某市区加压站35kv低压配电系统设计.doc
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1、第1章 前 言变电所由主接线,主变压器,高、低压配电装置,继电保护和控制系统,所用电和直流系统,远动和通信系统,必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中,主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统;继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备,它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装23台主变压器;330 千伏及以下时,主变压器通常采用三相变压器,其容量按
2、投入510年的预期负荷选择。此外,对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求。1.1 设计原则和基本要求 设计按照国家标准要求和有关设计技术规程进行,要求对用户供电可靠、保证电能质量、接线简单清晰、操作方便、运行灵活、投资少、运行费用低,并且具有可扩建的方便性。要求如下: 1)选择主变压器台数、容量和型式2)设计加压站电气主接线; 3)短路电流计算; 4)主要电气设备的选择及各电压等级配电装置类型的确定。5)在绘制施工图方面得到初步锻炼。1.2 设计内容本次设计的是一个低压变电站,有两个电压等级(35kV10kV), 35kV和10kV主接线均采用单母线分段接线方式。本设计采用的
3、主变压器有两个出线端子,一端接35kV的引出线,另一端接10kV的引出线。设计中主要涉及的是变电站内部电气部分的设计,并未涉及到出线线路具体应用到什么用户,所以负荷统计表相对比较简洁,也减少了电气主接线图的制作难度。第2章 主变压器的选择2.1 主变台数的确定待设计变电站在电力系统中的地位:本变电站为一降压变电站,在系统中起着汇聚和分配电能的作用,担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务,地位比较重要。该变电站的建成,不仅增强了当地电网的网络结构,而且为当地的工农业生产提供了足够的电能,从而达到使本地区电网安全、可靠、经济地运行的目的。待设计变电站的建设规模: (1)电压等级35kV10kV (
4、2)线路回路数量 35kV进出线共2回,两回进线连接着35kV电源,输送容量各为35000KVA。10kV进出线共12回,全部为架空线路,其中3回每回输送容量按5000KVA设计;另外5回每回输送容量为4000KVA,再预留四个出线间隔,待以后扩建。(3)主变选择 根据计算出的全厂负荷总容量(补偿后)2329.218,选择二台变压器互为备用。所以 查工厂常用电气设备手册选择二台型号为S9-3150/35变压器。其满足主变压器的条件。 0.4KV侧的变压器选择 查工厂常用电气设备手册选择二台型号为S9-630/10变压器。其满足选择变压器的条件。根据计算出的全厂负荷总容量(补偿后)2329.21
5、8,选择二台变压器互为备用。所以 查工厂常用电气设备手册选择二台型号为S9-3150/35变压器。其满足主变压器的条件。 0.4KV侧的变压器选择 查工厂常用电气设备手册选择二台型号为S9-630/10变压器。其满足选择变压器的条件。 第3章 电气主接线的选择3.1 选择原则电气主接线是指变电所中的一次设备按照设计要求连接起来,表示接受和分配电能的电路,也称为主电路。它是加压站设计的首要任务,也是构成电力系统的重要环节。主接线方案的确定与电力系统及变电站运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关,并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此,主接线的设计必须正确处理好各方
6、面的关系,全面分析论证,通过技术经济比较,确定变电站主接线的最佳方案。3.1.1 主接线设计的基本要求及原则电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字符号表示的电路图称为电气主接线图。因为三相交流电气设备的每相结构一般是相同的,所以电气主接线图一般绘成单线图,只是在局部需要表明三相电路不对称连接时,才将局部绘制成三线图;电气主接线对变电所以及电力系统的安全、可靠和经济的运行起着重要作用。因此,对变配电所主接线有着可靠、灵活、操作简单方便、经济、具有扩建的可能性的基本要求。变电站主接线设计的基本要求:1)可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求,电气主接线的设计必须满足这个要求。因为电能的发送及
