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1、石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 某郊區(qū) 110kV 變電站電氣設計 The Electrical Design of 110kV Substation for a Suburb 畢業(yè)設計成績單畢業(yè)設計成績單 學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化 畢業(yè)設計題目某郊區(qū) 110kV 變電站電氣設計 指導教師姓名胡立強 指導教師職稱講師 評 定 成 績 指導教師 得分 評閱人得分 答辯小組 組長 得分 成績： 院長(主任) 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計任務書畢業(yè)設計任務書 題目某市郊 110kV 變電站電氣設計 學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化 承擔指導任務單位電氣工程系 導師 姓名 導師 職

2、稱 講師 一、主要內容 110kV 變電站設計，學會應用所學知識進行設計。 二、基本要求 1.電氣主接線設計 2.短路電流計算 3.電氣設備的選擇 4.繼電保護配置與整定計算 三、主要技術指標（或研究方法） 1.本變電站位于某市郊，向市區(qū)工業(yè)、生活及郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)與農業(yè)用戶供電，為新建變電所。 電壓等級：110/10kv 2.線路回數：110kv 近期 2 回，遠景發(fā)展 2 回；10kv 近期 8 回，遠景發(fā)展 2 回 電力接線圖如圖 1。 圖 1 電力接線圖 3.負荷情況 表 1 負荷情況 4.所處地理環(huán)境及條件 站址地區(qū)海拔高度 200m，地址平坦，地震烈度 6 度。年最高溫度 40 度，年

3、最低溫度-20 度， 最熱月平均最高溫度+32 度，最大復冰厚度 10mm，最大風速為 25m/s，土壤熱阻率 =100 cm/W，土壤溫度 20C，地下水位較低，水質良好，無腐蝕性。如圖 2 為地理位置圖。 最大負荷 MW穿越功率 MW 負荷組成% 電壓等 級 負荷名稱 近期遠期近期近期一級二級三級 自然力率 市系 1 線1018 市系 2 線1018 備用 110 110kV 備用 212 棉紡廠 122.50.75 棉紡廠 222.50.75 印染廠 11.520.78 印染廠 21.520.78 水泥廠 133.50.75 水泥廠 233.50.75 耐火廠 122.50.75 耐火廠

4、 222.50.75 郊一22.50.75 郊二22.50.75 毛紡廠220.75 針織廠12.50.75 柴油機廠 11.520.8 柴油機廠 21.520.8 橡膠廠11.50.72 市區(qū) 11.520.8 市區(qū) 21.520.8 食品廠1.21.50.8 備用 11.50.78 10kV 備用 21.50.78 圖 2 地理位置圖 四、應收集的資料及參考文獻 1電氣設計規(guī)范M. 中國建筑工業(yè)出版社. 2003. 2朱林根. 民用建筑變配電設計M. 第 2 版. 中國建筑工業(yè)出版社. 2004. 3航空工業(yè)部第四規(guī)劃設計研究院. 工廠配電設計手冊M. 北京水利電力出版社. 4黃益莊. 變

5、電站綜合自動化技術M. 北京：中國電力出版社. 2000. 5雍靜主. 供配電系統M. 第 1 版. 機械工業(yè)出版社. 2004. 6劉介才. 工廠供電M. 機械工業(yè)出版社. 五、進度計劃 1.第 1 周-第 2 周：收集材料，完成開題報告； 2.第 3 周-第 4 周：分析、確定方案； 3.第 5 周-第 7 周：設計、計算、繪圖； 4.第 8 周：中期檢查； 5.第 13 周-第 14 周：論文審核定稿； 6. 第 15 周-第 16 周：答辯。 教研室主任簽字時間 年 月 日 畢業(yè)設計開題報告畢業(yè)設計開題報告 題 目 某郊區(qū) 110kV 變電站電氣設計 學生姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自

6、動化 一、研究背景 110kV 變電所是電力配送的重要環(huán)節(jié)，也是電網建設的關鍵環(huán)節(jié)，變電所設計質量的好壞， 直接關系到電力系統的安全、穩(wěn)定、靈活和經濟運行。為滿足城鎮(zhèn)負荷日益增長的需要，需提高 對用戶供電的可靠性和電能質量。隨著國民經濟的發(fā)展，工農業(yè)生產增長的需要，迫切要求增長 供電容量，擬新建 110kV 變電所。變電站是電力系統的重要組成部分，它直接影響整個電力系統 的安全和經濟運行，是聯系發(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。電氣主接線 是發(fā)電廠和變電所的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線的擬定直接關系著全站電氣設備的選擇、配電裝置的 布置、繼電保護和自動裝置的確定，是變電站電氣部分投資大

7、小的決定因素。 二、國內外研究現狀 目前，我國變電站具有功能綜合化，設備、操作、監(jiān)視微機化，結構分布分層化，通信網絡 光纜化及運輸管理智能化等特征。變電站的綜合自動化為變電站小型化、智能化、擴大監(jiān)視范圍 及變電站的安全、可靠、優(yōu)質、經濟的運行提供了現代化手段和基礎保證。建國以來，我國的電 力事業(yè)已經獲得了長足的發(fā)展。隨著電網規(guī)模的不斷擴大、電力分配的日益復雜和用戶對電能的 質量的要求進一不提高，電網自動化就顯得極為重要；近年來我國計算機和通信技術的發(fā)展及自 動化技術的成熟，發(fā)展配電網調度與管理自動化以具備了條件。變電站在配電網中的地位十分重 要，它擔負著電能轉換和電能重新分配的繁重任務，對電網

8、的安全和經濟運行起著舉足輕重的作 用。因此，變電站自動化既是實現自動化的重要基礎之一，也是滿足現代化供用電的實時，可靠， 安全，經濟運行管理的需要。 三、研究方案 1.負荷分析及無功補償 2.變壓器的選擇 3.電氣主接線方案的選定 4.選擇更安全可靠的一次電氣設備 5.短路電流計算 6.繼電保護 7.做好變電站的防雷設計和接地設計 根據變電所電氣設備的總平面布置圖確定，避雷針的初步選定安裝位置與設備的電氣距離應 符合各種規(guī)程范圍的要求，初步確定避雷針的安裝位置后再根據公式進行，校驗是否在保護范圍 之內。同時做好變電站的接地電網，也可以有效的防止電力事故的發(fā)生。 四、預期達到的結果 根據題目要求

