110kV降压变电所电气一次系统设计

1、110kV降压变电所电气一次系统设计摘 要经济的迅速发展，科学技术的不断进步促使社会中各行各业都在不断地发展壮大，各大高校相继出现了前所未有的发展势头，特别是各种高、新、尖、精的技术应用，而所有的一切都离不开电，而电的中枢变电所更是必不可少，起到至关重要的作用。目前，我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造，与 此相应，城乡变电所也正不断的更新换代。我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在，小型变电所，微机监，测变电所，综合自动化变电所相继出现，并得到迅速的发展。然而，所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来，因此对于变电设计基本原理的掌握是创新的根本。本毕业设计的内容为ll0kV终端

2、变电所电气一次系统设计，正是最为常见的常规变电所，并根据变电所设计的基本原理设计，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计程。关键词：变电所设计；电气主接线；继电保护110 kv step-down substation electrical system design at a timeAbstractThe rapid development of economy, science and technology progress of society in all walks of life are continuously developing, major colleges and

3、 universities have been hitherto unknown development tendency, especially the application of high technology, new, sharp, fine, and all cannot do without electricity, and electric center substation it is essential, play a crucial role in. At present, our country city power network and the rural powe

4、r network is a large-scale renovation, accordingly, urban and rural substation is also constantly upgrading. The reality of power network in China is still exists conventional substation, small substation, microcomputer monitoring, measurement of substation, comprehensive automation substation appea

5、r in succession, and has rapid development. However, development of all is according to the basic principle of the basic principle, the design of electric control is innovation. This graduation design content for the ll0kV terminal substation electrical design of a system, it is the most common conv

6、entional substation, according to the basic principle of the design of substation design, to master the principle and the design process of conventional substation electric primary system.Keywords: substation design; The main electrical wiring; Relay protection目 录摘 要IAbstractII第1章 概述11.1 毕业设计目的11.2毕

7、业设计内容11.3发展趋势1第2章 主变压器选择32.1变压器的设计原则32.1.1主变压器台数的确定原则32.1.2主变压器形式的选择原则32.2主变压器的计算与选择42.2.1主变压器容量的确定42.2.2主变压器形式的选择原则5第3章 负荷计算63.1负荷概述63.2负荷计算6第4章 电气主接线设计114.1 电气主接线设计概述11一、 对电气主接线的基本要求11二、 变电站电气主接线的设计原则12三、 电气主接线设计步骤13第5章 短路计算与保护185.1短路185.2继电保护的基本知识22一 、110kv线路的继电保护配置及整定计算221 110kV线路继电保护配置222 110kV

8、线路继电保护整定计算23二、 变压器的继电保护及整定计算281、变压器的继电保护282、 变压器的继电保护整定计算293、 母线保护325.3 防雷保护设计34参考文献41致 谢42附录A43变压器继电保护图A143第1章 概述1.1 毕业设计目的设计中涉及“发电厂电气部分”、“电力系统分析”、“电力系统继电保护”等课程有关内容，通过设计培养学生综合运用所学知识分析、解决本专业领域工程技术问题的能力；培养学生独立自学能力；使学生受到工程师的基本训练，即工程设计和科学研究的初步能力；包括：调查研究、搜集资料（含文献检索）；方案论证、技术方案的计划与实施；理论分析、设计和计算；撰写学术论文或设计说

9、明书等的能力。1.2毕业设计内容主变压器选择；变电所电气主接线设计；短路电流计算；电气设备选择（母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器）；配电装置设计；继电保护设计；防雷保护设计；绘制电气主接线图，绘制配电装置平面图及直击雷保护范围图。1. 进行10kV变电所扩大初步设计；2. 完成任务书中的全部内容；3. 绘制变电所电气主接线图；4. 绘制配电装置平面图及直击雷保护范围图；5. 毕业设计说明书按统一格式打印装订成册；6. 说明书文字在1 万字以上，语言通顺简练，图表画法符合国家标准；7. 完成与设计有关的英文资料翻译；1.3发展趋势我国变电站设计的发展趋势 依

