发电厂电气部分课程设计.docx
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发电厂电气部分课程设计
发电厂电气部分课程设计
学院:
信息技术学院
专业班级:
电气工程 081
学号
姓名:
指导教师:
时间:
2011.5-2011.6
110kv 变电站一次接线设计
摘要
本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数,分
析负荷发展趋势。
从负荷增长方面阐明了建站的必要性,然后通过
对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑,并通过对负荷资料的分
析,安全,经济及可靠性方面考虑,确定了 110kV,35kV,10kV 以
及站用电的主接线,然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压
器台数,容量及型号,同时也确定了站用变压器的容量及型号,最
后,根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果,对高压熔断器
,隔离开关,母线,绝缘子和穿墙套管,电压互感器,电流互感器
进行了选型,从而完成了 110kV 电气一次部分的设计。
关键词:
变电站 变压器接线
概 述 …………………………………………………………………(4
)
第一章 变压器选择……………………………………………(6
)
1.1 主变台数、容量和型式的确定 ……………………………(
7)
1.2 站用变台数、容量和型式的确定…………………………(9
)
第二章电气主接线………………………………………………(10
)
2.1110kv 电气主接线………………………………………(11
)
2.235kv 电气主接线 ………………………………………(12
)
2.310kv 电气主接线………………………………………(14
)
2.4站用变接线 …………………………………………… (1
6)
第三章最大持续工作电流及短路电流的计算 …………………(17
)
3.1 各回路最大持续工作电流………………………………(17
)
3.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 …………(18
)
第四章主要电气设备选择 ………………………………………(19
)
4.1 高压断路器的选择 ………………………………………(21
)
4.2 隔离开关的选择……………………………………………(2
2)
4.3 母线的选择…………………………………………………(2
3)
4.4 绝缘子和穿墙套管的选择…………………………………(2
4)
4.5 电流互感器的选择…………………………………………(2
4)
4.6 电压互感器的选择…………………………………………(2
6)
4.7 各主要电气设备选择结果一览表…………………………(2
9)
附录 I
设计计算书………………………………………………………(30
)
附录 II
电气主接线图……………………………………………………(37
)
10kv 配电装置配电图 …………………………………………(39
)
致谢………………………………………………………………(40
)
参考文献…………………………………………………………(41
)
概述
1、待设计变电所地位及作用
待设计变电站
按照先行的原则,依据远期负荷发展,决定在本区兴建 1 中型
110kV 变电所。
该变电所建成后,主要对本区用户供电为主,尤其
对本地区大用户进行供电。
改善提高供电水平。
同时和其他地区变
电所联成环网,提高了本地供电质量和可靠性。
北
~
~
110kV 出线 4 回,2 回备用
35kV 出线 8 回,2 回备用
10kV 线路 12 回,另有 2 回备用
2、变电站负荷情况及所址概况
本变电站的电压等级为 110/35/10。
变电站由两个系统供电,
系统 S1 为 600MVA,容抗为 0.38, 系统 S2 为 800MVA,容抗为 0.45.
线路 1 为 30KM, 线路 2 为 20KM, 线路 3 为 25KM。
该地区自然条件
:
年最高气温 40 摄氏度,年最底气温- 5 摄氏度,年平均气温 18
摄氏度。
出线方向 110kV 向北,35kV 向西,10kV 向东。
所址概括,黄土高原,面积为 100×100 平方米,本地区无污秽
,土壤电阻率 7000Ω.cm。
本论文主要通过分析上述负荷资料,以及通过负荷计算,最大
持续工作电流及短路计算,对变电站进行了设备选型和主接线选择
,进而完成了变电站一次部分设计。
第一章变压器选择
1.1 主变台数、容量和型式的确定
1.1.1 变电所主变压器台数的确定
主变台数确定的要求:
1.对大城市郊区的一次变电站,在中、低压侧已构成环网的情
况下,变电站以装设两台主变压器为宜。
2.对地区性孤立的一次变电站或大型专用变电站,在设计时应
考虑装设三台主变压器的可能性。
考虑到该变电站为一重要中间变电站,与系统联系紧密,且在
一次主接线中已考虑采用旁路呆主变的方式。
故选用两台主变压器
,并列运行且容量相等。
1.1.2 变电所主变压器容量的确定
主变压器容量确定的要求:
1.主变压器容量一般按变电站建成后 5~10 年的规划负荷选择。
2.根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量
。
对于有重要负荷的变电站,应考虑当一台主变压器停运时,
其余变压器容量在设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:
对一般性变电站停运时,其余变压器
容量就能保证全部负荷的 70~80%。
由于上述条件所限制 S=68.494MVA。
所以,两台主变压器应
各自承担 34.247MVA。
当一台停运时,另一台则承担 70%为 47.
