kV变电所电气一次系统设计毕业论.doc

目 录前言2第一章 电气主接线设计31.1项目概况31.2主变压器的选择31.3电气主接线的确定4第二章 短路电流计算72.1短路电流计算的基本原则72.2短路计算7第三章 主要电气设备和导体的选择103.1断路器与隔离开关的选择103.2各电压等级母线的选择103.3互感器的选择113.4 高压熔断器的选择123.5避雷器的选择133.6支柱绝缘子和穿墙套管的选择13第四章 防雷接地设计154.1 避雷针的设计154.2 接地网的设计16前言在高速发展的现代社会中，电力工业是国民经济的基础，在国民经济中的作用已为人所共知：它不仅全面地影响国民经济其他部门的发展，同时也极大地影响人民的物质和文化生活水平的提高，影响整个社会的进步。变电站是电力系统一个重要的环节，是电力网中线路的连接点，其作用是变换电压、汇集、分配电能。变电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全问题。而电网的稳固 性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。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，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 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，务求掌握常规变电所的电气一次系统的原理及设计过程。 第一章 电气主接线设计1.1项目概况本工程为新建一座110kV终端变电所，其中出线回路： 35kV：6回； 10kV：14回(其中电缆6回) 进线回路：110KV：2回进线，系统等值电抗0.20（SB100MVA，UBUP）负荷情况为：35kV侧：最大45MW，最小36MW，= 5500小时，=0.85，10kV侧：最大26MW，最小19MW，= 5000小时，=0.85, 、类负荷占501.2主变压器的选择1.2.1负荷计算35KV侧最大负荷45/0.85=52.9MVA，10kV侧最大负荷26/0.85=30.59MVA。总负荷：SM=52.9+30.59=83.49 MVA、类负荷统计： SI= 83.490.5=41.75(MVA)1.2.2主变压器容量选择主变压器的容量根据5-10年的规划负荷选择，适当考虑到远期10-20年的负荷发展，并考虑到变压器正常运行和事故时的过负荷能力，为保证供电可靠性，变电站一般装设两台变压器，每台变压器的额定容量一般按Se=0.6SM变电站最大负荷选择，这样，当一台主变压器停运时，其余一台变压器容量仍能保证全部负荷的60%-80%。并保证类、类负荷的供电。1. 每台变压的容量ST=0.6* S总 =0.6*83.49=50（MVA）说明当一台变压器故障时，另一台变压器仍能保证用户的类负荷和类负荷。2. 主变压器各侧绕组的负荷都达到该变压器容量的15%以上时，宜采用三绕组变压器。由于该终端变电站的电压等级为110/35/10kV，所以采用三绕组变压器较为合适。3. 变压器型号按Se=50MVA选择，所以选择两台容量为50000KVA自冷有载调压变压器（其各种性能参数如下表）:型号额定电压空载电流阻抗电压连接组别高中高低中低SFZ11-50000/11011081.25/111.210.517.56.5Ynynod114.110kV三绕组变压器分为全绝缘变压器和半绝缘变压器两种，这示110kV中性点的绝缘水平而言，在110kV中性点直接接地系统中，一般采用半绝缘变压器。1.3电气主接线的确定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，变电所本身的运行可靠性、灵活性、经济性密切相关，并且对电气设备选择，配电装置，继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。1.3.1主接线的设计中要考虑的原则设计的基本要求：1.发电厂和变电所在电力系统中的地位和作用。2.近期和远期的发展规模。3.出现回路和负荷重要性分级。4.发、送、变电的备用容量。主接线设计应满足可靠性，灵活性和经济性、发展性等要求及负荷大小和重要性：1. 对于一级负荷必须有两个独立电源供电，且当任意一个电源失去电源后，能保证对全部一级负荷不间断供电。2.对于二级负荷一般要有两个的独立电源供电。3.对于三级负荷一般只需一个电源供电。1.3.2基本的主接线形式1单母线接线适用条件：（1）610kV级回路数不超过5回；（2）35kV60kV级不超过3回；（3）110220kV级回路数不超过两回时（当为两回出线时，多采用桥形接线或多角形接线）。2.单母线分段接线采用的条件：（1）610kV配电装置出线回路数为6回及以上；（2）电压为35kV时，出线回路数为48回；（3）用于电压110kV，出线回路数为34回。3.