变电站(110-35-10kV)电气部分初步设计--毕业论文.doc

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The main function of substation is to transmit and transform electrical energy. The design of a substation is an important factor that affects the operation of power system. This design is mainly the design and calculation of the electrical part of the substation.The design of the substation has three main voltage: 110kV, 35kV, 10kV, electric substation from the suburb of 110kV, so the need to determine the model of the main transformer and load, connection mode, and then select the optimal connection mode, then select the short-circuit point is calculated according to the equivalent reactance network simplification that, the short-circuit current, then the equipment selection and validation, selection of bus and all kinds of electrical equipment models and data, finally the distribution device design etc.As we all know, the short-circuit fault is very harmful to the power system, so it is necessary to calculate the relay protection to ensure the safe and reliable operation of the whole system.Keywords:energy Electrical parts of a power plant relay protection Transformer Device selection and calibrationI第一部分 设计说明书第1章 主变压器的选择1.1概述变压器是利用电磁感应原理来改变交流电压的装置，它的主要作用是升压和降压。主变压器的选择取决于它的运行方式和负荷的增长速度等很多因素，而且需要考虑5-10年的发展需要。如果选的容量过大，就会增加占地面积和损耗，增加投资，浪费资源，如果容量太小，就会影响系统不同电压等级间的功率交换和运行的可靠性，所以应该合理的选择一个变电所的主变压器台数和型号。1.2主变压器容量和台数的选择 本次设计的变电所35kV负荷容量为62.2MVA，10kV负荷容量为45.73MVA，可得出主变压器容量63MVA。本次设计的变电所为普通的郊区变电所,所以选择装设2台主变压器。1.3主变压器型式的选择1.3.1主变压器相数的确定 选择三相式变压器。1.3.2绕组数的确定采用三绕组变压器。1.3.3绕组接线组别的确定采用“YN,y0，d11”的接线方式。1.3.4结构形式的选择本次设计的变电所采用降压型。1.3.5调压方式的确定本次设计采用有载调压的变压器。1.4主变压器型号的选择本次设计的主变压器容量为63000kVA，根据上面的主变压器型式的选择可以得出待选的主变压器应该是容量为63000kVA的三相三绕组有载调压变压器。查表选出的变压器型号为SFPSZ7-63000/110。表1-1 SFPSZ7-63000/110的各项数据型号额定容量(kVA)额定电压（kV）阻抗电压（%）SFPSZ7-63000/10063000高压中压低压高中高低中低110101.5%37.52.67%10.510.5186.5第2章 电气主接线设计2.1对电气主接线的基本要求2.1.1可靠性接线的可靠性，一般比较以下各项：1、检修时，对供电的影响程度。2、断路器拒动时，停电范围和停电的时间。3、故障时，停电范围和停电时间。