华北水利水电大学电气工程及其自动化毕业设计.doc

.分类号编号华北水利水电学院NorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower毕业设计题目110kV变电站电气部分设计学院电力学院专业电气工程及其自动化姓名学号指导教师2010年5月31日. .华北水利水电学院本科生毕业设计任务书一、毕业设计的目的毕业设计是本科生培养方案中的重要环节。毕业设计是在完成本专业全部课程的基础上，学生综合性地运用几年所学知识去分析、解决一个问题，使学生得到一次综合运用所学基本理论，基本知识和技能，进行工程设计或科学研究的初步训练，进一步培养学生分析、解决问题的能力。能够让学生在作完毕业设计后，感到自己的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。通过毕业设计应使学生达到下列要求：1、提高学生关于电力工业建设的政策观念和经济技术观点，以及对工程技术中的技术与经济问题能够进行较全面的综合分析能力。2、学习变电站工程设计程序和方法，使学生进一步获得查阅文献，搜集资料，调查研究，综合分析，计算比较，设计制图和编写说明等多方面的训练。3、使学生巩固和提高以往学习的理论和知识，进一步补充某些新的知识和基本技能，从而获得综合应用各种知识解决实际问题的锻炼，提高理论联系实际的能力。二、主要设计容（一）电气一次部分1、电气主接线设计；2、短路电流计算及主要电气设备选择；3、配电装置设计。（二）电气二次部分1、变压器的保护配置设计；2、变压器保护设计；3、变压器保护整定计算；三、重点研究问题1、电气主接线方案设计，包括方案论证（变压器选择、技术论证和经济比较）；2、短路电流计算（包括三相短路电流计算与不对称短路电流计算）；3、电气设备选择计算；4、变压器保护整定计算。. .四、主要技术指标或主要设计参数设计的原始资料为满足乡镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系统发展规划，拟建设一座110/35/10kV的区域性降压变电所，设计原始资料要求如下：1、电压等级：110/35/10kV2、设计容量：拟设计安装两台主变压器。3、进出线及负荷情况：(1）、110kV侧，110kV侧进出线4回，其中两回为电源进线，每回最大负荷50000KVA，功率因数为0.85，一回停运后，另一回最大可输送100000KVA负荷；另2回为出线，本期拟建设一回，留一回作为备用出线间隔，出线正常时每回最大功率为35000kVA，最小为25000kVA，功率因数为0.85，最大负荷利用时间为4200h。（110KV母线短路容量2000MVA）(2)、35kV侧,35kV侧出线2回，每回最大负荷12000KVA，无电源进线。负荷功率因数为0.8，最大负荷利用小时为4000h，一类负荷占最大负荷的20%，二类负荷占20%，其余为三类负荷。(3)、l0kV侧，l0kV侧出线共计14回，其中2回为站用变出线，无电源进线，为电缆出线，每回负荷1600kVA，负荷功率因数为0.8左右，最大负荷利用小时数为5000h以上，其中一、二类负占总最大负荷的50%。4、环境条件当地最高气温40摄氏度，最低气温-25摄氏度，最热月份平均温度23.3摄氏度，变电所所处海拔高度700m。污秽程度中级。土壤热阻率ρt=120℃·cm/w，土壤温度20℃。五、设计成果要求1、设计要求（1）电气主接线方案设计应合理，主接线方案论证与比较不能少于两个方案。（2）短路电流及电气设备选择计算方法应正确。（3）主接线图形符号、线条及图签符合规，接线正确，图面布局合理，参数标注正确，图形清晰美观。（4）论文格式应符合要求，结构严谨，逻辑性强，层次分明，文理通顺，无错别字，要求打印，统一用A4纸。（5）独立完成，严禁抄袭或请人代作。. .（6）按分配时间阶段完成相应任务。2、毕业设计论文说明书及计算书装订次序：（1）毕业设计（论文）开题报告；（2）毕业设计（论文）任务书（抄录原件有关容）；（3）目录；（4）毕业设计（论文）正文。正文包括方案论证（变压器选择、技术论证和经济比较）、短路计算图表、电气设备选择（高压开关电器、互感器、避雷器、母线等）。（5）计算书3、变电所电气主接线图、变电所断面图（要求计算机绘图[A3]一份）。4、专业相关文献翻译（原件及译文，汉字要求3000字以上）六、其它1、参考文献[1]熊银信主编发电厂电气部分（第三版）中国电力2004.8[2]西北电力电力工程电气一次设计手册水利电力1989[3]西北电力电力工程电气二次设计手册水利电力1989[4]珩主编电力系统稳态分析中国电力1998[5]光琦主编电力系统暂态分析中国电力2002[6]贺家宋从矩合编电力系统继电保护20032、时间安排本次设计的时间共12周，各部分设计容的时间安排大致如下：收集资料，熟悉任务1周方案论证比较1周短路电流计算2周电气设备选择计算2周计算机绘图2周完善设计成果1周编制设计说明书1周. .审核、校对|、翻译资料1周答辩1周总计12周. .华北水利水电学院本科生毕业设计开题报告2010年03月24日学生龚宏科学号200607127专业电气工程及其自动化题目名称ghk110kV变电站电气部分设计课题来源模拟主要容一、主要设计容（一）电气一次部分1、电气主接线设计；电气主接线的设计确定主接线的形式对变电站电气设备的选择、配电装置的布置、供电可靠性、运行灵活性、检修是否方便以及经济性等都起着决定性作用。变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且满足运行可靠，简单灵活、操作方便和节约投资等要求，便于扩建。主接线必须满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力，我们可以进行定量评价。灵活性的基本要满足调度时灵活性的要求，满足检修时灵活性的要求以及满足扩建时灵活性的要求，大的电力工程往往要分期建设，从最初的主接线过渡到最终的主接线，每次过渡都应该比较方便，对已运行部分影响小，改建的工程量不大。根据任务书的要求，在原始资料分析的基础上，根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑，可以拟定出若干个主接线方案。依据对主接线的基本要求，从技术上淘汰一些明显不合理的方案，最终保留2个技术上相当，又能满足任务书要求的方案，再进行经济性、可靠性、可操作性等比较，最终确定出在技术上合理、经济上可行的方案。2、短路电流计算及主要电气设备选择；. .短路电流的计算及电气设备的选择根据电力系统接线图及本所电气主接线图，制定短路计算等值网络图，拟订必要的短路计算点，用实用计算法或上机计算出选择电气设备所需的各组短路电流。并将计算值列表备用。所必须的知识点包括：a短路电流的计算方法；b设计常以三相短路作为电气设备的选择方法；c根据短路计算网络的具体情况，可按同一变比法或按个别变化法计算短路电流。应选择的电气设备如下：各电压等级的母线、绝缘子、断路器、隔离开关、电压及电流互感器。按正常情况下选择电气设备，按短路情况下校验电气设备的动稳定，热稳定等。对于软母线来说不用校验其动稳定，对于开关来说不用校验其开断能力。对选择的主接线进行短路电流计算（三相短路、两相短路、单相接地短路）。对断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器、熔断器、限流电抗器、支柱绝缘子、穿墙套管、避雷器、消弧线圈进行合理的选择并进行校验。3、配电装置设计。（二）电气二次部分根据计算出的短路电流和线路接线方式，进行变压器和线路保护的整定。1、变压器的保护配置设计；2、变压器保护设计；3、变压器保护整定计算；三、重点研究问题1、电气主接线方案设计，包括方案论证（变压器选择、技术论证和经济比较）；2、短路电流计算（包括三相短路电流计算与不对称短路电流计算）；3、电气设备选择计算；4、变压器保护整定计算。采用的主要技一、导体的选择母线型式选择应根据发电机容量、电站环境、不知场地、安装与维护等方面的要求，通过技术经济比较确定。变压器的选择（1）型式的选择：变压器的形式会直接的影线到电气主接线的形式，所以应. .术路线或方法综合考虑选择三相还是单相，三绕组或是双绕组，中压侧或低压侧带不带分裂绕组等。（1）容量的确定：根据要求确定变压器的容量。台数的确定：根据进出线负荷大小和负荷类型，来选择变压器的台数。二、电气主接线的方案设计变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。三、短路电流计算运用运算曲线法、对称分量法等方法进行短路电流计算。四、电气设备选择设备的选择包括选型和确定技术参数。设备的选型和技术参数应能保证发电厂的安全运行和向系统供电的可靠性，应尽量选用轻型设备和常用产品。在一个发电厂，应尽量减少设备和材料的种类，即尽量减少设备的类型。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态下校验其短路的热稳定和动稳定。五、对重点研究问题进行分析，并找出解决办法。六、在设计过程中，通过搜集资料、向老师同学请教以及比较分析法等方法，运用计算机、电子计算器等工具，完成设计容。了解并掌握110kV降压变电所的国外现状特点和发展前景，查阅资料，结合电力系统方向所学专业课程以及他人的设计、研究成果，掌握变电所设计的过程和方法，并归纳、创新出自己的研究方案。根据各地不同情况，在借鉴已建110kV降压变电所设计经验的基础上，对110kV降压变电所所址的选择、电气主接线、二次接线的设计、电气设备的平面布置、电气设备选型、防火、防雷、接地、防电磁辐射、防噪声等方面提出一系列设计思路。预期（1）毕业设计论文开题报告；（2）毕业设计论文任务书. .的成果及形式（3）目录；（4）毕业设计论文正文。正文包括方案论证（变压器选择、技术论证和经济比较）、短路计算图表、电气设备选择（高压开关电器、互感器、避雷器、母线等）。（5）计算书3、变电所电气主接线图、变电所断面图（要求计算机绘图[A3]一份）。4、专业相关文献翻译（原件及译文，汉字要求3000字以上）时间安排收集资料，熟悉任务1周方案论证比较1周短路电流计算2周电气设备选择计算2周计算机绘图2周完善设计成果1周编制设计说明书1周审核、校对|、翻译资料1周答辩1周总计12周指导教师意见签名：年月日备注. .摘要随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，本文设计建设一座110kV降压变电所，主要是对该变电所的电气一次部分进行设计、计算。根据原始资料和设计要求，主要进行了电气主接线方案设计、三相短路电流计算、主要电气设备的选择以及变压器的保护设置。由于电气主接线是变电所的主要环节，本文选出数个电气主接线方案进行了技术经济综合比较，确定了一个较佳方案，并根据此方案对全所电气设备的选择、继电保护等，进行了详细的设计和说明。本设计分为两部分：第一部分为设计说明书，说明书中介绍了个所选电气设备型号，技术参数等。第二部分为设计计算书，计算书中主要是对所选短路点进行短路电流计算及设备选型和校验。关键词：变电所电气主接线电气设备. .ABSTRACTWiththedevelopmentoftheindustrytimes,peoplebringuphigherrequeststotheelectricpowersupply,especiallytothestability、reliabilityandendurance.Butthestability、reliabilityandenduranceoftheelectricalnetworkoftenrelyonthetransformersubstation’srationalityanddisposition.Inordertofeedtheevergrowingcitiesandtowns’loadrequirements,enhancethereliabilityandqualityofpowersupplytoconsumers,thisthesisdesignsan110kVstepdownsubstationanditselectricprimarypart.Accordingtotheoriginaldataanddesignrequirements,mainlyfortheelectricalwiringprogramdesign,three-phaseshort-circuitcurrent,mainlyelectricalequipmentselectionandtheprotectionoftransformerinstalled.Duetothefactthatmainelectricalschemeisthemainpartofsubstation,thisthesissyntheticallycomparesseveralmainelectricalschemesfromtechnicalandeconomicaspectsandpicksuponepreferablescheme.Accordingtothechosenscheme,detaileddesignandinstructionarecarriedoutabouttheelectricapparatusselection,relayprotection,andsoforth.Thisthesisconsistoftwoparts,thefirstpartisdesignspecification,whichintroducestheselectionelectricapparatus’type,technicalparameter,etc;thesecondpartisdesigncalculation,whichconductsshortcircuitcurrentcalculation,equipmentlectotype,and. .verificationontheselectionshortdot.KeyWords:substation,mainelectricalscheme,electricapparatus. .