35kV变电所设计.doc

本科生毕业设计 论文 题题 目 目 35kv 变电所设计 学生姓名 学生姓名 XXXXXX 系系 别 别 电气信息工程系电气信息工程系 专业年级 专业年级 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 0606 级本一班级本一班 指导教师 指导教师 XXXX 20102010 年年 6 6 月月 1717 日日 摘要 本文主要介绍关于某工厂的 35kV 变电所设计 设计的部分包括主要电气设备的选择 及其校验 如 导线 变压器 电流及电压互感器等 电气主接线方案的确定 短路电流 及其防雷与接地的计算 继电保护的整定与配置 利用 AUTOCAD 软件进行相关图纸的绘制 为了使变电所满足供配电的基本要求 安全 可靠 经济和优质 设计过程中要考虑防 潮 防火性能和适应环境温度变化的要求 以及尽量延长设备的检修周期和减少检修工作 量 甚至达到免检修的要求 使之具有高可靠性特点 关键词 关键词 设备选择 主接线 计算 图纸 ABSTRACT This paper describes the design of 35kV substation in a factory The content of design includes the choice and verification of the main electric facility the main electrical wiring and the calculation of the short current The main electric facilities consist of the main transformer wire CT and PT etc In addition the relay setting and configuration lighting protection and grounding are calculated Finally some drawings are printed in the environment of autoCAD So as to meet the basic power supply requirements safe reliable economic and quality process of the design should consider moisture proof fire proof performance and the changes of the temperature we should extend the equipment maintenance overhaul cycle and reduce the workload as far as possible to reach overhaul of the tax requirements In this way the substation will have characteristics of high reliability Keywords the choice for facility main wiring calculate drawing 目 录 第一章 前 言 1 1 1 国内外电力工业的发展 1 1 2 变电所简介及设计 1 1 3 原始资料 2 第二章 电气设备部分 3 2 1 变压器 3 2 1 1 变压器型号选择 3 2 1 2 变压器台数和容量的确定 3 2 2 1 母线概述 3 2 2 2 绝缘子和穿墙套管概述 4 2 3 断路器与隔离开关 4 2 3 1 断路器概述 4 2 3 2 隔离开关概述 4 2 4 高压开关柜与避雷器 5 2 4 1 高压开关柜概述 5 2 4 2 避雷器概述 5 2 5 互感器 5 2 5 1 电流互感器概述 5 2 5 2 电压互感器概述 6 2 6 主接线设计 7 2 7 平面布置设计 8 第三章 计算部分 10 3 1 变压器的选择 10 3 2 短路电流计算 10 3 3 电气设备选择计算 13 3 3 1 确定假想时间 t 13 ima 3 4 继电保护计算 17 3 4 1 电力变压器的继电保护 18 3 4 2 10KV 侧输电线路保护 21 3 4 3 所用电设计 22 3 5 防雷与接地计算 22 3 5 1 防雷 22 3 5 2 接地计算 23 3 6 无功补偿计算 24 第四章 结 论 26 致谢 27 参考文献 28 附 录 29 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 0 第一章第一章 前前 言言 1 1 国内外电力工业的发展 自从美国纽约建立起的世界第一座 30kV 的发电厂以来 世界各国的电力工业发展已 有近 120 年的历史了 在工业发达国家中 电力工业发展很快 其发电设备的装机容量几 乎每隔 5 10 年就增长一倍 我国的电力工业在改革开放以后 电力工业有了飞速的发展 主要体现在装机容量 电源建设 电网容量 电源结构和单机容量的大幅度提高上 目前我国的电力工业已经进 入大电网 大电厂 大机组 高压和高自动化的时代 走上了快速发展的轨道 我国在加强电网建设的同时 将大量加强新能源发展的开发力度 加快新能源发电的 步伐 继续发展西北部的大型燃煤发电厂 提高能源效率 减少对环境的污染 加快西南 部水电厂的建设 加速新能源的开发 如风能 太阳能 使我国的电力工业不断健康向前 发展 1 2 变电所简介及设计 变电所的功能是接受电能 