城南二次变电所电气工程初步设计毕业论文.doc

I 城南二次变电所电气工程初步设计毕业论文城南二次变电所电气工程初步设计毕业论文 目目 录录 摘摘 要要 V ABSTRACT VI 引引 言言 1 任务书任务书 2 第一部分第一部分 说明书说明书 5 第一章第一章 原始资料分析原始资料分析 5 第二章第二章 主变压器的选择主变压器的选择 5 2 1 变电所主变压器的容量和台数变电所主变压器的容量和台数 5 2 1 1 变压器容量的确定 5 2 1 2 主变压器的台数的确定 5 2 2 主变压器型式的选择主变压器型式的选择 5 2 2 1 相数的选择 5 2 2 2 主变压器绕组的数量 6 2 2 3 绕组连接方式 6 第三章第三章 电气主接线的选择电气主接线的选择 7 3 1 主接线方案主接线方案 7 3 1 1 主接线方案的确定 8 3 1 2 主接线二次方案的几点说明 9 第四章第四章 短路电流计算短路电流计算 10 4 1 电路元件参数计算电路元件参数计算 10 4 1 1 基准值计算 10 4 1 2 各元件参数标幺值的计算 10 4 2 网络变换网络变换 11 4 3 分支系数的计算分支系数的计算 11 4 4 转移电抗 计算电抗的求得转移电抗 计算电抗的求得 11 4 5 冲击电流的求得冲击电流的求得 12 II 4 6 短路容量的求得短路容量的求得 13 第五章第五章 电气设备的选择电气设备的选择 14 5 1 高压断路器的选择高压断路器的选择 14 5 1 1 60KV 侧高压断路器得选择 15 5 1 2 10KV 侧高压断路器的选择 16 5 2 隔离开关的选择隔离开关的选择 18 5 2 1 60KV 侧隔离开关的选择 19 5 2 2 10KV 侧隔离开关的选择 19 5 3 互感器的选择互感器的选择 19 5 3 1 电压互感器的选择 20 5 3 2 电流互感器的选择 21 5 4 补偿装置的选择补偿装置的选择 22 5 5 母线的选择母线的选择 24 5 6 1 60KV 侧母线的选择 24 5 6 2 10KV 侧母线选择E 24 5 6 避雷器的选择避雷器的选择 25 5 7 主要设备表主要设备表 25 第六章第六章 继电保护及自动装置规划设计继电保护及自动装置规划设计 26 6 1 60KV 线路保护线路保护 26 6 2 主变压器保护主变压器保护 26 6 3 10KV 侧线路保护侧线路保护 27 6 4 并联电容器组保护并联电容器组保护 27 6 5 变压器备用电源自投装置变压器备用电源自投装置 28 6 6 10KV 分段开关备用自投装置分段开关备用自投装置 28 第七章第七章 配电装置设计配电装置设计 29 7 1 总的原则总的原则 29 7 2 设计要求设计要求 29 7 2 1 满足安全净距的要求 29 7 2 2 施工 运行和检修的要求 29 7 2 2 1 施工要求 29 7 2 2 2 运行要求 30 7 2 2 3 检修要求 30 III 7 2 3 噪音的允许标准及限制措施 31 第八章第八章 过电压防雷保护过电压防雷保护 32 8 1 直击雷的保护范围和保护措施直击雷的保护范围和保护措施 32 8 2 避雷针保护对象避雷针保护对象 32 8 2 避雷针保护范围的计算避雷针保护范围的计算 32 第二部分第二部分 计算书计算书 34 第一章第一章 变压器容量的确定变压器容量的确定 34 第二章第二章 短路计算短路计算 34 2 1 元件参数计算元件参数计算 34 2 2 网络变换网络变换 35 2 3 分支系数 转移电抗 计算电抗分支系数 转移电抗 计算电抗 35 2 4 基准值的计算基准值的计算 37 2 5 冲击电流冲击电流 37 2 6 短路容量的计算短路容量的计算 37 第三章第三章 设备的选择设备的选择 39 3 1 断路器的选择断路器的选择 39 3 1 1 60KV 侧断路器的选择 39 3 1 2 10KV 侧高压断路器的选择 40 3 2 电流湖互感器的校验电流湖互感器的校验 40 3 2 1 60KV 侧 LCW 60 型电流互感器校验 40 3 2 2 10KV 侧 LAJ 10 型电流互感器校验 41 3 3 母线的选择和校验母线的选择和校验 41 3 4 补偿装置容量的确定补偿装置容量的确定 42 第四章第四章 过电压防雷保护过电压防雷保护 43 4 1 单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围 43 4 2 两支等高避雷针的保护范围两支等高避雷针的保护范围 44 设计总结设计总结 45 致谢致谢 46 参考文献参考文献 47 IV 沈阳工业大学 1 引 言 随着电网的规模的迅速扩大 电压等级和自动化水平的不断提高 供电部 门为适应市场机制 加强科技进步和提高经济效益就成为电力经营管理关注的 重点问题 发展形式要求城乡变电站尽快实现无人值班 从国内外电网发展的 情况看 变电站采取无人值班是电网的科学管理水平和科技进步的重要标志 因此 在发达国家或地区的电网中 无人值班变电站已从 35 110kv 扩大到了 220kv 甚至向更高电压等级的变电站方向发展 由此可见无人值班变电站是 大势所趋 在我国 无人值班运行管理不是个新话题 早在 50 年代末 