乡镇变电站电力系统设计毕业设计

1、论文110KV 乡镇变电站电力系统设计申请人：张秋波学科（专业） ：电力系统及其自动化指导教师：陈国联2011 年 1 月网络教育学院网络教育学院毕毕 业业 设设 计计 (论论 文文) 任任 务务 书书专业班级层次姓名学号一、毕业设计（论文）题目二、毕业设计（论文）工作年月日起至年月日止三、毕业设计（论文）基本要求：指导教师：网络教育学院网络教育学院毕业设计毕业设计(论文论文)考核评议书考核评议书指导教师评语：建议成绩：指导教师签名：年月日答辩小组意见：负责人签名年月日答辩小组成员毕业设计（论文）答辩委员会意见：负责人签名：年月日论文题目：论文题目：110KV 乡镇变电站电气系统设计乡镇变电站

2、电气系统设计学科（专业学科（专业） ：电力系统及其自动化：电力系统及其自动化申 请 人申 请 人 ：张秋波：张秋波指导教师：陈国联指导教师：陈国联摘摘要要变电站做为电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。变电站的安全运行对电力系统至关重要。本文对 110kV 变电站进行了分析设计。文章首先介绍了课题的背景和意义，对课题的研究发展情况进行了总结；其次分析了负荷和无功补偿，并进行了变电所主接线方式设计，在短路电流计算的基础上，对电气设备及母线进行了选择。文章最后进行了变电所防雷保护与接地装置的设计。关关 键键 词词：1

3、10kV 变电站电气设计设备选择防雷装置论文类型论文类型：理论研究Title：The design of 110KV township Substation Electrical SystemSpeciality：power system and its automationApplicant：Zhang QiuboSupervisor：Chen GuolianABSTRACTSubstation as an important part of the power system, which directly affects the entirepower system security an

4、d economic operation of power plants and the user is to contact themiddle part, plays the role of transformation and distribution of electric energy. Safeoperation of the substation of power system is essential.This paper analyzes 110kV substation design. The article first introduces thebackground a

5、nd significance of the subject, research and development of the subject wassummarized; followed by analysis of the load and reactive power compensation andsubstation main connection methods were designed, in the short-circuit current calculationbased on the electrical Equipment and bus were selected

6、. Finally, the article substationlightning protection and grounding design.KEY WORDS ： 110kV SubstationElectrical DesignEquipment selectionLightningprotection devicesTYPE OF THESIS：theory目录目录V.摘要VI.ABSTRACT1.1 绪论1.1.1 课题的研究背景和意义1.1.2 课题研究发展现状2.1.3 文主要工作2.2 负荷预测和无功补偿2.2.1 车间负荷预测3.2.2 无功功率补偿3.2.2.1 无功

7、补偿的基本原则3.无功补偿措施4.3 变电所主接线方式设计4.3.1 主接线方案设计的主要原则5.3.2 主接线方案设计及比较6.4 短路电流的计算6.4.1 短路故障产生的原因6.4.2 短路电流计算的目的7.4.3 短路电流计算方法概述8.4.4 短路电流计算的步骤9.5 电气设备及母线的选择错误！未定义书签。错误！未定义书签。.5.1 选择电气设备和母线的主要技术条件错误！未定义书签。错误！未定义书签。.5.2 所用电源引接方式错误！未定义书签。错误！未定义书签。.5.3 断路器，隔离开关的选择原则错误！未定义书签。错误！未定义书签。.5.3.1 断路器12.5.3.2 隔离开关12.5

8、.4 母线及各出线的选择原则13.6 变电所防雷保护与接地装置的设计14.6.1 防雷保护设计原则15.6.2 防雷装置设计计算16.6.3 防雷设计的基本经验17.致谢18.参考文献1 1 绪论绪论1.11.1 课题的研究背景和意义课题的研究背景和意义现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、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、变电站主接线应合理。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，对供电质量的要求日益提高。国家提出了加快城网和农网建设及改造、拉动内需的发展计

