10kv中心变电站电气部分设计.doc
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1、 摘 要变电站是电力系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经济运行,是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。这次设计以10kv降压变电站位置要设计对象,分析变电站的原始资料确定变电站的主接线;通过负荷计算确定变压器台数、容量及型号。根据短路电流的计算结果,对变电站的一次设备进行了选择和校验。同时完成配电装置的布局、防雷保护及接地装置方案的设计。关键词:变电站电器主接线;短路电流计算;一次设备;防雷保护AbstractSubstation is an important part of power system, which directly affects the
2、safety and economic operation of the whole power system, is the intermediate link between power plants and users, plays a role in transformation and distribution of electricity.This is designed to 10kV step-down substation location to determine the main substation design object, the original data an
3、alysis substation; load calculated by number, transformer capacity and models. According to short-circuit current calculation results, a device for substation were selected and verified. Design and complete electric equipment layout, lightning protection and grounding device of the scheme.Keywords:
4、substation main electrical wiring; short-circuit current calculation; a lightning protection equipment;目 录Abstract- 2 -目 录- 3 -1.绪论- 5 -1.1设计的背景- 5 -1.2国内外研究综述- 5 -2 电气主接线设计- 7 -2.1电气主接线的基本形式- 8 -2.1.1单母线接线- 8 -2.1.2单母线分段接线- 8 -2.1.3单母线分段带旁路母线- 9 -2.1.4双母线接线- 10 -2.1.5双母线分段接线- 11 -2.1.6桥型接线- 11 -2.2
5、电气主接线的选择- 12 -2.2.1 10kv电气主接线- 12 -2.2.2 110kv电气主接线- 13 -3 主变压器的选择- 15 -3.1负荷计算- 15 -3.2主变压器型式的选择- 16 -3.2.1主变压器台数的选择- 16 -3.2.2主变压器容量的选择- 16 -4 短路电流计算- 17 -4.1短路计算的目的- 17 -4.2 短路计算过程- 17 -5 备用电源自动投入装置- 19 -5.1备用电源自动投入装置作用- 19 -5.2 适用情况以及优点- 19 -5.3 BZT的工作过程及要求- 20 -6 电气设备的选择- 22 -6.1 选择设备的一般原则和基本要求
6、- 22 -6.2假想时间的确定- 23 -6.3高压断路器的选择- 24 -6.3.1 断路器选择的具体技术条件- 24 -6.3.2 断路器选择及校验- 25 -6.4.1 隔离开关选择的具体技术条件- 29 -6.4.2 隔离开关选择计算- 29 -6.5 电流互感器选择- 32 -6.5.1 电流互感器的选择技术条件- 32 -6.5.2 电流互感器选择及校验- 34 -6.6 电压互感器选择计算- 35 -6.6.1 电压互感器选择技术条件- 35 -6.6.2 电压互感器选择- 36 -6.7 10kV母线的选择- 37 -7 主变压器继电保护的整定计算及配置- 39 -7.1 主
7、变压器保护配置- 39 -7.2 主变压器继电保护整定- 39 -8 防雷接地- 43 -8.1 避雷器的选择- 43 -8.1.1 避雷器的配置原则- 43 -8.1.2 避雷器选择技术条件- 43 -8.1.3 避雷器的选择和校验- 45 -8.2 防雷和接地设计计算- 46 -致 谢- 49 -附 录- 51 -1.绪论1.1设计的背景电力工业是国民经济的的重要部门之一,它是负责把自然界提供的能源转化为供人们直接使用的电能产业。它既是现代工业、现在农业、现代科学技术和现代国防提供不可缺少的动力,又和广大人民群众的关系密切不可分割。电力是工业的先行,电力工业的发展必须先行于其他的工业部门,