60 年代初 许 多供电局就曾进行过变电站无人值班的试点 当时采用的是原苏联的技术 并 且风行一时 但后来由于技术的不完善 还有管理和认识上的种种原因 多少 地区没有坚持下去 80 年代以后 随着自动化技术的发展和完善 特别是人们 对变电站无人值班认识的提高 郑州 深圳 大连 广州等地区出现了大量的 无人值班变电站 就据有关资料介绍 到 1996 年底 全国已有 600 余座无人 值班变电站 而到 1997 年底已达到 1000 余座 近年来 随着电网的发展 原电力工业部和国家电力公司先后颁布了有关 变电站无人值班工作的意见和要求 目前有关无人值班变电站设计规程正在编 写之中 不久即将正式颁发 这些文件的颁布与实施必然大大推动变电站无人 值班工作更快发展 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 16 回 重要负荷有 10 回 占总 负荷的 34 16 为了保证供电的可靠性和一次性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为奠定良好基 石的实践 沈阳工业大学 2 任务书 南城二次变电所电气工程 部分 设计 一 设计题目 南城二次变电所电气工程 部分 设计 二 设计原始资料 1 待设计变电所为造纸厂专用变电所 电压等级为 60 10kv 60 kv 侧有 两回进线 两回转供线 转供功率为 15MVA 10kv 侧有配出线 16 回 2 所处地区地势平坦 海拔高度为 100m 交通方便 周围空气无污染 最高气温 40 最低气温 25 年平均气温 10 3 系统网络如图所示 待设计变电所 5 50MW cos 0 8 xd 0 124 5 63MVA Ud 10 5 5 50MW cos 0 8 xd 0 124 5 63MVA Ud 10 5 72km 60kv 44km 电力系统 xd 0 646 SB 100MVA 沈阳工业大学 3 4 10kv 侧负荷表 序 号 负荷名称 远期最大 负荷 kw 功率因 数 Tmax 重要负 荷 所占比 例 回路 数 出线方 式 1 低压电气 厂 48000 913000702架空线 2水源地31000 906000702架空线 3电线厂29000 904000102架空线 4砂轮厂27000 904500152架空线 5 矿山机械 厂 18000 887000852架空线 6挖掘机厂17000 89300002架空线 7电力学校18000 89250002架空线 8辽河小区19000 88250001架空线 9供热公司20000 85150001架空线 三 其他条件 1 线损率取 5 2 负荷的同时系数取 0 9 3 有功负荷率取 0 75 无功负荷率取 0 8 4 要求变电所的平均功率因数补偿到 0 9 以上 四 设计工作任务 1 分析设计任务书中给定的基本条件 2 选择本变电所的主变压器 确定变压器的型式 台数 容量 变压比 3 选择本变电所的电气主接线 4 短路电流计算 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 避雷器和补偿电容器 6 配电装置设计 7 继电保护及自动装置规划设计 沈阳工业大学 4 8 过电压保护设计 五 设计成品 1 设计说明书一份 2 设计计算书一份 3 变电所电气主接线图一张 4 屋外配电装置平面一张 5 屋外配电装置断面图一张 画两个断面 6 屋外防雷保护图一张 沈阳工业大学 5 第一部分 说明书 第一章 原始资料分析 该变电所为一般性的地区终端变电所 电压等级为 60 10KV 有 4 回进线 根据 变电所设计技术规程 60KV 侧需用单母分段主接线 由于低压侧有 16 回出线 所以可采用单母分段带旁路接线 因为地势平坦 交通方便且年平均 气温为 10 所以主变压器的运输是没有问题的 变压器冷却方式也可以选风 冷 第二章 主变压器的选择 2 1 变电所主变压器的容量和台数 2 1 1 变压器容量的确定 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 P P 总负荷 COS 05 1 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 70 80 所以总负荷乘以 75 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 2 1 2 主变压器的台数的确定 由于该变电所为一般的地区终端变电所 也时造纸厂专用变电所 所以装 设两台主变压器为宜 2 2 主变压器型式的选择 2 2 1 相数的选择 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 沈阳工业大学 6 待设变电所为 60 10KV 的变电所 均应选用三相变压器 2 2 2 主变压器绕组的数量 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 2 2 3 绕组连接方式 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用 SF7 20000 63 