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电气自动化毕业论文论文题目单相相控整流电路的应用专业电气工程与自动化层次专升本姓名二年十一月二十日目录标题摘要关键词前言第一章原始资料分析本所设计电压等级电源负荷第二章电气主接线设计主接线接线方式电气主接线的选择第三章所用电的设计所用电接线一般原则所用变容量型式的确定所用电接线方式确定备用电源自动投入装置第四章短路电流计算短路计算的目的短路计算过程第五章继电保护配置变电所母线保护配置变电所主变保护的配置第六章防雷接地避雷器的选择变电所的进线段保护接地装置的设计致谢参考文献电气自动化变电所设计摘要变电所是电力系统的重要组成部分它直接影响整个电力系统的安全与经济运行是联系发电厂和用户的中间环节起着变换和分配电能的作用电力系统中发电厂将天然的一次能源转变成电能向远方的电力用户送电为了减小输电线路上的电能损耗及线路阻抗压降需要将电压升高为了满足电力用户安全的需要又要将电压降低并分配给各个用户这就需要能升高和降低电压并能分配电能的变电所所以变电所是电力系统中通过其变换电压接受和分配电能的电工装置它是联系发电厂和电力用户的中间环节同时通过变电所将各电压等级的电网联系起来变电所的作用是变换电压传输和分配电能变电所由电力变压器配电装置二次系统及必要的附属设备组成这次设计以降压变电所为主要设计对象分析变电站的原始资料确定变电所的主接线通过负荷计算确定主变压器台数容量及型号根据短路计算的结果对变电所的一次设备进行了选择和校验同时完成防雷保护及接地装置方案的设计关键词变电所电气主接线短路电流计算一次设备防雷保护前言本次设计题目为变电所一次系统设计此设计任务旨在体现对本专业各科知识的掌握程度培养对本专业各科知识进行综合运用的能力同时检验本专业学习三年以来的学习结果此次设计首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数分析负荷发展趋势通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑并通过对负荷资料的分析安全经济及可靠性方面考虑确定了主接线然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数容量及型号同时也确定了站用变压器的容量及型号在根据最大持续工作电流及短路计算结果对设备进行了选型校验同时考虑到系统发生故障时必须有相应的保护装置因此对继电保护做了简要说明对于来自外部的雷电过电压则进行了防雷保护和接地装置的设计最后对整体进行规划布置从而完成变电所一次系统的设计第一章原始资料分析本所设计电压等级根据设计任务本次设计的电压等级为电源负荷地理位置情况电源分析与本所连接的系统电源共有个其中两个一个具体情况如下系统变电所该所电源容量即系统装机总容量为以火电为主在该所等电压母线上的短路容量为该所与本所的距离为以一回路与本所连接火电厂该厂距离本所装有台机组和两台主变以一回线路与本所连接该厂主接线简图如图图火电厂接线图系统变电所该所距本所以一回线路相连接在该所高压母线上的短路容量为以上个电源在正常运行时主要是由两个级电源来供电给本所变电所与本所相连的线路传输功率较小为联络用当个电源中的某一电源出故障不能供电给本所时系统通过调整运行方式基本是能满足本所重要负荷的用电此时变点所可以按合理输送容量供电给本所负荷资料分析负荷表负荷参数表用户名称容量距离备注化工厂类负荷铝厂类负荷水厂类负荷注用户中化工厂铝厂有自备电源远期最大负荷本变电所自用负荷约为一些负荷参数的取值负荷功率因数均取负荷同期率年最大负荷利用小时数小时年表中所列负荷不包括网损在内故计算时因考虑网损此处计算一律取网损率为各电压等级的出线回路数在设计中根据实际需要来决定各电压等级是否预备用线路请自行考虑决定第二章电气主接线设计电气主接线是变电所电气设计的首要核心部分也是电力构成的重要环节电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质选择出某种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式主接线接线方式单母线接线优点接线简单清晰设备少操作方便便于扩建和采用成套配电装置缺点不够灵活可靠任一元件母线或母线隔离开关等故障时检修均需使整个配电装置停电单母线可用隔离开关分段但当一段母线故障时全部回路仍需