郑州大学110kV变电所毕业设计.doc

郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 I 摘要 电能是能量的一种表现形式 是现代社会中最重要的能源 电能的生产和消 费具有同时性 且电能生产运行方式变化的过度过程十分短暂 电能与国民经济 各部门和人民生活关系密切 变电站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 为此 建设可靠性高 经济性好的变电所成为此次课题研究 的主题 本设计要求设计 TX 市近郊区的变电所 向市区工业区 生活区及郊区 乡镇工业与农业用户供电 现有的变电所建设存在着资金和土地资源浪费 重复 建设 改造困难以及影响周围环境等问题 不符合我国的可持续发展战略 为此 此次设计就这些方面提出了一些改进 以达到节约资源供电可靠效益最大化的目 的 关键词 变电所 变压器 可持续发展 可靠性 Abstract Electric is one of the expression shape for energy it s the most important energy in modern society and the process of producing electric is brief so is its change of running pattern Electricity are closely related to national economic sectors and people s lives Power plants and substations is to contact the user in the middle part plays a role in transformation and distribution of electric energy To this end building high reliability economy and good substation become part of the research topic This design requires design TX substation in suburbs to urban industrial areas living areas and rural township industrial and agricultural users supply there is an existing substation construction waste of money waste of land resources redundant construction renovation difficulties and affect the surrounding environment and other issues do not meet our country s sustainable development strategy For this reason the design is made some improvements in these areas in order to achieve maximum efficiency and reliable power resource conservation purposes Keywords substations transformers sustainable development reliability TX 110kV 变电站设计 II 目录 摘要 I Abstract I 1 绪论 1 1 1 变电站的基本类型 1 1 2 变电站所址选择和所区分布 2 1 3 选题目的及意义 2 2 任务书 4 2 1 毕业设计 论文 原始资料 4 2 2 电力系统接线简图 4 2 3 负荷资料 4 2 4 所址地址 气象等条件 5 2 5 设计计算任务 5 2 6 设计绘图任务 6 2 7 毕业设计 论文 应达到的主要指标 6 2 8 设计 论文 成品要求 7 2 9 参考资料 7 3 总体分析 8 4 电气主接线设计 10 4 1 电气主接线应满足的基本要求 10 4 2 影响主接线设计方案的因素 10 4 3 主接线设计的基本内容 11 4 4 各电压级主接线设计 11 4 5 主接线设计比较 11 4 6 总结 15 5 主变压器选择 16 5 1 主变选择 16 5 2 主变压器型式选择 17 5 3 主变压器选择结果 17 6 无功补偿 18 6 1 无功补偿的意义 18 6 2 无功补偿的原则 18 7 中性点接地方式的确定 20 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 III 7 1 110kV 电压级中性点接地方式 20 7 2 35kV 与 10kV 电压级中性点接地方式 20 7 3 消弧线圈选择 21 8 所用变压器的设计 23 9 短路电流计算 24 9 1 短路的危害 24 9 2 短路电流计算的目的 24 9 3 短路电流计算的一般规定 24 9 4 短路形式的确定 25 9 5 短路计算点的确定 25 9 6 短路电流的计算 25 10 电气设备选择 28 10 1 电气设备选择的一般原则与技术条件 28 10 2 导体的选择 32 10 3 高压电器的选择 33 11 防雷保护设计 37 