SF7 20000 63 概述 该电力变压器用于额定频率 50Hz 电压等级为 63KV 容量为 20000KVA 的 输变电线或变电所中 作传输电能和改变电压用 可在户外连续工作 油浸式变压器的基本组成有铁心 线圈 器身 油箱 调压装置 冷却装置 出线装置及测量保护装置等部分 线圈高压部分采用多层分段连式 低压部分采用螺旋式结构 调压装置的高压绕组抽分接头 无励磁调压分接头开关 调压范围为 5 及 2 2 5 两种 冷却装置为三相风冷 联结组标号为 YN d1 沈阳工业大学 7 第三章 电气主接线的选择 我国 变电所设计技术规程 SDJ2 79 规定 变电所的主接线根据变电 所在电力系统的地位 回路数 设计特点及负荷性质等条件确定 并且应满足 运行可靠 简单灵活 操作方便和节约投资等要求 3 1 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 图 3 1 沈阳工业大学 8 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 第二种方案 一次侧采用单母线分段接线 二次侧采用双母分段的主接线 图 3 2 3 1 1 主接线方案的确定 以上两个方案中 主接线一次侧方案相同 只比较二次侧方案 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 供电可靠 通过两组母线的隔离开关的倒闸操作 可以轮流检修一组母线而不致使供电中断 一组母线故障后 能迅速恢复供电 沈阳工业大学 9 检修任意一组母线的隔离开关 只停回路 调度灵活 各个电源和各回路负荷 可以任意分配到某一组母线上 能灵活的适应系统中各种运行方式调度和潮流 变化的需要 扩建方便 向双母线的左右任何一个方向扩建 均不影响两组母 线的电源和负荷均匀分配 不会引起原有回路停电 当有双回架空线路时 可 以顺序布置 从致连接不同的母线段时 不会如单母分段那样导致出线交叉跨 越 便于实验 当个别回路需要单独进行实验时 可将该回路分开 单独接至 一组母线上 缺点 增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关 当母线故障或检修时 隔离开关作为倒闸操作电器 容易误操作 为了避免隔 离开关误操作 需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置 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 第二中方案不经济 从可靠性来看 第一种方案由于当一段母线或断路器发生故障时 使得变 压器负荷分配不均匀 而第二种方案不存在这种状况 所以第二种方案可靠性 较高 但对于一座一般性的地区终端变电所 第一种方案的可靠性可以满足 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投资少 可靠满足 操作简便为主要优 点 第二种方案可靠性高 扩建方便为主要优点 考虑综合因素选第一种方案 为本变电所的主接线方案 3 1 2 主接线二次方案的几点说明 1 主接线二次母线采用单母分段目的是 当一段母线或母线隔离开关出现故障 时 由母线隔离开关把故障段隔离 保证完好段母线继续向用户供电 可减少 停电范围 2 考虑对用户不间断供电 设置了旁路柜和旁路母线 这样当某一个出线回路 断路器或其他设备故障检修时 可通过旁路回路仍向该回路不断供电 3 原则上每段线设置一组电压互感器 而本方案在二次母线上只设置了一组电 压互感器 这就要求除了一段母线故障检修时母联隔离分段时 平时无论一台 变压器运行还是两台变压器运行都不允许母联隔离分段 4 所用变设置两台变压器 其中一台处于备用状态 沈阳工业大学 10 第四章 短路电流计算 短路计算的目的时为了电气元件的选择和校验 还有母线的选择和校验 4 1 电路元件参数计算 4 1 1 基准值计算 高压短路电流计算一般只计算发电机 变压器 线路的电抗 采用标幺值 计算 为了计算方便 通常只取基准容量 SB 100MVA 基准电压 UB一般取各级 平均电压 即 UB 1 05Ue Ue 额定电压 当基准容量 SB MVA 与基准电压 UB KV 选定后 基准电流 IB KA 已 决定 IB B B U S 3 4 1 2 各元件参数标幺值的计算 计算公式如下 发电机电抗标幺值 X d Xd cos e P SB Xd 电机次暂态电抗百分值 指电机额定容量 e P 20MVAV 63MVA 变压器电抗标幺值 X d Ud e S SB 变压器短路电压的百分值 d U 最大容量绕组的额定容量 单位 MVA e S 电力系统标幺值 X S X d cos eS SB 线路标幺值 X 2 B B U S 沈阳工业大学 11 4 2 网络变换 在网络简化中 对短路点具有局部对称或全部对称的网络 同电位的点可 以短接 其间的电抗可以略去 如图 4 1 所示 图 4 1 由于五台发电机和变压器的型式 电压等级都相同 可以简化 72Km 44Km 两回线路可简化 而系统和很它相连的 72Km 电线也可简化 如图 4 1 所示 4 3 分支系数的计算 SGGS XXX G GS S X