35kv变电站设计毕业论文

毕 业 论 文 题目 35电站组站设计 姓 名： _ _ 所学专业： _ 电力系统自动化技术 班 级： _电力 0902 班 _ 学 号 : _ _ 指导教师： _ _ 完成时间： _2012 年 6 月 6 日 _ I 摘 要 随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电的稳固性、可靠性和持续性。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的设计和配置。一个典型的变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩 建方便。出于这几方面的考虑，本论文设计了一个降压变电站。 本次设计根据某公司的电力负荷资料，作出了该公司 3510电所的初步设计，工厂总降压变电所及配电系统设计是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能力问题，毕业论文共分为八章，主要对变电站进行了主接线设计、负荷计算、短路电流的计算和高压电气设备的选择。本设计以实际负荷为依据，以变电所的最佳运行为基础，按照有关规定和规范，作出了满足该区供电要求的 35电所初步 设计。 设计中首先对负荷进行了统计与计算，选出了所需的主变型号，然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计，设计中还进行了短路计算和对主要高压电器设备进行了选择与计算，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等 。此外 还 进行了防雷保护 的设计和计算，提高了整个变电所的安全性，另附主接线简图一张。 关键词 ： 35变电站 组站设计 录 摘 要 . I 目 录 . 言 . - 1 - 一、 变电站站址的选择原则和作用 . - 3 - （一）变电站的选择原则 . - 3 - （二）变电所在电力系统的地位 . - 3 - （三） 电力系统供电要求 . - 4 - （四）电力系统运行的特点 . - 4 - （五）电力系统的额定电压 . - 5 - 二、 主接线设计 . - 6 - （一）对电气主接线的基本要求 . - 6 - （二） 所要选择的主接线形式 . - 6 - 1. 3510线形式的选择 . - 6 - 三、 负荷计算 . - 8 - （一）计算负荷 . - 8 - 1. 对于 35负荷的计算 . - 9 - 0负荷的计算 . - 9 - 四、 变电站主变压器的选择 . - 10 - （一） 绕组数量和连接方式的确定 . - 10 - 1. 绕组数量确定原则 . - 10 - . - 10 - （二）主变阻抗及调压方式选择 . - 10 - . - 10 - . - 10 - （三） 变压器中性点接地方式和中性点设计 . - 11 - 1. 10 35中性点接地方式的选择 . - 11 - （四） 主变容量选择原则 . - 11 - . - 11 - 选择原则 . - 12 - 五、 短路电流的计算 . - 13 - （一）计算短路电流的意义 . - 13 - （二）短路电流计算的规定 . - 13 - （三）本次设计中短路电流的计算 . - 13 - . - 13 - . - 14 - 六、 高压电器设备的选择 . - 17 - 一）电器设备选择的一般原则 . - 17 - （二）高压断路器的选择原则 . - 17 - （三）各电压等级侧断路器的选择 . - 19 - 断路器的选择 . - 19 - 断路器的选择 . - 19 - （四）隔离开关的选择 . - 20 - . - 20 - 隔离开关的选择 . - 20 - 隔离开关的选择 . - 21 - （五） 电压互感器和电流互感器的选择 . - 22 - . - 22 - . - 23 - （六）电抗器的选择 . - 23 - . - 23 - . - 23 - （七）高压熔断器的选择 . - 24 - . - 24 - . - 24 - 七、 变电站的防雷保护 . - 25 - （一）变电站对直击雷的的防护 . - 25 - ）的原则 . - 25 - . - 26 - （二）避雷针保护范围的计算方法 . - 27 - . - 27 - . - 28 - . - 29 - （三）对雷电入侵波的防护 . - 29 - . - 29 - . - 30 - . - 30 - 八、 配电装置的平面设计 . - 31 - （一） 配电装置的要求 . - 31 - （二）配电装置设计的基本步骤 . - 31 - （三） 配电装置型式的选择原则选择 . - 31 - （四）各种配电装置的特点 . - 31 - （五）本设计中配电装置的选择 . - 32 - 结 论 . - 33 - 参考文献 . - 34 - 谢 . - 35 - - 1 - 前 言 毕业设计和毕业论文是专科生培养方案的重要环节，学 生通过毕业设计，旨在培养学生综合运用所学的基本理论和方法解决实际问题的能力，提高学生实际操作的技能以及分析思维能力，使学生能够掌握文献检索、研究分析问题的基本方法，提高学生阅读外文本书刊和进行科学研究的能力，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它即是一次检阅，又是一次锻炼。 