华北水利水电大学电气工程毕业设计-变电站电气部分初步设计

存档编号存档编号 华北水利水电学院华北水利水电学院 North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power 毕毕 业业 设设 计计 题目题目 学学院院电力学院电力学院 专专业业电气工程及其自动化电气工程及其自动化 姓姓名名 学学号号 指导教师指导教师 完成时间完成时间 教务处制 独立完成与诚信声明 本人郑重声明 所提交的毕业设计 论文 是本人在指导教师的指 导下 独立工作所取得的成果并撰写完成的 郑重确认没有剽窃 抄袭 等违反学术道德 学术规范的侵权行为 文中除已经标注引用的内容外 不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意 本 人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 毕业设计 论文 作者签名 指导导师签名 签字日期 签字日期 毕业设计 论文 版权使用授权书 本人完全了解华北水利水电学院有关保管 使用毕业设计 论文 的规定 特授权华北水利水电学院可以将毕业设计 论文 的全部或部 分内容公开和编入有关数据库提供检索 并采用影印 缩印或扫描等复 制手段复制 保存 汇编以供查阅和借阅 同意学校向国家有关部门或 机构送交毕业设计 论文 原件或复印件和电子文档 涉密的成果在解 密后应遵守此规定 毕业设计 论文 作者签名 导师签名 签字日期 签字日期 目目录录 中文摘要 I Abstract II 第一部分 设计说明书 1 第 1 章 变电站主变压器的选择 1 1 1 原始资料 1 1 1 1 变电站总体情况 1 1 1 2 进出线及负荷情况 1 1 1 3 环境条件 1 1 1 4 主要用户负荷资料 2 1 2 变电站主变压器的选择依据 3 1 2 1 主变压器容量 3 1 2 2 主变压器台数 3 1 2 3 主变压器型式 4 1 2 4 调压方式 4 1 2 5 冷却方式 4 第 2 章 电气主接线的设计 6 2 1 电气主接线的设计原则 6 2 2 电气主接线的基本要求 6 2 2 1 可靠性 6 2 2 2 灵活性 6 2 2 3 经济性 7 2 3 110kV 侧主接线的设计方案 7 2 3 1 方案的初步设计 7 2 3 2 方案各自的特点与适用范围 7 2 3 3 分析比较 8 2 4 35kV 侧主接线的设计方案 8 2 4 1 方案的初步设计 8 2 4 2 方案各自的特点与适用范围 8 2 4 3 分析比较 9 2 5 10kV 侧主接线的设计方案 9 2 5 1 方案的初步选择 10 2 5 2 方案各自的特点与适用范围 10 2 5 3 分析比较 10 2 6 电气主接线图 10 第 3 章 短路电流计算 12 3 1 短路电流计算 12 3 1 1 短路电流计算的目的 12 3 1 2 短路点的选取 12 3 1 3 三相短路电流的计算 12 3 1 4三相短路电流的计算结果 13 3 1 5 不对称短路电流计算 13 3 1 6 不对称短路的短路电流的计算结果 14 第 4 章 电气设备的选择和校验 15 4 1 电气设备选择的一般条件 15 4 1 1 按正常工作条件选择 15 4 1 2 按短路情况校验 15 4 2 敞露母线及电缆的选择 16 4 2 1 敞露母线的选择 16 4 2 2 电力电缆的选择 20 4 2 3 选择结果 21 4 3 绝缘子和穿墙套管的选择 21 4 3 1 按额定电压选择 21 4 3 2 种类和型式 21 4 3 3 按最大持续工作电流选择穿墙套管 22 4 3 4 校验穿墙套管的热稳定 22 4 3 5 校验支柱绝缘子和穿墙套管的动稳定 22 4 3 6 选择结果 22 4 4 高压断路器的选择 23 4 4 1 种类和型式的选择 23 4 4 2 按额定电压选择 24 4 4 3 按额定电流选择 24 4 4 4 额定开断电流选择 24 4 4 5 热稳定校验 24 4 4 6 动稳定校验 24 4 4 7 选择结果 24 4 5 隔离开关的选择 24 4 5 1 种类和型式的选择 25 4 5 2 按额定电压选择 25 4 5 3 按额定电流选择 25 4 5 4 热稳定校验 25 4 5 5 动稳定校验 25 4 5 6 选择结果 25 4 6 高压熔断器的选择 26 4 6 1 保护电压互感器的高压熔断器 26 4 6 2 保护一般回路的熔断器 26 4 6 3 选择结果 26 4 7 电流互感器的选择 27 4 7 1 种类和型式的选择 27 4 7 2 一次回路额定电压和电流的选择 27 4 7 3 额定二次电流的选择 27 4 7 4 准确级选择 27 4 7 5 热稳定校验 28 4 7 6 动稳定校验 28 4 7 7 选择结果 28 4 8 电压互感器的选择 28 4 8 1 额定电压的选择 28 4 8 2 种类和型式的选择 29 4 8 3 准确级的选择 29 4 8 4 选择结果 29 4 9 避雷器的选择 30 4 9 1 种类和型式的选择 30 4 9 2 选择结果 31 4 10 互感器避雷器在主接线中的配置 31 4 10 1 电流互感器的配置 31 4 10 2 电压互感器的配置 31 4 10 3 避雷器的配置 32 