220kV变电站设计[共125页]

引 言发电厂及电力系统的毕业设计是培养学生综合运用所学理论知识,独立分析和解决工程实际问题的初步能力的一个重要环节。本设计是根据毕业设计的要求, 针对 220/60KV降压变电所毕业设计论文。 本次设计主要是一次变电所电器部分的设计,并做出阐述和说明。论文包括选择变电所的主变压器的容量、台数和形式,选择待设计变电所所含有的各种电气设备及其各项参数,并且通过计算,详细的校验了民众不同设备的热稳定和动稳定,并对其选择进行了详尽的说明。同时经过变压器的选择和变电所所带负荷情况,确定本变电所电气主接线方案和高压配电装置及其布置方式,同时根据变电所的电压等级及其在电力网中的重要地位进行继电保护和自动装置的规划设计,最后通过对主接线形式的确定及所选设备的型号绘制变电所的断面图、平面图、和继电保护原理图,同时根据所绘制的变电所平面图计算变电所屋外高压配电装置的防雷保护,并绘制屋外高压配电装置的防雷保护图。第一篇 毕业设计说明书1 变电所设计原始资料1.1 设计的原始资料及依据(1) 待设计变电所建成后主要向工业用户供电,电源进线为 220KV两回进线,电压等级为 220/60KV。(2) 变电所地区年平均温度 14,最高温度 36,最低温度 -20。(3) 周围空气无污染。(4) 出线走廊宽阔,地势平坦,交通方便。(5) 变电所 60KV负荷表：（重要负荷占总负荷的 80%,负荷同时率为 0.7 ,线损率 5%,Tmax=5600小时）表 1.1 变电所 60kV负荷表序号 负荷名称 最大负荷（ KW） 功率出线 出线附注近期 远期因数 方式 回路数1 建成机械厂 18000 25000 0.95 架空 2 有重要负荷2 化肥厂 8000 10000 0.95 架空 2 有重要负荷3 重型机械厂 10000 13000 0.95 架空 2 有重要负荷4 拖拉机厂 15000 20000 0.95 架空 2 有重要负荷5 冶炼厂 10000 15000 0.95 架空 2 有重要负荷 6 炼钢厂 12000 18000 0.95 架空 2 有重要负荷(6) 电力系统接线方式如图所示：图 1.1 电力系统接线方式图系统中所有的发电机均为汽轮发电机,送电线路均为架空线,单位长度正序电 抗为 0.4 欧姆/ 公里2 主变压器的选择变压器是一种静止的电气设备,他利用电磁感应原理,把一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。在各级电压等级的变电所中,变压器是主要电器设备之一,担负着变换网络电压、进行电力传输的重要任务,确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和系统正常进行的保证。2.1 主变容量选择的有关规定及原则2.1.1 主变容量的选择及确定根据变电所设计中的有关规定(1) 正确的选择主变容量,要绘制变电所的年及日负荷曲线,并以曲线得出的变电所的年、日最高负荷和平均负荷。(2) 一般按变电所建成后 510 年的规划负荷进行选择。(3) 主变容量的确定：变电所一般装设两台主变压器,其中一台（组）变压器停运后,其余变压器的容量应保证该所全部负荷的 70%,在计及过负荷能力后的允许时间内应保证拥护的一级和二级负荷。即满足 S N 0.7PZMAX 。（PZMAX为综合最大负荷）若变电所有其他能源可供保证在主变停运后用户的一级负荷则可装设一台主变压器。2.1.2 主变容量的选择根据电力工程电气设计手册 电气一次部分的有关规定为保证供电的可靠性,对有重要负荷的依次变电所应装设两台主变压器最好。2.1.3 主变压器形式的选择(1) 根据电力工程电气设计手册电气一次部分,在不受运输条件限制的情况下,在 330KV 及以下的变电所均应选用三相变压器,若因制造和运输条件限制,在220KV 的变电所中,可采用单相变压器组。当装设一组单相变压器是,应考虑装设备用相,当主变超过一组,且各组容量满足全所负荷的 75%时,可不装设备用相(2) 当系统有调压要求时,应采用有载调压压气,对新建的变电所,从网络经济运行的观点考虑,应注意选用无载调压变压器,来节省工程造价。(3) 与两个中性点直接接地系统连接的变压器,除降压负荷较大或与高、中压见潮流不定情况外,一般采用自耦变压器,但仍需做技术经济比较。2.1.4 主变压器的冷却方式主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷,强迫油循环风冷,强迫油循环水冷,强迫导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却,大容量变压器一般采用强迫油循环风冷。2.1.5 主变压器绕组的连接方式变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有 Y 和,高、中、低三侧绕组的组合要根据工程具体情况确定。具有直接由高压降为低压供电条件的变电所,为简化电压等级,减少重复降压容量,可采用双绕组。3 主接线形式的选择及说明电气主接线是多种主要电气设备（如发电机、变压器、开关、互感器、线路、电容器、电抗器、母线、避雷器等）按一定顺序要求连接而成的,是分配和传送电能的总电路。将电路中各种电器设备统一规定的图形符号和文字符号绘制成的电气连结图,称为电气主接线图。变电所的电气主接线是电力系统接线的主要部分。主接线的确定对变电所的安全、稳定、灵活、经济运行以及对电气设备选择、配电装置布置、继电保护拟定等都有着密切的关系。由于发电、变电、输配电和用电是同时完成的,所以主接线设计的好坏不仅影响电力系统和变电所本身,同时也影响到工农业生产和人民生活。因此,主接线设计是一个综合性问题。