本次畢業(yè)設計是關于變電所的設計

本科生畢業(yè)設計（論文）PAGEI摘要本次畢業(yè)設計是關于變電所的設計，用于變電站的供配電。變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。本次設計有兩個電壓等級，進行了負荷統(tǒng)計和功率因數(shù)的補償，選用兩臺SF9-20000/60變壓器，采用單母線分段的總降壓變電所主接線，并進行了短路電流計算，供電線路的選擇與校驗，主要供電設備選擇，繼電保護設計，防雷設計，接地保護等。該設計根據(jù)設計任務書的要求，擬定了兩套主接線方案，并根據(jù)對主接線的基本要求，從技術上論證各方案的優(yōu)缺點，最后采用了內(nèi)橋式接線方案；選擇供電線路和供電設備時，采用了先按正常運行條件選擇，后按短路條件校驗的方法；在繼電保護設計環(huán)節(jié)中，該設計確定了繼電保護裝置，并對保護裝置做出整定計算；最后，根據(jù)變電所的技術要求，確定了避雷針等防雷設備的技術參數(shù)，并對接地裝置做出了計算。在設計過程中要繪制相關圖紙，包括電氣一次主接線圖等重要圖紙。關鍵詞：變電所；電氣主接線；短路計算；繼電保護

AbstractThisgraduationprojectisaboutthetransformersubstationdesign,usesinthetransformersubstationsupplyingthepowerdistribution.Substationisanimportantpartofpowersystem，itdirectlyaffectsthewholepowersystemsafetyandeconomicaloperation.Itistheintermediatelinkofthepowerstationandusers.Thisgraduationprojecthastwovoltageclass,andhascarriedontheloadstatisticsandthepowerfactorcompensation.TwoSF9-20,000/60transformer,usesthesinglebusbarpartitionthetotalvoltagedroppingtransformersubstationmainwiring,theshort-circuitcurrentcomputation,supplyline'schoiceandtheverification,thechoicemaingeneratingplant,therelayprotectiondesign,anti-radardesign,groundprotectionandsoon.Thisdesignbasisdesignprojectdescription'srequest,hasdrawnuptwosetofmainwiringplans,andaccordingtothemainwiring'sessentialrequirements,provesvariousplanstechnicallythegoodandbadpoints,finallyhasusedinthebridge-typewiringplan;Whenchoicesupplylineandgeneratingplant,hasusedfirstaccordingtothenormaloperationconditionchoice,latteraccordingtoshortcircuitconditionverificationmethod;Intherelayprotectiondesignlink,thisdesignhaddeterminedtherelayprotectioninstallment,andmakestheinstallationcomputationtotheprotectivedevice;Finally,accordingtothetransformersubstationspecification,haddeterminedthelightningrodandsoonanti-radarequipment'stechnicalparameter,anddockedtheinstallmenttomakethecomputation.Mustdrawuptherelatedblueprintinthedesignprocess,includinganelectricalmainwiringdiagramandsoonimportantblueprint.Keywords：Substationdesign；Electricalwiring；Short-circuitcalculation

目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 1第2章負荷的計算及無功補償 32.1設計原始資料 32.2負荷計算 32.3無功功率補償容量計算 5第3章變壓器臺數(shù)及容量的確定 73.1主變壓器臺數(shù)與容量選擇原則 73.2主變壓器臺數(shù) 73.3變壓器容量的確定 8第4章主接線方案的確定 94.1主接線方案概述 94.2電氣主接線的基本要求 94.3變電所的主接線方案比較 10第5章短路電流計算 145.1短路電流概述 145.2短路電流計算方法 145.2.1各元件的電抗值 155.2.2短路電流計算 15第6章電氣設備的選擇 186.1電氣設備選擇的概述 186.2導線截面選擇 196.2.160kV線路截面選擇 196.2.210kV線路截面選擇 206.3高壓斷路器的選擇 216.4隔離開關的選擇 236.5電流互感器的選擇 246.6電壓互感器的選擇 25第7章繼電保護設計 277.1變電所對繼電保護的基本要求 277.2配電線路保護 277.3變壓器的保護 30第8章防雷和接地設計 378.1防雷設計 378.2防雷措施 378.3防雷計算 388.4接地及其它 418.4.1接地裝置 418.4.2接地裝置的整定計算 42第9章結論 44參考文獻 45致謝 46附錄Ⅰ電氣主接線圖 47附錄Ⅱ外文文獻 48PAGE57緒論隨著經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)建設的迅速崛起，供電系統(tǒng)的設計越來越全面化、系統(tǒng)化，工廠用電量迅速增長，對電能質量、技術經(jīng)濟狀況、供電的可靠性指標也日益提高，因此對供電設計也有了更高、更完善的要求。供電系統(tǒng)的設計是否合理，不僅直接影響基建投資、運行費用和有色金屬的消耗量，也會反映在供電的可靠性和安全生產(chǎn)方面，此外，它和企業(yè)的經(jīng)濟效益、設備人身安全密切相關。變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，由電氣設備及配電網(wǎng)絡按一定的接線方式所構成，它從電力系統(tǒng)取得電能，通過其變換、分配、輸送與保護等功能，然后將電能安全、可靠、經(jīng)濟的輸送到每一個用電設備的轉設場所。作為電能傳輸與控制的樞紐，變電所必須改變傳統(tǒng)的設計和控制模式，才能適應現(xiàn)代電力系統(tǒng)、現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的發(fā)展趨勢。