电力系统自动化专业毕业设计.docx
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电力系统自动化专业毕业设计
(本科)
电力系统自动化专业
毕业设计
设计题目
220kV降压变电所电气部份初步设计
函授站
班级
学生姓名
指导教师
日期
前言
随着社会生产力的迅猛进展,电力能源已成为了人类历史进展的要紧动力资源之一,最近几年来,我国的电力工业也有了专门大的进展,这对电业生产人员的素养也提出了更高的要求。
我作为一名电力企业职工和一名电气工程及自动化专业的毕业生,要科学合理地驾驭电力,就得从电力工程的设计原那么和方式上来明白得和把握其精华,提高电力系统的平安靠得住性和运行效率,从而达到降低生产本钱、提高经济效益和巩固、提高所学知识的目的。
本次毕业设计是继完成专业基础课和专业课后的总结和运用,是一次综合运用理论和实践相结合来解决工程问题能力的训练。
通过毕业设计,能够将所学各门课程的理论知识和工作技术综合温习和运用一遍,能够培育咱们独立工作和独立试探的能力,还能够通过方案的比较查阅各类手册、规程、资料、数据等来扩大知识面,了解国家的方针和政策,以便更好地适应工作的需要。
本毕业设计论文共包括设计的任务、说明、计算、图纸等几大部份,内容是关于220KV变电所电气部份初步设计,作者通过参考电力系统毕业指导书及教师的帮忙,进行了主接线方案的设计;选择了主变的容量和型号;然后再通太短路计算,选择和校验了电气设备及母线;最后,为全厂配置微机继电爱惜、进行防雷的计划等等。
通过本次毕业设计,能够熟悉国家能源开发的方针政策和有关技术规程、规定、导那么等,树立工程设计必需平安、靠得住、经济的观点;巩固并充实所学大体理论和专业知识,能够灵活应用,解决实际问题;初步把握电气工程及其自动化专业工程的设计流程和方式,能独立完成工程设计、工程计算、工程画图、编写工程技术文件等相关设计任务;培育严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风。
在整个毕业设计进程中,取得南京工程学院陈跃、程桂林教师的指导和帮忙,在此深表感激!
鉴于本人水平及时刻所限,本设计书不免有疏漏,错误的地方,敬请批评指正!
作者
2011年12月
毕业设计任务书1
设计说明书2
一、概述2
二、主变压器的选择3
三、主接线的确信4
四、短路电流计算6
五、电器设备的选择7
六、所用电的接线方式与所用变的选择20
七、配电装置21
八、电压互感器的配置22
九、继电爱惜的配置25
十、防雷计划27
毕业设计任务书
一.设计题目:
220kV降压变电所电气部份初步设计
二.待建变电所大体资料
1.设计变电所在城市近郊,向开发区的炼钢厂供电,在变电所周围还有地域负荷。
2.确信本变电所的电压品级为220kV/110kV/10kV,220kV是本变电所的电源电压,110kV和10kV是二次电压。
3.待设计变电所的电源,由对侧220kV变电所双回线路及另一系统双回线路送到本变电所;在中压侧110kV母线,送出2回线路至炼钢厂;在低压侧10kV母线,送出11回线路至地域负荷。
4.该变电所的所址,地形平坦,交通方便。
5.该地域年最高气温___40℃___,最热月平均最高气温____36℃____
10kV用户负荷统计资料如下:
表1110kV用户负荷统计资料
用户名称
最大负荷(kW)
cos
回路数
重要负荷百分数(%)
炼钢厂
42000
2
50
10kV用户负荷统计资料如下:
表210kV用户负荷统计资料
序号
用户名称
最大负荷(kW)
cos
回路数
重要负荷百分数(%)
1
矿机厂
1900
2
70
2
机械厂
900
2
40
3
汽车厂
2100
2
60
4
电机厂
2400
2
55
5
炼油厂
2000
2
60
最大负荷利用小时数
=5256h(见P137b),同时率取,线路损耗取6%。
设计说明书
一、概述
设计依据及原那么
依照给定的《“发电厂及电力系统”课程设计任务书》和国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导那么,并依据5-10年电力系统进展计划进行设计,力求做到供电靠得住、调度灵活、检修方便和投资经济。
系统概况
待建变电所的电压品级为220kV/110kV/10kV,220kV是本变电所的电源电压,110kV和10kV是二次电压。
待建变电所位于城市郊区,交通便利。
要紧承担开发区电机厂矿机厂机械厂供电任务,和汽车厂、炼油厂等重要用户。
220kv4回出线作为本所电源,2回线来自系统,2回线来自相临变电站,110kv2回出线供电解铝厂负荷,10kv11回出线供周围负荷。
该变电所为枢纽变电所。
设计规模
110KV线路2回,最大负荷为45MW.负荷功率因数.
