黄河机械厂35KV变电所的设计

毕 业 设 计 论 文

      

     题目：黄河机械厂35KV变电所的设计

      

     系别：   电气工程系   专业：电力系统及自动化技术

      

毕业设计（论文）任务书

电气工程系2008届电力工程及其自动化专业

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目		黄河机械制造厂35KV变电所的设计
校内（外）指导教师	职  称	工作单位及部门	联系方式
一、题目说明（目的和意义）：熟悉供配电初步设计的思路与方法，掌握负荷统计、负荷计算、供电方案比较、短路电流计算、电气设备选择、继电保护的选择与整定以及防雷接地等方法，达到培养学生对所学电力系统的基本知识综合运用能力。
二、设计（论文）要求（工作量、内容）： 一、设计基础资料分析（见附表）； 二、高压供配电系统设计： 1、全厂计算负荷的确定 2、供电电压的选择 3、总降压变电所位置及主接线图 4、短路电流计算及高压电气设备选择 5、车间变电所位置和变压器数量、容量的选择 6、继电保护的选择与整定 7、防雷接地设计

三、进度表
日    期	内    容
14周（11.26~12.2） 15周（12.3~12.9） 16周（12.10~12.16） 17周（12.17~12.23） 18周（12.24~12.30） 19周（12.31~1.6） 20周（1.7~1.13）	消化毕业设计任务书的要求，准备设计资料 全厂计算负荷的确定、供电电压的选择 总降压变电所位置及主接线图 短路电流计算及高压电气设备选择 车间变电所位置和变压器数量、容量的选择 继电保护的选择与整定、防雷接地设计 撰写毕业设计说明书
完成日期	20周（2007年冬季）
答辩日期	第1、2周（2008春季）
四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量： 1 苏文成.         工厂供电.       北京：机械工业出版社，1983. 2 于永源，杨绮雯. 电力系统分析.   北京：中国电力出版社，2004. 3 范锡普.         发电厂电气部分. 北京：中国电力出版社，2004. 4 周泽存，沈其工. 高电压技术.     北京：中国电力出版社，2004. 5 相关电气设计手册
指导教师签字		教研室主任签字	主管系领导签字

注：本任务书要求一式两份，一份系部留存，一份报教务处实践教学科。

附表：全厂设备容量及台数统计表

配电计算点名称	设备台数      n	设备容 量平 方和	计算有功功率（kW）Pjs	计算无功（kvAR）Pqjs	计算视 在功率（kVA）Psjs	计算   电流 （A）	功率 因数 cosø	Tgø	利用 系数 KL	变压器 容量 （kVA）
三  车  间	102	78820
四车间干线1	43	10700
四车间干线2	49	71
一变电所（B1）	194	85985
煅    工（B2）	37	537327
二 车 间（B3）	177	93555
一 车 间（B4）	28	184922
一 车 间（B5）	70	92565
工具机修（B6）	81	65835
空压站煤气站等（B7）	45	198171
高压泵房（B8）	3	584802
给水泵房（B9）	3	180000
污水泵房、照明、其他（B10）	30	10000
全厂总负荷		2123262

摘  要

电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。本设计是针对一家黄河机械制造厂的供配电设计。以发电厂电气部分、高电压技术、继电保护等专业知识为理论依据，主要对该厂变电站高压部分进行毕业设计训练。设计步骤主要包括：负荷统计、负荷计算、方案比较、供电方式确定、短路电流计算、电气设备选择与继电保护整定以及防雷接地等内容。电能是现代工业生产的主要能源和动力.随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。工厂供电系统的核心部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。

关键词    变电站设计；负荷统计；短路电流计算

Abstract

The electric power profession is the primary industry of national economy, its development relates to national economic construction directly of the rise and fall success or failure, it provides the motive of essential to have for the modern industry, agriculture, science technique and national defense. The design is for a machinery factory in the Yellow River for distribution design. The electric power plants to some, high-voltage technology, such as protection for the theoretical basis of professional knowledge, high Voltage Substation on the main part of the plant design graduate training. Design steps include: load statistics, the load calculation, the programme, the established power, short-circuit current, the electrical equipment selection and relay coordination and Lightning Protection, and so forth. Energy modern industrial production is the major energy and power. With the development of modern civilization and progress, social production and life to the quality of power supply and management of the increasingly high demands. Factories power supply system is the core of the substation. Therefore, the design and construction of a security, economic substation, is extremely important.

