35kV農村變電站分析和設計摘要本次題目是以實際工程為課題，對35kv農村變電站進行分析和設計，35kv農村變電站作為農村地區(qū)配網的主要構成部分，保證其可靠、安全的運行是十分重要的，因此，通過提高35kv變電站的可靠性、經濟性、安全性對于減少因自然災害和人為因素所造成的事故，從而減少農村地區(qū)的停電次數，對農村地區(qū)的經濟水平的進步和生產生活條件的改善有著重要作用。本設計首先分析了變電站的實際情況，綜合各種條件對主接線圖進行分析與繪制，并根據設計圖紙進行短路計算，由短路計算結果對電氣一次設備進行選型分析與可行性校驗，在對35kv農村變電站的主要電氣設備：電力變壓器和電力線路進行繼電保護的裝配與保護的整定計算，再根據短路電流校驗其靈敏性是否符合要求，綜合分析現場狀況，給出設計方案，然后根據實際情況進行變電站的二次部分原理及回路的分析和設計。并活用設計軟件，對比其他圖紙，完成各圖紙的設計。關鍵詞：電力系統(tǒng)整定計算二次回路穩(wěn)定運行校驗目錄第一章緒論 緒論課題研究背景研究背景變電站作為電力系統(tǒng)的“中轉站”，起到了對不同電壓等級之間的轉換作用，而35kv電壓等級作為農村地區(qū)配電網的重要組成部分，其可靠性和安全性是十分重要的，因此、提高35kv變電站的可靠性、經濟性、安全性對于減少因自然災害和人為因素所造成的的事故，從而減少農村地區(qū)的停電次數。二次設備作為電力系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分，對系統(tǒng)中的一次設備起到了測量、控制、監(jiān)控和保護的作用。因此，在研究35kv農村變電站的主電路接線設計形式選擇、電力系統(tǒng)一次電力設備選型的基礎上，研究二次系統(tǒng)回路及設備的原理和其控制電路的設計以及對于電力系統(tǒng)的保護的配置和其整定計算對于保障35kv農村變電站的可靠、經濟和安全運行是十分重要的。研究意義由于負荷波動的特性，我們無法對電力負荷進行控制，所以對于因季節(jié)交替、日夜變化或工廠停工等原因造成的周期性負荷變化和其他由于設備老化、制造缺陷和災害原因等的負荷變化。對于發(fā)電廠的功率調整、負荷變動及調整等原因造成的有功功率和無功功率的變化，我們可用一組等式來表示：PQ根據上述等式變化的不同情況，我們可以將系統(tǒng)的運行情況分為三種狀態(tài)，即——正常運行、異常運行和故障運行狀態(tài)[1]。對于異常和故障運行狀態(tài)，電力系統(tǒng)的二次部分應發(fā)出信號或作用于斷路器跳閘，所以二次部分就是通過對一次部分的監(jiān)視和測量對電力系統(tǒng)進行保護和控制。國內外發(fā)展情況電力系統(tǒng)是一個國家工業(yè)生產的“先行軍”，近年來隨著我國各項綜合實力的發(fā)展，我國的電力網絡也經歷了從“交鑰匙”到自主研發(fā)在到如今在國際上掌握標準制定的主導權的發(fā)展。隨著我國各地區(qū)電力系統(tǒng)的互聯互通和我國與鄰近國家電力系統(tǒng)的互聯互通，“電力互聯網”的概念深入人心。作為配電網的重要組成部分——35kv變電站是城市和農村配電網與輸電端連接的重要變電站。但一直以來，由于重要負荷等級主要分布在城市中所以農村地區(qū)的電網的水平一直處于薄弱狀態(tài)。2021年2月份冬季風暴襲擊美國，連日的大雪和風暴造成了得克薩斯州地區(qū)電力系統(tǒng)的嚴重破壞，約有200萬戶的居民和商家停電。歐美國家多采用多條回路供電來保障電力系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，例如美國，不設置自動重合閘系統(tǒng)，依靠多回路供電來保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。這種方法對于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行雖然是優(yōu)質的解決方案，但對于我國這種幅員遼闊，東西南北跨度較大的國家，多回路運行無疑會導致經濟性降低，大量消耗有色金屬。故多回路的運行方式不適用于我國的地理情況。所以我國多采用繼保設備作為保障系統(tǒng)穩(wěn)定的主要手段。由于我國幅員遼闊，各個地域的環(huán)境和習慣不同，所以逐步形成了目前集成電路型、微機型和整流型多種類型保護裝置及二次設備。二次回路的通信通道也由以前的導引線、載波等方式向著現在的光纜發(fā)展。我國的變電站也逐漸發(fā)展為自動化的新型變電站，逐步發(fā)展為由以太網取代現場的通訊總線、淡化后臺作用，加強遠動控制、采用調動中心遠程集中控制，并逐步減少變電所的值守人員[2]。研究內容及任務研究內容本課題從實際工程設計出發(fā)，為滿足日常生產生活和對工程設計實際的要求。