35kv变电所设计柴雄飞

1、毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：35kv 变电所设计 姓 名： 柴雄飞 编 号： 平顶山工业职业技术学院 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 柴雄飞 专业矿山机电（主方向） 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 35KV 变电所设计 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 于建军 系（部）主 任 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录电力工程 系矿山机电（主方向）专业，学生 柴雄飞 于 2013 年 月 日进行了毕业设计（论文）答

2、辩。设计题目： 35KV 变电所设计 专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名：柴雄飞 专业 矿山机电（主方向） 年级 10 级 毕业设计（论文）题目： 35KV 变电所设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 摘摘

3、要要 电能在生产、生活等方面发挥着越来越重要的作用，可以说：电能正在改变整个世界。对于电能消费这来说，变电所是用电负荷的核心。本设计说明书主要对某机械修理厂的 35kv 变电所进行设计。依据供电规则，着重解决了负荷统计、变电所主结线方案的选择、进出线的选择、变电所所址的选择、主变压器的台数和容量的选择、短路计算及开关设备的选择、二次回路方案及继电保护的选择与整定、防雷保护与接地装置的设计等问题，并结合本地区的供电规则和工程实际情况选择出最合适的方案及参数、各种设备型号及容量。本设计还参考了老师推荐的参考书和其它一些国内外比较经典的文典。关键词关键词：变电所、负荷计算、短路计算、变压器目目 录录

4、第一章第一章 绪绪 论论.7第二章第二章 原始资料原始资料.82.1 本厂的负荷性质 .92.2 厂的自然条件 .9第三章第三章 负荷统计计算及无功补偿计算负荷统计计算及无功补偿计算.93.1. 负荷统计计算.10第四章第四章 变电所主变压器台数和容量的选择变电所主变压器台数和容量的选择.114.1 变电所主变压器台数的选择.114.2 变电所主变压器容量的选择.12第五章第五章 变电所主接线方案的选择变电所主接线方案的选择.13第六章第六章 变配电所进出线的类型截面选择变配电所进出线的类型截面选择.176.1 概述.186.2 高压架空线的类型截面选择.186.3 6KV母线的选择及校验.1

5、9第七章第七章 短路电流计算短路电流计算.21第八章第八章 电气设备选择电气设备选择.268.1 高压断路器的选择.278.2 隔离开关的选择.288.3 电压互感器的选择.298.4 熔断器的选择.308.5 电流互感器的选择.308.6 高压开关柜的选择与校验.31第九章第九章 继电保护的确定及整定计算继电保护的确定及整定计算.329.1 概述.329.2 线路保护的整定计算.339.3 变压器保护的整定计算.35第十章第十章 变电所的防雷和接地的设计计算变电所的防雷和接地的设计计算.3910.1 防雷设备的设计计算 .39致致 谢谢.43参考文献参考文献.44第一章第一章 绪绪 论论本设

6、计主要是对某机修厂 35 千伏变电所供配电进行设计。在此设计之前，查阅了许多参考资料，收集了一些技术数据，并且到相关部门了解了实际设计的要求，并询问了设计辅导老师，为设计的顺利完成打下了良好的基础。 本次设计共分三大章。第一章前言主要是对此次设计进行总体的概述。第二章原始资料是对本次设计一些必要数据的说明和设计要求的说明。第三章设计说明书是对本次设计的具体设计和计算。它共分为八节，分别为第一节负荷统计计算及无功补偿计算，第二节变电所主变压器的台数和容量的选择，第三节变电所主接线方案的选择，第四节变电所进出线的类型截面选择, 第五节短路电流计算, 第六节电气设备选择,第七节变电所的计量、测量，继

7、电保护的确定及整定计算，第八节变电所的防雷和接地的设计计算。在设计中，尽可能的采用最优方案和最新的设备，并对各种同时存在的情况进行经济分析。在设计过程中易晓郑老师给了多方面的指导和耐心的讲解，在此深表谢意，本次设计虽然多次修改和审阅，但是错误还是难以完全避免的，请各位老师在检阅的过程中多提宝贵的意见。第二章第二章 原始资料原始资料2.12.1 本厂的负荷性质本厂的负荷性质本厂为三班工作制最大有功负荷利用小时数为 6000 小时，属于二级负荷。2 2.2.2 厂的自然条件厂的自然条件1. 气象条件（1） 最热月平均最高温度为 30 （2）土壤中 0.7-1 米处一年中最热平均温度位 20 （3）

8、年雷暴日为 31 天 （4）土壤冻结深度为 1-10 米 （5）夏季主寻风向为南风根据工程勘探资料获悉，工厂原为耕地，地势平坦，地层以砂质为主，地质条件较好，地下水位为 2.8-5.3 米，地耐压力为 20 吨/平方米。第三章第三章 负荷统计计算及无功补偿计算负荷统计计算及无功补偿计算负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线，电缆，变压器，开关等。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者使影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全，经

9、济运行的必要手段。3.1.3.1. 负荷统计计算负荷统计计算各车间变电所的计算负荷均由公式:Pca=KdPeQca=PcatanSca=Pca/cos计算求得,再算得全厂的总计算负荷,估算出所需无功补偿容量QC。NO.1 变电所铸钢车间: Pca=0.90.42000=720 kw Qca=0.98001.17=842.4kvar Sca=720/0.65=1107.69kvaNO.2 变电所:铸铁车间: Pca(1)=0.41000=400kw Qca(1)=4001.02=408kvar Sca(1)=400/0.7=571.43kva砂库: Pca(2)=0.7110=77kw Qca(

