冷柜要单机封 双机封双温好，还是双机双温好？但双机双温比单机封 双机封双温贵哦！
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按字母分类 ：110Kv变电所一次系统初步设计
华北科技学院毕业设计（论文）2012届华北科技学院本 科 毕 业 设 计（论 文）设计题目：110KV/35KV变电所一次系统初步设计 姓 名: 学 号: 专业班级: 指导教师: 系(部、院): 机电工程学院2012 年 6 月 20 日第 1 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计摘要本次设计根据某城镇的负荷对110kV 变电所进行一次系统初步设计， 并绘制电气主 接线图及其他图纸。该变电所设有两台主变压器，所内主接线分110kV、和35kV两个电 压等级。通过对电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校验(包括断 路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等)、典型器件继电保护计算以及防 雷保护的配置的选择，实现了变电所对安全性、可靠性、经济性以及先进性的要求。 本设计以《35～110kV 变电所设计规范》、 《供配电系统设计规范》、 《35～110kV 高压配电装置设计规范》等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济技术政策， 所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。 关键词：供电负荷；主变压器；短路电流；一次设备；继电保护；防雷接地第 2 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）Abstract： The design load according to a town on the 110kV substation preliminary design of a system, and draw the main electrical wiring diagrams and other drawings. The substation has two transformers, are within the main connection points 110kV and 35kV voltage level. The design of the main electrical wiring short-circuit current calculation, selection and calibration of electrical equipment (including circuit breakers, isolating switches, current transformers, voltage transformers, bus, etc.), the calculation of typical device protection and lightning protection choice of configuration and substation requirements on safety, reliability, economy, and advanced. The design for the &35 ~ 110kV substation design specifications, design specifications for the supply and distribution system,& 35 ~ 110kV high-voltage power distribution equipment design specifications &standardize procedures, designed in line with national economic and technological policies, the selected device are all recommended by the state of new products, advanced technology, reliable, and economic rationality. Keywords: short- lightning protection and grounding。第 3 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计前 言随着科技的不断发展，电能越来越成为生产，生活的主要能源和动力。生产实现电 气化，可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动效率，降低生产成本，改善人们的 生活质量。如果供电系统出现故障，则对人们的生活，工业生产造成严重的后果，甚至 给国家和人民带来严重的经济损失。变电所作为电网中的一个中间环节，它的作用就是 通过变压器和线路将各级电压器的电力网联系起来， 以用于变换电压、 接受和分配电能， 控制电流的流向和调整电压，起着变换和分配电能的作用，直接影响整个电力系统的安 全与经济运行。 电气主接线是变电所设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线 的拟订直接关系着全所电气设备的选择、 配电装置的布置、 继电保护和自动装置的确定， 是变电所电气部分投资大小的决定性因素。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本 文从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择、典型器件的继电保护计算、防雷保护 等几方面分成八章对变电所设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图、变电所平面布置 图、防雷保护配置图等相关设计图纸。 由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。第 4 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）目录摘要 ............................................................................................................................................ 2 前 言 .......................................................................................................................................... 4 目录 ............................................................................................................................................ 5 1 原始资料与负荷计算 .......................................................................................................... 8 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 原始负荷资料 ........................................................................................................... 8 建所规模 ................................................................................................................... 8 负荷计算 ................................................................................................................... 8 技术参数 ................................................................................................................. 11 电气主接线 ............................................................................................................. 11 短路阻抗 ................................................................................................................. 112 主变压器的选择 ................................................................................................................ 12 2.1 2.2 2.3 2.4 变压器的发展 ......................................................................................................... 12 主变压器 ................................................................................................................. 12 主变压器的选择原则 ............................................................................................. 12 主变压器的型号确定 ............................................................................................. 143 电气主接线的设计 ............................................................................................................ 16 3.1 电气主接线设计的基本要求 ................................................................................. 16 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.3 可靠性 .......................................................................................................... 16 灵活性 .......................................................................................................... 16 经济性 .......................................................................................................... 17电气主接线设计的基本原则 ................................................................................. 17 主接线接线方式的选择 ......................................................................................... 17 3.3.1 3.3.2 主接线的一般接线形式 .............................................................................. 17 方案拟定 ...................................................................................................... 214 短路电流的计算 ................................................................................................................ 23第 5 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计4.1 4.2 4.3 4.4 4.5短路故障产生的原因 ............................................................................................. 23 短路故障的危害 ..................................................................................................... 23 短路电流计算的目的 ............................................................................................. 24 短路电流计算的一般规定 ..................................................................................... 24 短路电流的计算 ..................................................................................................... 25 4.5.1 4.5.2 等值电路及计算初始值 .............................................................................. 25f 1 、 f 2 点短路电流计算 ............................................................................. 265 高压一次设备的选择 ........................................................................................................ 29 5.1 高压一次设备选择的一般条件 ............................................................................. 29 5.1.1 5.1.2 5.2 按正常工作条件选择电气设备 .................................................................. 29 按短路状态校验 .......................................................................................... 29断路器的选择 ......................................................................................................... 30 5.2.1 110kV 主变侧断路器的选择 ...................................................................... 31 5.2.2 5.2.3 35KV 侧断路器及分段断路器的选择 ....................................................... 32 母联断路器的选择 ...................................................................................... 325.3隔离开关的选择 ..................................................................................................... 33 5.3.1 110kV 主变侧隔离开关的选择 .................................................................. 33 5.3.2 35KV 侧隔离开关及分段断路器隔离开关的选择 ................................... 34 5.3.3 母联断路器隔离开关的选择 ...................................................................... 355.4导线的选择 ............................................................................................................. 35 5.4.1 110kV 侧母线选择与校验 .......................................................................... 36 5.4.1 35kV 侧母线选择与校验 ............................................................................ 385.5互感器的选择 ......................................................................................................... 38 5.5.1 5.5.2 电流互感器的选择 ...................................................................................... 38 电压互感器的选择 ...................................................................................... 396 继电保护的配置 ................................................................................................................ 41 6.1 电力变压器的保护 ................................................................................................. 41第 6 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.2瓦斯保护 ...................................................................................................... 42 变压器的纵联差动保护 .............................................................................. 43 变压器相间短路的过电流保护 .................................................................. 44 变压器的过负荷保护 .................................................................................. 44 零序电流保护 .............................................................................................. 45母线的保护 ............................................................................................................. 45 6.2.1 110kV 母线的保护 ...................................................................................... 456.3 6.4自动重合闸 ............................................................................................................. 46 继电保护配置 ......................................................................................................... 46 6.4.1 6.4.2 6.4.3 主变压器保护配置 ...................................................................................... 46 母线保护 ...................................................................................................... 47 线路保护 ...................................................................................................... 476.5变电所继电保护解决方案 ..................................................................................... 477 变电所的防雷保护和接地设计 ........................................................................................ 48 7.1 过电压及雷电的相关概念 ..................................................................................... 48 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.2 防雷与接地 .................................................................................................. 48 雷电放电过程 .............................................................................................. 48 雷电过电压 .................................................................................................. 48防雷设备及其选型 ................................................................................................. 50 7.2.1 避雷针、避雷线 .......................................................................................... 507.3变电所的防雷保护 ................................................................................................. 548 结论 .................................................................................................................................... 56 致谢 .......................................................................................................................................... 57 参考文献 .................................................................................................................................. 58 附录 I 变电所主接线图 ........................................................................................................ 60 附录 II 变电所平面布置图 .................................................................................................. 