35KV变电所三级负荷防

1、工厂供电课程设计课程名称 :35KV 变电所三级负荷防 雷接地保护的设计 学院：电气工程学院 班级： 姓名：学号：2011 年 12 月 22目录.、八、一1、前言 42、关键词53 、主变压器容量、型号和台数的选择3.1主变压器的选择43.2主变台数选择43.3主变型号选择44、主接线形式设计4.1 10kV出线接线方式设计 64.2 35kV 进线方式设计 55、短路电流计算65.1短路计算的目的85.2短路点的确定96、电气一次设备的选择 106.1高压电气设备选择的一般标准 116.2高压断路器及隔离开关的选择 137、防雷7.1防雷设备147.2防雷措施15157.3变配电所的防雷措

2、施8、接地8.1接地与接地装置 169、 原理图1610、 总结1711、 参考文献171、前言变电所是电力系统防雷的重要保护设施，如果发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会生产和人民生活。因此要求变电所的防雷措施必须十分可靠；详细分析了雷击发生时，变电站电气设备可能受到的干扰和损害， 提出了在变电站设计时应采 取的防雷保护措施。这次设计的主要内容是对某地区 35kV变电 所的设计，该变电所位于平原地带，交通方便，无特殊环境污染。 该地区最热月平均温度 30度，年最高温度为40度，年平均气 温15度，土壤温度20度。35kV系统为中性点不直接接地系统， 发生单相接地故障时，可以继续运行

3、。并且该变电所与甲，乙两 变电站相连，35kV线路一般三相导线采用三角形排列，顶相导 线对其他两相起到保护作用，易遭到雷击，如果雷电流不大，只 会产生单相接地故障，接地电流为电容电流，电流小容易熄灭， 即使线路较长，电容电流大，可采用变压器中性点加装消弧线圈 方式，限制单相接地电流。发生雷击时，该系统可以正常运行。一般防雷保护采取架设12km避雷线及相关避雷器构成 35kV 进线段保护。并且根据所有的条件进行设计， 选择主变压器的台 数和容量，并进行短路电流计算，从而进行设备选型和校验，选 择合适的电压、电流互感器，同时介绍了一些电气设备选择的原 则。对主变压器进行保护设计，进一步整定计算，最

4、后规划该变 电所的防雷保护措施，做出完整的35kV变电所电气部分设计。变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所，担负着电压变换和电能分配的重要任务。变电站雷电保 护接地即为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。防雷接地是否合理是保证变电站安全、可靠运行的重要因素之一。 本文分析了变电站的防雷措施和接地系统，提出了变电站三级防雷保护构想。2、关键词变电站、雷击、电磁干扰、等电位、接地装置3、主变压器容量、型号和台数的选择3.1主变压器的选择变电所主变压器的容量一般按照变电所建成后5 - 10年的规划负荷考虑，并应按照其中一台停用时其它变压器能满足变电 所最大负荷Smax的

5、60%或全部重要负荷选择。3.2主变台数选择根据题目条件可知，主变台数为两台。3.3主变型号选择本变电所有 35kV 、 10kV 两个电压等级，根据设计规程规 定，“具有两个电压等级的变电所中，首先考虑双绕组变压器。根据以上条件，选择 S9-6300/35 变压器。4、主接线形式设计根据设计任务书的要求和设计规模。 在分析原始资料的基础 上，参照电气主接线设计参考资料。 依据对主接线的基本要求和 适用范围，确定一个技术合理，经济可靠的主接线最佳方案。4.1 10kV 出线接线方式设计对于 10KV 有六回出线， 可选母线连接方式有分段的单母线 接线，单母线带旁路母线接线， 双母线接线及分段的

