110KV终端变电站保护设计.doc

目录 摘 要 3 绪论 5 第一章 电力系统及变电站的总体分析 6 1 1 电力系统的总体分析 6 1 2 变电站设计的初步分析 6 1 2 1 变电所的建设规模 6 第二章 电气主接线设计 9 2 1 电气主接线设计原则 9 2 2 电气主接线设计的基本要求 9 2 3 设计方案进行比较 10 2 3 1 110KV 主接线的设计 10 2 3 2 10KV 侧主接线的设计 10 第三章 短路电流计算 11 3 1 短路电流计算概述 11 3 1 1 短路电流计算的目的意义 11 3 1 2 短路电流计算的基本假定和计算方法 11 3 1 3 短路点的选择 11 3 2 短路电流计算过程 11 3 3 主变压器的选择 17 3 3 1 主变选择 17 3 3 2 变压器型式的选择 19 3 3 3 全绝缘 半绝缘 绕组材料等问题的解决 20 3 3 4 主变型号的选择 20 第四章 电气设备及母线的选择 22 4 1 选择电气设备和母线的主要技术条件 22 4 2 断路器 隔离开关的选择原则 22 4 3 110KV 母线 断路器 隔离开关的选择 23 4 4 10KV 侧设备的选择与校验 26 第五章 继电保护设计及整定 29 5 1 主变压器保护设计与整定 29 5 2 母线保护设计 31 第六章 防雷保护和接地装置 32 6 1 变电多额防雷原则 32 6 2 变电所的防雷设计 32 展望 34 致谢 35 参考资料 36 摘 要 变电站是输电和配电的集结点 其设计质量的好坏 直接关系到电力系统 的安全 稳定 灵活和经济运行 本文将设计一个地区终端变电站 并设计终 端保护 本说明书以110KV变电站为例 论述了电力系统工程中变电站部分电气部分 设计的大致过程 本文通过对拟建终端变电站的概括以及设备的选择 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 10kV以及 站用电的主接线 然后又通过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 最后 根据最大持续工作电流及 短路计算的计算结果 对高压熔断器 隔离开关 母线 绝缘子和穿墙套管 电压互感器 电流互感器进行了选型 对变压器保护整定电流进行了分析计算 设计中也配置了避雷器设计 比较详细地完成了电力系统中变电站设计 本毕业设计对变电站电气部分初步做了较为详细的理论设计 这有待于在 今后的学习和工作中进行研究 关键词 终端变电站 保护 短路电流 电气设备 Abstract Transmission and distribution of power substation is the rally point The design quality is good or bad directly related to the power system security stability flexible and economic operation This paper will design a region terminal substation and design terminal protection This manual to 110 KV substations as example the article discusses the power system engineering of electric parts of the design of transformer substation the general process This article through to the proposed generalization of the transformer substation and terminal equipment choice and through to the load data analysis and safety economy and reliability into consideration determine the 110 kV 10 kV and stand Lord of the electricity wiring and then through the calculation and power supply scope the main transformer sets capacity and model also identified the station with the capacity of transformer and model finally according to the maximum continuous working current and short circuit calculation results of the high pressure to fuse isolating switch bus insulator and wear casing wall voltage transformer the current transformer selection