11 1 电力系统过电压及变电所防雷保护设计的必要性 38 11 2 直击雷保护设计 39 11 3 雷电侵入波保护设计 40 12 配电装置与电气总平面设计 41 12 1 配电装置基本要求 42 12 2 配电装置分类 42 12 3 配电装置的最小安全净距 43 12 4 电气总平面设计 45 13 电气二次部分 46 13 1 继电保护的意义 47 13 2 电力系统对继电保护的要求 47 13 3 选择保护装置以及构成方案是的基本原则 48 13 4 本设计线路继电保护的类型 49 13 5 计算结果 49 14 变压器保护 50 14 1 变压器保护概述 51 14 2 变压器保护配置 52 14 3 主变压器保护计算 微机保护 54 结论 61 TX 110kV 变电站设计 IV 致谢 62 参考文献 63 附录一 外文资料 64 A1 1 原文 Urban network development mode of 110 kV Substation 64 A1 2 译文 城网 110 kV 变电所发展模式探讨 69 附录二 图纸 72 附录三 计算书 80 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 V 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 1 1绪论 1 1变电站的基本类型 1 枢纽变电所 枢纽变电所位于电力系统的枢纽点 汇集着电力系统多个大电源和多回大容 量的联络线 连接着电力系统的多个大电厂和大区域系统 这类变电所的电压一 般为 330kV 以上 枢纽变电所在系统中的位置非常重要 若发生全所停电事故 将引起系统解列 甚至系统崩溃的灾难局面 2 中间变电所 中间变电所的电压等级多为 220 330kV 高压侧与枢纽变电所链接 以穿越 功率为主 在系统中起交换功率的作用 或使高电压长距离输电线路分段 它一 般汇集 2 3 个电源 其中压侧一般是 110 220kV 供给所在地区的用电并接入一 些中小型电厂 这样的变电所主要起中间环节作用 当全所停电时 将引起区域 电网解列 影响面也比较大 3 地区变电所 地区变电所主要任务是给地区的用户供电 它是一个地区或城市的主要变电 所 电压等级一般为 110 220kV 全所停电只影响本地区或城市的用电 4 终端变电所 终端变电所位于输电线路的末端 接近负荷点 高压侧多为 110kV 或者更低 如 35kV 经过变压器降压为 6 10kV 电压后直接向用户供电 其全所停电的影 响只是所供电的用户 影响面较小 5 开关站 在超高压远距离输电线路的中间 用断路器将线路分段或者增加分支线路的 TX 110kV 变电站设计 2 工程设施成为开关站 开关站与变电所的区别在于 没有主变压器 进出线 属于同一电压等级 站用电的电源引自站外其他高电压或中压线路 开关站的 主要功能是 将长距离输电线路分段 以降低工频过电压水平和操作过电压水 平 当线路发生故障时 由于在开关站的两侧都装有断路器 所以仅使一段线 路被切除 系统阻抗增加不多 既提高了系统的稳定性 又缩小了事故范围 超 特高压远距离交流输电 空载时线路电压随线路长度增加而增高 为了保证 电能质量 全线需分段并设开关站安装无功补偿装置 电抗器 来吸收容性充电 无功功率 开关站可增设主变压器扩建为变电站 1 2变电站所址选择和所区分布 变电站所址的选择 应根据以下要求 综合考虑确定 一 靠近负荷中心 二 节约用地 不占或少占耕地及经济效益高的土地 三 与城乡或工矿企业规划相协调 便于架空和电缆线路的引入和引出 四 交通运输方便 五 周围环境宜无明显污秽 如空气污秽时 所址宜设在受污染影响最小处 六 具有适宜的地质 地形和地貌条件 例如避开断层 滑坡 坍塌区 溶洞 地带 山区风口和有危岩或者易发生滚石的场所 所址宜避免选在有重要文物 或开采后对变电所有影响的矿藏地点 否则应征得有关部门的同意 七 所址标高宜在 50 年一遇高水度上 否则 所区应有可靠的防洪措施或与 地区的防洪标准相一致 但仍应高于内涝水位 八 应考虑职工生活上的方便和水源条件 九 应考虑变电所与周围环境 临近设施的相互影响 变电所宜设置不低于 2 2 米的实体围墙 城网变电所 工业企业变电所围墙的高 度和形式 应与周围环境相协调 变电所内为满足消防要求的主要宽度要求 应 为 3 5m 道宽 主要设备运输道路的宽度可根据运输要求设定 并应具备回车条 件 变电所内的建筑物标高 基础埋深 路基和管线埋深 应相互配合 建筑物 内地面标高宜高出屋外地面 0 3m 屋外电缆沟壁 宜高出地面 0 1m 1 3选题目的及意义 本次设计旨在掌握变电站设计的基本流程 这既是对平时理论知识的考察 更是对所学专业知识的一次实践 通过本次设计 巩固和加深专业课知识 掌握 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 3 发电厂部分初步设计和继电保护设计的过程 而且也可以拓宽知识面 增强工程 观念 培养变电站设计的能力 逐步提高解决问题的能力 同时对能源 发电 变电 和输电的电气部分有了详细的概念 能熟练地运用所学专业知识 如短路 计算的基本理论和方法 继电保护整定的基本理论和方法 主接线的设计 导体 和电气设备的选择以及变压器的选择 防雷接地保护等 TX 110kV 变电站设计 4 2任务书 2 1 毕业设计 论文 原始资料 变电所性质及基本数据 1 设计的变电所位于近郊区 向市区工业区 生活及郊区乡镇工业与农 