110kV降压变电所电气一次系统设计文档格式.doc
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2.2.2主变压器形式的选择原则 5
第3章负荷计算 6
3.1负荷概述 6
3.2负荷计算 6
第4章电气主接线设计 11
4.1电气主接线设计概述 11
一、对电气主接线的基本要求 11
二、变电站电气主接线的设计原则 12
三、电气主接线设计步骤 13
第5章短路计算与保护 18
5.1短路 18
5.2继电保护的基本知识 22
一、110kv线路的继电保护配置及整定计算 22
1110kV线路继电保护配置 22
2110kV线路继电保护整定计算 23
二、变压器的继电保护及整定计算 28
1、变压器的继电保护 28
2、变压器的继电保护整定计算 29
3、母线保护 32
5.3防雷保护设计 34
参考文献 41
致谢 42
附录A 43
变压器继电保护图A1 43
第1章概述
1.1毕业设计目的
设计中涉及“发电厂电气部分”、“电力系统分析”、“电力系统继电保护”等课程有关内容,通过设计培养学生综合运用所学知识分析、解决本专业领域工程技术问题的能力;
培养学生独立自学能力;
使学生受到工程师的基本训练,即工程设计和科学研究的初步能力;
包括:
调查研究、搜集资料(含文献检索);
方案论证、技术方案的计划与实施;
理论分析、设计和计算;
撰写学术论文或设计说明书等的能力。
1.2毕业设计内容
主变压器选择;
变电所电气主接线设计;
短路电流计算;
电气设备选择(母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器);
配电装置设计;
继电保护设计;
防雷保护设计;
绘制电气主接线图,绘制配电装置平面图及直击雷保护范围图。
1.进行10kV变电所扩大初步设计;
2.完成任务书中的全部内容;
3.绘制变电所电气主接线图;
4.绘制配电装置平面图及直击雷保护范围图;
5.毕业设计说明书按统一格式打印装订成册;
6.说明书文字在1万字以上,语言通顺简练,图表画法符合国家标准;
7.完成与设计有关的英文资料翻译;
1.3发展趋势
我国变电站设计的发展趋势依据我国的国情,以及我国多年来积累的关于变电站设计的实践和经验,可以看出我国变电站设计的发展趋势有以下几个方面。
我国电力建设经过多年的发展,系统容量越来越大,短路电流不断增大,对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高;
而随着科学技术的高速发展,制造、材料行业,尤其是计算机及网络技术的迅速发展,电力系统的变电技术也有了新的飞跃,我国变电站设计出现了一些新的趋势。
1、变电站接线方案趋于简单化2、大量采用新的电气一次设备3、变电站占地及建筑面积减少4、变电站综合自动化技术
第2章主变压器选择
在各级电压等级的变电站中,变压器是主要电气设备之一,其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。
确定合理的变压器容量是变电站安全可靠供电和网络经济运行的保证。
特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重,近期以节约为主。
因此,在确保安全可靠供电的基础上,确定变压器的经济容量,提高网络的经济运行素质将具有明显的经济效益。
2.1变压器的设计原则
2.1.1主变压器台数的确定原则
保证供电的可靠性,变电站一般应装设两台主变,但一般不超过两台主变。
当只有一个电源或变电站的一级负荷另有备用电源保证供电时,可装设一台主变。
对大型枢纽变电站,根据工程的情况,应装设2~4台主变。
当变电站装设两台变压器的时候当一台停运时,另一台应该能够70%以上的负担。
按照上述原则我设计的变电所应装设两台降压变压器。
2.1.2主变压器形式的选择原则
主变压器一般采用三相变压器。
当系统有调压方式时,应采用有载调压变压器。
对新建的变电站,从网络经济运行的观点考虑,应采用有载调压变压器。
具有三个电压等级的变电站,一般采用三绕组变压器。
2.2主变压器的计算与选择
2.2.1主变压器容量的确定
1)主变压器容量一般按变电站建成后5~10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期10~20年的负荷发展。
2)根据变电站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站,应考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量在设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:
对一般性变电站停运时,其余变压器容量就能保证全部负荷的60~70%。
