某经济开发区66kV二次变电所设计毕业设计

毕 业 论 文（ 2013届本科）题 目： 某经济开发区66kV二次变电所设计学 院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 指导教师： 职称： 讲师 完成日期： 2013 年 5 月 10 日二一三年五月目 录摘要11 绪论21.1选题的目的和意义21.2国内外研究状况31.3变电所设计原则32 变电所主变压器的选择52.1变压器选择的规定52.2主变压器的选择52.3补偿电容器的选择103 电气主接线图的设计123.1供电电源的确定123.2设计原则123.3主接线方案的确定134 短路电流计算164.1计算短路电流的目的164.2画系统等值阻抗图164.3求各元件等值电抗164.4计算各点发生短路时的短路电流175 继电保护和防雷、接地设计205.1继电保护的基本任务及要求205.2 变压器的继电保护设置215.3线路保护设计235.4变电所的防雷保护245.5变电所公共接地装置的设计25结 论27参考文献28附录29致 谢30河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 二一三 年 五 月 二十 日 河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告论文题目某经济开发区66kv二次变电所设计学生姓名姚 享所属学院物理与机电工程学院专业电气工程及其自动化年级09级指导教师王立东所在单位河西学院职称讲师开题日期2012.12.20一、选题的目的和意义随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。变电所是生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑。电力工业的发展,单机容量的增大、总容量在百万千瓦以上变电站的建立促使变电所建筑结构和设计不断地改进和发展。变电所结构的改进、新型建材的采用、施工装备的更新、施工方法的改进、代管理的运用、队伍素质的提高、使火电厂土建施工技术及施工组织水平也相应地随之不断提高。我选择设计本课题，是对自己已学知识的整理和进一步的理解、认识，学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法，培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。随着电力工业和其他轻工业的迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。在目前的各大经济开发区建设中，尤其是在35kv110kv变电站的建设中，土地、资金等资源浪费现象严重，存在重复建设、改造困难、工频电磁辐射、无线电干扰和噪声等环保问题、电能质量差等问题已成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展战略。所以66kv变电站需要采用节约资源的设计方案,要克服通信干扰和噪声、既要保证电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用率高的要求。66kv变电所的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，66kv变电所电气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染最小已是大势所趋。因而，66kv变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保的设计方案。基于此，我以节约资源、保护环境、设计高安全、高质量的66kv变电站为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方面提出了新的设计思路。二、国内外研究状况通过网络及杂志我们可以发现，近年来一些发达国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是很充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经济性。然而在国内，变电站的设计中仍然存在很多问题，比如可靠性还不是很高。我国经济的发展给电力行业带来两个问题：一是电力能源的需求持续增长，城市和农村用电量和密度越来越来高，需要更多的深入市区农村的变电站，以减少线路的功率损耗，提高电力系统的稳定性等，然而这些变电站占地面积大；二是城区地价昂贵，环境要求严格，在稠密的市区选择变电站址相当困难。在农村，农田的保护非常严格。我国开始开发新的技术，即建设地下变电站。而建设地下变电站可以利用城化绿化带或者利用大厦的地下室。此外计算机的渗透已经达到每一个角落，电力系统也不可避免地进入了微机控制时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前电力系统发展的趋势。我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。本设计主要从大致的66kv变电所二次侧设计出发，对66kv变电所各个工厂进行简单的设计和计算。三、研究方案及进度安排：1.研究方案调查研究法：通过运用调查、研究等科学方式，有目的、有计划的，系统的收集和整理有关理论或现状的资料，从而获得关于课题研究的相关事实，并形成关于课题研究的科学认识。文献研究法：从报刊、网上检索与课题研究相关的资料，借鉴已有成果，寻找新的信息，分析数据，深入研究。2.进度安排1）第1周第3周：进行实习并查阅资料，初步确定设计方案；2）第4周第8周：完成设计方案，进行相关设计计算；3）第8周第14周：完成毕业设计包括：设计说明书、所有图纸；4）第14周第17周：审查、整理、修改设计资料及准备答辩；5）第20周：准备答辩。参考文献1刘介才.工厂供电（第二版）M北京:机械工业出版社.2009.2刘介才.