【導(dǎo)讀】本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是60KV二次降壓變電所電氣工程（部分）初步設(shè)計(jì)。了摘要、畢業(yè)設(shè)計(jì)書之外，還詳細(xì)的說明了各種設(shè)備選擇的最基本的要求和原則依據(jù)。及主接線的比較選擇，并制定了適合本所要求的主接線。本論文詳細(xì)的介紹了短路電流計(jì)算的目的、一般規(guī)定、元件參數(shù)的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)變。換、以及各短路點(diǎn)的計(jì)算等知識(shí)。的選擇原則和要求，并對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)和產(chǎn)品相關(guān)介紹。在被此設(shè)計(jì)中，我們對(duì)主變壓器和10KV母線進(jìn)行了繼電保護(hù)設(shè)計(jì)。次設(shè)計(jì)對(duì)本廠采用普通中型布置。變電所的防雷保護(hù)則主要針對(duì)避雷針和避雷器的設(shè)

　　

【正文】 二次負(fù)荷（ VA） 連接組標(biāo)號(hào) 初級(jí)繞組 次級(jí)繞組 輔助繞組 1 級(jí) 3 級(jí) YN,yn0 輔助繞組接成開口三角形 JSJB10 10 JSJB10 型號(hào)含義：三相，油浸絕緣，有補(bǔ)償線圈電壓互感器，額定電壓為 10kV。 10kV側(cè)開關(guān)柜的選擇 由于本次設(shè)計(jì)的變電所低壓 側(cè)為 10kV，主要電氣設(shè)備設(shè)在室內(nèi)，故選用開關(guān)柜。 高壓開關(guān)柜適用于發(fā)電廠、變電所和工礦企業(yè)變、配電站。是受電、配電和大型高壓交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)保護(hù)的只要設(shè)備。高壓開關(guān)柜有固定式、手動(dòng)式及活動(dòng)式三種?；顒?dòng)式是前兩種的過渡形式，手動(dòng)式開關(guān)柜中的短路器及其他元件設(shè)備可拉出柜外檢修，推入備用可繼續(xù)使用供電。具有安全、方便、縮短停電時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)計(jì)算書中的計(jì)算， 10kV 選用 ZN28—10 型真空斷路器，選用的開關(guān)柜應(yīng)滿足斷路器的要求，經(jīng)過效驗(yàn)比較選用 KYN3—10 間隔型移開式交流金屬封閉式開關(guān)柜。 KYN3—10 間 隔型移開式交流金屬封閉式開關(guān)柜（簡(jiǎn)稱手車柜），手車柜適用于各大、中型變電所 3～ 10kV配電系統(tǒng)中，作為接受和分配電能并對(duì)電路實(shí)行控制保護(hù)和監(jiān)測(cè)之用。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) – – 28 導(dǎo)線的選擇 本次設(shè)計(jì)的二次變電所，一次側(cè)確定的主接線為橋型接線，是無匯流母線的接線形式。所以一次側(cè)不需要選擇母線。二次側(cè)的主接線確定為單母分段，是匯流母線的接線形式，但是由于二次側(cè)即（ 10kV）側(cè)，為屋內(nèi)配電，所以，選用的母線應(yīng)該是硬導(dǎo)體 —鋁條母線是最佳選擇。 （ 1） 按導(dǎo)體型式選擇 一般采用鋁材，只有當(dāng)持續(xù)工作電流較大且位置特別狹窄的場(chǎng)所，或者腐蝕嚴(yán) 重的場(chǎng)所，才選用銅材。 （ 2） 按最大持續(xù)工作電流選擇，導(dǎo)體截面應(yīng)滿足 ： maxIIal? （ ） 式中 alI ——導(dǎo)體的長(zhǎng)期允許載流量 A （ 3） 熱穩(wěn)定校驗(yàn)應(yīng)滿足條件 ? ?2m ax mmCQS k? （ ） 式中 C——母線的熱穩(wěn)定系數(shù)，可由相應(yīng)表查出； kQ ——電流的熱效應(yīng)， 2kAs? ； minS ——熱穩(wěn)定的最小截面， 2mm 。 （ 4） 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)應(yīng)滿足條件 當(dāng)母線平放時(shí)計(jì)算 ,b a bm h h b?? ? 的值，通過查表可得母線的形狀系數(shù) xK ，則三相母線在短路沖擊電流的作用下，中間相所受的最大電動(dòng)力為 271 .7 3 1 0sh x LF i K a ??? （ ） 式中 ish——三相短路充擊電流， A； L——兩支持絕緣子之間的一段母線長(zhǎng)度，稱為跨距， m； a——相鄰兩相導(dǎo)線的中心距， m； Kx ——母線的形狀系數(shù)。 在單位長(zhǎng)度電動(dòng)力作用下，母線所受的最大彎矩為 8FlM? （ ） 因?yàn)闉樗讲贾茫?，母線對(duì)垂直于作用力方向 軸的截面系數(shù)為 26bhW? 。 湘西二次 變電所設(shè)計(jì) – 29– 母線受到的最大相間距為 ph MW? ? （ ） 動(dòng)穩(wěn)定合格條件 ph al??? （ ） 式中 al? ——母線材料的允許應(yīng)力； ph? ——母線材料所受的最大應(yīng)力。 （ 5） 導(dǎo)線共振校驗(yàn) 為了避免導(dǎo)體產(chǎn)生危險(xiǎn)的共振，對(duì)于重要的導(dǎo)體，應(yīng)使其固有頻率避開產(chǎn)生共振的頻率范圍。根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》 P342 頁中規(guī)定 “對(duì)于單條母線和母線和母線組中的各單第母線其共振頻率范圍為 35～ 135HZ；對(duì)于多條母線組及引下線的單條母線其共振頻率范圍為 35～ 155HZ；槽形和管形母線其共振頻率范圍為 30～ 160HZ。 ”若固有頻率在上述范圍之外，可取 β=1。若在上述范圍之內(nèi)，在計(jì)算 phf 時(shí)，應(yīng)考慮動(dòng)態(tài)應(yīng)力系數(shù) β。 β 可由《供用電工程》 P276 頁，圖 913 查得。其中母線固有頻率 f1 可根據(jù)《供用電工程》 P276 頁，公式 951 求出，即： mEILNf Xf2? （ ） 式中 f——母線固有頻率， HZ； fN ——頻率系數(shù)； E——導(dǎo)體材料的彈性模量， Pa； L——跨距， m； xI ——導(dǎo)體斷面二次矩， m4； M——導(dǎo)體 單位長(zhǎng)度的質(zhì)量， kg/m。 （ 6） 電暈電壓校驗(yàn) 電暈放電會(huì)造成電暈損耗、無線電干擾、噪聲和金屬腐蝕等許多危害。一般來說，110kv 及以上的母線應(yīng)進(jìn)行電暈電壓校驗(yàn)。 經(jīng)計(jì)算和效驗(yàn)二次側(cè)選用 63 矩形鋁母線，具體參數(shù)見表 所示 : 表 矩形鋁母線主要參數(shù) 安裝地點(diǎn) 額定電壓 母線型號(hào) 截面面積 載流量 低壓側(cè) 10 63 矩形鋁母 63 995 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) – – 30 避雷器的選擇 普通閥型避雷器有 FS 型和 FZ型兩種， FS 型主要使用于配電系統(tǒng)， FZ型使用于發(fā)電廠和變電所。 FZ 型避雷器均由結(jié)構(gòu)和 性能標(biāo)準(zhǔn)化的單件組成，其單件的額定電壓分別為 1 20kV和 30kV。避雷器的主要技術(shù)參數(shù)如下： （ 1） 額定電壓。避雷器的額定電壓必須與安裝避雷器的電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)相同。 （ 2） 滅弧電壓。滅弧電壓是保證避雷器能夠在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過零值時(shí)，根據(jù)滅弧條件所允許加至避雷器的最高工頻電壓。