66kv-10kV变电所电气部分设计

本科生毕业设计 论文 I 摘 要 电在人们的日常生活中扮演着十分重要的角色 所以变电所的设计也就显得 尤为重要 本设计是对于德州 66kV 10kV 变电所的设计 运用所学的知识 对变 电所进行具体的设计 首先根据任务书的已知数据对所给的负荷进行分析 之后确定负荷计算方案 并进行负荷计算 为了使系统中的无功功率达到要求 需要设计无功补偿方案 并对变压器进行选择 根据实际情况确定电气主接线方式 并选择短路点进行短 路计算 通过短路计算得出的短路电流的有效值与峰值 进行电气设备的选择与 校验 在将这些工作系统设计完之后 进行电力系统继电保护的设计 根据之前 求出的短路电流跟长时工作电流对变压器保护 补偿电容器保护进行设计 最后 再对变电所的防雷与接地系统进行设计 在对变电所进行设计的过程中 首先需要考虑变电所供电的可靠性 需要保 证变电所遇到突发事故的时候不至于造成重大的损失 并且要注意的是 在保证 可靠性的同时 还要保证经济性 要考虑建设变电所所需投资的费用 使投资尽 可能少 关键词 电力系统 变电所 电气主接线 继电保护 本科生毕业设计 论文 II Abstract Electricity in People s Daily life plays a very important role so the design of the substation is particularly important This design for the 66 kv 10 kv Dezhou substation Using the learned knowledge for the design of specific substation First of all according to the specification of the known data to analyze the load according to the known load after load calculation In order to make the system reactive power requirements reactive power compensation scheme needs to be designed and choose the transformer Choose the main electrical wiring according to actual situation And short circuit point selection for short circuit calculation According to the short circuit calculation of short circuit current RMS and peak after choosing electric equipment and check Will these work after the system design For the design of power system relay protection According to calculate short circuit current and long before the working current of the transformer protection compensation capacitor protection design At last the design of lightning protection and grounding protection In the process of design of the substation first of all need to consider the reliability of the substation power supply and Need to make sure that substation meet the accident not cause significant losses And note In the guarantee of reliability at the same time and to ensure the economy then to consider the cost of the investment needed for construction of substation make investment in as little as possible Key words Power system Substation The main electrical wiring Relay protection 本科生毕业设计 论文 III 目 录 第 1 章 绪 论 1 1 1 变电所的意义与分类 1 1 2 德州变电所的地理位置与气候 1 第 2 章 负荷计算 3 2 1 负荷的意义 3 2 2 负荷计算的方法 4 2 3 负荷计算 5 第 3 章 无功补偿方案 7 3 1 无功补偿的意义 7 3 2 无功补偿器的选择 7 3 3 系统无功功率的平衡 9 第 4 章 变压器台数及容量 11 4 1 变压器的种类与特点 11 4 2 