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110KV变电站二次设计.doc

发布时间：2022-06-10 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.29M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    电网继电保护和安全自动装置是电力系统的重要组成部分。继电保护的装设应符合可靠性与安全性、选择性、速动
    5.1.1 变压器装设的保护种类
    5.2.1 变压器电流速断保护
    5.2.2 变压器纵联差动保护
    5.2.3 变压器后备保护
    5.2.4 变压器过负荷保护
    5.2.5 变压器过电流保护
    为了防止变压器外部短路，并作为内部故障的后备保护，一般变压器上应装设过电流保护。对单侧电源的变压器，
    （1）动作电流的整定。按躲过变压器的最大负荷电流来整定。
    ------过负荷系数，一般取2～3，当无自启
    （2）动作时限的整定。动作时限比由变压器供电的线路保护装置的最大时限大一时限阶段，一般取0.5～0.7s。
    （3）灵敏度校验
    式中：
    ------相对灵敏系数；
    -------最小运行方式下变压器低压侧三相短
    --------保护装置一次动作电流（A）。
    5.3 变压器差动保护整定计算
    CT二次额定电流
    工厂供配电设计实训 1 变电站的分析与设计 1.1 变电站的总体分析 电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、 石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国 民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展 水平的重要标志。 随着社会的发展，电能被日益广泛的应用于工农业生产以及人民的日常生活中。电 能可以方便的转化为期他形式的能源，例：机械能、热能、光能、磁能等，并且电能的 输送和分配易于实现，可以输送到需要它的人和工作场所和生活场所。电能的应用规模 也很灵活以电能作为动力，可以促进工农业的机械化和自动化。保证产品质量大幅度提 高劳动生产率。同时提高电气化程度以电能代替其它形式的能源，是节约能源消耗的一 个重要的途径。 为了满足市区生产和生活的供电要求，决定要在 YB 市新建一所 110KV 降压变电站。 变电站的站址选择靠近公路，有良好的交通运输条件，同时也为变电站职工的生活提供 了方便。变电站所处区域地势平坦、土质为黏土，海拔 200 米，地势平坦，为非强地震 区，输电线路走廊宽阔，有利于线路架设和电气设备的安装，全线为黄土层带。地耐力 为 2.4 kg ，天然容重 r＝2 2cm g ，内擦角＝ 023 ， 3cm 土壤电阻率为 100 cm. ，变电所保护地下水位低，水质良好，无腐蚀性。有利于变电站 的经济运行，另外，也降低对防雷保护装置的要求。 气象条件：年最高气温＋40 0 c，年最低气温－20 c0 ，年平均气温＋15 c0 ，最热月 m ，属于我国第六标准气 平均最高气温＋32 c0 ，最大复水厚度 b＝10mm，最大风速 25 s 象区。变电站选址避开了大气严重污秽和严重盐雾地区及冬季主导风向的影响，即避开 了工业电力负荷，如化肥厂、纺织厂、水泥厂、柴油机厂等污染企业的影响。此外，这 些电力负荷位于变电站的北部和南部，变电站设在污染源的下风口（冬季主导风向为西 北风），受到轻微污染，影响电力系统的运行性能。变电站东部没有重要的电力负荷， 这为进出线提供了广阔的线路走廊，还有利于 变电站的扩建 ，另外，变电站选址还考虑了变电站与附近设施的影响。因此，若变电 站选址不当，必将影响企业供电系统的主接线方式，电网的损失及投资的大小，还可能 引起电力倒流，甚至产生更严重的后果。 根据电力系统规划，本变电所的规模如下: 电压等级：110/35/10KV 线路回数：110KV 近期 2 回， 远景发展 2 回。 35KV 近期 4 回。 10KV 近期 9 回， 远景发展 2 回。 1
    工厂供配电设计实训 该变电所位于 YB 市郊东南郊，交通便利，变电所的西边为 10KV 负荷密集区，主要 有棉纺厂、食品厂、印染厂、针织厂、柴油机厂、毛纺厂及部分市区用电。变电所以东 主要有 35KV 的水泥厂、化肥厂及市郊其它用电。 1.2 变电站的负荷分析 图 1.1 系统接线简图 根据负荷允许停电程度的不同，可以将负荷分为三个等级，即一级负荷、二级负荷、 三级负荷。等级不同，对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。如果停电，一级 负荷将造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染对工厂将造成经济上的巨大损失，如重 要的大型的 设备损坏，重要产品或用重要原料生产的产品大量报废，还可能引起社会 秩序混乱或严重的政治影响。二级负荷会造成较大的经济损失，如生产的主要设备损坏、 产品大量报废或减产；还可能引起社会秩序混乱或较严重的政治影响。三级负荷造成的 损失不大或不会造成直接经济损失。由此可知，供电的稳定性直接影响经济的发展，负 荷等级不同，对供电的要求也不相同：对于一级负荷，必须有二个独立电源供电，且任 何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断供电。对特别重要的一级负荷应该由 二个独立电源点供电。对于二级负荷，一般要有两个独立电源供电，且任何一个电源失 去后，能保证全部或大部分二级负荷供电。对于三级负荷，一般只需一个电源供电。 对于 110KV 侧，有市甲线、市系线，通过甲变电站、乙变电站和 S I 、SII 相连，构 成了电力系统环网。如果有任何一条线路发生故障，会直接影响电力系统环网运行的稳 定性。由于各条线路的最大穿越功率不同，对电力系统造成的破坏程度也有所不同。但 是，它们都会影响变电站的稳定运行，电能质量下降，导致变电 站变压器容量在三相不平衡负荷下运行，产生谐波电流，造成严重的后果。 电压 等级 35 kv 负荷 名称 郊一 郊二 水泥厂 1 水泥厂 2 表 1.1 35kv 负荷分析 最大负荷（mW） 负荷组成(﹪) 自然 近期 4.8 6 3.6 3.6 远景 7.2 8.4 4.8 4.8 二 功率 30 30 30 30 0.9 0.9 0.9 0.9 一 5 5 15 15 2 max T (h) 线长 (km) 备注 12 16 20 20