我毕业设计的课题是 35电站组站设计。变电站是电力网中线路的连接点，作用是变换电压、交换功率和汇集、分配电能，它直接影响影响整个电力系统的安全与经济运行。变电站中的电气部分通常被分为一次部分和二次部分。电能生产的特点是发电 、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，具有同时性。 35压变电站作为供用网络中重要的变电一环，它设计质量的好坏直接关系到一个企业的用电可靠性和经济性。本次设计是在学习了相关专业课程（如发电厂电气部分、电力系统分析、电力系统继电保护原理等），且对各类变电站了解后设计的。本次设计为我们走上工作岗位前对工程设计有细致的了解，并为掌握一定的工程设计方法打下了基础。根据有关规定，依据安全、可靠、优质、经济、合理等的要求，为保证对用户不间断地供给充足、优质又经济的电能设计方案。 本次设计主要包括变电站总体 分析 、 电力系统分析 、 主接线选择 、 主变选择 、无功补偿设备选择 、 短路电流的计算 、 电气设备的选择 、 防雷设计 、 配电装置和平面设置等。在主接线设计中，在 35我们把两种接线方式在经济性 、 灵活性 、 可靠性三个方面进行比较，最后选择 35用 单母 线 分段接线方式 。在 10采用单母分段 接线方式 。 变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已 经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电，这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全和延长了其使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。可见，变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件。 目前国内外较先进的是变电站综合自动化 ， 其一般为 无人值班，有人值守，四遥设计，采用综合自动化实现控制、保护、测量和远动等功能。微机控制，通过 “ 远方 ” 、 “ 就地 ” 转换开关实现就地（就地单元控制）、远方（站内控制室微机及调度中心）两种控制方式，用微机实现模拟操作，待确认后再执行控制命令。测件和保护元件接各自独立的 部四 遥 量 - 2 - 送至调度中心，站内通信采用大量通信网等。 随着电网建设的快速发展 ， 根据国家电力公司 35电站典型方案设计编制原则 中的规定， 35电站设计原则如下： 备选型原则是高可靠性、高技术含量、少维 护或免维护、无油化、小型化。根据电网现状及规划，变电站主接线力求简单、可靠。 2主接线及设备选型应满足遥控实现运行方式改变和电能质量调整的需要，减少运行人员的现场操作。 3在主接线、设备选型及平面布置上，应考虑电网现状及规划，城市中心区、城区及城郊等不同地域的负荷密度和性质，变电站在电网中的重要性及投资效益等因素，通过经济技术分析，选取优化方案。 4变电站主变压器一般为 2 或 3 台，在负荷密度较大且重要的地区，宜采用 3 台，并应满足当一台停运（故障）时，其余主变容量应不小于 60%的全部负荷。 5. 短路电流 的确定，按可能发生最大短路电流的正常接线方式确定，不考虑切换过程中并列运行方式。变电站在允许电压波动范围内，主变压器低压侧最大短路电流应控制在： 10大于 16则应采取降低短路电流的措施。 现完善的五防闭锁功能。条件允许时也可采用微机五防闭锁。 盗设施。 量减少占地面积，弱化室内装饰，外装饰应与当地环境相协调。 - 3 - 一、 变电站站址的选择原则和作用 （一）变电站的选择原则 变电所的设 计应根据工程 5 10 年发展规划进行，做到远、近期结合，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；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，结合国情合理地确定设计方案；变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。变电所应建在靠近负荷中心位置，这样可以节省线材，降低电能损耗，提高电压质量，这是供配电系统设计的一条重要原则。变电所的总平面布置应紧凑合理，依据 35 110变电站设计规范第 ，变电站站址的选择，根据下列要求综合考虑确定： （ 1）靠近负荷中心。 （ 2）节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地。 （ 3）与乡或工矿企业规划相协调，便于架空线和电缆线路的引入和引出， 交通运输方便。 （ 4）具有适应地形，地貌，地址条件。 本设计的变电站位于邢台某企业，该地 区 地势平坦，无高山丘陵， 气候宜人，四季分明，气候宜人， 本设计变电站靠近负荷中心，交通运输较为便利。综上所述，可满足建所的要求 。 （二）变电所在电力系统的 地位 电力系统是由变压器，输电线路，用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机），变换（变压器，整流器，逆变器），输送和分配（电力传输线，配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。 其中变电所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。变电所根据它在系统中的地位，可分为下列几类： （ 1） 枢纽变电所：位于电力系统的 枢纽点，连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压为 330500变电所，称为枢纽变电所。全所停电后，将引起系统解列，甚至出现瘫痪。 （ 2）中间 变电所：高压侧以交换潮流为主，起系统交换功率的作用，或使长距离输电线路分段，一般汇集 23 个电源，电压为 220330时又降压供当地用电，这样的变电所起中间环节的作用，所以叫中间变电 - 4 - 所。全所停电后，将引起区域电网解列。 （ 3） 地区变电所：高压侧一般为 110220地区用户供电为主的变电所，这是一个地区或城市的主要变电所。全所停电后，仅 使该地区中断供电。 （ 4） 终端变电所：在输电线路的终端，接近负荷点，高压侧电压为110降压后直接向用户供电的变电所，即为终端变电所。全所停电后，只是用户受到损失。 （三） 电力系统供电要求 （ 1） 保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备安全，形成十分严重的后果。停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。因此，电力系统运行首先要满足可靠，持续供电的要求。 （ 2） 保证良好的电能质量：电能质量包含电压质量，频率质量，和波形质量三个方面，电压质量和频率质量均以偏移是 否超过给定值来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定值的 5% ，H Z 等，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。所有这些质量指标，都必须采取一切手段来予以保证。 （ 3） 保证系统运行的经济性：电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占的比重约为 1/3，而且电能在变换，输送，分配时的损耗绝对值也相当客观。因此，降低每生产一度电能消耗的能源和降低变换，输送，分配时的损耗，有极其重要的 意义。 （四）电力系统运行的特点 （ 1） 电能生产的重要性：电能与其它能量之间转换方便，易于大量生产，集中管理，远距离输送，自动控制，因此电能是国民经济各部门使用的主要能源，电能供应的中断或不足将直接影响国民经济各部门的正常运行。这就要求系统运行的可靠性。 （ 2） 系统暂态过程的快速性：发电机，变压器，电力线路，电动机等原件的投入和退出，电力系统的短路等故障都在一瞬间完成，并伴随暂态过程的出现，该过程非常短促，这就要求系统有一套非常迅速和灵敏的监视，检测，控制，和保护装置。 - 5 - （ 3）电 能发，输，配，用的同时性： 电能的生产，分配，输送和使用几乎是同时进行，即发电厂任何时候生产的电能必须等于该时刻用电设备使用的电能与分配，输送过程中损耗的电能之和，这就要求系统结构合理，便于运行调度。 （五）电力系统的额定电压 （ 1） 额定电压是指能使电气设备长期运行的最经济的电压。在系统中，各部分电压等级是不同的。三相交流系统中，三相视在功率 S=3输出功率一定时，电压越高，电流越小，线路，电气等的载流部分所需的截面积就越小，有色金属的投资也越小，同是由于电流小，传输线路上的功率损耗和电压损失也较小。另一方面，电压越高，对绝缘水 平的要求则越高，变压器，开关等设备的投资也越大。综合考虑这些因素，对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济合理的输电电压，但从设备制造角度考虑，为保证产品的标准化和系列化，又不应随意确定输电电压。 （ 2） 用电设备的额定电压：经线路向用电设备输送电能时，由于用电设备大都是感性负荷，沿线路的电压分布往往是首段高于末端，系统标称电压于用电设备的额定电压取值一致，使线路沿线的实际电压于用电设备要求的额定电压之间的偏差不致太大。 （ 3） 变压器额定电压：变压器一次侧接电源，相当于用电设备，二次侧向负荷供电，又相当 于电源，因此变压器一次侧额定电压应等于用电设备额定电压。