35kv变电站一次设计

35kv变电站一次MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1716745410943_2 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 35KV企业变电所电气一次设计 专 业 发电厂及电力系统 目 录 原始 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 分析 ----------------------------------------------------------------------------------------- - 5 - 第一章 主接线的选择 ------------------------------------------------------------------------------- - 7 - 1-1主接线的设计原则和要求 ------------------------------------------------------------------- - 7 - 1-2主接线的拟定 --------------------------------------------------------------------------------- - 8 - 1-3主接线的比较与选定------------------------------------------------------------------------ - 11 - 1-3-1技术比较 -------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 1-3-2 经济比较 ------------------------------------------------------------------------------- - 13 - 1-4 所用电的设计 ------------------------------------------------------------------------------- - 15 - 1-4-1所用电设的要求计 -------------------------------------------------------------------- - 15 - 第二章 变压器的选择 --------------------------------------------------------------------------- - 17 - 2-1主变的选择 ---------------------------------------------------------------------------------- - 17 - 2-1-1 变电站变压器台数的选择原则 ----------------------------------------------------- - 17 - 2-1-2 变电站主变压器台数的确定 -------------------------------------------------------- - 18 - 2-1-3 变电所主变压器容量的确定原则 -------------------------------------------------- - 18 - 2-1-4 待设计变电所主变压器容量的计算和确定 -------------------------------------- - 18 - 2-1-5 主变压器绕组数的确定 ------------------------------------------------------------- - 19 - 2-1-6主变压器相数的确定 ----------------------------------------------------------------- - 19 - 2-1-7主变压器调压方式的确定 ----------------------------------------------------------- - 19 - 2-1-8主变压器绕组连接组别的确定 ----------------------------------------------------- - 19 - 2-1-9 主变压器冷却方式的选择----------------------------------------------------------- - 20 - 2-2所用变的选择 ----------------------------------------------------------------------------- - 21 - 2-2-1 所用变台数的选择 ------------------------------------------------------------------- - 21 - 2-2-2 所用变容量的选择 ------------------------------------------------------------------- - 21 - 第三章 短路电流的计算 -------------------------------------------------------------------------- - 22 - 3-1短路的基本知识 ---------------------------------------------------------------------------- - 22 - 3-2计算短路电流的目的----------------------------------------------------------------------- - 23 - 3-3短路电流实用计算的基本假设 ----------------------------------------------------------- - 24 - 3-4短路电流的计算步骤----------------------------------------------------------------------- - 24 - 第四章 设备的选择与校验 ----------------------------------------------------------------------- - 29 - 4-1电气选择的一般条件----------------------------------------------------------------------- - 29 - 4-1-1按正常工作条件选择导体和电器 -------------------------------------------------- - 30 - - 3 - - - ----------------------------------------------------------------------- - 31 - 4-1-2按短路情况校验 4-2高压断路器的选择及校验 ----------------------------------------------------------------- - 32 - 4-2-1对高压断路器的基本要求 ----------------------------------------------------------- - 32 - 4-2-2额定电流的计算 ----------------------------------------------------------------------- - 33 - 4-2-3高压断路器的选择结果及校验 ----------------------------------------------------- - 34 - 4-2-4高压熔断器的选择及校验 ----------------------------------------------------------- - 39 - 4-3 进线与出线的选择与校验 ---------------------------------------------------------------- - 43 - 4-3-1 35 kV架空线路的选择与校验 ----------------------------------------------------- - 44 - 4-3-2 10 kV电缆的选择与校验 ----------------------------------------------------------- - 45 - 4-4 互感器的选择与配置 ---------------------------------------------------------------------- - 46 - -------------------------------------------------------------------- - 46 - 4-4-1电流互感器的选择 4-4-2电压互感器的选择 -------------------------------------------------------------------- - 48 - 4-4-3互感器的配置 -------------------------------------------------------------------------- - 49 - 第五章 补偿装置 ----------------------------------------------------------------------------------- - 50 - 5-1 补偿装置的种类和作用 ------------------------------------------------------------------- - 50 - 5-2并联电容器容量的计算 -------------------------------------------------------------------- - 51 - 5-3并联电容器装置容量选择和主要要求。 ----------------------------------------------- - 52 - 第六章 变电站接地与防雷的设计 -------------------------------------------------------------- - 53 - 6-1 防雷保护的必要 ---------------------------------------------------------------------------- - 53 - 6-2变电所中可能出现大气过电压的种类 -------------------------------------------------- - 53 - 6-4 避雷针高度的确定 ------------------------------------------------------------------------- - 54 - 6-5 变电所入侵波的保护 ---------------------------------------------------------------------- - 55 - 6-6 接地体和接地网的设计 ------------------------------------------------------------------- - 57 - 第七章 继电保护的配置 -------------------------------------------------------------------------- - 58 - 7-1继电保护的基本知识----------------------------------------------------------------------- - 58 - 7-2输电线路的保护配置----------------------------------------------------------------------- - 59 - 7-2-1相间短路保护的配置 ----------------------------------------------------------------- - 60 - 7-2-2过负荷保护的配置 -------------------------------------------------------------------- - 60 - 7-2-3单相接地保护 -------------------------------------------------------------------------- - 60 - 7-2-4输电线路的保护配置结果 ----------------------------------------------------------- - 61 - 7-3变压器的保护 ------------------------------------------------------------------------------- - 61 - 7-4母线保护 ------------------------------------------------------------------------------------- - 63 - 7-5-1 备用电源自动投入装置的含义和作用 -------------------------------------------- - 64 - 7-5-2 自动重合闸装置 ---------------------------------------------------------------------- - 64 - 参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------- - 65 - 致谢 --------------------------------------------------------------------------------------- - 66 - - 4 - - - 原始资料分析 一、设计任务 35KV企业变电所电气一次设计 二、待建变电所基本资料 1、某企业为保证供电需要，要求设计一座35KV降压变电所，以10KV电缆给各车间供 电，一次设计并建成。 2、距离本变电所6KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线路向待设计的变电所供 电。在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为1000MVA。 3、待设计变电所10KV侧无电源，考虑以后装设两组电容器，提高功率因数，故要求 预留两个间隔。 4、本变电所10KV母线到各车间均用电缆供电，其中一车间和二车间为?类负荷，其 余为?类负荷，Tmax=4000h。各馈线负荷如下表所示: 有功功率 序号 车间名称 无功功率(KVAR) (KW) 1 一车间 1100 480 2 二车间 740 500 3 机加工车间 850 580 4 装配车间 1000 500 5 锻工车间 950 300 6 高压站 1400 320 7 高压泵房 750 530 8 其他 950 700 - 5 - - - 5、所用电的主要负荷如下表所示: 额定容量 序号 设备名称 功率因数 台数 (KW) 1 主充电机 20 0.88 1 2 浮充电机 4.5 0.85 1 3 蓄电池室通风 3.0 0.88 1 4 屋内配电装置通风 1.5 0.79 2 5 交流电焊机 11 0.5 1 6 检修试验用电 13.0 0.8 1 7 载波 0.95 0.69 1 8 照明负荷 15.0 9 生活用电 12 6、环境条件 当地海拔高度507.4m，年雷电日36.9个，空气质量优良，无污染，历年平均最高气温29.9?，土壤电阻率ρ?500Ω•m。 - 6 - - - 第一章 主接线的选择 1-1主接线的设计原则和要求 发电厂和变电所的电气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。 电气主接线的设计原则: 应根据发电厂和变电所所在电力系统的地位和作用。首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求，根据规则容量，本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性，保证供需平衡，电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规则与要求等条件确定，应满足可靠性、灵活性和经济型的要求。 电气主接线的主要要求: 1、可靠性:可靠性的客观衡量标准时运行实践主接线的可靠性是其组合元件(包括一次 不分和二次部分)在运行中可靠性的综合，因此要考虑一次设备和二次部分的故障及 其对供电的影响，衡量电气主接线运行可靠性的一般准则是: (1) 断路器检修时，是否影响供电、停电的范围和时间 (2) 线路、断路器或母线故障以及母线检修时，停电出线回路数的多少和停电时间长 短，能否保证对重要用户的不间断供电。 (3) 发电厂、变电所全部停电的可能性。、 2、灵活性:投切发电机、变压器、线路断路器的操作要可靠方便，调度灵活，电气主接 线的灵活性要求有以下几方面: (1) 调度灵活、操作方便，应能灵活地投切某些元件，调配电源和负荷能满足系统在 事故、检修及特殊运行方式下的调整要求。 (2) 检修安全，应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时使一次和二次设 备等所需的改造最少。 3、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，要适当限制经 - 7 - - - 济型:通过优化比选，应尽力做到投资省、占地面积小、电能损耗少，在满足技术要 求的前提下，要做到经济合理。 (1) 投资省，电气主接线应简单清晰，以节省断路器、隔离开关等一次设备投资，要 使短路电流，一边选择价格合理的电气设备。 (2) 占地面积小，电气主接线的设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约地和节 省架构、导线、绝缘小及安装费用，在运输调节许可的地方都应采用三相变压器。 (3) 电能损耗少，经济合理的选择变压器的型式、容量和台数，避免因两次变压而增 加投资。 1-2主接线的拟定 待设计变压所为一座35KV降压变电所，以10KV电缆线各车间供电，距改变电所6KM处有一系统变电所，用35KV双回架空线向待设计的变电所供电，在最大运行方式下，待设计变电所高压母线上的短路功率为1000MVA，待设计变电所的高压部分为二进二出回路，为减少断路器数量及缩小占地面积，可采用内桥接线和外桥接线，变电所的低压部分为二进八处回路，同时考虑以后装设两组电容量要预留两个出线间隔，故10KV回路应至少设有10回出线，其中，一车间和二车间为?类负荷，其余为?类负荷，其主接线可采用单母不分段接线，单母分段接线和单母分段带旁路接线，综上所述，该变电所的主 -1所示 接线形式初步拟定为6种，如下图2 - 8 - - - 图2-1(a)方案一 图2-1(b)方案二 - 9 - - - 图2-1(c)方案三 图2-1(d)方案四 - 10 - - - 图2-1(e)方案五 图2-1(f)方案六 1-3主接线的比较与选定 1-3-1技术比较 1、内桥线路的特点: (1)线路操作方便 (2)正常运行时变压器操作复杂 (3)桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元间失去联系 内桥接线试用于两回进线两回出线且线路较长，故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式的发电厂和变电站中。 2、外桥接线的特点: - 11 - - - (1)变压器操作方便 (2)线路投入与切除时，操作复杂 (3)桥回路故障或检修时全厂分列为两部分，使两个单元之间失去联系。 外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性小和变压器需要经常切换，且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。待设变电所35KV回路进线为6KM，进线较长，且没有穿越功率通过，正常运行时两台变压器不需要经常切换，经比较，内桥接线的线路投入与切除操作方便，故以上6种设计方案中，方案一、方案二和方案三为优。 3、单母线不分段接线的特点: 接线简单、清晰、设备少、操作方便、投资少、便于扩建，但其不够灵活可靠，接到母线上任一元件故障时，均使整个配电装置停电。 4、单母线分段接线的特点: 单母线分段接线也比较简单、清晰，当母线发生故障时，仅故障母线段停止工作，另一段母线仍继续工作，两段母线可看成是两个独立的电源，挺高了供电可靠性，可对重要用户供电，当一段母线故障或检修时，必须断开接在该段母线上的所有支路，使之停止工作，任一支断路器检修时，该支路必须停止工作。 5、单母线分段带旁路接线的特点: 在母线引出各元件的断路器，保护装置需停电检修时，通过旁路木母线由旁路断路器及其保护代替，而引出元件可不停电，加旁路母线虽然解决了断路器和保护装置检修不停电的问题，提高了供电的可靠性，但也带来了一些负面影响。 a) 旁路母线、旁路断路器及在各回路的旁路隔离开关，增加了配电装置的设备，增 加了占地，也增加了工程投资。 b) 旁路断路器代替各回路断路器的倒闸操作复杂，容易产生误操作，酿成事故。 c) 保护及二次回路接线复杂。 d) 用旁路代替个回路断路器的倒闸操作，需要人来完成，因此带旁路母线的界限不 利于实现变电所的无人值班。 - 12 - - - 方案一种采用单母线不分段接线，虽然简单灵活，但其可靠性不高，当接到母线上任一元件公章时，均使整个配电装置停电，且带设变电所的符合均为?类、?类中药符合，因此方案一种的单母线不分段接线不能满足?类、?类负荷供电可靠性的要求。 方案二与方案三中采用单母线分段接线的两段母线可看成是两个独立的电源，提高了供电的可靠性，为了确保当任何一路电源发生故障或检修时，都不回中断对重要用户?类负荷的用电，可分别在每段母线上都设有一车间与二车间的出现间隔。方案二与方案三的可靠性都较高，加设旁路母线的方案三可使出现线路上断路器故障或检修时，通过旁路母线使用电不用中断，相比之下，方案三的供电可靠性要比方案二高，但由于加设旁路母线也带来了倒闸操作复杂等负面影响，即方案三灵活性要低于方案二，为最终确定带设变电所的主接线方式，下面对方案二与方案三进行经济比较。 1-3-2 经济比较 1、综合投资比较 a (1)Z,Z，0100 该变电所为35KV等级，故不明显的附加费用比例系数a取100 Z,2Z？？？? 0 ZZ式中包括变压器、开关设备。配电装置等设备的费用，由式子?可知，综合投资与00成正比。 方案三语方案二相比，方案三多设了一条10KV母线，1台旁路母联断路器及隔离开关。 ZZ即方案三中的大于方案二中的。故方案二的综合投资Z小于方案三的综合投资Z。 00 2、年运行费用U的比较 U,U，U Z,A UU式中为折旧费，为损耗费 Z,A U,CZ Z - 13 - - - 式中C为折旧维护检修费，对主变及配电装置可取8%~10%.对水泥杆线路可取5%，对铁塔线路可取4%，故与Z成正比。 UZ U,,,, ,, ,式中为电能电价(常数)。 双绕组主变的年电能损耗 S2m,,,n[,Pt，,P(),] K0Se 该变电所采用2台主变，故n=2 ,P式中为主变压器的空载损耗和短路损耗 0 t为变压器年运行小时数 SS为变压器的额定容量，为变压器持续最大负荷 em ,为最大负荷年损耗小时数，决定于最大负荷年利用小时数T与平均功率因数COS,。 由于方案二与方案三都选用同样两台型号相同的主变，故主变的年电能损耗相同。 