电气工程及其自动化专业毕业设计.doc

电气工程及其自动化专业毕业设计目录前 言 （2） 内容摘要（3） 第一章概述（4）第二章电气主接线（5）第21节主接线的设计原则和要求（5）第22节主接线设计方案（6）第23节经济比较（10）第23节主变压器选择（12）第24节所用电设计（13）第25节无功补偿（15）第三章短路电流计算（16）第31节短路电流计算的目的、规定（17）第32节短路电流计算表（20）第四章主要电气设备选型（21）第41节电气设备选择的基础知识（21）第42节高压电气设备选择及校验（23）第43节设备选择表（32）第五章电气变压器的保护（35）第51节保护配置的原则（35）第52节瓦斯保护（36）第53节纵差动保护（37）第54节零序保护（39）第六章中央信号设计（41）第61节位置信号（41）第62节事故信号（41）第63节故障信号（41）第七章配电装置设计（44）第71节配电装置的特点（44）第72节配电装置的安全净距（45）第73节 本变电所的配电装置（45）结论（46）参考文献（46）符号说明（47）前 言此次设计的特点是：对专业知识进行更好的巩固与吸收，我们进行了为期九周的毕业设计。在这次设计中是对学习电力专业综合性很好的一次训练，通过三年的学习和两次简单的课程设计，为毕业设计打下了坚实的理论基础。设计题目“220KV/10KV变电所电气设计”，它主要包括电气主接线设计、短路电流计算、电气设备选型、变压器各项整定计算等几个部分。通过这次设计巩固了“发电厂变电站电气部分”课程的理论知识并掌握了电气设计基本方法，培养了独立分析和解决问题的能力，提高了工作能力和工程设计的基本技能。在设计过程中我们不但遇到了不少的难题，同时也发现了自己知识结构的薄弱环节，但在郭力萍老师精心指导和严格要求下圆满的完成此次设计，在这次设计中我们参考了电力工程电气设计手册1,2、发电厂电气设备教科书、变电运行技能培训教材、发电厂电气部分课程设计参考资料等书籍来完成这次设计，受益匪浅。使我得到了很大的进步，掌握了更多的专业知识。但是由于基础较差，设计中存在一些错误。望各位老师予以指正。 内 容 摘 要本次设计是220KV/10KV变电所设计。着重培养学生对电力系统的基本设计能力，也特别注重培养对三年来所学的综合应用。全部内容共分七章，第一章概述，第二章电气主接线设计，第三章短路计算，第四章主要电气设备选择，第五章电力变压器保护，第六章中央信号设计，第七章配电装置设计以及计算书和电气设备主接线图的绘制。计算书主要介绍了短路计算和设备选择和整定计算。设计图为电气主接线图，10KV配电图。通过本次设计，我学习了设计的基本方法，巩固三年以来学过的知识，培养独立分析，并加深对变电站的理解。 本次设计历时九周，查阅了大量的相关资料，在郭力萍老师的支持与帮助下，现已基本完成。在此对老师表示忠心的感谢！本人水平有限，有不足之处请各位老师见谅。关键词 电气主接线 短路计算 电气设备选择 变压器整定计算 10KV配电图第一章 概述大型公共建筑面积达十几万平方米至几十万平方米，用电负荷很大，对供电的安全性、可靠性和连续性要求较高。其供电的变电所都与城网供电相结合，设在公共建筑物中，一般多设在某一建筑物地下设备层。根据负荷容量供电电压为110kV或10kV，供电容量为十几万千伏安或几万千伏安，主变压器单台容量电压为110kV的可达31500kVA，电压为35kV的可达10000kVA。其主接线110kV双路电源时多为双母接线，三路电源时多为扩大内桥接线；10kV双路电源时多采用单母分段接线，也有采用内桥接线的。同时为确保对消防等一级负荷的供电可靠性，建筑物内还要设柴油发电机电源。在电气设备选型时，要考虑设备的技术先进性、安全和可靠性，要求设备体积小以节省占地，运行维护工作量少，设备具有不燃性能。在室内或地下变电所不能采用可燃油绝缘的电气设备和电缆，因此110kV高压设备采用SF6绝缘封闭式组合电器、SF6绝缘变压器。压设35kV及10kV中备采用真空断路器或SF6断路器构成的开关柜，SF6绝缘、难燃矿物油绝缘或环氧树脂浇注的变压器，环氧树脂浇注绝缘的消弧线圈和接地变压器。高中压电力电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆。由于电气设备布置在地下设备层因此设计中要考虑设备的通风散热，变压器室、开关设备室、电缆层及电缆竖井、控制室等的通风非常重要，变压器室和电缆层最好是自然进风机械排风，加大排风量以利电气设备的降温。在设计中应考虑建筑物和电气设备的防水、防洪、防火、抗震以及防噪音，防振动和防电磁干扰，甚至还要考虑防污染措施。在电气设备防火方面应设火灾报警和消防联动的灭火设施，电缆敷设中应设阻火隔火设施。在人身电气安全方面应严格遵守有关电气设计规范，特别是电力装置的接地设计规范的有关规定。第二章 电气主接线设计第2.1节 主接线设计原则和要求变电所电气主接线是指变电所的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电所的主接线是电力系统接线组成中的一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、和设备的控制方法的拟定将会产生直接的影响。