110kV变电所电气一次部分初步设计 毕业论文.doc
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1、1 摘 要 变电站是电力系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经 济运行,是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电能的作用。电气 主接线是发电厂变电所的主要环节,电气主接线的拟定直接关系着全厂(所) 电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定,是变电站电 气部分投资大小的决定性因素。 本次设计 110kV 变电所电气一次部分初步设计,首先,根据主接线的经济 可靠、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,选取灵活的最优接线方式。 其次进行短路电流计算,根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲 击电流,从三相短路计算中得到当短路发
2、生在各电压等级的工作母线时,其短 路稳态电流和冲击电流的值。 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 后进行校验。 Abstract Electricity substation is an important component of the system, it will directly affect the power system security and economic operation of power plants are linked and users of intermediate links, transformation and dist
3、ribution of power plays a role. The main electrical power plant substation wiring is the main link in the main electrical wiring directly related to the development of the whole plant (by) the choice of electrical equipment, power distribution equipment layout, relay protection and automatic device
4、identification, is part of the electrical substation the decisive factor in the size of investment. The design of a 110kV electrical substation part of the preliminary design, first of all, according to the main terminal of the economic and reliable operation of all flexibility to choose the connect
5、ion mode voltage, in the technical aspects and economic aspects of comparison, the flexibility to select the optimum connection mode . Secondly, to carry out short-circuit current calculation, according to point out the short-circuit short-circuit all the impact of steady-state current and short cir
6、cuit current, calculated from the three-phase short-circuit when the circuit has been occurring in the work of the bus voltage, the steady-state current and the impact of short-circuit current value. Finally, in accordance with the voltage level of the rated voltage and maximum continuous operating
7、current equipment choice, and then proceed to check. 2 前言 经过三年的系理论知识的学习,及各种实习操作,还有老师精心培育下, 对电力系统各部分有了初步的认识与了解。 在认真阅读原始材料,分析材料,参考阅读发电厂电气部分、电气 设计规范、电力系统分析和发电厂电气部分设计计算资料等参考书 籍,在指导老师的指导下,经过周密的计算,完成了此次毕业设计。 几周的毕业设计,使我了解设计的要求,及设计内容,更加深刻了解课本 中的内容,使知识与理论相结合,使基础知识与实际操作紧密联系。尤其对主 接线,电气设备以及导本选择方法进一步掌握。 本毕业设计中共分
8、两部分第一部分是设计说明书共计四章,第二部分是技 术设计计算书共计两章。 由于水平所限,设计书中难免出现错误和不妥之处,希望指正。 3 目 录 摘 要 前 言 第一部分 设计说明书 5 第一章 原始资料分析 5 第一节 原始资料分析. 5 第二节原始资料分析 5 第二章 电气主接线设计 6 第三章 最大持续工作电流及短路计算 7 第一节 各回路最大持续工作电流 7 第二节 短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 7 第四章 主要电气设备选择. 12 第一节 主变压器的选择. 12 第二节 高压断路器的选择及说明 13 第三节 隔离开关的选择及说明 14 第四节 母线的选择及说明. 15 第五节
