还剩75页未读,继续阅读
本资源只提供10页预览,全部文档请下载后查看!喜欢就下载吧,查找使用更方便
文本内容:
摘要雷电具有很强的危害性,因此应该重视变电站雷电的防护本文在对330kV桃海变电站负荷调查的基础上,设计了其主接线形式,通过计算选择了主要电气设备讲述了雷电、雷电压和雷电流的形成过程并给出了雷电参数,阐述了防雷装置如避雷针、避雷器的防雷原理以及保护范围,给出了直击雷和感应雷的防护方案基于常用的防雷接地的设计方法,对330kV桃海变电站进行了详细的防雷接地设计设计中,结合当地现状,综合考虑了气候、地形、环境等多种因素,给出了较好的防雷接地保护方案通过对变电站的防雷接地设计,全面剖析了电力系统中如何提高变电站的防雷水平,从而有效地降低变电站的雷击事故,减少雷电对电网安全运行的影响最后绘制了桃海变电站接地网的平面设计图关键词变电站;防雷接地;雷电放电;雷电流AbstractThelightninghasverystrongharmfulnesssoweshouldpayattentiontodrawingtheshelterofthelightningoftransformersubstation.Onthebasisoftheloadsinvestigationofthe330kVTaohaisubstationthisthesisdesignsitsmainconnectionchoosesthemainelectricalequipmentbycalculatingandtellstheformingprocessofthelightningthelightningvoltageandcurrentprovidesthelightningparameter.Atthesametimeitexpoundsthelightingprotectingprinciplesandprotectingscopesoflightingprotectingdevisessuchasthelightningrodthelightingarrestor.Itprovidestheshelterschemeofreactinglightingandattackinglightingdirectly.Onthebasisoflightningprotectingandgroundingsdesignmethodcommonlyuseditdesignslightningprotectingandgroundingonthe330kVTaohaitransformersubstation.Inthethesisitcombinesthelocalsituationhassyntheticallyconsideredmanykindsoffactorssuchastheclimatetopographyandenvironmentandprovidesbetterprogramsoflightningprotectingandgrounding.Throughthedesignoflightingprotectingandgroundingoftransformersubstationitanalyzeshowtoimprovetheleveloflightingprotectingofthetransformersubstationcompletelyinpowersystemreducestheaccidentoflightningstrikingeffectivelyandtheimpactonsafeoperationoftheelectricwire.DrawtheleveldesigndrawingoftheTaohaitransformersubstationearthingnetworkfinally.Keywords Substation,Lightningprotectingandgrounding,Lightningdischarge,Lightningcurrent目录TOC\o1-3\h\z\u摘要IAbstractII1绪论
11.1课题背景与意义
11.2课题研究现状
21.3本课题的研究内容与目标
21.4设计依据32负荷调查
42.1变电站所处环境条件说明
42.2负荷调查
42.
2.1变电站的分类
42.
2.2负荷分类及定义
52.
2.3负荷调查53主接线设计
63.1主接线概述
63.
1.1单母线接线及单母线分段接线
63.
1.2双母线接线及分段接线
73.2主接线设计原则
73.
2.1330kV主接线
83.
2.2110kV主接线
93.
2.310kV主接线
93.
2.4中性点接地方式
113.3主变压器的选择
113.
3.1主变压器台数的选择
113.
3.2主变压器容量的选择
113.
3.3主变压器型号的选择124短路电流的计算
134.1短路电流计算的目的及规定
134.
1.1短路电流计算的目的
134.
1.2短路电流计算的一般规定
134.2短路电流的计算
134.
2.1计算变压器电抗
144.
2.2短路电路的计算165主要电气设备的选择
315.1电气设备选择概述
315.
1.1选择的原则
315.
1.2电气设备和载流导体选择的一般条件
315.2330kV侧电气设备的选择
345.
2.1断路器的选择及校验
355.
2.2隔离开关的选择
365.
2.3故障关合接地开关
385.
2.4电流互感器的选择
395.
2.5电压互感器的选择
395.
2.6避雷器的选择
405.3110kV侧电气设备的选择
405.
3.1断路器的选择及校验
405.
3.2隔离开关的选择
425.
3.3故障关合接地开关的选择
435.
3.4电流互感器的选择
445.
3.5电压互感器的选择
455.410kV侧电气设备的选择
465.
4.1限流阻抗起的选择
465.
4.1断路器的选择及校验
475.
4.3隔离开关的选择
495.
4.4电流互感器的选择506雷电及防雷接地
526.1雷电参数及防雷装置
526.
1.1雷电放电
526.
1.2雷电参数
526.
1.3避雷针和避雷线
566.
1.4避雷器
596.2防雷接地
616.
2.1接地与防雷接地
616.
2.2发电厂和变电所的防雷接地617桃海变电站所处环境
647.1桃海变电站所处环境
647.2桃海变电站的直击雷防护方案及计算
647.
2.1直击雷防护方案
647.
2.2避雷针高度的计算及其安装
657.3桃海变电站的感应雷防护方案及避雷器的选择
667.
3.1桃海变电站的感应雷防护方案
667.
3.2桃海变电站的避雷器选
677.4桃海变电站接地网设计及计算67结论70致谢71参考文献72附录731绪论
1.1课题背景与意义1课题背景随着经济的发展,工业水平的进步,人们生活水平不断的提高,电力系统在整个行业中所占比例逐渐趋大现代电力系统是一个巨大的、严密的整体各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务电力系统是国民经济的重要能源部门,而变电站的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目由于变电站的设计内容多,范围广,逻辑性强,不同电压等级,不同类型,不同性质负荷的变电站设计时所侧重的方面是不一样的设计过程中要针对变电站的规模和形式,具体问题具体分析变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施,它通过其变压器将各级电压的电网联系起来我国电力系统的变电站大致分为四大类升压变电站,主网变电站,二次变电站,配电站我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高,对变电所的设计提出了更高的要求,更需要我们提高知识理解应用水平,认真对待2课题意义毕业设计是我们在校期间最后一次综合训练,它将从思维、理论以及动手能力方面给予我们严格的要求使我们综合能力有一个整体的提高它不但使我们巩固了本专业所学的专业知识,还使我们了解、熟悉了国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则以及各种图形、符号它将为我们以后的学习、工作打下良好的基础能源是社会生产力的重要基础,随着社会生产的不断发展,人类使用能源不仅在数量上越来越多,在品种及构成上也发生了很大的变化人类对能源质量也要求越来越高电力是能源工业、基础工业,在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位,是实现国家现代化的战略重点电能也是发展国民经济的基础,是一种无形的、不能大量存储的二次能源电能的发、变、送、配和用电,几乎是在同时瞬间完成的,须随时保持功率平衡要满足国民经济发展的要求,电力工业必须超前发展,这是世界发展规律因此,做好电力规划,加强电网建设,就尤为重要而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任变电站的接地系统是维护电力系统安全可靠运行、保障运行人员和电气设备安全的根本保障和重要措施调查表明,我国曾发生多起由于接地系统的接地电阻未达到要求所导致的事故或事故的扩大这种事故不仅经济损失巨大根据统计,每发生一次事故的直接经济损失都在几百到数千万元,而且对于社会造成更严重的间接经济损失
1.2课题研究现状近年来,由于电力系统容量的迅速扩大、入地短路电流的大幅升高、先进监控设备抗干扰能力的减弱,为了保证电力系统变电站的安全可靠运行,电力系统运行和设计部门更加注重接地技术随着计算机技术的发展,自20世纪80年代以来,包括矩量法、边界元法、复镜像法、基数镜像法、纯数值计算法在内的各种数值基数应用到接地系统电气参数分析中,促进了接地系统电气参数软件的发展目前,接地技术已经发展成为一门与电气工程、电气安全、电磁场理论、数值计算方法、地质勘探及测量技术等学科相关的交叉学科随着现代大电网向超高电压、大容量和远距离的发展,对于电力系统安全、稳定及经济运行的要求越来越高,为了确保电网的安全稳定运行,提高供电可靠性,必须配备一套与一次系统相适应的安全保护系统,因此需要有一个良好的变电站接地装置,变电站接地装置对于保证电力系统的安全运行起着至关重要的作用接地技术的发展有三个趋势一是从过去的只注重接地电阻,转向更注重与人身安全相关的接触电压和跨步电压;二是接地系统的设计从过去的基于均匀土壤模型和经验公式的简单设计,转向基于分层土壤模型的数值化设计;三是接地系统的降阻从过去的采用扩大地网面积,转向采用基于了解土壤分层结构的、有的放矢的深垂直接地极
[1]
1.3本课题的研究内容与目标1研究内容本设计要在对地区供电条件及桃海变电站负荷调查的基础上,列出桃海变电站负荷的种类、等级,大小及其运行特点;进线电压等级及容量;占地面积绘制变电所主接线,根据各种情况正常及突发故障,说明主接线的运行方式在上述基础上,设计变电站防雷接地系统要求详细说明防雷原理及设计依据,且选择具体防护设备,且最终体现在主接线图及其他平面布置图中;详细说明接地装置的作用、接地装置的设计计算过程主要设计任务包括
①大小及其运行特点;
②初步确立桃海变电站主电路接线形式;
③设计变电站防雷接地系统2设计目的及目标变电站接地系统的设计目标是保证在变电站内的人员免遭跨步和接触电压的危害,保护电气设备免受破环在故障情况下,必须确保电源的快速自动断开或限制产生的接触和跨步电压至可接受的水平来确保人员的安全通过实现下面的设计目标可以达到安全接地的目的
①提供低阻抗接地故障电流返回通道以促使是保护动作,尽可能快速地切除或发出接地故障报警
②在正常工作和暂态电压作用时,限制变电站构筑物和灵敏设备的电压至安全水平
③限制仪器和控制系统的电噪声干扰至最低水平将雷击对人身、设备和建筑物的影响限制到最小的程度考虑到变电站的面积及不同的设备和建筑物,接地设计应提供所有设备及安全接地设计时应考虑如下几个方面
①接地网安全流散可能出现的最大故障电流,限制所关心户外区域的接触和跨步电压
②变压器接地变压器的外壳接地,应限制外壳的接触电压接地导体的尺寸和布置应考虑到循环电流
③建筑物接地防止故障或静电感应引起的危险接触电压变电站辅助设备接地防止电站辅助设备由于局部故障或设备故障时产生的接触电压埋设建筑物的接地防止地电位的转移仪器和控制系统的接地将接触电压控制在安全范围内,确保设备的正常工作同时防止高电位引起出和低电位引入的带来的危险
1.4设计依据规程包括《电气工程设计手册电气一次部分》、《电力系统接地技术》、《输配电设备手册》、《中小型变电所实用设计手册》等资料2负荷调查
2.1变电站所处环境条件说明1电站地处黄土高原;2当地的电阻率为Ωm;3度最高平均气温+33℃,年最高气温40℃,土壤温度+15℃;4海拔1500m;5污染程度轻级;6年雷暴日数15日/年
2.2负荷调查
2.
