变电站设计(00002).doc
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1、华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文 ) 1 摘摘 要要 本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数,分析负荷发展趋势。从 负荷增长方面阐明了建站的必要性,然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑, 并通过对负荷资料的分析,安全,经济及可靠性方面考虑,确定了 110kV,35kV,10kV 以及站用电的主接线,然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数,容量及型 号,同时也确定了站用变压器的容量及型号,最后,根据最大持续工作电流及短路计算 的计算结果,对高压熔断器,隔离开关,母线,绝缘子和穿墙套管,电压互感器,电流
2、互感器进行了选型,从而完成了 110kV 电气一次部分的设计。 关键词:关键词:变电站,变压器,接线 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文 ) 2 目目 录录 1 概述及任务书.1 1.1 概述.1 1.2 任务书.1 1.2.1 待设计变电站的基本情况1 1.2.2 设计任务.2 2 电气主接线设计.4 2.1 主接线设计的要求.4 2.2 主接线设计4 2.2.1 110kV 主接线设计 4 2.2.2 35kV 主接线设计 .6 2.2.3 10kV 主接线设计 .6 2.2.5 本章小结7 3 主变压器的选择和站用电的设计.
3、8 3.1 负荷计算.8 3.1.1 站用负荷计算8 3.1.2 10kV 侧负荷计算 .9 3.1.3 35kV 侧负荷计算 .9 3.1.4 110kV 侧负荷计算 .9 3.2 主变的确定9 3.2.1 主变台数确定9 3.2.2 变电站主变压器的确定9 3.3 站用变台数、容量和型式的确定.10 3.3.1 站用变台数的确定10 3.3.2 站用变容量的确定10 3.3.3 站用变型式的选择10 3.4 本章小结.11 4 补偿电容.12 4.1 10KV 并联电容补偿器选择12 4.2 本章小结.12 5 最大持续工作电流及短路电流计算.13 5.1 各回路最大持续工作电流.13 5
4、.2 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果.13 5.2.1 短路电流计算的目的13 5.2.2 短路电流计算的一般规定14 5.2.3 短路计算的基本假设14 5.3 本章小结.15 6 主要电气设备选择.16 6.1 电气设备选择要求.16 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文 ) 3 6.1.1 电气设备选择技术条件16 6.2 高压断路器的选择.17 6.3 隔离开关的选择.18 6.4 各级电压母线的选择.19 6.4.1 110kV 侧母线 .19 6.4.2 35kV 侧母线 .20 6.4.3 10kV 侧母线 .
5、20 6.5 绝缘子和穿墙套管的选择.20 6.6 电流互感器的配置和选择.20 6.7 电压互感器的配置和选择.21 6.7.1 110kV 侧 PT 的选择.22 6.7.2 35kV 母线 PT 选择.22 6.8 各主要电气设备选择结果一览表.23 6.9 本章小结23 7 过压保护、接地及照明.24 7.1 直击雷保护.24 7.1.1 保护措施24 7.1.2 避雷针装设应注意的问题24 7.2 雷电侵入波保护.25 7.2.1 保护措施25 7.2.2 避雷器的设置25 7.2.3 变电站的保护25 7.3 接地装置.25 7.4 照明.26 7.5 本章小结.26 附件 I:
6、短路电流计算书27 附件 II:主要电气设备选择计算书32 附件 III:负荷预测37 参考文献.38 致 谢.39 附图: 1、电气主接线 2、电气总平面布置图 3、屋外配电装置断面图 4、屋内配电装置配置图 5、防雷和接地保护 6、短路电流计算及主设备选择 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文 ) 1 1 概述及任务书概述及任务书 1.1 概述概述 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,对供电质量的要求日益提高。国家提 出了加快城网和农网建设和改造、拉动内需的发展计划,110kV 变电站的建设迅猛发展。 供电可靠性是城网建设改
7、造的一个重要目标,110kV 变电站设计是成网建设中较为关键的 技术环节,如何设计 110kV 变电站,是城网建设和改造中需要研究和解决的一个重要课 题。本文对某供电区内 110kV 降压变电站的一次设计部分技术问题提出一些设想,供其 他工程设计参考。 设计依据: 1、中华人民共和国电力公司发布的110kV 变电所设计规程 2、110kV 变电站典型设计。 3、电力工程电气设计手册(电气一次部分) 1.2 任务书任务书 1.2.1 待设计变电站的基本情况待设计变电站的基本情况 1变电所的类型:地方降压变电站; 2电压等级:110/35/10kV; 3负荷情况: 35kV 侧:最大 55MW,
8、最小 35MW, Tmax =6500h,cos=0.85; 10kV 侧:最大 25MW, 最小 15MW, Tmax =6500h,cos=0.9; 4出线回路: 110kV 侧:2 回(架空线) 35kV 出线终期:20 回 本期 10 回其中电缆 4 回 10kV 出线终期:5 回 5系统情况: 1)系统经双回路给变电站供电; 2)系统 110kV 母线短路容量为 25000MVA; 3)系统 110kV 母线电压满足常调压要求。 6环境条件: 1)最高气温 40。C,最低气温-20。C,年平均气温 28。C 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设
