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变电所毕业设计辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 1 原始资料分析 1.1 变电所概况一、设计题目 北新220kv降压变电所电气部分设计 二、变电所概况介绍:1、本变电所位于某工业区附近,主要向工业区供电。此外一部分是城市公共负荷,部分工业区属于重要负荷,由于重要负荷逐年增加,变电所的设计容量设计时,要给予适当考虑。1、电压等级为220/60kv。2、本变电所进线2回,出线12回,转送线路每回带负荷6000kw, cos=0.8 3、地区年平均温度10,最高温度40,最低温度-11.5 4、所址地势平坦,交通方便,出线走廊宽阔。 三 变电所60kv负荷表以上各负荷共计有、类负荷占总符合的 65;负荷同时系数0.9,线损率为5 1北新220/60kv一次降压变电所电气部分设计四、电力系统接线方式如图所示 2辽宁工程技术大学毕业设计(论文)2 主变压器的选择 2.1 变电所主变压器容量和台数的确定 2.1.1 主变压器容量的确定 1.主变压器容量一般按照变电所建成后5-10年的规范负荷选择,甚至要考虑到远期10-20年的负荷发展,对于城市郊区的变电所,主变压器的容量应当与整个城市的规划相结合。2.根据变电所所带的负荷的性质和电网结构,可以确定变压器的容量。对于有重要负荷的变电所,其变压器还应有一定的过负荷能力,以保证对于一二级重要负荷的供电可靠性。一般而言,当变电所的某一台主变压器停运时,剩余变压器的容量应当能够保证所有全部负荷的70-80。3.对于同一电压等级的变压器而言,容量的级别不宜太多,应当从全网出发,推行系列化,标准化。 2.1.2 主变压器台数的确定 1.对于大城市郊区的一次变电所,在中低压侧已经构成环网的情况下,变电所以装设两台变压器为宜。2.对于地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,在设计时,应考虑装设三台变压器的可能性。3.对于规划只装设两台主变的变电所,其变压器应按大于变压器容量的1-2级设计,以便负荷发展时,更换变压器的容量。 2.2 主变压器形式的选择 2.2.1 相数的选择 1.主变压器可以选择三相或是单相的,主要考虑变压器的制造条件,对于可靠性的要3北新220/60kv一次降压变电所电气部分设计求以及运输条件等因素。2.不受运输条件限制时,在330kv及以下的变电所均应选用三相变压器。3.对于500kv电压等级的变电所,除了需要考虑运输条件之外,还应当根据所供负荷和系统情况,分析一台变压器故障或者停运检修时对于系统可能产生的影响。 2.2.2 绕组的选择 对于深入引进至负荷中心,具有直接从高压降为低压供电条件的变电所,为了简化电压等级或减少重复降压容量,可以采用双绕组的变压器。而我们将要建设的北新一次降压变电所只有两个电压等级,即220kv和60kv,所以可以按照一般性的原则采用双绕组的三相变压器。 2.3 变压器型号及相关参数 鉴于本变电所为一般性地区变电所,我们选用两台变压器,其型号及相关参数如下: 4辽宁工程技术大学毕业设计(论文)3 电气主接线的选择 变电所的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。主接线的确定对于电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行以及变电所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟订将会产生直接的影响。 3.1 设计条件 待设计的变电所是系统之中的一个重要的地区性变电所,由设计任务书可以知道本变电所220kv高压侧有电源线2条,66kv低压侧有出线12回,主变压器的容量在前面已经确定为120000kva,有两台。 3.2 主接线的设计原则 3.2.1 考虑变电所在电力系统中的地位和作用 变电所在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所,由于它们在电力系统中的地位和作用不同,对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不相同。 3.2.2 考虑近期和远期的发展规模 变电所主接线设计应该根据510年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布,负荷的增长速度以及地区网络情况和潮流分布,并分析各种可能的运行方式,来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回路数。 3.2.3 考虑负荷的重要性分级和出线回路数的多少对主接线的影响 对于一级负荷必须有两个独立的电源供电,且当一个电源失去电源后,应当保证全部一级负荷的不间断供电,对于二级负荷,一般要求有两个电源供电,且当一个电源失去后5北新220/60kv一次降压变电所电气部分设计能够保证大部分二级负荷的供电。三级负荷一般只要求有一个电源供电。 3.2.4 考虑主变压器的台数对主接线的影响 变电所主变的台数和容量,对于变电所主接线的 选择将产生直接的影响。通常对于大型的变电所而言,由于其传输容量大,对供电可靠性的要求高,因此,其对吓唬接线的可靠性、灵活性要求低。 3.2.5 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 发送变的备用容量是为了保证可靠的供电、适应负荷的突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所 不同,例如,当断路器或母线检修时,是否允许线路、变压器停运;当线路故障时允许切除线路、变压器的数量等,都直接影响主接线的形式。 