6、双母线接线。根据要求， 单母线带旁路母线接线方式满足 “不进行停电检 修”和经济性的要求， 因此 10KV 母线端选择单母线带旁路母线 接线方式。4.2 35kV 进线方式设计本题目中有两台变压器和两回输电线路，故需采用桥形接 线，可使断路最少。可采用的桥式接线种类有内桥接线和外桥接线。外桥形接线的特点为： 供电线路的切入和投入较复杂， 需 动作两台断路器并有一台变压器停运。 桥连断路器检修时， 两个回路需 并列运行，变压器检修时，变压器需较长时间停运。内桥形接线的特点为： 变压器的投入和切除较为复杂， 需动作两台断器，影响一回线路的暂时供电桥连断路器检修时，两个回路需并列运行，出线断路器检修

7、时，线路需较长时间停运。其中外桥形接线满足本题目中 “输电线路较短， 两变压器需 要切换运行”的要求，因此选择外桥接线。5. 短路电流计算5.1 短路计算的目的（1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。（2）为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确确定 其参数，必须对电力网发生的各种短路进行计算和分析（3）在设计和选择电力系统和电气主接线时，为了比较各 种不同的方案的接线图，确定是否采用限制短路电流的措施等， 都要进行必要的短路计算。（4）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路时用电客户工 作的影响等。也包含一部分短路计算。5.2 短路点的确定在正常接线方式下， 通过电器设备的短路电流为最

8、大的地点 称为短路计算 点，比较断路器的前后短路点的计算值，比较选 取计算值最大处为实际每段线路上短路点。6、电气一次设备的选择6.1 高压电气设备选择的一般标准导体和电器的选择设计、 必须执行国家的有关技术、 经济的 政策，并应做到技术先进、安全可靠、运行方便和适当的留有发 展余地，以满足电力系统安全经济运行的需求。 应满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的需求，并 考虑到远景发展需要。 按当地环境条件校核。 应力求技术先进和经济合理 选择异体时应尽量减少品种 扩建工程应尽量使新老电器型号一致 选用新产品， 均应具有可靠的试验数据， 并经正式鉴定合 格。断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时

9、间和电弧燃烧时 间。该系统中各断路器的短路切除时间列表如下， 这里架设各断 路器的全开断时间为 0.06s ，由于短路电流周期分量的衰减在该 系统中不能忽略， 为避免计算上的繁琐， 较验热稳定时用等值时 间法来计算短路点电流周期分量热效应 QK。6.2 高压断路器及隔离开关的选择 开关电器的选择及校验原则6.2.1 主变压器 35KV 侧断路器及隔离开关的选择 在此系统中统一取过负荷系数为 1.5 则最大电流 最热月平均气温30 C,综合修正系数 K=1.057、防雷7.1 防雷设备防雷的设备主要有接闪器和避雷器。 其中，接闪器就是专门 用来接受直接雷击 （雷闪）的金属物体。 接闪的金属称为避

10、雷针。 接闪的金属线称为避雷线， 或称架空地线。 接闪的金属带称为避 雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电 所或其它建筑物内， 以免危及被保护设备的绝缘。 避雷器应与被 保护设备并联， 装在被保护设备的电源侧。 当线路上出现危及设 备绝缘的雷电过电压时， 避雷器的火花间隙就被击穿， 或由高阻 变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷 器的型式，主要有阀式和排气式等。7.2 防雷措施7.2.1 架空线路的防雷措施7.2.1.1 架设避雷线这是防雷的有效措施， 但造价高， 因此只在 66KV 及以上的 架空线路上才沿全线装设。 35KV

11、的架空线路上，一般只在进出 变配电所的一段线路上装设。 而 10KV 及以下的线路上一般不装 设避雷线。电站防雷保护的目的就是设法防止雷电过电压侵入电 气设备 ,并应采取相应措施将它尽可能降低到对电气设备的绝缘 不致造成损害的程度。避雷针、避雷线、避雷网、避雷带是经常 采用的防雷装置 ,接地装置是防雷装置的重要组成部分。对于农 村 35kV 变电站的防雷保护措施主要有 :装设避雷针保护整个变 电所建筑物以及遭直接雷击 ;装设架空避雷线 （或避雷针 ）及其它避雷装置作为变电所进出线段的防雷保护。 根据农村 35kV 变电 站设计的实践体会 ,就变电站防雷保护与接地设计中存在的主要 问题进行探讨。