10、2)=771.33=102.4kvar Sca(2)=77/0.6=128.33kva小计: Pca=K(Pca(1)+Pca(2)=0.9(400+77)=429.3kw Qca=K(Qca(1)+Qca(2)=0.9(408+102.41)=510.41kvaSca=666.95kva2241.5103 .429各车间 6kv 高压负荷: 电弧炉: Pca(1)=0.921250=2250kw Qca(1)=22500.57=1282.5kvar Sca(1)2250/0.87=2586.21kva 工频炉: Pca(2)=0.82300=480kw Qca(2)=4800.48=230.

11、4kvar Sca(2)=480/0.9=533.3kva 空压机: Pca(3)=0.852250=425kw Qca(3)=4250.62=263.5kvar Sca(3)=425/0.85=500kva 小计: Pca=K(Pca(1)+Pca(2)+Pca(3)=1(2250+480+425)=3155kw Qca=K(Qca(1)+Qca(2)+Qca(3)=1(1282.5+230.4+263.5)=1776.4kvar Sca=3620.72kva224 .17763155 同理算得:NO.3 变电所: Pca=342.9kw Qca=655.7kvar Sca=739.95kv

12、aNO.4 变电所: Pca=471.29kw Qca=493.1kvar Sca=682.1kva NO.5 变电所: Pca=253.39kw Qca=200kvar Sca=322.81kva第四章第四章 变电所主变压器台数和容量的选择变电所主变压器台数和容量的选择4.14.1 变电所主变压器台数的选择变电所主变压器台数的选择主变压器台数的选择原则见表 4-1 表 4-1 主变压器台数的选择 主变压器台数 适用范围一 台1. 供总计算负荷不大于 1250kva 的三级负荷变电所2. 变电所另有低压联络线，或有其它备用电源，而总计算负荷不大于 1250kva 的含有部分一、二级负荷的变电所

13、两 台1. 供含有大量一、二级负荷的变电所2. 供总计算负荷大于 1250kva 的三级负荷变电所3. 季节性负荷变化较大,从技术经济上考虑经济运行有利的三级负荷变电所另外,在确定变电所主变压器台数时,应适当考虑负荷的发展,留有一定的余地。工厂与电业部门所签订的供用电协议规定：工厂电源从电业部门某 220/35KV 变电所输送，用 35KV 双回架空线引入本厂，其中一个做为工作电源，一个做为备用电源，两个电源不并列运行，该变电所距厂东侧 8km 处。由选择主变压器的原则和工厂与电业部门签订的协议，毋需就设一台或两台变压器进行经济条件比较，结合本厂实际情况，拟采用两台变压器。4.24.2 变电所

14、主变压器容量的选择变电所主变压器容量的选择 由原始资料知，该厂属于二级负荷，总计算负荷 Sca为 4897.27kva，且选用两台主变压器。依据工厂供电简明设计手册 ，变配电所主接线方案的选择中设计原则的要求第 3 点，两路电源进线，装有两台主变压器的变电所，当只有一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并列运行。而两台变压器并列运行的变电所，随着负荷的变化需要调节变压器的运行台数，使变压器总的功率损耗最小，即变压器经济运行方式。故每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：1一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷 Sca大约 70的需要，即： ST0.7Sca任一台变压器单独运行时，应

15、满足全部一、二级负荷 Sca(+)的需要,即: STSca(+)且考虑今后的发展,应选用容量略大一些的变压器。全部一、二级负荷 Sca(+)=1107.69+571.43+281.25=1960.37kva另外，ST0.7Sca=3428.09kva。故选用两台 S94000,35/6.3kv 的变压器,联接组别为 Y,d11。S94000，35/6.3kv 变压器的主要技术数据：I0%=1.0% UK%=6.5% P0=5.65kw PK=32kw以上数据选自现代企业供用电设计 ，李宗纲 主编，辽宁科学技术出版社第五章第五章 变电所主接线方案的选择变电所主接线方案的选择 变电所主接线(一次接

16、线)表示变电所接受,变换和分配电能的路径.它由各种电力设备(隔离开关,避雷器,短路器,互感器,变压器等)及其连接线组成，通常用单线图表示.主接线是否合理,对变电所设备选择和布局,运行的灵活性,安全性和经济性,以及继电保护和控制方式都有密切关系.它是供电设计中的主要环节.设计变电所主接线时需注意下述基本要求: 满足负荷对供电可靠性和电能质量要求的前提下,尽量作出简单,灵活,操作方便和经济合理 能满足运行要求时,变电所高压侧尽量少用价格昂贵的断路器或采用高压熔断器保护方式以降低造价,在设备布局上,要考虑是否有扩建需要,要为过渡到最终接线准备条件. 35-110kv 供电时如为两路电源对重要负荷供电

