35kV变电所设计毕业论文.doc

35kV 变电所设计 a The Electrical Design of 35kV Substation a 20112011 届届 电气与电子工程学院电气与电子工程学院 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 学学 号号 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 完成日期完成日期 20112011 年年 6 6 月月 日日 大学毕业设计 学生姓名 学号 22224 班级电 0701 3专业电气工程及其自动化 毕业设计题目35kV 变电所设计 a 指导教师姓名 22222 指导教师职称副教授 评 定 成 绩 指导教师得分 评阅人得分 答辩小组 组长 得分 成绩 院长 主任 签字 年 月 日 35kV 变电所设计毕业论文变电所设计毕业论文 目 录 第 1 章 原始资料 1 1 1 数据要求 1 1 2 设计要求 1 第 2 章 负荷计算和无功补偿 3 2 1 负荷分析 3 2 2 负荷计算 4 2 3 无功补偿 4 2 3 1 无功补偿的计算 4 2 3 2 无功功率补偿的作用 5 2 3 3 无功功率补偿的方式 6 第 3 章 变压器的选择 7 3 1 变压器选择的有关规定 7 3 2 变压器容量的选择 7 3 3 变压器的相关数据 8 3 3 1 变压器绕组的接线方式 8 3 3 2 变压器的冷却方式 9 3 3 3 变压器调压方式的选择 9 3 3 4 变压器参数 9 第 4 章 电气主接线设计 11 4 1 概述 11 4 2 电气主接线的有关规定 11 4 3 主接线设计的基本要求 11 4 3 1 可靠性 11 4 3 2 灵活性 12 4 3 3 经济性 12 4 4 变电站主接线简图 13 第 5 章 短路计算 14 5 1 短路的概念 14 5 2 短路电流的计算目的 14 5 3 短路电流计算的条件 14 5 4 短路电流计算方法 15 5 5 计算短路电流 15 5 5 1 低压侧发生短路 15 5 5 2 高压侧发生短路 16 第 6 章 电气设备的选择 18 6 1 电气设备选择的一般条件 18 6 2 电气设备选择的一般原则 18 6 2 1 电气设备选择的技术条件 18 6 2 2 设备需校验的项目 20 6 2 3 环境条件 20 6 3 35KV 侧断路器和隔离开关的选择 21 6 3 1 35kV 侧断路器的选择 21 6 3 2 35kV 侧隔离开关的选择 22 6 4 10KV 侧断路器的选择 22 6 4 1 10kV 侧断路器的选择 22 6 4 2 10kV 侧隔离开关的选择 23 6 5 母线的选择及校验 23 6 5 1 概念 23 6 5 2 母线的选择 24 6 5 3 母线热稳定校验 24 6 5 4 母线的动稳定校验 25 6 5 5 35kV 母线的选择与校验 25 6 5 6 10kV 母线的选择与校验 27 6 6 互感器的选择 28 6 6 1 互感器的作用 28 6 6 2 电流互感器的选择与校验 28 6 6 3 电流互感器使用注意事项 29 6 6 4 电压互感器的选择 29 6 7 高压开关柜的选择 29 6 7 1 开关柜的概念与特点 29 6 7 2 开关柜的选择 30 6 8 高压侧进线的选择 32 第 7 章 继电保护 33 7 1 电力变压器保护 33 7 2 纵差保护 33 7 3 瓦斯保护 35 7 4 过电流保护 35 第 8 章 变电所的防雷与接地 36 8 1 概述 36 8 2 避雷针选择规则 36 8 2 避雷器的选择 37 结 论 39 致 谢 40 参考文献 41 附 录 42 附录 A 42 附录 B 50 石家庄铁道大学毕业设计 1 第 1 章 原始资料 1 1 数据要求 待设计变电所通过一条架空线路由正西方向 10km 处的一座 35kV 变电所送 电 向某机械厂供电 其中 10kV 侧的铸造车间 电镀车间 锅炉房为二级负 荷 其它的为三级负荷 本变电所投运后变压器高压侧功率因数要求到达 0 9 并且在具本变电所 2km 处取得备用电源 10kV 侧负荷同时率 0 85 10kV 侧 最小负荷是最大负荷的 50 10kV 侧最大负荷利用小时数 T 4800h 待设计变 