35kv企业变电站电气主接线设计毕设论文.doc
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本科毕业设计(论文)
35kV企业变电站电气主接线设计
文博
燕山大学
2012年6月
本科毕业设计(论文)
35kV企业变电站电气主接线设计
学院:
电气工程学院
专业:
电力系统及其自动化
学生姓名:
文博
学号:
080103030094
指导教师:
贾清泉
答辩日期:
2012-6-25
燕山大学毕业设计(论文)任务书
学院:
电气工程学院系级教学单位:
电力工程系
学
号
080103030094
学生
姓名
文博
专业
班级
08电力2班
题
目
题目名称
35kV企业变电站电气主接线设计
题目性质
1.理工类:
工程设计(√);工程技术实验研究型();
理论研究型();计算机软件型();综合型()。
2.文管类();3.外语类();4.艺术类()。
题目类型
1.毕业设计(√)2.论文()
题目来源
科研课题()生产实际()自选题目(√)
主
要
内
容
1、收集与本设计课题相关的技术资料及变电站原始数据资料,查阅和学习相关供电设计标准及技术规范; 2、确定整个供电系统的设计方案3、按照收集的资料,完成变电站的负荷计算;4、变电站主变压器选择,变电站短路计算,完成短路校验;5、变电站主要电气设备选择;6、变电站防雷接地设计;
基
本
要
求
1.遵守毕业设计期间的纪律,按时参加答疑;2.独立完成设计任务,培养基本的科研能力;3.设计说明书一份(不少于2万字),A0图纸一张;英文资料翻译不少于3千字;说明书要求条理清晰、文笔通顺,符合毕业设计撰写规范的要求;论文、图纸中的文字符号符合国家现行标准;
4.完成相关仿真实验,并反映在论文中。
参
考
资
料
1.电力工程电气设备手册;电气一次部分,中国电力出版社
2.电力工程电气设备手册:
电气二次部分,中国电力出版社
3.自查资料
周次
1—4周
5—8周
9—12周
13—16周
17—18周
应
完
成
的
内
容
查阅资料,学习变电站设计和CAD的基础知识
35kV变电站总体设计方案确定
35kV变电站电力系统一次部分设计
35kV变电站电力系统二次部分(继电保护和防雷保护)设计
撰写毕业论文,准备答辩。
指导教师:
贾清泉
职称:
教授2012年月日
系级教学单位审批:
年月日
摘要
摘要
变电所是电力系统的一个重要组成部分,由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成。
它从电力系统取得电能,通过其变换、分配、输送与保护等功能,然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备。
本变电所的设计首先是要进行负荷的分析,该变电站主要设备都是二级负荷,故应优先考虑其供电可靠性。
接着就是主接线的设计,提出了几种不同的设计方案,经过经济性,可靠性和灵敏性分析,最终确定了高低压侧都采用了单母线分段接线的方案。
在变压器台数及容量的选择时,为了提高变电所供电的可靠性,采用的是两台型号相同的变压器。
短路计算中采用了更为普遍的标幺值法。
对于设备的选择可分为高压侧(35kV侧)和低压侧(10kV侧)两种。
根据不同的要求看是否需要进行动稳定或热稳定的校验,从而选择更适合的设备以及电缆、母线、断路器、隔离开关等,在低压侧10kV侧装设了无功补偿装置。
接下来是变压器的继电保护,对于油浸式变压器采用了瓦斯保护、电流速断、过电流以及过负荷这几种保护。
最后就是防雷与接地的设计,常用的防雷设备有避雷针和避雷器。
最终经过分析,采用了四支避雷针作为变电所电气部分的防雷保护。
关键词 变电站;主接线;短路电流;电气设备
I
燕山大学本科生毕业设计(论文)
Abstract
Substationpowersystemisanimportantcomponentoftheelectricalequipmentanddistributionbythenetworkconnectionmodeaccordingtoacertainpose.Itobtainedpowerfromthepowersystem,throughitstransformation,distribution,transmissionandprotectionfunctions,thenpowersafely,reliablyandeconomicallysupplytoeachdevice.