2.1变电站的分类按照变电站在电力系统中的作用和地位可以将其分为以下几种1系统枢纽变电站枢纽变电站位于电力系统的枢纽点,它的电压是系统最高输电电压,目前电压等级有220kV、330kV仅西北电网和500kV,枢纽变电站连成环网,全站停电后,将引起系统解列,甚至整个系统瘫痪,因此对枢纽变电站的可靠性要求较高枢纽变电站主变压器容量大,供电范围广2地区一次变电站地区一次变电站位于地区网络的枢纽点,是与输电主网相连的地区受电端变电站,任务是直接从主网受电,向本供电区域供电全站停电后,可引起地区电网瓦解,影响整个区域供电电压等级一般采用220kV或330kV地区一次变电站主变压器容量较大,出线回路数较多,对供电的可靠性要求也比较高3地区二次变电站地区二次变电站由地区一次变电站受电,直接向本地区负荷供电,供电范围小,主变压器容量与台数根据电力负荷而定全站停电后,只有本地区中断供电4终端变电站终端变电站在输电线路终端,接近负荷点,经降压后直接向用户供电,全站停电后,只是终端用户停电
2.
2.2负荷分类及定义1一级负荷中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏,且难以挽回,带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷一级负荷要求有两个独立电源供电2二级负荷中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱,且较长时间才能修复或大量产品报废,重要产品大量减产,属于二级负荷二级负荷应由两回线供电但当两回线路有困难时如边远地区,允许有一回专用架空线路供电3三级负荷不属于一级和二级的一般电力负荷三级负荷对供电无特殊要求,允许较长时间停电,可用单回路供电
[2]
2.
2.3负荷调查根据深入调查及其查阅相关资料,可知桃海变电站为一个重要的330kV的地区枢纽变电站,该站有三个电压等级,分别为330kV、110kV和10kV,330kV有2条线路,分别与炳灵变、兰州西变相连;110kV有进出线12条,是110kV兰州电网北三环和西二环电网的支撑点,分别到兰州电网北开关站、安宁变、建西变、郑家庄变、东川开关站、西固热电厂及建国厂;10kV主要是站用电源及无功补偿装置其电源有330kV的炳灵变、兰州西变及110kV的西固热电厂具体如表
1.1和表
1.2所示表
1.1变电站电源来源电源来源电压等级容量/MVA负荷等级炳灵变330kV/110kV160一级兰州西变330kV/110kV160一级西固热电厂110kV
56.5一级表
1.2变电站所接负荷去向电压等级容量/MVA负荷等级兰州电网北开关站110kV45一级安宁变110kV63二级建西变110kV63二级郑家庄变110kV100三级东川开关站110kV45一级建国厂110kV40二级站自用电10kV
20.5一级合计
376.53主接线设计
3.1主接线概述电气主接线是由电气设备通过连接线,按其功能要求组成接受和分配电能的电路,成为传输强电流、高电压的网络用规定的电气设备图形符号和文字符号并按工作顺序排列,详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构,是电力系统网络结构的重要组成部分,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
3.
1.1单母线接线及单母线分段接线1单母线接线单母线接线供电电源在变电站是变压器或高压进线回路母线既可保证电源并列工作,又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能各出线回路输入功率不一定相等,应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上,以减少功率在母线上的传输单母接线的优点接线简单,操作方便、设备少、经济性好,并且母线便于向两端延伸,扩建方便缺点
①可靠性差母线或母线隔离开关检修或故障时,所有回路都要停止工作,也就成了全厂或全站长期停电
②调度不方便,电源只能并列运行,不能分列运行,并且线路侧发生短路时,有较大的短路电流
[3]综上所述,这种接线形式一般只用在出线回路少,并且没有重要负荷的发电厂和变电站中2单母分段接线单母线用分段断路器进行分段,可以提高供电可靠性和灵活性;对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路,由两个电源供电;当一段母线发生故障,分段断路器自动将用户停电;两段母线同时故障的几率甚小,可以不予考虑在可靠性要求不高时,亦可用隔离开关分段,任一母线故障时,将造成两段母线同时停电,在判别故障后,拉开分段隔离开关,完成即可恢复供电这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站6~10kV接线中但是,由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电,大大增加了出线数目,使整体母线系统可靠性受到限制,所以,在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时,一般不予采用
[4]3单母线分段带旁路母线的接线单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性,但这增加了一台旁路断路器,大大增加了投资
3.
1.2双母线接线及分段接线1双母线接线双母线接线有两种母线,并且可以互为备用每一个电源和出线的回路,都装有一台断路器,有两组母线隔离开关,可分别与两组母线接线连接两组母线之间的联络,通过母线联络断路器来实现其特点有供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点由于双母线有较高的可靠性,广泛用于出线带电抗器的6~10kV配电装置;35~60kV出线数超过8回,或连接电源较大、负荷较大时;110~220kV出线数为5回及以上时2双母线分段接线为了缩小母线故障的停电范围,可采用双母线分段接线,用分段断路器将工作母线分为两段,每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连,电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上双母线接线分段接线比双母接线的可靠性更高,当一段工作母线发生故障后,在继电保护作用下,分段断路器先自动跳开,而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开,该段母线所连的出线回路停电;随后,将故障段母线所连的电源回路和出线回路切换到备用母线上,即可恢复供电这样,只是部分短时停电,而不必短期停电
[5]双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中,同时在220~550kV大容量配电装置中,不仅常采用双母线分段接线,也有采用双母线分四段接线的3双母线带旁路母线的接线双母线可以带旁路母线,用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作,使该回路不致停电这样多装了价高的断路器和隔离开关,增加了投资,然而这对于接于旁路母线的线路回数较多,并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的
[6]
3.2主接线设计原则发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路,称为电气主接线,也成主电路它把各电源送来的电能汇集起来,并分给各用户它表明各种一次设备的数量和作用,设备间的连接方式,以及与电力系统的连接情况所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体,对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用,并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响
[7]电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据,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、实用、经济、美观的原则电气主接线关系着全站电气设备的选择,配电装置的布置继电保护及自动装置的确定,关系着电力系统的安全稳定,灵活和经济运行,是本次变电站设计中心的主要环节,我们在电气主接线设计中,依据以下原则1保证必要的供电可靠性和电能质量
②具有运行维护的灵活性和方便性,即要适应各种运行方式和检修维护方面的要求,并能灵活地进行运行方式的转换在操作时简便、安全,不易发生误操作
③在满足可靠性、灵活性要求的前提下做好经济性即投资省,电能损失小,占地面积小保证电气主接线具有继续发展和扩建的可靠性待设变电站高压侧连接着电网,应以保证不影响这一原则为重,并综合经济性、操作灵活等因素来选择最佳方案
3.
2.1330kV主接线现比较以下两种方案1方案一采用单母线分段带旁路优点
①用断路器把母线分段后,对重要负荷可以从不同段引出两个回路,提供双回路供电
②安全性,可靠性高当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切除,保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电缺点
①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期间停电
②扩建时需要向两个方向均衡扩建,以保证负荷分配的均匀
③当出线回路为双回路时,常使母线出线交叉跨越2方案二双母线带旁路优点
①采用双母线接线,对重要负荷可以从不母线引出两个回路,提供双回路供电
②安全性,可靠性高当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切除,保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电
③当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,采用倒母线的方法将负荷倒至另一母线上,该段母线的回路都要在检修期间无需停电缺点
①操作复杂,容易发生误操作
②采用设备较多,投资较大经过上述比较,方案二的初期投资较大,但可靠性较高,扩建容易,方案一虽然初期建造费用较低,布置简单,操作方便,但可靠性不如方案一,故330kV主接线的选择既考虑上述主要原则,同时结合国内长期运行的实践经验,选择双母线带旁路接线为330kV侧主接线
3.