根據已知的負荷要求對35kv農村變電站進行一次回路與二次回路的設計，并對線路和變壓器進行保護的配置與整定計算。主要包括對變電站主接線形式的選擇和電氣主接線圖的繪制、一次設備的選型與分析、變壓器主保護和后備保護的整定計算、35kv線路部分繼電保護系統(tǒng)的整定計算、10kv出口側繼電保護系統(tǒng)的整定計算、變壓器電壓電流以及油溫測量回路10kv出口側二次回路控制回路信號回路原理進行設計與分析、公用控制屏布置圖的設計。要求滿足工程實際生產實際的需求。主要任務（1）電氣主接線圖的選型與繪制（2）35kv一次回路的設計與設備選型（3）主變壓器繼電保護的配置（差動、過流、過負荷）及整定計算（4）35kV進線的繼電保護的配置及整定計算（電流保護Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段）（5）10kV出線的繼電保護的配置及整定計算（電流保護Ⅰ段和Ⅲ段）（6）主變壓器電流電壓及油溫測量回路原理展開圖（7）10kV線路信號回路原理展開圖（8）10kV線路控制回路原理展開圖（9）控制屏前后視圖研究方法及目標（1）分析各種主接線形式的應用場合及特點，根據設計要求和運行經濟性以及未來負荷的發(fā)展需求，選擇符合實際工程要求的主接線形式。并使用CAD對電氣主接線的圖紙進行繪制。（2）了解變電站各個一次設備的原理和性質，參考電氣手冊以及規(guī)程要求，根據短路計算結果和負荷要求對一次設備進行分析與選型，并根據需要給出穩(wěn)定性校驗。（3）通過對電氣主接線和一次回路部分的設計，按照要求為變電站的線路及主變壓器配置相應的繼電保護裝置并進行整定計算，得出整定值和動作時延，使保護設備滿足四個基本要求。（4）通過研究變壓器的繼電保護裝置的配置與保護形式，學習并繪制主變壓器的電流電壓及油溫測量回路原理展開圖。（5）10kv出口側作為與用戶負荷的連接線路，為保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止因負荷側變化對電網造成影響，故對10kv出口的控制與監(jiān)測十分重要。通過研究控制回路實例和原理繪制10kV線路控制回路原理展開圖和10kV線路信號回路原理展開圖。6）控制屏是變電所中對運行設備進行監(jiān)測、控制、信號、繼電保護等的綜合裝置，是整個變電站的中樞部分和控制中心，在實際運行中值班人員可通過控制屏對變電站進行監(jiān)測和控制[3]。通過了解學習電力手冊中的要求，對控制屏前后視圖進行繪制。35kv農村變電站的主接線設計概述35kv農村變電站規(guī)模設定本變電站為35kv降壓變電站，主要對農村的生產生活負荷進行供電，主變壓器規(guī)劃為2臺，電壓等級為35/10kv；35kv側進線2回；10kv側出線6回；根據規(guī)程無功補償電容器設置為1×（1+2）Mvar。35kv農村變電站負荷情況基準容量：SB=1000MVA電源Ⅰ：最大短路容量為：SⅠmax最小短路容量為：SⅠ電源Ⅱ：最大短路容量為：SⅡmax最小短路容量為：SⅡmin35kv側：線路長度:電源Ⅰ側：L1=7km；電源Ⅱ側：L2=7km；電源Ⅰ電源Ⅱ采用相同架空線路，線路單位阻抗：10kv側：線路及負荷情況如表2.1。表2.110kv側母線負荷情況名稱Ⅰ區(qū)Ⅱ區(qū)Ⅲ區(qū)Ⅳ區(qū)Ⅴ區(qū)Ⅵ區(qū)線路長度km6.08.05.6單位阻抗Ω/km0.360.330.350.350.350.36供電負荷A4016080808040變電站電氣主接線設計主接線的設計原則應將以下各點作為設計根據：1、變電站的初期和最終建設規(guī)模2、負荷大小和負荷的重要性3、系統(tǒng)備用容量的大小4、負荷要求及電力系統(tǒng)資料主接線的設計必須根據上述條件和技術與經濟方面的論證比較，綜合考量多個方面的影響因素，最終得到滿足工程需求的最佳方案[4]。主接線設計的基本要求可靠性停電不僅會給發(fā)電廠及供電部門造成經濟損失，其對國民經濟及各重要部門造成的損失更加嚴重。在嚴重情況下甚至還會造成人身傷亡、重要精密設備損壞報廢、生產產品報廢、城市秩序混亂等難以估計的經濟損失和社會影響。但對于可靠性的要求并非絕對，其應滿足：（1）變電站主接線的可靠性應與變電站所接入的電力系統(tǒng)相適應。對于中小型變電站的主接線因其供電容量相對較小，作為地區(qū)型變電站，一般來說，即使發(fā)生事故也不會造成嚴重的經濟損失和社會影響，所以沒有必要采取供電可靠性較高但接線復雜的電氣主接線形式，在與電力系統(tǒng)接入時一般可采取單回線、弱聯系的接線形式。負荷的類別和性質。設備制造水平。長期運行實踐經驗。