17、,应尽量采用桥式结构,负荷容量最大或污秽环境中的 35-60kv 室外配电装置可以考虑用双母线结线方式,可采用线路变压器组接线方式.610kv 装置中一般采用分段母线或单母线接线方式,重要负荷采用双母线. 大容量变电所中,为限制 610kv 出线上的短路电流,应采取下述任意措施 出线侧装设电抗器 变压器分裂运行 采用低压侧为分裂绕组的变压器 在变压器回路中装设分裂电抗器 接在母线上的阀门避雷器和电压互感器一般合用彝族隔离开关.接在变压器引出线上的阀型避雷器回路,一般不装设隔离开关. 如能满足供电系统安全运行及其保护的要求，3560kv 的终端变电所和分支变电所的高压侧可以采用熔断器或接地开关。

18、熔断器应尽量避免装设在剧烈振动的地点。熔断器如装在严重污染或沿海地区应加强其外绝缘。故依据基本要求及工厂负荷的类型，供电及配电电压，电源进线的数目及主变压器的数目可确定主接线类型。由本厂负荷计算结果，且存在一、二级负荷和与供电部门协定，由距该厂东侧的区域降压变电所，采用 35kv 双回线架空线路引入本厂，两个电源不并列运行，在该厂设置 35/6kv总降压变电所，拟在 35kv 总降压变电所设置两台 35/6.3kv，4000kva 电力变压器。故由以上所述采用桥式接线，桥式接线分三种类型：外桥接线，内桥接线及全桥接线。外桥接线，对变压器的切换方便，比内桥少两组隔离开关，继电保护简单，易于过渡到

19、全桥或单母线分段的接线，且投资少、占地面积小。缺点是倒换线路时操作不方便，变电所一侧无线路保护，所以这种接线适用于进线短而倒闸次数少的变电所或变压器采取经济运行需经常切换的终端变电所，以及可能发展为有穿越负荷的变电所。内桥接线，一次侧可设线路保护，倒换线路时操作方便，设备投资与占地面积均较全桥少，缺点是操作变压器和扩建成全桥或单母线分段不如外桥方便，所以适用于进线距离长，变压器切换少的终端变电所。全桥接线，适应性强，对线路、变压器的操作均简便，运行灵活，且易于扩展成单母线分段式的中间变电所（高压有穿越负荷时） 。缺点是设备多、投资大、变电所占地面积较大。依据工厂供电简明设计手册 ，刘介才 主编

20、，机械工业出版社，变配电所主接线方案的选择中设计原则的要求第 3 点，且考虑到 35kv 双回架空线路长度 8km，线路较长，因此采用全桥接线。工厂总降压变电所 6kv 侧一般采用单母线（单台变压器时） ，单母线分段或双母线制。单母线的可靠性及灵活性都很差，仅适用于三级负荷或另有低压备用电源的一、二级负荷。此种接线，当母线所连接的任何隔离开关发生故障时，整个系统将停止供电。单母线分段方式，用于两台或多台变压器的变电所。接通分段断路器电路，可使两台变压器副方并联运行，任一段母线上的设备发生故障，分段断路器与有关保护装置同时跳闸，可保护无故障母线照常运行，提高了配电的可靠性。正常工作时如断开分段断

21、路器，由两台变压器分别供电，可以降低 610kv 侧短路电流。故本厂 610kv 侧采用单母线分段接线方式，分为两段。其系统接线图见图 5-1,所内用电设备均在图纸上标出,此处仅给出主接线图方案的初步拟定。该接线的主要特点如下：总降压变电所的 6kv 侧采用单母线分段接线，用 6kv 少油断路器将母线分为两段，提高了供电的可靠性和灵活性。2车间的一级负荷都由两段母线来供电，以保证供电可靠性。3图 5-1 系统接线图至高压电容器至6设备至变至变至变至变至变至高压电容器 为了便于维护和控制，35kv 进线装设隔离开关和断路器。为了适应变压器经济运行的需要，变压器高压侧装设隔离开关和断路器。按电业部

22、门在 35kv 侧计量电能的要求，在 35kv 侧设置电压互感器和电流互感器。为了防止沿导线传来的雷电冲击波损坏设备绝缘，35kv 进线处设置一组阀型避雷器。总降压变电所对各车间变电所采用高压电缆进行供电。根据规定，备用电源只有在主电源停止运行及变压器故障或检修时才能投入，因此，备用电源进线开关在正常时是断开的，而 6kv 母线的分段断路器在正常时则是闭合的。在 6kv 母线侧，工作电源与备用电源之间设有备用电源自动投入装置，当工作电源因故障断开时，备用电源会立即投入使用。采用蓄能整流器提供 220v 直流操作电源。当主电源发生故障时，变电所的直流操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。第六

23、章第六章 变配电所进出线的类型截面选择变配电所进出线的类型截面选择6.16.1 概述概述 为了保证供电系统安全，可靠，优质，经济地运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件：1 发热条件导线和电缆包括母线在通过正常最大负荷电流（即计算电流）时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。2 电压损耗条件 导线和电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损耗不应该超过正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可以不进行电压损耗校验。3 经济电流密度高压线路及特大电流的低压线路，一般应按规定的经济电流密度选择导线和电缆的截面，以是线路的年运行费用接近最小，节约电能和有色金属。但对于工厂