4 11 消弧线圈的选择 32 4 11 1 中性点不接地的适用范围 32 4 11 2 中性点接地方式的选择 33 4 1 3 主变压器中性点接地选择 33 4 1 4 选择结果 33 第 5 章 配电装置的设计 34 5 1 配电装置的基本要求和设计的基本步骤 34 5 1 1 基本要求 34 5 1 2 设计基本步骤 34 5 2 配电装置的特点 34 5 2 1 屋内配电装置 34 5 2 2 屋外配电装置 34 5 3 各电压等级配电装置的设计 35 第 6 章 主变压器保护配置 36 6 1 变压器继电保护概述 36 6 2 变压器保护的配置原则 36 6 3 变压器的瓦斯保护 37 6 4 变压器纵联差动保护 37 6 4 1 差动保护整定计算原则 37 6 5 变压器相间短路的后备保护 39 第二部分设计计算书 40 第 7 章变电站主变压器的选择 40 7 1 主变压器容量的确定 40 7 2 主变压器的参数计算 40 7 2 1 各绕组的短路电压计算 41 第 8 章 三相短路电流计算 42 8 1 基准值选取 42 8 2 等值电路图 42 8 3 不同短路点的三相短路电流计算 43 8 3 1 在 K1 点短路的短路电流计算 43 8 3 2 在 K2 点短路的短路电流计算 43 8 3 3 在 K3 点短路的短路电流计算 44 8 3 4 三相短路电流的计算结果 46 8 4 不对称短路电流计算 46 8 4 1 正序增广网络 46 8 4 2 在 K1 点的不对称短路电流计算 46 8 4 3 在 K2 点的不对称短路电流计算 48 8 4 4 在 K3 点的不对称短路电流计算 49 8 4 5 不对称短路的短路电流的计算结果 50 第 9 章 电气设备的选择 51 9 1 敞露母线及电缆的选择 51 9 1 1 110kV 侧母线的选择 51 9 1 2 35kV 侧母线的选择 54 9 1 3 10kV 侧母线的选择 56 9 1 4 110kV 侧架空出线的选择 58 9 1 5 35kV 侧架空出线的选择 59 9 1 6 10kV 侧电缆出线的选择 61 9 2 绝缘子和穿墙套管的选择 62 9 2 1 110kV 侧支柱绝缘子的选择 62 9 2 2 35kV 侧支柱绝缘子的选择 63 9 2 3 10kV 侧支柱绝缘子的选择 64 9 2 4 110kV 侧悬式绝缘子的选择 65 9 2 5 35kV 侧悬式绝缘子的选择 65 9 2 6 10kV 侧穿墙套管的选择 66 9 3 高压断路器的选择 67 9 3 1 110kV 侧断路器的选择 67 9 3 2 35kV 侧断路器的选择 69 9 3 3 10kV 侧断路器的选择 70 9 4 隔离开关的选择 72 9 4 1 110kV 侧隔离开关的选择 72 9 4 2 35kV 侧隔离开关的选择 73 9 4 3 10kV 侧隔离开关的选择 74 9 4 4 中性点隔离开关的选择 76 9 5 高压熔断器的选择 77 9 5 1 35kV 侧高压熔断器的选择 77 9 5 2 10kV 侧高压熔断器的选择 78 9 6 电流互感器的选择 78 9 6 1 110kV 侧电流互感器的选择 78 9 6 2 35kV 侧电流互感器的选择 79 9 6 3 10kV 侧电流互感器的选择 80 9 7 电压互感器的选择 81 9 7 1 110kV 侧母线电压互感器的选择 81 9 7 2 35kV 侧母线电压互感器的选择 81 9 7 3 10kV 侧母线电压互感器的选择 82 9 8 避雷器的选择 82 9 8 1 110kV 侧避雷器的选择 82 9 8 2 35kV 侧避雷器的选择 82 9 8 3 10kV 侧避雷器的选择 83 9 8 4 110kV 侧变压器中性点避雷器的选择 83 9 8 5 10kV 电缆出线侧避雷器的选择 83 9 9 消弧线圈的选择 84 9 9 1 概述 84 9 9 2 35kV 侧消弧线圈的选择 84 9 9 3 10kV 侧消弧线圈的选择 84 第 10 章 变压器保护整定计算 85 10 1 变压器主保护的整定计算 85 10 1 1 BCH 2 型差动继电器构成的纵联差动保护 85 10 1 2 BCH 1 型差动继电器构成的纵联差动保护 88 致谢 92 参考文献 93 附录一 94 外文原文 94 外文译文 98 附录二 毕业设计任务书 101 附录三 105 华北水利水电学院本科生毕业设计 论文 开题报告 105 附录四 电气主接线图 110 第 I页 中文摘要 本次设计的题目是 变电站电气部分初步设计 该变电站是按系统规划 为 满足地方负荷的需要而建设的终端变电站 根据原始资料和设计要求 主要进行了电气主接线方案设计 三相短路电流 计算 主要电气设备的选择以及变压器的保护设置 通过技术经济比较 论证 采用了 110kV 侧双母线接线 35kV 侧单母线分段接线 10kV 侧单母线分段接线 的主接线设计方案 短路电流计算的目的是为了选择导体和电气设备 并进行有 关的校验 一般情况下 三相短路电流产生的热效应和电动力较大 在选取短路 点之后 采用运算曲线法完成三相短路电流的计算 在短路电流计算的基础上对 电气设备进行选择 电气设备一般按正常工作条件进行选择 并按照短路状况来 校验热稳定和动稳定 重点对高压断路器 高压隔离开关 电流互感器 