綜上所述，一般來說可靠性主要包括：發(fā)生故障或者隔離開關檢修時，應盡量減小停電范圍、減少停電時間，并能保證對重要負荷的供電，避免全站停電情況的發(fā)生；對于系統(tǒng)中大機組或大型設備突然停運，應保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性[5]。靈活性操作的方便性。調度的方便性。擴建的方便性。經濟性節(jié)省一次投資。占地面積少。電能損耗少。主接線設計方案選擇主接線的基本形式就是一次設備常用的連接方式，按照電壓等級和進出線回路數的不同，進行選擇。選擇方案：（如表2.2、表2.3所示）表2.235kv側設計方案方案接線形式變壓器臺數方案一內橋形接線2方案二單母線分段式接線2表2.310kv側設計方案方案接線形式出線回路數方案一單母線分段式接線6方案一：內橋形接線（如圖2.1.1所示）當變壓器和輸電線路只有兩回時，一般宜選用橋形接線，一般根據橋斷路器位置的不同，可分為內橋形接線和外橋形接線[6]。圖2.1.1內橋形接線圖2.1.2外橋形接線圖2.1橋形接線內橋形接線：特點：a、在線路投入或切除時，不其他回路b、接線簡單、操作方便c、所需斷路器數量少適用范圍：一般適用于容量較小的變電站，線路較長（故障幾率大）且主變器不需要經常切換的情況下。外橋形接線：（如圖2.1.2所示）方案二：單母線分段接線（如圖2.2所示）單母線用分段斷路器進行分段，彌補了單母線接線供電可靠性低、靈活性差的問題。圖2.2單母線分段接線特點：a、對于重要負荷可以從不同段引出多回路供電。b、接線方式既簡單易操作，又保證了可靠性和靈活性。c、在進行擴建時，兩端需均衡擴建，降低了經濟性。適用范圍：一般適用于小容量、低電壓等級的變電站中，進出線回路數較多（4-8回），或未來規(guī)劃中進行擴建的變電站。常作為6-10kv的配電端的接線方式。綜上所述：由于本次設計為35kv農村變電站，屬于地區(qū)變電站，且所帶負荷一般等級較低。進線回路數較少，為兩條回路，沒有未來擴建的規(guī)劃，故采用橋形接線，且由于，下級線路所接為輻射型網絡，故35kv側采用內橋形接線。而10kv側，由于出線回路較多，故采用單母線分段接線。35kv變電站主變壓器選擇變壓器的容量及臺數的確定1、主變壓器的額定容量按照變電站未來的負荷規(guī)劃選擇，并要考慮到未來周邊地區(qū)的發(fā)展。2、對于帶有重要負荷的變電站，應保證在一臺變壓器因故障停運時，另一臺變壓器應能保證重要的供電。3、對于地區(qū)性的一般變電站，可裝設2-3臺變壓器，保證供電可靠性.綜上所述，對于本設計，由于農村地區(qū)負荷等級一般較低，在保證可靠性和靈活性的前提下，再考慮主接線方式和經濟性的情況下，應選擇兩臺主變壓器，單臺變壓器容量應滿足[7]：S式中：STNSN表2.4變電站負荷情況名稱Ⅰ區(qū)Ⅱ區(qū)Ⅲ區(qū)Ⅳ區(qū)Ⅴ區(qū)Ⅵ區(qū)供電負荷A4016080808040供電最大負荷為：IS單臺變壓器：S參考上述要求及變壓器容量標準，應選擇的主變壓器的額定容量為6300kVA。變壓器型式選擇相數的選擇：主變壓器相數的選擇，主要取決于變壓器的品質、供電可靠程度和運輸方式等因素，一般變電所應選擇三相式變壓器。繞組數與結構：普通以一種升高或者降低電壓等級的變電站，采用雙繞組變壓器。冷卻方式一般中小型變壓器通?？垦b在變壓器油箱上的管狀或者片裝的輻射式冷卻器及散熱風扇的風冷卻等自然方式進行冷卻。變壓器型號選擇綜上所述，決定主變壓器參數[8]如表2.5所示表2.5變壓器參數名稱三相油浸自冷式戶外變壓器參數三相油浸自冷式戶外變壓器變壓器名稱變壓器型號SZJ-6300/35額定容量（kVA）6300額定電壓（kV）高壓側35低壓側10.5額定頻率（Hz）50高壓側調壓方式有載調壓高壓側調壓范圍±2×2.5%中性點接地方式不接地阻抗電壓（%）7.5聯結組別Y,損耗（W）空載8800短路43000空載電流（%）2質量（kg）變壓器油4090變壓器身7865總質量15100外形尺寸（長×寬×高，mm）3820×2950×3800軌距（mm）1435變壓器主接線圖變電站主接線簡圖根據對35kv變電站主接線形式的選擇和主變壓器臺數及型號的選擇，確定變電站進線側采用內橋形接線，出線側采用單母線分段式接線，變壓器為2臺。據此應用Visio繪圖軟件繪制35kv農村變電站電氣主接線圖簡圖。（如圖2.3所示）圖2.3電氣主接線簡圖變電站主接線圖根據電氣主接線簡圖，依照電氣設計手冊要求，對比同類變電站主接線圖設計，采用CAD繪圖軟件繪制電氣主接線圖。圖2.4CAD繪圖界面本章小結本章首先介紹了變電站的設計規(guī)模和負荷情況，接著通過對主接線方式類型和選擇原則的介紹，確定了變電站設計所需滿足的三項原則即——可靠性、靈活性、經濟性。并根據本變電站的實際情況確定了變電站設計采取內橋式接線與單母線分段接線相結合的方式。這種接線方式的優(yōu)點是既滿足了變壓器操作方便、接線簡單、靈活性、經濟性好，在一條回路出現故障的時候不至于全站停電。