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【精品】(毕业论文) (综合楼10kV变电所进行的扩大初步设计)


本科生毕业设计(论文)





本设计的主要内容包括: 10/0.4kV 变电所主变压器选择; 变电所电气主接线 设计;短路电流计算;负荷计算;无功功率补偿;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;继电保护规划设计;防雷保护设计等。 根据电气主线设计应满足可靠性、灵活性、经济性的要求,本变电所电气主 接线的高压侧采用单母线接线,低压侧采用单母线分段的电气主接线形式;对低 压侧负荷的统计计算采用需要系数法;为减少无功损耗,提高电能的利用率, 本 设计进行了无功功率补偿设计,使功率因数从 0.69 提高到 0.9;短路电流的计算 包括短路点的选择及其具体数值计算;而电气设备选择采用了按额定电流选择, 按短路电流计算的结果进行校验的方法;继电保护设计主要是对变压器进行电流 速断保护和过电流保护的设计计算;配电装置采用成套配电装置;本变电所采用 避雷针防直击雷保护。 本设计十分注重运用我国电气设计的新技术和新的设备,实用性及强,考虑 到是实际工程的应用,便以通俗易懂的语言进行阐述。

关键词:变电所设计;电气主接线;继电保护

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Abstract

The design on the topic of "Liaoning Institute of Technology Teaching Building substation expansion preliminary design." The main design elements include : 10/0.4kV main transformer substation choice; Electrical Substation main wiring design; Short-circuit current calculation; Load Calculation; Reactive power compensation; Electrical Equipment (bus, HV circuit breakers, isolation switches, current transformer and voltage transformer, and compensation capacitor MOA); Distribution Equipment design; relay Planning and Design; Lightning protection design. According to the main line of electrical design should meet the reliability, flexibility, economy requirements, The substation main electrical wiring High Side single-bus wiring, low voltage side of the single-bus above the main electrical wiring form; the low-pressure side load calculated using the statistical needs coefficient; To reduce the reactive power loss, increased energy utilization, The design of reactive power compensation design, power factor from 0.69 to 0.9; short-circuit current calculations include short-circuit point for the selection and specific numerical calculation; and electrical equipment chosen by the choice of rated current, short-circuit current calculation by the results of the calibration methods; relay design of the main transformer Current Protection and over-current protection design; distribution installations complete set of power distribution equipment; The substation using direct lightning stroke prevention lightning protection. The design is very close attention to the use of our electrical design of the new technology and new equipment, practical and strong, Taking into account the actual application, in a user-friendly language to describe it. Key words:: substation design; Electrical wiring; Relay . :

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目 录

前言 ........................................................................................................................ VI 第 1 章 毕业设计概述 ............................................................................................ 1 1.1 毕业设计题目 ........................................................................................... 1 1.2 毕业设计目的 ........................................................................................... 1 1.3 毕业设计内容 ............................................................................................ 1 第 2 章 负荷计算 .................................................................................................... 2 2.1 负荷概述 .................................................................................................... 2 2.2 负荷计算 .................................................................................................... 2 第 3 章 无功功率补偿 ............................................................................................ 7 3.1 并联电力电容器补偿 ................................................................................ 7 3.2 无功补偿容量的计算 ................................................................................ 7 第 4 章 主变压器选择 ............................................................................................ 9 4.1 变电所变压器容量、台数、型号选择 .................................................... 9 4.1.1 变压器容量 ..................................................................................... 9 4.1.2 主变压器台数和型号 ..................................................................... 9 4.1.3 主变压器确定 ............................................................................... 10 4.2 干式变压器的结构 .................................................................................. 10 4.3 干式变压器的特点 .................................................................................. 11 4.4 干式变压器的使用注意事项 .................................................................. 11 第 5 章 变电所电气主接线 .................................................................................. 12 5.1 对电气主接线的基本要求和原则 .......................................................... 12 5.1.1 电气主接线的基本要求 ............................................................... 12 5.1.2 电气主接线的原则 ....................................................................... 12 5.2 电气主接线设计程序 .............................................................................. 13 5.3 主接线设计 .............................................................................................. 14 第 6 章 短路计算 .................................................................................................. 18 6.1 短路概述 .................................................................................................. 18 6.2 造成短路原因 .......................................................................................... 18 6.3 短路危害 .................................................................................................. 18 6.4 短路计算 .................................................................................................. 19
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第 7 章 电气设备选择与校验 .............................................................................. 23 7.1 电气设备及分类 ...................................................................................... 23 7.2 电气设备选择与校验 .............................................................................. 23 7.3 高压断路器选择与校验 .......................................................................... 24 7.3.1 高压断路器的选择 ....................................................................... 24 7.3.2 高压断路器的校验 ....................................................................... 25 7.4 隔离开关选择与校验 .............................................................................. 26 7.4.1 隔离开关原理与类型 ................................................................... 26 7.4.2 隔离开关运行与维护 ................................................................... 26 7.4.3 隔离开关的校验 ........................................................................... 26 7.5 互感器选择与校验 .................................................................................. 27 7.5.1 互感器应用 ................................................................................... 27 7.5.2 电流互感器原理与结构 ............................................................... 28 7.5.3 电流互感器校验 ........................................................................... 29 7.6 电压互感器 .............................................................................................. 30 7.6.1 电压互感器原理 ........................................................................... 30 7.7 母线选择与校验 ...................................................................................... 31 7.7.1 母线的选择 .................................................................................. 31 7.7.2 母线校验 ....................................................................................... 32 第 8 章 继电保护 .................................................................................................. 33 8.1 继电保护 .................................................................................................. 33 8.1.1 对继电保护的基本要求 ............................................................... 33 8.1.2 继电保护原理 ............................................................................... 33 8.2 过电流与速断保护整定值的计算 .......................................................... 34 8.2.1 过电流整定值计算 ....................................................................... 34 8.2.2 速断保护整定值计算 ................................................................... 36 第 9 章 配电装置 .................................................................................................. 38 9.1 对配电装置的基本要求 .......................................................................... 38 9.2 配电装置的类型 ...................................................................................... 38 9.3 配电装置的应用 ...................................................................................... 38 9.4 配电装置的设计步骤 .............................................................................. 39 第 10 章 防雷保护设计 ........................................................................................ 42 10.1 雷电过电压 ............................................................................................ 42 10.2 雷电的危害 ............................................................................................ 42

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10.3 防雷保护装置 ........................................................................................ 42 10.4 防雷设计 ................................................................................................ 43 10.5 防雷保护计算 ........................................................................................ 43 总 结 ...................................................................................................................... 47 参考文献 ................................................................................................................ 48 致谢 ........................................................................................................................ 49 附录Ⅰ .................................................................................................................... 50 附录Ⅱ .................................................................................................................... 55

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前言

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。 电是一个广义的范畴,伴随负荷的不同,对电的要求也会随之改变。这次设 计的题目为 《辽宁工学院综合教学楼变电所扩大初步设计》 取自辽宁工学院的实 。 际工程应用。理论与实际有效地结合,具备了实用性、科学性和合理性。自 2005 年辽宁工学院综合教学实验楼投入使用以来,为学校做出了重要贡献,为广大师 生提供了良好的工作、学习环境。在其地下,建设有辽宁工学院最大的地下变电 所。 根据学校用电量结合实际确定为 10kV 变电所。 经过与老师探讨和与工程技术 人员的研究分析,10kV 的变电所应用较为广泛,其涉及工业、农业等诸多领域, 所以说对 10kV 变电所的设计具有十分重要的意义。 对此题目的设计除了注重实际应用外,还应考虑可靠性、经济性和电能的质 量。如线路保护、接地保护、变压器保护等保护的有关问题及其设备元件的选择。 此题目的设计涉及《发电厂电气部分》《电力系统分析》《电力系统继电保护》 、 、 、 《电力系统自动化》等所学习过的课程及相关内容。 此设计的题目是针对综合楼 10kV 变电所进行的扩大初步设计,在设计伊始, 在工程技术人员的陪同下对变电所进行了参观学习,并把所设计的有关内容做了 整体的记录,参观过程中通过技术人员的指导和结合自身的实际情况,选择变电 所的高低压部分设计,这部分设计相信对自己将来的工作也会有很大的帮助。本 设计按照以下的步骤进行: 首先:依照主接线的特点,选择各个电压等级的接线方式,进行综合比较, 选择最佳接线方式。 其次:进行短路电流计算,根据短路点计算三相短路稳态电流和冲击电流。 再次:根据所选电气元件,结合实际绘制设计图纸,包括主接线图、二次回 路图等。最后进行校验。 以上是理论知识的体现而更中要的一点是在设计中培养自己运用所学知识解 决实际问题的能力和创新精神,增强工程观,在设计过程中主要立足于应用所学 基本理论和专业知识, 大胆地运用新理论、 新技术去分析解决实际问题,以便更好 地适应工作的需要。
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所有的设计查阅资料是必不可少的,而资料的获取应以实际为准,做为一名 初次设计者,设计之前应具备一定的设计能力,但是由于缺乏经验,知识体系的 不够完善等多种原因,适用于估算。在估算的过程中,所得理论结果只要与实际 偏差不大,对整个电力系统不产生重大的影响,是可行的。 了解整个设计的目的、内容和基本要求进行设计的资料推备。资料准备主要 通过查阅(包括上网查问)文献资料和参加生产实习两条渠道进行。此设计充分吸 收专业理论知识, 考虑自己毕业设计的选题方向,有目的、有计划地查阅与选题 方向有关的文献资料,特别是在参加生产实习的过程中有意识地搜集生产过程及 新技术、新设备、改革新成果的应用等方面资料,这也是为毕业设计课题收集资 料的最重要途径。选定题目后,应再有针对性地查阅一些资料,最后对所有收集 的资料进行整理。并对其进行完善,对于一个完整的设计而言,文字与图纸并存。 文字的详细叙述使内容丰富,而图纸则一目了然。 最后由于设计者的水平有限,以及对电气技术日新月异的发展掌握不够,加 之国外电气技术和产品的大量引进,我国对电气设计设备技术标准、规范还在不 断地改进和完善,所以设计难免有不足,希望老师给予批评指正,使本设计更加 完善。