工厂供电设计指导（第二版）M北京:机械工业出版社.2008.3王荣藩.工厂供电设计与试验M天津:天津大学出版社.1989.4孙琴海.工厂供配电技术M北京:化学工业出版社.2006.5刘介才.供配电技术（第二版）M北京:机械工业出版社.2005.6何仰赞,温增银. 电力系统分析（第三版）上下册M武汉:华中科技大学出版社.2002.7付周兴,王清亮,董张卓.电力系统自动化M北京:中国电力出版社.2006.8张保会,尹项根.电力系统继电保护（第二版）M北京:中国电力出版社.2008. 9白公编著.怎样阅读电气工程图M北京:机械工业出版社.2001.10刘健. 电力英语阅读与翻译M北京:中国水利水电出版社.2001. 11王葵,孙莹.电力系统自动化M北京:中国电力出版社.2012.12GB50052-95 供配电系统设计规范13GB50060-92 3110KV高压配电装置设计规范14Han Y G, Lee B H, et al. Fibre optic sensing applications of a pair of long period fibre gratingsJ. Meas.Sci.Technol., 2001, 12(7):778-781.15L. A. Wang, C. Y. Lin, et al. A torsion sensor made of a corrugated long period fibre gratingJ. Measurement Science and Technology, 2001,12: 793-799.16Y. P. Wang, Y. J. Rao. Long period fibre grating torsion sensor measuring twist rate and determining twist direction simultaneouslyJ.Elec.Lett.,2004, 40(3): 164-166.指导教师意见： 签 名： 年 月 日教研室意见负责人签名：年 月 日学 院 意 见负责人签名：年 月 日某经济开发区66kV二次变电所设计摘 要：在工业生产自动化中，对固定区域内降压变配电所的设计要求在不断地提高，尽可能地使电网和电力系统安全、经济、稳定的运行，才能保证工业生产和人身安全。而变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，它从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电所的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。本次设计是为66kv降压变电所二次侧设计的。通过对设计原始资料的分析，全区负荷的计算，选择相应的主变压器台数和容量，从而确定其具体的供电系统。再对其初选的系统进行相应的短路计算和高压设备的选择及校验，选择和校验高压线路，最后简单的进行继电保护设置的说明。关键词：负荷计算；变压器；短路电流；继电保护ABSTRACT:In the automation of industrial production, the design requirements of the hydropower station is constantly improve. To make power grid and the the electricity system safety, economic, stable operation can reassure that the industrial production and human beings are safe. The substation is an important part of power system composed by electrical equipment distribution network according to certain connection mode, it obtained from power system, with whose transformation distribution, transmission and protecting functions, and then it will transfer power safely, reliablely and economicly to every electrical equipment set place. The development of computer technology and modern communication and network technology provides optimum combination and system integration technology foundation for the current transformer substation control, protection and measurement device and system separated state. This design is 66kv cement factory for the secondary design with step-down transformer substation. Through the analysis of original data for design, calculation of plant load, choose corresponding main transformer sets and capacity, so as to determine the specific power supply system. The system on its primary again make corresponding short circuit calculation and high pressure equipment selection and calibration, select and calibration, and finally the high-voltage lines on the relay protection setting simple description.Key words: Load Calculation;Transformer;Short-circuit Current;Relay Protection1 绪论1.1选题的目的和意义1.1.1选题的目的由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分。