110kV变电站一次部分设计毕业设计(论文) .doc
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1、I 目录 1 选题背景 1 1.1 工程原始资料 .1 1.2 主要设计原则 .1 1.3 设计任务 .2 2 主变压器选择 3 2.1 主变压器容量和台数的选择 .3 2.2 变压器绕组连接方式的选择 .4 2.3 调压方式的确定 .4 2.4 变压器相数的选择 .4 2.5 主变压器短路阻抗的选择 .4 2.6 变压器的冷却方式 .5 3 10KV 侧主变无功补偿的选择 .6 3.1 主变无功补偿的选择方法 .6 3.2 无功补偿电容器组的型号选择 .7 4 变电站主接线的设计 8 4.1 电气主接线设计原则 .8 4.2 主接线设计的基本要求 .8 4.3 110kV 侧主接线方案的比较
2、和确定 10 4.4 10KV 侧的主接线方案比较和确定 .13 5 短路电流的计算 .15 5.1 计算短路电流的目的 15 5.2 短路计算的具体步骤 15 6 110kV 级电气设备的选型与校验 .18 6.1 110kV 母线桥的选择及校验 18 6.2 110kV 出线的选择及校验 19 6.3 110kV 断路器的选择及校验 19 6.4 110kV 隔离开关的选择与校验 20 6.5 110kV 电流互感器的选择及校验 22 7 10KV 电气设备的选择和校验 26 7.1 10KV 母线的选择 .26 7.2 10KV 主变进线母线桥导体的选择 .26 7.3 10KV 断路器
3、的选择与校验 .26 7.4 10KV 电流互感器的选择与校验 .28 7.5 10KV 母线电压互感器的选择 .32 8 总结 .33 谢辞 .34 参考文献 .36 附录 .37 附图一 电气主接线图 37 附图二 电气总平面布置图 37 II 110kV 变电站一次部分的设计 摘要 此次设计为福建省龙岩市连城县的鑫晶刚玉 110kV 专用降压变电站电气一次部分的设计。根据 业主提供的近期和远景的负荷资料来确定变电站的规模。以国家有关电力工程设计的规程、规范及 本次设计任务书为设计依据。本次 110kV 变电站设计的主要设计内容有:变电站负荷分析、变电站 主变压器的选择、无功补偿的选择、电
4、气主接线、短路电流计算、电气设备的选择及校验、电气总 平布置这六个部分。设计之前需认真复习和充分巩固在校所学的专业知识,设计期间不断接受公司的 设计培训。当然,设计者需加强相关专业知识学习,注重专业能力的培养,将设计知识反映到实际 工程当中。通过本次设计,要保证供电的可靠性、灵活性、经济性。 关键字:110kV 变电站,一次部分,设备选择 III 110kV transformer substation once part design Abstract This is a design of the electricity once part of 110kV transformer sub
5、station ,which is mainly used for the power supply of the XinJing corundum industry in liancheng ,longyan,Fujian province.The scale of the transformer substation is determined by the present and future load data provided by the proprietor .The design should be based on some national standards about
6、electric power engineering ,and the assignment book given by school.It is the six parts of the content of the design includes load analysis,the selection of main transformer,the selection of reactive compensation, the main electrical connection design,the short-circuit current calculation,the select
7、ion and verification of electrical equipment,the flat diagram of electric.The designer is required to carefully review and strengthen the knowledge needed before design,and to incessantly accept the train held by company during design.No doubt that the designer should reinforce to learn more special
8、ized knowledge and be dedicated to the cultivation of specialized ability,and ultimately reflect the design knowledge to practical project.Through the design ,the reliability,flexibility,and economical efficiency should be ensured. keywords:110kv transformer substation,once part,selection。 1 1 选题背景
