变电所控制回路设计.docx
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变电所控制回路设计.docx
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变电所控制回路设计
存档资料成绩:
课程设计报告书
所属课程名称供变电技术
题目牵引变电所供变控制回路设计
分院
专业班级
学 号
学生姓名
指导教师
2011年月日
课程设计任务书
专业班级姓名
一、课程设计题目牵引变电所供变控制回路设计
二、课程设计工作:
自年月日起至年月日止。
三、课程设计的内容要求:
1.各种保护电路的设计,
2.计量控制等二次回路设计
3.实现各种控制回路,跳闸,重合等各种功能。
4.撰写课程设计报告,并答辩。
学生签名:
2011年月日
序号
项目
等 级
优秀
良好
中等
及格
不及格
1
课程设计态度评价
2
出勤情况评价
3
任务难度评价
4
工作量饱满评价
5
任务难度评价
6
设计中创新性评价
7
论文书写规范化评价
8
综合应用能力评价
综合评定等级
课程设计评阅意见
评阅人 职称
2011年月日
目 录
第1章课程设计内容及要求.......................5
第2章课程设计目的...............................6
第3章程序实现思路............................7
第4章程序清单.....................................8
1.变电站的负荷计算...................................8
2.短路电流计算.........................................10
3.主变压器台数和容量的选择.........................13
4.主接线方案的确定....................................15
5.二次回路方案的确定.................................18
第5章课程设计心得.............................33
第6章参考文献...................................34
第1章课程设计内容及要求
设计内容及要求:
1.牵引变电所供变控制回路设计:
2.各种保护电路的设计
3.计量控制等二次回路设计
4.实现各种控制回路,跳闸,重合等各种功能。
5.按照要求,通过各种互感器来实现各种保护电路的设计
6.完成各种逻辑关系。
第2章课程设计目的
在国民经济高速发展的今天,电能的应用越来越广泛,生产、科学、研究、日常生活都对电能的供应提出更高的要求,因此确保良好的供电质量十分必要。
本设计书注重理论联系实际,理论知识力求全面、深入浅出和通俗易懂,实践技能注重实用性,可操作性和有针对性,同时注重介绍和反映现代供配电技术的新技术。
电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。
为保证电能的质量以及设备的安全,在变电所中还需进行电压调整、潮流(电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布)控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。
按用途可分为电力变电所和牵引变电所(电气铁路和电车用)。
电力变电所又分为输电变电所、配电变电所和变频所。
这些变电所按电压等级可分为中压变电所(60千伏及以下)、高压变电所(110~220千伏)、超高压变电所(330~765千伏)和特高压变电所(1000千伏及以上)。
按其在电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。
变电所由主接线,主变压器,高、低压配电装置,继电保护和控制系统,所用电和直流系统,远动和通信系统,必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。
其中,主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统;继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。
主接线是变电所的最重要组成部分。
它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。
一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。