电压互 感器 熔断器 避雷器 母线及绝缘子进行了选择 电力变压器是电力系统中十 分重要的供电元件 它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影 响 必须根据变压器的容量和重要程度考虑装设性能良好 工作可靠的继电保护 装置 本设计中的变电站容量为 40000kVA 是终端变电站 采用瓦斯保护和纵 差动保护作为变压器的主保护 关键词 主接线 变压器 高压断路器 高压隔离开关 互感器 第 II页 Abstract The design topic is 12088 Electrical Substation of preliminary design The substation is on the planning system to meet the needs of the local load on the terminal building and substation According to the original data and design requirements mainly for the electrical wiring program design three phase short circuit current mainly electrical equipment selection and the protection of transformer installed Through the technical and economic comparison demonstration USES 110 kV side double bus wiring 35 kV side out lines single bus 10 kV side single bus out lines Lord wiring design scheme Short circuit current calculation is designed to choose conductors and electrical equipment and the calibration Under normal circumstances Three phase short circuit current of the thermal effect and powered higher in the short point selection Operational curve method used to complete the three phase short circuit current calculation To choose electrical equipment on the basic of short circuit the electrical equipment are chosen under the normal working condition and in accordance with short circuit condition to check the thermal stability and dynamic stability Focus on high voltage circuit breakers high voltage isolation switch current transformer and voltage transformer fuse arrester Bus and insulator for the choice Power transformer power system is a very important component of the power supply The fault of it will affect the steadiness of supply and the normal operation of system We should consider reliable protection devices according to the capacity and importance of transformers In this design the capacity of the substation is 40000kVA and it is terminal substation It adopts gas protection and longitudinal different protection as the main protection of transformer Key Words main wiring transformers high voltage circuit breakers high voltage isolator mutual inductor 华北水利水电学院毕业设计 第 1页 第一部分 设计说明书 第 1 章 变电站主变压器的选择 1 1 原始资料 1 1 1 变电站总体情况 为满足乡镇负荷日益增长的需要 提高对用户供电的可靠性和电能质量 根 据系统发展规划 拟建设一座区域性降压变电站 电压等级 110 35 10kV 设计容量 安装两台主变压器 