降壓變電所電氣一二次設(shè)計2013課程設(shè)計

1、信息工程學院綜合課程設(shè)計報告書題目: 110KV降壓變電所電氣一、二次設(shè)計 專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級： 學 號： 學生姓名： 指導(dǎo)教師： 聲明 ：本作品用以交差之用 無實際理論意義 不確保準確性與實踐性 2012年 10月 10日 前 言變電站是電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，由電器設(shè)備及配電網(wǎng)絡(luò)按一定的接線方式所構(gòu)成，他從電力系統(tǒng)取得電能，通過其變換、分配、輸送與保護等功能，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行然后將電能安全、可靠、經(jīng)濟的輸送到每一個用電設(shè)備的場所。110KV變電站屬于高壓網(wǎng)絡(luò)，電氣主接線是發(fā)電廠變電所的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線直關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇、是變電站電氣部分投

2、資大小的決定性因素。首先，根據(jù)主接線的經(jīng)濟可靠、運行靈活的要求選擇各個電壓等級的接線方式來選擇。根據(jù)主變?nèi)萘窟x擇適合的變壓器，主變壓器的臺數(shù)、容量及形式的選擇是很重要，它對發(fā)電廠和變電站的技術(shù)經(jīng)濟影響大。本變電所的初步設(shè)計包括了：（1）總體方案的確定（2）短路電流的計算（3）高低壓配電系統(tǒng)設(shè)計與系統(tǒng)接線方案選擇（4）繼電保護的選擇與整定（5）防雷與接地保護等內(nèi)容。最后，本設(shè)計根據(jù)典型的110kV發(fā)電廠和變電所電氣主接線圖，根據(jù)廠、所繼電保護、自動裝置、勵磁裝置、同期裝置及測量表計的要求各電壓等級的額定電壓和最大持續(xù)工作電流進行設(shè)備選擇，而后進行校驗. 第1章 短路電流的計算11短路的基本知識所

3、謂短路，就是供電系統(tǒng)中一相或多相載流導(dǎo)體接地或相互接觸并產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。短路電流的大小也是比較主接線方案，分析運行方式時必須考慮的因素。系統(tǒng)短路時還會出現(xiàn)電壓降低，靠近短路點處尤為嚴重，這將直接危害用戶供電的安全性及可靠性。為限制故障范圍，保護設(shè)備安全，繼電保護裝置整定必須在主回路通過短路電流時準確動作。變電短路電流的大小也是比較主接線方案，分析運行方式時必須考慮的因素。系統(tǒng)短路時還會出現(xiàn)電壓降低，靠近短路點處尤為嚴重，這將直接危害用戶供電的安全性及可靠性。為限制故障范圍，保護設(shè)備安全，繼電保護裝置整定必須在主回路通過短路電流時準確動作。所中的各種電氣設(shè)備必須能承受短路電流的作用，不致

4、因過熱或電動力的影響造成設(shè)備損壞。例如：斷路器必須能斷開可能通過的最大短路電流；電流互感器應(yīng)有足夠的過電流倍數(shù)；母線要校驗短路時承受的最大應(yīng)力；接地裝置的選擇也與短路電流大小有關(guān)等。供電系統(tǒng)應(yīng)該正常的不間斷地可靠供電，以保證生產(chǎn)和生活的正常進行。電力系統(tǒng)正常運行方式的破壞，多數(shù)是由短路故障引起的，系統(tǒng)中將出現(xiàn)比正常運行時的額定電流大許多倍的短路電流，其數(shù)值可達幾萬甚至幾十萬安培。變電所設(shè)計中不能不全面地考慮短路故障的各種影響。、由于上述原因，短路電流計算成為變電所電氣部分設(shè)計的基礎(chǔ)。選擇電氣設(shè)備時，通常用三相短路電流；校驗繼電保護動作靈敏度時用兩相短路、單相短路電流或或單相接地電流。工程設(shè)計中

