110kV变电站设计 说明书.docx
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110kV变电站设计说明书
110kV变电站设计
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。
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。
关键词:
变电站、负荷、输电系统
The110kVtransformersubstationdesign
Abstract
Alongwiththeeconomicdevelopmentandthemodernindustrydevelopmentsofquickrising,thedesignofthepowersupplysystembecomemoreandmorecompletelyandsystem.Becausethequicklyincreaseelectricityoffactories,italsoincreasesseriouslytothedependableindexoftheeconomiccondition,powersupplyinquantity.Thereforetheyneedthehigherandmoreperfectrequesttothepowersupply.WhetherDesignreasonable,notonlyaffectdirectlythebaseinvestmentandcirculatetheexpenseswithhavethemetaldepletionincolourmetal,butalsowillreflectthedependableinpowersupplyandthesafeinmanyfacts.Inaword,itisclosewiththeeconomicperformanceandthesafetyofthepeople.
Thesubstationisanimportancepartoftheelectricpowersystem,itisconsistedoftheelectricappliancesequipmentsandtheTransmissionandtheDistribution.Itobtainstheelectricpowerfromtheelectricpowersystem,throughitsfunctionoftransformationandassign,transportandsafety.Thentransportthepowertoeveryplacewithsafe,dependable,andeconomical.Asanimportantpartofpower’stransportandcontrol,thetransformersubstationmustchangethemodeofthetraditionaldesignandcontrol,thencanadapttothemodernelectricpowersystem,thedevelopmentofmodernindustryandtheoftrendofthesocietylife.
Alongwiththehighandquickdevelopmentofelectricpowertechnique,electricpowersystemthencanchangefromthegenerateoftheelectricitytothesupplythepower.
Keywords:
substation,load,transmissionsystem
1.负荷分析及主变压器选择
1.1站内35KV、10KV及0.4KV侧负荷分析
1、35KV侧
ΣP1=20MVA
ΣQ1=20×0.85=17MVA
2、10KV侧
ΣP2=12MVA
ΣQ2=12×0.85=10.2MVA
3、0.4KV侧
ΣP3=0.05MVA
ΣQ3=0.05×0.8=0.04MVA
ΣP=20+12+0.05=32.05MVA
ΣQ=17+10.2+0.04=27.24MVA
所以:
ΣS=(32.052+27.242)1/2
=42.062MVA
考虑到大概线损及同时率时的容量为:
ΣS1=42.062×0.8×1.05=35.33MVA
1.2主变压器选择
主变压器在电气设备投资中所占比例很大,同时与之相适应的配电装置,特别是大容量、高电压的配电装置的投资也很大.因此,主变压器的选择对发电厂、变电站的技术经济性影响很大.
1、主变台数的选择
对于大城市郊区的一次变电所,在中、低压侧已构成环网的情况下,变电所以装设两台主变压器为宜。
此设计中的变电所符合此情况,故主变设为两台。
2、主变容量的确定
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,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,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%。
有以上规程可知,此变电所单台主变的容量为:
S=ΣS1×0.8=35.33×0.8=28.26MVA
所以应选容量为31500KVA的主变压器。
3、主变相数选择
⑴主变压器采用三相或是单相,主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。
⑵当不受运输条件限制时,在330KV及以下的发电厂和变电所,均应采用三相变压器。
故有以上规程可知,此变电所的主变应采用三相变压器。
4、主变相数选择
在具有三种电压的变电所中,如通过主变压器各侧的功率均达到该变压器容量的15%以上,或低压侧虽无负荷,但在变电所内需装设无功补偿装备时,主变压器宜采用三绕组变压器。
根据以上规程,计算主变各侧的功率与该主变容量的比值:
高压侧:
K1=(20000+12000)*0.8/31500=0.81>0.15
中压侧:
K2=20000*0.8/31500=0.51>0.15
低压侧:
K3=12000*0.8/31500=0.3>0.15
由以上可知此变电所中的主变应采用三绕组。
5、主变绕组连接方式
变压器的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y和△,高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。
此变电站110KV侧采用Y接线
35KV侧采用Y连接,10KV侧采用△接线
主变中性点的接地方式:
选择电力网中性点接送地方式是一个综合问题。
它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关,直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。
主要接地方式有:
中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。
电力网中性点的接地方式,决定了变压器中性点的接地方式。
电力网中性点接地与否,决定于主变压器中性点运行方式。
35KV系统,IC≤10A;10KV系统;IC≤30A(采用中性点不接地的运行方式)。
所以在本设计中110KV采用中性点直接接地方式。
35、10KV采用中性点不接地方式。
6、主变调压方式确定
有载调压变压器与普通变压器的差别在于:
⑴普通变压器的调压开关只能在停电状态下进行切换,有载调压变压器的调压开关可以在运行中带负荷操作;
⑵普通变压器调压范围较小,有载调压变压器调压范围大.
