机械厂总降压变电所电气二次部分设计(110kV)

黄浦通用机械厂通用降压变电站电气二次零件设计摘要----------(3)手册目录一、简介--------------------------------(3)1.1原始数据---------------------------------(4)1.2电源状况----------(6)2、供电系统的确定----------------------(6)2.1工厂电源设计必须遵循的一般原则----------(6)2.2工厂供电要求----------------(7)3、电气主接线方案的选择------------(7)3.1我厂负荷分配方案---（7）3.2变电站主要电气布线方案比较------（8）3.3主接线方案技术经济比较原则--------------（11）3.3.1主要接线方案的规格---------(11)3.3．2主要布线方案的经济指标-------(12)4、短路电流的计算--------(12)4.1短路电流计算的目的---------------(12)4.2短路电流计算结果表---------------(13)五、供电系统的保护--------------------------(13)5.1保护配置基本原则--------------(13)5.2继电保护装置的运行电源---------(14)5.3主变压器的保护----------------(15)5.4备用电源自动输入装置---------(16)6、二次回路接线--------(17)6.1断路器的控制电路------------（17）6.2绝缘监测装置-----------------(17)6.3中央信号装置--------------(18)计算书目录1.主变量的选择---------------------------(18)2、短路电流的计算----------------------(19)三、电气设备的选型与验证------------（24）3.135KV侧设备选型------------（24）3.210KV侧设备选型-------------(25)4.继电保护装置整定计算-----------(26)4.1主变压器保护整定--------------(26)4.1.1纵差保护设置--------------------------(26)4.1.2复合电压启动过流保护的设定--------------(29)4.1.3过载保护的设定-(30)附录----------(31)参考--------(32)至---------(33)摘要本文首先根据任务书中给出的系统参数、线路参数和所有负荷，分析负荷发展趋势。从负荷增长的角度明确了建设变电站的必要性，然后通过拟建变电站的摘要和出线方向，并通过负荷数据分析、安全、经济和可靠性考虑，确定110kV、35kV,10kV主变的台数、容量和型号由与站电的主连接确定，然后通过负荷计算和供电确定主变的台数、容量和型号。同时，还确定了变电站的容量和型号。根据计算结果，对电压互感器、电流互感器等进行选型配置，最后按照保护原理对设备进行保护配置，从而完成通用降压变电站电气二次部分的设计。黄浦通用机械厂。关键词：变电站变压器保护介绍介绍随着当前电力系统的发展，新技术、新设备在电力系统中得到广泛应用。新的设计理念不断涌现，在电力系统发展的同时，也出现了许多新的技术问题。因此，在设计过程中，将基础理论和专业知识的系统性与在实际工厂供电技术中应用的实用性紧密结合，采用工厂供电系统的新技术、新设备，科学解决实际问题。并且理性地。.同时，系统运行采用自动化程度高的继电保护及自动化装置和监控控制回路，动作迅速准确。原材料介绍：1.1.1全厂用电量(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序列号车间名称负载类型计算负荷Pjs(KW)Qjs(KVAR)123456789成型厂锻造车间金工车间电镀车间热处理车间组装车间机器商店锅炉房生活区域我我我我我我我我二三860290580160600180700250600160360100320120300156350180同时系数：有功功率0.95，无功功率0.97(2)负载类型我厂大部分用电设备属于长期连续负载，需要连续供电。