所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电所使电厂或上级电站经过调整后的电能输送给下级负荷，是电能输送的核心部分。其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。因此，变电所在整个经济开发区中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。由于本地区经济发展的需要电力供不应求的情况下，为了适应经济开发的发展要在其区内建设66kV变电站。1.1.2选题的意义变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。降压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是66KV降压变电站。它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。变电所内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷的短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。可见，变电所的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。1.2国内外研究状况通过网络及杂志我们可以发现，近年来一些发达国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是很充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经济性。然而在国内，变电站的设计中仍然存在很多问题，比如可靠性还不是很高。我国经济的发展给电力行业带来两个问题：一是电力能源的需求持续增长，城市和农村用电量和密度越来越来高，需要更多的深入市区农村的变电站，以减少线路的功率损耗，提高电力系统的稳定性等，然而这些变电站占地面积大；二是城区地价昂贵，环境要求严格，在稠密的市区选择变电站址相当困难。在农村，农田的保护非常严格。我国开始开发新的技术，即建设地下变电站。而建设地下变电站可以利用城化绿化带或者利用大厦的地下室。此外计算机的渗透已经达到每一个角落，电力系统也不可避免地进入了微机控制时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前电力系统发展的趋势。我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。本设计主要从大致的66kv变电所二次侧设计出发，对66kv变电所各个工厂进行简单的设计和计算。1.3变电所设计原则1.3.1所址选择和所区规划 变电所的所址应符合下列要求：接近负荷中心；不占或少占农田；便于各级电压线路的引入和引出。架空线路走廊应与所址同时确定；交通运输方便；具有适宜的地质条件；尽量不设在空气污秽地区，负责应采取防污设施或设在污源的上风侧；所址不应为积水淹浸，山区变电所的防洪设施应满足泄洪要求；具有生产和生活用水的可靠水源；适当考虑职工生活上的方便；确定所址时，应考虑邻近设施的影响。所区内建筑物、构建物的布置应紧凑合理，充分利用地形并考虑便于扩建。为了减少所区占地面积或当所区面积受到限制时，配电装置中应尽量采用减少占地的电器，或在布置上采用高型或半高型等。1.3.2电气部分设计原则1.主变压器变电所中一般装设两台主变压器。如果只有一个电源或变电所可由中、低压侧电力网取得备用电源，可装设一台主变压器。变电所中主变压器一般采用三相式变压器，其容量应根据电力系统装510年的发展规划进行选择。装有两台及以上主变压器的变电所，当一台断开时，其余主变的容量一般保证70%的全部负荷，但应保证用户的一级负荷和大部分二级负荷。2.主接线变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负载性质等条件确定，并应满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求。2 变电所主变压器的选择在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的主要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。2.1变压器选择的规定为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变。当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。根据电力系统设计技术规程有关规定：凡有两台主变及以上的变电所，其中一台事故停运后，其余主变容量应保证供应该所全部负荷的70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。根据供配电设计手册，选择主变压器台数时应考虑下列原则：1.应满足供电的可靠性要求。对供有在量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。2.