变电站及其配电系统设计

变电站及其配电系统设计河南机电职业学院毕业论文（实习报告）题目：行OKV变电站及其配电系统设计所属系部：电子工程系专业班级：输变电工程12T学生姓名：刘康指导教师：梁家裴2015年6月6日学生姓名:专业班级：所属系部：电子工程系题目:任务内容：论文撰写要求:1、按所学专业选题，要立意求新，实用可行。2、 论文观点鲜明正确，中心突出，论据充足可靠，层次分明，结构严谨，逻辑性强。注意避免单纯罗列资料或数据，忽视论证分析的情况；避免写成描述性的记叙文章。3、 学生应独立完成论文写作，严禁抄袭他人之作，严禁请人代写。4、 论文交稿时，要求字迹工整，卷面清洁。文前列出目录，文后列出参考文献消单。5、 论文应表述自己的独立见解，尽量避免照搬照抄书中语句。6、 论文一律用统一的论文稿纸撰写，并将封面、任务书填写齐全。时间安排:参考资料:指导教师签字：教研室主任签字：年月曰

学生姓名：专业班级： 所属系部：题 目：指导教师评语：初评成绩：指导老师签字：年月 日评审小组意见：评审小组成员签字：年月曰终评成绩：摘要本文主要进行110KV变电站设计。首先根据任务书上所给系统及线路和所有负荷的参数，通过对所建变电站及出线的考虑和对负荷资料分析，满足安全性、经济性及可靠性的要求确定了110KV、35KV、10KV侧主接线的形式，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，从而得出各元件的参数，进行等值网络化简，然后选择短路点进行短路计算，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，选择并校验电气设备，包括母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等，并确定配电装置。根据负荷及短路计算为线路、变压器、母线配置继电保护并进行整定计算。本文同时对防雷接地及补偿装置进行了简单的分析，最后进行了电气主接线图及HOKV配电装置间隔断面图的绘制关键词：变电站设计，变压器，电气主接线，设备选择目录摘要 1变电站的介绍TOC\o"1-5"\h\z11变电站的作用 1\o"CurrentDocument"1.2我国变电站及其设计的发展趋势 2\o"CurrentDocument"1.3变电站设计的主要原则和分类 4\o"CurrentDocument"2电气主接线设计 4\o"CurrentDocument"2.1电气主接线设计概述 5\o"CurrentDocument"2.2电气主接线的基本形式 7\o"CurrentDocument"2.3电气主接线选择 7\o"CurrentDocument"3变电站主变压器选择 10\o"CurrentDocument"3.1主变压器的选择 10\o"CurrentDocument"3.2主变压器选择结果 114短路电流计算 134.1短路的危害 13\o"CurrentDocument"4.2短路电流计算的目的 13\o"CurrentDocument"4.3短路电流计算方法 135继电保护的配置 ，145.1继电保护的基本知识 14\o"CurrentDocument"5.2110k¥线路的继电保护配置 14\o"CurrentDocument"5.3变压器的继电保护 14\o"CurrentDocument"5.4母线保护 15\o"CurrentDocument"5.5备自投和自动重合闸的设置 166防雷方案的设计 176.1直击雷保护 17\o"CurrentDocument"6.2侵入波保护 177配电装置 187.1配电装置概述 18\o"CurrentDocument"7.2配电装置类型 18\o"CurrentDocument"7.3对配电装置的基本要求和设计步骤 仆\o"CurrentDocument"7.4屋内配电装置 19\o"CurrentDocument"7.5屋外配电装置 19参考文献 221变电站的介绍1.1变电站的作用一、 变电站在电力系统中的地位电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机）、变换（变压器、整流器、逆变器）、输送和分配（电力传输线、配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。变电站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。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类枢纽变电站；位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为330-500RV的变电站，成为枢纽，全所停电后，将引起系统解列，甚至出项瘫痪。中间变电站：高压侧以交换潮流为主，其系统变换功的作用。或使长距离输电线路分段，一般汇聚2—3个电源，电压为220-330kv,同时又降压供当地供电，这样的变电站起中间环节的作用，所以叫中间变电站。全所停电后，将引起区域电网解列。地区变电站：高压侧一般为110-220kv,向地区用户供电为主的变电站，这是一个地区或城市的主要变电站。全所停电后，仅使该地区中断供电。终端变电站：在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧的电压为HOkv,经降压后直接向用户供电的变电站，即为终端变电站。全所停电后，只是用户受到损失。