论文:35kV变电所设计


    **电力学院成教院 本科毕业设计(论文) 题 目: 35kV变电所设计 专 业: 电气工程及其自动化 年 级: 2015 学生姓名: ** 学 号: 17150035 指导教师: ** 2017年9月 任务书 一、 设计题目:《35kV变电所设计》 二、 原始资料 1. 系统接线图 2. 负荷预测: (1)10kV侧负荷 负荷名称 最大负荷kW 回路数 供电方式 线路长度km 功率因数 配电站甲 2500 2 电缆 5 0.8 配电站乙 3500 2 电缆 8 0.8 香料厂 800 1 架空线 10 0.85 制皂厂 1000 2 架空线 8 0.85 工具厂 1200 2 架空线 12 0.8 机床厂 600 1 架空线 15 0.8 (2)同时率0.7 最大负荷利用小时数Tmax=5000小时 待设计变电所负荷的年增长率为6% (3)地区最高温度θmax=40℃ 三、设计内容 1.35kV降压变电所主变压器台数、容量、型号选择; 2.电气主接线设计; 3.无功补偿容量的确定; 4.短路电流计算; 5.主要电气设备选择; 6.变电所继电保护配置; 四、设计成品要求 1.设计说明书 (1)变电所总负荷计算过程; (2)主变压器选择过程; (3)无功补偿容量的计算过程 (4)电气主接线方案设计 (5)短路电流计算过程 (6)电气设备选择与校验 (7)变电所继电保护配置 2.图纸 变电所电气主接线图 五、参考资料 电气工程设计手册 供用电工程(上)、(下) 35kV变电所设计 摘要:变电所是电力系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经济运行,是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。本次设计建设一座35KV变电所,设计内容包含负荷计算、主变选择、无功补偿、主接线设计、电器选择、继电保护等,以实际负荷为依据,选择最佳运行方式为基础,按照有关规定和规范,完成初步设计。 关键词:35kV,负荷,变电所 目录 一、负荷统计 7 1.由每一个最大负荷求对应每个负荷的无功功率 7 2.求10KV总负荷 8 3.变压器的损耗估计 8 4.35kV侧负荷 9 二、选变压器 9 三、无功补偿计算 9 1.电容器安装容量预计算 9 2.电容器型号及个数选择 10 3.无功补偿校验 10 四、主接线选择 10 1.35KV主接线 10 2.10KV主接线 12 五、所用变压器选择 13 六、短路电流计算 14 1.确定元件阻抗标幺值计算 14 2.画出等值电路,标上等值的阻抗标幺值 16 3.化简 16 4.K1点短路电流计算 17 5.K2点短路电流计算 18 6.K3点短路电流计算 18 七、电气设备选择 19 1.断路器及隔离开关选择 19 2.母线选择 23 3.电压互感器选择 25 4.电流互感器选择 26 5.过电压保护选择 26 八、变电所继电保护与自动装置配置 27 1.主变保护 27 2.母线保护 28 3.10 kV线路保护 29 4.10 kV采用单母分段接线 29 5.10kV线路(架空线路)配置自动重合闸装置 29 九、线路保护整定计算 30 1.系统最小运行方式下短路电流计算(用于继电保护后备保护灵敏性校验) 30 2.10kV线路电流速断保护整定 33 3.10kV线路过电流保护整定(后备保护) 33 十、致谢 33 参考文献 34 引言 近些年来地区的经济情况有了极大地提高,这当然得益于很多企业的蓬勃发展。电能是企业与人们生活中不可或缺的一种能源,经济与人们物质生活水平的提高,使得对电能的需求达到了前所未有的高度,这样以来为了保证各大企业的及家庭生活的可靠,安全用电,而地区一所新型35kV变电所的需要也是刻不容缓。 变电所是电力系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经济运行,是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。 本次设计建设一座35KV变电所,在技术方面和经济方面进行比较,选取灵活的最优接线方式。 一、负荷统计 某地区欲建一座35kV千伏变电所,对改善电网结构、提高供电可靠性,促进地方经济具有很重要的意义。