业用户供电 电压等级 110 35 10kV 2 线路回数 110kV 近期 2 回 远景发展 2 回 35kV 近期 4 回 远景发展 2 回 10kV 近期 8 回 远景发展 2 回 2 2 电力系统接线简图 附注 1 图中 系统容量 系统阻抗均相当于最大运行方式 2 最小运行方式下 S1 800MVA Xs1 0 65 S2 170MVA Xs2 0 75 3 系统电力潮流变化较大 电压偏移也较大 2 3 负荷资料 表 2 1 各电压级负荷资料 最大负荷 MW 电压等级负荷名称 近远 cos 线路长度 km Tmax 重要负荷 所占比例 200MVA Xs2 0 7 1000MVA Xs1 0 6 110kV V 50 240 2 40 185 110kV 待设计变电所 110kV V 150 30 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 5 机械厂 13150 818500065 市甲线 10180 815400050 备用 1 10 110kV 备用 2 13 钢厂 230 8511500050 水泥厂 2 53 50 8510400060 铁矿厂 1 520 8513400055 冶炼厂 1 520 8512500055 备用 1 2 5 35kV 备用 2 2 5 市区 22 50 83 5350035 针织厂 1 520 854 5400025 食品厂 220 92 5400025 医院 11 50 853350035 机修厂 11 50 83400035 棉纺厂 1 520 93450025 农机厂 1 520 82350035 纺织厂 1 31 50 851 5400045 备用 1 1 5 10kV 备用 2 1 5 2 4 所址地址 气象等条件 所处地区地势平坦 海拔高度为 200m 年最高气温 40 年最低气温 20 年平均气温 15 最热月平均最高温度 32 最大风速 25m s 最大覆冰 厚度 b 10mm 土壤热阻系数 120 cm W 土温 20 2 5 设计计算任务 2 5 1 电气一次部分 电力系统分析 变电所总体分析 电气主接线设计 无功补偿设计 短路电流计算 电气设备选择 TX 110kV 变电站设计 6 配电装置设计 电气总平设计 防雷保护设计 2 5 2 电气二次部分 SW 变 110kV 线路保护的整定计算 SW 变 10kV 线路保护的整定计算 变压器保护的整定计算 站用变保护的整定计算 高压母线保护的整定计算 电容器组保护的整定计算 2 6 设计绘图任务 2 6 1 电气一次部分 电气主接线图 电气总平布置图 机绘 110kV 主变进线间隔断面图 10kV 配电装置平面布置图 避雷针平面布置图 草图 防雷保护图 草图 2 6 2 电气二次部分 变压器保护归总式原理图 变压器保护展开式原理图 变压器保护控制回路图 变压器保护信号回路图 中央信号图 机绘 变压器保护测量回路图 变电站保护总体配置图 草图 变压器保护总体配置图 草图 2 7 毕业设计 论文 应达到的主要指标 毕业设计是本专业教学计划中的重要环节 本次设计的目的是通过变电 站设计 综合运用所学的知识 理论联系实际 培养和提高独立分析和解决 实际问题的能力 培养工程意识 为将来的实际工作奠定基础 毕业设计应 达到的主要指标是 1 通过电气一次设计计算 进一步巩固和学习 电力系统分析 和 发电厂 电气部分 的基本理论和基本计算方法 了解变电站设计计算的基本内容 和方法 2 通过电气二次设计计算 进一步巩固和学习 电力系统继电保护原理 的 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 7 基本理论和基本计算方法 初步掌握常规保护和微机保护的整定计算原则 了解变电站保护的配置原则和设计计算的基本内容和方法 3 通过绘制变电站设计的一次 二次相关图纸 学习和掌握工程制图的基本 方法 基本要求和手绘的基本技能 学会使用 AutoCAD 绘图软件 2 8 设计 论文 成品要求 1 毕业设计说明书 论文 1 份 说明书用 A4 纸打印完成 计算书须手工书 写完成 2 专业外文翻译资料 1 份 不少于 3000 汉字 3 图纸 一次 6 张 二次 6 张 2 9 参考资料 1 电力系统继电保护 2 电气部分设计参考图册 3 电气工程设计手册 4 常用电气设备手册 TX 110kV 变电站设计 8 3总体分析 该变电所属于 110kV 地方降压变电站 供给城市和近郊工业 农业及生活用 电 有三个电压等级 110 35 10kV 负荷的大小和类型影响主接线形式和主变 容量选择 计算负荷是变电站设计的基本依据 其直接影响电器和电缆的选择经 济性和可靠性 该变电站主要为机械厂 钢厂 水泥厂 铁矿厂 市区 针织厂 等工业供电 主要负荷为一 二级负荷 该变电站位于两个电源中间 有两个发 电厂提供电能 进而经过该变电站降压后用于工业 农业等负荷用电 需要一定 可靠性 对于变电所 应根据电力系统 5 10 年发展规划及本所负荷资料 系统逐年 电力电量平衡确定主变压器台数 容量和分期装设计划 对于一类负荷必须要由 两个独立的电源供电 并且当任何一个电源失去作用后 能保证对全部一类负荷 不间断供电 对于二类负荷 一般要有两个独立电源供电 并且当任何一个电源 失去作用后 能保证对大部分二类负荷的供电 对于三类负荷 一般只需要一个 电源供电 最大综合计算负荷的计算影响主变的选择 主变选择影响主接线形式和变电 站设计的选择 