自考毕业设计

沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 I 中文摘要中文摘要 本毕业设计是高台二次变电所电气工程 部分 设计 全论文除了摘要 毕业设计书之外 还详细的说明了各种设备选择的最 基本要求和原则依据 变压器的选择包括 主变压器的台数 容量 型号等 主要技术数据的确定 电气主接线主要介绍了电气主接线的重要性 设计依 据 基本要求 各种接线形式的优缺点以及主接线的比较选择 并制定了适 合本厂要求的主接线 短路电流计算是最重要的环节 本论文详细的介绍了 短路电流计算的目的 假定条件 一般规定 元件参数的计算 网络变换 以及各短路点的计算等知识 高压电气设备的选择包括母线 高压断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器的选择原则和要求 并对这些设备进行 校验和产品相关介绍 而根据本论文所介绍的高压配电装置的设计原则 要 求和 60KV 的配电装置 决定此次设计对本厂采用中型布置 继电保护和自动 装置的规划 主要包括自动装置 主变压器和母线等设备的保护 而变电所 的防雷保护则主要针对避雷针和避雷器的设计 此外 在论文适当的位置还 附加了图纸 主接线 平面图 断面图 防雷保护等 及表格以方便阅读 理解和应用 随着世界各国能源和经济发展 各国对电能的需求量在日益增长 目前 电能是实用最广 需要最快的能源 因此对变电所的合理设计与建设便是一 个极其重要的环节 所以我们对变电所的设计作了一些研究 由于时间有限 此论文中难免会出现遗漏和错误 希望老师给予指点和 更正 关键词 变电所 电气设备 断路器 电压互感器 电流互感器 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 II 目录 中文摘要中文摘要 I 目录 II 引 言 1 第一部分 说明书 2 第一章 原始资料分析 2 1 1 变电所设计原则 2 1 1 1 总则 2 1 1 2 所址选择和所区规划 2 1 1 3 所区内建筑物 构筑物的布置 3 1 1 4 管线布置 3 1 1 5 所区内 外道路 4 1 2 原始资料分析 4 第二章 变电所电气主接线的现在 6 2 1 主接线的设计原则及基本要求 6 2 2 主接线方案 7 2 2 1 主接线方案的确定 8 第三章 主变压器的选择 9 3 1 主变压器的容量和台数的确定原则 9 3 1 1 变压器容量的选择 9 3 1 2 主变压器的台数的确定 9 3 2 变压器分接头的选择原则 10 3 3 主变压器形式的选择 10 3 4 补偿容量的确定 10 3 4 1 电力容器的选择原则 10 3 4 2 补偿容量的确定 11 3 4 3 校验 11 第四章 变压器的经济运行 12 第五章 短路电流计算 13 5 1 短路计算原则 13 5 2 电路元件参数计算 13 5 2 1 基准值计算 13 5 2 2 各元件参数标幺值的计算 13 5 3 转移电抗 计算电抗的计算 14 5 4 冲击电流的计算 14 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 III 第六章 高压电气设备的选择 15 6 1 设计原则 15 6 1 1 设计原则 15 6 1 2 选择项目的说明 15 6 1 3 环境条件 16 6 1 4 环境保护 17 6 2 高压断路器的选择 18 6 2 1 断路器选择条件 18 6 2 2 断路器参数选择 校验 18 6 3 隔离开关的选择 20 6 3 1 隔离开关的一般条件 20 6 3 2 60KV 侧隔离开关的选择 21 6 4 互感器的选择 21 6 4 1 互感器选择的条件 21 6 4 2 电压互感器的选择 22 6 4 3 电流互感器的选择 22 6 5 母线的选择 23 6 5 1 母线选择的要求及条件 23 6 5 2 截面选择说明 23 6 5 3 校验说明 23 6 6 开关柜的选择 24 第七章 高压配电装置的规划设计 25 7 1 配电装置设计原则 25 7 2 配电装置设计要求 25 7 3 配电装置的选型 26 7 4 间隔宽度和设备布置 26 第八章 变电所继电保护 自动装置的规划设计 27 8 1 总则 27 8 2 一般规定 27 8 3 主变保护的详细说明 27 8 3 1 电力变压器的主要故障 28 8 3 2 本次设计中主变安装的保护 28 8 4 母线保护 29 8 4 1 母线保护 29 8 4 2 断路器失灵保护 30 8 5 安全自动装置 31 8 5 1 一般规定 31 8 5 2 自动重合闸装置 ZCH 31 8 5 3 自动电源投入装置 BZT 31 第九章 过电压保护 32 9 1 过电压的来源 32 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 IV 9 2 过电压的分类 32 9 3 过电压的防范措施 32 9 3 1 操作过电压 32 9 3 2 谐振过电压 32 第十章 避雷保护 33 10 1 避雷器的选择 33 10 2 避雷针的选择 33 第二部分 计算书 35 第十一章 短路计算 35 11 1 等值电抗的计算和等值电路图和短路计算 35 11 2 60KV侧短路电流的计算 37 11 3 10KV侧短路电流的计算 38 第十二章 变电所主接线的选择 39 第十三章 主变的选择 40 第十四章 电器设备的选择 41 14 1 母线的选择 41 14 1 1 60KV母线的选择 41 14 1 2 10KV 侧母线的选择 42 14 2 60KV 