3.1 主接线的设计原则根据设计规程,变电所主界限应满足可靠性、灵活性、经济性的要求。同时还应考虑以下的因素：1) 变电所在电力系统中的地位和作用。2) 近期和远期的发展规模。3) 负荷的重要性分级和出现回数的多少对主接线的影响。4) 主变台数对主接线的影响。5) 备用容量的有无和大小对主接线的影响。3.1.1 设计主接线的设计原则及基本要求3.1.1.1 可靠性1）应重视国内外长期运行实践经验及其可靠性的定性分析2）主接线的可靠性包括一次部分和二次部分在运行中的可靠行的综合3）主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠性程度, 采用可靠性能高的电气设备可以简化接线3.1.1.2 可靠性的具体要求：1）断路器检修时,不影响对系统的统电2）断路器或母线故障及母线检修时, 尽量减少可停运回路数和停用时间, 并且保证一级负荷及全部或大部分二级负荷供电3）精良避免全部停运的可能性3.1.1.3 灵活性主接线的灵活性有以下几方面的要求：1) 调度要求, 可以灵活的投入和切除变压器、 线路、 调配电源和负荷, 能够满足系统在事故运行方式下,检修方式下以及特殊运行方式下的条度要求。2) 检修要求,可以方便地停运断路器, 母线及其继电保护设备进行安全检修且不至于影响对拥护的供电。3.1.1.4 经济性1) 投资省a. 主接线力求简单,以节省断路器、隔离开关、互感器、避雷器等一次设备。b. 要能使断电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设备和控制电路。c. 要能限制短路电流,以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。2) 占地面积小主接线设计要为配电装置创造条件,精良使占地面积减少。3) 电能损失小经济合理的选择主变压器的种类、容量和数量,要避免因两次变压而增加电能损失。3.2 主接线的选择根据规程知： 110220KV配电装置中的出现回路数为 4 回时,一般采用单母线分段的接线形式。对于在系统中居重要地位的配电装置, 220KV出线为 4 回及以上时,也可装设专用旁路短路器。 而双母线运行方式在 6220KV电压的配电装置中,通常是以保证用户供电,具备必须的可靠性。根据上述以及本变电所所处系统和负荷性质的要求, 初步确定主接线方案： 第一种方案是一次侧 （220KV）采用单母线分段的接线形式,二次侧（ 60KV）采用双母带旁路的接线形式；第二种方案是一次侧（220KV）采用双母线分段带旁路的接线形式,而次侧（ 60KV）采用双母线分段的接线形式。第一种方案主接线图：图 3.1 第一中方案主接线图此种方案的特点：一次侧（220KV）采用单母线分段的接线形式优点：单母分段可进行分段检修,对于重要负荷可以从不同段引出两个回路,使重要负荷有两个电源供电,在这种情况下,但一段母线发生故障时,由于分段断路器在继点保护装置的作用下能自动将故障切除,因而保证了正常段母线不间断供电和不致使重要负荷停电。缺点：当出线为双回路时,常使架空线路出现交叉跨越。二次侧（60KV）采用双母接线形式双母线的两组母线同时工作,并通过母线联络断路器并联运行,电源与负荷平均分配在两组母线上。由于母线继电保护的要求,一般某一回固定与某一组母线连接,以固定连接方式运行。优点：1）供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后,能迅速恢复供电；检修任一出线断路器时,该回路不停电。2 ）调度灵活。各个电源和各个负荷可以任意分配到某一组母线上,能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。3 ）扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建,均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配,不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时,可以顺序布置,以致连接不同的母线段时,不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。4 ）便于试验。当个别回路需要单独进行试验时,可将该回路分开,单独接至一组母线上。缺点：在倒母线的操作过程中,使用隔离开关切换有负荷电流的电路,操作过程比较复杂,容易造成误操作。其次是双母线接线平时只有一组母线工作,因此,当工作母线短路时仍要使整个配电装置短时间停止工作,在检修任一回路的断路器时,此回路仍需要停电。另外,增加了母线隔离开关的数目和有色金属的消耗量,并且使配电装置结构复杂,故经济性较差。第二种方案主接线图一次侧（220KV）采用双母线分段带旁路接线形式二次侧（60KV）采用双母线分段接线形式图 3.2 第二中方案主接线图此种方案的特点：双母线接线形式的特点：为了避免单母分段在母线或母线隔离开关故障或检修时,连接在该段母线上的回路都要在检修期间长时间停电,而发展成双母线这种接线,每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上,两组母线同时工作,并通过母线联络断路器并联运行。优点：a. 可以轮流检修母线而不致使供电中断。b. 检修任一回路的母线隔离开关时,只需停该回路。c. 母线故障后,能迅速恢复供电。d. 调度灵活。e. 扩建方便。f. 便于试验。缺点：增加了母线长度和使每回路增加了一组母线隔离开关,还使配电装置架构增加,占地面积增大,投资增多,由于隔离开关较多,容易误操作。