10、据我国的国情，以及我国多年来积累的关于变电站设计的实践和经验，可以看出我国变电站设计的发展趋势有以下几个方面。我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃，我国变电站设计出现了一些新的趋势。 1、变电站接线方案趋于简单化 2、大量采用新的电气一次设备 3、变电站占地及建筑面积减少 4、变电站综合自动化技术 第2章 主变压器选择 在各级电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任

11、务。确定合理的变压器容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重，近期以节约为主。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济效益。2.1变压器的设计原则2.1.1主变压器台数的确定原则 保证供电的可靠性，变电站一般应装设两台主变，但一般不超过两台主变。当只有一个电源或变电站的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变。对大型枢纽变电站，根据工程的情况，应装设24台主变。当变电站装设两台变压器的时候当一台停运时，另一台应该能够70%以上的负担。按照上述原则我设计的变电所应装设两台降压变压器。2.1.

12、2主变压器形式的选择原则主变压器一般采用三相变压器。当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。对新建的变电站，从网络经济运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。具有三个电压等级的变电站，一般采用三绕组变压器。2.2主变压器的计算与选择2.2.1主变压器容量的确定1)主变压器容量一般按变电站建成后510年的规划负荷选择， 并适当考虑到远期1020年的负荷发展。2)根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时， 其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷：对一般性变电站停运时，其余变压器容量就能保证全部负荷

13、的6070%。 要选择主变压器的容量，确定变压器各出线侧的最大工作持续电流，首先必须要计算各侧的负荷包括10千伏侧负荷，35千伏侧负荷和110千伏侧负荷。由公式 式中 Sc某电压等级的计算负荷； Kt同时系数（35kV取0.9、10kv取0.85，35kV各负荷与l0kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85）； %该电压等级电网的线损率，一般取5%； P、cos各用户的负荷和功率因数 S=0.85*(1+5%)=21MVA S=0.9*(1+5%)=44.47MV S= S+ S=21+44.47=65.47MVA 所以，两台主变压器应各自承担32.735MvA。当一台停运时，另一台则承担7

14、0%为45.829MvA。故选两台50MvA的主变压器就可满足负荷需求。2.2.2主变压器形式的选择原则1. l l0kV主变一般采用三相变压器。 2. 当系统有调压方式时，应采用有载调压变压器。对新建的变电站，从网络经济运行的观点考虑，应采用有载调压变压器。 3. 具有三个电压等级的变电站，一般采用三绕组变压器。所选择型号如下表(2.1)第3章 负荷计算3.1负荷概述设计辽宁工学院的变电所为综合楼提供可靠的电源，负荷的确定是为了正确、合理地选择电气设备和线路，并为无功补偿提高功率因数提供依据，由此再合理选择变压器开关电器等元件。电力负荷及其大小是供电设备设计计算的根本依据，正确合理地进行负荷

15、计算，对于投资的经济性，技术上的安全可靠性以及以后的经济运行和维护等关系重大，在本设计中采用需要系数法来确定计算负荷。根据设计，两台主变压器分别供有不同的负荷，在此设计中忽略了部分负荷，根据工程技术的要求选取以下负荷：3.2负荷计算1#变压器负荷计算照明部分如上表可知：1=295KW =206.5KW299.425Kvar消防电梯表3-1 辽宁工学院综合楼负荷一览表1#号变压器设备功率KWCOStg数目2#号变压器设备功率KWCOStg数目照明设备150700801455照明设备5007008007511201302211401计算机2400800800752消防电梯440200501701消

16、防电梯440200501701电力设备16007008007512001消防照明干线50070080075112021802进风机750700850621301正压风机140600800751进风机计算机污水泵消防照明干线2#变压器负荷计算电梯部分正压风机消防照明干线电力专用1#变压器最后计算负荷 2#变压器最后计算负荷第4章 电气主接线设计发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备，按一定顺序连接的，用以表示生产、汇集和分配电能的电路，电气主接线又称为一次接线或电气主系统，代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构，直接影响着配电装置的布置、继

