变电站的设计与分析毕业论文.docx
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毕业设计(论文)
绪论
变电站是电力系统中的一个重要组成部分,是联系发电厂和用户的中间环节,担负着电能转换和电能重新分配的重要任务,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。
传统变电站一般都采用常规设备。
二次设备中的继电保护和自动装置,远动装置等采用电磁式或晶体管式,体积大,设备笨重,因此主控室、继电保护室占地面积较大。
常规装置结构复杂,可靠性底,维护工作量大。
随着国民经济的持续发展,人民的生活质量和生活水平越来越高,家用电器越来越多地进入千家万户,各工矿企业和居民用户对保证电能质量的要求越来越高。
衡量电能质量的主要指标是电压和频率,另外还要考虑谐波的危害。
频率主要由发电厂来调节,而合格的电压则需要发电厂和变电站共同来保证,变电站也应该通过调节变压器分接头位置和控制无功补偿设备进行调节,但传统的变电站大多数不具备自动调压手段,因此无法保证电能质量。
对于谐波的危害,更没有引起足够的重视和采取有力措施,且缺乏科学的电能质量考核办法。
电力系统要做到优质、安全、经济运行,必须与时掌握系统的运行状况,以便采取一系列的自动控制和调节手段,但传统变电站由于远动功能不全,一些遥测、遥信量无法实时送到调度中心,不能满足向调度中心与时提供运行参数的要求。
变电站本身又缺乏自动控制和调控手段,因此无法实时控制,不利于系统的安全、稳定运行。
随着社会经济的发展,人民生活水平的不断提高,人们对于电能的需求也在迅速递。
特别是近几年来,电力需求量出现了巨大的缺口,尤其是夏季用电高峰期。
具统计,2004年,全国31个省、自治区、直辖市中有20个出现了“拉闸限电”的现象,使得国民经济和居民生活受到了一定的影响。
其主要原因是电力增长率低于了国民经济生产总值增长率。
因此加大电力和电网建设是十分必要的。
我们本次所做的毕业设计就是针对电能的传输和分配问题,力图解决主变压器和电气主接线形式的选择问题,可能发生的短路电流,线路、变压器和电容器的保护问题,并综合考虑变电站远景的发展问题。
从而使用户使用上可靠、优质、价廉的电能。
随着电力系统的发展,电网结构越来越复杂,各级调度中心需要获得更多的信息,以准确掌握电网和变电站的运行状况。
同时,为提高电力系统的可控性,要求更多地采用远方集中监控和控制,并逐步采用无人值班管理模式。
显然,传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统的需求,而且不能适应现代电力系统管理模式的要求。
采取更先进的技术改造变电站是一种必然趋势。
20世纪70年代以前,为了提高电力系统的安全与经济运行水平,各种功能的自动装置被陆续研制出来,如自动重合闸装置,低频自动减载装置,备用电源自投装置和各种继电保护装置等。
这些装置采用模拟电路,由晶体管等分立元件组成,这些元件组成的自动装置逐步由大规模集成电路或微机所代替,出现了微机型继电保护装置,微机监控和微机远动装置等。
由微机处理器构成的自动装置具有智能化和计算能力强的显著优点,且装置本身具有故障自诊断能力,大大提高了测量的准确性,监控的可靠性和自动化水平。
继电保护技术的发展,对整定计算提出了更高的要求,整定中相当部分的系数具有不确定性,传统整定方法中根据专家经验来确定的整定系数值,很可能不是最优系数。
所以在设计中,在完成传统的整定基础上应考虑到在条件允许的情况下引进模糊集理论(FuzzySetsTheory),应用面向对象(OOP) 技术,开发了一个经过系数寻优的继电保护整定计算专家系统,扩大专家系统整定计算的能力,保证整定结果的准确和可靠。
第1章变电站的设计与分析
1.1 引言
变电站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。
变电站在电力系统中起着十分重要的作用,其运行性能的好坏直接影响所处地区经济的发展,是电力系统不可缺少的一部分。