变换电压和分配电能 起着变换电能的作用 为了实现电 能的远距离输送和将电能分配到用户 需将电压进行多次电压变换 这个任务由变电所完 成 变电所由电力变压器 配电装置和二次装置构成 按变电所的性质和任务不同 可分 为升压变电所和降压变电所 除与发电机相连的变电所为升压变电所外 其余均为降压变 电所 按变电所的地位和作用不同 又分为枢纽变电所 地区变电所和用户变电所 根据 变电所在电力系统中的地位不同 可分为区域变电所 地区变电所和终端变电所 在工业 企业车间变电所 根据安装位置的不同 可分为辐射式变电所 车间内变电所 独立变电 所 露天变电所 地下变电所等 进入 21 世纪 环境保护成为世界性主题 保护环境 节约资源的一项有效措施就是推 广节能建筑 建筑节能是建筑规划 设计 创造 构造 材料的综合体 只有这样才更好 地利用能源 减少能耗 我国建筑节能标准发展迅速 民用建筑节能设计标准 的施行及 2005 年 7 月 1 日实 施的 公共建筑节能设计标准 为该类建筑节能设计提供了依据 变电所工程属于工业建 筑 但由于工业建筑的多样性 节能设计标准至今尚未出台 一些节能措施 只能是设计人 员根据以上两个标准参照执行 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 1 因此在规划设计时要注意节能措施 认真规划 节约土地资源 美化环境 缓解热岛 效应 选择合理的建筑体形和平面形式 综合考虑采光 通风 控制最大窗墙面积比 1 31 3 原始资料原始资料 已知某工厂建有一 35kV 降压变电所 有 8 回 10kV 出线 每回负荷按 1000kW 考虑 cos 0 8 Tmax 4500h 一 二类负荷各占 50 总出线长度为 7km 其中最长一回 10kV 出线为 1 5 km 本变电所由两回 35kV 电源进线供电 其中一回来自东南方向 20 km 的地 区变电所 另外一回来自正南方向 30 km 的地区变电所 待设计 变电所 20km 0 4 km 30km 0 4 km 31 5MVA 110 35kV Uk 10 5 25MVA 110 35kV Uk 10 5 系统1系统2 T1 T2 系统 1 与系统 2 均可视为无限大容量电力系统 此地平均海拔 500m 年最高气温 40 年最低气温 10 平均气温 20 年最热 月平均气温 30 年雷暴日为 30 天 土壤性质以砂质粘土为主 本课题的基本要求如下 主变压器选择 确定电气主接线方案 短路电流计算 主要电气设备及导线选择和校 验 确定电气布置方案 主变压器及 10kV 出线继电保护配置与整定 所用电设计 防雷 和接地设计计算 利用 AUTOCAD 软件进行相关图纸的绘制 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 2 第二章 电气设备部分 电气设备选择应遵循以下三个原则 1 按工作环境及正常条件下选择电气设备 2 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定 3 开关电器断流能力校验 2 1 变压器 2 1 1 变压器型号选择 变压器分类很多 按功能分有升压和降压变压器 按冷却方式分有油浸式和干式 在 选用变压器时应选用低损耗节能型变压器 如 S9 系列 2 1 2 变压器台数和容量的确定 1 台数确定 台数确定应满足用电负荷的可靠性要求在一 二级负荷变电所中用两台变压器 对季 节性负荷或负荷变化大的变电所也采用两台 2 容量的确定 单台时额定容量应满足全部用电设备的计算负荷 且留有一定的裕度 两台时任一台 单独运行应满足计算负荷 60 70 的要求 而且任一台单独运行时应满足所有一 二级负 荷的需要 2 2 母线 绝缘子和穿墙套管 2 2 1 母线概述 母线的种类有矩形母线和管形母线 目前变电所的母线除大电流采用铜母线以外 一 般采用铝母线 母线截面积的选择通常按照计算电流选择截面积 即 2 1 al I c I 其中为母线允许的载流量 A 为汇集到母线上的计算电流 A al I c I 在年平均负荷 传输容量较大时 宜按经济电流密度选择母线截面积 2 2 ec S c I ec j 式中为经济电流密度 为母线经济截面 ec j ec S 由于短路时母线承受很大的电动力 因此 必须对母线的机械强度进行动稳定校验 即 式中为母线材料最大允许应力 为母线短路时冲击电流产生的最大应 cal al c sh i 力 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 3 2 3 W M C 式中为母线通过时受到的弯曲力矩 为母线截面积系数 M sh iW 母线的截面应不小于热稳定最小允许截面积 即 2 4 min AA 2 2 2 绝缘子和穿墙套管概述 绝缘子主要是用来固定导线和母线 并使其与设备或基础绝缘 绝缘子有户内和户外 型两类 户内用 Z 表示 绝缘子选择要符合三个条件 1 按使用场合选择型号 2 按工作电压选择额定电压 3 校验动稳定 动稳定校验 2 5 alc KFF 3 为绝缘子最大允许机械破坏负荷 KN 为短路时冲击电流作用在绝缘子上的计算 al F 3 c F 力 0 6K 穿墙套管主要用于导线或母线穿过墙壁 楼板及封闭配电设备时 作绝缘支持与外部 导线间连接之用 按其使用场合划分为户内普通型 户外 户内普通型 户外 户内耐污 型 户外 户内高原型及户外 户内高原耐污型 按结构形式划分有铜导体 铝导体和不 带导体套管 穿墙套管选择有以下四个条件 1 按使用场合选择型号 