110千伏变电站设计_毕业论文.doc
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1、新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - 110 千伏变电站设计 1 绪论 1.1 内容简介 本设计叙述了和静 110kV 变电站的设计,其内容有:对原始资料及变电站 的总体分析,拟定电气主接线的方案,按照对电气主接线的基本要求来定性地 确定本次设计电气主接线的具体形式。依据规程规定以及最初设计资料的数据, 确定主变压器以及厂用变容量及型号,为短路电流的计算提供初始的电路参数。 按照电气设备选型的原则,确定此变电站中所安装断路器、隔离开关、电流互 感器、电压互感器、母线、避雷器以及接地刀闸的型号,根据型号查出相关技 术数据,并逐一分析校验设备以满足运行的要求。并就主变保护、配电
2、装置过 电压保护、变电站的微机控制等内容作出说明。计算的内容有:通过确定具有 代表性的短路点,计算三相短路电流,电气设备的选择及校验(包括断路器、 隔离开关、电流互感器、母线、避雷器等) ,介绍了所用电和直流系统、继电保 护和微机监控系统、过压保护、接地、通信等相关方面的知识。 图纸部分:110kV 变电站主接线图、变电站主要一次设备布置图 、部分简 单二次图。 1.2 基本资料 (1)设计的变电站为一降压变电站,电压等级为 110kV/35kV/10kV。 (2)计划安装两台 20000kVA 的三圈变压器。变压器的型号为变压器型号: SFSZ9-20000/110 额定电压:11081.2
3、5% 38.522.5% 10.5kV 接线组别: Y。/Y。/-12-11,空载损耗:33KW、36.75kW 空载电流 1.5% 表 1-1 绕组间短路阻抗: +10%0-10% 110 与 38.5kV 11.23%10.5%10.37% 110 与 10.5kV 18.68%18%17.73% 38.5 与 10.5kV -6.5%- 表 1-2 负载损耗: 110 与 10.5kV 在 10000kVA 时 62.58KW 110 与 38.5kV 在 10000kVA 时 66.80KW 38.5 与 10.5kV 在 10000kVA 时 54.30KW (3)设计 110kV
4、进线一回,出线 3 回,预留用空间隔,每条线路最大输送 新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - 容量 50MW,Tmax=7000h,一级负荷。 (4)当地最高温度 41.7,最热月平均最高温度 32.5,最低温度- 18.6,最热月地面下 0.8M 处土壤平均温度 25.3。 (5)厂用电率 0.2%,厂用电电压 0.4KV。 (6)本变电站地处小于 8 度地震区,海拔高度:1000m,风速:35m/s。 (7)设计变电站为一中型变电站,其容量为 220000kVA=40000kVA。 新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - 2 变电站总体分析 随着社会的
5、发展,电能被日益广泛的应用于工农业生产以及人民的日常工 作中。因为电能可以方便的转化为其他形式的能源,例如:机械能、热能、光 能、磁能等等;并且电能的输送和分配易于实现,可以输送到需要它的任何工 作场所和生活场所;电能的应用规模也很灵活。以电作为动力,可以促进工农 业生产的机械化和自动化,保证产品质量,大幅提高劳动生产率。同时提高电 气化程度,以电能代替其他形式的能源,是节约能源消耗的一个重要的途径。 电力工业电能的生产、输送、分配和消费与其他工业的区别在于: (1)与国民经济各部门的关系非常密切。 (2)电力系统从一种运行方式过度到另一种运行方式的过度过程非常短促。 (3)电能的生产、输送、
6、分配和消费实际上是整体同时快速完成的,不能 大量储存。 根据电力工业的特点,对电力系统有以下要求: (1)保证可靠的持续供电; (2)保证良好的电能质量; (3)保证电力系统运行的经济性。 所以说,电力工业是国家的基础行业,是国民经济发展的支柱,我要运用 所学习的知识为电力工业的发展作出应有的贡献。 2.1 设计该变电站的意义 首先,和静地区虽然拥有联网 110kV 变电站 3 座,主变 5 台,但是新增负 荷需要 110kV 和 35kV 变电站共 6 座,一些高能耗变压器和线路也需要更新。其 次,依照国家有关农网改造的规定,为了使和静地区的电网网架更加坚固,网 络布局更加合理,使供电可靠性