短时停电在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障母线的供电适用范围配电装置出线回路数不超过回配电装置的出线回路数不超过回单母线分段接线优点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缺点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内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适用范围配电装置出线回路数为回时配电装置出线回路数为回时单母分段带旁路母线这种接线方式在进出线不多容量不大的中小型电压等级为的变电所较为实用具有足够的可靠性和灵活性桥型接线内桥形接线优点高压断器数量少四个回路只需三台断路器缺点变压器的切除和投入较复杂需动作两台断路器影响一回线路的暂时停运桥连断路器检修时两个回路需解列运行出线断路器检修时线路需较长时期停运适用范围适用于较小容量的发电厂变电所并且变压器不经常切换或线路较长故障率较高的情况外桥形接线优点高压断路器数量少四个回路只需三台断路器缺点线路的切除和投入较复杂需动作两台断路器并有一台变压器暂时停运高压侧断路器检修时变压器较长时期停运适用范围适用于较小容量的发电厂变电所并且变压器的切换较频繁或线路较短故障率较少的情况双母线接线优点供电可靠可以轮流检修一组母线而不致使供电中断一组母线故障时能迅速恢复供电检修任一回路的母线隔离开关只停该回路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扩建方便向双母线的左右任何的一个方向扩建均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配不会引起原有回路的停电便于试验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线路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配电装置当短路电流较大出线需要带电抗器时配电装置当出线回路数超过回时或连接的电源较多负荷较大时配电装置出线回路数为回及以上时或配电装置在系统中占重要地位出线回路数为回及以上时双母线分段接线双母线分段可以分段运行系统构成方式的自由度大两个元件可完全分别接到不同的母线上对大容量且相互联系的系统是有利的由于这种母线接线方式是常用传统技术的一种延伸因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题而较容易实现分阶段的扩建优点但容易受到母线故障的影响断路器检修时需要停运线路占地面积较大一般当连接的进出线回路数在回及以下时母线不分段电气主接线的选择电气主接线根据资料显示由于的出线为回一类负荷较多可以初步选择以下两种方案单母分段带旁母接线且分段断路器兼作旁路断路器电压等级为出线为回可采用单母线分段接线也可采用双母线接线双母接线接线表主接线方案比较方案项目方案单母分段带旁母方案双母接线技术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扩建时需向两个方向均衡扩建供电可靠调度灵活扩建方便便于试验易误操作经济设备少投资小用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资设备多配电装置复杂投资和占地面大虽然方案可靠性灵活性不如方案但其具有良好的经济性鉴于此电压等级不高可选用投资小的方案电气主接线根据资料显示由于没有出线只有回进线可以初步选择以下两种方案桥行接线根据资料分析此处应选择内桥接线单母接线表主接线方案比较方案项目方案内桥接线方案单母分段技术线清晰简单调度灵活可靠性不简单清晰操作方便易于发展经比较两种方案都具有接线简单这一特性虽然方案可靠性灵活性不如方案但其具有良好的经济性可选用投资小的方案第三章所用电的设计变电所的所用电是变电所的重要负荷因此在所用电设计时应按照运行可靠检修和维护方便的要求考虑变电所发展规划妥善解决因建设引起的问题积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备使设计达到经济合理技术先进保证变电所安全经济的运行所用电接线一般原则满足正常运行时的安全可靠灵活经济和检修维护方便等