Keywords  Design the Power substation, Load counts, Short circuit Electric current Secretly scheme against 

第1章  绪  论

电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。电力系统规划设计及运行的任务是：在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供可靠充足、质量合格的电能。所以在本次设计中选择变电站电气部分的初步设计，是为了更多的了解现代化变电站的设计规程、步骤和要求，设计出比较合理变电站。

根据设计要求的任务，在本次设计中主要通过负荷统计、负荷计算、方案比较、供电方式确定、短路电流计算、电气设备选择与继电保护整定以及防雷接地等内容。使我对三年来所学的知识更进一步的巩固和加强，并从中获得一些较为实际的工作经验。由于在设计中查阅了大量的相关资料，所以开始逐步掌握了查阅，运用资料的能力，又可以总结三年来所学的电力工业的部分相关知识，为我们日后的工作打下了坚实的基础。

第2章  负荷计算

2.1 负荷计算的意义

工厂进行电力设计的基本原始资料是工艺部门提供的用电设备安装容量，但是这种原始资料要变成电力设计所需要的假设负荷，称为负荷计算，这种电气负荷计算要准确，因为负荷计算值直接影响整个供电设计的质量。

2.2 负荷的计算方法

 1、“ABC”算法

“ABC”法求计算负荷，其特点是：

（1）运用概率论的基本原理找出计算负荷与设备之间的关系。

（2）利用单元功率的概念和“ABC”列表法，将繁杂的功率运算简化为台数的运算，使运算准确。

（3）它的基本计算系数是最大负荷和的平均利用系数，该系数稳定，容易实测取值。

 2、二项式法

它是用两个系数表征负荷变化规律的方法，其公式： 

——组中x 台容量最大的用电设备的总额定容量（kw）

——该组中所有用电设备的总额定容量（kw）

2.3 负荷计算的应用范围及评价

在初步设计阶段，宜采用单位产品耗电量法或生产面积的负荷密度法，估算全厂和车间的负荷，这两种方法来源于实际统计和经验积累，这种方法简单。

计算车间干线，支干线的负荷，一般采用二项式法。“ABC”法也把计算负荷看作是评价负荷Ppj与计算负荷对评价负荷差值的叠加，它也是一个差值的估计，由于容量的大小，多少，台数的多少，都会影响到结果，而计算本身也很方便。根据本设计提供的资料分析，该厂的负荷特点选用“ABC”法统计更合适。

2.4 全厂负荷的计算

 “ABC”计算负荷的公式为：。

式中  D——单台等值功率（kw）。一般容量小于50 kw的机床，取D=3 kw

——改组用电设备的利用系数，以一、二车间为例， “ABC”法的应用。

一车间：

Q= P tanΦ     S=P／cosΦ     I=S／

      

二车间：

根据经验及统计，C与的关系可按下式确定：

当≥0.3时，C=1.5-1.2，当＜0.3时，C=2.25-3.5，

其它结果见表2.1。

配电计算点名称	设备台数      n	设备容 量平 方和	计算有功功率（kW）Pjs	计算无功（kvAR）Pqjs	计算视 在功率（kVA）Psjs	计算   电流 （A）	功率 因数 cosø	Tgø	利用 系数 KL	变压器 容量 （kVA）
三  车  间	102	78820
四车间干线1	43	10700
四车间干线2	49	71
一变电所（B1）	194	85985
煅    工（B2）	37	537327
二 车 间（B3）	177	93555
一 车 间（B4）	28	184922
一 车 间（B5）	70	92565
工具机修（B6）	81	65835
空压站煤气站等（B7）	45	198171
高压泵房（B8）	3	584802
给水泵房（B9）	3	180000
污水泵房、照明、其他（B10）	30	10000
全厂总负荷		2123262

  附表    黄河机械厂负荷统计表

第3章  方案设计与论证

3.1 本设计的相关资料

1、设计基础资料

表3.1  产品及单耗

产品类型	单位	数量（套）	单位重量（kg/套）	每公斤重耗电量kWh/kg	耗电量（Kwh）
特大型	套	3000	300	1	900000
中型	套	20万	20.5	5	20500000
小型	套	10万	0.35	10	350000
共计					21750000

