110KV变电站电气二次部分设计.docx

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1、摘 要本次设计任务旨在把大学所学各科专业知识的结合到一起，整体的了解电力系统等方面 的知识。首先根据任务书上所给相关资料，分析负荷发展趋势。然后通过对拟建变电站的概 况以及出线方面来考虑，并对负荷资料的分析，以及从安全、经济及可靠性等方面考虑，确 定了110kV，35kV，10kV输电线路及母线的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了 主变压器台数及型号。最后，根据短路计算结果，确定线路保护、变压器保护、母线保护、防雷保护的保护方 案，根据保护方案对保护进行整定计算，确定设计之后再对保护的总体进行分析论证，检验 二次回路的设计是否合格，从而完成了110kV电气二次部分的设计。关键词：变电站

2、, 继电保护, 保护整定- 12 -目 录摘 要 -1 -1 原始资料分析 -4 -2 一次部分的相关设计 -6 -. 主变压器的选择极其参数 -6 -. 电气主接线设计 -7 -3 短路电流计算 -8 -. 概述 -8 -3.1.1 短路的原因 -8 -3.1.2 计算短路电流的目的 -8 -. 短路计算 -8 -3.2.1 计算系统电抗 - 8 -4 线路保护 -11 -4.1 电力系统继电保护的作用 -11 -4.2 输配电线保护 -12 -4.3 线路末端短路电流 -13 -4.4 线路保护整定 -144.4.1 35kv侧线路保护整定 -14 -4.4.2 10kv侧线路保护整定 -

3、15 -5 变压器的保护 -16 -5.1 变压器装设的保护 -16-5.2 变压器保护的整定方法 -16 -5.2.1 变压器电流速断保护 -16-5.2.2 变压器纵联差动保护 -16-5.2.3 变压器后备保护 -17-5.2.4 变压器过负荷保护 -17-致谢 -18-参考文献 -19-1 原始资料分析为了计算用电负荷情况，据原始资料中最大有功及功率因数，算出最大无功，得出以下 数据:电压负荷名称最大有功功率（MW）最大无功 功率 （MVAr）功率因数回路数线路长 度（km）35KV东城花园53.100.85115槐店乡95.580.8518耐火材料厂53.100.8517化肥厂106

4、.200.85111白鲨针布42.840.8513保险公司74.340.8514机械厂84.960.851510KV17中20.970.915医院32.250.813农药厂0.70.490.8217紫水小区1.20.740.8514紫弦庭苑10.750.815鑫鸳鸯集团O.50.380.812面粉厂0.60.370.8515区政府21.240.8517对待建变电站的总体负荷分析，按系统最大运行方式分析情况如下： P = 5 + 9 + 5 + 10 + 4 + 7 + 8 = 48(MW)35 P = 2 + 3 + 0.7 + 1.2 + 1 + 0.5 + 0.6 + 2 = 11(MW)

5、 10 Q = 3.10 + 5.58 + 3.10 + 6.20 + 2.84 + 4.34 + 4.96 = 30.12(MV Ar ) 35 Q = 0.97 + 2.25 + 0.49 + 0.74 + 0.75 + 0.38 + 0.37 +1.24 = 7.19(MV A r) 10 P = P + P = 59(MW)1103510 Q = Q + Q = 37.31(MV A r) 1103510由以上式子可以得出：S = 48 + j30.12 = 48 2 + 30.12 2 = 56.67(MW ) 35S = 11 + j 7.19 = 112 + 7.192 = 13

6、.14( MW)10S = S + S = 69.81(MW) 11035102 一次部分的相关设计设计中的一次部分设备选择来自于耀伟同学的焦作市群英110KV变电站电气（一次部 分）设计，本设计中不详细写出选择设备的相关过程，这里直接写出型号和相关参数。2 . 主变压器的选择极其参数在一次设计中选择的变压器型号为 SFSZ9-50000/110，根据变压器的型号可知，该变压器 是三相三绕组式变压器。变压器的基本参数如下：表2-1表2-1变压器的基本参数型号额定 容量 （KVA）额定电压（KV）连 接 组 别阻抗电压（%）空载 电流 （%）损耗（KW）高压中压低压高低高中中低空载负载SFSZ9

