某经济开发区66kV二次变电所设计 毕业设计.doc

毕 业 论 文 （ 2013 届本科） 题 目： 某经济开发区 66kv 二次变电所设计 学 院： 物理与机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 作者姓名： 指导教师： 职称： 讲师 完成日期： 2013 年 5 月 10 日 二 一 三 年 五 月 目 录 摘要 .1 1 绪论 .2 1.1 选题的目的和意义 .2 1.2 国内外研究状况 .3 1.3 变电所设计原则 .3 2 变电所主变压器的选择 .5 2.1 变压器选择的规定 .5 2.2 主变压器的选择 .5 2.3 补偿电容器的选择 10 3 电气主接线图的设计 12 3.1 供电电源的确定 12 3.2 设计原则 12 3.3 主接线方案的确定 13 4 短路电流计算 16 4.1 计算短路电流的目的 16 4.2 画系统等值阻抗图 16 4.3 求各元件等值电抗 16 4.4 计算各点发生短路时的短路电流 17 5 继电保护和防雷、接地设计 20 5.1 继电保护的基本任务及要求 20 5.2 变压器的继电保护设置 21 5.3 线路保护设计 23 5.4 变电所的防雷保护 24 5.5 变电所公共接地装置的设计 25 结 论 .27 参考文献 28 附录 29 致 谢 .30 河 西 学 院 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 诚 信 声 明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计） ，是本人在指导老师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议， 除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 二 一 三 年 五 月 二 十 日 河 西 学 院 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 开 题 报 告 论 文 题 目 某经济开发区 66kv 二次变电所设计 学 生 姓 名 姚 享 所 属 学 院 物 理 与 机 电工 程 学 院 专 业 电 气 工 程 及其 自 动 化 年 级 09 级 指 导 教 师 王 立 东 所 在 单 位 河 西 学 院 职 称 讲 师 开 题 日 期 2012.12.20 一、选题的目的和意义 随着我国国民经济的发展，电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。变 电所是生产工艺系统严密、土建结构复杂、施工难度较大的工业建筑。电力工 业的发展,单机容量的增大、总容量在百万千瓦以上变电站的建立促使变电所建 筑结构和设计不断地改进和发展。变电所结构的改进、新型建材的采用、施工 装备的更新、施工方法的改进、代管理的运用、队伍素质的提高、使火电厂土 建施工技术及施工组织水平也相应地随之不断提高。我选择设计本课题，是对 自己已学知识的整理和进一步的理解、认识，学习和掌握变电所电气部分设计 的基本方法，培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。 随着电力工业和其他轻工业的迅速发展，对变电所的设计提出了更高的要求， 更需要我们提高知识理解应用水平，认真对待。 在目前的各大经济开发区建设中，尤其是在 35kv110kv 变电站的建设中， 土地、资金等资源浪费现象严重，存在重复建设、改造困难、工频电磁辐射、 无线电干扰和噪声等环保问题、电能质量差等问题已成为影响高压输变电工程 建设成本和运行质量的重要因素。这已经违背了我国的可持续发展战略。所以 66kv 变电站需要采用节约资源的设计方案,要克服通信干扰和噪声、既要保证 电能质量和用电安全等问题，同时还要满足以后电网改造简单、资源再利用率 高的要求。 66kv 变电所的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性，又能保证保 护环境、节约资源、易于实现自动化设计方案。在这种要求下，66kv 变电所电 气主接线简单清晰、接地和保护安全高效、建筑结构布置紧凑、电磁辐射污染 最小已是大势所趋。因而，66kv 变电站应从电力系统整体出发,力求电气主接 线简化,配置与电网结构相应的保护系统，采用紧凑布置、节约资源、安全环保 的设计方案。基于此，我以节约资源、保护环境、设计高安全、高质量的 66kv 变电站为目的，从电源设置、主接线形式确定、设备选择和配电装置布置等方 面提出了新的设计思路。 二、国内外研究状况 通过网络及杂志我们可以发现，近年来一些发达国家的能源不是很丰富， 进而导致电力资源不是很充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗， 这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论， 是真正的做到了节约型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变电站结构， 降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的 灵活性提高，尽可能地提高经济性。 然而在国内，变电站的设计中仍然存在很多问题，比如可靠性还不是很高。 