9、 计计 ( 论论 文文 ) 2 2)土壤电阻率 400 欧.米 3)当地雷暴日:40 日/年 待设计变电所与电力系统的连接情况如下图所示: 待设计变电站 图 1-1 变电站电力系统结构 1.2.2 设计任务设计任务 1分析原始资料,初选 46 种电气主接线; 2选择主变压器的台数及容量,对初选 46 种电气主接线进行技术比较,淘汰较 差的方案,保留 23 个技术上较好的方案; 3对 23 个方案进行全面的技术、经济比较,确定最优的主接线方案; 4短路电流计算;主要电气设备的选择及校验; 5屋内、外配电装置的布置; 6防雷和接地保护设计; 所址概况: 通过对设计任务和原始资料的分析计划变电站建设
10、地形为平原地区,设计面积为 68.657 平方米,围墙内占地 5.87 亩,含围墙外 1 米占地 6.25 亩。该站址场地地势平坦 开阔,无滑坡、泥石流、土洞、溶洞等地质灾害现象分布,地下亦无矿藏分布;场地地 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文 ) 3 基土类型为软弱土,建筑场地类别为类;场地抗震设防烈度为 6 度,设计基本加速度 值为 0.05g,设计特征周期为 0.35s;场地地下水主要为潜水,深度 3 米左右,地下水质较 好,对建筑材料无腐蚀性。该站址历史上从无洪水灾害,根据收集的水文气象资料,并 结合现场调查的实际情况,站
11、址处不受 50 年一遇洪水威胁且无内涝现象。 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文 ) 4 2 电气主接线设计电气主接线设计 2.1 主接线设计的要求主接线设计的要求 变电站主接线的选择是根据变电站系统中的地位和作用、地理位置、电压等级、变 压器台数及容量和进出线等各种条件综合优化决定的。城市电网的安全可靠性固然重要, 但是城市人口密度大,用地紧张,因此城网变电站接线除了满足安全可靠性外,还必须 尽量简单化。因此变电站设计应该满足一下基本要求: 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
12、 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,能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最 小,并且再检修在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 的接线不仅不便于操作,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造成不必要的停电。 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
13、用小,占 地面积最少,使其尽地发挥经济效益。 5、应具有扩建的可能性 由于我国工农业的高速发展,电力负荷增加很快。因此,在选择主接线时还要考虑 到具有扩建的可能性。 变电站电气主接线的选择,主要决定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。 2.2 主接线设计主接线设计 2.2.1 110kV 主接线设计主接线设计 该 110kV 变电站建成后主要作为供给工厂以及一部分居民生活用电。该变电站的电 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文 ) 5 压等级为 110kV/35kV/10kV,110kV 是
14、电源电压,35kV 和 10kV 是二次电压。主供电源 计划由 100 公里外的某 220kV 变电站 110kV 引出两回路供给。 方案 I:采用单母线接线 优点:接线简单清晰、设备少操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。 缺点:不够灵活可靠,任一元件(母线及母线隔离开关等)故障或检修,均需使整 个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段,但当一段母线故障时,全部回路仍需短时 停电,在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。 适用范围:一般适用于一台发电机或一台变压器的 110-220kV 配电装置的出线回路 数不超过两回。 方案 II:采用单母线分段接线 优点:1)用断路器把母线
15、分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两个 电源供电。 2)当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切除,保证正常段母线不间断供 电和不致使重要用户停电。 缺点:1)当一段母线或母线隔离开关故或检修时,该段母线的回路都要在检修期间 内停电。 2)扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围:110-220kV 配电装置的出线回路数为 3-4 回时。 方案:桥形接线 110kV 侧以双回路与系统相连,而变电站最常操作的是切换变压器,而与系统联接的 线路不易发生故障或频繁切换,因此可采用外桥式线,这也有利于以后变电站的扩建。 优点是:高压电器少,布置简单,造价低,经适当布置可较容易地过渡成单母
16、线分 段或双母线分接线。 缺点是:可靠性不是太高,切换操作比较麻烦。 方案:双母线接线 优点:(1)供电可靠,通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线 而不至于供电中断,一组母线故障后能迅速恢复供电,检修任一组的母线隔离开关时只 停该回路。 (2)扩建方便,可向双母线的左右任何一个方向扩建,均不影响两组母线的电源和 负荷的平均分配,不会引起原有回路的停电,以致连接不同的母线段,不会如单母线分 段那样导致交叉跨越。 (3)便于试验,当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开,单独接至一组 母线上。 缺点:()增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关,投资大。 (2)当母线故障或检
