110kv降压变电站的一次系统初步设计.doc
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1、2011 年 5 月 湖南工业大学本科生毕业设计(论文) 摘 要 变电站作为电力系统中的重要组成部分,直接影响整个电力系统的安全与经济运 行。本论文中待设计的变电站是一座降压变电站,在系统中起着汇聚和分配电能的作 用,担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务。该变电站的建成,不仅增强了当地 电网的网络结构,而且为当地的工农业生产提供了足够的电能,从而达到使本地区电 网安全、可靠、优质、经济地运行的目的。 本论文110kV 某市变电站一次系统设计 ,首先通过对原始资料的分析及根据 变电站的总负荷选择主变压器,同时根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求,选择 了两种待选主接线方案进行了技术比较,淘汰较
2、差的方案,确定了变电站电气主接线 方案。 其次进行短路电流计算,从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的母线 时,其短路稳态电流和冲击电流的值。再根据计算结果及各电压等级的额定电压和最 大持续工作电流进行主要电气设备选择及校验(包括断路器、隔离开关、电流互感器、 电压互感器等) 。 最后,做了防雷保护、继电保护、并绘制了电气主接线图。 关键词:变电站,降压,电气设备 湖南工业大学本科生毕业设计(论文) I ABSTRACT Power system substation as an important part of the entire power system directly aff
3、ects the safety and economic operation. To be designed in this paper is a step-down substation in the system plays the role of aggregation and distribution of electric energy, charged with the factory to the region, the important task of rural electrification. The completion of the substation will n
4、ot only strengthen the local power grid network structure, but also for the local industrial and agricultural production provides enough power, so that the regional power grid so as to achieve safe, reliable, quality, aim to run the economy. I n this thesis, “110kV substation city primary system des
5、ign“, first through the analysis of raw data and selected based on total load of the substation main transformer, the main wiring under both economical and reliable, flexible operation requirements, select the main connection of the two to be elected A technical comparison program, out of poor progr
6、am to determine the main electrical substation connection program. Second, the short-circuit current calculation, obtained from the three-phase short circuit calculation occurs when short-circuit the voltage level of the bus, its steady-state current and the impact of short-circuit current value. Ac
7、cording to the results and the voltage level of voltage and maximum continuous operating current of the main electrical equipment selection and validation (including circuit breaker, disconnecting switch, current transformer, voltage transformer, etc.). Finally, the main draw of the electrical wirin
8、g diagram, electrical general layout plans, with lightning protection. Keywords:Power system substation, step-down substation, electrical equipment 湖南工业大学本科生毕业设计(论文) II 目 录 第 1 章 设计内容和任务 1 1.1 原始资料分析 1 1.1.1 变电站的建设规模 1 1.1.2 电力系统与本所的连接情况 1 1.1.3 计算负荷的确定 2 1.2 设计原则和基本要求 3 1.3 设计内容 3 第 2 章 主变压器的选择 4 2