9、，確定變壓器的容量與型號，并繪制出電氣主接線圖。需要裝設兩臺變壓器備 用，保證重要變電所的安全用電。根據負荷分析、變電所接線方案比較、供電方式確定、短路電 流計算、完成電氣設備選擇與繼電保護以及防雷接地等重要內容。 指導教師簽字時 間 年 月 日 摘 要 隨著我國科學技術的發(fā)展，特別是計算機技術的進步，電力系統對變電站的更 要求也越來越高。變電站是電力系統中不可缺少的重要組成部分，它擔負著電能轉 換和分配的任務，對電網的安全和經濟運行起著舉足輕重的作用，是聯系發(fā)電廠和 用戶的中間環(huán)節(jié)。 變電站設計需要以電力系統分析、電力工程、繼電保護和其他的專業(yè)知識為理 論基礎。設計內容主要包括：負荷分析、變

10、電所接線方案比較、供電方式確定、短 路電流計算、電氣設備選擇與繼電保護以及防雷接地等內容。本設計討論的是 110kV 變電站電氣部分的設計。首先對原始資料進行分析，選擇主變壓器，并且在 此基礎上進行主接線設計，按照任務書的要求，分析比較所得數據，畫出主接線圖， 再進行短路計算，選擇設備，然后進行防雷接地以及保護、配電裝置設計。 關鍵字：變電站負荷計算短路計算設備選擇繼電保護 Abstract With the development of science and technology in China, particularly computing technology has been ad

11、vanced, the power system demands on substation more and more. Power System Substation is an important and indispensable component of the power it assumed the task of conversion and distribution of grid security and the economy play a decisive role in running is to contact the users power plants and

12、intermediate links. The design of power system substation should depend on the knowledge of factory substation power engineering，relay protection and other professional ones as the basic theoriesDesign contents would include load analysis，scheme comparison，power- supply modes，short-circuit，current c

13、alculation，electrical equipment selection and relay protection setting and lightning-proof with grounding，etcThe design is refer to the part of 110kV electrical substation design. First of all, analyze the original data and choose the main transformer, and based on it, do complete the project requir

14、ements，design calculation specifications, and draw the main hookup. And design the main wiring and Short-circuit calculation, at last choose equipment, then mine and the protection of earth and distribution device. Key Words: SubstationLoad analysisShort-circuit CalculationEquipment SelectionElectri

15、cal equipment selection 目 錄 第 1 章 緒論1 第 2 章 負荷分析及無功補償2 2.1 概述 2 2.2 負荷計算的目的 2 2.3 負荷分析 3 2.4 無功補償 3 第 3 章 主變壓器的選擇5 3.1 相數的確定 5 3.2 繞組數的確定 5 3.3 主變壓器臺數和容量的確定 5 3.4 變壓器型號的確定 6 第 4 章 主接線方式的選擇7 4.1 主接線選擇的基本要求 7 4.2 對變電站電氣主接線的設計原則 7 4.3 各電壓等級線路的出線回數選擇電氣主接線形式 7 第 5 章 短路電流的計算10 5.1 電力系統簡圖 10 5.2 各回路阻抗的計算 1

16、0 5.3 短路計算 11 5.3.1 110kV 側短路計算11 5.3.2 10kV 側短路計算12 第 6 章 電氣設備的選擇與校驗14 6.1 斷路器的選擇 14 6.1.1 110kV 側斷路器的選擇14 6.1.2 10kV 側斷路器的選擇15 6.2 隔離開關的選擇 16 6.2.1 110kV 側隔離開關的選擇16 6.2.2 10kV 側隔離開關的選擇16 6.3 導線的選擇 17 6.3.1 110kV 母線的選擇與校驗17 6.3.2 10kV 母線的選擇與校驗17 6.4 互感器的選擇 18 6.4.1 電壓互感器的選擇18 6.4.2 電流互感器的選擇18 第 7 章

17、 繼電保護21 7.1 概述 21 7.2 繼電保護的基本原理和任務 21 7.3 繼電保護的基本要求 21 7.4 變壓器的繼電保護 22 7.5 電力線路的繼電保護 24 7.6 母線保護 25 7.7 二次接線圖 26 第 8 章 防雷接地設計27 8.1 防雷設計 27 8.1.1 防雷設計原則27 8.1.2 避雷器的選擇27 8.1.3 避雷針的配置29 8.2 接地設計 30 8.2.1 接地設計的原則30 8.2.2 接地網型式選擇及優(yōu)劣分析31 第 9 章 電氣總平面布置及配電裝置的選擇32 9.1 概述 32 9.1.1 配電裝置特點32 9.1.2 配電裝置類型及應用32

18、 9.2 配電裝置的確定 33 9.3 電氣總平面布置 35 第 10 章 結論與展望36 10.1 結論 36 10.2 展望 36 參考文獻37 致謝38 附錄39 附錄 A 外文資料39 附錄 B 電氣設備表48 附錄 C 電氣主接線圖50 第 1 章 緒論 變電站是電力系統中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，對電網的安全和經濟運行起著舉足 輕重的作用。社會經濟的發(fā)展，依賴高質量和高可靠性的電能供應，建國以來，我 國的電力事業(yè)已經獲得了長足的發(fā)展。隨著電網規(guī)模的不斷擴大、電力分配的日益 復雜和用戶對電能的質量的要求進一不提高，電網自動化就顯得極為重要；近年來 我國計算機和通信技術的發(fā)展及自動化技術的成

19、熟，發(fā)展配電網調度與管理自動化 以具備了條件。變電站在配電網中的地位十分重要，它擔負著電能轉換和電能重新 分配的繁重任務，對電網的安全和經濟運行起著舉足輕重的作用1。 由于我國經濟的高速發(fā)展，某些市區(qū)生產和生活的供電要求越來越大，在大力 建設火力發(fā)電廠的同時，相應的配套電力設施也應跟上。其變電站的建設屬于設施 中較重要的一類。也是決定用電質量和效率的因素之一。對地區(qū)經濟的發(fā)展有直接 的關系，也是反映地區(qū)經濟發(fā)展水平的重要參數之一。我們這里所要新建的是一所 110kV 降壓變電站。變電站的站址選擇在市郊，靠近負荷中心，有利于系統運行性 能的提高，降低損耗，提高經濟效益；此外，這些電力負荷位于變電

