(完整版)电力系统自动化专业毕业设计论文

优秀论文审核通过未经允许切勿外传（本科）电力系统自动化专业毕业设计设计题目220kV降压变电所电气部分初步设计函授站班级学生姓名指导老师日期2011.12前言随着社会生产力的迅猛发展，电力能源已成为了人类历史发展的主要动力资源之一，近年来，我国的电力工业也有了很大的发展，这对电业生产人员的素质也提出了更高的要求。我作为一名电力企业职工和一名电气工程及自动化专业的毕业生，要科学合理地驾驭电力，就得从电力工程的设计原则和方法上来理解和掌握其精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率，从而达到降低生产成本、提高经济效益和巩固、提高所学知识的目的。本次毕业设计是继完成专业基础课和专业课后的总结和运用，是一次综合运用理论和实践相结合来解决工程问题能力的训练。通过毕业设计，可以将所学各门课程的理论知识和工作技能综合复习和运用一遍，可以培养我们独立工作和独立思考的能力，还可以通过方案的比较查阅各种手册、规程、资料、数据等来扩大知识面，了解国家的方针和政策，以便更好地适应工作的需要。本毕业设计论文共包括设计的任务、说明、计算、图纸等几大部分，内容是关于220KV变电所电气部分初步设计，作者通过参考电力系统毕业指导书及老师的帮助，进行了主接线方案的设计；选择了主变的容量和型号；然后再通过短路计算，选择和校验了电气设备及母线；最后，为全厂配置微机继电保护、进行防雷的规划等等。通过本次毕业设计，可以熟悉国家能源开发的方针政策和有关技术规程、规定、导则等，树立工程设计必须安全、可靠、经济的观点；巩固并充实所学基本理论和专业知识，能够灵活应用，解决实际问题；初步掌握电气工程及其自动化专业工程的设计流程和方法，能独立完成工程设计、工程计算、工程绘图、编写工程技术文件等相关设计任务；培养严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风。在整个毕业设计过程中，得到南京工程学院陈跃、程桂林老师的指导和帮助，在此深表感谢！鉴于本人水平及时间所限，本设计书难免有疏漏，错误之处，敬请批评指正！作者2011年12月目录毕业设计任务书 1设计说明书 2一、概述 2二、主变压器的选择 3三、主接线的确定 4四、短路电流计算 6五、电器设备的选择 7六、所用电的接线方式与所用变的选择 20七、配电装置 21八、电压互感器的配置 22九、继电保护的配置 25十、防雷规划 27毕业设计任务书设计题目：220kV降压变电所电气部分初步设计待建变电所基本资料设计变电所在城市近郊，向开发区的炼钢厂供电，在变电所附近还有地区负荷。确定本变电所的电压等级为220kV110kV10kV，220kV是本变电所的电源电压，110kV和10kV是二次电压。待设计变电所的电源，由对侧220kV变电所双回线路及另一系统双回线路送到本变电所；在中压侧110kV母线，送出2回线路至炼钢厂；在低压侧10kV母线，送出11回线路至地区负荷。该变电所的所址，地势平坦，交通方便。该地区年最高气温___40℃___,最热月平均最高气温____36℃____10kV用户负荷统计资料如下：表1110kV用户负荷统计资料用户名称最大负荷(kW)cos回路数重要负荷百分数(%)炼钢厂420000.95225010kV用户负荷统计资料如下：表210kV用户负荷统计资料序号用户名称最大负荷(kW)cos回路数重要负荷百分数（%）1矿机厂19000.912702机械厂9002403汽车厂21002604电机厂24002555炼油厂2000260最大负荷利用小时数=5256=Qd12C=Iootdz12C式中：S——导体截面（mm2）Smin——热稳定决定的导体最小允许截面（mm2）Qd——短路电流的热效应（A2·s）C——热稳定系数，取C=90Ioo——稳态短路电流（KA）Tdz——热稳定的短路计算时间（s）设主保护动作时间tb=0.05s，断路器全开断时间为tkd=0.06s则短路电流持续时间为tr=tb+tkd=0.05+0.06=0.11s周期电流热效应QP＝Qk＝（I"2＋10I2(t2)+It2）t12=(14.452+10×14.452+14.452)2.112=438.55KA2·S由于tr=0.11s<1s考虑短路电流非周期分量，查表Ta=0.05QnP＝TaI"2=0.05×14.452=10.44KA2·SQK=QP+QNp=438.55+10.44=448.99KA2·S短路前母线工作温度θW＝40＋（70－40）1154.71523.56＝40＋22.7＝62.7查表C＝90则smin=√（QK×KF）C=√（448.99×106×1.27）90＝265.3(mm2)选择的导线截面均大于S=1280mm2>265.3mm2，满足热稳定要求。