一般要求尽量缩小所用电系统的故障影响范围并尽量避免引起全所停电事故充分考虑变电所正常事故检修起动等运行下的供电要求切换操作简便所用变容量型式的确定站用变压器的容量应满足经常的负荷需要对于有重要负荷的变电所应考虑当一台所变压器停运时其另一台变压器容量就能保证全部负荷的由于且由于上述条件所限制所以两台所变压器应各自承担当一台停运时另一台则承担为故选两台的主变压器就可满足负荷需求考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标可选用干式变压器表变压器参数表型号电压组合连接组标号空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压高压高压分接范围低压高可靠性灵活性差经济占地少使用的断路器少备少投资小所用电接线方式确定所用电的接线方式在主接线设计中选用为单母分段接线选两台所用变压器互为备用每台变压器容量及型号相同并且分别接在不同的母线上备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置作用备用电源自动投入装置目标为消除或减少损失保证用户不间断供电定义当工作电源因故障被断开以后能迅速自动的将备用电源投入或将用电设备自动切换到备用电源上去使用户不至于停电的一种自动装置简称备自投或装置适用情况以及优点发电厂的厂用电和变电所的所用电有双电源供电的变电所和配电所其中一个电源经常断开作为备用降压变电所内装有备用变压器和互为备用的母线段生产过程中某些重要的备用机组采用的优点提高供电的可靠性节省建设投资简化继电保护装置限制短路电流提高母线残压的工作过程及要求装置应满足的基本要求工作母线突然失压装置应能动作工作电源先切备用电源后投判断工作电源断路器切实断开工作母线无电压才允许备用电源合闸装置只动作一次动作是应发出信号装置动作过程应使负荷中断供电的时间尽可能短备用电源无压时装置不应动作正常停电时备用装置不启动备用电源或备用设备投入故障时应使其保护加速动作装置应由低电压启动部分和自动重合闸部分组成低电压启动部分是监视工作母线失压和备用电源是否正常自动重合闸部分在工作电源的断路器断开后经过一定延时间将备用电源的断路器自动投入变电所装置工作过程侧当某一条母线故障导致母线失压故障侧断路器切断工作电源非故障侧母线与桥型母线上动作将故障侧设备自动切换到非故障侧侧当某一条母线故障导致母线失压故障侧断路器切断工作电源动作将故障侧设备自动切换到非故障侧侧所用电当某一条母线或所用电母线故障导致母线失压故障侧断路器断开动作母联断路器合闸将故障侧负荷切换到非故障侧第四章短路电流计算在电力系统运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行短路计算的目的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在设计屋外高压配电装置时需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离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短路计算过程短路电流计算根据资料火电厂的阻抗可归算为以下图火电厂接线图图火电厂阻抗图在短路计算的基本假设前提下选取各绕组等值电抗取取取图火电阻抗最简图即火电厂的阻抗为又根据资料所得可将变电所视为无限大电源所以取同理因变电所的短路容量为所以火电厂到待设计的变电所距离阻抗为每千米欧变电所到到待设计的变电所距离阻抗为每千米欧变电所到到待设计的变电所距离阻抗为每千米欧待设计变电所中各绕组等值电抗该变电所的两台型号规格一样所以另一个变压器的阻抗和相同根据主接线图可简化为以下图型图主接线阻抗简化图当点发生短路时将图四可转化为以下图行图点短路阻抗图又因为是有限大电源将改为所以查短路电流周期分量运算曲线取可得冲击系数取侧短路计算根据图四进行变换图星三角形转化图图点短路阻抗图查计算曲线取为可得第五章继电保护配置继电保护是电力系统安全稳定运行的重要屏障在此设计变电站继电保护结合我国目前继电保护现状突出继电保护的选择性可靠性快速性灵敏性运用微机继电保护装置及微机监控系统提高变电站综合自动化水平变电所母线保护配置线路保护部分距离保护零序过电流保护自动重合闸过电压保护线路保护线路保护采用微机保护装置实现电流速断及过流保护实现三相一次重合闸电容器保护采用微机保护装