电气电子毕业设计156河南理工大学变电站主变压器的保护设计
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电气电子毕业设计156河南理工大学变电站主变压器的保护设计,毕业设计论文
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260什么是电力系统安全自动装置 ? 答：电力系统安全自动装置是指防止电力系统失去稳定和避免电力系统发生大面积停电的自动保护装置，如自动重合闸、备用电源和备用设备自动投入、自动联切负荷、自动低频 (低压 )减负荷、事故减出力、事故切机、电气制动、水轮发电机自动启动和调相改发电、抽水蓄能机组由抽水改发电、自动解列及自动快速调节励磁等。 263自动低频减负荷装置的整定原则是什么 ? 答： (1)自动低频减负荷装置动作，应确保全网及解列后的局部则频率恢复到 49 50Hz以上，并不得高于 51Hz。 (2)在各种运行方式下 自动低频减负荷装置动作，不应导致系统其他设备过负荷和联络线超过稳定极限。 (3)自动低频减负荷装置动作，不应因系统功率缺额造成频率下降而使大机组低频保护动作。 (4)自动低频减负荷顺序应按次要负荷先切除，较重要的用户后切除。 (5)自动低频减负行装置所切除的负荷不应被自动重合闸再次投入，并应与其他安全自动装置合理配合使用。 (6)全网自动低频减负荷装置整定的切除负荷数量应按年预测最大平均负荷计算，并对可能发生的电源事故进行校对。 264自动低频减负荷装置误动的原因有哪些 ? 答： (1)电压突变时，因低频率继 电器触点抖功而发生误动作。 (2)系统短路故障引起有功功率增加，造成频率下降而引起误动作。 (3)系统中如果旋转备用容量足够且以汽轮发电机为主，当突然世除机组或增加负荷时，不会造成按频率自动减负荷装置误动。若旋转备用容量不足或以水轮发电机为主，则在上述情况下可能会造成按频率自动减负荷装置误动作。 (4)供电电源中断时，具有大型电动机的负荷反馈可能使按频率自动减负荷装置误动作。 265防止自动低频减负荷装置误动作的措施有哪些 ? 答：主要措施有： (1)加速自动重合闸或备用电源自动投入装置的动作，缩短供电中断 时间，从而可使频率降低得少一些。 (2)使按频率自动减负荷装设动作带延时，来防止系统旋转备用容量起作用前发生的误动作。在有大型同步电动机的情况下，需要 1 5s以上的时间才能防止其误动作。在只有小容量感应电动机的情况下，也需要 0 5 1s的时间才能防止其误动。 (3)采用电压闭锁。电压继电器应保证在短路故障切除后，电动机自启动过程中出现最低电压时可靠动作，闭合触点解除闭锁。一般整定为额定电压的 65 -70。时间继电器的动作时间，应大于低频容继电器开始动作至综合电压下降到电压闭锁继电器的返回电压时所经过的时间 ，一般整定为 0 5s。 (4)采用按频率自动重合闸来纠正系统短路故障引起的有功功率增加，可能造成频率下降而导致按频率自动减负荷装置的误动作。由于故障引起的频率下降，故障切除后频率上升快；而真正出现功率缺额使按频率自动减负荷装置动作后，频率上升较慢。因此，按频率自动重合闸是根据频率上升的速度来决定其是否动作的，即频率上升快时动作，上升慢时不动作。 270备用电源自动投入装置应符合什么要求 ? 答：备用电源自动投入装置应符合下列要求： (1)应保证在工作电源或设备断开后，才投入备用电源或设备。 (2)工作电源或 设备上的电压，不论因任何原因消失时，自动投入装置均应动作。 (3)自动投入装置应保证只动作一次。 发电厂用备用电源自动投入装置，除上述的规定外，还应符合下列要求： nts(1)当一个备用电源同时作为几个工作电源的备用时，如备用电源已代替一个工作电源后，另 工作电源又被断开，必要时自动投入装置应仍能动作。 (2)有两个备用电源的情况下，当两个备用电源为两个彼此独立的备用系统时，应各装设独立的自动投入装置，当任一备用电源都能作为全厂各工作电源的备用时，自动投入装置应使任一备用电源都能对全厂各工作电源实行自动投入。 (3)自动投入装置，在条件可能时，可采用带有检定同期的快速切换方式，也可采用带有母线残压闭锁的慢速切换方式及长延时切换方式。 通常应校验备用电源和备用设备自动投入时过负荷的情况，以及电动机由启动的情况，如过负荷超过允许限度或不能保证自启动时，应有自动投入装置动作于自动减负荷。当自动投入装置动作时，如备用电源或设备投于故障，应使其保护加速动作。 十六、什么是自动按频率减负荷装置？ 答：为了保证供电质量和重要负荷供电的可靠性，当系统出现功率缺额引起频率下降时，根据频率下降的程度，自动断开一部分不重要的负荷，使频率 迅速恢复到正常值的自动装置，叫自动按频率减负荷装置。它不仅可以保证重要用户的供电，而且可以避免频率下降引起的系统瓦解事故。 十八、小接地电流系统中，为什么采用中性点经消弧线圈接地？ 答：小接地电流系统中性点不直接接地，当其发生单相接地时，接地点将流过全系统的全部对地电容电流，如果电流大就会在接地点产生间歇性电弧，引起过电压，可能导致设备绝缘损坏，扩大事故。在中性点装设消弧线圈，其目的是利用消弧线圈的感性电流补偿接地故障点的容性电流，以便故障点自动熄弧。 二十五、变压器差动保护回路的不平衡电流主要是由哪些因素 造成的？ 答： 1、两侧电流互感器型号不同； 2、两侧电流互感器的变比不同； 3、变压器各侧绕组的接线方式不同； 4、变压器的励磁涌流； 5、运行中改变变压器的调压分接点。 二十六、变压器差动保护与瓦斯保护各保护何种故障？能否相互代替？ 答：变压器的差动保护是防御变压器绕组和引出线的相间短路，以及变压器的大接地电流系统侧绕组和引出线的接地故障的保护。瓦斯保护是防御变压器油箱内部各种故障和油面降低的保护，特别是它对变压器绕组的匝间短路具有显著的优点，但不能反应油箱外部的故障，故两者不能相互代替。 二十七、电力变 压器一般应装设哪些保护？ 答：变压器一般应装设以下继电保护装置： 1、防御变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。 