双母线接线及分段：（1）出线带电抗器的610kV装置采用双母线；（2）3560kV配电装置当出线回路数较多时（超过8回），或连接线的电源较多时，可采用双母线接线；（3）双母线分段接线主要试用于大容量进出线较多的装置中，例如220kV进出线为1014回的装置。1.3.3主接线方案设计：方案A：110kV采用外桥接线，35kV采用单母线分段接线，10kV侧采用单母线分段。方案B：110kV侧采用单母线分段接线，35kV侧采用单母线分段接线，10kV侧采用单母线分段接线。1.3.4电气主接线方案的技术分析1.方案A的技术分析110kV侧采用单母线分段接线，其优点有：当一路电源进线故障或者检修时，可由另一路电源供给本站负荷。35kV和10kV侧采用单母线分段接线，其优点有：当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段引出两个回路，有两个电源供，提高了供电可靠性。2.方案B的技术分析110kV侧采用外桥接线，其优点为：变压器操作方便。缺点：线路投入与切除时，操作复杂；桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。适用范围：适用于两回进线两回出线且线路较短故障可能性较小和变压器需要经常切换，而且线路有穿越功率通过的发电厂和变电站中。35kV和10kV侧采用单母线分段接线，其优点有：当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。用断路器把母线分段后，对重要用户可从不同段引出两个回路，有两个电源供，提高了供电可靠性。综合考虑采用A方案更方便，适合本终端站情况。1.3.5屋内外配电装置布置结合实际情况，并考虑到尽可能的节省投资和少占土地，最终确定：110kV侧选用户外普通中型布置；35kV侧选用户外普通中型布置；10kV侧选用户内成套开关柜单层布置。第二章 短路电流计算在选择电气主接线时，为了保证设备在正常运行和故障情况丅能安全，可靠地工作，同时又力求节约资金，这需要进行全面的短路电流计算。2.1短路电流计算的基本原则一、电力系统所有电源在额定负荷下运行，所有电源电动势、相位角相同，短路发生在短路电流最大瞬间。二、计算短路电流时的接线方式应是可能发生最大短路电流的正常方式。三、容量按本所设计容量计算。四、一般按三相短路计算，假如两相短路电流比三相短路电流大，按两相短路电流计算。五、在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点为短路电流计算点。2.2短路计算作等值电路，设SB=100MVA，UB=Uav，计算各元件等值电抗标么值。求主变电抗：UK1=1/2（UK1-2+ UK1-3+ UK2-3）=1/2（10.5+17.5-6.5）=10.75UK2=1/2（UK1-2+ UK2-3+ UK1-3）=1/2（10.5+6.5-17.5）=-0.25UK3=1/2（UK1-3+ UK2-3+ UK1-2）=1/2（17.5+6.5-10.5）=6.75 而Xt*= UK/100Sj/Se Xt1*=(10.75/100) (100/50)=0.1706 Xt2*=(-0.25/100) (100/50)=-0.00379Xt3*=(6.75/100) (100/50)=0.107110KV侧d1短路电流计算两路电源进线分列运行，忽略线路电抗，35KV侧d2短路电流计算考虑一路电源进线故障或者检修时，另一路电源带本站两个变压器系统电抗，变压器电抗短路电流为10KV侧d3短路电流计算考虑一路电源进线故障或者检修时，另一路电源带本站两个变压器系统电抗，变压器电抗短路电流为第三章 主要电气设备和导体的选择电气装置中的载流导体和电气设备，在正常运行和短路状态时，都必须安全可靠地运行。为了保证电气装置的可靠性和经济性，必须正确地选择电气设备和载流导体。各种电气设备选择的一般程序为：先按正常工作条件选择出设备，然后按短路条件校验其动稳定性和热稳定性。电气设备和载流导体的选择设计，必须执行国家的有关技术经济政策，并做到金属先进，经济合理，安全可靠，运行方便和为今后的发展扩建留有一定的余地。电气设备选择的一般原则按工作条件选择：类型和形式的选择.额定电压.额定电流按短路状态进行校验按环境条件校验3.1断路器与隔离开关的选择3.1.1、110KV QF和QS的选择最大工作电流：Igmax=1.05SN/(3Uav)=1.05*50103/(3*110)=275.6(A)3.1.2、35KV QF和QS的选择最大工作电流：Igmax=1.05SN/(3Uav)=1.0563103/(3*35)=866(A) 3.1.3、10KV QF和QS的选择(屋内）最大工作电流：Igmax=1.05SN/(3Uav)=1.05*50103/(3*10)=3031.3(A)3.2各电压等级母线的选择1、110KV母线的选择（K1短路点）按最大工作电流选择，查表得当最高温度为40时，K=0.80 K*Iy Igmax=275.6 即Iy Igmax/K=275.6/0.80=344.5A2、35KV母线的选择（K2短路点）按最大工作电流选择，查表得当实际环境温度为40时，K=0.80 K*Iy Igmax=866 即Iy Igmax/K=866/0.80=1082.5A3、10KV母线的选择（K3短路点）按最大工作电流选择，查表得当实际环境温度为40时，K=0.8 K*Iy Igmax=3031.3 即Iy Igmax/K=3031.3/0.81=3742.2A3.3互感器的选择1.