電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的一項基礎工業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展的先行工業(yè)，它是一種將煤、石油、天然氣、水能、核能、風能等一次能源轉換成電能這個二次能源的工業(yè)，它為國民經(jīng)濟的其他各部門快速、穩(wěn)定發(fā)展提供足夠的動力，其發(fā)展水平是反映國家經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志。由于電能在工業(yè)及國民經(jīng)濟的重要性，電能的輸送和分配是電能應用于這些領域不可缺少的組成部分。所以輸送和分配電能是十分重要的一環(huán)。變電站使電廠或上級電站經(jīng)過調整后的電能書送給下級負荷，是電能輸送的核心部分。其功能運行情況、容量大小直接影響下級負荷的供電，進而影響工業(yè)生產(chǎn)及生活用電。若變電站系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障，系統(tǒng)保護環(huán)節(jié)將動作?？赡茉斐赏ｋ姷仁鹿?，給生產(chǎn)生活帶來很大不利。因此，變電站在整個電力系統(tǒng)中對于保護供電的可靠性、靈敏性等指標十分重要。變電站是匯集電源、升降電壓和分配電力場所，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。變電站有升壓變電站和降壓變電站兩大類。升壓變電站通常是發(fā)電廠升壓站部分，緊靠發(fā)電廠。將壓變電站通常遠離發(fā)電廠而靠近負荷中心。這里所設計得就是220kV降壓變電站。它通常有高壓配電室、變壓器室、低壓配電室等組成。本文設計的變電站為220kV變電站，其下級負荷為110kV及10kV級工業(yè)及它負荷。這些負荷不僅包括如冶煉廠、制藥廠等工業(yè)部門，也有政府、醫(yī)院等非工業(yè)部門。他們對供電的要求不同，但保證他們的供電可靠性級連續(xù)性是本變電站設計的目的。傳統(tǒng)變電站一般都采用常規(guī)設備，二次設備中的繼電保護和自動裝置、遠動裝置等采用電磁式或晶體管式，體積大，設備笨重，因此，主控室占地面積較大。常規(guī)裝置結構復雜，可靠性低，維護工作量大。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，人民的生活質量和生活水平不斷提高家用電器越來越多的進入千家萬戶，人們對用電質量的要求越來越高。但是傳統(tǒng)變電站缺乏科學的電能質量考核辦法。傳統(tǒng)變電站由于遠動功能不全。一些遙測，遙信量無法實時送到調度中心，不能滿足向調度中心及時提供運行參數(shù)的要求。變電站本身又缺乏自動控制和調控手段，因此無法進行實時控制，不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。在本變電站的設計中，分為對變電站做總體分析和負荷分析、變電站主變的選擇、主接線、短路電流計算、電力系統(tǒng)繼電保護等部分的分析計算，在設計中發(fā)現(xiàn)所用數(shù)據(jù)不夠準確，特別是在電力系統(tǒng)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(xiàn)無人值班高度自動化以彌補傳統(tǒng)變電站的缺陷。現(xiàn)在，隨著大電網(wǎng)系統(tǒng)的建設，輸電的電壓等級越來越高，這一方面使降低損耗的需要，另一方面也是工業(yè)生產(chǎn)等負荷發(fā)展的需要。我國目前廣泛采用的輸電等級有110kV、220kV等級別，還有500kV級的輸電線路也在迅速發(fā)展，所以220kV級的變電站在電力系統(tǒng)中的應用也十分廣泛,并且伴隨電力系統(tǒng)中所用電氣元件產(chǎn)品諸如斷路器、繼電器、隔離開關等性能指標的提高，變電站的功能也會越來越完善，可靠性也會得到很大的提高。相信隨著科技技術的發(fā)展和各種理論的應用更加趨于完善，220kV等級別的變電站也將承擔電力系統(tǒng)中越來越多的任務。負荷的計算及無功補償設計原始資料設計題目：三元變電所電氣部分設計1、待設計變電所為該地區(qū)公用變電所，電壓等級為60/10kV。2、本變電所60kV側進線有二回，10kV側出線有14回。3、所處地區(qū)地勢平坦，海拔高度為400m，交通方便，周圍空氣無污染，最高氣溫38℃,最低氣溫-25℃，年平均氣溫10℃。4、其它技術條件：線損率取5%；負荷的同時系數(shù)取0.9；有功負荷率取0.75；無功負荷率取0.8；要求將功率因數(shù)補償?shù)?.9以上,10kV側負荷如表2.1所示。表2.110kV側負荷表序號負荷名稱遠期最大負荷（kW）功率因數(shù)重要負荷所占比例回路數(shù)出線方式Tmax1自來水公司54000.91802架空線50002化肥廠42000.89602架空線40003玩具廠35000.90302架空線45004制藥廠28000.88602架空線45005望北一村29000.87652架空線40006林東一村20000.88701架空線60007東郊變15000.86101架空線40008西郊變10000.85101架空線40009望北二村15000.85101架空線4500負荷計算一．單組用電設備負荷計算（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）式中、、——該用戶的有功、無功、視在功率計算負荷；——該用戶的設備總額定容量，kW；——額定電壓，V；——功率因素角的正切值；——該用戶的計算負荷電流，A；——需用系數(shù)。二．多組用電設備負荷計算（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）（2-9）式中、、——全區(qū)總等效有功、無功、視在功率計算負荷；——全區(qū)總等效計算負荷電流；——全區(qū)總等效自然功率因素；、——同時系數(shù)，＝0.85，＝0.85總負荷計算如下：有功總負荷：無功總負荷：無功功率補償容量計算1．無功補償?shù)囊饬x無功因素降低了發(fā)電機和變壓器的出力，增加了輸電損耗和電壓損失，因此必須提高用電戶的功率因數(shù)（電力系統(tǒng)要求不低于0.9），減小電源系統(tǒng)的無功需求量。提高功率因數(shù)可以提高企業(yè)供電系統(tǒng)的供電能力；降低網(wǎng)絡中的功率損耗；減小網(wǎng)絡中的電壓損失，提高供電質量；降低電能成本等。2．無功補償容量電力系統(tǒng)要求：.初步取定補償后的功率因素：，.,.取0.75，無功補償?shù)目側萘繛闊o功補償后的總負荷為：1.變壓器的功率損耗變壓器的功率損耗包括有功功率和無功功率兩部分。（1）有功功率損耗：（2-10）式中：——變壓器的空載有功損耗，kW；——變壓器的短路有功損耗，kW；——變壓器的額定容量,kVA；——變壓器無功補償后的計算負荷,kVA。（2）無功功率損耗：（2-11）式中：——變壓器的空載電流百分值；——變壓器的短路電壓百分值；——變壓器的額定容量,kVA；——變壓器無功補償后的計算負荷,kVA。（3）在負荷計算中，當變壓器規(guī)格型號尚未確定時，變壓器的有功功率和無功功率還可按下列簡化公式近似計算：（2-12）（2-13）估算如下：2.考慮變壓器損耗后的高壓側總負荷功率因素滿足不小于0.9的要求。變壓器臺數(shù)及容量的確定主變壓器臺數(shù)與容量選擇原則總降壓變電所中，向用戶輸送電能的變壓器稱為主變壓器，根據(jù)設計規(guī)程規(guī)定：變電所中一般裝設兩臺主變壓器，如果有一個電源或變電所可由中、低壓側電力網(wǎng)取得備用電源，則也可裝設一臺主變壓器。