对季节负荷或昼夜负荷变动较大而易于采用经济运行方式的变电所，也可采用两台变压器。3.对于集中负荷较大的情况，虽为三级负荷，也应采用两台及以上的变压器。4.在确定变电所主变压器参数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。2.2主变压器的选择2.2.1台数的选择本变电所设计的主变压器台数应装设两台。2.2.2容量的选择1.装有一台主变的变电所，主变容量应不小于总的计算负荷，即2.装有两台主变的变电所，每台主变容量应不小于总的计算负荷的60%，最好为70%左右，即同时应不小于全部一、二级负荷之和，即2.2.3负荷及损耗的计算1.机械制造厂负荷及损耗计算已知线路长度为3km，双回路供电，远期最大负荷为3200kW，功率因数。阻抗损耗： 导纳损耗：取线路几何均距为1.5m时，LGJ-120/7型导线的电纳为， 则机械制造厂的线路损耗为： 2.针织器材厂负荷及损耗计算已知线路长度为4km，双回路供电，远期最大负荷为3000kW，功率因数。阻抗损耗：导纳损耗：取线路几何均距为1.5m时，LGJ-120/7型导线的电纳为, 则针织器材厂的线路损耗为：3.织布厂负荷及损耗计算已知线路长度为5km，单回路供电，远期最大负荷为2000kW，功率因数。阻抗损耗：导纳损耗：取线路几何均距为1.5m时，LGJ-120/7型导线的电纳为, 则织布厂的线路损耗为：4.标准件厂负荷及损耗计算已知线路长度为5km，双回路供电，远期最大负荷为1600kW，功率因数。阻抗损耗：导纳损耗：取线路几何均距为1.5m时，LGJ-50/8型导线的电纳为, 则标准件厂的线路损耗为：5.服装厂负荷及损耗计算已知线路长度为6km，单回路供电，远期最大负荷为1200kW，功率因数。阻抗损耗：导纳损耗：取线路几何均距为1.5m时，LGJ-70/10型导线的电纳为, 则服装厂的线路损耗为：6.粮食加工厂负荷及损耗计算已知线路长度为8km，单回路供电，远期最大负荷为1500kW，功率因数。阻抗损耗：导纳损耗：取线路几何均距为1.5m时，LGJ-95/15型导线的电纳为, 则粮食加工厂的线路损耗为：7.汽水厂负荷及损耗计算已知线路长度为7km，单回路供电，远期最大负荷为1000kW，功率因数。阻抗损耗：导纳损耗：取线路几何均距为1.5m时，LGJ-50/8型导线的电纳为, 则汽水厂的线路损耗为：8.化工厂负荷及损耗计算已知线路长度为2km，双回路供电，远期最大负荷为3800kW，功率因数。阻抗损耗：导纳损耗：取线路几何均距为1.5m时，LGJ-150/8型导线的电纳为, 则化工厂的线路损耗为：2.2.4主变压器选择的计算1.线路损耗的总功率 =7.33+26.9+67.04+24.6+50.4+76.2+57.6+80 =390.07kW =36.3+44.4+110.7+16.5+47.8+99.7+38.6+32 -0.5-0.662-0.83-0.76-0.95-1.3-1.2-0.338 =419.46kvar =73.1+51.4+128.7+58.4+68.8+124.5+68.7+172.1 =2.线路所有负荷的总功率负荷的有功功率： =3200+3000+2000+1600+1200+1500+1000+3800 =17300kW负荷的视在功率： =3478.26+3333.3+2353.9+1818.18+1411.8+1764.7+1176.47+4000 =19336.63.计算二次侧总功率线路总功率为： =745.7+19336.6=20082.3线路有功功率为： =390.07+17300=17690.07线路无功功率为： =负荷同时系数：，则： 2.2.5选择变压器型号 因此选择两台容量为的变压器，其型号为SF9-12500/66。2.3补偿电容器的选择2.3.1变压器功率损耗 2.3.2变压器高压侧功率 2.3.3无功补偿前系统的功率因数有功负荷率： 无功负荷率：则系统的功率因数为： =即，需进行无功补偿2.3.4计算需要补偿的无功容量2.3.5选择电容器选用型电容器，其标称容量为200kvar。所需电容器台数为：台。根据实际情况选择12台型电容器。则补偿容量为：无功补偿后功率因数为： =0.91 所以无功补偿合格。3 电气主接线图的设计3.1供电电源的确定由设计原始资料可知，变电所电源拟从电业部门某220/66kv变压所，用66kv双回路架空线引入本变电所，其中一个作为工作电源，一台作为备用电源。3.2设计原则电气主接线图的设计，应根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。1.安全性（1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。（2）在低断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压开关。（3）在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。（4）66kv及以下的线路末端，应装设与隔离开关链锁的接地刀闸。（5）变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。2.可靠性（1）变配电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个电源供电。对二级负荷，应由两回路或者一回6kv及以上专用架空线或电缆供电；其中采用电缆供电时，应采用两根电缆组成的线路，且每根电缆应能承受百分之百的二级负荷。（2）当双电源供多个变电所时，宜采用环网供电方式。（3）对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区级生活区的变电所，可采用树干式配电。（4）变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器。3.灵活性（1）变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线。