HX市110KV变电站二次设计 毕业设计.doc

绪 论随着科学技术的发展，作为现代工业发展的基础和先行官电力工业，也随之有了很大的发展。电力需求的大大增加，促使电力技术和电力工业进一步向高电压、大机组、大电网的方向发展。由于大电网的出现，世界各国电力工业发展和运行的经验告诉我们：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。所以许多发达的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。鉴于此，全国已形成东北、华北、华东、华中、西北和西南联营等跨省（区）的联合电力系统。已投入运营的三峡水电站，促使了全国电力系统的形成，成为全国电力系统的枢纽。根据我国社会经济发展的需求，目前已形成新的发展战略：“西电东输，南北互供，全国性联网”的发展战略。为了能更好地合理开发一次能源，减少电力系统的总装机容量，提高供电的可靠性及电能质量，进而形成强大的联合电力系统，更好地为工农业和人民生活服务，就需要建设各种枢纽变电站和区域性供配电站。此次设计的hx市110kv变电站，就是属于这种性质的变电站。该站的建成，可以满足市区生产及生活的供电要求，在设计过程中考虑到该市工业生产和人民生活的发展，并可满足5-10年的远景供电需求。作为新建站，除了能够满足用电的需求的基本条件外，还必须考虑到自身的建站经济性、调度的灵活性和可靠性，并易于扩建和升级改进成微机综合自动化。目前国内外较先进的是变电站综合自动化。其一般为无人值班，有人职守，“四遥”设计，采用综合自动化实现控制、保护、测量和远动等功能。微机控制，通过“远方”“就地”转换开关实现就地（就地单元控制）、远方（站内控制室微机及调度中心）两种控制方式，用微机实现模拟操作，待确认后再执行控制命令。测量元件和保护元件接各自独立的ct，全部“四谣”量送至调度中心，站内通信采用大量通信网等。变电站综合自动化的发展将是以后变电站发展的主导方向，它不但节省了人力、物力、财力，而且从更大程度上可以保证供电质量，提高供电的可靠性。本次毕业设计针对变电站二次设计主要包括主变的选择、主接线的确定、短路电流的计算、电气设备继电保护的设计。第1章 电力系统概述1.1 引言本次所设计hx市郊变电站担负着向hx市区及市郊工农业生产和居民生活用电的工程，承担着hx市的输变电任务。根据电力系统技术规程中的有关部分，特别是：第1.0.2条：系统设计应在国家计划经济的指导下，在审议后的中期、长期电力规划的基础上，从电力系统整体出发，进一步研究提出系统设计的具体方案；应合理利用能源，合理布局电源和网络，使发、输、变电及无功建设配套协调，并为系统的继电保护设计，系统自动装置设计及下一级电压的系统等创造条件。设计方案应技术先进、过度方便、运行灵活、切实可行，以经济、可靠、质量合格和充足的电能来满足国民经济各部门与人民生活不断增长的需要。第1.0.6条：系统设计的设计水平可为今后第五年至第十年的某一年，并应对过度年进行研究（五年内逐年研究），远景水平可为第十年至第十五年的某一年，且宜与国民经济计划的年份相一致。系统设计经审查后，二至三年进行编制，但有重大变化时，应及时修改。hx市郊110kv变电站是地区性城市变电站，它由系统1和系统2供电，同时向变电站甲和变电站乙供电，系统总容量为：与系统联系较为紧密，在整个系统中占有重要地位。1.2 设计的内容变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。这就要求变电所的设计经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。故本次hx市郊110kv变电站设计主要分为电气一次部分设计和电气二次部分设计两部分。电气二次部分设计主要包括变电所总体分析、电力系统分析、主接线的选择、主变的选择、所用变的选择、无功补偿的设计、短路电流的计算、电气设备继电保护的选择和防雷保护等内容。本部分设计主要参考了电气二次部分设计手册和有关的技术规程和工程实例进行的。本章小结本次设计的主要任务是hx市郊110kv的变电站的设计，设计的内容包括电气的二次部分的设计和计算。在一次部分中，要对电力系统和变电站进行总体分析，然后确定变电站电气主接线的形式，短路电流计算以及电气设备继电保护的选择。在具体计算后，还要为建造变电站进行配电装置及电气总平面的布置设计，使建站合理化，并进行防雷设计，保证安全。第2章 电力系统及变电站总体分析2.1 引言根据35110kv变电站设计规范第1.0.31.0.6条规定：第1.0.3条：变电站的设计应根据工程的510年发展规划进行做到远，近期结合。以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。第1.0.4条：变电站的设计，必须以全出发，统筹兼顾。按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件，综合国情合理地确定设计方案。