2.1.1、主接线设计原则第一变电所根据510年电网发展规划进行设计。在有一、二级负荷的变电所中宜采用双路电源供电装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设三台主变压器。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。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。主接线的可靠性要包括一次部分和相应组成的二次部分在运行中可靠性的综合。主接线的可靠性在很大程度上取决于设备的可靠程度。主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活性。主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理（即投资省、占地面积小，电能损失少）。35110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组成或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或单母分段的接线。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。在采用单母线、单母线分段或双母线的35110kV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼作旁路断路器的接线。当110kV线路为6回及以上时，3563为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器。主变压器35110kV回路中的断路器，有条件时亦可接入旁路母线。采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。当变电所装有两台主变压器时，610kV侧宜采用单母线分段。线路为12回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当635kV配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。2.1.2、主接线设计的基本要求在设计主接线时应使其满足供电的可靠性、灵活性和经济性三相基本要求：（1）可靠性供电可靠性是电力系统生产和分配的重要要求，所以研究主接线可靠性应满足要求是：重视国内外长期运行的实践经验及其可靠性的定性分析，主接线的可靠性的衡量标准是运行实践。其次，主接线的可靠性在很大程度上取决予设备的可靠程度，采用可靠性高的用电设备可以简化接线。最后，要考虑设计的变电所在电力系统中的地位和作用。在短路器检修时，不宜影响对系统的供电。在短路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间的长短，应尽量保证对重要用户的供电，避免全部停电的可靠性。(2)灵活性主接线应满足在调度、检修和扩建时的灵活性。首先，调度时应灵活的投入和切除发电机、变压器和线路调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。其次，检修时可以方便的停运断路器、母线等进行安全检修而不致影响电力网运行和对用户的供电。最后，扩建时可以容易的从初期接线过度到最终接线。(3)经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下作到经济合理。首先，投资省主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资，适当限制短路电流以便选择价格合理的电器设备。其次，占地面积小电器主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架导线、绝缘子，及安装费用。最后，电能损耗小、经济合理的选择主变压器的形式、容量和台数避免两次变压而增加电能损失。第2.2节 电器主接线设计方案2.2.1、两种方案的优缺点根据设计任务书分析所给的原始资料的基础上拟定一个可行性方案，并依据对主接线的要求，根据接线方案的优缺点来选择。(1)单母分段带旁路接线的优缺点优点:母线经断路器分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电.一段母线发生故障时，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,通过旁路母线代替故障段母线,缩短停电时间。缺点：倒闸操作比较复杂容易导致误操作. 接线所用设备多,配电装置复杂,经济性较差.(2)双母线接线的优缺点双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。由于母线继电器保护的要求，一般某一组母线连接，以固定连接的方式运行。