裝有兩臺及以上主變壓器的變電所中，當一臺斷開時，其余一臺主變壓器的容量一般應保證全部負荷的70%（但應保證用戶的一類負荷和大部分二類負荷）獲得供電，因此對于裝有兩臺變壓器的變電所，變壓器額定容量可按下式選擇：(3-1)式中：Sca－全廠的計算負荷這樣，當一臺變壓器停用時，可保證對70%的負荷供電，考慮到變壓器的過負荷能力為30%，則可保證對91%負荷的供電。因此，采用，對變電所保證重要負荷來說多數(shù)是可行的；但對一、二類負荷比重大的變電所還應校驗。當一臺變壓器停用時，另一臺主變壓器是否能保證對全部一類負荷和大部分二類負荷供電。主變壓器臺數(shù)變壓器是變電站的重要設備，其容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結構，如選用適當不僅可減少投資，減少占地面積，同時也可減少運行電能損耗，提高運行效率和可靠性，改善電網(wǎng)穩(wěn)定性能。1．主變壓器臺數(shù)，為保證供電可靠性，變電所一般設有兩臺主變壓器。2．變壓器容量，裝有兩臺變壓器的變電站，采用暗備用方式，當其中一臺主變因事故斷開，另一臺主變的容量應滿足全部負荷的70%，考慮變壓器的事故過負荷能力為40%，則可保證80%負荷供電。3．在330KV及以下電力系統(tǒng)中，一般選三相為壓器，采用降壓結構的線圈，排列成鐵芯—低壓—中壓—高壓線圈，高與低之間阻抗最大。4．繞組數(shù)和接線組別的確定，該變電所有三個電壓等級，所以選用三繞組變壓器，連接方式必須和系統(tǒng)電壓相位一致，否則不能并列運行，110KV以上電壓，變壓器繞組都采用Y0連接，60KV采用Y形連接，10KV采用Δ連接。5．調壓方式的選擇，普通型的變壓器調壓范圍小，僅為±5%，而且當調壓要求的變化趨勢與實際相反（如逆調壓）時，僅靠調整普通變壓器的分接頭方法就無法滿足要求。另外，普通變壓器的調整很不方便，而有載調壓變壓器可以解決這些問題。它的調壓范圍較大，一般在15%以上，而且要向系統(tǒng)傳輸功率，又可能從系統(tǒng)反送功率，要求母線電壓恒定，保證供電質量情況下，有載調壓變壓器，可以實現(xiàn)，特別是在潮流方向不固定，而要求變壓器可以副邊電壓保持一定范圍時，有載調壓可解決，因此選用有載調壓變壓器。6．冷卻方式的選擇，主變壓器一般采用的冷卻方式有：自然風冷、強迫油循環(huán)風冷、強迫油循環(huán)水冷、強迫導向油循環(huán)冷卻。考慮到冷卻系統(tǒng)的供電可靠性，要求及維護工作量，首選自然風冷冷卻方式。變壓器容量的確定變壓器的負荷率一般取70%～80%。每臺按的75%選?。喝《?20000kVA，故選取變壓器型號為SF9-20000/60。其技術參數(shù)如下表3.1所示。表3.1SF9-20000/66技術參數(shù)型號額定容量(kVA)額定電壓(kV)短路阻抗(％)損耗(kW)空載電流(％)聯(lián)結組數(shù)量高壓低壓空載負載SF9-20000/60200006610.5913.250.41.1YN,d112根據(jù)變壓器容量選擇原則：按變電所建成后5~10年的規(guī)劃負荷選擇，并適當考慮遠景10~20年的符合發(fā)展，確定本所變壓器容量為兩臺20000kVA變壓器。主接線方案的確定主接線方案概述電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電站、線路和用戶組成。變電站是聯(lián)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。為滿足生產(chǎn)需要，變電站中安裝有各種電氣設備，并依照相應的技術要求連接起來。把變壓器、斷路器等按預期生產(chǎn)流程連成的電路，稱為電氣主接線。電氣主接線是由高壓電器通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流、高電壓的網(wǎng)絡，故又稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)。表示電氣設備的原件與其相互間聯(lián)接順序的圖稱為接線圖。接線圖分為兩類：即二次接線圖及主接線圖（原理接線圖）。主接線圖表示電能由電源分配至用戶的主要電路。在此圖上應表示出所有的電氣設備。有時為了更好的說明電力系統(tǒng)的工作，也列入二次接線的元件。變電所的接線應從安全、可靠、靈活、經(jīng)濟出發(fā)。安全包括設備安全及人身安全。要滿足這一點，必需按照國家標準和規(guī)范的規(guī)定，正確選擇電氣設備及正常情況下的監(jiān)視系統(tǒng)和故障情況下的保護系統(tǒng)，考慮各種保障人身安全的技術措施?？煽烤褪亲冸娝慕泳€應滿足不同類型符合的不中斷供電要求。在分析電氣主接線的可靠性時，要考慮變電站在系統(tǒng)中的地位和作用用戶負荷性質和類別、設備制造水平及運行經(jīng)驗等諸多因素。靈活就是利用最少的切換，能適應不同的運行方式。電氣主接線應能適應各種運行狀態(tài)，并能靈活低進行運行方式的轉換。靈活性，包括操作的方便性、調度的方便性和擴建的方便性經(jīng)濟是在滿足了以上要求的條件下，保證需要的設計投資最少。在設計主接線時，主要矛盾往往發(fā)生在可靠性與經(jīng)濟性之間。通常設計應在滿足可靠性和靈活性的前提下做到經(jīng)濟合理。經(jīng)濟性主要從以下幾個方面考慮，包括節(jié)省一次投資，占地面積少，電能損耗小。電氣主接線的基本要求根據(jù)我國能源部規(guī)定：變電所的電氣主接線應根據(jù)該變電所在電力系統(tǒng)中的地位、變電所的規(guī)劃容量、負荷性質、線路變壓器連接元件總數(shù)、設備特點等條件確定。并應綜合考慮供電可靠性、運行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡或擴建等要求。電氣主接線應根據(jù)系統(tǒng)和用戶的要求，保證供電的可靠性和電能質量。對三類用戶以一個電源供電即可，對一類負荷和二類負荷占大多數(shù)的用戶應由兩個獨立電源供電，其中任一電源必須在另一電源停止供電時，能保證向重要負荷供電。同時，在確定主接線時應保證電能質量在允許的變動范圍之內(nèi)。電氣主接線應具有一定的靈活性和方便性，以適應電氣裝置的各種情況，不僅正常運行時能安全可靠地供電，而且在系統(tǒng)故障或設備檢修及故障時，不中斷對用戶的供電或者減少停電的時間，縮小停電的范圍，并且操作簡便，誤操作的可能性小。電氣主接線應在滿足上述技術要求的前提下，盡可能經(jīng)濟，盡量減少設備投資費和運行費，并相應注意節(jié)約占地面積和搬遷費用。具有發(fā)展和擴展的可能性。電氣主接線在設計時應留有發(fā)展余地，不僅要考慮最終接線的實現(xiàn)，同時還要兼顧到分期過渡接線的可能和施工方便。變電所的主接線方案比較變電所的主接線是由各種電氣設備（變壓器、斷路器、隔離開關等）及其連接線組成，用以接收和分配電能，是供電系統(tǒng)的組成部分。它與電源回路數(shù)、電壓和負荷的大小、級別以及變壓器的臺數(shù)、容量等因素有關，所以變電所的主接線有多種形式。確定變電所的主接線對變電所電氣設備的選擇、配電裝置的布置及運行的可靠性與經(jīng)濟等都有密切的關系，是變電所設計的重要任務之一。1.60kV側接線方式的選擇變電所進線方式有一回進線和雙回進線兩種。一回進線主要供給三級負荷的用電。當有一、二級負荷時應用雙回進線。本設計的負荷有二級負荷，故此選用雙回進線。在雙回路、雙變壓器的供電系統(tǒng)中，共有四個元件，如果其中一個元件故障，另一元件同時也不能投入工作。為了補救這一缺陷，可采用靈活性較大橋形接線。橋形接線圖分內(nèi)橋（圖4.1）和外橋（圖4.2）兩種。內(nèi)橋用在并聯(lián)工作時某一元件故障以減小電壓損失。