【電氣工程及自動(dòng)化開(kāi)題報(bào)告：電力變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)5000字】

1題目來(lái)源教師提供選題。2主要研究?jī)?nèi)容針對(duì)10KV線路的特點(diǎn)，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行設(shè)計(jì)出進(jìn)行各種變壓器的選擇，從而確定變電所的主接線方式，再進(jìn)行短路電流計(jì)算，選擇導(dǎo)線，選擇變電所高低壓電氣一次設(shè)備等。本變電所的設(shè)計(jì)包括：（1）總體方案的確定（2）負(fù)荷分析（3）短路電流的計(jì)算（4）主接線方案的選擇（5）繼電保護(hù)的整定及防雷設(shè)計(jì)。主變?nèi)萘啃吞?hào)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(fù)荷調(diào)壓分接頭，可進(jìn)行有載調(diào)壓。運(yùn)行方式：以SI、SⅡ全投入運(yùn)行，線路L1~L4全投。DL1合閘運(yùn)行為最大運(yùn)行方式；以SⅡ停運(yùn)，線路L3、L4停運(yùn)，DL1斷開(kāi)運(yùn)行為最小運(yùn)行方式。在計(jì)算高壓電路中的短路電流時(shí)采用，基于IEC標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法(標(biāo)么值法)，及短路電流在實(shí)際工程設(shè)備校驗(yàn)中的應(yīng)用，并通過(guò)實(shí)際工程案例進(jìn)行短路電流計(jì)算分析，完成對(duì)所選實(shí)際工程案例中已選電氣設(shè)備和導(dǎo)線的校驗(yàn)，以確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。為保證安全供電和電能質(zhì)量，10kV線路：出線8回；單母線分段接線。采用兩臺(tái)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(cè)為Δ接線，故需用接地變引出人為中性點(diǎn)，同時(shí)，接地變的二次容量考慮滿足所用電的要求。接地變型號(hào)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(hào)為KD-XH01-280／10.5。主變與進(jìn)線斷路器和10kV內(nèi)橋斷路器組成差動(dòng)保護(hù)，瞬時(shí)動(dòng)作跳主變二側(cè)斷路器和10kV內(nèi)橋斷路器。接線方式：高、低壓兩側(cè)差動(dòng)ＣＴ均采用星形接線，低壓側(cè)取主變10kV出線保護(hù)CT，通過(guò)軟件平衡兩側(cè)電流，補(bǔ)償二次電流相位。3開(kāi)題依據(jù)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用戶對(duì)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的電能需求越來(lái)越高。因此，對(duì)電為系統(tǒng)在發(fā)電廠、輸電設(shè)施、變配電設(shè)施、用電設(shè)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(huì)使電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)甚至引起整個(gè)系統(tǒng)崩潰。繼電保護(hù)設(shè)備在電力系統(tǒng)中充當(dāng)保護(hù)衛(wèi)士，是系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行的第一道防線，責(zé)任重大。（1）變壓器后備保護(hù)1.復(fù)壓過(guò)電流保護(hù)復(fù)壓過(guò)電流保護(hù)，實(shí)質(zhì)上是復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。當(dāng)變壓器發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，電流增大的同時(shí)電壓將下降，同時(shí)線路中還會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電壓。復(fù)壓過(guò)流保護(hù)實(shí)質(zhì)上就是將線路電壓的下降、負(fù)序電壓的產(chǎn)生和過(guò)電流同時(shí)作為變壓器不對(duì)稱故障的判據(jù)，增加了保護(hù)的靈敏度。復(fù)壓過(guò)流保護(hù)由復(fù)合電壓元件、過(guò)電流元件及時(shí)間元件構(gòu)成，作為被保護(hù)設(shè)備及相鄰設(shè)備相間短路故障的后備保護(hù)。保護(hù)的接入電流為變壓器某側(cè)TA二次三相電流，接入電壓為變壓器該側(cè)或其他側(cè)TV二次三相電壓。為提高保護(hù)的動(dòng)作靈敏度，三相電流一般取自電源側(cè)，而電壓一般取自負(fù)荷側(cè)。2.零序過(guò)流保護(hù)電壓為10kV/0.4kV變電所及以上的變壓器，在大電流系統(tǒng)側(cè)應(yīng)設(shè)置反映接地故障的零序電流保護(hù)。變壓器中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中當(dāng)變壓器發(fā)生不對(duì)稱接地短路時(shí)，將產(chǎn)生零序電流通過(guò)中性點(diǎn)流向大地。