MT 110kV变电站电气部分设计

PAGE目录摘要 IABSTRACT II1绪论 11.1我国电力工业发展现状 11.2设计的背景及意义 11.3原始资料分析 12主变压器的选择 22.1主变压器台数和容量的选择 22.2主变压器型式选择 33电气主接线设计 53.1变电所主接线设计的基本原则 53.2电气主接线方案设计 63.3电气主接线的设备配置 84短路电流计算 104.1概述 104.2短路电流计算 105电气设备选择 155.1电气设备选择概要 155.2高压断路器的选择与校验 175.3隔离开关的选择与校验 185.4电流互感器的选择与校验 205.5电压互感器的选择 215.6避雷器的选择 225.7母线的选择 235.8绝缘子和穿墙套管的选择与检验 266继电保护设置与整定计算 286.1变电站继电保护的整体配置 286.2主变压器继电保护整定 296.310KV线路保护 337电气设备布置及配电装置 367.1概述 367.2电气总平面布置 367.3配电装置 378变电站的防雷保护设计 398.1防雷保护概述 398.2防雷保护的设计 39总结 41致谢 42参考文献 43附录 44MT110kV变电站电气部分设计PAGE44MT110kV变电站电气部分设计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，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，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，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV，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，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，最后根据相关行规规程进行了变电站防雷设计，从而完成了110kV电气一次部分和二次部分的设计。关键词变电站变压器电气主接线继电保护

ELECTRICDESIGNOFTHEMT110-VOITAGESUBSTATIONABSTRACTFirstly,accordingtothetaskgivensystemandlinebookandalltheparameters,theanalysisofloaddevelopmenttrend.Fromtheloadincreasingillustratesthenecessityoftheestablishmentofconstruction,andthenthroughthegeneralizationofsubstationandoutlettoconsider,andthroughtheanalysisofthedataofload,safety,economyandreliabilityintoconsideration,determinethe110kvpowerstation,consumers10kVandmainconnection,andthenthroughtheloadcalculationandscopeofsupplydetermined,andthemaintransformercapacitymodel,accordingtothemaximumcontinuousworkingcurrentandshortcircuitcalculationresultsofhigh-pressurefuse,isolatingswitch,bus,insulatorandwearcasingwall,voltagetransformer,currenttransformer,theselectionofthestock-in-tradeaccordingtorelevantregulations,therebycompletedsubstationslightningprotectiondesignof110kvelectricisapartandthesecondpartofthedesign.KEYWORDSthetransformersubstation,thetransformer,themainelectricalconnection,protectiverelaying1绪论1.1我国电力工业发展现状建国以来，我国的电力工业发展迅速。目前，我国的总装机容量和发电量均居世界第四位。但是我国目前的电力还不能满足国民经济发展的需要，必须加快发展。我国电力工业自动化水平正在逐年提高。20万kw及以上大型机组已采用计算机监控系统，许多变电站已装设微机综合自动化系统，有些已实现无人值班，电力系统已实现调度自动化。我国电力工业已进入大机组、大电厂、大电力系统、高电压和高自动化的新阶段。1.2设计的背景及意义随着工业的发展和人们生活用电需求不断的增加，现有的电网已经不能满足用户负荷的需求。为了适应负荷发展的需求，需要新建一个110kV的降压变电站。此变电站除了能够供给城区工业与生活用电外，并以110kV线路向其它变电所供电。本课题结合实际的负荷状况的基础上进行的工程设计。通过本设计，从总体上掌握了电力工程设计的过程，并熟悉了一些设计方法，为以后从事电力工程设计工作打下一定的基础。1.3原始资料分析待建MT地区110kV变电所位于开发区，属于建变电站，因此要考虑变电站负荷的发展需要。除供给城区工业与生活用电之外，并以110kV线路向其它变电所供电。两回110kV电源引自30km外系统变电站。系统容量按无穷大。本变电站有110、10kV两个电压等级，110kV室外布置，出线回路数有4回；10kV室内布置，出线回路数有16回。总进出线回路数较多，宜采用单母分段接线式接线。该地区环境条件一般，常规电气设备的安装，使实际操作更方便。资料中所给10kV线路的功率因数为0.8，为满足电力系统对无功的需要，需要在用户侧装设电容器，进行无功补偿，使用户的功率因数提高，10kV线路用户功率因数应不低于0.9。