110KW變電所系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

1、摘 要變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。這次設(shè)計以110kv降壓變電所為主要設(shè)計對象，分析變電站的原始資料確定變電所的主接線；通過負(fù)荷計算確定主變壓器臺數(shù)、容量及型號。根據(jù)短路計算的結(jié)果，對變電所的一次設(shè)備進(jìn)行了選擇和校驗。同時完成防雷保護(hù)及接地裝置方案的設(shè)計。關(guān)鍵詞: 電氣主接線，短路電流計算，一次設(shè)備，防雷保護(hù)目錄摘 要i引言- 2 -一 原始資料分析- 3 -（一） 電源負(fù)荷地理位置情況- 3 -（二） 橋型接線- 5 -二 繼電保護(hù)配置- 8 -（一） 變電所母線保護(hù)配置- 8 -（二） 變電

2、所主變保護(hù)的配置- 8 -三 防雷接地- 10 -（一） 避雷器的選擇- 10 -（二）變電所的進(jìn)線段保護(hù)- 11 -（三）接地裝置的設(shè)計- 12 -參考文獻(xiàn)- 15 -致謝- 16 -引言 本次設(shè)計題目為110kv變電所一次系統(tǒng)設(shè)計。此設(shè)計任務(wù)旨在體現(xiàn)對本專業(yè)各科知識的掌握程度，培養(yǎng)對本專業(yè)各科知識進(jìn)行綜合運用的能力，同時檢驗本專業(yè)學(xué)習(xí)三年以來的學(xué)習(xí)結(jié)果。此次設(shè)計首先根據(jù)任務(wù)書上所給系統(tǒng)與線路及所有負(fù)荷的參數(shù)，分析負(fù)荷發(fā)展趨勢。通過對擬建變電站的概括以及出線方向來考慮，并通過對負(fù)荷資料的分析，安全，經(jīng)濟(jì)及可靠性方面考慮，確定了110kv主接線，然后又通過負(fù)荷計算及供電范圍確定了主變壓器臺數(shù)，

3、容量及型號，同時也確定了站用變壓器的容量及型號，在根據(jù)最大持續(xù)工作電流及短路計算結(jié)果，對設(shè)備進(jìn)行了選型校驗，同時考慮到系統(tǒng)發(fā)生故障時，必須有相應(yīng)的保護(hù)裝置，因此對繼電保護(hù)做了簡要說明。對于來自外部的雷電過電壓，則進(jìn)行了防雷保護(hù)和接地裝置的設(shè)計，最后對整體進(jìn)行規(guī)劃布置,從而完成110kv變電所一次系統(tǒng)的設(shè)計。一 原始資料分析（一） 電源負(fù)荷地理位置情況1.電源分析與本所連接的系統(tǒng)電源共有3個，其中110kv兩個，35kv一個。具體情況如下： （1）110kv系統(tǒng)變電所該所電源容量(即110kv系統(tǒng)裝機總?cè)萘?為200mva(以火電為主)。在該所等電壓母線上的短路容量為650mva，該所與本所的距

4、離為9km。以一回路與本所連接。（2）110kv火電廠該廠距離本所12km，裝有3臺機組和兩臺主變，以一回線路與本所連接，該廠主接線簡圖如圖1.1：圖 1.1 110kv火電廠接線圖（3）35kv系統(tǒng)變電所該所距本所7.5km.以一回線路相連接，在該所高壓母線上的短路容量為250mva.。以上3個電源，在正常運行時，主要是由兩個110kv級電源來供電給本所。35kv變電所與本所相連的線路傳輸功率較小，為聯(lián)絡(luò)用。當(dāng)3個電源中的某一電源出故障，不能供電給本所時，系統(tǒng)通過調(diào)整運行方式，基本是能滿足本所重要負(fù)荷的用電，此時35kv變點所可以按合理輸送容量供電給本所。負(fù)荷資料分析（1）35kv負(fù)荷表1.