最后通過負荷計算以及未來負荷發(fā)展的情況確定了主變壓器的臺數及容量，并根據變壓器的選擇要求確定了變壓器的型號及其參數。最后繪制了電氣主接線圖。35kv農村變電站短路電流計算短路的基本概念短路的定義和種類短路是指在系統(tǒng)運行中不同相、相與中性點、相對地之間因直接金屬連接或經過渡電阻連接時線路中產生巨大的短路電流所造成的影響[9]。短路種類如圖3.1所示。圖3.1.1三相短路圖3.1.2兩相短路圖3.1.3兩相短路接地圖3.1.4單相短路圖3.1短路類型短路的原因短路的主要原因是絕緣部分損壞。造成絕緣損壞的原因主要是因為設備長期運行絕緣的自然老化、絕緣因外力受到損傷、雷擊過電壓、操作過電壓等因素。運行人員因違反規(guī)程所產生的誤操作，如帶負荷操作刀閘，檢修完成未拆除地線就送電，或鳥獸跨接裸露導體、樹枝搭接線路以及大風或導線覆冰引起架空線路桿塔的倒塌等原因都會造成短路的發(fā)生。短路電流的危害在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，短路電流會達到正常時額定電流的幾十倍甚至上百倍，產生的瞬時沖擊電流甚至高達數幾十千安，由于電流的熱效應和電動力的沖擊，如不及時切除可能會造成線路導體和電氣設備的變形與損壞，破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，引起短路點電壓的降低，造成長時間的停電。嚴重時，會造成電氣系統(tǒng)的解列，發(fā)生區(qū)域性大停電，造成嚴重的社會影響和經濟損失。短路電流的計算條件基本假定在短路電流的實際計算中，由于影響因素較多，為了計算方便，我們常常采用以下假設[10]：電力系統(tǒng)三相對稱運行。系統(tǒng)中的所有電機均假設為理想電機，不考慮電機的各種影響；轉子結構對稱，定子各相繞組相差120度。系統(tǒng)中各元件磁路不飽和。系統(tǒng)中所有電源均運行在額定功率。不考慮短路點的過渡電阻阻抗和變壓器的勵磁電流。忽略輸電線路的電容效應。電力系統(tǒng)限流措施提高電力系統(tǒng)的電壓等級。采用直流輸電。在加強主網聯系的基礎上，可以將配電網解環(huán)運行[11]。在允許的范圍內，增大零序阻抗。變壓器分裂運行。短路電流的計算電力系統(tǒng)通常都由多個電壓等級構成，如采用有名值法進行短路電流的計算，則需將所有元件全部歸算至同一電壓等級，不便于實際工程中的計算要求。所以通常采用標幺值法進行計算，運算簡單，數值簡明易分析。35kv變電站元件的標幺值計算基準容量：SB基準電壓：高壓側：UB1低壓側：UB2變壓器短路阻抗電壓：Ud電源Ⅰ：最大短路容量為：SⅠmax最小短路容量為：SⅠ電源Ⅱ：最大短路容量為：SⅡmax最小短路容量為：SⅡmin架空線路長度及單位阻抗：如表3.1所示表3.1架空線路參數電壓等級線路參數線路名稱線路長度（km）單位阻抗（Ω/km）35kvL017.00.39L0210kvL19.40.36L24.20.33L36.00.35L4L58.0L65.60.36（1）電力系統(tǒng)：X最大短路容量：XX最小短路容量：XX（2）變壓器：X（3）線路：①35kv側：X②10kv側：XXXXXX表3.2架空線路阻抗值架空線路名稱線路阻抗標幺值L01、L021.99L130.69L212.57L319.05L4L525.40L618.29基準電流：35kv側：I10kv側：I系統(tǒng)等值電路圖：（如圖3.2所示）圖3.235kv變電站等值電路圖短路電流計算由于系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的短路電流最大，所以，一般將三相短路電流作為電氣設備的重要校驗條件之一。35kv變電站最大運行方式時：變電站兩臺主變壓器并列運行，此時SⅠmax為最大短路容量，系統(tǒng)等值電路圖如圖（3.3）所示：圖3.3最大方式等值電路圖（1）35kv側（k1點短路）總電抗標幺值：X周期分量有效值：I沖擊電流：i沖擊電路最大有效值：I三相短路容量：S（2）10kv側（k2點短路）總電抗標幺值：X周期分量有效值：I沖擊電流：i沖擊電路最大有效值：I三相短路容量：S（3）10kv出線側（k3~k8點短路）L1（k3點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：IL2（k4點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：IL3（k5點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：IL4（k6點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：IL5（k7點