66kV变电站一次部分设计.docx
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66kV变电站一次部分设计
60kV变电站一次部分设计
摘要
随着工业时代的不断发展,人们对电力供应的要求越来越高,特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。
然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的设计和配置。
由于变电所的设计内容多、范围广、逻辑性强,因此要求要有较高的专业水平,并熟悉各种设计规程和设计原理,设计过程中要针对变电所的规模和形式,具体问题具体分析。
本文是60kv/10kv降压变电所的一次变电的设计方案。
本设计包括对导线的选择,主变压器的选择,无功补偿静电电容器的选择,电气主接线的确定,短路计算,各种电气设备的选择与校验,高压配电装置的规划设计。
在设计和选择设备中都充分考虑到了可靠性,灵活性和经济性。
另外,各种断路器、隔离开关、电流互感器型号的选择要与高压配电装置的布置联系在一起考虑。
本设计是有文字说明和图表解释的比较完整的变电所的设计方案。
关键词:
电力系统;电气设备;变压器;变电站
Thedesignof60kvsatellitesubstation
Abstract
Withthedevelopmentoftheindustrialtime,peoplehavehigherdemandofthepowersupply,especiallythepowersupplystability,reliabilityandconsistency.However,powergridstability,reliabilityanddurativeoftendependsonthedesignandconfigurationofsubstation.Asaresultofsubstationdesign,awiderangeofcontent,logicisstrong,itisrequiredtohavehigherprofessionallevel,andarefamiliarwithavarietyofdesignproceduresanddesignprinciple,designprocessforsubstationthesizeandform,concreteanalysisofconcreteproblems.Thisisthe60kv/10kvsubstationofasubstationdesign
Thisdesignincludingtheselectionofconductors,theselectionofmaintransformer,reactivepowercompensationcapacitors,themainelectricalwiring,short-circuitcalculation,allkindsofelectricalequipmentchoiceandverification,theplanninganddesignofhighvoltagedistributiondevice.Inthedesignandselectionofequipmentarefullytakenintoaccountthereliability,flexibilityandeconomy.Inaddition,avarietyofcircuitbreaker,isolatingswitch,currenttransformermodelshouldbeselectedwiththehighvoltagedistributiondevicearrangementlinkedtoconsider.
Thisdesignisawritteninstructionsanddiagramsexplaintherelativelycompletesubstationdesign.
Keywords powersystem;electricalequipment,;transformer;Transformersubstation
摘要.........................................................................................................................................
Abstract.................................................................................................................................
1.3变电站设计相关的原则和规范................................................................................2
3.2线路所有负荷的总功率.......................................................................................9
3.3计算变压器二次侧总功......................................................................................10
3.4选择变压器型号....................................................................................................11
