兰州理工大学毕业设计.doc

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1、兰州理工大学毕 业 设 计课题：110KV变电站设计专业：2005级电气工程及自动化姓名：目 录1、摘要-12、原始资料-13、任务书-531、对电气主接线的基本要求-532、短路电流及负荷电流计算-633、断路器的选择-834、隔离开关的选择-1035、电流互感器的选择-1236、电压互感器的选择-1437、电气总平面及各级电压配电装置型式概述-1538、变压器继电保护-1739、所用电、直流系统及主控室-19310、防雷保护-224、计算书-2641、短路电流计算-2642、负荷电流计算-2843、断路器和隔离开关的选择-2944、电流互感器的选择-3745、电压互感器的选择-4246、母

2、线、支持绝缘子、穿墙套管的选择-4347、10KV用户出线的选择-5048、主变差动保护整定计算-5149、防雷保护计算-535、参考资料-626、电力变压器故障分析与诊断-637、英文资料翻译-65附图1：电气主接线图原 始 资 料一、目的：根据设发展要求，在某省境内建一座110KV变电站，支持该地区的工业发展，改善和提高该地区人民的物质文化生活水平。二、负荷发展情况： 2001年 26823 KW 2005年 37054 KW 2012年 56111 KW三、工程规模： 1、主变压器：主变容量：最终2台 2*31500 KVA，初期上1台电压配合：110+8*5%/38.5+8%/11KV

3、容量配合：100%/100%/100%接线组别：Y/-12-11阻抗：ZI-II=10.5% ZI-III=17.5% ZII-III=6.5%主变110KV侧中性点接地方式：考虑1台直接接地；另1台经避雷器接地。2、无功补偿： 电力电容器2组，容量为2*4000Kvar，只能接低压绕组侧。3、出线回路数： 110KV出线2回 1）本变-白沙 LGJ-150 16.5Km 25000KW 2）本变-松柏 LGJ-150 39.0Km 25000KW10KV出线8回，远景发展6回电缆出线。用户名称最大负荷（KW）线路长度（Km）回路数造成厂26061硅铁厂80041电视机厂30031毛纺厂300

4、51缝纫厂38041医院30031自行车厂45021学校250314、变电站占地面积：90*72平方米四、主接线：经综合考虑，建议110KV、35KV、10KV均采用单母分段带旁路接线。负荷分布如后图所示（下一页）。五、短路阻抗： 归算到本变电站110KV母线Z1=0.06 Z2=0.166任 务 书本毕业设计为兰州理工大学二00七级电力系统自动化专业（本科）毕业设计，设计题目为：110KV变电所电气设计。此设计任务旨在体现我们小组对本专业各科知识的掌握程度，培养我们小组各成员对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时检验本专业学习三年以来的学习结果。在设计过程中，各成员进行了分工共同学习，分工

5、协作，查阅大量相关技术资料，经多次修改，形成设计稿。一、 对电气主接线的基本要求：电气主接线是由高压电气设备连成的接受和分配电能的电路，是发电厂和变电站最重要的组成部分之一，对安全可靠供电至关重要。因此设计的电气主接线必须满足如下基本要求：1、 满足对用户供电必要的可靠性和电能质量的要求。2、 接线简单、清晰、操作简便。3、 必要的运行灵活性和检修方便。4、 投资少、运行费用低。5、 具有可见的可能性。 为满足供电可靠要求，本设计中采用110KV、35KV、10KV均采用单母分段带旁路接线；最终为2台变压器并联运行；所用电由2台所用变供电；主要负荷采用双回线路供电。本设计中的主变压器的选择原则

6、：1、 主变压器台数：为保证供电的可靠性，变电站一般装设2台主变压器；当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设1台主变压器。2、 主变压器容量：主变压器容量应根据5-10年的发展规划进行选择，并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力；对装设2台变压器的变电站，每台变压器的额定容量一般按下式选择：Sm=0.6Pm Pm-变电站最大负荷这样，当1台变压器停用时，可保证对60%负荷的供电。考虑变压器的事故过负荷能力40%，则可保证对84%负荷的供电。由于一般电网变电站大约有25%的非常重要负荷，因此，采用Sm=0.6Pm,对变电站保证重要负荷来说多数是可行的，能满足