电所年负荷增长率为 5 本地区气象条件 最高气温 39 最低气温 10 年平均气温 16 4 最 热月平均气温 26 10kV 负荷情况如表 1 1 所示 表 1 1 10kV 负荷情况 1 2 设计要求 要求根据本厂用电负荷的实际情况 并适当考虑工厂生产的发展 按照安 负荷名称最大负荷 kW 无功功率 kvar 功率因数tan 铸造车间 800 6000 80 75 电镀车间 180021060 651 17 金工车间 160012000 80 75 装配车间 9009000 71 工具车间 120010560 750 88 锅炉房 9006750 80 75 生活用电 5001650 950 33 氧气车间 8005600 820 7 热处理车间 9006750 80 75 石家庄铁道大学毕业设计 2 全可靠 技术先进 经济合理的要求 确定 1 变电所主变压器的台数 容量与类型 2 选择变电所主接线方案及高低压侧电气设备 3 变压器应进行无功补偿 高压侧功率因数应不低于 0 9 车间负荷有一 级负荷和二级负荷 必须保证车间的安全生产及人身安全 4 计算短路电流 5 防雷与接地 石家庄铁道大学毕业设计 3 第 2 章 负荷计算和无功补偿 2 1 负荷分析 电力负荷又称电力负载 按 GB50052 1995 供配电系统设计规范 规定 电力负荷根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响分为三级 1 一级负荷 一级负荷 是指突然中断供电将造成人身伤亡或引起对周围环境的严重污 染 造成经济上的巨大损失 如重要大型设备损失 重要产品或重要原料生产 的产品大量报废 连续生产过程被打乱且需要长时间才能恢复 造成社会秩序 严重混乱或产生政治上的重大影响 重要的交通和通讯枢纽中断 国际社交场 所没有照明等 2 二级负荷 二级负荷 是指突然中断供电会造成经济上的较大损失 如生产的主要设 备损坏 产品大量报废或减产 连续生产过程需要较长时间才能恢复 造成社 会秩序混乱 在政治上产生较大影响 交通和通讯枢纽以及城市供水中断 广 播电视 商贸中心被迫停止运营等 3 三级负荷 三级负荷 是指不属于以上一类和二类负荷的其他用电负荷 对于这类 负荷 供电所所造成的损失不大或不会直接造成损失 用电负荷的分类 其主要目的是确定供电工程设计和建设的标准 保证建 成投入运行工程供电的可靠性 能满足生产或社会安定的需要 对于一级负荷 的用电设备 应有两个及以上的独立电源供电 并辅之一其他必要的非电保安 设施 二级负荷应由两回线供电 但当两回线路有困难时 如边远地区 允许 有一回专用架空线路供电 三级负荷对供电电源无特殊要求 供电系统要能够可靠地正常运行 就必须正确地选择系统中的所有元件 包括电力变压器 开关设备等 元件除应满足工作电压和频率的要求外 最重 要的是要满足负荷电流的要求 因此有必要对系统中各个环节的电力负荷进行 统计计算 1 石家庄铁道大学毕业设计 4 2 2 负荷计算 10kV 侧负荷计算如下 总的有功计算负荷 MW9 40 90 80 50 91 20 91 61 80 8P 总的无功计算负荷 7 937Mvar675 0 56 0 165 0 675 0 056 1 9 02 1106 2 6 0Q 总的视在计算负荷 MV A S 12 37 9379 4 2222 QP 2 3 无功补偿 供电营业规则 规定 用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的 功率因数 应达到下列规定 100kV A 及以上高压供电的用户功率因数为 0 90 以上 凡功率因数不能达到上述规定的新用户 供电企业可拒绝接电 可 见功率因数的重要性 工厂中由于有大量的感应电动机 电焊机 电弧炉及气体放电灯等感性负 荷 从而使功率因数降低 如在充分发挥设备潜力 改善设备运行性能 挺高 其自然功率因数的情况下 尚达不到规定的功率因数要求时 则需要考虑人工 补偿 1 2 3 1 无功补偿的计算 补偿前的功率因数 cos0 9 满足要求 0 904 10 56 9 5455 S P 1 1 1 2 3 2 无功功率补偿的作用 无功功率的增加 导致电流的增大和视在功率的增加 从而使发电机 变压 器及控制设备和导线等电气设备容量的增加 供电设备及线路损耗增加 变压器及 