20、站的北部和東 部，避免了將變電站設在污染源的下風口，否則將會發(fā)生污閃事故和沿面放電，影 響電力系統的運行性能；變電站東部沒有重要的電力負荷，這為進出線提供了廣闊 的線路走廊，還有利于變電站的擴建；另外，變電站選址還考慮了變電站與附近設 施的影響。因此，變電站選址不當，必將影響企業(yè)供電系統的主接線方式，送電線 路的規(guī)格和布局，電網損失及投資的大小，還可能引起電力倒流，產生嚴重后果。 變電站是電力系統的重要組成部分，它直接對電力用戶饋送電能。變電站在電力系 統中之所以起著十分重要的作用，是因為其運行性能的好壞直接影響到系統的穩(wěn)定 性。電力用戶的直接利益。變電站是聯系發(fā)電廠和電力用戶的重要紐帶，是將

21、電能 從產品變成商品的中間環(huán)節(jié)。它擔負著電能轉換和電能重新分配的重要任務。對國 家經濟的發(fā)展有著極其重要的作用2。 本次設計是對專業(yè)所學的內容進行一次系統的、全面的、內容較多的畢業(yè)設計。 設計內容為 110kV 變電站電氣設計，分別對變電站作總體分析和負荷分析、變電站 主變壓器的選擇、主接線方式選擇、短路電流計算、電氣設備的選擇與校驗、電力 系統繼電保護等部分的分析計算，在設計中發(fā)現所用數據不夠準確，特別是在電力 系統繼電保護是計算中，存在很大缺陷，力求在以后的設計中能夠逐步趨于完善， 相信不久能實現無人值班高度自動化以彌補傳統變電站的缺陷。 第 2 章 負荷分析及無功補償 2.1 概述 變電

22、站位于某市郊，向市區(qū)工業(yè)、生活及郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)與農業(yè)用戶供電，為新 建變電所。變電站作為電力系統中起著重要的連接作用，是聯系發(fā)電廠與負荷的重 要環(huán)節(jié)。本課程設計主要是關于本變電站的一次設計，為了是變電站的一次設計能 夠很好的接入電力系統，使電力系統安全可靠的運行，下面對本變電站做初步分析 的原始數據進行分析。 1.變電站類型：110kV 地方降壓變電站 2.電壓等級：110/10kV 3.線路回數：110kV：近期 2 回，遠景發(fā)展 2 回； 10kV：近期 8 回，遠景發(fā)展 2 回； 4.地理條件：站址地區(qū)海拔高度 200m，地址平坦，地震烈度 6 度。年最高溫度 40 度，年最低溫度-20

23、度，最熱月平均最高溫度+32 度，最大復冰厚度 10mm，最大 風速為 25m/s，土壤熱阻率 =100cm/W，土壤溫度 20C，地下水位較低，水質良 好，無腐蝕性。 5.負荷情況：主要是一、二級負荷，市內負荷主要為市區(qū)生活用電、棉紡廠、 印染廠等工業(yè)用電；郊區(qū)負荷主要為郊區(qū)變電站及其他工業(yè)用電。 6.系統情況：根據任務書中電力系統簡圖可以看到，本變電站位于兩個電源中 間，有兩個發(fā)電廠提供電能，進而經過該變電站降壓后用于工業(yè)、農業(yè)等負荷用電， 需要一定的可靠性。 2.2 負荷計算的目的 計算負荷是供電設計計算的基本依據，計算負荷確定得是否正確合理，直接影 響到電器和導線電纜的選擇是否經濟合理

24、。如計算負荷確定過大，將使電器和導線 選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費，如計算負荷確定過小又將使電器和導 線電纜處子過早老化甚至燒毀，造成重大損失，由此可見正確確定計算負荷重要性 3。 2.3 負荷分析 10kV 側： 近期負荷：=(221.51.5332222211.51.511.5 近 P 1.51.2)MW=32.2MW 遠期負荷：=(2.52.5223.53.52.52.52.52.522.522 遠 P 1.5221.51.51.5)=44.5MW =32.2MW+44.5MW=76.7MW n i Pi 1 綜合最大計算負荷計算公式：(1+%) KtS30 1cos n i

25、i i P ：同時系數，取 85%，%：線損,取 5% 。Kt Kt(1+%) 近30 S max 1 cos n i i i P 近 =(2/0.75+2/0.75+1.5/0.78+1.5/0.78+3/0.75+3/0.75+2/0.75+2/0.75+2/0.75+2/0.75+Kt 2/0.75+ 1/0.75+1.5/0.8+1.5/0.8+1/0.72+1.5/0.8+1.5/0.8+1.2/0.8) (1+%) =0.8545.960(1+0.05)=41.019MVA Kt(1+%) 遠30 S max 1 cos n i i P i 遠 =(2.5/0.75+2.5/0.7

26、5+2/0.78+2/0.78+3.5/0.75+3.5/0.75+2.5/0.75+2.5/0.75+2.5/0.75+Kt 2.5/0.75+2/0.75+2.5/0.75+2/0.8+2/0.8+1.5/0.72+2/0.8+2/0.8+ 1.5/0.8+1.5/0.78+1.5/0.78) (1+%)0.8558.2651.05=52.002MVA 視在功率： MW021.93002.52019.41 303030 遠近 SSS MW42.748 . 0021.93cos 3030 SP MW81.5575 . 0 42.74tan 3030 PQ 2.4 無功補償 無功補償的人工補償

