电气工程自动化变电站毕业设计

电气工程自动化变电站毕业设计昆明理工大学成人高等教育毕业设计(论文)姓名:XXX学号:专业:电气工程及其自动化年级:2009级学习形式:函授学习层次:专升本函授站:XX函授站110kV变电所防雷设计XXXXXXX大学成人高等教育毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)题目:110kV变电所防雷设计学生姓名:学号:专业班级:2009级学习形式:函授,夜大,脱产,学历层次:专科,专升本,高起本,毕业设计(论文)内容:1、设计自然条件:海拔,1500m～无污秽～地震裂度,7级～最高气温32:C～最低气温-2:C～平均温度18:C～最大风速25m/s～其他条件不限。2、设计任务:变电所防雷设计～变电所过电压保护及防雷规划设计～绘制直击雷保护范围图,避雷器的配置规划与选择,变电所避雷针配置规划及保护范围计算,变电所接地设计;专题(子课题)题目:无内容:设计(论文)指导教师(签字):主管教学负责人(签字):2011年04月30日电自函授09级xxxx第2页共18页110kV变电所防雷设计110kV变电所防雷设计题目:设计作者XXXXXX大学学校:班次:电气工程及其自动化2009级XXXX姓名:XXX指导教师XXXX大学单位:XXX姓名:职称:高级工程师电自函授09级xxxx第3页共18页110kV变电所防雷设计目录摘要...........................................................................................................................6前言...........................................................................................................................71节毕业设计的目的意义....................................................................................72节设计任务要求、原始资料分析、完成计划.........................................7防雷保护规划设计.................................................................................................9.....................................................................9第1节变电所过电压及防护分析第2节避雷器的配置规划与选择...................................................................10第3节变电所避雷针配置规划及保护范围计算......................................11第4节变电所接地设计......................................................................................12结论....................................................................................................................17设计总结与体会....................................................................................................18谢辞....................................................................................................................19参考文献....................................................................................................................20电自函授09级xxxx第4页共18页110kV变电所防雷设计摘要本次设计是根据指导教师所给的设计任务书及原始参数进行的，本论文为110kV变电所防雷初步设计。通过对原始资料的详细分析，根据设计任务书的要求，从可靠性，灵活性，经济性，对变电站防雷设备进行了选择和经济技术比较，通过对过电压及防护分析，对主要避雷器的配置规划与选择，对变电所接地设计避雷针保护范围计算。最后绘制直击雷保护范围图。在设计中充分考虑了避雷针安置位置及数量是否满足现场运行，进行此次课题的重要内容避雷器的工作原理、性能及在出线端、变压器、母线及线路上装设情况进行分析比较方案，结论中制定下一个技改中应加设的避雷器。它应包括:避雷针的选择及保护范围:避雷器在变电站中的运用;线路避雷器的方案的分析及选用;二次防雷等。关键词:过电压及防护分析，避雷针保护范围，避雷器的配置规划，电自函授09级xxxx第5页共18页110kV变电所防雷设计前言第1节毕业设计的目的意义通过毕业设计的进一步学习，可以进一步巩固和扩大对电气工程及其自动化专业三年函授学习所掌握的相关理论知识。