变电所二次部分说明书

沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 1 引引 言言 电力是发展国民经济不可缺少的一种宝贵能源 它在各个领域中已获得了 广泛的应用 离开了电力 要想实现人类社会的物质文明和精神文明是根本不 可能的 要实现国家的现代化也是办不到的 因此电力统的安全运行 及合理 建设方式 涉及到国家经济和文化的发展 毕业设计也是大学的最后一个教学环节 通过设计可以巩固所学到的专业 理论知识 包括设计原则 设计步骤 和设计方法 由于本人将要到电力系统 工作 为更好的熟悉设备及掌握电气接线原则 因此毕业设计选择方向为二次 降压变电所 经过三年的全日制学习 使我自己在专业知识上面的积累和设备的了解有了 大大地的加深 合理有效地的分配电能 为自己的日后工作有了很大的帮助 在短 短的几个月的实际中 我完成了很多项目的设计 由主变压器的选择到设备的计 算 在到配电装置的规划 以及最后到电气主接线的上机画图 层层推进 逐一细 化 待设计变电所是 60 10KV 地区一般性变电所 分别有近期负荷和远期负荷 两种负荷方案 其 10KV 侧供电负荷出线共有 12 回 重要负荷占 65 为了保 证供电的可靠性和一次满足远期负荷的要求 本设计将按照远期负荷规划进行 设计建设 从而保证该变电所能够长期可靠供电 本设计是我们在校期间进行的一次比较系统 具体 完整的颇为重要的设 计 它是我们将在学校期间所学的专业知识进行理论与实践的很好结合 在我 们的大学生活中占有极其重要的作用 是学生在校期间最后一个重要的综合性 实践教学环节 是学生全面运用所学基础理论 专业知识和基本技能 对实际 问题进行设计 或研究 的综合性训练 也是我们将来走向工作岗位为奠定良 好基石的实践 通过毕业设计 可以培养我们运用所学知识解决实际问题的能 力和创新能力 增强工程观念 以便更好地适应工作的需要 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 2 第一章第一章 设计总则设计总则 1 变电所的设计必须贯彻执行党中央的有关方针政策 设计中应不断结合 实践经验 在保证安全进行 经济合理的条件下 力求接线简单 布置紧凑 同时逐步提高自动化水平并积极慎重运用采用新技术 2 变电所的所内建筑物 构造物的布置应紧凑合理 充分利用地形并应考 虑方便以后扩建 为了减少变电所占地面积或当地区面积受到限制时 配电装 置应尽量减少或在布置上采用方型或半方型方式等 3 变电所区域的竖向布置所符合的要求 尽量利用原有自然地形 减少土石方量 建筑物的标高 基础埋深路基和管线埋深应互相配合 建筑物的屋 内地面一般高出屋外地面 150 300mm 并根据地质条件考虑沿降量 4 变电所所址应符合的条件 不接近负荷中心 不占或少占农田 便于各级电压线路的引入和引出 架空线路走廊应与所址同时确定 交通运输便利 具有适宜的地址条件 如所址选在有矿藏的地区应征得有关部门的 同意 第二章第二章 原始资料分析原始资料分析 设计题目 七山二次变电所电气工程设计 自然条件及原始资料 1 设计的变电所为该地区公用变电所 电压等极为 60 10KV 60KV 侧有 两回进线 接引于南岭一次变 10KV 侧有 12 回出线 均为架空线路 2 变电所所处地区地势平坦 海拔高度 500m 交通运输方便 周围空气 无污染 最高气温 35 最低气温 20 年平均气温 16 3 分析资料 画出系统网络图 确定设计思路 该变电所的自然条件良好 因此不必对自然条件及周边环境进行考虑 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 3 第三章第三章 主变压器的选择主变压器的选择 3 13 1 变压器的选择原则变压器的选择原则 1 变压器的确定 根据 变电所设计 中的有关规定 变电所一般装设两台主变压器 其中一台因事故停运后 其余主变的 容量应保证该所全部负荷的 70 在设计及过负荷能力后的允许时间内 应保证用户的一级负荷和二级负荷正常运行 若变电所有其他能源可供保 证在主变停运后用户的一级负荷则可装设一台主变压器 2 与电力系统连接的 220 330KV 变压器若不受运输条件限制 应选用三 相变压器 3 23 2 主变压器台数的确定主变压器台数的确定 1 选定原则 为了保证供电可靠性 变电所一般应装设两台以上主变压器 当变电 所装设两台以上变压器时 每台容量的选择应按照其中一台停运时 其余 容量至少能保证一级负荷为变电所全部负荷的 60 70 通常一次变电 所采用 75 二次变电所采用 60 2 据要求选两台主变压器 3 33 3 主变压器形式的选择主变压器形式的选择 1 主变采用三相变压器若因制造和运输条件的限制 在 220KV 的变电所 中 可采用单相变压器组 当装设一组单相变压器组时 应考虑备用相 当变压器超过一组 且各组的容量满足全所负荷的 75 时 可装备用相 2 当系统有调压要求时 应采用有载调压变压器 对新建的变电所 从网 络经济运行的观点考虑 应该注意选用有载调压变压器 其所附加的工程 造价 通常在短期内是可以回收的 3 与两个中性点直接接地系统的变压器 除低压负荷较大或与高中压间的 潮流不定的情况外 一般采用自耦变压器 但仍需做技术经济比较 4 具有三种电压等级的变电所 例如 220KV 110KV 35KV 一般采用 三绕组变压器 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 4 3 43 4 主变压器容量的确定主变压器容量的确定 