2 按工作电 压选择额定电压 3 按计算电流选择额定电流 4 动稳定校验 动稳定校验 2 6 alc FF6 0 为穿墙套管允许的最大抗弯破坏负荷 kN 为三相短路冲击电流作用于穿墙套管上 al F c F 的作用力 2 3 断路器与隔离开关 2 3 1 断路器概述 高压断路器 QF 是一种专用于断开或接通电路的开关设备 有完善的灭弧装置 因 此 它不仅能在正常时通断负荷电流 而且能在出现短路故障时在保护装置作用下切断短 路电流 高压断路器按其采用的灭弧装置划分 主要有油断路器 六氟化硫断路器 真空 断路器等 其中多油断路器因油量多 体积大 断流容量小 维护困难已被淘汰 断路器的选择是根据变压器二次侧的额定电流来选择断路器的额定电流 2 3 2 隔离开关概述 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 4 隔离开关 QS 主要功能是隔离高压电源 以保证其它设备和线路的安全检修及人身 安全 隔离开关断开后具有明显的可见断开间隙 绝缘可靠 隔离开关没有灭弧装置 不 能带负荷拉 合闸 但可用来通断一定的小电流 高压隔离开关的主要用途有 1 隔 离电压 2 倒闸操作 3 分 合小电流 其按照安装地点分为户内式和户外式两类 3 由于隔离开关主要是用于电气隔离而不能分断正常负荷电流 因此需要选择额定电压 和额定电流 校验动稳定和热稳定 2 4 高压开关柜与避雷器 2 4 1 高压开关柜概述 高压开关柜是一种高压成套设备 它按一定的线路方案将有关一次设备和二次设备组 装在柜内 从而节约空间 方便安装 可靠供电 美化环境 高压开关柜按照结构形式可 分为固定式 移开式两大类 开关柜的结构设计上具有 五防 措施 所谓 五防 即防 止误跳 合断路器 防止带负荷拉 合隔离开关 防止带电挂接地线 防止带接地线合隔 离开关 防止人员误入带电间隔 高压开关柜主要选择开关柜的型号和回路方案号 开关柜的回路方案号应按主接线方 案选择 保持一致 选择开关柜时 应使其技术参数不小于安装地点的条件 其环境条件 应满足 环境温度 25 40 海拔高度 1000m 相对湿度 月平均不大于 90 25 无火灾 爆炸危险 严重污秽 化学腐蚀及剧烈震动的场合 2 4 2 避雷器概述 避雷器 F 是用于保护电力系统电气设备的绝缘免受沿线路传来的雷过电压或由操 作引起的内部过电压的损害的设备 是电力系统中重要的保护设备之一 目前 国内使用 的避雷器有保护间隙 管型避雷器 阀型避雷器 和氧化锌避雷器 氧化锌避雷器由于具有良好的线性 动作迅速 残压低 可靠性高 耐污能力强等优点 因而 在电站及变电所中得到广泛的应用 2 5 互感器 互感器是电流互感器和电压互感器的合称 其功能有三 1 将高压变为低压 大 电流变为小电流 供测量仪表及继电器的线圈 2 可使测量仪表 继电器等二次设备 与一次主电路隔离 保证测量仪表 继电器和工作人员的安全 3 可使仪表和继电器 标准化 2 5 1 电流互感器概述 电流互感器简称 CT 文字符号 TA 是变换电流的设备 其结构特点是 一次绕组匝 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 5 数少且粗 二次绕组匝数很多且导体很细 工作时电流互感器二次侧接近短路状态 电流 互感器的接线方式有一相式接线 两相式接线 两相电流差接线和三相星形接线 各接线 方式如图 1 1 所示 电流互感器的种类很多 按一次电压分有高压和低压两大类 按一 次绕组匝数分有单匝和多匝式 按用途分有测量用和保护用两大类 电流互感器使用时要 注意 工作时二次侧不得开路 二次侧有一端必须接地 在接线时 必须注意端子极性 电流互感器的选择包括型号的选择 额定电压的选择 电流互感器变比的选择以及准 确度的选择 根据安装地点选择电流互感器的型号 电流互感器的电压应不低于装设点线 路的额定电压 电流互感器的动稳定校验 2 7 shNes iIK 1 2 电流互感器的热稳定校验 2 8 imaNt tItIK 23 2 1 式中为电流互感器动稳定倍数 为热稳定倍数 t 为热稳定时间 es K t K 2 5 2 电压互感器概述 电压互感器简称 PT 文字符号 TV 是变换电压的设备 其结构特点是 一次绕组的 匝数较多 二次绕组的匝数较少 相当于降压变压器 一次绕组并联在线路上 二次绕组 工作时近似于开路状态 电压互感器的接线方式 如图 1 2 有一相接线式 两相接线式 形接线及采用三个单相三绕组电压互感器和一个三相五芯柱式电压互感器接成开口 00 Y Y 三角形 电压互感器的种类按绝缘介质分有油浸式 环氧树脂浇注式 按使用场合分有户 内式和户外式 按相数分有三相和单相 电压互感器在使用时要注意在工作时一 二次侧 不得短路 二次侧有一端必须接地 在接线时必须注意其端子的极性 电压互感器的选择包括型号的选择 额定电压的选择 准确度的选择 按安装环境及 工作要求选择电压互感器型号 电压互感器的电压应不低于装设点线路的额定电压 按测 量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验精度 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 6 BC IIB AIC L1 L2 K1 K2 Ib A Ic K1 K2 K1 K2 L1 L2 L1 L2 I Ia c Ia AAA AIB IIC a 一相式 c 两相式 Ic L1 L2 L2 L1 K1 K2 K1 K2 II I ABC I a A IIa