课本基础理论、方法是树立正确设计思想和设计方法的基本依据，电气设计手册、设计规程、典型的电气工程设计实例资料等是设计过程中必不可少的辅助资料。加强了对文献检索应用、计算、绘图、实验方法、数据处理、编辑、设计文件、使用规范化手册、规程等最基本的工作实践能力的培养。此次设计中,得到了xxx指导教师的耐心帮助,同学们的大力支持,我认真地完成了设计任务。经过毕业设计，所学专业理论知识将得到相当的运用和实践，这将使自己所学的理论知识提升到一定的运用层次，为完成实际工程设计奠定扎实的基本功和基本技能。最终达到学以致用的目的。1.通过毕业设计(论文)的训练，使学生进一步巩固加深所学的基础理论、基本技能和专业知识，使之系统化、综合化。2.培养学生独立工作、独立思考并运用已学的知识解决实际工程技术问题的能力，结合课题的需要可培养学生独立获取新知识的能力。3.通过毕业设计(论文)加强学生对文献检索与翻译、计算、绘图、实验方法、数据处理、编辑设计文件、使用规范化手册、规程等最基本的工作实践能力的培养。4.通过毕业设计(论文)的训练，使学生树立起具有符合国情和生产实际的正确的设计思想和观点;树立起严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索并具有创新意识及与他人合作的工作作风。电自函授09级xxxx第6页共18页110kV变电所防雷设计第2节设计任务要求、原始资料分析、完成计划一、本次初步设计任务的要求根据设计任务书、设计指导书的要求，并初步分析原始数据资料后，基本明确本次变电所防雷设备计任务，即在规定的时间内完成110kV变电所防雷初步设计。最终得出以下成果:初步设计说明书、计算书合订本一份;完成绘制直击雷保护范围图图一张。二、原始资料分析本次的设计任务是:设计110kV变电所的防雷保护和接地装置及规划。设计的重点是对变电所防雷设备拟定以及接地装置的选择及布置。设计的内容包括`:1、变电所防雷方案的设计;2、设计防雷保护和接地装置3、防雷设备的配置规划;4、直击雷保护范围(图纸见附页);5、写设计说明书一份。2、变电所的设计题目:110kV变电所防雷设备设计。3、本次设计已知的基本条件:通过对变电所原始资料的分析，根据设计任务书的要求，利用相关论文和参考资料，并结合设计工具书进行设计图方案的论证与技术经济比较，同时对防雷设备保护范围进行了计算;另外由电气设备的选择校验技术条件和设计要求，计算结果，选择并校验了导体和防雷设备;根据变电所的类型和总体布置对选定的接线方案进行防雷布置设计，对整个变电站范围规划配置设计，进行避雷器的选择，接地网的设计。最终对本次设计的相关部分展开专题综述。编制了设计说明书，绘制了平面图。三、完成设计计划毕业设计总周数为4周，阶段时间分配如下:1熟悉设计任务书，查阅手册、规程，设计防雷保护范围图0.5周2防雷规化设计、编写设计说明书1.0周3避雷器的选择，接地网的设计0.5周4评阅及答辩0.5周电自函授09级xxxx第7页共18页110kV变电所防雷设计防雷保护规划设计第1节变电所过电压及防护分析一、过电压的种类及危害1、过电压的种类有外部过电压和内部过电压两类。(1)外部过电压(主要为雷电过电压):输电线路上出现的雷电过电压有两种。一种是雷直击于线路引起的，称为直击雷过电压。另一种是雷击线路附近地面，由于电磁感应所引起的，称为感应过电压。(2)内部过电压(主要为暂时过电压和操作过电压):暂时过电压具有电源或其谐波的频率，而且是不衰减或弱衰减的。由空载线路的电容效应、不对称接地故障以及甩负荷使发电机加速而产生的工频电压升高都是常见的暂时过电压;操作过电压是在系统中由于断路器操作和各种故障产生的过渡过程引起的。常见的操作过电压有以下几种:中性点不接地系统中的电弧接地过电压，切除空载线路过电压，切除空载变压器过电压，空载线路合闸过电压等等。二、防雷的目的和意义架空输电线路由于长度大，分布面广，遭受雷击的机会多，由此产生的事故也多。据统计，架空输电线路的雷电事故在电力系统事故中占有很大的比重。事故跳闸势必影响系统的正常供电，给整个国民经济造成损失。另外，由于雷击线路所出现的过电压波，可以沿线路侵入变电所，危及所内电气设备的绝缘。因此必须重视和研究输电线路的防雷保护问题。变电所和发电厂是电力系统的枢纽和心脏，一旦发生雷害事故，往往导致变压器、发电机等重要电气设备的损坏，并造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活。因此，跟输电线路相比，变电所与发电厂的防雷保护必须更加可靠。三、防雷措施1、在输电线上架设避雷线的措施可防止线路被直接雷击;2、降低杆塔接地电阻可减小雷击杆塔时的电位升高，这是配合架设避雷线所采取的一项有效措施;3、架耦合地线可以加强避雷线与导线间的耦合使线路绝缘上的过电压降低;4、变电所或发电厂装设避雷针可防止电气设备被直接雷击;5、在变电所或发电厂装设避雷器可限制从线路侵入的雷电过电压波对电气设备的危电自函授09级xxxx第8页共18页110kV变电所防雷设计害。四、防雷设备的作用1、避雷线的作用:主要是防止雷直击导线，同时还有分流作用以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位。通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘上的电压。对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。