【110kv水泥厂变电站设计12000字】

110kv水泥厂变电站设计 2 2 2 4 4 4第二章设计计划书 62.1原始资料 62.2设计要求 7第三章电气主接线设计 83.1电气主接线设计要求 83.2电气主接线设计基本形式 83.3电气主接线的选择 9第四章变电站主变压器选择 4.1负荷计算 4.2主变压器的选择 4.3主变压器的选择 第五章短路电流计算 5.2短路电流 第六章电气设备的选择 6.1断路器的选择及校验 256.3母线的选择与校验 6.4电压互感器选择 6.5电流互感器的选择 第七章继电保护的配置 7.1变压器的继电保护 7.2线路的继电保护 8.1输电线路的防雷保护 8.2变电所防雷保护 9.1配电装置的要求 9.2配电装置的类型 随着我国科技的发展，越来越多的用户使用的主接线；根据跟定的原始资料，我们对短路电流及功率进行计算；本着经济节约的原则，对电气主要设备包括变压器、母线、互感器、荷供电。采用CAD绘制110kV的一次设备接线及保护配置图。关键词：短路计算继电保护防雷保护110kV第一章绪论随着我国经济和技术的快速发展，电力工业的发展也非常迅速。电力已经成为人类历史发展的主要动力资源，人们对电能的需求越来越高，电力负荷也越来越大，而电能不能大量储存，导致了电力供应不足的现象。电能的发、输、配、变、用几乎是变电与配电是为了电能的传输和合理的分配，其需要变压器维持平衡，为了维持发电厂变电站和电网变电站。其中电网变电站可以分为枢纽、配电、区域变电站，不同的变电站具有不同的作用，因此在变电站的建设过程中，要针对不同的变电站建造出最符合要求的电气部分。特别是变电站的主接线是变电站电气设计的主要部分，它确定变电站中变压器、断路器、线路、无功补偿装置等的连接形式，关系着整个电力1.1.2选题的意义设计本课题，是通过对知识的学习，进行更深入的了解认识，将所有知识融汇贯通在一起，对于发电厂变电站设计的方法及运用的知识有了自己学习设计的能力，面对电力发展的要求，面对发电厂变电站的设计要求能够更好的满足，提高自身学习素1.1.3国内外研究现状自1882年9月美国纽约出现第一座提供公共电力服务的发电厂以来，世界电力产业经历了三个明显的阶段。[2]第一阶段是从19世纪末到20世纪30年代，主要特征是开始引入竞争进行规制。[3]第二阶段从20世纪40年代到20世纪80年代末，主要特征并由政府维持其垄断地位。[2]第三阶段从20世纪90年代初到现在，主要特征是世界中国电力工业自1882年在上海诞生以来，经历了艰难曲折、发展缓慢的67年，到1949年发电装机容量和发电量仅为185万千瓦和43亿千瓦时，分别居世界第21位和第25位。1949年以后我国的电力工业得到了快速发展。[5]1978年发电装机容量达到5712万千瓦，发电量达到2566亿千瓦时，分别跃居世界第8位和第7位。改革开放之后，电力工业体制不断改革，在实行多家办电、积极合理利用外资和多渠道资金，运用多种电价和鼓励竞争等有效政策的激励下，电力工业发展迅速，在发展规模、建设速度和技术水平上不断刷新纪录、跨上新的台阶。装机先后超过法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本，从1996年底开始一直稳居世界第2位。[5]进入新世纪，我1.2研究(设计)内容毕业设计的题目是[济南110kv水泥厂变电站设计],设计内容主要包括变电站的主1、电气主接线设计(110kV、35kV、10kV)1.3研究(设计)方法及技术路线3、变电站主变容量，一般应按5—10年规划负荷来选择。对重要变电站，应考虑当1台变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足一类及变压器容量应满足全部负荷的60%~70%。[1]1.4时间安排第一周需求分析，对变电站的布局，设备，线路进行了解第二周选择主变的容量和台数第三周确定电气一次主接线方案第四周短路电流的计算第五周选择各级导线型号和截面第六周选择一次电气设备第七周防雷保护和接地装置计算第八周继电保护装置的配置第九周用CAD绘制电气主系统接线图、继电保护图、平面布置图第十周完成数据计算并分析，开始撰写论文第十一周检查论文并完善，完成论文2.1原始资料1、新建水泥厂变电所位于济南长清崮山东侧，由距其30km的上级变电站供电。位于上一级的变电站和济南崮山变电站之间有110kV连接线。2、待建110KV盐北变电站年负荷增长率为5%,变电站总负荷考虑五年发展规划。