110kV变电站一次部分设计.docx
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110kV变电站一次部分设计.docx
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110kV变电站一次部分设计
毕业设计[论文]
题目:
110kV变电站一次部分设计
系别:
电气与电子工程系
专业:
电气工程及其自动化
姓名:
学号:
指导教师:
毕业设计(论文)
任 务 书
题目
110KV变电站一次部分设计
系别
电气与电子工程系
专 业
电气工程及其自动化
班 级
学 号
学生姓名
指导教师
发放日期
学院本科毕业设计(论文)任务书
一、主要任务与目标:
主要任务:
完成110KV变电站一次部分的设计和相关计算,并编写毕业设计说明书。
目标:
1、培养学生综合运用所学理论知识的能力。
2、培养学生分析和解决实际问题的能力。
3、培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术文献的能力。
二、主要内容与基本要求:
主要内容:
某郊区变电站,电压等级为110/10KV,站区平均海拔200米,年最高气温+40℃,最低气温-15℃,年平均气温14℃,系统通过一条110KV架空线路向变电站供电,距离15公里,系统最大运行方式下折算至变电站高压侧母线的阻抗标幺值为1.5,S=100MVA.10KV电压等级处连接的负荷有镇区、机械厂、两家纺织厂、农药厂、面粉厂、耐火材料厂、铝厂,它们的最大负荷分别为1000KW、5000KW、5000(x2)KW、1000KW、1000KW、1000KW、800KW,功率因数均为0.9,均通过架空线得以供电。
基本要求:
对该变电站一次部分进行设计,包括:
变电所总体分析,负荷分析计算与主变压器选择,无功补偿设计,电气主接线设计,短路电流的计算,主要电气设备选择,防雷保护设计等。
三、计划进度:
毕业设计从第5周到第16周共12周时间。
第5周,熟悉题目,查阅资料,调研。
第6—13周,进行系统设计和计算。
第14周,征求现场指导老师的意见,对设计进行改进。
第15周,编写整理设计说明书。
第16周,答辩。
四、主要参考文献:
1、牟道槐,发电厂变电站电气部分,重庆大学出版社
2、刘介才,工厂供电,机械工业出版社
3、应震华,发电厂变电所电气接线和布置,水利水电出版社
4、刘宝贵,发电厂变电所电气部分,中国电力出版社
指导教师(签名):
年月日
教研室审核意见:
(建议就任务书的规范性;任务书的主要内容和基本要求的明确具体性;任务书计划进度的合理性;提供的参考文献数量;是否同意下达任务书等方面进行审核。
)
教研室主任签名:
年月日
注:
任务书必须由指导教师和学生互相交流后,由指导老师下达并交教研室主任审核后发给学生,最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。
成绩评定·
成绩评定说明
一、答辩前每个学生都要将自己的毕业设计(论文)在指定的时间内交给指导,
教师,由指导教师审阅,写出评语并预评分。
二、答辩工作结束后,答辩小组应举行专门会议按学校统一的评分标准和评分办
法,在参考指导教师预评结果的基础上,评定每个学生的成绩。
系对专业答
辩小组提出的优秀和不及格的毕业设计(论文),要组织系级答辩,最终确定
成绩,并向学生公布。
三、各专业学生的最后成绩应符合正态分布规律。
四、具体评分标准和办法见《平顶山工学院毕业设计(论文)工作条例》中附录2。
五、答辩小组评分包括两部分:
(1)学生答辩情况的得分和评阅教师评分;
(2)指导教师对学生毕业设计(论文)的评分
毕业设计(论文)成绩评定
班级姓名学号
综合成绩:
分(折合等级)
答辩小组组长签字年月日
·答辩小组评定意见·
一、评语(根据学生答辩情况及其论文质量综合评定)。
二、评分(按下表要求评定)
评分项目
答辩小组评分
评阅教师评分
合计
(40分)
完成任务
情况
(5分)
毕业设计
(论文)质量
(5分)
表达情况
(5分)
回答问题
情况
(5分)
质量
(正确性、条理性、创造性、实用性)
(10分)
成果的技术水平(科学性、系统性)
(10分)
答辩小组成员签字
年月日
毕业答辩说明
1、答辩前,答辩小组成员应详细审阅每个答辩学生的毕业设计(论文),为答辩做好准备,并根据毕业设计(论文)质量标准给出实际得分。
2、严肃认真组织答辩,公平、公正地给出答辩成绩。
3、指导教师应参加所指导学生的答辩,但在评定其成绩时宜回避。
4、答辩中要有专人作好答辩记录。
。
·指导教师评定意见·
一、对毕业设计(论文)的学术评语(应具体、准确、实事求是):
签字:
年月日
二、对毕业设计(论文)评分[按下表要求综合评定]。
(1)理工科评分表
评分项目
(分值)
工作态度
与纪律
(10分)
毕业设计(论文)完成任务情况与水平
(工作量与质量)
(20分)
独立
工作能力
(10分)
基础理论和
基本技能
(10分)
创新
能力
(10分)
合计
(60分)
得分
(2)文科评分表
评分项目
(分值)
文献阅读与文献综述
(10分)
外文翻译
(10分)
论文撰写质量
(10分)
学习态度
(10分)
学术
水平
(20)
论证能力与创新
(40分)
合计
(100分)
得分
指导教师签字:
年月日
摘要………………………………………………………………………………3
第一章变电所总体分析………………………………………………………5