For transformer protection setting current is analyzed and calculated design also configuration lightning arrester design more detailed in the power system and finished the design of transformer substation The graduation design in a substation preliminary electric parts a detailed design theory this needs to be in the future study and work study Keywords terminal substation protection short circuit current electric equipment 绪论 电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业 它是一 种将煤 石油 天然气 水能 核能 风能等一次能源转换成电能这个二次能 源的工业 它为国民经济的其他各部门快速 稳定发展提供足够的动力 其发 展水平是反映国家经济发展水平的重要标志 由于电能在工业及国民经济的重要性 电能的输送和分配是电能应用于这 些领域不可缺少的组成部分 所以输送和分配电能是十分重要的一环 变电站 使电厂或上级电站经过调整后的电能输送给下级负荷 是电能输送的核心部分 其功能运行情况 容量大小直接影响下级负荷的供电 进而影响工业生产及生 活用电 若变电站系统中某一环节发生故障 系统保护环节将动作可能造成停 电等事故 给生产生活带来很大不利 因此 变电站在整个电力系统中对于保 护供电的可靠性 灵敏性等指标十分重要 终端变电站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 这就要求变电所的能够可靠地运行 只有变电所运行工作 才能发挥它的总用 为人民大众服务 为国民经济的建设服务 因此 怎么保证变电站的正常运行 尤为关键 本次设计就是针对终端变 电站而进行的初步保护设计 本次设计得到了辅导老师的指导 但由于个人水 平有限 设计中难免会出现瑕疵 望老师予以更正 教诲 第一章 电力系统及变电站的总体分析 1 1 电力系统的总体分析 电力系统及变电所的设计首先要对电力系统进行分析才能选择正确的方案 及对变电所进行总体分析才能设计比较经济 可靠的变电所方案 根据 35 110KV 变电站设计规范 第 1 0 3 1 0 6 条规定 变电站的设计应根据工程的 5 10 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 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 变电站的设计 必须坚持节约用地 的原则 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 1 2 变电站设计的初步分析 1 2 1 变电所的建设规模 本次设计的主要任务是 110KV 的变电站的设计 设计的内容主要是 11OkV 终端变电站的电气保护初步设计 设计不仅讲述变电站电气主系统的设计理论 对电气主接线设计 短路电流计算 设备的选取 主要电器设备的原理性能和 选择校验等进行了详细论述 本部分设计主要参考了 电气一次部分设计手册 电气一次部分设备手 册 电气二次部分设计手册 电气二次部分设备手册 等 按照有关的技 术规程和工程实例进行的 1 2 2 本次设计的系统概况如下 1 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 3 回 远景发展 2 回 10kv 近期 9 回 远景发展 2 回 2 2 110KV 变电站系统接线简图 系统参数 线路阻抗按 0 4 欧 km 3 负荷情况 1 110kv 负荷 最大负荷 mW 负荷组成 电压 等级 负荷 名称 近期远景一二 自然 力率 maxT h 线长 km 备 注 市系 线 101810 市甲 线 101810 备用 1 10 110 kv 备用 2 12 2 10kv 负荷 最大负荷 mW 负荷组成 电 压 等 级 负荷 名称 近期远景一二 自然力 率 maxT h 线长 km 备 注 棉纺厂 1 2 4320400 7555003 5 棉纺厂 2 2 4320400 7555003 5 针织厂 1 21 820400 7545001 5 柴油机 厂 1 1 82 425400 840003 柴油机 厂 2 1 82 425400 840003 10 kv 橡胶厂 1 21 830400 7245003 市区 1 1 82 420400 825002 市区 2 1 82 420400 825002 食品厂 1 441 815300 840001 5 备用 1 1 80 78 备用 2 1 80 78 3 所址概况 该变电所位于市郊东南 交通便利 变电所的西边为 10KV 负荷密集区 主 要有棉纺厂 食品厂 印染厂 针织厂 