【電氣工程及自動化開題報告：電力變壓器保護設計5000字】

1題目來源教師提供選題。2主要研究內容針對10KV線路的特點，電力系統(tǒng)的安全運行設計出進行各種變壓器的選擇，從而確定變電所的主接線方式，再進行短路電流計算，選擇導線，選擇變電所高低壓電氣一次設備等。本變電所的設計包括：（1）總體方案的確定（2）負荷分析（3）短路電流的計算（4）主接線方案的選擇（5）繼電保護的整定及防雷設計。主變容量型號為6300kVA之SF1-6300/35型雙卷變壓器，Y-Δ/11之常規(guī)接線方式，具有帶負荷調壓分接頭，可進行有載調壓。運行方式：以SI、SⅡ全投入運行，線路L1~L4全投。DL1合閘運行為最大運行方式；以SⅡ停運，線路L3、L4停運，DL1斷開運行為最小運行方式。在計算高壓電路中的短路電流時采用，基于IEC標準的計算方法(標么值法)，及短路電流在實際工程設備校驗中的應用，并通過實際工程案例進行短路電流計算分析，完成對所選實際工程案例中已選電氣設備和導線的校驗，以確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。為保證安全供電和電能質量，10kV線路：出線8回；單母線分段接線。采用兩臺10kV所用接地變+消弧線圈模式，分布于兩段10kV母線上，由于主變10kV側為Δ接線，故需用接地變引出人為中性點，同時，接地變的二次容量考慮滿足所用電的要求。接地變型號為DKSC-315/10.5-50/0.4，二次容量50kVA，電壓10±5％／0.4kV，接線方式ZN，yn11，阻抗電壓Uｄ＝4％。干式消弧線圈型號為KD-XH01-280／10.5。主變與進線斷路器和10kV內橋斷路器組成差動保護，瞬時動作跳主變二側斷路器和10kV內橋斷路器。接線方式：高、低壓兩側差動ＣＴ均采用星形接線，低壓側取主變10kV出線保護CT，通過軟件平衡兩側電流，補償二次電流相位。3開題依據(jù)隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，用戶對安全、優(yōu)質、經(jīng)濟的電能需求越來越高。因此，對電為系統(tǒng)在發(fā)電廠、輸電設施、變配電設施、用電設備這四大環(huán)節(jié)的緊密配合的要求也隨之増高。然而，由于人為或自然因素會使電力系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)異常狀態(tài)，嚴重時甚至引起整個系統(tǒng)崩潰。繼電保護設備在電力系統(tǒng)中充當保護衛(wèi)士，是系統(tǒng)安穩(wěn)運行的第一道防線，責任重大。（1）變壓器后備保護1.復壓過電流保護復壓過電流保護，實質上是復合電壓啟動的過電流保護。當變壓器發(fā)生不對稱故障時，電流增大的同時電壓將下降，同時線路中還會產(chǎn)生負序電壓。復壓過流保護實質上就是將線路電壓的下降、負序電壓的產(chǎn)生和過電流同時作為變壓器不對稱故障的判據(jù)，增加了保護的靈敏度。復壓過流保護由復合電壓元件、過電流元件及時間元件構成，作為被保護設備及相鄰設備相間短路故障的后備保護。保護的接入電流為變壓器某側TA二次三相電流，接入電壓為變壓器該側或其他側TV二次三相電壓。為提高保護的動作靈敏度，三相電流一般取自電源側，而電壓一般取自負荷側。2.零序過流保護電壓為10kV/0.4kV變電所及以上的變壓器，在大電流系統(tǒng)側應設置反映接地故障的零序電流保護。變壓器中性點接地系統(tǒng)中當變壓器發(fā)生不對稱接地短路時，將產(chǎn)生零序電流通過中性點流向大地。因此在變壓器接地數(shù)目較多的復雜電流網(wǎng)絡中，必須考慮零序保護動作的方向性。零序電流可取自中性點TA二次側。