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：IL6（k8點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：I35kv變電站最小運行方式時：變電站兩臺主變壓器分列運行，此時SⅡmin為最小短路容量，系統(tǒng)等值電路圖如圖（3.4）所示：圖3.4最小方式等值電路圖（1）35kv側（k1點短路）總電抗標幺值：X周期分量有效值：I沖擊電流：i沖擊電路最大有效值：I三相短路容量：S（2）10kv側（k2點短路）總電抗標幺值：X周期分量有效值：I沖擊電流：i沖擊電路最大有效值：I三相短路容量：S（3）10kv出線側（k3~k8點短路）L1（k3點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：IL2（k4點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：IL3（k5點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：IL4（k6點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：IL5（k7點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：IL6（k8點短路）：總電抗標幺值：X周期分量有效值：I35kv變電站短路計算結果（如表3.3、表3.4所示）表3.335kv變電站母線側短路電流短路點運行參數35kv側10kv側最大運行方式短路電流周期分量有效值（kA）2.604.61沖擊電流（kA）6.6311.76沖擊電路最大有效值（kA）3.936.96三相短路容量（MVA）166.9583.75最小運行方式短路電流周期分量有效值（kA）1.892.73沖擊電流（kA）4.826.96沖擊電路最大有效值（kA）2.864.13三相短路容量（MVA）121.3649.65表3.435kv變電站10kv出線側短路電流出線回路短路電流周期分量有效值（kA）最大運行方式最小運行方式L11.291.08L22.241.68L31.771.41L41.771.41L51.471.21L61.821.43本章小結本章首先介紹了短路的基本概念和形成原因及危害，同時通過查閱相關手冊及規(guī)程，詳細介紹了短路計算的基本假定及步驟，并對限制短路電流大小的方式進行了詳細的介紹，最后根據主接線形式及設備情況進行了35kv農村變電站在最大和最小運行方式下各短路點的短路電流計算。35kv農村變電站電氣一次設備選型電氣設備選擇一般條件電氣設備選型原則雖然在電力系統(tǒng)中各個電氣設備的使用情況和使用條件各不相同，并且，選型方式也各不相同，但是電力系統(tǒng)對于一次設備的基本要求確是相同的?；驹瓌t如下：（1）應滿足在各種運行條件下的要求，并考慮未來的發(fā)展情況的要求。（2）應按照當地的實際條件與環(huán)境情況進行校驗。（3）應力求設備的可靠性和經濟的合理。（4）對于同類型的設備應盡量減少其種類。按正常工作條件選擇額定電壓U額定電流I環(huán)境條件當環(huán)境因素超過電氣設備的使用條件時，應采取其他措施予以解決。通常來說，當海拔低于1000m時采用非高原型電氣設備。按短路條件進行選擇熱穩(wěn)定度校驗當系統(tǒng)發(fā)生短路時，因短路電流流過產生的發(fā)熱不應超過規(guī)定值，條件為：I式中：Qk——短路電流熱效應It——短路電流電動力穩(wěn)定度校驗動穩(wěn)定度是電氣設備在承受因沖擊電流電磁效應所產生的機械應力的能力，條件為：iI35kv變電站高壓斷路器的選型高壓斷路器的作用，包括：倒閘操作、線路退出運行、故障快速切除等作用，其特點主要是能開斷電氣設備的負荷電流和短路電流。高壓斷路器型式的選擇如表4.1所示：表4.1斷路器型式特點型式滅弧介質應用場合優(yōu)缺點油斷路器多油式礦物油已淘汰耗油量大，已淘汰。少油式礦物油10~220kv斷路器的油只做絕緣介質，耗油量少、經濟，但開斷能力差。真空斷路器真空35kv及以下滅弧速度快、噪音低、可頻繁操作且使用壽命長，但一般需加裝ZnO避雷器。壓縮空氣斷路器壓縮空氣220kv及以上大容量下開斷能力強、速度快，但結構復雜，需裝配空氣壓縮機，不經濟，噪音大。SF6斷路器SF6220kv及以上采用性能優(yōu)良的SF6作為滅弧介質，開斷能力強，可靠性高，應用廣泛，但SF6屬于溫室氣體，35kv及以下應用較少。