9、划，1lO kV 变电站的建设迅猛发展。供电可靠性是城网建设改造的一个重要目标，110 kV 变电站设计是城网建设中较为关键的技术环节，如何设计 110 kV 变电站，是城网建设和改造中需要研究和解决的一个重要课题。变电站做为电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，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。电气主接线是发电厂和变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电所电气部分投资大小的决定性因素。1.21.2 课题研究发展现状课题研究发展现状各电负荷提供的数据是变电所进行电力设计的基本原

10、始资料，但是这些资料通常是不完整的，在设计时必须考虑 5 到 10 年的负荷增长情况并如何根据这些资料正确估计变电所所需要的电力、电量是一个非常重要的问题。负荷计算直接影响着变压器的选择，计算负荷是根据变电所所带负荷的容量确定的，预期不便的最大假想负荷。这个负荷是设计时作为选择变电所电力系统供电线路的导线截面，母线的选择，变压器容量，断路器，隔离开关，互感器额定参数的依据。根据城市规划，负荷性质，电网结构等综合考虑确定变电所的总容量。对于重要变电所应考虑以 1 台主变压器停运时其余变压器容量在计及负荷能力允许时间内，应满足类及类负荷的供电。对于一般变电所，当一台主变停运时，其余变压器的容量应能

11、满足全部负荷的 70%-80%，在目前实际的运行情况变电所中一般均是采用两台变压器互为暗备用并联运行。下，变压器能够可靠运行。cS变压器容量首先应满足在cSNTS对于单台：cS2NTS+1NTS对于两台并联运行：2cS+1cS1NTS2cS+1cS2NTS变压器除满足以上要求外还需要考虑变电所发展和调整的需要，并考虑 5-10 年的规划，以满足后期用电需求，并留有一定的裕量并满足变压器经济运行的条件。1.31.3 文主要工作文主要工作（1）进行了变电站的负荷预测，阐述了无功补偿的一般方法和原则；（2）讨论了电气主接线设计的一般要求和原则；（3）对站用电源数量及容量进行了分析；（4）进行了短路电

12、流计算的分析，阐述了短路电流的危害和原因；（5）进行了防雷及过电保护装置的设计。2 2 负荷预测和无功补偿负荷预测和无功补偿2.12.1 车间负荷预测车间负荷预测负荷预测是配电网规划面临的第一个任务，负荷预测的准确程度直接关系到规划方案的质量。按预测时期的长短，负荷预测一般可分为长期，中期，短期和超短期四种。配电网规划的负荷预测主要属于中长期负荷预测。目前对中、长期负荷预测的研究方法主要有：（1）相关分析法相关分析法是将负荷同各种社会和经济因素等联合起来考虑，通过寻找电力负荷与影响其变化的相关因素之间的关系或数学模型，来达到预测的目的。其优点是可以清楚地看到可量测因素和负荷增长趋势的关系，但搜

13、集这些相关因素的资料有时比负荷预测本身更困难。（2）回归分析法回归分析法假定负荷同一个或多个独立变量存在因果关系，通过寻找因果关系的数学模型，据此预测出将来负荷值。回归分析模型参数估计技术比较成熟，预测过程相对简单。但一般为避免数据处理过于复杂，常将变量间的关系假定为线性。将偏最小二乘回归模型应用于年用电量预测，克服了自变量之间多重相关性的问题，使得计算结果更为可靠。在回归分析中采用了非线性参数估计计算，从而得到更精确的预测模型。（3）时间序列分析法时间序列法将负荷数据当做一个随时间变化的序列进行处理，通过寻找负荷历史数据序列中的变化模式，并将该模式外推到未来进行预测。当时间过长时会产生较大误

14、差。（4）趋势外推法趋势外推法只需要负荷本身的历史数据，通过寻找负荷历史数据中的负荷变化规律和特性，并将其变化模式外推到未来进行预测。该方法需要的数据量小，但由于没有对负荷预测中的随机成分进行统计处理，因此准确度不高。（5）空间负荷预测空间负荷预测不仅在时间上预测未来负荷的增量，而且还预测负荷增长的空间信息。80 年代初，美国的 wllis 等人提出了空间负荷预测的概念。之后运用于空间负荷预测的方法主要有多变量法，趋势法和用地仿真法。前两种方法模型简单，精度不高，己基本上不再采用，现在广泛应用的是用地仿真法。用地仿真法是通过建立用地仿真模型来模拟小区发展情况，将负荷预测的结果分配到每个小区，具

