..XX理工大學成人高等教育畢業設計〔論文學習形式：函授□夜大□脫產□函授站：專業：級別：學生__XX理工大學成人高等教育畢業設計〔論文任務書畢業設計〔論文題目：35kV總降壓站變電所設計學生__學號:專業年級：電氣工程及其自動化學習形式：函授■夜大□脫產□函授站畢業設計〔論文內容：高壓供電系統設計〔根據供電部門提供的資料,選擇本廠最優供電方案降壓變電所設計主接線設計短路電流計算主要電器設備選擇主要設備〔主變壓器繼電保護設計配電裝置設計防雷接地設計〔只要求方案設計成果設計說明書設計圖紙二張總降壓變電站電氣主接線圖主變壓器繼電保護展開圖設計〔論文指導〔簽字主管教學院長：〔簽字年月日設計資料某榮安加工廠總降壓35KV變電所及配電系統設計基礎資料全廠用電設備情況〈1〉負荷大小用電設備總安裝容量：6630KW計算負荷〔10KV側有功：4522KW無功：1405Kvar各車間負荷統計見表8-1〈2〉負荷類型本廠絕大部分用電設備均屬長期連續負荷,要求不間斷供電。停電時間超過2分鐘將造成產品報廢；停電時間超過半小時,主要設備池,爐將會損壞；全廠停電將造成嚴重經濟損失,故主要車間級輔助設施均為Ⅰ類負荷。〈3〉本廠為三班工作制,全年工作時數8760小時,最大負荷利用小時數5600小時。〈4〉全廠負荷分布,見廠區平面布置圖。〔圖8-1表8-1全廠各車間負荷統計表序號車間名稱負荷類型計算負荷Pjs〔KWQjs〔KVarSjs〔KVA123456789空氣壓縮車間熔制成型〔模具車間熔制成型〔熔制車間后加工〔磨拋車間后加工〔封接車間配料車間鍋爐車間廠區其他負荷〔一廠區其他負荷〔二共計同時系數全廠計算負荷ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅡ-ⅢⅡ-Ⅲ78056059065056036042040044047600.95452218015017022015010011016820014480.97140580058061468658037443443448349854735.242、電源情況〈1〉工作電源本廠擬由距離其5公里處的A變電站接一回架空線路供電,A變電站110KV母線短路容量為1918MVA,基準容量為1000MVA,A變電站安裝兩臺SFSLZ1-31500KV/110KV三圈變壓器,其短路電壓u高-中=10.5%,u高-低=17%,u低-中=6%。詳見電力系統與本廠連接圖〔圖8-2。供電電壓等級：由用戶選用35KV或10KV的一種電壓供電。最大運行方式：按A變電站兩臺變壓器并列運行考慮。最小運行方式：按A變電站兩臺變壓器分列運行考慮。〈2〉備用電源擬由B變電站接一回架空線作為備用電源。系統要求,只有在工作電源停電時,才允許備用電源供電。〈3〉功率因數供電部門對本廠功率因數要求值為：當以35KV供電時,cosΦ=0.9當以10KV供電時,cosΦ=0.95〈4〉電價。供電局實行兩部電價：基本電價：按變壓器安裝容量每1千伏安每月4元計費。電度價：35KVβ=0.05元/KWh10KVβ=0.06元/KWh〈5〉線路的功率損失在發電廠引起的附加投資按每千伏瓦1000元。目錄摘要……………………〔8前言……………………〔9第一章高壓供電系統設計……〔101．1供電方案的論證及確定…………………〔101．2供電系統方案的論證……〔141．3供電方案比較……………〔15第二章電氣主接線的設計……〔222．1電氣主接線設計原則……〔222．2電氣主接線圖設計………〔23第三章短路電流計算…………〔263.1短路電流計算的條件………〔263.2計算各元件電抗的標幺值………〔273.3短路電流的計算……………〔28第四章主要電氣設備選擇……〔314．1電氣設備選擇的一般原則………………〔314．235KV側電氣設備的選擇…………………〔354．310KV側電氣設備的選擇…………………〔45第五章配電裝置的設計………〔47第六章主變壓器的繼電保護設計………………〔496．1繼電保護概述…………〔496．2主變壓器繼電保護方案選擇………………〔506．3變壓器瓦斯保護……………〔516．4變壓器縱差動保護…………〔536．5變壓器復合電壓起動過電流………………〔596．6變壓器過負荷保護……………………〔626．7主變絕緣監視………………〔63第七章防雷接地設計〔只作初步方案………〔66結論…………………〔68結論與體會………………〔69謝詞……………………〔70參考文獻……………………〔71附錄………〔72摘要本設計是針對榮安加工廠自身所需而制定,是將35KV經變壓器轉換成10KV電壓,再將其分配到各車間,供工廠所用,設計本方案是按照經濟適用可靠簡便的原則,既考慮到工廠本身安全可靠供電,也為本廠節約成本,我們除了將主電源降壓外,還引進了一支10KV外來電源,在一次設備需要停電檢修或110KV電源失壓,可由外來電供工廠一類負荷使用,以110KV降壓變為主,10KV外來電為輔,兩者也互為備用,這提高了工廠供電的可靠性.關鍵詞高壓供電方案、電氣主接線、短路電流計算、設備選型、配電裝置、繼電保護、防雷接地前言變電所是電力網中線路的連接點,它是聯系發電廠和用戶的中間環節,作用是變換電壓、交換功率和匯集、分配電能,它直接影響整個電力系統的安全與經濟運行。變壓器是變電所重要的電氣設備,由于變壓器本身結構復雜、造價昂貴,一旦因故障而遭到損壞,其檢修難度大,檢修時間長,將造成巨大的經濟損失。近年來,隨著電力系統規模的擴大,電壓等級的升高,大容量變壓器應用日趨增多,對變壓器保護有更高的要求。母線的安全可靠運行也會影響變電所的正常運轉。當母線上發生故障時,如果不能迅速切除故障,將會破壞變電所的穩定運行,嚴重時將造成電力系統的重大事故。因此,在重要的35kV及其以上的發電廠或變電所的母線上,都需要裝設專用的母線保護裝置。保護的合理配置以及整定計算是變電站繼電保護設計的一個重要環節,保護的合理設計與選型是保證電網安全穩定運行的基礎,而保護定值的正確與否決定著保護裝置能否有效發揮作用。無論保護裝置采用的原理多么先進,算法多么精確,硬件設計多么嚴密可靠,如果給定的整定值是錯誤的,則保護裝置就不可能正常工作,所以正確的繼電保護整定值是繼電保護裝置有效發揮作用的一個重要條件。因此掌握相關保護原理和正確的整定計算是確定合理的保護配置方案設計的必要條件。本設計以10KV站為主要設計對象,分為任務書和說明書兩部分,同時附有電氣主接線圖、主變壓器繼電保護圖、10KV出線繼電保護圖和中央信號裝置接線圖進行說明。設計包括電氣主接線的論證、短路電流計算、主要電氣設備的選擇及校驗等。在主接線設計中,從經濟性、靈活性、可靠性三個方面進行比較,最后選擇35kV采用單母線接線方式,在10kV側采用單母線接線方式。高壓供電系統設計供電系統的設計方案1.1、供電方案擬定本變電所電源進線可為35KV或10KV的兩路,按照要求正常的情況下一路運行,一路為備用。配電母線為10KV,負荷出線有9回。且主要用電設備均要求不間斷供電,停電時間超過兩分鐘會造成產品報廢,對供電可靠性要求較高；故主要車間及輔助設施均為I類負荷。