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第1章 毕业设计概述

1.1 毕业设计题目
《辽宁工学院综合教学楼变电所扩大初步设计》

1.2 毕业设计目的
本设计是针对辽宁工学院综合教学楼变电所进行的扩大初步设计,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明书等的能力。

1.3 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. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 进行 10kV 变电所扩大初步设计; 完成任务书中的全部内容; 绘制变电所电气主接线图; 绘制配电装置平面图及直击雷保护范围图; 毕业设计说明书按统一格式打印装订成册; 说明书文字在 1 .5 万字以上,语言通顺简练,图表画法符合国家标准; 完成与设计有关的英文资料翻译;

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第2章 负荷计算

2.1 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:

2.2 负荷计算
1#变压器负荷计算 照明部分 如上表可知: Pe = 15 × 5 + 120 × 1 + 30 × 2 + 40 × 1 1=295KW Pc = K x ? Pe = 0.7 × 295

=206.5KW

Qc = Pc ? tgΦ = 206.5 × 1.45 = 299.425Kvar

S c = Pc2 + Qc2 = 206.5 2 + 299.43 2 = 363.73KVA
Ic = 消防电梯 Pc = K x ? Pe = 0.2 × 44 = 8.8 KW QC = PC ? tgΦ = 8.8 × 1.7 = 14.96 K var Sc 3U r = 363.72 3 × 0.38 = 552.63 A

S c = Pc2 + Qc2 = 8.8 2 + 14.96 2 = 17.36 KVA
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表 2-1 辽宁工学院综合楼负荷一览表 1# 号 变 压 器 照 15 明 120 0.70 设 30 备 40 计 算 240 机 0.80 0.80 0.75 2 电 梯 160 消 防 电 梯 消 防 照 50 明 干 线 进 风 机 7.5 0.70 0.85 0.62 1 正 压 14 风 机 0.60 0.80 0.75 1 30 1 0.70 0.80 0.75 1 180 2 44 0.20 0.50 1.70 1 电 力 设 备 120 0.70 0.80 0.75 2 200 1 1 44 1 消 防 0.20 0.50 1.70 1 2 备 0.80 1.45 设 21 1 1 0.70 0.80 0.75 5 1 明 设 备 功 率 KW 2# 号 设 备 功 率 KW 50

KX

COSΦ

tgΦ

数目

变 压 器 照

KX

COSΦ

tgΦ

数目

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Ic = 进风机

Sc 3U r

=

17.36 3 ? 380

= 26.37 A

Pc = K x ? Pe = 0.7 × 7.5 = 5.25 KW Qc = Pc ? tgΦ = 5.25 × 0.62 = 3.255 K var

S c = Pc2 + Qc2 = 5.25 2 + 3.255 2 = 6.18 KVA
Ic = 计算机 Pc = K x ? Pe = 0.8 × 240 × 2 = 384 KW QC = Pc ? tgΦ = 384 × 0.75 = 288 K var Sc 3U r = 6.117 = 9A 0.6581793

S c = Pc2 + Qc2 = 384 2 + 288 2 = 480 KVA
Ic = 污水泵 Pc = K x ? Pe = 0.8 × 8 = 6.4 KW Qc = Pc ? tgΦ = 6.4 × 0.62 = 3.968 K var Sc 3U r = 480 = 729.28 A 0.6581793

S c = Pc2 + Qc2 = 6.4 2 + 3.968 2 = 7.53KVA
Ic = 消防照明干线 Pc = K x ? Pe = 50 × 0.7 = 35 KW Qc = Pe ? tgΦ = 35 × 0.75 = 26.25 K var Sc 3U r = 7.53 = 11A 0.6581793

S c = Pc2 + Qc2 = 35 2 + 26.25 2 = 43.75KVA
Ic = Sc 3U r = 43.75 = 66.47 A 0.6581793

2#变压器负荷计算 电梯部分

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Pc = K x ? Pe = 0.2 × 44 = 8.8 KW Qc = Pc ? tgΦ = 8.8 × 1.7 = 14.96 K var

S c = Pc2 + Qc2 = 8.8 2 + 14.96 2 = 17.36 KVA
Ic = 正压风机 Pc = K x ? Pe = 14 × 0.6 = 804 KW Qc = Pc ? tgΦ = 8.4 × 0.75 = 6.3K var Sc 3U r = 17.36 = 26.38 A 0.6581793

S c = Pc2 + Qc2 = 8.4 2 + 6.3 2 = 10.5KVA
Ic = 消防照明干线 Pe = 50 + 21 = 71KW PC = K x ? Pe = 0.7 × 71 = 49.1KW Qc = Pc ? tgΦ = 49.1 × 0.75 = 36.825 K var Sc 3U r = 10.5 = 16 A 0.6581793

S c = Pc2 + Qc2 = 49.12 + 36.825 2 = 61.37 KVA
Ic = Sc 3U r = 61.37 = 93.24 A 0.6581793

电力专用
Pe = 160 × 1 + 200 × 1 + 120 × 2 + 180 × 2 + 30 × 1 = 990 KW Pc = K x ? Pe = 990 × 0.7 = 693KW Qc = Pc ? tgΦ = 693 × 0.8 = 554.4kK var

S c = Pc2 + Qc2 = 693 2 + 554.4 2 = 887.47 KVA
Ic = Sc 3U r = 887.47 = 1348.38 A 0.6581793

1#变压器最后计算负荷 1#变压器最后计算负荷
Pc = 0.9 × (206.5 + 8.8 + 5.25 + 384 + 6.4 + 35) = 581.355 KW

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Qc = 0.95 × (299.43 + 14.96 + 3.255 + 288 + 3.968 + 26.25) = 604.07 K var

S c = Pc2 + Qc2 = 581.355 2 + 604.069 2 = 838.38KVA
Ic = Sc 3U r = 838.38 = 1273.78 A 0.6581793

2#变压器最后计算负荷 2#变压器最后计算负荷
Pc = 0.9 × (8.8 + 8.4 + 49.1 + 693) = 683.37 KW Qc = 0.95 × (14.96 + 6.3 + 36.825 + 554.4) = 581.86 K var

S c = Pc2 + Qc2 = 683.37 2 + 581.86 2 = 898KVA
Ic = Sc 3U r = 897.53 = 1363.65 A 0.6581793

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第3章 无功功率补偿

所谓无功功率补偿是把具有容性功率的装置与感性负荷联接在同一电路,当 容性装置释放能量在相互转化,感性负荷所吸收的无功功率可由容性装置输出的 无功功率中得到补偿。 根据辽宁工学院综合楼的具体情况,及其无功补偿方法的技术、经济比较选 用电力电容器补偿中的并联补偿方法。并联补偿时把电容器并接到被补偿设备的 电路上,以提高功率因数,这种方法称为并联电容器补偿,这种方法适用于用电 单位。

3.1 并联电力电容器补偿
如图 3-1 所示为并联电力电容器补偿的原理图。由图可见电力电容器在图中 所示位置进行无功补偿时,线路 WL1 输送无功功率仍为无功功率,即 Q = QL ,而 变 压 器 输 送 的 无 功 功 率 则 为 Q = QL ? QC , 线 路 WL1 输 送 的 无 功 功 率 则 为 Q = QL + QT ? QC ,因此,电源只需向电力负荷提供 S = P + J(Q L ? Q C) 的功率。

图 3-1

并联电力电容器补偿的原理图

通过以上可知并联电力电容器降低了通过输电线路及变压器的功率(或电 流) ,同时也减少了对发电机无功功率的需求量。

3.2 无功补偿容量的计算
根据设计要求与实际需要变电所的功率因数达到 0.9,所以对无功进行补偿。 1#变压器的负荷补偿:

PΣ = 581.355KW
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Qc = 604.07 K var S c = 838.38 KVA 功率因数:

CosΦ 1 =

PΣ 581.355 = = 0.69 SΣ 838.38

CosΦ 1 = 0.69 ,现将其提高到 0.90。
Q NC = PΣ (tgΦ 1 ? tgΦ 2 ) = 581.355 × (1.05 ? 0.48) = 331.37 KVA 经过补偿后:

S NC = Pc2 + (Qc ? Q NC ) 2 = 581.355 2 + (604.07 ? 331.37) 2 = 642.14 KVA
CosΦ = 2#变压器的负荷补偿 581.355 = 0.90 642.14

PΣ = 684 KW
Qc = 582K var S c = 898 KVA

功率因数为:
CosΦ1 = Pc 684 = = 0.76 S c 898

CosΦ 1 = 0.76 现欲将提高到 0.90。
Q NC = PΣ ? (tgΦ 1 ? tgΦ 2 ) = 684 × (0.86 ? 0.48) = 259.92 KVA

经过补偿后:

S NC = Pc2 + (Qc ? Q NC ) 2 = 684 2 + (582 ? 259.92) 2 = 756.04 KVA
CosΦ = 684 = 0.90 756.04

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第4章 主变压器选择

在发电厂和变电站中,用来向电力系统或用户输送功率的变压器,称为主变 压器。在输配电系统中,变压器起到桥梁作用,变压器是借助电磁感应原理,以 相同的频率,交换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。

4.1 变电所变压器容量、台数、型号选择
4.1.1 变压器容量
变压器空载运行时需用较大的无功功率,这些无功功率需由供电系统供给, 变压器容量如选的过大,不但增加投资,而且使变压器长期处于轻载运行,出现 “大马拉小车”现象,使空载的损耗增加,功率因数降低,网络损耗增加。若容 量选的小,会使变压器长期过负载,易损坏设备。 变压器的最佳负载率在 40%-70%之间,负载过高,损耗明显增加,另一方面, 由于变压器容量裕度小,负载稍有增长,便需要增容,更换大容量的变压器,势 必增加投资,且影响供电。总之选择变压器的容量,要以现有的负荷为依据,按 照 5-10 年的发展计划来确定, 按照辽宁工学院综合楼变电所的设计选用的变压器 容量为 1000kVA。

