畢業(yè)設計--110kvxx水泥廠變電站設計

1、<p>　　XXXX學院畢業(yè)設計（論文）</p><p>　　110kV XX水泥廠變電站設計</p><p>　　學 生：XXX</p><p>　　學 號：XXXXXXXXXXX</p><p>　　專 業(yè)：XXXXXXXXX</p><p>　　班 級：XXXXXX</p

2、><p><b>　　指導教師：XX</b></p><p>　　XXXXXX自動化與電子信息學院</p><p><b>　　二O一一年六月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計針對YW水泥廠110kV變電所工程

3、。按照變電站設計規(guī)范和電力設計手冊。以原始資料和生產實際為依據，以變電站按最佳方式運行為基礎，在充分考慮工廠未來發(fā)展的前提下，通過實際計算，進行了電氣設備選擇，主接線設計，繼電保護設計，完成了總體電氣部分的設計工作，達到設計要求。</p><p>　　關鍵詞：一次部分；變電所；變壓器；電氣設備</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p>

4、<p>　　The design is in accordance with the designing standard of transformer substation and the designing pamphlet of electric power, aiming at the power transformation of 110kV in YW Cement Plant. It is also on th

5、e base of original reference and the practical produce, adopting the best method of operation of transformer substation. Under the precondition of sufficient considering the development of the plant’s future, this design

6、 consists of a series of processing, such as practical calculation, sele</p><p>　　Key words: major system; transformer; substation; electricity equipments</p><p><b>　　目錄</b></p>

7、;<p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　引 言- 1 -</b></p><p>　　第1章 變電站負荷統(tǒng)計和無功補償- 2 -</p><p>　　1.1 變電所分類- 2 -</p>&

8、lt;p>　　1.2 變電所設計要求- 2 -</p><p>　　1.2 變電站的負荷統(tǒng)計- 2 -</p><p>　　1.2.1 負荷統(tǒng)計的目的- 2 -</p><p>　　1.2.2 水泥廠主要生產工藝流程- 2 -</p><p>　　1.2.3 主要設備及其負荷計算- 3 -</p><p&g

9、t;　　1.2.4 主變壓器的選擇- 5 -</p><p>　　1.2 無功補償- 6 -</p><p>　　1.2.1 無功補償的目的- 6 -</p><p>　　1.2.2 無功補償的計算- 6 -</p><p>　　第2章 短路電流的計算- 8 -</p><p>　　2.1 短路電流的計算-

10、 8 -</p><p>　　2.2各點的短路電流- 8 -</p><p>　　第3章 電氣設備的選擇及其校驗- 12 -</p><p>　　3.1 設備選擇的原則- 12 -</p><p>　　3.2 設備校驗原則- 13 -</p><p>　　3.3 導線和電纜的選擇- 13 -</p>

11、;<p>　　3.4 斷路器及隔離開關的選擇- 14 -</p><p>　　3.4.1 110kV斷路器選擇- 14 -</p><p>　　3.4.2 10kV段斷路器及隔離開關選擇- 17 -</p><p>　　3.5 互感器的選擇- 19 -</p><p>　　3.5.1 110kV段互感器選擇- 19 -

12、</p><p>　　3.5.2 10kV段互感器選擇- 20 -</p><p>　　3.6 電氣主接線的基本要求- 21 -</p><p>　　3.7 主接線的基本接線形式- 21 -</p><p>　　第4章 繼電保護與防雷設計- 24 -</p><p>　　4.1 繼電保護的作用和基本任務- 2

13、4 -</p><p>　　4.1.1 繼電保護的作用- 24 -</p><p>　　4.1.2 繼電保護的基本任務- 24 -</p><p>　　4.2 過電壓保護和接地保護- 24 -</p><p>　　4.2.1 過電壓保護- 24 -</p><p>　　4.2.2 過電壓的類型- 24 -&l

14、t;/p><p>　　4.2.3 接地保護概述- 25 -</p><p>　　4.2.4 中性點接地原則- 25 -</p><p>　　4.2.5 中性點接地方式- 26 -</p><p>　　4.3 雷電過電壓保護- 26 -</p><p>　　4.4 本站接地保護設計- 27 -</p>

15、<p>　　4.5 主變壓器及線路的整定計算- 28 -</p><p>　　結束語- 29 -</p><p>　　致 謝- 30 -</p><p>　　參考文獻- 31 -</p><p><b>　　附錄- 33 -</b></p><p>　　附圖 主接線圖- 3

16、3 -</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　設計的主要內容就是進行YW水泥廠的一次供電設計。在確定主接線方案的同時，對變電所的電氣設備進行了選擇，并對其進行了校驗，短路電流的計算，斷路器及其隔離開關的選擇。針對線路、變壓器等介紹了其保護方法，其中介紹了過電壓保護、雷電過電壓保護和接地保護，接地保護采用中性點接地方式。</p>

17、<p>　　當前，能源嚴重短缺，合理用電、節(jié)約用電的迫切性和必要性已為人們所認識。電力工業(yè)在國民經濟中的作用已為人所共知：它不僅全面地影響國民經濟其他部門的發(fā)展，同時也極大地影響人民的物質與文化生活水平的提高，影響整個社會的進步。</p><p>　　限于本人水平，設計中錯漏難免，敬請老師們批評指正，本人不勝感激！</p><p>　　第1章 變電站負荷統(tǒng)計和無功補償</p

18、><p><b>　　1.1 變電所分類</b></p><p>　　變電所除了可以簡單的分為升壓變電所和降壓變電所外，還可按照設備的布置地點分為戶內變電所和戶外變電所、箱式變電所和地下變電所等。如果按容量和重要性還可以分為樞紐變電所、中間變電所和終端變電所。樞紐變電所一般容量較大，處于聯系電力網各部分的中樞位置，地位重要。中間變電所一般處于電廠與負荷中間，從這里可轉供一

