110kV变电站电气部分设计(函授).doc
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1、 目录第一部分:摘 要 8第一章 绪论9第二章 负荷计算及变压器选择112.1 负荷计算112.2 主变台数、容量和型式的确定122.2.1 变电所主变压器台数的确定122.2.2 站用变容量的确定132.2.3 站用变型式的选择13第三章 电气主接线设计143.1 110kV电气主接线153.2 35kV电气主接线163.3 10kV电气主接线163.4 站用电接线 19第四章 最大持续工作电流节短路计算 224.1 各回路最大持续工作电流 224.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 23第五章 主要电气设备选择245.1 高压断路器的选择255.2 隔离开关的选择265.3 各级电
2、压母线的选择 265.4 绝缘子和穿墙套管的选择275.5电流互感器的配置和选择 285.6 电压互感器的配置和选择 295.7 各主要电气设备选择结果一览表 30第六章 防雷与接地方案的设计 3161 防雷保护 316.1.1 直击雷保护 31 6.1.2 侵入波保护316.2 接地装置的设计32第二部分:附录: 短路电流计算书33附录: 主接线图 41致 谢 43参 考 文 献44摘 要随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起,供电系统的设计越来越全面、系统,工厂用电量迅速增长,对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高,因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。设计是否合理,不仅直
3、接影响基建投资、运行费用和有色金属的消耗量,也会反映在供电的可靠性和安全生产方面,它和企业的经济效益、设备人身安全密切相关。变电站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,他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的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽,变电站必须改变传统的设计和控制模式,才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展,为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。110KV变电站属于高压
4、网络,该地区变电所所涉及方面多,考虑问题多,分析变电所担负的任务及用户负荷等情况,选择所址,利用用户数据进行负荷计算,确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择,从而确定变电站的接线方式,再进行短路电流计算,选择送配电网络及导线,进行短路电流计算。选择变电站高低压电气设备,为变电站平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了:(1)总体方案的确定(2)负荷分析(3)短路电流的计算(4)高低压配电系统设计与系统接线方案选择(5)继电保护的选择与整定(6)防雷与接地保护等内容。随着电力技术高新化、复杂化的迅速发展,电力系统在从发电到供电的所有领域中,通过新技术的使用,都在不断的发生变化。
5、变电所作为电力系统中一个关键的环节也同样在新技术领域得到了充分的发展。第一章 绪论变电站是电力系统中不可缺少的重要环节,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用,如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主,将无法满足现代电力系统管理模式的需求;同时用于变电站的监视、控制、保护,包括故障录波、紧急控制装置,不能充分利用微机数据处理的大功能和速度,经济上也是一种资源浪费。而且社会经济的发展,依赖高质量和高可靠性的电能供应,建国以来,我国的电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一不提高,电网自动化就显得极为重要;近年来我国计算机和通信技
6、术的发展及自动化技术的成熟,发展配电网调度与管理自动化以具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要,它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此,变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一,也是满足现代化供用电的实时,可靠,安全,经济运行管理的需要,更是电力系统自动化EMS和DMS的基础。变电站综合自动化是将变电站二次设备(包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等)利用计算机技术和现代通信技术,经过功能组合和优化设计,对变电站执行自动监视、测量、控制和调节的一种综合性的自动化系统。它是变电站的一种现代化技术装备,是自动化和计算机、通信技术在变电
7、站领域的 综合应用,它可以收集较齐全的数据和信息。它具有功能综合化、,设备、操作、监视微机化,结构分布分层化,通信网络光缆化及运输管理智能化等特征。变电站的综合自动化为变电站小型化、智能化、扩大监视范围及变电站的安全、可靠、优质、经济地运行提供了现代化手段和基础保证。原始资料: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。 本变电站的电压等级为110kv/35kv/10kv。110kV出线4回线,其负荷值为68.49MVA;3
8、5kV出线6回线,其负荷值为27.448MVA;10kV线路8回线,其负荷值为38.675MVA。根据条件对比110KV采用双母线带旁路母线的接线方式,35KV采用单母线分段接线方式,10KV则采用单母线接线方式。变压器:一般取总容量的0.60.7。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。主变压器110KV35KV共有8条出线10KV北 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。第二章 负荷计算
9、及变压器选择主变压器是变电站(所)中的主要电气设备之一,它的主要作用是变换电压以利于功率的传输,电压经升压变压器升压后,可以减少线路损耗,提高了经济效益,达到远距离送电的目的。而降压变压器则将高电压降低为用户所需要的各级使用电压,以满足用户的需要。主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。因此,主变的选择除依据基础资料外,还取决于输送功率的大小,与系统的紧密程度,同时兼顾负荷性质等方面,综合分析,合理选择。2.1负荷计算要选择主变压器和站用变压器的容量,确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。首先必须要计算各侧的负荷,包括站用电负荷(动力负荷和照明负荷)、10kV负荷、35kV负