4、最高气温40℃,最低气温-15℃,年平均气温15℃,最热月平均最高气温30℃,土壤温度26℃,最多风向西北、西南，地耐力2kg/cm2,地震级7级以下，地壤电阻率电压负荷名称每回最大负荷回路数线路长度乡镇变119乡镇变2(L02)19水泥厂1区19水泥厂2区19备用备用乡区变(L11)14水泥厂1(L12)14水泥厂2(L13)14水泥厂3(L14)14加工厂(L15)14材料厂(L16)14车间1(L17)14车间2(L18)1414备用备用本期规模：110kV进线4回，35kV出线6回，10kV出线11回。一、电气主接线设计(110kV、35kV、10kV);二、电气设备选择及短路电流计算；三、配电装置设计；四、防雷保护与接地的设计；五、保护配置及自动装置配置；第三章电气主接线设计主接线图即主电路图，是表现供电系统的电脑输送和电能分配线路的电路图，发电机、变压器、断路器等一次设备按照一定顺序连接而成的电路，称为一次接线或电气主系统。而用来控制、指示、监视、测量和保护一次电路及其设备运行的电路图，称为二次电路图，也称二次接线图。[12]二次回路一般是通过电流互感器和电压互感器与一次电路相联系。特合国家标相特合国家标相C枝术规范要求，被够充分保施人身和设备的安全满足电力负荷特别是一.二级负荷时供电可容性的要求奶活应必要的运行方式，便手换操作和检修。适应负荷发展在澳足上述需求的前提下，原量似的主接续地单，运行善用低。怕格使宜，节约电能和有色金间的生用。主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。母线是电气主接线和配电装置中的重要环节。由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同，且每路馈线所传输的功率也不一样，因而为了便于实现电能的汇集和分配，当同一电压等级配电装置中的进出线数目较多时，常需设置母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。[10]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。[12]单母线双母线单元接线桥形接线角形搜线单母线按线单母线分段接线双母线按线双母线分段接线3/2断路器接线内桥桥接外桥桥接依据原始资料，经过分析，根据可靠性、灵活性和经济性的要求，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方式，中压侧有6回出线，其中两回备用，可以采用双母线接线或单母线分段带旁母线接线方式，低压侧有11回出线，其中两回备用，可以采用单母线分段或单母线分段带旁路母线的接线方式。[12]110kv侧出线4回出线，两回备用。所以根据出线回数电压等级初步可以选择双母不分段接线和双母带旁路母接线。1、双母线接线优点：供电可靠，在隔离开关进行倒闸操作时，可保持正常供电。运行方式灵活，各电源负荷分配到任意母线，都能灵活适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变换需求。扩建方便，不会影响母线电源和负荷左右组合分配。缺点：母线检修或故障时，隔离开关作为倒闸操作电器，操作复杂，容易发生误操作；停电影响范围大。适用于：进出线回数较多、容量较大、出线带电抗器的6-10kV配电装置；35-60kV出现数超过8回，或连接电源较大、负荷较大时；110kV出现数为6回及以上时；220kV出现数为4回及以上时。2、单母线分段接线缺点：停电范围大，当母线故障或检修时，母线上所有支路需断开，必须停110-220kV配电装置出线3-4回。图3.3.2单母线分段接线两组接线相比较：1和2均满足可靠性和灵活性，但方案2单母线分段接线经济性更高。35kv侧出线6回出线，两回备用。所以根据出线回数电压等级初步可以选择双母线接线或单母线分段带旁母线接线方式。优点：供电可靠，隔离开关反向操作时能维持正常供电。运行方式灵活，容易误操作，停电影响大面积。适用于：5-12kV配电装置，进出线多，容量大，出线带电抗器；35-60KV出现8次以上，或连接电源大，负载大；110kV发生次数为6次及以上时；220kVl图3.3.3双母线接线2、单母线分段带旁路母线资增加图3.3.4单母线分段带旁母线接线两组接线相比较：方案2单母线分段接线更加可靠。10kv侧出线11回出线，2回备用。所以根据出线回数电压等级初步可以选择单母线分段或单母线分段带旁路母线的接线。