3.3 主接线的确定两种方案进行比较：首先,一次侧两种接线形式的比较：双母分段虽然较单母线在可靠性和调度灵活上优越,但单母线分段可以解决这个问题,而且占地面积也较小。双母线接线形式占地面积较大,投资较高。所以通过以上的比较,最终确定一次侧（ 220KV）采用单母线分段的接线形式。其次,二次侧两种接线形式的比较：双母线分段的接线增加了隔离开关和断路器的数量,接线复杂,其平时只有一组母线运行,所以当工作母线短路时,仍要使整个配电装置短时间停止工作,扩大了停电时间。而双母带旁路的接线不仅经济性要优于前者,而且在母线故障后,恢复供电的速度也高于前者,同时,双母线接线调度灵活,扩建方便,所以通过上述的比较,二次侧（ 60KV）最终选定双母带旁路接线的接线形式。最后,通过前面对一次侧（ 220KV）和二次侧（ 60KV）接线的经济性,可靠性,灵活性等各方面的综合比较,同时考虑本所的进线,出线的回数以及重要负荷的分布等因素,一次侧（ 220KV）采用单母线分段的接线形式,二次侧（ 60KV）采用双母带旁路的接线形式。4 短路计算4.1 短路电流计算的目的短路电流计算的主要目的是为了选择断路器等电器设备或对这些设备提出技术要求；评价并确定网络方案,研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算送电线路对通讯设施的影响等。4.2 短路的基本类型三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路,其中三相短路是对称短路。一般长用的短路电流值有：短路电流的冲击值,即短路电流最大瞬时值。：超瞬变或次暂态短路电流的有效值,即第一周期短路电流周期分量有效值。：稳态短路电流有效值。4.3 短路电流计算的基本假定短路电流实用计算中,采用的假设条件和原则为：1) 正常工作时,三相系统对称运行。2) 所有电源的电动势相位角相同。3) 系统中的电机均为理想电机,转子结构完全对称；定子三相绕组空间位置相差0120电气角度。4) 电力系统中各元件的磁路不饱和, 即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。5) 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行, 其中 50%负荷 接在高压母线上,50%负荷接在系统侧。6) 同步电机都具有自动调励装置（包括强行励磁）。7) 短路发生在短路电流为最大值的瞬间。8) 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。9) 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外,元件的电阻忽略不计。10) 元件的计算参数均取其额定值,不考虑参数的误差和调整范围。11) 输电线路的电容忽略不计。4.4 短路计算的一般规定1) 验算导体和电器的动稳定, 热稳定以及电器开断电流所有的短路电流, 确定短路电流时,应按可能发生最大短路电流的正常接线方式,而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2) 选择导体和电器用的短路电流, 在电气连接的网络中, 应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响。3) 选择导体和电器时, 对不带电抗器回路的计算, 计算短路点应选择在正常方式时的短路电流为最大的地点。4) 导体和电容的动稳定,热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路计算。4.5 计算步骤(1) 画等值电抗图1) 首先去掉系统中的所有负荷开关,线路电容,各元件电阻。2) 选取基准容量和基准电压。3) 计算各元件的电抗标么值。(2) 选择计算短路点1) 求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。2) 各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。3) 列出短路电流计算数据表。4.6 计算方法标么值：取基准容量 ,基准电压 计算公式：发电机：变压器：附：线路中的每千米线路阻抗取 X=0.4/KM线路：短路电流冲击值：标么值转为有名值：4.7 短路计算的结果表 4.1 短路计算结果表单位 220KV侧 60KV侧 基准容量 MVA 100 100基准电压 KV 230 66短路电流有名值 KA 4.31 6.52冲击电流有效值 KA 6.5 9.8冲击电流 KA 10.99 16.635 主要电气设备的选择5.1 设计原则(1) 总的原则：按照正常工作条件进行选择,按照短路条件进行校验。(2) 一般原则：1）应满足正常工作条件下的电压和电流的要求2）应满足安装地点和使用环境条件要求3）应满足在短路条件下的热稳定和动稳定要求4）应考虑操作的频繁程度和开断负荷的性质5）对电流互感器的选择应计及其负载和准确度级别6）选用的新产品应具有可靠的试验数据, 并经正式鉴定合格。 在特殊情况下,选用未经鉴定的新产品时,应经上级批准。5.2 高压断路器的选择和校验项目高压断路器按下列项目选择和校验： (1) 型式和种类； (2)额定电压； (3)额定电流； (4) 开断能力校验； (5)额定关合电流； (6)动稳定校验； (7)热稳定校验。1) 按额定电压选择高压断路器的额定电压应大于或等于所在电网的额定电压 , 即 。2) 按额定电流选择高压断路器的额定电流应大于或等于它的最大持续工作电流 , 即 。当断路器使用环境温度不等于设备基准环境温度时,应对断路器的额定电流进行修正。3) 按开断电流选择在给定的电网电压下,高压断路器的额定开断电流应满足 。