35KV侧主接线设计.doc
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1、 华北水利水电学院毕业设计 目录第1章 主接线的设计1第2章 主变的选择8第3章 短路电流计算11第4章 电气设备选择15设备名称23选择结果23第5章 继电保护32第6章 防雷接地保护45第7章 配电装置49第8章 短路电流计算52第9章 敞露母线及电缆的选择63第10章 主变压器保护整定计算89第1章 主接线的设计1.1主接线的设计依据1.1.1变电所在电力系统中的地位和作用电力系统中的变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所三种类型。一般系统枢纽变电所汇集多个大电源,进行系统功率交换和以中压供电,电压330500KV;地区重要变电所,电压为220330KV;一般变电所多为终端和
2、分支变电所,电压为110KV,但也有220KV。1.1.2变电所的分期和最终建设规模 变电所根据510年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台(组)主变压器;当技术比较合理时,330500KV枢纽变电所也可装设34台(组)主变压器;终端或分支变电所如只有一个电源时,可只装设一台主变压器。1.1.3负荷大小和重要性对一级负荷必须有两个独立的电源供电,且当一个电源失去后,应保证全部一级负荷不间断供电;对二级负荷一般要求有两个电源供电,且当一个电源失去后,能保证大部分二级负荷供电。对于三级负荷一般只需一个电源供电。1.1.4系统备用容量的大小 装有2台(组)及以上主变压器的变电所,其中一台(组)事故
3、断开,其余主变压器的容量应保证该所70%的全部负荷,在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;系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。1.1.5系统专业对电气主接线提供的具体资料 出线电压等级、回路数、出线方向、每回路输送容量和导线面积等;主变压器的台数、容量和型式等;调相机、静止补偿装置、并联电抗器、串联电容补偿装置等型式、数量、容量和运行方式的要求;系统的短路容量或归算的电抗值;变压器中性点接地方式及接地点的选择;系统内过电压数值及限制内过电压措施;为保证大系统的稳定性,提出对大机组超高压电气主接线可靠性的特殊要求;初期及最终变电所与系统的连接方式(包括系统单线接线和地
4、理接线)及推荐的初期和最终主接线方案。1.2主接线设计的基本要求 主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。1.2.1可靠性主接线可靠性具体要求:断路器检修时不宜影响对系统的供电;断路器或母线检修时,尽量减少停运的回路数和停运时间,并要保证一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电;尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。1.2.2灵活性主接线灵活性应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。1.2.3经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理,投资省;占地面积小电能损失少。1.3主接线方案比较与确定1.3.1 110KV侧主接线设计方案一:双母线接线 如图1.3.1(a) 图1.3.1
5、(a)方案二:单母线分段 如图1.3.1(b)图1.3.1(b)表1.3.1 110KV侧主接线方案比较表目项案方 方案一方案二技术 供电可靠 调度灵活 扩建方便 便于试验 易误操作 检修任一回路的断路器,该回路仍停电 当一组母线故障时仍短时停电,影响范围较大 分段后提高了供电的可靠性和灵活性 对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路,分由两个电源供电 一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段隔离,保证正常段母线不间断供电 某段母线故障或检修仍有停电问题 某回路的断路器检修,该回路停电 扩建时,需向两端均衡扩建经济 设备多、配电装置复杂 投资和占地面大增加了分段设备的投资和占地面积结论综合考虑采
6、用方案一双母线接线1.3.2 35KV侧主接线设计方案一:分段的单母线接线 如图1.3.2(a) 图1.3.2(a)方案二:不分段的单母线接线 如图1.3.2(b) 1.3.2(b)表1.3.2 35KV侧主接线方案比较表目项案方方案一方案二技术 检修一段母线仅造成本段母线局部停电。 一段母线短路,仅造成该段母线停电 接线简单, 操作方便 扩建方便 可靠性差 调度不方便经济增加了分段设备的投资和占地面积占地少设备少结论综合考虑采用方案一分段的单母线接线1.3.3 10KV侧主接线设计方案一:分段的单母线接线 如图1.3.3(a) 图1.3.3(a)方案二:不分段的单母线接线 如图1.3.3(b
