110kv终端变电站一次系统设计毕业论文.doc
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110kV降压变电所电气初步设计
摘要:
变电所是电力配送的重要环节,变电所设计质量的好坏,直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。
为满足城镇负荷日益增长的需要,提高对用户供电的可靠性和电能质量,本文设计建设一座110kV降压变电所,主要是对该变电所的电气一次部分进行设计、计算。
由于电气主接线是变电所的主要环节,本文选出数个电气主接线方案进行了技术经济综合比较,确定了一个较佳方案,并根据此方案对全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护等,进行了详细的设计和说明。
本设计分为两部分:
第一部分为设计说明书,说明书中介绍了个所选电气设备型号,技术参数等。
第二部分为设计计算书,计算书中主要是对所选短路点进行短路电流计算及设备选型和校验。
关键词:
变电所电气主接线电气设备配电装置继电保护
110kVStepdownSubstationElectricPreliminaryDesign
ABSTRACT:
Substationistheimportantlinkofelectricpowerdistribution.Designingqualityofsubstationisdirectlyreferredtothesecurity,stabilization,flexibilityandeconomicaloperationofelectricsystem.Inordertofeedtheevergrowingcitiesandtowns’loadrequirements,enhancethereliabilityandqualityofpowersupplytoconsumers,thisthesisdesignsan110kVstepdownsubstationanditselectricprimarypart.
Duetothefactthatmainelectricalschemeisthemainpartofsubstation,thisthesissyntheticallycomparesseveralmainelectricalschemesfromtechnicalandeconomicaspectsandpicksuponepreferablescheme.Accordingtothechosenscheme,detaileddesignandinstructionarecarriedoutabouttheelectricapparatusselection,distributionequipmentarrangement,relayprotection,andsoforth.
Thisthesisconsistoftwoparts,thefirstpartisdesignspecification,whichintroducestheselectionelectricapparatus’type,technicalparameter,etc;thesecondpartisdesigncalculation,whichconductsshortcircuitcurrentcalculation,equipmentlectotype,andverificationontheselectionshortdot.
KeyWords:
substation,mainelectricalscheme,electricapparatus,distributionequipment,relayprotection
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目录
中文摘要……………………………………………………………………………………I
英文摘要…………………………………………………………………………………..Ⅱ
第一部分设计说明书 1
1电气主接线设计 1
1.1变压器的选择 1
1.1.1主变压器的选择 1
1.1.2站用变压器的选择 1
1.2电气主接线概述 2
1.3110kV侧接线方式的选取 3
1.410kV侧接线方式的选取 5
2短路电流计算 8
2.1短路电流概述 8
2.2电网的等值电路图 9
2.3短路电流计算结果 9
2.3.1三相对称短路电流计算结果 9
2.3.2110kV不对称短路计算结果 10
3电气设备的选择 11
3.1发电厂主要电气设备 11
3.2断路器的选择 11
3.3隔离开关的选择 12
3.4互感器的选择 13
3.4.1电流互感器的选择 14
3.4.2电压互感器的选择 14
3.5高压熔断器的选择 15
3.6母线的选择 16
3.7绝缘子和穿墙套管的选择 16
4继电保护规划 17
5防雷规划 18
6配电装置规划 21
6.1配电装置概述 21
6.2配电装置设计 22
第二部分计算书 25
1短路电流计算 25
1.1等值电路图 25
1.2参数化简 25
1.3短路电流的计算 26
1.3.1三相对称短路 26
1.3.2110KV侧不对称短路 32
2电气设备的选择 35
2.1断路器的选择 35
2.1.1110kV侧断路器的选择 35
2.1.210kV侧断路器的选择 37