1、单母线分段接线优点：供电可靠性高，当母线发生故障时，故障母线停止工作，非故障母线仍继续工作，可作为独立电源，提高供电可靠性。[6]缺点：停电范围大，当总线故障或维修时，总线上所有支路断开，必须停电。适用于：5-12kv配电装置出线在6回及以上；35-63kV配电装置出线4-8回；110-220kV配电装置出线3-4回。**图3.3.5单母线分段接线2、单母线分段带旁路母线优点：供电可靠性高，运行灵活，检修任一进出线断路器时，不中断对该回路的供电，适用于重要用户供电，出线回数较多的变电所。[6]缺点：增加旁路母线后，配电设备面积增加，元件数量增加，布线复杂，投资增加。两组接线相比较：方案1单母线分段接线更加可靠。所以得出接线方案：第四章变电站主变压器选择根据给定的原始资料，在已知每回最大负荷和功率因数的前提下，计算负荷的有功功率、无功功率和视在功率。有功功率：Pca=Kac×Pn无功功率：视在功率：电流：根据负荷的情况(忽略变电站自身损耗),计算系统负荷(线损率为5%、系数为0.85、功率因数为0.85),得出下表。电压负荷名称每回最大负荷有功功率无功功率小计乡镇变1乡镇变2水泥厂1区水泥厂2区备用备用电压电压负荷名称每回最大负荷无功功率小计乡区变水泥厂1水泥厂2水泥厂3加工厂材料厂车间1车间2机加工厂备用备用4.2主变压器的选择气设备，应根据电力系统5-10年的发展规划，输电、馈线数量、电压等级等因4.2.1主变压器台数选择对于枢纽变电站在中、低压侧，构成环网的情况下，变电所应装设2台主变装设3台主变压器以确保供点的可靠性。[6]4.2.2主变压器容量选择电站主变压器容量，一般应按5-10年规划负荷来选择负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对于重要变电站，应考虑当1台主类负荷的供电[2];对一般性变电站，当1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[12],以及满足全部I类负荷S1和大部分Ⅱ类负荷Sn(220kV及以上电压等级的变电所，在计及过负荷能力后的允许和Ⅱ类负荷Sn)[4],即K,一同时系数，一般为0.80.95;α%一线损率，取5%。因此，由原始材料，取K,=0.85可得：按照计算可选择每台变压器容量约为35MVA,考虑到未来负荷将在5-10内4.2.3主变压器类型选择三相变压器一般用于与300MW及以下容量机组相连的主变压器和330KV及以下容量的电力系统。600MW机组容量的主变压器和500kV电力系统的主变压器适用于单相三相变压器。2、绕组数选择：发电厂在向用户供电或连接到具有两个升压级的系统时，可以使用两个双绕组变压器或三绕组变压器。三绕组变压器多用于容量在125MW及以下的发电厂，而双绕组变压器则用于容量在200MW以上的发电厂。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。[12]电力系统中变压器绕组采用的联结方式有星形“Y”和三角形“d”两种。[12]主变压器接线组别一般为YN,d11的接线方式。[12]根据计算，选择SFSZ9-31500/110的主变压器。量(kVA)额定电压(kV)连接组别损耗(kW)阻抗电压(%)空载电流空载高中低高低高-中中低第五章短路电流计算5.1计算短路电流的目的行，然而在正常运行的过程中，会出现各式各样的故障。短路是最常见的故障。短路的形式两相接地知路5.2短路电流基准电压jio=115KV,U;5=37kV,Ujio=10.5KV,基准功率S₆=100MVA基准电流Ij₁10=0.5KA,Ij₃5=1.56KA,Ij₁2根据变压器规格表可知，Ua1-2%=10.5,Ua1-3%=18,Ua2-3%=6.5,X|-2=0.333,X1-3=0.571,X₂-3=WW√基准阻抗：基准电流：系统的电抗标幺值：架空线路的电抗：X₁2=x₀1=0.35×12=4.2Ω绘制如图的等效电路，其总阻抗为：Xzd₁=X+X₁₂=136.5Ω短路电流周期分量的有效值：短路的次稳态电流和稳态电流：I"(3=I(³=I'3)=0.486kA短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：i(3)=2.551"(³=2.55×0.4I)=1.51₁³=1.51×0.486基准阻抗：基准电流：系统的电抗标幺值：架空线路的电抗：X₂2=x₀1=0.35×9=3.15Ω绘制如图的等效电路，其总阻抗为：