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110kV变电站二次部分设计
目 录

摘要 3
第一章 变压站的基本分析 4
1.1变电站的分析 4
第二章 变压器的选择以及阻抗电压的计算 4
2.11变压器的选择 4
2.22 阻抗电压的计算 5
第三章 电气主接线设计以及短路电流的计算 5
3.1电气主接线设计方案及确定 5
3.2短路电流的计算 9
第四章 电力变压器的保护 12
4.11 电力变压器的故障类型和不正常工作状态 12
4.12 变压器的差动保护 12
4.13变压器过流保护整定计算 14
4.14变压器速断保护整定计算 16
4.15变压器过负荷保护整定计算 16
4.16变压器瓦斯保护 16
第五章 线路保护 17
5.11线路保护的方式 17
5.12 35kv线路保护整定（选取其中一条路线-线路1） 17
5.13 10kv线路保护整定（选取其中一条路线-线路1） 19
第六章 母线保护 20
6.1简介 20
6.2母线的保护 20
第七章 防雷保护和接地设计 22
7.11雷电过电压 22
7.12防雷保护 22
7.13接地保护 23
参考文献 24

摘 要

本次设计任务主要是检验四年以来对本专业的学习结果以及对本专业各科知识的掌握程度。同时增加了自己对本专业的理解，更好的将四年来学习的知识融合在一起。在本次的设计中，首先根据济宁市徐集镇110kv变电站的原始资料，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，建好一个变电站是多么的有必要。然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向条数进行考虑，并通过对负荷资料的分析，，确定了110kV，35kV，10kV以及站用电的主接线形式主要从安全，经济及可靠性方面考虑，然后又通过原始材料确定了主变压器台数，容量及型号，同时又进行阻抗的计算，短路电流的计算对变压器采用差动保护和瓦斯保护，以及一些后备保护，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，做出线路保护。线路保护主要包距离保护，速断保护，过电流保护和过负荷保护。同时还要对母线进行保护，以及变电站的防雷接地保护。从而完成了济宁市徐集镇110kV电气二次部分的设计。
关键词：变压器 短路电流 继电保护

ABSTRACT

This design is the main task of inspection since four years on the professional learning results and the professional subjects the master degree of knowledge, at the same time. Firstly, according to the original data of  XuJi Zhen 110kV substation, analyzes the load development trend. From the load growth illustrates the necessity of the site, built a substation is very necessary. And then through the generalization of substation and out let number are considered, and through the analysis, the data of load, determine the 110kV,35kV, 10kV and the station main connection form of electricity mainly from the security ,economic and reliability considerations, and then through the raw material to determine the main transformer capacity and models, at the same time, impedance calculation, short-circuit current calculation using differential protection and gas protection of transformer. According to the calculated results, the maximum continuous working current and short circuit calculation, make line protection, bus protection, lightning protection. In order to complete the  110kV electrical two part design.
Key words： Transformer; Short circuit current; Relay protection

第一章 变压站的基本分析

1.1变电站的分析
随着经济改革的不断深化，企业高速发展，济宁徐集地区的电力负荷需求量大大增加。济宁供电局根据实际需要，报请省电力公司批准同意，在济宁徐集新建降压变电所。
新建变电所位于济宁徐集，离市区约25km，由距其40km的韩仓变电站供电。韩仓变电站和济宁徐集变电所之间有110kV联络线。
变电所所址选择在济宁徐集镇东侧2km，110kV线路由东侧进线，35kV线路向北出线，10kV馈线向西出线。出线走廊充裕，所址平坦，无洪水之患，距公路较近，交通便利，附近无污染。
气象资料：
年最高温度38.6℃，所平均气温20℃,年最低温度－17.9℃，最热月平均温度30℃，冻土深度:0.5m,导线覆冰厚度5mm，-5℃,最低月平均气温-8℃,海拔250m,最多风向西北、西南，地耐力2kg/cm2 ,地震级6级以下,地壤电阻率1.0×104Ω.cm。
简图如图所示

第二章 变压器的选择以及阻抗电压的计算

2.11变压器的选择
变压器是变电所最核心的部件，所以变压器的选择要十分慎重的。根据给定的材料以及根据主变压器的型号有：自然风冷式、强迫油循环风冷式以及强迫油循环水冷式、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式。从经济上考虑，结合本站选用50MVA容量的变压器，应选用强迫空气冷却。
变压器的型号以及主要的参数如下
SFSZ7-50000/110系列电力变压器主要技术参数
型号
额定
容量（KVA）
额定电压（KV）
连接组别
阻抗电压（%）
空载电流（%）
损耗
（KW）
高
压
中
压
低
压
高低
高
中
中低
空
载
负载