Firstofall,inthedesignofthesubstation,itisnecessarytocarryouttheanalysisofload,themainsubstationdevicesaresecond-classload,therefore,priorityshouldbegiventhereliabilityofpowersupply.Followedbythemainelectricalscheme,presentedinseveraldifferentdesigns,economy,reliabilityandsensitivityanalysis,andultimatelydeterminethehighandlowpressuresideoftheSingleBuswiringprogram.Selectthenumberoftransformerunitsandcapacityinordertoimprovethereliabilityofsubstationpowersupply,usingthetwomodelsofthesametransformer.Short-circuitcalculationusedthemorecommonstandardvaluemethod.Forthechoiceofdevicescanbedividedintothehighpressureside(35kVside)andlow-voltageside(10kVside).Accordingtodifferentrequirementstoseeiftheneedfordynamicstabilityorthermalstabilityofcalibration,selectthemoresuitableequipmentandcables,bus,circuitbreakers,isolatingswitches,andthelowvoltagesideofthe10kVinstalledreactivepowercompensationdevice.Nextistheprotectionofthetransformer,foroil-immersedtransformergasprotection,thecurrentspeedoff,overcurrent,andthesetypesofoverloadprotectioncanbeused.Afterthefinalanalysis,theuseofalightningrod4aspartoftheelectricalsubstationlightningprotection.
Keywords Substation;Mainelectricalscheme;Short-circuitcurrent;Electricalequipment
I
目录
摘要 I
Abstract II
第1章绪论 1
1.1课题背景 1
1.2工程概述 2
1.3变电所的负荷情况 3
1.4选题的目的和意义 3
1.5研究主要内容 3
第2章电气主接线方案的确定 4
2.1主接线设计依据 4
2.2主接线的基本接线形式 4
2.3变电站35kV侧接线形式的确定 5
2.3.135kV侧的几种接线方案 5
2.3.235kV侧的接线方案分析比较 7
2.4变电站10kV侧接线形式的确定 8
2.5变电站0.4kV侧接线形式的确定 9
2.6本章小结 9
第3章变压器的选择 10
3.1变电所主变压器台数的选择 10
3.2变电所主变压器容量的选择 10
3.3主变压器型式的选择 11
3.4厂用低压侧变压器的选择 13
3.5本章小结 13
第4章短路电流的计算 14
4.1短路电流的原因和后果 14
4.2短路电流计算的目的 15
4.3短路电流计算 15
4.3.1绘制短路电流计算电路图 15
4.3.2确定基准值 16
4.3.3计算短路电路中各个元件电抗标幺值 16
4.3.4母线短路点的短路计算 17
4.4计算结果汇总 19
4.5本章小结 19
第5章电气设备的选择 20
5.1导体和电气设备选择的一般条件 20
5.1.1一般原则 20
5.1.2技术条件 20
5.2断路器的选择 21
5.2.135kV侧断路器选择 22
5.2.210kV侧断路器选择 23
5.3隔离开关的选择 24
5.3.135kV侧隔离开关选择 25
5.3.210kV侧隔离开关选择 25
5.4互感器的选择 26
5.4.1电流互感器的选择 27
5.4.2电压互感器的选择 29
5.5母线的选择 30
5.5.135kV侧母线的选择 30
5.5.210kV侧母线的选择 31
5.610kV出线的选择 31
5.710kV侧开关柜的选择 31
5.8无功补偿设备的选择 32
5.9本章小结 32
第6章变电站继电保护 33
6.1瓦斯保护 33
6.2过电流保护 34
6.3过负荷保护 35
6.4电流速断保护 36
6.5本章小结 37
第7章防雷与接地装置的设计 38
7.1避雷针的选择 38
7.2避雷器的选择 39
7.3接地装置的选择 41
7.4本章小结 41
结论 42
参考文献 43
致谢 45
附录 46
V
第1章绪论
第1章绪论
1.1课题背景
电力行业既是国民经济和社会发展的基础产业,又是公共事业。
电气化程度是衡量一个国家现代化建设的重要标志。
改革开放以后我国的电力产业得到了快速的发展,从而也促进了国民经济的增长。
但是相比于发达国家,我们的人均拥有发电装机容量和电力消费占能源消费的比重还很低。
而变电站是电力系统组成的一个重要环节,是电力网中线路的连接点,其作用是变换电压、汇集和分配电能。
变电站能否正确运行关系到电力系统的稳定和安全问题,因此对变电站的合理设计就显得十分重要了[1]。
在工厂里,电能虽然是工业生产的主要能源和动力,但是它在产品成本中所占的比重一般很小。
例如在机械工业中,电费开支仅占产品成本的5%左右。