进出线回路数 110kV 本期 3 回 远景发展 1 回 35kV 本期 6 回 远景发 展 2 回 10kV 本期 8 回 远景发展 2 回 35kV 架空出线长约为 20km 10kV 电 缆出线长约为 2km 同时系数 35kV 取 0 9 10kV 取 0 9 35kV 各负荷与 10kV 各负荷之间取 0 9 本站主要供电负荷总用电量近期为 26 7MW 远期为 60 7MW 详见表 1 1 1 2 1 1 2 进出线及负荷情况 110kV 侧 出线 4 回 本期 3 回 其中两回为电源进线 另两回为出线 本 期拟建设一回 留一回作为备用出线间隔 出线正常时每回最大功率为 35000KVA 最小为 25000KVA 最大负荷利用时间为 4300h 短路容量 2000MVA 35kV 侧 出线 8 回 本期 6 回 为架空线出线 每回最大负荷 12000KVA 无电源进线 负荷功率为 0 9 最大利用负荷小时数为 4200h 10kV 侧 出线共计 10 回 本期 8 回 为电缆出线 每回负荷 5000KVA 负荷功率为 0 9 最大负荷利用小时数为 5400h 1 1 3 环境条件 当地年最高温度 40 年最低温度 20 最热月平均温度 20 年平均 华北水利水电学院毕业设计 第 2页 温度 15 最热月平均最高温度 40 最大风速25m s 变电站站址区海拔200m 地势平坦 为非强地震区 输电线路走廊阔 架设方便 土壤电阻率为cm 100 土壤热阻率wcmpt 120 土壤温度 20 变电站保护地下水位较低 水质 良好 无腐蚀性 1 1 4 主要用户负荷资料 1 变电站 110kV 侧系统为无穷大功率系统 2 变电站 35kV 侧负荷 表 1 135kV 侧负荷情况 用户名称用户类别最大近期负荷 MW 最大远期负荷 MW 功率因数 郊区 2 550 9 水泥厂 240 9 柴油机厂 240 9 印染厂 240 9 橡胶厂 360 9 远期 1 线 040 9 远期 2 线 040 9 3 变电站 10kV 侧负荷 表 1 210kV 侧负荷情况 用户名称用户类别最大近期负荷 MW 最大远期负荷 MW 功率因数 食品厂 2 64 20 9 棉纺厂 3 44 20 9 毛纺厂 350 9 针织厂 4 25 20 9 市区 25 30 9 远期 1 线 040 9 远期 2 线 040 9 华北水利水电学院毕业设计 第 3页 注 总负荷 近期为 26 7MW 远期为 62 9MW 其中 35kV 侧近期为 11 5MW 远期为 31MW 10kV 侧近期为 15 2MW 远期为 31 9MW 1 2 变电站主变压器的选择依据 发电厂和变电站中 用于向电力系统或用户输送功率的变压器 称为主变压 器 只用于两种升高电压等级之间交换功率的变压器 称为联络变压器 主变压器的选择除依据基础资料外 主要取决于输送功率的大小 与系统连 接的紧密程度 运行方式及负荷的增长速度等因素 并至少要考虑 5 年内负荷的 发展需要 根据 电力工程电气设计手册 中主变压器选择的有关规定 主变压 器的台数 容量和型式等的选择如下 1 2 1 主变压器容量 变电站主变压器的容量一般按变电站建成后 5 10 年的规划负荷考虑 并且 按照其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷 MAX S的 60 70 35 110kV 变电站为 60 220 500kV 变电站为 70 或全部重要负荷选择 即 1 7 0 6 0 n S S MAX n cos 9 0 9 09 0 21 SS SMAX 式中 n 为变电站主变压器台数 MAX S为变电站最大负荷 0 9 为同时系数 1 S为 35kV 侧最大远期负荷 2 S为 10kV 侧最大远期负荷 cos为功率因素 取 0 9 1 2 2 主变压器台数 为保证供电的可靠性 变电站一般装设 2 台主变压器 两台主变压器互为备 用 枢纽变电站装设 2 4 台 地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站 可装设 3 台 华北水利水电学院毕业设计 第 4页 1 2 3 主变压器型式 1 相数 330kV 及以下的发电厂和变电站中 一般都选用三相式变压器 因为单相变 压器组相对投资大 占地多 运行损耗也较大 同时配电装置结构复杂 也增加 了维修工作量 2 绕组数 有两种升高电压向用户供电或与系统连接的发电厂 以及有三种电压的变电 站 可以采用双绕组变压器或三绕组变压器 3 绕组连接组别 通过查选定的变压器的技术数据可得 110 500kV 均有三绕组变压器 其接 线组别为 YN y0 d11 YN yn0 d11 YN yn0 y0 等 4 结构型式 三绕组变压器在结构上有两种基本型式 升压型和降压型 变电站的三绕组变压器 如果以高压侧向中压侧供电为主 向低压侧供电为 辅 则选用降压型 如果以高压向低压侧供电为主 向中压侧供电为辅 可选用 升压型 1 2 4 调压方式 有载调压变压器的分接头较多 调压范围可达 30 且分接头可在带负荷的 情况下调节 但其结构复杂 价格贵 在以下情况采用较为合理 1 出力变化大 或发电机经常在低功率因数运行的发电厂的主变压器 2 具有可逆工作特点的联络变压器 3 电力潮流变化大和电压偏移大的 110kV 