大学机电系论文

青岛港湾职业技术学院毕业设计（论文）任务书课 题 10kv变电所电气设计 学生姓名 指导老师 系 别 电 气 工 程 系 专业班级 电气自动化技术一班 青岛港湾职业技术学院毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）课题： 10kv变电所电气设计 课题类型1 （1）理 论 探 讨 课题来源2 （4）学 生 自 选 题 毕业设计（论文）时间段： 2007.09-2008.06 毕业设计（论文）完成地点: 青 岛 1. 毕业设计(论文)内容与要求：内容：对10kV变电所的一次部分的初步设计。包括对电气主接线的确定，主要电气设备的选择，包括断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，母线，主变压器等。要求：在08年5月份前完成论文初稿，交给指导老师； 完成论文相关数据、图纸等论证资料的提交； 论文格式符合毕业设计（论文）撰写规范的要求； 必须保证自己论文是实事求是、独立完成，不弄虚作假； 提交论文时，一并提交开题报告和论文指导书。2.需要完成并提交的技术文档1）论文2）相关资料，如图纸、数据表格等；3）其他可以作依据的资料。3.主要参考资料1）何首贤、葛廷友、姜秀玲主编.供配电技术.北京：中国水利水电出版社，2005年1月2）华志明主编.电力系统.北京：重庆大学出版社，2003年4月3）朴在林主编.变电所电气部分.北京：中国水利水电出版社,2002年4.毕业设计(论文)进度安排阶段阶段内容起止时间第一阶段课题选择（开题）2007.09-2007.11第二阶段深入调查，制定写作计划2007.11-2007.12第三阶段资料搜集，写作初稿2007.12-2008.04第四阶段修改润色，形成定稿2008.04-2008.05第五阶段毕业答辩2008.06指导老师（签名） 日期 教研室（所）主任（签名） 日期系主任（签名） 日期 备注：1课题类型：（1）理论探讨（2）试验研究（3）管理实践（4）市场调查（5）工程设计（6）工程技术应用（7）软件开发（8）其它 2课题来源：（1）教师指定题（2）生产实际题 （3）模拟或虚构题（4）学生自选题（5）其它开 题 报 告论文题目： 10kv变电所电气设计学生姓名： 学号： 专业： 电气自动化技术指导老师：王 涛1.本课题的研究意义 2.本课题的基本内容对10kV变电所的一次部分的初步设计。包括对电气主接线的确定，主要电气设备的选择，包括断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，母线，主变压器等3.本课题的重点和难点 4.论文提纲5.参考文献 1）何首贤、葛廷友、姜秀玲主编.供配电技术.北京：中国水利水电出版社，2005年1月2）华志明主编.电力系统.北京：重庆大学出版社，2003年4月3）朴在林主编.变电所电气部分.北京：中国水利水电出版社,2002年6.研究进度 阶段阶段内容起止时间第一阶段课题选择（开题）2007.09-2007.11第二阶段深入调查，制定写作计划2007.11-2007.12第三阶段资料搜集，写作初稿2007.12-2008.04第四阶段修改润色，形成定稿2008.04-2008.05第五阶段毕业答辩2008.06毕 业 论 文 开 题 报 告 指导教师意见:(对本课题的深度,广度及工作量的意见) 指导教师: 年 月 日 系部审查意见: 系部负责人: 年 月 日摘要变电所是电力系统的重要组成部分，它担负着从电力系统中受电、经过变压，然后分配电能的任务。因此变电所的设计工作是整个工程环节的关键部分。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。本次设计建设一座10KV降压变电站，首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式，在技术方面和经济方面进行比较，选取灵活的最优接线方式。其次进行短路电流计算，根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的工作母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。最后，根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，然后进行校验。【关键词】变电所；主接线；短路电流；断路器；变压器；防雷接地 AbstractThe substation is the importance of the electric power system to constitute part, it carries to be subjected to electricity and pass by to change to press, and then assign the mission of electric power from the electric power system. So the design work of substation is the whole key part of engineering link. Electricity lords connecting line is the vital link of power plant substation, the electricity lord connects