SFSZ7-50000/110

50000

110±8×1.25%
38.5±2×
2.5%

10.5
YN yn0 d11

18

10.5

6.5

1.3

71.2

250

2.22 阻抗电压的计算
=11
=-0.5
=7

第三章 电气主接线设计以及短路电流的计算
3.1电气主接线设计方案及确定
变电所电气主接线是电力系统接线组成的一个重要部分。主接线形式的确定，对电力系统的安全、灵活、稳定、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置等将会产生直接的影响。
 一、主接线的设计原则：  
电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
 二、主接线的设计要求： 
 1、可靠性： 
 2、灵活性：  
3、经济性：
三、拟定主接线方案 
  根据要求和本设计任务书要求，初步选择主接线如下： 原始资料： 
变电所类型：降压变电所 电压等级：110/35/10KV 
出线情况：110KV进线两回，35KV出线5回，10KV出线7回。
根据本次设计要求：
110kv主接线采用内桥接线, 桥形接线分为内桥和外桥两种接线，共同特点是在两台变压器一次侧进线处用桥臂将两回路相连。桥臂连接在进线断路器之内称之为内桥，连在进线断路器之外称之为为外桥[4]。
桥形接线用于一、二级负荷供电。内桥接线适用线路较长或需不要经常切换的变压器的情况，而外桥接线适用供电线路较短或需要经常切换变压器的情况。桥形接线线路复杂，高压设备多，操作不方便，投资大，所以在用户供电系统中应用很少。

35kv主接线采用单母线分段,.
单母线分段的优点[：采用断路器和隔离开关把母线进行分段，而后对重要的用户从不同段引出两条回路，双电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器会自动切除故障，保证正常段母线不间断供电。
单母线分段接线的的缺点：当一段母线或母线隔离开关发生故障或检修时，该段母线上所连接的引线都要停电；当出线也为双回路时，架空线路会出现交叉跨越现象，扩建的时候须向两个方向扩建。

10kv主接线采用单母线分段

变电站的主接线简图如下：

3.2短路电流的计算
3.21 短路的原因
(1)电气设备绝缘损坏
(2)有关人员误操作
(3)鸟兽为害事故
3．22 计算短路电流的原因
短路的后果十分严重，因此必须尽力消除短路的一切因素，同时进行短路电流的计算，以便正确选择电气设备。保证在发生大的短路电流时不会损害。为了选择切除短路电流的开关电器、整定短路保护的机电保护装置和选择保护装置和选择限制短路电流的原件就必须计算短路电流
3.23 短路的形式
（1）三相短路
（2）两相短路
（3）单相短路
（4）两相接地短路
3.23 三相短路的计算（采用标幺值制）
标幺制法（method of system in per-unit），又称为相对单位制法，因其短路计算中的相关物理量采用标幺值即相对单位而得名。

（1） 确定基准值
取Sd =100MV•A, UC1=115KV, UC2=37KV
而
Id1==

(2) 计算短路电路中主要元件的电抗标幺值
1)架空线路的标幺值
X*K-1=
注：35kv以上的架空线路每项单位长度电抗平均值取0.4Ω/km
2）电力变压器的标幺值

（3）计算k-1点的短路电路总电阻标幺值级三相短路电流好玩短路容量

其他三项短路电流

三相短路容量

(4) 计算k-2点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总电抗标幺值

2)三相短路电流周期分量有效值以及其他三相短路电流

3）三相短路容量

10KV侧的简易电路图如图所示

(1)确定基准值
取Sd =100MV•A, UC3=10.5KV
三相短路电流周期分量有效值以及其他三相短路电流

短路电流计算结果

表4-1 短路电流计算结果表

I"（KA）
(KA）
（KA）
（KA）
110kv
8.33
8.33
8.33
12.58
35Kkv
9.22
9．22
9.33
13.892
10Kkv
22.92
22.92
22.92
34.6
第四章 电力变压器的保护