2主变压器的选择2.1主变压器台数和容量的选择2.1.1主变压器数量在变电站中，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。发电厂、变电所主变台数一般在1台至4台之间。变压器台数越多，供电可靠性越高，但设备投资大，运行费用高。因此，在满足供电可靠性要求的前提下，变压器台数越少越好。在确定变压器台数时，还应适当考虑负荷的发展，留有一定余地。具体台数的确定与电压等级、接线形式、传输容量以及与系统的联系有密切关系。对于简易接线变电所通常装设一台或两台变压器；大型枢纽变电所尤其是超高压变电所，在同一电压等级下主变台数不应少于2台。为保证供电可靠性，本变电所装设有两台主变压器。2.1.2主变压器容量的选择主变压器的台数、容量直接影响着主接线的形式和配电装置的结构。若主变压器容量选择过大或台数过多，会使设备能力无法充分利用，不仅造成投资的浪费，还会引起系统运行费用的增加；反之，若主变压器容量选择过小或台数过少，将无法满足负荷供电需求，同时也会使发电机的发电能力不能得到充分利用。考虑到变电站投资的经济性及建设周期，变电站主变容量要以变电站设计时5～10年的规划负荷为依据进行选择。本次变电站设计考虑5年的发展。为了减少输送无功功率引起的网损，我国现行规程规定，以35kV及以上电压等级直接供电的工业负荷，功率因数不得低于0.9,对其它负荷功率因数不得低于0.85，因此，本次设计任务书中所给的0.8的功率因数不能满足要求，需要在线路中进行无功功率补偿以提高功率因数。这里采用并联电容器来补偿无功功率。在负荷计算时，一般需要考虑同时系数K∑,同时系数一般为0.7～1,。用电设备多时，取较大值；用电设备较少时，取较小值。当计算负荷超过1000kw时取0.8。10kv侧总负荷为：=0.8×2400×16×kw=39207.37kw功率因数从0.8提高到0.9时必须装设的无功补偿容量为：=（tan-tan）=39207.37×（0.75-0.484）=10429.16kvar若选择BWF10.5-30-1型电容器，则所需要电容器的个数为n==347.6，取n=348。则实际补偿容量为=348×30kvar=10440kvar。补偿前无功功率为：=tan=39207.37×0.75kvar=29405.52kvar补偿后无功功率为：=-=18965.52kvar补偿后总计算负荷为：==43553.52KVA根据变压器容量的选择原则，当装有两台变压器的变电所，每台变压器的容量应满足以下两个条件：①任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷大约70%的需要，即≥。②任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要。所以，有≥0.7=30487.46kVA故本次变电站设计的变压器容量应该选择31.5MVA，查阅有关手册可知可选用SFZ9-31500∕110型三相双绕组电力变压器，其额定电压为1218×1.25%∕10.5，接线方式采用YNd11，短路电压%=10.5。2.2主变压器型式选择变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资，减少占地面积，同时也可减少运行电能损耗，提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。在确定了主变压器的台数和容量后，还应考虑变压器型式的选择，保证变压器能可靠的运行。⑴主变压器的相数：在330kV及以下电力系统中，一般选三相为压器，采用降压结构的线圈，排列成铁芯—低压—中压—高压线圈，高与低之间阻抗最大。⑵绕组数和接线组别的确定：该变电所有两个电压等级，所以选用双绕组变压器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，110kV以上电压，变压器绕组都采用YN连接，10kV采用Δ连接。⑶调压方式的选择：普通型的变压器调压范围小，仅为±5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。它的调压范围较大，一般在15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，保证供电质量情况下，有载调压变压器，可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器。⑷冷却方式的选择：主变压器一般采用的冷却方式有自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却等方式。考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选自然风冷却方式。3电气主接线设计电力系统是有发电厂，变电所，线路及用户组成。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，而主接线代表了变电所的电气部分的主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电所设计的首要部分。关系着电力系统的安全和稳定，灵活经济运行。由于电能生产的特点是：发电，变电，输电，用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏也影响工、农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下正确处理好各方面的关系，全面分析有关因素，力求使其技术先进，经济合理，安全可靠。同时，主接线是保证电网安全可靠，经济运行的关键，是电气设备布置，选择自动化水平和二次回路设计的原则和基础。3.1变电所主接线设计的基本原则电气主接线，又叫一次接线，是由各种开关电气、变压器、互感器、线路、电抗器、母线等按一定的顺序连接而成的接受和分配电能的总电路。通过它可以了解各种电气设备的规范、数量、连接方式、作用和运行状态等。因此，主接线的连接方式对供电的可靠性、运行灵活性、维护检修的方便及经济性等起着决定性的作用。在选择电气主接线时，应以下各点作为设计依据：变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性等多项基本要求。