毕业设计(论文)-110KV降压变电所电气一次部分及防雷保护设计.doc
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1、 辽宁科技学院本科生毕业设计 第I页 110KV 降压变电所电气一次部分及防雷保护设计 摘 要 随着现代文明的发展与进步,社会生产和生活对电能供应的质量和管理提 出了越来越高的要求,作为电能传输与控制的中间枢纽,变电所必须改变传统 的设计和控制模式,才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发 展趋势,变电所是电力系统的一个重要组成部分,由电气设备及配电网络按一 定的接线方式所构成,它从电力系统取得电能,通过其变换、分配、输送与保 护等功能,将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电场所 首先进行负荷的分析计算和无功补偿,负荷计算采用需要系数法,接下来 进行电气主接线的分析设计,根据变压器
2、台数 2 台、110kV 侧采用单母线分段 接线,35kV 侧采用单母线分段接线,根据主接线图确定选取三个短路点并采用 标幺值法进行短路计算,计算出短路电流周期分量有效值、短路冲击电流最大 值和有效值.二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定,防雷保护与接地 装置的设计,在防雷设计部分中对于直击雷采用四根独立的避雷针,并计算出 了避雷针的高度,对于感应雷采用氧化锌避雷器。 关键词:主变压器;电气主接线;短路计算 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 II 页 Buck 110KV electrical substation and a part of the design of lightning
3、 protection Abstract With the development and progress of modern civilization, put forward higher request of social production and life to the quality of power supply and management, as a middle pivot of power transmission and control, must change the traditional design and control mode of substatio
4、n, to adapt to the development trend of modern power system, the modernization of industrial production and social life, substation is an important part of power system, the electrical equipment and distribution network at a certain wiring posed, it obtains the electric power from the electric power
5、 system, through its transformation, distribution, transportation and protection functions, the electricity safety, reliability, economy to each one electric field. First carries on the analysis computation load and non power compensation, load the required coefficient method, analysis and design th
6、e next main electrical wiring, according to transformer number 2, voltage grade, line 2 and line 6 back, side 110kV with the single bus, 35kV side using the single bus, according to the main wiring diagram select three short points and the normalized value of short circuit calculation, calculate the
7、 periodic component of short-circuit current effective value, short-circuit current maximum value and the value. Two determine the circuit scheme and selection of relay protection and setting, the design of lightning protection and earthing device, in part for the lightning protection design lightni
8、ng strike by four independent lightning rod, for the Zinc Oxide induction lightning arrester, and calculate the lightning rod height. Key words:substation;transformer;main wiring;short circuit calculation 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 III 页 目 录 1.绪论.1 1.1.变电所的发展情况1 1.2.设计背景及主要内容2 1.2.1.环境条件.2 1.2.2.电力系统情况.2 1.2.3
9、.设计任务.3 2.电气主接线的设计.4 2.1.电气主接线概述4 2.2.在选择电气主接线时的依据4 2.3.变电站主接线设计的基本要求4 2.4.110KV侧主接线方案.5 2.5.35KV 侧主接线的设计.6 2.6.变电所主接线图6 3.负荷计算及其无功补偿.7 3.1.负荷分析计算7 3.2.35KV 侧负荷计算.7 3.3.无功补偿8 3.3.1.无功补偿的概述.8 3.3.2.无功补偿装置.8 3.3.3.无功补偿的计算.8 3.3.4.确定并联电容的个数.9 4.变压器的选择.10 4.1.变压器的概述10 4.2.变压器台数和容量的确定原则10 4.3.变压器的形式和结构的选
10、择原则11 5.短路电流的计算.13 5.1.短路电流计算的目的13 5.2.短路电流计算的一般规定13 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 IV 页 5.3.短路电流的计算13 6.主要电气设备的选择.20 5.3.电气设备选择的一般条件。20 5.4.110KV 侧断路器隔离开关的选择.21 5.4.1.进线侧断路器.21 5.4.2.主变压器侧断路器的选择.22 5.4.3.进线侧隔离开关.22 5.4.4.主变压器侧隔离开关的选择.23 5.5.35KV 侧断路器隔离开关的选择.24 5.5.1.进线侧断路器的选择.24 5.5.2.出线侧断路器的选择.25 5.5.3.进线侧隔离开关的选
11、择.25 5.5.4.出线侧隔离开关.26 5.6.电流互感器的选择26 5.6.1.110KV 侧电流互感器的选择26 5.6.2.35KV 侧电流互感器的选择27 5.7.电压互感器的选择28 5.7.1.110KV 侧母线电压互感器的选择29 5.7.2.35KV 侧母线电压互感器的选择29 5.8.母线的选择30 5.8.1.导体选择的一般要求.30 5.8.2.母线型式.30 5.8.3.110KV 母线的选择30 5.8.4.35KV 母线的选择32 7.继电保护.33 5.3.设置保护的目的33 5.4.变压器的差动保护33 5.4.1.变压器差动保护的原理图.33 5.4.2.