5、主要計算三相短路電流。12計算短路電流的目的短路故障對電力系統(tǒng)的正常運行影響很大，所造成的后果也十分嚴重，因此在系統(tǒng)的設(shè)計，設(shè)備的選擇以及系統(tǒng)運行中，都應(yīng)該著眼盡量限制所影響的范圍。短路的問題一直是電力技術(shù)的基本問題之一，無論從設(shè)計、制造、安裝、運行和維護檢修等各方面來說，都必須了解短路電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律，掌握分析計算短路電流的方法。短路電流計算具體目的是；（1） 選擇電氣設(shè)備。電氣設(shè)備，如開關(guān)電氣、母線、絕緣子、電纜等，必須具有充分的電動力穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，而電氣設(shè)備的電動力穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的效驗是以短路電流計算結(jié)果為依據(jù)的。（2） 繼電保護的配置和整定。系統(tǒng)中影配置哪些繼電保護以及繼電保

6、護裝置的參數(shù)整定，都必須對電力系統(tǒng)各種短路故障進行計算和分析，而且不僅要計算短路點的短路電流，還要計算短路電流在網(wǎng)絡(luò)各支路中的分布，并要作多種運行方式的短路計算。（3） 電氣主接線方案的比較和選擇。在發(fā)電廠和變電所的主接線設(shè)計中，往往遇到這樣的情況：有的接線方案由于短路電流太大以致要選用貴重的電氣設(shè)備，使該方案的投資太高而不合理，但如果適當改變接線或采取限制短路電流的措施就可能得到即可靠又經(jīng)濟的方案，因此，在比較和評價方案時，短路電流計算是必不可少的內(nèi)容。（4） 通信干擾。在設(shè)計110KV及以上電壓等級的架空輸電線時，要計算短路電流，以確定電力線對臨近架設(shè)的通信線是否存在危險及干擾影響。（5）

7、 確定分裂導(dǎo)線間隔棒的間距。在500KV配電裝置中，普遍采用分裂導(dǎo)線做軟導(dǎo)線。當發(fā)生短路故障時，分裂導(dǎo)線在巨大的短路電流作用下，同相次導(dǎo)線間的電磁力很大，使導(dǎo)線產(chǎn)生很大的張力和偏移，在嚴重情況下，該張力值可達故障前初始張力的幾倍甚至幾十倍，對導(dǎo)線、絕緣子、架構(gòu)等的受力影響很大。因此，為了合理的限制架構(gòu)受力，工程上要按最大可能出現(xiàn)的短路電流確定分裂導(dǎo)線間隔的安裝距離。 1.3短路電流的計算步驟基本假定.1系統(tǒng)運行方式為最大運行方式。.2磁路飽和、磁滯忽略不計。即系統(tǒng)中各元件呈線性，參數(shù)恒定，可以運用疊加原理。.3在系統(tǒng)中三相除不對稱故障處以外，都認為是三相對稱的。.4忽略對計算結(jié)果影響較小的參數(shù)

8、，如元件的電阻、線路的電容以及網(wǎng)內(nèi)的電容器、感性調(diào)和及高壓電機向主電網(wǎng)的電能反饋等。.5短路性質(zhì)為金屬性短路，過渡電阻忽略不計。.6系統(tǒng)中的同步和異步電機均為理想電機?；鶞手档倪x擇為了計算方便，通常取基準容量Sj100MVA；基準電壓Uj取各級電壓的平均電壓，即UjUp1.05Ue；基準電流；基準電抗常用基準值如表1所示。表1 常用基準值表（Sj100MVA）基準電壓Uj（kV）3.156.310.537115230基準電流Ij（kA）18.339.165.501.560.5020.251基準電抗Xj（）0.09920.3971.1013.71325301.3.3各元件參數(shù)標么值的計算電路元件

9、的標么值為有名值與基準值之比，計算公式如下： 采用標么值后，相電壓和線電壓的標么值是相同的，單相功率和三相功率的標么值也是相同的，某些物理量還可以用標么值相等的另一些物理量來代替，如I*=S*。電抗標么值和有名值的變換公式如表2所示。表2中各元件的標么值可由表1中查得。表2 各電氣元件電抗標么值計算公式元件名稱標 么 值備 注發(fā)電機調(diào)相機電動機為發(fā)電機次暫態(tài)電抗的百分值變壓器為變壓器短路電壓百分值，為最大容量線圈額定容量電抗器為電抗器的百分電抗值線路線路長度系統(tǒng)阻抗Skd為與系統(tǒng)連接的斷路器的開斷容量；S為已知系統(tǒng)短路容量其中線路電抗值的計算中，為：6220kV架空線 取0.4 /kM35kV