額定電壓、電流選擇需滿足：I式中：UN——斷路器額定電壓USN——所在電力系統(tǒng)的額定電壓IN——斷路器額定電流Imax——所在電力系統(tǒng)的最大負荷電流開斷及關合電流的選擇對于中小型變電站（如本設計的35kv農村變電站），斷開時間一般大于0.1s，由于短路電流的非周期分量衰減，采用次暫態(tài)電流I＂進行校驗：I當存在短路電流時，斷路器還會發(fā)生二次跳閘，所以為保證安全，規(guī)定關合電流iNcl不應小于ish，即：i動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗校驗式為：iI高壓隔離開關的選型隔離開關的主要應用高壓隔離開關主要保證了電氣設備在檢修時人員的安全，一般與斷路器配套使用，所以對于各項條件的選擇和斷路器是相同的。但由于隔離開關沒有裝配滅弧裝置，所以其不可用于投切負荷電流或開斷短路電流，故隔離開關的工作特點為：有電壓、無電流。隔離開關的主要功能（1）隔離電壓。在電氣設備的檢修與新設備的投入中，為保證檢修人員的安全性，需將電氣設備與電源側的高電壓、大電流進行隔離。（2）倒閘操作。（3）分、合小電流。隔離開關型式的選擇對于屋內式隔離開關，額定電流8000A以下的應采用手動式操作機構，當額定電流超過8000A后，一般采用電動機構?；ジ衅鞯倪x型互感器的種類和使用要求互感器是電力系統(tǒng)中各種測量表計以及繼電保護裝置等接收聯絡一次設備信息的傳感器。有電流互感器和電壓互感器之分。為保證操作人員的在檢查檢修時的安全，互感器的二次側繞組必須接地，以防止因絕緣損壞而造成的二次部分存在高電壓。電流互感器的選型1、種類和形式：對于3~20kv宜采用樹脂絕緣或瓷絕緣的形式；對于35kv及以上采用油浸式的獨立電流互感器。對于一次側電流小于400A的線路或設備，應采用一次繞組多匝式，以提高測量的準確性；對于220kv以上或者變電站采用微機保護系統(tǒng)的時候，二次側的額定電流應采用1A的標準。而對于強電系統(tǒng)應采用5A的標準[12]。額定電壓、電流：UI在實際操作中，一般使互感器的額定電流不低于系統(tǒng)最大負荷電流，并盡量使額定電流大于工作電流的13左右，使得測得數值大致在刻度的3準確級的選擇：為保證互感器所接的儀表的準確性，應使電流互感器的準確等級不低于二次側所接儀表的準確級，當所接的儀表有多個且準確級各不相同的時候，應按照所接最高等級的儀表的準確級來選擇。動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定校驗：校驗式為：i校驗式為：I電壓互感器的選型額定電壓、電流：對于電壓互感器的一次側額定電壓，一般根據所接線路的額定電壓和其高壓側的接線方式來確定。電壓互感器的額定電壓輸出通常為100V，對于35kv電壓等級采用三相式時，其二次側繞組電壓為1003V。相間電壓為100V，剩余繞組的電壓為100高壓熔斷器的選型熔斷器型式選型高壓熔斷器按照安裝條件及使用途徑不同可分為跌開式和屋內式，一般根據其正常工作條件和保護特性進行型式的選擇。額定電壓電流的選擇對于熔斷器根據其是否有限流的形式，可分為普通高壓熔斷器和填充石英砂的高壓熔斷器，其額定電壓、電流要求如表4.2所示。表4.2高壓熔斷器要求參數型式額定電壓額定電流熔管熔體普通高壓熔斷器UII有限流作用高壓熔斷器U表中：UN——熔斷器額定電壓USN——電網額定電壓IFTN——熔管額定電壓IFSN——熔體額定電壓K——可靠系數，不計電機自啟動K=1.1~1.3，考慮電機自啟動K=1.5~2.0開斷電流校驗校驗式如下：I本章小結本章通過對變電站電氣一次設備選型條件的介紹，說明了在各種工作條件下電氣設備的選型原則。而后對變電站中主要的電氣一次設備進行選型，詳細介紹了各種電氣設備的設備種類以及選型要求，并給出了校驗公式。主變壓器的繼電保護概述主變壓器保護的意義一般來說，電力變壓器作為電力系統(tǒng)中連續(xù)運行的靜止設備，運行可靠性較高，出現故障的幾率較小。但作為變電站的主變壓器，一般安裝在戶外，由于惡劣的自然環(huán)境影響和所接線路的影響，在運行過程中會有各種異常狀態(tài)和故障的情況。由于主變壓器在系統(tǒng)的重要地位，其故障將不可避免的對系統(tǒng)運行的安全性和供電的可靠性造成嚴重影響。并且，由于變電站的主變壓器制造成本普遍較高。在綜合考慮各種情況的基礎上，應根據變電站主變壓器的電壓等級、供電容量以及在系統(tǒng)中的重要程度的情況，選擇裝設各種動作可靠、性能優(yōu)良的變壓器繼電保護裝置，以保證主變壓器的穩(wěn)定運行。主變壓器的常見故障主變壓器的故障根據其故障場所一般可以分為：油箱內部故障和油箱外部故障[13]。油箱內故障主要是繞組的相間短路、匝間短路、繞組和鐵芯間的短路、繞組鐵芯過熱燒毀或損壞，并且由于內部故障產生的電弧，不僅會使繞組絕緣和鐵芯損壞還會造成變壓器油分解產生大量氣體。油箱外部故障主要指的是變壓器套管和外部出線發(fā)生的相間短路或接地短路，以及與油箱外殼發(fā)生接地短路等。