毕业设计（论文）-110kV变电站一次电气初步设计.doc

毕业设计 论文 毕业设计 论文 题目 学生姓名 完成日期 2012 年 11 月 20 日 本人申明本人申明 本人郑重申明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立研究所取得的研究成果 除了论文中特别加以标注引用的内容外 本论文不包含任何其它个人或集体已经发表 或撰写的成果作品 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 作者签名 年 月 日 论文论文 设计设计 报告版权使用授权书报告版权使用授权书 本论文 设计 报告作者完全了解学校有关保障 使用学位论文 设计 报告的规定 同意学校保留并向有关论文 设计 报告管理部门或机构送交论文 设计 报告的复印 件和电子版本 允许论文 设计 报告被查阅和借阅 本人授权省级优秀论文 设计 报告评选机构将本论文 设计 报告的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以 采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文 设计 报告 本论文 设计 报告属于 1 保 密 在 年解密后适用本授权书 2 不保密 请在以上相应框框内打 作者签名 年 月 日 导师签名 年 月 日 三峡电力职业学院 毕业设计 论文 课题任务书 2012 2013 学年 课题名称110kV 变电站一次电气初步设计 学生姓名专 业发电厂及电力系统班号 指导教师指导人数 课题概述 一 设计任务 1 选择 110kV 变电站接线形式 2 计算 110kV 变电站的短路电流 3 选择 110kV 变电站的变压器 高 低压侧断路器 隔离开关 母线 电流 互感器 电压互感器 并校验 二 设计目的 掌握变电站一次电气设计的计算 能选择电气设备 三 完成成果 110kV 变电站一次电气接线及设备选择 原始资料及主要参数 1 110kV 渭北变所设计最终规模为两台 110 10kV 主变 线路变压器组接线 变 压器容量为 40MVA 110kV 渭北变设备布置为 110kV 配电装置户内布置 位于 开关室二楼 10kV 配电装置砖墙间隔位于开关室底层 主变压器室外安装也预 留有场地 2 可行研究报告中变压器调压预测结果需用有载调压方式方可满足配电电压要 求 有载调压开关选用德国 MR 公司 M 型开关 2 主变型号 SZ9 40000 110 110 2 10 5kV YNd11 Uk 10 5 5 3 3 110kV 配电装置隔离开关 GW5 110 DW 630 断路器 3AP1 FG 145kV 3150A 40kA 复合绝缘干式穿墙套管带 CT 2 300 5 中心点隔离开关 GW13 63 630 避雷器 HY5W 108 268 及中心点 HY1 5WZ 72 186 4 出八回线路 10kV 段母线设备 变二侧开关分段以及电容补偿 10kV 断 路器选用 ZN28E 12 一体化弹簧储能操作 支架落地安装 主变 10kV 侧及分段 隔离开关用 GN22 10G 手动操作 10kV 线路及电容器隔离开关用 GN19 10Q 手 动操作 出线 CT 两相式 二组次级绕组 用作测量和保护 电容器回路三相式 变二侧 CT 三组次级用作测量 纵差 过流及无流闭锁 参考资料及文献 包括指定给学生阅读的外文资料 1 3 110kV 高压配电装置设计规范 GB50060 92 2 35 110kV 变电所设计规范 GB50059 92 3 变电所总布置设计技术规程 DL T5060 1996 4 中小型变电所实用设计手册 丁毓山主编 5 低压配电设计规范 GB50054 95 6 工业与民用电力装置的接地设计规范 GBJ65 83 7 电力工程电缆设计规范 GB50217 94 8 并联电容器装置的电压 容量系列选择标准 CECSS33 91 设计 论文 成果要求 1 说 明 书 6000 字 2 图 纸 A4 号 2 张 号 张 号 张 3 实习报告 字 4 论 文 字 5 其 它 按要求提供论文及论文全文电子文档 起止日期要求完成的内容及质量 进 度 计 划 安 排 2012 2013 秋季学期 第一周 第二周 第三周 第八周 第十周 2012 2013 春季学期 接受毕业设计任务书 学习毕业设计 论文 要求及有关规定 阅读指定的参考资料及文献 完成开题报告 上交开题报告 指导教师批阅 完成说明书 指导教师批阅 完成毕业设计 全部成果交指导教师批阅 毕业答辩 审核 系主任 批准 院长 开题报告开题报告 学生姓名 完成日期 一 课题来源一 课题来源 渭塘镇是相城区工业较集中 用电量较大地区之一 2001 年负荷已达 17MW 目前 渭北主变容量为 1 31 5MVA 双圈变 10kV 又无法环供 遇线路或主变检修对渭塘 镇工农业生产和人民正常生活带来较大影响 由于在建的 110kV 相城变的 110kV 线路 同在一个双回路通道中 故引入第二回 110kV 电源进线工程投资较少 增加 110kV 线 路仅 1 km 但供电可靠性大大提高 二 二 选题目的选题目的 我选择设计本课题 是对自己已学知识的整理和进一步的理解 认识 学习和掌 握变电所电气部分设计的基本方法 培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程 设计的基本技能 