二、 电力系统供电要求保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备的安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。因此，电力系统运行首先足可靠、持续供电的要求。保证良好的电能质量：电能质量包括电压质量，频率质量和波形质量这三个方面，电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定的数来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定电压的正负5%,给定的允许频率偏移为正负0.2—05%HZ等，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。所有这些质量指标，都必须采取一切手段来予以保证。保证系统运行的经济性：电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占的比重约为13,而且在电能变换，输送，分配时的损耗绝对值也相当可观。因此降低每生产一度电能损耗的能源和降低变换，输送，分配时的损耗，又极其重要的意义。三、电力系统的额定电压额定电压是指能使电气设备长期运行的最经济的电压。在系统中，各部分电压等级是不同的。三相交流系统中，三相视在功率，=36.当输出功率一定时，电压越高，电流越小，线路、电气的载流部分所需的截面积就越小，有色金属的投资也越小，同时由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损耗也较小。另一方面，电压越高，对绝缘水平的要求就越高，变压器、开关等设备的投资也越大。综合考虑这些因素，对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济合理的输电电压，当从设备制造角度考虑，为保证产品的标准化和系列化，又不应随意确定输电电压。用电设备的额定电压：经线路向用电设备输送电能时，由于用电设备大都是感性负荷，沿线路的电压分布往往是首段高于末端，系统标称电压与用电设备的额定电压取值一致，使线路的实际电压与用电设备要求的额定电压之间的偏差不致太大。变压器额定电压：变压器一次侧接电源，相当于用电设备，二次侧向负荷供电，有相当于电源，因此变压器一次侧额定电压等于用电设备的额定电压，由于变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压，额定负载下变压器内部的电压降落约为5%,当供电线路较长时，为使正常运行时变压器二次侧电压较系统标称电压高5%,以便补偿线路电压损失。变压器二次侧额定电压较用电设备额定电压高10%,只有当变压器二次侧与用电设备间电气距离很近时，其二次侧额定电压才取为用电设备额定电压的1.05倍。1.2我国变电站及其设计的发展趋势一、我国变电站的发展趋势近年来，在我国在经济技术领域中取得了快速发展，特别是计算机网络技术和通信技术的发展，为我国变电站的发展起到了强有力的推动作用，越来越多的新技术新产品应用到变电站方面，具体来说，使我国变电站设计呈现以下发展趋势：1.智能化智能化变电站的发展是随着高压高精度的智能仪器的出现而逐渐发展的，特别是计算机高速通信网络在实时系统中的开发和应用，使变电站的所有信息采集、传输实现的智能化处理提供的强大的物质和理论基础。智能化主要体现在以下几个方面：紧密联结全网。支撑智能电网。高电压等级的智能化变电站满足特高压输电网架的要求。中低压智能化变电站允许分布式电源的接入。远程可视化。装备与设施标准化设计，模块化安装。另外，为了加强对变电站及无人值守变电站在安全生产、防盗保安、火警监控等方面的综合管理水平，越来越多的电力企业正在考虑建设集中式远程图像监控系统，这促使了电力综合监控的网络化发展。以IP数字视频方式，能够对各变电站/所的有关数据、环境参量、图像进行监控和监视，实时、直接地了解和掌握各个变电站/所的情况，并及时对发生的情况做出反应，适应许多地区变电站的需要。不过我国目前还没用完全实现真正意义山的智能化一次设备，一次设备的智能化仍然需要通过一定的二次设备俩转化实现，一般采用智能终端的模式。目前在国内进行的数字化变电站项目，虽然大多数采用此种方式，但是普遍没有对开关内部的二次回路进行集成化改造，智能终端与开关整合度较低，还有很大的发展空间。2.数字化通过采用现代化的精密仪器仪表，以及实时性较高的通信网络，因此在此基础上出现了数字化变电站，数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站在系统可靠性、经济性、维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升。3.装配化装配式变电站采用全预制装配结构的建筑形式，大幅缩短了设计及建设周期，减少了变电站占地面积，节约了土地资源。随着国网公司“两型一化”的推广，装配式变电站在全国各地均成功试点，成为今后变电站建设的一种新型模式。二、我国变电站设计的发展趋势依据我国的国情，以及我国多年来积累的关于变电站设计的实践和经验，可以看出我国变电站设计的发展趋势有以下几个方面。我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。1、 变电站接线方案趋于简单化随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加，变电站接线简化趋于可能。