kV变电站设计(上海电力学院)毕业论.doc

本科毕业论文发电厂设计上海电力学院 施春迎第一章 主变及所用变的选择第一节 主变压器的选择一、负荷统计分析1、35kV 侧P2 1max / cos 21 P21maxQ1max=100002 / 0.852 100002= 6197.44K varP2Q2max=2 max / cos 2 2 P2 2 max=100002 / 0.852 100002 = 6197.44K varP2Q3max =3 max / cos 2 3 P2 3 max=60002 / 0.852 60002= 3718.47K varP2Q4max =4 max / cos 2 4 P2 4 max=60002 / 0.802 60002= 4500K varP2Q5max =5 max / cos 2 5 P2 5 max=60002 / 0.802 60002= 4500K var0 P35 =P1max+P2max+P3max+P4max+P5max=10000+10000+6000+6000+6000=38000(KW) 0 Q35 =Q1max+Q2max+Q3max+Q4max+Q5max =6197.44+6197.44+3718.47+4500+4500=25113.35（KVar） S35MAX = P352 max + Q352 max = 380002 + 25113.352 =45548.66（KVA）Cos 35 =P35 max =38000=0.8345548.66S35MAX考虑到负荷的同时率，35kV 侧最大负荷应为：S35MAX=S35MAX 35 =45548.660.85=38716.36(KVA)2、10kV 侧:P2 1max / cos 21 P21maxQ1max=25002 / 0.852 25002 =1549.36K varP2 2 max / cos 2 2 P2 2 maxQ2max =20002 / 0.852 20002 =1239.49K varP23 max / cos 2 3 P2 3 maxQ3max =15002/ 0.80215002=1125K varP2Q4max =4 max / cos 2 4 P2 4 max=20002 / 0.852 20002=1239.49K varP25 max / cos 2 5 P2 5 maxQ5max =20002 / 0.802 20002=1500K varP2Q6max =6 max / cos 2 6 P2 6 max=10002/ 0.85210002= 619.74K varP27 max / cos 2 7 P2 7 maxQ7max =10002 / 0.802 10002= 750K varP2Q8max =8 max / cos 28 P28 max=10002/ 0.85210002= 620K varP2Q9max =9 max / cos 2 9 P2 9 max=15002/ 0.80215002=1125K varP2 10 max / cos 210 P210 maxQ10max = 15002 / 0.852 15002 = 929.62K varP10 =P1max+P2max+P3max+P4max+P5max+ P6max+P7max+P8max+P9max+P10max=2500+2000+1500+2000+2000+1000+1000+1000+1500+150016000（KW）Q10 = Q1max+Q2max+Q3max+Q4max+Q5max+Q6max+Q7max+Q8max+Q9max+Q10max=1549.36+1239.49+1125+1239.49+1500+619.74+750+620+1125+929.62=10697.7 （KVar）S10MAX= P102 max + Q102 max = 160002 +10697.72 =19246.84（KVA）Cos10=P10=16000=0.83S10MAX19246.84考虑到负荷的同时率，10kV 侧最大负荷应为：=S10MAX =S10MAX1019246.840.85=16359.81(KVA)3、110kV 侧:S110MAX= (P35+P)2 + (Q35+ Q)235 max10 max1035 max10 max10= (38000 0.85 +16000 0.85)2 + (25113.35 0.85 +10697.7 0.85)2=55076(KVA)考虑到负荷的同时率，110kV 侧最大负荷应为：110=550760.85=46815(KVA)S110MAX = S110MAX二、主变台数的确定根据35-110kV 变电所设计规范3.1.2 条规定“在有一、二级负荷的变电所宜装 设两台及以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时， 可装设一台主变压器。”