第1.0.5条：变电站的设计，必须坚持节约用地的原则。第1.0.6条：变电站设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。hx市郊变电所是一个110kv区域性变电所，向市区及附近工矿企业以及生活用电供电，它由系统1（容量为250mva）和系统2（容量为1100mva）供电，同时向变电站甲和变电站乙供电，与系统联系紧密。 2.2 变电站总体分析2.2.1 变电所总体分析1.设计依据根据省电力公司计xxxx号文件xx变电所设计任务书的批复。2.建设的必要性该所位于hx市郊的工矿企业集中区的中心，为满足该地区经济发展及人民生活需要，决定在此建设区域性变电所。3.建设规模根据电力系统规划，本变电所的规模如下:电压等级：110/35/10kv线路回数：110kv近期2回，远景发展2回。 35kv 近期4回，远景发展2回。 10kv 近期9回，远景发展2回。4.所址概况该变电所位于hx市郊，交通便利，变电所东为10kv负荷密集区，主要有机械厂、食品厂、玻璃厂、开关厂、电线电缆厂及部分市区用电。变电所以西主要有35kv的化肥厂、煤矿及部分乡镇用电。该变电所所址区海拔185m,地势平坦，为轻地震区。气象条件：年最高气温40,年最低气温10，年平均温度12,最热月平均最高温度34,最大风速30m/s,属于我国第标准气象区。线路有系统变电站s,南墙出发至hx变电站南墙，全长共12km，在线路3，7，9，11处共转角四次。其角度为28，56，90，78。全线地质为亚粘土地层，低耐力为2.5kg/ cm,天然容重2.7kg/cm，土壤电阻率为100cm变电所保护地下水位较低，水质良好，无腐蚀性。2.2.2 负荷分析1.在35kv负荷中主要是煤矿和化肥厂和部分乡镇供电，其自然利用率都比较高，包含了大量的一类和二类负荷。若发生断电时，会造成生产机械设备的损坏，生产产品质量下降和一定的经济损失，煤矿设备停用甚至人员的伤亡。因此要尽可能保证其供电可靠性。表2-1 35kv负荷一览表电压等级负荷名称最大负荷（mw）负荷组成()自然力率(h)线长(km)备注近期远景一二35kv甲乡镇2.74.55300.912乙乡镇2.73.3755300.916水泥厂2.0252.715300.920化肥厂2.0252.715300.920备用12.0250.915备用22.70.9152.在10kv负荷中，棉纺厂、开关厂、柴油机厂、玻璃厂、电线电缆、市区一类负荷比较多，且各类负荷的年利用小时数远大于电力系统的年平均利用系数，说明了该厂在未来电力系统中的作用和地位至关重要。若发生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，对市区医院则造成不良政治和社会影响，严重时造成重大经济损失和人员伤亡，必须保证其供电可靠性。表2-2 10kv负荷一览表电压等级负荷名称最大负荷(mw)负荷组成 ()自然力率(h)线长(km)近期远景一二10kv棉纺厂1.622.720400.7555003.5开关厂1.352.02520400.7555003.5机械厂1.351.530400.7850004.5柴油机厂3.3753.2425400.840003玻璃厂3.3754.0525400.840003电线电缆厂1.353.37530400.7245003北市区1.352.02520400.825002南市区1.352.02520400.825002食品厂1.352.02515300.840001.5备用12.430.78备用22.430.782.2.3 电力系统接线图图2-1 电力系统接线图附注：1.图中系统地容量、系统电抗均相当于系统的最大运行方式 2.最小运行方式下：； ；2.2.4 变电所地理位置示意图图2-2 变电站地理位置示意图本章小结本章主要根据任务设计书给出的负荷资料做出进一步的分析完善，分析的内容包括：各电压等级的负荷名称、生产性质和特点、负荷组成类别的百分比、负荷的自然力率等，对供电的要求和政策等。最后列出负荷表并附加了必要的说明文字。对该站的负荷进行总体的分析，为后面的主变压器容量的选择，和电气主接线的设计打下基础。第3章 变电站主变压器的选择3.1 引言变压器是变电站最主要和最贵重的设备，因此主变的选择是变电站设计的关键。变压器的容量和台数直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。它的确定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统510年的远景发展计划，输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的紧密程度等因素，进行综合分析与合理的选择。