110KV变电站电气二次部分设计

110KV变电站电气二次部分设计**高校

毕业设计（论文）110KV变电站电气二次部分设计

完成日期2024年6月5日

名目

5.2.1变压器电流速断爱护..............................................-16-

5.2.2变压器纵联差动爱护..............................................-16-

5.2.3变压器后备爱护..................................................-17-

5.2.4变压器过负荷爱护................................................-17-致谢....................................................................-18-

1原始资料分析

为了计算用电负荷状况，据原始资料中最大有功及功率因数，算出最大无功，得出以下数据:

对待建变电站的总体负荷分析，按系统最大运行方式分析状况如下：

48(MW)

87410595P35=++++++=∑

11(MW)20.60.511.20.732P10=+++++++=∑

)30.12(MVAr4.964.342.846.203.105.583.10Q35=++++++=∑

)7.19(MVA1.240.370.380.750.740.492.250.97Q10r=+++++++=∑

59(MW)PPP1035110=+=∑

)37.31(MVAQQQ1035110r=+=∑

由以上式子可以得出：

)(67.5612.304812.3048S2235MWj=+=

+=

)(14.1319.71119.711S2210MWj=+=+=

69.81(MW)SSS1035110=+=

2一次部分的相关设计

设计中的一次部分设备选择来自于耀伟同学的《焦作市群英110KV变电站电气（一次部分）设计》，本设计中不具体写出选择设备的相关过程，这里直接写出型号和相关参数。

２.１主变压器的选择极其参数

在一次设计中选择的变压器型号为SFSZ9-50000/110，依据变压器的型号可知，该变压器是三相三绕组式变压器。变压器的基本参数如下：表2-1

表2-1变压器的基本参数

依据以上参数进行阻抗折算，计算过程过程如下：

11231231

%(%%%)2ssssUUUU=+-=11

21223311

%(%%%)2ssssUUUU=+-=-0.5

32331121

%(%%%)2

ssssUUUU=+-=7

2

2

11%11(110)26.62100100(50)

SNTNUUXS?===Ω

?

2

222

%0.5(110)1.21100100(50)SNTNUUXS-?===-Ω?（记为0Ω）

2233

%7(110)16.94100100(50)

SNTNUUXS?===Ω?

２.２电气主接线设计

电气主接线的设计要求

主接线的设计是一个变电站设计中特别重要的一部分，无论是一次部分还是二次部分都是必不行少的。

“变电所主接线形式应依据变电所在电力系统中的地位、作用、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且应满意运行牢靠、简洁敏捷、操作便利和节省投资等要求。”（《35～110KV变电所设计规范》第3.2.1条）

主接线设计的基本要求为：(1)供电牢靠性。(2)适应性和敏捷性。

(3)经济性。(4)简化主接线。

(5)设计标准化。

3短路电流计算

３.１概述

3.1.1短路的缘由

1）电气设备或载流导体等因绝缘老化、遭受机械损伤，雷击、过电压等缘由引起绝缘损坏；

2）架空线路因大风、导线覆冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸体导体等；3）电气设备因设计、安装、维护不良等所致的设备缺陷引发的短路；

4）运行人员违反平安操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后不拆除接地线直接加上电压等。

3.1.2计算短路电流的目的

计算短路电流的目的有：保障电力系统的平安运行、正确选择电气设备、校验电气设备。避开在短路电流损坏电气设备，假如短路电流过大，需采纳限流措施，以及进行继电爱护装置的整定计算。而该变电站原短路电流由于是在不考虑电缆电阻的状况下计算的,这样会致使在选择和校验设备上产生误差，造成设备损坏和运行不当。所以,为了变电站更加平安的运行,在短路电流上我们需考虑电缆电阻。

３.２短路计算

3.2.1计算系统电抗

短路电流的标幺值计算法

短路电流计算,依据电力系统的实际状况,可以采纳标幺值或出名值计算,那种方法便利就采纳那种方法.在高压系统中通常采纳标幺值计算.