因此考慮配電母線采用單母線分段接線,為提高供電可靠性,10KV擬采用成套開關柜單層布置。電源進線,則可取兩路35KV、兩路10KV或一路35KV一路10KV,三種不同方案。1、方案一工作電源與備用電源均采用35KV電壓供電。此方案中,總降壓變電所內裝設兩臺主變壓器。在設計35kV變電所主接線時考慮負荷為I級負荷,工廠總降壓變電所的高壓側接線方式可考慮單母線分段、內橋式、外橋接線三種方式,對其進行分析比較。〔1、單母線分段接線用分段斷路器〔或分段隔離開關將單母線分成二段,母線分段后,可提高了供電的可靠性和靈活性。兩段母線可并列運行也可分裂分行,當兩路電源一用一備時,分段斷路器接通運行,當某段母線故障,分段斷路器及故障段電源段斷路器在繼電保護裝置作用下自動斷開只停該段。兩路電源同時工作互為備用時,分段斷路器則斷開運行,當某段電源回路故障而使其斷路器斷開時,備用電源自動投入使分段斷路器接通,可保證繼續供電。可以看出單母線分段能供給一級負荷,并且由于采用分段形式,變壓器一用一備,較之單母線在一定程度上大大提高了供電的可靠性和靈活性。缺點：分段單母線接線增加了分段設備的投資和占地面積；某段母線故障或檢修仍有停電問題；某回路的斷路器檢修,該回路停電；主要適用于35～63KV配電裝置出線回路數為4～8回路時。如下圖1-1所示：圖1-1分段單母線接線〔2、內橋式接線橋連斷路器QF3在QF1、QF2的變壓器側,當其中一回線路檢修或故障時,其余部分不受影響,其中一回線路檢修或故障時其余部分不受影響,操作較簡單,但在變壓器切除、投入或故障時,造成一回升路短時停運,倒閘操作較復雜；線路側斷路器檢修時,線路停電時間長。內橋接線適用于輸電線路較長或變壓器不需經常投、切的配電方案。如下圖1-2所示：圖1-2內橋主接線〔3、外橋主接線橋連斷路器QF3在QF1、QF2的線路側,外橋式的操作特點及適用范圍恰恰與內橋式相反。其一回線路檢修或故障時,有一臺變壓器短時停運,操作較復雜；變壓器投切或故障時不影響其余部分操作較簡單；變壓器側斷路器檢修時變壓器需較長時間停動。外橋接線適用于輸電線路較短或變壓器需經常投切的配電方案。如下圖1-3所示：圖1-3外橋主接線由本次設計的基本要求來看,變壓器不會頻繁切換,35kV總降壓變電所外部電網供電因此線路長,內橋式接線是無母線制,可以省去母線的投資費用,內橋式接線在其中一回線路檢修或故障時其余部分不受影響,操作較外橋式簡單,綜上因素,選定內橋式接線方式可滿足安全、可靠、靈活、經濟的基本要求,因此決定采取內橋式的接線方式。2、方案二工作電源與備用電源均采用10KV電壓供電,兩路電源進線均采用斷路器分別接在10KVI、II段母線上。3、方案三工作電源采用35KV電壓供電,備用電源采用10KV電源供電。35KV線路經架空線路引入總降壓變電所,裝設一臺主變壓器,高低壓側各裝設一臺斷路器,接在10KVI段母線上,備用電源采用10KV電壓供電經一臺斷路器接在10KIVII段配電母線上,接線圖如下圖1-4所示：圖1-42供電系統方案的論證工廠供電設計要滿足生產工藝提出的各項要求并保證安全可靠的供電,并力求經濟合理,投資少,運行維護費用低。因此,對上述三個方案進行技術和經濟方面的比較,選擇一個合理的最佳方案。技術經濟比較一般包括技術指標、經濟計算和有色金屬消耗量三個方面。一、方案的優點和缺點分析1、方案一工作電源和備用電源均采用35KV供電優點：供電電壓高,線路功率損耗少。電壓損失小,調壓問題容易解決。要求的功率因數值低,所需補償容量小,可減少投資。供電的安全可靠性高。缺點：工廠內要設置總降壓變電所,占用的土地面積多。裝設兩臺變壓器投資及運行維護費用高。2、方案二工作電源和備用電源均采用10KV供電優點：工廠內不設主變壓器,可以簡化接線。降低了投資及運行維護成本。工廠內不設總降壓變電所,可以減少占地面積、管理人員及維護工作量。缺點：供電電壓低,線路的功率損耗增大,電壓損失也大。要求的功率因數值高,需增加補償裝置及相關設備的投資。工廠內設總配電所,供電的安全可靠性不如35KV。3、方案三工作電源采用35KV供電,備用電源采用10KV供電。此方案的技術經濟指標介于方案一和方案三之間。根據原始資料中要求兩路電源正常時只使用一路供電,工作電源停用時才使用備用電源供電。因此該方案較好,備用電源供時時間較少,該方案既能滿足供電可靠性的要求,投資也相對較少。1.3供電方案的比較1、方案一工作電源和備用電源均采用35KV供電根據原始資料提供全廠計算負荷為4735.24KVA,考慮到原始資料要求兩路電源正常時只使用一路供電,工作電源停用時才使用備用電源供電。本方案先用5000KVA的變壓器兩臺,型號為S11-5000/35,電壓為35/10KV,查表得知變壓器的主要技術數據：表1-1變壓器的主要技術數據型號S11-5000/35聯接組標號Yd11空載損耗△P04.88KW短路損耗△Pk31.2kw阻抗電壓UK%7%空載電流I0%0.6%變壓器的有功功率損耗：△Pb=n△P0+△Pk〔Sjs/Sbe2已知：n=2,n為變壓器臺數,Sjs=4735.24KVA,Sbe=5000KVA。所以,△Pb=2×4.88+×31.2×〔4735.24÷50002=23.75KW。變壓器的無功功率損耗為：△Qb=n〔I0%/100Sbe+<UK%/100>Sbe〔Sjs/Sbe2=2×〔0.6÷100×5000+×〔7÷100×5000×〔4735.24÷50002=216.96KVar35KV線路的功率：Pjs＇＝Pjs＋△Pb=4522+23.75=4545.75KWQjs＇=Qjs+△Qb=1405+216.96=1621.96KVarSjs＇===4826.45KVA35KV線路功率因數:COSφ=Pjs＇/Sjs＇=4545.75/4826.45=0.94COSφ=0.94＞0.9,合格。導線在運行中,在電流流過時導線的溫度會升高。溫度過高將會降低導線的機械強度,加大導線接頭處的接觸電阻,增大導線的弧垂。為保證導線在運行中不致過熱,要求導線的最大負荷電流必須小于導線的允許載流量,即Ijs′<lyx。按照國家電線產品技術標準規定,經過查表,35KV線路選用LGJ-35鋼芯鋁絞線架設,幾何均距確定為2.5米。查表得：r0=0.85Ω/km,x0=0.417Ω/km.電壓損失：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,電壓損失合格。2、方案二工作電源與備用電源均為10KV電源供電。根據全廠計算負荷Sjs=4735.24KVA,可以計算處10KV線路的負荷電流。Ijs＇=Sjs/=4735.24〔/×10=273A功率因數：COSφ=Pjs/Sjs=4522/4735.24=0.95,合格。根據導線的發熱條件,10KV線路選用LGJ-70鋼芯鋁絞線架設,幾何均距確定為1.5米,查表得到：r0=0.46Ω/Km,x0=0.365Ω/Km。電壓損失：u=〔r0×Pjs×L+x0×Qjs×L/ue<L=5Km>=<0.46×4522×5+0.365×1405×5>/10=1.3KVu=1.3＞10×5%=1.75KV,電壓損失不合格。