主變壓器的不正常工作狀態(tài)異常工作狀態(tài)會導致變壓器繞組或鐵芯過熱，變壓器長期的不正常工作狀態(tài)可能會導致變壓器的老化和損壞，影響變壓器的使用壽命。主變壓器保護類型根據故障情況與運縱聯差動保護、電流速斷保護行狀態(tài)的不同，可將電力變壓器繼電保護的類型分為：（如表5.1所示）表5.1變壓器保護類型保護等級保護類型主保護瓦斯保護輕瓦斯保護縱聯差動保護、電流速斷保護重瓦斯保護縱聯差動保護、電流速斷保護后備保護過電流保護過負荷保護冷卻風扇自啟動過勵磁保護接地保護（110kv及以上中性點接地系統(tǒng)）阻抗保護（500/220kv聯絡變壓器）另外，在主變壓器發(fā)生故障時，除變壓器的電流、電壓等電氣量會發(fā)生變化之外，油箱內的溫度、油量、氣體種類等非電氣量也會發(fā)生變化，所以也可將變壓器保護分為電氣量保護和非電氣量保護。變壓器主保護瓦斯保護通常情況下，由于電力變壓器的絕緣油一般在數噸至數十噸左右，在變壓器發(fā)生故障或變壓器因外部線路故障和環(huán)境因素影響，在電弧和高溫的影響下，繞組的絕緣材料和絕緣油會發(fā)生分解而產生大量氣體。而根據發(fā)生異常運行狀態(tài)和故障情況的嚴重程度不同，氣體的產生體積及產生速度也會有不同，基于這種原理，我們所裝設的保護稱之為瓦斯保護。瓦斯保護主要裝設氣體繼電器，分為“輕瓦斯”和“重瓦斯”兩個輸出觸點?！拜p瓦斯”一般反映的是異常運行狀態(tài)和輕微故障，作用于發(fā)出信號?！爸赝咚埂币话惴从车氖亲儔浩鲀炔康膰乐毓收?，作用于斷路器跳閘。（其動作原理如圖5.1所示）圖5.1氣體繼電器保護動作原理縱聯差動保護原理圖5.2縱聯差動保護原理變壓器電流縱聯差動保護原理如圖5.2所示，其中I1、I2為變壓器流出一次側、二次側電流；I1’、I2’為電流互感器流出二次側電流，方向為從變壓器指向母線，故差動電流Ik為：I正常情況下，差動電流應該為0，（由于誤差影響可能大于0）；短路時，差動電流大于0根據此條原理，我們可構成差動保護：I整定計算變壓器容量：S變壓器高壓側額定電壓：U變壓器低壓側額定電壓：U變壓器額定電流：高壓側：I低壓側：I電流互感器變比：應滿足：nCT在變壓器一次側為△形接線，在變壓器二次側為Y形接線，CT低壓側額定電流為5A。電流互感器的實際變比為：nn電流互感器的標準變比為：nn經校驗，滿足式5.8。電流互感器二次側電流：高壓側：I低壓側：I式中：K差動電流為（低壓側為基準側）：I整定原則：躲外部故障的最大不平衡電流變比差系數為：Δ最大不平衡電流為：I整定值為：I式中：Kre躲勵磁涌流I式中：Ku躲CT二次回路斷線的差電流I根據計算取最大值，故動作電流為：1822.9185A靈敏度校驗：一次側：I二次側：I最小差動電流：I靈敏系數：K根據式5.25，不滿足要求，需采用帶有制動性質的保護。有制動性質的差動繼電器不平衡電流的性質可知，若在差動繼電器中引入一個能隨穿越電流大小變化而變化的制動電流，那么繼電器的整定電流就不再是一個不滿足靈敏性的定值，而是根據制動電流的大小可以自動調整的值[14]。其原理曲線如圖5.3所示。圖5.3制動特性根據此圖，當差動電流處于曲線KrelI式中：K——制動特性斜率當采用有制動特性的差動繼電器時，繼電器整定值的靈敏度可以大大提高。因此，此類繼電器特性在實際應用的應用中十分廣泛。變壓器后備保護過電流保護原理如圖5.4所示：圖5.4過電流保護接線最大負荷電流：（1）切除變壓器而產生的過負荷：I（2）考慮電動機自啟動的最大電流：I整定電流為：I靈敏度校驗：K過負荷保護根據規(guī)程要求，當主變壓器大于400kVA時，對于單臺變壓器可能會因其他的變壓器因故障停運而造成過負荷。若變壓器長時間在過負荷狀態(tài)運行，變壓器將會有不可逆的損壞，所以應裝設過負荷保護裝置。應能保證當過負荷發(fā)生時，能延時作用于信號，對于無人值守的變電站，必要時也可作用于斷路器跳閘。整定計算：I故CT二次側動作電流為：I=根據規(guī)程要求，整定時間一般為9~15s，本設計取12s。冷卻風扇自啟動冷卻風扇自啟動屬于變壓器的輔助保護，主要功能時當油溫過高時，風扇啟動輔助冷卻，而對于啟動要求，我們用電流大小來整定。整定計算：ICT二次側動作電流為：I=本章小結本章首先通過對變壓器保護裝配的意義進行論述，確定了變壓器在運行時可能發(fā)生的各種情況。并根據要求對主變壓器的保護進行配置與整定計算。輸電線路的繼電保護概述線路保護的基本原理與變壓器保護類似，變電站的輸電線路的繼電保護也是根據正常、異常、故障三種運行狀態(tài)的區(qū)別所構成的保護原理。對于具有明顯差異的保護原理主要包括：相電流的差別、相電壓的差別、功率方向的不同、各序電壓幅值、序電流、線路回路的測量阻抗等。對于35kv的線路保護，在能滿足四性要求的前提下一般采用階段式保護，即由多級保護裝置通過整定和時限的配合，對輸電線路全場進行保護，一般對于結構簡單、電壓等級較少、易于配合的電力系統(tǒng)，多采用階段式電流保護作為線路的繼電保護裝置。