2、防御变压器绕组和引出线多相短路、大接地电流系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的（纵联）差动保护或电流速断保护 3、防御变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护（或电流速断保护）后备的过电流保护（或复合电压起动的过电流保护、负序过电流保护）。 4、防御大接地电流系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。 5、防御变压器对称过负荷的过负荷保护。 6、防御变压器过励磁的过励磁 保护。 二十八、什么是自动重合闸（ ARC） ?电力系统中为什么要采用自动重合闸？ 答：自动重合闸是将因故跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。 电力系统运行经验表明，架空线路绝大多数的故障都是瞬时性的，永久性故障一般不到nts10。因此，在由继电保护动作切除短路故障之后，电弧将自动熄灭，绝大多数情况下短路处的绝缘可以自动恢复。因此，自动将断路器重合，不仅提高了供电的可 *性，减少了停电损失，而且还提高了电力系统的暂态稳定水平，增大了高压线路的送电容量。所以，架空线路要采用自动重合闸装置。 三十一、中性点不接地系统中若 PT一次侧 B相高压熔丝熔断，有何现象发生？此时开口三角的电压为多少？ 答： 1、预告信号铃响； 2、“母线接地”光字牌亮； 3、绝缘监视表 B相电压降低，其它两相电压相等且电压不变； 4、与该母线有关的电压、有功、无功功率表读数下降。 5、此时开口三角的电压为 33V。 三十二、开关控制回路中，红绿灯为什么都要串一个电阻？更换灯座或电阻时应注意什么？ 答：红绿指示灯串一个电阻的目的是防止灯座处短路时造成开关误动作。更换灯座或电阻时应使用原规格的部件，并采取防止开关误动作的措施或将开 关控制电源断开后进行更换。 三十三、电压互感器的二次回路为什么必须接地？ 答：因为电压互感器在运行时，一次绕组处于高电压，二次绕组处于低电压，如果其间出现漏电或电击穿，一次侧的高电压将直接进入二次侧绕组，危及人身和设备安全。 三十四、电压互感器的开口三角回路中为什么一般不装熔断器？ 答：因为 PT开口三角两端运行时无电压，熔断器的好坏无法监视，若熔断器损坏而未发现，在大电流接地系统中会使零序方向元件拒动，在小电流接地系统中会影响绝缘监察继电器正确运行，故一般不装熔断器。 三十五、电流互感器二次为什么不能开路？ 答： CT 二次线圈开路时，一次侧电流将全部成为 CT 的励磁电流，这使得铁芯严重饱和并在二次侧产生波形畸变的高电压，从而危及设备与人身的安全。 三十六、微机保护硬件一般有哪几部分？ 答：微机保护硬件系统包含以下四个部分： 1、数据处理单元，即微机主系统； 2、数据采集单元，即模拟量输入系统； 3、数字量输入 /输出接口，即开关量输入输出系统； 4、通信接口。 三十七、为什么无论什么组别的变压器，其差动保护用 CT二次绕组均可以采用星形接线接入 LFP 900系列变压器差动保护装置？ 答：因为在本装置内，变压器各侧电 流存在的相位差可以由软件自动进行校正。 三十八、微机型比率差动继电器躲过励磁涌流，一般采用什么方式闭锁？ 答： 1、利用励磁涌流的二次谐波； 2、利用励磁涌流波的间断角； 3、利用励磁涌流中的偶次谐波 148、多电源变压器的差动保护，当用 BCH 型差动继电器不能满足灵敏度要求时，为什么可改用晶体管型差动保护 ? 答：因为 BCH型差动继电器的整定值，要躲过变压器外部故障时最大不平衡电流和变压器的励磁涌流，一般定值较大。而晶体管型差动保护具有较好的躲过励磁涌流性能和较高 的外部故障制动特性，其整定值可以小于变压器的额定 电流，从而大大提高了差动保护的灵敏度。 191、何谓继电保护 四统一 原则 ? 答：继电保护 四统一 原则为：统一技术标准、统一原理接线、统一符号、统一端子排布置。 nts200、零序电流保护的整定值为什么不需要避开负荷电流 ? 答：零序电流保护反应的是零序电流，而负荷电流中不包含 (或很少包含 )零序分量，故不必考虑避开负荷电流。 217为什么大型变压器应装设过励磁保护 ? 答：根据大型变压器工作磁通密度 B与电压、频率之比 U f成正比，即电压升高或频率下降都会使工作磁通密度增加。现代大型变压器，额定工作磁通密度 BN 17000-18000GS，饱和工作磁通密度 BS 19000-20000GS，两者相差不大。当 U f增加时，工作磁通密度 B增加，使变压器励磁电流增加，特别是在铁芯饱和之后，励磁电流要急剧增大，造成变压器过励磁。过励磁会使铁损增加，铁芯温度升高；同时还会使漏磁场增强，使靠近铁芯的绕组导线、油箱壁和其他金属构件产生涡流损耗、发热、引起高温，严重时要造成局部变形和损伤周围的绝缘介质。因此。对于现代大型变压器，应装设过励磁保护。 218变压器中性点间隙接地保护是怎样构成的 ? 答：变压器中性点间隙接地保护采用零序电流 继电器与零序电压继电器并联方式，带有 0.5s的限时构成。 当系统发生接地故障时，在放电间隙放电时有零序电流，则使设在放电间隙接地一端的专用电流互感器的零序电流继电器动作；若放电间隙不放电，则利用零序电压继电器动作。当发生间歇性弧光接地时，间隙保护共用的时间元件不得中途返回，以保证间隙接地保护的可靠动作 219什么是复合电压过电流保护 ?有何优点 ? 答：复合电压过电流保护通常作为变压器的后备保护，它是由一个负序电压继电器和一个接在相间电压上的低电压继电器共同组成的电压复合元件，两个继电器只要有一个动作，同时过 电流继电器也动作，整套装置即能启动。 该保护较低电压闭锁过电流保护有下列优点： (1)在后备保护范围内发生不对称短路时，有较高灵敏度。 (2)在变压器后发生不对称短路时，电压启动元件的灵敏度与变压器的接线方式无关。 (3)由于电压启动元件只接在变压器的一侧，故接线比较简单 160变压器中性点接地方式的安排一般如何考虑 ? 答：变压器中性点接地方式的安排应尽量保持变电所的零序阻抗基本不变。遇到因变压器检修等原因使变电所的零序阻抗有较大变化的特殊运行方式时，应根据规程规定或实际情况临时处理。 (1)变电所只 有一台变压器，则中性点应直接接地，计算正常保护定值时，可只考虑变压器中性点接地的正常运行方式。当变压器检修时，可作特殊运行方式处理，例如改定值或按规定停用、起用有关保护段。 (2)变电所有两台及以上变压器时，应只将一台变压器中性点直接接地运行，当该变压器停运时，将另一台中性点不接地变压器改为直接接地。如果由于某些原因，变电所正常必须有两台变压器中性点直接接地运行，当其中一台中性点直接接地的变压器停运时，若有第三台变压器则将第三台变压器改为中性点直接接地运行。否则，按特殊运行方式处理。 (3)双母线运行的变电 所有三台及以上变压器时，应按两台变压器中性点直接接地方式运行，并把它们分别接于不同的母线上，当其中一台中性点直接接地变压器停运时、将另一台中性点不接地变压器直接接地。若不能保持不同母线上各有一个接地点时，作为特殊运行方式处理。 (4)为了改善保护配合关系，当某一短线路检修停运时，可以用增加中性点接地变压器台数的办法来抵消线路停运对零序电流分配关系产生的影响。 (5)自耦变压器和绝缘有要求的变压器中性点必须直接接地运行。 nts nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 0 摘要 . 2 1. 绪 论 . 4 1.1 我国电力工业发展概况 . 4 1.2 变电站的类型 . 4 1. 3 设计背景和意义 . 5 1. 4 马村 110KV 变电站的基本概况 . 5 1.4.1 工程规模 . 5 1.4.2 电气主接线 . 6 1.4.3 变压器的选择与配置 . 7 2. 变电站继电保护和自动装置的配置 . 12 2.1 继电保护的任务与要求 . 12 2.2 线路继电保护装置的配置 . 12 2.3 变压器继电保护装置的配置 . 13 2.4 自动装置的配置 . 13 3. 短路电流计算 . 14 3.1 短路电流计算点的确定 . 14 3.2 短路电流计算 . 15 3.2.1 等效计算 . 16 3.2.2 各短路点短路计算 . 19 4. 变压器保护的配置与整定计算 . 25 4.1 变压器纵联差动保护 . 25 4.1.1 变压器纵联差动保护的原理 . 25 4.1.2 主变压器纵联差动保护整定计算 . 27 4.1.3 变压器差动保护的其他辅助性措施 . 33 4.2 变压器非电量保护 . 34 4.2.1 变压器主体 瓦斯保护 . 34 4.2.2 调压开关的瓦斯保护 . 35 4.2.3 瓦斯保护的整定 . 35 4.2.4 变压器温度及压力保护 . 37 4.3 变压器相间短路的后备保护 . 38 4.4 变压器接地短路后备保护 . 40 4.5 变压器过负荷保护 . 42 4.6 变压器过励磁保护 . 43 5. 其他二次回路设计 . 44 5.1 变电站二次回路概述 . 44 5.1.1 二次回路的地位和作用 . 44 5.1.2 二次回路的内容 . 44 5.2 常规信号系统 . 45 5.2.1 信号回路的分类及其要求 . 45 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 1 5.2.2 中央信号系统 . 47 5.3 操作电源系统 . 51 5.3.1 对操作电源的基本要求 . 51 5.3.2 操作电源的分类 . 51 结 论 . 52 致 谢 . 54 参 考 文 献 . 55 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 2 摘要 变电 站 是 联结 电力系统的中间环节，它用以汇集电源、升降电压和分配电能 ，在整个电力系统中起着非常重要的作用。 马村变电站位于焦作市马村区 ,是焦作 地区 最早的变电站 之一 。 由于 本次 进行的是 马村变电站 二 次部分设计 ，所以在其一次部分设计完成的基础上，通过对 马村变电 站电气接线方式及其所在的 系统 进行分析，对其进出线路进行相关的继电保护设计。 由于负荷较多且有部分重要负荷， 所以在对负荷资料进行分析的基础上，通过短路电流计算，完成了对变电站主变压器的保护设计，这是本次设计的重点。最后，也对变电站的其他二次回路进行了初步设计。 关键词 ： 变电站 短路计算 保护 二次回路 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 3 Abstract Substation is coupling power system interlink,it used to influx power supply, ascend and descend the electric voltage and distribute electrical energy.at wholly power system it rises the very important role.The substation of Macun lies in the city of Jiao zuo,It is one of the earliest substation.The second part design of the substation is based on lines system and all the load parameter. Going through Because what this time carry on is Macuns transformer substation two times part of design, so at it once part of design the finished foundation up, pass to Macun the transformer substation electricity connects the line method and its places of system carry on the analysis, as to its pass in and out the circuit to carry on related after the electricity protection design.Because carry more and have parts of importance burden, so at pass the short-circuit electric