最大综合计算负荷可通过下式进行计算 Smax Kt 1 3 1 n 1i iCOS Pimax 式中 Pimax 各出线的远景最大负荷 COS 各出线的自然功率因数 Kt 同时系数 其大小由出线回路数决定 出线回路数越多其值越小 一般 在 0 8 0 95 之间 线损率 取 5 此次设计为三绕组变压器 三绕组变压器还应该考虑中 低压侧间的负荷同 时系数 中 低压侧的最大综合计算负荷分别按上式计算 总的最大综合计算负 荷为它们之和再乘以中 低压侧间负荷的同时系数 最大综合计算负荷计算过程见 附录二 计算结果 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 9 表 3 1 最大综合计算负荷 综合最大负荷 Smax MVA 重要负荷 S MVA 近期远期远期 110kV25 65962 47536 32 35kV7 87216 2798 98 10kV12 47719 0646 07 35kV 和 10kV 合计 20 34935 343 15 05 TX 110kV 变电站设计 10 4 电气主接线设计 发电厂和变电所的电气主接线是指由发动机 变压器 断路器 隔离开关 互感器 母线和电缆等电气设备 按一定顺序连接的 用以表示生产 汇集和分 配电能的电路 电气主接线又称为一次接线或电气主系统 代表了发电厂和变电 站电气部分的主体结构 直接影响着配电装置的布置 继电保护装置 自动装置 和控制方式的选择 对运行的可靠性 灵活性和经济性起决定性的作用 4 1 电气主接线应满足的基本要求 4 1 1 可靠性 1 断路器检修时 能否不影响供电 2 断路障器或母线故以及母线或母线隔离开关检修时 停运的回路数的多 少和停电的时间的长短 能否保证对 I 类负荷和大部分 II 类负荷的供电 3 发电厂 变电所全部停运的可能性 4 大机组和超高压的电气主接线能否满足对可靠性的特殊要求 4 1 2 灵活性 1 调度灵活 2 检修安全 方便 3 扩建方便 4 1 3 经济性 节约投资 限制短路电流措施 占地面积小和年运行费用小 4 2 影响主接线设计方案的因素 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 11 1 变电所在系统中所处的地位 作用 规模 2 负荷性质及要求 3 电压等级及线路回数 4 主要设备特点 如六氟化硫断路器 5 厂 所 址条件 6 配电装置选型 屋内或屋外 4 3 主接线设计的基本内容 1 初期与远景工程的主变压器配置 2 各电压级主接线的形式 3 6 10kV 电压级的限流措施变电所限制短路电流的措施有 变压器分列运行 在变压器回路装设电抗器或分裂电抗器 装设出线电抗器 4 所用电的选择 5 中性点接地方式的确定 6 无功补偿 4 4 各电压级主接线设计 在进行电气主接线设计时 一般根据设计任务书的要求 综合分析有关基础 资料 拟定出 2 3 个技术上能满足要求的较好方案进行详细技术经济比较 最后 确定最佳方案 经济比较中 一般只比较各个方案的不同部分 因而不必计算出各方案的全 部费用 4 5 主接线设计比较 4 5 1 110kV 侧主接线的选择 根据设计任务书的要求及对电力系统的分析 本设计变电站的 110kV 侧可选 择单母线分段接线和桥形接线 因 110kV 侧以双回路与系统相连 而变电站最常 操作的是切换变压器 而与系统连接的线路不易发生故障或频繁切换 故可采用 内桥形接线 这也有利于以后变电站的扩建 TX 110kV 变电站设计 12 表 4 1 110kV 接线比较 方案一方案二 接线名称内桥形接线单母线分段接线 接线简图 可靠性可靠性差 任一出线断路器 检修时该回路停电 当联络 断路器或隔离开关检修时两 出线都将成为单电源供电 全场所停运的可能性较大 可靠性较好 任一段接线检修或故障时 该母线上所偶回路均停电 任一母线断路 器检修时 该断路器所带用户将停电 全 厂停运的可能性较低 灵活性灵活性较差 无母线 只适 用于两台变压器和两条出线 的场合 可以发展过度为单 母线分段接线 灵活性较高 有单母线运行 各段并列运 行和各段分别运行各种运行方式 有母线 各主变增加或出线增加时 易于扩散 经济性接线简单清晰 无母线 投 资小 变压器出口可以不设 断路器 只设一组隔离开关 有母线 投资及维护费用较高 主变压器 出口需装设断路器 经过两个方案的比较分析以及 110kV 侧近期两回远景发展两回的实际情况分 析得出结论 近期按桥形接线运行 远景发展时可扩建为单母线分段接线形式 4 5 2 35kV 侧主接线形式设计 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 13 35kV 侧近期发展 4 回 远景发展两回主要为钢厂 水泥厂 铁矿场 市炼厂 供电 可选择单母线接线和单母线分段接线形式 表 4 2 35kV 接线比较 方案一方案二 接线 名称 单母线接线单母线分段接线 接线 简图 可靠 性 可靠性低 母线故障 所有回路均需停电 任一 断路器检修时 该断路器所带用户也将停电 全 场停运的可能较大 可靠性较好 任一段接线检修或故障时 该母线上所偶回路均停电 任一母线断路 器检修时 该断路器所带用户将停电 全 厂停运的可能性较低 灵活 性 只有一种运行方式 运行方式单一灵活性较高 有单母线运行 各段并列运 行和各段分别运行各种运行方式 有母线 各主变增加或出线增加时 易于扩散 经济 性 经济性较好 占地面积窄 比单母线分段少用一 台联络断路器和两台隔离开关 