待设计变电所10KV负荷预测如表1-1所示: 负荷名称 最大负荷kW 回路数 供电方式 线路长度km 功率因数 配电站甲 2500 2 电缆 5 0.8 配电站乙 3500 2 电缆 8 0.8 香料厂 800 1 架空线 10 0.85 制皂厂 1000 2 架空线 8 0.85 工具厂 1200 2 架空线 12 0.8 机床厂 600 1 架空线 15 0.8 1.由每一个最大负荷求对应每个负荷的无功功率 配电站 甲=0.8转换成=0.75 配电站 甲Q =25000.75=1875kVAR 配电站 乙=0.8转换成=0.75 配电站 乙Q=35000.75=2625kVAR 香料厂 =0.85转换成=0.62 香料厂 Q=8000.62=496 kVAR 制皂厂 =0.85转换成=0.62 制皂厂 Q=10000.62=620kVAR 工具厂=0.8转换成=0.75 工具厂 Q=12000.75=900 kVAR 机床厂=0.8转换成=0.75 机床厂 Q=6000.75=450 kVAR 2.求10KV总负荷 在电力系统中,负荷的最大值之和总是大于和的最大值,这是由于每个用户不大可能同时在一个时刻达到用电量的最大值·反映这一个不等关系的一个系数就被称为同时率,也被称为同时负荷率。同时率也就是电力系统综合最高负荷 与 电力系统各组成单位的绝对最高负荷之和 的比率。同时率也表示变电站的负荷不可能同时出现最大负荷,有一个折扣率。 该变电所同时率K=0.7 =0.7(2500+3500+800+1000+1200+600)=6720kW =0.7(1875+2625+496+620+900+450)=4876kVAR 作为变电所最重要的设备变压器选择需要考虑5~10年变电站的规划,还要考虑负荷的增长,考虑年增长率避免变压器长期处于过负荷运行。变电站变压器容量需要考虑在今后5年内的负荷增长。 该变电所负荷的年增长率为=6%=0.06 ===8993kW ===6525kVAR 视在功率: ===11111kVA 3.变压器的损耗估计 在进行负荷计算的过程中,一般需要考虑变压器的有功损耗以及无功损耗。取有功损耗=2%,无功损耗=10% 有功损耗=2%=111110.02=222kW 无功损耗=10%=111110.1=1111kVAR 4.35kV侧负荷 =+=8993+222=9215kW =+=6525+1111=7636kVAR ===11968kVA 二、选变压器 考虑重要负荷应选择两台变压器,互为备用,每台变压器容量应承担全部重要级负荷的供电,当一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器能够继续供电,以满足供电可靠性的要求。任一台变压器投入运行时,变压器容量必须满足35kV总计算负荷60%的需要。 0.6=11968×0.6=7181kVA 综合以上数据,本所要选择大于7181 kVA,可选8000 kVA的变压器。查询设备手册,本所主变压器型号选择SZ9-8000,额定高压侧电压35±3×2.5%,低压侧10.5,连接组别Y,d11,阻抗电压 Uk%=7.0。 三、无功补偿计算 变电所无功功率补偿的设计容量,直接影响着电力系统在运营时候电压质量,合理的无功补偿装置,对用电效率的提高和改善供电环境是非常有帮助的。 1.电容器安装容量预计算 补偿前功率因数: =/=9215/11968=0.77 =tg(arc)=0.829 该变电所10kV负荷的功率因数为0.77,小于0.9,无功功率消耗太多,会直接影响到电压的质量,进而使得设备转化能力下降,电能的消耗也会随之增加。日常设备中消耗的无功功率可以安装电容器装置来进行无功功率补偿,因此,在变电所的10kV母线上安装电容器,电容器在加上电压后可以提供无功功率,从而使变电所从系统中吸收的无功功率减少,相应减少了系统35kV线路、变电所变压器上的压降和有功功率损耗。 补偿后功率因数要求大于0.9,补偿后=0.48 补偿无功预计算:=3216kVAR 2.电容器型号及个数选择 要组成三相电系统的无功补偿,电容器的总个数应为3的倍数,且本变电所两台变压器配置,电容器在10kV侧母线上两边分开安装,电容器的总个数应为6的倍数。电容器容量应大于3216KVAR。 