current calculation towards carrying the data to carry on the analytical foundation ascend, complete to the transformer substation protection design of the main transformer, this is the point that this time design.At last, also to transformer substation of other two times back track carried on the first step design. Keyword: transformer substation Short circuit calculation Protection Two times back track nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 4 1. 绪 论 1.1 我国电力工业发展概况 电是能量的一种表现形式，电力已成为工农业生产不可缺少的动力，并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电能有许多优点：首先，它可简便地转变成另一种形式的能量 ，并易于实现有效而精确的控制 。其次，电能 便于大规模生产， 经过高压输电线路，还可输送很长的距离，供给远方用电。另外，许多生产部门用电进行控制，容易实现自动化，提高产品质量和经济效益。 重要的是，电能与其他能源相比没有气体和噪声污染，因此电能被称为“清洁能源”。 电力工业在国民经济中占有十分重要的地位。 建国以来，我国的电力 工业发展迅速。 尤其是 1978 年以来，改革开放、发展国民经济的正确决策和综合国力的提高，使电力工业发展取得了突飞猛进、举世瞩目的辉煌成就。 到目前，我国的总装机容量和发电量均居世界第 二 位。但是我国目前的电力还不能满足国民经济发展的需要，必须加快发展。 我国电力工业自动化水平正在逐年提高。 20 万 KW 及以上大型机组已采用计算机监控系统，许多变电站已装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。我国电力工业已进入大机组、大电厂、大电力系统、高电压和高自动化的新阶段。 1.2 变 电站的类型 电 力系统由发电厂、变电站、线路和用户组成。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。 变电站根据它在系统中的地位，可分成下列几类： 1. 枢纽变电站 它位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为 330500KV 的变电所，称为枢纽变电站。全站停电后，将会引起系统解列，甚至出现瘫痪。 2. 中间变电站 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 5 高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集 23 个电源，电压为 220330kV，同时又降压供给当地用电，这样的变电站主要起 中间环节的作用。全站停电后，将引起区域电网解列。 3. 地区变电站 高压侧电压一般为 110220kV，向地区用户供电为主的变电站，这是一个地区或城市的主要变电站。全站停电后，仅使该地区中断供电。 4. 终端变电站 在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压多为 110kV，经降压后直接向用户供电的变电站。全站停电后，只是用户受到损失。 1. 3 设计背景和意义 马村区是焦作市四城区之一，地域面积 122 平方公里，总人口 13.7万。 区内 地下资源丰富，矿藏品种多、储量大。电力资源供应充足，辖区内有演马电厂、焦作铝 厂电厂、马村变电站、韩王变电站 。但是，随着近几年整个焦煤矿区的发展以及马村区自身的发展， 对电力供应的需求和电能质量要求的提高， “西电东输” 势在必行，而马村 110KV 变电站的建设正是其中的重要一环。 通过本设计，从总体上掌握了电力工程设计的过程，并熟悉了一些设计方法，为以后从事电力工程设计工作打下一定的基础。 1. 4 马村 110KV 变电站的基本概况 1.4.1 工程规模 马村 110KV 变电站位于焦作市马村区， 是焦煤矿区 “ 西电东输 ” 的重要组成部分，属于地区 变电站。 马村变电站共有 110KV、 35KV 和 6KV三 个电压等级，其中 110KV 侧共有 7 条进线，分别为：韩马北线、韩马南线、马牛南线、马牛北线、修马线、修马线、马化线 ，同时与 韩王变电站 ,修武变电站 ,本庄变电站联网 ； 35KV 侧共有 10 条出线和 1 条备用线，分别为：马罗线、马演线、马铝南线、马望线、马兴线、马方线、热马北线、热马南线、马碳线、马临线； 6KV 侧共有 14 条出线和 6 条备用线。 所接负荷多为 工矿企业 ，属一二类负荷居多。 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 6 1.4.2 电气主接线 110KV 和 35KV 回路采用双母线分段带旁路， 其接线原理图如下： 标注： QFC 表示母联断路器， QFP 表示旁路断路器 这种接线方式的优 缺 点 为 ： 优点： （ 1） 运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建 。 （ 2） 母联断路器可代替需检修的出线断路器工作 。 （ 3） 母联断路器兼作旁路断路器节省投资 。 缺点： （ 1） 占地大、设备多、投资大 。 （ 2） 倒闸操作复杂，容易误操作 。 6KV 回路采用单母线分段接线，其接线原理图为： nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 7 标注： QFd 表示分段断路器 这种接线方式的优缺点为： 优点： （ 1）接线简单清晰，操作方便，使用电器少。 （ 2）配电装置建造费用低。 （ 3）隔离开关仅在检修时作隔离电器用，不用它进行倒闸操 作，误操作少。 缺点： （ 1） 任一段母线及母线隔离开关发生故障时，要停止该段母线上所有的工作。 （ 2） 任一段母线及母线隔离开关检修时，也将造成母段上所有回路停电。 （ 3） 引出线回路的断路器检修时，该回路要停止供电。 1.4.3 变压器的选择与配置 （ 1） 变压器的选择原则 A.相数的确定 主变压器选用三项或是单相，主要考虑技术经济性和运输条件确定，nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 8 在 330kV及以下发电厂和变电站采用三相变压器， 500kV采用单相变压器 B.绕组数量的确定 a.在具有三种电压的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该 变压器容量的 15以上，或低压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器宜采用三绕组变压器。 b.对深入引进负荷中心，具有直接从高压降为低压供电条件的变电站，为简化电压等级或减少重复降压量，可采用双绕组变压器。 C. 绕组接线组别的确定 a.三绕组相间的连接方式有：星型 Y 和三角形 D,110kV 及以上采用YN;35kV经消弧线圈接地采用 Y或 y； 6 10kV采用 D或 d。 b.接线组别同一变不同侧之间的接线形式的关系 常规型 YN,d11(Y,d11)或 YN,yo,d11(Y,yno,d11),此形 式限制三次谐波电压保证供电质量且能使机组或系统并列，不影响通讯和保护设备。 全接型 YN,yno,yo(Y,yno,yno)或 YN,yo(YN,yno)，此形式与 35kV 并列，相位一致要求：电网改造 6kV升压 10kV。 D.变压器电压调整方式的选择 a.调压方式 变压器的电压调整方式是分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现，切换方式有两种：不带电的切换，称为无激励调压，调整范围通常在正负 5以内，另一种是带负载切换，称为有载调压，调整范围可以达到 30 b.调压方式的确定 为了保证变电站的供电质 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。切换方式有无激磁调压和有载调压两种，一般接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络电压采用有调压方式，保证供电质量、母线电压恒定。 E主变压器的冷却方式 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 9 主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷却；强迫油循环风冷却；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变压器。在发电厂水源充足的情况下，为了压缩占地面积，大容量变压 器也有采用强迫油循环水冷却。 （ 2） 主变压器的台数、容量和型式的确定 通过前面的介绍， 我们考虑到马村变电站为一 个 110kV 枢纽变电站，故选用两台主变压器并列运行且容量相等 。 对于变压器的容量选择，考虑到此变电站中有重要负荷，我们考虑当一台停运时，压器容量在设计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 ：对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷的 60 70%,S总=62.2MV,所以，两台主变压器应各自承担 31.1MVA，当一台停运时，另一 台则承担 70%为 43.54MVA。故选两台 50MVA 的主变压器就可满足负荷需求。 具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的 15%以上或低 压侧虽无负荷，但在变电站内需装设无功补偿设备时，主变压器采用三绕 组。而有载调压较容易稳定电压，减少电压波动所以选择有载调压方式，且规程上规定对电力系统一般要求 10KV及以下变电站采用一级有载调压变压器。故本站主变压器选用有载三圈变压器。 110kV 电压变压器绕组 采用 Y0连接； 35kV 采用 Y 连接，其 中性点通过消弧线圈接地。 35kV以下电压变压器绕组都采用 接法 。 大多数 110kV 变压器均采用油浸自冷式的冷却方式，因此应选用油浸自冷式的冷却方式。 表 1.1 主变铭牌 参数 a. #1主变主要铭牌参数 型 式 SFSZ1050000/110 接线组别 YN， yn0， d11 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 10 额定容量（ kVA） 50000/50000 /50000 短路电压（ %） 10.20/18.10/6.45 额定电压（ kV） 110 8 1.25/38.5/6.6 冷却方式 油浸自冷式 额定电流（ A） 262/750/4374 空载电流 (%) 0.35 b. #2主变主要 名牌参数 型 式 SFSLB150000/110 接线组别 Y0/Y0/-12-11 额定容量（ kVA） 50000/50000 /50000 短路电压（ %） 10.04/18.1 /6.6 额定电压（ kV） 110 2 2.5/38.5/6.6 冷却方式 油浸自冷式 额定电流（ A） 262.5/750 /4374 空载电流（ %） 0.6 表 1.2 消弧线圈型号表 编号 型号 额定容 量 线电压 相电压 #1主变 中压侧 XDJC-550/35 550kVA 35kV 22.2kV #2主变 中压侧 XDJC-550/35 550kVA 35kV 22.2kV （ 3） 所用变 配置 站用变压器 容量选择的要求：站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有 10%左右的裕度，以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式，正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 11 不满载状态下运行，当任意一台变压器因故障被断开后，其站用负荷则由完好的站用变压器承担。 