架空输电线路的年电能损耗。 ,,,PLK m P式中为通过线路的最大持续功率，L为线路长度，K为线路有功损耗系数。方案二与方m 案三中都从距变电所6KM处的系统变电所用35KV双回架空线路向带设变电所供电。故其P、L、K相同，即架空输电线路的年电能损耗相同。 m UU由于U=+ Z,A U当损耗费用相同时，大的年运行费高，故方案二与方案三相比，方案二的经济性Z 较优。而且近年来，系统的发展，电力系统接线的可靠性有了较大提高，220KV以下电网建设的目标是逐步实现N-1或N-2的配置，这样有计划地进行设备检修，不会对用户的供电产生影响，不需要通过旁路断路器来代替检修断路器;由于设备制造水平的提高，高质量的断路器不断出现，例如现在广泛采用的SF6断路器，真空断路器，运行可靠性大幅度提高，使旁路母线的使用几率也在逐年下降;由于现今的变电站都有向无人值班方式设计趋势，旁路母线给无人值班带来不便，故新建工程中基本上不再采用带旁路母线的接线方式，所以经综合分析比较后，最终确定方案二为该变电所的电气主接线方式，即35KV高压部分采用内桥接线，10KV低压部分采用单母分段接线方式。如下图2-2所示: - 14 - - - 图2-2 1-4 所用电的设计 1-4-1所用电设的要求计 变电所用电系统设计和设备选择，直接关系到变电所的安全运行和设备的可靠。 最近几年设计的变电所大都不采用蓄电池作为直流电源，而是广泛采用晶闸管整流或复式整流装置取得直流电源，这就要求交流所用电源可靠连续、电压稳定，因此要求有两个电源。其电源的引入方式有内接和外接两种。其接入方式有三种，如下图2-3所示: - 15 - - - 图2-3(a) 图2-3(b) - 16 - - - 图2-3(c) 其中图2-3(a)两台所用变均从外部电源引进，其供电可靠性最高，但由于接入电源电压较高(35KV),投资成本也较大;图2-3(c)的所用变投资成本最低但其可靠性较低;图2-3(b)的所用电源接入形式，当该变电站的两台主变压器都发生故障时，一号 -3(a)，所用变又外不电源接入，可以保证变电所的所用电正常。其成本投资低于图2是在保证了可靠性的前提下最优经济方案。因此本变电所的所用变接线形式如图2-3(b)所示。 第二章 变压器的选择 2-1主变的选择 2-1-1 变电站变压器台数的选择原则 (1)对于只供给二类、三类负荷的变电站，原则上只装设一台变压器。 (2)对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站，应选用两台两台相同容量的主变压器，每台变压器的容量应满足一台变压器停运后，另一台变压器能供给全部一类负荷;在无法确定一类负荷所占比重时，每台变压器的容量可按计算负荷的70%, - 17 - - - 80%选择。 (3)对大城市郊区的一次变电站，如果中、低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设两台为宜;对地区性孤立的一次变电站，在设计时应考虑装设三台主变的可能性;对于规划只装两台主变的变电站，其变压器的基础宜按大于变压器容量的1,2级设计。 2-1-2 变电站主变压器台数的确定 待设计变电站由6KM处的系统变电所用35KV双回架空线路供电，以10KV电缆供各车间供电。该变电所的一车间和二车间为?类负荷，其余的为?类负荷。?类负荷要求有很高的供电可靠性，对于?类用户通常应设置两路以上相互独立的电源供电，同时?类负荷也要求有较高的供电可靠性，由选择原则的第2点结合待设计变电站的实际情况，为提高对用户的供电可靠性，确定该变电站选用两台相同容量的主变压器。 2-1-3 变电所主变压器容量的确定原则 (1)按变电所建成后5,10年的规划负荷选择，并适当考虑10,20年的负荷发展。 (2)对重要变电所，应考虑一台主要变压器停运后，其余变压器在计算过负荷能力及允许时间内，满足?、?类负荷的供电;对一般性变电所，一台主变压器停运后，其余变压器应能满足全部供电负荷的70%,80%。 2-1-4 待设计变电所主变压器容量的计算和确定 变电所主变的容量是由供电负荷(综合最大负荷)决定的。 P,1100，740，850，1000，950，1400，750，950,7740(KW), Q,480，500，580，500，300，320，530，700,3910(KW), 2222S,P，Q,7740，3910,8671(KVA) ,, 每台变压器的容量按计算负荷的80%选择。 S,80%*S,8671，80%,6937(KVA) T - 18 - - - 经查表选择变压器的型号为SZ9-8000/35，即额定容量为8000，因为KVAS8000N,，即选择变压器的容量满足要求。 ,，100%,92%80%S8671 2-1-5 主变压器绕组数的确定 国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等变压器，待设计变电所有35KV、10KV两个电压等级且是一座降压变电所，宜选用双绕组普通式变压器。 2-1-6主变压器相数的确定 在330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对来说投资大、占地多、运行规模也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量，待设计变电所谓35KV降压变电所，在满足供电可靠性的前提下，为减少投资，故选用三项变压器。 2-1-7主变压器调压方式的确定 为了确保变电所供电量，电压必须维持在允许范围内，通过变压器的分接头开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。切换方式有两种: ，不带电切换，称为无励磁调压，调整范围通常在22.5%以内;另一种是带负荷切换，, 称为有载调压，调整范围可达30%，但其结构较复杂，价格较贵，由于待设计变电所的符合均为?、?类重要负荷，为确保供电质量，有较大的调整范围，我们选用有载调压方式。 2-1-8主变压器绕组连接组别的确定 变压器的连接组别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星形和三角形两种，因此对于三相双绕组变压器的高压侧，110KV及以上电压等级，三相绕组都采用“YN”连接，35KV及以下采用“Y”连接;对于三相双绕组变压器的低压侧，三相绕组采用“d”连接，若低电压侧电压等级为380/220V，则三相绕组采用“yn”连接，在变电所中，为了限制三次谐波，我们选用“Ynd11”常规连接的变压器连接组别。 - 19 - - - 2-1-9 主变压器冷却方式的选择 电力变压器的冷却方式，随其型号和容量不同而异，一般有以下几种类型: (1) 自然风冷却:一般适用于7500KVR一下小容量变压器，为使热量散发到空气中， 装有片状或管型辐射式冷却器，以增大油箱冷却面积。 (2) 强迫油循环水冷却:对于大容量变压器，单方面加强表面冷却还打不到预期的冷 却效果。故采用潜油泵强迫油循环，让水对油管道进行冷却，把变压器中热量带 走。在水源充足的条件下，采用这种冷却方式极为有利散热效率高、节省材料、 减少变压器本体尺寸，但要一套水冷却系统和有关附件且对冷却器的密封性能要 求较高。即使只有极微量的水渗入油中，也会严重地影响油的绝缘性能。故油压 应高于水压0.1,0.15Mpa，以免水渗入油中。 (3) 强迫空气冷却:又简称风冷式。容量大于等于8000KVA的变压器，在绝缘允许的 油箱尺寸下，即使有辐射器的散热装置仍达不到要求时，常采用人工风冷。在辐 射器管间加装数台电动风扇，用风吹冷却器，使油迅速冷却，加速热量散出，风 扇的启停可以自动控制，亦可人工操作。 (4) 强迫油循环导向风冷却:近年来大型变压器都采用这种冷却方式。它是利用潜油 泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油管中，使铁芯和绕组中的热量直接 由具有一定流速的油带走，二变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却器冷却 后，再由潜油泵注入变压器油箱底部，构成变压器的油循环。 (5) 强迫油循环风冷却:其原理与强迫油循环水冷相同。 (6) 水内冷变压器:变压器绕组用空心导体制成，在运行中将纯水注入空心绕组中， 借助水的不断循环将变压器中热量带走，但水系统比较复杂且变压器价格比较高。 待设计变电所主变的容量为8000KVA,为使主变的冷却方式既能达到预期的冷却效 果，有简单、经济，我们选用强迫空气冷却，简称风冷却。 综上得该变电所的主变型号及相关参数如下表1-1所示: 表2-1 额定电压(KV) 连 损耗(KW) 额定容量阻抗电空载电变压器型号 接组 (KVA) 压(,) 流(,) 高压 低压 空载 负载 标号 SZ9-8000/35 8000 35 10.5 Ynd11 9.84 42.75 7.5 0.9 - 20 - - - 2-2所用变的选择 目前可供选择的所用变压器的型式有油浸式和干式两种，后者又分为普通干式和环氧树脂浇注式等。三种变压器作为自用变各具有特点。油浸式的特点是过载能力强，屋内外均可布置，维修简便，价格便宜，但由于采用油为绝缘和冷却介质，屋内外必须要有防火防爆小间，同时检修、维护复杂;干式变压器的特点是无油，防火性能较好，布置简单，可就近布置在中压开关柜附近，缩短了电缆长度并提高供电可靠性，还可节省间隔及土建费用，但过载能力低，绝缘余度小，在有架空线路直接连接的场合不宜使用，一面遭受感应雷过电压;环氧树脂浇注式的特点是具有一定的防尘耐潮和难燃的优点，比普通干式变更佳，但价格相对昂贵。随着干式变压器生产技术的不断进步，已能生产出散热性能更好、体积小、过载能力大的干式变压器。 由于油浸式变压器屋内布置需要防火防爆小间，且要考虑通风散热以及事故排油设施，因此，待设计变电所采用干式变压器。 2-2-1 所用变台数的选择 待设计的变电所中采用2台所用变。且分别接在两个独立引接点。正常运行时各分担一半的自用负荷;当其中一个电源停电或发生故障时，由另一台所用变担负全部自用负荷。 2-2-2 所用变容量的选择 所用变压器负荷计算采用换算系数法，不经常短时及不经常断续运行的负荷均可不列入计算负荷。当有备用所用变压器时，其容量应与工作变压器相同。 所用变压器容量按下式计算: S?K1?P1+?P2 式中 S——所用变压器容量(KVA); ?P1——所用动力负荷之和(KW); K1——所用动力负荷换算系数，一般取K1=0.85; - 21 - - - ?P2——电热及照明负荷之和(KW); 经分析，我们把所用电的主要负荷中:主充电机、浮充电机、蓄电池室通风、屋内配电装置通风归为动力负荷，把交流电焊机、检修实验用电、载波、照明负荷和生活用电归为电热及照明负荷。则: P,20，4.5，3.0，1.5，2,30.5(KW),1 P,11，13.0，0.95，15.0，12,51.95(KW),2 (KVA) S,KP，P,30.5，0.85，51.95,77.88,,112 由以上数据查表得选择所用变的型号及相关参数如下表1-2所示: 表2-2 连接 额定电压(kV) 损耗(KW) 额定容量阻抗电空载 型号 (KVA) 压 电流 组别 高压 低压 空载 负载 S9-100/35 0.4 100 Yyn0 0.3 2.03 6.5% 2.1% 35,5% S9 10.5 0.4 80 Yyn0 0.24 1.25 4.0% 1.8% 第三章 短路电流的计算 3-1短路的基本知识 电力系统正常运行方式的破坏多数是由于短路故障引起的，系统中将出现比正常运行时的额定电流大许多倍的短路电流，其数值可达几万甚至几十万安。因此，在变电所设计中必须全面地考虑短路故障各种影响。 变电所中各种电器设备必须能承受短路电流的作用，不致因过热或电动力的影响而损坏。例如，断路器必须能断开可能通过的最大短路电流;电流互感器应有足够的过电流倍数;母线效验短路时要承受最大应力;接地装置的选择也与短路电流的大小有关等。 短路电流的大小也是比较主接线方案、分析运行方式时必须考虑的因素。系统短路 - 22 - - - 时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠性。