110KV变电站毕业设计

绪 论 近年来 随着通信技术和计算机技术的迅猛发展 我国变电站综合自动化 技术正向着多元化 宽领域 智能化的方向迅猛发展 现代电力系统是一个巨 大的 严密的整体 变电站作为变换电压 分配电能的重要部分 因此变电站 中电气主接线的形式以及各种电气设备的合理选择 直接影响着变电站的正常 运行 本次设计主要对变电站进行了一次电气设计以及相关的二次继电保护设 计 本次设计的 110KV 变电站 属于地区性城市供配电站 本次变电站的设计 是在校期间学习了相关专业课程如 电力系统分析 电力系统继电保护 原理 发电厂电气部分 等 它主要包括变电站总体分析 主接线分析 主 变型号选择 无功补偿的选择 短路电流的计算 电气设备的选择 二次继电 保护以及避雷针的保护等 在选择主接线设计中 我们把单母线分段带旁路母 线和单母分段两种接线方式在经济性 灵活性 可靠性三个方面进行了比较 最后比较分析对 110KV 电压等级侧采用单母线分段带旁路母线接线形式 35KV 电压等级侧采用单母线分段接线形式 10KV 电压等级侧采用单母线分段接线形 式 此次设计是一个较为完善的变电站设计 其中涉及了变电站的一次电气设 计 二次继电保护设计 这次设计是在导师的精心指导下 通过查阅资料 计 算校验 和同学讨论等做出的设计 这次设计是为了使我们在走上工作岗位前 对工程设计有一个大致的了解 并掌握一定的工程设计方法而设计的 本次变电 站的设计 可以基本满足市区生产及生活的正常供电需要 对于供配电的传输 具有一定的可靠性 并且发生相应的故障时变电站具有相应的保护措施 在设 计过程中考虑到该区供电生产和人民生活的发展 并可满足 5 10 年的远景供电 需求 对于实际供配电系统有一定的现实意义 本次设计为以后从事电气设计 运行管理工作奠定必须的理论基础 关键词 变电站 主接线 变压器选择 电气设备 继电保护 第 1 章 概述 1 1 概述 本次 110KV 变电站的设计担负着向周边市区及市郊工农业生产和居民生活 用电的工程 承担着本市区的输变电任务 根据 电力系统技术规程 有关具 体要求 特别是 第 1 0 2 条 系统设计应在国家计划经济的指导下 在权衡相关中长期利 弊基础上 从用户端实际需要对变电站进行合理规划 进一步探讨出经济环保 的方案 应该因地制宜 不应损害当地经济环境为代价 对电力系统进行长期 的一个方案探讨 在设计过程中 应当对变电站进行严格的设计方案研究 应 采用先进技术 保证供电的灵活可靠 严格保证供电质量来满足不同负荷需 求端与人民生活不断增长的需要 第 1 0 6 条 对于设计方案应该有着较为详细的近景与远景分析 应当与 国家及该地区未来发展方向相一致 当设计方案审查过后 及时进行合理性分 析 如有重大变化时 应及时完善相关设计方案 此次 110KV 变电站是地区性城市变电站 它由系统 1 和系统 2 供电 而且 向市区以及不同大负荷厂区供电 系统总容量为 该变电站在整个供电系统中占有重要地位 121500 1000 SMVA SMVA 1 2 变电站的作用和主要设备组成 1 2 1 变电站的作用 电力工业在国家建设和国民经济中占据十分重要的地位 电能是一种无形 的不能大量储藏的二次能源 由于发电厂发出的电能 往往不能直接满足用户 用电的需求 这就需要将提高或降低电压等级再次供用户使用 考虑到经济型 的原因 往往需要提升电压等级后再由线路传输 这样就需要不同电压等级 因此也需要更多的转换电压等级的设备参与 变电站的任务就是转换电压等级 保障一个区域的正常供配电 并及时对电压进行调整控制确保供电安全 1 2 2 变电站主要设备组成 一次与二次回路构成了变电站的整体 变电站的任务就是转换电压等级 保障一个区域的正常供配电 主要设备有变压器 各个不同电压等级的母线 断路器与隔离开关装置 控制装置 电压与电流互感器 避雷器 补偿装置等 设备组成 变电站内还具有一些其他装置 如接地和屏蔽装置 站内电源蓄电 池 照明设备等其它各种设备 1 2 3 变电站的种类 变电站是电力工业的重要部分 按变电站的性质和任务不同 可分为升压 变电站和降压变电站 按变电站在电力系统中的作用和地位不同 可将其划分 为一般变电站 地区重要变电站和系统枢纽变电站 变电站应担负的任务 1 变电站应当具有一定可靠性 安全性 尤其是二次设备中的继电保护和 自动装置 远动装置等 应当及时发现故障及时动作保障供电安全 2 变电站应提升良好的供电质量 随着生产技术水平的不断提高 各行业 对供电质量提出了更高的要求 电能质量的主要指标有频率 电压 与谐波 3 变电站的选址规划都应符合相关技术要求 应该因地制宜 不应损害当 地经济环境为代价 对电力系统运行进行一个合理的规划 4 变电站应提高运行管理水平和自动化水平 简化繁琐程序 提高效率 满足目前发展迅猛的电力市场需求 第 2 章 电力系统及变电站总体分析 2 1 电力系统分析 此次变电站的设计应当符合 35 110KV 变电站设计规范 保证供电的灵 活可靠 严格保证供电质量来满足不同负荷需求端与人民生活不断增长的需要 本次 110kv 变电站设计是一个地区性城市变电站 变电站西边为 10kv 负 荷密集区 主要有毛纺厂 棉纺厂 印染厂 食品厂 针织厂 及部分市区用 电 变电站以东主要由 35kv 水泥厂 耐火厂以及其它用电 应该保证不同负荷 的用电需求 2 2 变电站总体分析 