例如，断路器是变电站的主要电气设备，其制造技术近年来有了较大发展，可靠性大为提高，检修时间少。特别国外一些知名厂家生产的超高压断路器均可达到20年不大修，更换部件费时很短。为了进一步控制工程造价，提高经济效益，经过专家反复论证，我国少数变电站设计已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案。2、 大量采用新的电气一次设备近年来电气一次设备制造有了较大发展，大量高性能、新型设备不断出现，设备趋于无油化，采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降，伴随着国产GIS向高电压、大容量、三相共箱体方面发展，性能不断完善，应用面不断扩大，许多城网建设工程、用户工程都考虑采用GIS配电装置。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式走向无油化、真空开关、SF6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。这些户夕卜高压和超高压组合电器共同特点是以SF6断路器为核心，与其它高压电气设备进行组合，形式繁多。这些设备运行可靠性高、节省占地面积和空间、施工安装简单、运行维护方便，价格介于常规电气设备与GIS之间，是电气设备今后发展的一个方向，符合我国目前的国情和技术发展方向。3、变电站占地及建筑面积减少随着经济和城市建设的发展，市区的用电负荷增长迅速，而城市土地十分宝贵，地价越来越昂贵。新建的城市变电站必须符合城市的形象及环保等要求，追求综合经济、社会效益，所以建设形式多采用地面全户内型或地下等布置形式，占地面积有效减少。另外，针对一些110kV及以下变电站实现无人值班，设计中取消了与运行人员有关的建筑和设施，建筑面积更是大为减少。4、变电站综合自动化技术变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，已经成为必然趋势。另一方面，保护本身也需要自检查、故障滤波、事件记录、运行监视和控制管理等功能。发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。变电站综合自动化技术将会引起电力行业的重视，成为变电站设计核心技术之变电站综合自动化发展趋势主要表现在一下几个方面：⑴全分散式变电站自动化系统⑵引入先进的网络技术。总之，变电站综合自动化向着使电力系统的运行和控制更方便、快捷、安全、灵活的方向发展。1.3变电站设计的主要原则和分类变电站设计的原则是：安全可靠、技术先进、投资合理、标准统一、运行高效、，努力做到统一性与可靠性、先进性、经济性、适应性、灵活性、时效性和和谐性的协调统一。1统一性：建设标准统一，基建和生产标准统一，外部形象提醒公司企业的文化特征。2.可靠性：主接线方案安全可靠。3.经济性，按照利益最大化原则，综合考虑工程初期投资与长期运行费用，追求设备寿命期内最佳经济效益。4.先进性：设备选型先进合理，占地面积小，注重环保，各项技术经济可比指标先进。5.适应性：综合考虑不同地区的实际情况，要在系统中具有广泛的适应性，并能在一定时间内对不同规模，不同形式，不同外部条件均能适应。6.灵活性：规模划分合理，接口灵活，组合方案多样，规模增减方便，能够运行于不同的情况环境下。7.时效性：建立滚动修改机制，随着电网的发展和技术的进步，不断更新、补充和完善设计。8.和谐性：变电站的整体状况与变电站周边人文地理环境相协调变电站设计的分类按照变电站标准方式、配电装置型式和变电站规模3个层次进行划分。按照变电站布置方式分类。llOkv变电站分为户外变电站、户内变电站和半地下变电站3类。在变电站设计中，户外变电站是指最高电压等级的配电装置、主变布置在户外的变电站；户内变电站是指配电装置布置在户内，主变布置在户内、户外或者户内的变电站。半地下变电站是指主变布置在地上，其它主要电气设备布置在地下建筑内的变电站；地下变电站是指主变及其他主要电气设备布置在地下建筑内的变电站。按配电装置型式分类。MOkv配电装置可再分为常规敞开式开关设备和全封闭式组合电气2类进行设计。按变电站规模进行分类。例如户外AIS变电站，可按最高电压等级的出线回路数和主变台数、容量等不同规模分为终端变电站、中间变电站和枢纽变电站。2电气主接线设计发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路，电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。2.1电气主接线设计概述一、 对电气主接线的基本要求现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足一下基本要求。运行的可靠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。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，能尽快的推出设备。切除故障停电时间短，影响范围就最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。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。复杂的接线不但不便于操作，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者不必要的停电。