7、一、二级负荷的供电要求。3、 主变压器的型式：一般情况下采用三相式变压器，具有三种电压等级的变电站，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到15%Sn以上时，可采用三绕组变压器。其中，当高压电网为110KV220KV，而中、低压电网为35KV和10KV时，由于负荷较大，最大和最小运行方式下电压变化较大，股采用有载调压的三绕组变压器。 综上所述，本变电站采用的主变压器最终为2台，型号为：SFSZL-31500KVA。二、 短路电流、负荷电流计算： 经计算，得下列结果：1、 变压器短路阻抗标幺值电压等级110KV35KV10KV符号XIj*XIIj*XIIIj*短路阻抗标幺值0.341300.21432

8、、 短路电流三相短路点序号电压等级（KV）I di(KA)全电流有效值Ich（KA）冲击电流Ich（KA）i=11108.36812.7221.34i=2356.76410.2817.25i=31016.2724.7341.493、主变压器额定电流值电压等级（KV）1103510额定电流（A）173.574961735.74、各负荷的电流值出线回路总功率（KW）正常有效时电流值（A）总电流值（A）110KV白沙23000135.8431.2松柏25000147.7白海25000147.7备用三回35KV遥田432070.3467.57磨田512094龙塘384070.49珠玑滩500091.7

9、9余庆384070.49灶市384070.49备用2回10KV硅铁厂4200271.7989.8医院5000323.4学校3000194.1造纸厂2300148.8毛纺厂800051.75备用3回三、断路器选择断路器选择型式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术性能、价格比较后才能确定。断路器的选择及校验条件如下：1）UzdUg； 2）IeIg；3）热稳定校验 I2e*t*tI2*t；4）动稳定校验 ichidf.经计算并校验，将所得结果解表如下：1、110KV侧断路器选择结果：名称型号额定/最高电压额定电流母联断路器SW7-110110/126KV

10、1500A主变进线断路器SW7-110110/126KV1500A出线断路器SW7-110110/126KV1500A2、35KV侧断路器选择结果：名称型号额定/最高电压额定电流母联断路器SW7-35-35/40.5KV1000A主变进线断路器SW7-35-35/40.5KV1000A出线断路器SW7-35-35/40.5KV1000A110KV侧断路器选择结果：名称型号额定/最高电压额定电流母联断路器SN10-10I/100010/11.5KV1000A主变出线断路器SN10-10III/100010/11.5KV2000A硅铁厂出线SN10-10I/60010/11.5KV600A医院出线

11、SN10-10I/60010/11.5KV600A学校出线SN10-10I/60010/11.5KV600A造纸厂出线SN10-10I/60010/11.5KV600A毛纺厂出线SN10-10I/60010/11.5KV600A四、隔离开关选择：隔离开关的主要用途:1） 隔离电压:用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。2） 倒闸操作：投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合1台断路器协同操作来完成。3） 分、合小电流。隔离开关选择和校验原则：1） Uzd=Ug；2） Ie=Ig；3） I2e*t*tI2*t；4） Ichidf.经计算并校验，选择结果如下：

12、1、110KV侧隔离开关:名称型号额定电压额定电流母联隔离开关GW4-110G/1000110KV1000A进线隔离开关GW4-110G/600110KV600A2、35KV侧隔离开关：名称主变出线侧隔离开关母联隔离开关型号GW5-35G/600GW4-35G/1000额定电压35KV35KV额定电流600A1000Aidr50-29KA80KAich17.25KA17.25KAI2*t96.079KA2*s54.902KA2*sI2e*t*t490KA2*s693.375KA2*s3、10KV侧隔离开关：名称主变出线隔离开关母联隔离开关户外出线隔离开关型号GN2-10/2000GN8-10T

