110kV降压变电站电气一次部分初步设计 毕业设计论文.doc
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1、I 摘要 随着我国科学技术的发展,特别是计算机技术的进步,电力系统对变电站 的要求也越来越高。本文以110kV地区变电站设计为例,论述了电力系统工程 中变电站电气一次部分的全过程。通过对变电站的主接线设计,站用电接线设 计,短路电流计算,电气设备动、热稳定校验,主要电气设备型号及参数的确 定,运行方式分析,防雷及过电压保护装置的设计,电气总平面及配电装置断 面设计,较为详细地完成了电力系统中变电站的设计。 关键词:变电站 短路计算 设备选择 II Abstract With the development of science and technology in China, particul
2、arly computing technology has advanced, the power system demands on substation more and more.The statement about the 110kV transformer area substation design, discussed some electrical transformer stations design (one part) in power systems engineering of the entire process. Through the main transfo
3、rmer stations wiring design, stations wiring design stations, short circuit current calculations, check electrical equipment moving and thermal stability, set the main electrical equipment models and the parameters, the operating mode design over-voltage protection and mine devices, design general e
4、lectric graphic and distribution devices flood, and without power compensation. Lastly,completed substation design in power system. Key Words: Substation Short Circuit Calculation Equipment Selection 目录 摘要 .I AbstractII 1 前言 .1 2 电气主接线设计 .2 2.1 主接线的设计原则 .2 2.2 主接线设计的基本要求 .2 2.2.1 主接线可靠性的要求 3 2.2.2 主
5、接线灵活性的要求 3 2.2.3 主接线经济性的要求 3 2.3 电气主接线的选择和比较 .3 2.3.1 主接线方案的拟订 3 2.3.2 主接线方案的讨论比较 7 2.3.3 主接线方案的初步选择 .9 3 主变压器的选择与论证 .10 3.1 SJD288 规程中有关变电站主变压器选择的规定 .10 3.2 主变压器选择的一般原则与步骤 .10 3.2.1 主变压器台数的确定原则 10 3.2.2 主变压器形式的选择原则 11 3.2.3 主变压器容量的确定原则 11 3.3 主变压器的计算与选择 .11 3.3.1 容量计算 11 3.3.2 变压器型号的选择 11 4 主接线方案的经
6、济比较 .13 4.1 方案 2 与方案 5 的综合投资 .13 4.2 方案 2 与方案 5 的年运行费用 .13 4.3 最终方案确定 .15 5 短路电流计算 .16 5.1 概述 .16 5.2 短路计算的目的及假设 16 5.2.1 短路电流的目的 .16 5.2.2 短路电流计算的一般规定 .17 5.2.3 短路计算基本假设 .17 5.2.4 基准值 .17 5.2.5 短路电流计算的步骤 .17 5.3 变压器及电抗器的参数计算 18 5.3.1 主变压器参数计算 .18 5.3.2 电抗器电抗标幺值的计算 19 5.4 网络的等值变换与简化 .19 5.4.1 短路点 d1
7、 的短路计算(主变 110kV 侧) .19 5.4.2 短路点 d2 的短路计算(35kV 母线) 20 5.4.3 短路点 d3 的短路计算(35kV 出线) 21 5.4.4 短路点 d4 的短路计算(10kV 母线) 22 5.4.5 短路点 d5 的短路计算(10kV 出线) 23 6 电气设备的选择及校验 .26 6.1 概述 .26 6.1.1 一般原则 26 6.1.2 技术条件 26 6.2 各回路最大持续电流工作一览表 .27 6.3 断路器的选择及校验 .28 6.3.1 110kV 侧断路器的选择及校验 .28 6.3.2 35kV 母线断路器的选择及校验 .29 6.
