机械厂总降压变电所电气二次部分设计(110kV)

1、黄埔通用机械厂总降压变电所电气二次局部设计摘要- 3 说 明 书 目 录一、绪论- 3 1.1 原始资料- 4 1.2 电源情况- 6 二、供电系统确实定- 6 2.1 工厂供电设计必须遵循的一般原那么- 6 2.2 工厂供电的要求- 7 三、电气主接线方案选择- 7 3.1 本厂车间的负荷分布平面图- 7 3.2 变电所电气主接线方案比拟- 8 3.3 主接线方案的技术经济比拟原那么- 11 主接线方案的技术指标- 11 3.3.2 主接线方案的经济指标- 12 四、短路电流计算- 12 4.1 短路电流计算的目的- 12 4.2 短路电流计算成果表- 13 五、供电系统的保护- 13 5.

2、1 保护配置的根本原那么- 13 5.2 继电保护装置的操作电源- 14 5.3 主变压器的保护- 15 5.4 备用电源自动投入装置- 16 六、二次回路接线- 17 6.1 断路器的控制回路- 17 6.2 绝缘监察装置- 17 6.3 中央信号装置- 18 计 算 书 目 录一、主变的选择- 18 二、短路电流的计算- 19 三、电气设备的选择及校验- 24 3.1 35KV侧设备选择- 24 3.2 10KV侧设备选择- 25 四、继电保护装置的整定计算- 26 4.1 主变压器的保护整定- 26 纵差保护整定- 26 复合电压起动过电流保护的整定- 29 过负荷保护的整定- 30 附

3、录- 31 参考文献- 32 致谢- 33 摘 要本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷开展趋势。从负荷增长方面说明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，平安，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对电压互感器，电流互感器等进展了选型配置，最后根据保护原那么对设备进展保护配置，从而完成了黄埔通用机械厂总降压变电所电气二次局部设计。关键词：变电站

4、 变压器 保护说明书绪论 引 言随着当前电力系统的开展，新技术、新设备在电力系统得到广泛的应用。新的设计理念也不断涌现，而电力系统的开展同时，也出现了许多新技术问题。因此，在设计过程中，严密结合根本理论和专业知识的系统性，以及在实际工厂供电技术中应用的使用性，并采用了工厂供电系统的新技术、新设备，科学合理地解决实际问题。同时系统的运行采用了自动化程度高，又能迅速而准确动作的继电保护及自动装置和监测控制回路。原始资料的介绍： 全厂用电情况 1负载大小 各车间负荷统计见表1 表1 全厂各车间负荷统计表序号车间名称 负荷类型计算负荷Pjs(KW) Qjs(KVAR) 12 3456789铸造车间锻压

5、车间金工车间电镀车间热处理车间装配车间机修车间锅炉房生活区IIIIIIII 860 290580 160600 180700 250600 160360 100320 120300 156350 1802负荷类型 本厂绝大局部用电设备均属于长期连续负荷，要求不断供电。停电时间超过两分钟将造成产品报废；停电时间超过半小时，主要设备池，炉将会损坏；全厂停电将造成严重的经济损失，故主要车间及辅助设施均为I类负荷。 3本厂为三班工作制，全年工作时间数8760小时，最大负荷利用小时数5800小时。 电源情况 1 本厂拟由距其5公里处A变电站接一回架空线供电，A变电站110KV母线短路容量2000MVA,

6、基准容量为1000MVA，A变电站安装两台SFSLZ 电力系统与本厂联系示意图 2供电电压等级：由35KV电压供电，最大运行方式：按A变电站两台变压器并列运行考虑。最小运行方式：按A变电站两台变压器分别运行考虑。 3备用电源： 拟由B变电站接一回架空线路作用备用电源。系统要求，只有工作电源停电时才允许备用电源供电。4功率因数： 供电部门对本厂功率因数要求值为：以35KV供电时，cos =0.9.供电系统确实定 工厂供电设计必须遵循的一般原那么：工厂供电实际必须遵循以下原那么：工厂供电设计必须遵循国家的有关法令，标准和标准，执行国家的有关方针，政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。工厂

7、供电设计应做到保障人身和设备的平安、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理。设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电器产品。工厂供电设计必须从全局出发、统筹兼顾。按照负荷性质、用电容量、工作特点和地区供电条件、合理确定设计方案。工厂供电设计应根据工程特点、规模和开展规划，正确处理近期建立与远期开展的关系。做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。关于负荷性质，按GB50052-95?供配电系统设计标准?规定，根据电力负荷对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响程度，电力负荷分为以下三级； 1一级负荷 中断供电将造成人身伤亡者；中断供电将在