柴油机厂 橡胶厂及部分市区用电 该变电所所址区海拔 200m 地势平坦 为非强地震区 输电线路走廊阔 架设方便 全线为黄土层地带 地耐力为 2 4kg 天然容重 2g 2 cm 3 cm 内摩擦角 23 土壤电阻率为 100 cm 变电所保护地下水位较低 水质良 好 无腐蚀性 气象条件 年最高气温 40 年最低气温 20 年平均温度 15 最 热月平均最高温度 32 最大复水厚度 10mm 最大风速 25m s 属于我国 第六标准气象区 第二章 电气主接线设计 2 1 电气主接线设计原则 应根据变电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 根据规划容量 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 保证供电平衡 电力系统线路容量 电气设备性能 和周围环境及自动化规划与等级条件确定 应满足可靠性 灵活性 经济性的 要求 2 2 电气主接线设计的基本要求 1 可靠性要求 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求 主接线首先应满足这个要求 对可靠性应注意的问题 应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性 分析 主接线可靠性的衡量标准是运行实践 主接线的可靠性要包括一次部分 和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合 主接线的可靠性在很大程度上 取决于设备的可靠程度 采用可靠性高的电气设备可以简化接线 要考虑所设 计变电所在电力系统中的地位和作用 主接线可靠性的具体要求如下 1 断路器检修时 不宜影响对系统的供电 2 断路器或母线故障以及母线检修时 尽量减少停运的回路数和停运时间 并 保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电 3 尽量避免发电厂 变电所全部停运的可能性 4 大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求 2 灵活性要求 主接线应满足在调度 检修及扩建时的灵活性 1 调度时 应可以灵活地投入和切除变压器和线路 调配电源和负荷 满足 系统在事故运行方式 检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求 2 检修时 可以方便地停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修而 不致影响电力网的运行和对用户的供电 3 扩建时 可以容易地从初期接线过渡到最终接线 在不影响连续供电或停电 时间最短的情况下 投入新装机组 变压气或线路而不互相干扰 并且对一次和 二次的改建工作量最少 3 经济性要求 1 主接线在满足可靠性 灵活性要求的前提下做到经济合理 1 主接线应力求简单 以节省短路器 隔离开关 电流和电压互感器 避雷 器等一次设备 2 要能使继电保护和二次回路不过于复杂 以节省二次设备和控制电缆 3 要能限制短路电流 以便于选择价廉的电气设备或轻型电器 4 如能满足系统安全运行及继电保护要求 110kV 及以下终端或分支变电所 可采用简易电器 2 占地面积小 主接线设计要为配置布置创造条件 尽量使占地面积减少 经济合理地选择变压器的种类 双绕组 三绕组或自藕变压器 容量 数 量 要避免因两次变压而增加电能损失 在系统规划设计中 要避免建立复杂 的操作枢纽 为简化主接线 发电厂 变电所接入系统的电压等级一般不超过 两种 2 3 设计方案进行比较 2 3 1 110KV 主接线的设计 110KV 侧设计回路数为 4 回由 电力工程电气设计手册 可知 110KV 侧配电装置宜采用 单母线分段的接线方式 110KV 侧采用单母线分段的接线方式 有下列优点 1 供电可靠性 当一组母线停电或故障时 不影响另一组母线供电 2 调度灵活 任一电源消失时 可用另一电源带两段母线 3 扩建方便 4 在保证可靠性和灵活性的基础上 较经济 故 110KV 侧采用单母分段的连接方式 2 3 2 10KV 侧主接线的设计 10KV 侧出线回路数为 11 回 由 电力工程电气设计手册 可知 当 6 10KV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时采用单母分段连接 故 10KV 采用单母分段连接 综上所述所 110KV 侧采用单母分段的连接方式 10KV 侧采用单母分段 第三章 短路电流计算 3 1 短路电流计算概述 3 1 1 短路电流计算的目的意义 1 电力系统短路的危害及种类 在发生短路时 由于电源供电回路的阻抗减小及突然短路时的暂态过程 使短路电流值大大增加 短路点的电弧有可能烧坏电器设备 另外 导线也会 受到很大的电动力的冲击 致使导体变形 甚至损坏 短路还会引起电网中电 压降低 使用户的供电受到破坏 短路还会引起系统功率分布的变化 影响发 电机输出功率的变化 短路种类有 三相短路 两相短路 单相短路接地 两 相短路接地 为使所选电器设备和导体有足够的可靠性 经济性和合理性 