【电气工程及自动化开题报告：电力变压器保护设计5000字】

1题目来源教师提供选题。2主要研究内容针对10KV线路的特点，电力系统的安全运行设计出进行各种变压器的选择，从而确定变电所的主接线方式，再进行短路电流计算，选择导线，选择变电所高低压电气一次设备等。本变电所的设计包括：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）主接线方案的选择（5）继电保护的整定及防雷设计。主变容量型号为6300kVA之SF1-6300/35型双卷变压器，Y-Δ/11之常规接线方式，具有带负荷调压分接头，可进行有载调压。运行方式：以SI、SⅡ全投入运行，线路L1~L4全投。DL1合闸运行为最大运行方式；以SⅡ停运，线路L3、L4停运，DL1断开运行为最小运行方式。在计算高压电路中的短路电流时采用，基于IEC标准的计算方法(标么值法)，及短路电流在实际工程设备校验中的应用，并通过实际工程案例进行短路电流计算分析，完成对所选实际工程案例中已选电气设备和导线的校验，以确保系统安全稳定运行。为保证安全供电和电能质量，10kV线路：出线8回；单母线分段接线。采用两台10kV所用接地变+消弧线圈模式，分布于两段10kV母线上，由于主变10kV侧为Δ接线，故需用接地变引出人为中性点，同时，接地变的二次容量考虑满足所用电的要求。接地变型号为DKSC-315/10.5-50/0.4，二次容量50kVA，电压10±5％／0.4kV，接线方式ZN，yn11，阻抗电压Uｄ＝4％。干式消弧线圈型号为KD-XH01-280／10.5。主变与进线断路器和10kV内桥断路器组成差动保护，瞬时动作跳主变二侧断路器和10kV内桥断路器。接线方式：高、低压两侧差动ＣＴ均采用星形接线，低压侧取主变10kV出线保护CT，通过软件平衡两侧电流，补偿二次电流相位。3开题依据随着国民经济的快速发展，用户对安全、优质、经济的电能需求越来越高。因此，对电为系统在发电厂、输电设施、变配电设施、用电设备这四大环节的紧密配合的要求也随之増高。然而，由于人为或自然因素会使电力系统在运行过程中出现异常状态，严重时甚至引起整个系统崩溃。继电保护设备在电力系统中充当保护卫士，是系统安稳运行的第一道防线，责任重大。（1）变压器后备保护1.复压过电流保护复压过电流保护，实质上是复合电压启动的过电流保护。当变压器发生不对称故障时，电流增大的同时电压将下降，同时线路中还会产生负序电压。复压过流保护实质上就是将线路电压的下降、负序电压的产生和过电流同时作为变压器不对称故障的判据，增加了保护的灵敏度。复压过流保护由复合电压元件、过电流元件及时间元件构成，作为被保护设备及相邻设备相间短路故障的后备保护。保护的接入电流为变压器某侧TA二次三相电流，接入电压为变压器该侧或其他侧TV二次三相电压。为提高保护的动作灵敏度，三相电流一般取自电源侧，而电压一般取自负荷侧。2.零序过流保护电压为10kV/0.4kV变电所及以上的变压器，在大电流系统侧应设置反映接地故障的零序电流保护。变压器中性点接地系统中当变压器发生不对称接地短路时，将产生零序电流通过中性点流向大地。因此在变压器接地数目较多的复杂电流网络中，必须考虑零序保护动作的方向性。零序电流可取自中性点TA二次侧。通常零序电流保护设有两段两时限，各段电流及时间定值均可独立整定。零序过流保护可选择跳闸或告警方式，具体根据当地电网的运行情况决定。为了防止反方向接地故障误动作，采用零序方向闭锁。3.过负荷保护变压器过负荷保护作为变压器在过载状态下的安全保护。变压器长期超过额定容量运行时（即过负荷运行），内部温度过高，绕组会长期处于过热状态，加速了绕组绝缘材料的老化损坏，可能发展成事故。变压器过负荷在多数情况下是三相对称的，因此，过负荷保护只用一个电流继电器接于一相电流，经延时作用于信号。当负荷电流大于整定值的时候延时一定时间发出告警信号。当过负荷发生时，过负荷保护延时并动作于信号继电器，过负荷保护在正常时投入。（2）变压器绕组与调压方式的选择电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，6-10kV侧采用的连接方式。故该10kV变电站主变应采用的绕组连接方式为：△型。调压方式的确定：对于10kV及以下的变压器，以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。主变应采用三相变压器。（3）主变压器以及容量选择在选择变压器时，必须切实结合实际，根据当地实际情况进行选择。在选择的过程中，应该尽可能优先选择效率更高，能耗更低，同时价格合理，即所谓“物美价廉”得产品，既不能一味追求低价而造成变压器质量不过关，导致以后更大的事故，也不能一味追求高精尖科技，造成成本过大，使资金无谓的浪费。