式中 断路器实际开断时间秒的短路电流全电流有效值。4) 按额定关合电流选择要求断路器的额定开合电流应不小于最大短路电流冲击值,即 。.5)动稳定校验高压断路器的极限通过电流峰值应不小于三相短路时通过断路器的冲击电流 ,即 6)热稳定校验高压断路器的短时允许发热量应不小于三相短路电流发出的热量 ,即本变电所 220KV侧选用型号为LW 220 的断路器 ,60KV侧选择型号为LW663断路器 ,见表 5.1:表 5.1 断路器型号选择表设备名称 安装地点 型号断路器 220KV侧LW22060KV侧LW6635.3 隔离开关的选择隔离开关的选择, 除了不校验开断能力外, 其余与断路器的选择相同 ,因为隔离开关与断路器串联在回路中, 网络出现短路故障时 ,对隔离开关的影响完全取决于断路器的开断时间 ,故计算数据与断路器选择时的计算数据完全相同 .a.额定电压 b 额定电流 c 型式和结构 d 动稳定校验 e 热稳定校验220KV 侧选择型号为 GW6220的隔离开关和 GW7220的隔离开关 ,60KV 侧选择型号为 GW563 的隔离开关 ,见表 5.2:表 5.2 隔离开关型号选择表隔离开关 220KV侧进线 GW6 220220KV侧出线 GW7 22060KV侧 GW5 635.4 电压互感器的选择1) 按额定电压选择式中：U1电网电压； Ue1电压互感器一次绕组额定电压2) 按准确级和容量选用于电度计量的电压互感器 ,准确度不低于 0.5 级,用于电流、 电压测量的准确度不应低于 1 级,用于继电保护不应低于 3 级.3) 结构种类选择60KV 及以上可选串级式电压互感器 .110KV 及以上可选用电容分压式电压互感器 .a 220KV 侧选择型号为 JDCF220 的电压互感器 .b 60KV 侧选择型号为 JDCF63 的电压互感器 .表 5.3 电压互感器型号选择表电压互感器 220KV侧 JDCF22060KV侧 JDCF635.5电流互感器的选择选择电流互感器应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。(1) 按一次额定电压和额定电流选择电流互感器的一次额定电压和额定电流必须满足：e , 其中： 、 电流互感器一次额定电压和额定电流 ;、 电流互感器安装处一次回路工作电压和一次回路最大工作电流。变压器中性点引出的电流互感器只取额定电流的 30%。(2) 按准确度级及副边负荷选择为了保证测量仪表的准确度,电流互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。因此,需先要知道电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及对准确级的要求,并按准确等级要求最高的表计选择电流互感器,具体要求如下：1) 装设在发电机、电力变压器、调相机、 厂用馈线、 出线等回路中的电度表及所有用于计算电费的电度表用电流互感器,其准确等级应为0.5级。2) 供运行、监视、估算电能的电度表、 功率表和电流表用电流互感器, 其准确等级应为1级。3) 供指示被测数值是否存在或大致预计被监测数值的表计用的电流互感器, 其等级为3级和 10级。其二次侧所接负荷 S2,应不大于该准确级所规定的额定容量 Se2,即 Se 2 S2=I e22Z2其中： Z2为二次负荷阻抗； I e2为二次额定电流,由于本次设计中外接阻抗 Z2未作规定,因此本项可略去。(3)热稳定校验电流互感器的热稳定能力,以 1 秒钟通过的一次额定电流倍数 表示,热稳定按下式校验：式中 中允许通过一次额定电流热稳定倍数。(4)动稳定校验（内部） 电流互感器动稳定倍数本变电所 220KV侧选择型号为LB6220 的电流互感器 ,60KV侧选择型号为LCWB563 的电流互感器 ,见表 5.4:表 5.4电流互感器型号选择表电流互感器 220KV侧LB622060KV侧LCWB5 635.6 母线的选择母线的选择包括母线材料和母线截面的选择.a、电流分布均匀； b、机械强度高；c、散热良好； d、有利于提高电晕起始电压；e、安装、检修简单、连接方便。(1) 截面选择说明a、为了保证母线的长期安全运行,母线在额定环境温度 0 和导体面正常发热 允许最高温度 e下的允许电流应大于或等于流过导体的最大持续工作电流 即： (K为温度修正系数 ) 。b、热稳定校验根据上述情况选择的导体截面 S,还应校验其在短路条件下的热稳定。其公式为：2式中： 根据热稳定决定的导体最小允许截面（ mm） 稳定短路电流（ A）； 短路电流等值发热时间； 集肤效应系数； C 热稳定系数,其值与材料及发热温度有关。根据计算结果本变电所选用 :1) 220KV侧选择母线型式为钢芯铝母线,型号为LGJ240/30,不需进行动稳定校验.2) 60KV侧选择母线型式为组合导线,型号为LGJ800/55,不需进行动稳定校验表 5.5 母线型号选择表 .母线220KV侧LGJ240/3060KV侧LGJ800/555.7 避雷器的选择(1) 避雷器的设计原则1) 配电装置的每组母线上应装设避雷器 .2) 110220KV线路侧一般不装设避雷器 .避雷器也是目前广泛使用的 ,但它存在着各种电压作用下的老化问题, 寿命和热稳定问题,在价格上同磁吹阀型避雷器相比没有明显的优越性 ,在特殊情况下才被使用.管型避雷器由于动作时形成截波对变压器的纵向绝缘不利 ,所以不被采用 .FZ 避雷器的造价远远低于 FC2避雷器,两者的工作能力相差不大 ,从经济性考虑本设计全部选用 FZ 避雷器,见表 5.6:表 5.6 避雷器型号选择表避雷器 220KV侧 FZ220J60KV侧 FZ60主变中性点 FZ1106 高压配电装置的规划6.1 高压配电配置和设计原则及要求配电装置是变电所的一个重要组成部分 ,电能的汇集和分配是通过各级电压的配电一实现的,因此,在设计配电装置时应满足以下要求 :1) 保证工作的可靠性和防火性的要求 .