电力工业的迅速发展 对变电所的设计提出了更高的要求 更需要 我们提高知识理解应用水平 综合应用所学理论知识 开拓思路 锻炼独立分析问题 及解决问题的能力 变电所是电力系统的重要组成部分 它直接影响整个电力系统的安全与经济运 行 是联系发电厂和用户的中间环节 起着变换和分配电能的作用 我国电力工业的 技术水平和管理水平正在逐步提高 现在已有许多变电站实现了集中控制和采用计算 机监控 电力系统也实现了分级集中调度 所有电力企业都在努力增产节约 降低成 本 确保安全远行 随着我国国民经济的发展 电力工业将逐步跨入世界先进水平的 行列 变电所是生产工艺系统严密 土建结构复杂 施工难度较大的工业建筑 电力 工业的发展 单机容量的增大 总容量在百万千瓦以上变电所的建立促使变电所建筑结 构和设计不断地改进和发展 变电所结构的改进 新型建材的采用 施工装备的更新 施工方法的改进 代管理的运用 队伍素质的提高 使火电厂土建施工技术及施工组 织水平也相应地随之不断提高 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所电气设备的选择 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 随着变电所综合自动化技术的不断发 展与进步 变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统 继而实现 无 人值班 变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势 三 三 背景和意义背景和意义 110KV 区域降压变电所是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节 所以做好 110KV 变电所的设计是我国电网建设的重要环节 在目前的电网建设中 尤其是在 110KV 变电所的建设中 土地 资金等资源浪费现象严重 存在重复建设 改造困难 工频电磁辐射 无线电干扰和噪声等环保问题 电能质量差等问题已成为影响高压输 变电工程建设成本和运行质量的重要因素 这已经违背了我国的可持续发展战略 所 以 110KV 变电所需要采用节约资源的设计方案 要克服通信干扰和噪声 既要保证电 能质量和用电安全等问题 同时还要满足以后电网改造简单 资源再利用率高的要求 110KV 变电所的设计或改造需要既能保证安全可靠性和灵活性 又能保证保护环 境 节约资源 易于实现自动化设计方案 在这种要求下 110KV 变电所电气主接线 简单清晰 接地和保护安全高效 建筑结构布置紧凑 电磁辐射污染最小已是大势所 趋 因而 110KV 变电站应从电力系统整体出发 力求电气主接线简化 配置与电网结 构相应的保护系统 采用紧凑布置 节约资源 安全环保的设计方案 基于此 我以 节约资源 保护环境 设计高安全 高质量的 110KV 变电所为目的 从电源设置 主 接线形式确定 设备选择和配电装置布置等方面提出了新的设计思路 四 本次研究课题的主攻方向 四 本次研究课题的主攻方向 以节约资源 保护环境 设计高安全 高质量的 110KV 变电所为目的 从电源设 置 主接线形式确定 设备选择和配电装置布置等方面提出了新的设计思路 五 研究内容五 研究内容 途径及技术路线 途径及技术路线 1 拟订出 110kV 变电站的主接线形式 画出主接线图 2 确定接线的方式并解释选择该接线方式的理由 3 论述 110kV 变电站一次电气装置的工作过程 4 计算 110kV 变电站的短路电流 5 选择 110kV 变电站的变压器 高 低压侧断路器 隔离开关 母线 电流互感器 电压互感器 并校验 六 工作的主要阶段六 工作的主要阶段 1 查阅相关资料 在老师指导下整理资料信息 2 撰写开题报告 并交老师初审指导 3 撰写毕业设计初稿 绘图 完成电子文档 七 论文进度和完成时间七 论文进度和完成时间 2012 2013 年秋季学期 接受毕业设计任务书 学习毕业设计 论文 要求及有关规定 第一周 阅读指定的参考资料文献 完成开题 报告 第二周上交开题报告 指导教师批阅 第三周完成说明书 指导教师批阅 第八周 完成毕业设计 全部成果交指导教师 批阅 第十周 毕业答辩 六 阅读的主要文献 资料名称六 阅读的主要文献 资料名称 1 3 110kV 高压配电装置设计规范 GB50060 92 2 35 110kV 变电所设计规范 GB50059 92 3 变电所总布置设计技术规程 DL T5060 1996 4 中小型变电所实用设计手册 丁毓山主编 5 低压配电设计规范 GB50054 95 6 工业与民用电力装置的接地设计规范 GBJ65 83 7 电力工程电缆设计规范 GB50217 94 8 并联电容器装置的电压 容量系列选择标准 CECSS33 91 目目 录录 摘 要 3 关键词 3 1 绪 论 4 1 1 概 述 4 1 2 原始资料及分析 5 1 3 本论文的设计任务及主要工作 5 2 电气主接线设计 7 7 2 1 电气主接线基本要求 7 2 1 1 可靠性 7 2 1 2 灵活性 7 2 1 3 经济性 7 9 2 2 各种接线形式及特点 8 2 2 1 变压器一线路组接线 8 2 2 2 桥接线 9 2 2 3 单母线接线 10 2 2 4 单母线分段接线 10 2 2 5 双母线接线 11 2 2 6 带旁路母线的母线制接线 11 2 3 变电站主接线的选择 12 2 4 