35kV企业变电站电气主接线设计_毕业设计.doc

本科毕业设计 论文 35kV企业变电站电气主接线设计 文 博 燕 山 大 学 2012年 6月 本科毕业设计 论文 35kV企业变电站电气主接线设计 学 院 电气工程学院 专 业 电力系统及其自动化 学生 姓名 文博 学 号 080103030094 指导 教师 贾清泉 答辩 日期 2012 6 25 燕山大学毕业设计 论文 任务书 学院 电气工程学院 系级教学单位 电力工程系 学 号 080103030094 学生 姓名 文博 专 业 班 级 08电力2班 题 目 题目名称 35kV企业变电站电气主接线设计 题目性质 1 理工类 工程设计 工程技术实验研究型 理论研究型 计算机软件型 综合型 2 文管类 3 外语类 4 艺术类 题目类型 1 毕业设计 2 论文 题目来源 科研课题 生产实际 自选题目 主 要 内 容 1 收集与本设计课题相关的技术资料及变电站原始数据资料 查阅和学习相关供电设计标准及技术规范 2 确定整个供电系统的设计方案 3 按照收集的资料 完成变电站的负荷计算 4 变电站主变压器选择 变电站短路计算 完成短路校验 5 变电站主要电气设备选择 6 变电站防雷接地设计 基 本 要 求 1 遵守毕业设计期间的纪律 按时参加答疑 2 独立完成设计任务 培养基本的科研能力 3 设计说明书一份 不少于2万字 A0图纸一张 英文资料翻译不少于3千字 说明书要求条理清晰 文笔通顺 符合毕业设计撰写规范的要求 论文 图纸中的文字符号符合国家现行标准 4 完成相关仿真实验 并反映在论文中 参 考 资 料 1 电力工程电气设备手册 电气一次部分 中国电力出版社 2 电力工程电气设备手册 电气二次部分 中国电力出版社 3 自查资料 周 次 1 4周 5 8周 9 12周 13 16周 17 18周 应 完 成 的 内 容 查阅资料 学习变电站设计和CAD的基础知识 35kV变电站总体设计方案确定 35kV变电站电力系统一次部分设计 35kV变电站电力系统二次部分 继电保护和防雷保护 设计 撰写毕业论文 准备答辩 指导教师 贾清泉 职称 教授 2012年 月 日 系级教学单位审批 年 月 日 摘要 摘要 变电所是电力系统的一个重要组成部分 由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成 它从电力系统取得电能 通过其变换 分配 输送与保护等功能 然后将电能安全 可靠 经济的输送到每一个用电设备 本变电所的设计首先是要进行负荷的分析 该变电站主要设备都是二级负荷 故应优先考虑其供电可靠性 接着就是主接线的设计 提出了几种不同的设计方案 经过经济性 可靠性和灵敏性分析 最终确定了高低压侧都采用了单母线分段接线的方案 在变压器台数及容量的选择时 为了提高变电所供电的可靠性 采用的是两台型号相同的变压器 短路计算中采用了更为普遍的标幺值法 对于设备的选择可分为高压侧 35kV侧 和低压侧 10kV侧 两种 根据不同的要求看是否需要进行动稳定或热稳定的校验 从而选择更适合的设备以及电缆 母线 断路器 隔离开关等 在低压侧10kV侧装设了无功补偿装置 接下来是变压器的继电保护 对于油浸式变压器采用了瓦斯保护 电流速断 过电流以及过负荷这几种保护 最后就是防雷与接地的设计 常用的防雷设备有避雷针和避雷器 最终经过分析 采用了四支避雷针作为变电所电气部分的防雷保护 关键词 变电站 主接线 短路电流 电气设备 I 燕山大学本科生毕业设计 论文 Abstract Substation power system is an important component of the electrical equipment and distribution by the network connection mode according to a certain pose It obtained power from the power system through its transformation distribution transmission and protection functions then power safely reliably and economically supply to each device First of all in the design of the substation it is necessary to carry out the analysis of load the main substation devices are second class load therefore priority should be given the reliability of power supply Followed by the main electrical scheme presented in several different designs economy reliability and sensitivity analysis and ultimately determine the high and low pressure side of the Single Bus wiring program Select the number of transformer units and capacity in order to improve the reliability of substation power supply using the two models of the same transformer Short circuit