变压器容量及数量 12 4 3 变压器的形式与结构 13 第 5 章 电气主接线设计 15 5 1 电气主接线的意义 15 5 2 电气主接线设计的基本要求 15 5 3 电气主接线的基本形式与特点 16 5 4 主接线形式的选择 19 第 6 章 导线的选择及校验 22 6 1 选择导线的条件 22 6 2 导线的选择与校验 22 第 7 章 短路计算 25 7 1 短路的种类与危害 25 7 2 短路计算的意义与步骤 26 7 3 短路计算 27 第 8 章 电气设备选择与校验 30 8 1 电气设备的选择与检验条件 30 本科生毕业设计 论文 IV 8 2 电气设备的选择与校验 31 第 9 章 变压器保护与电容器保护的设计 41 9 1 变压器的故障与不正常运行状态 41 9 2 变压器保护的种类与意义 41 9 3 变压器保护的设计 42 9 4 电容器故障类型及保护方式 47 9 5 电容器保护设计 48 第 10 章 防雷与接地设计 49 10 1 雷电的危害与防雷保护的意义 49 10 2 变电所防雷保护设计 49 10 3 变电所接地的概念及分类 51 10 4 接地设计的步骤 51 10 5 变电所接地设计 52 第 11 章 结论 54 参考文献 55 致谢 56 附录 57 本科生毕业设计 论文 0 第 1 章 绪 论 1 1 变电所的意义与分类 作为电网正常工作运行必不可少的重要组成部分 变电所的地位不可替代 变电所就是指改变电压的场所与地方 是电力系统中对电能的电压和电流进行变 换 集中和分配的场所 为保证电能的质量以及设备的安全 在变电所中还需进 行电压调整 电流控制以及输配电线路和主要电工设备的保护 变电所的正常工 作需要满足的条件有三个 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 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 变电所也有很多种类 1 按照作用分类有 升压变电所 降压变电所或者枢纽变电所 终端变 电所 2 按管理形式分类有 有人值班的变电所 无人值班的变电所 3 按照结构形式室内外分 有 户外变电所 户内变电所 4 按照地理条件分 有 地上变电所 地下变电所 1 2 德州变电所的地理位置与气候 德州 亦即德州市 德州位于山东省西北部 黄河下游冲积平原 是山东省 的西北大门 北接河北省沧州市 南接省会济南市 聊城市 西邻河北省衡水市 本科生毕业设计 论文 1 东连滨州市 处于环渤海经济圈 京津冀经济圈 山东半岛蓝色经济区以及黄河 三角洲高效生态经济区交汇区域 京杭大运河有 140 多公里流经境内 历史上曾 是重要的漕运通道 德州市基本气候特点是季风影响显著 四季分明 冷热干湿界限明显 春季 干旱多风回暖快 夏季炎热多雨 秋季凉爽多晴天 冬季寒冷少雪多干燥 具有 显著的大陆性气候特征 光照资源丰富 日照时数长 光照强度大 且多集中在 作物生长发育的前中期 有利于作物光合作用的进行 德州市年平均日照时数 2592 小时 日照率为 60 太阳总辐射量为 124 8 千卡 平方厘米 在时间分配上 尤以 5 6 月份最高 月光照时数 280 小时 日均 9 小时 光辐射量可达 15 千卡 平方厘米 德州市年平均气温 12 9 极端最高气温 43 4 极端最低气温 27 德州市平均无霜期长达 208 天 一般为 3 月 29 日到 10 月 24 日 各县之间 相差较大 武城县最长为 225 天 东西相差近月余 德州市年平均降水量为 547 5 毫米 东部多于西部 南部多于北部 降水量 的时间分配以 7 月最多 德州市平均降水量 190 毫米 1 月最少只有 3 5 毫米 按季节分 春季占有 12 8 夏季高达 67 7 秋季占 16 9 冬季只占 2 6 本科生毕业设计 论文 2 第 2 章 负荷计算 2 1 负荷的意义 在电力系统中负荷的意义可以简单理解为整个系统内的设备所要消耗的功率 的总和 由于是对于整个电力系统来说的消耗功率总和 就需要将不同地区不同 性质所有用户的用电负荷相加 所以负荷不是恒定值 而是随时间的变化而变化 的变动值 因为在电力系统中会存在备用设备 即所以的用电设备并不会同时运 行 一定会有一部分负荷由于是备用设备而处于闲置状态 而且由于电力系统是 一个庞大的网络 所以任何时间总会有一部分设备处于故障停用或者检修阶段 而每个时间段根据检修停用的设备数量不同 电力系统内负荷的总量也在时刻变 化 即使所有设备可以同时运行 也并不是都能同时达到额定容量 也就是说由 于电力系统中的各个设备的额定值不同 在同一个电压等级下不可能同时达到满 载 另外 各用电设备的工作制也各有不同 有长期 短时 重复短时之分 但 是在实际设计时 如果只是简单地把各个用电设备的容量加起来作为选择导线 电缆截面和电气设备容量的依据 是并不科学的 如果不将各种环境及外在因素 都考虑进去 得出的设备容量要么过大 使设备欠载 造成电量的损失不经济 要么过小 将会出现过载运行 会导致过热绝缘损坏 线损增加 影响导线 电 缆或电气设备的安全运行 严重时 会造成火灾事故 为避免这种情况的出现 设计时采用一个假定负荷即计算负荷来表征系统的总负荷应 计算负荷也称需要 负荷或最大负荷 在配电设计中 通常采用 30 分钟的最大平均作为按发热条件 选择电器工导体的依据 