学士学位论文-35kv总降压变电所设计

昆明理工大学成人高等教育毕业设计（论文）学习形式：函授□ 夜大□ 脱产□函授站：专 业：级 别：学生姓名：第1页共75页昆明理工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： 35kV总降压站变电所设计学生姓名： 学号: 专业年级：电气工程及其自动化学习形式： 函授■ 夜大□ 脱产□ 函授站毕业设计（论文）内容：一、 高压供电系统设计（根据供电部门提供的资料，选择本厂最优供电方案）二、 降压变电所设计1、 主接线设计2、 短路电流计算3、 主要电器设备选择4、 主要设备（主变压器）继电保护设计5、 配电装置设计6、 防雷接地设计（只要求方案）三、 设计成果1、 设计说明书2、 设计图纸二张1）总降压变电站电气主接线图2）主变压器继电保护展开图设计（论文）指导教师：（签字）主管教学院长：（签字）年 月 日第2页共75页设计资料某××厂总降压变电所及配电系统设计一、基础资料1、 全厂用电设备情况〈1〉负荷大小用电设备总安装容量：6630KW计算负荷（10KV侧）有功：4522KW 无功：1405Kvar各车间负荷统计见表8-1〈2〉负荷类型本厂绝大部分用电设备均属长期连续负荷，要求不间断供电。停电时间超过2分钟将造成产品报废；停电时间超过半小时，主要设备池，炉将会损坏；全厂停电将造成严重经济损失，故主要车间级辅助设施均为Ⅰ类负荷。3〉本厂为三班工作制，全年工作时数8760小时，最大负荷利用小时数5600小时。4〉全厂负荷分布，见厂区平面布置图。（图8-1）表8-1全厂各车间负荷统计表序负荷计算负荷QjsSjs车间名称号类型Pjs（KW）（KVA）（KVar）第3页共75页1空气压缩车间Ⅰ7801808002熔制成型（模具）Ⅰ5601505803车间Ⅰ5901706144熔制成型（熔制）Ⅰ6502206865车间Ⅰ5601505806后加工（磨抛）Ⅰ3601003747车间Ⅰ4201104348后加工（封接）Ⅱ-4001684349车间Ⅲ440200483配料车间Ⅱ-476014484985锅炉车间Ⅲ0.950.97厂区其他负荷452214054735.24（一）厂区其他负荷（二）共计同时系数全厂计算负荷2、电源情况1〉工作电源本厂拟由距离其5公里处的A变电站接一回架空线路供电，A变电站110KV母线短路容量为1918MVA，基准容量为1000MVA，A变电站安装两台SFSLZ1-31500KV/110KV 三圈变压器，其短路电压u高-中=10.5%，u高-低=17%，u低-中=6%。详见电力系统与本厂连接图（图8-2）。第4页共75页供电电压等级：由用户选用35KV或10KV的一种电压供电。最大运行方式：按A变电站两台变压器并列运行考虑。最小运行方式：按A变电站两台变压器分列运行考虑。〈2〉备用电源拟由B变电站接一回架空线作为备用电源。系统要求，只有在工作电源停电时，才允许备用电源供电。〈3〉功率因数供电部门对本厂功率因数要求值为：当以35KV供电时，COSΦ=0.9当以10KV供电时，COSΦ=0.95〈4〉电价。供电局实行两部电价：基本电价：按变压器安装容量每1千伏安每月4元计费。电度价：35KVβ=0.05元/KWh10KVβ=0.06元/KWh〈5〉线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按每千伏瓦1000元。第5页共75页目 录789119121313142021202222242841284235KV324310KV43454761476248634964516557665967616265第6页共75页66 6768 69第7页共75页摘 要变电所是电力系统的重要组成部分，它担负着从电力系统中受电、变压、配电的任务。因此，变电所设计工作是整个工程环节的关键部分。对于35kV总降压变电所的设计，不仅要满足整个工厂供电的需求，还要科学、合理的选择各种电气设备，设计具有选择性、速动性、灵敏性、可靠性的继电保护装置进行保护，确保供电的可靠性和经济性。本文主要是对35kV总降压变电所进行设计。通过所学专业理论知识，结合提供的设计原始资料，通过计算，主要包括负荷计算和短路电流计算，根据计算数据合理选择电气设备，本次设计主要电气设备包括变压器、断路器、隔离开关、互感器和母线等，并对其逐一进行校验，为所选的各种电气设备满足供电的可靠性、经济性要求。本次设计对总降压变电所的电气主接线进行设计，确定主接线形式并作图，对主变继电保护装置进行设计并作图。关键词 电力系统、电气主接线、短路电流计算、设备选型、配电装置、继电保护、防雷接地第8页共75页前 言毕业设计是学生结束全部理论课程、完成各项专业实习的基础上，所进行的一项综合性专业检验。电气工程及其自动化专业的学生通过进行毕业设计，应达到如下综合性实践目的：坚实并拓展自身所掌握的专业理论知识，并且活性化地将其融入到毕业设计的实践中；了解并初步掌握发电厂和变电所有关电器部分的基本设计方法，并且初步形成正确的设计理念；初步培养并锻炼自己独立分析和解决实际问题的能力，以及在实际工程设计中的相关工作能力；强化自身阅读、研究相关设计手册、规范的理解深度，以及检索并引用相关参考文献用以辅助毕业设计的能力。本次设计以35KV站为主要设计对象，附有1张电气主接线图和2张继电保护图。该变电站工作电源采用35KV电压供电，备用电源采用10KV电压设有1台主变压器，供电用架空线路引入总降压变电所。10KV电压等级采用单母线分段的接线方式。根据原始材料进行分析考虑了三个方案，经技术指标计算及经济计算分析，最终选定方案三：工作电源采用35KV供电，备用电源采用10KV供电。方案选定后进行了电气主接线设计，并对短路点进行了电流计算，对35KV侧高压电气设备及10KV侧电气设备的选择进行了选择和校验。设备包括：高压断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器和避雷器。设计了主变压器继电保护设计，保护包括：瓦斯保护、变压器纵差动保护、变压器复合电压起动过电流保护、变压器过负荷保护和主变绝缘监视。进行了主变压器保护整定计算和防雷接地设计计算和说明。第9页共75页第一章 高压供电系统设计第一节 供电系统的设计方案一、供电方案拟定本变电所电源进线可为 35KV或10KV的两路，按照要求正常的情况下一路运行，一路为备用。配电母线为 10KV，负荷出线有9回。且主要用电设备均要求不间断供电，停电时间超过两分钟会造成产品报废，对供电可靠性要求较高；故主要车间及辅助设施均为 I类负荷。因此考虑配电母线采用单母线分段接线，为提高供电可靠性， 10KV拟采用成套开关柜单层布置。电源进线，则可取两路 35KV、两路10KV或一路35KV一路10KV，三种不同方案。1、方案一 工作电源与备用电源均采用 35KV电压供电。此方案中，总降压变电所内装设两台主变压器。在设计35kV变电所主接线时考虑负荷为I级负荷，工厂总降压变电所的高压侧接线方式可考虑单母线分段、内桥式、外桥接线三种方式，对其进行分析比较。1）、单母线分段接线用分段断路器（或分段隔离开关）将单母线分成二段，母线分段后，可提高了供电的可靠性和灵活性。两段母线可并列运行也可分裂分行，当两路电源一用一备时，分段断路器接通运行，当某段母线故障，分段断路器及故障段电源段断路器在继电保护装置作用下自动断开只停该段。两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行，当某段电源回路故障而使其断路器断开时，备用电源自动投入使分段断路器接通，可保证继续供电。可以看出单母线分段能供给一级负荷，并且由于采用分段形式，变压器一用一备，较之单母线在一定程度上大大提高了供电的可靠性和灵活性。第 10页共75页缺点：分段单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积；某段母线故障或检修仍有停电问题；某回路的断路器检修，该回路停电；主要适用于35～63KV配电装置出线回路数为 4～8回路时。分段单母线接线如下图所示：1QS 1QSQSd1 QSd21QF 1QFQFd

