10KV变电站供电系统设计_毕业设计论文.doc
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1、目 录摘 要IAbstractII绪 论1第一部分 设计说明书3第1章 主接线的设计31.1 电气主接线系统的基本知识31.2 电气主接线系统的基本要求31.3 电气主接线系统的设计41.3.1主接线的设计依据41.3.2几种主接线方式51.3.3主接线的确定6第2章 负荷计算72.1 负荷计算的目72.2 负荷计算的方法7第3章 短路电流计算83.1 产生短路的原因83.2 短路的危害83.3 短路电流计算的目的和用途83.4 短路电流的计算方法9第4章 主变的选择114.1 变、配电站分类114.1.1 按变、配电站用途分类114.1.2 按变、配电站设置地点分类114.2 变电站站址的选
2、择原则124.3 变电所形式的确定12第5章 电气设备的选择与校验135.1 电气设备选择的一般要求135.2 一次侧电气设备的选择与校验原则145.2.1 开关电器的选择145.2.2 互感器的选择165.2.3 母线的选择与校验17第6章 变电站的防雷与接地设计186.1 变电站直击雷过电压保护186.2 雷电侵入波过电压保护196.3 接地装置中的一般规定19第二部分 计算书20第1章 负荷计算201.1 1#、2#、3#教学楼,A、B、C座实验楼负荷计算201.2 科技楼、图书馆、消防设施负荷计算201.3 男生宿舍负荷计算211.4 女生宿舍负荷计算211.5 教职工公寓负荷计算22
3、1.6 研究生公寓楼、服务楼、食堂、等负荷计算22第2章 短路电流计算232.1 T1变压器短路电流计算232.2 T2、T3变压器短路电流计算252.3 T4、T5变压器短路电流计算262.4 T6变压器短路电流计算272.5 T7变压器短路电流计算28第3章 一次侧设备的选择与校验293.1 T1变压器一次侧的设备的选择和校验303.1.1 断路器的选择与校验303.1.2 高压隔离开关的选择与校验303.1.3 接地开关的选择与校验313.1.4 电流互感器的选择与校验323.1.5 电压互感器的选择与校验323.1.6 熔断器的选择与校验333.1.7 操动机构的选择333.1.8 操
4、作电源的选择333.2 母线的选择与校验343.2.1 高压侧母线的选择与校验343.2.2 低压侧母线选择与校验35第4章 防雷与接地接地设计364.1 变电站直击雷过电压保护364.1.1 防雷等级364.1.2 保护措施374.2 变电站雷电侵入波过电压保护384.2.1 电缆进线保护384.2.2 所内过电压保护38结束语39附录1:参考文献40附录2:负荷分布情况详表41附录3: 10kv变电站设计一次部分主接线图45 10kv变电站的设计摘 要 根据设计任务书的要求,本次设计为10kV变电站电气一次部分初步设计,并绘制电气主接线图。该变电站设有七台主变压器,站内主接线分为10kV和
5、0.4KV两个电压等级。为一学校提供稳定的高质量的电能。此次变电站的设计,其主要内容包括对电气主接线的确定,主要是电气设备的选择,包括断路器,隔离开关,电流互感器,电压互感器,母线等。首先,根据主接线的经济可靠性.运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式,在技术方面和经济方面进行比较,选取最优接线方式;其次,利用需要系数法进行负荷计算,根据计算的短路容量进行主变压器的选择;再次,进行短路电流计算,利用等值网络,根据各短路点计算出各点各周期的短路稳态电流和短路冲击电流值;最后,根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择,然后根据热稳定和动稳定条件进行校验。此外,从变电站直击雷过电压保
6、护和雷电侵入波过电压保护两方面进行防雷与接地保护的设计。关键词 变电站/主接线/短路电流/电气设备 I绪 论随着国民经济的发展,各类民用建筑以多层建筑为主,配电距离在变长,配电功率在变大,负荷密度在增加,10kv配电网络承担着重大的供配电任务。而变电所在供配电网络中起着接受、变换和分配电能的作用,所以,变电所在供配电网络中处于举足轻重的地位1。 在10kv变电所设计中,主要完成以下任务:主接线方案的设计与论证;负荷计算;短路电流计算;高、低压侧配电系统设计;电气设备的选择与校验;变电所形式的确定;防雷和接地等。目前,在10kv变电所的设计中,普遍采用金属封闭铠装开关柜设备,将变压器一、二次开关
7、设备全部合为一体。而开关设备的发展是变电所、电力系统发展的先驱。真空开关、SF6断路器、重合器、分段器、自动配电开关、新型熔断器的出现,为变电所向小型化、智能化、免维护、易施工方向发展创造了良好的条件。随着科学技术的发展,变电所综合自动化系统运用的日益广泛,逐步融入了IT技术,借助计算机技术和网络通信技术,对配电网进行在线和离线的智能化监控管理。做到保护、运行、管理的自动化。随着微机监控系统和配电自动化技术的应用,变电所内逐步实现了无人值守。这就大大减少了危险场所人为事故发生率,增强了供配电系统的可靠性和稳定性。在先进技术不断发展的今天,变电所综合自动化系统以其系统化、标准化和面向未来的概念正