7、) 图1.3.3(b)表1.3.3 10KV侧主接线方案比较表目项案方方案一方案二技术 检修一段母线仅造成本段母线局部停电。 一段母线短路,仅造成该段母线停电 接线简单, 操作方便 扩建方便 可靠性差 调度不方便经济增加了分段设备的投资和占地面积占地少设备少结论综合考虑采用方案一分段的单母线接线 第2章 主变的选择2.1变电所主变压器容量和台数的选择2.1.1主变压器容量的确定主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期10-20年负荷发展。对城郊变电所,主变压器容量应与城市规划相结合.根据变电所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所,
8、应考虑到当一台主变压器停运时,其余变压器容量在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;对一般性变电所,按照当一台主变压器停运时,其余变压器容量应能保证全部负荷的70-80选择。即 Sn=(0.6-0.7) Smax/(n-1) (MVA) 式中 n变电所变压器台数 因此,本次变电所主变压器容量确定为SFSZ7-31500/110。2.1.2主变压器台数的确定 为了为保证供电可靠性,变电所一般装设2台主变压器;枢纽变电所装设24台;地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,可装设3台。 因此,本次变电所主变压器台数确定为2台。2.2主变压器型式的选择2.2.1相数的确定 在3
9、30KV及以下的发电厂和变电所中,一般选用三相式变压器。因为一台三相式较同容量的三台单相式投资小、占地少、损耗小,同时配电装置结构简单,运行维护较方便。 因此,本变电所主变压器相数确定为三相。2.2.2绕组数的确定 在有三种电压的变电所中,如变压器各侧绕组的通过哦容量均达到变压器额定容量的15%及以上,或低压侧虽无负荷,但需在该侧装无功补偿设备时,宜采用三绕组变压器。当变压器需要与110KV及以上的两个中性点直接接地系统相连接时,可优先选用自耦变压器。 因此,本变电所主变压器相数确定为三绕组。2.2.3绕组接线组别的确定 变压器的绕组连接方式必须使得其线电压与系统线电压电压相位一致,否则不能并
10、列运行。电力系统变压器采用的绕组连接方式有星形“Y”和三角形“D”两种。我国电力变压器的三绕组所采用的连接方式为:110KV及以上电压侧均为“YN”,即有中性点引出并直接接地;35KV作为高、中压侧时都可能采用“Y”,其中性点不接地或经消弧线圈接地,作为低压侧时可能用“Y”或“D”;35KV以下电压侧(不含0.4KV及以下)一般为“D”,也有“Y”方式。 因此,本变电所主变压器绕组接线组别确定为YN,yn0,d11。2.2.4结构型式的选择 应根据功率的传输方向来选择其结构型式。变电所的三绕组变压器,如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅,则选用降压型;如果以高压侧向低压侧供电为主、向
11、中压侧供电为辅,也可选用“升压型”。因此,本变电所主变压器结构型式确定为降压型。2.2.5调压方式的确定 变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头,从而改变其变比来实现。无励磁调压变压器的分接头较少,调压范围只有10%(2*2.5%),且分接头必须在停电的情况下才能调节;有载调压变压器的分接头较多,调压范围可达30%,且分接头可在带负荷的情况下调节,但其结构复杂、价格贵。对于110KV及以下的变压器,宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式。 因此,本变电所主变压器调压方式确定为有载调压。2.2.6冷却方式的选择 电力变压器的冷却方式,随其型式和容量不同而异。小容量变压器一般采用自然
12、风冷却。大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却变压器。 因此,本变电所主变压器冷却方式确定为强迫油循环风冷却。2.3主变的最终确定查设备手册,选择SFSZ7-31500/110型变压器表2.3 SFSZ7-31500/110型变压器参数表型号额定电压(KV)空载电流(%)阻抗电压(%)高压中压低压高中高低中低SFSZ7-31500/11011035101.310.5186.5第3章 短路电流计算3.1短路电流计算的主要目的(1)电气主接线的比较与选择;(2)选择断路器等电气设备,或对这些设备提出技术要求;(3)为继电保护的设计以及调试提供依据;(4)评价并确定网络方案,研究限制短路电流的措施;(
13、5)分析计算送电线路对通讯设施的影响。3.2短路电流计算一般规定3.2.1计算的基本情况(1)电力系统中所有电源均在额定负荷下运行。(2)所有同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁)。(3)短路发生在短路电流为最大值的瞬间。(4)所有电源和电动势相位角相同。(5)应考虑对短路电流值有影响的所有元件,但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用,仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时予以考虑。3.2.2 接线方式 计算短路电流所用的接线方式,应是可能发生最大短路电流的正常接线方式(即最大运行方式),而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。3.2.3计算容量 应按工程设计的规划容量