第二章电气主接线……………………………………………………………6
2.1110kv电气主接线……………………………………………………7
2.210kv电气主接线……………………………………………………7
2.3站用变接线…………………………………………………………9
2.4远期扩建……………………………………………………………10
第三章负荷计算及主变的选择……………………………………………11
3.1负荷计算………………………………………………………………11
3.2主变台数、容量和型式的确定………………………………………12
第四章无功补偿及电压调整……………………………………………14
4.1无功补偿……………………………………………………………14
4.2电压调整……………………………………………………………14
第五章短路电流的计算………………………………………………………16
第六章主要电气设备选择……………………………………………………18
6.1母线的选择……………………………………………………………20
6.2高压断路器的选择……………………………………………………21
6.3隔离开关的选择………………………………………………………23
6.4电流互感器的选择与配置……………………………………………25
6.5电压互感器的选择与配置……………………………………………27
6.6绝缘子和穿墙套管的选择……………………………………………31
第七章防雷保护的设计………………………………………………………32
7.1雷电直击的防护………………………………………………………32
7.2雷电过电压的防护…………………………………………………33
7.3雷电侵入波过电压的防护……………………………………………33
7.4避雷器的选型………………………………………………………34
致谢………………………………………………………………………………35
参考文献…………………………………………………………………………36
附图1电气主接线图…………………………………………………………37
附图2交流系统接线图…………………………………………………………38
摘要
为满足经济发展的需要,根据有关部门的决定修建1所110kV郊区变电站。
本工程初步设计内容为变电站电气一次部分设计,新建的变电站从一条110kV架空线路受电,其负荷仅有10KV一个电压等级。
本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,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110kV、10kV以及站用电的主接线;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;再确定无功补偿;最后,根据最大持续工作电流及短路电流计算的计算结果,对母线、高压断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器进行了选型,确定防雷保护,从而完成了110kV电气一次部分的设计。
关键词:
变电站主接线主变压器短路电流计算设备选型
Abstract
Forsatisfyingthedemandthateconomydevelopment,theauthoritiesconcerneddecidetoconstructasuburbantransformersubstationof110kV.
ThisengineeringfirststepdesigncontentisthetransformersubstationofelectricDesign.Thisnewtransformersubstationobtainpowerfromacircuit(110KV).Thereisonlyonelowvoltagedegreeinthesubstation——10KV.
Firstly,accordingtotheparameterofsystem,circuitandallloadsprovidedinthetask-book,thisdesignanalyzethetendencyof
loads′developping,considerloads′caseandthesafety,economicandreliabilityoftheprogramme,confirmtheconstructionofcircuit.Secondly,confirmthemaintransformer′squantity,capacityandtypesbytheareacoveredandcalculatingloads,sodothetransformerinside.Thenconfirmthereactivepowercompensation.Finally,selecttheappropriatemodelofbus,high-voltagecircuitbreakers,isolatingswitches,voltagetransformer,currenttransformeraccordingthemaximumsustainedcurrentandtheshort-circuitcurrentcalculation,confirmtheLightningProtection,andfinishapartof110kVelectricatlast.