X C S GS G X X C 4 4 转移电抗 计算电抗的求得 fS X S LGS C XX fG X G LGS C XX G B B B B B G G G G LL S 60KV 60KV G B L 60KV S 60KV 60KV 10KV 10KV f2 f1 沈阳工业大学 12 S X jS X fSX 1 jS X B G fS S S X 5 经过电路点 f1 f2的短路电流的标幺值可通过查 电力工程电气设计手 册 电气一次部分 中得汽轮机运算曲线数字表来取得 0 S 0 6 S 1 2 S 4 S 的短路电流标幺值 短路电流得有名值可通过标幺值乘以基准值 I I IB 得 其结果如表 4 1 所示 短路电流计算结果 表 4 1 短路点 短路持续时 间 s 项目G 1 5 S 流过电路点的 电流 KA 标幺值0 8290 861 0 有名值0 7590 789 1 548 标幺值0 7990 861 0 6 有名值0 7320 789 1 521 标幺值0 8700 861 1 2 有名值0 7970 789 1 586 标幺值0 8820 861 f1 4 有名值0 8080 789 1 597 标幺值0 5040 523 0 有名值2 6452 745 5 390 标幺值0 5090 523 0 6 有名值2 6722 745 5 417 标幺值0 5130 523 1 2 有名值2 6932 745 5 438 标幺值0 5130 523 f2 4 有名值2 6932 745 5 438 4 5 冲击电流的求得 三相短路发生后得半个周期 t 0 01S 短路电流的瞬时值达到最大 称 沈阳工业大学 13 为冲击电流 ich 其值按下式计算 冲击电流的瞬时值 ich kchI 2 式中 kch 冲击系数 可从 电力工程电气设计手册 电 气一次部分 中的表 4 15 查得 I 0s 的短路电流 冲击电流的有效值 Ich I 1 52 2 1 21 chK 2 1 21 chK 4 6 短路容量的求得 当供电电源为无穷大的时候 不考虑短路电流周期分量得衰减 短路点 f1 LSG XXXX 11 1f S X SB 所有的短路计算结果如计算书中表 2 1 所示 沈阳工业大学 14 第五章 电气设备的选择 5 1 高压断路器的选择 断路器及其操动机构应按下表所列的技术条件选择 断路器参数选择 表 5 1 项目参数 正常工作条件 电压 电流 频率 机 械负荷 短路稳定性 动稳定电流 热稳定电 流和持续时间 承受过电压能力 对地和断口间的绝缘水 平 泄露比距 技术条件 操作性能 开端电流 短路关合电 流 操作循环 操作次 数 操作相数 分合闸 时间及同期性 对过电 压的限制 某些特需的 开断电流 操动机构 环境 环境温度 日温差 最 大风速 相对湿度 污 秽 海拔高度 地震烈 度 环境条件 环境保护噪音 电磁干扰 对于断路器型式的选择 除应满足各项技术要求和环境条件外 还应考虑 便于施工调试和运行维护 并经经济比较后确定 该变电所所选的是六氟化硫 断路器 其综合条件满足要求 而且六氟化硫断路器是目前的主流产品 校验开断能力的量 在校验断路器的断流能力时 应用开断电流代替断流容量 一般取断路器实际开断时间 继电保护动作时间与断路器固有分闸时间之和 的短路电流作为校验条件 沈阳工业大学 15 设备的选择应该以最大运行方式下得最大短路电流作为依据 为了计算方 便本设计在设备选择中把系统容量视为无穷大电源 这样假设对于设备选择校 验是偏于保守得 无穷大电源的特点视短路电流周期分量不衰减 即 It I0 I 其短路电流周期分量衰减系数 1 5 1 1 60KV 侧高压断路器得选择 60KV 侧高压断路器得最大长期工作电流计算如下 控制 20MVA 变压器得断路器 1 05 maxg I eV S 3 根据最大长期工作电流和网络额定电压 七台均断路器选用 OFI 63 其断路器的参数如表 5 2 所示 60KV 高压断路器技术参数表 表 5 2 型号 定电 压 KV 高工 作电 压 KV 定电 流 A 定短 路开 断电 流 KA 额定 3s 热 稳定 电流 定短 路关 合电 流 KA 额定 动稳 定电 流 制回 路电 流 有分 闸时 间 ms 闸时 间不 大于 ms 定开 断时 间 Hz OFPI 63325505310V30203 校验 根据系统设计要求 60KV 侧继电保护动作时间为 0 5s 燃弧时间为 0 05s hbg tttt 式中 断路器固有分闸时 g t 间 沈阳工业大学 16 断路器继电保护时间 取后备保护第二段保护时间 b t 断路器触头开断燃弧时间 h t 由于 1 则 2查 f t 曲线得 fz t a t z t z t 故短路电流发热等值时间为 zfzdz ttt 60KV 侧短路发热量为 dz tI 2 式中 短路电流非周期分量发热等值时间 fz t 短路电流周期分量发热等值时间 z t 短路电流全电流发热等值时间 dz t 断路器触头开断计算时间为 bgk ttt 因为 t 0 1s 断路器触头开断的瞬间短路电流为 I I 60KV 侧得计算数据列于计算书表 2 中 OPFI 63 概述 该产品为瓷瓶式 由三个相同得单级和操作机构组成 没级由 底座 下瓷瓶和上瓷瓶组成 