如果变压器的容量选择过大，台数过多，不仅增加投资，而且也增加了运行电能的损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选的过小，将可能无法满足了变电站的电力负荷的需要。故而，变电站主变压器的选择应综合分析合理选择。3.1.2 主变容量选择应考虑参考电力工程电气设计手册中的规程：1.主变容量选择一般应按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。2.根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时，其余主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、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保证全部负荷的60。3.同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化，标准化。（主要考虑备用品，备件及维修方便）3.1.3 主变台数的考虑原则1.对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。2.对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可能性。3.对规划只装两台主变的变电所，其主变容量原则上宜大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时更换主变。3.1.4 主变容量和台数选择计算主变额定容量（se）的选择计算：1.近远景负荷计算：35kv侧：由于其近期出线回路4回，同期系数取0.9远景出线回数为2回。10kv低压侧：由于其近期出线回路数为9回，同期系数取0.85远景出线为2回。35kv和10kv的同期系数取0.95 同理可得：s=49.1mva2.由选择条件：校核条件：有以上两个条件得：鉴于该站的实际情况和考虑远景计划等众多综合因素考虑，计划选择两台变压器，一期工程先上一台变压器。规程中规定：当装设两台或两台以上主变时，其中一台因检修或停运时，其余主变应能保证全部负荷的60%负荷。故：所选变压器的容量se=0.6 =0.6 49.1=29.46mva所选变压器的容量se大于近景计算负荷，和上述两条件，故hx市变的容量可选择为：31.5mva的变压器。3.2 变压器型式的选择3.2.1 相数的选择由相应规程规定，若站址地势开阔，交通运输方便，也不是由于容量过大而无法解决制造问题宜采用三相变压器，结合以上分析，hx市郊变电所应采用三相变压器。3.2.2 绕组数和绕组连接方式的选择参考电力工程电气设计手册和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。故hx市郊变电所主变选择三绕组变压器。 参考电力工程电气设计手册和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有y和型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是型的，我国110kv及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要选择的连接方式。对于110kv变电所的35kv侧也采用yn0的连接方式，而6-10kv侧采用型的连接方式。故hx市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为：yn/yn0/d11。 3.2.3 主变阻抗和调压方式的选择参考电力系统电气设计手册和相应规程中指出：变压器各侧阻抗值的选择必须从电力系统稳定，潮流方向，无功分配，继电保护，短路电流，系统内的调压手段和并列运行等的方面进行综合考虑，并应以对工程起决定性作用的因素来确定。变压器的阻抗选择实际上是指三个绕组在变压器铁心中缠绕的位置，由此变压器可以分为升压结构和降压结构两种类型。由于绝缘因素，高压绕组总放在最外侧，而中、低压绕组可以分别缠绕在变压器的铁心的中间或者最里面。由于变压器的阻抗实际上就是绕组之间的漏抗，因此可见，升压型结构的变压器大而降压结构的大。那么看潮流传输的大小，在传输潮流大的一侧采用阻抗小的以减小正常损耗。但是也还要其他因素的影响，综合考虑，比如为选择轻型的电器需要加限制短路电流的措施，那么为限制短路电流，可以考虑优先采用降压结构（其大），这样可以不再加限流电抗器或者减少限流电抗器的阻抗值。调压方式是指采用有载（带负荷）调压还是手动（不带负荷）调压方式。规程规定：在能满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式（手动调压方式的变压器便宜、维修方便）。对于110kv变电站以往设计，由于任务书已经给出系统能保证本站110kv母线的电压波动在5%之内，所以可以采用手动调压方式。