7、-50000/1105000011081.25%38.5 2 2.5%10.5YN yn0 d111810.56.50.9158.8225依据以上参数进行阻抗折算，计算过程过程如下：U %=1（U %+U %-U %）=11s12 s12s31s23U %=1(U %+U %-U %)=-0.5 s22 s12s23s31U %=1(U %+U %-U %)=7 s32 s23s31s12U %U2X = S1NT1100SN11(110100 (50)=26.62U %U 2X = S2NT2100SN-0.5 (110)2100 (50)= -1.21(记为0 )XT3U %U2S3N10

8、0 SN7 (110) 2100 (50)=16.94. 电气主接线设计电气主接线的设计要求主接线的设计是一个变电站设计中非常重要的一部分，无论是一次部分还是二次部分都 是必不可少的。“变电所主接线形式应根据变电所在电力系统中的地位、作用、回路数、设备特点及负 荷性质等条件确定，并且应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求。”(35 110KV变电所设计规范第3.2.1条)主接线设计的基本要求为：(1)供电可靠性。(2)适应性和灵活性。(3)经济性。(4)简化主接线。(5)设计标准化。3 短路电流计算3 . 概述3.1.1 短路的原因1）电气设备或载流导体等因绝缘老化、遭受机械损伤，

9、雷击、过电压等原因引起绝缘损 坏；2）架空线路因大风、导线覆冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸体导体等；3）电气设备因设计、安装、维护不良等所致的设备缺陷引发的短路；4）运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检 修后不拆除接地线直接加上电压等。3.1.2 计算短路电流的目的计算短路电流的目的有：保障电力系统的安全运行、正确选择电气设备、校验电气设备。 避免在短路电流损坏电气设备，如果短路电流过大，需采用限流措施，以及进行继电保护装 置的整定计算。而该变电站原短路电流由于是在不考虑电缆电阻的情况下计算的,这样会致使 在选择和校验设备上产生误差，造成设备损坏和运行不

10、当。所以,为了变电站更加安全的运行, 在短路电流上我们需考虑电缆电阻。. 短路计算3.2.1 计算系统电抗短路电流的标幺值计算法短路电流计算,根据电力系统的实际情况,可以采用标幺值或有名值计算,那种方法方便 就采用那种方法.在高压系统中通常采用标幺值计算.所谓标幺值,是实际值与基准值之比. 标幺值没有单位.设所选顶 定的基准值电压,基准 电流,基准容量及基准电抗分别为Uj, Ij, Sj, X j,则这一元件的各已知量的标幺值分别为U, S * JjU* jX* jS I 3U,I =I:S * JI SjJjX 3I X3I X S=j=- =j=X jXU / 3IU U2jjjjj式中：

11、S、U、Sj、I、X以有名单位表示的容量(MVA)、电压(KV)、电流(KA)、电抗()；Uj、Ij、Xj以基准量表示的容量(KVA)、电压(KV)、电流(KA)、电抗9)。基准容量的选择：在设计任务书里已经规定Sj=100MVA；基准电压的选择：为了计算方便选为各电压等级的平均额定电压，即Uj=Up； 与其相应的基准电流Ij和基准电抗Xj,均可由这两个基准值导出。基准电流计算公式：SI = -j j J3 X U jI= 0 = 0.5j110 3 115100100I= = 1.56I = = 5.5j35 3 X 37j10 、；3 10.5电抗计算所用公式如下表：表3-1 电力系统各元

12、件阻抗值的计算公式元件名称已定参数电抗平均值计算公式通用式Sj =100MVA变压器额定容量Up阻抗电压百分比U% dU% SX = X * b100 SeX = U % *bd Se10KV架空线路平均电压Up每千米电抗X 0 线路长度L0.4 / KMSX = X Li*0 U 2p40LX* U 2p35KV架空线路平均电压Up每千米电抗X 00.425 Q / KMSX = X Li*0 U 2p42.5LX =*U 2p线路长度L线路接线见图3-1图3-1 线路接线Xl R2一图3-2 等值电路图X1、X2为110KV侧阻抗，X3、X4为35KV侧阻抗，X5、S10X* = X* =