（1）运行的可靠性：断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。（2）具有一定的灵活性：主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。（3）操作应尽可能简单、方便：主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。（4）经济上合理：主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。（5）应具有扩建的可能性：由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。变电所的主接线设计应根据负荷大小、负荷性质、电源条件、变压器台数和容量以及进出线回路数等综合分析来确定。对于进线电压为35kv及以上的变电站，总降压变电所的主接线设计原则如下：（1）一次侧无母线、二次侧采用单母线界限适用于只有一回电源进线和一台变压器的总降压变电所。这种接线简单经济、使用设备少、基建快、投资费用低。但当线路或变压器发生故障或检修是时，需全部停电，故供电可靠性不高，只能用于三类负荷的企业。（2）一次侧采用内桥或外桥接线、二次侧采用单母分段接线适用于具有两台变压器和两回进线的总降压变电所。这种接线所用设备少、结构简单、占地面积小、供电可靠性高，可用于一、二类负荷的企业。（3）一、二次侧均采用单母分段接线适用于具有两回及以上电源进线或一、二次侧进出线较多的总降压变电所。这种接线的供电可靠性高、运行灵活，但所用高压开关设备较多、投资大，可用于一、二类负荷的企业。（4）一、二次侧均采用双母线接线这种接线的供电可靠性高、运行灵活，但设备投资大、配电装置复杂、占地面积大，适用于负荷容量大，进出线回路多的发电厂或区域变电所。3.2电气主接线方案设计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，在进出线较多时，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。本变电站110kV进出线有4回，10kV有16回，所以采用有母线的连接方式。3.2.1110kV侧电气主接线设计110kVMT市变电站主要担负着为MT市开发区供电的重任，主供电源由引自30km外系统变电站的两回110kV电源，因此有三个方案可供选择：单母线分段接线；单母带旁路母线接线；双母线接线。方案Ⅰ：采用单母线分段接线优点：1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：1）当一段母线或母线隔离开关故或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；2）当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越；3）扩建时需向两个方向均衡扩建。适用范围：110-220kV配电装置的出线回路数为3-4回时。方案Ⅱ：采用单母分段带旁路母线接线优点：当任一出线断路器故障或检修时,可用旁路断路器代替,不使该回路停电。缺点：需要增加一组母线、专用的旁路断路器和旁路隔离开关等设备，使配电装置复杂，投资增大，且隔离开关要用来操作，增加了误操作的可能性。适用范围：一般用在110kV及以上的高压配电装置中。方案Ⅲ：双母线接线优点：轮换检修母线而不致中断供电；检修任一回路的母线隔离开关是仅使该回路停电；工作母线发生故障时，经倒闸操作这一段停电时间后可迅速恢复供电；检修任一回路断路器是，可用母联断路器来带替，不至于使该回路的供电长期中断。缺点：在倒闸操作中隔离开关作为操作电器使用，容易误操作；工作母线发生故障时会引起整个配电装置短时停电；使用的隔离开关数目多，配电装置结构复杂，占地面积大，投资较高。适用范围：多用于电源和引出线较多的大中型发电厂和电压为220kV及以上的区域变电所。在本变电站设计中，由于该变电站是市开发区新建变电站，经以上论证和经济角度分析，选用单母线分段接线就可以满足需求。3.2.210kV侧主接线设计从给定的原始资料可以知道，本变电站10kV侧进出线回路有16回，由于回路数较多则可以考虑架设专用的旁路母线。如果采用单母分段带旁路母线接线，则可以提高供电的可靠性性和灵活性，并可以通过旁路母线在保证向负荷不间断供电的情况下检修出线上的断路器。但这种接线一旦母线故障，有50%的停电率，这种接线增加了一格旁路断路器的投资，并且在检修断路器时其倒闸操作繁琐，根据长期的运行经验可以知道，变电所，发电厂出现的事故，多数是由人为误操作所致。单母线分段带旁路的接线出现误操作的几率很大，所以本设计不予采纳。为了使本变电站更加经济可靠的运行，10KV侧主接线也采用单母线分段接线。3.3电气主接线的设备配置3.3.1在110KV进线和出线侧装有电流互感器和隔离开关时，都需要装上断路器。3.3.2隔离开关的配置①接在母线上的避雷器和电压互感器，可合用一组隔离开关。对装在变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。②安装在出线上的耦合电容器、电压互感器以及接在变压器引出线或中性点上的避雷器不应装设隔离开关。③断路器两侧应配置给离开关，以便在断路器检修时隔离电源。④中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关。3.3.3电压互感器配置①6～220kV电压等级的每组主母线的三相上均应装设电压互感器。②110kV及以上配电装置的电压互感器配置，可以采用按母线配置方式，也可采用按回路配置方式。3.3.4电流互感器的配置①凡装有断路器的装置均应装设电流互感器，其数量应满足继电保护装置、计量和自动装置要求。②在未装设断路器的回路均应装设电流互感器，变压器的的中性点、变压器的出口等。3.3.5避雷器的配置①配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器除外。②全封闭电气的架空线路侧必须装设避雷器。