a linear draw-up to relate to the choice of the whole factories electricity equipments directly, The decoration going together with electricity device, after electricity protection and automatic device really settle, is a transformer substation electricity part investment size of decisive factor.This design constructs a 10 KV to decline to press a transformer substation, connecting linear economy credibility and circulating a vivid request to choose each electric voltage grade to connect a line method according to the lord first, carrying on a comparison in the technique aspect and the economic aspect, selecting by examinations vivid superior connect a line method.Carry on a short-circuit electric current calculation secondly, according to each a little bit short-circuit compute an at all point and short-circuit steady state electric current and short circuit to pound at electric current, is been short circuit occurrence to work in each electric voltage grade from three mutually short-circuit calculations female line, it the value of short-circuit steady state electric current and pound at electric current.End, according to the sum of each electric voltage grade settle electric voltage and biggest keep on work electric current to carry on an equipments choice, then carry on a school to check.【Keywords】Substation；The lord connects line；Short-circuit electric current；Object；Transformer；Defending the thunder connects ground目 录1 电气主接线1.1 电气主接线的形式1.2 电气主接线的选择2 负荷计算及变压器选择 2.1 负荷计算2.2 主变台数、容量和型式的确定2.3 站用变台数、容量和型式的确定 3 主要电气设备选择 3.1 断路器的选择 3.2 母线的选择3.3 隔离开关的选择3.4 电流互感器的选择 3.5 电压互感器的选择3.6 绝缘子和穿墙套管的选择3.7 配电装置的选择3.8 各主要电气设备选择结果一览表4 无功补偿电容器4.1 补偿电容器运行参数4.2 电容器投切原则4.3 电容器容量选择4.4 补偿方式5 供电电源5.1 供电电源形式5.2 不间断电源装置（UPS）自动投入的基本原理6 变电所的防雷保护6.1 避雷器原理6.2 避雷器应满足的基本要求7 结论致谢参考文献附录1 电气主接线1.1 主接线的形式 主接线的基本形式通常可分为有母线和无母线两大类。有母线主接线有单母线、单母线分段、双母线、双母线分段。增设旁路母线或旁路隔离开关等；无母线接线有：桥形接线、单元接线、多角形接线等。1.2 电气主接线的选择1.2.1 35kv侧的主接线选择根据：1）35kv6.3kv的配电装置在回路数在48回时采用单母线分段接线 2）35kv的出线多为双回路，且检修时间短，可能配备手轼的断路器时不设旁母1.2.2 110kv系统的主接线选择根据：110kv220kv配电装置出线回路为5回及以上或其在系统中居重要地位 且出线在4回及以上时，选用双母线接线1.2.3 220kv侧接线形式选择根据：220kv系统中，出线在4回或以上时可使用双母线接线形式，装设专用的旁路断路器2 负荷计算及变压器选择2.1 负荷计算2.1.1计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。2.1.2尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。