KV降压变电所继电保护设计.docx
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KV降压变电所继电保护设计
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
35KV降压变电所继电保护地设计
学生姓名
院系名称
工学院
专业名称
电气工程及其自动化
班级
2007级
学号
指导教师
徐强
完成时间
2011年05月15日
35KV降压变电所继电保护地设计
学生：
指导老师：
内容摘要：
本设计根据设计地原始资料及参考书籍,作出了35KV降压变电站继电保护设计.设计说明书内容共分为七章,包括负荷计算,功率补偿与变压器,高压电器选择,短路电流计算,继电保护和防雷措施等.改设计以实际负荷为依据,变电所地最佳运行为基础,按照有关规定和规范,完成了满足改要求地35KV降压变电所继电保护设计.
变电所电力系统中对电能地电压和电流进行变换、集中和分配地场所.为保证电能地质量以及设备地安全,在变电所中还需进行电压调整、潮流控制以及输配电线路和主要电工设备地保护.
继电保护对我国电力系统地安全运行,起着不可替代地作用,在我国经济持续发展,对电力要求不断增大地情况下,要做好继电保护工作,就要从各方面对继电保护地基本任务和意义,以及起保护作用地继电保护装置有深刻地了解,并要及时掌握未来技术发展地方向.
关键词：
35KV变电所继电保护
TheDesignOf35KVstep-downsubstationrelayprotection
Abstract:
Thedesignaccordingtothedesignoftheoriginaldataandreferencebooks,madea35KVstep-downsubstationrelayprotectiondesign.Designspecificationisdividedintosevenchapters,includingloadcalculations,powercompensationandtransformers,highvoltageelectricappliancechoice,short-circuitcurrentcalculations,relayprotectionandlightningprotectionmeasures.Changethedesignbasedonactualload,substationbasedonthebestruninaccordancewithrelevantregulationsandnorms,andcompletedtherequirementstomeetthechange35KVstep-downsubstationrelayprotectiondesign.
Substationpowersystemvoltageandcurrentofelectricalenergytotransform,focusandallocationofplaces.Toensurethequalityofelectricityandequipmentsafety,theneedforthesubstationvoltageregulation,powerflowcontrol,andthemainelectricaltransmissionanddistributionlinesandequipmentprotection.
Protectionofthesafeoperationofpowersystem,playsanirreplaceableroleinChina'ssustainedeconomicdevelopment,increasingthepowerrequirementsofthecase,todoprotectionwork,weshouldallaspectsoftherelayProtectionofthebasictasksandsignificance,andtheprotectiverelaydevicehasadeepunderstandingof,andtograspthefuturedirectionoftechnologydevelopment.Keywords:
35KVsubstationrelayprotection
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设计原始资料
1.1某35KV变电所主要供电用户基础资料
1．工厂情况及扩建计划
工厂三班工作制.由于工厂受环境限制,有增加30%负荷扩建可能.
2．工厂负荷性质
工厂电力负荷情况分析：
铸铁车间Ⅰ为一级负荷、化工厂（转供）为二级负荷,锅炉房、铸铁车间Ⅱ、空压机站、热处理车间为二级负荷,其余车间为三级负荷；住宅区为3级负荷.工厂昼夜负荷变化较大.
1.2水文资料
1．厂区砂质粘土,土壤允许承载能力为20吨/米2.中等含水量时,实得土壤电阻率为0.8×104Ω/cm.
2．地下水位3.5~5m.
3．最热月平均温度为23℃,极端温度为38℃,极最低温度为-26.5℃.
4．本地区年雷暴日数为36.5天.
5．最热日地下0.8m处,土壤平均温度为19.5℃,冬季冷却冻结深度为1.2m.
6．本地区夏季主导风向为西南风,最大风速为15m/s.
1.3电气工程技术指标及各材料供应情况
由于本地区地电力供应地特定条件,供电部门要求本厂从东北方向45km地地区变电所用35KV地两回线路向本厂供电.该电源短路电抗电源出口过电流保护时间最大为2.0s.
1.4工厂与供电部门达成地“供电协议”内容：
1．在本厂总变电所高压侧计量.
2．功率因数>0.92.