查设备手册,选安装方式是Δ接,电容器将承受10.5kV线电压,因此可选YL10.5-60-1,以单个电容器容量60KVAR计算,总个数应为6的倍数: 电容器个数6的倍数=3216÷60÷6=8.93,取整数9 电容器个数=6*9=54个 共补偿容量QCN=60*54=3240KVAR> 计算容量3216KVAR 3.无功补偿校验 该变电所有功功率、无功功率的同时率,现在选择的总容量是60*54=3240KVAR 补偿后功率因素: ==0.97 大于0.90,满足要求。 四、主接线选择 1.35KV主接线 35KV线路是两回做为母线进线,变电站内两台变压器,2回出线作为主变35KV侧电源。按照《变电站设计技术规程》规定,本次变电站35kV侧拟定以下2种接线方案单母线分段接线和内桥接线,并进行比较分析,使用更优方案。 方案一:采用单母线分段接线,如图4-1所示。 图4-1单母线分段接线 优点:用断路器把母线分段后,重要用户可从不同母线分段引出双回线供电;当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切除,保证正常段母线不间断供电,保证重要用户不停电。 缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期间内停电;当出线为双回路时,常使架空线路出线交叉跨越;扩建时需向两个方向均衡扩建;分段断路器故障造成35kV两段母线停电。 方案二:采用内桥接线,如图4-2所示。 图4-2内桥接线图 优点是没有主变高压侧断路器,节省了一次设备的投资。 缺点是运行方式不灵活,当主变或PT检修时,需停运进线和桥开关,当另一台主变故障跳开后,全站失压,且若该站为联络站,两个电源点将失去联络,造成系统的不稳定。 通过以上比较,可以发现方案1以供电可靠性高、倒闸操作简便为主要优点;方案2以投资少,经济性好为主要优点。因本变电站所供负荷为地区重要用电负荷,若停电将会造成用户产品不合格,导致经济损失较大,故本次设计以对用户供电的可靠性为重点考虑方面,终上比较,方案1单母分段线接线比方案二接线供电更为可靠,故35kV接线选择方案1。 2.10KV主接线 由于该变电所10kV母线侧的馈线10回,为此在保证供电可靠性的情况下,考虑以下2种接线方案双母线接线和单母线分段接线,通过比较选择最优方案。 方案1:双母线接线方式,如图4-3所示。 图4-3 双母线接线 优点:供电可靠、检修方便;当一组母线故障时,只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线,就可迅速恢复供电;调度灵活或便于扩建。 缺点:所用设备多(特别是隔离开关);配电装置复杂,经济性差;在运行中隔离开关作为操作电器,容易发生误操作,且对实现自动化不便;尤其当母线系统故障时,须短时切除较多电源和线路,这对重要的大型电厂和变电站是不允许的。 方案2:单母分段接线,如图4-4所示。 图4-4 单母分段接线 优点:用断路器把母线分段后,重要用户可从不同母线分段引出双回线供电;当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切除,保证正常段母线不间断供电,保证重要用户不停电。 缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期间内停电;当出线为双回路时,常使架空线路出线交叉跨越;扩建时需向两个方向均衡扩建;分段断路器故障造成35kV两段母线停电。 综合以上两种方式的优缺点,变电站10kV母线侧为重要负荷,双回路可以分接在两段母线上,在保证供电可靠性的情况下, 采用经济性较好的方案2单母线分段接线方式。 35千伏、10千伏的主接线都确定为单母线分段接线,下面画出全所主接线草图,如图4-5所示 图4-5 变电所主接线草图 五、所用变压器选择 为给变电站用电设备提供交流电源,保证变电所内设备供电的可靠性,一般采用2台变压器做为所用变压器。两台变压器分别接于两台主变的10千伏侧母线,正常是一台工作,另一台做为热备用。所用变压器容量按主变压器容量的千分之五选,主变压器容量为8000千伏安,所用变容量S=8000*0.005=40KVA,查设备手册,可选用SCB10-40kVA/10kV的变压器。 