为限制故障范围，保护设备安全，继电保护装置必须整定在主回路通过短路电流的准确动作。 由于上述原因，短路电流计算称谓变电所电气部分设计的基础。选择电气设备时通常用三相短路电流，效验继电保护动作灵敏度时用两相短路、单相短路电流或单相接地电流。工程设计主要计算三相短路电流。 3-2计算短路电流的目的 短路故障对电力系统的正常运行影响很大，所造成的后果也十分严重，因此在系统的设计，设备的选择以及系统运行中，都应该着眼于防止短路故障的发生，以及在短路故障发生后腰尽量限制所影响的范围。短路的问题一直是电力技术的基本问题之一，无论从设计、制造、安装、运行和维护检修等各方面来说，都必须了解短路电流的产生和变化规律，掌握分析计算短路电流的方法。 短路电流计算具体目的是; (1) 选择电气设备。电气设备，如开关电气、母线、绝缘子、电缆等，必须具有充分 的电动力稳定性和热稳定性，而电气设备的电动力稳定性和热稳定性的效验是以 短路电流计算结果为依据的。 (2) 继电保护的配置和整定。系统中影配置哪些继电保护以及继电保护装置的参数整 定，都必须对电力系统各种短路故障进行计算和分析，而且不仅要计算短路点的 短路电流，还要计算短路电流在网络各支路中的分布，并要作多种运行方式的短 路计算。 (3) 电气主接线方案的比较和选择。在发电厂和变电所的主接线设计中，往往遇到这 样的情况:有的接线方案由于短路电流太大以致要选用贵重的电气设备，使该方 案的投资太高而不合理，但如果适当改变接线或采取限制短路电流的措施就可能 得到即可靠又经济的方案，因此，在比较和评价方案时，短路电流计算是必不可 少的内容。 (4) 通信干扰。在设计110KV及以上电压等级的架空输电线时，要计算短路电流，以 确定电力线对临近架设的通信线是否存在危险及干扰影响。 (5) 确定分裂导线间隔棒的间距。在500KV配电装置中，普遍采用分裂导线做软导线。 当发生短路故障时，分裂导线在巨大的短路电流作用下，同相次导线间的电磁力 很大，使导线产生很大的张力和偏移，在严重情况下，该张力值可达故障前初始 - 23 - - - 张力的几倍甚至几十倍，对导线、绝缘子、架构等的受力影响很大。因此，为了 合理的限制架构受力，工程上要按最大可能 出现的短路电流确定分裂导线间隔的安装距离。 短路电流计算还有很多其他目的，如确定中性点的接地方式，验算接地装置的接触电压和跨步电压，计算软导线的短路摇摆，输电线路分裂导线间隔棒所承受的向心压力等。 3-3短路电流实用计算的基本假设 考虑到现代电力系统的实际情况，要进行准确的短路计算是相当复杂的，同时对解决大部分实际问题，并不要求十分精确的计算结果。例如，选择效验电气设备时，一般只需近似计算通过该设备的最大可能的三相短路电流值。为简化计算，实用中多采用近似计算方法。这种近似计算法在电力工程中被称为短路电流实用计算。它是建立在一系列的假设基础上的，其计算结果稍偏大。短路电流实用计算的基本假设如下: (1) 短路发生前，电力系统是对称的三相系统。 (2) 电力系统中所有发电机电势的相角在短路过程中都相同，频率与正常工作时相同。 (3) 变压器的励磁电流和电阻、架空线的电阻和相对地电容均略去，都用纯电抗表示。 次假设将复数运算简化为代数运算。 (4) 电力系统中各元件的磁路不饱和。即各元件的参数不随电流而变化，计算可应用 叠加原理。 (5) 对负荷只作近似估计，由于负荷电流一般比短路电流小得多，近似计算中，对离 短路点较远的负荷忽略不计，只考虑在短路点附近的大容量电动机对短路电流的 影响。 6) 短路故障时金属性短路，即短路点的阻抗为零。 ( 短路故障称为电力系统的横向故障，由断线造成的故障，称为电力系统的纵向故障。电力系统中仅有一处出现故障称简单故障，若同时有两处或两处以上发生故障，称复杂故障。 3-4短路电流的计算步骤 1、把该变电站主接线图中去掉不参与短路电流计算的开关设备，得到短路电流计算图如 - 24 - - - 3-1所示 U=35kv K U=10 kV K 1122 电力系统 架空线路 变压器 S,8000kvA S,,l,6kmN U%,7.5X,0.4,/km k, 图3-1 SU,U2、求各元件的电抗标么值，取=100MVA， BavrB S100BXXl线路:,,0.4，6，,0.175 0L,22U37avr U%S7.5100KB,，,，,0.94X变压器: T,100S1000.8N 3、当在K1处发生三相短路时，作出等值电路图，如图3-2所示 1K 0.175 1XL, - 25 - - - 2 0.175 XL, 最大运行方式下电源至短路点的总电抗为: 1 X,X//X,，0.175,0.0875,,L1,L2,2 E,1无限大容量电源 , 短路电流周期分量的标么值 E1//,,,,11.4I ,X0.0875,, S100//////BI,II,I,11.4，,17.8(KA)有名值 ,,B3U3，37B //冲击电流 i,2KI,2，1.8，17.8,45.3(KA)impimp 短路全电流最大有效值 //22I,I1，2(K,1),17.8，1，2，(1.8,1),26.9(KA) impimp 短路容量 //S,SI,100，11.4,1140(MVA) B, 最小运行方式下电源至短路点的总电抗为: - 26 - - - XX==0.175 ,,L, E无限大容量电源=1 , 短路电流周期分量的标么值 1// I,,5.7,0.175 100////I,II,5.7，,8.9(KA)有名值 ,B3，37 //冲击电流 i,2KI,2，1.8，8.9,22.7(KA)impimp //S,SI,100，5.7,570(MVA)短路容量 B, 4、当在K2处发生三相短路时，作出等值电路图如下3-3所示 31K 0.175 0.94 1XXT,L, 24 0.175 0.94 XXL,T, 最大运行方式下电源至短路点的总电抗为 1 X,(X，X)//(X，X),，(0.175，0.94),0.56,,L1,T3,L2,T4,2 - 27 - - - E无限大容量电源=1 , 短路电流周期分量的标么值 E1//,I,,,1.79 ,X0.56,, 100////I,II,1.79，,9.8(KA)有名值 ,B3，10.5 //冲击电流 i,2KI,2，1.8，9.8,24.9(KA)impimp 短路全电流最大有效值 //22I,I1，2(K,1),9.8，1，2，(1.8,1),14.8(KA) impimp //S,SI,100，1.79,179(MVA)短路容量 B, 最小运行方式下电源至短路点的总电抗为 X,X，X,0.175，0.94,1.115 ,,L,T, E无限大容量电源=1 , 短路电流周期分量的标么值 E,1//I,,,0.9 ,X1.115,, 100////I,II,0.9，,4.9(KA)有名值 ,B3，10.5 //冲击电流 i,2KI,2，1.8，4.9,12.6(KA)impimp - 28 - - - 短路全电流最大有效值 //22I,I1，2(K,1),4.9，1，2，(1.8,1),7.4(KA) impimp //S,SI,100，0.9,90(MVA)短路容量 B, 5、短路电流计算结果表 电源至 短路电 短路点电 流周期分 冲击电流全电流短路容量S短路点 运行方式 iI(KA) (KA) (MVA) impimp抗标么值量有名值 //X I(KA) ,, 最大 0.0875 17.8 45.3 26.9 1140 K1 最小 0.175 8.9 22.7 13.4 570 最大 0.56 9.8 24.9 14.8 179 K2 最小 1.115 4.9 12.6 7.4 90 第四章 设备的选择与校验 4-1电气选择的一般条件 正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。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，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。 尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是相同的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。 - 29 - - - 4-1-1按正常工作条件选择导体和电器 ?、额定电流 导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度,下，导体和电器的长期允许电流, III(或额定电流)应不小于该回路的最大持续工作电流，即: ygmaxe I,II (或) gmaxye 由于发电机、调相机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的III=1.05(为电机的额定电流);母联断路器回路一般可取母线上最大一台发电机gmaxee II或变压器的;母线分段电抗器的应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段gmaxgmax I母线负荷所需的电流;出线回路的除考虑线路正常负荷电流(包括线路损耗)外，gmax 还应考虑事故时 由其他回路转移过来的负荷。 此外，还应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求，对导体和电器进行种类(屋内或屋外)和型式的选择。 ?、额定电压和最高工作电压 U导体和电器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，ew UU故所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，即: ymaxgmax U,U ymaxgmax U 一般电缆和电器允许的最高工作电压:当额定电压在220KV及以下时为1.15;e UUU额定电压为330~500KV时为1.1。而实际电网运行的一般不超过1.1，因此在gmaxee UU选择设备时，一般可按照电器和电缆的额定电压，不低于装置地点电网额定电压的eew条件选择，即: U,U eew - 30 - - - ?、按当地环境条件校核 在选择电器时，还应考虑电器安装地点的环境条件，当温度、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震强度和覆冰厚度等条件超过一般电器使用条件时，应向制造部门提出要求或采取相应的措施。例如，当地海拔高度超过制造部门规定之值时，由于大气压力、空气密度和湿度相应减小，是空气间隙和外绝缘的放电特性下降，一般当海拔在1000~3500m范围内，若海拔比厂家规定值每升高100m，则最大工作电压要下降1%。当最高工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘提高一级的产品。对于110KV以下电气设备，由于外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。 I,当周围环境温度和导体(或电器)额定环境温度不等时，其长期允许电流可按下,y, 式修正: ,,,yI,I,KI y,yY,,,y, 式中 K——修正系数; ,, ——导体或电气设备正常发热允许最高温度，当导体用螺栓连接时，=70?。 yy ,我国目前生产的电气设备的额定环境温度=40?。如周围环境高于40?(但不大, 于60?)时，其允许电流一般可按每增高1?，额定电流减少1.8%进行修正;当环境温度低于40?时，环境温度每降低1?，额定电流可增加0.5%，但其最大负荷不得超过额定电流的20%。 ,我国生产的裸导体的额定环境温度为25?，当装置地点环境温度在-5~50?范围内变, 化时，导体允许通过的电流可按上式修正。此外，当海拔高度上升时，日照强度相应增加，故屋外载流导体如计及日照影响时，应按海拔和温度综合修正系数对载流量进行修正。 4-1-2按短路情况校验 ?