35KV架空线路LGJ-35#1主变#2主变S11-5000/35S11-5000/352QF2QF2QS2QS10KV母线10KV母线单母线分段方式（2）、内桥式接线桥连断路器QF3在QF1、QF2的变压器侧，当其中一回线路检修或故障时，其余部分不受影响，其中一回线路检修或故障时其余部分不受影响，操作较简单，但在变压器切除、投入或故障时，造成一回升路短时停运，倒闸操作较复杂；线路侧断路器检修时，线路停电时间长。内桥接线适用于输电线路较长或变压器不第 11页共75页需经常投、切的配电方案。内桥主接线如下图所示：1QS1QS35KV架空线路LGJ-351QF1QF2QS4QS3QF4QS2QS3QS3QS#1主变#2主变S11-5000/35S11-5000/352QF2QF2QS2QS10KV母线10KV母线（3）、外桥主接线桥连断路器QF3在QF1、QF2的线路侧，外桥式的操作特点及适用范围恰恰与内桥式相反。其一回线路检修或故障时，有一台变压器短时停运，操作较复杂；变压器投切或故障时不影响其余部分操作较简单；变压器侧断路器检修时变压器需较长时间停动。外桥接线适用于输电线路较短或变压器需经常投切的配电方案。外桥主接线如下图所示：第 12页共75页1QS1QS35KV架空线路LGJ-353QS3QF3QS2QS2QS1QF1QF#1主变#2主变S11-5000/35S11-5000/352QF2QF2QS2QS10KV母线10KV母线由本次设计的基本要求来看，变压器不会频繁切换， 35kV总降压变电所外部电网供电因此线路长，内桥式接线是无母线制，可以省去母线的投资费用，内桥式接线在其中一回线路检修或故障时其余部分不受影响，操作较外桥式简单，综上因素，选定内桥式接线方式可满足安全、可靠、灵活、经济的基本要求，因此决定采取内桥式的接线方式。2、方案二 工作电源与备用电源均采用 10KV电压供电，两路电源进线均采用断路器分别接在 10KVI、II 段母线上。3、方案三 工作电源采用 35KV电压供电，备用电源采用 10KV电源供电。35KV线路经架空线路引入总降压变电所，装设一台主变压器，高低压第 13页共75页侧各装设一台断路器，接在10KVI段母线上，备用电源采用10KV电压供电经一台断路器接在 10KIVII 段配电母线上，接线图如下所示：1QS35KV架空线路3QS1LGJ-351QF3QF#1主变S9-5000/352QF2QS 3QS210KV母线

10KV架空线路LGJ-12010KV母线方案三第二节 供电系统方案的论证工厂供电设计要满足生产工艺提出的各项要求并保证安全可靠的供电，并力求经济合理，投资少，运行维护费用低。因此，对上述三个方案进行技术和经济方面的比较，选择一个合理的最佳方案。技术经济比较一般包括技术指标、经济计算和有色金属消耗量三个方面。一、方案的优点和缺点分析1、方案一 工作电源和备用电源均采用 35KV供电优点：供电电压高，线路功率损耗少。电压损失小，调压问题容易解决。要求的功率因数值低，所需补偿容量小，可减少投资。供电的安全第 14页共75页可靠性高。缺点：工厂内要设置总降压变电所，占用的土地面积多。装设两台变压器投资及运行维护费用高。2、方案二 工作电源和备用电源均采用 10KV供电优点：工厂内不设主变压器，可以简化接线。降低了投资及运行维护成本。工厂内不设总降压变电所，可以减少占地面积、管理人员及维护工作量。缺点：供电电压低，线路的功率损耗增大，电压损失也大。要求的功率因数值高，需增加补偿装置及相关设备的投资。工厂内设总配电所，供电的安全可靠性不如35KV。3、方案三 工作电源采用35KV供电，备用电源采用10KV供电。此方案的技术经济指标介于方案一和方案三之间。 根据原始资料中要求两路电源正常时只使用一路供电，工作电源停用时才使用备用电源供电。 因此该方案较好，备用电源供时时间较少，该方案既能满足供电可靠性的要求， 投资也相对较少。第三节 供电方案的比较1、方案一 工作电源和备用电源均采用 35KV供电根据原始资料提供全厂计算负荷为 4735.24KVA，考虑到原始资料要求两路电源正常时只使用一路供电，工作电源停用时才使用备用电源供电。本方案先用5000KVA的变压器两台，型号为 S11-5000/35，电压为35/10KV，查表得知变压器的主要技术数据：第 15页共75页型号S11-5000/35联接组标号Yd11空载损耗△P04.88KW短路损耗△Pk31.2kw阻抗电压U%7%K空载电流I0%0.6%变压器的有功功率损耗：Pb=n△P0+1△Pk（Sjs/Sbe）2n已知：n=2，n为变压器台数，Sjs=4735.24KVA ，Sbe=5000KVA。所以，△P=2×4.8+1×31.2×（4735.24÷50002=23.59KW。b2变压器的无功功率损耗为：△Qb=n（I0%/100）Sbe+1(UK%/100)Sbe（Sjs/Sbe）2n=2×（0.6÷100）×5000+12

×（7÷100）×5000×（4735.245000）2=216.96KVar35KV线路的功率：Pjs＇＝Pjs＋△Pb=4522+23.59=4545.59KWQjs＇=Qjs+△Q=1405+216.96=1621.96KVarbSjs＇=Pjs'2Qjs'2=4545.5921621.962=4826.30KVA35KV线路功率因数:COSφ=Pjs＇/S js＇=4545.59/4826.3=0.94COSφ=0.94＞0.9，合格。导线在运行中，在电流流过时导线的温度会升高。温度过高将会降低导线的机械强度，加大导线接头处的接触电阻，增大导线的弧垂。为保证导线第 16页共75页在运行中不致过热，要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量，即Ijs′<lyx。按照国家电线产品技术标准规定， 经过查表，35KV线路选用LGJ-35钢芯铝绞线架设，几何均距确定为 2.5米。查表得：r0=0.85Ω/km,x 0=0.417Ω/km.电压损失：△u=（r0×Pjs＇×L+x0×Qjs＇×L）/ue (L=5Km)=(0.85 ×4545.59 ×5+0.417 ×1621.96 ×5)/35=0.65KVu＜35×5%=1.75KV，电压损失合格。2、方案二工作电源与备用电源均为10KV电根据全厂计算负荷Sjs=4735.24KVA，可以计线路的负荷电流。