8、政治、经济上造成重大损失者，例如重要交通枢纽、重要宾馆、大型体育馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。 2二级负荷 中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等；中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。 3三级负荷 不属于一级负荷

9、和二级负荷的电力负荷。对一级负荷，应由两个电源供电。对二级负荷，宜由两回线路供电。2.2 工厂供电的要求：本厂绝大局部用电设备均属于长期连续负荷，要求不断供电。停电时间超过两分钟将造成产品报废；停电时间超过半小时，主要设备池，炉将会损坏；全厂停电将造成严重的经济损失，故主要车间及辅助设施均为I类负荷，电力供用必须满足以下要求：1平安：在电能的供给、分配和使用中，不发生人身和设备事故；2可靠：应满足本厂对交、直流连续可靠供电要求；3优质：应满足用电设备对电能质量的要求，既电压误差为5%；频率误差为0.5HZ；正弦值的电压波形；连续供电。四者中有一个不符合要求，都直接影响电力设备的运行工况和设备寿

10、命。4经济：供电系统的投资尽可能减少，年运行费用低，并尽可能降低线路及变压器的电能损耗，做到节能和减少有色金属的消耗量。因此在变电站的电力工程设计中，必须满足上列要求。三、 电气主接线方案选择3.1 本厂车间的负荷分布平面图：根据本厂的负荷分布，可对负荷较小的两个车间同时供电，即公用一个车间变电所。对负荷较大的车间单独供电。以下是三种主接线方案的技术经济比拟。3.2 变电所电器主接线方案比拟：三种主接线方案简图方案一：单母线接线 单母线接线是一种最原始、最简单的接线，所有电源及出线均接在同一母线上，如上图所示，其有点是结果简单，采用设备少，操作方便，便于扩建，造价低，缺点是供电可靠性低，母线及

11、母线上任一元件故障及检修时，均需整个配电装置停电，根据工厂电力负荷的要求，在本设计中不考虑选取。方案二：单母线分段接线 单母线分段接线是采用断路器将母线分段，通常分成两段，如上图所示。单母线用断路器将母线分段后可进展轮换检修，当一段母线发生故障时，由于分段断路器在继电保护作用下自动将故障段迅速切除，从而保证了正常母线段不连续供电和不致使要负荷停电。它具有单母线接线的构造简单，方便经济的优点，又在一定程度上提高了供电可靠性。方案三：双母线双回路接线 双母线回路接线是采用双回路给车间变电所供电的接线，如上图所示，其优点是母线采用双母线双回路给车间变电所供电，提高了供电可靠性，供电线路可以轮换检修。

12、缺点是采用的开关设备多，投资费用巨大。下表是三种主接线方案技术经济比拟表工程方案一方案二方案三技术比较平安性满足要求满足要求满足要求可靠性差根本满足满足要求供电质量较好较好较好灵活性稍差较好好经济性投资费用小，设备少投资费用较大，设备多投资费用巨大，设备最多经济比较电流互感器台102020电压互感器台242高压断路器台51110高压开关柜台51110避雷器121高压隔离开关台1022303.3 主接线方案的技术经济比拟原那么： 主接线方案的技术指标1供电的平安性 主接线方案在确保运行维护和检修确实平安方面的情况2供电的可靠性 主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应方面的情况3供电的电能质量

13、主要是指电压质量，包括电压偏差，电压波动偏差，电压波动级高次谐波等方面的情况。4运行的灵活性和运行危害的方便性5对变配电所今后增容扩建的适应性主接线方案的经济指标线路和设备的综合投资额变配电系统的年运行费线路的有色金属消耗量 根据技术经济的比拟原那么，从外表的比拟可以看出，按经济指标，方案三的投资费用最大，所用设备也最多。而方案二的投资费用和所用设备都相对较小。按技术指标，方案三是双母线接线，供电可靠性搞，而方案二是母线分段接线，供电可靠性较高。又根据本厂的负荷性质，考虑供电的可靠性和灵活性，应选择方案二单母线分段接线方案作为本厂的电气主接线，如附录图1四、 短路电流计算在发电厂和变电所的电气

14、设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其目的是：在选择电气主接线时，为了比拟各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等。在选取载流导体及电器元件时，为了保证设备在正常运行和短路情况下都能平安、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要对有关短路电流值进展动稳定、热稳定和开断能力的检验。为了选择继电保护方式和进展整定计算提供依据。接地装置的设计，也需要用短路电流。4.2 下表是短路电流计算成果表最大运行方式最小运行方式D1点短路KAD2点短路KAD1点短路KAD2点短路KA五、 供电系统的保护5.1 保护配置的根本原那么 电力系统继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵活性和速动