12、 1 变电站的进线保护设计变电站设计规程规定对 35kV 变电站进线要进行防雷保护。在土壤电阻率不大于 500 Q m的地区，允许将线路的避雷线引到站内出线门型架构上，并应装设集中接地装置 ,避雷线与集中接地装置的连接点应便于分 开。在土壤电阻率大于 500 Q m的地区，避雷线应架设到线路终 端杆塔为止 ,从终端塔到配电装置的进线段可采用独立避雷针或 在线路终端塔上装设避雷针进行保护。 为便于进线防雷保护避雷 线的安装 ,要求线路终端塔与母线门型架不带 角度（小于 5）,但在以前完成 的 35kV 变电站设计中 ,这个问题常被忽视7.2.1.2 提高线路本身的绝缘水平在架空线路上， 可采用木

13、横担、 瓷横担或高一级的绝缘子， 以提高线路的防雷水平， 这是 10KV 及以下架空线路防雷的基本 措施。一、变电站防雷的措施（一）防直击雷 避雷针是防护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接收 器，其作用是把雷电吸引到避雷针身上并安全地将雷电流引入大 地中，从而起到保护设备效果。因此，架设避雷针是变电所防直 击雷的常用措施。 变电所装设避雷针时应使所有设备都处于避雷 针保护范围之内，此外，还应采取措施，防止雷击避雷针时的反 击事故。对于 35kV 变电站，保护室外设备及架构安全，必须装 有独立的避雷针。 独立避雷针及其接地装置与被保护建筑物及电 缆等金属物之间的距离不应小于 5 米，主接地网与

14、独立避雷针的 地下距离不能小于三米， 独立避雷针的独立接地装置的引下线接 地电阻不可大于10 Q,并需满足不发生反击事故的要求；对于 110kV 及以上的变电所，装设避雷针是直击雷防护的主要措施。 由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高， 可将避雷针直接装 设在配电装置的架构上，同时避雷针与主接地网的地下连接点， 沿接地体的长度应大于 15 米。因此，雷击避雷针所产生的高电 位不会造成电气设备的反击事故。（二）防感应雷 雷击防雷系统时所产生的雷电放电及电磁脉冲， 以及雷电过 压通过金属管道、 电缆会对变电站控制室内各种弱电设备产生严 重的电磁干扰， 从而影响整个系统的正常运行。 为保证弱电设备

15、 的正常运行，可从以下几方面采取措施：采用多分支接地引下线， 使通过接地引下线的雷电流大大减 小；改善屏蔽， 如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性适当配合 的双层屏蔽； 改进泄流系统的结构， 减小引下线对弱电设备的感 应并使原有的屏蔽网能较好地发挥作用； 除电源入口处装设压敏 电阻等限制过压的装置外， 在信号线接入处应使用光电耦合元件 或设置具有适当参数的限压装置； 所有进出控制室的电缆均采用 屏蔽电缆， 屏蔽层公用一个接地网； 在控制室及通讯室内敷设等 电位，所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。7.2.1.4 装设自动重合闸装置 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。 在断路器 跳闸

16、后，电弧即自行熄灭。 如果采用一次 ARD ，使断路器经 0.5s 或稍长一点时间后自动重合闸， 电弧通常不会复燃， 从而能恢复 供电，这对一般用户不会有什么影响。7.2.1.5 个别绝缘薄弱地点加装避雷器 对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支 杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处， 可装设排气式避 雷器或保护间隙。7.3 变配电所的防雷措施7.3.1 装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建 （构） 筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所 本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。7.3.2 高压侧装设避雷器 这主要用来保护主变压器，以免雷

17、电冲击波沿高压线路侵入变电所， 损坏了变电所的这一最关键的设备。 为此要求避雷器 应尽量靠近主变压器安装。避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连 接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。 如果进线是具有一段引入电缆的架空线路， 则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。733低压侧装设避雷器这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间 隙。在本设计中，配电所屋顶及边缘敷设避雷带，其直径为8mm 的镀锌圆钢