通常零序電流保護設有兩段兩時限，各段電流及時間定值均可獨立整定。零序過流保護可選擇跳閘或告警方式，具體根據(jù)當?shù)仉娋W(wǎng)的運行情況決定。為了防止反方向接地故障誤動作，采用零序方向閉鎖。3.過負荷保護變壓器過負荷保護作為變壓器在過載狀態(tài)下的安全保護。變壓器長期超過額定容量運行時（即過負荷運行），內部溫度過高，繞組會長期處于過熱狀態(tài)，加速了繞組絕緣材料的老化損壞，可能發(fā)展成事故。變壓器過負荷在多數(shù)情況下是三相對稱的，因此，過負荷保護只用一個電流繼電器接于一相電流，經(jīng)延時作用于信號。當負荷電流大于整定值的時候延時一定時間發(fā)出告警信號。當過負荷發(fā)生時，過負荷保護延時并動作于信號繼電器，過負荷保護在正常時投入。（2）變壓器繞組與調壓方式的選擇電力系統(tǒng)中變壓器繞組采用的連接方式有Y和△型兩種，而且為保證消除三次諧波的影響，必須有一個繞組是△型的，6-10kV側采用的連接方式。故該10kV變電站主變應采用的繞組連接方式為：△型。調壓方式的確定：對于10kV及以下的變壓器，以考慮至少有一級電壓的變壓器采用有載調壓。主變應采用三相變壓器。（3）主變壓器以及容量選擇在選擇變壓器時，必須切實結合實際，根據(jù)當?shù)貙嶋H情況進行選擇。在選擇的過程中，應該盡可能優(yōu)先選擇效率更高，能耗更低，同時價格合理，即所謂“物美價廉”得產(chǎn)品，既不能一味追求低價而造成變壓器質量不過關，導致以后更大的事故，也不能一味追求高精尖科技，造成成本過大，使資金無謂的浪費。本設計中選擇2臺型號為S9-500/10的變壓器。在選擇變壓器的容量時應該考慮到未來的改建擴建，隨著經(jīng)濟發(fā)展，變電站需要承擔的負荷必然會不斷增大，因此變壓器的負擔也會越來越重，而更換變壓器會造成長時間的斷電同時造成資源的浪費，所以，選擇變壓器時必須考慮到未來的發(fā)展。通常我們考慮該地5~10年的發(fā)展，因此變壓器的容量也要據(jù)此而選擇大一些。（4）根據(jù)《20kV及以下變電所設計規(guī)范GB50053-2013》的規(guī)定，10kV的高壓及低壓母線宜采用單母線或單母線分段接線。接下來分別介紹這兩種接線方式。單母線不分段接線采用單母線不分段的接線方式的優(yōu)點有兩個：1)接線簡潔，易于操作，建設電網(wǎng)時工程難度?。?)投資較少，使用的電氣設備比較少，因而經(jīng)濟性較好。采用單母線不分段的缺點：電網(wǎng)整體的可靠性較差，任一電氣元件出現(xiàn)故障，整個網(wǎng)絡都將斷電。適用范圍：適用于對供電可靠性要求較低的負荷和線路較簡單，用電量較小的負荷。圖3.4單母線不分段主接線（5）負荷計算有功功率(2-5)無功功率(2-6)視在功率(2-7)廠區(qū)車間1，車間2和辦公與生活部分的總有功功率為395kW，總無功功率為455kvar，總視在功率為602kVA，總計算電流為915A。令該廠的總有功功率和總無功功率分別乘以同時系數(shù)，有功功率的同時系數(shù)取0.90，無功功率的同時系數(shù)取0.95，經(jīng)計算后可得出有功功率為355kW，無功功率為432kvar，視在功率為559kVA，計算電流為850A。（7）短路計算短路電流計算的方法，常用的有歐姆法和標幺值法兩種，本文選用標幺值法。為了合理地配置各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進行計算和分析。在這些計算中不但要知道故障支路中的電流值，還必須知道電流在網(wǎng)絡中的分布情況。實測的參數(shù)主要包括：發(fā)電機，變壓器，架空線路，電纜線路等。