15、性的根本要求。这些要求之间，需要针对不同的使用条件，分别的进展综合考虑1可靠性 指保护装置该动作时动作，不拒动，而不该动作时不误动。前者为信赖性，后者为平安性，即可靠性包括信赖性和平安性。为此，继电保护装置应简单可靠，使用的元件和接点应尽量少，接线回路应力求简单，运行维护方便，在能满足要求的前提下宜采用最简单的保护2选择性 指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障。当故障设备或线路本身的保护拒动时，那么应由相邻设备或线路的保护切除故障。为此，对相邻设备和线路有配合要求的保护，前后两级之间的灵敏性和动作时间应相互配合3灵敏性 指在被保护设备或线路范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏性

16、4速动性 指保护装置应能尽快地切除短路故障，提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度。当需要加速切除故障时，可允许保护装置无选择性动作，但应利用自动重合闸或备用电源自动投入装置，缩小停电范围5.2 继电保护装置的操作电源5 操作电源类型 高压断路器的合闸、跳闸回路，继电保护装置中的操作回路、控制回路信号回路和保护回路等所需要的电源为操作电源。操作电源是保护装置最重要的组成局部之一，在任何情况下，都应保证供电的可靠性。作为变电所的操作电源系统设计，确定电源类型，供电电源和电压等级三个方面。由于交流操作系统的适应性较差，电流互感器的负担较大，且受操作机构和保护装置等设备的限制极少采用。故广泛采

17、用的是直流操作系统。采用蓄电池组方案 蓄电池组是独立可靠的操作电源明天不受交流电源的影响，电压稳定，容量大，既适用于各种比拟复杂的继电保护和自动装置，也适用于各类断路器的传动。但需要许多辅助设备和专用房间，投资大，寿命短，建造时间长，运行复杂，维护工作量大等缺点，所以在本变电所设计中不予考虑采用复式整流方案 复式整流的电源不仅由变压器或电压互感器的电压源供电，而且还由反响故障电源的电流互感器电源供电。经运行经历说明，复式整流系统电源电压不稳定，损失大，一旦全所停电，那么操作电源也随之消失，无法应急操作，故无法满足本系统的可靠性采用硅整流储能方案 它兼有整流系统和蓄电池直流系统的优点，而且又不需

18、要专门蓄电池和充电机构，可靠性好，运行和维护都较方便。因此，采用硅整流储能为本系统的操作电源5 直流额定电压的选定 直流系统从供电电源区分，有蓄电池组、复式整流装置和硅整流电容储能装置三种方案，从额定电压区分，有220伏、110伏、和48伏几种等级。直流额定电压的选定，既与操作电源方案有关，又与继电保护装置所采用的元件设备控制操作方式有关。采用硅整流电容储能方案时，为了减少电容器的容量，应选为220伏。为了使合闸电流值较小，单独设置的合闸硅整装置，也应以220伏为额定电压。复式整流方案那么可视操作、控制设备情况选定；断路器合闸电流较大或合闸电缆较长时一般采用220伏，只装有35千伏及以下电压等

19、级熔断器，而且合闸电缆较短时，为了减少蓄电池个数，也可采用110伏或48伏。根据本系统设计的要求，采用220伏。5.3 主变压器的保护 电力变压器是变电所中十分重要的设备，它的故障将给电力系统的正常运行及供电可靠性带来严重的影响。为确保电力系统的平安运行，必须根据变压器容量的大小及电压的高级，设置相应的继电保护装置纵差保护：作为变压器引出线、套管及油箱内相间短路故障的主保护，瞬时动作于断开变压器各侧的断路器。纵差保护应能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流。瓦斯保护：其中重瓦斯保护作为油箱内发生故障的主保护。瞬时动作于断开变压器各侧的断路器；轻瓦斯保护作为油箱内发生轻微故障和油面降低情况的保

20、护，瞬时动作于信号。复合电压起动过电流保护：作为变压器的相间短路故障或区外相间短路引起变压器绕组过电流的后备保护，带时限动作于有关的断路器跳闸。零序保护：零序电流保护作为中性点直接接地系统发生接地故障时的保护，零序电压保护作为中性点不直接接地系统发生故障时的保护，零序电压保护又称交流绝缘监察。过负荷保护：作为由对称过负荷引起变压器绕组过电流保护，带时限动作于有关的断路器跳闸。温度保护：对变压器的油温进展监视，根据油温的上下自动启停冷却风扇并动作于信号。冷却风扇电流保护：当变压器负荷超过额定负荷的2/3时自动开启冷却风扇降温。变压器通风回路监视：监视通风回路在设计中我们采取纵差保护和瓦斯保护作为