19、部分負荷。終端變電所基本上都是降壓變電所，只負責供應一個局部和某些用戶而不承擔功率的轉送[1]。</p><p>　　1.2 變電所設計要求</p><p>　　變電所作為整個電力系統(tǒng)不可或缺的一環(huán)，其設計要求當然也是非常嚴格的。第一，變壓器的選擇，必須根據負荷大小、類型與系統(tǒng)容量來初步選定變壓等級數量，其中還必須考慮外界環(huán)境、負荷裕量、擴建等來最終確定變壓器的型號。第二，主接線的設計，主

20、接線設計至關重要，主接線是將大系統(tǒng)、變電所與負荷連接起來的紐帶，合理的設計不僅可以節(jié)省投資，而且便于運行與維護，提高供電的可靠性。第三，主要電氣元件選擇，變電所除了變壓器、主接線外，一般還要有斷路器、隔離開關、互感器、避雷器等元器件，對它們的選擇也是非常重要的。第四，各種保護，變電所要安全可靠的運行，各種各樣的保護必不可少。其中還有各種其他要求，比如：配電裝置、圖紙設計、所址選擇等等[1]。</p><p>　　

21、1.2 變電站的負荷統(tǒng)計</p><p>　　1.2.1 負荷統(tǒng)計的目的</p><p>　　進行企業(yè)電力負荷計算的主要目的就是為正確選擇企業(yè)各級變電站的變壓器容量、各種電氣設備以及供電網絡所用導線等提供科學的依據[2]。</p><p>　　1.2.2 水泥廠主要生產工藝流程</p><p><b>　　主要生產流程為：</

22、b></p><p>　　石灰石破碎及儲存→粘土、鐵粉儲存 →原煤的儲存 →生料制備 →生料均化→ 燒成系統(tǒng)(①生料的烘干與脫水②碳酸鹽分解；③固相反應；④熟料的燒成） →煤粉制備及輸送 →熟料儲存水泥粉磨 →水泥儲存、散裝與包裝</p><p>　　1.2.3 主要設備及其負荷計算</p><p><b>　　表1-1各車間負荷</b>

23、</p><p><b>　　計算公式：</b></p><p><b>　　有功功率：</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　無功功率：</b></p><p><b>　　

24、（1-2）</b></p><p><b>　　視在功率：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　電流：</b></p><p><b>　　（1-4）</b></p><p&g

25、t;　　泥粉磨及水泥庫頂電力室 </p><p>　　(2) 窯頭電力配電室</p><p>　　(3) 水泥燒成電力配電室</p><p>　　(4) 生料粉磨及礦山電力配電室</p><p>　　表1-2車間負荷計算結果</p><p>　　1.2.4 主變壓器的選擇</p><p>　　

26、主變壓器的選擇原則：主變壓器的容量應根據水泥廠5-10年的發(fā)展擴建規(guī)劃進行選擇，并適當考慮到遠期10～20年的負荷發(fā)展。同時還應該考慮變壓器遇到事故時的過負荷能力，對裝兩臺變壓器的變電所[3]。</p><p>　　變壓器單獨運行是應該滿足的條件：</p><p>　　Sn=0.6S (1-5)</p><p>&

27、lt;b>　　(1-6)</b></p><p>　　式中S為變電所最大負荷，S1+2為全部的一、二級負荷。</p><p>　　對一般性變電站停運時，其余變壓器容量就能保證全部負荷的60～70%。這樣，當其中一臺變壓器停用時，可以保證負荷60%的供電?？紤]變壓器的事故過負荷能力，則可保證負荷84%的供電。由于一般電網變電所大約有25%的非重要負荷，因此，采用Sn=0.6

28、Pm，對變電所保證重要負荷來說多數是可行的，能滿足一、二級負荷的供電需求。</p><p>　　一般情況下采用三相式變壓器，具有三種電壓的變電所，如通過主變壓器各側繞組的功率均達到15%Sn以上時，可采用三繞組變壓器。其中，當高壓電網為110～220kV，而低壓電網為10kV時，由于負荷較大，最大和最小運行方式下電壓變化也較大，故采用帶負荷調壓的三繞組變壓器。</p><p>　　目前限制

29、低壓側短路電流措施，一般采用高阻抗變壓器，且根據 110kV 系統(tǒng)短路水平(不超過30 kA)。經過推算，10kV短路電流(不超過30kA)。所選開關柜等電氣設備均可滿足要求(10kV不并列)。故本次設計采用高阻抗主變壓器。</p><p>　　本次設計結合實際運行經驗，要求主變壓器本體油枕由原A相移至C相。這樣有利于主變壓器中性點接地隔離開關連接安裝，且操作檢修方便。</p><p>　

30、　根據總負荷S=3563.816(kVA),選擇對裝兩臺三相自冷雙繞組有載調壓電力變壓器SFZ10-6300/110型[4]。</p><p><b>　　1.2 無功補償</b></p><p>　　1.2.1 無功補償的目的</p><p>　　無功功率補償裝置在電子供電系統(tǒng)中所承擔的作用是提高電網的功率因數，降低供電變壓器及輸送線路的損耗

31、，提高供電效率，改善供電環(huán)境。所以無功功率補償裝置在電力供電系統(tǒng)中處在一個不可缺少的非常重要的位置。合理的選擇補償裝置，可以做到最大限度的減少網絡的損耗，使電網質量提高。反之，如選擇或使用不當，可能造成供電系統(tǒng)，電壓波動，諧波增大等諸多因素。 </p><p>　　1.2.2 無功補償的計算</p><p>　　1. 自然平均功率因數</p><p><b&g

32、t;　　負荷的有功功率：</b></p><p>　　=633.6+698.4+460.8+885.6+7.02+7.99+5.28+9.51</p><p><b>　　=2708.2kW</b></p><p><b>　　負荷的無功功率： </b></p><p>　　=501.6