1.2电力系统分析
电力系统与变电站的设计首先要对电力系统进行分析才能选择正确的方案,即对变电站进行总体分析才能设计比较经济、可靠的变电站方案。
根据《35~110KV变电站设计规》第1.0.3~1.0.6条规定:
第1.0.3条:
变电站的设计应根据工程的5~10年发展规划进行做到远,近期结合。
以近期为主,正确处理近期建设与远期发展的关系,适当考虑扩建的可能。
第1.0.4条:
变电站的设计,必须以全出发,统筹兼顾。
按照负荷性质,用电容量,工程特点和地区供电条件,综合国情合理地确定设计方案。
第1.0.5条:
变电站的设计,必须坚持节约用地的原则。
第1.0.6条:
变电站设计除应执行本规外,尚应符合现行的国家有关标准和规的规定。
ZYB市郊变电站是一个110KV地区性城市变电所,向市区与附近工矿企业以与生活用电供电,它由系统1(容量为1500MVA)和系统2(容量为200MVA)供电,同时向变电站甲和变电站乙供电,与系统联系紧密。
1.3变电站总体分析
1.3.1 设计依据
根据所发任务书设计ZYB市郊110KV变电站电气二次部分。
1.3.2 变电站建设的必要性
该变电站位于ZYB市郊的工矿企业集中区的中心,为了满足市区生产和生活与市郊工农业生产的供电要求,决定在此新建一所区域性变电站。
1.3.3 变电站的建设规模
根据电力系统规划,本变电站的规模如下:
电压等级:
110/35/10KV
线路回数:
110KV近期2回,远景发展2回。
35KV近期5回,远景发展2回。
10KV近期12回,远景发展2回。
1.3.4 系统接线简图:
图1-1系统接线图
1.3.5 所址概况
该变电站位于ZYB市郊东南郊,交通便利,变电站的西边为10KV负荷密集区,主要有棉纺厂、食品厂、印染厂、针织厂、柴油机厂、橡胶厂与部分市区用电。
变电站以东主要有35KV的水泥厂、耐火厂与市郊其它用电。
该变电站所址区海拔220m,地势平坦,为非强地震区,输电线路走廊阔,架设方便,全线为黄土层地带,地耐力为2.4kg/,天然容重γ=2g/,摩擦角θ=23°,土壤电阻率为100Ω·cm,变电站保护地下水位较低,水质良好,无腐蚀性。
气象条件:
年最高气温+40℃,年最低气温-20℃,年平均温度+15℃,最热月平均最高温度+32℃,最大复水厚度b=10mm,最大风速25m/s,属于我国第六标准
气象区。
1.3.6 变电站的总体分析
变电站的站址选择在市郊东南郊,靠近负荷中心,有利于系统运行性能的提高,降低损耗,提高经济效益;站址选择靠近公路,其附近还有铁路穿越,有良好的交通运输条件;站址所在地的地下水位较底,能很方便的满足生产和生活用水的需要;变电站所处区域地势平坦、全线为黄土层地带,避开了滑坡、滚石、洞穴、明暗河塘、岸边冲刷区等不良的地质条件,有利于线路架设和电气设备的安装,而且为进出线提供了广阔的线路走廊,还有利于变电站的扩建;海拔200米,有利于变电站的经济运行,另外,也降低对防雷保护装置的要求;变电站选址避开了大气严重污秽和严重盐雾地区与冬季主导风向的影响,否则将会发生污闪事故和沿面放电,影响电力系统的运行性能;另外,变电站选址还考虑了变电站与附近设施的影响,因为变电站选址不当,必将影响企业供电系统的主接线方式,送电线路的规格和布局,电网损失与投资的大小,还可能引起电力倒流,产生严重后果。
新建变电站是110/35/10KV的降压变电站,由电力系统的结构简图如图1-1可知,变电站在电力系统中的位置相当重要,属于地区变电站。
如果该变电站出现问题,将会引起环网解列所处地区全部停电,影响工农业的发展,破坏了人民的生活秩序。
所以在变电站设计建设时要综合考虑各方面的因素,以保证所建变电站安全可靠、经济合理。
1.4变电站负荷分析
1.4.1 负荷分析
根据负荷允许停电程度的不同,可以将负荷分为三个等级,即一级负荷、二级负荷、三级负荷。
等级不同,对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。