15、有较高精度，能够满足中长期配电网规划的要求。（6）人工智能技术随着人工智能技术的不断发展和日益完善，人们又提出了模式识别法，组合预测法，模糊预测法，专家系统法，神经网络法等方法。这些方法发展都不很成熟，但具有很大的应用潜力。负荷预测的各种方法根据其自身的特点被应用于不同的场合。趋势外推法、相关分析法以及时间序列分析法由于其精度不高，只用在一些对精度要求不高的定性分析上。回归分析法、灰色模型考虑了随机因素，预测精度较高，但要建立这些模型较为困难，目前还在进一步研究，这些方法大都应用于要求考虑的随机量较少的场合。人工智能技术目前越来越多地被应用于负荷预测中，这些方法的预测精度相对较高，但由于发展还

16、不够成熟，还在进一步探索。现在负荷预测的应用往往将多种方法同时进行预测，综合分析得出一个结果。2.22.2 无功功率补偿无功功率补偿无功补偿的基本原则无功补偿的基本原则无功补偿是配网规划的重要组成部分。因为它是保持网络无功平衡、提高电压质量、降低网络损耗的有效措施。当前，配网的状态是：无功功率缺额很大、无功补偿的配置极不合理、补偿设备的作用没有充分地发挥。无功功率平衡是电压质量的根本保证。整个系统中的自然无功负荷总是大于原有的无功电源，因此必须进行无功补偿。合理的无功补偿和有效的电压控制不仅可以保证电压质量，而且可以提高电力系统运行的稳定性、安全性和经济性。在配网规划原则中，要在补偿中坚持“全

17、面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡”的原则。无功补偿措施无功补偿措施进行网架规划时是以最大负荷为依据，而实际运行时，负荷是变化的，功率因数也是变化的，通过线路的有功和无功功率都与规划计算时大不相同，因此，导致某些负荷点的电压“越限”。为了使越限的电压恢复正常，必须采取有效措施无功补偿。所谓补偿，就是吸收供给适度可变的无功功率，使通过线路的无功潮流最小。补偿装置很多，如：（1）静电电容器 静电电容器又称移相电容器，在电路中有两种接法：电容和负荷电路并联，称并联电容补偿；电容和负荷电路串联，称串联电容补偿。其中，并联补偿的作用：1）提高负荷的功率因数；2）降低线路和变压器中的功率和能量损耗；3）

18、降低线路、变压器中的电压损耗；4）提高线路和变压器的有功传送能力。（2）并联电抗器 在线路末端装设并联线型电抗器，使它产生感性无功功率，与线路上多余的容性无功功率相平衡，达到控制电压的作用。并联电抗器结构简单，性能可靠，价格相对便宜。在发电机端也装设并联电抗器，以降低发电机运行功率因数而提高电动势。（3）静止补偿器 能升高或降低电压，可连续调节，性能好，响应速度快。但相对会产生谐波，投资大。3 3 变电所主接线方式设计变电所主接线方式设计变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。变电所的电气主接线是电力系统接线的重要组

19、成部分。它表明变电所内的变压器、各电压等级的线路、无功补偿设备最优化的接线方式与电力系统连接，同时也表明在变电所内各种电气设备之间的连接方式。一个变电所的电气主接线包括高压侧、中压侧、低压侧以及变压器的接线。因各侧所接的系统情况不同，进出线回路数不同，其接线方式也不同。3.13.1 主接线方案设计的主要原则主接线方案设计的主要原则110kV 双电源供电的变电站一次主接线，应根据其用电性质、用电容量的大小以及对供电可靠性要求的程度进行选择。在满足供电可靠性要求的基础上，尽量简化接线，减少开关，节省投资。设计应满足以下几项原则：（1）变电所主接线要与变电所在系统中的地位、作用相适应。根据变电所在系