站用电接线的选择 14 2 5 变电站主要变压器的选择 15 3 短路电流的计算 16 3 1 短路电流的概述 16 3 2 短路电流计算的一般规定 16 3 3 计算短路电流的目的 17 3 4 短路电流计算 17 4 主要电器设备选择 20 4 1 高压断路器的选择 20 4 1 1 高压断路器的种类 20 4 1 2 本变电站高压断路器选择 20 4 2 隔离开关的选择 23 4 2 1 本变电站隔离开关选择 23 隔离开关的作用 23 4 3 避雷器的选择 24 4 3 1 本变电站避雷器的选择 24 4 4 母线的选择 24 结 论 26 致 谢 27 附 录 28 参考文献 29 10 110kV110kV 变电站一次电气初步设计变电站一次电气初步设计 学 生 指导老师 摘要摘要 电能是现代社会中最重要 最方便的能源 电能具有很多优点 可以方便的转化 为别种形式的能 以及它的输送和分配易于实现 并且它的应用规模也很灵活 因此 电能被日益广泛的应用于农业 交通运输业以及人民的日常生活中 现如今 越来越 多的人意识到 电力事业的日益发展紧系着国计民生 它的发展水平和电气化的程度 是衡量一个国家的国民经济发展水平及其社会现代化水平高低的一个重要标志 其中 变电所的发展则是至关重要的 本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷发展情况 分析负荷发展趋势 11 与当地地理环境和工业发展条件 从负荷增长和地区建设方面阐明了建站的必要性 然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑 并通过对负荷资料的分析 从安 全性 经济性 可靠性及灵活性等方面考虑 先简单介绍了各种接线方式 然后从经 济性 灵活性 可靠性各方面进行比较 确定了110KV电气主接线形式 然后又通过负 荷计算及供电范围通过容载比的方法 确定了主变压台数 容量及型号 最后通过对 短路电流 各种短路方式 短路危害的介绍及短路电流和最大持续电流的计算 对各 种高压电器的选择进行说明 并对高压断路器 隔离开关 母线 电流互感器 电压 互感器 避雷器等进行了选型 从而完成了110KV变电站电气一次部分的设计 关键词关键词 变压器 变电站 短路计算 电气主接线 设备选择 1 1 绪论绪论 1 11 1 概述概述 我国电力建设经过多年的发展 系统容量越来越大 短路电流不断增大 对电气 设备 系统内大量信息的实时性等要求越来越高 而随着科学技术的高速发展 制造 材料行业 尤其是计算机及网络技术的迅速发展 电力系统的变电技术也有了新的飞 跃 我国变电站设计出现了一些新的趋势 随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网可靠性的增加 变电站接线简化 趋于可能 例如 断路器是变电站的主要电气设备 其制造技术近年来有了较大发展 可靠性大为提高 检修时间也较少 特别是国外一些知名厂家生产的超高压断路器均 可达到20年不大修 更换部件费时很短 为了进一步控制工程造价 提高经济效益 经过专家反复论证 我国少数变电站 实际已逐渐采用一些新的更为简单的接线方案 我国500kV 330kV电压等级的接线较多采用3 2断路器接线 但现在有些设计院提 出 根据工程情况 可采用变压器 母线组接线 可靠性与3 2断路器接线基本相同 却可以降低投资 目前在四川二滩水电站的500kV接线中有一串采用3 2断路器接线方 12 式 其它串为变压器 母线组接线 在国外某些地区 500kV电压等级广泛采用双重连 接方式接线 即3 2断路器接线 但第1 2组主变经过隔离开关分别接至两组母线 如 有第3 4组主变则接入串内 出线回路多时 采用3 2断路器串 这样可以节约大量投 资 另外 国内一些变电站3 2断路器接线中 设计不考虑装设线路侧隔离开关 近期 国内新建的许多变电站220kV及110kV电压等级的接线采用双母线而不带旁路母线 在 采用GIS的情况下 优先采用单母线分段接线 终端变电站中 尽量采用线路变压器组 接线等 近年来电气一次设备制造有了较大发展 大量高性能 新型设备不断出现 设备 趋于无油化 采用SF6气体绝缘的设备价格不断下降 伴随着国产GIS向高压 大容量 三相共箱体方面发展 性能不断完善 应用面不断扩大 许多城网建设工程 用户工 程都考虑采用GIS配电装置 变电站设计的电气设备档次不断提高 配电装置也从传统 的形式走向无油化 真空开关 SF6开关和机 电组合一体化的小型设备发展 这些户外高压和超高压组合电器共同特点是以SF6断路器为核心 与其它高压电气 设备进行组合 形式繁多 从较简单的145kV户外断路器与电流互感器及隔离开关组合 在一起的小车式组合电器 到550kV户外设备本体 包括断路器 隔离开关与接地开关 光电式电流 电压互感器等设备的组合 通过插接式复合光缆 与就地不止的控制 保护智能柜连接在一起的完整超高压开关系统 这些设备运行可靠性高 节省占地面 积和空间 施工安装简单 运行维护方便 价格介于常规电气设备与GIS之间 是电气 设备今后发展的一个方向 负荷我国目前的国情和技术发展方向 随着经济和城市建设的发展 市区的用电负荷增长迅速 而城市土地十分宝贵 低价越来越昂贵 新建的城市变电站必须符合城市的形象及环保等要求 追求综合经 济 社会效益 所以建设形式多采用地面全户内型或地下等布置形式 占地面积有效 减少 有数据统计表明全户内型变电站一般用地仅为同类型 