传动机构室置于底座下部 下瓷瓶作对地绝缘用 中间由操作杆通过 上瓷瓶内装由灭弧室 合闸时触头向上运动 灭弧室垂直 安装 其技术数据见表 5 2 5 1 2 10KV 侧高压断路器的选择 看断路器的规定可知 35KV 及以下的场所可以选用真空断路器 因为 35KV 及 以下的线路开断次数比较多 从真空断路器的技术参数表中看出可以满足要求 而且真空断路器也是主流产品 低压母线上有电容补偿装置 电容器可以通过 真空断路器投切更安全 跟稳定 10KV 侧的变压器二次侧总受断路器的最大长期工作电流计算如下 1 05 maxg I e e V S 3 根据最大长期工作电流和网络的电压断路器选为 ZN4 10C 型真空断路器 沈阳工业大学 17 校验 ZN4 10 型真空断路器的固有合闸时间为 0 05s 取继电保护整定时间为 0 05s 则短路电流持续时间 hbg tttt fz t a t 查 f t 曲线得 g t z t zfzdz ttt 断路器触头开断计算时间为 bgk ttt 因为 0 1s 断路器触头开断瞬间的短路电流为 I k t kb I 10KV 其他馈出线断路器得选择 除了最大长期工作电流按每个回路得最大 负荷电流计算外 其余参数均相同 且每个回路得最大负荷电流均小于变压器 回路得电流 故变压器二次侧出口的断路器选 ZN12 10 型 各负荷支路选 ZN4 10C 型真空断路器 它的计算数据合参数比较列于计算书表 3 中 ZN12 10 型真空断路器概述 ZN12 10 型真空断路器概述 ZN12 10 型 交流高压真空断路器为额定电压 10KV 三相交流 50Hz 的户内高压开关设备 示引进德国西门子公司技术制造的产品 本断路器的操动机构为弹簧储能式 可以用交流或支流操作 亦可手动操作 本断路器结构简单 开断能力强 寿 命长 操作功能齐全 无爆炸危险 维修简便 适用于发电厂 变电所等输配 电系统的控制或保护开关 尤其适用于开断重要负荷及频繁操作的场所 其技 术参数如表 3 所示 ZN4 10C 型真空断路器概述 ZN4 10C 型交流真空断路器系三相交流 50Hz 的配电装置 用于 10KV 及以下配电网络或电缆线路中 作为高压线路的频繁操 作和短路快速开断之用 本真空断路器配有专用的直流电磁操动机构 适用于 配电网络或电缆线路中的配电开关 电厂厂用电开关 电炉及其他负荷开关 本真空断路器配用于开关柜中 ZN4 10C 型为手推车式 可以装在固定开关柜 内 其技术参数如表 5 3 所示 真空断路器技术参数表 表 5 3 ZN12 10 ZN4 10C 额定电压 KV 1010 最大工作电压 KV 11 511 5 沈阳工业大学 18 额定电流 A 1250600 额定开断电流 KA 31 517 3 极限通过电流 峰值 KA 8044 最大关合电流 峰值 KA 8044 3s 4s 热稳定电流 KA 31 517 3 固分时间 s 0 065 0 045 0 05 配 CT8 为 0 06 固合时间 s 0 075 0 2 机械寿命 次 1000010000 额定短路电流开断次数 次 1000016 5 2 隔离开关的选择 断路器及其操动机构应按下表所列的技术条件选择 隔离开关参数选择 表 5 4 项目参数 正常工作条件 电压 电流 频率 机 械荷载 短路稳定电压 动稳定电流 热稳定电 流和持续时间 承受过电压 对地和断口之 间的绝缘水平 泄露比 距 技术条件 操作性能 分合小电流 旁路电流 和母线环流 操作机构 环境条件环境 环境温度 最大风速 覆冰厚度 相对温度 污秽 相对湿度 海拔 高度 地震烈度 沈阳工业大学 19 环境保护电磁干扰 隔离开关的选择除了不校验开断电流以外 其余与断路器的选择相同 因 为隔离开关与断路器串联在回路中 网络出现短路故障时 对隔离开关的影响 完全取决于断路器的开断时间 故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相 同 5 2 1 60KV 侧隔离开关的选择 本设计方案 60KV 侧其设置 16 组隔离开关 为了便于储备元件均选用同类 型的隔离开关 即 GW4 60G 630 型 GW 系列的隔开关是 220KV 及以下 系列较 全 双柱式 可高型布置 重量较轻 可手动 电动操作 计算数据合隔离开 关的参数列于表 5 5 中 60KV 隔离开关技术参数表 表 5 5 计算参数GW4 60G 630 g V60KV e V63KV maxg I192 45A e I630A ch i6 854KA p i20KA dz tI 2 55 0 81 0 2 tIth 2 5142 5 2 2 10KV 侧隔离开关的选择 为了购买合检修的方便 10KV 侧的隔离开关均选用 GN9 10 1250 40 型 其计算数据合技术参数列于表 5 6 中 10KV 隔离开关技术参数表表 表 5 6 计算参数GN9 10 1250 40 g V10KV e V10KV maxg I1102 214A e I1250A ch i23 863KA p i40KA dz tI 2 575 0 477 9 2 tIth 2 5202 沈阳工业大学 20 5 3 互感器的选择 跟断路器和隔离开关一样 如下表所示 