110KV变电站设计110kv35kv10kv三个电压等级.docx
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110KV变电站设计110kv35kv10kv三个电压等级
第1章原始资料及其分析
1.1绪论
电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业,它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业,它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力,其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。
由于电能在工业及国民经济的重要性,电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分。
所以输送和分配电能是十分重要的一环。
变电站使电厂或上级电站经过调整后的电能输送给下级负荷,是电能输送的核心部分。
其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电,进而影响工业生产及生活用电。
若变电站系统中某一环节发生故障,系统保护环节将动作。
可能造成停电等事故,给生产生活带来很大不利。
因此,变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。
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。
这就要求变电所的一次部分经济合理,二次部分安全可靠,只有这样变电所才能正常的运行工作,为国民经济服务。
变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所,是联系发电厂和用户的中间环节。
变电站有升压变电站和降压变电站两大类。
升压变电站通常是发电厂升压站部分,紧靠发电厂,降压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。
这里所设计得就是110KV降压变电站。
它通常有高压配电室、变压器室、低压配电室等组成。
变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置,这些保护装置是根据下级负荷的短路、最大负荷等情况来整定配置的,因此,在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护,并且,现在的跳闸保护整定时间已经很短,在故障解除后,系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。
这对于保护下级各负荷是十分有利的。
这样不仅保护了各负荷设备的安全有利于延长使用寿命,降低设备投资,而且提高了供电的可靠性,这对于提高工农业生产效率是十分有效的。
工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低,市场竞争力增大,进而可以使企业效益提高,为国民经济的发展做出更大的贡献。
生活用电等领域的供电可靠性,可以提高人民生活质量,改善生活条件等。
可见,变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。
1.2原始资料
预计使用3台变压器,初期一次性投
待建变电站是该地区农网改造的重要部分,产两台变压器,预留一台变压器的发展空间。
1.2.1电压等级变电站的电压等级分别为110kV、35kV、10kV。
110kV:
2回
35kV:
5回(其中一回备用)
10kV:
12回(其中四回备用)
1.2.2
变电站位置示意图:
1.2.3待建变电站负荷数据(表1-1)
表1-1待建成变电站各电压等级负荷数据
电压等级
用电单位
最大负荷
(MW)
用电类别
回路数
供电方式
距离
(km)
35kV
铝厂
15
1
1
架空
39
钢铁厂
10
1,2
1
架空
25
A变电站
15
3
1
架空
35
B变电站
20
3
1
架空
40
备用
1
10kV
无线电厂
0.56
3
1
电缆
4
仪表厂
0.5
3
1
电缆
5
手机厂
0.63
2
2
电缆
4
电机厂
0.42
2
1
电缆
3
电视机厂
0.8
3
1
架空
14
配电变压器A
0.78
1
1
架空
15
配电变压器B
0.9
3
1
架空
16
其它
0.7
3
2
电缆
4
备用
2
注:
(1).35kV,10kV负荷功率因数均取cosC=0.85
(2).负荷同时率:
35kVkt=0.9
10kVkt=0.85
(3).年最大负荷利用小时数均为Tmax=3500小时/年
(4).网损率为A%=8%
(5).站用负荷为50kWcosg=0.87
⑹.35kV侧预计新增远期负荷20MV10kV侧预计新增远期负荷6MV
1.2.4地形地质
站址选择在地势平坦地区,四周皆为农田,地质构造皆为稳定区,站址标高在50年一遇的
洪水位以上,地震烈度为
6度以下。
1.2.5水文气象
年最低气温为5度,最高气温为40度,月最高平均气温为31度,年平均气温为22度,降水量为2000毫米,炎热潮湿。
1.2.6环境
站区附近无污染源
1.3原始资料分析
要设计的变电站由原始资料可知有110千伏,35千伏,10千伏三个电压等级。
由于该变电站是在农网改造的大环境下设计的,所以一定要考虑到农村的实际情况。
农忙期和农闲期需电量差距较大,而且考虑到城镇地区的经济发展速度很快,所以变压器的选择考虑大容量的,尽量满足未来几年的发展需要。