10KV出线远景共11回,本侧最大出线总负荷为,负荷功率因数平均为。
年最大负荷利用小时数Tmax=5256小时,同时率,线路损耗6%。
环境条件
本地年最高温度40℃。
最热月(7月)平均温度30℃。
二、主变压器的选择
相数的确信
330kv及以下的电力系统,在不受运输条件限制时,应选用三相变压器。
500kv及以上电力系统,应依照制造、运输条件和靠得住性要求等因素,经技术比较后,确信是三相仍是单项变压器。
依照待建变电所电压和地理条件情形,选择三相变压器。
绕组数确信
具有三种电压品级的变电所,如通过各侧变压器绕组的功率均达到变压器容量的15%以上,或低压侧虽无负荷,但在变电所内需要装设无功补偿时,主变压器宜采纳三绕组变压器,当中性点接地址式许诺时采纳自耦变压器。
依照待建变电所电压品级和负荷情形,选择三绕组变压器。
调压方式的确信
用户为电解铝厂、厂矿生产企业,电压波动大,用户对供电质量要求较高,需要常常调压,应选择有载调压变压器
相关的设计标准规定:
选择的变压器容量Se需要知足以下两个条件:
①Se≥;②Se≥Simp。
其中,Smax为变电所的最大负荷容量;Simp为变电所的全数重要负荷容量
通过计算及变压器过负荷能力校验,最后选择变压器的容量Se=40000KVA。
容量选择计算及过负荷能力校验进程,详见计算书
考虑到重要负荷较多及尔后的进展,应选择2台主变压器
综上所述:
该变电所选择2台3相3绕组有载调压变压器
型号为SFSZ-40000KVA/220+8×%/121/
要紧技术参数如下:
额定容量比:
100/100/100
额定电压比:
220+8×%/121/
联系组标号:
YN,a0,d11
空载损耗P0:
38KW
空载电流I0:
%
阻抗电压:
U(1-2)%=10U(1-3)%=30U(2-3)%=20
三、主接线的确信
变电所主接线的设计应依照变电所在电力系统中的地位、出线回路数、设备特点、负荷性质、周围环境及变电所的计划容量等条件和具体情形确信,并应知足运行靠得住、简单灵活、操作方面、节约投资和便于扩建等要求。
主接线的靠得住性和经济性应综合考虑,在知足技术要求前提下,尽可能投资省、占地面积少,电能损耗少,年费用(投资与运行)为最小。
接线方式
方案一:
采纳单母线带旁路母线,该接线简单清楚,投资较小,运行操作简单,任一出线或主变距离间路器检修,不需对外停电,但母线检修或故障时220KV配电装置需要全停。
考虑到电解铝厂、厂矿用户的重要性,该接线方式不宜采纳。
方案二:
采纳双母接线,该接线双回电源进线,两台主变运行在不同母线上,负荷分派均匀,调度灵活方便,运行靠得住性高,任一母线检修可不能阻碍线路送电,母线故障时也只阻碍部份负荷。
由于考虑到负荷重要性,目前SF6断路器靠得住性较高,采纳双母接线供电靠得住性亦能取得靠得住保证,故采纳双母接线方式。
接线方式
110KV2回出线
方案一可采纳线路变压器组,投资少,接线简单清楚,缺点变压器检修或故障时,线路只有一条运行,降低了用户的供电靠得住性。
方案二采纳内桥接线,也是比较经济的接线方式,线路停电方便,变压器停电相对复杂,但考虑供电靠得住性110KV系统采纳内桥接线方式。
接线方式
10KV11条出线,重要用户均采纳双回路,由于10KV断路器性能靠得住,不考虑增设旁路。
考虑到系统无功负荷较大,为改善系统电压,同时提高变压器的输送能力,增设二组10KV电容器。
10KV系统采纳单母分段接线方式亦能知足供电靠得住性要求。
变电所主接线见图
四、短路电流计算
为了保证电力系统平安运行,在设计选择电器设备时,都要用可能流经设备的最大短路电流进行热稳固校验和动稳固校验,以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引发的发烧和电动力的庞大冲击。
同时,为了尽快切断电源对短路点的供电,继电爱惜装置能够自动地使有关断路器跳闸。
继电爱惜装置的整定和电气设备的选择均需要短路电流数据。
因此短路电流计算是变电所设计的重要内容之一。
系统在不同运行方式下的短路电流(KA)
短路地点
运行方式
I"
Iˊ)
Iˊ)
220KV侧
双母线并列运行
110KV侧
I"
Iˊ)
Iˊ)
一台主变停运
两台主变并列运行
10KV侧
I"
Iˊ)
Iˊ)
一台主变停运
两台主变并列运行
注:
短路电流计算详见短路电流计算书
五、电器设备的选择