2、避雷针的作用:当雷云向下发展先导放电到达离地面一定高度时，地面的感应电荷在避雷针顶端形成局部场强集中的空间，以至有可能从这些地方发展向上的迎面先导，这就影响了下行先导的发展方向，使其对避雷针放电，从而使处在避雷针附近较低的物体受到屏蔽保护，免遭雷击。3、避雷器的作用:由雷击产生的过电压波，将由线路传到变电所，危及所内电气设备的绝缘。为了限制由线路传来的过电压波的幅值。就需要装设另外一类过电压保护装置，通称避雷器。五、接地的形式电气设备的接地，按其目的的不同可分为下列几种:1、保护接地其目的是为了保护人身的安全。例如电气设备的金属外壳，底座等由于绝缘损坏而有可能带电的部分应行接地，以免触电危险。2、工作接地其目的是为了保证电力系统的正常运行。例如电力变压器中性点的接地。3、防雷接地其目的是为了把雷电流引入地中，以消除过电压的危险影响。例如避雷针、避雷器等的接地。第2节避雷器的配置规划与选择一、避雷器的种类和应用目前使用的避雷器主要有五种类型:1、保护间隙，2、管型避雷器，3、阀型避雷器，4、磁吹避雷器，5、氧化锌避雷器。(1)、保护间隙:是最简单的一种避雷器，一般保护间隙的电场属于极不均匀电场，使绝缘配合发生了困难，当时间很小时不能起到保护作用，同时保护间隙还有一个缺点就是熄弧能力低。因此一般只用于不重要的和不会造成严重后果的场合，例如低压配电网以及中性点非有效接地电网。(2)、管型避雷器:管型避雷器与保护间隙的区别是有较强的熄弧能力。但它也具有一些和保护间隙同样的缺点。那就是伏秒特性较陡，不易与被保护设备实现合理的绝缘配电自函授09级xxxx第9页共18页110kV变电所防雷设计合。另外在动作后会形成截波，不利于变压器的绝缘。因此，管型避雷器目前只用于输电线路个别地段的保护，如大跨距和交叉档距处，或变电所的进线段保护。(3)、阀型避雷器:它相对于管型避雷器来说在保护性能上有重大改进，是电力系统中发变电设备的主要保护装置。(4)、磁吹避雷器:在普通阀型避雷器的基础上把火花间隙加以改进，采用磁吹灭弧原理，它有更高的灭弧能力和更好的保护性能，因此除了限制雷电过电压外，还可以限制内部过电压。(5)、氧化锌避雷器:又叫金属氧化物避雷器，它的阀片是以氧化锌为主要原料烧成的。它具有以下优点a.氧化锌阀片有很好的非线性，使其结构简单，体积和重量减小，没有放电间隙，保护特性比较稳定，熄弧能力强;c.可以承受多重运行的可靠性增加;b.雷击，此外，由于氧化锌阀片的通流能力大，提高了其动作负载能力;d.元件单一通用，结构简单，特别适合于大规模自动化生产，造价低廉。由于氧化锌避雷器具有上述一系列的优点，使它有很大的发展前途，是目前世界各国避雷器发展的主要方向。它必将逐渐取代传统的带间隙的碳化硅避雷器，也是未来特高压系统绝缘赖以实现的必不可少的基础。二、本设计避雷器选用的类型避雷器是一种过电压限制器,它实质上是过电压能量的接受器,它与别保护设备并联运行,当作用电压超过一定的幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量,限制过电压,保护电气设备.本次设计的变电所各电压等级侧均使用氧化锌避雷器，避雷器的选择如下表:名称型号安装地点Y10W5-102/255G110KV侧避雷器HY5WZ2-51/125GW35KV侧HY5WZ-17/4510KV侧第3节变电所避雷针配置规划及保护范围计算为防止直击雷直接击中变电所设备及其架构、电工建筑物等，变电所需装设独立避雷针，其冲击接地电阻不宜超过10Ω。根据《电力设备过电压保护设计技术规程》的规定，电自函授09级xxxx第10页共18页110kV变电所防雷设计将避雷针设计基本知识叙述如下。一、单支避雷针的保护范围(图2)1、避雷针在地面上的保护半径应按下式计算:r=1.5hP式中:r--保护半径m;h--避雷针的高度mP--高度影响系数，h?30m，P=1;30m,h?120m，P=5.5/?h，当h,120m时，取其等于120m2、在被保护物高度hx水平面上的保护半径应按下列方法确定(1)、当hx?0.5h时，rx=(h-hx)P=haP(2)、当hx,0.5h时，rx=(1.5h-2hx)P式中:rx--避雷针在hx水平面上的保护半径m;hx--被保护物的高度m;a--避雷针h的有效高度m。二、两支等高避雷针的保护范围(图3)1、两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定。2、两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为’R，O点为假想避雷针的顶点，其高度应按下式0计算:h=h-D/7P0式中:h--两针间保护范围上部边缘最低点高度Om;D--两避雷针间的距离m。3、两针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度bx按下式计算:1)、当hx?0.5h时，bx=h,hx002)、当hx,0.5h时，bx=1.5h,2hx003)、当D=7haP时，bx=0求得bx后，可按图3绘出两针间的保护范围。两针间距离与针高之比D/h不宜大于5。三、多支等高避雷针的保护范围(图5)电自函授09级xxxx第11页共18页110kV变电所防雷设计1、三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两支等高避雷针的计算方法确定。如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx?0时，则全部面积受到保护。