变电站设计.docx
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变电站设计.docx
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变电站设计
前言………………………………………………………………………2
摘要………………………………………………………………………3
第一章设计任务书………………………………………………………4
第一节变电站概况……………………………………………………4
第二节负荷情况………………………………………………………4
第三节负荷类型………………………………………………………5
第四节设计成果………………………………………………………5
第二章设计说明书………………………………………………………7
第一节负荷计算…………………………………………………7
第二节变电所主变压器的选择………………………………………7
第四节变电所主接线方案的选择……………………………………11
第五节短路电流的计算……………………………………………20
第六节变电所一次设备的选择校验…………………………………22
第七节配电装置的规划……………………………………………26
第八节继电保护的配置………………………………………………28
第九节防雷保护的设计………………………………………………34
第三章设计计算书………………………………………………………37
结束语……………………………………………………………………40
参考文献…………………………………………………………………41
英文翻译…………………………………………………………………44
附变电站主接线图及继电保护接线图(见图纸)
前言
毕业设计和毕业论文是本科生培养方案的重要环节,学生通过毕业设计,旨在培养学生综合运用所学的基本理论和方法解决实际问题的能力,提高学员实际操作的技能以及分析思维能力,使学员能够掌握文献检索、研究分析问题的基本方法,提高学员阅读外文本书刊和进行科学研究的能力,在作毕业论文的过程中,所学知识得到疏理和运用,它即是一次检阅,又是一次锻炼。
我毕业设计的课题是《110kv降压变电站电气一次部分设计》。
电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的,具有同时性。
110kv降压变电站作为供用网络中重要的变电一环,它设计质量的好坏直接关系到该地区的用电的可靠性和地区经济的发展,同时也影响到该地区的用电可靠性和地区的经济发展,以及工农业生产和人民生活。
本次设计根据有关规定,依据安全、可靠、优质、经济、合理等的要求,为保证对用户不间断地供给充足、优质又经济的电能设计方案。
由于水平有限及时间仓促等原因,设计中存在着许多不足和失误,敬请各位老师批评指正,谢谢!
摘要
由于某地区电力系统的发展和负荷增长,拟建一座110KV变电站,向该地区用35KV和10KV两个电压等级供电。
设计要求采用35KV出线6回,10KV出线7回。
基于上述条件,变电站的设计在满足国家设计标准的基础上,尽量考虑当地的实际情况。
形式上采用独立变电站。
主变压器采用满足需求的三绕组变压器,一次设备的选取都充分考虑了生产的需要。
在防雷上采用通用的防雷设计方法。
在保证供电可靠性的前提下,减少事故的发生,降低运行费用。
变电站的设计是按照本地区5~10年后的用电量的满负荷的容量设计的,不必为将来因为容量小而再重建或扩容,一次设计到位,减少了投资,并为变电站的安全稳定供电提供了保障。
在设计中,有设计任务书、设计说明书、设计计算书、绘图以及相关文献翻译等。
第一章设计任务书
第一节变电站概况
第二节负荷情况
负荷情况如下表所示:
电压
负荷名称
最大负荷KVA
cosΦ
回路数
供电方式
线路长度KM
35kV
市镇变1
12000
0.9
1
架空
25
市镇变2
12000
0.9
1
架空
25
煤矿变
12000
0.9
1
架空
25
化肥厂
8000
0.9
1
架空
15
砖厂
8000
0.9
1
架空
15
水泥厂
8000
0.9
1
架空
15
10kV
镇区变
4000
0.85
1
架空
7
机械厂
3000
0.85
1
电缆
4
纺织厂1
3000
0.85
1
电缆
4
纺织厂2
3000
0.85
1
电缆
4
农药厂
4000
0.85
1
架空
7
面粉厂
4000
0.85
1
架空
7
耐火材料厂
4000
0.85
1
架空
7
第三节负荷类型
上)
第二章设计说明书
第一节负荷计算
电压
负荷名称
最大负荷KW
cosΦ
回路数
计算负荷
S30/KVA
I30/A
35kV
市镇变1
12000
0.90
1
13333.333
380.95
市镇变2
12000
0.90
1
13333.333
380.95
煤矿变
12000
0.90
1
13333.333