24、内的很短的 10kv 及其以下的高压线路和母线，可以不按经济电流密度选择。4 机械强度导线的截面不应小于最小允许截面。对于电缆，不必检验机械强度，但是需要校验短路热稳定度。6.26.2 高压架空线的类型截面选择高压架空线的类型截面选择根据本厂与供用电部门的协议及结合本厂的实际情况考虑，并依据工厂供电简明设计手册有关变配电所进出线的选择范围与线路方式的选择的说明，35kv 出线宜采用架空线路，并采用钢芯铝绞线。 因 35kv 架空线路拟采用钢芯铝绞线，Tmax=6000h，故 jec=0.9A/mm2。全厂的总计算负荷为 4566.1kw，功率因数为 0.91。从而线路正常工作时的最大长时工作电

25、流为Ica=Pca/UNcos =4566.1/350.91 =82.77A故 Aec=82.77/0.9=91.97mm2，取标准截面 70mm2，故初选 LGJ-型钢芯铝绞线。 校验发热条件 一般决定导线允许载流量时，周围环境温度均取+25，而是时，导线的长时允许电0流应进行修正，即： Ial=IacK K = )/()(00alal其中，导线正常工作时饿最高允许温度；al导线的允许载流量所采用的环境温度；0导线敖设地点实际的环境。0K为电流修正系数，查表。故 Ial=2750.94=259AIca=82.77A 因此满足发热条件。 校验机械强度 查表得架空钢芯铝绞线最小允许截面为 16m

26、m2A=70mm2，因此所选 LGJ-型钢芯铝绞线满足机械强度要求。 校验电压损失 U%=100PL/UN2A 其中，为电导率m/（mm2），铜为 53，铝为 32 UN为额定线电压，kv P 为有功负荷，Kw L 为从负荷点到线路首端的长度，km 故 U%=1004566.18/33523270=0.45% 正常运行的高压输电线路允许电压损失百分数为 5-8%，故电压损失符合要求。6.36.3 6kv6kv 母线的选择及校验母线的选择及校验母线材料有铜、铝、钢等。铜的导电率高，抗腐蚀；铝质轻、价廉。在选择母线材料时，应遵循“以铝代铜”的技术政策，除规程只允许采用铜的特殊环境外，均采用铝母线。

27、铜母线只用于负荷电流很小、年利用小时少的地方。母线形状有矩形、管形和多股绞线等种类。室外电压在 35kv 以下，室内在 10kv 以下，通常采用矩形母线，因它较实心圆母线具有冷却条件好，交流电阻小，在相同条件下，截面较小的优点。矩形母线从冷却条件、集肤效应、机械强度等因素综合考虑，通常采用高、宽比为 1/51/12 矩形材料。35kv 以上的室外配电母线，一般采用多股绞线（如钢芯铝绞线） ，并用耐张绝缘子串固定在构件上，使得室外母线的结构和布置简单、投资少、维护方便。因而 35kv 母线，采用钢芯铝绞线，用耐张绝缘子串固定在构件上，6kv 母线采用矩形母线，矩形母线平放。汇流母线截面，一般按长

28、时最大工作电流选，用短路条件校验其动、热稳定性，但对年平均负荷较大，线路较长的铝母线（如变压器回路等） ，则按经济电流密度选。按长时最大工作电流选择母线截面 Ica=Pca/ UNcos=4566.1/ 60.93=472.44A根据最大长时允许电流选 505 的矩形母线，查得其额定电流为 625A（30） 。由于环境最高温度为 30，其长时允许电流为 Ial=625=589.26A)2570/()3070(考虑到动稳定性，母线采用平放，其允许电流值应再降低 5%，故为 Ial=589.260.95=559.8472.44A长时允许电流符合要求。按短路条件进行校验（各相关参数见下节短路电流计算

29、）母线最小热稳定截面 Smin=I/C=5917/97=90mm2it2 . 2小于所选铝母线截面 505=250mm2，故热稳定符合要求。GG-1A 配电柜宽 1.2m，柜间空隙为 0.018m，母线中心距为 0.25m。母线所受的电动力最大值 F=0.172ish2L/a=0.17215.121.218/0.25=191N母线的最大弯矩为 Mmax=FL/10=23.3N m母线的计算应力为 c=Mmax/W=23.36/502510-9=0.1110-8N/m2小于铝材料的允许弯曲应力 0.68610-3 N/m2，故动稳定符合要求。第七章第七章 短路电流计算短路电流计算供电系统的设计，

30、除考虑正常运行状态，还要考虑可能发生短路故障及不正常运行状况。短路的主要原因是电气设备绝缘损坏或是操作人员未按照规程操作造成的。短路时，短路电流大大超过正常工作电流，将会引起电气设备绝缘过热，甚至烧毁。此外，还将影响其它电气设备的正常工作。基于上述原因，在设计时，要计算短路电流值，以便为正确选择电气设备及保护装置设计提供依据。 短路类型主要有三相短路，两相短路，单相短路和两相接地短路，其中三相(3)K(2)k(1)k短路电流对电气设备影响最大。一般情况下都计算三相短路电流。短路电流计算的方法有欧姆法，标幺值法和短路容量法。这里采用标幺值法。短路计算点的选择见下图 7-1。选定基准值： Sd=1

31、00MVA Ud1=37kv Ud2=6.3kv计算公式如下： Ik(3)=Id/X*式中, Ik(3)三相短路电流 Id基准电流图 7-1 短路计算点选择示意图 X*总电抗标幺值 ish=2.55I=2.55Ik(3) Ish=1.52I=1.52Ik(3) IK(2)=0.866 Ik(3) Xs*=Sd/Sk式中, ish短路电流冲击值,KA Ish冲击电流有效值,KA IK(2)两相短路电流,KA Sd基准功率,MVA Sk短路容量,MVA 短路计算等效图见下图 7-2。系统最大运行方式下短路电流计算 Xs*=Sd/Sk=100/200=0.5 Xl*=X0LSd/Ud12=0.481