2 2 1 设计依据 根据省电力公司审计批复文件 焦作市郊变电站设计任务书的批复 2 2 2 建站的必要性 该变电站是该市郊 110KV 变电站 通过系统 1 和系统 2 向该变电站供电 本次变电站的电压等级为 110 35 10KV 根据焦作市经济的发展 用电负荷的 逐渐增大 该变电站承担着向该市居民和工业输送电力的任务 因此变电站的 规模是相对比较大的 因此设计中应当充分考虑到各种因素组成 如近期与长 期规划 以及未来该市区的经济发展走向对于变电站的设计都有着重要作用 2 2 3 建设规模 根据电力系统规划 本变电站的建设规模如下 电压等级 110 35 10kv 线路回数 110kv 进线四回 35kv 出线为 5 回 10kv 出线为 11 回 在 35KV 侧 水泥厂 类负荷占 45 耐火厂以及备用 类负荷则 占 50 10KV 负荷情况 棉纺厂 毛纺厂 针织厂 市区的 类负荷均各占 60 印染厂 类负荷占 70 而食品厂占 45 2 2 4 所址概况 该变电站位于该市东郊 交通便利 此次 110kv 变电站设计是一个地区性 城市变电站 变电站西边为 10kv 负荷密集区 主要有毛纺厂 棉纺厂 印染厂 食品厂 针织厂 及部分市区用电 变电站以东主要由 35kv 水泥厂 耐火厂以 及其它用电 该变电站海拔 220m 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 土壤电 2 cm 3 cm 阻率为 100 变电站地下水位较低 水质良好 无腐蚀性 m A 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 b 10mm 最大风速 25m s 属于我 国第六标准气象区 2 3 变电站负荷分析 2 3 1 35kv 侧负荷分析 表 2 1 35KV 侧负荷 最大负荷 MW 负荷组成 负荷 名称 近期远景一二 自然 力率 maxT H 线长 KM 备注 水泥厂 1 1 5215300 920 水泥厂 2 2215300 920 耐火厂 21 515350 918 备用 1 2 52 515350 9 电压 等级 备用 2 2 52 515350 9 根据负荷表 2 1 可知 其一 二类负荷所占比例较大 对供电的可靠性要 求较高 对一类负荷要保证不间断供电 对二类负荷 在必须有部分负荷停电 的情况下 应优先考虑保证第二类负荷的连续供电 2 3 2 10kv 侧负荷分析 表 2 2 10KV 侧负荷 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 52 520400 7555003 5 10 kv 棉纺厂 2 2 52 520400 7555003 5 印染厂 1 1 5230400 7850004 5 印染厂 2 1 5230400 7850004 5 毛纺厂 2220400 7550002 5 针织厂 21 520400 7545001 5 市区 1 2220400 825002 市区 2 2220400 825002 食品厂 1 51 515300 840001 5 备用 1 1 51 515300 78 备用 2 1 51 515300 78 根据负荷表 2 2 可知 10kv 侧的一 二类负荷占负荷总数的比例非常大 这就对供电的可靠性要求更高 对供电要求也更高 第3 章 电气主接线选择 3 1 主变选择 主变压器用来向电力系统或用户输送功率 主变的选择对于整体变电站的 设计有着重要的影响 主变的选择应当根据负荷侧所需容量的大小来进行选择 选择变压器的型号后还应对变压器进行校验 3 1 1 主变容量和台数的选择原则 1 主变容量的考虑原则 1 主变容量选择应当结合该地区负荷需求 并且根据该地区未来几年 的远景发展综合考虑选取主变型号 2 根据变电站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承担全部负荷的 60 以上 3 应当综合考虑变压器的相数 绕组数与结构 根据不同接线方式选择 不同形式绕组的变压器 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 建议变电站配置 两台主变 2 对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电站 三台变压器的可行性应 当进行考虑 3 考虑到布置和引线的方便 联络变压器的台数一般只设置一台 最多不超 过两台 3 1 2 主变容量与台数选择计算 依据变电站所处郊区的情况 变电站的电力负荷中有大量的一 二类负 荷 基于对经济状况 占地面积及变电站位于负荷中心等诸多因素的考虑 应 选择两台主变压器 其型号为 SFSZL7 25000 110 KVA KV 型 计算详情见附录 一 的计算说明书 3 1 3 变压器形式的选择 1 变压器相数的确定 容量为 300MW 及以下机组单元连接的主变压器和 330KV 及其以下的电力 系统中 一般都应采用三相变压器 由于本站站址地势开阔 交通运输方便且 容量相当 所以宜选三相变压器 2 变压器绕组数量的选择 参考 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 站中 如果通过主变压器各绕组的功率达到该主变压器容量的 