Xzd₁=X₂1+X₂2=16.84Ω短路电流周期分量的有效值：短路的次稳态电流和稳态电流：I₂"(³=I3=I³=1.269kA短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：i(32=2.55I₂"(³=2.55×1.2I³2=1.5112"³=1.51×1.26三相短路容量：S³=√3uI=√3×37×1.269=81.323MV·Ai3=2.551₃"③=2.55×2.4短路点110kV侧35kV侧10kV侧6.1断路器的选择及校验6.1.1高压断路器的使用额定电压为3kV及以上，在运行状态下能闭合、承载和分断正常电流和异常电流的开关电器，称为高压断路器。高压断路器是发电厂的主要电器设备之一，在电网中起着控制和保护的作用。[10]高压断路器的基本要求：2、具有足够的开断能力4、具有自动重合闸的性能参考型号规范中小型机组专用SF₆、空气断路器少油、真空、SF₆断路器多油、少油、真空、SF₆断少油、空气、SF₆断路器LW-110-330系列SF₆断路器LW-500系列2、按额定电流选择3、按开断电流和关合电流选择4、动稳定校验I²t≥Qk5热稳定校验6.1.2高压断路器的选择及校验电网工作电压A动稳定热稳定短路电流发热等值时间S所以，选择LW6-110/3150-40型六氟化硫断路器，经检验，满足条件。电网工作电压A动稳定热稳定短路电流发热等值时间S所以，选择LW8—40.5/1600-20型六氟化硫断路器，经检验，满足条件。电网工作电压A动稳定热稳定短路电流发热等值时间S所以，选择ZN63-12型六氟化硫断路器，经检验，满足条件。6.2隔离开关的选择及校验6.2.1隔离开关的使用隔离开关是高压电气装置中使用最多的设备，隔离开关可以隔离电源，在停电检修时，用隔离开关断开需要检修的电路部分，保证工作人员的安全；在双母线接线的电路中，电气设备可以通过隔离开关进行切换；还可以切合小的电源。隔离开关的基本要求：1、必须有一个明显的断开点来区分是否断开隔离2、在断开点处要有可靠的绝缘3、结构简单、动作可靠4、满足热稳定性和动稳定性隔离开关的选择：1、种类和型式选择安装使用的场所特点参考型号屋内配电装置、成套高压开关柜三极，10kV及以下，手动屋内发电机回路、大电流回路动、电动单极，20kV,大电流，电动三极，10kV,大电流，手动三极，15KV,200-600A,手动屋外220KV及以下各型配电装置双柱式，220kV及以下，手动，电动高压、硬母线布置动单柱式，110-500kV,电动220KV及以上中型配电装三柱式，双柱式，220-500KV,电动变压器中性点ie₅≥ih或I₅≥Ish6.2.2隔离开关的选择及校验电网工作电压A动稳定热稳定短路电流发热等值时间S所以，选择CJ6-1,经检验，满足条件。电网工作电压A动稳定热稳定短路电流发热等值时间Stdz=t₂十0.05β电网工作电压A动稳定热稳定短路电流发热等值时间S6.3母线的选择与校验6.3.1母线的使用形型型短槽爸矩形铝母线：对于220kv以下的设备，一般选择35kv以下的配电设备和矩方便连接。因此，对于35kv以下的配电，应优先选用矩形铝母线。导体截面的选择2、按经济电流密度选择3、电晕电压校验110KV及其以上的变电所母线均应当地气象条件下晴天不出现全面电晕为4、动稳定校验5、热稳定校验6.3.2母线的选择与校验总的负荷为S总=S₁+S₂=42.42MVA,所以母线的最大工作电流为考虑未来5-10年内负荷增长的需求，应该选择LGJ-95作为110kV母线，在地区平均海拔100米，最高气温40℃,最低气温-15℃,年平均气温15℃时，满满足热稳定要求35kV综合负,所以母线最考虑未来5-10年内负荷增长的需求，应该选择LGJ-185作为35KV母线，在地区平均海拔100米，最高气温40℃,最低气温-15℃,年平均气温15℃时，满满足热稳定要求10kV配电装置放于室内，所以10kV母线采用硬母线，所以选为10kV硬母6.4电压互感器选择1、电流互感器可以把大电流转化成小电流，电压互感器可以把高电压转化2、使得二次回路采用低电压、小电流控制电路，易于远方测量和控制6.4.1电压互感器的选择方法2、额定电压的选择3、准确级的选择4、二次负荷的校验6.4.2电压互感器的选择根据计算数据，查表选用JDQX-110W3型六氟化硫电磁式电压互感器，根根据计算数据，查表选择JDJJ-35型单相油侵式电压互感器，根据前述进行根据计算数据，查表选择JDZXF-10型户外干式电压互感器，根据前述进行6.5电流互感器的选择6.5.1电流互感器的选择方法电流互感器用于交流电力系统中，电流互感器一般二次额定电压通常为1A或者5A,选择互感器，要按照安装地点和安装方式选择型式2、一次回路额定电压选择3、一次回路额定电流选择4、二次负荷的校验6.5.2电流互感器的选择根据计算数据，选择LGB—110六氟化根据计算数据，选择LMZB-10干式户外型电流互感器，根第七章继电保护的配置7.1变压器的继电保护7.1.1变压器的主保护变压器有可能会发生的故障可以大致的划分为变压器箱体内部故障和箱体外部故障，所以变压器应该装设动作与跳闸的继电保护装置。