2.2110kV主接线采用双母线接线,带旁路母线,选择该主接线是因为
①可以轮流检修母线,而不中断对用户的供电;
②当一组母线故障时,仍然造成接于该组母线上的支路停电,但可以迅速切换至另一组母线上恢复工作,从而减少停电时间;
③检修任一回路的母线隔离开关时,只需断开该回路和与此隔离开关相连的母线,将其他所有回路部分换到另一组母线上运行,该隔离开关可停电进行检修;
④检修任一出线断路器时,该支路短时停电,在断路器两侧加上跨条后,将各支路倒控在一条母线上工作,利用母联断路器代替该出线断路器工作,使该回路不必长时间停电;
⑤在个别回路需要独立工作或进行试验时,可将该回路分别单独接到一组母线上
⑥双母线扩建方便,向双母线左右任一方向扩建,均不影响两组母线的电源和负荷均可分配
3.
2.310kV主接线10kV无出线,仅有无功补偿设备及所用电1可选方案10kV仅有无功补偿设备及所用电,宜采用室内配电装置,可选择接线有单母线分段及双母线接线,双母线分段接线2各方案优缺点单母线分段接线的优点
①用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路有两个电源供电
②当出线为双回路时,常使架空线交叉跨越
③扩建时需向两个方向,向衡扩建适用范围
①6~10kV配电装置出线回路数为6回及以上时
②35~63kV配电装置出线回路在4~8回时
③110kV~220kV配电装置出线回路数为3~4回时双母线接线优点
①供电可靠,通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线,而不致使供电中断,一组母线故障后,能迅速恢复供电,检修任一回路母线隔离开关,只停该回路
②调度灵活各个电源和各回路负荷可以任意分配,到某一组母线上能灵活地适应系统中各种运行方式,调度和潮流变化的需要
③扩建方便向方线的左右任何一个方向扩建,向不影响两组母线的电源和负荷的均匀分配,不会引起源有回路的停电,当有双架空线路时,可以顺序布置,以至连接不同的母线时,不会如单母线分段那样导致出线交叉跨线当个别回路需要单独进行试验时,可将该回路分开,单独接至一组母线上缺点增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关,当母线故障或检修时,隔离开关作为倒换,操作电器容易误操作,为了避免隔离开关误操作,需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置适用范围当母线回路数或母线上电流较多,输送和穿超功率较大,母线故障后要求迅速恢复供电,母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电,系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用,各级电压采用的具体条件如下6~10kV配电装置,当短路电流较大,出线需要带电抗器时;35~63kV配电装置当出线回路数超过了回时或连接的电源较多负荷较大10~220kV配电装置出线回路数为5回及以上或当110~220kV配电装置,在系统中居重要地位,出线回路数为4回及以上时10kV侧主接线采用单母线接线
3.
2.4中性点接地方式按照目前我国电力系统的运行情况,110kV及以上均为直接接地系统、35kV根据35kV系统情况及负荷情况确定接地方式因此,330kV、110kV为直接接地系统35kV为不接地系统自耦变压器中性点直接接地设计出主接线如附图1所示
3.3主变压器的选择
3.
3.1主变压器台数的选择正确合理的选择变压器的台数、容量和类型是电力系统规则和具体变电所主接线设计的一个主要问题从本次设计出发,电源电压等都为330kV是终端变电所,负荷比较重,选择二台主变从经济角度看也是可以的,在一台变压器故障或检修时,仍可保证用户供电故选用两台变压器主变因本身的可靠性高,且有一定过载运行的能力,价格高昂,所以采用暗备用主变压器的台数确定为两台
3.
3.2主变压器容量的选择1在此设计中,主变容量的确定依据以下原则
①在系统正常运行与检修状态下,以具有一定持续时间的日负荷选择主变的额定容量,日负荷中持续时间很短的部分,可由主变过载满足单台主变容量以总容量的75%选择过载倍数
1.3,允许运行2小时
②并联运行的主变以隐备用形式相互作为事故备用,只要求短时保持原有总传输容量并应计及变压器的短时过负荷能力
③主变压器检修时间间隔很长,检修时间较短,合理作好检修与运行调度2变电站所接负荷的大小
①110kV侧MVA
②10kV侧MVAMVA3主变压器容量的确定负荷同时率
0.85,考虑到同时系数MVA则根据以上设计原则,单台变压器的容量确定为
320.025×
0.75=240MVA故选择主变压器的额定容量确定为240MVA
3.
3.3主变压器型号的选择在此设计主变选型为有载调压自耦变压器,主变依据为1由于该变电站有三个电压等级,所以已选择三绕组变压器2自耦变的型式容量小于额定容量,因此基水泵的钢线,硅钢片及绝缘材料较同容量普通三绕组变少、造价降低20%以上,运行损耗小3由于尺寸与重量下降使以单台变电容量作得很大,减轻运输困难4考虑正常运行中往往峰谷差较大,日负荷变化范围大,为保证电能质量,应装设有载调压主变,及时改善电压质量5330kV高压电压无功调节设备的容量往往不足,在昼夜负荷变化时,由于超高压输电线电容充电功率的影响使变压器高压端电压变化范围很大,为维持中、低压电压水平,应选用有载调压变压器综上,选择330kV三绕组有载调压自耦变压器型号为OSFPS7-240000/330的变压器,台数为两台
[8]4短路电流的计算
4.1短路电流计算的目的及规定
4.
1.1短路电流计算的目的在变电所的电气设计中,短路电流计算是其中的一个重要环节在选择电气设备时,为保证在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作,需要进行全面的短路电流计算例如计算某一时刻的短路电流有效值,用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值;计算短路后较长时间短路电流有效值,用以校验设备的热稳定值;计算短路电流冲击值,用以校验设备动稳定电力系统中所有电源均在额定负荷下运行,接线方式应是可能发生最大断路电流的正常方式,而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式
4.
1.2短路电流计算的一般规定1电力系统中所有电源均在额定负荷下运行;2短路种类一般以三相短路计算;3接线方式应是可能发生最大短路电流的正常方式即最大运行方式,而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式;4短路电流计算点在正常接线方式时,通过电气设备的短路电流为最大的地点;5计算容量应按工程设计规划容量计算,并考虑系统发展规划
4.2短路电流的计算取基准容量为,MVA,基准电压为
4.1其中,,分别为基准电压和平均电压又依公式基准电流为
4.2其中,,,分别为基准电流、基准容量和基准电压
4.3其中,,,分别为基准值下的电抗、基准电压和基准容量表
4.1基准容量及计算值UB/kV
346.
5115.
510.5IB/A
0.
1670.
5005.500XB/
1200.
620133.
4031.
10304.
2.1计算变压器电抗1主变参数型号OSFPS7—240000/330额定电压/kV高压345,中压121,低压
10.5阻抗电压/%高—中
24.50高—低
10.50中—低
12.5000容量比为240/240/240连接组标号YNaOd11空载电流/%
0.20负载损耗/kW850空载损耗/kW165重量/t油重
49.8器身重
104.8总重194外形尺寸/mm13900×5200×6500长×宽×高2计算变压器电抗各绕组短路电压的百分数为
4.
44.
54.6其中,,,为各绕组短路间电压的百分比各绕组电抗为
4.
74.
84.9其中,各绕组电抗,为额定容量,为基准容量求各绕组短路电压的百分数,由公式
4.4~
4.6=1/
224.50+
10.50-
12.5000=
11.25=1/224050+
12.5000-
10.50=
6.5=1/
210.50+
12.5000-
24.50=-
1.5各绕组电抗为,由公式
4.7~
4.9由以上计算可知,低压绕组电抗的等值电抗标幺值,且为负值这是因为该变压器为降压结构,高、中压绕组对其低压的互感大于本身的自感所致这里等值电抗比标幺值,并不表示是容性电抗在近似计算中,可将这小的电抗视为零值3假设330kV侧参数为,;110kV侧参数为;4系统等值网络图如图
4.1所示图
4.1系统等值网络图由于330kV侧、110kV侧均有电源,10kV侧无电源,故可用叠加法计算短路电流短路电流的选择如图
4.1所示d
1、d
2、d
3、d
4、d
5、d6各点
4.