8、3.3 35kV 出线断路器的选择及校验 .30 6.3.4 10kV 母线断路器的选择及校验 .31 6.3.5 10kV 出线断路器的选择及校验 .32 6.3.6 断路器型号一览表: 33 6.4 隔离开关的选择及校验 .33 6.4.1 110kV 侧隔离开关的选择及校验 .34 6.4.2 35kV 母线隔离开关的选择及校验 .34 6.4.3 35kV 进线隔离开关的选择及校验 .35 6.4.4 10kV 母线隔离开关的选择及校验 .36 6.4.5 10kV 进线隔离开关的选择及校验 .36 6.4.6 隔离开关型号一览表 37 6.5 互感器的选择与校验 37 6.5.1 电
9、流互感器的选择 .38 6.5.2 变压器 110kV 侧电流互感器的选择与校验 .39 6.5.3 35kV 出线电流互感器的选择与校验 .40 6.5.4 变压器 35kV 侧电流互感器的选择与校验 .41 6.5.5 10kV 出线侧电流互感器的选择与校验 .41 6.5.6 变压器 10kV 侧电流互感器的选择与校验 .42 6.5.7 电流互感器型号一览表 43 6.6 电压互感器的选择 .43 6.6.1 110kV 侧电压互感器的选择: .44 6.6.2 变压器 35kV 及其出线侧: .45 6.6.3 变压器 10 kV 及其出线侧: 46 6.7 母线及电缆的选择及校验
10、.46 6.7.1 110kV 进线的选择及校验 .47 6.7.2 35kV 母线的选择及校验 .47 6.7.3 35kV 出线的选择及校验 .49 6.7.4 10kV 母线的选择及校验 .49 6.7.5 10kV 电缆线的选择及校验 .50 6.8 避雷器的选择及校验 .51 6.8.1 110kV 侧避雷器的选择和校验 .51 6.8.2 35kV 侧避雷器的选择和校验 .51 6.8.3 10kV 侧避雷器的选择和校验 .52 7 电气总平面布置及配电装置的选择 .53 7.1 配电装置应满足以下基本要求 .53 7.2 配电装置的选择 .53 7.2.1 配电装置的最小安全净距
11、 53 7.2.2 屋外配电装置 53 8 防雷保护设计 55 8.1 避雷针的作用 55 8.2 避雷针的配置 55 8.2.1 避雷针的配置原则: .55 8.2.2 避雷针位置的确定: .55 8.3 防雷保护方案 56 8.4 保护全面积的校验 .57 9 接地网设计 .58 9.1 设计说明 58 9.2 接地体的设计 58 9.3 典型接地体的接地电阻计算 58 9.4 接地网设计计算 .59 参考文献 61 致谢 63 1 1 前言 目前,我国城市电力网和农村电力网正进行大规模的改造,与此相应,城 乡变电所也正不断的更新换代。我国电力网的现实情况是常规变电所依然存在, 小型变电所
12、,微机监测变电所,综合自动化变电所相继出现,并得到迅速的发 展。然而,所有的变化发展都是根据变电设计的基本原理而来,因此对于变电 设计基本原理的掌握是创新的根本。本毕业设计的内容为 110kV 终端变电所电 气一次系统设计,正是最为常见的常规变电所,并根据变电所设计的基本原理 设计,务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程。 2 2 电气主接线设计 2.1 主接线的设计原则 变电站电气主接线是电力系统接线的主要部分。它表明了发电机、变压器、 线路、和断路器等电气设备的数量,并指出应该以怎样的方式来连接发电机、 变压器线路以怎样与电力系统相连接,从而完成发电、变电、输配电的任务 1。 它
13、的设计,直接关系着全站电器设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自 动装置的确定,关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。主接线的设 计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下,力争使 其技术先进、经济合理、安全可靠。 对于 6220kV 电压配电装置的接线,一般分两类:一为母线类,包括单 母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线;其二为无母 线类,包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。应视电压等级和出线回数, 酌情选用。 旁路母线的设置原则: 1)采用分段单母线或双母线的 110kV 配电装置,当断路器不允许停电检 修时,一般需设置旁路母线 1。因为 1