10、三芯電纜 取0.12 /kM610kV三芯電纜 取0.08 /kM表2中SN、Sb單位為MVA，UN、Ub單位為kV，IN、Ib單位為kA。1.3.4短路電流的計算1.3.4.1網(wǎng)絡(luò)變換計算公式串聯(lián)阻抗合成：并聯(lián)阻抗合成：，當只有兩支時1.3.4.2短路電流計算公式短路電流周期分量有效值： 短路沖擊電流峰值：短路全電流最大有效值：式中為沖擊系統(tǒng)，可按表3選用。表3 不同短路點的沖擊系數(shù)短路點推薦值發(fā)電機端1.902.69發(fā)電廠高壓側(cè)母線及發(fā)電機電抗器后1.852.62遠離發(fā)電廠的地點1.802.55注：表中推薦的數(shù)值已考慮了周期分量的衰減。1.3.4.3最大運行方式下短路電流的計算最大運行方式

11、下等值電路標么阻抗圖見圖2圖3d1：d2：d3：d4：1.5短路電流計算結(jié)果110kV降壓變電站相關(guān)短路電流計算結(jié)果見下表4。短路點短路電流周期分量(有效值)Id(kA)短路沖擊電流(峰值)ich(kA)短路全電流最大有效值Ich(kA)最大運行方式下d15.18713.2277.832d210.64327.1416.071d310.35226.39815.632d49.56824.39814.448最小運行方式下d13.639.2575.481d29.85125.1214.875d39.60224.48514.499d48.92422.75613.475圖2 d1：d2：d3：d4：21繼電

12、保護的基本知識在變電所的設(shè)計和運行中，當電力系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常運行的可能性，如設(shè)備的相間短路、對地短路及過負荷等故障。為了保證用戶的可靠供電，防止電氣設(shè)備的損壞及事故擴大，應(yīng)盡快地將故障切除。這個任務(wù)靠運行人員進行手動操作控制是無法實現(xiàn)的，必須由繼電保護裝置自動地、迅速地、有選擇性地將故障設(shè)備切除，而當不正常運行情況時，要自動地發(fā)出信號以便及時處理，這就是繼電保護的任務(wù)。2.2 線路的繼電保護配置2.2.1 110kV側(cè)繼電保護配置2.3變壓器保護配置及整定計算2.3.1變壓器保護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)的正常運行帶來嚴重的影響。因此，我們必

13、須研究變壓器有哪些故障和不正常運行狀態(tài)，以便采取相應(yīng)的保護措施。變壓器的故障可以分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。油箱外的故障，主要是套管和引出線上發(fā)生相間短路以及中性點直接接地側(cè)的接地短路。這些故障的發(fā)生會危害電力系統(tǒng)的安全連續(xù)供電。油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心的燒損等。油箱內(nèi)故障時產(chǎn)生的電弧，不僅會損壞繞組的絕緣、燒毀鐵芯，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱的爆炸。變壓器外部短路引起的過電流、負荷長時間超過額定容量引起的過負荷、風扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等，這些運行狀態(tài)會使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點不接地運行

14、的星形接線方式變壓器，外部接地短路時有可能造成變壓器中性點過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運行方式下會發(fā)生變壓器的過勵磁，引起鐵芯和其它金屬構(gòu)件的過熱。 主保護：電流差動保護、瓦斯保護后備保護：過電流保護/低壓閉鎖過電流保護/復(fù)合電壓閉鎖過流保護/阻抗保護/零序過電流保護/零序過電壓保護/過負荷保護/過激磁保護。兩種配置模式：（1）主保護、后備保護分開設(shè)置（2）成套保護裝置，重要變壓器雙重化配置2.3.2縱聯(lián)差動保護以雙繞組變壓器為例來說明實現(xiàn)縱差動保護的原理，如圖5所示。?2?2?1nBnl 1nl 2?1?2- ?2I- I圖5變壓器縱差動保護的原理接線由于變壓

