110kv变电所电气系统设计.docx
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110kv变电所电气系统设计
110kV变电所电气系统方案设计
摘要
变电站是电力电子系统中的重要模块,对系统中的安全、经济效益等有很大影响。
本设计是一座降压变电站,是电力电子系统中汇聚和分配电能的关键,负责向该地区工厂、农村等用电单位供电。
此变电所的建设成功,增强了当地电网的供电能力,为工业农业等产业提供了有力的电能支撑,实现了达到使本地区电网安全、有序、有效、有力地运行的目标。
本设计《110kv变电所电气系统设计》,首先借助对原始资料的剖析和凭借变电站的总负荷等条件选择主变压器,同时秉着主接线的经济稳定、运行方便快捷的原则,确定了本变电所电气主接线设计方案。
其次在短路电流计算时,通过在三相短路计算中获得当短路发生在各电压级的母线时,其短路稳态电流和冲击电流的值。
再由计算结果和各电压等级额定电压与最大且持续工作电流的主要电气设备选择和校验。
最后,进行了防雷保护相关方面的设计。
关键词:
短路电流计算;电气主接线的设计;电气设备选择;设计图纸
110kVsubstationelectricalsystemdesign
Abstract
Powersystemsubstationasanimportantpartoftheentirepowersystemdirectlyaffectsthesafetyandeconomicoperation.Tobedesignedinthispaperisastep-downsubstationsubstationinthesystemplaystheroleofaggregationanddistributionofelectricenergy,chargedwiththefactorytotheregion,theimportanttaskofruralelectrification.Thecompletionofthesubstationwillnotonlystrengthenthelocalpowergridnetworkstructure,butalsoforthelocalindustrialandagriculturalproductionprovidesenoughpower,sothattheregionalpowergridsoastoachievesafe,reliableandeconomicoperationpurposes.Thepaper"110kvsubstationoncepartoftheelectricaldesign,"thefirstoriginaldatathroughtheanalysisandselectionbasedontotalloadofthesubstationmaintransformer,themainwiringunderbotheconomicalandreliable,flexibleoperationrequirements,selectthemainconnectionoftwoprogramstobeselectedAtechnicalcomparison,outofpoorprogramtodeterminethemainelectricalsubstationconnectionprogram.Second,theshort-circuitcurrentcalculation,obtainedfromthethree-phaseshortcircuitcalculationoccurswhenshort-circuitthevoltagelevelofthebus,itssteady-statecurrentandtheimpactofshort-circuitcurrentvalue.Accordingtotheresultsandthevoltagelevelofvoltageandmaximumcontinuousoperatingcurrentofthemainelectricalequipmentselectionandvalidation(includingcircuitbreaker,disconnectingswitch,currenttransformer,voltagetransformer,etc.).Finally,themaindrawoftheelectricalwiringdiagram,electricalgenerallayoutmap,lightningprotectionandotherrelateddesignlayoutplandrawings.
