35KV变电所三级负荷防解读.docx
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35KV变电所三级负荷防解读
《工厂供电》课程设计
课程名称:
35KV变电所三级负荷防
雷接地保护的设计
学院:
电气工程学院
班级:
姓名:
学号:
2011年12月22日
目录
1、前言…………………………………………………………4
2、关键词………………………………………………………5
3、主变压器容量、型号和台数的选择
3.1主变压器的选择………………………………………5
3.2主变台数选择…………………………………………5
3.3主变型号选择…………………………………………5
4、主接线形式设计
4.110kV出线接线方式设计………………………6
4.235kV进线方式设计……………………………6
5、短路电流计算………………………………………………7
5.1短路计算的目的………………………………………8
5.2短路点的确定…………………………………………9
6、电气一次设备的选择………………………………………10
6.1高压电气设备选择的一般标准…………………………11
6.2高压断路器及隔离开关的选择…………………………13
7、防雷
7.1防雷设备…………………………………………………14
7.2防雷措施…………………………………………………15
7.3变配电所的防雷措施……………………………………15
8、接地
8.1接地与接地装置………………………………………16
9、原理图………………………………………………………16
10、总结………………………………………………………17
11、参考文献…………………………………………………17
1、前言
变电所是电力系统防雷的重要保护设施,如果发生雷击事故,将造成大面积的停电,严重影响社会生产和人民生活。
因此要求变电所的防雷措施必须十分可靠;详细分析了雷击发生时,变电站电气设备可能受到的干扰和损害,提出了在变电站设计时应采取的防雷保护措施。
这次设计的主要内容是对某地区35kV变电所的设计,该变电所位于平原地带,交通方便,无特殊环境污染。
该地区最热月平均温度30度,年最高温度为40度,年平均气温15度,土壤温度20度。
35kV系统为中性点不直接接地系统,发生单相接地故障时,可以继续运行。
并且该变电所与甲,乙两变电站相连,35kV线路一般三相导线采用三角形排列,顶相导线对其他两相起到保护作用,易遭到雷击,如果雷电流不大,只会产生单相接地故障,接地电流为电容电流,电流小容易熄灭,即使线路较长,电容电流大,可采用变压器中性点加装消弧线圈方式,限制单相接地电流。
发生雷击时,该系统可以正常运行。
一般防雷保护采取架设1~2km避雷线及相关避雷器构成35kV进线段保护。
并且根据所有的条件进行设计,选择主变压器的台数和容量,并进行短路电流计算,从而进行设备选型和校验,选择合适的电压、电流互感器,同时介绍了一些电气设备选择的原则。
对主变压器进行保护设计,进一步整定计算,最后规划该变电所的防雷保护措施,做出完整的35kV变电所电气部分设计。
变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所,担负着电压变换和电能分配的重要任务。
变电站雷电保护接地即为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。
防雷接地是否合理是保证变电站安全、可靠运行的重要因素之一。
本文分析了变电站的防雷措施和接地系统,提出了变电站三级防雷保护构想。
2、关键词
变电站、雷击、电磁干扰、等电位、接地装置
3、主变压器容量、型号和台数的选择
3.1主变压器的选择
变电所主变压器的容量一般按照变电所建成后5-10年的规划负荷考虑,并应按照其中一台停用时其它变压器能满足变电所最大负荷Smax的60%或全部重要负荷选择。
3.2主变台数选择
根据题目条件可知,主变台数为两台。
3.3主变型号选择
本变电所有35kV、10kV两个电压等级,根据设计规程规定,“具有两个电压等级的变电所中,首先考虑双绕组变压器。
根据以上条件,选择S9-6300/35变压器。
4、主接线形式设计
根据设计任务书的要求和设计规模。
在分析原始资料的基础上,参照电气主接线设计参考资料。
依据对主接线的基本要求和适用范围,确定一个技术合理,经济可靠的主接线最佳方案。
4.110kV出线接线方式设计
对于10KV有六回出线,可选母线连接方式有分段的单母线接线,单母线带旁路母线接线,双母线接线及分段的双母线接线。
根据要求,单母线带旁路母线接线方式满足“不进行停电检修”和经济性的要求,因此10KV母线端选择单母线带旁路母线接线方式。
4.235kV进线方式设计
本题目中有两台变压器和两回输电线路,故需采用桥形接线,可使断路
最少。
可采用的桥式接线种类有内桥接线和外桥接线。
外桥形接线的特点为:
①供电线路的切入和投入较复杂,需动作两台断路
器并有一台变压器停运。
②桥连断路器检修时,两个回路需并列运行,③变压器检修时,变压器需较长时间停运。
内桥形接线的特点为:
①变压器的投入和切除较为复杂,需动作两台断