S站 =84/(1-10%) =93.33kVA 所以容量选择 100kVA 的变压器 。 两台所用变分别由 6KV段和 6KV段引出。 考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化 过渡的目标，可选用干式变压器。 表 1.3 所用变的主要铭牌参数 所用变 编号 型号 额定容量（ KVA） 额定电压（ KV） 额定电流（ A） 阻抗 电压（ %） 联结组别 高压 低压 高压 低压 1 JB6/250/100 100 6.3 0.4 9.62 144.3 4.3 Y，yn0 2 JB6/250/100 100 6.3 0.4 9.62 144.3 4.3 Y，yn0 （ 4） 防雷与接地 对 110KV 进线侵入雷电波的保护是在架空线首端装一组避雷器，并配合进线段上相应的保护。主变压器中性点装设一组避雷器及设间隙保护。35KV 及 6KV 母线分别装设避雷器作为出线侵入雷电波的保护。 直击雷由避雷针保护 ，本变电站 装设 4 跟独立避雷针，每根高度为 25 米。 根据本变电站的需要，对避雷器的选择如下 表 1.4 避雷器型号表 电压等级 设备型号 110kV Y10W-100/260 35kV Y5W-52/130W 6kV HY5WZ-9.9/27 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 12 2. 变电 站 继电保护和自动装置 的配置 2.1 继电保护 的 任务与 要求 继电保护 装置就是指反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它的基本任务是： （ 1）发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件（设备）从电力系统中切除，使非故障部分继续运行。 （ 2）对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求保护经过一定延时，并根据运行维护条件（ 如有无经常值班人员） ，而动作于发出信号（减负荷或跳闸），且能与自动重合闸相配合。 为 保证安全供电和电能质量，继电保护应满足四项基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。 2.2 线路继电保护装置 的配置 本设计中的电力系统具有 中性点直接 接地的架空线路及中性点不接地的电力变压器等主要设备。就线路来讲，其主要故障为单相接地、两相接地和三相接地。 根据线路的故障类型，按不同的 电压等级 ，设置相应的继电保护装置如下： （ 1） 110KV 线路保护：高频闭锁保护；零序电流保护；距离保护；过电流保护 ；电流速断保护。 （ 2） 35KV 出线及旁路保护配置： 电流速断保护；限时速断保护；定时过流保护；三相一次自动 重合闸；低频减载。 （ 3） 6KV 出线：限时速断；定时过流；三相一次自动重合闸；低频减载。 （ 4） 6KV 电力电容器：定时过流；中性点零序电流保护；低电压及过电压保护。 （ 5） 双回路出线保护：采用平行双 回线路横联方向差动保护加电流保护。其中横联方向差动保护为主保护， 电流保护作为横联方向差动保护的后备保护。 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 13 2.3 变压器继电保护装置 的配置 变压器为变电所的核心设备，根据其故障和不正常运行的情况，从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设置相应的主保护、异常运行保护和必要的辅助保护如下 ： （ 1） 主保护：瓦斯保护（以防御变压器内部故障和油面降低）、纵联差动保护（以防御变压器绕组、套管和引出线的相间短路）。 （ 2） 后备保护：过电流保护（以反应变压器外部相间故障）、过负荷保护（反应由于过负荷而引起的过电流） 、复合电压闭锁过电流保护、零序电压保护 、零序电流保护 。 （ 3） 异常运行保护和必要的辅助保护：温度保护（以检测变压器的油温，防止变压器油劣化加速）和冷却风机自启动（用变压器一相电流的70%来启动冷却风机，防止变压器油温过高）。 2.4 自动装置的配置 1. 针对架空线路的故障多系雷击、 鸟害、树枝或其它飞行物等引起的瞬时性短路，其特点是当线路断路器跳闸而电压消失后，随着电弧的熄灭，短路即自行消除。若运行人员试行强送，随可以恢复供电，但速度较慢，用户的大多设备（电动机）已停运，这样就干扰破坏了设备的正常工作，因此本设计在 35KV 及 6KV 出线上设置三相 一次 自动重合闸装置（ ZCH）。 2. 针对变电所负荷性质，缩短备用电源的切换时间，提高供电的不间断性，保证人身设备的安全等，本设计在 110KV 母联断路器处装设备用电源自动投入装置（ BZT）。 3. 频率是电能质量的基本指标之一 ,正常情况下 ,系统的 频率应保持在 50Hz，运行频率和它的额定值见允许差值限制在 0.5Hz 内，频率降低会导致用电企业的机械生长率下降，产品质量降低，更为严重的是给电力系统工作带来危害，而有功功率的缺额会导致频率的降低，因此，为保证系统频率恒定和重要用户的生产稳定，本设计 35KV 及 6KV 各 出线设置自动频率减负荷装置（ ZPJH），按用户负荷的重要性顺序切除。 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 14 3. 短路电流计算 3.1 短路电流计算点的确定 （ 1） 短路电流的基本概念 在供电系统中，出现次数比较多的严重事故是短路。所谓短路是指供电系统中一切不正常的相或相与 地（中线电接地系统）在电气上被短接。 （ 2） 短路的基本原因 产生短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏所致。