有母线 投资及维护费用较高 主变压器 出口需装设断路器 单母线接线可靠性较低 当母线故障时 各出线需全部停电 不能满足 II 类负荷供电可靠性的要求 单母线分段接线将 II 类负荷的双回电源线接入到不 同分段母线上 当其中一段母线故障时 由另一段母线提供电源 从而保证供电 可靠性 故采用单母线分段接线方式 4 5 3 10kV 侧主接线方式设计 TX 110kV 变电站设计 14 6 10kV 配电装置出线回路数目为 6 回及以上时 可采用单母线分段接线 而双母线接线一般用于引出线和电源较多 输送和穿越功率较大 要求可靠性和 灵活性较高的场合 表 4 3 10kV 接线比较 方案一方案二 接 线 名 称 单母线分段手车式单母线分段 接 线 简 图 可 靠 性 1 一组母线检修时停检修段 2 任一母线短路时停故障段 3 出线断路器检修该检修线路停电 4 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 1 一组母线检修时停检修段 2 任一母线短路时停故障段 3 出线断路器检修仅短时停电 4 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 灵 活 性 1 单母线运行 2 各段并列运行 3 各段分列运行 4 扩建时需向两个方向均衡扩建 1 单母线运行 2 各段并列运行 3 各段分列运行 4 扩建时需向两个方向均衡扩建 经 济 性 设备少 投资小投资略大 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 15 参照 GB 50059 1992 35kV 110kV 变电所设计规范第 3 2 5 条约定 当变电所 有两台主变压器时 6 10kV 侧宜采用单母线分段接线 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 本所采用手车式高压开关柜 故不设旁路母线 10kV 采用手车式单母线分段 接线 4 6 总结 综上所述 110kV 35kV 侧均选择单母线分段连接方式 10kV 侧选择手车式单母 线分段连接方式 TX 110kV 变电站设计 16 5 主变压器选择 5 1 主变选择 选择内容 台数 容量 型式 5 1 1 台数选择 变电所中一般装设两台主变压器 以免一台主变故障或检修时中断供电 对 大型超高压枢纽变电所 可根据具体情况装设 3 4 台主变压器 以便减小单台容 量 对个别的终端变电所只一个电源供电可只装一台 5 1 2 容量选择 选择条件 按远景负荷选择 所选择的 n 台主变压器的容量 nSN 应该大于 等于变电所的最大综合计算负荷 Smax 即 nSN Smax 5 1 5 1 3 校验条件 按远景负荷校验 装有两台及以上主变压器的容量一般应满足 60 220kV 及以上电压等级的 变电所中 当其中一台主变压器停运时 其余主变压器的变电所应满足 60 70 的全部最大综合计算负荷 以及满足全部 I 类负荷 SI和大部分 II 类负荷 SII 220kV 及以上电压等级的变电所 在计及过负荷能力后的允许时间内 应满足全 部 I 类负荷 SI和 II 类负荷 SII 即 n 1 SN 0 6 0 7 Smax 和 n 1 SN SI SII 5 2 5 1 4 近期只上一台的校验 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 17 SNSmax 近 5 2 主变压器型式选择 主变压器型式的选择主要包含有 相数 绕组数 电压组合 容量组合 绕 组结构 冷却方式 调压方式 绕组材料 全绝缘还是半绝缘 连接组别 是否 选择自耦变 主变中性点接地方式等 相数 330kV 及以下的变电所 一般选用三相变压器 绕组数 本设计三个电压等级 变压器应选择三绕组变压器 绕组连接方式 变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致 否则不能 并列运行 电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形和三角形两种 高压绕 组为星形联结时 用符号 Y 表示 如果将中性点引出则用 表示 对于中 低 压绕组则用 及 表示 高压绕组为三角形联结时 用符号 表示 低压绕组 用 表示 三角形联结的绕组可以消除三次谐波的影响 而采用全星形的变压器 用于中性点不直接接地系统时 三次谐波没有通路 将引起正弦波电压畸变 使 电压的峰值增大 危害变压器的绝缘 还会对通信设备产生干扰 并对继电保护 整定的准确性和灵敏度有影响 调压方式 变电所的变压器一般选择有载调压方式 主变选择计算书见 附录二 5 3 主变压器选择结果 表 5 1 主变选择 型号额定容 量 kVA 高压 kV 中压 kV 低压 kV 空载损 耗 KW 高低短 路损耗 KW 阻抗电 压 空载电 流 连接组 别 SFSZ9 25000 110 25000 25000 25000 110 8 1 25 38 5 2 2 5 10 521 8112 5 降压型 高中 10 5 高低 17 5 中低 6 5 0 53YN y0 d11 TX 110kV 变电站设计 18 6 无功补偿 6 1 无功补偿的意义 电压是电能质量的重要指标 电压质量对电力网络安全经济运行 对保证用 户的安全用电和产品质量是非常重要的 根据统计 用户消耗的无功功率是它的 有功功率的 50 100 