主变压器是变电所最重要的设备,它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。
一般变电所需装2~3台主变压器;330千伏及以下时,主变压器通常采用三相变压器,其容量按投入5~10年的预期负荷选择。
此外,对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求。
变电所继电保护分系统保护(包括输电线路和母线保护)和元件保护(包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护)两类。
变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。
前者指一对一的按纽控制。
对于控制对较多的变电所,如采用直接控制方式,则控制盘数量太多,控制监视面太大,不能满足运行要求,此时需采用选控方式。
选控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面较小等优点;缺点是直观性较差,中间转换环节多
第3章程序实现思路
1.在保证可靠性的前提下,合理和设置网络和功能终端。
采用分布式分层结构,不须人工干预的尽量下放,有合理的冗余但尽量避免硬件不必要的重复。
2.采用开放式系统,保证可用性(Interoperability)和可扩充性(Expandability)。
要求不同制造厂生产的设备能通过网络互连和互操作,同时还要求以后扩建时,现有系统的硬件和软件能较方便的与新增设备实现互操作。
第4章程序清单
1.变电站的负荷计算
1.1负荷计算
各组负荷的计算:
1.有功功率P=KX
ΣPei
2.无功功Q=P
tgФ
3.视在功率S=
式中:
ΣPei:
每组设备容量之和,单位为KW;KX:
需用系数;CosФ:
功率因数。
总负荷的计算:
1.有功功率PΣ=K1
ΣP
2.无功功率QΣ=K1
ΣQ
3.视在功率SΣ=
4.自然功率因数:
CosФ1=PΣ/SΣ
式中:
K1组间同时系数,取为0.85~0.9。
电力系统中的无功功率就是要使系统中无功电源所发出的无功功率与系统的无功负荷及网络中的无功损耗相平衡;按系统供电负荷的功率因数达到0.95考虑无功功率平衡。
变电站所供负荷的总数:
P总=38800KW
变电站所供一类负荷总数:
P总1=8600KW
变电站所供二类负荷总数:
P总2=30200KW
一类负荷占总负荷的百分比:
δ=P总1/P总=8600/38800×100%=22.16%
二类负荷占总负荷的百分比:
δ=P总2/P总=30200/38800×100%=77.84%
1.2.无功补偿的目的
无功补偿的目的是系统功率因数低,降低了发电机和变压器的出力,增加了输电线路的损耗和电压损失,这一些原因是电力系统基本的常识,在这里不多作特别的说明。
电力系统要求用户的功率因数不低于0.9(本次设计要求功率因为为0.95以上),因此,必须采取措施提高系统功率因数。
目前提高功率因数的常用的办法是装设电容器补偿无功。
1.3无功补偿的计算
1.计算考虑主变损耗后的自然因数CosФ1:
P1=PΣ+ΔPb
Q1=QΣ+ΔQb
CosФ1=P1/
2.取定补偿以后的功率因数:
CosФ2为0.95:
3.计算补偿电容器的容量:
Qc=K1PΣ
(tgФ1+tgФ2)
式中:
K1=0.8~0.9
4.计算补偿电容器的个数:
Nc=Qc/qc
式中:
qc单个电容器的容量,单位kavr。
按照3的整数倍取定补偿器的个数Ncs,然后计算出实际的补偿容量:
Qcs=Ncs*qc
5.计算补偿以后实际的功率因数,补偿后实际的功率因数大于0.9为合理
CosФ2=PΣ/
10KV:
COSφ1≥0.9
∴选COSφ1=0.9来考虑:
P=38800KW
S=38800÷0.90=43111KVA;Q=43111×tang=20822Kvar
110KV:
COSφ2≥0.85
∴选COSφ2=0.85来考虑;
P=38800KW;S=38800÷0.85=45647KVA;Q=45647×tang=28301Kvar
表3负荷计算结果表
电压等级
有功功率(KW)
无功功率(KW)
视在功率(KVA)
10KV
38800
20822
43111
110KV
38800
28301
45647
主接线采用两台高压并联补偿电容器,每台主变安装一台。
电容器组的额定容量:
4800kvar,单Y接线
2.短路电流计算
选择计算短路点
在下图中,d1,d2,d3分别为选中的三个短路点
2、画等值网络图
XS
110KVd1
X1X1X235KV
X2
X3X3
d2
d310KV
3、计算:
已知:
(1)系统电压等级为110KV、35KV、10KV,基准容量Sj=100MVA,系统110KV母线系统短路容量为3000MVA,110KV侧为双回LGJ-300/35KM架空线供电。
(2)视系统为无限大电流源,故暂态分量等于稳态分量,即I"=I∞,S"=S∞
(3)主变为SFSL1-63000型变压器,基准容量Sj=100MVA
基准电压Uj=1.05Ue=115(KV)
基准电流Ij=Sj/3Uj=100/(115×3)=0.502(KA)
基准电抗Xj=Uj/3Ij=Uj2/Sj=1152/100=132(Ω)
∴对侧110kv母线短路容量Skt的标幺值为
Skt*=Skt/Sb=3000/100=30
∴对侧110kv母线短路电流标幺值
Ikt*=Skt*=30
∴对侧110kv系统短路阻抗标幺值
xs*=1/Ikt*=1/30=0.0333
查《电力工程电气设计手册》第189页对于LGJ-300线路X=0.382Ω/KM
∴XS*=0.0333+(0.382×35)/132/2=0.084
d1,d2,d3点的等值电抗值计算公式:
x1=1/2×{U(1-2)%+U(1-3)%-U(2-3)%}
x2=1/2×{U(1-2)%+U(2-3)%-U(1-3)%}
x3=1/2×{U(1-3)%+U(2-3)%+U(1-2)%}
其中:
U(1-2)%—变压器高压与中压绕组间短路电压
U(1-3)%—变压器高压与低压绕组间短路电压
U(2-3)%—变压器中压与低压绕组间短路电压
由变压器参数表得知,绕组间短路电压值分别为:
U(1-2)%=17.5%U(1-3)%=10.5%U(2-3)%=6.5%
主变额定容量SN=63MVA
所以x1=1/2×(17.5+10.5-6.5)=10.75
x2=1/2×(17.5+6.5-10.5)=6.75
x3=1/2×(10.5+6.5-17.5)=-0.25
标么值:
x1*=x1/100×(Sj/SN)=10.75/100×(100/63)=0.17
x2*=x2/100×(Sj/SN)=6.75/100×(100/63)=0.11
x3*=x3/100×(Sj/SN)=-0.25/100×(100/63)=-0.004
已知110KV系统折算到110KV母线上的等值电抗Xs*=0.084
当d1点短路时
XS
d1
I″d*1=1/Xs*=1/0.084=11.905
Ij=Sj/3Uj=100/(3×115)=0.502(KA)
I″d1=I″d*1×Ij=11.905×0.502=5.976(KA)
I″d1=I∞
Ich=1.8×2×I″d=1.8×2×5.976=15.239(KA)
S∞=3Uj×I∞=3×115×5.976=1190.3(MVA)
其中Id:
短路电流周期分量有效值
Id″:
起始次暂态电流I∞:
t=∞时稳态电流S∞:
短路容
3.主变压器台数和容量的选择
3.1变压器的选择原则
为了保证每年电容按10%的增长,并在10年内能满足要求,并按下例方案进行综合考虑:
1.明备用方式,即2台主变压器的容量都满足(2-1)式的要求,任何情况下都只有1台运行,两台主变压器互相备用。
2.暗备用方式,即2台主变压器的容量之和满足(2-1)式的要求。
正常情况下两台主变运行,故障情况下一台运行,因此,每台变压器的容量应满足安全用电的要求,即保证Ⅰ、Ⅱ类负荷的供电,一般要求能满足全部负荷的70%--80%。
3.在设计中,初期主变压器可采用明备用方式,随着负荷的增加和发展,后期可采用暗备用方式。
3.2变压器台数的选择
1.对于大城市郊区的一次变电站,在中、低压侧已构成环网的情况下,变电站以两台主变压器为宜。
2.对于孤立的一次变电站或大型工业专业用变电站,在设计时要考虑设三台主变压器的可能性。
3.对于规划只住两台主变压器的变电站,其变压器基础宜大于变压器容量的1-2级设计,以便符合发展时更换变压器的容量。
3.3变压器容量的选择
按照上述原则确定变压器容量后,最终应选用靠近的国家的系列标准规格。
变压器容量系列有两种,一种是按R8容量系列,它是按R8=
≈1.33的倍数增加的,如100KVA、135KVA、180KVA、240KVA、320KVA、420KVA等;另一种是国际通用的R10容量系列,它是按R10=
8≈1.26的倍数增加的。
如容量有100KVA、125KVA、160VA、200KVA、250KVA、315KVA等。
我国国家标准GB1094《电力变压器》确定采用R10容量系列。
综合上述各种因数,确定该站主压器采用2台50000MVA的变压器。
当前我国电力系统基本都是三相制接线,尤其我省电力系统还没有单相供电的系统,故为了能接入系统运行,并能保证系统的安全稳定运行。
所以该站选择三相供电。
结合该地区的实际情况,故采用双卷变压器,电压等级为110KV与10KV。