14、计算,并考虑电力系统的远景发展规划,一般取工程建成后510年。3.2.4短路种类 一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路,或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路情况严重时,则应按严重情况进行校验。3.2.5短路计算点 按正常接线方式时,通过设备的短路电流为最大的地点,称为短路计算点。 对于带电抗器的610KV出线与厂用分支线回路,在选择母线至母线隔离开关之间隔板前的引线、套管时,短路计算点应选在短路计算点前。选择其余导体和电器时,短路计算点一般取在电抗器后。3.2.6短路计算方法 在工程设计中,短路电流计算均均采用实用计算法。所谓实用计算法,是指在一定的假设
15、条件下计算出短路电流的各个分量,而不是用微分方程去求解短路电流的完整表达式。3.3三相短路电流计算步骤 本次设计采用工程实用计算的运算曲线法,其计算步骤简述如下:(1) 选择计算短路点(2) 绘制等值网络(次暂态网络图),并将各元件电抗统一编号。(3) 化简等值网络:将等值网络化简为以短路点为中心的辐射形等值网路,并求出各电源与短路点之间的电抗,即转移电抗X。(4) 求计算电抗Xjs。(5) 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量的标幺值。(6) 计算无限大容量的电源供给的短路电流周期分量的标幺值。(7) 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。(8) 计算短路电流冲击值。(9) 计算异步电
16、动机供给的短路电流。(10) 绘制短路电流计算结果表。3.4不对称短路电流计算不对称短路的类型包括:单相接地短路、两相短路、两相接地短路。计算方法:对称分量法、正序增广网络法。故障相短路电流的值和正序分量有一定关系,即式中:为正序增广网络中的附加阻抗;M为故障相短路电流对正序分量的倍数。表3.41列出了各种短路时和M的值,对于两相接地短路,表中的M值只适用于纯电阻的情况。表3.41 各种短路时的和M值:短路类型M单相短路3两相短路两相短路接地 表3.4.2 最大运行方式下短路电流计算结果(KA)短路方式短路点三相短路单相短路两相短路两相短路接地110KV母线3.3743.192.8232.87
17、35KV母线4.77604.114.1110KV母线12.5010.83210.83表3.4.2 最小运行方式下短路电流计算结果(KA)短路方式短路点三相短路单相短路两相短路两相短路接地110KV母线2.982.872.4152.4635KV母线4.42603.813.8110KV母线11.8010.217 10.22第4章 电气设备选择4.1电气设备选择的一般条件4.1.1按正常工作条件选择(1)按额定电压选择: 式中 电气设备额定电压,KV 电网额定电压 , KV (2)按额定电流选择:式中 长期运行电流最大持续工作电流,A综合修正系数(3)对于裸导体和电缆:;对于电器:时, 时, 时,式
18、中 实际环境温度,;为裸导体或电缆芯正常最高允许温度,裸导体的一般取70;电缆芯的与电缆结构有关,其值在5090间。(4)选择设备的种类和型式:应按电器的装置地点、使用条件、检修和运行等要求,对设备进行种类和型式的选择。4.1.2按短路情况校验(1)短路电流的计算条件为使所选电器具有足够的可靠性、经济性和合理性,并在一定时间内能适应系统发展的需要,作为校验用的的短路电流应按下述条件确定:容量和接线、短路种类、短路计算点。(2)短路计算时间校验电器设备的热稳定和开断能力时,必须合理地确定短路计算时间。校验热稳定的短路计算时间式中 后备继电保护动作时间;断路器开全断时间;断路器固有分闸时间;断路器
19、开断时电弧持续时间。校验开断电器开断能力的短路计算时间:式中 为主继电保护动作时间。4.1.3热稳定和动稳定校验(1)热稳定校验。热稳定就是要求所选的电气设备能承受短路电流所产生的热效应。导体和电缆满足热稳定的条件为 ()式中 为按正常工作条件选择的导体或电缆截面积,按热稳定确定的导体或电缆最小截面积,。电器满足热稳定的条件为 式中 为允许通过电器的热稳定电流,KA;允许通过电器的热稳定时间,S;短路电流通过电器时所产生的热效应, 。(2)动稳定校验。动稳定就是要求电气设备能承受短路冲击电流所产生的电动力效应。硬导体满足动稳定的条件为 (Pa)式中 导体材料最大允许应力,Pa;导体最大计算应力
20、,Pa。电器满足动稳定的条件为 (KA)式中 电器允许通过的动稳定电流幅值,KA;短路冲击电流幅值,KA。4.2敞露母线及电缆的选择4.2.1敞露母线的选择(1)材料:一般情况下采用铝母线;在持续工作电流较大、且位置特别狭窄的发电机、变压器出口处,以及污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所,采用铜母线。(2)截面形状:35kV及以下、持续工作电流在4000A及以下,一般采用矩形母线;在35KV及以下、持续工作电流在40008000A时,一般采用槽型母线,35kV及以上的屋外配电装置,可采用钢芯铝绞线;110kV及以上、持续工作电流在8000A以上的屋内、屋外配电装置,采用管型母线。(3)布置方
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