保证工作人员的人身安全 .2) 保证工作人员的人参安全。3) 保证操作、维护、检修的方便 .在配电装置的具体设计中,应遵循电力工业管理法则、高压配电装置设计技术规程、 建筑设计防火规范等有关规定,高压配电装置设计的一般原则 :1) 节约用电.2) 运行安全和操作巡视方便 .3) 便于检修和安装 .4) 节约材料,降低造价.屋内、外配电装置中各项安全净距尺寸,在高压配电装置设计技术程中被分为 A、B、C、D、E 五项,作为设计配电装置时的根据,其中 A 值是基础,其余各值是在 A 值的基础上,加上运行维护、搬运和检修工具活动范围及施工误差等尺寸而得.各项净距数值可查阅有关规程 .屋外配电装置与屋内配电装置的比较,所具有的特点 :1) 屋外配电装置的土建工程量少,施工时间短 ,接生建筑材料,降低了基建投资。2) 相邻回路电器之间的距离较大 ,大大减少了事故蔓延的危险性 .3) 巡视检查清楚,便于扩建和设备更新 .4) 维护操作不方便 ,以为隔离开关的操作以及对各种开关电器的巡视检查 ,在任何天气条件都必须在露天进行 .(1) 占地面积大 .屋外配电装置根据电器和母线布置的高度可分为中型、高型和半高型等型式 .中型配电装置是所有开关电器都安装在较低的基础和支架上, 母线一般采用绞线和悬垂绝缘子串组 ,悬挂在门型构架上 ,母线水平面高于开关电器的水平面。高型配电一是指开关电器分别安装在几个水平面内,断路器安装在地面基础支架上,母线隔离开关在断路器之上 ,主母线又在母线隔离开关之上或两组母线上下重叠,母线一般采用绞线和悬垂绝缘子串悬挂在构架上 .其特点是布置紧凑、 集中,占地面积小,操作维护条件较差两组母线隔离开关分层操作 ,路径较长,容易引起误操作 .半高型配电装置指其布置处于中型和高型配电装置之间 ,即仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置 .6.2 设备的配置6.2.1 隔离开关的配置1) 接在变压器引处线上或中性点上的逼雷器可不装设隔离开关 .2) 接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关 .3) 断路器两侧均应配置隔离开关,以便检修断路器时隔离电流 .4) 中性点直接接地的普通形变压宜配置隔离开关6.2.2 电压互感器的配置1) 电压互感器的数量和配置与主接线有关 ,应满足测量、保护、同期和自动装置的要求.2) 60220KV 电压等级的每组主接线的三相应装电压互感器 .3) 当需监视和检测线路有无电压时 ,出线侧的一组上应装设电压互感器 .6.2.3 电流互感器的配置1) 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器 ,其数量应满足测量仪表、保护和自动化的要求 .2) 在未装设断路器的发电机和变压器中性点,应装设电流互感器 .3) 对直接接地系统,一般按三相配置 ,对非直接接地系统依具体要求配置两相或三相.6.2.4 接地刀闸的配置1) 为保证电器和母线的检修安全, 35KV 以上每段母线根据长度宜装设 12 组接地刀闸,两组接地刀闸间距适中,母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关上和母联开关上,也可装设于其它母线回路。2) 63KV 及以上的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线路侧宜配接地刀闸,双母线接线两组母线隔离开关的断路器侧可共用一组接地刀闸。3) 旁路母线一般装设一组接地刀闸,装设在旁路隔离开关的旁路母线侧。4) 63KV 及以上主变母线隔离开关的主变侧宜装设一组接地刀闸。6.2.5 避雷器的配置(1) 配殿装置每组母线上,应装设避雷器,但进出线都装设避雷器的除外。(2) 220KV 及以下变压器到避雷器的电器距离越过允许值时,应在变压器附近增设一组避雷器。(3) 下列情况下的变压器中性点应装设避雷器：a 中性点直接接地系统中,变压器中性点分级绝缘且有隔离开关时。b 不接地和经消弧线圈接地系统中,多雷区的单进线变压器中性点。c 110220KV 线路侧一般不装设避雷器。6.3 配电装置的选择本设计为 220/60KV 变电所,所以采用屋外配电装置,所以,本所采用分相中型布置,即隔离开关是分相直接布置在母线的正下方,此种方法采用 LGJ240/30 型母线配合剪刀式隔离开关,布置清晰、美观,可省去大量构架,较普通中型配电装置方案节约用地 1/3 左右,但支柱式绝缘子防污、抗震能力较差,在污秽严重或地震烈度较高的地区,不宜采用。同时选择 220KV 出线和 60KV 出线两个断面图。7 防雷保护的规划设计7.1 防雷保护的必要性雷电引起的大气过电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重的危害,因此在变电所和高压输电线路中, 必须采取有效的防雷措施, 以保证电气设备的安全。7.2 发电厂及变电所的防雷保护内容7.2.1 发电厂及变电所的防雷保护主要是两个方面1) 对直击雷的防护。2) 对沿线路侵入的雷电冲击波的防护。7.2.2 发电厂及变电所为防护直击雷,一般用避雷针 ( 线) 加以保护避雷针(线)的主要作用是主动引导雷电电流安全如地,从而保护发电厂变电所免受直击雷的损坏。