946MVA。
故选两台 50MVA 的主变压器就可满足负荷需求。
1.1.3 变电站主变压器型式的选择
具有三种电压等级的变电站中,如通过主变压器各侧绕组的
功率均达到该变压器容量的 15%以上或低压侧虽无负荷,但在变
电站内需装设无功补偿设备时,主变压器采用三饶组。
而有载调
压较容易稳定电压,减少电压波动所以选择有载调压方式,且规
程上规定对电力系统一般要求 10KV 及以下变电站采用一级有载
调压变压器。
故本站主变压器选用有载三圈变压器。
我国 110kV
及以上电压变压器绕组都采用 Y连接;35kV 采用 Y 连接,其中
性点多通过消弧线圈接地。
35kV 以下电压变压器绕组都采用
连接。
故主变参数如下:
型号
电压组合及分接范围
阻抗电压
空
载
电
流
连接
组
高压
中压
低压
高-
中
高-
低
中-
低
1.
3
YN,
yn0,
d11
SFSZ9-
50000/
110
110±8
×1。
2
5%
38.5
±5%
10.
5
11
10.
5
17.
5
6.5
所,应安装并联电容补偿装置,电容器装置应设置在主变压器的低
压侧或主要负荷侧,电容器装置宜用中性点不接地的星型接线。
《电力工程电力设计手册》规定“对于 35-110KV 变电所,可按
主变压器额定容量的 10-30%作为所有需要补偿的最大容量性无功量
,地区无功或距离电源点接近的变电所,取较低者。
地区无功缺额
较多或距离电源点较远的变电所,取较低者,地区无功缺额较多或
距离电源点较远的变电所取较高者。
第二章电气主接线设计
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。
各类发电厂、变电站分
工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。
其主接线的好坏
不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身,同时也影响到工农业
生产和人民日常生活。
因此,变电站主接线必须满足以下基本要求
。
1 运行的可靠
断路器检修时是否影响供电;设备和线路故障检修时,停电数目的
多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。
2 具有一定的灵活性
主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式,达到
调度的目的,而且在各种事故或设备检修时,能尽快地退出设备。
切除故障停电时间最短、影响范围最小,并且再检修在检修时可以
保证检修人员的安全。
3 操作应尽可能简单、方便
主接线应简单清晰、操作方便,尽可能使操作步骤简单,便于运行
人员掌握。
复杂的接线不仅不便于操作,还往往会造成运行人员的
误操作而发生事故。
但接线过于简单,可能又不能满足运行方式的
需要,而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。
4 经济上合理
主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上,还应使投资和年
运行费用小,占地面积最少,使其尽地发挥经济效益。
5 应具有扩建的可能性
由于我国工农业的高速发展,电力负荷增加很快。
因此,在选择主
接线时还要考虑到具有扩建的可能性。
变电站电气主接线的选择,主要决定于变电站在电力系统中的
地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。
2.1 110kV 电气主接线
由于此变电站是为了某地区电力系统的发展和负荷增长而拟建
的。
那么其负荷为地区性负荷。
变电站 110kV 侧和 10kV 侧,均为单
母线分段接线。
110kV~220kV 出线数目为 5 回及以上或者在系统中
居重要地位,出线数目为 4 回及以上的配电装置。
在采用单母线、
分段单母线或双母线的 35kV~110kV 系统中,当不允许停电检修断
路器时,可设置旁路母线。
根据以上分析、组合,保留下面两种可能接线方案,如图 2.1
及图 2.2 所示。
图 2.1 单母线分段带旁母接线
项目 方案
方案Ⅰ
方案Ⅱ
技
术
① 简单清晰、操作
方便、易于发展
② 可靠性、灵活性
差
③ 旁路断路器还可
以代替出线断路
器,进行不停电
检修出线断路器,
保证重要用户供