我国经济的发展给电力行业带来两个问题：一是电力能源的需求持续增长，城 市和农村用电量和密度越来越来高，需要更多的深入市区农村的变电站，以减 少线路的功率损耗，提高电力系统的稳定性等，然而这些变电站占地面积大； 二是城区地价昂贵，环境要求严格，在稠密的市区选择变电站址相当困难。在 农村，农田的保护非常严格。我国开始开发新的技术，即建设地下变电站。而 建设地下变电站可以利用城化绿化带或者利用大厦的地下室。 此外计算机的渗透已经达到每一个角落，电力系统也不可避免地进入了微 机控制时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前 电力系统发展的趋势。我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。变电站 综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户 所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。 本设计主要从大致的 66kv 变电所二次侧设计出发，对 66kv 变电所各个工 厂进行简单的设计和计算。 三、研究方案及进度安排： 1.研究方案 调查研究法：通过运用调查、研究等科学方式，有目的、有计划的，系统 的收集和整理有关理论或现状的资料，从而获得关于课题研究的相关事实，并 形成关于课题研究的科学认识。 文献研究法：从报刊、网上检索与课题研究相关的资料，借鉴已有成果， 寻找新的信息，分析数据，深入研究。 2.进度安排 1）第 1 周第 3 周：进行实习并查阅资料，初步确定设计方案； 2）第 4 周第 8 周：完成设计方案，进行相关设计计算； 3）第 8 周第 14 周：完成毕业设计包括：设计说明书、所有图纸； 4）第 14 周第 17 周：审查、整理、修改设计资料及准备答辩； 5）第 20 周：准备答辩。 参考文献 1刘介才.工厂供电（第二版） m北京:机械工业出版社.2009. 2刘介才.工厂供电设计指导（第二版） m北京:机械工业出版社.2008. 3王荣藩.工厂供电设计与试验m天津:天津大学出版社.1989. 4孙琴海.工厂供配电技术m北京:化学工业出版社.2006. 5刘介才.供配电技术（第二版） m北京:机械工业出版社.2005. 6何仰赞,温增银. 电力系统分析（第三版）上下册m武汉:华中科技大学出版社.2002. 7付周兴,王清亮,董张卓.电力系统自动化m北京:中国电力出版社.2006. 8张保会,尹项根.电力系统继电保护（第二版） m北京:中国电力出版社.2008. 9白公编著.怎样阅读电气工程图m北京:机械工业出版社.2001. 10刘健. 电力英语阅读与翻译m北京:中国水利水电出版社.2001. 11王葵,孙莹.电力系统自动化m北京:中国电力出版社.2012. 12gb50052-95 供配电系统设计规范 13gb50060-92 3110kv 高压配电装置设计规范 14han y g, lee b h, et al. fibre optic sensing applications of a pair of long period fibre gratingsj. meas.sci.technol., 2001, 12(7):778-781. 15l. a. wang, c. y. lin, et al. a torsion sensor made of a corrugated long period fibre gratingj. measurement science and technology, 2001,12: 793-799. 16y. p. wang, y. j. rao. long period fibre grating torsion sensor measuring twist rate and determining twist direction simultaneouslyj.elec.lett.,2004, 40(3): 164-166. 指导教师意见： 签 名： 年 月 日 教 研 室 意 见 负责人签名： 年 月 日 学 院 意 见 负责人签名： 年 月 日 1 某经济开发区 66kv 二次变电所设计 摘 要：在工业生产自动化中，对固定区域内降压变配电所的设计要求在不断地提高，尽可能地 使电网和电力系统安全、经济、稳定的运行，才能保证工业生产和人身安全。而变电所是电力系 统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，它从电力系统取得电 能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电 设备的转设场所。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电所的监视、控制、 保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。本次设计是为 66kv 降压变电所二次侧设计的。通过对设计原始资料的分析，全区负荷的计算，选择相应的主变压器 台数和容量，从而确定其具体的供电系统。再对其初选的系统进行相应的短路计算和高压设备的 选择及校验，选择和校验高压线路，最后简单的进行继电保护设置的说明。 