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，使其尽可能的发挥经济效益。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，在选择主接线时还应考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要取决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。二、 变电站电气主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行和维护的方便，尽可能地节省投资，就进取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。他与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气26设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理他们之间的关系，合理的选择主接线方案。在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的，设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路一变压器组或桥型接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110-220RV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110-220kv出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。在大容量变电站中，为了限制6-10kv出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1・变压器分列运行2.在变压器回路中装置分裂电抗器。3.采用低压侧为分裂绕组的变压器。4.出线上装设电抗器。断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够的资料时，可采取下列数据：1・最小负荷为最大负荷的60-70%如主要农业负荷时则取20-30%；2.负荷同时率取0.85—0.9,当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取0.95-1；3.功率因数一般取0・8；4线损平均取5%。三、电气主接线设计步骤（1）分析原始资料1.本工程情况包括变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。电力系统状况包括电力系统近期及远景规划（5-10年），变电站在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。主变压器中性点接地方式是一个综合问题，他与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。我国一般对35kv及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地），又称小电流接地系统，对1103就以上高压系统，皆采用中性点直接接地系统，有称大电流接地系统。负荷情况包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电站电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间（5-10年）的检验。环境条件包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响，特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差较大，应予以重视。设备制造情况这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等质量汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可靠性。主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案（近期和远景）。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2—3个技术上相当，有能满足任务书要求的方案，再进行经济比较，结合最新技术，最终确定出在技术上合理、经济山可行的最终方案。（3） 短路电流计算和主要电气设备选择对选定的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。（4）绘制电气主接线对最终确定的电气主接线，按照要求，绘图。2.2电气主接线的基本形式主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种接线方式，它以电源和出线为主体。由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源回路数不同。且各回馈线中所传输的容量也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，再进出线较多（一般超过4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电装置占地面积