13、/GW4-10/600额定电压10KV10KV10KV额定电流2000A600A600Aidf85KA52KA50KAich41.49KA41.49KA41.49KAI2*t555.89 KA2*s317.66 KA2*s317.66 KA2*sI2e*t*t12960 KA2*s2000 KA2*s980 KA2*s10KV用户隔离开关：名称氮肥厂城关部队造纸厂冷库型号GN1-10/600GN1-10/600GN1-10/400GN1-10/400GN1-10/400额定电压10KV10KV10KV10KV10KV额定电流600A600A400A400A400Aidf60KA60KA50KA

14、50KA50KAich41.49KA41.49KA41.49KA41.49KA41.49KAI2*t317.66 KA2*s317.66 KA2*s317.66 KA2*s317.66 KA2*s317.66 KA2*sI2e*t*t600KA2*s600KA2*s980 KA2*s980 KA2*s980 KA2*s五、电流互感器的选择：电流互感器的选择和配置条件：1） 型式：电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于620KV户内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35KV及以上配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器。2） UzdUg；

15、 3） IeIg；4） 热稳定校验 ich5） 动稳定校验 (Im*Kth)2*t1、110KV电流互感器选择：名称主变出线CT母联CT用户出线CT型号LCWDL-110GY-2*600/5LCWD2-110-2*300/5LCWD2-110-2*200/5额定电压110KV110KV110KV额定变比600/5300/5200/5ich21.34KA21.34KA21.34KA2ImKem114.55KA70KA46.67KA(Im*Kth)2*t2025 KA2*s729 KA2*s324 KA2*sI2*ttq175.06 KA2*s174.5 KA2*s174.5 KA2*s2、35K

16、V电流互感器选择：名称型号额定变比遥田回路LR-35/50-150/5150/5磨田回路LR-35/50-150/5150/5龙塘回路LR-35/50-150/5150/5珠玑滩回路LR-35/50-150/5150/5余庆回路LR-35/50-150/5150/5灶市回路LR-35/50-150/5150/5主编出线LR-35/50-1000/51000/53、10KV电流互感器选择：名称主变出线氮肥厂城关部队造纸厂冷库型号LMCD-10LQJ-10LMJ-10LQJ-10LQJ-10LQJ-10额定电压10KV10KV10KV10KV10KV10KV额定变比200/5400/5600/54

17、00/5400/5400/5ich41.49KA41.49KA41.49KA41.49KA41.49KA41.49KA2ImKem84.85KA84.85KA84.85KA84.85KA84.85KA84.85KA(Im*Kth)2*t22250 KA2*s784 KA2*s1521 KA2*s784 KA2*s784 KA2*s784 KA2*sI2*ttq555.9 KA2*s555.9 KA2*s555.9 KA2*s555.9 KA2*s555.9 KA2*s555.9 KA2*s4、零序电流互感器选择：选LQC-3-1 额定变比：100/5A六、电压互感器的选择：选择结果如下：名称型

18、号额定电压（KV）备注110KV侧PTJCC2-110110/3/0.1/3/0.1中性点直接接地35KV侧PTJDJJ-3535/3/0.1/3/0.1中性点直接接地10KV侧PTJSJW-1010/0.1/0.1/3中性点不接地七、10KV用户出线、母线、支持瓷瓶及穿墙套管的选择： 1、10KV用户出线、母线的选择：名称型号主母、旁母LJ-40035KV主母、旁母LGJ-24010KV主母、旁母LMY-80X10110KV母线桥母线LMY-120X1010KV柜内连线及出线LMY-60X810KV用户出线氮肥厂BV-95城关BLXF-150部队BLXF-70造纸厂BLXF-50冷库BLV-

19、102、支持瓷瓶及穿墙套管的选择：名称型号10KV户外母线桥支持瓷瓶ZS-20/100010KV户内柜顶支持瓷瓶ZA-10Y10KV主变进线穿墙套管CWLB-10/200010KV主变出线穿墙套管CWLB-10/6001OKV户内电容器室穿墙套管CLB-10/600八、电气总平面布置及各级电压配电装置型式简述： 本变电站的北电装置型式选择，考虑了所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行、检修、安装的要求，通过技术经济比较予以确定。在确定配电装置型式时必须满足以下四点要求：1） 节约用地；2） 运行安全，操作巡视方便；3） 便于检修和安装；4） 节约材料，降低造价。屋外配电装