关键词：负荷计算；变压器；短路电流；继电保护 abstract:in the automation of industrial production, the design requirements of the hydropower station is constantly improve. to make power grid and the the electricity system safety, economic, stable operation can reassure that the industrial production and human beings are safe. the substation is an important part of power system composed by electrical equipment distribution network according to certain connection mode, it obtained from power system, with whose transformation distribution, transmission and protecting functions, and then it will transfer power safely, reliablely and economicly to every electrical equipment set place. the development of computer technology and modern communication and network technology provides optimum combination and system integration technology foundation for the current transformer substation control, protection and measurement device and system separated state. this design is 66kv cement factory for the secondary design with step-down transformer substation. through the analysis of original data for design, calculation of plant load, choose corresponding main transformer sets and capacity, so as to determine the specific power supply system. the system on its primary again make corresponding short circuit calculation and high pressure equipment selection and calibration, select and calibration, and finally the high-voltage lines on the relay protection setting simple description. key words: load calculation;transformer;short-circuit current;relay protection 2 1 绪论 1.1 选题的目的和意义 1.1.1 选题的目的 由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域 不可缺少的组成部分。所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电所使电厂或上级 电站经过调整后的电能输送给下级负荷，是电能输送的核心部分。其功能运行情况、 容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。若变电站系统中 某一环节发生故障，系统保护环节将动作。可能造成停电等事故，给生产生活带来很 大不利。因此，变电所在整个经济开发区中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十 分重要。 变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。这就要求 变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工 作，为国民经济服务。 由于本地区经济发展的需要电力供不应求的情况下，为了适应经济开发的发展要 在其区内建设 66kv 变电站。 1.1.2 选题的意义 变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所。变电站有升压变电站和降压变电 站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。降压变电站通常远离 发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是 66kv 降压变电站。它通常有高压配电室、 变压器室、低压配电室等组成。 