目录摘要IIABSTRACTII第一部分设计说明书2第一章电气主接线设计21.1110kV电气主接线选择21.235kV电气主接线选择21.310kV电气主接线选择2第二章变压器选择22.1主变压器的选择22.1.1概述22.1.2负荷计算22.1.3台数的选择22.1.4容量选择22.1.5绕组数的选择22.1.6主变调压方式的选择22.1.7连接组别的选择2第三章短路电流计算23.1短路电流计算的目的23.2短路电流计算的一般规定23.3基本假定23.4短路电流计算点的确定和短路电流计算结果2第四章主要电气设备选择24.1电气设备选择的一般条件24.1.1一般原则24.1.2按正常工作条件选择电气设备24.1.3按短路状态校验24.2母线的选择24.2.1母线及各回出线的选择原则24.2.2母线选择结果24.3断路器的选择24.3.1断路器与隔离开关的选择原则24.3.2断路器、隔离开关选择结果24.4电流互感器的选择24.4.1电流互感器的选择原则24.4.2电流互感器选择结果2. .4.5电压互感器的选择24.5.1电压互感器的选择原则24.5.2电压互感器选择结果24.6绝缘子和穿墙套管的选择24.6.1绝缘子和穿墙套管的选择原则24.6.2110kV、35kV绝缘子选择结果24.6.310kV绝缘子选择结果24.6.410kV穿墙套管选择结果24.7避雷器的选择24.7.1母线避雷器选择结果24.8熔断器的选择24.8.1熔断器的选择原则24.8.2熔断器的选择结果2第五章配电装置设计25.1屋配电装置25.2屋外配电装置2第六章变压器继电保护26.1概述26.2继电保护装置的基本要求26.3继电保护装置的一般规定26.4变压器继电保护类型2第七章消弧线圈说明2第二部分计算说明书2第一章短路电流计算书21.1K1点短路电流计算21.2K2点短路电流计算21.3K3点短路电流计算2第二章设备选择计算书22.1母线的选择计算：22.1.1110kV侧主母线22.1.2110kV侧主变压器引接线22.1.335kV侧主母线和主变压器引接线22.1.4l0kV侧母线和主变压器引接线22.1.5110kV侧出线22.1.635kV侧出线22.1.7l0kV侧出线22.2断路器、隔离开关的选择计算22.2.1110kV断路器选择22.2.235kV断路器选择2. .2.2.3l0kV断路器的选择22.2.4主变中性点隔离开关22.3电流互感器的选择计算22.3.1110kV主变压器侧电流互感器的选择22.3.2110kV进线侧电流互感器的选择22.3.3110kV出线侧电流互感器的选择22.3.435kV主变压器侧电流互感器的选择22.3.535kV出线侧电流互感器的选择22.3.6l0kV主变压器侧电流互感器的选择22.3.7l0kV出线侧电流互感器的选择22.4绝缘子、穿墙套管的选择计算22.4.1110kV绝缘子选择22.4.235kV绝缘子选择22.4.310kV绝缘子选择22.4.410kV穿墙套管选择2第三章继电保护计算书23.1主变压器瓦斯保护23.2变压器复合电压闭锁过流保护整定计算23.3纵差动保护的整定23.4过负荷保护的整定2英文原文2英文资料翻译2参考文献2. .第一部分设计说明书原始资料为满足乡镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，根据系统发展规划，拟建设一座110/35/10kV的区域性降压变电所，设计原始资料要求如下：1、电压等级：110/35/10kV2、设计容量：拟设计安装两台主变压器。3、进出线及负荷情况：(1）、110kV侧，110kV侧进出线4回，其中两回为电源进线，每回最大负荷50000KVA，功率因数为0.85，一回停运后，另一回最大可输送100000KVA负荷；另2回为出线，本期拟建设一回，留一回作为备用出线间隔，出线正常时每回最大功率为35000kVA，最小为25000kVA，功率因数为0.85，最大负荷利用时间为4200h。（110KV母线短路容量2000MVA）(2)、35kV侧,35kV侧出线2回，每回最大负荷12000KVA，无电源进线。负荷功率因数为0.8，最大负荷利用小时为4000h，一类负荷占最大负荷的20%，二类负荷占20%，其余为三类负荷。(3)、l0kV侧，l0kV侧出线共计14回，其中2回为站用变出线，无电源进线，为电缆出线，每回负荷1600kVA，负荷功率因数为0.8左右，最大负荷利用小时数为5000h以上，其中一、二类负占总最大负荷的50%。4、环境条件当地最高气温40摄氏度，最低气温-25摄氏度，最热月份平均温度23.3摄氏度，变电所所处海拔高度700m。污秽程度中级。土壤热阻率ρt=120℃·cm/w，土壤温度20℃。第一章电气主接线设计. .电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置布置，继电保护和控制方式的拟订有较大影响。因此必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响，通过技术经济比较，合理确定主接线。在选择电气主接线时，应以下列各点作为设计依据：变电所在电力系统中的地位和作用，负荷大小和重要性等条件确定，并且满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。一、可靠性是电力生产和分配的首要要求。主接线首先应满足这个要求。主接线可靠性的具体要求：①断路器检修时，不宜影响对系统的供电②断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷及全部或部分二级负荷的供电。③尽量避免发电厂、变电所全部停运。二、灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。①调度时，应可以灵活地投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。②检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。③扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下投入新设备并且对一次和二次部分的改建工作量最少。三、经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，做到经济合理。1、投资省。①主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。②要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备控制电缆。③要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。④如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。2、占地面积小。主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。3、电能损失少。经济合理地选择主变压器的种类（比绕组、三绕组、自耦变压器），容量、数量，要避免两次变压而增加电能损失。1.1110kV电气主接线选择为满足乡镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，而拟建的。110kV～220kV出线数目为5回及以上或者在系统中居重要地位，出线数目为4. .回及以上的配电装置。在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV～110kV系统中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线。35kV-110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。此变电站有4回出线。根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案（见表1.1）：表1.1方案对比单母线分段接线单母线分段接线带旁路母线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。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。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。当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需向两个方向均衡扩建。简单清晰、操作方便、易于发展足够的可靠性和灵活旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电当母线发生故障或检修时，仅断开该段电源和变压器，非故障段仍可继续工作。占地大、设备多、投资大在技术上（可靠性、灵活性）第2种方案明显合理，在经济上则方案1占优势。鉴于此站任一回路皆可满足供电要求。经综合分析，决定选第1种方案为设计的最终方案。接线方案：图1.1110kV主接线示意图. .1.235kV电气主接线选择35～110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大大桥形、单母线或分段单母线的接线。35～63kV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。此变电站有2回出线，有40%的一、二类负荷。根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案（见表1.2）：表1.2方案对比桥接线单母线接线两台断路器1DL和2DL接在电源出线上，线路的切除和投入是比较方便。当线路发生故障时，仅故障线路的断路器断开，其它回路仍可继续工作。当变压器故障时，如变压器1B故障，与变压器1B连接的两台断路器1DL和3DL都将断开，当切除和投入变压器时，操作也比较复杂。较容易影响有穿越功率的环网系统，桥接线适用于故障较多的长线路，且变压器不需要经常切换运行方式的变电所。简单清晰、操作方便、易于发展设备简单可靠性差经以上二种方案的分析比较：方案1（桥式接线）虽然所用设备少、节省投资，但不宜于发展。由于35kV只有2条出线，综合以上各个方案优缺点，决定采用单母线接线。接线方案：图1.235kV主接线示意图. .1.310kV电气主接线选择当变电所装有两台主变压器时，6～10kV侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。此电站有14回出线，有50%的一、二类负荷。根据以上分析、组合，保留下面两种可能接线方案（见表1.3）：表1.3方案对比双母线带旁路母线接线单母线分段带旁路母线接线运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建母联断路器可代替需检修的出线断路器工作倒闸操作复杂，容易误操作母联断路器兼作旁路断路器节省投资简单清晰、操作方便、易于发展可靠性、灵活性差旁路断路器还可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要用户供电当母线发生故障或检修时，仅断开该段电源和变压器，非故障段仍可继续工作。在技术上（可靠性、灵活性）第2种方案明显合理。具有较高的可靠性和灵活性。经分析，决定选第2种方案为设计的最终方案。接线方案：. .图1.310kV主接线示意图. .第二章变压器选择2.1主变压器的选择2.1.1概述变压器是变电所中的主要电器设备之一，它的主要作用是变换电压以利于功率的传输，电压经升压变压器升压后，可以减少线路损耗，提高了经济效益，达到远距离送电的目的。而降压变压器则将高电压降低为用户所需要的各级使用电压，以满足用户的需要。主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。因此，主变的选择除依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，与系统的紧密程度，同时兼顾负荷的增长速度等方面，并根据电力系统5~10年发展规划，综合分析，合理选择。否则，将造成经济技术上的不合理。如主变容量选择得过大，台数过多，不仅增加投资，扩大占地面积，而且会增加损耗，给运行和检修带来不便。设备亦未能充分发挥效益。若容量选择得过小，可能使变压器长期在过负荷中运行，影响变压器的使用寿命。则会限制变电所负荷的需要，显然技术上是不合理的。在生产上电力变压器有制成单相、三相、双绕组、三绕组、自耦、分裂变压器等，在选择变压器时，要根据原始资料和所设计的变电站的自身特点，在满足变压器的可靠性的前提下，要充分考虑到经济性来选择主变压器。