器,影响一回线路的暂时供电②桥连断路器检修时,两个回路需并列运行,③出线断路器检修时,线路需较长时间停运。
其中外桥形接线满足本题目中“输电线路较短,两变压器需要切换运行”的要求,因此选择外桥接线。
5.短路电流计算
5.1短路计算的目的
(1)选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。
(2)为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确确定其参数,必须对
电力网发生的各种短路进行计算和分析
(3)在设计和选择电力系统和电气主接线时,为了比较各种不同的方案的接线图,确定是否采用限制短路电流的措施等,都要进行必要的短路计算。
(4)进行电力系统暂态稳定计算,研究短路时用电客户工作的影响等。
也包含一部分短路计算。
5.2短路点的确定
在正常接线方式下,通过电器设备的短路电流为最大的地点称为短路计算点,比较断路器的前后短路点的计算值,比较选取计算值最大处为实际每段线路上短路点。
6、电气一次设备的选择
6.1高压电气设备选择的一般标准
导体和电器的选择设计、必须执行国家的有关技术、经济的政策,并应做到技术先进、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地,以满足电力系统安全经济运行的需求。
①应满足正常运行,检修,短路和过电压情况下的需求,并考虑到远景发展需要。
②按当地环境条件校核。
③应力求技术先进和经济合理
④选择异体时应尽量减少品种
⑤扩建工程应尽量使新老电器型号一致
⑥选用新产品,均应具有可靠的试验数据,并经正式鉴定合格。
断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间。
该系统中各断路器的短路切除时间列表如下,这里架设各断路器的全开断时间为0.06s,由于短路电流周期分量的衰减在该系统中不能忽略,为避免计算上的繁琐,较验热稳定时用等值时间法来计算短路点电流周期分量热效应QK。
6.2高压断路器及隔离开关的选择
开关电器的选择及校验原则
6.2.1主变压器35KV侧断路器及隔离开关的选择
在此系统中统一取过负荷系数为1.5则最大电流
最热月平均气温30℃,综合修正系数K=1.05
7、防雷
7.1防雷设备
防雷的设备主要有接闪器和避雷器。
其中,接闪器就是专门用来接受直接雷击(雷闪)的金属物体。
接闪的金属称为避雷针。
接闪的金属线称为避雷线,或称架空地线。
接闪的金属带称为避雷带。
接闪的金属网称为避雷网。
避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内,以免危及被保护设备的绝缘。
避雷器应与被保护设备并联,装在被保护设备的电源侧。
当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时,避雷器的火花间隙就被击穿,或由高阻变为低阻,使过电压对大地放电,从而保护了设备的绝缘。
避雷器的型式,主要有阀式和排气式等。
7.2防雷措施
7.2.1架空线路的防雷措施
7.2.1.1架设避雷线
这是防雷的有效措施,但造价高,因此只在66KV及以上的架空线路上才沿全线装设。
35KV的架空线路上,一般只在进出变配电所的一段线路上装设。
而10KV及以下的线路上一般不装设避雷线。
电站防雷保护的目的就是设法防止雷电过电压侵入电气设备,并应采取相应措施将它尽可能降低到对电气设备的绝缘不致造成损害的程度。
避雷针、避雷线、避雷网、避雷带是经常采用的防雷装置,接地装置是防雷装置的重要组成部分。
对于农村35kV变电站的防雷保护措施主要有:
装设避雷针保护整个变电所建筑物以及遭直接雷击;装设架空避雷线(或避雷针)及其它避雷装置作为变电所进出线段的防雷保护。
根据农村35kV变电站设计的实践体会,就变电站防雷保护与接地设计中存在的主要问题进行探讨。
1变电站的进线保护设计变电站设计规程规定对35kV变电站进线要进行防雷保护。
在土壤电阻率不大于500Ω·m的地区,允许将线路的避雷线引到站内出线门型架构上,并应装设集中接地装置,避雷线与集中接地装置的连接点应便于分开。
在土壤电阻率大于500Ω·m的地区,避雷线应架设到线路终端杆塔为止,从终端塔到配电装置的进线段可采用独立避雷针或在线路终端塔上装设避雷针进行保护。
为便于进线防雷保护避雷线的安装,要求线路终端塔与母线门型架不带角度(小于5°),但在以前完成的35kV变电站设计中,这个问题常被忽视
7.2.1.2提高线路本身的绝缘水平
在架空线路上,可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子,以提高线路的防雷水平,这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。
一、变电站防雷的措施
(一)防直击雷
避雷针是防护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接收器,其作用是把雷电吸引到避雷针身上并安全地将雷电流引入大地中,从而起到保护设备效果。
因此,架设避雷针是变电所防直击雷的常用措施。