停电时间超过两分钟，产品报废；停电时间超过半小时，会损坏主要设备水池和熔炉；全厂停电将造成严重的经济损失，因此主厂房及附属设施均为I类负荷。（3）工厂实行三班倒工作制，全年工作8760小时，最大负荷利用率5800小时。1.1.2电源情况（1）厂区拟通过架空线路供电，与A变电站相距5公里。A变电站110KV母线短路容量为2000MVA，参考容量为1000MVA。A变电站安装两台SFSLZ-31500KVA/110KVA三绕组变压器，短路。电压U高-中%=10.5，U高-低%=17，U低-中%=6，详见电力系统与工厂接线图：图1.1电力系统与工厂连接示意图(2)电源电压等级：35KV电压供电，最大运行方式：考虑A变电站两台变压器并联运行。最小运行方式：分别考虑A变电站两台变压器的运行情况。(3)备用电源：拟在B变电站连接架空线作为备用电源。系统要求只有在工作电源发生故障时才内容备用电源。(4)功率因数：供电部门要求工厂的功率因数为：供电为35KV时，cos=0.9。供电系统的确定2.1工厂电源设计必须遵循的一般原则：工厂实际供电必须遵循以下原则：工厂的电源设计必须遵循国家有关法律、标准和法规，执行国家有关方针政策，包括节能、有色金属节约等技术经济政策。工厂的供电设计应保证人员和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进，经济合理。设计中应采用符合现行相关国家标准的高效、低能耗、性能先进的电气产品。工厂的电源设计一定要从大局出发，顾全大局。根据负载的性质、用电量、工作特点和地区供电条件，合理确定设计方案。厂区供电设计应根据项目特点、规模和发展规划，正确处理短期建设与长期发展的关系。做到远近结合，着眼于近期，适当考虑扩张的可能性。关于负荷的性质，根据GB50052-95《供配电系统设计规程》的规定，根据用电负荷对供电可靠性的要求和造成政治经济损失或影响的程度根据供电中断情况，电力负荷分为以下三个等级；(1)主负载供电中断会造成人员伤亡；供电中断将造成重大的政治和经济损失，如重要交通枢纽、重要宾馆、大型体育馆、经常大量人员用于国际活动的公共场所等。用电单位中的重要用电负荷。在一级负载中，当电源中断时，会引起中毒、爆炸、火灾的负载，以及在特别重要的地方不内容中断电源的负载，都应视为特别重要的负载。加载。(2)二次负荷供电中断时，会造成重大的政治和经济损失。如重大设备损坏、大量产品报废、连续生产过程中断且恢复时间长、重点企业大量减产等；供电中断将影响重要用电者的正常工作。例如，交通枢纽、通讯枢纽等用电单位的重要用电负荷，以及大型电影院、大型商场等人流集中的重要公共场所的供电中断，都会造成混乱。(3)三级负荷不属于一级负荷和二级负荷的电力负荷。对于主要负载，它应该由两个电源供电。对于次级负载，它应该由两个电路供电。2.2工厂供电要求：我厂大部分用电设备属于长期连续负载，需要连续供电。停电时间超过两分钟，产品报废；停电时间超过半小时，会损坏主要设备水池和熔炉；全厂停电会造成严重的经济损失，因此主要厂房及附属设施均为I类负荷，供电电源必须满足以下要求：（1）安全：在电能的供应、分配和使用过程中，不发生人身和设备事故；（2）可靠：应满足工厂对交直流连续可靠供电的要求；(3)高质量：应满足用电设备的电能质量要求，即①电压误差为±5%；②频率误差为±0.5HZ；③正弦值的电压波形；④连续供电。四者之一不符合要求，直接影响电力设备的运行条件和设备寿命。(4)经济性：尽可能减少供电系统的投资，年运行费用低，尽可能减少线路和变压器的功率损耗，达到节能降耗的目的有色金属的消费。因此，在变电站的电力工程设计中，必须满足上述要求。