    工厂供配电设计实训  P 水泥厂二 %)51(  tk  05.1  92.0 1.2.1 Ⅰ、Ⅱ类负荷分析 P S kv 35  水泥厂一 8.48.44.82.7  ＝ 郊二  郊一 P P  cos    9.0 ＝27.048MVA (    郊一 S S I 、  郊二 S S S 水泥厂一 水泥厂二    05.1)  ＝（2.8＋3.27＋2.4＋2.4）1.050.92 ＝10.5MVA 5.10 .27 048 ％＝ 8.38 S 、 ％ ＝ 35S kv  k t 在 35KV 负荷中一、二类负荷比较大，发生断电时，会造成生产机械的寿命缩短产 品质量下降和一定的经济损失.因此要尽可能保证其供电可靠性。 电压 等级 负荷 名称 10kv 棉纺厂 1 棉纺厂 2 印染厂 1 印染厂 2 毛纺厂 针织厂 橡胶厂 市区 1 市区 2 备用 1 备用 2 表 1.2 10KV 负荷分析 最大负荷(mW) 负荷组成 (﹪) 近期 远景 一 二 自然功率 4.8 4.8 3.6 3.6 2.4 2.4 2.4 3.6 3.6 20 20 30 30 20 20 30 20 20 6 6 9.6 4.8 4.8 3.6 3.6 4.8 4.8 3.6. 3.6 40 40 40 40 40 40 40 40 40 0.75 0.75 0.78 0.78 0.75 0.75 0.72 0.8 0.8 0.78 .78 maxT (h) 5500 5500 5000 5000 5000 4500 4500 2500 2500 线长 (km) 备注 3.5 3.5 4.5 4.5 2.5 1.5 3 2 2 在 10KV 负荷中，印染、毛纺厂、针织厂、棉纺厂、橡胶厂、市区一、二类负荷比较大；若发 生停电对企业造成出现次品，机器损坏，甚至出现事故，对市区医院则造成不良政治和社会影响， 严重时造成重大经济损失和人员伤亡，必须保证其供电可靠性。 2 主变压器的选择及主接线选择 2.1 主变压器的选择 2.1.1 主变容台数的选择 （1）对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。 （2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可 能性。 3
    工厂供配电设计实训 （3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的 1-2 级设计， 以便负荷发展时更换主变。 变压器的容量、台数直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。它的 确定除了依据传递容量基本原始资料外，还要根据电力系统 5—10 年的远景发展计划， 输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以及接入电力系统中的紧密程度等因素，进行 综合分析与合理的选择。 2.1.2 主变容量选择 根据“35～110KV 变电所设计规范”主要变压器的台数和容量，应根据地区供电条 件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑确定。在有一、二级负荷变电所中 宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。装有两台及 以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于 60％的全部负荷， 并应保证用户的一、二级负荷。具有三种电压的变电所，如通过主变压器各侧线圈的功 率均达到该变压器的 15％以上，主要变压器宜采用三线圈变压器。 由于我国电力不足、缺电严重、电网电压波动较大。变压器的有载调压是改善电压 质量、减少电压波动的有效手段。对电力系统，一般要求 110KV 及以下变电所至少采 用一级有载调压变压器，因此城网变电所采用有载调压变压器的较多。 2.1.3 主变容量选择原则 （1）主变容量选择一般应按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择，并适当考虑到 远期几年发展，对城郊变电所，主变容量应与城市规划相结合。 （2）根据变电所带负荷性质和电网结构来确定主变容量，对有重要负荷的变电站 应考虑一台主变压器停运时，其余主变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应 保证用户的一、二级负荷；对一般性变电站，当一台主变停运时，其余主变压器应能保 证全部负荷的 60％。 (3)同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化， 标准化。（主要考虑备用品，备件及维修方便） 2.1.4 主变台数的选择原则 （1）对大城市郊区的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变为宜。 （2）对地区性孤立的一次变或大型的工业专用变电所，设计时应考虑装三台的可 能性。 （3）对规划只装两台主变的变电所，其主变基础宜大于变压器容量的 1-2 级设计， 以便负荷发展时更换主变。 （4）在有一级，二级负荷的变电站中，应该装设两台主变电压器。当技术经济比 较合理时主变压器的台数也可以多于两台。如果变电站可由中、低压侧电力网中取得足 够能量的备用电源时，可以装设一台主变压器。 （5）装设两台及其以上主变压器的变电站中，当断开一台时，其余主变压器的容 量应保证用户一级负荷和部分二级负荷（一般不应小于主变压器容量的 60%）。具有三种 4
