某110KV变电站设计论文.docx
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某110KV变电站设计论文.docx
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某110KV变电站设计论文
石家庄铁道大学毕业设计
某110KV变电站设计
A110KVSubstationDesign
2012届电气与电子工程学院
专业电气工程及其自动化
学号20083206
学生姓名髙会娟
指导教师韩兵欣
完成日期2012年6月1日
毕业设计成绩单
学生姓名
高会娟
学号
20083206
班级
电0801—3
专业
电气工程及其自动化
毕业设计题目
某110kv变电站设计
指导教师姓名
韩兵欣
指导教师职称
教授
评定成绩
指导教师
得分
评阅人
得分
答辩小组组长
得分
成绩:
院长签字:
年月日
毕业设计任务书
题 目
某110kv变电站设计
学生姓名
高会娟
学号
20083206
班级
0801-3
专业
电气工程及其自动化
承担指导任务单位
电气与电子工程学院
导师
姓名
韩兵欣
导师
职称
教授
一、主要内容:
110kv变电站设计,主要包括变电站的选址、变电站主要部分的电气设计。
二、基本要求:
1.了解变电站在电力系统中的作用;
2.掌握变电站的基本设计流程;
3.掌握变电站各个电气设备的工作原理及其在电力系统中的作用;
4.会选择变电站的基本电气设备;
5.掌握变电站的运行情况,会分析其基本刀闸操作过程。
三、主要指标:
根据变电站设计国家标准及各种工程规范进行设计。
四、应收集的资料:
变电站在电力网的地位;变电站的供电电源;变电站供应地区的负荷情况;变电站所在地区的天气情况及地质条件。
五、课题进度计划:
1~2周:
查找资料,熟悉所做的课题,完成毕业设计任务书及开题报告。
3~7周:
完成变电站一次部分的设计。
8~12周:
完成变电站避雷及接地系统部分的设计。
13~16周:
绘制图纸,并撰写毕业设计说明书。
教研室主任签字
时 间
年 月日
毕业设计开题报告
题 目
某110kv变电站设计
学生姓名
高会娟
学号
20083206
班级
0801-3
专业
电气工程及其自动化
一、研究背景
经济发展,电力先行。
电力是国民经济各个部门发展的主要动力,电力工业成为国民经济中的主要行业,完成为全国提供优质可靠的电能的任务。
经济的发展表现在用电负荷的不断增长上,随着经济发展,我国电网不断延伸,电网结构不断完善,电网规模不断扩大。
而电网的互联及完成向用户供电主要是通过变电站完成的。
变电站是对电压进行变换以及对电能集中和分配的场所。
变电站的主要电气设备为变压器,为了对变压器进行保护增设了各种开关电器。
变电站设计就是要根据相关规程规范和国标要求并考虑负荷及其未来发展规划,选择各种电气设备并对其进行布置,做出平面图、断面图,使变电所的施工、运行、检修能够顺利进行。
二、变电站发展现状
随着经济的发展,人们对电能质量要求越来越高。
提供安全、可靠、优质、经济的电能成为全世界电力人不断追求的目标。
由于计算机技术的不断发展,目前电力变电站正在向数字变电站、智能变电站发展,利用现代传感技术和先进通信技术,通过变电站数据全息共享,实现变电站继电保护、故障录波、测量、控制、计量和监视等功能。
并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能。
随着经济技术的进一步发展,必将会出现可靠性、技术性、经济性更优的电力技术为社会提供更优质的电能。
三、研究方法
为了满足电力负荷的增长,根据具体电网条件可能采取两种措施:
一是增加变电所数量,并按变电所分布情况确定网络结构,用网络优化法对各种方案进行技术经济比较,选取最优方案。
二是不改变原有高压电网结构,而扩大原有变电所和配电线即所谓的增容方式。
本地区南部电网薄弱,为坚强、完善本地区电网结构,并考虑未来经济发展规划,本地区采取新建变电所的方案为南部地区供电。
四、应收集的资料
当地地理情况,包括温度、湿度、降水、日照、地势、空气污染程度等以确定电气设备的型式。
当地负荷情况、包括负荷类型、负荷分布、负荷用电历史等,以确定变电站的地址及容量。
当地电网情况,电源情况、电网连接情况等以确定变电站接入系统的方式,考虑系统的稳定性。
该地区面积12439平方公里,人口710.4114万。
现有220kv变电站9座,110kv变电站39座,变电总容量383万千伏安。
近几年在政府招商引资,集中精力利用本地区优势发展特色经济的带领下,南部原先荒芜的地区被利用了起来,新建了太阳能、电动汽车等新型储能电池生产基地、生物技术医药及医疗器械制造、矿山工程装备制造等企业,逐步形成南部经济开发区,带动了当地经济的发展。
当地经济的发展使当地的用电负荷迅速增长,而现有变压器容量已远远不能满足当地经济的发展,为满足当地的用电需求,要求供电公司解决当地供电问题。
首先,查找了本地区的电网地理接线图,如下:
五、解决方案
•根据当地的电网结构及电源情况,拟在本地建设110kv变电站为南部地区供电。
•调查当地的负荷情况并考虑5-10年的发展规划,本变电站选择50MVA变压器两台。
•110kv电源进线从220kv变电站取得,110kv侧采用内桥接线,户外配电装置。