17、修时,隔离开关作为倒换操作电器容易误操作,为了避免隔离 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文 ) 6 开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。 结论:经过以上论证,考虑到投资的经济性及运行中对重要负荷的供电可靠性,决 定采用单母线分段接线。 2.2.2 35kV 主接线设计主接线设计 方案 I:采用单母线接线 优点:接线简单清晰、设备少操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。 缺点:不够灵活可靠,任一元件(母线及母线隔离开关等)故障或检修,均需使整 个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段,但当一段母线故障时,全部回路仍需短时 停
18、电,在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。 适用范围:一般适用于一台发电机或一台变压器的 35-63kV 配电装置的出线回路数 不超过 3 回。 方案 II:采用单母线分段接线 优点:1)用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两个 电源供电。 2)当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切除,保证正常段母线不间断供 电和不致使重要用户停电。 缺点:1)当一段母线或母线隔离开关故或检修时,该段母线的回路都要在检修期间 内停电。 2)扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围:35-63kV 配电装置的出线回路数为 4-8 回时。 结论:为保证对重要负荷的可靠
19、供电,和快速检修,经过论证,决定采用单母线分 段接线。 2.2.3 10kV 主接线设计主接线设计 方案 I:采用单母线接线 优点:接线简单清晰、设备少操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。 缺点:不够灵活可靠,任一元件(母线及母线隔离开关等)故障或检修,均需使整 个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段,但当一段母线故障时,全部回路仍需短时 停电,在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。 适用范围:6-10kV 配电装置的出线回路数不超过 5 回。 方案 II:采用单母线分段接线 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文
20、 ) 7 优点:1)用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两个 电源供电。 2)当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切除,保证正常段母线不间断供 电和不致使重要用户停电。 缺点:1)当一段母线或母线隔离开关故或检修时,该段母线的回路都要在检修期间 内停电。 2)扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围:6-10kV 配电装置的出线回路数为 6 回及以上时。 结论:为保证对重要负荷的可靠供电,和快速检修,经过论证,决定采用单母线分 段接线。 2.2.5 本章小结本章小结 本章主要对变电站三个电压侧(110kV、35kV 和 10kV)的主接线方式进行方案分析 比较。从经
21、济方面、运行可靠性方面和维修灵活性方面综合研究分析并确定各侧均采用 单母线分段接线方式。此方案可以保证重要负荷在一部分线路故障时的可靠运行,并减 少维修时繁琐的步骤跟时间,实现最优化运行。 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文 ) 8 3 主变压器的选择和站用电的设计主变压器的选择和站用电的设计 3.1 负荷计算负荷计算 要选择主变压器和站用变压器的容量,确定变压器各出线侧的最大持续工作电流。 首先必须要计算各侧的负荷,包括站用电负荷(动力负荷和照明负荷) 、10kV 负荷、35kV 负荷和 110kV 侧负荷。 由公式 (3-1)
22、%1 cos 1 n i t c p KS 式中 某电压等级的计算负荷 C S 同时系数K 该电压等级电网的线损率,一般取 5% P、各用户的负荷和功率因数 cos 3.1.1 站用负荷计算站用负荷计算 表 3-1 所用电负荷资料 名称名称容量(容量(kW)备注备注 主变风扇210连续、经常 充电模块20连续、经常 蓄电池通风1.4连续、不经常 蓄电池排风1.7连续、不经常 锅炉房水泵1.7连续、经常 载波室1.7连续、经常 110kV 配电装置电源10短时、不经常 110kVQF 冬天加热1连续 室外配电装置照明10连续 室内照明10连续 空调14连续、不经常 (1)对连续运行的电动机均应全
23、部计入,即 P=PN=210+20+14+1.4+1.7+1.7+1.7=60.5(kW) (3-2) (2)对不经常短时运行的设备,一般可不予计算, 华华 北北 电电 力力 大大 学学 成成 人人 教教 育育 毕毕 业业 设设 计计 ( 论论 文文 ) 9 P=0(kW) (3-3) (3)照明负荷 P=1+10+10=21(kW) (3-4) (4)所用电负荷 S=(60.5+21)0.85=69(kW) (3-5) 3.1.2 10kV 侧负荷计算侧负荷计算 已知条件 10kV 侧负荷最大 25MW,最小 15MW, ; max cos0.96500Th 3.1.3 35kV 侧负荷计算
24、侧负荷计算 已知条件 35kV 侧负荷最大 55MW,最小 35MW,;hT650085 . 0 cos max 3.1.4 110kV 侧负荷计算侧负荷计算 由公式(3-1)求得 S110kV=(0.8555+0.925)(15%)(最大负荷下) =72.7MW 3.2 主变的确定主变的确定 3.2.1 主变台数确定主变台数确定 对接带 I、II 类负荷比较高的变电站,以装设两台主变压器为宜。考虑到该变电站 在一次主接线中已考虑采用母线分段的方式。故选用两台主变压器,容量相等、变比相 同。 3.2.2 变电站主变压器的确定变电站主变压器的确定 主变压器容量确定的要求: 1.主变压器容量一般按
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