110KV降压变电站电气一次部分设计 毕业设计.doc
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1、 第 1 页 共 58 页 110KV 降压变电站电气一次部分设计 第一部分 设计说明书 2 第 1 章 设计说明 2 1.1 环境条件 .2 1.2 电力系统情况 .2 1.3 设计任务 .3 第 2 章 电气主接线的设计 3 2.1 电气主接线概述 .31 2.2 110KV 侧主接线的设计 4 2.3 35KV 侧主接线的设计 4 2.4 10KV 侧主接线的设计 4 2.5 主接线方案的比较选择 .4 2.6 主接线中的设备配置 .6 第 3 章 主变压器的选择 8 3.1 负荷分析 .8 3.2 主变压器台数的确定 .9 3.3 主变压器相数的确定 .9 3.4 主变压器容量的确定
2、.9 第 4 章 短路电流的计算 10 4.1 短路电流计算的目的及规定 .10 4.2 短路电流的计算结果 .11 第 5 章 主要电气设备的选择 12 5.1 电气设备选择概述 .12 5.2 高压断路器及隔离开关的选择 .13 5.3 母线的选择 .15 5.4 绝缘子和穿墙套管的选择 .16 (5-3) 17PF 5.5 电流互感器的选择 .18 5.6 电压互感器的选择 .19 5.7 熔断器的选择 .20 5.8 避雷器选择 .21 (1) 型式选择 22 (2) 避雷器灭弧电压 选择 .22mU 第 6 章 变电站防雷规划 23 6.1 防雷规划原则 .23 6.2 防雷规划结果
3、 .24 第二部分 设计计算书 25 第 1 章 短路电流计算 25 1.1 计算变压器电抗 .26 1.2 系统等值网络图 .26 第 2 页 共 58 页 1.3 短路计算点的选择 .27 1.4 短路电流计算 27762 第 2 章 电气设备选型 32 2.1 断路器及隔离开关选择 .32 2.2 母线选择 .39 2.3 绝缘子和穿墙套管的选择 .43 2.4 电流互感器的选择 .45 2.5 高压熔断器的选择 .47 2.6 避雷器的选择 .48 2.7 电容电流计算 .492 2.8 消弧线圈的选择 .49 结束语 50 参考文献 51 致谢 52 附录:专业相关文献翻译 53 中
4、文译文: 59 附录:电气主接线图 63 第 3 页 共 58 页 第一部分 设计说明书 第 1 章 设计说明 1.1 环境条件 (1)变电站所在高度 70M (2)最高年平均气温 19 摄氏度,月平均气温 27 摄氏度 1.2 电力系统情况 (1)110KV 变电站,向该地区用 35KV 和 10KV 两个电压等级供电。 110KV 以双回路与 35km 外的系统相连。系统最大方式的容量为 2900 MVA, 相应的系统电抗为 0.518;系统最小的方式为 2100 MVA,相应的系统电抗为 0.584, (一系统容量及电压为基准的标么值) 。系统最大负荷利用小时数为 TM=5660h。 (
5、2) 35KV 电压级,架空线 6 回,3 回输送功率 12MVA;3 回输送功率 8MVA。 (3) 10KV 电压级,电缆出线 3 回,每回输送功率 3MW;架空输电线 4 回,每回输送功率 4MW。 1.3 设计任务 (1)变电站电气主接线的设计 (2)主变压器的选择 (3)短路电流计算 (4)主要电气设备选择 (5)变电站继电保护 第 4 页 共 58 页 第 2 章 电气主接线的设计 2.1 电气主接线概述 1 发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路,称为电气 主接线,也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来,并分给各用户。它表 明各种一次设备的数量和作用,设备间的