9、 电流互感器的配置和选择 17 第六节 电压互感器的配置和选择 19 第七节 各主要电气设备选择结果一览表. 20 第二部分 技术设计计算书. 22 第一章 短路电流计算书. 22 第一节 系统接线 22 第二节 元件参数图 22 第三节 选取基准值并进行折算. 23 第四节 计算三相短路电流值 25 第二章 主要电气设备选择计算书 30 第一节 高压断路器的选择计算. 30 第二节 隔离开关的选择计算. 31 第三节 母线的选择计算 33 第四节 电流互感器的选择计算. 34 第五节 电压互感器的选择计算. 36 结束语 38 4 参考文献 . 39 第一部分 设计说明书 第一章 原始资料总
10、体分析 第一节 原始资料分析 系统接线图 第二节原始资料分析 变电所的建设规模 类型:110kV 降压变电所 变电所的最终容量、机组型式和台数:两台三相双绕组变压器,容量 20MVA。 电力系统与本厂连接情况: 变电所在电力系统的地位和作用:地区变电所、交换电能电压、接受和分 配电能。 变电所进入系统的电压等级为 110kV,出线回路 4 回。 电力负荷水平 10kV 侧有 8 条给用户的引出线,出线最大负荷 4500kW,cos=0.8,最大 负荷利用小时数 3500 小时,继电保护动作时间为 1.5S;一台 50kVA 的所用变 S=750MV A 110kV 2100km 2150km
11、70km260km 50km 63MVA150MV A 50MW125MW G1 T1 G2 T2 C X1=0.4/km 5 压器,所用电总的最大负荷为 30kVA。 环境条件: 10kV 为屋内配电装置,周围空气温度为 35。 10kV 电缆为 3 根并列埋入地下,净距为 200mm,土壤温度为 15。 第二章 电气主接线设计 (一)110kV 电气主接线 110KV 侧的接线 (1)单母分段接线 单母分段接线: 接线简单清晰,设备少,且操作方便,可提高供电可靠性和灵活性,不仅 便于检修母线而减少母线故障影响范围,对于重要用户可以从不同段引两个回 路,而使重要用户有两个电源供电,在这种情况
12、下,当一段母线发生故障,由 于分段断路器在继电保护装置的作用下,能自动将故障段切除,因而保证了正 常段母线不间断供电。 (2)双母线 优点: 检修任一母线时,不会停止对用户的连续供电,当检修任一母线隔离开关 时,只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此刀闸相连的该组母线,其它回 路均可通过另一组母线继续运行,从而提高了供电可靠性。 缺点: 1、投资较大,所用设备多,占地面积大,增加了一组母线和一组刀闸。 2、配电装置复杂,经济性差。 3、在运行中隔离开关做为操作电器,易发生误操作事故。 总体来说:110kV 电压级线路回路数 4 回,为使线路断路器检修时不停电, 应采用单母线分段接线或双母线带旁
13、路接线,以保证其供电的可靠性和灵活性。 这两种接线方式都能适应运行方式的变化,也能保证供电可靠,所以现在要考 虑经济性,能明显看出单母分段接线比双母线带旁路接线投资少,接线简单清 晰,所用设备少,运行操作方便,配电装置简单,保护配置也相对简单,所以 选用单母线分段接线。 (二)10kV 电气主接线 10KV 侧接线: 方案一: 单母线接线: 具有接线简单清晰,操作方便,所用设备比较少,投资少等优点,但当母 线或母侧隔离开关检修故障时,连接在母线上的所有回路都将停止工作,当母 线发生短路时,所有电源回路的断路器在继电保护作用中自动跳闸,因而造成 母线电压失压全部停电,检修任一电源或线路的断路器时
14、,该回路必须停电。 方案二: 单母分段接线: 接线简单清晰,设备少,且操作方便,可提高供电可靠性和灵活性,不仅 便于检修母线而减少母线故障影响范围,对于重要用户可以从不同段引两个回 6 路,而使重要用户有两个电源供电,在这种情况下,当一段母线发生故障,由 于分段断路器在继电保护装置的作用下,能自动将故障段切除,因而保证了正 常段母线不间断供电。 总体分析:10kV 电压级鉴于出线回路太多,且为直馈线,电压较低,宜采 用屋内配电,其单回线路负荷较低,因此,可能采用单母线分段接线或双母线 分段接线形式。但双母线分段接线比单母线分段接线所用设备多,接线复杂, 操作不方便,投资较大,综合分析和考虑经济
15、性,选取单母线分段接线方式。 (三)所用电接线 变电所的主要所用负荷是变压器冷却装置、直流系统中的充放电装置和整 流装置以及采暖、通风、照明、供水等负荷,这些负荷容量都不太大,因此变 电所的所用电压只需 0.4kV 一级,采用动力与照明混合供电方式。题目给出为 一台所用变压器,所以选取单母线接线。 第三章 最大持续工作电流及短路计算 第一节各回路最大持续工作电流 各回路最大持续工作电流的公式为: Igmax= 其中: max所统计各电压侧负荷容量 Ue各电压级额定电压。 第二节短路电流计算点的确定和短路电流计算结果 .基本要求 ()基本假定 短路电流实用计算中,采用以下假设条件和原则: 正常工
16、作时,三相系统对称运行。 所有电源的电动势相位角相同。 系统中的同步和异步电机为理想电机,不考虑电机饱和、磁滞、锅流及 导体集肤效应等影响;转子结构完全对称;定子三相绕组空间相差 1200电气角。 电力系统中各元件的磁路不饱和,即带铁芯的电气设备电抗值不随电流 大小变化。 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行,其中 50%负荷接在高压母线 上,50%负荷接在系统侧。 同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁) 。 短路发生在短路电流为最大值的瞬间。 7 不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。 除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外,元件的电阻 都略去不计。 元件的计算参数均