所谓标幺值,是实际值与基准值之比.标幺值没有单位.设所选顶\定的基准值电压,基准

电流,基准容量及基准电抗分别为jU,jI,jS,jX

,则这一元件的各已知量的标幺值分别为

jjUUU*=,JjSSS*=

,jJJjI

IIIS*==

2jjjjjj

XXSX

XXXUU*=

===式中：

S、U、I、X------以出名单位表示的容量(MVA)、电压(KV)、电流(KA)、电抗()Ω；

jS、jU、jI、jX-----以基准量表示的容量(KVA)、电压(KV)、电流(KA)、电抗()Ω。

基准容量的选择：在设计任务书里已经规定Sj=100MVA；

基准电压的选择：为了计算便利选为各电压等级的平均额定电压，即Uj=Up；与其相应的基准电流Ij和基准电抗Xj,均可由这两个基准值导出。基准电流计算公式：

电抗计算所用公式如下表：

表3-1电力系统各元件阻抗值的计算公式

j

jjU3SI?=

5

.01153100I110=?=j56

.1373100

I35=?=j5

.55.103100

I10=?=j

线路接线见图3-1

图3-1线路接线

图3-2等值电路图

X1、X2为110KV侧阻抗，X3、X4为35KV侧阻抗，X5、X6为10KV侧阻抗

X3、X4归算为零

0.20245

100

26.62USXXX22BBT1

2*

1*=?===

4线路爱护

4.1电力系统继电爱护的作用

在整个电力系统运行中，由于人为因素或大自然的缘由，会发生这样那样的故障和不正常运行状态。常见的同时也是危急的故障是发生各种形式的短路。一旦发生故障即会产生以下的后果：

（1）通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备损坏。

（2）短路电流通过故障设备和非故障设备时，由于发热和电动力的作用，受到机械损坏和绝缘损伤以至缩短它们的使用寿命。

（3）电力系统中电压下降，使大量的用户正常工作时遭受破坏或产生废品。

（4）破坏电力系统各发电厂之间并列运行的稳定性，导致事故扩大，甚至造成整个系统瓦解。

对于电力系统运行中存在的这些故障隐患，要乐观实行一些防备性措施。对于不行抗拒的事故发生时要即时发觉，并快速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统平安运行的最有效方法之一。切除故障的时间经常要求小到非常之几甚至百分之儿秒，实践证明只有在每个电气元件上装设一种具有“继电特性”的自动装置才有可能满意这个要求。

所谓继电爱护装置，就是一种能够反应电力系统故障和不正常状态，并准时动作于断路器跳闸或发出信号的自动扮装置。它的基本任务是：

（1）自动、快速、有选择性地将故障组件从电力系统中切除，保证其他无故障部分快速恢复正常运行，使故障部分设备免于连续遭到破坏。

（2）发觉电气组件的不正常状态，依据运行维护条件(例如有无常常值班人员)而动作于发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求爱护快速动作，而是依据对电力系统及其元件的危害程度规定肯定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。

电网继电爱护和平安自动装置是电力系统的重要组成部分。继电爱护的装设一般应满意牢靠性与平安性、选择性、速动形、经济性五个基本要求。设计应满意《继电爱护和平安自动装置技术规程》（SDJ6—83），也需要对应当区域变电站其自身的特点。因此应依据电缆系

0.128115

100

16.94USXXX22BBT3

*

6*5=?===

统的特点制定合理的爱护方案，争取做到牢靠、简洁、经济。

电路系统的电气设备和线路除了必要的主爱护外，还需要考虑后备爱护和帮助爱护的问题。

主爱护——在系统稳定性要求的时限内能够快速而有效地切除爱护区内的故障。

后备爱护——在主爱护或断路器拒绝动作时，切除故障，实现后备爱护。后备爱护有分为近后备爱护和远后备爱护两种形式：

远后备爱护是指当主爱护或断路器拒动作时，由相邻组件实现后备爱护。

近后备指当本组件的主爱护拒绝动作时，由本组件的另一套爱护作为后备而实现爱护；当断路器拒绝动作时，由同一发电厂或变电所内的有关断路器动作实现后备爱护。

帮助爱护——当需要另还切除线路故障或消退方向功率死区时可采纳由电流速断爱护构成的帮助爱护（用来补充主爱护、后备爱护不足）。

爱护装置的装设原则：

1.当被爱护元件发生短路或是破坏系统正常运行的状况，爱护装置应动作于跳闸，当发生不正常动作时，爱护装置应动作于信号。

2.为保障系统非故障部分的正常供电，爱护装置应以足够小的动作时限去切除故障

3.系统故障时爱护装置应有选择性地动作于跳闸，在必需加速时，可无选择性地跳闸而由自动重合闸装置来订正爱护的无选择性动作。

4.满意要求上述其次条原则或用作后备爱护时，爱护装置容许带有肯定的时限切除故障。

5.爱护装置所用的继电器越少越好，并使其接线简洁牢靠。

6.爱护装置电压回路断线时，如可能造成爱护装置的误动作则应装设电压回路断线监视或闭锁装置。

7.在表示爱护装置动作的出口上应装设信号继电器。以利于运行人员分析和统计爱护的动作状况。

8.主爱护装置除了完成主爱护任务外，如有可能还应作为相邻元件的后备爱护。

9.当爱护装置因动作原理不能起相邻元件的后备爱护作用时，应在全部和部分断路器上装设单独的后备爱护。

10.为了起到相邻元件的后备爱护的作用而使爱护装置简单化，或不能达到完全的后备爱护作用时，允许缩短后备范围。

4.2输配电线爱护

设计的线路爱护应满意《继电爱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。

输电线路的主爱护依据动作时间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用全线瞬时动作的爱护作为主爱护，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爱护。当电网允许线路一侧以爱护其次段时限切除故障时，也可采纳具有阶梯时限特性的爱护作为主爱护，如距离爱护，电流爱护等。送电线路的后备爱护分为远后备和近后备两类，一般采纳远后备。在我国220kV及以上输电线路，广泛采纳高频闭锁负序方向爱护。