32、00/372=0.234 图 7-2 短路计算等效图 XT*=Uk%Sd/SNT=0.065100103/4000=1.625 K1 点短路时: Id1=100/37=1.56KA3 Xk1*=0.5+0.234=0.734 IK1*=1/ X可1*=1/0.734=1.362 IK1(3)=IK1*Id1=1.3621.56=2.125KA I=I=IK1(3)=2.125KA ish k1=2.552.125=5.419KAIsh k1=1.522.125=3.23KASk1=Sd/ Xk1*=100/0.734=136.24MVAIK1(2)=0.866IK1(3)=0.8662.125

33、=1.84KA K2 点短路时: Id2=100/6.3=9.16KA3 Xk2*=0.5+0.234+1.625/2=1.547 IK2*=1/Xk2*=0.646 IK2(3)= IK2*Id2=5.917KA I=I=IK2(3)=5.917KAish k2=2.555.917=15.088KAIsh k2=1.525.917=8.99KASk2=Sd/ Xk2*=100/0.547=64.64MVAIK2(2)=0.866IK2(3)=0.8665.917=5.12KA系统最小运行方式下短路电流计算 Xs*=Sd/Sk=100/175=0.57 Xl*=X0LSd/Ud12=0.481

34、00/372=0.234 XT*=Uk%Sd/SNT=0.065100103/4000=1.625（1）K1 点短路时:Id1=100/37=1.56KA3Xk1*=0.57+0.234=0.804IK1*=1/ X可1*=1/0.804=1.244IK1(3)=IK1*Id1=1.94KAI=I=IK1(3)=1.94KAish k1=2.551.94=4.947KAsh k1=1.521.94=2.95KASk1=Sd/ Xk1*=100/0.804=124.4MVAIK1(2)=0.866IK1(3)=0.8661.94=1.68KA（2）K2 点短路时: Id2=100/6.3=9.1

35、6KA3 Xk2*=0.57+0.234+1.625=2.429IK2*=1/Xk2*=1/2.429=0.412IK2(3)= IK2*Id2=3.77KAI=I=IK2(3)=3.77KAish k2=2.553.77=9.16KAIsh k2=1.523.77=5.73KASk2=Sd/ Xk2*=100/2.429=41.17MVAIK2(2)=0.866IK2(3)=0.8663.77=3.26KA第八章第八章 电气设备选择电气设备选择高压电气设备的选择原则:变电所用的高压设备一般有断路器,隔离开关,负荷开关,高压断路器等,它们各有特点,根据安装地点和环境的不同,电气设备分室内型和室

36、外型两种.在选择电气设备时应该注意安全可靠和有适当发展的裕度.除了考虑它们的型式及安装地点外,还应注意以下原则: 额定电压电器设备的额定电压不小于电器设备安装地点的工作电压,eUgU即 egUU 额定电流电器设备的额定电流不小于电器设备工作时的长期工作电流,eIgI 即 egII设计时取周围空气温度 40作为计算值,如果安装地点气温大于 40.则因冷却条件较差,工作电流应适当降低,如果安装地点气温小于 40,则每降低 1,可允许电流增加 0.5%,但是增加总数不得大于额定电流的 20% 电流的动稳定校验 短路电流直接通过电气设备都用一个最大允许电流幅值或有效值来表示其稳定maximaxI的程度

37、,它说明电气设备通过上述电流时,不致因电动力而损坏,所以,选择电气设备时,应满足稳定条件:maxshiimaxshII,是短路电流冲击值及短路开始第一周期短路电流有效值.shishI 电流的热稳定校验短路电流通过电气设备的导电部分,会产生很大的热效应,使电气设备因过热而损坏,甚至烧毁.因此,电气设备满足热稳定的条件:QkQhI2teqIh2t其中 Qh短路时导体或电气设备允许的热效应 Iht 秒内允许通过的短时热电流8.18.1 高压断路器的选择高压断路器的选择 短路器种类和形式的选择 少油短路器制造简单、价格便宜、维护工作量少，故 3220KV 一般采用少油短路器。 按额定电流选择当一台变压

38、器故障或断路器检修时,长时最大负荷即等于变压器的额定容量,此时 35KV侧电流为 Iar.m1=SN.T/UN1=4000/(35)=65.98A33 6KV 侧电流为 Iar.m2=SN.T/UN2=4000/(6)=384.9A33由于 35KV 配电装置已确定为户外式布置，且少油断路器结构简单、坚固、运行比较安全、体积小、用油少，可节约大量的油和钢材，因而可选择 SW235 型少油短路器。 校验高压断路器的热稳定 短路发热假想时间 ti=tk+0.05(I/I)2 在无限大容量系统中发生短路,由于 I=I,因此, ti=tk+0.05 当 tk1S 时,可以认为 ti=tk。短路时间 t