33、+552.9+364.8+701.1+33.54+42.16+22.6+44.8</p><p>　　=2263.5kVar</p><p>　　平均功率因數,取an =0.75，βn=0.8</p><p>　　=0.75提高到=0.9</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p&

34、gt;<b>　　2.補償容量</b></p><p><b>　　補償容量：</b></p><p><b>　　（1-8）</b></p><p>　　=0.75×2708.2×0.40</p><p>　　=812.46kVar</p>

35、<p><b>　　那么</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　考慮到三相均衡分配，所以取n=18，每相6并聯，這時并聯電容器的實際補償容量為：</p><p><b>　　3.補償后功率因數</b></p><p>　　補償后的

36、功率因數計算如下：</p><p>　　選擇BWF10.5-50-1W此為十二烷基苯浸澤，薄膜與紙復合介質，額定電壓為10.5kV，額定容量50kvar，單相，戶外。</p><p>　　第2章 短路電流的計算</p><p>　　2.1 短路電流的計算</p><p>　　圖2.1 網絡示意圖 </p><p>　　

37、2.2各點的短路電流</p><p>　　短路電流的計算常采用近似標么值計算。取=100MW，各級基準電壓為平均額定電壓。本變電站由資陽董家灣變電站供電，架空線約為L=80km。 </p><p>　　基準電流: (

38、2-1)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0.502kA</b></p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　架空線： (2-3)</p>

39、;<p>　　兩對裝變壓器: (2-4) </p><p>　　1. K點短路電流:</p><p>　　(2-5) </p><p><b>　　=</b></p>

40、<p><b>　　=2.08kA</b></p><p>　　2. K0點短路電流</p><p>　　K0點總電抗: = (2-6)</p><p><b>　　=1.04</b></p><p>　　K0點短路電流:

41、 (2-7)</p><p>　　次暫態(tài)短路電流: (2-8)</p><p>　　瞬時短路沖擊電流有效值:</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　根據主變壓器和個配電室設置的位置可以估算出所需電纜長度

42、， 生料粉磨及礦山電力配電室變電纜250m,窯頭電力配電室變電纜200m，水泥燒成電力配電室變電纜100m，水泥粉磨及庫頂電力室變電纜150m。</p><p>　　3. K1 點的短路電流：</p><p>　　K1點的總電抗： (2-10)</p><p><b>　　= </b></p>

43、<p><b>　　=1.058</b></p><p>　　K1點短路電流: (2-11)</p><p>　　4. K2點短路電流：</p><p>　　K2點的總電抗： (2-12)</p><p><b>　　=

44、0.2 </b></p><p><b>　　=1.054</b></p><p>　　K2點短路電流： （2-13）</p><p>　　5. K3點的電流：</p><p>　　K3點的總電抗： （2-14）</p><p>&

45、lt;b>　　=0.1 </b></p><p><b>　　=1.047</b></p><p>　　K3點短路電流： （2-15）</p><p>　　6. K4點短路電流： </p><p>　　K4點的總電抗： （2-16）</p>

46、;<p><b>　　=0.15</b></p><p><b>　　=1.05</b></p><p>　　K4點短路電流： （2-17）</p><p>　　表2-1 短路電流計算結果表</p><p>　　第3章 電氣設備的選擇及其校驗<

47、;/p><p>　　3.1 設備選擇的原則</p><p>　　為了保障高壓電氣設備的可靠運行，高壓電氣設備選擇與校驗的一般條件有：按正常工作條件包括電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇；按短路條件包括動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗；按環(huán)境工作條件如溫度、濕度、海拔等選擇[5]。</p><p><b>　　(1) 額定電壓</b></p><

48、p>　　高壓電氣設備所在電網的運行電壓因調壓或負荷的變化，常高于電網的額定電壓，故所選電氣設備允許最高工作電壓Ualm不得低于所接電網的最高運行電壓。 一般電氣設備允許的最高工作電壓可達1.1~1.15UN ，而實際電網的最高運行電壓Usm一般不超過1.1UNs，因此在選擇電氣設備時，一般可按照電氣設備的額定電壓UN不低于裝置地點電網額定電壓UNs的條件選擇，即

49、 </p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　(2) 額定電流</b></p><p>　　電氣設備的額定電流IN是指在額定環(huán)境溫度下，電氣設備的長期允許通過電流。IN應不小于該回路在各種合理運行方式下的最大持續(xù)工作電流Imax，即</p><p>

50、;<b>　　(3-2)</b></p><p>　　(3) 環(huán)境條件對設備選擇的影響</p><p>　　當電氣設備安裝地點的環(huán)境條件如溫度、風速、污穢等級、海拔高度、地震烈度和覆水度等超過一般電氣設備使用條件時，應采取措施[6]。</p><p>　?。?）短路電流計算條件</p><p>　　為使所選電氣設備具有足

51、夠的可靠性、經濟性和合理性，并在一定時期內適應電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，作校驗用的短路電流應按下列條件確定。</p><p>　　1. 容量和接線按本工程設計最終容量計算，并考慮電力系統(tǒng)遠景發(fā)展規(guī)劃(一般為本工程建成后5~10年)；其接線應采用可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，但不考慮在切換過程中可能短時并列的接線方式(如切換廠用變壓器時的并列)。</p><p>　　2. 短路種類一般按三相

52、短路驗算，若其它種類短路較三相短路嚴重時，則應按最嚴重的情況驗算。</p><p>　　3. 計算短路點選擇通過電器的短路電流為最大的那些點為短路計算點。</p><p>　　3.2 設備校驗原則</p><p>　　1. 電器在選定后應按最大可能通過的短路電流進行動、熱校驗。校驗的短路電流一般取三相短路時的短路電流，若發(fā)電機出口的兩相短路，或中性點直接接地系統(tǒng)及自