并在一定时 期内适应电力系统发展的需要 而进行短路电流计算 3 1 2 短路电流计算的基本假定和计算方法 1 基本假定 1 正常工作时 三相系统对称运行 2 所有电源的电动势 相位角相同 3 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行 4 电力系统中各元 件的磁路不饱和 带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化 5 系统中 所有电源都在额定负荷下运行 其中 50 接在高压母线上 50 接在系统侧 6 短路发生在短路电流为最大值瞬间 7 不考虑短路点的电弧阻抗和变压 器的励磁电流 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外 元件的电阻都 忽略不计 2 计算方法常采用短路电流运算曲线法计算参数 一般按三相短路计算 在网络简化中 对短路点具有局部对称或全部对称的网络 同电位点可以短接 其间的电抗可以略去 3 1 3 短路点的选择 一般选择最大运行方式下通过电器设备的短路电流最大的那些 为短路计算点 3 2 短路电流计算过程 在本设计中短路电流计算采取实用计算曲线法 其具体步骤如下 1 计算系统 线路 发电机在基准容量下的标幺值并绘制等值网络 2 本设计选择基准容量 100MVA B S B U av U 3 发电机电抗 略去网络各元件的电阻输电线路电容和变压器的励磁支路 X 只用其标幺值 4 无限大功率电源内阻抗等于零 系统 d X B SS系统 5 略去负荷 选择基准容量 S 100MW U 115KV U 10 5KV d1d2d 则基准电流 I 0 502KA 1d 1 3 d d U S KV MW 3115 100 I 5 51KA 2d 2 3 d d U S KV MW 3 5 10 100 基准电抗 X 132 25 1d d d S U 1 2 100 1152 X 1 1025 2d d d S U 2 2 100 5 10 2 图 3 1 系统等效图 1 查电力系统阻抗表可知 一般取单位线路阻抗为 X 0 4 KM 计算各条线路阻抗 X 80 0 4 32 1l X 1 l X 50 0 4 20 2l X 2 l X 25 0 4 10 3l X 3 l X 30 0 4 12 4l X 4 l X 20 0 4 8 5l X 5 l 则 40 1L X 1l X 5l X 30 2L X 2l X 3l X 8 3L X 4l X 它们所对应标幺值为 0 302 1L X 1 1 d X X 1 5 d X X 25 132 32 25 132 8 0 227 2L X 1 2 d X X 1 3 d X X 25 132 20 25 132 10 0 091 3L X 1 4l d X X 25 132 12 计算系统电源电抗标幺值 013 0 600 100 08 0 1 d 1 1 N SS S S XX 05 0 1000 100 05 0 2 d 2 2 N SS S S XX 2 计算短路点 d1 的短路电流参数 110KV 侧短路电流计算 则图 3 1 可以转化为 图 3 2 110KV 系统等效转化图 将图 3 2 网络中的三角形接线转化为星形接线 X1 0 033 3 2 1 3 2 LLL LL XXX XX 091 0 227 0 302 0 227 0 302 0 X2 0 044 3 2 1 3 1 LLL LL XXX XX 091 0 227 0 302 0 091 0302 0 X3 0 111 3 2 1 2 1 LLL LL XXX XX 091 0 227 0 302 0 227 0 302 0 电源相对于 d1 的转移电抗 0 013 0 033 0 046 1 1 XXX SM 0 05 0 044 0 094 3 2 XXX SN 星形接线转化为三角形接线 0 046 0 111 0 211 I X M X 3 X 3 N M X XX 094 0 111 0046 0 0 094 0 111 0 432 X N X 3 X 3 M N X XX 046 0 111 0094 0 分别求 两条支路的计算电抗 1 206 1js X d S SX II 100 600211 0 4 32 2js X d S SX 100 1000432 0 按上述计算结果查汽轮机的计算表可知 当s 时0 k t 1 12 0 679 js1 I js2 I 短路电流周期分量标幺值为 KA f 0 1801200 I0 980 43 295 3 1153 115 当 4s 时 k t 1 067 0 402 1js I 2js I KA f tk 1801200 I1 0670 4023 386 3 1153 115 当 Tk 2 2s 时 3 295KA 0 f 2 tk f II 因 t 时和 t 4s 时 随着计算电抗的减小 它们所对应的曲线逐渐重合 所以 3 295KA tk f f II KA chm i2k I2 1 8 3 2958 388 表示短路冲击电流为周期分量幅值的倍数 其大小取决于 取值范 m K a T 围为 