变电站的主变压器 4 电网电压可能有较大变化的 220kV 及以上的降压变压器 1 2 5 冷却方式 冷却方式随其型式和容量不同而异 主要有 1 自然风冷却 额定容量在 10000kVA 及以下 2 强迫空气冷却 额定容量在 8000kVA 及以上 3 强迫油循环风冷却 额定容量在 40000kVA 及以上 4 强迫油循环水冷却 额定容量在 120000kVA 及以上 华北水利水电学院毕业设计 第 5页 综上所述 本站选用两台三相三绕组变压器 容量为 40000kVA 调压方式 为有载调压 冷却方式为油浸风冷方式 变压器型号 SFSZ9 40000 100 主变 压器技术参数如表 1 3 所示 表 1 3SFSZ9 40000 110 三绕组变压器其额定技术参数 型号 额定容 量 kVA 额定电压 kV 连接 组 空载 损耗 kW 空载 电流 阻抗电压 高压中压低压高中高低中低 SFSZ9 40000 11040000 110 2 2 5 38 5 5 10 5YN yn0 d11 410 910 5176 5 注 变压器型号中字母代表的含义 S 在第一位表示三相 在第三 第四则表示三绕组 F 代表风冷式 Z 代表有载调压 华北水利水电学院毕业设计 第 6页 第 2 章 电气主接线的设计 2 1 电气主接线的设计原则 电气主接线是发电厂 变电站电气设计的首要部分 也是构成电力系统的重 要环节 主接线的确定对电力系统整体及发电厂 变电站本身运行的可靠性 灵 敏性和经济性密切相关 并且对电气设备选择 配电装置布置 继电保护和控制 方式的拟定有较大影响 因此 必须正确处理好各方面的关系 全面分析有关影 响因素 通过技术经济比较 确定主接线方案 2 2 电气主接线的基本要求 对电气主接线的基本要求 概括地说包括可靠性 灵活性和经济性三方面 2 2 1 可靠性 可靠性即主接线无故障工作时间所占的比例 主要指当主回路发生故障或电 气设备检修时 主接线在结构上能够将故障或检修所带来的不利影响限制在一定 范围内 以提高供电的能力和电能的质量 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 以及母线或母线隔离开关检修时 尽量减少停运 出线的回路数和停运时间 并保证对 类负荷的供电 3 尽量避免发电厂或变电站全部停运的可能性 4 对装有大型机组的发电厂及超高压变电站 应满足可靠性的特殊要求 2 2 2 灵活性 1 调度灵活 操作方便 应能灵活的投入和切除机组 变压器或线路 灵活地调配电源和负荷 能满足系统在正常 事故 检修及特殊运行方式下的要 求 2 检修安全 应能方便的停运线路 断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修而不影响系统的正常运行及用户的供电要求 华北水利水电学院毕业设计 第 7页 3 扩建方便 应能容易的从初期过渡到终期接线 使在扩建时一 二次 设备所需的改造最小 2 2 3 经济性 从经济性上考虑就是要看满足投资省 年运行费小 占地面积小 在可能的 情况下 应该采取一次设计 分期投资 投产 尽快发挥经济效益 2 3 110kV 侧主接线的设计方案 110kV 配电装置可能接线形式有不分段单母线 分段单母线 分段单母线带 旁路 双母线 双母线带旁路等 2 3 1 方案的初步设计 方案一 双母线接线 方案二 单母线分段接线 2 3 2 方案各自的特点与适用范围 1 单母线分段主接线的特点 单母线分段接线 即用分段断路器或分段隔离开关将单母线分成几段 优点 分段的单母线和不分段的相比较 提高了可靠性和灵活性 缺点 分段的单母线接线增加了分段设备的投资和占地面积 某段母线故障 或检修仍有停电问题 某回路的断路器检修 该回路停电 扩建时 需向两端均 衡扩建 适用范围 6 10kV 配电装置 出线回路数为 6 回及以上时 发电机电压配电装置 每段母线上的发电机容量为 12MW 及以下时 35 63kV 配电装置 出线回路数为 4 8 回时 110 220kV 配电装置 出线回路数为 3 4 回时 2 双母线接线的特点 优点 供电可靠 运行方式灵活 扩建方便 可向母线的任一端扩建 缺点 在倒母线的操作过程中 需使用隔离开关切换所以负荷电流回路 操作过程比较复杂 容易造成误操作 工作母线故障时将造成短时全部进出线停电 华北水利水电学院毕业设计 第 8页 在任一断路器检修时 该回路仍需停电或短时停电 使用的母线隔离开关数量较多 同时也增加了母线的长度 使得配 电装置结构复杂 投资和占地面积增大 适用范围 6 10kV 配电装置 当短路电流较大 出线需带电抗器时 35 63kV 配电装置当出线回路超过 8 回时 或连接的电源较多 负荷较大 时 110 220kV 配电装置出线回路为 5 回及以上时 或者出线回路为 4 回但在 系统中地位重要时 2 3 3 分析比较 本次设计的变电站 110kV 侧进出线 4 回 其中两回为电源进线 另两回为 出线 本期拟建设一回 留一回为备用出线间隔 由 电力工程电气设计手册 中的规定可知 110kV 侧配电装置可采用单母线分段的接线方式 但是综合考虑到本变电站 110kV 侧有明显的穿越功率 该变电站一旦停电 不但对本地区的工农业生产造成很大的影响 而且影响全系统的安全运行 为了 更好地提高本站的运行安全的程度 宜采用双母线分段的接线方式 2 