變壓器需要經(jīng)常切除和投入，以減少功率及電能的損失，則利用外橋比較方便。本變電所兩臺變壓器互為暗備用不需要變壓器的經(jīng)常切入切出，因此本設計選擇內(nèi)橋接線方式。圖4.1內(nèi)橋接線圖圖4.2外橋接線圖2.10kV側接線方式的選擇母線的接線方式：單母線、單母線分段、單母線分段帶旁路、雙母線、雙母分段等。單母線方式的可靠性和靈活性都較低，母線及母線隔離開關發(fā)生故障將影響全部負荷的用電，直到故障全部消除為止。而查找和修理母線故障處和故障隔離開關時，必須停止整個系統(tǒng)的供電。因此本設計不予考慮。當重要負荷多時常采用雙母線制，本設計中絕大多數(shù)都是三級負荷，只有極少數(shù)二級負荷，沒有一級負荷，因此不予考慮。綜上所述，本設計將對單母線分段和單母線分段帶旁路進行比較選擇。單母線分段和單母線分段帶旁路電路圖如圖4.3、4.4所示。這兩種方案中，主接線的一次側相同，都是雙回進線內(nèi)橋接線。二次側不同。因此只需對主接線二次側進行比較就可。圖4.3單母線分段接線圖4.4單母線分段帶旁路接線圖4.3中二次側采用單母線分段接線，提高了供電的可靠性和靈活性。在正常運行方式下，分段斷路器合上，相當于單母線運行方式，系統(tǒng)接線簡單、清晰，有利于繼電保護配置。當一段母線故障時，其分段斷路器在繼電保護作用下，自動將故障點切除，而保證了另一段母線的正常運行，確保重要用戶的正常用電。圖4.4中二次側采用單母線分段帶旁路接線。是在單母線分段基礎上增加旁路母線和旁路閘刀。其主要作用是減少母線故障或斷路器檢修時停電范圍，提高系統(tǒng)供電可靠性，當需要檢修斷路器時，可合上旁路閘刀，然后斷開需要檢修的斷路器和二側閘刀。其操作方式簡單，也不影響相應電氣設備正常運行。在正常運行方式下，旁路母線不帶電，類似于單母線分段運行方式。結合本變電所在系統(tǒng)中的地位，參照《35-110kV變電所設計規(guī)范》規(guī)定，本變電所主接線方式采用內(nèi)橋式單母線分段的接線方式。電氣主接線圖見附錄=3\*ROMANIII。變電所安裝兩臺變壓器，總容量為20000kVA；60kV側為內(nèi)橋接線方式，60kV進線為兩回架空進線，此種接線簡單清晰、設備少、操作方便、便于擴建；10kV側為單母線分段接線方式，出線14回，采用這種接線方式是用斷路器將母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源供電，當一段母線發(fā)生故障，或線路斷路器拒動時，分段斷路器自動將故障切除，保證正常段母線不間斷供電和不致使重要用戶停電。短路電流計算短路電流概述在供電系統(tǒng)中，出現(xiàn)次數(shù)比較多的嚴重事故是短路。所謂短路是指供電系統(tǒng)中一切不正常的相與相或相與地在電氣上被短接。為了更好的選擇電氣設備和載流導體，必須要用短路電流來校驗其熱穩(wěn)定性和機械強度；在選擇和繼電保護裝置時，用短路電流來整定計算，使之能快速切除故障；當短路電流過大造成設備選擇困難或不夠經(jīng)濟時，可采取限制短路電流的措施；另外根據(jù)計算出的短路電流，確定合理的主接線方案和主要運行方式等；短路電流計算是變電所設計中極為重要的一部分，這部分做的好壞將會影響到整個變電所的設計。短路電流計算方法短路電流計算方法包括有有名制法、圖表法和標幺制法。對較復雜的高壓供電系統(tǒng)，計算短路電流時采用標幺制法比較簡便，所以本設計采用標幺制法進行短路計算。圖5.1系統(tǒng)短路電流計算電路圖各元件的電抗值（1）選基準值：基準容量基準電壓基準電流 （2）計算電抗：1）電源電抗：電源1：當時當時電源2：當時當時2）主變壓器電抗：由變壓器參數(shù)表查得3）架空線路電抗：35kV以上的架空線電抗一般為=0.4/km電源1：電源2：短路電流計算（1）K1點短路電流計算：系統(tǒng)最大運行方式時，總電抗標幺值為：系統(tǒng)最小運行方式時，總電抗標幺值為：系統(tǒng)最大運行方式時，三相短路電流及短路容量為：系統(tǒng)最小運行方式時，三相短路電流及短路容量為:（2）K2點短路電計算：系統(tǒng)最大運行方式時，總電抗標幺值： 系統(tǒng)最小運行方式時，總電抗標幺值： 系統(tǒng)最大運行方式時，三相短路電流及短路容量為：系統(tǒng)最小運行方式時，三相短路電流及短路容量為：電氣設備的選擇電氣設備選擇的概述各種電氣設備的功能盡管不同，但都在供電系統(tǒng)中工作，所以在選擇時依然有相同的基本要求。在正常工作時，必須保證工作安全可靠、運行維護方便，投資經(jīng)濟合理。在短路情況下，能滿足力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的要求。正常工作情況下環(huán)境：產(chǎn)品制造上分戶內(nèi)型及戶外型，戶外型設備工作條件較差，選擇時要注意。此外，還應考慮防腐蝕、防爆、防塵、防火等要求。電壓：選擇設備時應使裝設地點的電路額定電壓小于或等于設備的額定電壓，即。但設備可在高于其銘牌表明的額定電壓10~15%情況下安全運行。電流：電氣設備銘牌上給出的額定電流是指周圍空氣溫度為時電氣設備長期允許通過的電流。選擇設備或載流導體時應該滿足以下條件按短路狀態(tài)校驗熱穩(wěn)定校驗：當短路電流通過被選擇的電氣設備和載流導體時，其熱效應不應超過允許值，It2t>Qk，tk=tin+ta，校驗電氣設備及電纜（3～6kV廠用饋線電纜除外）熱穩(wěn)定時，短路持續(xù)時間一般采用后備保護動作時間加斷路器全分閘時間。動穩(wěn)定校驗：用熔斷器保護的電氣設備和載流導體，可不校驗熱穩(wěn)定；電纜不校驗動穩(wěn)定。應滿足正常運行、檢修、短路、和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展。應按當?shù)丨h(huán)境條件校核。應力求技術先進和經(jīng)濟合理與整個工程的建設標準應協(xié)調一致。同類設備應盡量減少種類。選用的新產(chǎn)品均應具有可靠的實驗數(shù)據(jù)。設備的選擇和校驗。導線截面選擇1．本設計采用架空線路。導線截面的選擇對電網(wǎng)的技術、經(jīng)濟性能影響很大，在選擇導線截面時，既要保證工礦企業(yè)供電的安全與可靠，又要充分利用導線的負荷能力。因此，只有綜合考慮技術、經(jīng)濟效益，才能選出合理的導線截面。按經(jīng)濟電流密度選擇輸電線路和高壓配電線路由于傳輸距離遠、容量大、運行時間長、年運行費用高，導線截面一般按經(jīng)濟電流密度選，以保證年運行費用最低。按長時允許電流選擇使導線在最大允許負荷電流下長時工作不致過熱。按允許電壓損失選擇使線路電壓損失低于允許值，以保證供電質量。按機械強度條件選擇架空導線的最小允許截面如表6.1所示，此規(guī)定是為了防止架空導線受自然條件影響而發(fā)生斷線。表6.1架空線路按機械強度要求的最小允許截面（mm2）導線材料種類3-10kV架空線路低壓線路35kV及以上居民區(qū)非居民區(qū)鋁及鋁合金絞線35251635鋼芯鋁絞線25161635銅絞線25161635高壓架空線路導線截面的選擇，首先按經(jīng)濟電流密度初選，然后按其它條件進行校驗，最后按各種條件中最大者選取。低壓架空線路往往負荷電流較大，宜按電壓損失條件或按長時允許電流條件選擇導線截面，按其它條件進行校驗。60kV線路截面選擇本變電所有兩條電源進線，電源1距離本所24km，電源2距離本所55.65km。變電所高壓側計算負荷，，。