变电所内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些 保护装置是根据下级负荷的短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似 故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定 时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对 于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长使用寿 命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有 效的。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以 使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。生活用电等领域的供电可靠性， 可以提高人民生活质量，改善生活条件等。可见，变电所的设计是工业效率提高及国 民经济发展的必然条件。 3 1.2 国内外研究状况 通过网络及杂志我们可以发现，近年来一些发达国家的能源不是很丰富，进而导 致电力资源不是很充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家 已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约 型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站的功率损耗， 尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经济 性。 然而在国内，变电站的设计中仍然存在很多问题，比如可靠性还不是很高。我国 经济的发展给电力行业带来两个问题：一是电力能源的需求持续增长，城市和农村用 电量和密度越来越来高，需要更多的深入市区农村的变电站，以减少线路的功率损耗， 提高电力系统的稳定性等，然而这些变电站占地面积大；二是城区地价昂贵，环境要 求严格，在稠密的市区选择变电站址相当困难。在农村，农田的保护非常严格。我国 开始开发新的技术，即建设地下变电站。而建设地下变电站可以利用城化绿化带或者 利用大厦的地下室。 此外计算机的渗透已经达到每一个角落，电力系统也不可避免地进入了微机控制 时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已成为当前电力系统发展 的趋势。我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。变电站综合自动化系统以其 简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电 站监控项目中获得成功的应用。 本设计主要从大致的 66kv 变电所二次侧设计出发，对 66kv 变电所各个工厂进行 简单的设计和计算。 1.3 变电所设计原则 1.3.1 所址选择和所区规划 变电所的所址应符合下列要求：接近负荷中心；不占或少占农田；便于各级电压 线路的引入和引出。架空线路走廊应与所址同时确定；交通运输方便；具有适宜的地 质条件；尽量不设在空气污秽地区，负责应采取防污设施或设在污源的上风侧；所址 不应为积水淹浸，山区变电所的防洪设施应满足泄洪要求；具有生产和生活用水的可 靠水源；适当考虑职工生活上的方便；确定所址时，应考虑邻近设施的影响。所区内 建筑物、构建物的布置应紧凑合理，充分利用地形并考虑便于扩建。为了减少所区占 地面积或当所区面积受到限制时，配电装置中应尽量采用减少占地的电器，或在布置 上采用高型或半高型等。 4 1.3.2 电气部分设计原则 1.主变压器 变电所中一般装设两台主变压器。如果只有一个电源或变电所可由中、低压侧电 力网取得备用电源，可装设一台主变压器。变电所中主变压器一般采用三相式变压器， 其容量应根据电力系统装 510 年的发展规划进行选择。装有两台及以上主变压器的 变电所，当一台断开时，其余主变的容量一般保证 70%的全部负荷，但应保证用户的 一级负荷和大部分二级负荷。 2.主接线 变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负载性 质等条件确定，并应满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求。 5 2 变电所主变压器的选择 在各级电压等级的变电所中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电 压进行电力传输的主要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经 济运行的保证。 2.1 变压器选择的规定 为了保证供电的可靠性，变电所一般应装设两台主变。当只有一个电源或变电所 的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。根据电力系统设计技术规 程有关规定：凡有两台主变及以上的变电所，其中一台事故停运后，其余主变容量 应保证供应该所全部负荷的 70%，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的 一级和二级负荷。 根据供配电设计手册 ，选择主变压器台数时应考虑下列原则： 1.应满足供电的可靠性要求。对供有在量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变 压器，当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。 2.对季节负荷或昼夜负荷变动较大而易于采用经济运行方式的变电所，也可采用 两台变压器。 