c L1 L2 L1 L2L2 L1 K1 K2 K1 K2K2 K1 III II I ABC ab c AAA b 两相电流差 d 三相星形式 图 2 1 电流互感器的接线方式 V a x A X TV AB C a x a x A X A X ABC TV a 单相互感器接线 b 两个单相接成 v v 型 VV V A X A X A X a x a x a x A B C A B C TV a b c a1 x1 V AB C c 三相接线 Y0 Y0形 d 三个单相三绕组或三相五芯式电压互感器 图 2 2 电压互感器接线方式 2 6 主接线设计 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 7 变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线 在变电所主接线将导线或电 缆 电力变压器 母线 各种开关 避雷器 电容器等电气设备有序的连接起来 只表示 相对电气连接关系而不表示实际位置 通常以单线来表示三相系统 变电所主接线的要求 主要有 安全 主接线的设计应符合国家标准有关技术规范的要求 能充分保证设备和人 身的安全 可靠 应满足用电单位对供电可靠性的要求 灵活 能适应各种不同的运行 方式 经济 在满足前三个要求的前提下 主接线设计应简单 投资少 运行管理费用 低 一般情况下应考虑节约电能和有色金属消耗量 供配电系统中常用的主接线基本形式有有母线的接线形式和无母线的接线形式 其中 有母线接线形式主要有 单母线接线 单母线分段接线 双母线及双母线分段接线 旁路 母线接线形式 它们各有其优缺点 单母线采用设备少 操作简便 便于扩建 造价低 缺点是可靠性低 单母线分段不仅有单母线接线的优点同时其可靠性比单母线接线有所提 高 双母线接线与前两者相比较具有较高的可靠性 在母线或母线隔离开关发生故障或检 修时不需要长时间停电 而且可以轮换检修 灵活调度 但是它也有自己的缺点 造价高 隔离开关作为倒换操作电器 容易误操作 旁路母线接线形式可以在检修时不停止供电 可靠性更高 但是同时也增加了其造价 对于无母线接线形式来说常见的是桥式接线 桥 式接线造价低 但其可靠性和灵活性较差 适合用于小型变电所或发电厂 在本课题设计中 变电所有两回电源进线 因此 采用单母线分段接线 当一段母线 发生故障时 分段断路器自动切除故障段 保证正常母线不间断供电 保证了供电的可靠 性 其主接线图如下图 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 8 图 2 3 主接线简易图 2 7 平面布置设计 变电所布置形式有户内 户外和混合式 3 种 户内式变电所将变压器 配电装置安装 于室内 工作条件好 运行管理方便 户外式变电所将变压器 配电装置安装于室外 混 合式则部分安装于室内 部分安装于室外 35KV 变电所易采用双层布置 变电所布置应紧凑合理 便于值班人员操作 检修 试验 巡视和搬运 还应考虑扩 建的可能 高压电容器室和高压配电室 低压配电室与变压器室应相邻 高低配电室的位 置应便于进出线 变电所总平面必须坚持节约占地 减少建筑面积的原则 布置紧凑合理 当规划部门 没有特别要求时 可采用半户内布置 通常采用的布置方式为 一层包括 10kV 屋内配电 装置采用双列布置 电容器室 工具室 维修间和备件库等 二层包括 35kV 配电装置 主控室等 为避免电容器对主控室监控系统产生电磁干扰 二次设备与电容器室不能垂直 布置 9 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 9 第三章 计算部分 3 1 变压器的选择 根据第二章对变压器的说明 按照课题内容的要求 本变电所有两路电源进线 输出 两个电压等级为一 二级负荷供电 所以应装设两台两绕组变压器 35kV 侧总负荷为 kWkWP800081000 30 根据变压器的选择原则 kWkWSnt100008 0 8000 查表得变压器用 S9 10000 35 Yd11 接线阻抗电压 9 2 3 2 短路电流计算 短路发生的主要原因是电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏 造成绝缘损坏的原 因主要有设备长期运行 绝缘自然老化 操作过电压 雷电过电压 绝缘受到机械损耗等 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 10 当发生短路时 由于短路回路的阻抗很小 产生的电流较正常电流大数十倍 甚至达 到数万安培 同时 系统电压降低 离短路点越近 电压降越大 三相短路时 短路点的 电压可能降到零 因此 短路将造成严重危害 它会产生很大的热量 使温度升高 将绝缘破坏 产生巨大的电动力 使电气设备受到损 坏 电压严重降低 电气设备无法正常工作 严重的短路将影响电力系统运行的稳定性 使并联运行的同步发电机失去同步 严重时可能导致系统解列 甚至崩溃 由此可见 短路产生的后果极为严重 在供配电系统的设计和运行中应采取有效措施 设法消除可能引起短路的一切因素 使系统安全可靠地运行 同时 为了减轻短路的严重 后果和防止故障扩大 需要计算短路电流 以便正确的选择和校验各种电气设备 计算和 整定保护短路的继电保护装置及选择限制短路电流的电气设备等 三相短路是电力系统最严重的短路故障 三相短路的分析又是其他短路分析的基础 由于本课题系统为无限大容量系统 其各点的短路电流计算如下 根据系统接线图绘制等效电路图如图 3 