calculation used the more common standard value method For the choice of devices can be divided into the high pressure side 35kV side and low voltage side 10kV side According to different requirements to see if the need for dynamic stability or thermal stability of calibration select the more suitable equipment and cables bus circuit breakers isolating switches and the low voltage side of the 10kV installed reactive power compensation device Next is the protection of the transformer for oil immersed transformer gas protection the current speed off over current and these types of overload protection can be used After the final analysis the use of a lightning rod 4 as part of the electrical substation lightning protection Keywords Substation Main electrical scheme Short circuit current Electrical equipment I 目 录 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1 1 课题背景 1 1 2 工程概述 2 1 3 变电所的负荷情况 3 1 4 选题的目的和意义 3 1 5 研究主要内容 3 第2章 电气主接线方案的确定 4 2 1 主接线设计依据 4 2 2 主接线的基本接线形式 4 2 3 变电站35kV侧接线形式的确定 5 2 3 1 35kV侧的几种接线方案 5 2 3 2 35kV侧的接线方案分析比较 7 2 4 变电站10kV侧接线形式的确定 8 2 5 变电站0 4kV侧接线形式的确定 9 2 6 本章小结 9 第3章 变压器的选择 10 3 1 变电所主变压器台数的选择 10 3 2 变电所主变压器容量的选择 10 3 3 主变压器型式的选择 11 3 4 厂用低压侧变压器的选择 13 3 5 本章小结 13 第4章 短路电流的计算 14 4 1 短路电流的原因和后果 14 4 2 短路电流计算的目的 15 4 3 短路电流计算 15 4 3 1 绘制短路电流计算电路图 15 4 3 2 确定基准值 16 4 3 3 计算短路电路中各个元件电抗标幺值 16 4 3 4 母线短路点的短路计算 17 4 4 计算结果汇总 19 4 5 本章小结 19 第5章 电气设备的选择 20 5 1 导体和电气设备选择的一般条件 20 5 1 1 一般原则 20 5 1 2 技术条件 20 5 2 断路器的选择 21 5 2 1 35kV侧断路器选择 22 5 2 2 10kV侧断路器选择 23 5 3 隔离开关的选择 24 5 3 1 35kV侧隔离开关选择 25 5 3 2 10kV侧隔离开关选择 25 5 4 互感器的选择 26 5 4 1 电流互感器的选择 27 5 4 2 电压互感器的选择 29 5 5 母线的选择 30 5 5 1 35kV侧母线的选择 30 5 5 2 10kV侧母线的选择 31 5 6 10kV出线的选择 31 5 7 10kV侧开关柜的选择 31 5 8 无功补偿设备的选择 32 5 9 本章小结 32 第6章 变电站继电保护 33 6 1 瓦斯保护 33 6 2 过电流保护 34 6 3 过负荷保护 35 6 4 电流速断保护 36 6 5 本章小结 37 第7章 防雷与接地装置的设计 38 7 1 避雷针的选择 38 7 2 避雷器的选择 39 7 3 接地装置的选择 41 7 4 本章小结 41 结论 42 参考文献 43 致谢 45 附录 46 V 第1章 绪论 第1章 绪论 1 1 课题背景 电力行业既是国民经济和社会发展的基础产业 又是公共事业 电气化程度是衡量一个国家现代化建设的重要标志 改革开放以后我国的电力产业得到了快速的发展 从而也促进了国民经济的增长 但是相比于发达国家 我们的人均拥有发电装机容量和电力消费占能源消费的比重还很低 而变电站是电力系统组成的一个重要环节 是电力网中线路的连接点 其作用是变换电压 汇集和分配电能 变电站能否正确运行关系到电力系统的稳定和安全问题 因此对变电站的合理设计就显得十分重要了 1 在工厂里 电能虽然是工业生产的主要能源和动力 但是它在产品成本中所占的比重一般很小 例如在机械工业中 电费开支仅占产品成本的5 左右 从投资额来看 一般机械工厂在供电设备上的投资 也仅占总投资的5 左右 因此电能在工业生产中的重要性 并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少 而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量 提高产品质量 提高劳动生产率 降低生产成本 减轻工人的劳动强度 改善工人的劳动条件 有利于实现生产过程自动化 