電壓損失過大,為了降低電壓損失,10KV線路考慮選用LGJ-120鋼芯鋁絞線架空架設,幾何均距確定為1.5米。查表得：r0=0.27Ω/Km,x0=0.335Ω/Km。u=〔r0×Pjs×L+x0×Qjs×L/ue<L=5Km>=<0.27×4522×5+0.335×1405×5>/10=0.85KVu=0.85＞10×5%=0.5KV,電壓損失仍然不合格。3、方案三工作電源采用35KV電源供電,備用電源采用10KV電源供電。〔1、35KV電源供電時：根據全廠計算負荷為4735.24KVA,廠內總降壓變電所設一臺容量為5000KVA的主變壓器,型號為：S11-5000/35,電壓為35KV/10KV,查表得到變壓器的主要技術數據如下：△P0=4.88KW,短路損耗△Pk=31.2KW,阻抗電壓UK%=7,空載電流I0%=0.6。變壓器的有功功率損耗為：△Pb=n△P0+△Pk〔Sjs/Sbe2已知：n=1,n為變壓器臺數,Sjs=4735.24KVA,Sbe=5000KVA。所以,△Pb=1×4.88+1×31.2×〔4735.24÷50002=32.78KW。變壓器的無功功率損耗為：△Qb=n〔I0%/100Sbe+<UK%/100>Sbe〔Sjs/Sbe2=1×〔0.6÷100×5000+1×〔7÷100×5000×〔4735.24÷50002=313.91KVar35KV線路的功率：Pjs＇＝Pjs＋△Pb=4522+32.78=4554.78KWQjs＇=Qjs+△Qb=1405+313.91=1718.91KVarSjs＇===4868.34KVA35KV線路功率因數:COSφ=Pjs＇/Sjs＇=4554.78/4868.34=0.936COSφ=0.936＞0.9,合格。導線在運行中,因其中有電流流過,將使導線穩定升高,溫度升高將會降低導線的機械強度,加大導線接頭處的接觸電阻,增大導線的垂度。。為保證導線在運行中不致過熱,要求導線的最大負荷電流必須小于導線的允許載流量,即Ijs＇＜Iys。按照國家電線產品的技術標準規定,經過查表,35KV線路選用LGJ-35鋼芯鋁絞線架設,幾何均距確定為2.5米。查表得到：r0=0.85Ω/Km,x0=0.417Ω/Km。電壓損失：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,電壓損失合格。〔2、10KV備用電源供電時：計算負荷僅考慮一級負荷的使用,根據設計任務書的要求,Pjs=3724KW,Qjs=1407.6KVar,===3865.5KVA,由此可以計算出10KV備用電源供電時線路的負荷電流。=/=3868.5/〔×10=223.35A根據導體發熱條件,10KV線路考慮選用LGJ-120鋼芯鋁絞線架設,幾何均距確定為1.5米,L=7Km,查表得到r0=0.27Ω/Km,x0=335Ω/Km。由此可以計算出10KV備用電源線路的電壓損失。u=〔r0×Pjs＇×L+x0×Qjs＇×L/ue<L=7Km>=〔0.27×3724×7+0.335×1047.6×7/10=0.95KVu=0.95＞10×5%=0.5KV,電壓損失有點偏高,但因作為備用電源,運行時間短,可以滿足供電要求。4、三個方案的綜合比較通過對三個供電方案進行的經濟技術指標的分析技術,可以得出一下結論：方案一：供電可靠,運行靈活,線路損耗小,但因要裝設兩臺主變壓器和三臺35KV高壓斷路器,使投資較大。方案二：工作和備用電源均采用10KV線路供電,無需裝設主變壓器,投資最少,但線路損耗較大,電壓損失嚴重,無法滿足一級負荷長期正常運行的要求,故方案不可行。方案三：介于方案一和方案二之間,正常運行時由35KV線路供電,線路損耗低,運行方式靈活,電壓損耗小,能滿足和長期正常運行的需要,35KV線路檢修或故障時,10KV備用線路投入運行,期間電源損失較大,但這種情況出現幾率很少,且運行時間也不會很長。從設備投資來說,方案三比方案已減少一臺主變壓器和兩臺35KV高壓斷路器,占用場地也相對較少,因此投資也大為降低,至于備用線路的電壓損失問題,可以采用提高導線截面的辦法得到改善。綜上所述,選定方案一及方案三,由經濟估算比較可知,方案三的總和投資及運行維護費用均低于方案一。從供電可靠性、靈活性、經濟性三方方面綜合考慮,決定采用方案三,即采用正常運行時35KV單回路供電,事故或檢修是采用10KV備用電源供電方案作為本次設計的最終方案。電氣主接線的設計1電氣主接線設計原則電氣主接線是發電廠和變電站電氣部分的主體,它反映各電氣設備的作用、連接方式和回路間的相互關系。所以,他的設計直接關系的全廠〔站電氣設備的選擇、配電裝置的布置,繼電保護、自動裝置和控制方式的確定,對電力系統的安全、經濟運行起到決定的關鍵作用。我國《變電所設計技術規程》SDJ2-79規定：變電所的主接線應根據變電所在電力系統中的地位、回路數、設備特點及負荷性質等條件確定,并且滿足運行可靠,簡單靈活、操作方便和節約投資等要求,便于擴建。一、可靠性：本廠絕大部分用電設備均屬長期連續負荷,要求不間斷供電,停電時間超過2分鐘將造成產品報廢；停電時間超過半小時,主要設備池,爐將會損壞；全廠停電將造成嚴重經濟損失,故主要車間級輔助設施均為Ⅰ類負荷；所以,安全可靠是電力生產和分配的首要任務,保證供電可靠和電能質量是對主接線最基本要求。1、主接線可靠性的具體要求：〔1斷路器檢修時,不宜影響對系統的供電；〔2斷路器或母線故障以及母線檢修時,盡量減少停運出線的回路數和停運時間,并要求保證對I類負荷和II類負荷的供電；〔3盡量避免變電所全部停運的可靠性。二、靈活性：主接線應滿足在調度、檢修及擴建時的靈活性。〔1調度靈活操作方便。可以靈活地操作,投入或切除變壓器及線路,調配電源和負荷,滿足系統在正常、事故、檢修及特殊運行方式下的要求。〔2檢修安全。應能方便地停運線路、斷路器、母線及繼電保護設備,進行安全檢修而不影響系統的正常運行及用戶的供電要求；〔3擴建方便。變電站的建設要考慮工廠擴產變電站后續發展留有空間,應能容易地從初期過渡到其最終接線,使在擴建時一次、二次設備所需的改造最小。三、經濟性：主接線在滿足可靠性、靈活性要求的前提下做到經濟合理。〔1投資省：主接線應簡單清晰,以節約斷路器、隔離開關、電流和電壓互感器、避雷器等一次設備的投資,要能使控制保護不過復雜,以利于運行并節約二次設備和控制電纜投資；要能限制短路電流,以便選擇價格合理的電氣設備或輕型電器；在終端或分支變電所推廣采用質量可靠的簡單電器；〔2電能損耗小。年運行電能損耗費、折舊費及大修理費、日常檢修要小,其中電能損耗主要由變壓器引起的,因此要合理地選擇主變壓器的型式、容量、臺數及避免兩次變壓而增加損耗。〔3占地面積小。主接線要為配電裝置布置創造條件,以節約用地和節省構架、導線、絕緣子及安裝費用。在不受運輸條件許可,都采用三相變壓器,以簡化布置。2.2電氣主接線圖說明本次設計根據前面的技術、經濟比較選擇方案三：正常運行時采用35KV供,35KV供電系統故障或檢修時,采用10KV備用電源系統供電。10KV配電系統采用單線分段接線。