39、k为短路保护装置实际最长的动作时间 top与断路器(开关)的断路时间 toc之和,即 tk=top+toc。式中,toc又分为断路器的固有分闸时间与其电弧延续时间之和。对于一般高压断路器(如油断路器),可取 toc=0.2S。 故 ti=1.5+0.2=1.7S 因此，K1点短路，见图 7-1，5QF 相当于 4S 的热稳定电流为 Its.Q=I=2.125=1.385KA24.8KA4/it4/7 . 1 K2点短路时，5QF 相当于 4S 的热稳定电流为 Its.Q=（I/n）=3.776/35=421A24.8KA4/it4/7 . 1 故 5QF 的热稳定符合要求。 校验高压断路器的动

40、稳定 5QF 按 K-1 点分列运行的最大冲击电流校验,即 imax=63.4KAish=5.419KA 动稳定符合要求。 校验高压断路器的断流容量 Sk=S=136.24MVA1500MVA 故符合要求。8.28.2 隔离开关的选择隔离开关的选择隔离开关有户内式与户外式,我国生产的户内式有 GN2、GN6等系列，35KV 户外式有GW2、GW4、GW6等系列。隔离开关按电网电压、长时最大工作电流及环境条件选择，按短路电流校验其动、热稳定性。 按长时最大工作电流选择 当一条线路故障时，全部负荷电流都通过如图 7-1 所示 1QF 的隔离开关，故长时最大工作电流为 Iarm=S/（UN）=489

41、7.27/（35）=80.78A33由于电压为 35KV，设备采用室外布置，故初选 GW4-35/600 型户外式隔离开关，其主要技术数据见表 8-1。 表 8-1 所选隔离开关的电气参数型号额定电压额定电流极限通过电流热稳定电流（4S）GW4-35356005015.8 校验隔离开关的动稳定 1QF 处的隔离开关，在最大运行方式下冲击电流为 5.419KA50KA，故动稳定符合要求。 校验隔离开关的热稳定最严重的情况是当短路发生在 1QF 的隔离开关后，并在断路器 1QF 之前时，事故切除靠上一级区域变电所的过流保护，继电器动作时限应比 35KV 进线的继电保护动作时限 1.5S 大一个时限

42、级差，故 ti=1.5+0.5+0.2=2.2S相当于 4S 的热稳定电流为 Its。Q=I=2.125=1.58KA15.8KA4/it4/2 . 2故热稳定符合要求。8.38.3 电压互感器的选择电压互感器的选择电压互感器的选择需满足设备的额定电压应不小于装置地点额定电压。考虑 35KV 侧装设电压互感器供计量用，选用JDJJ-35 型电压互感器，其技术参数见表 8-2。表 8-2 所选电压互感器技术参数故符合要求.8.48.4 熔断器的选择熔断器的选择对于保护电压互感器的熔断器不考虑负荷电流，按工作环境条件、电网电压选择型号，并校验熔断器的短流容量。初选 RW9-35 限流式熔断器，由于

43、保护户外电压互感器。其技术参数见表 8-3。 表 8-3 所选熔断器技术参数型号额定电压熔管额定电流熔体额定电流断流容量RW9-3535210A0.5A上限 2000MVA下限600MVASoc=2000MVASK=S=136.24MVA，故经检验符合要求。8.58.5 电流互感器的选择电流互感器的选择 额定电压应大于或等于电网电压 UNU=35KV 原边额定电流应大于或等于 1.21.5 倍的长时最大工作电流，即型号最大容量额定变比额定容量JDJJ-35120035000/100/1000.5 级 150VA1 级 250VA3 级 600VAI1N（1.21.5）Iar.mIar.m=80

44、.78A，故 I1N（97122）A 另外，根据安装地点的要求，初选 L-35 户外独立式电流互感器，互感比为 200/5，其二次负荷额定阻抗为 2，动稳定倍数为 120，1S 热稳定倍数为 65。 动、热稳定性校验 因 I=2125=3152（A）it2 . 2S （KnIN1）=65200=130003152（A）1S 故满足热稳定要求。 又因 IN1KF=0.2120=33.94KA5.419KA 故满足动稳定要求。228.68.6 高压开关柜的选择与校验高压开关柜的选择与校验高压开关柜属于成套配电装置。它是由制造厂按一定的接线方式将同一回路的开关电器、母线、测量仪表和辅助设备等都装配在

45、一个金属柜中,成套供应用户。选择高压开关柜首先根据装设地点、环境选型，并按系统电压及一次接线选一次编号。在选择二次接线方案时，应首先确定是交流还是直流控制，然后再根据柜的用途及计量、保护、自动装置及操动机构的要求，选择二次接线方案编号，但要注意，成套柜中的设备，必需按高压设备的要求项目进行校验。结合本厂主接线方案及系统电压等情况，采用 GG-1A（F）型高压开关柜，这种开关柜现在大多数都按规定装设了防止电气误操作的闭锁装置，即所谓“五防”防止误跳、误合断路器；防止带负荷拉、合隔离开关；防止带电挂接地线；防止带接地线合隔离开关；防止人员误入带电间隔。第九章第九章 继电保护的确定及整定计算继电保护

46、的确定及整定计算9.19.1 概述概述 继电保护装置是一种能反映电力系统电气设备发生故障或不正常工作状态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。这四个要求是互相联系而又互相矛盾的，故在选用、设计保护装置时，应从全局出发，统一考虑。当供电系统发生故障时，会引起电流的增加和电压降低，以及电流、电压间相位角的变化。因此，利用故障时参数与正常运行时的差别，就可以构成不同原理和类型的继电保护。输电线路发生相间短路故障时的主要特点是线路上电流突然增大，同时故障相间的电压降低。利用这些特点可以构成电流电压保护。这种保护方式分为：有时限（定时限或

