35kv变电所一次部分设计说明书.doc
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安徽理工大学毕业设计
本科毕业设计说明书
35KV变电所一次部分设计
THEPRIMARYDESIGNOF35KVSUBSTATION
学院(部):
电气与信息工程学院
专业班级:
电气工程########
学生姓名:
######
指导教师:
#######
2013年5月31日
38
摘要
设计内容主要包括主变设计、变压器容量和台数选择、短路电流计算、电气设备选择、配电装置、无功补偿等。
设计以实际负荷为依据,以变电所的最佳运行为基础,按照有关规定和规范,完成了满足该企业供电要求的35kV变电所一次部分设计。
设计中先对负荷进行了统计与计算,选出了所需的主变型号,然后根据负荷性质和容量及对供电可靠性要求拟定主接线方案。
考虑到短路对系统设备型号选择和整定的影响,设计中进行了短路电流计算。
设计中对主要高压电器设备进行了选择与校验,如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。
还进行了变电所的配电装置设计,并对低压侧进行无功补偿,提高了整个变电所效率。
关键词:
35kV变电站,一次部分设计,电气主接线,配电装置
THEPRIMARYDESIGNOF35KVSUBSTATION
ABSTRACT
Designspecificationcontentisdividedinto,includingthedesignofmaintransformertransformercapacityandtheNumbersshortcircuitcurrentcalculationofelectricalequipmentselectionreactivepowercompensationfordistributionequipmentetc.Thisdesignwasbasedontheactualload,onthebasisoftheoptimaloperationofthesubstation,shall,inaccordancewiththerelevantregulationsandspecification,andcompletedthe35kvsubstationthatcouldsatisfytherequirementoftheenterprisepowersupplyprimarydesign.
Designhascarriedonthestatisticsandcomputationtoloadfirst,choosetheneededforthemaintransformermodel,thenaccordingtothenatureoftheloadandthepowersupplyreliabilityrequirementsdrawnupthemainwiringdesign,consideringtheseriouseffectofshortcircuitonthesystem,alsointhedesignofshortcircuitcalculationwascarriedoutinthedesignofthemainhighvoltageelectricalequipmentselectionandcalculation,suchasdisconnectingswitchcurrenttransformervoltagetransformerandthepowerdistributionandreactivepowercompensation,andimprovetheefficiencyofthewholesubstation.
KEYWORDS:
35kvsubstation,apartofthedesign,mainelectricalconnection,powerdistributionunit
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1主变设计 1
1.1变压器容量和台数选择 1
1.2负荷计算 1
1.3主变压器型号选择 1
1.4主接线设计 2
1.4.1主接线设计原则和要求 2
1.4.2主设计接线的方案选择 4
2短路电流 6
2.1计算短路电流目的 6
2.2短路电流计算条件 6
2.3短路电流危害 6
2.4短路电流防范措施 6
2.5短路电流计算 7
3导体和电气设备的选择 10
3.1变电所电气设备 10
3.1.1电器开关开端电路时的电弧 10
3.1.2高压断路器 10
3.1.3隔离开关 11
3.1.4仪用互感器 13
3.2电气设备选择的一般条件 13
3.3导线截面的选择 15
3.3.1导线截面选择的条件 15
3.3.2导线型号选择 16
3.3.3高压断路器和隔离开关的选择 17
3.3.4电流、电压互感器选择 21
4配电装置 25
4.1概述 25
4.2屋内配电装置 25
4.2.1屋内配电装置分类 25
4.2.2屋内配电装置一般要求及防火、蓄油措施 25
4.2.3屋内配电装置特点 26
4.3屋外配电装置 26
4.3.1屋外配电装置分类 26
4.3.2屋外配电装置的特点 27
4.4屋内配电装置配置图 27
5无功补偿 28
5.1无功补偿基本原理 28
5.2无功功率对电网产生的作用和不利影响 28
5.3无功补偿的具体实现方式和意义 28
5.4电网中常用的无功补偿及注意问题 29
5.5配电网无功补偿的主要方式 29
5.610KV母线侧无功补偿容量计算 31
结论 32
参考文献 33
致谢 35
1主变设计
1.1变压器容量和台数选择
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。
他的确定除依据传递容量基本原始资料外,还应根据电力系统5—10年发展计划,输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的精密程度等因素,进行综合分析和合理选择。
如果变压器容量选得过大,台数过多,不仅增加投资,增大占地面积,而且也增加了运行电能损耗,设备未能充分发挥效益;若容量选择过小,将可能封锁发电机剩余功率的输出或者满足不了变电站负荷的需要。
这在技术上是不合理的,因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资、为此,在选择发电厂主变压器时要充分考虑。
为保证供电可靠性,接于母线上的主变压器不应少于2台,需考虑不少于5年负荷的逐年发展。
1.2负荷计算
(1)负荷计算的目的
在变电所设计中,通过广泛的负荷调查,掌握了该变电所供电范围内的全部用电设备的额定容量,那么这些设备容量的总和是否就等于计算负荷呢?