總降壓變電所設一臺主變壓器,型號為S11-5000/35,以35KV架空線從電力網中引入作為工作電源。在變壓器的高壓側裝設一臺ZW30-40.5/1600型真空斷路器,便于變電所的控制和檢修。主變壓器低壓側經ZN5-10/630真空斷路器接在10KVI段母線上。10KV備用電源經架空線引入經ZN5-10/630真空斷路器接在10KVII段母線上,I、II段之間設母聯斷路器ZN5-10/630。總降壓變電所的10KV側采用單母線分段接線,選用LMY型硬鋁母線,各車間的一級負荷都由兩段母線供電,提高了供電的可靠性。根據規定,10KV備用電源只有在35KV主電源停運及主變壓器故障或檢修時,才能投入使用。因此,在正常運行方式下,主變壓器兩側開關合上,10KV母線分段開關合上,備用電源開關斷開。在備用電源開關上裝設備用電源自動投入裝置〔APD,當工作電源故障時,自動投入備用電源,保證一級負荷車間的正常供電。5、當主變壓器檢修時,只需合上10KV備用電源進線開關就可以實現一級負荷車間的正常供電。。畫出電氣主接線圖,如附錄一。6、對電氣主接線圖的說明：總降壓站設一臺主變壓器,型號為：S11-5000/35,電壓為35KV/10KV,以35KV架空線從電力外網中引入作為工作電源,為了監測線路電壓情況和絕緣水平,線路側安裝一臺三相五柱式電壓互感器,在線路側還安裝一臺避雷器,防止雷電波沿線路侵入降壓站。架空線經裝隔離開關3011、進線斷路器QF4接到主變壓器35KV高壓側,主變壓器10KV側接斷路器QF2,經隔離開關1011接到10KVⅠ段母線上。10KV備用電源經過架空線進入降壓站,線路側也安裝一臺電壓互感器用于線路電壓的監測和一臺避雷器。10KV備用電源進線進入降壓站后通過隔離開關1021、進線斷路器QF1和母線側隔離開關1022接到10KVⅡ段母線上。10KVⅠ、Ⅱ母線用一臺母聯斷路器QF3連接,母聯斷路器兩側分別接母聯隔離開關0101和0102。正行運行情況下,母聯隔離開關0101、0102和母聯斷路器QF3均合上,Ⅰ、Ⅱ母線同時運行。備用電源進線斷路器QF1斷開。備用電源進線安裝備用電源自動投入裝置APD,當工作電源故障時自動投入備用電源,保證一級負荷的供電正常。10KVⅠⅡ段母線各接車間的負荷出線共9條第三章短路電流計算在電力系統的運行過程中,常常會受到各種因素而發生各種故障或短路事故。例如設備絕緣老化造成擊穿,發生短路事故,大風造成樹枝與高壓線路接觸造成接地短路,小動物進入配電設備造成的短路事故,誤操作造成的短路事故等等。電力系統短路事故包括對稱短路事故和不對稱短路事故,對稱短路事故指三相短路事故,不對稱短路事故包括單相接地短路事故,兩相短路事故,兩相接地短路事故和三相接地短路事故,還有斷相事故。對于電機類設備有匝間短路等。發生短時事故有時是很難避免的,也是無法預測的。發生短路事故后如何控制停電范圍,減少事故造成的損失就是繼電保護的目的。因此短路電流的計算就是繼電保護設計的基礎,是使繼電保護能夠滿足要求的關鍵。3.1短路電流計算的條件為了簡化計算工作量,本次設計短路電流的計算采用等值電路標幺值進行計算。短路計算的基本假設：假設外系統是一個無限大容量電力系統。標幺值計算基準容量定為1000MVA。35KV側基準電壓為37KV,10KV側基準電壓為10.5KV。采用等值電路進行計算,忽略電阻值。最大運行方式：按A變電站兩臺變壓器并列運行考慮。最小運行方式：按A變電站兩臺變壓器分裂運行考慮。根據電氣主接線圖,畫出干線圖3-1如下：圖3-1從圖上可以看出,短路點d1在總降壓站35KV側,短路點d2在總降壓站10KV母線側。為便于計算,根據短路電流干線圖,畫出基本等值電路圖,如下圖3-2：基本等值電路圖3-23.2計算各元件的電抗標幺值電源電抗=Sj/Sd=1000/1918=0.52<2>三圈變壓器：=0.5×〔Uk1-2+Uk1-3-Uk2-3/100×<Sj/Sbn>=0.5×〔10.5+17-6/100×<1000/31.5>=3.49=0.5×〔Uk1-2+Uk2-3-Uk1-3/100×<Sj/Sbn>=0.5×〔10.5+6-17/100×<1000/31.5>=-0.08線路：=x0LSjU2j1=〔0.4×5×1000、372=1.46雙圈變壓器：=〔Uk/100×<Sj/Sbn>=<7/100>×<1000/5>=143.3短路電流計算1、最大運行方式下的短路電流Ik〔1等值電路圖3-3如下：圖3-3〔2短路電流Ik因為=,,得到=當K1點發生短路時：IK1=ish=2.55Ik1=2.55×4.2=10.7KAIsh=1.51×IK1=1.51×4.2=6.3KASK1=I*K1×Sj=<1/3.765>×1000=269MVA當K2點發生短路時：ish=2.55Ik2=2.55×3.1=7.9KAIsh=1.51×IK2=1.51×3.1=4.67KASK2=I*K2×Sj=<1/17.765>×1000=56MVA最小運行方式下的等值電路等值電路圖：圖3-4〔2短路電流IK因此,,得到=當K1點發生短路時：IK1=ish=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當K2點發生短路時：ish=2.55Ik2=2.55×2.8=7.1KAIsh=1.51×IK2=1.51×2.8=4.23KASK2=I*K2×Sj=<1/19.55>×1000=51MVA短路電流計算結果表：表3-1運行方式短路點短路電流Ik〔KA沖擊電流ish〔KA短路容量Sd〔MVA最大運行方式K14.210.7269K3.17.956最小運行方式K12.817.17180K2.87.151第四章主要電氣設備選擇4.1電氣設備選擇的一般原則一、概述電氣設備的選擇是變電所設計的重要內容,正確地選擇設備關系到供配電是否安全、經濟運行的重要條件。選型時,應根據設備參數、計算結果、環境因素等工程實際情況,在保證安全、可靠的前提下,積極穩妥地采用新技術,新設備,并綜合考慮減少項目投資,達到項目投資省、運行費用低、能耗小的目的。電氣設備的選擇必須遵循國家相關技術規范和經濟政策,項目要技術先進、經濟合理、安全可靠、運行方便和適當的留有發展余地,以滿足電力系統安全經濟運行。電氣設備要能安全可靠的工作,必須按正常工作條件進行選擇,并按短路狀態來校驗電氣設備的熱穩定和動穩定,應能在長期工作條件下和發生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。二、電氣設備選擇的一般條件及原則1、按正常工作條件選擇電氣設備〔1按額定電壓選擇電氣設備的額定電壓UN就是其銘牌上標出的線電壓,另外還標出允許最高工作電壓Ualm。由于電力系統負荷的變化、調壓及接線方式的改變而引起功率分布和網絡阻抗的變化等原因,往往是的電網某些部分的實際運行電壓高于電網的額定電壓UNs,所選電氣設備的最高允許工作電壓Ualm不得低于所在電網的最高運行電壓Usm,即≥對于電纜和一般電器,較高10%-15%,即：=〔1.1-1.15而對于電網,由于電力系統采取各種調壓措施,電網的最高運行電壓通常不超過電網額定電壓的10%。