4 35kV 侧主接线的设计方案 35 63kV 配电装置可能接线形式有不分段单母线 分段单母线 分段单母线 带旁路 双母线 桥型接线等 2 4 1 方案的初步设计 方案一 单母线分段接线 方案二 不分段单母线接线 2 4 2 方案各自的特点与适用范围 1 不分段单母线接线的特点 特点就是只有一组工作母线 这种接线的每回进出线都只经过一台断路器固 定于母线的某一段上 优点 接线简单 清晰 配置的设备较少 比较经济 操作简单方便 便于 扩建 另外隔离开关仅仅用于检修 不作为操作电器 不易发生误操作 华北水利水电学院毕业设计 第 9页 缺点 可靠性不好 不够灵活 母线和隔离开关检修或发生短路故障时 造 成全部停电 适用范围 不分段单母线接线一般只适用于 6 220kv 系统中只有一台发电机或一台主 变压器的以下三种情况 6 10kV 配电装置的出线不超过 5 回时 35 60kV 配电装置的出线不超过 3 回时 110 220kV 配电装置的出线不超过 2 回时 2 单母线分段接线的特点 如上 2 2 2 所述 2 4 3 分析比较 本次设计的变电站 35kV 侧出线为 8 回 本期 6 回 由 电力工程电气设计 手册 中的规定可知 35kV 侧配电装置宜采用单母线分段的接线方式 有如下 优点 两母线段可并列运行 也可以分裂运行 重要用户可以用双回路接于不同母线段 保证不间断供电 任一段母线或母线隔离开关检修 只停该段 其他段可继续供电 减少了 停电范围 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故障切除 保证正常段母线不间 断供电和不致使重要用户停电 若采用不分段单母线接线方式 有接线简单 清晰 配置的设备较少 比较 经济 操作简单方便 便于扩建等优点 但其可靠性不好 不够灵活 母线和隔 离开关检修或发生短路故障时 造成全部停电 且 35 63kV 配电装置不分段单 母线接线的适用范围为 出线回路数不超过 3 回 本次设计变电站 35kV 侧出线 为 8 回 与之不符 故综上所述 35kV 侧的主接线宜采用方案一 2 5 10kV 侧主接线的设计方案 6 10kV 配电装置常采用分段单母线 有时也采用双母线接线 以便于扩建 华北水利水电学院毕业设计 第 10页 2 5 1 方案的初步选择 方案一 单母线分段接线 方案二 双母线接线 2 5 2 方案各自的特点与适用范围 1 单母线分段接线的特点 如上 2 2 2 所述 2 双母线接线的特点 如上 2 2 2 所述 2 5 3 分析比较 本次设计的变电站 10kV 侧出线为 10 回 本期 8 回 由 电力工程电气设 计手册 中的规定可知 10kV 侧配电装置宜采用单母线分段的接线方式 有如 下优点 供电可靠性 当一组母线停电或故障时 不影响另一组母线供电 调度灵活 任一电源消失时 可用另一电源带两段母线 扩建方便 在保证可靠性和灵活性的基础上 较经济 缺点 当一段母线故障或检修时该段母线的回路都要在检修期间停电 扩建时需两端均衡扩建 若采用双母线接线方式 虽然提高了供电的可靠性和灵活性 但其使用设 备多 配电装置结构复杂 投资和占地面积较大 且操作过程比较复杂 易发生 误操作事故 又单母线接线方式满足 6 10kV 配电装置的适用范围 出线回路为 6 回及以上 故综上所述 10kV 侧的主接线宜采用方案一 2 6 电气主接线图 通过方案一与方案二的分析比较 最终确定采用方案一 其电气主接线图如 图 2 1 所示 华北水利水电学院毕业设计 第 11页 QFd QFd QFc 110KV 远景出线系统1系统2 本期6回 本期8回 10KV 35KV 图 2 1 变电站电气主接线图 华北水利水电学院毕业设计 第 12页 第 3 章 短路电流计算 3 1 短路电流计算 3 1 1 短路电流计算的目的 1 电气主接线的比较与选择 2 选择导线的电气设备 3 确定中性点的接地方式 4 计算软导线的短路摇摆 5 定分裂导线间隔棒的距离 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 3 1 2 短路点的选取 选取短路点的个数 主要依据变电站的电压等级数 本站有三个电压等级 故应至少选择三个短路电流计算点 分别代表 110kV 35kV 和 10kV 工作母线 上的短路点 即 K1 K2 K3 然后根据这三个短路点来依次计算对应点的短 路电流值 并利用这三个短路电流值来分别校验对应电压等级母线上的电气设 备 及与母线相连的进出线上的电气设备的动稳定和热稳定校验 若满足要求 则不需要再计算 否则 若某个 些 电气设备经校验不满足 则要针对这个 些 电气设备重新确定一个 些 短路点再进行短路电流计算 然后再校验 或者改 用性能更好的电气开关设备 3 1 3 三相短路电流的计算 计算步骤如下 1 选定基准电压和基准容量 把网络参数化为标么值 2 根据规定的电气设备选择任务 确定所用的短路计算点 3 计算各个电气元件的电抗标么值 画出以标么值表示的等值电路图 4 对各短路计算点进行网络化简 求出电网对短路点的等值电抗 X 5 短路点短路前的开路电压除以电网对该点的等值电抗得到三相短路电 华北水利水电学院毕业设计 第 13页 流 6 求出各电源电动势对短路节点间的转移电抗 if X 7 将各电源的转移电抗按该电源发电机的额定功率归算 