10kv侧采用单母线分段接线,户内配电装置,10kv侧出线6回。
•其电气主接线概况如下:
•其中110kv侧采用内桥接线,其特点是连接断路器接在线路断路器的内侧,线路的投切比较方便。
当线路发生故障时,仅线路断路器断开,不影响其他回路运行,但当变压器发生故障时,与该台变压器相连的两台断路器都断开,从而影响了其他未发生故障线路的运行。
但变压器故障较少,一般不经常切换,因此内桥接线在变电所中应用较多。
•10kv侧采用单母线分段接线,当一段母线发生故障时,分段断路器将故障切除,保证正常母线不间断的供电,保证了供电的可靠性。
指导教师签字
时间
年 月日
摘要
在配电系统规划中,变电站的增容方式是解决负荷增长常采用的方法,它有助于利用现有电气设备完成供电任务,节省电力投资,缩短建设周期。
但是由于受到电网结构、变压器容量等因素的限制,增容方式并不适用于所有的网络。
本文提出了新建变电站解决负荷增长需求的方法。
经过对当地实地情况的调查并考虑电力系统建设的要求,进行了变电站的选址、负荷预测及变电站接入系统方式和电气主接线的分析和讨论;建立了电力系统的数学模型进行了短路电流计算,并据此选择了变电站的一次设备;最后,绘制出了电气主接线图并列出了电气设备清单,为进一步进行施工图设计打好了基础。
为保证电力系统安全运行,减少不必要的损失,需对变电站的防雷及接地进行设计。
本变电站采用架构式避雷针进行直击雷防护,用避雷器进行过电压侵入波的防护。
为满足工作安全和防雷保护的接地要求,变电站采用敷设接地网的形式进行接地设计,站内需要接地的电气设备均通过金属接地线与变电站的接地网连接,实现接地保护。
关键词:
负荷增长变电站电气主接线一次设备
Abstract
Distributionsystemplanningisessentialtoassurethatthegrowingdemandforelectricitycanbesatisfiedbyincreasingthecapacityofthesubstationswhichcanbothreducethecapitalinvestmentoftheelectricpowersystemandshortentheconstructionperiods.Butthismethoddoesnotalwaysfitforallsortsofnetworksundertheconstrationsofnetworkconfigurationandthecapacityofthetransformer.Inthispaper,anewmethodisproposedtomeetthegrowingelectricitydemand,familiarlyknownasconstructinganewsubstation.
Thelocationofthesubstationandtheforecastoftheloadmagnitudeandthewaythesubstationconnectedtothepowersystemarediscussedinthispaperundertheconsiderationoftherequirementsofthepowersystemandtheconditionsofthelocalareas.Amathematicmodalisestablishedwhicharetheaccordanceoftheshortcircuitcalculationandtheselectionoftheelectricpowerdevices.Finally,afigureshowedtheconnectionsbetweenthedevicesinthesubstationandalistofthedevicesaregiven,sothatthenextstageofthesubstationdesigncangoonsmoothly.Thesubatationusesframetypelightningarrestertoavoidthelightningstrikeandthelightningarrestertoavoidovervotageintrudedwaves.Inordertoensurethesafteyandsatisfythegroundingrequirmentsofthelightningprotection,thesubstationlaysthegroundinggridtomakethegroundingdesign.thedeviceneededgrounding,useametalwiretobeconnectedtothegroundinggrid.
Keywords:
growingloaddemandanewsubstationconnectionsofthedevicestheelectricpowerdevices
第1章绪论
1.1课题研究的目的意义
电能是国民经济发展的动力主要来源,也是人们日常生活不可或缺的能源,工业生产中机器的旋转是由电能驱动的电动机带动的,农业生产中灌溉是由电能带动水泵来实现的,医疗器械的很大部分是由电能驱动的,日常生活中的照明,电视娱乐,甚至饮食起居都与电能息息相关,可以说如果没有电,社会将无法正常运转.