2.2短路电路的计算短路电流的标幺值为
4.10其中,,分别为短路电流的标幺值和电抗的标幺值次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为
4.11其中,,分别为短路电流和短路电流的标幺值分别额定容量和平均电压两相短路电流为
4.12其中,,分别为三相短路电流和两相短路电流短路容量为
4.13其中,,分别为短路容量和基准电压瞬间冲击电流为
4.14其中,,分别为瞬间冲击电流和短路电流冲击电流有效值为
4.15其中,,分别为冲击电流有效值和短路电流1当只有330kV侧电源作用时,系统等值网络图如图
4.2所示图
4.2330kV电源作用时系统等值网络图
①当d1短路时
346.5kV,系统等值网络图如图
4.3所示,由公式
4.11~
4.16得次暂态短路电流标幺值的计算次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为kA图
4.3330kV电源作用d1短路时系统等值网络图两相短路电流为kA冲击电流为kA短路容量为MVAkA
②当d2短路时
115.5kV,系统等值网络图如图
4.4所示,由公式
4.11~
4.15得图
4.4330kV电源作用d2短路时系统等值网络图次暂态短路电流比标幺值的计算次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kA短路容量为MVAkA
③当d3短路时
10.5kV,系统等值网络图如图
4.5所示,由公式
4.11~
4.15得次暂态短路电流标么值的计算次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kA图
4.5330kV电源作用d3短路时系统等值网络图短路容量为MVAkA
④d4短路时kV,与d1短路时相同
⑤当d5短路时
110.5kV,系统等值网络图如图
4.6所示,由公式
4.11~
4.15得图
4.6330kV电源作用d5短路时系统等值网络图次暂态短路电流标幺值的计算次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kA短路容量为MVAkA
⑥当d6短路时
10.5kV,系统等值网络图如图
4.7所示,由公式
4.11~
4.15得图
4.7330kV电源作用d6短路时系统等值网络图次暂态短路电流标么值的计算次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kA短路容量为MVAkA2当只有110kV侧电源作用时,系统等值网络图如图
4.8所示图
4.8110kV电源作用时系统等值网络图
①当d1短路时
346.5kV,系统等值网络图如图
4.9所示,由公式
4.11~
4.15得次暂态短路电流标么值的计算次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kA短路容量为图
4.9110kV电源作用d1短路时系统等值网络图MVAkA
②当d2短路时
115.5kV,系统等值网络图如图
4.10所示,由公式
4.11~
4.15得次暂态短路电流标么值的计算次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kA短路容量为MVA图
4.10110kV电源作用d2短路时系统等值网络图kA
③当d3短路时kV,系统等值网络图如图
4.11所示,由公式
4.11~
4.15得次暂态短路电流标么值的计算图
4.11110kV电源作用d3短路时系统等值网络图次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kA短路容量为MVAkA
④当d4短路时kV,系统等值网络图如图
4.12所示,由公式
4.11~
4.15得图
4.12110kV电源作用d4短路时系统等值网络图次暂态短路电流标么值的计算次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kA短路容量为MVAkA
⑤d5短路时kV,与d2短路时相同
⑥当d6短路时
10.5kV,系统等值网络图如图
4.13所示,由公式
4.11~
4.15得图
4.13110kV电源作用d6短路时系统等值网络图次暂态短路电流标么值的计算次暂态0s和4s时的短路电流相等,三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kA短路容量为MVAkA3由叠加法将330kV侧电源、110kV侧电源分别作用于d
1、d
2、d
3、d
4、d
5、d6各点时的计算结果相叠加,即可得到d
1、d
2、d
3、d
4、d
5、d6短路计算结果
①当d1短路时kV三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kAkA短路容量为MVA2当d2短路时kV三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kAkA短路容量为MVA
③当d3短路时kV三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kAkA短路容量为MVA
④当d4短路时kV三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kAkA短路容量为MVA
⑤当d5点短路时kV三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kAkA短路容量为MVA
⑥当d6短路时kV三相短路电流有名值为kA两相短路电流为kA冲击电流为kAkA短路容量为MVA短路电流计算结果如表
3.1所示表
3.1短路电流计算结果名称短路点基准电压(kV)kA三相kA两相kAkAMVAd
1346.
58.
6387.
48022.
13413.
0435283.379d
2115.
517.
22614.
92243.
92726.
0113445.993d
310.
578.
00067.
548198.
900117.
7801418.508d
4346.
58.
5247.
38121.
73612.
7365115.576d
5115.
514.
90812.
98538.
01622.
5112982.286d
610.
548.
20041.
741122.
910112.
782876.5065主要电气设备的选择
5.1电气设备选择概述正确选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件在进行电器选择时,应根据工程实际情况,在保证安全、可靠的前提下,积极而稳妥地采用新技术,并注意节省投资,选择合适的电气设备尽管电力系统中各种电器的作用和工作条件并不一样,具体选择方法也不完全相同,但对它们的基本要求确是一致的电气设备要可靠地工作,必须按正常工作条件进行选择,并按短路状态来校验动、热稳定性本设计,电气设备的选择包括断路器和隔离开关的选择,电流、电压互感器的选择、避雷器的选择,导线的选择
5.
1.1选择的原则1应满足正常运行、检修、短路、和过电压情况下的要求,并考虑远景发展2应按当地环境条件校核3应力求技术先进和经济合理4与整个工程的建设标准应协调一致5同类设备应尽量减少种类6合理选用的新产品均应具有可靠的实验数据7设备的选择和校验选择的高压电器,应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行同时,所选择导线和电气设备应按短路条件下进行动、热稳定校验
5.
1.2电气设备和载流导体选择的一般条件1按正常工作条件选择
①额定电压所选电气设备和电缆的最高允许工作电压,不得低于装设回路的最高运行电压
②额定电流所选电气设备的额定电流IN,或载流导体的长期允许电流Iy,不得低于装设回路的最大持续工作电流计算回路的最大持续工作电流时,应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流,选用最大者2按短路状态校验
①热稳定校验当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时,其热效应不应超过允许值
5.1其中,,分别为热稳定电流和热温定电流持续时间断路持续时间为
5.2其中,,,分别为断路电流持续时间、后备保护动作时间和电气设备分闸时间校验电气设备及电缆(3~6kV厂用馈线电缆除外)热稳定时,短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间
②动稳定校验
5.3其中,,分别为设备极限通过电流和断路瞬时冲击电流用熔断器保护的电气设备和载流导体,可不校验热稳定,电缆不校验动稳定进线侧、母联的选择流过断路器的最大持续电流为
5.4其中,,,分别为最大持续电流、额定容量和额定电压主变压器侧最大持续电流为
5.5其中,,,分别为主变压器侧最大持续电流、额定容量和额定电压额定电压选择
5.6其中,,分别为设备的额定电压和回路额定电压额定电压额定电流选择
5.7其中,,分别为设备的额定电流和回路最大持续电流开断电流选择
5.8其中,,分别为断路器开断电流电流和断路电流断路电流产生的热分量为
5.9其中,,,分别为断路电流产生的热分量、断路电流和短路持续时间断路电流的非周期分量产生的热分量为
5.10其中,,,分别为断路的非周期分量电流产生的热分量、断路电流和非周期分量的等效时间总的热分效应为
5.11其中,为总的热效应电流互感器一次回路电压
5.12其中,,分别为电流互感器的额定电压和一次回路工作电压电流互感器二次回路最大工作电流为
5.13其中,,,分别为二次回路最大工作电流、额定容量和额定电压流过电抗器的最大电流为
5.14其中,,,分别为流过电抗器的最大电流、站用变容量和额定电压电抗器的电抗百分值为
5.15其中,,分别为电抗百分值和基准电流,,分别为电抗标幺值和断路电流电抗器的残压为
5.16其中,,分别为电抗器的残压和电抗百分值,,分别为流过电抗器的最大电流和功率因数角3短路校验时短路电流的计算条件所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算,并应考虑电力系统的远景发展规划;计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式,而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式;短路的种类一般按三相短路校验;对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时,应按严重情况校验
5.2330kV侧电气设备的选择气体绝缘金属封闭开关设备简称GIS,是采用SF6气体作为灭弧和绝缘介质、通常用于
72.5kV及以上骨架电网和配电网作为保护和控制用的关键设备之一它所包含的电器元件一般有断路器、隔离开关、接地开关、电流和电压互感器、避雷器套管、封闭母线等由于GIS在结构上、性能上的先进性,因而具有占地面积小、经济指标和可靠性高等优点,目前一被广泛用于发电站、输变电网络、城市供电网、大型工矿企业、石油化工、冶金、铁道电气化等高压输变电系统中作为电力线路和设备的控制和保护因此,330kV侧采用GIS系统有流过组合电器的最大电流,由公式
5.4A则额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A初选西安高压开关厂生产的ZF8-363系列的SF6封闭式组合电器其主要技术参数如表
5.1所示表
5.1ZF8-363系列的SF6封闭式组合电器主要技术参数额定电压/kV最高工作电压/kV额定电流/A额定热稳定电流3s/kA额定雷电冲击耐压(峰值)/kV3303634000/3150/2500/200063/50/401175下面对各种设备进行热稳定和动稳定校验
5.
2.1断路器的选择及校验ZF8-363系列的SF6封闭式组合电器的断路器主要技术参数如表
5.2所示
①由公式
5.4进线侧断路器、母联断路器的选择流过断路器的最大持续电流为A表
5.2ZF8-363系列的SF6封闭式组合电器断路器主要技术参数额定频率/Hz额定开断电流/kA关合电流峰值/kA动稳定电流峰值/kA全开断时间/ms
5040、
50、63100/125/160100/125/16050/40额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd1点短路电流热稳定校验,由公式
5.1[kA2s]电弧持续时间取
0.04s,由公式
5.2热稳定时间为tk=
0.15+
0.04+
0.04=
0.23s1s因此需要计入短路电流的非周期分量,查表得非周期分量的等效时间T=
0.05s,由公式
5.9~
5.11[kA2s][kA2s][kA2s]所以,,满足热稳定校验动稳定校验,由公式
5.3kAkA,因此所选断路器符合要求
②主变压器侧断路器的选择,由公式
5.5A额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd4短路电流ZF8-363断路器也满足要求其热稳定、动稳定性校验与母联侧相同根据主接线需要,共选3ZF8-363断路器7个
5.
2.2隔离开关的选择ZF8-363系列的SF6封闭式组合电器的隔离开关主要技术参数如表
5.3所示
①进线侧隔离开关、母联隔离开关的选择表
5.3ZF8-363系列的SF6封闭式组合电器隔离开关主要技术参数额定频率/Hz额定电压/kV额定电流峰/A极限电流峰值/kA额定热稳定电流/kA50330315010050额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8d1点短路电流热稳定校验,由公式
5.1[kA2s][kA2s]所以,,满足热稳定校验动稳定校验,由公式
5.3kAkA,满足动稳定校验,因此所选断路器符合要求
①主变压器侧隔离开关的选择额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd4短路电流ZF8-363隔离开关也满足要求其热稳定、动稳定性校验与母联侧相同根据主接线需要,共选ZF8-363隔离开关22个
5.
