220 110 10KV变电站电气设计说明书 毕业设计论文.doc
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1、摘要摘要 变电站是电力生产与分配的重要环节,变电站的作用是变换电压等级,汇集 电流,分配电能,控制电能的流向,调整电压。电力生产过程有别于其他工业生 产的一个重要特点,就是它的生产,输送,变换,分配,消费的几个环节是在同 一个时间内同步瞬间完成。电力生产过程要求供需严格动态平衡,一旦失去平衡 生产过程就要受到破坏,甚至造成系统瓦解,无法维持生产。因而电力生产与分 配是关系国民生计的重要环节,而变电站也起到了举足轻重的作用。电力工业在 国民经济中占有十分重要的地位,建国以来,我国的电力工业发展迅速。电力也 成为工农业不可缺少的动力,并广泛应用到一切生产部门和日常生活方面。电力 工业自动化水平正在
2、逐步提高许多变电站以装设微机综合自动化,有些以实现无 人值班,电力系统已实现调度自动化。 本文主要是变电站一次部分设计。首先,根据任务书上所给系统、线路所给 负荷情况,通过对负荷的分析计算及供电范围确定主变压器的台数、容量及型号, 同时也确定站用变压器的容量及型号;其次,根据原始资料,通过对电力系统的 安全、可靠、灵活、经济运行等方面的考虑,确定了 220KV、110KV 及 10KV 侧的电气主接线;最后根据最大工作电流及短路电流的计算结果表,对断路器、 隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、导体等电气设备进行选型、 ,从 而完成 220KV 变电站电气一次部分的设计。 关键字:220K
3、V 变电站、电气一次部分设计、变压器、主接线、电气设备选择。 1 目目 录录 上上 篇篇 220/110/10KV 变电站电气设计说明书变电站电气设计说明书 目录目录 1 1 第一章第一章 概述概述 3 3 1.1 原始资料分析4 1.2 主要工作5 第二章第二章 主变压器和站用变压器的选择主变压器和站用变压器的选择 5 5 2.1 主变的选择5 2.2 站用变的选择7 第三章第三章 电气主接线方案的确定电气主接线方案的确定 8 8 3.1 电气主接线的基本要求8 3.2 电气主接线的设计方案9 3.3 电气主接线图12 第四章第四章 短路电流的计算短路电流的计算 1313 4.1 短路计算的
4、一般规定13 4.2 短路类型13 4.3 短路点的选择13 4.4 短路计算方法13 4.5 三相短路电流计算的运算曲线法14 4.6 等值网络14 第五章第五章 主要电气设备的选择主要电气设备的选择 1515 2 5.1 高压电气设备选择的一般规则.15 5.2 断路器和隔离开关的选择15 5.3 互感器的选择18 5.4 避雷器的选择20 5.5 导体的选择20 5.6 支持绝缘子的选择22 5.7 高压熔断器的选择22 第六章第六章 电气布置及配电装置电气布置及配电装置 2323 6.1 电气设备布置23 6.2 配电装置布置23 下下 篇篇 220/110/10KV 变电站电气设计计
5、算书变电站电气设计计算书 第七章第七章 变压器容量的确定变压器容量的确定 2525 第八章第八章 短路电流计算短路电流计算 2525 8.1 系统等值网络图及参数计算25 8.2 系统在 K1 点短路.28 8.3 系统在 K2 点短路.30 8.4 系统在 K3 点短路.31 第九章第九章 电气设备的选择和校验电气设备的选择和校验 3333 9.1 断路器和隔离开关的选择和校验33 9.2 互感器的选择37 3 上篇 说明书 第一章 概述 一、设计题目:220/110/10kV 变电站电气部分设计 二、设计原始资料: 1.变电站性质:变电站性质:地区重要变电站,连接两个水火系统,并向地方负荷
6、供电 2.地理位置:地理位置:位于某较大城市近郊 3.自然条件:自然条件: 站区地势平坦,海拔(300)m,交通方便,有铁路、公路从本站附近经过; 年最高气温(34),年最低气温(24 ),最热月平均最高气温(28 ), 最大风速(5 )m/s,覆冰厚度( 10 )mm,地震烈度( 5 )级;周围环境基 本无污染。 4.进线情况:进线情况: 220kV 侧共 4 回架空线与电网相连,可不考虑远期发展可能性。 5.负荷资料:负荷资料: 110kV 侧共 10 回架空出线,。85 . 0 cos 用户名称 最大负荷 (MW) 线路长度 (km) 回路数负荷级别 钢厂15*25021 汽车制造厂10