电能是由一次能源转化而来的,由发电机、升压变电站、输电线路、降压变电站、用电设备构成的电力系统完成了将电能传输到用户的任务,再在用户处通过用电设备将电能转换成机械能、热能、光能等其它形式的能量。
由于受到电源结构及经济发展情况的限制,还考虑到交通运输的瓶颈,我国主要采用在资源丰富地区集中发电,然后远距离输送到用电地区的输电形式来满足经济发展对电能的需要。
由于受到绝缘水平和制造工艺的限制,发电机端发出的电压仅为20-30kv,由s=ui可知当传输功率一定时,电压越低,电流越大,传输过程中的电能损耗就越大,这样到远距离的输电线路末端,电压将可能不能满足用户的要求,因此,为了降低电能损耗,提高末端电压,必须将电压升高,再进行电力传输。
因此,在发电机发出电后,须经升压变电站将电压升高,再进行远距离传输。
由于高压操作维护较困难,且考虑到用户安全,到达用电地区后再经降压变电站将电压降低到供用户使用的电压,因此,变电站在电能的传输过程中具有不可替代的作用。
变电站的设计是电网规划的重要内容。
变电站的位置、变电站与系统的连接方式、变电站的容量、变电站的主接线形式等因素将影响电网结构及电网建设经济性乃至影响电力系统运行的稳定性。
因此变电站设计需综合考虑各方面的因素,慎重进行。
1.2国内外研究现状
1.2.1变电站规划设计研究现状
变电站的规划设计主要包括变电站个数及容量的确定、变电站之间的连接方式及供电范围的确定等以建立优化的网络结构。
随着计算机技术的发展相继出现了基于各种计算机算法的规划方法,例如基于启发式算法的电网规划、蚁群算法在电网规划中的应用等等,这些方法的出现使电网规划更加省时、有效。
1.2.2变电站一次及二次设备的发展
1.2.2.1变电站一次设备的发展
由电力系统传输来的电能经隔离开关、断路器、然后经过变压器进行电压变换,将电能传输到汇流母线再进行电能的分配。
这些对电能进行传输和变换的设备称为电力系统的一次设备。
一次设备的主要特点是高电压,它的发展主要表现在绝缘水平和灭弧能力的提高,以提高电力系统的运行水平;以及在故障情况下切断故障的能力,以提高电能质量。
以断路器为例,先后出现了磁吹断路器、空气断路器、油断路器、真空断路器、六氟化硫断路器。
绝缘技术及断流技术的发展使变压器的容量也得以不断扩大,从而促进了大规模电力系统的形成。
1.2.2.2变电站二次的发展
电力系统的安全稳定运行,除了一次设备外,还需要对一次设备进行保护、监视、测量控制等的装置设备,以确保供电质量,减少停电带来的损失。
这些对一次设备进行保护、监视、测量、控制的设备称为变电站的二次设备,由二次设备组成的系统称为继电保护系统。
传统的变电站继电保护系统由互感器的二次侧通过控制电缆连接到控制室内,再引接到相应控制屏的继电器上,工作人员通过对控制屏的操作实现对开关设备的控制。
目前,随着计算机技术的发展,变电站的二次系统正在向数字化、智能化发展。
一次设备的信息通过互感器的二次侧经过模拟量输入通道(由电压变换器、滤波器、采样保持器、A/D转换器、多路转换开关组成)传到控制室内的计算机上,通过计算机对一次设备的状态进行监视、测量、控制,并且能通过计算机进行实现系统间的通信,使运行人员能够掌握整个电力系统的运行状态,使整个电力系统能经济运行。
智能变电站通过加装智能元件,从而使一次与二次,变电站与变电站之间的通信更加智能化,是电力系统的运行的可控性进一步加强。
1.3电力系统发展阶段的研究
1.3.1电力工业的形成
人类对电的认识是从自然界中的雷电开始的,从摩擦起电到富兰克林的风筝实验,人们认识到它们来自电荷、定义导体与绝缘体、发现同性相斥异性相吸、发明莱顿瓶、避雷针的提出等重要的发明相继出现,人们在电的世界里不断探索。
磁在我国古代最早应用于指南针,从磁石到司南、指南鱼、指北龟,人们认识到地球的磁性,磁极是成对出现的、发现了地球的水平倾角、电流的磁效应等重要的现象陆续被人们发现,人们对磁的认识越来越深。