5、1 35kv負(fù)荷用戶名稱 容量（mw） 距離（km） 備注化工廠3.515類負(fù)荷鋁廠4.313類負(fù)荷水廠1.85類負(fù)荷 注：35kv用戶中，化工廠，鋁廠有自備電源（2）10kv遠(yuǎn)期最大負(fù)荷（3）本變電所自用負(fù)荷約為60kva；（4）一些負(fù)荷參數(shù)的取值：負(fù)荷功率因數(shù)均取cos=0.85，負(fù)荷同期率 kt=0.9c，年最大負(fù)荷利用小時數(shù)tmax4800小時/年，表中所列負(fù)荷不包括網(wǎng)損在內(nèi)，故計算時因考慮網(wǎng)損，此處計算一律取網(wǎng)損率為5%，各電壓等級的出線回路數(shù)在設(shè)計中根據(jù)實際需要來決定。各電壓等級是否預(yù)備用線路請自行考慮決定。 電氣主接線設(shè)計 電氣主接線是變電所電氣設(shè)計的首要核心部分，也是電力構(gòu)成的

6、重要環(huán)節(jié)。電氣主接線設(shè)計是依據(jù)變電所的最高電壓等級和變電所的性質(zhì)，選擇出某種與變電所在系統(tǒng)中的地位和作用相適應(yīng)的接線方式。主接線接線方式(1) 單母線接線 優(yōu)點：接線簡單清晰，設(shè)備少，操作方便，便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置。缺點：不夠靈活可靠，任一元件（母線或母線隔離開關(guān)等）故障時檢修，均需使整個配電裝置停電，單母線可用隔離開關(guān)分段，但當(dāng)一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后才能恢復(fù)非故障母線的供電。適用范圍： 35-63kv配電裝置出線回路數(shù)不超過3回；110-220kv配電裝置的出線回路數(shù)不超過2回。（2） 單母線分段接線優(yōu)點：用斷路器把母線分段后，對重要用戶

7、可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電。當(dāng)一段母線發(fā)生故障，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。缺點：當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，該段母線的回路都要在檢修期間內(nèi)停電。當(dāng)出線為雙回路時，常使架空線路出現(xiàn)交叉跨越。擴(kuò)建時需向兩個方向均衡擴(kuò)建。適用范圍： 35kv配電裝置出線回路數(shù)為4-8回時；110-220kv配電裝置出線回路數(shù)為3-4回時。（3） 單母分段帶旁路母線這種接線方式在進(jìn)出線不多，容量不大的中小型電壓等級為35-110kv的變電所較為實用，具有足夠的可靠性和靈活性。（二） 橋型接線內(nèi)橋形接線優(yōu)點：高壓斷器數(shù)量少，四個回路只需三臺斷路器。缺

8、點：變壓器的切除和投入較復(fù)雜，需動作兩臺斷路器，影響一回線路的暫時停運；橋連斷路器檢修時，兩個回路需解列運行；出線斷路器檢修時，線路需較長時期停運。適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠，變電所并且變壓器不經(jīng)常切換或線路較長，故障率較高的情況。2、外橋形接線優(yōu)點：高壓斷路器數(shù)量少，四個回路只需三臺斷路器。缺點：線路的切除和投入較復(fù)雜，需動作兩臺斷路器，并有一臺變壓器暫時停運。高壓側(cè)斷路器檢修時，變壓器較長時期停運。適用范圍：適用于較小容量的發(fā)電廠，變電所并且變壓器的切換較頻繁或線路較短，故障率較少的情況。 雙母線接線優(yōu)點：（1）供電可靠,可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷；一組母線故障時，能迅速恢

9、復(fù)供電；檢修任一回路的母線隔離開關(guān)，只停該回路。（2）調(diào)度靈活。各個電源和各回路負(fù)荷可以任意分配到某一組母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各種運行方式調(diào)度和潮流變化的需要。（3）擴(kuò)建方便。向雙母線的左右任何的一個方向擴(kuò)建，均不影響兩組母線的電源和負(fù)荷均勻分配，不會引起原有回路的停電。（4）便于試驗。當(dāng)個別回路需要單獨進(jìn)行試驗時，可將該回路分開，單獨接至一組母線上。雙母線分段接線雙母線分段可以分段運行，系統(tǒng)構(gòu)成方式的自由度大，兩個元件可完全分別接到不同的母線上，對大容量且相互聯(lián)系的系統(tǒng)是有利的。由于這種母線接線方式是常用傳統(tǒng)技術(shù)的一種延伸，因此在繼電保護(hù)方式和操作運行方面都不會發(fā)生問題，而較容易實現(xiàn)分階

10、段的擴(kuò)建優(yōu)點。但容易受到母線故障的影響，斷路器檢修時需要停運線路。占地面積較大。一般當(dāng)連接的進(jìn)出線回路數(shù)在11回及以下時，母線不分段。 35kv電氣主接線 根據(jù)資料顯示,由于35kv的出線為4回，一類負(fù)荷較多，可以初步選擇以下兩種方案：（1）單母分段帶旁母接線且分段斷路器兼作旁路斷路器，電壓等級為35kv60kv，出線為48回，可采用單母線分段接線，也可采用雙母線接線。（2）雙母接線接線表 35kv主接線方案比較 方案項目方案單母分段帶旁母方案雙母接線技術(shù)單清晰、操作方 便、易于發(fā)展可靠性、靈活性差旁路斷路器還可以代替出線斷路器，進(jìn)行不停電檢修出線斷路器，保證重要用戶供電擴(kuò)建時需向兩個方向均衡