17、取其额定值,不考虑参数的误差和调整范围。 2.一般规定 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 按本工程的设计规划容量计算,并考虑电力系统的远景发展规划(一般为本期 工程建成的 510 年) 。确定短路电流时,应按可能发生最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。 选择导体和电器用的短路电流,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。 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。对电抗器的 610kV 出线与厂用分支线回路, 除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管
18、的计算短路点应选择在电抗 器前外,其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。 导体和电器的动稳定、热稳定和电器的开断电流,一般按三相短路验算。 若发电机出口的两相短路,或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单 相、两相接地短路较三相短路严重时,则应按严重情况计算。 ()变电所中可以采取的限流措施 变压器分裂运行。 在变压器回路中装设分裂电抗器或电抗器。 采用低压侧为分裂绕组的变压器。 出线上装设电抗器。 ()短路计算点的确定要求 短路电流计算的目的是为了选择导体和电器,并进行有关的校验。 计算步骤 ()基准值的选取 高压短路电流一般只计及各元件的电抗,采用标么值计算。为了计算方便, 通
19、常选取基准容量 SJ=100MVA 或 SJ=1000MVA 计算,基准电压 UJ一般取各级的平 均电压,即 UJ=UP=1.05Ue 其中,U P平均电压 Ue额定电压 当基准容量 SJ(MVA)与基准电压 UJ(kV)选定后,基准电流 IJ(kA)与 基准电抗 XJ()便已决定: 基准电流 I J= 基准电抗 X J= ()各元件参数标么值的计算 电路元件的标么值为有名值与基准值之比,计算公式如下: U*= UUJ 8 S*= SSJ I*= =I IIJ X*= =X XXJ SJUJ2 ()Y 变换 形网络如下图示: Y 形网络如下图示: Y 网络变换公式如下: X1= X12X13X
20、12+X23+X13 X2= X12X23X12+X23+X13 X3= X23X13X12+X23+X13 3 2 1 23 1 9 ()按同一计算法对等值电源进行归并 当仅计算任意时间 t 的短路电流周期分量 Izt,各电源的发电机形式、参 数相同且距离短路点的电气距离大致相等时,可将各电源合并为一个总的计算 电抗 Xjs=X* SeSJ 则, Izt=Izt*Ie 其中,X * 各电源合并后的计算电抗标么值 Izt*各电源合并后的 t 秒短路电流周期分量标么值 Se 各电源合并后的总的额定容量(MVA) Ie 各电源合并后总的额定电流(kA) ()三相短路电流周期分量计算 无限大电源供给
21、的短路电流 当供电电源为无穷大或计算电抗(以供电电源为基准)X js3 时,不考虑 短路电流周期分量的衰减,此时, Xjs=X* SeSJ Iz*=I* =I* = 1X * Iz= = = =I* IJ IeXjs IJX * S = = =I SJ SeXjs SJX * 其中,X * 电源对短路点的等值电抗标么值 Xjs额定容量 Se量下的计算电抗 Se电源的额定容量(MVA) Iz*短路电流周期分量的标么值 Iz短路电流周期分量的有效值(kA) I* 0 秒短路电流周期分量的标么值 I* 时间为短路电流周期分量的标么值 X 电源对短路点的等值电抗有名值() Ie电源的额定电流(A) U
22、p电网的平均电压(kV) S 短路容量(MVA) 有限功率电源的短路电流计算 通常使用运算曲线,运算曲线是一组短路电流周期分量 Izt*与计算电抗 Xjs、短路时间 t 的变化关系曲线。所以,根据各电源的计算电抗 Xjs,查相应的 运算曲线,可分别查出对应于任何时间 t 的短路电流周期分量标么值 Iztm*,并 10 由下式求出各有名值: Xzt m=Xtm* (kA) (m=1,2,n) 其中,X zt m第 m 个电源短路后第 t 秒钟短路电流周期分量有名值 Sn m第 m 个电源等值发电机额定容量 转移电抗 Xn各电源与短路点之间的电抗。 计算电抗 Xjs转移电抗在各实际电源电压下的值。
23、 原等值发电机容量为基值的电抗标么值 Xjs m=Xmd (m=1,2,n) Sn mUb 其中,S n m第 m 个电源等值发电机额定容量,MVA Xmd第 m 个电源与短路点之间的转移阻抗标么值 Xjs m第 m 个电源与短路点之间的计算电抗 常用设备电抗换算公式 设备名称 厂家所给参数 有名值 标么值(以 SJ 、U J为基准) 发电机 XFN(标么值) X F=XFn un2Sn XF*= =XFn SFSJ SJSn 变压器 XB%=Ud % X B= Ud% un2100Sn XB= = XBXJUd% SJ100Sn 线路 X0(/m)L(km) XL=X0L X C*= SJS
24、N 系统 已知系统短路容 量 从基值 SJ1换算到 基值 SJ2 XJ1 SJ2=XJ1 SJ2SJ1 短路点短路电流周期分量有名值 Izt=Iztm* +I* (式中,m=1,2,n,并求和。 ) 其中,I ztm*有限功率电源供给的短路电流周期分量标么值 Xmd无限大功率电源供给的短路电流标么值 ()冲击电流的计算 三相短路发生后的半个周期(t=0.01s) ,短路电流的瞬时值达到最大,称 为冲击电流 ich。当不计周期分量的衰减时,其值按下式计算: ich= KchI2 Kch=1+e- 0.01Ta 其中,K ch冲击系数,按下表选取。 11 不同短路点的冲击系数 短路点 Kch(推荐
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