2.3故障关合接地开关ZF8-363系列的SF6封闭式组合电器的故障关合接地开关参数如表
5.4所示:表
5.4ZF8-363SF6封闭式组合电器故障关合接地开关主要技术参数额定频率/Hz额定电压/kV额定电流/A额定关合电流峰值/kA热稳定电流(3s)/kA50330315012550
①进线侧断路器、母联隔离开关的选择额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A热稳定校验,由公式
5.1[kA2s]
20.892[kA2s]所以,,满足热稳定校验动稳定校验,由公式
5.3kAkA满足动稳定校验,因此所选隔离开关符合要求
②主变压器侧隔离开关的选择额定电压选择,由公式
5.6:kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd4短路电流ZF8-363(GRE-A)故障接地开关也满足要求其热稳定、动稳定性校验与母联侧相同根据主接线需要,共选ZF8-363隔离开关24个
5.
2.4电流互感器的选择电流互感器的选择主变330kV侧电流互感器的选择一次回路电压,由公式
5.12kV二次回路电流,由公式
5.13A选择ZF8-363系列额定电流比为800/5的电流互感器,其主要技术参数如表
5.5所示共选择ZF8-363系列额定电流比为800/5的电流互感器48个
5.
2.5电压互感器的选择作用电压互感器,作电压、电能测量及继电保护用额定一次侧电压kV额定二次侧电压kV表
5.5电流互感器主要技术参数额定电流比容量(VA)精度测量保护800/
5300.510P20;5P20准确等级用于保护、测量、计量用,其准确等级为
0.5级,则可选用采用ZF8中电压等级为330kV的电压互感器,其主要技术参数如下表
5.6所示共选ZF8中电压等级为330kV的电压互感器6个表
5.6电压互感器主要技术参数型号参数系统最高工作电压/kV额定一次电压/kV额定二次电压/V剩余电压绕组电压/V额定频率/HzZF
8330100505.
2.6避雷器的选择采用ZF8系列中标称系统电压为330kV的避雷器,其主要技术参数如表
5.7所示表
5.7避雷器主要技术参数标称系统电压/kV最高工作电压/kV绝缘介质额定电压/kV标称放电电流/kA额定雷电冲击耐压/kV中性接地方式330363SF6300101175有效接地共选ZF8系列中标称系统电压为330kV的避雷器6个
5.3110kV侧电气设备的选择
5.
3.1断路器的选择及校验
①线侧断路器、母联断路器的选择流过组合电器的最大电流,由公式
5.4A额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd2点短路电流初选LW11-110P型高压SF6断路器,其主要技术参数如表
5.8所示热稳定校验,由公式
5.1[kA2s]电弧持续时间取
0.04s,热稳定时间为由公式
5.2表
5.8断路器主要技术参数断路器型号额定电压/kV额定电流/A最高工作电压/kV极限提供通过电流/kA热稳定电流4s/kA固有分闸时间/sLW11-110P
11031501261001000.04s因此需要计入短路电流的非周期分量,查表得非周期分量的等效时间T=
0.05s,由公式
5.9~
5.11[kA2s][kA2s]所以,,满足热稳定校验动稳定校验,由公式
5.3kAkA,动稳定校验,因此所选断路器符合要求
②主变压器侧断路器的选择,由公式
5.5A额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd5短路电流由上表可知,LW11-110P型高压SF6断路器也满足要求其热稳定、动稳定性校验与母联侧相同根据主接线需要,共选LW11-110P型高压SF6断路器10个
5.
3.2隔离开关的选择
①进线侧隔离开关、母联隔离开关的选择流过隔离开关的电流,由公式
5.4A额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd2点短路电流初选GW4-110W户外高压隔离开关,其主要技术参数如表
5.9所示热稳定校验,由公式
5.1表
5.9断路器主要技术参数隔离开关型号额定电压/kV额定电流/A最高工作电压/kV极限提供通过电流/kA热稳定电流4s/kAGW4-110W110200012610040[kA2s]由公式
5.11[kA2s]所以,,满足热稳定校验动稳定校验,由公式
5.3kAkA,满足动稳定校验,因此所选断路器符合要求
②主变压器侧隔离开关的选择,由公式
5.5A额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd5短路电流GW4-110W户外高压隔离开关也满足要求其热稳定、动稳定性校验与母联侧相同根据主接线需要,共选GW4-110W户外高压隔离开关31个
5.
3.3故障关合接地开关的选择
①进线侧故障关合接地开关、母联故障关合接地开关的选择额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd2点短路电流初选GW4-110DW户外高压故障关合接地开关,其主要技术参数如表
5.10所示热稳定校验,由公式
5.1[kA2s]由公式
5.11[kA2s]所以,,满足热稳定校验表
5.10断路器主要技术参数开关型号额定电压/kV额定电流/A最高工作电压/kV极限提供通过电流/kA热稳定电流4s/kAGW4-110DW110200012610040动稳定校验,由公式
5.3kAkA,满足动稳定校验,因此所选故障关合接地开关符合要求
②主变压器侧断路器的选择,由公式
5.5A额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd5短路电流GW4-110DW户外高压故障关合接地开关也满足要求其热稳定、动稳定性校验与母联侧相同根据主接线需要,共选GWD4-110W户外高压故障关合接地开关31个
5.
3.4电流互感器的选择主变110kV侧电流互感器的选择一次回路电压,由公式
5.12kV二次回路电流,由公式
5.13A选择LCWB6-110系列中额定电流比为800/5的电流互感器,其主要技术参数如表
5.11所示动稳定校验,由公式
5.3表
5.11电流互感器主要技术参数互感器型号额定电流比级次组合准确级次动稳定电流/kA热稳定电流3s/kALCWB6-
1101100.5/B
0.5/B80~11545kA满足动稳定校验下面进行热稳定校验,由公式
5.1[kA2s][kA2s]由于110kV母联侧与110kV主编侧的运行条件相同,故进线侧、母联侧同样选用LCWB6-110型电流互感器,共计46个
5.
3.5电压互感器的选择作用电压互感器,作电压、电能测量及继电保护用额定一次侧电压kVkV准确等级用于保护、测量、计量用,其准确等级为
0.5级,则可选用JDC-110的电压互感器,其主要技术参数如表
5.12所示表
5.12电压互感器主要技术参数型号一次绕组/kV测量绕组保护绕组/kV剩余电压/kV剩余电压绕组电压/V二次绕组额定输出/VAJDC-
1101100.1100300共选JDC-110的电压互感器9个
5.410kV侧电气设备的选择由于短路电流过大需要装设限流电抗器
5.
4.1限流阻抗起的选择额定电压选择,由公式
5.6kV额定电压选择,由公式
5.14kA设将短路电流限制到kA,此时所必须电抗器的电抗百分比按以下公式计算其中kAkAMVA选用XKK-10-4000-12型电抗器,其技术参数如表
5.13所示下面进行电压损失及残压校验表
5.13电抗器主要技术参数电抗器型号额定电压/kV额定电流/A电抗率/%动稳定电流峰值/kA热稳定电流4s/s固有分闸时间/sXKK-10-4000-
1210400012204800.17当所选电抗值大于计算值时,应重算电抗器短路电流,以供残压校验由公式
5.16热稳定校验,由公式
5.1电弧持续时间取
0.06s,热稳定时间为,由公式
5.2s因此需要计入短路电流的非周期分量,查表得非周期分量的等效时间T=
0.05s,由公式
5.9~
5.11[kA2s][kA2s][kA2s]所以,,满足热稳定校验动稳定校验,由公式
5.3kAkA,满足动稳定校验根据以上校验,所选电抗器满足要求,共计选用XKK-10-4000-12型电抗器4个
5.
4.1断路器的选择及校验
①进线侧断路器、母联断路器的选择限流后kA,kA由于流过组合电器的最大电流,由公式
5.4A额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kA加载限流电抗器后d3点短路电流初选SN4-10G/5000型断路器,其主要技术参数如表
5.14所示热稳定校验,由公式
5.1表
5.14断路器主要技术参数断路器型号额定电压/kV额定电流/A断流容量/MVA额定开断电流值/kA极限通过电流峰值/kA热稳定电流(4s)/kA固有分闸时间/sSN4-10G/
50001050001800105301200.15[kA2s]设后备保护时间为2s,灭弧时间取
0.06s,热稳定时间为,由公式
5.2s1s因此不计短路电流的非周期分量,由公式
5.9[kA2s]所以,,满足热稳定校验动稳定校验,由公式
5.3kAkA,满足动稳定校验,因此所选断路器符合要求
②主变压器侧断路器的选择,由公式
5.5A额定电压选择,由公式
5.6kA额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd6短路电流SN4-10G/5000型断路器也满足要求其热稳定、动稳定性校验与母联侧相同根据主接线需要,共选SN4-10G/5000型断路器6个
5.