三、主变容量的确定：根据35-110kV 变电所设计规范3.1.3 条规定“装有两台及以上主变压器的变电 所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于 60的全部负荷，并应保证用户的 一、二级负荷。”故本设计满足两个条件：1、两台总容量SS110MAX2、S（6075）S110MAX本变电所按建成后 5 年进行规划，预计负荷年增长率为 5%，因此： SS110MAX （1+m）t=46815（1+0.05）5=59749(KVA)式中 t 为规划年限，m 为增长率S=60%S0.659749=35849.4(KVA)查产品目录，选择两台变压器容量一样，每台容量为 40000KVA。四、主变型式 1、优先考虑选三相变压器依设计原则，只要不受运输条件限制，应优先考虑三相变压器。该变电所主变压 器为 110kV 降压变，单台容量不大（40000KVA），不会受到运输条件限制，故选用三 相变压器。2、具有三个电压等级S35MAX / S110MAX 38716.36/468150.830.15S10MAX / S110MAX 16359.81/468150.350.15根据35-110kV 变电所设计规范3.1.4 条规定“具有三种电压的变电所，如通 过主变压器各侧线圈的功率均达该变压器容量的 15以上，主变压器宜采用三线圈变 压器。”上述两式均大于 15，故选择主变为三圈变压器3、本设计 110kV 主网电压采用中性点直接接地方式（大电流接地系统），而中压电网 为 35kV（采用小电流接地系统）由于中性点具有不同的接地方式，而自耦变压器高低 压侧之间有电的直接联系，要求高、低压绕组的中性点运行方式须一致，所以本所不宜采用自耦变压器，选择普通的三绕组变压器。 4、容量比由上述计算可知：主变压器额定为 40000KVA，35kV 侧负荷占主变容量的 97， 大于 50，为满足 35kV 侧负荷的要求与需要，故 35kV 侧容量取 100的额定容量。 10kV 侧负荷占额定容量的 41，小于 50，故 10kV 侧绕组容量取 50。从以上分 析得出主变压器各绕组的容量比为 100/100/50。5、调压方式的选择根据35-110kV 变电所设计规范3.1.5 条规定“变压器的有载调压是改善电压质 量，减少电压波动的有效手段，对电力系统，一般要求 110kV 及以下变电所至少采用 一级有载调压变压器。”而本设计 110kV 变电所 110kV 及 35kV 侧负有化工厂、变电所、 医院等重要负荷，对电能的质量和可靠性的要求较高，为保证连续供电和满足对电能 质量的要求，并能随时调压，扩大调压幅度而不引起电网的波动，故应采用有有载调 压方式的变压器，以满足供电要求。6、中性点接地方式的确定 中性点直接接地系统主要优点是发生三相短路时，未故障相对地电压不升高，因此，电网中设备各相对地绝缘水平取决于相电压，使电网的造价在绝缘方面的投资越低， 当电压越高，其经济效益越明显，因此我国规定电压大于或等于 110kV 的系统采用中 性点直接接地。本变电站为终端变，中性点是否接地，由系统决定，所以在中性点加 隔离刀闸接地。6.1 35kV 系统： IcUN l=35(40 + 40 +302+302 +302)26(A)350350由电气专业资料可知：当 35kV 系统对地电容电流大于等于 10A，应采用中性点经消 弧线圈接地，所以本所 35kV 系统中性点采用经消弧线圈接地。6.2 10kV 系统 架空线：Ic1 U350Nl1 =电缆线：Ic20.1UN10 (252 +15 + 20 +15 + 6 2 + 20 2 +152) 5.2(A) 350l 2=0.110(102+5+102)=45(A)Ic Ic1+Ic2=5.2+45=50.2(A)由于Ic 30A，由电气专业资料可知：当 10kV 系统对地电容电流大于 30A，中 性点必须接地，本所 10kV 系统对地电容电流大于 30A，因此中性点需采用经接地变压器接地。6.3 接地变选择： SU3Ic10350.2869.49KVA因此选择接地变压器为 S1000KVA（Y/Yn11）额定电 压 组 合联结阻抗空载空载损负载损型 号电压电流容量高压低压标号耗（KW耗（KW）()()S91000KVA10kV0.4kV,yn114.50.71.7010.301000/107、接线组别 电气设计手册规定：变压器绕组的连接方式必须与系统电压相位一致，否则不能并列运行。由于 110kV 系统采用中性点直接接地，35kV 系统采用中性点经消弧线圈接地， 10kV 系统采用中性点经接地变压器接地，故主变的接线方式采用 Y0/Yn011 8、绕组排列方式 由原始资料可知，变电所主要是从高压侧向中压侧供电为主，向低压侧供电为辅。 因此选择降压结构，能够满足降压要求，主要根据的依据的电力系统分析，其绕组 排列方式如下图所示：0 中 高 根据以上分析结果，最终选择型号如下：SFSZ740000/110，其型号意义及技术参 数如下：S F S Z 7 40000 / 110高压绕组额定电压等级：110kV额定容量：40000KVA性能水平代号有载调压方式绕组数：三绕组 冷却方式：风冷 相数：三相外形尺寸：818050506160mm 总重量：86.5 吨 参考价格：100.3 万元第二节 所用变选择为保证所用电的可靠性，采用两台所用变互为备用，分别接于两台主变的两组 10kV 母线上，互为暗备用。