同规模户外常规站的25 左右 我国一些大城市已明确提出对主城区的终端220kV站 110kV站 35kV站必须采 用全户内型 对于边缘城区有条件的也要采用全户内型 分布式变电站自动化系统的采用 电缆大量减少 主控楼在活动地板下敷设电缆 取消电缆夹层 主控楼建筑面积减少 另外 针对一些110kV及以下变电站实现无人值 班 设计中取消了与运行人员有关的建筑和设施 建筑面积更是大为减少 1 21 2 原始资料及分析原始资料及分析 1 110kV 渭北变所设计最终规模为两台 110 10kV 主变 线路变压器组接线 变 压器容量为 40MVA 110kV 渭北变设备布置为 110kV 配电装置户内布置 位于开关室 二楼 10kV 配电装置砖墙间隔位于开关室底层 主变压器室外安装也预留有场地 2 可行研究报告中变压器调压预测结果需用有载调压方式方可满足配电电压要求 13 有载调压开关选用德国 MR 公司 M 型开关 2 主变型号 SZ9 40000 110 110 2 10 5kV YNd11 Uk 10 5 5 3 3 110kV 配电装置隔离开关 GW5 110 DW 630 断路器 3AP1 FG 145kV 3 150A 40kA 复合绝缘干式穿墙套管带 CT 2 300 5 中心点隔离开关 GW13 63 630 避雷器 HY5W 108 268 及中心点 HY1 5WZ 72 186 4 出八回线路 10kV 段母线设备 变二侧开关分段以及电容补偿 10kV断路器选用 ZN28E 12一体化弹簧储能操作 支架落地安装 主变10kV侧及分段隔离开关用GN22 10G手动操作 10kV线路及电容器隔离开关用GN19 10Q手动操作 出线CT两相式 二组次级绕组 用作测量和保 护 电容器回路三相式 变二侧CT三组次级用作测量 纵差 过流及无流闭锁 1 31 3 本论文的设计任务及主要工作本论文的设计任务及主要工作 主接线设计 分析原始资料 根据任务书的要求拟出各级电压母线的接线方 式 选择变压器型式及连接方式 通过技术经济比较选择主接线最优方案 短路电流计算 根据所确定的主接线方案 选择适当的计算短路点计算短路 电流并列表表示出短路电流的计算结果 主要电气设备选择 1 选择 110kV 主变侧 10kV 主变侧的断路器及隔离刀闸 2 选择 110kV主变低压侧母线 3 选择 10kV 主母线的支持绝缘子及穿墙套管 4 选择限流电抗器 如有必要装设 及 10kV 最大一回负荷的出线电缆 5 选择 10kV 主母线电压互感器 6 选择 10kV 出线电流互感器 电气设备配置 1 各电压等级电压互感器配置 2 各回路电流互感器配置 3 各电压等级避雷器配置 所用电设计 1 根据要求计算所用电负荷 2 选择所用变压器型式 台数 及容量 3 设计所用电接线 14 2 2 电气主接线设计电气主接线设计 2 12 1 电气主接线电气主接线基本要求基本要求 现代电力系统是一个巨大的 严密的整体 各类发电厂 变电站分工完成整个电 力系统的发电 变电和配电的任务 其主接线的好坏不仅影响到发电厂 变电站和电 力系统本身 同时也影响到工农业生产和人民日常生活 因此 发电厂 变电站主接 线必须满足以下基本要求 根据变电所的性质和所在系统中的地位和作用不同 对变电所的主接线可靠性宜 提出不同的要求 主接线的可靠性是接线方式一次 二次设备可靠性的综合 对主接线可靠性可以 作定量的计算 但需要各种设备的可靠性指标 各级线路 母线故障率等原始依据 一般情况下 在主接线设计时缺乏准确的可靠性计算所需的原始资料 而且计算方法 各异 也不成熟 故通常不作定量计算 及时进行了可靠性计算 其结果也只做参考 通常采用定性分析来比较各种接线的可靠性 一般比较以下几项 2 1 12 1 1 可靠性可靠性 15 1 断路器停电检修时 对供电的影响程度 2 进线或出线回路故障 断路器拒动时 停电范围和停电时间 3 母线故障或母线检修时 停电范围和停电时间 4 母线联络断线器或母线分段断路器故障的停电范围和停电时间 5 全停的机率 2 1 22 1 2 灵活性灵活性 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 具体 情况如下 1 满足调度正常操作灵活的要求 调度员根据系统正常运行的需要 能方便 灵活地切除或投入线路 变压器或无功补偿装置 是电力系统处于最经济 最安全的 运行状态 2 满足输电线路 变压器 开关设备停电检修或设备更换方便灵活的要求 设 备停电检修引起的操作 包括本站内的设备检修和系统相关的厂 站设备检修引起的 站内的操作是否方便灵活 3 满足接线过度灵活 一般变电所都是分期建设的 从初期接线到最终接线的 形成 中间要经过多次扩建 主接线设计要考虑接线过渡过程中停电范围最少 停电 时间最短 一次 二次设备接线的改动最少 设备的搬迁最少或不进行搬迁 4 满足处理事故的灵活性 变电所内部或系统发生故障后 能迅速地隔离故障 部分 尽快恢复供电操作的方便和灵活性 保障电网的安全稳定 2 1 32 1 3 经济性经济性 经济性是满足接线可靠性 灵活性要求前提下 尽可能地减少与接线方式有关的 投资 主要内容如下 1 采用简单的接线方式 少用设备 节省设备上的投资 在投产初期回路数较 少时 更有条件采用设备用量较少的的简化接线 能缓装的设备 不提前采购装设 2 在设备形式和额定参数的选择上 要结合工程情况恰到好处 避免以大代小 以高代低 3 在选择接线时 要考虑到设备布置的占地面积大小 