为了彻底解决农网落后的情况,待建变电站的设计尽可能的超前,采用目前的高新技术和设备。
待建变电站选择在地势平坦区为以后的扩建提供了方便。
初期投入两台变压器,当一台故障或检修时,另一台主变压器的容量应能满足该站总负荷的60%,并且在规定时间内应满足一、二级负荷的需要。
站址选择在地势平坦地区,四周皆为农田,地质构造皆为稳定区,站址标高在50年一遇的洪水位以上,地震烈度为6度以下。
2.1负荷分析的目的
第2章负荷分析
负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法,计算负荷确定得是否正确无误,直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
对供电的可靠性非常重要。
如计算负荷确定过大,将使电器和导线选得过大,造成投资和有色金属的消耗浪费,如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处过早老化甚至烧毁,造成重大损失,由此可见正确负荷计算的重要性。
负荷计算不仅要考虑近期投入的负荷,更要考虑未来几年发展的远期负荷,如果只考虑近期负荷来选择各种电气设备和导线电缆,那随着经济的发展,负荷不断增加,不久我们选择的设备和线路就不能满足要求了。
所以负荷计算是一个全面地分析计算过程,只有负荷分析正确无误,我们的变电站设计才有成功的希望。
2.2待建变电站负荷计算
2.2.135kV侧
近期负荷:
P近35=15+10+15+20=60MW
(2.1)
远期负荷:
P远35=20MW
(2.2)
n
Pi=60+20=80MW
1
(2.3)
n/
P35=Pik/(1+k")=80*0.9*(1+0.08)=77.76MW(2.4)
i1
—1
Q5=P-tg?
=P?
tg(cos0.85)=48.20MVar
(2.5)
视在功率
P
Sg35—cos
77.76
--O.85=91.482MVA
N35=
3U
91.482
=335=1.509kA
(2.6)
(2.7)
22210kV侧
近期负荷:
P近i°=0.56+0.5+0.63+0.42+0.8+0.78+0.9+0.7=5.29MW
(2.8)
远期负荷:
P远10=6MW
n
Pi=5.29+6=11.29MW
i1
(2.9)
(2.10)
n
Ro=Pik/(1+k")=11.29*0.85*(1+0.08)=10.364MW(2.11)
i1
—1
Q10=P-tg?
=P?
tg(cos0.85)=6.423MVar
(2.12)
视在功率
P10.364
Sg10=co—==12.192MVA
cos0.85
(2.13)
S12.192
IN10
=3U
N=310=
07039kA
14
)
2.2.3站用电容量
P0.05
g所=cOs^=0.87=
0057MVA
15
)
(2.16)
(2.17)
2.2.4待建变电站供电总容量
S刀=S335+Sg10+Sg所=91.482+12.192+0.057=103.731(MVA)
P刀=F35+RO+P所=77.76+10.364+0.05=88.174(MW)
第3章变压器的选择
主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构,它的选择依据除了依据基础资料外,还取决于输送功率的大小,与系统联系的紧密程度。
另外主变选择的好坏对供电可靠性和以后的扩建都有很大影响。
总之主变的选择关系到待建变电站设计的成功与否,所以对主变的选择我们一定要全方面考虑。
既要满足近期负荷的要求也要考虑到远期。
3.1变电所主变压器的选择有以下几点原则:
(1).在变电所中,一般装设两台主变压器;终端或分支变电所,如只有一个电源进线,可只装设一台主变压器;对于330kV、550kV变电所,经技术经济为合理时,可装设3~4台主变压器。
(2).对于330kV及以下的变电所,在设备运输不受条件限制时,均采用三相变压器。
500kV变电所,应经技术经济论证后,确定是采用三相变压器,还是单相变压器组,以及是否设立备用的单相变压器。
(3).装有两台及以上主变压器的变电所,其中一台是当停运后,其余主变压器的容量应保
证该所全部负荷的60%以上,并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。
(4).具有三种电压等级的变电所,如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上,或低压侧虽无负荷,但需装设无功补偿设备时,主变压器一般先用三绕组变压器。
(5).与两种110kV及以上中性点直接接地系统连接的变压器,一般优先选用自耦变压器,当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时,应根据无功功率的潮流情况,校验公共绕组容量,以免在某种运行方式下,限制自耦变压器输出功率。
(6).500kV变电所可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。
主变压器的阻抗电压(即短路电压),应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。
(7).对于深入负荷中心的变电所,为简化电压等级和避免重复容量,可采用双绕组变压器。
3.2主变台数的确定
由原始资料可知,待建变电站是在农网改造的大环境下建设的。
负荷大,出线多,且农用电受季节影响大,所以考虑初期用两台大容量主变。
两台主变压器,可保证供电的可靠性,避免一台变压器故障或检修时影响对用户的供电。
随着未来经济的发展,可再投入一台变压器。
3.3主变压器容量的确定
主变压器容量一般按变电所建成后5?