7、6012 市区变20*28021 化肥厂155012 机床厂155012 机修厂106012 机械厂107012 化纤厂105012 10kV 侧无出线,仅接无功补偿装置和站用变。 4 6.系统情况系统情况 7.其他条件其他条件 最大负荷同时系数,取 0.9;网损率,取 10%; 1.1 原始资料分析 1 变电站分析 本站连接两个水、火系统,并向地方负荷供电,构成环网,是系统能够更加 安全、可靠运行,且本站所属地区变电站在系统中处于较重要的地位。220kv 侧 共 4 回架空线路与电网相连,可不考虑远期发展可能性。110kv 侧共 10 回架空 出线,。10kv 侧无出线,仅接无功补偿装置和占
8、用变。85 . 0 cos 2 系统分析 本系统有 2 台 TS1280/18060 型水轮发电机、QFQS2002 型汽轮发电机 和 2 台 SFP7240/220 和 SSP3260/220 型双绕组变压器。 3 负荷情况 220kv 侧共 4 回架空线路与电网相连,110kv 共 10 回架空线路。本站供负荷 主要是城市的重要用户,停电后会造成很大的经济损失,因此本站必须有很高的 供电可靠性。 4 环境分析 本站建在城市地区,海拔 300m,地势较平坦,交通方便,有铁路和公路从本 站经过,因此可考虑选择廉价和较笨重的设备。周围环境基本无污染,可采用屋 外配电装置。考虑到土地的经济性、地表
9、烈度、覆冰厚度的影响,屋外配电装置 待设变电站 2TS1280/18060 2SFP7240/220kV 2(200)km 2(100)km 2QFQS2002 2SSP3260/220kV (220)km 5 拟采用半高型布置。 最大风速 5m/s,因此屋外配电装置可不考虑风速对布置的影响。年最高气温 34,最低气温24,最热月平均温度 28,在此温度范围内普通变压器可 正常运行。 1.2 主要工作 1、分析原始资料 2、主变选择 3、电气设备选择 4、电气布置(图) 第二章 主变压器和站用变压器的选择 2.1 主变的选择 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;
10、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;只用本站用的电压器 称为站用变压器。 1、台数的确定 变电站主变的台数,对于枢纽变电站在中低压已形成环网的情况下,变电站 设置两台主变为宜;对于地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站,可设 3 台主变压器,以提高供电的可靠性;对于不重要的较低电压等级的变电站,可 设一台主变压器。 规程规定:变电站中一般装设 2 台主变压器。 由于本站的二级负荷较多,在变电站出现故障或检修时,两台变压器可保证 一、二级负荷的供电可靠性,在变电站低压侧必须有足够的联络变压器作为备用, 且可以节约电能,考虑到 510 年的发展规划,因此本站选择两台主变三相式变
11、 压器。 2、容量的确定 变电站中主变压器一般采用三相式变压器,其容量应根据电力系统 5-10 年的 发展规划进行选择。负荷在增长,变压器应有一定的余量,同时要考虑变压器的 正常过负荷能力,两种计算方法如下: a)选择两台主变时,当一台主变停运时,另一台主变容量应能保证全部负 荷的 70%-80% 6 即: max0 cos T P S lTK (1+K)K 式中: 全部负荷的最大值之和 maxP 最大负荷同时率取 0.9 0K 网损率取 0.1 lK 负荷系数取 0.75 TK 无功补偿后的功率因数取 0.75 cos b)选择两台主变时,一台容量应该满足全部一级负荷和大部分二级负荷的 需要
12、。 即: 01max2max T cos +0.7 S PP lK (1+K) 式中 :所有一级负荷的最大负荷之和 1 maxP 所有二级负荷的最大负荷之和 2 maxP 同(1)公式含义 0KlKcos 3、 主变形式的选择 (1( 在变电站一般选用三厢变压器且本电站 220/110/10kv 降压变电站,因此, 本次设计采用三相绕组变压器为宜。 (2)在电压波动范围大且电压变化频繁的变电站,故我国采用无载调压不能 满足电网和用户电压要求时,应尽量采用有载调压变压器,它可带电调分接头, 一般分接头数目多,且调压范围大。此次设计中选择有载调压。 (3)变压器内部绕组连接组别必须和系统电压相位一