    电压等级的变电站中，如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到主变压器容量的 15%时， 工厂供配电设计实训 主变电压器宜采用三绕组变压器。 2.1.5 主变容量和台数选择计算 （1）35KV 中压侧： 其出线回路数为 4 回， 92.0tK ,结合“1. 2 变电站的负荷分析”35kv 负荷情况 分析表 1－1 知： P 郊一  P 郊二 S kv 35  水泥厂一 P  cos    P 水泥厂二 %)51(  tk  05.1  92.0 8.48.44.82.7  ＝  9.0 ＝27.048MVA （2）10KV 低压侧： 由于其出线回路数共 11 回，故可取 Kt=0.85,结合 10kv 负荷情况分析可知： S 10 kv  k t  (1 5%)(  ＋ 市 区 一 市 区 二 ＝0.851.05 （ 棉 纺 P 1 cos  P cos 6 75.0 8.4  8.0  棉 纺 P 2 cos  P cos ＋     6 75.0 6.3 78.0   印 染 P cos ＋  8.4 78.0 6.3 78.0  ) 印 染 P cos  1  P cos 备 用 一  8.4 78.0 ＋ 2  P cos 8.4 75.0  ＋ 备 用 二 )  毛 纺 P cos  ＋ 针 织 P cos  ＋ 橡 胶 P cos   6.3 75.0  6.3 72.0  8.4 8.0 ＝0.851.05 （8＋8＋6.15＋6.15＋6.4＋4.8+5+6+6+4.615+4.615） ＝58.664MVA 则三绕组变压器的计算容量： Sjs 总  Kt 2   i 1 Sjsi  0.85 (27.048   58.664)  72.86 MVA 因此，选择两台 50MVA 的变压器。 校验：（1） （2-1） 50＝选S > S 总  6.0 ＝ .43 716 MVA 、 S k t 10 kv    满足一台停运时另一台不小于全部容量的 60％。 P 1 cos  P cos P 1 cos  P cos P 2 cos  P cos ＋ (1 5%)(       ＋ ＋ 针 织 棉 纺 棉 纺 印 染 橡 胶        ＋ 毛 纺 P cos   印 染 P 2 cos  P cos ＋ 市 区 一   )  市 区 二  5
    工厂供配电设计实训   0.85 1.05 (   4.8 0.75  0.6  6 0.75 3.6  0.75  0.6 0.6   6 0.75 3.6  0.72  0.6   0.7   0.7 4.8 0.78 4.8  0.8 4.8 0.78  0.6) 4.8 0.8 0.7  0.6  ＝31.8MVA （2） （2-1） 3.42 也满足一台停运时另一台满足全部一、二类负荷。 50＝选S ＝、  S kv 35 10 kv  S  、 > MVA 综上所述，最终确定为 SFSZ7—50000/110 型变压器。 2.1.6 绕组数和绕组连接方式的选择 参考《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电所中， 如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的 15％以上，或在低压侧虽没有负荷，但 是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。故 YB 市郊变电所主变选择三绕组变压器。 参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系 统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有 Y 和△型两 种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国 110KV 及以上的 电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要选择 0Y 的连接方式。对于 110KV 变电所的 35KV 侧也采用 0Y 的连接方式，而 6-10KV 侧采用△型的连接方式。 故 YB 市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为： Y N . . y n 0 . d 11 。 2.1.7 全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决 在 110KV 及以上的中性点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一 部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110KV 侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保 护。35KV 及 10KV 侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。 2.1.8 主变压器的冷却方式 根据主变压器的型号有：自然风冷式、强迫油循环风冷式、强迫油循环水冷式、强 迫导向油循环式等。然而自然风冷却适用于 7.5MVA 以下小容量变压器。容量大于 10MVA 的变压器采用人工风冷。从经济上考虑，结合本站选用 50MVA 的变压器，应选用强迫空 气冷却。 型号 表 2-1 SFSZ7-50000/110 系列电力变压器主要技术参数 额定 容 量 （KVA） 高 压 额定电压（KV） 中 压 低 压 6 连 接 组 别 阻抗电压（%） 空 载 高 低 高 中 中 低 电 流 （%） 损耗 （KW） 空 载 负 载