61 附录 III 变电所避雷针布置图 ............................................................................................. 62 附录 IV 英文资料及其翻译 ................................................................................................. 63第 7 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计1原始资料与负荷计算1.1 原始负荷资料根据主管部门审批下达的供电协议书规定，某镇110kV变电所工程设计要求如下： (1) 总降压变压器装设自动有载调压变压器，以提高电能质量，保证供电可靠性。 (2) 一二级符合占总区域负荷的70%，年最大符合利用小时 T max ? 6500 h 以上。 (3) 其供电系统图如下图：图1.1 供电系统图1.2 建所规模(1) 变电所类型：110kV 变电工程 (2) 主变台数：最终两台 (3) 电压等级：110kV、35kV (4) 出线回路数：110kV 2回；35kV 10回1.3 负荷计算(1) 变电所计算负荷的确定 计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到 电器和导线电缆的选择是否经济合理。 如计算负荷确定过大， 将使电器和导线选得过大， 造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处于过早 老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷十分重要。 (2) 负荷计算的要求第 8 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）电力系统设计时，必须具备确定的电力负荷水平，电力负荷发展水平，一般以今 后 5-10 年中的某一年的负荷作为设计水平， 而今后 10-15 年中的某一年的负荷作为远景 水平年。本次设计考虑 5-10 年规划。 (3) 负荷计算的方法 目前负荷计算的常用方法有需要系数法、二项式法和利用系数法。 需要系数法比较简单因而广泛使用，但当用电设备台数少而功率相差悬殊时，需要 系数法的计算结果往往偏小，故此法较适用于计算变、配电所的负荷；二项式法是考虑 用电设备和大容量用电设备对计算负荷影响的经验公式，它适用于确定台数较少而容量 差别较大的低干线和分支线的计算负荷；利用系数法以概率论为理论基础，分析所用用 电设备在工作时的功率叠加曲线而得到的参数为依据来确定计算负荷，计算结果接近实 际负荷，但计算方法复杂。本文选择负荷计算的方法为需要系数法。 需要系数法负荷计算公式： ① 有功计算负荷为P js ? K d? Pe(1-1)式中P js ――有功计算负荷，单位为 kW；Pe ――用电设备组的设备额定容量，但不包括备用设备容量，单位为 kW；K d ――用电设备组的需要系数。② 无功计算负荷为Q js ? P js t a n ?(1-2)式中Q js ――无功计算负荷，单位为 kvar；tan ? ――对应于用电设备组功率因数 cos ? 的正切值。③ 视在计算负荷为S js ? P js cos ?(1-3)式中Sjs――视在计算负荷，单位为 kVA。④ 计算电流为I js ? S js 3U N(1-4)式中I js ――计算电流，单位为 A；第 9 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计U N ――用电设备额定电压，单位为 kV。(4) 由需要系数法负荷计算公式可求得电力负荷参数如下表：表1-1电力负荷表 计算负荷序 号负荷 名称用电设 备容量 PekW需要 系数 kdcos ?tan ?P js (kw) Qjs(kar)S js (kVA) 34.2 12.5 7.75 3.75 I js (A)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10张村 王村 李村 赵村 陈村 鲁村 魏村 刘村 污水 厂 化工 厂
0.85 0.85 0.75 0.75 0.65 0.65 0.6 0.6 0.32 0.380.95 0.95 0.9 0.9 0.9 0.87 0.8 0.8 0.8 0.750.33 0.33 0.48 0.48 0.48 0.57 0.75 0.75 0.75 0.8862.5 1.25 11
44658.65 4.6 7.65 8.25 9.2197.05 254.6 185.1 175.05 119.85 95.4 30.25 49.95 13.3 31.25(5) 无功补偿P总 ??j ?110P js ? 76935 .8 KWQ总 ?? Q jsj ?110? 3 8 4 6 62 k v a r .S总 ?? S jsj ?110? 87172 .45 kVAcos ? ?P总 S总? 0 . 8 8 2 7 8&0.9需要在35kV侧进行无功功率补偿,实际补偿功率为1300kvar。补偿后计算负荷为S 30 ? 85442 . 6 KVA一二级负荷为总负荷的0.7倍，即 S ( ? ? ? ) 30 ? 0 . 7 S 30 ? 59809 . 82 KA 采用第 10 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）电力电容两组, 容量为2× 650kvar。1.4 技术参数(1) 220kV/110kV的某两个区域变电所的110kV母线提供电源，采用双电源双回路 为该变电所供电。 (2) 区域变电所110kV母线出口断路器，最大运行方式时的断流容量为S d max ? 500 MVA(3) 当地雷暴日数为 55 日/年；根据中国气象局有关雷暴日指数的规定，年雷暴日 数在 40～90 天属多雷区，90 天以上属强雷区．我国 70%以上地区都在多雷区到强雷区 的范围内，雷电灾害十分严重。选择变压器时建议选择防雷变压器。防雷变压器通常采 用 Ynd11 连接组别，如下图：图 1.2 防雷变压器接线形式(4)本变电所处于“薄土层石灰岩”地区，土壤电阻率高达1000Ω．М。1.5 电气主接线建议110kV、35kV 均采用单母线分段带旁路母线接线，并考虑设置熔冰措施。1.6 短路阻抗(1) 系统作无穷大电源考虑： X S 1 ? maxXS 1 ? min? 0 . 05， X S 0 ? max ? 0 . 04 ， X S 1 ? min? 0 .1 ，? 0 . 05。(2) 110kV 侧架空输电线路长 100km， x L ? 0 . 4 ? / km ，故 X L ? 40 ? 。第 11 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计2主变压器的选择2.1 变压器的发展变压器主要有两方面应用： 一是用于大型电站或电力输电网络，其正朝着超高压方向发展。我国首台出口美国 的沈阳变压器集团生产的 900kVA 变压器已于 2004 年在洛杉矶水电部西马(sylmar)电站 正式运行。它连接美国南加利福尼亚与洛杉矶水电部电压。 二是向节能化、小型化、低噪声、高阻抗、防爆型发展，主要以中小型产品为主。 随着国际城市化的发展，大城市人口集密，高层建筑林立，用电量急剧增加，使得变压 器数量不断增加。传统的大容量油式变压器因用油量大，一旦故障失火，将对高层建 筑和人们的生命、财产安全构成严重威胁。为此人们对不燃型的研究和变压器应用日益 重视。2.2 主变压器在变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。 《35～110kV 变电所设计规范》规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、 负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。在有一、二级负荷的变电所中宜 装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台及以 上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷， 并应保证用户的一、二级负荷。在各级电压等级的变电站中，变压器是变电站中的主要 电气设备之一， 其担任着向用户输送功率， 或者两种电压等级之间交换功率的重要任务， 同时兼顾电力系统负荷增长情况，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。主变 压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量 基本原始资料外，还应根据电力系统5～10年发展规划，输送功率大小，馈线回路数、 电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。2.3 主变压器的选择原则(1) 相数 容量为 300MW 及以下机组单元接线的变压器和 330kv 及以下电力系统中，一般都 应选用三相变压器。由负荷计算结果可知本变电所应选择三相变压器。因为单相变压器 变电所组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维 修工作量。第 12 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）(2 ) 绕组数与结构 电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为 普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。 本次设计有两个电压等级，应选择双绕组变压器。 (3) 绕组接线组别 变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。否则，不能并列运行。电力系 统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。 在发电厂和变电所中， 一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制 3 次谐波对电源 等因素。根据以上原则，主变一般是 Y，D11 常规接线。 (4) 调压方式 为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分 接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式 有两种：一种是不带电切换，称为无励磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压。 通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压。因为可以通过调节发电机励磁来实现 调节电压，对于 220kv 及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用， 一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。本次设计为 110kV 电压等级的 乡镇变电所，其负载多为民用电，为提高电能质量，保证供电可靠性，故选择自动有载 调压变压器。 (5) 冷却方式 电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风 冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。本次设计中选择 了强迫风冷变压器。 (6) 变压器台数选择： ① 为满足负荷对供电可靠性的要求，根据负荷等级确定变压器台数，对具有大量 一、二级负荷或只有大量二级负荷，宜采用两台及以上变压器，当一台故障或检修时， 另一台仍能正常工作。 ② 负荷容量大而集中时，虽然负荷只为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。 ③ 对于季节负荷或昼夜负荷变化比较大时，从供电的经济性角度考虑；为了方便、 灵活地投切变压器，也可以选择两台变压器。 该变电所一二级负荷占总负荷的 70%，故应选择两台主变压器。第 13 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计(7) 主变压器容量的选择 主变压器容量必须满足电网中各种可能的运行方式时的最大负荷的需要，并且要考 虑到负荷的发展规划， 使所选变压器容量切合实际的需要。 如果主变压器容量造的过大， 台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便， 设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响 主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电站安全可 靠供电和网络经济运行的保证。 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量，对于有重要负荷的变电 所，应考虑当一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应保 证用户的一级和二级负荷，对一般变电所，当一主变停运时，其他变电器容量应能保证 全部负荷的 70％-80％。所以，这里应该选择两台容量略小于最大计算负荷的变压器。 根据我国变压器运行的实际条件、实践经验，并参考国外的实践经验，主变压器的 额定容量按下式进行选择较为合适： 变压器的额定容量：S N ? 0 . 7 ? S 30(2-1)S N ――主变压器的额定容量，kVA S 30 ――补偿后计算负荷，kVA即 S N ? 0 . 7 ? 85442 . 6 ? 59809 . 82 KVA ，主变压器容量应选择 63000kVA。2.4 主变压器的型号确定根据上一节中变压器的各项选择原则，并与实际要求相结合，主变压器选用具有低 损耗、低噪音、检修周期长等性能的产品。其类型为三相双绕组风冷有载调压变压器。 可选择由无锡市电力变压器有限公司生产的 SFZ11- 型变压器，技术数据见下 表 2-1：表 2-2 额定 容量 kVA 63000 额定电压 kV 高压 110+8× 1.25% 110-8× 1.25%变压器技术参数 空载 电 流% 0.52 空载 损耗 kW 45.4 负载 损耗 kW 222.3 阻抗 电 压% 10.5 接 线 形 式 Ynd 11 重量 t 81t型号 SFZ11-630 00/110低压 38.5第 14 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）变压器的尺寸规格：×5900mm? 当一台主变不能正常工作时，只有一台主变工作且满载则， S N =63000kVA,占总负 荷的百分比为 .45=72.27%，满足要求。第 15 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计3电气主接线的设计变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统接 线的重要组成部分。它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优 化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。 一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接 的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。 应本着具体问题具体分析的原则，根据变电站在电力系统中的地位和作用、负荷性 质、出线回路数、设备特点、周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况，在满足供 电可靠性、功能性、具有一定灵活性、拥有一定发展裕度的前提下，尽量选择经济、简 单实用的电气主接线。电力网络的复杂性和多样性决定了我们不能教条地选择。3.1 电气主接线设计的基本要求3.1.1 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要 求，而且也是电力生产和分配的首要要求。 主接线可靠性的具体要求： (1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。 (2) 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要 求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电。 (3) 尽量避免变电所全部停运的可靠性。 3.1.2 灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 (1) 为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源 和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。 (2) 为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检 修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电。 (3) 为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无 论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。第 16 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）3.1.3 经济性 主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。 (1) 投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器避 雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制 电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分 支变电所推广采用质量可靠的简单电器。 (2) 占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导 线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。 (3) 电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而 增加电能损失。3.2 电气主接线设计的基本原则电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据， 以国家经济建设的方针、 政策、 技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技 术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件 和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。3.3 主接线接线方式的选择3.3.1 主接线的一般接线形式 电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的， 它以电源和出线为主体， 在 进出线路多时(一般超过四回)为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使 接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。在电压等级出线超过四回时，宜采用有 母线连接。随着电力系统的发展、调度自动化水平的提高及新设备新技术的广泛应用， 变电所电气主接线形式亦有了很大变化。目前常用的主接线形式有：单母线、单母线分 段、单母线分段带旁路、双母线、双母线分段带旁路、1个半断路器接线、桥形接线及 线路变压器组接线等。 如下将结合电气工程设计手册第二章来概述自己在该变电所电气 主接线的设计中所考虑过的接线形式。 (1) 有汇流母线 ① 单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置 等优点，但是不够灵活可靠，任一元件(母线及母线隔离开关)等故障或检修时，均需使第 17 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短 时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等 级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。 适用范围： 110～200kV 配电装置的出线回路数不超过两回；35～63kV，配电装 置的出线回路数不超过3回；6～10kV 配电装置的出线回路数不超过5回时选用。 ② 单母线分段接线 用断路器，把单母线接线的母线分段后，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用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该 段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越， 扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围：110kV～220kV 配电装置的出线回路数为 3～4 回；35～63kV 配电装 置的出线回路数为 4～8 回；6～10kV 配电装置出线为 6 回及以上时选用。 ③ 单母线分段带旁路母线 单母线带旁路母线接线有两种： 一是有专用旁路断路器的分段单母线带旁路接线方式，实际上就是在单母线的基础上增 设旁路母线W5和旁路断路器 Q F 1 P 和 Q F 2 P ，每一出现都经过各自的旁路隔离开关接到旁 路母线W5上。其接线图如图3.1：图3.1 有专用旁路断路器的接线图第 18 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）这种接线方式：检修任一接入旁路的进、出线的断路器时，使该回路不停电。这也 是单母线旁路母线接线的优点。适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～ 110kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 二是分段断路器兼做旁路断路器的接线是在单母线的基础上，增设旁路母线W5、 隔离开关 Q S 3 、 Q S 4 、 Q Sd 及各出线的旁路开关构成。其接线图如图3.2：图3.2 分段断路器兼做断路器的接线图应指出， 随着高压断路器制造技术和质量的提高， 近年来旁路母线的应用愈来愈少， 有些单机容量600MW的发电厂也只采用一般双母线，不设旁路母线。 ④ 双母接线 它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止 对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设&跨条&，则该回路在检修期 需要停电。 对于， 110k～220kV 输送功率较多， 送电距离较远， 其断路器或母线检修时， 需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kV～220kV双 母线接线的配电装置中，当出线回路数达 7 回，(110kV)或 5 回(220kV)时，一般应装 设专用旁路母线。 适用范围：110～220kV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110～220kV配电第 19 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计装置在系统中处于重要地位，出线回路为4回及以上时。35～63kV配电装置，当出线回 路数超过8回时， 或连接的电源较多、 负荷较大时； 6～10kV配电装置， 当短路电流较大、 出线需要带电抗器时选用。 ⑤ 双母线分段接线 双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到 不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常 用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容 易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路， 占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。为了保证双 母线的配电装置，在进出线断路器检修时(包括其保护装置和检修及调试)，不中断对用 户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。当 110kV 出线为 7 回及以上，220kV 出 线在 4 回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间 隔。 (2) 无汇流母线 ① 桥形接线 当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可 分为内桥和外桥接线。 一是内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时， 采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。 适用范围： 较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情 况。 二是外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统 有穿越功率，较为适宜。为检修断路器 LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔 离开关以供检修 LD 时使用。当线路故障时需停相应的变压器。