第4章补偿电容器的选择............................................................................................13
4.1计算变压器功率损耗...........................................................................................13
4.2计算变压器高压侧功率......................................................................................13
4.3计算无功补偿前系统的功率因数....................................................................13
4.4计算需要补偿的无功容量..................................................................................13
4.5选择电容器.............................................................................................................14
第5章电气主接线方案设计.......................................................................................16
5.1主机线设计的基本要求......................................................................................16
5.2主接线方案.............................................................................................................17
第6章短路电流的计算............................................................................................18
6.1发生短路的原因和短路的定义.........................................................................18
6.2短路的分类...........................................................................................................18
6.4短路电流的计算....................................................................................................18
第7章电气设备的选择................................................................................................20
7.1断路器的选择.........................................................................................................20
7.2隔离开关的选择....................................................................................................23
7.3互感器的选择.........................................................................................................24
7.4避雷器的选择........................................................................................................27
7.5高压开关柜的选择...............................................................................................28
7.6母线的选择............................................................................................................28
第1章绪论
1.1课题背景
电力工业是关系国计民生的基础产业,在我国电力工业发展中,国家电网承担着优化能源资源配置,保障国家能源安全和促进国民经济发展的重要作用。
我国是世界能源消费大国,煤炭消费总量居世界第一位,电力消费总量居世界第二位,但一次能源分布和生产力发展水平却很不均衡。
水能、煤炭主要分布在西部和北部,能源和电力需求主要集中在东部和中部经济发达地区。
这种能源分布与消费的不平衡状况,决定了能源资源必须在全国范围内优化配置,必须以大煤电基地、大水电基地为依托,实现煤电就地转换和水电大规模开发。