7、有更大提高。那么相关的变电站也要跟上这一 步伐,进行升级换代。变电站的合理建造,可以使所及之处电力分配合理,促 进当地经济和相关产业发展,使农民得到实惠。实现电力直供到户,不仅理顺 了农村电力体制,同时也理顺了农村电价。和静电网覆盖城乡、工矿、部队和 团场等广大区域。和静 110kV 变电站的建设,正是在这一急需时刻。该变电站 的建成有利于电能的合理变换和多渠道分配,使电能能够更稳定的送到千家万 户。与此同时,和静供电事业牢记“电力先行”的历史责任,不断提升电网安 全运行水平,为社会经济发展和人民生活改善提供了强有力的保证。广大农民 从“网改”这一得民心工程中真切感受到了党和国家的关怀和电力建
8、设者的贡 新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - 献。 2.2 供电区域内的负荷分析 负荷分析是根据工农业生产的布局特点,确定变电站布局位置,在变电站 布局基础上进行电网连接规划。负荷分析是变电站设计的重要依据,应根据给 定的各级电压进行,对进出线回路数、负荷性质、负荷大小进行综合分析,以 达到供电可靠性的要求。在确定变电站负荷的同时,求出变电站的综合最大负 荷作为选择变电器的依据。根据突然中断供电所引起的损失程度分类,一般将 电力负荷分为三级。一级负荷:是指突然中断供电将会造成人身伤亡或会引起 对周围环境严重污染的,突然中断供电将会造成经济上的巨大损失,如重要的 大型设备损
9、坏,重要产品或重要原材料生产的产品大量报废,连续生产过程被 打乱且需长时间才能恢复生产的;突然中断供电将会造成社会秩序严重混乱或 在政治上产生严重影响的用电负荷。二级负荷:是指突然中断供电将会造成经 济较大的损失,如生产的主要设备损坏,产品大量报废或减产,连续生产过程 需较长时间才能恢复;突然中断供电将会造成社会秩序混乱或在政治上产生较 大影响的用电负荷。三级负荷:是指不属于一级、二级负荷的其他负荷,对这 类负荷,突然中断供电所造成的损失不大或不会造成直接损失。 在和静地区 110kV 线路主要起到与同级各变电站以及电厂之间的联系和传 输功率的作用,其平均传送负荷为 70496kW,其中山电输
10、送到母线上的负荷为 42913KW,从母线上穿过的负荷有 21688kW,都为一级负荷,停电即会造成和静 县和附近的和硕县全部停电。35kV 线路主要是向下一级地区的变电站供电,其 平均负荷为 18497kW,其中二级负荷居多。10kV 线路主要是向和静县周边地区 供电,其平均负荷为 6345.1kW,其中三级负荷居多。 2.3 变电站的分类 变电站根据在系统中的地位分为:枢纽变电站、中间变电站、地区变电站 和终端变电站。 (1)枢纽变电站:位于电力系统的枢纽点,连接电力系统高压和中压的几 个部分,枢纽汇集多个电源,电压为 330kV-500kV。全站停电后,将引起系统 解列,甚至出现瘫痪。
11、(2)中间变电站:高压侧以交换潮流为主,起系统交换功率的作用,或使 长距离中间输电线路分段,一般汇集 2-3 个电源,电压为 220kV-330kV,同时 又降压供给当地用电,起中间环节的作用。全站停电后,将引起区域电网解列。 新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - (3)地区变电所:高压侧电压一般为 110-220kV,向地区用户供电为主, 是一个地区或城市的主要变电站。全站停电后,仅使该地区中断供电。 (4)终端变电站:在输电线路的终端,接近负荷点,高压侧电压多为 110kV,经终端降压后直接向用户供电的变电站。全站停电后,只是用户受到损 失。 2.4 变电站的作用及特点
12、 变电站的目的是完成一项或更多的如下功能: (1)开断:连接或切断系统中的各部分,一般是用断路器或开关来完成。 (2)电压变换:用电力变压器来升高或降低电压。 (3)无功补偿:用并联电阻,并联电容器,静止补偿装置以及调相机来控 制电压,串联电容器组用以减小线路阻抗。 (4)对各种负荷进行适时的分配和调整。 本次设计的和静 110kV 变电站离县中心不远,供电范围遍及整个和静县及 其所属下级单位,并且预设计的该站还有和硕 110kV 变电站联系起来,通过 110kV 线路将山电的电能输送到和硕县,供给其所有生产、生活用电。该站采 用了比较先进的采集、测量、监控和保护手段,使其在正常运行的过程中自