（3）动稳定校验：rI-布置方式惯性半径，L－绝缘子跨距（取120mm），ε－材料系数因f0>=278HZ>155HZ，故β＝1，不考虑母线共振问题。变压器出口短路时ish=2.55×14.51=36.75(KA)母线截面系数（两片平放）：W＝0.333bh2=0.333×0.008×0.0082=17.05×10-6(ｍ3)作用在母线上的最大电动力及相间应力fФ=0.173i2sha=0.173×36.7520.4=584.1(Nm)σ=MW=fФL2(10W)=584.1×1.22(10×17.05×10-6)=4.93×106(Pa)查表σa1=70×106(Pa)>4.93×106(Pa)满足动稳定要求。5.12母线桥支持绝缘子选择根据母线额定电压10.5KV和屋外装设的要求，选用ZS-10,高度210mm，机械破坏负荷4900N.作用在绝缘子上的电动力：F=0.173i2shLｃａβa＝0.173×36.692×1.20.7＝399.23(N)0.6Fp=0.6×4900N=2940N,因母线为两片平放，此时F′＝F，可以认为F作用在绝缘子冒处。由于F＝399.23N<2940N，满足动稳定要求。5.13穿墙套管选择最大持续工作电流:Igmax=1154.7(A)根据母线额定电压10.5KV和屋外装设的要求，选用CWLC-10,额定电流1500A（最高气温低于40℃额定电流不需要修正）套管长度LCA=650mm，机械破坏负荷FP=12250N。计算跨度LC=（1.2+0.23）2=0.715套管受力:F=1.73×10-7i2shLCa=1.73×10-7×366902×0.7150.7=237.8N0.6FP=7350N>237.8N,满足动稳定要求。5.1410KV母线选择（1）母线距离较短按最大长期工作电流选择，考虑单台变压器带10KV全部负荷：Igmax=(1900+1200+2100+2100+1900)[0.91×(√3×10.5)]=555.92(A)选单条矩形母线截面63×6.3＝396.9（mm）按导体平放，其Ial=872A,KF=1.02,计及温度修正Kθ=√[(70-30)(70-25)]=0.89Kθ×Ial=0.89×872=776.08(A)>Igmax=555.92(A)满足母线正常发热的要求。（2）热稳定校验：按上述情况选择的导体截面，还应按下式校验其在短路条件下的热稳定：S≥Smin=Qd12C=Iootdz12C式中：S——导体截面（mm2）Smin——热稳定决定的导体最小允许截面（mm2）Qd——短路电流的热效应（A2·s）C——热稳定系数，取C=90Ioo——稳态短路电流（KA）Tdz——热稳定的短路计算时间（s）设主保护动作时间tb=0.05s，断路器全开断时间为tkd=0.06s则短路电流持续时间为tr=tb+tkd=0.05+0.06=0.11s周期电流热效应QP＝Qk＝（I"2＋10I2(t2)+It2）t12=(14.452+10×14.452+14.452)2.112=438.55KA2·S由于tr=0.11s<1s考虑短路电流非周期分量，查表Ta=0.05QnP＝TaI"2=0.05×14.392=10.35KA2·SQK=QP+QNp=438.55+10.35=448.9KA2·S短路前母线工作温度θW＝30＋（70－30）625.7776.08＝30＋32.25＝62.25查表C＝90则smin=√（QK×KF）C=√（448.9×106×1.02）90＝237.76(mm2)选择的导线截面S=396.9（mm）>237.76mm2，满足热稳定要求。（3）动稳定校验：rI-布置方式惯性半径，L－绝缘子跨距（取120mm），ε－材料系数因f0>=278HZ>155HZ，故β＝1，不考虑母线共振问题。变压器出口短路时ish=2.55×14.45=36.85(KA)母线截面系数（单片平放）：W＝bh26=0.0063×0.06326=2.5×10-5(ｍ3)作用在母线上的最大电动力及相间应力fФ=0.173i2sha=0.173×36.8520.2=1174.6(Nm)σ=MW=fФL2(10W)=332.77×1.22(10×2.5×10-5)=6.7×106(Pa)查表σa1=70×106(Pa)>6.7×106(Pa)满足动稳定要求。5.15母线支持绝缘子选择根据母线额定电压10.5KV和屋内装设的要求，选用ZNA-10,高度125mm，机械破坏负荷3675N.作用在绝缘子上的电动力：F=0.173i2shLｃａβa＝0.173×36.692×1.20.2＝1397.3(N)0.6Fp=0.63675N=2205N,因母线为单片平放，此时F′＝F，可以认为F作用在绝缘子冒处。