4短路电流计算4.1概述短路是电力系统中出现最多、情况最严重的一种故障，其故障形式是相与相之间的短接或在中性点直接接地系统中一相或多相接地。最常见的短路类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路等。在中性点直接接地系统中，单相接地短路占短路故障的65%～70%，两相短路占10%～15%，三相短路约占5%。产生短路的主要原因是电气设备及载流部分的绝缘被破坏，如绝缘部分老化、遭受机械损伤，过电压、设备直接遭雷击及设计、安装和运行维护不良所造成等。发生短路故障是，网络的总阻抗突然间小，短路回路中的电流可能达到该回路额定电流的几倍到几十倍，短路电流和热效应可能使导体熔化，电气设备绝缘因过热而烧毁，巨大的短路电流将在电气设备中产生强大的电动力，可能使导体变形或支架损坏。短路发生时还会引起网络电压急剧下降，特别是靠近短路点处电压降低的更多，其结果可能导致部分或全部用户的供电遭到破坏。因此，短路发生时电压下降的越大，持续时间越长，整个系统稳定运行被破坏的可能性就越大。为了减轻短路故障的危害，需要采取相应限制短路电流的措施。如装设电抗器，使多台变压器、多条供电线路分裂运行，对大容量机组采用单元制的发电机——变压器组接线方式。另一方面要正确选择电气设备、载流导体和继电保护装置，以防止故障的扩大，保证电力系统安全运行。为此，选择主接线方案，选择电气设备和载流导体，选择和整定继电保护装置，都必须事先进行短路电流计算。4.2短路电流计算有原始资料可知，该变电站处在无限大容量系统中。所谓无限大容量系统，是指当电力系统的电源距短路点的电气距离较远时，由短路引起电源送出的功率变化△S远小于电源的容量S，即可认为S=∝，称该系统为无限大容量系统。由于无限大容量系统具有足够的有功和无功功率，这样在短路过程中无限大容量系统电源的频率及其端电压可认为是恒定的，即认为是无限大容量系统的内阻抗为零，即=0。根据系统接线图可绘制出短路等效电路图如图4.2所示。取基准容量=100MVA，基准电压=115kV，=10.5kV，则由=可知=KA=0.5kA=KA=5.5kA图4.2系统短路等效电路图各元件电抗标幺值计算如下：进线线路电抗标幺值==0.4×30×=0.091变压器各绕组电抗标幺值===×=0.333⑴系统在最大运行方式下，本变电站两台主变压器并列运行时的短路电流计算在系统最大运行方式下，系统两根110kv进线和两台主变压器同时投入运行，短路等效电路图如图3.2。①点短路进线1向点提供的短路电流为：==KA=5.495kA进线2向点提供的短路电流为：==KA=5.495kA则点短路时的短路电流为：=+=10.99kA由于变电站处于无限大容量系统中，故有====所以点短路电流峰值为：==2.55=28.02kA②点短路点短路时，系统等效电路图可化简成如图4.3所示。图4.3点短路时等效电路图图中,电抗是由与并联而得到的，则==×0.091=0.0455电抗是由与并联而得到的，则==×0.333=0.0165系统总电抗：=+=0.212所以，两路进线向点提供的短路电流为：==KA=25.94kA由于该变电站处在无限大容量系统中，故有====所以点短路电流峰值为：=2.55=66.16kA⑵系统在最小运行方式下，也就是只有一条进线和一台变压器运行时系统短路电流的计算。等效电路图如图4.4所示。图4.4最小运行方式下系统等效电路图图中系统电抗==0.091==0.333①点短路短路电流为：==KA=5.495kA由于该变电站处在无限大容量系统中，故有====所以点短路电流峰值为：=2.55=14.01kA②点短路短路电流为：==KA=12.97kA由于该变电站处在无限大容量系统中，故有====所以点短路电流峰值为：=2.55=33.08kA表4-1电路电流计算结果汇总表运行方式系统最大运行方式系统最小运行方式三相短路电流╱kA三相短路电流╱kA短路点K110.9910.9910.9928.025.4955.4955.49514.01K225.9425.9425.9466.1612.9712.9712.9733.085电气设备选择5.1电气设备选择概要电气设备的选择是变电所电气设计的主要内容之一。正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件，在进行电气设备选择必须符合国家有关经济技术政策。技术要先进，经济要合理，安全要可靠，运行要灵活，而且要符合现场的自然条件要求。所选设备应能可靠工作，短路时应能承受多种短路效应。所以，电气设备选择应遵循按正常工作条件运行选择，在短路情况下进行校验。在变电所中，电气设备的种类很多，它们的工作条件和运行要求各不相同，但选择这些电气设备的基本要求却是一致的。5.1.1电气设备选择的一般原则⑴按正常工作条件选择电气设备按正常工作条件选择，主要包括以下两个方面：①使用环境条件主要包括设备的安装地点（室内或室外）、环境温度、海拔、相对湿度等，还应考虑防尘、防爆、防火等的要求。②额定电压电气设备的额定电压应不小于设备安装地点电网的最高工作电压，即≥。③额定电流电气设备的额定电流应不小于设备正常工作时的最大负荷电流，即≥。电气设备的最大长期工作电流一般取线路的计算电流或变压器的额定电流。⑵按短路情况进行校验①动稳定校验动稳定是指电气设备承受短路电流力的能力，满足动稳定的条件是≥或≥式中，、分别是电气设备允许通过的最大电流峰值和有效值：、分别为设备安装地点短路冲击电流的峰值和有效值。②热稳定校验热稳定是指电气设备承受短路热效应的能力，满足热稳定的条件是t≥式中，为电气设备在t秒时间内的热稳定电流；为三相短路稳态短路电流；t为厂家给出的热稳定试验时间；为假想时间。5.1.2常用一次设备的选择方法⑴各种高低压电气设备的选择和检验项目如表5-1。表5-1高低压电气设备的选择和校验项目表设备名称电压电流断流容量短路电流效应校验动稳定热稳定高压断路器√√√√√高压隔离开关√√×√√高压负荷开关√√×√√熔断器√√√××低压刀开关√√√××低压负荷开关√√×××电流互感器√√×√√电压互感器√××××限流电抗器√√×××消弧线圈√√×√√母线×√×√√电缆、绝缘导线√√××√支柱绝缘子√×××穿墙套管√√×××低压断路器√√×√√注：表中“√”表示选择此项，“×”表示不选此项。