电
① 运行可靠、运行
方式灵活、便于
事故处理、易扩
建
② 母联断路器可代
替需检修的出线
断路器工作
③ 倒闸操作复杂,
容易误操作
经
济
① 设备少、投资小
② 用母线分段断路
器兼作旁路断路
器节省投资
①
投资大
② 母联断路器兼作
旁路断路器节省
投资
图 2.2 双母线带旁路母线接线
对图 2.1 及图 2.2 所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较,见表 2-1。
、灵活性)第Ⅱ种方案明显合理,在经济上则方案Ⅰ占优势。
鉴于
此站为地区变电站应具有较高的可靠性和灵活性。
经综合分析,决
定选第Ⅱ种方案为设计的最终方案。
2.2 35kV 电气主接线
电压等级为 35kV~60kV,出线为 4~8 回,可采用单母线分段
接线,也可采用双母线接线。
为保证线路检修时不中断对用户的供
电,采用单母线分段接线和双母线接线时,可增设旁路母线。
但由
于设置旁路母线的条件所限(35kV~60kV 出线多为双回路,有可能
停电检修断路器,且检修时间短,约为 2~3 天。
)所以,35kV~60
kV 采用双母线接线时,不宜设置旁路母线,有条件时可设置旁路隔
离开关。
据上述分析、组合,筛选出以下两种方案。
如图 2.3 及图 2.4
所示。
图 2.3 单母线分段带旁母接线
图 2.4 双母线接线
项目 方案
方案Ⅰ单
方案Ⅱ双
技
术
①简单清晰、操作
方便、易于发展
②可靠性、灵活性
差
③旁路断路器还可
以代替出线断路器,
进行不停电检修出
线断路器,保证重
要用户供电
① 供电可靠
② 调度灵活
③ 扩建方便
④ 便于试验
⑤ 易误操作
经
济
①设备少、投资小
②用母线分段断路
器兼作旁路断路器
节省投资
① 设备多、配电
装置复杂
② 投资和占地面
大
对图 2.3 及图 2.4 所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较。
见表 2-2
表 2-2主接线方案比较
经比较两种方案都具有易扩建这一特性。
虽然方案Ⅰ
可靠性、灵活性不如方案Ⅱ,但其具有良好的经济性
。
鉴于此电压等级不高,可选用投资小的方案Ⅰ。
1.3 10kV 电气主接线
6~10kV 配电装置出线回路数目为 6 回及以上时,可采用单母
线分段接线。
而双母线接线一般用于引出线和电源较多,输送和穿
越功率较大,要求可靠性和灵活性较高的场合。
上述两种方案如图 2.5 及图 2.6 所示。
项目 方案
方案Ⅰ单分
方案Ⅱ双
技术
① 不会造成全所停
电
② 调度灵活
③ 保证对重要用户
的供电
①供电可靠
②调度灵活
③扩建方便
④便于试验
⑤易误操作
图 2.5 单母线分段接线
图 2.6 双母线接线
对图 2.5 及图 2.6 所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较,见表 2-3
表 2-3主接线方案比较
④ 任一断路器检修,
该回路必须停止工
作
经济
① 占地少
② 设备少
①设备多、配电装置
复杂
②投资和占地面大
经过综合比较方案Ⅰ在经济性上比方案Ⅱ好,且调度灵活也可
保证供电的可靠性。
所以选用方案Ⅰ。
2.4 站用电接线
一般站用电接线选用接线简单且投资小的接线方
式。
故提出单母线分段接线和单母线接线两种方案。
上述两种方案如图 2.7 及图 2.8 所示。
项目 方案
方案Ⅰ单分
方案Ⅱ单
技
术
①不会造成全所停
电
②调度灵活
③保证对重要用户
的供电
④任一断路器检修,
该回路必须停止工
作
⑤扩建时需向两个
方向均衡发展
① 简单清晰、操
作方便、易于
发展
② 可靠性、灵活
性差
经济
①占地少
②设备少
①设备少、投资小
表 2-4
图 2.7 单母线分段接线
图 2.8 单母线接线
对图 2.7 及图 2.8 所示方案Ⅰ、Ⅱ综合比较,见表 2-4。
线方案比较
经比较两种方案经济性相差不大,所以选用可靠性和灵活性较
高的方案Ⅰ。
第三章短路电流计算
短路电流计算点的确定和短路电流计算结果
短路是电力系统中最常见的且很严重的故障。
短路故障将使系
统电压降低和回路电流大大增加,它不仅会影响用户的正常供电,
而且会破坏电力系统的稳定性,并损坏电气设备。
因此,在发电厂
变电站以及整个电力系统的设计和运行中,都必须对短路电流进行
计算。
短路电流计算的目的是为了选择导体和电器,并进行有关的校
验。