2、负荷类型

本厂除动力站、房部分设备为二级负荷外，其余均为三级负荷。

3、电源

工厂东北方向6公里处有新建地区降压变电所，110/35/10kV。125MV·A变压器一台作为工厂是主电源，允许用35kV或10kV中的一种电压，以一回架空向工厂供电。此外，有正北方向其它工厂引入10kV电缆作为备用电源，平时不准投入，只在该厂的主电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过全厂计算负荷的20%。

4、其它设计基础资料

（1）35kV侧系统最大三相短路容量                         1000MV·A

     35kV侧系统最小三相短路容量                          500MV·A

（2）供电部门对功率因数要求值

     当以35kV供电时                                       cosφ=0.9

当以10kV供电时                                       cosφ=0.95

（3）电价：变压器安装容量每14元/ kV·A·月。电度电价当供电压为：

35kV时，β=0. 55元/kWh；10 kV时，  β=0. 58元/kWh。

（4）工厂为二班制，全年工作4500h，最大负荷利用4000h（均为统计参数值）。

（5）线路的功率损失在发电厂引起的附加投资Zj=1000元/kV

图3.1  全厂总平面布置图

3.2 供电设计方案

一般来说，提高供电电压减少电能损耗，提高电能质量，节约有色金属，却增加了线路和投资费用。负荷大小和距离电源远近对供电电压的选择有很大关系，当电压一定时，能量损耗都和负荷距离成正比。我们可以根据不同的容量和距离选择不同的电压。

方案一：变电站35kV供电电压

1、利用35kV电压供电的结构图

图3.2 35kV设计方案

2、利用35kV电压供电的优点：

（1）cosΦ要求值低，可以减少提高功率因素的补偿设备投资；

（2）线路损失小，年运行费用较节省；

（3）电压损失小，调压问题容易解决。

3、以35kV电压供电的实际计算

从计算负荷并考虑到工厂的扩建，需选择35/10kV，6300KVA变压器一台，建设工厂总将压变电所，因此，由供电系统供给工厂的容量，必须在原有计算负荷的基础上加该变压器的功率损耗。即

                

35kV侧电流为： 

考虑本厂负荷增长是逐渐的，为节约有色金属消耗量，根据允许发热选择导线截面，未采用电流经济密度选择导线截面，选择导线LGJ—35， =0.85Ω/km。

表3.2  方案一中投资概算

项目	说明	单价 （万元）	数量	费用 （万元）
线路综合投资 变压器综合投资 变压器进线 避雷器及电压互感器 功率损失引起发电厂 附加投资	LGJ—35 SJL—35/10  6300VKVA SW2-25/1000A   1000MVA ZNO—35 JDJJ—35	1 1000 元/kw	6 1 1 1 24.5x6+60 =217kw	8 12.2 2.5 2 21.7
共计				46.4

表3.3  方案一中年运行费

项       目	说    明	费用（万元）
线路折旧费 电气设备折旧费 线路电能损耗费 变压器电能损耗费	按线路投资5% 按设备投资8%	0.4 1.2 1.69 0.83
共       计		4.12万

，查出为2300h，β取平均值0.05/kwh。

    全年小时数8750h

方案二：变电站10kV供电电压

1、利用10kV电压供电结构图

 

图3.3  10kV设计方案

2、利用10kV电压供电的优点

（1）不需要投资建设工厂总降压变电所；

（2）占用工厂建设面积较少：

根据工厂年用电量为2175万度计算，二部电价制，每用电费差价计算如下：

设工厂有效生产时间为10个月，则每月电费差价为：

（元）。

  故以10kV供电可以减少工作人员。。

用10kV供电时，计算电流为：

                    

    为此比较在同一基础之，也按允许发热选择导线截面。选LGJ—95，其允许载流量为335A，查出

表3.4  方案二投资

项目	说明	单价（万元）	数量	费用（万元）
线路综合投资 功率损失引起发电厂附加投资	LGJ—95	2.3 1000元/kwh	6	13.8 62
共计				75.8

表3.5  方案二年运行费

项目	说明	费用
线路折旧费 线路电能损失费	以投资费5%计	0.69 6.54
共计		7.23

（是根据查出的）

第一方案较第二方案投资及年运行费用较少，再从两种方案的电压损失来看，由于

因此 ： 

对35kV

      

     对10kV

        

在本厂具体条件下，决定采用第一方案由总降压变电所一级放射的厂区配电方案。

计算表明：在正常工作时，以10kV电压供电，电压损失达到极为严重的程度，因此，采用35kV电压供电、建设总降压变电所。

3.3 车间变电所

车间变电所的位置、变电所变压器的数量和容量，根据车间负荷中心位置，集中程度和选择的其它各项原则，与工艺、土建有关方面协商确定，数量、容量如表3.6.