要力求减少占地 节省 配电装置征地的费用 变电所电气主接线的可靠性 灵活性和经济性是一个综合概念 不能单独强调其 中的某一种特性 也不能忽略其中一种特性 但根据变电所在系统中的地位和作用不 同 对变电所电气主接线的性能要求也有不同的侧重 2 22 2 各种接线形式及特点各种接线形式及特点 2 2 12 2 1 变压器一线路组接线变压器一线路组接线 16 如图2 2是一台变压器与一条线路构成一个接线单 元 优点 变压器 线路组接线是最简单的接线方式 设备最少 高压配电装置简单 占地面积小 本回路故 障对其它回路没有影响 缺点 可靠性不高 线路故障或检修时 变压器停 运 变压器故障或检修时 线路停运 图 2 2 线路变压器电器主接线形式 2 2 22 2 2 桥接线桥接线 17 图 2 3 双断路器桥型接线原理 当有两个变压器 线路接线的回路时 在其中加一连桥 则成为桥型接线 优点 内桥的优点是连接桥断路器接在线路断路器的内侧 线路的投入和切除比 较方便 当线路发生故障时 仅线路断路器都断开 不影响其它回路的运行 外桥的 优点外桥接线只能用于线路短 检修和故障少的线路中 在变电所中有穿越功率经过 时也采用外侨 缺点 内桥的缺点当变压器发生故障时 与该台变压器相连的两台断路器都断开 从而影响了一回未发生故障线路的运行 外桥的缺点当线路发生故障时需动作与之相 连的两台断路器 从而影响一台为发生故障的变压器的运行 2 2 32 2 3 单母线接线单母线接线 图2 4双电源供电单母线接线方式 18 单母线接线是一条汇流母线 电源线和负荷线均通过一台断路器接到母线上 优点 接线简单 清晰 采用设备少 造价低 操作方便 扩建容易 缺点 可靠性不高 担任一连接组件故障 断路器拒动或母线故障 将造成整个 配电装置全停 母线或母线隔离开关检修 整个配电装置亦将全停 2 2 42 2 4 单母线分段接线单母线分段接线 图 2 5 单母线分段接线方式 单母线分段用断路器将母线分段 分段后母线和母线隔离开关可分段轮流检修 优点 这种接线形式简单 清晰 采用设备少 操作方便 扩建容易 可靠性高 缺点 当分段断路器故障时 整个配电装置会全停母线和母线隔离开关检修时 该段母线上连接的组件都要在检修期内停电 2 2 52 2 5 双母线接线双母线接线 19 图 2 6 双母线不分段接线方式 这种接线形式每一组件通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组母线上 两组 母线通过联络断路器连接 优点 灵活性可靠性高 运行和调度灵活 扩建方便 缺点 增加一条母线和母线隔离开关 增加了设备及相应的构支架 加大了配电 装置的占地和工程投资 母线和母线隔离开关检修时 倒闸操作复杂 容易发生误操 作 隔离开关操作闭锁接线复杂 母线联络断路器故障 整个配电装置将全停 2 2 62 2 6 带旁路母线的母线制接线带旁路母线的母线制接线 图 2 7 带旁路母线的单母线接线 带旁路的母线的接线可分为单母线带旁路 单母线分段带旁路 双母线带旁路 双母线分段带旁路 优点 解决了断路器和保护装置检修不停电的问题 缺点 增加了配电装置的设备 增加了占地 也增加了工程投资旁路断路器代替 20 各回路断路器的倒闸操作复杂 容易产生误操作 酿成事故 2 32 3 变电站主接线的选择变电站主接线的选择 主接线方案的比较与确定 电气主接线是电力系统设计的主要组成部分 它不仅标明了各主要设备的规格 数量 而且反映了各设备的作用 连接方式和回路间相互关系 是变电所电气部分的 主体 直接影响着配电装置的布置和继电保护配置选择 对电力系统的运行可靠性 灵活性和经济性起决定作用 我国 变电所设计技术规程 SDJ2 79规定 变电所的主接线应根据变电所在电 力系统中的地位 回路数 设备特点及负荷性质等条件确定 并应满足运行可靠 简 单灵活 操作方面和节约投资等要求 变电所电气主接线应满足可靠性 灵活性和经济性三项基本要求 1 供电可靠性是电力生产和分配的首要要求 主接线首先必须满足这个要求 具体如 下 1 断路器检修时 不宜影响供电 2 断路器 母线故障及母线检修时 尽量减少停运出线的回路数和停运时间 并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电 3 尽量避免出现变电所全部停运的情况 2 主接线应满足在调度 检修及扩建时的灵活性 具体要求为 1 调度灵活 操作简便 应能灵活地投入和切除变压器和线路 调配电源和 负荷 满足系统在事故 检修及特殊运行方式下的调度要求 2 检修时应能方便地停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修而 不影响电力网的运行及对用户的供电 3 扩建时 应能容易地从初期过度到最终接线 在不影响连续供电或停电时 间最短的情况下 投入新装线路而不互相干扰 并且对一次 二次部分的扩建工作量 最少 3 主接线在满足可靠性和灵活性的要求前提下应做到经济合理 具体要求为 1 投资节省 主接线应力求简单 合理减少断路器等一次设备的数量 主接 线应使继电保护不过于复杂 并能限制短路电流 以减低设备造价 2 节约占地 土地是国家宝贵的资源 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 特别是尽量不要占用良田 3 降低电能损失 应通过合理选择变压器种类 容量 数量来避免出现多环 节降压而增加电能损失 