但是，近年来随着对电压质量的要求的提高和有载调压变压器的质量的提高，作为城市变电站和根据该变电站远景发展规划的需求，选择有载调压方式。3.2.4 主变压器的冷却方式变压器的冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。按一般情况，110kv变电站宜选用强迫油循环风冷式。3.2.5 变压器各侧电压的选择作为电源侧，为保证向线路末端供电的电压质量，即保证在10%电压损耗的情况下，线路末端的电压应保证在额定值，所以，电源侧的主变电压按10%额定电压选择，而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。所以，对于110kv的变电站，考虑到要选择节能新型的，110kv侧应该选110kv，35kv侧选38.5kv ，10kv侧选10.5kv。3.2.6 绝缘问题及绕组材料的解决在110kv及以上的中型点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110kv侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。35kv及10kv侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。本章小结变压器型号：sfsz8-31500/110 额定容量： 31500kva 额定电压： 110/38.5/10.5kv 短路阻抗:高低：17-18% 高中：10.5% 中低：6.5% 空载损耗： 32.40kw 负载损耗： 172.00kw连接组标号： yn/yn/d11器身重：31.2t 油质量：13.90t 总重：57.90t 第4章 电气主接线设计4.1 引言电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家的经济建设方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便，尽可能的节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流，高电压的网络，它要求用规定的设备文字和图形符号，并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置全部基本组成和连接关系，代表该变电站电气部分的主体结构，是电力系统结构网络的重要组成部分。4.2 主接线设计的基本要求设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性，灵活性及对电器的选择、配电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，我们要重视电气主接线的设计。设计时应依据35110kv变电所设计规范原则。第3.2.1条：变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。第3.2.3条：35110kv线路为两回及以下时，宜采用桥形线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形单母线或分段单母线的接线，3563kv线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线，110kv线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。第3.2.4条：在采用单母线、分段单母线或双母线的35110kv主接线中，当不允许停电检修断路器时，可以设置旁路设施。当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼做旁路断路器的接线，当110kv线路为6回及以上，3563kv线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器，主变压器35110kv回路中的断路器，有条件时，亦可接入旁路母线，采用断路器的主接线不宜设旁路设施。第3.2.5条：当变电站装有两台主变时，610kv侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。综合以上规程规定，结合本变电站的实际情况，110kv侧有4回出线（近期2回，远景发展2回），35kv侧有6回出线（近期4回，远景发展2回），10kv侧有11回出线（近期9回，远景发展2回）.又由前面的变电站分析部分和负荷情况分析部分，该变电站在整个电力网络中处于重要的地位，各侧均不允许断电。故可对各电压等级侧主接线设计方案作以下处理。