13、 X 与=26.62 = 0.2012 T1 U2115 2BX3、X4归算为零X6为10KV侧阻抗X* = X* = X 工=16.94 = 0.12856 T3 U2115 2B4 线路保护4.1 电力系统继电保护的作用在整个电力系统运行中，由于人为因素或大自然的原因，会发生这样那样的故障和不正 常运行状态。常见的同时也是危险的故障是发生各种形式的短路。一旦发生故障即会产生以 下的后果：（1）通过故障点的很大的短路电流和所燃起的电弧，使故障设备损坏。（2）短路电流通过故障设备和非故障设备时，由于发热和电动力的作用，受到机械损坏 和绝缘损伤以至缩短它们的使用寿命。（3）电力系统中电压下降，使

14、大量的用户正常工作时遭受破坏或产生废品。（4）破坏电力系统各发电厂之间并列运行的稳定性，导致事故扩大，甚至造成整个系统 瓦解。对于电力系统运行中存在的这些故障隐患，要积极采取一些防御性措施。对于不可抗拒 的事故发生时要即时发现，并迅速而有选择性地切除故障元件，这是保证电力系统安全运行 的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十分之几甚至百分之儿秒，实践证明只有 在每个电气元件上装设一种具有“继电特性”的自动装置才有可能满足这个要求。所谓继电保护装置，就是一种能够反应电力系统故障和不正常状态，并及时动作于断路 器跳闸或发出信号的自动化装置。它的基本任务是：（1）自动、迅速、有选择性地将故障组

15、件从电力系统中切除，保证其他无故障部分迅速 恢复正常运行，使故障部分设备免于继续遭到破坏。（2）发现电气组件的不正常状态，根据运行维护条件（例如有无经常值班人员）而动作于 发出信号、减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的 危害程度规定一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分。继电保护的装设一般应满足 可靠性与安全性、选择性、速动形、经济性五个基本要求。设计应满足继电保护和安全自 动装置技术规程（SDJ683），也需要对应该区域变电站其自身的特点。因此应根据电缆系统的特点制定合理的保护方案，争取做到可

16、靠、简单、经济。电路系统的电气设备和线路除了必要的主保护外，还需要考虑后备保护和辅助保护的问 题。主保护在系统稳定性要求的时限内能够快速而有效地切除保护区内的 故障。后备保护在主保护或断路器拒绝动作时，切除故障，实现后备保护。后备保护有分 为近后备保护和远后备保护两种形式：远后备保护是指当主保护或断路器拒动作时，由相邻组件实现后备保护。近后备指当本组件的主保护拒绝动作时，由本组件的另一套保护作为后备而实现保护； 当断路器拒绝动作时，由同一发电厂或变电所内的有关断路器动作实现后备保护。辅助保护当需要另还切除线路故障或消除方向功率死区时可采用由电流速断保护构 成的辅助保护（用来补充主保护、后备保护

17、不足）。保护装置的装设原则：1 .当被保护元件发生短路或是破坏系统正常运行的情况，保护装置应动作于跳闸，当发 生不正常动作时，保护装置应动作于信号。2 .为保障系统非故障部分的正常供电，保护装置应以足够小的动作时限去切除故障3 .系统故障时保护装置应有选择性地动作于跳闸，在必须加速时，可无选择性地跳闸而 由自动重合闸装置来纠正保护的无选择性动作。4 .满足要求上述第二条原则或用作后备保护时，保护装置容许带有一定的时限切除故障。5 .保护装置所用的继电器越少越好，并使其接线简单可靠。6 .保护装置电压回路断线时，如可能造成保护装置的误动作则应装设电压回路断线监视 或闭锁装置。7 .在表示保护装置