27、裝置：主要有同步補償機和并聯補償電容兩種。由于并聯 電容器具有安裝簡單、運行維護方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴容方便等優(yōu)點， 因此并聯電容器在供電系統中應用最為普遍6。該變電站 10kV 側平均功率因數取 0.8，應提高到 0.92，因此 10kV 側所需無功功率補償的補償容量為： Mvar82.2332 . 0 42.74)92 . 0 tan(arccos)8 . 0stan(arcco 30 PQC 約取補償器件為 GMKPBAMH10-4000-3W，數目為 6 個。var24MQC 補償后的無功功率為Mvar81.312481.55tan 30)2(30 PQ 補償后的變電站低壓側

28、的視在負荷為Mvar93.80 )2(30 S 變壓器的功率損耗為：MW9302 . 0 01 . 0 30 SPT MW651 . 4 05 . 0 30 SQT 補償后的功率因數為：931 . 0 cos 第 3 章 主變壓器的選擇 3.1 相數的確定 330kV 以下的電力系統，在不受運輸條件限制時，應用三相變壓器。 3.2 繞組數的確定 對深入引進負荷中心、具有直接從高壓降為低壓供電條件的變電所，為簡化電 壓等級或減少重復降壓容量，可采用雙繞組變壓器。 3.3 主變壓器臺數和容量的確定 在這次變電站設計中，可以采用一臺或兩臺主變壓器，表 3-1 所示對單臺變壓 器和兩臺變壓器進行比較：

29、 表 3-1 單臺與兩臺變壓器比較 比 較單臺變壓器兩臺變壓器 供電安全比滿足要求滿足要求 供電可靠性基本滿足要求滿足要求 供電質量電壓損耗略大電壓損耗略小 靈活方便性靈活性差靈活性好 技 術 指 標 擴建適用性稍差好 由 110kV 系統供電，考慮到重要負荷達到 80.93MW，并考慮到現今社會用戶需 要的供電可靠 性的要求更高，應采用兩臺容量相同的變壓器并聯運行。 容量選擇及檢驗公式：（其中 n 為變電站設計中變壓0.76.0S1n N 30 S 器的臺數，在這次設計中，n=2）6。 因此根據上述式子及負荷分析可以選擇兩臺容量為 50MW 的有載調壓變壓器， 其型號為 SFSZ9-5000

30、0/110。 3.4 變壓器型號的確定 表 3-2 變壓器參數 額定電壓(kV)損耗(kV) 型號高壓低壓 聯接組接號 空 載負載 空載電 流(%) 阻抗 電壓 (%) SFSZ9-50000/1101108*1 25%10.5,11YNd1127.51040.910.5 表 3-2 所示為 SFSZ9-50000/110 變壓器的主要參數。 第 4 章 主接線方式的選擇 4.1 主接線選擇的基本要求 1.可靠性 2.靈活性 3.經濟性 4.2 對變電站電氣主接線的設計原則 1.按變電所在電力系統的地位和作用選擇。 2.考慮變電所近期和遠期的發(fā)展規(guī)劃。 3.按負荷性質和大小選擇。 4.按變電所

31、主變壓器臺數和容量選擇。 5.當變電所中出現二級電壓且低壓側負荷超過變壓器額定容量 15%時，通常采 用雙繞組變壓器。 6.電力系統中無功功率需要分層次分地區(qū)進行平衡，變電所中常需裝設無功補 償裝置。 7.當母線電壓變化比較大而且不能用增加無功補償容量來調整電壓時，為了保 證電壓質量，則采用有載調壓變壓器。 8.如果不受運輸條件的限制，變壓器采用三相式，否則選用單相變壓器。 9.對 220kv 及以上的聯絡變壓器通常采用自耦變。 10.各級電壓的規(guī)劃短路電流不能超過所采用斷路器的額定開斷容量。 11.各級電壓的架空線包括同一級電壓的架空出線應盡量避免交叉4。 4.3 各電壓等級線路的出線回數選

32、擇電氣主接線形式 1.110kv 側主接線方式： 110kv 側出線近期 2 回，遠景發(fā)展 2 回。 所以根據出線回數電壓等級初步可以選擇雙母不分段接線和雙母帶旁路母接線。 由于此變電站是為了某地區(qū)電力系統的發(fā)展和負荷增長而擬建的。那么其負荷為地 區(qū)性負荷。變電站 110kV 側和 10kV 側，110kV220kV 出線數目為 5 回及以上或 者在系統中居重要地位，出線數目為 4 回及以上的配電裝置。在采用單母線、分段 單母線或雙母線的 35kV110kV 系統中，當不允許停電檢修斷路器時，可設置旁路 母線。 單母線帶旁路接線與雙母線帶旁路接線的比較如下: 方案一：單母線帶旁路 技術：(1)

33、簡單清晰、操作方便、易于發(fā)展。 (2)可靠性、靈活性差。 (3)旁路斷路器還可以代替出線斷路器，進行不停電檢修出線斷路器， 保證重要用戶供電。 經濟：(1)設備少、投資小 (2)用母線分段斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資 方案二：雙母線帶旁路 技術：(1)運行可靠、運行方式靈活、便于事故處理、易擴建。 (2)母聯絡線上的斷路器可代替需檢修的出線斷路器工作。 (3)倒閘操作復雜，容易誤操作。 經濟：(1)占地大、設備多、投資大。 (2)母聯絡線上的斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資。 所以，比較后說明在技術上（可靠性、靈活性）雙母線帶旁路接線方案明顯合 理，在經濟上則單母線帶旁路接線方案占優(yōu)勢。對于雙母線

34、不分段接線，當母線故 障或檢修時，將隔離開關運行倒閘操作，容易發(fā)生誤操作。鑒于此站為地區(qū)變電站 應具有較高的可靠性和靈活性。經綜合分析，決定選雙母線帶旁路接線方案為設計 的最終方案，如圖 4-1 所示。 雙母線帶旁路接線最大優(yōu)化是提供了供電可靠性，當出線斷路器需要停電檢修 時，可將專用旁路斷路器投運，從而將檢修斷路器出線有旁路代替供電5。 圖 4-1 雙母線帶旁路母線接線 2.10kV 側主接線方式： 10kV 出線近期 8 回，遠景發(fā)展 2 回。 610kV 配電裝置的出線回路數目為 6 回及以上時，可采用單母線分段接線或 單母線帶旁路母線接線。而雙母線接線一般用于引出線和電源較多，輸送和穿