从投资额来看,一般机械工厂在供电设备上的投资,也仅占总投资的5%左右。
因此电能在工业生产中的重要性,并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少,而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量,提高产品质量,提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强度,改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。
从另一方面来说,如果工厂的电能供应突然中断,则对工业生产可能造成严重的后果。
例如某些对供电可靠性要求很高的工厂,即使是极短时间的停电,也会引起重大设备损坏,或引起大量产品报废,甚至可能发生重大的人生事故,给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。
因此,做好工厂供电工作对于发展工业生产,实现工业现代化,具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面,而能源节约对于国家经济建设有十分重要的战略意义,因此做好工厂供电工作,对于节约能源、支援国家经济建设,也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务,切实保证工厂生产和生活用电的需要,并做好节能工作,就必须达到以下基本要求:
(1)安全在电能的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。
(2)可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
(3)优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。
(4)经济供电系统的投资要少,运行费用要低,并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。
此外,在供电工作中,应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系,既要照顾局部和当前的利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展。
工厂供电设计的一般设计原则:
(1)遵守规程,执行政策,必须遵循国家的有关规程和标准,执行国家的有关方针,包括节约电能,节约有色金属等技术经济政策。
(2)安全可靠,先进合理,应做到保障人身和设备的安全,供电可靠,电能质量合格,技术先进和经济合理,应采用效率高,能耗低,性能较先进的电气产品。
(3)近期为主,考虑发展,应根据工程特点、规模和发展规划,正确处理近期建设和远期发展的关系,做到远、近期结合,以近期为主,适当考虑扩建的可能性。
(4)全局出发,统筹兼顾,必须做到全局出发,统筹兼顾,按负荷性质,用电容量、工程特点和地区供电条件等,合理确定设计方案。
本次毕业设计,拟为某机械制造企业建造一所35kV企业变电站,以满足企业正常生产供电需求,提高企业的经济效益,实现企业利润最大化。
这次设计工作,将建成一个网络比较可靠、布局比较合理、装备比较先进、管理比较科学、通信比较完善和自动化程度比较高的工厂供电电网,真正达到安全、优质、高效和低耗的目标。
1.2工程概述
所设计变电所为某机械制造企业变电所,根据全公司负荷的要求,变电所要求一次建成,变电所电压等级共分为三级:
35kV、10kV、0.4kV,变电所进出线35kV侧2回,分别来自某220kV变电所和某110kV变电所的35kV出线。
因架空走廊比较紧张,来自220kV变的5km线路约4km为架空线,1km为电缆,来自110kV变的12km线路约8km为架空线,约4km为电缆;出线条件无限制,10kV侧4回;0.4kV侧2回。
1.3变电所的负荷情况
根据该机械制造企业提供的资料,工厂负荷主要为正常运行用电设备三相电机,均属于二级负荷。
各车间负荷数据为1车间4319.17kVA,2车间4480kVA,3车间956.32kVA,4车间3320.80kVA,400V侧负荷一回为2MVA,另一回为1MVA。
1.4选题的目的和意义
本次毕业设计内容为35kV降压变电站的电气设计。
本次任务的主要目的在于疏通、整理大学四年来所学知识,系统地进行再学习,从一个比较高的高度来掌握所学习过的知识,体现了由薄变厚再由厚变薄的学习理念;培养学生对于各科知识的综合运用能力、分析问题的能力和解决实际问题的能力,最终掌握实际工程设计的基本技能;检测大学四年来的学习成果。
1.掌握变电站的设计方法。
2.完成变电站的电气设计,达到经济合理,安全可靠的设计要求。
3.掌握变电站电力系统继电保护整定计算的方法。
1.5研究主要内容
本设计是要完成某35kV企业变电站电气主接线的设计,包括系统方案选择、负荷计算、可靠性分析、经济性分析、一次设备选择、短路电流计算、防雷与接地等。
要求满足供电的可靠性和安全性要求,保证供电质量,而且设计简单、运行灵活、操作方便。
45
第2章电气主接线方案的确定
第2章电气主接线方案的确定
2.1主接线设计依据
在变电站选择电气主接线时,应以以下列点作为设计依据:
1.变电站在电力系统中的地位和作用
电力系统中的变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三种类型。
一般系统枢纽变电所汇集大电源,进行系统功率的转换和以中压供电,电压为330-500kV;地区重要变电所,电压为220-330kV;一般变电所多为终端和分支变电所,电压为110kV,但也有35kV。
本次设计的机械制造变电所属于一般终端变电所。
2.变电所的分期和最终建设规模
变电所根据5-10年电力系统发展规划进行设计。