3、主要电气布线方案的选择3.1我厂负荷分配方案：根据工厂的负荷分配，可以同时给两个负荷较小的车间供电，即共用一个车间变电站。为负载较大的车间单独供电。以下是三种主要接线方案的技术经济比较。3.2变电所主要布线方案比较：三种主要接线方案选项1：单总线连接单母线接线是最原始、最简单的接线方式。所有电源线和插座线都连接到同一母线。如上图所示，优点是结果简单，设备少，操作方便，扩展容易，成本低。缺点供电可靠性低。当母排及母排上的任何部件发生故障维修时，需要将整个配电装置断电。根据工厂用电负荷的要求，本设计不予考虑。选项2：单总线分段布线单母线分段接线是利用断路器将母线分段，通常分为两段，如上图所示。用断路器将母线分段后，可依次修复单母线。当某段母排发生故障时，分段式断路器在继电保护作用下，自动迅速将故障段脱开，从而保证正常母排段的不间断供电。不要导致负载断电。具有结构简单、单母线连接方便、经济等优点，在一定程度上提高了供电的可靠性。方案三：双母线双回路接线双母线回路接线是采用双回路向车间变电所供电的接线方式。如上图所示，其优点是母线采用双母线双回路向车间变电所供电，提高了供电的可靠性，供电线路可轮换维修。缺点是使用的开关设备多，投资成本巨大。下表是三种主要接线方案的技术经济对比表项目选项一选项二第三个解决方案技术技术相比相比安全满足要求满足要求满足要求可靠性区别基本满意满足要求电能质量更好的更好的更好的灵活性稍微差一点更好的这很好经济投资成本低，设备少投资成本大，设备多投资成本巨大，设备最多通过经济相比相比电流互感器（套）102020电压互感器（套）242高压断路器（套）51110高压开关柜（套）51110避雷器121高压隔离开关（套）10二十二303.3主要布线方案的技术经济比较原则：3.3.1主要接线方案技术指标(1)电源的安全主接线方案保证操作、维护和检查的安全(2)供电可靠性：主布线方案对用电负荷可靠性要求的适应性(3)电源的电能质量主要是指电压质量，包括电压偏差、电压波动偏差、电压波动电平高次谐波。(4)操作的灵活性和操作危害的方便性(5)对未来变电站扩容扩容的适应性3.3.2主要布线方案的经济指标生产线设备总投资变配电系统年运行成本有色金属消耗线根据技术与经济的比较原则，从表面比较可以看出，从经济指标来看，第三种方案的投资成本最大，设备也最多。但是，第二种方案所用的投资成本和设备都比较小。从技术指标来看，方案三为双母线布线，提高供电可靠性；方案二为母线分段布线，供电可靠性更高。根据工厂的负载性质，并考虑供电的可靠性和灵活性，选择第二种方案（单母线分段布线方案）作为工厂的主要电气布线，如附录图1所示4、短路电流的计算4.1短路电流计算的目的在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是一个重要环节。目的是：①在选择主要电气接线时，为了比较各种接线方案，或者确定某条接线是否需要采取限制短路电流的措施等。②在选择载流导体和电气元件时，为保证设备在正常运行和短路情况下能够安全可靠地工作，同时力求节约成本，需要进行动态稳定，热稳定和控制短路电流值。破坏能力测试。③为继电保护方式的选择和整定计算提供依据。④接地装置的设计也需要使用短路电流。4.2下表为短路电流计算结果表最大运行模式最小操作模式D1点短路（KA）D2点短路（KA）D1点短路（KA）D2点短路（KA）4.2583.1122.9062.8394.2583.1122.9062.83910.85797.93567.41037.2395、供电系统的保护5.1保护配置的基本原则电力系统继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵活性和快速性的基本要求。在这些要求中，需要针对不同的使用条件分别综合考虑。(1)可靠性是指保护装置在该动作时会动作，但不会拒绝动作，不应该动作时不会误动作。前者是可靠性，后者是安全性，即可靠性包括可靠性和安全性。为此，继电保护装置应简单可靠，使用的元件和触点应尽可能少，接线回路要简单，操作和维护要方便。