绝缘损坏是由于绝缘老化、过电压、机械损伤等造成。其他如操作人员带负荷拉闸或者检修后未拆除接地线就送电等无操作，鸟兽在裸露的载流部分跨越以及风雪等自然现象也能引起短路。 （ 3） 短路的形式 在三相电力系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。第一种短路称为对称短路，一切不对称短路的计算，在采用对称分量后，三种统称不对称短路，一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都可以归 纳为对称短路计算，就上述几种短路故障的几率最小，但在配电系统中，三相短路的后果最严重，因而以此验算电气设备的能力。 （ 4） 短路的危害 短路时系统的阻抗要减小，减小的程度由故障发生在系统中的位置而定。因此电路的短路电流通常比正常工作电流大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达几万安培甚至几十万安培。这样大的电流对电气设备有很大危害： 短路要产生很大的电动力和很大的热量，而使故障元件和短路回路中的其他元件损坏； 短路时，电压突然下降，影响电网电气设备的正常运行； 短路可造成用电负荷甚至广大的供电区域停电，越靠近电源短路所造成的停电范围越大，所造成经济损失也越大； 严重的短路要影响整个电力系统运行的稳定性，使并列运行的发电机组失去同步。 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 15 （ 5） 研究短路的目的 为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，在变电站和供电系统的设计和运行中，必须进行短路计算，以解决下列技术问题： a.选择电气设备和载流导体，必须用短路计算校验其稳定性和机械强度。 b.选择 合理 继电保护装置，使之能正确的切除短路故障。 c.确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不够经济时，可采取限制短 路电路的措施。 d.确定合理的主接线方案和主要运行方式等 在本次设计中，研究短路电流的目的主要是为了 选择 合理 继电保护装置，使之能正确的切除短路故障。 3.2 短路电流计算 由短路电流计算接线图可画出正序阻抗图。要画出正序阻抗图必须知道系统阻抗标幺值、线路阻抗标幺值、变压器阻抗标幺值。系统电抗实质上是电源、电力网络与上级供电变压器等折算到供电母线上的综合电抗，它因电力网联结方式复杂而不能简单计算，并与系统的运行方式有关。 系统电抗可由当地电业部门直接提供，系统的阻抗标幺值已知为 0.3和变压器的阻抗标幺值就要 根据公式计算出来 。 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 16 马村变电站一次系统等效电路图 如图 3.1 所示。 已知： E1、 E2 引出线分别是修马 I、 II 和韩马南、北，他们都是双线路引线，修马 I、 II 线路长度分别是 8.014KM、 8.014KM，韩马南、北分别是 6.1KM、 6.7KM，线路型号 LGJQ-240。 查表知 LGJQ-240 X=0.4 /kM 选基准 : 1 0 0 mB VAS B AVUU 3.2.1 等效计算 （ 1） 变压 器等效计算 利用“近似”进行计算。在计算过程中， 1 代表高压侧， 2 代表中压侧， 3 代表低压侧。首先根据三次短路实验所测得的两两绕组间的短路电 K1 K1 K1 T1 T2 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 17 压百分值 (%)21KU、 (%)32( KU、 (%)31( KU，分别求出个绕组的短路电压百分值： 1# 主变 ： UK(1-2)(%)=10.2 UK(1-3)(%)=18.1 UK(2-3)(%)=6.45 ( % ) ( % )( % )21( % ) )32()31()21(1 KKKK UUUU=21 (10.20+18.10-6.45) =10.925 ( % ) ( % )( % )21( % ) )31()32()21(2 KKKK UUUU=21 (10.20+6.45-18.10) = 0.725 ( % ) ( % )( % )21( % ) )21()32()31(3 KKKK UUUU=21 (18.10+6.45-10.20) =7.175 则各绕组电抗标幺值为 : 2185.05010010925.0100 ( % ).11 TNdKT S SUX014 5.050100007 25.0100(%).22 TNdKT S SUX1435.05010007175.0100 ( % ).33 TNdKT S SUX2# 主变 ： UK(1-2)(%)=10.04 UK(1-3)(%)=18.1 UK(2-3)(%)=6.6 ( % ) ( % )( % )21( % ) )32()31()21(4 KKKK UUUU=21 (10.04+18.10-6.6) =10.77 ( % ) ( % )( % )21( % ) )31()32()21(5 KKKK UUUUnts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 18 =21 (10.04+6.6-18.10) = 0.73 ( % ) ( % )( % )21( % ) )21()32()31(6 KKKK UUUU =21 (18.10+6.6-10.04) =7.33 则各绕组电抗标幺值为 : 2154.0501001077.0100( % ).44 TNdKT S SUX0146.0501000073.0100 ( % ).55 TNdKT S SUX1466.0501000733.0100 ( % ).66 TNdKT S SUX（ 2） 线路阻抗计算 修马、的线路阻抗： 78 221 0 0 1 0 00 . 4 8 . 0 1 4 0 . 0 2 61 1 0 1 1 0XLXX 韩马南、北 的线路阻抗： 9 221 0 0 1 0 00 . 4 6 . 1 0 . 