4.1.2 主变压器台数和型号
1.台数 变压器的台数应根据负荷的特点和经济运行进行选择,要由负荷大小,对供 电的可靠性和电能质量的要求来决定,并兼顾节约电能、降低运行造价、维护设 备等因素,确定变压器台数应综合考虑,进行认真的技术经济比较。 按负荷的等级和大小来说,对于带一、二级负荷的变电所,当一、二级负荷 较多时,应选两台或两台以上变压器,如只有少量的一、二级负荷并能从相邻的 变电所取得低压备用电源,可以只采用一台变压器。 对于像辽宁工学院综合楼来说主要负荷是二、 三类负荷 , 二级负荷主要是消 防电梯、应急照明等负荷;而三级负荷主要是电力设备和普通照明,根据需要拟 装设两台变压器。 2.型号

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主变压器的型号选择主要考虑以下因素:1).变电所的所址选择;2).建筑 物的防火等级;3).建筑物的使用功能;4).主要用电设备对供电的要求;5). 当地供电部门对变电所的管理体制等。 设置在一类高、低压主体建筑中的变压器,应选择干式、气体绝缘或非可燃 性液体绝缘的变压器;二类高、低压主体建筑也宜如此,否则应采取相应的防火 措施。 主变压器安装在地下时,根据消防要求,不得选用可燃性油变压器,地下层 一般比较潮湿,通风条件不好,也不宜选用空气绝缘的干式变压器,而宜采用环 氧 树 脂 浇 注型 或 者六氟 化 硫 型变 压 器 ,综合 所 述 结合 校 的 具体情 况 选 型 为 SCB9-1000/10KV 变压器。

4.1.3 主变压器确定
位于辽宁工学院综合楼地下变电所的主变压器型号为环氧树脂浇注型,其技 术参数如表 2-1 所示。

表 4-1 SCB9-1000/10 变压器技术参数 额定 型号 容量 (KVA) SCB9-1000/10 1000 10.5 0.4 额定电压(kV) 高压 低压 空载 损耗 (W) 1660 负载 损耗 (W) 8550 短路 阻抗 (%) 6 空载 电流 (%) 1.0 变压器连接组

D, yn11

4.2 干式变压器的结构
为了确保供电安全,迫切需要即可深入负荷中心又无燃烧危险的变压器,而 当今,随着社会进步,干式变压器得到了广泛的应用,根据国家标准《干式变压 器》定义,所谓干式变压器,就是指铁心和绕组不浸入液体中的变压器。 干式变压器的结构与油浸式变压器的差别不大,采用晶粒取向电工钢片,轭 和柱采用 45 o 全斜接缝,心柱用钢带或自干型绝缘粘带绑扎,也有用粘结剂将铁 心胶合,铁心为防止因凝结而引起锈蚀,在铁心表面涂有耐热的防锈覆盖漆或树 脂,容量较大时,铁芯中要有气道,气道尺寸为 15-20mm,而干式变压器的绕组 材料是铜箔或铝箔,有时也采用铜线绕制,而低压线圈(1000V 及以下) ,用铜箔 (或铝箔)与预浸环氧树脂的绝缘材料紧密绕制,采用缠绕玻璃纤维加强树脂包 封,经过工艺处理后,使高低压线圈各自成为一个坚固的整体,不但具有很强的

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承受短路能力,而且经过冷热循环试验,证明了线圈具有耐潮、耐裂、阻燃和自 熄功能。 由于干式变压器的适用材料不同,其绝缘等级也不同,绝缘材料等级与绝缘 材料最高允许温度见表 4-2。

表 4-2 绝缘等级与最高允许温度
绝缘等级
o

Y

A 105

E 120

B 130

F 155

H 180

C 220

绝缘材料最高允许温度(

C)

95

4.3 干式变压器的特点
1. 占地面积小, 不必单独建设变压器室, 它可以和 10kV 的高压柜, 380/220V 的低压配电柜装在一个室内。 2. 运行、维修量小。 3. 具有耐热、防尘、耐潮的特点,适合于安装负荷中心,对系统经济运行节 电起到了一定作用。 4. 损耗小、噪声小。 5. 绝缘性好,局部放电量小,耐雷电冲击力强。 6. 机械强度高,抗温度变化,抗短路能力强。 7. 价格昂贵。 8. 寿命期后,不易回收,污染环境。

4.4 干式变压器的使用注意事项
1. 干式变压器选择不同的外壳,是由所处的环境和防护要求而定。 2. 干式变压器绕组的绝缘,很大程度影响变压器的安全和使用寿命。 3. 自然空气冷却和强迫空气冷却。 4.干式变压器的过载能力与环境温度、载前的负荷情况、变压器的绝缘散热 情况和发热时间常数有关。

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第5章 变电所电气主接线

电气主接线是由高压电器通过连接线,按其功能要求组成接受和分配电能的 电路,成为传输强电流、高电压的网络,故又称为一次接线或电气主系统。用规 定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列,详细地表示电气设备或成套装置的 全部基本组成和连接关系的单线接线图,称为主接线电路图。电气主接线是变电 所电气设计的首要部分,也是构成电力系统的首要环节。对电气主接线的基本要 求概括地说应包括电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性。

5.1 对电气主接线的基本要求和原则
5.1.1 电气主接线的基本要求
1.可靠性 所谓可靠性是指主接线能可靠的工作,以保证对用户不间断的供电。衡量可 靠性的客观标准是运行实践。经过长期运行实践的考验,对变电所采用的主接线 经过优选,现今采用主接线的类型并不多。主接线的可靠性不仅要考虑—次设备 对供电可靠性的影响,还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。 同时,可靠性不是绝对的,而是相对的。一种主接线对某些变电所是可靠的,而 对另一些变电所可能是不可靠的。 2.灵活性 主接线的灵活性有以下几方面要求; 1)调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路、调配电源和负荷,能够 满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 2)检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备,进行安全检 修,且不致影响对用户的供电。 3)扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线,使在扩建时,无论一次和 二次设备改建量最小。 3.经济性 经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。

5.1.2 电气主接线的原则
1.考虑变电所在电力系统中的地位和作用
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变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是 枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所,由于它们 在电力系统中的地位和作用不同,对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也 不同。 2.考虑近期和远期的发展规模 变电所主接线设计应根据 5—10 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大 小和分布、负荷增长速度以及地区网络情况和潮流分布,并分析各种可能的运行 方式,来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。 3.考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响 对一级负荷,必须有两个独立电源供电,且当一个电源失去后,应保证全部 一级负荷不间断供电;对二级负荷,一般要有两个电源供电,且当一个电源失去 后,能保证大部分二级负荷供电。三级负荷一般只需一个电源供电。 4.考虑主变台数对主接线的影响 变电所主变的容量和台数,对变电所主接线的选择将产生直接的影响。通常 对大型变电所,由于其传输容量大,对供电可靠性要求高,因此,其对主接线的 可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所,其传输容量小,对主接线的可 靠性、灵活性要求低。 5.考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电、适应负荷突增、设备检修、 故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不 问。例如,当断路器或母线检修时,是否允许线路、变压器停运;当线路故障时 允许切除线路、变压器的数量等,都直接影响主接线的形式。

5.2 电气主接线设计程序
1、电气主接线的设计程序 电气主接线的设计伴随着变电所的整体设计,即按照工程基本建设程序,历 经可行性研究阶段、初步设计阶段、技术设计阶段和施工设计阶段等四个阶段。 在各阶段中随要求、任务的不同,其深度、广度也有所差异,但总的设计思路、 方法和步骤相同。 (1)对原始资料进行分析,具体内容如下: 1)本工程情况。主要包括:变电所类型;设计规划容量;变压器容量及台 数;运行方式等。 2)电力系统情况。电力系统近期及远景发展规划(5—10 年);变电所在电

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力系统中的位置(地理位置和容量位置)和作用;本期工程和远景规划与电力系统 连接方式以及各级电压中性点接地方式等。 3)负荷情况。负荷的性质及地理位置、电压等级、出线回路数及输送容量 等。电力负荷在原始资料中虽已提供,但设计时应该认真地辩证地分析。因为负 荷的发展和增长速度受政治、经济、工业水平和自然条件等方面影响。如果设计 时,只依据负荷计划数字,而投产时实际负荷小了,就等于积压资金,否则电量 供应不足,就会影响其他工业的发展。 4)环境条件。当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔、 地震等因素对主接线中电器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、地理条件相差甚大,应子以重视。对重型设备的运输条件也应 充分考虑。 5)设备制造情况。为使所设计的主接线具有可行性,必须对各主要电器的 性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较,保证设计的先进性、 经济性和可行性。 (2)拟定主接线方案。根据设计任务书的要求,在原始资料分析的基础上,可 拟定若干个主接线方案。因为对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容 量以及母线结构等考虑的不同,会出现多种接线方案(近期和远期)。应依据对主 接线的基本要求,从技术上论证各方案的优缺点,淘汰一些明显不合理的方案, 最终保留 2—3 个技术上相当, 又都能满足任务书要求的方案, 再进行可靠性定量 分析计算比较,最后获得技术合理、经济可行的主接线方案。 (3)主接线经济比较。 (4)短路电流计算。对拟定的电气主接线,为了选择合理的电器,需进行短 路电流计算。 (5)电器设备的选择。 (6)绘制电气主接线图及其他必要的图纸。 (7)工程概算。包括:主要设备器材费;安装工程费;其他费用。

