110kV变电站二次系统设计论文正文

郑州工业应用技术学院毕业设计说明书110kV变电站二次系统设计11绪论随着我国经济的高速发展，电网规模在不断的扩大，国内110kV变电站的数量不断增加，而且已经成为国内电力平稳输送和安全使用的保障。为了确保电网安全、稳定的运行，需要更为精确和灵敏的继电保护装置来保证变电站的安全稳定和电网的稳定运行。随着变电站的数量不断增加，便捷实惠、高质量、高安全的变电站更为重要。变电站的安全核心是二次系统的保护。二次系统对线路故障的综合分析是保护变电站和电网的重要依据。所以二次系统的作用尤为重要，是保护电网和变电站的主要系统，做好二次系统的设计师一项非常艰巨的任务，多谢导师的指导和提供资料。二次系统的设计主要在于电压互感器、电流互感器以及继电器的选择和配置，因为互感器是二次系统的眼睛，互感器是诊断线路故障的主要依据，互感器把信号传给继电器，通过继电器的评估和动作来控制变电站的一次部分达到跳闸或者重合闸，设计工程中很仔细的分析故障，反复调试模拟故障，保证变电站和电网的安全运行。本次毕业设计主要依据相关资料上的原始数据和变电站一次部分的相关数据和配线来完成的，本次设计的主要任务是本次毕业设计主要把自己在大学四年所学的专业知识串成一串，综合应用一下，既是对自己的总结和提升也是对学校和导师的一份答卷。郑州工业应用技术学院毕业设计说明书110kV变电站二次系统设计22原始参数2.1主变压器及线路主要参数变压器参数如下：型号：SSZ9-31500/110额定电压：110±8×1.25%/38.5±2×2.5%10.5容量比：100/100/100参数：𝑈k1−2%=10.5𝑈k1−3%=17.5𝑈k2−3%=6.5接线方式：ＹN,yd,ｄ11系统示意图和各侧出线参数见下图2.1-1，表2.1。:表2.1-1变电站110kV侧出线参数线型Pmax(MW)Pmin(MW)COSɸL(km)1LGJ-30050400.86502LGJ-30060450.86603LGJ-15055420.86504LGJ-15048350.8640表2.1-2变电站35kV侧出线参数线型Pmax(MW)回路数COSɸL(km)供电方式1LGJ-1201410.812架空2LGJ-1201510.815架空3LGJ-1202710.858架空4LGJ-1201810.856架空5LGJ-1201710.810架空6LGJ-1202510.8512架空表2.1-3变电站10kV出线侧参数线型Pmax(MW)回路数COSɸL(km)供电方式1LGJ-120510.86架空2LGJ-120410.84架空3LGJ-120310.83架空4LGJ-120810.88架空5LGJ-120410.87架空6LGJ-120510.85架空7LGJ-120710.88架空8LGJ-120310.89架空郑州工业应用技术学院毕业设计说明书110kV变电站二次系统设计3图2.1-1系统示意图2.2变电站电气主接线简介电气主接线，由各种电气设备和元件经外部线缆及导线连接而组成的，是用以传导电能，连接发电厂与用电单位的媒介，是供电系统中不可或缺的部分之一。电气主接线设计所遵循的原则是，符合设计任务书上的具体要求和有关方针、政策、技术规范和规程；结合现工程的特点设计出技术经济合理的主接线和继电器、互感器配置；保证供电的可靠性；主接线要尽量简单灵活，操作方便，易于维修，适应能力强，能保证人身和设备自身的安全等。还有就是，需要满足扩建的要求。2.3电气主接线方案比较及选择（1）110kV侧主接线方案对于出线只有2-4条的110kV变电站，距开关柜的距离短，主接线设计要力求简便快捷。各个主变压器应该接到同一条母线上以减少同时失去两台主变的可能性。综合考虑，选择单母线接线方式。单母线接线即是各主变间通过母线连接，主变110kV侧设置一套开关，其它侧（包含110kV侧）各有一套断路器。