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35kV10kV降压变电所电气部分初步设计


长沙电力职业技术学院**** 届毕业设计

课题名称:35kV/10kV 降压变电所电气部分初步设计

专业:

供用电技术

学 生 姓 名:

****



号:

**************



级:

*******

指 导 教 师:

*******

2011 年 11 月

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前 言
随着多年来全国城乡供配电的建设和发展、城乡居民住宅的不断兴建,专变 客户供电的规划、设计、安装和运行维护显得越来越重要了,再加上配电设备越 来越多、越来越新,分布越来越广,技术要求越来越高,以及供配电工程的设计 和安装标准非常高,要严格实行质量第一、精心设计。为此,编者根据《电力工 程电力设计手册》、《工厂供配电技术》、《高电压技术》、《10KV 配电工程 设计手册》 、《供用电网络及设备》、《供配电技术》等要求来精心写的毕业设 计。 本设计共有五部分,第一部分为复荷计算,其中包括:计算负荷的概念、负 荷分级、求计算负荷的方法、民用电气设备的需用系数及功率因数表;第二部分 为无功补偿,其中包括:无功补偿的原来及意义、无功补偿装置的选择、补偿装 置的确定、无功补偿的计算;第三部分为高低压电气设备的选择,其中包括:选 择设备的一般原则和基本要求、高压断路器的选择、电流互感器选择、电压互感 器选择计算、 各级电压母线的选择; 第四部分为继电保护和运行维护, 其中包括: 继电保护设计的基本原则、保护方式配置、备用电源自动投入装置、配电装置的 运行维护、电力电缆的运行维护;第五部分为防雷接地,其中包括:避雷器的配 置原则、变电所的进线段保护、避雷针的配置、接地装置的设计。 在编写的过程中, 还得到了老师以及许多同学的大力支持和帮助,在此深表 感谢。 由于编者水平有限, 书中难免有错误和不足之处, 恳请广大读者批评指正。

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前 摘

言 要 .................................................... 5

第 1 章 负荷计算 ........................................... 6 1.1 计算负荷的概念......................................... 6 1.2 负荷分级 ............................................... 6 1.3 求负荷计算的方法 ....................................... 6 第 2 章 无功补偿 .......................... 错误!未定义书签。 2.1 无功补偿的原理及意义 .................................. 10 2.2 无功补偿装置的选择 .................................... 11 2.3 补偿装置的确定 ........................................ 12 2.4 无功补偿的计算 ........................................ 12 第 3 章 高低压设备的选择 .................................. 14 3.1 选择设备的一般原则和基本要求......................... 14

3.2 高压断路器的选择...................................... 15 3.3 电流互感器选择........................................ 16 3.4 电压互感器选择计算 .................................... 18 3.5 各级电压母线的选择.................................... 19 第 4 章 继电保护和运行维护 ................................ 20 4.1 继电保护设计的基本原则 ................................ 21 4.2 保护方式配置.......................................... 21 4.3 备用电源自动投入装置.................................. 21 4.4 配电装置的运行维护.................................... 22 4.5 电力电缆的运行维护.................................... 23 第 5 章 防雷接地 .......................................... 23 5.1 避雷器的选择.......................................... 24 5.2 变电所的进线段保护 .................................... 25 5.3 避雷针的配置.......................................... 26
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5.4 接地装置的设计 ........................................ 26 后 记 .................................................... 30 参考文献 ................................................. 31

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摘 要
随着工业时代的不断发展, 人们对电力供应的要求越来越高,特别是供电的 稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电 站的合理设计和配置。一个典型的变电所要求变电设备运行可靠、操作灵活、经 济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑,本论文设计了一个降压变电所,此变 电所有三个电压等级:高压侧电压为 110kv,有二回线路;中压侧电压为 35kv。 本设计选择选择两台 SFSZL-31500/110 主变压器,其他设备如站用变,断路器, 隔离开关,电流互感器,高压熔断器,电压互感器,无功补偿装置和继电保护装 置等等也按照具体要求进行选型、设计和配置,力求做到运行可靠,操作简单、 方便,经济合理,具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性。使其更加贴合 实际,更具现实意义。

【关键字】 降压 变电所;电气;设计 :

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第 1 章 负荷计算
1.1 计算负荷的概念
负荷计曲线通常是根据每隔半小时的平均负荷值绘制的。实际表明,导体通 过电流达到稳定温升的时间大约经 30min 后达到稳定温升值。 而时间很短的尖峰 负荷未等到导体升高之前。这个尖峰电流就已经消失了。由此可见,只有持续时 间在半小时以上的负荷值, 才有可能构成导体的最大温升。计算负荷实际上与从 负荷曲线上查得的半小时最大负荷 P30 是基本相当的, 所以把根据半小时平均负 荷的负荷曲线中的最大值称为计算负荷。