1 K1 K2 K3 T1 T2 T3 T3 2WL 1WL 3WL 图 3 1 主接线等值电路图 取基准容量 基准电压 MVASd100 kVUd37 1 kVUd 5 10 2 各元件电抗标幺值计算如下 1 变压器 T1 T2 电抗标幺值 33 0 5 31100 100 5 10 100 1 n d KT S S UX 同理得 T2 的电抗标幺值为 0 4 2T X 2 线路 1WL 电抗标幺值 876 0 37 100 304 0 22 1 1 km U S XXX d d WLWLWL 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 11 同理 2WL 3WL 电抗标幺值为 0 584 0 544 2WL X 3WL X 3 主变压器电抗标幺值 9 0 10 100 100 9 100 3 N dK T S SU X 所以短路电流的计算为 1 当点发生三相短路时 1 K 回路总阻抗标幺值为 548 0 584 0 42 0 876 0 333 0 2 2 1 1 1 WLTWLtK XXXXX 基准电流 kA kV MVA U S I d d d 560 1 373 100 3 故点短路电流各值为 1 K MVA X S S kAIi kAIII X I K d K Ksh dKK K K 238 18 548 0 100 26 7 55 2 847 2 825 1 560 1 825 1 548 0 11 1 1 1 11 1 1 2 当点发生三相短路时 2 K 回路总阻抗标幺值为 998 0 45 0 584 0 2 3 1 2 T KK X XX 基准电流 kA KVU S I d d d 498 5 5 103 100 3 故点短路电流为 2 K 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 12 MVA MVA X S S kAi kAIII X I K d K shk dKK K K 2 100 998 0 100 047 14509 5 55 2 509 5 002 1 498 5 002 1 998 0 11 2 2 2 22 2 2 3 当发生三相短路时 3 K 回路总的阻抗为 542 1 554 0 998 0 3 2 3 WLKK XXX 基准电流 kA U S I d d d 498 5 3 故点短路电流为 3 K MVA X S S kAIi kAIII X I K d K Kshk dKK K K 851 64 542 1 100 092 9 55 2 565 3498 5 6485 0 6485 0 542 1 11 3 3 33 33 3 3 将短路电流结果列于下表 1 中 表 3 1 短路电流计算结果 短路点 kA K I kA sh i MVA K S 1 K 2 8477 2618 238 2 K 5 50914 047100 2 3 K 3 5659 09264 851 3 3 电气设备选择计算 供配电系统中的电气设备是在一定的电压 电流 频率和工作环境条件下工作的 电 气设备的选择 除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外 还应满足在短路故障时不 至损坏的条件 设备还要适应所处的位置 环境温度 海拔高度 以及防尘 防火 防腐 防爆等环境条件 3 3 1 确定假想时间 tima 假想时间 t等于周期分量假想时间和非周期分量假想时间之和 非周期分 imapima t npima t 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 13 量假想时间可以忽略不计 短路发热假想时间也可按该式得 t ima 2 05 0 I I tk 式中为短路持续时间 它等于继电保护动作时间和短路其短路时间之和 一般对 k t op t oc t 于慢速断路器取 0 2s 快速和中速断路器可取 0 1 0 15s 之间 无限大容量系统中由于 故 t式可写为 II ima t ima 05 0 k t 因此不同地点的假想时间如表 3 2 3 3 2 设备选择 一 主变 35kV 侧 主变 35kV 侧计算电流 A U S II N c C 962 164 353 10000 3 30 根据第 2 章介绍的知识部分器件选择型号如下 故断路器 QF QW1 35 200 200 隔离开关 QS GN2 35T 400 52 电流互感器 TA LCZ 35 电压互感器 TV JDJJ 35 避雷器 FZ 35 表 3 2 不同地点的假想时间 地点 后被动作 时间 stpr 断路器跳 闸时间 stQF 短路持 续时间 stk II 周期分量 假想时间 s pima t 假想时间 t s ima 主变 35kV 侧 3 50 153 6513 13 1 35KV 出线 2 50 152 6512 12 1 主变 10kV 侧 30 23 212 62 6 10kV 母线 分段 2 50 22 712 22 2 二 主变 10kV 侧 主变 10kV 侧计算电流 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 14 30 II c AA86 549 5 103 10000 根据第二章介绍的知识部分器件选择型号如下 故断路器 QF SN10 10I 600 隔离开关 QS GN8 10T 600 电流互感器 TA LMJ 10 电压互感器 TV JDZJ 