即：可見,只要不低于就能滿足≥,所以一般按照≥選擇。裸導體承受電壓的能力由絕緣子及安全凈距保證,無額定電壓選擇問題。〔2按額定電流選擇電氣設備的額定電流是指額定環境條件下電氣設備長期運行所允許的電流。當實際環境條件不同于額定條件時,電氣設備長期運行允許的電流要進行修正,經修正后的長期允許運行電流不得低于所在回路在各種可能運行方式下的最大持續工作電流,即＝<A>K--------綜合修正系數------電氣設備所在回路最大持續工作電流〔3按當地環境條件選擇所選電氣設備種類〔如戶內還是戶外和類型應符合電器的安裝地點、使用條件、檢修和運行的要求。還要符合當地的環境條件。2、按短路條件校驗電氣設備為使所選電器具有足夠的可靠性、經濟性和合理性,并在一定的時期內適應系統的發展需要,作為校驗用的短路電流應如下條件確定：〔1容量和接線：容量應按本工程及最終容量計算,并考慮到電力系統的遠景發展；其接線應采用可能發生最大短路電流的正常方式。〔2短路種類：一般按三相短路校驗,但若某些系統或設備兩相、單相接地短路的短路電流更大,則按最嚴重方式進行校驗。〔3短路計算點：應選擇通過校驗對象的短路電流為最大的那些點作為短路電流計算點。校驗電氣設備的熱穩定和開斷能力時,必須合理地確定短路計算時間。熱穩定校驗時間：〔s-----后備繼電保護動作時間-----斷路器全開斷時間-----斷路器固有分閘時間-----斷路器開斷時電弧持續時間開斷能力的短路計算時間：〔s-----主繼電保護動作時間3、熱穩定和動穩定校驗〔1熱穩定校驗：熱穩定就是要求所選電氣設備能承受短路電流所產生的熱效應,在短路電流通過時,電氣設備各部分的溫度應不超過允許值。導體和電纜滿足熱穩定的條件：<mm2>S-------按正常工作條件選擇的導體或電纜的截面積-----按熱穩定確定的導線或電纜截面積電器滿足熱穩定的條件為：<KA>2.S------廠家給定的允許通過電器的熱穩定電流t-------廠家給定的允許通過電器的熱穩定時間-----短路電流流過電器時所產生的熱效應〔2動穩定校驗：動穩定就是要求電氣設備能承受短路電流流過時沖擊電流所產生的電動力效應。硬導體滿足動穩定的條件為：〔Pa-----導體材料最大允許應力-----導體最大計算應力電器滿足動穩定的條件：〔KA-----電器允許通過的動穩定電流幅值----短路沖擊電流幅值,一般高壓斷路器時,=2.55；發電機機端或母線短路時,=2.69；為短路電流周期分量的起始值。4.235KV側高壓電氣設備的選擇其主要設備包括：高壓斷路器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器和避雷器。一、35KV斷路器選擇高壓斷路器是電力系統最重要的的控制和保護設備。它的功能是接通和斷開正常工作電流、過負荷電流和故障電流。它是開關電器中最為完善的一種設備。1、高壓斷路器的選擇及校驗原則高壓斷路器的選擇主要考慮以下方面：〔1種類和形式選擇一般35KV回路的斷路器多選用真空斷路器,也可用六氟化硫斷路器。〔2額定電壓選擇——電氣設備的額定電壓；——電網的額定電壓。〔3額定電流選擇Ial=KIN≥ImaxIal——電氣設備經綜合修正后長期允許電流；K——溫度修正系數；Imax——電氣設備所在回路的最大持續工作電流〔4額定開斷電流選擇——電氣設備的額定開斷電流；——實際開斷瞬間的短路全電流有效值。〔5額定關合電流的選擇〔6熱穩定校驗——短路電流通過電器時所產生的熱效應；——制造廠規定的允許通過電器的熱穩定電流；——制造廠規定的允許通過電器的熱穩定時間。〔7動穩定校驗——電器允許通過的極限電流；——短路沖擊電流。2、35KV斷路器的選擇主變35KV供電回路最大持續工作電流為:根據規定,在發電機、變壓器回路時一般考慮1.05的額定電流,因此根據35KV斷路器的UN、Imax及安裝在屋外的要求,可選擇ZW30-40.5/1600,查額定短時耐受電流持續時間為4S,取短路假想計算時間tk=1.5s根據上面計算出的短路電流值為短路電流周期分量的熱效應Qk斷路器選擇結果表4-1序號裝設地點電氣條件選擇要求ZW30-40.5/1600結論項目數據項目數據135KV≤40.5KV合格286.6＜1600A合格3Ik4.2KA＜31.5KA合格4ish10.7KA＜80KA合格526.46〔KA2?s＜It2t31.52×4=3969合格6ish10.7KA＜80KA合格由選擇結果可見各項條件均能滿足,故所選ZW30-40.5/1600型真空斷路器合格。二、35KV隔離開關選擇隔離開關是電力系統中常用的電氣,它可以在電氣設備檢修時,將被檢修設備與電源電壓隔離,以保證檢修工作的安全,也可以與斷路器配合使用,根據需要實現變電所的倒閘操作,還可以分合一些小電流電路,其選擇及檢驗原則同斷路器。1、隔離開關的選擇及校驗原則：隔離開關對配電裝置的布置和占地面積有很大的影響,應根據配電裝置特點、使用要求及技術經濟條件選擇其種類和型式。〔1種類和型式選擇考慮到占地面積和運行維護,選用雙柱V型戶外隔離開關。<2>額定電壓選擇——電氣設備的額定電壓；——電網的額定電壓。〔3額定電流選擇IN=ImaxIN——電氣設備的額定電流；Imax——電氣設備所在回路的最大持續工作電流。隔離開關需進行熱穩定和動穩定校驗：〔4熱穩定校驗——短路電流通過電器時所產生的熱效應。——制造廠規定的允許通過電器的熱穩定電流。——制造廠規定的允許通過電器的熱穩定時間。〔5動穩定校驗——電器允許通過的極限電流。——短路沖擊電流。35KV總降壓變電所主變壓器回路隔離開關的Imax、Qk與斷路器相同,選擇戶外型帶單接地開關的隔離開關：GW5-40.5D/1600-31.5,額定短時耐受電流時間為4S。隔離開關選擇結果表4-2序號裝設地點電氣條件選擇要求GW5-40.5D/1600-31.5結論項目數據項目數據135KV≤40.5KV合格286.6＜1600A合格526.46〔KA2?s＜It2t31.52×4=3969合格6ish10.7KA＜80KA合格由選擇結果可見各項條件均能滿足,故所選GW5-40.5D/2000-31.5型隔離開關合格。三、35KV電壓互感器選擇1、電壓互感器選擇原則電壓互感器應按下列技術條件選擇：一、二次電壓應滿足要求；應根據環境溫度、污穢等級、海拔高度等環境條件選擇種類和型式；根據接入的測量儀表,繼電器和自動裝置等設備對準確度等級的要求確定電壓互感器準確度等級；電壓互感器容量要滿足接入的二次負荷功率；接線方式,在滿足二次電壓和負荷要求的條件下,電壓互感器應盡量采用簡單接線。35KV側進線裝設電流表3只,電壓表1只,功率表1只,有功電度表和無功電度表各1只。二次側負荷如下表所示：35KV電壓互感器二次負荷表4-3儀表名稱儀表型號電壓線圈數目每個線圈消耗功率〔VACOSΦ負荷AB相BC相PabQabPbcQbc電壓表ITI-V14.514.5---功率表IDI-W10.7510.75-0.75-有功電表DS-I11.50.380.571.390.571.39無功電表DX-I11.50.380.571.390.571.39合計6.392.781.892.78求各相負荷：A相負荷為：B相負荷為：C相負荷為：可見,B相負荷較大,故應按B相總負荷進行選擇：查表可選JDJJ2-35型單相油浸式電壓互感器,0.5級的二次繞組額定容量為150VA。