用计算负荷来选择导线 电缆截面和电气设备比较接近 实际 因为计算负荷的热效应与变动负荷的热效应是相等的 所以电力系统的实际负荷是随着时间而变化的 而且其变化是有规律可寻的 将一段时间内的负荷变化相连接可以连成一条平滑的曲线 即可以用负荷曲线来 描述 其中常用的负荷曲线有日负荷曲线跟年负荷曲线 而日负荷曲线描述的是 一天 24 小时负荷的变化情况 也就是说其中的最大值就是日最大负荷 最小值 就是日最小值 同理 年负荷曲线描述的就是一年内每月或每日的最大有功功率 负荷变化情况 它主要用来安排发电设备的检修计划 同时也为制定发电机组或 发电厂的扩建或新建计划提供依据 对于不同的用户 负荷曲线是不同的 一般 来说负荷曲线的变化规律取决于负荷的性质 厂矿企业生产情况以及地理位置 本科生毕业设计 论文 3 气候条件跟当地人生活习惯决定 本科生毕业设计 论文 4 2 2 负荷计算的方法 负荷计算简单来说就是通过已知的数据跟参数求得电力系统中所有负荷的的 单个以及平均的有功功率 P 无功功率 Q 视在功率 S 而现在的电力系统中常用 的负荷计算方法有 单位面积功率法 利用系数法 需用系数法 1 单位面积功率法 单位面积功率法常用在建筑的设计方面 在用电设 备功率和台数无法确定时 或者设计前期 这些方法是确定设备负荷的主要方法 但是我们设计的 66kV 10kV 变电所设计首先就是要计算出各个负荷的有功功率 无功功率以及视在功率 之后就需要确定变压器台数 而且单位面积功率法只适 用于前期设计 对于我们本次这种完整的变电所设计计划是不合适的 2 利用系数法 利用系数法以平均负荷作为计算的依据 采用利用系数 求出最大负荷的平均负荷 再考虑设备台数和功率差异的影响 乘以与有效台数 有关的最大系数得出计算负荷 利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系 这种方法的理论根据是概率论和数理统计 因而计算结果比较接近实际 而且适 用于各种范围的负荷计算 但是这种计算方法目前积累的实用数据不多 而且计 算步骤非常繁琐 所以在实际工程上的应用也就比较少 3 需用系数法 用设备功率乘以需要系数和同时系数 直接求出计算负 荷 这种方法比较简便 应用广泛 尤其适用于配变电所及长期运行而负载平稳 的用电设备和生产车间的负荷计算 故此本设计采用需用系数法进行负荷计算 除了上述这三种常见的负荷计算方法之外 还有二项式法 abc 法 变值需 要系数法等 但这些方法有的比较复杂已经被其他方法代替 有的是利用系数法 的简化 还有的计算方式不够成熟 实用数据不多 所以都不予考虑 表 2 1 变电所 10kV 侧用户负荷 序 号 负荷名称远期最大 负荷 kw 功率因数Tmax h 重要负荷 所占比例 回路数出线方 式 1化工厂22000 757000702架空线 2有机玻璃厂18000 756800702架空线 3有机化工厂20000 806500752架空线 4电线厂23000 806000202架空线 5起重机厂17000 75500001架空线 6标准件厂8000 80500001架空线 7自来水厂7000 757500702架空线 本科生毕业设计 论文 5 2 3 负荷计算 我们令远期最大负荷为 有功功率为 P 无功功率为 Q 视在功率为 S m P 由有功负荷率为 0 75 且有功负荷率等于平均负荷与最大负荷之比 而平均负荷 就等于有功功率 通过这些关系我们就可以根据有功功率 无功功率跟视在功率 之间的关系进行负荷计算了 则有公式如下 2 1 则根据公式 2 1 我们可以进行各个负荷的负荷计算 1 化工厂 1650kW 1 P 1455kvar 1 Q 2200kVA 1 S 2 有机玻璃厂 1350kW 2 P 1191kvar 2 Q 1800kVA 2 S 3 有机化工厂 1500kW 3 P 1125kvar 3 Q 1875kVA 3 S 4 电线厂 1725kW 4 P 1294kvar 4 Q 2156kVA 4 S 5 起重机厂 1275kW 5 P 1124kvar 5 Q 1700kVA 5 S 6 标准件厂 600kW 6 P 450kvar 6 Q 750kVA 6 S 7 自来水厂 525kW 7 P 463kvar 7 Q 700kVA 7 S 22 m QPS ScosP P P 75 0 本科生毕业设计 论文 6 进行完这七个负荷的计算之后我们还可以得出总的有功功率 P 无功功率 Q 以及视在功率 S P 1650 1350 1500 1725 1275 600 525 8625kW Q 1455 1191 1125 1294 1124 450 463 7104kvar S 2200 1800 1875 2156 1700 750 700 11181kVA 运用同时系数得出实际的视在功率与无功功率 2 2 1SKS xc 其中为系统实际的视在功率 为同时系数 已知为 0 9 S 为以求出的 c S x K 各个用电单位视在功率的总和 为线损率 带入已知数据求解公式 2 2 可 得 10566kVA c S 已知实际系统的视在功率就可以根据公式 2 1 求出系统实际的无功功率 6102kvar c Q 由于实际有功功率即为各个单位的有功功率总和 所以我们可以得出平均功 率因数 8625 10566 0 82 1 cos 本科生毕业设计 论文 7 第 3 