当发生停电事故时,一级负荷将造成人身伤亡或回引起对周围环境严重污染;对工厂将造成经济上的巨大损失,如重要的大型的设备损坏,重要产品或用重要原料生产的产品大量报废,还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响。
二级负荷会造成较大的经济损失,如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产;还可能引起社会秩序混乱或较严重的政治影响。
三级负荷造成的损失不大或不会造成直接经济损失。
由此可知,供电的稳定性直接影响经济的发展,负荷等级不同,对供电的要求也不一样:
对于一级负荷,必须有二个独立电源供电,且任何一个电源失去后,能保证对全部一级负荷不间断供电。
对特别重要的一级负荷应该由二个独立电源点供电。
对于二级负荷,一般要有两个独立电源供电,且任何一个电源失去后,能保证全部或大部分二级负荷供电。
对于三级负荷,一般只需一个电源供电。
1.4.235KV侧负荷分析
表1-135KV侧负荷
电压等级
负荷名称
最大负荷(MW)
负荷组荷(﹪)
自然
力率
(h)
线长(km)
备注
近期
远景
一
二
35KV
市郊一
2.4
3.6
5
30
0.9
12
市郊二
3
4.2
5
30
0.9
16
水泥厂1
1.8
2.4
15
30
0.9
20
水泥厂2
1.8
2.4
15
30
0.9
20
耐火厂
1.2
1.8
15
30
0.9
18
备用1
3
0.9
15
备用2
3
0.9
15
在35KV侧负荷中水泥厂和耐火厂的二类负荷比较大,发生断电时,会造成生产机械的寿命缩短水泥质量下降和一定的经济损失。
因此要尽可能保证其供电可靠性。
1.4.310KV侧负荷分析
表1-210KV侧负荷
电压等级
负荷名称
最大负荷(MW)
负荷组成(﹪)
自然力率
(h)
线长
(km)
备注
近期
远景
一
二
10KV
棉纺厂1
2.4
3
20
40
0.75
5500
3.5
棉纺厂2
2.4
3
20
40
0.75
5500
3.5
印染厂1
1.8
2.4
30
40
0.78
5000
4.5
印染厂2
1.8
2.4
30
40
0.78
5000
4.5
毛纺厂
2.4
2.4
20
40
0.75
5000
2.5
针织厂
1.2
1.8
20
40
0.75
4500
1.5
柴油机厂1
1.8
2.4
25
40
0.8
4000
3
柴油机厂2
1.8
2.4
25
40
0.8
4000
3
橡胶厂
1.2
1.8
30
40
0.72
4500
3
市区1
1.8
2.4
20
40
0.8
2500
2
市区2
1.8
2.4
20
40
0.8
2500
2
食品厂
1.44
1.8
15
30
0.8
4000
1.5
备用1
1.8
0.78
备用2
1.8
0.78
在10KV侧负荷中,印染厂、柴油机厂、毛纺厂、橡胶厂、市区一类负荷比较大;若发生停电对企业造成出现次品,机器损坏,甚至出现设备事故,对市区医院则造成不良政治和社会影响,严重时造成重大经济损失和人员伤亡,必须保证其供电可靠性。
第2章变电站主变压器的选择
2.1引言
主变压器的选择直接影响到变电站的电气主接线形式和配电装置的结构。
所以它的确定除了依据传递容量基本原始资料外,还要根据电力系统5~10年的远景发展计划,输送功率的大小、馈线回路数、电压等级以与接入电力系统中的紧密程度等因素,进行综合分析与合理的选择。
2.2变压器容量和台数的选择
变压器的容量、台数是选择主变压器的关键问题。
如果变压器的容量选择过大,台数过多,不仅增加投资,增大占地面积,而且也增加了运行电能的损耗,设备未能充分发挥效益;若容量选的过小,将可能满足不了变电站的电力负荷的需要,这在技术上是不合理的,所以在进行主变压器的选择之前,应该了解变压器的选择原则,主要包括变压器台数、容量的确定原则:
2.2.1 主变台数的考虑原则
一、主变压器的台数、容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑。
二、对大城市郊区的一次变电站,在中、低压侧构成环网情况下,装两台主变压器为宜。