20、置布置应符合以下条件：1） 设备套管和绝缘子最底部位离地2.5m时应加装围栏；2） 围栏向上延伸线距地2.5m处与其上方带电部位净距离应不小于A1值；3） 车道上运输设备时，其外廊至裸导线净距离应B1值；4） 不同时停电检修的无遮拦裸导体之间垂直净距应B1值；5） 带电部分至建筑物顶部（围墙）净距离应D值；6） 实际风力、温度、结冰使上述尺寸偏短，故设计时取值大得多，如10KV母线桥母线相间一般取6080cm。10KV屋外配电装置规定的最小安全净距：1035110J110220J330J带电体-地（A1）（cm）204090100180260相间距（A2）（cm）204010011020028

21、0带电体-围栏（B1）（cm）95115165175255335裸导体-地面（C）（cm）270290340350430510不停电检修的裸导体之间的水平距离（D）（cm）220240290300380460关于本变电站配电装置的几点说明：1） 变压器挡油槽比变压器外廊大1米，变压器基础突出地面0.35米，变压器外壳不带电；2） 少油断路器基础高2米，断路器支持瓷瓶最低部位离地2.5米，断路器与其它设备连线长度应符合要求，即110KV 340cm, 35KV 279cm;3） 隔离开关、电压互感器、电流互感器支持与少油断路器支持等高；4） 110KV及以上的避雷器装设在0.4米高以上的支持上，

22、四周装设围栏；5） 点狼沟要求路径最短，有纵横之分。九、变压器继电保护：（一）电力变压器的故障类型，异常运行状态及相应保护方式：1、变压器故障类型：1）绕组相间、匝间短路、接地及铁芯烧损；2）套管及引出线短路；3）变压器外部（主保护装设地以外电路）相间短路引起过电流；4）变压器外部接地引起过电流及中性点过电压。2、变压器异常运行状态；1）过负荷；2）油面降低；3）温度升高和类却系统故障。3、保护方式：1）壳外各种故障及油面降低，采用瓦斯保护；2）对壳内绕组、套管及引出线直至装设处应根据容量装设差动保护或速断保护；3）外部故障引起的过电流应根据不同情况选用过电流保护；4）外部接地短路的保护在中性

23、点直接接地的电网中，可利用变压器中性点接地线CT，装设零序电流保护。（二）本变电站的变压器差动保护：由于本次设计室初步设计，所以只考虑变压器的差动保护。差动保护的作用在于保护变压器绕组相间、匝间短路、接地及引出线的相间和接地短路。 差动保护起动电流的整定原则如下：1）正常时，为防止CT侧二次断线，“差动保护”误动，起动电流应大于最大负荷电流Ifh.max。若其值不明，可用变压器额定电流Ie.b,并考虑可靠系数Kk,则保护装置的起动电流：Idz.bh=Kk*(或Ie.b)（二）直流系统直流系统主要是指变电站中的直流蓄电池组，其使用目的是：用于控制、信号、继电保护和自动装置回路操作电源，也用于各类

24、断路器的传动电源以及用于直流电动机拖动的备用电源。蓄电池的优点：它是一种独立电源，在变电站事故甚至停电时，可靠的供给上述设备电源。也可供事故照明。其电压平稳，容量大，不受交流电源影响。蓄电池的缺点：价格高、寿命短、维护复杂，并需另外装设充电设备、蓄电池室和通风调酸室。 蓄电池数量的确定原则：1） 蓄电池总数由事故放电末期确定。对于变电站，事故放电末期每个电池电压Ufm按1.95V计，且保证直流母线电压为230V，则总数目n为： n=230/1.95=118个2） 基本电池数由充电，末期每个电池电压Ucm按2.7V计，则基本电池数n0为： n0=230/2.7=88个3） 可调节电池数：nd=n