380.95
化肥厂
8000
0.90
1
8888.889
253.97
砖厂
8000
0.90
1
8888.889
253.97
水泥厂
8000
0.90
1
8888.889
253.97
10kV
镇区变
4000
0.85
1
4705.882
470.59
机械厂
3000
0.85
1
3529.412
352.94
纺织厂1
3000
0.85
1
3529.412
352.94
纺织厂2
3000
0.85
1
3529.412
352.94
农药厂
4000
0.85
1
4705.882
470.59
面粉厂
4000
0.85
1
4705.882
470.59
耐火材料厂
4000
0.85
1
4705.882
470.59
合计
96078.432
4845.94
第二节变电所主变压器的选择。
一、35/110kV变电所设计规范(GB50059-92)(主变台数的确定)
第3.1.2条在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器,当技术经济比较合理时,可装设两台以上主变压器。
如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时,可装设一台主变压器。
第3.1.3条装有两台及以上主变压器的变电所,当断开一台时,其余变压器的容量不应小于60%的全部负荷,并应保证用户的一、二级负荷。
已知系统情况为系统通过双回110kV架空线路向待设计变电所供电,且在该待设计变电所的负荷中,同时存在有一、二级负荷,故在设计中选择两台主变压器。
二、主变压器容量的确定
(1)主变压器容量一般按变电所建成后5至10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期10至20年的负荷发展。
(2)根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。
对于有重要负荷的变电所,应考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量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。
三、主变相数的选择
(1)变压器采用三相或单相,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。
(2)当不受运输条件限制时,在330kV及以下的发电厂和变电所,均应选用三相变压器。
四、主变绕组连接方式
变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。
电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△,高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。
我国110kV及以上电压,变压器绕组都采用Y0连接;35kV亦采用Y连接,其中性点多经过消弧线圈接地。
35kV以下电压,变压器绕组都采用△连接。
由于待设计变电站为110kV电压等级降压至35kV和10kV,故绕组连接方式为Y0/Y0/△。
根据该待设计变电所负荷分析确定:
采用两台主变压器。
五、是否选择有载调压变压器
在大型降压变电所中,普通三绕组变压器的应用范围有限,当主网电压为110-220kv,中压电网为35kv时,由于他们中性点采用不同接地方式,才采用普通三绕组变压器,当中压为110kv及以上的电压时,降压变压器和联络变压器多采用自耦变压器,因自耦变压器高、中压绕组有直接电气联系,具有巨大经济优越性。
由于我国电力不足,缺电严重,电网电压波动较大,变压器的有载调压是改善电压质量,缺少电压波动的有效手段,对电力系统,一般要求110kv及以下变电所至少采用一级有载调压变压器。
六、主变冷却方式
主变一般采用的冷却方式有自然风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫导向油循环冷却。
小容量变压器一般采用自然风冷却,大容量变压器一般采用强迫油循环冷却变压器,在发电厂水源充足情况下,为缩短占地面积,大容量变压器也有采用强迫油循环水冷却。
近年来随着变压器制造技术发展,在大容量变压器中,采用了强迫油循环导向冷却方式,它是用潜油泵将冷油压入线圈之间和铁芯的油道中,故此冷却方式效率更高。
据上所述因S总=96078.4317*0.6=57647.06KVA
七、所以选择变压器为
变压器型号SFSZ9-110/60000(北京变压器厂)
额定容量(kVA)
60000
电压组合(kV)
高 110
中 38.5 低 10.5
联结组标号
YNyn0d11
空载损耗(kW)
28.6
负载损耗(kW)
112.50
空载电流%
1.05
短路阻抗%