3.对于集中负荷较大的情况，虽为三级负荷，也应采用两台及以上的变压器。 4.在确定变电所主变压器参数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。 2.2 主变压器的选择 2.2.1 台数的选择 本变电所设计的主变压器台数应装设两台。 2.2.2 容量的选择 1.装有一台主变的变电所，主变容量应不小于总的计算负荷，即 30snt 2.装有两台主变的变电所，每台主变容量应不小于总的计算负荷的 60%，最好为 70%左右，即 30)7.6(ssnt 同时应不小于全部一、二级负荷之和，即 )21(30snt 2.2.3 负荷及损耗的计算 1.机械制造厂负荷及损耗计算 已知线路长度为 3km，双回路供电，远期最大负荷为 3200kw，功率因数 。92.0cos 阻抗损耗： 6 32 2111 0)5.().0(ruqpnl kw3.71024.146.78322111).().(xql var.632 导纳损耗： 取线路几何均距为 1.5m 时，lgj-120/7 型导线的电纳为 ， kmsb/10.6var510310.2102 32631 kbuy 则机械制造厂的线路损耗为： avqpsyll 1.73).6(.7)( 2221211 2.针织器材厂负荷及损耗计算 已知线路长度为 4km，双回路供电，远期最大负荷为 3000kw，功率因数 。90.cos 阻抗损耗： kwruqpnl 9.261042.1043)5.0().( 33222 var).().( 323222 xql 导纳损耗： 取线路几何均距为 1.5m 时，lgj-120/7 型导线的电纳为 , kmsb/10.6var2104103.2102 3263buy 则针织器材厂的线路损耗为： akvqpsylll 4.51)6.(9.)( 222222 3.织布厂负荷及损耗计算 已知线路长度为 5km，单回路供电，远期最大负荷为 2000kw，功率因数 。85.0cos 阻抗损耗： kwruqpnl 04.671524.0193503233 7 var7.1054.0192303233 kxuqpnl 导纳损耗： 取线路几何均距为 1.5m 时，lgj-120/7 型导线的电纳为 , kmsb/.6var83015103.2102 32633 kbqy 则织布厂的线路损耗为： avqpsyll 7.2).7(4.)(223233 4.标准件厂负荷及损耗计算 已知线路长度为 5km，双回路供电，远期最大负荷为 1600kw，功率因数 。8.0cos 阻抗损耗： kwruqpnl 6.24105946.1048.)5.0().( 32322444 var.).().( 323224 xql 导纳损耗： 取线路几何均距为 1.5m 时，lgj-50/8 型导线的电纳为 , kmsb/105.6var710510.32102 32634buy 则标准件厂的线路损耗为： akvqpsylll 4.58)6.(.4)( 222444 5.服装厂负荷及损耗计算 已知线路长度为 6km，单回路供电，远期最大负荷为 1200kw，功率因数 。85.0cos 阻抗损耗： kwruqpnl 4.5016427.0180323255 var8323255xl 导纳损耗： 8 取线路几何均距为 1.5m 时，lgj-70/10 型导线的电纳为 , kmsb/105.36var9106105.32102235buqy 则服装厂的线路损耗为： akvqpsyll 8.6)5.847(.)( 2225255 6.粮食加工厂负荷及损耗计算 已知线路长度为 8km，单回路供电，远期最大负荷为 1500kw，功率因数 。85.0cos 阻抗损耗： kwruqpnl 2.7610835.107.64323266 var.9323266xl 导纳损耗： 取线路几何均距为 1.5m 时，lgj-95/15 型导线的电纳为 , kmsb/1025.6var31081025.31022636 kbuqy 则粮食加工厂的线路损耗为： avqpsylll 5.4).79(.)( 2226266 7.汽水厂负荷及损耗计算 已知线路长度为 7km，单回路供电，远期最大负荷为 1000kw，功率因数 。85.0cos 阻抗损耗： kwruqpnl 6.57105946.107.6323277 var.8323277xl 导纳损耗： 取线路几何均距为 1.5m 时，lgj-50/8 型导线的电纳为 , kmsb/105.6var2108105.32102 32637buqy 9 则汽水厂的线路损耗为： akvqpsylll 7.68)2.138(6.57)(227277 8.化工厂负荷及损耗计算 已知线路长度为 2km，双回路供电，远期最大负荷为 3800kw，功率因数 。95.0cos 阻抗损耗： kwruqpnl 801298.0140)5.().( 32322888 var.).().0( 32322888 xql 导纳损耗： 取线路几何均距为 1.5m 时，lgj-150/8 型导线的电纳为 , kmsb/108.6var31021038.2102638buy 则化工厂的线路损耗为： akvqpsyll 1.72)8.()(228288 2.2.4 主变压器选择的计算 1.