1.2 负荷分级
电力负荷分级及供电要求可划分为三个等级: (1)一级负荷。突然停电将造成人身伤亡或重大设备损坏,且难以修复者, 或在经济上造成重大损失者。如炼铁高炉的泥炮机、开口机、热风炉助燃风机、 鼓风机站、水泵站;炼钢转炉吹氧管升降机构、烟罩升降机构、炉体倾动机构; 大型连续轧钢机;铝电解装置;焦炉推焦车、消火车、拦焦车、煤气加压站和氧 气站等的电力负荷。 (2)二级负荷。突然停电将产生大量废品、引起大量减产、企业内运输停顿 等,在经济上造成较大损失者。如高炉上料系统、转炉上料系统、电炉电极升降 机构、倾动机构、电磁搅拌机、连铸机、轧钢机和金属制品生产系统等的电力负 荷。 (3)三级负荷。所有不属于一级和二级的电力负荷。如机械修理设施、电气 修理设施等的电力负荷。 各级电力负荷的供电要求, 一般不低于以下所列:1)一级负荷由两个独立电 源供电, 对特殊重要的一级负荷应由两个独立电源点供电(见供电电源)2)二级负 荷由两回线路供电, 该两回线路应尽可能引自不同的变压器和母线段。3)三级负 荷按实际需要容量供电。

1.3 求负荷计算的方法
求计算负荷的方法有:需用系数法和二项式法。 (1)需要系数法。

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用电设备按类型分组后的多个用电设备组均连接在配电干线或变电所的低 压母线上, 考虑到各个用电设备组并不同时都以最大负荷运行,配电干线或变电 所的计算负荷应等于各个用电设备组的计算负荷求和以后,再乘以一个同时系 数,即配电干线或变电所低压母线上的计算负荷为: 1)有功计算负荷 (1.1) 2)无功计算负荷 (1.2) 3)视在计算负荷 (1.3)

4)计算电流 (1.4)

式中 和 0.93~0.97;

——有功功率和无功功率的同时系数,一般取为 0.8~0.9

——各用电设备组有功计算负荷之和(kW) ; ——各用电设备组无功计算负荷之和(kvar) ; U ——用电设备额定线电压(V) 。 应该注意,因为各用电设备组类型不同,其功率因数也不尽相同。所以, 一般情况下,总的视在计算负荷不能按 S
?C ? P P / cos ? 来计算,总的视在计算 ?

负荷或计算电流也不能取为各组用电设备的现在计算负荷之和或计算电流之和。 5)需要系数的选取 需要系数是在一定的条件下,根据统计方法得出的,它与用电设备的工作性

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质、设备效率、设备数量、线路效率以及生产组织和工艺设计等诸多因素有关。 将这些因素综合为一个用于计算的系数,即需要系数,有时也称为需用系数。显 然,在不同地区、不同类型的建筑物内,对于不同的用电设备组,用电负荷的需 要系数也不相同。 12-l 和表 12-2 分别列出了旅游宾馆的主要用电设备和部分 表 建筑物照明用电设备的需要系数的推荐值, 可作为供配电设计中进行负荷计算的 参考。 在实际工程中应根据具体情况从表中选取一个恰当的值进行负荷计算。一 般而言,当用电设备组内的设备数量较多时,需要系数应取较小值;反之,则应 取较大值。设备使用率较高时,需要系数应取较大值;反之,则应取较小值。 (2)二项式法。此法适合于反复短时工作制用电设备占多数的情况下计算负 荷之用。 同类工作制的单组用电设备按下式计算: (1.5) (1.6) 不同工作制的多组用电设备的计算公式为:

(1.7) 式中为用电设备组中 (长期工作制的为 5 台, 反复短时工作制和短时工作制 的为 3 台)台最大用电设备的设备容量之和,kW;c、b 为二项式系数;为从各用 电设备组中选出的最大值,kW;为与相应的功率因数角的正切函数。 (3)单位产品耗电量法。此法适合于初步设计及前期阶段计算负荷之用。 (1.8) 式中 Km 为最大系数,是最大负荷与最大负荷班平均负荷之比;n 为年电能 利用率,是年平均负荷与最大负荷班的平均负荷之比;ω 为单位产品耗电量,; M 为产品年产量,t;为年工作小时数,h。

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求得各车间负荷后,企业的总负荷按下式求得:

(1.11) 式中为企业各车间计算负荷有功功率的总和,kW;。为企业平均功率因数 的正切函数,按补偿后的功率因数=0.9~0.92 考虑;为最大负荷同时系数, 取 0.9~0.95。 (4)根据任务书提供的资料,主变容量的计算如下: ∑P1=1046+735+808+1000+920+1350+737+931=7527(KW) ∑Q1=471+487+572+491+276+297+496+675=3765( )

=7330(

) )

=80%S=5863.89(

(5)根据任务书提供的资料,站用变压器的计算如下: P2=20+4.5+2.7+2*11+10.5+13+0.96+14+10=97.76(KW) S=20/0.88+4.5/0.85+2.7/0.88+2.11/0.79+10.5/0.5+13/0.8+0.96/0.69+ 14+10=121.58(KVA) SN=80%S=97.26(KVA)