4.2.1 110kv母线主接线方案确定根据要求可以草拟以下两种方案，列表对以上两种方案进行比较：表4-1 110kv侧主接线经济比较方案方案项目 方案i 单母分段方案ii 桥型接线可靠性1、 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段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电灵活性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，常使用架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。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。桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。变压器侧断路器检修时，变压器需较长时期停运。经济性接线简单，增加了设备,投资要较方案高接线简单,运行设备少高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。由以上比较结果知，这方案1有较好的可靠性和灵活性。由于本变电站在整个系统中占有较重要的地位及本站的未来发展计划，要求保证某些重要的用户不可中断供电，故要求系统有更好的供电可靠性，综合考虑，110kv侧宜采用方案1。4.2.2 10kv母线主接线方案确定根据要求可以草拟以下两种方案，列表对以上两种方案进行比较：表4-2 10kv侧主接线经济比较方案基本要求方案（）单母分段带旁母接线方案（）双母线可靠性无论检修断路器或变压器故障时，均不会造成重要的电力负荷停电。使用的电气设备比较多，出现故障的几率也比较大。具有较强的供电可靠性。选择轻型的电气设备。使用的设备比较多，出现故障的几率比较高。灵活性电气主接线的结构简单，但调度灵活性较差。易于扩建和扩展。运行方式相对简单，并且具有较好的灵活性。易于扩建和实现自动化。经济性使用的电气设备少，投资小，年运行费相对低。占地面积比较大。使用的设备相对少，投资少，年运行费用高。占地面积比较大。由表中分析可以知道，综合考虑主接线的基本要求，合理考虑市区电力负荷的基本情况以及市区的经济状况，通过比较，最后选择第()方案，即采用双母线接线形式，足以满足市区各级电力负荷的用电要求，考虑了今后随着经济的发展，还有扩建和扩展的可能，另外，由于进出线回路数比较多，且各回路出线的负荷等级中一、二级负荷较多。因此，选择了单母线接线的主接线形式。4.2.3 35kv母线主接线方案确定根据要求可以草拟以下两种方案，列表对以上两种方案进行比较：表4-3 35kv侧主接线经济比较方案方案项目 方案i单母分段带旁母接线方案ii 单母分段可靠性用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路, 保证不间断供电，可靠；检修出线断路器，可以不停电检修，供电可靠性高用断路器把母线分段后,对重要用户可从不同段引出两个回路,可靠，适合用于屋内布置，可采用手车式断路器，这样可保证进出线检修时不中断供电灵活性当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电当一回线路故障时,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电,不致使重要用户停电，且扩建方便经济性占地面积大，多增加一台旁路增加了投资。占地面积小，且投资少，宜采用屋内配电装置，经济性好。 表中分析可以知道，35kv 电压级，综合考虑主接线的基本要求，合理考虑市区电力负荷的基本情况以及市区的经济状况，通过比较，最后选择第(2)方案，即采用单母分段的电气主接线形式。这种主接线形式能够满足市郊对电力负荷的用电要求，考虑了今后随着经济的发展，还有扩建的可能，另外，35kv配电装置选用屋内型，因此，选择了单母线分段的主接线形式。本章小结综上分析可以得出：市区新建变电站的电气主接线形式为，110kv电压等级采用单母线分段接线形式，35kv电压等级采用单母线分段的主接线形式10kv电压等级采用单母线分段接线形式。第5章 短路电流的计算5.1 引言在电力供电系统中，对电力系统危害最大的就是短路。短路的形式可以分为三相短路、两相短路、两相短路接地、单相短路接地。在短路电流计算过程中，以便都以最严重的短路形式为依据。因此，本文的短路电流计算都以三相短路为例。在供电系统中发生短路故障时，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，短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力，并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆；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；当短路点离发电厂很近时，将造成发电机失去同步，而使整个电力系统的运行解列。