高-中10.5高-低17-18中-低6.5
外形尺寸(mm)
长
宽
高
规矩(mm)
变压器型号中字母代表的含义:
S-在第一位表示三相,在第三、第四则表示三绕组
F-代表油浸风冷
Z-代表有载调压
J-代表油浸自冷
L-代表铝绕组或防雷
P-代表强迫油循环风冷
D-代表自耦,在第一位表示降压,在末位表示升压
X-代表消弧线圈
第三节电气主接线的选择
一、电气主接线的依据
1.一般变电所多为终端和分支变电所。
电压为110kV,但也有220kV。
2.变电所根据5至10年电力系统发展规划进行设计。
3.对于一类负荷,当失去一个电源时应保证不停电;对于二类负荷,当失去一个电源时,应保证不全部停电;对于三类负荷可以只有一个电源。
4.系统中应有一定的备用容量,运行备用容量不应小于8%,以适应负荷突增、机组检修和事故停运三种情况。
设计主接线时,还应考虑检修母线或断路器时是否允许线路故障、变压器或发电机停运。
故障时允许切除的线路、变压器的数量等。
5.当配电装置在电力系统中居重要地位、负荷大、潮流变化大且出线回路数多时,宜采用双母线或双母分段的接线方式。
6.采用单母线或双母的110至220kV配电装置,当断路器为少油或压缩空气时,除断路器有条件停电检修外,应设置旁路设施;当220kV出线在四回及以上、110kV出线在六回及以上时,宜采用带专用旁路断路器的旁路母线。
当断路器为SF6时,可根据系统的实际情况,有条件的可不设旁路设施;当需要设置旁路设施,且220kV出线在六回及以上、110kV出线在八回及以上时,可采用带专用旁路断路器的旁路母线。
二、电气主接线的基本要求
可靠性:
1.断路器检修时不应影响对重要负荷供电;
2.断路器或母线故障及母线检修时,尽量减少停运的回路数和停运时间,并要保证对一类负荷和大部分二类负荷的供电;
3.尽量避免变电站全部停电的可能。
灵活性:
1.主接线应满足调度、检修及扩建时的灵活性;
2.调度时可以灵活的切除和投入变压器和线路,调配电源和负荷,满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求。
3.检修时,可以方便地停运断路器、母线及继电保护设备,进行安全检修而不影响电网的运行和对用户的供电。
4.扩建时可以容易的从初期接线过渡到最终接线,在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,投入新装机组变压器或线路而不互相干扰,并且对一次和二次部分改建的工作量最少。
经济性:
1.主接线应力求简单,以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备;
2.继电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设备和控制电缆;
3.能够限制短路电流,以便选择廉价的电气设备或轻型设备;
4.能满足系统安全和继电保护的要求。
三、主接线形式
1.单母线接线
只设一条母线,电源和线路接在一条母线上。
单母线接线具有简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便且有利于扩建等优点,但可靠性和灵活性差。
当母线或母线隔离开关发生故障或检修时,必须断开全部电源,造成全所停电;此外,在检修断路器时,也造成该回路停电。
故不采纳。
2.单母线分段接线
单母线分段接线借助分段断路器对单母线进行分段,对重要用户可以从不同分段上进行引接,有两个电源供电。
当一段母线发生故障时,自动装置将分段断路器跳开,保证正常母线不间断供电,提高了供电的可靠性和灵活性。
不仅便于分段检修母线,而且可以减少母线故障影响范围。
但一段母线检修时,将会造成该母线上的变压器停运。
3.单母线分段带旁母接线
在单母线分段接线的基础上加装一条旁路母线,可以在检修出线断路器时不致中断该回路供电,提高了供电的可靠性,但倒闸操作复杂,可靠性差,对于该待设计变电站为终端变电站,出线回路数较多,此中接线方式不能达到可靠性和灵活性的要求。
故不采纳。
4.双母线接线
双母线接线具有两组母线,每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别和两组母线相连,母线之间通过母线联络断路器连接,有了两组母线后运行的可靠性和灵活性得到了大大的提高。
检修任意母线时,可以把全部电源和线路倒换到另一条母线上,不会停止对用户的供电。
线路断路器停电检修时,可临时用母联断路器代替,但必须将该回路短时停电,用“跨条”将断路器遗留接口接通,然后投入母联断路器向该回路供电,对可以短时停电的负荷比较合适。
但操作比较复杂,须接“跨条”,安全可靠性差,同时并不能避免对线路的停电。
5.双母线带旁母接线
在双母线接线方式的基础上增加一条旁路母线的接线方式不仅具有双母线的所有优点,而且可以避免双母线检修断路器时必须进行短时停电的缺点,充分保证供电的可靠性。
