供用电技术毕业设计（论文）-22011035kV变电站一次部分设计.doc

毕 业 论 文作 者： 学 号： 院 系： 输配电工程系 专 业： 供用电技术 题 目： 220/110/35kv变电站一次部分设计 指导者： 评阅者： 2010 年 6 月 吉 林摘要：本论文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建设变电站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了220kv、110kv、35kv侧以及站用电的主接线，然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数，容量及型号，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对断路器、隔离开关、母线、高压熔断器、绝缘子和穿墙套管、电压互感器、电流互感器进行了选型，从而完成了220/110/35kv变电站一次部分的设计。关键字：变电站，变压器，接线 220/110/35kv变电站电气设计说明书 摘要第一部分 原始资料分析11.1变电站电气设计的基本依据11.2毕业设计前期工作要求11.3分析有关原始资料，确定相关设计前提1第二部分 主变的选择与确定32.1主变压器的选择32.2无功补偿配置42.3站用变的选择和站用变压器接线4第三部分 主接线方案的拟定63.1主接线方案的拟定63.2电气主接线图12第四部分 短路电流的计算134.1短路计算的一般规定134.2电抗图及系统的简图14第五部分 电气设备的选择165.1断路器、隔离开关的选择165.2接地开关的选择185.3电压互感器的选择185.4电流互感器的选择185.5避雷器的选择195.6母线选择195.7支柱绝缘子、穿墙套管的选择215.8高压熔断器选择21第六部分 电气设备及配电装置布置236.1电气设备布置236.2配电装置布置23220/110/35kv变电站电气设计计算书第一部分 变压器容量计算251.1主变容量的计算25第二部分 短路电流的计算272.1系统参数计算272.2系统在k1点短路292.3系统在k2点短路312.4系统在k3点短路33第三部分 电气设备的选择与校验353.1断路器与隔离开关的选择与校验3532导体的选择与校验40220/110/35kv变电站电气设计说明书第一部分 原始资料分析1.1变电站电气设计的基本依据1）220kv区域变电所设计任务书。2）变电所设计规程。1.2毕业设计前期工作要求毕业设计前期，我们去图书馆查阅资料，从中得到变压器选择原则及其变压器的型号，断路器、隔离开关的选择原则及其型号，并且根据以往的设计原则确定主接线的形式，最终确定了变电站设计的步骤。1.3分析有关原始资料，确定相关设计前提1.3.1变电所在系统中的作用及负荷分析1变电所分析：本所最大综合负荷为：110kv侧：78mw，35kv 侧： 43mw,本所属于系统枢纽变电所，与水火两大电力系统联系。本所直接以110kv、35kv线路供地区工业用户负荷为主。本所是地区重要变电所位于地区网络枢纽点上，高压侧以交换或接收功率为主，供电给地区中的中压侧和附近的低压侧负荷。全所停电后，将引起地区电网瓦解，影响整个地区供电。2负荷情况分析：本所所用的供电负荷主要是城市的机械化工区的重要工业用户，停电后会造成很大的经济损失，因此，要求本所具有较高的供电可靠性。1.3.2环境分析1地理位置：所区地势平坦，交通方便，有铁、公路经过本所附近，故可以考虑选择廉价、较笨重的设备。空气清洁，虽有化工厂但对本所影响不大，故可采用屋外配电装置，考虑到土地的经济性，地表裂度等因素，屋外配电装置拟采用普通中型装置。2、气象分析：本所所在地区主导风向夏季为南风，冬季为北风，所以变电所间隔及母线布置应为东南、西北走向，最大风速20m/s，小于35m/s，因此对屋外配电装置可不考虑风速对布置形式的影响。地区最高温度+37，最低气温-20，在此温度范围内，普通变压器即可正常运行，无需做特殊考虑。本地的土壤电阻率500m，不属于高土壤电阻率，无需特殊考虑。第二部分 主变的选择与确定2.1主变压器的选择2.1.1主变容量的确定：规程规定：变电所中主变压器一般采用三相式变压器，其中容量应根据电力系统510年的发展进行选择，并适当考虑到远期1020年的负荷发展。根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变压器的容量。2.1.2主变台数的确定：规程规定：对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷；当变压器容量应能保证全部负荷的70%，所以变电所（两个电源）中一般装设两台主变压器。