变电所装设避雷针时应使所有设备都处于避雷针保护范围之内,此外,还应采取措施,防止雷击避雷针时的反击事故。
对于35kV变电站,保护室外设备及架构安全,必须装有独立的避雷针。
独立避雷针及其接地装置与被保护建筑物及电缆等金属物之间的距离不应小于5米,主接地网与独立避雷针的地下距离不能小于三米,独立避雷针的独立接地装置的引下线接地电阻不可大于10Ω,并需满足不发生反击事故的要求;对于110kV及以上的变电所,装设避雷针是直击雷防护的主要措施。
由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高,可将避雷针直接装设在配电装置的架构上,同时避雷针与主接地网的地下连接点,沿接地体的长度应大于15米。
因此,雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。
(二)防感应雷
雷击防雷系统时所产生的雷电放电及电磁脉冲,以及雷电过压通过金属管道、电缆会对变电站控制室内各种弱电设备产生严重的电磁干扰,从而影响整个系统的正常运行。
为保证弱电设备的正常运行,可从以下几方面采取措施:
采用多分支接地引下线,使通过接地引下线的雷电流大大减小;改善屏蔽,如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性适当配合的双层屏蔽;改进泄流系统的结构,减小引下线对弱电设备的感应并使原有的屏蔽网能较好地发挥作用;除电源入口处装设压敏电阻等限制过压的装置外,在信号线接入处应使用光电耦合元件或设置具有适当参数的限压装置;所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆,屏蔽层公用一个接地网;在控制室及通讯室内敷设等电位,所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。
7.2.1.4装设自动重合闸装置
线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。
在断路器跳闸后,电弧即自行熄灭。
如果采用一次ARD,使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸,电弧通常不会复燃,从而能恢复供电,这对一般用户不会有什么影响。
7.2.1.5个别绝缘薄弱地点加装避雷器
对架空线路上个别绝缘薄弱地点,如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处,可装设排气式避雷器或保护间隙。
7.3变配电所的防雷措施
7.3.1装设避雷针
室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。
如果变配电所处在附近高建(构)筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时,不必再考虑直击雷的保护。
7.3.2高压侧装设避雷器
这主要用来保护主变压器,以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所,损坏了变电所的这一最关键的设备。
为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。
避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。
在每路进线终端和每段母线上,均装有阀式避雷器。
如果进线是具有一段引入电缆的架空线路,则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器,其接地端与电缆头外壳相联后接地。
7.3.3低压侧装设避雷器
这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。
当变压器低压侧中性点不接地时(如IT系统),其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。
在本设计中,配电所屋顶及边缘敷设避雷带,其直径为8mm的镀锌圆钢,主筋直径应大于或等于10mm的镀锌圆钢。
8、接地
8.1接地与接地装置
电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接,称为接地。
埋入地中并直接与大地接触的金属导体,称为接地体,或称接地极。
专门为接地而人为装设的接地体,称为人工接地体。
兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等,称为自然接地体。
连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体,称为接地线。
接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的,但在故障情况下要通过接地故障电流。
接地线与接地体合称为接地装置。
由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体,称为接地网。