根据 发电厂变电所电气接线和布置 中规定 主变压器的容量应满足电气系统 5 10 年内的近期规划 变电所的变压器 额定容量按 S 0 7Pm 选择 按负荷确定单台容量 由原始数据可知 负荷同时系数 K 0 9 有功负荷率 0 75 0 80 根据负荷表求出 PMAX 26800KW QMAX 15537 7Kvar 由于线路中有损耗 所以提高 5 PMAX 25326 KW QMAX 14683 1 kvar SMAX 29274 5 KVA 变电所装设两台主变压器 其中一台事故停运后 其余主变的容量应保证该所 全部负荷的 70 所以 SB 0 7 SMAX 20492 1 KVA 3 53 5 本次设计所选变压器本次设计所选变压器 查设备书选择变压器的型号为 SF7 25000 63 具体的参数如下表 额 定 电 压 kV 损 耗 kW 型 号 高压低压 额定容量 kVA 空载负载 阻抗 电压 空载 电流 SF7 25000 6363 2 2 5 1125000 32 5 11790 9 主变压器铭牌的选定 根据计算容量可选变压器的铭牌为 型 号 SF7 25000 63 有载调压变压器 查 变压器型号手册 可知道变压器符号的规定 S F 7 25000 63 额定电压 63 千伏 额定容量 25000 千瓦 设计序号 7 风冷 三相 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 5 第四章第四章 补偿电容器的选择补偿电容器的选择 工矿企业的生产用耗电设备多为感性负荷 除电源用有功功率之外 还有 大量的无功功率由电源到负荷往返交换 导致功率因数降低 从而造成了下述 不利影响 引起线路电流增大 使供电设备的容量不能充分利用 降低了供电 能力 电流增大 使设备和线路的功率损耗和电能损耗急剧增加 线路电压损 失增大 影响负荷端的电压质量 对发电机而言 无功功率电流增加 使电机 的风去磁能力增加 端电压降低 使发电机达不到预定的出力 综上所述 无功功率对电源及工矿企业内部供电系统都有不良影响 从节 约电能改变配电设备利用情况和提高电能质量等方面考虑 必须设法减少负荷 无功功率带来的不利影响 为此需要安装无功补偿装置 设置补偿装置时 应由系统专业根据电网电压 系统稳定性 有功分配 无功平衡 调相调压 以及限制谐波电压 潜供电流 暂时过电压等因素 提 出补偿装置的设置地点 种类 型式 容量和电压等级 电气专业要从安装的 自然环境条件 装置的接线方式 布置型式 控制保护方式 设备的技术条件 以及避免或限制补偿装置引起的操作过电压和谐振过电压等角度出发 予以配 合 功率因数计算 补偿前计算负荷的自然功率因数为 22 cos caca ca Qp p 补偿后的计算负荷功率因数为 22 cos ccaca ca QQp p 静电电容器无功补偿容量为 21 tgtgpQ cac Pca 有功计算负荷 Qca 无功计算负荷 Qc 无功补偿容量 Pc 补偿率 补偿前后的功率因数角 1 2 所选的补偿电容型号为 BWF11 120 3W 型 其参数如下表 型号额定电压 KV 额定容量 Kvar 额定电容 uF 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 6 BWF11 120 3W 10 51203 47 第五章第五章 电气主接线的选择电气主接线的选择 变电所电气主接线系指变电所的变压器 输电线路怎样与电力系统相连接 从而完成输配电任务 变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成 部分 主接线的确定 对电力系统的安全 稳定 灵活 经济运行以及变电所 电气设备的选择 配电装置的布置 继电保护和控制方法的拟定将会产生直接 的影响 5 15 1 主接线的设计原则主接线的设计原则 1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用 变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素 变电所是枢 纽变电所 地区变电所 终端变电所 企业变电所还是分支变电所 由于它们 在电力系统中的地位和作用不同 对主接线的可靠性 灵活性 经济性的要求 也不同 2 考虑近期和远期的发展规模 变电所主接线设计应根据 5 10 年电力系统发展规划进行 应根据负荷的大 小和分布 负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布 并分析各种可能的运 行方式 来确定主接线的形式以及所连接的电源数和出线回数 3 考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响 对一级负荷 必须有两个独立的电源供电 且当一个电源失去后 应保证 全部一级负荷不间断供电 对二级负荷 一般要有两个电源供电 且当一个电 源失去后 能保证大部分二级电源供电 三级负荷一般只需要一个电源供电 4 考虑主变台数对主接线的影响 变电所主变的容量和台数 对变电所主接线的选择将产生直接的影响 通 常对大型变电所 由于其传输容量大 对供电可靠性高 因此 其对主接线的 可靠性 灵活性的要求也高 而容量小的变电所 其传输容量小 对主接线的 可靠性 灵活性要求低 5 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 发 送 变的备用容量是为了保证可靠的供电 适应负荷的突增 设备检 修 故障停运情况下的应急要求 