7.3 变电所防雷保护的对象A 类：电工装置B 类：需要采取防雷措施的建筑物和构筑物7.4 装设避雷针 ( 线) 的基本原则1) 一方面应使所有的被保护物处于避雷针 (线)保护范围之内,即要求避雷针 (线)高于被保护物,且两者之间的距离又不能太远,以保证雷击避雷针 (线),而被保护物免遭雷击。2) 避雷针(线)遭受雷击时,强大的雷电流流过避雷针 (线)引下线和基地体,其上会产生很高的对地电位,如果它们距离被保护物很近,两者之间将发生放电,称为反击。使高电位引向被保护物。因此避雷针 (线)和引下线,接地体与被保护物之间还应保持足够的电气距离。7.5 防雷保护设计所需资料1) 要求变电所附近气象资料。2) 要求变电所主接线图及电器设备布置图。3) 其它需要保护的设备和设施。4) 变压器入口电容。7.6 避雷针的保护范围计算7.6.1 半径的确定 -当-当其中 避雷针在 水平上的保护半径 (m)被保护物的高度 避雷针的高度当 时, ; 时, ,7.6.2 保护全面积的条件为其中 D 为通过由三支避雷针所形成的三角形顶点圆的半径, 或以避雷针为顶点的四角形的对角线。7.7 防雷保护措施1) 在变电所的 220KV 构架上、高压配电装置的中心位置和 60KV 出线构架附近共安装 9 支 30 米高的避雷针。2) 在变压器中性点、母线电压互感器上分别安装一组避雷器。3) 在 220KV、60KV 进线和出线上分别安装避雷线。8 继电保护和自动装置的规划设计8.1 继电保护配置的作用和要求为了保证电力系统的安全,稳定运行,需要配置继电保护,而且继电保护的配置要满足电气主接线的要求,确定主接线时也应与继电保护统筹考虑,继电保护装置应满足快速性、选择性、可靠性和灵敏性的要求。8.2 变压器保护的配置8.2.1 变压器保护的配置原则变压器一般应装设的继电保护装置 :(1) 反映变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护,容量为 800KVA 及以上的油浸式变压器,均应装设瓦斯保护,当油箱内因故障产生轻微瓦斯或油面下降时,保护装置应瞬时动作于信号,当产生大量瓦斯时,瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。(2) 相间短路保护反应变压器绕组和引出线的相间短路的纵联差动保护火电流速断保护,对其中性点直接接地侧绕组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路也能起保护作用。容量为 6300KVA 以下并列运行的变压器,以及 10000KVA 以下单独运行的变压器加装电流速断保护 (本设计不加装电流速断保护 )容量为 63000KVA 及以上,厂用工作变压器和并列运行的变压器,应装设纵联差动保护,对所有升压变压器及 15000KVA 及以上的降压变压器,一般宜采用三相三继电器式接线。(3) 相间后备保护为了防止外部短路所引起的过电流和作为变压器的后备保护,在变压器上可装设过电流保护。对于单侧电源的双卷降压变压器,如高压侧中性点有可能直接接地运行,为了防止高压侧电网中发生接地故障时导致保护非选择性动作,供高压侧过电流保护用的电流互感器二次线圈可接成三角形。(4) 中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护。110KV 及以上中性点直接接地电网中,如果变压器中性点可能接地运行,对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护,作为变压器主保护的后备保护,并作为相邻元件的后备保护。 (110KV 及以上中性点直接接地采用分级剧院 )(5) 过负荷保护对于 400KV 及以上的变压器, 当数台并列运行或单独运行并且作为其他负荷的后备电源时, 应考虑过负荷的情况装设过负荷保护, 过负荷保护应接于一相电流上,带有时限动作于信号。(6) 过电流保护过激磁保护适用于 500KV 及以上的大容量的变压器,本设计不加此保护。通过以上分析可确定变压器应装设的保护及安装的位置 ,见表 8-1表 8-1 变压器保护及其安装位置保护类型 安装位置瓦斯保护 变压器油枕和油箱间纵联差动保护 变压器两侧过电流保护 电源侧零序电流保护 变压器中性点接地侧过负荷保护 高压侧8.3 母线保护和断路器失灵保护8.3.1 母线保护配置原则母线故障是电气设备最严重的故障之一,它将使连接在母线上的所有元件被迫停电,当未装设装用的母线保护时,如果母线故障,只能依靠相邻元件保护的后备保护作用切除,这将延长故障切除时间,并往往会扩大停电范围,对高压电网安全运行不利,因此, 35500KV 的发电厂或变电所母线上,在下列情况下,应装设专用的母线保护装置。(1) 110KV 及以上双母线。(2) 110KV 及以上单母线,重要发电厂或 110KV 及以上重要变电所的 3566KV 母线需要按照装设全线速动保护的要求,必须快速切除母线上的故障时,应装设。专用保护应根据母线的重要程度应满足以下要求：对于双母线并列,母线保护应保证先跳开母联断路器,以防止失去选择性。对于平行线接于不同的母线,当母线保护动作时,应闭锁横差保护,一防止误动作。母线保护不限制母线运行方式,在母线毁坏固定联结时,母线保护装置能有选择性的动作。在一组母线或一般母线无电合闸时, 应能快速而有选择性的切除故障母线。在外部不平衡电流的作用下或交流回路断线时,母线保护不应动作。8.3.2 双母线接地母线保护目前已被使用的母线保护有以下几种：1) 母线完全差动保护。2) 母线不完全差动保护。3) 双母线固定连接的完全差动保护。4) 母连电流相位比较式母线保护。目前在 110220KV 电网中应用较多的是母连电流相位比较差动保护,这种保护适用于并列运行的双母线母连断路器合闸运行, 不限制元件连接方式 (但每一组母线上至少要保留一支电源回路 )具有较高的可靠性与选择性。 