在高电压电路中一般取 1 8 12 m K 计算短路点 d3 的短路电流参数 10KV 侧短路电流计算 系统等效图可转换为 图 3 3 10KV 侧系统等效转化图 1121323 11100 0 1050 180 065 0 35 2231 5 B TSSS N S UUU S 2122313 11100 0 1050 0650 18 0 2231 5 B TSSS N S UUU S 3231312 11100 0 0650 180 105 0 22 2231 5 B TSSS N S UUU S 12 33 0 1750 0220 197 2 TT T XX XX 0 111 0 111 0 285 0 396 2 31 30 TT XX XX 2 22 0 35 0 0 046 0 094 M X N X 星形接线转化为三角形接线 0 194 0 046 0 636 I X 0 0 N M M X XX XX 094 0 369 0 046 0 0 094 0 396 1 299 X 0 0 M N N X XX XX 046 0 369 0 094 0 分别求 两条支路的计算电抗 1 206 1js X d S SX II 100 600636 0 12 99 2js X d S SX 100 1000299 0 因两个计算电抗 均大于 3 5 所以得 1js X 2js X 1js I262 0 1 1js X 0 1f I 0 1f I t 1kf I 2 tk 1f I 1f I644 8 5 103 600 262 0 KA 2js I077 0 1 2js X 0 2 f I 0 2 f I t 2kf I 2 tk 2 f I 2 f I644 8 5 103 1000 077 0 KA 所以 0 f I t kf I 2 tk f I f I 0 1f I 0 2 f I878 12234 4 644 8 KA 由上述能够得到 ch i78 32878 128 12k2 0 fmI KA 故短路电流计算结果如下表所示 表 3 4 短路点 KA 0 f I KA f tk I KA 2 tk f I KA ch I 110KV 母线 6 7836 5566 78317 26 10KV 母线 12 87812 87812 87832 78 3 3 主变压器的选择 3 3 1 主变选择 变压器是变电所中最重要的和最贵重的是设备 变压器的选择在变电所中是比 较重要的 1 主变容量选择应考虑 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 2 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 其主变基础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 主变容量和台数选择计算 由以上分析可知应选两台 主变额定容量 Se 的选择计算 1 10KV 低压侧 其出线回路数为 11 回 取 0 8 0 85 结合负荷情况分析知 Kt Kt 11 max 2 1 1 cos i jsr i P SK i 2 41 21 81 21 44 0 8 24 1 5 0 750 750 80 720 8 17 192 MVA 则三绕组变压器的计算容量为 2 i 1 KtS0 85 17 19214 6 jsjs SMVA 总 3 由选择条件 得 总jseSS 2 0 5 14 6 7 3 MVA 2 js e S S 总 故可选用主变的容量为 31 5 MVA 4 校核条件 1 0 6 ejsnSS 总 21 1SSSne 则 成立 满足条件要求 2 1 31 5 0 6 14 69 e SMVAMVA 12 32 522 5 30 15 30 0 90 9 22 5 1 5 15 30 20 40 0 750 8 22 5 30 40 30 40 0 750 85 2 5 1 52 52 20 40 25 40 0 80 8 2 0252 025 20 40 0 8 19 14 31 5 SS MVAMVA 显然满足条件 21 1 SSSne 综上所述 选用主变的容量为 31 5合格 MVA 5 近期与远景容量问题 分期建设计划 上述计算结果是 5 10 年规划的最终变电所的台数和容量 近期容量问题实 际上是考虑第一期上一台主变还是两台 根据负荷分析资料给出的近期负荷计算近期的 0 85jsS KtKt 10KV 侧 11 max 2 1 1 cos 2 42 4 1 21 8 1 8 1 8 1 8 1 441 2 0 85 1 5 0 750 80 72 17 06 i jst i i P SK 2 i 1 0 85 17 0614 5 MVA jstjsi SkS 由以上计算结果看出 显然 但考虑变压器都具有过负荷能力 SjsSe 故第一期工程考虑上一台主变 3 3 2 变压器型式的选择 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 在 330KV 及其以下的发电厂和变电所中 宜采用三相变 压器 结合以上分析 本市市郊变电所应采用三相变压器 2 绕组数和绕组连接方式的选择 