2.2隔离开关的选择 41
2.2.1110kV侧隔离开关的选择 41
2.2.210kV侧隔离开关的选择 42
2.3互感器的选择 44
2.3.1110kV侧互感器的选择 44
2.3.210kV侧互感器的选择 45
2.4母线的选择 49
2.4.1110kV侧母线的选择 49
2.4.210kV侧母线的选择 51
参考文献 56
附录 57
附录1英语原文 57
附录2汉语翻译 61
附录3变电所电气主接线图 65
附录4继电保护装置配置图 66
第一部分设计说明书
1电气主接线设计
1.1变压器的选择
1.1.1主变压器的选择
根据原始资料:
1.变电所类型:
110KV终端变电站
2.电压等级:
110/10kv
3.负荷情况:
10kv侧:
最大负荷:
26MW最小负荷:
15MW
cosф=0.85Tmax=5000h负荷类型:
一、二类,90%
变压器采用有载调压双绕组电力变压器,为了满足用户最大负荷,则计算变压器容量为:
Se=26MW/0.85=30588KVA
同时给变压器留有一定的裕度则取:
Se=30588*1.2=36706KVA
现有三种方案:
(1)、根据负荷要求选用一台变压器,型号为三相双绕组SZ10—40000KVA/110。
(2)、根据负荷要求选用两台变压器,型号均为三相双绕组SZ10—40000KVA/110。
(3)、根据负荷要求选用两台变压器,一台型号为SZ10—40000KVA/110,另一台型号为SZ10—20000KVA/110。
现对三种方案进行比较:
优点
缺点
方案一
价格经济,满足符合需求,能够良好的给用户供电。
若一台机故障时没有备用变压器。
方案二
互为备用,平时正常运行,当一台故障时,另一台能够承但变电站的全部负荷。
造价昂贵
方案三
每台工作变压器在不满载状态下运行,当任意一台变压器因故障被断开后,其站用部分负荷则由完好的另一台变压器承担。
在系统N-1方式下运行不能满足负荷要求同时若一台机故障时则要求切除相应线路,造成部分地区停电现象。
为了满足系统N—1的运行方式,以保证电网安全运行为前提,故选择方案二。
查《35-110kV变电所设计规范》选择SZ10—40000/110型号的变压器,连接组别为YN,d11。
其技术参数:
表1-1所选主变压器的技术参数
额定容量(KVA)
额定电压(KV)
阻抗电压(%)
空载损耗(KW)
空载电流(KA)
连接组别
频率
高
低
40000
110±8×1.25%
10.5
10.5
40.4
0.58%
YNd11
50HZ
主变压器的接地方式采用直接接地方式,此接地方式过电压较低,绝缘水平可下降,减少了设备造价,经济效益显著。
变电所绕组连接方式:
变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致。
电力系统采用的绕组连接方式只有Y和△,我国110kV及以上电压,变压器绕组采用Y连接。
35kV亦采用Y连接。
35kV以下电压,变压器绕组都采用△连接。
所以本设计110kV侧、10kV侧绕组分别采用Y、△连接。
1.1.2站用变压器的选择
因站用负荷较重要,为提高站用电的可靠性和灵活性,需装设一台站用变压器。
站用变压器容量选择的要求:
站用变压器的容量应满足经常的负荷需要和留有10%左右的裕度,以备加接临时负荷之用。
根据要求站用变容量按主变容量的(0.5~1.0)%进行选择,这里应该取1.0%进行计算以确保站用电。
S=40000×1.0%=400KVA。
考虑到目前我国配电变压器生产厂家的情况和实现电力设备逐步向无油化过渡的目标,可选用干式变压器。
站用变压器的技术参数如下表所示:
表1-2所选站用变压器的技术参数
型号
额定容量
连接组标号
额定电压(kV)
损耗(kW)
阻抗电压(%)
空载电流
高压
低压
空载
负载
SG10-400/10
400
Y,yn0
10
0.4
0.80
5.22
4
1.3
1.2电气主接线概述
在发电厂和变电所中,发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备,以及将它们连接在一起的高压电缆和母线,构成了电能生产、汇集和分配的电气主回路。
这个电气主回路被称为电气一次系统,又叫做电气主接线。
用规定的设备图形和文字符号,按照各电气设备实际的连接顺序而绘成的能够全面表示电气主接线的电路图,称为电气主接线图。
发电厂、变电站的电气主接线可有多种形式。
选择何种电气主接线,是发电厂,变电站电气部分设计中的最重要问题。
主接线的确定对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接影响。
对电气主接线设计的基本要求是可靠性、灵活性和经济性。
(1)可靠性要求
供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力,现在已经可以进行定量的评价。
电气主接线不仅能保证在正常运行时,还要考虑到检修和事故时,都不能导致一类负荷停电,一般负荷也要尽量减少停电时间。
为此,应考虑设备的备用,并有适当的裕度,此外,选用高质量的设备也能提高可靠性。
(2)灵活性要求
满足调度时的灵活性要求,灵活地投入和切除发电机、变压器和线路,灵活地调配电源盒负荷,满足系统正常运行的需要;满足检修时的灵活性要求,在某一设备需要检修时,应能方便地将其退出运行,并使该设备与带点运行部分有可靠的安全隔离,保证检修人员检修时方便和安全;满足扩建时的灵活性要求,从初期的主接线过度到最终的主接线,每次过渡都应比较方便,改建的工程不大。