目前已逐渐取代阻抗电流差动保护,较广泛用于 110220KV 的双母线系统。本设计 220KV 侧和 60KV 侧母线均采用母连电流比相式差动保护, 保护选择见表 8-2 所示表8-2 母线保护选择表母线保护 220KV侧 母联电流比相式差动保护60KV侧 母联电流比相式差动保护8.3.3 断路器失灵保护220KV 及以下电压的电网中,各发电厂、变电所相应电压级均应该装设。在高压和超高压电网中,断路器失灵保护作为一种近后备保护方式得到了普遍的采用,其目的是当发生故障时断路器拒动 (包含跳闸回路异常因素所致 )时,快速而有选择性的切除故障。8.4 线路的保护装置8.4.1 220KV 侧线路保护(1) 配置原则1) 根据规程： 110220KV直接接地电力网的线路,应装设全线速动保护作为主保护。2) 根据规程： 110220KV电网的线路上,应装设线路快速动作的高频保护作为主保护,距离保护作为后备保护。(2) 220KV 线路的接地保护1) 宜装设带方向和不带方向的阶段式零序保护。2) 对某出线路,如方向性的接地距离保护可以明显改善整个电力网接地保护的性能时,可装设接地距离保护并辅之以阶段式零序电流。3) 正常运行方式下保护安装处短路, 电流速断保护有 1.2 以上灵敏度时, 则可装设此相保护。4) 高频保护：采用相差高频保护相差高频保护适用于 200KV以内的 110220KV输电线路。主要优点：相差高频保护在非全相运行时不会误动作, 所以无需加非全相的闭锁装置, 简化接线,同时在系统震荡过程中,被保护线路内部发生故障时,相差高频保护瞬时的切除故障。高频保护工作状态不受电压回路线影响,测量元件均反映电流量无电压回路。经过以上分析确定 220KV线路保护：主保护：高频保护。后备保护：三段式距离保护。接地保护：零序、段保护。8.4.2 60KV 侧线路保护并列运行的平行线路,可装设横联差动方向保护或电流平衡保护作为主保护,距离平衡保护作为后备保护。主保护可以选用横联差动方向保护有相继动作区和死区,而电流平衡保护只有相继动做无死区, 并且相继动作区比横差动保护小, 而且动作迅速, 灵敏度足够大,并且接线检点等优点,其缺点是只能应用于有电源的一侧的双回路上,在无源的一侧不能采用,这一缺点对本设计不产生影响,因此主保护采用电流平衡保护。根据上述分析, 60KV侧线路保护为：主保护：电流平衡保护。后备保护：距离保护。线路保护选择见表 8-3表 8-3 线路保护选择表线路保护 220KV侧 主保护高频差动保护后备保护 三段式距离保护接地保护 零序、段电流保护60KV侧 主保护电流平衡保护后备保护 三段式距离保护8.5 自动装置的规划设计8.5.1 电力系统自动装置的设计根据运行需要,考虑使用效果和利用率等因素,合理的确定方案。同时还应从充分发挥原有的自动装置的作用,自动装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性。自动装置要尽量简单、可靠、使用元件和触点尽量少,接线简单,便于运用维护。8.5.2 合闸装置装设规定(1) 1KV 及以上的架空线路和电缆与架空的混合线路,当具有断路器时,应装设自动重合闸。旁路断路器和兼作旁路的母线联络断路器或分段断路器。一般装设自动重合闸。(2) 电力变压器和母线,必要时可装设自动重合闸。220KV以下单侧电源线路的自动重合闸,按下列规定装设：1) 一般采用三相式一次重合闸。2) 当断路器断流允许时,有些线路可采用两次重合闸。220KV及 330KV线路的自动合闸,按以下规定装设：1) 一般装设综合重合闸, 即当线路上发生其他故障时, 实现单相重合闸, 发生其他故障时,实现三相重合闸。2) 根据电力网结谈判被保护线路的特点, 在某些情况下为了简化, 采用三相自动重合闸。8.5.3 自动重合闸装置应符合以下要求(1) 自动重合闸一般由控制开关位置与断路器位置不对应的原理启动,或用保护装置启动。(2) 用控制开关或通过遥控器将断路器断开时,自动重合闸均不应动作。(3) 装置的动作次数应符合预先的规定。在任何情况下,均不应使断路器重合次数超过规定。(4) 自动重合闸装置动作后应自动复归。(5) 自动重合闸装置应能实现重合闸后加速继电保护动作。(6) 当断路器不处于正常状态时,不允许实现自动重合闸时,应将自动重合闸装置闭锁。本变电所设计在 220KV侧线路装设综合重合闸。 60KV侧线路采用三相一次重合闸。8.5.4 备用电源和备用设备自动投入(1) 根据电力系统自动装置书备用电源和备用设备自动投入装置是当工作电源因故障被断开以后,能迅速自动将备用电源或设备投入工作,使用户不至于停电的一种装置。(2) 备自投装置的接线应满足以下要求1) 只有当工作电源断开后,备用电源才能投入。2) 工作母线上无论什么原因失去电压时,备自投应投入。3) 备用电源自动投入装置只允许将备用电源投入一次。(3) 备用电源或备用设备的自动投入装置,在下列情况下装设1) 发电厂的厂用电和变电所的所用电。2) 有双电源供电的变电所,其中一个电源经常断开作为备用。3) 降压变电所内有备用变压器或有相互为备用的母线段4) 生产过程中某些重要机组有备用机组。(4) 当备用自动投入装置动作时,如备用电源或设备投于故障时,必要时使其保护装置加速动作本变电所设计,为了确保不间断供电,变电所的电源均应装设备自投装置。第二篇 毕业设计计算书1 主变压器台数和容量的确定1.1 主变压器选择的要求(1) 和电力系统连接的主变压器一般不超过两台,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,可装设一台主变压器。(2) 变压器装设两台及以上主变压器时,每台容量的选择应按照其中一台停用时,其余变压器容量至少能保证所供电的全部一级负荷或为变电所全部负荷的 6075%。