在計算高壓電路中的短路電流時，只需考慮發(fā)電機、變壓器、電抗器的電抗、而忽略其電阻;對于架空線和電纜，只有當其電阻大于電抗1/3時才需計入電阻，一般也只計電抗而忽略電阻。（8）一次設備和用途1.高壓斷路器供電系統(tǒng)中最重要的開關電器之一。線路正常時，用來通斷負荷電流；線路短路時，在保護裝置的作用下用來切斷巨大的短路電流。斷路器具有很好的滅弧裝置和較強的滅弧能力。2.隔離開關沒有滅弧裝置，僅當電氣設備停電檢修時，用來隔離電源，造成一個明顯的斷開點。3.熔斷器線路或設備故障時，用于切斷強大的短路電流。4.避雷器避雷器主要用來抑制架空線路和母線上的雷電過電壓和操作過電壓保護電氣設備免受損害。5.靜電電容器主要用于補償無功功率。6.電流互感器將主回路中的大電流變換成小電流信號，供計量和繼電保護用。7.電壓互感器將高電壓變換成低電壓，供計量和繼電保護用。4起止時間和進度安排起訖日期主要工作內容2016.10.24-2016.10.30選題、調研、收集資料2016.10.31-2016.11.27論證、開題、撰寫開題報告2017.02.20-2017.02.26分析變壓器各種保護及其裝設條件2017.02.27-2017.03.05 電力變壓器保護設計2017.03.06-2017.03.12 電力變壓器負荷計算2017.03.13-2017.03.19 變壓器選型及主接線設計2017.03.20-2017.03.26 短路電流計算2017.03.27-2017.04.02標么制法短路電流計算2107.04.03-2017.04.09 變壓器保護設計2017.04.10-2017.04.16 電力變壓器保護設備選擇2017.04.17-2017.05.14 系統(tǒng)整體設計的改進與完善2017.05.15-2017.05.21 撰寫、定稿、打印畢業(yè)設計說明書2017.05.22-2017.06.11 審查畢業(yè)設計（論文），組織答辯5預期成果及其形式（1）開題報告；（2）設計說明書，字數(shù)不少于1.5萬字，要有中、英文摘要；（3）負荷計算書；（4）10kV變電所主接線圖；（5）變壓器保護配置圖；（6）英文翻譯一份。以上畢業(yè)設計資料紙質版（A4）和電子版（刻錄在光盤上）各一份。6可行性分析6.1已具備的條件（1）明確了繼電保護及配置原理要求；（2）已經(jīng)學習了變壓器后備保護的應用知識；（3）已經(jīng)與指導教師就設計相關的問題進行探討；（4）查閱了圖書館以及網(wǎng)上很多參考資料。6.2待解決的問題（1）分析變壓器原始資料，確定變壓器保護設計必需的條件；（2）確定變壓器的保護方案；選取變壓器保護所需元件和裝置；（3）防雷保護和接地裝置計算（4）需要準確的短路電流計算，需要設備選型和校驗，需要設計繼電保護的配置，完成CAD制圖。6.3技術方案（1）變壓器的基本工作原理變壓器是通過將高低壓線圈繞在同一鐵心上，當高壓線圈上施加電壓會產(chǎn)生磁場，經(jīng)過鐵心形成磁路回路，在低壓線圈上會感應出電動勢，進而產(chǎn)生電流。實現(xiàn)了能量的傳遞。其中，高低壓繞組頻率相同。圖2單相變壓器原理圖如圖1-1所示，把兩個線圈繞在了鐵心上，左邊的線圈稱作原線圈，其匝數(shù)是N1。右邊的稱作副線圈，其匝數(shù)是N2。在變壓器右側處于開路狀態(tài)時，在左側接入交流電壓U1，會在左側產(chǎn)生I0，我們通常把這個電流叫為空載電流。有了空載電流就會產(chǎn)生相對應的空載電動勢，鐵心中會有磁通Φ0經(jīng)過，這時在副線圈就會產(chǎn)生電動勢，叫做感應電動勢。式中：—一次側自感電動勢(V)；—二次側互感電動勢（V）；—電源頻率()；—一次繞組匝數(shù)；—二次繞組匝數(shù)；—經(jīng)過鐵心磁通的最大值（Wb）。