电气主接线的设计要根据备用容量的有无而 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 7 有所不同 例如 当断路器和母线检修时 是否允许线路 变压器停运 当线 路故障时允许切除线路 变压器的数量等 都直接影响主接线的形式 5 25 2 主接线设计的基本要求主接线设计的基本要求 根据我国能源部关于 220 500kv 变电所设计技术规程 SDJ 2 88 规定 变电所的电气主接线应根据该变电所在电力系统中的地位 变电所的规划容 量 负荷性质 线路 变压器连接元件总数 设备特点等条件确定 并应综合 考虑供电可靠 运行灵活 操作检修方便 投资节约和便于过渡和扩建等要求 1 可靠性 所谓可靠性是指主接线能可靠的工作 以保证对用户不间断供电 衡量可 靠性的客观标准是运行实践 经过长期运行实践的考验 对以往采用的主接线 经过优选 现今采用主接线的类型并不多 主接线的可靠性是它的各组成元件 包括一 二部分在运行中可靠性的综合 因此 不仅要考虑一次设备对供电可 靠性的影响 还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响 同时 可靠性不是绝对的而是相对的 一种主接线对某些变电所是可靠的 而对另一 些变电所可能是不可靠的 评价主接线可靠性的标志是 1 断路器检修时是否影响供电 2 线路 断路器 母线故障和检修时 停用线路的回数和停运时间的 长短 以能否保证对重要用户的供电 3 变电所全部停电的可能性 4 有些国家以每年用户不停电时间的百分比来表示供电可靠性 先进 的指标都在 99 9 以上 2 灵活性 主接线的灵活性有以下几方面要求 1 调度要求 可以灵活的投入和切除变压器 线路 调配电源和负荷 能够满足系统在事故运行方式下 检修方式下以及特殊运行方式下 的调度要求 2 检修要求 可以方便的停运断路器 母线及其继电保护设备进行安 全检修 且不致影响对用户的供电 3 扩建要求 可以容易的从初期过渡到终期接线 使在扩建时 无论 一次和二次设备改造量最小 3 经济性 经济性主要是投资省 占地面积小 能量损耗小 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 8 5 35 3 本变电所的设计方案本变电所的设计方案 1 60KV 侧主接线方案的拟定 根据原始资料的分析初步拟定主接线的方案有两种 1 单母线分段接线 2 单母线接线 方案比较如下表所示 单母分段接线单母线接线 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 9 方案 1 单母分段接线方案 2 单母线接线 可 靠 性 1 当一段母线发生故障时可保证非 故障段母线正常供电 2 10KV 及 60KV 母线检修将导致一 半负荷停电 3 可能出现全部断电的情况 4 接线形状简单清晰设备少设备本 身故障率小 1 当母线与隔离开关故障或检修 时 将造成整个配电装置停电 2 当断路器检修时 将在整个期 间中断该进出线的工作 灵 活 性 1 运行方式相对简单 2 扩建方便 3 切换线路较方便 1 接线不够灵活可靠 2 便于扩建和采用成套的配电装 置 经 济 性 1 设备相对较少 投资少 年费用 少 2 占地面积较小 1 接线简单清晰 2 采用设备少 投资少 3 占地面积小 结论分析 在以上两个方案中 1 可靠性 方案 1 比方案 2 好 2 经济性 方案 2 占地面积小 使用设备少 年检修费用少 一次投 资相对比较方案 1 少 即经济性好 3 灵活性 方案 1 接线投入切除相对比较方便 而方案 2 接线不够 灵活 不便于元件的投入切除 通过定性分析 考虑待设计的变电所主要负荷是工业负荷因此要保证供电 可靠性和待扩建等因素 所选主接线方案为方案 1 即 单母分段接线方案 2 10KV 侧电气主接线方案选择 根据原始资料及其分析初步拟定主接线方案有两种 1 单母线分段 2 单母线分段带旁路母线 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 10 方案的比较如下图所示 方案 1 单母线分段 方案 2 单母线分段带旁路 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 11 单母线分段单母分段带旁路 可 靠 性 1 当一段母线发生故障时可保证非 故障段母线正常供电 2 10KV 及 60KV 母线检修将导致一 半负荷停电 3 可能出现全部断电的情况 4 接线形状简单清晰设备少设备本 身故障率小 1 采用旁母带负荷可以进行断路器 不停电检修 2 在任一段母线故障的情况下可由 旁路对母线负荷供电不致使负荷 中断供电 灵 活 性 1 运行方式相对简单 2 扩建方便 3 切换线路较方便 1 操作相对复杂 2 调度灵活性较好 3 易于扩建和发展 4 带旁路方式灵活 经 济 性 1 设备相对较少 投资少 年费用 少 2 占地面积较小 1 投资较大 2 设备数量多 3 占地面积大 结论分析 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 12 1 在上面的表中方案 1 与方案 2 的比较已经很清晰 在选择方案的时候我们即要看到我们变电所的未来发展又要兼顾经济 性方案 2 中虽然很适合未来的发展 但根据我们变电所的实际情况出发 我们只是一个地区性质的小变电所 即一个小型的公用变电所 投资大反 而失去了意义 而方案 1 中的经济性才是我们考虑的首要因素 2 依据 