17、电保护装置、自动装置和控制方式的选择，对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。4.1 电气主接线设计概述一、 对电气主接线的基本要求现代电力系统是一个巨大的、严密的整体，各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身，同时也影响到工农业生产和人民日常生活。因此，发电厂、变电站主接线必须满足一下基本要求。1. 运行的可靠断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。2. 具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而

18、且在各种事故或设备检修时，能尽快的推出设备。切除故障停电时间短，影响范围就最小，并且再检修时可以保证检修人员的安全。3. 操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不但不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或者不必要的停电。4. 经济上合理主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽可能的发挥经济效益。5. 具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快，因此，在选择主接线时还应考虑到具有扩建的可能

19、性。变电站电气主接线的选择，主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。二、 变电站电气主接线的设计原则电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行和维护的方便，尽可能地节省投资，就进取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。他与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控

20、制方式等都有较大影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况，全面分析有关影响因素 ，正确处理他们之间的关系，合理的选择主接线方案。在工程设计中，经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的，设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。 1. 接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路变压器组或桥型接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。在110220kv配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当11022

21、0kv出线在4回及以上时，一般采用双母线接线。在大容量变电站中，为了限制610kv出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1. 变压器分列运行2. 在变压器回路中装置分裂电抗器。3. 采用低压侧为分裂绕组的变压器。4. 出线上装设电抗器。 2. 断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。 3. 为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。当缺乏足够 的资料时，可采取下列数据：1. 最小负荷为最大负荷的6070%，如主要农业负荷时则取2030%；2. 负荷同时率取0.850.9，当馈线在三回以下且其中有特大负荷时，可取

22、0.951；3.功率因数 一般取0.8；. 线损平均取5%。三、 电气主接线设计步骤1. 分析原始资料（1） 本工程情况包括变电站类型，设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量，最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。 （2）电力系统状况包括电力系统近期及远景规划（510年），变电站在电力系统中的位置（地理位置和容量位置）和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。主变压器中性点接地方式是一个综合问题，他与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。我国一般对35k

23、v及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地），又称小电流接地系统，对110kv就以上高压系统，皆采用中性点直接接地系统，有称大电流接地系统。 （3）负荷情况包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据，电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分，也是电力规划的基础。对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测，还应有中长期负荷预测，对电力负荷预测的准确性，直接关系着发电厂和变电站电气主接线设计成果的质量，一个优良的设计，应能经受当前及较长远时间（510年）的检验。 （4）环境条件包括当地的气温、湿度、覆冰、

24、污秽、水文、地质、海拔高度及地震等因素，对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响，特别是我国土地辽阔，各地气象、地理条件相差较大，应予以重视。（5） 设备制造情况这往往是设计能否成立的重要前提，为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等质量汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可靠性。 2. 主接线方案的拟定与选择根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可拟定出若干个主接线方案（近期和远景）。依据对主接线的基本要求，从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案，最终

25、保留23个技术上相当，有能满足任务书要求的方案，再进行经济比较，结合最新技术，最终确定出在技术上合理、经济山可行的最终方案。3. 短路电流计算和主要电气设备选择对选定的电气主接线进行短路电流计算，并选择合理的电气设备。4. 绘制电气主接线对最终确定的电气主接线，按照要求，绘图。主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种接线方式，它以电源和出线为主体。由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源回路数不同。且各回馈线中所传输的容量也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，再进出线较多（一般超过4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。而与有母线的接线相比，无汇流母线的

26、接线使用电气设备较少，配电装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂和变电站。有汇流母线的接线方式可概括为单母线接线和双母线接线两大类，无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。依据原始资料，经过分析，根据可靠性和灵活性经济性的要求，高压侧有4回出线，其中两回备用，宜采用双母线接线或单母线分段接线，中压侧有6回出线，其中两回备用，可以采用双母线接线、单母线分段接线方式，低压侧有11回出线，其中两回备用，可以采用单母线分段、单母线分段带旁路母线的接线方式，经过分析、综合、组合和比较，提出三种方案：方案一：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用双母线接线方