按三相短路进行短路电流计算。
可能发生最大短路电流的短路
电流计算点有4个,即 110KV 母线短路(K1 点),35KV 母线短路(
K2)点,10KV 电抗器母线短路(K3 点),0.4KV 母线短路(K4 点)
。
计算结果:
(计算过程见附录Ⅰ)
当 K1 点断路时:
=5.58KA=14.2=8.43=1111.4
当 K2 点断路时:
=1.85KA=4.7=2.8=120.2
当 K3 点断路时:
=38KA=96.7=57.4=691
当 K4 点断路时:
=1000KA=2542=1510=692.8
第四章主要电气设备选择
由于电气设备和载流导体得用途及工作条件各异,因此它们的选
择校验项目和方法也都完全不相同。
但是,电气设备和载留导体在
正常运行和短路时都必须可靠地工作,为此,它们的选择都有一个
共同的原则。
电气设备选择的一般原则为:
1.应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考
虑远景发展。
2.应满足安装地点和当地环境条件校核。
3.应力求技术先进和经济合理。
4.同类设备应尽量减少品种。
5.与整个工程的建设标准协调一致。
6.选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格
的特殊情况下选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准。
技术条件:
选择的高压电器,应能在长期工作条件下和发生过
电压、过电流的情况下保持正常运行。
1.电压
选用的电器允许最高工作电压 Umax 不得低于该回路的最高运
行电压 Ug,即,Umax>Ug
2.电流
选用的电器额定电流 Ie 不得低于 所在回路在各种可能运行
方式下的持续工作电流 Ig ,即 Ie>Ig
校验的一般原则:
1.电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动热稳定校
验,校验的短路电流一般取最严重情况的短路电流。
2.用熔断器保护的电器可不校验热稳定。
3.短路的热稳定条件
Qdt——在计算时间 ts 内,短路电流的热效应(KA2S)
It——t 秒内设备允许通过的热稳定电流有效值(KA2S)
T——设备允许通过的热稳定电流时间(s)
校验短路热稳定所用的计算时间 Ts 按下式计算
t=td+tkd 式中 td ——继电保护装置动作时间内(S)
tkd——断路的全分闸时间(s)
4.动稳定校验
电动力稳定是导体和电器承受短时电流机械效应的能力,称
动稳定。
满足动稳定的条件是:
上式中——短路冲击电流幅值及其有效值
——允许通过动稳定电流的幅值和有效值
由于变压器短时过载能力很大,双回路出线的工作电
流变化幅度也较大,故其计算工作电流应根据实际需
要确定。
高压电器没有明确的过载能力,所以在选择其额定电流时,应
满足各种可能方式下回路持续工作电流的要求。
4.1高压断路器的选择
高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用
,是高压电路中最重要的电器设备。
型式选择:
本次在选择断路器,考虑了产品的系列化,既
尽可能采用同一型号断路器,以便减少备用件
的种类,方便设备的运行和检修。
选择断路器时应满足以下基本要求:
1.在合闸运行时应为良导体,不但能长期通过负荷电流,即
使通过短路电流,也应该具有足够的热稳定性和动稳定性。
2.在跳闸状态下应具有良好的绝缘性。
3.应有足够的断路能力和尽可能短的分段时间。
3.应有尽可能长的机械寿命和电气寿命,并要求结构简单、
体积小、重量轻、安装维护方便。
考虑到可靠性和经济性,方便运行维护和实现变电站设
备的无由化目标,且由于 SF6 断路器以成为超高压和特高压
唯一有发展前途的断路器。
故在 110KV 侧采用六氟化硫断路
电压等
级
型号
额定电
压
额定电
流
动稳定电流
110kV
LW14-
110
110KV
31500A
31.5
80KA
35kV
ZN23-
35
35KV
1600
25
63KA
10kV
ZN-10
10KV
600A
8.7kA
器,其灭弧能力强、绝缘性能强、不燃烧、体积小、使用寿
命和检修周期长而且使用可靠,不存在不安全问题。
真空断
路器由于其噪音小、不爆炸、体积小、无污染、可频繁操作
、使用寿命和检修周期长、开距短,灭弧室小巧精确,所须