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第 2 章 无功补偿
2.1 无功补偿的原理及意义
(1)无功补偿的原理 电网输出的功率包括两部分;一是有功功率;二是无功功率.直接消耗电能, 把电能转变为机械能,热能,化学能或声能,利用这些能做功,这部分功率称为有 功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式的能,这种能作为电气设备能 够做功的必备条件,并且,这种能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率 称为无功功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所占的电能.电 流在电感元件中做功时,电流超前于电压90℃.而电流在电容元件中做功时,电流 滞后电压90℃.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180℃.如果在 电磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量 与电压矢量之间的夹角缩小,从而提高电能做功的能力,这就是无功补偿的道理. (2) 无功补偿的意义 1)补偿无功功率,可以增加电网中有功功率的比例常数 2 ) 减少 发 , 供电设 备 的设计容 量 , 减少投 资 , 例如 当功 率因数 增加到 时,装1Kvar 电容器可节省设备容量0.52KW;反则,增加0.52KW.对原 有设备而言,相当于增大了发,供电设备容量.因此,对新建,改建工程.应充分考 虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资. 3) 降低线损,由公式得出其中为补偿后的功率因数为补偿前的功率因数则>, 所以提高功率因数后,线损率也下降了.减少设计容量,减少投资,增加电网中有 功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益.所 以,功率因数是考核经济效益的重要指标,规划、实施无功补偿势在必行. (3) 无功补偿的原则 提高用电单位的自然功率因数,无功补偿分为集中补偿,分散补偿和随机随 器补偿,应该遵循: 全面规划,合理布局,分级补偿,就地平衡;集中补偿与分散补 偿相结合,以分散补偿主;高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主;调压与 降相结合,以降损为主的原则. (4) 无功补偿装置的组合元件

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1)无功功率自动补偿控制器 根据电网无功功率是否达到无功设定值来控制电力电容器的投入和切除,并 且有过,欠电压保护功能 2)无触点可控硅模块或智能复合开关 3)电容器(内带放电电阻) 4)熔断器 5)电流互感器 6)避雷器 7)开关 8)电抗器(对无触点开关起到过电流保护作用;对防止电容器过电流也起到 抑制作用)另外,还装配监视用的电压表,电流表,功率因数表和信号指示灯等

2.2 无功补偿装置的选择
(1)无功电源和有功电源一样是保证系统电能质量和安全供电不可缺少的。 据统计,电力系统用户所消耗的无功功率大约是它们所消耗有功功率的 50-100%. 另外电力系统中得无功功率损耗也很大, 在变压器内和输电线路上所消耗掉的总 无功功率可达用户消耗的总无功功率的 75%和 25%。因此,需要由系统中各类无 功电源供给的无功功率为总有功功率的 1-2 倍。 由无功功率的静态特性可知, 无功功率与电压的关系较有功功率与电压的关 系更为密切, 从根本上说, 要维持整个系统的电压水平就必须有足够的无功电源。 无功电源不足会使系统电压降低发送变电设备达不到正常出力, 电网电能损失增 大,故需要无功补偿。 有功功率必须由发电厂送至负荷点, 而无功功率则不宜有输电线路远距离输 送,这有以下原因: 1)电压降增加,使电压控制复杂化; 2)由于加大电流而增加损失,使输电费用增加; 3) 由于加大电流, 使变压器 架空线路和电缆等电气设备和导体的热容量不 能充分利用。 所以, 现代电力系统的无功电源和无功负荷都在各级电压电网中的变电所和 用户处逐级补偿,就地平衡,我国现行规程规定,以 35 千伏及以上电压等级直

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接供电的工业负荷,功率因数不得低于 0.90.

2.3 补偿装置的确定
1)同步调相机:同步调相机在额定电压±5%的范围,可发额定容量,在过 励磁运行时, 它向系统供给感性的无功功率起无功电源的作用, 能提高系统电压, 在欠励磁运行时, 它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用,可降低系统电 压。 装有自动励磁调节装置的同步调相机, 能根据装设地点电压的数值平滑改变 输出无功功率,进行电压调节,但是调相机的造价高,损耗大,维修麻烦,施工 期长。 1)串联电容补偿装置:在长距离超高压输电线路中,电容组串入输电线路, 利用电容器的容抗抵消输电线路的一部分感抗,可以缩短输电线的电气距离,提 高静稳定和动稳定度。但对负荷功率因数高或导线截面小的线路,由于 PR/V 分 量的比重大, 串联补偿的调压效果就很小。故串联电容器调压一般用在供电电压 为 35KV 或 10KV,负荷波动大而频繁,功率因数又很低的配电线路上。 2)静态补偿器补偿装置:它由静电电容与电抗器并联组成电容器可发出无 功功率,电抗器可吸收无功功率,两者结合起来,再配以适当的调节装置,就能 够平滑地改变输出无功功率的静止补偿器,与同步相机相比较,运行维修简单, 功率损耗小,但相对串联电容及并联电容补偿装置,其造价高维修复杂,一般用 于以较高的电压等级 500KV 变电所中。 3)并联电容补偿装置:并联电容器是无功负荷的主要电源之一。它具有投 资省,装设地点不受自然条件限制,运行简便可靠等优点,故一般首先考虑装设 并联电容器。 由于它没有旋转部件, 维修方便, 为了在运行中调节电容器的功率, 可将电容器连成若干组。根据负荷变化,分组投入或切除。