53、耦變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路嚴重時，則應按嚴重情況校驗。</p><p>　　2. 用熔斷器保護的電器可不算驗熱穩(wěn)定。當熔斷器有限流作用時，可不算驗動穩(wěn)定。用熔斷器保護的電壓互感器回路，可不算驗動、熱穩(wěn)定。</p><p><b>　　(1) 熱穩(wěn)定校驗</b></p><p>　　短路電流通過電器時，電氣設備各部件溫度（或發(fā)

54、熱效應）應不超過允許值。滿足熱穩(wěn)定條件。</p><p>　　≥ (3-3)</p><p>　　式中：—短路電流產生的熱效應</p><p>　　—電氣設備允許通過的熱穩(wěn)定的電流和時間</p><p><b>　　(2) 動穩(wěn)定校驗</b></p><p

55、>　　電動力穩(wěn)定是電器承受短路電流機械效應的能力，也稱動穩(wěn)定。滿足動穩(wěn)定的條件為：</p><p>　　≥ (3-4)</p><p>　　式中：—短路沖擊電流幅值</p><p>　　—電氣設備允許通過的動穩(wěn)定電流最大值[7]</p><p>　　3.3 導線和電纜的選擇<

56、/p><p>　　導線和電纜的選擇是工業(yè)企業(yè)供電網絡設計中的一個重要組成部分，因為它們是構成供電網絡的主要元件，電能必須靠它們輸送分配。在選擇導線和電纜型號和截面時，既要保證工業(yè)企業(yè)供電的安全可靠，有要充分利用導線和電纜的負載能力。因此，正確選擇導線和電纜型號和截面，節(jié)約有色金屬，是有重要意義的。</p><p>　　為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質、經濟地運行，進行導線和電纜截面時必須滿足下

57、列條件:</p><p><b>　　1. 發(fā)熱條件</b></p><p>　　導線和電纜(包括母線)在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產生的發(fā)熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。應充分利用導線或電纜的負荷能力,此時應按導線或電纜的允許載流量來選擇其截面。</p><p><b>　　2. 電壓損耗條件</b>

58、;</p><p>　　導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產生的電壓損耗，不應超過其正常運行時允許的電壓損耗。對于工廠內較短的高壓線路，可不進行電壓損耗校驗。</p><p><b>　　3. 經濟電流密度</b></p><p>　　35kV及以上的高壓線路及電壓在35kV以下但距離長電流大的線路，其導線和電纜截面宜按經濟電流密

59、度選擇，以使線路的年費用支出最小。所選截面，稱為“經濟截面”。此種選擇原則，稱為“年費用支出最小”原則。工廠內的10kV及以下線路，通常不按此原則選擇。</p><p><b>　　4. 機械強度</b></p><p>　　導線（包括裸線和絕緣導線）截面不應小于其最小允許截面。對于電纜，不必校驗其機械強度，但需校驗其短路熱穩(wěn)定度。母線也應校驗短路時的穩(wěn)定度。對于絕緣

60、導線和電纜，還應滿足工作電壓的要求。</p><p>　　根據設計經驗，一般10kV及以下高壓線路及低壓動力線路，通常先按發(fā)熱條件來選擇截面，再校驗電壓損耗和機械強度。低壓照明線路，因其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗發(fā)熱條件和機械強度。對長距離大電流及35kV以上的高壓線路，則可先按經濟電流密度確定經濟截面，再校驗其它條件。</p><p>　　對于本設計來說

61、，我們是110kV架空進線，地質及水文條件:根據工程地質勘探資料獲悉，廠區(qū)地址原為耕地，地勢平坦，地層以砂質粘土為主，地質條件較好，地下水位為2.8-5.3米。地耐壓力為20噸/平方米。土壤中0.7-1米深處一年中最熱月平均溫度為20℃,所以在廠內我們一律采用電抗值為0.08的電纜線[8]。</p><p>　　3.4 斷路器及隔離開關的選擇</p><p>　　3.4.1 110kV斷路

62、器選擇</p><p>　　本設計110kV段選選用戶內VZF10B-126型六氟化硫全封閉組合電器(GIS)。</p><p>　　1. 劃時代的小型化：縮小形GIS的體積，僅僅是通常用的偏相式GIS的40%。</p><p>　　2. 體積最小，重量輕，抗地震。</p><p>　　3. 開斷能力強：斷路器采用自能滅弧原理，具有很高的短路

63、開斷和關合能力，開合線路充電電流無重燃和重擊穿現象，電壽命達到16次。</p><p>　　4. 沒有危險的操作過電壓：由于SF6氣體對小電流電弧的特殊性能，可把操作過電壓限制到最低。在截斷架空線或電纜的充電電流時，既不會產生電弧重燃，也不會產生一次游離，并且在切斷變壓器的勵磁電流時，觀察到的最大過電壓倍數不超過2.5p.U。</p><p>　　5. 絕緣水平高：產品絕緣結構設計合理，所

64、用的絕緣件都經嚴格的質量檢驗，整體耐受電壓水平超過國際和IEC標準的要求，絕緣穩(wěn)定可靠。</p><p>　　由于結構內充SF6氣體，無氧狀態(tài)下不會造成導體接頭的劣化，SF6氣體消耗可忽略不計，觸頭的耐久性高，所以顯著地延長了滅弧室的維修周期。</p><p>　　6. 可靠性能高：由于帶電部分被封閉于充有SF6氣體的金屬容器中，其可以完全避免由于化學煙霧以及某些鹽類沉積物的玷污。經長期使

65、用后，仍可保持高度的可靠性。</p><p>　　7. 安全性高：由于所有的帶電部分均密封于接地的金屬容器內，所以不必擔心電擊的危險。SF6氣體起絕緣，不燃的作用，是一種五毒無味的惰性氣體，對人、蓄無害。</p><p>　　8. 噪音低：因為是金屬容器完全封閉的構造，開閉的動作聲音不會外傳，所以是噪音很低的裝置。</p><p>　　9. 避雷器：采用了ZnO元素

