110KV变电站设计开题报告

精品文档 1欢迎下载 毕业设计 论文 开题报告 题目名称 110KV 变电站设计 院系名称 电子信息学院 班 级 电气类 084 学 号 200800494434 学生姓名 王喜锋 指导教师 査丛梅 2012 年 2 月 精品文档 2欢迎下载 110KV变电站设计 110KV110KV SubstationSubstation DesignDesign 院系名称 电子信息学院 班 级 电气类 084 学 号 200800494434 学生姓名 王喜锋 指导教师 査丛梅 2012 年 2 月 论文编号 200800494434 精品文档 I欢迎下载 目录 1 引言 1 1 1 变电站的作用 1 1 2 我国变电站及其设计的发展趋势 2 1 3 变电站设计的主要原则和分类 5 1 4 选题目的及意义 5 1 5 设计思路及工作方法 6 1 6 设计任务完成的阶段内容及时间安排 6 2 任务书 7 2 1 原始资料 7 2 2 设计内容及要求 9 3 电气主接线设计 11 3 1 电气主接线设计概述 11 3 2 电气主接线的基本形式 14 3 3 电气主接线选择 14 4 变电站主变压器选择 15 4 1 主变压器的选择 18 4 2 主变压器选择结果 20 5 短路电流计算 21 5 1 短路的危害 21 5 2 短路电流计算的目的 21 5 3 短路电流计算方法 21 6 电气设备的选择 23 6 1 导体的选择和校验 23 6 2 断路器和隔离开关的选择及校验 24 6 3 电压互感器和电流互感器的选择 25 6 3 1 电流互感器的选择 25 6 3 2 电压互感器的选择 25 7 继电保护的配置 27 7 1 继电保护的基本知识 27 7 2 110kv 线路的继电保护配置 27 7 3 变压器的继电保护 27 7 4 母线保护 28 7 5 备自投和自动重合闸的设置 29 7 5 1 备用电源自动投入装置的含义和作用 29 7 5 2 自动重合闸装置 29 8 防雷与接地方案的设计 31 8 1 防雷保护 31 8 2 接地装置的设计 31 9 配电装置 33 9 1 配电装置概述 33 9 2 配电装置类型 33 9 3 对配电装置的基本要求和设计步骤 33 精品文档 II欢迎下载 9 4 屋内配电装置 34 9 5 屋外配电装置 34 参考文献 36 精品文档 1欢迎下载 1 引言 1 1 变电站的作用 一 变电站在电力系统中的地位一 变电站在电力系统中的地位 电力系统是由变压器 输电线路 用电设备组成的网络 它包括通过电的或机 械的方式连接在网络中的所有设备 电力系统中的这些互联元件可以分为两类 一 类是电力元件 它们对电能进行生产 发电机 变换 变压器 整流器 逆变器 输送和分配 电力传输线 配电网 消费 负荷 另一类是控制元件 它们改变 系统的运行状态 如同步发电机的励磁调节器 调速器以及继电器等 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 变电所 根据它在系统中的地位 可分为下列几类 1 枢纽变电站 位于电力系统的枢纽点 连接电力系统高压和中压的几个 部分 汇集多个电源 电压为 330 500kv 的变电站 成为枢纽 全所停电后 将 引起系统解列 甚至出项瘫痪 2 中间变电站 高压侧以交换潮流为主 其系统变换功的作用 或使长距 离输电线路分段 一般汇聚 2 3 个电源 电压为 220 330kv 同时又降压供当地 供电 这样的变电站起中间环节的作用 所以叫中间变电站 全所停电后 将引起 区域电网解列 3 地区变电站 高压侧一般为 110 220kv 向地区用户供电为主的变电站 这是一个地区或城市的主要变电站 全所停电后 仅使该地区中断供电 4 终端变电站 在输电线路的终端 接近负荷点 高压侧的电压为 110kv 经降压后直接向用户供电的变电站 即为终端变电站 全所停电后 只是用户受到 损失 二 电力系统供电要求二 电力系统供电要求 1 保证可靠的持续供电 供电的中断将使生产停顿 生活混乱 甚至危及 人身和设备的安全 形成十分严重的后果 停电给国民经济造成的损失远远超过电 力系统本身的损失 因此 电力系统运行首先足可靠 持续供电的要求 2 保证良好的电能质量 电能质量包括电压质量 频率质量和波形质量这 三个方面 电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定的数来衡量 例如给定的允 许电压偏移为额定电压的正负 5 给定的允许频率偏移为正负 0 2 0 5 HZ 等 波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量 所有这些质量指标 都必须采取一切 手段来予以保证 精品文档 2欢迎下载 3 保证系统运行的经济性 电能生产的规模很大 消耗的一次能源在国民 经济一次能源总消耗占的比重约为 1 3 而且在电能变换 输送 分配时的损耗 绝对值也相当可观 因此 降低每生产一度电能损耗的能源和降低变换 输送 分 配时的损耗 又极其重要的意义 三 电力系统的额定电压三 电力系统的额定电压 1 额定电压是指能使电气设备长期运行的最经济的电压 在系统中 各部 分电压等级是不同的 