变电站设计论文

新疆大学毕业论文(设计)PAGEPAGE３７--变电站设计论文1绪论1.1电力工程设计的基本知识工厂的生产及发展，作为从事工厂供电工作人员必须了解和掌握工厂供电设计的有关知识。电能是工业生产的主要动力和能源。工厂供电设计的任务是从电力系统区的电源，过境合理的传输，变换，分配到工厂车间中每一个用电设备。随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量的迅速增长，对电能质量，供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高，供电设计是否完善，不到工厂供电的可靠性和工厂的安全生产上，它与企业的经济效益，设备和人身安全等是密切相关的。工厂供电设计师整个工厂设计的重要组成部分，工厂设计的质量直接影响工厂供电设计必须遵循国家的各项方针政策，设计方案必须符合国家标准中的有关规定，同时必须满足以下几项基本要求：保证工厂生产工艺所要求的供电可靠性。保证电能质量。在必须要的供电可靠性基础上，力求经济，是供电系统的投资少，运行费用低，并且可能减少有色金属消耗量[1]。设计中英合理地处理局部与全局，当前与长远的关系，并能适应发展的需要。1.2变电所的构成变电所由一次回路和二次回炉构成。（1）一次回路；供配电系统中承担输送和分配电能任务的电路，称一次回路，也成为主电路货主（结）接线。一次电路中所有的电气设备称为一次设备，如变压器，断路器，互感器等。一次设备按功能分为以下几类。①变换设备；按电力系统的要求，改变变压或电流大小的设备，如变压器，电流互感器，电压互感器等。②控制设备；用来控制一次电路通，断的设备，如高低压断路器，开关等。③保护设备；用来对电力系统进行过电流和过电压等保护的设备，如熔断器，避雷器等。④补偿设备；用来补偿电力系统中无功率以提高功率因数的设备，如并联电容器等。⑤成套设备（壮志）为了节省空间，按一次电路按线方案的要求，将有关的一次设备及其相关的二次设备组合为一体的电气装置，如高低压开关，低压配电箱等。（2）二次回路凡用来控制，指示，监测和保护一次设备运行的电路，叫二次接（结）线。二次电路中所有的电气设备称为二次设备或二次元件，如仪表，继电器，操作电源等。1.2.1对变电所主接线的要求变电所的注接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，在变电所主接线图中将导线或电缆，电力变压器，木县，各种开关，避雷器，电容器等电气设备有序地连接起来，指标是相对电气连接关系而不表示实际位置。通常有以下几个基本要求：（1）安全主接线的设计符合国家标准有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全；（2）可靠应满足用电单位对供电可靠性的要求；（3）灵活能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；（4）经济在满足以上要求的前提下，主接线设计应简单，投资少，运行管理费用低，一般情况下，应考虑节约电能和有色金属消耗量。变配电所的任务和类型；配电所担务着从电力系统受电经过变压，然后配电的任务。工厂变电所分总降压变电所和车间变电所。一般中小型工厂不设总降压变电所。车间变电所按其主变压器的安装分为下列类型；（1）车间附设变电所变压器室的一面墙或与车间的墙共用，变压器室门朝车间外开。如果按变压器室位于车间的墙内还是墙外，还可进一步分为内附式和外附式。（2）车间内变电所变压器室位于车间内的单独房间内变压器室的大门朝车间内开。（3）露天变电所整个变压器安装室外抬高的北面上。如果变压器的上方设有顶板或挑板的，则称为半露天变电所。（4）独立变电所整个变电所设在与车间建筑物有一定距离的单独建筑物内。（5）杆上变电所变压器安装在室外的电杆上，又称主上变电所。（6）地下变电所整个变电所社在地下。（7）楼上变电所整个变电所设在楼上。（8）移动式变电所整个变电所装设在可移动的车上。（9）成套变电所由电器制造厂按一定接线方案成套制造，现场装配的变电所[1]。1.3配电系统的基本原则配电系统应做到供电可靠，电能质量好，满足生产要求。配电系统的接线简单，可靠灵活，便于操作，维护并能适应的变化和系统的发展。统一电压的配电数不宜多于二极。制定配电系统的方案时，一般不考虑电源发生故障停电时另一电源进线同时停电的情况。制定配电系统方案时，要充分时考虑节省基建投资降低运行应费用，减少有色金属消耗量。配电系统应考虑负荷的发展，预备必要的发展余地。1.3.1变配电所的总体布置的要求便于运行维护和检修有人值班的变配电所，一般应设值班室。值班室应尽量靠近低压配电室，且有门直通，如值班室靠近高压配电室有困难时，则值班室可经走廊与高压配电室相通。值班室也可以与低压配电室合并，但在防止值班工作桌的一面或一端，低压配电装置到墙的距离不应小于3m。靠近交通运输方面的马路侧。条件允课时，可单设工具材料室或维修间。值夜班的变配电所，设休息室，有人值班的独立变配电所，设有厕所和给排水设施。保证运行安全值班室内不得有高压设备。值班室的门应朝外开。高压配电室和电容器室的门应朝值班室开，或朝外开。高压电容器组一般应装设在单独的房间内；但数量较少时，可装设在高压配电室内。低压电容组可装设在低压配电室内，但数量较多时，装设在单独的房间内。所有带电部分离墙和离地的尺寸以及各室维护操作通道的宽度等，均应符合有关规程的要求，以确保运行安全。便于进出线如果是架空进线，则高压配电室宜位于进线侧。考虑到变压器低压出线通常是采用矩形铝排，因此变压器的安装位置即为变压器室，宜靠近低压配电室。低压配电室宜位于其降压架空出线侧。节约土地和建筑费用值班室可与低压配电室合并，这时低压配电室面积应适当增大，以便安置值班桌或控制台，满足运行值班的要求。高压开关柜不多于6台，可与低压配电屏设置在同一房间内，但高压柜与低压屏的间距不得小于2m不带可燃性油的高，低压配电装置和非油电力变压器，可设置在同一房间内。具有符合IP3X防护等级外壳的不带可燃性油的高低压配电装置和非有电力变压器，当环境允许时，可装设在高压配电室内。周围环境正常的变电所，宜采用露天或半露天变电所。高压配电所应尽量与邻近的车间变电所合建。适应发展要求变压器室应考虑到配电所留有扩展的余地，要不妨碍工厂或车间今后的发展[2]。2工厂的电力负荷及其负荷计算2.1电力负荷的分级2.1.1电力负荷的概念电力负荷又称电力负载。