15、器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，因此，為了保證縱差動保護的正確工作，就必須適當選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使得在正常運行和外部故障時，兩個二次電流相等，亦即在正常運行和外部故障時，差動回路的電流等于零。例如在圖5中，應(yīng)使 = 或=式中高壓側(cè)電流互感器的變比；低壓側(cè)電流互感器的變比； 變壓器的變比（即高、低壓側(cè)額定電 壓之比）。由此可知，要實現(xiàn)變壓器的縱差動保護， 就必須適當?shù)剡x擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比，這是與前述送電線路的縱差動保護不同的。這個區(qū)別是由于線路的縱差動保護可以直接比較兩側(cè)電流的幅值和相位，而變壓器的縱差動保護則必須考慮變壓器變比的影響。本次設(shè)計所采用的變壓器

16、型號為：SZ-25000/110。對于這種大型變壓器而言，它都必需裝設(shè)單獨的變壓器差動保護，這是因為變壓器差動保護通常采用兩側(cè)電流差動，其中高電壓側(cè)電流引自高壓側(cè)電流互感器，低壓側(cè)電流引自變壓器低壓側(cè)電流互感器，這樣使差動保護的保護范圍為二組電流互感器所限定的區(qū)域，從而可以更好地反映這些區(qū)域內(nèi)相間短路，高壓側(cè)接地短路以及主變壓器繞組匝間短路故障。所以我們用縱聯(lián)差動保護作為變壓器的主保護，其接線原理圖如圖5所示。正常情況下,=即：（變壓器變比）所以這時Ir=0，實際上，由于電流繼電器接線方式，變壓器勵磁電流，變比誤差等影響導(dǎo)致不平衡電流的產(chǎn)生，故Ir不等于0 ，針對不平衡電流產(chǎn)生的原因不同可以采

17、取相應(yīng)的措施來減小。盡管縱聯(lián)差動保護有很多其它保護不具備的優(yōu)點，但當大型變壓器內(nèi)部產(chǎn)生嚴重漏油或匝數(shù)很少的匝間短路故障以及繞組斷線故障時，縱聯(lián)差動保護不能動作，這時我們還需對變壓器裝設(shè)另外一個主保護瓦斯保護。圖6縱聯(lián)差動保護原理示意圖2.3.3瓦斯保護瓦斯保護主要用來保護變壓器的內(nèi)部故障，它由于一方面簡單，靈敏，經(jīng)濟；另一方面動作速度慢，且僅能反映變壓器油箱內(nèi)部故障，就注定了它只有與差動保護配合使用才能做到優(yōu)勢互補，效果更佳。瓦斯保護的工作原理：當變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，有輕瓦斯產(chǎn)生，瓦斯繼電器KG的上觸點閉合，作用于預(yù)告信號；當發(fā)生嚴重故障時，重瓦斯沖出，瓦斯繼電器的下觸點閉合，經(jīng)中間繼電

18、器KC作用于信號繼電器KS，發(fā)出警報信號，同時斷路器跳閘。瓦斯繼電器的下觸點閉合，也可利用切換片XB切換位置，只給出報警信號。瓦斯保護的整定：瓦斯保護有重瓦斯和輕瓦斯之分，它們裝設(shè)于油箱與油枕之間的連接導(dǎo)管上。其中輕瓦斯按氣體容積進行整定，整定范圍為：250300cm3,一般整定在250cm3 。重瓦斯按油流速度進行整定，整定范圍為：0.61.5m/s,一般整定在1m/s 。瓦斯保護原理如圖7所示。圖7瓦斯保護原理示意圖2.3.4保護配置的整定 對于本次設(shè)計來說，變壓器的主保護有縱聯(lián)差動保護和瓦斯保護，其中瓦斯保護一般不需要進行整定計算，所以僅對縱聯(lián)差動保護進行整定如下：(1)避越變壓器的勵磁

19、涌流： 其中為可靠系數(shù)，取1.3，而為變壓器的額定電流。(2)避越外部短路時的最大不平衡電流：其中Ktx為電流互感器同型系數(shù)，型號相同時取0.5，型號不同時取1，這里為避免以后更換設(shè)備的方便故取1；為非周期分量引起的誤差，取1；建議采用中間值0.05；取0.1； 為變壓器外部最大運行方式下的三相短路電流，由前面的計算結(jié)果知=995。(3)躲過電流互感器二次回路斷線的最大負荷電流： 而保護基本側(cè)的動作電流取：(4)確定差動繼電器的動作電流和基本側(cè)差動線圈的匝數(shù)： 差動繼電器的動作電流：其中為電流互感器的一次側(cè)額定電流；為電流互感器的二次額定電流。差動線圈匝數(shù)： 實際整定匝數(shù)選用： 所以繼電器的實