六、短路电流计算 由于系统存在110kV、35kV、10kV多个电压等级,短路电流计算需要把电气设备元件的阻抗值先归算到无量纲的标幺值,然后计算出短路电流的标幺值,最后再算出短路电流的有名值。 1.确定元件阻抗标幺值计算 (1)基准值 功率基准值 110KV等级 35KV等级 10KV等级 (2)大系统C阻抗标幺值计算 已知 Sc=2500 则 (3)发电机阻抗标幺值计算 已知Xd”%=14.1,P=50MW,=0.8 则=50/0.8=62.5MVA =14.1/100*100/62.5=0.2256 (4)变压器阻抗标幺值计算 变压器是双卷变压器 已知所选8000KVA变压器=8MVA,Uk%=7 =0.875 已知T1的容量50MVA,=0.21 已知T2的容量31.5MVA,=0.254 (5)线路 已知110KV线路的XB用132Ω,35KV线路的XB用13.7Ω,10KV线路的XB用1.1Ω。 110KV线路,长40km。 35KV线路,长5km。 35KV线路,长10km。 到机床厂10KV线路,长15km。 2.画出等值电路,标上等值的阻抗标幺值 等值系统阻抗图如下: 3.化简 (1)并联的简化 (2)串联的简化 串联的相加,用一个等值阻抗代替 4.K1点短路电流计算 (1)星形---三角转换 (2)大系统提供的短路电流有名值 (3)发电厂提供的短路电流有名值 (4)K1点短路电流有名值 (5)K1点冲击电流 5.K2点短路电流计算 (1)星形---三角转换 (2)大系统提供的短路电流有名值 (3)发电厂提供的短路电流有名值 (4)K2点短路电流有名值 (5)K2点冲击电流 =12.09KA 6.K3点短路电流计算 (1)星形---三角转换 (2)大系统提供的短路电流 (3)发电厂提供的短路电流 (4)K3点短路电流 (5)K3点冲击电流 短路电流列表(KA) 短路电流 短路点 0S I” kA 2S IK2S kA 4S IK4S kA 冲击电流 ish kA K1 5.5 5.5 5.5 14.03 K2 4.74 4.74 4.74 12.09 K3 0.83 0.83 0.83 2.12 七、电气设备选择 要使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行,需选择合适电气设备。 1.断路器及隔离开关选择 断路器具有较强的灭弧能力,用于在投运或停运变压器、线路等设备时进行投切操作。 (1)35kV断路器 1)断路器额定电压应大于等于电网工作电压 断路器额定电压应选35kV 2)断路器额定电流应大于安装回路最大工作电流 35kV侧回路最大工作电流是在35kV进线中有一回停运,由一回进线承担全所供电时产生的,即由35kV侧计算负荷(考虑电容补偿之后)下产生的。 35kV侧计算负荷 ===11968kVA 查设备手册,选室外,型号为 LW7-35 35kV断路器参数表 型号 额定电压 额定电流 额定开断电流 极限通过电流,峰值 4s热稳定电流 LW7-35 35kV 1600A 25kA 63kA 25kA 额定电压35kV,满足要求 额定电流600A大于219A,满足要求 3)断路器开断电流应大于K1点短路电流0S I” K1点短路电流0S I”=5.5kA LW7-35的开断电流25 kA>5.5kA 满足要求 4)关合电流 断路器关合电流应大于K1点冲击电流 ish K1点冲击电流 ish=14.03kA LW7-35的极限通过电流63kA>14.03kA 满足要求 5)动稳定校验 断路器动稳定电流应大于K1点冲击电流 ish(即保证在冲击电流电动力作用下不损坏) K1点冲击电流 ish=14.03kA LW7-35的极限通过电流63 kA>14.03kA 满足要求 6)热稳定校验 K1点短路时,电流发热量为(短路电流0S、2S、4S持续作用发热) t取4S短路电流持续时间 LW7-35的4s热稳定电流=25 kA 允许发热量(对应4S散热) Qyx=I2*4=25*25*4=2500 (KA)2•S〉121 (KA)2•S 满足要求 (2)35kV隔离开关 35kV电气设备采用室外布置时需要有隔离开关。 隔离开关用于在停电后把需要检修的设备与电源隔离,有人眼可看见的明显的断开点,确定已断开电源。