220KV高压断路器的选择
(1)选断路器型号
考虑单条线路代2台变压器时最大长期工作电流:
Igmax=2×Se/(√3Ue)=2×40000/(√3×220)
=(A)
依照Ue=220KV、Igmax==110A(线路考虑单线带两台变压器最大电流及室外布置的要求,由于220KV断路器额定电流均大于,主变断路器、线路断路器选型号为LW1-220/2000断路器,其额定技术数据:
Ue=220KV,Ie=2000A,额定开断电流Ibr=40KA,动稳固电流Imax=100KA,热稳固电流It=40(4s)。
校验开断能力
Ibr=40KA>I"=,断路器开断电流知足系统短路容量的要求。
校验动稳固
Ish=√2KmI"=√2××=<100KA
知足要求。
校验热稳固
因tk=>1s
故可不计非周期分量的发烧阻碍。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=+10×+12
=·S<402×4=6400KA2·S
知足要求。
以上计算说明,选LW1-220/2000断路器可知足要求。
220KV断路器的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
(KV)
Igmax
(KA)
I″
(KA)
ish
(KA)
QK
(KA2S)
UN
(KV)
IN
(KA)
Inbr
(KA)
Ies
(KA)
I2tt
(KA2S
LW1-220/2000
220
220
2000
40
100
6400
110KV高压断路器的选择
(1)选断路器型号
单台变压器最大长期工作电流:
Igmax=×Se/(√3Ue)=×40000/(√3×121)
=(A)
依照Ue=110KV、Igmax==及室外布置的要求,由于110KV断路器额定电流均大于,主变断路器LW1-110I/2500断路器,其额定技术数据:
Ue=110KV,Ie=2500A,额定开断电流Ibr=,动稳固电流Imax=125KA,热稳固电流It=50(4s)。
验开断能力
Ibr=>I"=,断路器开断电流知足系统短路容量的要求。
校验动稳固
Ish=√2KmI"=√2××=<125KA
知足要求。
校验热稳固
因tk=>1s
故可不计非周期分量的发烧阻碍。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=+10×+12
=·S<502×4=10000KA2·S
知足要求。
以上计算说明,选LW1-110I/2500断路器可知足要求。
110KV断路器的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
(KV)
Igmax
(KA)
I″
(KA)
ish
(KA)
QK
(KA2S)
UN
(KV)
IN
(KA)
Inbr
(KA)
Ies
(KA)
I2tt
(KA2S
LW1-110I/2500
110
110
2500
125
10000
10KV高压断路器的选择
(一)10KV主变断路器、分段断路器
(1)选断路器型号
单台变压器最大长期工作电流:
Igmax=××Se/(√3Ue)=×40000/(√3×
=(A)
依照Ue=10KV、Igmax==及室外布置的要求,主变断路器、分段断路器(考虑单台主变运行时分段断路器通过较大电流)选型号为ZN9-10/1250断路器,其额定技术数据:
Ue=10KV,Ie=1250A,额定开断电流Ibr=20KA,动稳固电流Imax=50KA,热稳固电流It=20(4s)。
校验开断能力
Ibr=20KA>I"=,断路器开断电流知足系统短路容量的要求。
校验动稳固
Ish=√2KmI"=√2××=<50KA
知足要求。
校验热稳固
因tk=>1s
故可不计非周期分量的发烧阻碍。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=+10×+12
=·S<202×4=1600KA2·S
知足要求。
以上计算说明,选ZN9-10/1250断路器可知足要求。
(二)10kv出线断路器
(1)10KV出线最大负荷
Igmax=Pmax/(Cos×√3Ue)=2100/×√3×
=(A)
依照Ue=10KV、Igmax==及室外布置的要求,出线断路器选型号为ZN5-10/630断路器,其额定技术数据:
Ue=10KV,Ie=630A,额定开断电流Ibr=20KA,动稳固电流Imax=50KA,热稳固电流It=20(4s)。
(2)校验开断能力
Ibr=>I"=,断路器开断电流知足系统短路容量的要求。
(3)校验动稳固
Ish=√2KmI"=√2××=<50KA
知足要求。
(4)校验热稳固
因tk=>1s
故可不计非周期分量的发烧阻碍。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=+10×+12
=·S<202×4=1600KA2·S
知足要求。
以上计算说明,选ZN5-10/630断路器可知足要求。
10KV断路器的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
(KV)
Igmax
(KA)
I″
(KA)
ish
(KA)
QK
(KA2S)
UN
(KV)
IN
(KA)
Inbr
(KA)
Ies
(KA)
I2tt
(KA2S
ZN5-10/630
10
10
630
20
50
1600
ZN9-10/1250
10
10
1250
20
50
1600
220KV隔离开关选择
(1)选隔离开关型号
考虑单条线路代2台变压器最大长期工作电流:
Igmax=2×Se/(√3Ue)=2×40000/(√3×220)
=(A)
依照Ue=220KV、Igmax==(线路考虑单线带两台变压器最大电流及室外布置的要求,由于220KV隔离开关额定电流均大于220A,主变隔离开关、线路隔离开关选型号为GW7-220/1250A,其额定技术数据:
Ue=220KV,Ie=1250A,动稳固电流Imax=80KA,热稳固电流It=(4s)。
(2)校验动稳固
Ish=√2KmI"=√2××=>80KA
不能知足要求。
选型号GW7-220/2500A隔离开关,其额定技术数据:
Ue=220KV,Ie=2500A,动稳固电流Imax=125KA,热稳固电流It=50KA(4s)。
校验动稳固校验:
Ish=√2KmI"=√2××=<125KA
知足要求。
校验热稳固
因tk=>1s
故可不计非周期分量的发烧阻碍。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=+10×+12
=·S<502×4=10000KA2·S
知足要求。
以上计算说明,选GW7-220/2500A隔离开关可知足要求。
220KV隔离开关的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
(KV)
Igmax
(KA)
ish
(KA)
QK
(KA2S)
UN
(KV)
IN
(KA)
Ies
(KA)
I2tt
(KA2S
GW7-220/2500A
220
220
2500
125
10000
110KV隔离开关选择
(1)选隔离开关型号
单台变压器最大长期工作电流:
Igmax=×Se/(√3Ue)=×40000/(√3×121)
=(A)
依照Ue=110KV、Igmax==及室外布置的要求,主变隔离开关、线路隔离开关选型号为GW5-110/1250A,其额定技术数据:
Ue=110KV,Ie=1250A,动稳固电流Imax=50KA,热稳固电流It=(4s)。
(2)校验动稳固
Ish=√2KmI"=√2××=<50KA
知足要求。
校验热稳固
因tk=>1s
故可不计非周期分量的发烧阻碍。
Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=+10×+12
=·S<×4=3969KA2·S
知足要求。
以上计算说明,选GW5-110/1250A隔离开关可知足要求。
110KV隔离开关的选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN
(KV)
Igmax
(KA)
ish
(KA)
QK
(KA2S)
UN
(KV)
IN
(KA)
Ies
(KA)
I2tt
(KA2S
GW5-110/1250A
110
220
1250
50
3969
10KV隔离开关选择
因10KV断路器选用小车开关柜,不需要隔离开关。
主变10KV侧母线桥选择
(1)按经济电流密度选择主变引线
10kv全数负荷11412MVA不足变压器容量一半,考虑尔后进展乘倍.