4、全停电几率2.1.2灵活性主接线的灵活性主要体现在正常运行或故障情况下都能迅速改变接线方式1、满足接线过度的灵活性。2、满足处理事故的灵活性。2.1.3经济性经济性是在满足接线的可靠性和灵活性的前提下，尽可能地缩小与接线型式有关的投资。1、采用简化接线。2、在设备型号和额定参数的选择上，要联合工程恰到好处，防止以大代小，以高代低。2.2电气主接线的选择2.2.1 110kV电气主接线110kV无出线2回进线，初选两种方案： 1、方案I图2-1 桥行接线2、方案II图2-2单母分段接线。方 案内桥接线单母线分段接线技 术1.接线简单2.调度灵活，可靠性低1.简单接线2.可靠性、灵活性差经 济1.占地少2.使用的断路器少1.设备少、投资小相比选用方案。2.3.2 35kV电气主接线因35kV的出线为8回，可以初步选择以下两种方案：1、方案I图2.3 单母线分段接线2、方案II 图2-4 双母线接线表2-2 35kV主接线方案比较方 案单母线分段接线双母线接线技 术1.不会全所停电2.调度灵活3.保证重要用户供电4.任一断路器检修，该回路必须停止工作1.供电可靠2.调度灵活3.扩建方便4.便于试验5.易误操作经 济1. 设备少2.占地少1.设备多、装置复杂2.投资、占地面大相比较下可选用投资小的方案。2.3.3 10KV电气主接线选择10KV侧出线8回，备用1回，初选以下两种方案：1、方案I图2-5 单母线分段接线2、方案II图2-6 双母线接线表2-3 10kV主接线方案比较 方案单母线分段接线双母线接线技术1.不会全所停电2.调度灵活3.保证重要用户供电4.任一断路器检修，该回路必须停止工作1.供电可靠2.调度灵活3.扩建方便4.便于试验5.易误操作经济1.设备少2.占地少1.设备多，装置复杂2.投资、占地面积大 根据此变电站的用途，所以用方案。图2-7 电气主接线简图第3章 短路计算3.1概述短路会引起电压降低，越靠近短路点处电压降低的越多，引起不必要的损失。3.2短路计算的原因由于短路故障在电力系统中的危害很大，为了降低短路发生的概率，以及加强对运行维护的管理，所以要进行短路计算。3.3短路计算的步骤3.3.1三相对称短路电流计算1. 选出基准容量，选取平均电压等级。2. 归算各电压等级的电抗，画出等值网络图。3. 计算出各电压等级短路点的转移电抗和计算电抗。4. 按照汽轮发电机运算曲线查表获得参数。5. 计算出各个电压等级短路点的短路电流有效值3.3.2三相不对称短路电流计算（正序增广网络）1. 根据上面计算出的各电压等级的电抗画出等值网络图。2. 求出等值电抗。3. 求出附加电抗。4. 求出正序电流的标幺值。5. 根据正序增广网络求出短路电流标幺值。6. 根据公式求出短路电流的有名值。3.4短路计算结果3.4.1三相对称短路电流计算结果表3-1 110kV侧K1点三相对称短路电流计算结果短路时间（s）024短路电流（kA）2.5422.5852.585表3-2 35kV侧K2点三相对称短路电流计算结果表3-2短路时间（s）024短路电流（kA）5.5445.5595.559表3-3 10kV侧K3点三相对称短路电流计算结果短路时间（s）024短路电流（kA）16.08916.08916.0893.4.2三相不对称短路电流计算结果表3-4 110kV侧K1点三相不对称短路电流计算结果短路类型单相短路接地两相短路接地两相短路短路电流有名值1.8711.0762.142表3-5 35kV侧K2点三相不对称短路电流计算结果短路类型单相短路接地两相短路接地两相短路短路电流有名值04.708 4.708表3-6 10kV侧K3点三相不对称短路电流计算结果短路类型单相短路接地两相短路接地两相短路短路电流有名值013.76213.762第4章 设备的选择与校验4.1概述 在电力系统中电器的选择主要包含以下几个方面的选择：断路器、隔离开关、互感器、导体、绝缘子、穿墙套管、避雷器、熔断器等。4.2电气设备选择的一般条件4.2.1按正常工作条件选择1.额定电压选择：设备的额定电压就是其铭牌上的额定线电压，只要不低于电网的额定电压就可以。所以一般都可以按照下列公式进行选择： （4-1） 2.额定电流选择： （4-2）其中K为综合修正系数。对于裸导体和电缆：； （4-3） 对于电器：时，； 时，；时，。式中 实际环境温度，； 为正常最高允许温度，。4.2.2按短路情况校验1.短路电流的计算条件 电器合理、经济的运行，并且在一定的时间内满足系统发展的需要，作为校验用的短路电流应该在满足容量和接线、短路的种类、短路计算点的位置等条件的情况下确定。2.短路计算的时间 校验开断能力 热稳定时间。 开断能力时间。