待设计的110KV变电所共有110KV进线2回 出线2回 10KV出线8回 电气主接线 的基本形式有单母线接线 单母线分段接线 双母线接线 双母线分段接线 增设旁 21 路接线 桥式接线等 现就本变电所2个电压等级的主接线方案进行比较选择 1 110KV系统 本变电所110KV系统进线2路 出线2路 内桥和外侨接线都不适 用 单母线接线方式对于2路电源进线没有意义 应采用多段母线方式 双母线及双母 线分段接线设备投资和土建投资均有较大增加 且运行操作中出现较多倒闸操作 比 较复杂 容易发生误操作事故 双母线 分段 接线能保证任一段母线检修时维持对 所有用户的供电 这对于本变电所来说并无必要 所以单母线带旁路母线是比较好的 选择 综上所述 单母线带旁路母线能满足110KV系统运行可靠 灵活的要求 且比较经 济 本变电所110KV进线出线均已确认继而避开了单母线带旁路母线的缺点 故选择单 母线带旁路母线作为本变电所110KV系统的主接线方式 2 10KV系统 本变电所10KV系统进线2路 出线8路 有重要用户需双电源供 电 由于存在重要用户 因此可靠性较差的单母线接线不能使用 在将母线分段后 给重要用户供电的双路出线可分别接至两段母线上 可靠性得 到了较好的保证 此时我们就可以主要从经济的角度来比较方案 双母线及双母线分 段接线设备投资和土建投资均有较大增加 且运行操作中出现较多倒闸操作 比较复 杂 容易发生误操作事故 双母线 分段 接线能保证任一段母线检修时维持对所有 用户的供电 这对于本变电所来说并无必要 所以单母线分段是比较好的选择 由于10KV系统当前多采取中置手车式成套配电装置 出线断路器之间具备迅速互 换的能力 一旦某一回出线断路器出现故障 可以迅速将备用断路器手车换上 对用 户供电影响不大 且当前使用的10KV断路器一般检修周期相当长 有的甚至免检修 所以无须加设旁路母线 综上所述 10KV系统采取单母线带旁路母线接线 至此 本变电所主接线方式已经选定 列表如下 表 2 2 变电所主接线方式电压等级 电压等级接线方式 110KV单元接线 10KV单母线带旁路母线 2 42 4 变电站主要变压器的选择变电站主要变压器的选择 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5 10 年的规划负荷选择 22 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 由 于10KV线路每条400A 又8条出线回路 正常运行时 一台主变压器应带4条回路 MVAUIS098 29400 5 10732 1 43 所以应选容量为40000KVA 的主变压器SZ9 40000 110 表表 2 1 主变压器技术参数主变压器技术参数 3 3 短路电流的计算短路电流的计算 3 13 1 短路电流的概述短路电流的概述 型号 额定容 量 kVA 空载 电流 空载 损耗 kW 负载损耗 kW 阻抗电 压 联结组标号 SZ9 40000 110 400 734 0155 610 5 YN yn0 d11 23 电力系统不可避免会发生短路事故 电力系统简单短路故障共有四种类型 三相短 路 两相短路 两相短路接地和单相接地短路 其中三相短路又称为对称短路 其它 三种类型的短路都称为不对称短路 电力系统的运行经验表明 单相接地短路发生的 几率最大 约占70 左右 两相短路较少 三相短路发生的几率最少 三相短路发生的 几率虽然少 但后果较严重 所以要给以足够的重视 况且 从短路计算的方法来看 一切不对称短路的计算 在采用对称分量法以后 都归结为对称短路的计算 因此对 三相短路电流的研究具有重要的意义 一般情况下三相短路电流大于两相和单相短路电流 三相短路时 由于短路回路 中各相的阻抗相等 尽管三相的短路电流比正常时的电流大 幅度增大 电压也比正 常时急剧降低 但三相仍然保持对称 故称之为对抗短路 在计算短路电流时 通常把电源容量视为无穷大的电力系统 在这样的系统中 当某处发生短路时 电源电压维持不变 即短路电流周期分量在整个短路过程中不衰 减 3 23 2 短路电流计算的一般规定短路电流计算的一般规定 1 计算的基本情况 1 电力系统中所有电源都在额定负荷下运行 2 同步电机都具有自动调整励磁装置 包括强行励磁 3 短路发生在短路电流为最大值的瞬间 4 所有电源的电动势相位角相同 5 正常工作时 三相系统对称运行 6 应考虑对短路电流值有影响的所有组件 但不考虑短路点的电弧电阻 2 接线方式 计算短路电流时所用的接线方式 应是可能发生最大短路电流的正常接线方式 即最大运行方式 3 计算容量 应按本工程设计规划容量计算 并考虑电力系统的远景发展规划 一般考虑本工 程建成后 5 10 年 4 短路种类 一般按三相短路计算 5 短路计算点 24 在正常接线方式时 通过电器设备的短路电流为最大的地点 称为短路计算点 对于带电抗器的 6 10kV 出线与厂用分支回路 在选择母线至母线隔离开关之间的引 线 套管时 短路计算点应该取在电抗器前 选择其余的导体和电器时 短路计算点 一般取在电抗器后 3 33 3 计算短路电流的目的计算短路电流的目的 计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电器设备 避免在短路电流作用下损 坏电气设备 如果短路电流太大 必须采用限流措施 以及进行继电保护装置的整定 计算 为了达到这个目的 须计算出下列参数 I 