较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂和变电站。有汇流母线的接线方式可概括为单母线接线和双母线接线两大类，无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。2.3电气主接线选择依据原始资料，经过分析，根据可靠性和灵活性经济性的要求，高压侧有4回出线，其中两回备用，宜采用双母线接线或单母线分段接线，中压侧有6回出线，其中两回备用，可以采用双母线接线、单母线分段接线方式，低压侧有11回出线，其中两回备用，可以采用单母线分段、单母线分段带旁路母线的接线方式，经过分析、综合、组合和比较，提出三种方案：方案一：110k、「侧采用双母线接线方式，35kv侧采用双母线接线方式，10kv侧采用单母线分段接线方式。HOkv侧采用双母线接线方式，优点是运行方式灵活，检修母线时不中断供电，任一组母线故障时仅短时停电，可靠性高。缺点是，操作复杂，容易出现误操作，检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电，任一母线故障仍会短时停电，结构复杂，占地面积大，投资大。10kv侧采用单母线分段接线方式，供给市区工业与生活用电，由于一级负荷占25%左右，二级负荷占30%左右，一级和二级负荷占55%左右，采用单母线分段接线方式，优点是接线简单清晰，操作方便，造价低，扩展性好，缺点是可靠性灵活性差。方案一主接线图如下：图3—1方案一主接线图110KV35KV10KV

110KV35KV10KV方案二：llOkv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，lOkv侧采用单母线分段接线方式35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，优点是，检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电，和单母线分段接线方式相比，可靠性提高，灵活性增加，缺点是，增设旁路母线后，配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关的数目，接线复杂，投资增大。方案二的主接线图如下:图3—2方案二主接线图方案三:llOkv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，lOkv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式方案三的主接线图如下：

对于上述三种方案综合考虑：该地区海拔185m,海拔并不高，对变电站设计没有特殊要求，地势平坦，属平原地带，为轻微地震区，年最高气温+40°C,年最低气温10°C,年平均气温+12。C,最热月平均最高温度+34°Co最大风速30m/s，复水厚度为10mm,属于我国第V标准气象区。因此llOkv侧采用单母线分段接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求，对于35kv及10kv侧，采用单母线分段接线方式。综合各种因素，宜采用第三种方案。3变电站主变压器选择主变压器的选择：再各级电压等级的变电站中，变压器是主要的电气设备之一。其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务，确定合理的变压器台数、容量和型号是变电站可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发、利用、节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的台数、容量和型号，提高网络的经济运行将具有明显的经济效益。3.1主变压器的选择一、 主变压器台数的选择在变电站设计过程中，一般需要装设两台主变压器，防止其中一台出现故障或检修时中断对用户的供电。对MOkv及以下的终端或分支变电站，如果只有一个电源，或变电所的重要负荷有中、低压侧电网取得备用电源时，可只装设一台主变压器，对大型超高压枢纽变电站，可根据具体情况装设2—4台主变压器，以便减小单台容量。因此，在本次设计中装设两台主变压器。二、 主变压器容量的选择1、 主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。对于城郊变电所，主变压器容量应与城市规划相结合。2、 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余主变压器的容量一般应满足60%(220kV及以上电压等级的变电所应满足70%)的全部最大综合计算负荷，以及满足全部I类负荷S］和大部分II类负荷(220RV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许时间内，应满足全部I类负荷S】和II类负荷Sn),即(n-1)S”n(0.6—0.7)Smax和(n-1)SA,> +Sn(4-1)最大综合计算负荷的计算：max(1+a%) (4-2)式中，几”一各出线的远景最大负荷；m一出线回路数;cos%—各出线的自然功率因数；同时系数，其大小由出线回路数决定，出线回路数越多其值越小，一般在0.8—0.95之间；%一线损率，取5%。