3.3 主接线设计的基本要求 主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求: 3.3.1 主接线可靠性的具体要求 1.断路器检修时,不宜影响对系统的供电2.断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,并保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电。3.尽量避免发电厂或变电所全部停运的可能性。4.大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求 3.3.2 主接线的灵活性 1.调度时,应可以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。6辽宁工程技术大学毕业设计(论文)2.检修时,可以方便的停运断路器,母线及其继电保护设备,进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。3.扩建时,可以容易的从初期接线过度到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,投入新机组、变压器或线路而不互相干扰,并且对一次和二次部分的改建工作量少。 3.3.3 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性 3.3.3.1 投资省(1) 主接线应力求简单,以节省断路器、隔离开关、电流互感器、避雷器等一次设备。(2) 要能使继电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设备和控制电缆。(3) 要能限制短路电流,以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。(4) 如能满足系统安全运行及继电保护要求,110kv及以下终端或分支变电所可采用简易电器。 3.3.3.2 占地面积小 主接线设计要为配电装置布置创造条件,尽量使占地面积减少。3.3.3.3电能损失少 经济合理的选择主变压器的种类(双绕组、三绕组或自藕变压器)容量、数量,要避免因两次变压而增加的电能损失。此外,在系统规划设计中,要避免建立复杂的操作枢纽,为简化主接线,发电厂,变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。 3.4 220kv主接线方案 依据以上原则及要求,对于220kv高压侧初步拟定两种主接线方案,第一种为单母线接线,第二种方案为单母线分段接线。 3.4.1 两种方案的比较7北新220/60kv一次降压变电所电气部分设计 第一种方案:单母线接线 优点:接线简单清晰,设备少,操作方便,便于扩建和采用套配电装置。 缺点:不够灵活可靠;任一元件(母线及母线的隔离开关)故障或检修需使整个配电装置停电,单母线可用隔离开关分段,但当一段母线故障时,全部回路仍需短时停电,在用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复非故障段的供电。 第二种方案:单母线分段接线: 优点:1)用断路器把母线分段后,对重要用户可以从不同段引出两个回路,有两个电源供电。2)当一段母线发生故障是,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。(1) 缺点1)当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期间内停电。2)当出线为双回路时,常使架空线路出现交叉跨越。3)扩建时需要向两个方向均衡扩建。(2) 使用范围1)610kv配电装置出线回路为6回以上时2)3563kv配电装置出线回路为48时3)110220kv配电装置出线回路为34时 3.4.2 220kv母线主接线的确定 8辽宁工程技术大学毕业设计(论文)方案一:供电性较好,能满足负荷要求,投资少,所用的设置少,投资费用低,但是操作复杂,不够灵活。方案二:供电可靠性好,操作方便、灵活,接线简单、清晰,能够满足负荷要求,保护配置方便。通过对于上述两个电气主接线方案的分析比较,结合设计任务数中给定的基本条件:220kv进线两回,并且负荷重要的原则,最后确定220kv侧主接线为方案二单母线分段接线方式。由任务书可知,本变电所的重要负荷占65%,所以电源供给非常重要,我们采用双母线接线方式可以保证供电的可靠性。又根据年运行情况,可以利用节假日休息或是停电机会对母线及母线侧的隔离开关进行检修,这样又大大提高了供电的可靠性,所以高压侧我们选用单母线分段接线作为主接线。 3.5 60kv侧主接线方案 3.5.1 两种方案的比较 66kv低压侧的主接线拟定两种方案,第一种方案为双母线接线,第二种方案为双母线带旁路母线接线。第一种方案:双母线接线 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。由于母线继续电保护的要求,一般某一回路固定与某仪组母线连接,以固定连接的方式运行。 优点:1、供电可靠性高。通过两组隔离开关的导闸操作,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,能够迅速恢复供电;检修任一回路的母线隔离开关,只停该回路。2、调度灵活。