220KV降压变电所电气一次部分初步设计.doc
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1、哈尔滨理工大学学士学位论文220kV降压变电所电气设计摘要随着我国科学技术的发展,特别是计算机技术的进步,电力系统对变电所的更要求也越来越高。本设计主要介绍了220kV变电站的主接线设计及变压器的选择,变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质,选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。在经济角度上要考虑周全,尽量以最少的投资获得最佳的方案。按照要求选择合适的变压器。短路电流计算,对变电站系统中的各个电压等级下的母线发生三相短路时,所流过的短路电流进行了分别计算。电气设备动、热稳定校验,电气设备的选择条件包括两大部分:一是电气设备所需要满足的基本条件,即按正常工
2、作条件选择,并按短路状态校验动、热稳定;二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。电气总平面及配电装置断而设计,较为详细地完成了电力系统中变电所设计。设计只对变电站电气一次部分做了较为详细的理论设计,而对其电气二次部分并没有涉及。关键词:变电所;电路主接线;短路计算;稳定性The electrical design of 220kV step down substationAbstractWith the development of science and technology in China, particularly computing technology has advan
3、ced, the power system demands on substation more and more.The article about the 220kV transformer area substation design, discussed some electrical transformer stations design (one part) in power systems engineering of the entire process. Through the main transformer stations wiring design, stations
4、 wiring design stations, short circuit current calcularions, check electrical equipment moving and thermal stability, set the main electrical equipment models and the parameters, the operating mode, design over-voltage protection and mine devices, design general electric and distribution devices flo
5、od, and without power compensarion. Lastly, substation design is completed in power system.Limited to the specific design requirements and design time of constraints, the design only is a part of the electrical transformer stations, and its second part did not involve, which research it in future st
6、udy and work.Keywords:substation; main circuit wiring; short circuit calculation; stability不要删除行尾的分节符,此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 论文研究的目的和意义11.3 论文研究的内容2第2章 电气主接线的设计32.1 电气主接线的接线方法32.1.1 单母线接线及单母线分段接线32.1.2 双母线接线及分段接线32.2 电气主接线的设计原则42.3 电气主接线的方案选择52.3.1 双母线接线方案52.3.2 双母线带旁路母线接线方案
7、5第3章 主变压器的选择73.1 主变压器的选择原则73.1.1 主变压器台数的选择73.1.2 主变压器容量的选择73.1.3 主变压器型式的选择93.1.4 绕组数量和连接形式的选择93.2 主变压器选择结果9第4章 220kV变电所短路计算114.1 短路造成的后果及其计算目的114.1.1 短路的后果114.1.2 短路计算的目的114.2 变压器的各绕组电抗标幺值计算124.3 10kV侧短路计算134.4 220kV侧短路计算144.5 110kV侧短路计算14第5章 电气设备和导体的选择175.1 电气设备选择的一般原则175.2 断路器和隔离开关的选择175.2.1 220kV