因此，由原始材料可得：35kv侧：S、=(2+2+3+2.5+1.5+2)/0.9=14.44MK4S,=2.5/0.78+2.5/0.78+2.5/0.75+1.5/0.73+1.5/0.73+1/0.75+1.5/0.78+1.5/0.8+2/0.8+1/0.78+1/0.78=24.053MVAkv侧:则总的负荷为：S总=S1+52=38.493M\<4Smax=0.85x38.493xL05=34.355MVA贝snn0.7Smax=°7x34.355=24.0485MVA因此主变容量为：，”二24.0485MK4三、主变压器型号的选择1相数选择变压器有单相变压器组和三相变压器组。在330kv及以下的发电厂和变电站中，一般选择三相变压器。单相变压器组由三个单相的变压器组成，造价高、占地多、运行费用高。只有受变压器的制造和运输条件的限制时，才考虑采用单相变压器组，因此在本次设计中采用三相变压器组。绕组数选择：在具有三种电压等级的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15%以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所内需要装无功补偿设备时，主变压器宜选用三绕组变压器。绕组连接方式的选择：变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种。高压绕组为星形联结时，用符号Y表示，如果将中性点引出则用YN表示，对于中\毕业设计(论文)低压绕组则用y及yn表示；高压绕组为三角形联结时，用符号D表示，低压绕组用d表示。三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响，而采用全星形的变压器用于中性点不直接接地系统时，三次谐波没有通路，将引起正弦波电压畸变，使电压的峰值增大，危害变压器的绝缘，还会对通信设备产生干扰，并对继电保护整定的准确性和灵敏度有影向。3.2主变压器选择结果根据以上计算和分析结果，查《发电厂电气主系统》可得，选择的主变压器型号为：SFSZ9-25000/110O主要技术参数如下：额定容量：25000kVA额定电压：高压一110±8X1.25%(kv)；中压一38.5+2X2.5%(kv)；低压一10.5(kv)连接组别：YN/ynO/dll空载损耗：21.8(kw)短路损耗：112.5kw空载电流：0.53%阻抗电压(%):高中二中低人(2-3)%=6.5；高低八3.,,%=17.5,因此选择SFSZ9-25000/110型变压器两台。4短路电流计算4.1短路的危害通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏。短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命。电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量。破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。4.2短路电流计算的目的在变电站的设计中，短路计算是其中的一个重要环节，其计算的目的主要有以下一个方面：电气主接线的比较选择、检验导体和设备在设计屋外高型配电装置时，需要按短路条件校验软导线的相间和相对的安全距离在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。4.3短路电流计算方法在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小，但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作，因此作为选择检验电气设备的短路计算中，以三相短路计算为主。三相短路用文字符号k表示。在计算电路图上，将短路所考虑的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点，短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，由于将电力系统当做有限大容量电源，短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出求等效总阻抗，在换算成计算电抗，根据计算曲线查出短路电流标幺值，在换算成有名值。5继电保护的配置5.1继电保护的基本知识在变电所的设计和运行中，当电力系统发生故障和不正常运行的可能性，如设备的相间短路、对地短路及过负荷等故障。为了保证用户的可靠供电，防止电气设备的损坏及事故扩大，应尽快地将故障切除。这个任务靠运行人员进行手动操作控制是无法实现的，必须由继电保护装置自动地、迅速地、有选择性地将故障设备切除，而当不正常运行情况时，要自动地发出信号以便及时处理，这就是继电保护的任务。5.2110kv线路的继电保护配置距离保护是根据故障点距离保护装置处的距离来确定其动作电流的，较少受运行方式的影响，在110-220RV电网中得到广泛的应用。故在本设计中，采用三段式阶梯时限特性的距离保护。距离保护的第一段保护范围为本线路长度的80%-85%,TI约为0.1S,第二段的保护范围为本线路全长并延伸至下一线路的一部分，TU约为0.5-0.6S,距离第一段和第二段构成线路的主保护。距离保护的第三段作为相邻线路保护和断路器拒动的远后备保护，和本线路第一段和第二断保护的近后备。