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中 由主变容量选择部分的计算数据 明显满足上述情况 故 Y 市郊变电所主变选择三绕组变压器 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 侧也采用的连接方式 而 0Y0Y 6 10KV 侧采用 型的连接方式 故本市市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为 110d YY NN 3 主变阻抗和调压方式的选择 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 并应由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 12U13U 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 13U 限流电抗器 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 一般也都用有载调压方式 综合以上分析本设计中此终端变电站的主变宜采用有载调压方式 4 主变压器的冷却方式 变压器的冷却方式主要有自然风冷 强迫油循环风冷 强迫油循环水冷 强迫导向油循环等 综合经济性和本变电站的实际情况考虑 110KV 变电站宜 选用自然风冷式 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 的变电站应用近似计算 额定电压选线路两端电压的平均值 110KV 侧应 该选 115KV 10KV 侧选 10 5KV 3 3 3 全绝缘 半绝缘 绕组材料等问题的解决 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 因此本次设计 110KV 侧采用分级绝缘 35KV 及 10KV 采用全绝缘 3 3 4 主变型号的选择 综上所述 可以选择三相风冷式有载调压变压器 其型号为 SFSZQ7 31500 110 表 3 5 SFSZQ7 31500 110 型号变压器参数 型号 额定 容量 KVA 额定电压 KV 空载 电流 空载 损耗 KW 阻抗电压 高压中压低压高 中高 低中 低 SFSZQ7 31500 110 3150 0 1108 1 25 38 52 2 5 10 5 1 1550 3 10 5186 5 第四章第四章 电气设备及母线的选择电气设备及母线的选择 4 1 选择电气设备和母线的主要技术条件 电气设备石发电厂和变电所所涉及的主要内容之一 在选择时应根据实际 工作特点 按照有关设计的规范的规定 在保证供配电安全可靠的前提下 力 争做到技术先进 经济合理 为了保证高压电气设备的可靠运行 高压电气设 备的选择与教研一般条件有 按正常工作条件包括电压 电流 频率 开断电流 等选择 按短路条件包括动稳定 热稳定等校验 安环境工作条件如温度 适 度 海拔等选择 1 按正常工作条件选择高压电气设备 1 额定电压和最高工作电压 高压电气设备所在电网的云南行电压因调 试活着负荷的变化 长高于电网的额定点啊 故所选电气设备允许最高工作电 压不得低于所接电网的坐高运行电压 一般电器设备允许的最高工作电压 alm U 可 1 1 1 15Un 而实际电网的最高运行电压 Usm 一般不超过 1 1Uns 因此在寻则 电气设备室 一般可按照电气设备的额定电压 Un 不低于装置地点电网额定电 压 Uns 的条件选择 即 Un Uns 2 额定电流 In 是指在额定环境温度下 电气设备长期允许铜鼓偶的电流 值 In 应不小于该回路咋各种合理运行下的最大持续工作电流 Imax 3 按环境条件校验 2 按短路条件校验 4 2 断路器 隔离开关的选择原则 断路器种类和型式选择 按照断路器采用的灭弧介质可以分为油断路器 压缩空气断路器 六氟化硫断路器 真空断路器 随着开关技术的发展 现在 变电所设计一般是采用六氟化硫断路器和真空断路器 而油断路器基本上被淘 汰 本设计选择 LW6 126I 3150 六氟化硫断路器和 ZN5 10 1000 室内真空断 路器 额定电压和电流的选择 NNS UU maxN II 式中 电网额定电压 NS U 设备的额定电压 N U 电气设备的额定电流 N I 电网的最大负荷电流 max I 开断电流选择高压断路器的额定开断电流不应小于实际开断瞬间短路 Nbr I 电流周期分量即 pt I Nbrpt II 当断路器的较系统短路电流电流大很多的时候 简化可用 Nbr I Nbr II 为短路电流的有效值 I 短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时的安全 断路器的额定 关合电流不应小于短路电流的最大冲击值 即 Ncl I sh i Nclsh Ii 短路动稳定和热稳定校验 2 tK ItQ essh ii 为动稳定电流 es i 为断路器热稳定电流 t I 为热稳定时间t 隔离开关是发电厂 变电所常用的开关器件 它与断路器配套使用 但隔 离开关不能用来接通或开断短路电流和负荷电流 