在满足要求的前提下采用最简单的保护(2)选择性是指首先通过故障设备或线路本身的保护来排除故障。当故障设备的保护或线路本身不动作时，应由相邻设备或线路的保护排除故障。为此，相邻设备和线路的保护必须协调，前后级之间的灵敏度和动作时间要相互协调。(3)灵敏度是指当被保护设备或电路周围发生金属短路时，保护装置应具有必要的灵敏度。(4)快速动作是指保护装置应能尽快排除短路故障，提高系统稳定性，减少对故障设备和线路的损害。当需要加快故障排除时，可内容保护装置无选择性动作，但应采用后备电源的自动重合闸或自动投切，以减小停电范围。5.2继电保护装置工作电源5.2.1工作电源类型继电保护装置中高压断路器的合闸、脱扣电路、操作电路、控制电路信号电路和保护电路所需的电源为操作电源。工作电源是保护装置最重要的组成部分之一。在任何情况下，电源的可靠性都应该得到保证。在变电站运行电力系统的设计中，确定了电源类型、供电方式和电压等级三个方面。由于交流操作系统的适应性差，电流互感器负担大，受操动机构和保护装置的限制，很少使用。因此，DC操作系统被广泛使用。采用电池组方案，电池组是独立可靠的工作电源，不受交流电源影响，电压稳定，容量大。它不仅适用于各种复杂的继电保护和自动装置，也适用于各种断路器的传输。但需要的辅助设备和专用机房较多，投资大、寿命短、建设时间长、操作复杂、维护工作量大等，在本变电站的设计中不予考虑。复合整流方案的电源不仅由变压器或电压互感器的电压源供电，而且由反映故障电源的电流互感器电源供电。运行经验表明，复合整流系统供电电压不稳定，损耗大。一旦断电，运行电源也随之消失，无法进行应急运行，无法满足系统的可靠性。硅整流储能方案兼有整流系统和电池直流系统的优点，不需要专门的电池和充电机构，可靠性好，运维方便。因此，采用硅整流储能作为系统的工作电源。5.2.2直流额定电压的选择直流系统区别于电源，有电池组、复合整流装置和硅整流电容储能装置三种方案。从额定电压来看，有220伏、110伏、48伏。直流额定电压的选择不仅与运行电源方案有关，而且与继电保护装置所采用的元件设备的控制运行方式有关。在使用硅整流电容储能方案时，为了降低电容的容量，应选择220伏。为了使合闸电流值更小，单独设置的合闸硅装置的额定电压也应为220伏。可根据运行和控制设备的情况选择复合整流方案；当断路器合闸电流较大或合闸电缆较长时，一般采用220伏，仅安装35kV及以下电压等级的熔断器，并安装合闸电缆。更短的时候，为了减少电池的数量，也可以使用110伏或48伏的。根据本系统设计的要求，使用220伏。5.3主变压器保护电力变压器是变电站中非常重要的设备，其故障将对电力系统的正常运行和供电的可靠性产生严重影响。为了保证电力系统的安全运行，必须根据变压器容量的大小和先进的电压设置相应的继电保护装置。纵差保护：作为变压器引出线、套管和油箱短路故障的主要保护，瞬时动作，断开变压器各侧的断路器。纵向差动保护应能避免励磁涌流和外部短路引起的不平衡电流。气体保护：重气体保护作为油箱故障的主要保护。瞬间动作，断开变压器各侧的断路器；轻气保护对油箱小故障、油位下降起到保护作用，对信号瞬间动作。复合电压启动过流保护：作为变压器相间短路故障或区外相间短路引起的变压器绕组过流的后备保护，作用于相关断路器跳闸时限。零序保护：发生接地故障时中性点直接接地时采用零序电流保护，中性点不直接接地时采用零序电压保护。过载保护：作为对称过载引起的变压器绕组的过流保护，使相关断路器跳闸，限时动作。温度保护：监测变压器油温，根据油温自动启停冷却风扇并动作。冷却风扇电流保护：当变压器负载超过额定负载的2/3时，冷却风扇自动开启降温。变压器通风回路监测：通风回路监测在设计中，我们以纵向差动保护和气体保护为主保护，复合电压启动过流保护，零序过流过压保护和过载保护作为后备保护。设置计算在计算书中有详细说明。