5.1.1 计算短路电流的目的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。5.1.2 短路电流的计算的规定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/3r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，此时采用阻抗等于电抗计算。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。5.2 短路电流的计算表5-1最大运行方式下短路电流计算值一览表短路点i（ka）i(ka）i(ka）i（ka）i（ka）110kv（d）3.973.953.863.8610.135kv(d)5.375.415.395.3913.6710kv(d)13.6813.6913.6913.6934.82表5-2 最小运行方式下短路电流计算值一览表短路点i（ka）i(ka）i(ka）i（ka）i（ka）35kv(d)3.94110kv(d)8.1555.2.1 具体计算过程图5-1系统各电压侧母线短路时的系统图系统等值电路如上图所示，计算步骤如下：1.选择基准容量 =1000mva 、ud1=115kv 、ud2=36.75kv ud3=10.5kv 则基准电流i d1= =5.02ka id2 = =15.7ka id3 = =55ka 2.计算系统各元件的标幺值：各种线形的单位电抗为计算的简便，同时满足工程设计的要求，线路的单位电抗统一选0.4/km。注：短路电流的计算过程中忽略了甲变与乙变对短路计算的影响。）那么，它们相对应的标幺值为：(1) 线路的标幺值(2) 系统的电抗的标幺值 (3) 变压器参数的标幺值 则当短路时系统图可以转化为：图5-2 110kv侧母线短路时的系统等效图将上图网络中的三角形接线转化为星形接线：x1*= =0.24 x2*= =0.24 x3*= =0.03 计算电源相对于的转移电抗：（y网络变换）其中，和即是系统1和系统2分别对点的转移阻抗。求系统和系统对点的计算电抗，利用公式 来计算系统：系统：5.2.2 计算短路点的短路电流1.在最大运行方式下的短路电流所谓系统最大运行方式下是指两台主变压器并列运行，系统1的容量为250mw，系统2的容量为1100mw。(1) 110kv侧短路电流计算：按xjs1* xjs1*查汽轮机的短路计算数字表可知：当s时，查得系统：系统：当时，查得系统：系统：当时。查得系统：系统：当点短路电流周期分量的有名值为：冲击电流(2) 35kv侧短路电流计算：系统等效图可转换为：图5-3 35kv侧母线短路时的系统等效图y网络变换得：其中，和即是系统1和系统2分别对点的转移阻抗。求系统和系统对点的计算电抗，利用公式来计算系统：系统：因系统的计算电抗有大于3.5所以得：系统的各时刻的短路电流相等，即电抗查汽轮机的短路计算数字表可知：当s时，查系统：得按计算当时，查得系统： 当时。查得系统： 当点短路电流周期分量的有名值为：冲击电流(3) 10kv侧短路计算：系统图转化过程如下，y网络变换得：其中，和即是系统1和系统2分别对点的转移阻抗。图5-4 10kv侧母线短路时系统等效图求系统和系统对d3点的计算电抗，利用公式 来计算系统：系统：因系统的计算电抗有大于3.5所以得：系统的各时刻的短路电流相等，即按计算电抗查汽轮机的短路计算数字表可知：当s时，查得系统：当时，查得系统： 当时。查得系统： 当点短路电流周期分量的有名值为：冲击电流2.在最小运行方式下的短路点的短路电流所谓最小运行方式是指两台主变分开运行，系统1的容量为170mva，系统2为1050mva。(1) 选择基准容量 =1000mva 、ud1=115kv 、ud2=36.75kv ud3=10.5kv (2) 计算系统各元件的标幺值：为了计算简便，各种线形的单位电抗统一按0.4/km来计算。注：短路电流的计算过程中忽略了甲变与乙变对短路计算的影响。）那么，它们相对应的标幺值为：线路的标幺值系统电抗的标幺值 变压器参数的标幺值系统的等效电路图和上面的系统在最大运行方式下一样，转换过程也一样。具体计算过程不在详细说明。(3) 35kv侧短路电流计算图5-5 最小运行方式下35kv母线短路时系统图y网络变换得：其中，和即是系统1和系统2分别对d2点的转移阻抗求系统和系统对d2点的计算电抗，利用公式 来计算系统：系统：因系统的计算电抗有大于3.5所以得：系统的各时刻的短路电流相等，即查汽轮机的短路计算数字表可知：当s时，查系统：得按计算 当点短路电流周期分量的有名值为：(4) 10kv侧短路计算图5-6最小运行方式下10kv母线短路时系统图系统图转化过程同上，y网络变换得：其中，和即是系统1和系统2分别对点的转移阻抗。