三相交流系统中 三相视在功率 S 3UI 当输出功率一定时 电压越高 电流越小 线路 电气的载流部分所需的截面积就越小 有色金属的投 资也越小 同时由于电流小 传输线路上的功率损耗和电压损耗也较小 另一方面 电压越高 对绝缘水平的要求就越高 变压器 开关等设备的投资也越大 综合考 虑这些因素 对应一定的输送功率和输送距离都有一个最为经济合理的输电电压 当从设备制造角度考虑 为保证产品的标准化和系列化 又不应随意确定输电电压 2 用电设备的额定电压 经线路向用电设备输送电能时 由于用电设备大 都是感性负荷 沿线路的电压分布往往是首段高于末端 系统标称电压与用电设备 的额定电压取值一致 使线路的实际电压与用电设备要求的额定电压之间的偏差不 致太大 3 变压器额定电压 变压器一次侧接电源 相当于用电设备 二次侧向负荷 供电 有相当于电源 因此变压器一次侧额定电压等于用电设备的额定电压 由于 变压器二次侧额定电压规定为空载时的电压 额定负载下变压器内部的电压降落约 为 5 当供电线路较长时 为使正常运行时变压器二次侧电压较系统标称电压高 5 以便补偿线路电压损失 变压器二次侧额定电压较用电设备额定电压高 10 只有 当变压器二次侧与用电设备间电气距离很近时 其二次侧额定电压才取为用电设备 额定电压的 1 05 倍 1 2 我国变电站及其设计的发展趋势 一 一 我国变电站的发展趋势我国变电站的发展趋势 近年来 在我国在经济技术领域中取得了快速发展 特别是计算机网络技术和 通信技术的发展 为我国变电站的发展起到了强有力的推动作用 越来越多的新技 术新产品应用到变电站方面 具体来说 使我国变电站设计呈现以下发展趋势 1 智能化 智能化变电站的发展是随着高压高精度的智能仪器的出现而逐渐发展的 特别 是计算机高速通信网络在实时系统中的开发和应用 使变电站的所有信息采集 传 精品文档 3欢迎下载 输实现的智能化处理提供的强大的物质和理论基础 智能化主要体现在以下几个方 面 紧密联结全网 支撑智能电网 高电压等级的智能化变电站满足特高压输电网架的要求 中低压智能化变电站允许分布式电源的接入 远程可视化 装备与设施标准化设计 模块化安装 另外 为了加强对变电站及无人值守变电站在安全生产 防盗保安 火警监控 等方面的综合管理水平 越来越多的电力企业正在考虑建设集中式远程图像监控系 统 这促使了电力综合监控的网络化发展 以 IP 数字视频方式 能够对各变电站 所的有关数据 环境参量 图像进行监控和监视 实时 直接地了解和掌握各个变 电站 所的情况 并及时对发生的情况做出反应 适应许多地区变电站的需要 不过我国目前还没用完全实现真正意义山的智能化一次设备 一次设备的智能 化仍然需要通过一定的二次设备俩转化实现 一般采用智能终端的模式 目前在国 内进行的数字化变电站项目 虽然大多数采用此种方式 但是普遍没有对开关内部 的二次回路进行集成化改造 智能终端与开关整合度较低 还有很大的发展空间 2 数字化 通过采用现代化的精密仪器仪表 以及实时性较高的通信网络 因此在此基础 上出现了数字化变电站 数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑 意义的一次变革 对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响 数字化变电站 在系统可靠性 经济性 维护简便性方面均比常规变电站有大幅度提升 3 装配化 装配式变电站采用全预制装配结构的建筑形式 大幅缩短了设计及建设周期 减少了变电站占地面积 节约了土地资源 随着国网公司 两型一化 的推广 装 配式变电站在全国各地均成功试点 成为今后变电站建设的一种新型模式 二 我国变电站设计的发展趋势二 我国变电站设计的发展趋势 依据我国的国情 以及我国多年来积累的关于变电站设计的实践和经验 可以 看出我国变电站设计的发展趋势有以下几个方面 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 精品文档 4欢迎下载 1 变电站接线方案趋于简单化 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 检修时间少 特别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 我国少数变电站设计已逐渐采用一些新的更为简单的接 线方案 2 大量采用新的电气一次设备 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 向高电压 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 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 符合我国目前的国情和技术发展方向 3 变电站占地及建筑面积减少 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 地价越来越昂贵 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 