因此在變壓器接地?cái)?shù)目較多的復(fù)雜電流網(wǎng)絡(luò)中，必須考慮零序保護(hù)動(dòng)作的方向性。零序電流可取自中性點(diǎn)TA二次側(cè)。通常零序電流保護(hù)設(shè)有兩段兩時(shí)限，各段電流及時(shí)間定值均可獨(dú)立整定。零序過(guò)流保護(hù)可選擇跳閘或告警方式，具體根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的運(yùn)行情況決定。為了防止反方向接地故障誤動(dòng)作，采用零序方向閉鎖。3.過(guò)負(fù)荷保護(hù)變壓器過(guò)負(fù)荷保護(hù)作為變壓器在過(guò)載狀態(tài)下的安全保護(hù)。變壓器長(zhǎng)期超過(guò)額定容量運(yùn)行時(shí)（即過(guò)負(fù)荷運(yùn)行），內(nèi)部溫度過(guò)高，繞組會(huì)長(zhǎng)期處于過(guò)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(guò)負(fù)荷在多數(shù)情況下是三相對(duì)稱的，因此，過(guò)負(fù)荷保護(hù)只用一個(gè)電流繼電器接于一相電流，經(jīng)延時(shí)作用于信號(hào)。當(dāng)負(fù)荷電流大于整定值的時(shí)候延時(shí)一定時(shí)間發(fā)出告警信號(hào)。當(dāng)過(guò)負(fù)荷發(fā)生時(shí)，過(guò)負(fù)荷保護(hù)延時(shí)并動(dòng)作于信號(hào)繼電器，過(guò)負(fù)荷保護(hù)在正常時(shí)投入。（2）變壓器繞組與調(diào)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(gè)繞組是△型的，6-10kV側(cè)采用的連接方式。故該10kV變電站主變應(yīng)采用的繞組連接方式為：△型。調(diào)壓方式的確定：對(duì)于10kV及以下的變壓器，以考慮至少有一級(jí)電壓的變壓器采用有載調(diào)壓。主變應(yīng)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(shí)，必須切實(shí)結(jié)合實(shí)際，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行選擇。在選擇的過(guò)程中，應(yīng)該盡可能優(yōu)先選擇效率更高，能耗更低，同時(shí)價(jià)格合理，即所謂“物美價(jià)廉”得產(chǎn)品，既不能一味追求低價(jià)而造成變壓器質(zhì)量不過(guò)關(guān)，導(dǎo)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(guò)大，使資金無(wú)謂的浪費(fèi)。本設(shè)計(jì)中選擇2臺(tái)型號(hào)為S9-500/10的變壓器。在選擇變壓器的容量時(shí)應(yīng)該考慮到未來(lái)的改建擴(kuò)建，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，變電站需要承擔(dān)的負(fù)荷必然會(huì)不斷增大，因此變壓器的負(fù)擔(dān)也會(huì)越來(lái)越重，而更換變壓器會(huì)造成長(zhǎng)時(shí)間的斷電同時(shí)造成資源的浪費(fèi)，所以，選擇變壓器時(shí)必須考慮到未來(lái)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(shè)計(jì)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(lái)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(diǎn)有兩個(gè)：1)接線簡(jiǎn)潔，易于操作，建設(shè)電網(wǎng)時(shí)工程難度??；2)投資較少，使用的電氣設(shè)備比較少，因而經(jīng)濟(jì)性較好。采用單母線不分段的缺點(diǎn)：電網(wǎng)整體的可靠性較差，任一電氣元件出現(xiàn)故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都將斷電。適用范圍：適用于對(duì)供電可靠性要求較低的負(fù)荷和線路較簡(jiǎn)單，用電量較小的負(fù)荷。圖3.4單母線不分段主接線（5）負(fù)荷計(jì)算有功功率(2-5)無(wú)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(wú)功功率為455kvar，總視在功率為602kVA，總計(jì)算電流為915A。令該廠的總有功功率和總無(wú)功功率分別乘以同時(shí)系數(shù)，有功功率的同時(shí)系數(shù)取0.90，無(wú)功功率的同時(shí)系數(shù)取0.95，經(jīng)計(jì)算后可得出有功功率為355kW，無(wú)功功率為432kvar，視在功率為559kVA，計(jì)算電流為850A。（7）短路計(jì)算短路電流計(jì)算的方法，常用的有歐姆法和標(biāo)幺值法兩種，本文選用標(biāo)幺值法。為了合理地配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù)，必須對(duì)電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進(jìn)行計(jì)算和分析。