其主要功能是 1 隔离电压 检修时使检修设备与电源隔离 以确保检修安全 2 倒闸操作 投入备用母线或旁路母线以改变运行方式 常用隔离开关和 断路器协同操作来完成 3 分合小电流 因隔离开关具有一定的分合小电流和电容电流的能力 可 以用来分 合避雷器 电压互感器 空载母线等 4 隔离开关与断路器相比 额定电压 额定电流选择及短路动 热稳定校 验项目相同 但由于隔离开关不能够开断 接通短路电流 故不需要进行开断 电流和关合电流的校验 4 3 110KV 母线 断路器 隔离开关的选择 1 110KV 母线选择 按导体长期发热允许电流选择截面 I K I max al K 0 92 0 al al 7032 7025 max 31 5 1 051 05166 33 115 N N S I U A max al I166 I180 K0 92 A 故选择型号为 LGJ 50 的钢芯铝绞线 屋外载流量为 220A 1 热稳定校验 短路持续时间为 t t t 1 09s kprab 周期分量的热效应 2 22 222 2 10 3 29510 3 2953 386 1 0916 43 1212 tktk kk III Qt 2 KAS 因 t1s 故不计算非周期分量的热效应 故 16 43 kk QQ 2 KAS 正常导体运行时导体温度 32 70 32 C 0 al0 2 max 2 al I I 2 2 166 64 3 180 0 根据 发电厂电气部分 查表 6 9 C 91 满足短路时发热的最小导体截面为 S mm50mm min 6 16 43 101 44 5 91 kS Q K C 22 所以满足热稳定要求 2 动稳定校验 由于所选是软母线 故不进行动稳定校验 2 110KV 侧主变引下线 max 31 5 1 051 05166 33 115 N N S IA U 110KV 侧室外型主变引下线一般用钢芯铝绞线 LGJ 母线截面选择 由于母线传输容量大 5000h 长度超过 20m 故按经 max T 济电流密度选择截面查 电气手册 当 5000h 时 J 1 4A m 1 0 max T S K max T I166 S118 6 J1 4 2 mm 查 电气手册 选用接近的 LGJ 120 其导体 70 允许电流为380A al I 查表得 K 0 81 166A al I0 81 380307 8 A 1 热稳定校验 短路持续时间为 t t t 1 09s kprab 周期分量的热效应 Q 16 43 k 2 22 2 10 12 tktk k III t 2 KAS 因 t 1S 故不计算非周期热效应 16 43 k Q k Q 2 KAS 正常运行时导体温度 32 70 32 43 1 C 0 al0 2 max 2 al I I 2 2 166 307 8 0 查 电气手册 C 98 满足短路时发热的最小导体截面为 S mm120mm min 6 16 43 101 41 36 98 kS Q K C 22 所以满足热稳定要求 电晕校验 根据 电气手册 中指出海拔不超过 1000m 的地区 在正常相 间距离情况下 如导体型号和外径不小于一定数值时 可不进行电晕 故电压 为 110KV 软导线型号为 LGJ 120 可不进行电晕校验 3 110KV 断路器选择 max 1 05166 3 N N S I U A 根据 110KV 侧的额定电压 及安装在屋内的要求 查 电气手册 可 max I 选 SW4 110 1000 型少油断路器由前知 周期分量热效应 16 43 k Q 2 KAS 因 1S 故不计算非周期热效应 短路电流引起的热效应为 k t 16 43 kk QQ 2 KAS 8 388KA ch i 4 110KV 分段断路器选择 max 1 050 8133 3 N N S I U A 根据 110KV 侧的额定电压 及安装在屋内的要求 查 电气手册 可 max I 选 SW4 110 1000 型真空断路器 周期分量效应 16 43 k Q 2 KAS 因 1S 故不计算非周期热效应 短路电流引起的热效应为 16 43 k t kk QQ 2 KAS 4 4 10KV 侧设备的选择与校验 1 10KV 母线选择 max 31 5 1 051 051819 33 10 5 N N S I U A 按长期发热允许电流选择截面 查 电气手册 选双条 100mm 8mm 矩形铝 导体 平放导体长期允许电流为 2259A K 0 81 0 81 22591829 81819 al IAA 1 热稳定校验 短路持续时间为 1 09 kprab ttts 周期分量的热效应 2 22 222 2 10 12 54710 12 54712 547 1 09 171 6 1212 tktk kk III Qt 2 KAS 因 t 1S 故不计算非周期热效应 171 6 k Q k Q 2 KAS 正常运行时导体温度 22 0 max 00 22 1819 40704069 6 1829 8 al al I C I 查 电气手册 C 88 满足短路时发热的最小导体截面为 S 800 min kS Q K C 6 171 6 101 169 7 88 2 mm 2 mm 所以满足热稳定要求 