4.3隔离开关的选择
①进线侧断路器、母联隔离开关的选择流过隔离开关的电流,由公式
5.4A额定电压选择,由公式
5.6kV额定电流选择,由公式
5.7A极限电流选择,由公式
5.3kAkA加载限流电抗器后d3点短路电流初选GN10-10T/5000-200型隔离开关,其主要技术参数如表
5.15所示热稳定校验,由公式
5.1表
5.15隔离开关主要技术参数隔离开关型号额定电压/kV额定电流/A极限提供通过电流/kA热稳定电流5s/kAGN10-10T/5000-200105000200100[kA2s]所以,[kA2s],满足热稳定校验动稳定校验,由公式
5.3kAkA,满足动稳定校验,因此所选断路器符合要求
②主变压器侧隔离开关的选择,由公式
5.5A额定电压选择,由公式
5.6kA额定电流选择,由公式
5.7A开断电流选择,由公式
5.8kAd5短路电流GN10-10T/5000-200型隔离开关也满足要求其热稳定、动稳定性校验与母联侧相同根据主接线需要,共选GGN10-10T/5000-200型隔离开关4个
5.
4.4电流互感器的选择主变10kV侧电流互感器的选择一次回路电压,由公式
5.12kV二次回路电流由公式
5.12A选择LMZD-10系列中额定电流比为11000/5的电流互感器,其主要技术参数如表
5.16所示表
5.16电流互感器主要技术参数互感器型号额定电流比/A级次组合准确级次动稳定电流倍数热稳定电流倍数1sLMZD-1011000/
50.5/D
0.59040动稳定校验由公式
5.3kAkA满足动稳定校验下面进行热稳定校验由公式
5.1[kA2s][kA2s]满足热稳定校验由于10kV母联侧与10kV主变侧的运行条件相同,故进线侧、母联侧同样选用LMZD-10系列中额定电流比为11000/5的电流互感器,共计10个6雷电及防雷接地
6.1雷电参数及防雷装置
6.
1.1雷电放电雷电是一种极为壮观的自然现象,由于其强大的威力和破坏作用,自古以来,一直吸引着人们的注意力雷电起源于云中水气的起点和同极性电荷的积累,带电的云块称为雷云,雷云是产生雷电的先决条件雷电放点可能是在云中两块异性的雷云尖发生,称之为云中放电也可能是雷云对大地间放电,称之为云-地放电雷云电荷向下发展而形成的雷电放电称为下行雷,下面以下行雷为例来分析雷电放电
[9]的三个阶段1先导放电阶段雷云对大地有静电感应,在雷云电场下,大地感应出异种电荷,两者形成一个特殊的大电容器,随着雷云中电荷的逐步积累,空间的电场强度不断增大当雷云中电荷密集处的电场强度达到空气击穿场强25~30kV/cm时,就产生强烈的碰撞游离,形成指向大地的一段导电通道,称为雷电先导先导放电不是连续向下发展的,而是一段接着一段地向前推进2主放电阶段当下行先导接近地面时,会从地面较突出的部分发出向上的迎面先导当迎面先导与下行先导相遇时,便产生强烈的“中和”过程,引起极大的电流,这就是雷电的主放电阶段,伴随出现闪电和雷鸣现象主放电阶段的特点是
①主放电存在的时间极短,约为50~100µs
②电流极大,可达数十乃至数百千安3余光放电阶段主放电到达云端就结束了,然后云中残余电荷经主放电通道流下来,称为余光放电阶段由于雷云中的电阻较大,余光放电阶段对应的电流不大约数百安,持续时间则较长
0.03~
0.05s雷云中的电荷分布是不均匀的,往往形成多个电荷密集中心,所以第一个电荷中心完成上述放电过程后,可能引起第二个、第三个甚至多个的中心向第一个中心放电,并沿原先的通道到达大地,因此雷电可能是多重性的第二次及以后的主放电电流一般较小,不超过30kA
6.
1.2雷电参数1雷击时的等值电路雷击地面由先导放电转变为主放电的过程可以用一根已经充电的垂直导线突然于被击物体接同来比拟,如图
6.1a所示图中是被击物体于大地零地位之间的阻抗,是先导放电通道中电荷的线密度,开关S未闭合之前相当于先导放电阶段当先导通道到达地面或与地面目标上发出迎面先导相遇时,主放电即开始,相当于开关S合上此时将有大量的正、负电荷沿先导通道逆向运动,并使其中来自雷云的负电贺中和,如图
6.1b所示与此同时,主放电电流即雷电流流过雷击点A并通过阻抗,此时A点电位u也突然升至显然,电流的数值于先导通道的电荷密度及主放电的发展速度v有关,并且还受阻抗的影响因为先导通道的电荷密度很难测定,主放电的发展速度也只能根据观测大体判断,唯一容易侧知的量是主放电以后相当于S合上以后流过阻抗的电流因此利用雷电放电过程简化成一个数学模型,进而用到彼德逊等值电路[如图
6.1c、d所示]以求得比较统一的分析方法图
6.1所示c、d中为主放电通道的波阻抗和则式从雷云向地面传来的行波的电压和电流a模拟电路b主放电电路c主放电通道电路d等值电路图
6.1雷击放电计算模型2雷电流因为雷电波流经被击物体时的电流与被击物体的波阻抗Z有关,因此,我们把流经被击物体的波阻抗为零时的电流被定义为“雷电流”,用来表示根据雷电放电的等值电路,可知流经被击物体的波阻抗为时的电流与雷电流的关系为
6.1目前,我国规程建议雷电通道的波阻抗为300~400
①幅值雷电流的幅值与气象、自然等条件等有关,只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律我国现行标准推荐雷电流幅值分布的概率如下
6.2式中为雷电流幅值,kA;为幅值大于的雷电概率例如,当雷击时,出现大于88kA的雷电流幅值的概率p约为10%我国西北地区内蒙古等雷电活动较弱,雷电流幅值较小,P可按下式计算
6.3
②波头、陡度及波长根据实测结果,雷电冲击波的波头是在1~5µs的范围内变化,多为
2.5~
2.6µs;波长在20~100µs的范围内,多数为50µs左右波头及波长的长度变化范围很大,工程上根据不同情况的需要,规定出相应的波头于波长的时间在线路防雷计算时,规程规定取雷电流波头的时间为
2.6µs,波长对防雷计算结果几乎无影响,为简化计算,一般可视为无限长雷电流的幅值与波头,决定了雷电流的上升陡度,也就是雷电流随时间的变化率雷电流的陡度对雷击过电压影响很大,也是一个常用参数可认为雷电流的陡度α与幅值I有线性关系,即幅值愈大,陡度愈大一般认为陡度超过50kA/µs的雷电流出现的概率已经很小了
③波形、陡度及波长实测结果表明,雷电流的幅值、陡度、波头、波尾虽然每次不同,但都是单极性的脉冲波,电力设备的绝缘强度实验和电力系统的防雷保护设计,要求将雷电流波形等值为典型化、可用公式表达、便于计算的波形图
6.2a是标准冲击波,它可表示为试中为某一固定电流值,a(b)c图
6.2雷击主放电时的电流波形、是两个常数,t时间当被击物体的阻抗只是电阻R时,作用在R上的电压波形u于电流波形同双指数波形也用做冲击绝缘强度实验的标准电压波形我过采用国u于电流波形同双指数波形也用做冲击绝缘强度实验的标准电压波形我过采用国际电工委员会IEC国际标准图
6.2b为斜角平顶波,其陡度可由给定的雷电流幅值I和波头时间决定,在防雷保护计算中,雷电流波头采用
2.6µs这样,可取为I/
2.6kA/µs.图
6.2c为等值余弦波,雷电流波形的波头部分,接近半弦波,其表达式为
6.4式中为雷电流幅值,kA;ω为角频率,为波头时间
2.6这种等值波形多用于分析雷电流波头的作用,因为用余弦函数波头计算雷电流通过电感支路时所引起的压降比较方便3雷暴日与雷暴小时由于地理条件及气象条件等因素的不同,各地雷电活动的强烈程度不大相同,因此在进行防雷设计和采取防雷措施时必须要从该地区的雷电活动具体情况出发为了统计雷电的活动强度,可以用雷暴日与雷暴小时表示雷暴日是每年中有雷电的日数,雷暴小时是每年中有雷电的小时数即在1天或1h内只要听到雷声就作为一个雷暴日或者一个雷暴小时我国有关标准建议采用雷暴日作为计算单位根据统计,我国大部分地区雷暴小时与雷暴日的比值大约为3根据长期统计的结果,在我国规程中绘制了全国平均雷暴日分布图,可作为防雷设计的依据全年平均雷暴日数为40的地区为中等雷电活动强度区,如长江流域和华北的某些地区;年平均雷暴日不超过15日的为少雷区,如西北地区;超过40日的为多雷区,如华南某些地区4地面落雷密度雷暴日和雷暴小时中,包含了雷云之间的放电,而防雷实际中关心的是云地之间的放电地面落雷密度表征了雷云对地放电的频繁程度,其定义为每平方千米每雷暴日的对地落雷次数,用表示世界各国根据各自的具体情况,的取值不同根据我国标准规定,对雷暴日为40日的地区,次/km2雷暴日
6.