15 及以上 或 低压侧虽无负荷 但在变电站内需装设无功功率补偿设备时 主变宜采用三绕 组变压器 结合本次设计 110KV 变电站的具体实际情况 应选择三绕组变压器 3 绕组连接方式的选择 参考 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 选择的连接方式 0Y 对于 35KV 侧也采用的连接方式 而 6 10KV 侧采用 型的连接方式 0Y 故该市郊变电站主变应采用的绕组连接方式为 0Y0Y 4 主变阻抗和调压方式的选择 在 电力工程电气设计手册 和相应规程指出 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方面进行综合考虑 并应以对工程起决定作用的因 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 图 a 升压结构图 b 降压结构 图 3 1 变压器绕组结构 由于绝缘因素 高压绕组总是放在最外侧 而中 低压绕组可以分别缠绕 在变压器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 由此可见 升压型结构的变压器大而降压结构的大 那么应该看潮 12 u 13 u 中低高高中低 流传输的大小 在传输潮流大的一侧采用阻抗小的以减少正常损耗 但是也还 要看其他的影响综合考虑 比如为选择轻型电器 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 这样可以不用再加 13 u 限流电抗器的阻抗值 关于调压方式 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 近年来随着对电压质量要求的提高和有载调压变压器质量的提高 作 为城市变电站一般也都选择有载调压方式 所以该市郊变电站的主变宜采用有载调压方式 5 容量比 变压器的绕组容量有 100 100 100 100 100 50 100 50 50 等几种 对于 110KV 变压器总容量不大 其绕组容量对于造价影响不大 所以采用 100 100 100 的容量比 6 主变冷却方式的选择 冷却方式有 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 按一般情况 110KV 变电站宜选用自然风冷式 7 是否选用自耦变压器 选择自耦变压器有许多好处 但是自耦变适用于两个电压级中性点都直接 接地的系统中 而本站只有 110KV 是中性点直接接地系统 且其多用于 220KV 及以上变电站 发电机升压及联络变压器 它经小阻抗接地 短路电流大 造 成设备选择困难和对通信线路的危险干扰 且考虑到现场维护等问题 故不采 用自耦变压器 8 全绝缘 半绝缘 绕组材料等问题的解决 在 110KV 及以上的中性点直接接地系统中 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 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 3 2 电气主接线选择 3 2 1 电气主接线的基本要求和设计原则 主接线方式应根据下列原则确定 1 应保证供电可靠性 灵活性 经济型原则 2 满足电力系统的要求 3 接线简单清晰 运行安全灵活 检修方便 节省投资 运行费用低 4 应根据需要考虑扩建的可能性 3 2 2 主接线设计应考虑的基本问题 1 变电所的地理环境状况 2 分期与最终建设规模 3 电压等级及出线回路数 4 接入系统的方式 5 该地区远景发展 3 2 3 主接线的设计 1 110KV 侧 根据要求可以初步选择以下两种方案 方案 I 单母线分段带旁母接线 方案 II 单母线分段接线 图 3 2 主接线图 对以上两种方案进行比较 表 3 1 方案比较 方案 项目 方案 I 单母线分段带旁母接线方案 II 单母线分段接线 可 靠 性 检修电气设备时不会造成重要的电力 负荷停电 使用的电气设备少 出现 故障的几率小 使用的电气设备少 出现故障的几率 小 灵 活 性 故障时 分段断路器会自动将故障段 隔离 保证正常段母线不间断供电 调 度灵活性较好 易于扩建 运行方式简单 扩建时需要向两个方 向均衡扩建 经 济 性 接线简单 高压设备多 占地大 投资 较方案 高 接线简单 运行设备少 投资少 年运 行费用少 由以上比较结果知 这两种方案都有较好的可靠性和灵活性 由于本变电 站在整个系统中占有较重要的地位 要求保证某些重要的用户不可中断供电 故要求系统有更好的供电可靠性 综合考虑 110KV 侧宜采用方案 I 2 35KV 侧 根据要求草拟方案和方案比较同上 通过比较结果知道 方案 II 与方案 I 可靠性和灵活性都较好 35KV 侧采 用方案 II 的接线形式就能满足要求 3 10KV 侧 根据 10KV 侧采用手车式高压开关柜时 不宜采用旁路设施 于是 10KV 侧 接线形式分析可按照 35KV 侧分析 草拟方案 I II 同上比较分析同上 综合考 虑 宜采用方案 II 采用单母分段 3 4 主变中性点接的方式的选择与设计 3 4 1 110KV 侧接地方式 110 500KV 系统为大电流接地系统 所以变电站主变的 110KV 侧的中性点 