的操作功小,动作快,燃弧时间短、且于开断电源大小无关
,熄弧后触头间隙介质恢复速度快,开断近区故障性能好,
且适于开断容性负荷电流等特点。
因而被大量使用于 35KV
及以下的电压等级中。
所以,35KV 侧和 10KV 侧采用真空断
路器。
又根据最大持续工作电流及短路电流得知
隔离电源,进行倒闸操作的,还可以拉、合小电
流电路。
选择隔离开关时应满足以下基本要求:
1.隔离开关分开后应具有明显的断开点,易于鉴别设备是否
与电网隔开。
电压等
级
型号
额定电
压
额定电
流
动稳定电
流
110kV
GW4-110G
110KV
1000A
80
35kV
GW4-35
35KV
1000A
50
10kV
GN8-10
10KV
600A
75
2.隔离开关断开点之间应有足够的绝缘距离,以保证过电压
及相间闪络的情况下,不致引起击穿而危及工作人员的安
全。
3.隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和
绝缘强度。
4.隔离开关在跳、合闸时的同期性要好,要有最佳的跳、合
闸速度,以尽可能降低操作时的过电压。
5.隔离开关的结构简单,动作要可靠。
6.带有接地刀闸的隔离开关,必须装设连锁机构,以保证隔
离开关的正确操作。
又根据最大持续工作电流及短路电流得知
选择配电装置中各级电压母线,主要应考虑如下内容:
⑴、选择母线的材料,结构和排列方式;
⑵、选择母线截面的大小;
⑶、检验母线短路时的热稳定和动稳定;
⑷、对 35kV 以上母线,应检验它在当地睛天气象条件下是否发
生电晕;
⑸、对于重要母线和大电流母线,由于电力网母线振动,为避
免共振,应校验母线自振频率。
110kV 母线一般采用软导体型式。
指导书中已将导线形式告诉
为 LGJQ-150 的加强型钢芯铝绞线。
根据设计要求, 35KV 母线应选硬导体为宜。
LGJ—185 型
钢芯铝绞线即满足热稳定要求,同时也大于可不校验电晕的最小导
体 LGJ—70,故不进行电晕校验。
本变电所 10KV 的最终回路较多,因此 10KV 母线应选硬导体为
宜。
故所选 LGJ—150 型钢芯铝绞线满足热稳定要求,则同时也大于
可不校验电晕的最小导体 LGJ—70,故不进行电晕校验。
4.4 电流互感器的配置和选择
一.参数选择
1.技术条件
(1)正常工作条件——一次回路电流,一次回路电压,二次回
路电流,二次回路电压,二次侧负荷,准确度等级,
(2)短路稳定性——动稳定倍数,热稳定倍数
(3)承受过电压能力——绝缘水平,泄露比
2.环境条件
电压等级
型号
110kV
LCWB-6-110
35kV
LCZ-35
环境温度,最大风速,相对湿度。
二.型式选择
35kV 以下的屋内配电装置的电流互感器,根据安装使用条
件及产品情况,采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构。
35kV 以上配电装置一般采用油浸式绝缘结构的独立式电流
互感器,在有条件时,如回路中有变压器套管,穿墙套管,应优
先采用套管电流互感器,以节约投资,减少占地。
110KV 侧 CT 的选择
根据《设计手册》35KV 及以上配电装置一般采用油浸瓷箱式绝
缘结构的独立式电流互感器常用 L(C)系列。
出线侧 CT 采用户外式,用于表计测量和保护装置的需要准确度
。
当电流互感器用于测量、时,其一次额定电流尽量选择得比回
路中正常工作电流的 1/3 左右以保证测量仪表的最佳工作、并在过
负荷时使仪表有适当的指标。
根据>
〉
选择型号为 LCWB6-110W 型
35KV 侧 CT 可根据安装地点和最大长期工作电流选 LCZ--35 系
列 CT
10kVLMC-10
4.6 电压互感器的配置和选择
一.参数选择
1.技术条件
(1)正常工作条件——一次回路电压,一次回路电流,二次负荷
,准确度等级,机械负荷
(2)承受过电压能力——绝缘水平,泄露比距。
二.环境条件
环境温度,最大风速,相对湿度,海拔高度,地震烈度。
三.型式选择
1.6~20kV 配电装置一般采用油浸绝缘结构,在高压开关柜中
或在布置地位狭窄的地方,可采用树脂浇注绝缘结构。
当需
要零序电压是,一般采用三相五住电压互感器。
2.35~110kV 配
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- 发电厂 电气 部分 课程设计