2.1.2负荷计算35kV负荷：S35=2×12=24MVA10kV负荷：S10=12×1.6=19.2MVA11kV负荷：S110=S35+S10=24+19.2=43.2MVA2.1.3台数的选择由原始资料可知，我们本次设计的变电站是为满足乡镇负荷日益增长的需要的110kV降压变电所，主要是接受110kV的功率，通过主变向35kV和10kV线路输送，是一个一般的地区变电站。由于出线中有多回Ⅰ类负荷，停电会对生产造成重大的影响。因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。. .为了提高供电的可靠性，防止因一台主变故障或检修时影响整个变电站的供电，变电站中一般装设两台主变压器，互为备用，可以避免因主变检修或故障而造成对用户的停电。若变电站装设三台主变，虽然供电可靠性有所提高，但是投资较大，接线网络较复杂，增大了占地面积和配电设备及继电保护的复杂性，并带来维护和倒闸操作的许多复杂化，并且会造成中压侧短路容量过大。不宜选用轻型设备。考虑到两台主变同时发生故障的几率较小，适合远期负荷的增长和扩建的需要，而当一台主变压器故障或检修时由另一台主变压器可带全部负荷的70%，能保证正常供电，故选择两台主变压器。2.1.4容量选择按变电所所建成5～10年的规划选择并适当考虑远期10－20年的发展，对城郊变与城郊规划结合。根据变电所负荷性质和电网结构来确定，对有重要的负荷的变电所应考虑一台主变停运时，其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间能保证用户1～2级负荷。对于一般性变电所，当一台主变停运后，期于主变应保证全部负荷的70%～80%。Se(0.7~0.8)Smax(0.7~0.8)Smax=(0.7~0.8)×43.2=30.24~34.56MVA故选两台40MVA的主变压器就可满足负荷需求。2.1.5绕组数的选择在具有三种电压等级的变电站中，如通过主变压器各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所需装设无功补偿设备时，主变压器采用三绕组变压器，因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备，比相对应的两台双绕组变压器的都较少。本次所设计的变电所具有三种电等级，中、低压侧负荷容量均为主变压器容量的15%以上，考虑到运行维护和操作的工作量，及占地面积等因素，因此选择三绕组变压器。2.1.6主变调压方式的选择变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。切换方式有两种：不带电切换称为无激磁调压，调整围通常在±5%以。另一种是带负载切换，称为有载调压，调整围可达30%。有载调压较容易稳定电压，减少电压波动。且规程上规定，对于110kV的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式，所以本次设计的变电站选择有载调压方式。2.1.7连接组别的选择变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用YO连接，35kV亦采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35kV以下电压，变压器绕组都采用△连接。. .大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却。故主变参数如下表：表2.1主变参数表型号额定电压(kV)连接组别阻抗电压(%)空载电流(%)损耗(KW)容量比高压中压低压高低高中中低空载负载SFSZ9-40000/110110±8×1.25%38.5±2×2.5%10.5YNyn0d1117.010.56.50.7348.2189100/100/50. .第三章短路电流计算电力系统中出现最多的故障形式是短路，所谓“短路”即是指载流导体互相之间发生非正常接通的情况，在中性点直接占地的系统中，还有相与地之间的短路。短路故障将使系统电压降低和回路电流大大增加，它不仅会影响用户的正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备。因此，在发电厂变电站以及整个电力系统的设计和运行中，都必须对短路电流进行计算。3.1短路电流计算的目的1）为了进行电气主接线的确定；在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。2）作为选择电器设备（断路器，隔离开关、绝缘子、母线、电缆等）的依据，选择导体和电气；在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离，接地装置的设计，也需用短路电流。4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。5）进行电力系统暂态稳定计算。3.2短路电流计算的一般规定⑴验算导体和电气动稳定，热稳定以及电气开断电流所用的短路电流，应根据本工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建后5～10年），校验短路电流时，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运行的接线要求。⑵选择导体和电气用的短路电流，在电气连接回路中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。⑶选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。⑷导体和电器的动稳定、热稳定，以及电器的开断电流，一般按三相短路验算。3.3基本假定短路电流实用计算中，采用以下假设条件和原则：1）正常工作时，三相系统对称运行；. .2）所有电源的电动势、相位角相同；3）系统中的同步和异步电机均为理想电机，不考虑电机磁饱和磁滞、涡流及导体集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间相差120。电气角度。4）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。5）电力系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷接在高压母线，50%负荷接在系统侧。6）同步电机都具有自动调整励磁装置。7）短路发生在短路电流为最大值的瞬间。8）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。9）除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外，元件的电阻都略去不计。10）元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数的误差和调整围。11）输电线路的电容略去不计。12）用概率统计法制定短路电流运算曲线。3.4短路电流计算点的确定和短路电流计算结果可能发生最大短路电流的短路电流计算点有3个，即110kV母线短路（K1点），35kV母线短路（K2）点，10kV电抗器母线短路（K3点）。短路电流计算结果记下表：(计算过程见计算书)表3.1短路电流计算结果短路点基准电压(kV)短路电抗标幺值短路电流I〞(KA)冲击电流ich(KA)冲击电流有效值Ich(KA)短路容量Sd(MVA)K11150.0510.0525.5115.182000K2370.13711.428.917.2729.7K310.50.21725.364.238.2459.6. .第四章主要电气设备选择电气设备的选择是发电厂和变电所电气设计的主要容之一，正确的选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件，在进行设备选择时，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，并注意节约投资，选择合适的电气设备。4.1电气设备选择的一般条件尽管电力系统中各种电气设备的作用和条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求都是相同的，电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。4.1.1一般原则⑴应满足正常进行、检修、短路和过电压情况下地要求，并考虑远景发展⑵应按当地环境条件检验⑶应力求技术先进和经济合理⑷与整个工程地建设标准应协调一致⑸同类设备,减少品种⑹选用新产品为应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格，在特殊情况下，选用未经正式鉴定的新产品时，应经上级批准4.1.2按正常工作条件选择电气设备（1）额定电压：电气设备的最高允许工作电压不得低于装设回路的最高运行电压。规定一般电气设备的最高允许工作电压为1.15UN,而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网电压UNS的1.15倍。所以一般可以按照电气设备的额定电压UN不低于装设地点的电网的额定电压UNS，即UN≥UNS（2）额定电流：导体和电器的额定电流IN是指在额定环境温度θ0下，导体和电器的长期允许电流IN，应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即Imax≤IN由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，按其相应回路的Imax=1.05IN,(IN为电器额定电流)（3. .）环境条件对设备选择的影响：按当地环境条件校验电气设备，在选择电气设备或导体时要考虑设备安装地点的环境条件，如：温度、日照、风速、冰雪、相对湿度、污秽、海拔、雨量，并根据环境条件校验。4.1.3按短路状态校验（1）短路的热稳定条件式中：Qk—在计算时间ts，短路电流的热效应（KA2S）；It—t秒设备允许通过的热稳定电流有效值（KA2S）；t—设备允许通过的热稳定电流时间（s）。校验短路热稳定所用的计算时间Ts按下式计算。t=td+tkd式中：td—继电保护装置动作时间（S）；tkd—断路的全分闸时间（s）。（2）电动力稳定校验电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力，称动稳定。满足动稳定的条件是：式中：ishIsh—短路冲击电流幅值及其有效值；IesIes—电气设备允许通过动稳定电流的幅值和有效值。以下几种情况可不校验热稳定或动稳定：1)用熔断器保护的电气设备，其热稳定由熔断时间保证。2)采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。3)装设在电压互感器回路中的裸导体和电气设备可不校验动、热稳定。4.2母线的选择4.2.1母线及各回出线的选择原则本设计的母线按最大工作电流选择：≤即最大持续工作电流要小于等于在该环境温度下的导体的长期允许载流量与实际环境温度的修正系数之积，=/即最大持续工作电流与所选择导线类型在相应的最大负荷利用小时数下的经济电流密度之比。. .导线的动、热稳定校验：按热稳定校验确定母线的最小截面：—为短路电流的非周期分量，—短路电流周期分量，—为所选择导线的热稳定系数。如果计算出的小于所选择的导线截面积即满足热稳定的要求。动稳定校验：其中：W—截面系数—母线单位条间应力—母线短路冲击电流—相间距离取0.75m，—绝缘子跨距取1.2m—截面形状系数，在相应的形状曲线上可以查到，只要条间应力加相间应力小于允许应力即满足动稳定要求。除配电装置的汇流母线以外，对于全年负荷利用小时数较大，母线较长（长度超过20米），传输容量较大的回路，均应按经济电流密度选择导体截面，按S=I/ј进行计算。当无合适规格的导体时，导体截面可小于经济电流密度的计算截面。4.2.2母线选择结果表4.1母线选择结果表安装地点型号安装地点型号110kV侧主母线LGJ—210/35110kV侧出线LGJ—185/30110kV侧主变压器引接线LGJ—50/835kV侧出线LGJ—185/30. .35kV侧主母线和主变压器引接线LGJ—300/40l0kV侧出线LGJ—95/20l0kV侧主母线和主变压器引接线80×10矩形铝母4.3断路器的选择4.3.1断路器与隔离开关的选择原则断路器的选择原则断路器是变电所中重要的开关器件，具有灭弧装置，能够开断短路电流和负荷电流，其是母线、变压器及线路的保护元件。断路器种类和型式选择：按照断路器采用的灭弧介质可以分为油断路器，压缩空气断路器，六氟化硫断路器，真空断路器，随着开关技术的发展，现在变电所设计一般是采用六氟化硫断路器和真空断路器，而油断路器基本上被淘汰。本设计选择LW6—126I/3150六氟化硫断路器和ZN5—10/1000室真空断路器。额定电压和电流的选择式中UNS—电网额定电压UN—设备的额定电压IN—电气设备的额定电流Imax—电网的最大负荷电流。开断电流选择高压断路器的额定开断电流INbr不应小于实际开断瞬间短路电流周期分量Ipt即当断路器的INbr较系统短路电流电流大很多的时候，简化可用INbr≥I〞，I〞为短路电流的有效值。短路关合电流的选择为了保证断路器在关合短路电流时的安全，断路器的额定关合电流INcl不应小于短路电流的最大冲击值ish。即INcl≥ish短路动稳定和热稳定校验. .ies为动稳定电流，It为断路器热稳定电流，t为热稳定时间。