2.4 无功补偿的计算
供配电系统要求 10KV 的电能用户的功率因数应达到 0.90 以上。 时, 时,

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需补偿的电容量为:

供配电系统要求 0.38kv 的电能用户的功率因数应达到 0.85 以上。 =P2/S2=97.76/121.58=0.804 时, =0.74 =0.85 时=0.62 需补偿的电容量为;

=

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第 3 章 高低压设备的选择
导体和设备的选择是变电所设计的主要内容之一,正确地选择设备是使电 气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时,应根据 工程实际情况,在保证安全、可靠的前提下,积极而稳妥地采用新技术,并注 意节约投资,选择合适的电气设备。

3.1

选择设备的一般原则和基本要求
1、基本要求 1)应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求,并考虑远景发展

的需要; 2)应按当地环境条件校核; 3)应力求技术先进和经济合理; 4)选择导体时应尽量减少品种; 5)扩建工程应尽量使新老设备的型号一致; 6)选用的新品,均应具有可靠的试验数据,并经正式鉴定合格。 2、按正常工作条件选择导体和电气设备 1)电压: 所选电器和电缆允许最高工作电压不得低于回路所接电网的最高运行电压 即 (3.1) 一般电缆和电器允许的最高工作电压,当额定电压在 220KV 及以下时为, 而实际电网运行的一般不超过 2)电流 导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度 Q 0 下,导体和电器的长期 允许电流 Ie 应不小于该回路的最大持续工作电流 即 。

(3.2)

由于变压器在电压降低 5%时,出力保持不变,故其相应回路的

=

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1.05 (( 为为电器额定电流)。 3、按短路情况校验 设备在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验,一般校 验取三相短路时的短路电流,如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断 器有限流作用时,可不验算动稳定,用熔断器保护的电压互感器回路,可不验 算动、热稳定动稳定. 1)热稳定校验式为 上式中:——短路电流的热效应(KA S) — — t 秒 内 设 备 允 许 通 过 的 热 稳 定 电 流 有 效 值 ( KA2S ) t——设备允许通过的热稳定电流时间(s) 2)动稳定校验式为 上式中: ——短路冲击电流幅值及其有效值 ----厂家给出的动稳定电流的幅值和有效值 (3.4)
2

(3.3)

3.2 高压断路器的选择
高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用,是高压电路中最重要的 电器设备。 3.2.1 断路器选择的具体技术条件 1)电压选择同式 2)电流选择同式 由于高压开断器没有连续过载的能力,在选择其额定电流时,应满足各种 可能运行方式下回路持续工作电流的要求,及取最大持续工作电流 3)开断电流选择 高压断路器的额定开断电流,不应小于实际开断瞬间的短路电流周期分量 即 (3.5) 。。

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当断路器的较系统短路电流大很多时,简化计算可用 I Nbr ? I " 进行选择,

I " 为短路电流值。
4)短路关合电流的选择 为了保证断路器在关合短路电流时的安全,断路器的额定关合电流 应小于短路电流最大冲击电流值 即 5)热稳定校验式同 6)动稳定校验式同 (3.6) 不

3.3 电流互感器选择
互感器包括电压互感器和电流互感器,是一次系统和二次系统间的联络元 件,用以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电,正确反映电气 设备的正常运行和故障情况。 3.3.1 电流互感器的选择技术条件 1)电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响,使一次电流在数值 和相位上都有差异,即测量结果有误差,所以选择电流互感器应根据测量时误 差的大小和准确度来选择。 2)电流互感器 10%误差曲线: 是对保护级电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电 流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级,而当其通过故障电流时 则希望早已饱和,以便保护仪表不受短路电流的损害,保护级电流互感器主要 在系统短路时工作,因此准确级要求不高,在可能出现短路电流范围内误差限 制不超过-10%。电流互感器的 10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过 -10%的条件下,一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗 Z2f 关系 曲线。 3)额定容量 为保证互感器的准确级,它的二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的 额定容量 。

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(3.7) (Ω ) (3.8)

式中:

—测量仪表电流线圈电阻

—继电器电阻 —连接导线电阻 —接触电阻一般取 0.1Ω 4)按一次回路额定电压和电流选择 电流互感器用于测量时,其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作 电流大 1/3 左右以保证测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流 选择必须满足: , ,为了确保所供仪表的准确度,互感器的