它有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位（用户），如说重要负荷，不重要负荷，动力负荷，照明负荷等。另一是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载），重负荷（重载），空负荷（空载），满负荷（满载）等电力负荷的具体含义视具体情况而定。2.1.2工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按GB500-95规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：（1）一级负荷一级负荷为中断将造成人身伤亡者：或者中断供电将在政治，经济上造成重大损失者，如重大设备损坏，重大产品报废，用重要原料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。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）二级负荷二级负荷为中断供电将在政治，经济上造成较大损失者，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。（3）三级负荷三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一，二级负荷者。本小型连轧厂的全部负荷均属于一级负荷。2.1.3各级电力负荷对供电电源的要求（1）一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属重要负荷，如中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两条电源供电，当其中一个电源发生故障或停电时，另一条线路可以供电，这样不致损坏设备。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急供电系统。常用的应急电源可使用下列几种电源：①独立与正常电源的发电机组。②供电网络中独立与正常电源的专门馈电线路。③蓄电池。④干电池。(2)二级负荷对供电电源的要求二级负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应由两台。在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二次负荷可由一回路6KV及以上的专用架空线路供电。这是考虑架空线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发现且易于检查和修复。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每一根电缆应能承担全部二级负荷。(3)三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊要求[3]。2.1.4工厂用电设备，按期工作之分以下三类：（1）连续工作制这类工作制的设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态，如同风急，水泵，空气压缩机，电机发电机组，电炉和照明灯等。（2）短时工作制这类工作制的设备在恒定负荷下运行时间短，而停歇时间长，如机窗上的某些辅助电动机，控制闸门的电动机等。（3）断续周期工作制这类工作制的设备周期性地时而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡，如电焊机和吊车电动机等。2.2计算负荷供电系统要能够在正常条件下可靠的运行，则其中各个元件（包括电力变压器，开关设备及导线，电缆等）都必须选择得当，除了一应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中个元件的负荷值称为计算负荷。根据计算负荷选择的电器设备和导线电缆，如以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定将是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大。将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如计算负荷确定过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁。同样要造成损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。我国目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。需要系数法是世界各国均普遍采用的确定计算负荷的基本方法，间单方便。所以在本设计中我们所采用的是需要系数法。2.2.1按需要系数确定计算负荷用电设备组的计算负荷是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P30。用电设备组的设备容量Pe，是指用电设备组所有设备的额定容量PN之和，既，而设备的额定容量，使设备在额定条件下的最大输出功率。按需要系数法确定三项用电设备组有功计算负荷的基本公式为；（2-1）实际上，需要系数Kd不仅与用电设备组的工作性质，设备台数，设备效率和线路损耗等因素有关。因此应尽可能通过实验测试分析确定，使之尽量接近实际。这里还要提出：需要系数值与用电设备的类别和工作状态有极大的关系，因此在计算时首先要正确的判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。求出有功计算负荷P30后，可以按下列各式分别求出其余的计算负荷。无功计算负荷为：（2-2）式中，为对应于用电设备组的正切值。视在计算负荷为：（2-3）式中，为对应于用电设备组的平均功率因数。计算电流为：(2-4)式中，UN为对应于用电设备组的额定电压。多组用电设备计算负荷的确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时，出现的因素。