章 无功补偿方案 3 1 无功补偿的意义 电压是电力系统中必不可少的一部分 同时其也是衡量电能质量的一个重要 指标 所以保证用户的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一 质 量合格的电压应该在供电电压偏移 电压波动和闪变 电网谐波和三相不对称程 度这四个方面都能满足有关国家标准规定的要求 与此同时 电力系统中的电压 水平与电力系统的无功功率的平衡息息相关 系统中各种无功电源的无功功率输 出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求 否则电压就会 偏离额定值 在电力系统中无功功率的损耗主要有无功功率负荷 变压器的无功损耗 输 电线路的无功损耗三个方面 而这些方面造成的无功损耗会导致电力系统中的无 功功率减少从而产生无功不平衡 进而使电力系统中的电压出现电压偏移偏离额 定电压影响电能质量 而无功补偿的意义就是在电力系统中加入无功功率电源 在电力系统功率消耗导致无功不平衡的时候发出无功功率 使电力系统中的无功 达到平衡 无功补偿在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用 降低供电 变压器及输送线路的损耗 提高供电效率 改善供电环境 所以无功功率补偿装 置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置 选择合理的无功补偿 方案可以最大化的使电力系统的无功功率保持平衡 进而减少电力系统的电压偏 移 使电压始终保持在额定值附近 从而提高电力系统的电能质量 3 2 无功补偿器的选择 选择无功补偿器其实就是为电力系统选择合适的无功功率电源 而现今阶段 电力系统常用的无功电源主要有发电机 同步调相机 静电电容器 静止无功补 偿器和静止无功发生器 这些无功功率电源又被称为无功补偿装置 通过分析 这五种常用的无功补偿装置又都有自己的特点 1 发电机 发电机是唯一的一种既可以发出有功功率又可以发出无功功 率的装置 也就是说发电机既是有功功率电源也是无功功率电源 而其特点是只 有在额定电压 额定电流跟功率因数下运行时视在功率才能达到额定值 使其容 量得到充分地利用 也就是说当发电机降低功率因数运行时 其无功功率将受转 本科生毕业设计 论文 8 子电流的限制 而在发电机正常运行时是以滞后功率因数为主 必要时也可以减 小励磁电流在超前功率因数下运行 即所谓的进相运行 以吸收系统多余的无功 功率 当系统低负荷运行时 输电线路电抗中的无功功率损耗明显减少 线路电 容产生无功功率将产生大量剩余 引起系统电压升高 但是发电机进相运行对定 子端部升温的影响随发电机的类型 结构 容量和冷却方式的不同而有差异 所 以不易精确计算 而且对于具体的发电机一般都要通过现场测试来确定其进相运 行的容许范围 2 同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步发电机 在过励磁运 行时 它向系统供给感性无功功率起无功电源的作用 在欠励磁运行时 它从系 统吸收感性无功功率起无功负荷的作用 由于实际运行的需要和对稳定性的要求 欠励磁的最大容量只有过励磁容量的 50 65 装有自动励磁调节装置的同步调 相机 能根据装设地点电压的数值平滑改变输出或吸收的无功功率 从而进行电 压的调节 特别是有强行励磁调节装置时 在系统故障的状况下 还能调整系统 的电压 有利于调整系统的稳定性 但是同步调相机有以下四个缺点 1 同步调相机是旋转机械 所以运行维护都比较复杂 2 同步调相机的有功功率损耗较大 在满负荷时约为额定容量 1 5 5 容 量越小 百分值越大 3 小容量的调相机每 kVA 容量的投资费用比较大 4 同步调相机响应速度较慢 难以适应动态无功控制的要求 所以由于以上几个缺点 在 20 世纪 70 年代以来同步调相机正在逐步的被静 止无功补偿装置所取代 3 静电电容器 静电电容器的装设容量可大可小 而且既可以集中使用 又可分散装设来就地供应无功功率 从而降低网络的电能损耗 电容器每单位容 量的投资费用较小且与总容量的大小无关 运行时的功率损耗也比较小 约为额 定容量的 0 3 0 5 而且由于其没有旋转部件 所以维护起来也比较方便 同 时为了在运行中调节电容器的功率 可将电容器连接成若干组 根据负荷的变化 分组的投入或切除 从而实现补偿功率的不连续调节 但是静电电容器也存在一些问题 当节点电压下降时 它供给系统的无功功 率将减少 因此当系统发生故障或由于其他原因电压下降时 电容器无功输出的 减少将导致电压的继续下降 也就是说 静电电容器的无功功率调节性能是比较 差的 4 静止无功补偿器 也叫静止补偿器 它由电抗器与静电电容器并联组 成 电容器可以发出无功功率 电抗器可以吸收无功功率 两者结合起来 再配 本科生毕业设计 论文 9 以适当的调节装置 就成为能够平滑的改变输出或吸收无功功率的静止补偿器 当电压变化是时 静止补偿器能快速地 平滑地调节无功功率 以满足动态动态 无功补偿的需要 其与同步调相机相比较 运行维护比较简单 功率的损耗也比 较小 同时响应时间也比较短 对于冲击负荷有较强的适应性 TSC 型和 TCR 型 静止补偿器还能做到分相补偿以适应平衡负荷的变化 5 静止无功发生器 随着世界科技水平的不断发展 电力系统的无功补 