变电所设计 一书中 出线在 15 回以下就使用单母线分段 接线 它虽然灵活性和可靠性差一点 但考虑我们对重要负荷有两条线路进 行供电 如果一段检修 另一段仍可以照运行 而两段同时出现问题的时候 毕竟很少 3 综合考虑多种因素 决定选择方案 1 单母线分段接线 3 所选用的主接线方案 a 60KV 侧主接线方式 采用单母分段接线法 10KV 侧主接线方式 采用单母线分段接线 第六章第六章 短路电流计算短路电流计算 6 16 1 短路电流计算的目的短路电流计算的目的 1 电气主接线的比选 2 选择导体和电容 3 确定中性点接地方式 4 计算软导体的短路摇摆 5 确定分裂导线间隔棒间距 6 验算接地装置的接触电压和跨步电压 7 选择继电保护装置和进行整定计算 6 26 2 短路计算的条件和原则短路计算的条件和原则 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 系统中同步异步电动机均为理想电机 不考虑电机磁饱和磁泄涡流及导体 集肤效应等影响 转子结构完全对称 定子三相绕组空间位置差 120 度电 气角 4 电气系统中各元件的磁路不饱和 即带铁心的电气设备电抗值不随电流的 大小发生变化 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 13 5 电气系统中所有电源都在额定负荷下运行 其中 50 负荷在高压母线上 50 负荷在系统侧 6 同步发电机具有自动调整励磁装置 7 短路发电在电流为最大值瞬间 8 不考虑短路点电弧阻抗和变压器的励磁电流 9 除计算短路电流衰减时间外和低压网络的短路电流外 元件的阻抗略去不 计 10 元件的计算参数都取其额定值 11 输电线路的电容略去 12 用概率统计法制定短路电流运算曲线 6 36 3 短路计算的一般规定短路计算的一般规定 1 验算导体和电器的动稳定 热稳定以及电器开断电流所有的短路电流 确 定短路电流时 应按可能发生最大短路电流的正常接线方式 而不应按仅在 切换过程中可能并列运行的接线方式 2 选择导体和电器用的短路电流 在电气连接的网络中 应考虑具有反馈作 用的异步电动机的影响 3 选择导体和电器时 对不带电抗器回路的计算 计算短路点应选择在正常 方式时的短路电流为最大的地点 4 导体和电容的动稳定 热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路计算 6 46 4 对有变电所的几点特殊说明对有变电所的几点特殊说明 1 本所容量的阻抗没有直接给出 但给出了用户的最大负荷 根据这些最大 负荷 利用容量计算公式可算出变压器容量 查出变压器的阻抗电压 然后 算出变压器阻抗 2 由于电力系统并不是无穷大 所以其阻抗不能忽略不计 另外 电力系统 与机组也不能合并在一起 来求短路电流 6 56 5 短路点的选取短路点的选取 本所的短路点的选取取为 2 点 分别在高压侧选一点 在低压侧选一点 并 对其进行比较 1 高压侧短路点的选取 取 K1 点 2 低压侧短路点的选取 取 K2 点 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 14 6 66 6 参数计算参数计算 电路元件的标么值 计算公式如下 发电机 N B dG S S XX 变压器 N Bd T S SU X 100 附 线路中的每千米线路阻抗取 X 0 4 KM 线路 2 N B lL U S LXX 6 76 7 三相短路电流周期分量的计算三相短路电流周期分量的计算 1 无限大电源供给的短路电流 当供电源为无穷大时计算电抗 Xjs 3 45 时 不考虑短路电流周期分量的衰减 此时 jNjs SSXX XII z 1 XIXII jjsez jjjse SIXSXSS 电源对短路点的等值电抗标么值 X 额定容量下的计算电抗 js X 电源的额定容量 e S 短路电流周期分量的标么值 I 0 秒时短路电流周期分量标么值 I 短路电流周期分量的有效值 z I 时间为无穷时短路电流周期分量的标么值 I 电源对短路点的等值电抗有名值 X 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 15 电源的额定电流 e I 短路容量 S 2 有限大电源供给的短路电流 先将电源短路点的等值电抗归算到以电源容量为基准的计算电抗 然后按计算 电抗值查得相应的发电机运算曲线 或查相应的发电机运算曲线表 即可得到 短路电流周期分量的标么值 6 86 8 冲击电流的计算冲击电流的计算 三相短路电流发生后的半个周期 短路电流的瞬时值达到最大 称为冲击电 流 2IKI chch 冲击系数 ch K 第七章第七章 电气设备的选择电气设备的选择 电气设备的选择是变电所电气部分设计的重要内容之一 如何正确的选择 电气设备 将直接影响到电气主接线和配电装置的安全及经济运行 因此 在 进行设备的选择时 必须执行国家的有关技术政策 在保证安全 可靠的前提 下 力争作到技术先进 经济合理 运行方便和留有适当的发展余地 以满足 电力系统安全 经济运行需要 7 17 1 电气设备选择的一般问题电气设备选择的一般问题 高压电器选择的主要任务是选择满足变电所及输 配电线路正常和故障状 态下工作要求的合理电器 以保证系统安全 可靠 经济运行条件 1 应满足正常工作状态下的电压和电流的要求 2 应满足安装地点和使用的环境条件要求 3 应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求 4 