通过建设以特高压电网为核心的坚强的国家电网,实现跨地区、跨流域水货互济,将清洁的电能从西部和北部大规模输送到中东部地区,这是解决我国能源和电力供应问题的有效途径,这是解决我国能源和电力供应问题的有效途径,是优化资源配置方式,提高资源配置效率,保障国家能源安全的战略举措。
长期以来,我国电网发展严重滞后。
当前电网发展和建设任务比较繁重。
建设坚强的国家电网,必须坚持统一规划。
用国家电网规划指导区域、省级和城市电网规划,用电网规划引导电源分布,实现电网、电源在同一规划下协调发展,提高电力工业整体效益。
必须坚持实施集约化管理。
充分利用先进技术和设备,在加强现有电网技术改造和升级的同时,以构建特高压电网为核心,加快各级电网建设,提高国家电网的输配电能力和整体效率。
必须大力推广典型设计。
典型设计是对以往电网设计经验的总结和提高;是多快好省建设电网的必由之路;是全面贯彻落实党的十六届五中全会精神,落实科学发展观,建设“资源节约型、环境友好型”社会,大力提高集成创新能力的重要体现。
1.2合理设计变电站的意义
随着科学技术的发展,作为现代工业发展的基础和先行官—电力工业,也随之有了很大的发展。
电力需求的大大增加,促使电力技术和电力工业进一步向高电压,大机组,大电网的方向发展。
由于大电网的出现,世界各国电力工业发展和运行的经验说明:
电力系统愈大,调度运行就愈能合理和优化,经济效益就愈好,应变事故的能力就愈强。
所以许多发达国家的电力系统都已联合成统一的国家电力系统,甚至联合成跨国电力系统[1]。
60kV变电所是电力配送的重要环节,也是电网建设的关键环节。
变电所设计质量的好坏,直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行,为满足城镇负荷日益增长的需要,提高对用户供电的可靠性和电能质量。
随着国民经济的发展,工农业生产的增长需要,迫切要求增长供电容量,拟新建66kV变电所。
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。
随着变电所综合自动化技术的发展与进步,变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统,继而实现“无人值班”变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势。
改革开放以来,全国的电力工业发展速度突飞猛进,60kV变电所在全国电力系统中仍具有重要的地位。
1.3变电站设计相关的原则和规范
1.3.1变电站典型设计的原则
开展60kv及以下输配电工程典型设计的原则是:
安全可靠、自主创新、技术先进;标准统一、覆盖面广、提高效率;注重环保、节约资源、降低造价;努力做到统一性和可靠性、适应性、先进性、经济性和灵活性的协调统一。
统一性:
典型设计的基本方案统一,适用标准统一,外部形象体现国家电网公司企业文化特征。
可靠性:
各个模块安全可靠,通过模块拼接得到的技术方案安全可靠。
适应性:
典型设计要综合考虑不同地区的实际情况,要在公司系统中具有广泛的适用性,并能在一定时间内,对不同规模、不同形式、不同外部条件均能适用。
先进性:
推广应用电网新技术,鼓励设计创新;典型设计各项技术经济可比指标先进。
经济性:
综合考虑工程初期投资与长期运行费用,追求工程寿命期内最佳的企业经济效益。
灵活性:
典型设计模块划分合理,接口灵活,组合方案多样,增减方便,便于调整概算,方便使用。
1.3.2变电站典型设计规范
GB50061—1997《60kv及以下架空电力线路设计规范》
GB16434—1996《高压架空送电线路和发电厂、变电所环境污秽分级及外绝缘选择标准》
GB1179—1999《圆线同心绞架空导线》
DL/T5092—1999《110~500kv架空送电线路设计技术规程》
GB50060-92《3~110KV高压配电装置设计规范》
第2章10KV线路导线的选择
导线是架空线路的主要元件之一,在架空线路建设投资中占很大比重。
铜导线虽然导电性能好,机械强度高,在抗氧化、抗腐蚀能力。
但价格较为昂贵,经济性较差,所以不宜采用铜导线。
铝导线虽具有很好的导电性,价格低廉,但由于机械强度较差,大约为铜的一半,此外铝易氧化,抗腐蚀性差,因此也不宜采用。
架空线路要求有较高的机械性能,耐腐蚀和耐震性能,同时要考虑经济性,符合国家电线产品的标准。
因此本变电所的架空线路采用钢芯铝绞线,符号:
LGJ—**,其中**为导线的标称截面(mm2)。
导线截面选择过大,会增加线路的投资,导线截面过小,会增加导线运行中电压和电能损耗,使电能传输质量和运行的经济性变差,所以要选择合适的导线截面。
2.1.选择机械制造厂出线架空线型号
已知线路长度为3km,双回线路供电,双回出线重要负荷率不超过60%,远期最大负荷为3500kW,功率因数
,最大负荷利用小时数
2.1.1按经济电流密度选择导线截面
使年综合费用最小时所对应的母线的经济截面,对应的电流密度称为经济电流密度。
按经济电流密度选择导线截面,可使用全年综合费用(包括年电能损耗费、导体投资和折旧费、利息等)最低。
对于电压较高、线路较长、最大负荷利用小时数较多的线路首选此方法。
此外,从经济性的角度,可使网络处于最佳经济运行状态,故本次设计按经济电流密度选择导线。
根据输送功率计算最大长期工作电流:
——线路额定电压(kV);
——功率因数;
P——远期最大负荷(kW),对于双回路P=60%
;对于单回路P=
。
由最大负荷利用小时数
,查《电力工程电气设计手册》377页,图8-30软导线经济电流密度得
。
式中S——导线经济截面(mm2);
——线路正常运行时的最大负荷电流(A);
J——经济电流密度(A/mm2),可根据经济电流密度曲线查取。