27、式，10kv侧采用单母线分段接线方式。110kv侧采用双母线接线方式，优点是运行方式灵活，检修母线时不中断供电，任一组母线故障时仅短时停电，可靠性高。缺点是，操作复杂，容易出现误操作，检修任一回路断路器时，该回路仍需停电或短时停电，任一母线故障仍会短时停电，结构复杂，占地面积大，投资大。10kv侧采用单母线分段接线方式，供给市区工业与生活用电，由于一级负荷占25%左右，二级负荷占30%左右，一级和二级负荷占55%左右，采用单母线分段接线方式，优点是接线简单清晰，操作方便，造价低，扩展性好，缺点是可靠性灵活性差。方案一主接线图如下：图41 方案一主接线图方案二：110kv侧采用双母线接线方式，3

28、5kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，10kv侧采用单母线分段接线方式35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，优点是，检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电，和单母线分段接线方式相比，可靠性提高，灵活性增加，缺点是，增设旁路母线后，配电装置占地面积增大，增加了断路器和隔离开关的数目，接线复杂，投资增大。图42 方案二主接线图方案三：110kv侧采用双母线接线方式，35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式，10kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式方案三的主接线图如下：图43 方案三主接线图对于上述三种方案综合考虑：该地区海拔185m，海拔并不高，对变电站设计没有特殊要求，地势平

29、坦，属平原地带，为轻微地震区，年最高气温+40C，年最低气温-10C，年平均气温+12C，最热月平均最高温度+34C。最大风速30m/s，复水厚度为10mm，属于我国第V标准气象区。因此110kv侧采用单母线分段接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求，对于35kv及10kv侧，采用单母线分段接线方式。综合各种因素，宜采用第三种方案。第5章 短路计算与保护5.1短路选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的。所谓短路是指不同电位导电部分之间的不正常短接，既有相与相之间导体的金属性短接或者经小阻抗的短接，也有中性点直接接地系统或三相

30、四线制系统中单相或多相接地（或接中性线）。一、短路概述电力系统的状态有三种：正常运行状态、不正常运行状态、短路故障。在电气设计和运行中，不仅要考虑系统正常运行状态，而且要考虑它发生故障时的情况，最严重的故障是电路乃至系统发生短路。电力系统正常运行时，其相与相之间，中性点接地系统的中性线与相线之间，都是通过负荷或阻抗连接的。 二、造成短路原因电力系统发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘被损坏。绝缘损坏大多是由于未及时发现和消除设备的缺陷，以及设计、制造、安装和运行不当所致，如由于设备长期运行，绝缘自然老化或由于设备本身绝缘强度不够而被正常电压击穿；设备绝缘正常而被内部人员违反操作规程和安全

31、规程，造成误操作而引发短路。电力系统的其他某些故障也可能导致短路，如输电线路断线和倒杆事故等。此外，飞禽及小动物跨接裸导体，老鼠咬坏设备、导线的绝缘，都可能造成短路。三、短路危害1.电力系统发生短路时，网络总阻抗减小很多，短路回路中的短路电流可能超过该回路的正常工作电流十几倍甚至几十倍，如610kV的大容量装置，短路电流可达到几万甚至几十万安。2.选的各种电气设备应有足够的热稳定度。3.短路电流通过导体时，同时也使导体受到很大的电动力作用、使导体发生变形，甚至损坏。因此，电气装置中所选的各种电气设备还应有足够的电动(机械)稳定度。 4.短路必将造成局部停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大、