由于F＝1397.3N<2205N，满足动稳定要求。母线桥和汇流母线的选择结果设备名称选择结果S(mm)放置方式Iy(A)Б(×106Pa)Igmx(A)Smin(mm)Б(×106Pa)汇流母线63×6.3平放776.0870625.7236.786.7母线桥2×(80×8)平放1523.56701154.7264.24.92支柱绝缘子、穿墙套管的选择结果设备名称安装地点类型型号0.6Fph(N)Fj(N)支持绝缘子母线桥户外ZS-102940399.23户内ZNA-1022051397.3穿墙套管汇流母线户外CWLC-107350237.8备注5.1610KVPT高压熔断器选择熔断器是用于保护短路和过负荷的最简单的电器，但其容量小，保护性能差．熔断器内装有石英砂，短路时熔丝熔化后渗入石英砂狭缝中迅速冷却，使电弧迅速熄灭．5.16.110KVPT高压熔断器选择PT高压熔断器选择其额定电压高压或等于所在电网的额定电压，额定电流通常为0.5A．选RN2-10,额定电流0.5A，最大开断容量1000MVA，最大切断电流17KA，最小切断电流0.6－1.8A．I″=14.451KA<17KA,满足切断故障电流要求．5.16.210KV所用变高压熔断器选择所用变高压熔断器选择其额定电压高压或等于所在电网的额定电压，额定电流通常为3A．选RN2-10,额定电流3A，最大开断容量1000MVA，最大切断电流17KA，最小切断电流0.6－1.8A．I″=14.382KA<17KA,满足切断故障电流要求．10KV所用变、压变高压侧熔断器情况列表安装地点型号选择结果INBR(KA)计算结果I″(KA)所用变高压侧RN2-1031714.45压变高压侧RN2-100.51714.45备注六、所用电的接线方式与所用变的选择6.1所用电的接线为了保证所用电系统的可靠性，所用电分别从10KV两段母线上引接．为了节约投资，所用变压器采用隔离开关加高压熔断器与母线相连．其低压侧采用单母线分段接线方式，平时分裂运行，以限制故障范围，提高供电可靠性。所用变负荷计算采用换算系数法，按下式计算：S=（K1∑P1+∑P2）0.85式中：S——所用变压器容量（KVA）K1——所用动力负荷换算系数，一般取0.85∑P1——所用动力负荷之和（KW）∑P2——照明及电热负荷之和（KW）则所用电负荷S=（0.85×20+20）0.85=43.52（KVA）考虑到环境温度的影响及适当估计到变压器允许过载能力，即KoKfSe≥S式中：Se…………所用变压器额定容量Ko…………对应于全年周围空气温度修正系数，取Ko=0.95Kf…………允许过负荷倍数，取Kf=1.04则所用变压器额定容量Se≥43.52（0.95×1.04）=44（KVA）故所用变选择S9－5010型变压器，额定电压10±5%0.4KV。七、配电装置7.1所址选择变电所的所址选择应根据本地区电力系统远景发展规划，综合考虑电网结构，负荷分布、城建规划、土地征用、出线走廊、交通运输、水文地质、环境影响、地震烈度和职工生活条件等因素，通过技术比较和经济效益分析，选择最佳方案。7.2220KV配电装置确定方案考虑到施工、运行操作、检修方便和占用土地等因素，经综合考虑，220KV配电装置采用屋外高型布置，配电装置按双母线布置，单框架结构，框架中布置两层主母线及隔离开关，框架外侧布置断路器、电流互感器及隔离开关。7.3110KV配电装置确定方案110KV配电装置采用内桥接线屋外中型布置型布置。7.410KV配电装置确定方案10KV母线分段接线采用屋内成套开关柜单层双列布置，配电装置按单布置。八、电压互感器的配置8.1220KV电压互感器选择220KV电压互感器户外安装，一次绕阻接于电网相电压，二次绕阻额定电压为100√３，220KV电网为中性电接地系统，电压互感器辅助绕阻额定电压为100√３．为满足测量和保护要求选用三只单相电容式电压互感器，型号：YDR-220，额定变比220√３0.1√３0.1√３一次绕阻接于电网相电压，二次绕阻额定电压为100√３，准确度级0.5、3P级，额定容量150VA,最大容量1200VA.8.1.1110KV电压互感器选择110KV电压互感器户外安装，一次绕阻接于电网相电压，二次绕阻额定电压为100√３，110KV电网为中性电接地系统，电压互感器辅助绕阻额定电压为100√３．为满足测量和保护要求选用三只单相电容式电压互感器，型号：YDR-110，额定变比110√３0.1√３0.1√３，准确度级0.5、3P级，额定容量150VA,最大容量1200VA.8.1.210KV电压互感器选择10KV电压互感器为户内开关柜内安装，10KV系统为小电流接地系统，一次绕阻接于电网相电压，二次绕阻额定电压为100√３，10KV电网为中性点不接地系统，电压互感器辅助绕阻额定电压为100３．