12、变压器的差动保护的计算.33 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 V 页 5.5.过电流保护36 5.6.变压器的瓦斯保护37 5.7.线路三段式电流保护的简介38 5.7.1.三段式保护的整定计算.38 8.防雷设计.40 5.3.变电所的防雷保护的计算40 5.4.避雷器的选择41 结 论43 参考文献44 致 谢45 附录 A:专业相关文献翻译46 附录 B 主接线图及主变保护原理展开图.55 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 1 页 1. 绪论 1.1.变电所的发展情况 近年来,随着中国电力发展步伐不断的加快,中国电网也迅速发展,电力 系统运行的电压等级不断提高,网络规模也不断扩大,中国已经
13、形成了东北电 网、华中电网、华东电网、华北电网、西北电网和南方电网 6 个跨省的大型区 域电网, 并形成了完整的长距离输电电网 网架。供电部门为适应市场机制, 加强科技进步和提高经济效益就成为电力经营管理关注的重点问题。为了解决 这一问题,我国于 2002 年首先推出了以打破垄断,引入竞争为首的体制改革方 案。预期将对发输供电效率的提升产生积极作用。为了促进电力工业的可持续 发展,保证供电可靠性,地区变电所的建设将具有十分重要的意义。此外,由 于各个地区区域环境的不同,并考虑的经济性和技术性的要求,以及各个地区 电压等级的不同,35/10kV 变电所的建设也将具有不可忽视的作用。随着经济 的发
14、展,工业水平的进步,人们生活水平不断的提高,电力系统在整个行业中所 占比例逐渐趋大。现代电力系统是一个巨大的、严密的整体,各类发电厂、变电 站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务。电力系统是国民经济的 重要能源部门,而变电站的设计是电力工业建设中必不可少的一个项目。由于 变电站的设计内容多,范围广,逻辑性强,不同电压等级,不同类型,不同性 质负荷的变电站设计时所侧重的方面是不一样的。 变电站是电力系统中的重要组成部分,是联系发电厂和用户的中间环节, 起着变换电压、汇集和分配电能的作用,直接影响整个整个电力系统的安全和 经济运行。因此变电站安全可靠运行与国民经济的发展密切相关。随着电力系
15、 统装机容量和供电地域的不断扩大,同时电能的质量、供电可靠性、运行经济 性的要求也越来越高。为了达到优质、安全、可靠、经济的运行要求,必须建 立经济合理的变电站设计。根据变电站的任务的不同,可将变电站分为升压变 电站和降压变电站两大类,升压变电站的主要任务是将低电压变换为高电压, 一般建设在发电厂;降压变电站的主要任务是将高电压变换到一个合理的电压 等级,一般建设在靠近负荷中心的地点。根据电力系统中的地位和作用不同, 降压变电所又分为枢纽变电站、地区变电站和工业企业变电站等13。 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 2 页 变电所直接为生产提供电源,是电力系统的一个重要环节,变电所能否正 常运行关
16、系到整个生产的稳定和安全问题,因此设计一个优质、安全、可靠、 灵活 的变电所至关重要。设计原则有以下几点: (1)变电所的设计应根据工程的 510 年发展规划进行,与城建部分的城 市规划相结合,做到远、近期的结合,以近期为主,正确处理近期建设与远期 发展的关系,适当考虑扩建的可能。 (2)变电所的设计,必须从全局出发,统筹兼顾,按照负荷性质、用电容 量、工程特点和地区供电条件,结合本地情况合理地确定设计方案,做到因地 制宜,兼顾变电所经济、安全、可靠、灵活的特点。 (3)对变电所的选址有以下几点要求:一是靠近负荷中心;二是要节约用 地,不占或不占耕地及经济效益高的土地;三是与城区或企业规划相协
17、调,便 于架空和电缆线路的引入和引出;四是交通运输方便;五是具有适宜的地质, 并且周围环境无明显污秽。 1.2.设计背景及主要内容 1.2.1. 环境条件 (1)变电站地处坡地 (2)土壤电阻率 =1.79*10000cm (3)温度最高平均气温+33,年最高气温 40,土壤温度+15 (4)海拔 1500m (5)污染程度:轻级 (6)年雷暴日数:40 日/年 1.2.2. 电力系统情况 (1)系统供电到 110KV 母线上,35KV 侧无电源,系统阻抗归算到 110KV 侧母线上,X*110max=0.0765, X*110min=0.162。 (2)110KV 最终两回进线四回出线,每回