、短路热稳定校验 - 31 - - - 短路电流通过时，导体和电器各部件温度(或发热效应)应不超过允许值，既满足热稳定的条件为: 22Q,Q 或 It,Itdr,jzr Q——短路电流产生的热效应; 式中 d Q——短路时导体和电器设备允许的热效应; r I——时间t内允许通过的短时热稳定电流(或短时耐受电流)。 r ?、电动力稳定校验 电动力稳定是导体和电器承受短路电流机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件是: I,Ii,i 或 chdwchdw i式中 、——短路冲击电流幅值及其有效值; Ichch iI 、——允许通过稳定电流的幅值和有效值。 dwdw 下列几种情况可不校验热稳定或动稳定: ? 用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故可不验算热稳定。 ? 采用有限流电阻的熔断器保护的设备可不校验动稳定;电缆印有足够的强度，亦 可不校动稳定。 ? 装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不验算动、热稳定。 4-2高压断路器的选择及校验 4-2-1对高压断路器的基本要求 断路器在电路中担负特别重要的任务，必须满足一下基本要求: - 32 - - - (1) 工作可靠。断路器应能在规定的运行条件下长期可靠地工作，并能在正常和故障 情况下准确无误的完成关合和开断电路的指令，其拒动或误动都将造成严重的后 果。 (2) 具有足够的开断能力。断路器的开断能力是指能够安全切断最大短路电流的能力， 它主要决定于断路器的灭弧性能，并保证具有足够的热稳定和动稳定。开断能力 的不足可能发生触头跳开后电弧长期的续燃，导致断路器本身爆炸飞狐，引起事 故扩大的严重后果。 (3) 动作快速。在电路发生故障时，快速的切除故障电路，不仅能缩短电力网的故障 时间和减轻巨大短路电流对电气设备的损害，而且能增加电力系统的稳定性，提 高系统的供电可靠性。 (4) 具有自动重合闸性能、输电线路的短路故障大多都是临时性的。为了提高电力系 统运行的稳定性和供电可靠性，线路保护多采用自动重合闸方式，即在发生短路 故障时，继电保护动作使断路器跳闸，切除故障点的短路电流，经很短时间后断 路器又自动重合闸，恢复正常供电。若故障仍存在，则断路器必须立即跳闸，再 次切断短路电流，这要求断路器在第一次大电流灭弧后很快恢复灭弧能力，完成 后续次的灭弧。 (5) 结构简单，经济合理。在满足安全、可靠的同时，还应考虑到经济性，故要求断 路器的结构力求简单、尺寸小、重量轻、价格合理。 4-2-2额定电流的计算 变压器一次侧额定电流: S8000N,,131.97A I,c13，353UN1 I,1.05I,1.05，131.97,138.57A gmaxc1 变压器二次侧额定电流: S8000N I,,,461.89Ac23U3，10N2 I,1.05I,1.05，461.89,484.98A gmaxc2 - 33 - - - 当按运行负荷计算时: 2222P，Q,,7740，3910'I,,,500A gmax3U3，10N 考虑10母线上的最大出线负荷: kV 2222P，Q1400，320maxmax"I,,,82.9A gmax3U3，10N '" I,I,Igmaxgmaxgmax 考虑今后便于安装、调试和检修，同电压等级侧均选用同一型号的断路器和隔离开关。'II与相差不大，以下均已为基准选设备。 Igmaxgmaxgmax 4-2-3高压断路器的选择结果及校验 (1) 根据设备的额定电压、电流值查附表31，得 主变一次侧的断路器选择参数如下图所示:(35侧断路器) kV 额定最高工额定 额定开额定短时额定峰额定关额定合全开断型号 电压 作电压 断电流 耐受电流 值耐受合电流 闸时间 时间 电流 电流 LW8-40.5 35 KV 40.5 KV 1600 KA 25 KA 25KA(4S) 63 KA 63 KA 0.1s 0.06s ?热稳定的校验 ，，33，，//？I,I,17.8KAt,0.13 s ，，1,k 223，，//,,I17.8，，1,,,,，,，0.05tt=0.13+0.050.18s ,,,imak,,17.8I,,,,, 2，，32？It,17.8，0.18,57.03kA,s ,ima - 34 - - - 22又2500 It,25，4,kA,st 2，，32？ , 即合格 ItItima,t ?动稳定的校验 //？i,63kA I,17.8kA，，1max 3，，//又 i,2.55I,2.55，17.8,45.39kA1，，sh ，，3？i, 即合格 imaxsh ?开断能力 //I,17.8kA, 即合格 25kA，，1 ?短路容量 //S,SI,100，11.4,1140(MVA),56000 即合格 MVAB, (2)根据设备的额定电压、电流值经查表，得 主变二次侧的断路器选择参数如下图所示:(10侧断路器) kV 额定最高工额定 额定开额定短时额定峰值额定关合额定合全开 电压 作电压 断电流 耐受电流耐受电流电流KA 闸时间断时型号 电流 KA KA s 间s KV KV KA KA ZN28-12 10 12 630 20 20(4S) 50 50 0.06 0.03 ?热稳定的校验 - 35 - - - ，，33，，//？I,I,9.8kA t,0.13s ，，2,k 223，，//,,I9.8，，2,,,,，t,t，0.05=0.13+0.050.18s ,,,imak,,9.8I,,,,, 2，，32？ It,9.8，0.18,17.3kA,s,ima 22又1600 It,20，4,kA,st 2，，32？ , 即合格 ItItima,t ?动稳定的校验 //？i,50kA I,9.8kA ，，2max 3，，//又 i,2.55I,2.55，9.8,24.99kA2，，sh ，，3？i, 即合格 imaxsh ?开断能力 //I,9.8kA, 即合格 20kA，，2 ?短路容量 //S,SI,100，1.79,179(MVA)(MVA),6300 即合格 B, (3)主变一次侧隔离开关选择参数如下图所示:(35侧隔离开关) kV 额定电流热稳定电流 型号 额定电压kV 最高工作电压kV 动稳定电流KA KA KA GW2-35G 35 40.5 600 48 20(4s) - 36 - - - ?热稳定的校验 ，，33，，//？I,I,17.8KA ，，1, t=0.18s 设dz 2，，32？ It,17.8，0.18,57.03kA,s,dz 22又1600 It,20，4,kA,st 2，，32？ , 即合格 ItItima,t ?动稳定的校验 //？i,48kA I,17.8kA ，，1max 3，，//又 i,2.55I,2.55，17.8,45.39kA1，，sh ，，3？i, 即合格 imaxsh (4)主变二次侧隔离开关选择参数如下图所示: (10侧隔离开关) kV 额定电流热稳定电流 型号 额定电压kV 最高工作电压kV 动稳定电流KA KA KA GN-8 10 11.5 600 52 20(4s) ?热稳定的校验 ，，33，，//？I,I,9.8kA ，，2, t,设0.18s dz 2，，32？It,9.8，0.18,17.3kA,s ,dz - 37 - - - 22又1600 It,20，4,kA,st 2，，32？ , 即合格 ItItima,t ?动稳定的校验 //？i,52kA I,9.8kA，，2max 3，，//又 i,2.55I,2.55，9.8,24.99kA2，，sh ，，3？i, 即合格 imaxsh (5)选择校验结果列表 计算参数 选择LW8-40.5型 序号 校验结果 项目 参数 项目 参数 U 1 工作电压 35kV 35kV 合格 N I 2 工作电流 138.57A 1600 kA 合格 N S3 断流容量 1140 56000 合格 MVAMVAKN ，，3i 4 动稳定校验 合格 i,45.39kA63kAmaxsh 22，，35 热稳定校验 2500 合格 ItkA,s it,57.03kA,st,ima 额定开断 6 开断能力 17.8 kA 25kA 合格 能力 ?主变二次侧的断路器 计算参数 选择ZN28-12型 序号 校验结果 项目 参数 项目 参数 U 1 工作电压 10kV 10kV 合格 N I 2 工作电流 468.98A 630 kA 合格 N - 38 - - - S3 断流容量 179 6300 合格 MVAMVAKN ，，3i 4 动稳定校验 合格 i,24.99kA50kAmaxsh 22，，35 热稳定校验 1600 合格 ItkA,s it,17.3kA,st,ima 额定开断 6 开断能力 9.8kA 20kA 合格 能力 ?主变一次侧隔离开关 计算参数 选择GW2-35G型 序号 校验结果 项目 参数 项目 参数 U 1 工作电压 35kV 35kV 合格 N I 2 工作电流 138.57A 600kA 合格 N ，，3i 3 动稳定校验 合格 i,45.39kA48kAmaxsh 22，，34 热稳定校验 1600 合格 ItkA,s it,57.03kA,st,ima ?主变二次侧隔离开关 计算参数 选择GN-8型 序号 校验结果 项目 参数 项目 参数 U 1 工作电压 10kV 10kV 合格 N I 2 工作电流 484.98A 600 kA 合格 N ，，3i 3 动稳定校验 合格 52kAi,24.99kAmaxsh 22，，34 热稳定校验 合格 1600 kA,sIt it,17.3kA,st,ima 4-2-4高压熔断器的选择及校验 ?、参数的选择 - 39 - - - 项目 参数 正常工作条件 电压、电流 技术条件 保护特性 断流容量、最大开断电流，熔断特性、最小熔断电流 ,,环境条件 环境温度、最大风速、污秽、海拔高度、地震烈度 当在屋内使用时，可不校验。 , (1)限流式高压熔断器一般不宜使用在电网工作电压低于熔断器额定电压的电网中，以避 免熔断器熔断截流式产生的过电压超过电网允许的2.5倍工作相电压。 当经过验算，电器的绝缘强度可允许使用高一级电压的熔断器时，则应 按电压比折算，降低其额定的断流容量。 (2)高压熔断器熔管的额定电流应大于或等于熔体的额定电流。 (3)跌落式熔断器在灭弧时，会喷出大量游离气体，并发出很大的响声，故一般只在屋外 使用。 ?、熔体的选择 (1)熔体的额定电流应按高压熔断器的保护熔断特性选择，应满足保护的可靠性、选择性、 灵敏度的要求，非自爆式熔断器都具有反时限的电流-时间特性。熔体额定电流选择 过大，将延长熔断时间，降低灵敏度;选择过小，则不能保证保护的可靠性和选择性。 选择熔体时，应保证前后两级熔断器之间、熔断器与电源侧继电保护之间以及 熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。在此前提下，当在本段保护范围内发 生故障时，应能在最短时间没切断故障。当电网装有其他接地保护时，回路中最大 电流与负荷电流之和不应超过最小熔断电流。 (2) 保护电力电容器的高压熔断器的熔体，在下列正常情况下不应误熔断: ?由于电网电压升高、波形畸形等原因引起的电力电容器回路电流增大时。 ?电力电容器运行过程中的涌流。 保护电力电容器的高压熔断器熔体的额定电流可按下式选择; - 40 - - - I,KI nRnc 式中 ——系数，对于跌落式高压熔断器，取1.2,1.3;对于限流式高压熔断K 器，当一台电力熔断器时，系数取1.5,2.0，当为一组电力电容器 时，取1.3,1.8; I ——电力电容器回路的额定电流，A。 nc (3) 保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器熔体，在下列正常情况下不应误熔断: ?当熔体内通过电力变压器回路最大工作电流时。 ?当熔体内通过电力变压器的励磁涌流时(一般按熔体通过该电流时的熔断时间不小 于0.5s校验). ?当熔体内通过保护范围以外的短路电流及电动机自起动等引起的冲击电流时。 保护35kV及以下电力变压器的高压熔断器，其熔体的额定电流可按下式选择: I,KI nRbgm 式中 ——系数，当不考虑电动机自起动时，可取1.1,1.3;当考虑电动机自起K 动时，可取1.5,2.0; I——电力变压器回路最大工作电流，A。 