从另一方面来说 如果工厂的电能供应突然中断 则对工业生产可能造成严重的后果 例如某些对供电可靠性要求很高的工厂 即使是极短时间的停电 也会引起重大设备损坏 或引起大量产品报废 甚至可能发生重大的人生事故 给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失 因此 做好工厂供电工作对于发展工业生产 实现工业现代化 具有十分重要的意义 由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面 而能源节约对于国家经济建设有十分重要的战略意义 因此做好工厂供电工作 对于节约能源 支援国家经济建设 也具有重大的作用 工厂供电工作要很好地为工业生产服务 切实保证工厂生产和生活用电的需要 并做好节能工作 就必须达到以下基本要求 1 安全 在电能的供应 分配和使用中 不应发生人身事故和设备事故 2 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求 3 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 4 经济 供电系统的投资要少 运行费用要低 并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量 此外 在供电工作中 应合理地处理局部和全局 当前和长远等关系 既要照顾局部和当前的利益 又要有全局观点 能顾全大局 适应发展 工厂供电设计的一般设计原则 1 遵守规程 执行政策 必须遵循国家的有关规程和标准 执行国家的有关方针 包括节约电能 节约有色金属等技术经济政策 2 安全可靠 先进合理 应做到保障人身和设备的安全 供电可靠 电能质量合格 技术先进和经济合理 应采用效率高 能耗低 性能较先进的电气产品 3 近期为主 考虑发展 应根据工程特点 规模和发展规划 正确处理近期建设和远期发展的关系 做到远 近期结合 以近期为主 适当考虑扩建的可能性 4 全局出发 统筹兼顾 必须做到全局出发 统筹兼顾 按负荷性质 用电容量 工程特点和地区供电条件等 合理确定设计方案 本次毕业设计 拟为某机械制造企业建造一所35kV企业变电站 以满足企业正常生产供电需求 提高企业的经济效益 实现企业利润最大化 这次设计工作 将建成一个网络比较可靠 布局比较合理 装备比较先进 管理比较科学 通信比较完善和自动化程度比较高的工厂供电电网 真正达到安全 优质 高效和低耗的目标 1 2 工程概述 所设计变电所为某机械制造企业变电所 根据全公司负荷的要求 变电所要求一次建成 变电所电压等级共分为三级 35kV 10kV 0 4kV 变电所进出线35kV侧2回 分别来自某220kV变电所和某110kV变电所的35kV出线 因架空走廊比较紧张 来自220kV变的5km线路约4km为架空线 1km为电缆 来自110kV变的12km线路约8km为架空线 约4km为电缆 出线条件无限制 10kV侧4回 0 4kV侧2回 1 3 变电所的负荷情况 根据该机械制造企业提供的资料 工厂负荷主要为正常运行用电设备三相电机 均属于二级负荷 各车间负荷数据为1车间4319 17kVA 2车间4480kVA 3车间956 32kVA 4车间3320 80kVA 400V侧负荷一回为2MVA 另一回为1MVA 1 4 选题的目的和意义 本次毕业设计内容为35kV降压变电站的电气设计 本次任务的主要目的在于疏通 整理大学四年来所学知识 系统地进行再学习 从一个比较高的高度来掌握所学习过的知识 体现了由薄变厚再由厚变薄的学习理念 培养学生对于各科知识的综合运用能力 分析问题的能力和解决实际问题的能力 最终掌握实际工程设计的基本技能 检测大学四年来的学习成果 1 掌握变电站的设计方法 2 完成变电站的电气设计 达到经济合理 安全可靠的设计要求 3 掌握变电站电力系统继电保护整定计算的方法 1 5 研究主要内容 本设计是要完成某35kV企业变电站电气主接线的设计 包括系统方案选择 负荷计算 可靠性分析 经济性分析 一次设备选择 短路电流计算 防雷与接地等 要求满足供电的可靠性和安全性要求 保证供电质量 而且设计简单 运行灵活 操作方便 47 第2章 电气主接线方案的确定 第2章 电气主接线方案的确定 2 1 主接线设计依据 在变电站选择电气主接线时 应以以下列点作为设计依据 1 变电站在电力系统中的地位和作用 电力系统中的变电所有系统枢纽变电所 地区重要变电所和一般变电所三种类型 一般系统枢纽变电所汇集大电源 进行系统功率的转换和以中压供电 电压为330 500kV 地区重要变电所 电压为220 330kV 一般变电所多为终端和分支变电所 电压为110kV 但也有35kV 本次设计的机械制造变电所属于一般终端变电所 2 变电所的分期和最终建设规模 变电所根据5 10年电力系统发展规划进行设计 一般装设两台主变压器 当技术经济比较合理时 330 500kV枢纽变电所也可装设3 4台主变压器 终端或分支变电所如只有一个电源时 可只装设一台主变压器 本次变电站设计 由于负荷比较集中 变化不大 故可一次建成 3 负荷大小和重要性 对于一级负荷必须有两个独立电源供电 且当任何一个电源失去后 能保证对全部一级负荷不间断供电 对于二次负荷一般要有两个独立电源供电 且当任何一个电源失去后 能保证全部或大部分二级负荷的供电 对于三级负荷一般只需要一个电源供电 本次设计负荷主要为正常运行用电设备三相电机 属于二级负荷 故障会对生产造成很大的影响 因此在设计时要考虑供电的可靠性和安全性 4 系统备用容量大小 装有两台及以上主变压器的变电所 其中一台事故断开 其余主变压器的容量应保证该所70 的全部负荷 