1.3避雷针和避雷线避雷针和避雷线可以防止雷电直接击中被保护物体,因此也称为直击雷保护
[10]1保护原理避雷针线的保护原理可归纳为能使雷云电场发生突变,使雷电先导的发展沿着避雷针的方向发展,直击于其上,雷电流通过避雷针线及接地装置泻入大地而防止避雷针线周围的设备受到雷击避雷针需要有足够截面的接地引下线和良好的接地装置,以便将雷电流安全地引入大地2保护范围由于雷电的路径受到很多偶然因素的影响,因此要保证被保护物绝对不受直击雷是不现实的,一般保护范围是指具有
0.1%左右雷击概率的空间范围,实践证实此概率是可以被接受的
①单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的近似锥形的空间它的侧面边界原为一根曲线,近似地用折线代替,如图图
6.3所示图
6.3单支避雷针的保护范围高度为hX的被保护物距离避雷针的水平最大允许距离也是避雷针在高度hX截面的保护半径rX可按下式计算当时
6.5当时
6.6式中─避雷针的高度;─避雷针的有效高度,;—考虑避雷器影响的校正系数,,,时,
6.7
②两支等高避雷针当两根避雷针距离不太远时,由于两根针的联合屏蔽作用,使两针中间部分的保护范围比单针时有所扩大图
6.4表示两等高避雷针的保护范围两针外侧的保护范围按式
6.1和式
6.2计算两针间保护范围的上部边缘应按通过两针顶点及中间最低点O的圆弧确定O点的高度按式
6.8计算
6.8式中─两针的距离,m图
6.4高度为h的二等高避雷针保护范围两针间水平面上保护范围一侧的保护范围最小处的最大保护宽度按式
6.9计算
6.9为了保证两针联合保护的效果,建议两支避雷针之间的距离不宜大于
③多支等高避雷器三支等高避雷针的保护见,三针所形成的三角形的外侧保护范围分别按两支等高的针的计算方法确定,如在三角形内被保护物最大高度的水平面上各自相邻避雷针间保护范围的一侧宽度时,则全部面积受到保护
④避雷线因为避雷线对雷云与大地间电场畸变的影响比避雷针小,所以其引雷作用和保护宽度比避雷针要小但因避雷线的保护长度是与线等长的,故特别适于保护架空线路及大型建筑物,目前世界上大多数国家已转而用避雷线来保护500kV大型超高压变电站在水平面上每侧保护范围的宽度,可按下列公式计算:当时
6.10当时
6.11式中—每侧保护范围的宽度,m两根等高避雷线外侧的保护范围仍按单根避雷线时确定两避雷线间横截面的保护范围应由通过两避雷线
1、2及保护范围边缘最低点O的圆弧确定,O点的高度应按式
6.12计算
6.12式中—两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高度,单位为m;—两避雷线间的距离,单位为m;—避雷线的高度,单位为m
6.
1.4避雷器当发电厂、变电所用避雷针保护以后,电力设备几乎可以免受直接雷击,但是长达数
十、数百公里的输电线,虽然有避雷线的保护,但由于雷电的饶击和反击,仍不能完全避免输电线上遭受大气过电压的侵袭,其幅值可达
一、二百万伏此过电压还会沿着输电线侵入变电所,直接危及变压器等电气设备,造成事故为了保护电器设备的安全,必须限制出现在电气设备绝缘上的过电压的峰值,就需要装设避雷器为了使避雷器达到预期的保护效果,必须正确选择避雷器,一般有如下基本要求
①雷电击于输电线路上时,过电压会沿导线入侵发电场或变电所,在危及被保护绝缘时,要求避雷器能瞬时动作
②避雷器一旦在冲击电压作用下放电,就造成对地短路,此时瞬间的雷电过电压虽然已经消失,但工频电压却相继作用在避雷器上,此时流经间隙的工频电弧电流,称为工频续流,此电流将是间隙安装处的短路电流,为了不造成跳闸,避雷器应具有能自行截断工频续流,恢复绝缘强度的能力,使电力系统能继续正常运行
③应具有平直的伏秒特性曲线,并与被保护设备的伏秒特性曲线之间有合理的配合这样,在被保护物可能击穿以前,避雷器便发生动作,将过电压波截断,从而起着可靠的保护
④具有一定通流容量,且其残压应低于被保护物的冲击耐压1避雷器的分类目前使用的避雷器主要有四种类型
①保护间隙;
②排气式避雷器;
③阀式避雷器;
④金属氧化物避雷器保护间隙和排气式避雷器主要用于变电所进线段保护;阀式避雷器和金属氧化物避雷器用于变电所和发电厂的保护2阀式避雷器电气特性的基本参数
①普通型阀式避雷器电气特性参数额定电压有效值,kV上指施加到避雷器端部的最大允许的工频电压有效值在选用避雷器时,应保证其端部的工频电压升高在任何情况下都不会超过值,否则避雷器将因不能灭弧而发生爆炸根据分析计算,在中性点直接接地电网中,最大工频电压和相应的值取最高运行线电压的75%~80%;在中性点经消弧线圈接地的电网中,取电网最高运行线电压的100%;在中性点不接地的电网中,则取电网最高运行线电压的110%残压峰值,kV放电电流通过避雷器时,其端子间的最大电压值称为避雷器的残压220kV及以下避雷器的残压是以通过5kA的电流计;330~550kV的避雷器则以通过10kA的电流计,分别用和表示冲击放电电压峰值,kV避雷器的冲击放电电压时指雷电压
1.2/50µs作用下避雷器的放电电压峰值
②金属氧化物避雷器电气特性参数额定电压有效值,kV氧化锌避雷器的额定电压仍按电网中单相接地条件下健全相的最大暂态工频过电压选取最大持续运行电压有效值,kV指避雷器能长期持续运行的最大工频电压有效值它一般应等于系统的最高运行相电压荷电率指最大长期工作电压的幅值与起始动作电压之比它是表示电阻片上电压负荷程度的一个参数设计氧化锌避雷器时为它选择一个合理的荷电率是很重要的,应综合考虑电阻片特性的稳定度、漏电流的大小、温度对伏安特性的影响、电阻片预期寿命等因素选定的荷电率大小对电阻片的老化速度有很大的影响,一般选用45%~75%或更大
6.2防雷接地
6.
2.1接地与防雷接地所谓接地,就是把设备与电位参照点的地球作为电气上的连接,使其对地保持一个低的电位差
[11]其办法是在大地表面土层中埋设金属电极,这种埋入地中并直接与大地接触的金属导体,叫做接地体,有时也称为接地装置按其目的接地可分为四种1工作接地电力系统为了运行的需要,将电网某一点接地,其目的是为了稳定对地电位与继电保护上的需要2保护接地为了保护人身的安全,防止因电气设备绝缘劣化,外壳可能带电而危及工作人员安全3静电接地在可燃物场所的金属物体,蓄有静电后,往往爆发火花,以致造成火灾因此要对这些金属物如储油罐等接地4防雷接地导泄雷电流,以消除过电压对设备的危害顾名思义,防雷接地装置的作用用于防雷保护中,防雷接地装置性能的好坏将直接影响到被保护设备的耐雷水平和防雷保护的可靠性我们知道避雷针或避雷器因雷击而动作时,幅值极高的雷电流将经过避雷针或避雷器及其接地装置而流入大地,如果接地装置不符合要求,接地电阻过大时,被击物如避雷针、避雷线等仍将会有很高的电位,以致被保护设备有可能遭到反击,因此防雷接地装置起着十分重要的作用下面将重点讨论防雷接地
6.
2.2发电厂和变电所的防雷接地发电场和变电所内需要有良好的接地装置以满足工作、安全和防雷保护的接地要求一般的做法是根据安全和工作接地要求敷设一个统一的接地网,然后再在避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷接地的要求人工接地网的外缘应闭合,外缘各角应做成圆弧形,圆弧半径不宜小于均压带间距的一半接地网内应铺设水平均压带接地网的埋设深度不宜小于
0.6m,有条件的埋设在1m以下北方冻土区应埋设在冻土层以下接地网可以采用长孔网或者方孔网,方孔网的均压,特别是在冲击电流作用下的均压效果要好的多接地网的均压带可采用等间距或不等间距的布置35kV以上变电所接地网边缘经常有人出入的走道外,为降低跨步电压应铺设砾石、沥青路面或者在地下装设两条与地网相连接的均压带接地网由扁钢水平连接,埋入地下
0.6~
0.8m处,其面积S大体与变电所的面积相同,如图
6.5所示,这种接地网的总接地电阻可按下式估算a长孔(b)方孔图
6.5接地网示意图
6.13式中L—接地体(包括水平与垂直的)总长度,单位为m;S—接地网的总面积接地网构成网孔形的目的,主要在于均压接地网中两水平接地带之间的距离,一般可取为3~10m,然后校核接触电位差和跨步电位差后给予以调整方形和矩形地网接地电阻的计算考虑到保持周长不变将圆环变为方框后,占地面积将由原来的缩小为,把计算圆环或圆盘的接地电阻公式
6.14接地电阻系数为
6.15式中的用取代,在考虑方板的修正后,得方形接地网的接地电阻的公式为
6.16工频电阻系数为
6.17其中,A,分别为地网面积和地网周长,,分别为水平接地体长度和接地体直径,为土壤电阻率
6.187桃海变电站所处环境
7.1桃海变电站所处环境桃海变电站为一个重要的330kV的地区枢纽变电站,该站有三个电压等级,分别为330kV、110kV和10kV,330kV有2条线路,分别与炳灵变、兰州西变相连;110kV有进出线12条,是110kV兰州电网北三环和西二环电网的支撑点,分别到兰州电网北开关站、安宁变、建西变、郑家庄变、东川开关站、西固热电厂及建国厂;10kV主要是站用电源及无功补偿装置其电源有330kV的炳灵变、兰州西变及110kV的西固热电厂该站长200m宽160m建筑物高9m桃海变电站所在地环境条件1电站地处黄土高原;2当地的电阻率m;3度最高平均气温+33℃,年最高气温40℃,土壤温度+15℃;4海拔1500m;5污染程度轻级;6年雷暴日数15日/年
7.2桃海变电站的直击雷防护方案及计算
7.