所以，桥式接线，可 靠性较差，虽然它有：使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具有 良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。 适用范围：较小容量的发电厂或变电所，并且变压器的切换较为繁或线路较短，故 障率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线。 ② 3～5 角形接线第 20 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线。 为减少因断路 器检修而开环运行的时间，保证角形接线运行的可靠性，以采用 2～5 角形为宜。并且 变压器与出线回路一对角对称布置。此外，当进出回路数较多时，我国个别水电厂采用 了双连四角形接线，形成多环形，从而保证了供电的可靠性。但断路器数量增多，有的 回路连着三个断路器，布置和继电保护复杂，没有推广使用。 3.3.2 方案拟定 主接线应通过原始资料分析结合实际情况来设计，主接线的设计还应该满足可靠 性、灵活性、经济性。通过查阅设计手册，对各电压等级可有如下接线形式： 方案一 因为本变电所有Ⅰ、Ⅱ类负荷，所以要求接线形式首先要保证其安全性和可靠性， 并结合 110kV 变电站典型设计的要求，在此前提下变电所主接线方案采用下述接线方 式： 110kV 侧，采用单母线分段接线，分段的单母线与不分段的相比较其可靠性和灵活 性大大提高，且两母线段可以并列运行，也可分列运行。任一段母线或母线隔离开关检 修，只停该段，其他段可继续供电，减小停电范围。 35kV 侧，35kV 出线 10 回，而由于这些回路中重要负荷占总负荷 70%，停电对其 影响很大，因而选用单母线分段带旁路母线接线方式，其中设有专用旁路断路器。优点 是：检修任一接入旁路的进、出线的断路器时，使该回路不停电。缺点是多装了价高的 断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供 电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。 方案二 110kV 侧，采用双母线接线，优点是供电可靠,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；调度灵活；扩建方便。缺点是接线复杂,设备 多,母线故障有短时停电以保证两台主变压器供电的可靠性。 35kV 侧，35kV 出线 10 回，而由于这些回路中重要负荷占总负荷 70%，停电对其 影响很大，因而选用单母线分段带旁路母线接线方式，其中分段断路器兼做断路器的接 线。优点是：检修任一接入旁路的进、出线的断路器时，使该回路不停电。缺点是多装 了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多， 并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。将两种方案进行综合比较如下表所 示：第 21 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计 表 3.1 主接线方式方案对照表方 项 目 案方案一：110kV 侧单母线分段接 线，35kV 侧单母线分段带旁路 接线，设专用旁路断路器。方案二、 110kV 侧双母线接线， 35kV 侧单母线分段带旁路接线， 分段断路 器兼做断路器的接线。1.110kV 接线简单，设备本身故 可靠性 障率少； 2.110kV 故障时， 停电时间较长。 1.110kV 运行方式相对简单，灵 灵活性 活性略差； 2.各种电压级接线都便于扩建和 发展。1.可靠性较高； 2.有两台主变压器工作， 保证了在变 压器检修或故障时， 不致使该侧不停 电，提高了可靠性。 1.各电压级接线方式灵活性都好； 2.110kV 电压级接线易于扩建和实 现自动化。经济性设备相对少，投资小。1.设备相对多，投资较大； 2.母线采用双母线，占地面增加。通过对两种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，结合典型设计原则，现确 定方案一为设计最终方案。电气主接线图见附录 I。第 22 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）4短路电流的计算4.1 短路故障产生的原因工业与民用建筑中正常的生产经营p办公等活动以及人民的正常生活，都要求供电 系统保证持续p安全、可靠地运行.但是由于各种原因，系统会经常出现故障，使正常运 行状态遭到破坏。 短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之 间或地与相之间的短接。系统发生短路的原因很多，主要有 ： (1) 设备原因 电气设备、元件的损坏。如：设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行 时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路的功能。 (2) 自然原因 气候恶劣，由于大风、低温、导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电 感应，设备过电压，绝缘被击穿等。 (3) 人为原因 工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带 接地刀闸合闸，造成金属性短路；人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物 带电设备内形成短路事故等。4.2 短路故障的危害供电系统发生短路后，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过正常 工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重后果： (1) 短路电流的热效应 巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备 过热而损坏。 (2) 短路电流的电动力效应 由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备 结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。 (3) 短路系统电压下降 短路造成系统电压突然下降，对用户带来很大影响。例如，异步电动机的电磁转矩 与端电压平方成正比。 同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及一些气体放电第 23 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。 (4) 不对称短路的磁效应 当系统发生不对称短路时， 不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻近的 电路内能感应出很大的电动势。 (5) 短路时的停电事故 短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及范 围越大。 (6) 破坏系统稳定造成系统瓦解 短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统 稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。4.3 短路电流计算的目的在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。短路电流 计算的目的主要有以下几方面： (1) 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取 限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 (2) 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地 工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻 的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后 较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用校验设备 动稳定。 (3) 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全 距离。 (4) 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 (5) 接地装置的设计，也需用短路电流。4.4 短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定： (1) 计算的基本情况 ① 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行； ② 同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁)；第 24 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）③ 短路发生在短路电流为最大值的瞬间； ④ 所有电源的电动势相位角相同； ⑤ 正常工作时，三相系统对称运行； ⑥ 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步 电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。 (2) 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式(即 最大运行方式)，而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 (3) 计算容量 应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划(一般考虑本工程 建成后5～10 年)。 (4) 短路种类 一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦 变压器等回路中的单相(或两相)接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行 校验。 (5) 短路计算点 在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对 于带电抗器的6～10kV 出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、 套管时，短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取 在电抗器后。4.5 短路电流的计算4.5.1 等值电路及计算初始值 供电系统图如下：图 4.1 供电系统图第 25 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计系统作无穷大电源考虑：X S 1 ? max ? 0 . 05 , X S 0 ? max ? 0 . 04 , X S 1 ? max ? 0 . 1 , X S 1 ? min ? 0 . 05 。 由所选择的变压器型号可查得：XT1=XT2=0.105 设 SB=500MVA，UB 为各个电压等级的额定电压。XT '? XT ? SB SN ? 0 . 105 ? 500 63 ? 0 . 833K sh 为短路电流冲击系数，短路全电流的最大有效值是短路后第一个周期的短路电流有效值， I sh 表示，也可称为短路冲击电流有效值。在高压电路发生三相短路时，一 般可取 K sh =1.8，短路冲击电流 i sh ?2 K sh I f ，故有：i sh ? 2 . 55 I fI sh ? 1 . 51 I f短路电流计算中，略去电阻 R，其等值电路如图 4.2：图 4.2 供电系统等值电路4.5.2f 1 、 f 2 点短路电流计算(1) f 1 点短路,其化简等值电路如图 4.3：图 4.3f 1 点短路等效图第 26 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）? X T ' // X T ' ? 1 2 X T ' ? 0 . 4165X2XL ?40 ? S B UB2=1.653X 1 max ? X s 1 ? max ? X L // X L ? 0 . 05 ? 0 . 8265 ? 0 . 8765 X 1 min ? X s 1 ? min ? X L // X L ? 0 . 1 ? 0 . 8265 ? 0 . 9265X f 1 max ? X 1 max // X2? 0 . 2823I f 1 max * ?1 X f 1 max? 3 . 5423? 0 . 2873X f 1 min ? X 1 min // X2I f 1 min * ?1 X f 1 min? 3 . 4807(2) f 2 点短路,其化简等值电路如图 4.4：图 4.4f 2 点短路等效图X2? X T ' // X T ' ?1 2X T ' ? 0 . 4165X 1 ? max' ? X 1 max (35 110) ? 0 . 0050622X 1 ? min' ? X 1 ? min (35 110) ? 0 . 010122XL ?40 ? S B UB2=16.326?3X 1 max ? 5 . 062 ? 10? 8 . 163 ? 8 . 16812X f 2 max ? X 1 max ? XI f 2 max * ? 1 X f 2 max? 8 . 5846? 0 . 1193第 27 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计X f 2 min ? X 1 min ? XI f 2 min * ? 1 X f 2 min2? 8 . 5896? 0 . 1164SB 3U N由公式 I B ?I B 1 ? 2 . 624 KA可计算：I B 2 ? 8 . 2478 KA由公式 I f 1 max ? I f 1 max* ? I B 可计算：I f 1 max ? 3 . 5423 ? 2 . 624 ? 9 . 295 KA I f 1 min ? 3 . 4807 ? 2 . 624 ? 9 . 133 KAI 1 sh max ? 9 . 295 ? 1 . 51 ? 14 . 035 KAI 1 sh min ? 9 . 133 ? 1 . 51 ? 13 . 790 KAi 1 sh max ? 9 . 295 ? 2 . 55 ? 23 . 702 KAi 1 sh min ? 9 . 133 ? 2 . 55 ? 23 . 289 KAI f 2 max ? 0 . 1193 ? 8 . 2478 ? 0 . 984 KA I f 2 min ? 0 . 1164 ? 8 . 2478 ? 0 . 960 KAI 2 sh max ? 0 . 984 ? 1 . 51 ? 1 . 486 KA I 2 sh min ? 0 . 960 ? 1 . 51 ? 1 . 450 KAi 2 sh min ? 0 . 984 ? 2 . 55 ? 2 . 509 KAi 2 sh min ? 0 . 960 ? 2 . 55 ? 2 . 448 KA表 4-1 短路点 三相短路电流I f (kA)f 1 max f 1 min f2 max短路电流汇总表 冲击电流i sh (kA)冲击电流有效值I sh (kA)9.295 9.133 0.984 0.96023.702 23.289 2.509 2.44814.035 13.790 1.486 1.450f 1 min第 28 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）5高压一次设备的选择电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容之一。安全、可靠、经济、合理是选择电气设备的基本要求。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠 的前提下，选择合适的电气设备，尽量采用新技术，节约投资。 电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不完全一样，具体选择方法也不完全 相同，但其基本要求是一致的。电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件下选择设 备的额定电流、额定电压及型号，按短路情况下校验设备的热稳定、动稳定以及开关的 开断能力。5.1 高压一次设备选择的一般条件5.1.1 按正常工作条件选择电气设备 (1) 电气设备的额定电压 U N 电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压 ， 故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。因此，在电气 设备时，一般可按照电气设备的额定电压 选择。即UN ?UN SUN不低于装置地点电网额定电压 U N S 的条件(5-1)(2) 电气设备的额定电流 I N 电气设备的额定电流 I N 是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流 I N 。应不 小于该设备在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 I max ，即：IN ? Im ax(5-2)(3) 环境条件对设备选择的影响 当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和 覆冰度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。 (4) 机械荷载 所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。 5.1.2 按短路状态校验 (1) 校验的一般原则 ① 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流 一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自第 29 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。 ② 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳 定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。 (2) 短路热稳定校验 短路电流通过电器时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热 稳定条件。It t ? Qk2(5-3)式中： Q k ―短路电流产生的热效应I t 、t―电气设备允许通过的热稳定的电流和时间(3) 电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件 为：i es ? i sk(5-4)式中： i sk ―短路冲击电流幅值i es ―电气设备允许通过的动稳定电流幅值(4) 短路计算时间 验算热稳定的短路计算时间 t k 为继电保护动作时间 t pr 和相应断路器的全开断时间t br 之和，即：t k ? t pr ? t br(5-5)t pr 一般取保护装置的后备保护动作时间(5) 绝缘水平 在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝 缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。但所选电器 的绝缘水平低于国家规定的 标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保 护设备。5.2 断路器的选择高压断路器的功能，不仅能通断正常工作电流，而且能接通和承受一定时间的短路 电流，并在保护装置下自动跳闸，切除短路故障。高压断路器按其采用的灭弧介质可分 为油断路器、六氟化硫( SF 6 )断路器、真空断路器以及压缩空气断路器、磁吹断路器。第 30 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）SF 6 断路器与油断路器相比较，有较大的断流能力、灭弧速度快、绝缘性能好和检修周期长等优点，适于频繁操作，且无易燃易爆危险。但是其缺点是，要求制造加工的 精度很高，对其密封性要求更严格，因而价格很贵。 5.2.1 110kV 主变侧断路器的选择 (1) 该回路为 110 kV 电压等级。 (2) 断路器安装在户外，故选户外式断路器。 (3) 回路额定电压 U e ≥110kV 的断路器，且断路器的额定电流不得小于通过断路器 的最大持续电流Imax? 1 . 05 ?SN 3U N=1.05×63000 3 ? 110=347.2 (A)(4) 为方便运行管理及维护，选取 110kV 断路器为 LW30-126Ⅰ型 SF6 断路器，其 主要技术参数如下表：表 5-1 型号 额定电 压(kV) 126 LW30-126Ⅰ型户外高压六氟化硫断路器技术数据 最高工 作电压 (kV) 126 额定电 流(A) 3150 额定开断 电流(kA) 31.5 近区故障 开断电流 (kA) 28.4 动稳定电 流(峰 值)(kA) 80 4S 热稳 定电流 (kA) 31.5LW30-126产品概述： LW30-126系列断路器是借鉴国外先进技术的基础上，自主开发的新一代自能式产 品。采用自能式灭弧原理，配用 CT26型全弹簧操动机购。其主要技术和性能参数均达 到当代国际先进水平 产品特点： ① 该产品采用先进的自能式灭弧原理，开断能力强、开断短路电流所需操作功小、 电寿命长。 ② 采用可靠的全弹簧机构，机械寿命长，维护量极小。 ③ 断路器所有的密封均采用双道“O”形圈密封，泄漏率低，且密封槽外涂专用的密 封剂，以防止外部的腐蚀物质侵蚀密封圈。 ④ 该断路器不检修周期长，可达10年不维修。 ⑤ 结构简单，适用范围广。 ⑥ 该产品主要由灭弧室、基座、支架及弹簧操纵机构等几部分组成，为三相分立第 31 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计的瓷柱式结构，三相共用一个底架，三相联动操作。配用一台 CT26型弹簧操动机构， 机构输出拐臂通过拉杆与断路器本体相连。 ⑦ 该产品操作时作用于支持构架和基础的冲击力小，噪声低、无燃烧和爆炸危险， 适用于居民区，该产品按照极端环境设计，能用于地震烈度8度以下；覆冰厚度10mm； 污秽等级Ⅳ级；海拔2500m 以下的广大地区。 (5) 对所选的断路器进行校验 ① 热稳定校验：t k ? t pr ? t br ?0.15+0.05=0.2 s式中： t pr 为继电保护时间，这里取后备保护时间， t k &1s 所以应该考虑非周期分量 的热效应。根据运算电抗查短路电流运算曲线求得周期分量 Q p ，非周期分量热效应，Q np ? TI'' 2， Q K ? Q p ? Q np ， Q K ? I t t ，满足热稳定要求。2② 动稳定校验：i sh ? 23 . 702 KA， i es ? 80 KA ， ish ? ies 满足动稳定要求。5.2.2 35KV 侧断路器及分段断路器的选择 因为 35kV 侧为单母线分断带旁路母线(分段断路器兼做旁路断路器)的方式，根据 额定电压，额定电流： U N ? U N S ， I N ? Imax， I NBr ? I Z ， I NC 1 ? I sh 进行选择。根据以上数据选择 SN10-35Ⅱ 户内高压少油断路器，其技术数据如表：表 5-2 SN10-35Ⅱ型户内少油断路器技术数据型号最高工 额定开断 额定关 4S 热稳定 固有分闸时 额定电 额定电流 作电压 电流 合电流 电流 间 A 压 kV kV kA kA kA S合闸 时间 SSN10-35Ⅱ35125040.51640160.070.255.2.3 母联断路器的选择 由于在该变电所的电气主接线中，110kV 侧采用双母线接线方式，故 110kV 的母联 断路器的选择与 110kV 主变侧侧断路器的选择相同。 根据额定电压，额定电流：U N ? U N S ， I N ? Imax， I NBr ? I Z ， I NC 1 ? I sh 进行选择。其中 110kV 侧的母联断路器为：LW30-126Ⅰ型户外高压六氟化硫断路器技术数据 见表 5-1。第 32 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）5.3 隔离开关的选择隔离开关也是发电厂和变电站中常用的开关设备。它需与断路器配套使用。但隔离 开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。 作用：隔离作用，作为电气电气设备或线路冷备用状态或检修状态时的电气隔用， 以保证安全。倒闸操作，投入备用母线和旁路母线以及改变运行方式时常用隔离开关配 合断路器，协同操作来完成。隔离开关没有特殊的灭弧装置，因此只能用于分、合没有 负荷的电路，隔离开关往往与断路器串联联接在配电装置中使用，只有在断路器处于分 闸状态下进行分、合闸的操作。隔离开关分闸后有明显的断开点，这对于保证维护、检 修工作的安全很有意义。 隔离开关与断路器相比，项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流， 故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。 5.3.1 110kV 主变侧隔离开关的选择 (1) 根据额定电压，额定电流： U N ? U N S ， I N? I m ax进行选择。U N ? U N S =110 (kV)I m ax ? 1 . 05 S N 3U N=1.05×63000 3 ? 110=347.2 (A)(2) 根据以上数据和所选断路器的相关数据和已知条件，选择 GW5―126DW 型隔 离开关。查《电力工程设计手册》得技术特性如下表：表 5-3 型 号 GW5-126DW 额定电压 kV 126GW5―126GD 型高压隔离开关技术数据 额定电流 A 630 最大工作电压 kV 126 动稳定电流 峰值 kA 50 4S 热稳定电流 kA 20(3) 校验所选的隔离开关 ① 热稳定校验： 短路时间：t k ? t pr ? t br ? 