5.3 主接线设计
主接线的基本形式,就是主要电气设备常用的几种形式,分为两大类:有汇 流母线的接线形式、无汇流母线的接线形式。 变电所电气主接线的基本环节是电源(变压器)、母线和出线(馈线)。各个变电 所的出线回路数和电源数不同,且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线数 较多时(一般超过 4 回),为便于电能的汇集和分配,采用母线作为中间环节,可

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使接线简单清晰,运行方便有利于安装和扩建。但有母线后,配电装置占地面积 较大,使用断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器较少,占地面积 小,但只适用于进出线回路少,不再扩建和发展的变电所。有汇流母线的接线形 式主要有:单母线接线和双母线接线。设计中仅以单母线接线为例。 一、单母线接线

图 5-1 单母线接线

如图 5-1 所示,单母线接线的特点是整个配电装置只有一组母线,每个电源 线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。供电电源是变压器或高压进线回 路。母线既可以保证电源并列工作,又能使任一条出线回路都可以从电源 l 或 2 获得电能。每条引出线回路中部装有断路器和隔离开关,靠近母线侧的隔离开关 QS2 称作母线隔离开关,靠近线路侧的 QS3 称为线路隔离开关(在实际变电所中, 通常把靠近电源侧的隔离开关称为甲刀闸,把靠近负荷侧的隔离开关称为乙刀 闸)。由于断路器具有开合电路的专用灭弧装置,可以开断或闭合负荷电流和开断 短路电流,故用来作为接通或切断电路的控制电器。隔离开关没有灭弧装置.其 开合电流能力极低,只能于设备停运后退出工作时断开电路,保证与带电部分隔 离,起着隔离电压的作用。所以,同一回路中在断路器可能出现电源的一侧或两 侧均应配置隔离开关, 以便检修断路器时隔离电源。 若馈线的用户侧没有电源时, 断路器通往用户则可以不装设线路隔离开关。但如果费用不大,为了防止过电压

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的侵入。也可以装设。同一回路中串接的隔离开关和断路器,在运行操作时,必 须严格遵守下列操作顺序: 如对馈线送电时,须先合上隔离开关 QS2 和 QS3,再投入断路器 QF2;如欲 停止对其供电,须先断开 QF2,然后再断开 QS3 和 QS2。为了防止误操作,除严 格按照操作规程实行操作票制度外。还应在隔离开关和相应的断路器之间,加装 电磁闭锁、机械闭锁。接地开关(又称接地刀间)QS4 是在检修电路和设备时合上, 取代安全接地线的作用。当电压在 110kV 及以上时,断路器两侧的隔离开关扣线 路隔离开关的线路侧均应配置接地开关。对 35kV 及以上的母线,在每段母线上 亦应设置 1—2 组接地开关或接地器,以保证电器和母线检修时的安全。 1.单母线接线的优缺点 优点:接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装 置。 缺点:灵活性和可靠性差,当母线或母线隔离开关故障或检修时,必须 断开它所连接的电源,与之相连的所有电力装置在整个检修期间均而停止工作。 此外,在出线断路器检修期间,必须停止该回路的供电。 2.单母线接线的适用范围 一般适用于一台主变压器的以下两种情况: (1)6-10kV 配电装置的出线回路数不超过 5 回。 (2)35-66kV 配电装置的出线回路数不超过 3 回。 二、单母线分段接线 为了克服一般单母线接线存在的缺点,提高它的供电可靠性和灵活性,可以 把单母线分成几段,在每段母线之间装设一个分段断路器和两个隔离开关。每段 母线上均接有电源和出线回路,便成为单母线分段接线,如图 5-2 所示。 1.单母线分段接线的优缺点 优点:①用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路, 有两个电源供电;②当一证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。 缺点:①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;②当出线为双回路时,常使架空线路出现交叉跨越;③扩建时 需向两个方向均衡扩建。 2.适用范围 (1)6 一 10kV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时。 (2)35—66kV 配电装置出线回路数为 4—8 回时。

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图 5-2 单母线分段接线

现阶段最常用的接线形式有两种:单母线接线和单母线分段接线,依据辽宁 工学院变电所中实际情况的了解,以及对单母线接线和单母线分段的比较,并且 从经济性、可靠性、灵活性三个方面的对比,选择单母线接线方式。 辽宁工学院变电所为终端变电所高压为 10kV 低压为 0.4kV。 这在主接线的选 择上确定了范围,根据 5-10 年的发展计划设计,并依据辽宁工学院的供电情况, 拟装设两台主变压器。 1.10kV 主接线 根据设计要求及综合考虑,10kV 侧两条铜电缆,一条运行,一条备用两条电 缆的各种参数均相同,来自供电中心的高压电经隔离开关、调相机、电流互感器 接到母线上,而后经隔离开关、计量柜进入母线接到两台变压器上,其间由隔离 开关和断路器分离。如附录Ⅱ。 2.0.4kV 主接线 所谓 0.4kV 是一种电压等级,按正常工作需用 380kV,10kV 高压经过变压器 降压后为 0.4kV 等级,低压经过隔离开关、电流互感器、高压断路器接到母线上, 而后经过隔离开关、仪表通过低压母线接到降压变压器母线上,两台变压器低压 分别带有不同的负荷这是 0.4kV。如附录Ⅱ所示。

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第6章 短路计算

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四线制系统中单相或多相接地(或接中性线) 。

6.1 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。

6.2 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。

6.3 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 6—10kV 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

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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、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。

6.4 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。
K1

1QF

WL1 K3 K4

2QF

K2

WL2

G

图 6-1 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 S d = 100 MVA , U d 1 = U Nav1 = 10.5 KV , U d 2 = U Nav 2 = 0.4 KV ,而
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I d 1 = S d /( 3U d 1 ) = 100MVA /( 3 × 10.5) KV = 5.5KA I d 2 = S d /( 3U d 2 ) = 100MVA /( 3 × 0.4) KV = 144 KA
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, I OC = 31.5 KA ,则

S OC = 3 ? U N I OC = 3 × 10 × 31.5 = 550MVA
* X 1* = X SD = S D / S OC = 100 MVA / 550 MVA = 0.18

架空线路 由资料可知: X o = 0.4? / KM ,则
* * 2 X 2 = X WLD = X o LSD / U NAVI = (0.4? / m) × 5 Km × 100 MVA /(10.5 KV ) 2 = 1.81

电力变压器 有资料得: U K % = 5 ,则
* * * X 3 = X 4 = X Td = (U k %100) S D / S N = (5 / 100)100 MVA / 1MVA = 5

做出等值电路图并化简电路,求出 k 3 点及其 k 4 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。
* * * X Σ ( k ?3) = X 5 = X 1* + X 2 = 0.18 + 1.81 = 1.99

* * * * * X Σ ( k ?4 ) = X 6 = X 1* + X 2 + X 3 // X 4 = 0.18 + 1.81 + 5 / 2 = 4.49

求出 k 3 点三相短路电流和短路容量 如图所示 6-2 k 3 点供电系统的等值电路图的短路回路。

图 6-2 k 3 点供电系统的等值电路图的短路回路

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* I k(3)3d = 1 / X Σd = 1 / 1.99 = 0.5 ?
*

* I k(3)3 = I d 1 / X Σd = 5.5 KA / 1.99 = 2.76 KA ?

( I k''(?33) = I ∞3) = I k(3)3 = 2.76 KA ?

i sh = 2.57 I '' = 2.57 × 2.76 KA = 7.09 KA I sh = 1.53I '' = 1.53 × 2.76 KA = 4.22 KA
* S k(3)3 = S d / X Σ ( k ?3) = 100MVA / 1.99 = 50.25MVA ?

求出 k 4 点三相短路电流和短路容量 如图 6-3 k 4 点供电系统的等值电路图的短路回路

图 6-3 k 4 点供电系统的等值电路图的短路回路
* I k(3)4 = I d 2 / X Σd = 144 KA / 4.49 = 32.07 KA ?

( I (''k ? 4) = I ∞3) = I k( 3)4 = 32.07 KA ?
( 3)

i sh = 1.81Z '' = 1.84 × 32.07 KA = 59.01KA I sh = 1.09 I '' = 1.09 × 32.07 KA = 34.96 KA
* S k(3)4 = S d / X Σ ( k ? 4 ) = 100MVA / 0.49 = 22.27 MVA ?

在工程设计中,往往还要列短路计算表,如下图所示。

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表 6-1 短路计算表 三相短路 三相短路电流(KV) 短路计算点 容量(MVA)

I k( 3)

I ''( 3 )
2.76 32.07

( I ∞3)

(3 i sh )

(3 I sh )

S k(3)
50.25 22.27

k3 点

2.76 32.07

2.76 32.07

7.09 59.01

4.22 34.96

k4 点

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第7章 电气设备选择与校验

在各级电压等级的变电所中,使用各种电气设备,诸如变压器、断路器、隔 离开关、电流互感器、电压互感器、母线、补偿电容器等,这些设备的任务是保 证变电所安全、可靠的供电,因为选择电气设备时,必须虑及电力系统在正常和 故障时的工作情况。所谓电气设备的选择,则是根据电气设备在系统中所处的地 理位置和完成的任务来确定它们的型号和参数。电气设备选择的总原则是在保证 安全、可靠工作的前提下,适当留有裕度,力求在经济上进行节约。

7.1 电气设备及分类
1、电气设备 电气设备是指电力系统中发电、输电、变配电、用电设备的总称,它包括发 电机、变压器及各种高低压开关设备、保护设备、导线、电缆和用电设备等。 2、电气设备的分类 电气设备通常分类方法如下: (1).按电压分 压设备。 (2).按电能质量分 交流设备、直流设备、交直流两用设备。 一次设备、二次设备。 通常把 1kV 以上的设备称为高压设备,1kV 以下的称为低