显然不是!
这是因为用电设备不可能全部运行,其中一定有些设备处于检修状态,有些停止工作,有些处于空载或轻载运行等等,况且每台设备也不可能全部满负荷,各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。
因而,计算负荷的确定是否合理,直接影响到电气设备选择的合理性、经济性。
如果计算负荷确定的过大,将使电气设备选的过大,造成投资和有色金属的浪费;而计算负荷确定的过小,则电气设备运行时电能损耗增加,并产生过热,使其绝缘老化,甚至烧毁,造成经济损失。
因此,考虑以上种种因素,可知在工程设计中计算负荷通常比设备容量总和要小些,并应根据不同的情况,选择正确的计算方法来确定计算负荷,之后根据计算负荷选择变压器的容量及有关电气设备
由给出的原始资料知:
其总负荷为:
+=4750KVA
考虑同时率:
4750=4512.5KVA
1.3主变压器型号选择
综合考虑,选择2个主变压器,其型号都为s9-2500/35型号的变压器。
其%=6.5%
表1-1s9-2500/35型号的变压器具体参数
型号
额定容量
(KVA)
额定电压(kV)
损耗(w)
连接组别
空载电流(%)
阻抗电压(%)
高压
低压
空载
短路
S9-2500/35
2500
10.5
3100
21500
Yd11
0.75
6.5
资料来源:
熊信银.发电厂电气部分[M].北京:
中国电力出版社,2009.
1.4主接线设计
1.4.1主接线设计原则和要求
电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。
它与电力系统,电厂动能参数、本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关,并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。
因此,主接线设计,必须结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况,全面分析有关影响因素,正确处理它们之间的关系,经过技术、经济比较,合理地选择主接线方案。
电气主接线设计的基本原则是以设计书为依据,以国家经济建设的方针,政策、技术规定、标准为准绳,结合工程实际情况,在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下,兼顾运行、维护方便,尽可能的节省投资,就近取材,力争设备元件和设计的先进性与可靠性,坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
1)考虑变电站所在电力系统中的地位和作用
变电所所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。
变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所,由于它们在电力系统中地位和作用不同,对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。
2)考虑近期和远期的发展规模
变电所主接线设计应根据5至10年电力系统的发展规划进行。
应根据负荷的大小和分布、负荷的增长速度、以及地区网络情况和潮流分布,并分析各种可能的运行方式,来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。
3)考虑负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响
对一级负荷,必须有两个独立电源供电,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;对三级负荷,一般只需一个电源供电。
4)考虑主变台数对主接线的影响
变电所主变的容量和台数,对变电所主接线的选择将产生直接的影响。
通常对大型变电所,由于其传输容量大,对供电可靠性要求高,因此,其对主接线的可靠性、灵活性要求也高。
二容量小的变电所,其传输容量小,对主接线的可靠性、灵活性要求低。
5)考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响
发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电,适应负荷突增、设备检修、故障停运等情况下的应急要求。
电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同,例如,当断路器或母线检修时,是否允许线路、变压器停运;当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等,都直接影响主接线的形式。
主接线设计的基本要求
对变电所电气主接线的基本要求,概括的说应该包括可靠性、灵活性和经济性三方面。
1)可靠性
所谓可靠性是指主接线能可靠的工作,以保证对用户不间断的供电。
衡量可靠性的客观标准是运行实践。
经过长期运行实践的考验,对以往所采用的主接线经过优选,现今采用主接线的类型并不多。
主接线的可靠性是它的各组成元件,包括一、二次部分在运行中可靠性的总和。
因此,不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响,还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。
同时,可靠性并不是绝对的,而是相对的。
一种主接线对某些变电所是可靠的,而对另一些变电所可能是不可靠的。
主接线可靠性的具体要求是:
a断路器检修时不影响供电;
b线路、断路器、母线故障和检修时,尽量减少停运线路的回数和停运时间并保证对一级负荷和全部或大部分二级负荷的供电。
c变电所全部停电的可能性应避免;
d有些国家以每年用户不停电时间的百分比来表示供电可靠性,先进的指标都在99.9%以上。
2)灵活性
主接线应满足在调度,检修及扩建时的灵活性:
a调度时:
可以灵活的投入和切除变压器、线路,调配电源和负荷;能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。
b检修时:
可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备,进行安全检查,且而不至影响电力网的运行和对用户的供电。
c扩建时:
可以容易的从初期过渡到终期接线,使在扩建时,无论一次和二次设备改造量最小。
3)经济性
经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。
1.4.2主设计接线的方案选择
方案一
图1-135KV母线采用双母线接线
方案二:
图1-235KV母线采用单母线分段接线
表1-2接线方案对比
单母线分段
双母线接线
可靠性
对重要用户可以从不同分段引出两回馈电线路,由两个电源供电。
当一条母线发生故障是能保证另一条母线的正常供电。
供电可靠性较高。
供电可靠,母线分段使检修任一回路都不用停电。
灵活性
接线简单清晰,运行操作方便。
接线相对复杂,调度灵活
经济性
少用了断路器、隔离开关,占地面积小,较经济。
双母接线占地面积大,土建投资大,所用的隔离开关多。
不够经济。
资料来源:
熊信银.发电厂电气部分[M].北京:
中国电力出版社,2009.