用断路器把母线连接后,对于重要的用户可以从不同母线引出两个回路, 各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上,能够灵活的适应系统中各种运行方9北新220/60kv一次降压变电所电气部分设计式调度和潮流变化的需要。3、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,不会如单母线分段时那样导致出线交叉跨越。4、便于试验。当个别回路需要单独进行试验时,可以将该回路分开,单独接至一组母线上。5.母线轮流检修而不要中断供电;检修任何一条回路的母线隔离开关时,只要断开这一回路;工作母线发生故障时,装置能够迅速的恢复正常工作;有较高的可靠性和灵活性。 缺点:在母线的操作过程之中,使用隔离开关的操作比较复杂,比较容易造成误操作;当本回断路器故障时本线路必须停电。 缺点:1、增加了一回母线使每回路就需要增加一组母线隔离开关。2、当母线故障或是检修时,隔离开关作为导闸操作电器,容易误操作。 为了避免误操作,需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。3、当一段母线故障或是检修时,该段母线线路及主变都要在检修期间停电。 适用范围:当出线回路数或母线上电源较多时,输送和穿越功率较大,母线故障后要求迅速恢复供电,母线或是母线设备故障检修时不允许影响对用户的供电。系统运行调度对接线的灵活性有一定的要求时采用,各级电压采用的具体条件如下:1)、6-10kv配电装置,当短路电流较大,出线需要带电抗器时;2)、35-63kv配电装置,当出线回路数超过8回时,或者连接的电源较多、符合较大时。3)、110-220kv配电装置出线回路数为5回及其以上时,或当110-220kv配电装置,在系统中居于重要地位,出线回路数为4回及以上时。 第二种方案:双母线带旁路接线 10辽宁工程技术大学毕业设计(论文)优点:双母线带旁路母线接线,除了具备双母线接线的全部优点之外,还有供电可靠性更高,更灵活,当出线断路器故障或是检修是可以用旁路代替其工作,实现线路的不间断供电。缺点:使用设备增多,投资上增加高了。 3.5.2 66kv侧主接线的确定 第一种方案:供电可靠性好,能满足负荷要求,操作方便但是不够灵活,所用设备少,投资费用较低。第二种方案:供电可靠性非常高,能够满足负荷要求,操作方便、灵活,可以保证重要负荷的连续供电,所用设备相对要多,使得投资加大了。通过两个方案的比较,最后66kv侧采用方案一双母线带旁路接线的接线方式。虽然投资上有一点高,但是基于本变电所的重要性,对于供电可靠性的要求比较高,我们认为所选用的双母线带旁路接线的方案是合理的。3.6 变电所主接线形式的确定 经过前面的分析比较得:220kv高压侧采用双母线接线方式,66kv低压侧采用双母线带旁路母线接线方式。 本变电所的一次主接线形式如下图所示:11 12辽宁工程技术大学毕业设计(论文)4 短路电流计算 4.1 短路电流计算的目的 1.电气主接线的比较2.选择导体和电器3.确定中性点接地方式4.计算软导线的短路摇摆5.确定分裂导线间隔棒的间距6.验算接地装置的接触电压和跨步电压7.选择继电保护装置和进行整定计算 4.2 短路计算条件和原则 1.正常工作时,三相系统对称运行。2.所有电源的电动势相位角相同。3.系统中的同步和异步电机均为理想电机,不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应的影响;转子结构完全对称;定子三相绕组空间位置相差1200 电气角度。4.电力系统中各元件的磁路不饱和,即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。5.电力系统中所有电源都在额定负荷下运行,其中50%负荷接在高压母线上,50%负荷接在系统侧。6.同步发电机都具有自动调整励磁装置。7.短路发生在短路电流最大值的瞬间。8.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流。9.除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外,元件的电阻都略去不计。10.元件的计算参数均取其额定值,不考虑参数的误差和调整范围。11.输电线路的电容略去不计。12.用概率统计法指定短路电流运算曲线。13北新220/60kv一次降压变电所电气部分设计 4.3 一般规定 1.验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流,应按本工程的设计规划容量计算,并考虑电力系统的远景发展规划(一般为本期工程建成后510年)。确定短路电流时,应按可能发生最大短路电流的正常接线方式,而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。2选择导体和电器用的短路电流,在电气连接的网络中,应考虑具有反馈 作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。3.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短路电流为最大的地点。对带电抗器的610kv出线与厂用分支线回路,除母线与母线隔离开关之间阁板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器前外,其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后。4.导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流,一按三相短路验算。