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变电站一次设计
摘要
我国大部分农村电网薄弱,变电所数量少,供电半径长,线路损耗大,致使线路末端用户电压过低,影响人民正常的生活和生产,为了达到迅速改变我国农村电网目前的状况,满足人民生活用电兼顾工农业发展,本变电所属于中小型变电所,进线端电压为HOkV变电所。
本次设计的变电所位于城市的工业区附近。
其变电所电气一次部分主要采用llOkV进线一回,10kV岀线五回,35kV出线四回。
由于此变电所所在位宜交通便利,且为33OkV以下,所以应选用三相变压器。
本次设计最重要的任务是一次系统中的接线形式、变压器、母线和电器设备的选择:
变压器岀线路的继电的继电保护等主要内容。
设计本着使电力供应和传输安全、可靠、灵活、经济的原则。
英中主变压器容量的选择是根据所带负荷多少,并考虑到10年规划和线损,采用一台变压器(SFSL1-25000/110KV)。
关键词:
电气一次部分,电气设备选择,主变保护
前言1
1•设计的要求及任务书5
1.1设计的题目5
2设计的基本要求基本条件及原始数据5
1.2.1变电所类型6
2系统负荷计算及各种电气设备选择7
2.1系统的负荷计算7
主变的选择7
2.2.1确定主变的额定容量9
3.主接线形式的选择9
3.1变电所主接线的设计原则10
3.2选择主接线的形式10
4•短路电流计算10
4.1短路计算12
5•电气设备的选择和及校验12
5.1母线的选择15
6•变电所主变继电保护15
6.110kV所用变的选择29
6.235kV所用变的选择29
7•防雷保护44
8•总体布宜设计48
参考文献
前言电力工业为现代化生产提供主要动力。
电力科学的发展和广泛应用,对我国工农业的迅速发展及人民生活水平的提高起到了巨大的作用和深远的影响。
通过对理论的学习理解以及实际的工作,我对变电所的原理和设备有了初步的解了。
为了增加自己的动手能力,为以后的工作打下良好的基础,我选择了110kV/35kV/10kV系统设计作为自己的毕业课题。
随着大规模农网发行事业的深入实施,一个优质、安全、可靠、宽松的供电环境已实步形成,我们国家的电力事业逐渐和国际接轨。
为了适应我国电力事业的发展及将所学的知识运用到实际生产中去,我进行了变电所设计。
本次设计的是llOkV的县级常规变电所,以黑龙江省农村电气化局下达的关于农网发行的方案为标准,以肇州县地区的情况为基本依据,以提岀地区供电质量,减少供电损失,满足该地区的负荷增长需要为目的,本着经济的原则进行设计,由于本地人口集中,工业负荷比重较大,以及各种农业用电较多,此变电所就要求各种配套设备齐全,并考虑到十年规划,从而使变电所的设计更加严密,跟得上时代发展的步伐。
由于知识的欠缺及设汁资料的不足,设计中必然存在着很多问题,希望各位老师和同学能够热情帮助,提出宝贵意见.