32、给国民经济造成的损失也越大。 5.短路也同时引起系统网络电压降低特别是靠近短路点处降低得更多，短路点的电压为零，结果可能导致非故障范围部分或全部用户的供电破坏。当电压降低到额定值的80左右时，电磁开关有可能断开，因而中断供电；当电压下降到30一40。并持续达1s以上时，电动机可能停止转动，使工厂产品报废，甚至造成人身伤亡事故。直到短路故障被切除后，非故障系统网络电压才能得以恢复。由此可见。短路的后果是十分严重的，且短路所引起的危害程度，与短路故障的地点、类型及持续时间等因素有关。为了保证电气设备安全可靠运行，减轻短路的影响，除应努力设法消除可能引起短路的一切因素外，一旦发生短路，应尽快切除故障

33、部分，使系统的电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，需要进行短路电流计算，以便正确地选择具有足够的动稳定性和热稳定性的电气设备，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。四、短路计算根据实际情况及图纸的要求分析辽宁工学院综合楼变电所的设计，短路计算要恰到好处，确定短路点位高低压侧各一个，互相分析计算，如图6-1所示。图5-1电力系统短路计算电路图计算短路前给定电力系统馈线出口短路器2QF为2N12-10I型。计算方法采用比较简洁常用的标幺值计算。确定基准值取 ，而 计算短路回路中主要元件的电抗标幺值电力系统根据有关资料，则架空线路由资料可知：，则电力变压器有资料得：，则做出等值电路图并化简电

34、路，求出点及其点短路回路阻抗标幺值，根据计算电路图及其回路中个主要元件的电抗标幺值做出等值电路图。求出点三相短路电流和短路容量如图所示6-2 点供电系统的等值电路图的短路回路。图5-2 点供电系统的等值电路图的短路回路求出点三相短路电流和短路容量如图5-3 点供电系统的等值电路图的短路回路图5-3 点供电系统的等值电路图的短路回路在工程设计中，往往还要列短路计算表，如下图所示。表5-1短路计算表短路计算点三相短路电流（KV）三相短路容量（MVA）点2.762.762.767.094.2250.25点32.0732.0732.0759.0134.9622.275.2继电保护的基本知识在变电所的设

35、计和运行中，当电力系统发生故障和不正常运行的可能性，如设备的相间短路、对地短路及过负荷等故障。为了保证用户的可靠供电，防止电气设备的损坏及事故扩大，应尽快地将故障切除。这个任务靠运行人员进行手动操作控制是无法实现的，必须由继电保护装置自动地、迅速地、有选择性地将故障设备切除，而当不正常运行情况时，要自动地发出信号以便及时处理，这就是继电保护的任务。一 、110kv线路的继电保护配置及整定计算1 110kV线路继电保护配置距离保护是根据故障点距离保护装置处的距离来确定其动作电流的，较少受运行方式的影响，在110220kV电网中得到广泛的应用。故在本设计中，采用三段式阶梯时限特性的距离保护。距离保

36、护的第一段保护范围为本线路长度的80-85，T约为0.1S，第二段的保护范围为本线路全长并延伸至下一线路的一部分，T约为0.50.6S，距离第一段和第二段构成线路的主保护。距离保护的第三段作为相邻线路保护和断路器拒动的远后备保护，和本线路第一段和第二断保护的近后备。2 110kV线路继电保护整定计算A. 对线路L1进行整定计算网络接线图如下所示：图5-2 系统等值电路图1. 对距离保护的段进行整定计算2. 对距离保护的段进行整定计算原网络可等效化简如下：图5-3 系统等值电路图断的整定计算与相邻下级的段相配合 灵敏性校验：，不满足要求应与下一级的段相配合。3. 对距离保护的段进行整定计算按躲开

37、最小负荷阻抗整定：取，选用全阻抗圆特性继电器，则有：灵敏性校验：作为近后备时， 满足要求。作为远后备时， 满足要求。B. 对线路L4进行整定计算1. 对距离保护的段进行整定计算2. 对距离保护的段进行整定计算原网络可等效化简如下：图5-4系统等值电路图断的整定计算与相邻下级的段相配合 灵敏性校验：，不满足要求应与下一级的段相配合。3. 对距离保护的段进行整定计算按躲开最小负荷阻抗整定：取，选用全阻抗圆特性继电器，则有：灵敏性校验：作为近后备时， 满足要求。作为远后备时， 满足要求。二、 变压器的继电保护及整定计算1、变压器的继电保护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