6、连接方式,以及与电力系统的连接情 况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体,对发电厂和变电所以 及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用,并对电气设备选择、配电 装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。 2.1.1 在选择电气主接线时的设计依据 2 (1)发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用 (2)发电厂、变电所的分期和最终建设规模 (3)负荷大小和重要性 (4)系统备用容量大小 (5)系统专业对电气主接线提供的具体资料 2.1.2 主接线设计的基本要求 3 (1)可靠性 (2)灵活性 (3)经济性 2.1.3 6-220KV 高压配电装置的基本接线 2 有汇流母线的连线
7、:单母线、单母线分段、双母线、双母分段、增设旁母线 或旁路隔离开关等。 无汇流母线的接线:变压器-线路单元接线、桥形接线、角形接线等。 6-220KV 高压配电装置的接线方式,决定于电压等级及出线回路数。 2.2 110KV 侧主接线的设计 110KV 侧是以双回路与系统相连。 由电力工程电气一次设计手册 第二章第二节中的规定可知:354 第 5 页 共 58 页 110KV 线路为两回以下时,宜采用桥形,线路变压器组线路分支接线。 故 110KV 侧采用桥形的连接方式。 2.3 35KV 侧主接线的设计 35KV 侧出线回路数为 6 回。 由电力工程电气一次设计手册 第二章第二节中的规定可知
8、:当 354 63KV 配电装置出线回路数为 48 回,采用单母分段连接,当连接的电源较多, 负荷较大时也可采用双母线接线。 故 35KV 可采用单母分段连接也可采用双母线连接。 2.4 10KV 侧主接线的设计 10KV 侧出线回路数为 7 回。 由电力工程电气设计手册 第二章第二节中的规定可知:当 610KV4 配电装置出线回路数为 6 回及以上时采用单母分段连接。 故 10KV 采用单母分段连接。 2.5 主接线方案的比较选择 由以上可知,此变电站的主接线有两种方案 方案一:110KV 侧采用外桥形的连接方式,35KV 侧采用单母分段连接, 10KV 侧采用单母分段连接,如图 2-1 所
9、示。 第 6 页 共 58 页 图 2-1 110KV 电气主接线方案一 方案二:110KV 侧采用外桥形的连接方式,35KV 侧采用双母线连接, 10KV 侧采用单母分段连接,如图 2-2 所示。 此两种方案的比较 方案一 110KV 侧采用外桥形的连接方式,便于变压器的正常投切和故障切 除,35KV、10KV 采用单母分段连线,对重要用户可从不同段引出两个回路, 当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障切除,保证正常母线供电不间断, 所以此方案同时兼顾了可靠性,灵活性,经济性的要求。 方案二虽供电更可靠,调度更灵活,但与方案一相比较,设备增多,配电装 置布置复杂,投资和占地面增大,而且,当
10、母线故障或检修时,隔离开关作为 操作电器使用,容易误操作。 由以上可知,在本设计中采用第一种接线,即 110KV 侧采用外桥形的连接 方式,35KV 侧采用单母分段连线,10KV 侧采用单母分段连接。 图 2-2 110KV 电气主接线方案二 2.6 主接线中的设备配置 2.6.1 隔离开关的配置 (1) 中小型发电机出口一般应装设隔离开关:容量为 220MW 及以上大机 组与双绕组变压器为单元连接时,其出口不装设隔离开关,但应有可拆连接点。 第 7 页 共 58 页 (2) 在出线上装设电抗器的 610KV 配电装置中,当向不同用户供电的 两回线共用一台断路器和一组电抗器时,每回线上应各装设
11、一组出线隔离开关。 (3) 接在发电机、变压器因出线或中性点上的避雷器不可装设隔离开关。 (4) 中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地;自耦变压器 的中性点则不必装设隔离开关。 2.6.2 接地刀闸或接地器的配置 (1) 为保证电器和母线的检修安全,35KV 及以上每段母线根据长度宜装 设 12 组接地刀闸或接地器,每两接地刀闸间的距离应尽量保持适中。母线的 接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关和母联隔离开关上,也可装于其 他回路母线隔离开关的基座上。必要时可设置独立式母线接地器。 (2) 63KV 及以上配电装置的断路器两侧隔离开关和线路隔离开关的线 路宜配置接地刀闸。 2.