9、.1 主变台数的确定.4 2.2 本变电站站用变压器的选择.7 第 3 章 电气主接线的选择 8 3.1 选择原则 8 3.1.1 主接线设计的基本要求及原则 8 3.1.2 主接线的基本形式和特点 9 3.2 变电站的各侧主接线方案的拟定 .10 3.2.1 110KV 侧主接线方案10 3.2.2 35KV 侧主接线方案.12 3.2.3 10KV 侧主接线方案.13 第 4 章 短路电流计算 .15 4.1 短路电流计算的主要目的 .15 4.2 短路电流计算的假设 .15 4.2.1 进行以下数据的计算 .15 4.2.2 三相短路瞬态过程中某一时刻短路电流周期分量有效值的计算。 .1
10、5 4.3 短路电流计算的一般规定 .15 4.4 短路电流计算步骤 .16 4.5 短路点的设置原则 .17 4.6 网络参数标么值计算 .17 4.6.1 网络参数及基准值计算 .17 4.6.2 取基准值 .17 湖南工业大学本科生毕业设计(论文) III 4.6.3 各元件参数标么值计算 .17 4.6.4 短路点的选择和等值网络图 .18 4.6.5 最大运行方式下三相短路电流计算 .18 4.6.6 最小运行方式下三相短路电流计算 .20 4.6.7 三相对称短路电流计算结果汇总表 .21 第 5 章 导体和电气设备的选择 .22 5.1 电气设备的选择原则 .22 5.2 按短路
11、情况校验 .23 5.3 断路器和隔离开关的选择 .26 5.4 互感器的选择 .30 5.5 母线的选择 .32 5.6 高压熔断器的选择 .36 第 6 章 变电站防雷保护 .39 6.1 变电所的保护对象 .39 6.2 电工装置的防雷措施 .39 6.3 本设计的防雷保护方案 .41 第 7 章 继电保护 .43 7.1 继电保护部分配置 .43 7.1.1 主变压器、线路的保护和自动装置 .43 结 论 .45 参考文献 .46 致 谢 47 附 录 .48 湖南工业大学本科生毕业设计(论文) 0 第 1 章 设计内容和任务 1.1 原始资料分析 1.1.1 变电站的建设规模 根据电
12、力系统的规划需要安装两台容量为 31.5 MVA,电压为 110kV/35kV/10kV 的主变压器,主变各侧容量比为 100/100/100,一次设计并建成。 1.1.2 电力系统与本所的连接情况 待设计的变电站是一座降压变电站,担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务。 本变电站有两回平行线路与 110kV 电力系统连接,有两回 35kV 电力系统连接。 本变电站在系统最大运行方式下的系统正、负阻抗的标么值示意图如图 1- 1(Sj=100MVA),110kV 及 35kV 电源容量为无穷大,阻抗值各包含平行线路阻抗在内。 电所不考虑装调相机、电容器等无功补偿设备,35kV 因电网线路的电容
13、电流较 少,也不装设消弧线圈。110kV 出线无电源。 电力负荷水平 110kV 进出线共 2 回,两回进线为 110kV 的平行供电线路,正常送电容量各为 35000KVA。 图 1-1 变电所连接示意图 湖南工业大学本科生毕业设计(论文) 1 35kV 进出线共 2 回,两回进线连接着 35kV 电源,输送容量各为 35000KVA。 10kV 出线共 12 回,全部为架空线路,其中 3 回每回输送容量按 5000KVA 设计; 另外 5 回每回输送容量为 4000KVA,再预留四个出线间隔,待以后扩建。 本变电站自用电主要负荷如表 1.1: 表 1.1 110kV 变电站自用电负荷 序
14、号设备名称额定容量 (kW) 功率因数 (cos) 安装 台数 工作台数备 注 1主充电机200.8511周期性负荷 2浮充电机4.50.8511经常性负荷 3主变通风0.150.853232经常性负荷 4蓄电池通风2.70.8511经常性负荷 5检修、试验用电150.85经常性负荷 6载波通讯用电10.85经常性负荷 7屋内照明5.2 8屋外照明4.5 9生活水泵4.50.8522周期性负荷 10福利区用电1.50.85周期性负荷 1.1.3 计算负荷的确定 当用电设备组计算负荷直接相加时,按需要系数法,取 Kp=0.80.9,总的有 功负荷:P30=Kp*30.i,取系数为 0.85 得:
15、 S=5.2+4.5+(20+4.5+0.15*32+2.7+15+1+4.5*2+1.5)*0.8549.725KW 环境条件 当地年最高温度 39.1,年最低温度5.9,最热月平均最温度 29;最热月 平均地下 0.8m 土壤温度 21.5。当地海拔高度 1518.3m。当地雷电日 T=25.1 日/年。 系统负荷情况计算 1、35KV 最终两回出线,负荷同时率按 0.6 考虑,负荷增长率为 4%。 35KV 总负荷为:(350.8)20.6(1+4%)5=63.87MVA 2、10KV 最终十二回出线,负荷同时率按 0.6 考虑,负荷增长率为 4%。 10K 负荷为:3(50.8)0.6
16、(1+4%)5+5(40.8)0.6(1+4%) 5=31.94MVA 湖南工业大学本科生毕业设计(论文) 2 所以变电站考虑扩建后送出的总负荷为:S 总= S35+S10=95.81MVA 1.2 设计原则和基本要求 设计按照国家标准要求和有关设计技术规程进行,要求对用户供电可靠、保证电 能质量、接线简单清晰、操作方便、运行灵活、投资少、运行费用低, 并且具有可 扩建的方便性。要求如下: 选择主变压器台数、容量和型式(一般按变电站建成 5-10 年的发展规划进行选择, 并应考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力); 设计变电所电气主接线; 短路电流计算; 主要电气设备的选择及各电压等级配电装