要选择主变压器的容量,确定变压器各出线侧的最大工作持续电流,首先必须要计算各侧的负荷包括10千伏侧负荷,35千伏侧负荷和110千伏侧负荷。
由公式
式中Sc——某电压等级的计算负荷;
Kt——同时系数(35kV取0.9、10kv取0.85,35kV各负荷与l0kV各负荷之间取0.9、站用负荷取0.85);
%——该电压等级电网的线损率,一般取5%;
P、cos——各用户的负荷和功率因数
S=0.85**(1+5%)=21MVA
S=0.9**(1+5%)=44.47MV
S=S+S=21+44.47=65.47MVA
所以,两台主变压器应各自承担32.735MvA。
当一台停运时,另一台则承担70%为45.829MvA。
故选两台50MvA的主变压器就可满足负荷需求。
2.2.2主变压器形式的选择原则
1.ll0kV主变一般采用三相变压器。
2.当系统有调压方式时,应采用有载调压变压器。
3.具有三个电压等级的变电站,一般采用三绕组变压器。
所选择型号如下
表(2.1)
第3章负荷计算
3.1负荷概述
设计辽宁工学院的变电所为综合楼提供可靠的电源,负荷的确定是为了正确、合理地选择电气设备和线路,并为无功补偿提高功率因数提供依据,由此再合理选择变压器开关电器等元件。
电力负荷及其大小是供电设备设计计算的根本依据,正确合理地进行负荷计算,对于投资的经济性,技术上的安全可靠性以及以后的经济运行和维护等关系重大,在本设计中采用需要系数法来确定计算负荷。
根据设计,两台主变压器分别供有不同的负荷,在此设计中忽略了部分负荷,根据工程技术的要求选取以下负荷:
3.2负荷计算
1#变压器负荷计算
照明部分
如上表可知:
1=295KW
=206.5KW
299.425Kvar
消防电梯
表3-1辽宁工学院综合楼负荷一览表
1#
号
变
压
器
设
备
功
率
KW
COSΦ
tgΦ
数目
2#
照
明
15
0.70
0.80
1.45
5
50
0.75
1
120
30
2
21
40
计
算
机
240
消
防
电
梯
44
0.20
0.50
1.70
力
160
200
干
线
180
进
风
7.5
0.85
0.62
正
14
0.60
进风机
计算机
污水泵
消防照明干线
2#变压器负荷计算
电梯部分
正压风机
电力专用
1#变压器最后计算负荷
2#变压器最后计算负荷
第4章电气主接线设计
发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机、变压器、断路器、隔离开关、互感器、母线和电缆等电气设备,按一定顺序连接的,用以表示生产、汇集和分配电能的电路,电气主接线又称为一次接线或电气主系统,代表了发电厂和变电站电气部分的主体结构,直接影响着配电装置的布置、继电保护装置、自动装置和控制方式的选择,对运行的可靠性、灵活性和经济性起决定性的作用。
4.1电气主接线设计概述
一、对电气主接线的基本要求
现代电力系统是一个巨大的、严密的整体,各个发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。
其主接线的好坏不仅影响到发电厂、变电站和电力系统本身,同时也影响到工农业生产和人民日常生活。
因此,发电厂、变电站主接线必须满足一下基本要求。
1.运行的可靠
断路器检修时是否影响供电;
设备和线路故障检修时,停电数目的多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。
2.具有一定的灵活性
主接线正常运行时可以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,能尽快的推出设备。
切除故障停电时间短,影响范围就最小,并且再检修时可以保证检修人员的安全。
3.操作应尽可能简单、方便
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。
复杂的接线不但不便于操作,还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。
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者不必要的停电。
4.经济上合理
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小,占地面积最少,使其尽可能的发挥经济效益。
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,在选择主接线时还应考虑到具有扩建的可能性。
变电站电气主接线的选择,主要取决于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。
二、变电站电气主接线的设计原则