47、反时限）的过流保护；无时限或有时限的电流速断保护；三段式电流保护；电流电压联锁保护等。电力变压器是电力系统的主要设备。它的故障对供电的可靠性及用户的生活将产生严重的影响。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设适当的保护装置。变压器的故障一般分为内部故障和外部故障两种。变压器的异常工作状态主要是指由于外部线路短路和负荷引起的电流增大和温度升高超过允许值和由于漏油等原因引起的油面降低原因。根据故障类型和异常工作状态，变压器应装设以下保护： 瓦斯保护防护油箱的各种故障及油面降低，轻瓦斯保护动作信号，重瓦斯保护动作于跳闸，用来保护变压器的内部故障。 电流速断保护 作为电源侧绕组、套管及引出线故障的主

48、要保护。 纵联差动保护防护变压器绕组，套管及引起线上的故障，动作于跳闸，对于并列运行的变压器，容量大于 6300KVA 和单独运行容量大于 10000KVA 的变压器，不采用电流速断，而采用纵联差动保护。对于 20006300KVA 的变压器，当电流速断保护灵敏度小于 2 时，也可采用纵差保护。 过电流保护防护短路引起的过电流，用来保护变压器内部和外部故障，作为电流速断保护的后备保护。 过负荷保护用来防止变压器的对称过负荷。 温度信号装置 为了监视变压器的上层油温不超过规定值（一般为 85）装设。9.29.2 线路保护的整定计算线路保护的整定计算 考虑到线路变压器组的保护,无论是变压器或是线路

49、发生故障时,供电都要中断。所以变压器故障时允许线路速断保护无选择地动作，即无时限速断保护范围可以伸长到被保护线路以外的变压器内部。这时线路的速断保护，按躲过变压器二次出口处短路时的最大短路电流来整定。 无时限电流速断保护 动作电流IOP。qb=KCOIk。max(3)=1.359176.3/35=1385A 故继电器动作电流为（KTA取为 100/5） IOP。qbr=（KWC/KTA）Iop。qb =1/（100/5）1385=69.3A 拟选用 DL-10/100 型电流继电器，动作电流的整定范围为 50100A。 灵敏系数校验 按被保护线路末端最小两相短路电流校验 KS=Ik。min(2

50、)/Iop.qb =1680/1385 =1.21.5 故不满足灵敏度要求,考虑采用有时限的过电流保护。该保护可兼做主变压器后备保护，并应满足阶梯形时限特性。 有时限的过电流保护 动作电流 按躲开被保护线路的最大负荷电流 If。max，且在自启动电流下继电器能可靠返回进行整定。 Iop.r=（KjxKcoKzq）/（KreKTA）If.max 式中, Kjx接线系数,对三相完全星形接线 Kjx=1 Kco可靠系数,对定时限过电流保护取 1.151.25,此处取 KCO=1.2 Kzq自启动系数，取 Kzq=1 Kre继电器返回系数，对于电磁型继电器，取 Kre=0.85 KTA互感器变比，取

51、KTA=100/5=20 If.max=82.69A 则 Iop.r=（KjxKcoKzq）/（KreKTA）If.max =（11.2182.69）/（0.8520） =5.84A 取 Iop.r=6A 故 Iop=Iop.rKTA/Kjx=620=120A 灵敏度校验 35KV 母线 K-1 点短路时 Ks=Id.min(2)/Iop=1680/120=141.5 作为下一线路远后备保护时 Ks=Id.min(2)(6KV 侧)/IOP=3260/(12035/6)=4.71.2 故灵敏度满足要求. 时间整定 因区域变电所过流保护动作时限整定为 2S,故保护动作时限应小一个时限阶段t为 1

52、.5S。9.39.3 变压器保护的整定计算变压器保护的整定计算 主变压器基本参数： 额定容量：4000KVA 额定电压：35/6.3KV 联结组别：Y/d-11 电流速断保护 动作电流的整定 按躲过变压器外部故障时的最大短路电流整定，即： IK。act=KrelIk.max(3) 式中, Krel可靠系数,取 1.21.3 Ik.max(3)降压变压器低压侧母线发生三相短路时,流过保护装置的最大短路电流 则 IK。act=1.35.9177.692KA 灵敏度校验 电流速断保护装置的灵敏度按下式计算 Ksen=Ik.min(2)/IK。act 式中, Ik.min(2)系统最小运行方式下,变压

53、器电源侧引出端发 两相金属性短路时,流过保护装置的最小短路电流 根据规程规定,灵敏度不应小于 2。 因为 Ksen=1.68/7.690.222 故灵敏度不满足要求,因而需采用纵联差动保护。 纵联差动保护 算出各侧一次额定电流，选出电流互感器，确定二次回路额定电流， 由此可见，6.3KV 侧电流互感器二次回路额定电流大于 35KV 侧。因此以6.3KV 侧为基本侧。 计算保护装置 6.3KV 侧的一次动作电流 I 按躲过外部最大不平衡电流 Iop=Kco（Ksmfi+U+f）Ik.max（3） 式中 Kco可靠系数，取 1.3； Ik.max（3）外部故障时最大三相短路电流的周期分量； Ksm