一次工作电流应尽量接近额定电流 5)种类和型式的选择 选择电流互感器种类和形式时,应满足继电保护、自动装置和测量仪表的 要求,再根据安装地点(屋内、屋外)和安装方式(穿墙、支持式、装入式等) 来选择。 6)热稳定校验 电流互感器热稳定能力常以 1s 允许通过一次额定电流 Ie1 的倍数 Kr 来表示 即: 7)动稳定校验 电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值( )的倍数—动稳定电 (3.9)

流倍数,表示其内部动稳定能力,所以内部动稳定可用下式校验: (3.10)

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3.4 电压互感器选择计算
3.4.1 电压互感器选择技术条 1、电压互感器的准确级和容量 电压互感器的准确级是指在规定的一次电压和二次负荷变化范围内,负荷 功率因数为额定值时,电压误差最大值,由于电压互感器本身有励磁电流和内 阻抗,导致测量结果的大小和相位有误差,而电压互感器的误差与负荷有关, 所以用一台电压互感器对于不同的准确级有不同的容量,通常额定容量是指对 应于最高准确级的容量。 2、按一次回路电压选择 为了保证电压互感器安全和在规定的准确级下运行,电压互感器一次绕组 所接电网电压应在(1.1-0.9)范围内变动,即应满足: (3.11) 3、按二次回路电压选择 电压互感器的二次侧额定电压应满足保护和测量使用标准仪表的要求,电 压互感器二次侧额定电压可按下表选择,如表 3.1
表 3.1 电压互感器型号选择表 电网电 接 型 式 (KV) 一 台 PT 不完全接线方 式 110J-50 单相式 0J Y0Y0Y0 3-60 单相式 100/ 3 100/3 100/ 3 100 3-35 单相式 100 无此绕组 线 压 型 式 压(V) 压 IV 二次绕组电 角形辅助绕组电 接成开口三

3-15

三 相 五柱式

100

100/3 (相)

4、电压互感器及型式的选择 电压互感器的种类和型式应根据安装地点和使用条件进行选择,在 6~
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35KV 屋内配电装置中一般采用油浸式或浇注式电压互感器。110~220KV 配电装 置中一般采用半级式电磁式电压互感器。220KV 及以上配电装置,当容量和准 确级满足要求时,一般采用电容式电压互感器。 5、按容量的选择 互感器的额定二次容量(对应于所要求的准确级), 二次负荷 ,即: (3.12) (3.13) 、 —仪表的有功功率和无功功率 应不小于互感器的

3.5 各级电压母线的选择
3.5.1 裸导体选择的具体技术条件 1)型式:载流导体一般采用铝质材料。对于持续工作电流较大且位置特别 狭窄的发电机、变压器出线端部,或采用硬铝导体穿墙套管有困难时,以及对 铝有较严重的腐蚀场所,可选用铜质材料的硬导体。 回路正常工作电流在 4000~8000A 时,一般选用槽型导体。110KV 及以上高 压配电装置,一般采用软导线。 2)按长期发热允许电流选择导线截面 S (3.14) 式中: 载流量; —温度修正系数; —为导体在回路的长期持续工作电流 3)电晕电压效验 电晕放电引起电能损耗和无线电子干扰,对于 110KV 及以上的各种规格导 体,应按晴天不出现电晕的条件效验,使导体的临界电晕电压大于最高工作电 压。
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—相应于某一母线布置方式和环境温度为+25℃时的导体长期允许

(3.15) 式中, U cr 为临界电晕线电压有效值。 4)热稳定校验: 裸导体热稳定校验公式为: 式中: (mm?) (3.16)

— 根据热稳定决定的导体最小允许载截面(mm?)

— 热稳定系数 —短路电流的热效应(KA2S) — 集肤效应系

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第 4 章 继电保护和运行维护
4.1 继电保护设计的基本原则
(1)客户变电所中的电力设备和线路,应装设反应短路故障和异常运行的继 电保护和安全自动装置,满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。 (2)客户变电所中的电力设备和线路的继电保护应有主保护、后背保护和异 常运行保护,必要时可增设辅助保护。 (3)10kv 及以上变电所宜采用数字式继电保护装置。

4.2 保护方式配置
(1)继电保护和自动装置的设置应符合 GB50062《电力装置的继电保护和自 动装置设计规范》 、GB14285《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定。 (2)进线保护的配置应符合下列规定: 1)110kv 及以上进线保护的配置,应根据经评审后的二次接入系统设计确 定。 2)35kv 进线应装设延时速断和过电流保护;对于有自备电源的客户也可采 用阻抗保护。 3)10kv 进线装设速断或延时速断、过电流保护。对小电阻接地系统,宜装 设零序保护。 (3)主变压器保护的配置应符合下列规定; 1)量在 0.4MVA 及以上车间里油浸变压器和 0.8MVA 及以上油浸变压器,均 应装设瓦斯保护。其余非电量保护按照变压器厂家要求配置。 2)电压在 10kv 及以下、容量在 10MVA 及以下的变压器,采用电流速断保 护和过电流保护分别作为变压器主保护和后背保护。 3)电压在 10kv 及以上、容量在 10MVA 及以上的变压器,采用纵差保护和过 电流保护分别作为变压器主保护和后备保护,对于电压为 10kv 的重要变压器, 当电流速断保护灵敏度不符合要求时也可采用纵差保护作为变压器主保护。