Keywords:
Electricalmainwiringdesign;short-circuitcurrentcalculation;electricalequipmentselection;designdrawings
1绪论
1.1设计内容
本设计只做电气部分的初步设计,不作施工设计和土建设计。
(1)主变压器选择:
根据负荷的大小、类型,选择主变压器的容量、台数、型式、电压等级、调压方式等。
(2)电气主接线设计:
可靠性、经济性和灵活性。
(3)短路电流计算:
不同运行方式(大、小、主)、短路点与短路类型。
(4)主要电气设备的选择:
断路器、隔离开关、母线及支撑绝缘子、限流电抗器、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈、避雷器。
(5)绘制电气主接线图。
1.2选题的目的和意义
随着我国工业的发展,各行业对电力系统的供电可靠性和稳定性的要求日益提高。
变电站是连接电力系统的中间环节,用以汇集电源、升降电压和分配电能。
变电站的安全运行对电力系统至关重要。
电气主接线是发电厂变电所的主要环节,电气主接线的拟定直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定,是变电站电气部分投资大小的决定性因素。
随着变电站综合自动化技术的不断发展与进步,变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统,继而实现“无人值班”变电站已成为电力系统新的发展方向和趋势。
因此,改善电网结构,提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度,以满足日益增长的社会需求是电力企业的首要目标。
变电站综合自动化系统是在计算机和网络通信技术基础上发展起来的,在我国近几年发展迅速,产品的更新换代及定型也越来越快。
从这几年应用和实践看,变电站综合自动化给变电站设计安装、调试和运行、维护、管理等方面都带来了一系列自动化技术的变革。
目前国内还没有出台变电站综合自动化系统的详细要求和制造标准,国内市场上变电站综合自动化产品的类型及系统结构也各不相同,因此,选择一种理想的自动化系统,合理组态是工程设计和应用的重点。
满足现场实际和工程需要的技术要求,分析了变电站综合自动化所具备的功能以及发展过程和方向,在对市场和产品充分调研下,提出了基于计算机技术和通信技术的综合自动化系统是一种比较成熟和实用的系统,并进行了合理选型和组态,改良了产品中不符合现场需要的部分,完成了该110kvV变电站的设计和实施。
110kV变电站电气部分设计的研究主要内容是结合相关的设计手册,辅助资料和国家有关规程,主要完成该变电站的一次、二次部分设计,参考国内外最新的设计方法、研究成果和新的电气设备,对降压变电所的站址、电气主接线方案及主变压器的选择,电气设备的选择(包括断路器,隔离开关,熔断器等),配电装置的选择以及防雷保护的设计。
主变压器、各侧电压等级的电气主接线和相关一次、二次设备、避雷装置、继电保护装置进行选择。
同时,完成110kV变电站平面布置初步设计图和相关设计图。
2设计基础资料
2.1选址情况
1、本变电所是按系统具体规划,为满足各地区负荷需要建设的110kV降压中间变电站。
2、所址地理和气象条件
本设计变电所计划建在城郊,距城市区域约7.5km,当地年最高气温32℃,年最低气温-25℃,最热月平均最高的气温为26℃,最冷月平均最低的气温为-5℃。
当地海拔高度600m。
2.2110kV电网图
2.3负荷预测
(1)35kV侧
表2-135kV侧负荷情况
负荷名称
最大负荷
(kW)
线路长km
回路数(个)
供电方式
变电所A
15000
0.80
15
2
架空
变电所B
12000
0.80
20
2
架空
变电所C
10000
0.85
40
1
架空
医院
5000
0.80
20
2
架空
化肥厂
8000
0.90
40
1
架空
负荷同时率
=0.80,最大负荷利用小时
=5000小时
(2)10kV侧
表2-210kV侧负荷情况
负荷名称
最大负荷
(kW)
线路长km
回路数
供电方式
配电站A
2500
0.80
12
2
架空
配电站B
3000
0.80
10
2
架空
配电站C
2000
0.80
15
1
架空
配电站D
2000
0.80
10
1
架空
配电站E
2000
0.80
14
1
架空
配电站F
2000
0.80