源供电。算处10KVIjs＇=S js/ 3Ue =4735.24 （/ 3×10）=273A功率因数：COSφ=Pjs/S js=4522/4735.24=0.95 ，合格。根据导线的发热条件，10KV线路选用LGJ-70 钢芯铝绞线架设，几何均距确定为1.5 米，查表得到：r0=0.46 Ω/Km,x0=0.365 Ω/Km。电压损失：△u=（r0×Pjs×L+x0×Qjs×L）/ue (L=5Km)=(0.46 ×4522×5+0.365 ×1405×5)/10=1.3KV△u=1.3＞10×5%=1.75KV，电压损失不合格。第 17页共75页电压损失过大，为了降低电压损失，10KV线路考虑选用LGJ-120钢芯铝绞线架空架设，几何均距确定为1.5米。查表得：r0=0.27Ω/Km,x0=0.335Ω/Km。△u=（r×P×L+x0×Qjs×L）/ue(L=5Km)0js=(0.27 ×4522×5+0.335 ×1405×5)/10=0.85KVu=0.85＞10×5%=0.5KV，电压损失仍然不合格。3、方案三工作电源采用35KV电源供电，备用电源采用10KV电源供电。（1）、35KV电源供电时：根据全厂计算负荷为4735.24KVA，厂内总降压变电所设一台容量为5000KVA的主变压器，型号为：S11-5000/35，电压为35KV/10KV，查表得到变压器的主要技术数据如下：△P=4.88KW，短路损耗△P=31.2KW，阻抗电压U%=7,空载电流0kKI0%=0.6。变压器的有功功率损耗为：△P=n△P+1△P（Sjs/Sbe）2b0nk已知：n=1，n为变压器台数，S=4735.24KVA，S=5000KVA。jsbe所以，△P=1×4.8+1×31.2×（4735.24÷50002=32.78KW。）b变压器的无功功率损耗为：△Qb=n（I0%/100）Sbe+1(UK%/100)Sbe（Sjs/Sbe）2n=1×（0.6÷100）×5000+1×（7÷100）×5000×（4735.245000）2第 18页共75页=313.91KVar35KV线路的功率：Pjs＇＝Pjs＋△Pb=4522+32.78=4554.78KWQjs＇=Qjs+△Q=1405+313.91=1718.91KVarbSjs＇=Pjs'2Qjs'2=4554.7821718.912=4868.34KVA35KV线路功率因数:COSφ=Pjs＇/S js＇=4554.78/4868.34=0.936COSφ=0.936 ＞0.9，合格。导线在运行中，因其中有电流流过，将使导线稳定升高，温度升高将会降低导线的机械强度，加大导线接头处的接触电阻，增大导线的垂度。。为保证导线在运行中不致过热，要求导线的最大负荷电流必须小于导线的允许载流量，即Ijs＇＜Iys。按照国家电线产品的技术标准规定，经过查表，35KV线路选用LGJ-35 钢芯铝绞线架设，几何均距确定为2.5 米。查表得到：r0=0.85Ω/Km,x0=0.417 Ω/Km。电压损失：△u=（r0×Pjs＇×L+x0×Qjs＇×L）/ue (L=5Km)=(0.85 ×4554.78 ×5+0.417 ×1718.91 ×5)/35=0.66KVu=0.66＜35×5%=1.75KV，电压损失合格。2）、10KV备用电源供电时：计算负荷仅考虑一级负荷的使用，根据设计任务书的要求，Pjs=3724KW，第 19页共75页Q=1407.6KVar，Sjs=Pjs22=272421047.62=3865.5KVA，sj由此可以计算出10KV备用电源供电时线路的负荷电流Ijs。Ijs=Sjs/3Ue=3868.5/（3×10）=223.35A根据导体发热条件，10KV线路考虑选用LGJ-120钢芯铝绞线架设，几何均距确定为1.5米，L=7Km，查表得到r0=0.27Ω/Km,x0=335Ω/Km。由此可以计算出10KV备用电源线路的电压损失。△u=（r0×P＇×L+x0×Qjs＇×L）/ue(L=7Km)js=（0.27×3724×7+0.335×1047.6×7）/10=0.95KVu=0.95＞10×5%=0.5KV，电压损失有点偏高，但因作为备用电源，运行时间短，可以满足供电要求。4、三个方案的综合比较通过对三个供电方案进行的经济技术指标的分析技术，可以得出一下结论：方案一：供电可靠，运行灵活，线路损耗小，但因要装设两台主变压器和三台35KV高压断路器，使投资较大。方案二：工作和备用电源均采用10KV线路供电，无需装设主变压器，投资最少，但线路损耗较大，电压损失严重，无法满足一级负荷长期正常运行的要求，故方案不可行。方案三：第 20页共75页介于方案一和方案二之间，正常运行时由35KV线路供电，线路损耗低，运行方式灵活，电压损耗小，能满足和长期正常运行的需要，35KV线路检修或故障时，10KV备用线路投入运行，期间电源损失较大，但这种情况出现几率很少，且运行时间也不会很长。从设备投资来说，方案三比方案已减少一台主变压器和两台35KV高压断路器，占用场地也相对较少，因此投资也大为降低，至于备用线路的电压损失问题，可以采用提高导线截面的办法得到改善。综上所述，选定方案一及方案三，由经济估算比较可知，方案三的总和投资及运行维护费用均低于方案一。从供电可靠性、灵活性、经济性三方方面综合考虑，决定采用方案三，即采用正常运行时35KV单回路供电，事故或检修是采用10KV备用电源供电方案作为本次设计的最终方案。第 21页共75页第二章 电气主接线的设计第一节、电气主接线设计原则电气主接线是发电厂和变电站电气部分的主体，它反映各电气设备的作用、连接方式和回路间的相互关系。所以，他的设计直接关系的全厂（站）电气设备的选择、配电装置的布置，继电保护、自动装置和控制方式的确定，对电力系统的安全、经济运行起到决定的关键作用。我国《变电所设计技术规程》SDJ2-79规定：变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。一、可靠性：本厂绝大部分用电设备均属长期连续负荷，要求不间断供电，停电时间超过2分钟将造成产品报废；停电时间超过半小时，主要设备池，炉将会损坏；全厂停电将造成严重经济损失，故主要车间级辅助设施均为Ⅰ类负荷；所以，安全可靠是电力生产和分配的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本要求。1、主接线可靠性的具体要求：1）断路器检修时，不宜影响对系统的供电；2）断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并要求保证对I类负荷和II类负荷的供电；3）尽量避免变电所全部停运的可靠性。二、灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。（1）调度灵活操作方便。可以灵活地操作，投入或切除变压器第 22页共75页及线路，调配电源和负荷，满足系统在正常、事故、检修及特殊运行方式下的要求。2）检修安全。应能方便地停运线路、断路器、母线及继电保护设备，进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求；3）扩建方便。变电站的建设要考虑工厂扩产变电站后续发展留有空间，应能容易地从初期过渡到其最终接线，使在扩建时一次、二次设备所需的改造最小。三、经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。1）投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备的投资，要能使控制保护不过复杂，以利于运行并节约二次设备和控制电缆投资；要能限制短路电流，以便选择价格合理的电气设备或轻型电器；在终端或分支变电所推广采用质量可靠的简单电器；（2）电能损耗小。