1•设计的要求及任务书
1.1设计题目:
110KV变电所一次系统设计
1.2设计的基本要求、基本条件及原始数据
1.2.1变电所类型
该变电的为HOkV终端变电所,进岀线端电压为llOkV,线路一条,35kV出线4条,10kV出线5条。
英中:
110kV兴城线与朝阳变电所相连,35kV线路有镇南线——送电至双发乡,镇里线——送电至卫星牧场,朝阳线——送朝阳部分负荷,永胜线一送电至卫星牧场。
10kV线路分别为:
城西线、城南线、城东线、城南线、镇北县
正常运行方式为llOkV朝阳线送电,35kV四条线路,10kV5条线路,35kV分段,镇里线及时10kV母线开关正常运行时热备用,所用电源两个,一个由10kV代出的10kV所有变,另一个是35kV所用变,由35kV镇里线代出
正常运行方式为llOkV朝阳线送电,35kV四条线路,10kV5条线路,35kV分段接线,镇里线及时10kV单母线接线,所用电源两个,一个由10kV代岀的10kV所有变,另一个是35kV所用变,由35kV镇里线代出
1.2.2变电所所处的地理位置
变电所位于城市的工业区附近,交通运输方便,变电所所处的地域及自然条件,变电所位于省界大庆市肇洲县,海拔400M,地势平坦,公路交通方便,无污染源,夏季最髙温度零上36度,冬季最低气温为-20度,年平均气温为零上15度,最大风速为20m/s,覆冰厚度为5mm,上壤电阻率为V500Q,冻上厚度为1.3m,主导风向:
夏季为东南风,冬季为西北风。
1.2.3负荷资料
有一处为二类负荷,容量2500kVA,英中为三类负荷,其中工业符合比重较大,容量总和为15000kVA,10kV侧有5条岀线,线损率10%,进线长度20kM,负荷统计如下:
负荷统讣表
区域
回路名称
用户类型
需用系数
负荷容量
(KVA)
线损
率
供电回路
线路长度(KM)
备注
1
城西
线
居民
0.8
2500
10%
一回
30
三类
2
城南
线
卫星牧场
0.7
3000
10%
一回
35
三类
3
城东线
居民
0.9
2500
10%
一回
25
三类
4
城南
线
卫星牧场
0.9
2700
10%
一回
20
三类
5
镇北
县
亚麻厂
0.75
1350
10%
一回
30
三类
6
镇南
线
林场
0.9
1500
10%
一回
15
三类
7
镇里线
医院
0.8
2500
10%
一回
20
二类
8
朝阳
居民
0.8
1000
10%
一回
25
三类
9
永胜
居民
0.9
800
10%
一回
30
三类
1.2.4系统资料
变电所有一回llOkV进线,进线长度20kM,系统的基准容M5.=100MVA,系统在最大
运行方式下,系统最小电抗标幺值Xmin=0.4.系统在最小运行方式下,系统最大电抗标幺值Xmin=0.6上级岀线保护整泄时间/'=0s,/"=0.5s规划年限为10年,年负荷增长率5%。
设计说明书要求,说明书应包括摘要、前言、目录、设备选择、主变保护等内容,计算说明应包括负荷统il•计算,短路电流汁算,主变选择及各种电气设备的计算选择,设计中的一般图例.
2系统负荷计算及各种电气设备选择
2.1系统的负荷计算
用户il•算负荷采用需用系数法进行汁算
公式:
计算负荷=容量*需用系数
各出线的计算负荷
1)S.vl=2500x0.8=2000kVA
2)/v2=3000x0.7=2lOOkVA
3);A3=2500x0.9=2250kVA
4)S;v4=2700x0.9=2430kVA
5)S;v5=1800x0.75=1350kVA
6)S八6=1500x0.9=1350kVA
7)S炉=2500x0.8=2000kVA
8)S.vH=1000x0.8=800kVA
9)S.v9=800x0.9=720kVA
2.1.2变电所设计当年的负荷计算
-=2000+2100+2250+2430+1350+1350+2000+800+720=15000kVA
c“
(1+x%)(kVA)
=0.9x15000x(1+10%)
=14850kVA
其中:
Sjs——变电所设计当年负荷计算
Kt——同时系数范围0.85-0.9本设计取0.9
X%——线损率本设汁取10%
Sjs・zd=SjZxe"曲%
=14850x严%
=24483.5kVA
m:
表示年负荷增长率为5%
n:
表示年限为10年
2.2主变的选择