对车间干线取：(2-5)(2-6)总的有功计算负荷为：(2-7)总的无功计算负荷为：(2-8)以上两式中和分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷为：(2-9)总的计算电流为：(2-10)下面就是我们采用需要系数法来计算富蕴八钢球团厂35KV降压变电所的负荷计算了[1]。2.2.2求各组的计算负荷：（1）原料库系统设备：由表得：kd=0.8,cosφ=0.85,tanφ=0.75，且p=443.4故：P1=pkd=443.4×0.8=354.7kwQ1=p1tanφ=354.7×0.75=266.1k.varS301=p/cosφ=354.7/0.8=443.4kv.AI301=S301/Un=443.4/0.75×10=25.6A（2）膨闰土加工：kd=0.65,cosφ=0.65,tanφ=1.17，且p=204故：P2=pkd=204×0.65=132.6kwQ2=p2tanφ=132.6×1.17=155k.varS302=p/cosφ=155/0.65=204kv.AI302=S302/Un=204/1.73×10=11.8A（3）干燥室系统：kd=0.65,cosφ=0.65,tanφ=1.17，且p=369.5故：P3=pkd=369.5×0.65=240.2kwQ3=p3tanφ=240.2×1.17=281k.varS303=p/cosφ=240.2/0.65=369.5kv.AI303=S303/Un=369.5/1.17×10=21.4A（4）润磨室：kd=0.5,cosφ=0.5,tanφ=1.73，且p=90.45故：P4=pkd=90.45×0.5=45.2kwQ4=p4tanφ=45.2×1.73=78.2k.varS304=p/cosφ=45.2/0.5=90.45kv.AI304=S304/Un=90.45/1.73×10=5.2A（5）润磨机：kd=0.5,cosφ=0.5,tanφ=1.73，且p=1000故：P5=pkd=1000×0.5=500kwQ5=p5tanφ=500×1.73=865k.varS305=p/cosφ=500/0.5=1000kv.AI305=S305/Un=1000/1.73×10=57.8A（6）造球系统：kd=0.65,cosφ=0.65,tanφ=1.17，且p=442.5故：P6=pkd=442.5×0.65=287.6kwQ6=p6anφ=287.6×1.17=336.5k.varS306=p/cosφ=287.6/0.65=442.5kv.AI306=S306/Un=442.5/1.73×10=25.6A（7）煤粉制备系统：kd=0.6,cosφ=0.6,tanφ=1.33，且p=299.9故：P7=pkd=299.9×0.6=179.9kwQ7=p7tanφ=179.9×1.33=239.3k.varS307=p/cosφ=179.9/0.6=299.9kv.AI307=S307/Un=299.9/1.73×10=17.3A（8）刚球磨：kd=0.6,cosφ=0.6,tanφ=1.33，且p=260故：P8=pkd=260×0.6=156kwQ8=p8tanφ=156×1.33=207.5k.varS309=p/cosφ=156/0.6=260kv.AI309=S309/Un=260/1.73×10=15A（9)：焙烧系统：kd=0.7,cosφ=0.7,tanφ=1.02，且p=235.75故：P9=pkd=235.75×07=165.03kwQ9=p9tanφ=165.03×1.02=168.3k.varS309=p/cosφ=168.3/0.7=235.75kv.AI309=S309/Un=235.75/1.73×10=13.6A（10）：回转窑系统：kd=0.5,cosφ=0.5,tanφ=1.73，且p=301故：P10=pkd=301×0.5=150.5kwQ10=p10tanφ=150.5×1.73=260.4k.varS3010=p/cosφ=150.5/0.5=301kv.AI3010=S3010/Un=150.5/1.73×10=8.7A（11）环冷机系统：kd=0.7,cosφ=0.7,tanφ=1.02，且p=235.9故：P11=pkd=235.9×0.7=165.13kwQ11=p11tanφ=165.13×1.02=168.4k.varS3011=p/cosφ=165.13/0.7=235.9kv.AI3011=S3011/Un=165.13/1.73×10=9.5A（12）10KV小计：kd=0.85,cosφ=0.85,tanφ=0.6，且p=2400故：P12=pkd=2400×0.85=2040kwQ12=p12tanφ=2400×0.6=1224k.varS3012=p/cosφ=2040/0.85=2400kv.AI3012=S3012/Un=2400/1.73×10=138.7A（13）成品系统：kd=0.8,cosφ=0.8,tanφ=075，且p=221故：P13=pkd=221×0.8=176.8kwQ13=p13tanφ=176.8×0.75=132.6k.varS3013=p/cosφ=176.8/0.8=221kv.AI3013=S3013/Un=221/1.73×10=12.8A（14）循环水系统：kd=0.75,cosφ=0.75,tanφ=0.88，且p=276故P14=pkd=276×0.75=207kwQ14=p14tanφ=207×0.88=182.16k.varS3014=p/cosφ=207/0.75=276kv.AI3014=S3014/Un=276/1.73×10=16A（15）附属设备：kd=0.8,cosφ=0.8,tanφ=0.75，且p=811故：P15=pkd=811×0.8=648.8kwQ15=p15tanφ=648.8×0.75=486.6k.varS3015=p/cosφ=648.8/0.8=811kv.AI3015=S3015/Un=811/1.73×10=46.8A总的有功计算：（取kΣp=0.95,kΣq=0.9）p=kΣp(p1+p2+p3+p4+……+p13+p14+p15)=0.95×（354.7+132.6+240.2++45.2+500+……+176.8+207+648.8）=0.95×5449.6=5177KwQ=kΣq(Q1+Q2+Q3+Q4+……+Q13+Q14+Q15)=0.9×（155