2.1.3主变负荷计算：变电所最大负荷2.1.4主变型式的确定：本所特点：直接以110kv线路供地区工业用户负荷为主。规程规定：有两种电压与110kv及以上中性点直接接地的电力网连接的变电所，加技术经济合理，所以选两变压器。型号额定容量额定电压（kv）阻抗电压（%）120000（kv）高中低高中高低中低1213614259连接组别容量比100/100/502.2无功补偿配置无功补偿装置类型普遍采用并联电容器装置，装设在主变的主要负荷侧，可获得显著的无功补偿效果。由于配置设备的原因，无功补偿装置装设在110kv侧尚不具备条件。采用集合式电容器成套装置，并联电容器装置中的干式容芯电抗器，放电线圈，避雷器等由厂家成套供货。加装无功补偿设备后，电网功率因数提高，具有以下几个方面的意义：( 1 ) 减少系统元件的容量，换个角度是提高电网的输送能力。( 2 ) 降低网络功率损耗和电能损耗。( 3 ) 改善电压质量。无功补偿容量的确定：容性无功补偿容量，在不具备设计计算条件时，按规程要求按主变压器容量的10%30%配置，推荐方案按10%15%配置。对进出线以电缆为主的220kv变电站，可根据电缆长度配置相应的感性无功补偿装置。每一台变压器的感性无功补偿装置容量不宜大于变压器容量的20%。在不引起高次谐波，谐振，有危害的谐波放大和电压变动过大的前提下，无功补偿装置宜加大分组容量和减少分组组数。综上所述，选择型号电容器。2.3站用变的选择和站用变压器接线2.3.1概述：站用变压器室设置于35kv开关室旁，可缩短35kv电源电缆及到站用变的电缆长度。2.3.2站用变电压器的选型：根据中华人民共和国电力行业标准（dl/t51552002）220-500kv变电站站用电设计技术规程，本方案选用国产干式变压器。dyn11接线与yyn0接线的同容量变压器相比，有利于抑制高次谐波电流，在当前电网中接用电力电子元件日益广泛的情况下是有利的。另外，dyn11接线比yyn0接线的零序阻抗要小的多，使单相短路电流增大，不仅可以直接提高单相短路时保护设备的灵敏度，也可以简化保护方式。一般情况下不需要装设电镀的单相短路保护，可以利用高压侧的过电流保护兼做低压侧单相短路电流保护。同时，当低压侧三相负荷不平衡时，dyn11接线的变压器不会出现低压侧中性点的浮动位移，保证了供电电压质量。综上，站用变压器推荐使用dyn11接线的变压器。2.3.3站用电接线：本期共安装两台站用变压器，1号站用变压器高压侧接在1号主变压器低压侧上，其低压侧接与站用电屏的1m母线上，2号站用变压器高压侧本期从站外可靠的35kv电源接引，待2号主变压器建设时，在改接到2号主变的低压侧，2号站用变压器低压侧接于站用电屏的1m母线上。380/220v站用电系统为单母线分段接线，由5面mns型低压配电屏供站用电负荷，两太站用变压器各带一段负荷。2.3.4站用电负荷及设备选择：具体工程中应该按照实际站内交流负荷情况统计。根据定量负荷统计，站用负荷约为185kva，因此变电站两台站用工作变容量均选用250kva。2.3.5站用电布置：为节约电力电缆，站用电低压配电屏布置主控制楼继电保护室内，全站安装5面mns型抽屉式低压配电屏。2.3.6站用变保护：本方案站用变压器回路采用断路器进行保护。第三部分 主接线方案的拟定3.1主接线方案的拟定主接线的确定对变电所本身运行的可靠性、灵活性、经济性密切相关，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的影响。根据变电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，并在满足运行可靠性，简单灵活，操作方便和节约投资等要求，有扩建的还应在布置上为过渡到最终接线准备条件（无需做特殊考虑）。3.1.1各电压等级的接线：规程要求：110kv220kv配电装置出线回路为34回时，一般采用单母线分段接线；当110kv220kv配电装置，在系统中具有重要地位，并出线回路在四回及以上时，一般采用双母线接线；对于在系统中具有重要地位的配电装置，220kv出线为四回及以上的，一般可装设专用旁路断路器1）220kv电压等级本所特点：（1）与水火两大电力系统联系，属于系统枢纽变电所。（2）供电给地区一类负荷。（3）220kv为本所唯一的电源进线。根据规程规定，拟选单母线分段接线或双母线接线或双母带旁路接线。单母线分段接线（图1如下）：优点：a用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。