一般选主变容量的（0.10.5）为其容量，考虑到用电负荷不大，本设计以 0.1 来选择，采用 Y/Yn0 接线组别单台所用变容量 S 所N=0.1SN0.18000080（KVA）查产品目录，选所用变型号为980/10，装于室内其主要技术参数如下：额定电 压 组 合联结阻抗空载空载损负载损型 号电压电流容量高压低压标号耗（KW）耗（KW）()()S980KVA10kV0.4kV,yn041.80.241.2580/10外形尺寸：12107001370mm总重量：0.595 吨参考价格:1.173 万元第三节 消弧线圈的选择一、经上述计算，35kV 中性点电容电流Ic 26A10A，采用中性点经消弧线圈接地1、根据额定电压选：UNU.n =35kV2、补偿容量：Q K IC U N 1.352635709.3（KVA）333、安装位置选择： 按设计规程：在选择安装位置时，在任何形式下，大部分电网不得失去消弧线圈的补偿，应尽量避免整个电网只装一台消弧线圈，并且不应将多台消弧线圈 集中安装在一处。本设计选择一台 XDJ275/35 及一台 XDJ550/35 消弧线圈， 两台消弧线圈并联在主变 35kV 侧中性点侧。4、调谐值和分接头选定 消弧线圈各分接头补偿电流值如表：消弧线圈型号分 接 头12345序号XDJ550/35实 际 补12.514.917.72125偿 电 流XDJ275/356.27.38.710.512.5（A）550KVar 的消弧线圈选 III 档，实际补偿电流为 17.7A275KVar 的消弧线圈选 IV 档，实际补偿电流为 10.5A总补偿电流 IL17.7+10.528.2（A）26A脱谐度IC I L26 28.20.0858.5%，其10，满足要求26IC中性点位移电压 U0Ubd0.8U 8.11%U 15%Ud 2+ 20.052 + (0.085)2式中：Ubd 消弧线圈投入前电网的不对称电压，一般为 0.8%U ；d 阻尼率，35kV 及以下架空线取 0.05； 脱谐度因此选择上述分接头是合适的。二、无功补偿电容的选择35kV 采用分散补偿，电容装在下一级线路内10kV 采用集中补偿，为了实现无功分压，就地平衡的原则，改善电网的功率因数， 保证 10kV 侧电压正常，所以需在本所 10kV 母线上装设电容补偿装置，以补偿无功， 并把功率因数提高到Cos = 0.9 ，其负荷所需补偿的最大容性无功量为QP10（tg 10.1 tg 10.2 ）16000 tg (arcCos0.831)tg (arcCos0.9)3002.9（KVar）式中P10母线上最大有功负荷tg 10.1 补偿前的最大功率因数tg 10.2 补偿后的最小功率因数10kV 电容器一般接成星形，查常用高低压电器手册，选用 BGF-11/ 3 -100-1型电容器，其型号意义如下：B G F 11 / 3 - 100 - 1单相 额定容量：100 KVar额定电压：UN=11/ 3 kV纸膜复合介质浸渍剂：G 表示苯甲基础油 并联电容器其额定容量为 100KVar,UN=11/ 3 kV，标算电容 C7.89 F ，则每相并联个数n 30023100.9 =10 ，故并联 10 只 BGF-11/ 3 -100-1 型电容器，分别接于 10kvI、II 段母线上，即每段母线每相并联 5 只电容器。第二章 电气主接线的确定第一节 电气主接线选择主接线设计依据：35-110kV 变电所设计规范有以下几条规定0 3.2.1 条：变电所的主接线，应根据变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备 特点及负荷性质等条件确定。并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修 方便、节约投资和便于扩建等要求。 0 3.2.2 条 当能满足运行要求时，变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的 接线。 0 3.2.3 条 35110kV 线路为两回及以下时，宜采用挢形、线路变压器组或线路分 支接线。超过两回时，宜采用扩大挢形、单母线的接线。3563kV 线路 为 8 回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV 线路为 6 回及以上时， 宜采用双母线接线。第3.2.4条 在采用单母线、分段单母线或双母线的 35110kV 主接线中，当不允许停 电检修断路器时，可设置旁路设施。一、110kV 主接线的选择：从原始资料可知，110kV 母线有 2 回进线，2 回出线。根据设计规范第 3.2.3 条规定， 主接线若采用双母线，必然供电可靠性较高，但占地大、投资大、操作易出差错，故不考 虑；外桥接线虽然设备少，但线路没有跨越功率，倒闸操作很不方便，亦不考虑。现采用 以下二种主接线进行比较：即内桥接线、单母线分段，分析表如下页。