在110KV的变电所中一般选择三相变压器,因为三相变压器运行时最经济可靠的,变电所的主变容量是根据农电负荷发展规划来确定的,由于农村负荷具有季节性强、谷峰差较大的特点,以及根据系统的特点和三类负荷的要求,本系统采用二台变压器,但从各方而的负荷考虑,从经济上考虑,以及目前发展状况,可选一台变压器,预留一台变压器较合适,变电所的髙峰负荷有变圧器的正常过负荷能力来承担,这是由变电所高峰负荷时间(0.5-ls)—端特点决泄的,可使变压器在较长时间在接近满负荷状态下运行,使其安装能量得到充分利用,110KV的变电站容量较大,为满足不同电压等级用户要求,可采用三绕组变压器。
2.2.1确定主变的额定容量sc
根据我国变电压器运行的实际条件、实践经验,并参考国外的实践经验,sc按下式进行选择:
较为合适:
主变的额左容星
se>0.75xS幷zd
即:
seN0.75x26899.2
根据电力工业常用设备手册(水利电力出版社),可选择SFSLl-25000/110(kVA)型变压器技术数据见下表:
型号
额定容呈
(kVA)
额定电压(kV)
连接组标号
髙压
中压
低压
SFSL1-25000/110
25000
121±2x2.5%
38.5±2x2.5%
10.5
YN,yn0.d11
损耗(kV)
阻抗电压(kV)
空载电流
(%)
高冲
高■低
中■低
空载
短路过
高冲
高•低
中•低
42.7
219
224
172
10.5
18
6
3
3主接线形式的选择
3.1变电所主接线的设计原则
变电所的主接线是电气计算、电气设备选择、配电装豊的布置,主变保护装置的确宦,因此主接线的形式直接影响系统运行的可靠性、灵活性、经济性。
明确变电所在电力系统中的地位和作用
开关电气的设备,在满足供电可靠性要求的条件下,农村发电厂和变电所根据各自的特点,尽量减少断路器的数量。
主接线拟左依据,变电所单回电源供电,一台主变一次侧电压等级HOkV,二次侧35kV、10kV,35kV岀线4条,10kV出线5条。
主接线的基本要求,可靠性、灵活性、接线简单淸晰、经济性、考虑将来的发展。
3.2选择主接线的形式
方案一:
单母线接线
特点就是整个配电装置只有一组母线,每个电源和引出线都经过开关电器接到同一组母线上,如下图:
其优点为接线简单、淸晰、采用的电气设备少,比较经济,操作简单方便,便于扩建,缺点是母线和隔离开关检修或发生故障时,必须断开全部电源,是整个配电装置停电。
方案二:
单母线分段
为了克服一段单母线接线存在的缺点提高供电可靠性、灵活性、可把单母线分成几段,在单母线每段之间装设一个分段断路器Dlf和两个隔离开关,其最大优点是当母线故障或检修时,停电局限于一段母线上,非故障母线保持正常供电,缺点是:
1.任何一段母线故障或检修时,必须断开连接在该段上的电源,故减少了发电量或供电量,并使单独由该段母线供电的用户停电。
2•检修任意出线断路器时,该出线必须停电
方案三:
单母线带旁路母线
即岀线侧带有旁路母线,装置正常运行时,旁母不带电,当检修母线时,而利用旁母,使各岀线不断电,其可用在电压等级较高的如HOkV.岀线较多的变电所,接线如下:
I'
I
2I.「—
r-
r-
V.
、
厂—
「—
根据上诉三种方案的比较,则考虑苴为llOkV常规变电所,出线较多,又考虑其经济性,且电压等级高,和可靠性,选择方案二,即单母线带旁路母线。
4短路电流的计算
4.1短路计算
4.1.1已知条件
基准值S〃=100MVA,匕二%,线路Xjmax=0.04(最大运行方式)Xjmin=0.06
(最小运行方式),—%=-0.75,(/n%=11.25,Ux3%=6.75
4.1.2各段线路的电抗标幺值为
U/
Sn
-0.75100
x
10025
=-0.03
XL1=O.4xLox^=0.4x20x^1=0.05
其它点电抗标幺值计算同上得电抗标幺值如表4-1
Tab4・1priceofreactance系统最小运行方式下的短路电流
X八
Xt?
X,"
X-
Xu
X"
X"
-0.03
0.45
0.27
0.05
10.88
12.70
9.07
X"
X,
X口
X“
XL9
7.25
10.88
0.40
0.54
0.67
0.81
fI点短路时
=1/(0.06+0.05)
=9.091
A/1max*
⑵一旦i
=〒x=〒1max*
Wg.757kA
2
I,(3)_/
max一Smax.
SB
100
=9.09lx—
V3xt/fi
=4.338
T⑶
/曲=2・55xmax*
=2.55x4.338=11.062kA
2.最大运行状态时
匚点短路时
=1/(0.04+0.05)
=11.111
A/1max
z/lmax.