18、负荷为 45MVA,本期工程两回 进线。 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 3 页 (3)35KV 侧最终四回出线,本期全部完成,其中两回为双回路供杆输电 Tmax=4500h,负荷同时率为 0.85。 (4)负荷增长率为 2%。 1.2.3. 设计任务 (1)变电站电气主接线的设计。 (2)负荷计算。 (3)无功补偿。 (4)主变压器的选择。 (5)短路电流计算。 (6)主要电气设备选择。 (7)主变保护和 35KV 出线保护。 (8)防雷保护和接地装置的设计。 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 4 页 2. 电气主接线的设计 2.1.电气主接线概述 发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序
19、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5。 2.2.在选择电气主接线时的依据 (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)电力系统专业对电气主接线提供的具体资料。 2.3.变电站主接
20、线设计的基本要求 (1)可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求,电气主接线的设计必须满足这 个要求。因为电能的发送及使用必须在同一时间进行,所以电力系统中任何一 个环节故障,都将影响到整体。供电可靠性的客观衡量标准是运行实践,评估 某个主接线图的可靠性时,应充分考虑长期运行经验。我国现行设计规程中的 各项规定,就是对运行实践经验的总结,设计时应该予以遵循。 (2)灵活性 电气主接线不但在正常运行情况下能根据调度的要求灵活的改变运行方式, 达到调度的目的,而且在各种事故或设备检修时,能尽快的退出设备、切除故 障,使停电时间最短、影响范围最小,并在检修设备时能保证检修人员的安全。 (3)操作
21、应尽可能简单、方便 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 5 页 电气主接线应简单清晰、操作方便,尽可能使操作步骤简单,便于运行人 员掌握。复杂的接线不仅不便于操作,还往往会造成运行人员的误操作而发生 事故。但接线过于简单,可能又不能满足运行方式的需要,而且也会给运行造 成不便,或造成不必要的停电。 (4)经济性 主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上,还应使投资和年运行 费用最小,占地面积最少,使变电站尽快的发挥经济效益。 (5)应具有扩建的可能性 由于我国工农业的高速发展,电力负荷增加很快,因此,在选择主接线时, 应考虑到有扩建的可能性4。 2.4.110kv 侧主接线方案 由电力工程电气设
22、计手册的规定可知 110kv 侧可选用单母线分段接线 方式或双母线接线方式。单母分段接线一般适用于 110kv 出线为 3,4 回的线路 中。双母线接线一般适用于 110KV 出线为 5 回及以上或者在系统中居重要位置、 出线 4 回及以上的线路中。此次设计110KV 侧进线 2 回,出线 2 回。所以 综合来看选择单母线分段接线为 110kv 侧主接线方案。 单母线分段接线方式如图 2.1 所示。 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 6 页 图 2.1 单母线分段接线方式图 2.5.35KV 侧主接线的设计 由电力工程电气设计手册可知当 35kv 配电装置出线回路数为 48 回 时应采用单母线分
23、段接线方式,此次设计配电装置出线回路数为 4 回。故选择 单母线分段接线为 35kv 侧主接线方案如图 2.2 所示。 图 2.2 单母线分段接线为 35kv 侧主接线方案图 2.6.变电所主接线图 (在正常运行时,两台变压器始终保持并列运行,详细图见附录 B) 图 2.3 变电所主接线简图 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 7 页 辽宁科技学院本科生毕业设计 第 8 页 3. 负荷计算及其无功补偿 3.1.负荷分析计算 第一级负荷:对这一级负荷中断供电的后果是极为严重的。例如,可能使 工业生产中的关键设备遭到难以修复的损坏,以致生产秩序长期不能恢复正常, 造成国民经济的重大损失;使市政生活的重
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