0 . 15 ? 0 . 05 ? 0 . 2 s? ?'''' 2I''?1I?? 0 . 05 st k &1s 所以应该考虑非周期分量的热效应， t np ? 0 . 05 ? ?查短路电流周期分量等值曲线得 t p ≈0.3s第 33 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计所以t eq ? t p ? t np = 0.25+0.05=0.3sI ? t eq ? ( 9 . 295 ) ? 0 . 3 ? I t t2 2 2其中t p ―短路电流周期分量发热的等值时间t np―短路电流非周期分量发热的等值时间满足热稳定要求。 ② 动稳定校验：i sh 1 = I ch 1 =23.702kA＜ i es=50kA 满足动稳定要求。5.3.2 35KV 侧隔离开关及分段断路器隔离开关的选择 因为 35kV 侧为单母线分断带旁路母线的方式，故 35kV 侧母线分段断路器隔离开 关的选择与 35kV 主变侧断路器隔离开关的选择相同。 (1) 根据额定电压，额定电流： U N ? U N S ， I N ? I max 进行选择。U N ? U N S =35 (kV)I max ? 1 . 05 S N 3U N=1.05×63000 3 ? 35=1091.2 (A)(2) 根据以上数据和所选断路器的相关数据和已知条件，选择 GW5-40.5 型隔离开 关。查《电力工程设计手册》得技术特性如下表：表 5-4 型 号 GW4-40.5 额定电压 kV 40.5GW4-40.5 型高压隔离开关技术数据 额定电流 A 1250 最大工作电压 kV 43 动稳定电流 峰值 kA 80 4S 热稳定电流 kA 31.5(3) 校验所选的隔离开关 ① 热稳定校验： 短路时间：t k ? t pr ? t br ? 0 . 15 ? 0 . 05 ? 0 . 2 s? ?'''' 2I''?1I?? 0 . 05 st k &1s 所以应该考虑非周期分量的热效应， t np ? 0 . 05 ? ?查短路电流周期分量等值曲线得 t p ≈0.3s 所以t eq ? t p ? t np = 0.25+0.05=0.3s第 34 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）I ? t eq ? ( 0 . 984 ) ? 0 . 3 ? I t t2 2 2其中t p ―短路电流周期分量发热的等值时间t np―短路电流非周期分量发热的等值时间满足热稳定要求。 ② 动稳定校验：i sh 1 = I ch 1 =2.509kA＜ i es=80kA 满足动稳定要求。5.3.3 母联断路器隔离开关的选择 由于在该变电所的电气主接线中，110kV 侧采用双母线接线方式，故 110kV 母联断 路器隔离开关的选择与 110kV 主变侧断路器隔离开关的选择相同。5.4 导线的选择导体和电缆是输配电系统传输电能的主要组成部分，根据结构和用途，导体可分为 裸硬导体(矩形铜、槽形、圆管形)和裸软导体(钢绞线、铝绞线、钢芯铝绞线)及封闭导 体。硬母线机械强度高、载流量大，布置上要求的相间距离较小，故主要作为发电机至 变压器的引出线及屋内高低压配电装置。软母线施工方便，主要适用于架空电力线路及 各型户外配电装置。母线的材料主要有铜、铝、钢三种，除在特殊场合使用铜母线外， 一般采用铝母线的较多。母线的形状有圆形、管形、长方形，长方形截面用的较多。 选择母线截面形状的原则是：集肤效应系数尽量低；散热好；机械强度高；连接方 便；安装方便。 本设计中母线的截面按长期允许电流选择。按长期允许电流选择时，所选母线截面 积的长期允许电流应大于装设回路中最大持续工作电流即：I max ? KIal(5-6)式中： I max ――导体所在回路中最大持续工作电流，AI al――在额定环境温度( ? 0 =+25℃)时导体允许工作电流 ，Ak――与实际环境温度和海拔有关的综合校正系数 当导体允许温度为+70℃和不计日照时，k 值可以用下试计算K ?? al ? ? ? al ? ? 0(5-7)式中：? al、? 分别为导体长期发热允许最高温度和导体装地点实际环境温度该地区第 35 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计最热月平均温度为 20℃，最高气温 42℃，最低温度为-15℃。 按照该地区最高气温的修正系数为：K ?? al ? ? ? al ? ? 0? 0 . 789K ?70 ? 42 70 ? 255.4.1 110kV 侧母线选择与校验 (1) 按导体发热长期允许电流选择母线截面，根据(5-6)有：I max ? KIal110kV 侧回路最大工作持续电流：Imax?1 . 05 S N 3U N=1.05×347 . 2 0 . 78963000 3 ? 110=347.2 (A)I al ?Imax=? 440 . 06 (A)K(2) 按照导体最大持续工作电流,依照《电力工程电气设计手册》选取LGJ―185，载 流量为510A，其技术数据见表5-5所示。表 5-5 导体尺寸 D1/D2 (mm) Ф60/54 导体截面 (mm2) 539110KV 侧母线技术数据表 导体最高允许温度为 下值时的截流量(A) 70℃ 80℃
截面系数 W(cm3) 7.29 惯性半径 ri(cm) 2.02 惯性矩 J (cm4) 21.9 质量(K /m) 0.59(3) 校验所选的母线 ① 由母线数据知：在母线载流量系按最高允许温度为+70℃时的载流量 I al =1240A 在最高环境温度+42℃时，母线的允许电流为: I S = KI al =0.789× A 且 I S ? KI al ? Imax=347.2 A 所以满足要求。② 热稳定校验： 正常运行时导线最高温度为：? ? ? ? (? al ? ? )' 'I2 maxIS2? 42+(70-42)(3 4 7 .2 )2 2=45.52℃&70℃(5-8)(9 7 8 .3 6 )由 ? ＝45.52℃，查表得 C＝98A/ mm2第 36 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）主保护位瞬时动作，所以动作时间 t pr =0.15s，有已选断路器知 t br =0.05s 短路时间：t k ? t pr ? t br =0.15+0.05=0.2s＜1s所以要考虑短路电流非周期分量的影响。 因为I(3)& I (2)所以 按三相短路校验热稳定性。周期电流分量的热效应为： 由于供电系统可近似为无限大功率电源，故其短路电流周期分量不衰减所以：I tk ? I tk / 2 =9.295kA其中 I tk / 2 ―短路电流在 t/2 秒内的周期分量有效值Q p ? I tk t k ? 9 . 295 ） ? 0 . 2 ? 17 . 279 (kA S) （2 22非周期电流热效应为：Q np ? TI'' 2? 0 . 05 ? 9 . 2952? 4 . 320 (kA S)2其中，T―非周期分量热效应时间，查表得，T=0.05SQ k ? Q p ? Q np ? 17 . 279 ? 4 . 320 ? 21 . 599(kA 2 S)2 2S zx ?1 C?Qk ? Kj?1 98?? 1 ? 47 . 423 mm &539 mm(5-9)其中 K j ―集肤系数，查的 K j 取 1。 圆管形铝锰合金导体(截面积 539 mm2)满足热稳定性的要求。 ③ 动稳定校验： 母线自重产生的垂直弯矩 M cz 由手册差得均布荷载最大弯矩系数为 0.125，则弯矩 为：Mcz? 0 . 125 ? q l l js ? 9 . 8 ? 0 . 125 ? 0 . 802 ? 8 ? 9 . 8 ? 62 . 88 (NM)22(5-10)集中荷载产生的垂直弯矩 M c j 由手册查得集中荷载最大玩具系数为 0.188，则弯矩 为：M cj ? 0 . 1 8 8 ? P l js ? 9 . 8 ? 0 . 188 ? 15 ? 8 ? 9 . 8 ? 221 . 01 (NM)(5-11)短路状态时母线所受的最大弯矩 M d 和应力 ? d 的计算 短路电动力产生的水平弯矩 M sd 和短路电动力 f d ：fd= 1 . 76?i ch a2??= 1 .7 6 ?1 8 .0 2 1302? 0 .5 8 =2.54kg/m(5-12)第 37 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计M sd ? 0 . 125 ? f d ? I js ? 9 . 8 ? 0 . 125 ? 2 . 54 ? 8 ? 9 . 8 ? 199 . 1 NM2 2(5-13)在内过电压情况下的风速产生的水平弯矩 Mf ? d v ? k v ? D1 ?' v' js和风压 f v' ：15 162v2? 1 ? 1 .2 ? 0 .1 ?? 1 . 69 kg/m2(5-14) (5-15)162 jsM' js? 0 . 125 ? f v ? I'? 9 . 8 ? 0 . 125 ? 1 . 69 ? 8 ? 9 . 8 ? 132 . 5短路状态时母线所受的最大弯矩 M d 和应力 ? dMd= ( M sd ? M 'js ) 2 ? ( M cz ? M cj ) 2(5-16)= (1 9 9 .1 ? 1 3 2 .5) 2 ? (6 2 .8 8 ? 2 2 1 .0 1) 2 =436.5N? d = 100 ?Md W=1 0 0 ?4 3 6 .5 7 .2 9=5987N/(5-17)此值小于铝锰合金的最大允许应力 8820 N/cm?，满足要求。 5.4.1 35kV 侧母线选择与校验 在户内开关设备和控制设备中，因矩形母线较原型母线、D 型、U 型母线电阻小， 散热面大，载流量大等原因，在 40.5KV 及以下常应用矩形母线。根据额定电压，额定 电流： U N ? U N S ， I N ? I max 进行选择。U N ? U N S =35 (kV)Imax?1 . 05 S N 3U N=1.05×63000 3 ? 35=1091.2 (A)按照导体最大持续工作电流,依照 《电力工程电气设计手册》 选取单条矩形硬铝母线竖放 LMY-80× 8，载流量为1330A，其技术数据见表5-6所示。表 5-6 导体尺寸 (mm) 80× 8 导体截面 (mm2) 64035KV 侧母线技术数据表 导体最高允许温度为 下值时的截流量(A) 70℃ 80℃
截面系数 W(cm3) 7.29 惯性半径 ri(cm) 2.02 惯性矩 J (cm4) 21.9 质量(K /m) 0.595.5 互感器的选择5.5.1 电流互感器的选择 (1) 110kV 侧母线电流互感器的选择第 38 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）一次回路电压： u n 二次回路电流：? ug=110kVSN 3UNIm＞Imax=1.05×=1.05×63000 3 ? 110=347.2 (A)根据以上两项，初选 LCW-110 户外独立式电流互感器，其参数如下：表 5-7电流互感器技术参数 二次负载值 10%倍数 二次 负载 Ω 1S 热稳 定倍数 动稳定 电流倍 数电流互感器 型号额定电流 A级次 组合0.5 级1级3级倍 数LCW-110600/50.5/11.21.21.21575150① 动稳定校验：2 I N1 Kes2 I N1 Kes? i sh=2× 150× 600=127.3kA&ish=23.702kAI ? t ima2满足动稳定要求② 热稳定校验：(kt IN1) 2 t ?2 ? K t I N 1 ?2 t = (0.6×75) 2 ×1=2025 [(kA)2s]≥ I ? t max? 9 . 2952? 1 . 1 =95.03kA .s2K t ―热稳定倍数。满足热稳定要求 综上所述，所选 LCW-110(600/5) 户外独立式电流互感器满足要求。 5.5.2 电压互感器的选择 电压互感器是把一次回路高电压转换为 100V 的电压,以满足继电保护p自动装置和 测量仪表的要求。在并联电容器装置中，电压互感器除作测量外，还作为放电元件。 电压互感器的选择是按安装地点，构造形式，装置的种类，额定电压，准确度等级 及副边负荷的选择。而副边负荷是在确定二次回路方案以后计算的。 电压互感器的选择和配置应按下列条件： 型式：6～20kV 屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电 压互感器；35kV～110kV 配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220kV 级以上的 配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监 视一次回路单相接地时， 应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感第 39 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计器。 一次电压 u 1 、 u n 为电压互感器额定一次线电压。 二次电压：按表所示选用所需二次额定电压 u 2 n 。表 5-8 绕组 高压侧接入方式 二次额定电压 电压互感器各侧电压 主二次绕组 接于线电压上 100 接于相电压上100 / 3附加二次绕组 用于中性点不接 用于中性点直接 地或经消弧线圈 接地系统中心 接地 100100 / 3准确等级：电压互感器在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和 自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下： 用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，及所有计算的 电度表，其准确等级要求为 0.5 级。 供监视估算电能的电度表， 功率表和电压继电器等， 其准确等级， 要求一般为 1 级。 用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为 3 级 即可。 在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准 确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。 负荷 S2： S 2 ? S n (2) 110kV 侧母线电压互感器的选择 型式：采用串联绝缘瓷箱式电压互感器，作电压，电能测量及继电保护用。 电压：额定一次电压： U1n=110kV U2n=0.1/3kV表 5-9 准确等级：用于保 护、测量、计量用， 其准确等级为 0.5 级，查相关设计手 册， 选择 PT 的型号： JCC―110 ， 其技术 参数如下： 型号 JCC-110 额定电压 (kV) 一 次 绕 组110 3电压互感器参数 二次负荷 (VA) 剩 余 电 压 试验电压 (kV)二 次 绕 组0 .1 30.5 级1 级3 级高 压低 压最大容量 (VA)0.1500100020022000第 40 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）6继电保护的配置电力系统是一个整体，电能的产生、传输、分配和使用是同时实现，各设备之间又都有电或磁的联系，所以，当某一设备或电路发生短路故障时，在很短的时间内就影响 到整个电力系统的其他部分。为此要求切除故障设备或输电线路的时间必须很短，通常 切除故障的时间小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的 保护装置才有可能满足这个要求。这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或 继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。在电子式静态保护装置和数 字式保护装置出现以后，虽然继电器以被电子元件或计算机所代替，但仍沿用此名称。 在电业部门常用继电保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保 护系统。继电保护装置一词，则指各种具体的装置。 继电保护的基本原理：利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息 量，当突变量达到一定值时，启动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。 继电保护装置的基本任务是： (1) 发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件(设备)从电力系统中切除，使 非故障部分继续运行。 (2) 对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求经过一定的延时，并根据运行维 护条件(如有无经常值班人员)，而动作于发出信号(减负荷或跳闸)，且能与自动从合闸 相配合。 对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。 电力系统各组成部分的继电保护下面逐一介绍。6.1 电力变压器的保护电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的安全运行是电力系统可靠 工作的必要条件。电力变压器无旋转件，结构比较简单，运行可靠，发生故障机会相对 较少。但是大部分安装在户外，受环境影响较大，同时也受到外接复合地影响较大。因 此电力变压器在运行当中仍可能发生各种故障或不正常的工作状态。 变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕 组的匝间短路和单相接地短路。油箱内部故障对电压器来说是非常危险的，高温电弧不 仅会烧毁绕组和铁心，而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体，引起变压器油 箱爆炸的严重后果。 变压器油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地第 41 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计故障。 变压器的不正常工作状态主要有过负荷、外部短路引起的过电流、外部接地短路引 起的中性点过电压、油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高等。 针对上述各种故障与不正常运行状态，变压器应装设下列继电保护： 6.1.1 瓦斯保护 当变压器内部故障时，故障点的局部温度将是变压器油温升高，体积膨胀，甚至出 现沸腾，油内空气比被排出而形成上升气泡。若故障点产生电弧，则变压器油和绝缘材 料将分解出大量气体，这些气体自油箱流向油枕上部。故障越严重产生的气体越多，流 向油枕的气流速度越快，甚至气流中还夹杂着变压器油。瓦斯保护是反映变压器油箱内 部气体数量和流动速度而动作的保护。瓦斯保护保护油箱内各种短路故障，特别是对绕 组的相间短路和匝间短路。当壳内故障产生轻瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号。当 产生大量瓦斯时，动作于断开变压器各侧的断路器。瓦斯继电器安装在油箱与油枕之间 的连通管道中。 瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反映油箱内部发生 的各种故障。但是它不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。因此他还 要与纵联差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除油箱内、外及引出线上 发生的各种故障。 其原理接线图如下：图 6.1 瓦斯保护原理接线图第 42 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）瓦斯保护的原理图如图所示。瓦斯保护继电器 kB 的上接点有开口被控制，闭合后 延时后发出“轻瓦斯动作”信号。kB 的下接点由挡板控制，动作后经信号继电器 kS 启动 出口继 电器 KOM，式变压器个侧断路器跳闸。为防止变压器油箱内严重事故时油速不稳 定，造成重瓦斯节点时通时而不能可靠跳闸，KOM 采用带自保持线圈的中间继电器。 为防止瓦斯保护在变压器换油、瓦斯继电器试验、变压器新安装或大修后投入运行之初 时误动作，出口回路设有切换片 XS，将 XS 倒向电阻 R 侧，可是重瓦斯保护改为只发 信号。 6.1.2 变压器的纵联差动保护 变压器纵联差动保护主要是用来反映变压器绕组、引主线及套管上的各种短路故 障，是变压器的主保护。其工作原理如下图：图 6.2 纵差动保护原理图纵联差动保护是反映被保护变压器各端流入和流出的电流相量差。由于变压器高压 侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵联差动保护的正确工作，就必须适当选 择两侧电流互感器的变比，使得 在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。在保 护范围故障时流入差回路的电流为短路点的短路电流二次值，保护动作。纵联差动保护 动作后跳开变压器两侧的断路器[9]。 纵差动保护是瞬时保护，应按照躲开外部短路时出现的最大不平衡电流来整定，即I op , r ? K rel I unb , max(6-1)第 43 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计Kk-----可靠系数，取 1.2～1.3。当正常工作时，为防止电流互感器二次回路一相断线而导致保护误动作， I op , r 应大 于被保护线路可能流过最大负荷电流 I L , max ，即I op , r ? K rel I L , max / K TA(6-2)由第五章电流互感器选型可知 K TA ? 600 / 5 ? 120 ， I L , max ? 1091 . 2 A ，故纵差动继电 器的动作电流为I op , r ? 1 . 2 ? 1091 . 2 ? 120 ? 10 . 92 A 。110kV 侧变压器的差动保护的动作电流取 1.309kA。 6.1.3 变压器相间短路的过电流保护 为防止外部短路引起的过电流和作为变压器总差动保护、瓦斯保护的后备，就、变 压器还应装后备保护。变压器的相间短路的后备保护既是变压器的主保护的后备保护， 又是相邻母线或线路的后备保护。根据变压器的容量的大小、地位及性能和系统短路电 流的大小，变压器相间短路的后背保护采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复 合电压启动的过电流保护或负序电流保护等。 过电流装置应装设于变压器的电源侧，采用完全星形接线。 简单过电流保护装置的启动电流按躲开变压器可能出现的最大负荷电流来整定。I op , r ?K relK rel K h K TAI L , max(6-2)――可靠系数，一般取 1.2～1.3Kh――返回系数，取 0.85经过整定计算，取 I op , r ? 12 . 84 A 作为保护装置的动作电流。保护的动作时间比相邻 元件保护的最大动作时限大一个阶梯时限 ? t ，t 取 2.5S 。 6.1.4 变压器的过负荷保护 变压器的过负荷电流在大多数情况下是三相对称，因此只需要装设单相过负荷保 护。变压器的过负荷保护反应变压器对称符合引起的过电流。过负荷保护装置只采用一 个电流继电器接于一相电流上，经过较长的延时发出信号。 过负荷保护的动作电流，应按躲过变压器的额定电流整定，I op , r ? K rel K h K TA IN(6-3)第 44 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）K rel取 1.05， K h 取 0.85 ，I op , r ? 1 . 05 0 . 85 ? 120 ? 944 . 782 ? 9 . 726 A为了防止过负荷保护误动作在外部短路时误动作，其时限应比变压器的后备保护动 作时限大一个 ? t ，取 2.5s。 6.1.5 零序电流保护 在大接地电流系统中，接地故障的几率较大，因此大接地电流电网中的变压器，应 该装设接地(零序)保护，作为变压器主保护的后备保护及相邻元件故障的后备保护。 大接地电流系统发生单相或两相接地短路时，零序电流的分布和大小与系统中变压 器的中性点接地的数目和位置有关。通常对只有一台变压器的升压变电所，变压器采用 中性点直接接地的运行系统。对有多台变压器运行的变电所，采用一部分变压器中性点 接地而另一部分变压器中性点不接地运行方式，以保证在各种运行方式下变压器中性点 的数目和位置尽量维持不变，从而保证零序保护有稳定的保护范围和足够的灵敏度。 对 110kV 以上中性点直接接地系统中的电力变压器，一般应装设零序电流(接地)保 护，作为变压器主保护的和相邻元件短路的后备保护。为了缩小接地故障地影响范围及 提高后备保护动作的快速性和可靠性，一般配置两段式零序电流保护，每段还带两级延 时。6.2 母线的保护发电厂和变电站的母线是电力系统中非常重要的元件。母线故障后所有连在故 障母线上的元件都要停电，造成大面积停电。母线是装设于发电厂内变压器内部的电气 设备不管其界线方式如何，连接有多少元件，其空间距离都比较近，因此可以使用动作 迅速、选择性好的差动原理构成的差动保护。 6.2.1 110kV 母线的保护 对于双母线经常以一组母线运行的方式，在母线上发生故障后，将造成全部停电， 需把所连的元件倒换至另一组母线上才能恢复供电，这是一个很大的缺点。为此在发电 厂及重要变电所的高压母线上一般采用双母线同时运行而组母线上连接一部分供电和 受电元件的方式。当采用双母线并列运行时，要求母线差动保护具有选择故障母线的能 力。 元件固定连接的双母线保护，原则上和单母线电流差动保护相同。共有三组完全电 流差动保护组成，即母线的完全电流差动保护，母线的完全电流差动保护；两组母线上第 45 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计完全电流差动保护。前两种用于故障母线元件和整套保护的执行元件；后一种用于全套 保护的启动元件，以及当双母线供电连接发生破坏而又发生外部故障时，用做保护装置 的非选择性闭锁环节。 保护由装设于所有母线连接的元件引出线县上的电流互感器和差动继电器构成。 经整定计算，取保护动作电流为 I op , r ?I op , r ? 1 .2 0 . 85 ? 120K rel K h K TA?I L , max ，整定计算得? 3 . 89 A 。6.3 自动重合闸在供电系统中，对于非永久性故障，采用自动重合闸装置可以迅速恢复供电，提高 了供电的可靠性。10kV 出线路装设了自动重合闸装置。 自动重合闸装置的接线应满足下列要求： (1) 用转换开关将断路器断开，或将断路器投于故障线路上而随即有保护装置将其 断开时，自动重合闸装置均不应动作。 (2) 自动重合装置的动作次数应符合预先的规定，在任何时候均不应使断路器重合 次数超过规定。6.4 继电保护配置电网继电保护配置的原则是首先满足继电保护的四项基本要求，即满足选择性、速 动性、灵敏性、可靠性。然后各类保护的工作原理、性能结合电网的电压等级、网络结 构、接线方式等特点进行选择，使之能够有机配合起来，构成完善的电网保护。 线路保护：在小接地电流系统的线路上，应装设反映相间故障和单相接地故障的保 护装置。考虑反映相间故障装设两段式电流保护、限时电流速断保护、定时过流保护。 保护动作于出线断路器，保护采用两相式接线。加装三相一次重合闸。反映单相接地故 障，加装反映零序电压的接地信号装置，单相接地时发出信号。母联开关保护：加装带 时限的定时过流保护，作为母线充电时的保护。 6.4.1 主变压器保护配置 (1) 瓦斯保护：作为变压器的主保护，反应变压器油箱内部故障，包括绕组的相间 短路，接地短路，匝间短路以及铁芯烧损，油面降低等。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动 作于断开变压器各侧断路器。 (2) 纵差保护：作为主变压器的主保护，反应变压器绕组、套管和引出线上的相间第 46 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）短路，大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地、短路以及绕组匝间短路，采用三相 CT 分别装于主变三侧四点上用专用的 CT。 (3) 复合电压启动的定时限过流保护：是瓦斯保护、纵差保护的后备保护，反应发 生各种不对称短路时出现的负序电压。 (4) 零序电流保护：反应变压器外部接地短路。 (5) }