=+ （4-3)3.热稳定校验 电气满足热稳定的条件为： （4-5） 导体和电缆满足热稳定的条件为： （4-6）4.动稳定校验 硬导体动稳定： （4-7） 电器动稳定： （4-8）4.3高压断路器的选择高压断路器除具体的选择内容包括：选择型式、选择额定电压和电流、校验开断能力、校验动稳定、校验热稳定等。4.3.1高压断路器的选择步骤1.种类和型式的选择根据环境和技术条件以及各种不同断路器的特点选择。其中真空断路断路器在技术性能和运行维护上都优于其他断路器。2.按照额定电压选择 断路器的额定电压满足： （4-9）3.按照额定电流选择 断路器的长期允许电流满足： （4-10） 其中K为温度系数。 然后根据所得数据选出合适的断路器，得到该断路器的各项参数包括：额定开断电流、动稳定电流峰值、固有分闸时间等。 4.额定开断电流的选择 一般情况下，额定开断电流要大于实际开断瞬间的的短路全电流有效值。 （4-11） （4-12） 5.额定关合电流 为保证断路器安全的关合短路电流，满足： （4-13） 6.热稳定校验 断路器热稳定校验应该满足下面公式： （4-14） 7.动稳定校验 断路器的动稳定校验应该满足下面公式： （4-15）4.3.2高压断路器的选择结果表4-1 110kV侧断路器（进出线及分断断路器）型号额定电压（kV）额定电流（A）开断电流（kA）动稳定电流峰值（kA）3s热稳定电流（kA）分闸时间（s）LW11-110/1600110160031.58031.50.04表4-2 35kV侧断路器（进出线及分断断路器）型号额定电压（kV）额定电流（A）开断电流（kA）动稳定电流峰值（kA）4s热稳定电流（kA）分闸时间（s）LW8-35/16003516002563250.06表4-3 10kV侧断路器（进出线及分断断路器）型号额定电压（kV）额定电流（A）开断电流（kA）动稳定电流峰值（kA）3s热稳定电流（kA）分闸时间（s）ZN12-10/315010315050125500.065表4-4 35kV侧断路器（出线）型号额定电压（kV）额定电流（A）开断电流（kA）动稳定电流峰值（kA）4s热稳定电流（kA）分闸时间（s）LW8-35/16003516002563250.06表4-5 10kV侧断路器（出线）型号额定电压（kV）额定电流（A）开断电流（kA）动稳定电流峰值（kA）3s热稳定电流（kA）分闸时间（s）ZN18-10/630106302563250.034.4隔离开关的选择 隔离开关和高压断路器的选择方法差不多，只是隔离开关不需要灭弧装置，所以无需校验额定的开断电流。4.4.1高压隔离开关的选择步骤1.种类和型式的选择 根据特点、技术和经济条件及使用要求选择。2.按额定电压选择 断路器的额定电压满足： (4-16)3.按照额定电流选择 断路器的长期允许电流应该满足下面公式： (4-17) 其中K为温度系数。4.热稳定校验 断路器热稳定校验应该满足下面公式： (4-18)5.动稳定校验 断路器的动稳定校验应该满足下面公式： (4-19)4.4.2高压断路器的选择结果表4-6 110kV侧隔离开关型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流 峰值（kA）4s热稳定电流（kA）GW4-110/630（D）11063010020表4-7 35kV隔离开关型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流 峰值（kA）4s热稳定电流（kA）/125035125010031.5 表4-8 10kV隔离开关型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流 峰值（kA）2s热稳定电流（kA）GN22-10/ 315010315012550表4-9 110kV中性点隔离开关型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流 峰值（kA）3s热稳定电流（kA）GW8-110/ 4001104002084.5电流互感器的选择4.5.1电流互感器的选择步骤1.一次回路额定电压、电流的选择 满足下面公式： (4-20) (4-21)2.额定二次电流的选择 因为本本次设定的变电所为强电系统所以额定二次电流。3.种类和型式的选择10kV采用LA、LFZ型，2000A以上回路：一般用LAJ、LBJ型。35kV及以上配电装置经常需要用LCW系列。4.准确级选择用于监视的电流表等的电流互感器，用0.5-1级；给继电保护来使用电流互感器，用D级或B级。5.