一般装设两台主变压器;当技术经济比较合理时,330-500kV枢纽变电所也可装设3-4台主变压器;终端或分支变电所如只有一个电源时,可只装设一台主变压器。
本次变电站设计,由于负荷比较集中,变化不大,故可一次建成。
3.负荷大小和重要性
对于一级负荷必须有两个独立电源供电,且当任何一个电源失去后,能保证对全部一级负荷不间断供电;对于二次负荷一般要有两个独立电源供电,且当任何一个电源失去后,能保证全部或大部分二级负荷的供电;对于三级负荷一般只需要一个电源供电。
本次设计负荷主要为正常运行用电设备三相电机,属于二级负荷,故障会对生产造成很大的影响,因此在设计时要考虑供电的可靠性和安全性。
4.系统备用容量大小
装有两台及以上主变压器的变电所,其中一台事故断开,其余主变压器的容量应保证该所70%的全部负荷,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。
2.2主接线的基本接线形式
主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种连接方式,以电源和出线为主体。
由于各个发电厂或变电站的出线回路和电源数不同,且每路馈线所传输的功率也不太一样,因而为便于电能的汇集和分配,在进出线数较多时,采用母线作为中间环节,可使接线简单清晰,运行方便,有利于安装和扩建。
而与有母线的接线相比,无汇流母线的接线使用开关电器较少,配电装置占地面积较小,通常用于进出线回路少,不再扩建和发展的发电厂或变电站。
6-220kV高压配电装置的接线[2]分为:
(1)有汇流母线的接线。
单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁路母线或者旁路隔离开关等。
(2)无汇流母线的接线。
变压器—线路单元接线、桥形接线、角形接线。
2.335kV侧接线形式的确定
2.3.135kV侧的几种接线方案
按照《变电站设计技术规程》的规定:
“35-60kV配电装置中,当出线为2回时,一般采用桥形接线;当出线为2回以上时,一般采用单母线分段或单母线接线。
出线回路数较多、连接的电源较多、负荷大或污秽环境中的35-60kV室外配电装置,可采用双母线接线”。
本变电站35kV可考虑以下3种方案。
方案一:
采用单母线分段接线[3],如图2-1所示。
(1)优点:
用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两个电源供电;当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切除,保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
(2)缺点:
当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期间内停电;当出线为双回路时,常使架空线路出线交叉跨越;扩建时需要向两个方向均衡扩建;分段断路器故障造成35kV两段母线停电。
(3)适用范围:
1)6-10kV配电装置出线回路数为6回及以上时。
2)35-63kV配电装置出线回路数为4—8回时。
3)110-220kV配电装置出线回路数为3—4回时。
图2-1单母线分段接线
方案二:
采用单母线接线,如图2-2所示。
(1)优点:
接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。
(2)缺点:
不够灵活可靠,任一元件故障或者检修,均需要使整个配电装置停电。
单母线可以用隔离开关分段,但当一段母线故障时,全部回路仍需短时停电,再用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复非故障段的供电。
(3)适用范围:
使用于一台发电机或者一台主变压器的以下三种情况:
1)6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回。
2)35-63kV配电装置的出线回路数不超过3回。
3)110-220kV配电装置的出线回路数不超过2回。
图2-2单母线接线
方案三:
采用外桥形接线,如图2-3所示。
(1)优点:
高压断路器数量少,四个回路只需要三台断路器。
(2)缺点:
线路的切除和投入较复杂,需要动作两台断路器,并有一台变压器暂时停运;桥连断路器检修时,两个回路需要解列运行;变压器侧断路器检修时,变压器需较长时期停运。
(3)使用范围:
适用于较小容量的发电厂变电所,并且变压器的切换较为频繁或者线路较短,故障率较低的情况。
此外,线路有穿越功率时,也宜采用外桥形接线。
图2-3外桥接线
2.3.235kV侧的接线方案分析比较
以上三个方案,所需35kV断路器和隔离开关数量如表2-1所示。
表2-135kV断路器和隔离开关数量表
方案比较
单母线分段接线
单母线接线
外桥接线
断路器台数
5
4
3
隔离开关总数
8
6
6
上述三种方案从经济性来看,由于三种方案所选变压器型号和容量相同,占地面积基本相同,所以只比较设备,方案1所用设备最多,造价最高,
故最不经济;方案3所用设备最少,造价最低,故最经济;方案2介于方案1和方案3之间较经济。
从可靠性来看,方案1中,当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切除,保证正常段母线不间断供电和不致使重要负荷停电,可以满足生产负荷的要求,可靠性高。
方案2中,任一元件(母线及母线隔离开关等)故障或检修,均需使整个配电装置停电,不能满足工厂负荷用电的要求。
方案3中,当线路发生故障时,需要动作与之相连的两台断路器,从而影响一台未发生故障的变压器运行。
因此方案2、方案3可靠性均不如方案1。
从改变运行方
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