35、越功 率較大，要求可靠性和靈活性較高的場合。 (1)單母線分段帶旁路母線： 優(yōu)點：供電可靠性高，運行靈活，但是主要用于出線回路數不多。但負荷叫重 要的中小型發(fā)電廠及 35-110kV 的變電所。 (2)單母線帶旁路母線： 優(yōu)點：供電可靠性高，斷路器故障檢修時，可不停負荷進行檢修，供電可靠運 行靈活，適用于重要用戶供電，出線回數較多的變電所6。 所以選擇單母線分段帶旁路母線，如圖 4-2 所示。 圖 4-2 單母線分段接線 第 5 章 短路電流的計算 5.1 電力系統簡圖 圖 5-1 電力系統簡圖 圖 5-1 所示為本設計的電力系統簡略圖，根據此圖進行短路計算的研究。 5.2 各回路阻抗的計算

36、圖 5-2 電力系統化簡圖 根據圖 5-2 所示選擇短路點，取MVA ，最大運行方式下：100 B S avB UU / 11BS SXX 1 S4.001500/100.60 / 22BS SXX 2 S35 . 0 200/1007 . 0 查表得單位長度電抗平均值為/km40 . 0 0 x 3 X06 . 0 )115115/(100204 . 0 4 X21 . 0 )115115/(100704 . 0 5 X08 . 0 )115115/(100254 . 0 6 X18 . 0 )115115/(100604 . 0 根據所選變壓器的技術參數可以求變壓器的阻抗 T X)100/

37、(% 2 1 NTBS SSV21 . 0 50 100 100 5 . 10 5.3 短路計算 5.3.1 110kV 側短路計算 圖形的化簡： 圖 5-3 110kV 側短路線路化簡圖 (1) 8 X5.30 2 X 9 X 3 X7.201.206.00 4 X (2) Y /( 10 X 9 X 5 X 5 X 6 X4.00) 9 X /( 11 X 9 X 6 X 5 X 6 X9.00) 9 X /( 12 X 6 X 5 X 5 X 6 X3.00) 9 X (3) Y ()+( 13 X 1 X 10 X 12 X 1 X) 10 X/( 12 X 8 X1155 . 0 )

38、 11 X ()+() 14 X 8 X 11 X 12 X 8 X 11 X/( 12 X 1 X635 . 0 ) 10 X (4) f X/ 13 X0977 . 0 14 X 起始次暫態(tài)電流：kA55 . 5 / fB XIEI 在高壓側電路發(fā)生三相短路時，一般可取8 . 1 sh k 沖擊電流：kA13.142IkI smsh 計算電抗：+ SXX fjs (/ ) S B S6609 . 1 kA55 . 5 k III 兩相短路電流：kA81 . 4 55 . 5 2 3 2 3 3)2( kAII kk ）（ 5.3.2 10kV 側短路計算 圖 5-4 10kV 側短路線路化

39、簡圖 (1) 8 X5.30 2 X 9 X 3 X7.201.206.00 4 X (2) Y /( 10 X 9 X 5 X 5 X 6 X) 9 X041 . 0 27 . 0 18 . 0 08 . 0 08 . 0 27 . 0 /( 11 X 9 X 6 X 5 X 6 X92.00) 9 X /( 12 X 6 X 5 X 5 X 6 X27.00) 9 X (3) =0.04+0.041=0.081 13 X 1 X 10 X =0.35+0.092=0.442 14 X 8 X 11 X =0.21+0.027=0.237 15 X T X 12 X (4) Y += 16

40、X 13 X 15 X 13 X/ 15 X 14 X361 . 0 442 . 0 237 . 0 081 . 0 237 . 0 081 . 0 +=1.972 17 X 14 X 15 X 14 X/ 15 X 13 X (5) f X/ 16 X 17 X305 . 0 972 . 1 361 . 0 972 . 1 361 . 0 起始次暫態(tài)電流:kA fB XIEI/47.19 5 . 103 100 305 . 0 08 . 1 在高壓側電路發(fā)生三相短路時，一般可取 6。 8 . 1 sh k 沖擊電流：kAIkI smsh 256.4947.1928 . 1 計算電抗：+ SX

41、X fjs (/) S B S185 . 5 100 2001500 305 . 0 kA47.19 k III 兩相短路電流：kA6.8167.419 2 3 2 3 3)2( kAII kk ）（ 第 6 章 電氣設備的選擇與校驗 6.1 斷路器的選擇 6.1.1 110kV 側斷路器的選擇 1.該回路為 110 kV 電壓等級，故可選用六氟化硫斷路器。 2.斷路器安裝在戶外，故選戶外式斷路器。 3.回路額定電壓kV 的斷路器，且斷路器的額定電流不得小于通過斷路110 e U 器的最大持續(xù)電流=1.05kA=263.5A。 max I2635 . 0 1153 50000 4.為方便運行管

42、理及維護，選取 110kV SF6 斷路器為同一型號產品，選為 SF6- 110 斷路器，其主要技術參數如表 6-1 所示。 表 6-1 斷路器參數 5.對所選的斷路器進行校驗 (1)斷流能力校驗 所選斷路器的額定開斷電流kA，則斷流能力滿足要求。55. 5.531 0 II (2)短路關合電流的校驗 所選斷路器的額定關合電流，即動穩(wěn)定電流為 80kA，流過斷路器的沖擊電流 為 14.13kA，則短路關合電流滿足要求，因為其動穩(wěn)定的校驗參數與關合電流參數 一樣，因而動穩(wěn)定性也滿足要求。 (3)熱穩(wěn)定校驗 設后備保護動作時間 1s，所選斷路器的固有分閘時間 0.03s，選擇熄弧時間 t=0.03

43、S。則短路持續(xù)時間 t=1+0.03+0.03 =1.06s。 因為電源為無限大容量，非周期分量因短路持續(xù)時間大于 1s 而忽略不計，則短 路熱效應：.s。 65.32 2 k ItIQ 2 kA 型號 額定 電壓 kV 額定 電流 A 最高 工作 電壓 kV 額定 開斷 電流 kA 動穩(wěn) 定 電流 kA 4S 熱穩(wěn) 定電流 kA 自動 重合 閘無 電流 間隔 時間 S 固有 分閘 時間 S 合閘 時間 S SF6-110110125012631.58031.50.030.12 允許熱效應：，則 熱穩(wěn)定滿足要求。 3964 5 . 31 2 2 tIrQtIr 2 以上各參數經校驗均滿足要求，