（2）35kv及以上电源进线为双回路时，宜采用桥型接线或线路变压器组接线。（3）需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。（4）主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。（5）主接线方案应考虑到今后可能的扩展。4.经济性（1）主接线方案在满足运行要求的前提下，应力求简单，变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。（2）变配电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家明令淘汰的产品。（3）中小型工厂变电所一般采用高压少油断路器；在需频繁操作的场合，则应采用真空断路器或SF6断路器。（4）工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电度表用。（5）应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因数达到规定的要求。3.3主接线方案的确定 根据系统和负荷性质的要求，主接线方案初步给出以下两种：第一方案：高压侧采用内桥接线，低压侧单母线分段的主接线，如图3-1所示。第二方案：高压侧采用单母线分段，低压侧单母线分段的主接线，如图3-2所示。 图3-1 高压侧采用内桥接线，低压侧采用单母线分段的主接线图3-2 高压侧采用单母线分段，低压侧采用单母线分段的主接线以上两个方案中，主接线二次侧方案相同，只比较一次侧方案。第一种方案的特点如下：变压器随负荷变化投切方便；线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时，该线路断路器断开，不影响其他回路运行。但当变压器发生故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回路未发生线路故障运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。桥型接线节省占地面积，不易在一次侧增加进线或出线回路。第二种方案的特点如下：变压器投切方便；在一次侧容易增设进出线数目，相对桥型占地面积大；使用设备多；综合造价高。从经济性来看，由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只是比较综合造价。由于第二种方案比第一种方案所占的面积大、设备多，故不经济。从改变运行方式灵活性来看，第二方案比第一方案投切变压器时，倒闸操作简便。通过以上分析比较，可以发现第一方案以占地面积小、投资少，供电可靠性高为主要优点。第二方案以改变运行方式灵活为主要优点。考虑综合因素选第一方案为本变电所的主接线方案。主接线二次方案的说明：主接线二次侧采用单母线分段的目的是：对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要负荷停电，可减小停电范围。但当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线回路都在检修期内停电。单母线分段接线简单、经济、方便，而且供电可靠性和灵活性相对较高。4 短路电流计算4.1计算短路电流的目的进线短路电流的计算目的是正确选择校验电气设备及保护装置，三相短路是危险最严重的短路形式，因此，三相短路电流是选择和检验电气和导体的基本依据。在校验继电保护装置的灵敏度时，还需计算不对称短路电流值。当在校验电器和导体的动、热稳定时，还要用到短路冲击电流，稳态短路电流等。4.2画系统等值阻抗图等值阻抗图如图4-1所示。图4-1 系统等值阻抗图4.3求各元件等值电抗已知点短路时系统短路容量,架空线的电抗为，取系统的基准容量为,取。1.计算220kV侧系统电抗标幺值 2.220/66kV变压器电抗标幺值 则两台变压器并联运行时的电抗标幺值为： 3.66kV输电线路的电抗标幺值 则两条线路并联运行时的总电抗标幺值为： 4.66/10kV变压器电抗标幺值 则两台变压器并联运行时的电抗标幺值为： 5.负荷侧输电线路的电抗标幺值负荷侧最短输电线路的电抗标幺值： 负荷侧最长输电线路的电抗标幺值： 4.4计算各点发生短路时的短路电流 1.当点发生三相短路时，计算短路电流和冲击电流 则短路电流标幺值为： 短路电流有名值为：冲击电流幅值为：2.当点发生三相短路时，计算短路电流和冲击电流 则短路电流标幺值为：短路电流有名值为：冲击电流幅值为：3.当点发生三相短路时，计算短路电流和冲击电流（1）当发生在负荷侧最短输电线路时 则短路电流标幺值为：短路电流有名值为：冲击电流幅值为：（2）当发生在负荷侧最长输电线路时系统在最大运行方式时： 则短路电流标幺值为：短路电流有名值为：冲击电流幅值为：系统在最小运行方式时： 则短路电流标幺值为：短路电流有名值为：冲击电流幅值为：5 继电保护和防雷、接地设计5.1继电保护的基本任务及要求5.1.1继电保护的基本任务1.当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。2.当系统中电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件发出信号或跳闸。5.1.2继电保护的基本要求对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。即保护四性。1.选择性选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件仍能正常运行，以尽量缩小停电范围的一种性能。2.速动性速动性是指保护快速切除故障的性能。故障切除时间包括继电保护动作时间和断路器的跳闸时间。即式中 t-故障切除时间； -保护动作时间； -断路器跳闸时间。一般的快速保护动作时间为0.060.12s，最快的可达0.010.04s。 一般的断路器动作时间为0.060.15s，最快的可达0.020.06s。