    工厂供配电设计实训 SFSZ7-50000/110 50000 2.5% 10.5 110±8×1.25% 38.5±2× YN yn0 d11 18 10.5 6.5 1.3 71.2 250 U s 1 U s 2 U s 3 1%  2 1%  2 1%  2 ( % U 12 s ( % U 12 s  U s 31 %  U s 23 %) =11  U s 23 %  U s 31 %) =-0.5 ( U s 23 %  U s 31 %  U s 12 %) =7 X T 1  1 % U U S 1 0 0 S N 2 N  1 1  1 0 0 2 (1 1 0 ) (5 0 )   2 6 .6 2  X T 2  2 N % U U 2 S 100 S N  2 0.5 (110)  100 (50)     1.21  （记为 0  ） X T 3  2 N % U U 3 S 100 S N  2 7 (110)  100 (50)   16.94  2.2 电气主接线设计 2.2.1 电气主接线的设计要求 变电所主接线设计是电力系统总体设计的组成部份。变电所主接线形式应根据变电 所在电力系统中的地位、作用、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且应满足 运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求。主接线设计的基本要求为： (1)供电可靠性。主接线的设计首先应满足这一要求；当系统发生故障时，要求停 电范围小，恢复供电快。 (2)适应性和灵活性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化；改变运行方 式时操作方便，便于变电所的扩建。 (3)经济性。在确保供电可靠、满足电能质量的前提下，要尽量节省建设投资和运 行费用，减少用地面积。 (4)简化主接线。配网自动化、变电所无人化是现代电网发展必然趋势，简化主接 线为这一技术全面实施，创造更为有利的条件。 (5)设计标准化。同类型变电所采用相同的主接线形式，可使主接线规范化、标准 化，有利于系统运行和设备检修。 参考《35～110KV 变电所设计规范》第 3.2.1 条： 变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性 质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等 要求。 2.2.2 主接线选择原则 7
    工厂供配电设计实训 电气主接线是指发电厂或变电站中的一次设备按照设计要求连接起来表示生产、汇 集和分配电能的电路,也称为主电路.主接线形式于电力系统原始资料,发电厂,变电站 本身运行的可靠性,灵活性和经济性的要求等密切相关,并且对电气设备的选择,配电装 置布置,继电保护和控制方式的拟定都有较大的影响。 电气主接线是由高压电器通过主接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路， 组成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。主接线代表了发 电厂或变电所电气部分主体结构，是电力系统的重要组成部分。它直接影响运行的可靠 性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有 决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各方面的因素，经过技 术、经济论证比较后方可确定。 对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三个方面。 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。停电 不仅使发电厂造成损失，而且对国民经济各部门带来的损失将更加严重，往往比少发电 能的价值大几十倍，至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损 失和政治影响，更是难以估量。因此，主接线的接线形式必须保证供电可靠。因事故被 迫中断供电的机会越少，影响范围越小，停电时间越短，主接线的可靠程度就越高。 电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。不仅正常运 行时能安全可靠地供电，而且在系统故障或电气设备检修及故障时，也能适应调度的要 求，并能灵活、简便、迅速地转换运行方式，使停电时间最短，影 响范围最小。因此，电气主接线必须满足调度灵活、操作方便的基本要求，既能灵活地 投、切某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故、检修及特殊 运行方式下的调度要求，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行，即具有 灵活性。 在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。欲使主接线可靠、灵 活，必然要选用高质量的设备和现化的自动装置，从而导致投资费用的增加。因此，主 接线的设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。一般应当从以下几方面考 虑： （1）投资省 主接线应简单清晰，以节省开关电器数量，降低投资；要适当采用限制短路电流的 措施，以便选用价廉的电器或轻型电器；二次控制与保护方式不应过于复杂，以利于和 节约二次设备及电缆的投资。 （2）占地面积少 主接线设计要为配电布置创造节约土地的条件，尽可能使占地面积减少。同时应 注意节约搬迁费用、安装费用和外汇费用。对大容量发电厂或变电所，在可能和允许条 件下，应采取一次设计，分期投资、投建，尽快发挥经济效益。 （3）电能损耗少 8
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