+266.1+281+78.2+865+……+132.6+182.16+486.6）=0.9×5051.06=4546kvarS===6890KVAI=S/UN=6890/1.73×10=398.2A总计：取Kd=0.67;p=5449.6;Q=5051.06;S=7430.3;I=429.5P=5534.7;Q=2064;I=330.3表2-1负荷计算结果表序号用电设备名称pekdCOSφtanφ计算负荷PQ1原料库系统设备443.40.80.80.75354.7266.12膨润土加工2040.650.651.17132.61553干燥室系统369.50.650.651.17240.22814润磨室90.450.50.51.7345.278.25润磨机10000.50.51.735008656造球系统442.50.650.651.17287.6336.57煤粉制备系统299.90.60.61.33179.9239.38钢球磨2600.60.61.33156207.59烧系统235.70.70.71.02165.03168.310回转系统3010.50.51.73150.5260.411环冷机235.90.70.71.02165.13168.41210KV小计24000.850.850.62040122413成品系统2210.80.80.75176.8132.614循环水系统2760.750.750.88207182.215附属设施8110.80.80.75648.8486.62．3工厂的功率因数及功率补偿瞬时时功率因数，可由功率因数表（相位表）直接测量，及可由功率表，电流表和电压表的读数按下列式求出：(2-11)式中，P为功率表测出的三相功率读数（KW）；I为电率表测出的先电流读数（A）；U为电压表测出的线电压读数（KV）。平均功率因数平均功率因数及称加权平均功率因数，按下式计(2-12)式中，为某一时间内消耗的有供电能，由有供电读读出；为某一时间内消耗的无供电能，有无供电读表读出。最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数时指在年最大负荷（既计算负荷）时的功率因数，按下式计算：(2-13)这里所指的功率因数时最大负荷时的功率因数。2.3.1功率因数的提高供电部门一般要求企业用平均功率因数应达到0.9以上电设备功率因不求时，应采用必要的设备进一步提高企业的。本系统低压侧的为了把它提高到0.95在低压母线上装设并联电容器对线路进行，考虑到变压器的损耗运大于有功功率损耗一般=（4~5）因此在低压侧补偿时补偿后的应略高于0.9（可取。工厂中由于有大量的感应电动机，电焊机，电弧炉及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数降低，如在充分发挥设备潜力，改善设备运行性能，提高其自然功率因数的情况下，尚还不到规定的工厂功率因数要求是，则需考虑人工补偿。无功功率补偿假设的功率因数由原来的提高到，这时在负荷所需要的P30不变的情况下，无功功率将由Q30减少到，视在功率将由S30减少到，响应的减少负荷电流I30，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又能提高电压质量而且还可以选用较小的导线式电缆截面节约有色金属，因此提高对整个电力系统大有好处。(2-14)(2-15)在确定了总的补偿容量后，既可根据所选并联电容的单个容量qc来确定电容器的个数，既n=c(2-16)无功率补偿计算补偿前的变压器容量和功率因数S===6890KVA变压器容量选择条件为≥因此末进行无功功率补偿时主变压器容量应选为7000KV.A。这是变电所低压侧的功率因数为：无功补偿容量按规定，变电所高压侧的≥0.90考虑到变压器的无功功率损耗有功功率损耗。一般。因此在变压器低压侧补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90。这里取。要使低压侧功率因数由0.6提高到0.90低压侧需装社设的并联电容器容量为：变电所低压侧的视在计算负荷为变压器的功率损耗：变电所高压侧的计算负荷为：无功补偿后，工厂的功率因数为：这一功率因数满足规定要求。3三相短路电流和容量的计算3.1短路电流及容量计算进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图，图3-1所示。在计算电路图上，将短路计算所需考虑的各元件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，短路计算点要选择的使短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。K-1K-2(3)电源电缆线L=6.2KmGGSN10—10II(1)(2)35KW10KW图3-1短路计算电路图接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中个主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路所流经的一些主要元件表示出来。并表明序号和阻抗值，一般是分子标序号，分母标阻抗值，然后将等效电路简化。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且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，既可将电路化间，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标玄制法。本设计采用标玄制法。标玄制法，既相对单位制法，因其短路中的有关物理量是采用标玄制而得各。按标玄制法进行短路计算时，一般先选定基准容量Sd基准电压。基准容量工程设计中通常取。基准电压通常取元件所在处的短路计算电压，即取。选定了基准容量以后，基准电流按下式计算：(3-1)基准电抗侧按下式计算：（3-2）共电系统中各主要元件的电抗标玄值的计算。（取）DI电力系统的电抗标玄值：（3-3）式中，为系统出口断路器的短流容量。架空线路的电抗：X2=XOL（3-4）式中，为导线电缆单位长度的电抗，L为线路长度。短路电路中各主要元件的电抗标玄值求出以后，即可利用其等效电路化间，计算其总电抗标玄值。