同时电力系统本身消耗的无功功率可达到用户的 25 75 无功功率的不足 将造成电压的下降 电能损耗增大 电力系统稳定的 破坏 所以电力系统的无功电源和无功功率必须平衡 系统的无功电源不仅靠发 电机供给 而且调相机 并联电容器组均可提供无功电源 电力系统的无功电源 可以采用分散补偿的方式 具体的无功补偿方式就是在高压网上的低压侧并联电 容器 利用阶梯式调节的容性无功补偿感性无功 而配电所装设的并联电容器装 置的目的是为了改善电网的功率因数 并联电容器装置向电网提供阶梯式调节的 容性无功 以补偿多余的感性无功 减少电网有功损耗和提高电压 总之 补偿变压器的无功损耗 补偿高压网的无功缺额 在进行主接线设计 时 应确定为了平衡无功功率而需要在变电所中装设无功补偿装置的类型 台数 和容量 6 2 无功补偿的原则 根据 并联电容器装置设计技术规程 SDJ25 85 第 1 02 条 电容器装置的设计须执行国家的技术经济政策 并根据安装地点的电 网条件 谐波水平 自然环境 运行和检修要求等合理地选择接线方式 布置型 式和控制 保护方式 做到安全可靠 经济合理和运行检修方便 第 1 03 条 电容器装置的总容量应根据电力系统无功规划设计 调相调压计算及 技术经济比较确定 对 35 110kV 变电所中电容器装置的总容量 按照无功功率 就近平衡的原则 可按主变压器容量的 10 30 考虑 第 2 1 3 条 电容器装置宜设在主变的低压侧或主变主要负荷侧 第 2 1 1 条 小电流接地系统的电容器装置应采用中性点不接地的星形或双星形接 地 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 19 对无功电源与无功负荷采取在各级电压电网中分级补偿 就地平衡的原则 在 220kV 及以下电压级变电所常用并联电容器补偿 并联电容器容量的选择 对 35 110kV 变电站中的电容器总容量 按无功功 率就地平衡原则 可按主变容量的 10 30 考虑 分在 6 10kV 两段母线上安装 此设计选取 10 并联电容器型式及其接线方式的选择 无功补偿的并联电容器可以选择密集 型电容器或者由单个的电容器组成的电容器组 单个容量选 100kVar 电容器组 的数量由上述计算出的总容量和单个电容器的容量计算而得 还要将他们分成两 部分 接在变电所的两个低压母线上 他们的接线方式有三角形 一般用于较小 容量的电容器组 和星形接线两种方式 星形接线的电容器额定电压应该为所接 母线电压的相电压 而三角形接线的电容器额定电压应该为所接母线电压的线电 压 在星形接线方式中 一般还采用双星形接线方式 以便采用中性线不平衡电 流保护 双星形台数为 6 的倍数 单星形台数为 3 的倍数 在本所设计中 将采用高压集中补偿的方式 在 10kV 母线上装设补偿电容 器 采用双星形连接方式 查 发电厂电气部分 设计计算资料 可选择型号为 BGF11 100 3W3 的电容器 其技术参数为 表 6 1 电容器选择 型号额定电压 kV 额定容量 kVar 额定电容 uF 相数重量 kg BGF11 3 100 3W 11 3 1007 9365 台数计算 n 25000 2 0 1kVar 100kVar 50 台 因为本所采用双星形连接 而且要在 10kV 单母线分段的两端各接入一组 电容器个数应为 12 的倍数 应选 60 台 TX 110kV 变电站设计 20 7 中性点接地方式的确定 电力系统三相交流发电机 变压器接成星形绕组的公共点 称为电力系统的 中性点 电力系统的中性点的接地方式有中性点直接接地方式 大电流接地系统 和中性点不接地方式 小电流接地系统 或经消弧线圈及高阻抗接地方式 根据 我国电力系统的实际情况 110kV 及以上电力系统为降低绝缘水平和费用而采用 中性点直接接地方式 而 63kV 及以下电力系统采用中性点不接地方式或经消弧 线圈及高阻抗接地方式 所以 变压器不同电压等级绕组的中性点接地方式由相 应的电力系统中性点接地方式决定 根据 电气设计手册 I 第 2 7 节中关于 主变压器中性点接地方式 的规定 电力网中性点的接地方式 决定了主变压器的中性点的接地方式 1 变压器中性点接地点的数量应使电网所有短路点的综合零序电抗与综合正 序电抗之比 X0 X1 3 以使单相接地时全相上工频电压不超过阀型避雷器的灭弧电 压 X0 X1 1 5 以使单相接地时短路电流不超过三相短路电流 2 所有普通变压器的中性点都经隔离开关接地 以使运行调度灵活选择接地 点 3 选择接地点时应保证任何故障形式都不应使电网解列成中性点不接地的系 统 7 1 110kV 电压级中性点接地方式 110kV 及以上电压级系统为大电流接地系统 所以主变压器 110kV 电压级中 性点接地方式 应选择中性点直接接地方式 7 2 35kV 与 10kV 电压级中性点接地方式 在我国 63kV 35kV 和 6 10kV 系统均为小电流接地系统 它们的中性点应选 用中性点不接地 经消弧线圈接地或高电阻接地的方式 在中性点不接地系统中 当发生单相接地故障时 不能构成短路回路 故短路电流不大 但故障点与导线 对地分布电容形成回路 故障点又不太大的容性电流通过 有可能使故障点的电 弧不能自行熄灭并引起弧光接地过电压 甚至发展成相间短路故障 使事故扩大 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 21 在变压器的中性点装设消弧线圈 使消弧线圈产生的感性电流与接地容性电流相 抵消 减小了接地故障点的电流 提高了供电可靠性 