因B相負荷較大,所以按照B相負荷進行校驗。故所選單相油浸式電壓互感器JDJJ2-35滿足使用要求。四、35KV電流互感器選擇1、電流互感器的選擇原則〔1一次回路額定電壓和電流的選擇U≥UI=KI≥IK-----溫度修正系數,I---電流互感器一次額定電流,A〔2額定二次電流的選擇額定二次電流I有5A和1A兩種,一般弱電系統用1A,強電系統用5A,當配電裝置離控制室較遠時,為能使電流互感器能多帶二次負荷或減少電纜截面,提高準備度,盡量選擇1A。〔3種類和型式的選擇根據安裝地點〔如屋內屋外、安裝方式〔如穿墻式、支持式、裝入式等、及產品情況來選擇電流互感器和種類和型式。〔4準確級選擇電流互感器的準確級不得低于所供儀表的準確級；當所供儀表要求不同準備級時,應按其中要求準確級最高的儀表來確定電流互感器的準確級。〔5按二次側負荷選擇電流互感器二次側每相儀表和繼電器負荷,其中最大相負荷S不大于互感器在該準確級所規定的額定容量即：S≤〔V·A〔6熱穩定校驗電流互感器熱穩定校驗按一次回路導體的電流進行校驗,常以1s允許通過的熱穩定電流I或I對一次額定電流I的倍數〔=I/按下式檢驗：或〔I≥——短路電流通過電器時所產生的熱效應。〔5動穩定校驗為了便于設備的安裝、運行、維護和檢修,35KV系統的電流互感器全部選擇成一致,按最大短路電流回路來校驗。35KV電流互感器二次負荷4-4儀表名稱儀表型號電流線圈數目A相B相C相VAΩVAΩVAΩ電流表ITI-A130.1230.1230.12功率表IDI-W11.450.0581.450.058有功電表DS-I10.50.02--0.50.02無功電表DX-I10.50.02--0.50.02合計5.450.21830.125.450.218根據電流互感器安裝的處電電壓35KV,最大工作電流86.6A和安裝地點的要求,初選LCWB-35-150/5油浸式戶外電流互感器,由于所選電流互感器除用于電流測量和繼電保護外,還用于電度計量,所以選用0.5級,二次額定負荷阻抗為2Ω,互感器變比為150/5,動穩定電流,熱穩定電流。由于選擇的隔離開關與35KV斷路器在同一回路,因此其、、、計算數據與斷路器相同,即=10.7KA,===26.46[kA·S]由上表可以看出,A、C相負荷最大,為Sn=5.45VA,其阻抗為電流互感器的接線采用不完全星型接線,連接線的計算長度,則選擇截面為2.5mm2的銅導線。熱穩定校驗：動穩定校驗：故所選擇的油浸式戶外電流互感器LCWB-35-150/5滿足使用要求。五、35KV避雷器選擇由雷電擊產生的過電壓波,將由線路傳到變電所,危及所內電氣設備的絕緣。為了限制由線路傳來的過電壓波的幅值。需要裝設避雷器。系統額定電壓：與被保護系統的額定電壓相符；在信息技術系統中此參數表明了應該選用的保護器的類型,它標出交流電壓的有效值。額定電壓〔滅弧電壓：指避雷器能夠保證可靠熄滅工頻續流電弧的條件下,允許加在避雷器上的最高工頻電壓；額定電壓值必須與被保護系統的標稱電壓相符,以及在系統安裝書的規范限制內。對35KV及以下的中性點不接地系統和經消弧線圈接地的系統,則分別取系統最大工作線電壓的110%和100%。沖擊放電電壓及殘壓：是說明避雷器保護性能的兩個特性參數。它們越小,被保護設備的絕緣水平可以越低。在220KV及以下系統中一般不會越過5KA。對這些電壓等級的避雷器,都是按波形,峰值為5KA的沖擊電流來測量殘壓。工頻放電電壓：對避雷器的工頻放電電壓要規定上限和下限。35KV及以下系統此值取3.5倍相電壓。根據以上要求選擇JPBHY5CZ1-42/124*88組合式過電壓保護器。4.310KV側電氣設備的選擇選擇設備的方法與35KV選擇時相同。1、變壓器低壓側及備用電源進線設備的選擇10KV側電氣設備選擇參數比較表4-5設設備名稱型號計算數據選擇要求斷路器ZN28<A>-12隔離開關GN15-12電壓互感器JDJ2-10電流互感器LAT-10-300/5避雷器JPBHY5CR3-12.7結論≤12KV10KV10KV10KV10KV合格<630A630A630A300/5A-合格<20KA20KA20KA20KA-合格<1600200020002000-合格<50KA50KA50KA50KA-合格根據上表比較各種條件均滿足,故所選擇設備合格。2、10KV饋電線路設備的選擇以負荷最大的空氣壓縮車間為例,選用GG-10型高壓開關柜,見下表：10KV饋電線路設備選擇參數表4-6設設備名稱型號計算數據選擇要求斷路器ZN28<A>-12隔離開關GN15-12電流互感器LAT-10-300/5結論≤12KV10KV10KV合格<630A630A300/5A合格<20KA20KA20KA合格<160020002000合格<50KA50KA50KA合格根據上表比較各種條件均滿足,故所選擇設備合格。3、10KV母線的選擇〔1導體類型的選擇10KV設備是戶內成套配電裝置,考慮方便布置、大電流、配線合理等等因素,10KV配電裝置采用硬導體。〔2按經濟電流密度選擇截面在正常情況下,各回路的持續工作電流考慮環境條件,查表得綜合校正系數K=0.88查表,選用3條40×4mm矩形鋁導體,平放時允許電流為456A,S=160mm2,滿足最大持續工作電流的要求。〔3導體的熱穩定校驗〔4導體的動穩定校驗導體截面系數得GG-10型高壓開關柜一般寬為1米,進線柜最寬為1.5米,因此上述校驗滿足動穩定要求。由于采用標準柜,故不必選擇支持絕緣子。第五章配電裝置設計配電裝置的分類及特點配電裝置是發電廠和變電所的重要組成部分,它是根據主接線的連接方式,由開關電器、保護和測量電器、母線和必要的輔助設備組建而成,用來接受和分配電能裝置。配電裝置按電器裝設地點的不同,又分為戶內和戶外配裝置。按其組成方式,又分為裝配式和成套式。1、戶內配電裝置的特點：安全凈距小并可分層布置,占地面積小；維護、巡視和操作在室內進行,不受外界氣象條件影響,比較方便；設備受氣象及外界有害氣體影響較小,可減少維護的工作是不是；建筑投資大。2、戶外配電置的特點：〔1安全凈距大,占地面積大便于帶電作業；〔2維護、巡視和操作在室外進行,受外界氣象條件影響；〔3設備受氣象及外界有害氣體影響較大,運行條件較差,須加強絕緣,并且設備價格較高；〔4土建工程量和費用少,建設周期知事,擴建較方便。3、成套配電裝置的特點：〔1結構緊湊,點地面積小；〔2運行可靠性高,維護方便；〔3安裝工作量小,建設周期短,而且便于擴建和搬遷；〔4消耗鋼材較多,造價較高。配電裝置的設計要求〔1必須認真貫徹國家的技術經濟政策,遵循上級頒發的有關規程、規范和技術規定；〔2節約用地是一條必須認真貫徹的重要政策；〔3保證運行可靠,按系統和自然環境特點,合理選擇設備,保證各種電氣的安全凈距,布置整齊、清晰,各間隔之間有明顯的界限；〔4保證人身安全和防火要求；〔5安裝、運輸、維護、巡視、操作和檢修方便。