年运行电能损耗费、折旧费及大修理费、日常检修要小，其中电能损耗主要由变压器引起的，因此要合理地选择主变压器的型式、容量、台数及避免两次变压而增加损耗。3）占地面积小。主接线要为配电装置布置创造条件，以节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在不受运输条件许可，都采用三相变压器，以简化布置。第二节 电气主接线图说明本次设计根据前面的技术、经济比较选择方案三：正常运行时采用35KV供，35KV供电系统故障或检修时，采用10KV备用电源系第 23页共75页统供电。10KV配电系统采用单线分段接线。1、 总降压变电所设一台主变压器，型号为S11-5000/35 ，以35KV架空线从电力网中引入作为工作电源。在变压器的高压侧装设一台ZW30-40.5/1600型真空断路器，便于变电所的控制和检修。2、 主变压器低压侧经ZN5-10/630 真空断路器接在10KVI段母线上。10KV备用电源经架空线引入经ZN5-10/630 真空断路器接在10KVII 段母线上，I、II 段之间设母联断路器ZN5-10/630 。3、 总降压变电所的10KV侧采用单母线分段接线，选用LMY型硬铝母线，各车间的一级负荷都由两段母线供电，提高了供电的可靠性。4、 根据规定，10KV备用电源只有在35KV主电源停运及主变压器故障或检修时，才能投入使用。因此，在正常运行方式下，主变压器两侧开关合上，10KV母线分段开关合上，备用电源开关断开。在备用电源开关上装设备用电源自动投入装置（APD），当工作电源故障时，自动投入备用电源，保证一级负荷车间的正常供电。5、当主变压器检修时，只需合上10KV备用电源进线开关就可以实现一级负荷车间的正常供电。。画出电气主接线图，如附录一。6、对电气主接线图的说明：总降压站设一台主变压器，型号为：S11-5000/35，电压为35KV/10KV，以35KV架空线从电力外网中引入作为工作电源，为了监测线路电压情况和绝缘水平，线路侧安装一台三相五柱式电压互感器，在线路侧还安装一台避雷器，防止雷电波沿线路侵入降压站。架空线经装隔离开关3011、进线断路器QF4接到主变压器35KV高压侧，主变压器10KV侧接断路器QF2，经隔离开关1011接到10KV第 24页共75页Ⅰ段母线上。10KV备用电源经过架空线进入降压站，线路侧也安装一台电压互感器用于线路电压的监测和一台避雷器。10KV备用电源进线进入降压站后通过隔离开关1021、进线断路器QF1和母线侧隔离开关1022接到10KVⅡ段母线上。10KVⅠ、Ⅱ母线用一台母联断路器QF3连接，母联断路器两侧分别接母联隔离开关0101和0102。正行运行情况下，母联隔离开关0101、0102和母联断路器QF3均合上，Ⅰ、Ⅱ母线同时运行。备用电源进线断路器QF1断开。备用电源进线安装备用电源自动投入装置APD，当工作电源故障时自动投入备用电源，保证一级负荷的供电正常。10KVⅠⅡ段母线各接车间的负荷出线共9条第 25页共75页第三章 短路电流计算在电力系统的运行过程中，常常会受到各种因素而发生各种故障或短路事故。例如设备绝缘老化造成击穿，发生短路事故，大风造成树枝与高压线路接触造成接地短路，小动物进入配电设备造成的短路事故，误操作造成的短路事故等等。电力系统短路事故包括对称短路事故和不对称短路事故，对称短路事故指三相短路事故，不对称短路事故包括单相接地短路事故，两相短路事故，两相接地短路事故和三相接地短路事故，还有断相事故。对于电机类设备有匝间短路等。发生短时事故有时是很难避免的，也是无法预测的。发生短路事故后如何控制停电范围，减少事故造成的损失就是继电保护的目的。因此短路电流的计算就是继电保护设计的基础，是使继电保护能够满足要求的关键。第一节 短路电流计算的条件为了简化计算工作量，本次设计短路电流的计算采用等值电路标幺值进行计算。短路计算的基本假设：1、 假设外系统是一个无限大容量电力系统。2、 标幺值计算基准容量定为1000MVA。35KV侧基准电压为37KV，10KV侧基准电压为10.5KV。3、 采用等值电路进行计算，忽略电阻值。4、 最大运行方式：按 A变电站两台变压器并列运行考虑。第 26页共75页5、 最小运行方式：按 A变电站两台变压器分裂运行考虑。根据电气主接线图，画出干线图如下：从图上可以看出，短路点d1在总降压站35KV侧，短路点d2在总降压站10KV母线侧。为便于计算，根据短路电流干线图，画出基本等值电路图，如下图：基本等值电路图第二节 计算各元件的电抗标幺值*（1） 电源电抗XX*XX=Sj/Sd=1000/1918=0.52(2) 三圈变压器：X*1=0.5×（Uk1-2+Uk1-3-Uk2-3）/100×(Sj/Sbn)第 27页共75页=0.5×（10.5+17-6）/100×(1000/31.5)=3.49X*2=0.5×（Uk1-2+Uk2-3-Uk1-3）/100×(Sj/Sbn)=0.5×（10.5+6-17）/100×(1000/31.5)=-0.08(3)线路：X*L=x0LSjU2j1=（0.4×5×1000）、372=1.46（4）双圈变压器：*）×(Sj/Sbn)=(7/100)×(1000/5)=14kXb=（U/100第三节 短路电流计算1、最大运行方式下的短路电流Ik（1）等值电路图如下：（2）短路电流Ik因为I*Xk1

*j

j*1*1Sj=S,*,得到IkIpIk=Ik*3Uj3UjXkKXk*1***1Xxx2(X1X2)Xl0.522(3.490.08)1.463.765第 28页共75页**1****1Xk2Xx2(X1X2)XlXb0.522(3.490.08)1.461417.765当K1点发生短路时：IK1=110004.2KA3.765337ish=2.55Ik1=2.55×4.2=10.7KAIsh=1.51×IK1=1.51×4.2=6.3KAS=I*×S=(1/3.765)×1000=269MVAK1K1j当K2点发生短路时：Ik21100017.7653.1KA310.5ish=2.55Ik2=2.55×3.1=7.9KAIsh=1.51×IK2=1.51×3.1=4.67KAS=I*K2×S=(1/17.765)×1000=56MVAK2j2、最小运行方式下的等值电路（1）等值电路图：（2）短路电流IK第 29页共75页因此IjSj，*1,得到Ik*Ip1SjIk*=Ik*3Uj3UjXkKXk*****0.523.490.081.465.55XxxX1X2XlXk1******0.523.490.081.461419.55Xk2XxX1X2XlXb当K1点发生短路时：IK1=110002.81KA5.55337ish=2.55Ik1=2.55×2.81=7.17KAIsh=1.51×IK1=1.51×2.81=4.24KASK1=I*K1×Sj=(1/5.55)×1000=180MVA当K2点发生短路时：Ik21100019.552.8KA310.5ish=2.55Ik2=2.55×2.8=7.1KAIsh=1.51×IK2=1.51×2.8=4.23KA=I*×1000=51MVAK2K2jS×S=(1/19.55)3、短路电流计算结果表：短路电流冲击电流短路容量运行方式短路点Ik（KA）ish（KA）Sd（MVA）最大运行K14.210.7269方式K23.17.956最小运行K12.817.17180方式K22.87.151第 30页共75页第 31页共75页第四章 主要电气设备选择第一节 电气设备选择的一般原则一、概述电气设备的选择是变电所设计的重要内容，正确地选择设备关系到供配电是否安全、经济运行的重要条件。