(3)经济性要求
在主接线满足必要的可靠性和灵活性的前提下,应尽量做到经济合理。
努力节省投资,高压设备的数量力求较少,不必有多余的设备,减少出线电缆的截面,继电保护和二次回路不过分复杂,以节省二次设备和控制电缆,主变压器的型号、容量、台数的选择要经济合理,尽量少占土地。
1.3110kV侧接线方式的选取
方案一单母线分段兼旁路接线
接线特点:
优点:
当检修在一出线断路器时,可不中断该路的供电,即合上旁路断路器两侧隔离开关后再合上该断路器,使旁路母线带电,再合上欲检修的出线断路器所在回路的旁路隔离开关,然后断开被检修的断路器及其两侧的隔离开关,对其进行检修,在正常运行情况下,旁路母线不带电,主接线系统可并列运行也可分列运行,运行方式比较灵活,这种接线方式广泛应用于出线回路不多的场合。
缺点:
配电装置布置稍复杂,多装了价高的断路器和隔离开关,增加了投资。
这种接线除非供电可靠性有特殊需要时才应用。
方案二单母线分段接线
接线特点:
优点:
用断路器把母线分段后,重要负荷可分别从两段母线上个引出一条供电线路,就保证了足够的供电可靠性。
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大面积停电。
而且单母线分段接线接线简单,经济方便,可靠性适中。
当110kV配电装置总出线回路数为3~4回时适用。
缺点:
单母分段供电无单母线分段间旁路接线可靠性高。
当任一段母线或某一台母线隔离开关故障及检修时,自动或手动跳开分段断路器,仅能保证一半线路的供电。
扩建时需向两个方向均衡扩建。
方案一中采用单母线分段带旁母接线虽调度灵活,运行可靠性高,但投资较大、接线复杂。
方案二中采用单母线分段,该接线简单清晰,投资略小。
并且把两个供电系统的四回进线分别接于隔离开关的两侧,提高了供电的可靠性。
综合考虑,选择方案二。
1.410kV侧接线方式的选取
方案一单母线接线
接线特点:
优点:
单母线接线的主要优点是接线简单清晰,所用电器设备少,操作方便,便于扩建,配电装置造价便宜。
缺点:
单母线接线可靠性不高,不够灵活。
母线和母线隔离开关故障或检修时全部回路均需停电,任一断路器检修时,其所在回路也将停电。
只能用于某些出线回路较少。
方案二单母线分段接线
单母线接线特点及接线图详情见2.1所述。
10kV侧在方案一中采用单母线接线,方案二中采用单母分段,增加了一个断路器和两个隔离开关,增大了供电的可靠性。
经比较,故采用方案二。
2短路电流计算
2.1短路电流概述
“短路”是电力系统中常发生的一种故障。
所谓的短路是指电网中某一相导体未通过任何负荷而直接与另一相导体或“地”相碰触。
电网正常运行的破坏大多数是由短路故障引起的,危害很大。
(1)形成短路的原因
电气设备载流部分绝缘的损坏是形成短路的主要原因。
绝缘材料因时间太长而老化、操作过电压或雷击过电压、机械力损伤等,均可导致电气设备绝缘的损坏。
此外,人员的不正确操作,如带负荷拉刀闸、未拆除接地线就送电等,也是造成短路的重要原因。
还有暴风雪、冰雹以及地震等自然灾害和动物误碰,也常常导致短路故障。
(2)短路的危害
短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害。
在发生短路时,由于电源供电回路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程使短路回路的短路电流值大大增加,可能超过该回路额定电流许多倍;短路发生时要产生很大的点动力和很高的温度,使故障元件和短路电路中的其他元件收到损害和破坏,甚至引发火灾事故;短路时保护装置动作,将故障电路切除,从而造成停电,而且短路点越靠近电源停电范围越大,造成的损失也越大。
(3)短路的类型
短路故障分为对称短路和不对称短路。
三相短路是对称性短路,造成的危害最为严重,但发生三相短路的机会较少。
其他种类的短路都属于不对称短路,产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘火相对地绝缘损坏。
其中单项短路发生的机会最多,约占短路总数的70%以上。
电力系统中发生单相短路的可能性最大,而发生三相短路的可能性最小,但一般情况下特别是远离电源的工厂供电系统中,三相短路等的短路电流最大,因此造成的危害也越大,为了使电力系统的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠工作,因此作为选择和校验电气设备的短路计算中,以三相短路计算为主。
(4)短路电流计算的目的
短路问题是电力技术方面的基本问题之一。
为了保证电力系统安全运行,在设计选择电气设备时,都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验,以保证该设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和电动力的巨大冲击。
同时,为了尽快切断电源对短路点的供电,继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。
继电保护装置的整定和断路器的选择,也需要准确的短路电流数据。
2.2电网的等值电路图
经过求解各个电气元件的阻抗值,可得该电网的等值电路图如下所示:
110KV10KV
S0.33683
0.180.33683
.
.
.