优点：供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。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：增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关。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。为了避免隔离开关误操作，需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。方案一:2.2.2、方案的比较和方案的确定1.可靠性的比较(1) 220KV侧属于架空进线,方案一中的双母要比方案二中的单母带旁更加可靠。(2) 10KV侧两个方案都是用的双母线接线不用比较。(3) 10KV侧、类负荷占65%要求可靠性较高，不充许停电,如检修断路器方案二可以在不停电的情况下操作,而方案一就得考虑到过载所带来的后果。2.灵活性的比较 220KV方案二带旁路要比双母线灵活。 10KV侧、类负荷占65%灵活性要求较高，两种方案均一样。经济性比较方案一的综合投资为Z=1741.48 （万元）方案二的综合投资为Z=1826.14 （万元）方案一的年运行费用为U=57.69 （万元）方案二的年运行费用为U=58.76 （万元） Z1Z2 U1U2经过以上各个方面的比较最后确定方案一为本次变电站设计的最终方案。第2.3节 经济比较经济比较对技术上较好的方案，分别进行投资及年运行费计算后，在通过经济比较，选出经济上最优的方案。在诸方案中，Z与u均为最小的方案优先选用。做Z大的方案而u小，或分之，则应进一步进行经济比较，比较的方法有下述两种：2.3.1、静态比较法：抵偿年限法：在两方案中，如综合投资Z1Z2，而年运行费U1U2，则可用抵偿年限T确定最优方案。根据当前国家经济政策，T规定5到8年为限。T小与5到8年的，采用Z大的方案一为最经济，应为方案一多投资的费用，可在T年内由节约的年运行费予以补偿。若T大于5到8年，表明方案一每年节约的年运行费，不足以在短期内将多用的投资偿还，在以选用初期投资小的方案二为宜。计算费用最小法：入在技术上相当的方案多于两个，可取T=5到8年，然后分别计算各方案的计算费用C，其中C最小的方案为最经济的方案（1）计算综合投资Z：Z=Z0(1+a/100)（万元）Z0=1024.4 57.12+(600+100)+50+532=1024.457.12为两台变压器的价格600+100为双母线加一回馈线投资的钱数50+532为屋内配电投资a为不明显的附加费用比例系数，一般220KV取70，110KV取90。Z=1024.4(1+70/100)=1741.48(万元)（2）变压器年电能损失总值A=n(P0+KQ0)T0+1/2n(P+KQ)(Smax/SN)(KWh)SN=一台变压器的容量（KVA）Smax=n台变压器承担的最大总负荷T0变压器全年实际运行小时数，一般可取8000；0为一台变压器的空载的短路有功损耗200(KW)Q0I0（%）SN/100（kvar）；=1.015%*60000/100=609为一台变压器的短路有功损耗（KW）638Q0Ud（%）Sd/100=1360000/100=7800A=n(P0+KQ0)T0+1/2n(P+KQ)(Smax/SN)(KWh)=2(281+0.1609)8000+1/2(1020+0.17800)(60000/60000) 4600=9610400（3）计算年运行费用uu=aA*10-4u1+u2(万元)u1小修、维护费，一般为（0.0220.042）Zu2折旧费，一般为（0.0050.058）Za电能电价，一般可取0.060.08元/（kwh）A变压器年电能损失总值9610400 (kwh)u=aA*10-4u1+u2(万元)=0.06*9610400*10-4+0.022+0.005=57.69经济比较方案2、220采用单母分段带旁路接线（1）计算综合投资ZZ=Z0（1+a/100）（万元）650单母分段带旁路接线的投资价格Z0=57.12(650+100)+50+325=1074.2(万元)Z=1024.4(1+70/100)=1826.14（2）变压器年电能损失总值A=9610400（3）计算年运行费用uu=aA*10-4u1+u2(万元)u1小修、维护费，一般为（0.0220.042）Zu2折旧费，一般为（0.0050.058）Za电能电价，一般可取0.060.08元/（kwh）A变压器年电能损失总值9610400(kwh)u=aA*10-4u1+u2(万元)=0.06*9610400*10-4+0.042+0.058=58.76 10KV侧方案一和方案二相同 不用比较方案编号Z万元变压器年电能损失总值年运行费用u万元方案一1741.48961040057.69方案二182676结论:通过两种方案的技术比较和经济比较由上表可知方案一比方案二经济,Z1Z2,U1U10.9UnUn为电压互感器额定一次线电压，1.1和0.9是允许的一次电压波动范围，即10% Un。