13、动 化程度有所提升。由于有两台主变,在一台需要检修时,并不需要完全停电, 但是因为容量设计不够,一台主变不能带起全部负荷,所以在检修时要进行部 分停电作业。该站 10kV 出线全部设计成柜式的组合电器(10kV 配电柜) ,大大 方便了维护和检修,另外,由于 10kV 开关柜是安装在室内,其抗腐蚀和抗老化 性也较好。 2.5 变电站的主要电气设备 通常把生产、变换、传输、分配和使用电能的设备称为一次设备,对一次 设备进行测量、控制、监视和保护用的称为二次设备。 该变电站的主要一次设备包括:变压器、断路器、隔离刀闸、电流/电压互 感器、避雷器、母线、电抗器、补偿电容器等。二次设备主要包括:各种继
14、电 保护装置、灯光音响、数据采集系统、通信系统和直流回路等。 新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - 新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - 3 变压器的选择 3.1 主变的选择 在发电厂和变电所中,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功率的变压器,称为联络变压器,只供本厂 (所)用电的变压器称为厂(所)用变压器。 3.1.1 主变容量及台数的选择 (1)容量的确定 主变压器容量一般按变电所建成后 5-10 年的规划负荷选择,并适当考 虑到远期 10-20 年的负荷发展。对于城郊变电所,主变压器容量应与城市规划相 结合
15、。 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定变压器的容量。还应考虑 变压器正常运行和事故时的过负荷能力;对装两台变压器的变电所,每台变压 器额定容量一般按下式选择:Sn=0.6PM(式中 PM 为变电所最大负荷)这样,当 一台变压器停用时,可保证对 60%负荷的供电。考虑变压器的事故过负荷能力 40%,则可保证对 84%负荷的供电。由于一般电网变电所大约有 25%的非重要负 荷,因此,采用 Sn=0.6PM,对变电所保证重要负荷来说多数是可行的,能满足 一、二级负荷的供电要求。 同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多,应从全网出发,推行 系列化、标准化。 (2)主变台数的选择 对大城市郊区
16、的一次变电站,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。 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,在设计时应考虑装 设三台主变压器的可能性。 对于规划只装设两台变压器的变电所,其变压器基础宜按大于变压器容 量的 1-2 级设计,以便负荷发展时,更换变压器的容量。 因此为保障电压水平能够满足用户要求,本所选用有载调压变压器,选变 压器两台。 根据以上原则: 去除所用负荷后:Pc=20000-200000.2%=19980kVA 变压器视在功率:S=Pc/COS+0.2%Pc/COS 新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - =19980/0.85+0.
17、2%19980/0.85 =23552.89kVA 故选择主变压器的型号为:SFSZ9-20000/110 具体参数见前文所述。 (3)主变的形式的选择 一般情况下采用三相式变压器,具有三种电压的变电所,如通过主变压器 各侧绕组的功率均达到 15%Sn 以上时,可采用三绕组变压器。其中,当高压电 网为 110220kV,而中低压电网为 35kV 和 10kV 时,由于负荷较大,最大和最 小运行方式下电压变化也较大。根据已确定的主变压器的容量参数和设计手册 中“在 330kV 及以下电力系统中,一般都应选用三相变压器“的规定,考虑投 资、占地、运输、维护等方面因素,本变电站中主变压器选用三相变压
18、器。 设计的主变压器的低压侧直接与 10kV 开关柜相连,其额定电压应为 10.5kV;中压侧与 35kV 主接线相连,其额定电压应为 35kV;而高压侧与 110kV 主接线直接相连,其额定电压等级为 110kV。 变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头,改变变压器高压侧 绕组匝数,从而改变其变比来实现的,切换方式有两种:一种是不带电切换, 称为无载调压,调整范围在5%以内,另一种是带负载切换,称为有载调压, 调整范围可达 30%,但其结构复杂,价格较贵。为了适应今后电网商业化运营 的要求,提高电网的供电质量,满足用户对供电质量的要求,另外,为了便于 电网电压的灵活及时调整,主变的调