10 避雷器 FZ 10 两侧所选电气设备及其校验列于表 3 3 表 3 4 三 导线的选择 1 35kV 侧导线选择 1 按发热条件选择截面积 表 3 3 35kV 侧所选电气设备 35kV 母线的最大持续工作电流为 164 962A 30 时 LGJ 70 最大截流量为 275A 164 962A al I 2 校验机械强度 由于 35kV 钢芯铝绞线最小允许截面积为 25 故 LGJ 70 满足 2 mm 3 热稳定校验 满足热温定校验的最小允许截面积 安装地点电气条件设备型号规格 项目数据项目 QW1 35 200 GN2 35T 400 LCZ 35 JDJJ 35 FZ 35 kVUN 35 kVUN 353535 3 1 0 3 1 0 3 35 35 AI 30164 962 AIN 200400400 5 kAIk 2 847 kAIoc 3 3 kAish 7 26 kAi max8 452A119 9 SkA tI ima 2 2 13 25 1 3847 2 2 SkA tIt 2 2 45 54 53 3 2 980 5142 676 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 15 2233 min 70741 51 87 5 2 10847 2 10mmmm c t IA ima 所以热稳定满足要求 表 3 4 10kV 侧电气设备 安装地点电气条件设备型号规格 项目数据项目 SN10 10I 600 GN8 10T 600 LMJ 10 JDZJ 10 FZ 10 kVUN 10 kVUN 101010 3 1 0 3 1 0 3 10 10 AI 30549 86 AIN 600600600 5 kAIk 5 509 kAIoc 20 2 kAish 14 047 kAi max5252A84 85 SkA tI ima 2 2 79 6 2509 5 2 SkA tIt 2 2 16 1632 4 2 20 2 20001521 2 10kV 汇流母线选择 1 按发热条件选择截面积 最大持续工作电流为 549 86A 30 时双条竖放 LMY 50 4矩形铝母线最大截流 2 mm 量为 0 94 594 558 36A 549 86A al I 2 热稳定校验 2233 min 20092 93 87 2 2 10509 510mmmm C t IA ima 所以满足要求 3 动稳定校验 取母线挡距 L 1 2m 相间中心线距 S 0 25m 故 k 1256 4 54 246 504 4250 hb bS b 为母线截面水平宽度 m h 为母线截面垂直高度 所以三相短路冲击电流在中间相产生的电动力为 N S L KiF sh 043 164103 7 2 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 16 弯曲力矩 mNmN FL M 685 19 10 2 1043 164 10 截面系数 363 2 2 1067 1 6 05 0 004 0 6 mmbhW 故最大应力 70 满足要求 aC MP W M 8 11 a MP 3 10kV 出线选择 1 按经济电流密度选择导线截面 线路最大工作电流为 AI17 72 103 8 0 1000 30 由于 所以查表得经济电流密度 1 15hT4500 max ec J 230 8 62 mm J I A ec ec 所以选用 LGJ 50 钢芯铝绞线 2 按发热条件校验 30 时AIal17 72 8 20622094 0 3 机械强度 10kV 线路非居民区最小允许为 16 满足要求 2 mm 4 热稳定校验 233 min 50 1 102 87 6 2 10509 5 10mm C t IA ima 不满足 所以选用 LGJ 120 4 消弧线圈的选择 当 35kV 系统的单相接地电容电流大于 10A 时 应装设消弧线圈 本变 电所的电容电流为 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 17 AA Ull I Ncaboh c 107 0 350 735 350 35 所以不用装设消弧线圈 在式中为同级电网具有电气联系的架空线路总长度 km 为同级电网具有电气联系 oh l cab l 的电缆线路总长度 km 在我国 3 63kV 系统 一般采用中性点不接地运行方式 4 绝缘子与穿墙套管选择 根据第二章关于绝缘子与穿墙套管的介绍和公式 2 5 和 2 6 得到选择结果如下 表 3 5 表 3 5 绝缘子与穿墙套管选择结果 设备名称型号 kN al F6 0 kN 3 c F 绝缘子ZB 10T2 250 164 穿墙套管CB 10 6004 50 182 3 4 继电保护计算 供配电系统在正常运行中 可能由于种种原因会发生各种故障或不正常运行状态 最 严重的是发生短路故障 并导致严重后果 如烧毁和损坏电气设备 造成大面积停电 甚 至破坏电力系统的稳定性 引起系统震荡或解列 因此 必须采取各种有效措施消除或减 少故障 一旦系统发生故障 应迅速切除故障设备 恢复正常运行 当发生不正常运行状 态时 应及时处理 以免引起设备故障 继电保护装置就是能反映供配电系统中电气设备 发生故障或不正常运行状态 并能使断路器跳闸或启动信号装置发出预告信号的一种自动 装置 继电保护的任务是 自动地 迅速地 有选择地将故障设备从供配电系统中切除 使其他非故障部分迅速恢复正常供电 正确反映电气设备的不正常运行状态 发出预告信 