5.3变压器的继电保护5.3.1变压器的继电保护变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来研总的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须才艮据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障，油箱内部故障包括相间短路,绕组的匝数短路和单相接地短路，外部故障包括引线及套管处会产生各相间短路和接地故障。变压器的不正常工作状态主要是由外部短路或过负荷引起的过电流油面降低和过励磁等。对于上述故障和不正当工作状态，根据DL400-91《继电器保护和安全起动装置技术规程》的规定，变压器应装设以下保护：1、 瓦斯保护为了反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的保护。它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。2、 纵差动保护为了反应变压器绕组和引出线的相间短路以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速动保护。纵差动保护适用于并列运行的变压器，容量为6300KVA以上时；单独运行的变压器，容量为10000KVA以上时；发电厂常用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300KVA以上时。3、 复合电压启动的过电流保护为了反映外部短路引起的变压器过电流和作为变压器主保护的后备保护，根据变压器容量的不同和系统短路电流的不同，须装设不同的过电流保护。三绕组变压器在外部故障时，应尽量减小停电范围，因此在外部发生短路时，要求仅断开故障侧的断路器，而使另外两侧继续运行。而当内部发生故障时，保护应起到后备作用。复合电压启动的过电流保护，既能反应不对称短路的故障，也能反应对称短路的故障；并且其灵敏度也较高。5.3.2变压器的继电保护1、 瓦斯保护轻瓦斯保护的动作值采用气体体积表示。通常气体体积的整定范围为250-350c/n2.对于容量在10MVA以上的变压器，整定值多采用250c〃『，气体体积的调整可通过改变重锤的位置来实现。重瓦斯保护的动作值采用油流流速表示。一般整定范围在0.6-1.5I11/S,在整定流速时均以导油管中油速为准，而不依据继电器处的流速。根据运行经验，管中油流速度整定为0.6-1.5m/s时，保护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度为0.4-0.5m/So因此为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定为lm/s左右。瓦斯保护的主要优点是能反映变压器油箱内各种故障，灵敏度高，结构简单，动作迅速。但它的缺点是不能反映变压器油箱外故障如变压器引出端上的故障或变压器与断路器之间连接导线的故障。因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，须与差动保护配合共同作为变压器的主保护。2、 纵联差动保护变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线上的各种短路故障，是变压器的主保护之一。变压器的纵差动保护的工作原理与线路纵差保护的工作原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小，即比较相量。要实现变压器的纵差动保护，必须适当选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比。引起变压器纵联差动保护准确工作的因素主要流过差动回路中的不平衡电流。这些不平衡电路主要有：由变压器两侧接线不同产生的不平衡电流；由变压器调节分接头产生的不平衡电流；变压器两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流；变压器的励磁涌流。5.4母线保护（1） 母线保护的要求必须快速有选择性地切除故障母线；应能可靠、方便地适应母线运行方式的变化;接线尽量简化。母线保护的接线方式，对于中性点直接接地系统，为反映相间短路和单相接地短路，须采用三相式接线；对于中性点非直接接地系统只需反映相间短路，可采用两相式接线。母线保护大多采用差动保护原理，动作后跳开连接在该母线上的所有断路器。母线是电力系统汇集和分配电能的重要元件，母线发生故障，将使连接在母线上的所有元件停电。若在枢纽变电所母线上发生故障，甚至会破坏整个系统的稳定，使事故进一步扩大，后果极为严重。对发电厂和主要变电所的310kV分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护。下列情况下，应装设专用母线保护：①必须快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，以保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时；②当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。（2） 母线完全电流差动保护母线完全电流差动保护常用作单母线或只有一组母线经常运行的双母线的保护。