4.11 电力变压器的故障类型和不正常工作状态

变压器是电力系统不可缺少的重要的电气设备。它的故障将对供电可靠性和系统安全运行带来严重的影响。因此，做好电力变压器的的保护是十分重要的。
变压器的故障主要可以分为两种邮箱内故障和邮箱外面故障。邮箱内的故障，主要是绕组间的相间短路，接地短路以及铁芯的损耗。邮箱外的故障，主要是套管和引出线上发生的相间短路以及接地短路。
变压器的不正常运行状态主要有：变压器外部短路引起的过电流，负荷长时间超过额定容量引起的过负荷，风扇故障或引起的漏油等原因引起冷却能力的下降。

4.12 变压器的差动保护
电流纵差保护不但能够区分内外故障，而且不需要与其他元件的保护和配合，可以无延时的切除区内各种故障，具有独特的优点，因而被广泛的应用于变压器的主保护。
规程中规定：对于6.3KVA及以上厂用工作变和并行运行的变压器10MVA及以上厂用备用变压器和单独运行的变压器应装设纵联差动保护，对于高压侧电压为330KV及以上变压器，可装设双重的纵联差动保护。
纵联差动保护应该符合下列要求：
1.能躲过励磁涌流和外部短路产生的不平衡电流；
2.在变压器过励磁时不误动作；
3.差动保护范围应包括变压器套管及引出线，如不能包括引出线时，应采取快速切除故障的辅助措施
计算变压器各侧的一次及二次电流值，并选择电流互感器的变比，如表所示。
变压器和互感器各侧电流值
名称：
各侧数值
额定电压：
110KV
38.5KV
10KV
额定电流

CT接线方式：
D
d
y
CT一次电流计算：

2749
选用CT变比：

标准变比
100
300
600
CT二次额定电流

所以选定10kv侧为基本侧。
纵联差动保护的整定计算

（1）躲开外部短路时的最大不平衡电流：

最大外部短路电流；
---可靠系数，取1.3
---电流互感器允许最大相对误差，取0.1；
——变压器高中压侧分接头改变而引起的误差，一般取调整范围的一半；
----电流互感器的同型系数；
----非周期分量系数，取1.5～2；当采用速饱和变流器时，可取1。

（2）躲开电流互感器二次回路断线时变压器的最大负荷电流：

---变压器基本侧的最大负荷电流，当无法确定时，可用基本侧的额定电流。

(3)躲过变压器励磁涌流：

---可靠系数，取1.3；
--励磁涌流最大倍数，取4～8。在采用加强速饱和变流器差动保护取1。
--基本侧的变压器额定电流。
（3）躲过变压器励磁涌流：

---可靠系数，取1.3；
--励磁涌流最大倍数，取4～8。在采用加强速饱和变流器差动保护取1。
--基本侧的变压器额定电流。
所以综上所述的差动保护的动作电流是6942.5A。
4.13变压器过流保护整定计算
和变压器的主要保护是差动保护和瓦斯保护，但是为了防止变压器外部短路，并作为内部故障的后备保护，变压器上一般应装设过电流保护。下图为变压器过流保护单相接线原理图：

变压器过流保护单相接线原理图

过流保护采用三相式接线，且保护应装在电源侧。保护的的动作电流应按躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定，即：

-----可靠系数，一般取1.2 ～1.3；
------返回系数，一般取0.8～0.9。
确定时，可按以下情况考虑，并取最大值：
对并列运行的变压器，应考虑切除一台变压器以后所产生的过负荷。当各台变压器容量相同时变压器容量相等，则

------并列运行的变压器台数；
------变压器的额定电流；
对降压变压器，应考虑负荷中电动机自起动的最大电流，则

------自起动系数。对110kv降压变电所，6～10kv侧取1.5～2.5；35kv侧取1.5～2.0。
------正常运行时最大负荷电流（一般为变压器的额定电流）。
保护的灵敏度为：

在被保护变压器受电侧母线上短路时，＝1.5～2；在后备保护范围末端短路时，＝1.2。
整定计算

由于选用的是两台变压器并列运行，所以：

的确定（归算至110kv侧）

确定

考虑情况1

考虑情况2

4.14变压器速断保护整定计算

4.15变压器过负荷保护整定计算

4.16变压器瓦斯保护
瓦斯保护又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的相当灵敏的保护装置。瓦斯保护的主要保护元件是瓦斯继电器，他装设在油浸式变压器的油箱与油枕之间的联通中部。瓦斯保护是变压器的主要保护，它可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。另外，瓦斯保护也易在一些外界因素（如地震）的干扰下误动作，对此必须采取相应的措施。
油浸式电力变压器的瓦斯保护接线的如下图所示：