号 以便操作人员采取措施 恢复电气设备的正常运行 与供配电系统的自动装置 如自 动重合闸装置 备用电源自动投入装置等 配合 提高供配电系统的供电可靠性 根据继电保护的任务 继电保护应满足选择性 可靠性 速动性和灵敏性的要求 选 择性要求当供配电系统发生短路故障时 继电保护装置动作 只切除故障设备 使停电范 围最小 保证系统中无故障部分正常工作 可靠性要求继电保护在其保护的范围内 若发 生故障或不正常运行状态 应准确动作 不应拒动作 发生任何不应该动作的故障或不正 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 18 常运行状态 不应误动作 速动性要求发生故障时 继电保护应该尽快动作 切除故障 减小故障引起的损失 提高电力系统的稳定性 灵敏性指继电保护在其保护范围内 对发 生故障或不正常运行状态的反应能力 灵敏度越高 反应故障的能力愈强 常用的继电器按其结构原理可分为电磁式 感应式 数字式 微机式等 按其物理量 划分有电流继电器 KA 电压继电器 KV 功率方向继电器 气体继电器 按其在保护 装置中的功能分为起动继电器 时间继电器 KT 信号继电器 KS 和中间继电器等 KM 3 4 1 电力变压器的继电保护 根据变压器的常见故障 按照 GB50062 92 规定 变压器应装设过电流保护和电流速 断保护装置 用于保护相间短路 800kVA 油浸式变压器应装设气体保护装置 单台运行 的变压器容量在 10000kVA 及以上在电流速断保护灵敏度不满足要求时 应装设差动保护 装置 用于保护内部故障和引出线相间短路 装设过负荷保护和温度保护装置 分别用于 保护变压器的过负荷和温度升高 一 过电流保护 计算变压器两侧额定电流 选择电流互感器变比 确定各侧互感器的二次额定电流 计算结果列于表 3 6 35kV 侧 过电流保护采用三相星形接线 继电器为 DL 11 型 TA 变比为 80 电压 i K 元件接于 35kV 侧电压互感器 变压器过电流保护继电器的动作电流为按照躲过变压器额 定电流整定 AI KK KK I N ire Wrel KAop 911 2 165 8085 0 12 1 35 1 1 AI K K I TN re rel op 94 232165 85 0 2 1 1 其中为可靠系数 为接线系数 为返回系数 为电流互感器变比 rel K w K re K i K 保护的灵敏度按照后被保护范围末端最小短路电流校验 5 1 6 10 94 232 847 2 2 3 2 min KA I I K op K S 为后备保护范围末端两相短路时流过保护装置的最小短路电流 2 min K I 表 3 6 电流互感器二次侧额定电流计算 各侧电压 kV 额定电流 A TA 一次电 流 A TA 变比 TA 二次额定 电流 A TA 接线方式 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 19 35 165 5 33 10000 286 1653 400 5 286 80 3 58 D 10 550 5 103 10000 550800 5 550 160 3 437 y 10kV 侧 采用三相星形接线 继电器为 DL 11 型 TA 变比为 800 5 160 动作电流应 i K 满足以下两个条件 A 躲过并列运行中切出一台变压器时所产生的过负荷电流 即 AI n n K K I NT re rel op 94 1552550 12 2 85 0 2 1 1 n 为变压器并列运行的台数 为每台变压器的额定电流 NT I B 躲过电动机自启动的最大工作电流 即 AI K KI I NT re strel op 7 1164550 85 0 5 12 1 为自启动系数 st K 取 1552 94A 则 op I AI K K I op i W Kop 705 9 160 94 1552 作近后备保护时保护的灵敏度校验为 5 1536 1 94 1552 2 1 509 5 2 3 2 min KA I I K op K S 为后备保护范围末端两相短路时流过保护装置的最小短路电流 2 min K I C 动作时间 10kV 侧过电流保护动作时间 3s 35kV 侧过电流保护第一段动作时间 3 0 5 3 5s I t t 第二段 3 5 0 5 4s III t D 过负荷保护 安装在 35kV 按躲过其额定电流整定 即 AAI K K I AI K K I op i W Kop NT re rel op 41 4 80 82 2033 82 203165 85 0 05 1 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 20 动作时间取 10s 二 电流速断保护 变压器电流速断保护的动作电流 应按照躲过变压器二次侧母线三相短路时的最大穿 越电流 即 AKAI K KK I K i Wrel KAop 6 82509 5 80 12 1 3 min kAIKI KAopiop 608 66 8280 1 变压器电流速断保护的灵敏度校验 以变压器一次侧最小两相短路电流进行校 2 min K I 验 即 237 0 608 6 847 2 2 3 2 min kA kA I K K s 灵敏度不满足要求 须装设差动保护 三 纵联差动保护 利用 BCH 2 型差动继电器躲过变压器的厉磁涌流 即 AIKI TNrelop 5 2141653 1 1 躲过变压器外部短路时最大不平衡电流 A IfUfKKKIKI