Keywords:
substation,mainconnection,maintransformer,short-circuitcurrentcalculation,equipmentselection
第一章变电站总体分析
1.建设性质及规模:
待设计变电所为一郊区变电所。
电压等级:
110/10kV
进出线回路数:
110kV为一回,10kV八回。
2.所址地理位置及地理、气象条件:
本变电所所址位于某中型城市边缘,所址地势平坦,进出线方便;空气污染轻微;土质为黄沙土壤,土壤电阻率Ρ≤500Ω*M;所区平均海拔200米,年最高温度+40。
C,最低温度-15。
C,年平均气温14。
C,最热月平均温度+30。
C,土壤温度15。
C。
3、系统情况:
系统通过一条110kV架空线路向变电站供电,距离15公里,系统最大运行方式下折算至变电站高压侧母线的阻抗标幺值为1.5,SB=100MVA。
4.负荷情况:
负荷如下表:
电压
负荷名称
最大负荷kW
COSΦ
供电方式
10kV
镇区
1000
0.9
架空
机械厂
5000
0.9
架空
纺织厂1
5000
0.9
架空
纺织厂2
5000
0.9
架空
农药厂
1000
0.9
架空
面粉厂
1000
0.9
架空
耐火材料厂
1000
0.9
架空
铝厂
800
0.9
架空
第二章电气主接线设计
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。
各类发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。
其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身,同时也影响到工农业生产和人民日常生活。
因此,发电厂、变电站主接线必须满足以下基本要求。
1.运行的可靠
断路器检修时是否影响供电;设备和线路故障检修时,停电数目的多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。
2.具有一定的灵活性
主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式,达到调度的目的,而且在各种事故或设备检修时,能尽快地退出设备。
切除故障停电时间最短、影响范围最小,并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。
3.操作应尽可能简单、方便
主接线应简单清晰、操作方便,尽可能使操作步骤简单,便于运行人员掌握。
复杂的接线不仅不便于操作,还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。
但接线过于简单,可能又不能满足运行方式的需要,而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。
4.经济上合理
主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上,还应使投资和年运行费用小,占地面积最少,使其尽地发挥经济效益。
5.应具有扩建的可能性
由于我国工农业的高速发展,电力负荷增加很快。
因此,在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。
变电站电气主接线的选择,主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。
2.1110kV侧电气主接线
根据设计资料,系统通过一条110kV架空线路向变电站供电,该变电站向郊区供电,且用电负荷都不大,考虑到主接线的经济性,110kV侧可采用线变组接线,如下图所示:
线路-变压器单元接线
2.210kV侧电气主接线
方案1.单母线接线
单母线接线
单母线接线具有简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便,且有利于扩建等优点。
但可靠性和灵活性较差,当母线或母线隔离开关故障或检修时,必须断开它所接的电源;与之相接的所有电力装置,在整个检修期间的均需停止工作。
一般只使用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况:
16~10kV配电装置的出线回路数不超过5回;
235~63kV配电装置的出线回路数不超过3回;
3110~220kV配电装置的出线回路数不超过2回。
方案2.单母线分段接线
单母线分段接线
其适用范围为:
①6~10kV配电装置的出线回路数为6回及以上时;
②35~63kV配电装置的出线回路数为4~8回时;
③110~220kV配电装置的出线回路数为3~4回时。
方案3.双母线接线
双母线接线
当出线回路数或母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用,各级电压采用的具体条件如下:
16~10kV配电装置,当短路电流较大、出线需要带电抗器时;
②35~63kV配电装置,当出线回路数超过8回时,或连接的电源较多、负荷较大时;
③110~220kV配电装置出线回路数为5回及以上时,或当110~220kV配电装置在系统中居于重要地位,出线回路数为4回及以上时。
三种方案相比较,考虑到本期只上一台主变,适合采用运行操作方便的方案1。
故根据规程,10kV侧可采用方案1单母线接线。
2.3站用电接线
变电站的设计需要考虑站用变的接线。
站用变主要承担以下四部分负荷:
①照明,②检修,③设备(例如:
端子箱的加热,排出SF6废气等等),④生活用电。
(详见附图2)
对于大中型变电站,通常装设两台站用变压器。
因站用负荷较重要,考虑到该变电站远期具有两台主变压器和两段10kV母线,为提高站用电的可靠性和灵活性,所以装设两台站用变压器,并采用暗备用的方式。
站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度,以备加接临时负荷之用。
考虑到两台站用变压器采用暗备用方式,正常情况下为单台变压器运行。
每台工作变压器在不满载状态下运行,当任意一台变压器因故障被断开后,其站用负荷则由完好的站用变压器承担。
由S站1=(2+4+3+4+5+20+10)/(1-10%)≈53.3(kVA)