4.3 备用电源自动投入装置
(1)备用电源自动投入装置,应具有保护动作闭锁的功能。 (2)10-110kv 侧进线断路器处,不宜装设自动投入装置。

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(3)0.4kv 侧,采用具有故障闭锁“自投不自复”“手动手复”的切换方 , 式,不 (4)特级、一级负荷客户,宜在变压器低压侧的分段开关处,装设自动投入 装置。其它负荷性质客户,不宜装设自动投入装置。

4.4 配电装置的运行维护
1.一般要求 配电装置应定期进行巡视检查,以便及时发现运行中出现的设备缺陷和故 障,导体连接的接头部分发热、绝缘瓷瓶闪络或破损、油断路器 漏油等,并 设 法采取措施予以消除。 在有人值班的变电所内, 配电装置应每班或每天进行一次外部检查。在无人 值班的变电所内, 配电装置应至少每月检查一次。如遇短路引起开关跳闸或其它 特殊情况(如雷击)应对设备进行特别检查。 2.巡视项目 (1)由母线及接头的外观或其温度指示装置(如变色漆、示温蜡)的指示, 检查母线及接头的发热温度是否超过允许值。 (2)开关电器中所装的绝缘油颜色和油位是否正常,有无漏油现象,油温 指示器有无破损。 (3)绝缘瓷瓶是否脏污、破损,有无放电痕迹。 (4)电缆及其接头有无漏油及其它异常现象。 (5)熔断器的熔体是否熔断,熔断器有无破损和放电痕迹。 (6)二次系统的设备如仪表、继电器等工作是否正常。 (7)接地装置及 PE 线、PEN 线的连接处有无松脱、短线的情况。 (8)整个配电装置的运行是否符合当时的运行要求。停电检修部分有没有 在其电源侧断开的操作手柄处悬挂“禁止合闸,有人工作”之类的标示牌,有没 有装设必要的临时接地线。 (9)高、底压配电室的通风、照明及安全防火装置是否正常。 (10) 配电装置本身和周围有无影响安全运行的异物 (如易燃、 易爆物体等) 和异常现象。 在巡视中发现的异常情况,应记录专用记录本上,重要情况应及时汇报上

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级,请示处理。

4.5 电力电缆的运行维护
(1)一般要求 电缆线路大多是敷设在地下的,要做好电缆的运行维护工作,就要全面了解 电缆的敷设方式、结构布置、线路走向及电缆头位置等。对电缆线路,一般要求 每季进行一次巡视检查,并应经常监视其负荷大小和发热情况。如遇大雨、洪水 及地震等特殊情况及发生故障时,应增加临时巡视次数。 (2)巡视项目 1) 电缆头及瓷套管有无破损和放电痕迹; 对填充有电缆胶 (油) 的电缆头, 还应检查有无漏油现象。 2)对明敷电缆,还需检查电缆外皮有无锈,损伤,沿线支架或挂钩有无 脱落,线路上及附近有无堆放易燃、易爆及强腐蚀物体。 3)对暗敷及埋地电缆,应检查沿线的盖板和其他保护物是否完好,有无 挖掘痕迹,路线标桩是否完整无缺。 4)电缆沟内有无积水或参水现象,是堆有杂文及易燃、易爆危险物。 5)线路上各种接地是否良好,有无松脱、断股和腐蚀现象。 60 其他危及电缆安全运行的异常现象。 在巡视中发现的异常情况,应记录在专用记录本上,重要情况应及时汇报 上级,请示处理。

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第 5 章 防雷接地
变电所是电力系统的中心环节,是电能供应的来源,一旦发生雷击事故, 将造成大面积的停电,而且电气设备的内绝缘会受到损坏,绝大多数不能自行 恢复会严重影响国民经济和人民生活,因此,要采取有效的防雷措施,保证电 气设备的安全运行。 变电所的雷害来自两个方面,一是雷直击变电所,二是雷击输电线路后产 生的雷电波沿线路向变电所侵入,对直击雷的保护,一般采用避雷针和避雷 线,使所有设备都处于避雷针 (线)的保护范围之内,此外还应采取措施,防止 雷击避雷针时不致发生反击。 对侵入波防护的主要措施是变电所内装设阀型避雷器,以限制侵入变电所 的雷电波的幅值,防止设备上的过电压不超过其中击耐压值,同时在距变电所 适当距离内装设可靠的进线保护。 避雷针的作用:将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地,从而 保护设备,避雷针必须高于被保护物体,可根据不同情况或装设在配电构架 上,或独立装设,避雷线主要用于保护线路,一般不用于保护变电所。 避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备,它实质是一个放电器,与 被保护的电气设备并联,当作用电压超过一定幅值时,避雷器先放电,限制了 过电压,保护了其它电气设备。