因为该地区110KV电压不是很稳定,为了保证10KV供电系统电压质量,本站采用有载调压方式,这样才能达到随时调整电压的目的。
冷却方式采用自冷型冷却方式。
变压器110KV侧中性点经隔离开关接地,同时装设避雷器保护。
综合上述几种情况,结合厂家的一些产品情况,故本站的主变压器选用的型号:
SZ10-50000/110。
变电站全部负荷Sδ=45647KVA
变压器的初选容量S=80%Sδ=0.80×45647=36517KVA
选两台50000KVA的变压器。
主变压器:
2×50000KVA三相双卷自冷型油浸变压器。
电压等级:
110KV/10KV
出线:
110KV2回,10KV12回。
无功补偿容量:
4×4800Kvar
表4主变压器的选择
额定容量
电压组合及分接范围
联接组
标号
空载
损耗
KW
负载
损耗
KW
空载
电流
%
阻抗
电压
%
KVA
高压
KV
中压
KV
低压
KV
50000
110±
8×1.25%
38.5
±5%
10.5
YN,d11
71.2
250
1.3
14
4.主接线方案的确定
4.1主接线的基本要求
1安全性
高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧,必须装设高压隔离开关;低压断路器(自动开关)的电源侧及可能反馈电能的另一侧,必须设低压刀开关;装设高压熔断器—负荷开关的出线柜母线侧,必须装设高压隔离开关;变配电所高压母线上及架空线路末端,必须装设避雷器。
装于母线上的避雷器宜与电压互感器共用一组隔离开关,线路上避雷器前不必装隔离开关。
2可靠性
断路器检修时,不宜影响对系统的供电;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大部分二级负荷的供电;尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性;大机组超高压电气主接线应满足可靠的特殊要求;采用综合自动化,优化变电所设计:
国内变电所自动化发展进程分为三个阶段。
第一阶段由集中配屏以装置为核心的方式,向分散下放到开关柜以系统为核心的方式发展;第二阶段由单一功能、相互独立向多功能、一体化过渡;第三阶段由传统的一次、二次设备相对分立向相互融合方式发展。
变电所综合自动化就是在第二阶段。
3灵活性
变配电所的高低压母线,一般宜采用单母线或单母线分段接线;两路电源进线,装有两台主变压器的变电所,当两路电源同时供电时,两台主变压器一般分列运行;当只一路电源供电,另一路电源备用时,则两台主变压器并列运行;带负荷切换主变压器的变电所,高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关;主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。
4经济性
主接线方案应力求简单,采用的一次设备特别是高压断路器少,而且
应选用技术先进、经济适用的节能产品;由于工厂变配电所一般都选用安全可靠且经济美观的成套配电装置,因此变配电所主接线方案应与所选成
套配电装置的主接线方案配合一致。
柜型一般宜采用固定式;只在供电可靠性要求较高时,才采用手车式或抽屉式;中小型工厂变电所一般才用高压少油断路器,在需频繁操作的场合,则应采用真空断路器或SF6断路器。
断路器一般采用就地控制,操作多用手力操作机构,但这只适用于三相短路电流不超过6KA
(10KV的SK3≤100MVA)的电路中。
如短路电流较大或有远控、自控要求时,则应采用电磁操作机构或弹簧操作机构;工厂的电源进线上应装设专用的计量柜,其互感器只供计费的电度表用,应考虑无功功率的人工补偿,使最大负荷时功率因素达到规定的要求;优化接线及布置,减少变电所占地面积
总之,变电所通过合理的接线、设备无油化、布置的紧凑以及综合自动化技术,并将通信设施并入主控室,简化所内附属设备,从而达到减少变电所占地面积,优化变电所设计,节约材料,减少人力物力的投入,并能可靠安全的运行,避免不必要的定期检修,达到降低投资的目的。
4.2主接线的方案与分析
1单母线
1.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;
2.缺点:
不够灵活可靠,任一元件(母线及母线隔离开关等)故障检修,均需要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段的供电。
3.适用范围:
一般只适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况:
6—110KV配电装置的出线回路数不超过6回;35—63KV配电装置的回线数不超过3回;110—220KV配电装置的出线回路数不超过2回。