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 4 变电站综合自动化技术 变电站综合自动化是一项提高变电站安全 可靠稳定运行水平 降低运行维护 成本 提高经济效益 向用户提供高质量电能服务的一项措施 随着自动化技术 通信技术 计算机和网络技术等高科技的飞速发展 一方面综合自动化系统取代或 更新传统的变电站二次系统 已经成为必然趋势 另一方面 保护本身也需要自检 查 故障滤波 事件记录 运行监视和控制管理等功能 发展和完善变电站综合自 动化系统 是电力系统发展的新的趋势 变电站综合自动化技术将会引起电力行业的重视 成为变电站设计核心技术之 一 精品文档 5欢迎下载 变电站综合自动化发展趋势主要表现在一下几个方面 全分散式变电站自动 化系统 引入先进的网络技术 总之 变电站综合自动化向着使电力系统的运行和控制更方便 快捷 安全 灵活的方向发展 1 3 变电站设计的主要原则和分类 变电站设计的原则是 安全可靠 技术先进 投资合理 标准统一 运行高效 努力做到统一性与可靠性 先进性 经济性 适应性 灵活性 时效性和和谐性 的协调统一 1 统一性 建设标准统一 基建和生产标准统一 外部形象提醒公 司企业的文化特征 2 可靠性 主接线方案安全可靠 3 经济性 按照利益最大 化原则 综合考虑工程初期投资与长期运行费用 追求设备寿命期内最佳经济效益 4 先进性 设备选型先进合理 占地面积小 注重环保 各项技术经济可比指标 先进 5 适应性 综合考虑不同地区的实际情况 要在系统中具有广泛的适应性 并能在一定时间内对不同规模 不同形式 不同外部条件均能适应 6 灵活性 规模划分合理 接口灵活 组合方案多样 规模增减方便 能够运行于不同的情况 环境下 7 时效性 建立滚动修改机制 随着电网的发展和技术的进步 不断更 新 补充和完善设计 8 和谐性 变电站的整体状况与变电站周边人文地理环境 相协调 变电站设计的分类按照变电站标准方式 配电装置型式和变电站规模 3 个层次 进行划分 1 按照变电站布置方式分类 110kv 变电站分为户外变电站 户内变电站 和半地下变电站 3 类 在变电站设计中 户外变电站是指最高电压等级的配电装置 主变布置在户外的变电站 户内变电站是指配电装置布置在户内 主变布置在户内 户外或者户内的变电站 半地下变电站是指主变布置在地上 其它主要电气设备布 置在地下建筑内的变电站 地下变电站是指主变及其他主要电气设备布置在地下建 筑内的变电站 2 按配电装置型式分类 110kv 配电装置可再分为常规敞开式开关设备和 全封闭式组合电气 2 类进行设计 3 按变电站规模进行分类 例如户外 AIS 变电站 可按最高电压等级的出 线回路数和主变台数 容量等不同规模分为终端变电站 中间变电站和枢纽变电站 精品文档 6欢迎下载 1 4 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 掌握发电 厂部分初步设计的过程 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 1 5 设计思路及工作方法 分四步完成 1 变电站电气主接线的设计 完成主接线 主变及站变的选择 包括容量计 算 台数和型号的选择 绘出主接线 2 短路电流计算及继电保护整定计算 3 主要电气设备选择 4 配电装置设计 1 6 设计任务完成的阶段内容及时间安排 设计 论文 各阶段名称起止日期 1查阅资料 翻译文献大四上学期第 14 15 周 2了解设计内容及要求 熟悉设计题目 收集与设计 相关的资料并阅读 完成开题报告 大四上学期第 16 17 18 周 3实习 并进行开题答辩大四下学期第 1 2 周 4初步完成电气主接线设计 完成主接线 主变及站 变的选择 容量计算 台数和型号的选择 第 3 4 周 5完成短路计算和继电保护整定计算第 5 6 7 8 周 6完成导体和电气设备的选择第 9 10 周 7完成防雷接地设计第 11 周 8配电装置设计第 12 周 9完成毕业设计论文及图纸的绘制 准备答辩第 13 14 15 周 精品文档 7欢迎下载 2 任务书 2 1 原始资料 一 一 题目 题目 110KV110KV 变电站设计变电站设计 二 二 原始资料原始资料 一 建设性质及规模 一 建设性质及规模 本所为于某市边缘 除以 10KV 电压供给市区工业与生活用电外 并以 35KV 电 压向郊区工矿企业及农业供电 其性质为区域变电站 电压等级 110 35 10KV 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 9 回 远景发展 2 回 二 电力系统接线简图 二 电力系统接线简图 200MV 1 S Sx1 0 6 110KV1200MVA 甲交Sx2 0 6 30 240 2 110KV 12 150 25 185 80 240 图 2 1 电力系统接线图 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 170MVA XS1 0 85 1 S S2 1050MVA XS2 0 65 3 系统可保证本所 110KV 母线电压波动在 5 以内 FS 市变 精品文档 8欢迎下载 三 负荷资料 