线路的电压降增大 使供电网电压产生波动 在电网中 有功功率的波动一般对 电网电压的影响较小 电网电压的波动主要是无功功率的波动引起的 如果是 冲击性无功功率负载 还会使电网产生剧烈的波动 甚至发生事故 随着电力电子控制技术和计算机应用技术的逐步成熟 用于无功功率补偿 的方法日益增多 且补偿效果也越来越明显 其带来的经济效益和社会效益也是 巨大的 无功功率补偿的方法如下 1 同步调相机 同步调相机是早期的无功功率补偿方法 已实际应用数十年 在电压和无功 功率控制中发挥了非常重要的作用 同步调相机不仅能补偿固定的无功功率 对 变化的无功功率也能进行动态的连续的补偿 而且对于容性 感性无功功率均 能起到补偿的作用 但由于其自身的诸多缺点 使其应用越来越少 目前已基本 上遭淘汰 被新的补偿方式所取代 2 并联电容器 在各种无功功率补偿方法中 并联电容器由于其简单的结构 方便 灵活的 安装方法 较低的运行费用和低廉的产品价格等方面的特点 已使其成为当今无 功功率补偿技术中使用的主导产品 尤其是随着电容器制造技术的日益成熟 其质量水平 寿命等级 安全运行可靠性等指标得以大大提高 品种 规格也越 来越齐全 为补偿装置的设计和制作带来了极大的便利 故由其为主体制作的 石家庄铁道大学毕业设计 6 各种电容器补偿和滤波成套装置也越来越多 已逐步取代了传统的同步调相机 4 2 3 3 无功功率补偿的方式 按补偿装置的工作方式可分为 1 三相共同补偿 2 三相分别补偿 3 共 补 分补相结合的综合补偿 4 三相不平衡补偿等几种 本设计采用三相共同补偿 在此选用 BFM11 2000 3W 的浸渍二芳乙烷全 膜介质的集合式并联电容器 额定电压 11kV 额定容量 2000kvar 三相使用在 户外 电容器个数为 2 2000 4000 q Q n c c 由于变压器和并联电容器都为三相的 即这种电容器需要 2 台即可 石家庄铁道大学毕业设计 7 第 3 章 变压器的选择 电力变压器 是变电所中最关键的一次设备 其功能是将电力系统中的电 能电压升高或降低 以利于电能的合理输送 分配和使用 3 1 变压器选择的有关规定 电力变压器按电压调节方式分 有无载调压和有载调压两大类 按绕组绝 缘和冷却方式分 有油浸式 干式和充气式等 工厂变电所大多采用油浸式自 冷式变压器 1 主变容量和台数的选择 应根据 电力系统设计技术规程 SDJ161 85 有关规定和审批的电力规划设计决定进行 凡有两台及以上主变的变电所 其 中一台事故停运后 其余主变的容量应保证供应该所全部负荷的 70 在过负 荷能力后的允许时间内 应保证用户的一级和二级负荷 若变电所所有其他能 源可保证在主变停运后用户的一级负荷 则可装设一台主变压器 2 与电力系统连接的 220 330kV 变压器 若不受运输条件限制 应选用三 相变压器 3 根据电力负荷的发展及潮流的变化 结合系统短路电流 系统稳定 系 统继电保护 对通信线路的影响 调压和设备制造等条件允许时 应采用自耦 变压器 4 在 220 330kV 具有三种电压的变电所中 若通过主变各侧绕组的功率均 达到该变压器额定容量的 15 以上 或者第三绕组需要装设无功补偿设备时 均宜采用三绕组变压器 5 主变调压方式的选择 应符合 电力系统设计技术规程 SDJ161 的有关 规定 3 3 2 变压器容量的选择 主变容量的确定应根据电力系统 5 10 年发展规划进行 根据 35 110kV 变电所设计规范 规定 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 石家庄铁道大学毕业设计 8 故本设计满足两个条件 1 任一台变压器单独运行时 宜满足总计算负荷的 60 70 的需要 Z S 60 70 3 1 S Z S 2 任一台变压器单独运行时 应满足全部一 二级负荷的需要 Z S 3 2 S Z S 由式 3 1 3 2 算得 S 7 392 kV A 本变电所应适当考虑今后 5 10 年电力负荷的增长 留有一定的余地 已知 变电所年负荷年增长率为 5 因此 kV A 3 5105 0 156 10m1SS 5t 1 式中 m 年负荷年增长率 t 规划年限 再考虑到同时系数 K 0 85 所以 kV A813 50 70 850 75S85 0SD 查产品目录 选择两台变压器容量一样 每台变压器的容量均为 