S站1=(2+4+3+4+5+3+6+10)/(1-10%)≈41.1(kVA)
或,根据所用负荷为变电站总负荷的0.1%~0.5%,这里取总负荷的0.3%计算:
S站=(1000+5000+5000*2+1000+1000+1000+800)*0.3%
=59.4(kVA)
再根据现有变压器型号,选“SC9-80”较为合适。
一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方式,选用一台额定容量为80kVA的站用变压器。
接于10kV母线上。
2.4远期扩建
该变电站为郊区变电站,目前,系统通过一条110kV架空线路向变电站供电,且用电负荷较小,根据当前国家形势与政策,考虑其远期扩建的可能性如下:
⑴若进线增加为两回,则110kV侧可采用桥形接线;
⑵若远期计划进线超过两回,可在本期主接线的110kV进线与主变压器之间预留110kV母线及一组开关的位置,远期110kV侧采用单母分段接线。
10kV侧均可采用单母分段接线。
远期扩建后的最终主接线如附图1所示(为保证供电的可靠性,对于较为重要的用电负荷,例如铝厂等,可在厂内自备柴油发电机,但,不在变电站的设计范围内)。
第三章负荷计算及主变的选择
为了最终确定网络结构和主接线的形式,并进一步确定主接线的用电设备,首先应进行负荷计算。
这主要是依据:
①相同性质的电能用户具有相似的用电规律,②由于经济发展,人们生活水平提高所带来的用电需求量的增加。
计算负荷是一个假想的持续负荷,其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。
在供配电系统中,以30min的最大计算负荷作为选择电气设备的依据,并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用,即可在正常情况下长期运行。
一般将这个最大计算负荷简称为计算负荷Pc。
3.1负荷计算
要选择主变压器和站用变压器的容量,确定变压器各出线侧的最大持续工作电流,首先必须要计算各侧的负荷:
10kV侧负荷和110kV侧负荷。
由公式
(2-1)
式中
——某电压等级的计算负荷
——同时系数(10kV取0.85、35kV各负荷与10kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85)
а%——该电压等级电网的线损率,一般取5%
P、cos
——各用户的负荷和功率因数
根据10kV侧负荷的计算视在功率,可对主变压器进行选择。
而实际工程中这一过程并不需要繁琐的计算,只需按如下式子
(1000+5000+5000*2+1000+1000+1000+800)*1.5=29700(kVA)
(已将线损等考虑在内)
或
(1000+5000+5000*2+1000+1000+1000+800)/0.6=33000(kVA)
然后,根据实际中的变压器,选择合适的变压器型号。
3.2主变台数、容量和型式的确定
1.主变台数的确定:
⑴对于枢纽变电站在中、低压侧已构成环网的情况下,变电站以装设两台主变压器为宜。
⑵对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站,在设计时应考虑装设三台主变压器,以提高供电可靠性。
考虑到本次设计的变电站为用电负荷不大的郊区变电站,且目前进线为一回,故,本期可只上一台主变。
2.主变压器容量的确定:
⑴主变压器容量一般按变电站建成后5~10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期10~20年的负荷发展,对于城郊变电所,主变压器容量应与城市规划相结合。
⑵根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。
对于有重要负荷的变电站,应考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内,应保证用户的一级和二级负荷;对一般性变电站,当一台主变压器停运时,其余变压器容量应能保证全部负荷的70~80%。
根据10kV侧负荷的计算视在功率及实际中变压器的各种型号,本期选择一台容量为31.5MVA的主变压器就可满足负荷需求。
3.主变压器型式的确定:
1容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中,一般都应选用三相变压器(因单相变压器组相对投资大、占地多、运行损耗也较大,同时配电装置结构复杂,也增加了维修工作量;特殊情况例外)。
⑵变压器三相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。
我国110kV及以上电压,变压器绕组都采用Y
连接;35kV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。
在发电厂和变电站中,一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素,根据以上变压器绕组连接方式的原则,主变压器接线组别一般都选用YN,d11常规接线(因全星形接线变压器用于中性点不接地系统时,3次谐波无通路,将引起正弦波电压畸变,并对通信设备发生干扰,同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响)。
3为了保证发电厂或变电站的供电质量,电压必须维持在允许范围内。
而有载调压较容易稳定电压,减少电压波动。
通常,发电厂主变压器中很少采用有载调压,因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压;而变电所一般采用有载调压。
根据以上原则,选择的主变压器型号及参数如下表所示:
型号
额定
容量
(kVA)
额定电压
(kV)
空载
电流
(%)
空载
损耗
(kW)
负载
损耗
(kW)
阻抗电压
(%)
高压
低压
SFZ7-
31500/110
31500
110+/-
8*1.25%
6.3,6.6
10.5,11
42.2
148
10.5
第四章无功补偿及电压调整
4.1无功补偿
因本站有不少无功负荷,为
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