中性点经消弧线圈接地时 有完全补偿 过补偿与欠补偿之分 为防止部分线路停运且合并运行线路出现单 相接地故障时 欠补偿可能出现电弧谐振 一般采用过补偿方式 35 63kV 系统 接地电容电流大于 10A 6 10kV 系统若接地电容电流大于 30A 时 应选择经消弧 线圈接地的接地方式 具体电容电流计算公式如下 架空线路 7 1 3 2 7 3 3 10 CN IU L 式中 L 线路的长度 km 架空线路的电容电流 A C I 2 7 3 3 系数 前者适用于无架空地线的线路 后者适用于有架空地线 的线路 有些 35kV 架空线路全长无架空地线 仅在靠近变电所的 1 2km 有架空 地线 称为进线保护段 线路的额定线电压 kV N U Ic 3 3 35 70 0 001 1 13 9 69A30A 选择经消弧线圈接地 由于变电所本身母线对地也有分布电容电流 所以在上述计算的基础上还应 该增加一个百分数 6kV 系统增加 18 10kV 系统增加 16 35kV 系统增加 13 63kV 系统增加 12 110kV 系统增加 10 由计算结果知道 110kV 侧选择直接接地方式 35kV 侧选择不接地方式 10kV 选择经消弧线圈接地 TX 110kV 变电站设计 22 7 3 消弧线圈选择 用消弧线圈接地时应注意 1 消弧线圈应由系统统筹规划 分散布置 应避免整个电网中只装一台消弧 线圈 也应避免在一个变电所中装设多台消弧线圈 在任何运行方式下 电网不 得失去消弧线圈的补偿 2 在变电所中 消弧线圈一般装在变压器中性点上 6 10kV 消弧线圈也可装在 调相机的中性点上 3 当两台主变压器合用一台消弧线圈时 应分别经隔离开关与变压器中性点 相连 消弧线圈容量选择公式为 Q KIcUN 7 3 3 K 系数 过补偿时取 1 35 6 10kV 系统需要加装消弧线圈时 由于主变的 6 10kV 侧一般是三角形接线 没 有中性点 故对 6 10kV 侧需要加装专用接地变压器 因接地变压器高压绕组为 星形接线 可以利用接地变 6 10kV 侧的中性点接入消弧线圈 接地变的容量应 该大于消弧线圈的容量 一般应该在 6 10kV 的每一段母线上都安装型号一样 相同容量的接地变 接地变的低压侧可以兼做所用电 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 23 8 所用变压器的设计 参考 设计手册 I 第 3 10 35 110kV 设计规范 第 3 3 发电厂电气部 分 第 3 3 根据 发电厂电气部分 第 3 3 节中关于变电所所用电接线的介绍 变电所的所 用电负荷 一般都比较小 变电所的主要所用电负荷是变压器冷却装置 包括风 扇 油泵 水泵 支流系统中的充放电装置和硅整流设备 空气压缩机 油处 理设备 检修工具以及采暖 通风 照明 供水等 当变电所装有同步调相机时 还有调相机的空气冷却器和润滑系统的油泵和水泵等负荷 这些负荷容量都不太 大 因此变电所的所用电只需 0 4kV 一级 采用动力和照明混合供电方式 根据 35 110kV 设计规范 第 3 3 1 条 在有两台及以上主变压器的变电所 中 宜装设两台容量相同 可互为备用的所用变压器 分别接到母线的不同分段 上 根据 设计手册 I 第 3 10 所用电系统采用 380 220V 中性点直接接地的三 相四线制 所用低压侧多采用单母线接线 当有两台所用变时 采用单母线分段 接线方式 平时分列运行 以限制故障范围 提高供电可靠性 所以综合考虑各种因素 装设两台 S11 100 10 电力变压器作为本变电所的所用变 压器 并将它们分别接在主变压器低压侧母线的不同分段上 这种所用电源引接 方式具有经济性好和供电可靠性高的特点 表 8 1 所用变压器选择 型号额定 容量 额定电压 kV损耗 KW阻抗电 压 空载电 压 联接 组别 总体 质量 TX 110kV 变电站设计 24 t kVA 高压低压空载短路 S11 100 1010010 50 40 21 541Y yn0 D yn11 0 645 9 短路电流计算 9 1 短路的危害 1 通过故障点的短路电流和所燃起的电弧 使故障元件损坏 2 短路电流通过非故障元件 由于发热和电动力的作用 引起他们的损坏或缩 短他们的使用寿命 3 电力系统中部分地区的电压大大降低 破坏用户工作的稳定性或影响工厂产 品质量 4 破坏电力系统并列运行的稳定性 引起系统震荡 甚至整个系统瓦解 9 2 短路电流计算的目的 1 电气主接线比选比较与选择 2 选择断路器等的电器设备 或对这些设备提出技术要求 3 为继电保护的设计以及调试提供依据 4 评价并确定网络方案 研究限制短路电流的措施 5 分析计算送电线路对通讯设施的影响 9 3 短路电流计算的一般规定 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 25 为了所选到合适的高压电器 为了能合理选择轻型电器 在主接线设计时 应考滤限电器具有足够的可靠性 经济性 灵活性并在一定的时期内满足电力系 统发展的需要 应对不同点的短路电流进行校验 短路电流计算应包括以下规定 第 3 2 1 条 验算导体的稳定性和电器的动稳定热稳定以及电器开断电流的能力 应按本设计的设计规划容量来计算 并考虑到电力系统的 5 10 年发展规划 一 般应按本工程的建成之后的 5 10 年 在确定短路电流时应按可能发生的短路电 流的正常接线方式 而不应按照仅在切换时过程中的可能的并列运行方式的接线 方式 第 3 2 2 条 