Kbisamnpreldsprelop 3 111010847 2 05 0 05 0 1 01 011 3 1 3 maxmax 为非周期分量影响系数 取 1 为电流互感器的同型系数 两侧不同时取 1 相 np K sam K 同时取 0 5 为电流互感器的 10 误差 U 为变压器调压分接头改变引起的相对误差 i f 为平衡线圈的整定匝数与计算匝数不相等引起的相对误差 初步计算可取 0 05 b f 为外短路时流过变压器基本侧的最大短路电流 max K I 躲过电压互感器二次回路断线的最大负荷电流 即 AIKI TNrelop 5 2142103 1 1 取其中的最大值 所以 AIop33 1110 故差动继电器的动作电流值为 AI Kop 04 24 80 33 11103 确定基本侧差动线圈的匝数 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 21 5 2 04 24 60 0 op cd I AN N 为继电器的动作安匝 取 60 0 AN 实际整定匝数为 匝 则继电器的实际动作电流为 2 setd N AI Kop 302 60 保护装置实际一次动作电流为 AI K K I Kop W i op 7 1385 3 3080 确定非基本侧平衡线圈匝数 06 0 22 47 3 58 3 2 2 setdsetd nbaN baN cb NN I I N 所以取平衡线圈匝数 匝 0 cb N 校验相对误差 05 0 029 0 206 0 006 0 setbcb setbcb b NN NN f 得出以上结果计算有效 无须重新计算 灵敏度校验 244 3 7 1385 509 5 2 3 2 min KA I I K op K S 为保护范围内短路时 归算到 35kV 侧的最小两相短路电流 2 min K I 满足要求 3 4 2 10KV 侧输电线路保护 一 电流速断保护 10kV 出线的计算电流 1205 600 i K A KV KW Ic 2 72 103 8 0 1000 动作电流按躲过线路末端最大短路电流整定 即 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 22 AI K K I AIKI op i W Kop Krelop 621 38 120 5 4634 5 463410565 33 1 3 3 max 灵敏度 203 1 5 4634 10509 5 2 3 3 2 min op k s I I K 不满足要求 因此改用电压电流连锁速断保护 二 定时限过电流保护 120 i K AI K K I op i W Kop 354 1 120 45 162 灵敏度 5 119 45 162 10565 3 2 3 3 2 min op k s I I K 动作时间 t 2 5s 3 4 3 所用电设计 为保证所用电可靠性 所用变压器分别按装在 10KV 母线 段上 所用变压器容 量的选择应按照变电所自用电的负荷大小来选择 这里选用型号为 S9 63 10 即可 3 5 防雷与接地计算 3 5 1 防雷 一 直击雷防护 在变电所纵向中心轴线位置设置两支间距为 D 98m 高度为 h 35m 的等高避雷针 保 护室外高压配电装置 主变压器及所有建筑物 设出线构架高 12 5m 变电所最高点 最 远距离较近避雷针 11 5m 建筑物高 7m 其最远点距较近避雷针 18 7m 按 滚球法 校 验避雷针保护范围如下 本变电所建筑物防雷级别为二级 按 GB 50057 1994 规定滚球半径为 因为mhr45 35m 45m 且h mhhhD r 7 87 35452 352 2 298 因此避雷针在出线构架高度上的水平保护半径为 中国石油大学胜利学院毕业设计 论文 23 m hhhhhhr xrxrx 8 12 5 12452 5 123545235 2 2 可见出线架构在避雷针保护范围内 x r 5 11 避雷针在建筑物高度上的水平保护半径为 m hhhhhhr xrxrx 7 18 8 19745273545235 2 2 可见 建筑物也在避雷针保护范围之内 根据以上计算可知 变电所装设的两支避雷针能保护变电所内的所有设施 二 雷电侵入波 为防止线路侵入的雷电波过电压在变电所 1 2km 的进线段设避雷线 主变压器各侧出 口分别安装阀型避雷器 为保护主变压器中性点绝缘 在主变 35kV 侧中性点装设一台避 雷器 3 3 5 2 接地计算 35kV 为大电流接地系统 接地电阻要求不大于 0 5 该系统的接地电流为 0 7A 要求接地电阻 10 10KV 系统的接地电阻要求不大于 10 所用电要求不大于 E R 4 故共用接地装置的接地电阻应不大于 0 5 7 接地装置拟采用直径 50mm 长 2 5m 的钢管作接地体 垂直埋入地下 间距 5m 管间 用 40 4的扁钢焊接相连成环形 则单根钢管的接地电阻为 2 mm 26 3 100010 6 32 4 1 KRE 式中 K 为接地体接地电阻的简化系数 为土壤电阻率 因为3 26 0 5 6 25 考虑到管间电流屏蔽效应影响 初选 10 根钢管作接地体 间 E E R R 1 距 a 与管长 l 之比 a l 5 2 5 2 根据 n 10 a l 2 查表的接地体的利用系数 0 71 则 钢管根数为 26 8 9 0 1 E E R R n 最终选 10 根直径 50 长 2 5m 的钢管作接地体 用 40 4的扁钢焊接相连 mm 2 mm 环形布置 由此算得接地电阻为 5 041