由于变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压，额定负载下变压器内部的电压降落约为 5% ，当供电线路较长时，为使正常运行时变压器二次测电压较系统标称电压高 5% ，以便补偿线路电压损失。变压器二次测额定电压应较用电设备额定电压高 10% ，只有当变压器二次测与用电设备间电气距离很近时，其二次侧额定电压才取为用电设备额定电 压的 。 - 6 - 二、 主接线设计 （一）对电气主接线的基本要求 电气主接线是由高压电器通过连接线，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，故又称为一次接线或电气主系统。主接线设计代表了变电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响运行的可靠性，灵活性，并对电器选择，配电装置布置，继电保护，自动装置和控制方式的抑定都有决定性的关系，对电气主接线的基本要求，概括的说包括可靠性，灵活性和经济性三方面。 电 气主接线的设计原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针，政策，技术规定为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠，调度灵活，满足多项技术要求的前提下，兼顾运行维护方便，尽可能节省投资，就地取材，力争设备元件先进性和可靠性，坚持可靠，先进，适用，经济，美观的原则。 （二） 所要选择的主接线形式 由负荷资料知， 35近期无负荷。而 10负荷中有原料、溶出、沉降、分解、蒸发、焙烧车间等负荷，若断电将造成较大的经济损失和资源浪费，因而需要保证供电的可靠性；同时，由于 10解车间分解搅拌属对电力供应的 可靠性要求也是较高的，综合考虑 35的投资规模，故而在设计过程中应在保证供电的可靠性的基础上考虑经济因素。 1. 3510线形式的选择 表 线形式方案对比 单母线分段 双母线分段 供电可靠性 对重要用户可以从不同分段引出两回馈电线路，由两个电源供电。当一条母线发生故障是还能保证另一条母线的正常供电。供电可靠性较高。 供电可靠，母线分段使检修任一回路都不用停电。 运行灵活性 接线简单清晰，运行操作方便。 接线相对复杂，调度灵活 节约投资 少用了断路器、隔离开关，占地面积小，较经 济。 双母分段占地面积大，土建投资大，所用的隔离开关多。不够经济。 - 7 - 经过综合比较方案在经济性上比方案好，且调度灵活也可保证供电的可靠性。所以选用方案。 本期从东海电厂出 35路 2 回，直接至氧化铝厂，根据设计原则可采用单母线分段的接线形式。如下图 A B 10电装置出线回路数目为 6 回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。 本期 10线回路数为 12 回，可采用 单母线分段。如下图 A B C A B C A B C A B C A B C A B 0000000 - 8 - 三、 负荷计算 表 荷原始资料： 电压 等级 线路名称 最大负荷 荷组成 （ %） 自然功率 A) 线长 注 一级 二级 三级 10料车间 0% 20% 82 溶出车间 0% 20% 沉降车间 0% 8 分解车间 0% 30% 07 蒸发车间 0% 30% 7 被烧车间 0% 30% 14 备用一 备用二 备用三 （一）计算负荷 综合最大计算负荷： %)1)(c o s( m a x. K t 同时系 数，对于出线回数较少的情况，可取 线回数 - 9 - 较多时，取 本设计中， 10取 6取 % 线损，取 5% 1. 对于 35负荷的计算 . m a ) ( 1 % )c o （ 1+5%）=0负荷的计算 . m a ) (1 % )c o =（ +（ 1+5%） =上：总的计算负荷： - 10 - 四、 变电站主变压器的选择 （一） 绕组数量和连接方式的确定 1. 绕组数量确定原则 国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分有双绕组普 通式、三绕组式、自偶式、以及低压绕组分裂式等变压器，待设计变电所有 3510选用双绕组普通变压器。 依据电力工程设计手册规定指出： 第 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有和型两种。高中低三侧绕组如何组合，要根据具体工程来定。我国 110以上电压，变压器绕组都采用 0 连接， 35采用型，其中性点通过消弧线圈接地。 35接。本设计中变电站电压等级为 35/10线方式采用 YN/接线方式。 （二）主变阻抗及调压方式选择 根据 电力工程电气设计手册（电气一次部分），变压器的阻抗实质就是绕组间的漏抗，阻抗的大小主要取决于变压器的结构和采用的材料。从系统稳定和供电电压质量考虑，希望主变压器的阻抗越小越好；但阻抗偏小又使系统短路电流增加，高、低压电器设备选择遇到困难；另外阻抗的大小要考虑变压器并联运行的要求。 