电流互感器的选择应符合其负载和准确度级别 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 16 7 27 2 60KV60KV 侧高压电气设备的选择侧高压电气设备的选择 7 2 17 2 1 高压断路器的选择高压断路器的选择 断路器作用 高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护电器 由于它 具有完善的灭弧装置 不仅可以用来正常情况下接通和断开各种负荷电路 而 且在故障情况下能自动迅速的开断故障电流 还能实现自动重合闸的功能 高压断路器按下列项目选择和校验 型式和种类 额定电压 额定电流 开断电流 额定关合电流 动稳定 热稳定 1 按种类和型式选择 高压断路器的种类和型式的选择 除满足各项技术条件和环境外 还应考 虑便于安装调试和维护 并经技术比较后才能确定 根据我国当前生产制造情 况 电压 6 220KV 的电网可选用少油断路器 真空断路器和六氟化硫断路器 330 500KV 电网一般采用六氟化硫断路器 2 按额定电压选择 高压短路器的额定电压应大于或等于所在电网的额定电压 即 e U we U e U we U 3 按额定电流选择 高压断路器的额定电流应大于或等于流过它的最大持续工作电流 e I maxg I 即 e I maxg I 当断路器使用的环境温度不等于设备最高允许环境温度时 应对断路器的 额定电流进行修订 4 按额定短路开断电流选择 在给定的电网电压下 高压断路器的额定短路开断电流应满足 ebr I ebr I zt I 式中 断路器实际开断时间的短路电流周期分量有效值 zt I ks t 断路器的实际开断时间等于继电保护主保护动作时间与断路器的固有分闸 k t 时间之和 对于设有快速保护的高速断路器 其开断时间小于 0 当在电源附近短路 s 1 时 短路电流的非周期分量可能超过周期分量幅值的 20 因此 其开断电流 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 17 应计及非周期分量的影响 取短路全电流有效值进行校验 t I 装有自动重合闸装置的断路器 应考虑重合闸对额定开断电流的影响 5 按额定短路关合电流选择 在断路器合闸之前 若线路上已存在短路故障 则在断路器合闸过程中 触 头间在未接触时即有很大的短路电流通过 预击穿 更易发生触头熔焊和遭受 电动力的破坏 且断路 器在关合短路电流时 不可避免地在接通后又自动跳闸 此时要求能切断短路 电流 为了保证断路器在关合短路时的安全 断路器的额定短路关合电流应 eg i 小于短路冲击电流幅值 即 im i eg i im i 6 动稳定校验 高压断路器的额定峰值耐受电流应不小于三相短路时通过断路器的短路 dw i 冲击电流幅值 即 im i dw i im i 7 热稳定校验 高压断路器的额定短时耐受热量应不小于短路期内短路电流热效应 即tir 2 d Q tir 2 d Q 根据断路器的有关参数查找设备书 选择 SW2 63 型断路器 型号额定电压 KV 最高工作电压 KV 额定电流 A 额定短路开断 电流 KA SW2 636372 5160031 5 额定短路关合 电流 KA 动稳定电流 KA 热稳定电流 KA 合闸时间 S 分闸时间 S 808031 50 50 08 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 18 7 2 27 2 2 隔离开关的选择隔离开关的选择 1 隔离开关是发电厂和变电所中常用的开关电器 但它与断路器不同 其 差别是隔离开关没有专门设置的灭弧装置 所以不能用来切断和接通电路中的 负荷电流 更不能切断和接通短路电流 隔离开关的主要用途包括以下几点 1 在电路中起隔离电压的作用 保证检修工作的安全 在检修某一设备 或电路的某一部分之前 事先把设备或该部分电路两侧的隔离开关切 断 把两侧电压隔离 造成电路中明显的断开点 再在停电检修的设 备或部分电路上加装接地线 就能确保检修工作的安全 隔离开关用 于检修工作时 称为 检修电器 2 用隔离开关配合断路器 在电路中进行倒闸操作 隔离开关用于倒闸 操作时 称为 操作电器 3 用来切合小电流电路 如空载母线 电压互感器 避雷器 较短的空 载线路及一定容量的空载变压器等 4 在某些终端变电所中 快分隔离开关与接地开关相配合 可以代替断 路器的工作 2 隔离开关应根据下列条件选择 型式和种类 额定电压 额定电流 动 稳定 热稳定 隔离开关的型式和种类的选择应根据配电装置的布置特点和使用条件等因 素 进行综合技术经济比较后确定 其他四项技术条件与高压断路器相同 根据隔离开关的有关参数查 电工产品目录 查出 GW4 63 额定电压额定电流动稳定电流峰值热稳定电流 63KV1600A80KA4S 80 7 2 37 2 3 电压互感器的选择电压互感器的选择 电压互感器的选择是根据额定电压 装置种类 构造 形式 准确度等级 来选择的 所选择的型号如下表所示 类型最大容 量 额定电压 KV剩余电 压绕组 二次负荷 VA 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 19 初级绕组次级绕 组 0 2 级 0 5 级 3P 级 1 级 JDCF 63 型 2000VA 66 30 1 3 0 1 3 50400100400 由于电压互感器与电网并联 当系统发生短路时互感器本身并不遭受短路 电流的作用 因此不需要校验动稳定性与热稳定性 7 2 47 2 4 电流互感器的选择电流互感器的选择 