当系统发生故障时，快速切除故障可以提高系统并列运行的稳定性、减少用在低电压下的工作时间、减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。3.灵敏性灵敏性是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏的正确的反应出来。 通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，也称为灵敏度。任何继电保护装置对规定的保护区内短路故障，都必须具有一定的灵敏度，以保证在考虑了短路电流计算、保护动作值整定实验等误差后，在最不利于保护动作的条件下仍能可靠动作。4.可靠性可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒动）；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动）。简单的说就是该动则动，不该动则不动。影响保护动作的可靠性有内在的和外在的因素，内在的因素主要是装置本身的质量。外在的因素主要是体现在运行维护水平、调试和安装是否正确上。5.2 变压器的继电保护设置5.2.1变压器的纵联差动保护纵联差动保护是变压器的主保护之一，保护原理图如图5-1所示。图5-1 变压器纵联差动保护单相原理图1.选用BCH-2型差动继电器。名称各侧数值额定电压66kV10kV额定电流(A)12500/(66)=109.412500/(10)=721.7电流互感器一次电流计算109.4=189.5721.7电流互感器标准变比200/5=401000/5=200差动保护臂中的二次额定电流电流(A)189.5/40=4.74721.7/200=3.62.BCH-2型差动继电器动作电流的整定计算（1）整定值 a.按躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流计算 b.躲变压器的励磁涌流 c.躲过电流互感器二次回路断线 d. 取上述三者的最大值作为保护动作电流值， （2）差动保护的灵敏度校验 灵敏度满足要求。5.2.2变压器的瓦斯保护 瓦斯保护分为重瓦斯保护和轻瓦斯保护。重瓦斯保护动作于跳闸，而轻瓦斯保护动作于发警报信号。瓦斯保护范围应能反应油箱内部发生的各种故障，不能反应油箱以外的套管及引线等部位上发生的故障，因此瓦斯保护应与纵联保护相互配合、相互补充。瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成，变压器内部发生轻微故障时，继电器触头闭合，发出瞬时“轻瓦斯保护动作”信号。变压器内部发生严重故障时，油箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触头闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲，跳开变压器两侧断路器。因重瓦斯继电器触头有可能瞬时接通，故跳闸回路中要加自保持回路。变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出“轻瓦斯动作”信号。5.2.3变压器的过电流保护瓦斯保护、总差动保护为主变压器的主保护，动作后，独立出口跳变压器一次、二次侧及电容器开关。对外部相间短路引起的变压器过电流，装设过电流保护作为变压器后备保护，保护动作后，应跳开变压器两侧的断路器。1.保护的动作电流应躲过变压器的可能出现的最大负荷电流来整定,即 其中， 那么， 2.动作时限 3.灵敏度校验 灵敏度满足要求。5.3线路保护设计对于10kV架空线出线的继电保护，主保护采用瞬时电流速断保护，后备保护采用定时限过电流保护。为反应单相接地故障，采用零序电流保护，以区分故障线路与非故障线路，构成选择性保护。本所共有8条出线，以服装厂为例进行线路保护。5.3.1瞬时电流速断保护1.动作电流的整定瞬时电流速断保护1的动作电流应按线路末端三相短路时最大短路电流整定，即： 2.保护范围校验 满足要求。5.3.2定时限过电流保护1.动作电流的整定 2.灵敏度校验 灵敏度校验合格。5.4变电所的防雷保护5.4.1电力线路的防雷措施1.架设避雷线防止架空线路遭受直接雷击的有效措施。全线架设避雷线一般只用于35kv以上的架空线路，35kv架空线路只在进出变配电所的12km范围假设避雷线。2.提高线路本身的耐雷水平可采用木横担、瓷横担，或采用高一电压级的绝缘子（在采用角刚横担时）3.个别绝缘薄弱点架装避雷器对架空线路中的跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆及个别金属杆上，装设排气或避雷器或保护间隙4.利用三角形排列的顶线兼作保护线在顶线与顶线绝缘子的铁脚之间装设保护间隙，在雷击时，保护间隙击穿，对地泄放雷电流，从而保护下边的两根导线。在中性点不接地系统中，单相接地放电不致引起线路断路器跳闸。5.4.2变配电所的防雷措施户外变配电所中，一般采用避雷针作为直击雷的防护装置，并要求所有被保护的电气设备和建筑物均应处于避雷针的保护范围之内，需要指出，避雷针入若与附近的建筑物或电气设备距离较近时，收到雷击后，其极高的电压会对这些附近的设施放电，这种现象称为反击。为防止反击事故的发生，避雷针与被保护的建筑物和电气设备应保持一定的安全距离，工程上的安全距离应大于5m。变配电所中一般需要通过装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器对变压器进行雷电侵入波的保护，避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且避雷器的残压必须小于变压器耐压所能允许的程度。避雷器应尽可能靠近变压器安装，这是因为避雷器离开变压器有一定电气距离，当雷电波作用时，由于变压器至避雷器连接线间的波过程，发生电压波的全反射（变压器处可近似为开路）。雷电波陡度加倍，同时使变压器承受一个避雷器放电电压高的电压，连接越长，这一电压越高。