3．对本厂（按大型工业用电企业基本电费）按最大需要量收取为25.00元/KW.月,表计电价（或电度电价）为0.525元/KW.h.大工业电价适用范围：
凡以电为原动力,或以电冶炼、烘熔、熔焊、电解、电化地一切工业生产,受电变压器容量在315kVA及以上者,均执行大工业电价.大工业电价均实行二部制电价,即按电表抄见电度计算地电度电费和按变变压器容量（或最大需量）计算地基本电费.
表1参考负荷表
设备容量Pe（KW）
需用系数
（Kd）
功率因数
（cosφ）
照明容量（KW）
总降到车间长度（m）
铸钢车间
940
0.4
0.65
7
600
下料车间
400
0.30
0.65
3
800
铸铁车间Ⅰ
600
0.4
0.7
6
1000
铸铁车间Ⅱ
900
0.35
0.7
5
1500
工具车间
350
0.3
0.65
6
800
锻压车间
1300
0.3
0.6
6
1200
锅炉房
300
0.75
0.8
3
600
空压机站
300
0.85
0.8
1
900
机修车间
250
0.25
0.65
5
600
化工厂
2400
0.83
0.91
36
5000
1负荷计算及功率补偿
负荷计算是确定供电系统选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程地依据,也是整定继电保护地重要依据.计算负荷确定得是否正确,直接影响到电器和导线是否经济合理.如计算负荷确定过大将使电器和导线截面选择过大,造成投资和有色金属地浪费；如计算负荷确定过小,又将使电器和导线运行时增加电能损耗,并产生过热,引起绝缘过早老化,甚至烧毁,以致发生事故,同样给造成经济损失.为此,正确进行负荷计算是供电设计地前提,也是实现供电系统安全、经济运行地必要手段.
无功补偿,在电子供电系统中起提高电网地功率因数地作用,降低供电变压器及输送线路地损耗,提高供电效率,改善供电环境.所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少地非常重要地位置.合理地选择补偿装置,可以做到最大限度地减少网络地损耗,使电网质量提高.反之,如选择或使用不当,可能造成供电系统,电压波动,谐波增大等诸多因素.考虑用电设备地经济性,本设计中应选择用并联电容器地方式进行分组补偿.它具有投资少、占位小、安装容易、配置灵活、维护简单、事故率低等优点.
2.1铸钢车间地计算负荷
由设计任务书可知铸钢车间地设备容量,照明容量为,查《工厂供电》附录表1可得需要系数分别为0.3、0.9.
2.1.1补偿前应选变压器容量及功率因素值
1.低压侧电力：
2.低压侧照明：
3.低压侧地视在计算负荷：
故未进行无功补偿时,变压器容量应选为.
4.低压侧地功率因素：
2.1.2无功补偿容量
取
选择电容器BCMJ0.4-30-3,此电容器单个容量为30kvar,故电容器需要个数.
2.1.3补偿后地变压器容量和功率因数
1.低压侧地视在计算负荷：
故变压器容量可选.
2.变压器地功率损耗：
3.高压侧地计算负荷：
4.高压侧地功率因素：
满足要求
2.2下料车间地计算负荷
由表1可知下料车间地设备容量,照明容量为,查《工厂供电》附录表1可得需要系数分别为0.3、0.9.
2.2.1补偿前应选变压器容量及功率因素值
1.低压侧电力：
2.低压侧照明：
3.低压侧地视在计算负荷：
故未进行无功补偿时,变压器容量应选为.
低压侧地功率因素：
2.2.2无功补偿容量
取
选择电容器BCMJ0.4-30-3,此电容器单个容量为30kvar,故电容器需要个数.
2.2.3补偿后地变压器容量和功率因数
1．低压侧地视在计算负荷：
故变压器容量可选.
2.变压器地功率损耗：
3.高压侧地计算负荷：
4.高压侧地功率因素：
满足要求
2.3铸铁车间Ⅰ地计算负荷
由表1可知铸铁车间Ⅰ地设备容量,照明容量为,查《工厂供电》附录表1可得需要系数分别为0.4、0.9.
2.3.1补偿前应选变压器容量及功率因素值
1.低压侧电力：
2.低压侧照明：
3.低压侧地视在计算负荷：
故未进行无功补偿时,变压器容量应选为.
低压侧地功率因素：
2.3.2无功补偿容量
取
选择电容器BCMJ0.4-30-3,此电容器单个容量为30kvar,故电容器需要个数.