38、系统的正常运行带来研总的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。 变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障，油箱内部故障包括相间短路，绕组的匝数短路和单相接地短路，外部故障包括引线及套管处会产生各相间短路和接地故障。变压器的不正常工作状态主要是由外部短路或过负荷引起的过电流油面降低和过励磁等。对于上述故障和不正当工作状态，根据DL400-91继电器保护和安全起动装置技术规程的规定，变压器应装设以下保护：1、瓦斯保护为了反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的保护。它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作

39、。其中轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器。2、纵差动保护为了反应变压器绕组和引出线的相间短路以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速动保护。纵差动保护适用于并列运行的变压器，容量为6300KVA以上时；单独运行的变压器，容量为10000KVA以上时；发电厂常用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300KVA以上时。3、复合电压启动的过电流保护为了反映外部短路引起的变压器过电流和作为变压器主保护的后备保护，根据变压器容量的不同和系统短路电流的不同，须装设不同的过电流保护。三绕组变压器在外部故障时，应尽量减小停电范围，因此在外部

40、发生短路时，要求仅断开故障侧的断路器，而使另外两侧继续运行。而当内部发生故障时，保护应起到后备作用。复合电压启动的过电流保护，既能反应不对称短路的故障，也能反应对称短路的故障；并且其灵敏度也较高。2、 变压器的继电保护整定计算1、瓦斯保护轻瓦斯保护的动作值采用气体体积表示。通常气体体积的整定范围为250-350.对于容量在10MVA以上的变压器，整定值多采用250，气体体积的调整可通过改变重锤的位置来实现。 重瓦斯保护的动作值采用油流流速表示。一般整定范围在0.6-1.5m/s，在整定流速时均以导油管中油速为准，而不依据继电器处的流速。根据运行经验，管中油流速度整定为0.6-1.5m/s时，保

41、护反映变压器内部故障是相当灵敏的。但是，在变压器外部故障时，由于穿越性故障电流的影响，在导油管中油流速度为0.4-0.5m/s。因此，为了防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，可将油流速度整定为1m/s左右。 瓦斯保护的主要优点是能反映变压器油箱内各种故障，灵敏度高，结构简单，动作迅速。但它的缺点是不能反映变压器油箱外故障如变压器引出端上的故障或变压器与断路器之间连接导线的故障。因此，瓦斯保护不能作为变压器唯一的主保护，须与差动保护配合共同作为变压器的主保护。2、纵联差动保护变压器的纵联差动保护用来反映变压器绕组、引出线上的各种短路故障，是变压器的主保护之一。变压器的纵差动保护的工作原理与线路纵差保

42、护的工作原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小，即比较相量。 要实现变压器的纵差动保护，必须适当选择两侧电流互感器的变比，使其比值等于变压器的变比。 引起变压器纵联差动保护准确工作的因素主要流过差动回路中的不平衡电流。这些不平衡电路主要有：由变压器两侧接线不同产生的不平衡电流；由变压器调节分接头产生的不平衡电流；变压器两侧电流互感器型号不同产生的不平衡电流；变压器的励磁涌流。（1）纵差动保护的整定计算：a) 躲过外部短路时的最大不平衡电流，即 （5-1）式中，可靠系数，取1.3 变压器外部短路时差动回路中最大的不平衡电流，其值为：式中，由于采用的电流互感器变比或平衡线圈的匝数与

43、计算值不同，所引起的相对误差；单相变压器，Yd11接线的三相变压器 有变压器带负荷调压所引起的相对误差，去电压调整范围的一半； 0.1电流互感器允许的最大相对误差； 考虑短路电流非周期分量影响系数，去1.52； 电流互感器同型系数，取值为1 保护范围外最大电流 b） 躲过变压器最大的励磁涌流，即 （5-2）式中，可靠系数，取1.3 变压器的额定电流 励磁涌流的最大倍数（即励磁涌流与变压器的额定电流的比值），取48.由于变压器的励磁涌流很大，实际的纵差保护通常采用其他措施来减少它的影响：一种是采用具有速饱和变流器的差动继电器（BCH2型），可以减少励磁涌流产生的不平衡电流，此时取=1；另一种通过

