毕业论文变电站的分析与设计

第一章 变电站的分析与设计 1 1 变电站的总体分析 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进工业 它是一种将煤 石 油 天然气 水能 核能 风能等一次能源转换电能这个二次能源的工业 它是国民经济的 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 随着社会的发展 电能被日益广泛的应用于工农业生产以及人民的日常生活中 电能 可以方便的转换为其他形式的能源 例 机械能 热能 光能 磁能等 并且电能的输送和 分配易于实现 可以输送到需要它的人和工作场所和生活场所 电能的应用规模也很灵活以 电能作为动力 可以促进工农业的机械化和自动化 保证产品质量大幅度提高劳动生产率 同时提高电气化程度以电能代替其他形式的电能 是节约能源的一个重要的途径 为了满足市区生产和生活的供电要求 决定要在 YB 市新建一所 110KV 降压变电站 变电站的站址选择靠近公路 有良好的交通运输条件 同时也为变电站职工的生活提供了方 便 变电站处区域地势平坦 土质为黏土 海拔 200 米 地势平坦 为非强地震区 输电线 路走廊宽阔 有利于线路架和电气设备安装 全线为黄土层带 地耐力为 2 4kg cm2 天然容 量 r 2g cm3 内擦角 23 土壤电阻率为 100 cm 变电所保护地下水位低 无腐蚀性 有利于变电站的经济运行 另外 也降低对防雷保护装置的要求 气象条件 年最高气温 40 摄氏度 年最低 20 摄氏度 年平均气温 15 摄氏度 最热 月平均最高气温 32 摄氏度 最大复水厚度 b 10mm 最大风速 25m s 属于我国第六标准气象 区 变电站选址避开了大气严重污秽和严重盐雾地区及冬季主导风向的影响 即避开了工业 电力负荷 如化肥厂 纺织厂 水泥厂 柴油机厂等污染企业的影响 此外 这些电力负荷 位于变电站的北部和南部 变电站设在污染源的下风口 受到轻微污染 影响电力系统的运 行性能 变电站东部没有重要的电力负荷 这为进出线提供了广阔的线路走廊 还有利于变 电站的扩建 另外 变电站选址还考虑了变电站与附近设施的影响 因此 若变电站选址不 当 必将影响企业供电系统的主接线方式 电网的损失及投资的大小 还可能引起电力倒流 甚至产生更严重的后果 根据电力系统规划 本变电所的规模如下 第 6 页 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 10kv 近期 9 回 远景发展 2 回 该变电所位于 YB 市郊东南郊 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 柴油机厂 毛纺厂及部分市区用电 变电所以东主要有 35KV 的水泥厂 化肥厂及市郊其它用电 1 2 变电站的负荷分析 根据负荷允许停电程度的不同 可以将负荷分为三个等级 即一级负荷 二级负 荷 三级负荷 等级不同 对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同 如果停电 一级负荷将造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染对工厂将造成经济上的巨大损失 如重要的大型的设备损坏 重要产品或用重要原料生产的产品大量报废 还可能引起社 会秩序混乱或严重的政治影响 二级负荷会造成较大的经济损失 如生产的主要设备损 坏 产品大量报废或减产 还可能引起社会秩序混乱或较严重的政治影响 三级负荷造 成的损失不大或不会造成直接经济损失 由此可知 对于一级负荷 必须有二个独立电 源供电 且任何一个电源失去后 能保证对全部一级负荷不间断供电 对特别重要的一 级负荷应该由二个独立电源点供电 对于二级负荷 一般要俩个独立电源供电 且任何 一个电源失电后 能保证全部或大部分二级负荷供电 对于三级负荷 一般只需要一个 电源供电 对于 110KV 侧 有市甲线 市系线 通过甲变电所 乙变电所和 Sj SII 相连 构 成了电力系统环网 如果有任何一条线路发生故障 会直接影响电力系统环网运行的稳 定性 由于各线路的最大穿越功率不同 对电力系统造成的破坏程度也有所不同 但是 它们都会影响变电站的稳定运行 电能质量下降 导致变电 第 7 页 第 6 章 母线保护 6 1 简介 母线是电能集中和分配的重要设备 是电力系统的重要组成元件之一 母线发生故 障 将使接于母线上的所有元件被迫切除 造成大面积停电 电气设备遭到严重破坏 甚至使电力系统稳定运行破坏 导致电力系统瓦解 后果十分严重 母线故障的原因很 多 母线上发生短路故障主要是各种类型的接地和相间短路 6 2 母线的保护方式 母线的保护方式有两种 一种是利用供电元件的保护兼母线保护 另一种是采用专 门的母线保护 1 利用变压器过流保护切除低压母线故障 对于降压变电所低压侧采用分段母线的系统 正常运行时 QF5 断开 则 K 点故障就 可以由变压器下的过流保护使 QF1 QF2 跳闸予以切除 2 专用母线保护 完全电流差动母线保护 工作原理接线图如下 第 53 页 在正常运行或外部故障时 流入差动继电器的电流为不平衡电流 在母线故障时 流入 差动继电器的电流为故障点短路电流的二次值 该电流足够使差动继电器动作而启动出口继 电器 使断路器 QF1 QF2 QF3 跳闸 6 3 双母线同时运行时母线保护 双母线同时运行时 要求母线保护具有选择母线的能力 它由三组差动保护组成 第一组由 L1 L2 母联及继电器 KD1 为 I 母线故障选择元件 KD1 动作后 作用于断路器 QF1 QF2 跳闸 第二组由 L3 L4 母联及差动继电器 KD2 组成 KD2 动作后 作用于 QF3 QF4 跳闸 第三组由 L1 L4 及差动继电器 KD3 组成 反映两组母线上的故障 并作为整个保护的启动元件 KD3 起动后作用于母练断路器 QF5 跳闸 保护情况说明如下 1 当元件固定连接方式下外部短路时 流经 KD1 KD3 的电流均为不平衡电流 保 