由于此变电站属于地方变电站,往往出现日负荷变化幅度很大的情况,为了满足电能质量要求,所以站内2主变装设有载调压装置。
7、主变冷却方式选择
主变一般的冷却方式有:
自然风冷却;强迫有循环风冷却;强迫油循环水冷却;强迫、导向油循环冷却。
小容量变压器一般采用自然风冷却。
大容量变压器一般采用强迫油循环风冷却方式。
故此变电所中的主变采用油浸水冷冷却方式。
附:
主变型号的表示方法
第一段:
汉语拼音组合表示变压器型号及材料
第一部分:
相数S----三相;D------单相
第二部分:
冷却方式J----油浸自冷;F----油浸风冷;
S----油浸水冷;G----干式;N----氮气冷却;
FP----强迫油循环风冷却;SP----强迫油循环水冷却
本设计中主变的型号是:
SSZ9—31500/110
2.主接线方案设计、评价、比较及选择
在设计发电厂、变电站主接线时,在技术上应考虑的问题是:
(1)保证全系统运行的稳定性,不因在本厂、站内的故障造成系统的瓦解;
(2)保证负荷、特别是重要负荷供电的可靠性及电能质量;
(3)各设备、特别要注意高、中压联络变压器的过载是否在允许范围之类。
2.1电气主接线的概况
1、发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路,称为电气主接线,也成主电路。
它把各电源送来的电能汇集起来,并分给各用户。
它表明各种一次设备的数量和作用,设备间的连接方式,以及与电力系统的连接情况。
所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体,对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用,并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。
2、在选择电气主接线时的设计依据
(1)发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用;
(2)发电厂、变电所的分期和最终建设规模;(3)负荷大小和重要性;(4)系统备用容量大小;(5)系统专业对电气主接线提供的具体资料。
3、主接线设计的基本要求
(1)可靠性;
(2)灵活性;(3)经济性。
2.235KV侧主接线的设计
35KV侧配电装置当连接的电源较多,负荷较大时可采用双母线接线。
采用单母线分段的接线方式,有下列优点:
(1)供电可靠性:
当一组母线停电或故障时,不影响另一组母线供电;
(2)调度灵活,任一电源消失时,可用另一电源带两段母线;
(3)扩建方便;
(4)在保证可靠性和灵活性的基础上,较经济。
故35KV可采用单母分段连接也可采用双母线连接。
2.310KV侧主接线的设计
10KV侧配电装置亦采用单母线分段的接线方式。
采用单母线分段的接线方式,有下列优点:
(1)供电可靠性:
当一组母线停电或故障时,不影响另一组母线供电;
(2)调度灵活,任一电源消失时,可用另一电源带两段母线:
(3)扩建方便;
(4)在保证可靠性和灵活性的基础上,较经济。
故10KV侧亦采用单母分段的连接方式,由于设计任务书并未详细列出出线负荷,故设计图只画出两回出线。
2.40.4KV侧主接线的设计
0.4KV侧配电装置亦采用单母线分段的接线方式。
采用单母线分段的接线方式,有下列优点:
(1)供电可靠性:
当一组母线停电或故障时,不影响另一组母线供电;
(2)调度灵活,任一电源消失时,可用另一电源带两段母线:
(3)扩建方便;
(4)在保证可靠性和灵活性的基础上,较经济。
故0.4KV侧亦采用单母分段的连接方式,由于设计任务书并未详细列出出线负荷,故设计图只画出两回出线。
2.5主接线方案的比较选择
由以上可知,此变电站的主接线有两种方案
方案一:
35KV侧采用单母分段连接,10KV侧采用单母分段连接,0.4KV侧采用单母分段连接
方案二:
35KV侧采用双母线连接,10KV侧采用单母分段连接,0.4KV侧采用单母分段连接。
此两种方案的比较
方案一35KV、10KV、0.4KV均采用单母分段连线,对重要用户可从不同段引出两个回路,当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障切除,保证正常母线供电不间断,所以此方案同时兼顾了可靠性,灵活性,经济性的要求。
方案二虽供电更可靠,调度更灵活,但与方案一相比较,设备增多,配电装置布置复杂,投资和占地面增大,而且,当母线故障或检修时,隔离开关作为操作电器使用,容易误操作。
由以上可知,在本设计中采用第一种接线,即35KV侧采用单母分段连线,10KV侧采用单母分段连接,0.4KV侧采用单母分段连接。
3.短路电流计算
3.1短路电流计算的目的
在发电厂和变电所的电气设计中,短路电流计算是其中的一个重要环节。
其目的是:
①在选择电气主接线时,为了比较各种接线方案,或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等。
[1]
②在选择载流导体及电器元件时,为了保证设备在正常运行和短路情况下都能安全、可靠地工作,同时又力求节约资金,这就需对有关短路电流值进行动稳定、热稳定和开断能力的检验。
[1]
③为选择继电保护方式和进行整定计算提供依据。
[2]
④接地装置的设计,也需用短路电流。
[2]
3.2短路电流计算的一般规定
按照《高压配电装置设计技术规程SDJ5-85》[4]和《导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86》[4]的有关条文,对于验算导体和电器时所用短路电流,一般有以下规定:
(1)计算的基本情况[1]
①电力系统中所有电源均在额定负荷可运行;
②短路发生在短路电流为最大值的瞬间;
③所有电源的电势相位角相同;
④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郊值时才予考虑。
(2)接线方式:
计算短路电流时所用的接线方式,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的接线方式。
[1]
(3)计算容量:
应按本工程设计规划容量计算,并考虑电力系统的远景发展规划(一般考虑工程建成后5~10年)[1]
(4)短路种类:
一般按d(3)计算,若中性点直接接地系统中的d
(1)或d
(2)较d(3)严重时,则应按严重性进行校验。
[1]
(5)短路计算点:
按正常接线方式时,通过电器元件的短路电流为最大的地点,称为短路计算点。
[1]
对于带电抗器的6~10kV出线与厂用分支线回路,在选择母线到母线隔离开关之间的引线、套管、短路计算点应该取在电抗器前,选择其余的导体和电器时,短路计算点一般取在电抗器后。
[3]
3.3短路电流计算结果
3.3.1110kV侧三相短路电流计算
把110kV对侧视为准无限大容量系统、系统电抗基准标么值为X*=0.7(110kV电力系统为无穷大系统,短路容量1000MVA)。
3.3.235kV、10kV短路电流计算——按最大容量计算
短路电流计算结果表:
分别列出110kV、35kV及10kV的d1,d2,d3短路电流计算结果表,以供后用。
3.3.3短路电流计算结果
根椐设计的变电所电气主接线绘制出等值电路图,采用标么值计算,取Sj=1000(MVA);Uj=Up网络,对选择10kV~110kV配电装置的电器和导体,需计算出在最大运行下流过电气设备的短路电流,选取d1,d2,d3两个短路点,计算过程详见计算书,各短路电流计算结果如表3-1所示。
表3-1d1,d2,d3两个短路点短路电流计算结果
短路点
支路平均电压(kV)
A变电所供给的短路电流(kA)
B变电所供给的短路电流(kA)
两变电所总供给的短路电流(kA)
冲击电流(kA)
d1
110
7.17
7.17
14.34
36.567
d2
35
1.48
1.48
2.1904
5.58552
d3
10
7.17
7.17
14.34
36.567
4.计算部分
4.1已知的原始数据
负荷情况
负荷情况
0.4kV
10kV
35kV
最大负荷(MVA)
0.05
12
20
最小负荷(MVA)
0
8
1.5
功率因数
0.8
0.85
0.85
最大年利用小时(T)
6000
4000
5000
以上通过比较和计算知道电气主接线及其与系统的连接如图1所示:
图1主接线示意图
根据主接线方案图,本计算书对变电站内可能的三个短路点d1~d3进行三相短路电流计算。
系统为无穷大系统,阻抗标么值X1=0.7
变压器1B、2B:
S=31.5MVA
Ud1-2%=10.5,Ud1-3%=17,Ud2-3%=6
Ud1%=1/2(Ud(1-2)%+Ud(1-3)%-Ud(2-3)%)=1/2(10.5+17-6)=10.75;
Ud2%=1/2(Ud(1-2)%+Ud(2-3)%-Ud(1-3)%)=1/2(10.5+6-17)=-0.25;
Ud3%=1/2(Ud(2-3)%+Ud(1-3)%-Ud(1-2)%)=1/2(6+17-10.5)=6.25;
Ud%=Ud1%+Ud2%+Ud3%=10.75-0.25+6.25=16.75。
4.2负荷计算部分
(1)35KV侧
ΣP1=20MVA
ΣQ1=20×0.85=17MVA
(2)10KV侧
ΣP2=12MVA
ΣQ2=12×0.85=10.2MVA
(3)0.4KV侧
ΣP3=0.05MVA
ΣQ3=0.05×0.8=0.04MVA
ΣP=20+12+0.05=32.05MVA
ΣQ=17+10.2+0.04=27.24MVA
ΣP=20+12+0.05=32.05MVA
ΣQ=17+10.2+0.04=27.24MVA