66、的無間隙避雷器。由于采用了無間隙結構，整個結構不僅簡單，小型化而且性能非常優(yōu)良。在其工作過程中不會產生電弧，其性能不受大氣壓的影響。是一種優(yōu)良的具有高度可靠性的避雷器。</p><p>　　10. 隔離開關與接地開關：隔離開關與接地開關具有線性的簡單結構。三相一個操動機構，人力操作或動力操作可用于各種控制。當需要快速啟動操作時，它能夠開閉勵磁電流，環(huán)電流等等。 　　　　　 </p><p>

67、;　　11. 貫通形電流互感器、電壓互感器：采用單相電磁式電壓互感器。有兩種情況：一種是將電流互感器設置在電纜一側，和設置在金屬容器內這兩種情況[9]。</p><p>　　表3-1 GIS組合電器技術參數</p><p>　　(1) 斷路器校驗</p><p>　　110kV母線分段斷路器，110kV側所有出線斷路器和主變壓器進線斷路器。</p>

68、<p>　　變壓器最大工作電流： =30.12A</p><p>　　=110×1.05=115kV</p><p>　　=2.55=2.55×2.08≈5.304kA</p><p>　　所有，斷路器選LWG2—126型。</p><p><b>　　其參數</b></p&

69、gt;<p>　　=126KV＞=115kV</p><p>　　=1250＞=30.12A</p><p>　　動穩(wěn)定校驗： =40KA＞ =5.304kA</p><p>　　熱穩(wěn)定校驗： =31.52×1.5＞=5.3042×2.5</p><p><b>　　各項

70、均滿足要求。</b></p><p>　　(2) 隔離開關選擇</p><p><b>　　其參數</b></p><p>　　=126KV＞=115kV</p><p>　　=1250＞=30.12A</p><p>　　動穩(wěn)定校驗： =40KA＞ =5.304kA&l

71、t;/p><p>　　熱穩(wěn)定校驗： =31.52×2＞=5.3042×2.5</p><p>　　所以，各項均滿足要求。</p><p>　　3.4.2 10kV段斷路器及隔離開關選擇</p><p>　　1. 10kV段斷路器選擇</p><p>　　表3-2 10kV真空斷路器技術參數

72、</p><p>　　10kV段選擇ZN63A（VS1）-12型系列真空斷路器。</p><p>　　(1) 10kV母線分段斷路器及出線斷路器：</p><p><b>　　=363.7A</b></p><p>　　=10×1.05=10.5kV</p><p>　　=2.55

73、15;5.28=13.464kA</p><p>　　所以，10kV母線分段斷路器及出線斷路器均選用ZN63A—12/630—25。</p><p><b>　　其參數：</b></p><p>　　=12KV＞=10.5kV</p><p>　　=630＞=363.7A</p><p>　　動穩(wěn)

74、定校驗： =50kA＞ =13.464kA</p><p>　　熱穩(wěn)定校: =252×2＞=13.4642×2.5</p><p><b>　　各項均滿足要求。 </b></p><p>　　(2) 10kV水泥粉磨及水泥庫頂電力變配電室主變壓器進線斷路器：</p><p&

75、gt;　　=10×1.05=10.5kV</p><p>　　=2.55×5.2=13.26kA</p><p>　　所以，10kV各出線斷路器均選用ZN63A—12/630—25。</p><p>　　同理，配窯頭電力配電室、水泥燒成電力配電室、生料粉磨及礦山電力配電室變進線斷路器選均選用ZN63A—12/630—25。</p>

76、<p><b>　　2. 隔離開關選擇</b></p><p>　　隔離開關選擇GN19—10Q系列戶內高壓隔離開關。</p><p>　　10KV母聯隔離開關及配變變壓器進線隔離開關相同，選擇GN19-10Q/630-20型。</p><p>　　其校驗方法同斷路器校驗。</p><p>　　表3-3 隔離開

77、關技術參數</p><p>　　10kV戶內高壓接地刀選擇JN15-12/31.5-210型。</p><p>　　表3-4 接地開關技術參數</p><p>　　10kV母線分段隔離開關及出線隔離開關:</p><p><b>　　=363.7A</b></p><p>　　=10×1

78、.05=10.5kV</p><p>　　=2.55×5.28=13.464kA</p><p>　　所以，10kV母線分段隔離開關及出線隔離開關均選用JN15-12/31.5-210型。</p><p><b>　　其參數</b></p><p>　　=11.5KV＞=10.5kV</p>&l

79、t;p>　　=630＞=363.7A</p><p>　　動穩(wěn)定校驗： =50KA＞ =13.464kA</p><p>　　熱穩(wěn)定校驗： =202×2＞=13.4642×2.5</p><p><b>　　各項滿足條件。</b></p><p>　　3.5 互感器的

80、選擇</p><p>　　3.5.1 110kV段互感器選擇</p><p>　　1. 電流互感器選擇</p><p>　　(1) 110kV母線分段CT</p><p>　　根據Ig、Ug選組合電器B·S1EC441型（GIS）50/5A，為135，為75；</p><p>　　Iee=50A＞I=33.1

81、A</p><p><b>　　動穩(wěn)校驗：</b></p><p>　　=1.414×0.05×135=9.54kA＞＝kA</p><p>　　式中為電壓互感器一次額定電流，為電壓互感器動穩(wěn)定倍數，為短路沖擊電流。</p><p><b>　　熱穩(wěn)校驗： </b></p&

82、gt;<p>　?。?.05×75）2×1=14.1kA2.S</p><p>　　=2.082×2.5=9.1kA2.S</p><p>　?。?(3-5)</p><p>　　式中為電壓互感器的一次額定電流的熱穩(wěn)定倍數，為電壓互感器一次額定電流。</p><p&

83、gt;　　所以，此選擇符合要求。</p><p>　　(2) 110kV主變進線CT</p><p>　　根據Ig、Ug選組合電器B·S1EC441型（GIS）50/5A。驗證同上，動穩(wěn)校驗和熱穩(wěn)校驗都符合要求。</p><p>　　(3) 110kV主變出線CT</p><p><b>　　=363.7A</b&g