本设计中选择2台型号为S9-500/10的变压器。在选择变压器的容量时应该考虑到未来的改建扩建，随着经济发展，变电站需要承担的负荷必然会不断增大，因此变压器的负担也会越来越重，而更换变压器会造成长时间的断电同时造成资源的浪费，所以，选择变压器时必须考虑到未来的发展。通常我们考虑该地5~10年的发展，因此变压器的容量也要据此而选择大一些。（4）根据《20kV及以下变电所设计规范GB50053-2013》的规定，10kV的高压及低压母线宜采用单母线或单母线分段接线。接下来分别介绍这两种接线方式。单母线不分段接线采用单母线不分段的接线方式的优点有两个：1)接线简洁，易于操作，建设电网时工程难度小；2)投资较少，使用的电气设备比较少，因而经济性较好。采用单母线不分段的缺点：电网整体的可靠性较差，任一电气元件出现故障，整个网络都将断电。适用范围：适用于对供电可靠性要求较低的负荷和线路较简单，用电量较小的负荷。图3.4单母线不分段主接线（5）负荷计算有功功率(2-5)无功功率(2-6)视在功率(2-7)厂区车间1，车间2和办公与生活部分的总有功功率为395kW，总无功功率为455kvar，总视在功率为602kVA，总计算电流为915A。令该厂的总有功功率和总无功功率分别乘以同时系数，有功功率的同时系数取0.90，无功功率的同时系数取0.95，经计算后可得出有功功率为355kW，无功功率为432kvar，视在功率为559kVA，计算电流为850A。（7）短路计算短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺值法两种，本文选用标幺值法。为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值，还必须知道电流在网络中的分布情况。实测的参数主要包括：发电机，变压器，架空线路，电缆线路等。在计算高压电路中的短路电流时，只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗、而忽略其电阻;对于架空线和电缆，只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻，一般也只计电抗而忽略电阻。（8）一次设备和用途1.高压断路器供电系统中最重要的开关电器之一。线路正常时，用来通断负荷电流；线路短路时，在保护装置的作用下用来切断巨大的短路电流。断路器具有很好的灭弧装置和较强的灭弧能力。2.隔离开关没有灭弧装置，仅当电气设备停电检修时，用来隔离电源，造成一个明显的断开点。3.熔断器线路或设备故障时，用于切断强大的短路电流。4.避雷器避雷器主要用来抑制架空线路和母线上的雷电过电压和操作过电压保护电气设备免受损害。5.静电电容器主要用于补偿无功功率。6.电流互感器将主回路中的大电流变换成小电流信号，供计量和继电保护用。7.电压互感器将高电压变换成低电压，供计量和继电保护用。4起止时间和进度安排起讫日期主要工作内容2016.10.24-2016.10.30选题、调研、收集资料2016.10.31-2016.11.27论证、开题、撰写开题报告2017.02.20-2017.02.26分析变压器各种保护及其装设条件2017.02.27-2017.03.05 电力变压器保护设计2017.03.06-2017.03.12 电力变压器负荷计算2017.03.13-2017.03.19 变压器选型及主接线设计2017.03.20-2017.03.26 短路电流计算2017.03.27-2017.04.02标么制法短路电流计算2107.04.03-2017.04.09 变压器保护设计2017.04.10-2017.04.16 电力变压器保护设备选择2017.04.17-2017.05.14 系统整体设计的改进与完善2017.05.15-2017.05.21 撰写、定稿、打印毕业设计说明书2017.05.22-2017.06.11 审查毕业设计（论文），组织答辩5预期成果及其形式（1）开题报告；（2）设计说明书，字数不少于1.5万字，要有中、英文摘要；（3）负荷计算书；（4）10kV变电所主接线图；（5）变压器保护配置图；（6）英文翻译一份。以上毕业设计资料纸质版（A4）和电子版（刻录在光盘上）各一份。6可行性分析6.1已具备的条件（1）明确了继电保护及配置原理要求；（2）已经学习了变压器后备保护的应用知识；（3）已经与指导教师就设计相关的问题进行探讨；（4）查阅了图书馆以及网上很多参考资料。6.2待解决的问题（1）分析变压器原始资料，确定变压器保护设计必需的条件；（2）确定变压器的保护方案；选取变压器保护所需元件和装置；（3）防雷保护和接地装置计算（4）需要准确的短路电流计算，需要设备选型和校验，需要设计继电保护的配置，完成CAD制图。