12、6.3 电压互感器的配置 (1) 电压互感器的数量和配置与主接线方式有关,并应满足测量、保护、 同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时,保护 装置不得失压,同期点的两侧都能提取到电压。 (2) 旁路母线上是否需要装设电压互感器,应视各回出线外侧装设电压互 感器的情况和需要确定。 (3) 当需要监视和检测线路侧有无电压时,出线侧的一相上应装设电压互 感器。 (4) 当需要在 330KV 及以下主变压器回路中提取电压时,可尽量利用变 压器电容式套管上的电压抽取装置。 (5) 发电机出口一般装设两组电压互感器,供测量、保护和自动电压调整 装置需要。当发电机配有双套自动电压调整
13、装置,且采用零序电压式匝间保护 时,可再增设一组电压互感器。 2.6.4 电流互感器的配置 (1) 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器其数量应满足测量仪表、保 护和自动装置要求。 (2) 在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器:发电机和变压器的中 性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。 第 8 页 共 58 页 (3) 对直接接地系统,一般按三相配置。对非直接接地系统,依具体要求 按两相或三相配置。 (4) 一台半断路器接线中,线路线路串可装设四组电流互感器,在能满 足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器。线路变压器串,当变 压器的套管电流互感器可以利用时,可装设三组电流
14、互感器。 2.6.5 避雷器的装置 (1) 配电装置的每组母线上,应装设避雷器,但进出线装设避雷器时除外。 (2) 旁路母线上是否需要装设避雷器,应视在旁路母线投入运行时,避雷 器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。 (3) 220KV 及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时,应在变压 器附近增设一组避雷器。 (4) 三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。 (5) 下列情况的变压器中性点应装设避雷器 直接接地系统中,变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。 直接接地系统中,变压器中性点为全绝缘,但变电所为单进线且为单台 变压器运行时。 接地和经消弧线圈接地系统中,多雷区的单进线变
15、压器中性点上。 发电厂变电所 35KV 及以上电缆进线段,在电缆与架空线的连接处应装 设避雷器。 SF6 全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 110220KV 线路侧一般不装设避雷器。 第 9 页 共 58 页 第 3 章 主变压器的选择 3.1 负荷分析 3.1.1 负荷分类及定义 (1) 一级负荷:中断供电将造成人身伤亡或重大设计损坏,且难以挽回, 带来极大的政治、经济损失者属于一级负荷。一级负荷要求有两个独立电源供 电。 (2) 二级负荷:中断供电将造成设计局部破坏或生产流程紊乱,且较长时 间才能修复或大量产品报废,重要产品大量减产,属于二级负荷。二级负荷应 由两回线供电。但当两回线
16、路有困难时(如边远地区) ,允许有一回专用架空线 路供电。 (3) 三级负荷:不属于一级和二级的一般电力负荷。三级负荷对供电无特 殊要求,允许较长时间停电,可用单回线路供电。 3.1.2 负荷计算 最大综合计算负荷的计算可按照公式: ( 3-%1cos1max.maxiitPKS 1) 求得。 式中 同时系数,出线回数较少时,可取 0.90.95,出线回数较多时,tK 取 0.850.9; 线损,取 5% 第 10 页 共 58 页 %1cos1max.maxiitPKS %518.045.8.045.8.035.8.03285.0 159046.MVA7 3.2 主变压器台数的确定 对大城市
17、郊区的一次变电所,在中低压侧已构成环网的情况下,变电所以装 设两台主变压器为宜。此设计中的变电站符合此情况,因此选择两台变压器即 可满足负荷的要求。 3.3 主变压器相数的确定 (1) 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。 (2) 当不受运输条件限制时,在 330KV 及以下的发电厂和变电所,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,此变电所的主变应采用三相变压器。 3.4 主变压器容量的确定 装有两台及以上主变压器的变电所中,当其中一台主变压器停运时,其余主 变压器的容量一般应