44、故選用 SF6-110 斷路器。 6.1.2 10kV 側斷路器的選擇 1.該回路為 10kV 電壓等級，故可選用真空斷路器。 2.該斷路器安裝在戶內，故選用戶內式斷路器。 3.回路額定電壓為 10kV，因此必須選擇額定電壓kV 的斷路器，且其110 e U 額定電流不小于流過斷路器的最大持續(xù)電流=1.05A。 max I 8 . 2886 5 . 103 50000 4.初選 SN9-10 真空斷路器，主要數據如表 6-2 所示。 表 6-2 斷路器參數 型號額定 電壓 kV 額定 電流 kA 額定斷開 電流 kA 動穩(wěn)定 電流 kA 4S 熱穩(wěn)定 電流 kA 固有分閘時間 s SN9-10

45、101.252563250.05 5.對所選的斷路器進行校驗 (1)斷流能力的校驗 流過斷路器的短路電流kA。47.19 k I 所選斷路器的額定開斷電流，kAkA，即斷路器的斷流能力滿25I47.19 k I 足要求。 (2)動穩(wěn)定校驗 所選斷路器的動穩(wěn)定電流為 63kA， 流過斷路器的沖擊電流為： kAkA，則動穩(wěn)定性滿足要求。56.49 sh I63 (3)熱穩(wěn)定校驗 設后備保護動作時間 1s，所選斷路器的固有分閘時間 0.05s，選擇熄弧時間 t=0.03s。則短路持續(xù)時間 t=1+0.05+0.03 =1.08s。 則.s41.40908 . 1 47.19 2 Q 2 kA 允許熱

46、效應.s25004252 2 tIr 2 kA 由于短路時間大于 1s ,非周期分量可忽略不計。 則.s，由于 ，所以熱穩(wěn)定滿足要求。41.409Q 2 kAQtIr 2 從以上校驗可知該斷路器滿足要求，所以確定選用 SN9-10 真空斷路器8。 6.2 隔離開關的選擇 6.2.1 110kV 側隔離開關的選擇 1.為保證電氣設備和母線檢修安全，選擇隔離開關帶接地刀閘。 2.該隔離開關安裝在戶外，故選擇戶外式。 3.該回路額定電壓為 110kV，因此所選的隔離開關額定電壓kV，且隔110 e U 離開關的額定電流大于流過斷路器的最大持續(xù)電流 A。 max I 5 . 263 1153 5000

47、0 05 . 1 4.初選 GW4110D 型單接地高壓隔離開關其主要技術參數如表 6-3 所示。. 表 6-3 隔離開關參數 極限通過電流 kA型 號額定 電壓 kV 額定 電流 A 最大工作電壓 kV 接地 刀閘 A 有效值峰值 4S 熱穩(wěn)定電流 kA GW4-110D11012501262000325510 5.校驗所選的隔離開關 (1)動穩(wěn)定校驗 動穩(wěn)定電流等于極限通過電流峰值即kA55 dv I 流過該斷器的短路沖擊電流kA 56.49 sh I 即kAkA，動穩(wěn)定要求滿足。55 dv I56.49 sh I (2)熱穩(wěn)定校驗 斷路器允許熱效應.s4004102 2 tIr 2 kA

48、 短路熱效應.s，則，所以熱穩(wěn)定滿足要65.3206 . 1 55 . 5 22 tIQ 2 kAQtIr 2 求。 經以上校驗可知，所選隔離開關滿足要求，故確定選用 GW4 110D 型高壓 隔離開關。 6.2.2 10kV 側隔離開關的選擇 1.為保證電氣設備和母線檢修安全，隔離開關選擇不帶接地刀閘。 2.隔離開關安裝在戶內，故選用戶內式。 3.該回路的額定電壓為 10kV 所選隔離開關的額定電壓kV，額定電流110 e U 大于流過隔離開關的最大持續(xù)電流：A。 max I 8 . 2886 5 . 103 50000 05 . 1 4.初選 GN1910 型隔離開關，其主要技術數據如表

49、6-4 所示。 表 6-4 隔離開關參數 型號額定電壓(Kv)額定電流 (A) 允許熱效應(kA2.s)動穩(wěn)態(tài)電流(kA) GN19-101012503200100 5.校驗所選的隔離開 (1)動穩(wěn)定校驗 所選隔離開關的動穩(wěn)定電流 100kA。 短路沖擊電流kA，動穩(wěn)定滿足要求。56.49 sh I dv I sh I (2)熱穩(wěn)定校驗 斷路器允許熱效應：kA2.s。 tIr 2 3200 短路熱效應：kA2.s，則，熱穩(wěn)定滿足要求。.41.409QQtIr 2 從以上校驗可知，所選隔離開關滿足要求，故確定選用 GN1910 型隔離開關。 6.3 導線的選擇 本設計的 110kV 為屋外配電裝

50、置，故母線采用鋼芯鋁絞線 LGJ，而 10kV 采用 屋內配電裝置，故采用硬母線6。 6.3.1 110kV 母線的選擇與校驗 1.按最大工作電流選擇導線截面 最大持續(xù)工作電流為：A。 max I 5 . 263 1153 50000 05 . 1 年最高平均溫度為+32，而導線長期允許溫度為+80，查表得溫度修正系數 ，/=296.1A 。 0 k89 . 0 Yj I max I 0 k 選擇 110KV 母線型號為：LGJ150/25，查表得A。 Y I472 =263.5A滿足熱穩(wěn)定要求。 min A 6 . 94 83 2 5550 )3( C t I mia 2 mm150S 2