(3).按设备所属的电路性质分 (4).按是否组合分

单元件设备、成套设备。

(5).一次设备按其在一次电路中功能,又可分为发电设备、变换设备、控 制设备、保护设备、补偿设备和用电设备。

7.2 电气设备选择与校验
电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容之一。安全、可靠、经济、合 理是选择电气设备的基本要求。 电气设备选择的一般原则为:按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及 型号,按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。 在供配电系统中尽管各种电器设备的作用不一样,但选择的条件有诸多是相 同的,在表 7-1 中列出了导体和电器选择与校验的项目。从表中可以看出为保证
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设备可靠的运行,各种设备均应按正常工作条件下的额定电压和额定电流选择, 并按短路条件校验动稳定和热稳定。

表 7-1 导体和电器的选择与校验项目 选择项目 额定电 设备名称 压 (A) (KV) 高压断路器 高压负荷开关 高压隔离开关 高压熔断器 电流互感器 电压互感器 母线 电缆 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 外) √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 额定电流 (户内户 度级 热稳定 动稳定 (KA) √ √ 装置类 准确 力 校验项目 短路电流 开断能

7.3 高压断路器选择与校验
7.3.1 高压断路器的选择
高压断路器是高压电气中的重要设备,是一次电力系统中控制和保护电路的 关键设备,它在电网中的作用有两方面,其一是控制作用,即根据电力系统的运 行要求,接通或断开工作电路,其二是保护作用,当电力系统中发生故障时,在 继电保护装置的作用下,断路器自动断开故障部分,以保证无故障部分的正常运 行。 高压断路器的主要作用是:在正常运行时用它接通或切断负荷电流;在发生 短路故障或严重负荷时,借助继电保护装置用它自动、迅速地切断故障电流,以 防止扩大事故范围。 断路器工作性能好坏直接关系到供配电系统的安全运行。为此要求断路器具 有相当完善的灭弧装置和足够强的灭弧能力。

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图 7-1 高压断路器的 QF 的型号规格

7.3.2 高压断路器的校验
根据图 7-1 高压断路器的 QF 的型号规格。在短路计算中我们得知 10kV 侧母 线上短路电流为 5.3kA, 控制 QF 的线路继电保护装置实际最大的动作时间为 1.0s 变压器高压侧实际最大工作电流按变压器额定电流计算。

I 30 = I 1N ?T = S N / 3U N = 1000 /( 3 × 10) = 57.7 A
线路首端短路时,流过短路电流最大,而线路首端( k1 )点短路和母线( k 2 ) 点短路,其短路电流相等,即: 短路电流冲击值: i sh = 2.55 I '' = 2.55 × 2.76 = 7.038 KA 短路容量: S K = 3U C I K = 3 × 10.5 × 2.76 = 50.2MVA 拟定选用高压真空断路器,断路时间: t OC = 0.1s 短路假想时间: t ima = t1c = t op + t OC = 1.0 + 0.1 = 1.1s 根据拟定条件和相关数据,选用 ZN12-10I 型高压真空断路器。

表 7-2 ZN12-10I 型高压真空断路器 安装电气条件 序号 项目 1 2 3 4 数据 10KV 57.7A 2.76KA 7.038KA 项目 技术数据 10KV 1250A 31.5KA 25KA 合格 合格 合格 合格 ZN12-10I 校验结论

UN I 30
I
( 3) K

UN IN I OC imas I t2 t

3 i (sh)

5

( I ∞3) t ima

2

7.84

126

合格

25

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7.4 隔离开关选择与校验 7.4.1 隔离开关原理与类型
隔离开关是发电厂和变电所中常用的开关电器,用于隔离电源,以保证对其 它电器设备和线路运行安全检修。 隔离开关是应用于断路器的配套装置使用的,但是隔离开关无灭弧装置,不 能用来接通和断开负荷电流和短路电流。隔离开关的类型较多,按装接地点不同 分:屋内式和屋外式;按绝缘支柱数目分:单柱式、双柱式和三柱式;此外还有 V 型隔离开关。隔离开关的型式对配电装置的分布和占地面积有很大的影响,隔 离开关选型时应根据实际情况选择,辽宁工学院选择型号为:GN30-10D/630,这 种型号隔离开关系列为高压 10kV,三相电流频率 50HZ 的户内装置,安装于高压 开关柜内,使高压开关柜结构紧密占地面积小,安全性高。如下表所示 7-3 为 GN30-10D/630 的技术数据。

表 7-3 GN30-10D/630 技术数据 型号 GN30-10D/630 型式 户内 序号 30 额定电压 KV 10 额定电流 A 630 结构标志 带接地刀闸

7.4.2 隔离开关运行与维护
隔离开关运行与维护的注意事项: (1).载流回路及引线端子无过热。 (2).瓷瓶无裂痕,瓷瓶与法兰接触处无松散及起层现象。 (3).传动机构外露的金属无明显锈蚀痕迹。 (4).触头罩无异物堵塞。 (5).接地良好。 (6).分合闸过程应无卡劲,触头中心要标准,三相是否同时接触。 (7).隔离开关严禁带负荷分、合闸,维修时检查它与断路器的连锁。

7.4.3 隔离开关的校验
根据型号拟选 GN30-10D/630。 I ca = S1N 3U N = 1000 3 × 10 = 57.73 A

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短路电流的冲击值: i sh = 2.55 × 2.76 = 7.038 KA 短路容量: S k = S '' = S ∞ = 3 × 10 × 2.78 = 48.15MVA 短路电流假想时间: iimar = t ac + t tr = 1 + 0.1 = 1.1s 校验情况如下表

表 7-4 GN30-10D/630 校验数据 计算数据 工作电压(KV) 最大工作电流(A) 短路电流 (KA) 短路冲击电流 (KA) 热稳定性校验 10 57.73 2.76 7.038 GN30-10D/630

U N = 10 I N = 630
——

imar = 50
2

I t

2 ∞ imar

= 2.76 × 1.1 = 8.38 A S
2

I 12 t = 14 2 × 5 = 980 A 2 S

根据以上数据可得满足热稳定校验条件。

7.5 互感器选择与校验
互感器是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路信息 的传感器。互感器将高电压、大电流按比例变成低电压(100、100 / 3V )和小电流
(5、1A),其一次侧接在一次系统,二次侧接测量仪表与继电保护等。为了确保工

作人员在接触测量仪表和继电器时的安全,互感器的每一个二次绕组必须有可靠 的接地,以防绕组间绝缘损坏而使二次部分长期存在高电压。 互感器包括电流互感器和电压互感器两大类,主要是电磁式的。此外,电容 式电压互感器在超高压系统中也被广泛应用。 非电磁式的新型互感器, 如电子式、 光电式互感器,尚未进入广泛的工业实用阶段。

7.5.1 互感器应用
互感器包括电流互感器和电压互感器。电流互感器又称仪用变流器,文字符 号为 TA;电压互感器又称仪用变压器,文字符号为 TV。从基本结构和工作原理 来说,互感器是一种特殊变压器。 互感器有如下作用;
(1)安全绝缘
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采用互感器作一次电路与二次电路之间的中间元件,可避免一次电路的高电 压直接引入测量仪表、继电器等二次设备,有利于保障人身安全;可避免一次电 路发生短路使二次仪表、继电器等电流线圈受大电流冲击而损坏;也可避免二次 电路的故障影响一次电路。这样就提高了一、二次电路工作的安全性和可靠性。 (2)按比例减小电流和降低电压 电流互感器是将一次大电流按比例变成二次小电流的装置。虽然电流互感器 一次额定电流不同, 但二次额定电流一般为 5A。 电压互感器是将一次高电压按比 例变成二次低电压的装置,虽然电压互感器一次额定电压不同,但二次额定电压 一般为 100V。 (3)扩大二次设备的使用范围 采用互感器后,就相当于扩大了仪表和继电器的使用范围。例如:用一只量 程为 5A 的电流表与不同变流比的电流互感器配套使用,就可测量不同范围的电 流。同样,用一只量程为 100V 的电压表与不同变压比的电压互感器配套使用, 就可测量不同范围的电压。此外,使用互感器后,可使二次仪表和继电器等的电 流或电压规格统一,有利于这些产品的标准化、小型化和大规模生产。

7.5.2 电流互感器原理与结构
1.工作原理 电流互感器的基本结构与变压器相似,原理接线如图 7-2 所示.其一次绕组 的匝数很少(有的利用一次导体穿过其铁芯,只有一匝),导体较粗,串接在被测 电路中, 因此一次电流完全取决于被测电路的负载电流; 其二次绕组的匝数很多, 且与低阻抗的仪表或继电器的电流线圈相连,因而二次阻抗很小,所以它实际上 就相当于一个短路运行的变压器。 电流互感器一、二次额定电流之比叫变流比,用 K i 表示,由变压器的基本知 识可知:

Ki =
式中

I 1N N I = 2 = 1 I 2N N1 I 2

(7-1)

N 1 、 N 2 ——电流互感器一、二次绕组的匝数;
I 1N 、 I 2 N ——电流互感器一、二次额定电流;

I 1 、 I 2 ——电流互感器一、二次实际电流;
由式 7-1 可见,若已知电流互感器的变流比(或一、二次绕组的匝数)和二次 实际电流,便可计算出一次实际电流的近似值。

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图 7-2

电流互感器原理接线图

1—铁芯;2—一次绕组;3—二次绕组 2.结构 电流互感器的结构如图 7-2 所示,它主要由铁芯、一次绕组、二次绕组和绝 缘构成。按照一次绕组匝数的多少,电流互感器又可分为单匝式和多匝式,多匝 式电流互感器又分为只有一个铁芯和具有两个铁芯的两种类型。

7.5.3 电流互感器校验
对于大多数电流互感器,给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数 K es 和热 稳定倍数 K t ,因此其动、热稳定度应按下式校验。动稳定倍数:

K es = i mas /( 2 I 1N )
则动稳定校验的条件为: K es × 2 × 300 ≥ i sh 拟定型号为:LZZBJ9-10 型电流互感器,查表得 K es = 220 , K i = 150 / 5