2.1直击雷防护方案变电所对于直击雷的保护一般采取装设避雷针和采用沿变电所进线段一定距离内架设避雷线的方法解决,其作用是将雷电吸引到避雷针线本身上来并安全地将雷电流引入大地从而保护了设备为免遭受雷击,所有被保护设备均应处于避雷针的保护范围之内,当雷击避雷针时,避雷针对地面的电位可能很高,如它们与被保护电气设备之间的绝缘距离不够,就有可能在避雷针遭受雷击后,使避雷针与被保护设备之间发生放电现象,这种现象叫反击此时避雷针仍能将雷电波的高电位加至被保护的电气设备上,造成事故不发生反击事故的避雷针与电气设备之间的距离称为避雷针与电气设备之间防雷最小距离由以上原则,再考虑到平北站牵引变电所设备、建筑的实际布局情况,设计中桃海变电站其防直击雷的保护是采用安装四只构架避雷针的方法安装位置如图
7.1所示,在配电装置的构架或房顶上安装两支避雷针予以保护因为330kV变电站的电压等级的绝缘水平较高,即使遭受直接雷击,一般也不易引起反击,因此采用构架避雷针图
7.1变电站避雷针安装位置图
7.
2.2避雷针高度的计算及其安装1避雷针高度计算知桃海变电所站长200m,宽156m变电所内最高建筑为9m则m,m,m由前面关于多支等高避雷针的介绍可知,要使桃海变电站牵引变电所全面积都在避雷针的保护范围内,则要使四针所构成四边形的对角线L满足且满足任意两针间水平面上保护范围一侧的保护范围最小处的最大保护宽度
[12]330kV桃海变电站采用4针联合保护,四针所构成四边形的对角线为假设避雷针高度30mm,则由可得到m则m解得为了留有裕量取55m,即避雷针的高度取为55m下面来检验下是否满足由公式
6.8可得到mm由公式
6.9则mm此时故牵引变电所全面积得到保护2避雷针的安装
①避雷针安装的要求选择独立避雷针的装设地点时,避雷针及其接地装置与配电装置之间应保持以下规定距离在地上,由独立避雷针到配电装置的导电部分间,以及到变电所电气设备与构架接地部沙间的空气距离一般不小于5米;在地下,由独立避雷针本身的接地装置与变电所接地网间最近的地中距离一般不小于3米
②装设避雷针的注意事项为防止雷击避雷针时雷电波沿电线传入室内,危及人身安全,所以照明线或电话线不要架设在独立避雷针上;独立避雷针及其接地装置,不应装设在人畜经常通行的地方并应距离道路不小于3m,否则应采取均压措施,或铺设厚度为50mm到80mm的沥青加
7.3桃海变电站的感应雷防护方案及避雷器的选择
7.
3.1桃海变电站的感应雷防护方案变电所对感应雷防护的主要措施是在进线(或母线上)装设阀型避雷器避雷器与被保护的电气设备之间的电气距离直接影响避雷器的保护效果装设避雷器是限制侵入波过电压的主要措施,所以必须正确选择避雷器的型式,合理确定保护接线方式如避雷器的台数、装设位置等同时采取相应的措施限制入侵波的幅值和陡度
7.
3.2桃海变电站的避雷器选1330kV侧避雷器的选择已在
5.
2.7中选出,共选ZF6-363避雷器8个2110kV侧避雷器的选择选用YH5W-108/281型复合外套金属氧化物避雷器,共计选用13个主要技术指标如表
7.1所示表
7.1YH5W-108/281主要参数比较系统额定电压(有效值)/kV避雷器型号持续运行额定电压(有效值)/kV直流1mA参考电压/kV不小于工频参考电压(有效值阻性1mA/kV不小于2ms方波/A110YH5W-108/
28184.2157108400600310kV侧避雷器的选择选用YH5WZ-17/45型复合外套金属氧化物避雷器,共计选用10个主要技术指标如表
7.2所示表
7.2YH5W-108/281主要参数比较系统额定电压(有效值)/kV避雷器型号持续运行额定电压(有效值)/kV直流1mA参考电压/kV不小于工频参考电压(有效值阻性1mA/kV不小于2ms方波/A10YH5WZ-17/
4513.
624162004007.4桃海变电站接地网设计及计算为保证变电站工作人员的安全和变电设备的正常运行,变电站必须设置接地装置—接地网桃海变电站地网采用方孔地网,垂直接地体采用直径为50mm管壁厚4mm,长度为
2.5m的钢管,水平接地体采用宽度为40mm,厚度为5mm的扁钢地网埋深为
0.8m对桃海变电站地电阻可采用如下的公式
6.
15、
6.
16、
6.
17、
6.18其中为接地网面积;为接地体总长度;l0为接地网外缘长度;h为水平接地体所埋深度;为等效直径;为接地电阻对于变电站的接地装置来说,工频接地电阻的大小是考核接地装置的主要指标,它直接关系到变电站的人身安全,如果工频接地电阻超过
0.5Ω就要根据现场实际情况想办法降低接地装置的工频接地电阻由前面的已知条件可知桃海变电站的土壤电阻率,且其占地面积较大,地网的面积较大可以先按照间距为10m的接地网进行计算,若变电所接地电阻超过合格值
0.5Ω,可以采用外延接地的方法,也可以采用改善土壤电阻率的办法其中改善电阻率的办法有
①换土法,即使用电阻率较低的土壤来置换掉土壤电阻率较高的土壤
②工业废渣填充法,即利用附近工厂的废渣,做到综合利用置换材料的特性应保证电阻率低,性能稳定,易于吸收和保持水分,无强烈的腐蚀作用,并且施工方便、经济合理目前最常用的是采用各种降阻剂法根据以上条件可知接地网面积A为Am2接地导体长为200m导体需要200/10=20根,长度为160的导体需要160/10=16根,则导体总长度为外缘导体总长为mm,则有由公式
6.15由公式
6.16由公式
6.17由公式
6.18满足变电所地网工频接地电阻不超过合格值
0.5的要求变电站防雷接地图如附图2所示结论本文在对330kV桃海变电站负荷调查的基础上,设计了其主接线形式,通过计算选择了主要电气设备讲述了雷电、雷电压和雷电流的形成过程并给出了雷电参数,阐述了防雷装置如避雷针、避雷器的防雷原理以及保护范围,给出了直击雷和感应雷的防护方案设计中,结合当地现状,综合考虑了气候、地形、环境等多种因素,给出了较好的防雷接地保护方案最后绘制了桃海变电站接地网的平面设计图通过对上述内容的研究分析,可得出以下结论1330kV桃海变电站时地区电网枢纽站,因此变电站一旦发生雷击事故时,就有可能造兰州区部地区供电系统的瘫痪,给生产和生活造成巨大的损失2要实现有效的防雷安全,则要建立一套完善而健全的综合立体的防雷系统一套完善而健全的综合立体防雷系统包括直击雷的防护;感应雷的防护;接地网3变电站直击雷的防护应在变电站范围内架设避雷针,使变电站的全面积都在避雷针的保护范围之内4接地网的工频接地电阻值应小于
0.5,若由于环境因素不能达到这一要求,应综合采用敷设外延地网和换土等方法降低接地网的工频接地电阻值5为了保护变电站电气设备的安全运行,在装设避雷器时一定要限制避雷器的残压,也就是对流过避雷器的电流必须加以限制,使之不大于5kA,同时要限制入侵波的陡度6要使所有的设备到避雷器的电气距离都在保护范围内避雷器一般安装在母线上致谢在本次设计完稿之际,我要向所有在本次设计中支持、帮助过我的人致谢,感谢大家悉心的指导和热情的帮助首先我要感谢我的指导老师李彦哲副教授李老师渊博的知识、科学严谨的治学态度以及对工作的高度责任感深深影响了我,这将是今后的学习、工作和生活中的宝贵财富感谢李老师在本次设计的过程中对我耐心指导和细心的教诲在论文写作过程中,还得到了许多老师的指导和帮助,在此,感谢电气工程专业的所有老师在学习和生活上对我的关心同时,同学们也为我提供了力所能及的帮助,提了不少宝贵的意见,并创造了浓厚的学习气氛,在此向他们表示深深的感谢最后,祝愿各位老师、同学身体健康,万事如意!参考文献
[1]何金良曾嵘.电力系统接地技术[M].北京:西安交通大学出版社科学出版社
2007.
[2]于永源杨绮雯.电力系统分析[M].北京:中国电力出版社
2007.
[3]刘笙永.电气工程基础[M].北京:科学出版社出版社
2002.
[4]水利电力部西北电力设计院.电气工程设计手册电气一次部分[S].北京:中国电力出版社
1989.
[5]现代电厂概论.现代电厂概论[M].北京:中国电力出版社
1999.
[6]黄益庄.变电站综合自动化技术[M].北京:中国电力出版社
2001.
[7]范锡普.发电厂电气部分[M].北京:水利水电出版社
1995.
[8]中国电器工业协会编辑委员会.输配电手册[S].北京:水利水电出版社机械工业出版社
2003.
[9]张一尘.高电压技术[M].北京:中国电力出版社
2007.
[10]林福昌.高电压工程[M].北京:中国电力出版社
2006.
[11]李景禄.接地装置得运行与改造[M].北京:中国电力出版社
2005.
[12]雷振山.中小型变电所实用设计手册[S].北京:中国水电出版社
2005.附录附图内容名称如下附图1桃海变电站主接线图;附图2桃海变电站防雷接地图。