但对于35KV母线其可靠性一定要高,选择方案一。
2短路电流
2.1计算短路电流目的
短路电流计算的目的主要有以下几方面:
1)选择导体和电气设备,如断路器、互感器、电抗器、母线等;
2)在设计和选择电力系统和电气主接线时,为了比较各种不同的方案的接
确定是否采用限制短路电流的措施等,都要进行必要的短路计算;
3)为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确确定其参数,必须对电
网发生的各种短路进行计算和分析;
4)验算接地装置的接触电压和跨步电压;
5)为确定送电线路对附近通信线路电磁危险的影响提供计算资料。
2.2短路电流计算条件
1)假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多。
具体规定:
对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。
2)在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻。
3)短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。
2.3短路电流危害
电力系统中出现短路故障时,系统功率分布的忽然变化和电压的严重下降,可能破坏各发电厂并联运行的稳定性,使整个系统解列,这时某些发电机可能过负荷,因此,必须切除部分用户。
短路时电压下降的愈大,持续时间愈长,破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。
短路电流的限制措施为保证系统安全可靠地运行,减轻短路造成的影响,除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外,还应尽快地切除短路故障部分,使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。
2.4短路电流防范措施
1)是做好短路电流的计算,正确选择及校验电气设备,电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。
2)是正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流,采用速断保护装置,以便发生短路时,能快速切断短路电流,减少短路电流持续时间,减少短路所造成的损失。
3)是在变电站安装避雷针,在变压器四周和线路上安装避雷器,减少雷击损害。
4)是保证架空线路施工质量,加强线路维护,始终保持线路弧垂一致并符合规定。
5)是带电安装和检修电气设备,注重力要集中,防止误接线,误操作,在带电部位距离较近的部位工作,要采取防止短路的措施。
6)是加强治理,防止小动物进入配电室,爬上电气设备。
7)是及时清除导电粉尘,防止导电粉尘进入电气设备。
8)是在电缆埋设处设置标记,有人在四周挖掘施工,要派专人看护,并向施工人员说明电缆敷设位置,以防电缆被破坏引发短路。
9)是电力系统的运行、维护人员应认真学习规程,严格遵守规章制度,正确操作电气设备,禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸。
线路施工,维护人员工作完毕,应立即拆除接地线。
要经常对线路、设备进行巡视检查,及时发现缺陷,迅速进行检修。
2.5短路电流计算
根据给定材料,进行短路电流计算,计算步骤如下:
计算元件参数:
取=10000KVA=35KV=10KV
电源电抗:
=0.4
=0.27
变压器电抗:
=0.26
输电线路:
35KV侧:
20=0.07
出线一:
5=0.2
出线二:
8=0.32
出线三:
3=0.12
出线四:
1.5=0.06
出线五:
1.5=0.06
出线六:
2.5=0.1
计算转移电抗
当35KV侧母线短路时,
易知等值电源的转移电抗为0.4+0.07=0.47
等值电源的转移电抗为0.27+0.07=0.34
当10KV母线侧短路时,
易知等值电源的转移电抗为
易知等值电源的转移电抗为
求各等值电源的计算电抗:
35KV母线侧:
=0.47=0.94
=0.34=1.02
10KV母线侧:
=0.78=1.56
=0.56=1.68
(4)查计算曲线数字表,求短路电流周期分量的标幺值。
(查汽轮发电机的计算曲线)
表2-135KV母线侧短路电流值
短路计算时间/s
电流值/KA
S1(0.94)
S2(1.02)
短路点总电流/KA
0
标幺值
1.1
0.9
0.995
有名值
0.644
0.351
1
标幺值
1.05
1.04
1.02
有名值
0.614
0.406
2
标幺值
1.2
1.13
1.143
有名值
0.702
0.441
资料来源:
熊信银.电力系统工程基础.[M].武汉:
华中科技大学出版社,2002.