8、侧主变与出线的选择及校验185.2.2 主变110kV侧断路器与隔离开关的选择及校验205.2.3 10kV侧断路器与隔离开关的选择及校验215.3 电流互感器的选择235.3.1 220kV侧电流互感器的选择245.3.2 110kV侧的电流互感器的选择255.3.3 10kV侧电流互感器的选择255.4 电压互感器的选择265.4.1 220kV侧母线电压互感器的选择275.4.2 110kV侧母线电压互感器的选择275.4.3 10kV侧母线电压互感器的选择285.5 导体的选择与校验285.5.1 220kV侧母线与侧引接线的选择与校验285.5.2 110kV侧母线的选择与校验295
9、.5.3 10kV侧母线的选择与校验305.5.4 变压器110kV侧引接线的选择与校验325.5.5 变压器10kV侧引接线的选择与校验33第6章 防雷接地设计356.1 防雷设计356.1.1 防雷设计原则356.1.2 避雷针的配置356.2 接地设计的原则36结论37致谢38参考文献39附录A40附录B47千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”。打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景能源历来是人类文明的先决条件,人类社会一切活动都离不开能源。电能是由一次能源经加工转换成的能源。
10、电能的开发和应用,是人类征服自然过程中所取得的具有划时代意义的光辉成就。现代文明中,电被视为与空气和水一样重要1。近十年来,随着我国国民经济的快速增长,用电也成为制约我国经济发展的重要因素,各地都在兴建一系列的用配电装置。变电所的规划、设计与运行的根本任务,是在国家发展计划的统筹规划下,合理的开发和利用动力资源,用最少的支出为国民经济各部门与人民生活提供充足、可靠和质量合格的电能。变电所由发、送、变、配、等不同环节以及相应的通信、安全自动、继电保护和调度自动化的系统组成,它的形成和发展,又经历了规划、设计、建设和生产运行等不同阶段。各个环节和各个阶段都有各自不同的特点和要求。现代变电所是一个十
11、分庞大而又高度自动化的系统,在各个专业系统之间和各个环节之间,既相互制约又能在一定条件下相互支持和互为补充。为了适应我国国民经济的快速增长,需要密切结合我国的实际条件,从电力系统的全局着眼,需要设计出一系列的符合我国各个地区的用以供电的变电所,有一协调各专业系统各个阶段有关的各项工作,以求取得最佳技术经济的综合效益。变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施,它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。在我国系统的变电站大致分为四大类:降压变电站,主网变电站,二次变电站,配电站。我国电力工业的技术水平和管理水平正在逐步提高,对变电所的设计提出了更高的要求,更需要
12、我们提高知识理解应用水平,认真对待。本次所设计的课题是220kV降压变电所的设计,该变电所具有220kV、110kV、10kV三个电压等级。110kV以工厂用电为主,10kV以用户用电为主。1.2 论文研究的目的和意义本次毕业设计将是对我四面来学习的一次综合测试。通过这次设计实践工作,会使我学到许许多多书本上没有的东西,让我养成“严谨、活泼”的工作作风,掌握发电厂电气部分初步设计的过程。这将是对所学知识进行的一次实践,是电气专业知识得到巩固和加深,逐步提高解决问题的能力。也使我对电气的各个装置有了系统的了解,对电气设备的用途加深了理解,在以后的使用中能得心应手。通过本次设计,我将得出以下结论:
13、可靠、优质的供电是现代化大都市的重要标志。为此目的,需要采用相当复杂的技术。其难度往往不亚于超高压输电技术。过去,对配电系统的发展为给予应有的重视,欠账甚多。研究采用配电新技术,提高供电的可靠性和电能质量已是十分紧迫的任务。同时我国主要以220kV用电为主,对220kV降压变电站的研究可以使我更好的了解我国电力如何分配与发展水平。1.3 论文研究的内容本设计包括以下内容:1电气主接线的设计,其中介绍了电气主接线的接线方法,电气主接线的设计原则,电气主接线的方案选择。2主变压器的选择,其中介绍了主变压器的选择原则,主变压器的结果。3短路计算,其中介绍了短路计算的目的和意义,标幺值的计算。4电气设
14、备和导体的选择,其中介绍了电气设备选择的一般原则,断路器和隔离开关的选择,电流互感器的选择,电压互感器的选择,导体的选择与校验5防雷接地设计,其中介绍了防雷设计原则,避雷针的配置。第2章 电气主接线的设计2.1 电气主接线的接线方法2.1.1 单母线接线及单母线分段接线1.单母线接线单母线接线供电电源在变电所是变压器或高压进线回路。母线既可保证电源并列工作,又能使任一条出线都可以从任一个电源获得电能。各出线回路输入功率不一定相等,应尽可能使负荷均衡地分配在各出线上,以减少功率在母线上的传输2。单母接线的优点:接线简单,操作方便、设备少、经济性好,并且母线便于向两端延伸,扩建方便。缺点:(1)可
15、靠性差。母线或母线隔离开关检修或故障时,所有回路都要停止工作,也就成了全厂或全站长期停电。(2)调度不方便,电源只能并列运行,不能分列运行,并且线路侧发生短路时,有较大的短路电流3。综上所述,这种接线形式一般只用在出线回路少,并且没有重要负荷的发电厂和变电所中。2.单母分段接线单母线用分段断路器进行分段,可以提高供电可靠性和灵活性;对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路,由两个电源供电;当一段母线发生故障,分段断路器自动将用户停电;两段母线同时故障的几率甚小,可以不予考虑。在可靠性要求不高时,亦可用隔离开关分段,任一母线故障时,将造成两段母线同时停电,在判别故障后,拉开分段隔离开关,完成即可恢