1820年奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第在前人的基础上经过一系列的实验发现由电磁作用能产生不间断的机械运动,为电动机的发展开辟了道路。
1831年法拉第在经过了多次的实验与观察思考后提出了著名的电磁感应定律:
一个线圈中感生的感应电流,其大小与单位时间中线圈所切割的磁力线多少成正比,与线圈电阻成反比。
定律中提出割切磁力线的概念,清楚的说明了不论移动磁铁或是移动线圈或是通断另一个线圈中的电流,只要磁力线与线圈有相对运动而造成割切磁力线,就能看到电磁感应现象。
为发电机的发明做了理论铺垫。
并于同一年由法拉第发明了世界上第一台直流发电机。
在电磁感应原理基础上产生的交流电,1876年在电力照明领域得到广泛应用。
乌萨根利用交流电的优点,利用感应线圈改变了供电电压,并于1882年在莫斯科全俄展览会上展出了升压变压器及降压变压器。
电机的进步及交流电的应用,使工业生产的动力来源问题得到解决,只要有人集中建造发电厂,再用导线就可以将电能输送到各个工厂及千家万户,对每个用户来说只要具备电动机就成为动力来源了。
这无疑为工业的迅速发展创造了条件,加速了电气化时代的到来。
1875年,法国巴黎建成世界上第一座火力发电厂,标志着世界电力时代的到来。
与世界有电的历史几乎同步,1879年,中国上海公共租界点亮了第一盏电灯,随后1882年在上海创办了中国第一家公用电业公司——上海电气公司。
从此中国翻开了电力工业的第一页。
1891年,德国劳芬电厂建设世界上第一台三相交流发电机,并通过第一条13.8kv输电线将电力输送到远方用电地区,使电力既用于照明又用于电力拖动,开创了大功率远距离输电的历史。
电力的广泛应用,电力需求的不断增加,推动电力技术不断发展。
1.3.1.1发电厂的建设与电力传输
美国在1879年在旧金山建成实验电厂向用户出售电能,我国也在这一年于上海建成了一台7.5kw电机的电厂,主要是供用户照明使用,英国霍尔本电厂、俄国彼得堡电厂先后建成。
从发电厂向用户输送电能的问题,早在1873年法国佛泰因在维也纳国际博览会上用燃气发动机带动发电机,输电到一千米以外的电动机,成功的驱动了一台水泵。
1874年俄国的皮罗茨基进行了直流输电的实验,并申请了专利。
1876年俄国雅布罗契柯夫用交流向路灯输电并采用开磁路的最早的变压器。
1880年在俄国《电》杂志中拉契诺夫提出:
当输电距离加长或传输的电能增加时必须升高电压。
1882年他在法国建造了57千米的输电线,将密士巴赫水电站的电能输送到巴黎博览会,功率约为3马力,始端电压为1413v,终端电压为850v,所用导线粗达4.5mm,线路损失高达总能量的78%。
1885年他又建成自瓦利尔到巴黎的输电线,距离为56km,这次将始端电压提高到6000v,线路损失降低到总能量的55%,因为采用的是直流电继续提高电压是很困难的,现在看来这个输电效率是太低了,但是能够远距离传输电能在当时已经是一个突破了。
由于交流电可以用变压器很方便的提高或降低电压,同时交流电机制造方便、成本低廉,不会产生换向故障等优点,交流电得到广泛应用。
1886年美国开始建造交流发电厂,功率为6kw,用单相供电,欧洲又陆续建成一些发电厂。
1888年多里沃—多布罗夫斯基创立三相制,在1991年建成由法国劳芬水电厂至德国法兰克福的三相交流高压输电线路。
在始端采用390/15200v的升压变压器,在终端建有两座变电所将电压降低。
输电效率已达到80%以上,经济效益比较显著,此后的交流输电大都采用三相制了。
美国1882年仅有发电厂3座,至1902年电厂数目已达3621座,发展十分迅速。
欧洲各国兴办电厂数目也迅速增加,电力工业已经成为重要的产业部门了。
随着发电厂的建立,需要有通断大电流、耐受高电压的开关电器,20年代最简单的开关是金属棒与盛有水银的容器。
接通时就将金属棒插入水银中,断开时将棒提起。
这种开关比较笨重,价钱也很贵,使用时要操作几次才能保证接触良好,这迫使人们寻求更好的开关。
除了在接通后开关触点要接触良好外,随着功率和电流的增大,开关断开时产生的火花就成为电弧了。