2、四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或数个三角形，然后分别按三支等高避雷针的方法计算，如各边的保护范围一侧最小宽度bx?0，则全部面积即受到保护。第4节变电所接地设计为了防止设备遭受直接雷击，通常采用装设高于被保护物的避雷针(或避雷线)，其作用是将雷电吸引到避雷针上并安全地将雷电流引入大地，从而保护了设备。避雷针(线)的保护原理是当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变，在避雷针(线)的顶端，形成局部电场强度集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针(线)放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。虽然避雷针(线)的高度比较高(必须高于被保护物体，一般20m-30m)但在雷云——大地这个高达几公里，方圆几十公里的大电场内的影响却是很有限的。单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的近似锥体的空间，就像斗笠一样。在高度h水平面上，其半径r按下式计算:xxh当,()hrhhp,,,时xxx2h当，h(1.52)时，rhhp,,xxx2式中:h为避雷针高度h为被保护物的高度x5.5p为高度影响系数h?30m时，p=1;当30m,h?120m时，p=h如设备位于此保护范围内，则此设备受雷击的概率将小于0.1%。两支避雷针的保护计算如下:电自函授09级xxxx第12页共18页110kV变电所防雷设计Dh,h,07p其中:D为两针之间的距离为保护范围上部边缘距最底点之间的距离h0p意义同上则水平面上保护范围的一侧宽度bx可按下式计算:bx=1.5(-hx)h0多支等高避雷针保护范围如下图所示:根据本变电所总平面布置图，全所的防直雷击保护采用在110kV、35kV构架上装设避雷针的方式。110kV、35kV和10kV配电装置对侵入雷电波的过电压保护采用装设在适当地点的避雷器保护。110kV进线、以及主变压器的中性点也按过电压保护的要求装设了避雷器。计算防雷范围如下(仅以两针为例来计算):110kV侧:针与针之间的距离如下图:#1、#2两针hx=19mh=30mD=60m;由于hx=19m，h/2=15m12电自函授09级xxxx第13页共18页110kV变电所防雷设计D60;h,,,,,,,h30308.5721.43rm,,,3019110x177p;bhhm,,,，,,1.5()1.5(21.4319)3.65xx120#2、#4两针hx=15mh=30mD=36.5m24由于hx=15m=h/2=15m;;rm,,,301515x1D36.5,,,,,,,h30305.2124.79h;077pbhhm,,,，,,1.5()1.5(24.7915)9.79xx12035kV，10kV侧分别装设4根和2根避雷针，其保护范围计算方法同110kV部分，计算略。附:变电所直击雷保护范围图电自函授09级xxxx第14页共18页110kV变电所防雷设计结论我的毕业设计论文是在xxx老师悉心指导下进行的。xxx老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。并且在整个毕业设计过程中，xxx老师不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。XXX老师在变电站设计方面具有丰富的实践经验，对我的实验工作给予了很多的指导和帮助，使我能够将理论中的结果与实际相结合。另外，他对待问题的严谨作风也给我留下了深刻的印象。在此表示深深的谢意。尽管我是第一次做变电站设计，难免遇到许多比较低级的问题，xxx老师却都极其耐心地予以解答，在此表示深深的谢意。此外，我还要感谢许多同学在整个过程中的帮助和配合，更真诚感谢xxx老师对我的帮助。电自函授09级xxxx第15页共18页110kV变电所防雷设计设计总结与体会在这次设计过程中，对过去近三年所学的专业知识进行了一次综合性的运用，结合我对电气知识的理解，对所拥有的实际工作经验，主要有以下收获:一、通过进行设计学习巩固了以下主要的知识:1、掌握了一种科学的工作方法:学会了应用相关规程和资料，用规程和资料进行科学选择分析、校验、比较事物，得出最终正确的结果，系统地将设计任务整理成文2、加深了对电气专业知识的理解及应用:主要包括《发电厂电气部分》中变电所部分;导体选择及热稳定，动稳定校验;电器的原理与选择;接地装置等部分。3、掌握了一些必要的技能:对计算机的操作能力得到进一步的提高。计算机文字处理中如公式编辑的应用，计算机绘图AutoCAD等等。二、、通过本次设计，提高了我对设计工作的认识。通过设计，加深了我对3年来所学知识的了解，并能加以应用，我将把从各位老师，各位同学处所学到的知识应用于工作中。在实践中不断地学习，不断地应用，不断的提高。本次设计虽然时间短，但在刘老师的尽力辅导、帮助下完成了设计工作，虽然设计还存在很多不足之处，以及相应的实践经验不足至使本次设计中所选择的设备不够详细等。总之，这是一次很好的学习和提高的过程，是对所学专业知识的一次综合练习的难得的机会。电自函授09级xxxx第16页共18页110kV变电所防雷设计谢辞随着毕业设计的结束，三年的函授学习也即将结束，我怀念近三年的函授学习生活，更怀念三年来教