在计及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 2 2 主接线的基本接线形式 主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种连接方式 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和电源数不同 且每路馈线所传输的功率也不太一样 因而为便于电能的汇集和分配 在进出线数较多时 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开关电器较少 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或变电站 6 220kV高压配电装置的接线 2 分为 1 有汇流母线的接线 单母线 单母线分段 双母线 双母线分段 增设旁路母线或者旁路隔离开关等 2 无汇流母线的接线 变压器 线路单元接线 桥形接线 角形接线 2 3 35kV侧接线形式的确定 2 3 1 35kV侧的几种接线方案 按照 变电站设计技术规程 的规定 35 60kV配电装置中 当出线为2回时 一般采用桥形接线 当出线为2回以上时 一般采用单母线分段或单母线接线 出线回路数较多 连接的电源较多 负荷大或污秽环境中的35 60kV室外配电装置 可采用双母线接线 本变电站35kV可考虑以下3种方案 方案一 采用单母线分段接线 3 如图2 1所示 1 优点 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 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故障段切除 保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 2 缺点 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线的回路都要在检修期间内停电 当出线为双回路时 常使架空线路出线交叉跨越 扩建时需要向两个方向均衡扩建 分段断路器故障造成35kV两段母线停电 3 适用范围 1 6 10kV配电装置出线回路数为6回及以上时 2 35 63kV配电装置出线回路数为4 8回时 3 110 220kV配电装置出线回路数为3 4回时 图2 1 单母线分段接线 方案二 采用单母线接线 如图2 2所示 1 优点 接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建和采用成套配电装置 2 缺点 不够灵活可靠 任一元件故障或者检修 均需要使整个配电装置停电 单母线可以用隔离开关分段 但当一段母线故障时 全部回路仍需短时停电 再用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复非故障段的供电 3 适用范围 使用于一台发电机或者一台主变压器的以下三种情况 1 6 10kV配电装置的出线回路数不超过5回 2 35 63kV配电装置的出线回路数不超过3回 3 110 220kV配电装置的出线回路数不超过2回 图2 2 单母线接线 方案三 采用外桥形接线 如图2 3所示 1 优点 高压断路器数量少 四个回路只需要三台断路器 2 缺点 线路的切除和投入较复杂 需要动作两台断路器 并有一台变压器暂时停运 桥连断路器检修时 两个回路需要解列运行 变压器侧断路器检修时 变压器需较长时期停运 3 使用范围 适用于较小容量的发电厂变电所 并且变压器的切换较为频繁或者线路较短 故障率较低的情况 此外 线路有穿越功率时 也宜采用外桥形接线 图2 3 外桥接线 2 3 2 35kV侧的接线方案分析比较 以上三个方案 所需35kV断路器和隔离开关数量如表2 1所示 表2 1 35kV断路器和隔离开关数量表 方案比较 单母线分段接线 单母线接线 外桥接线 断路器台数 5 4 3 隔离开关总数 8 6 6 上述三种方案从经济性来看 由于三种方案所选变压器型号和容量相同 占地面积基本相同 所以只比较设备 方案1所用设备最多 造价最高 故最不经济 方案3所用设备最少 造价最低 故最经济 方案2介于方案1和方案3之间较经济 从可靠性来看 方案1中 当一段母线发生故障 分段断路器自动将故障段切除 保证正常段母线不间断供电和不致使重要负荷停电 可以满足生产负荷的要求 可靠性高 方案2中 任一元件 母线及母线隔离开关等 故障或检修 均需使整个配电装置停电 不能满足工厂负荷用电的要求 方案3中 当线路发生故障时 需要动作与之相连的两台断路器 从而影响一台未发生故障的变压器运行 因此方案2 方案3可靠性均不如方案1 从改变运行方式的灵活性来看 方案2因接线简单 所以投切变压器 倒闸操作最简便 通过以上比较 方案1虽然经济投入比较大 但是可靠性高 满足工厂供电需求 故最终选择方案1单母线分段接线为本变电所的35kV侧主接线 2 4 10kV侧接线形式的确定 由于本变电所负荷主要是二级负荷 为此在保证供电可靠性的情况下 可以考虑以下接线方式 1 双母线接线方式 双母线接线方式如图2 4所示 该接线方式具有供电可靠 检修方便 调度灵活或便于扩建等优点 但这种接线所用设备多 特别是隔离开关 配电装置复杂 经济性较差 在运行中隔离开关作为操作电器 容易发生误操作 且对实现自动化不便 尤其当母线系统故障时 须短时切除较多电源和线路 这对大部分负荷是不允许的 图2 4 双母线接线 2 单母线分段接线方式 母线分段后 当分段断路器接通运行时 任一段母线发生短路故障时 在继电保护作用下 分段断路器和接在故障段上的电源回路断路器便自动断开 