电流互感器的参数选择 表 5 7 项目参数 正常工作条件 一次回路电压 一次回路电流 二次回路电流 二次侧负荷 准确度等级 暂太特性 二次级 数量 机械荷载 短路稳定性动稳定倍数 热稳定倍数 技术条件 承受过电压能力绝缘水平 泄露比距 环境条件 环境温度 最大风速相对湿度 污秽 海拔高 度 地震烈度 电压互感器的参数选择 表 5 8 项目参数 正常工作条件 一次回路电压 二次电压 二次负荷 准确度 等级 机械荷载技术条件 承受过电压能力绝缘水平 泄露比距 环境条件 环境温度 最大风速相对湿度 污秽 海拔高 度 地震烈度 5 3 1 电压互感器的选择 电压互感器的选择根据额定电压 装置种类 结构形式 准确度级以及按 副边负载选择 而副边负荷是在确定二次回路方案以后方可计算 故互感器初 选形式如表 5 9 所示 电压互感器技术参数表 表 5 9 额定电压变比 KA 额定容量 VA 形式 最大容 量 原线圈副线圈辅助线圈0 5 级1 级3 级 沈阳工业大学 21 VA JCC1 60200060 30 1 30 1 35001000 JYZJ 1040010 30 1 30 1 35080200 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与热稳定 5 3 2 电流互感器的选择 1 60KV 侧电流互感器的选择 根据电压等级合电流互感器安装处的长期最大工作电流 可选 LCW 6 型号 的电流互感器 电流互感器的参数如表 6 所示 60KV 电流互感器技术参数表 表 5 10 额定二次阻抗 10 倍数 型号 定 电 压 V 额定电流 比 次组 合 0 5 级1 级D 级欧姆倍数 秒 热 稳 定 倍 数 稳 定 倍 数 CW 6002 200 50 5 11 21 21 575200 动稳定校验公式 IcKem 6 8452 热稳定校验公式 IeKch 2 t I tdz 2 25 108 2 2 10KV 侧电流互感器的选择 10KV 侧电流互感器可根据安装地点合最大长期工作电流来选择 电流互感 器的参数如表 5 11 所示 10KV 电流互感器技术参数表 表 5 11 额定 额定二次负荷 10 倍数 一秒 动稳 沈阳工业大学 22 VA 电压 KV 流比组合0 5 级 D 级欧姆倍数 热稳 定倍 数 定倍 数 LAJ 10101500 50 5 D1 60 82 3 105090 动稳定合热稳定校验与 60KV 侧的电流互感器的校验公式是相同的 5 4 补偿装置的选择 该变电所装设补偿装置是为了提高变电所的平均功率因数 并联电容补偿 装置 对于终端变电所主要是为了提高电压和补偿主变压器的无功损耗 因此 并联电容补偿装置满足要求 并联电容补偿装置容量选择 对于直接供电的末端变电所 安装的最大容 性无功量应等于装置所在母线上的负荷按提高功率因数所需补偿的最大容性无 功量与主变压器所需补偿的最大容量之和 1 负荷所需补偿的最大容性无功量计算公式为 tg 1 tg2 mfc Q fm P fm P 1 cos 1 1 2 1 cos 1 2 2 fm P 0cf Q 式中 负荷所需补偿的最大容性无功量 Kvar mfc Q 母线上的最大有功负荷 KW fm P 补偿前的最大功率因数角 1 补偿后的最小功率因数角 2 cos值不应小于 电力工程电气设计手册 电气一次 2 部分 表 9 6 中规定的允许值 并应尽量满足 电力工程 电气设计手册 电气一次部分 中表 9 7 所列数值 由 cos补偿到 cos时 每 KW 有功负荷所需补偿的容 0cf Q 1 2 性无功量 Kvar KW 其值见 电力工程设计手册 电气 一次部分 表 9 8 沈阳工业大学 23 2 主变压器所需补偿的最大容性无功计算式为 mcb Q 100 100 0 2 2 I I IU e md e S 式中 主变压器所需补偿的最大容性无功 mcb Q 需要进行补偿的变压器一侧的阻抗电压百分值 d U 母线装设补偿装置后 通过变压器需要补偿一侧的最大负荷电流值 m I A 变压器需要补偿一侧的额定电流值 A e I 变压器空载电流百分值 0 I 变压器需要补偿一侧的额定容量 KVA e S 就是所需并联电容补偿装置的容量 根据容量和电压等级选用 mfc Q mcb Q 的并联电容补偿装置为 TBB10 5 12000 100 D型并联补偿置 TBB10 5 12000 100 D 型补偿装置的概述 TBB 并联补偿成套装置主要用 于 6 35KV 50Hz 的电力系统中 作为一种改善功率因数 调整电压 降低网 络损耗的容性无功功率补偿装置 TBB 系列补偿装置由开关柜 进线保护柜 电抗器柜 电容器柜 放电柜 联线柜 根据需要 等组成 开关柜内装高压 隔离开关 高压断路器 电流互感器及继电器 仪表 开关柜一般选用 GBC 35 GFC 15 GG 1A 电抗器柜内装电抗器 进线分为内电缆进线和外母排进线 柜框架由角钢制成 表面装有门网 每面框架现场可装卸 进线柜内装接地开 关 氧化锌 避雷器及放电线圈等 柜壳由角钢和钢板制成 前后有板门 进 线有左右上母排 左 右下电缆之分 电容器柜内装电容器和熔断器 其技术 参数如表 5 12 所示 并联电容补偿装置技术参数表 表 5 12 型号TBB1 