5.1 避雷器的选择
5.1.1 避雷器的配置原则 1)配电装置的每组母线上,应装设避雷器。 2)旁路母线上是否应装设避雷器,应在旁路母线投入运行时,避雷器到被 保护设备的电气距离是否满足而定。 3)220KV 以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器,并尽可能靠近设备 本体。 4)220KV 及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时,应在变压器附 近增设一组避雷器。 5)三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。

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5.1.2 避雷器选择技术条件 1、型式:选择避雷器型式时,应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点, 按下表选择如表 5.1
表 5.1 避雷器型号选择表 型 号 FS FZ FCZ 配电用普通阀型 电站用普通阀型 电站用磁吹阀型 10KV 以下配电系统、电缆终端盒 3-220KV 发电厂、变电所配电装置 1、 330KV 及需要限制操作的 220KV 以 及以下配电 2、 某些变压器中性点 FCD 型 旋转电机用磁吹阀 用于旋转电机、屋内 型式 应用范围

型号含义:

F——阀型避雷器; S——配电所用;Z——发电厂、变电所

用; C——磁吹;D——旋转电机用;J——中性点直接接地 2、额定电压 U N :避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。 5.1.3 避雷器的选择和校验 1、110KV 母线侧避雷器的选择和校验 (1)型式选择 根据设计规定选用 FZ 系列普通阀式避雷器。 (2)额定电压的选择: KV (5.1)

110KV 以上避雷器带有均压环,顶盖上有接线端子,110KV 以上产品不 超过 20kgf.

5.2 变电所的进线段保护
为使避雷器可靠的保护变压器,还必须设法限制侵入波陡度和流过避雷器 的冲击电流幅值。因为避雷器的残压与雷电流的大小有关,过大的雷电流致使

U R 过高,而且阀片通流能力有限,雷电流若超过阀片的通断能力,避雷器就会
坏。因此,还必须增加辅助保护措施配合避雷器共同保护变压器,这一辅助措
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施就是进线段。 如果线路没有进线段保护,雷直击变电所附近导线时,流过避雷器的雷电 流幅值和陡度是有可能超过容许值的。因此,为了限制侵入波的陡度和幅值, 使避雷器可靠动作,变电所必须有一段进线段保护。本设计中采用的是在进线 1~2km 范围内装设避雷器。

5.3 避雷针的配置
5.3.1 避雷针位置的确定 首先应根据变电所设备平面布置图的情况而确定,避雷针的初步选定安装 位置与设备的电气距离应符合各种规程规范的要求 1、电压 110KV 及以上的配电装置,一般将避雷针装在配电装置的构架或房 顶上,但在土壤电阻率大于 1000 ? .m 的地区,宜装设独立的避雷针。 2、独立避雷针(线)宜设独立的接地装置,其工频接地电阻不超过 10 ? .m 3、35KV 及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针,因其绝缘水平很 低,雷击时易引起反击。 4、在变压器的门型架构上,不应装设避雷针、避雷线,因为门形架距变压 器较近,装设避雷针后,构架的集中接地装置,距变压器金属外壳接地点在址 中距离很难达到不小于 15m 的要求。 初步确定避雷针的安装位置后,再根据下列公式进行计算,校验是否在保 护范围之中。

5.4 接地装置的设计
接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地 相连,使该物体或节点与大地保持等电位,埋入地中的金属接地体称为接地装 置。 5.4.1 设计原则 1、由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大,在接地设计中要满足 电力行业标准 DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中 R≤2000/I 是非常困难 的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达 到 0.5Ω ,而是允许放宽到 5Ω ,但这不是说一般情况下,接地电阻都可以采用 5Ω ,接地电阻放宽是有附加条件的,即:防止转移电位引起的危害,应采取各

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种隔离措施; 考虑短路电流非周期分量的影响,当接地网电位升高时,3-10kV 避雷器不应动作或动作后不应损坏; 应采取均压措施,并验算接触电位差和跨 步电位差是否满足要求, 施工后还应进行测量。 2、在接地故障电流较大的情况下,为了满足以上几点要求,还是得把接地电阻 值尽量减小。接地电阻的合格值既不是 0.5Ω ,也不是 5Ω ,而应根据工程的具 体条件,在满足附加条件要求的情况下,不超过 5Ω 都是合格的。 5.4.2 接地网型式选择及优劣分析 220kv 及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网,接地带布置按经 验设计,水平接地带间距通常为 5m-8m。除了在避雷针(线)和避雷器需加强分 流处装设垂直接地极外,在地网周边和水平接地带交叉点设置 2.5m-3m 的垂直 接地极,进所大门口设帽檐式均压带,接地网结构是水平地网与垂直接地极相 结合的复合式地网。 长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定,没有辅助的计算程序和对计算 结果进行分析,设计简单而粗略。因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心 部分的 3-4 倍,因此,地网边缘部分的电场强度比中心部分高,电位梯度较 大,整个地网的电位分布不均匀。接地钢材用量多,经济性差。在 220kV 及以 下的变电工程中采用长孔网或方孔网,因为入地故障电流相对较小,地网面积 不大,缺点不太突出。而在 500kV 变电站采用,上述缺点的表现会十分明显, 建议 500kV 变电站不采用长孔或方孔地网。 5.4.3 降低接地网电阻的措施 1、利用地质钻孔埋设长接地极 根据接地理论分析,接地网边缘设置长接地极能加强边缘接地体的散流效 果,可以起到降低接地电阻和稳定地网电位的作用。如果用打深井来装设长接 地极,则施工费很高,如利用地质勘察钻孔埋设长接地极,施工费将大大节 省。但需注意:利用地网边缘的地质钻孔,间距不小于接地极长的两倍;钻孔 要伸入地下含水层方可利用,工程中我们曾经进行过实测,未插入到含水层的 长接地极降阻效果差。 2、使用降阻剂 在高土壤电阻率区的接地网施工中使用降阻剂,无论是变电还是发电工程