2 动稳定校验 导体自震频率为 3364 0 1 0 008 20001 6 120 008 0 1 120 7 10 W mh bKg m Ibhm 汇流母线为单跨 两端固定多跨 简支 56 3 f N 106 22 3 567 100 7 10 623155 11 6 f ZZ N EI fHH lm 故1 母线出口短路时 冲击系数 K 1 9 则 1 9 21 92 12 54734 ch iIKA 母线相间应力 72 1 73 1034000 400 0 5 ph f 抗弯矩 2263 0 3330 333 0 008 0 126 64 10Wbhm 2 2 6 6 400 1 1 5 10 1010 26 64 10 ph cha f l P W 28 510 ch i fb h 82 5 1034000 578 0 1 Pa 2 10KV 侧断路器的选择 max 1 051819 3 N N S I U A 根据 10KV 侧的额定电压 及安装在屋内的要求 查 电气手册 可 max I 选 SN10 10 2000 型真空断路器 周期分量效应 171 6 k Q 2 KAS 因 1S 故不计算非周期热效应 短路电流引起的热效应为 171 6 k t kk QQ 2 KAS 31 94KA ch i 10KV 侧 max 1 050 81455 3 N N S I U A 根据 10KV 侧的额定电压 及安装在屋内的要求 查 电气手册 可 max I 选 SN10 10III 2000 型真空断路器 周期分量效应 171 6 k Q 2 KAS 因 1S 故不计算非周期热效应 短路电流引起的热效应为 171 6 k t kk QQ 2 KAS 第五章 继电保护设计及整定 5 1 主变压器保护设计与整定 现代生产的变压器 虽然结构可靠 故障机会较少 但实际运行中仍有可 能发生各种类型故障和异常运行 为了保证电力系统安全连续地运行 并将故 障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围 必须根据变压器容量的大小 电压变压器保护的配置原则 变压器一般应装设以下保护 1 变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护 2 差动保护 3 后备保护 4 中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护 5 过负荷保护 一 瓦斯保护 容量为 800KVA 级以上的油浸式变压器 均应装设瓦斯保护 当有内部故障 时产生经微瓦斯后油面下降时保护应瞬时动作于信号 当产生大量瓦斯时 瓦 斯保应动作与断开变压器各电源侧断路器 瓦斯保护装置及整定 瓦斯继电器又称气体继电器 瓦斯继电器安装在变压器油箱与油枕之间的 连接管道中 油箱内的气体通过瓦斯继电器流向油枕 目前 国内采用的瓦斯继电器有浮筒挡板式和开口杯式两种型式 在本设 计中采用开口杯式 瓦斯保护的整定 1 一般瓦斯继电器气体容积整定范围为 250 300m 变压器容量在 10000KVA 以上时 一般正常整定值为 250cm2 气体容积值是利用调节重锤的位 置来改变 2 重瓦斯保护油流速度的整定 重瓦斯保护动作的油流速度整定范围为 0 6 1 5m s 在整定流速时均以导油 管 中的流速为准 而不依据继电器处的流速 根据运行经验 管中油速度整定为 0 6 1 5 时 保护反映变压器内部故障是相 当灵敏的 但是 在变压器外部故障时 由于穿越性故障电流的影响 在导油 管中油流速度约为 0 4 0 5 因此 本设计中 为了防止穿越性故障时瓦斯保 护误动作 可将油流速度整定在 1S 左右 二 纵联差动保护 瓦斯保护只能反应变压器油箱内部的故障 而不能反应油箱外绝缘套管及 引出线的故障 因此 瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护 对容量较小的 变压器可以在电源侧装设电流速断保护 但是电流速断保护不能保护变压器的 全部 故当其灵敏度不能满足要求时 就必须采用快速动作并能保护变压器的 全部绕组 绝缘套管及引出线上各种故障的纵联差动保护 瓦斯保护职能反应变压器油箱内部的故障 而不能反应油箱外绝缘套管及 引出线的故障 因此 瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护 对容量较小的 变压器可在电源侧装设电流速断保护 但是电流速断保护不能保护变压器的全 部 故当灵敏度不能满足要求时 就必须采用快速动作并能保护变压器全部绕 组 绝缘套管及引出线上各种故障的纵差动保护 在本设计中 采用由 BCH 2 继电器起动的纵联差动保护 图表 5 1 变压器纵联动保护参数计算结果 名称各侧数值 额定电压 110KV35KV10KV 额定电流 40000 31 2 110 209 95KA 40000 31 2 37 599 7KA 40000 31 2 10 5 2099 5KA 电流互感器的接线方式 电流互感器一次电流计 算值 3209 95363 6KA KA96 103886 5993 KA36 3636 5 20993 确定保护的动作电流 1 躲过励磁涌流