05 9000 100 A 额定电压 KV 10 5 额定频率 Hz 50 标称总容量 Kvar 9000 沈阳工业大学 24 单台额定容量 Kvar 100 装置额定电流 A 472 K 6 电容器额定电压 KV 11 3 装置额定电流 A 433 K 12 电容器额定电压 KV 12 3 电容器数量 台 900 电容器相数量 面 6 5 5 母线的选择 5 6 1 60KV 侧母线的选择 按最大长期工作电流选 192 45A maxg I 在 电气工程设计手册 1 中查得 应选的母线为 LMY 20 3 平放 204 192 45 p I 为了使导线统一和购进材料得方便 60KV 侧的所有母线均选用 LMY 20 3 型母 线 5 6 2 10KV 侧母线选择 e 由于 10KV 侧的母线承受着较大的负荷电流 传输容量也较大 根据规定应 按经济电流密度选择 远期最大负荷运行小时为 7000h 故查手册得经济电流密度 0 9A mm2 e J 则经济截面为 1224 68mm2 e S e g J I max 9 0 214 1102 按最大长期工作校验 查手查手册得 2 80 8 12880mm2的母线 水平放置 环境温度为 40 时 允许流量为 1291A 1102 214A p I 沈阳工业大学 25 热稳定校验使用的公式为 Smin fdzK t C I 动稳定校验 选取绝缘子的跨度 L 为开关柜的宽度 L 1200mm 相间距离 a 250mm 在短路电流作用下单位长度所受的最大电动力为 f 1 73i F f L 72 10 1 a ch 在电动力的作用下母线所受的最大弯矩为 M FL 8 因为母线采用水平放置 其截面系数 W bh2 6 母线材料的最大计算应力为 M W max 查手册得母线允许应力为 p 比较和来校验所选母线的动稳定性 max p 5 6 避雷器的选择 该变电所为中性点非直接接地系统 所以根据下表选择避雷器 中性点非直接接地系统中保护变压器中型点绝缘的阀型避雷器 表 5 13 变压器额定电压3563110 避雷器型式 FZ 15 FZ 10 FZ 30 FZ 35 FZ 40 FZ 60 FZ 110J 4 FZ 15 由上表可知 60KV 侧避雷器选用 FZ 60 型 10KV 侧选用 FS 10 型 5 7 主要设备表 所选高压电器设备的型号 规格及参数列于下表中 表 5 14 名称型号及规格单位数量 OFPI 63组7 沈阳工业大学 26 ZN4 10C组16 ZN12 10 组2 JCC 60台2 电压互感器 JYZJ 10台1 LCW 60台5 电流互感器 LAJ 10台20 变压器SF7 20000 63台2 FZ 60组1 避雷器 FS 10组8 第六章 继电保护及自动装置规划设计 该变电所采用微机保护 6 1 60KV 线路保护 1 对于单相接地故障 应装设单相接地监视装置 监视装置反映于零序电压 动作于信号 如果单相接地电流较大或保护反应接 地电流的暂态值等 也可将保护装置接于三相电流互感器构成的零序回路中 2 相间保护 采用三段电流保护 根据 继电保护和安全自动装置技术规程 要求 35KV 及以上中性点非直 接接地电力网中的线路保护 可装设两段电流速断保护和过电流保护 必要时 保护应具有方向性 第一段保护是无时限电流速断保护 作为线路的主保护 使被保护线路一 部分或大部分的相同故障能油选择性地瞬时切除 由于保护区伸向变压器 所 以采用三相一次重合闸纠正保护动作的选择性 第二段采用限时电流速断保护 与电压器差动保护配合获得选择性 第三段为过电流保护 是后备保护 3 断路器失灵保护 在母线分段断路器上装设相电流保护 作为母线充电合闸的保护 4 电流差动保护 电流差动保护采用三相式 一带速饱和特性的电流继电器作为启动元件 两段母线均各自独立装设 并分别接有复合电压闭锁元件 各自闭锁相应的母 沈阳工业大学 27 线保护出口回路 以提高其可靠性 6 2 主变压器保护 1 瓦斯保护 瓦斯保护分为重瓦斯保护和轻瓦斯保护 重瓦斯保护动作于跳闸 而轻瓦 斯保护动作于发警报信号 瓦斯保护范围应能反应油箱内部发生的各种故障 不能反应油箱以外的套 管及引线等部位上发生的故障 因此瓦斯保护应于纵差动保护相互配合 相互 补充 瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成 变压器内部发生轻微故障 时 继电器触头闭合 发出瞬时 轻瓦斯保护动作 信号 变压器内部发生严 重故障时 油箱内产生大量气体 强烈的油流冲击挡板 继电器触头闭合 发 出重瓦斯跳闸脉冲 跳开变压器个侧断路器 因重瓦斯继电器触头有可能瞬时 接通 故跳闸回路中要加自保持回路 变压器严重漏油使油面降低时 继电器 动作 同样发出轻 瓦斯动作 信号 2 纵差动保护 采用二次谐波制动带比率制动特性的变压器差动保护 并以不带延时的差流 速断保护作为差动保护的辅助保护 纵差动保护反应于变压器绕组 套管几引出线上的故障 并动作于跳闸 补充说明 瓦斯保护 纵差动保护和不带延时的差流保护为主变压器的主 保护 动作后 独立出口跳主变压器一次 二次侧及电容器开关 3 对外部相间短路引起的变压器过电流 装设过电流保护 主变压器一次 二次侧及电容器开关 当用主变压器二次开关对 