偿技术也在不断更新变化 在进入 20 世纪 80 年代以来出现了一种更为先进的无 功补偿装置 这就是静止无功发生器 它的主体部分是一个电压源型逆变器 其 逆变器中六个可关断的晶闸管分别与六个二极管反向并联 适当控制 GTO 的通断 可以把电容 C 上的直流电压转换成与电力系统电压同步的三相交流电压 逆变器 的交流侧通过电抗器或变压器并联接入系统 适当控制逆变器的输出电压 就可 以灵活地改变 SVG 的运行工况 使其处于容性负荷 感性负荷或零负荷状态 同时静止无功发生器还有以下优点 1 响应速度快 2 运行范围广 3 谐波电流含量少 4 电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流 3 3 系统无功功率的平衡 我们进行电力系统的无功功率的平衡 简单来说就是使电力系统中的无功电 源可能发出的无功功率应该大于至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损 耗之和 由第二章我们可以知道本次设计我们所需的无功功率 Q 6102kvar 有功 功率 P 8625kW 视在功率 S 10566kVA 且电力系统中的线损率为 5 现在要在 无功功率补偿之后将平均功率因数从 0 82 提高到 0 9 已知无功补偿提高功率因 数时有功功率不变 令补偿之后功率因数为 可得如下公式 2 cos 3 21c tan tanPQ 1 3 2 111 cos sintan 3 222 cos sintan 3 已知 0 82 0 9 带入公式 3 2 3 3 可以得出 1 cos 2 cos 0 7 0 48 1 tan 2 tan 将其带入公式 3 1 可以得出 2475 2kvar c Q 本科生毕业设计 论文 10 所以静止无功发生器最少需要提供 2475 2kvar 的无功功率才可以使系统负 荷的平均功率因数提高到 0 9 本次设计选用在 10KV 低压母线侧并联电容器的方式来进行无功补偿 所以 需要在确定需要补偿的无功功率之后 选取电容器并确定出选择的电容器的数量 而本次设计选用了电力系统中常用的 BGF10 5 300 1W 型号的电容器 表 3 1 所选电容器的型号参数 安装地点 型号额定电压 kV 额定容量 kvar 额定电容 uF 10kV 母线BGF10 5 300 1W 10 5 300 2 89 但是在实际工作中 由于电容器所连接的线路的电压等级的限制 所以电容 器的实际工作电压并不等于额定电压 同理实际工作时的容量也并不等于额定容 量 所以在确定电容器数量之前需要计算出电容器的实际容量 3 4 2 ee1e U UQQ 其中为电容器的实际容量 为电容器额定容量 U 为电容器实际工作 1e Q e Q 电压 为电容器额定电压 将已知数据带入公式 3 4 得出 272kvar e U 1e Q 需要补偿的功率为 2475 2kvar 每个电容器的容量为 272kvar 可以得出需 要多少各电容器 2475 2 272 9 1 1ec Q QN 所以通过计算可以得知 若要满足无功补偿的条件 至少需要接 10 个所选 的电容器 但是电容器的台数需要为 3 的倍数 所以本变电所设计选择 12 台电 容器 4 个电容器组 本科生毕业设计 论文 11 第 4 章 变压器台数及容量 4 1 变压器的种类与特点 在变电所的正常工作运行中 变压器起着至关重要的作用 在发电厂跟变电 站 变电站与用户之间 变压器是用来向电力系统或用户转换和输送功率的重要 设备 它的作用就是将两种电压等级进行交换 而我们电力系统日常工作中常用到的变压器有以下几种 1 单元接线的主变压器 单元接线的主变压器应满足下列标准中的相对更高的标准 1 发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后 还应该留有 10 的裕度 2 按发电机的最大连续容量 扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕 组平均温升在标准环境温度或冷水温度不超过 65 C 的条件选择 当采用扩大单元接线时应尽可能采用分裂绕组变压器 其容量亦应按单元接 线的计算原则算出两台机容量之和来确定 2 具有发电机电压母线接线的主变压器 连接在发电机电压母线跟系统之间的主变压器的容量应该考虑以下因素 1 当发电机全部投入运行时 在满足发电机电压供电的日最小负荷 并扣 除厂用负荷后 主变压器应能将发电机电压母线上剩余的有功无功容量送入系统 2 当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或者因供热机组热负荷变 动而需限制本厂输出功率时 主变压器应能从电力系统倒送功率 保证发电机电 压母线上的最大负荷的需要 3 若发电机电压母线上接有 2 台或以上主变压器时 当其中容量最大的一 台因故障退出运行时 其他主变压器应能输送母线剩余功率的 70 以上 4 在电力市场环境下 中 小火电机组的高成本电量面临 竞价上网 的 约束 特别是在夏季丰水季节处于不利地位 加之 以热定电 的中 小热电厂 在夏季热力负荷减少的情况下 可能停用火电厂的部分或全部机组 主变压器应 具有从系统倒送功率的能力 以满足发电机电压母线最大负荷的要求 3 连接两种升高电压母线的联络变压器 联络变压器的台数一般只设置一台 