18、，主筋直径应大于或等于10mm的镀锌圆钢。8、接地8.1接地与接地装置电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称 接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼 作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为 自然接地体。连接接地体与设备、 装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正 常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电 流。接地线与接地体合称为接地装置。 由若干接地体在大地中相 互用接地线连接起来的一个整体， 称为接地网。其中接地线又分 为接地干线和接

19、地支线。接地干线一般 应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。8.2 确定此配电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢8.2.1 确定接地电阻（一）变电站的接地种类 变电站的接地装置，按其作用分为工作接地和保护接地两 类，工作接地是电力设备正常运行需要的接地。比如：变压器中 性点的接地； 保护接地是保护人身和设备的安全而必须进行的接 地，通常包括防止触电的保护接地， 防止雷击过电压的保护接地 和防止静电危害的保护接地三种。 上述各种接地需采用一套接地 装置的联合接地系统。 当雷电引起地电位高压反击时， 整个变电 站呈现系统电位，保证各种电力设备系统的安全。（二）解决防雷接地方法简单来说，

20、解决防雷接地的设计方法， 无非解决以下几个问 题：1. 接闪器的设计。接闪器设计目的是控制雷击的位置，把闪 击引导至无害的位置，避免雷电击在危险的部位。2. 接地网的设计。在接闪器把雷电引至建筑物后，需把雷电 流安全地送至地下， 重要的是把接地网的结构与接地电阻值设计 好，使地网既满足电气设备的接地要求，也要满足防雷要求。3. 在雷电流通过建筑物的接地装置流入地下时， 如何防止高 电位反击。4. 如何防止通过金属线路引入雷电高电压， 防止击坏用电设 备和通信器材。（三）接地装置的设计1. 土壤电阻率的测量工程 土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料， 由于 受到测量设备、 方法等条件的

21、限制， 土壤电阻率的测量往往不够 准确。因此，要提高测量精度，设计采用设计手册中提供的 计算平均电阻率的方法，使设计误差值减小。2. 接地网布置根据地网接地电阻的估算公式：R0.5 p/S式中p 土壤电阻率（Q?m） , S接地网面积（m2）, R地网接地电阻（Q）, 地网面积一旦确定，其接地电阻也就基本一定，因此，在地网布 置设计时， 应充分利用变电所的全部可利用面积， 如果地网面积 不增加，其接地电阻是很难减小的。3. 垂直接地极的作用在变电所中， 一般采用水平接地线为主， 带有垂直接地极的 复合型地网。 根据 R=0.5 p/S 可知， 接地网的接地电阻与垂直接 地极的关系不大。理论分析

22、和试验证明，面积为30 X30 m?100 X100 m的水平地网中附加长 2.5m ,40mm 的垂直接地极若干， 其接地电阻仅下降 2.8 8% 。但是，垂直接地极对冲击散流作用 较好，因此，在独立避雷针、避雷线、避雷器的引下线处应敷设 垂直接地极，以加强集中接地和散泄雷电流。三、对变电站防雷保护的构想根据防雷设计的整体性、结构性、层次性、目的性，及整个 变电站的周围环境、地理位置、土质条件以及设备性能和用途， 可对变电站实行三级防雷保护措施，具体如下：（一） 第一级防护区为全所范围内的高压设备部分和高压线 路的进线段保护范围。 主要措施为采用独立避雷针、 构架避雷针、 架空避雷线、高压避雷器、设备引下线、主接地网。其主要任务 为引雷、泄流、限幅、均压，完成基本的防雷功能。（二）第二级防护区包括进出变电站管线、二次电缆、端子 箱、所用电系统。 其主要任务是防感应雷过电压和侵入波过电压 的传递，以及危险电位内引外送。（三）第三级防护区包括变电站主控室、远动通信机房及全 部电子设备。其主要任务是多重屏蔽、电源过压嵌位、信号限幅 滤波、地电位均压、浮点电位牵制