=h.hix-J2L_
V3xt/fi
=5.302
I“I=2.55xId]
max*
⑶
=2.55x5.302=13.520kA
T⑺忑*T⑶V3
5]max*=〒x=〒max*=—x5.302=4.59
以下各点同上得短路讣算值如表4-2表4-2短路电流计算
短路点
三相短路电流
冲击电流
二相短路电流
最大运行方式
最小运行方式
最大运行方式
最小运行方式
最大运行方式
最小运行方式
fl
5.302
4.338
13.520
11.062
4.592
3.757
f2
16.658
15.706
42.478
40.050
14.426
13.602
13
2.941
2.830
7.400
7.217
2.547
2.451
f4
0.489
0.489
1.247
1.247
0.423
0.423
f5
0.423
0.418
1.079
1.066
0.366
0.362
f6
0.583
0.583
1.487
1.487
0.505
0.505
f7
0.726
0.720
1.851
1.836
0.737
0.624
f8
0.489
0.489
1.247
1.247
0.423
0.423
f9
1.648
1.612
4.202
4.110
1.423
1.396
flO
1.428
1.402
3.641
3.575
1.237
1.214
fll
1.270
1.249
3.239
3.185
2.805
1.082
f!
2
4.167
4.101
10.626
10.458
3.609
1.213
5•导线及电气设备的选择
5.1母线的选择
.llOkV侧选择圆形截而,能有效防止电晕,因为圆形母线消除了电场集中的现象35KV屋外配电装置、10KV的屋内配电装垃,选择矩形截而母线,其原因是:
同样截而的矩形母线周长比圆形母线的周长要长,散热而积大,冷却条件好;其次,由于集肤效应的彫响,矩形母线的电阻比圆形的小,因而,在同一允许工作电流下,矩形母线截而要比圆形母线的截面积小,用金属量少。
因此,屋内配电装垃中采用矩形截而母线比圆形截面母线优越。
导线的选择
(1)选择母线的形式:
由于钢芯铝绞线的耐张性能比单股铝母线好,在允许电流相同时,其直径比单股母线直径大,其表而附近的电场强度小于单股母线,机械强度较大,集肤效应大,可以防止电晕的产生,并且起可以使变电站的屋外配电装苣简单、投资少、比较经济,所以可采用钢芯铝绞线。
(2)放置形式:
水平放置相间距离:
a=0.25mL=lm
(3)按经济电流密度法来选择母线截而积
5.1.1HOkV侧母线选择
按经济电流密度选择母线截而:
S)」学彳需)
式中:
Sj经济截而,亦
/叙:
正常工作情况下电路中的最大长期工作电流A
J:
经济电流密度,A/m2
I05sc
最大长期工用电流M严苛
=137.777(A)
1・05心1.05x25000
3"V3xVv"73x110
因为最大利用小时数:
rrfc(h/a)>5000h/a
取J=O.9xlO6A/m2
=153.085(mm2)
S_Igzd_137.777r~7~=0.9x\Qb
查e=25°C时母线载流量表选取截而为153.085mm2钢芯铝绞线LGJ-185,其技术数据见表40-3所示。
表40-3LGJ型钢芯铝绞线参数表
标称截面
(mm2)
结构尺寸(mm)
计算截面(mm2)
计算外径(mm)
铝股
钢芯
铝股
钢芯
电线
钢芯
185
28x2.87
7x2.5
181.00
34.40
19.00
7.50
校验母线的热稳定性:
最小允许截面积S”=2xJqxKj
Cz"
圆形铝和铜母线直径在20mm以下时Kj"截而超过以上个数值时K)值可查设计手册,
本母线K严1・仁
实际环境温度为37°C,母线平放,母线计算温度为25°C,允许最髙温度为70°C°温度修正系数为
室温下母线允许最大电流7V=185A
实际环境温度为37°C时母线允许的电流
I\6=Kx/v=0.856x185=158.36A
母线运行时的最髙温度为
137777
15&36
37+(70—37)x(—)2=61.979r
热稳定校验
查9c=70°C农村发电厂变电站电气部分表3-5得C=87xl06
主保护动作时间th=1.5s,全分闸时间-包括断路器固有分闸时间.和燃弧时间tbli
取J=00・4,thli=0.04:
短路时间t=th+t^+thu=1.5+0.04+0.04=1.58s>1s所以要考虑短路电流非周期分虽的影响
•・•/⑶〉/⑵.・・按三相短路校验热稳左性