隔离开关的选择原则隔离开关是发电厂，变电所常用的开关器件，它与断路器配套使用，但隔离开关不能用来接通或开断短路电流和负荷电流，其主要功能是：隔离电压，检修时使检修设备与电源隔离，以确保检修安全。倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以改变运行方式，常用隔离开关和断路器协同操作来完成。分合小电流，因隔离开关具有一定的分合小电流和电容电流的能力，可以用来分、合避雷器，电压互感器，空载母线等隔离开关与断路器相比，额定电压，额定电流选择及短路动、热稳定校验项目相同，但由于隔离开关不能够开断、接通短路电流，故不需要进行开断电流和关合电流的校验。4.3.2断路器、隔离开关选择结果表4.2断路器选择结果表电压等级(kV)1103510型号LW36-126LW8-40.5ZN21-10UN(kV)1103510最高额定工作电压(kV)12640.512额定电流(A)315016001250额定开断电流(KA)4031.531.5额定关合电流(KA)1008080额定峰值耐受电流(KA)1008080热稳定电流有效值(KA)(4S)4031.531.5表4.3隔离开关选择结果表电压等级型号UN(kV)额定电流(A)动稳定电流峰值(KA)热稳定电流有效值(KA)(4S)110GW5-110/630110630502035GW4-35/1250351250502010GN19-101012508031.5. .4.4电流互感器的选择4.4.1电流互感器的选择原则种类和型式的选择：如根据安装地在屋还是屋外和其安装型式（穿墙式，支持式，装入式等）当电流小于400A时选用一次绕组多匝式，以提高准确度。一次回路额定电压、电流选择：，为提高准确精度，所选电流互感器尽量与相近。准确等级和额定容量的选择:为保证测量仪表的准确度，电流互感器的准确等级不得低于所供测量仪表的准确等级，其选择应遵守相关的规程。互感器按选定准确等级所规定的额定容量应大于或等于二次侧所接负荷即：、分别为二次侧回路中所接仪表和继电器的电流线圈电阻。为接地电阻取0.1为连接导线电阻。代入求连接导线的最小截面。式中、—分别为连接导线截面和计算导线。—导线电阻率，铜与实际的距离L有关系，本设计采用不完全星形接线，（4）热稳定校验：为热稳定倍数，由所选的电流互感器参数可查出动稳定校验：. .为动稳定倍数，由所选的电流互感器参数可查出4.4.2电流互感器选择结果表4.4电流互感器选择结果表电压等级(kV)安装地点型号额定电流比110主变压器侧LCW-110300/5进线侧LCW-110600/5出线侧LCW-110300/535主变压器侧LB-35750/5出线侧LB-35400/510主变压器侧LZZBJ9-101500/5出线侧LZZBJ9-10800/54.5电压互感器的选择4.5.1电压互感器的选择原则（1）6-20kV一般是采用树脂绝缘结构或油浸绝缘结构，当需要零序电压时，一般采用三相五柱式电压互感器，35-110kV采用由浸绝缘或气体绝缘结构，220kV以上，当容量或准确等级满足要求时，可采用电容式电压互感器。（2）用于中性点直接接地系统，其辅助绕组电压为100kV，用于中性点非直接接地系统时，其辅助绕组电压为（3）用于电能计量时，按计量对象准确程度采用相应准确度的电压互感器。一般是按0.2级或0.5级，用于电压测量不低于0.5级，用继电保护为3P级，各准确等级应符合比值差及相位差的规定要求。（4）对于超高电力网快速保护中的电容式互感器，应具有良好的瞬时响应特性。4.5.2电压互感器选择结果根据上述条件，选择如下：110kV母线选单相、串级式、户外式电压互感器。35kV母线选单相、户外式电压互感器。. .10kV母线成套设备配套电压互感器。表4.5电压互感器选择结果表安装地点型号额定电压(kV)原线圈副线圈辅助线圈110kV110/0.1/0.135kVJDXN-3535/0.1/0.1/310kVJDZX-1010/0.1/0.1/34.6绝缘子和穿墙套管的选择4.6.1绝缘子和穿墙套管的选择原则根据安装地点的环境，选择屋、屋外或防污式及满足要求的产品型式，一般户采用联合胶装多棱式，屋外采用棒式，需倒装时用悬挂式。额定电压的选择无论是支柱绝缘子和穿墙套管均应符合产品的额定电压大于或等于电网电压的要求，3-20kV屋外支柱绝缘子和套管，当有冰雪和污秽时，宜用高一电压等级的产品。穿墙套管的额定电流选择与窗口尺寸配合具有导体的穿墙套管的额定电流IN应大于或等于最大持续工作电流Imax。当环境温度是40-60度时，导体的θal取85度时IN需修正：动、热稳定校验穿墙套管的热稳定校验：母线型穿墙套管不需要热稳定校验动稳定校验：计算跨距对于套管：(套管长度). .即满足动稳定要求，H1为绝缘子底部到导线水平中心线高度，,b为导线支持器下片厚度，平放时b=12mm，H绝缘子高度。4.6.2110kV、35kV绝缘子选择结果表4.6110kV、35kV绝缘子结果表电压等级型号额定电压(kV)额定机械负荷(KN)公称结构高度H(mm)绝缘距离(mm)110HJX-110/70110701250100035HJX-35/7035706303804.6.310kV绝缘子选择结果表4.710kV绝缘子结果表型号额定电压(kV)机械破坏负荷(KN)(不小于)总高H(mm)弯曲拉伸ZL-10/161016161854.6.410kV穿墙套管选择结果表4.810kV穿墙套管选择结果表型号额定电压(kV)额定电流(A)套管长度(mm)机械破坏负荷（kg）热稳定电流(kA)(5s)CLD-101020005802000404.7避雷器的选择对220kV及以下的系统，一般认为雷电过电压最危险，主要限压措施是选用残压合适的避雷器，而不必采取专门限制部过电压的措施。避雷器的灭弧电压必须高于避雷器安装点的最高工作电压，确保能够顺利熄灭工频续流电弧。3-220kV发电厂的配电装置先普通阀型，即FZ型号的，及以下需要限制操作过电压的电站配电装置选磁吹阀型，即FCZ型号的。避雷器的配制原则：. .1）配电装置的每组母线上均应装设避雷器，就近接入主接地网，并加设集中接地装置。2）三绕组变压器中压侧或低压侧可能会开路运行时，应在其出线处设置一组避雷器。4.7.1母线避雷器选择结果表4.9母线避雷器选择结果表电压等级型号额定电压(kV)灭弧电压(kV,有效值)工频放电电压(kV,有效值)预放电时间1.5～20μs冲击放电电压幅值(kV,不大于)5kV冲击电流(波形10/20μs)下的残压幅值(kV)≥≤110FZ-11011012625431237537535FZ-3535418410413413410FZ-101012.7263145454.8熔断器的选择4.8.1熔断器的选择原则高压熔断器选择的具体技术条件如下：（1）电压：Ug≤Un；（2）电流：Igmax≤If2n≤If1n式中：If1n—熔断器的额定电流；If2n—熔体的额定电流。（3)断流容量：Ich（I"）≤Ikd式中：Ich—三相短路冲击电流的有效值；Ikd—熔断器的开断电流。高压熔断器熔体在满足可靠性和下一段保护选择性的前提下，当在本段保护围发生短路时，应能最短时间切断故障，以防熔断时间过长而加剧被保护电器的损坏。保护电压互感器的熔断器，只需按额定电压和断流容量选择。（4）根据保护动作选择性的要求校验熔体的额定电流，应保证前后两级熔断器之间，或熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。4.8.2熔断器的选择结果表4.10熔断器选择结果表. .安装地点型号额定电压最高电压额定电流35kVRW5-35Ⅰ3540.510010KvRN2-10/0.51011.50.5第五章配电装置设计配电装置是发电厂开关站的重要组成部分。它是由于各种开关电器、保护电器、测量电器、母线和必要的辅助设备根据主接线图中的连接顺序组装而成，用来对电能进行汇集、分配和控制。配电装置分为屋配电装置和屋外配电装置。在现场组装的配电装置，又称为装配式；在工厂预先把各种电器安装柜中，成套运至安装地点，则称为成套配套装置。此外还有由新型的SF6全封闭组合电器构成的配电装置。无论选用哪种形式的配电装置，应满足以下基本要求：1.配电装置的设计必须贯彻执行国家有关方针、政策，因地制宜，充分利用地形，尽量减少土石方工程量，尽可能不占或少占农田。在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料，降低造价。2.合理选择设备，布置力求整齐、清晰，保证有足够的安全距离。保证运行可靠。3.巡视、操作和检修设备安全方便。4.考虑施工、安装和扩建的方便。5.1屋配电装置屋配电装置的结构除与电气主接线形式、电压等级、母线容量、断路器形式、出线回路数、出现方式、有无电抗器等有密切关系外，还与施工、检修条件、运行经验和习惯有关。随着新设备和新技术的应用，运行、检修经验的不断丰富，配电装置的结构和形式也在不断地发展、更新。屋配电装置按其布置形式的不同，可分为单层、二层和三层。单层式是把所有的设备布置在一层，占地面积较大，通常采用成套开关柜。二层式是将线路出现电抗器、断路器等较重电气设备布置在底层，而母线及母线隔离开关等设备布置在上层，而母线及母线隔离开关等设备布置在上层，占地面积较少。但结构复杂，造价较高。三层式我国已很少采用。屋配电装置的布置应注意以下几点：①同一回路的电器和导体应布置在一格间隔，以保证检修安全和限制故障围；②. .尽量将电源进线布置在每段母线的中部，这样使母线截面流过的电流较小；③较重的设备布置在下层；④要充分利用间隔的空间；⑤布置对称，便于操作；⑥容易扩建；⑦配电装置中须设置必要的通道。用来维护和搬运各种电气设备的通道称为维护通道；运行人员对断路器进行操作控制的通道称为操作通道；仅和防爆小室相通的通道称为防爆通道；⑧配电装置室的门应向外开，并应装弹簧锁，相邻配电装置室之间如有门时，应能向两个方向开启；⑨配电装置室可以开窗采光和通风，但应采取防止雨雪和小动物进入室的措施。处于空气污染、多台风的地区的配电装置，可开窗采光而不可通风。配电装置室应按事故排烟要求，装设足够的通风装置。综上所述，该变电站10kV采用单层配电装置。5.2屋外配电装置屋外配电装置根据电气设备和母线的配置高度和重叠情况，可分为中型、半高型和高型。中型布置的特点是将所有电器都安装在同一水平面，并装在一定高度的基础上，以保证地面上工作人员的安全活动。高型和半高型配电装置的母线和电器分别装在几个不同高度的水平面上，并重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置，就称高型配电装置。如果仅将母线与断路器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。高型和半高型配电装置可大量节省占地面积，在110kV及220kV系统中的到了广泛应用。由于该变电站地处8度地震区，因此，在选择配电装置时，还应考虑地震的影响，高烈度地震区配电装置的选择应考虑以下几点：1.地震烈度为8度及以上的地区，35kV及以上电压等级配电装置宜选用屋外式配电装置。2.屋外式配电装置中型布置方案比高型、半高型布置方案的抗震性能好。3.地震烈度为8度及以上的地区，220kV及以上电压级配电装置宜优先采用分相中型配电装置。4.地震烈度为8度及以上地区，220kV及以上电压级配电装置不宜采用棒式支柱绝缘子支持的管形母线配电装置。综上所述，该变电站110kV、35kV采用分相中型配电装置。. .第六章变压器继电保护6.1概述继电保护装置是能反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种装置。电力系统在运行中，往往会因电气设备的绝缘的损坏，操作失误等原因，造成短路事故或异常运行状态，尤其是短路事故，会给供电系统及电气设备带来严重的危害。因此，为了迅速有效的排除电力系统及电气设备发生的事故，防止造成严重后果，需要采用继电保护装置加以保护，以保证电力系统安全运行。6.2继电保护装置的基本要求(1)选择性：有选择的将故障元件从电力系统中切除，保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。(2)速动性：保护动作力求迅速，快速切出故障，减少故障部分对电气设备的影响。(3)可靠性：保护装置在保护围发生它应该动作的故障时，保护不应该拒动，而在不应该动作时，不应该误动。(4)灵敏性：对于该保护装置保护围发生的任何故障，均能敏锐感觉，迅速动作。6.3继电保护装置的一般规定(1)继电保护装置和自动装置应尽快的切除断路故障，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行，限制故障设备的损坏程度，减少停电损失。(2)动作于跳闸的基点保护，应有选择性。(3)保护装置和自动装置应力求简单，使用的元件和触点尽量少，接线简单，维护要方便。(4)各电力设备和线路的保护装置除作本身的主保护外，如果可能还应尽量作为相邻设备和线路的后备保护，当按动作远离不能保护相邻设备和线路时，则应装设单独的后备保护。(5)保护装置的灵敏系数，应根据不利的运行方式和故障类型进行计算，并要满足要求。(6)保护装置用的电流互感器，其误差不应大于10%。(7)在电力设备正常运行的情况下，当电压互感器的二次回路短线或发生其他故障时，应有防止继电保护误动的措施。. .(1)在保护装置回路应装设指示信号，指示信号应能显示保护装置个组成部分的动作情况。(9)保护装置可根据实际情况选择交流或直流操作电源，其操作电源应符合规定要求。