25、-n0=118-88=30个 由于本次设计为初步设计，对直流系统的其它内容不再多加叙述。（三）主控制室有关主控制室布置：主控制室有关设备的选择及其作用的内容，参见主控制室平面布置图。十一、防雷保护：变电站范围内雷击目的物可分为A类、B-1类、B-11类和C类等。由于是初步设计，所以只考虑A类雷击目的物的防雷保护，包括屋内配电装置、主控制楼、组合导线及母线桥等。（一） 直击雷与互感器雷保护电压在110KV及以上的屋外配电装置，可将避雷针装在配电装置构架上。对于35-60KV的配电装置，一般采用独立避雷针进行保护。如果要将避雷针装在构架上时，配电装置接地网的接地电阻不得大雨下列数值：35KV配电装

26、置 160KV配电装置 2安装避雷针的构架支柱应与配电装置接地网相连。在避雷针支柱附近，应设置辅助的集中接地装置，其接地电阻应不大于10。由避雷针与配电装置接地网上的连接处起，主变与接地网上的连接处止，沿接地线的距离，不得小于15米。在变压器门型构架上，不得装设避雷针。在选择独立避雷针的装设地点时，应尽量利用照明灯塔，在其上装设避雷针。装设独立避雷针时，避雷针与配电装置部分在地下和空气中应有一定的距离。1） 地中：避雷针本身的接地装置与最近的配电装置接地网的地中距离0.3（m）,R：独立避雷针的接地电阻。在任何情况下，Sdi不得小于3m。2） 空气中：由于独立避雷针到配电装置导电部分之间以及到

27、配电装置电力设备与构架接地部分之间的空气距离Sk0.3R+0.1h(m)，h：被保护物考虑点的高度。在任何情况下，Sk不得小于5m。 电压为110KV及以上的屋外配电装置，可将保护线路的避雷线连接在配电装置的出线门型架上。35-60KV的屋外配电装置，如将保护线路的避雷线连接在配电装置的出线门型架上，需满足下列条件：1）35-60KV出线门型架周围半径20米范围内的接地电阻应不大于5。当土壤电阻率5*104cm时，这个范围的半径可增大至30米。2）线路终端杆塔的接地电阻应不大于10。3）在变压器的6-10KV出口处装设阀型避雷器。主控楼及屋内配电装置对直击雷的防雷措施：1） 若有金属屋顶或屋顶

28、上有金属结构时，将金属部分接地。2） 若屋顶为钢筋混凝土结构，应将钢筋焊接成网接地。3） 若结构为非导电体的屋顶时，采用避雷带保护，该避雷带的网格为8-10米，每隔10-20米设引下线接地。上述的接地可与总接地网连接，并在连接处加装接地装置，其接地电阻应不大于10。本变电站安装了5支避雷针，其位置示意图后附：1）1#避雷针安装在110KV进线构架上，构架为12.5米高，1#避雷针有效高度为12.5米，则1#避雷针高度为25米。2）2#-5#避雷针在围墙外，如图所示，距围墙3米。其高度为30米。变电站内有效保护高度按hx=15.5m和10.5m二级计算。经计算和校验并作图，此种避雷针布置方式能保

29、护变电站全部范围。具体保护范围参见防雷保护图。本变电站在110KV进线和出线上均装设了避雷线，每条回路的避雷线都为单根避雷线。避雷针与避雷线联合起来，能够更加有效的保护设备，免受雷击侵害。（二） 配电装置对侵入雷电波的保护：1、 措施：用阀型避雷器及与阀型避雷器相配合的进线保护段作为侵入雷电波的保护。进线保护段的作用在于利用本身的阻抗来限制雷电流幅值，利用本身的雷晕衰耗来降低雷电流陡度。提高管型避雷器的作用使雷电流幅值陡度不超过上述绝缘配合所需要的数值。2、 进线保护1）110-220KV及以上铁塔、水泥混凝土电杆沿全长架设避雷线，包括其出线架。2）35-110KV线路末段架设避雷线时，在变电