高压断路器的选择 44 14 3 60KV 高压断路器的选择 45 14 4 60KV侧电流互感器的选择 46 14 5 60KV 侧电压互感器的选择 46 14 6 10KV侧高压开关柜的选择 47 14 7 10KV 侧避雷器和电压互感器柜的选择 48 第十五章 电容器选择与补偿 50 15 1 电容器的确定 50 第十六章 输电线路 53 第十七章 防雷保护的设计 55 设计总结 56 参考文献 57 致谢 58 附 录 59 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 1 引 言 本毕业设计论文为高台二次变电所的设计 要求所设计的变电所考虑五年 的发展计划 并能长期可靠为其负荷供电 设计过程中应该遵循国家的法律 法 规 贯彻执行国家经济建设的方针 政策和基本建设程序 运用系统工程的方 法从全局出发 正确处理生产与生活 安全与经济等方面的关系 实资源的综 合利用 节约能源和争取减少用地 对主要设备和主体工程的规划要做到经济 灵活 可靠 在上述原则基础上 进行毕业设计 首先要选择合适的电气主接线 主变 短 路电流的计算 之后根据短路电流的计算结果来进行的电气设备选择 最后做高 压配电装置的规划 继电保护和自动装置的规划设计 防雷保护规划 绘制图 纸等工作 从而形成完整的论文 目前 随着经济的高速发展 对供电的要求也有所提高 电能的主要特性是 发电 输电 变电 用电同时进行 若有一个环节出现故障 整体的电力系统就要 崩溃 因此 对变电所的设计就显得极为重要了 不但要保证变电所的经济性 更 重要的好要保证它能够安全 可靠的供电 本次的设计是在遵守国家规定的基础 上 考虑了经济性 可靠性 并进行了反复的校验 形成的比较完善的论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 2 第一部分 说明书 第一章 原始资料分析 1 1 变电所设计原则 待设计的变电所应根据 变电所设计技术规程 中有关条例来进行设计 以保证待设计变电所可以安全供电 1 1 1 总则 第一条 变电所的设计必须贯彻执行党的有关方针 政策 设计中不断总 结实践经验 在保证安全运行 经济合理的条件下 力求接线简化 布置紧凑和逐步提高自动化水平 并积极慎重地采用新技术 第二条 本规程使用于电压为 35 330 千伏 每台变压器容量为 5000 千 伏安及以上新建变电所的设计 扩建工程的设计可参照执行 电压为 35 千伏 每台变压器容量为 1600 4000 千伏安新建变电所 的设计 可参照本规程的有关规定 但应予以适当简化 第三条 变电所应根据 5 10 年电力系统发展规划进行设计 枢纽变电所连接的电源数和回路数 还应根据电力系统运行的安全 和经济等条件确定 1 1 2 所址选择和所区规划 第四条 变电所的所址应符合下列要求 一 接近负荷中心 二 不占或少占农田 三 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 四 交通运输方便 五 具有适宜的地质条件 例如避开断层 滑坡 塌陷区 溶洞地带 等 如所址是有矿藏的地区 应征得有关部门的同意 避开有危岩和易发生滚石的场所 六 尽量不设在空气污秽地区 否则应采取防污措施或设在污源的上 逢侧 七 110 330 千伏变电所的所址标高宜在百年一遇的高水位之上 35KV 变电所的所址标高宜在 50 年一遇的高水位之上 否则应有 防护措施 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 3 八 所址不应为积水淹沁 山区变电所的防洪措施应满足泄洪要求 九 具有生产和生活用水的可靠水源 十 适当考虑职工生活上的方便 十一 确定所址时 应考虑对邻近设施的影响 1 1 3 所区内建筑物 构筑物的布置 第五条 所区内建筑物 构筑物的布置应紧凑合理 充分利用地形 并应 考虑便于扩建 为了减少所区内占地面积或当所区面积受限制时 配电装置中应尽量采用减少占地的电器 或在布置上采用高型或 半高型方式等 第六条 所区的竖向布置 应符合下列要求 一 尽量利用原有自然地形 减少土石方量 且不致减少扩建时填 挖土石的困难 二 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 150 300 毫米 并根据地质条件考 虑沉降量 三 所区应有排水措施 各地段的设计坡度不应小于 0 5 四 所区地面坡度不应超过 8 如土质易受冲刷 不宜超过 5 必 要时可采用其他措施 如阶梯形布置等 但应便于所内运输 第七条 在装有同步调相机的变电所中 冷却塔或喷水池与主变压器 屋 外配电装置和建筑物间的距离不应小于规定的数值 冷却塔或喷 水池应尽量布置在主变压器 屋外配电装置和建筑物的冬季主导 风的下风侧 1 1 4 管线布置 第八条 地下管线一般与道路平行布置 如地下管线和道路交叉 其交叉 长度应为最短 第九条 各种底下管线之间和地下管线与建筑物 构筑物道路之间的最小 净距 应根据敷设和检修的要求 建筑物基础的构造 管线的埋 设深度 检修井的位置及当地其他条件确定 第十条 地下管线一般采用直埋敷设 110 330 千伏变电所一般设在给 排水管 所区内建有水井的 35 千伏变电所 一般不设给水管道 但变电所附近已有公用给 水管道者除外 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 4 1 1 5 所区内 外道路 第十一条 变电所应有道路与外部公路连接 其路面宽度一般不小于 3 5 米 变电所内应设置环行道路或回车道 环行道路面宽度一般为 