2.3.3补偿后地变压器容量和功率因数
1.低压侧地视在计算负荷：
故变压器容量可选.
2.变压器地功率损耗：
3.高压侧地计算负荷：
4.高压侧地功率因素：
满足要求
2.4铁铸车间Ⅱ地计算负荷
由表1可知铸铁车间Ⅱ地设备容量,照明容量为,查《工厂供电》附录表1可得需要系数分别为0.4、0.9.
2.4.1补偿前应选变压器容量及功率因素值
1.低压侧电力：
2.低压侧照明：
3.低压侧地视在计算负荷：
故未进行无功补偿时,变压器容量应选为.
低压侧地功率因素：
2.4.2无功补偿容量
取
选择电容器BCMJ0.4-30-3,此电容器单个容量为30kvar,故电容器需要个数.
2.4.3补偿后地变压器容量和功率因数
1.低压侧地视在计算负荷：
故变压器容量可选.
2.变压器地功率损耗：
3.高压侧地计算负荷：
4.高压侧地功率因素：
满足要求
2.5工具车间地计算负荷
由表1可知工具车间地设备容量,照明容量为,查《工厂供电》附录表1可得需要系数分别为0.34、0.9.
2.5.1补偿前应选变压器容量及功率因素值
1.低压侧电力：
2.低压侧照明：
3.低压侧地视在计算负荷：
故未进行无功补偿时,变压器容量应选为.
低压侧地功率因素：
2.5.2无功补偿容量
取
选择电容器BCMJ0.4-30-3,此电容器单个容量为30kvar,故电容器需要个数.
2.5.3补偿后地变压器容量和功率因数
1.低压侧地视在计算负荷：
故变压器容量可选.
2.变压器地功率损耗：
3.高压侧地计算负荷：
4.高压侧地功率因素：
满足要求
2.6锻压车间地计算负荷
由表1可知锻压车间地设备容量,照明容量为,查《工厂供电》附录表1可得需要系数分别为0.3、0.9.
2.6.1补偿前应选变压器容量及功率因素值
1.低压侧电力：
2.低压侧照明：
3.低压侧地视在计算负荷：
故未进行无功补偿时,变压器容量应选为.
4.低压侧地功率因素：
2.6.2无功补偿容量
取
选择电容器BCMJ0.4-30-3,此电容器单个容量为30kvar,故电容器需要个数.
2.6.3补偿后地变压器容量和功率因数
1.低压侧地视在计算负荷：
故变压器容量可选.
2.变压器地功率损耗：
3.高压侧地计算负荷：
4.高压侧地功率因素：
满足要求
2.7锅炉房地计算负荷
由表1可知锅炉房地设备容量,照明容量为,查《工厂供电》附录表1可得需要系数分别为0.75、0.9.
2.7.1补偿前应选变压器容量及功率因素值
1.低压侧电力：
2.低压侧照明：
3.低压侧地视在计算负荷：
故未进行无功补偿时,变压器容量应选为.
4.低压侧地功率因素：
2.7.2无功补偿容量
取
选择电容器BCMJ0.4-30-3,此电容器单个容量为30kvar,故电容器需要个数.
2.7.3补偿后地变压器容量和功率因数
1.低压侧地视在计算负荷：
故变压器容量可选.
2.变压器地功率损耗：
3.高压侧地计算负荷：
4.高压侧地功率因素：
满足要求
2.8空压机站地计算负荷
由表1可知空压机站地设备容量,照明容量为,查《工厂供电》附录表1可得需要系数分别为0.8、0.9.
2.8.1补偿前应选变压器容量及功率因素值
1.低压侧电力：
2.低压侧照明：
3.低压侧地视在计算负荷：
故未进行无功补偿时,变压器容量应选为.
4.低压侧地功率因素：
2.8.2无功补偿容量
取
选择电容器BCMJ0.4-30-3,此电容器单个容量为30kvar,故电容器需要个数.
2.8.3补偿后地变压器容量和功率因数
1.低压侧地视在计算负荷：
故变压器容量可选.
2.变压器地功率损耗：
3.高压侧地计算负荷：
4.高压侧地功率因素：
满足要求
2.9机修车间地计算负荷
由表1可知机修车间地设备容量,照明容量为,查《工厂供电》附录表1可得需要系数分别为0.25、0.9.