求系统和系统对点的计算电抗，利用公式来计算系统：系统：因系统的计算电抗有大于3.5所以得：系统的各时刻的短路电流相等，即按计算电抗查汽轮机的短路计算数字表可知：当s时，查得系统：当点短路电流周期分量的有名值为：本章小结本章主要介绍了短路电流的计算方法，主要采用了转移阻抗的方法。计算了短路电流各时刻的短路电流；分别计算了最大运行方式下和最小运行方式小的短路电流。针对本设计最大运行方式下的短路电流将用于变压器保护和线路保护的整定计算；最小运行方式下的短路电流将用来对其保护的灵敏度校验。第6章 输电线路继电保护6.1 引言电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分。继电保护的庄装设应符合可靠性与安全性、选择性、速动形四个基本要求。设计应满足继电保护和安全自动装置技术规程（sdj683），但针对该区域变电站其自身的特点，因此应根据电缆系统的特点制定合理的保护方案，力求做到可靠、简单、经济并适当考虑电网的发展。电路系统的电气设备和线路应有主保护和后备保护以及必要的辅助保护。主保护能快速并有选择地切除被保护区域内的故障。后备保护在主保护或短路器拒动时，切除故障。后备保护有分为近后备保护和远后备保护两种形式：远后备保护是指当主保护或断路器拒动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备。近后备指当主保护拒动作时，由本设备或线路的另一套保护实现后备，当断路器拒动作时由断路器失灵保护实现后备。辅助保护当需要另还切除线路故障或消除方向功率死区时可采用由电流速断保护构成的辅助保护。保护装置的装设原则：1.当被保护元件发生短路或是破坏系统正常运行的情况，保护装置应动作于跳闸，当发生不正常动作时，保护装置应动作于信号。2.为保障系统非故障部分的正常供电，保护装置应以足够小的动作时限去切除故障3.系统故障时保护装置应有选择性地动作于跳闸，在必须加速时，可无选择性地跳闸而由自动重合闸装置来纠正保护的无选择性动作。4.满足要求上述第二条原则或用作后备保护时，保护装置容许带有一定的时限切除故障。5.保护装置所用的继电器越少越好，并使其接线简单可靠。6.保护装置电压回路断线时，如可能造成保护装置的误动作则应装设电压回路断线监视或闭锁装置。7.在表示保护装置动作的出口上应装设信号继电器。以利于运行人员分析和统计保护的动作情况。8.主保护装置除了完成主保护任务外，如有可能还应作为相邻元件的后备保护。9.当保护装置因动作原理不能起相邻元件的后备保护作用时，应在所有和部分断路器上装设单独的后备保护。10.为了起到相邻元件的后备保护的作用而使保护装置复杂化，或不能达到完全的后备保护作用时，允许缩短后备范围。11.在实际可能出现最不利的运行方式和故障类型下，保护装置应有足够的灵敏系数；对反应电气量上升的保护装置： 对反应电气量下降的保护装置： 各种保护装置的灵敏系数应满足电力系统继电保护和安全自动装置技术规程（sdj83）的规定。12.保护装置的灵敏性还应该与相邻设备或线路配合。13.保护装置所用电流互感器在最不利的条件下其误差应小于10%6.1.1 电力系统继电保护的基本任务它的基本任务是：1.当被保护的电力系统元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地给脱离故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中断开，以最大限度地减少对电力系统元件本身的损坏，降低对电力系统安全供电的影响，并满足电力系统的某些特定要求(如保持电力系统的暂态稳定性等)。2.反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。反应不正常工作情况的继电保护装置允许带一定的延时动作。6.1.2 对继电保护的基本要求继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。1.可靠性是指保护该动体时应可靠动作。不该动作时应可靠不动作。可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。2.选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。3.灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。继电保护的可靠性主要由配置合理、质量和技术性能优良的继电保护装置以及正常的运行维护和管理来保证。任何电力设备(线路、母线、变压器等)都不允许在无继电保护的状态下运行。220kv及以上电网的所有运行设备都必须由两套交、直流输入、输出回路相互独立，并分别控制不同断路器的继电保护装置进行保护。当任一套继电保护装置或任一组断路器拒绝动作时，能由另一套继电保护装置操作另一组断路器切除故障。在所有情况下，要求这套继电保护装置和断路器所取的直流电源都经由不同的熔断器供电。