3 米 由变电所大门至主变压器的道路可适当加宽 所区内 外道路一般采用中级路面或次高级路面 第十三条 变电所没应设巡视小道 并可利用电缆 沟盖板作为部分巡视道 1 2 原始资料分析 一 用户的负荷情况及重要程度分析 用户的负荷情况及其重要负荷程度是变电所设计的重要依据 直接影响到 变电所设计的合理性和供电的可靠性 对负荷的分析应根据设计任务书给定的 各级电压进出线回路数 负荷种类 大小等进行综合分析 确定负荷性质及其 对可靠性的要求 负荷的重要性程度可由负荷的生产过程对供电的要求及用户 在国民经济中的地位来决定 对于有些在生产过程中如果发生停电会造成重大 人身伤亡事故或严重经济损失的用户 必须保证足够的供电可靠性 二 原始资料 一 设计题目 高台二次变电所电气工程 部分 设计 二 设计原始资料 1 待设计变电所为该地区公用变电所 电压等级为 60 10kv 60kv 侧有两回进 线 为架空线路 线路长如图所标示 14 回出线 2 该所所处地区地势平坦 海拔高度为 170m 交通方便 周围空气无污染 最高气温 36 最低气温 30 年平均气温 21 3 系统网络如图所示 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 5 图 1 1 系统网络图 4 表 1 1 10kv 侧负荷表 线路状况序 号 负荷名称远期最大 负荷 KW 功率因数 回路长度 Km Tmax 1 污水处理厂 1 20000 9284305 2 污水处理厂 2 20000 9254290 3 轮胎厂 18000 9264280 4 制药工厂 17000 9266000 5 炼铁工厂 28000 92107100 6 购物广场 11000 9142500 7 光电管厂 14000 9252900 8 食品厂 12000 9173400 三 其他条件 1 荷的同时系数取 Kp 0 85 Kq 0 90 2 有负荷率取 0 76 0 80 3 变电所最大负荷时 60KV 母线电压为 58 7kv 最小负荷时为 60 2kv 四 技术要求 1 变电所的功率因数在 0 90 以上 2 所有用户 10kv 线路入口出的电压偏移为 5 电压损耗不超过 8 3 60kv 的线路的电压损耗不超过 10 五 设计工作任务 1 分析设计任务书中给定的基本条件 2 选择本变电所的主要变压器 确定变压器的型式 容量 台数 变比 3 选择本变电所的电器主接线 4 计算短路电流 5 选择电气设备 母线 高压断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感 器 补偿电容器 6 配电装置设置 7 主变压器继电保护设计 8 过电压保护设计 六 设计成品 1 设计说明书一份 2 设计计算书一份 3 变电所电器主接线图一份 4 变电所屋外断面图一份 两个断面 5 变压器保护原理接线图一份 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 6 第二章 变电所电气主接线的现在 2 1 主接线的设计原则及基本要求 电气主接线是多种主要电气设备 如发电机 变压器 开关 互感器 线 路 电容器 电抗器 母线 避雷器等 按一定顺序要求连接而成的 是分配 和传送电能的总电路 将电路中各种电气设备统一规定的图形符号和文字符号 绘制成的电气连结图 称为电气主接线图 变电所的电气主接线是电力系统接 线的主要部分 主接线的确定对变电所的安全 稳定 灵活 经济运行以及对 电气设备选择 配电装置布置 继电保护拟定等都有着密切的关系 由于发电 变电 输配电和用电是同时完成的 所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统 和变电所本身 同时也影响到工农业生产和人民生活 因此 主接线设计是一 个综合性问题 1 灵活性 根据 220 500KV 变电所设计技术规程 SDJ2 88 规定 变电所电气主 接线应根据该变电所在电力系统中的地位 电压等级 回路数 所选设备特点 负荷性质等因素确定 满足运行可靠性 简单灵活 操作方便 节约投资等要 求 2 可靠性 1 研究主接线可靠性应注意的问题 a 应重视国内外长期运行实践经验及其可靠性的定性分析 b 主接线的可靠性包括一次部分和二次部分在运行中的可靠性的综合 c 主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度 采用可靠性能高 的电气设备可以简化接线 2 可靠性的具体要求 a 断路器检修时 不影响对系统的供电 b 断路器或母线故障及母线检修时 尽量减少可停运回路数和停用时间 并 且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电 c 尽量避免全部停运的可能性 3 经济性 投资省 主接线应力求简单以节省一次设备 并使二次回路把过于复杂 占地面积小主接线要为配电装置创造条件 尽量使占地面积减少 电能损失 小 经济合理地选择主变压器的种类 容量 数量 要避免因变压而增加电能 损失 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 7 此外还要满足运行 检修要求和扩建要求 1 调度时 应可能灵活地投入和切除发电机 变压器和线路 调配电源和负 荷 满足系统在事故运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求 2 检修时可以方便地停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修而 