三 负荷资料 最大负荷 MW 穿越功率 MW 负荷组成 电压 等级 负荷 名称近 期 远 景 近 期 远 景 一 级 二 级 三 级 自然 力率Tmax h 线 长 km 备 注 市系一线152012 市甲线152025 备用一10 备用二10 110 KV 煤矿 11 5240300 920 煤矿 21 5240300 920 甲乡镇2320300 910 乙乡镇22 520300 920 备用 11 50 915 备用 220 912 0 9 35 KV 均为 补偿 后值 化肥厂 12 52 540200 7855002 化肥厂 22 52 540200 7855002 开关厂12 520300 7540003 电线电缆 厂 1 11 520300 7345002 电线电缆 厂 2 11 530300 7345002 玻璃厂1130300 7550002 机械厂11 530300 7840003 5 食品厂11 520300 845003 5 10 KV 市区1 2220400 830001 5 精品文档 9欢迎下载 备用一10 78 备用二10 78 四 地形 地质 水文 气象等条件 所址地区海拔 185m 地势平坦 属轻微地震区 年最高气温 40 C 年最低气温 10 C 年平均气温 12 C 最热月平均最高 温度 34 C 最大风速 30m s 复水厚度为 10mm 属于我国第 V 标准气象区 线路由系统变电所 S1 南墙出发至 RM 变电所南墙上 全长共 12KM 在线路 3 7 9 11KM 处共转角四次 其角度为 28 6 90 78 全线地质为亚 黏土地层 地耐力为 2 5kg cm2 天然容重 2 7kg cm3 土壤电阻率为 100 地下 水位较低 水质良好 无腐蚀作用 土壤热阻率 T 120 C w 土温 20 C 三 设计任务三 设计任务 1 变电所总体分析 2 负荷分析计算与主变压器选择 3 电气主接线设计 4 短路电流计算及电气设备选择 5 配电装置设计 6 110KV 线路保护整定计算 7 变压器保护整定计算 8 110KV 或 35KV 母线保护整定计算 四 设计成品四 设计成品 一 毕业设计说明书一册 包括 电气一次 二次部分 二 设计图纸 1 电气主接线图 2 110KV 配电装置间隔断面图 2 2 设计内容及要求 1 主接线设计 分析原始资料 根据任务数的要求拟出各级电压母线接线方式 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 2 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 电流并列表示出短路电流计算结果 3 主要电气设备选择 4 110kV 高压配电装置设计 精品文档 10欢迎下载 5 进行继电保护的规划设计 简略 6 线保护和变压器主保护进行整定计算 精品文档 11欢迎下载 3 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 3 1 电气主接线设计概述 一 对电气主接线的基本要求一 对电气主接线的基本要求 现代电力系统是一个巨大的 严密的整体 各个发电厂 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 站主接线必须满足一下基本要求 1 运行的可靠 断路器检修时是否影响供电 设备和线路故障检修时 停电数目的多少和停电 时间的长短 以及能否保证对重要用户的供电 2 具有一定的灵活性 主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式 达到调度的目的 而且在各种事故或设备检修时 能尽快的推出设备 切除故障停电时间短 影 响范围就最小 并且再检修时可以保证检修人员的安全 3 操作应尽可能简单 方便 主接线应简单清晰 操作方便 尽可能使操作步骤简单 便于运行人员掌握 复杂的接线不但不便于操作 还往往会造成运行人员的误操作而发生事故 但 接线过于简单 可能又不能满足运行方式的需要 而且也会给运行造成不便或 者不必要的停电 4 经济上合理 主接线在保证安全可靠 操作灵活方便的基础上 还应使投资和年运行费用小 占地面积最少 使其尽可能的发挥经济效益 5 具有扩建的可能性 由于我国工农业的高速发展 电力负荷增加很快 因此 在选择主接线时还应 考虑到具有扩建的可能性 精品文档 12欢迎下载 变电站电气主接线的选择 主要取决于变电站在电力系统中的地位 环境 负 荷的性质 出线数目的多少 电网的结构等 二 变电站电气主接线的设计原则二 变电站电气主接线的设计原则 电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据 以国家经济建设的方针 政策 技术规定 标准为准绳 结合工程实际情况 在保证供电可靠 调度灵活 满足各 项技术要求的前提下 兼顾运行和维护的方便 尽可能地节省投资 就进取材 力 争设备元件和设计的先进性与可靠性 坚持可靠 先进 适用 经济 美观的原则 电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主体 他与电力系统 电厂动 能参数 