按經(jīng)濟電流密度選擇:我國現(xiàn)行的經(jīng)濟電流密度如表6.2所示：表6.2經(jīng)濟電流密度Tmax/h經(jīng)濟電流A/mm2Tmax/h經(jīng)濟電流A/mm2材料1000-30003000-50005000以上裸導體銅32.251.75鋁(鋼芯鋁線)1.651.150.9鋼0.450.40.35鋼芯紙絕緣電纜、橡皮絕緣電纜2.52.252鋁芯電纜1.921.731.54按經(jīng)濟電流密度選擇，先確定，查表6.2得架空鋁母線經(jīng)濟電流密度，因此經(jīng)濟截面為按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面：考慮留有一定的裕量，選擇標準截面250mm2，選LGJ—250型鋼芯鋁絞線。按長時允許電流校驗(環(huán)境溫度為25度)：環(huán)境溫度為25度時LGJ—250型鋼芯鋁絞線的允許載流量為445A>87.47A，因此，LGJ—250型鋼芯鋁絞線滿足校驗要求。按機械強度選擇校驗：35kV以上的架空裸導線的最小允許截面，因此，LGJ—250型鋼芯鋁絞線滿足校驗要求。10kV線路截面選擇按經(jīng)濟電流密度選擇:1）按經(jīng)濟電流密度選擇，先確定，查表6.2得架空鋁母線經(jīng)濟電流密度,因此經(jīng)濟截面為按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面：考慮留有一定的裕量，選擇標準截面1600mm2，選TMY-16010鋁排。2）按長時允許電流校驗(環(huán)境溫度為25度)：環(huán)境溫度為25度時TMY-16010型鋁排的允許載流量1374.6A>549.75A，因此，TMY-10010型鋁排符合檢驗要求。3）按機械強度選擇校驗：最小允許截面，因此，選TMY-16010型鋁排滿足校驗要求。高壓斷路器的選擇高壓斷路器主要是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動而快速的將故障切除，以保證電力系統(tǒng)及設備的安全運行。主要分為多油斷路器、少油斷路器、六氟化硫斷路器、真空斷路器等。斷路器及其操動機構應按下表所列的技術條件選擇。表6.3斷路器參數(shù)選擇項目參數(shù)技術條件正常工作條件電壓、電流、頻率、機械負荷短路穩(wěn)定性動穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流和持續(xù)時間承受過電壓能力對地和斷口間的絕緣水平、泄露比距操作性能開端電流、短路關合電流、操作循環(huán)、操作次數(shù)、操作相數(shù)、分合閘時間及同期性、對過電壓的限制、某些特需的開斷電流、操動機構環(huán)境條件環(huán)境環(huán)境溫度、日溫差、最大風速、相對濕度、污穢、海拔高度、地震烈度環(huán)境保護噪音、電磁干擾對于斷路器型式的選擇，除應滿足各項技術要求和環(huán)境條件外，還應考慮便于施工調試和運行維護，并經(jīng)過經(jīng)濟比較后確定。該變電所所選的是少油斷路器，其綜合條件滿足要求，而且少油斷路器是目前廣為使用的一種產(chǎn)品。在校驗斷路器的斷流能力時，應用開斷電流代替斷流容量。一般取斷路器實際開斷時間（繼電保護動作時間與斷路器固有分閘時間之和）的短路電流作為校驗條件。高壓斷路器的選擇與校驗：一次側的額定電壓為60kV，長時最大工作電流為229.1A，初步選擇型號為：LW9-72.5,其技術數(shù)據(jù)如表6.4所示。表6.4所選斷路器技術數(shù)據(jù)型號額定電壓(kV)額定電流（A）額定開斷電流（kA）熱穩(wěn)定電流（kA）（4s）合閘時間(s)固有分閘時間(s)動穩(wěn)定電流（kA）額定最大LW9-72.56672.5250031.531.50.50.280VS1-121112160040400.250.0650二次側的額定電壓為10kV，長時最大工作電流為1374.6A，初步選擇型號為：VS1-12,其技術數(shù)據(jù)如表6.5所示。表6.5變電所高低壓側母線短路參數(shù)60kV母線K1點10kV母線K2點(kA)(kA)(MVA)(kA)(kA)(MVA)1.5283.9166.115.2313.3495.06動穩(wěn)定檢驗：動穩(wěn)定性符合要求。熱穩(wěn)定性檢驗：變壓器一次側斷路器：由于變壓器容量為10MVA，變壓器設有差動保護，因此在差動保護范圍內(nèi)短路時，繼電器的保護動作時限為0，此時假想時間。當短路發(fā)生在10kV母線上時，差動保護不動作（因不是其保護范圍），此時過流保護動作時限為2s（比進線保護少一個時限級差0.5s），此時假想時間。故：K1點短路時：K2點短路時：熱穩(wěn)定性符合要求。變壓器二次側斷路器：K2點短路時：熱穩(wěn)定性符合要求。斷流容量檢驗：變壓器一、二次側均符合要求。隔離開關的選擇隔離開關的主要作用是隔離電源，保證電氣設備與線路在檢修時與電源有明顯的斷口。隔離開關按電網(wǎng)電壓，長時最大工作電流及環(huán)境條件選擇，按短路電流檢驗其動、熱穩(wěn)定性。隔離開關的選擇與校驗：一次側的額定電壓為60kV，長時最大工作電流為229.1A，初步選擇型號為：HGW5-66/1250,其技術數(shù)據(jù)如表6.6所示。表6.6所選隔離開關技術數(shù)據(jù)型號額定電壓（kV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（kA）熱穩(wěn)定電流（5S）（kA）極限通過電流（kA）峰值有效值HGW5-66/12506612508040020－GN19-40/2001120050－85動穩(wěn)定性檢驗：動穩(wěn)定性符合要求。熱穩(wěn)定性檢驗：最嚴重的情況是線路不并聯(lián)運行，此時差動保護撤出，此時差動保護不起作用，當短路發(fā)生在QS1后，并在斷路器QF1之前時，事故切除靠上一級的變電所的過流保護，繼電器動作時限應比10.5kV進線的繼電保護動作時限（2s）大兩個時限級差即為3s。此時假想時間為。熱穩(wěn)定電流為：熱穩(wěn)定性符合要求。電流互感器的選擇1．互感器的選擇原則互感器按使用地點，電網(wǎng)電壓與長期最大負荷電流來選擇，并按短路條件校驗動、熱穩(wěn)定性。此外還應根據(jù)二次設備要求選電流互感器的精確等級，并按二次阻抗對精確等級進行校驗。對繼電保護用的電流互感器應校驗其10％誤差倍數(shù)。具體步驟如下：額定電壓應大于或等于電網(wǎng)電壓；原邊額定電流應大于或等于1.2～1.5倍的長時最大工作計算得：2.互感器的校驗（1）電流互感器的選擇與校驗項目為電壓、電流和短路電流的校驗。一次側的額定電壓為66kV，長時最大工作電流為87.47kA,斷流容量為166.11MVA，動穩(wěn)定電流峰值為3.9kA，選擇型號為：LZW-66,其額定電壓為66kV，額定電流比為2150/5，1秒熱定倍數(shù)為75，動穩(wěn)定倍數(shù)為130。只要檢驗其動穩(wěn)電流和熱穩(wěn)電流即可。其動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定公式如根據(jù)公式得,,滿足動穩(wěn)定性。根據(jù)公式得,，滿足熱穩(wěn)定性。所以所選型號合格。（2）二次側的額定電壓為10.5V，長時最大工作電流為549.75A，斷流容量為95.06MVA，動穩(wěn)定電流峰值為35.85kA。選擇型號為：LZZBJ19-10，其額定電壓為11kV，額定電流比為400/5，1秒熱定倍數(shù)為50，動穩(wěn)定倍數(shù)為90.根據(jù)公式得,,滿足熱穩(wěn)條件。根據(jù)公式得,，滿足熱穩(wěn)定條件。所以所選型號合格。