毕业设计(论文)-220KV终端变电站设计.doc
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1、33广东工业大学毕业设计论文 摘要电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分,也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。220KV及110KV主接线最后方案采用双母带旁母接线形式,且装设专用母联、旁路断路器;正常运行时旁母不带电。10KV采用单母分段,且装设分段断路器;220KV配电装置有14个间隔,110KV配电装置16个间隔。并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。本变电所配电装置采用普通中型配电装置,主变中性点及出线均装设避雷器,站内采用避雷针防止直击雷过电压,并与避雷器配合防止其它形式
2、的过电压,确保电气主设备的安全。电气主接线系统设计是在学习了电力系统分析及电气设备等专业课程后,我们作为工程技术人员应掌握的方法。本文分析了变电所电气主接线设计方法,然后通过这方法来设计220KV终端变电站电气主接线设计的实例。包括有主接线的设计,设备的选型、短路电流的计算等等。本次设计是以我国现行的各有关规范规程等技术标准为依据,所设计是一次初步设计,根据任务书提供原始资料,参照有关资料及书籍,对各种方案进行比较而得出。目录第一章:原始资料及分析31.1原始资料. 31.2原始资料分析.5第二章:变电站电气主接线原理.52.1 主接线的设计原则.52.2、主接线设计的基本要求.62.2 主接
3、线的基本接线形式.7第三章:220KV变电所电气主接线设计.133.1 方案初拟.133.2 方案的技术经济比较153.3 变压器选择.163.4主接线确定.19第四章 短路电流计算.194.1短路电流计算的目的和条件.194.2计算步骤及计算结果.20第五章 电气设备的选择.215.1导体和电气设备选择的一般条件.215.2 设备选择23第六章 高压配电装置.266.1 设计原则与要求.266.2 配电装置27第七章 防雷设计.297.1 概述297.2 防雷保护的设计.30致谢.31参考文献 31220KV变电站电气主系统设计第一章 原始资料及分析1.1原始资料1.1.1、待建变电站的规模
4、、性质待建变电站为终端变电站,拟定23台变压器。初次一次性建成投产2台变压器,预留一台变压器的发展空间。本变电站的电压等级分别为220kV、110kV、10kV。系统容量为:A系统:S=3000MVA X=0.32B系统:S=200MVA X=0.38C系统:S=4000MVA X=0.28(各电抗均为以各电源容量为基值的标么值)1.1.2、连接方式:见连接示意图2-1所示A系统与B系统的距离:50km,导线型号:LGJQ-400A系统与C系统的距离:120km,导线型号:LGJQ-400B与C系统无连接关系;A系统与待建变电站D的距离:300km,导线型号:LGJQ-400(以上均为单回连接
5、)B系统与待建变电站D的距离:200km,导线型号:LGJQ-400C系统与待建变电站D的距离:100km,导线型号:LGJQ-400(以上均为双回连接)1.1.3、待建变电站各电压等级负荷数据(表1)1)、220KV电压等级5回线路与系统相连,2回线路备用。2)、110KV电压等级。见表13)、10KV电压等级。 见表11.1.4、继电保护动作时间1.1.4.1、变压器主保护时间:0.2秒,后备保护时间:2.5秒1.1.4.2、出线断路器主保护时间:0.2秒,后备保护时间:3.0秒1.1.5、其它原始资料1.1.5.1、地形、地质站址选于山坡上,南面靠丘陵,东、西、北面分别是果树、桑园和农田
6、,地势平坦,地质构造为稳定区。地震基本烈度为6度,土壤电阻率为1.5106 欧/厘米。1.1.5.2、水文、气象、绝对最高温度为40C;、最高月平均气温为23C;、年平均温度为10.7C;、风向以东北风为主。电压等级用电单位最大负荷(MW)功率因数回路数供电方式距离(km)110kVJ厂 400.92架空60K厂420.92架空55L厂450.91架空45钢铁厂380.81架空60南配电站250.851架空40北配电站320.851架空30备用2负荷同时率:0.8,一级负荷35%,二级负荷50%,三级负荷15%.10kV电缆厂1.50.82架空15无线电厂1.10.81电缆4仪表厂1.00.8
7、1电缆6自来水厂1.20.82电缆8塑料厂1.00.81电缆5汽制厂0.80.91架空14配电变压器A1.20.91架空15配电变压器B0.80.81架空15其它1.50.82电缆4备用2负荷同时率:0.68,一级负荷30%,二级负荷40%,三级负荷30%.所用负荷:计算总容量:2000kVA,其中:一级负荷20%,二级负荷30%,三级负荷50%. 1.2.原始资料分析本次所设计的课题是某220KV变电所电气初步设计,该变电所是一个地区性重要的降压变电所,它主要担任220KV及110KV两电压等级功率交换,由原始资料可知它有220kV、110kV、10kV三个电压等级,。初次一次性建成投产2台