10、荷和110kV侧负荷。由公式 (2-1)式中 : 某电压等级的计算负荷同时系数(35kV取0.9、10kV取0.85、35kV各负荷与10kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85)%该电压等级电网的线损率,一般取5%P、cos各用户的负荷和功率因数2.2变压器型式的选择(1)相数的确定在330kV及以下的变电站中,一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小,同时配电装置结构较简单,运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件限制时,可选用两台容量较小的三相变压器,在技术经济合理时,也可选用单相变压器。(2)绕组数的确定在有两种电压等级的变电站中,
11、采用双绕组变压器。(3)绕组连接方式的确定变压器绕组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星形接线和三角形接线,高、低两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,变压器绕组都采用星形接,其中性点多通过消弧线圈接地。35KV及以下电压变压器绕组都采用三角形接线。2.3主变压器容量的选择装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量应同时满足以下两个条件:(1)任一台变压器单独运行时,以满足总计算负荷的大约60%70%的需要; (2) 任一台变压器单独运行时,应满足全部一、二级负荷的需要。由于本次设计的计算负荷为8MVA,所以变压器容量应取:
12、(1) =(0.60.7)= 4.85.6MVA(2) =6MVA同时满足上面两个式子,查110KV电力变压器型号,110kV SZ10三相双绕组有载调压电力变压器表可得:表1 主变压器型号的选择型号联结组电压组合空载损耗(KW)负载损耗(KW)空载电流(%)短路阻抗(%)SFSZ9-50000/110YNd11110/10.57.83.50.610.52.2.1站用变台数的确定对大中型变电站,通常装设两台站用变压器。因站用负荷较重要,考虑到该变电站具有两台主变压器和两段10kV母线,为提高站用电的可靠性和灵活性,所以装设两台站用变压器,并采用暗备用的方式。2.2.2站用变容量的确定站用变压器
13、 容量选择的要求:站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度,以备加接临时负荷之用。考虑到两台站用变压器为采用暗备用方式,正常情况下为单台变压器运行。每台工作变压器在不满载状态下运行,当任意一台变压器因故障被断开后,其站用负荷则由完好的站用变压器承担。S站=96.075/(1-10%)=106KVA2.2.3 站用变型式的选择考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标,可选用干式变压器。故站用变参数如下:型号电压组合连接组标号空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压高压高压分接范围低压S9-200/1010;6.3;65%0.4Y,yn00.482.61
14、.34因本站有许多无功负荷,且离发电厂较近,为了防止无功倒送也为了保证用户的电压,以及提高系统运行的稳定性、安全性和经济性,应进行合理的无功补偿。根据设计规范第3.7.1条自然功率应未达到规定标准的变电所,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。第三章 电气主
15、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,发电厂、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,并且在检修时可以保证检修人员的安全。3 操作应尽可能简
16、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,使其发挥最大的经济效益。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。3.1 110kV电气主接线
17、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。110kV220kV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回配电装置。在采用单母线、分段单母线或双母线的35kV110kV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3.1及图3.2所示。 图3.1单母线分段带旁母接线图3.2双母线带旁路母线接线对图3.1及图3.2所示方案、综合比较,见表3-1。表3-1 主接线方案比较表 方案项目 方案方案技术 简单清晰、操作方便、易于发展 可靠性、灵活
18、性差 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 运行可靠、运行方式灵活、便于事故处理、易扩建 母联断路器可代替需检修的出线断路器工作 倒闸操作复杂,容易误操作经济 设备少、投资小 用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资 占地大、设备多、投资大 母联断路器兼作旁路断路器节省投资 在技术上(可靠性、灵活性)第种方案明显合理,在经济上则方案占优势。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,决定选第种方案为设计的最终方案。 3.2 35kV电气主接线电压等级为35kV60kV,出线为4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
19、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23天。)所以,35kV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3.3及图3.4所示。图3.3单母线分段带旁母接线图3.4双母线接线对图3.3及图3.4所示方案、综合比较。见表3-2表3-2 主接线方案比较 方案 项目方案单方案双技术简单清晰、操作方便、易于发展可靠性、灵活性差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 供电可靠 调度灵活
20、扩建方便 便于试验 易误操作经济设备少、投资小用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资 设备多、配电装置复杂 投资和占地面大经比较两种方案都具有易扩建这一特性。虽然方案可靠性、灵活性不如方案,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。3.3 10kV电气主接线610kV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3.5及图3.6所示。图3.5单母线分段接线图3.6双母线接线对图3.5及图3.6所示方案、综合比较,见表3-3表3-3 主接线方案比较 方案项目方案
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