母线上连接的元件都装设有相同变比、相同特性的电流互感器，所有电流互感器的二次绕组的同极性端连接在一起，差动继电器KD的绕组和电流互感器的二次绕组并联。母线差动保护范围是各电流互感器之间的一次电力设备。5.5备自投和自动重合闸的设置5.5.1备用电源自动投入装置的含义和作用备用电源自动投入装置是指当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备用电源投入或将用电设备自动切换到备用电源上去，使用户不至于停电的一种自动装置，简称备自投。一般在下列情况装设：1、 发电厂的厂用电和变电所的所用电。2、 有双电源供电的变电所和配电所，其中一个电源经常断开作为备用。3、 降压变电所内装有备用变压器或互为备用的母线段。4、 生产过程中某些重要的备用机组。该变电所的10KV母线为单母分段接线形式，变电所内有两台主变压器，正常运行时为两台变压器分裂运行，其备用方式为互为备用的“暗备用”，因此考虑在母联断路器上装设有备自投装置以提高供电的可靠性。5.5.2自动重合闸装置电力系统的运行经验表明，架空线路故障大多是瞬时故障。在线路上发生瞬时故障时，线路被保护断开后，由自动重合闸装置再进行一次合闸，恢复供电，从而大大提高供电的可靠性。重合闸在电力系统中有重要的作用：1、 大大提高供电的可靠性，减少停电次数，特别时对单侧电源的单回线路尤为显著。2、 提高电力系统并列运行的稳定性。3、 弥补输电线路耐雷水平将定的影响。在电力系统中，10KV线路一般不装设避雷线，35KV线路一般只在进线端l2km范围内装设避雷线，线路耐雷水平较低，装自动重合闸后，可提高供电可靠性。4、 对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，能其纠正的作用。6防雷方案的设计6.1直击雷保护直击雷过电压：雷电直接击中电气线路、设备或建筑物而引起的过电压，又称直击雷。在雷电的主放电过程中，其传播速度极快（约为光速的50%-10%），雷电压幅值达10100MV,雷电流幅值达数百千安，伴以强烈的光、热、机械效应和危险的电磁效应以及强烈的闪络放电，具有强烈的破坏性和对人员的杀伤性。110KV配电装置、主变压器为户外布置、采用在构架上设置2支避雷针，及其余设备均为户内布置，采用配电楼屋顶设避雷带，和避雷针联合作为防直击雷保护，确保户外主变压器、110KV配电装置在其联合保护范围内。避雷带采用①16的热镀锌圆钢，避雷针与建筑物钢筋隔离，并采用3根引下线与主接地网相连接，连接点与其他设备接地点的电气距离应满足规范要求。6.2侵入波保护雷电波入侵（高电位侵入）：架空线路遭受雷击或感应累的影响，在线路上形成沿线路传播的高电压行波.此种电压波入侵到建筑物内或进入电气设备造成过电压。据统计城市中雷击事故的50%-70%是由于这种雷电波侵入造成的。因此，在工厂中应予以重视，对其危害给予足够的防护。为防止线路侵入雷电波的过电压，在110KV进线，35KV母线及10KV每段母线上分别安装氧化锌避雷器。为保护主变压器中性点绝缘在主变110KV侧中性点装设氧化锌避雷器。7配电装置7.1配电装置概述配电装置是发电厂与变电所的重要组成部分，是发电厂与变电所电气主接线的具体实现。配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关设备、保护设备、测量设备、母线以及必要的辅助设备组成，辅助设备包括安装布置电气设备的构架、基础、房屋、和通道等。配电装置的功能是正常运行时用来接受和分配电能，发生故障时通过自动或手动操作，迅速切除故障部分，恢复正常运行。可以说，配电装置是具体实现电气主接线功能的重要装置。7.2配电装置类型按配电装置的设备装设地点，可分为屋内配电装置与屋外配电装置两大类。屋内配电装置的特点是：所有电气设备放置在屋内，安全净距小，可采用分层布置，占地面积小；外界污秽气体及灰尘对电气设备的影响较小；操作、维护与检修都在室内进行，工作条件好，不受气候影响；土建工程量大，投资较大。屋夕卜配电装置的特点是：所有电气设备放置在屋夕卜，土建工程量小，相应的投资较小，建设工期短；扩建方便；相间及设备之间距离大，便于带电作业；受外界环境影响，设备的运行条件及人员进行操作维护的工作条件较差，而且占地面积大。按照配电装置的安装方法，又可以分为装配式配电装置和成套式配电装置。7.3对配电装置的基本要求和设计步骤―、基本要求在配电装置设计中，必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循国家颁发的有关规程、规范、及技术规定，做到安全可靠、技术先进、经济合理和维修方便。根据其在电力系统中的地位、环境条件和运行、安装检修的要求，合理的制定布置方案和选用设备，保证足够的安全距离。应采用行之有效的新技术、新设备、新布置和新材料保证运行安全和操作巡视方便。必须坚持节约用地的原则，应布置紧凑、少占地(尤其是良田)节省材料、降低造价。根据工程特点、规模和发展规划，远近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的要求。二、设计基本步骤选择配电装置的型式根据电压等级、电气设备的型式、出线多少和方式，有无电抗器、地质、地形及环境条件等因素选择配电装置的型式拟定配置图设计配电装置的平面图和断面图7.4屋内配电装置屋内配电装置的类型按其布置型式分为单层式、两层式和三层式。单层式屋内配电装置将所有电气设备都布置在一层房屋内，建筑结构简单、投资低、运行维护与检修工作方便，但占地面积大。多层式屋内配电装置是将各回路电气设备的轻重，自上而下的分层布