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例子都很多。20 世纪的 70 年代到 80 年代,使用较多的是膨润土降阻剂和碳基 类降阻剂。据了解,多个使用降阻剂的工程,接地完工后测量接地电阻情况都 不错,但由于缺乏长期的跟踪监测,对降阻剂性能的长效性和对接地极材料的 腐蚀性的信息返回少。确实也有质量差的降阻剂,降阻效果不能持久,对接地 网造成腐蚀,引起各地对降阻剂使用意见分岐。 3、利用地下水的降阻作用,深井接地,引外接地。 当变电站附近有低土壤电阻率区(水塘、水田、水洼地??),可以敷设辅 助接地网与所内主接地网连接,这种方式叫引外接地。这也是降低接地电阻的 有效措施。 4. 扩大接地网面积 我们知道,在均匀分布的土壤电阻率条件下,接地电阻与接地网面积的平 方成反比,接地网面积增大,则接地电阻减小,因此,利用扩大接地网面积来 降低接地电阻是可能预见的有效降阻措施。 5.4.4 接地刀闸的选择与校验 1、110KV 侧接地刀闸的选择: 根据系统电压可以选择 JW2-110 型接地刀闸。
表 5.2 JW2-110 型接地刀闸参数表 额 型 定 电 号 压 Ue (kV) JW2 -110 0KV 11 26 1 00 (A) 6 30.5 100 40 最 高 工 作 电 压 长 期 通 流 能 力 全 波 动稳 定电 流峰 值 (kA) 热稳定 电流 2S(kA) 2

(8/20 ?s ) 全 波 冲 击对 地耐压(KV)

2、35KV 侧接地刀闸的选择: 根据系统电压可以选择 JW-35 型接地刀闸。

表 5.3

JW2-35 型接地刀闸参数表

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额 型 定 电 号 压 Ue (kV) JW35 KV 35

最 高 工 作 电 压

长 期 通 流 能 力





动稳 定电 流峰 值 (kA)

热稳定 电流 2S(kA) 2

(8/20 ?s ) 全波冲击对 地耐压 (KV)

(A) 3 7.5 — — —— 50 20

3、10KV 侧接地刀闸的选择: 根据系统电压可以选择 JN1-10I 型接地刀闸,表 5.4
表 5.4 额定 型号 电压 Ue(k V) (A) JN1-1 0I 10KV .5 11 — — —— 50 20 最 高工作 电压 JN1-10 型接地刀闸参数表 长 期通流 能力 全 波 电 流峰值 (kA) 动稳定 流 2S(kA) 热稳定电

(8/20 ?s )全 波冲击对地耐 压(KV)

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后 记
本次设计是在***老师的亲切关怀和悉心指导下完成的,他严肃的科学 态度,严谨的之学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从设计 的选择到最终的完成,***给予我细心的指导和支持。通过本次设计,我加深了 对供配电知识的理解及系统的设计步骤。 我和同组同学一起进行课题讨论、 分析、 查找资料,悉心请教,耐心进行设计,共用整理设计直到最后完成。作为大学阶 段一次重要的学习经历我感觉自己收益匪浅,使自己学习能力得到进步,不断的 提高!在***的精心指导下,同学们的互助帮助下,我经历一个多月的努力,顺 利的把毕业设计完成了。 在设计完成之际,我的心情无法平静,从开始进入设计到顺利完成,有 多少可敬的师长、同学、朋友给予了无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意。

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参考文献
[1]《电力工程电力设计手册》 水利电力部西部电力设计院; 电子工业出版社; 中国电力出版社; [2]《工厂供配电技术》 张莹 主编 [3]《高电压技术》 常美生 主编 [4]《10KV 配电工程设计手册》 [5]《供用电网络及设备》主编:李俊、遇桂琴 中国电力出版社;

[6]《供配电网络》 夏国明 主编 中国电力出版社。

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