（3）用戶出線上的電流互感器選用LA-10型電流互感器。表6.7所選電流互感器技術參數(shù)型號額定電壓(kV)額定電流比（A）1s熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)安裝位置LZW-66662150/57513066kV母線LZZBJ19-1011400/5509010kV母線LA-1011300～400/590160用戶出線電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇與校驗項目為電壓的校驗,只要取相同電壓值的電壓互感器即可。60kV采用JCC-60型各項技術性能優(yōu)良，具有多種負荷及雙重保護的特殊功能，用于60kV中性點有效接地的電力系統(tǒng)中作電壓的測量、電能計算、繼電保護和控制裝置用。按電壓互感器安裝位置的工作電壓來選擇：=66kV10kV采用JDZ-10型電壓互感器為雙繞組（串級式）電壓互感器，在10kV電力系統(tǒng)中作電壓的測量、電能計算、繼電保護和控制裝置用。按電壓互感器安裝位置的工作電壓來選擇：=10kV表6.8所選電壓互感器的技術數(shù)據(jù)型號額定電壓kV額定變比在下列準確度等級下的額定容量kVA最大容量kVA0.5級1級3級JCC-6066-50010002000JDZ-101110000/10080150300500繼電保護設計變電所對繼電保護的基本要求供電系統(tǒng)在運行中由于絕緣老化，機械損傷，違章操作或外界的某些影響，可能發(fā)生故障和不正常的工作狀態(tài)，即引起電流增大，電壓和頻率的變化超過允許范圍，使供電系統(tǒng)的正常工作遭到破壞，嚴重影響生產(chǎn)，甚至造成巨大損失。某個部分的故障在極短時間內(nèi)有可能影響整個供電系統(tǒng)，使事故擴大。所以切除故障的時間越短越好，往往要求低于1秒，甚至只有百分之幾秒，這么短的時間，值班人員無論如何也是做不到的，只有借助于設備上的繼電保護裝置才能實現(xiàn)快速切斷。對于短時間內(nèi)危害不大的不正常工作狀態(tài)（如過負荷、輕瓦斯、中性點不接地系統(tǒng)的單相接地等），可由繼電保護裝置發(fā)出信號，讓值班人員酌情按有關規(guī)定進行處理。綜上所述，繼電保護裝置的任務是在供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動的，迅速的，有選擇性的將故障設備從供電系統(tǒng)中切除，以避免事故擴大，并保護其它無故障部分迅速恢復正常運行。對不正常運行設備，也將由繼電保護裝置發(fā)出信號，以便運行人員采取相應措施。為了保證供電系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定，繼電保護裝置必須機構完好，并經(jīng)常處于準備動作狀態(tài)，這就要求運行和維修人員經(jīng)常巡視做好維護檢修工作。設計保護裝置時，要盡量選擇動作誤差小，功率損耗少，動作后返回時間短，觸點容量大，熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定性能好，構造簡單，價格便宜的產(chǎn)品。對工廠企業(yè)變電所和供電系統(tǒng)而言，低壓側大都采用熔斷器或自動空氣斷路器保護。高壓側由于負荷容量遠小于電網(wǎng)容量，電壓又在110kV以下，供電系統(tǒng)距離短，接線又比較簡單，所以對保護裝置要求不高，多采用機電式繼電器組成的過電流和電流速斷保護。高壓電動機和較大容量變壓器常采用縱聯(lián)差動保護作為主保護，以過電流保護為后備保護，并配合溫度監(jiān)測和過負荷保護，后者還配備瓦斯保護。配電線路保護本畢業(yè)設計線路屬于中性點不接地的小接地電流系統(tǒng)，通常采用過電流和電流速斷保護，另外單設接地保護或絕緣監(jiān)察裝置。1.線路的過電流保護圖7.1定時限過電流保護原理圖線路發(fā)生短路故障時，線路中電流劇增，當時，繼電保護裝置動起來，并用送出信號的時間差保證動作的選擇性。圖8.1為過電流保護的原理圖。保護裝置的動作電流整定可使電流繼電器動作的保護裝置一次側最小電流以表示，與之對應的繼電器動作電流以表示，又稱為保護裝置二次側動作電流。二者間關系可用下式表示：(7-1)繼電器的動作電流為：(7-2)式中——可靠系數(shù)。DL型繼電器取1.2，GL型取1.3；——繼電器返回系數(shù)。DL型繼電器取0.8，GL型取0.85；——過負荷（自起動）系數(shù)。一般由試驗和經(jīng)驗確定，可取為1.5～3；——接線系數(shù)，兩相兩繼電器式接法為1，兩相一繼電器式接法為；——電流互感器的變流比。保護裝置靈敏度校驗過流保護裝置能否可靠地動作，還應校驗靈敏系數(shù)，(7-3)——被保護線段末端最小兩相短路電流。2.線路的電流速斷保護定時限過電流保護的動作時限必須逐級增加，越靠近電源短路電流越大，而保護裝置動作時限也越長，對設備絕緣非常不利。為此，在動作時限1s以上的保護中要加裝瞬時動作的電流速斷保護配合使用。圖7.2為電流速斷的保護原理圖。圖7.2電流速斷保護原理圖電流速斷保護的整定計算電流保護的整定值，如果按躲過保護區(qū)外的最大短路電流原則來整定，即是把保護范圍限制在被保護線路的一定區(qū)段內(nèi)，就可以完全依靠提高動作電流的整定值獲得選擇性。因此可以做出無時限的瞬時動作保護，叫電流速斷保護。電流速斷保護動作電流可按下式計算：(7-4)繼電器的動作電流為(7-5)式中——被保護線路末端的最大短路電流。電流速斷保護的靈敏度校驗：(7-6)3.線路的單相接地保護6-10kV屬于中性點不接地的小接地電流系統(tǒng)。發(fā)生單相接地故障時，接地點流過全系統(tǒng)其它兩相線路的全部對地電容電流。接地點的故障電流用(7-7)式中——全系統(tǒng)架空線路長度（km）——全系統(tǒng)電纜線路長度（km）——系統(tǒng)額定電壓（kV）架空電力線路單相接地保護：繼電器之動作電流為：(7-8)式中——可靠系數(shù)。取1.5—2（帶時限）。——系統(tǒng)其它回路有接地故障時，被保護回路本身的對地電容電流。可用下式作近似估算：架空線路：=2.86（A）(7-9)——正常運行時，電流繼電器中出現(xiàn)的不平衡電流（A），可用實驗手段側得。被保護回路發(fā)生單相接地故障時的靈敏系數(shù),可用下式計算(7-10)變壓器的保護電力變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要的電氣設備,它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)正常運行帶來嚴重的后果,同時大容量變壓器也是非常貴重的設備,,因此必須根據(jù)變壓器的保護的容量和重要程度裝設性能良好、動作可靠的保護。變壓器故障一般分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。內(nèi)部故障是指變壓器油箱內(nèi)所發(fā)生的故障，如相間短路，繞組的層間或匝間短路，單相接地等。發(fā)生內(nèi)部故障時，由于短路電流產(chǎn)生的電弧不僅會破壞繞組的絕緣，燒壞鐵芯，而且將引起絕緣物質的劇烈氣化，甚至引起油箱的爆炸。因此內(nèi)部故障如不迅速排除，是十分危險的。變壓器的外部故障是指引出線上絕緣套管相間短路和引出線接地等。外部故障也將使繞組和絕緣油迅速過熱而老化。變壓器的異常工作狀態(tài)主要是指：由于外部線路短路和過負荷引起的電流增大，溫度升高超過允許值和由于漏油等原因引起的油面降低等。根據(jù)上述故障類型和異常工作狀態(tài)，變壓器應裝設下列保護。