18、动作的出口上应装设信号继电器。以利于运行人员分析和统计保护的 动作情况。8 .主保护装置除了完成主保护任务外，如有可能还应作为相邻元件的后备保护。9 .当保护装置因动作原理不能起相邻元件的后备保护作用时，应在所有和部分断路器上 装设单独的后备保护。10 .为了起到相邻元件的后备保护的作用而使保护装置复杂化，或不能达到完全的后备保 护作用时，允许缩短后备范围。4.2 输配电线保护设计的线路保护应满足继电保护和全自动装置技术规程SDJ6-83等有关专业技术规程的要求。输电线路的主保护根据动作时间划分为全线瞬时动作及按阶梯时限特性动作两类。当要 求对线路全线任何地点的任何故障均能瞬时具有选择性切除时

19、用全线瞬时动作的保护作为主 保护，例如各种反线路两侧电气量变化从而实现全线有选择性动作的纵联差动保护。当电网 允许线路一侧以保护第二段时限切除故障时，也可采用具有阶梯时限特性的保护作为主保护， 如距离保护，电流保护等。送电线路的后备保护分为远后备和近后备两类，一般采用远后备。 在我国220kV及以上输电线路，广泛采用高频闭锁负序方向保护。4.3 线路末端短路电流35kv侧线路短路电流：（选择水泥厂1的线路保护）35KVXL化肥厂至化肥厂线路示意图图5-1I(3)= y = 4.85 (KA)Kmax X Y3 0.4 11LT3 E37 x3I (2) =- = 4.20( KA)K.min

20、2 XL2 X y 3 X 4.410kv侧线路短路电流：(选择棉纺厂1的线路保护)至医院线路示意图I(3)=二=一 10.5_ 5.05(KA)K.maxXLJ3 0.4 3I (2)=K.min3 E310.5X 一 = = 4.375( A)2XL2 V 3 X 0.4 X 3表4-135kv10kv最大运行最小运行最大运行最小运行4.85KA4.20KA5.05KA4.375A4.4 线路保护整定4.4.1 35kv侧线路保护整定瞬时电流速断保护(段保护)：11 = K I =1.2 4.85 = 5.82(KA) op rel K .max13 E 1337校验：L = - X *

21、= = = 7.95 kmmin X 2110.42 5.82X 3op-一.、f 100% = -9- 100% = 72.3% (满足要求)L11定时限过电流保护（段保护）：IL.maxP 3 X 0.95 X cos ES100003 0.95 0.85 35=204.28( A)IIII = KrelKSS I = 1.213 204.28 374.91(A) op KL.max0.85reK 可靠系数，取1.2 relK 自起动系数，取1.3 estK 返回系数，取0.85 re校验：K = IILi = 42 103 = 11.20 1.5 (符合要求)sen IIII374.91

22、4.4.2 10kv侧线路保护整定瞬时电流速断保护（段保护）：11 = K I(3) = 1.2 5.05 = 6.06(KA) op rel K .max校验：13 E 1310.5L = =X = = 2.17kmmin X 2110.4 2 6.06 、；3opL2.17一一 100% =100% = 72.3%(满足要求)L3定时限过电流保护（段保护）：L.max 3 XP0.95 X cos ES、3 X 0.950.8 10-JO(A)KKIIII = relS opKre,1.2 1.311=L.max0.85X 227.90 = 418.26( A)校验：K = IKmn =

23、4375 = 10.46 1.5 (符合要求)senIIII418.26op- 18 -5 变压器的保护5.1 变压器装设的保护电力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系统的正常 运行带来严重的影响。由于大容量的电力变压器是十分昂贵的元件，必须根据变压器的容量 和重要程度来考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护。变压器的内部故障分为油箱外故障和内故障。油箱外的故障，主要是套管和引出线上发 生相间短路和接地短路。油箱内的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心 的烧损。对于变压器而言，这些故障都是十分危险的，因为油箱内部发生故障产生的电弧， 将引起绝缘物质的剧烈

24、气化，可能会引起爆炸。变压器的不正常状态主要有：由于变压器外 部相间短路引起的过电流，外部接地短路引起的过电流和中性点过电流；由于负荷超过额定 容量引起的过负荷，以及由于漏油等原因而引起的油面降低。5.2 变压器保护的整定方法5.2.1 变压器电流速断保护对于2000-10000KVA及以下较小容量的变压器，可采用电流速断保护作变压器的主保护。 电流速断保护装设在变压器的电源侧，当电网为中性点不直接接地系统时，电流速断保护按 两相式接线；否则按三相式接线。为了提高保护对变压器高压侧因出线接地故障的灵敏系数， 可采用两相三继电器式接线。5.2.2 变压器纵联差动保护变压器纵联差动保护在正常运行和