即求出计算电 抗 ijs X 8 按时刻t和 ijs X查运算曲线得到各电源送至f点的短路电流标么值 9 求出短路点短路电流的有名值 3 1 4三相短路电流的计算结果 三相短路电流的计算结果见表 3 1 表 3 1三相短路电流的计算结果 短路位置 f I kAI f kAish kVUB 110kV 侧20 10 0425 602115 35kV 侧5 525 8 62121 98437 10kV 侧3 81220 9553 44810 5 详细计算内容请参见第二章计算书 3 1 5 不对称短路电流计算 不对称短路的类型包括 单相接地短路 两相短路 两相接地短路 计算方法 对称分量法 正序增广网络法 故障相短路电流的值和正序分量有一定关系 即 ZZ U I f f 1 0 1 1 ff MII 式中 Z为正序增广网络中的附加阻抗 M 为故障相短路电流对正序分量的倍数 表 3 2 列出了各种短路时 Z和 M 的值 对于两相接地短路 表中的 M 值只 适用于纯电阻的情况 华北水利水电学院毕业设计 第 14页 表 3 2各种短路时的 Z和 M 值 短路类型 ZM 单相短路 0 2 ZZ3 两相短路 2 Z 3 两相短路接地 0 2 0 2 ZZ ZZ 2 0 2 0 2 13 xx xx 3 1 6 不对称短路的短路电流的计算结果 不对称短路的短路电流的计算结果见表 3 3 表 3 3不对称短路的短路电流计算结果 短路类型单相短路 kA 两相短路 kA 两相短路接地 kA 110KV 侧11 0588 69610 652 35KV 侧11 197 46510 934 10KV 侧0 18 15118 151 详细计算内容请参见第二章计算书 华北水利水电学院毕业设计 第 15页 第 4 章 电气设备的选择和校验 本设计要求选择的设备主要包括 母线 电力电缆 穿墙套管 绝缘子 断 路器 隔离开关 熔断器 互感器 避雷器及消弧线圈 4 1 电气设备选择的一般条件 4 1 1 按正常工作条件选择 1 按额定电压选择 NSN UU 式中 N U为电气设备额定电压 NS U为电网额定电压 2 按额定电流选择 maxg N alIKII 式中 alI为长期运行电流 maxgI为最大持续工作电流 K为综合修正系数 对于裸导体和电缆 25 al al K 对于电器 6040 时 018 0 40 1 K 400 时 005 0 40 1 K 0 时 2 1 K 式中 为实际环境温度 al 为裸导体或电缆芯正常最高允许温度 裸导体的al 一般取 70 电缆芯的al 与电缆结构有关 其值在 50 90 间 3 选择设备的种类和型式 应按电器的装置地点 使用条件 检修和运 行等要求 对设备进行种类和型式的选择 4 1 2 按短路情况校验 1 短路电流的计算条件 为使所选电器具有足够的可靠性 经济性和合理性 并在一定时间内能适应 系统发展的需要 作为校验用的的短路电流应按下述条件确定 容量和接线 短 路种类 短路计算点 2 短路计算时间 华北水利水电学院毕业设计 第 16页 校验电器设备的热稳定和开断能力时 必须合理地确定短路计算时间 校验热稳定的短路计算时间 k t ainprabprK tttttt 式中 pr t为后备继电保护动作时间 ab t为断路器全断开时间 in t为断路器固有 分闸时间 a t为燃弧时间 校验开断电器开断能力的短路计算时间 br t inprbr ttt 1 式中 1pr t为主继电保护动作时间 3 热稳定和动稳定校验 热稳定校验 热稳定就是要求所选的电气设备能承受短路电流所产生的热 效应 导体和电缆 minSS 式中 S为按正常工作条件选择的导体或电缆截面积 minS为按热稳定确定的导 体或电缆最小截面积 电器 k t QtI 2 式中 t I为允许通过电器的热稳定电流 t为允许通过电器的热稳定时间 KQ为 短路电流通过电器时所产生的热效应 动稳定校验 动稳定就是要求电气设备能承受短路冲击电流所产生的电动 力效应 硬导体 max al 式中 al 为导体材料最大允许应力 max 为导体最大计算应力 电器 shii es 式中 esi为电器允许通过的动稳定电流幅值 shi为短路冲击电流幅值 4 2 敞露母线及电缆的选择 4 2 1 敞露母线的选择 1 材料 一般情况下采用铝母线 在持续工作电流较大 且位置特别狭 窄的发电机 变压器出口处 以及污秽对铝有严重腐蚀而对铜腐蚀较轻的场所 采用铜母线 华北水利水电学院毕业设计 第 17页 2 截面形状 35kV 及以下 持续工作电流在 4000A 及以下 一般采用 矩形母线 持续工作电流在 4000 8000A 时 一般采用槽型母线 35kV 及以上 的屋外配电装置 可采用钢芯铝绞线 110kV 及以上 持续工作电流在 8000A 以上的屋内 屋外配电装置 采用管型母线 3 布置方式 钢芯铝绞线 管型母线一般采用三相水平布置 矩形 双 槽型母线常见布置方式有三相水平布置和三相垂直布置 导体的布置方式应根据 载流量的大小 短路电流水平和配电装置的具体情况而定 4 截面积选择 按最大持续工作电流选择 为保证母线正常工作时间的温度不超过允许值 应满足如下条件 maxgNal IKII 其中 2570 70 K 按经济电流密度选择 根据确定的母线材料和最大负荷年利用小时 max T由载流导体的经济电流密 度曲线图查出经济电流密度 J 则母线的经济截面积 