8、变压器,预留一台变压器的发展空间。220kV电压等级的出线为5回,2回线路备用。110kV电压等级的出线为8回,2回备用,最大输送功率为222MW,10kV电压等级的出线为12回,2回备用,最大输送功率为10.1MW。由这些数据可知各电压等级的出线多,而且该变电站的110kV一、二级负荷是85%,10kV一、二级负荷是70%。由此可见,该变电站的一、二级负荷所占比例大,负荷也较重,设计中应该注意保证设备供电的可靠性,所以应能够保证不管是母线或母线设备检修还是任何一个电源断开后,都不会影响对用户的供电。因此220KV及110KV主接线最后方案采用双母带旁母接线形式,且装设专用母联、旁路断路器,正
9、常运行时旁母不带电。10KV采用单母分段,且装设分段断路器,本变电所配电装置采用普通中型配电装置,220KV及110KV均采用断路器单列布置,将隔离开关放置母线下,使其与另一级隔离开关电气距离增大,缩短配电装置的纵向距离。主变中性点及出线均装设避雷器,中性点经隔离开关直接接地,本变电所大门位于东方,220KV配电装置朝北,110KV配电装置朝西,均与出线方向相对应,主变位于三者之间,其间有行车大道、环形小道、电缆沟盖板作为巡视小道,220KV配电装置有14个间隔,110KV配电装置16个间隔。本次设计是以我国现行的各有关规范规程等技术标准为依据,所设计是一次初步设计,根据任务书提供原始资料,参
10、照有关资料及书籍,对各种方案进行比较而得出。第二章 变电站电气主接线原理2.1 主接线的设计原则主接线的设计依据:在选择变电站电气主接线时应以下列各点为设计依据:2.1.1、变电站在电力系统中的地位和作用:电力系统中的变电所有系统枢纽变电所、地区重要变电所和一般变电所。一般系统枢纽变电所汇集多个大电源,进行系统功率交换和以中压供电,电压为330500KV;地区重要变电所,电压为110330KV;一般变电所多为终端和分支变电所,电压为110KV及220KV。2.1.2、变电所的分期和最终建设规模: 变电所根据510年电力系统发展规划进行设计。一般装设两台主变压器;当技术经济比较合理时,33050
11、0KV枢纽变电所出可装设34台主变压器;终端或分支变电所如只有一个电源时,可装设一台主变压器。2.1.3、负荷大小和重要性(1)、对于一级负荷必须有两个独立电源供电,且当任何一个电源失去后能保证全部或大部一级负荷不间断电源。(2)、对于二级负荷一般要有两个独立电源供电,且当失去一个电源后,能保证全部和大部二级负荷的供电。(3)、对于三级负荷一般只需要一个电源供电。2.1.4、备用容量大小装有2台及以上主变压器的变电所,其中一台事故断开,其余主变压器的容量应保证该70%的全部负荷,在计及过负荷能力后的允许时间风,应保证用户的一级和二级负荷。 系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。设计主接线时
12、应充分考虑这些因素。2.2、主接线设计的基本要求主接线应具有可靠性、灵活性、和经济性。2.2.1、可靠性 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求,主接线要满足可靠性。2.2.1.1、研究主接线可靠性应注意的问题:(1)、应重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析。主接线可靠性的衡量标准是运行实践,至于可靠性的定量分析由于基础数据及计算方法不完善,计算结果不够准确,(2)、主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中的可靠性的综合。(3)、主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度,采用可靠性高的设备可简化主接线。(4)、要考虑变电所在电力系统的地位和作用。2.2.1.2、
13、主接线可靠性的具体要求:(1)、断路器检修时,不宜影响对系统的供电。(2)、断路器或母线故障及母线检修时,尽量减少停运的回路数和停运的时间,并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。(3)、尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。2.2.2、灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。(1)、调度时应可灵活地投入和切除变压器、和线路,调配电源和负荷,满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的系统调度要求。(2)、检修时,可方便地停运断路器、母线及其他继电保护设备,运行安全检修而不影响电网运行和对用户的供电。(3)、扩建时可容易地从初期接线过渡到最终接线,相互干扰小,工作量
14、小。2.2.3、经济性 主接线在满足可靠性、灵活性的前提下还应做到经济合理。2.2.3.1、投资省:(1)、主接线应力求简单,节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。(2)、要能使继电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设备各控制电缆。(3)、要限制短路电流,以便选择价廉的电气设备或轻型电器。(4)、如能满足系统安全运行及继电保护要求,110KV及以下终端或分支变电所可采用简易电器。2.2.3.2、占地面积小 主接线设计要为配电装置布置创造条件,尽量使占地面积减小。2.2.3.3、电能损失少 经济合理地选择主变压器的种类(双绕组、三绕组或自耦变压器)、容量、数量、经避免两次变