基本原始资料以及电厂运行可靠性 经济性的要求等密切相关 并对电气 设备选择和布置 继电保护和控制方式等都有较大影响 因此 主接线设计 必须 结合电力系统和发电厂或变电站的具体情况 全面分析有关影响因素 正确处理 他们之间的关系 合理的选择主接线方案 在工程设计中 经上级主管部门批准的设计任务书或委托书是必不可少的 设 计的主接线应满足供电可靠 灵活 经济 留有扩建和发展的余地 1 接线方式 对于变电站的电气接线 当能满足运行要求时 其高压侧应尽 可能采用断路器较少的或不用断路器的接线 如线路 变压器组或桥型接线等 若 能满足继电保护要求时 也可采用线路分支接线 在 110 220kv 配电装置中 当 出线为 2 回时 一般采用桥型接线 当出线不超过 4 回时 一般采用单母线接线 在枢纽变电站中 当 110 220kv 出线在 4 回及以上时 一般采用双母线接线 在 大容量变电站中 为了限制 6 10kv 出线上的短路电流 一般可采用下列措施 1 变压器分列运行 2 在变压器回路中装置分裂电抗器 3 采用低压侧为分裂绕组 的变压器 4 出线上装设电抗器 2 断路器的设置 根据电气接线方式 每回线路均应设有相应数量的断路器 用以完成切 合电路任务 3 为正确选择接线和设备 必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力 负荷的平衡 当缺乏足够 的资料时 可采取下列数据 1 最小负荷为最大负荷的 60 70 如主要农业负荷时则取 20 30 2 负荷同时率取 0 85 0 9 当馈线 在三回以下且其中有特大负荷时 可取 0 95 1 3 功率因数 一般取 0 8 线损平均取 5 三 电气主接线设计步骤三 电气主接线设计步骤 1 分析原始资料 1 本工程情况 精品文档 13欢迎下载 包括变电站类型 设计规划容量 近期 远景 主变台数及容量 最大负荷 利用小时数及可能的运行方式等 2 电力系统状况 包括电力系统近期及远景规划 5 10 年 变电站在电力系统中的位置 地 理位置和容量位置 和作用 本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中 性点接地方式等 主变压器中性点接地方式是一个综合问题 他与电压等级 单相接地短路电流 过电压水平 保护配置等有关 直接影响电网的绝缘水平 系统供电的可靠性和连 续性 主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等 我国一般对 35kv 及以下电 压电力系统采用中性点非直接接地系统 中性点不接地或经消弧线圈接地 又称 小电流接地系统 对 110kv 就以上高压系统 皆采用中性点直接接地系统 有称大 电流接地系统 3 负荷情况 包括负荷的性质及其地理位置 输电电压等级 出线回路数及输送容量等 电 力负荷的原始资料是设计主接线的基础数据 电力负荷预测工作是电力规划工作的 重要组成部分 也是电力规划的基础 对电力负荷的预测不仅应有短期负荷预测 还应有中长期负荷预测 对电力负荷预测的准确性 直接关系着发电厂和变电站电 气主接线设计成果的质量 一个优良的设计 应能经受当前及较长远时间 5 10 年 的检验 4 环境条件 包括当地的气温 湿度 覆冰 污秽 水文 地质 海拔高度及地震等因素 对主 接线中电气设备的选择和配电装置的实施均有影响 特别是我国土地辽阔 各地气 象 地理条件相差较大 应予以重视 5 设备制造情况 这往往是设计能否成立的重要前提 为使所设计的主接线具有可行性 必须对 各主要电气设备的性能 制造能力和供货情况 价格等质量汇集并分析比较 保证 设计的先进性 经济性和可靠性 2 主接线方案的拟定与选择 根据设计任务书的要求 在原始资料分析的基础上 根据对电源和出线回路数 电 压等级 变压器台数 容量以及母线结构等不同的考虑 可拟定出若干个主接线方 案 近期和远景 依据对主接线的基本要求 从技术上论证并淘汰一些明显不合 理的方案 最终保留 2 3 个技术上相当 有能满足任务书要求的方案 再进行经 济比较 结合最新技术 最终确定出在技术上合理 经济山可行的最终方案 精品文档 14欢迎下载 3 短路电流计算和主要电气设备选择 对选定的电气主接线进行短路电流计算 并选择合理的电气设备 4 绘制电气主接线 对最终确定的电气主接线 按照要求 绘图 3 2 电气主接线的基本形式 主接线的基本形式 就是主要电气设备常用的几种接线方式 它以电源和出线 为主体 由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源回路数不同 且各回馈线中 所传输的容量也不一样 因而为便于电能的汇集和分配 再进出线较多 一般超过 4 回 采用母线作为中间环节 可使接线简单清晰 运行方便 有利于安装和扩 建 而与有母线的接线相比 无汇流母线的接线使用电气设备较少 配电装置占地 面积较小 通常用于进出线回路少 不再扩建和发展的发电厂和变电站 有汇流母线的接线方式可概括为单母线接线和双母线接线两大类 无汇流母线 的接线形式主要有桥形接线 角形接线和单元接线 3 3 电气主接线选择 依据原始资料 经过分析 根据可靠性和灵活性经济性的要求 高压侧有 4 回 出线 