8、整个国民经济才能不断的前进和发展。近几年来随着我国国民经济的不断发展,人民生活用电的急剧增长,对于电力的需求大幅度增加,使的电网规模不断扩大、结构越来越复杂,人们对能源的利用越来越重视,而变电所对于电力的生产和分配起到了举足轻重的作用。变电所是电网建设和电网改造中非常重要的技术环节,在目前电网建设中,尤其是在10KV变电所的建设中,土地、资金等资源浪费现象非常的严重,所以存在着非常严重的问题。比如;重复建设、改造困难、工频电磁辐射、无线电干扰、噪声等环保问题以及电能质量差等问题,这些已经成为影响高压输变电工程建设成本和运行质量的重要因素,违背了可持续发展的战略。所以10KV变电所需要采用节约资
9、源的设计方案,要克服通信干扰和噪声、既要保证电能质量和用电安全等问题,同时还要满足以后电网改造的方便性和资源等利用率搞得要求。1.2国内外研究综述近年来一些发达国家为减少电能在电网中的损耗,已经形成了完善的变电所设计理论,基本达到了建设节约型、集约型、高效型变电所的目标。国内的变电所也通过改善优化变电所结构,降低变电所的功率消耗,提高变电所的可靠性、灵活性、经济性。另外变电所综合化自动系统取代了传统的变电所二次系统,已经成为当前电力系统的发展趋势。我国变电所自动化系统经过十几年的发展,虽然取的了不小的进步,但目前还跟不上电力工业前进的步伐,真正实现自动化和无人值守的变电所并不多,其社会和经济效
10、益明显不够卓著,这说明我国的变电所自动化技术并不规范,市场发育也不成熟,这也研究、制造、规划、基建和运行等部门对变电所自动化的认识不同有很大的关系。总之,变电所自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接收,并在一些大型变电所监控项目中获得成功的应用,变电所综合自动化技术应用的越来越成熟。认清和适应变电所自动化技术的发展趋势,采用先进的理论技术,丢弃落后和即将淘汰的技术,确定科学的模式和结构,选择质量优良和性能可靠的产品,无论对设备制造厂家还是对用户都至关重要,也关系到变电所技术未来的发展。因此,在学习鉴定国外先进技术的同时结合我国的实际情况,全面系统的研究探讨符合国情
11、的变电所自动化系统模式、结构、功能、通讯方式等,对我国变电所的发展有很大重要的意义。现在我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高,现在已经有许多的变电站实现了集中控制和采用计算机监控,电力系统也实现了分级集中调度,所有电力企业都在努力增产节约,降低成本,确保安全运行。随着我国国民经济的发展,电力工业将逐步跨入世界先进水平的行列。变电所是生产工艺系统严密,土建结构复杂,施工难度较大的建筑。电力工业的发展,单机容量的增大,总容量在百万千瓦以上变电所的建立促使变电所建筑结构和设计不断改进和发展。2 电气主接线设计电气主接线又称为一次接线,是由各种开关电器、变压器、互感器、线路、电抗器、母线等安一
12、定顺序连接而成的接受和分配电能的总电路。电气主接线代表了发电厂和变电所电气部分的主体结构,直接影响着电气设备选择、配电装置布置、继电保护配置、自动装置和控制方式的选择,对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性作用。用行业标准规定的设备图形符号和文字符号,按电气设备的实际连接顺序绘制而成的接线图,成为电气主接线图。电气主接线图通常画成单线图的形式。主接线的设计应满足一下基本要求:1) 安全:保证在进行任何切换操作时人身和设备的安全。2) 可靠:应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求。3) 灵活:应能适应各种工作方式的操作和检修、维护需要。4) 经济:在满足以上要求的前提下,主接线应力求简单,尽可能减
13、少一次性投资和年运行费用。2.1电气主接线的基本形式2.1.1单母线接线优点:接线简单、使用设备少、操作方便、投资少、便于扩建和采用成套配电装置。缺点:不够灵活可靠,任一原件(母线或母线隔离开关等)故障时检修,都需使整个配电装置停电,单母线可用隔离开关分段,但当一段母线故障时,全部回路任需短时停电,在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障母线的供电。适用范围:610kv配电装置的出线回路数不超过5回;3563kv配电装置的出线回路数不超过3回;110220kv配电装置的出线回路数不超过2回。 图2.1 单母线接线2.1.2单母线分段接线优点:用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同段引
14、出两个回路,有两个电源供电。当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障切除,保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的的回路都要在检修期间内停电。当出线为双回路时,常使架空线路出现交叉跨越。扩建时需要向两个方向均衡扩建。适用范围:6-10kv配电装置出线回路数为6回及以上时;35kv配电装置出线回路数为4-8回时;110-220kv配电装置出现回路数为3-4回时。图2.2 单母线分段接线2.1.3单母线分段带旁路母线这种接线方式在进出线不多,容量不大的中小型电压等级为35-110kv的变电所较为实用,具有足够的可靠性和灵活性。图2.3 单