5.4备用电源自动输入装置5.4.1后备电源自动输入装置的基本要求：1、无论什么原因导致工作电源失压，APD都应可靠工作；2、只有工作电源失压，后备电源正常时，APD才会动作，必须保证先断开工作电源，后备电源才能投入使用；3、后备电源自动投入的动作时间应尽量短；4、应保证APD设备只能运行一次，以免后备电源接入故障母线；5、APD设备不会因任何电压互感器的熔断器而发生故障。5.4.2后备电源自动开机接线图正常工作时由工作电源供电，但工作电源因故障或误操作断开，APD启动并自动投入备用电源，如图3所示。5.4.3自动后备电源工作原理：在正常运行期间，母线分段断路器QF18闭合。工作电源运行时，QF1、QF2处于闭合状态，其相应的动、合闸辅助触点闭合。因此，中间继电器2KM通过QF2的动作和闭合动作，其延时复位触点闭合，HR灯亮，说明APD控制电路正常，处于预备动作状态。当进线电源出现故障，母排失压时，低压继电器全部动作，其动、分断触头闭合。同时，由于后备电源正常，其动、合触点也将闭合，1KT线圈通电。延时后，其触点闭合，信号继电器1KS和出线继电器1KCO的线圈导通，1KCO的动、合触点闭合，1QF动合触点后，1QF的跳闸线圈3QF已连接。3QF脱扣后，若故障继续存在，则1KCO动合闸触头→1QF动合闸触头→1KM延时断开触头→3QF动合闸触头→2QF跳闸线圈导通，2QF跳闸。其动态断开触点闭合→2KM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的动合闸触点闭合，接通备用电源上18QF的合闸线圈，备用电源开始供电。如果此时QF18对故障母线闭合，则检测到电流互感器TA过流，电流继电器KA1或KA2动作，其动合闸触点闭合，出线继电器2KCO线圈导通，2KCO动合合触点闭合，接通QF18脱扣线圈YT18作用于断路器脱扣。同时打开18QF动态分断触头，断开合闸电路，防止跳闸现象发生。6、二次回路接线6.1断路器控制电路：6.1.1断路器控制电路的基本要求：1、由于断路器操作机构的合闸、脱扣线圈为短时通电设计，操作过程中只内容控制电路短时通电，操作完毕后可自动断电停止；2、应能准确指示断路器的分合闸位置；3、断路器不仅可用于控制开关，即跳闸和合闸操作的控制电路，还可以用于继电保护和自动装置的跳闸和合闸操作；4、应能实时监控控制电路的完整性；5、应有“跳”闭锁措施，防止高压断路器连续多次分合。断路器控制电路图和信号电路图如图2所示。6.1.2工作与防跳原理：红灯HK和绿灯LD分别串联到跳闸和合闸电路。当断路器QF处于脱扣位置时，其辅助常闭触点闭合，LD导通，表明QF处于脱扣位置，同时也表明电源和合闸电路状况良好..当断路器QF处于合闸位置时，其辅助常开触点闭合，HD导通，表示QF处于合闸位置，同时也表示电源和跳闸回路状况良好.可以看出，该信号灯起到指示断路器QF的位置信号、监控电源和电路完整性的作用。合闸后HD亮灯监测脱扣回路，LD脱扣后亮监测合闸回路。按下开关KK-时eq\o\ac(○,2)，eq\o\ac(○,4)断路器闭合，辅助触头DL常闭触头闭合，常开触头打开，如果断路器在永久故障线路上闭合，继电保护开始闭合BCJ，与线圈TQ通电，断路器分闸，电流切断。线圈TBJ通电，使TBJ触点闭合形成自保持，同时断路器也断开，HC线圈断电，断路器跳闸。6.2绝缘监测装置6.2.1直流绝缘监测装置为了防止直流系统两点接地引起继电保护和自动装置的误动作，必须在直流系统中安装一个连续的、足够灵敏的绝缘状态监测装置。6.2.2交流绝缘监测装置在工厂变电站中，常安装三台绕组单向电压互感器或一台三相五柱电压互感器，组成交流绝缘检测装置，并在二次侧星形接线的绕组上接三只电压表。，测量各相对地电压，另一副边绕组接成空心三角形接电压继电器。正常工作时，三相电压对称，无零序电压，过压继电器不动作，无信号送出，三个电压表读数均为相电压。当三相系统任意一相完全接地时，对地电压为零，其他两相对地电压上升到线电压，空心三角形出现100V的零序电压，使继电器动作并发出故障信号。有关交流和直流系统的绝缘监测，请参见图4。6.3中央信号装置6.3.1中央信号单元的类型变配电所在的控制室或值班室一般都设有中央信号装置。