最多不会超过两台 这是考虑到布线跟 本科生毕业设计 论文 12 引线的方便 联络变压器的容量选择应考虑以下因素 1 联络变压器容量应能满足两种电压网络在各种不同运行方式下有功功率 和无功功率交换 2 联络变压器容量一般应小于接在两种电压母线上的最大一台机组容量 以保证最大一台机组故障或检修时 通过联络变压器来满足本侧负荷的要求 同 时 也可以在线路检修或者故障时 通过联络变压器将剩余容量送入另一系统 4 变电站主变压器 变电站主变压器容量一般应按 5 10 年规划负荷来选择 根据城市规划 负 荷性质 电网结构等综合考虑确定容量 对重要的变电所 需要考虑当一台主变 压器停运时 其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内 应满足一类基二类 负荷的供电 对一般性变电站 当一台主变压器停运时 其余变压器容量应满足 全部负荷的 70 80 对于枢纽变电站在中 低压侧已形成环网的情况下 变电 站以设置两台变压器为宜 对地区性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站可 设 3 台主变压器 以提高供电可靠性 进一步提高电能质量 由于本次设计的变电所规划年限为 10 年 且其中有大量的二类负荷 同时 还都是大型工业负荷 所以本次变电所设计我们选用变电站主变压器 4 2 变压器容量及数量 主变压器的台数跟容量将会直接影响电力系统电气主接线的形式跟配电装置 的结构 所以要确定变压器的容量及台数的条件就需要考虑进去很多因素 除了 依据传递容量基本的原始资料以外 还应该根据电力系统 10 年左右的发展规划 计划输送功率的大小 馈线回路数 电压等级以及接入系统的紧密程度等众多因 素 进行综合分析跟合理选择 如果变压器容量选的过大 台数过多 不仅要耗 费大量投资浪费金钱 增大占地面积 同时也就变相的增大了电能的损耗量 而 且设备也不能充分的发挥效力 是利用率大大减低 造成极大地浪费 如果变压 器的容量选的过小 将可能封锁发电机剩余功率的输出或者满足不了变电站负荷 的需要 这在技术上是不合理的 因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电 设备的投资 所以变压器的数量及容量的选择不单要考虑供电的可靠性 还要考 虑到节约资源 减少投资等方面 对于电力系统中一般情况下用电负荷都应装设 1 2 台变压器 而对于一类 二类负荷的用户 为了保证其供电的可靠性 一般都会设置两台变压器 以防止 一台主变故障或检修时影响整个变电所的供电 互为备用 当一台变压器故障检 修时由另一台主变压器承担全部负荷的 70 80 以保证电力系统的正常供电 本科生毕业设计 论文 13 由任务书我们可以知道 此变电所有二回 60kV 电源进线 而且其 10kV 侧有 大量的二级负荷 所以为保证其供电的可靠性 一般需要装两台主变压器 而对 于装有两台变压器的变电所 每台变压器的容量应满足以下两个条件中较大容量 的要求 1 任一台变压器单独运行 应满足容量大于总计负荷 70 的需求 2 任 一台变压器单独运行 应满足全部一 二级负荷 的需要 根据第二章的数据与本章的结论 我们可以得出下列两个式子 0 8S 8452 8kVA 1T S 0 7 0 7 0 75 0 2 0 7 5127 45kVA T2 S 1 S 2 S 3 S 4 S 7 S 由于 由此我们可知本设计所选用的变压器应为两台 且容量至少需 T1 S T2 S 要 8452 8kVA 4 3 变压器的形式与结构 在确定了变压器的容量与数量之后 为了准确的确定我们需要选择的变压器 的型号 我们还需要确定变压器的形式与结构 其中包括变压器的相数 绕组数 绕组联结组号 阻抗和调压方式 冷却方法 由于我们本次设计的变电所基准容 量为 100MVA 电压等级 60KV 我们就可以根据查阅的资料来根据容量要求确定 上面我们所提到的变压器的各个结构 1 相数 容量为 300MW 及以下机组单元连接的主变压器和 330kV 及以下电力系统中 一般都应选择三相变压器 因为相比于三相变压器 单相变压器组相对投资大 占地多 在电力运输中电能损耗也非常的大 同时配电装置结构也非常的复杂 也会增加维护 维修的难度与工作量 但是如果在变压器的制造条件或者运输条 件受到限制时 也可以考虑采用单相变压器组 2 绕组数 变压器按其每相的绕组数可以分为双绕组变压器 三绕组变压器跟多绕组变 压器 而变电所中的变压器作为变电所与用户负荷跟电力系统之间电压等级变换 的关键 既可以选择 2 个双绕组变压器 也可以选择 1 个三绕组变压器 在机组 容量为 125MW 及以下的变电所中多采用三绕组变压器 但是三绕组变压器的每个 绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的 15 及以上 否则绕组未能充分利用 反而不如选择用 2 台双绕组变压器在经济上更加合理 3 绕组联结组号 由于本次设计的变电所的变压器我们选择三绕组变压器 而三绕组变压器的 联结组号必须跟系统电压相位相一致 否则三绕组变压器将不能并列运行 所以 本科生毕业设计 论文 14 电力系统采用的绕组联结方式只有星形 Y 和三角形 d 两种 因此 变压器 三相绕组的联结方式应根据具体工程来确定 在发电厂跟变电所的设计中 