但没有灭弧能力,因此不能开断负荷电流或短路电流,因此没有开断电流概念。 在装有断路器的回路,一般前后配有隔离开关。当需要停运该回路检修断路器时,必须先操作断路器打开,但因断路器是封闭的,触头是否断开,人眼看不见,因此需要再打开电源侧的隔离开关,最后打开负荷侧的隔离开关,完成停运。当需要投运该回路时,必须先合上负荷侧的隔离开关,再合上电源侧的隔离开关,最后合上断路器,完成投运,过程与停运相反。 1)隔离开关额定电压应大于等于电网工作电压 隔离开关额定电压应选35kV 2)隔离开关额定电流应大于安装回路最大工作电流 35kV隔离开关回路最大工作电流与35kV断路器相同219A。 查设备手册,选室外,型号为 GW4-35/600 35kV隔离开关参数表 型号 额定电压 额定电流 动稳定电流 4s热稳定电流 GW4-35/600 35kV 600A 50kA 15.8kA 额定电压35kV,满足要求 额定电流600A大于219A,满足要求 3)动稳定校验 隔离开关动稳定电流应大于K1点冲击电流 ish K1点冲击电流 ish=14.03kA GW4-35/600的动稳定电流50 kA>14.03kA 满足要求 4)热稳定校验 K1点短路时,电流发热量为121 (KA)2•S(见断路器选择) GW4-35/600的4s热稳定电流=15.8 kA 允许发热量 Qyx=I2*4=15.8*15.8*4=998.6 (KA)2•S>121 (KA)2•S 满足要求 (3)10kV断路器 1)断路器额定电压应大于等于电网工作电压 断路器额定电压应选10kV 2)断路器额定电流应大于安装回路最大工作电流 10 kV侧回路最大工作电流是在两台变压器中有一台停运,由一台变压器承担供电时产生的,变压器运行不能过负荷,即由变压器容量产生的。 变压器容量8000kVA 1.05是考虑变压器电压下降5%时电流增大5%。 查设备手册,选真空断路器,型号为ZN-10/600 10kV断路器参数表 型号 额定电压 额定电流 额定开断电流 极限通过电流,峰值 4s热稳定电流 ZN-10/600 10kV 600A 8.7kA 22kA 8.7kA 额定电压10kV,满足要求 额定电流600A大于485A,满足要求 3)断路器开断电流应大于K2点短路电流0S I” K2点短路电流0S I”=4.74kA ZN-10/600的开断电流8.7kA>4.74kA 满足要求 4)关合电流 断路器极限通过电流应大于K2点冲击电流 ish K2点冲击电流 ish=12.09kA ZN-10/600的极限通过电流22kA>12.09kA 满足要求 5)动稳定校验 断路器极限通过电流应大于K2点冲击电流 ish K2点冲击电流 ish=12.09 kA ZN-10/600的极限通过电流22kA>12.09kA 满足要求 6)热稳定校验 K2点短路时,电流发热量为 ZN-10/600的4s热稳定电流=8.7 kA 允许发热量 Qyx=I2*4=8.7*8.7*4=303(KA)2•S>90(KA)2•S 满足要求 (4)10kV配电装置采用的接线方式是单母线分段接线,则可采用手车式成套配电装置,没有隔离开关,因此不用配置和选择隔离开关。当需要停运检修断路器时,操作断路器打开,摇出断路器手车。 2.母线选择 (1)10kV母线选择 选变压器低压出线回路段 1)按经济电流密度选截面 S 导体截面积,Ig 正常长期工作电流 经济电流密度与年最大负荷利用利用小时Tmax有关,最大负荷利用小时数Tmax=5000小时,我国现行的经济电流密度表如下,J经济电流密度选铝裸导体 J=1.15 导体材料 年最大负荷利用利用小时数 3000以下 3000至5000 5000以上 铜裸导体 3 2.25 1.75 铝裸导体 1.65 1.15 0.9 铜芯电缆 2.5 2.25 2 铝芯电缆 1.92 1.73 1.54 Ig正常长期工作电流取10kV计算负荷的一半(S10Σ/2,应扣除电容器补偿量)换算到电流 视在功率 初选 S为 63×6 mm2,平放,长期允许载流量872A 矩形铝导体长期允许载流量 h×b mm2 平放 竖放 63×6 872A 949A 2)按最大工作电流校验截面积 10kV侧回路最大工作电流是在两台变压器中有一台停运,由一台变压器承担供电时产生的,变压器运行不能过负荷,即由变压器容量产生的。 