25、外部故障时，由于变压器的励磁涌流、变压器两侧电 流相位不同、两侧电流互感器型号不同、变压器带负荷调整分接头等原因，使差动继电器中 有不平衡电流流过，且这些不平衡电流远比发电机及线路差动保护的大。所以说减小或消除 不平衡电流对差动保护的影响是变压器差动保护中很重要的问题之一。规程中规定：对于6.3KVA及以上厂用工作变和并行运行的变压器10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器应装设纵联差动保护，对于高压侧电压为330KV及以上变压器， 可装设双重的纵联差动保护。5.2.3 变压器后备保护相间后备保护配置是为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压 器内部故障时，作为差动保

26、护和瓦斯保护的后备，变压器应装设过电流保护。根据变压器的 容量和系统短路电流水平的不同，保护采用带过电流保护、低电压、不带低电压闭锁的以及 负序过电流过电流保护等。如果灵敏度不够，可采用带复合电压闭锁的过电流保护。1.对于单侧电源的变压器。电源侧需要有后备保护装置，此装置可以作为差动保护、瓦 斯保护的后备或相邻元件的后备。2.对于多侧电源的变压器，变压器各侧均应装设后备保护；作为变压器差动保护的后备，要求它动作后启动总出口继电器。作为各电压侧母线和线路的后备保护，要求它动作后跳开本侧的断路器，作为变压器断 路器与其电流互感器之间死区故障的后备保护。5.2.4 变压器过负荷保护为了防止变压器在超

27、过允许负载能力下运行，根据可能过负荷的情况，需要装设过负荷 保护装置。变压器的过负荷一般是三相对称的，过负荷保护接于一相电流，便可以延时作用 于信号。保护的安装地点应能够反应变压器所有绕组的过负荷情况，就双绕组升压变压器而言， 过负荷保护通常装设在低压侧一端。就双绕组降压变压器来说，过负荷保护装设在高压侧一 端。（1）动作电流的整定I。按躲过变压器的额定电流来整定Idzj=（1.21.25） eb n1Idzj 过负荷保护装置动作电流整定值（A）；Ieb变压器额定电流（A）;n1电流互感器变比。（2）动作时限的整定：动作时限为1015s，一般用于信号。致 谢经过近两个月的忙碌，本次毕业设计已经

28、接近尾声，作为一个毕业设计，由于经验的匮 乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及同学们的支持，想要完 成这个设计是很困难的。在这里首先要感谢我的指导老师任老师。她平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个 阶段，从外出查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都 给予了我悉心的指导。其次要感谢和我一起作毕业设计的同学，他们在本次设计中帮我解决 了很多困难。最后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下专业知识的基础；同时还要感谢所有 的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。参考文献1 范锡普.发电厂电气部分 中国电力出版社.19

29、87年版2 贺家李、宋从矩电力系统继电保护原理 中国电力出版社1994年版3 刘介才.工厂供电简明设计手册 机械工业出版社1998年版4 焦留成.供配电设计手册中国计划出版社1999年版5 刘健.电力英语阅读与翻译中国水利水电出版社1999年版6 戈以草电工技能手册上海交通大学出版社 2001年版7 郑忠.新编工厂电气设备手册兵器工业出版社1994年版8 朴在林.变电所电气部分中国水利水电出版社2002年版9 王锡凡.电力工程基础西安交通大学出版社1998年版10赵智大.高电压技术中国电力出版社1999年版11张炜.电力系统分析中国水利水电出版社 1999年版12王梅义.电力系统继电保护的运行技术电力工业出版社1981年版13华中工学院电力系统继电保护原理与运行电力工业出版社1981年版 14解广润.电力系统过电压 水利电力出版社1985年版15张仁豫.高电压实验技术 清华大学出版社1992年版16赵智大.电力系统中性点接地问题 中国工业出版社1983年版17邹有明 现代供电技术 中国电力出版社2008年版19