电弧的高温可以使触点烧坏,甚至熔化,造成伤人或火灾。
因此必须设法使电弧及早熄灭,使电路的分断成功。
1893年多里沃—多布罗夫斯基设计成自动开关,这个开关具有过载时自动切断保护发电机的作用。
1897年英国工程师布朗取得羊角形出头的断路器专利。
1895年英国费朗梯取得油断路器专利。
电力传输技术的发展,表现在电压等级的不断提高。
因为输电线传送电能的容量、距离和效率都与电压的等级有密切的关系。
1906年发明了悬链式绝缘子,它比针柱式绝缘子耐受的电压可以提高很多倍,而且机械强度也大为增加,可以承受更粗重的导线。
分裂导线的发明使高压导线上的电晕损失减少。
高压断路器出现多种类型,特别是灭弧技术不断改进。
早期的自然熄弧发展为磁吹、油吹、高压空气吹弧等多种方法,增强了断路器的分断能力,人们又研制了六氟化硫气体密封式高压电器及输电管道。
这些技术使高压及超高压的大功率远程输电线路陆续实现[1]。
1908年美国开始出现110kv输电线路,到1922年又建成150kv线路,1923年再将输电电压提高到220kv,随后欧洲许多国家也都建成220kv线路。
1936年美国建成287kv输电线。
1959年苏联建成500kv输电线。
我国在70年代建成了西北的330kv线路,80年代建成了东北、华中、华北的500kv输电线,并形成了近十个大型电力系统[2]。
1.3.1.2电力系统的形成
早期向电力负荷供电采用单台发电机供电的方式,从发电厂发出的电力直接经过架设输送和分配电力的线路到用户。
如果用户离发电厂较远,就需要通过升压变电站的升压变压器才能输送过去。
到了用户附近时在经过降压变电站的降压变压器把电压降到用户合适的电压供用户使用。
这种由单台发电机供电的方式,由于用户的用电随着季节、日月、昼夜而不同。
高峰时的负荷与平均数相差很大,发电机大了成本太高,轻载时效率又太低。
另外,雷电的发生、设备故障以及开关操作引起的过电压都会引起用户用电的中断。
为了克服上述缺点,我们把发电厂通过电力线路连接起来(如果各个发电厂机组发出的电压等级不同,则还需要通过变压器变成同一电压等级才能连接),从而组成电力系统。
目前,全国出现区域电网互联的趋势,可以产生更显著的经济效益:
(1)更经济合理的开发一次能源,优化电能资源配置,实现水、火电资源的优势互补。
电网互联可在煤炭丰富的矿区建立超临界、超超临界汽轮机组,高效率、低成本的大型水电厂,充分发挥水电和火电在电力系统中的互补作用。
(2)降低互联的各电网总的高峰用电负荷,提高提高发电机组的利用率。
减少总的装机容量。
由于各区域电网的用电构成、负荷特性、电力消费习惯存在一定差异,各电网的年负荷曲线、周负荷曲线和日负荷曲线将不同,使得各电网高峰用电负荷可能不出现在同一时间,相互错开。
这样互联电网总的日高峰负荷、周高峰负荷和年高峰负荷不是各电网高峰负荷的线性相加,使得互联电网总的高峰负荷比各电网高峰负荷之和低,互联电网总的日负荷曲线、周负荷曲线、年负荷曲线与各被互联电网的相应负荷曲线相比,峰谷差减少。
因此,在整个电网同样运行容量的条件下,可向用户提供更多的电力,从而提高发电机组的利用率。
换句话说,在满足同样负荷水平条件下,整个电网可减少装机容量,因此,电网互联可产生较好的错峰效益。
检修和紧急事故备用互助支援,减少备用发电容量。
(3)为了确保电力系统的安全运行和向用户连续不间断的供电,电力系统无论大小都必须既有运行备用、检修备用又有事故备用。
电网互联以后,满足同样容量负荷水平的发电容量水平将减少,整个系统备用容量一般按期望的尖峰负荷的一定百分比安排,另外,整个系统内单一元件故障的容量不会因联网而增加,这样,整个系统的备用容量可相应减少。
对各被联电网来说它可享受到整个系统的备用容量,因而减少了本身的备用容量。
由于各区域电网可分享备用容量,在出现事故时最有效的利用现有发电容量,进行紧急事故的相互支援,从而减少用于备用的安装容
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