8000kV A 型号为 SZ11 8000 35 3 3 变压器的相关数据 3 3 1 变压器绕组的接线方式 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相一致 否则不能并列运行 该变 电所有二个电压等级 所以选用双绕组变压器 连接方式必须和系统电压相位 一致 否则不能并列运行 我国 110kV 及以上电压 变压器绕组都采用星形连 接 35kV 亦采用星形连接 其中性点多通过消弧线圈接地 对于变压器的中性点接地可以计算系统的单相接地电容电流 C I 3 1 350 l35lU I cabohN C 式中 系统的额定电压 kV N U 同一电压下的具有电气联系的架空线路总长度 km oh l 石家庄铁道大学毕业设计 9 同一电压下的具有电气联系的电联线路总长度 km cab l 由式 3 1 计算得变压器 35kV 侧的单相接地电容电流为 A满足要求 所2500425tI 22 t SkA 2 tI2 t K Q 以选用 ZN85A 40X 型的断路器 6 3 2 35kV 侧隔离开关的选择 高压隔离开关的功能 主要是隔离高压电源 以保证其他设备和线路的安 全检修 因此其结构有如下特点 即断开后有明显可见的断开间隙 而且断开 间隙的绝缘及相间绝缘都有足够可靠的 能充分保证设备检修的人身安全 但 是隔离开关没有专门的灭弧装置 因此不允许带负荷操作 隔离开关选择 GN27 40 5 型号隔离开关 选用的隔离开关额定电压为 40 5kV 系统电压 35kV 满足要求 选用的隔离开关额定电流 630A 263 9A 满足要求 动稳定校验 13 72kA满足要求 所以1600420tI 22 t SkA 2 tI2 t K Q 选用 ZN28 12 真空断路器 6 4 2 10kV 侧隔离开关的选择 隔离开关选择 GN19 10 1000 31 5 型号隔离开关 隔离开关额定电压为 10kV 系统电压 10kV 满足要求 隔离开关额定电流 1000A 923 76A 满足要 求 动稳定校验 18 462kA1 0 while for a step up transformer it is smaller than unity a1 0 同样的 一个升压变压器的变比小于 1 a 1 0 当 a 1 时 变压器的二次侧电压就等于起一次侧电压 这是一种特殊类型的变压器 可被 应用于当一次侧和二次侧需要相互绝缘以维持相同的电压等级的状况下 因此 我们把这种类型的变压器称为绝缘型变压器 显然 铁芯中的电磁通形成了连接原边和副边的回路 在第四部分我们会 石家庄铁道大学毕业设计 48 了解到当变压器带负荷运行时一次侧绕组电流是如何随着二次侧负荷电流变化 而变化的 从电源侧来看变压器 其阻抗可认为等于 Vp Ip 从等式 p s V V p s I I a 中我们可知 Vp aVs 并且 Ip Is a 根据 Vs 和 Is 可得 Vp 和 Ip p s E E 的比例是 p p V I s s aV Ia 2 s s a V I 但是 Vs Is 负荷阻抗 ZL 因此我们可以这样表示 Zm primary a2ZL 这个等式表明二次侧连接的阻抗折算到电源侧 其值为原来的 a2 倍 我们把这 种折算方式称为负载阻抗向一次侧的折算 这个公式应用于变压器的阻抗匹配 4 有载情况下的变压器 一次侧电压和二次侧电压有着相同的极性 一般习惯上用点记号表示 如 果点号同在线圈的上端 就意味着它们的极性相同 因此当二次侧连接着一个 负载时 在瞬间就有一个负荷电流沿着这个方向产生 换句话说 极性的标注 可以表明当电流流过两侧的线圈时 线圈中的磁动势会增加 因为二次侧电压的大小取决于铁芯磁通大小 0 所以很显然当正常情况 下负载电势 Es 没有变化时 二次侧电压也不会有明显的变化 当变压器带负荷 运行时 将有电流 Is 流过二次侧 因为 Es 产生的感应电动势相当于一个电压 源 二次侧电流产生的磁动势 NsIs 会产生一个励磁 这个磁通的方向在任何一 个时刻都和主磁通反向 当然 这是楞次定律的体现 因此 NsIs 所产生的磁 动势会使主磁通 0 减小 这意味着一次侧线圈中的磁通减少 因而它的电压 Ep 将会增大 感应电压的减小将使外施电压和感应电动势之间的差值更大 它 将使初级线圈中流过更大的电流 初级线圈中的电流 Ip 的