闸。保护的范围是变压器高低压绕组引出线之间。图7.1.1纵联差动保护的特点2、瓦斯保护变压器的瓦斯保护是装设在容量为800千伏安及以上的户外变压器或400千伏安及以上室内变压器上，当变压器内部发生故障时，会产生大量气体通过瓦斯继电器流向油枕。轻瓦斯：动作于信号轻瓦斯：动作于信号重瓦斯：动作于跳闸7.1.2变压器的后备保护变压器应该装设动作于信号或跳闸的继电保护装置，既作为外部接地短路的远后备又作为作为内部接地短路的近后备，延时动作于跳闸。变压器的后备保护类型护低压闭锁的过流保护复合低压闭锁的过流保护负序过流保护阻抗保护7.1.3变压器接地短路零序保护高压侧作为大电流接地系统的T的接地零序保护(高压侧为110kV及以上),延时动作于跳闸。作用是作为外部接地短路的远后备和作为内部接地短路的近后备。安装地点保护类型主保护瓦斯保护三相一次重合闸纵联差动保护三相一次重合闸后备保护过电流保护三相一次重合闸零序保护三相一次重合闸过负荷保护三相一次重合闸7.2线路的继电保护7.2.1110kV侧进出线及母线的继电保护1、母线侧：母线差动保护单母线差动保护根据110kV侧选择单母线接线的方式，所以主保护为完全差动保护。当外部短路时，保护动作，动作于跳闸。2、进出线侧在中性点直接接地的电网中，当发生单相接地短路时，会产生较大的短路电流，因此为了保护电路，安装了接地短路保护装置。一般采用多级零序电流保护。主保护为限时零序电流切断保护和限时零序电流切断保护，零序过电流保护作为后备保护。当发生接地短路时，发出预告信号。当线路上发生三相短路或两相短路，故障相上有较大的短路电流时，继电器保护装置必须尽快排除故障，以便完全保护继电器，动作于跳闸。当相间短路、零序电流保护和相间电流保护出现较大的不平衡电流时，广泛采用三段式零序电流保护，可保护线路全长，配合相邻线路保护。7.2.235kV侧进出线及母线的继电保护1、母线侧：母线差动保护同理，根据35kV侧选择单母线接线的方式，所以主保护为完全差动保护。当外部短路时，动作于跳闸。2、进出线侧(1)接地短路保护在中性点直接接地的电网中，当发生单相接地短路时，会产生较大的短路电流，因此为了保护电路，安装了接地短路保护装置。一般采用多级零序电流保护。主保护为限时零序电流切断保护和限时零序电流切断保护，零序过电流保护作为后备保护。当发生接地短路时，发出预告信号。(2)相间短路保护(3)过负荷保护7.2.310kV侧进出线及母线的继电保护1、主保护(1)相间短路保护(2)接地短路保护流，因此为了保护电路，安装了接地短路保护装置。通常采用多级零序电流保护。限时零序电流切断保护和限时零序电流切断保护为主保护，零序过电流保护为后备保护。当发生接地短路时，发出预告信号。2、后备保护(1)过负荷保护第八章防雷与接地方案的设计由于输电线路在空旷的野外，容易受到雷击伤害，所以要在输电线路上设置防雷保护。输电线路上出现的雷电过电压线路雷害事故的防护措施有：1、防止雷直击线路，应架设避雷线。[6]2、防止累计塔顶或避雷线后引起的绝缘闪络，所以要降低杆塔的冲击接地3、防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧，需要加强绝缘，采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。[6]4、防止线路中断供电，采用自动重合闸装置。[6]所以在110kV输电线路上需要在全线架设上避雷线。直击雷过电压：雷电直接击中电源线、设备或建筑物引起的过电压。在雷电的主要放电过程中，其传播速度非常快，雷电电流的幅值可达数百千安，并伴随着强烈的光、热、机械效应和化学，对人员具有很强的危害性和致命性。所以一般装设避雷针或避雷线，让变电所中需要保护的设备均处于其保护范雷电侵入波：架空线路遭受雷击或感应累的影响，在线路上形成沿线路传播的高电压行波，