保证正常段母线不间断供电 保证重要负荷不停电 这时非故障段母线可以继续运行 缩小了母线故障的停电范围 当分段断路器断开运行时 分段断路器装有继电保护装置 采用分段断路器断开运行方式 有利于限制短路电流 综合以上 对重要的负荷出线 在满足可靠性和灵活性的前提下 采用单母线分段接线方式比双母线接线经济 故本变电站10kV侧出线采用单母线分段接线的方式 正常运行时 分段断路器处于断开位置 即两台变压器各带一段母线 当1台变压器故障 检修时 则断开该变压器低压侧断路器 合分段断路器 由一台主变向两段母线供电 2 5 0 4kV侧接线形式的确定 本设计中0 4kV的负荷主要有2回 一回为2MVA 另一回为1MVA 0 4kV作为工厂低压配电电压 要求接线简单清晰 操作方便 便于采用成套配电装置 故本设计中0 4kV侧采用单母线分段接线 从10kV侧的2段母线上接2台变压器为0 4kV侧的负荷提供电源 2 6 本章小结 变电站电气主接线是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 电气主接线是由高压电器设备通过连接组成的接受和分配电能的电路 反映各设备的作用 连接方式和各回路间相互关系 从而构成变电站电气部分的主体 它直接影响运行的可靠性 灵活性 并对配电装置的布置 继电保护的配置 自动装置和控制方式的选择 起决定性作用 因此 在确定主接线时 电气主接线要满足必要的供电可靠性 经济性 保证供电的电能质量 另外主接线应能适应各种运行方式 具有发展和扩建的可能性 本设计中35kV侧采用单母线分段接线 10kV侧采用单母线分段接线 0 4kV侧采用单母线分段接线 第3章 变压器的选择 第3章 变压器的选择 3 1 变电所主变压器台数的选择 变压器作为电力系统中电能传输的一个重要环节 其功能主要是实现升压或降压 以利于电能的合理输送 分配和使用 对变电站主接线的形式及其可靠性与经济性有重要影响 所以 正确合理地选择变压器的类型 台数和容量 是主接线设计中的一个主要问题 主变的选择除依据基础资料外 还取决于输送功率的大小 与系统的紧密程度 同时兼顾负荷性质等方面 综合分析 合理选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则 1 应满足用电负荷对供电可靠性的要求 对供有大量一 二级负荷的变电所 宜采用两台变压器 以便当一台变压器发生故障或检修时 另一台变压器能对一 二级负荷继续供电 对只有二级而无一级负荷的变电所 也可以只用一台变压器 但必须在低压侧敷设与其它变电所相联的联络线作为备用电源 2 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所 也可考虑采用两台变压器 3 除上述情况外 一般车间变电所宜采用一台变压器 但是负荷集中而容量相当大的变电所 虽为三级负荷 也可以采用两台或以上变压器 4 在确定变电所主变压器台数时 应适当考虑负荷的发展 留有一定的余地 4 由原始资料可知 我们本次设计的机械制造厂厂用变电站 主要是接受由附近某220kV变电站35kV的功率和110kV变电站35kV的功率 通过主变向10kV线路输送 由于厂区主要为二级负荷 停电会对生产造成重大的影响 因此选择主变台数时 要确保供电的可靠性 故可选择两台主变压器 3 2 变电所主变压器容量的选择 主变压器容量一般按变电站建成后5 10年规划负荷选择 并适当考虑到远期10 20年的负荷发展 对于城郊变电站主变压器容量应与城市规划相结合 根据变电站所带负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量 对于有重要负荷的变电站应考虑当一台主变压器停用时 其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内 应保证用户的一级和二级负荷 对一般性变电站当一台主变压器停用时 其余变压器容量应能保证全部负荷的70 80 该变电站的主变压器是按全部负荷的70 来选择 当一台变压器停运时 可保证对70 负荷的供电 考虑到变压器的事故过负荷能力为30 则可保证98 负荷供电 因此主变压器的容量为Se 0 7S S为10kV侧的总负荷和400V侧的负荷之和 由原始资料可知 工厂负荷有10kV侧的车间一4319 17kVA 车间二4480kVA 车间三956 32kVA 车间四3320 80kVA 以及400V侧的两回负荷分别为2MVA 1MVA 因此选2台容量为12 5MVA变压器即可满足供电需求 3 3 主变压器型式的选择 选择完主变压器的容量后 就需要选择主变压器的型式了 在选择主变压器型式时 应考虑以下问题 1 主变相数的选择 主变压器采用三相或单相 主要考虑变压器的制造条件 可靠性要求及远输条件等因素 特别是大型变压器尤其需要考虑其运输 当不受运输条件限制时 在330kV及以下的变电站均应选用三相变压器 选用单相变压器相对来讲投资大 占地多 运行损耗大 同时配电装置以及继电保护和二次接线比较复杂 增加了维护及倒闸操作的工作量 故本设计中采用三相变压器 2 主变调压方式的选择 变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头 从而改变变压器变比来实现的 切换方式有两种 不带电切换称为无激磁调压 调整范围通常在 5 以内 另一种是带负载切换 称为有载调压 调整范围可达20 本次设计中采用无励磁调节变压器 3 连接方式的选择 变压器绕组的连接方式必须和系统电压相位一致 否则不能并列运行 电力系统采用的绕组连接方式只有Y和 我国110kV及以上电压 变压器绕组都采用Y0连接 35kV变压器采用Y连接 