热稳定校验 断路器热稳定校验应该满足下面公式： (4-22)6.动稳定校验 断路器的动稳定校验应该满足下面公式： (4-23)4.5.2电流互感器的选择结果表4-10 110kV侧电流互感器型号设备最高电压（kV）额定电流比测量级准确级1s热稳定电流（kA）额定动稳定电流(kA)组合级次LCWB4-11O110400/50.5751350.5/B1/B2/B3表4-11 35kV侧电流互感器型号设备最高电压（kV）额定电流比测量级准确级1s热稳定电流（kA）额定动稳定电流(kA)组合级次LCWD1-35351200/50.5382.5380.5/B表4-12 10kV侧电流互感器型号设备最高电压（kV）额定电流比测量级准确级1s热稳定电流（kA）额定动稳定电流(kA)组合级次LBJ-10103000/50.550900.5/D表4-13 35kV出线电流互感器型号设备最高电压（kV）额定电流比测量级准确级1s热稳定电流（kA）额定动稳定电流(kA)组合级次LCWB5-3535400/50.5382.5380.5/B 表4-14 10kV出线电流互感器型号设备最高电压（kV）额定电流比测量级准确级1s热稳定电流（kA）额定动稳定电流(kA)组合级次LDZJ1-1010800/50.55090 0.5/D 表4-15 110kV中性点电流互感器型号设备最高电压（kV）额定电流比测量级准确级1s热稳定电流（kA）额定动稳定电流(kA)组合级次L-110110200/50.5751780.5/B4.6电压互感器的选择4.6.1电压互感器的选择步骤1.额定电压的选择3-10kV系统使用三相五柱式电压互感器；3-63kV系统使用单相式电压互感器；110-500kV系统使用单相式电压互感器。2.种类和形式的选择（1）10kV用树脂浇注绝缘结构的电磁式互感器；（2）35kV配电装置，电磁式电压互感器；（3）110kV配电装置优先用电容式电压互感器。 3.准确级选择 一般0.5级，继电保护大于3级。4.6.2电压互感器饿选择结果表4-16 110kV进线电压互感器型号额定电压（kV）初级绕组次级绕组剩余电压绕组 0.1/0.1 表4-17 110kV母线电压互感器型号额定电压（kV）初级绕组次级绕组剩余电压绕组 110/ 0.1/0.1 表4-18 35kV母线电压互感器型号额定电压（kV）初级绕组次级绕组剩余电压绕组 35/ 0.1/ 0.1/3 表4-19 10kV母线电压互感器型号额定电压（kV）初级绕组次级绕组剩余电压绕组 100.10.1/34.7母线的选择4.7.1母线选择的步骤1.母线材料、截面形状、布置方式的选择（1）材料110kV和35kV采用软导体钢芯铝绞线，10kV采用矩形铝导体。（2）截面形状35kV及以下、持续工作电流在4000A及以下矩形母线；35kV及以上的屋外配电装置，用钢芯铝绞线。（3）布置方式钢芯铝绞线采用三相水平布置。矩形布置方式有三相水平布置和三相垂直布置。本次设计所有的导体均采用三项水平布置。2.母线截面选择 按照最大持续工作电流选择： 满足公式 （4-24） （4-25）3.电晕电压的校验 校验电晕电压应满足下面公式 （4-26）当所选择的导体型号和外径大于下面的数值时，不进行电晕校验：110kV、LGJ-70。4.热稳定校验 满足热稳定的最小截面积公式： （4-27） 其中C为热稳定系数，满足下面公式： （4-28） 其中=149；=245； 满足下面公式： （4-29）如果小于所选母线的截面积，则满足热稳定校验。5.硬母线的共振校验 计算出不发生共振时的最大绝缘子跨距 不知道导体绝缘子跨距L，令，所以=1，不需考虑共振的影响，计算出导体不发生共振时的最大绝缘子跨距。 （4-30）其中 （4-31） （4-32） 6.硬母线的动稳定校验 若，则导体满足动稳定。(1)矩形导体的应力计算 每相为单条导体： (Nm) （4-33） 其中 （N/m） （4-34） 导体最大相间计算应力为： （Pa） （4-35）令，则可以得到公式：（m） （4-36）只要选择出的，则满足动稳定。一般情况下实际选择出的L不超过2。4.7.2母线选择的结果表4-20 110kV母线型号铝截面(）导体最高允许温度为下值时的载流量（A）铜截面（）LGJ-150150 708445表4-21 35kV母线型号铝截面(）导体最高允许温度为下值时的载流量（A）铜截面（）LGJQ-700 70070901220表4-22 10kV母线(矩形导体)导体尺寸hb（mmmm）铝导体LMY双条12510平放竖放315234261.45表4-23 35kV出口母线型号铝截面(）导体最高允许温度为下值时的载流量（A）铜截面（） LGJ-50 50 7030 210表4-24 10kV出口母线型号铝截面(）导体最高允许温度为下值时的载流量（A）铜截面（） LGJ-240 240 7030 6104.8绝缘子和穿墙套管的选择4.8.1绝缘子和穿墙套管的选择步骤1.