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按字母分类 ：110Kv变电所一次系统初步设计
华北科技学院毕业设计（论文）2012届华北科技学院本 科 毕 业 设 计（论 文）设计题目：110KV/35KV变电所一次系统初步设计 姓 名: 学 号: 专业班级: 指导教师: 系(部、院): 机电工程学院2012 年 6 月 20 日第 1 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计摘要本次设计根据某城镇的负荷对110kV 变电所进行一次系统初步设计， 并绘制电气主 接线图及其他图纸。该变电所设有两台主变压器，所内主接线分110kV、和35kV两个电 压等级。通过对电气主接线的设计、短路电流计算、主要电气设备选择及校验(包括断 路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线等)、典型器件继电保护计算以及防 雷保护的配置的选择，实现了变电所对安全性、可靠性、经济性以及先进性的要求。 本设计以《35～110kV 变电所设计规范》、 《供配电系统设计规范》、 《35～110kV 高压配电装置设计规范》等规范规程为依据，设计的内容符合国家有关经济技术政策， 所选设备全部为国家推荐的新型产品，技术先进、运行可靠、经济合理。 关键词：供电负荷；主变压器；短路电流；一次设备；继电保护；防雷接地第 2 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）Abstract： The design load according to a town on the 110kV substation preliminary design of a system, and draw the main electrical wiring diagrams and other drawings. The substation has two transformers, are within the main connection points 110kV and 35kV voltage level. The design of the main electrical wiring short-circuit current calculation, selection and calibration of electrical equipment (including circuit breakers, isolating switches, current transformers, voltage transformers, bus, etc.), the calculation of typical device protection and lightning protection choice of configuration and substation requirements on safety, reliability, economy, and advanced. The design for the &35 ~ 110kV substation design specifications, design specifications for the supply and distribution system,& 35 ~ 110kV high-voltage power distribution equipment design specifications &standardize procedures, designed in line with national economic and technological policies, the selected device are all recommended by the state of new products, advanced technology, reliable, and economic rationality. Keywords: short- lightning protection and grounding。第 3 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计前 言随着科技的不断发展，电能越来越成为生产，生活的主要能源和动力。生产实现电 气化，可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动效率，降低生产成本，改善人们的 生活质量。如果供电系统出现故障，则对人们的生活，工业生产造成严重的后果，甚至 给国家和人民带来严重的经济损失。变电所作为电网中的一个中间环节，它的作用就是 通过变压器和线路将各级电压器的电力网联系起来， 以用于变换电压、 接受和分配电能， 控制电流的流向和调整电压，起着变换和分配电能的作用，直接影响整个电力系统的安 全与经济运行。 电气主接线是变电所设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线 的拟订直接关系着全所电气设备的选择、 配电装置的布置、 继电保护和自动装置的确定， 是变电所电气部分投资大小的决定性因素。所设计的内容力求概念清楚，层次分明。本 文从主接线、短路电流计算、主要电气设备选择、典型器件的继电保护计算、防雷保护 等几方面分成八章对变电所设计进行了阐述，并绘制了电气主接线图、变电所平面布置 图、防雷保护配置图等相关设计图纸。 由于本人水平有限，错误和不妥之处在所难免，敬请各位老师批评指正。第 4 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）目录摘要 ............................................................................................................................................ 2 前 言 .......................................................................................................................................... 4 目录 ............................................................................................................................................ 5 1 原始资料与负荷计算 .......................................................................................................... 8 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 原始负荷资料 ........................................................................................................... 8 建所规模 ................................................................................................................... 8 负荷计算 ................................................................................................................... 8 技术参数 ................................................................................................................. 11 电气主接线 ............................................................................................................. 11 短路阻抗 ................................................................................................................. 112 主变压器的选择 ................................................................................................................ 12 2.1 2.2 2.3 2.4 变压器的发展 ......................................................................................................... 12 主变压器 ................................................................................................................. 12 主变压器的选择原则 ............................................................................................. 12 主变压器的型号确定 ............................................................................................. 143 电气主接线的设计 ............................................................................................................ 16 3.1 电气主接线设计的基本要求 ................................................................................. 16 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.3 可靠性 .......................................................................................................... 16 灵活性 .......................................................................................................... 16 经济性 .......................................................................................................... 17电气主接线设计的基本原则 ................................................................................. 17 主接线接线方式的选择 ......................................................................................... 17 3.3.1 3.3.2 主接线的一般接线形式 .............................................................................. 17 方案拟定 ...................................................................................................... 214 短路电流的计算 ................................................................................................................ 23第 5 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计4.1 4.2 4.3 4.4 4.5短路故障产生的原因 ............................................................................................. 23 短路故障的危害 ..................................................................................................... 23 短路电流计算的目的 ............................................................................................. 24 短路电流计算的一般规定 ..................................................................................... 24 短路电流的计算 ..................................................................................................... 25 4.5.1 4.5.2 等值电路及计算初始值 .............................................................................. 25f 1 、 f 2 点短路电流计算 ............................................................................. 265 高压一次设备的选择 ........................................................................................................ 29 5.1 高压一次设备选择的一般条件 ............................................................................. 29 5.1.1 5.1.2 5.2 按正常工作条件选择电气设备 .................................................................. 29 按短路状态校验 .......................................................................................... 29断路器的选择 ......................................................................................................... 30 5.2.1 110kV 主变侧断路器的选择 ...................................................................... 31 5.2.2 5.2.3 35KV 侧断路器及分段断路器的选择 ....................................................... 32 母联断路器的选择 ...................................................................................... 325.3隔离开关的选择 ..................................................................................................... 33 5.3.1 110kV 主变侧隔离开关的选择 .................................................................. 33 5.3.2 35KV 侧隔离开关及分段断路器隔离开关的选择 ................................... 34 5.3.3 母联断路器隔离开关的选择 ...................................................................... 355.4导线的选择 ............................................................................................................. 35 5.4.1 110kV 侧母线选择与校验 .......................................................................... 36 5.4.1 35kV 侧母线选择与校验 ............................................................................ 385.5互感器的选择 ......................................................................................................... 38 5.5.1 5.5.2 电流互感器的选择 ...................................................................................... 38 电压互感器的选择 ...................................................................................... 396 继电保护的配置 ................................................................................................................ 41 6.1 电力变压器的保护 ................................................................................................. 41第 6 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.2瓦斯保护 ...................................................................................................... 42 变压器的纵联差动保护 .............................................................................. 43 变压器相间短路的过电流保护 .................................................................. 44 变压器的过负荷保护 .................................................................................. 44 零序电流保护 .............................................................................................. 45母线的保护 ............................................................................................................. 45 6.2.1 110kV 母线的保护 ...................................................................................... 456.3 6.4自动重合闸 ............................................................................................................. 46 继电保护配置 ......................................................................................................... 46 6.4.1 6.4.2 6.4.3 主变压器保护配置 ...................................................................................... 46 母线保护 ...................................................................................................... 47 线路保护 ...................................................................................................... 476.5变电所继电保护解决方案 ..................................................................................... 477 变电所的防雷保护和接地设计 ........................................................................................ 48 7.1 过电压及雷电的相关概念 ..................................................................................... 48 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.2 防雷与接地 .................................................................................................. 48 雷电放电过程 .............................................................................................. 48 雷电过电压 .................................................................................................. 48防雷设备及其选型 ................................................................................................. 50 7.2.1 避雷针、避雷线 .......................................................................................... 507.3变电所的防雷保护 ................................................................................................. 