其中两回备用 宜采用双母线接线或单母线分段接线 中压侧有 6 回出线 其中两回备用 可以采用双母线接线 单母线分段接线方式 低压侧有 11 回出线 其中两回备用 可以采用单母线分段 单母线分段带旁路母线的接线方式 经过分 析 综合 组合和比较 提出三种方案 方案一 110kv 侧采用双母线接线方式 35kv 侧采用双母线接线方式 10kv 侧采用单母线分段接线方式 110kv 侧采用双母线接线方式 优点是运行方式灵活 检修母线时不中断供电 任一组母线故障时仅短时停电 可靠性高 缺点是 操作复杂 容易出现误操作 检修任一回路断路器时 该回路仍需停电或短时停电 任一母线故障仍会短时停电 结构复杂 占地面积大 投资大 10kv 侧采用单母线分段接线方式 供给市区工 业与生活用电 由于一级负荷占 25 左右 二级负荷占 30 左右 一级和二级负荷 占 55 左右 采用单母线分段接线方式 优点是接线简单清晰 操作方便 造价低 扩展性好 缺点是可靠性灵活性差 方案一主接线图如下 精品文档 15欢迎下载 方案一主接线图如下 图 3 1 方案一主接线图 方案二 110kv 侧采用双母线接线方式 35kv 侧采用单母线分段带旁路母线接 线方式 10kv 侧采用单母线分段接线方式 35kv 侧采用单母线分段带旁路母线接线方式 优点是 检修任一进出线断路器时 不中断对该回路的供电 和单母线分段接线方式相比 可靠性提高 灵活性增加 缺点是 增设旁路母线后 配电装置占地面积增大 增加了断路器和隔离开关的数 目 接线复杂 投资增大 精品文档 16欢迎下载 方案二的主接线图如下 图 3 2 方案二主接线图 方案三 110kv 侧采用双母线接线方式 35kv 侧采用单母线分段带旁路母线接线方 式 10kv 侧采用单母线分段带旁路母线接线方式 精品文档 17欢迎下载 方案三的主接线图如下 图 3 3 方案三主接线图 对于上述三种方案综合考虑 该地区海拔 185m 海拔并不高 对变电站设计没有特殊要求 地势平坦 属平原 地带 为轻微地震区 年最高气温 40 C 年最低气温 10 C 年平均气温 12 C 最热月平均最高温度 34 C 最大风速 30m s 复水厚度为 10mm 属于我国第 V 标准气象区 因此 110kv 侧采用单母线分段接线方式就能满足可靠性和灵活性及经济性要求 对 于 35kv 及 10kv 侧 采用单母线分段接线方式 综合各种因素 宜采用第三种方案 精品文档 18欢迎下载 4 变电站主变压器选择 主变压器的选择 再各级电压等级的变电站中 变压器是主要的电气设备之一 其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务 确定合理的变压器台数 容量和 型号是变电站可靠供电和网络经济运行的保证 特别是我国当前的能源政策是开发 利用 节约并重 近期以节约为主 因此 在确保安全可靠供电的基础上 确定变 压器的台数 容量和型号 提高网络的经济运行将具有明显的经济效益 4 1 主变压器的选择 一 主变压器台数的选择一 主变压器台数的选择 在变电站设计过程中 一般需要装设两台主变压器 防止其中一台出现故障或 检修时中断对用户的供电 对 110kv 及以下的终端或分支变电站 如果只有一个电 源 或变电所的重要负荷有中 低压侧电网取得备用电源时 可只装设一台主变压 器 对大型超高压枢纽变电站 可根据具体情况装设 2 4 台主变压器 以便减小 单台容量 因此 在本次设计中装设两台主变压器 二 主变压器容量的选择二 主变压器容量的选择 1 主变容量一般按变电所建成后 5 10 年的规划负荷来进行选择 并适当考 虑远期 10 20 年的负荷发展 对于城郊变电所 主变压器容量应与城市规划相结 合 2 根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量 对于有重要负 荷的变电所 应考虑当一台主变压器停运时 其余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应满足 70 的全部最大综合计算负荷 以及 满足全部 I 类负荷和大部分 II 类负荷 220kV 及以上电压等级的变电所 在 S S 计及过负荷能力后的允许时间内 应满足全部 I 类负荷和 II 类负荷 即 S S 4 1 SSSSS NN 和 1n 7 06 0 1n max 最大综合计算负荷的计算 4 2 1 cos 1 max tmax m i i i P KS 式中 各出线的远景最大负荷 imax P m 出线回路数 各出线的自然功率因数 i cos 精品文档 19欢迎下载 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 t K 一般在 0 8 0 95 之间 线损率 取 5 因此 由原始材料可得 35kv 侧 MVAS44 149 0 25 15 2322 1 10kv 侧 则总的负荷为 MVASSS493 38 21 总 取 0 85 则 t K MVAS ax 355 341 05493 3885 0 m 则 MVASSN0485 24355 347 07 0 max 因此主变容量为 MVASN0485 24 三 主变压器型号的选择三 