不致影响电力网的运行和对用户的供电 3 扩建时 可以容易地从初期接线过度到最终接线 在不影响连续供电或停 电时间最短的情况下 投入新装机组 变压器或线路而不互相干扰 并且对一 次和二次部分的改建工作量最少 2 2 主接线方案 主接线的初步设计至少给出两种方案 以便在审核中进行比较 根据系统 和负荷性质的要求 主接线方案初步给出以下两种 第一种方案 一次侧采用单母分段接线 二次侧采用单母分段带旁路母线的主接线 具 体情况如下图 图 2 1 第一种方案主接线图 第二种方案 一次侧采用外桥接线 二次侧采用单母分段带旁路接线 具体情况如下图 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 8 图 2 2 第一种方案主接线图 2 2 1 主接线方案的确定 以上两个方案中 主接线二次侧方案相同 只比较一次侧方案 第一方案的特点如下 用断路器把母线分段后 对主要用户可以从不同段 引出两个回路 有两个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故 障切除 通过旁路给重要负荷继续供电 保证正常段母线不间断供电和不致主 要用户停电 缺点 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线的回 路都要在检修期间停电 且影响主变压器的负荷分配 当出线为双回路时 常 使架空线路出现交叉跨越 扩建使需要向两个方向均衡扩建 第二个方案的特点如下 结构简单 经济 通过两个短路器的倒闸操作 可以轮流检修一台主变而不致使供电中断 一台主变故障后 能迅速恢复供电 可以少选一组母线修任意一组母线 减少投资 但容易误操作 不能扩建 有 背于可靠性 和五年内的发展要求 从经济性来看 由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同 所以只是 比较中和综合造价 显而易见 第一种方案不经济 从可靠性来看 第一种方案显然比第二种高 由于现在经济的高速发展 对于一座一般性的地区变电所应考虑起 其几年内的扩建情况 所以第一种方 案可以满足 从运行灵活性来看 第一种方案比第二种方案的倒闸操作要简便 通过以上的比较 可以发现第一种方案便于扩建 可靠性高 操作简便为 主要优点 第二种方案经济性比较 考虑综合因素选第一种方案为本变电所的 主接线方案 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 9 第三章 主变压器的选择 3 1 主变压器的容量和台数的确定原则 在各级电压等级的变电所中 变压器是主要电气设备之一 担负着变换网 络电压 进行电力传输的重要任务 确定合理的变压器容量是变电所安全可靠 供电和网络经济运行的保证 变电所的主变压器容量和台数的确定原则 连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量 应考虑以下因素 1 当一台变压器停止运行时 其他的变压器应向它的负荷转供电能 保证其 重要负荷不停止供电 日最小负荷 2 若选择两台变压器时 当一台变压器出现故障或检修停用时 另一台到保 证对变电所重要负荷的供电 因此 再确定变压器的容量是要考虑变压器的过负 荷能力 每台变压器的容量要大于总负荷的百分之六十 3 1 1 变压器容量的选择 对于一般性的地区变电所 一般按变电所建成后 5 10 年的规划负荷选择 并要适当考虑到远期 10 20 年负荷发展 在原始材料中给出了 10KV 侧负荷表 线损率 变电所的平均功率因数 由此已知条件可得出远期最大总负荷 max max 1 5 P P maxP 总负荷 根据电力规程 对于该变电所 当一台主变压器停运时 另一台变压器应能 保证全部负荷的 60 所以总负荷乘以 60 得出得结果为一台变压器所要保证 的负荷容量 根据该容量确定变压器的容量 通过计算本变电所总负荷 2 2 maxmax max Q SP 根据运行条件和负荷容量 选择 SZ7 8000 63 型变压器 3 1 2 主变压器的台数的确定 发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级 接线形式 传输容量以及和 系统的联系有密切关系 通常与系统具有强联系的大 中型发电厂和枢纽变电 所 在这种电压等级下 主变压器应不少于 2 台 而对弱联系的中 小型电厂 和低压侧电压为 6 10kv 的变电所或与系统联系只是备用性质时 可只装 1 台 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 10 主变压器 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所 可设 3 台主变 压器 由于该变电所为一般的地区变电所 所以装设两台主变压器为宜 3 2 变压器分接头的选择原则 考虑到利用变压器调节电压的需要 在双绕组变压器的高压绕组和三绕组 变压器的高 中压绕组有若干分接头可供选择使用 普通变压器只能在停电情 况下改变分接头 因此 对每一变压器必须在事先选好一个适合的分接头 这 样在运行中出现最大负荷时 电压偏移不致超出允许范围 而有载调压变压器 可以在变压器运行是调压 由于任务书中对电压偏移和电压损耗作出了技术要求 所 以本次设计我选用有载调压 分接头比较多的 变压器 即 63 8 1 25 接分头 3 3 主变压器形式的选择 根据主变压器相数选择原则可知 当不受运输条件限制时 330KV 及以下 待设变电所为 60 10KV 的变电所 均应选用三相变压器 待设变电所深入 