548 结论 .................................................................................................................................... 56 致谢 .......................................................................................................................................... 57 参考文献 .................................................................................................................................. 58 附录 I 变电所主接线图 ........................................................................................................ 60 附录 II 变电所平面布置图 .................................................................................................. 61 附录 III 变电所避雷针布置图 ............................................................................................. 62 附录 IV 英文资料及其翻译 ................................................................................................. 63第 7 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计1原始资料与负荷计算1.1 原始负荷资料根据主管部门审批下达的供电协议书规定，某镇110kV变电所工程设计要求如下： (1) 总降压变压器装设自动有载调压变压器，以提高电能质量，保证供电可靠性。 (2) 一二级符合占总区域负荷的70%，年最大符合利用小时 T max ? 6500 h 以上。 (3) 其供电系统图如下图：图1.1 供电系统图1.2 建所规模(1) 变电所类型：110kV 变电工程 (2) 主变台数：最终两台 (3) 电压等级：110kV、35kV (4) 出线回路数：110kV 2回；35kV 10回1.3 负荷计算(1) 变电所计算负荷的确定 计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到 电器和导线电缆的选择是否经济合理。 如计算负荷确定过大， 将使电器和导线选得过大， 造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处于过早 老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷十分重要。 (2) 负荷计算的要求第 8 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）电力系统设计时，必须具备确定的电力负荷水平，电力负荷发展水平，一般以今 后 5-10 年中的某一年的负荷作为设计水平， 而今后 10-15 年中的某一年的负荷作为远景 水平年。本次设计考虑 5-10 年规划。 (3) 负荷计算的方法 目前负荷计算的常用方法有需要系数法、二项式法和利用系数法。 需要系数法比较简单因而广泛使用，但当用电设备台数少而功率相差悬殊时，需要 系数法的计算结果往往偏小，故此法较适用于计算变、配电所的负荷；二项式法是考虑 用电设备和大容量用电设备对计算负荷影响的经验公式，它适用于确定台数较少而容量 差别较大的低干线和分支线的计算负荷；利用系数法以概率论为理论基础，分析所用用 电设备在工作时的功率叠加曲线而得到的参数为依据来确定计算负荷，计算结果接近实 际负荷，但计算方法复杂。本文选择负荷计算的方法为需要系数法。 需要系数法负荷计算公式： ① 有功计算负荷为P js ? K d? Pe(1-1)式中P js ――有功计算负荷，单位为 kW；Pe ――用电设备组的设备额定容量，但不包括备用设备容量，单位为 kW；K d ――用电设备组的需要系数。② 无功计算负荷为Q js ? P js t a n ?(1-2)式中Q js ――无功计算负荷，单位为 kvar；tan ? ――对应于用电设备组功率因数 cos ? 的正切值。③ 视在计算负荷为S js ? P js cos ?(1-3)式中Sjs――视在计算负荷，单位为 kVA。④ 计算电流为I js ? S js 3U N(1-4)式中I js ――计算电流，单位为 A；第 9 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计U N ――用电设备额定电压，单位为 kV。(4) 由需要系数法负荷计算公式可求得电力负荷参数如下表：表1-1电力负荷表 计算负荷序 号负荷 名称用电设 备容量 PekW需要 系数 kdcos ?tan ?P js (kw) Qjs(kar)S js (kVA) 34.2 12.5 7.75 3.75 I js (A)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10张村 王村 李村 赵村 陈村 鲁村 魏村 刘村 污水 厂 化工 厂
0.85 0.85 0.75 0.75 0.65 0.65 0.6 0.6 0.32 0.380.95 0.95 0.9 0.9 0.9 0.87 0.8 0.8 0.8 0.750.33 0.33 0.48 0.48 0.48 0.57 0.75 0.75 0.75 0.8862.5 1.25 11
44658.65 4.6 7.65 8.25 9.2197.05 254.6 185.1 175.05 119.85 95.4 30.25 49.95 13.3 31.25(5) 无功补偿P总 ??j ?110P js ? 76935 .8 KWQ总 ?? Q jsj ?110? 3 8 4 6 62 k v a r .S总 ?? S jsj ?110? 87172 .45 kVAcos ? ?P总 S总? 0 . 8 8 2 7 8&0.9需要在35kV侧进行无功功率补偿,实际补偿功率为1300kvar。补偿后计算负荷为S 30 ? 85442 . 6 KVA一二级负荷为总负荷的0.7倍，即 S ( ? ? ? ) 30 ? 0 . 7 S 30 ? 59809 . 82 KA 采用第 10 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）电力电容两组, 容量为2× 650kvar。1.4 技术参数(1) 220kV/110kV的某两个区域变电所的110kV母线提供电源，采用双电源双回路 为该变电所供电。 (2) 区域变电所110kV母线出口断路器，最大运行方式时的断流容量为S d max ? 500 MVA(3) 当地雷暴日数为 55 日/年；根据中国气象局有关雷暴日指数的规定，年雷暴日 数在 40～90 天属多雷区，90 天以上属强雷区．我国 70%以上地区都在多雷区到强雷区 的范围内，雷电灾害十分严重。选择变压器时建议选择防雷变压器。防雷变压器通常采 用 Ynd11 连接组别，如下图：图 1.2 防雷变压器接线形式(4)本变电所处于“薄土层石灰岩”地区，土壤电阻率高达1000Ω．М。1.5 电气主接线建议110kV、35kV 均采用单母线分段带旁路母线接线，并考虑设置熔冰措施。1.6 短路阻抗(1) 系统作无穷大电源考虑： X S 1 ? maxXS 1 ? min? 0 . 05， X S 0 ? max ? 0 . 04 ， X S 1 ? min? 0 .1 ，? 0 . 05。(2) 110kV 侧架空输电线路长 100km， x L ? 0 . 4 ? / km ，故 X L ? 40 ? 。第 11 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计2主变压器的选择2.1 变压器的发展变压器主要有两方面应用： 一是用于大型电站或电力输电网络，其正朝着超高压方向发展。我国首台出口美国 的沈阳变压器集团生产的 900kVA 变压器已于 2004 年在洛杉矶水电部西马(sylmar)电站 正式运行。它连接美国南加利福尼亚与洛杉矶水电部电压。 二是向节能化、小型化、低噪声、高阻抗、防爆型发展，主要以中小型产品为主。 随着国际城市化的发展，大城市人口集密，高层建筑林立，用电量急剧增加，使得变压 器数量不断增加。传统的大容量油式变压器因用油量大，一旦故障失火，将对高层建 筑和人们的生命、财产安全构成严重威胁。为此人们对不燃型的研究和变压器应用日益 重视。2.2 主变压器在变电所中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。 《35～110kV 变电所设计规范》规定，主变压器的台数和容量，应根据地区供电条件、 负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。在有一、二级负荷的变电所中宜 装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台及以 上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷， 并应保证用户的一、二级负荷。在各级电压等级的变电站中，变压器是变电站中的主要 电气设备之一， 其担任着向用户输送功率， 或者两种电压等级之间交换功率的重要任务， 同时兼顾电力系统负荷增长情况，合理选择，否则，将造成经济技术上的不合理。主变 压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量 基本原始资料外，还应根据电力系统5～10年发展规划，输送功率大小，馈线回路数、 电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。2.3 主变压器的选择原则(1) 相数 容量为 300MW 及以下机组单元接线的变压器和 330kv 及以下电力系统中，一般都 应选用三相变压器。由负荷计算结果可知本变电所应选择三相变压器。因为单相变压器 变电所组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。同时配电装置结构复杂，也增加了维 修工作量。第 12 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）(2 ) 绕组数与结构 电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为 普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。 本次设计有两个电压等级，应选择双绕组变压器。 (3) 绕组接线组别 变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。否则，不能并列运行。电力系 统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。 在发电厂和变电所中， 一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制 3 次谐波对电源 等因素。根据以上原则，主变一般是 Y，D11 常规接线。 (4) 调压方式 为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分 接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。从而改变其变比，实现电压调整。切换方式 有两种：一种是不带电切换，称为无励磁调压。另一种是带负荷切换，称为有载调压。 通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压。因为可以通过调节发电机励磁来实现 调节电压，对于 220kv 及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用， 一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。本次设计为 110kV 电压等级的 乡镇变电所，其负载多为民用电，为提高电能质量，保证供电可靠性，故选择自动有载 调压变压器。 (5) 冷却方式 电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风 冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。本次设计中选择 了强迫风冷变压器。 (6) 变压器台数选择： ① 为满足负荷对供电可靠性的要求，根据负荷等级确定变压器台数，对具有大量 一、二级负荷或只有大量二级负荷，宜采用两台及以上变压器，当一台故障或检修时， 另一台仍能正常工作。 ② 负荷容量大而集中时，虽然负荷只为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。 ③ 对于季节负荷或昼夜负荷变化比较大时，从供电的经济性角度考虑；为了方便、 灵活地投切变压器，也可以选择两台变压器。 该变电所一二级负荷占总负荷的 70%，故应选择两台主变压器。第 13 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计(7) 主变压器容量的选择 主变压器容量必须满足电网中各种可能的运行方式时的最大负荷的需要，并且要考 虑到负荷的发展规划， 使所选变压器容量切合实际的需要。 如果主变压器容量造的过大， 台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便， 设备亦未能充分发挥效益；若容量选得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响 主变压器的寿命和电力系统的稳定性。因此，确定合理的变压器的容量是变电站安全可 靠供电和网络经济运行的保证。 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量，对于有重要负荷的变电 所，应考虑当一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应保 证用户的一级和二级负荷，对一般变电所，当一主变停运时，其他变电器容量应能保证 全部负荷的 70％-80％。所以，这里应该选择两台容量略小于最大计算负荷的变压器。 根据我国变压器运行的实际条件、实践经验，并参考国外的实践经验，主变压器的 额定容量按下式进行选择较为合适： 变压器的额定容量：S N ? 0 . 7 ? S 30(2-1)S N ――主变压器的额定容量，kVA S 30 ――补偿后计算负荷，kVA即 S N ? 0 . 7 ? 85442 . 6 ? 59809 . 82 KVA ，主变压器容量应选择 63000kVA。2.4 主变压器的型号确定根据上一节中变压器的各项选择原则，并与实际要求相结合，主变压器选用具有低 损耗、低噪音、检修周期长等性能的产品。其类型为三相双绕组风冷有载调压变压器。 可选择由无锡市电力变压器有限公司生产的 SFZ11- 型变压器，技术数据见下 表 2-1：表 2-2 额定 容量 kVA 63000 额定电压 kV 高压 110+8× 1.25% 110-8× 1.25%变压器技术参数 空载 电 流% 0.52 空载 损耗 kW 45.4 负载 损耗 kW 222.3 阻抗 电 压% 10.5 接 线 形 式 Ynd 11 重量 t 81t型号 SFZ11-630 00/110低压 38.5第 14 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）变压器的尺寸规格：×5900mm? 当一台主变不能正常工作时，只有一台主变工作且满载则， S N =63000kVA,占总负 荷的百分比为 .45=72.27%，满足要求。第 15 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计3电气主接线的设计变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统接 线的重要组成部分。它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优 化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。 一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接 的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。 应本着具体问题具体分析的原则，根据变电站在电力系统中的地位和作用、负荷性 质、出线回路数、设备特点、周围环境及变电站规划容量等条件和具体情况，在满足供 电可靠性、功能性、具有一定灵活性、拥有一定发展裕度的前提下，尽量选择经济、简 单实用的电气主接线。电力网络的复杂性和多样性决定了我们不能教条地选择。3.1 电气主接线设计的基本要求3.1.1 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要 求，而且也是电力生产和分配的首要要求。 主接线可靠性的具体要求： (1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电。 (2) 断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要 求保证对一级负荷全部和大部分二级负荷的供电。 (3) 尽量避免变电所全部停运的可靠性。 3.1.2 灵活性 主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 (1) 为了调度的目的，可以灵活地操作，投入或切除某些变压器及线路，调配电源 和负荷能够满足系统在事故运行方式，检修方式以及特殊运行方式下的调度要求。 (2) 为了检修的目的：可以方便地停运断路器，母线及继电保护设备，进行安全检 修，而不致影响电力网的运行或停止对用户的供电。 (3) 为了扩建的目的：可以容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建过渡时，无 论在一次和二次设备装置等所需的改造为最小。第 16 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）3.1.3 经济性 主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。 (1) 投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器避 雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制 电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分 支变电所推广采用质量可靠的简单电器。 (2) 占地面积小，主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导 线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。 (3) 电能损失少：经济合理地选择主变压器的型式、容量和数量，避免两次变压而 增加电能损失。3.2 电气主接线设计的基本原则电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据， 以国家经济建设的方针、 政策、 技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技 术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件 和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。3.3 主接线接线方式的选择3.3.1 主接线的一般接线形式 电气主接线是根据电力系统和变电所具体条件确定的， 它以电源和出线为主体， 在 进出线路多时(一般超过四回)为便于电能的汇集和分配，常设置母线作为中间环节，使 接线简单清晰、运行方便，有利于安装和扩建。在电压等级出线超过四回时，宜采用有 母线连接。随着电力系统的发展、调度自动化水平的提高及新设备新技术的广泛应用， 变电所电气主接线形式亦有了很大变化。目前常用的主接线形式有：单母线、单母线分 段、单母线分段带旁路、双母线、双母线分段带旁路、1个半断路器接线、桥形接线及 线路变压器组接线等。 如下将结合电气工程设计手册第二章来概述自己在该变电所电气 主接线的设计中所考虑过的接线形式。 (1) 有汇流母线 ① 单母线接线 单母线接线虽然接线简单清晰、设备少、操作方便，便于扩建和采用成套配电装置 等优点，但是不够灵活可靠，任一元件(母线及母线隔离开关)等故障或检修时，均需使第 17 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短 时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电，并且电压等 级越高，所接的回路数越少，一般只适用于一台主变压器。 适用范围： 110～200kV 配电装置的出线回路数不超过两回；35～63kV，配电装 置的出线回路数不超过3回；6～10kV 配电装置的出线回路数不超过5回时选用。 ② 单母线分段接线 用断路器，把单母线接线的母线分段后，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用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该 段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越， 扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围：110kV～220kV 配电装置的出线回路数为 3～4 回；35～63kV 配电装 置的出线回路数为 4～8 回；6～10kV 配电装置出线为 6 回及以上时选用。 ③ 单母线分段带旁路母线 单母线带旁路母线接线有两种： 一是有专用旁路断路器的分段单母线带旁路接线方式，实际上就是在单母线的基础上增 设旁路母线W5和旁路断路器 Q F 1 P 和 Q F 2 P ，每一出现都经过各自的旁路隔离开关接到旁 路母线W5上。其接线图如图3.1：图3.1 有专用旁路断路器的接线图第 18 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）这种接线方式：检修任一接入旁路的进、出线的断路器时，使该回路不停电。这也 是单母线旁路母线接线的优点。适用于进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35～ 110kV的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。 二是分段断路器兼做旁路断路器的接线是在单母线的基础上，增设旁路母线W5、 隔离开关 Q S 3 、 Q S 4 、 Q Sd 及各出线的旁路开关构成。其接线图如图3.2：图3.2 分段断路器兼做断路器的接线图应指出， 随着高压断路器制造技术和质量的提高， 近年来旁路母线的应用愈来愈少， 有些单机容量600MW的发电厂也只采用一般双母线，不设旁路母线。 ④ 双母接线 它具有供电可靠、调度灵活、扩建方便等优点，而且，检修另一母线时，不会停止 对用户连续供电。如果需要检修某线路的断路器时，不装设&跨条&，则该回路在检修期 需要停电。 对于， 110k～220kV 输送功率较多， 送电距离较远， 其断路器或母线检修时， 需要停电，而断路器检修时间较长，停电影响较大，一般规程规定，110kV～220kV双 母线接线的配电装置中，当出线回路数达 7 回，(110kV)或 5 回(220kV)时，一般应装 设专用旁路母线。 适用范围：110～220kV配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110～220kV配电第 19 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计装置在系统中处于重要地位，出线回路为4回及以上时。35～63kV配电装置，当出线回 路数超过8回时， 或连接的电源较多、 负荷较大时； 6～10kV配电装置， 当短路电流较大、 出线需要带电抗器时选用。 ⑤ 双母线分段接线 双母线分段，可以分段运行，系统构成方式的自由度大，两个元件可完全分别接到 不同的母线上，对大容量且在需相互联系的系统是有利的，由于这种母线接线方式是常 用传统技术的一种延伸，因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题。而较容 易实现分阶段的扩建等优点，但是易受到母线故障的影响，断路器检修时要停运线路， 占地面积较大，一般当连接的进出线回路数在11回及以下时，母线不分段。为了保证双 母线的配电装置，在进出线断路器检修时(包括其保护装置和检修及调试)，不中断对用 户的供电，可增设旁路母线，或旁路断路器。当 110kV 出线为 7 回及以上，220kV 出 线在 4 回以下时，可用母联断路器兼旁路断路器用，这样节省了断路器及配电装置间 隔。 (2) 无汇流母线 ① 桥形接线 当只有两台变压器和两条输电线路时，采用桥式接线，所用断路器数目最少，它可 分为内桥和外桥接线。 一是内桥接线：适合于输电线路较长，故障机率较多而变压器又不需经常切除时， 采用内桥式接线。当变压器故障时，需停相应的线路。 适用范围： 较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情 况。 二是外桥接线：适合于出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换，或系统 有穿越功率，较为适宜。为检修断路器 LD，不致引起系统开环，有时增设并联旁路隔 离开关以供检修 LD 时使用。当线路故障时需停相应的变压器。