综合各方面因素，考虑到任务书要求，以及变电站设计的可靠性、灵活性、经济性等，最终选定采用单母线分段的接线方案。（2）35kV侧主接线方案对于电压等级为35-60kV，出线4-8回。如采用单母线分段接线时，一段母线发生故障分段断路器自动隔离故障段，可以保证分段母线的不间断供电，保证用户不停电，保证了供电的可靠性和灵活性。综合分析考虑，35kV侧采用单母线分段接线方案最为合适。（3）10kV侧主接线方案110kv35kv10kvd3d2S=5210MVAX1=0.0192d1郑州工业应用技术学院毕业设计说明书110kV变电站二次系统设计4对于电压等级为6-10kV，出线6回及以上的配电装置，宜采用单母线分段接线。电气主接线方案如表2.3-1：表2.3-1电气主接线方案出线侧(kV)出线（回）主接线方案1104单母线分段接线356单母线分段接线108单母线分段接线*系统参数（电源）：110kV侧Sn=5210MVA等值电抗，Xd=0.0192郑州工业应用技术学院毕业设计说明书110kV变电站二次系统设计53电压、电流互感器的配置与接线电压、电流互感器的配置是变电所电气设计的主要内容之一，包括电压、电流互感器型号的选择、装设和数量等。这些内容往往需要结合电气一次和二次设备的要求来确定。3.1电流互感器的选择综合考虑工程造价和快捷性，设计中选用测量仪表与继电保护共用同一组电互感器的方式进行选择。每个电流互感器内有一个或者多个铁芯，每个铁芯都有二次绕组，继电保护接一个线圈，测量仪表接另一个线圈。但是两种元件的铁芯在特性上区别很大，继电保护的铁芯截面积较大，饱和倍数相对较高。（1）二次电流互感器的选择标准电流互感器二次额定电流为5A或1A。110kV及以上的电流互感器的额定二次电流宜选1A，因为这样可大幅度的降低电缆中的有功损耗，而且在相同的条件下的时候可减轻电流互感器的二次侧负担。在工程造价封面考虑，减小电流回路电缆截面，降低了工程造价。（2）额定输出容量的选择电流互感器的额定输出容量是指在额定一次电流、额定变比条件下，保证所要求的准确级时.所能输出的最大容量。但要注意的是，对测量仪表用互感器的额定容量要稍大于二次负载，这样才可以保证短路时铁芯能迅速饱和，使测量仪表免遭过大的电流而造成损坏。（3）准确度等级的选择为了满足测量和保护的需要，各个铁芯的准确度等级可以不同。继电保护用电流互感器的铁芯应该选用P级或者TP级。P级是一般的继电保护用电流互感器，它的误差是在稳态正弦一次电流条件下的误差，TPS、TPX型的铁芯多接于高阻抗继电器作母线差动保护用。母线保护回路宜选用TPX型电流互感器铁芯。出于经济上的考虑，在设计时，推荐采用10P型准确等级为0.5级的电流互感器铁芯。3.2电流互感器的配置电流互感器的配置需要考虑的因素有：电流互感器二次绕组等级与数量要满足继电保护装置和测量仪表的要求。110kV变电所不装设母线保护和全线速动保护，所以只需要继电保护用电流互感器；用于继电保护装置时，应消除主保护的未保护区。继电保护接人电流互感器的二次绕组分配后，需要注意避免当某一线路的保护、停用而线路继续运行时，出现电流互感器内部故障而出现的保护死区；郑州工业应用技术学院毕业设计说明书110kV变电站二次系统设计6当采用一个半断路器接线时，对独立式电流互感器每串宜配置三组。用于变压器差动保护的各侧电流互感器的铁芯，应该具有相同形式的铁芯，用于同一个差动保护的断流互感器铁芯也应该具有相同形式的铁芯。主要目的就是减少外部短路时的不平衡的电流。本次设计的电压、电流互感器的配置如图所示：10P2010P2010P200.510P2010P2010P200.510P2010P2010P200.5主保护后备保护母线保护测量差动保护母线保护过流保护测量110kV主保护后备保护母线保护测量图3.2-1变电站110kV侧电流互感器配置图3.2-2变电站35kV侧电流互感器配置35kV0.510P2010P20继电保护继电保护测量0.510P2010P20郑州工业应用技术学院毕业设计说明书110kV变电站二次系统设计7测量继电保护0.510P200.510P2010P20测量过流保护差动保护10kV图3.2-3变电站10kV侧电流互感器配置单相式接线，这种接线主要用于变压器中性点和6-10kV电缆线路的零序电流互感器，只反映单相或零序电流。