18、满足 60%的全部最大综合计算负荷。即 (n-1) ( 3-max6.0SN 2) 由上可知,此变电站单台主变压器的容量为: 60%=79.860%=47.88 MVANSmax 所以应选容量为 50 MVA 的主变压器 综合以上分析计算,选择变压器型号为 SFSZ750000/110 型 ,其参数如5 第 11 页 共 58 页 表 3-1 所示。 表 3-1 SFSZ750000/110 变压器参数 变压器 型号 额定容 量 (KVA ) 电压(KV) 阻抗电压(%) 高压侧 中压侧 低压侧 高中 高低 中低SFSZ7 50000/110 50000 1108 1.25 % 38.55%
19、10.5 17 10.5 6.5 第 4 章 短路电流的计算 4.1 短路电流计算的目的及规定 4.1.1 短路电流计算的目的 在变电所的电气设计中,短路电流计算是其中的一个重要环节。在选择电气 设备时,为保证在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作,需要进行全 面的短路电流计算。例如:计算某一时刻的短路电流有效值,用以校验开关设 备的开断能力和确定电抗器的电抗值;计算短路后较长时间短路电流有效值, 用以校验设备的热稳定值;计算短路电流冲击值,用以校验设备动稳定。 4.1.2 短路电流计算的一般规定 (1) 电力系统中所有电源均在额定负荷下运行; (2) 短路种类:一般以三相短路计算; (3
20、) 接线方式应是可能发生最大短路电流的正常方式(即最大运行方式) , 而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式; (4) 短路电流计算点:在正常接线方式时,通过电气设备的短路电流为最 大的地点。 第 12 页 共 58 页 4.2 短路电流的计算结果 在本设计中,选取 5 个短路点,分别为 35KV、10KV 的母线,各个电压等 级的主变压侧。将所计算最大方式下短路电流值列成表 4-1 所示。 表 4-1 最大方式下各个短路点的短路电流值 名 称 短路点 基准电压 (KV) (KA)三I 相 (KA)I 两相 (KA)shi(KA)shIS(MVA)1d 37 1.76 1.52 4.49
21、 2.66 112.792 10.5 6.71 5.81 17.11 10.13 122.033d 115 0.64 0.55 3.98 0.97 127.484 37 1.64 1.42 4.18 2.48 105.15d 10.5 6.32 5.47 16.12 9.54 114.94 第 13 页 共 58 页 第 5 章 主要电气设备的选择 5.1 电气设备选择概述 5.1.1 选择的原则 (1) 应满足正常运行、检修、短路、和过电压情况下的要求,并考虑远景 发展。 (2) 应按当地环境条件校核。 (3) 应力求技术先进和经济合理 (4) 与整个工程的建设标准应协调一致。 (5) 同类
22、设备应尽量减少种类。 (6) 选用的新产品均应具有可靠的实验数据。 (7) 设备的选择和校验。 5.1.2 电气设备和载流导体选择的一般条件 (1) 按正常工作条件选择 额定电压:所选电气设备和电缆的最高允许工作电压,不得低于装设 回路的最高运行电压 UNUNs 额定电流:所选电气设备的额定电流 IN,或载流导体的长期允许电流 Iy,不得低于装设回路的最大持续工作电流 I max 。计算回路的最大持续工作电 流 I max 时,应考虑回路在各种运行方式下的持续工作电流,选用最大者。 (2) 按短路状态校验 。 热稳定效验: 当短路电流通过被选择的电气设备和载流导体时,其热效应不应超过允许 值,
23、I t2t Qk,t k=tin+ta,校验电气设备及电缆(3 6KV 厂用馈线电缆除外)热 稳定时,短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。 动稳定校验: ies ish,用熔断器保护的电气设备和载流导体,可不校验热稳定;电缆不 第 14 页 共 58 页 校验动稳定; (3) 短路校验时短路电流的计算条件: 所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算,并应考虑电力系 统的远景发展规划;计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式,而 不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式;短路的种类一般按三相短路校验; 对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路
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