中央信号装置由事故信号和警告信号组成。通常，事故声音信号包括电哨和警铃。6.3.2中央信号单元的接线有关详细信息，请参见图5。计算书主变量的选择根据原始数据，选择主变压器的容量和台数，确定其型号：Pjs=860+580+600+700+600+360+320+300+350=4670KW=4.67MWQjs=290+160+180+250+160+100+120+156+180=1596Kvar=1.596MvarP=Pjs×0.95=4.67×0.95=4.463兆瓦Q=Qjs×0.97=1.596×0.97=1.548MvarS===4.723MVA从S=4.723MVA，电压等级为35KV，根据型号找出，选择型号为SJL1-5000/35的变压器。短路电流的计算等效电路图：选择基准Sb=1000MVA变压器T1、T2：U高中%=10.5U高低%=17U低中%=6UHigh%=1/2(UHighSchool+UHighLow-ULowMiddle)=1/2(10.5+17-6)=10.75U中%=1/2（U高中+U中低-U高低）=1/2（10.5+6-17）=-0.25≈0变压器T：线：等效电抗图：在最大运行模式下：d1点短路时：简化网络：命名值：电击：d2点短路时：简化网络：命名值：电击：d1点最大工作方式，短路容量：S1=UI=374.258=272.88d2点最大工作方式，短路容量：S2=UI=10.53.112=56.596在最小模式下运行时：d1点短路时：简化网络：电击：d2点短路时：简化网络：电击：变压器配置3.1、35KV侧变压器选型电压互感器：根据,,选用JDJJ-35型电压互感器，变比为电流互感器：根据,,初级选用型号为LCW-35的电流互感器，精度等级为0.5，热稳定性检查：，动态稳定性检查：综上所述，LCW-35型电流互感器满足要求。3.2、10KV侧变压器选型电压互感器：根据,,选用JSJW-10型电压互感器，变比为电流互感器：根据,,LDZ1-10型电流互感器的初级选择，精度等级为0.5，热稳定性检查：，动态稳定性检查：综上所述，LDZ1-10型电流互感器满足要求。继电保护装置整定计算4.1。主变保护整定4.1.1纵差保护设置(1)计算变压器一、二次侧的额定电流，选择电流互感器的变比，计算电流互感器二次回路的电流。计算结果如下表所示：数据名称各方数据35KV10KV变压器额定电流如何连接电流互感器△是电流互感器变比计算值选择电流互感器的标准变比电流互感器二次回路电流从上表可以看出，一次侧（35KV侧）选用电流互感器二次回路电流较大的。(2)计算纵向差动保护装置基本侧的动作电流，确定一次动作电流时应满足以下三个条件：避免变压器励磁涌流的条件：避免电流互感器二次回路断开时互感器的最大负载电流：避免外部短路时的最大不平衡电流：式中——可靠度系数，取1.3；——电流互感器同型系数：取△，Y取1；,——变压器基本侧的额定电流和最大负载电流；,——改变变压器分压调节引起的相对误差，取0.05；继电器的设定匝数与计算的匝数之差引起的相对误差先用0.05计算；-在外部短路期间流过初级侧的最大短路电流，这是基本侧纵向差动继电器的工作电流为：式中，KTAD、Kcon——基本侧电流互感器的变比及其接线系数(3)确定基本侧工作线圈的匝数：为了使平衡更准确，不平衡电流的影响更小，可以将连接在基极侧的平衡线圈WphI作为基极侧匝数的一部分，即差动线圈Wd被选中。转,,这是,式中——基本侧工作线圈计算的匝数；——基本侧工作线圈的设定匝数；-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。⑷确定非基本侧平衡线圈的匝数：选定的设定圈数，此时的相对误差因此，设定的线圈匝数符合要求。⑸灵敏度验证：由于本设计采用单电源，10KV侧的短路电流验证应在最小工作模式下进行。满足要求。公式——最小运行模式下d2点的短路电流；-接线因素。4.1.2复合电压启动过流保护的设定⑴电流元件动作电流设定：灵敏度检查：式中——可靠性系