次暂态短路电流 用来做为继电保护的整定计算和校验断路器额定断流容 量 应采用 电力系统在最大运行方式下 继电保护安装处发生短路时的次暂态短路 电流来计算保护装置的整定值 三相短路冲击电流 用来检验电器和母线的动稳定 shi I 三相短路电流有效值 用来检验电器和母线的热稳定 S 次暂态三相短路容量 用来检验断路器的遮断容量和判断母线短路容量是 否超过规定值 作为选择限流电抗器的依据 3 43 4 短路电流计算短路电流计算 三相短路电流计算 在最大运行方式下对三相短路的情况进行计算 6 画出计算电路图 如图 6 1 a 所示 本设计取基准容量 Sj 100MVA Uj Up 基准电压 10 5kV 115kV 计算阻抗图 标么值 25 线路阻抗 03 0 25 132 4 1 1 Xj X X d d 110kV 短路母线正序阻抗 0048 0 25 132 64 0 2 2 j d d X X X 主变阻抗 263 0 40 5 10 100 0 0 3 c j d S S Ud X 计算过程 计算过程 基准值 110kV 侧 基准容量基准电压MVAS j 100 kVU j 115 基准电流基准阻抗 j IkA502 0 j X 25 132 10kV 侧 基准容量 Sj 100MVA 基准电压 Uj 10 5KV 基准电流 j IkA5 5 110kV 侧短路 次暂态短路电流有效值的标么值 IkA74 28 次暂态短路电流有效值kAIII j 42 14 稳态短路有效值kAII42 14 冲击短路电流有效值 Kc取 1 8 可得 2 1 21 Cch KII 52 1 IIch 所以kAIch92 2142 1452 1 冲击短路电流峰值 Kc取 1 8 可得 cch KII 2 25 2 IIch 所以kAIIch77 3642 1425 2 25 2 短路容量MVAIUS j 28723 10kV 侧短路 次暂态短路电流有效值的标么值 I36 3 次暂态短路电流有效值kAIII j 48 18 稳态短路有效值kAII48 14 冲击短路电流有效值 Ich I Kc取 1 8 可得 2 1 21 c K 52 1 IIch 所以kAIch09 2848 1852 1 冲击短路电流峰值Kc取 1 8 可得 cch KII 2 25 2 IIch 所以kAIIch12 4748 1825 2 25 2 26 短路容量MVAIUS j 33618048 5 10732 1 3 计算结果计算结果 基准 容量 基准 电压 基准 电流 次 暂 态 短 路 电 流 有 效 值 稳 态 短 路 电 流 有 效 值 冲 击 短 路 电 流 有 效 值 冲 击 短 路 电 流 峰 值 短路 容量 短路点 Sj MVA Uj KV Ij KA I KA I KA Ich KA ich KA S MVA K1 110KV 短路点 1001150 50214 4214 4221 9236 772872 K2 10KV 短路点 10010 55 518 4818 4828 0947 12336 27 4 4 高压电器设备选择高压电器设备选择 4 1 一般原则和技术条件一般原则和技术条件 1 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑 远景发展 2 应按当地环境条件校核 3 应力求技术先进和经济合理 4 与整个工程的建设标准应协调一致 5 同类设备应尽量减少品种 6 选用的新产品均应具有可靠的试验数据 并经证实鉴定合格 在特殊情况下 选用未经正式鉴定的信产品时 应经上级批准 选择的电气设备 应能在长期工作条件下和发生过电压 过电流的情况下保持 正常运行 各种电气设备的一般技术条件如表 5 1 所示 表表 4 1 选择电气设备的一般技术条件选择电气设备的一般技术条件 序 号 电器名称 额定电 压 kV 额定 电流 A 机械 荷载 N 额定开 断电流 kA 短路稳定性 热稳定 动 稳定 绝缘 水平 1 高压断路 器 2隔离开关 3 电流互感 器 4 电压互感 器 5避雷器 6 高压熔断 器 27 4 2 按正常工作条件选择电气设备按正常工作条件选择电气设备 1 额定电压 在选择电气设备时 一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电 N U 网额定电压的条件选择 即 s UN s UU NN 5 1 2 额定电流 电气设备的额定电流是指在额定环境温度下 电气设备的长期允许电流 N I 应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 即 N I max I max IIN 5 2 由于发电机 调相机和变压器在电压降低 5 时 出力保持不变 故其相应 回路的应为发电机 调相机和变压器的额定电流的 1 05 倍 若变压器有可 max I 能过负荷运行时 应按过负荷确定 1 3 2 倍变压器额定电流 出线回路 max I 的除考虑正常负荷电流外 还应考虑事故时由其他转移过来的负荷 max I 4 3 环境条件对设备选择的影响环境条件对设备选择的影响 当电气设备安装地点的环境 尤其注意小环境 条件如温度 风速 污秽 等级 海拔高度 地震烈度和覆冰厚度等超过一般电气设备使用条件时 应采 取措施 电气设备的额定电流是指在基准环境温度下 能允许长期通过的最大工作 电流 此时电气设备的长期发热温升不超过其允许温度 而在实际运行中 周 