选型时，应根据设备参数、计算结果、环境因素等工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极稳妥地采用新技术，新设备，并综合考虑减少项目投资，达到项目投资省、运行费用低、能耗小的目的。电气设备的选择必须遵循国家相关技术规范和经济政策，项目要技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行。电气设备要能安全可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验电气设备的热稳定和动稳定，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。二、电气设备选择的一般条件及原则1、按正常工作条件选择电气设备1）按额定电压选择电气设备的额定电压UN就是其铭牌上标出的线电压，另外还标出允许最高工作电压Ualm。由于电力系统负荷的变化、调压及接线方式的改变而引起功率分布和网络阻抗的变化等原因，往往是的电网某些部分的实际运行电压高于电网的额定电压UNs，所选电气设备的最高允许工作电压Ualm不得低于所在电网的最高运行电压Usm，即第 32页共75页Ualm≥Usm对于电缆和一般电器，Ualm较UN高10%-15%，即：Ualm=（1.1-1.15 ）UN而对于电网，由于电力系统采取各种调压措施，电网的最高运行电压Usm通常不超过电网额定电压UNS的10%。即：Usm 1.1UNS可见，只要UN不低于UNS就能满足Ualm≥Usm，所以一般按照UN≥UNS选择。裸导体承受电压的能力由绝缘子及安全净距保证，无额定电压选择问题。2）按额定电流选择电气设备的额定电流IN是指额定环境条件下电气设备长期运行所允许的电流。当实际环境条件不同于额定条件时，电气设备长期运行允许的电流要进行修正，经修正后的长期允许运行电流Ial不得低于所在回路在各种可能运行方式下的最大持续工作电流I ，即maxIal＝ KINImax(A)K-------- 综合修正系数I ------ 电气设备所在回路最大持续工作电流max3）按当地环境条件选择所选电气设备种类（如户内还是户外）和类型应符合电器的安装地点、使用条件、检修和运行的要求。还要符合当地的环境条件。第 33页共75页2、按短路条件校验电气设备为使所选电器具有足够的可靠性、经济性和合理性，并在一定的时期内适应系统的发展需要，作为校验用的短路电流应如下条件确定：1）容量和接线：容量应按本工程及最终容量计算，并考虑到电力系统的远景发展；其接线应采用可能发生最大短路电流的正常方式。2）短路种类：一般按三相短路校验，但若某些系统或设备两相、单相接地短路的短路电流更大，则按最严重方式进行校验。3）短路计算点：应选择通过校验对象的短路电流为最大的那些点作为短路电流计算点。校验电气设备的热稳定和开断能力时，必须合理地确定短路计算时间。热稳定校验时间tk：tktprtabtpr(tinta)（s）tpr-----后备继电保护动作时间tab-----断路器全开断时间tin-----断路器固有分闸时间ta-----断路器开断时电弧持续时间开断能力的短路计算时间tbr：tbrtpr1tin（s）第 34页共75页t ----- 主继电保护动作时间pr13、热稳定和动稳定校验（1）热稳定校验：热稳定就是要求所选电气设备能承受短路电流所产生的热效应，在短路电流通过时，电气设备各部分的温度应不超过允许值。导体和电缆满足热稳定的条件：SSmin(mm2)S-------按正常工作条件选择的导体或电缆的截面积Smin-----按热稳定确定的导线或电缆截面积电器满足热稳定的条件为：2Qk(KA)2.SIttI------ 厂家给定的允许通过电器的热稳定电流tt------- 厂家给定的允许通过电器的热稳定时间Qk----- 短路电流流过电器时所产生的热效应2）动稳定校验：动稳定就是要求电气设备能承受短路电流流过时冲击电流所产生的电动力效应。硬导体满足动稳定的条件为：σalσmax（Pa）σal-----导体材料最大允许应力σmax-----导体最大计算应力电器满足动稳定的条件：iesish（KA）第 35页共75页i----- 电器允许通过的动稳定电流幅值esish---- 短路冲击电流幅值，一般高压断路器时，ish=2.55 I"；发电机机端或母线短路时，ish=2.69 I"；I"为短路电流周期分量的起始值。第二节 35KV侧高压电气设备的选择其主要设备包括：高压断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器和避雷器。一、35KV断路器选择高压断路器是电力系统最重要的的控制和保护设备。它的功能是接通和断开正常工作电流、过负荷电流和故障电流。它是开关电器中最为完善的一种设备。1、高压断路器的选择及校验原则高压断路器的选择主要考虑以下方面：（1）种类和形式选择一般35KV回路的断路器多选用真空断路器，也可用六氟化硫断路器。（2）额定电压选择UN UNsUN ——电气设备的额定电压；UNs ——电网的额定电压。（3）额定电流选择Ial=KIN≥ImaxI al ——电气设备经综合修正后长期允许电流；——温度修正系数；第 36页共75页Imax——电气设备所在回路的最大持续工作电流（4）额定开断电流选择INbr IkINbr ——电气设备的额定开断电流；Ik —— 实际开断瞬间的短路全电流有效值。（5）额定关合电流的选择iNcl ish（6）热稳定校验It2t QkQkItt

——短路电流通过电器时所产生的热效应；——制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流；——制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间。（7）动稳定校验ies ishiesish

——电器允许通过的极限电流；——短路冲击电流。2、35KV断路器的选择主变35KV供电回路最大持续工作电流为 :SN5000IN82.48(A)3UN335根据规定，在发电机、变压器回路时一般考虑 1.05的额定电流，因此Imax1.05IN1.0582.4886.6()AUN35KV根据35KV断路器的U、Imax及安装在屋外的要求，可选择N第 37页共75页ZW30-40.5/1600 ，查额定短时耐受电流持续时间为 4S，取短路假想计算时间tk=1.5s根据上面计算出的短路电流值为Ik 4.2(KA)短路电流周期分量的热效应 QkQk Ik2tima(tima 1.5s)4.22 1.526.46断路器选择结果表装设地点电气条件选择ZW30-40.5/1600序号结论项目数据要求项目数据1UNs35KV≤UN40.5KV合格2Imax86.6A＜IN1600A合格3Ik4.2KA＜INbr31.5KA合格4ish10.7KA＜INc80KA合格5Qk26.46（KA）2?s＜It2t31.52×4=3969合格6ish10.7KA＜ies80KA合格由选择结果可见各项条件均能满足，故所选ZW30-40.5/1600型真空断路器合格。二、35KV隔离开关选择隔离开关是电力系统中常用的电气，它可以在电气设备检修时，将被检修设备与电源电压隔离，以保证检修工作的安全，也可以与断路器配合使用，第 38页共75页根据需要实现变电所的倒闸操作，还可以分合一些小电流电路，其选择及检验原则同断路器。1、隔离开关的选择及校验原则：隔离开关对配电装置的布置和占地面积有很大的影响，应根据配电装置特点、使用要求及技术经济条件选择其种类和型式。（1）种类和型式选择考虑到占地面积和运行维护，选用双柱 V型户外隔离开关。额定电压选择UN UNsUN ——电气设备的额定电压；UNs ——电网的额定电压。（3）额定电流选择IN=ImaxI NImax