图3.2-4电流互感器的两相星形接线这种接线主要用于6-10kV小电流接地系统的测量和保护回路接线，可以测量三相电流、有功功率、无功功率、电能等。反映相间故障电流，不能完全反映接地故障。.图3.2-5电流互感器的三相星形接线这种接线用于110--500kV直接接地系统的测量和保护回路接线。可以测量三相电流、有功功率、无功功率和电能等。反映相间及接地故障电流。3.3电压互感器的选择与配置一次电压和二次电压的选择需要注意的是，电压互感器的一次绕组额定电压有3、6、20、35、110、220、500kV各级，电压互感器的二次绕组分有主二次绕组和辅助二次绕组两大类，也就是主二次绕组的额定电压是按下述原则设计的:郑州工业应用技术学院毕业设计说明书110kV变电站二次系统设计8一次绕组接有线电压时，二次绕组的额定电压为100v；一次绕组接于相电压时，二次绕组的额定电压为100/√3v。辅助二次绕组的额定电压是按照下列原则设计的：中性点直接接地的系统中，二次绕组额定电压为100V；中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，二次绕组额定电压为100/√3V。相数和接线的选择：母线电压等级110kV的电压互感器一般采用三个单相电磁式电压互感器。电压互感器选用三绕组型（两个二次绕组）。一组主二次绕组供仪表测量和继电保护，一组辅助二次绕组接成开口三角形，用于向继电保护装置提供零序电压。电压互感器二次回路接线原则：电压互感器的电压符合应该分配均匀，三相平衡。没有一组主母线都要装设一组电压互感器，这样测量仪表和继电保护装置都能在其中引出引线供自己使用。为减少电缆联系，可以用电压小母线，这样一来各电气设备所需的二次电压都可以直接在电压小母线上引接。110kV双母线接线的电压互感器装设三相电压互感器，保护不设切换装置。郑州工业应用技术学院毕业设计说明书110kV变电站二次系统设计94短路电流计算4.1短路电流计算的意义短路计算的作用是：(1)校验电气设备的机械稳定性和热稳定性;(2)校验开关的遮断容量;(3)确定继电保护及安全自动装置的定值;(4)为系统设计及选择电气主接线提供依据;(5)进行故障分析;(6)确定输电线路对相邻通信线的电磁干扰常用的计算方法：阻抗矩阵法，并利用迭加原理，令短路后网络状态等于短路前的网络状态、故障分量状态，在短路点加一与故障前该节点电压大小相等、方向相反的电势,再利用阻抗矩阵即可求得各节点故障分量的电压值,加上该节点故障前电压即得到短路故障后的节点电压值。然后，可求得短路故障通过各支路的电流。4.2母线短路电流的计算4.2.1主变标幺值参数计算（SB=100MVA,𝑈B=𝑈AV,SN=31.5MVA）𝑈𝐾1%=12(𝑈𝐾(1−3)%+𝑈𝐾(1−2)%−𝑈𝐾(2−3)%=12(17.5+10.5−6.5)=10.75𝑈𝐾2%=12(𝑈𝐾(1−2)%+𝑈𝐾(2−3)%−𝑈𝐾(1−3)%)=12(10.5+6.5−17.5)=−0.25𝑈𝐾3%=12(𝑈𝐾(1−3)%+𝑈𝐾(2−3)%−𝑈𝐾(1−2)%)=12(17.5+6.5−10.5)=6.75得：XT1=𝑈𝐾1%100.SNSTN=10.7510010031.5=0.34XT2=𝑈𝐾2%100.SBSTN=−0.2510010031.5=−0.008XT3=𝑈𝐾3%100.SBSTN=6.7510010031.5=0.21等效阻抗图：郑州工业应用技术学院毕业设计说明书110kV变电站二次系统设计10图5.2-1变电站主变的等效阻抗图4.2.2三相对称短路电流的计算SB=100MVA𝑈d1=115kV𝑈d2=