K es × 2 I 1N = 220 × 2 × 150 = 933240 f i sh = 30070
热稳定倍数: K t = I t / I 1N ,则热稳定度校验条件为:
( ( K t ? I 1N ) 2 ? t ≥ I ∞3) t ima ,一般 K t 为 1S 热稳定倍数,即电流互感器试验时间
2

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t=1s,因此上式可改写为:
( K t I 1N ≥ I ∞3) t ima

( I ∞3) t ima = 2800.31

3000 f 2800.31

通过计算结果可知满足热稳定校验。

7.6 电压互感器
7.6.1 电压互感器原理
如图所示 7-3 为电压互感器原理接线图,其基本结构与变压器相同,电压互 感器一、二次侧额定电压之比称为变压比,用 K u 表示。

图 7-3 电压互感器原理接线图

1—铁芯;2—一次绕组;3—二次绕组 U N U K u = 1N ≈ 1 ≈ 1 U 2N N 2 U 2
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式中

N 1 、 N 2 ——电压互感器一、二次绕组的匝数;
U 1N 、 U 2 N ——电压互感器一、二次额定电压;

U 1 、 U 2 ——电压互感器一、二次实际电压;
由式可知电压互感器变压比和二次实际电压 U 2 , 可计算出一次实际电压的近 似值。 1.电压互感器的结构 一次绕组被分为匝数相等的两部分,分别绕在上下铁芯柱上并且并联起来, 其连接点于铁芯相连,二次绕组绕在铁芯上,此外还有一个平衡线圈,也有匝数 相等的两部分组成,分别绕在上下两个铁芯上,并且串起来,连接点与铁芯相连。 2.电压互感器校验 为了保证电压互感器的安全运行和在规定的准确级下运行,电压互感器一次 绕组所接电网电压互感器应满足下列条件: 1.1U e1 f U 1 f 0.9U e1 其中式中

U1
U e1

为电网电压; 为电压互感器一次绕组额定电压;

其电压互感器参数如下表所示

表 7-5 电压互感器参数 二次绕组额定容 型号 额定电压(KV) 一次绕组额定容量(VA) 量(VA) 一次 JDZ18-10 10 0.1 50 80 200 二次 0.5 1 3 3P 6P 400 量(VA) 最大容

综合公式: S 2 = (Σ ∫ cos Φ ) 2 + (Σ sin Φ ) 2 = (ΣP ) 2 + (ΣQ) 2 校验后满足要求。

7.7 母线选择与校验 7.7.1 母线的选择
根据设计要求, 变电所 10kV 侧为电缆线, 而屋内配电 10kV 侧和 0.4kV 侧应 用硬母线,经技术经济比较选用硬母线即矩形硬母线,它的优点是便于固定和连 接,散热性能好,缺点是集肤效应系数较大,集肤效应系数与电流的频率、导体 的形状和尺寸有关,为了避免集肤效应系数过大,应减小导体片(条)间的距离,

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相应地改变它有关因素。

7.7.2 母线校验
实际工程应用 10kV 及以下高压线路及低压动力线路,通常先按发热条件选 择截面,再校验,其电压损耗和机械强度。对于一般建筑物的 10kV 线路距离短, 电流不太大,按经济电流密度确定经济截面的意义并不大。 1.选择 根据负荷计算电流: I C = 1273.78 + 1364 = 2637.78 A 折算到 10kV

I JG 0.4 = IJ 10

得到高压侧电流: I C = 0.04 × 2637.78 = 105.51A 根据变压器 SCB9-1000/10 型空载电流为 0.8%,其有名值:
I JEG = S JBE 3 × 10 = 1000 3 ? 10 = 58.14 A

空载电流;
I JGO = 0.8% × 58.14 = 46.51A I JG = I J + I JGO = 105.51 + 46.51 = 152.02 A

根据实际情况: Tmas = 5000(h) ,电流经济密度 2.0 A / mm 2
10kV 侧: S JN = 0.4kV 侧: S JN =

I is 152.02 = = 76.02(mm 2 ) Jh 2
Igz 1364 = = 682(mm 2 ) JN 2

故选用

10kV 侧:TMY-3 × 20 × 40
0.4kV 侧: TMY ? 3 × 60 × 20

经过与短路电流的比较满足条件。

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第 8 章 继电保护

电力系统的继电保护是继电保护技术和继电保护装置的统称。它对保证系统 安全运行和电能质量、防止故障扩大和事故发生起着及为重要的作用。

8.1 继电保护
8.1.1 对继电保护的基本要求
动作于跳闸线圈的继电保护在技术上一般满足以下几个方面: 1. 选择性

它是继电保护装置动作时,仅将故障元件从电力系统中切除,保证系统非故 障元件仍继续运行,尽量减小停电范围。 2. 灵敏性

灵敏性是指对于保护范围内发生故障或非正常运行状态的反应能力。 3. 速动性

速动性是指快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性,减少用户 在电压降低的情况下的工作时间,以及减小故障元件的损坏程度。 4. 可靠性

可靠性是指在其规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时,它不应该拒 绝动作,而在任何其他该保护不应该动作情况下,则不应该错误动作。

8.1.2 继电保护原理
电力系统故障后工频电气量的主要特征变化如下: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 电流增大; 电压降低; 电流与电压之间的相位角发生变化; 测量阻抗发生变化; 出现负序和零序分量; 电气元件流入与流出电流的关系发生变化; 利用故障时电气量的变化特征,可以构成各种作用原理的继电保护。

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8.2 过电流与速断保护整定值的计算
8.2.1 过电流整定值计算
计算变压器过电流的整定值

I op =
式中

K rel ? K w I L max K re ? K i ,
I op ——继电保护动作整定值(A) ;

K rel ——保护装置的可靠系数; K w ——接线系数; K i ——电流互感器电流比; I L ,max ——线路最大负载电流(A) ; K re ——继电器返回系数; K re = 式中 I re I op

I re ——继电器返回电流,电流互感器开始释放的最大电流(A) ; I op ——继电器起动电流,电流继电器开始吸合的最小电流(A);

DL 型继电器的 K re 一般要求在 0.85-0.9。若返回系数 K re 小于 0.85,说明继 电器传动部分有油污,应清洗加油,以减少摩擦阻力矩,如果清洗加油后, K re 仍 达不到 0.85 以上,应考虑更换电流互感器。 设 计 中 所 选 用 的 变 压 器 型 号 为 SCB9-1000/10 变 压 器 , 10KV/0.4KV , 57.7A/1443A, D yn11 干式变压器,其中电流互感器电流比为 K i = 75 / 5 其过电流整 定值计算如下所示: 电流整定值: I op =

K rel ? K w 1.2 × 1 = = 5.4 A, 取I op = 5.5 A , K re ? K i 0.85 × 75 / 5

过电流保护继电器选用 DL-11/11 型。 (1).过电流保护动作时限

t 2 = t1 ? ?t = 1s ? 0.5s = 0.5s

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(2) .灵敏度 S p 的校验。变压器过电流保护的灵敏度 S p ,按变压器低压侧 母线在系统最小运行方式下运行,发生两相短路来检验,其灵敏度 S p 也与线路过 电流保护要求相同,即 S P ≥ 1.5 ,个别情况下,允许 S p ≥ 1.25 。
Sp ≥ I K , min I op1 = 1038 = 12.58 75 5 .5 × 5

即 S p = 12.58 f 1.5 (灵敏度合格) 。 电流速断保护 对于小容量的变压器,可装设电流速断保护和气体保护一起构成变压器主保 护。变压器电流速断保护的工作原理与输电线路的相同,只是将保护设备换成变 压器保护而已。保护的原理接线图如附录Ⅱ。 保护的原理接线图如图 8-1,由于容量较小的变压器一般为单侧电源,此时 注意将电流速断保护装于变压器电源侧。 保护动作电流的整定值有两个原则: (1) 躲过变压器二次测母线上K1 处故障时流过保护的最大短路电流 I k 1?max ,即 I k 1?max = K rel ? I k1?max 式中 K rel -可靠系数,取 1.2-1.3。

(2) 躲过变压器空载合闸时的励磁涌流。通常取 I act = (3 ? 5) I N ?T 式中 I N ?T -保护安装侧变压器的额定电流。

保护动作电流取上述两者中最大者。 保护的灵敏度按保护安装出K2 点故障时流过保护的最小两相短路电流

I K ?2?min 校验,即要求:
K sen = I k ?2?min ≥2 I act

变压器电流速断保护具有接线简单、动作迅速等优点,但是由于不能保护变 压器的全部,且范围随系统运行方式及类型的变化而变化,因此,只能在容量较
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小的变压器中,与气体保护构成变压器的主保护。

信 号

图 8-1 电流速断保护原理接线图

信 号

图 8-2 电流速断保护原理接线图展开式

8.2.2 速断保护整定值计算
I qb =
式中

K rel ? K w I K ,max Ki

I qb ——电流继电器速断保护动作电流(A) ;

K rel ——保护装置可靠系数,取 K rel =1.2; K w ——接线系数,取 K w =1; K i ——电流互感器电流比, K i =75/5=15;

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I L ,max ——线路末端最大短路电流,即三相金属性短路电流稳定性(A) ;
) I K , max = I 1((3K ? 2) = 1.20 × 10 2 KA = 1200 A, 则I qb =



1.2 × 1 × 1200 A = 96 A , 75 5

对于电力系统末端供配电电力变压器的速断保护, 一般取额定电流的 2-3 倍。 则

I qb =

1.2 × 1 × 2 × 57.7 A = 9.23 A ; 75 5

速断保护动作电流 I qb 整定值为 10A; 动作时限 t 2 为 0s; 灵敏度校验公式:
Sp ≥ I K , min I op1 ≥ 2;



) I K ,max = I 1((2K ?2) = 10 2 × 1.038 = 1038 A ;