若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统及自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路严重时,则应按严重情况计算。 4.4 计算步骤 1.画等值电抗图2.首先去掉系统中的所有负荷开关,线路电容,各元件电阻。3.选取基准容量和基准电压。4.计算各元件的电抗标么值。5.选择计算短路点。6.绘画等值电抗图7.求各短路点在系统最大运行方式下的各点短路电流。8.各点三相短路时的最大冲击电流和短路容量。9.列出短路电流计算数据表。14辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 4.5 参数计算 取基准容量sb=100mva,基准电压ub=u计算用公式:发电机的电抗:xbg*=100*s n变压器的电抗: xk%*bt*=100s n线路的电抗: xbl*=x1l* n标么值转化为有名值:i=ib*3*u2或i=ins*av*u2av 15 北新220/60kv一次降压变电所电气部分设计5 电气设备的选择 5.1 高压断路器的选择 5.1.1 断路器的作用和分类 5.1.1.1作用 高压断路器是电力系统之中最为重要的控制和保护电器。由于它具有完善的灭弧装置,不仅可以用来在正常情况下接通和断开各种负荷电路,而且在故障情况下能够自动迅速地开断故障电流,还能实现自动重合闸功能。5.1.1.2分类 我国目前电力系统中使用的高压断路器,按地点不同可以分为屋内和屋外两种;另外,根据断路器所采用的灭弧介质和作用原理的不同,又可以分为以下几种类型:1.多油(或少油)断路器2.空气断路器3.sf6断路器4.真空断路器5.自产气断路器 5.1.2 高压断路器按照下列项目选择和校验 1.形式和种类2.额定电压3.额定电流4.开断电流5.额定关合电流6.短路动稳定7.短路热稳定性 5.1.3选择项目的具体说明16辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 1.按照种类和形式选择:高压断路器种类和形式的选择,除了满足各项技术条件和环境条件之外,还应考虑便于安装调试和运行维护,并经技术经济比较后才能确定。根据我国当前生产和制造情况,电压等级为6220kv的电网均可以选用少油断路器、真空断路器和六氟化硫断路器,而330500kv的电网一般采用六氟化硫断路器。2.按照额定电压选择:高压断路器的额定电压应当大于或等于所在电网的额定电压,即ueuew 3.按照额定电流选择:高压断路器的额定电流应该大于或等于流过它的最大持续工作电流,即ieigmax4.按照额定短路开断电流选择:在给定的电网电压下,高压断路器的额定短路开断电流应该满足iebrizt其中,izt为断路器实际开断时间tks的短路 电流周期分量有效值。断路器的实际开断时间等于继电保护主保护动作时间与断路器的固有分闸时间之和。5.按照额定短路关合电流选择:为了保证断路器在关合短路时的安全,断路器的额定短路关合电流应该不小于短路冲击电流的幅值,即:iegiimp6. 短路动稳定校验:高压断路器的额定峰值耐受电流应该不小于三相短路时通过断路器的短路冲击电流幅值,即: idwiimp7.短路热稳定校验:高压断路器的额定短时耐受热量应该不小于短路周期 ir2*trqd17北新220/60kv一次降压变电所电气部分设计 5.2 隔离开关的选择 隔离开关是发电厂和变电所中常用的开关电器,但是它与断路器不同。其差别是隔离开关没有专门设置的灭弧装置,所以不能用来切断或是接通电路中的负荷电流,更不能用来切断和接通短路电流。 5.2.1 隔离开关的用途与分类 1. 隔离开关的用途主要有以下几个方面:(1) 在电路中起隔离电压的作用,以保证检修工作的安全。在检修某一设备或是电路的某一部分之前,事先把该设备或该部分电路两侧的隔离开关切断,把两侧的电压隔离,造成电路中的明显断点,再在停电检修的设备或部分电路上加装接地线,就能确保检修工作的安全。隔离开关用于检修工作时,称为“检修电器”。(2) 用隔离开关配合断路器,在电路中进行导闸操作。隔离开关用于导闸操作时。称为“操作电器”。(3) 用来切合小电流电路,如:空载母线、电压互感器、避雷器、较短的空载线路及一定容量的空载变压器等。(4) 在某些终端变电所中,快分隔离开关与接地开关相配合,可以代替断路器的工作。2.隔离开关的分类:在发电厂中使用的隔离开关的种类和形式有很多,其主要分类包括:(1)(2) 按照装置地点的不同,可以分为屋 按照主刀闸和动触头的运动方式不同,可分为单柱剪刀式(剪刀式的动触头分、合闸时做直线上下运动),单柱上下伸缩式(分、合闸时动触头用折架臂带动,作上下运动,运动轨迹为弧线形),双柱水平伸缩式(动触头用折架臂带动作水平方向的运动,运动轨迹为近似水平直线形),双柱合抱式(动触头作圆弧形水平运动,三柱形中柱旋转式18辽宁工程技术大学毕业设计(论文)(动触头作圆弧形水平运动),悬吊式(属于单柱式隔离开关的一种,静触头用一个瓷绝缘柱支持,动触头悬吊着,分、合闸时上下运动)等等。 5.2.2 隔离开关的选择 在发电厂和变电所种选用什么形式的隔离开关具有重要的意义。因为隔离开关的选型不仅会影响配电装置的总体布置方式,架构形式及其占用土地的面积,而且已经选定的隔离开关工作是否可靠,会影响发电厂和变电所电气部分的安全运行。在隔离开关选型时必须分析各种形式隔离开关的结构特点和在运行实践中表现出来的优缺点。 隔离开关应该根据下列条件进行选择和校验:1.型式和种类2.额定电压3.额定电流4.短路动稳定 满足动稳定条件,即:idwich5.短路热稳定 满足热稳定条件,即:ir.trq 2k 5.3 电流互感器和电压互感器的选择 5

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