2单母线分段接线
1.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,分段断路自动将故障段切断,保障正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
2.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等扩建。
3.适用范围:
6—10KV配电装置出线回路数为6及以上时;35—63KV配电装置出线回路数为4—8回时;110—220KV配电装置出线回路数为3—4回时。
4.3电气主接线的确定
单母线分段是借助于3DL,进行分段,当母线故障时,经倒闸操作可切除故障段,保证其它段继续运行,当母线检修可分段进行,这能始终保证一台主变的供电,当进线电源一回发生故障,通过倒闸操作可保证两台主变的供电,单母线分段的结线可以作分段运行,也可做并列运行,采用分段运行时,各段相当于单母线运行状态,各段母线所带的主变压器是分列进行,互不影响任一母线故障或检修时,仅停止该段母线所带变压器的供电,两段母线同时故障的机率很小,可以不予考虑,采用并列运行时,电源检修无需母线停电,只需断开电源的断路器1DL1,(2DL1)及其隔离开关就能保证两台主变压器的供电,对本站110KV两回供电(小于4回路)较为适合。
该设计的电气主接线:
110KV采用线路变压器组接线,进线侧设断路器;10KV接线为单母线分段接线,#1主变10KV侧单臂进10KV母线,各带10KV出线12回,无功补偿电容器组2组;#2主变10KV双臂各进一段10KV母线,每段母线各带10KV出线6回,无功补偿电容器1组。
在110KV两条进线的A相上各装设一台电容式电压互感器供二次闭锁采压用。
主变压器110KV侧中性点采用避雷器保护,并可经隔离开关接地。
表5主要电气设备表
序号
设备名称
型号和规格
1
110KV断路器
SF6-110W3150A40KV
2
隔离开关
GW4-110IID(W)125031.5A(4S)
3
主变中性点隔离开关
GW13-63D(W)/630A
4
110KV线路避雷器
Y10W1-108/281(W)
5
主变中性点避雷器
HY1.5W-72/186
6
10KV母线桥避雷器
HY5WZ-17/45
7
10KV电容器
SF6充气集合式BAMHL11/√3-1600-1W×3
8
接地变压器
DKSC-1000/10.5-100/0.4
9
10KV开关柜
XGN2-12Z(Q)系列,其中断路器配置为:
进线断路器ZN28-12(Q),3150A,40KA
分段断路器ZN28-12(Q),3150A,40KA
其他ZN28-12(Q),1250A,31.5KA
5.二次回路方案的确定
5.1二次回路的定义和分类
二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护装置、自动装置和运动装置等。
根据测量、控制、保护和信号显示的要求,表示二次设备互相连接关系的电路,称为二次接线或二次回路。
按二次接线的性质来分,有交流回路和直流回路,按二次接线的用途来分,有操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等。
5.2二次回路的操作电源
操作电源:
操作电源主要指供指示信号、继电保护和自动装置工作以及断路器跳合闸的操作电源。
继电保护装置的操作电源要求非常的可靠,以期在故障情况下,装置能可靠的动作。
工厂供电系统中所采用的操作电源有三种:
由蓄电池供电的直流电源,整流电源和交流电源。
交流电源可以从所用变压器或仪用互感器取得:
(1)由所得变压器取得
(2)用仪用互感器作交流操作电源
直流系统:
全站设一套直流系统,用于站内一、二次设备、通信及自动化系统的供电直流系统电压为110V,容量为200Ah(两台主变),全所事故停电按2小时考虑。
直流系统采用单母线分段接线,设分段开关,每段母线各带一套充电装置和一组蓄电池组,充电装置采用高频开关电源,蓄电池采用阀控式密封铅酸电池,放置方式采用蓄电池屏。
每套系统设一套微机型绝缘监控装置和蓄电池容量检测仪,直流系统应具有智能化功能并能与站内自动化系统通信。
直流系统采用混合式供电方式。
110KV部分采用放射型供电。
10KV母线则按分段情况设置。
5.3二次回路的接线要求
继电保护装置即各种不同类型的继电器,以一定的方式连结与组合,在系统发生故障时,继电保护动作,作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号,以达到对
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