其中接地线又分为接地干线和接地支线。
接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。
8.2确定此配电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢
8.2.1确定接地电阻
(一)变电站的接地种类
变电站的接地装置,按其作用分为工作接地和保护接地两类,工作接地是电力设备正常运行需要的接地。
比如:
变压器中性点的接地;保护接地是保护人身和设备的安全而必须进行的接地,通常包括防止触电的保护接地,防止雷击过电压的保护接地和防止静电危害的保护接地三种。
上述各种接地需采用一套接地装置的联合接地系统。
当雷电引起地电位高压反击时,整个变电站呈现系统电位,保证各种电力设备系统的安全。
(二)解决防雷接地方法
简单来说,解决防雷接地的设计方法,无非解决以下几个问题:
1.接闪器的设计。
接闪器设计目的是控制雷击的位置,把闪击引导至无害的位置,避免雷电击在危险的部位。
2.接地网的设计。
在接闪器把雷电引至建筑物后,需把雷电流安全地送至地下,重要的是把接地网的结构与接地电阻值设计好,使地网既满足电气设备的接地要求,也要满足防雷要求。
3.在雷电流通过建筑物的接地装置流入地下时,如何防止高电位反击。
4.如何防止通过金属线路引入雷电高电压,防止击坏用电设备和通信器材。
(三)接地装置的设计
1.土壤电阻率的测量工程
土壤电阻率的测量是工程接地设计重要的第一手资料,由于受到测量设备、方法等条件的限制,土壤电阻率的测量往往不够准确。
因此,要提高测量精度,设计采用《设计手册》中提供的计算平均电阻率的方法,使设计误差值减小。
2.接地网布置
根据地网接地电阻的估算公式:
R≈0.5ρ/S式中ρ——土壤电阻率(Ω•m),S—接地网面积(㎡),R—地网接地电阻(Ω),地网面积一旦确定,其接地电阻也就基本一定,因此,在地网布置设计时,应充分利用变电所的全部可利用面积,如果地网面积不增加,其接地电阻是很难减小的。
3.垂直接地极的作用
在变电所中,一般采用水平接地线为主,带有垂直接地极的复合型地网。
根据R=0.5ρ/S可知,接地网的接地电阻与垂直接地极的关系不大。
理论分析和试验证明,面积为30×30㎡~100×100㎡的水平地网中附加长2.5m,40mm的垂直接地极若干,其接地电阻仅下降2.8~8%。
但是,垂直接地极对冲击散流作用较好,因此,在独立避雷针、避雷线、避雷器的引下线处应敷设垂直接地极,以加强集中接地和散泄雷电流。
三、对变电站防雷保护的构想
根据防雷设计的整体性、结构性、层次性、目的性,及整个变电站的周围环境、地理位置、土质条件以及设备性能和用途,可对变电站实行三级防雷保护措施,具体如下:
(一)第一级防护区为全所范围内的高压设备部分和高压线路的进线段保护范围。
主要措施为采用独立避雷针、构架避雷针、架空避雷线、高压避雷器、设备引下线、主接地网。
其主要任务为引雷、泄流、限幅、均压,完成基本的防雷功能。
(二)第二级防护区包括进出变电站管线、二次电缆、端子箱、所用电系统。
其主要任务是防感应雷过电压和侵入波过电压的传递,以及危险电位内引外送。
(三)第三级防护区包括变电站主控室、远动通信机房及全部电子设备。
其主要任务是多重屏蔽、电源过压嵌位、信号限幅滤波、地电位均压、浮点电位牵制。
新建的变电站必须按照《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)、电力部《电力系统通信站防雷运行管理规程》(DL548-94)及其他相关规范要求,利用建筑物女儿墙、天面防雷网及结构钢筋、基础钢筋焊接成一体的网组成第一级屏蔽,做好防雷接地措施。
9、原理图
10、总结
在设计过程中,秉着严谨认真的态度,介绍了设计此方案所要进行的各个部分,有短路的计算,设备的选择,变电所类型的确定。
此外,还有二次回路保护的设计以及接地保护的设计。
在这次设计中,查阅了大量的文献资料,和同学老师讨论相关的知识和问题,使我进一步熟悉和掌握了变电所设计的有关内容,同时也提高了信息资料的运用能力。
并且进一步培养和提高了运用所学知识解决实际问题的能力和创新精神,锻炼了自主学习、独立工作和团结合作的能力,端正了学习态度,树立了严肃认真、实事求是和刻苦专研的工作作风,为我更好的适应以后的工作打下了坚定的基础。
但是,由于我的水平有限,;论文写的较为肤浅,如有错误和不当之处,恳请老师能给予指导。
11、参考文献
1电气工程设计手册
2黄纯华编.发电厂电气部分课程设计参考资料,天津大学出版社.
3西北电力设计院编著.发电厂变电所电气接线和布置
4电力工业部西北电力设计院编著.电力工程电气设备手册(上,下册)
5现代城市电网35KV变电所典型方案设计.山东电力集团公司.中国电力出版社.
6姚春球编.发电厂电气部分.中国电力出版社
7工厂常用电气设备手册.水利水电出版社
8夏道止编著.电力系统分析.中国电力出版社.
9吴靓,谢珍贵编著.发电厂机变电站电气设备.中国水利水电出版社.
10何仰赞,温增银编著.电力系统分析(上,下册).
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