51、mm min A 6.3.2 10kV 母線的選擇與校驗 由于安裝在室內，選用硬母線。 1.按最大持續(xù)工作電流選擇母線截面 A max I.82886 5 . 103 50000 05 . 1 /= A Yj I max I 0 k 6 . 3243 89 . 0 8 . 2886 選擇 10kV 母線型號為 LMY-638（雙條豎放矩形鋁導體），查表得 A。3288I =2886.8AA，滿足要求。 max I32.2926328889 . 0 0 Ik 2.熱穩(wěn)定校驗 S=1008，滿足熱穩(wěn)定要求。 2 mm69.3312 83 19470 min mia k t C I S 2 mm 3

52、.動穩(wěn)定校驗 母線采取水平排列平放。 則母線的截面系數為：W=bh2/6=101252/6=26042(mm3) =26.0410-6 m3 相鄰支柱間跨距?。篖=1.2m 相間母線中心距離取：a=0.25m 母線在三相短路使所受到的計算應力為： max=0.173=0.173=9.40106pa 2 sh I aW L 10 2 2 56.49 6 2 104.0265.2010 2 . 1 max=70106pa（為硬母線允許應力），因此滿足動穩(wěn)定要求。 y y 6.4 互感器的選擇 6.4.1 電壓互感器的選擇 電壓互感器應按工作電壓來選擇： 1.110kV 電壓互感器，經過查表選用 J

53、CC-110 型串級式瓷絕緣電壓互感器，系 統的最高電壓為 126kV，額定絕緣水平為 200/480kV，額定一次，二次電壓之比為： 110/0.1/0.1/0.1kV，額定負載 150VA/150VA/100VA，準確級333 0.2/0.5/6P。 2.10KV 電壓互感器，查表選擇 JSJW-10 型三相五柱式電壓互感器，額定變比 10000/100，最大容量為 400MVA。 6.4.2 電流互感器的選擇 為防止電流互感器套管閃絡造成母線故障，電流互感器通常布置在斷路器的出 線或變壓器側，即盡可能不在緊靠母線側裝設電流互感器。所以，母線上不考慮裝 設電流互感器。 110kV 側： 1

54、.主變側、母聯兼旁路電流互感器 kV A110 e U 5 . 263 max I 所以初選 LCWB6110B 型電流互感器 額定電流比：（27 75）（2 600）/5 熱穩(wěn)定電流：=2 112 30kA/1s t I 動穩(wěn)定電流：=2 2.82 76kA max i 一次回路電壓:kV kV110 N U110 e U 一次回路電流:A263.5A1200 1 N I 二次回路電流:=5A 2N I 準確度等級:0.2 級 熱穩(wěn)定校驗: kA2.s kA2.s ,則滿足熱穩(wěn)定要求。3600 2 tI80.30155 . 5 2 2 tI 動穩(wěn)定校驗：2 76=152kA=49.56kA

55、滿足動穩(wěn)定要求。 max I sh I 所以選擇 LCWB6110B 型電流互感器。 2.出線電流互感器 kV A，所以初選 LCWB6-110B 型電流互感器。110 g U 5 . 263 max I 一次回路電壓 kVUN110 kVUg110 一次回路電流AIN1200 1 AI 5 . 263 max 熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗同上。 10kV 側： 1.主變側、分段電流互感器 ，所以初選 LBJ10 型電流互感器。kVUg10AI 6 . 3243 max 額定電流比 20006000/5 1S 熱穩(wěn)定倍數：50 t K 動穩(wěn)定倍數 ：50 es K 一次回路電壓：kV kV110 N U

56、110 e U 一次回路電流：AA1200 1 N I 6 . 3243 max I 二次回路電流：=5A 2N I 準確度等級 ：0.5 級 熱穩(wěn)定校驗：=15625 kA2.s t Q 2 1) ( Nt IK 2 )5 . 250( =1286.66 kA2.s，滿足熱穩(wěn)定要求。 K QtI 2 187.35 2 t Q K Q 動穩(wěn)定校驗：=2.5 90=318.15kA，kA max I esNK I2 2 47.19 sh I 即kA，滿足動穩(wěn)定要求。所以選擇 LBJ10 型電流互感器合格。 max I47.19 sh I 2.出線電流互感器 kV =106.29A，所以初選 LB

57、J-10 型電流互感器。10 g U max I 額定電流比 600800/5 1S 熱穩(wěn)定倍數：50 t K 動穩(wěn)定倍數 ：50 es K 一次回路電壓：kVkV10 N U 10 g U 一次回路電流：AA800 1 N I29.106 max I 二次回路電流：=5A 2N I 準確度等級：0.5 級 熱穩(wěn)定校驗 ：=1600 kA2.s t Q 2 1) ( Nt IK 2 .8050）（ =19.47*19.47=379.08 kA2.s,則，滿足熱穩(wěn)定要求。 K QtI 2 t Q K Q 動穩(wěn)定校驗:=0.8 90=101.81kA，=19.47kA max I esNK I22

58、 sh I 則，滿足動穩(wěn)定要求。所以選擇 LBJ-10 型電流互感器6。 max I sh I 第 7 章 繼電保護 7.1 概述 電力系統的規(guī)模隨著經濟的發(fā)展越來越大，結構越來越復雜。運行就得要求安 全可靠電能質量高、經濟性好。由于自然條件、設備及人為因素的影響，可能出現 各種故障和不正常運行狀態(tài)。故障中最常見，危害最大的是各種型式的短路。 故障或不正常運行狀態(tài)若不及時正確處理，都可能引發(fā)事故。為了及時正確處 理故障和不正常運行狀態(tài)，避免事故發(fā)生，就產生了繼電保護，它是一種重要的反 事故措施。繼電保護裝置是完成繼電保護功能的核心，它是能反應電力系統中電氣 元件發(fā)生故障和不正常運行狀態(tài)，并動作

59、于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置 7。 7.2 繼電保護的基本原理和任務 在電力系統發(fā)生短路故障時，許多參量比正常時候都有了變化，有的變化明顯， 有的不明顯。明顯的有電流劇增、電壓大幅下降、線路測量阻抗減少、功率方向變 化、負序或零序分量出現等，根據不同電氣量的變化，可構成不同原理的繼電保護 配置。不論那種電氣量變化，當其測量值超過一定數值時，繼電保護將有選擇地切 除故障或顯示電氣設備的異常情況，如根據短路電流較正常電流升高的特點，可構 成過電流保護，利用電壓與電流之間相位差的改變可構成方向保護等。 繼電保護的任務是： (1)當電力系統中某電氣元件發(fā)生故障時，能自動、迅速，有選擇地將故障元