54、电流互感器同型系数，型号相同时取 0.5，不同时取 1； fi电流互感器的容许最大相对误差，为 0.1； U变压器改变分接头调压引起的相对误差，一般采用调压范围的一半，取 5%； f由于继电器的整定匝数与计算的不相等而产生的相对误差，初算时可取中间值 0.05（最大值为 0.091） 。 则 Iop=Kco（Ksmfi+U+f）Ik.max（3） =1.3（10.1+0.05+0.05）5917 =1538A II 按躲过励磁涌流 Iop=KcoIN.T=1.3367=477AIII 按躲过电流互感器二次回路断线引起的不平衡电流 6KV 侧最大工作电流：4566/（60.91）=483A3 I

55、op=KcoIl.max=1.3483=628A 综合考虑，应按躲过外部故障不平衡电流条件，选 6KV 侧一次动作电流 Iop=1538A。 确定线圈接线与匝数 平衡线圈、分别接于 6KV 侧和 35KV 侧。 计算基本侧继电器动作电流： Iop.r=KwcIop/KTA=11538/160=9.61A 基本侧工作线圈计算匝数为： Wac=AW0/Iop.r=60/9.61=6.24 匝 根据 BCH-2 内部实际接线，选择实际整定匝数为 W=6 匝，其中取差动线圈匝数 Wd=5，平衡线圈的匝数 Wb=1。 确定 35KV 侧平衡线圈的匝数 Wb=WI2N/I2N-Wd=62.29/1.91-

56、5=2.2 匝 确定平衡线圈实际匝数 Wb.s=2 匝 计算由于实际匝数与计算匝数不等产生的相对误差f f=（Wb-Wb.s）/（Wb+Wd） =（2.2-2）/（2.2+5） =0.02780.05 故不需核算动作电流。 初步确定短路线圈的抽头，选用 C1C2抽头。 计算最小灵敏系数 按最小运行方式下，6KV 侧两相短路校验。因为基本侧互感器二次额定电流最大，故非基本侧灵敏系数最小。36KV 侧通过继电器的电流为： Ik.min.r=Ik.min(2)/KTA=3260（6.3/35）/60=16.97A33 继电器的整定电流为： Iop.r=（AW0）/（Wb.s+Wd） =60/（5+2

57、） =8.57A 则最小灵敏系数为: Ks.min=Ik.min.r/Iop.r = 16.97/8.57=1.982 故最小灵敏系数满足要求. 过电流保护 动作电流 因是降压变压器,考虑电动机自启动,取自启动系数 KAS=1.5。6.3KV 侧最大负荷电流为 483A，归算到 35KV 侧为： ILmax（35）=4836.3/35=87A Iop=（Kco/Kre）KASILmax（35） =（1.2/0.85）1.587 = 184A Iop.r=1184/60=3.1A选用 DL-10/6 型继电器。 灵敏度校验 用最小运行方式下变压器低压侧两相短路电流校验，即 Ks=16.97/3.

58、1=5.471.5 过电流保护装置的动作时限应与变电所 6KV 馈线过电流保护动作时限相配合。 过负荷保护 按躲过变压器额定电流整定，即： Iop。ol= KcoIN.T/Kre =1.0566/0.85 =81.53A 故 Iop.ol.r=81.53/60=1.36A 取 Iop.ol.r=2A 选用 DL-10/2 型继电器。 瓦斯保护和温度保护由于制造商对瓦斯保护和温度信号装置已有所考虑，故本设计不再进行瓦斯保护和温度保护的整定。第十章第十章 变电所的防雷和接地的设计计算变电所的防雷和接地的设计计算10.1 防雷设备的设计计算10.1.1 架空电力线路防雷措施 （1）在进线 150-1

59、000m 的架空线长度的范围内安装避雷线； （2）在进线母线上安装阀型避雷器（FZ 型） ； （3）在架空线较远处或避雷线远端处安装管型避雷器。因而为了防止雷电波的侵入，在 35KV 进线杆塔前设 1Km 长的避雷线，并在 6KV 母线处设一组阀型避雷器，在避雷线远端处安装管型避雷器。10.1.2 35KV 变电所的防雷应在每组母线上装设阀型避雷器，在每路架空联络线和供电给其他配电所的架空线上装设阀型避雷器或管型避雷器,在其他架空出线上，宜将靠近配电装置 200m 出线段中的金属杆和钢筋混凝土杆接地，接地电阻不宜超过 30；有困难时也可在出线处装设避雷器。母线上避雷器与变压器的电气距离不宜大于

60、表 10-1 所列数值。表 10-1 6KV 避雷器与变压器的最大电气距离雷季经常运行的进出线路数1234 及以上图10-1 所示为 35KV 变电所防雷系统图。在变电所 35KV 进线段设 1-2Km 长的避雷线。GB1 的作用是防止雷电流超过 5KA 而设置的。GB2 的作用是防止断路器或隔离开关在断路时，雷电波产生反射过电压设置的，用以保护断路器或隔离开关。图 10-1 35KV 变电所防雷系统图 阀型避雷器的选择：由于本所为非中性点直接接地系统，根据规定，阀型避雷器的灭弧电压不应低于设备最高运行线电压的 100%。变压器的最高运行线电压，在 35KV 非中性点直接接地系统为40.5KV