引进至负荷中心 是具有直接从高压降为低压供电条件的变电所 所以为简化 电压等级或减少重复降压容量 可采用双绕组变压器 所以 最终确定选择三 相双绕组电力变压器 我国 35KV 以上采用 Y 连接 其中中性点通过消弧线圈接地 35KV 以下采 用 连接 综上所述 该变电所主变压器选 SZ7 8000 63 Y D11接线 3 4 补偿容量的确定 3 4 1 电力容器的选择原则 根据 变电所设计技术规程 中电容器选择规定来选择电容器 电容器组总容量应按下列要求确定 并联补偿电容器的总容量应满足所 需的无功功率补偿值 其中串联组数应根据电力网和电容器的额定电压确定 串联补偿电容器组的容量应满足补偿度的要求 其中并联台数应按线路正常 负荷电流选择 电容器组的接线方式应按下列要求确定 在并联补偿电容器组中 当电 容器和电力网的额定电压相同时 应将电容器接成三角形接线 当电容器的额 定电压低于电力网的额定电压时 可将若干电容器或电容器串联 然后接成星 形或三角形接线 串联补偿电容器组的接线 应根据电力系统具体情况 以 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 11 及电容器故障时的放电能量不超过制造厂规定的允许值而定 电容器组的绝缘等级应和电力网的额定电压相配合 当电容器的额定电压 低于电力网的额定电压时 应将每相电容器的支架绝缘 起绝缘等级和电力网 的额定电压相配合 3 4 2 补偿容量的确定 为了提高待设计变电所的功率因数 COS 使其满足设计要求 需要对变 电所进行无功补偿 使功率因数提高到 0 9 以上 根据公式求得补偿容量 Qc Ppj tg 1 tg 2 0 76 14310 0 6408 0 484 3373kvar 查 新编工厂电气设备手册 选择电容容量 型号 TBB310 5 1200 100 其所选电容器的总台数 应满足系统接线中 A B C 三相的分配 即总台数应 为 3 的倍数 按所选的总台数的容量应大于计算数值 Qc 3373kvar 因而所选 的台数为 3 3 4 3 校验 校验是为了满足设计中的要求 看是否将功率因数提高到 0 9 验证所 选电容器是否满足要求 若校验合格 也要要求所选的电容器的总台数为三的 倍数能够平均分配到三相上 从而保证三相对称 否则 重新选择电容器的型号 与总台数 至校验合格为止 根据公式 P QQ ca cca av 1 1 22 cos 求出功率因数为 0 94 0 9 故所选的 3 台型号为 TBB310 5 1200 100 的 电力电容器满足要求 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 12 第四章 变压器的经济运行 在一个变电所内装有 m m 2 台容量和型号都相同的变压器时 根据负 荷的变化 适当改变投入运行的变压器的台数 可以减小功率损耗 当总负荷 功率为 s 时 并联运的 m 台变压器的总损耗为 2 0T mK mm N S mS PPP 式中 P0 PK 分别为一台变压器的空载和短路损耗 SN 为一台变压器 的额定容量 由上式可见 变压器铁芯损耗与台数成正比 绕组损耗则与台数成反比 当变压器轻载运行时 绕组损耗所占比重相对减小 铁芯损耗的比重相对增大 则在某一负荷下减少变压器台数 就能降低总的功率损耗 为了求得这一临界 负荷值 对于负荷功率为 S 时 m 1 台并联运行的变压器的总功率损耗为 2 1 0 1 1 r mN PmPSmS 使的负荷功率即为临界功率 其表达式为 1 rmr m PP 0 1 aK SS m mPP 当负荷功率S Scr 时 宜投入 m 台变压器并联运行 当SScr 时宜投入 2 台变 压器并联运行 当Sish 热稳定校验公式 KhIN wqeqIT 6 5 母线的选择 6 5 1 母线选择的要求及条件 母线除满足工作电流 机械强度和电晕要求外 导体形状还应满足下列要求 电流分布均匀 机械强度高 散热良好 有利于提高电晕起始电压 安装 检修简单 连接方便 由于以上条件很难同时满足 故本变电所采用软母线形式 一般条件 a 配电装置中软母线的选择 应根据环境条件 环境温度 日照 风速 污 秽 海拔高度 和回路负荷电流 电晕 无线电干扰等条件 确定导线的截面 和导线的结构型式 b 在空气中含盐量较大的沿海地区或周围气体对铝有明显腐蚀的场所 应尽 量选用防腐型铝铰线 c 当负荷电流较大时 应根据负荷电流选择较大截面的导线 当电压较高时 为保持导线表面的电场强度 导线最小截面必须满足电晕的要求 可增加导线 外径或增加每相导线的根数 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 24 6 5 2 截面选择说明 a 为了保证母线的长期安全运行 母线在额定环境温度 0和导体面正常发 热允许最高温度 e下的允许电流 Ie应大于或等于流过导体的最大持续工作电 流 Igmax即 Igmax K Ie K 为温度修正系数 b 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 20 米以下的母线外 一般均应按经济电流密度选择导体的面积 这样 可使年运行费用最低 经济电流密度的大小与导体的种类和最大负荷利用小时 数 Tmax有关 母线经济截面为 S Igmax J 6 5 3 校验说明 a 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 110 220 千伏裸母线晴天不发生可见电晕的条件是 电晕临界电压 Uli应大于最 高工作电压 Ugmax 即 Uli Ugmax 