由于各元件电抗均采用相对值，与短路计算点的电压无关，因此无需进行电压计算，这也是标玄值法和欧姆法的不同之处[4]。无限大容量系统三相短路周期分量有效值得标玄值按下式计算：（3-5）由此可求得三相短路电流周期分量有效值：（3-6）求得后。即可利用前面的公式求出，，和等。三相短路容量的计算公式为：（3-7）（1）绘制计算电路如图3-2所示图3-2短路电流计算电路图（2）确定短路计算点为了保护变压器我们把K-1和K-2点选为短路计算点计算三相短路电流：定基准值设SB=100MVA，Ud1=35Kv，Ud2=10kV，则（3）计算短路电路中各元件的电抗标幺值①电力系统当Smin=100MVA时当Smax=120MVA时②架空线路③电力变压器因此，绘出等效电路图如图3-3；图3-4所示当Smin=100MVA时图3-3等效电路图当Smax=120MVA时图3-4等效电路图（4）计算K1点（37kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量①总电抗标玄值当Smin=100MVA时当Smax=120MVA时，②三相短路电流周期分量有效值当Smin=100MVA时当Smax=120MVA时③其它短路电流当Smin=100MVA时当Smax=120MVA时K1点短路冲击电流最大值：当Smin=100MVA时当Smax=120MVA时K1点短路冲击电流有效值：当Smin=100MVA时当Smax=120MVA时④三相短路容量当Smin=100MVA时，当Smax=120MVA时（5）计算K2点（10kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量①总电抗标玄值当Smin=60MVA时当Smax=80MVA时②三相短路电流周期分量有效值当Smin=60MVA时当Smax=80MVA时③其它短路电流当Smin=60MVA时当Smax=80MVA时④K2点短路冲击电流最大值：当Smin=60MVA时当Smax=80MVA时⑤K2点短路冲击电流有效值：当Smin=60MVA时当Smax=80MVA时⑥三相短路容量当Smin=60MVA时当Smax=80MVA时短路电流计算结果表（表3-1）短路计算点三相短路电流（kV）三相短路容量（MVA）K1点：(35kV侧)=120MVA时1.371.371.373.52.06100=100MVA时5.615.615.6114.38.4783.33K2点：(10kV侧)=60MVA时3.393.393.396.233.6958.75=80MVA时3.033.033.035.573.3052.574电气设备的选择4.1电气设备选择的一般条件电力系统中有着各式各样的电气设备，它们的技术参数，结构特点都各不相同，具体的选择方法驰不一样。但是，在一些基本要求方面却是共同的，这些要求即反应在正常工作方面，也反应在短路条件下。选择设备正常工作条件主要是指设备的额定电压，额定电流和环境条件。额定电压电气设备的额定电压是指标在其铭牌上的线电压。另外，电气设备还有一个最大工作电压，一般不超过其额定电压的，这电压是决定设备绝缘水平的基础。在选择时，必须使设备装置点的电网额定电压不超过设备的额定电压，即：（4-1）额定电流电气设备的额定电流是指当周围环境温度不超过计算环境温度时，设备容长期通过的最大工作电流。即在选择设备时应当满足下列条件：（4-2）式中－设备铭牌中所标示的最大长期工作电流；－电路中最大长期左作电流。环境条件（1）海拨高度的影响通常，随着海拨高度的增加，空气密度和温度相应地减少，从而使空气间隙和瓷绝缘的放电压下降，虽然对内绝缘的影响减少，但对设备外绝缘的影响却较大。（2）污秽条件的影响，当电器设备装设在污染严重或空气中含有对绝缘有害的批发气体的地区，将对金属导体以及设备的外绝缘带来不同程度的危害。（3）气温及冷却介质温度的影响由于周围的环境温度影响到设备的散热条件，热必对设备的长期允许工作电流带来影响。4.2电气设备的选择高压短路器短路器按操作结构的不同可分为五种：手动式：直接用手动操作短路器机构进行分，合闸。电磁式：利用直流电源操作短路机构的分，合闸。弹簧储能式：利用交，直流电机为动力，使用闸弹簧储能后进行合闸操作。气动式：利用压缩空气为动力，操作短路器机构进行分，合闸。液压式：利用气体储能和压缩油相配合产生的高压动力来驱动操作机构进行分，合闸。高压隔离开关高压隔离开关是高压控制电器的一种，以为它没有灭弧装置，所以不能接通和断开负荷电流的短路电流，一般与断路器配合使用。离开关的作用隔离电源将需要检修的电器设备或电器线路，与电网的带电部分用隔离开关可靠的隔离，使被检修的电器设备与电源有明显的断开点，以保证检修工作的安全。改变系统的运行方式在双母线运行的系统中，可以用隔离方式开关倒闸操作，将设备或线路从一段线线切换到另一段母线上，改变其运行方式。接通和断开有电压无电流的电器设备或线路。高压隔离开关的结构主要包括以下几部分（1）导电部分由一条弯成直角的铜板构成静触头，触头的一端有扎用螺栓与母线相连接，称为连接板；另一端合闸时与动触刀相接触。（2）绝缘部分隔离开关的静，动触头分别固定在支持瓷绝缘或套管瓷绝缘上。为了使用动触头与金属的接地传动部分绝缘，采用了瓷质绝缘拉杆绝缘子。（3）传动部分传动部分由主轴，拐，拉杆绝缘子等。（4）底座由刚架组成。支持绝缘子或头管瓷绝缘以及传动主轴都固定在底座上。互感器的型号（1）电压互感器的型号在第一位时，表示电压互感器，，在第三们时，表示油式，在第四位时，表示接地保护。（2）电流互感器的型号电流感器的种类很多，按其用途，一次绕组的型式结构型式等分类，通常型号用拼音字母和书来表示。4.3母线的选择变电所屋内和屋外配电装置的主母线、变压器等电气设备与配电装置母线之间的连接导线、各种电器之间的连接导线，统称为母线。选择配电装置中的母线主要考虑（1）母线的材料（2）母线截面的形状；（3）母线截面积的大小；（4）校验母线的热稳定；（5）对110kV以上的母线还应校验是否发生电晕。4.3.1母线材料的选择配电装置的母线材料有铜、铝和钢。铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，是很好的母线材料。但它在工业上有重要的用途，而且储量不多，价值较贵，因此铜母线只用在空气中含腐蚀性气体（如靠近海岸或化工厂）的屋外配电装置中。铝的电阻率为铜的1.7～2倍，重量只有铜的30%，而且储量多，价值也低，因此，在屋内和屋外配电装置中广泛采用铝母线。