8、逐步取代繁琐而复杂的传统控制保护系统。所以综合自动化是变电所发展的总方向2。本次设计为一学校10kv变电站,其中有功功率4170KW,无功功率1739.45kvar,视在功率4521.6KVA。根据分类,科技楼、图书馆和消防设施作为二级负荷,其他均为三级负荷。根据设计要求,高压侧8回路出线,初步设定六座变电所,两座独立变电所,五座箱式变电所。一号独立变电所负荷为科技楼、图书馆和消防设施,由于是二级负荷,采用两台变压器,一用一备;二号独立变电所负荷为教师公寓;一号箱式变电所负荷为实验楼和教学楼;二号箱式变电站负荷为男生宿舍楼,三号箱式变电站负荷为女生宿舍楼;四号箱式变电站负荷为活动中心、餐厅、服
9、务楼及其他负荷。通过本次设计,要达到的目的有:巩固和提高对所学的专业理论知识的认识,并在毕业设计的实践过程中得到灵活应用;学习和掌握变电所电气部分设计的基本方法,树立正确的设计思想;培养独立分析和解决实际问题的工作能力及实际工程设计的基本技能;培养查阅、使用国家规范、设计手册及其他参考资料的能力;为今后从事电力工程设计、建设、运行及管理工作打下必要的坚实基础。第一部分 设计说明书第1章 主接线的设计1.1 电气主接线系统的基本知识电气主接线是发电厂和变电所电气设计的首要部分,也是构成电力系统的主要环节。 主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依
10、一定的次序相连接的接受和分配电能的电路。而用规定的电气设备图形符号和文字符号并按照工作顺序排列,详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图,称为主接线电路图。 主接线可分为有母线接线和无母线接线两类。有母线接线分为单母线接线和双母线接线;无母线接线分为单元式接线、桥式接线和多角形接线。而在中、低压供配电系统中主要采用单母线接线、单元式接线和桥式接线3。 1.2 电气主接线系统的基本要求我国变电所设计的技术规程规定:变电所的主接线应根据变电所在电力系统中的地位,回路数,设备特点及负荷性质等条件确定,且应满足运行可靠,简单灵活,操作方便和节省投资等要求4。 电气主接线的基本要
11、求: 1) 可靠性: (1)研究可靠性应注意的问题: a、应重视网内外长期运行的实践经验及其可靠性的运行分析。 b、应包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。 c、在很大程度上取决于设备的可靠程度。 d、考虑待设计发电厂,变电所在电力系统中的地位和作用。 (2)具体要求: a、断路器检修时,不宜影响对系统的供电。 b、断路器或引线检修及引线故障时,尽量减少停远回路和停远时间,并保证对一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。 c、尽量避免变电所全停的可能性。 d、大机组,超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。 2) 灵活性:主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。 (1)调度时,
12、应可以灵活地投入和切除发电机,变压器和线路,调配电源和负荷,满足系统在事故运行方式,检修运行方式及特殊运行方式下的系统调度要求。 (2)检修时,可以方便地停运断路器,母线及其继电保护设备进行安全检修而不致影响电力网和对用户的供电。 (3)扩建时,可以容易地从初期接线过渡到最终接线,并且对一次和二次部分的改建工作量最少。3) 经济性:主接线在满足可靠性,灵活性要求的前提下做到经济合理。 (1)投资省 a、主接线要求简单,以节省断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器、避雷器等一次设备。 b、要使继电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设备和控制电缆。 c、要能限制短路电流,以便选择价廉的电器设备
13、和轻型电器。 d、如能满足系统安全运行及继电保护要求,110KV及以下终端和分支变电所可用简单接线方式。 (2)占地面积小,主接线设计要为配电装置创造条件,尽量使占地面积减少。 (3)电能损失小,经济合理地选择各种电气,减少电能损失。 (4)具有未来发展和扩建的可能性。1.3电气主接线系统的设计1.3.1主接线的设计依据主接线的设计依据5:1)发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用。 电力系统中的变电所有:系统枢纽变,地区重要变电所和一般变电所三种类型,一般变电所多为终端和分支变电所,电压为110KV及以下。 2)发电厂、变电所的分期和最终建设规模。 变电所根据510年电力系统发展规划进行设计
14、,一般装设两台主变压器,终端或分支变电所如只有一个电源时,可只装设一台主变压器。 3)负荷大小和重要性 (1)对于一级负荷必须有两个独立电源供电,且当任何一个电源失去后,能保证对全部一级负荷不间断供电。 (2)对于二级负荷一般要有两个独立电源供电,且当任何一个电源失去后,能保证全部或大部分二级负荷的供电。 (3)对于三级负荷,一般只需一个电源供电。 4)系统备用容量大小 装有两台及以上主变的变电所,当其中一台事故断开时,其余主变的容量,应保证该变电所70%的全部负荷,在经过过负荷能力后的允许时间内,应保证用户的一、二级负荷供电,系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。在主接线设计时应充分考虑