21、主保护，复合电压起动过电流保护、零序过电流及过电压保护和过负荷作为后备保护，其整定计算详见计算书。5.4 备用电源自动投入装置5 备用电源自动投入装置的根本要求:1、工作电源不管因何种原因失压，APD都应可靠动作；2、只有在工作电源失压备用电源正常情况下，APD才动作，并且必须保证首先断开工作电源，后备电源才可投入使用；3、备用电源自动投入的动作时间应尽量短；4、应保证APD装置只能动作一次，以免把备用电源合于故障母线上；5APD装置不因电压互感器任一个熔断而误动5备用电源自动投入接线图 正常运行时，由工作电源供电，但工作电源因故障或误操作而断开，APD便启动，将备用电源自动投入，如附图3所示

22、。5 备用电源自动投入的工作原理： 正常工作时，母线分段断路器QF18是合上的，工作电源运行时，QF1、QF2、处于合闸状态，其对应的动合辅助触点闭合。因此，中间继电器2KM经QF2的动合触电起动，其延时复归触点闭合，灯HR亮，说明APD控制回路正常，并处于预备动作状态 当电源进线故障时，母线失压，那么低电压继电器均动作，其动断触点闭合，同时由于备用电源正常，其动合触点也闭合，1KT线圈得电，经过一段延时，其触点闭合，接通信号继电器1KS和出口继电器1KCO的线圈，1KCO的动合触点闭合，经过1QF的动合触点，接通3QF的跳闸线圈，3QF跳闸后，假设故障继续存在，那么经过1KCO的动合触点1Q

23、F的动合触点1KM的延时断开触点3QF的动合触点接通2QF的跳闸线圈，跳开2QF。其动断触点闭合2KM的延时断开触点接通信号继电器3KS和中间继电器3KM。中间继电器3KM的动合触点闭合接通备用电源上18QF的合闸线圈，备用电源开场供电。 如果此时QF18合于故障母线，那么电流互感器TA中检测到过电流，电流继电器KA1或KA2动作，其动合触点闭合，接通出口继电器2KCO线圈，2KCO动合触点闭合接通QF18的跳闸线圈YT18，作用于断路器跳闸。同时,18QF动断触点翻开，断开了合闸回路，以防止跳跃现象发生。六、 二次回路接线6.1 断路器的控制回路：6 断路器控制回路的根本要求：1、由于断路器

24、操作机构的合闸与跳闸线圈都是按短时通电设计的，因此，控制电路在操作过程中，只允许短时通电，操作停顿后，即可自动断电；2、应能准确指示断路的分、合闸位置；3、断路器不仅能用于控制开关，即控制电路进展跳闸及合闸操作，而且能由继电保护及自动装置实现跳闸及合闸动作；4、应能实时地对控制电路的完整性进展监视；5、应有防止高压断路器连续屡次分合闸的“跳跃闭锁措施。断路器控制回路图和信号回路图见附图2.6 工作及防跳原理： 红灯HK、绿灯LD分别串入跳、合闸回路中，当断路器QF在跳闸位置时，其辅助常闭触点闭合，LD亮，表示QF处于跳闸位置，同时也说明电源和合闸回路完好。当断路器QF在合闸位置时，其辅助常开触

25、点闭合，HD亮，表示QF处于合闸位置，同时也说明电源和跳闸回路完好。可见此信号灯起到了指示断路器QF位置信号、监视电源和回路完整的作用。合闸后HD亮，监视跳闸回路，跳闸后LD亮，监视合闸回路。当按下开关KK eq oac(,2) eq oac(,4)时，断路器合闸，辅助触点DL常闭触点闭合，常开触点断开，如果断路器合在永久性故障线路上，继电保护起动使BCJ闭合，线圈TQ带电，将断路器断开，切断电流。线圈TBJ带电，使TBJ触点闭合，形成自保持，同时断路器也断开，HC线圈失电，断路器跳闸。6.2 绝缘监察装置6 直流绝缘监察装置 为防止由于直流系统两点接地造成继电保护和自动装置的误动，直流系统中

26、必须装设能够连续且足够灵敏的绝缘状态监视装置。6 交流绝缘监视装置 在工厂变电所中常装设三只绕组单向电压互感器或者一台三相五柱式电压互感器组成交流绝缘检察装置，在其二次侧星形接法的绕组上接有三只电压表，以测量各相对地电压，另一个二次绕组接成开口三角形，接入电压继电器。正常运行时，三相电压对称，没有零序电压，过电压继电器不动作，无信号发出，三只电压表读书均为相电压。三相系统任一相发生完全接地时，接地相对地电压为零，其他两相对地电压升为线电压，同在开口三角出现100V的零序电压，使继电器动作，发出故障信号。交直流系统的绝缘监察见附图4。6.3中央信号装置6 中央信号装置的类型 变配电所在控制室或值