——电气设备的额定电流；——电气设备所在回路的最大持续工作电流。隔离开关需进行热稳定和动稳定校验：（4）热稳定校验It2t QkQkItt

——短路电流通过电器时所产生的热效应。——制造厂规定的允许通过电器的热稳定电流。——制造厂规定的允许通过电器的热稳定时间。（5）动稳定校验ies ish第 39页共75页iesish

——电器允许通过的极限电流。——短路冲击电流。35KV总降压变电所主变压器回路隔离开关的 Imax、Qk与断路器相同，选择户外型带单接地开关的隔离开关： GW5-40.5D/1600-31.5，额定短时耐受电流时间为4S。隔离开关选择结果表装设地点电气条件选择GW5-40.5D/1600-31.5序号结论项目数据要求项目数据1UNs35KV≤UN40.5KV合格2Imax86.6A＜IN1600A合格5Q26.46（）2＜t2t31.52×4=3969合格kKA?sI6ish10.7KA＜ies80KA合格由选择结果可见各项条件均能满足，故所选GW5-40.5D/2000-31.5型隔离开关合格。三、35KV电压互感器选择1、电压互感器选择原则电压互感器应按下列技术条件选择：1）一、二次电压应满足要求；2）应根据环境温度、污秽等级、海拔高度等环境条件选择种类和型式；第 40页共75页3）根据接入的测量仪表，继电器和自动装置等设备对准确度等级的要求确定电压互感器准确度等级；4）电压互感器容量要满足接入的二次负荷功率；5）接线方式，在满足二次电压和负荷要求的条件下，电压互感器应尽量采用简单接线。35KV侧进线装设电流表3只，电压表1只，功率表1只，有功电度表和无功电度表各1只。二次侧负荷如下表所示：35KV电压互感器二次负荷表负荷仪表名仪表型电压线每个线圈消COSΦAB相BC相称号圈数目耗功率（VA）PababbcbcQPQ电压表ITI-V14.514.5---功率表IDI-W10.7510.75-0.75-有功电DS-I11.50.380.571.390.571.39表无功电DX-I11.50.380.571.390.571.39表合计6.392.781.892.78求各相负荷：Sab(Pab2Qab2(6.3922.782)6.97VA)abarccosPabarccos6.3923.07Sab6.97Sbc(Pbc2Qbc2(1.8922.782)3.36VA)bcarccosPbcarccos1.8955.94Sbc3.36相负荷为：第 41页共75页Pa 13[Sabcos(abQa 1[Sabsin(ab3

30)]1cos(23.0730)]3.99W[6.97330)]1[6.97sin(23.0730)]0.49Var3相负荷为：Pb1[Sabcos(ab30)Sbccos(bc30)]31[6.97 cos(23.07 30) 3.36 cos(55.94 30)]34.16WQb1[Sabsin(ab30)Sbcsin(bc30)]31[6.97sin(23.0730)3.36sin(55.9430)]34.07VarC相负荷为：Pc1[Sbccos(bc30)]31cos(55.9430)]0.14W[3.363Qc1[Sbcsin(bc30)]31sin(55.9430)]1.94Var[3.363可见，B相负荷较大，故应按 B相总负荷进行选择：Sb(Pb2Qb2)(4.1624.072)5.82VA查表可选JDJJ2-35型单相油浸式电压互感器，0.5级的二次绕组额定容量为150VA。因B相负荷较大，所以按照B相负荷进行校验。SB5.82150/350VA故所选单相油浸式电压互感器JDJJ2-35满足使用要求。第 42页共75页四、35KV电流互感器选择1、电流互感器的选择原则（1）一次回路额定电压和电流的选择UN≥UNSI al=KINI≥I maxK----- 温度修正系数，INI---电流互感器一次额定电流， A（2）额定二次电流的选择额定二次电流IN2有5A和1A两种，一般弱电系统用 1A，强电系统用5A，当配电装置离控制室较远时，为能使电流互感器能多带二次负荷或减少电缆截面，提高准备度，尽量选择 1A。（3）种类和型式的选择根据安装地点（如屋内屋外）、安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）、及产品情况来选择电流互感器和种类和型式。（4）准确级选择电流互感器的准确级不得低于所供仪表的准确级；当所供仪表要求不同准备级时，应按其中要求准确级最高的仪表来确定电流互感器的准确级。（5）按二次侧负荷选择电流互感器二次侧每相仪表和继电器负荷，其中最大相负荷 S2不大于互感器在该准确级所规定的额定容量 Sn2即：S2≤Sn2 （V·A）（6）热稳定校验电流互感器热稳定校验按一次回路导体的电流进行校验， 常以1s允许通过第 43页共75页的热稳定电流It或It对一次额定电流 INI的倍数Kt（Kt=It/）按下式检验：It2t Qk或（KtI NI）2≥QKQk ——短路电流通过电器时所产生的热效应。（5）动稳定校验ies ish为了便于设备的安装、运行、维护和检修， 35KV系统的电流互感器全部选择成一致，按最大短路电流回路来校验。35KV电流互感器二次负荷仪表名仪表型号电流线A相B相C相称圈数目VAΩVAΩVAΩ电流表ITI-A130.1230.1230.12功率表IDI-W11.450.0581.450.058有功电DS-I10.50.02--0.50.02表无功电DX-I10.50.02--0.50.02表合计5.450.21830.125.450.218根据电流互感器安装的处电电压 35KV，最大工作电流86.6A和安装地点的要求，初选LCWB-35-150/5油浸式户外电流互感器，由于所选电流互感器除用于电流测量和继电保护外，还用于电度计量，所以选用 0.5级，二次额定负荷阻抗为 2Ω，互感器变比为 150/5，动稳定电流ies 100KA，热稳定电流t 65KA。由于选择的隔离开关与 35KV断路器在同一回路，因此其 UNS、Imax、ish、Qk计算数据与断路器相同，即ish=10.7KA，Qk=It2tima=4.221.5=26.46[kA2·S]第 44页共75页由上表可以看出，A、C相负荷最大，为 Sn=5.45VA，其阻抗为rarcSn/I2n20.218电流互感器的接线采用不完全星型接线，连接线的计算长度Lc3L，则Lc(1.75102)31002S20.2180.11.8mmZn2rarra2选择截面为2.5mm的铜导线。热稳定校验：It2t 96.04 26.46动稳定校验：ies 18 10.7故所选择的油浸式户外电流互感器 LCWB-35-150/5满足使用要求。五、35KV避雷器选择由雷电击产生的过电压波，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。