7、使用必须在同一时间进行,所以电力系统中任何一个环节故障,都将影响到整体。供电可靠性的客观衡量标准是运行实践,评估某个主接线图的可靠性时,应充分考虑长期运行经验。我国现行设计规程中的各项规定,就是对运行实践经验的总结,设计时应该予以遵循。 2)灵活性 电气主接线不但在正常运行情况下能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,能尽快的退出设备、切除故障,使停电时间最短、影响范围最小,并在检修设备时能保证检修人员的安全。 3)操作简单方便 电气主接线应简单清晰、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
8、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)经济性 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最小,占地面积最少,使变电站尽快的发挥经济效益。 5)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,应考虑到有扩建的可能性。变电站主接线设计原则:1)变电站的高压侧接线,应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式,在满足继电保护的要求下,也可以在地区线路上采用分支接线,但在系统主干网上不得采用分支接线。 2)在6-10kV配电装置中,出线回路数不超过5回时,一般采用单母线接线方式,
9、出线回路数在6回及以上时,采用单母分段接线,当短路电流较大,出线回路较多,功率较大,出线需要带电抗器时,可采用双母线接线。 3)在35-66kV配电装置中,当出线回路数不超过3回时,一般采用单母线接线,当出线回路数为48回时,一般采用单母线分段接线,若接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区,可采用双母线接线。4)在110-220kV配电装置中,出线回路数不超过2回时,采用单母线接线;出线回路数为34回时,采用单母线分段接线;出线回路数在5回及以上,或当“0-220KV配电装置在系统中居重要地位;出线回路数在4回及以上时,一般采用双母线接线。5)当采用SF6等性能可靠、检修周期长的断路器,
10、以及更换迅速的手车式断路器时,均可不设旁路设施。 总之,以设计原始材料及设计要求为依据,以有关技术规程为标准,结合具体工作的特点,准确的基础资料,全面分析,做到既有先进技术,又要经济实用。3.1.2 主接线的基本形式和特点主接线的基本形式可分两大类:有汇流母线的接线形式和无汇流母线的接线形式。在电厂或变电站的进出线较多时(一般超过4回),为便于电能的汇集和分配,采用母线作为中间环节,可使接线简单清晰、运行方便、有利于安装和扩建。缺点是有母线后配电装置占地面积较大,使断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器少,占地面积少,但只适用于进出线回路少,不再扩建和发展的电厂和变电站。有汇流母线的主
11、接线形式包括单母线和双母线接线。单母线又分为单母线无分段、单母线有分段、单母线分段带旁路母线等形式;又母线又分为双母线无分段、双母线有分段、带旁路母线的双母线和二分之三接线等方式。无汇流母线的主接线形式主要有单元接线、扩大单元接线、桥式接线和多角形接线等。3.2 变电站的各侧主接线方案的拟定在对原始资料分析的基础上,结合对电气主接线的基本要求,综合考虑在满足技术、经济政策的前提下,力争使其为技术先进、供电可靠安全、经济合理的主接线方案。供电可靠性是变电所的首要问题,主接线的设计,首先应保证变电所能满足负荷的需要,同时要保证供电的可靠性。变电所主接线可靠性拟从以下几个方面考虑:(1)断路器检修时
12、,不影响连续供电;(2)线路、断路器或母线故障及在母线检修时,造成馈线停运的回数多少和停电时间长短,能否满足重要的I、II类负荷对供电的要求;(3)变电所有无全所停电的可能性;主接线还应具有足够的灵活性,能适应多种运行方式的变化,且在检修、事故等特殊状态下操作方便,高度灵活,检修安全,扩建发展方便。主接线的可靠性与经济性应综合考虑,辩证统一,在满足技术要求前提下,尽可能投资省、占地面积小、电能损耗少、年费用最小。根据设计任务书的要求和设计规模。在分析原始资料的基础上,参照电气主接线设计参考资料。1、10kV出线接线方式设计 对于10KV出现侧,可选母线连接方式有分段的单母线接线,单母线带旁路母
13、线接线,双母线接线及分段的双母线接线。根据要求,单母线分段接线方式满足“不进行停电检修”和经济性的要求,因此10KV母线端选择单母线分段接线方式。2、35kV进线方式设计设计任务书中有两台变压器和两回输电线路,故需采用桥形接线,可使断路最少。可采用的桥式接线种类有内桥接线和外桥接线。外桥形接线的特点为:供电线路的切入和投入较复杂,需动作两台断路器并有一台变压器停运。桥连断路器检修时,两个回路需并列运行,变压器检修时,变压器需较长时间停运。内桥形接线的特点为:变压器的投入和切除较为复杂,需动作两台断路器,影响一回线路的暂时供电桥连断路器检修时,两个回路需并列运行,出线断路器检修时,线路需较长时间