9、1.1 工程原始资料 本工程属新建工程,拟建 110kV 变电站位于连城县工业园区内,主要为福建鑫晶精 密刚玉科技有限公司供电。根据业主提供的项目规划,从 2012 年起每年均将新建晶体 生长炉,用电负荷将逐年增长,至 2015 年公司供电负荷为 60MW。根据项目科研报告, 测算年利用小时数约 6500h,预计年用电量 3.68 亿 kwh。目前项目一期、二期由莲冠变 10kV 莲鑫 1 线、莲鑫 2 线(生产主用电源) 、西郊变 10kV 西山线(临时施工用电) 、 35kV 西正线(生产备用电源)供电,供电能力均受到限制,无法满足鑫晶刚玉公司供电 容量和可靠性的需求,因此建设 110kV
10、 鑫晶刚玉专用变电站很有必要。其基本参数如下: 1)110kV 线路极限输送容量 120MVA(导线最高允许温度 80,环境温度 40)。 本期工程负荷 60MVA,终期负荷 90MVA,该厂主要为二级负荷居多,负荷同时率取 0.9。 2)110kV 线路本期及远景均为双回。10kV 本期共 16 回出线,远景 24 回出线。 3)110kV 母线短路电流周期起始分量 I/=17.8KA,短路冲击电流 ish=45.39KA。 1.2 主要设计原则 1)遵循“安全可靠、技术先进、投资合理”的基本建设方针,结合本工程情况以 及 110kV 系统的设计特点。 2)国家电网公司输变电工程通用设计 1
11、10kV 变电站分册 。 3)国家电网公司输变电工程通用设计 110kV 变电站分册(福建公司深化应用方案) (2011 年版) 。 4) 福建省电力有限公司“关于发布福建省电力有限公司 110500kV 变电站“两 型一化”实施细则(2010 年版) 的通知”闽电基建2010301 号文。遵照“国家电网 公司输变电工程通用设计 110kV 变电站分册”和福建省电力公司实施方案中已有的 110kV 通用设计方案,以开展优化设计,提高 110kV 变电站技术水平。 5)严格执行国家土地政策,明确“土地是不可再生的资源” ,尽可能地节约每一寸 土地,并与周围的环境以及与城镇建设规划相协调。 2 6
12、)站址应具有适宜的地质条件,对不良地质构造区域应采用较为合理的措施。 7) 满足 110kV 进出线走廊及 10kV 进出线通道要求。 8) 变电站按无人值班少人值守设计。 9) 站址标高宜在 50 年一遇的洪水位之上。 10) 满足环保要求、节能、劳动安全。 1.3 设计任务 1)分析原始资料,全面了解该区域近期及远景的负荷情况。主变压器容量和无功 补偿的选择、绘制主接线图。 2)短路电流计算及电气主要设备选型及校验。 3)绘制电气总平图。 3 2 主变压器选择 2.1 主变压器容量和台数的选择 变电站主变压器的容量一般按变电站 510 年的规划负荷考虑,并按照其中一台停 用时其余变压器能满
13、足变电站最大负荷 Smax的 60%70%,其中 35110kV 变电站为 60%,220500kv 变电站为 70%;若是重要负荷,其中一台停用时其余变压器能满足变电 站最大负荷 Smax的 100%。 虽然企业负荷被评审为二级负荷,但是企业为了正常运作,尽量减小故障几率和减 小企业损失,企业对电气设计的要求要达到重要负荷的要求,即其中一台主变压器停用 时其余变压器能满足变电站最大负荷 Smax的 100%。 由于供电质量直接影响到产品的质量和生产的效益,一般情况下不允许停电,对供 电的可靠性要求较高,所以本期选择 2 台主变压器并列运行,这样一台变压器故障或检 修时另一台仍可以运行供电。由
14、于远景负荷增加一半,本期投入的两台变压器若其中一 台因故障或者检修需要而切除时,单台主变容量不够用,所以远景需投入 3 台主变压器, 本期投入的 2 台运行,远景投入 1 台作为备用。 根据选择条件进行计算如下: 本期变压器最小选择容量 S=60MVA100%=60MVA, 根据厂家制造变压器容量的规格,所以本期工程建设 2 台双绕组主变的容量均选 63MVA(对于 110KV 级的变压器,其容量一般最大只做到 63MVA) 。正常运行时,平均每 台主变分配 30MVA 负荷。 远景其中一台变压器故障或检修时,其余变压器最小选择容量之和为 S=90MVA100%=90MVA 所以本期的两台 6
15、3MVA 主变容量不够用,远景需再投入一台主变,如果单从容量大 小满足来选择的话,选 31.5MVA 的变压器,这样 63MVA+31.5MVA=94.590MVA 就可以满 足了,但考虑到不同规格的三台主变如果容量不同会导致阻抗和其它参数的不一样,当 其中一台主变检修或故障时,10KV 侧需短期并列运行,则造成环流影响,影响供电质量; 4 再者就是负荷分配的问题,有可能出现某台过剩而某台不够的问题。而三台同规格的主 变则不会造成这样的问题,所以终期一共配置 3 台 63MVA 双绕组主变。 2.2 变压器绕组连接方式的选择 参考电力工程电气设计手册和相应规程指出:变压器绕组的连接方式必须和系
16、 统电压一致,否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有 Y 和型两 种,而且为保证消除三次谐波的影响,必须有一个绕组是型的,我国 110kV 及以上的 电压等级均为大电流接地系统,为取得中性点,所以都需要选择 的连接方式,而N 610kV 侧采用型的连接方式。故该 110kV 变电站主变应采用的绕组连接方式为:YN- 。 2.3 调压方式的确定 变压器的电压调整是用分解开关切换变压器的分接头,从而改变变压器比来实现的。 切换方式有两种:其中一种是带负荷切换,称为有载调压,调压范围可达到+30,另 一种不带电切换,称为无励磁调压,调压范围通常在+5以内。对于 110kV 及以下的变