应选择中性点直接接地方式 3 4 2 消弧线圈的选择 35KV 和 6 10KV 侧为中性点不直接接地方式 即应该选用中性点不接地 经高阻接地或经消弧线圈接地方式 对 35KV 系统接地电容电流大于 10A 对 10KV 系统若接地电容电流大于 30A 时 应选经消弧线圈接地方式 若需要加装消弧线圈时 需要考虑它的引接方式 对 35KV 因有中性点引 出 所以消弧线圈就直接接到主变 35KV 侧的中性点上 而且两台主变可以共用 一个 消弧线圈 采用 XDJL 550 35 消弧线圈 3 5 无功补偿 3 5 1 无功补偿的作用 无功功率补偿装置的主要作用是 提高负载和系统的功率因数 减少设备 的功率损耗 稳定电压 提高供电质量 在长距离输电线路中 提高系统输电 稳定性和输电能力 平衡三相负载的有功和无功功率等 所以系统的无功补偿 可以采用分散补偿的方式 因为电力系统的无功负荷主要是感性功率 所以具 体无功补偿就是在高压电网的低压侧加并联电容器 利用阶梯式调节的容性无 功补偿感性无功 3 5 2 无功补偿容量选择 并联电容器装置设计技术规程 第 1 0 3 条规定 电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计 调相调压计算及技术 经济比较确定 对 35 110kv 变电站中的电容器总容量 按无功功率就地平循的 原则 可按主变的 10 30 考虑 一般取主要容量的 15 分在 10kv 两段母线 上安装 故 110kv 变电站按主变容量的 10 选择 3 5 3 电容器及其接线方式的选择 电容器的接线方式有三角型和星型接线两种方式 选择不同的接线方式电 容器的额定电压不同 一般采用双星型接线方式 对于 110kv 变电站一般都有 专门的电容器室 所以可选择室内型的即 BFF11 3 100 1 型 3 5 4 电容器数量的计算 10 S N S 变 容 6nN 式中 N 电容器台数 n 电容器组数图 3 4 电容器的双星型连接 最终选择 5 组 BFF11 3 100 1 型电容器 第四章 短路电流计算 电气设备有电流通过时将产生损耗 例如 载流导体的电阻损耗 载流导 体周围金属构件处于交变磁场中所产生的磁滞和涡流损耗 绝缘材料内部的介 质损耗等 这些损耗都将转变成热量使电气设备的温度升高 长期发热 是由 正常电流产生的 短时发热 是由故障时的短路电流产生的 4 1 短路电流产生原因 电力系统要求正常地不断地对用电负荷供电 以保证工厂的生产和居民生 活的正常进行 但是由于各种原因 也难免出现故障 而使系统的正常运行遭 到破环 系统中最常见的故障就是短路 短路就是指不同电位的导电部分之间 的低阻型短接 造成短路的主要原因 是电气设备载流部分的绝缘损坏 这种 损坏可能是由于设备长期运行 绝缘自然老化或由于设备本身不合格 绝缘强 度不够而被正常电压击穿 或设备绝缘正常而被过电压击穿 或者是设备绝缘 受到外力损伤而造成短路 工作人员由于未遵守安全操作规程而发生误操作 或者误将低电压的设备接入较高电压的电路中 也可能造成短路 短路后 短 路电流比正常电流大得多 在大电力系统中 短路电流可达几万甚至几十万安 如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害 4 2 短路电流的计算目的 由上可见 短路的后果是十分严重的 因此必须尽力设法消除可能引 起短路的一切因素 同时需要进行短路电流的计算 以便正确地选择电气设备 使设备具有足够的动稳定性和热稳定性 以保证在发生可能有的最大短路电流 时不致损坏 为了选择切除短路故障的开关电器 整定短路保护的继电保护装 置和选择限制短路电流的元件等 也必须计算短路电流 无论正常情况下通过工作电流 或短路时通过短路电流 母线都要发热 为使母线发热温度不超过最高允许温度 需了解发热过程 并进行分析计算 进行短路电流计算 首先要绘制出计算电路图 在计算电路图上 将短路计算 所需考虑的各元件的额定参数都表示出来 并标明其序号和阻抗值 一般是分 子标序号 分母标阻抗值 然后将等效电路化简 4 3 短路电流计算的一般规定 为了使所选电器具有足够的可靠性 经济性 灵活性并在一定的时期内满 足电力系统发展的需要 应对不同点的短路电流进行计算 4 4 短路电流计算结果 将计算结果以表格形式列出 表 短路点 KA I KA I tk 2 KA Itk KA I KA Ish 110KV 母线 5 637 615 15 5 15 14 33 35KV 母线 4 344 344 34 4 34 11 05 10KV 母线 15 9415 9415 94 15 94 40 58 具体计算过程详见计算说明书 第5 章 电气设备选择 5 1 电气设备选择 5 1 1 电气设备的选择 导体种类主要有 各电压级的汇流母线 主变引下线 出线等 电气设备包括各电压级的出线断路器 旁路断路器 分段断路器 以及相 应的隔离开关等 用于保护和测量用的电流互感器等 5 2 选择导体和电器的基本条件 5 2 1 按导体长期工作条件选择 一般按照选择电气设备的额定电压 NSN UU 对于导体 mIalaxI 对于电器 mINaxI 5 2 2 按经济电流密度选择导体 按经济电流密度选择导体截面可使年计算费用最低 对应不同种类的导体 和不同的最大符合利用小时数 将有一个计算费用最低的电流密度 称为 