b当一段母线发生故障，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。缺点：a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。b当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越。c扩建时须向两方面均衡扩建。（图1）双母线接线（图2如下）（图2）优点：a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；检修任意回路的母线隔离开关，只停该回路。b调度灵活。各个电源和回路负荷可以任意恢复到某一组母线上，能灵活的使用系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。c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。缺点：a增加一组母线和使用每回路就需要增加一组母线隔离开关。b当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。作为避免隔离开关误操作，须在隔离开关和断路器之间装设联锁装置。双母带旁路（专用旁路断路器）：（图3）优点：a检修任意一条线路不需停电。b运行调度灵活。缺点：增加专用旁路断路器和配电装置空间。评价：对于在系统中居重要地位的配电装置，220kv出线为四回的，一般可不装设专用旁路断路器。本所与水火两大电力系统联系，属于系统枢纽变电所。同时供电给地区一类负荷。本所是地区重要变电所。经综合比较，选方案，即双母线接线。2）110kv电压等级规程规定：110kv220kv配电装置出线回路在5回及以上时，一般采用双母线接线。当110kv出线为7回及以上时，一般装设专用旁路断路器。双母线接线：优点：a供电可靠。b调度灵活。c扩建方便。d便于试验。缺点：增加一组母线，使每回路就需要增加一组母线隔离开关。（图4）双母带旁路（专用旁路断路器）（图5）优点：a检修任意一条线路不需停电。b运行调度灵活。缺点：增加专用旁路断路器和配电装置空间。评价：当110kv出线为7回及以上回路时，一般采用双母线接线形式，此电压等级共10回线出线，均为地区重要工业用户及市区变电所，其中有重型机械厂、机修厂、钢厂、煤矿、化工机械厂、市区变等重要负荷。从可靠性考虑，拟用双母线接线方式，所以选用方案，即双母线接线。3）35kv电压等级规程规定：10kv和35kv配电装置中，一般采用分段单母线或单母线接线。单母线接线优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线、母线间隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，才能恢复非故障段的供电。（图6）单母线分段接线（图7）优点：1）用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。2）当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。综合考虑，拟选单母线分段接线。3.2电气主接线图第四部分 短路电流的计算4.1短路计算的一般规定4.1.1验算导体和电器动稳定性、热稳定性以及电器开断电流所用的短路电流，应该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（一般为本工程建成后510年）。确定短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常界线方式，而不应该按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。4.1.2选择导体和电气时，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。4.1.3导体和电器的动稳定性、热稳定性以及电器的开断电流，一般按三相短路计算，自耦变压器回路的单相、两相接地短路较三相短路严重时，则应按严重情况计算。4.1.4选择导体和电器的短路电流，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。4.2电抗图及系统的简图(系统图)(阻抗图)短路电流计算结果表：短路点平均电压支路点（ka）（ka）（ka）k123012.32.672.8624.424.354.63故障点6.727.027.49k211511.841.961.9622.882.742.74故障点4.724.74.7k33714.263.823.8228.528.228.22故障点12.7812.0412.04第五部分 电气设备的选择5.1断路器、隔离开关的选择断路器的型式的选择：除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术，经济比较后才能确定。