I op1 = I OP K i = 10 × 15 A
Sp = 1038 = 6.92 ; 150

S p = 6.92 f 2 (灵敏度合格)

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第 9 章 配电装置

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分,在电力系统中起着接受和分配 电能的作用,它是电气主接线的连接方式,由开关电气、保护和测量电气、母线 和必要的辅助设备组建而成的总体装置。当系统中发生故障时能迅速切断故障部 分,维持系统正常运行。

9.1 对配电装置的基本要求
1. 保证运行可靠; 2. 便于操作、巡视和检修; 3. 保证工作人员的安全; 4. 力求提高经济性; 5. 具有扩建的可能;

9.2 配电装置的类型
配电装置按电气设备装设的地点不同, 可分为屋内配电装置和屋外配电装置; 按其组装方式,又可分为装配式和成套式。在现场将电器组装而成的称为装配配 电装置;在制造厂按要求预先将开关电器、互感器等组成各种电器成套后运至现 场安装使用的称为成套配电装置。

9.3 配电装置的应用
在发电厂和变电站中,35kV 以下的配电装置多采用屋内配电装置,其中 3-10kV 的大多采用成套配电装置;110kV 及以上的大多采用屋外配电装置;对于 110-220kV 的配电装置有特殊要求时, 如建于城市中心也可以采用屋内配电装置。 目前我国采用一般的屋内配电装置,3-35kV 的各种配电装置,在发电厂和变 电所已经广泛使用,110-500kV 的全封闭组合电器以已经得到广泛使用。

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9.4 配电装置的设计步骤
1.选择配电装置的型式。 选择时应考虑配电装置的电压等级、电气设备的

型式、出线多少和方式有关的电抗器、地形、环境条件等因素; 2.配电装置的形式确定,接着拟定配电装置图; 3.按照所选电气设备的外形尺寸、运输方法、检修和巡视方便的安全等要求, 遵照配电装置设计的有关规定。并考虑各种配电装置的典型设计和手册,设计绘 制配电装置平面图和断面图。 辽宁工学院的综合楼变电所为屋内配电装置;框如图 9-1 下所示:

图 9-1 高压侧配电装置图

如图 9-2 其中 1S GGD-36G柜包括:B 楼负一层照明、B 楼一层照明、B 楼 二层照明、B 楼三层照明、B 楼四层照明、B 楼五层计算机房、备用。 2S GGD-36G 柜包括:B 楼六层计算机房、B 楼七层照明、B 楼八层照明、B 楼九层照明、备用、备用。 3S GGD-36G 柜包括:A 楼负一层照明、A 楼负二层照明、A 楼一层照明、A 楼二层照明、A 楼三层照明、A 楼四层照明、备用。

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4S GGD-08G 柜包括: I 1m 段受电。 5S GGD-09G 柜包括:I 段受电。 6S 柜包括:无功优化补偿装置。 7S GGD-12G 柜包括: I xf 段受电。

图 9-2 1#变压器配电装置图

如图 9-3 为 2#变压器配电装置图 8S GGD-09G 柜包括:消防电梯 1 备用、消 防电梯 2、正压风机、消防污水泵、B 楼负一层人防电力备用、备用、变点所用 电。 9S GGD-36G 柜包括:A 楼消防电力干线备用、A 楼消防照明干线、B 楼消 防照明干线、B 楼进风机、直流屏电源高压柜内照明、备用。 10S GGD-09G 柜包括:母线联络。 11S GGD-36G 柜包括:消防电梯 1、消防电梯 2 备用、正压风机、消防污水 泵备用、B 楼负一层人防电力、变点所用电备用、备用。 12S GGD-36G 柜包括:A 楼消防电力干线、A 楼消防照明干线备用、B 楼消 防照明干线、B 楼进风机备用、直流屏电源备用、备用。

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13S GGD-12G 柜包括: Π xf 段受电。 14S 柜:无功优化补偿装置。 15S GGD-10G 柜包括: Π 段受电。 16S GGD-08G 柜包括: Π IK 段受电。 17S GGD-36G 柜包括:A 楼负二层电力、B 楼负一层电力、备用、备用。 18S GGD-36G 柜包括:B 楼负二层电力、B 楼三层电力、B 楼四层电力、备 用。

图 9-3 2#变压器配电装置图

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第 10 章 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有效措施,以保证电气设备安全。

10.1 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 ?s 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,它主要 对 35kV 及以下电网构成威胁。

10.2 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 2.雷电的机械效应 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 雷电流产生的热量,可能烧断导线和烧毁电力设备; 雷电流产生的电动力,可摧毁设备、杆塔、建筑物和

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。

10.3 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。

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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。

10.4 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。
4 1 2

图 10-1 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。

10.5 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.辽宁工学院综合教学楼防雷保护 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。
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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) 独立避雷针不应设在人经常通行的地方, 避雷针及接地装置与道路或建 筑物的出入口等的距离不宜小于 3m。 (5)35kV 及以下高压配电装置的架构或变电所房顶上不宜装设避雷针。 (6) 35kV 配电装置在土壤电阻率不大于 500 ? m 的地区允许将线路的避雷线 接至于出线门型架构上但要装设集中接地装置。 (7)独立避雷针避雷线与配电装置带电部分,变电所电力设备接地部分、构 架接地部分之间的空气距离一般不小于 5m,当条件允许时应尽量增大,以便降低 感应过电压。 4.雷电侵入波过电压保护 架空进线的 10kV 变电所,10kV 架空线应全线装设避雷线,若未沿全线装设, 应在变电所 1-2km 所进线段架设避雷线如图所示。 变电所 3-10kV 配电装置 (包括电力变压器) 应在每组母线和每回架空线路上 装设发行避雷器

避雷器与变压器的最大电气距离
4 及以 雷季经常运行的进出路数 最大空气距离 m 1 15 2 23 3 上 27 30

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图 10-3

架设避雷线

图 10-4

架空线路上装设发行避雷器

5:防雷计算 (1) 变电所占地面积 15 × 60m ,高 57.3m,采用 4 根避雷针保护,为避免反

击,避雷针距离变电所 5m。 相邻两根距离

a1 = 15 + 5 = 20m, a 2 = 60 + 5 = 65m
对角避雷针间距

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D = 20 2 + 65 2 = 68m
避雷针的有效高度为
hx = D 68 = = 8 .5 m 8 8

避雷针的高为 h = hx + ha = 10 + 8.15 = 65.8m 在 hx 高度上的保护半径为

rx =

1 .6 × 8 .5 = 7 .5 m 57.3 1+ 65.8 a1 20 = = 2 .3 h a 8 .5

h x 57.3 = = 0.87 h 65.8 b1x = 0.76 × 8.5 = 6.46 a 2 65 = = 7.64 h a 8 .5 b2 x = 0.01 × 8.5 = 0.085
全在保护范围内

A2=60

B2x=0.085

A1=15

b1x=6.46

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总 结

此毕业论文设计了辽宁工学院综合教学楼的变电所,这是一次综合设计的考 验。 在设计中电气主接线根据原始资料及实际工程应用,分析并选定两种接线方 式,通过实地考察和供电情况分析,最终选定的接线方式为:高压侧采用单母线 接线,低压侧采用单母线分段接线,在本变电所的设计中还对变压器选择、短路 电流的计算及设备选择进行了设计。 在主变压器选择中首先确定了变压器的容量、 台数、型号,而后根据变电所所带负荷情况采用需要系数法计算,同时结合相关 的功率因数计算出变压器的容量。 设计变压器继电保护时,采用了过电流保护、速断保护。 防雷保护设计,参照设计要求利用滚球法为防雷保护的设计方法,并且采用 四支等高等距离的避雷针。 通过完成辽宁工学院综合教学楼的变电所的设计,把过去所学的专业知识综 合的利用起来,并运用到了实际工程当中去,把基础知识与工程实际相互结合。 既做到技术先进又保证安全可靠,进一步提高了自己设计的能力,而最重要的是 培养了自己的工程观念,为以后的工作打下了坚实的基础。

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参考文献

[1] 熊信银,发电厂电气部分(第三版) ,北京:中国电力出版社,2004.8 [2] 陈跃,电气工程专业毕业设计指南电力系统分册,北京:中国水利水电出版 社,2003.8 [3] 丁毓山 雷振山, 中小型, 变电所实用设计手册, 北京: 中国水利水电出版社, 2000.6 [4] 陈化钢, 电气设备及其运行, 合肥: 合肥工业大学出版社, 2004 [5] 贺家李等, 电力系统继电保护原理, 北京:中国电力出版社,2004. [6] 朱献清, 物业供用电, 北京:机械工业出版社,2003

[7] 尹克宁, 变压器设计原理, 北京:中国电力出版社,2003 [8] 张连斌.变电所电气部分.北京:中国水利电力出版社,2002 [9] 陈化钢.实用供配电技术手册.北京:中国水利电力出版社,2002 [10] 周泽存.高电压技术.北京:中国电力出版社,2004 [11] 姚春球.电厂电气部分.北京:中国电力出版社,2004 [12] 李庆义.浅谈如何正确选择及使用电流互感器. 电气开关.2005.1:23-27 [13] 许志华.低压配电系统的接地保护.电气时代.2005.3:14-18 [14] 何仰赞等,电力系统分析,武汉:华中理科技学出版社,2002.3 [15] K.B.RAINA.K.C SINGAL.Y.K.ANAND Hologamous Integrating Strategies for Incipient Fault Diagnosis of Transformer,1985 [16] Workgroup of GEC AL THOM Measurements. Protective Relays-Application Guide:3rd Edition . Stafford: GEC AL THOM 1987 Protection & Control Limited,