1 电流互感器应按下列技术条件选择 电流互感器的一次额定电压和电流必须满足 UN UN ne IN IW MAX 式中 UN ne 是电流互感器所在电力网的额定电流 UN IN 是电流互感器的一次额定电压和电流 IW MAX 是电流互感器一次回路最大工作电流 2 电流互感器种类和形式选择 选择互感器应根据安装地点 如屋内 或屋外 安装方式 如穿墙 支持 式 装入式 选择其形式 电磁式电流互感器的种类和形式应根据使用环境和 产品情况选择 对于 6 20KV 屋内配电装置 应采用绝缘树脂浇注结构或瓷绝 缘结构的电流互感器 对于 35KV 及以上配电装置 宜采用油侵瓷箱式结构的 独立电流互感器 有条件时 应采用套管式电流互感器 3 选择电流互感器的准确级和额定容量 根据任务书上规定本设计选择的电流互感器型号为 LCWD 60 具体参数如下表 所示 额定电压 60KV额定电流比次级组合准确级次 额定二次组抗器6 600 5D 1D 1 0 5 级1 级 3 级1S 热稳定倍数动稳定倍数油质量总质量 1 247515085100 L C W D 60 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 20 电压等级 带接地刀闸 户外 瓷绝缘 电流互感 4 热稳定校验 KhINI 2 I2teq 或 QK 5 动稳定校验 2INIKF is 7 37 3 10KV10KV 侧高压开关柜的选择侧高压开关柜的选择 本次设计 10KV 侧主要选择 KYW 10Z 型高压开关柜 K Y N 3 10 额定电压 设计序号 户内式 手车式 金属铠装开头柜 7 3 17 3 1 KYWKYW 10Z10Z 型高压开关柜用途型高压开关柜用途 KYW 10Z 移开式金属封闭高压开关柜适用于交流 50HZ 额定电压 3 6 10KV 额定电流 3000A 及以下的单母线电力系统中 作为接受和分配 电能的户内配电设备使用 7 3 27 3 2 KYWKYW 10Z10Z 型高压开关柜结构特点型高压开关柜结构特点 开关柜的柜体采用金属铠装结构 柜体骨架是用角钢和钢板弯制组焊而成 柜体由接地的金属隔板分离成四个功能小室 既母线室 继电室 断路器手车 室和电缆室 除断路器手车室外 其他主要一次电器元件都固定安装在各自的 小室内 柜体外壳的防护等级为 IP20 断路器手车室可推进或抽出断路器手车 室内有三个位置 既运行位置 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 21 实验位置 也可作为接地位置 和移开位置 室内还有金属联板 当手车自移 开位置向运行位置推进时 连板可自动打开 使断路器一次隔离触头能可靠插 合 当手车自运行位置抽出时 连板可自动关闭锁定在关闭位置 以保证人身 安全 电缆室安装了带电显示装置 当馈线带电时 带电显示装置的电压指示氖 灯发亮 以提示操作人员 结构特点如下 1 铠装式金属封闭开关柜 是交流金属封闭开关柜中防护特性最好的 2 开关柜的外壳和每个小室之间的隔板为接地的包薄纲板 防护等级为 IP20 可有效的防止人体和外界固体带电部位和触及运动部分 可保证人身安 全和设备可靠运行 3 在对任何一个小室检修时 只要断开与相邻的电源 在其他小室不停电的情 况下 可确保检修安全 4 断路器手车室 母线室 电缆室有压力释放通道和释放门 因故障产生电弧 时 电弧产生的高压气体可经释放通道和释放门排出柜外 以避免高压气体危 及人身安全和事故扩大 5 具有 五种防误操作 既防止带负荷抽出或插入一次隔离触头 防止接地开 关闭合接入电源 防止手车在工作位置时 带电关合接地开关 防止误入带电 间隔 防止误分误合断路器 6 柜内设置了接地导体 并与柜外一专用接地螺柱连通 柜体骨架 门 盖板 活动连板 断路器手车骨架与接地导体连通 一次电缆头的接地采用了具有关 合 80KA 电流能力的接地开关 接地系统具有能通过与断路器相同的动 热稳 定电流和热稳定时间 7 柜内相间 相对地的空气不小于 125mm 复合绝缘中带电体距绝缘件的空气 不小于 30mm 8 主母线室用金属板封闭 主母线的连通用穿墙管来完成 主母线室同时装设 两组母线 后面一组为系统主母线 前面一组母线可完成柜顶进线和上联络功 能 开关柜的下联母线一般都可以到向左或向右联络 或同时左右联络 7 3 37 3 3 KYNKYN 10Z10Z 型高压开关柜工作条件型高压开关柜工作条件 1 10KV 时 海拔高度不超过 1000 米 2 周围环境温度 5 40 摄时度 3 空气相对湿度不大于 90 25 度 4 无火灾 爆炸危险 严重污秽 化学腐蚀及剧烈震动的场所 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 22 7 3 47 3 4 本次设计所选开关柜本次设计所选开关柜 本次设计所选开关柜如下 KYN3 10 11Z 额定工作电流 A 3000 高压真空断路器ZN28 101 操动机构CD101 电流互感器LZZB1 102 主 电 路 主 要 高 压 电 器 接地开关JN4 101 KYN3 10 89Z 额定工作电流 A 2500 高压熔断器RN2 10 3 主 电 路 主 要 高 压 电 器 电压互感器JDZJ3 技术参数表 断路器型号 ZN28 额定工作电压10KV最高工作电压12KV 额定工作电流3150A操作循环 40KA 分 180s 合 分 180s 额定关合电流100KA操动机构型式CD 交直流 额定开断电流40KA满额开断次数30 