但当铝与铜或其它金属连接时，由于铝在常温下迅速氧化，生成一层氧化铝薄膜，它的电阻很大（电阻率达到），而且不容易清除。同时铜铝之间有电位差，使铝受到严重腐蚀，接触电阻更大，造成运行中温度增高，高温下腐蚀更会加快，这样的恶性循环致使接触处温度更高。解决这个问题的方法，一般采用特制的铜铝过渡连接器（由铜板和铝板焊成的部件），但其效果不太理想。因此，人们又研究出一个新的方法，即利用超声波搪锡工艺，将铝和铜的接触表面挂上一层薄锡，效果很好，成功地解决铜铝电化学腐蚀问题。钢电阻率为铜的6～8倍，而且用在交流电路中还会产生很大的涡流损耗和磁滞损耗，因此，在实际应用中使用的较少。但钢母线价格较低、机械强度高，故在变电所中，可适用于电压互感器和小容量变压器的高压侧[4]。4.3.2母线截面形状的选择母线的截面形状应保证集肤效应系数尽可能低，散热良好，机械强度高，安装简单，连接方便。变电所配电装置中的母线截面目前多采用矩形、圆形和绞线圆形。矩形母线主要用在35kV及以下的屋内配电装置中。圆形母线主要用在35kV以上的屋外配电装置中。采用圆形截面的目的是为了防止产生电晕，因为圆形截面母线消除了电场集中的现象，而矩形截面母线的四角电场强度集中，易引起电晕。绞形圆形截面母线多采用钢芯铝绞线，其耐张性能比单股母线好，在允许电流相同的条件下，钢芯铝绞线的直径比单股母线直径大，其表面附近的电场强度小于单股母线，而且绞线的芯线为钢，机械强度大，因此，它通常用在35kV及以上的屋外配电装置中。因而，本工程设计的母线选用钢芯铝绞线。4.3.3母线截面积的选择(1)按经济电流密度选择导线的截面越大，其单位长度的电阻就越小，在传输相同的功率时，线路上产生的电能损耗就越小，但是线路的一次性投资、维修管理费用和有色金属消耗量却要增加。因此对长距离、超高压输电线路应从满足技术经济要求出发，选择综合效益最佳的“经济截面”，以使得年运行费用最小。按经济电流密度计算经济截面Sec的公式为Sec=I30/Jec式中Sec—经济截面，Jec—经济电流密度,A/按上式计算出Sec后，应选择接近但较小的标准截面。各种导线的经济电流密度值/（A/）表4-1导线经济电流密度线路类型导线材料年最大负荷利用小时数Tmax/h3000以下3000.50005000以上架空线路和母线铜3.002.251.75铝1.651.150.90电缆线路铜2.502.252.00铝1.921.731.54(2)按发热条件选择电流通过导线时会产生损耗，使导线发热。如果通过导线的电流超过其允许值时，会使绝缘导线和电缆的温度过高，加速绝缘老化，甚至烧毁；裸导线接头处因温度过高而氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化甚至烧断。为保证导线发热所产生的温升不超过正常运行时的最高允许值，按发热条件选择导线相线截面时，可按下式进行Ial≥I30式中Ial—为导线的允许载流量；I30—为线路的计算电流；取变压器额定一次电流IIN·T；对电容器的引入线，考虑电容器充电时有较大的涌流，应取电容器额定电流IN·C的1.35倍[1]。(3)按机械强度选择如表4-2所示4.3.4母线选择计算35KV侧：（1）选择经济载面，线路的计算电流为：A由表查得：Tmax=4500h,Jec=1.15A/(铝)因此可得Aec==173.1选LGJ-95表4-2架空裸导线的最小截面线路类型导线最小截面/铝及铝合金线钢芯铝线钢绞线35kV及以上线路3535353.10kV线路居民区352525非居民区251616低压线路一般161616与铁路交叉跨越档351616（2）校验发热条件环境温度为+400C时由表可得LGJ-95的允许载流量Ia1=272>199.3A=I30（3）校验机械强度由表可得35kV钢芯铝绞线的最小截面Smin=35<S=95,因此所选的LGJ-95型钢芯铝线也满足机械强度要求。10KV侧：（1）选择经济载面，线路的计算电流为：I30（10）=385由表可得Jec=1.15A/,即可以选LGJ-185型钢芯铝绞线。（2）校验发热条件LGJ-185的允许载流量(40摄氏度时)Ial=416A>385A,显然满足要求（3）校验机械强度查表可得,35kV钢芯铝绞线的最小截面Smin=35<S=185,因而所选LGJ-185型钢芯铝绞线满足机械强度要求。5主要设备的继电保护设计及整定计算5.1总配电所保护装置的概念和作用继电保护装置是能反映电气设备同等对待性故障或不正常工作状态而作用于跳闸或发出信号的自动装置。其主要任务是借助于断路器，自动地，迅速地，有选择性地将故障元件免于继续受到损害。继电保护装置为了完成其自动保护任务，必须满足选择性，速度性，可靠性和灵敏性。继电保护装置是由各种继电器组成的自动装置，继电器可分为控制继电器和保护继电器，有机电式的晶体管式两类，而机电式继电器又分为电磁式和感应式两种。大型供电系统保护装置的作用主要有两个方面：第一，当供电系统发生事故时，保护装置能迅速地切除事故，供电系统的事故部分迅速及时地系统中切除，是为了缩小事故范围，避免给整个系统造成不良影响，保证无事故部分继续正常运行。第二，当系统处于不正常运行时，保护装置发出报警信号，通知值班人员及时处理。5.1.1选择性：所谓继电保护装置动作的选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒绝动作时应由相邻设备或线路的保护将故障切除。快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下工作时间以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时应力求保护装置能迅速动作切除故障。但是动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置一般都是机构比较复杂，价格比较贵。总之，要求继电保护装置有选择性地动作，是提高电力系统的可靠性的基本条件，保护装置无选择性的动作，又没有采取措施（如线路的自动重合闸）予以正，是不允许的。速动性：由电力系统在很多情况下允许保护装置带有一定的延时切除故障，因此对继电保护速动性的具体要求应根据电力系统的接线以及被保护元件的具体情况来确定。要求快速动作的主要理由和必要性在于：（1）快速切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性。