从以下分析可知,1、虽然内桥接线经济性优于单母分段，但可靠性、灵活性均不如单 母线分段。从原始资料可知，本变电所是终端变，两回进线，只有两回出线，且 110kV 侧 为双电源双回线供电，采用分段单母线接线其供电可靠性基本能满足要求，为了倒闸操作 方便，同时提高本设计的经济性，考虑长期发展，应以单母线分段接线能基本满足要求。本变电所回路不多，且电源侧为双回路供电，不用增设旁路母线。 其接线简图如下页：内桥接线单母线分段1、当出线开关检修时，线路需要较1、当一段母线发生故障时，分断断可长时间停电，影响线路供电路器自动将故障切除，保证正常2、运行方式改变，对桥开关的继电母线不间断供电靠保护整定不利2、当出线开关检修，该回路停电性3、桥开关检修时，两个回路解列运3、继电保护简化，动作可靠性高行1、线路停电时，操作简单，主变停1、任一台开关检修或故障，操作都灵电时，操作复杂，需动作两台开较简单，且操作过程不影响其它活关，影响一回路的暂时运行出线正常运行性 2、可以扩建，扩建后接线型式发生2、扩建裕度大，容易扩建变化0 1、共用三台开关，10 台隔离刀闸， 共用五台开关，10 台隔离刀闸，投 济 投资较小资较大0 2、占地面积较小 0 变压器停电检修时，如1 主变检 主变检修时，断开相应的 DL 及拉 0 修，需断开 DL1 及 DL3，拉开 G1， 开相应刀闸即可，不会影响线路的 操1 变才能检修，需要线路投入， 运行作则配合上 DL1 及 DL3线110kV 主接线图如下：出110kV 110KV II分段 DL二、35kV 母线接线的选择 #1#235kV 共有 5 回出线，有三路负荷采用双回路供电，依设计规范第 3.2.3 条规定，可采 用双母线或单母分段式接线，35kV 出线双回出线较多，变电所 C、变电所 D 应有其它进线， 若采用双母线设备多，投资大，继电保护复杂，倒闸操作易出现误操作，故单母线分段已 满足要求，而重要负荷已有双回路供电，故不用增设旁路母线。接线简图如下：ACDBCD35kVM35kVM分段 DL#1#2三、10kV 母线接线选择10kV 侧通常采用单母线或单母线分段接线，单母线虽使用设备少，经济性好，但可 靠性差，本变电所 10kV 有化工厂等重要负荷，且出线多，故采用单母线分段接线，可靠 性较好，操作方便，重要负荷已有双回线，故不考虑设置旁路母线，综上所述：本变电所最终选用单母分段。接线简图站如下：站站电电电配配配ABDEACE10kVM 10kVM分段 DL#1#2变电站主接线简图如下：线出110kVM分段 DL#110kVM分段 DL110kVM#210kVM35kVM 变电所 A 变电所 C 变电所 D I 化工厂 I 分段 DL 变电所 B 变电所 C 变电所 D 化工厂35kVM配 配 配 配电 电 电 电站 站 站 站AI B D EI配 配 配电 电 电站 站 站AII CEII炼油厂II第三章 短路电流计算第一节 短路电流计算的目的及一般规定一、短路电流计算目的 1、选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，确定某接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 2、在选择电气设备时，为了保证各种电器设备和导体在正常运行和故障情况下都能保证安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要用短路电流进行校验。 3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地安全距离。 4、在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时短路电流为依据。二、短路电流计算的一般规定 1、验算导体和电器的动、热稳定及电器开断电流所用的短路电流、应按工程的设计手册规划的容量计算、并考虑电力系统 510 年的发展。 2、接线方式应按可能发生最大短路电流和正常接线方式，而不能按切换中可能出现的运行方式。 3、选择导体和电器中的短路电流，在电气连接的电网中，应考虑电容补偿装置的充放电电流的影响。 4、选择导体和电器时，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，Id 最大的点，对带电抗器的 610kV 出线应计算两点，电抗器前和电抗器后的 Id。 短路时，导体和电器的动稳定、热稳定及电器开断电流一般按三相电流验算，若 有更严重的按更严重的条件计算。三、短路电流计算方法：实用短路电流计算法运算曲线法假设：正常工作时，三相系统对称运行；所有电源的电动势相位角相同；系统中的同步和异步电机均为理想电机；电力系统中各元件磁路不饱和；短路发生在短路电流为最大值瞬间；不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；除计算短路电流的衰减时间常数外，元件的电阻不考虑；元件的计算参数均取其额定值，不考虑参数误差和调整范围；输电线路电容略去不计。