Igmax=××Se/(√3Ue)=××40000/(√3×
=(A)
已知年最大负荷利用小时数Tmax=5256小时,查铝矩形母线经济电流密度J=。
那么S j=Igmax/J==(mm2)
选双条矩形母线截面2×(80×8)=1280(mm2)
按导体平放,其Ial=1858A,KF=,计及温度修正
Kθ=√[(70-40)/(70-25)]=
Kθ×Ial=×1858=(A)>Igmax=(A)
知足母线正常发烧的要求。
(2)热稳固校验:
按上述情形选择的导体截面,还应按下式校验其在短路条件下的热稳固:
S≥Smin=Qd1/2/C=Iootdz1/2/C
式中:
S——导体截面(mm2)
Smin——热稳固决定的导体最小许诺截面(mm2)
Qd——短路电流的热效应(A2·s)
C——热稳固系数,取C=90
Ioo——稳态短路电流(KA)
Tdz——热稳固的短路计算时刻(s)
设主爱惜动作时刻tb=,断路器全开断时刻为tkd=
那么短路电流持续时刻为tr=tb+tkd=+=
周期电流热效应
QP=Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=+10×+12
=·S
由于tr=<1s考虑短路电流非周期分量,查表Ta=
QnP=TaI"2=×=KA2·S
QK=QP+QNp=+=KA2·S
短路前母线工作温度
θW=40+(70-40)=40+=
查表C=90
则smin=√(QK×KF)/C=√(×106×)/90=(mm2)
选择的导线截面均大于S=1280mm2>,知足热稳固要求。
(3)动稳固校验:
f0=112×rIε/l2=112×××104/1202=278(HZ)
rI-布置方式惯性半径,L-绝缘子跨距(取120mm),ε-材料系数
因f0>=278HZ>155HZ,故β=1,不考虑母线共振问题。
变压器出口短路时ish=×=(KA)
母线截面系数(两片平放):
W==××=×10-6(m3)
作用在母线上的最大电动力及相间应力
fФ=a=×=(N/m)
σ=M/W=fФL2/(10W)=×(10××10-6)=×106(Pa)
查表σa1=70×106(Pa)>×106(Pa)知足动稳固要求。
母线桥支持绝缘子选择
依照母线额定电压和屋外装设的要求,选用ZS-10,高度210mm,机械破坏负荷4900N.
作用在绝缘子上的电动力:
F=caβ/a=××=(N)
=×4900N=2940N,因母线为两片平放,现在F′=F,能够以为F作用在绝缘子冒处。
由于F=N<2940N,知足动稳固要求。
穿墙套管选择
最大持续工作电流:
Igmax=(A)
依照母线额定电压和屋外装设的要求,选用CWLC-10,额定电流1500A(最高气温低于40℃额定电流不需要修正)套管长度LCA=650mm,机械破坏负荷FP=12250N。
计算跨度LC=(+)/2=
套管受力:
F=×10-7i2shLC/a=×10-7×366902×
=N
FP=7350N>N,知足动稳固要求。
10KV母线选择
(1)母线距离较短按最大长期工作电流选择,考虑单台变压器带10KV全数负荷:
Igmax=(1900+1200+2100+2100+1900)/[×(√3×]
=(A)
选单条矩形母线截面63×=(mm)
按导体平放,其Ial=872A,KF=,计及温度修正
Kθ=√[(70-30)/(70-25)]=
Kθ×Ial=×872=(A)>Igmax=(A)
知足母线正常发烧的要求。
(2)热稳固校验:
按上述情形选择的导体截面,还应按下式校验其在短路条件下的热稳固:
S≥Smin=Qd1/2/C=Iootdz1/2/C
式中:
S——导体截面(mm2)
Smin——热稳固决定的导体最小许诺截面(mm2)
Qd——短路电流的热效应(A2·s)
C——热稳固系数,取C=90
Ioo——稳态短路电流(KA)
Tdz——热稳固的短路计算时刻(s)
设主爱惜动作时刻tb=,断路器全开断时刻为tkd=
那么短路电流持续时刻为tr=tb+tkd=+=
周期电流热效应
QP=Qk=(I"2+10I2(t/2)+It2)t/12=+10×+12
=·S
由于tr=<1s考虑短路电流非周期分量,查表Ta=
QnP=TaI"2=×=KA2·S
QK=QP+QNp=+=KA2·S
短路前母线工作温度
θW=30+(70-30)=30+=
查表C=90
则smin=√(QK×KF)/C=√(×106×)/90=(mm2)
选择的导线截面S=(mm)>,知足热稳固要求。
(3)动稳固校验:
f0=112×rIε/l2=112×××104/1202=278(HZ)
rI-布置方式惯
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- 电力系统 自动化 专业 毕业设计