=1\*GB3①瓦斯保護防護油箱內(nèi)的各種故障及油面降低。對于0.8MVA及以上的油侵式變壓器和戶內(nèi)0.4MVA以上變壓器,應裝設瓦斯保護。輕瓦斯保護動作于信號，重瓦斯保護動作于跳閘。=2\*GB3②縱聯(lián)差動保護為反應變壓器繞組和引線的相間短路,以及中性點直接接地電網(wǎng)側繞組和引線的接地短路及繞組匝間短路,應裝設縱差保護或電流速斷保護。對于3.5MVA及以上并列運行變壓器和10MVA及以上單獨運行變壓器,以及6.3MVA及以上的所用變壓器,應裝設縱差保護。=3\*GB3③過電流保護為反應變壓器外部相間短路引起的過電流和同時作為瓦斯、縱差保護(或電流速斷保護)的后備應裝設過電流保護.例如,復合電壓起動過電流保護或負序過電流保護。=4\*GB3④過負荷保護防護過載而引起的電流增大。過負荷保護接于一相電流上，一般延時作用于信號。=5\*GB3⑤零序電流保護為反應大接地電流系統(tǒng)外部接地短路,應裝設零序電流保護。1.變壓器的瓦斯保護瓦斯保護是電力變壓器內(nèi)部故障的一種基本保護裝置。當變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時，短路電流和電弧的作用使絕緣和油受高熱分解產(chǎn)生大量氣體引起油面和油流的變化。它使裝設在變壓器油箱和油枕管道上的瓦斯繼電器動作，實現(xiàn)瓦斯保護。裝設瓦斯保護的變壓器，要求將裝瓦斯保護側抬高1.5-2%。瓦斯保護的主要優(yōu)點是動作迅速、靈敏度高、結構簡單、可靠性強、安裝容易、能夠反應變壓器油箱內(nèi)的各種保護。其缺點是不能反映油箱外部套管和引出線故障，因此瓦斯保護不能作為變壓器的唯一保護裝置，還需與其他保護裝置相配合。如圖7.3所示。圖7.3瓦斯保護原理圖2.變壓器的過電流保護降壓變電所的變壓器，一般裝設過電流保護。如果過電流保護的動作時限超過0.5s時，還需增設電流速斷保護。由于保護裝置裝設在電源側，因而既能反映外部故障，也可以作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護。變壓器的過電流保護，用來保護變壓器外部短路時引起的過電流，同時又可作為變壓器內(nèi)部短路時瓦斯保護和差動保護的后備保護。為此，保護裝置應裝在電源側。過電流保護動作以后，斷開變壓器兩側的斷路器。變壓器過電流保護的整定原則與線路過電流保護的整定原則相同，按躲開變壓器一次側可能出現(xiàn)的最大負荷電流來整定，即或(7-11)式中——變壓器過電流保護裝置一次動作電流；——變壓器過電流保護裝置中繼電器動作電流；，——可靠系數(shù)與返回系數(shù)，采用DL型電流繼電器時,；采用GL型繼電器時取，。、——電流互感器變比與接線系數(shù)；——變壓器裝設過電流保護那一側的額定電流；——變壓器的過負荷倍數(shù)。一般可近似取，對綜合性負載可取。變壓器過流保護裝置的靈敏度按變壓器二次側母線發(fā)生最小兩相短路的條件校驗，即(7-12)式中——系統(tǒng)最小運行方式時，二次側母線兩相短路的穿越電流（歸算到一次的電流）。3.變壓器的過負荷保護變壓器的過負荷保護是為了使運行人員掌握變壓器正常運行時的過載情況，一般動作于信號。由于變壓器的過負荷多數(shù)為三相對稱的，因此過負荷保護只在一相上裝設電流繼電器。為了避免在短路故障和大電機起動等造成沖擊電流情況下發(fā)生不必要的信號，需裝設時間繼電器，其動作時限應大于過電流保護的動作時限，一般定為9-15s。過負荷保護的動作電流應躲開變壓器的額定電流，其整定為：(7-13)4.變壓器的差動保護變壓器差動保護動作電流應滿足以下三個條件：應躲過變壓器差動保護區(qū)外出現(xiàn)的最大短路不平衡電流。應躲過變壓器的勵磁涌流。在電流互感器二次回路端線且變壓器處于最大負荷時，差動保護不應動作。目前我國生產(chǎn)的差動保護繼電器型式有電磁型的BCH系列、整流型的LCD系列和晶體管型的BCD系列。變壓器保護常用的是BCD-2型差動繼電器。圖7.4為BCH-2型差動繼電器組成的差動保護單相原理接線圖。變壓器差動保護使用的范圍：兩臺6300kVA及以上的并聯(lián)運行變壓器；10000kVA及以上的單獨運行變壓器；容量為6300kVA及以上的發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中的重要變壓器；容量為2000-8000kVA的變壓器；當電流速斷保護靈敏度不能滿足要求時。變壓器差動保護的整定計算縱聯(lián)差動保護動作電流的整定原則靈敏度校驗圖7.4BCH-2型差動繼電器組成的差動保護單相原理接線圖5.差動保護的整定計算算出各側額定一次電流,選出電流互感器的變比,確定二次回路額定電流和計算結果列于表7.10表7.10二次回路額定電流計算值名稱各側數(shù)值額定電壓66kV10.5kV變壓器一次額定電流(A)10000/(×66)=96.23A10000/(×10.5)=577.35A電流互感器的計算變比(×96.23)/5=166.68/5577.35/5選用電流互感器的變比200/51500/5電流互感器二次回路流入繼電器的電流(A)(×96.23)/40=4.17A577.35/300=1.92A由表7.10可以看出,10.5kV側的二次回路額定電流大于66kV側,因此10.5kV側為基本側。計算保護裝置基本側10.5kV的動作電流:按躲開變壓器外部短路時的最大不平衡電流：式中——可靠系數(shù)，取1.3——外部故障時最大短路電流的周期分量——電流互感器同型系數(shù)，型號相同是取0.5，型號不同時取1——電流互感器的容許最大相對誤差，為0.1——變壓器改變分接頭調壓所引起的相對誤差，一般采用調壓范圍的一半，取5%——由于繼電器的整定匝數(shù)與計算的不相等而產(chǎn)生的相對誤差，初算時可取中間值0.5。按躲開變壓器的勵磁涌流:式中——可靠系數(shù)，取1.3——變壓器的額定電流按躲開電流互感器二次回路斷線時變壓器的最大負荷:因為最大工作電流為74.1×66/10.5=466A,小于變壓器額定電流577.35A，所以不考慮。取上述三個條件計算值中的最大者作為基本側的動作電流，即：根據(jù)上面3個計算結果，一次側動作電流為。確定基本側線圈接線和匝數(shù)平衡線圈接于10.5kV側,平衡線圈接于66kV側。依據(jù)基本側考慮，繼電器動作電流為：基本側計算線圈匝數(shù)為式中，是BCH-2型繼電器的額定動作安匝。根據(jù)BCH-2內(nèi)部實際接線,選線圈實用匝數(shù)為匝,差動線圈實用匝數(shù)匝,平衡線圈Ⅰ的匝數(shù)匝.確定66kV側平衡線圈匝數(shù)：取66kV側平衡線圈實際匝數(shù)。計算由于實際匝數(shù)與計算匝數(shù)不等產(chǎn)生的相對誤差Δf：因為，故不需核算動作電流.計算最小靈敏系數(shù)：按最小運行方式下10.5kV側兩相短路校驗.因為基本側互感器二次額定電流最大,故非基本側靈敏系數(shù)最小。10.5kV側歸算至66kV側的最小短路電流為764.59A。檢驗靈敏度在10kV側兩相短路時的短路電流為（由短路計算得有）66kV側流入繼電器的電流靈敏度：滿足要求。防雷和接地設計防雷設計變電所是電力系統(tǒng)重要組成部分,一旦變電所遭雷擊或雷電波侵入,將造成大面積停電,給生產(chǎn)帶來安全隱患和經(jīng)濟損失,給人民生活帶來不便,這就要求變電所防雷系統(tǒng)設計要安全、靈敏、可靠。變電所的防雷設計總的原則應做到選型設備先進,保護系統(tǒng)靈敏、安全、可靠,設備維護方便。針對雷電侵害的3種形式,進行變電所的防雷設計,其中防直擊雷和雷電波侵入是主要任務。防雷措施1．