對(duì) 35kV及以下的避雷器，其滅弧電壓規(guī)定為系統(tǒng)最大工作線電壓的 100%～ 110%；對(duì) 110kV 及以上中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的避雷器，其滅弧電壓規(guī)定為系統(tǒng)最大工作線電壓的 80%。 （ 3） 工頻放電電壓。對(duì)工頻放電電壓要規(guī)定其上、下限。工頻放電 電壓太高則意味著沖擊放電電壓也高，將使其保護(hù)特性變壞；工頻放電電壓太低，意味著滅弧電壓太低，將會(huì)造成不能可靠地切斷工頻續(xù)流。 （ 4） 沖擊放電電壓。沖擊放電電壓是指預(yù)放電電壓時(shí)間為 ～ 20? s 的沖擊放電電壓，與 5kA（對(duì) 330kV為 10ka）下的殘壓基本相同。 （ 5） 殘壓。在防雷計(jì)算中以 5kA 下的殘壓作為避雷器的最大殘壓 （ 6） 保護(hù)比。保護(hù)比等于殘壓與滅弧電壓之比。保護(hù)比越小說明殘壓越低或滅弧電壓越高，其保護(hù)特性越好。 FZ和 FCD 系列避雷器的保護(hù)比約在 ～ 范圍內(nèi)， FCZ系 列避雷器的保護(hù)比則為 ～ 。 （ 7） 直流電壓下的電導(dǎo)電流。運(yùn)行中的避雷器，通常用測(cè)量直流電壓下的電導(dǎo)電流的方法來判斷間隙分路電阻的性能。若電導(dǎo)電流太大，則意味著避雷器受潮；電導(dǎo)電流太大的避雷器投入運(yùn)行，可能會(huì)造成炸毀事故，所以要求其電導(dǎo)電流必須在規(guī)定的范圍內(nèi)。 60kV和 10kV側(cè)避雷器選擇結(jié)果如表 表 避雷器技術(shù)數(shù)據(jù)表 型號(hào) 額定電壓有效值（ kV） 滅弧電壓有效值（ kV） 工頻放電電壓有效值（ kV） 沖擊放電電壓峰值（ ）不大于（ kV） 8/20μ雷電沖 擊波殘壓峰值不大于（ kV） 泄漏或電導(dǎo)電流 （ μA） 不小于 不大于 5KA 10KA FZ—60 60 140 173 220 227 250 400～ 600 FZ—10 10 26 31 50 47 50 10 湘西二次 變電所設(shè)計(jì) – 31– 8 繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的規(guī)劃設(shè)計(jì) 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的作用 （ 1） 有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中快速、自動(dòng)地切除，使其破壞程度降低到最小，并保證最大限度地迅速恢復(fù)無故障設(shè)備的正常運(yùn)行。 （ 2） 反映電氣元件的異常運(yùn)行情況，根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的具體條件和設(shè)備的承受能 力，發(fā)出警告信號(hào)，減負(fù)荷和延時(shí)跳閘。 （ 3） 依據(jù)實(shí)際情況，盡快自動(dòng)恢復(fù)停電部分的供電。 10kV線路保護(hù) 對(duì)于 10kV 架空線出線的繼電保護(hù)，主保護(hù)采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，后備保護(hù)采用定時(shí)限過電流保護(hù)。為反應(yīng)單相接地故障，采用零序電流保護(hù)，以區(qū)分出故障線路與非故障線路，構(gòu)成選擇性保護(hù)。 本所共有 12 條出線，現(xiàn)以沙輪廠的為例進(jìn)行線路保護(hù)。 瞬時(shí)電流速短保護(hù) 動(dòng)作電流的整定 瞬時(shí)電流速斷保護(hù) 1 的動(dòng)作電流應(yīng)按線路末端三相短路時(shí)最大短路電流整定，即： maxop rel kI K I???? （ ） 式中 opI? ——保護(hù)裝置瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流； relK? ——可靠系數(shù)，一般取 —； maxkI? ——被保護(hù)線路末端三相短路時(shí)最大短路電流。 