27、班室内一般设中央信号装置，中央信号装置由事故信号和预告信号组成，一般事故音响信号有电笛，预告音响电铃。6中央信号装置的接线 详见附图5。计算书主变的选择根据原始资料数据，选择主变的容量、台数，确定其型号:Pjs=860+580+600+700+600+360+320+300+350=4670KWQjs=290+160+180+250+160+100+120+156+180=1596Kvar =P=Pjs0.95=4.463 MWQ=Qjs0.97=1.548 MvarS= = MVA由S=4.723 MVA，电压等级35KV，根据型号查找出，选择型号为SJL15000/35的变压器1台。 短路

28、电流的计算等值电路图：选取基准Sb=1000MVA变压器T1、T2：U高中%=10.5 U上下%=17 U低中%=6U中%=1/2U高中+U中低-U上下=1/20变压器T：线路： 等值电抗图：最大运行方式时：d1点短路时:简化网络：有名值：冲击电流：d2点短路时：简化网络：有名值：冲击电流：d1点最大运行方式时，短路容量：S1=UI=37 d2点最大运行方式时，短路容量：S2=UI=最小运行方式时：d1点短路时:简化网络：冲击电流：d2点短路时：简化网络：冲击电流：互感器的配置3.1、 35KV侧互感器选择电压互感器：根据 ， ，选取型号为JDJJ35的电压互感器 ，变比为电流互感器：根据 ，

29、 ， 初选型号为LCW35的电流互感器 ，准确等级为0.5 ， 热稳校验： ， 动稳校验：综上所述，型号为LCW35的电流互感器器符合要求。3.2、10KV侧互感器选择电压互感器：根据 ， ，选取型号为JSJW10的电压互感器 ，变比为电流互感器：根据 ， ， 初选型号为LDZ110的电流互感器 ，准确等级为0.5 ， 热稳校验： ， 动稳校验：综上所述，型号为LDZ110的电流互感器符合要求。继电保护装置的整定计算4.1、主变压器的保护整定纵差保护整定计算变压器一、二次侧额定电流，选出电流互感器的变比，计算电流互感器二次回路的电流，其计算结果见下表：数据名称各侧数据35KV10KV变压器额定

30、电流电流互感器的接线方式Y电流互感器变比的计算值选择电流互感器标准变比电流互感器二次回路电流从上表可以看出 ， 应选电流互感器二次回路电流大的为根本侧35KV侧计算纵差保护装置根本侧的动作电流，在决定一次动作电流时应满足以下三个条件：躲过变压器励磁涌流的条件：躲开电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷电流：躲开外部短路时的最大不平衡电流： 式中 ，可靠系数，取1.3 ； 电流互感器的同型系数：取 ， Y取1 ； , 变压器根本侧的额定电流和最大负荷电流； ,改变变压器分头调压引起的相对误差，取0.05；继电器整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差，先用0.05进展计算；外部短路时流过根本侧的

31、最大短路电流，即纵差继电器于根本侧的动作电流为：式中 ，KTAD 、Kcon根本侧的电流互感器的变比和其接线系数确定根本侧工作线圈的匝数：为了平衡的更准确，是不平衡电流影响更小，可将接于根本侧的平衡线圈Wph I作为根本侧动作匝数的一局部，即选取差动线圈Wd的匝数 , , 即 ，式中 根本侧工作线圈计算匝数； 根本侧工作线圈整定匝数； 差动继电器的动作安匝； 差动继电器动作电流计算值； 差动继电器动作电流整定值。确定非根本侧的平衡线圈的匝数：选取的整定匝数 ， 此时相对误差故整定的线圈匝数满足要求。灵敏度校验：由于本设计采用单电源，应以最小运行方式下10KV侧短路电流校验满足要求。式中 d2点在最小运行方式时短路电流； 接线系数。 复合电压起动过电流保护的整定电流元件动作电流整定： 灵敏度校验：式中 可靠系数，取1.2； 返回系数，取0.85； d2点最小运行方式时短路电流。低电压元件动作电压整定：低电压元件灵敏度校验： 满足要求。式中 变压器的电抗； 相邻元件末端三相金属性短路故障时，保护安装处的最大线电压。负序元件动作电压的整定：灵敏度校验：满足要求。式中 相邻元件末端不对称