（2）快速切除故障可以减少发电厂厂用电及用户电压降低的时间，加速恢复正常运行的过程，保证厂用电及用户工作的稳定性。（3）快速切除故障可以减轻电气设备和线路的损坏程度。（4）快速切除故障可以防止故障的扩大，提高自动重合闸和备用电源或备自动投入的成功率，因为短路故障电常产生电弧，短路持续的时间愈长，电弧燃烧时间愈长，因而可能使接地故障扩展为相间短路，两相短路扩展为三相短路，甚至使暂时性故障扩展为永久性故障。快速切除故障，故障点的电弧便迅速熄灭，防止了故障的扩大。故障切除的总时间等于保护装置和断路器动作时间之和快速时间一确为0.08~0.010s，最快可达0.02~0.004s，一般的断路器的动作时间为0.1s~0.15s，最快的可达0.05~0.06s.灵敏性：继电保护的灵敏性是指对于其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内部故障时，不论短路点的位置短路的类型如何，以及短路点是否过渡电阻，都能敏锐感觉，正常反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，它主要确定于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。它是在保护装置的测量元件确定了动作之后，按最不利的运行方式，故障类型，保护范围内的指定点校验，并满足有关规定的标准。灵敏系数表示为对于反应故障参数量增加（如过电流）的保护装置：灵敏系数=保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值保护装置动作参数的整定值对于反应故障参数量降低（如低电压）的保护装置：灵敏系数=保护装置动作参数的整定值保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值故障参数如电流，电压，阻抗等的计算，应根据实际可能的最不利的运行方式和故障类型来进行。对不同作用的保护及被保护的设备和线路，所要求的灵敏系数不同，它们的数值都有规定，一般对主保护要求灵敏系数不小于1.5~2；对后备保护则要求不小于1.2~1.5。总之，继电保护装置的灵敏性就是电气设备和线路在被保护范围内发生短路故障时，满足一定的灵敏系数的要求性质。可靠性：保护装置的可靠性是指在应保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时它不该拒绝动作，而在任何其它该保护不应该动作的情况下，则不应该误动作。继电保护的误动作和拒绝动作都会给电力系统造成严重的危害。但提高其不误动的可靠性和不拒动的可靠性常常是互相矛盾的。由于电力系统的结构和负荷性质的不同，误动和拒动的危害程度有所不同，因而提高保护装置可靠性的重点在各种具体情况下也应有所不同。要求继电保护装置有很高的可靠性是非常重要的。因为，保护装置拒绝动作或误动作，都将给电力系统和用户带来严重的损失。所以，在设计，安装和维护继电保护装置时，必须满足可靠性的要求。保护装置动作不可靠的原因是：继电器及元件质量差，安装调试质量不高，运行维护不当以及设计和整定计算的错误等。因此，为了提高保护装置的可靠性，应选用可能的最简单的保护方式，采用质量高，动作可靠的继电器或元件，采用尽可能简单的回路来构成，并采取必要的检测，闭锁和双重化等措施；保护装置要便于整定，调试和运行维护；要正确地进行设计和整定计算，保证安装，调试质量，提高运行维护水平。以上四个基本要求是设计，配置和维护继电保护的依据，又是分析评价继电保护的基础。这四个基本要求之间，是相互联系的，但往往又存在着矛盾。因此，在实际工作中要根据电网的结构和用户的性质，辨证地进[2]。5.2变压器概述变压器在生产，输送，分配和使用电能的电力系统中一个十分重要的一次设备。它起着使电能传输经济，运行安全方便的使用。变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，这两种电路具有相同的频率，但有不同的电压和电流，也可以有不同的相数。变压器一般分为电力变压器和特种变压器两大类。电力变压器是电力系统中输，配电力的主要设备。按用途分类，电力变压器分为升压变压器，降压变压器，配电变压器，联络变压器和常用变压器等几种。特种变压器主要有：整流变压器，电炉变压器，高压实验变压器，小容量控制变压器，矿用变压器，般用变压器等。5.3电力变压器保护5.3.1变压器的故障类型及不正常运行情况电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，电力变压器的结构并不复杂，本体部分一般没有旋转设备，运行起来比较可靠，故障机会较少。但是变压器是连续运行的，停电机会很少，而且绝大部分安装在室外，受自然环境条件的影响较大。另外，变压器时刻受到外接负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的危害较大。因此，变压器在实际运行中可能发生各种类型的故障和不正常运行情况。变压器最常见的故障可分为油箱内的故障和油箱外的故障等两种。油箱内的故障：油箱内的故障包括绕组的相间短路，接地短路，匝间短路以及铁芯的烧损等。对变压器来讲，这些故障都是十分危险的，因为油箱内故障时产生的电弧，将引起绝缘物质的剧烈气化，从而可能引起爆炸。因此，这些故障应该尽快加以切除。油箱外的故障：油箱外的故障主要包括套管和引出线上发生相间短路和接地短路。发生这类故障时一般迅速切除变压器，以尽量减少或消除短路电流造成的危害。变压器不正常运行情况主要包括为：由于外部短路或负荷而引起的过电流，油箱漏油而造成的油面降低，变压器中性点电压升高或由于外加电压过高而引起的过励磁等。为了防止变压器发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证电力系统安全连续运行，根据《继电保护和自动装置设计技术规程》的规定，变压器一般装设以下继电保护装置：（1）防御变压器铁壳内部短路和油面降低的瓦斯保护。（2）防御变压器线圈和引出出线的多相短路，大接地电流电网侧线圈和引出线的接地短路以及线圈匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护。（3）防御外部相间短路并作瓦斯保护和纵联差动保护（或电流速断保护）后备的过电流保护（或复合电压起动的过电流保护，或负序电流保护）。（4）防御大接地电流电网中外部接地短路的零序电流保护。（5）防御对称过负荷的过负荷保护。（6）防御变压器过励磁保护。继电保护对变压器的重要性电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，电力变压器（简称变压器）的结构并不复杂，本体部分一般没有旋转设备，运行起来比较可靠，故障机会较少。但是变压器是连续运行的，停电机会很少，而且绝大部分安装在室外，受自然环境条件的影响较大。另外，变压器时刻受到外接负荷的影响，特别是受电力系统短路故障的危害较大。因此，变压器在实际运行中可能发生各种类型的故障和不正常运行情况。电力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严重的影响。根据上述故障和不正常运行状态，对变压器的故障必须切除，所以我们需要有选择性，有可靠性，有速动性，有灵敏性的保护。一般对变压器保护装置的装设原理为：（1）瓦斯保护对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，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，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电流侧的断路器。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：800kva及以上的容量的变压器和400kva及以上的车间内油式变压器。（2）纵联差动保护或电流速断保护：对变压器绕组，套管及引起出线的故障，应根据容量的不同装设纵联差动保护或电流速断保护。纵联差动保护适用于：①并列运行的变压器，容量为6300kva；②单独运行的变压器容量为10000kva以上时；③发电厂厂用工作变压器和工作企业中的重要变压器容量为6300kva以上时。电流速断保护适用于：10000kva以下的变压器且其过电流保护的时限大于0.5s时，对2000kva以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，则宜于装设纵联差动保护。上述各种保护动作后，均应跳开变压器各电源侧的断路器。（3）外部相间短路时，采用的保护。过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态。（4）外部接地短路时，采用的保护。对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起的过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。（5）过负荷保护，对400kva以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并列作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况。装设过负荷保护，过负荷保护接于一相电流上并延时作用于信号，对于无正常值班人员的变电所必要时过负荷保护可能动作于自动减负荷或跳闸。（6）过励磁保护，过励磁保护主要考虑用于容量变压器上，它反应于实际工作磁密和额定工作磁密之比（称为过励磁倍数）而动作。5.3.2为了防止变压器发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失，保证电力系统安全连续运行，根据《继电保护和自动装置设计技术规程》的规定，变压器一般装设以下继电保护装置：（1）防御变压器铁壳内部短路和油面降低的瓦斯保护。（2）防御变压器线圈和引出出线的多相短路，大接地电流电网侧线圈和引出线的接地短路以及线圈匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护。（3）防御外部相间短路并作瓦斯保护和纵联差动保护（或电流速断保护）后备的过电流保护（或复合电压起动的过电流保护，或负序电流保护）。（4）防御大接地电流电网中外部接地短路的零序电流保护。（5）防御对称过负荷的过负荷保护。以上第2，第3，第4项的保护及第1项中的瓦斯保护均动作于跳闸；第5项及第1项中的轻瓦斯保护仅动作于信号。对于容量为1000kva及以上的变压器应装设瓦斯保护[1]。6防雷接地规划6.1雷电的危害雷电的形成伴随着巨大的电流和极高的电压，在它的放电过程中会产生极大的破坏力，雷电的危害主要有以下几个方面：（1）雷电的热效应雷电产生强大的热能使金属熔化，烧断输电导线，摧毁用电设备，甚至引起火灾和爆炸。（2）雷电的机械效应雷电产生强大的电动力可以击毁杆塔，破坏建筑物，人畜亦不能幸免。（3）雷电的闪络放电雷电产生的高电压会引起绝缘子烧坏，断路器跳闸，导致供电线路停电。6.2变电所的防雷保护变电所的防雷保护主要有两个方面，一是要防止变电所建筑物和户外配电装置遭受直击雷；二是防止过电压雷电波沿进侵入变电所，危及变电所电气设备的安全。变电所的防雷保护常采用以下措施：防直击雷一般采用装设避雷针（线）来防直击雷。如果变电所位于附近的高大建筑物（构）上的避雷针保护范围内，或者变电所本身是在室内的，则不必考虑直击雷的防护。雷电波的侵入对35kV进线，一般采用在沿进线500~600m的这一段距离安装避雷线并可靠的接地，同时在进线上安装避雷器，即可满足要求。对6~10kV进线可以不装设避雷线，只要在线路上装设避雷器即可。建筑物的防雷保护建筑物按其防雷的要求，可分为三类第一类建筑物凡存放爆炸性物品，或在正常情况下能形成爆炸性混合物，因电火花而爆炸的建筑物，称为第一类建筑物。这类建筑物应装设独立避雷针（或消雷器）防止直击雷。为防感应过电压和雷电波侵入，对非金属屋面应敷设避雷网并可靠接地。第二类建筑物条件同第一类，但电火花不易引起爆炸或不致于造成巨大破坏和人身伤亡。这类建筑物的防雷措施基本与第一类相同，即要有防直击雷、感应雷和雷电波侵入的保护措施。第三类建筑物凡不属于第一、第二类建筑物有需要作防雷保护的建筑。这类建筑物应有防直击雷和防雷电波入侵的措施。本工程设计采用装设两支独立避雷针进行直接防雷保护。避雷针保护范围见图纸部分。采用避雷器来防止雷电侵入波对电气设备绝缘造成危害。避雷器的选择，考虑到氧化锌避雷器的非线性