10年规划负荷选择,并适当考虑到远期
10?
20年的负荷发展,对于城市郊区变电所,主变压器应与城市规划相结合。
此待建变电站坐落
在郊区,10kV主要给某开发区供电,35kV主要给下面乡镇及几个大企业供电。
考虑到开发区及其乡镇的发展速度非常快,所以我们选择大容量变压器以满足未来的经济发展要求。
确定变压器容量:
(1).变电所的一台变压器停止运行时,另一台变压器能保证全部负荷的60%,即:
SB=SE6O%=1O3.731X60%=62.241(MVA)
(2).单台变压器运行要满足一级和二级负荷的供电需要
一,二级负荷为:
15+10+0.63+0.42+0.78=26.83MVA
所以变压器的容量最少为62.241MVA
3.4变压器类型的确定
3.4.1相数的选择
变压器的相数形式有单相和三相,主变压器是采用三相还是单相,主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。
一台三相变压器比三台单相变压器组成的变压器组,其经济性要好得多。
规程上规定,当不受运输条件限制时,在330kV及以下的发电厂用变电站,均选用三相变压器。
同时,因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大,而不作考虑。
因此待建变电站采用三相变压器。
3.4.2绕组形式
绕组的形式主要有双绕组和三绕组。
规程上规定在选择绕组形式时,一般应优先考虑三绕组变压器,因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备,比两台双绕组变压器都较少。
对深入引进负荷中心,具有直接从高压变为低压供电条件的变电站,为简化电压等级或减少重复降压容量,可采用双绕组变压器。
三绕组变压器通常应用在下列场合:
(1).在发电厂内,除发电机电压外,有两种升高电压与系统连接或向用户供电。
(2).在具有三种电压等级的降压变电站中,需要由高压向中压和低压供电,或高压和中压向
低压供电。
(3).在枢纽变电站中,两种不同的电压等级的系统需要相互连接。
(4).在星形-星形接线的变压器中,需要一个三角形连接的第三绕组。
本待建变电站具有110kV,35kV,10kV三个电压等级所以拟采用三绕组变压器。
3.4.3普通型和自耦型的选择
自耦变压器是一种多绕组变压器,其特点就是其中两个绕组除有电磁联系外,在电路上也有联系。
因此,当自耦变压器用来联系两种电压的网络时,一部分传输功率可以利用电磁联系,另一部分可利用电的联系,电磁传输功率的大小决定变压器的尺寸、重量、
铁芯截面积和损耗,所以与同容量、同电压等级的普通变压器比较,自耦变压器的经济效益非常显著。
由于自耦变压器的结构简单、经济,在110kV级以上中性点直接接地系统中,应用非常广泛,自耦变压器代替普通变压器已经成为发展趋势。
因此,综合考虑选用自耦变压器。
3.4.4中性点的接地方式
电网的中性点的接地方式,决定了主变压器中性点的接地方式。
本变电站所选用的主变为自耦型三绕组变压器。
规程上规定:
凡是110kV-500kV侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地(大电流接地系统);主变压器6-63kV采用中性点不接地(小电流接地系统)。
中性点直接接地系统主要优点是发生三相短路时,未故障相对地电压不升高,因此,电网中设备各相对地绝缘水平取决于相电压,使电网的造价在绝缘方面的投资越低,当电压越高,其经济效益越明显,因此我国规定电压大于或等于110kV的系统采用中性点直接接地。
所以主变压器的110kV侧中性点采用直接接地方式,35kV,10kV侧中性点采用不接地方式。
3.4.5变压器类型的确定
综上所述和查有关变压器型号手册所选主变压器的技术数据如下表:
表3-1变压器型号
型号及容
量(kVA)
额定容比高压