19、压方式应采用有载调压变压器,有利于电 网今后的运行。 变压器三相绕组的接线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。我国 110kV 及以上电压, 变压器绕组都采用 YN 连接,35kV 以下电压,变压器三相绕组都采用三角形连 接,在发电厂和变电所中,一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制三次 谐波对电源的影响等因素,主变压器接线别一般都选用 YN,d11 常规接线。且 电力工程设计手册规定:为防止零序电流侵入,主变低压侧应为三角形接 线,中压侧为星形接线,高压侧应为星形接线,且中性点可操作的直接接地方 式。因此,本站主变的接线组别为:Y
20、。/Y。/-12-11。 参考电力工程电气设计手册 (电器一次部分)第五章第四节 主变一般 的冷却方式有:自然风冷却;强迫有循环风冷却;强迫油循环水冷却;强迫、 导向油循环冷却。小容量变压器一般采用自然风冷却。大容量变压器一般采用 强迫油循环风冷却方式。而此变电所容量不小也不是很大,所以采用油浸风冷 的冷却方式。 目前限制低压侧短路电流的设备较多。10kV 系统短路水平(不超过 30kA)。 新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - 经过推算,10kV 短路电流(不超过 30kA)。所选开关柜等电气设备均可满足要求 (10kV 不并列)。故本次设计采用高阻抗主变压器。本次设计结
21、合实际运行经验, 要求主变压器本体油枕由原 A 相移至 C 相。这样有利于主变压器中性点接地隔 离开关连接安装,且操作检修方便。 综上所述,主变压器的型号为:SFSZ9-20000/110 附:主变型号的表示方法 第一段:汉语拼音组合表示变压器型号及材料 第一部分:相数 S-三相 ;D-单相; 第二部分:冷却方式 J-油浸自冷; F-油浸风冷; S-油浸水冷; G-干式; N-氮气冷却; FP-强迫油循环风冷却; SP-强迫油循环水冷却 3.1.2 主变中性点接地方式的选择 电力网中性点选择其接地方式是一个综合问题。它与电压等级、单相接地 短路电流、过电压水平、保护配置等有关,直接影响电网的绝
22、缘水平、系统供 电的可靠性和连续性、变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰。主 要接地方式有:中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和直接接地。电力网中 性点的接地方式,决定了变压器中性点的接地方式。电力网中性点接地与否, 决定于主变压器中性点运行方式。 待设计主变 110kV 侧采用中性点直接接地 方式。主变压器中性点经隔离开关直接接地,以便于系统灵活选择接地点。 35kV 和 10kV 也采用中性点经隔离开关直接接地的接地方式。单相接地允许带 故障运行 2 小时,供电连续性好。 3.2 所用变的选择 (1)所用变选择的原则: 变压器原、副边额定电压必须与引接电源电压和所用网络电压相一致。
23、 变压器的容量必须满足所用负荷,因此对所用工作变压器的容量应按所 用电计算负荷的 110进行选择。 而在此变电站的设计中,由于有两台三圈主变,所以就直接从低压侧的母 线上连接变压器,降压至 0.4kV 供变电所负荷。并且两段 10kV 母线是分段的, 于是其中一段可以作为备用所用电源。并且有一段 35kV 的线路预留出来,供出 现重大故障时,提供电源。 (2)所用变的选择: 110kV 变电站的所用电率一般为 0.1%-0.2。对于所用变压器,其容量有 新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - 如下关系: 高压绕组:Sts1SC 低压绕组:Sts2SC 其中:SC-所用变压器计
24、算负荷(KVA) ,Sts1-所用变压器高压绕组额定容 量(kVA) ,Sts2-所用变压器低压绕组额定容量(kVA) 。 高压绕组:(100000.2%110%)/0.85=25.9kVA 低压绕组:(100000.1%110%)/0.85=12.95kVA 所以,查阅电气设备手册后,本次设计的两台高压所用变的容量均选 择为 50kVA,接线组别为 Y。/-11,其冷却方式为自然循环风冷。高压所用变 型号为:SC9-50/10,额定电压:1022.5%/0.4KV 额定电流:2.89/72.2A。 两台所用变压器互为备用。 新疆大学毕业论文(设计) 110 千伏变电站设计 - - 4 电气主
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