11、擴(kuò)建供電可靠調(diào)度靈活擴(kuò)建方便便于試驗易誤操作經(jīng)濟(jì)設(shè)備少、投資小用母線分段斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資設(shè)備多、配電裝置 復(fù)雜投資和占地面 大雖然方案可靠性、靈活性不如方案，但其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。鑒于此電壓等級不高，可選用投資小的方案。 110kv電氣主接線根據(jù)資料顯示，由于110kv沒有出線只有2回進(jìn)線，可以初步選擇以下兩種方案： （1）橋行接線,根據(jù)資料分析此處應(yīng)選擇內(nèi)橋接線。（2）單母接線。表 110kv主接線方案比較方案項目方案內(nèi)橋接線方案單母分段技術(shù)線清晰簡單調(diào)度靈活，可靠性 不高簡單清晰、操作方便、易于發(fā)展可靠性、靈活性差經(jīng)濟(jì)占地少使用的斷路器少備少、投資小經(jīng)比較兩種方案都具有接線簡單

12、這一特性。雖然方案可靠性、靈活性不如方案，但其具有良好的經(jīng)濟(jì)性?？蛇x用投資小的方案二 繼電保護(hù)配置繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要屏障，在此設(shè)計變電站繼電保護(hù)結(jié)合我國目前繼電保護(hù)現(xiàn)狀突出繼電保護(hù)的選擇性，可靠性、快速性、靈敏性、運用微機繼電保護(hù)裝置及微機監(jiān)控系統(tǒng)提高變電站綜合自動化水平。（一） 變電所母線保護(hù)配置1、110kv、35kv線路保護(hù)部分：（1)距離保護(hù) （2)零序過電流保護(hù)（3)自動重合閘 （ 4)過電壓保護(hù) 2、10kv線路保護(hù)：（1)10kv線路保護(hù)：采用微機保護(hù)裝置，實現(xiàn)電流速斷及過流保護(hù)、實現(xiàn)三相一次重合閘。 （2)10kv電容器保護(hù)：采用微機保護(hù)裝置，實現(xiàn)電流過流保護(hù)

13、、過壓、低壓保護(hù)。 （3)10kv母線裝設(shè)小電流接地選線裝置（二） 變電所主變保護(hù)的配置電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電元件，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運行帶來嚴(yán)重的影響，而本次所設(shè)計的變電所是110kv降壓變電所，如果不保證變壓器的正常運行，將會導(dǎo)致全所停電，影響變電所供電可靠性。主變壓器的主保護(hù)（1）、瓦斯保護(hù)對變壓器油箱內(nèi)的各種故障以及油面的降低，應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)，它反應(yīng)于油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動作。其中輕瓦斯動作于信號，重瓦斯動作于跳開變壓器各側(cè)電源斷路器。（2）、差動保護(hù)對變壓器繞組和引出線上發(fā)生故障，以及發(fā)生匝間短路時，其保護(hù)瞬時動作，跳開各側(cè)電源斷路器。 主變壓器

14、的后備保護(hù)（1）、過流保護(hù)為了反應(yīng)變壓器外部故障而引起的變壓器繞組過電流，以及在變壓器內(nèi)部故障時，作為差動保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備，所以需裝設(shè)過電流保護(hù)。（2）、過負(fù)荷保護(hù)變壓器的過負(fù)荷電流，大多數(shù)情況下都是三相對稱的，因此只需裝設(shè)單相式過負(fù)荷保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)一般經(jīng)追時動作于信號，而且三繞組變壓器各側(cè)過負(fù)荷保護(hù)均經(jīng)同一個時間繼電器。（3）、變壓器的零序過流保護(hù)對于大接地電流的電力變壓器，一般應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)，用作變壓器主保護(hù)的后備保護(hù)和相鄰元件接地短路的后備保護(hù)，一般變電所內(nèi)只有部分變壓器中性點接地運行，因此，每臺變壓器上需要裝設(shè)兩套零序電流保護(hù)，一套用于中性點接地運行方式，另一套用于中性點不接