『=l,t=i.58s
由短路电流周期分量等值曲线查的J=1.3s
Q=G=l・3s
=5.302x103/87x106xJl・3xl
=69.474mm2<185mm2
所以钢芯铝绞线LGM85满足热稳左性的要求
5.1.210RV母线选择及校验
因为最大利用小时数:
tzd(h/a)<3000h/a
取J=1.65xlO6A/m2
母线截而
(mm2)
最大允许电流(A)
集肤效应
25#c
35°C
40°C
■
平放
竖放
平放
竖放
平放
竖放
1
2x(80x10)
2237
241
09
1965
7^=1515.544母线平放和母线计算环境温度90=25査母线载流量表,选择
2x(80xl0)(mm2)的铝母线Iv=890A温度修正系数为:
0-0
同理:
校验与110kV校验相同
查表3-5C=95xl06按热稳左条件所需最小母线截而为:
Sz.x=-^XyltdzxKj
="&WxJ1.2xl=209mm2<1600mm'87xl06Y
同理:
满足热稳泄要求。
动稳定校验
母线所受的电动力
F=l.73xl0~x—x/(2h
=1.73xl0"7xlx42.4782
3
=104.053N
母线所受的最大弯矩
FxL104.053x1
M===10.405(Nm)
10
截而系数:
10
.x/r2xlO-x(8OOxlO-)^2i3333xio_6(m3)
W=6
母线最大计算应力为:
满足动稳左要求。
5.1.310KV侧出线选择及校验
1.05xSe
1.05x2430
Igzd==
>/3xVv
=厂-147.311(A)
V3xl0
因为最大利用小时数:
tzd(h/a)<5000h/a
10.405
213.333x10"
=0.049x106Pa
〈95x10%
取J=0.9xl06A/m2
Igzd147.311
=163・679(mm2)
10kV出线校验与HOkV母线校验相同。
査e=254C时母线载流量表选取截而为163.679mm2钢芯铝绞线LGJ-185,其技术数据见表40-3所示。
表40-3LGJ型钢芯铝绞线参数表
标称截面
(mm2)
结构尺寸(mm)
计算截面(mm2)
计•算外径(mm)
铝股
钢芯
铝股
钢芯
电线
钢芯
185
28x2.87
7x2.5
181.00
34.40
19.00
7.50
查表3-5C=87xl06按热稳左条件所需最小母线截而为:
S沪”睡瓦
_0.726~87xl06
=9.513mm2<185mm2
所以钢芯铝绞线LGJ-185满足热稳左性的要求
5.1.435kV侧母线选择
因为最大利用小时数:
t.d(h/a)<3000h/a
取J=1.15xlO6A/m2
s畀
433.013
==376.532(mm2)
1.15xl06
查S25°C时母线载流量表选取截而为376.532mm2钢芯铝绞线LGJ-400.其技术数据见表40・3所示。
表40-3LGJ型钢芯铝绞线参数表
标称截面
(mm2)
结构尺寸(mm)
计算截面(mm2)
计算外径(mm)
铝股
钢芯
铝股
钢芯
电线
钢芯
400
28x4.24
19x2.20
395.00
72.20
28.00
11.00
室温下母线允许最大电流/v=800A
实际环境温度为35°C时母线允许的电流
Zv0=Kx/v=0.856x800=684.48A
校验同HOkV侧母线校验相同
2.941
95xl06
xJO・O8x1
=7.420mm2<480mm2
所以钢芯铝绞线LGJ-400满足热稳左性的要求
5.1.535KV侧出线选择及校验
r,1.05x5^
1.05x2710
、行x35
=46.939(A)
因为最大利用小时数:
tzd(h/a)<5000h/a
取J=0.9xl06A/m2
=52.154(mm2)
Igzd46.939
;=7F=0.9x106
查9=25dC时母线载流量表选取截而为52」54mm2钢芯铝绞线LGJ-70,其技术数据见表40-3所示。
表40-3LGJ型钢芯铝绞线参数表
标称截面
(mm2)
结构尺寸(mm)
计算截面(mm2)
计算外径(mm)
铝股
钢芯
铝股
钢芯
电线
钢芯
70
6x3.8
1x3.80
68.00
11.30
11.40
3.80
校验与35kv侧母线校验相同。
查表3-5C=99xl06按热稳左条件所需最小母线截而为:
4.167
99xl06
x
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