当技术经济比较合理时主变压器的台数也可以多于两台。
三、如果变电站可由中、低压侧电力网中取得足够能量的备用电源时,可以装设一台主变压器。
对地区性孤立的一次变电站或大型的工业专用变电站,设计时应考虑装三台的可能性。
四、对规划只装两台主变压器的变电站,其主变压器基础宜大于变压器容量的1~2级设计,以便负荷发展时更换主变压器。
2.2.2主变容量的考虑原则
一、主变压器容量的选择一般应按变电所建成后5~10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期几年发展,对城郊变电所,主变容量应与城市规划相结合。
二、根据变电站带负荷性质和电网结构来确定主变压器容量,对有重要负荷的变电站应考虑一台主变压器停运时,其余主变压器容量在计与过负荷能力后的允许时间,应保证用户的一、二级负荷;对一般性变电站,当一台主变停运时,其余主变压器应能保证全部负荷的60%,即(n-1)≥0.6Sjs远,这里的n代表变压器的台数。
三、同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多,应从全网出发,推行系列化,标准化。
2.2.3 主变压器台数的确定和容量的计算
依据变电站所处市区的情况,变电站的电力负荷中含有大量的一级、二级负荷,基于对经济状况、占地面积与变电站位于负荷中心等诸多因素的考虑,选择上两台主变电压器。
远表示按远景负荷计算的最大综合负荷,远计算公式为:
)
式中 Kt——同时率,35KV侧取0.9-0.95,6-10KV侧取0.85-0.9;
a%——线损率,取5%;
——各出线自然力率;
——各出线最大负荷
一、由负荷资料表的数据按远期负荷经计算得到:
35KV中压侧:
取Kt=0.90,而且其出线回路数为7回,结合负荷资料表可知:
10KV低压侧:
取Kt=0.85,其出线回路数为14回,结合负荷资料表可知:
由此可知三绕组变压器的计算容量:
由选择条件:
得:
参考《电力工程电气设备手册》故可选用主变的型号为:
SFSZL7-25000/110(KVA/KV)
由校核条件:
可得:
所以该条件不满足要求。
由此应该选择主变压器的型号为:
SFSZL7-31500/110(KVA/KV)
由较核条件:
满足要求
由上述可知,选用型号为SFSZL7-31500/110(KVA/KV)的主变压器合格。
二、近期与远景容量问题
近期容量问题实际上是考虑第一期上一台主变还是两台。
35KV中压侧:
取Kt=0.9,由负荷资料表中的35KV侧近期负荷情况可知:
10KV低压侧:
取Kt=0.85,由负荷资料表中的10KV侧近期负荷情况可知:
则三绕组变压器的计算容量为:
由以上结果看出,显然,故第一期工程应考虑上一台主变压器。
2.3主变压器形式的选择
2.3.1 变压器绕组数和绕组连接方式的选择
在《电力工程电气设计手册》和相应规程指出:
具有三种电压等级的变电站中,如果通过主变压器各侧绕组的功率均达到主变压器容量的15%以上,或在低压侧虽没有负荷,但是在变电站需要装无功补偿设备时,主变压器宜采用三绕组变压器。
结合本次设计110KV变电站的实际情况,应选择三绕组变压器。
参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出:
变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致,否则不能并列运行。
电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y和△型两种,而且为保证消除三次谐波的影响,必须有一个绕组是△型的,我国110KV与以上的电压等级均为大电流接地系统,为取得中性点,所以都需要选择的连接方式。
对于110KV变电所的35KV侧也采用的连接方式,而6-10KV侧采用△型的连接方式。
故ZYB市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为:
Y0/Y0/D
2.3.2 调压方式的确定
常用的调压方式有手动调压和有载调压。
手动调压用于调整围±2×2.5%以;有载调压用于调整围可达30%,其结构复杂,价格较贵,常用于以下情况:
一、接于出力变化大的发电厂的主要变压器。
二、接于时而为送端,时而为受端,具有可逆工作的特点联络变压器。
三、发电机经常在低功率因数下运行时。
规程规定,在满足电压正常波动情况下可以采用手动调压方式(手动调压方式的变压器便于维修)。
对于110KV变电站设计由于任务书已经给出系统能保证本站110KV母线的电压波动在±5%之,所以可以采用手动调压方式。
综合以上分析,本设计中ZYB市郊变电站的主变宜采用有载调压方式。
2.3.3 主变压器的冷却方式
根据型号有:
自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环等。
按一般情况,110KV变电站宜选用自然风冷式。
2.3.4是否选用自耦变压器
选择自耦变压器有许多好处,但是自耦变适用于两个电压级中性点都直接接地的系统中,而本站只有110KV是中性点直接接地系统,且其多用于220KV与以上变电所,发电机与升压联络变压器。
它经小阻抗接地,短路电流大,造成设备选择困难和对通信线路的危险干扰,且考虑到现场维护等问题,故不采用自耦变压器。
2.3.5变压器各侧电压的选择
作为电源侧,为保证向线路末端供电的电压质量,即保证在10%电压损耗的情况下,线路末端的电压应保证在额定值,所以,电源侧的主变压器电压按10%额定电压选择,而降压变压器作为末端可按照额定电压选择。
所以,对于110KV的变电站,考虑到要选择节能新型的,110KV侧应该选115KV,35KV侧选38.5KV,10KV侧选10.5KV。
第3章变电站电气主接线的设计
3.1引言
电气主接线是由高压电器通过连接线,按其功能要求组成接受和分配电能的电路,成为传输强电流,高电压的网络,它要求用规定的设备文字和图形符号,并按工作顺序排列,详细地表示电气设备或成套装置全部基本组成和连接关系,代表该变电站电气部分的主体结构,是电力系统结构网络的重要组成部分。
它的设计的合理性直接影响电力系统运行的可靠性,灵活性与对电器的选择、配电装置、继电保护、自动控制装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。
因此,电气主接线的设计很重要。
3.2电气主接线设计
变电站的主接线应根据变电站所在电网中的地位、出线回路数、设备特点与负荷性质等条件确定以设计任务书为依据,以国家的经济建设方针、政策、技术规定、标准为准绳,结合工程实际情况,在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下、兼顾运行、维护方便,尽可能的节省投资,就近取材,力争设备元件和设计的先进性与可靠性,坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
对电气主接线设计的基本要求概括地说应包括电力系统整体与变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性。
3.2.1 电气主接线的基本要求
一、可靠性
供电可靠性是电力生产和分配的首要要求,停电会对国民经济各部门带来巨大的损失,会导致产品报废、设备损坏、人身伤亡等,因此主接线的接线形式必须保证供电的可靠性。
1、考虑变电站在电力系统中的地位和作用。
对于大型超高压变电站,发生事故后影响围较广,因此其电气主接线应采取供电可靠性高的接线方式。
2、变电站接入电力系统的方式。
现代化的变电站都接入电力系统运行。
其接入方式的选择与容量大小、电压等级、负荷性质以与地理位置和输送电能距离等因素有关。
3、由于电能的不可存储性,而负荷的性质按其重要性又有Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类之分。
当变电站设备利用率较高,主要供应Ⅰ类、Ⅱ类负荷用电时,必须采用供电较为可靠的接线形式。