在這些計(jì)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(luò)中的分布情況。實(shí)測(cè)的參數(shù)主要包括：發(fā)電機(jī)，變壓器，架空線路，電纜線路等。在計(jì)算高壓電路中的短路電流時(shí)，只需考慮發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的電抗、而忽略其電阻;對(duì)于架空線和電纜，只有當(dāng)其電阻大于電抗1/3時(shí)才需計(jì)入電阻，一般也只計(jì)電抗而忽略電阻。（8）一次設(shè)備和用途1.高壓斷路器供電系統(tǒng)中最重要的開(kāi)關(guān)電器之一。線路正常時(shí)，用來(lái)通斷負(fù)荷電流；線路短路時(shí)，在保護(hù)裝置的作用下用來(lái)切斷巨大的短路電流。斷路器具有很好的滅弧裝置和較強(qiáng)的滅弧能力。2.隔離開(kāi)關(guān)沒(méi)有滅弧裝置，僅當(dāng)電氣設(shè)備停電檢修時(shí)，用來(lái)隔離電源，造成一個(gè)明顯的斷開(kāi)點(diǎn)。3.熔斷器線路或設(shè)備故障時(shí)，用于切斷強(qiáng)大的短路電流。4.避雷器避雷器主要用來(lái)抑制架空線路和母線上的雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓保護(hù)電氣設(shè)備免受損害。5.靜電電容器主要用于補(bǔ)償無(wú)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(hào)，供計(jì)量和繼電保護(hù)用。7.電壓互感器將高電壓變換成低電壓，供計(jì)量和繼電保護(hù)用。4起止時(shí)間和進(jìn)度安排起訖日期主要工作內(nèi)容2016.10.24-2016.10.30選題、調(diào)研、收集資料2016.10.31-2016.11.27論證、開(kāi)題、撰寫開(kāi)題報(bào)告2017.02.20-2017.02.26分析變壓器各種保護(hù)及其裝設(shè)條件2017.02.27-2017.03.05 電力變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)2017.03.06-2017.03.12 電力變壓器負(fù)荷計(jì)算2017.03.13-2017.03.19 變壓器選型及主接線設(shè)計(jì)2017.03.20-2017.03.26 短路電流計(jì)算2017.03.27-2017.04.02標(biāo)么制法短路電流計(jì)算2107.04.03-2017.04.09 變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)2017.04.10-2017.04.16 電力變壓器保護(hù)設(shè)備選擇2017.04.17-2017.05.14 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的改進(jìn)與完善2017.05.15-2017.05.21 撰寫、定稿、打印畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書2017.05.22-2017.06.11 審查畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），組織答辯5預(yù)期成果及其形式（1）開(kāi)題報(bào)告；（2）設(shè)計(jì)說(shuō)明書，字?jǐn)?shù)不少于1.5萬(wàn)字，要有中、英文摘要；（3）負(fù)荷計(jì)算書；（4）10kV變電所主接線圖；（5）變壓器保護(hù)配置圖；（6）英文翻譯一份。以上畢業(yè)設(shè)計(jì)資料紙質(zhì)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(hù)及配置原理要求；（2）已經(jīng)學(xué)習(xí)了變壓器后備保護(hù)的應(yīng)用知識(shí)；（3）已經(jīng)與指導(dǎo)教師就設(shè)計(jì)相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)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(wèn)題（1）分析變壓器原始資料，確定變壓器保護(hù)設(shè)計(jì)必需的條件；（2）確定變壓器的保護(hù)方案；選取變壓器保護(hù)所需元件和裝置；（3）防雷保護(hù)和接地裝置計(jì)算（4）需要準(zhǔn)確的短路電流計(jì)算，需要設(shè)備選型和校驗(yàn)，需要設(shè)計(jì)繼電保護(hù)的配置，完成CAD制圖。6.3技術(shù)方案（1）變壓器的基本工作原理變壓器是通過(guò)將高低壓線圈繞在同一鐵心上，當(dāng)高壓線圈上施加電壓會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)鐵心形成磁路回路，在低壓線圈上會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生電流。