根据我国当前生产制造情况，电压6220kv的电网一般选少油断路器，电压110330kv的电网，当少油断路器的技术条件不能满足要求时，可选用六氟化硫或空气断路器，大容量机组采用封闭母线，如果需要装设设备断路器，宜选用发电机专用断路器。断路器选择的具体技术条件简述如下：1电压（电网工作电压）2电流（最大持续工作电流）3额定断开电流）4（额定关合电流）校验：5热稳定校验6动稳定校验隔离开关型式的选择技术条件与断路器技术1、2、5、6相同。1220kv侧根据额定电压、最大工作电流选、设备名称、型号记算数据断路器隔离开关uns220kvun220kvun220kvimax331ain2000ain2000ai6.72kainbr50 kaish17.136kainc1100kaqk198.02（ka）2sit2t6400（ka）2sit2t4356（ka）2sish17.136kaies100kaies86ka经动稳、热稳校验满足要求。2110kv侧根据额定电压、最大工作电流选、设备名称、型号记算数据断路器隔离开关uns110kvun110kvun110kvimax661ain2000ain1250ai4.72kainbr31.5ish12.036kainc180kaqk88.42（ka）2sit2t3969（ka）2sit2t3969（ka）2sish12.036kaies80kaies80ka经动稳、热稳校验满足要求。335 kv侧根据额定电压、最大工作电流选、设备名称、型号记算数据断路器隔离开关uns35kvun35kvun35kvimax1039ain1600ain1600ai4.725kainbr16kaish12.78kainc140kaqk585.97（ka）2sit2t1024（ka）2sit2t6400（ka）2sish32.589kaies40kaieh40.5ka经动稳、热稳校验满足要求。5.2接地开关的选择根据规程，35kv及以上电力系统中必须设置接地开关，根据电压选择220kv: 110kv： 35kv： 5.3电压互感器的选择620kv屋内配电装置一般采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器。35110kv配电装置，一般采用油浸绝缘结构的电压互感器。220kv及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器具有第三绕组的单相电压互感器。型号电压等级额定变比220kv110kv35kv5.4电流互感器的选择电流互感器的选择，互感器一次回路额定电压和电流应满足： ：电流互感器额定电压。 ：电流互感器额定电流。热稳、动稳定校验：或kt：热稳定校验倍数内部稳定：或外部稳定：电流互感器型号选择如下：电压等级型号220kv110kv35kv5.5避雷器的选择型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，fz（电站用普通阀型）。额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。按照使用情况，校验避雷器安装地点可能出现的最大导线对地电压是否等于或小于避雷器的最大允许电压。在中性点非直接地的电网中应不低于设备最高运行线电压，在中性点直接接地的电网中应取设备最高运行线电压的80%。工频放电电压：工频放电电压应小于最大运行相电压的3.5倍。工频放电压应大于灭弧电压的1.8倍。电压等级型号220kv110kv35kv5.6母线选择型式：载流导体一般采用铝质材料。回路正常工作电流在400a及以下时，一般采用矩形导体。在4000a8000a时，一般选用槽形导体。110kv及以上高压配电装置，一般采用软导线。1）按导线长期发热允许电流选择1 2）按经济电流密度选择：3）电晕校验：4）热稳定校验：5）硬导体的动稳定校验6）导体共振校验：注：当截面积大于以下条件时刻不必进行电晕校验额定电压（kv）110（kv）220（kv）330单导线双分裂导线导线外径9.621.433.12*21.4相应型号1220kv侧据选型钢芯铝绞线。2110kv侧据选型钢芯铝绞线。335kv侧据选型线5.7支柱绝缘子、穿墙套管的选择原则：支柱绝缘子应该按额定电压和类型的选择，并进行短路时动稳定校验，软导线不用动稳定校验，穿墙套管应按额定电压、额定电流和类型选择，按短路条件校验动热稳定。 