二、灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态,并能灵活地进行方式的转换。
不仅正常运行时能安全可靠的供电,而且在系统故障或电气设备检修与故障时,也能适应调度的要求,并能灵活、简便、迅速地倒换运行方式,使停电时间最短,影响围最小。
同时设计应留有发展扩建的余地。
三、经济性
在设计主接线时,主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。
如果使主接线可靠、灵活,必然要选高质量的设备和现代化的自动装置,从而增加了投资。
因此,应在满足可靠性和灵活性的基础上做到经济合理。
一般从以下几个方面考虑:
1、投资省;
2、占地面积小;
3、电能损耗少;
4、扩建和扩展的可能性。
随着近年来可耕用地的锐减,国家加大了对土地的管理力度,所以在设计时应不占或少占良田。
我国的电力设备生产企业的研发和制造能力较以往已经有了很大的进步,在选用设备时应优先考虑选择国产过关的设备,使国电力设备制造企业进入一个良性发展循环周期,减少对国外产品的过度信赖。
3.2.2 电气主接线的选择
根据我国能源部关于《220~550KV变电所设计技术规程》SDJ2-88中规定,“变电站的电气主接线应根据该变电站在电力系统中的地位,变电站的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。
并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡和扩建的要求。
”
市郊将要新建的变电站的负荷资料数据与其对负荷的分析情况,基本上决定了该变电站的电气主接线形式,负荷资料需要辩证的分析,因为负荷的发展和增长受政治、经济、工业水平和自然条件等方面的影响。
如果设计时,只依据负荷计划数字,而投产时实际负荷小了,就等于积压资金;否则,电源不同,就影响其他工业的发展,因此,电气主接线的质量不仅在于当前是合理的,而应考虑5~10年质量也是好的。
但是,对于电气主接线的基本要求(可靠性、灵活性、经济性)的考虑,让变电站的电气主接线更趋合理化,应尽量满足以下要求:
电气主接线应具有足够的灵活性,能适用多种运行方式的变化,且在检修、事故等特殊状态下操作方便,调度灵活、检修安全、扩建发展方便;电气主接线的可靠性应综合考虑,辩证统一,在满足各项技术要求的前提下,尽可能投资省、占地面积小、电能损耗少、年费用为最小。
主接线的基本形式,就是电气设备常用的几种连接方式,概括地分为:
有汇流母线的接线形式、无汇流母线的接线形式。
变电站电气主接线的基本环节是变压器,回线和出线,各个变电站出线的回路数和电源数不同,且每回馈线传送的功率也不一样,在进出线数较多时(一般超过4回),为便于电能的汇集和分配,采用回线作为中间环节,可使主接线简单清晰,运行方便,有利于安装和扩建。
但有回线后,配电装置占地面积较大,使用断路器等设备增多。
无汇流回线的接线使用开关电器较少,占地面积小,但只适用于出线回路少,不再扩建和发展的发电厂或变电站。
依据实际情况的需要,新建变电站随着经济的发展和用电负荷的增加还需要进一步扩建,此外变电站的进出线回路数也比较多,因此,新建变电站电气主接线的设计仅考虑有汇流回线的接线形式。
那么,根据设计任务书的要求与其对负荷的分析情况,现将各电压级可能采用的可行性方案列出,进而以优化组合的方式,确定最佳的电气主接线形式。
3.2.3电气主接线形式的确定
一、110KV侧主接线形式的确定
110KV高压侧线路的回数为近期2回,远景2回。
为了使进出线断路器在检修时不停电,经过初步考虑拟采用两种方案,即方案1单母线分段和方案2单母线分段带旁路母线的主接线形式。
主接线形式如图3-1所示。
图3-1单母线分段、单母线分段带旁母的主接线形式
两种主接线方案在技术上相当,可将它们在可靠性、灵活性、经济性方面进行比较。
其合理性比较结果如表3-1所示。
表3
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