14、10KV 线路输送距离长、功率大,一旦停 电影响范围大,且断路器检修时间较长(平均每年 57 天) ,故设置旁路母线 为宜。当有旁路母线时,应首先采用以分段断路器或母联断路器兼作旁路断路 器的接线。 2)35kV 配电装置可不设旁路母线,是因为重要用户多系双回路供电,有 可能停电检修断路器。其次,还因为断路器年平均检修时间短,通常为 23 天 1。如线路断路器不允许停电检修时,可设置其它旁路设施。 3)10kV 配电装置,可不设旁路母线。对于出线回路数多或多数线路系向 用户单独供电,以及不允许停电的单母线、分段单母线的配电装置,可设置旁 路母线。 对于变电站的电气接线,当能满足运行要求时,其高
15、压侧应尽量采用断路 器少或不用断路器的接线。当出线为 2 回时,一般采用桥形接线。 2.2 主接线设计的基本要求 变电站的电气主接线应根据该变电站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,并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约 投资等要求 2。对电气主接线的基本要求,概括的说应包括可靠性、灵活性、 和经济性。 3 2.2.1 主接线可靠性的要求 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的最基本要 求 3。可靠性的工作是以保证对用户不间断的供电。衡量可靠性的客观标准是 运行实践。主接线的可靠性是它的各组成元件,包括一、二次部分在运行中可 靠性的综合。因此,不
16、仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响,还要考虑继电 保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。评价主接线可靠性的标志是: 1)断路器检修时是否影响停电; 2)线路、断路器、母线故障和检修时,停运线路的回数和停运时间的长短, 以及能否对重要用户的供电; 3)变电站全部停电的可能性。 2.2.2 主接线灵活性的要求 主接线的灵活性有以下几个方面的要求: 1)调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路,调配电源和负荷;能 够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。 2)检修要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检 修,且不致影响对用户的供电。 3)扩建要求。可以
17、容易的从初期过渡到终期接线,使在扩建时,无论一次 和二次设备改造量最少。 2.2.3 主接线经济性的要求 在满足技术要求的前提下,做到经济合理。 1)投资省:主接线简单,以节约断路器、隔离开关等设备的投资;占地面 积小:电气主接线设计要为配电装置布置创造条件,以节约用地、架构、导线、 绝缘子及安装费用。 2)电能损耗少:经济选择主变压器型式、容量和台数,避免两次变压而增 加电能损失。 2.3 电气主接线的选择和比较 2.3.1 主接线方案的拟订 高压侧是 2 回出线,可选择线路变压器组,单母分段带旁路母线,桥型接 线。 中压侧有 8 回出线,低压侧有 10 回出线,均可以采用单母线、单母分段、
18、 单母分段带旁路和双母线接线。 在比较各种接线的优缺点和适用范围后,提出如下三种方案: 4 方案 1: (图 2-1) 高压侧:单母分段带旁路母线;中压侧,低压侧:单 母分段 1 1 0 k V 3 5 k V 1 0 k V 图 2-1 方案 1 主接线图 方案 2(图 2-2) 高压侧,中压侧,低压侧:单母分段 5 3 5 k V 1 0 k V 1 0 k V 图 2-2 方案 2 主接线图 方案 3:(图 2-3) 高压侧:外桥接线;中压侧:单母分段带旁路母线; 低压侧:单母线分段接线 1 1 0 k V 3 5 K V 1 0 k V 图 2-3 方案 3 主接线图 方案 4(图 2