⑵假想时间的确定假想时间等于周期分量假想时间和非周期分量假想时间之和。非周期分量假想时间可以忽略不计（因短路时间均大于1s），因此，假想时间就等于周期分量假想时间。不同地点的假想时间如表4-2所示。表5-2假想时间的大小地点后备保护动作时间∕s断路器跳闸时间∕s短路持续时间∕s周期分量假想时间∕s假想时间∕s主110kV侧3.8110kV母线分段4.34.3主变10kV侧2.610kV母线分段高压断路器的选择与校验5.2.1电力系统对高压断路器的要求基于高压断路器在系统中所起的重要作用，为保证电力系统的可靠运行，对高压断路器的关合、开断方面提出了一些特殊要求，如：①在正常情况下能开短和关合电路。主要指开断和关合负载电流。要考虑关合、开断空载长线或电容器组等电容负荷以及开断空载变压器、高压电动机等小电感负荷的情况。②在电力系统发生故障时应以较短时间将故障部分从电力系统中切除，以减轻故障对设备的情况。③应能配合自动重合闸进行多次关合和开断。5.2.2主变110kV侧高压断路器的选择与校验⑴选择主变110KV侧的计算电流=A=165.34A，且110kV侧的配电装置为室外配置。所以预选LW6-110∕3150型高压断路器。其=110kV;=3150A;=31.5KA;=125KA;t=×3·S=7500·S⑵校验①动稳定校验因为断路器=31.5kA，系统最大三相短路电流=10.99kA.所以，有＞，满足校验条件。②热稳定校验因为断路器=7500·S，而系统三相最大短路容量==×3.8=458.96·S。所以，有＞，满足校验条件。5.2.310kV侧高压断路器的选择与校验⑴选择10KV侧的计算电流=A=1732.1A，且10kV侧的配电装置为室内配置。所以，10kV侧预选ZN12-10∕1250型高压断路器。其=10kV；=1250A;=31.5kA；=80kA;t=×4·S=3969·S。⑵校验①动稳定校验因为断路器=31.5kA，系统最大三相短路电流=25.94kA。所以，有＞，满足校验条件。②热稳定校验因为断路器=3969·S，而系统三相最大短路容量==×2.6=1749.96·S。所以，有＞，满足校验条件。5.3隔离开关的选择与校验5.3.1电力系统对隔离开关特殊要求为了确保检修工作的安全以及倒合闸操作的简易运行，隔离开关在结构上应满足以下要求：①隔离开关在分闸状态时应有明显可见的断口，使运行人员能明确区分电气是否与电网断开，但在全封闭式配电装置中除外；②隔离开关断点之间应有足够的距离，可靠的绝缘，在任何状态下都不能被击穿而引起过电压危机工作人员安全；③具有足够的短路稳定性，包括动稳定和热稳定；④隔离开关应结构简单，动作可靠；⑤带有接地闸刀的隔离开关应有保证操作顺序的闭锁装置，一共安全检修和检修完成后恢复正常工作。5.3.2110KV侧隔离开关的选择与校验⑴选择110kV侧的计算电流=A=165.34A，且110kV侧的配电装置为室外配置。所以预选GW4-110D∕600型高压隔离开关。其=110kV;=600A;=50kA;t=×5·S=980·S。⑵校验①动稳定校验因为高压隔离开关=50kA，系统的短路冲击电流=28.02kA。所以，有＞，满足校验条件。②热稳定校验因为高压隔离开关=980·S，而系统三相最大短路容量==×3.8=458.96·S。所以，有＞，满足校验条件。5.3.310KV侧隔离开关的选择与校验⑴选择10KV侧的计算电流=A=1732.1A，且10kV侧的配电装置为室内配置。所以，10kV侧预选GN10-10T∕3000型隔离开关。其=10kV；=3000A;=160KA;t=×5·S=28125·S。⑵校验①动稳定校验因为隔离开关=160kA，系统的短路冲击电流=66.16kA。所以，有＞，满足校验条件。②热稳定校验因为隔离开关=28125·S，而系统三相最大短路容量==×2.6=1749.96·S。所以，有＞，满足校验条件。5.3.4主变压器中性点接地隔离开关的选择主变压器中性点电压为63.1kV,为满足校验时电压的需要，选择隔离开关的额定电压为72.5kV，在此隔离开关选择GW13-72.5/630A。5.4电流互感器的选择与校验5.4.1电流互感器的选择要求选择电流互感器时，应根据安装地点（室内、室外）和安装方式（穿墙式、支持式、母线式）选择器类型，其选择项目如下：①一次绕组的额定电压应不低于安装地点的额定电压。②一次绕组的额定电流去线路最大工作电流或变压器额定电流的1.2～1.5倍。③准确度等级与二次侧负荷选择为了保证电流互感器的准确度，其二次侧的实际负荷必须小于其准确度等级所规定的额定二次负荷。5.4.2110KV侧电流互感器的选择与校验⑴选择110kV侧的计算电流=A=165.34A，且110kV侧的配电装置为室外配置。所以预选LCD2-110型电流互感器。其=110kV;=800/5A;级次组合为0.5/D/D;动稳定倍数取65，1s热稳定倍数取35；t=×1S=784·S。⑵校验①动稳定校验因为电流互感器=×65×0.8KA=73.53kA，系统的短路冲击电流=28.02kA。所以，有＞，满足校验条件。②热稳定校验因为电流互感器=784·S，而系统三相最大短路容量==×3.8=458.96·S。所以，有＞，满足校验条件。5.4.310kV侧电流互感器的选择与校验⑴选择10KV侧的计算电流=A=1732.1A，且10kV侧的配电装置为室内配置。所以，10kV侧预选LAJ-10型电流互感器。其=10kV；=1000/5A;动稳定倍数取90，1s热稳定倍数取50；t=×1·S=2500·S。⑵校验①动稳定校验因为电流互感器=×65×0.8KA=127.26kA，系统的短路冲击电流=66.16kA。所以，有＞，满足校验条件。②热稳定校验因为电流互感器=2500·S，而系统三相最大短路容量==×2.6=1749.96·S。所以，有＞，满足校验条件。5.5电压互感器的选择5.5.1电压互感器的选择方法⑴电压的选择电压互感器一次绕组的额定电压应与安装地点电网的额定电压相同，二次绕组的额定电压通常为V。⑵准确度等级和二次侧负荷的选择为了保证电压互感器的准确度，其二次侧的实际负荷必须小于其准确度等级所规定的额定二次负荷。5.5.2110kV侧电压互感器的选择110kV侧的计算电流=A=165.34A，且110KV侧的配电装置为室外配置。