實(shí)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(gè)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(cè)處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，在左側(cè)接入交流電壓U1，會(huì)在左側(cè)產(chǎn)生I0，我們通常把這個(gè)電流叫為空載電流。有了空載電流就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的空載電動(dòng)勢(shì)，鐵心中會(huì)有磁通Φ0經(jīng)過(guò)，這時(shí)在副線圈就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。式中：—一次側(cè)自感電動(dòng)勢(shì)(V)；—二次側(cè)互感電動(dòng)勢(shì)（V）；—電源頻率()；—一次繞組匝數(shù)；—二次繞組匝數(shù)；—經(jīng)過(guò)鐵心磁通的最大值（Wb）。在變壓器二次側(cè)空載時(shí)，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(tái)數(shù)的選擇主變?nèi)萘恳话惆醋冸娬窘ǔ山谪?fù)荷5～10年規(guī)劃選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期10～15年的負(fù)荷發(fā)展，通過(guò)計(jì)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(tái)主變壓器故障或檢修時(shí)影響供電，變電站一般裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器。冷卻方式宜采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷。（5）電氣主接線設(shè)計(jì)變電所的主接線，應(yīng)根據(jù)變電所在電力網(wǎng)中的地位、出線回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定。10kV側(cè)通常采用單母線或單母分段接線。單母線可用隔離開(kāi)關(guān)分段，但當(dāng)一段母線故障時(shí)，全部回路仍需停電，在用隔離開(kāi)關(guān)將故障的母線分開(kāi)后才能恢復(fù)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(hào)斷路器，10kV側(cè)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(yīng)選硬導(dǎo)體為宜。故選矩形鋁導(dǎo)線滿足熱穩(wěn)定要求。配電裝置宜采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)，也可采用樹(shù)脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電磁式電壓互感器。（7）變電站直擊雷防護(hù)配電裝置一般都采用避雷針做為直擊雷保護(hù)，本變電站直擊雷防護(hù)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(xiàn)陸金洪.10kV戶外高壓組合電器的應(yīng)用[J].華東電力.2016(01)：15-16.崔躍春.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)電力行業(yè)的影響[J].中國(guó)科技信息.2015(19)：12-16.關(guān)倩瑩.10kV變電站發(fā)展模式[J].河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2015(01)：121-123.許小軍.談10kV智能變電站設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新.2014(23)：104-106.胡宏達(dá).10kV智能變電站設(shè)計(jì)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(dǎo)報(bào).2015(06)：5-7.陳祖宏.10kV智能變電站設(shè)計(jì)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(hù)的原理及應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015（11）：145-146.尹宇峰.電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（19）：109.陳良杰．對(duì)電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的探討[J]．通訊世界，2014(24):210－211．鄭國(guó)強(qiáng)．對(duì)電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的探討[J]．山東工業(yè)技術(shù)，2015(9):208．謝輝．試論電力變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)[J]．黑龍江科技信息，2014(17):104．周開(kāi)峰.配電變壓器受雷擊分析與防雷措施研究[J].中國(guó)高新技術(shù)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(dòng)化系