线路损耗的总功率 87654321 lllll pp =7.33+26.9+67.04+24.6+50.4+76.2+57.6+80 =390.07kw 87654321 lllll qqq yyyyyyyy =36.3+44.4+110.7+16.5+47.8+99.7+38.6+32 -0.5-0.662-0.83-0.76-0.95-1.3-1.2-0.338 =419.46kvar 87654321 lllll ssss =73.1+51.4+128.7+58.4+68.8+124.5+68.7+172.1 = akv7.45 2.线路所有负荷的总功率 负荷的有功功率： 10 87654321 ppp负 荷 =3200+3000+2000+1600+1200+1500+1000+3800 =17300kw 负荷的视在功率： 87654321 sss负 荷 =3478.26+3333.3+2353.9+1818.18+1411.8+1764.7+1176.47+4000 =19336.6 akv 3.计算二次侧总功率 线路总功率为： 负 荷sl =745.7+19336.6=20082.3 akv 线路有功功率为： 负 荷pl =390.07+17300=17690.07 w 线路无功功率为： 2sq = var8.9507.163.082k 负荷同时系数： ，4.pkq 则： kwpp 7.148590.768. var95qq avs 5.6222230 2.2.5 选择变压器型号 ktn 7.1845.69%730 因此选择两台容量为 的变压器，其型号为 sf9-12500/66。akv12 2.3 补偿电容器的选择 2.3.1 变压器功率损耗 20)(nktnspn kw97.86)150.68.59.1622 20(%nknt nsusinq var1.253)10.69(09125 k 11 2.3.2 变压器高压侧功率 kwptt 67.149.867.1459 var5230q 2.3.3 无功补偿前系统的功率因数 有功负荷率： 无功负荷率：75.08.0 则系统的功率因数为： 22221 )7.5.()67.1495.0()()(cos ttqp = 9.085. 即 ，需进行无功补偿21cos 2.3.4 计算需要补偿的无功容量 var4.1569)8.062.(7.1495.0)tan(t21 kpqtc 2.3.5 选择电容器 选用 型电容器，其标称容量为 200kvar。wbf3 所需电容器台数为： 台。85.7204169cqn 根据实际情况选择 12 台 型电容器。bf3 则补偿容量为： var4201k 无功补偿后功率因数为： 223 )()(cos补qptt 22 )407.85(.0)67.1495.0(4 =0.91 .cos23 所以无功补偿合格。 12 3 电气主接线图的设计 3.1 供电电源的确定 由设计原始资料可知，变电所电源拟从电业部门某 220/66kv 变压所，用 66kv 双 回路架空线引入本变电所，其中一个作为工作电源，一台作为备用电源。 3.2 设计原则 电气主接线图的设计，应根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备 特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。 1.安全性 （1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。 （2）在低断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压开关。 （3）在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。 （4）66kv 及以下的线路末端，应装设与隔离开关链锁的接地刀闸。 （5）变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。 2.可靠性 （1）变配电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个 电源供电。对二级负荷，应由两回路或者一回 6kv 及以上专用架空线或电缆供电；其 中采用电缆供电时，应采用两根电缆组成的线路，且每根电缆应能承受百分之百的二 级负荷。 （2）当双电源供多个变电所时，宜采用环网供电方式。 （3）对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电，以 确保供电可靠性，但对辅助生产区级生活区的变电所，可采用树干式配电。 （4）变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器。 13 3.灵活性 （1）变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线。 （2）35kv 及以上电源进线为双回路时，宜采用桥型接线或线路变压器组接线。 （3）需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。 （4）主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。 （5）主接线方案应考虑到今后可能的扩展。 4.经济性 （1）主接线方案在满足运行要求的前提下，应力求简单，变电所高压侧宜采用断 路器较少或不用断路器的接线。 （2）变配电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家 明令淘汰的产品。 （3）中小型工厂变电所一般采用高压少油断路器；在需频繁操作的场合，则应采 用真空断路器或 sf6 断路器。 （4）工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费 的电度表用。 （5）应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因数达到规定的要求。 3.3 主接线方案的确定 根据系统和负荷性质的要求，主接线方案初步给出以下两种： 第一方案：高压侧采用内桥接线，低压侧单母线分段的主接线，如图 3-1 所示。 第二方案：高压侧采用单母线分段，低压侧单母线分段的主接线，如图 3-2 所示。 14 6 6 k v 进线 t 1 t 2 1 0 k v 段 1 0 k v i i 段 图 3-1 高压侧采用内桥接线，低压侧采用单母线分段的主接线 15 6 6 k v 进线 t 1 t 2 1 0 k v 段 1 0 k v i i 段 图 3-2 高压侧采用单母线分段，低压侧采用单母线分段的主接线 以上两个方案中，主接线二次侧方案相同，只比较一次侧方案。 第一种方案的特点如下：变压器随负荷变化投切方便；线路的投入和切除比较方 便。当线路发生故障时，该线路断路器断开，不影响其他回路运行。但当变压器发生 故障时，与该台变压器相连的两台断路器都断开，从而影响了一回路未发生线路故障 运行。由于变压器是少故障元件，一般不经常切换。桥型接线节省占地面积，不易在 一次侧增加进线或出线回路。 第二种方案的特点如下：变压器投切方便；在一次侧容易增设进出线数目，相对 桥型占地面积大；使用设备多；综合造价高。 从经济性来看，由于两种方案变压器型号和容量的选择均相同，所以只是比较综 合造价。由于第二种方案比第一种方案所占的面积大、设备多，故不经济。 从改变运行方式灵活性来看，第二方案比第一方案投切变压器时，倒闸操作简便。 16 通过以上分析比较，可以发现第一方案以占地面积小、投资少，供电可靠性高为 主要优点。第二方案以改变运行方式灵活为主要优点。考虑综合因素选第一方案为本 变电所的主接线方案。 主接线二次方案的说明：主接线二次侧采用单母线分段的目的是：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负荷停电，可减小停电范围。 但当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线回路都在检修期内停电。单母 线分段接线简单、经济、方便，而且供电可靠性和灵活性相对较高。 17 4 短路电流计算 4.1 计算短路电流的目的 进线短路电流的计算目的是正确选择校验电气设备及保护装置，三相短路是危险 最严重的短路形式，因此，三相短路电流是选择和检验电气和导体的基本依据。在校 验继电保护装置的灵敏度时，还需计算不对称短路电流值。当在校验电器和导体的动、 热稳定时，还要用到短路冲击电流，稳态短路电流等。 4.2 画系统等值阻抗图 等值阻抗图如图 4-1 所示。 e x1t2tk 1 k 2 k 3 k 4 1lx2l4t3tlx 图 4-1 系统等值阻抗图 4.3 求各元件等值电抗 已知 点短路时系统短路容量 ,架空线的电抗为 ，1k amvsk2501 kmx/4.0 取系统的基准容量为 ,取 。asb0avbu 1.计算 220kv 侧系统电抗标幺值 4.2501kbsx 2.220/66kv 变压器电抗标幺值 286.310.10%21 nbdtsu 则两台变压器并联运行时的电抗标幺值为： 4.21tx 3.66kv 输电线路的电抗标幺值 18 67.13.9024.22021 avblusx 则两条线路并联运行时的总电抗标幺值为： 835.21l 4.66/10kv 变压器电抗标幺值 2.7510910%43 nbdtsux 则两台变压器并联运行时的电抗标幺值为： 6.231t 5.负荷侧输电线路的电抗标幺值 负荷侧最短输电线路的电抗标幺值： 26.75.1024.2av0 uslxbl短 负荷侧最长输电线路的电抗标幺值： 2.95.1084.22av0 sbl长 4.4 计算各点发生短路时的短路电流 1.当 点发生三相短路时，计算短路电流和冲击电流2k 378.25.0143.2 ltxx 则短路电流标幺值为： .0378.212ki 短路电流有名值为： kausibk 49.3614.032 冲击电流幅值为： kiiksh .89.5.2 2.当 点发生三相短路时，计算短路电流和冲击电流3k 19 978.5638.014.122 tltxx 则短路电流标幺值为： 67.098.513ki 短路电流有名值为： kausibk 18.9503167.033 冲击电流幅值为： kiiksh 4.28.952.3 3.当 点发生三相短路时，计算短路电流和冲击电流4k （1）当 发生在负荷侧最短输电线路时d 短短 ltltxx122 238.6.7385.014. 则短路电流标幺值为： .238.14k短xi 短路电流有名值为： kausibk 18.450376.034 冲击电流幅值为： kiiksh .19.452.4 （2）当 发生在负荷侧最长输电线路时4k 系统在最大运行方式时： 长ltltxx122max 98.340.6.385.014. 则短路电流标幺值为： 29.8.34maxax4k xi 20 短路电流有名值为： kausibk 6.150329.03max4ax4k 冲击电流幅值为： kiish 8.46152max4kmax 系统在最小运行方式时： 长ltltxx31in 576.402.9.76.28.40 则短路电流标幺值为： 05.76.41minin4k xi 短路电流有名值为： kausibk 38.1502.03min4in4k 冲击电流幅值为： kiiksh .8.15.2min4mn 21 5 继电保护和防雷、接地设计 5.1 继电保护的基本任务及要求 5.1.1 继电保护的基本任务 1.