所以预选LCD2-110型电压互感器。其=//0.1kV。5.5.310kV侧电压互感器的选择10kV侧的计算电流=A=1732.1A，且10kV侧的配电装置为室内配置。所以，10kV侧预选JDZJ-10型电压互感器。其=//kV。5.6避雷器的选择5.6.1避雷器的选择方法避雷器是用来限制过电压幅值的保护电器，并联在被保护电器与地之间。当雷电波沿线路侵入，过电压的作用使避雷器动作，使导线通过电阻或直接与大地相连接，雷电流经避雷器泄入大地，从而限制了雷电过电压的幅值，使避雷器上的残压不超过被保护电器的冲击放电电压。为了保证电力系统的安全运行，避雷器应满足的基本要求是：①当过电压超过一定值时，比诶去应动作，使导线与地直接或经电阻相连接，以限制过电压。②在过电压作用之后，能够迅速截断工频电流所产生的电弧，使电力系统恢复正常运行。5.6.2110kV侧避雷器的选择根据110kV侧额定电压为110kV，所以选用FZ-110型避雷器。5.6.310kV侧避雷器的选择根据10KV侧额定电压为10kV，所以选用FZ-10型避雷器。5.7母线的选择5.7.1母线的选择方法⑴母线的材料、类型和布置方式配电装置的母线主要用铜和铝作成。选择母线的材料时，应遵循“以铝代铜”的方针，除了在有关规定必须采用铜的特殊环境和场所外，应采用铝。室外配电装置的母线多采用钢芯铝绞线，由于是软导线，所以不需要校验动稳定；室内配电装置由于线间距较小，布置紧凑，采用硬母线。常用的硬母线截面有矩形、槽形和管形，在中小型变电所和发电厂多采用矩形铝排。矩形母线散热较好，有一定的机械强度，便于固定和安装，但集肤效应大。为了避免集肤效应，单条矩形的截面积不应大于1000～1700mm，当工作电流大时，可采用2～3条矩形母线并联使用。⑵母线截面的选择①按发热条件选择为使正常运行时母线的发热温度不超过允许值，必须满足以下条件:≥式中，为铝母线允许载流量。②按经济电流密度选择对年平均负荷较大、母线较长、传输容量较大的回路，为了降低年运行费用，可按经济电流密度选择母线截面积。母线的经济截面积按下式确定：A=式中，为母线的最大工作电流，即计算电流;为经济电流密度。⑶动稳定校验当短路冲击电流通过母线时产生的最大计算应力应不大于母线所允许的应力，即≥如不满足要求,则需要减小,常用的方法有:限制短路电流;减小支持绝缘子之间的距离;变更母线放置方式,增大相间距;增大母线截面等.其中最经济有效的方法是减小绝缘子之间的跨距。⑷热稳定校验母线在热稳定时满足热稳定的最小允许截面积为：=因此，满足热稳定的条件是：A≥。5.7.2110kV汇流母线的选择与校验由于110KV侧是室外布置，因此采用钢芯铝绞线。⑴按经济电流密度选择导线截面积110kV母线的最大工作电流为165.34A，年最大负荷利用小时数=4500h，查有关资料得经济电流密度=1.15A/，则导线的经济截面积为：===143.77初选LGJ-300型钢芯铝绞线。⑵校验发热条件查有关资料可知，35℃时LGJ-300型钢芯铝绞线的允许载流量为=0.87×700A=609A≥165.34A满足发热条件。⑶校验机械强度因为35kV以上钢芯铝绞线的最小允许截面积为25，所选的LGJ-300型钢芯铝绞线满足机械强度要求。⑷校验热稳定度满足热稳定的最小允许截面积为:==10.99××=261.95＜300满足要求。主变110kV侧引出线的选择与汇流母线相同，也选用LGJ-300型钢芯铝绞线。5.7.310kV汇流母线的选择与校验由于10kV侧是室内布置，因此采用矩形母线。⑴按发热条件选择导线截面积10kV母线的最大持续工作电流为:=A=1732.1A查有关资料知，35℃时双条、竖放LMY-80×10型矩形母线的允许载流量=0.87×2375A=2066.25A＞1732.1A故10kV汇流母线选择两条Y-80×10型矩形母线，竖放。⑵热稳定度校验满足热稳定度的最小允许截面积为：==25.94××=442.3实际选用的母线截面积为A=80×10=800，所以A＞，足热稳定度。⑶动稳定校验在规定的条件下，取母线跨距l=1.5m，相间中心距s=0.35m。因=3.78＞2，故母线截面的形状系数K≈1。三相短路冲击电流在中间相产生的电动力为：F=K×=×1×××N=3248.67N母线的弯曲力矩为：M==N·m=487.3N·m母線的截面系数为：W===1.07×母线受到最大的计算应力为：==Pa=45.54×Pa=45.54MPa所以，＜=69MPa，满足动稳定要求。主变10kV侧引出线选择与汇流母线一样，也选择LMY-80×10型矩形母线。5.8绝缘子和穿墙套管的选择与检验配电装置中的支柱绝缘子和穿墙套管除了作为载流体之间或对地的绝缘外，还用以固定或连接各种带电体。因此，它应有足够的机械强度和耐热性。5.8.1110kV侧缘子的选择由于110kV侧为户外配电装置，悬式绝缘子主要用在35kV及以上屋外配电装置和架空线路上，所以，绝缘子型号选为XHP-110(钟罩型防污绝缘)。悬式绝缘子不需要动稳定检验。5.8.210kV侧绝缘子选择与校验⑴选择10kV侧为户内配电装置，故选择支柱绝缘子，型号为ZL-10/8。其=10kV；H=170；=8000N。⑵校验根据高低压电气设备选择和校验项目表可知，按额定电压选择的支柱绝缘子只需要校验动稳定。取相间距a=0.35m，跨距=1.5m。则相间最大电动力=3248.67N。绝缘子的高度：=H+＋＝170+12+15mm=197mm式中，在竖放时选18mm，平放时选12mm；h为母线总高度。故其电动力为：==324.67×N=3764.7N所以，＜0.6=4800N,满足动稳定要求。5.8.310kV侧穿墙套管的择与校验⑴按最大持续工作电流选择穿墙套管10kV侧最大持续工作电流=1732.1A，穿墙套管的最大持续工作电流应该满足≥，所以选择型号为CC-10型穿墙套管，其=2000A;=10kV;瓷套长度为449mm；=12.5kN。⑵热稳定校验穿墙套管的热稳定应满足式t≥，查有关资料知，当=2000A时，铝导体的=40KA，t=5s。则t=8000·S；而=×2.6·S=1749.96·S。所以，t≥，满足热稳定条件。⑶穿墙套管的动稳定校验根据穿墙套管的型号可知，=449mm=0.449m，取=1.5m，则其电动力为：==1.73×=1.73×××N=2108.16N所以，有＜0.6=7500N,满足动稳定条件。