84、t;</p><p>　　選LZZBJ12—10/500A，電流比：500/5，為135，為75。</p><p>　　Iee=500A＞I=363.7A</p><p><b>　　動穩(wěn)校驗： </b></p><p>　　=1.414×0.5×135=95.445KA＞=13.464kA</

85、p><p><b>　　熱穩(wěn)校驗： </b></p><p>　　=（0.5×75）2×1=1406.25kA2.S</p><p>　　=5.282×2.1=58.55kA2.S</p><p>　?。?(3-6)</p><p>

86、　　所以，此選擇符合要求。</p><p>　　2. 電壓互感器選擇</p><p>　　JSQX8-110HA1，準確級：0.2/3P, 六氟化硫額定值:0.4 MVA。由于本設計主要涉及一次部分，所以電壓互感器選用110kV通用型，如果二次部分容量不夠可另行選擇[10]。</p><p>　　3.5.2 10kV段互感器選擇</p><p&g

87、t;　　1. 電流互感器選擇</p><p>　　(1) 10kV段進線CT，水泥粉磨及水泥庫頂電力變配電室、窯頭電力配電室配變</p><p>　　選擇LFZB-10，電流變比75/5,次級組合：0.5/B</p><p>　　Iee=75A＞=72.17A</p><p>　　所以，同上，經熱穩(wěn)校驗符合要求。</p><

88、;p>　　(2) 10kV水泥粉磨及水泥庫頂電力變配電室、窯頭電力配電室配變</p><p><b>　　出線CT。</b></p><p>　　選LZZBJ12—10/3000A，電流變比：3000/5，次級組合：0.2/0.5/10p15</p><p>　　I=3000A＞=1804A</p><p>　　所

89、以，同上，熱穩(wěn)校驗符合要求。</p><p>　　(3) 10kV段進線CT水泥燒成電力配電室配變</p><p>　　選擇LFZB-10，電流變比75/5,次級組合：0.5/B</p><p>　　Iee=75A＞=57.73A</p><p>　　所以，同上，經熱穩(wěn)校驗符合要求。</p><p>　　(4) 10k

90、V段進線CT生料粉磨及礦山電力配電室配變</p><p>　　選擇LFZB-10X，電流變比100/5,次級組合：0.5/B</p><p>　　Iee=100A＞=92.37A</p><p>　　所以，同上，經熱穩(wěn)校驗符合要求。</p><p>　　2. 電壓互感器選擇</p><p>　　JDZXF1-10，準確

91、級：0.2/6P，最大容量：500kVA。</p><p><b>　　滿足全廠設計要求。</b></p><p>　　3.6 電氣主接線的基本要求</p><p>　　電氣主接線又稱為電氣一次接線，它是將電氣設備以規(guī)定的圖形和文字符號，按電能生產、傳輸、分配順序及相關要求繪制的單相接線圖。電氣主接線設計的基本要求有三點：可靠性、靈活性、經濟性

92、。</p><p>　　3.7 主接線的基本接線形式 </p><p>　　主接線的基本形式就是主要電氣設備常用的幾種連接方式，以電源和出線為主體。由于各個發(fā)電廠或變電站的出線回路數和電源數不同，且每路饋線所傳輸的功率也不一樣，因而為便于電能的匯集與分配，在進出線數較多時（一般超過4回），采用母線作為中間環(huán)節(jié)，可使接線簡單清晰，運行方便，有利于安裝和擴建，而與有母線的接線相比，無匯流母線的

93、接線使開關電器較少，配電裝置占地面積較小，通常用于進出線回路少，不再擴建和發(fā)展的發(fā)電廠或變電站[11]。</p><p>　　有匯流母線的接線形式概括地可分為單母線接線和雙母線接線兩大類；無匯流母線的接線形式主要有橋形接線、角形接線和單元接線。下面對最適合本設計的兩種接線形式的優(yōu)缺點以及適用范圍作以簡介。</p><p>　　單母線分段接線：分段的數目，取決于電源數量和容量。段數分得越多，

94、故障時停電范圍越小，但使用的分段斷路器的數量也就越多，且配電裝置和運行也就越復雜，通常2到3段為宜。但由于該接線當進出線較多或需對重要負荷采用兩條出線供電時，增加了出線數目，且常使架空線交叉跨越，使整個母線系統(tǒng)可靠性收到限制。適用于：小容量發(fā)電廠的發(fā)電廠電壓配電裝置，一般每段母線上所接發(fā)電容量為12MW左右，每段母線上出線不多于5回；變電站有兩臺主變壓的6-10kV配電裝置；35-63kV配電裝置出線4-8回；110-220kV配電裝置

95、出線3-4回[11]。</p><p>　　圖 3.1 單母接線圖</p><p>　　雙母線接線：供電可靠、調度靈活、擴建方便，但與單母線接線相比，投資有所增加。適用于：進出線回數較多、容量較大、出線帶電抗器的6-10kV配電裝置；35-60kV出現數超過8回，或連接電源較大、負荷較大時；110kV出現數為6回及以上時；220kV出現數為4回及以上時[11]。</p>&l

96、t;p>　　圖3.2單母線分段接線</p><p>　　本設計的兩個電壓等級分別為110kV和10kV。110kV主變電所有兩臺變壓器，出線數為4回。且工廠屬于二級負荷，對可靠性要求較高。因此主接線形式在單母線分段接線和雙母線接線之間進行對比選擇。由于二者的可靠性與靈活性都較高，因此主要對經濟性進行對比，在相同進出線的情況下，單母線分段接線的斷路器和隔離開關數量少于雙母線接線，因此本設計的主接線方式選擇單母

97、線分段接線形式,如圖3.2所示。主接線見附錄中的附圖。</p><p>　　第4章 繼電保護與防雷設計</p><p>　　4.1 繼電保護的作用和基本任務</p><p>　　4.1.1 繼電保護的作用</p><p>　　當電網或電力設備發(fā)生故障，或出現影響安全運行的異常情況時，自動切除故常設備和消除異常情況的技術與裝備，其特點是動作快，