一般 考虑系统或机组的同步并列要求以及限制 3 次谐波对电源的影响等因素 主变压 器联结组号一般都选用 YNd11 常规接线 4 阻抗和调压方式 变压器的阻抗其实就是变压器绕组之间的漏抗 当变压器的电压比 型式 结构与材料确定下来之后 其阻抗的大小一般与变压器容量的关系不大 各侧阻 抗值的选择应从电力系统稳定 潮流方向 无功分配 短路电流 继电保护 系 统内的调压手段和并联运行等方面综合考虑 以对具体工程其决定性的因素确定 而变电所为了保证可以获得合格的电能质量 其电压就必须要维持在一个允 许的范围之内 所以变压器的调压手段也显得尤为重要 对于变压器的调压手段 通过变压器的分接头开关的切换 改变变压器高压侧绕组匝数 从而改变其变比 从而实现电压调整 而具体的调压方式分为有载调压跟无载调压两种 有载调压 即带负荷切换 调整范围较大 可达 30 无载调压即不带电切换 调整范围通 常只有 5 5 冷却方法 变压器的冷却方式根据其型号与容量的不同也会有一定的差异 一般变压器 的冷却方法有自然风冷却 强迫风冷却 强迫油循环水冷却 强迫油循环风冷却 强迫油循环导向冷却等等 由于本次设计的变电所为中 小型变电所 冷却设备与冷却条件相对较差 所以本次设计采用中 小型变压器经常采用的依靠装在变压器油箱上的片状或管 形辐射式冷却器及电动风扇的自然风冷却及强迫风冷却方式散发热量 综上所述 本次设计选择的变压器为两台三相双绕组有载降压变压器 SZ10 10000 60 接线方式为 YNd11 表 4 1 所选变压器型号 型号主变容量 kVA 额定电压 kV 接线形式台数 SZ10 10000 601000060YNd112 本科生毕业设计 论文 15 第 5 章 电气主接线设计 5 1 电气主接线的意义 对变电所的设计 电气主接线时设计中的首要部分 在变电所设计时就根据 机组容量 电厂规模及电厂在电力系统中的地位等 从供电的可靠性 运行的灵 活性和方便性 经济性 发展和扩建的可能性等方面 经综合比较后确定 它的 接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况 电气主接线又称电气一次接线 它将电气设备用规定的图形和文字符号 按 电能生产 传输 分配顺序及相关要求绘制单相接线图 电气主接线代表变电所 高电压 大电流的电气部分主体结构 是电力系统网络结构的重要组成部分 它 直接影响电力生产运行的可靠性 灵活性 同时对电气设备的选择 配电装置的 布置 继电保护 自动装置和控制方式等诸多因素都有决定性的关系 因此 主 接线的设计必须经过技术与经济的充分论证比较 综合考虑各个方面的影响 从 而最终确定设计的最合理的方案 5 2 电气主接线设计的基本要求 电气主接线作为变电所设计的首要部分 其在设计中所占的地位自然也是十 分的重要 所以对于电气主接线的设计也会有根据其工作要求而产生的相对应的 要求 简单来说电气主接线在正常工作的时候应该满足可靠性 灵活性 经济性 三个方面 1 可靠性 作为电力系统工作运行的首要必备条件 可靠性自然也是电气主接线首先要 满足的必备要求 因为停电不仅会使发电厂造成损失 而且对国民经济各部门带 来的损失会更加严重 经济越发达的地方 停电造成的经济损失就会越大 甚至 于可能导致人身伤亡 设备损坏 产品报废 城市生活混乱等恶劣情况 对社会 造成的损失时难以估量的 但是电气主接线的可靠性不是绝对的 同样形式与标 准的电气主接线形式在这个变电所可以保证其可靠稳定的运行 但是在另外的变 电所可能就不一定满足其的可靠性要求 所以 在分析电气主接线的可靠性时 需要考虑变电站在电力系统中的地位与作用 用户负荷的性质 设备的运行水平 以及变电站长期的运行监测数据等 从多个方面来确定电气主接线的可靠性 使 本科生毕业设计 论文 16 得电力系统稳定运行 2 灵活性 由于变电所的工作是对不同等级的电压进行相互的变换 所以在保证系统可 靠性的前提下 电气主接线需要能适应各种运行状态 并且可以在各种状态之下 进行运行方式的平稳变换 而为了满足电气主接线可以正常且灵活的进行各个状 态之间的变换 电气主接线需要相对简单 操作要方便 而且尽可能的减少操作 步骤 一边运行人员在操作过程中不会出现操作差错 所以 需要考虑操作的方 便性 调度的方便性 扩建的方便性 这几个方面都需要考虑进去 使其尽可能 地不影响连续供电或在停电最短的情况下 尽可能顺利完成过渡方案的实施 减 少造成的停电损失 3 经济性 在电气主接线的设计时 往往在可靠性跟经济性之间会产生矛盾 因为保证 电气主接线可靠性必然就会增加投资 而保证经济性就必然需要减少各方面的投 资 所以综合考虑我们需要在保证可靠性跟灵活性的前提下做到经济合理 即需 要节省一次投资 使占地面积相对少 减少电能损耗 5 3 电气主接线的基本形式与特点 电气主接线的接线形式其实就是电气设备的连接方式 以电源和出线为主体 由于不同电压等级的变电站的出线回路数和电源数不同 而且每路馈线所传输的 功率也不一样 因而为了便于电能的汇集跟分配 在进出线数较多时 采用母线 作为中间环节 可以使接线简单清晰 运行方便 有利于安装跟扩建 而电气主 接线形式有以下几种 1 单母线接线 单母线接线的供电电源在变电所时变压器或高压进线回路 母线既可以保证 电源的并列工作 又能使任一条出线都可以从任一电源获得电能 各出线回路输 送功率不一定相等 应尽可能使负荷均匀地分配在母线上 