15、压而增加电能损失。 变电所接入系统的电压等级不超过两种。2.3 主接线的基本接线形式 主接线的基本形式可分两大类:、有汇流母线的接线形式; 、无汇流母线的接线形式。 在电厂或变电所的进出线较多时(一般超过4回),为便于电能的汇集和分配,采用母线作为中间环节,可使接线简单清晰、运行方便、有利于安装和扩建。缺点是有母线后配电装置占地面积较大,使断路器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电器少,占地面积少,但只适用于进出线回路少,不再扩建和发展的电厂和变电所。下面介绍变电所常用的电气主接线。2.3.1、有汇流母线的电气主接线有汇流母线有单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、增设旁路母线或旁路隔离开
16、关等接线。2.3.1.1、单母线接线1)、单母线接线只有一组母线,所有的出线接于一组母线上,见图11。(1)、单母线接线具有下列优点:接线简单清晰、设备少、操作方便、有利于扩建或采用成套配电装置等优点。(2)、缺点:可靠性和灵活性差,当母线或母线隔离开关故障或检修时,必须断开它所接的电源,且与之相接的电力装置在整个检修期间均需停运。出线断路器检修时也须停运该回路,影响对用户的供电。它不能满足I、II类用户的要求。(3)适用范围:610KV配电装置的出线回数少与5回;3563KV配电装置的出线回数不超过3回;110220KV配电装置的出线回数不超过两回。采用成套配电装置时,因可靠性高也可用于较重
17、要用户的供电。 2)、单母线分段接线 单母线用分段断路器QF1进行分段,提高供电的可靠性和灵活性,如图1-2。(1)单母线分段接线的优点:用断路器对母线分段后,对重要用户可从不同段引出两回馈电线路,由两个电源供电;当一段母线故障后分段断路器自动将故障切除,保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。(2)缺点:当一段母线或母线隔离开关故障或检修时该段母线的回路都要在检修期间停电;当出线为双回时,常使架空线路出现交叉跨越;扩建时要向两个方向均衡扩建。(3)选用范围: 610KV配电装置出线回路为6回及以上时;3563KV配电装置出线回路数为48回时;110220KV配电装置出线回数为34回时。
18、另外还有加设旁路的单母线接线,此种接线是在单母线的基础上加设一旁路母线,在检修出线时可以不用停止线路的运行,提高了对用户的供电可靠性,但增加了投资。如图1-3。 2.3.1.2、双母线接线 这种电气主接线是设两组母线M1、M2,每一回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接,母线间通过母线联络断路器QF(母联)连接,电源和负荷平均分配在两组母线上。有两组母线后运行的可靠性和灵活性大为提高。如图14: (1)变电所采用双母线接线的优点:供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作,可轮流检修一组母线而不致使供电中断;一组母线故障后能迅速恢复供电;检修任一回路的母线隔离开关,仅只停该回路。调
19、度灵活。各电源和各回路负荷可任意分配到某一组母线上,能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建方便。向双母线的左右两侧任何方向扩建均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配,不会引起原有回路的停电,并且布置也方便。便于试验。当个别回路需要单独进行试验时可将该回路分开,单独接至一组母线上进行。(2)双母线接线的缺点:增加一组母线和使每回路都增加一组隔离开关,增加了投资。操作复杂。当母线故障或检修时,隔离开关作为倒换操作电器,易误操作。为了避免隔离开关误操作,需要在隔离开关同断路器间加设闭锁装置。(3)双母线接线的适用范围:当出线回路数或母线上电源较多、输送功率和穿越功率较大、母线故障后要
20、求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定的要求时采用。610KV配电装置,当短路电流较大,出线需要带电抗器时。3563KV配电装置,当出线回路数超过8回时;连接的电源较多,负荷较大时。110220KV配电装置出线回路数为5回及以上时,或当110220KV配电装置在系统中居重要地位,出线回路数为4回及以上时。双母线接线还有双母线分段接线,这种接线适用于当出线回路数或母线上电源较多、输送功率和穿越功率较大,在610KV配电装置中,当短路电流较大,为选择轻型电器,限制短路电流,提高接线的可靠性和灵活性。但增加了母联断路器和分段断路器,配电装置投资增
21、大,35KV以上少采用。为了提高供电可靠性,还有带旁路的双母线接线。图1-5就是带旁路母线的双母线接线。图1-5是有专用旁路断路器的双母线接线。这种接线是可靠性、灵活性高,但设备投资大,操作复杂。带旁路的双母线接线的接线方式还有母联断路器兼作旁路断路器的接线和分段断路器兼作旁路断路器的接线,在此不作具体分析。2.3.1.3、一台(3/2)半断路器接线 此种接线是每两个回路用三台断路器接在两组母线上,形成一串。见图1-6。 图1-6中,QF2断路器是一台联络断路器。这种接线是大型发电厂和变电所超高压配电装置广泛应用的一种接线。它具有较高的供电可靠性和运行调度灵活性。这种接线即使在母线发生故障也只
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