所以，桥式接线，可 靠性较差，虽然它有：使用断路器少、布置简单、造价低等优点，但是一般系统把具有 良好的可靠性放在首位，故不选用桥式接线。 适用范围：较小容量的发电厂或变电所，并且变压器的切换较为繁或线路较短，故 障率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线。 ② 3～5 角形接线第 20 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线。 为减少因断路 器检修而开环运行的时间，保证角形接线运行的可靠性，以采用 2～5 角形为宜。并且 变压器与出线回路一对角对称布置。此外，当进出回路数较多时，我国个别水电厂采用 了双连四角形接线，形成多环形，从而保证了供电的可靠性。但断路器数量增多，有的 回路连着三个断路器，布置和继电保护复杂，没有推广使用。 3.3.2 方案拟定 主接线应通过原始资料分析结合实际情况来设计，主接线的设计还应该满足可靠 性、灵活性、经济性。通过查阅设计手册，对各电压等级可有如下接线形式： 方案一 因为本变电所有Ⅰ、Ⅱ类负荷，所以要求接线形式首先要保证其安全性和可靠性， 并结合 110kV 变电站典型设计的要求，在此前提下变电所主接线方案采用下述接线方 式： 110kV 侧，采用单母线分段接线，分段的单母线与不分段的相比较其可靠性和灵活 性大大提高，且两母线段可以并列运行，也可分列运行。任一段母线或母线隔离开关检 修，只停该段，其他段可继续供电，减小停电范围。 35kV 侧，35kV 出线 10 回，而由于这些回路中重要负荷占总负荷 70%，停电对其 影响很大，因而选用单母线分段带旁路母线接线方式，其中设有专用旁路断路器。优点 是：检修任一接入旁路的进、出线的断路器时，使该回路不停电。缺点是多装了价高的 断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多，并且对供 电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。 方案二 110kV 侧，采用双母线接线，优点是供电可靠,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；调度灵活；扩建方便。缺点是接线复杂,设备 多,母线故障有短时停电以保证两台主变压器供电的可靠性。 35kV 侧，35kV 出线 10 回，而由于这些回路中重要负荷占总负荷 70%，停电对其 影响很大，因而选用单母线分段带旁路母线接线方式，其中分段断路器兼做断路器的接 线。优点是：检修任一接入旁路的进、出线的断路器时，使该回路不停电。缺点是多装 了价高的断路器和隔离开关，增加了投资，然而这对于接于旁路母线的线路回数较多， 并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。将两种方案进行综合比较如下表所 示：第 21 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计 表 3.1 主接线方式方案对照表方 项 目 案方案一：110kV 侧单母线分段接 线，35kV 侧单母线分段带旁路 接线，设专用旁路断路器。方案二、 110kV 侧双母线接线， 35kV 侧单母线分段带旁路接线， 分段断路 器兼做断路器的接线。1.110kV 接线简单，设备本身故 可靠性 障率少； 2.110kV 故障时， 停电时间较长。 1.110kV 运行方式相对简单，灵 灵活性 活性略差； 2.各种电压级接线都便于扩建和 发展。1.可靠性较高； 2.有两台主变压器工作， 保证了在变 压器检修或故障时， 不致使该侧不停 电，提高了可靠性。 1.各电压级接线方式灵活性都好； 2.110kV 电压级接线易于扩建和实 现自动化。经济性设备相对少，投资小。1.设备相对多，投资较大； 2.母线采用双母线，占地面增加。通过对两种主接线可靠性，灵活性和经济性的综合考虑，结合典型设计原则，现确 定方案一为设计最终方案。电气主接线图见附录 I。第 22 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）4短路电流的计算4.1 短路故障产生的原因工业与民用建筑中正常的生产经营p办公等活动以及人民的正常生活，都要求供电 系统保证持续p安全、可靠地运行.但是由于各种原因，系统会经常出现故障，使正常运 行状态遭到破坏。 短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之 间或地与相之间的短接。系统发生短路的原因很多，主要有 ： (1) 设备原因 电气设备、元件的损坏。如：设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行 时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路的功能。 (2) 自然原因 气候恶劣，由于大风、低温、导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电 感应，设备过电压，绝缘被击穿等。 (3) 人为原因 工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带 接地刀闸合闸，造成金属性短路；人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物 带电设备内形成短路事故等。4.2 短路故障的危害供电系统发生短路后，电路阻抗比正常运行时阻抗小很多，短路电流通常超过正常 工作电流几十倍直至数百倍以上，它会带来以下严重后果： (1) 短路电流的热效应 巨大的短路电流通过导体，短时间内产生很大热量，形成很高温度，极易造成设备 过热而损坏。 (2) 短路电流的电动力效应 由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的电动力。如果电动力过大或设备 结构强度不够，则可能引起电气设备机械变形甚至损坏，使事故进一步扩大。 (3) 短路系统电压下降 短路造成系统电压突然下降，对用户带来很大影响。例如，异步电动机的电磁转矩 与端电压平方成正比。 同时电压降低能造成照明负荷诸如电灯突然变暗及一些气体放电第 23 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计灯的熄灭等，影响正常的工作、生活和学习。 (4) 不对称短路的磁效应 当系统发生不对称短路时， 不对称短路电流的磁效应所产生的足够的磁通在邻近的 电路内能感应出很大的电动势。 (5) 短路时的停电事故 短路时会造成停电事故，给国民经济带来损失。并且短路越靠近电源，停电波及范 围越大。 (6) 破坏系统稳定造成系统瓦解 短路可能造成的最严重的后果就是使并列运行的各发电厂之间失去同步，破坏系统 稳定，最终造成系统瓦解，形成地区性或区域性大面积停电。4.3 短路电流计算的目的在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。短路电流 计算的目的主要有以下几方面： (1) 在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取 限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 (2) 在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地 工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻 的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后 较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用校验设备 动稳定。 (3) 在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全 距离。 (4) 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 (5) 接地装置的设计，也需用短路电流。4.4 短路电流计算的一般规定验算导体和电器时所用的短路电流，一般有以下规定： (1) 计算的基本情况 ① 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行； ② 同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁)；第 24 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）③ 短路发生在短路电流为最大值的瞬间； ④ 所有电源的电动势相位角相同； ⑤ 正常工作时，三相系统对称运行； ⑥ 应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步 电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。 (2) 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式(即 最大运行方式)，而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 (3) 计算容量 应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划(一般考虑本工程 建成后5～10 年)。 (4) 短路种类 一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统以及自耦 变压器等回路中的单相(或两相)接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行 校验。 (5) 短路计算点 在正常接线方式时，通过电器设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。对 于带电抗器的6～10kV 出线与厂用分支回路，在选择母线至母线隔离开关之间的引线、 套管时，短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电器时，短路计算点一般取 在电抗器后。4.5 短路电流的计算4.5.1 等值电路及计算初始值 供电系统图如下：图 4.1 供电系统图第 25 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计系统作无穷大电源考虑：X S 1 ? max ? 0 . 05 , X S 0 ? max ? 0 . 04 , X S 1 ? max ? 0 . 1 , X S 1 ? min ? 0 . 05 。 由所选择的变压器型号可查得：XT1=XT2=0.105 设 SB=500MVA，UB 为各个电压等级的额定电压。XT '? XT ? SB SN ? 0 . 105 ? 500 63 ? 0 . 833K sh 为短路电流冲击系数，短路全电流的最大有效值是短路后第一个周期的短路电流有效值， I sh 表示，也可称为短路冲击电流有效值。在高压电路发生三相短路时，一 般可取 K sh =1.8，短路冲击电流 i sh ?2 K sh I f ，故有：i sh ? 2 . 55 I fI sh ? 1 . 51 I f短路电流计算中，略去电阻 R，其等值电路如图 4.2：图 4.2 供电系统等值电路4.5.2f 1 、 f 2 点短路电流计算(1) f 1 点短路,其化简等值电路如图 4.3：图 4.3f 1 点短路等效图第 26 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）? X T ' // X T ' ? 1 2 X T ' ? 0 . 4165X2XL ?40 ? S B UB2=1.653X 1 max ? X s 1 ? max ? X L // X L ? 0 . 05 ? 0 . 8265 ? 0 . 8765 X 1 min ? X s 1 ? min ? X L // X L ? 0 . 1 ? 0 . 8265 ? 0 . 9265X f 1 max ? X 1 max // X2? 0 . 2823I f 1 max * ?1 X f 1 max? 3 . 5423? 0 . 2873X f 1 min ? X 1 min // X2I f 1 min * ?1 X f 1 min? 3 . 4807(2) f 2 点短路,其化简等值电路如图 4.4：图 4.4f 2 点短路等效图X2? X T ' // X T ' ?1 2X T ' ? 0 . 4165X 1 ? max' ? X 1 max (35 110) ? 0 . 0050622X 1 ? min' ? X 1 ? min (35 110) ? 0 . 010122XL ?40 ? S B UB2=16.326?3X 1 max ? 5 . 062 ? 10? 8 . 163 ? 8 . 16812X f 2 max ? X 1 max ? XI f 2 max * ? 1 X f 2 max? 8 . 5846? 0 . 1193第 27 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计X f 2 min ? X 1 min ? XI f 2 min * ? 1 X f 2 min2? 8 . 5896? 0 . 1164SB 3U N由公式 I B ?I B 1 ? 2 . 624 KA可计算：I B 2 ? 8 . 2478 KA由公式 I f 1 max ? I f 1 max* ? I B 可计算：I f 1 max ? 3 . 5423 ? 2 . 624 ? 9 . 295 KA I f 1 min ? 3 . 4807 ? 2 . 624 ? 9 . 133 KAI 1 sh max ? 9 . 295 ? 1 . 51 ? 14 . 035 KAI 1 sh min ? 9 . 133 ? 1 . 51 ? 13 . 790 KAi 1 sh max ? 9 . 295 ? 2 . 55 ? 23 . 702 KAi 1 sh min ? 9 . 133 ? 2 . 55 ? 23 . 289 KAI f 2 max ? 0 . 1193 ? 8 . 2478 ? 0 . 984 KA I f 2 min ? 0 . 1164 ? 8 . 2478 ? 0 . 960 KAI 2 sh max ? 0 . 984 ? 1 . 51 ? 1 . 486 KA I 2 sh min ? 0 . 960 ? 1 . 51 ? 1 . 450 KAi 2 sh min ? 0 . 984 ? 2 . 55 ? 2 . 509 KAi 2 sh min ? 0 . 960 ? 2 . 55 ? 2 . 448 KA表 4-1 短路点 三相短路电流I f (kA)f 1 max f 1 min f2 max短路电流汇总表 冲击电流i sh (kA)冲击电流有效值I sh (kA)9.295 9.133 0.984 0.96023.702 23.289 2.509 2.44814.035 13.790 1.486 1.450f 1 min第 28 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）5高压一次设备的选择电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容之一。安全、可靠、经济、合理是选择电气设备的基本要求。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠 的前提下，选择合适的电气设备，尽量采用新技术，节约投资。 电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不完全一样，具体选择方法也不完全 相同，但其基本要求是一致的。电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件下选择设 备的额定电流、额定电压及型号，按短路情况下校验设备的热稳定、动稳定以及开关的 开断能力。5.1 高压一次设备选择的一般条件5.1.1 按正常工作条件选择电气设备 (1) 电气设备的额定电压 U N 电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压 ， 故所选电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。因此，在电气 设备时，一般可按照电气设备的额定电压 选择。即UN ?UN SUN不低于装置地点电网额定电压 U N S 的条件(5-1)(2) 电气设备的额定电流 I N 电气设备的额定电流 I N 是在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流 I N 。应不 小于该设备在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 I max ，即：IN ? Im ax(5-2)(3) 环境条件对设备选择的影响 当电气设备安装地点的环境条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和 覆冰度等超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。 (4) 机械荷载 所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。 5.1.2 按短路状态校验 (1) 校验的一般原则 ① 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热校验。校验的短路电流 一般取三相短路时的短路电流，若发电机出口的两相短路，或中性点直接接地系统及自第 29 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况校验。 ② 用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳 定。用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。 (2) 短路热稳定校验 短路电流通过电器时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热 稳定条件。It t ? Qk2(5-3)式中： Q k ―短路电流产生的热效应I t 、t―电气设备允许通过的热稳定的电流和时间(3) 电动力稳定校验 电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件 为：i es ? i sk(5-4)式中： i sk ―短路冲击电流幅值i es ―电气设备允许通过的动稳定电流幅值(4) 短路计算时间 验算热稳定的短路计算时间 t k 为继电保护动作时间 t pr 和相应断路器的全开断时间t br 之和，即：t k ? t pr ? t br(5-5)t pr 一般取保护装置的后备保护动作时间(5) 绝缘水平 在工作电压和过电压的作用下，电器的内、外绝缘应保证必要的可靠性。电器的绝 缘水平，应按电网中出现的各种过电压和保护设备相应的保护水平来确定。但所选电器 的绝缘水平低于国家规定的 标准数值时，应通过绝缘配合计算，选用适当的过电压保 护设备。5.2 断路器的选择高压断路器的功能，不仅能通断正常工作电流，而且能接通和承受一定时间的短路 电流，并在保护装置下自动跳闸，切除短路故障。高压断路器按其采用的灭弧介质可分 为油断路器、六氟化硫( SF 6 )断路器、真空断路器以及压缩空气断路器、磁吹断路器。第 30 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）SF 6 断路器与油断路器相比较，有较大的断流能力、灭弧速度快、绝缘性能好和检修周期长等优点，适于频繁操作，且无易燃易爆危险。但是其缺点是，要求制造加工的 精度很高，对其密封性要求更严格，因而价格很贵。 5.2.1 110kV 主变侧断路器的选择 (1) 该回路为 110 kV 电压等级。 (2) 断路器安装在户外，故选户外式断路器。 (3) 回路额定电压 U e ≥110kV 的断路器，且断路器的额定电流不得小于通过断路器 的最大持续电流Imax? 1 . 05 ?SN 3U N=1.05×63000 3 ? 110=347.2 (A)(4) 为方便运行管理及维护，选取 110kV 断路器为 LW30-126Ⅰ型 SF6 断路器，其 主要技术参数如下表：表 5-1 型号 额定电 压(kV) 126 LW30-126Ⅰ型户外高压六氟化硫断路器技术数据 最高工 作电压 (kV) 126 额定电 流(A) 3150 额定开断 电流(kA) 31.5 近区故障 开断电流 (kA) 28.4 动稳定电 流(峰 值)(kA) 80 4S 热稳 定电流 (kA) 31.5LW30-126产品概述： LW30-126系列断路器是借鉴国外先进技术的基础上，自主开发的新一代自能式产 品。采用自能式灭弧原理，配用 CT26型全弹簧操动机购。其主要技术和性能参数均达 到当代国际先进水平 产品特点： ① 该产品采用先进的自能式灭弧原理，开断能力强、开断短路电流所需操作功小、 电寿命长。 ② 采用可靠的全弹簧机构，机械寿命长，维护量极小。 ③ 断路器所有的密封均采用双道“O”形圈密封，泄漏率低，且密封槽外涂专用的密 封剂，以防止外部的腐蚀物质侵蚀密封圈。 ④ 该断路器不检修周期长，可达10年不维修。 ⑤ 结构简单，适用范围广。 ⑥ 该产品主要由灭弧室、基座、支架及弹簧操纵机构等几部分组成，为三相分立第 31 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计的瓷柱式结构，三相共用一个底架，三相联动操作。配用一台 CT26型弹簧操动机构， 机构输出拐臂通过拉杆与断路器本体相连。 ⑦ 该产品操作时作用于支持构架和基础的冲击力小，噪声低、无燃烧和爆炸危险， 适用于居民区，该产品按照极端环境设计，能用于地震烈度8度以下；覆冰厚度10mm； 污秽等级Ⅳ级；海拔2500m 以下的广大地区。 (5) 对所选的断路器进行校验 ① 热稳定校验：t k ? t pr ? t br ?0.15+0.05=0.2 s式中： t pr 为继电保护时间，这里取后备保护时间， t k &1s 所以应该考虑非周期分量 的热效应。根据运算电抗查短路电流运算曲线求得周期分量 Q p ，非周期分量热效应，Q np ? TI'' 2， Q K ? Q p ? Q np ， Q K ? I t t ，满足热稳定要求。2② 动稳定校验：i sh ? 23 . 702 KA， i es ? 80 KA ， ish ? ies 满足动稳定要求。5.2.2 35KV 侧断路器及分段断路器的选择 因为 35kV 侧为单母线分断带旁路母线(分段断路器兼做旁路断路器)的方式，根据 额定电压，额定电流： U N ? U N S ， I N ? Imax， I NBr ? I Z ， I NC 1 ? I sh 进行选择。根据以上数据选择 SN10-35Ⅱ 户内高压少油断路器，其技术数据如表：表 5-2 SN10-35Ⅱ型户内少油断路器技术数据型号最高工 额定开断 额定关 4S 热稳定 固有分闸时 额定电 额定电流 作电压 电流 合电流 电流 间 A 压 kV kV kA kA kA S合闸 时间 SSN10-35Ⅱ35125040.51640160.070.255.2.3 母联断路器的选择 由于在该变电所的电气主接线中，110kV 侧采用双母线接线方式，故 110kV 的母联 断路器的选择与 110kV 主变侧侧断路器的选择相同。 根据额定电压，额定电流：U N ? U N S ， I N ? Imax， I NBr ? I Z ， I NC 1 ? I sh 进行选择。其中 110kV 侧的母联断路器为：LW30-126Ⅰ型户外高压六氟化硫断路器技术数据 见表 5-1。第 32 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）5.3 隔离开关的选择隔离开关也是发电厂和变电站中常用的开关设备。它需与断路器配套使用。但隔离 开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。 作用：隔离作用，作为电气电气设备或线路冷备用状态或检修状态时的电气隔用， 以保证安全。倒闸操作，投入备用母线和旁路母线以及改变运行方式时常用隔离开关配 合断路器，协同操作来完成。隔离开关没有特殊的灭弧装置，因此只能用于分、合没有 负荷的电路，隔离开关往往与断路器串联联接在配电装置中使用，只有在断路器处于分 闸状态下进行分、合闸的操作。隔离开关分闸后有明显的断开点，这对于保证维护、检 修工作的安全很有意义。 隔离开关与断路器相比，项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切除短路电流， 故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。 5.3.1 110kV 主变侧隔离开关的选择 (1) 根据额定电压，额定电流： U N ? U N S ， I N? I m ax进行选择。U N ? U N S =110 (kV)I m ax ? 1 . 05 S N 3U N=1.05×63000 3 ? 110=347.2 (A)(2) 根据以上数据和所选断路器的相关数据和已知条件，选择 GW5―126DW 型隔 离开关。查《电力工程设计手册》得技术特性如下表：表 5-3 型 号 GW5-126DW 额定电压 kV 126GW5―126GD 型高压隔离开关技术数据 额定电流 A 630 最大工作电压 kV 126 动稳定电流 峰值 kA 50 4S 热稳定电流 kA 20(3) 校验所选的隔离开关 ① 热稳定校验： 短路时间：t k ? t pr ? t br ? 0 . 15 ? 0 . 05 ? 0 . 2 s? ?'''' 2I''?1I?? 0 . 05 st k &1s 所以应该考虑非周期分量的热效应， t np ? 0 . 05 ? ?查短路电流周期分量等值曲线得 t p ≈0.3s第 33 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计所以t eq ? t p ? t np = 0.25+0.05=0.3sI ? t eq ? ( 9 . 295 ) ? 0 . 3 ? I t t2 2 2其中t p ―短路电流周期分量发热的等值时间t np―短路电流非周期分量发热的等值时间满足热稳定要求。 ② 动稳定校验：i sh 1 = I ch 1 =23.702kA＜ i es=50kA 满足动稳定要求。