]熊信银、吴希再.电力工程[M].武汉:华中科技大学，199745'