保護(hù)范圍校驗(yàn)： m in m a x1132s sopElXXI ????? ? ????? （ ） 式中 sE ——系統(tǒng)等效電源相電動(dòng)勢(shì)，取 ； 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) – – 32 maxsX? ——系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下最大等值電抗， ? ； 1X ——輸電線路單位公里正序電抗， /km? 。 定時(shí)限過電流保護(hù) 動(dòng)作電流的整定： maxrelop LrelKIIK???????? （ ） 式中 relK??? ——可靠系數(shù)，取 ； ssK ——自啟動(dòng)系數(shù)，取 ； reK ——返回系數(shù)，一般取 ； maxLI? ——被保護(hù)線路最大的負(fù)荷電流。 靈敏度校驗(yàn)： minksenopIK I????? （ ） 式中 minkI? ——系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下被保護(hù)線路末端兩三相短路時(shí)短路電流。 湘西二次 變電所設(shè)計(jì) – 33– 9防雷保護(hù) 雷擊會(huì)使電力系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓，破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和電氣設(shè)備，為此變電所必須進(jìn)行直擊雷過電壓保護(hù)。直擊雷過電壓保護(hù)可采用避雷針保護(hù)，避雷電流引入大地，從而保護(hù)了設(shè)備免受雷擊。在變電所中，屋外配電裝置，以及有金屬的屋頂或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物均應(yīng)加避雷針，作為防直擊雷 保護(hù)裝置。 獨(dú)立避雷針 宜設(shè)獨(dú)立的接地裝置。在非高土壤電阻率地區(qū)，其工頻接地電阻不宜超過 10Ω。當(dāng)有困難時(shí)，該接地裝置可與主接地網(wǎng)連接，使兩者的接地電阻都得到降低。但為了防止經(jīng)過接地網(wǎng)反擊 35KV及以下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)，沿接地體的長(zhǎng)度不得小于 15m。 由變電所的平面圖可知： 變電所長(zhǎng)： a=， 變電所寬： b=。 為了避免反擊 ,避雷針應(yīng)距變電所 5m。 相鄰避雷針的間距為： ma ???? ， mba ?? 。 則對(duì)角避雷針間距為： maaD 222221 ????? 。 由于變電所最高設(shè)備為構(gòu)架，高度為 mhx 9? 。 水平面上相鄰避雷針間保護(hù)外圍寬度 xb ≥0 時(shí)，即全面積受到保護(hù)，則避雷針選擇高度合理，即 PDha 8? （取 1?p ） （ 91） 則避雷針的實(shí)際高度為： xa hhh ?? （ 92） 保護(hù)半徑計(jì)算 在 60KV側(cè) 9 米高度上的保護(hù)半徑的計(jì)算： 因?yàn)?29 hmhx ?? （ 93） 所以 phhr xx )( ?? （ 94） 當(dāng) hhx 21?時(shí)， ? ? phphhr axx ??? （ 95） 式中 xr 避雷針在 xh 水平面上的保護(hù)半徑（ m）； h避雷針高度（ m） ； xh 被保護(hù)物的高度（ m）； ah 避雷針保護(hù)的有效高度（ m）； p 避雷針高度影響系數(shù)，當(dāng) mh 30? 時(shí)， 1?p 。 沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) – – 34 當(dāng) mhm 30120 ?? 時(shí)，hp ?；若 mh 120? ，暫按 mh 120? 計(jì)算。 當(dāng) hhx 21?時(shí)， phhr xx )( ??