对于出线较多的变电站,由于断路器检修故障较多,母联断路器长期被占用,对变电站的安全不利。
可以增加一条旁路断路器代替检修或故障的断路器,由于现在线路保护多采用微机保护,更改定值十分方便,使旁路断路器可以发挥很大作用。
可见双母线带旁母接线方式具有供电可靠,检修方便,调度灵活等优点。
但该接线方式隔离开关较多,在运行中隔离开关作为操作电器,容易发生误操作,必须配合防误闭锁装置。
故不采纳。
6.变压器——线路单元接线
该接线方式最简单、设备最少、不需要高压配电装置。
适合只有一台变压器和一回线路时。
当线路故障或检修时,变压器停运;变压器故障或检修时,线路停运。
故不采纳。
7.一台半断路器接线
两个元件引线用三台断路器接往两组母线组成一台半断路器接线。
运行时,两组母线和全部断路器都投入工作,形成多环状供电,具有较高的供电可靠性和灵活性,任一母线故障或检修均不致停电;除联络断路器故障时与其相连的两回线路短时停电外,其他任何断路器故障或检修时都不会中断供电;甚至两组母线同时故障或检修时,仍不会造成系统解裂。
该接线运行方便,操作简单,隔离开关只在检修时作为隔离电器,不作为操作电器,提高了安全性。
为进一步提高接线可靠性,并防止联络断路器故障可能同时切除两组电源线路,可尽量把同名元件布置在不同串上,同时元件分别接入不同母线,即将变压器和出线同串交叉布置,但必须增加配电装置间隔。
该接线方式运行灵活,可靠性高,但需增加较多断路器,占地面积较大,继电保护配置复杂,经济性差。
故不采纳。
8.3~5角形接线
多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形,是单环形接线。
为减少因断路器检修而开环运行的时间,保证角形接线运行的可靠性,以采用2~5角形为宜。
并且变压器与出线回路以对角对称布置。
此外,当进出回路数较多时,我国个别水电厂采用了双连四角形接线,形成多环形,从而保证了供电的可靠性。
但断路器数量增多,有的回路连着三个断路器,布置和继电保护复杂,没有推广使用。
故不采纳。
单母线分段接线与双母线接线的技术经济比较:
单母线分段接线
双母线接线
可靠性
一段母线发生故障,自动装置可以保证正常母线不间断供电。
重要用户可以从不同分段上引接。
出线回路数较多,断路器故障或检修较多,母联断路器长期被占用,对变电站不利。
灵活性
母线由分段断路器进行分段。
当一段母线发生故障时,由自动装置将分段断路器跳开,不会发生误操作。
1.各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上,能灵活的适应系统中各种运行方式的调度和潮流变化的需要。
2.当母线故障或检修时,隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作。
经济性
当进出线回路数相同的情况下,单母线分段接线所用的断路器和隔离开关少于双母线接线。
总结:
对比两种接线方式,我认为单母线分段接线方式较适合设计要求,故高、中、低压三侧均采用单母线分段接线方式。
主接线图如下所示
第四节短路电流的计算
一、短路电流的计算目的:
在发电厂和变电所的电气设计中,短路电流的计算是一个重要环节。
其计算的目的主要有以下几个方面:
(1)在选择电气主接线时,为了比较各种接线方案,或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等,均需要进行必要的短路电流计算;
(2)在选择电气设备时,为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠的工作,同时又力求节约资金,这就需要进行全面的短路电流计算。
(3)在计算屋外高压配电装置时,按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。
(4)在选择继电保护方式和进行整定计算时,须以各种短路时的短路电流为依据。
(5)接地装置的设计也需要进行短路电流的计算。
二、短路电流计算的一般规定:
(1)计算的基本情况:
1.电力系统中所有电源均在额定负荷下运行;
2.所有同步电机都具有自动调整励磁装置;
3.短路发生在短路电流为最大值的瞬间;
4.所有电源的电动势相位角相同;
5.应考虑对短路电流值有影响的所有元件。
但不考虑短路点的电弧电阻对异步电动机的作用,仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。
(2)接地方式:
计算短路电流时所用的接地方式,应是可能发生最大短路电流的正常接地方式(即最大运行方式),而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接地方式。
(3)计算容量:
应按本工程设计规划容量计算,并考虑电力系统的远景发展计划(一般考虑本工程建成后5~10年)
(4)短路种类:
一般按三相短路计算,若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相(或两相)接地短路较三相短路情况严重时,则应该按严重情况的情况校验。
(5)短路计算点:
在正常接地方式时,通过电气设备的短路电流为最大的点成为短路计算点。
对于6~10kv出线与厂用分支线回路,在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时,短路计算点应该取在电抗器前,选择其余的导体和电器时,短路计算点一般取在电抗器后。
三、计算步骤:
(1)选择短路计算点;
(2)画出等值网络图;
(3)化简等值网络;
(4)求计算电抗;
(5)短路次暂态短路电流I″
、计算短路电流周期分量Ik
(6)计算短路电流冲击值Ik
;
(7)绘制短路电流计算结果表。
表6短路计算结果
短路计算点
Ik
I″
Ik
(kA)
Ish
(kA)
d1
3.861
3.861
1.938
4.943
d2
3.1970
3.1970
5.0227
12.8079
d3
2.886
2.886
15.8693
40.4667
d4
2.4667
2.4667
3.8754
9.8822
d5
1.6103
1.6103
8.8546
22.5792
注:
短路点选择见下短路计算书
第五节变电所一次设备的选择校验
一、高压断路器选择
1、选择高压断路器类型
6-10kv一般选用少油断路器,110-330kv当少油断路器不满足要求时,可选压缩空气断路器和SF6断路器,500kv一般采用SF6断路器。
2、根据安装地点选户外式或户内式。
3、断路器额定电压不小于装设电路所在电网额定电压。
4、断路器额定电流不小于通过断路器的最大持续电流。
5、校核断路器断流能力Iekd≥Izk
Iekd-断路器额定开断电流
Izk-断路器触头刚分开时实际开断的短路电流周期分量有效值
为简化计算,也可用次暂态短路电流进行选择
当断路器开断时间tk<0.1s时,由于电力系统中大容量机组出现,快速保护和高速断路器的使用,故在靠近电源外短路点,短路电流中非周期分量所占比例较大,因此在校核断流能力,计算被开断的短路电流时,应计及非周期分量影响。
6、按短路关合电流选择,应满足断路器额定关合电流不小于短路冲击电流ieg≥ich一般等于电动稳定电流。
7、动稳定校验短路冲击电流应不大于断路器极限通过电流iew≥ich.
8、热稳定校验短路热效应不大于断路器在ts时间内允许热效应Ir2t≥QdIr-断路器ts内的允许热稳定电流。
9、根据对断路器操作控制要求,选择与断路器配用的操动机构。
二、隔离开关的选择
1、根据配电装置布置的特点,选择隔离开关类型
2、根据安装地点选择户内式或户外式
3、隔离开关额定电压大于装设电路所在电网的额定电压
4、隔离开关额定电流大于装设电路最大持续工作电流
5、动稳定校验满足ich≤idw
6、热稳定校验满足Qd≤Ir2t
7、根据隔离开关操作控制要求,选择配用的操动机构,一般采用手动操作,户内800A以上,户外220kv高位布置的隔离开关和330kv隔离开关,宜采用电动操作机构,当有压缩空气系统时,可采用气动操作机构。
三、电流互感器选择
1、根据安装地点和安装使用条件选择电流互感器型式,6~20kv屋内配电装置可选瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构,35kv及以上配电装置一般选用油浸瓷箱式绝缘结构,有条件可选套管式电流互感器
2、按一定电路的电压和电流选择电流互感器的一次额定电压和额定电流时,必须满足为保证供给测量仪表的准确度,电流互感器的一次正常工作电流值,应尽量接近其一次额定电流。
电流互感器的二次额定电流,一般选用5A,在弱化系统中选用1A
3、根据二次负荷要求,选择电流互感器的准确度级。
电流互感器的准确度级不得低于所供测量仪表的准确度级,也包括测量的准确度,当仪表只供估计电气参数时,电流互感器可用3级,当用于继电保护时,宜根据继电保护的要求选用“D”或“B”和“J”级
4、根据选定的准确度级,校验电流互感器的二次负荷,并选择二次连接导线截面。
为保证电流互感器能在选定的准确度级下工作,二次侧所接的负荷,必须小于或等于选定准确度级下的额定二次负荷,即发电厂和变电所中应采用铜芯控制电缆,连接导线截面不应小于1.5mm
5、动稳定校验
动稳定倍数Kd等于内部允许通过极限电流峰值与一次额定电流之比,对于瓷绝缘结构电流互感器,应校验互感器绝缘瓷套端部受到相间电动力,则以满足.
110kV侧断路器和隔离开关:
计算数据
LW6B-126
GW14-126
UN
110kV
Ue
126kV
110kV
Imax
629.86A
Ie
3150A
630A
I"
1.938kA
Ic
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- 变电站 设计