在變壓器二次側空載時，一次繞組和二次繞組的電壓比為：式中Kv為變壓器的變比。（4）變壓器容量和臺數(shù)的選擇主變容量一般按變電站建成近期負荷5～10年規(guī)劃選擇，并適當考慮遠期10～15年的負荷發(fā)展，通過計算本變電站可選擇額定容量為63MVA的主變壓器。為了保證供電可靠性，避免一臺主變壓器故障或檢修時影響供電，變電站一般裝設兩臺主變壓器。冷卻方式宜采用強迫油循環(huán)風冷。（5）電氣主接線設計變電所的主接線，應根據(jù)變電所在電力網(wǎng)中的地位、出線回路數(shù)、設備特點及負荷性質等條件確定。10kV側通常采用單母線或單母分段接線。單母線可用隔離開關分段，但當一段母線故障時，全部回路仍需停電，在用隔離開關將故障的母線分開后才能恢復非故障段的供電。10kV主接線圖（6）高壓電器選擇本次在選擇斷路器，考慮了產(chǎn)品的系列化，既盡可能采用同一型號斷路器，10kV側采用真空斷路器。10kV的最終回路較多，且母線電流大，因此母線應選硬導體為宜。故選矩形鋁導線滿足熱穩(wěn)定要求。配電裝置宜采用油浸絕緣結構，也可采用樹脂澆注絕緣結構的電磁式電壓互感器。（7）變電站直擊雷防護配電裝置一般都采用避雷針做為直擊雷保護，本變電站直擊雷防護采用避雷針，變電站圍墻四角各布置1支避雷針，共布置4支避雷針，每支避雷針高30m。10KV每段母線上分別安裝氧化鋅避雷器。7主要參考文獻陸金洪.10kV戶外高壓組合電器的應用[J].華東電力.2016(01)：15-16.崔躍春.變電站綜合自動化系統(tǒng)對電力行業(yè)的影響[J].中國科技信息.2015(19)：12-16.關倩瑩.10kV變電站發(fā)展模式[J].河北能源職業(yè)技術學院學報.2015(01)：121-123.許小軍.談10kV智能變電站設計[J].科技與創(chuàng)新.2014(23)：104-106.胡宏達.10kV智能變電站設計及其可靠性分析[J].通訊世界.2014(22)：105-106.楊添哲.淺析建筑電氣安裝工程施工管理[J].江西建材.2015(05)：11-14.栗小敏.提高建筑電氣工程施工管理的措施[J].科技創(chuàng)新導報.2015(06)：5-7.陳祖宏.10kV智能變電站設計及其可靠性分析[J].通訊世界.2015(05):210－211謝海涵.電力變壓器繼電保護的原理及應用[J].中國高新技術企業(yè)，2015（11）：145-146.尹宇峰.電力變壓器繼電保護設計分析[J].城市建設理論研究（電子版），2014（19）：109.陳良杰．對電力變壓器繼電保護設計的探討[J]．通訊世界，2014(24):210－211．鄭國強．對電力變壓器繼電保護設計的探討[J]．山東工業(yè)技術，2015(9):208．謝輝．試論電力變壓器繼電保護設計[J]．黑龍江科技信息，2014(17):104．周開峰.配電變壓器受雷擊分析與防雷措施研究[J].中國高新技術企業(yè)，2016(12)：116-117.P.Bertrand，A.Devalland，P.Bastard.ASimulationModelforTransformerInternalFaults，BasedfortheStudyofProtectionandMonitoringSystems.IEEETransactionsonPowerDelivery2016JRichordson，SJRourke.Micro-ComputerBasedPowerSystemProtectionSchemes.IEEInternationalConferenceOnIndustrialPowerEngineering.2015彭文輝.老式變電站(所)采用綜合自動化系