表2-210KV母线侧短路电流值
短路计算时间/s
电流值/KA
S1(1.56)
S2(1.68)
短路点总电流/KA
0
标幺值
0.66
0.62
2.213
有名值
1.361
0.852
1
标幺值
0.68
0.64
2.282
有名值
1.402
0.880
2
标幺值
0.68
0.64
2.282
有名值
1.402
0.880
资料来源:
熊信银.电力系统工程基础.[M].武汉:
华中科技大学出版社,2002
3导体和电气设备的选择
3.1变电所电气设备
变电所是电力网的重要组成部分,它的任务是汇集电源、升降电压、分配电能。
它的类型除了按升压、降压分类外,还可以按设备布置的地点分为户外变电所和户内变电所及地下变电所等。
若按变电所的容量和重要性还可分为枢纽变电所、中间变电所、和终端变电所。
枢纽变电所一般容量较大,处于联系电能系统各部分的中枢位置,地位重要。
中间变电所则处于发电厂和负荷中心之间,从这里可以转送或抽引一部分电荷。
终端变电所一般是降压变电所,它只负责供应一个局部地区或一个用户的负荷而不承担功率的转送。
3.1.1电器开关开端电路时的电弧
在变电所中用量最大的电器是开关电器,而开关电器开断电路的主要问题是灭弧。
当开关电器断开电路时,触头间就会产生电弧,电弧是高温高导电率的游离气体,它不仅对触头有很大的破坏作用,并且加长了电路的断开时间。
如果电弧持续时间过长,将会引起电器烧毁,并形成相间短路,危害电能系统的安全。
所以切断电路时必须尽快熄灭电弧。
交流开关的灭弧措施主要有以下几种方法。
1)提高触头的分离速度。
2)利用高速气体或油吹灭弧。
3)采用多断口把电弧分成许多短弧来灭弧。
4)利用磁吹线圈使电弧不断移动与拉长来灭弧。
5)采用介质强度高的新弧隙介质,如六氟化硫来灭弧。
3.1.2高压断路器
高压断路器(或称高压开关)它不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流,而且当系统发生故障时通过继电器保护装置的作用,切断过负荷电流和短路电流,它具有相当完善的灭弧结构和足够的断流能力,可分为:
油断路器(多油断路器、少油断路器)、六氟化硫断路器(SF6断路器)、真空断路器、压缩空气断路器等。
高压断路器在高压电路中起控制作用,是高压电路中的重要电器元件之一。
断路器用于在正常运行时接通或断开电路,故障情况在继电保护装置的作用下迅速断开电路,特殊情况(如自动重合到故障线路上时)下可靠地接通短路电流。
高压断路器是在正常或故障情况下接通或断开高压电路的专用电器。
断路器的工作状态(断开或者闭合)是由他的操动机构控制的。
高压负荷开关、高压隔离开关和高压断路器的区别:
1)高压负荷开关是可以带负荷分断的,有自灭弧功能,但它的开断容量很小很有限。
2)高压隔离开关一般是不能带负荷分断的,结构上没有灭弧罩,也有能分断负荷的高压隔离开关,只是结构上与负荷开关不同,相对来说简单一些。
3)高压负荷开关和高压隔离开关,都可以形成明显断开点,大部分高压断路器不具隔离功能,也有少数高压断路器具隔离功能。
4)高压隔离开关不具备保护功能,高压负荷开关的保护一般是加熔断器保护,只有速断和过流。
5)高压断路器的开断容量可以在制造过程中做的很高。
主要是依靠加电流互感器配合二次设备来保护。
可具有短路保护、过载保护、漏电保护等功能。
高压断路器的主要结构大体分为:
导流部分,灭弧部分,绝缘部分,操作机构部分。
高压开关的主要类型按灭弧介质分为:
油断路器,空气断路器,真空断路器,六氟化硫断路器,固体产气断路器,磁吹断路器。
按操作性质可分为:
电动机构,气动机构,液压机构,弹簧储能机构,手动机构。
1)油断路器。
利用变压器油作为灭弧介质,分多油和少油两种类型。
2)六氟化硫断路器。
采用惰性气体六氟化硫来灭弧,并利用它所具有的很高的绝缘性能来增强触头间的绝缘。
3)真空断路器。
触头密封在高真空的灭弧室内,利用真空的高绝缘性能来灭弧。
4)空气断路器。
利用高速流动的压缩空气来灭弧。
5)固体产气断路器。
利用固体产气物质在电弧高温作用下分解出来的气体来灭弧。
6)磁吹断路器。
断路时,利用本身流过的大电流产生的电磁力将电弧迅速拉长而吸人磁性灭弧室内冷却熄灭。
3.1.3隔离开关
隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器,顾名思义,是在电路中起隔离作用的它本身的工作原理及结构比较简单,但是由于使用量大,工作可靠性要求高,对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。
刀闸的主要特点是无灭弧能力,只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。
隔离开关用途是:
1)分闸后,建立可靠的绝缘间隙,将需要检修的设备或线路与电源用一个明显断开点隔开,以保证检修人员和设备的安全。
2)根据运行需要,换接线路。
3)
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