当电力系统中某电气元件发生故障时，能自动、迅速、有选择地将故障元件从 电力系统中切除，避免故障元件继续遭到破坏，使非故障元件迅速恢复正常运行。 2.当系统中电气元件出现不正常运行状态时，能及时反应并根据运行维护的条件 发出信号或跳闸。 5.1.2 继电保护的基本要求 对动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、 灵敏性、可靠性。即保护四性。 1.选择性 选择性是指电力系统发生故障时，保护装置仅将故障元件切除，而使非故障元件 仍能正常运行，以尽量缩小停电范围的一种性能。 2.速动性 速动性是指保护快速切除故障的性能。故障切除时间包括继电保护动作时间和断 路器的跳闸时间。即 qfopertt 式中 t-故障切除时间； -保护动作时间；opert -断路器跳闸时间。qf 一般的快速保护动作时间为 0.060.12s，最快的可达 0.010.04s。 一般的断路器动作时间为 0.060.15s，最快的可达 0.020.06s。 当系统发生故障时，快速切除故障可以提高系统并列运行的稳定性、减少用在低 电压下的工作时间、减少故障元件的损坏程度，避免故障进一步扩大。 3.灵敏性 灵敏性是指在规定的保护范围内，保护对故障情况的反应能力。满足灵敏性要求 的保护装置应在区内故障时，不论短路点的位置与短路的类型如何，都能灵敏的正确 的反应出来。 通常，灵敏性用灵敏系数来衡量，也称为灵敏度。任何继电保护装置对规定的保 护区内短路故障，都必须具有一定的灵敏度，以保证在考虑了短路电流计算、保护动 22 作值整定实验等误差后，在最不利于保护动作的条件下仍能可靠动作。 4.可靠性 可靠性是指发生了属于它该动作的故障，它能可靠动作，即不发生拒绝动作（拒 动） ；而在不该动作时，它能可靠不动，即不发生错误动作（简称误动） 。 简单的说就是该动则动，不该动则不动。 影响保护动作的可靠性有内在的和外在的因素，内在的因素主要是装置本身的质 量。外在的因素主要是体现在运行维护水平、调试和安装是否正确上。 5.2 变压器的继电保护设置 5.2.1 变压器的纵联差动保护 纵联差动保护是变压器的主保护之一，保护原理图如图 5-1 所示。 6 6 k v t a 1 t a 2 1 0 . 5 k v y d 1 1 k d 图 5-1 变压器纵联差动保护单相原理图 1.选用 bch-2 型差动继电器。 名称 各侧数值 额定电压 66kv 10kv 额定电流(a) 12500/( 66)=109.4312500/( 10)=721.73 电流互感器 一次电流计算 109.4=189.5 721.7 电流互感器 标准变比 200/5=40 1000/5=200 23 2.bch-2 型差动继电器动作电流的整定计算 （1）整定值 a.按躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流计算 maxkmaxrelst )1.0( ifukiki zstnprelunb a4.618523 b.躲变压器的励磁涌流 iinrel 775.1st c.躲过电流互感器二次回路断线 aikixlrel 14.985.3.mast d. 取上述三者的最大值作为保护动作电流值， ai4.16set （2）差动保护的灵敏度校验 21.5min.sensetki 灵敏度满足要求。 5.2.2 变压器的瓦斯保护 瓦斯保护分为重瓦斯保护和轻瓦斯保护。重瓦斯保护动作于跳闸，而轻瓦斯保护 动作于发警报信号。 瓦斯保护范围应能反应油箱内部发生的各种故障，不能反应油箱以外的套管及引 线等部位上发生的故障，因此瓦斯保护应与纵联保护相互配合、相互补充。 瓦斯保护装置接线由信号回路和跳闸回路组成，变压器内部发生轻微故障时，继 电器触头闭合，发出瞬时“轻瓦斯保护动作”信号。变压器内部发生严重故障时，油 箱内产生大量气体，强烈的油流冲击挡板，继电器触头闭合，发出重瓦斯跳闸脉冲， 跳开变压器两侧断路器。因重瓦斯继电器触头有可能瞬时接通，故跳闸回路中要加自 保持回路。变压器严重漏油使油面降低时，继电器动作，同样发出“轻瓦斯动作”信 号。 5.2.3 变压器的过电流保护 差动保护臂中的二 次额定电流电流(a) 189.5/40=4.74 721.7/200=3.6 24 瓦斯保护、总差动保护为主变压器的主保护，动作后，独立出口跳变压器一次、 二次侧及电容器开关。对外部相间短路引起的变压器过电流，装设过电流保护作为变 压器后备保护，保护动作后，应跳开变压器两侧的断路器。 1.保护的动作电流应躲过变压器的可能出现的最大负荷电流来整定,即 maxsetlreliki 其中， aininl 8.214.091ax 那么， ikilrel 6.3.85.maxset 2.动作时限 stb1.0t 3.灵敏度校验 26342minse stik 灵敏度满足要求。 5.3 线路保护设计 对于 10kv 架空线出线的继电保护，主保护采用瞬时电流速断保护，后备保护采 用定时限过电流保护。为反应单相接地故障，采用零序电流保护，以区分故障线路与 非故障线路，构成选择性保护。 本所共有 8 条出线，以服装厂为例进行线路保护。 5.3.1 瞬时电流速断保护 1.动作电流的整定 瞬时电流速断保护 1 的动作电流应按线路末端三相短路时最大短路电流整定，即： aikirelst k08.263.max 2.保