以减少功率在母线上 的传输 单母线接线的优点 接线简单 操作方便 经济性好 占地面小 方便扩建 单母线接线的缺点 可靠性差 线路检修时所有回路都要停止运行 造成全 厂长期停电 而且调度不方便 电流会很大 由于单母线接线比较简单 所以一般只有出现回路较少 没有重要负荷的变 电站才会选择单母线接线 本科生毕业设计 论文 17 2 单母线分段接线 单母线分段使用断路器进行分段 可以可靠提高供电的可靠性 对于重要的 用户可以从不同段引出两回馈电线路 由两个电源供电 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故障段隔离 保证正常段母线不间断供电 不致使重要用户停 电 而两端母线同时故障的概率有很小 可以不予考虑 单母线分段接线一般用于有两台主变压器的 6 10kV 的配电装置 35 63kV 配 电装置出线 4 8 回路 但是此接线方式需要配置两条母线 所以投资造价会比较 高 3 双母线接线 顾名思义 双母线接线有两组母线 两条母线可以互为备用 每一电源和出 线回路都装有一台断路器 有两组母线隔离开关 可分别与两组母线连接 两组 母线之间的联络 通过母线联络断路器来实现 双母线接线与单母线相比 虽然投资有所增加 但是供电可靠性更高 调度 更灵活 扩建也更方便 使运行可靠性与灵活性大大提升 所以双母线接线一般 用于进出线回路数多 容量较大 出线带电抗器的 6 10kV 配电装置 35 60kV 出 线数超过 8 回 或连接电源较大 负荷较大的变电所 4 双母线分段接线 相比于双母线接线 双母线分段接线可以减小母线故障的停电范围 分段断 路器可以将工作母线分为两段 每段工作母线用各自的母联断路器与备用母线相 连 电源和出现回路均匀的分布在两段工作母线上 双母线分段比双母线接线的 可靠性更高 当一段工作母线发生故障后 在继电保护作用下 分段断路器先自 动跳开 后将故障母线所连的电源回路的断路器跳开 该段母线所连的出线回路 停电 随后 将故障母线所连的电源回路的出线回路切换到备用母线上 即可恢 复供电 这样 只是部分短时停电 而不必全部短期停电 双母线分段接线较多用于 220kV 配电装置 当进出线数为 10 14 回时采用三 分段 15 回及以上时采用四分段 同时在 330kV 500kV 大容量配电装置中 出线 为 6 回及以上时一般也采用类似的双母线分段接线 5 单母线分段带旁路母线的接线 单母线分段带旁路母线的接线设有旁路母线 旁路断路器及母线旁路隔离开 关 此外在各出线回路的线路隔离开关的外侧都装有旁路隔离开关 使旁路母线 能够与各出线回路相连 单母线分段带旁路母线的接线极大地提高了可靠性 但 这样的接线也增加了一台旁路断路器的投资 6 双母线带旁路母线的接线 本科生毕业设计 论文 18 不单单母线可以带旁路母线 双母线也可以带旁路母线 用旁路断路器替代 检修中的回路断路器工作 使该回路不致停电 双母线带旁路母线的接线 可以 设专用旁路母线 也可以用旁路断路器兼作母联断路器 或用母联断路器兼作旁 路断路器 双母线分段接线也可以带旁路母线 但需设两台旁路断路器 分别在 工作母线的两个分段上 接线更为复杂 7 一台半断路器接线 一台半断路器接线运行的可靠性和灵活性很高 在检修母线或断路器时不必 用隔离开关进行大量的道闸操作 并且调度和扩建也很方便 对于一台半断路器 的配置方式就是将两个同名电源分别布置在不同串上 并且分别靠近不同母线接 入 即电源 变压器和出线相互交叉配置 另一种非交叉接线 它也将同名元件 分别配置在不同串上 但所有同名元件都靠近某一母线一侧 所以在超高压电网 中得到了广泛应用 在 330kV 500kV 电压当进出线为 6 回及以上 配电装置在系 统中有重要地位时一般宜采用一台半断路器接线 8 三分之四台断路器接线 电气主接线需要考虑投资的经济性 但是由于高压断路器的造价高 为了进 一步减少设备投资 把三条回路的进线通过四台断路器接到两组母线上 构成三 分之四断路器接线方式 这种接线方式通常用于发电机台数大于线路数的大型水 电厂 以便实现在一个串的三个回路中电源与负荷容量相互匹配 使用三分之四 台 一台半及两台断路器的多重连接的组合接线 将有利于提高配电装置的可靠 性和灵活性 9 变压器母线组接线 各出线回路由两台断路器分别接在两组母线上 变压器直接通过隔离开关接 到母线上 组成母线变压器母线组接线 这种接线调度灵活 电源和负荷可以自 由调配 安全可靠 有利于扩建 由于变压器是高可靠性设备 所以直接接入母 线 对母线的运行并不会产生明显影响 一旦遇上变压器故障的时候 连接于对 应母线上的断路器跳开 但不影响其他回路供电 这种接线适用于长距离大容量 输电线路 系统稳定性问题突出和要求线路有较高的可靠性并要求主变压器的质 量可靠 故障率甚低的变电站中 故此需要较多的设备投资 10 单元接线 单元接线是无母线接线中最简单的形式 也是所有主接线中基本形式最简单 的一种 单元接线避免了由于额定电流或短路电流过大 使得选择出口断路器时 受到制造条件或价格过高等原因造成的困难 单元接线接线简单 开关设备较少 操作简便 以及因不设发电机电压母线 而在发电机和变压器之间采用封闭母线 使得在发电机和变压器低压侧的短路几率和短路电流相对于具有发电机电压级母 本科生毕业设计 论文 19 线时有所减少 11 桥形接线 桥形接线有内桥接线和外