13、致,否则不能并联运行。 电力系统采用的绕组连接方式有 Y 和,此次采用 Ynd11 连接方式。A (4)主变冷却方式一般采用自然油循环风冷式、强迫油循环风冷式、强迫有 循环水冷式、强迫导向油循环冷却。采用强迫油循环风冷却式时,对冷却系统的 7 供电可靠性高,综上本站变压器容量小,因此采用自然油循环风冷式。 选择电力变压器如下: 型 号:SFPSZ1-150000/220 容量比:150000/150000/75000 电压比:2208 1.5/121/10.5kv 00 接线组别:YN,yn0,d11 阻抗电压:=14.2 =22.9 0 (12) 0 KU 0 (13) 0 KU =7.1
14、0 (23) 0 KU 2、无功补偿配置 无功补偿配置类型普遍采用并联电容装置,装设在主变的主要负荷侧,可获 得显著的无功补偿效果。由于配套设备的原因,无功补偿装置装在 110kv 侧尚不 具备条件。采用集合式电容器成套装置,并联电容器装置中的干式容芯电抗器, 放电线圈、避雷器等由厂家成套供货。无功补偿装置具有如下方面的意义; (1)减小系统元件容量,换个角度是提高电网的输送能力。 (2)降低网络功率损耗和电能损耗。 (3)改善电压质量。 容性无功补偿容量,在不具备设计计算条件时,按规程要求按主变压器容量 的 10%-30%配置。推荐方案按 10%-15%配置。对进出线以电缆为主的 220kv
15、 变电 站,可根据电缆长度配置相应的感性无功补偿装置。每一台变压器的感性无功补 偿装置容量不宜大于变压器容量的 20%。 2.2 占用变的选择 根据 DL1T2002220kv-500kv 变电站占用变设计设计规程规定,工程 设两个占用电源,分别引自两台主变压器低压侧。35kv、10kv 多采用户内干式 变压器,而 66kv 采用户外油寝式变压器。占用变压器容量必须满足占用电负荷 从电源获得足够的功率。因此,对占用高压工作变压器容量按占用高压计算负荷 的 110%与站用变低压计算负荷之后进行选择。小型站的站用变容量有几十千伏 安便满足要求(如 20KVA,30kVA,50KVA 即可) ,大中
16、型可选 250KVA,400KVA,500KVA,630KVA。站用变一般选择无载调压变压器。 8 1、接线方式 220kv 变电站站用变电源引接线方式: 引自最低一级电压母线居多数,大约占 40%左右;引自最低一级电压母线+所 外电源,大约占 25%左右;引自主变的第三绕组大约占 12.5%左右;引自主变第 三绕组+所外电源大约占 15%左右;引自所外电源,约占 7.5%。 2,、低压侧接线 站用变低压侧所用系统采用 380/220 中性点采用直接接地的三相四线制,动 力与照明合用一个电源,占用变低压侧多采用单母线接线方式。当有 2 台站用变 时,可用单母分段接线方式。 本设计中在 10kv
17、 侧装设 2 台站用变压器(干式无载调压变压器) 型 号:SCL2-400 电压比: 10/0.4 接线组别:Dyn11 阻抗电压:%=4KU 第三章 电气主接线方案的确定 电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分,也是构成电力系统的主 要环节。电气主接线是由电气设备通过连接线,按其功能要求组成接受和分配电 能的电路, 成为传输强电流、高电压的网络,故又称一次接线系统或电气主系 统。 主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构,是电力系统网络的重要 组成部分直接影响运行的可靠性、灵活性、电气选择、配电装置布置、继电保护、 自动装置和控制方式的拟定都有决定性关系。因此主接线的设计必须正确合
18、理, 必须综合考虑各方面因素,经过技术经济论证比较后方可确定。 3.1 基本要求 电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据,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、尽可能的节省投资,就近取 9 材,力争设备原件和设计的先进性与可能性,坚持可靠、先进、适用、经济、美 观的原则。因此电气主接线的基本要求可概括可靠性、灵活性、经济性。 1、 可靠性 安全可靠是电力生产的首要任务,保证供电可靠是电气主接线最基本要求。 停电不仅给发电厂造成损失,而且给国民经济各部门带来损失将更加严重,在经 济发达