bgm (4)保护电压互感器的熔断器，只需按额定电压和断流容量选择，不必校验额定电流。 (5)除保护防雷用电容器的熔断器外，当高压熔断器的断流容量不能满足被保护回路短路容量要求时，可在熔断器回路中装设限流电阻等措施限制短路电流。 (6)对没有限流作用的跌落式熔断器，应考虑短路电流的非周期分量，用全电流进行断流容量的校验。同时，尚需用系统最小运行方式下的短路电流校验三相断流容量的下限值，以保证熔断器有足够的熔断电流。 ?、高压熔断器选择结果表 - 41 - - - 型号 额定电压(kV) 额定电流(kA) 断流容量S(MVA) 备注 KN 10 0.5 1000 保护户内电压互感器 2 RW9-35 35 0.5 2000 保护户外电压互感器 4-2-5高压熔断器的校验及结果表 //，，I,I或I Zekdch I式中——额定开断电流 ekd I——冲击电流有效值 ch //——次暂态电流有效值 IZ I对于没有限流作用的熔断器选择时用冲击电流有效值校验;对于有限流作用的熔ch //断器选择时，因为在电流过最大值之前已截断，故可不计非周期分量的影响，而采用IZ校验。 选择KN型 计算参数 2序号 校验结果 项目 参数 项目 参数 U 1 工作电压 10kV 10kV 合格 N S//I,,100kA 2 合格 9.8kA 额定开断电流 IekdZUN 计算参数 选择RW9-35型 序号 校验结果 项目 参数 项目 参数 U 1 工作电压 35kV 35kV 合格 N S//I,,57kA 2 合格 17.8kA 额定开断电流 ekdI ZUN - 42 - - - 4-3 进线与出线的选择与校验 1、母线及电缆的选择原则 敞露母线一般按下列各项进行选择和校验:1)导体材料、类型和敷设方式;2)导体截面;3)机械强度;4)电晕;5)热稳定;6)动稳定;电缆则按额定电压和上述1)、2)、4)项及允许的电压降选择和校验。 2、敞母线及电缆的选型 常用导体材料有铜和铝。铜的电阻率低，抗腐蚀性强，机械强度大，是很好的导体材料。但是它在工业和国防上有很多重要的用途，我国铜的储量不多，价格较贵，因此铜母线只用在持续工作电流大，且位置特别狭窄的发电机、变压器出线处或污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所。铝的电阻率虽为铜的1.7-2倍，但密度只有铜的，30%我国铝的储量丰富，价格较低，一般都采用铝质材料。 电缆类型的选择与其用途、敷设方式和使用条件有关。例如35 kV及以下，一般采用三相铝芯电缆;110 kV及以上采用单相充油电缆;直埋地下，一般选用钢带铠装电缆;敷设在高差较大地点，应采用不滴流或塑料电缆。 3、母线及电缆截面的选择 除配电装置的汇流母线及较短导体按长期发热允许电流选择外，其余导体截面一般按经济电流密度选择。按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低。年计算费用包括电流通过导体所产生的年电能损耗费、导体投资和折旧费以及利息等，对应不同种 T类的导体的最大负荷年利用小时数将有一个年计算费用最低的电流密度 — 经济电max 流密度()。部分导体的经济电流密度，见下表4-3 J 导体的经济截面可由下式决定: Igmax,S J I式中 — 正常工作时的最大持续工作电流。 gmax - 43 - - - 2，，JA/mm表4-3 导体的经济电流密度 最大负荷年利用小时数 载流导体名称 3000以内 3000-5000 5000以上 铜导体和母线 3.0 2.25 1.75 铝导体和母线 1.65 1.15 0.9 铜芯 3.0 2.5 2.0 铝芯 1.6 1.4 1.2 橡皮绝缘铜芯电缆 3.5 3.1 2.7 4-3-1 35 kV架空线路的选择与校验 35 kV进线为双回路，按经济电流密度选择其截面: 2222P，Q,,7740，3910，，I,,,71.5A gmax2，3*U2，3，35N 2T,4000h，，A/mm 查表4-3得 J,1.15max I71.5gmax2，，S,,,62.19mm J1.15 0查电力工程电气设计手册选 ,周围空气温度为时的安全电流为275(A)。该25LGJ,70 变电所的历年平均最高气温为29.9摄氏度。查电流修正系数表得修正系数 K,0.94 ，，I,275K,275，0.94,258.5A则安全电流: (1)机械强度的校验: 22 合格 S,70mm,16mm (2)发热条件的校验: I,69.7A,I,258.5A 合格 gmax - 44 - - - 进线回路的最大持续工作电流除考虑正常负荷电流外，还需考虑事故状态下由一回线路输送的工作电流。 ' ，，I,2I,2，71.5,143Agmaxgmax ' 合格 ，，，，I,143A,I,258.5Agmax (3)电晕损耗条件: 35 kV及以下线路，导线表面电场强度小，通常不会产生电晕，因此不考虑电晕损耗。 (4)35 kV及以下线路要考虑电压损耗，允许电压损耗百分数为。校验其电压损耗: 5%35 kV架空线路相间距取 则其几何均距 1500mm 3 D,1.5，1.5，3,1.89mm R,0.45,/kmX,0.403,/km查，几何均距为2.0时的电阻 LGJ,7000 35 kV架空线长，线路末端 S,P，jQ,7740，j39106km,, P*R*l，Q*X*l7740，0.45，6，3910，0.403，6,,00 ,U,,,867.2VU35N 3 ,U,5%U,0.05，35，10,1750VyxN ,U,867.2V,,U,1750V 合格。 yx 故35 kV进线选 满足要求。 LGJ,70 4-3-2 10 kV电缆的选择与校验 U,UU,1.05U,10.5kV(1) 定电压: ymaxgmaxgmaxN - 45 - - - (2) 按经济电流密度选择电缆截面: 2222P，Q,,7740，3910，，I,,,500A gmax3*U3，10N 2查导体的经济电流密度表得 J,1.73A/mm I500gmax2S,,,289mm J1.73 根据以上数据初步选用YJLV — 10 ，S=300 的电力电缆。 (1) 发热条件的校验 经查表得YJLV — 10型 S=300 的铝芯电力电缆的允许载流量(80摄氏度)为:I,600A ymax KI,IKKK,600，0.954，1.0，0.92,527A,I,500A ymaxymaxtfRgmax 所以选用该型号电力电缆满足发热条件的要求 4-4 互感器的选择与配置 4-4-1电流互感器的选择 电流互感器的选择除应满足一次回路的额定电压、额定电流、最大负荷电流计短路电流的动热稳定性外，还要满足二次回路的测量仪表、自动装置的准确度等级和保护装置10,误差曲线要求。如果容量不足，可将两个二次绕组串联。 ?电流互感器的选择原则 1.按额定一次电压选择 所选电流互感器的一次额定电压必须与安装处的电网电压一致，即 - 46 - - - U,U TAN 式中U——电流互感器铭牌标出的额定电压，kV; TA U——电流互感器安装点的额定电压，kV。 N 按额定一次电流选择 2. 在电流互感器周围空气温度一定的条件下，连续流过互感器的一次电流，允许为其额定值的120,。 3. 按额定二次电流选择 由于仪表与继电器已经系列化生产，二次标准电流为5A，电流互感器应与二次标准电流一致，也为5A。 4.按准确度等级选择 电流互感器的准确度等级，应根据不同的用途选择，准确度等级可分为0.2、0.5、1、3、10级等几个不同的等级。 5.二次负荷的计算 二次负荷的计算公式为 2S,iZ 222 ,S式中——二次计算负荷，VA; 2 2i——二次计算电流，A。 2 Z由于二次电流已标准化为5A，负荷主要决定于外部阻抗，其表达式为 2 Z,Z，R，R,2sdj - 47 - - - 式中——二次负荷的外部阻抗，; Z,2 ——连接仪表串联绕组的阻抗，; ,Z,s R——二次连接导线的电阻，; ,d R——连接导线接头的接触电阻，。 ,j 4-4-2电压互感器的选择 电压互感器的选择与配置，除应满足一次回路的额定电压外，其容量与准确度等级应满足测量仪表、保护装置和自动装置的要求。负荷分配应在满足相位要求下尽量平衡，接地点一般设在配电装置端子箱处。 电压互感器的选择不需要进行动稳定、热稳定校验，选择应满足一下条件。 ?按额定电压选择 所选电压互感器一次侧额定电压必须与安装处电网的额定电压一致，二次侧额定电压一般为100V。按额定电压选择，应满足 U,U TVN U式中——电压互感器铭牌标出的额定电压，kV; TV U ——电压互感器安装点的额定电压，kV。 N ?电压互感器类型的选择 根据用途和二次负荷性质，选择电压互感器的类型及二次接线方式。 ?按准确度等级选择 除以上两点，选择电压互感器时还注意其准确度等级及二次负荷容量。 - 48 - - - 4-4-3互感器的配置 ?电压互感器的配置 在变电所的运行中，各种测量仪表及保护装置都要测量得各级的电压的数值，而且要求不受运行方式改变的影响，所以在每条母线或每段母线上，以及桥式接线的两端都必须配置电压互感器。 ?电流互感器 变电所中的各种测量仪表、过流保护装置与差动保护等，都与电流互感器相连接，并且各种仪表和继电保护对电流互感器的准确度等级及接线要求不同。这样电流互感器额使用数量较多，应根据需要合理配置。 ?通常按下列要求配置 测量仪表和过流保护装置 1. 测量仪表和过流保护装置，要求在大电流接地系统中三相都装设电路互感器。 2.小电流接地系统 测量仪表和过流保护装置，要求在小电流接地系统中两相都装设电路互感器。 3.差动保护 对于差动保护，要求在大电流、小电流接地系统中都要装设电流互感器。 4.高压断路器 对于高压断路器要尽量置于保护区之内。 - 49 - - - 第五章 补偿装置 5-1 补偿装置的种类和作用 补偿装置可分串联补偿装置和并联补偿装置两类。 1、串联补偿装置 1)对110 kV及以下电网中串联电容补偿装置，主要用于减少线路电压降，降低受端( 电压波动，提高供电水平和质量。而在闭合电网中，则主要用于改善潮流分布，减少有功损耗。用于110 kV及以下电网，当线路没有分支线时，装在线路末端的变电所;当线路上有多个负荷分支线时，将串联补偿装置设在线路总压降约一半的附近变电所内。 (2)对220 kV及以上电网中的串联电容补偿装置，利用其电容抵消部分线性电感，相当于缩短线路的长度，曾强系统的稳定性，提高输送能力。一般将串联补偿装置与线路中间的开关站或变电所合建在一起。当无中间开关站或变电所时，才将串补偿装置设在末端变电所中。 2、并联补偿装置 并联补偿装置分并联电容补偿装置、静补装置、并联电抗补偿装置和超高压并联电抗器和调相机等。 (1) 并联电容装置又可分断路器投切和晶闸管投切的并联补偿装置。它们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，减少电网有功损耗和提高电网电压。同时还设交流滤波装置，在向电网提供可阶梯调节的容性无功时，给电网的滤波电流提供一个阻抗近似为零的通路，以降低母线谐波电压正选波形畸变率，进一步提高电压质量和抗干扰能力。当装设电容补偿装置引起的高次谐波含量超过允许值时，应在回路中设置串联电抗器，也可兼做限制涌流电抗器，需要限制短路电流时，还可兼做限流电抗器。串联电抗器宜选用干式空心电抗器。 (2) 静补偿是采用晶体管器件构成的高效静补装置，它向电网提供可快速无级连续调节的容性和感性无功，降低电压波动和波形畸变率，全面提高电压质量，并兼有减少有功损耗，提高系统稳定性和降低工频过电压的功能。调相机是以往用得较多的补偿装置向电网提供可无级连续调节的容性和感性无功，维持电网电压，并可以强励补偿容性无功，提高电网的稳定性。 - 50 - - - 调相机克为专用的也可由同容量的汽轮发电机改造为调相运行机组，因它是旋转机械，运行管理维护工作量大，建筑物也较大，故目前已经很少采用。 以上静补装置都是直接连接或者通过变压器并接于需要补偿无功的变(配)电所、换流站的母线上。此外，在发电厂有时将发电机改作调相机;在变电所中，或可将并补偿装置连接在110 kV母线上。 (3)并联电抗补偿装置。它向电网提供可阶梯调节的感性无功，补偿电网的剩余容性无功，保证电压稳定在允许范围内。它一般连接在大型发电厂或变电所的35 kV及以下的电压母线上，在发电厂中它常接在联络变压器的低压侧。在变电所中它常接在主变压器的低压侧。 (4)超高压并联电抗器，并联在330 kV及以上超高压线路上，补偿输电线路的充电功率，以降低系统的工频过压水平，并兼有减少潜供电流，便于系统并网，提高供电可靠性等功能。超高压并联电抗器一般并接在需要控制工频过电压幅值的线路中间或末端，常设置在线路中间开关站或变电所中，有时也和串补装置同时安装在变电所或开关站中。 在高压输电线路上串联电容器补偿装置，利用其电容抵消部分线性电感，相当于缩短线路的长度，曾强系统的稳定性，提高输送能力。该变电所为35 kV将压变，35 kV双回输电线路长6 KM，考虑成本投资方面，在此不考虑装设串联电容器补偿装置。。 5-2并联电容器容量的计算 考虑在10 kV母线上利用并联电容器改善功率因数 ,,11,,Q,p,1,,1,pQ cfmaxfmaxcfo22,,,,coscos12,, 式中 Q— 负荷所需补偿的最大容性无功量，kvar c p— 母线上的最大有功负荷，kW fmax ,— 补偿前的最大功率因数角 1 - 51 - - - — 补偿后的最小功率因数角 ,2 Q— 由补偿到时，每千瓦有功负荷所需补偿的容性无功值，kvar/ kW cos,cos,cfo12 P7740,cos,,,,0.89 1S8671 查10 kV母线允许最低的功率因数不低于0.9，而cos,,0.89不符合要求，在10 kV母1 p,1340kw线上的最大有功负荷。因此为提高功率因数，在10 kV母线并联电容器装fmax 置。则当提高功率因数至0.95时所需的电容器容量为: ,,11,,Q,1360，,1,,1,243kvar c22,,0.890.95,, 经计算得并联电容器的最小容量为243。 kvar 5-3并联电容器装置容量选择和主要要求。 (1)并联电容器的补偿容量，应安负荷或主变压器需补偿的满足功率因数要求的最大容性无功功率或满足某点符合电压变化范围要求的容量，容量宜分别为主变压器容量的 以下。 30% (2)电容器组的分组容量应满足以下要求: )分组装置在不同组合方式中投切时，不会引起高次谐波谐振和有危害的谐波放大。 1 2)投切一组补偿设备所引起的变压器中压侧的线电压变化值不超过额定电压的。 2.5%3)与断路器投切电容器的能力相适应。 4)不超过单台电容器的爆破容量和熔断器的耐爆容量。 - 52 - - - 第六章 变电站接地与防雷的设计 6-1 防雷保护的必要 变电所是电力系统的中心环节，在这里安装有许多重要的电气设备，如电力变压器、高压断路器等各种高压一次设备。这些设备一旦发生雷击破坏，将造成大面积的停电，同时这些设备比较贵重，损坏后修复又不很容易，会造成很大的经济损失，因此变电所的防雷保护要求十分可靠。 6-2变电所中可能出现大气过电压的种类 (1)直击雷产生的过电压 雷直击于变电所的电气设备，防止这种直击雷过电压的主要措施是装设专门的避雷针或是悬挂避雷线。中小型6-10变电所的建筑不高，一般均较厂房低，通常不需令装kV 设避雷针保护。 (2)雷电感应产生的过电压 输电线路上直接落雷或由于雷电感应而产生的过电压波，沿着输电线路袭入变电所，防止侵入雷电波的保护，输电线路受直击雷后，雷电波沿导线运动至变电所，需装设阀型避雷器等保护。 (3) 雷电波的危害 雷电波的电压很高，容易将变压器、断路器等电气设备的绝缘击穿。如果在电气设备附近装上避雷器，对雷电波的放电电压比电气设备绝缘的击穿电压低，所以当雷电波侵袭到电气设备的附近时，避雷器现行放电，将雷电波削弱，可以保护电气设备的绝缘免受雷电波的损坏。 (4) 变电所防雷接线的基本方式 过电压波会对电气设备造成重大危害，必须加以限制。限制这种过电压波的主要方法是采用性能较好的阀型避雷器。为了使阀型避雷器不致负担过重，应在靠近变电所的一段线路上加强防雷措施，该线段就是所谓的“进线段”。阀型避雷器配合以“进线段”，是现代变电所防雷接线的基本方式。 - 53 - - - 6-3变电所的直击雷保护 避雷针装设的基本原则 (1) 被保护设备包括露天配电装置及变电所中一些重要的隔离设备和建筑物。所有的 被保护物都应该处在避雷针的保护范围之内，使其免遭直击雷。 (2) 在主控制室配电装置的房顶上不宜装设避雷针，主要原因是在这些建筑物上装设 避雷针后，防止反击雷有很大困难。因在配电室上装设避雷针，落雷时屋内配电 装置会发生反击事故。尤其是有些变电所装用了晶体管保护装置，往往在雷直击 时发生误动作。在有爆炸危险的建筑物上，严禁装设避雷针。 (3) 应避免逆闪络或反击。如果避雷针与被保护设备间的绝缘距离不够，就有可能在 受雷击后电位升高，使避雷针对保护设备又发生放电，这种现象叫做避雷针对被 保护设备的逆闪络或反击。 显而易见，逆闪络仍将高电位加到保护设备上，因此仍然会造成电气设备绝缘的损坏。 6-4 避雷针高度的确定 根据变电所的平面布置图，采用四根等高避雷针对变电站进行防直击雷保护。根据最小安全距离确定四根避雷针的具体位置如下图6-1所示: - 54 - - - 计算能有效全部保护改变电站所需的避雷针高度: mmmm门型架构高:7.5 桥型线路高:4 主变高:3 建筑物高:6 m 设避雷针高度小于30，则高度影响系数取1 ，，D,34,1，2,32m，，D,32,1，2,30m 1312 2222D,D，D,30，32,43.9m 141213 D3012h,h，,7.5，,11.8m 1207p7，1 D43.914h,h，,5，,11.3m 1407p7，1 h,h 1214 mm独立避雷针的高度为12小于30，原假设成立。 ,,D43.9,,14校验: ,,b,1.5，h,,h,1.5，12,,4,2.6,0,,xx,,7p7，1,,,, m即当选择独立避雷针的高度为12时，能有效全保护该变电所。 6-5 变电所入侵波的保护 避雷器 变电站的雷电过电压，主要是侵入雷电波过电压，也就是线路上的直击雷或感应雷过电压行波沿导线传导至变电所，由于变配电所有大量的配电设备，侵入雷电波过电压对这些设备的绝缘构成了威胁，由雷电过电压行波行至变电所后，传输通道的特性发生变化，最明显的变化就是电气设备的波阻抗与传输线路的波阻抗不一致，使波的行为复杂化，再由于避雷针动作前后对过电压行波产生的不同作用，更使问题变得复杂化，因 - 55 - - - 此对变配电所过电压及其防护的精确计算工是一个极为复杂的问题，因此这里化作定性的讨论。 避雷器的作用是限制过电压以保护电器设备，它实质上是一个放电器，当雷侵入波或操过过电压超过某一电压值时，避雷器将先于与其并联的被保护设备放电，使过电压值被限制，从而使电气设备得到有效保护。 1、对避雷器的基本要求: 对于大接地电流系统，只要有一相存在工频续流，就相当于单相短路对于小接地系统，若两相或三相同时存在工频续流，则相当于相间短路，因此避雷器必须切断工频续流以消防工频短路，才能保证系统迅速恢复正常运行，因此，对避雷器有以下基本要求: (1)在过电压作用下，避雷器应该先于被保护设备放电，这主要靠两者之间 的伏秒特性配合来实现。 (2)避雷器应具有一定的熄弧能力，以使在工频续流第一次过零点时就能够迅速地切断工频续流。 2、为了使避雷器可靠地保护设备，首先必须满足以下条件: (1)避雷器的伏秒特性应能与被保护设备配合，在任何过电压波形下，避雷器伏秒特性都应在被保护物绝缘伏秒特性之下。 (2)避雷器的残压要低于被保护设备的冲击击穿电压。 根据上面的讨论可知，一般采用阀式或金属氧化物避雷器对变电站设备进行保护，避雷器一般安装在母线上，应昼靠近变压器和其他设备，避雷器与所有被保护设备的电气距离均不能超过其最大允许值，若不能满足要求，则应增设避雷器，本设计220KV侧、110KV侧采用阀式避雷器，10KV侧采用氧化锌避雷器。 3、各种避雷器的主要应用场合 (1)保护间隙和管式避雷器的作用是限制线路上的雷电过电压，主要用于线路的过电压保护，保护间隙主要用10KV以下低压配电网线路的保护，管式避雷器主要用于发电厂、变电站进线段保护。 (2)阀式避雷器和金属氧化物避雷器主要用于发电厂和变电站中的过电压保护。 - 56 - - - 4、变电站的进线段保护 进线段保护是指在进入变电站有1—2km这一段架空线路上加强防雷措施，因此将这段线路称为进线段。 进线段保护的目的，一是要降低雷电流幅值，二是要降低雷电波陡度，因阀式避雷器的通流容量是有限的，且残压与电流大小相关，因此减少雷电流幅值很有必要，而被保护设备上电压高出避雷器的部分与雷电波陡度成正比，或者说保护最大允许距离与雷电波陡度成反比，因此降低雷电波陡度是有好处的。 变电所中限制雷电入侵波过电压的主要措施是装设避雷器。 (1)在变电所进出线端分别装设一组避雷器; (2)在10母线上装设一组避雷器; kV (3)在主变上分别装设一组避雷器; (4)该变电所进线为35双回架空线路，在距离变电所1.5范围内架设避雷线，提kVkm 高线路耐雷水平，防止由雷击线路引起的过电压波入侵变电所。 避雷器和避雷线的型号及安装点如下表6-2所示: 种类 避雷器 避雷线 型号 FZ-35 FZ-10 FCZ-35 LGJ-30 安装点 35进线端 10母线 主变压器 35线路 kVkVkV6-6 接地体和接地网的设计 (1)接地体的设计 m避雷针的接地体采用长3 规格为 的角钢制成独立垂直接地体。 50，50，5mm 土壤电阻率取200，则接地电阻: ,8l2008，3,,,,R,ln,1,，ln,1,56.8, ,,,,e,2ld2，3.14，30.05，0.84,,,, - 57 - - - 从安全的角度考虑，接地体电阻应小于10，故采用多根垂直接地体并联来降低接地电, 阻，则需要的角钢根数为: R56.8e,,,8.11n ,10，10，0.7 避雷针的独立接地体为9根角钢并联制成的垂直接地体。 (2)接地网的设计 变电所内需要有良好的接地装置以满足工作接地、保护接地和防雷接地的要求，一般做法是根据保护接地和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷器与地网的连接点增加接地体以满足防雷接地的要求。 mm接地网通常用的扁钢或直径为20的圆钢水平敷设，埋入地下。深度不宜小4，40mm m于0.6。 m在水平距离与避雷针相距5的地方敷设地网。敷设地网的面积: 2,,，，S,32,2，5，1，34,680m 接地网的总体接地电阻: 0.5,0.5，200R,,,3.8, eS680 R,3.8,变电所接地网的工频接地电阻一般在0.5-5之间。在该范围内，符合要求。 ,e 第七章 继电保护的配置 7-1继电保护的基本知识 在变电所的设计和运行中，应当考虑到电力系统发生故障和不正常运行的可能性，如设备的相间短路、对地短路及过负荷等故障。 为了保证对用户的可靠供电，防止电气设备的损坏及事故扩大，应尽快地将故障切除。 - 58 - - - 这个任务靠运行人员进行手动操作控制是无法实现的，必须由继电保护装置自动地、迅 速地、有选择性地将故障设备切除，而当不正常运行情况时，要自动地发出信号以便及 时处理，这就是继电保护的任务。 ? 继电保护设计的方法 ? 设计继电保护前首先会想到，应该采用哪些保护装置，各种保护之间如何进行配 合，这些问题处理是否合理，不仅可能影响电力系统的安全运行，而且还关系到 有关部门的安全生产。 ? 合理选择继电保护方式、正确进行正定计算和拟定接线图是非常重要的。继电保 护内容设计一般分为两个阶段进行，即初步设计阶段和技术设计阶段。 ?、初步设计 根据电力网的结构，为保护系统安全运行和生产单位用电可靠，从保护装置的快速性、选择性、灵敏性、可靠性出发，选定保护方式，确定整定值。因此，初步设计是确定继电保护设计方案是否合理的重要阶段。 ?技术设计 在核准初步设计的基础上进行技术设计，主要任务是拟定保护和自动装置的原理接线图，选定所用继电器和辅助装置的型号，并提出设备订货清单。 ?两个设计阶段结合 根据工程需要，在某些情况下也可以把初步设计和技术设计两个设计阶段结合起来进行。 ?继电保护设计应力求简单 在设计继电保护时应力求简单，采用简单的保护装置来达到系统所提出要求。