2.1.3平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.2 主变台数、容量和型式的确定2.2.1变压器的容量和台数的选择根据变电站的实际情况，应根据以下的原则进行选择1）主变得容量一般按变电站建成后510年的规划负荷选择2）根据电压网络的结构和变电站所带的负荷的性质来确定主变的容量，对于有重要用户的变电站应考虑当一台主变停运时其余变压器在计及过 负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级的负荷，对一般性变电站，一台机停用时，应使其余变压器保证全部负荷的70%80%。3）同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化4）对于大城市市郊的一次变电站，在中低压侧已构成环网的基础上，变电所以装设两台变压器为宜。2.2.2变压器绕组形式选择根据：不受运输条件限制时，在330kv及其以下的发电厂和变电所中，均采用三相变压器。2.2.3变压器绕组数量的选择根据：在具有三种电压的变电站中，如通过主变各侧的功率均达到该主变 容量的15%及以上，或低压侧虽无负荷，但在变电所内需装设无功功率补偿 设备时，主变宜采用三绕组变压器。2.2.4绕组连接方式根据：我国110kv及以上的电压级别，变压器绕组均用y0的接法，35kv用y 连接，其中性点过消弧线圈接地。由于35kv为y连接和220，110kv系统的线电压角为零度，则当电压比为220/110/35时，高中压为自耦连接，变压器的第三绕组不能用三角形连接，否则不能和原有35kv系统并网。 3 主要电气的选择3.1 断路器的选择3.1.1断路器选择的条件3.1.1.1技术条件正常工作条件（电压，电流，频率，机械荷载）短路稳定性（动稳定电流，热稳定电流和时间）承受过电压能力操作性能（开断电流，关合电流，分合闸电流及同期性，对过电压的限制操作次数，操作相数）3.1.1.2环境条件环境（环境温度，海拔，污秽）环境保护（噪音，电磁干扰）3.1.2 断路器选择的具体要求1）频率取50hz2）断路器的关合电流iey=icj3）断路器的型式选择，除满足各种技术要求外，应考虑便于施工调试和运行维护，并经技术比较后确定，对35kv220kv配电装置一般取少油断路器4）在检验断路器的断流能力时，应用开断电流代替断流容量，一般取断路器的实际开断时间的短路电流作为检验条件3.2 母线选择3.2.1 对于敞露式的母线一般按下列的选项进行选择和校验导体的材料，类型和敷设的方式，导体的截面，电晕，热稳定，动稳定，共振频率3.2.1.1母线的材料1）首先应按允许工作电流的情况加以选择，此处一般选取母线上最大的一台主变来选择母线电流，或根据全部的负荷进行选择，此处应考虑到温度对允许工作电流的影响。在配电装置中，广泛采用铜或铝作母线，有些部分也可采用钢作母线。铜的电阻率低，机械强度高，抗腐蚀性强，使很好的导电材料，但铜的储量不多，是贵重金属。铝的电阻率（0.029）较铜（0.0178）稍高，但储量大，比重小，加工方便，所以在长度和电阻相同的情况下，铝母线的重量仅为铜母线的0.5倍。总的来看，用铝母线比用铜母线经济，目前我国广泛采用铝母线。3.2.2.2 导体截面选择的原则1）首先应按允许工作电流的情况加以选择，此处一般选取母线上最大的一台主变来选择母线电流，或根据全部的负荷进行选择，此处应考虑到温度对允许工作电流的影响。2）按热稳定来选择母线的截面。3）动稳定校验（采用应力的计算方法）4）电晕校验：110kv及其以上的线路发电厂变电站母线均应以当地气象条件下晴天不出现 全面电晕为控制条件，即使导体安装处的最高工作电压小于临界电晕电压。3.2.3母线的着色母线着色可以增加热辐射能力，有利于母线散热，因此着色后允许负荷电流提高12%15%；钢母线着色还可以防止生锈，同时为了使工作人员便于识别直流极性和交流的相别，母线涂以不同的颜色标志。直流装置：正极红色； 负极蓝色。交流装置：U相黄色；V相绿色；W相红色中性线：不接地的中性线白色；接地的中性线紫色。3.3 隔离开关的选择3.3.1隔离开关的参数选择技术条件主要有：正常工作条件下的电压，电流，频率，机械荷载，短路的稳定性有动稳定和热稳定和持续时间，承受过电压能力和操作性能等，其选择的项目和短路器基本一致。3.3.2隔离开关选择的具体要求1）操作机械在8000a以下者用手动，8000a以上的用电动，对于室外的220kv以下的隔离开关 和接地刀闸用手动，330kv及其以上的用气动，电动。2）关于接地闸刀，每段母线上设12组接地闸刀，63kv以上的断路器两侧的隔离开关和线路 隔离开关的线路侧宜配置接地闸刀，35kv以上的接地闸刀安装处的动稳定情况进行校验。3.4 电流互感器的选择3.4.1电流互感器的二次额定电流电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距控制室较远时，可考虑用1A。3.4.2电流互感器型式的选择1）35KV以下屋内配电装置的电流互感器，根据安装使用条件和产品情况，采用瓷绝缘结构或树脂绕组绝缘结构，一般常用型式为，低压配电屏和配电设备中，LQ线圈式，LM母线式，620KV屋内配电装置和高压开关柜中，LD单匝贯案式，LF复匝贯穿式，发电机回路和2000A以上回路，LMC，LMZ型，LBT型，LRD，LRZD型。2）按安装方式可分别为穿墙式、支持式和装入式。穿墙式装在墙壁或金属结构的孔中，可节约穿墙套管。支持式安装在平面式支柱上。回路中有变压器套管，穿墙套管，应优先采用套管电流互感器，以节省投资或占地。3.4.3一次电流的选择当ct用于测量时，应比回路中的正常工作电流大1/3左右，保证测量仪表 的最佳工作。