98、其性質是非調節(jié)性的。電力系統(tǒng)中的發(fā)電機、變壓器、輸電線路母線以及用電設備，一旦發(fā)生故障，迅速而有選擇地切除故障設備，是保證電力系統(tǒng)安全運行最有效的方法之一。切出故障的時間通常要求短到十幾毫秒至幾百毫秒。實踐證明，只有在每個電氣元件上裝設繼電保護裝置，才有可能完成這個任務[12]。</p><p>　　4.1.2 繼電保護的基本任務</p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務有以下兩點：

99、</p><p>　　（1）自動、迅速、有效地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，以免故障元件繼續(xù)遭到損壞，又保證其他無故障部分迅速恢復正常運行。</p><p>　?。?）反應電力設備的不正常運行狀態(tài)，并根據運行維護條件，而動作于發(fā)出信號或跳閘。此時一般不要求迅速動作，而是根據對電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免短暫的運行波動造成不必要的動作和干擾引起的誤動。</p>

100、<p>　　4.2 過電壓保護和接地保護</p><p>　　4.2.1 過電壓保護</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，各種電壓等級的輸配電線路、發(fā)電機、變壓器以及開關設備等。正常運行狀態(tài)下只承受其額定電壓的作用，但在異常情況下，可能由于某些原因，造成上述電氣設備主絕緣匝間絕緣上的電壓遠遠超過額定值，雖然時間很短（一般從幾微秒至幾十毫秒），但電壓升高的數值可能很大。在沒有防護措施

101、或設備本身絕緣水平較低時，將使設備絕緣被擊穿，使電力系統(tǒng)的正常運行遭受破壞。通常將這種對設備絕緣有危險的電壓升高叫做過電壓[13]。</p><p>　　4.2.2 過電壓的類型</p><p>　　過電壓的產生都是由于電力系統(tǒng)的電磁能量發(fā)生瞬間突變所引起的。</p><p>　　1. 由外部直擊雷或雷電感應突然加到系統(tǒng)里的叫做大氣過電壓或叫外部過電壓。</p

102、><p>　　雷電是帶電荷的云所引起的放電現象，雷電放電是雷云所引起的放電現象。雷電過電壓類型:直接雷擊過電壓、感應雷過電壓、雷電反擊過電壓、雷電侵入波。變電所范圍內雷擊目的物：內外配電裝置、主控制樓、組合導線及母線橋等。</p><p>　　2. 系統(tǒng)運行中由于操作、故障或其它原因引起的系統(tǒng)內部電磁能量的振蕩、積聚和傳播，從而產生的過電壓叫做內部過電壓[14]。</p><

103、;p>　　4.2.3 接地保護概述</p><p>　　接地保護又常稱保護接地，就是將正常情況下不帶電，而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電器金屬部分（即與帶電部分相絕緣的金屬結構部分）用導線與接地體可靠連接起來的一種保護接線方式[15]。</p><p>　　接地保護一般用于配電變壓器中性點不直接接地（三相三線制）的供電系統(tǒng)中，用以保證當電氣設備因絕緣損壞而漏電時產生的對地電

104、壓不超過安全范圍。如果電氣未采用接地保護，當某一部分的絕緣損壞或某一相線碰及外殼時，電氣的外殼將帶電，人體萬一觸及到該絕緣損壞的電器設備外殼（構架）時，就會有觸電的危險。相反，若將電氣設備做了接地保護，單相接地短路電流就會沿接地裝置和人體這兩條并聯支路分別流過。一般地說，人體的電阻大于1000歐，接地體的電阻按規(guī)定不能大于4歐，所以流經人體的電流就很小，而流經接地裝置的電流很大。這樣就減小了電器設備漏電后人體觸電的危險[16]。<

105、/p><p>　　4.2.4 中性點接地原則</p><p>　　中性點直接接地是將發(fā)電機或變壓器的中性點直接與接地裝置連接，或中性點經小阻抗與接地裝置連接。系統(tǒng)中全部或部分變壓器中性點直接接地，是大接地電流系統(tǒng)的標志，其主要目的是降低對整個系統(tǒng)絕緣水平的要求。</p><p>　　當中性點接地變壓器臺數，容量及其分布情況變化時，系統(tǒng)零序序網也隨之變化，因此同一點故障時

106、，零序電流的分布也隨之變化。所以變壓器中性點接地情況的變化，直接影響到零序電流保護的靈敏度[16]。</p><p>　　因此，變壓器中性點接地原則：</p><p>　　1. 不使系統(tǒng)出現危險的過電壓；</p><p>　　2. 不使零序網有較大的變化，以保證零序電流保護有穩(wěn)定的靈敏度。</p><p>　　4.2.5 中性點接地方式<

107、;/p><p>　　110kV及以上電壓等級的電力系統(tǒng)，均屬于大接地電流系統(tǒng)，中性點直接接地系統(tǒng)。中性點直接接地的系統(tǒng)中，當發(fā)生一點接地故障時，即構成單相接地短路，這時所產生的故障電流很大，所以稱大電流接地系統(tǒng)。</p><p>　　10kV以下電壓等級的電力系統(tǒng)，均屬于小接地電流系統(tǒng)，中性點不與接地裝置連接或經過消弧線圈、電壓互感器以及高電阻與接地裝置連接的高壓電力系。統(tǒng)稱小接地短路電流系統(tǒng)

108、[17]。</p><p>　　4.3 雷電過電壓保護</p><p>　　1. 110kV及以上的屋外配電裝置，可將避雷針裝在配電裝置架構上。</p><p>　　安裝避雷針的架構支柱應與配電裝置接地網相連接。在避雷針的支柱附近，應設置輔助的集中接地裝置，其接地電阻應不大于10Ω。由避雷針與配電裝置接地網上的連接處起，至變壓器與接地網上的連接處止，沿接地線的距離，