（4）二次电压：电压互感器二次电压，应根据使用情况，按下表选用所需的二次额定电压。电压互感器二次额定电压选择表:绕 组主二次绕组附加二次绕组高压侧接入方式接于线电压上接于相电压上用于中性点接地用于中性点不接地二次额定电压（V）100100/100100/3（5）准确等级应在哪一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定。用于电度表准确度不低于0.5级，用于电压测量，不应低于1级，用于继电保护不应低于3级。（2）电流互感器的选择根据电力工程电气设计手册1一次部分P71电流互感器的配置原则：凡装有断路器的回路均应装设电流互感器，其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，发电机和变压器的中性点、出口。对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。1） 型式：电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6-20KV屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器，对于35KV及以上配电装置，一般用油浸箱式绝缘结构的独立式电流互感器，有条件时，应尽量釆用套管式电流互感器。2）参数选择：电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种，一般弱电系统用1A，强电系统用5A，当配电装置距离控制室较远时，亦可考虑用1A。a、一次额定电流的选择：当电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择的比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表有最佳工作，并在过负荷时，使仪表有适当的指示。电力变压器中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般情况下，可按变压器额定电流的1/3进行选择。当保护和测量仪表共用一组电流互感器时，只能选用相同的一次电流。一次侧额定电流: I1nIg.masI1n为电流互感器原边额定电流，Ig.mas为电流互感器安装处一次回路最大工作电流。b、 一次侧额定电压：UnUgUg为电流互感器安装处一次回路的工作电压，Un为电流互感器额定电压。c、 准确等级的选择：电流互感器准确等级的确定与电压互感器相同。需先知电流互感器二次回路所接测量仪表的类型及以准确等级的要求，并按准确等级要求最高的表计来选择。用于电能测量的互感器准确级：0.5功电度表应配用0.2级互感器；1.0级有功电度表应配用0.5级互感级；2.0无功电度表也应配用0.5级互感器；2.0级有功电度表及3.0级无功电度表，可配用1.0级互感器；一般保护用的电流互感器可选用3级，差动距离及高频保护用的电流互感器宜选用D级，零序接地保护可釆用专用的电流互感器，保护用电流互感器一般按10%倍数曲线进行校验计算。d、 热稳定校验:电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流I1n来校验：(I1nKt)Itdz Kt为CT的1s热稳定倍数；e、 动稳定校验：内部动稳定可用下式校验：I1nKdwichI1n-电流互感器的一次绕组额定电流（A）Ich-短路冲击电流的瞬时值（KA）Kdw-CT的1s动稳定倍数4.2.4、高压熔断器的选择(1)参数的选择：高压熔断器应按所列技术条件选择，并按使用环境条件校验。熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载电流的损害，屋内型高压熔断器在变电所中常用于保护电力电容器配电线路和配电变压器，而在电厂中多用于保护电压互感器。(2)选择的技术条件：电压：UgUn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，以免过电压而使电网中的电器损坏，故应为Ug=Un断流容量：Ich（或I）Ikd式中，Ich-三相短路冲击电流的有效值Ikd-熔断器的开断电流说明：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，不必校验额定电流。（具体选择计算见毕业设计计算书）425、避雷器的选择避雷器是一种保护电器，用来保护配电变压器，电站和变电所等电器设备的绝缘免受大气过电压或某些操作过电压的危害。大气过电压由雷击或静电感应产生；操作过电压一般是由于电力系统的运行情况发生突变而产生电磁振荡所致。避雷器有两种：(1)阀型避雷器： 按其结构的不同，又分为普通阀型避雷器和磁吹阀型避雷器；(2)管型避雷器： 利用绝缘管内间隙中的电弧所产生的气体把电弧吹灭。用于线路作为防雷保护。阀型避雷器应按下列条件选择：a、 额定电压：避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。b、 灭弧电压：按照使用情况，校验