置实现电流过流保护过压低压保护母线装设小电流接地选线装置变电所主变保护的配置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而本次所设计的变电所是降压变电所如果不保证变压器的正常运行将会导致全所停电影响变电所供电可靠性主变压器的主保护瓦斯保护对变压器油箱内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内部所产生的气体或油流而动作其中轻瓦斯动作于信号重瓦斯动作于跳开变压器各侧电源断路器差动保护对变压器绕组和引出线上发生故障以及发生匝间短路时其保护瞬时动作跳开各侧电源断路器主变压器的后备保护过流保护为了反应变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流以及在变压器内部故障时作为差动保护和瓦斯保护的后备所以需装设过电流保护过负荷保护变压器的过负荷电流大多数情况下都是三相对称的因此只需装设单相式过负荷保护过负荷保护一般经追时动作于信号而且三绕组变压器各侧过负荷保护均经同一个时间继电器变压器的零序过流保护对于大接地电流的电力变压器一般应装设零序电流保护用作变压器主保护的后备保护和相邻元件接地短路的后备保护一般变电所内只有部分变压器中性点接地运行因此每台变压器上需要装设两套零序电流保护一套用于中性点接地运行方式另一套用于中性点不接地运行方式第六章防雷接地变电所是电力系统的中心环节是电能供应的来源一旦发生雷击事故将造成大面积的停电而且电气设备的内绝缘会受到损坏绝大多数不能自行恢复会严重影响国民经济和人民生活因此要采取有效的防雷措施保证电气设备的安全运行变电所的雷害来自两个方面一是雷直击变电所二是雷击输电线路后产生的雷电波沿线路向变电所侵入对直击雷的保护一般采用避雷针和避雷线使所有设备都处于避雷针线的保护范围之内此外还应采取措施防止雷击避雷针时不致发生反击对侵入波防护的主要措施是变电所内装设阀型避雷器以限制侵入变电所的雷电波的幅值防止设备上的过电压不超过其中击耐压值同时在距变电所适当距离内装设可靠的进线保护避雷针的作用将雷电流吸引到其本身并安全地将雷电流引入大地从而保护设备避雷针必须高于被保护物体可根据不同情况或装设在配电构架上或独立装设避雷线主要用于保护线路一般不用于保护变电所避雷器是专门用以限制过电压的一种电气设备它实质是一个放电器与被保护的电气设备并联当作用电压超过一定幅值时避雷器先放电限制了过电压保护了其它电气设备避雷器的选择避雷器的配置原则配电装置的每组母线上应装设避雷器旁路母线上是否应装设避雷器应在旁路母线投入运行时避雷器到被保护设备的电气距离是否满足而定以下变压器和并联电抗器处必须装设避雷器并尽可能靠近设备本体及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时应在变压器附近增设一组避雷器三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器避雷器选择技术条件型式选择避雷器型式时应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点按下表选择如表表避雷器型号选择表型号型式应用范围配电用普通阀型以下配电系统电缆终端盒电站用普通阀型发电厂变电所配电装置电站用磁吹阀型及需要限制操作的以及以下配电某些变压器中性点旋转电机用磁吹阀型用于旋转电机屋内型号含义阀型避雷器配电所用发电厂变电所用磁吹旋转电机用中性点直接接地额定电压避雷器的额定电压应与系统额定电压一致变电所的进线段保护为使避雷器可靠的保护变压器还必须设法限制侵入波陡度和流过避雷器的冲击电流幅值因为避雷器的残压与雷电流的大小有关过大的雷电流致使过高而且阀片通流能力有限雷电流若超过阀片的通断能力避雷器就会坏因此还必须增加辅助保护措施配合避雷器共同保护变压器这一辅助措施就是进线段如果线路没有进线段保护雷直击变电所附近导线时流过避雷器的雷电流幅值和陡度是有可能超过容许值的因此为了限制侵入波的陡度和幅值使避雷器可靠动作变电所必须有一段进线段保护本设计中采用的是在进线进线范围内装设避雷器接地装置的设计接地就是指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通过导体与大地相连使该物体或节点与大地保持等电位埋入地中的金属接地体称为接地装置设计原则由