15、这一因素。 5)系统专业对电气主接线提供的具体资料(1)出线的电压等级、回路数、每回路输送容量和导线截面。 (2)主变压器台数,容量和型号;变压器各侧的额定电压,阻抗等。 (3)系统的短路容量或归算电抗值。 (4)变压器中性点的接地方式及接地点的选择。 (5)初期和最终变电所与系统连接方式,变电所的地理位置等。1.3.2几种主接线方式 由原始资料可知,待设计的变电所为10KV开闭所,为一般变电所,它的修建目的主要是提供可靠优质电能,根据电力工程设计手册6,我们可基本选定主接线方式为: 一)单母线接线方式:单母线接线具有简单清晰,设备小,投资小,运行操作方便,且有利于扩建等优点,但可靠性和灵活性
16、较差,当母线或母线隔离开关故障或检修时,必须断开它所接的电源;与之相接的所有电力装置,在整个检修期间均需停止工作。此外在出线断路器检修期间,必须停止该回路的工作。因此,这种接线只适用于6220KV系统中只有一台发电机或一台主变压器,且出线回路又不多的中、小型发电厂和变电所,它不能满足、类用户的要求,但若采用成套配电装置,由于可靠性高,也可用于较重要用户的供电。二)单母线分段: 单母线分段接线具有简单清晰,设备较少,投资较小,运行操作方便,且有利于扩建等优点,并可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,分段断路器自动将故障段隔离,保证正
17、常段母线不间断供电,不致使重要用户停电,两段母线同时故障的可能甚小,可以不予考虑。分段的数目,取决于电源数量和容量。段数分得越多,故障时停电范围越小,但使用断路器数量也越多,且配电装配和运行也越复杂,通常以23段为宜,这种接线广泛用于中、小容量发电厂的610KV接线和6220KV变电所中。1.3.3主接线的确定表1-1 单母线接线与单母线相比较单母线 单母线分段 断路器台数 12台11台隔离开关台数16台14台占地面积 占地面积较大 占地面积较小些 优点 接线简单、清晰、设备小、操作方便、便于扩建、投资较小 接线简单、操作方便、便于扩建供电可靠性,灵活性较好 缺点供电的可靠性,灵活性较差,不能
18、满足、类用户需要投资较大些,占地面积较大 适用范围 用于6220KV系统中仅一台发电机或一台主变,且出线不多的中、小型变电所 适用于610KV电压等级引出线在6回以上的中、小型变电所根据提供的原始资料,电力系统的发展,和用户的需求等几方面考虑,从近期及远景的发展规划,经过比较确定采用两路10kv电源一用一备供电。两路10kv电源有两路独立电源供给,高压侧为单母线分段联络接线,10kv电源进线经一号独立变电所采用放射式引线出至本所400v段和二号独立变电所及1-5号箱式变电所。各变电所低压侧采用单母线接线。进出线均采用高压铠装电力电缆。 该设计整个主接线网络采用双电源放射式结构,符合供电标准,满
19、足对负荷密度大,供电要求较高的基本要求。第2章 负荷计算2.1 负荷计算的目的计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据,也是整定继电器保护的重要数据。计算负荷确定得是否合理,直接影响到电器和导线的选择是否合理。如计算负荷确定过大,将使电器和导线截面选择过大,造成投资和有色金属的浪费;如果计算负荷过小,又将使电器和导线运行时增加电能消耗,并产生过热,引起绝缘过早老化,甚至烧毁,一致发生事故,同样给国家造成损失。为此,正确进行负荷计算是供配电设计的前提,也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。 2.2 负荷计算的方法负荷计算成用的方法有需要系数法、二项式法和利用
20、系数法7。目前前两种方法在国内使用比较普遍。由于需要系数法比较简便,广泛使用。但是当用电设备台数较少功率相差悬殊时,需要系数法的计算结果往往偏小,但使用于计算变、配电所的负荷。本次设计采用的就是需要系数法。第3章 短路电流计算3.1 产生短路的原因短路发生的主要原因是系统中某一部位的绝缘遭到破坏。绝缘遭到破坏的原因主要有以下方面:1、雷击或高电位侵入; 2、绝缘老化或外界机械损伤; 3、误操作; 4、动、植物造成的短路。 3.2 短路的危害 短路的危害8有:1、短路电流IK远大于正常工作电流,短路电流产生的力效应和热效应足以使设备受到破坏。 2、短路点附近母线电压严重下降,使接在母线上的其他回
21、路电压严重低于正常电压,会影响电气设备的正常工作,甚至可能造成电机烧毁等事故。3、短路点处可能产生电弧,电弧高温对人身安全及环境安全带来危害。如误操作隔离开关产生的电弧常会使操作者严重灼伤,低压配电系统的不稳定电弧短路可能引起火灾等4、不对称短路可能在系统中产生复杂的电磁过程,从而产生过电压等新的危害。5、不对称短路使磁场不平衡,会影响通信系统和电子设备的正常工作,造成空间电磁污染。3.3 短路电流计算的目的和用途短路是电力系统常见的故障之一,短路电流是系统重要的技术参数8,主要有以下用途:1、校验系统设备能否承受可能发生的最严重短路;2、作为设置短路保护的依据;3、可通过短路电流判断系统电气
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