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致谢

通过此次毕业设计,加深了我所学的电气工程专业知识,为今后顺利的开展 工作打下良好的基础,特别是对认识问题、分析问题、解决问题的能力有了较大 的提高。本次毕业设计也是对我整个学习阶段的一次综合测试。 在毕业设计过程中,衷心的感谢闫钿老师和辽宁工学院供电中心的栾迪工程 师,在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议。他们那严谨求实的教学作 风、诲人不倦的耐心,给我留下了难以磨灭的印象。我还要感谢我的专业老师陈 晓英、李宝国、任国臣、巴金祥、赵凤贤、吴静等各位老师。在这四年的大学生 活和学习中,老师不仅教导我做人的原则,尤其在学习当中对我传授的知识会使 我受益终身。 在此,我对您们表示最衷心的感谢,我将在今后的工作中不断追求新知识、 继续努力,不辜负老师们对我细心的培养。

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附录Ⅰ

英文资料及其翻译 Transformer Types and Construction of Transformer A transformer is a device that alternating current electric energy at one voltage level into alternating current electric energy at another voltage level through the action of a magnetic field.It consists of two or more coils wire wrapped around a common ferromagnetic core.These coils are (usually)not directly connected. The only connection between the coils is the common magnectic flux presen within the core. One of the transformer windings is connected to a source of ac electric power,and the second(and perhaps third) transformer winding supplies electric power to loads. the transformer winding connected to the power souce is called the primary winding or input winding.and the winding connected tertiary winding. Power transformer are constructed on one of two types of cores.one type of construction consists of a simple rectangular laminated piece of steel with the transformer windings wrapped around two sides of the rectangle.This type of construction is know as coreform .The other type consists of three-legged laminated core with the windings wrapped around the center leg .This type of construction is know as shell form.In either case,the core is constructed of thin laminations electrically isolated form each other in order in order to reduce eddy currents to a minimum. The primary and secondary windings in a physical transformer are wrapped one on top of the other with the low-voltage winding innermost.Such an arrangement severs two purposes: 1.It simplifies the problem of insulating the high- voltage winding from the core.2.It results in much less leakage flux than would be the two windings were separated by a distance on the core. Power transformer are given a variety of different names, depending on their use in power systems.A transformer connected to the output of a generator and used to step its voltage up to transformer levels is sometimes called unit transformer. The transformer ai the other end of the transformer line,which steps the voltage down from
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to the loads is called the secondary

winding or input winding.If there is a third winding on the transformer,it is called the

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transmission levels to distribution levels,is called a substation transformer.Finally,the transformer that takes the distribution voltage and steps is down to the final voltage ai which the power is actually used is called a distribution transformer.All these devices are essentially the same-the only difference among them is their intended use. In addition to the various power transformer, two special-purpose transformers are used with electric machinery and power systems.The first of these special transformers is a device specially designed to sample a high voltage and produce a low secondary voltage directly proportional to it.Such a transformer is called a potential transformer.A power transformer also produces a secondary voltage directly proportional to its primary voltage;the difference between a potential transformer and a power transformer is that the potential transformer is designed to handle only a very small current.The second type of special transformer is a device designed to provide a secondary current.much smaller than but directly proportional to its primary current.This device is called a current transformer. Cirtcuit Breakers A circuit breaker is mechanical switching device capable of making,and breaking currents under normal circuit conditions and also making.carring for a specified time ,and mediujm in which circuit interruption is performed may be designated by a suitable prefix, for example,air-blastcircuit breaker,oil circuit breaker.The circuit breakers currently in use can be dlassified into the following categories according to the arc-quenching principles:air swetches oel ciryit breakers,minmum-oil circuit breakers,air-blast circuit breakers,the magenetic air circuit breakers,minimum-oilcircuit breakers,aer-blast circuit breakers,the by voltage,insulation levelcurrent,interrupting capabilities,transient recovery coltage,interrupting tiome,and trip delay.The nameplate on a circuit breaker usually indicates:1.The maximum steady-state current it can carry, 2. The maximum interrupting current,3. The maximum line voltage,4.The interrupting time in cycles, The interrupting time in may last form 3 to 8 cycles on a 60 Hz system. To interrubt large currents quickly, we have to ensure rapid cooling. High-speed interruption lunits the damage transmission lines and equipment and, equally important,it helps to mainmain the stability of the system whenever a contingency occurs. The main parts of a circuit breaker are usually:arc-quenching chamber (or interrupter with moving and fixed contacts) operating mechanism and supporting structures.

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Air Switches-With increasing currents and voltages, spring-action driving mechanisms were developed to reduce contact buring by faster-opening operation.Later,main contacts were fitted with arcing contacts of special material and shape,which opend after and closed before the main contacts.Further improvements of the air switch were the bursh-type contact with a wiping and cleaning function,the insulating barrier leading to arc chutes,and blowout coils with excellent arc-extinguishing properties.These features,as well as the horn gap contact,are still in use in low voltage as and de breakers. Oil Circuit Breaker Around 1900, in order to cope with the new requirement for “interrupting capacity”,AC switches were immersed in a tank of oil. Is very effective in quenching the arc and establishing the open break after current zero.Deion grids,oil-blast features,pressure-tight joints and vents,new operating mechanisims,and multiple interrupter were introucedover several decades to make the oil circuit breaker a reliable apparatus for system voltage up to 362kV

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变压器 变压器的类型和结构
变压器是一个通过磁场作用将一个交流电压值变成另一个电压值的设备。它 由两条或更多的金属丝缠绕在一个核心磁铁上组成的。这些绕线(一般)不直接 接触。绕线之间唯一的联系是它们共有的存在于磁芯的磁通量。 一组变压器绕组连接到一个交流电源上,同时第二组(或许第三组)变压器 绕组作为电源提供给负载。连接到电源上的变压器绕组叫做一次绕组,或者输入 绕组。连接负载的绕组叫做二次绕组或者输出绕组。如果变压器上有第三绕组, 它叫做三次绕组。 电力变压器由一两种磁芯中的一种构成。一种构造是由一种简单的变压器绕 组缠绕在矩形两边的矩形薄钢片组成。这种构造类型被认为是核心形式。另一种 类型是由绕组缠绕在中心引脚的叠片铁心构成。这种构造类型贝壳形式。其中任 意一种类型,磁心都是由排列整齐的彼此之间电气隔离的薄铁片构成,以便将涡 流减小到最小值。 一个物理变压器的一次绕组和二次绕组被缠绕成一个在内部的另一个低压绕 组的上面。 这样安排达到了两个目的: 1.它简化了从磁芯到高压绕组的绝缘问题。 2.与过去将两个绕组在磁心上隔离一定距离比起来,它导致更少的漏通量。 电力变压器被赋予了很多不同的名字,取决于它们在当前系统中的作用。一 变压器连接到一个发电机的输出端,并且用于步调它的电压达到变压器值有时被 叫做单位变压器。 变压器一个排在另一个后面——将电压从传送值步降到分布值, 被叫做变电站。最后,变压器将分布电压和步幅降到最后的实际使用的电能被叫 做发送变压器。所有这些设备本质上都是相同的——它们之间唯一不同的是它们 的特定用途。

断路器
空气压缩断路器是一种机械开关设备, 能够在正常和特殊情况下开断电流 (比 如说短路电流) 。例如空气断路器、油断路器,干扰电路的导体因该安全可靠的应 用于其中,电流断路器按灭弧远离通常被分为如下等级:空气开关断路器、油断 路器、少油断路器、压缩空气断路器、具有消磁性质的隔离开关、六氟化硫断路 器和真空断路器。他们的参数有电压等级、绝缘等级、电流开断容量、开断时间 的瞬时电压恢复和条炸事件。断路器的铭牌通常包括:1.最大可承受电流;2.最 大中断电流;3.最大线路电压;4.中断周期数量。在 60HZ 的系统中,中断可能持 续 3 至 8 个周期,为了快速中断达负荷电流,我们不得不确保它的持续冷却, 、高 速开断能限制对传输线路的损害,这一点是同等重要的它帮助系统在任何事故发 生时维持稳定运行,断路器主要由操作机构、执行机构和灭弧室组成。

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当有触发电流或者电压时,空气隔离开关的弹簧操作机构迅速动作以用来减 少触点的烧损,主触点的特殊形状和使用材料完全适合电弧的接触,空气隔离开 关更进一步的改进是由于灭弧的性能、绝缘隔板组成的灭弧罩、带灭弧功能的触 头等这些特殊性质,所以仍被应用于低电压等级和直流断路器中。 多油断路器出现于 1900 前后, 主要用来满足新的开断容量的要求, 交流开关 被浸入一个油缸之中,油在熄灭电弧和在电流过零时建立开断功能是十分有效, 灭弧栅、喷油嘴、新的操作机构和多种新的断路功能在近几十年引进使用多油断 路器能够适应 362kV。

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附录Ⅱ

0.4kV 侧主接线图

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TMY-3X60X6 TNY-3X60X6 TMY-3X60X6

10kV 侧电气主接线图

TA

JP? 1TA 4 HEADER 2TA

1TA

1TA

2TA

2TA

YJV22-3X70

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变压器继电保护图

10KV

+SM

+KM -220 1 4FU 102 17 107 8 105 HD 1 TBJ 9 R 2 DL 1 3 1 2 HC 2

控母 熔断器 防跳 回路 合闸 回路 合 闸 指

1

1 3FU 2 5 SA 103

1QS

5FU 2

TBJ TBJ 11

QF

101

5

8

1TA 2TA

11 10 9 12
100

示 跳 闸
LD R 2

14 15 16 13 135
KCO 4 1SJ 03 5 6 1KA TA 3KA 1KA 1 2 4KA 2KA 1 2 3KA 1 2 5KA 4KA 1 2 07 7 8 4 5 6 KS 05 1LP 1 2KT 09 2 KM 2PL 011 6 1KT 017 1 R1 13 SYM SA 192 8

指 示 电流 速断 限时 过流 限时 速断 限 时 过 流

TA

2KA

kk

事故
194 5 1DL 7 708

16 13

16 13

跳闸

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