同前选择10kV 断路器时电流。Igmax=485A 导体允许电流872A是在基准温度25℃时的电流,需折算至本地区最高温度40℃时的电流,导体允许最高温度70℃,折算系数为 θal允许最高温度70℃,θ最高温度40℃,θ0 基准温度 25℃ I=Kθ×长期允许载流量872A> Igmax=485A 3)动稳定校验 铝导体允许应力 69×106Pa ish 冲击短路电流; L 支柱绝缘子间距(m),10kV取1.5m; a 导体相间距m,取0.25m; W=0.167bh2截面系数(m3)=0.167×0.006×0.0632=3.97×10-6 m3 K2点冲击短路电流12.09KA(见短路电流表) 5.898×106Pa<铝导体允许应力 69×106Pa 动稳定满足要求 4)热稳定校验 I∞ 稳态短路电流(A),取4S短路电流;C 热稳定系数 87;tdz 取4S K2点I∞=4.74kA 热稳定满足要求 3.电压互感器选择 电压互感器的作用是把高电压转换成100V低电压,以便用常规仪表测量高电压,因为电压互感器的高、低压两侧的电压是成比例的。 电压互感器变压原理与变压器相同,但线径细,不能承受大的负荷,用隔离开关可以进行操作,当电压互感器出现短路时,用安装的熔断器熔丝熔断提供保护。 所设计的变电所高压35kV,低压10kV,均采用中性点不直接接地方式,当系统中发生单相接地时,不会产生很大的短路电流,不会发生继电保护动作去跳开断路器。但由于单相接地时,非接地相对地电压会升高到线电压,对设备绝缘造成损害,因此需要有继电保护提供告警信号,这个信号是由电压互感器提供的。可继续运行最多2小时不停电,以便查找接地点并进行处理。 所设计的变电所属于35kV系统终端变电所,没有对35kV线路处理的功能,因此本变电所不需要进行对单相接地的绝缘监视。 35kV电压互感器可选择V/V接线方式,即用两个单相电压互感器,结成V字形,接于三相电压上,因此单相电压互感器感受到的是线电压。 查设备手册,选择JDJ-35,变比为35000/100 所设计的变电所10kV对线路和负荷是电源,对10kV线路有处理的功能,因此本变电所10kV侧需要进行对单相接地的绝缘监视。 10kV电压互感器的接线方式应是YO/YO/,即第三个绕组接成开口三角形型式,正常运行时,开口三角形三相交流电压相加为零,没有电压。当线路发生单相接地时,三相电压相加不为零,开口处出现100V电压,所接检测设备可以发出接地告警信号。 10kV电压互感器可选三个单相组成 查设备手册,选JDZJ-10,变比 4.电流互感器选择 选择35kV断路器回路的电流互感器 (1)额定电压 电流互感器额定电压应大于等于安装点的工作电压 (2)额定电流 电流互感器额定电流应大于回路最大工作电流 回路最大工作电流与选择断路器时的相同 Igmax=219A 35kV电流互感器选LCW-35,额定电流比(A)300/5。 型号 额定电流比(A) 1S热稳定倍数 动稳定倍数 LCW-35 300/5 65 100 (3)热稳定校验 该型号300A=0.3kA,热稳定倍数65, 前已得K1点4S发热量为121 (KA)2•S 允许发热量 Qyx=I2×t=(0.3×65)2×1=380.25 (KA)2•S>121 (KA)2•S 满足要求 (4)动稳定校验 动稳定电流=额定电流*倍数,应大于回路短路冲击电流, K1点的短路冲击电流ish=14.03 kA 该型号动稳定倍数为100 满足要求 5.过电压保护选择 (1)对直击雷的保护 直接雷保护采用避雷针、避雷线、避雷带和避雷网等措施。35KV及以下的配电装置应采用独立霹雷针来保护。 独立避雷针宜装设独立的接地装置,在非高土壤电阻率地区,其工频接地电阻不宜超过10Ω,当条件限制时,接地装置可与主接地网连接,使两者的接地电阻得到降低。但为防止经过接地网反击35kV及以下设备,要求避雷针与接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点,沿接地体的长度不得小于15厘米。 独立避雷针不应设在人经常通行的地方,避雷针及其接地装置与道路或出入口等距离不宜小于3米,否则应采取均压措施,或者铺设砾石或沥青路面。 (2)对于侵入波的保护 由于架空线路或金属管道对雷电的传导的作用,雷电波可能沿着这些管线侵入屋内,危及人身安全或损坏设备,称为雷电侵入波。对于变电站侵入波的保护一般采用安装避雷器。防雷电侵入波的接地电阻一般不得大于30Ω。 在变电站的架空管道进线处,应与防雷接地装置相连,距离进线100米以内的一段管道,每隔25米左右接地一次,其冲击接地电阻不应大于20欧,埋地或在地沟内敷设的管道,在进线处也应与防雷的接地装置相连。接地应尽量利用建筑物的钢筋混凝土或金属基础作为接地装置,并和其他接地共用这种接地装置。 在35kV、10kV母线上一般选择安装氧化锌避雷器。氧化锌避雷器是一种保护性能优越、耐污秽、质量轻、阀片性能稳定的避雷设备。35kV母线选择Y5WZ53-134,10kV母线选择Y5WS5-17/170。 八、变电所继电保护与自动装置配置 1.主变保护 所选主变压器8000kVA,按规定应配置主保护和后备保护,主保护有差动保护和瓦斯保护;后备保护用于在主保护故障拒动情况下,后备保护有过流保护、过负荷保护、温度保护。 (1)差动保护 变压器的差动保护是变压器的主保护,差动保护的原理是按比较变压器各侧电流的大小和相位的循环电流原理构成的。是将变压器各侧电流互感器二次同极性端用导线联接,电流继电器接于差动回路中。它能正确区分变压器区内、区外故障,并能瞬时切除区内故障。其保护范围是变压器各侧差动保护用电流互感器之间的一次电气部分。 (2)瓦斯保护 瓦斯保护是变压器内部故障的主保护,对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。可以反映油箱内的一切故障。包括:油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。瓦斯保护一般分为轻瓦斯保护和重瓦斯保护。当变压器内部轻微故障,使变压器油温上升产生气体,达到一定量后触动继电器发出信号,这是所谓轻瓦斯保护;当变压器内部发生严重故障时,重瓦斯保护动作,立即切断与变压器连接的所有电源,从而避免事故扩大,起到保护变压器的作用。 (3)过电流保护 变压器装设外部接地、相间短路引起的过电流保护,作为变压器内部故障的后备保护。变压器的后备保护是其主保护的备用保护,当主保护失灵时,后备保护动作,以保护设备和人身安全其保护范围为变压器、供电回路及回路上的负荷设备。后备保护一般有过电流保护和复合电压过电流保护,本次变电站设计选择过电流保护。保护动作后跳开跳开变压器两侧的断路器,保护的起动电流按照过变压器可能出现的最大负荷电流来整定。 (4)过负荷保护 电气设备瞬时过负荷,保护不理会,过负荷时间达到保护设定的动作时间,保护一般情况下是发信号,在无人值班等情况下,直接将过负荷设备切除。 (5)温度保护 利用油温表的节点来启动保护,一般油温表都带报警节点和跳闸节点, 温度表有温度指针和两个带节点的定值指针,温度高到定值指针,拨动定值指针使其节点接通,此节点接入保护装置启动保护。 2.母线保护 由于本次变电站设计的电压相对较低,进线与出线回路相对较少,因此不需要配置专门的继电保护,由上级元件的保护提供保护。 3.10 kV线路保护 10kV线路配置主保护为速断电流保护,电流速断保护按被保护设备的短路电流整定,当短路电流超过整定值时,则保护装置动作,断路器跳闸,电流速断保护一般没有时限,不能保护线路全长(为避免失去选择性),即存在保护的死区.为克服此缺陷,常采用略带时限的电流速断保护以保护线路全长。 后备保护为过电流保护,当电流超过预定最大值时,使保护装置动作的一种保护方式。过电流保护主要包括短路保护和过载保护两种类型,短路保护的特点是整定电流大、瞬时动作。电磁式电流脱扣器(或继电器)、熔断器常用作短路保护元件。过载保护的特点是整定电流较小、反时限动作。热继电器、延时型电磁式电流继电器常用作过载保护元件。 4.10 kV采用单母分段接线 在分段断路器上配置备用电源自动投入装置。当线路或用电设备发生故障时,能够自动迅速、准确的把备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用电源上,不至于让用户断电的一种装置,能够提高供电可靠性。 