/中压
/低压(%)
额定电压高压/中压
/低压(kV)
空载损耗(kW)
负载损耗(kW)
空载电流%
阻抗电压(%)
高中
高低
中低
SFS7-6300
0/110
100/100/5
0
121/38.5/
10.5
77
300
0.8
10.5
18
6.5
表3-2变压器型号
型号
额定容量
(kVA)
重量(T)
外形尺寸(MM)
油重
运输重
总重
L
B
H
HL
T
SSZ9-6
3000/1
10
63000
15.9
72.1
81.2
7880
4890
6050
8720
2000
绕组排列方式:
由原始资料可知,变电所主要是从高压侧向中压侧供电为主,向低压侧供电为辅。
因此选择降压结构,能够满足降压要求,主要根据的依据的《电力系统分析》,其绕组排列方式如下图所示
图3-1绕组排列方式
术参数如下:
图3-2型号意义及技术参数
第4章电气主接线
电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分,也是构成电气系统的主要部分。
电气主接线是由电气设备通过连接线,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,故又称为一次接线。
由于本设计的变电站有三个电压等级,所以在设计的过程中首先分开单独考虑各自的母线情况,考虑各自的出线方向。
论证是否需要限制短路电流,并采取什么措施,拟出几个把三个电压等级和变压器连接的方案,对选出来的方案进行技术和经济综合比较,确定最佳主接线方案。
4.1对电气主接线的基本要求
对电气主接线的基本要求,概括地说包括可靠性、灵活性和经济性三方面
4.1.1可靠性
安全可靠是主接线的首要任务,保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
电气主接线的可靠性不是绝对的。
所以在分析电气主接线的可靠性时,要考虑发电厂和变电站的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备的制造水平及运行经验等诸多因素。
4.1.2灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态,并能灵活的进行运行方式的转换。
灵活性包括以下几个方面:
(1).操作的灵活性
(2).调度的灵活性
(3).扩建的灵活性
4.1.3经济性
在设计主接线时,主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。
通常设计应满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。
经济性主要通过以下几个方面考虑:
(1).节省一次投资。
如尽量多采用轻型开关设备等。
(2).占地面积少。
由于本变电站占用农田所以要尽量减少用地。
(3).电能损耗小。
电能损耗主要来源变压器,所以一定要做好变压器的选择工作。
(4).另外主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少,尽量避免用隔离开关操作电源
4.2电气主接线的基本原则
电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据,以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准则,结合工程实际情况,在保证供电可靠、调度灵活、满足各种技术要求的前提下,兼顾运行、维护方便,尽可能的节省投资,就地取材,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。
4.3待建变电站的主接线形式
4.3.1110kV侧
方案
(一)单母线分段接线
7段
1C-厂J
□段
1
11
■■j?