2.9.1补偿前应选变压器容量及功率因素值
1.低压侧电力：
2.低压侧照明：
3.低压侧地视在计算负荷:
故未进行无功补偿时,变压器容量应选为.
4.低压侧地功率因素:
2.9.2无功补偿容量
取
选择电容器BCMJ0.4-30-3,此电容器单个容量为30kvar,故电容器需要个数.
2.9.3补偿后地变压器容量和功率因数
1.低压侧地视在计算负荷
故变压器容量可选.
2.变压器地功率损耗:
3.高压侧地计算负荷:
4.高压侧地功率因素:
满足要求
2.10化工厂地计算负荷
由表1可知机修车间地设备容量,查《工厂供电》附录表1可得需要系数为0.35.
2.10.1补偿前应选变压器容量及功率因素值
1.低压侧电力:
2.低压侧地视在计算负荷:
故未进行无功补偿时,变压器容量应选为.
3.低压侧地功率因素:
2.10.2无功补偿容量
取
选择电容器BCMJ0.4-30-3,此电容器单个容量为30kvar,故电容器需要个数.
2.10.3补偿后地变压器容量和功率因数
1.低压侧地视在计算负荷
故变压器容量可选.
2.变压器地功率损耗:
3.高压侧地计算负荷
4.高压侧地功率因素
满足要求
2.11全厂总计算负荷
根据经验知线路地损耗与各车间地负荷之和相比可忽略不计.固各车间高低压侧计算负荷求和后,再乘以同时系数（取0.9）,可得总降压变电所1.10KV侧地计算负荷,即
2.视在计算负荷:
故未进行无功补偿时,总降变压器容量应选为
3.功率因数:
满足要求
2.12估算总降变压器功率损耗
1.高压侧地计算负荷:
高压侧地功率因素:
因此,满足要求.
2工厂供电系统
3.1厂区配电电压选择
一个地区地供配电系统如果没有一个全面地规划,往往造成资金浪费、能耗增加等不合理现象.因此,在供配电系统设计中,应由供电部门与用电单位全面规划,从国家整体利益出发,判别供配电系统合理性.
如果我们选择110KV高压电供电地话,我们不但在刚开始投入地时候资金高,并且在以后地各种设备地选择之中,比如变压器、断路器、互感器等设备地选择中,投资也较高,各方面地消耗都较高.相反,如果我们选择地是35KV高压电供电地话,我们不但在开始地时候投资少,而且在各种设备地选择上以及各方面地消耗上地花费都较少.所以,我们选择35KV高压电供电.
3.2导线地选择
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行,选择导线截面时必须满足下列条件：
1.发热条件
2.电压损耗条件
3.经济电流密度
4.机械强度
一般情况之下,车间内以及变电所各车间之间地导线,我们都采取电缆线路.因为电缆线路与架空线路相比,具有运行可靠、不易受外界地影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点,特别是在有腐蚀性气体和易燃、易爆场所,不宜架设架空线路时,只有敷设电缆线路.而且在现代化工厂和城市中,电缆线路得到了越来越广泛地应用.
当变电所向各种用户端输电时,才常采用架空线路.那是因为架空线路成本低、投资少、安装容易、维护和检修方便、易于发现和排除故障.所以在长距离地输电过程中,为了减小成本等,我们经常且普遍采用架空线路.
综合考虑架空线和电缆各自地优点,本次设计中在高压侧采用架空线,低压侧选择铝母线,到各个车间用电缆.
3.2.1架空线地选择
35KV及以上地高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大地线路,其导线地截面宜按经济电流密度选择,以使线路地年运行费用支出最小.
1.按经济电流密度选择
选择经济截面：
查《工厂供电》表5-3得年最大负荷利用小时按5000h以上,取.
选最接近地标准截面,即选LGJ-50型钢芯铝绞线.
2.校验发热条件
导线在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生地发热温度,不应超过其正常运行时地最高允许温度.LGJ-50地允许载流量（室外）,因此满足发热条件.
3.校验电压损耗
导线在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生地电压损耗,不应超过正常运行时允许地电压损耗.对于工厂内较短地高压线路,可不进行电压损耗校验,但对供电距离较远、容量较大地架空线来说,应校验其电压损失.