220 千伏软母线不校验电晕的最小截面为 300 mm 2 b 热稳定校验 根据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 其公式 为 S Smin tdzKf c I 式中 Smin 根据热稳定决定的导体最小允许截面 mm 2 I 稳定短路电流 A tdz 短路电流等值发热时间 kf 集肤效应系数 C 热稳定系数 其值与材料及发热温度有关 6 6 开关柜的选择 在 10KV 的户内系统的 电气设备中 我们通常是使用开关柜的形式 因为 这样可以省去很多不必要的检验 因为是架空线的出线的开始都使用电缆代替 架空线 因此我们选择的开关柜是电缆出线的 开关柜中有断路器 隔离开关 电流互感器 母线 操作机构等 XGN102 固定式开关柜 适应于发电厂 变电所及工矿企业中的 3 10KV 的 交流系统 用在 50HZ 的电网 作为接受和分配电能的作用 配断路器的柜体由 接地金属隔板分隔成四部分 即 母线室 继电器室 断路器手车室和电缆室 其它主要一次设备元件都固定安装在各自的小室内 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 25 表 6 9 XGN102 型金属铠装移式的开关柜技术参数 名称参数名称参数 额定电压 KV 10 额定热稳定时间 4s 最高工作电压 KV 11 5 额定电流 A 630 2500 额定关合电流 KA 50 母线系统单母线 额定动稳定电流 KA 50 操作机构电磁操动 弹簧操动 额定热稳定电流 KA 20 外型大小 mm 1000 1200 2150 表 6 10 变电所电气设备的选择型号 名称型号 60kv 侧 LGJ 150 母线 10kv 侧 63 10 矩形母线 短路器60kv 侧 SW 60 1000 隔离开关60kv 侧 GW5 60 630 电压互感器60kv 侧 JCC 60 电流互感器60kv 侧 LCW 60 开关柜10kv 侧 XGN102 第七章 高压配电装置的规划设计 7 1 配电装置设计原则 高压配电装置的设计必须依据有关规程 规范及技术规定 并根据电力系统 条件 自然环境特点和运行 检修 施工方面的要求 合理制定布置方案和选 用设备 积极慎重地采用新布置 新设备 新材料 新结构 使配电装置设计 不断创新 做到技术先进 经济合理 运行可靠 维护方便 变电所的配电装 置型式的选择 应考虑所在地区的合理情况及环境条件 因地制宜 节约用地 并结合运行 检修和安装要求 通过技术经济比较予以确定 在确定配电装置 时 必须满足下列四点要求 a 节约用地 b 运行安全和操作巡视方便 c 便于检修和安装 d 节省钢材 降低造价 7 2 配电装置设计要求 1 满足安全净距的要求 屋内电气设备外绝缘体最低部位距地小于 2 5m 时 应装设固定遮栏 屋外配电装置使用软导线时 带电部分至接地部分之间 的最小电气距离 应根据条件惊醒校验 外过电压和风偏 内过电压风偏 最 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 26 大工作电压 短路摇摆和风偏 2 施工 运行和检修的要求 a 施工要求 配电装置的结构在满足安全 运行的前提下应尽可能简化 配电装置的设计要考虑安装检修时设备搬运及起 吊的便利 工艺布置设计应于考虑土建施工误差 确保电气安全距离的要求 配电装置的设计必须考虑分期建设和扩建过渡的便利 b 运行要求 各级电压 配电装置之间以及它们和各种建筑物之间的距离和相对位置 应按最终规模统 筹规划 充分考虑运行的安全和便利 配电装置的布置应该做到整齐清晰 各 个间隔之间要有明显的界限 配电装置内应设有操作 巡视用的通道 变电所 周围的物外配电装置周围宜以高度民主不低于 1 5m 的围栏 所区周围围墙宜采 用 2 2 2 5m 的实体墙 c 检修要求电压为 110KV 以上的屋外配电装置 应视 其在系统中的地位 接线方式 配电装置型式以及该地区的检修经验等情况 考虑带电作业的要求 3 噪声的允许标准及限制措施 配电装置设计应重视对噪音的控制 降低 有关运行场所的连续噪音级 4 电晕无线电干扰的特性和控制 配电装置中的悼线及电气设备所产生的 综合干扰水平 一般以变电所围墙一定距离的干扰值为标准 7 3 配电装置的选型 35KV 以上配电装置一般为屋外 屋外配电装置可分为中型 半高型 高型 1 中型配电装置是把所有的开关电器都安装在较低的基础架上 母线一般 由绞线或硬管母线和悬垂绝缘子串成支撑绝缘子组成悬挂在门型架构上 母线 水平高于开关电器所在水平面 2 高型和半高型配电装置的母线和电器分别装在几个不同高度的水平面上 并重叠布置 凡是将一组母线与另一组母线重叠布置时 称为高型配电装置 如果反将母线与断路器 电流互感器重叠布置 则称为半高型配电装置 3 经济技术比较 高型配电装置的主要优点是节约用地 效果显著 其占地面积仅为普通 中型的 50 左右 同时 由于布置紧凑 也咳节省较多的电缆 钢芯铝绞线及 绝缘子串 但其消耗钢材多 有的工程甚至为中型的 30 且上层母线隔离开 关检修比较困难而中型配电装置恰好解决这个问题 屋外中型配电装置按隔离开关的布置方式可分为普通中型和分相中型 两种对于普通中型布置在母线下放 分相中型可以节约用地 简化构架 节省 钢材 本变电所 60KV 配电装置拟采用屋外分相中型 把所有的开关电器安装在 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 27 较低的基础支架上 母线采用绞线并用悬垂绝缘子串悬挂在门型构架上 母线 水平面高于开关电器所在的水平面 60KV 