查《电力工程电气设计手册》411页,附表8-4:
LGJ钢芯铝绞线规格及长期允许载流量,选用
型架空线,其参数为:
,
,
。
2.1.2热稳定校验
温度修正系数:
校验合格。
2.1.3电压损耗校验
本次设计任务中已明确要求电压损失不超过9%。
其中由《供用电工程》附录A查得+200C时的直流电阻,修正到
导线工作时的实际温度:
导线电阻修正:
--电阻的温度系数。
对于铜
=0.00382;对于铝
=0.0036;
--导线+200C时的电阻(Ω/km);
--导线的实际工作温度。
所以:
式中P--有功负荷(kW),对于双回路P=60%
;对于单回路P=
;
L—线路长度(km);
UN--线路额定电压(kV);
R--线路最高温度(+380C)时的电阻;
X--线路电抗(Ω)。
即:
,校验合格。
2.1.4线路功率损耗计算
阻抗损耗:
导纳损耗:
取线路的几何均距为1.5m时,
型导线的电纳为:
,
则机械制造厂的线路损耗为:
同理,可以求出针织器材厂,织布厂,标准件厂,服装厂,粮食加工场,汽水厂,化工厂各部分技术参数,如下表
则综上10KV线路所选架空线参数如下表所示:
表2-110KV线路架空线参数
序号
负荷名称
线路状况
型号
经济密度
电阻值
电抗值
回数
长度
1
机械制造厂
2
3
1.16
0.2422
0.4
2
针织器材厂
2
4
1.18
0.2422
0.4
3
织布厂
1
5
1.26
0.2422
0.4
4
标准件厂
2
6
1.16
0.5946
0.4
5
服装厂
1
8
1.22
0.4217
0.4
6
粮食加工厂
1
8
1.26
0.3058
0.4
7
汽水厂
1
5
1.26
0.5946
0.4
8
化工厂
2
2
1.06
0.1989
0.4
第3章选择主变压器的台数、容量、型号
在各级电压等级的变电所中,变压器是主要电气设备之一,其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。
确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。
为了保证供电的可靠性,变电所一般应装设两台主变。
当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时,可装设一台主变。
根据《电力系统设计技术规程》SKJ161—85有关规定:
凡有两台及以上主变的变电所,其中一台事故停运后,其余主变容量应保证供应该所全部负荷的70%,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。
根据《供配电设计手册》P50页规定,选择主变压器台数时应考虑下列原则:
(1)应满足供电的可靠性要求。
对供有在量一、二级负荷的变电所,宜采用两台变压器,当一台故障或检修时,另一台能对一、二级负荷继续供电。
(2)对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所,也可采用两台变压器。
(3)对于集中负荷较大的情况,虽为三级负荷,也应采用两台及以上的变压器。
(4)在确定变电所主变压器参数时,应适当考虑负荷的发展,留有一定的余地。
综上所述,本变电所设计的主变压器台数应装设两台。
3.1线路损耗的总功率
3.2线路所有负荷的总功率
负荷的有功功率:
负荷的视在功率:
3.3计算变压器二次侧总功率
线路总功率为:
线路有功功率为:
线路无功功率为:
负荷同时系数:
,
则:
3.4选择变压器型号
(1)根据《电力工程电气设计手册》P216页规定:
当不受运输条件限制时,在330KV有以下的发电厂和变电所均采用三相变压器。
由于本次设计中电压等级为60KV/10KV,且变电所处于交通方便之地,故选用三相变压器。
根据《电力工程电气设计手册》P217页规定35KV以上的绕组采用Y接线。
35KV以下的变压器绕组采用△接线,所以本次设计采用的变压器联结组别为Ynd—11型。
选择两台SF9—12500/60型有载调压变压器。
主变压器主要参数见下表:
表3-1SF9—12500/60型有载调压变压器参数
型号
额定容量(kVA)
电压组合
联接组别
空载损耗(W)
负载损耗(W)
空载电流(%)
阻抗电压(%)
尺寸(mm)
轨距(mm)
高压(kV)
分接范围
低压(kV)
长
宽
高
SF9-12500/60
12500
60
+8×1.25%
10
YN,d11
16800
59850
1.0
9
5400
3730
4720
1475
(2)SF9—12500/60其型号含义说明如下:
S--三相电力变压器;
F--冷却方式风冷式;
9--设计序号;
60--高压绕组电压等级(kV);
12500--额定容量(kVA)。
第4章补偿电容器的选择
系统无功平衡是一个重要的问题,为维持电压水平就必须为负荷点提供一定的无功功率,如果负荷侧的功率因数过低,会造成诸多不利影响:
为此,当系统功率因数过低的时候,应增设无功补偿设备来提高功率因数,根据《全国供电规则》规定“对于新建及扩建的电力用户其功率因数一律不应低于0.9,这与本次设计任务要求相一致,即变电所的功率因数在0.9以上。
根据《并联电容器装置设计技术规定》第15页第2.2.1条规定“设计安装的10kV电容器应采用星形接线为宜。
”三角形接线的主要问题是电容器发生故障时故障电流大,较星形接线发生相间短路的可能性较大。
所以本次设计采用星形接线方式,被选择电容器的额定电压应为10kV。
4.1计算变压器功率损耗
式中
--总有功功率损耗(kW);
--总无功功率损耗(KVa
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- 66 kV 变电站 一次 部分 设计