109、不得小于15m。在變壓器門型架構上，不得裝置避雷針[18]。</p><p>　　在選擇獨立避雷針的裝設地點時，應盡量利用照明燈塔，在其上裝設避雷針。裝設獨立避雷針時，避雷針與配電裝置部分在地中和空氣中應有一定的距離。</p><p>　　(1) 地中：避雷針本身的接地裝置與最近的配電裝置接地網的地中距離Sdi≥0.3R（m），式中R是獨立避雷針的接地電阻。在任何情況下，Sdi不得小于3m

110、。</p><p>　　(2) 空氣中：由獨立避雷針到配電裝置導電部分之間以及到配電裝置電力設備與架構接地部分之間的空氣距離Sk≥0.3R+0.1h（m），式中h是被保護物考慮點的高度。在任何情況下，Sk不得小于5m。</p><p>　　2. 110kV及以下的屋外配電裝置，可將保護線路的避雷線連接在配電裝置的出線門型架構上，須滿足下列條件：</p><p>　　

111、(1) 線路終端桿塔的接地電阻應不大于10Ω；</p><p>　　(2) 在變壓器母線10KV出口處裝設閥型比雷器</p><p>　　3. 控制樓及屋內配電裝置對直擊雷的防雷措施如下：</p><p>　　(1) 金屬屋頂或屋頂上有金屬結構時，將金屬部分接地；</p><p>　　(2) 屋頂為鋼筋混凝土結構，應將其鋼筋焊接成網接地；&l

112、t;/p><p>　　(3) 結構為非導電體的屋頂時，采用避雷帶保護，該避雷帶的網絡為8～10m，每隔10～20m設引下線接地[19]。</p><p>　　上述的接地可與總接地網連接，并在連接處加裝集中接地裝置，其接地電阻應不大于10Ω。</p><p>　　4. 限制操作過電壓和雷電侵入波的措施</p><p>　　110kV系統(tǒng)采用氧化鋅避

113、雷器，并以避雷器10kA雷電沖擊殘壓作為絕緣配合的依據。在110kV架構上設置了2只高度為25m的避雷針。在變電站的圍墻兩端各設一只為25m的獨立避雷針，作為直擊雷的保護裝置[20]。</p><p>　　110kV變壓器中性點要裝避雷器，因為110kV及以上電壓等級的變壓器一般是半絕緣的，即中性點的絕緣水平低于線端絕緣水平。對于中性點不接地的分級絕緣變壓器，當雷電波從線路侵入變電站到達變壓器中性點以及系統(tǒng)單相接

114、地、非全相運行，特別是伴隨產生變壓器勵磁電感與線路對地電容諧振時，會產生較高的雷電過電壓或工頻穩(wěn)態(tài)過電壓，對分級絕緣變壓器中性點構成威脅，甚至使絕緣損壞。所以中性點要裝設避雷器[21]。</p><p>　　4.4 本站接地保護設計</p><p>　　為防止大氣雷電對電氣設備和建筑物的直接襲擊，在110kV開關場適當的位置建造構架避雷針1棵、獨立避雷針2棵。</p><

115、;p>　　為防止雷電入侵波和操作過電壓對電氣設備的危害，在110kV進線處和主變110kV側分別裝設了氧化鋅避雷器，在主變110kV中性點裝設避雷器和間隙保護，并在主變壓器的10kV三相上均裝設避雷器。</p><p>　　全所接地采用以水平接地帶為主和垂直接地極為輔的復合接地網，接地帶選用50×6的鍍鋅扁鋼，集中接地極采用角鋼垂直接地極（70X70X7，長2.5米）。接地電阻值在任何季節(jié)都不大于

116、0.5歐。</p><p>　　由于本站地處沙巖層上，又因場地限制，可供地網敷設的面積較小,為達到≤0.5歐的要求,接地網應作如下處理。</p><p>　　(1): 垂直接地極埋設洞、水平接地體埋設溝進行換土處理。</p><p>　　(2): 如果實測接地電阻達不到要求,接地網應引出站外，引出方向可沿電纜溝、隧道，也可在適當地方敷設集中接地方式。</p&g

117、t;<p>　　2. 戶外接地扁鋼與主接網可靠焊接，要三面焊牢，其焊接長度為扁鋼寬度的三倍。在焊接點必須刷防銹漆2遍，并涂瀝青處理。</p><p>　　3. 接地網施工完畢，接地電阻Rd≤O.5歐。否則將采取降阻措施。</p><p>　　4.5 主變壓器及線路的整定計算</p><p>　　圖4.1 線路及變壓器示意圖</p><

118、;p><b>　　過電流保護：</b></p><p>　　動作電流: (4-1)</p><p>　　= </p><p><b>　　=1.93kA</b></p><

119、;p>　　—可靠系數，取1.3；</p><p>　　—返回系數，取0.85；</p><p>　　—變壓器最大負荷電流。</p><p><b>　　靈敏性校驗：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　=<

120、/b></p><p>　　=2.3 > 1.2</p><p><b>　　符合要求</b></p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　本次設計把我們所學專業(yè)的理論與實際緊密的連接起來，學習并掌握了傳統(tǒng)的設計手段，著重培養(yǎng)了自己對電力系統(tǒng)的基本設計能力及四年來所學

121、專業(yè)知識的綜合應用能力；培養(yǎng)了獨立分析和解決問題的能力，提高了工作能力和工程設計的基本技能，對我的專業(yè)知識有了一個新的提高。</p><p>　　在設計中我們依據現有的降壓變電站的接線形式作為參考資料，通過理論與實際相聯系確定出最優(yōu)秀的方案，本次設計的110kV降壓變電站接線形式從目前來看比較可靠、經濟的，而且是變電站通常采用的一種接線形式。</p><p>　　電氣設備的選擇以所學知識理