20
1
架空
机械厂
2000
0.90
10
2
电缆
化工厂
2000
0.90
8
2
电缆
医院
1000
0.80
10
2
电缆
剧院
1500
0.90
5
2
电缆
负荷同时率
=0.85,最大负荷利用小时
=5500小时
(3)110kV侧
负荷同时率
=0.85
(4)负荷年增长率:
5%
2.4设计内容要求
1、挑选主变压器的型号、台数和容量
2、主接线选择
(1)根据设计先关原始资料,选择2-3个主接线方案。
(2)从技术合理性、经济发展等方面进行综合比较与分析,确定一种比较合理科学的主接线方案。
(3)说清主接线的主要运行的方式。
3、确定无功补偿的方式。
若要采用电力电容器设备进行相应的补偿,应:
(1)选择补偿电力电容器的容量和接线方式。
(2)选择的电力电容器型号和数量。
4、选择所用变压器的接线方式、台数和容量。
5、确定主变压器的中性点运行的方式。
如果要装设消弧线圈,应选择消弧线圈的容量、型号及台数。
6、配电装置的规划。
7、短路电流计算
(1)确定最大的运行方式,计算各个短路点三相运行短路电流。
(2)确定最小的运行方式,计算相关短路点的三相运行、二相运行的短路电流。
8、主要电气设备的选择
(1)选择各电压等级的断路器、电流互感器、母线、电压互感器、隔离开关、电缆的型号及规格。
(2)对断路器、隔离开关进行校验。
(3)对一电压等级的硬母线及其支持绝缘子和穿墙套管进行校验。
(4)对任一回路的电流互感器,确定二次进线方式,配置必要的测量表计,选择二次导线的截面积,校验电流互感器的动、热稳定。
9、变电所防雷计划,配置主接线中常用的避雷器。
10、配置继电保护和自动装置。
(1)线路保护
(2)主变压器保护
(3)母线保护
(4)电容器保护
(5)所用变压器保护
(6)自动装置
11、选出一条低压侧的架空出线继电保护的整定计算。
(1)整合确定保护一、二次侧的动作值
(2)校验灵敏系数
(3)整理确定自动重合闸装置具体参数
(4)选择继电器的型号、规格
(5)画出其原理接线图
2.5设计成品要求
1、设计说明书。
将上述设计的具体内容,进行整定、编写,要求文字、讲解简明扼要,语句简单明了,书写工整,计算正确和真实,条理顺畅及清楚。
内容主要包括:
(1)主变压器的容量、型号、台数的选择。
(2)主接线方案的选择。
应写清方案比较分析、确定的全过程,并列出有关的
依据。
(3)无功补偿的方式及电容的选择。
(4)所用变压器的容量、台数及接线方式选择。
(5)主变中性点运行方式及笑话线圈的选择。
(6)配电装置的规划。
(7)设备的选择和校验。
要求写清设备所在电压等级及回路的名称,计算要清晰正确,对断路器、开关等设备选择,建议选用列表法,使它一目了然。
(8)防雷保护规划和常规避雷设备的配置。
(9)继电保护及自动装置的相关配置。
(10)继电保护整定及计算。
(11)短路电流计算书。
要求计算应列出公式,计算过程简单且明了,计算正确规范。
各点短路计算结果用列表的形式进行综合规划。
(12)自选专题部分内容说明并分析和计算等。
(13)编写目录。
2、绘制图纸
(1)主接线图
(2)线路继电保护和自动装置的原理图
(3)自选专题所部分需的图纸
3负荷分析
3.1负荷分类及定义
1、一级负荷:
中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏,且难以挽回,带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。
一级负荷要求有两个独立电源供电。
2、二级负荷:
中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱,且较长时间才能修复或大量产品报废,重要产品大量减产,属于二级负荷。
二级负荷应由两回线供电。
但当两回线路有困难时(如边远地区),允许有一回专用架空线路供电。
3、三级负荷:
不属于一级和二级的一般电力负荷。
三级负荷对供电无特殊要求,允许较长时间停电,可用单回线路供电。
3.2本设计中的负荷分析
市镇变1、2:
市镇变担负着的电力供应,若中断供电会造成大面积停电,所以应该属于一级负荷。
煤矿变:
煤矿变负责向煤矿供电,煤矿大部分是井下作业,例如:
煤矿工人从矿井中的进出等等,若煤矿变一旦停电就有可能造成人员伤亡,所以应属于一级负荷。
化肥厂:
化肥厂的生产过程中有许多化学反应,一旦电力供应中止就可能会造成产品报废,造成极大的经济财产的流失,所以应属一级负荷。