额定电压 （4-37）2种类和型式选择35kV以上配电装置和架空线路选择悬式绝缘子，10kV屋内可用支柱绝缘子。穿墙套管大部分都用铝导体穿墙套管。3.按照最大持续工作电流选择穿墙套管 最大持续工作电流满足： （4-38）4.校验穿墙套管的热稳定 穿墙套管的热稳定满足： （4-39）5.校验绝缘子和穿墙套管的动稳定 （4-40）4.8.2绝缘子和穿墙套管的选择结果表4-25 110kV悬式绝缘子型号额定电压（kV）额定机械拉伸负荷（kN）绝缘子高度（mm）最小公称爬电距离（mm）FXBW-110/1001101001240（15）3220表4-26 35kV悬式绝缘子型号额定电压（kV）额定机械拉伸负荷（kN）绝缘子高度（mm）最小公称爬电距离（mm）FXBW-35/703570650（15）1390表4-27 10kV支柱绝缘子型号额定电压（kV）额定机械破坏负荷（kN）绝缘子高度（mm）ZL-10/4104160表4-28 10kV侧穿墙套管型号额定电压(kV)额定电流(A)机械破坏负荷(kN)5s热稳定电流（kA）CWLC2-1010300012.5604.9高压熔断器的选择4.9.1高压熔断器的选择步骤1.额定电压选择2.额定电流选择其中 3.额定开断电流校验 开断容量和开断电流之间的关系是： 有限流作用的熔断器： 则满足动稳定 无限流作用的熔断器： 4.9.2高压熔断器的选择结果表4-29 10kV侧高压熔断器型号额定电压（kV）额定电流（A）最大开断容量（MVA）RN2-10100.510004.10避雷器的选择表4-30 110kV侧避雷器型号避雷器额定电压（kV）系统额定电压（kV）持续运行电压（kV）陡坡冲击残压（kV）雷电冲击残压（kV）操作冲击残压（kV）Y10W2-96/2389611073/238210 表4-31 35kV侧避雷器型号避雷器额定电压（kV）系统额定电压（kV）持续运行电压（kV）陡坡冲击残压（kV）雷电冲击残压（kV）操作冲击残压（kV）Y5W-42/ 128423523.4146128108表4-32 10kV侧避雷器型号避雷器额定电压（kV）系统额定电压（kV）持续运行电压（kV）陡坡冲击残压（kV）雷电冲击残压（kV）操作冲击残压（kV）Y5W-16.5/5016.51012.757.55042.5表4-33 110kV中性点避雷器型号避雷器额定电压（kV）系统额定电压（kV）持续运行电压（kV）陡坡冲击残压（kV）雷电冲击残压（kV）操作冲击残压（kV）Y1W2-73/20073110/200165第5章 配电装置设计5.1 配电装置配电装置的分类有屋内和屋外。现场组装的那种，是装配式。5.1.1 屋内配电装置的特点（1）占地小；（2）方便；（3）维修工作简便； 10kV可采用价格较低的户内设备，减少投资。5.1.2 屋外配电装置的特点 （1）费用少； （2）扩建方便； （3）安全距离大，利于带电作业； （4）屋外加强绝缘； （5）占地多；5.1.3 成套配电装置的特点 （1）占地面积小； （2）减少工作量，缩小建设周期； （3）维护简单；5.1.4 配电装置基本要求 （1）配电装置的设计要充分利用地形，减少土石方工程量，不占或少占农田。安全前提下，布置要紧凑，节约材料，最好降低价格。 （2）设备选择要合理，布置整齐、清晰，保证安全距离、运行可靠。5.2 配电装置设计5.2.1 屋外配电装置的分类分为中型，半高型和高型。母线高于电器所在水平面，就是中型配电装置。5.2.2 屋外高压配电装置的组成钢筋混凝土环形杆和镀锌钢梁构架，国内220kV及以下的配电装置中广泛应用。第6章 主变压器的保护整定6.1 概述继电保护装置是反映电力系统中电器元件的故障或者异常运行状态的装置，操作断路器跳闸或发出信号，确保电力系统安全运行。6.2 继电保护装置的基本要求1、选择性2、速动性3、可靠性4、灵敏性6.3 变压器继电保护的整定主变压器的容量设计为63MVA，根据情况变压器应配备以下保护措施：1、瓦斯保护2、纵向差动保护3、复合电压闭锁过电流保护4、零序电流保护5、过载保护6.3.1 瓦斯保护的整定1、轻瓦斯保护一般瓦斯继电器整定范围为250300cm3。变压器油面降低时，继电器发出“轻瓦斯动作”信号。2、重瓦斯保护 油流速度设定范围为0.61.5m/s，这是基于在整个导油管的流量。6.3.2 纵差保护的整定1. 最大不平衡电流 （6-1）式