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大在接地设计中要满足电力行业标准交流电气装置的接地中是非常困难的现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到而是允许放宽到但这不是说一般情况下接地电阻都可以采用接地电阻放宽是有附加条件的即防止转移电位引起的危害应采取各种隔离措施考虑短路电流非周期分量的影响当接地网电位升高时避雷器不应动作或动作后不应损坏应采取均压措施并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线在接地故障电流较大的情况下为了满足以上几点要求还是得把接地电阻值尽量减小接地电阻的合格值既不是也不是而应根据工程的具体条件在满足附加条件要求的情况下不超过都是合格的接地网型式选择及优劣分析及以下变电站地网网格布置采用长孔网或方孔网接地带布置按经验设计水平接地带间距通常为除了在避雷针线和避雷器需加强分流处装设垂直接地极外在地网周边和水平接地带交叉点设置的垂直接地极进所大门口设帽檐式均压带接地网结构是水平地网与垂直接地极相结合的复合式地网长孔与方孔地网网格布置尺寸按经验确定没有辅助的计算程序和对计算结果进行分析设计简单而粗略因为接地网边缘部分的导体散流大约是中心部分的倍因此地网边缘部分的电场强度比中心部分高电位梯度较大整个地网的电位分布不均匀接地钢材用量多经济性差在及以下的变电工程中采用长孔网或方孔网因为入地故障电流相对较小地网面积不大缺点不太突出而在变电站采用上述缺点的表现会十分明显建议变电站不采用长孔或方孔地网降低接地网电阻的措施利用地质钻孔埋设长接地极根据接地理论分析接地网边缘设置长接地极能加强边缘接地体的散流效果可以起到降低接地电阻和稳定地网电位的作用如果用打深井来装设长接地极则施工费很高如利用地质勘察钻孔埋设长接地极施工费将大大节省但需注意利用地网边缘的地质钻孔间距不小于接地极长的两倍钻孔要伸入地下含水层方可利用工程中我们曾经进行过实测未插入到含水层的长接地极降阻效果差使用降阻剂在高土壤电阻率区的接地网施工中使用降阻剂无论是变电还是发电工程例子都很多世纪的年代到年代使用较多的是膨润土降阻剂和碳基类降阻剂据了解多个使用降阻剂的工程接地完工后测量接地电阻情况都不错但由于缺乏长期的跟踪监测对降阻剂性能的长效性和对接地极材料的腐蚀性的信息返回少确实也有质量差的降阻剂降阻效果不能持久对接地网造成腐蚀引起各地对降阻剂使用意见分岐利用地下水的降阻作用深井接地引外接地当变电站附近有低土壤电阻率区水塘水田水洼地可以敷设辅助接地网与所内主接地网连接这种方式叫引外接地这也是降低接地电阻的有效措施扩大接地网面积我们知道在均匀分布的土壤电阻率条件下接地电阻与接地网面积的平方成反比接地网面积增大则接地电阻减小因此利用扩大接地网面积来降低接地电阻是可能预见的有效降阻措施接地刀闸的选择侧接地刀闸的选择根据系统电压可以选择型接地刀闸表型接地刀闸参数表型号额定电压最高工作电压长期通流能力全波全波冲击对地耐压动稳定电流峰值热稳定电流根据系统电压可以选择型接地刀闸表型接地刀闸参数表型号额定电压最高工作电压长期通流能力全波全波冲击对地耐压动稳定电流峰值热稳定电流致谢为期三年的山东农业大学继续教育的学习即将结束三年来在老师的精心辅导下我的理论知识有了很大的提高为检验三年来的学习成果此次设计为降压变电站电气一次系统设计在设计过程中我根据所学知识实际进行设计没想到看起来简单的设计实际干起来却有太多疑问有时为了弄懂一个数据除了要一遍遍的查找资料还要向老师同学屡屡请教有时还要抱着原来所学过的课程再进行学习经过两个月的努力终于有了以下这份毕业设计虽然设计的内容中还存在许多的缺陷但确是几个月来辛勤劳动的结果在毕业设计过程中导师在百忙之中对我的设计给予了细致的指导和建议对我的辅导耐心认真并给我们提供了大量有关资料和文献使我的这次设计能顺利完成通过这次毕业设计使我对以前学习的知识得到了更深的了解并使知识得到了进一步的巩固参考文献电力工业部西北电力设计院电气工程设计手册电气一次部分中国电力出版社弋东方电气设计手册电气一次部分中国电力出版社陈学庸编电力工程电气设备手册电气二次部分北京中国电力出版社曹绳敏编电力系统课程设计及毕业设计参考资料北京中国电力出版社文远芳编高电压技术武汉华中科技大学出版社孟祥萍电力系统分析高等教育出版社刘吉来黄瑞梅高电压技术中国水利水电出版社熊信银吴希再电力工程武汉华中科技大学