通常一次变电所为 75%,二次变电所为 60%。(3) 变电所的主变压器一般采用三相变压器,因制造或运输条件限制及初期只装一台主变压器的 220KV枢纽变电所中,一般采用单相变压器组,当装设一台单相变压器时,应设有备用相,当主变压器超过一台,且各台容量满足上述要求时,单相变压器组可不装设备用相。(4) 变电所中的变压器在系统调压有要求时,一般采用带负荷调压变压器,如受设备制造限制时,可采用独立的调压变压器或预留位置。(5) 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行,电力系统采用的绕组连接方式只有“ Y”型和“”型,高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。1.2 主变压器的选择1.2.1 总容量的确定主变压器的确定应根据 510 年发展规划进行选择,通过对原始资料的分析,根据负荷及经济发展的要求,同时考虑负荷的同时系数和线损率等因素,可由公式求得。原始资料变电所 60KV用户负荷如表 1.1 所示：表 1.1 60kV 用户负荷表序号 负荷名称 最大负荷(KW) 功率出线 出线 附注近期 远期 因数 方式 回路数1 建成机械厂 18000 25000 0.95 架空 2 有重要负荷2 化肥厂 8000 10000 0.95 架空 2 有重要负荷3 重型机械厂 10000 13000 0.95 架空 2 有重要负荷4 拖拉机厂 15000 20000 0.95 架空 2 有重要负荷5 冶炼厂 10000 15000 0.95 架空 2 有重要负荷6 炼钢厂 12000 18000 0.95 架空 2 有重要负荷（重要负荷占总负荷的 80%,符合同时率为 0.7 ,线损率 5%, 小时）则：总负荷为：计算容量为：根据规程得,选用两台有载调压变压器,其型号为 ,电压为 ,采用 、 连接组,附套管电流互感器,其具体型号和参数见表 1.2表1.2 所选变压器的主要参数额定电压 (KV) 高压 空载电流(%) 1.0低压 66 负载损耗(KW) 245空载损耗 (KW) 73 连接组别 、阻抗电压 (%) 12.5 轨距 2000/1435主变压器电抗为：2 短路电流计算2.1 将用到的计算公式(1)1) 变压器：2) 发电机：3) 线路 ：(2)1) 星角2) 角星2.2 系统等值计算电路图图 2.1 系统等值计算电路图取 =100MVA, ,求等值电路图中各阻抗标么值：发电机 电抗：发电机 、 、 电抗：变压 、 、 器电抗：线路 110KM电抗：线路 90KM电抗：线路 80KM电抗：线路 35KM电抗：将系统等值计算电路图化简如图 2.2 所示：图 2.2 系统等值计算化简图经Y变换：得如图 2.3 所示：图 2.3 经星- 角变换的系统等值电路图经 Y变换：得如图 2.4 所示：图 2.4 经角- 星变换的系统等值电路图2.3 母线上发生短路时的短路计算220KV 侧化简后的网络图：图 2.5 220kV 侧化简网络图计算电抗：查汽轮发电机计算曲线数字表得短路时的短路电流标么值为表 2.1 所示：表2.1 220kV 侧发生三相短路时的短路电流标么值0s 2s 4s0.14 7.718 2.808 2.5260s 2s 4s1 1.035 1.129 1.129取平均电压 U=230KV,则 有名值为：取平均电压 U=230KV,则 有名值为：所以,总的短路电流有名值为：60 侧化简后的网络图：经 Y变换得：得：图 2.6 60kV 侧化简网络图计算电抗：查汽轮发电机计算曲线数字表得短路时的短路电流标么值为表 2.2 所示：表 2.2 60kV 侧发生三相短路时的短路电流标么值0s 2s 4s0.318 3.368 2.306 2.3160s 2s 4s2.3 0.445 0.448 0.448取平均电压 U=66KV,则 有名值为：取平均电压 U=66KV,则 有名值为：所以,总的短路电流有名值为：0s 冲击电流有效值为：220KV 侧短路点：60KV 侧短路点 ：0s 冲击电流为：220KV 侧短路点：60KV 侧短路点 ：则短路电流计算结果如表 2.3 所示：表 2.3 短路电流计算数据一览表单位 220KV侧 60KV侧基准容量 MVA 100 100基准电压 KV 230 66短路电流有名值 KA 4.31 6.52冲击电流有效值 KA 6.5 9.8冲击电流 KA 10.99 16.633 主要电气设备选择3.1 高压断路器的选择3.1.1 220KV 侧断路器的选择(1) 按电压选择：安装点断路器的工作电压为： 。(2) 按电流选择：220KV侧断路器的最大功率应是主变压器的额定容量 80MVA,则进线断路器的最大工作电流为：根据工作电压和工作电流以及户外条件,应选择户外 断路器,其型号为 型。该断路器最高工作电压 ,大于 。断路器容许的长期工作电流为 ,大于回路最大工作电流 ,所以可以满足要求 . 断路器的型号及参数如表 3.1 所示:表 3.1 220kV 侧断路器型号及参数表型 额定电流 额定短路开断 额定短路关合额定电压 (KV) 最高工作电号压(KV) (A) 电流(KA) 电流(KA)220 252 1600 40 100额定耐受峰值电 控制回路电 合闸时间分闸时间(ms) 额定耐受峰值压 3s(KV) 压 DC(V) (ms) 电流(KA)40 110 100(3) 热稳定校验热稳定校验公式：在验算电器的短路热效应时,应采用后备保护的动作时间,通常取由短路计算得： , ,则周期分量热效应为：断路器的额定周期分量热效应为：满足(4) 动稳定校验按额定开断电流校验： , ,即按额定关合电流校验： , ,即