44、鉴别短路电流和励磁涌流波形的差别，在励磁涌流时将差动保护闭锁，此时在整定时可以不考虑励磁涌流的影响，此时取=0，不考虑C）躲过电流互感器二次回路断线时的最大负荷电流，即 （5-3）式中， 可靠系数，取1.3； 变压正常运行时的最大负荷电流。在最大负荷电流不确定时，可取变压器额定电流。 变压器某侧电流互感器二次回路断线时，另一侧电流互感器的二次电流全部流入差动继电器中，要引起保护的误动作。有的差动保护采用断线的措施，在电流互感器二次回路断线时将其差动保护闭锁，此时可以不考虑这个条件。取上述整定值大的作为保护动作电流的整定值。所有电流指的都是二次侧的值。（2）灵敏系数校验纵差动保护灵敏系数按下式校

45、验，即 （5-4）式中，为各种运行方式下变压器保护范围内部故障时，流经差动继电器的最小差动电流；灵敏系数一般不应低于2不满足灵敏度要求时，需要采用具有制动特性的差动继电器。3、 母线保护 1. 母线保护的要求必须快速有选择性地切除故障母线；应能可靠、方便地适应母线运行方式的变化；接线尽量简化。母线保护的接线方式，对于中性点直接接地系统，为反映相间短路和单相接地短路，须采用三相式接线；对于中性点非直接接地系统只需反映相间短路，可采用两相式接线。母线保护大多采用差动保护原理，动作后跳开连接在该母线上的所有断路器。 母线是电力系统汇集和分配电能的重要元件，母线发生故障，将使连接在母线上的所有元件停电

46、。若在枢纽变电所母线上发生故障，甚至会破坏整个系统的稳定，使事故进一步扩大，后果极为严重。 对发电厂和主要变电所的310 kV 分段母线及并列运行的双母线，一般可由发电机和变压器的后备保护实现对母线的保护。下列情况下，应装设专用母线保护：必须快速而有选择地切除一段或一组母线上的故障，以保证发电厂及电力网安全运行和重要负荷的可靠供电时；当线路断路器不允许切除线路电抗器前的短路时。2. 母线完全电流差动保护及整定计算母线完全电流差动保护常用作单母线或只有一组母线经常运行的双母线的保护。母线上连接的元件都装设有相同变比、相同特性的电流互感器，所有电流互感器的二次绕组的同极性端连接在一起，差动继电器K

47、D的绕组和电流互感器的二次绕组并联。母线差动保护范围是各电流互感器之间的一次电力设备。正常运行或外部故障时，流入母线的电流等于流出母线的电流，即。流入差动继电器的电流只是由于电流互感器特性不同而引起的不平衡电流，差动继电器不会动作。发生内部故障时，所有带电源的连接元件都会向短路点供给短路电流，这时流入继电器的电流为，即故障点的全部短路电流，差动继电器KD动作，时连接在母线上断路器全部跳闸。差动继电器的动作电流按一下两个条件考虑，并选择其中较大的一个进行整定：（1）按躲过外部故障时的最大不平衡电流整定母线所有连接元件的电流互感器应满足10%误差曲线的要求，差动继电器的动作电流按下式计算 （5-5

48、）其中，可靠系数，一般取1.3 保护范围外部故障时，流过母线完全差动电流保护用电流互感器的最大短路电流； 母线保护用电流互感器变比。（2）按躲过电流互感器二次回路断线整定连接元件较多，接线复杂，出现电流互感器二次回路断线的几率较大，差动继电器的动作电流大于任一元件中最大的负荷电流，即 （3）灵敏系数校验保护元件的灵敏系数要求在最小运行方式下，母线保护范围内部短路时，最小灵敏系数应大于2。保护装置的灵敏系数用下式校验，满足要求式中，母线上连接元件最少时，母线故障的最小短路电流。5.3 防雷保护设计雷电所引起的大电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重危害，因此，在变电所和高压输电线路中必须采取