砖厂:
砖厂生产工艺过程与电的联系并不是非常紧密,若停止电力的供应,只会造成部分破坏,生产流程可能变得混乱,所以应该属于三级负荷。
镇区变:
镇区变肩负着对所辖区域电力的供应,若中止镇区变电力供应,将会带来很大面积的停电,带来极大的政治影响及经济损失,所以应该属于一级负荷。
机械厂:
机械厂的生产过程与电联系不是非常紧密,若中止供电,不会带来太大的损失,所以应属于二级负荷。
纺织厂1、2:
若中断纺织厂电力供应,可能会引起跳线,打结等问题。
从而使产品出现不合格的情况,所以应该属于二级负荷。
农药厂:
农药厂的生产过程中伴有化学反应过程,若停电就会引起产品报废,应属于一级负荷。
面粉厂:
若中断供电,影响不是很大,所以应该属于三级负荷。
耐火材料厂:
若中断供电,影响不是很大,所以应该属于三级负荷。
3.335kV及10kV各侧负荷的大小
一、主变台数的确定
根据《35-110kV变电所设计规范》3.1.2条规定“在有一、二级负荷的变电所宜装设两台及以上主变压器。
如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时,可装设一台主变压器。
”
本设计的110kV降压变电所,35kV和10kV侧负荷有医院、变电所、煤矿等,变电所不能由中、低压侧取得足够的备用电源,为了确保供电的可靠性,应该采用两台主变压器,当一台主变压器停运时,另一台主变压器还能保证60%重要负荷的供电。
二、负荷统计与分析,计算如下:
1、35kV侧
表3-135kv侧负荷情况
负荷名称
最大负荷
(
)
=
(
)
变电所A
15000
0.8
11250(0.75)
变电所B
12000
0.8
9000(0.75)
变电所C
10000
0.85
6197(0.6197)
医院
5000
0.80
3750(0.75)
化肥厂
8000
0.90
3875(0.4843)
合计
50000
34072
考虑到负荷的同时率
=0.8(同时率:
在同一时见,若干子网的最大负荷的和与整体电网最大负荷的比值。
)
----35kv侧的有功负荷
----35kv侧的无功负荷
----35kv侧的视在功率
想到负荷年增长率5%,待设计变电所按5年的计划,则35kV侧负荷为:
=
2、10kV侧:
表3-210kv侧负荷情况
负荷名称
最大负荷
(
)
(
)
配电站A
2500
0.8
1875(0.75)
配电站B
3000
0.8
2250(0.75)
配电站C
2000
0.8
1500(0.75)
配电站D
2000
0.8
1500(0.75)
配电站E
2000
0.8
1500(0.75)
配电站F
2000
0.8
1500(0.75)
机械厂
2000
0.9
968.6(0.4843)
化工厂
2000
0.9
968.6(0.4843)
医院
1000
0.8
750(0.75)
剧院
1500
0.9
726.5(0.4843)
合计
20000
13538.7
考虑到负荷的同时率
=0.85,则:
----10kv侧的有功负荷
(
)----10kv侧的无功负荷
----10kv侧的视在功率
考虑到负荷年增长率5%,待设变电所按5年发展计划,则10kV的侧负荷为:
3、110kV侧:
忽略各种的损耗,考虑到110kV负荷同时率为
=0.85,
按5年发展的计划,负荷年增长率5%综合考虑,
故本设计满足的两个条件:
1)两台总容量
则每台主变容量为
2)
取
查产品目录,合理选择两台变压器的容量相同,确定每台的主变容量为63000kVA
4选择主变型式
4.1相数选择
依设计原则,只要能在运输条件允许下,应首先想到三相变压器。
此变电所的主变压器是110kV降压变压器,单台容量的不大(63000kVA),不会由于运输条件所限,因此选用的三相变压器。
4.2绕组数选择
根据《35-110kV变电所设计规范》3.1.4条规定“具有三种电压的变电所,如通过主变压器各侧线圈的功率均达该变压器容量的15%以上,主变压器宜采用三线圈变压器。
”
待设计变电所有的三个电压等级,且
35kV侧:
10kV侧:
上述两式均大于15%,故选择主变为三圈变压器
4.3中性点接地方式
本设计110kV主网电压采用中性点直接接地方式,即110kV系统为大电流接地系统。
中性点直接接地系统主要优点是发生三相短路时,非故障相对地电压不升高,因此,电网中设备各相对地绝缘水平取决于相电压,使电网的造价在绝缘方面的投资越低,当电压越高,其经济效益越明显,故绝缘方式采用半绝缘。