16、复供电。这种接线广泛用于中、小容量发电厂和变电站610kV接线中。但是,由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电,大大增加了出线数目,使整体母线系统可靠性受到限制,所以,在重要负荷的出线回路较多、供电容量较大时,一般不予采用4。3.单母线分段带旁路母线的接线单母线分段断路器带有专用旁路断路器母线接线极大地提高了可靠性,但这增加了一台旁路断路器,大大增加了投资。2.1.2 双母线接线及分段接线1.双母线接线双母接线有两种母线,并且可以互为备用。每一个电源和出线的回路,都装有一台断路器,有两组母线隔离开关,可分别与两组母线接线连接。两组母线之间的联络,通过母线联络断路器来实现。其特点有:供电可靠
17、、调度灵活、扩建方便等特点5。由于双母线有较高的可靠性,广泛用于:出线带电抗器的610kV配电装置;3560kV出线数超过8回,或连接电源较大、负荷较大时;110220kV出线数为5回及以上时。2.双母线分段接线为了缩小母线故障的停电范围,可采用双母分段接线,用分段断路器将工作母线分为两段,每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相连,电源和出线回路均匀地分布在两段工作母线上。双母接线分段接线比双母接线的可靠性更高,当一段工作母线发生故障后,在继电保护作用下,分段断路器先自动跳开,而后将故障段母线所连的电源回路的断路器跳开,该段母线所连的出线回路停电;随后,将故障段母线所连的电源回路和出线回路
18、切换到备用母线上,即可恢复供电。这样,只是部分短时停电,而不必短期停电。双母线分段接线被广泛用于发电厂的发电机电压配置中,同时在220550kV大容量配电装置中,不仅常采用双母分段接线,也有采用双母线分四段接线的。3.双母线带旁路母线的接线双母线可以带旁路母线,用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作,使该回路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关,增加了投资,然而这对于接于旁路母线的线路回数较多,并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的7。2.2 电气主接线的设计原则电气主接线的设计是发电厂或变电所电气设计的主题。它与电力系统、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
19、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的影响。因此,主接线设计,必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况,全面分析有关影响因素,正确处理它们之间的关系,经过技术、经济比较,合理地选择主接线方案。电气主接线设计的基本原则是以设计任务为依据,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、维护方便,尽可能地节省投资,就近取材,力争设备元件和设计的先进性与可靠性,坚持可靠、先进、实用、经济、美观的原则8。2.3 电气主接线的方案选择2.3.1 双母线接线方案双母线接线方案一:220kV侧双母
20、接线,110kV侧双母接线、10kV侧单母分段接线。220kV出线3回,并且有两台变压线路,而双母接线使用范围是110220kV出线数为4回及以上时。满足主接线的要求。且具备供电可靠、调度灵活、扩建方便等特点。110kV出线2回,110kV侧有两回出线供给远方大型炼钢厂,其最大负荷为42000KW。根据条件选择双母接线方式。10kV出线12回,10kV侧总负荷9800kW。选择单母分段接线方式。方案主接线图如图2-1所示:图2-1 主接线方案一2.3.2 双母线带旁路母线接线方案双母线带旁路母线接线方案二:220kV侧双母带旁路接线,110kV侧双母接线、10kV侧单母分段接线。220kV出线
21、3回,而由于本回路为重要负荷停电对其影响很大,因而选用双母带旁路接线方式。双母线带旁路母线,用旁路断路器替代检修中的回路断路器工作,使该回路不致停电。这样多装了价高的断路器和隔离开关,增加了投资,然而这对于接于旁路母线的线路回数较多,并且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。主接线如图2-2所示:图2-2 主接线方案二现对两种方案比较如下表2-1所示10:表2-1 主接线方案比较表方案项目方案一:220kKV侧双母接线,110kV侧双母接线、10kV侧单母分段接线。方案二:220kV侧双母带旁路接线,110kV侧双母接线、10kV侧单母分段接线。可靠性1.220kV接线简单,设备本身故障率
22、少;2.220kV故障时,停电时间较长。1.可靠性较高;2.有两台主变压器工作,保证了在变压器检修或故障时,不致使该侧不停电,提高了可靠性。灵活性1.220kV运行方式相对简单,灵活性差;2.各种电压级接线都便于扩建和发展。1.各电压级接线方式灵活性都好;2.220kV电压级接线易于扩建和实现自动化。经济性设备相对少,投资小。1.设备相对多,投资较大;2.母线采用双母线带旁路,占地面增加。通过对两种主接线可靠性,灵活性和经济性的综合考虑,辨证统一,现确定第二方案为设计最终方案。第3章 主变压器的选择在发电厂和变电站中,用来向电力系统或用户输送功率的变压器,称为主变压器;用于两种电压等级之间交换
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