15、地運行方式三 防雷接地變電所是電力系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，是電能供應(yīng)的來源，一旦發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，而且電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣會受到損壞，絕大多數(shù)不能自行恢復(fù)會嚴(yán)重影響國民經(jīng)濟(jì)和人民生活，因此，要采取有效的防雷措施，保證電氣設(shè)備的安全運行。變電所的雷害來自兩個方面，一是雷直擊變電所，二是雷擊輸電線路后產(chǎn)生的雷電波沿線路向變電所侵入，對直擊雷的保護(hù)，一般采用避雷針和避雷線，使所有設(shè)備都處于避雷針（線）的保護(hù)范圍之內(nèi)，此外還應(yīng)采取措施，防止雷擊避雷針時不致發(fā)生反擊。對侵入波防護(hù)的主要措施是變電所內(nèi)裝設(shè)閥型避雷器，以限制侵入變電所的雷電波的幅值，防止設(shè)備上的過電壓不超過其中擊耐壓值，同時在距變電所適

16、當(dāng)距離內(nèi)裝設(shè)可靠的進(jìn)線保護(hù)。避雷針的作用：將雷電流吸引到其本身并安全地將雷電流引入大地，從而保護(hù)設(shè)備，避雷針必須高于被保護(hù)物體，可根據(jù)不同情況或裝設(shè)在配電構(gòu)架上，或獨立裝設(shè)，避雷線主要用于保護(hù)線路，一般不用于保護(hù)變電所。避雷器是專門用以限制過電壓的一種電氣設(shè)備，它實質(zhì)是一個放電器，與被保護(hù)的電氣設(shè)備并聯(lián)，當(dāng)作用電壓超過一定幅值時，避雷器先放電，限制了過電壓，保護(hù)了其它電氣設(shè)備。（一） 避雷器的選擇1 避雷器的配置原則（1）配電裝置的每組母線上，應(yīng)裝設(shè)避雷器。（2）旁路母線上是否應(yīng)裝設(shè)避雷器，應(yīng)在旁路母線投入運行時，避雷器到被保護(hù)設(shè)備的電氣距離是否滿足而定。（3）220kv以下變壓器和并聯(lián)電抗器

17、處必須裝設(shè)避雷器，并盡可能靠近設(shè)備本體。（4）220kv及以下變壓器到避雷器的電氣距離超過允許值時，應(yīng)在變壓器附近增設(shè)一組避雷器。（5）三繞組變壓器低壓側(cè)的一相上宜設(shè)置一臺避雷器。 避雷器選擇技術(shù)條件（1）、型式：選擇避雷器型式時，應(yīng)考慮被保護(hù)電器的絕緣水平和使用特點，按下表選擇如表:表 避雷器型號選擇表型號型式應(yīng)用范圍fs配電用普通閥型10kv以下配電系統(tǒng)、電纜終端盒fz電站用普通閥型3-220kv發(fā)電廠、變電所配電裝置fcz電站用磁吹閥型330kv及需要限制操作的220kv以及以下配電某些變壓器中性點fcd旋轉(zhuǎn)電機用磁吹閥型用于旋轉(zhuǎn)電機、屋內(nèi)型號含義： f閥型避雷器； s配電所用；z發(fā)電廠

18、、變電所用； c磁吹；d旋轉(zhuǎn)電機用；j中性點直接接地（2）、額定電壓：避雷器的額定電壓應(yīng)與系統(tǒng)額定電壓一致。（二）變電所的進(jìn)線段保護(hù)為使避雷器可靠的保護(hù)變壓器，還必須設(shè)法限制侵入波陡度和流過避雷器的沖擊電流幅值。因為避雷器的殘壓與雷電流的大小有關(guān)，過大的雷電流致使過高，而且閥片通流能力有限，雷電流若超過閥片的通斷能力，避雷器就會壞。因此，還必須增加輔助保護(hù)措施配合避雷器共同保護(hù)變壓器，這一輔助措施就是進(jìn)線段。如果線路沒有進(jìn)線段保護(hù)，雷直擊變電所附近導(dǎo)線時，流過避雷器的雷電流幅值和陡度是有可能超過容許值的。因此，為了限制侵入波的陡度和幅值，使避雷器可靠動作，變電所必須有一段進(jìn)線段保護(hù)。本設(shè)計中采