17、置类型的确定。 1.3 设计内容 变压器的连接组别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星形和三角形两种,因此对于三相双绕组变压器的高压侧, 110KV 及以上电压等级,三相绕组都采用“YN”连接,35KV 及以下采用“Y”连接; 对于三相双绕组变压器的低压侧,三相绕组采用“d”连接,若低电压侧电压等级为 380/220V,则三相绕组采用“yn”连接,在变电所中,为了限制三次谐波,我们选用 “Ynd11”常规连接的变压器连接组别。 本次设计的是一个降压变电站,有三个电压等级(110kV35kV10kV),110kV 主接线采用双母线接线方式,两路进线,35
18、kV 和 10kV 主接线均采用单母线分段接线 方式。主变压器容量为 2*315MVA,110kV 与 35kV 之间采用 YoYo12 连接方式, 110kV 与 10kV 之间采用 Yo11 连接方式。 本设计采用的主变压器有两个出线端子,一端接 35kV 的引出线,另一端接 10kV 的引出线。设计中主要涉及的是变电站内部电气部分的设计,并未涉及到出线线路具 体应用到什么用户,所以负荷统计表相对比较简洁,也减少了电气主接线图的制作难 度。 湖南工业大学本科生毕业设计(论文) 3 第 2 章 主变压器的选择 2.1 主变台数的确定 待设计变电站在电力系统中的地位: 本变电站为一降压变电站,
19、在系统中起着汇聚和分配电能的作用,担负着向该地 区工厂、农村供电的重要任务,地位比较重要。该变电站的建成,不仅增强了当地电 网的网络结构,而且为当地的工农业生产提供了足够的电能,从而达到使本地区电网 安全、可靠、优质、经济地运行的目的。 待设计变电站的建设规模: 电压等级 110Kv/35kV/10kV 线路回路数量 110kV 进出线共 2 回,两回进线为 110kV 的平行供电线路,正常送电容量各为 35000KVA。 35kV 进出线共 2 回,两回进线连接着 35kV 电源,输送容量各为 35000KVA。 10kV 进出线共 12 回,全部为架空线路,其中 3 回每回输送容量按 50
20、00KVA 设计; 另外 5 回每回输送容量为 4000KVA,再预留四个出线间隔,待以后扩建。 主变选择 变电站变压器台数和容量的选择原则: 对于只供给二类、三类负荷的变电站,原则上只装设一台变压器。 对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的重要变电站,应选用两台两台相 同容量的主变压器,每台变压器的容量应满足一台变压器停运后,另一台变压器能供 给全部一类负荷;在无法确定一类负荷所占比重时,每台变压器的容量可按计算负荷 的 70%80%选择。 对大城市郊区的一次变电站,如果中、低压侧已构成环网的情况下,变电站以装 设两台为宜;对地区性孤立的一次变电站,在设计时应考虑装设三台主变的可能性;
21、对于规划只装两台主变的变电站,其变压器的基础宜按大于变压器容量的 12 级设 计。 变电站主变压器台数的确定: 湖南工业大学本科生毕业设计(论文) 4 由选择原则的第 2 点结合待设计变电站的实际情况,为提高对用户的供电可靠性, 确定该变电站选用两台相同容量的主变压器。 变电所主变压器容量的确定原则 按变电所建成后 510 年的规划负荷选择,并适当考虑 1020 年的负荷发展。 对重要变电所,应考虑一台主要变压器停运后,其余变压器在计算过负荷能力及 允许时间内,满足、类负荷的供电;对一般性变电所,一台主变压器停运后,其 余变压器应能满足全部供电负荷的 70%80%。 主变压器绕组数的确定: 国
22、内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普通式、三绕组式、自耦式 以及低压绕组分裂式等变压器,待设计变电所有 110KV、35KV、10KV 三个电压等级且 是一座降压变电所,宜选用双绕组普通式变压器。 主变压器相数的确定: 在 330KV 及以下电力系统中,一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对 来说投资大、占地多、运行规模也较大,同时配电装置结构复杂,也增加了维修工作 量,待设计变电所谓 35KV 降压变电所,在满足供电可靠性的前提下,为减少投资, 故选用三项变压器。 主变压器调压方式的确定: 为了确保变电所供电量,电压必须维持在允许范围内,通过变压器的分接头开关 切换,改变变压
23、器高压侧绕组匝数,从而改变其变比,实现电压调整。切换方式有两 种:不带电切换,称为无励磁调压,调整范围通常在2 2.5%以内;另一种是带负 荷切换,称为有载调压,调整范围可达 30%,但其结构较复杂,价格较贵,由于待设 计变电所的负荷合均为、类重要负荷,为确保供电质量,有较大的调整范围,我 们选用有载调压方式。 主变压器绕组连接组别的确定: 变压器的连接组别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星形和三角形两种,因此对于三相双绕组变压器的高压侧, 110KV 及以上电压等级,三相绕组都采用“YN”连接,35KV 及以下采用“Y”连接; 对于三相双绕组变压器
24、的低压侧,三相绕组采用“d”连接,若低电压侧电压等级为 380/220V,则三相绕组采用“yn”连接,在变电所中,为了限制三次谐波,我们选用 “Ynd11”常规连接的变压器连接组别。 主变压器冷却方式的选择: 电力变压器的冷却方式,随其型号和容量不同而异,一般有以下几种类型: 湖南工业大学本科生毕业设计(论文) 5 自然风冷却:一般适用于 7500KVR 一下小容量变压器,为使热量散发到空气中, 装有片状或管型辐射式冷却器,以增大油箱冷却面积。 强迫油循环水冷却:对于大容量变压器,单方面加强表面冷却还打不到预期的冷 却效果。故采用潜油泵强迫油循环,让水对油管道进行冷却,把变压器中热量带走。 在
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