分相中型布置取消了复杂的双层结构 布置更加清晰 悬式绝缘子串也减少了二分之一 使正常的检修和维护工作量 相应减少 优点是正常的检修和维护工作量少 节约用地 简化构架节省钢材 10KV 侧拟采用普通中型布置 其优点是布置比较清晰 不易误操作 运行可靠 施工和维修都比较方便 构架较低 抗震性能好 所用钢材少 造价较低 7 4 间隔宽度和设备布置 a 60KW 侧 采用 14m 的间隔宽度 边线与构架的距离为 2 5m 相间距离采 取 4m 断路器采用单列式布置 b 10KV 侧 采用 4m 的间隔宽度 相间距离采取 1 2m 断路器采用单列式 布置 关于屋外配电装置的设备支架高度 构架高度为 8 5m 按配电装置设计规程要求必须保 证电气设备外绝缘体最低部位距地面不得小于 2 5m 第八章 变电所继电保护 自动装置的规划设计 8 1 总则 1 继电保护和安全运行的自动装置应符合可靠性 选择性 速动性和灵敏 性的要求 当确定其配电装置和构成方案时 应考虑以下几个方面的问题 1 电力设备和电力网的结构特点和运行特点 2 故障出现的概率和可能出现的结果 3 电力系统近期发展的情况 4 经济的合理性 5 国内 外的经验 2 继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分 它应满足电力网的结构和厂 站主接线要求和厂站运行方式的灵活性 8 2 一般规定 1 电力系统中的电力设备和线路 应装设在短路故障和异常运行的保护装 置上 电力设备和线路故障和异常运行装置应有主保护 必要时可增设辅助设 备 2 继电器应满足可靠性 速动性 灵活性和选择性 3 制定保护配制方案时 对稀有故障 根据对电网影响程度和后果应采取 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 28 相应措施 保护能按要求切除 4 在各保护装置接于 LH 二次绕组本身时 应考虑到既要消除死区 同时 又要尽可能减轻本身故障所产生的影响 5 当采用后备方式时 变压器或电抗器后面发生短路 以及在电路助增作 用很大的相邻线路上发生短路的情况下 如果为了满足相邻保护区末端短路时 的灵敏性的要求 将使保护过分复杂或在技术上难以实现 可以缩小后备作用 的范围 6 电力设备或电力网的保护装置 除预先规定以外 都不允许系统因震荡 引起的误动作 7 正常情况下 当电压互感器的二次回路或其他故障能使保护误动作时 应装设线路闭锁或其他措施 8 3 主变保护的详细说明 主变是变电所中的核心元件 它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行 带来严重的后果同时大量的电力变压器也是十分贵重的元件 因此 我们必须 根据变压器的容量和重要程度考虑性能良好的 工作可靠的继电保护装置 8 3 1 电力变压器的主要故障 变压器的内部故障可分为油箱内和油箱外故障两种油箱内故障包括绕组的 相间短路 接地短路 匝间短路以及铁心损耗等 油箱外故障 主要是套管和 引出线上发生相间短路和接地短路 变压器的不正常运行状态主要有 由于变压器外部相间短路引起过电流和 外部接地短路引起过电流和中性点过电压 由于负荷超过额定容量引起过负荷 以及由于漏油等原因而引起的油面降低 此外 对大容量的变压器 由于其额定工作时的磁通密度相当接近于铁心 的饱和磁通密度 因此在过电压或低频率等异常运行方式下 还会发生变压器 的过励磁故障 8 3 2 本次设计中主变安装的保护 1 在本次设计中考虑到若发生油箱内部故障时会产生电弧 将引起绝 缘物质的剧烈气化 从而引起爆炸 将会造成巨大损失 因此在主变上必须装 有瓦斯保护 作为主变的主保护 轻 重瓦斯保护 能反应铁心内部烧损 绕组内部短路及断线 绝缘逐渐 劣化 油面下降等故障 不能反应变压器本体外的故障 也作为主保护 其中 轻瓦斯保护作用于发信号 而重瓦斯保护作用于跳闸 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 29 2 根据电力变压器规程 并列运行的变压器 容量为 6300KVA 以上时 单独运行的变压器容量超过 10000KVA 以上时 发电厂厂用工作变和企业中的重 要变压器 容量为 6300KVA 以上时 应装设纵差保护 纵差保护的基本原理是 反映被保护元件两侧电流的大小和相位关系的原理 它能够判断出故障点是在 被保护设备上还是其他地方 它具有精确的选择性 3 根据电力变压器规程 对 400 KVA 以上的变压器 当数台并列运行 或单独运行并作为其他其他负荷的备用电源时 应根据可能过负荷的情况 装 设过负荷保护 本次设计中的主变是 8000 KVA 两台并列运行 因此应装设过 负荷保护 4 对于外边相间短路引起的变压器过电流 采用复合电压起动过电流保护 它是 低电压起动过电流保护的一个发展 当发生各种不对称短路时 将出现负序电压 其作用 于此继电器 则经过预定时间后继电器动作于跳闸 当发生三相对称短路是时 在短路开 始瞬间也会产生一个负序电压 此时保护装置的动作情况就相当于低电压起动过电流保护 此保护具有灵敏系数高 动作情况于接线方式无关 8 4 母线保护 8 4 1 母线保护 母线是力系统汇集和分配电能的重要元件 母线发生故障 将使连接在母 线上的所有元件停电 若在枢纽变电所母线上发生故障 甚至会破会整个系统 的稳定 是事故进一步扩大 后果极为严重 根据有关规程规定 以下情况应装设专用母线保护 1 对发电厂和变电所的 220 500kV 电压的母线 应装设能快速有选择 地切除故障的母线保护 并考虑实现保护双重化 2 110kV 双母线 3 110kV 单母线 重要发电厂或 