避雷針變電所的設備一旦遭受直接雷擊，就可能造成設備的嚴重損壞，引起長時間的停電，其后果是十分嚴重的。因此，變電所內(nèi)的設備和建筑物必須有完善的直接雷保護裝置?？梢愿鶕?jù)條件合理地選用避雷針、避雷線和避雷器，進行直擊雷保護。屋外配電裝置一般都采用避雷針作為直擊雷保護裝置。2．避雷線進線保護的目的在于防止線路上落雷后雷電波侵入變電所，危害變電所的配電裝置。大中型企業(yè)的35kV以上變電所的進線保護常采用如圖9.1所示的防雷保護方案。圖8.160kV變電所進線防雷保護方案35kV以上的電力線路一般不采用全線裝設避雷線來防止直擊雷，可以在進線段1～2km內(nèi)架設避雷線，使該線段路免遭直接雷擊，還可以使感應雷過電壓產(chǎn)生在1～2km以外，靠進線段本身的阻抗起限流作業(yè)，降低雷電沖擊的幅值。3．避雷器在供配電系統(tǒng)中，常常在變壓器的高壓側裝設閥型避雷器作為變壓器的防雷保護。防雷計算本變電所設兩支等高避雷針，避雷針的高度為30m。避雷針及保護范圍單支避雷針的保護范圍如圖8.2所示。是以避雷針為軸的折線圓錐。從頂針向下做45度的斜線，構成錐形保護空間的上部；地面距針1.5h作半徑，向避雷針0.75h高度處作連接線，與上部錐線相交，交點以下斜線構成保護空間的下半部。由圖可見，避雷針在地面上的保護半徑為1.5h。如果被保護的設備或建筑物高度為，則在高度為的水平面上，保護半徑為：當時，(8-1)當時，(8-2)式中（8-1）、（8-2）中：被保護物高度(m)，本設計中變電所高度；避雷針有效高度(m),；避雷針安裝高度(m)；由模擬實驗和運行經(jīng)驗確定的高度影響系數(shù)。時，；時，。避雷針在水平面上的保護半徑。本設計中變電所面積為10m30m，故取，，，則根據(jù)式（8-2）得得出。需要保護范圍較大時，采用增加單支避雷針的高度擴大保護范圍，往往不如采用兩只比較低的避雷針進行聯(lián)合保護有效。兩只避雷針保護范圍如圖8.2所示。圖8.2單支避雷針的保護范圍圖8.3兩只等高避雷針的保護范圍兩針外側的保護范圍與單支避雷針相同。兩針之間的保護范圍按連接兩針頂點1，2及中點O的圓弧確定。O點的高度由下式?jīng)Q定：(8-3)式中，兩針之間的距離。則由式（8-3）可見，當兩針距離增大到時，則，即兩針之間不能夠構成聯(lián)合保護范圍。兩針在水平面上的保護范圍即兩針之間最小保護寬度的一半為：根據(jù)得所以兩針之間最小保護的寬度為53.58m。避雷線及保護范圍兩支等高避雷線外側的保護范圍與單根避雷線相同；內(nèi)側保護范圍的橫截面，由經(jīng)過兩根避雷線及保護范圍上部邊緣最低點O的圓弧確定。本設計，避雷線的保護范圍采用折線法計算。計算方法如下：當時(8-4)當時(8-5)式中（8-4）、（8-5）中：被保護物高度(m)，本設計中變電所高度；避雷線安裝高度(m)；避雷線在水平面上的保護半徑。、--避雷線計算系數(shù)。一般保護角選擇在之間，角不同，、也不相同，它們之間的關系如表8.1所示。表8.1避雷線計算系表保護角0.360.470.531.641.531.42本設計中變電所面積為10m30m，故取，，，則根據(jù)式（9-2）得得出因此，本變電所在進線段1～2km內(nèi)架設避雷線，高度為29m。避雷器常用的閥型避雷器有普通閥型避雷器、磁吹閥型避雷器和氧化鋅閥型避雷器。普通閥型避雷器是指碳化硅閥式避雷器，其包括FZ和FS兩種型號。FZ型多用于發(fā)電廠和變電所的電氣設備防雷保護，F(xiàn)S型多用在配電線路上和配電變壓器、開關設備的防雷保護上。因此，都選用FZ型。66kV母線上選FZ-60型避雷器，10.5kV母線上選FZ-10型避雷器，其參數(shù)見表8.2表8.2FZ型避雷器技術數(shù)據(jù)型號額定電壓kV滅弧電壓有效值kV工頻放電電壓有效值kV預放電時間1.5-20的沖擊放電電壓（kV幅值）不大于5、10kA沖擊電流（波形10/20）下的殘壓（kV幅值）不小于不大于5kV小于10kV小于FZ-606670.5140173220227250FZ-101112.72631454550接地及其它接地裝置接地裝置由接地體和接地線兩部分構成。接地體分為水平接地體和垂直接地體。垂直接地體通常采用直徑50mm，長2～2.5m的鋼管，打入地中與大地直接相連。水平接地體一般采用扁鋼或角鋼，將垂直接地體連接起來。連接于接地體與電氣設備金屬外殼之間的金屬導線，稱為接地線。接地線通常采用25mm4mm或40mm4mm的扁鋼或直徑16mm的圓鋼。為了減少投資，還可以利用金屬管道以及建筑物的鋼筋混凝土基礎等作為自然接地體，但易燃易爆的液體或氣體管道除外。接地電阻是指接地體的散流電阻與接地線和接地體電阻的總和，其中接地體和接地線的電阻與散流電阻相比較小，可忽略不計。在同樣的接地電流下，接地電阻越小，接觸電壓和跨步電壓也越小，對人身越安全。變電所中通常用扁鋼將若干接地體連接成一個整體構成接地網(wǎng)。接地網(wǎng)的布置形式有外引式和回路式。外引式將接地體引出戶外處某處集中埋于地下，該方式安裝方便，且較經(jīng)濟，但接地體附近地面電位分布不均勻，跨步電壓較大，廠房內(nèi)接觸電壓較大。另外，接地網(wǎng)的連接可靠性較差。因此，變電所中常采用回路式接地裝置，回路式是將接地體圍繞設備或建筑物四周打入地中，它使地面電位分布均勻，減小跨步電壓，同時抬高了地面電位，減小了接觸電壓，安全性好，連接可靠。接地裝置的整定計算1．確定工頻接地電阻值我國60kV的高壓系統(tǒng)采用中性點非直接接地方式。已知，60kV側的架空線路長度為24KM。對于本變電所公共接地裝置的接地電阻，應滿足以下條件：（8-6）本變電所接地裝置的接地電阻應為：2．接地裝置的初步方案在變電所內(nèi)設置以水平接地為主，垂直接地為輔的復合接地網(wǎng)。初步考慮圍繞變電所建筑周圍，距變電所外墻2-3。打入地下一圈直徑為50、長為2.5的鋼管接地體，每隔5m打入一根。主接地帶采用-50×5鍍鋅扁鋼，設備引下線采用-40×4鍍鋅扁鋼，接地極采用Φ50×2500鍍鋅鋼管，微機保護接地由接地主網(wǎng)經(jīng)銅接地帶單獨引至，電纜溝內(nèi)的電纜支架均應接地，接地線敷設方式為明敷與暗敷相結合。要求本變電所的接地電阻不大于4歐姆。3．計算單根鋼管接地電阻（8-7）式（8-7）中為土壤電阻率，；為接地體長度，。4．確定接地鋼管數(shù)和最后的接地方案根據(jù)，但考慮到管間的屏蔽效應，故試選30根直徑為50、長為的鋼管接地體，管間距為。以和查參考文獻[6]，取。因此，（8-8）考慮到接地提的勻稱布置，選用34根試選30根直徑為50、長為，間距為的鋼管接地體，用的扁鋼連接，環(huán)型布置。5．計算沖擊接地電阻沖擊接地電阻是指雷電經(jīng)接地裝置泄放入地的接地電阻。沖擊接地電阻按下式計算：（8-9）式（8-9）中為工頻接地電阻值；為換算系數(shù)，對于時取沖擊接地電阻。結論本論文的題目是三元變電所電氣部分初步設計，電壓等級為60/10kV。本設計對工廠供電這一技術領域進行了研究和工程設計，講述了變電所初步設計的要求方法、內(nèi)容和步驟。設計的內(nèi)容包括負荷計算、無功補償、變壓器臺數(shù)及容量的選擇、主接線方案的確定、短路計算、電氣設備選擇與校驗、繼電保護設計和防雷設計等。本設計首先根據(jù)原始資料所提供的內(nèi)容進行了負荷計算及無功功率補償?shù)挠嬎恪Ｆ浣Y果為總有功為21080kW，總無功為11678kvar，無功補償容量為14576.8kvar。根據(jù)負荷計算的結果確定了兩臺型號為SF9-20000/60的變壓器，根據(jù)計算所選變壓器容量為20000kVA。按照主接線的設計原則確定了主接線的幾種接線方案，全面分析論證，通過技術經(jīng)濟比較，最后確定