〔6在保證安全前提下,布置緊湊,力求節省材料和降低造價。〔7便于分期建設和擴建。35KV和10KV配電裝置設計〔135KV進線架構、變壓器及其它電器設備均采用戶外布置,進線架構均為平行布置；〔210KV配電裝置采用成套戶外布置,由于電氣設備采用成套高壓開關柜,因此戶內布置比較簡單；〔3在配電室附近設控制室和值班室。主變壓器繼電保護設計6.1繼電保護概述在電力系統中中為防止系統事故保證非故障部分仍能可靠地供電,并維持電力系統運行的穩定性,要求迅速有選擇地切除故障元件,切除故障的時間非常短,短到十分之幾秒到百分之幾秒,只有供助于安裝在每一個電氣設備上的自動裝置即斷電保護來實現。斷電保護的基本要求可慨括為可靠性、速動性、選擇性和靈活性四個方面〔1可靠性：保護裝置在其規定的保護范圍內發生了它應該動作的故障時,它不應該拒絕動作,而在任何其他該保護不應該動作情況下,則不應該錯誤動作。〔2速動性：能快速地切除故障可以提高電力系統并列運行的穩定性,減少用戶在電壓降低的情況下的工作時間,經及縮小故障元件的損壞程度,因此發生故障時,力求保護裝置能迅速動作切除故障。〔3選擇性：斷電保護裝置動作時,僅將故障元件從電力統統中切除,保證系統中非故障元件仍然繼續運行,盡量縮小停電范圍。〔4靈敏性：對保護范圍內發生故障或非正常運行狀態的反應能力,是在事先規定的保護范圍內部發生故障時,不論短路點的位置、類型如何,以衣短路點是否有過渡電阻,都能敏銳感覺、正確反應。2、斷電保護的分類,按其所起作用可分為主保護和后備保護。6.2主變壓器繼電保護方案選擇電力變壓器是電力系統中使用相當普遍和十分重要的電氣設備,它一旦發生故障將對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重的后果,同時大容量的電力變壓器也是十分貴重的,一旦損壞,將遭受嚴重的經濟損失。為了保證變壓器的安全運行、防止故障的擴大,按照變壓器可能發生的故障,裝設靈敏、快速、可靠和選擇性好的保護裝置是十分必要的。變壓器的故障分為油箱內和油箱外的故障兩種。油箱內部故障包括繞組的相間短路、接地短路、匝間短路以及鐵心燒損等。發生內部故障是很危險的,因為故障點的高溫電弧不僅會燒壞線圈絕緣和鐵芯,而且會由于變壓器油和絕緣材料在高溫下強烈氣化,嚴重的將引起爆炸,后果嚴重。油箱外的故障主要是套管和引出線上發生相間短路和接地短路。變壓器的故障包括單相線圈的匝間短路、線圈的多相短路,線圈和鐵芯絕緣破壞而引起的接地短路,高壓和低壓線圈之間的擊穿短路以及變壓器油箱、套管等漏油和線圈引出線可能出現的故障,還有變壓器外部故障引起的過電流和長時間過負荷,都是變壓器運行所不允許的。所以,由于上述的不同故障及不正常的運行情況,該5000KVA變壓器一般都要裝設下列保護：1、瓦斯保護2、縱差動保護3、復合電壓過電流保護；4、過負荷保護；5、主變絕緣監視保護等。6.3變壓器瓦斯保護瓦斯保護的原理：如下圖6-1所示,當變壓器正常運行時,因為瓦斯繼電器沒有氣體進入,繼電器的觸點斷開的,瓦斯繼電器不動作；當變壓器發生輕微故障時,瓦斯斷電器KG的一對上觸點閉合,夠成輕瓦斯保護,其動作后經過信號繼電器發出延時預報信號；當發生嚴重故障時,瓦斯繼電器KG的一對下觸點閉合,夠成重瓦斯保護,其動作后再經過信號繼電器KS啟動保護出口中間繼電器KCO,使變壓器的進線斷路器的跳閘線圈YT得電,跳開主變壓器兩側斷路器,有效地保護了變壓器事故的擴大。此外,為防止變壓器換油或進行試驗時引起重瓦斯保護誤動作跳閘,可利用切換片XB將跳閘回路切換到信號回路。瓦斯保護動作后,應從瓦斯繼電器上部排氣口收集氣體,進行分析。根據氣體的數量、顏色、化學成分、可燃性等,判斷保護動作的原因和故障性質。表6-1氣體性質故障原因處理要求無色、無臭、不可燃變壓器含有空氣允許繼續運行灰白色、有劇臭、可燃紙質絕緣物燒毀應立即停電檢修黃色、難燃木質絕緣部分燒毀應停電檢修深灰色或黑色、易燃油內閃絡、油質炭化分析油樣,必要時檢修瓦斯保護能反應油箱內各種故障,且動作迅速、靈敏性高、接線簡單,屬于變壓器的主保護之一,但不能反應油箱外的引出線和套管上的故障,故不能作為變壓器唯一的主保護,需與差動保護配合共同作為變壓器的主保護。6.4變壓器縱差動保護設計中降壓站主變壓器容量為5000KVA,裝設縱差動保護。縱差動的原理接線如下圖把示。縱差動保護用于保護變壓器繞組和引出線間的相間短路,其原理是：正常運行和外部故障時,保護不會動作,如圖6-2a所示,變壓器高壓側和低壓側兩部分有電流流過,在選擇電流互感器的變比及連接時,要使兩側的互感器二次側電流和大小相等,方向相反,因此在差動繼電器KD中流過的電流I=-=0,繼電器不會動作。當變壓器發生內部相間短路故障時,保護裝置動作,如6-2b所示,此時只有接于電源側的電流互感器有短路電流流過,其二次側的電流為,而接于負荷側的電流互感器的一二次側電流均為反向,此時流入差動繼電器KD的電流I=I-〔-=I+,當差動繼電器KD的整定值小于此電流時則差動繼電器KD動作,發出信號和跳閘。圖6-2主變壓器差動保護原理圖為了抑制電流互感器計算變比與實際變比不同而引起的不平衡電流及變壓器本身勵磁涌流所產生的不平衡電流,采用BCH-2型差動繼電器進行消除。差動線圈〔工作的作用：在正常運行及外部故障的情況下,通過差動線圈的電流僅是不平衡電流,其對線圈的影響可以被不平衡線圈消除到最小程度,不至于使差動繼電器動作,當保護區內故障,由于短路電流通過差動線圈,電流繼電器即可迅速動作切除故障。BCH-2型繼電器差動保護原理接線圖圖6-4BCH-2型繼電器差動保護原理接線兩個平衡線圈的作用：由于變壓器兩側的電流互感器變比不能完全匹配,其兩側的二次電流不相等,則在變壓器正常運行時,差動線圈中將有不平衡電流流過,為了消除不平衡電流的影響,通常將平衡線圈接入二次電流較小的一側,適當選擇平衡線圈的匝數,使其所產生的磁勢能完全抵消由變比不匹配所引起的磁勢,則在二次線圈中就不會感應電勢。因此繼電器中就沒有電流,也就消除了不平衡電流的目的。短路線圈的作用原理：用來消除不平衡電流中的非周期分量電流,也就是防止勵磁涌流,不讓差動繼電器誤動作。提高保護動作的可靠性。差動繼電器的結構原理圖如下。圖6-5差動繼電器的結構原理對BCH-2差動繼電器原理圖作些說明：BCH-2差動繼電器具有一個差動線圈Wcd一個二次線圈W2,兩個不平衡線圈Wph1和Wph2以及由Wd1和Wd2組成的短路線圈。BCH一2差動繼電器的動作安匝為60安匝,差動線圈在5、6、8、10、13、20匝處有抽頭,因此,繼電器的相應動作電流可整定為12、7．5、6、4.6、3安,如果平衡線圈不使用,還可以將平衡線圈當作差動線圈來使用,這時繼電器差動線圈的最多匝數為39匝,相應的最小動作電流為l.54安。BCH-2差動繼電器的短路線圈相等,并且有抽頭可以改變,當抽頭位于不同位置時它們的匝數不同,改變匝數可以得到繼電器躲開非周期分量不同的特性,即直流分量越大,所要求的一次交流動作電流越大,說明了速飽和變流器的作用；直流分量不變,短路線圈匝數越多,所要求的一次動作電流也越大,這就看出了短路線圈的作用；無直流分量在上述短路線圈個插頭位置時,動作安匝不變。