-&
应——丁
图4-1
分段的单母线的评价为:
单母线分段接线示意图
优点:
(1).具有单母线接线简单、清晰、方便、经济、安全等优点。
(2).较之不分段的单母线供电可靠性高,母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围缩小了一半。
与用隔离开关分段的单母线接线相比,母线或母线隔离开关短路时,非故障母线段可以实现完全不停电,而后者则需短时停电。
(3).运行比较灵活。
分段断路器可以接通运行,也可断开运行。
(4).可采用双回线路对重要用户供电。
方法是将双回路分别接引在不同分段母线上。
缺点:
(1).任一分段母线或母线隔离开关检修或故障时,连接在该分段母线上的所有进出回路都要停止工作,这对于容量大、出线回路数较多的配电装置仍是严重的缺点。
(2).检修任一电源或出线断路器时,该回路必须停电。
这对于电压等级高的配电
装置也是严重缺点。
因为电压等级高的断路器检修时间较长,对用户影响甚大母线
图4-2不分段的双母线接线示意图
双母线接线的特点:
(1).可轮流检修母线而不影响正常供电。
(2).检修任一母线侧隔离开关时,只影响该回路供电。
(3).工作母线发生故障后,所有回路短时停电并能迅速恢复供电。
(4).可利用母联断路器替代引出线断路器工作。
(5).便于扩建。
(6).由于双母线接线的设备较多、配电装置复杂,运行中需要用隔离开关切换电起误操作;同时投资和占地面积也较大。
方案
(二)不分段的双
路,容易引
方案(三)单母分段带旁路接线
图4-3单母分段带旁路接线示意图
单母分段带旁路接线的特点:
优点:
(1).单母分段带旁路接线方式采用母线分断路器和旁路母线断路器,供电可靠性
比单母分段接线更高,运行更加灵活,一般用在35-110kv的变电所的母线。
(2).旁路母线是为检修断路器而设的,通常采用可靠性高,检修周期长的SF6断路器,或气体绝缘金属封闭开关设备时,可取消旁路母线。
缺点
(1).单母分段带旁路接线倒闸操作比较复杂,占地面积比较大,花费比较高。
以上三种方案比较:
方案
(一)主接线供电可靠性与灵活性高,用于110KV出线回路适合本
站设计,因此此方案可行。
方案
(二)由于双母线接线具有较高的可靠性,这种接线在大、中型发
点厂和变电站得到广泛的使用。
用于电源较多、输送和穿越功率较大、要求可靠性和灵活性较高
的场合。
因此此方案不可行。
方案(三)在供电可靠性与灵活性方面能满足本站供电要求,但考虑到接线较复杂,占地面积大且费用较高,所以也不符合要求。
4.3.235kV侧
方案
(一)单母线分段接线
对用断路器分段的单母线的评价为:
优点:
(1).具有单母线接线简单、清晰、方便、经济、安全等优点。
(2).较之不分段的单母线供电可靠性高,母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围缩小
了一半。
与用隔离开关分段的单母线接线相比,母线或母线隔离开关短路时,非故障母线段可以实现完全不停电,而后者则需短时停电。
(3).运行比较灵活。
分段断路器可以接通运行,也可断开运行。
(4).可采用双回线路对重要用户供电。
方法是将双回路分别接引在不同分段母线上。
缺点:
(1).任一分段母线或母线隔离开关检修或故障时,连接在该分段母线上的所有进出回路都要
停止工作,这对于容量大、出线回路数较多的配电装置仍是严重的缺点。
(2).检修任一电源或出线断路器时,该回路必须停电。
这对于电压等级高的配电装置也是严
要缺点。
因为电压等级高的断路器检修时间较长,对用户影响甚大。
方案
(二)内桥接线
|_1I—
图4-5内桥接线示意图
内桥接线中,桥回路置于线路断路器内侧,此时线路经线断路器和隔离开关接至桥接点,构成独立单元;而变压器支路只经过隔离开关与桥接点相连,是非独立单元内桥接线的特点为:
(1).线路操作方便。
如线路发生故障,仅故障线路的断路器跳闸,其余三回路可继续工作,并保持相互的联系。
(2).正常运行时变压器操作复杂。
(3).桥回路故障或检修时全厂分裂为两部分,使两个单元之间失去联系;同时,出现断路器故障或检修时,造成该回路停电。
为此,在实际接线中可采用设外跨条来提高运行灵活性。
内桥接线使用于两回进线两回出线且线路较长、故障可能性较大和变压器不需要
经常切换的运行方式的变电站中
方案(三)外桥接线
Lz
Hl
.□R
图4-6外桥接线示意示意图
外桥接线的特点为:
(1).变压器操作方便。
(2).线路投入与切除时,操作复杂。
如线路检修或故障时,需断开两台断路器,并使该侧变压器停止运行,需经倒闸操作恢复变压器工作,造成变压器短时停电,这刚好与内桥相反,概
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