护装置已从整定值上躲过 故保护不会动作 元件固定连接且 I 母线故障时 KD1 KD3 通过短路点全部短路电流而起动 并作用于 QF1 QF2 QF5 跳闸 切除故障 I 母线 2 当元件固定连接破坏后 例如 I 母线上一个元件倒换到 II 母线上运行 发生外 部短路时 KD1 KD2 KD3 都通过短路电流 它们都能起动 因此两组母线上所有断路 器将跳闸 保护动作失去选择性 这限制了母线运行的灵活性 是该保护的主要缺点 第 54 页 第 5 章 变压器保护 5 1 变压器装设的保护 5 1 1 变压器装设的保护种类 因变压器的故障和不正常运行状态等一系列问题 故变压器一般装设下列继电保护装 置 变压器油箱内部故障和油面下降的瓦斯保护 容量为 800KVA 及以上的油侵式变压器 均应装设瓦斯保护 当油箱内部故障产生轻瓦斯或油面下降时 保护装置应瞬时作用于信号 当产生大量的瓦斯时 瓦斯保护动作作于断开变压器各电源侧断路器 容量为 400KVA 及以 上的车间内油埐式变压器 也应该装设瓦斯保护 1 瓦斯保护整定 1 一般气体继电器气体容积整定范围为 250 300 立方厘米 变压器容积在 1000KVA 以上时 一般正常整定为 250 立方厘米 气体容积整定值是利用调节重捶的位置来改变的 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 再整定流速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流速为 0 6 1 5m s 时 保护反映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 5m s 因此 为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作 故对本站的主变的瓦斯保护可将油流速度整 定在 1m s 左右 2 纵联差动保护 反映变压器绕组和引线相间短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电 流速断保护 1 容量为 6300KVA 以下的变压器 可装设电流速断保护作为变压器相间短路保护 的主保护 2 容量为 6300KVA 以上的变压器 应装设纵联差动保护作为变压器的主保护而以 过电流保护作为其后备保护 3 后备保护 过电流保护 用于降压变压器 保护装置的整定值应考虑短路时可能出现的过负荷 复合电压 包括负序电压及线电压 启动的过电流保护 负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护 用于 6300KVA 及以上的升 第 40 页 压变压器 当选择以上保护灵敏性 选择性不能满足要求时 可选择阻抗保护作后备保护 3 接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护 110KV 及以上中性直接地电网 中 如果变压器中性点接地运行 应装设反映外部接地短路的变压器零序电流保护 4 过负荷保护 反映变压器过负荷的过负荷保护 5 2 变压器保护的整定方法 5 2 1变压器电流速断保护 变压器纵联差动保护在正常运行和外部故障时 由于变压器的励磁电流 接线方式和 电流互感器误差等因素的影响 使差动继电器中有不平衡电流流过 且这些不平衡电流远比 发电机及线路差动保护的大 因此 减小或消除不平衡电流对差动保护的影响是变压器差动 保护中很重要的问题之一 规程中规定 对于 6 3KVA 及以上厂用工作变和并运行的变压器 10MVA 及以上厂用备 用变压器和单独运行的变压器应装设纵联差动保护 对于高压侧电压为 330KVA 及以上变压 器 可装设双重的纵联差动保护 纵联差动保护应符合下列要求 1 应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流 2 应在变压器过励磁时不误动作 3 差动保护范围应包括变压器套管及引出线 如不能包括引出线时 应采取快速切除故 障的辅助措施 变压器纵差保护与发电机纵差保护一样也可以采用比率制动或标记制动或标记制动方 式达到外部短路不误动和内部短路灵敏动作的目的 但变压器的纵差保护需考虑以下问题 1 变压器各侧额定电压和额定电流各不相同 因此 各侧电流互感器的型号 第 41 页 12 保护装置的灵敏性还应该与相邻设备或路线配合 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 4 1 1 电力系统继电保护的基础任务 它的基础任务是 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生跳闸命令 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 反映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 4 1 2 对继电保护的基本要求 1 可靠性是指保护该动体时应可靠动作 不该动作时可靠不动作 可靠性是对继电保护 装置性能的最更本的要求 2 选择性是指首先由故障设备或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 为保护对相 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融短路器供电 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 第 36 页 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 从分 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 4 2 输配电线保护 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 输电线的