只有当简单保护不能满足要求时，才考虑采用复杂的保护。运行经验证明:保护装置越简单，调整试验也越简单，而工作可靠性越高。 7-2输电线路的保护配置 10~35KV中性点非直接接地电网中，输电线路的相间短路保护必须动作于断路器跳闸。单相接地时，由于故障点的接地电流很小(因而该电网又称为小电流接地系统)， - 59 - - - 三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷供电没有影响，因此，在一般情况下允许再继续运行1~2h，而不必立即跳闸，这也是采用中性点非直接接地运行的主要优点。但是在单相接地以后，其他两相对地电压要升高3倍。为了防止故障进一步扩大成两点接地或相间短路，应及时发出信号，以便运行人员采取措施予以消除。因此，在单相接地时，一般只要求继电保护能有选择性地发出信号，而不必跳闸。但当单相接地对人身安全和设备安全构成威胁时，则应动作于跳闸。 10~35KV中性点非直接接地电网，其输电线路应针对相间短路和单相接地故障配置相应的保护装置。 7-2-1相间短路保护的配置 相间短路保护一般均采用两相式电流保护。 对单侧电源线路，一般装设两段式电流保护。第?段为不带时限的电流速断保护，第?段为待时限的过电流保护。对于35KV的线路，必要时也可采用三段式电流保护，即在上述两段式保护的基础上，再增设一段带时限的电流速段保护。无论两段式或三段式电流保护，均可称作为阶段式电流保护。也可根据需要对35KV线路采用阶段式的电流、电压保护。 对双侧电源线路，一般装设带或不带方向元件的阶段式电流电压保护。当电流电压保护不能满足灵敏性要求时，可采用简化的距离保护 对短线路(,4km)，当采用电压电流保护不能满足选择性、灵敏性和速动性要求时宜采用纵联差动保护作为主保护，以带方向或不带方向的电流保护作为后备保护。 对平行线路，可装设横联方向差动保护或电流平衡保护作为主保护，以接于两回线路电流之和的电流保护作后备保护。 7-2-2过负荷保护的配置 对可能时常出现过负荷的电缆线路，或电缆与架空混合线路，应装设过负荷保护。保护宜带时限动作与信号，必要时可动作于跳闸。。 7-2-3单相接地保护 - 60 - - - 由于中性点非直接接地系统发生单相接地故障时电气量的特殊性，对单相接地故障可采用无选择性的绝缘检视信号装置或有选择性的小电流接地信号装置。对于出线较少的中性点不接地电网，可采用无选择性的绝缘监视信号装置。该装置动作后，靠人工选线找出故障线路。有条件的应装设具有选择性、动作于信号的单相接地保护。对于出现较多的中性点不接地电网，可采用零序电流保护及零序功率方向保护等有选择性的小电流接地信号装置。目前，有选择性的接地保护广泛采用微机选线装置，其原理是利用基波零序电流的数值大小和方向做自动接地选线的依据。另外，根据人身和设备安全的要求，必要时应装设动作于跳闸的单线接地保护。 中性点经消弧线圈接地的电网，故障线路的零序电流方向与非故障线路的零序电流方向完全相同，而数值大小也无明显差异。所以在中性点经消弧线圈接地的电网中，就不能利用基波零序电流的数值大小和方向来构成接地保护的依据，也不能利用基波零序电流的数值大小和方向做自动接地选线的依据。故中性点经消弧线圈接地的电网，可采用无选择性的绝缘监视信号装置，但不可采用零序电流保护及零序功率方向保护等小电流接地信号装置。中性点经消弧线圈接地电网发生单相接地时，比较有效的判别接地的方案是5次谐波判别法和有功分量判别法。故一般采用5次谐波判别法与基波零序电流判别法构成的接地选线装置。为了提高接地判别的准确率，当消弧线圈采用自动跟踪消弧线圈并经阻尼电阻接地时，系统单相接地选线可采用基波有功分量判别法原理构成的接地选线装置 7-2-4输电线路的保护配置结果 待设计变电站35KV和10KV侧的线路相间短路保护应配置三段式电流保护;单相接地保护应配置绝缘监视信号装置。 输电线路保护配置结果表: 35KV进线 10KV出线 相间短路保护 三段式电流保护 三段式电流保护 单相接地保护 绝缘监视信号装置 绝缘监视信号装置 7-3变压器的保护 变压器的保护分为电量保护和非电量保护。反应变压器故障的保护动作于跳闸，反应变压器不正常工作状态的保护动作于发信号。 - 61 - - - 对于上述故障和不正常工作状态，变压器应装设如下保护: (1) 气体保护。反应油箱故障和油面降低。 (2)纵差保护或电流速断保护。反应变压器绕组和引出线的相间短路、中性点直接接地侧 绕组和引出线的接地短路。 电流速断保护适用于以下场合:对容量为6.3MVA以下厂用工作变压器和并列运行的 变压器，以及10MVA以下厂用备用变压器和单独运行的变压器，当后备保护时间大于 0.5s时，应装设电流速断保护。 纵差保护适用于以下场合: 1)容量为6.3MVA及以上并列运行的变压器和容量为6.3MVA及以上的发电厂厂用变 压器及工业企业中的重要变压器。 2)容量为10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器。 3)容量为2MVA及以上的变压器，当采用电流速断保护灵敏度不满足要求时，应采 用纵差保护。 (3)相间短路后备保护。反应外部相间短路引起的过电流和作为气体保护、纵差保护或电流速断保护的后备保护。例如:过电流保护、低电压启动的过电流保护、复合电压启动的过电流保护、负序过电流保护等。 (4)零序保护。用于反应变压器高压侧(或中压侧)，以及外部元件的接地短路。变压器中性点直接接地运行，应装设零序电流保护;变压器中性点可能接地或不接地运行时，应装设零序过电流、电压保护。 (5)过负荷保护。反应变压器过负荷。 (6)过励磁保护。反应500kV及以上变压器过励磁。 待设计变电站主变压器的保护配置如下: 主保护:瓦斯保护和纵联差动保护 相间后备保护:过电流保护和复合电压启动的过流保护 - 62 - - - 接地短路保护:零序电流保护 其他保护:过负荷保护 所用变的保护配置与主变压器基本相同。由于所用变的容量较小，其住保护为瓦斯保护和电流速断保护。 变压器的保护配置结果表: 主变 所用变 主保护 瓦斯、纵联差动 瓦斯、电流速断保护 相间后备保护 复合电压启动过电流 复合电压过电流 接地后备保护 零序过电流、电压 零序过电流、电压 其他保护 过负荷、过励磁保护 过负荷保护 7-4母线保护 母线保护的方式通常分为两种:一是利用供电元件的保护兼作母线故障的保护;二是采用专用的母线保护。 1、利用供电元件的保护兼作母线故障的保护 在不太重要的较低电压的厂、站中可以利用供电设备(发电机、变压器、线路等)保护的第?段及第?段来反映并切除母线故障。在DL400《继电保护和安全自动装置技术规程》中，非专门的母线保护的装置原则规定:对于发电厂和主要变电所的3,10KV分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护。 2、采用专用的母线保护 利用供电元件保护来切除故障母线，不需另外装保护，简单、经济,但切除故障的时间长，并且双母线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择地切除故障母线，使事故扩大， 因此，在DL400《继电保护和安全自动装置技术规程》中规定，在下列情况下，应该设专用的母线保护。 ?对220-500KV母线，应装设能快速有选择得切除故障的母线保护。对一台半断路 - 63 - - - 器接线，每组母线宜装设两套母线保护。 ?110KV双母线、110KV单母线、重要发电厂或110KV以上重要的变压所的35—66KV 母线，需要尽快切除母线上的故障的情况。 ?35—66KV电网中，主要变电所的35—66KV双母线分段三母线需快速而有选择地 切除一段或一组母线上的故障，以保证系统安全稳定运行和可靠供电的情况 ?对于白单纯和变电所的3-10KV分段母线及并列运行的双母线，需快速而有选择 地切除一段或一组母线上的故障，以保证可靠供电的情况。 ?线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时，需装设专用的母线保护切除线路 电抗器前的短路故障。 装设母线保护应特别强调其可靠性，并尽量简化其结构。为了实现保护的快速性和选择性，专用的母线保护多采用差动原理构成。在电力系统中的单母线和双母线上，采用才动保护一般可以满足要求。因此差动保护在母线保护中得到了极为广泛的应用。 7-5 备自投和自动重合闸的设置 7-5-1 备用电源自动投入装置的含义和作用 备用电源自动投入装置是指当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备用电源投入或将用电设备自动切换到备用电源上去，使用户不至于停电的一种自动装置，简称备自投。一般在下列情况装设: (1) 发电厂的厂用电和变电所的所用电。 有双电源供电的变电所和配电所，其中一个电源经常断开作为备用。 (2) (3) 降压变电所内装有备用变压器或互为备用的母线段。 (4) 生产过程中某些重要的备用机组。 该变电所的10KV母线为单母分段接线形式，变电所内有两台主变压器，正常运行时为两台变压器分裂运行，其备用方式为互为备用的“暗备用”，因此考虑在母联断路器上装设有备自投装置以提高供电的可靠性。 7-5-2 自动重合闸装置 电力系统的运行经验表明，架空线路故障大多是瞬时故障。在线路上发生瞬时故障 - 64 - - - 时，线路被保护断开后，由自动重合闸装置再进行一次合闸，恢复供电，从而大大提高供电的可靠性。重合闸在电力系统中有重要的作用: (1) 大大提高供电的可靠性，减少停电次数，特别时对单侧电源的单回线路尤 为显著。 (2) 提高电力系统并列运行的稳定性。 (3) 弥补输电线路耐雷水平将定的影响。在电力系统中，10KV线路一般不装设 避雷线，35KV线路一般只在进线端1-2km范围内装设避雷线，线路耐雷水 平较低，装自动重合闸后，可提高供电可靠性。 对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，能其纠正(4) 的作用。 参考文献 1.常美生.高电压技术.2版.北京:中国电力出版社，2007. 2.孙成普.变电所及电力网设计与应用. 2版.北京:中国电力出版社，2008. 3.吴靓，谢珍贵.发电厂及变电站电气设备. 北京:中国水利水电出版社，2004. 4.戈东方.电力工程电气设计手册 第一册;电气一次部分. 北京:中国电力出版社，1989. 5.陈光会，王敏.电力系统基础. 北京:中国水利水电出版社，2004. 6.陈利.发电厂及变电所二次回路. 北京:中国电力出版社，2007. - 65 - - - 7.沈诗佳.电力系统继电保护及二次回路. 北京:中国电力出版社，2007. 8.李仕凤，段传宗.35,110Kv小型化无人值班变电站标准工程 图集 钢筋混凝土灌注桩图集4号隔油池图集04s519砖砌隔油池图集城市道路护坡图集02s515排水检查井 . 北京:中国水利水电出版社，2000 李金英.继电保护. 北京:中国电力出版社，2008 9. 10.朱军.35kv及以上工程(下). 北京:中国电力出版社，2002. 11.尧有平，李晓华.电力系统工程CAD设计与实训.北京:北京理工大学出版社，2008. 致谢 为期四个星期的35kv变电站毕业设计已接近尾声了，我的三年大学生涯也即将 圈上一个句号。在此，我感谢我的父母，感谢他们给我提供求学的经济和精神支柱， 再次是感谢我的老师和同学们，谢谢你们给与我学习上的帮助和关怀～～ 四个星期的毕业设计，让我从新整理零碎的知识，温习三年里所学的知识，在 王老师、胡老师的指导下，我的知识得与这一次升华，把三年的知识都串联起来， 把课本的东西变成自己的东西。王老师和胡老师，每天都不会忘记到教室给我们知 道设计，而且还很耐心的帮助同学解答心中的疑问。 我们的指导老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深 深地感染和激励着我。因此，在设计中，有什么不懂的问题就请教身边的同学，寻 求帮助，尽量把设计做到更好～～ - 66 - - - 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们! - 67 - - -