需要装设避雷器。系统额定电压：与被保护系统的额定电压相符；在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护器的类型，它标出交流电压的有效值。额定电压（灭弧电压）：指避雷器能够保证可靠熄灭工频续流电弧的条件下，允许加在避雷器上的最高工频电压；额定电压值必须与被保护系统的标称电压相符，以及在系统安装书的规范限制内。 对35KV及以下的中性点不接地系统和经消弧线圈接地的系统，则分别取系统最大工作线电压的 110%和100%。冲击放电电压及残压：是说明避雷器保护性能的两个特性参数。它们越第 45页共75页小，被保护设备的绝缘水平可以越低。 在220KV及以下系统 中一般不会越过5KA。对这些电压等级的避雷器，都是按波形 8/20s，峰值为5KA的冲击电流来测量残压。工频放电电压：对避雷器的工频放电电压要规定上限和下限。 35KV及以下系统此值取3.5倍相电压。根据以上要求选择 JPBHY5CZ1-42/124*88组合式过电压保护器。第三节10KV侧电气设备的选择选择设备的方法与35KV选择时相同。1、变压器低压侧及备用电源进线设备的选择10KV侧电气设备选择参数比较表设备名选隔离开电压互电流互计称断路器避雷器型择关感器感器结论算ZN28(A)-1GN15-1JDJ2-1JPBHY5C号要LAT-10-2R3-12.7数20求300/5据UN 10KV ≤ 12KV 10KV 10KV 10KV 10KV 合格IN 273A < 630A 630A 630A 300/5A - 合格ish 6.75KA < 20KA 20KA 20KA 20KA - 合格22s<1600200020002000-合格Itt37.94(KA)ies 7.85KA < 50KA 50KA 50KA 50KA - 合格根据上表比较各种条件均满足，故所选择设备合格。2、10KV馈电线路设备的选择以负荷最大的空气压缩车间为例，选用 GG-10型高压开关柜，见下表：第 46页共75页10KV馈电线路设备选择参数表设备名选计称择断路器隔离开关电流互感器型结论算号要ZN28(A)-12GN15-12LAT-10-300/5数求据UN10KV≤12KV10KV10KV合格IN273A<630A630A300/5A合格ish6.75KA<20KA20KA20KA合格It2t37.94(KA)2s<160020002000合格ies7.85KA<50KA50KA50KA合格根据上表比较各种条件均满足，故所选择设备合格。3、10KV母线的选择（1）导体类型的选择10KV设备是户内成套配电装置，考虑方便布置、大电流、配线合理等等因素，10KV配电装置采用硬导体。（2）按经济电流密度选择截面在正常情况下，各回路的持续工作电流Igmax1.0550003303.1A10考虑环境条件，查表得综合校正系数K=0.88Igmax303.1Imax344.43AK0.88查表，选用3条40×4mm矩形铝导体，平放时允许电流为456A，S=160mm2，满足最大持续工作电流的要求。第 47页共75页（3）导体的热稳定校验Smintj3.08(2/95)10364.84IC64.84160mm2（4）导体的动稳定校验导体截面系数W0.116bh20.1670.4421.07cm3f1.76ic211021.767.85211020.043kg/cma25得Imax10W107001.07417.36cmf0.043GG-10型高压开关柜一般宽为 1米，进线柜最宽为 1.5米，因此上述校验满足动稳定要求。由于采用标准柜，故不必选择支持绝缘子。第 48页共75页第五章 配电装置设计一、 配电装置的分类及特点配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，它是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成，用来接受和分配电能装置。配电装置按电器装设地点的不同，又分为户内和户外配装置。按其组成方式，又分为装配式和成套式。1、户内配电装置的特点：1）安全净距小并可分层布置，占地面积小；2）维护、巡视和操作在室内进行，不受外界气象条件影响，比较方便；3）设备受气象及外界有害气体影响较小，可减少维护的工作是不是；（4） 建筑投资大。2、户外配电置的特点：1）安全净距大，占地面积大便于带电作业；2）维护、巡视和操作在室外进行，受外界气象条件影响；3）设备受气象及外界有害气体影响较大，运行条件较差，须加强绝缘，并且设备价格较高；4）土建工程量和费用少，建设周期知事，扩建较方便。3、成套配电装置的特点：（1）结构紧凑，点地面积小；第 49页共75页2）运行可靠性高，维护方便；3）安装工作量小，建设周期短，而且便于扩建和搬迁；4）消耗钢材较多，造价较高。、配电装置的设计要求1）必须认真贯彻国家的技术经济政策，遵循上级颁发的有关规程、规范和技术规定；2）节约用地是一条必须认真贯彻的重要政策；3）保证运行可靠，按系统和自然环境特点，合理选择设备，保证各种电气的安全净距，布置整齐、清晰，各间隔之间有明显的界限；4）保证人身安全和防火要求；5）安装、运输、维护、巡视、操作和检修方便。6）在保证安全前提下，布置紧凑，力求节省材料和降低造价。7）便于分期建设和扩建。、35KV和10KV配电装置设计1）35KV进线架构、变压器及其它电器设备均采用户外布置，进线架构均为平行布置；2）10KV配电装置采用成套户外布置，由于电气设备采用成套高压开关柜，因此户内布置比较简单；3）在配电室附近设控制室和值班室。第 50页共75页第六章 主变压器继电保护设计第一节 继电保护概述在电力系统中中为防止系统事故保证非故障部分仍能可靠地供电，并维持电力系统运行的稳定性，要求迅速有选择地切除故障元件，切除故障的时间非常短，短到十分之几秒到百分之几秒，只有供助于安装在每一个电气设备上的自动装置即断电保护来实现。1、断电保护的基本要求可慨括为可靠性、速动性、选择性和灵活性四个方面1）可靠性：保护装置在其规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作情况下，则不应该错误动作。2）速动性：能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的工作时间，经及缩小故障元件的损坏程度，因此发生故障时，力求保护装置能迅速动作切除故障。3）选择性：断电保护装置动作时，仅将故障元件从电力统统中切除，保证系统中非故障元件仍然继续运行，尽量缩小停电范围。4）灵敏性：对保护范围内发生故障或非正常运行状态的反应能力，是在事先规定的保护范围内部发生故障时，不论短路点的位置、类型如何，以衣短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉、正确反应。2、断电保护的分类，按其所起作用可分为主保护和后备保护。第 51页共75页第二节 主变压器继电保护方案选择电力变压器是电力系统中使用相当普遍和十分重要的电气设备，它一旦发生故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的后果，同时大容量的电力变压器也是十分贵重的，一旦损坏，将遭受严重的经济损失。为了保证变压器的安全运行、防止故障的扩大，按照变压器可能发生的故障，装设灵敏、快速、可靠和选择性好的保护装置是十分必要的。