19、地区,故障停电的经济损失是实时电价的十倍,乃至数百倍,甚至导致人 身死亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响,更是难以 估量。因此在分析电气主接线的可靠性时要考虑发电厂和变电站在系统的地位和 作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素。 主接线可靠基本要求:断路器检修时不宜影响对的供电。 (1)断路器和母线故障以及母线检修时,尽量减小停运和回路数和停运时 间,并要保证对以及负荷及全部或大部分二级负荷的供电。 (2)尽量避免发电厂、变电站全部停运的可能性。 (3)大机组超高压电气主接线应满足可能性的特殊要求。 2、灵活性 电气主接线能适应各种运行状态,并能灵活
20、的运行方式的转换,包括操作的 方便性、调度的方便性、扩建的方便性。 3、 经济性 在设计主接线时,通常应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。主 要从节省一次投资、占地面积少、电能损耗少等方面考虑。 3.2 主接线设计 1、220kv 侧最终出线回路数为 4 回,主变为 2-4 台时,可采用双母线接线 或双母线分段接线。 双母线接线:供电可靠、调度灵活。扩建方便、便于检修,检修另一母线 不会停止对用户连续供电;增加一组母线使回路就需一组母线隔离开关,当母线 故障或检修时隔离开关作为倒换开关,容易误操作。 适用范围:出线带电抗器的 6-10kv 配电装置;35-60kv 出现数超过 8 回,
21、或 链接电源较大、负荷较大时;110-220kv 出现数为 4 回及以上时。 如下图: 10 W2 W1 WL4 WL1 QF1 QF2 QFC 双母线分段接线:分段运行,可靠性高,缩小母线故障的停电范围。当一 段工作母线发生故障后,只是部分短时停电,而不必全部停电。但其投资高,增 加了母联断路器和分段断路器数量,配电装置投资大。 适用范围:广泛用于发电厂的发电机配电装置,在 220-500kv 大配电装置 中。 如下图: W2 W1 WL4 WL1 QF1 QF2 QFC 结论:由于双母线接线比双母线分段接线所用的断路器少,节约经济,故 220kv 侧采用双母线接线。 11 2、110kv
22、侧最终出线回路为 10 回时,宜采用单母线分段接线不设置旁路母 线或双母线接线。 单母线分段接线:断路器把母线分段后,对重要用户可能从不同段引出两 个回路,有两个电源供电;当一段母线发生故障,可将其切除,保证供电正常。 当一段母线或母线隔离开关检修时,该母线的回路都要在检修期内停电;当出现 为双回时,常使架空线路出现交叉跨越;扩建时需向两个方向均衡扩建。 适用范围:6-10kv 配电装置出线回路数为 6 回以上时:35-66kv 配电装置 出线回路数为 4-8 回时;110-220kv 配电装置出线回路数为 3-4 回时。 如下图: WL4WL1 双母线接线:同 220kv 侧双母线接线。 因
23、此,经过比较 110kv 侧采用双母线接线。 3、10kv 宜采用单母线接线或单母线分段接线。 10kv 无出线时在实际工程中最常用单元制单母线接线,主要优点是接线简 单清晰设备少,操作方便,便于扩建但不够灵活可靠。 如下图: 12 单母线接线:操作方便、接线简单、设备少、经济性好、扩建方便,但可靠 性差、调度不方便。 因此经过比较 10kv 侧采用单元制单母线接线。 3.3 电气主接线 10回 13 第四章 短路电流计算 4.1 一般规定 1、验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流,应按 本工程的设计容量计算,并考虑电力系统的远景发展规划。确定短路电流时,应 按可能发生最
24、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运 行的接线方式。 2、选择导体和电器的短路电流,在电气连接的网络中,应考虑具有反馈作用 的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。 3、选择导体和电器时,对不带电抗器回路的计算短路点,应选择在正常接线 方式时短路电流为最大的地点。 对带电电抗器的 6-10kv 出线负荷回路,除其母线与母线隔离开关之间隔板 前的引线和套管的计算短路电流点应选在电抗器以前,其余导体和电器的计算短 路点应选在电抗器以外,其余导体和电器的计算短路点一般选在电抗器后。 4、 导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流,一般按三相适中计 算,若发电机出口两相
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