17、 压器,以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。 由以上知,此变电站的主变压器采用有载调压方式。 2.4 变压器相数的选择 主变压器采用三相或是单相,主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件 等因素。当不受运输条件限制时,在 330kV 及以下的发电厂和变电站,均应采用三相变 压器。社会日新月异,在今天科技已十分进步,变压器的制造、运输等等已不成问题, 故有以上规程可知,此变电站的主变应采用三相变压器。 2.5 主变压器短路阻抗的选择 一般现在厂家制造的 110kV 短路阻抗参数 Uk%有 1020 的,而常用的一般为 1017。具体选择时,要根据国家电网对 10KV 侧短路电流的限定
18、值来计算选择,要求 10KV 侧短路电流不超过 25KA。我们可以先按 Uk%=10 来计算 10KV 侧短路电流,若不满 足再往上调,直到满足为止。或者用另外一种方法,即直接用短路电流为 25KA 时来计 算,计算如下: 5 取 Sj=100MVA, 110kV 侧基准电压 UP1=115KV,查表(或者直接计算)得基准电流 Ij1=0.502; 10KV 侧基准电压 UP2=10.5KV,查表(或者直接计算)得基准电流 Ij2=5.5; 系统到 10KV 母线的总阻抗计算公式 XZ*= = =0.222jI5. 根据系统提供 110kV 母线短路电流周期起始分量 I/=17.8KA,计算系
19、统阻抗 X1* X1*= = =0.0281jI7.8052 那么变压器阻抗为 XT* XT*=XZ*-X1*=0.22-0.028=0.192 由 XT*= Sj/SN,得01Uk% Uk%=100XT*SN/Sj=0.192 100 63/100=12.09 所以 Uk%至少取 13,选择时稍微取大一点,会留些裕量,保证短路电流不致太大,这里 取 Uk%=17。 2.6 变压器的冷却方式 变压器冷却方式一般有这几种:自然风冷、自然油循环自冷、强迫油循环风冷、强 迫油循环水冷、强迫导向油循环等。 油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管,然后依靠空气的 对流传导将热量散发,它
20、没有特制的冷却设备。而油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上, 在油箱壁或散热管上加装风扇,利用吹风机帮助冷却。加装风冷后可使变压器的容量增 加 30%35%。强迫油循环冷却方式,又分强油风冷和强油水冷两种。它是把变压器中的 油,利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状,利用风 扇吹风或循环水作冷却介质,把热量带走。这种方式若把油的循环速度比自然对流时提 高 3 倍,则变压器可增加容量 30%,但价格上比自冷的要高。 对于本油浸式双绕组变压器,其容量不大,考虑到经济性的因素,变压器冷却方式采用 6 自然油循环自冷(ONAN) ,选用国产优质产品就可以满足要求。 综上,3 台主
21、变型号均为 SZ-63000/110,高压额定电压 1108 1.25%,低压额定 电压 10.5KV,阻抗电压 Uk%=17,冷却采用自然油循环自冷(ONAN) 。 3 10KV 侧主变无功补偿的选择 3.1 主变无功补偿的选择方法 主变压器所需补偿的最大无功容量计算可按如下计算公式 (3-1)SIUQeemkmCB 10(%)10()2, 其中 Iemem2 223 那么公式(3-1)可替换为 (3-2)SISUQeemkmCB 10(%)10()2, 其中 为主变压器的短路阻抗, 为最大负荷电流, 为变压器的额定电流,(%)K Ie 为变压器空载电流, 为变压器额定容量; 0Ie 根据所
22、选择的变压器参数和厂家提供参数知: =17, =0.3, =63000KVA,那么本期 1 台主变运行,每台主变需补:()K()0ISe ;MVarQmCB9.630.632107, 本期 2 台主变运行,每台主变需补: ;ar62.310.32107, 远景 2 台主变运行(远景两台运行一台备用) ,每台主变需补: 7 ;MVarQmCB65.310.63210457, 所以可进行如下配置电容器组:母线 I 段配(3.6+6)MVar 电容器组,II 段配 3.6MVar 电容器组,III 段 6MVar 电容器组,IV 段配置(3.6+6)MVar 电容器组。具体 运行情况如下: 本期若
23、1 台主变运行则主变对应的母线段投入(3.6+6)MVar 电容器组,在低负荷情 况下可投切 6MVar; 本期若 2 台主变运行则主变对应的母线段投入 3.6MVar 电容器组; 远景若 2 台主变运行则主变对应的母线段投入 6MVar 电容器组,在低负荷情况下可 投切 3.6MVar。 3.2 无功补偿电容器组的型号选择 型号为:TBB10-10-3600/334AK 和 TBB10-10-6000/334AK。 8 4 变电站主接线的设计 4.1 电气主接线设计原则 (1)考虑变电站在电力系统中的地位和作用 变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。不论是枢纽变电站、 地区变
24、电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站,由于在电力系统中的地位和作 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 变电站主接线设计应根据 510 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分 布、负荷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的电源数和出线回数。 (3)考虑负荷的重要性和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。三级负荷一般只
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