20、際動作電流為： 保護裝置的實際動作電流為： 變壓器差動保護參數(shù)計算結(jié)果如下表7-1：變壓器額定電壓/kV11011110110額定電流 Ie/A互感器接線方式Ddyy互感器計算變比互感器選擇變比100/5100/5400/5400/5電流互感器二次額定電流58/20=2.958/20=2.9320/8=4320/80=4(5) 校驗保護的靈敏系數(shù):當系統(tǒng)在最小運行方式下,線路處開環(huán)運行發(fā)生兩相短路時,保護裝置靈敏系數(shù)最低,即:顯然靈敏度滿足要求。其中是變壓器差動保護范圍內(nèi)短路時總的最小短路電流有名值(歸算到基本側(cè))。是保護的接線系數(shù),這里取1。31繼電保護的基本知識在變電所的設(shè)計和運行中，當電

21、力系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常運行的可能性，如設(shè)備的相間短路、對地短路及過負荷等故障。為了保證用戶的可靠供電，防止電氣設(shè)備的損壞及事故擴大，應(yīng)盡快地將故障切除。這個任務(wù)靠運行人員進行手動操作控制是無法實現(xiàn)的，必須由繼電保護裝置自動地、迅速地、有選擇性地將故障設(shè)備切除，而當不正常運行情況時，要自動地發(fā)出信號以便及時處理，這就是繼電保護的任務(wù)。3.3 10kV線路保護配置及整定計算3.3.1 110kV側(cè)繼電保護配置第4章 防雷與接地方案的設(shè)計4.1 防雷保護4.1.1 直擊雷保護直擊雷過電壓：雷電直接擊中電氣線路、設(shè)備或建筑物而引起的過電壓，又稱直擊雷。在雷電的主放電過程中，其傳播速度極快（約為光速的5

22、0%-10%），雷電壓幅值達10-100MV，雷電流幅值達數(shù)百千安，伴以強烈的光、熱、機械效應(yīng)和危險的電磁效應(yīng)以及強烈的閃絡(luò)放電，具有強烈的破壞性和對人員的殺傷性。110KV配電裝置、主變壓器為戶外布置、采用在構(gòu)架上設(shè)置2支避雷針，及其余設(shè)備均為戶內(nèi)布置，采用配電樓屋頂設(shè)避雷帶，和避雷針聯(lián)合作為防直擊雷保護，確保戶外主變壓器、110KV配電裝置在其聯(lián)合保護范圍內(nèi)。避雷帶采用16的熱鍍鋅圓鋼，避雷針與建筑物鋼筋隔離，并采用3根引下線與主接地網(wǎng)相連接，連接點與其他設(shè)備接地點的電氣距離應(yīng)滿足規(guī)范要求。4.1.2 侵入波保護雷電波入侵(高電位侵入):架空線路遭受雷擊或感應(yīng)累的影響,在線路上形成沿線路傳

23、播的高電壓行波.此種電壓波入侵到建筑物內(nèi)或進入電氣設(shè)備造成過電壓。據(jù)統(tǒng)計城市中雷擊事故的50%-70%是由于這種雷電波侵入造成的。因此，在工廠中應(yīng)予以重視，對其危害給予足夠的防護。為防止線路侵入雷電波的過電壓，在110KV進線，10KV母線橋及10KV每段母線上分別安裝氧化鋅避雷器。為保護主變壓器中性點絕緣，在主變110KV側(cè)中性點裝設(shè)氧化鋅避雷器。10KV并聯(lián)電容器根據(jù)規(guī)定裝設(shè)氧化鋅避雷器保護。4.2 接地裝置的設(shè)計本變電站主接地網(wǎng)以水平接地體加垂直地極構(gòu)成，水平接地體采用16熱鍍鋅圓鋼，垂直接地極用50502500和50503000兩種長度的熱鍍鋅角鋼，布置盡量利用配電室以外的空地。變電站主接地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)滿足R0.5的要求。如實測接地電阻值不能滿足要求，則需擴大接地網(wǎng)面積或采取其他降阻措施。所有設(shè)備的底座或基礎(chǔ)槽鋼均采用16的熱鍍鋅圓鋼焊接并接入主接