6.4变压器继电保护类型电力变压器是电力系统中十分重要的供电元件，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好，工作可靠的继电保护装置。变压器的部故障可以分为油箱和油箱外部故障两种。油箱的故障包括绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁心的烧毁等，对变压器来讲，这些故障都是十分危险的，因为油箱部故障时产生的电弧，将引起绝缘物质的剧烈气化，从而可能引起爆炸，因此，这些故障都是十分危险的，应改尽快加以切除。油箱外部故障，主要是套管和引出线上发生的相间短路和接地短路。上述接地短路均系对中性点直接接地电力网的一侧而言。变压器的不正常状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因而引起的油面降低。此外，对大容量变压器，由于额定工作时的磁通密度相当接近于铁心的饱和磁通密度，因此在过电压或低频率等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。根据上述故障类型和不正常运行状态，对变压器应装设下列保护。1、瓦斯保护对变压器油箱的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯动作于跳开变压器各电源侧的断路器。应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间油浸式变压器。2、纵差动保护或电流速断保护对变压器绕组、套管及引处线上的故障，应根据容量的不同，设纵差动保护或电流速断保护。上述保护动作后均应跳开变压器各侧的断路器。纵差动保护适用于：并列运行的变压器，容量为6300KVA以上时;单独运行的变压器；容量为10000KVA以上时；发电厂厂用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300KVA以上时。. .电流速断保护用于10000KVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5S时。对于2000KVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏性不能满足要求时，也应装设纵差动保护。3、外部相间短路时应采用的保护过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流；复合电压起动的过电流保护，一般用于大容量升压变压器及过电流保护灵敏性不满足要求的降压变压器上；负荷电流及单相式低电压起动时的过电流保护，一般用于大容量升压变压器和系统联络变压器；阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述措施不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。4、外部接地短路时，应采用的保护对中性点直接接地的电网，由外部接地短路引起的短路过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序方向保护。5、过负荷保护对400KVA以上的变压器，当数台变压器并列运行或单独运行并为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。6、过励磁保护高压侧电压为500KV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。7、其他保护对变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障，应按现行变压器标准要求，装设可作用信号或动作于跳闸的装置。本次设计选择整定单元接线主变压器保护，该接线形式下主变压器容量确定为40MW，为三绕组变压器，绕组连接采取y/y/d接线，中性点可选择接地。根据上述可能发生的故障类型和不正常运行状态，对变压器应装设下列保护，①瓦斯保护②纵差动保护③复合电压闭锁过电流保护④过负荷保护第七章消弧线圈说明主变110kV侧采用中性点直接接地，35kV侧采用非直接接地，当电容电流大于10A. .时，系统发生单相接地时将产生弧光过电压，对供电可靠性和电气设备构成威胁，故应装设消弧线圈：架空线路的电容电流变压器至母线的线路电容电流：变电所增加的接地电容电流：总的电容电流因此本变电站35kV侧中性点采用经消弧线圈接地。消弧线圈的选择容量的确定所以选择型号为XD-550/35的消弧线圈。. .第二部分计算说明书第一章短路电流计算书图1.1接线图图1.2电路图选基准:SB=100MVAUB为各电压等级平均额定电压。. .1.1K1点短路电流计算图1.3K1点短路故障分量网络图当K1点三相短路时：已知短路容量为Sd=2000MVA所以，短路电流有名值：短路电流的标幺值:短路阻抗标幺值：短路发生在变电站110KV侧母线上,故取Kch=1.8冲击电流有效值:冲击电流：当K1点a相接地短路：. .当k1点b.c相短路：当K1点b.c相短路接地：各序阻抗为纯电抗1.2K2点短路电流计算图1.4K2点短路故障分量网络图当K2点三相短路：由变压器的参数可得：. .各绕组等值电抗标么值为:短路发生在变电站35KV侧母线上,故取Kch=1.8短路电流标幺值：短路电流有名值:冲击电流:冲击电流有效值:短路容量:当K2点a相接地短路：当k2点b.c相短路：. .当K2点b.c相短路接地：各序阻抗为纯电抗1.3K3点短路电流计算图1.3K3点短路故障分量网络图当K3点三相短路时：变压器10kV侧为三角形接法，故无零序电流短路发生在变电站10KV侧母线上,故取Kch=1.8短路电流标幺值：短路电流有名值:冲击电流:. .冲击电流有效值:短路容量:当K3点a相接地短路：当k3点b.c相短路：当K3点b.c相短路接地：各序阻抗为纯电抗. .第二章设备选择计算书2.1母线的选择计算：2.1.1110kV侧主母线对于ll0kV侧主母线按照发热选取，本次设计的110kV侧的电源进线为两回，每回最大可输送50000kVA负荷，最大持续工作电流按最大负荷算：110kV侧主母线：Igmax＝1.05Ie＝1.05S/×Ue＝(1.05×100000)/(×110)＝551.11(A)查设备手册表选择LGJ—210/35钢芯铝绞线，在最高允许温度70度的长期载流量为577A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。2.1.2110kV侧主变压器引接线110kV侧主变压器引接线按主变压器的持续工作电流计算选取。ll0kV侧主变压器回路：Igmax＝1.05Ie＝1.05S/×Ue＝(1.05×40000)/(×110)＝220.44(A)查设备手册表选择LGJ—50/8钢芯铝绞线，在最高允许温度70度的长期载流量为234A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。2.1.335kV侧主母线和主变压器引接线对于35kV侧主母线按照发热选取，本次设计的35kV侧出线2回，每回最大负荷12000kVA，主变压器的容量为40000kVA，所以最大持续工作电流按最大负荷主变压器的持续工作电流计算：Igmax＝1.05Ie＝1.05S/×Ue＝(1.05×40000)/(×35)＝692.82(A)查设备手册表选择LGJ—300/40钢芯铝绞线，在最高允许温度70度的长期载流量为735A，对于35kV侧主母线和主变压器引线都满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。2.1.4l0kV侧母线和主变压器引接线Igmax＝1.05Ie＝1.05S/×Ue＝(1.05×40000/2)/(×10)＝1212.44(A)查设备手册表选择80×10单片矩形铝母平放，平放时长期允许载流量为1411A。按d3点的短路条件校验：. .热稳定：短路时间：,后备保护时间取4S，则。则短路电流热效应：查表取70℃时，C＝87计算Smin：（Ks=1.05）Smin＝/C＝63.9mm2所选矩形母线80×10＝800mm2，故满足热稳定要求。动稳定的校验：取支持跨距：L=1m，相间距离：a＝50cm＝0.5m，震动系数：β＝1截面系数：W＝bh2/6＝10×10-3×(80×10-3)2/6＝10.666×10-6m3导体所受电动力：Fmax=FB=1.73×10-7lich2/a=1.73×10-7×1×462802/0.5=741.08(N)导体所受的最大弯距：M=ƒphl2/10=741.08×12/10=74.108(Nm)导体最大相间应力：σph=M/W=74.108/（10.666×10-6=6.95×106（Pa）硬铝的最大允许应力ρmax=70×106(pa)，故能满足要求。2.1.5110kV侧出线110kV侧的出线按主变压器的持续工作电流计算，按经济电流密度进行选取。Igmax＝1.05Ie＝1.05S/×Ue＝(1.05×35000)/(×110)＝192.89(A)Tmax=4200,查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：J=1.18A/mm2S＝Igmax/J＝192.89/1.18＝163.47(mm2)查设备手册表选择LGJ—185/30型钢芯铝绞线，在最高允许温度70度的长期允许载流量为539A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。2.1.635kV侧出线Igmax＝1.05Ie＝1.05S/×Ue＝(1.05×12000)/(×35)＝207.85(A). .Tmax=4000,查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：J=1.24A/mm2Sj＝Igmax/J＝207.85/1.24＝144.67(mm2)查设备手册表选择LGJ—185/30钢芯铝合金绞线，在最高允许温度70度的长期允许载流量为539A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。2.1.7l0kV侧出线Igmax＝1.05Ie＝1.05S/×Ue＝(1.05×1600)/(×10)＝96.99(A)Tmax=4200,查表得：钢芯铝绞线的经济电流密度为：J=1.06A/mm2S＝Igmax/J＝96.99/1.06＝91.5(mm2)查设备手册表选择LGJ—95/20钢芯铝绞线，在最高允许温度70度的长期允许载流量为357A，满足最大工作电流的要求。校验不作要求，故在此不作校验。2.2断路器、隔离开关的选择计算2.2.1110kV断路器选择K1点的短路参数：Igmax＝1.05Ie＝1.05S/×Ue＝(1.05×100000)/(×110)＝551.11(A)UN=110kVI〞＝10.05KAish=25.51KA断路器及隔离开关的选择根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外等因素，且现在一般是采用灭弧性能良好的真空断路器或SF6断路器，则可以选择型六氟化硫断路器和GW5-110/630型隔离开关。表2.1断路器参数表型号UN(kV)最高额定工作电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(KA)额定关合电流(KA)额定峰值耐受电流（KA）热稳定电流有效值(KA)(4S)LW36-12611012631504010010040表2.2隔离开关参数表. .型号UN(kV)额定电流(A)动稳定电流峰值(KA)热稳定电流有效值(KA)(4S)GW5-110/6301106305020短路时间：,后备保护时间取4S，则。则短路电流热效应：断路器：隔离开关：动稳定校验：断路器：ies=100>ish隔离开关：ies=50>ish由以上数据比较可知，所选断路器能满足要求。2.2.235kV断路器选择K2点的短路参数：Igmax＝1.05Ie＝1.05S/×Ue＝(1.05×40000)/(×35)＝692.82AUN=35kVI〞＝11.4KAish=28.9KA断路器及隔离开关的选择根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外等因素，且现在一般是采用灭弧性能良好的真空断路器或SF6断路器，则可以选择型六氟化硫断路器和GW4-3/1250型隔离开关。表2.3断路器参数表型号UN(kV)最高额定工作电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(KA)额定关合电流(KA)额定峰值耐受电流（KA）热稳定电流有效值(KA)(4S)LW8-40.53540.5160031.5808031.5表2.4隔离开关参数表. .型号UN(kV)额定电流(A)动稳定电流峰值(KA)热稳定电流有效值(KA)(4S)GW4-35/12503512505020短路时间：,后备保护时间取4S，则。则短路电流热效应：断路器：隔离开关：动稳定校验：断路器：ies=100>ish隔离开关：ies=50>ish由以上数据比较可知，所选断路器能满足要求。2.2.3l0kV断路器的选择K3点的短路参数：Igmax=1212.44AUN=10kVI〞＝25.3kAish=64.2kA根据参数，选择ZN21-10型真空断路器和GN19-10型隔离开关。