19、用的是在進(jìn)線進(jìn)線12km范圍內(nèi)裝設(shè)避雷器。（三）接地裝置的設(shè)計接地就是指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點通過導(dǎo)體與大地相連，使該物體或節(jié)點與大地保持等電位，埋入地中的金屬接地體稱為接地裝置。1設(shè)計原則（1）、由于變電站各級電壓母線接地故障電流越來越大，在接地設(shè)計中要滿足電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)dl/t621-1997交流電氣裝置的接地中r2000/i是非常困難的?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)與原接地規(guī)程有一個很明顯的區(qū)別是對接地電阻值不再規(guī)定要達(dá)到0.5，而是允許放寬到5，但這不是說一般情況下，接地電阻都可以采用5，接地電阻放寬是有附加條件的，即：防止轉(zhuǎn)移電位引起的危害，應(yīng)采取各種隔離措施; 考慮短路電流非周期分量的

20、影響，當(dāng)接地網(wǎng)電位升高時，3-10kv避雷器不應(yīng)動作或動作后不應(yīng)損壞; 應(yīng)采取均壓措施，并驗算接觸電位差和跨步電位差是否滿足要求, 施工后還應(yīng)進(jìn)行測量和繪制電位分布曲線。（2）、在接地故障電流較大的情況下，為了滿足以上幾點要求，還是得把接地電阻值盡量減小。接地電阻的合格值既不是0.5，也不是5，而應(yīng)根據(jù)工程的具體條件，在滿足附加條件要求的情況下，不超過5都是合格的。接地網(wǎng)型式選擇及優(yōu)劣分析220kv及以下變電站地網(wǎng)網(wǎng)格布置采用長孔網(wǎng)或方孔網(wǎng)，接地帶布置按經(jīng)驗設(shè)計，水平接地帶間距通常為5m-8m。除了在避雷針（線）和避雷器需加強分流處裝設(shè)垂直接地極外，在地網(wǎng)周邊和水平接地帶交叉點設(shè)置2.5m-3

21、m的垂直接地極，進(jìn)所大門口設(shè)帽檐式均壓帶，接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)是水平地網(wǎng)與垂直接地極相結(jié)合的復(fù)合式地網(wǎng)。長孔與方孔地網(wǎng)網(wǎng)格布置尺寸按經(jīng)驗確定，沒有輔助的計算程序和對計算結(jié)果進(jìn)行分析，設(shè)計簡單而粗略。因為接地網(wǎng)邊緣部分的導(dǎo)體散流大約是中心部分的3-4倍，因此，地網(wǎng)邊緣部分的電場強度比中心部分高，電位梯度較大，整個地網(wǎng)的電位分布不均勻。接地鋼材用量多，經(jīng)濟(jì)性差。在220kv及以下的變電工程中采用長孔網(wǎng)或方孔網(wǎng)，因為入地故障電流相對較小，地網(wǎng)面積不大，缺點不太突出。而在500kv變電站采用，上述缺點的表現(xiàn)會十分明顯，建議500kv變電站不采用長孔或方孔地網(wǎng)。降低接地網(wǎng)電阻的措施（1）利用地質(zhì)鉆孔埋設(shè)長接地極根

22、據(jù)接地理論分析，接地網(wǎng)邊緣設(shè)置長接地極能加強邊緣接地體的散流效果，可以起到降低接地電阻和穩(wěn)定地網(wǎng)電位的作用。如果用打深井來裝設(shè)長接地極，則施工費很高，如利用地質(zhì)勘察鉆孔埋設(shè)長接地極，施工費將大大節(jié)省。但需注意：利用地網(wǎng)邊緣的地質(zhì)鉆孔，間距不小于接地極長的兩倍；鉆孔要伸入地下含水層方可利用，工程中我們曾經(jīng)進(jìn)行過實測，未插入到含水層的長接地極降阻效果差。（2）、使用降阻劑 在高土壤電阻率區(qū)的接地網(wǎng)施工中使用降阻劑，無論是變電還是發(fā)電工程例子都很多。20世紀(jì)的70年代到80年代，使用較多的是膨潤土降阻劑和碳基類降阻劑。據(jù)了解，多個使用降阻劑的工程，接地完工后測量接地電阻情況都不錯，但由于缺乏長期的跟蹤監(jiān)測，對降阻劑性能的長效性和對接地極材料的腐蝕性的信息返回少。確實也有質(zhì)量差的降阻劑，降阻效果不能持久，對接地網(wǎng)造成腐蝕，引起各地對降阻劑使用意見分岐。（3）、利用地下水的降阻作用,深井接地,引外接地。當(dāng)變電站附近有低土壤電阻率區(qū)（水塘、水田、水洼地），可以敷設(shè)輔助接地網(wǎng)與所內(nèi)主接地網(wǎng)連接，這種方式叫引外接地。這也是降低接地電阻的有效