变压器的故障分为油箱内和油箱外的故障两种。油箱内部故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心烧损等。发生内部故障是很危险的，因为故障点的高温电弧不仅会烧坏线圈绝缘和铁芯，而且会由于变压器油和绝缘材料在高温下强烈气化，严重的将引起爆炸，后果严重。油箱外的故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。变压器的故障包括单相线圈的匝间短路、线圈的多相短路，线圈和铁芯绝缘破坏而引起的接地短路，高压和低压线圈之间的击穿短路以及变压器油箱、套管等漏油和线圈引出线可能出现的故障，还有变压器外部故障引起的过电流和长时间过负荷，都是变压器运行所不允许的。所以，由于上述的不同故障及不正常的运行情况，该5000KVA变压器一般都要装设下列保护：1、瓦斯保护2、纵差动保护3、复合电压过电流保护；第 52页共75页4、过负荷保护；5、主变绝缘监视保护等。第三节 变压器瓦斯保护瓦斯保护的原理：如下图6-1所示，当变压器正常运行时，因为瓦斯继电器没有气体进入，继电器的触点断开的，瓦斯继电器不动作；当变压器发生轻微故障时，瓦斯断电器KG的一对上触点闭合，够成轻瓦斯保护，其动作后经过信号继电器发出延时预报信号；当发生严重故障时，瓦斯继电器KG的一对下触点闭合，够成重瓦斯保护，其动作后再经过信号继电器KS启动保护出口中间继电器KCO，使变压器的进线断路器的跳闸线圈YT得电，跳开主变压器两侧断路器，有效地保护了变压器事故的扩大。此外，为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，可利用切换片XB将跳闸回路切换到信号回路。第 53页共75页35KVYT信信号号++T++KS++KCOKGKS-YTXB-10KV 图6-1主变瓦斯保护原理接线图瓦斯保护动作后，应从瓦斯继电器上部排气口收集气体，进行分析。根据气体的数量、颜色、化学成分、可燃性等，判断保护动作的原因和故障性质。气体性质故障原因处理要求无色、无臭、不可燃变压器含有空气允许继续运行灰白色、有剧臭、可纸质绝缘物烧毁应立即停电检修燃黄色、难燃木质绝缘部分烧毁应停电检修深灰色或黑色、易燃油内闪络、油质炭化分析油样，必要时检修瓦斯保护能反应油箱内各种故障，且动作迅速、灵敏性高、接线简单，属于变压器的主保护之一，但不能反应油箱外的引出线和第 54页共75页套管上的故障，故不能作为变压器唯一的主保护，需与差动保护配合共同作为变压器的主保护。第四节 变压器纵差动保护设计中降压站主变压器容量为5000KVA，装设纵差动保护。纵差动的原理接线如下图把示。纵差动保护用于保护变压器绕组和引出线间的相间短路，其原理是：正常运行和外部故障时，保护不会动作，如图6-2a所示，变压器高压侧和低压侧两部分有电流流过，在选择电流互感器的变比及连接时，要使两侧的互感器二次侧电流I2'和I2//大小相等，方向相反，因此在差动继电器KD中流过的电流Ij=I2'-I2//=0，继电器不会动作。当变压器发生内部相间短路故障时，保护装置动作，如6-2b所示，此时只有接于电源侧的电流互感器有短路电流流过，其二次侧的电流为I2'，而接于负荷侧的电流互感器的一二次侧电流均为反向I2//，此时流入差动继电器KD的电流Ij=I2d/-（-I2//）=I2d/+I2//，当差动继电器KD的整定值小于此电流时则差动继电器KD动作，发出信号和跳闸。第 55页共75页35KV35KV......I'11AT.2I1'.I'1ATI'2dKDKDdTTi'j=i2"-i"2i'j=i'2d+i"2d....I"14ATI"212d..4AT..10KV 10KV图6-2b故障时图6-2a正常运行时图6-2变压器差动保护原理图为了抑制电流互感器计算变比与实际变比不同而引起的不平衡电流及变压器本身励磁涌流所产生的不平衡电流，采用BCH-2型差动继电器进行消除。差动线圈（工作）的作用：在正常运行及外部故障的情况下，通过差动线圈的电流仅是不平衡电流，其对线圈的影响可以被不平衡线圈消除到最小程度，不至于使差动继电器动作，当保护区内故障，由于短路电流通过差动线圈，电流继电器即可迅速动作切除故障。BCH-2型继电器差动保护原理接线图第 56页共75页两个平衡线圈的作用：由于变压器两侧的电流互感器变比不能完全匹配，其两侧的二次电流不相等，则在变压器正常运行时，差动线圈中将有不平衡电流流过，为了消除不平衡电流的影响，通常将平衡线圈接入二次电流较小的一侧，适当选择平衡线圈的匝数，使其所产生的磁势能完全抵消由变比不匹配所引起的磁势，则在二次线圈中就不会感应电势。因此继电器中就没有电流，也就消除了不平衡电流的目的。短路线圈的作用原理：用来消除不平衡电流中的非周期分量电流，也就是防止励磁涌流，不让差动继电器误动作。提高保护动作的可靠性。差动继电器的结构原理图如下。第 57页共75页对BCH-2差动继电器原理图作些说明：BCH-2差动继电器具有一个差动线圈Wcd一个二次线圈W2，两个不平衡线圈Wph1和Wph212组成的短路线圈。BCH一2差动继电器的动作以及由W和Wdd安匝为60安匝，差动线圈在5、6、8、10、13、20匝处有抽头，因此，继电器的相应动作电流可整定为12、7．5、6、4.6、3安，如果平衡线圈不使用，还可以将平衡线圈当作差动线圈来使用，这时继电器差动线圈的最多匝数为39匝，相应的最小动作电流为l.54安。BCH-2差动继电器的短路线圈相等，并且有抽头可以改变，当抽头位于不同位置时它们的匝数不同，改变匝数可以得到继电器躲开非周期分量不同的特性，即直流分量越大，所要求的一次交流动作电流越大，说明了速饱和变流器的作用；直流分量不变，短路线圈匝数越多，所要求的一次动作电流也越大，第 58页共75页这就看出了短路线圈的作用；无直流分量在上述短路线圈个插头位置时，动作安匝不变。因此要改变动作安匝就必须改变两个短路线圈的比数，即保持两个短路绕组的比值不变；设置两个平衡绕组的目的是为了适用于三绕组变压器。如果用于双绕组变压器，其一组可以当作差动线圈来使用，或者将两组平衡绕组分别接入差动回路的两臂中，使平衡更加精确，差动保护十分重视电流互感器的极性及差动继电器接线的准确性，以免引起误动作。BCH-2差动继电器保护整定计算参数名称35KV侧变压器额定电流5000IIn82.48A335电流互感器接线方式三角形电流互感器一次电382.48142.86AIIn.1流值电流互感器变比K1TA150/530电流互感器二次电IIn.2142.86/304.76A流值

10KV侧IIIn5000274.94A310.5星形IIIn.11274.94274.94AKIITA300/560IIIn.2274.94/604.58A取二次侧额定电流值大的一侧为基本侧。In2'In2''即 35KV侧为基本侧，下条件确定保护装置的一次动作电流。由于二次回路额定电流35KV侧大于10．5KV侧，故此以35KV侧作基本侧。1）躲过励磁涌流Iact Kre1I1n 1.3 142.86 185.7AKre1-------- 取1.32）躲开外部故障时的最大不平衡电流。第 59页共75页Iact Kre1Iunr.max 1.3 185.7 241.4A上述计算中最大者为基本侧保护的计算动作电流，用 Ia..c表示，即Ia..c=241.4A。计算差动继电器动作电流，确定基本侧工作线圈的匝数1）、差动继电器动作电