6继电保护设置与整定计算所谓继电保护，是指采用一种反事故自动装置使其能反映电力系统中电气设备所发生各种故障或不正常运行状态，并及时动作于继电器跳闸或发出信号。它应具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性。继电保护是一种电力系统安全保障技术，是电力系统重要组成部分，它对保障系统安全运行，保证电能质量，防止故障扩大和事故发生，都有极其重要作用。6.1变电站继电保护的整体配置6.1.1主变压器继电保护的配置力变压器是十分重要的电气设备，在电力系统使用相当普遍，它如发生故障对供的可能性和系统的正常运行带来严重后果，因此，在变压器上装设性能良好、动作可靠的保护装置是十分重要的。变压器的异常运行状态有：变压器过负荷、外部短路引起的过电流、油箱漏油引起的油面过低、外部接地故障引起的中性点过电压、频率过低引起的过励磁和变压器油温升高等。为了保证电力系统安全可靠运行，针对上述故障和异常运行状态，变压器硬装设如下保护：①瓦斯保护用来反映变压器油箱内部各种故障和油面降低。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开各种电源侧断路器。对于容量为800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。②纵联差动保护或电流速断保护用来反映变压器绕组、套管及引出线上的短路故障，保护动作于跳开各种电源侧断路器。对于容量在6300kVA及以上并列运行变压器、发电厂厂用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量在1000kVA及以上单独运行的变压器，均应装设纵联差动保护。对于容量在1000kVA及以下变压器且过电流保护的动作时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。③相间短路的后备保护用来防御外部相间短路引起的过电流，并作为瓦斯保护和纵差保护的后备保护，保护延时动作于跳闸。④接地保护用来反映110kV及以上中性点直接接地系统中的变压器高压绕组及引出线和相邻线路的接地短路，保护延时动作于跳闸。⑤过负荷保护用来反映变压器堆成过负荷。6.1.2线路保护的配置⑴电流速断保护电流速断保护是反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护。因为其结构简单，反应速度快，继电器可以在发生短路的瞬间发生动作，快速切除故障，减小了因为短路故障而造成的经济损失。⑵定时限过电流保护由于电流速断保护不能保护线路全长，并且保护范围直接受运行方式变化的影响，为了弥补这种保护的不足，线路还要设置过电流保护作为后被保护。6.1.3母线保护的配置母线是电力系统中的一个重要的组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复期间，或转换到另一组无故障母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重后果。所以母线上需要装设保护装置。母线上发生的短路故障可能是各种类型的接地和相间短路故障。在本次设计的变电站110kV侧的分段母线上，为了保证有选择性的切除任一组母线上发生的故障，而另一组无故障母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护。为了满足速动性和选择性要求，母线保护都是按差动原理构成的。母线差动保护要求采用具有比率制动特性原理的保护，设置大差和各段母线的小差保护，大差作为母线故障的选择元件选择，运行方式自适应，母联、分段失灵和死区保护功能。6.2主变压器继电保护整定6.2.1瓦斯保护一般瓦斯继电器气体容积整定范围为250～300。本变电站主变压器容量为31.5MVA，整定值取250。重瓦斯保护油流速度整定范围为0.6～1.5/s，为防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，将油流速整定为1/s。6.2.2纵联差动保护瓦斯保护职能反应变压器油箱内部的故障，而不能反应油箱外绝缘套管及引出线的故障，因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，对容量较小的变压器可在电源侧装设电流速断保护，但是电流速断保护不能保护变压器的全部，故当灵敏度不能满足要求时，就必须采用快速动作并能保护变压器全部绕组，绝缘套管及引出线上各种故障的纵差动保护。本保护由BCH-2型差动继电器构成。其计算如下：⑴计算各侧一次额定电流，选择电流互感器变比，确定各侧互感器的二次额定电流。电流互感器二次侧额定电流的计算名称各侧数值额定电压∕kV11010.5额定电流∕A=165.34=1732.1电流互感器的接线方式Dy电流互感器一次电流计算值∕A×165.34=286.391732.1电流互感器变比的选择400∕5=803000∕5=600电流互感器二次额定电流∕A165.34∕80=3.581732.1∕600=2.89根据上表可知，选择二次额定电流最大的110kV侧为基本侧。⑵按以下条件确定保护装置的动作电流①躲过变压器的励磁涌流，即=·=1.3×165.34A=214.94A②躲过变压器外部短路时的最大不平衡电流，即=（+ΔU+Δ）=1.3×（1×1×0.1+0.1+0.05+0.05）×10.99××=372.7A③躲过变压器正常运行时的最大负荷电流，即===214.94A取=372.7A，则差动继电器的动作电流值为==A=8.07A⑶确定基本侧差动线圈的匝数===7.43取=7，则继电器实际动作电流=60∕7A=8.57A，保护装置实际一次动作电流为=A=395.9A。⑷确定非基本侧平衡线圈匝数10kV侧=-=-7=1.67取=2。⑸校验相对误差Δ10kV侧Δ===0.038由于Δ＜0.05，说明以上选择结果有效，无需重新计算。⑹校验保护灵敏度在主变压器10kV侧出口两相短路归算到10kV侧的最小短路电流为=××12.87××A=508.89A===1.29＜2灵敏度不满足要求，应该改用带制动性质的BCH-1型差动继电器。