14、停运。其中外桥形接线满足 “输电线路较短,两变压器需要切换运行”的要求,因此选择外桥接线。(一)35KV侧主接线方案图3-1 单母线接线A方案:单母线接线图3-2 单母线分段接线B方案:单母线分段接线分析:A方案的主要优缺点: 1)接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建,但可靠性和灵活性较差;2)当母线或母线隔离开关发生故障或检修时,各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作;3)出线开关检修时,该回路停止工作。B方案的主要优缺点:1)当母线发生故障时,仅故障母线停止工作,另一母线仍继续工作;2)对双回路供电的重要用户,可将双回路分别接于不同母线分段上,以保证对重要用户的
15、供电; 3)当一段母线发生故障或检修时,必须断开在该段母线上的全部电源和引出线,这样减少了系统的发电量,并使该段单回线路供电的用户停电; 4)任一出线的开关检修时,该回线路必须停止工作;5)当出线为双回线时,会使架空线出现交叉跨越。结论:B方案一般速用于35KV出线为4-8回的装置中。综合比较A、B两方案,并考虑本变电站35KV出线为2回,所以选择B方案单母线分段接线为35KV侧主接线方案。 (二)10KV侧主接线方案 A方案:单母线接线(见图3-1) B方案:单母线分段接线(见图3-2)分析:A方案的主要优缺点:1)接线简单、清晰、设备少、投资小、运行操作方便且利于扩建,但可靠性和灵活性较差
16、;2)当母线或母线隔离开关发生故障或检修时;各回路必须在检修或故障消除前的全部时间内停止工作;3)出线开关检修时,该回路停止工作。B方案的主要优缺点:1)母线发生故障时,仅故障母线停止工作,另一母线仍继续工作;2)对双回路供电的重要用户,可将双回路分别接于不同母线分段上,以保证对重要用户的供电3)当一段母线发生故障或检修时,必须断开在该段母线上的全部电源和引出线,样减少了系统的发电量,并使该段单回线路供电的用户停电;4)任一出线的开关检修时,该回线路必须停止工作;5)当出线为双回线时,会使架空线出现交叉跨越。结论:B方案一般适用于10KV出线为6回及以上的装置中。综合比较A、B两方案,并考虑本
17、变电站10KV出线为12回,所以选择B方案单母线分段接线为10KV侧主接线方案.第4章 负荷的计算及无功功率的补偿4.1计算负荷的定义、意义及目的计算负荷是按发热条件选择电气设备的一个假定负荷,其物理含义是计算负荷所产生的恒定温升等于实际变化负荷长生的最高温升。供配电系统要在正常条件下可靠地运行,则其中每个元件都必须选择得当,除了应该满足工作电压和频率的要求外,最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此,有必要对供电系统各个环节的电力负荷进行统计计算。 计算负荷是进行供电系统设计,选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据,也是整定继电保护的重要数据。计算负荷的计算是否准确合理,直接影响到
18、电器和导线电缆的选择是否经济、合理。如果计算负荷偏大,则使电器和导线截面选择偏大,造成投资和有色金属的浪费;如果计算负荷偏小,则使电器和导线处于过负荷下运行,增加电能损耗,产生过热,导致绝缘过早老化,甚至烧毁,以致发生事故,同样给国家造成经济损失。因此,计算负荷意义重大,是供电设计的前提,也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。4.2用电设备负荷的计算 负荷计算的常用方法有需要系数法、二项式法、和利用系数法。需要系数法因为比较简便因而广泛使用,用电设备少而功率相差大时,计算结果一般偏小,故不能适用于低压配电线路的计算,而适用于计算变、配电所的负荷。二项式法也比较简便,它考虑了数台大功率设备工
19、作时对负荷影响的附加功率,但一般计算结果偏大,适用于低压配电支干线的计算。 在本次供电系统设计任务中,我们已知工厂所用的额定电压值以及各车间、场站的安装容量和需要系数和。利用需要系数法便可方便准确的计算出各个负荷的计算容量和计算电流等数值。 需要系数法用到的公式有: = (式4-1) (式4-2) (式4-3) (式4-4) (式4-5)式中表示用电设备组的有功计算负荷 表示用电设备组的无功计算负荷 表示用电设备组的视在计算负荷 表示计算电流,表示用电设备组的需要系数表示用电设备组的额定容量之和 是用电设备组的功率因数角 表示设备组的额定功率。下面开始计算:维修车间 车库 食堂及浴池 办公楼
20、加氧间 轴流风机 电动碟阀 泵房排水泵 起重机 照明电源 控制泵 润滑泵 换路间水泵 微机房水泵 换热站电源 高层电源 化验电源 维修车间 车库 食堂及浴池 办公楼 加氧间 有功计算负荷:无功计算负荷: 视在计算负荷 :=747.2510KV侧的有功计算负荷 : P2=2434.55KW10KV侧的无功计算负荷 : Q2=1016.6kVar功率因数的计算:=因为该厂要求平均功率达到0.90以上,现有功率因数不能满足要求,因此需要进行无功功率补偿需要补偿的功率大小用公式: = =其中分别为补偿前后的功率因数角。通过求得需补偿的无功功率大小即可按照要求进行补偿电容器型号的选择,本设计中的的电容器
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