电压为互感器除供测量仪表外，还用来作交流电网绝缘监视，为满足测量和保护要求选用三相五柱式电压互感器，型号：JSJW-10,额定变比10√３0.1√３0.1．准确度级0.5额定容量120VA,最大容量960VA.8.2电流互感器选择电流互感器的选择，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求。并满足正常工作条件、短路稳定性、承受过电压能力等技术条件及一定的环境条件。具体要求：一次电压和电流应和所接入电网的额定电压和电流相一致；二次侧所接的负载容量不应超出其准确级所允许的容量。5.2.1220KV电流互感器选择最大长期工作电流：Igmax=1.05×Se(√3Ue)=1.05×40000(√3×220)=110(A)选电流互感器型号LCWB2-220W,额定变比2005，准确度级0.2,ｐ级．5.2.2110KV电流互感器选择最大长期工作电流：Igmax=1.05×Se(√3Ue)=1.05×40000(√3×121)=200.4(A)选主变电流互感器型号LCWB6-110B,额定变比2505，准确度级0.2,ｐ级．考虑到线路电流互感器既要满足主变保护要求，又要满足线路保护要求选LCWB6-110B额定变比2505，0.2,ｐ级。5.2.310KV电流互感器选择最大长期工作电流：Igmax=1.05×Se(√3Ue)=1.05×40000(√3×10.5)=1154.7(A)选主变电流互感器型号LDZJ1-10,额定变比15005，准确度级0.5、D级．二次负荷1.2Ω。线路负荷电流较小选电流互感器型号LA-10，额定变比2005，准确度级0.5、3级。母联短路器选电流互感器型号LMC-10，额定变比800，准确度级0.5、3级。互感器选择情况的列表设备名称安装地点型号电压互感器220KV母线YDR-220√３-0.5桥断路器两侧连接点YDR-110√３-0.53P10KV母线JSJW-10√３-0.5电流互感器110KV线路线路保护LCWB6-110B250，0.2,ｐ级主变保护LCWB6-110B250，0.2D1D2级110KV桥断路器LCWB6-110B250，0.2D1D2级220KV线路主变10KV侧差动过流10KV出线LA-10200，0.53级10KV母联LMC-10800，0.53级九、继电保护的配置9.1主变保护的配置主变保护采用国电南自的PST—1200系列数字式变压器保护。本变电站装有PST—1202A和PST—1202B两套主变微机保护装置（差动保护、后备保护）PST-12系列操作箱及本体保护PST-1200系列数字式变压器保护装置（失灵保护）PST-1222分相操作双跳操作箱的成套变压器保护装置。PST—1203A保护差动保护采用二次谐波原理的差动保护，主要包括二次谐波制动元件、五次谐波制动元件、比率制动元件、差动速断过流元件、差动元件和TA继线判别元件等；同时还包括变压器各侧过负荷元件、变压器过负荷启动风冷元件、变压器过负荷闭锁调压元件等。PST—1203B保护差动保护采用波形对称原理的差动保护，主要包括波形对称元件、五次谐波制动元件、比率制动元件、差动速断过流元件、差动元件和TA断线判别开头等；同时还包括变压器各侧过负荷元件、变压器过负荷启动风冷元件、变压器过负荷闭锁调压元件等。SOFT-HB3本保护220kV电压等级变压器的高压侧和中压侧后备保。复合电压闭锁（方向）过流保护（两段六时限），复合电压闭锁过流保护（一段两时段），零序（方向）过流保护（两段六时限），零序过流保护（一段两时限），间隙零序保护（一段两时限），中性点过流保护（一段一时限），非全相保护。PST-12系列主变微机保护（非电气量保护）本保护完全独立于电气保护，仅反应变压器本体开关量输入信号，驱动相应的出口继电器和信号继电器，为本体保护提供跳闸功能和信号指示。本保护包括：重瓦斯、轻瓦斯、调压重瓦斯、调压轻瓦斯、油温高、本体油位异常、压力释放、风冷消失、冷却器故障、压力释放II、调压油位异常等。9.2母差保护配置220KV、110母差保护均配置为BP-2B型微机母线保护装置，可以实现母线差动保护、母联充电保护、母联过流保护、母联失灵或死区保护、断路器失灵保护启动。CT断线闭锁及告警、PT断线闭锁及告警。9.3220KV线路保护配置220KV线路保护配置RCS-931APSL-602双微机保护。RCS—931A保护配置以分相电流差动和零序电流差动为主体的快速主保护；工频变化量距离元件构成的快速Ⅰ段保护；三段式相间和三段式接地