3.4 厂区高压配电系统

由于备用电源来自本厂正北方向，进入总降压变电所，所以厂区内高压配电方案受到局限，为便于管理，实现集中控制，并尽可能提高用户用电的可靠性，在本降压变电所馈电线路不多的条件下，首先考虑采用放射式，方案一的供电方式计算结果如表3.7。

表3.6  变压器数量及容量

变电所名称	位置及型式	变压器台数×容量（kV·A）	变压器型号
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10	三车间位置 锻工外附 二车间内附 一车间内附 一车间内附 工具机修外附 压缩空气站外附 锻工外附 给水泵房外附露天 污水泵房外附露天	1×1000 1×1000 1×800 1×800 1×630 1×630 1×1000 1×1600 1×1000 1×800	S9一1000/10 S9一1000/10 S9一800/10 S9一800/10 S9一630/10 S9一630/10 S9一1000/10 S9一1600/10/3.15 S9一1000/10 S9一800/10

表3.7  具体计算结果

线路序号	线路用途 供变	计算负荷		计算电流归算值	截面			选定 截面
L-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 L-9 L-10	B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10	735 612 496 854 920 657 470 737 5 342	487 416 129 -168 276 124 183 496 -445 230	51.7 43 29 50 55 38 29 47 42 22	16 16 16 16 16 16 16 16 25 16	25 25 25 25 25 25 25 25 — —	— — — — — — 35 35	25 25 25 25 25 25 25 25 35 35

第4章  总降压变电所位置及主接线图

4.1 总降压变电站位置的选择

1、总降压变电站位置选择的一般原则

变电站位置的选择，应根据下列要求并经过经济分析比较后确定：

（1）接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；

（2）进出线方便，特别是要便于架空进出线；

（3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所；

（4）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低成套配电装置的运输。

2、负荷示意图

负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆的形式在工厂或车间的平面图上，如图所示。各车间的负荷圆的圆心应与车间的负荷中心大致相符。在负荷大体均匀的车间内，这一重心就是车间内，这一重心应偏向负荷集中的一侧。

    负荷圆的半径r，由车间的计算负荷得

式中，为车间内的有功计算负荷；k为负荷圆的比例。

3、实际运行中的要求

（1）因工厂距地区变电所较远，联系不便，为便于检修、维护、管理、控制，进线处应设置油断路器；

（2）根据规定，备用电源只有在主电源线路解列及主变压器或检修时才允许投入，因此备用电源进线开关在正常工作时必须断开；

（3）变压器二次侧设油断路器，与备用电源进线断路器组成备用电源自动投入装置，当工作母线失去电压时，BZT工作设备自动投入；

（4）根据前3项，10kV母线应分段，母线联络开关正常工作时投入，重要二级负荷可接在第二段母线上，期使主电源停止供电时，不使重要负荷供电受到影响；

（5）当主电源发生故障时，本变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。

4.2 变电站主接线方式的确定

本设计采用单母线分段的接线方式，其满足与电源数量和容量。因为段数分的越多，故障时停电范围越小，但使用断路器的数量亦越多，且配电装置和运行也越复杂，通常以2～3段为宜。这种接线广泛用于小容量发电厂和变电站的6～10kv接线中。

根据本变电站的需要，对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求。在满足技术、经济的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全，所以选择单母线分段接线，如图4.1所示。

图4.1 单母线分段接线接线图

4.3 变电站的平面布置图

见附录A

第5章  短路电流的计算

5.1 短路计算的目的

在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其计算的目的是在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。以及选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

5.2 短路计算的简单分析

从工厂供电要求来看，计算短路电流大为了选择校验电气设备、载流导体和整定厂内供电系统继电保护装置用的。短路的类型可分为：三相短路用表示，两相短路用表示；单相短路用。