选择导体和电器时所用的短路电流 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 第 3 2 3 条 选择导体和电器时 对不带电抗的回路的计算短路点 应选择在正 常接线方式时短路电流最大的地点 对带电抗器 6 10kV 出线与厂用分支回路 除其母线与隔离开关之间隔板前的引线和套管的计算短路点应选择在电抗器之前 外 其余导体和电器的计算短路点一般选择在电抗器后 第 3 2 4 条 导体和电器的动稳定 热稳定以及电器的开断电流 一般按三相短 路验算 若发电机的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 9 4 短路形式的确定 三相系统中短路的基本类型有四种 即三相短路 两相短路 两相接地短路 和单相接地短路 电气设备的动 热稳定校验 一般按短路情况最严重的短路形 式计算 而电气距离距电源较远的变电所 一般三相短路最严重 故本设计中短 路电流均按三相短路的情况进行计算 9 5 短路计算点的确定 选取短路计算点的个数 主要依据变电所的电压等级数 故本所设三个短路 点 分别以 K1 K2 K3 K4表示 110kV 35kV 和 10kV 工作母线和变压器分裂运行 时 10kV 母线上的短路点 然后根据这四个短路点来依次计算对应点的短路电流 值 并利用这四个短路点的短路电流值来校验电气设备和继电保护 TX 110kV 变电站设计 26 9 6 短路电流的计算 高压短路电流计算一般只计及各元件的电抗 采用标幺值形式的近似计算法 标幺值中各物理量均用标幺值来表示 此方法使运算步骤简单 数值简明便于分 析 9 6 1 基准值的选取 基准有四个 即基准容量 SB 基准电流 IB 基准电压 UB 和基准阻 抗 ZB 在此计算中 选取基准容量 SB 100MVA 基准电压 UB为各电压级的平 均额定电压 115kV 37kV 10 5kV 选定基准量后 基准电流和基准阻抗便已 确定 基准电流 9 1 3 B B B S I U 基准阻抗 9 2 2 B B B U Z S 9 6 2 元件电抗标幺值的计算 9 6 2 1 系统 S 或发电厂 G 的等效电抗标幺值 或 9 3 B SS S S XX S B GG G S XX S 式中 系统或发电厂的容量 MVA S S G S 系统或发电厂以其本身容量为基准的等效电抗标幺值 S X G X 9 6 2 2 线路电抗标幺值 0 2 B L B S XX L U 9 4 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 27 式中 线路单位长度的电抗值 其中 单根导线为 0 4 km 二分裂导线 0 X 为 0 31 km 线路的长度 km L 9 6 2 3 变压器电抗标幺值 本设计中主变为三绕组 已给出了各个绕组两两之间的短路电压百分数 即 则由以下公式可求变压器的等值电抗 12 K U 13 K U 23 K U 9 5 N B S SUUU X 200 323121 1 9 6 N B S SUUU X 200 313221 2 9 7 N B S SUUU X 200 213231 3 9 6 3 网络化简 网络化简的目的是简化短路电流计算 以求得电源至短路点间的等值阻抗 9 6 4 各短路点的短路电流计算 本设计仅有两个电源 电力系统接线图也较简单 故采用个别法来计算各短 路点的短路电流比较精确 各短路点的短路电流计算步骤如下 1 网络化简 得到各电源对短路点的转移电抗 f X 2 求各电源的计算电抗 Xjs 将各转移电抗按各电源容量 S 归算 9 8 B fjs S S XX 3 取为 0 2s 查运算曲线 得到以各电源容量为基准值的各电源至短路点电 K t 流标幺值 4 求 3 中各电流的有名值之和 即为短路点的短路电流 并计算短路电流冲 击值 Ich 短路电流计算书见 附录三 根据计算得出结论 TX 110kV 变电站设计 28 表 9 1 短路电流计算结果 短路点 I0 kAI0 1 kAI0 2 kAIch kA 110kV 母线 4 8454 3804 03712 355 35kV 母线 4 8374 3074 1212 334 10kV 母线 14 90114 29714 02237 998 10 电气设备选择 10 1 电气设备选择的一般原则与技术条件 10 1 1 选择导体和电器的一般原则 1 应力求技术先进 安全使用 经济合理 2 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 3 应按当地环境条件校核 4 应与整个工程的建设标准协调一致 5 选择的导体品种不宜太多 6 选用新产品应积极慎重 新产品应有可靠的试验数据 并经主管单位鉴定合 格 10 1 2 选择导体和电器的技术条件 郑州大学电气工程学院毕业设计 论文 29 10 1 2 1 按长期工作条件选择 电气设备所在的电网的运行电压因调压或负荷的变化 有时会高于电网的额 定电压 故所选电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的 1 1 1 5 倍 而 电气设备所在电网的运行电压波动 一般不超过电网额定电压的 1 15 倍 因此 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网安 N U 身之处电压的条件选择即 NS U NNS UU 10 1 电气设备的