屋外式不用校验热稳定。支柱绝缘子：型号电压等级220kv110kv35kv穿墙套管型号额定电压机械破坏负荷35kv7500n5.8高压熔断器选择选择的技术条件：1）电压： 限流式高压熔断器不宜使用在工作电压低于其额定电压的电网中。以免因过电压而使电网中的电器损坏，故应为。2）电流： ：熔体的额定电流 ：熔断器的额定电流3）具保护动作选择性的要求，校验熔体额定电流应保护前后两级熔断器之间或熔断器与电源侧继电保护之间，以及熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性。4）断流容量：ird：熔断器的开断电流：三相短路冲击电流的有效值保护电压互感器的熔断器，只需按额定电压和断流容量选择。选择结果如下：型号额定电压备注35kv保护屋内tv第六部分 电气设备及配电装置布置6.1电气设备布置根据变电站假定的进出线方向，设定200kv户外配电装置布置在变电站北侧，平行布置方案110kv户外配电装置布置在变电站南侧，35kv配电装置及电容器组布置在变电站西侧，主变压器场地位于站区中央，变电站进站道路从东接入，主控制楼连同站前区位于进站道路入口处以南；垂直布置方案110kv户外配电装置布置在变电站西侧，35kv配电装置及电容器组布置在变电站南侧，主变压器场地位于站区中央，变电站进站道路从南接入，主控制楼连同站前区位于进站道路入口处以东。两方案区别如下：1平行布置方案中，220kv朝南向北出线，110kv朝南出线，进站道路从东接入，主控制楼布置，电容器组布置，站区围墙内占地23.02亩；2垂直布置方案中，220kv朝北向出线，110kv朝西出线，进站道路从南接入，主控制楼布置，电容器组布置，站区围墙内占地23.54亩。6.2配电装置布置6.2.1 220kv配电装置220kv配电装置采用户外软母线改进半高型单列布置形式，设置4回出线构架，告诉14.0m。所有出线的通信及保护按光纤通信方式考虑，同时相应预留、设置三相阻波器和电容式电压互感器或耦合电容器的安装位置。由于间隔宽度均为13.0m。为满足三相阻波器悬挂的要求。若通信及保护采用载波通道方式，可限制阻波器外径的制造尺寸。改进半高型户外配电装置不但具有占地面积小、造价省的特点，还具有安装、运行、维修方便的优点。220kv配电装置纵向尺寸45.9m。6.2.2 110kv配电装置110kv配电装置采用户外软母线改进半高型单列布置形式，设置8回出线构架，告诉10.0m，间隔宽度8m。改进半高型户外配电装置不但具有占地面积少，造价省的特点，还具有安装、运行、维护检修方便的优点。110kv配电装置纵向尺寸34.8m。6.2.3 35kv配电装置及电容器组场地35kv配电装置采用户内开关柜双列布置方式。35kv无功补偿装置采用户外集合式电容器成套装置，平行布置方案采用单列布置方式，垂直布置方案采用双列式布置方式。220/110/35kv变电站电气设计计算书第一部分 变压器容量计算1.1主变容量的计算（1） 选两台主变时，一台断开，另一台主变容量可保证70%的全部负荷ko最大负荷同时系数ke网损率kt系数或(2)当选两台主变时，一台容量应满足全部一级负荷和大部分二级负荷在所设计变电站中110kv侧： 35kv侧：所以：经比较 综上：选择额定容量时，采用r10系列变压器，所以选取额定容量为120mva的变压器变压器参数型号额定容量额定电压（kv）阻抗电压（%）120000（kv）高中低高中高低中低1213614259连接组别容量比100/100/50第二部分 短路电流的计算2.1系统参数计算基准值： 水轮机：汽轮机：变压器：架空线路：变压器： 系统图系统阻抗图2.2系统在k1点短路简化之后简化之后查运算曲线，得短路电流标么值t=0s时 有名值t=2s时 有名值t=4s时 有名值220kv侧：2.3系统在k2点短路简化之后查运算曲线，得短路电流标么值t=0s时 有名值t=2s时 有名值t=4s时 有名值110kv侧：2.4系统在k3点短路简化之后查运算曲线，得短路电流标么值t=0s时 有名值t=2s时 有名值t=4s时 有名值35kv侧：第三部分 电气设备的选择与校验3.1断路器与隔离开关的选择与校验3.1.1 220kv电压等级最大工作电流： 断路器选型号断路器型号额定电压额定电流额定断开电流额定关合电流动稳定电流热稳定电流2202000a50ka100ka100ka40ka（4s）短路点选主变压器和断路器之间，流经该断路器的短路电流为最大1）热稳定校验 由于tk1秒 故不计qp 所以所以热稳定满足2）动稳定校验所以动稳定满足3）断开、关合电流校验综上所述：选择型断路器隔离开关选择型型号额定电压额定电流动稳定电流热稳定电流220kv2000a86