安装时，避雷器接地应与变压器低压侧接地中性线及金属外壳连在一起接地。在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。如变电所的变压器装在屋外或露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变电所。如果变电所处在其他建筑物的直击雷防护范围以内时，则可不另设独立避雷针，按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻，见表51.通常采用36根长2.5m，直径50mm的钢管，在装避雷针的杆塔附近一排或多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m，接地管间用40mm4mm的镀锌扁钢焊接相连。引下线用40mm4mm的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用20mm的镀锌圆钢，长11.5m。独立避雷针的接地装置于变电站公共接地装置应有3m以上距离。表5-1变配电所和线路的防雷装置的接地电阻最大值序号装置名称装置特点接地电阻/1变配电所和线路的防雷装置独立避雷针和避雷线2变配电所装设的避雷器与总容量100kVA以上的发电机或变压器相连的接地装置3与总容量100kVA以下的发电机或变压器相连的接地装置4线路上装设的避雷器或保护间隙与电机无电气联系5与电机有电气联系此外，在35kv及以上的变配电所架空进线上，架设12km避雷线，以消除近区进线上的雷击闪络，避免其引起的雷电侵入波对变配电站电气装置的危害。5.4.3雷电侵入波的防护1.在35kv高压配电室内装设有JYN1-66-111型开关柜，其中配有FZ-66型避雷器，靠近主变压器。主变压器依靠此避雷防护，防止雷电侵入波的危害。2.在10kv高压配电室内装设有KYN3-10型开关柜，其中配有FS-10型避雷器。5.5变电所公共接地装置的设计5.5.1接地电阻的要求此变压器的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：因此公共接地装置接地电阻5.5.2接地装置的设计采用长2.5m、50mm的钢筋20根，沿变电所四面均匀布置，管距5m，垂直打入地下，管顶距地面0.6m，管间用40mm4mm的镀锌扁钢焊接相连。变电所的变压器室有两条接地干线，高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用40mm4mm的镀锌扁钢。接地电阻验算： 表5-2垂直接地体的利用系数值敷设方式一排敷设环形敷设管子根数235104610203040管距与管长之比垂直接地体利用系数10.84-0.870.76-0.800.67-0.720.56-0.620.66-0.720.58-0.650.52-0.580.44-0.500.41-0.470.38-0.4420.90-0.920.85-0.880.79-0.830.72-0.770.76-0.800.70-0.750.66-0.710.61-0.660.58-0.630.56-0.6130.93-0.930.90-0.920.85-0.880.79-0.830.84-0.860.78-0.820.74-0.780.68-0.730.66-0.710.64-0.69结 论本次变电所设计主要是电气二次部分，它主要包括变电所总体分析，主接线选择，主变选择，短路电流的计算，线路保护，变压器保护，母线保护，防雷设计等。由于变电所的设计内容多，范围广，逻辑性强，不同电压等级，不同类型，不同性质负荷的变电所设计时所侧重的方面是不一样的。设计过程中要针对变电站的规模和形式，具体问题具体分析。变电所是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。我国电力系统的变电站大致分为四大类：升压变电站，主网变电站，二次变电站，配电站。我国各地的经济开发园区正在迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求，更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。从我国目前部分地区用电发展趋势来看，新建变电站应充分体现出安全性、可靠性、经济性和先进性。变电所设计的内容力求概念清楚，层次分明，结合自己设计的原始资料，参考变电所电气设计工程规范，经过大量翻阅工作，了解设计基本过程，从而进一步指导设计内容的开展。现将自己查阅文献的工作归述为：通过查阅馆藏书籍，课本和网络资源，了解电力工业的有关政策，技术规程等方面知识，理清自己的设计思路，从而为自己的设计提供有力的依据。通过查阅文献，进行论述，提出我的设计思路和具体设计内容，以便于为设计工作提供有理可据的参考价值。通过查阅变电所设计规程，了解变电所设计的一般过程及相关的设计规程，明白了自己要设计一个变电所的设计内容，清楚设计任务。树立了正确的设计思路。本次毕业设计将是对我四年来学习的一次综合测试。通过这次设计实践工作，会使我巩固了所学知识，掌握变电所初步设计的过程。这将是对所学知识进行的一次实践，使电气专业知识得到巩固和加深，逐步提高解决问题的能力。参考文献1刘介才.工厂供电（第二版）M北京;机械工业出版社.2009.2刘介才.工厂供电设计指导（第二版）M北京;机械工业出版社.2008.3王荣藩.工厂供电设计与试验M天津;天津大学出版社.1989.4孙琴海.工厂供配电技术M北京;化学工业出版社.2006.5刘介才.供配电技术（第二版）M北京;机械工业出版社.2005.6何仰赞,温增银.电力系统分析（第三版）上下册M武汉:华中科技大学出版社.2002.7付周兴,王清亮,董张卓.电力系统自动化M北京;中国电力出版社.2006.8张保会,尹项根.电力系统继电保护（第二版）M北京;中国电力出版社.2008. 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