10KV 母线充电时 具有瞬时 加速低过电流保护跳主变压器二次侧的措施 该保护为后备保护 4 过负荷保护延时作用于报警信号 5 低压断线保护延时作用于报警信号 6 风冷消失跳主变各侧断路器或发报警信号 7 温度过高跳主变各侧断路器或发报警信号 6 3 10KV 侧线路保护 1 对 10KV 母线采用不完全差动式母线保护 保护仅接入有电源支路的电流 保护由两段组成 其第一段无时限或带时限的电流速断保护 当灵敏系数不符合要求时 可采用电流闭锁电压速断保护 第二段采用过电流 沈阳工业大学 28 保护 当灵敏系数不符合要求时 可将一部分负荷较大的配电线路接入差动保 护回路 以降低保护的起动电流 2 过电流保护也可装设两段 第一段为不带时限的电流速断保护 第二段为带 时限的过电流保护 保护装置可采用反时限特性的继电器 3 三相一次重合闸 4 低调减载保护 6 4 并联电容器组保护 1 三相过电压保护 2 相间低电压保护 3 零序过电压保护 接于放电 PT 的开口三角 6 5 变压器备用电源自投装置 带负荷的线路故障或主变内部故障时 变压器备用电源自投装置启动 启动条件 检测运行变压器 10KV 母线无电压 60KV 侧无电流 并检测备用变压器线路端有电压后 经延时后跳运行变压器一 二次侧开关 6 6 10KV 分段开关备用自投装置 两台主变分别带 10KV 一段母线附和时 任意一条 60KV 供电线路或一台主变发 生故障 10KV 备用电源自投装置启动 将分段开关合上 启动条件 检测故障侧 10KV 母线无电压 60KV 侧无电流 非故障侧 10KV 母线有电压 经延时后跳开故障侧变压器一 二次侧开关 确认其开关已跳开 后 检测故障变压器二次开关 和 10KV 分段开关在开位后 自投 10KV 段开关 沈阳工业大学 29 第七章 配电装置设计 7 1 总的原则 高压配电装置的设计必须认真贯彻国家的设计经济政策 遵循上级颁发的 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 变电所的的配电装置型式选择 应考虑所在地区的地理情况及环境条件 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 在确定配电装置型式时 必须满足下列四点要求 1 节约用地 2 运行安全和操作巡视方便 3 便于检修和安装 4 节约三材 降低造价 7 2 设计要求 7 2 1 满足安全净距的要求 60KV 侧屋外配电装置的安全净距不应小于规定值 10KV 侧屋内配电装置的安全净距不应小于规定值 配电装置中相邻带电部分 沈阳工业大学 30 的额定电压不同时 应按较高的额定电压确定其安全净距 屋外配电装置带电 部分的上面或下面 不应有照明 通信和信号线路架空跨越或穿过 屋内配电 装置带电部分的上面不应有明敷的照明或动力线路跨越 7 2 2 施工 运行和检修的要求 7 2 2 1 施工要求 1 配电装置的结构在满足安全安全运行的前提下应尽量予以简化 并考虑构件的标准化和工厂化减少构架类型 以达到节省三材 缩短工期的目 的 2 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 3 工艺布置设计应考虑土建施工误差 确保电气安全距离的要求 一般不宜选 用规程规定的最小值 而应留有适当余度 5cm 左右这在屋内配电装置的设计 中更要引起重视 4 配电装置的设计必须考虑分期建设和扩建的便利 7 2 2 2 运行要求 1 各级电压配电装置之间 以及它们和各种建 构 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 配电装置的方法应应由下列因素综合考虑确定 1 进出线方向 2 避免或减少各级电压架空出线的交叉 3 缩短主变压器各侧引线的长度 避免交叉 并注意平面布置的整体性 2 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 对同一 用途的同类设备 尽可能布置在统一中心线上 指屋外 或处于同一标高 指 屋内 1 架空出线间隔的排列应根据出线走廊规划的要求 尽量避免线路交叉 并与 终端塔的位置配合 当配电装置为单列布置时 应考虑尽可能不在以上相邻间 隔时引出架空线 各级电压配电装置个回路的相序排列应尽量一致 一般为面对出线电流流出方 向自左至右 有远到近 从上到下按 A B C 相顺序排列 对硬导体应颜色 色别为 A 相黄色 B 相绿色 C 相红色 对绞线一般只标明相别 2 配电装置内应设有供操作 巡视用的通道 沈阳工业大学 31 屋外配电装置的通道宽度可取 0 8 1 0m 也可利用电缆沟盖板作为部分 巡视小道 屋内配电装置各种通道的最小宽度 净距 不应小于规定值 7 2 2 3 检修要求 为保证检修人员在检修电器及母线时的安全 对断路器两侧的隔离开关和 线路隔离开关的线路侧 宜配置接地刀闸 每段母线上宜装设接地刀闸或接地 器 其装设数量主要按作用在母线上的电磁感应电压确定 在一般情况下 每 段母线宜装设二组接地刀闸或接地器 其中包括母线电压互感器隔离开关的接 地刀闸 这可以从该变电所的电气主接线图中看到 屋内配电装置间隔内的硬导体及接地线上 应留有接触面和连接端子