围环境温度直接影响电气设备的发热温度 所以电气设备的额定电流必须经过 温度修正 我国生产的电气设备一般使用的额定环境温度 如周围C40 0 温度高于 40 但 时 其允许电流一般可按每增高 1 额定电C C60 C 流减少 1 8 进行修正 当环境温度低于 40时 环境温度每降低 1 额定C C 电流可增加 0 5 但其最大电流不得超过额定电流的 20 此外 还应按电器的装置地点 使用条件 检修和运行等要求 对电器进 行种类 屋内或屋外 和型式 防污型 防爆型 湿热型等 的选择 27 4 4 主要电器设备选择主要电器设备选择 4 14 1高压断路器的选择高压断路器的选择 4 1 14 1 1 高压断路器的种类高压断路器的种类 高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备 其最大特点是能断开电路 中负荷电流和短路电流 按照断路器采用的灭弧介质可分为油断路器 压缩空气断路器 断路器 6 SF 真空断路器等 其主要特点如表 41 所示 选择断路器型式时 应依据各类断路器的特点及使用环境 条件决定 表表 4 1 高压断路器分类及其主要特点高压断路器分类及其主要特点 类别结构特点技术性能特点运行维护特点 油断路 器 多油断路器的油作为灭 弧和绝缘介质 少油断 路器的油仅作灭弧介质 对地绝缘依靠固体介质 可配用电磁 液压 弹 簧操动机构 自能式灭弧 开断性能 差 多油断路器仅有屋 外 35kV 电压等级产品 少油断路器 110kV 及以 上产品为积木式结构 全开断时间短 运行经验丰富 易 于维护 噪声低 油易劣化 需要一 套油处理装置 需 防火 防爆 压缩空 气断路 器 结构较复杂 以压缩空 气作为灭弧介质和弧隙 绝缘介质 操动机构与 断路器合为一体 额定电流和开断能力都 可以作得较大 适于开 断大容量电路 动作快 开断时间短 噪声较大 维修周 期长 无火灭危险 需要一套压缩空气 装置作为气源 断 6 SF 路器 气体灭弧 对材料 6 SF 工艺及密封要求严苛 有屋外敞开式及屋内落 地罐式之别 更多用于 GIS 封闭组合电器 额定电流和开断电流可 作得很大 开断性能好 适于各种工况开断 断 口电压可作得较高 断 口开距小 噪声低 不检修间 隔期长 运行稳定 安全可靠 寿命长 真空断 路器 体积小 重量轻 灭弧 室工艺材料要求高 以 真空作为绝缘和灭弧介 质 触头不易氧化 可连续多次操作 开断 性能好 灭弧迅速 目 前我国只生产 35kV 及以 下等级产品 110kV 及 以上等级产品正在研制 之中 运行维护简单 灭 弧室不需要检修 无火灾及爆炸危险 噪声低 27 4 1 24 1 2 本变电站高压断路器选择本变电站高压断路器选择 1 按额定电压选择 应满足如下条件 nj UU 式中 分别为电气设备和电网的额定电压 j U j U n U 110KV 侧断路器 Un 145KV 所以kVkV145110 2 按额定电流选择 应满足如下条件 max II j 式中 分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流 j I max I 110kV 侧断路器 所以 110kV 侧断路器AI3150 max AI j 3150 3 按开断电流选择 应满足如下条件 nk II 式中 分别为断路器的额定开断电流 实际开断瞬间的短路电流 k I n I 周期分量 110kV 侧断路器 所以 110KV 侧断路器40 n I40 k I 4 按短路关合电流选择 为保证断路器在关合短路电流时间的安全 应满足如下条件 nj II 式中 分别为断路器的额定关合电流 短路电流最大冲击值 k I n I 110kV 侧断路器 所以 110kV 侧断路器100 g I100 n I 根据以上数据选择 110kV 侧断路器 3AP1 FG 145KV 10kV 线路侧及变压器侧 变二次侧 10KV 及分段断路器选择 GN22 10G 3150 10kV 出线断路器的选择 GN19 10Q 630 1 按额定电压选择 应满足如下条件 nj UU 式中 分别为电气设备和电网的额定电压 j U n U 变二次侧 10kV 及分段断路器 10kV 出线断路器 kVUn12 kVUn12 变二次侧 10KV 及分段断路器 10kV 出线断路器 kVU j 12 kVU j 12 2 按额定电流选择 应满足如下条件 max II j 式中 分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流 j I max I 变二次侧 10kV 及分段断路器 10KV 出线断路器AI3150 max 变二次侧 10kV 及分段断路器 10kV 出线断路器AI1250 max AI j 3150 27 AI j 1250 3 按开断电流选择 应满足如下条件 nk II 式中 分别为断路器的额定开断电流 实际开断瞬间的短路电流 k I n I 周期分量 变二次侧 10kV 及分段断路器 10kV 出线断路器 变二次40 n I25 n I 侧 10kV 及分段断路器 10kV 出线断路器40 k I25 k I 4 按短路关合电流选择 为保证断路器在关合短路电流时间的安全 应满足如下条件 nj II 式中 分别为断路器的额定关合电流 短路电流最大冲击值 g I n I 变二次侧 10kV 及分段断路器 10kV 出线断路器 变二100 g I63 g I 次侧 10kV 及