所以:
ΣS=(32.052+27.242)1/2=42.062MVA
考虑到大概线损及同时率时的容量为:
ΣS1=42.062×0.8×1.05=35.33MVA
4.3三相短路电流计算
4.3.1稳态短路电流计算
计算各元件的电抗标么值并绘制等值电路图
以标么值进行计算,取基准容量Sj=1000MVA,则主接线中各元件的电抗标么值计算如下:
X1=0.7
变压器1B、2B:
X2=X5=
×(10.5+17-6)×
=3.41
X3=X6=
×(10.5+6-17)×
=0
X4=X7=
×(17+6-10.5)×
=1.98
据此,可画出等值电抗图如图2:
图2等值电抗图
图2可以进一步简化到图3
图3等值电抗图
在进行d1点短路电流计算时,将图3进行简化,得图4-1所示简化等值电抗图:
图4-1简化等值电抗图
在进行d2点短路电流计算时,将图3进行简化,得图4-2所示简化等值电抗图:
图4-2简化等值电抗图
在进行d3点短路电流计算时,将图3进行简化,得图4-3所示简化等值电抗图:
图4-3简化等值电抗图
d10=d7+d9=2.7
d11=d7+d9+d1=3.4
d12=d9(d1+d7)/(d9+d1+d7)=0.7
2.各短路点稳态电流计算
d1点短路:
I=
×
=7.17kA
d2点短路:
I=
×
=1.48kA
d3点短路:
I=
×
=7.17kA
4.3.2短路冲击电流计算
d1点短路冲击电流I=7.17kA×2.55=18.2835kA
d2点短路冲击电流I=1.48kA×2.55=3.774kA
d1点短路冲击电流I=7.17kA×2.55=18.2835kA
5.电力元件及载流导体的选择
5.1电力元件及载流导体的选择规定
电器及载流导体的选择设计,同样必须执行国家的有关技术经济政策并应做到技术先进,经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地,以满足电力系统安全经济运行的需要。
据原水电部86年颁布的《导体和电器选择设计技术规定SDGJ14--86》,对于导体和电器选择的规定如下:
(1)一般原则:
[5]
①应力求技术先进、安全适用、经济合理;
②应满足下常运行、检修、短路和过电压情况下的要求,并考虎运景发展;
③应按当地环境条件校核
④应与整个工食物中程的建设标准协调一致;
⑤选择的导体品种不宜太多;
⑥选用新产品应积极慎重。
新产品应有可靠的试验数据、并经主管单位鉴定合格。
(2)有关的几项规定;[5]
①母线的选择:
其在于确定母线的型式(包括母线材料、载面形状及母线布置方式)、载面积及主要结构尺寸(包括相间距离和绝缘子跨距)。
母线的选择中屋内装置常采用单片矩形铝母线;
②绝缘子的选择:
需要支持母线穿过楼板、隔墙或隔板时,应选用套管绝缘子。
不需穿墙过板的用支柱绝缘子。
上述两类都要按昭屋内屋外环境选择户内或户外式。
在从多的结构型式中,户内支柱式推荐采用多棱联合胶装型代替过去广泛使用的外胶装型。
户外则推荐棒式支柱型代替较陈旧的针式产品。
套管绝缘子在小型水电站中宜选用矩形铝导体的,以节约铜材和简化与铝母线的联接;
③断路器的选择:
其选型3—10kV屋内装置应优先选用轻型的户内少油式断路器,110kV电压等级使用少油式户外断路器,如SW4-110和SW6-110GA等;
④隔离开关的选择:
其选型,用于屋外配电装置,电压35-110kV的隔离开关现普遍使用GW4和GW5两个系列,用于户内的隔离开关6-10kV开关柜常用GN6、GN8和GN19等系列;
⑤高压熔断器的选择:
根据屋内外环境、电压等级和用途选型,户外式熔断器用作保护电压互感器,选择RN6或RN2型,它们均有6kV、10kV和35kV等电压等级,都属限流型;
⑥电压互感器的选择:
小型水电站一般采用电磁式电压互感器。
20kV及以下均为户内型。
35kV及以上的作成单相户外油浸式(35kV有若干户内浇注型),既用于户外,也用于户内。
110kV及以上的则是用瓷箱代替器身和出线套管的“串级型”;
⑦电流互感器的选择:
根据电流互感器在主接线中的配置与用途、选择其型式。
从技术要求上,型式选择在于:
根据配置地点和安装方式确定结构型式,即户内式或户外式、独立式或装入式、支持式或穿墙式;有适合测量或保护要求的相应准确级次;有合适的参数范围。
电压35kV及以上,如有适当的配套设备,应优先考虑选择装入式电流互感器以简化布置和节约投资,其不足之处是准确度级次较低。
5.2主要电气设备的选择
5.2.1高压断路器
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。
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
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