6.3技术方案（1）变压器的基本工作原理变压器是通过将高低压线圈绕在同一铁心上，当高压线圈上施加电压会产生磁场，经过铁心形成磁路回路，在低压线圈上会感应出电动势，进而产生电流。实现了能量的传递。其中，高低压绕组频率相同。图2单相变压器原理图如图1-1所示，把两个线圈绕在了铁心上，左边的线圈称作原线圈，其匝数是N1。右边的称作副线圈，其匝数是N2。在变压器右侧处于开路状态时，在左侧接入交流电压U1，会在左侧产生I0，我们通常把这个电流叫为空载电流。有了空载电流就会产生相对应的空载电动势，铁心中会有磁通Φ0经过，这时在副线圈就会产生电动势，叫做感应电动势。式中：—一次侧自感电动势(V)；—二次侧互感电动势（V）；—电源频率()；—一次绕组匝数；—二次绕组匝数；—经过铁心磁通的最大值（Wb）。在变压器二次侧空载时，一次绕组和二次绕组的电压比为：式中Kv为变压器的变比。（4）变压器容量和台数的选择主变容量一般按变电站建成近期负荷5～10年规划选择，并适当考虑远期10～15年的负荷发展，通过计算本变电站可选择额定容量为63MVA的主变压器。为了保证供电可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响供电，变电站一般装设两台主变压器。冷却方式宜采用强迫油循环风冷。（5）电气主接线设计变电所的主接线，应根据变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。10kV侧通常采用单母线或单母分段接线。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需停电，在用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复非故障段的供电。10kV主接线图（6）高压电器选择本次在选择断路器，考虑了产品的系列化，既尽可能采用同一型号断路器，10kV侧采用真空断路器。10kV的最终回路较多，且母线电流大，因此母线应选硬导体为宜。故选矩形铝导线满足热稳定要求。配电装置宜采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电磁式电压互感器。（7）变电站直击雷防护配电装置一般都采用避雷针做为直击雷保护，本变电站直击雷防护采用避雷针，变电站围墙四角各布置1支避雷针，共布置4支避雷针，每支避雷针高30m。10KV每段母线上分别安装氧化锌避雷器。7主要参考文献陆金洪.10kV户外高压组合电器的应用[J].华东电力.2016(01)：15-16.崔跃春.变电站综合自动化系统对电力行业的影响[J].中国科技信息.2015(19)：12-16.关倩莹.10kV变电站发展模式[J].河北能源职业技术学院学报.2015(01)：121-123.许小军.谈10kV智能变电站设计[J].科技与创新.2014(23)：104-106.胡宏达.10kV智能变电站设计及其可靠性分析[J].通讯世界.2014(22)：105-106.杨添哲.浅析建筑电气安装工程施工管理[J].江西建材.2015(05)：11-14.栗小敏.提高建筑电气工程施工管理的措施[J].科技创新导报.2015(06)：5-7.陈祖宏.10kV智能变电站设计及其可靠性分析[J].通讯世界.2015(05):210－211谢海涵.电力变压器继电保护的原理及应用[J].中国高新技术企业，2015（11）：145-146.尹宇峰.电力变压器继电保护设计分析[J].城市建设理论研究（电子版），2014（19）：109.陈良杰．对电力变压器继电保护设计的探讨[J]．通讯世界，2014(24):210－211．郑国强．对电力变压器继电保护设计的探讨[J]．山东工业技术，2015(9):208．谢辉．试论电力变压器继电保护设计[J]．黑龙江科技信息，2014(17):104．周开峰.配电变压器受雷击分析与防雷措施研究[J].中国高新技术企业，2016(12)：116-117.P.Bertrand，A.Devalland，P.Bastard.ASimulationModelforTransformerInternalFaults，BasedfortheStudyofProtectionandMonitoringSystems.IEEETransactionsonPowerDelivery2016JRichordson，SJRourke.Micro-ComputerBasedPowerSystemProtectionSchemes.IEEInternationalConferenceOnIndustrialPowerEngineering.2015彭文辉.老式变电站(所)采用综合自动化系