19、-4) 高压侧:内桥接线法;中压侧:单母线分段;,低压侧: 双母线 6 3 5 k V 1 0 k V 1 1 0 k V 图 2-4 方案 4 主接线图 方案 5(图 2-5) 高压侧:内桥接线;中压侧,低压侧:单母线分段 1 1 0 k V 3 5 k V 1 0 k V 图 2-5 方案 5 主接线图 7 2.3.2 主接线方案的讨论比较 方案 1: 110kV 侧:变电所经两回线从系统获得电源,采用单母线分段带旁路母 线接线可以获得很高的可靠性,任一母线或断路器检修均不会造成停电,任一 母线、断路器故障只会引起短时停电,任一进线故障不会造成停电。 但是,该方案较其他方案多用了断路器和多
20、台隔离开关,这无疑增加了变 电所的一次投资,而且在检修时倒闸操作也十分的复杂,容易造成误操作,从 而引起事故。 35kV 和 10kV 侧:采用单母分段接线的形式使得重要用户可从不同线分段 引出两个回路,使重要用户有两个电源供电。单母线分段接法可以提供单母线 运行,各段并列运行,各段分列运行等运行方式,便于分段检修母线,减小母 线故障影响范围。任一母线发生故障时,继电保护装置可使分段断路器跳闸, 保证正确母线继续运行。 当然这种接线也有它本身的缺点,那就是在检修母线或断路器时会造成停 电,特别在夏季雷雨较多时,断路器经常跳闸,因此要相应地增加断路器的检 修次数,这使得这个问题更加突出。 方案
21、2: 110kV、35kV、10kV 侧:采用单母分段接线的形式使得重要用户可从不同 线分段引出两个回路,使重要用户有两个电源供电。单母线分段接法可以提供 单母线运行,各段并列运行,各段分列运行等运行方式,便于分段检修母线, 减小母线故障影响范围。任一母线发生故障时,继电保护装置可使分段断路器 跳闸,保证正确母线继续运行。 当然这种接线也有它本身的缺点,那就是在检修母线或断路器时会造成停 电,特别在夏季雷雨较多时,断路器经常跳闸,因此要相应地增加断路器的检 修次数,这使得这个问题更加突出。 方案 3: 110kV 侧:采用外桥法接线。与内桥法一样,该接线形式所用断路器少,四个 回路只需三个断路
22、器,具有可观的经济效益。当任一线路发生故障时,需同时 动作与之相连的两台断路器,从而影响一台未发生故障的变压器的运行。 但当任一台变压器故障或是检修时,能快速的切除故障变压器,不会造成对 无故障变压器的影响。因此,外桥接线只能用于线路短、检修和故障少的线路 中。此外,当电网有穿越性功率经过变电站时,也采用外桥接线。 35kV、10kV 侧:采用单母分段带旁路母线接线.该接线方法具有单母分段 接线优点的同时,可以在不中断该回路供电的情况下检修断路器或母线,从而得 8 到较高的可靠性.这样就很好的解决了在雷雨季节断路器频繁跳闸而检修次数增 多引起系统可靠性降低的问题. 但同时我们也看到,增加了一组
23、母线和两个隔离开关,从而增加了一次设备 的投资.而且由于采用分段断路器兼做旁路断路器,虽然节约了投资,但在检修断 路器或母线时,倒闸操作比较复杂,容易引起误操作,造成事故. 方案 4: 110kV 侧:采用内桥法接线。 该接线形式所用断路器少,四个回路只需三 个断路器,具有可观的经济效益。连接桥断路器接在线路断路器的内侧。因此, 线路的投入和切除比较方便。当线路发生故障时,仅线路断路器断开,不影响 其他回路运行。但是当变压器发生故障时,与该台变压器相连的两台断路器都 断开,从而影响了一回未发生故障的运行。由于变压器是少故障元件,一般不 经常切换,因此,系统中应用内桥接线较多,以利于线路的运行操
24、作。 35kV 侧:单母线分段接线。采用单母分段接线的形式使得重要用户可从不 同线分段引出两个回路,使重要用户有两个电源供电。单母线分段接法可以提 供单母线运行,各段并列运行,各段分列运行等运行方式,便于分段检修母线, 减小母线故障影响范围。任一母线发生故障时,继电保护装置可使分段断路器 跳闸,保证正确母线继续运行。 当然这种接线也有它本身的缺点,那就是在检修母线或断路器时会造成停 电,特别在夏季雷雨较多时,断路器经常跳闸,因此要相应地增加断路器的检 修次数,这使得这个问题更加突出。 10kV 侧:采用双母线接线。优点:供电可靠.通过两组母线隔离开关的倒换 操作,可以轮流检修一组母线而不致使供
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