60、件 從電力系統中切除，避免故障元件繼續(xù)遭到破壞，使非故障元件迅速恢復正常運行。 (2)當電力系統中某電氣元件出現不正常運行狀態(tài)時，能及時反應并根據運行維 護的條件發(fā)出信號或跳閘。 7.3 繼電保護的基本要求 根據繼電保護任務，對動作于跳閘的繼電保護其具有選擇性、速動性、靈敏性 和可靠性。這些要求是相輔相成、相互制約的，需要根據具體的使用環(huán)境進行協調 保證。 (1)選擇性：是指電力系統發(fā)生故障時，保護裝置僅將故障元件切除，而使非故 障元件仍能正常運行，以盡量減小停電范圍。 (2)速動性：是指保護快速切除故障的性能，故障切除的時間包括繼電保護動作 時間和斷路器的跳閘時間。 (3)靈敏性：是指在規(guī)定

61、的保護范圍內，保護對故障情況的反應能力。滿足靈敏 性要求的保護裝置應在區(qū)內故障時，不論短路點的位置與短路的類型如何，都能靈 敏地正確地反應出來。 (4)可靠性：是指發(fā)生了屬于它該動作的故障，它能可靠動作，而在不該動作時， 它能可靠不動。即不發(fā)生拒絕動作也不發(fā)生錯誤動作7。 7.4 變壓器的繼電保護 圖 7-1 故障網絡圖 圖 7-1 所示為故障網絡簡略圖。 1.110kV/10kV 50000kVA 主變壓器根據要求需裝設的保護： 高壓母線側三相短路電流為高壓側繼電保護用電流互感器的變比為kA55 . 5 I(3) k 1200/5A，繼電器采用 DL-110 型，接成兩相兩繼電器方式。下面整

62、定該繼電器的動 作電流，動作時限和速斷電流倍數。 過電流保護動作電流的整定： ，240/51200K1K.80K3 . 1 iwrerel K A524.86110kV)3A/(kV500002I2I TN1Lmax 。 故其動作電流：A55. 3A86.524 2408 . 0 13 . 1 Lmax rei relw op I KK KK I 動作電流整定為 4A。 過電流保護動作時限的整定： 由于低壓母線側三相短路電流為，則 KA2 點發(fā)生三相短路時的電kA55 . 5 )3( k I 流為：A125.23A5550 240 1 1k i w k(2) I K K I 查故對 KA2 的

63、動作電流整定為：6 A4 A125.23 op k 1 I I n 對 KA2 點整定時限為 0.5s，則 KA2 的實際動作時間為=0.3s。則 KA1 實際動 2 t 作時間為=+0.7s=1s.KA1 的 10 倍動作電流為 1.4s。所以需裝設電流速斷按保護。 1 t 2 t 電流速斷保護速斷電流倍數整定：A 5 . 504kV11010kA55 . 5 51 kmaxrel /,I.K 故其速斷電流為：A2 . 3A 5 . 504 240 151 k.max i rel qb . I K K I 因此速斷電流倍數整定為：8 . 0 A4 A2 . 3 op qb qb I I n

64、電流速斷保護靈敏系數的檢驗：kA4 . 2 2 kA55. 5866. 0 2 866 . 0 k mink I I A768 1 2402 . 3 W iqb 1qb K KI I 因此其保護靈敏系數為：2125 . 3 A768 A2400 1qb mink p I I S 根據 GB50062-1992 規(guī)定，電流保護（含電流速斷保護）的最小靈敏系數為 1.5，這里的靈敏系數滿足要求。不需裝設差動保護。 過負荷保護： 動作電流按躲過線路的額定一次電流來整定，其計算為：)( op olI TN I .1 ，動作時間取 10-15s。A421A43.262 240 31 op . . (ol

65、)I 2.變壓器瓦斯保護： 瓦斯保護是變壓器的主要保護,能有效地反應變壓器內部故障。輕瓦斯繼電器由 開口杯、干簧觸點等組成,作用于信號。重瓦斯繼電器由擋板、彈簧、干簧觸點等組 成,作用于跳閘。正常運行時，瓦斯繼電器充滿油,開口杯浸在油內，處于上浮位置， 干簧觸點斷開。 當變壓器內部故障時，故障點局部發(fā)生過熱,引起附近的變壓器油膨脹，油內溶 解的空氣被逐出，形成氣泡上升，同時油和其它材料在電弧和放電等的作用下電離 而產生瓦斯。當故障輕微時，排出的瓦斯氣體緩慢地上升而進入瓦斯繼電器，使油 面下降，開口杯產生的支點為軸逆時針方向的轉動，使干簧觸點接通,發(fā)出信號。 當變壓器內部故障嚴重時，產生強烈的瓦

66、斯氣體，使變壓器內部壓力突增，產 生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊檔板，檔板克服彈簧的阻力，帶動磁鐵 向干簧觸點方向移勸，使干簧觸點接通，作用于跳閘7。 7.5 電力線路的繼電保護 1.110kV 高壓線路側繼電保護 在此選用 DL-110 型繼電器。由以上條件得計算數據：變壓器一次側過電流 保護的 10 倍動作時限整定為 0.5s；過電流保護采用兩相兩繼電器式接線；高壓側線 路首端的三相短路電流 5.55kA；變比為 1200/5A 保護用電流互感器動作電流為 5A。下面對高壓母線處的過電流保護裝置進行整定（高壓母線處繼電保護用電流互 感器變比為 1200/5A） 。 整定 KA2 的動作電流 故A55 . 3 A86.524 24080 131 Lmax ire wrel op . . I KK KK I 根據 GL-25/10 型繼電器的規(guī)格，動作電流整定為 3A 。 整定 KA1 的動作時限： 母線三相短路電流反映到 KA2 中的電流： k I A125.23A5550 240 1 k i w k(2) I K K I 對 KA2 的動作電流的倍數，即： k I op I