max T 经济电流密度 J 导体的经济截面 式中 正常工作时的最大持 max ISJ max T 续工作电流 当无合适导体时 导体面积可按经济电流密度计算截面的相邻下一档选取 注意 按此法选择导体后 必须按长期发热校验 5 3 导体和电器的选取及校验条件 5 3 1 导体的选择 1 母线的选择 参考 发电厂电气部分 P113 P113 铜导体只用在持续工作电流大 且出线位置特别狭窄或污秽对铝有严重腐 蚀而对铜腐蚀较轻的场所 而实际中一般采用铝或铝合金材料为导体 矩形导体一般只用于 35KV 及以下 电流在 4000A 及以下的配电装置中 槽形导体一般用于 4000 8000A 的配电装置中 110KV 及以上高压配电装置 当采用硬导体时 宜选用铝合金导体 2 10KV 出线电缆选择 1 依据 发电厂电气部分 电力电缆的选择条件进行选择和校验 2 电缆芯线材料及型号选择 电缆芯线有铜芯和铝芯 一般选用铝芯 电缆的型号应根据其用途 敷设 方式和使用条件进行选择 ZYB 市郊变 10KV 出线选用三相铝芯电缆 3 电压选择 电缆的额定电压应大于等于所在电网的电压 4 截面选择 电力电缆截面一般按长期发热允许电流选择 当电流的最 大负荷利用小时数大于 5000 小时且长度超过 20m 时 应按经济电流密度选择 5 3 2 电气设备选择 1 断路器选择 根据 电力工程电气设计手册 电气一次部分 第 6 2 节规定 35KV 及以下 可选用少油 真空断路器等 应注意经济性 35KV 220KV 可选用少油 SF6 真空断路器等 综合考虑 尽量利用国家鉴定推荐使用的新产品 又为检修方便 所以 110KV 侧选用六氟化硫断路器 35KV 10KV 侧采用手车式断路器 2 隔离开关的选择 种类和形式的选择 隔离开关的型式很多 按安装地点的不同可分为屋内 式和屋外式 按绝缘支柱数目可分为单柱式和双柱式 它对配电装置的占地面 积有很大影响 选型时应根据配电装置的特点和使用要求以及经济技术条件来 确定 由于本设计中 35KV 10KV 侧均采用手车式断路器 故不用选隔离开关 3 电压互感器选择 电压互感器是二次回路中测量和保护用的电压源 通过它反映系统的运行 状况 它的作用是将一次高压变为二次侧的低电压便于测量 根据 导体和电器选择技术规定 第 10 0 3 条 电压互感器的型式应按下列使用条件选择 1 一次回路电压 2 二次电压 3 3 20KV 屋内配电装置宜采用油浸绝缘结构 也可采用树脂浇注绝缘 结构的电磁式电压互感器 4 35KV 配电装置宜采用电磁式电压互感器 5 110KV 及以上配电装置 当容量和准确度等级满足要求时 宜采用电 容式电压互感器 第 10 0 7 条 用于中性点直接接地系统的电压互感器 其第三绕组电压 应为 100V 用于中性点非直接接地系统的电压互感器 其第三绕组电压应为 100 3V 根据以上原则 可选择电压互感器 4 电流互感器选择 目前电力系统中广泛用的是电磁式电流互感器 用字母 TA 表示 它的 原理和变压器相似 它的特点 一次绕组串联在电路中 并且很少 电流取决 于被测电路的负荷电流 而与二次侧电流的大小无关 二次侧绕组阻抗很小 所以它在近于短路的状态下运行 根据 电力工程电气设计手册 电气一次部分 第 2 8 节 1 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器 2 发电机和变压器的中性点 发电机和变压器的出口 桥形接线的跨 条上等也应装设电流互感器 3 对直接接地系统 按三相配置 对非直接接地系统 依具体要求按 两相或三相装配 2 7 支柱绝缘子 穿墙套管选择 2 7 1 支柱绝缘子的选择 支柱绝缘子主要是用来固定导线或母线 并使导线或母线与设备或基础绝 缘 支柱绝缘子有户内两大类型 支柱绝缘子的选择 应符合下列几个条件 1 按使用场所 户内 户外 选择类型 2 按工作电压选择额定电压 3 校验动稳定 参考 导体和电气选择设计技术规程 第 1 0 7 条 屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子 屋外支柱绝缘子需 倒装时 可用悬挂式支柱绝缘子 屋内支柱绝缘子宜采用联和胶装的多棱式支 柱绝缘子 2 7 2 穿墙套管的选择 穿墙套管主要用于导线或母线穿过墙壁 楼板及封闭配电装置时 做绝缘 支持与外部导线之用 按其使用场所划分有户内普通型和户外普通型 户外耐 污型户外高原型及户外高原耐污型 按结构形式分有铜导体铝导体和不带导体 套管 按电压等级分有 6 10 20 及 35KV 电压线 穿墙套管应按以下几个条件选择 1 按使用场合分型号 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 0 6 cal FF 5 热稳定校验 3 22 imat ItIt 参考 导体和电气选择设计技术规程 第 1 0 8 条 屋内配电装置宜采用铝导体穿墙套管 对于母线型穿墙套管 应该校核窗口允许穿过的母线尺寸 高压穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘 两种 5 绝缘子和穿墙套管 参考 导体和电气选择设计技术规程 第 1 0 7 条 屋外支柱绝缘子宜采用棒式支柱绝缘子 屋外支柱绝缘子需 倒装时 可用悬挂式支柱绝缘子 