单相短路只可能在中性点接地系统中发生，两相短路和单相短路是不对称短路，而三相短路是对称短路。一般情况三相短路是最严重的。因此三相短路只是满足了，其它的短路也就可以了， 计算短路电流如下。

 

图5.1  短路电流计算

为了选择高压电气设备，校验继电保护，需计算处的短路电流但因工厂面积紧凑，例如本设计中至最远车间变电所的距离未超过500m处的短路电流差别极小，故只计算和两点。

1、点短路电流

已知  时， 

假设

则系统电抗  当   时，

当   时，  

        架空线电抗      

变压器电抗

于是

       

又

表5. 1  d1点短路电流

项目
计算公式		=	2.55
当系统为最大短路容量	5.74kA	5.74kA	14.6 kA	372MVA
当系统为最小短路容量	4.20 kA	4.20 kA	10.7kA	271MVA

2、点短路电流

假设      

表5. 2  d2点短路电流

项目
计算公式		=	2.55
当系统为最大短路容量	3.8kA	3.8kA	9.69 kA	69MVA
当系统为最小短路容量	3.47 kA	3.47 kA	9kA	MVA

第6章  电气设备选择及说明

6.1 概述

为了保证高压电器的可靠运行，在发生故障时能最快的跳闸及其保护用电设备，因此装设一些电气设备。

高压电器应按以下条件性质：

1、按正常工作条件包括电压、电流频率、开断电流等选择；

2、按短路条件包括动稳定、热稳定和持续时间校验。

6.2 高压电器选择的标准

表6.1  选择导体和电器时选择和校验的项目

电器名称	额定电压	额定 电流	额定开 断电流	短路电流及校验		环境 条件	其他
				动稳定	热稳定
断路器 隔离开关 高压熔断器 电流互感器 电压互感器 母线 电缆	○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○	○ ○	○ ○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○ ○ ○	操作性能 操作性能 操作性能 上、下级间配合 二次侧负荷、准确等级 二次侧负荷、准确等级

注：1.表中 “0”代表校验，校核项目。

6.3 35kV侧电气设备选择

1、户外高压真空断路器

按正常工作条件选择电气设备额定电压和电流选择：

Un > Uns    (;)

In > Imax     (In=20kA; Imax=1.25kA)

式中  、—分别为电气设备和电网的额定电压（kV），

In、Imax—分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流（kA）。

按短路状态断路热稳定和动稳定的校验

校验式≥，≥    

所以选用ZW7-35系列户外高压真空断路器系三相交流50Hz户外高压开关设备，主要用于40.50kV电网中，作分、合负荷电流、过载电流及短路电流之用，也可以用于其他类似场所，该产品结构设计合理，维护简便。

表 6.2 ZW7-35型高压真空短路器的主要技术参数

型号	额定电压 （kV）	最高工作电    压 （kV）	额定电流   （A）	额定断开电    流 （kA）	极限开断电    流 （kA）	额定断流容量（MVA）
ZW7-35	35	40.50	1500	24.80	24.80	1500

2、隔离开关

隔离开关也是发电厂和变电所中常用的开关电器，它需与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。

隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。

选择GW4-35D型隔离开关适用于频率为50Hz，额定电压为35kV，额定电流600A、1000A的交流电路中作有电压无负载时断开与闭合电路之用，借助连杆可组成三极联动。

表 6.3 GW4-35D型高压隔离开关的主要技术参数

型号	额定电压  （kV）	最高工电 压 （kV）	额定电流   （A）	极限通过电流有效值（kV）	极限通过电流峰 值 （kV）	热稳定电流 （kV）	热稳定电流 （kV）
GW4—35D	35	40.50	600	—	42	20	—

3、高压限流熔断器

高压熔断器用来保护电气设备免受过载、短路电流的损害和保护电压互感器，当电流超过额定电流时，自动切断电流.保护电力设施。

选择RW10-35型户外高压限流熔断器，其适用于交流50Hz，额定电压10kV-35kV-66kV的输电线和电压互感受器的短路和过载保护。

表 6.4 RW10—35型户外高压限流熔电器的主要技术参数

型号	额定电压	额定电流	三相断流容量
RW10—35/0.5	35	0.50	2000
RW10—35/2	35	2.00	600
RW10—35/3	35	3.00	600