动稳定电流130KA合闸时间200ms 热稳定电流40KA固有分闸时间100ms 热稳定时间4S机械寿命次数1000 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 23 7 47 4 母线的选择母线的选择 配电装置中的母线 应根据具体使用情况按下列条件选择和校验 1 母线 材料 截面形状和布置方式 2 母线截面尺寸 3 电晕 4 热稳定 5 动 稳定 6 共振频率 7 4 17 4 1 母线材料 截面形状和布置方式选择母线材料 截面形状和布置方式选择 母线一般采用导电率高的铝 铜型材制成 由于铝的成本低 现在除对于 持续工作电流较大且位置特别狭窄的发电机 变压器出线端部 或采用硬铝导 体穿墙套管有困难 以及对铝有较严重腐蚀的场所才采用铜导体外 不便使用 铝母线 常见的硬母线截面形状为矩形 槽形和管形 矩形截面的优点是散热面大 并且便于固定和连接 但电流的集肤效应强烈 我国最大的单片矩形母线承载 的工作电流可达 2KA 左右 当工作电流较大时 可采用 2 4 片组成多条矩形母 线 但是受邻近效应的影响 4 片矩形母线的载流能力一般不超过 6KA 因此 矩形母线常被用于容量为 50MW 及以下的发电机或容量为 60MVA 及以下的降 压变压器 10 5KV 侧的引出线及其配电装置 槽形截面母线具有机械强度好 载流量大 集肤效应小的特点 当回路正常工作电流在 4 8KA 时 一般采用槽 形母线 管形母线同样具有机械强度高 集肤效应小的特点 且其电晕放电电 压较高 管内可通风或通水进行冷却 从而使载流量大 因此 管形母线可用 于 8KA 以上的大电流母线和 100KV 及以上的配电装置母线 母线的散热条件和机械强度与母线的布置方式有关 母线按照其布置方式 可分为支持式和悬挂式 支持式是适合母线工作电压的支持绝缘子把母线固定 在钢构架或墙板等建筑物上 常见的布置方式有水平布置 垂直布置和三角形 布置 悬挂式是用悬挂绝缘子把母线吊挂在建筑物上 常见的布置方式为三相 垂直排列 水平排列和等边三角形排列 7 4 27 4 2 母线截面尺寸选择母线截面尺寸选择 1 为了保证母线的长期安全运行 母线导体在额定环境温度和导体正常 发热允许最高温度下的允许电流 经过修正后的数值应大于或等于流 过导体的最大持续工作电流 即 eg KII max 式中 K 综合修正系数 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 24 2 为了考虑母线长期运行的经济性 除了配电装置的汇流母线以及断续运 行或长度在 20m 以下的母线外 一般均应按经济电流密度选择导体的截面 这 样可使年计算费用最低 经济电流密度的大小和导体的种类和最大年负荷利用 小时数有关 导体的经济截面计算公式为 max T eg jIS max 式中 正常工作时的最大持续工作电流 maxg I 经济电流密度 e j 由于按经济电流密度选择的截面是在总费用的最低点 在该点附近总费用 随截面积变化不明显 因此 选择时如果导体截面积无合适的数值时 允许选 用略小于按经济电流密度求得的截面积 7 4 37 4 3 电晕电压校验电晕电压校验 电晕放电会造成电晕损耗 无线电干扰 噪音和金属腐蚀等许多危害 因 此 110 220KV 裸母线晴天不发生可见电晕的条件是 电晕临界电压 应大 li U 于最高工作电压 maxg U 即 maxgli UU 对于 330 500KV 超高压配电装置 电晕是选择导线的控制条件 要求在 1 1 倍最高工作相电压下 晴天夜晚不应出现可见电晕 选择母线时应综合考虑 导体直径 分裂间距和相间距离等条件 经过技术经济比较 确定最佳方案 7 4 47 4 4 热稳定校验热稳定校验 按照上述情况选择的导体截面 S 还应校验其在短路条件下的热稳定 裸 导体热稳定校验公式为 S C Q S d min 式中 S 所选导体截面 根据热稳定条件决定的导体最小允许截面 min S 短路电流热效应 d Q C 热稳定系数 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 25 7 4 57 4 5 动稳定校验动稳定校验 由于硬母线都安装在支持绝缘子上 当短路冲击电流通过母线时 电动力 将使母线产生弯曲应力 按照母线与绝缘子 金具的连接特点 母线的每个支持点都属于简支 在 跨数很多 母线所受载荷是同向均匀分布电动力的情况下 可以把母线作为自 由支承在绝缘子上的多跨距 载荷均匀分布的连续梁来考虑 选取绝缘子的跨 度 L 1200mm 相间距 250mm 当跨距数等于 2 时 母线所受最大弯距为 mN fL M 8 2 母线最大相间计算弯曲应力 Pa W M max 式中 W 为母线对垂直于作用力方向轴的截面系数 或称抗弯距 矩形 母线水平布置时 W 垂直布置时 W 3 2 6 m hb Wy 3 2 6 m bh Wx 当三相母线水平布置且相间距离为 a m 时 三相短路的最大电动力为 N a if im 1 1073 1 2 37 max 式中 三相短路冲击电流值 A 3 im i 若按式求出的母线最大相间计算应力不超过母线材料的允许应力 即 max y Pa max y 则认为母线的动稳定是满足要求的 第八章第八章 防雷保护的设计防雷保护的设计 变电所是电力系统的重要组成部分 如果发生雷击事故 可能会使变压器 及其他电器等主要设备发生损坏 造成大面积停电 严重地影响国民经济和人 民生活 因此 对变电所的防雷保护 必须十分可靠 变电所的雷害事故可来自两个方面 一是雷击于变电所的导线或设备 二 