选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。4.速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果等。一般从装设速动保护(如高频保护、差动保护)、充分发挥零序接地瞬时段保护及相间速断保护的作用、减少继电器固有动作时间和断路器跳闸时间等方面入手来提高速动性。6.1.3 电力系统继电保护工作的特点继电保护在电力系统中的作用及其对电力系统安全连续供电的重要性，要求继电保护必须具有一定的性能、特点、因而对继电保护工作者也应提出相应的要求。继电保护的特点及对保护工作者的要求如下：1.电力系统是由很多复杂的一次主设备和二次保护、控制、调节、讯号等辅助设备组成的一个有机的整体。每个设备都有其特有的运行特性和故障时的工作行为。任一台设备的故障都将立即引起系统正常运行状态的改变和破坏，给其它设备以及整个系统造成不同程度的影响。因此，继电保护的工作牵涉到每个电气主设备和二次辅助设备。2.电力系统继电保护是一门综合性的系统，它基于理论电工，电机学和电力系统等基础理论，还与电子技术、通讯技术、计算机技术和信息科学等新理论新技术有着密切的关系。纵观继电保护技术的发展史，可以看到电力系统通讯技术的每一个重大进展都导致了一种新保护原理的出现，例如高频保护和微波保护等；每一种新电子元件的出现也都引起了继电保护装置的革命。由机电式继电器发展到晶体管保护装置、集成电路式保护装置并向计算机保护的方向过渡，就充分说明了这个问题。可以预见，微处理机的迅速发展和实用化与计算机在电力系统调度控制自动化方面的应用，以及光导纤维通讯和信息网络的实现都将使继电保护技术的面貌发生根本的变化。在继电保护的设计、制造和运行方面都将出现一些新的理论、新的概念和新的方法。 3.继电保护的工作稍有差错，就可能对电力系统的运行造成严重的影响，给国民经济和人民带来不可估量的损失。国内、外几次电力系统瓦解，进而导致广大地区工、农业生产瘫痪和社会秩序混乱的严重事故，常常是一个继电保护装置不正确动作引起的，因此，要求继电保护必须工作可靠。6.2 输配电线保护6.2.1 概述设计的线路保护应满足继电保护和全自动装置技术规程sdj6-83等有关专业技术规程的要求。输电线路的主保护以动作时间上划分为全线瞬时动作及按阶梯时限特性动作两类。当要求对线路全线任何地点的任何故障均能瞬时具有选择性切除时爱用全线瞬时动作的保护作为主保护，例如各种反线路两侧电气量变化从而实现全线有选择性动作的纵联差动保护。当电网允许线路一侧以保护第二段时限切除故障时，也可采用具有阶梯时限特性的保护作为主保护，如距离保护，电流保护等。送电线路的后备保护分为远后备和近后备两类。一般采用远后备。远后备保护和近后备保护对比如下：表6-1 远后备和近后备比较远后备近后备构成方式以相邻元件的保护特性对本元件内部故障有一段灵敏系数来起后备作用。如相邻元件的距离电流电压方向保护等，但各类差动保护不能作为相邻元件的后备每一元件应有独立的主保护和后备保护而不依靠相邻的保护起后备作用，必要时装设断路器失灵保护以防止断路器拒动。优点简单，同时考虑了所有的有可能发生的保护环节的故障（包括断路器、保护本体、交直流电源）后备范围较广动作快、保护得灵敏系数高；构成方式与整定计算简单，可适应于复杂电网缺点由于助增重用使对相邻元件的后备保护的灵敏系数有所不足，造成配合困难或无选择性由相邻元件后备切除故障时，动作时间长，停电范围大复杂，网络难以实现每一元件装设两套保护及防止断路器失灵保护，使二次回路复杂装设失灵保护使相邻保护配合时限增加不能防止操作电源（当公用时）故障 应用范围一般用于110kv以下电网一般用于220kv以上电网6.2.2 35kv及以下线路的保护装设原则35kv电网属于中性点非直接接地系统，其中性点或经消弧线圈接地或不接地，对于相间短路和单相短路均应装设相应的保护。一般由具有阶梯时限特性的多段式保护构成，对于重要的短线路或者是保护灵敏系数不满足要求的线路，可增设线路纵差保护；后备保护采用远后备方式。中性点非直接接地的系统中发生单点接地时，一般情况下保护不跳闸只发信号。允许电网带一接地点运行12h。为此，相间短路保护按两相式接线，一般都接在a、c两相上，以保证在不同线路上发生两点接地故障时有2/3的机会只切除一条线路，另一条线路可照常供电。对简单的电网来说，可采用三段式电流保护，i段ii段采用电流速断作为线路主保护，iii段采用过电流保护作为后备保护。如保护不能同时满足速动性和灵敏度的要求，速断保护也可无选择性动作，但应以自动重合闸装置来补救。此时，速断保护应躲开降压变低压侧母线的短路。对于复杂的电网应采用距离保护。对于并列运行的平行双回线路，装设横纵差动保护（横纵方向差动保护或电流平衡保护）作为主保护。以接于两回线电流之和的阶段式电流保护作为两回线同时运行的后备保护。对于复杂网络中的短线路，一般采用带富主导引线的纵差动作为主保