参数如下表：表2.5断路器参数表型号UN(kV)最高额定工作电压(kV)额定电流(A)额定开断电流(KA)额定关合电流(KA)额定峰值耐受电流（KA）热稳定电流有效值(KA)(4S)ZN21-101012125031.5808031.5表2.6隔离开关参数表型号UN(kV)额定电流(A)动稳定电流峰值(KA)热稳定电流有效值(KA)(4S)GN19-101012508031.5短路时间：,后备保护时间取4S，则. .。则短路电流热效应：断路器：隔离开关：动稳定校验：断路器：ies=80>ish由以上数据比较可知，所选断路器能满足要求,出线侧用同型号断路器。2.2.4主变中性点隔离开关2、主变中性点隔离开关选取中性点专用型号：GW8—110G（W）型主要参数：额定电压：Ue＝l10kV额定电流：Ie＝400A动稳定电流：Idw＝15.5kA10s热稳定电流：4.2kA2.3电流互感器的选择计算2.3.1110kV主变压器侧电流互感器的选择Igmax＝(1.05×40000)/(×ll0)＝220.44(A)Ue＝110kV选取：LCW-110型电流互感器电流互感器参数：表2.6电流互感器参数表型号额定电流比级次组合二次负荷1S热稳定倍数动稳定倍数LCW-110400/50.5/11.275150动稳定校验：I1n·Kdw＝×0.3×l50＝63.64KA≥ich=25.51KA动稳定校验合格。热稳定校验：QK＝461.1(kA2·S)(I1n·Krw)2＝(0.4×75)2＝900（kA2S）. .QK≤(I1n·Krw)2热稳定校验合格。2.3.2110kV进线侧电流互感器的选择Igmax＝(1.05×100000)/(×110)＝551.11(A)Ue＝ll0（kV）选取：LCW—ll0电流互感器参数：表2.7电流互感器参数表型号额定电流比级次组合二次负荷1S热稳定倍数动稳定倍数LCW-110600/50.5/11.275150动稳定校验：I1n·Kdw＝×0.6×l50＝l27.26KA≥ich=25.51KA动稳定校验合格。热稳定校验：Qd＝461.1(kA2·S)(I1n·Krw)2＝(0.6×75)2＝2025(kA2·S)Qd≤(I1n·Krw)2热稳定校验合格。2.3.3110kV出线侧电流互感器的选择Igmax＝(1.05×35000)/(×l10)＝l92.89（A）Ue＝ll0（kV）选取：LCW—l10电流互感器参数：表2.8电流互感器参数表型号额定电流比级次组合二次负荷1S热稳定倍数动稳定倍数LCW-110300/50.5/11.275150动稳定校验：I1n·Kdw＝×0.3×l50＝63.64KA≥ich=25.51KA. .动稳定校验合格。热稳定校验：QK＝461.1(kA2·S)(I1n·Krw)2＝(0.3×75)2＝506（kA2S）QK≤(I1n·Krw)2热稳定校验合格。2.3.435kV主变压器侧电流互感器的选择Igmax＝(1.05×40000)/(×35)＝693.6AUe＝35kV选取：LB—35电流互感器参数：表2.9电流互感器参数表型号额定电流比级次组合1S热稳定倍数动稳定倍数LABN-35750/50.2/0.5/10P/10P75150额定电流比：750/5准确级次：0.5Krw＝热稳定倍数:65Kdw＝动稳定倍数:150动稳定校验：ich＝28.9kAI1n·Kdw＝×0.75×150＝158.6kAich≤I1n·Kdw动稳定校验合格。热稳定校验：Qd＝592.6(kA2·S)(I1n·Krw)2＝(0.75×65)2＝2376.6(kA2·S)Qd≤(I1n·Krw)2热稳定校验合格。. .2.3.535kV出线侧电流互感器的选择Igmax＝(1.05×12000)/(×35)＝208.1AUe＝35kV选取：LABN—35电流互感器参数：表2.10电流互感器参数表型号额定电流比级次组合1S热稳定倍数动稳定倍数LABN-35400/50.2/0.5/10P/10P65150动稳定校验：ich＝28.9kAI1n·Kdw＝×0.4×l50＝84.6kAich≤I1n·Kdw动稳定校验合格。热稳定校验：QK＝592.6(kA2·S)(I1n·Krw)2＝(0.4×65)2＝676（kA2·S）Qd≤(I1n·Krw)2热稳定校验合格。2.3.6l0kV主变压器侧电流互感器的选择Igmax＝(1.05×40000/2)/(×l0)＝1212.4(A)Ue＝l0（kV）选取：LZZBJ9-10/1500电流互感器参数：表2.11电流互感器参数表型号额定电流比级次组合1S热稳定倍数动稳定倍数LZZBJ9-101500/50.5/0.5/5P20/580160. .动稳定校验：ich＝64.2kAI1n·Kdw＝×1.5×160＝338.4kAich≤I1n·Kdw动稳定校验合格。热稳定校验：QK＝(I1n·Krw)2＝(1.5×80)2＝14400（kA2·S）QK≤(I1n·Krw)2热稳定校验合格。2.3.7l0kV出线侧电流互感器的选择Igmax＝(1.05×l600)/(×l0)＝96.99(A)Ue＝l0kV选取：LZZBJ9-10电流互感器参数:表2.12电流互感器参数表型号额定电流比准确度1S热稳定倍数动稳定倍数LZZBJ9-10800/50.580160动稳定校验：ich＝64.2kAI1n·Kdw＝×0.8×160＝180.5kAich≤I1n·Kdw动稳定校验合格。热稳定校验：QK＝(I1n·Krw)2＝(0.8×80)2＝4096（kA2·S）. .Qd≤(I1n·Krw)2热稳定校验合格。2.4绝缘子、穿墙套管的选择计算2.4.1110kV绝缘子选择由于110kV的母线为LGJ钢芯铝绞线，是软母线，故选择悬式绝缘子。UN=110kV选取：HJX-110/70表2.13110kV绝缘子选择结果型号额定电压(kV)额定机械负荷(KN)公称结构高度H(mm)绝缘距离(mm)HJX-110/7011070125010002.4.235kV绝缘子选择由于35kV的母线为LGJ钢芯铝绞线，是软母线，故选择悬式绝缘子。UN=35kV选取：HJX-35/70表2.1435kV绝缘子参数表型号额定电压(kV)额定机械负荷(KN)公称结构高度H(mm)绝缘距离(mm)HJX-35/7035706303802.4.310kV绝缘子选择选择：ZL-10/16型户联合胶支柱绝缘子表2.1510kV绝缘子参数表型号额定电压(kV)机械破坏负荷(KN)(不小于)总高H(mm)弯曲拉伸ZL-10/16101616185动稳定校验：. .校验合格2.4.410kV穿墙套管选择UN＝10kVIgmax＝1212.44A选取：CLD-10表2.1610kV穿墙套管选择型号额定电压(kV)额定电流(A)套管长度(mm)机械破坏负荷（kg）热稳定电流(kA)(5s)CLD-10102000580200040动稳定校验：It2t=402×5＝8000KA2·S>Qk3=2944.4KA2·S热稳定校验合格。动稳定校验：校验合格. .第三章继电保护计算书3.1主变压器瓦斯保护（1）对与变压器容量在10000KVA以上时，瓦斯继电器的气体溶剂整定为250cm3。气体容量整定值是利用调节重锤的位置来改变的。（2）重瓦斯保护油流速度的整定重瓦斯保护动作的油流速度整定围为0.6~1.5m/s,在整定流速时均以导油管中的流速为准，而不宜继电器触的流速。根据运行经验，观众油流速度整定位0.6~1m/s时，保护反应变压器部故障是相当灵敏的。但在变压器外部故GT障时，由于穿越型故障电流的影响，在导油管中油流速度约为0.4~0.5m/s。因此，为了防止穿越性故障瓦斯保护误动作，课讲油流速度整定在1m/s左右。本瓦斯保护油流动作整定为0.9～1.2m/s。3.2变压器复合电压闭锁过流保护整定计算110kV侧复合电压闭锁过流保护接在相间电压上的低电压继电器动作电压得整定计算——可靠系数，取1.2～1.25；——返回系数，取1.15～1.2；负序电压继电器的动作电压整定计算电流继电器的整定计算——可靠系数，取1.15～1.2；——返回系数，取0.85；动作时间整定：T＝1.5S. .35kV侧复合电压闭锁过流保护接在相间电压上的低电压继电器动作电压得整定计算——可靠系数，取1.2～1.25；——返回系数，取1.15～1.2；负序电压继电器的动作电压整定计算电流继电器的整定计算——可靠系数，取1.15～1.2；——返回系数，取0.85；动作时间整定：T＝1.5S10kV侧复合电压闭锁过流保护接在相间电压上的低电压继电器动作电压得整定计算——可靠系数，取1.2～1.25；——返回系数，取1.15～1.2；负序电压继电器的动作电压整定计算电流继电器的整定计算——可靠系数，取1.15～1.2；. .——返回系数，取0.85；动作时间整定：T＝1.5S3.3纵差动保护的整定名称各侧数值额定电压（KV）1153710．5额定电流（A）电流互感器接线方式DDY电流互感器一次电流计算值1101选用电流互感器变比400/5＝80750/5=2501500/5=300电流互感器二次额定电流(KA)348/80=4.41081/250=4.31101/300=3.7注：变压器差动保护整定，一般取互感器二次额定电流值最大一侧为基本侧。故变压器差动保护整定选取110KV侧为基本侧。选用BCH-2型差动继电器以110KV侧为基准侧1)按躲过变压器励磁涌流整定1.3*348=452.4(A)2)按躲过10KV侧外部短路时的最大不平衡电流=1.3(1*1*0.1+0.1+0.05)25300=0.35*25300=8855(A)(3)躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流=452.4（A）. .保护基本侧的动作电流取=8855(A)(4)确定差动继电器的动作电流和基本侧差动线圈的匝数基本侧差动继电器的动作电流差动线圈匝数实际整定匝数选用=1继电器的实际动作电流保护装置实际动作电流(5)确定非基本侧工作线圈和平衡线圈匝数平衡线圈的实际整定匝数=1非基本侧工作线圈匝数=1+1=2（6）计算由于整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差实际相对误差〉0.05，应将实际值代入式中计算动作电流，验算保护装置的动作选择性=1.3(1*1*0.1+0.1+0.05+0.37)*25300=20391(A). .基本侧的二次动作电流差动线圈匝数，故仍可选择=1（7）校验保护的灵敏系数当系统最小运行方式上，110KV侧出口处发生两相短路时，保护装置灵敏系数最低=3.4过负荷保护的整定对称过负荷保护的动作电流，按避越额定电流整定其中：－可靠系数，一般取1.05—返回系数，一般取0.8－保护安装侧的额定电流. .英文原文TRANSFORMER1.INTRODUCTIONThehigh-voltagetransmissionwasneedforthecaseelectricalpoweristobeprovidedatconsiderabledistancefromageneratingstation.Atsomepointthishighvoltagemustbereduced,becauseultimatelyismustsupplyaload.Thetransformermakesitpossibleforvariouspartsofapowersystemtooperateatdifferentvoltagelevels.Inthispaperwediscusspowertransformerprinciplesandapplications.2.TOW-WINDINGTRANSFORMERSAtransformerinitssimplestformconsistsoftwostationarycoilscoupledbyamutualmagneticflux.Thecoilsaresaidtobemutuallycoupledbecausetheylinkacommonflux.Inpowerapplications,laminatedsteelcoretransformers(towhichthispaperisrestricted)areused.Transformersareefficientbecausetherotationallossesnormallyassociatedwithrotatingmachineareabsent,sorelativelylittlepowerislostwhentransformingpowerfromonevoltageleveltoanother.Typicalefficienciesareintherange92to99%,thehighervaluesapplyingtothelargerpowertransformers.Thecurrentflowinginthecoilconnectedtotheacsourceiscalled. .theprimarywindingorsimplytheprimary.Itsetsupthefluxφinthecore,whichvariesperiodicallybothinmagnitudeanddirection.Thefluxlinksthesecondcoil,calledthesecondarywindingorsimplysecondary.Thefluxischanging;therefore,itinducesavoltageinthesecondarybyelectromagneticinductioninaccordancewithLenz’slaw.Thustheprimaryreceivesitspowerfromthesourcewhilethesecondarysuppliesthispowertotheload.Thisactionisknownastransformeraction.3.TRANSFORMERPRINCIPLESWhenasinusoidalvoltageVpisappliedtotheprimarywiththesecondaryopen-circuited,therewillbenoenergytransfer.TheimpressedvoltagecausesasmallcurrentIθtoflowintheprimarywinding.Thisno-loadcurrenthastwofunctions:(1)itproducesthemagneticfluxinthecore,whichvariessinusoidallybetweenzeroandφm,whereφmisthemaximumvalueofthecoreflux;and(2)itprovidesacomponenttoaccountforthehysteresisandeddycurrentlossesinthecore.Therecombinedlossesarenormallyreferredtoasthecorelosses.Theno-loadcurrentIθisusuallyfewpercentoftheratedfull-loadcurrentofthetransformer(about2to5%).Sinceatno-loadtheprimarywindingactsasalargereactanceduetotheironcore,theno-loadcurrentwilllagtheprimaryvoltagebynearly90º.Itisreadilyseen. .thatthecurrentcomponentIm=I0sinθ0,calledthemagnetizingcurrent,is90ºinphasebehindtheprimaryvoltageVP.Itisthiscomponentthatsetsupthefluxinthecore;φisthereforeinphasewithIm.Thesecondcomponent,Ie=I0sinθ0,isinphasewiththeprimaryvoltage.Itisthecurrentcomponentthatsuppliesthecorelosses.Thephasorsumofthesetwocomponentsrepresentstheno-loadcurrent,orI0=Im+IeItshouldbenotedthattheno-loadcurrentisdistortesandnonsinusoidal.Thisistheresultofthenonlinearbehaviorofthecorematerial.Ifitisassumedthattherearenootherlossesinthetransformer,theinducedvoltageIntheprimary,Epandthatinthesecondary,Escanbeshown.Sincethemagneticfluxsetupbytheprimarywinding，therewillbeaninducedEMFEinthesecondarywindinginaccordancewithFaraday’slaw,namely,E=NΔφ/Δt.Thissamefluxalsolinkstheprimaryitself,inducinginitanEMF,Ep.Asdiscussedearlier,theinducedvoltagemustlagthefluxby90º,therefore,theyare180ºoutofphasewiththeappliedvoltage.Sincenocurrentflowsinthesecondarywinding,Es=Vs.Theno-loadprimarycurrentI0issmall,afewpercentoffull-loadcurrent.ThusthevoltageintheprimaryissmallandVpisnearlyequaltoEp.Theprimaryvoltageandtheresultingfluxare. .sinusoidal;thustheinducedquantitiesEpandEsvaryasasinefunction.TheaveragevalueoftheinducedvoltagegivenbyEavg=turns×whichisFaraday’slawappliedtoafinitetimeinterval.ItfollowsthatEavg=N=4fNφmwhichNisthenumberofturnsonthewinding.Formaccircuittheory,theeffectiveorroot-mean-square(rms)voltageforasinewaveis1.11timestheaveragevoltage;thusE=4.44fNφmSincethesamefluxlinkswiththeprimaryandsecondarywindings,thevoltageperturnineachwindingisthesame.HenceEp=4.44fNpφmandEs=4.44fNsφmwhereEpandEsarethenumberofturnontheprimaryandsecondarywindings,respectively.Theratioofprimarytosecondaryinducedvoltageiscalledthetransformationratio.Denotingthisratiobya,itisseenthata==Assumethattheoutputpowerofatransformerequalsitsinputpower,. .notabadsumptioninpracticeconsideringthehighefficiencies.Whatwereallyaresayingisthatwearedealingwithanidealtransformer;thatis,ithasnolosses.ThusPm=PoutorVpIp×primaryPF=VsIs×secondaryPFwherePFisthepowerfactor.Fortheabove-statedassumptionitmeansthatthepowerfactoronprimaryandsecondarysidesareequal;thereforeVpIp=VsIsfromwhichisobtained=≌≌aItshowsthatasanapproximationtheterminalvoltageratioequalstheturnsratio.Theprimaryandsecondarycurrent,ontheotherhand,areinverselyrelatedtotheturnsratio.Theturnsratiogivesameasureofhowmuchthesecondaryvoltageisraisedorloweredinrelationtotheprimaryvoltage.Tocalculatethevoltageregulation,weneedmoreinformation.Theratiooftheterminalvoltagevariessomewhatdependingontheloadanditspowerfactor.Inpractice,thetransformationratioisobtainedfromthenameplatedata,whichlisttheprimaryandsecondaryvoltageunderfull-loadcondition.. .WhenthesecondaryvoltageVsisreducedcomparedtotheprimaryvoltage,thetransformationissaidtobeastep-downtransformer:conversely,ifthisvoltageisraised,itiscalledastep-uptransformer.Inastep-downtransformerthetransformationratioaisgreaterthanunity(a>1.0),whileforastep-uptransformeritissmallerthanunity(a<1.0).Intheeventthata=1,thetransformersecondaryvoltageequalstheprimaryvoltage.Thisisaspecialtypeoftransformerusedininstanceswhereelectricalisolationisrequiredbetweentheprimaryandsecondarycircuitwhilemaintainingthesamevoltagelevel.Therefore,thistransformerisgenerallyknowsasanisolationtransformer.Asisapparent,itisthemagneticfluxinthecorethatformstheconnectinglinkbetweenprimaryandsecondarycircuit.Insection4itisshownhowtheprimarywindingcurrentadjustsitselftothesecondaryloadcurrentwhenthetransformersuppliesaload.Lookingintothetransformerterminalsfromthesource,animpedanceisseenwhichbydefinitionequalsVp/Ip.From=≌≌a,wehaveVp=aVsandIp=Is/a.IntermsofVsandIstheratioofVptoIpis==ButVs/IsistheloadimpedanceZLthuswecansaythatZm(primary)=a2ZL. .Thisequationtellsusthatwhenanimpedanceisconnectedtothesecondaryside,itappearsfromthesourceasanimpedancehavingamagnitudethatisa2timesitsactualvalue.Wesaythattheloadimpedanceisreflectedorreferredtotheprimary.Itisthispropertyoftransformersthatisusedinimpedance-matchingapplications.4.TRANSFORMERSUNDERLOADTheprimaryandsecondaryvoltagesshownhavesimilarpolarities,asindicatedbythe“dot-making”convention.Thedotsneartheupperendsofthewindingshavethesamemeaningasincircuittheory;themarkedterminalshavethesamepolarity.Thuswhenaloadisconnectedtothesecondary,theinstantaneousloadcurrentisinthedirectionshown.Inotherwords,thepolaritymarkingssignifythatwhenpositivecurrententersbothwindingsatthemarkedterminals,theMMFsofthetwowindingsadd.Sincethesecondaryvoltagedependsonthecorefluxφ0,itmustbeclearthatthefluxshouldnotchangeappreciablyifEsistoremainessentiallyconstantundernormalloadingconditions.Withtheloadconnected,acurrentIswillflowinthesecondarycircuit,becausetheinducedEMFEswillactasavoltagesource.ThesecondarycurrentproducesanMMFNsIsthatcreatesaflux.Thisfluxhassuchadirectionthatatanyinstantintimeitopposesthemainfluxthatcreateditinthefirstplace.Ofcourse,thisisLenz’slawinaction.Thusthe. .MMFrepresentedbyNsIstendstoreducethecorefluxφ0.ThismeansthatthefluxlinkingtheprimarywindingreducesandconsequentlytheprimaryinducedvoltageEp,ThisreductionininducedvoltagecausesagreaterdifferencebetweentheimpressedvoltageandthecounterinducedEMF,therebyallowingmorecurrenttoflowintheprimary.ThefactthatprimarycurrentIpincreasesmeansthatthetwoconditionsstatedearlierarefulfilled:(1)thepowerinputincreasestomatchthepoweroutput,and(2)theprimaryMMFincreasestooffsetthetendencyofthesecondaryMMFtoreducetheflux.Ingeneral,itwillbefoundthatthetransformerreactsalmostinstantaneouslytokeeptheresultantcorefluxessentiallyconstant.Moreover,thecorefluxφ0dropsveryslightlybetweennoloadandfullload(about1to3%),anecessaryconditionifEpistofallsufficientlytoallowanincreaseinIp.Ontheprimaryside,Ip’isthecurrentthatflowsintheprimarytobalancethedemagnetizingeffectofIs.ItsMMFNpIp’setsupafluxlinkingtheprimaryonly.Sincethecorefluxφ0remainsconstant.I0mustbethesamecurrentthatenergizesthetransformeratnoload.TheprimarycurrentIpisthereforethesumofthecurrentIp’andI0.Becausetheno-loadcurrentisrelativelysmall,itiscorrecttoassumethattheprimaryampere-turnsequalthesecondaryampere-turns,sinceitisunderthisconditionthatthecorefluxisessentially. .constant.ThuswewillassumethatI0isnegligible,asitisonlyasmallcomponentofthefull-loadcurrent.Whenacurrentflowsinthesecondarywinding,theresultingMMF(NsIs)createsaseparateflux,apartfromthefluxφ0producedbyI0,whichlinksthesecondarywindingonly.Thisfluxdoesnolinkwiththeprimarywindingandisthereforenotamutualflux.Inaddition,theloadcurrentthatflowsthroughtheprimarywindingcreatesafluxthatlinkswiththeprimarywindingonly;itiscalledtheprimaryleakageflux.Thesecondary-leakagefluxgivesrisetoaninducedvoltagethatisnotcounterbalancedbyanequivalentinducedvoltageintheprimary.Similarly,thevoltageinducedintheprimaryisnotcounterbalancedinthesecondarywinding.Consequently,thesetwoinducedvoltagesbehavelikevoltagedrops,generallycalledleakagereactancevoltagedrops.Furthermore,eachwindinghassomeresistance,whichproducesaresistivevoltagedrop.Whentakenintoaccount,theseadditionalvoltagedropswouldcompletetheequivalentcircuitdiagramofapracticaltransformer.Notethatthemagnetizingbranchisshowninthiscircuit,whichforourpurposeswillbedisregarded.Thisfollowsourearlierassumptionthattheno-loadcurrentisassumednegligibleinourcalculations.Thisisfurtherjustifiedinthatitisrarelynecessarytopredicttransformerperformancetosuchaccuracies.Sincethevoltagedropsareall. .directlyproportionaltotheloadcurrent,itmeansthatatno-loadconditionstherewillbenovoltagedropsineitherwinding.. .英文资料翻译变压器1.介绍要从远端发电厂送出电能，必须应用高压输电。因为最终的负荷，在一些点高电压必须降低。变压器能使电力系统各个部分运行在电压不同的等级。本文我们讨论的原则和电力变压器的应用。2.双绕组变压器变压器的最简单形式包括两个磁通相互耦合的固定线圈。两个线圈之所以相互耦合，是因为它们连接着共同的磁通。在电力应用中，使用层式铁芯变压器(本文中提到的)。变压器是高效率的，因为它没有旋转损失，因此在电压等级转换的过程中，能量损失比较少。典型的效率围在92到99%，上限值适用于大功率变压器。从交流电源流入电流的一侧被称为变压器的一次侧绕组或者是原边。它在铁圈中建立了磁通φ，它的幅值和方向都会发生周期性的变化。磁通连接的第二个绕组被称为变压器的二次侧绕组或者是副边。磁通是变化的；因此依据楞次定律，电磁感应在二次侧产生了电压。变压器在原边接收电能的同时也在向副边所带的负荷输送电能。这就是变压器的作用。3.变压器的工作原理当二次侧电路开路是，即使原边被施以正弦电压Vp，也是没有能量转移的。外加电压在一次侧绕组中产生一个小电流Iθ。这个空载电流有两项功能：（1）在铁芯中产生电磁通，该磁通在零和φm之间做正弦变化，φm是铁芯磁通的最大值；（2）它的一个分量说明了铁芯中的涡流和磁滞损耗。这两种相关的损耗被称为铁芯损耗。变压器空载电流Iθ一般大约只有满载电流的2%—5%。因为在空载时，原边绕组中的铁芯相当于一个很大的电抗，空载电流的相位大约将滞后于原边电压相位90º。显然可见电流分量Im=I0sinθ0，被称做励磁电流，它在相位上滞后于原边电压VP90º。就是这个分量在铁芯中建立了磁通；因此磁通φ与Im同相。第二个分量Ie=I0sinθ0. .，与原边电压同相。这个电流分量向铁芯提供用于损耗的电流。两个相量的分量和代表空载电流，即I0=Im+Ie应注意的是空载电流是畸变和非正弦形的。这种情况是非线性铁芯材料造成的。如果假定变压器中没有其他的电能损耗一次侧的感应电动势Ep和二次侧的感应电压Es可以表示出来。因为一次侧绕组中的磁通会通过二次绕组，依据法拉第电磁感应定律，二次侧绕组中将产生一个电动势E，即E=NΔφ/Δt。相同的磁通会通过原边自身，产生一个电动势Ep。正如前文中讨论到的，所产生的电压必定滞后于磁通90º，因此，它于施加的电压有180º的相位差。因为没有电流流过二次侧绕组，Es=Vs。一次侧空载电流很小，仅为满载电流的百分之几。因此原边电压很小，并且Vp的值近乎等于Ep。原边的电压和它产生的磁通波形是正弦形的；因此产生电动势Ep和Es的值是做正弦变化的。产生电压的平均值如下Eavg=turns×即是法拉第定律在瞬时时间里的应用。它遵循Eavg=N=4fNφm其中N是指线圈的匝数。从交流电原理可知，有效值是一个正弦波，其值为平均电压的1.11倍；因此E=4.44fNφm因为一次侧绕组和二次侧绕组的磁通相等，所以绕组中每匝的电压也相同。因此Ep=4.44fNpφm并且Es=4.44fNsφm其中Np和Es是一次侧绕组和二次侧绕组的匝数。一次侧和二次侧电压增长的比率称做变比。用字母a来表示这个比率，如下式a==假设变压器输出电能等于其输入电能——这个假设适用于高效率的变压器。实际上我们是考虑一台理想状态下的变压器；这意味着它没有任何损耗。因此Pm=Pout或者. .VpIp×primaryPF=VsIs×secondaryPF这里PF代表功率因素。在上面公式中一次侧和二次侧的功率因素是相等的；因此VpIp=VsIs从上式我们可以得知=≌≌a它表明端电压比等于匝数比，换句话说，一次侧和二次侧电流比与匝数比成反比。匝数比可以衡量二次侧电压相对于一次恻电压是升高或者是降低。为了计算电压，我们需要更多数据。终端电压的比率变化有些根据负载和它的功率因素。实际上,变比从标识牌数据获得,列出在满载情况下原边和副边电压。当副边电压Vs相对于原边电压减小时，这个变压器就叫做降压变压器。如果这个电压是升高的，它就是一个升压变压器。在一个降压变压器中传输变比a远大于1(a>1.0)，同样的，一个升压变压器的变比小于1(a<1.0)。当a=1时，变压器的二次侧电压就等于起一次侧电压。这是一种特殊类型的变压器，可被应用于当一次侧和二次侧需要相互绝缘以维持相同的电压等级的状况下。因此，我们把这种类型的变压器称为绝缘型变压器。显然，铁芯中的电磁通形成了连接原边和副边的回路。在第四部分我们会了解到当变压器带负荷运行时一次侧绕组电流是如何随着二次侧负荷电流变化而变化的。从电源侧来看变压器，其阻抗可认为等于Vp/Ip。从等式=≌≌a中我们可知Vp=aVs并且Ip=Is/a。根据Vs和Is，可得Vp和Ip的比例是==但是Vs/Is负荷阻抗ZL，因此我们可以这样表示Zm(primary)=a2ZL这个等式表明二次侧连接的阻抗折算到电源侧，其值为原来的a2倍。我们把这种折算方式称为负载阻抗向一次侧的折算。这个公式应用于变压器的阻抗匹配。4.有载情况下的变压器. .一次侧电压和二次侧电压有着相同的极性，一般习惯上用点记号表示。如果点号同在线圈的上端，就意味着它们的极性相同。因此当二次侧连接着一个负载时，在瞬间就有一个负荷电流沿着这个方向产生。换句话说，极性的标注可以表明当电流流过两侧的线圈时，线圈中的磁动势会增加。因为二次侧电压的大小取决于铁芯磁通大小φ0，所以很显然当正常情况下负载电势Es没有变化时，二次侧电压也不会有明显的变化。当变压器带负荷运行时，将有电流Is流过二次侧，因为Es产生的感应电动势相当于一个电压源。二次侧电流产生的磁动势NsIs会产生一个励磁。这个磁通的方向在任何一个时刻都和主磁通反向。当然，这是楞次定律的体现。因此，NsIs所产生的磁动势会使主磁通φ0减小。这意味着一次侧线圈中的磁通减少，因而它的电压Ep将会增大。感应电压的减小将使外施电压和感应电动势之间的差值更大，它将使初级线圈中流过更大的电流。初级线圈中的电流Ip的增大，意味着前面所说明的两个条件都满足：（1）输出功率将随着输出功率的增加而增加（2）初级线圈中的磁动势将增加，以此来抵消二次侧中的磁动势减小磁通的趋势。总的来说，变压器为了保持磁通是常数，对磁通变化的响应是瞬时的。更重要的是，在空载和满载时，主磁通φ0的降落是很少的（一般在）1至3%。其需要的条件是E降落很多来使电流Ip增加。在一次侧，电流Ip’在一次侧流过以平衡Is产生的影响。它的磁动势NpIp’只停留在一次侧。因为铁芯的磁通φ0保持不变，变压器空载时空载电流I0必定会为其提供能量。故一次侧电流Ip是电流Ip’与I0’的和。因为空载电流相对较小，那么一次侧的安匝数与二次侧的安匝数相等的假设是成立的。因为在这种状况下铁芯的磁通是恒定的。因此我们仍旧可以认定空载电流I0相对于满载电流是极其小的。当一个电流流过二次侧绕组，它的磁动势（NsIs）将产生一个磁通，于空载电流I0产生的磁通φ0不同，它只停留在二次侧绕组中。因为这个磁通不流过一次侧绕组，所以它不是一个公共磁通。. .另外，流过一次侧绕组的负载电流只在一次侧绕组中产生磁通，这个磁通被称为一次侧的漏磁。二次侧漏磁将使电压增大以保持两侧电压的平衡。一次侧漏磁也一样。因此，这两个增大的电压具有电压降的性质，总称为漏电抗电压降。另外，两侧绕组同样具有阻抗，这也将产生一个电阻压降。把这些附加的电压降也考虑在，这样一个实际的变压器的等值电路图就完成了。由于分支励磁体现在电流里，为了分析我们可以将它忽略。这就符我们前面计算中可以忽略空载电流的假设。这证明了它对我们分析变压器时所产生的影响微乎其微。因为电压降与负载电流成比例关系，这就意味着空载情况下一次侧和二次侧绕组的电压降都为零。参考文献[1]熊银信主编发电厂电气部分（第三版）中国电力2004.8[2]西北电力电力工程电气一次设计手册水利电力1989[3]西北电力电力工程电气二次设计手册水利电力1989[4]珩主编电力系统稳态分析中国电力1998[5]光琦主编电力系统暂态分析中国电力2002[6]贺家宋从矩合编电力系统继电保护2003.