6.2.3过电流保护110kV侧复合电压启动的过电流保护过电流保护采用三相星星接线，继电器选为DL-11型；电流互感器的变比为=400∕5=80；电压元件接于110kV母线电压互感器。⑴动作电流按躲过变压器额定电流整定，即==×165.34A=233.42A则==A=2.9A⑵低压继电器动作电压按躲过电动机自启动的条件整定，即=0.7=0.7×110KV=77kV则==V=70V⑶负序电压继电器的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定，即=0.06=6.6kV则==V=6V⑷保护的灵敏度按后备保护范围末端最小短路电流来校验，即===2.2由于灵敏度＞1.5，满足灵敏度校验要求。10KV侧过电流保护过电流保护采用三相星星接线，继电器选为DL-11型；电流互感器的变比为=3000∕5=600。动作电流应满足以下两个条件：⑴躲过并列运行中，切除一台变压器时所产生的过负荷电流，即==×2×1732.1A=4890.6A⑵躲过电动机自启动的最大工作电流，即==×1732.1A=3667.98A取=4890.6A，则==A=8.15A。作近后备时，保护的灵敏度为===1.15由于灵敏度＜1.5，不满足要求，所以应改用复合电压启动的过电流保护。6.2.4动作时间10kV侧过电流保护动作时间=3s，110kV侧过电流保护第一段动作时间=3+0.5s=3.5s，第二段动作时间为=3.5+0.5s=4s。6.2.5过负荷保护过负荷保护设在主变110kV侧。按躲过变压器额定电流整定，即==×165.42A=204.34A==A=2.55A取动作时间为10s。6.310KV线路保护6.3.1电流速断保护电流速度按保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比为=150∕5=30。当10kV线路的出线在最大运行方式下发生短路时，其等效电路图如图6.1所示。图6.110KV线路出线短路等效电路图10kV线路出线的阻抗为：=0.4×3=1.2线路总阻抗为：=++=++1.2=1.412此时的最大短路电流为：==KA=3.895KA线路保护的动作电流按躲过线路末端最大短路电流整定，即==1.3×3.895×A=5063.74A则==A=168.79A灵敏度按保护安装处两最小相短路电流来校验，即===2.2由于灵敏度＞2，满足校验条件。6.3.2定时限过电流保护定时限过电流保护采用两继电器式接线，继电器型号为DL-11型；电流互感器变比为=150∕5=30。当10KV线路的出线在最小运行方式下发生短路时，其线路的总阻抗为：=++=0.091+0.333+1.2=1.624此时线路末端的两相短路电流为：==KA=3386.7A线路保护的动作电流按躲过线路末端最大短路电流整定，即==×（1.5×）A=162.54A则==A=5.42A灵敏度按线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流来校验，即===18.05由于灵敏度＞1.5，满足灵敏度校验条件。动作时间t=2.5s。7电气设备布置及配电装置7.1概述配电装置是按主接线要求由开关设备、保护电器、测量仪表、母线和必要的辅助设备组成。它的主要作用是：接受电能，把电能分配给用户。7.1.1分类及特点按电气设备安装地点不同，配电装置可以分为屋内式和屋外式；按其组成方式，又可分为装配式配电装置和成套式配电装置。屋内配电装置的特点：占地面积小；不受气候影响；外界污秽空气对电气设备影响小；房屋建筑投资大。屋外配电装置的特点：土建量和费用少，建设周期短；扩建方便；相邻设备间距较大，便于带电作业；占地面积大；受外界气候影响，设备运行条件差；外界气候变化影像设备的维修和操作。大中型变电所中35kV及以下的配电装置多采用屋内配电装置；110kV及以上的配电装置多采用屋外配电装置。7.1.2基本要求配电装置是变电所的重要组成部分，为了保证电力系统安全经济运行，配电装置应满足以下基本要求：①配电装置的设计必须贯彻执行国家的基本建设方针和技术政策。②保证运行可靠性。③满足电气安全净距要求。④便于检修、巡视和操作。⑤节约土地，降低造价，做到经济上合理。⑥安装和扩建方便。7.2电气总平面布置7.2.1电气总平面布置的基本原则⑴满足电气生产工艺流程要求。首先满足电气主接线的要求，力求导线、电缆和交通运输线路短捷、通顺，避免迂回，减少交叉。特别注意解决好高压配电装置及主控制楼或网络控制楼的方位。⑵力求布置紧凑合理，节约用地。在满足运行、检修和防火、防污等要求的前提下，尽量压缩电工建筑物的距离；按照工程的不同特点，采用相应的占地少的配电装置型式；架空出线采用双回路或多回路杆塔；对功能相近或互有联系的电工建筑物（如控制楼、通信楼、实验室等）采用多层联合布置。⑶结合地形地质，因地制宜布置。根据场地的不同自然地形、地段及各建筑物对工程和水文地质的要求，选择相应的布置方式，避开不利的地形地段。⑷满足防火和环境保护要求。⑸与外部条件相适应。7.2.2电气总平面布置的设计电气总平面布置力求紧凑合理，出线方便，减少占地面积，节约投资，根据方案的建设规模，本方案110kV配电装置布置在站区的北面，10kV箱式配电装置布置在南面，主变压器布置在110KV配电装置和10KV箱式配电装置之间，靠近进站道路，进展大门在变电站西侧。110、10kV装置分别在变压器的两侧，分区明确。110kV线路及变压器110kV侧采用架空线出线，10kV线路及电容器采用电缆出线，电缆引出所外后也可架空出线，主变压器10kV侧进线户外采用铜排母线桥，户内采用封闭母线桥进线。保安室、工器具室、资料室及卫生间为一层结构，位于变电站大门南侧。7.3配电装置7.3.1110kV配电装置110kV配电装置采用屋外软母线改进中型布置，进、出线均采用架空方式。它具有占地面积小，布置清晰，运行、维护方便，构架少等优点，已有成熟的安装、运行经验。7.3.210kV配电装置10KV配电装置采用屋内箱式配电装置型式，选用中置式开关柜，单列布置。箱体内开关柜采用加强绝缘型结构，少维护，无污染、节约占地。柜间母线采用绝缘套管防护和支持，减少母线故障率。断路器中置式布置，便于维修、检修。7.