图2-1电网等值电路图
2.3短路电流计算结果
2.3.1三相短路电流计算结果
为校验各种电气设备,必须找出可能出现的最严重的短路电流。
经分析,发现在空载线路上且恰好当某一相电压过零时刻发生三相短路,在该相中就会出现最为严重的短路电流。
根据本变电所电源侧的发展规划,计算出系统最大运行方式下的短路电流,其三相短路电流计算结果如下表所示:
表2-1三相短路电流计算结果
短路地点
系统运行方式
单台主变运行时参考值(一次值;单位kA)
两台主变并列运行时参考值分流值(一次值;单位kA)
冲击电流
d1
大方式
I=2788.89
小方式
I=2415.18
d2
大方式
I=971.3
小方式
I=841.15
d3
大方式
I=971.3
小方式
I=841.15
d4
大方式
I=1440.81
I=720.4
小方式
I=1247.7
I=623.87
两相短路、两相短路接地和单相短路,都属于不对称短路故障。
发生不对称短路的机会远比发生三相短路的机会多,尤其是单相短路(接地)故障,约占全部短路故障中的70%以上。
不对称短路的计算,一般都采用对称分量法和正序增广网络法。
各电压等级的最大短路电流均在断路器一般选型能力(20kA)之内,所以不必采用价格昂贵的重型设备或者采取限制短路电流的措施。
3电气设备的选择
3.1发电厂主要电气设备
在发电厂和变电所中,根据电能生产、转换和分配等各环节的需要,配置了各种电气设备。
根据它们在运行中所起作用不同,通常将它们分为电气一次设备和电气二次设备。
直接参与生产、变换、传输、分配和消耗电能的设备称为电气一次设备。
主要有进行电能生产和变换的设备、接通断开电路的开关电器、限制过电流或过电压的设备、载流导体及其绝缘设备等。
为了保证电气一次设备的正常运行,对其运行状态进行测量、监视、控制、调节、保护等的设备称为电气二次设备。
主要有各种测量表计、继电保护及其自动装置、直流电源设备等。
不同类别的电气设备承担的任务和工作条件各不相同,因此它们的具体选择方法也不相同。
但是,为了保证工作的可靠性及安全性,在选择它们时的基本条件是相同的,这些设备的任务是保证变电所安全、可靠的供电,即按正常工作条件选择,按短路条件校验其动稳定和热稳定,对于断路器、熔断器等还要校验其开断电流的能力。
并且在此前提下,适当地留有裕度,力求在经济上进行节约。
3.2断路器的选择
高压断路器是电力系统中最重要的开关设备,它既可以在正常情况下接通或断开电路,又可以在系统故障情况下自动地迅速断开电路,断开电路时会在断口处产生电弧,为此断路器设有专门的灭弧装置,灭弧能力是断路器的核心性能。
其选择的好坏,不但直接影响变电所正常状态下运行,而且也影响在故障条件下是否能可靠地分析。
断路器的种类很多。
按其采用的灭弧介质分有油(oil)断路器,六氟化硫(SF6)断路器,真空(vacuum)断路器,以及压缩空气断路器、磁吹断路器等。
按安装场所又分为户内式和户外式。
其应用最为广泛的是油断路器。
而油断路器按其油量多少和油的功能分为多油(high-oilcontent)少油(low-oilcontent)两大类。
多油断路器的油量多,其油一方面作为灭弧介质,另一方面又作为相对地(外壳)甚至相与相之间的绝缘介质。
少油断路器的油量很少,其油只作为灭弧介质,其外壳通常是带电的。
一般35KV及以下的户内配电装置中现在都采用少油断路器。
断路器的全型号表示的含义:
S─少油式D─多油式
Z─真空式G─改进式
L─SF6式N─户内式
W─户外式
断路器的选择内容包括:
(1)选择型式;
(2)选择额定电压;(3)选择额定电流;(4)校验开端能力;(5)校验动稳定;(6)校验热稳定。
其断路器的选择如下表所示:
表3-1断路器选择结果
设备选型
计算数据
技术数据
UN(kV)
Igmax(A)
Qk(kA2s)
UN(kV)
IN(A)
(kA2s)
LW4-110/1000
110
110.22
40.386
110
1000
1024
ZN10-10I/630
10
285.279
425.662
10
630
512
3.3隔离开关的选择
隔离开关俗称刀闸,它主要是隔离高压电源,以保证其他设备和线路的安全检修其结构特点断开后有明显可见的断开间隙,而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的,能充分保障人身和设备的安全。
但是隔离开关没有专门的灭弧装置因此它不允许带负荷操作。
然而可通断一定的小电流。
隔离开关按安装地点,分户内式和户外式两大类。
隔离开关没有灭弧装置,故无开断电流技术数据。
隔离开关的用途有以下几个方面:
(1)隔离电压。
在检修电气设备时,将隔离开关打开,形成明显可见的断点,使带电部分与被检修部分隔开,以确保检修安全。
(2)可接通或断开很小的电流。
如电压互感器回路,励磁电流不超过2A的空载变压器回路及电容电流不超过5A的空载线路等。
(3)可与断路器配合或单独完成倒闸操作。
隔离开关的型号表示的含义:
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