4.3线路末端短路电流

35kv侧线路短路电流：（选择水泥厂1的线路爱护）

图5-1

)(85.4114.0337

I)

3(maxK.KAXELS=??==

)(20.44

.4323

3723)2(min.KAXEILSK=???==

10kv侧线路短路电流：（选择棉纺厂1的线路爱护）

图5-2

(3).max5.05(K)SKLEIAX=

=≈

(2)

.min4.375()SKLEIAX=

==表4-1

4.4线路爱护整定

4.4.135kv侧线路爱护整定

瞬时电流速断爱护（Ⅰ段爱护）：

(3).max1.24.855.82(K)oprelKIKIAI==?=

校验：

min1

17.9520.42SopELkmXII=

?=?=

min7.95

100%100%72.3%11

LL?=?=(满意要求)定时限过电流爱护（Ⅲ段爱护）：

.max204.28()LIA=

==

.max1.21.3204.28374.91()0.85

III

relSSopLreKKIIAK?=

=?≈relK——牢靠系数，取1.2

estK——自起动系数，取1.3reK——返回系数，取0.85

校验：

?===(2)3.min

4.202411.20374.91Ksen

IIIop

IKI﹥1.5(符合要求)

4.4.210kv侧线路爱护整定

瞬时电流速断爱护（Ⅰ段爱护）：

(3)

.max1.25.056.06(K)oprelKIKIAI==?=

校验：

min112.17km0.4SopELXII=

==min2.17

100%100%72.3%3

LL?=?=（满意要求）定时限过电流爱护（Ⅲ段爱护）：

3

.max

227.90()LIA===

.max1.21.3

227.90418.26()0.85

IIIrelSSopLreKKIIAK?=

=?=校验：

(2).min437510.46418.26

Ksen

III

opIKI===﹥1.5(符合要求)

5变压器的爱护

5.1变压器装设的爱护

电力变压器是电力系统中非常重要的供电元件，它的故障将对供电牢靠性和系统的正常运行带来严峻的影响。由于大容量的电力变压器是非常昂贵的元件，必需依据变压器的容量和重要程度来考虑装设性能良好，工作牢靠的继电爱护。

变压器的内部故障分为油箱外故障和内故障。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。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。对于变压器而言，这些故障都是非常危急的，由于油箱内部发生故障产生的电弧，将引起绝缘物质的猛烈气化，可能会引起爆炸。变压器的不正常状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流，外部接地短路引起的过电流和中性点过电流；由于负荷超过额定容量引起的过负荷，以及由于漏油等缘由而引起的油面降低。

5.2变压器爱护的整定方法

5.2.1变压器电流速断爱护

对于2000-10000KVA及以下较小容量的变压器，可采纳电流速断爱护作变压器的主爱护。电流速断爱护装设在变压器的电源侧，当电网为中性点不直接接地系统时，电流速断爱护按两相式接线；否则按三相式接线。为了提高爱护对变压器高压侧因出线接地故障的灵敏系数，可采纳两相三继电器式接线。

5.2.2变压器纵联差动爱护

变压器纵联差动爱护在正常运行和外部故障时，由于变压器的励磁涌流、变压器两侧电流相位不同、两侧电流互感器型号不同、变压器带负荷调整分接头等缘由，使差动继电器中有不平衡电流流过，且这些不平衡电流远比发电机及线路差动爱护的大。所以说减小或消退不平衡电流对差动爱护的影响是变压器差动爱护中很重要的问题之一。

规程中规定：对于6.3KVA及以上厂用工作变和并行运行的变压器10MVA及以上厂用备用

变压器和单独运行的变压器应装设纵联差动爱护，对于高压侧电压为330KV及以上变压器，可装设双重的纵联差动爱护。

5.2.3变压器后备爱护

相间后备爱护配置是为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时，作为差动爱护和瓦斯爱护的后备，变压器应装设过电流爱护。依据变压器的容量和系统短路电流水平的不同，爱护采纳带过电流爱护、低电压、不带低电压闭锁的以及负序过电流过电流爱护等。假如灵敏度不够，可采纳带复合电压闭锁的过电流爱护。

1.对于单侧电源的变压器。电源侧需要有后备爱护装置，此