49、有效措施，以保证电气设备安全。一、雷电过电压 雷云放电在电网（或者电力系统）中引起的过电压，统称雷电过电压由于这种过电压和电网的工作电压本身没有直接关系，其所需要的电磁场能量来自电网外部，所以又称为外部过电压，又由于雷云放电发生在大气中，所以这种过电压也成为大气过电压。该种过电压通常为单极性，持续时间很短为级（几微秒至几十微秒）幅值可能很高（可达100MV）对电网危害很大，应当加以限制。雷电过电压又分为：直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压是由于雷直击于电网引起的，感应雷过电压则是雷直击于电气设备附近，由于电磁感应而在电网中产生的。感应雷过电压的幅值不太高，一般不超过500-600kV，它

50、主要对35kV及以下电网构成威胁。二、雷电的危害雷电的破坏作用主要是雷电波过电压引起的，主要表现在以下几个方面： 1雷电的热效应雷电流产生的热量，可能烧断导线和烧毁电力设备； 2雷电的机械效应雷电流产生的电动力，可摧毁设备、杆塔、建筑物和伤害人； 3雷电的电磁效应雷电过电压将会使电气绝缘被击穿，甚至引起火灾和燃烧造成人身伤亡和设备损坏。另外雷电的闪落放电，可能烧坏绝缘子，使断路器跳闸，造成停电事故。三、防雷保护装置 变配电所的防雷保护，包括对直击雷的保护和对沿电力线路入侵的雷电侵入波保护。 实际运行表明，对于变配电所防直击雷的保护避雷针和避雷器是很有效的，雷电波入侵则必须装设阀型避雷器保护，防

51、雷保护涉及应认真调查地质地貌气象环境等条件和雷电的活动规律，以及被保护物的特点等，因地制宜地采取防雷保护措施，做到安全可靠、技术先进、经济合理等。四、防雷设计 对于辽宁工学院综合楼的特点，采用避雷针保护，因为变电所设计的地理位置决定的，直击雷和感应雷无法对其造成危害，但是侵入波却可以沿架空线进入变电所，因此对雷电的危害，设计中选择了避雷针保护。图5-7为避雷器与被保护设备的连接其中 1相线；2被保护设备；3避雷针； 4过电压波五、防雷保护计算 依据图纸要求及新的国际标准建筑物标准手册及辽宁工学院综合楼实际情况可得：1教学楼防雷保护 防雷直击：采用装设在建筑物上的避雷网或避雷针，或由其混合组成的

52、接闪器。防雷电感应：建筑物内的设备管道构架等主要建筑物，应就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上，可不另设接地装置。防雷电波侵入：（1）地电线路全长采用埋地电缆或敷设架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将金属电缆外皮，金属线槽接地。（2）低压架空线转换金属改装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入时，其埋地长度应大于或等于15m。低压架空线直接引入时，在入户处应装设避雷器，并将其与绝缘子铁脚金具连在一起接到电气设备的接地装置上。2建筑物防雷接闪器有以下几种形式（1）独立避雷针（2）架空避雷线或架空避雷网（3）直接安装在建筑物上的避雷针避雷带或避雷网3变配电所建筑物防雷保护（1）变配电所屋外配电装置应装设防直击雷保护装置，一般采用避雷针或避雷器。（2）屋内配电装置如雷设防直击雷保护装置，屋顶有金属结构时，将金属部分接地，屋顶为钢筋混凝土结构时，将其焊接成网接地，屋顶为非导体结构时，采用避雷网保护。（3）35kV及以下的屋外高压配电装置，采用独立避雷器或避雷线保护，宜装设独立的接地装置，接地电阻不宜超过20。（4）独立