其中性点多通过消弧线圈接地 35kV以下电压 变压器绕组都采用 连接 全星形接线虽然有利于并网时相位一致的优点 但是由于全星形变压器三次谐波无通路 因此将引起正弦波电压的畸变 如果影响较大 还必须综合考虑系统发展才能选用 采用 接线可以消除三次谐波的影响 本次设计的变电站的两个电压等级分别为 35kV 10kV 所以选用主变的接线级别为YN d11接线方式 4 容量比的选择 根据原始资料可知 35kV侧负荷容量与10kV侧负荷容量一样大 所以容量比选择为100 100 5 主变冷却方式的选择 主变压器一般采用冷却方式有自然风冷却 小容量变压器 强迫油循环风冷却 大容量变压器 强迫油循环水冷却 强迫导向油循环冷却 本次设计的变电所位于郊区 对占地要求不是十分严格 应采用强迫油循环风冷却方式 综合以上因素最终选型为SF9 12500 35型无励磁调压风冷变压器 表3 1 SF9 12500 35型无励磁调压风冷变压器技术参数 设备型号 SF9 12500 35 额定容量 MVA 12 5 额定电压 kV 高压 35 2 2 5 低压 10 联接组标号 YN d 11 损耗 kW 空载 12 0 负载 57 3 空载电流 0 5 短路阻抗 8 0 3 4 厂用低压侧变压器的选择 1 台数的确定 选择两台厂用低压变压器 2 备用方式的确定 变电站多采用暗备用方式 3 站用变压器容量由已知可知有负荷一回2MVA 负荷二回1MVA 由此可知低压侧的变压器容量为 综上并且经过安全考虑选择2台SC10 2500 10干式变压器 表3 2 SC10 2500 10型干式变压器技术参数 设备型号 SC10 2500 10 额定容量 MVA 2 5 额定电压 kV 高压 10 2 2 5 低压 0 4 联接组标号 YN d 11 损耗 kW 空载 3 71 负载 15 59 空载电流 0 4 短路阻抗 6 0 3 5 本章小结 本章主要介绍了工厂供电系统里主变压器的选择 主变压器的容量 台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构 所以在其选择方面要格外严格 其中主要包括主变压器台数 容量 主变压器相数 调压方式 连接组别 容量比 冷却方式等等方面的选择 适当的变压器不仅能够节省投资 还能够提高系统的稳定性及可靠性 本设计中35 10选择2台SF9 12500 35型无励磁调压风冷变压器互为备用 10 0 4选择2台SC10 2500 10干式变压器也互为备用 第4章 短路电流的计算 第4章 短路电流的计算 在电力系统中运行的电气设备 在其运行中都必须考虑到发生的各种故障和不正常运行状态 最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路 因为它们会破坏对用户正常供电和电气设备的正常运行 使电气设备受到破坏 短路是电力系统的严重故障 所谓短路是指一切不属于正常运行的相与相之间或相与地之间 对于中性点接地系统 发生通路的情况 在三相系统中 可能发生的有对称的三相短路和不对称的两相短路 两相接地短路和单相接地短路 在各种类型的短路中 单相短路占多数 三相短路几率最小 但其后果最为严重 因此 我们采用三相短路 对称短路 来计算短路电流 并检验电气设备的稳定性 5 4 1 短路电流的原因和后果 工厂供电系统要求正常地不简短地对用电负荷供电 以保证工厂生产和生活的正常进行 但是由于各种原因 也难免出现故障 而使系统的正常运行遭到破坏 系统中最常见的故障就是短路 所谓短路 就是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况 产生短路的原因很多 主要有以下几个方面 1 元件损坏 例如绝缘材料的自然老化 设计 安装及维护不良带来的设备缺陷发展成短路等 2 气象条件恶化 例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作 架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等 3 人为事故 例如运行人员带负荷拉刀闸 线路或设备检修后为拆除接地线就加上电压等 其它 例如挖沟损伤电缆 鸟兽跨接在裸露的载流部分等 短路后 短路电流比正常电流大得多 在大电力系统中 短路电流可达几万甚至几十万安 如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害 即 1 短路是要产生很大的电动力和很高的温度 而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏 2 短路时电压要骤降 严重影响电气设备的正常运行 3 短路可造成停电 而且越靠近电源 停电范围越大 给国民经济造成的损失也越大 4 严重的短路要影响电流系统运行的稳定性 可使并列运行的发电机组失去同步 造成系统解列 5 单相短路 其电流将产生较强的不平衡交变磁场 对附近的通信线路 电子设备等产生干扰 影响其正常运行 甚至使之发生误动作 由此可见 短路的后果是十分严重的 因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素 同时需要进行短路电流计算 以便正确地选择电气设备 使设备具有足够的动稳定性和热稳定性 以保证在发生可能的最大短路电流时不致损坏 为了选择切除短路故障的开关电器 整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件 如电抗器 等 也必须计算短路电流 4 2 短路电流计算的目的 在发电厂和变电站的设计中 短路电流计算是其中的一个重要环节 其计算的目的主要有以下几个方面 