第五章 线路保护
5.11线路保护的方式
设计的线路保护应满足《继电保护和全自动装置技术规程》SDJ6-83等有关专业技术规程的要求。
电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护都是反应电流升高而动作的保护。她们之间主要的区别是在于按照不同的原则来选择启动电流。速断是按照躲开本线路末端道最大短路电流来整定；限时速断是按照躲开下级各相邻原件电流速断保护的最大动作范围来整定：而过电流保护则是按照躲开本元件最大负荷电流来整定。

5.12 35kv线路保护整定（选取其中一条路线-线路1）

注：选取距离为20KM，取功率因数0.8

35KV
最大运行方式
最小运行方式
2670A
2312.5A

(1) 瞬时电流速断保护

校验

5.13 10kv线路保护整定（选取其中一条路线-线路1）

选取距离为3.5KM，取功率因数0.8

10KV
最大运行方式
最小运行方式
4330A
3750A

(1)瞬时电流速断保护

校验

(2)定时限过电流保护（III段保护）

第六章 母线保护

6.1简介
发电厂和变电站的母线是电力系统中重要的组成元件。母线发生故障的时候，将使接于母线上的所有元件被迫切除，造成大范围停电，电气设备遭将到严重破坏，甚至破坏电力系统稳定运行，导致电力系统瓦解，后果十分严重。造成母线故障的原因很多，母线上发生短路故障主要是各种类型的接地和相间短路。
6.2母线的保护
第一种是利用变压器过流保护切除低压母线故障

对于降压变电所低压侧采用分段母线的电力系统，正常运行的时候QF5断开，则K点故障就可以由变压器下的过流保护使QF1、QF2跳闸对其切除。

第二种完全电流差动母线保护原理接线图如下

第七章 防雷保护和接地设计
7.11雷电过电压
雷电过电压又称为大气过电压，也称为外部过电压。雷电过电压有两种基本形式：直接雷击和间接雷击。雷电过电压产生的雷电冲击波，电压幅值可高达1亿伏，电流幅值可高达几十万安，因此对供电系统危害极大，必须加以防护。
7.12防雷保护
（1）直击雷保护
变配电所内有很多电气设备（如变压器等）的绝缘性能远比电力线路的绝缘性能低，而且变配电所又是电网的枢纽，如果变电所内发生雷害事故，将会造成很大损失，因此必须采用防雷措施。变电所对直击雷的防护，一般装设避雷针，装设避雷针应考虑两个原则：
（1）所有被保护的设备均应处于避雷针的保护范围之内，以免受到直接雷击。
（2）当雷击避雷针后，雷电流沿引下线入地时，对地电位很高，如果它与被保护设备之间的绝缘距离不够，就有可能在避雷针受雷击之后，从避雷针至被保护设备发生放电，这种情况叫逆闪络或反击。我国规程规定:10KV及以上的配电装置,一般将避雷针在构架上。但是在土壤电阻率ρ﹥m的地区,仍宜装设独立避雷针,以免发生反击;因此根据该变电站的实际情况需要设置四只避雷针分布在四周。
（2）雷电过电压保护
进线保护 为了使变、配电所内的阀型避雷器能可靠地保护变压器，必须设法使避雷器中流过的雷电流幅值I不超过5KA。如果进线没有架设避雷线，那么当变电所进线上遭雷击时，流过变、配电所内的避雷器幅值可能超过5KA，其陡度也会超过允许值。因此，这种架空线路靠近变、配电所的一段进线上必须加装避雷线或避雷针。进线段长度为1~2千米，其接地电阻应小于10欧。进线段的避雷线保护角α不宜超过20°，最大不应超过30°，以减少在这一段发生绕击的可能性。

7.13接地保护
自然接地体的利用
在装设和设计接地装置时，首先应充分利用自然接地体，以节约投资，节约钢材。可作为自然接地体的，按GB50169-2006规定有：
1） 埋设在地底下的金属管道，但不包括可燃和有爆炸物质的管道；
2） 金属井管
3） 与大地有可靠连接的建筑物的金属结构；
4） 水工构筑物及其类似的建筑物的金属管、桩等

参考文献
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[10]刘继春. 发电厂电气设计与CAD应用[M] . 四川大学出版社, 2003.

附件十
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