5.10kV线路(架空线路)配置自动重合闸装置 因输电线路是发生故障最多的设备,而且它发生的故障大都属于暂时性的,如大风引起的碰线、线路通过线下树木对地放电或异物落在导线上引起的短路等,这类故障在线路跳开后,电弧可自行熄灭,故障点的绝缘基本恢复到正常水平,这时合上电源就能够恢复正常供电。因此,在本次设计10kV线路上装设自动重合闸非常有必要的,在输电线路发生瞬时性故障时,可迅速恢复供电,提高供电可靠性,可以纠正由于断路器或继电保护误动作引起的误跳闸。 因电缆线路的故障多为永久性故障点,如果相关设备跳闸后自动重合闸,则电缆线路及相关设备往往又一次经受短路电流的冲击,对于散热较困难的电缆线路会因热量积累而使绝缘程度降低甚至损坏,因此电缆线路不配置自动重合闸装置。 九、线路保护整定计算 1.系统最小运行方式下短路电流计算(用于继电保护后备保护灵敏性校验) 系统最小运行方式设置为大系统短路容量2500MVA的70%,发电厂停运一台发电机。 大系统最大短路容量为Sc=2500 则Scmin=2500*0.7=1750MVA 发电机的=14.1/100*100/62.5=0.2256 用于继电保护的后备保护灵敏性校验,10kV出线最长的负荷用户为机床厂,该用户10/0.4 kV变压器低压侧在系统最小运行方式下负荷为600kW。 机床厂功率因数 S=600/0.8=750kVA,单回线供电,只须一台降压变压器,选800kVA 变压器,800 kVA=0.8MVA,Uk% =7%。 (1)10kV线路末端三相短路电流计算(K3点最小运行方式) 1)等值阻抗图 2) 并、串联化简后 3)星形---三角转换 4)大系统提供的短路电流有名值 10KV线路保护对应线路电压等级的电流基准值是5.5KA 5)发电厂提供的短路电流有名值 6)K3点最小运行方式短路电流有名值 (2)10kV用户变压器0.4kV侧三相短路,在10kV线路首端继电保护检测到的短路电流计算(K4点最小运行方式) 1)K4点(最小运行方式) 利用K3点计算用到的星形---三角转换后的图,在K3点上加上用户变压器阻抗标幺值8.75,后的为K4点 2)星形---三角转换 3)大系统提供的短路电流有名值 10KV线路保护对应线路电压等级的电流基准值是5.5KA 4)发电厂提供的短路电流有名值 5)K4点最小运行方式短路电流有名值 2.10kV线路电流速断保护整定 以线路末端K3点最大运行方式下三相短路电流乘上可靠系数整定 线路末端K3点最大运行方式下三相短路电流0.83kA,可靠系数取1.25 IIset=0.83*1.25=1.04kA 可靠系数〉1,使动作电流大于线路末端最大运行方式下三相短路电流,因此电流速断保护只能保护线路的一部分,而不是全长。 3.10kV线路过电流保护整定(后备保护) (1)以线路最大负荷电流乘上可靠系数及负荷电动机自启动系数,除以保护返回系数整定。 用户视在功率600÷0.8=750KVA,最大负荷电流为 (2)近后备校验 近后备用于线路主保护速断拒动时提供后备保护 满足要求 (3)远后备校验 远后备用于用户变压器保护拒动时提供远后备保护 满足要求 十、致谢 在吴文军老师的指导下,经过两个多月的努力,我终于完成了35kV变电站设计。这段时间参考和借鉴了很多教材和资料中的部分论述,也充分采纳了老师和许多同事的很多经验和建议,从对变电站的生疏到了解,再到研究,第一次完成了一件实际应用的设计。但由于课题与我自己原来所学专业不对口,很多知识没有学过,可能在设计过程中还会出现些错误和不妥之处,敬请各位老师批评指正。本次设计能够顺利完成,自己付出了许多劳动,但与吴老师的细心指导是分不开的。在过程中体现吴老师渊博的专业知识,更体现了老师宽厚待人的品质。再次感谢向我帮助过的老师和同事们表示衷心的感谢! 参考文献 [1] 张一尘.高电压技术. 中国电力出版社.2015.08 [2] 许珉,孙丰奇.发电厂电气主系统. 机械工业出版社.2011.01 [3] 张保会,尹项根.电力系统继电保护. 中国电力出版社.2014.12 [4] 高亮.电力系统微机继电保护. 中国电力出版社.2007.11 [5] 应敏华,程乃蕾.供用电工程(上、下). 中国电力出版社2006.9 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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