电压互感器的选择10kV选用 JSJW10型电压互感器35kV选用 JDJJ35型电压互感器110kV选用 JCC110型电压互感器（查电力系统分册附表41），器技术参数为：电压等级型号额定变比准确度等级最大容量（VA）10kV三相屋内JSJW1010000/100/100/348096035kV单相屋外JDJJ35110000/3/100/3/10010002000110kV单相屋外JCC11035000/3/100/3/100/360012002.电流互感器的选择 (1)按安装的地点：20kV及其一下多为户内式，35kV以上为户外室。按安装方式：穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中，可节约穿墙套管；支持式在安装在平台或支柱上；装入式是套在35kV及其以上变压器或多油断路器油箱内的套管上按绝缘：干式用绝缘胶浸，适用于低压户内的电流互感器，浇注式利用环氧树脂做绝缘，且前仅用于35kV及其以上的电流互感器，油浸式多为户外型。（2）35kV电流互感器型式的选择按安装地点：户外性 按安装方式：装入式 绝缘方式：浇注式按最大持续工作电流选择Igmax=866A所选电流互感器型号为LCWD35，变比为1000/5 准确度等级的选择由于此处电流互感器用于保护，所以选用的准确度等级为3级（3）110kV电流互感器型式的选择按安装地点：户外性 按安装方式：装入式 绝缘方式：浇注式按最大持续工作电流选择Igmax=275.6A 所选电流互感器型号为LCWD110，变比为300/5，准确度等级的选择由于此处电流互感器用于保护，所以选用的准确度等级为3级3.4 高压熔断器的选择熔断器允许适用的环境温度（）额定温度：40 最高温度：40 最低温度：-40对于保护变压器，电压互感器用的高压熔断器，只须按额定电压，电流，开端容量及特性配合来考虑，不需校验动稳定，热稳定和海拔高度。选择各电压等级熔断器电压等级（kV）型号UN(kV)IN(A)最大开断容量（MVA）10RW210/0.5100.5100035RW935/2352600110RW6110/100110100225503.5避雷器的选择设备及线路所承受雷电过电压及过负荷时的电流均避雷器来限制来保护设备及线路，选择避雷器型式时，应考虑倍保护电气设备的绝缘水平和适用特点，根据电气一次部分课程设计参考资料:中性点非直接接地系统中变压额定电压 避雷器的型式 10kV FZ10 35kV FZ35 中性点直接接地系统中 变压额定电压 避雷器的型式 110kV FZ110J3.6支柱绝缘子和穿墙套管的选择（1）根据额定电压选择 UNUNW (10kV)查电力系统分册附表40，所选支柱绝缘子的主要技术参数为：安装地点型号额定电压（kV）绝缘子高度机械破坏负荷屋内ZB1010215（mm）750（kg）穿墙套管的选择 按额定电压选择UNUNW=10kV 按额定电流选择INIgmax=3031(A) 截面为：806.3mm 查电力系统分册附表38选型号为CLD10，参数如下： 型号额定电压（kV）额定电流（A）套管长度（mm）机械破坏负荷（kg）户内 CLB101020006202000（2）35kV根据额定电压选择，UNUNW技术参数如下：型号额定电压（kV）绝缘子高度（mm）机械破坏负荷（kg）户外 ZS3535420800（3）110kV 根据额定电压选择，UNUNW所选支柱绝缘子技术参数：型号额定电压（kV）绝缘子高度（mm）机械破坏负荷（kg）户外 ZS11011012002000 第四章 防雷接地设计 避雷针的作用防直击雷最常用的措施是装设避雷针，它是由金属制成，比被保护设备高，具有良 好接地的装置，其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，从而保护了附近比它矮的设备，建筑免受雷击。 所谓避雷针的保护范围是指被保护物在此空间范围内不致遭受雷击而言。它是在实验中用冲击电压下小模型的放电结果求出的，由于它与近似直流电压的雷云对空间极长间 隙下的放电有很大差异，所以这一保护范围并没有得到科学界的公认，但我们可以把它看 成一种用以决定避雷针高度与数目的工程办法。4.1 避雷针的设计 避雷针的保护范围所谓避雷针的保护范围是指被保护物在此空间范围内不致遭受雷击而言。它是在实 验中用冲击电压下小模型的放电结果求出的，由于它与近似直流电