屋内支柱绝缘子宜采用联和胶装的多棱式支 柱绝缘子 第 1 0 8 条 对于母线型穿墙套管应该校核窗口允许穿过的母线尺寸 高 压穿墙套管有瓷绝缘和油纸电容式绝缘两种 瓷绝缘的穿墙套管适用于交流电 压 6 35kv 系统 油纸电容式绝缘适用于交流电压 60 500kv 中性点直接接地 系统 5 4 电气设备表 5 4 1 导体选择一览表 表 5 1 导体型号 项目 电压级 主母线主变引下线负荷出线 110KVLGJ 240LGJ 300 35KV LMY504 LMY6310 ZLQD 3150 10KV LMY1008 LMY12510 ZLQD3185 5 4 2 断路器和隔离开关选择一览表 表 5 2 断路器与隔离开关 设备 项目 断路器隔离开关 110KV 出线 SFMT 110 3150 GW 110D 600 50 4 110KV 分段 SFMT 110 3150 GW 110D 600 50 4 110KV 主变引下线 SFMT 110 3150 GW 110D 600 50 4 35KV 出线 LW8 35 1600 35KV 分段 LW8 35 1600 35KV 主变引下线 SN10 35 1600 16 10KV 出线 ZN 10 1600 31 5 10KV 分段 ZN 10 1600 31 5 10KV 主变引下线 ZN 10 1600 31 5 5 4 3 电压互感器与电流互感器 表 5 3 电压互感器与电流互感器 电压等级 设备类型 110KV35KV10KV 电压互感器 JCC2 110JDJ 35JDZJ1 10 分段电流互感器 LCWD 110 500 5 LCW 35 500 5 LBJ 10 1500 5 出线电流互感器 LCWD 110 700 5 LCW 35 100 5 LAJ 10 300 5 主变引下线互感器 LCWD 110 700 5 LCW 35 600 5 LBJ 10 2000 5 电气设备选择具体计算详见计算书 第 6 章 继电保护的配置 6 1 继电保护继电保护 选择性 是指电力系统发生故障时 保护装置仅将故障元件切除 而使非 故障元件仍能正常运行 以尽量减小停电范围 速动性 是指保护快速切除故障的性能 故障切除的时间包括继电保护动 作时间和断路器的跳闸时间 灵敏性 是指在规定的保护范围内 保护对故障情况的反应能力 满足灵 敏性要求的保护装置应在区内故障时 不论短路点的位置与短路的类型如何 都能灵敏地正确地反应出来 可靠性 是指发生了属于它该动作的故障 它能可靠动作 而在不该动作 时 它能可靠不动 即不发生拒绝动作也不发生错误动作 6 2 输配电线路保护输配电线路保护 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 输电线路的主保护以动作时间上划分为全线瞬时动作及按阶梯时限特性动 作两类 当要求对线路全线任何地点的任何故障均能瞬时具有选择性切除时爱 用全线瞬时动作的保护作为主保护 例如各种反线路两侧电气量变化从而实现 全线有选择性动作的纵联差动保护 当电网允许线路一侧以保护第二段时限切 除故障时 也可采用具有阶梯时限特性的保护作为主保护 如距离保护 电流 保护等 送电线路的后备保护分为远后备和近后备两类 一般采用远后备 本次设计采用的是 35kV 线路电流速断保护和定时限过电流保护构成阶段保 护 线路整定计算见附录 6 3 主变压器保护配置及整定计算主变压器保护配置及整定计算 6 3 1 变压器保护配置变压器保护配置 变压器的故障可以分为油箱外和油箱内两种故障 油箱外的故障 主要是 套管和引出线上发生相间短路以及中性点直接接地侧的接地短路 这些故障的 发生会危害电力系统的安全连续供电 油箱内的故障包括绕组的相间短路 接 地短路 匝间短路以及铁心的烧损等 油箱内故障时产生的电弧 不仅会损坏 绕组的绝缘 烧毁铁芯 而且由于绝缘材料和变压器油因受热分解而产生大量 的气体 有可能引起变压器油箱的爆炸 主保护有电流差动保护 瓦斯保护电流速断保护 后备保护有过电流保护 低压闭锁过电流保护 复合电压闭锁过流保护 阻抗保护 零序过电流保护 零序 过电压保护 过负荷保护 过激磁保护 7 2 2 纵联差动保护 变压器的纵联差动保护 是指由变压器的一次和二次电流的数值和相位进 行比较而构成的保护 纵联差动保护装置 一般用来保护变压器线圈及引出线 上发生的相间短路和大电流接地系统中的单相接地短路 差动保护是保护两端电流互感器之间的故障 即保护范围在输入的两端 CT 之间的设备上 正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等 方向 相反 相位相同 两者刚好抵消 差动电流等于零 继电器不动作 故障时两 端电流向故障点流 在保护内电流叠加 差动电流大于零 差动继电器开始动 作 使断路器跳闸 从而起到保护作用 本次设计采用的是 DCD 2 型差动继电 器 表 7 1 电流互感器参数 名称 各侧数值 额定电压 110KV38 5KV10KV 额定电流 Ae I 25000 125 5 3 115 A 25000 390 3 37 A 25000 1375 3 10 5 A CT 接线方式 Ddy CT 一次电流计算 A 3 125 5217 4A 3 390675 5A 1375A 选用 CT 变比 455 91 5 1299 260 5 