1 电气主接线的比较 2 选择导体和电器 3 在设计屋外高型配电装置时 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 接地装置的设计 也需要用短路电流 4 3 短路电流计算 4 3 1 绘制短路电流计算电路图 图4 1 短路电流计算示意图 4 3 2 确定基准值 取 35kV侧 10kV侧 0 4kV侧 4 1 4 3 3 计算短路电路中各个元件电抗标幺值 电力系统 由于所接入的系统容量视为无穷大 故 架空线和电缆 220kv变电站4km架空线 L1 4km 110kv变电站8km架空线 L2 8km 220kv变电站1km电缆 L3 1km 110kv变电站4km电缆 L4 4km 4 2 电力变压器 根据SF9 12500 35变压器参数可知 4 3 根据SC10 2500 10变压器参数可知 由以上计算绘制出等效电路 图4 2 短路计算等效电路图 4 3 4 母线短路点的短路计算 1 35kV侧母线短路点的短路计算 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 4 4 其他短路电流 4 5 4 6 4 7 三相短路容量 4 8 2 10kv侧母线短路点的短路计算 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其他短路电流 三相短路容量 3 0 4kv侧母线短路点的短路计算 总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 其他短路电流 三相短路容量 4 4 计算结果汇总 通过计算各个短路点的短路电流得到短路计算结果汇总表4 1 表4 1 短路计算结果汇总表 短路点标号 k 1 k 2 k 3 短路点位置 35kV母线 10kV母线 0 4kV母线 工作电压 kV 37 10 5 0 4 计算基准电流 kV 1 56 5 50 144 34 基准容量 MVA 100 100 100 短路点计算电抗标幺值 0 086 0 406 1 606 短路电流周期分量有效值 kA 18 180 13 547 89 875 短路冲击有效值 kA 27 452 20 456 97 964 短路冲击最大值 kA 46 360 34 544 165 371 短路容量 MVA 1162 791 246 305 62 267 4 5 本章小结 本章主要介绍了短路电流计算的作用以及方法 然后根据上面设计的主接线画出相应的短路电流计算图 再依据原始资料的相关数据和已选取的设备的技术参数来进行短路电流计算 分别计算出各个短路点的短路电流 短路容量等数据 第5章 电气设备的选择 第5章 电气设备的选择 5 1 导体和电气设备选择的一般条件 正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全 经济运行的重要条件 在进行设备选择时 应根据工程实际情况 在保证安全 可靠的前提下 积极而稳妥地采用新技术 并注意节约投资 选择合适的电气设备 尽管电力系统中电气设备的作用和条件不一样 具体选择方法也不相同 但对它们的具体要求是一样的 电气设备要能可靠的工作 必须按正常工作条件选择 并按短路状态来校验热稳定和动稳定 5 1 1 一般原则 1 应满足正常运行 检修 短路和过电压情况下的要求 并考虑远景发展的需要 2 应按当地环境条件校验 3 应力求技术先进和经济合理 4 选择导体时应尽量减少品种 5 扩建工程应尽量使新老电器型号一致 选用的新产品 均应具有可靠的试验数据 并经正式鉴定合格 5 1 2 技术条件 选择的高压电器 应能在长期工作条件下和发生过电压 过电流的情况下保持正常运行 具体的条件有以下几个方面 长期工作条件 电气设备长期工作条件主要考虑电流和电压两个方面 具体如下 1 电压 选用电气设备的额定电压不得低于该回路的最高运行电压 即 2 电流 选用的电气设备的额定电流不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流 即 高压电器没有明确的过载能力所以在选择额定电流时 应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求 6 校验的一般原则 1 电气设备在选定后按最大可能通过的短路电流进行动 热稳定校验 校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流 2 用熔断器保护的电器可不验算热稳定 3 短路的热稳定条件 5 1 式中 短路电流的热效应 kA2 s 设备允许通过的热稳定电流有效值 kA t 设备允许通过的热稳定电流时间 s 校验短路热稳定所用的计算时间按下式计算 5 2 式中 继电保护装置后备保护动作时间 s 断路器全分闸时间 s 4 短路动稳定条件 5 3 5 4 式中 短路冲击电流幅值及其有效值 kA 电气设备允许通过的动稳定电流幅值及其有效值 kA 5 2 断路器的选择 电力系统中 断路器具有完善的灭弧性能 正常情况下 用来接通和开断负荷电流 在某些电气主接线中 还担任改变主接线的运行方式的任务 故障时 断路器还常在继电保护的配合使用下 断开短路电流 切断故障部分 保证非故障部分的正常运行 7 1 按开断电流选择 高压断路器的额定开断电流 高压断路器触头实际开断瞬间的短路电流周期分量有效值 2 短路关合电流的选择 断路器的额定关合电流应不小于短路电流最大冲击值 即 3 开关合闸时间的选择 开关合分闸时间 当电力系统稳定要求快速切除故障 分闸时间不宜大于0 04 0 06s 5 2 1 35kV侧断路器选择 1 