保護裝置的邏輯構成對于繼電保護系統(tǒng)，其原理邏輯如圖6.1所示：圖6.1構成邏輯測量比較元件主要作用是測量系統(tǒng)參量，并與整定值進行對比，給出判斷；邏輯判斷元件主要是根據測量比較元件給出的邏輯信息的順序、情況、時間進行故障判斷，確定是否應作用于發(fā)出信號或斷路器跳閘，并輸出指令；輸出執(zhí)行元件主要作用是執(zhí)行邏輯判斷元件的命令，給出實際反映。保護裝置的配合對于繼電保護裝置，應提前有嚴格的保護范圍劃定，保證因故障所造成的保護作用于跳閘的停電范圍最小，一般我們借助互感器對保護范圍進行劃分。而一般為確保故障元件的切除，線路中一般都要裝設兩套保護裝置，即主保護與后備保護。近后備保護與主保護安裝在同一級斷路器上，而對于遠后備保護一般裝設在線路的上一級斷路器處，但若遠后備保護因線路的配置原因無法滿足靈敏性的要求時，可以考慮失靈保護。35kv側保護的裝配與整定電流速斷保護階段式保護的第Ⅰ段，其接線原理如圖6.2所示。圖6.2速斷保護接線原理整定計算：I繼電器動作電流：I靈敏度校驗：IK限時電流速斷保護階段式保護的第Ⅱ段，要求能保護線路的全長，其接線原理如圖6.3所示。圖6.3限時電流保護接線原理整定計算：I繼電器動作電流：I靈敏度校驗：K動作延時：t定時限過電流保護整定計算：I繼電器動作電流：I靈敏度校驗：IK動作延時：t靈敏度校驗根據規(guī)程要求，階段式電流保護各段的靈敏系數必須能相互配合，滿足離短路點距離越近靈敏系數越大的要求。（靈敏系數如表6.1所示）表6.1靈敏度系數靈敏系數整定值Ksen1.5Ksen.21.37Ksen.31.2滿足Ksen>Ksen.2>Ksen.3的要求。10kv側保護裝配與整定概述對于10kv出線側，由于靠近負荷端，屬于電力系統(tǒng)的末端，可不需完整的配置三段式電流保護。對于與用戶電動機或其他設備直連的電力系統(tǒng)末端保護，可直接裝設一瞬時動作的過電流保護，對于倒數第二級的保護系統(tǒng)，可裝設一整定延時為0.5s的定時限過電流保護配合Ⅰ段保護。對于本設計10kv出線處所接為農村用戶供電，無大型工廠設施。根據電網電壓等級慣例，對于普通用戶供電為10/0.38kv，故要求本設計10kv出線側需裝設電流速斷保護（Ⅰ段）以及定時限過電流保護（Ⅲ段），即可滿足要求。10kv出線側電流情況如表6.2所示。表6.210kv出線側電流參數出線回路最大短路電流（kA）最大負荷電流（A）L11.2940L22.24160L31.7780L41.7780L51.4780L61.8240電流速斷保護（1）線路L1：整定計算：I繼電器動作電流：I（2）線路L2：整定計算：I繼電器動作電流：I（3）線路L3：整定計算：I繼電器動作電流：I（4）線路L4：整定計算：I繼電器動作電流：I（5）線路L5：整定計算：I繼電器動作電流：I（6）線路L6：整定計算：I繼電器動作電流：I定時限過電流保護（1）線路L1：整定計算：I繼電器動作電流：I（2）線路L2：整定計算：I繼電器動作電流：I（3）線路L3：整定計算：I繼電器動作電流：I（4）線路L4：整定計算：I繼電器動作電流：I（5）線路L5：整定計算：I繼電器動作電流：I（6）線路L6：整定計算：I繼電器動作電流：I10kv出線側保護動作電流匯總表6.310kv出線側繼電器動作電流出線回路繼電器動作電流（A）Ⅰ段Ⅲ段L120.900.7765L236.403.1100L328.801.5530L428.801.5530L523.901.5530L629.600.7765本章小結本章首先對輸電線路的繼電保護裝置原理及構成進行介紹，然后介紹了保護裝置的配合情況，最后對變電站各電壓等級的線路進行了保護裝置的配置與整定計算。35kv變電站二次回路設計綜合控制屏綜合控制屏的概述在變電站中，綜合控制屏作為系統(tǒng)信息中樞和控制的中心，其主要包括對變電站電氣設備的運行狀態(tài)的監(jiān)測、信號的處理、系統(tǒng)的控制、繼電保護的綜合裝置。工作人員可以通過綜合控制屏對整個變電站進行監(jiān)測和控制。綜合控制屏的設計本設計使用CAD繪圖軟件，參考電工手冊和例程圖紙，對綜合控制屏和變壓器保護屏進行設計和繪制。（如圖7.1和圖7.2所示）圖7.1綜控屏繪制界面圖7.2變壓器保護屏繪制界面變壓器保護二次回路變壓器保護概述根據上文所述，對于非電量保護，其所涉及的種類較多。除了輕瓦斯和重瓦斯保護之外，對于變壓器油箱內還有諸如：油溫、油壓、液面高度、油箱內壓力和冷卻風扇的自啟動等諸多輔助保護裝置。變壓器二次回路設計對于變壓器保護二次回路的設計，本設計了參考電工手冊和多種設計圖紙，確定了設計樣式和控制變量。最后使用CAD繪圖軟件對變壓器電量保護和非電量保護的二次回路分別進行了設計和繪制（如圖7.3和圖7.4