3.4.4进行校验动稳定，热稳定校验。3.5 电压互感器的选择3.5.1电压互感器的技术条件1）正常工作状态：一次回路电压，电流，二次负荷，准确度等级2）承受这电压能力和环境条件3）对于35110kv配电装置一般采用油浸式绝缘结构电磁式pt，而对于220kv以上的配电装置，使用电容式pt。3.6 配电装置的选择3.6.1对于配电装置选择的一般的要求1）大中型发电厂和变电站中，35kv及以下的配电装置多采用屋内的配电装置，110kv及以上多为室外分布，但对于110kv220kv装置，当有特殊的要求时，或处于严重的污秽地区，经过经济技术比较可采用室内布置。2）配电装置的设计应贯彻国家的建设方针，保证运行可靠，合理选择设备，在布置上力求整齐，清晰，有足够的安全距离。3）便于扩建，检修，操作。4）在保证安全可靠的情况下，布置紧凑，力求节约材料，降低造价。4无功补偿电容器4.1 补偿电容器运行参数1.电容器组允许过电压为1.1倍2.允许的过电流为1.3倍；这考虑过电压引起的和电网谐波引起的过电流。3.允许温度一般为-40 +40（自愈式电容器为-45 +50），若厂家有规定，按厂家要求的做。4.2 电容器投切原则正常情况下，电器组的投入和退出，根据系统无功负荷潮流和负荷功率因数及电压情况决定。1.当功率因数低于0.9、电压偏低时，应投入电容器组。2.当功率因数趋近于1且有超前趋势、电压偏高时，应退出电容器组。3.当运行参数异常，超出其工作条件时，应退出电容器组。4.当电容器三相电流明显不平衡时，也应退出运行。5.当电容器出现异常声响、外壳异形膨胀、套管放电闪络、喷油起火、接点过热熔化等情况，应退出运行。4.3 电容器容量选择用电单位一般主要按提高功率因数来确定补偿容量，其无功补偿容量Qc为4.4 补偿方式4.4.1 集中补偿集中补偿是把电容器组集中安装在变电所一次或二次侧母线上。装在一次侧可是线路损耗降低，一次母线电压升高。电容器安装在二次侧时，能使变压器增加出力，使二次侧电压升高，见图4-1 图4-1集中补偿4.4.2分散补偿将电容器组分组安装在各分配电室或各分路出现上，一般因利用率不高，适用于补偿容量小、用电设备多而分散的场所。4.4.3个别补偿把电容器直接并接到单台用电设备的同一电气回路中，与设备同时投切，可就地平衡无功电流，但因利用率低，适用于容量较大的高、低压电动机等用电设备的补偿。见图4-2 图4-2个别补偿5 供电电源5.1 供电电源形式由于高层医疗建筑具有较大容量的一级负荷，属于一级负荷用电单位，应由两路高压电源供电，当一路电源发生故障时，另一路电源立即启动供电，保证各种医疗设备的正常运行。这两个高压电源一般是由当地电力系统的两个区域的变电站分别引来。用断路器分段的单母线接线如图5-1所示。图5-1 单母线分段接地图示QF7为母线分段断路器。正常运行时，两个分段分别由两个电源供电，对于重要用户可以从不同分段引出两个回路。当一段母线发生故障时，母线分段断路器和连接在故障分段上的电源回路断路器因继电保护装置动作自动跳闸以保证正常工作段母线和用户不间断供电。 对与供电可靠性要求不高的场合，亦可以用隔离开关QS3分段，在这种情况下，任一段母线发生故障，将使全部装置短时停电，待断开分段隔离开关QS3后，正常母线即可恢复供电。单母线分段接线主要缺点是：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线所连接的贿赂都在检修期间内停电；任一回路的断路器检修时，该回路将中断供电。因此，这种接线主要应用在中，小型发电厂以及出线数目不多的6.535KV变电所中。尽管如此，仍有可能出现全部市电中断的情况，因此，在已有两路市电的情况下，还应根据负荷对中断供电时间的要求，增设能在15内向负荷供电的快速自起动柴油发电机组或可靠的不间断电源装置（UPS）作为自备应急电源5.2 不间断电源装置（UPS）自动投入的基本原理图5-2所示为备用电源自动投入装置APD原理的电路图。图5-2 备用电源自动投入APD原理电路图假设电源进线WL1在工作，WL2为备用，其断路器QF2算开，但其两侧隔离开关是闭合的（图中未画出）。当工作电源WL1断电引起失压保护动作使QF1跳闸时，QF1的常开连锁接点3-4断开，原通电的时间继电器KT断电，但其延时断开接点尚未断开。这时QF1的另一常闭连锁接点1-2闭合，使合闸接触器KO通电动作，使QF2的合闸线圈YO通电动作（QF2的连锁接点1-2在WL2为备用状态下是闭合的），使QF2合闸，从而自动投入了备用电源WL2，恢复对变电所的供电。WL2投入后KT的延时断开接点打开，切断KO回路，同时QF2的连锁接点1-2断开，防止YO长期通电（YO是按短时大功率设计的）。由此可见，双电源进线又配以APD时，供电可靠性是相当高的。但当母线发生故障时，整个变电站仍要停电，因此对某些重要负荷，可由两段母线同时供电。6 变电所的防雷保护6.1 避雷器原理避雷器式用来限制过电压幅值的保护电器，并联在被保护电器与地之间。当雷电波沿线路侵入，过电压的作用式避雷器动作（放电），使导线通过电阻或直接与大地相连接，雷电流经避雷器泄入大地，从而限制了雷电过电压的幅值，使避雷器上的残压不超过被保护电器的冲击放电电压。6.2 避雷器应满足的基本要求（1）当过电压超过一定值时，避雷器应动作（放电），使导线与地直接或经电阻相连接，以限制过电压。（2）在过电压作用之后，能够迅速截断工频续流（即避雷器放电时形成的刚点通道在工频电压下所通过的工频电流）所产生的电弧，使电力系统恢复正常运行。在发电厂