20、统中的地位，作用确定对主接线的可靠性、灵活性和经济性的要求。（2）变电所主接线的选择应考虑电网安全稳定运行的要求，还应满足电网出故障时应处理的要求。（3）各种配置接线的选择，要考虑该配置所在的变电所性质，电压等级、进出线回路数、采用的设备情况，供电负荷的重要性和本地区的运行习惯等因素。（4）近期接线与远景接线相结合，方便接线的过程。（5）在确定变电所主接线时要进行技术经济比较。3.23.2 主接线方案设计及比较主接线方案设计及比较(1)一次侧主接线采用内桥式。此种接线运行方式简单灵活，较为可靠。两路电源可同时运行，也可一主一备，供电可靠性较高，是两台主变压器常用的一种接线方式.此种接线方式，一

21、般适用于容量不很大的用户，且单台同容量变压器互为全备用。(2)一次侧为单母线分段接线。此种接线方式适用于多台变压器运行方式，一般用于用电容量较大的特高层，大型公建和重要工业用户.此种结构保护和操作相对复杂，保护采用交流或直流，对供电可靠性要求较高。（3)三路电源供电的接线方式。一般有两种，一种为甲类供电用户，一主二备供电方式，如天津电视塔.另一种是供电面积 10 多万f 的建筑群体或购货中心，由于供电能力限制，两种电源不能互为备用，所以需要三路电源，只起双电源作用。(4)线路变压器组单元接线方式。此种接线适用于用电容量较小，只要求保安电源的用户，两路电源不能起到两台变压器互为备用的作用。而且要

22、求其中一台变压器必须满足全部负荷需要，另一台变压器可以只满足保安电源的需要，它的特点是接线简单，保护简单，投资少，并能满足用户对供电可靠性的基本要求。(5)双电源通母线，运行方式一主一备，不能同时运行，适用于允许停电倒闸操作和季节性用电的用户。4 4 短路电流的计算短路电流的计算计算短路电流的目的主要是为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术要求；评价确定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计与调试提供依据；分析计算送电线路对通讯网络设施的影响等。在电力系统设计中，短路电流的计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平年一般取工程建成后 5-10 年中的某一年。计算内容为系统在最大运

23、行方式时各枢纽点的三相短路电流。4.14.1 短路故障产生的原因短路故障产生的原因短路是系统常见的严重故障。所谓短路，就是系统中各种类型不正常的相与相之间或地与相之间的短接。系统发生短路的原因很多，主要有 ：（1）设备原因电气设备、元件的损坏。如：设备绝缘部分自然老化或设备本身有缺陷，正常运行时被击穿短路；以及设计、安装、维护不当所造成的设备缺陷最终发展成短路的功能。（2）自然原因气候恶劣，由于大风、低温、导线覆冰引起架空线倒杆断线；因遭受直击雷或雷电感应，设备过电压，绝缘被击穿等。（3）人为原因工作人员违反操作规程带负荷拉闸，造成相间弧光短路；违反电业安全工作规程带接地刀闸合闸，造成金属性短

24、路；人为疏忽接错线造成短路或运行管理不善造成小动物带电设备内形成短路事故等。4.24.2 短路电流计算的目的短路电流计算的目的（1）电主接线比选短路电流计算可为不同方案进行技术经济比较，并为确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。（2）选择导体和电器如选择断路器、隔离开关、熔断器、互感器等。其中包括计算三相短路冲击电流、冲击电流有效值以校验电气设备动力稳定，计算三相短路电流稳态有效值用以校验电气设备及载流导体的热稳定性，计算三相短路容量以校验短路器的遮断能力等。（3）确定中性点接地方式对于 35kV 、10kV 供配电系统，根据单相短路电流可确定中性点接地方式。（4）选择继电保护装置和整定计算

25、在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其他支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。4.34.3 短路电流计算方法概述短路电流计算方法概述在发电厂、变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，也是电气设计的主要计算项目，其目的有以下几个方面：(1)在选择电气主接线时，为比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流措施等均要进行必要的短路电流计算。(2)在选择电气设备时，如高压断路器，隔离开关等，为保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值。计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流的冲击值，用以校验设备的动稳定。(3)在计算屋外高压配电装置时，需要短路条件校验的相间和相对地的距离。在选择继电保护方式和进行整