2749 550 5 标准变比 100300600 CT 二次额定电流 2 Ae I 217 4 2 17 100 675 5 2 25 300 1375 2 29 600 纵联差动保护整定见附录 第 7 章 防雷设计 7 1 直击雷保护直击雷保护 7 1 1 保护对象保护对象 主要保护对象包括主变压器 负荷进线和出线 主变引下线 母线及母线廊道 旋转电机等 7 1 2 保护措施保护措施 该变电站外形设计为矩形 长为 120m 宽为 82m 由变电站实际情况知 变 电 站宽 82m 避雷针选址选择在各个电压等级母线与主控室相临的拐角处 选择四 支等高的避雷针 其代号分别为 1 2 3 4 保护范围计算见附录 参考 电力设备过电压保护技术规程 中的规定 1 110KV 配电装置 装设避雷针或装设独立避雷针 2 主变压器 装设独立避雷针 3 屋外组合导线 装设独立避雷针 7 1 3 避雷针装设应注意的问题避雷针装设应注意的问题 1 独立避雷针 线 宜设独立的接地装置 避雷针及其接地装置与道路或出 入口等的距离不宜小于 3m 2 110KV 及以上的配电装置 一般将避雷针装在其构架或房顶上 6KV 及以 上的配电装置 允许将避雷针装在其构架或房顶上 35KV 及以下高压配电装置 构架或房顶上不宜装设避雷针 装在构架上的避雷针应与接地网连接 并应在 其附近装设集中接地装置 避雷针与主接地网的地下连接点至变压器 接地线 与主接地网的地下连接点 沿接地体的长度不得小于 15m 在主变压器的门型 构架上 不应装设避雷针 避雷线 3 110KV 及以上配电装置 可将线路的避雷线引接到出线门型架上 35KV 配 电装置可将线路的避雷线引接到出线门型架上 但应集中接地装置 7 2 雷电侵入波雷电侵入波 当架空线路或管道遭到雷击时 雷击点将产生高电压 如果此时雷电荷不能就 地导入大地 则高电压将以波的形式沿线路或管道传播到与之连接的设施上 这种沿线路或管道传播的高压冲击波便叫做雷电侵入波 雷电侵入波造成的危 害事故很多 一般采取以下几项防护措施 7 2 1 安装避雷器是防止雷电侵入波的主要措施安装避雷器是防止雷电侵入波的主要措施 避雷器一般装在被保护物的引入端 其上端接在线路下 下端接地 正常时 避雷器的间隙保持绝缘状态 不影响系统运行 当遭受雷击 有高压冲击波沿 线路袭来时 避雷器间隙击穿而接地 从而强行切断侵入冲击波 此时 能够 进入被保护物的电压 仅为雷电流通过避雷器及其引下线和接地装置后的残压 7 2 2 接地可降低雷电侵入波的陡度接地可降低雷电侵入波的陡度 在架空管道的进户处接地 以及在邻近的 100 米内每隔 25 米左右接地一次 可 以防止沿架空线传来的雷电侵入波 此时防雷电侵入波的接地可与附近的电气 设备接地共用接地体 但接地电阻应在 10 30 欧以内 通常 易遭受雷击的较重要低压架空线路 除使用避雷器外 还辅以接地 来保护 亦即将进户处的绝缘子铁脚接地 保持接地电阻小于 30 欧 当雷电侵 入波袭来时 使雷电流入户前即全部泄入地中 以保障室内人身和设备的安全 第第 8 章章 结论与展望结论与展望 本次 110KV 变电站设计是一个较为完善的变电站设计 其中涉及了变电站 的一次电气设计 二次继电保护设计 这次设计是在导师的精心指导下 通过 查阅资料 计算校验 和同学讨论等做出的设计 它包括 变电所总体分析 负荷分析计算与主变压器选择 电气主接线设计 短路电流计算及电气设备选 择 二次继电保护设计以及防雷保护设计 此次设计的 110KV 市郊变电站 根 据系统负荷的要求和用户负荷的大小以及电力系统设计的原则 选择各种电气 设备并对电气设备进行校验 本次设计主接线形式分别为 110KV 母线侧选用单母线分段兼旁路断路器的 接线方式 35KV 和 10KV 母线侧选用的是单母线分段接线 选用两台变压器 在近期使用一台 另一台备用 使用单母线接线带旁路断路器的优点是在检修 时不会使系统全部失电 从而保证重要用户的不间断供电 而单母线分段接线 优点是保证供电的经济性和可靠性 在此基础上进行分别计算了三个电压等级 下各母线上的最大短路电流 在设计过程中对相关图纸 一次电气主接线图 变电站保护图 避雷针的保护区域图等 进行设计选择和绘制 为了增强供配电的可靠性 这就要求我们具有较高的专业课水平和先进的 技术设备 而且随着通信技术和计算机技术的迅猛发展 可靠地供配电显得越 来越重要 所以要求更加严谨可靠地系统保护 在以后的技术发展过程中 110KV 变电站逐渐发展成为无人变电站 因此应该采用自动化程度比较高的变 电站自动化系统 用以提高系统的正确性和灵敏性和动作的快速性 第第 9 章章 致谢致谢 通过三个多月的毕业设计 在导师悉心指导和同学帮助下 明确了在设计 过程中应遵循的设计步骤与解决问题方法 为以后的工作和研究打下了基础 通过这次设计 让我对这两年的知识有着更好的掌握并使我在理论和动手能力 上都有了进一步的提高 让我在大学生活中感受颇多 同时也学到了许多专业 知识 使我在今后的工作和学习当中得到深深的教益 作为一次毕业设计 由于经验的匮乏 难免有许多考虑不周全的地方 如 果没有导师的督促指导 以及同学们的支持 想要完成这个设计是很困难的 在这里首先要感谢我的指导老师老师 她平日里工作繁多 但在我做毕业设计 的每个阶段 从查阅资料 设计草案的确定和修改 中期检查 后期详细设计 等整个过程中都给予了我悉心的指导 