4、电流互感器

在装有断路器的回路应安装电流互感器，变压器中性点装设电流互感器，110kV侧及变压器，回路采用三相配置，35kV、10kV采用两相置、母联，亦采用两相配6—20kV屋内配电装置，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的式CT。

选择LSJ-35，LSJC-35I，II，III型装入式电流互感器,适用于交流50Hz，额定工作电压35kV的电力系统中，作为电流电能测量及继电保护使用。

表 6.5 LSJ—35电流互感器的主要技术参数

额定一次电流（A）	额定二次负荷（Cosφ=0.8）  （欧）
	0.5  级	1  级	3 级	10 级
200			0.80	2.00
300			0.80	3.00
400			1.20	5.00
600		0.60	3.00

5、电压互感器

电压互感器是电力系列中重要的电器设备之一，用来转换电压，目的在于传递电能，而互感器转换电压或电流的目的， 在于测量和监视线路的电压或电流等。

选择JDJJ-35型电压互感器为单相三绕组油浸户外式产品。适用于交流50Hz、35kV中性点不直接接地的电力系统，供继电保护和信号装置的电源用。

表 6.6 JDJJ—35电互感器的主要技术参数

型号	额定电压一次线圈（V）	额定电压二次线圈（V）	额定电压辅助线圈 （V）	额定容量3级（VA）	额定容量1级（VA）	额定容量0.5级（VA）	最  大 容 量 （VA）
JDJJ—35	35000/	100/	100/3	600	250	150	1200

6、避雷器    

为了防止过电压，当系统出现过电压时，电阻片呈低电阻，从而保护电器设备，在正常运行状态下，电阻片呈高电阻，避雷器仅流过很小的泄漏电流，起到与系统绝缘的作用。

 选择ZnO—35型避雷器，其用于保护交流35kV电力系统的输变电设备免受过电压危害。

表 6.7  ZnO 避雷器的技术参数

型号	组合方 式	额定电压（kV）	灭弧电压（kV）	工频放电电压，有效值（kV）		冲击放电压，峰值，不大于（kV）	残压峰值，不大于（KV）		电导电流
									直流试验电压（kV）	电流（A）
				不小于	不大于		5kV	10kV
ZnO—35	235	35	41	82	98	134	134	148	16	400—600

6.4 10kV侧电气设备选择

1、高压开关柜   

选用GM6系列10kV GIS充气开关柜，其额定电压为10kV，额定频率为50Hz的三相交流单母线和单母线旁路系统中，作为接受和分配电能之用。

主要特点如下：

（1）使用六氟化硫气体绝缘式开关柜，并且断路器采用SF6分断介质，有效的避免了类似真空断路器的操作过电压危害。

（2）内燃弧防护、完善的连锁机构，钥匙锁机械连锁实现“五防”。

2、隔离开关

选用户内隔离开关户内高压设备在有电压无负载时,切断与闭合线路之用。

表6.8 隔离开关的主要技术参数

型号	额定电压  （kV）	最高工电 压 （kV）	额定电 流   （A）	极限通过电流有效值（kV）	极限通过 电流峰值 （kV）	热稳定 电流 （kV）
GN8—10T/200 GN8—10T/400 GN8—10T/600 GN8—10T/1000	10	11.50	200 400 600 1000	14.70 30 30 43	25.50 40 52 75	10 14 20 30

3、电流互感器

选用LAJ-10在外表面增加了伞形结构，从而增加了外表面的爬电距离，能适用于轻污秽地区，也适用于50Hz、额定电压为10kV及其以下的电力系统中作电流、电能的测量及继电保护。

表6.9电流互感器的主要技术参数

型号	额定一次电流（A）	准确级数	额定二次负荷（欧）	10％ 倍数	最大二次电流倍数	二次线圈阻抗
LAJ—10	20—800 1000—1500 2000—6000	0.50	0.80 1.60 2.00

4、母线

导体截面可按照长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（通常指Tmax>5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体其截面一般按经济电流密度选择。

（1）按导体长期发热允许电流选择：Imax≤kIal

（2）按经济电流密度选择：

表6.10高压侧母线的主要技术参数

尺  寸

宽×厚

（mm）	TMY铜母线载流量（安）
	交流（每相）				直流（每极）
	1片	2片	3片	4片	1片	2片	3片	4片
25×3	340	-	-	-	340	-	-	-
30×4	475	-	-	-	475	-	-	-
40×4	625	-	-	-	625	-	-	-