电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据,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,兼顾运行和维护的方便,尽可能地节省投资,就进取材,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。
电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体。
他与电力系统、电厂动能参数、基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,正确处理他们之间的关系,合理的选择主接线方案。
在工程设计中,经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的,设计的主接线应满足供电可靠、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。
1.接线方式:
对于变电站的电气接线,当能满足运行要求时,其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线,如线路—变压器组或桥型接线等。
若能满足继电保护要求时,也可采用线路分支接线。
在110—220kv配电装置中,当出线为2回时,一般采用桥型接线,当出线不超过4回时,一般采用单母线接线,在枢纽变电站中,当110—220kv出线在4回及以上时,一般采用双母线接线。
在大容量变电站中,为了限制6—10kv出线上的短路电流,一般可采用下列措施:
1.变压器分列运行2.在变压器回路中装置分裂电抗器。
3.采用低压侧为分裂绕组的变压器。
4.出线上装设电抗器。
2.断路器的设置:
根据电气接线方式,每回线路均应设有相应数量的断路器,用以完成切、合电路任务。
3.为正确选择接线和设备,必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。
当缺乏足够的资料时,可采取下列数据:
1.最小负荷为最大负荷的60—70%,如主要农业负荷时则取20—30%;
2.负荷同时率取0.85—0.9,当馈线在三回以下且其中有特大负荷时,可取0.95—1;
3. 功率因数一般取0.8;
4.线损平均取5%。
三、电气主接线设计步骤
1.分析原始资料
(1)本工程情况
包括变电站类型,设计规划容量(近期,远景),主变台数及容量,最大负荷利用小时数及可能的运行方式等。
(2)电力系统状况
包括电力系统近期及远景规划(5—10年),变电站在电力系统中的位置(地理位置和容量位置)和作用,本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。
主变压器中性点接地方式是一个综合问题,他与电压等级、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、主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。
我国一般对35kv及以下电压电力系统采用中性点非直接接地系统(中性点不接地或经消弧线圈接地),又称小电流接地系统,对110kv就以上高压系统,皆采用中性点直接接地系统,有称大电流接地系统。
(3)负荷情况
包括负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。
电力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据,电力负荷预测工作是电力规划工作的重要组成部分,也是电力规划的基础。
对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测,还应有中长期负荷预测,对电力负荷预测的准确性,直接关系着发电厂和变电站电气主接线设计成果的质量,一个优良的设计,应能经受当前及较长远时间(5—10年)的检验。
(4)环境条件
包括当地的气温、湿度、覆冰、污秽、水文、地质、海拔高度及地震等因素,对主接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响,特别是我国土地辽阔,各地气象、地理条件相差较大,应予以重视。
(5)设备制造情况
这往往是设计能否成立的重要前提,为使所设计的主接线具有可行性,必须对各主要电气设备的性能、制造能力和供货情况、价格等质量汇集并分析比较,保证设计的先进性、经济性和可靠性。
2.主接线方案的拟定与选择
根据设计任务书的要求,在原始资料分析的基础上,根据对电源和出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等不同的考虑,可拟定出若干个主接线方案(近期和远景)。
依据对主接线的基本要求,从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案,最终保留2—3个技术上相当,有能满足任务书要求的方案,再进行经济比较,结合最新技术,最终确定出在技术上合理、经济山可行的最终方案。
3.短路电流计算和主要电气设备选择
对选定的电气主接线进行短路电流计算,并选择合理的电气设备。
4.绘制电气主接线
对最终确定的电气主接线,按照要求,绘图。
主接线的基本形式,就是主要电气设备常用的几种接线方式,它以电源和出线为主体。
由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源回路数不同。
且各回馈线中所传输的容量也不一样,因而为便于电能的汇集和分配,再进出线较多(一般超过4回),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。
而与有母线的接线相比,无汇流母线的接线使用电气设备较少,配电装置占地面积较小,通常用于进出线回路少,不再扩建和发展的发电厂和变电站。
有汇流母线的接线方式可概括为单母线接线和双母线接线两大类,无汇流母线的接线形式主要有桥形接线、角形接线和单元接线。
依据原始资料,经过分析,根据可靠性和灵活性经济性的要求,高压侧有4回出线,其中两回备用,宜采用双母线接线或单母线分段接线,中压侧有6回出线,其中两回备用,可以采用双母线接线、单母线分段接线方式,低压侧有11回出线,其中两回备用,可以采用单母线分段、单母线分段带旁路母线的接线方式,经过分析、综合、组合和比较,提出三种方案:
方案一:
110kv侧采用双母线接线方式,35kv侧采用双母线接线方式,10kv侧采用单母线分段接线方式。
110kv侧采用双母线接线方式,优点是运行方式灵活,检修母线时不中断供电,任一组母线故障时仅短时停电,可靠性高。
缺点是,操作复杂,容易出现误操作,检修任一回路断路器时,该回路仍需停电或短时停电,任一母线故障仍会短时停电,结构复杂,占地面积大,投资大。
10kv侧采用单母线分段接线方式,供给市区工业与生活用电,由于一级负荷占25%左右,二级负荷占30%左右,一级和二级负荷占55%左右,采用单母线分段接线方式,优点是接线简单清晰,操作方便,造价低,扩展性好,缺点是可靠性灵活性差。
方案一主接线图如下:
图4—1方案一主接线图
方案二:
110kv侧采用双母线接线方式,35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式,10kv侧采用单母线分段接线方式
35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式,优点是,检修任一进出线断路器时,不中断对该回路的供电,和单母线分段接线方式相比,可靠性提高,灵活性增加,缺点是,增设旁路母线后,配电装置占地面积增大,增加了断路器和隔离开关的数目,接线复杂,投资增大。
图4—2方案二主接线图
方案三:
110kv侧采用双母线接线方式,35kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式,10kv侧采用单母线分段带旁路母线接线方式
方案三的主接线图如下:
图4—3方案三主接线图
对于上述三种方案综合考虑:
该地区海拔185m,海拔并不高,对变电站设计没有特殊要求,地势平坦,属平原地带,为轻微地震区,年最高气温+40°
C,年最低气温-10°
C,年平均气温+12°
C,最热月平均最高温度+34°
C。
最大风速30m/s,复水厚度为10mm,属于我国第V标准气象区。
因此110kv侧采用单母线分段接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求,对于35kv及10kv侧,采用单母线分段接线方式。
综合各种因素,宜采用第三种方案。
第5章短路计算与保护
5.1短路
选择电气设备、整定继电保护、确定电气主接线方案、考虑限制短路电流的措施及分析电力系统是短路计算的最终目的。
所谓短路是指不同电位导电部分之间的不正常短接,既有相与相之间导体的金属性短接或者经小阻抗的短接,也有中性点直接接地系统或三相四线制系统中单相或多相接地(或接中性线)。
一、短路概述
电力系统的状态有三种:
正常运行状态、不正常运行状态、短路故障。
在电气设计和运行中,不仅要考虑系统正常运行状态,而且要考虑它发生故障时的情况,最严重的故障是电路乃至系统发生短路。
电力系统正常运行时,其相与相之间,中性点接地系统的中性线与相线之间,都是通过负荷或阻抗连接的。
二、造成短路原因
电力系统发生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘被损坏。
绝缘损坏大多是由于未及时发现和消除设备的缺陷,以及设计、制造、安装和运行不当所致,如由于设备长期运行,绝缘自然老化或由于设备本身绝缘强度不够而被正常电压击穿;
设备绝缘正常而被内部人员违反操作规程和安全规程,造成误操作而引发短路。
电力系统的其他某些故障也可能导致短路,如输电线
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