J I S g j max 5 热稳定校验 满足热稳定要求的母线最小截面积CKQS fk min 其中 C 为热稳定系数 由母线材料及其正常运行最高工作温度 W 查表得出 2 max al g alW I I 只要实际选用的母线截面积 min SS 母线便是热稳定的 6 硬母线的共振校验 当未知绝缘子跨距 L 时 令Hzf160 1 计算导体不发生共振所允许的最大 绝缘子跨距 m EJ f N L f 1 max 其中一般取56 3 f N 7 动稳定校验 满足 max al 称母线满足动稳定 每相为单条导体 华北水利水电学院毕业设计 第 18页 导体所受最大弯距为 10 2 mN Lf M ph ph 单位长度导体上所受到的最大相间电动力 1 1073 1 27 mNi a f shph 导体相间抗弯截面系数 ph W 平放时 6 2 bh Wph 竖放时 6 2 bh Wph 导体最大相间计算应力 10 2 max Pa W Lf W M ph ph ph ph ph 每相为多条导体 相间应力 10 2 Pa W Lf W M ph ph ph ph ph 同相条间应力 2 2 2 Pa hb Lf W M bb b b b 其中 当每相两条时 ba2 并认为相电流在两条间平均分配 即 1 1025 0 2 5 0 102 12 27 12 2 7 mNKi b K b i f sh sh b 当每相为三条时 1 2 条间距离为ba2 1 3 条间距离为ba4 并认 为两边条各通过相电流的 40 中间条通过相电流的 20 即 1 1008 0 4 4 0 102 2 2 0 4 0 102 1312 27 13 2 7 12 7 KKi b K b i K b ii f sh shshsh b 管型导体 正常状态时母线所受最大弯矩和应力校验 a 母线自重产生的垂直弯矩 自重 3 0 10 S q 式中 为密度 铝锰合金取 2 73 S为导体截面积 垂直弯矩 2 0 1 0qLqMcz 式中 q 取 9 8 L 为跨距 取 8m 华北水利水电学院毕业设计 第 19页 b 集中荷载产生的垂直弯矩 qLPMcz 15 0 式中 P 为隔离开关加金具的重量 取 13 c 最大风速产生的水平弯矩 最大风速为smV 25 max 风压 16 2 max 1 V Dkaf vvv 式中 v a为风速不均匀系数 取 1 v k为空气动力系数 取 1 2 1 D为铝管外径 风弯矩 2 1 0qLfM vaf d 最大弯矩 22 max afcjcz MMMM e 最大应力 查表得 LF 21Y 50 45 的铝锰合金管型母线的断面系数22 4 W W Mmax max 100 安全系数 max 1300 q K 短路状态时母线所受最大弯矩和应力校验 a 短路电动力产生的水平弯矩 短路电动力 2 2 1076 1 a i f ch d 式中 ch i为三相短路冲击电流值 a为相间距离 取 1 4 为振动系数 工程计算取 0 85 该力为均匀载荷 则 短路电动力产生的水平弯矩 2 1 0LfM dsd b 内过电压下的风速产生的水平弯矩 风压 16 2 max 1 V Dkaf vvv 同样视为均布载荷 则 华北水利水电学院毕业设计 第 20页 风弯矩 qLfM vsf 1 0 c 最大弯矩 22 max cjczsfsd MMMMM d 最大应力 W Mmax max 100 安全系数 max 1300 q K 4 2 2 电力电缆的选择 电力电缆应按下列条件选择和校验 电缆芯材料及型号 额定电压 截面选 择 允许电压损失校验 热稳定校验 1 额定电压选择 NSN UU 2 截面选择 电力电缆截面 S 的选择原则和方法与裸母线基本相同 根数的确定 可以是一根截面大的或多根界面小的 一般按如下原则确定 根数 当 2 150mmS 时 用一根 当 2 150mmS 时 用 2 150 mmS跟 综合修正系数 K 空气中穿管敷设 2 KKK t 直接埋地敷设 43K KKK t 式中 2 K为空气中穿管敷设的修正系数 3 K为直埋电缆因土壤热阻不同的修正系数 4 K为土壤中多根电缆并列敷设的修正系数 3 允许电压损失校验 对供电距离较远 容量较大的电缆线路 应校验其电压损失 U 对于三 相交流电路 一般应满足 5 U NSgUxrLIU sincos 173 max 式中 maxgI为电缆线路最大持续工作电流 L为线路长度 华北水利水电学院毕业设计 第 21页 r x为电缆单位长度的电阻和电抗 cos为功率因素 NSU为电缆线路额定线电压 4 热稳定校验 电缆的热稳定校验与裸母线相同 但其中的1 Ks 4 2 3 选择结果 母线选择结果如表 4 1 所示 表 4 1母线选择结果 设备名称选择结果 110kV 母线LF 21Y 50 45 的铝锰合金管型导体 35kV 母线每相单条h b 80mm 10mm矩形铝导体LMY 10kV 母线每相三条h b 125mm 8mm矩形铝导体LMY 110kV 架空出线LGJ 240 的钢芯铝绞线 35kV 架空出线LGJ 185 的钢芯铝绞线 10kV 电缆出线YJLV22 型电缆 详细计算内容请参见第二章计算书 4 3 绝缘子和穿墙套管的选择 4 3 1 按额定电压选择 额定电压应满足 NSN UU 发电厂和变电站的 3 20kV 屋外支柱绝缘子和套管