15、母线分段带旁路母线2.1.4双母线接线优点:1) 供电可靠。可以轮流检修一组母线而不致使供电中断;一组母线故障时,能迅速恢复供电;检修任一回路的母线隔离开关,只停该回路。2) 调度灵活。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调度和潮流变化的需要。3) 扩建方便。想双母线的左右任何一个方向扩建,均不影响两组母线的电源和负荷分配,不会引起原有回路的停电。4) 便于实验。当个别回路需要单独进行实验时,可将该回路分开,单独接至一组母线上。缺点:1) 增加一组母线和使没回线路需要增加一组母线隔离开关。2) 当母线故障或者检修时隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作
16、。为了避免隔离开关误操作,需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。适用范围:6-10kv配电装置,当短路电流较大,出线需要带电抗器时;35kv配电装置,当出线回路超过8回时,或连接的电源较多、负荷较大时;110-220kv配电装置,出线回路在5回以上时,或110-220kv配电装置在系统中占重要地位,出线回路数在4回以上使。图2.4 双母线接线2.1.5双母线分段接线双母线分段可以分段运行,系统构成方式的自由度大,两个原件可完全分别接到不同的母线上,对大容量且相互联系的系统是有利的。由于这种母线接线方式是常用技术的一种延生,因此在继电保护方式和操作运行方面都不会发生问题,而较容易实现分阶段的扩建
17、优点。但容易受到母线故障的影响,断路器检修时需要停运线路。占地面积较大。一般当连接的进出线回路在11回及以下是,母线不分段。2.1.6桥型接线1、内桥型接线优点:高压断路器数量少,四个回路只需三台断路器。缺点:变压器的切除和投入较复杂,需动作两台断路器,影响一回线路的暂时运作;桥连断路器检修时,两个回路需解列运行;出线断路器检修时,线路需较长时期停运。适用范围:适用于较小容量的发电厂,变电所并且变压器的切换较频繁或线路较短,故障率较小的情况。2、外桥型接线优点:高压断路器数量少,四个回路只需三台断路器。缺点:线路的切除和投入较复杂,需动作两台断路器,并有一台变压器暂时停运。高压侧断路器检修时,
18、变压器较长时间停运。适用范围:适用于较小容量的发电厂,变电所并且变压器切换较频繁或线路段,故障率较少的情况。2.2电气主接线的选择2.2.1 10kv电气主接线根据资料显示,由于10kv的出线为12回,可以初步选择以下两种方案:1) 单母线分段接线如图1-5,610kV配电装置出线回路数目为6回及以上,可采用单母线分段接线。图2.5 单母线分段接线2)双母线接线如图1-6,一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。图2.6 双母线接线表2.1 10kv主接线方案比较项目方案方案一 单母线接线方案二 双母线接线技术1、不会造成全所停电2、调度灵活3、保证对重要用
19、户的供电4、扩建时需要向两个方向均衡扩建1、供电可靠2、调度灵活3、扩建方便4、便于实验5、易误操作经济占地少设备少设备多,配电装置复杂投资和站地面大经过综合比较方案一在经济性上比方案二好,且调度灵活也可保证供电的可靠性,所以选用方案一。2.2.2 110kv电气主接线由于110kv只有2回进线,可以初步选择一下两种方案:1) 桥型接线根据资料分析此处选择内桥接线。 图2.7 内桥接线2) 单母线接线如图1.8图2.8 单母线接线表2.2 110kv主接线比较项目方案方案一 内桥接线方案二 单母线接线技术1、 接线清晰简单2、 调度灵活,可靠性不高1、 简单清晰、操作方便、易于发展2、 可靠性
20、、灵活性差经济1、 占地少2、 实用的断路器少1、 设备少2、 投资小经比较两种方案都具有接线简单这一特点。虽然方案一可靠性、灵活性不如方案二,但其具有良好的经济性。可选用投资小的方案一。3 主变压器的选择变压器是变电所中的重要电气设备之一,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,以满足用户需要。3.1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。首先要计算各测的负荷包括站用电负荷10kv负荷。由于课题上并未给出10KV出线的负
21、荷功的功率因数,所以默认=0.9计算,故总计算负荷为=630440050012501600=6270KVA即 =6.27MVA所以总计算负荷由于考虑到变电站未来510年的远期负荷3.2主变压器型式的选择3.2.1主变压器台数的选择由原始资料可知,我们此次设计的变电站是一个10KV变电站,我们选取110KV进线,所以该变电站是一个降压变电站。为了提高供电的可靠性,防止因一台主变故障或检修时影响整个变电站的供电,变电站中一般装设两台主变压器,互为备用,可以避免因主变检修或故障而造成对用户的停电。故可选择两台主变压器。3.2.2主变压器容量的选择由于设计资料提及,主供运行时带全部负荷,备供不投,当主
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