110kV 以上重要变电所的 35 66kV 母 线 根据系统稳定要求 需要快速切除母线上的故障时 4 35 66kV 电力网中主要变电所的 35 66kV 双母线或分段但母线需要 快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障 以保证系统安全稳定运行和可 靠供电时 对发电厂和主要变电所的 3 10kV 分段母线及并列运行的双母线 一般可由 发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护 下列情况下 应装设专用母线 保护 需快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障 以保证发电厂及电 力网安全运行和重要负荷的可靠供电时 当线路断路器不允许切除线路电抗 器前的短路时 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 30 对母线保护的要求是 必须快速有选择地切除故障母线 应能可靠方便地 适应母线运行方式的变化 接线尽量简化 母线保护的接线方式 对于中性电 直接接地系统 为反映相间短路和单相接地断路 需采用三相式接线 对于中 性点非直接接地系统只需反映相间短路 可采用两相式接线 母线保护大多采 用差动保护原理构成 动作后跳开连接在该母线上的所有断路器 按构成原理的不同 母线保护主要分类如下 1 完全电流差动母线保护 即在母线所有连接元件中装设具有相同变比和特性的电流互感器 将他们 的二次线圈同极性连接在一起 然后接入电流型差动继电器 此类保护要求电 流互感器和电流继电器的内主抗要小 否则会造成外部故障时保护的误动作 故该类保护又称的阻抗式母差保护 完全电流差动母线保护的原理 与线路纵联差动保护十分相似 两种保护 只是被保护的对象不同而已 2 电压差动母线保护 若将电流型差动继电器换成内阻很高 约 2 5 7 5 的电压继电器 即构 成电压差动母线保护也称作高阻抗式母差保护 这种保护实际上是利用差动回 路阻抗变化的特征 有效地防止区外断路因电流互感器严重饱和造成保护误动 作 这种保护方式接线简单 动作速度快 适用于外部短路电流大 电流互感 器铁芯易于饱和的场合 国内已在推广使用 3 具有比率制动特性的电流差动母线保护 这种保护 因差动回路总电阻约 200 故又称做中阻抗式母差保护 他 与低 高阻抗式母差保护相比具有下列有点 减小了外部断路时的不平衡电 流 防止内部短路时可能出现的过电压 采用比率制动特性保证了动作的 选择性并提高了母线故障动作的灵敏性 8 4 2 断路器失灵保护 高压电网的保护装置和断路器都应采取一定的后备保护 以便在保护装置 拒动或断路器失灵时 仍能可靠切除故障 对于重要的 20kV 以及上主干线路 针对保护举动通常装设两套主保护 针对断路器拒动即断路器失灵 则装设断 路器失灵保护 在 220 500kV 电力网中 以及 110kV 电力网的个别重要部分 可按下列规 定装设断路器失灵保护 1 线路保护采用近后备方式 对 220 500kV 分相操作的断路器 可只 考虑断路器单相拒动的情况 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 31 2 线路保护采用近后备方式 如果有其他线路或变压器的后备保护切 除故障将扩大停电范围 并引起严重后果时 3 如断路器与电流互感器之间发生故障 不能由该回路主保护切除 而有其他线路和变压器后备保护切除将扩大停电范围 并造成严重后果时 断路器失灵保护主要由启动元件 时间元件 闭锁元件和出口回路组成 为了提高保护动作的可靠性 启动元件必须同时具备两个条件才能启动 其中 1 故障元件的保护出口机电器动作后不返回 2 在故障保护元件的保护范围内断路依然存在 即失灵判别元件启动 当母线上连接元件较多时 失灵判别元件可采用检查母线电压的低电压继 电器 动作电压按最大运行方式下线路末端断路时保护应有足够的灵敏性整定 当母线上连接元件较少时 可采用检查故障电流的电流继电器 动作电流在满 足灵敏性的情况下 应尽可能大于负荷电流 由于断路器失灵保护的时间元件在其他保护动作后才开始计时 动作延时 按躲过断路器的跳闸时间与保护的返回时间之和整定 通常取 0 3 0 5s 当 采用单线分段或双母线时 延时可分两段 第一段以短时限动作与分段断路器 或母联断路器 第二段在经一时限动作跳开有电源的出线断路器 8 5 安全自动装置 8 5 1 一般规定 1 在电力系统中 应装设安全自动装置 以防止系统稳定破坏或事故扩大 造成大面积停电 或对重要用户的供电长时间中断 2 电力系统安全自动装置 是指在电力网中发生故障或异常运行时 起控 制作用的自动装置 3 安全自动装置因满足可靠性 选择性 灵敏性和速动性的要求 8 5 2 自动重合闸装置 ZCH 基本要求 1 手动或遥控断路器断开 自动重合闸装置都不应动作 2 当断路器处于不允许实现自动重合闸的不正常状态 或系统频率降低自 动减负荷将断路器跳闸时 自动将其闭锁 3 采用控制开关位置与断路器位置不对应原理起动 ZCH 4 自动重合闸装置与继电保护相配合 沈阳工程学院毕业设计 论文 沈阳工程学院毕业设计 论文 32 5 自动重合闸动作后应能自动复归 准备好下一次动作 6 在两侧电源供电线路上采用自动重合闸应考虑同步问题 7 3KV 及以上的架空线路和电缆与架空混合线路 在具有断路器的条件下 如用电设备允许且无备用电源自动投入时 应装设自动重合闸装置 8 旁路断路器和母线联络断路器或分段短路器 应装设自动重合闸装置 9 低压侧不带电源的降压变压器 可装设自动重合闸装置 10 必