三相架空线路电压损耗值,查《工厂供电》附录表3得,
电压损耗百分值：
因此所选LGJ-50满足允许电压损耗要求.
4.校验机械强度
导线（包括裸导线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面,35KV架空线路钢芯铝绞线地最小允许截面,因此所选LGJ-50也满足机械强度要求.
3.2.2选择电缆
10KV及以下线路,通常不按经济截面电流密度选择.根据设计经验,一般10kv及以下高压线路及低压动力线路,通常先按发热条件选择截面,再就算电压损耗.
1.按发热条件选择
允许载流量计算电流,根据第二章各车间地计算负荷可知铸铁车间Ⅰ地视在功率,故计算电流为最大.
查《工厂供电》附录表22得三芯电缆（敷设方式空气中）地允许载流量最小为100A,均大于车间地计算电流,满足发热条件,故选择缆芯截面为.
2.计算电压损耗
查《工厂供电》附录表3得,
电压损耗值：
电压损耗百分值：
因此满足允许电压损耗要求.
3.3总电压变电所所址地选择
变电所地所址选择也分为规划选所和工程选所两个阶段.所址选择应按审定地本地区电力系统远景发展规划,综合考虑网络结构、负荷分布、城建规划、土地征用、出线走廊、交通运输、水文地质、环境影响、地震烈度和职工生活条件等因素,通过技术经济比较和经济效益分析,然后选择最佳方案.具体原则有以下几种：
1.变电所地设立要有利于电力系统运行性能地提高,便于系统地控制和管理；110KV及以下变电所应接近负荷中心.
2.注意节约用地,尽量不占或少占耕地,减少拆迁.
3.充分考虑出线条件,避免或减少相互交叉跨越.
4.所址应有适宜地地质条件,避开滑坡、滚石、洞穴、明暗河塘、岸边冲刷区等不良地地质结构.
5.交通运输方便.
6.应有满足生产和生活用水需要地可靠水源.
7.所址不宜设在大气严重污秽地区和严重盐雾地区.
8.选址时应注意变电所与邻近设施地相互影响,如军事设施、通信电台、飞机场、导航台、风暴旅游区等,应与有关部门达成协议.
9.所址地选择应考虑职工生活方便.
10.所址位置必将影响企业供电系统接线方式,送电线路地而已,电网损失和投资地大小,故所址位置地选择应与各变电所地数量、容量、用户负荷地分配同时考虑,亦应避免电力倒流.对于相近方案则应进行技术经济比较.
根据综合考虑和供电部门地要求变电所应该设在本厂地东北方向45km地地区.
3.4主变压器台数和容量地选择
1.主变压器台数地选择
由于该厂地二级负荷比较多,对电源地供电可靠性要求较高,宜采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器能对一、二级负荷继续供电,故选两台变压器.
2.主变压器容量地选择
装设两台主变压器地变电所,每台变压器地容量应同时满足以下两个条件：
（1）任一台单独运行时,
（2）任一台单独运行时,
因此选容量为地变压器,35kV级9型三相双绕组有载调压变压器型号为SZ9-2000/35,其技术参数：
联结组标号,空载损耗,负载损耗,空载电流,短路阻抗.
3.5变压器主要运行方式确定
1.变压器地负载与损耗地关系
变压器地有功功率损耗是由空载损耗和负载损耗两部分组成地,空载损耗是一个常数,它不随变压器负载地变化而变化.而负载损耗则与变压器负载地平方成正比,在一定地负载下,变压器地有功功率损耗为：
变压器在一定负载时总地有功功率损耗为：
2.两台相同容量变压器地运行方式
此方式可以是单台变压器运行（条件是变压器地负载不大于其中一台变压器地容量）和两台变压器并列运行.假设变压器单台运行时,变压器地负载为S,则此时改为两台变压器并列运行时变压器地总有功功率损耗为：
如果两台变压器地负载由一台变压器单独运行,另一台备用,则此时变压器地有功功率损耗为：
设实际负荷为S,当S＜S′时,单台变压器带全部负载运行地总有功功率损耗小于两台变压器并列运行地总有功功率损耗；当S＞S′时,则两台变压器并列运行较为经济.
令,则可求得单台变压器带全部负
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