5.3.2 35KV 侧隔离开关及分段断路器隔离开关的选择 因为 35kV 侧为单母线分断带旁路母线的方式，故 35kV 侧母线分段断路器隔离开 关的选择与 35kV 主变侧断路器隔离开关的选择相同。 (1) 根据额定电压，额定电流： U N ? U N S ， I N ? I max 进行选择。U N ? U N S =35 (kV)I max ? 1 . 05 S N 3U N=1.05×63000 3 ? 35=1091.2 (A)(2) 根据以上数据和所选断路器的相关数据和已知条件，选择 GW5-40.5 型隔离开 关。查《电力工程设计手册》得技术特性如下表：表 5-4 型 号 GW4-40.5 额定电压 kV 40.5GW4-40.5 型高压隔离开关技术数据 额定电流 A 1250 最大工作电压 kV 43 动稳定电流 峰值 kA 80 4S 热稳定电流 kA 31.5(3) 校验所选的隔离开关 ① 热稳定校验： 短路时间：t k ? t pr ? t br ? 0 . 15 ? 0 . 05 ? 0 . 2 s? ?'''' 2I''?1I?? 0 . 05 st k &1s 所以应该考虑非周期分量的热效应， t np ? 0 . 05 ? ?查短路电流周期分量等值曲线得 t p ≈0.3s 所以t eq ? t p ? t np = 0.25+0.05=0.3s第 34 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）I ? t eq ? ( 0 . 984 ) ? 0 . 3 ? I t t2 2 2其中t p ―短路电流周期分量发热的等值时间t np―短路电流非周期分量发热的等值时间满足热稳定要求。 ② 动稳定校验：i sh 1 = I ch 1 =2.509kA＜ i es=80kA 满足动稳定要求。5.3.3 母联断路器隔离开关的选择 由于在该变电所的电气主接线中，110kV 侧采用双母线接线方式，故 110kV 母联断 路器隔离开关的选择与 110kV 主变侧断路器隔离开关的选择相同。5.4 导线的选择导体和电缆是输配电系统传输电能的主要组成部分，根据结构和用途，导体可分为 裸硬导体(矩形铜、槽形、圆管形)和裸软导体(钢绞线、铝绞线、钢芯铝绞线)及封闭导 体。硬母线机械强度高、载流量大，布置上要求的相间距离较小，故主要作为发电机至 变压器的引出线及屋内高低压配电装置。软母线施工方便，主要适用于架空电力线路及 各型户外配电装置。母线的材料主要有铜、铝、钢三种，除在特殊场合使用铜母线外， 一般采用铝母线的较多。母线的形状有圆形、管形、长方形，长方形截面用的较多。 选择母线截面形状的原则是：集肤效应系数尽量低；散热好；机械强度高；连接方 便；安装方便。 本设计中母线的截面按长期允许电流选择。按长期允许电流选择时，所选母线截面 积的长期允许电流应大于装设回路中最大持续工作电流即：I max ? KIal(5-6)式中： I max ――导体所在回路中最大持续工作电流，AI al――在额定环境温度( ? 0 =+25℃)时导体允许工作电流 ，Ak――与实际环境温度和海拔有关的综合校正系数 当导体允许温度为+70℃和不计日照时，k 值可以用下试计算K ?? al ? ? ? al ? ? 0(5-7)式中：? al、? 分别为导体长期发热允许最高温度和导体装地点实际环境温度该地区第 35 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计最热月平均温度为 20℃，最高气温 42℃，最低温度为-15℃。 按照该地区最高气温的修正系数为：K ?? al ? ? ? al ? ? 0? 0 . 789K ?70 ? 42 70 ? 255.4.1 110kV 侧母线选择与校验 (1) 按导体发热长期允许电流选择母线截面，根据(5-6)有：I max ? KIal110kV 侧回路最大工作持续电流：Imax?1 . 05 S N 3U N=1.05×347 . 2 0 . 78963000 3 ? 110=347.2 (A)I al ?Imax=? 440 . 06 (A)K(2) 按照导体最大持续工作电流,依照《电力工程电气设计手册》选取LGJ―185，载 流量为510A，其技术数据见表5-5所示。表 5-5 导体尺寸 D1/D2 (mm) Ф60/54 导体截面 (mm2) 539110KV 侧母线技术数据表 导体最高允许温度为 下值时的截流量(A) 70℃ 80℃
截面系数 W(cm3) 7.29 惯性半径 ri(cm) 2.02 惯性矩 J (cm4) 21.9 质量(K /m) 0.59(3) 校验所选的母线 ① 由母线数据知：在母线载流量系按最高允许温度为+70℃时的载流量 I al =1240A 在最高环境温度+42℃时，母线的允许电流为: I S = KI al =0.789× A 且 I S ? KI al ? Imax=347.2 A 所以满足要求。② 热稳定校验： 正常运行时导线最高温度为：? ? ? ? (? al ? ? )' 'I2 maxIS2? 42+(70-42)(3 4 7 .2 )2 2=45.52℃&70℃(5-8)(9 7 8 .3 6 )由 ? ＝45.52℃，查表得 C＝98A/ mm2第 36 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）主保护位瞬时动作，所以动作时间 t pr =0.15s，有已选断路器知 t br =0.05s 短路时间：t k ? t pr ? t br =0.15+0.05=0.2s＜1s所以要考虑短路电流非周期分量的影响。 因为I(3)& I (2)所以 按三相短路校验热稳定性。周期电流分量的热效应为： 由于供电系统可近似为无限大功率电源，故其短路电流周期分量不衰减所以：I tk ? I tk / 2 =9.295kA其中 I tk / 2 ―短路电流在 t/2 秒内的周期分量有效值Q p ? I tk t k ? 9 . 295 ） ? 0 . 2 ? 17 . 279 (kA S) （2 22非周期电流热效应为：Q np ? TI'' 2? 0 . 05 ? 9 . 2952? 4 . 320 (kA S)2其中，T―非周期分量热效应时间，查表得，T=0.05SQ k ? Q p ? Q np ? 17 . 279 ? 4 . 320 ? 21 . 599(kA 2 S)2 2S zx ?1 C?Qk ? Kj?1 98?? 1 ? 47 . 423 mm &539 mm(5-9)其中 K j ―集肤系数，查的 K j 取 1。 圆管形铝锰合金导体(截面积 539 mm2)满足热稳定性的要求。 ③ 动稳定校验： 母线自重产生的垂直弯矩 M cz 由手册差得均布荷载最大弯矩系数为 0.125，则弯矩 为：Mcz? 0 . 125 ? q l l js ? 9 . 8 ? 0 . 125 ? 0 . 802 ? 8 ? 9 . 8 ? 62 . 88 (NM)22(5-10)集中荷载产生的垂直弯矩 M c j 由手册查得集中荷载最大玩具系数为 0.188，则弯矩 为：M cj ? 0 . 1 8 8 ? P l js ? 9 . 8 ? 0 . 188 ? 15 ? 8 ? 9 . 8 ? 221 . 01 (NM)(5-11)短路状态时母线所受的最大弯矩 M d 和应力 ? d 的计算 短路电动力产生的水平弯矩 M sd 和短路电动力 f d ：fd= 1 . 76?i ch a2??= 1 .7 6 ?1 8 .0 2 1302? 0 .5 8 =2.54kg/m(5-12)第 37 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计M sd ? 0 . 125 ? f d ? I js ? 9 . 8 ? 0 . 125 ? 2 . 54 ? 8 ? 9 . 8 ? 199 . 1 NM2 2(5-13)在内过电压情况下的风速产生的水平弯矩 Mf ? d v ? k v ? D1 ?' v' js和风压 f v' ：15 162v2? 1 ? 1 .2 ? 0 .1 ?? 1 . 69 kg/m2(5-14) (5-15)162 jsM' js? 0 . 125 ? f v ? I'? 9 . 8 ? 0 . 125 ? 1 . 69 ? 8 ? 9 . 8 ? 132 . 5短路状态时母线所受的最大弯矩 M d 和应力 ? dMd= ( M sd ? M 'js ) 2 ? ( M cz ? M cj ) 2(5-16)= (1 9 9 .1 ? 1 3 2 .5) 2 ? (6 2 .8 8 ? 2 2 1 .0 1) 2 =436.5N? d = 100 ?Md W=1 0 0 ?4 3 6 .5 7 .2 9=5987N/(5-17)此值小于铝锰合金的最大允许应力 8820 N/cm?，满足要求。 5.4.1 35kV 侧母线选择与校验 在户内开关设备和控制设备中，因矩形母线较原型母线、D 型、U 型母线电阻小， 散热面大，载流量大等原因，在 40.5KV 及以下常应用矩形母线。根据额定电压，额定 电流： U N ? U N S ， I N ? I max 进行选择。U N ? U N S =35 (kV)Imax?1 . 05 S N 3U N=1.05×63000 3 ? 35=1091.2 (A)按照导体最大持续工作电流,依照 《电力工程电气设计手册》 选取单条矩形硬铝母线竖放 LMY-80× 8，载流量为1330A，其技术数据见表5-6所示。表 5-6 导体尺寸 (mm) 80× 8 导体截面 (mm2) 64035KV 侧母线技术数据表 导体最高允许温度为 下值时的截流量(A) 70℃ 80℃
截面系数 W(cm3) 7.29 惯性半径 ri(cm) 2.02 惯性矩 J (cm4) 21.9 质量(K /m) 0.595.5 互感器的选择5.5.1 电流互感器的选择 (1) 110kV 侧母线电流互感器的选择第 38 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）一次回路电压： u n 二次回路电流：? ug=110kVSN 3UNIm＞Imax=1.05×=1.05×63000 3 ? 110=347.2 (A)根据以上两项，初选 LCW-110 户外独立式电流互感器，其参数如下：表 5-7电流互感器技术参数 二次负载值 10%倍数 二次 负载 Ω 1S 热稳 定倍数 动稳定 电流倍 数电流互感器 型号额定电流 A级次 组合0.5 级1级3级倍 数LCW-110600/50.5/11.21.21.21575150① 动稳定校验：2 I N1 Kes2 I N1 Kes? i sh=2× 150× 600=127.3kA&ish=23.702kAI ? t ima2满足动稳定要求② 热稳定校验：(kt IN1) 2 t ?2 ? K t I N 1 ?2 t = (0.6×75) 2 ×1=2025 [(kA)2s]≥ I ? t max? 9 . 2952? 1 . 1 =95.03kA .s2K t ―热稳定倍数。满足热稳定要求 综上所述，所选 LCW-110(600/5) 户外独立式电流互感器满足要求。 5.5.2 电压互感器的选择 电压互感器是把一次回路高电压转换为 100V 的电压,以满足继电保护p自动装置和 测量仪表的要求。在并联电容器装置中，电压互感器除作测量外，还作为放电元件。 电压互感器的选择是按安装地点，构造形式，装置的种类，额定电压，准确度等级 及副边负荷的选择。而副边负荷是在确定二次回路方案以后计算的。 电压互感器的选择和配置应按下列条件： 型式：6～20kV 屋内互感器的型式应根据使用条件可以采用树脂胶主绝缘结构的电 压互感器；35kV～110kV 配电装置一般采用油浸式结构的电压互感器；220kV 级以上的 配电装置，当容量和准确等级满足要求，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监 视一次回路单相接地时， 应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感第 39 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计器。 一次电压 u 1 、 u n 为电压互感器额定一次线电压。 二次电压：按表所示选用所需二次额定电压 u 2 n 。表 5-8 绕组 高压侧接入方式 二次额定电压 电压互感器各侧电压 主二次绕组 接于线电压上 100 接于相电压上100 / 3附加二次绕组 用于中性点不接 用于中性点直接 地或经消弧线圈 接地系统中心 接地 100100 / 3准确等级：电压互感器在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表，继电器和 自动装置等设备对准确等级的要求确定，规定如下： 用于发电机、变压器、调相机、厂用馈线、出线等回路中的电度表，及所有计算的 电度表，其准确等级要求为 0.5 级。 供监视估算电能的电度表， 功率表和电压继电器等， 其准确等级， 要求一般为 1 级。 用于估计被测量数值的标记，如电压表等，其准确等级要求较低，要求一般为 3 级 即可。 在电压互感器二次回路，同一回路接有几种不同型式和用途的表计时，应按要求准 确等级高的仪表，确定为电压互感器工作的最高准确度等级。 负荷 S2： S 2 ? S n (2) 110kV 侧母线电压互感器的选择 型式：采用串联绝缘瓷箱式电压互感器，作电压，电能测量及继电保护用。 电压：额定一次电压： U1n=110kV U2n=0.1/3kV表 5-9 准确等级：用于保 护、测量、计量用， 其准确等级为 0.5 级，查相关设计手 册， 选择 PT 的型号： JCC―110 ， 其技术 参数如下： 型号 JCC-110 额定电压 (kV) 一 次 绕 组110 3电压互感器参数 二次负荷 (VA) 剩 余 电 压 试验电压 (kV)二 次 绕 组0 .1 30.5 级1 级3 级高 压低 压最大容量 (VA)0.1500100020022000第 40 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）6继电保护的配置电力系统是一个整体，电能的产生、传输、分配和使用是同时实现，各设备之间又都有电或磁的联系，所以，当某一设备或电路发生短路故障时，在很短的时间内就影响 到整个电力系统的其他部分。为此要求切除故障设备或输电线路的时间必须很短，通常 切除故障的时间小到十分之几甚至百分之几秒，实践证明只有装设在每个电气元件上的 保护装置才有可能满足这个要求。这种保护装置直到目前为止，大多是由单个继电器或 继电器与其附属设备的组合构成的，故称为继电保护装置。在电子式静态保护装置和数 字式保护装置出现以后，虽然继电器以被电子元件或计算机所代替，但仍沿用此名称。 在电业部门常用继电保护一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保 护系统。继电保护装置一词，则指各种具体的装置。 继电保护的基本原理：利用被保护线路或设备故障前后某些突变的物理量为信息 量，当突变量达到一定值时，启动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。 继电保护装置的基本任务是： (1) 发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障元件(设备)从电力系统中切除，使 非故障部分继续运行。 (2) 对不正常运行状态，为保证选择性，一般要求经过一定的延时，并根据运行维 护条件(如有无经常值班人员)，而动作于发出信号(减负荷或跳闸)，且能与自动从合闸 相配合。 对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性，速动性，灵敏性，可靠性。 电力系统各组成部分的继电保护下面逐一介绍。6.1 电力变压器的保护电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的安全运行是电力系统可靠 工作的必要条件。电力变压器无旋转件，结构比较简单，运行可靠，发生故障机会相对 较少。但是大部分安装在户外，受环境影响较大，同时也受到外接复合地影响较大。因 此电力变压器在运行当中仍可能发生各种故障或不正常的工作状态。 变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕 组的匝间短路和单相接地短路。油箱内部故障对电压器来说是非常危险的，高温电弧不 仅会烧毁绕组和铁心，而且还会使变压器油绝缘受热分解产生大量气体，引起变压器油 箱爆炸的严重后果。 变压器油箱外部故障包括引线及套管处会产生各种相间短路和接地第 41 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计故障。 变压器的不正常工作状态主要有过负荷、外部短路引起的过电流、外部接地短路引 起的中性点过电压、油箱漏油引起的油面降低或冷却系统故障引起的温度升高等。 针对上述各种故障与不正常运行状态，变压器应装设下列继电保护： 6.1.1 瓦斯保护 当变压器内部故障时，故障点的局部温度将是变压器油温升高，体积膨胀，甚至出 现沸腾，油内空气比被排出而形成上升气泡。若故障点产生电弧，则变压器油和绝缘材 料将分解出大量气体，这些气体自油箱流向油枕上部。故障越严重产生的气体越多，流 向油枕的气流速度越快，甚至气流中还夹杂着变压器油。瓦斯保护是反映变压器油箱内 部气体数量和流动速度而动作的保护。瓦斯保护保护油箱内各种短路故障，特别是对绕 组的相间短路和匝间短路。当壳内故障产生轻瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号。当 产生大量瓦斯时，动作于断开变压器各侧的断路器。瓦斯继电器安装在油箱与油枕之间 的连通管道中。 瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反映油箱内部发生 的各种故障。但是它不能反应油箱以外的套管及引出线等部位上发生的故障。因此他还 要与纵联差动保护相互配合、相互补充，实现快速而灵敏地切除油箱内、外及引出线上 发生的各种故障。 其原理接线图如下：图 6.1 瓦斯保护原理接线图第 42 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）瓦斯保护的原理图如图所示。瓦斯保护继电器 kB 的上接点有开口被控制，闭合后 延时后发出“轻瓦斯动作”信号。kB 的下接点由挡板控制，动作后经信号继电器 kS 启动 出口继 电器 KOM，式变压器个侧断路器跳闸。为防止变压器油箱内严重事故时油速不稳 定，造成重瓦斯节点时通时而不能可靠跳闸，KOM 采用带自保持线圈的中间继电器。 为防止瓦斯保护在变压器换油、瓦斯继电器试验、变压器新安装或大修后投入运行之初 时误动作，出口回路设有切换片 XS，将 XS 倒向电阻 R 侧，可是重瓦斯保护改为只发 信号。 6.1.2 变压器的纵联差动保护 变压器纵联差动保护主要是用来反映变压器绕组、引主线及套管上的各种短路故 障，是变压器的主保护。其工作原理如下图：图 6.2 纵差动保护原理图纵联差动保护是反映被保护变压器各端流入和流出的电流相量差。由于变压器高压 侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵联差动保护的正确工作，就必须适当选 择两侧电流互感器的变比，使得 在正常运行和外部故障时，两个二次电流相等。在保 护范围故障时流入差回路的电流为短路点的短路电流二次值，保护动作。纵联差动保护 动作后跳开变压器两侧的断路器[9]。 纵差动保护是瞬时保护，应按照躲开外部短路时出现的最大不平衡电流来整定，即I op , r ? K rel I unb , max(6-1)第 43 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计Kk-----可靠系数，取 1.2～1.3。当正常工作时，为防止电流互感器二次回路一相断线而导致保护误动作， I op , r 应大 于被保护线路可能流过最大负荷电流 I L , max ，即I op , r ? K rel I L , max / K TA(6-2)由第五章电流互感器选型可知 K TA ? 600 / 5 ? 120 ， I L , max ? 1091 . 2 A ，故纵差动继电 器的动作电流为I op , r ? 1 . 2 ? 1091 . 2 ? 120 ? 10 . 92 A 。110kV 侧变压器的差动保护的动作电流取 1.309kA。 6.1.3 变压器相间短路的过电流保护 为防止外部短路引起的过电流和作为变压器总差动保护、瓦斯保护的后备，就、变 压器还应装后备保护。变压器的相间短路的后备保护既是变压器的主保护的后备保护， 又是相邻母线或线路的后备保护。根据变压器的容量的大小、地位及性能和系统短路电 流的大小，变压器相间短路的后背保护采用过电流保护、低电压启动的过电流保护、复 合电压启动的过电流保护或负序电流保护等。 过电流装置应装设于变压器的电源侧，采用完全星形接线。 简单过电流保护装置的启动电流按躲开变压器可能出现的最大负荷电流来整定。I op , r ?K relK rel K h K TAI L , max(6-2)――可靠系数，一般取 1.2～1.3Kh――返回系数，取 0.85经过整定计算，取 I op , r ? 12 . 84 A 作为保护装置的动作电流。保护的动作时间比相邻 元件保护的最大动作时限大一个阶梯时限 ? t ，t 取 2.5S 。 6.1.4 变压器的过负荷保护 变压器的过负荷电流在大多数情况下是三相对称，因此只需要装设单相过负荷保 护。变压器的过负荷保护反应变压器对称符合引起的过电流。过负荷保护装置只采用一 个电流继电器接于一相电流上，经过较长的延时发出信号。 过负荷保护的动作电流，应按躲过变压器的额定电流整定，I op , r ? K rel K h K TA IN(6-3)第 44 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）K rel取 1.05， K h 取 0.85 ，I op , r ? 1 . 05 0 . 85 ? 120 ? 944 . 782 ? 9 . 726 A为了防止过负荷保护误动作在外部短路时误动作，其时限应比变压器的后备保护动 作时限大一个 ? t ，取 2.5s。 6.1.5 零序电流保护 在大接地电流系统中，接地故障的几率较大，因此大接地电流电网中的变压器，应 该装设接地(零序)保护，作为变压器主保护的后备保护及相邻元件故障的后备保护。 大接地电流系统发生单相或两相接地短路时，零序电流的分布和大小与系统中变压 器的中性点接地的数目和位置有关。通常对只有一台变压器的升压变电所，变压器采用 中性点直接接地的运行系统。对有多台变压器运行的变电所，采用一部分变压器中性点 接地而另一部分变压器中性点不接地运行方式，以保证在各种运行方式下变压器中性点 的数目和位置尽量维持不变，从而保证零序保护有稳定的保护范围和足够的灵敏度。 对 110kV 以上中性点直接接地系统中的电力变压器，一般应装设零序电流(接地)保 护，作为变压器主保护的和相邻元件短路的后备保护。为了缩小接地故障地影响范围及 提高后备保护动作的快速性和可靠性，一般配置两段式零序电流保护，每段还带两级延 时。6.2 母线的保护发电厂和变电站的母线是电力系统中非常重要的元件。母线故障后所有连在故 障母线上的元件都要停电，造成大面积停电。母线是装设于发电厂内变压器内部的电气 设备不管其界线方式如何，连接有多少元件，其空间距离都比较近，因此可以使用动作 迅速、选择性好的差动原理构成的差动保护。 6.2.1 110kV 母线的保护 对于双母线经常以一组母线运行的方式，在母线上发生故障后，将造成全部停电， 需把所连的元件倒换至另一组母线上才能恢复供电，这是一个很大的缺点。为此在发电 厂及重要变电所的高压母线上一般采用双母线同时运行而组母线上连接一部分供电和 受电元件的方式。当采用双母线并列运行时，要求母线差动保护具有选择故障母线的能 力。 元件固定连接的双母线保护，原则上和单母线电流差动保护相同。共有三组完全电 流差动保护组成，即母线的完全电流差动保护，母线的完全电流差动保护；两组母线上第 45 页 共 67 页 110KV/35KV 变电所一次系统初步设计完全电流差动保护。前两种用于故障母线元件和整套保护的执行元件；后一种用于全套 保护的启动元件，以及当双母线供电连接发生破坏而又发生外部故障时，用做保护装置 的非选择性闭锁环节。 保护由装设于所有母线连接的元件引出线县上的电流互感器和差动继电器构成。 经整定计算，取保护动作电流为 I op , r ?I op , r ? 1 .2 0 . 85 ? 120K rel K h K TA?I L , max ，整定计算得? 3 . 89 A 。6.3 自动重合闸在供电系统中，对于非永久性故障，采用自动重合闸装置可以迅速恢复供电，提高 了供电的可靠性。10kV 出线路装设了自动重合闸装置。 自动重合闸装置的接线应满足下列要求： (1) 用转换开关将断路器断开，或将断路器投于故障线路上而随即有保护装置将其 断开时，自动重合闸装置均不应动作。 (2) 自动重合装置的动作次数应符合预先的规定，在任何时候均不应使断路器重合 次数超过规定。6.4 继电保护配置电网继电保护配置的原则是首先满足继电保护的四项基本要求，即满足选择性、速 动性、灵敏性、可靠性。然后各类保护的工作原理、性能结合电网的电压等级、网络结 构、接线方式等特点进行选择，使之能够有机配合起来，构成完善的电网保护。 线路保护：在小接地电流系统的线路上，应装设反映相间故障和单相接地故障的保 护装置。考虑反映相间故障装设两段式电流保护、限时电流速断保护、定时过流保护。 保护动作于出线断路器，保护采用两相式接线。加装三相一次重合闸。反映单相接地故 障，加装反映零序电压的接地信号装置，单相接地时发出信号。母联开关保护：加装带 时限的定时过流保护，作为母线充电时的保护。 6.4.1 主变压器保护配置 (1) 瓦斯保护：作为变压器的主保护，反应变压器油箱内部故障，包括绕组的相间 短路，接地短路，匝间短路以及铁芯烧损，油面降低等。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动 作于断开变压器各侧断路器。 (2) 纵差保护：作为主变压器的主保护，反应变压器绕组、套管和引出线上的相间第 46 页 共 67 页 华北科技学院毕业设计（论文）短路，大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地、短路以及绕组匝间短路，采用三相 CT 分别装于主变三侧四点上用专用的 CT。 (3) 复合电压启动的定时限过流保护：是瓦斯保护、纵差保护的后备保护，反应发 生各种不对称短路时出现的负序电压。 (4) 零序电流保护：反应变压器外部接地短路。 (5) }
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