主变压器型号的选择 1 相数选择 变压器有单相变压器组和三相变压器组 在 330kv 及以下的发电厂和变电站中 一般选择三相变压器 单相变压器组由三个单相的变压器组成 造价高 占地 多 运行费用高 只有受变压器的制造和运输条件的限制时 才考虑采用单相 变压器组 因此在本次设计中采用三相变压器组 2 绕组数选择 在具有三种电压等级的变电所中 如果通过主变各绕组的功率 达到该 变压器容量的 15 以上 或在低压侧虽没有负荷 但是在变电所内需要装无功 补偿设备时 主变压器宜选用三绕组变压器 3 绕组连接方式的选择 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 MVA S 053 2478 0 178 0 18 0 28 0 5 178 0 5 175 0 173 0 5 1 73 0 5 175 0 5 278 0 5 278 0 5 2 2 精品文档 20欢迎下载 4 2 主变压器选择结果 根据以上计算和分析结果 查 发电厂电气主系统 可得 选择的主变压器型 号为 SFSZ9 25000 110 主要技术参数如下 额定容量 25000kVA 额定电压 高压 110 8 1 25 kv 中压 38 5 2 2 5 kv 低压 10 5 kv 连接组别 YN yn0 d11 空载损耗 21 8 kw 短路损耗 112 5kw 空载电流 0 53 阻抗电压 高中 中低 高低5 10 21 S U5 6 32 S U 因此选择 SFSZ9 25000 110 型变压器两台 5 17 13 S U 精品文档 21欢迎下载 5 短路电流计算 5 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 5 2 短路电流计算的目的 在变电站的设计中 短路计算是其中的一个重要环节 其计算的目的主要有 以下一个方面 1 电气主接线的比较 2 选择 检验导体和设备 3 在设计屋外髙型配电装置时 需要按短路条件校验软导线的相间和相对 的安全距离 4 在选择继电保护方式和进行整定计算时 需以各种短路时的短路电流为 依据 5 3 短路电流计算方法 在三相系统中 可能发生三相短路 两相短路 单相短路和两相接地短路 电 力系统中 发生单相短路的可能性最大 而发生三相短路的可能性最小 但一般三 相短路的短路电流最大 造成的危害也最严重 为了使电力系统中的电气设备在最 严重的短路状态下也能可靠工作 因此作为选择检验电气设备的短路计算中 以三 相短路计算为主 三相短路用文字符号 k 表示 在计算电路图上 将短路所考虑的 额定参数都表示出来 并将各元件依次编号 然后确定短路计算点 短路计算点要 选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过 在等效电路图 上 只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来 由于将电力系统当 做有限大容量电源 短路电路也比较简单 因此一般只需采用阻抗串并联的方法即 精品文档 22欢迎下载 可将电路化简 求出求等效总阻抗 在换算成计算电抗 根据计算曲线查出短路电 流标幺值 在换算成有名值 精品文档 23欢迎下载 6 电气设备的选择 在电力系统中 虽然各种电气设备的功能不同 工作条件各异 具体选择方法 和校验项目也不尽相同 但对它们的基本要求却是一致的 电气设备要可靠地工作 必须按正常工作条件进行选择 并按短路条件来校验动 热稳定性 本设计中 电气设备的选择包括 导线的选择 高压断路器和隔离开关的选择 电流 电压互感器的选择 避雷器的选择 6 1 导体的选择和校验 裸导体应根据具体情况 按导体截面 电晕 对 110kV 及以上电压的母线 动稳定性和机械强度 热稳定性来选择和校验 同时也应注意环境条件 如温度 日照 海拔等 一般来说 母线系统包括截面导体和支撑绝缘两部分 载流导体构成硬母线和 软母线 软母线是钢芯铝绞线 有单根 双分和组合导体等形式 因其机械强度决 定支撑悬挂的绝缘子 所以不必校验其机械强度 导体的选择校验条件如下 一 导体截面的选择 1 按导体的长期发热允许电流选择 6 1 maxal II 当实际环境温度不同于导体的额定环境温度时 其长期允许电流应该用 下式修正 6 2 al KII al 式中 综合修正系数 K 不计日照时 裸导体和电缆的综合修正系数为 6 3 al l K a 式中 导体的长期发热最高允许温度 裸导体一般为 al C 70 导体的额定环境温度 裸导体一般为 C 25 由载流量可得 正常运行时导体温度为 R F I al al 6 2 2 max al al I I 精品文档 24欢迎下载 4 必须小于导体的长期发热最高允许温度 C 70 2 按经济电流密度选择 按经济电流密度选择导体截面可以使年计算费用最小 除配电装置的汇流 母线外 对于年负荷利用小时数大 传输容量大 长度在 20 米以上的导体 其截面一般按经济电流密度选择 经济截面积用下式计算 J I S max 式中 正常运行方式下导体的最大持续工作电流 计算式不考虑过负 max I 荷和事故时转移过来的负荷 经济电流密度 常用导体的值 可根据最大负荷利用时数 JJ max T 由经济电流密度曲线中查出来 按经济电流密度选择的导体截面应尽量接近上式计算出的经济截面积 二 导体的校验 1 电晕电压校验 axr UU mc 220kV 采用了不小于 LGJ 300 或 110kV 采用了不小于 LGJ 70 钢芯铝绞线 或 220kV 采用了外径不小于30 型或 110kV 采用了外径不小于20 型的管形导 体时 可不进行电晕电压校验 2 热稳定校验 按最小截面积进行校验 6 skK Q C S 1 min 5 当所选导体截面积时 即满足热稳定性要求 min SS 6 2 断路器和隔离开关的选择及校验 高压断路器的选择 除满足各项技术条件和环境条件外 还应考虑到要便于安 装调试和运行维护 并且经过经济技术方面都比较厚才能确定 根据目前我国高压 断路器的生产情况 电压等级在 10Kv 220kV 的电网一般选用少油断路器 而当少 油断路器不能满足要求时 可以选用断路器 6 SF 高压断路器选择的技术条件如下 1 额定电压选择 精品文档 25欢迎下载 6 6 sNN UU 2 额定电流选择 6 7 max IIN 3 额定开断电流选择 6 8 kN II br 4 额定关合电流选择 6 9 shNcl ii 5 热稳定校验 6 10 kt QtI 2 6 动稳定校验 6 shesshes IIii 或 11 隔离开关的选择 由于隔离开关没有灭弧装置 不能用来开断和接通负荷电流 及短路电流 故没有开断电流和关合电流的校验 隔离开关的额定电压 额定电流 选择和热稳定 动稳定校验项目与断路器相同 6 3 电压互感器和电流互感器的选择 6 3 16 3 1 电流互感器的选择电流互感器的选择 1 额定电压的选择 电流互感器的额定电压不得低于其安装回路的电网额定电压 即 N U Ns U 6 12 NsN UU 2 额定电流的选择 电流互感器的额定电流不得低于其所在回路的最大持续工作电流 即 1N I max I 6 13 max1 IIN 为了保证电流互感器的准确级 应尽可能接近 max I 1N I 精品文档 26欢迎下载 6 3 26 3 2 电压互感器的选择电压互感器的选择 1 一次电压 1 U NN UUU9 01 1 1 2 二次电压 N U2100 2 N U 3 准确等级 1 级 精品文档 27欢迎下载 7 继电保护的配置 7 1 继电保护的基本知识 在变电所的设计和运行中 当电力系统发生故障和不正常运行的可能性 如设 备的相间短路 对地短路及过负荷等故障 为了保证用户的可靠供电 防止电气设备的损坏及事故扩大 应尽快地将故障 切除 这个任务靠运行人员进行手动操作控制是无法实现的 必须由继电保护装置 自动地 迅速地 有选择性地将故障设备切除 而当不正常运行情况时 要自动地 发出信号以便及时处理 这就是继电保护的任务 7 2 110kv 线路的继电保护配置 距离保护是根据故障点距离保护装置处的距离来确定其动作电流的 较少受运 行方式的影响 在 110 220kV 电网中得到广泛的应用 故在本设计中 采用三段 式阶梯时限特性的距离保护 距离保护的第一段保护范围为本线路长度的 80 85 T 约为 0 1S 第二段的保护范围为本线路全长并延伸至下一线路的一部分 T 约为 0 5 0 6S 距离第一段和第二段构成线路的主保护 距离保护的第三段 作为相邻线路保护和断路器拒动的远后备保护 和本线路第一段和第二断保护的近 后备 7 3 变压器的继电保护 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 正常运行带来研总的影响 同时大容量的电力变压器也是十分贵重的元件 因此 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 变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障 油箱内部故障包括相间短 路 绕组的匝数短路和单相接地短路 外部故障包括引线及套管处会产生各相间短 路和接地故障 变压器的不正常工作状态主要是由外部短路或过负荷引起的过电流 油面降低和过励磁等 对于上述故障和不正当工作状态 根据 DL400 91 继电器保护和安全起动装 置技术规程 的规定 变压器应装设以下保护 1 瓦斯保护 精品文档 28欢迎下载 为了反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的保护 它反应于油箱内部 所产生的气体或油流而动作 其中轻瓦斯动作于信号 重瓦斯动作于跳开变压器各 侧电源断路器 2 纵差动保护 为了反应变压器绕组和引出线的相间短路以及中性点直接接地电网侧绕组和引 线的接地短路及绕组匝间短路 应装设纵差保护或电流速动保护 纵差动保护适用 于并列运行的变压器 容量为 6300KVA 以上时 单独运行的变压器 容量为 10000KVA 以上时 发电厂常用工作变压器和工业企业中的重要变压器 容量为 6300KVA 以上时 3 复合电压启动的过电流保护 为了反映外部短路引起的变压器过电流和作为变压器主保护的后备保护 根据 变压器容量的不同和系统短路电流的不同 须装设不同的过电流保护 三绕组变压 器在外部故障时 应尽量减小停电范围 因此在外部发生短路时