计算说明书一、短路电流计算短路点选择 短路点选择（只选择六点） 1、最大运行方式时，在 110kV 母线上发生三相短路 d1 2、最大运行方式时，在 35kV 母线上发生三相短路 d2 3、最大运行方式时，在 10kV 母线上发生三相短路 d34、最大运行方式时，在 10kV 配电站 B 线路末端发生三相短路 d4 5、最小运行方式时，在 10kV 配电站 B 线路末端发生两相短路 d5 6、最小运行方式时，在 10kV 配电站 B 线路首端发生两相短路 d6二、短路点选择示意图（详见后面一页图） 三、绘制次暂态等值电路，用标么值计算，选择基准值j 100MVA，j av，I B =S， X B =U2BBSB3U B1、125发电机组：F125/0.85147.06（KVA）*3*X d S j0.18100=0.12SF147.06U K% S j0.1051002、150变压器：2*4*1500.07SB3、100KM 长线路：5*6* 0.4 1002100 0.3 1154、80KM 长线路：7*8* 0.4 802100 0.24 1155、U*1发电机：最大运行方式 9*S j1000.05SD max2000最小运行方式 10*S j100=0.06SD min1800短路点选择示意图2125MWGGCSDmax=2000MVA*=U*=113.8KV*=SDmIN=1800MVAcos=0.85xd=0.182150MVATTUK%=10.513.8/121100KM110kv80KMd1(3)110kV35kV d2(3) d3(3)10kVd6(3)d4(3)d5(2)Pmax=2000KW cos=0.85 L=15KM配电站 B将计算结果标注于等值电路图中GGC1390.120.120.062T4T0.070.07560.30.3780.240.24d1(3)110kVd2(3)11130.260.261214d.3(3)0.160.1635kV10kVd6(3)305.44d4(3)d5(2)配电站 B本设计选SB 40000KVA40MVAU d高低 % =17 ，U d高中% =10.5，U d中低 % = 6.5 ，则X I % =1 (U d高低 % +U d高中% U d中低 % )=1 (17+10.56.5)=10.522X II % =1(U d中低 % +U d高中% U d高低 % )=1(6.5+10.517)=022X III % =1(U d高低 % +U d中低 % U d高中% )= 1(17+6.510.5)=6.522110.5100U K % S j7、主变 110kV 侧计算电抗11*13*1000.2640SB16.5100U K % S j0.16主变 10kV 侧计算电抗12*14*10040SB最大运行方式：两台发电机组满载，110kV 线路双回运行，主变并列运行 最小运行方式：Sd min =1800MVA ，125MW 发电机组、150MVA 变压器各停一台,100KM线路单回线运行用运算曲线法：（一）最大运行方式下，在 110kV 母线上发生 d1 点三相短路时， d1 点三相短路的等值简化网络如图（a）（b）（C）：GGCGCGC1390.120.120.052415160.070.070.250.055181960.940.190.30.378170.120.240.24d1d1d1(a)(b)(c)X15*（*+2*+5*）/（3*+4*+6*）（0.12+0.07+0.3）/（0.12+0.07+0.3）=0.25X16*8*0.05X17*7*/8*0.24/0.240.12则：X18*X15*+X17*+X15*X17*X16*0.25+0.12+0.25X19*X16*+X17*+X16*00.1205 0.94X17*X15*0.05+0.12+0.0500.1225 0.191、发电厂对 110kV 侧短路电流求计算电抗 Xjs.18*0.94250 / 0.852.76100查汽轮发电机运算曲线，由 t=0s,t=4s 和 Xjs.18*2.76 得I *（0s）0.39I *（4s）0.392则次暂态短路电流I 0.39250 / 0.850.576（KA）3 115则I 0.392250 / 0.850.579（KA）11532、等值系统侧对 110kV 母线短路电流Xjs.19*0.192000/1003.83.451 100I I 0.139115 2.64（KA）3、d1 点短路电流I 0.576+2.643.216（KA）I 0.579+2.643.219（KA）（二）最大运行方式下，在 35kV 母线上发生 d2 点三相短路时，d2 点三相短路的等值简化网络如图（a）（b）（c）（d）：GGCGCGCGC1390.120.120.0516151624150.250.050.250.050.070.075624250.30.3171.750.35780.12230.240.240.251113220.260.26d20.13d2d2d2(a)(b)(c)(d)主变 35kV 侧计算电抗11(10.5 + 6.5 17.5) 1002