主变阻抗选择原则： 各侧阻抗值的选择须从电力系统稳定、潮 流计算、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并联运行等方面进行综合考虑； 对普通两绕组变，目前有“降压型”一种； 为保证供电所或发电厂的供电质量，电压必须维持在允许的范围内，调压方式有两种，一种称为无激磁调压，调整范围在 2 内；另一种成为有载调压，调整范围达 30%，其结构复杂，价格昂贵，在下例情况下选用：接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证用电质量，要求母线电压恒定时，且随着各方面的发展，为了保证电压质量及提高变压器分接头质量。所以选用 有载调压 。 - 11 - （三） 变压器中性点接地方式和中性点设计 电力网中性点的接地方式，决定了主变压器中性点的接地方式。电力网中性点的接地方式有： 1. 10 35中性点接地方式的选择 10 35采用中性点不接地或中性点经消弧线圈接地方式。 1063网采用中性点不接地方式，但当单相接地故障电流大于 30A（ 10 10A（ 35，中性点应经消弧线圈接地。装消弧线圈时 ,它可直接接到 35中性点 ,且两台主变可共用一台消弧线圈。 10由于是“”型接线，无中性点，故需加接地变，将中性点引处，以接消弧线圈，接地变的容量应大于消弧线圈的容量，一般，应在 10的每一段母线上安装型号一样，容量相同的接地变。但是电容电流不能超过允许值，否则接地电弧不易自熄，易产生较高的弧光间隙接地过电压，波及整个电网，所以可采用消弧线圈补偿电容电流，即经消弧线圈接地。 （四） 主变容量选择原则 主变容量选择一般按变电所建成以后 5 10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期 10 20 年发展。对城郊变电所，主变容量应 与城市规划相结合。根据变电所带负荷性质及电网结构决定主变容量。对有重要负荷变电所考虑一台主变停运时，其余主变容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的一、二级负荷；对一般性变电所当一台主变停运时，其余主变应能保证其余负荷的 60%。同级电压的单台降压容量的级别不易太多，应从全网出发，推行标准化、系列化（主要考虑备品、备件和检修方便）。 在本变电站中，当变电站的一台变压器停止运行时，另一台变压器能保证全部负荷的 60%，即 S*60%=时应该能保证用户的一级和二级负荷，、类负荷的总和为： 合以上并考虑变压器容量必须大于 综合分析，选择变压器容量 0000台，查得 35择变压器的型号为5，其参数如下表： - 12 - 表 变型号选择 型号 编号 电压组合 （ 联接 组别 损耗 （ 空载电流(%) 阻抗电压 高 低 空载 负载 5 1# 35 低：5 2# 35 低：5 3# 35 低：对城镇中的一次变，在中、低压侧构成环网情况下，装两台主变。对地区性孤立的一次变或大工业的专用变电所，装三台主变。对规划只装两台主变的变电所，其主变基础按大于主变容量的 1 2 级设计，以便负荷发展时更换主变。在本变电站设计中，具有 2 个电压等级，由于本变电站为大工业的专用变电所，所以主变台数选择 3 台。 - 13 - 五、 短路电流的计算 （一）计算短路电流的意义 供配电系统中的短路，是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电气连接。短路是电力系统中常发生的故障，短路电流直接影响电器的安全，危害电力系统的安全运行，假如短路电流较大，为了使电器能承受短路电流的冲击，往往需要选择重型电器。这不仅会增加投资，甚至会因开断电流不满足而选择不到合适的高压电器，为了能合理 选择轻型电器，在主接线设计时，应考虑限制的措施而需要计算 短路电流计算是选择和检验电气设备的前提和基础，也是载流导体选择和二次设备保护的基础。为了使所选电器具有足够的可靠性、经济性、灵活性并在一定的时期内满足电力系统发展的需要，应对不同点的短路电流进行校验。 （二）短路电流计算的规定 验算导体的稳定性和电器的动稳定热稳定以及电器开断电流的能力，应按本设计的设计规划容量来计算，并考虑到电力系统的 5展规划（一般应按本工程的建成之后的 5）。在确定短路电流时应按可能发生的短路电流的正常接线方式，而不应按照仅在切换时过程中的可能的并列运行方式的接线方式。 选择导体和电器时所用的短路电流，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和电容补偿装置放电电流的影响。 选择导体和电器时，对不带电抗的回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大的地点，对带电抗器 6 10线与厂用分支回路，除其母线与隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器之前外，其余导体和电