0 2 11 1 0 1 1 0XLX 10 221 0 0 1 0 00 . 4 6 . 7 0 . 0 2 21 1 0 1 1 0XLX （ 3） 所变等值阻抗计算 所变短路电压百分比： % 4.3kU （ ） 11 % 4 . 3 1 0 0 431 0 0 1 0 0 0 . 1kdT NUSX S （ ）（ 4） 电源等值阻抗计算 修武变： 12 0.3X nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 19 韩王变： 13 0.3X 图 3.2 马村变电站一次系统等效电路图 3.2.2 各短路点短路计算 冲击系数 9.1shK时，psh II 51.1（ 1） K1 点短路时： 图 4.3 k1 点短路时等值电路转换图 313.0013.03.0026.0026.0 026.0026.03.0/ 871214 XXXX 31.0011.03.0022.0021.0 022.0021.03.0/ 1091315 XXXX nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 20 156.031.0313.0 31.0313.0/ 151416 XXX 45.61 5 6.0 11161 XI k 9.323711531 0 0 00 045.63* 1)3( m a x.1 USIIavdkk三相短路 冲击电流 : ( 3 )1 . m a x2 1 . 8 2 1 . 8 3 . 2 3 8 . 2 4 kch k Ai I 三相短路全 电流 : ( 3 )1 . m a x 1 . 5 1 3 . 2 3 1 . 5 1 4 . 8 7 kch k AII 短路容量 ： M V AUIS AVK 48.97 111 523.333 )3( m a x.1 设校验热效应计算时间 2jsts短路电流热效应 22 2 2( 3 )1 . m a x 3 . 2 3 2 2 0 . 8 7 kjsjst kI t A SQ tI （ ） （ 2） K2点的短路计算 图 4.4 k2 点短路时等效电路图 233.00145.02185.02117 XXX 23.00 1 4 6.02 1 5 4.05418 XXX nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 21 116.023.0233.0 23.0233.0/ 181719 XXX 272.0156.0116.0161920 XXX 所以 68.3272.0 1120* 2 XI k( 3 ) * 22 . m a x 1000003 . 6 8 6 . 3 5 k3 3 3 7dkKavS AIIU 三相短路 冲击电流 : ( 3 )2 . m a x2 1 . 8 2 1 . 8 6 . 3 5 1 6 . 2 7 kch k Ai I 三相短路全 电流 : ( 3 )2 . m a x 1 . 5 1 6 . 3 5 1 . 5 1 9 . 5 9 kch k AII 短路容量 M V AUIS AVK 9.4063735.633 )3( m a x.2 设校验热效应计算时间 2jsts短路电流热效应 22 2 2( 3 )2 . m a x 6 . 3 5 2 8 0 . 6 4 5 kjsjst kI t A SQ tI （ ） （ 3） K3点的短路计算 图 4.5 k3 点短路时等效电路图 nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 22 362.01435.02185.03121 XXX 362.01466.02154.06422 XXX 181.0362.0362.0 362.0362.0/ 222123 XXX 2 4 2 3 1 6X X X=0.181+0.156=0.337 所以 * 32411 2 . 9 70 . 2 3 7kIX ( 3 ) * 33 . m a x 1000002 . 9 7 3 0 . 0 0 k3 3 6 . 3dkKavSIIU 三相短路 冲击电流 : ( 3 )3 . m a x2 1 . 8 2 1 . 8 3 0 . 0 7 6 . 7 9 kch k Ai I 三相短路全 电流 : ( 3 )3 . m a x 1 . 5 1 3 0 . 0 1 . 5 1 4 5 . 3 kc h k AII 短路容量 M V AUIS AVK 35.327303.633 )3( m a x.3 设校验热效应计算时间 2jsts短路电流热效应 22 2 2( 3 )3 . m a x 2 1 8 0 030 kjsjst kI t SQ t AI （ ） （ 4） K4点的短路计算 2 5 2 4 1 1 0 . 3 3 7 4 3 4 3 . 3 3 7TX X X nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 23 图 4.6 k4 点短路时等效电路图 * 32411 0 . 0 2 34 3 . 3 3 7kIX ( 3 ) * 33 . m a x 1000000 . 0 2 3 3 . 6 6 k3 3 0 . 4dkKavSIIU 三相短路 冲击电流 : ( 3 )4 . m a x2 1 . 8 2 1 . 8 3 . 6 6 9 . 3 6 kch k Ai I 三相短路全 电流 : ( 3 )4 . m a x 1 . 5 1 3 . 6 6 1 . 5 1 5 . 5 3 kch k AII 短路容量 ： M V AUIS AVK 53.24.066.333 )3( m a x.4 设校验热效应计算时间 2jsts短路电流热效应 22 2 2( 3 )4 . m a x 3 . 6 6 2 2 6 . 8 7 kjsjst kI t A SQ tI （ ） nts河南理工大学毕业设计（论文）说明书 24 表 3.1 三相短路电流计算结果 短路点 编号 1 2 3 4 工作电压（ KV）
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