因此要改變動作安匝就必須改變兩個短路線圈的比數,即保持兩個短路繞組的比值不變；設置兩個平衡繞組的目的是為了適用于三繞組變壓器。如果用于雙繞組變壓器,其一組可以當作差動線圈來使用,或者將兩組平衡繞組分別接入差動回路的兩臂中,使平衡更加精確,差動保護十分重視電流互感器的極性及差動繼電器接線的準確性,以免引起誤動作。表6-2BCH-2差動繼電器保護整定計算參數名稱35KV側10KV側變壓器額定電流電流互感器接線方式三角形星形電流互感器一次電流值電流互感器變比電流互感器二次電流值取二次側額定電流值大的一側為基本側。即35KV側為基本側,下條件確定保護裝置的一次動作電流。由于二次回路額定電流35KV側大于10．5KV側,故此以35KV側作基本側。1躲過勵磁涌流--------取1.32躲開外部故障時的最大不平衡電流。上述計算中最大者為基本側保護的計算動作電流,用表示,即=241.4A。計算差動繼電器動作電流,確定基本側工作線圈的匝數1、差動繼電器動作電流的計算值為I2>、基本側工作線圈的計算匝數為匝--------繼電器動作安匝,=60安匝3確定基本側斷電器工作線圈的實際匝數為N-----------差動線圈的實際整定匝數,取N=4匝N---------第一組平衡線圈的實際匝數,取N=1匝取N≤N,此時繼電器的實際動作電流為I=AN/N=60/5=12A確定非基本側繼電器平衡線圈匝數：計算匝數為N=N〔I/I-N=5×〔4.76/4.58-4=1.19匝因Δf=<N-N>/<N+N>=<1.19-1>/<1.19+4>=0.037因Δf≤0。05,符合I計算,計算有效。短路線圈抽頭的確定：因中小型變壓器由于勵磁涌流倍數大,內部故障時短路電流中的作用周期分量衰減較快,對保護裝置的動作時間可降低要求,因此選擇較大匝數的抽頭,C1-C2或D1-D2。所以本降壓站主變的抽頭選用C1-C2。靈敏度校驗：已知10.5KV側兩項短路電流折算到35KV側,由于電流互感器接觸三角形,所以35KV側電流互感器的一次折算電流為I=×2424.8×10.5/35=1259.9A從以上可得出靈敏度系數為K=I/I=1259.9/242.7=5.19≥2,滿足規定要求。6.5變壓器復合電壓起動過電流保護一、復合電壓起動過電流保護工作原理復合電壓起動過電流保護是低電壓起動過電流保護的一個發展,其原理接線如圖所示圖6-6復合電壓起動過電流保護工作原理負序電壓繼電器KVN和低電壓繼電器KV組成復合電壓元件。當發生各種不對稱短路時,由于出現負序電壓,繼電器KVN動作,其常閉接點打開,KV失電,其常閉接點恢復閉合,啟動中間繼電器KM,其接點閉合。這時電流繼電器1KA-3KA應短路故障至少應有兩個動作,其常開接點閉合起動時間繼電器KT。經KT的整定延時后,接點閉合,KS得電,常開接點閉合發信。保護出口中間繼電器KCO得電,其常開觸點閉合,跳開變壓器兩側斷路器。當發生三相對稱短路時,由于沒有負序電壓,KVN不動作,其常閉接點閉合,但低電壓繼電器KV在三相短路時因電壓U降低,KV得電,其常閉觸點閉合,啟動中間繼電器KM,其接點閉合,與電流繼電器一起,按低電壓起動過電流保護的動作方式作用于跳閘。負序電壓繼電器的動作電壓U按躲開正常運行情況下負序電壓濾過器輸出的最大不平衡電壓整定。根據經驗,取U=〔0.06~0.12U。復合電壓起動的過電流保護可以克服了低電壓起動的過電壓繼電器靈敏系數不滿足要求。二、整定計算1、過電流保護整定值的計算<1>按躲過最大負荷電流整定時,按下式計算整定值式中：Kk------可靠系數,取l.3Kw------接線系數取l<△接法為,Y接法為1>Kzq------電動機啟動系數,取1.5Kh------繼電器的返回系數取0.85KLH------電流互感器的變比300／5=60IN.B------變壓器的額定電流為82.5A根據上式計算結果,那么動作電流的整定值可取Idzj=7A,動作時限取1.5秒。<2>靈敏系數校驗靈敏系數根據以下公式計算式中:為低壓側兩相短路時的最小短路電流折算到高壓側的電流值。靈敏系數K1L>1.5滿足要求。電壓元件的整定低電壓繼電器的動作電壓n------電壓互感器變比負序電壓元件的整定值和靈敏度負序電壓繼電器的動作電壓U===6V變壓器過負荷保護一、主變壓器過負荷保護單相接線原理圖,如圖6-5所示。6-7主變壓器過負荷保護單相接線原理當2TA電流互感器檢測到主變壓器的電流變化情況,因為它們是處于一個串聯的整體,當電流繼電器KA檢測到的電流超過整定值時其常開接點閉合,將時間斷電器KT的線圈接通電源,時間繼電器根據整定的過負荷時間來判斷是否動作,當達到時間整定值時其常開接點將閉合去啟動信號繼電器KS發出信號,讓運行人員去處理過負荷的問題。它與過電流所不同的是,所整定的電流比過電流小,所整定的時限較長,不作為跳閘,只發信號。主變壓器過負荷保護整定值的計算保護動作發出信號,時限取10秒,動作電流按下式計算整定。式中：Kk------可靠系數,取1.15Kjx------接線系數取l<△接法為,Y接法為1>Kh------電動機啟動系數,取1.5Kf------繼電器的返回系數取0.85KLH------電流互感器的變比300／5=60Ie.B------變壓器的額定電流為82.5A動作電流值就取4A較為合適,即Idz.j=4A6.7主變絕緣監視當變電所出線回路較少或線路允許短時停電時,可采用無選擇性的絕緣監視裝置作為單相接地的保護裝置。如下圖所示：絕緣監察裝置,是與通過高壓隔離開關直接接到母線上的帶開口三角形接線的電壓互感器為監察,電壓互感器其中的一組繞組就是為了絕緣監察裝置而設計的。它的原理是：當發生接地時,在開口三角形的繞組中出現零序電壓,KV電壓繼電器動作,其常開觸點閉合,KS信號繼電器得電,其常開觸點閉合,發出信號。為確保電壓繼電器動作的可靠性、靈敏性,一般把它的動作電壓整定為40伏。如圖6-8絕緣監察裝置較為簡單。它的缺點是不能一次性發現故障線路,例如,只要本網絡中發生單相接地故障,則在統一電壓等級的所有母線上,都將出現零序電壓,因此,這種絕緣監察裝置所給出的信號是沒有選擇性的。要想發現故障是發生在哪一條線路上,還需要運行人員依次短時斷開每條線路,當斷開某條線路時,零序電壓消失,就說明故障在該條線路上。所以,這種保護只能作為監測,而不能作為對接地故障進行保護。由于接地電容電流與系統的電壓、頻率和每相對地電容有關,而每相對地電容又與網絡的長度有關。由于在中性點不接地系統中發生單相接地故障時接地電容電流不是很大,而且三相之間的線電壓仍然保持對稱不變,對負荷供電沒有影響,因此還可以再運行兩個小時,而不必立即跳閘,這也是采用中性點不接地的優點。但是為了防止故障進一步的擴大,即使是不太重要的負荷,但發生單相接地短路后,有條件的還是要及早地排除故障,以保證電網的安全。目前,在我國110KV及220KV電力系統,采用中性點有效接地方式；330KV和500KV電力系統,采用中性點全接地方式。60KV及以下電力系統采用中性點小接地電