因此我国规定电压大于或等于110kV的系统采用中性点直接接地。
故本所采主变110kV中性点经隔离开关接地,以便于运行时灵活选择接地点。
而中压电网为35kV,为小电流接地系统,由于中性点具有不同的接地方式,而自耦变压器高低压侧之间有电的直接联系,要求高、低压绕组的中性点运行方式须一致,所以本所不宜采用自耦变压器,选择普通的三绕组变压器,故中、低压侧采用不接地或经消弧线圈接地的中性点运行方式。
(1)35kv侧接地电容电流:
由电气专业资料可知:
当35kV系统对地电容电流大于10A,应采用中性点经消弧线圈接地,所以本所35kV系统中性点经消弧线圈接地。
(2)10kv侧接点电容电流
架空线:
电缆线:
因
,由电气专业资料可知:
当10kV系统对地电容电流大于30A时,通常采用中性点经消弧线圈接地或直接接地。
所以本所主变10kV侧中性点不接地,而采用所用变中性点经消弧线圈接地。
4.4调压方式的选择
根据《35-110kV变电所设计规范》3.1.5条规定“变压器的有载调压是改善电压质量,减少电压波动的有效手段,对电力系统,一般要求110kV及以下变电所至少采用一级有载调压变压器。
”而本设计110kV变电所35kV及10kV侧担负着医院、煤矿、变电所及配电站等重要负荷,对电能的质量和可靠性的要求较高,为保证连续供电和满足对电能质量的要求,并能随时调压,扩大调压幅度而不引起电网的波动,故应采用有有载调压方式的变压器,以满足供电要求。
4.5连接组别
由于110kV系统采用中性点直接接地,35kV系统采用中性点经消弧线圈接地,10kV系统采用中性点不接地,故主变的接线方式采用YN,yn0,d11
4.6结构方式
待设变电所为降压变电所,故主变选择降压式结构,绕组排列顺序为自铁芯向外依次为低、中、高。
其绕组排列方式如下图所示:
铁
芯
根据以上分析结果,最终选择型号如下:
SFSZ7-63000/110,其型号意义及技术参数如下:
三绕组风冷带有载调压的变压器,9型的技术参数如下:
1、电压:
高压:
kV;
中压:
35(38.5)kV
低压:
11(10.5、6.6、6.3)kV
2、联结组标号:
YNyn0d11;
3、空载损耗:
40240W;
4、负载损耗:
157500W;
5、空载电流:
0.9%;
6、短路阻抗:
高-低:
17~18%;高-中:
10.5%;中-低:
6.5%
7、外形尺寸:
总重量:
111.7吨
5电气主接线的确定
5.1电气主接线的基本要求和基本形式
主接线的确定对电力系统的安全、经济运行,对系统的稳定和调度灵活性,以及对电气设备的选择、配电装置的的布置、继电保护及控制方式的拟定均有密切的关系。
在选择发电厂或者变电站的电气主接线时,应注意其在系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件,并考虑下列基本要求:
1.供电的可靠性
当个别设备发生事故或需停电检修时不宜影响对系统供电;断路器等母线故障,母线检修时尽量减少停运回路和停运时间,并保证对一级负荷或大部分二级负荷的供电。
2.运行上的安全性和灵活性
电气主接线要尽可能适应各种运行方式。
不但在正常运行时能很方便地投入或切换某些设备,而且在其中一部分电路检修时,应能尽量保证未检修设备继续供电,同时又要保证检修工作的安全进行。
3.接线简单操作方便
电气主接线要在各种倒闸操作中操作步骤最少。
由于复杂的接线,会使运行人员操作困难,容易造成误操作而发生事故。
电气设备增多,也增加了事故点,同时复杂的接线也给继电保护的选择带来很大困难。
4.建设及运行的经济型
5.电气主接线应考虑将来远景发展扩建的可能性
主接线的基本形式:
常用的电气主接线形式有单母线接线、双母线接线、3/2断路器接线,多角形接线、桥形接线等。
单母线接线又分为但母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路等多种形式。
双母线接线又分为单断路器双母线、双断路器上母线、3/2断路器双母线、带旁路双母线的双母线接线等多种形式。
5.2电气主接线的确定
依据原始资料:
1.110kv母线由两路电源供电,有两回出线,另外本所选择两台主变压器
2.35kv侧共有5路出线,其中3路采用双回路供电
3.10kv侧有10路出线,其中6
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- 110 kv 变电所 电气 系统 设计