是雷击于线路后沿线路向变电所传来雷电波 对于直击雷的保护是采用避雷针或避雷线 我国运行经验证明 凡装设有 符合规程要求的避雷针的变电所 可认为是完全可靠的 由于线路绝缘水平较高 线路落雷频繁 所以沿线路入侵的雷电波幅值会 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 26 很大 如不采用防护措施势必造成变电所内电器设备绝缘损坏 所以变电所对 雷击进行波的防护是非常重要的任务 其主要的防护措施是在变电所内装设阀 型避雷器 以限制入侵雷电波幅值 同时在变电所进线上 设置进线保护段以 限制流过阀型避雷器的雷电波和限制入侵雷电波的陡度 8 18 1 装设避雷针的原则装设避雷针的原则 为了防止雷直击变电所可以装设避雷针 装设避雷针的原则是 1 所有被保护设备 电气设备 烟囱 冷却水塔 水电厂的水工建筑 易 燃易爆装置等 均可处于避雷针的保护范围之内 以免遭受雷击 此外 对于 变电所进线的最后一档线路 也应包括在避雷针的保护范围之内 对于 35KV 及以下的变电所 因其绝缘水平较低 故不允许避雷针装在配 电构架上 以免发生反击 需架设独立的避雷针 并应满足不发生反击的要求 2 当雷击避雷针时 雷电流通过避雷针入地 使避雷针对地电位升高 此 时应防止避雷针至被保护设备发生反击 8 28 2 装设避雷器的原则装设避雷器的原则 变电所母线上必须装设阀型避雷器 以限制雷电波入侵时的过电压 这是 变电所防雷保护的基本措施之一 由于避雷器直接接在变压器旁 故变压器上 的过电压波形与避雷器上电压波形相同 若变压器的冲击放电电压和 5KA 下的 线压 则变压器可得到可靠的保护 变电所中有很多电气设备 不可能在每个设备旁边都装设一组避雷器 一 般只在变电所母线上装设避雷器 由于变压器是变电所中最重要的设备 因此 避雷器应尽量靠近变压器 这样避雷器离开变压器和各电气设备都有一长度不 等的距离 为了保证变压器上电压不超过一定的允许值 变压器与避雷器之间 的距离不能太远 即避雷器有一定的保护距离 变电所内所有电气设备都应受 到避雷器的保护 即它们与避雷器间的电气距离应在允许值之内 对于中性点比接地或经消弧线圈接地的系统 变压器是全绝缘的 即中性 点处的绝缘与相线端绝缘水平相同 由于三相来波的概率很小 且大多波来自 线路较远处 其陡度很小 变电所进线不止一条 非雷击的进线起了分流作用 变压器绝缘也有一定欲度等原因 所以有关规程规定 35 60KV 变压器中性点 一般不需要保护 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 27 8 38 3 变电所的保护对象变电所的保护对象 A 类 电工装置 B 类 需要采取防雷措施的建筑物和构筑物 8 3 18 3 1 电工装置的防雷保护电工装置的防雷保护 1 电压为 110KV 以上的屋外配电装置 可将避雷针装在配电装置的构架上 对于 35 60KV 的配电装置 为防止雷击时引起反击闪络的可能 一般采用独立 避雷针保护 2 电压为 110KV 及以上的屋外配电装置 可将保护线路的避雷线连接在配电 装置的出线门型构架上 3 在选择独立避雷针的装设地点时 应尽量利用照明灯塔 在其上装设避雷针 4 主控室及屋内配电装置对直击雷的防雷措施如下 若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时 将金属部分接地 若屋顶为钢筋混凝土结构 应将其钢筋焊接成网接地 若结构为非导体的屋顶时 采用避雷带保护 该避雷带的网格为 8 10m 每 隔 10 20 设引下线接地 8 3 28 3 2 雷电过电压保护对象雷电过电压保护对象 雷电过电压保护主要是 1 防止雷电直击于电气设备上 一般采用避雷针 避雷线进行保护 2 对于 60KV 及以下的电气设备 应尽量减小感应过电压 一般电气设备应远离可能遭到直击雷的设备或物体 增大电气设备对电容或采 用阀型避雷器保护 3 防止从线路侵入的雷电波过电压对电器设备的危害 一般采用避雷器 间隙 电容器和相应的进线保护段进行保护 8 48 4 防雷保护措施防雷保护措施 1 在变电所的四角分别安装一支 20 米高的避雷针 2 在 60KVI 段母线分别安装一组避雷器 3 在 10 KVI 段母线分别安装一组避雷器 4 在主变中性点安装一台避雷器 5 在 60KV 电源进线 采用避雷线保护 沈阳工程学院 华海二次变电所电气部分设计 毕业设计说明书 28 8 58 5 避雷针的选择避雷针的选择 1 单支避雷针的保护范围 当高度在水平面上的保护范围的半径可按下式计算 x h 当时 2 h hx phhr xx 当时 2 h hx phhr xx 25 1 式中 h 避雷针的高度 m p 高度影响系数 时 p 1mh30 30 h 120m 时 hp 5 5 2 双支等高避雷针的保护范围 两针外侧的保护范围可按单针计算方法确定 两针间的保护范围应按通过 两针顶点及保护范围上部边缘最低点 0 的圆弧来确定 0 点的高度按下式计算 p D hh 7 0 D 两针间的距离 m p 高度影响系数 5 1 0 xx hhb 一般两针间的距离与针高之比不宜大于 5 h D 注 两针间的距离必须小于 7hp 当被保护物高度为时 两针间的距 x h 离应小于 phh x 7 3 三支等高针的保护范围 三支针形成的三角形的外侧保护范围 应分别按两支等高针的计算方法确定 如在三角形内被保护物高度水平面上 各相邻避雷针保护范围的一侧最小宽 x h 度 则全部面积受到保护 0 x b 4 多支避雷针的保护范围按下列方法确定