6.5 该变电站的主接线图

见附录B

第7章  变电站的继电保护

7.1 继电保护

本厂总降压变电所需要设置以下的保护：变电所馈电线路保护、变压器保护、母线保护、备用电源进线保护。

还须设置以下装置：备用电源自动投入装置、绝缘监视装置。

1、变电所馈电线路保护

   由总降压变电所送至每一车间变电所的线路需设速断保护和过电流保护。互感器接成不完全星形，继电器选用GL一11/10型。

（1）过电流保护的动作电流整定值按下式计算：

               

式中——可靠系数，取=1.25；——接线系数，在具体接线方式下=1；

——返回系数， =0.8；——最大负载电流；

     ——电流互感器变比； 和根据各回路具体情况而定。

选出接近的动作电流值为23A。

动作时间因需要与低压侧空气相配合，故选为0.5s。

灵敏度校验   灵敏系数可根据下式校验：

                             

式中——380V侧母线发生两相短路、电流电流最小值对10kV侧的归算值；

——继电保护装置一次动作电流。

=.

（2）速断保护的动作电流应躲开变压器二次侧三相电流电流归算值。

即

以计算得出的与（1）中求得的相除得倍数k，整定继电器电磁速断机构。

灵敏系数为

式中    ——10kV侧两相电流电流最小值；k——整定倍数           

2、变压器保护

根据本降压变电所变压器的容量及重要性按照规程规定，一次侧应设置带有定时限的过电流保护及电流速断保护。此外，还应装设瓦斯保护及温度信号。具体整定如下：

（1）定时限过电流保护

采用三个电流互感器接成全星形接线方式以提高保护动作的灵敏度，继电器选用DL-11型，动作电流整定值如下：

  式中  ——过负荷系数，根据本变压器运行特点，可按照下式计算：

=

式中    ——起动电流最大的电动机的起动电流；

        ——计算电流减去该电动机的额定电流。

               

于是代入          取=7A

动作时间因需与母线联络开关配合可取1.5s。

灵敏系数

             

（2）电流速断保护

采用互感器不完全星形接法进行速断保护，动作电流躲开二次侧三相短路值，即

 

归算到35kV侧

                 

选1500A，则灵敏系数为        

3、母线保护

    设置两个电流互感器接成不完全星形。装设时电流带时限保护，继电器选用DL-11型，其动作时限比馈出线大△t，即t=1s。

4、备用电源进线保护

   备用电源进线设过负荷保护，定时限过电流保护。互感器接成不完全星形，继电器选DL-11型，过负荷保护作用于信号。

    考虑到母线联络开关动作的时间，定时限过流保护的动作时限取1.5s。

5、BZT起动电压的确定

     当母线上任何原因失去电压，则变压器两端断路器切断，备用电源断路器投入。BZT的起动电压为

        

  式中   =1.2   =1.15， =0.9，则≈1.65

式中          为电压互感器变比。

断路器切断与备用电源断路器投入时间整定为0.5s。

7.2 数字保护

图7.1  SEL—551的后面板示意图

选项主要特点及适用范围：

·变电站线路保护—包括重合闸功能

·电动机保护—允许冷负载启动时定值自动切换

·工业、企业配电馈线保护—包括快速母线分断方案

·变压器组保护—包括连接中性线电流的变压器

·其他电力系统 设备保护—电容器、电抗器和断路器等

SEL—551可用于安装了线路重合闸的场合

·过流保护—“快”“慢”反时限曲线操作

·重合闸—多达四次重合闸，并带顺序配合

·控制—仿真本地/远程开关控制

SEL-551保护的应用示意图

SEL-551端子结构

SEL-551硬件可选项

·可选螺丝型的接线端子会拔插型接线端子

·可选大截断容量的输出接点：10A在L/R=40ms125dc

·可选EIA-232或EIA-485串行通信口，二种串口包括解调IRIG-B时钟输入

图7.2 SEL-551的输入、输出和通信端口

图7.3  SEL -551变电站配电馈线提供电流保护和重合闸

图7.4 SEL -551应用于工业馈线电流保护

图7.5  SEL -551为配电母线提供过电流保护

快速母线分断方案称为反向连锁或分段连锁方案

对专门的断路器故障保护，SEL-551通过编程，使输出接点具有释放和对断路器故障释放功能，并将断路器故障启动功能编入－输入接点。

7.3变电站的总体保护接线图

见附录C

第8章  变电站的防雷设计

8.1 变电站的防雷保护

由于雷电直接击中变电站建筑、电气设备、电缆和操作人员，可能会造成建筑损毁，设备损坏、人员伤亡和电气短路引起火灾等严重后果，因此直击雷发生的概率虽然很小，但其危害十分大，所以做防雷保护。