30、站进线段1-2Km内应进行直击雷保护。3、变压器中性点的保护为减少短路电流，大电流系统内变压器中性点可能断开运行。若该变压器中性点绝缘不是按线电压设计，应在中性点装设阀型避雷器，该避雷器的灭弧电压不应低于变压器运行相电压的0.6倍，工频击穿电压不应低于最大允许电压的1.8倍，冲击击穿电压和残压与变压器中性点绝缘的冲击强度可靠的配合。对于变压器中性点的消弧线圈，为消除线圈短部可能出现的过电压，应与消弧线圈并联安装1个阀型避雷器。该避雷器的选择条件为：1） 灭弧电压应不低于1.2倍相电压；2） 工频放电电压应不低于2.2倍相电压。根据以上条件及有关规定，避雷器选择结果如下：电压等级型号110KV主

31、变压器中型点2*FZ-20母线及出线FZ-110J35KV母线及出线FZ-35110KV母线及出线FZ-10室内FZ-10避雷器安装地点参见电气主接线图。十二、接地装置：本变电站的接地装置有以下三种：1） 工作接地：保证电力系统正常工作而接地。如变压器中型点接地。2） 过电压保护接地：是过电压保护装置或设备的金属结构接地。如避雷器、避雷针、避雷线接地。3） 保护接地：是一切正常时不带电的电器设备外壳，配电装置的金属结构（构架）接地。 在设计中，首先利用与地有可靠连接的各种金属结构，管道和设备作为接地体。如果这些自然接地体的电阻能满足要求时，可以不再人工装设接地体。为了将各种不同用途和不同电压的

32、电气设备接地，应使用一个总的接地装置。接地装置的接地电阻，应满足其中接地电阻最小的电气设备的要求，但此时只能站在台上才可以触及到有危险的末接地部分，并应防止同时和电气设备的不接地部分及与地有连接的建筑物相接触。在电压为1KV以下的中型点直接接地的电气装置中，电气设备的外壳，除另有规定者外，一定要与电气设备的中型点有金属连接，以保证接地短路时，以最小的遮断时间将网络的故障段可靠的自动断开。电压为1KV以下的交直流电气设备，允许中型点直接接地或不接地。 电气设备的人工接地体（管子、扁钢、圆钢等）应尽可能使在电气设备所在地点附近对地电压分配均匀。大接地短路电流电气设备，一定要装设环形的接地体，并加装

33、均压带。设计接地装置时，应考虑到一年四季中均能保证接地电阻的要求值。由于是初步设计，对接地装置不再做深入研究。计 算 书一、短路电流计算已知三绕组变压器的阻抗为ZI-III=17.5%，ZII-III=6.5%取基准容量Sj=100MVA，基准电压Uj=Up=10。5Ue，基准电流Ij=Sj/(3*Uj )，基准电抗Xj=Uj/（3*Ij）=Uj2/Sj Xj*=(Xd%100)*（Ue2/Se）*（Sj/Uj2） =（Xd%/100）*（Sj/Se）因为：短路时电阻远小于阻抗所以：认为Z=XXIj*=（XI%/100）*（Sj/Se） =（1/200）*（XI-II+XI-III-XII-I

34、II）*（Sj/Se） =（1/200）*（10.5+17.5-6.5）*（100/31.5） =0.3413XIIj*=（XII%/100）*（Sj/Se） =（1/200）*（XI-II+XII-III-XI-III）*（Sj/Se） =（1/200）*（10.5+6.5-17.5） 0XIIIj*=（XIII%/100）（Sj/Se） =（1/200）*（XI-III+XII-III-XI-II）*（Sj/Se） =（1/200）*（17.5+6.5-10.5） =0.2143因为：归算到本变电站110KV母线的短路阻抗Z1=0.06，Z2=0.166。所以：得正、负网络和零序网络图（后

35、附）根据网络图，计算110KV母线、35KV母线、10KV母线短路时的短路电流：1） d1点短路I1）*（0）=1/（X1*+X2*+X3*）=1/（0.06+0.06+0.1278） =4.036KA=100/（）=0.502KAI（1）d1=3* I1）*（0）* Ij=6.078KAI3）d1=（1/0.06）*100/（*115）=8.368KA因为：I（1）d1 Ug=115KVIe=1500Ig=617AI2* tep=8.3682*2.5ich=21.34KA隔离开关选择：GW-100G/1000参数：UzdUgIe=1000Ig=617A I2* tep=8.3682*2.5I2et*t=212*3KA2S2、110KV主变进线断