额定电压选择 5 5 2 额定电流选择 5 6 3 按开断电流选择 5 7 4 按断路关合电流选择 5 8 据以上数据 可以初步选择LW8 35型六氟化硫断路器 参数如下 表5 1 LW8 35型断路器技术参数表 额定电压 35kV 最高工作电压 40 5kV 额定电流 1600A 额定开断电流 25kA 动稳定电流 峰值 63A 热稳定电流 4s有效值 25kA 额定开合电流 峰值 25kA 全开断时间 50ms 5 校验热稳定 继保动作时间 取后备保护时间为2s 0 05 2 2 05s 因导体的发热主要由周期分量来决定 则 6 动稳定校验 即满足动稳定要求 故选择LW8 35型六氟化硫断路器能满足要求 由上述设计可列表 表5 2 LW8 35型断路器校验表 序号 装置地点的电气条件 LW36 126型断路器 项目 数据 项目 数据 结论 1 35kV 40 5kV 合格 2 433 02A 1600A 合格 3 18 180kA 25kA 合格 4 46 360kA 63kA 合格 5 677 550 2500 合格 5 2 2 10kV侧断路器选择 1 额定电压的选择 5 9 2 额定电流的选择 5 10 3 开断电流选择 5 11 4 按断路关合电流选择 5 12 据以上数据 可以初步选择ZN4 10 1000 16型真空断路器 参数如下 表5 3 ZN4 10 1000 16型真空断路器技术参数表 额定电压 10kV 最高工作电压 11 5kV 额定电流 1000A 额定开断电流 16kA 动稳定电流 峰值 40kA 热稳定电流 4s有效值 16kA 额定关合电流 峰值 40kA 固有分闸时间 0 08s 5 热稳定效验 因导体的发热主要由周期分量来决定 则 即热稳定满足要求 6 动稳定效验 即满足动稳定要求 5 3 隔离开关的选择 隔离开关配置在主接线上 保证了线路及设备检修时形成明显的断开点与带电部分隔离 由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低 所以操作隔离开关时 必须遵守倒闸操作顺序 即送电时 首先合上母线侧隔离开关 其次合上线路侧隔离开关 最后合上断路器 停电顺序则与上述相反 隔离开关的配置 1 断路器的两侧均应配置隔离开关 以便在断路器检修时形成明显的断口与电源隔离 2 中性点直接接地的普通变压器 均应通过隔离开关接地 3 在母线上的避雷器和电压互感器 宜合用一组隔离开关 为了保证电器和母线的检修安全 每段母线上宜装设1 2组接地刀闸 4 接在变压器引出线或中性点的避雷器可不装设隔离开关 5 当馈电线路的用户侧没有电源时 断路器通往用户的那一侧可以不装设隔离开关 但为了防止雷电过电压 也可以装设 5 3 1 35kV侧隔离开关选择 1 额定电压 5 13 2 额定电流 5 14 根据以上数据 可以初步选择GW5 35型户外隔离开关 其技术参数如下 表5 4 GW5 35型隔离开关技术参数表 额定电压 35kV 动稳定电流峰值 83kA 额定电流 1000A 热稳定电流 4s 25kA 3 热稳定校验 tk 2 05s 即满足热稳定要求 4 动稳定校验 即满足动稳定要求 故选择GW5 35型户外独立式隔离开关能满足要求 5 3 2 10kV侧隔离开关选择 1 额定电压 5 15 2 额定电流 5 16 根据以上数据 可以初步选择GN19 10 1250型户内隔离开关 参数如 下 表5 5 GN19 10 1250型隔离开关技术参数表 额定电压 10kV 动稳态电流峰值 100kA 额定电流 1250A 热稳态电流 4s 40kA 3 热稳定效验 因导体的发热主要由周期分量来决定 则 即热稳定满足要求 4 动稳定校验 即满足动稳定要求 5 4 互感器的选择 互感器是变换电压 电流的电气设备 它包括电压互感器和电流互感器 是一次系统和二次系统间的联络元件 分别向两侧提供电压 电流信号以及反映一次系统中电气设备的正常运行和故障情况 8 电流互感器的特点 1 一次绕组串联在电路中 并且匝数少 故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流 而与二次电流大小无关 2 互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小 所以在正常情况下 电流互感器在近于短路的状态下运行 电压互感器的特点 1 容量很小 结构上要求有较高的安全系数 2 二次侧所接仪表和继电器的电压线圈阻抗很小 互感器在近于空载状态下运行 电压互感器的配置原则 应满足测量 保护 同期和自动装置的要求 保证在运行方式改变时 保护装置不失压 同期两侧都能方便的取压 电流互感器的配置原则 每条支路的电源都应装设足够数量的电流互感器 供支路测量 保护使用 5 4 1 电流互感器的选择 1 电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和等影响 使一次电流与在数字和相位上都有差异 即测量结果有误差 所以选择电流互感器 应根据测量时误差的大小和标准度来选择 2 额定容量 保证互感器的准确级 互感器二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额定容量 即 5 17 5 18 式中 测量仪表电流线圈电阻 继电器电流线圈电阻 连接导线电阻 接触电阻 一般取0 1 3 按一次回路额定电压和电流选择 当电流互感器用于测量时 其一次额定电流应尽量选择比回路中正常工作电流大1 3左右 以保证测量仪表得到最佳工作 并在过负荷时使仪表有适当的指示 电流互感器的一次额定电流和电压必须满足 5 19 5 20 式中 电流互感器的一次所