    为防止雷击于发电厂、变电所，可以装设避雷针，应该使所有设备处于避雷针保护范围之内，此外，还应该采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。雷击避雷针时，雷电流经避雷针及其接地装置，在避雷针h高度处和避雷针的接地装置上，将出现高电位和，此时有       

式中：L为避雷针的等值电感，为避雷针的冲击接地电阻；和分别为流经避雷针的雷电流和雷电流平均上升速度。

图8.1  避雷针的保护示意图

对于35kV及以下的变电所，因其绝缘水平较低，不允许将避雷针装设在配电构架上，以免出现反击事故，需架设避雷针，并应满足不发生反击的要求。

8.2 变电站的进线段保护

对35kV的小容量变电所，可根据变电所的重要性和雷电活动强度等情况采取简化的进线保护。由于35kV小容量变电所范围小，避雷器距变压器的距离在10m内，故入侵波陡度的增加，进线长度可以缩短到500～600m。

图8.2   35kV变电站的进线保护

避雷器的选择：

10kV侧避雷器的选择：初选ZnO—10型避雷器，额定电压10kV，灭弧电压12.7kV，工频放电电压不小于26kV，不大于31kV。

Ugp=3.5×10/ 3×1.1=22.2KV<26kV上限，Ugp=3.5×10/ 3×1.2=24.25KV<31KV

工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍，

Ugp=27.2kV>1.1×18=19.8kV=Umf，选ZnO—10型避雷器。

35KV侧避雷器的选择：初选ZnO—35额定电压35kV，灭弧电压41kV，工频放电电压不小于84kV不大于104kV中性点非直接接地的电网中灭弧电压不低于设备最高运行线电压，Umf=1.1×35=38.5kV<41kV，工频放电电压应大于最大运行相电压的3.5倍。

上限：Ugp1=3.5×35/ 3×1.2=84.87kV<107kV

下限：Ugp2=3.5×35/ 3×1.1=78.5kV<84kV

工频放电电压应大于灭弧电压的1.8倍；

1.8×38.5=69.3kV< Ugp2=78.5kV，选ZnO—35型避雷器。

综上述应在35kV进线塔前设防雷线500m，在进线隔离开关处装ZnO-35型阀型避雷器一组，在10kV母线各分段装设FS—10型避雷器各一组。总降压变电所接地采用环形，用直径50mm长250cm钢管作接地，埋深2m用扁钢连接，接地电阻不大于4Ω。

致  谢

参考文献

1. 董纯华主编. 发电厂电气课程设计参考资料. 北京：水利电力出版社，2002 

2.范锡普主编. 发电厂电气部分. 北京：水利电力出版社，2000

3.李光琦主编. 电力系统暂态分析.北京：中国电力出版社 2001

4.电力工业常用设备手册.北京：水利电力出版社2003

5.周泽存主编.高电压技术.北京：水利电力出版社 2004

6.王瑞敏主编.电力系统继电保护. 北京：北京科学技术出版社2001

7.刘介才主编.工厂供电简明设计手册 . 北京：水利电力出版社 2004     

8.王瑞敏主编 工业与民用配电设计版 .北京：中国航空工业设计研究院 2004

9.于永源主编.电力系统分析.北京：中国电力出版社 2002

10.范锡普主编.发电厂及变电站二次回路.北京：水利电力出版社2001

11.田良主编.综合电子设计与实践. 北京：水利电力出版社2001 

12.赵伟军主编.CAD教程. 北京：人民邮电出版社 2002

13.刘介才.工厂供电 第4版.  北京：人民邮电出版社   2003 

14.刘学军主编.继电保护原理. 北京：中国电力出版社.   2004 

附 录 A

附 录 B

附 录 C