其次要感谢和我一起做毕业设计的同学 们 他们在本次设计中帮助我解决了很多困难 本次毕业设计是对在校两年间知识又一次的复习与总结 同时也促使我们 相互学习共同提高 感谢我同室的舍友们给予我的帮助 最后 感谢大学期间 在我的学习和生活当中给予过支持和帮助的各位老师和同学 再一次感谢老师 在毕业设计当中的耐心辅导和帮助 参考文献 1 范锡普 发电厂电气部分 第二版 水利电力出版社 2 电力系统分析 水利电力出版社 3 贺家李等 电力系统及电保护原理 水利电力出版社 4 水利电力部西北电力设计院 电力工程电力设计手册 水利电力出版社 5 杨宛辉等 发电厂电气部分 设计计算资料 西北工业出版社 6 杨宛辉等 发电厂变电所电气一次部分设计参考图册 7 电力系统继电保护与自动装置整定计算 水利电力出版社 8 高电压配电装置设计技术规程 SDJ5 85 中国电力出版社 9 电力系统技术导则 试行 SD131 84 中国电力出版社 10 电力系统设计技术规程 试行 SD131 84 中国电力出版社 11 变电所总布置设计技术规定 试行 SDGJ63 84 中国电力出版社 12 导体和电器选择设计技术规定 SDGJ14 86 中国电力出版社 13 电力设备过电压保护设计规程 SDJ7 79 水利电力出版社 14 并联电容器装置设计技术规程 SDJ25 85 试行 水利电力出版社 15 电力设备接地设计技术规程 SDJ8 97 水利电力出版社 16 继电保护和安全自动装置技术规程 SDJ6 83 水利电力出版社 17 电力勘测设计制图统一规定 SDGJ34 83 水利电力出版社 18 电力设计工程电气设备手册 电气一次部分上 下 水利电力部西北电力 设计院 19 电力设计工程电气设备手册 电气二次部分 水利电力部西北电力设计 院 20 变电所设计 10 220KV 辽宁科学技术出版社 21 变电所所址选择和布置 水利电力出版社 22 电网继电保护应用 水利电力出版社 附录 设计计算说明书 1 1 系统等效图 短路电流的计算过程中系统等效图如下 图 5 1 系统等效图 1 2 参数计算 1500MVA 0 7 1000MVA 0 6 1 S 1S X 2 S 2S X 所选基准值为 1000MVA BS 1 2 1 系统电抗 5 0 1500 1000 7 0 1 1 1 N B Ss S S XX 6 0 1000 1000 6 0X 2 2 2 N B Ss S S X 1 2 2 线路电抗 2 2 115 1000 4 070X 22 11 N B L U S X 6 0 115 1000 4 020 22 22 N B L U S XX 4 1 115 1000 4 045X 22 33 N B L U S X 1 2 3 变压器阻抗 5 10 12 S U 5 17 13 S U 5 6 23 S U 110KV 侧 38 5 100 2 1 231312 N B SSST S S UUUX 35KV 侧 125 0 100 2 1 132312 N B SSST S S UUUX 10KV 侧 38 3 100 2 1 122313 N B SSST S S UUUX 1 3 d1 点 110KV 侧短路时的等效电路图 求 1d I 2 tk I tk I 图 1 3 d 点短路时的等效电路图 1 由图 1 3 转换为下图 图 1 4 由图 1 4 化简后如下图 图 1 5 将 1 5 忽略次要因素后如下图 图 1 6 31 0 4 16 02 2 2 26 0 4 X 73 0 6 04 12 2 4 12 2 5 X 2 0 6 04 12 2 6 04 1 6 X 05 1 33 1 81 02 0 81 0 2 0 9 X 86 1 81 0 33 1 2 0 33 1 2 0 10 X 所以转移阻抗为 575 1 1000 1500 05 1 1 JSS X 86 1 1000 1000 86 1 2 JSS X 查运算曲线得各系统对短路点 d 的短路电流标幺值 1 t 0S 58 0 1 s I52 0 2 s I t 4S k t72 0 1 s I56 0 2 s I t Stk2 2 69 0 1 s I56 0 2 s I t 72 0 1 s I56 0 2 s I 所以 当 t 0S 时 KA U S I U S II N s N s 63 5 33 2 2 1 1 t 4S KA U S I U S II N s N stk 15 5 33 2 2 1 1 t 2S KA U S I U S II N s N stk 61 7 33 2 2 1 1 2 t KA U S I U S II N s N s 15 5 33 2 2 1 1 冲击电流 KAIKi msh 33 1463 5 8 122 1 4 点 35KV 侧短路时的等效电路图 求 2 d 2d I 2 tk I tk I 图 1 7点短路时的等效电路图 2 d 由图 1 7 转换为下图 图 1 8 46 5 33 1 89 281 0 89 2 81 0 13 X 97 8 81 0 89 2 33 1 89 2 33 1 14 X 所以取 309 3 ainprk tttt 3 则 19 8 1000 1500 46 513 1 B N JSS S S XX 97 8 1000 1000 97