电气工程及其自动化专业毕业设计110kv降压变电所电气部分设计

电气工程及其自动化专业毕业设计110kv降压变电所电气部分设计内容摘要：

83。 错误 !未定义书签。 致 谢 错误 !未定义书签。 参 考 文 献 42 附录 A 主接线方案图 43 附录 B 系统正序等值图 45 附录 C 设备选择参照图 46 附录 D 短路电流计算结果表 47 附录 E 变电所主体设备型号一览表 48 第一章 绪 论 第一节 选题背景 电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理的使用及分配电力，必须从工程的设计来提高电力系统的安全性、可靠性和运行效率，从而达到降低 成本，提高经济效益的目的。 变电站是电力系统配电传输不可缺少的重要组成部分，它直接影响整个电力网络的安全和电力运行的经济成本，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变电所电气部分的主体，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置方式的确定，对电力系统的安全、可靠、经济运行起着决定的作用。 目前， 110KV、 35KV 常规变电站在城农网中仍占有较大的比重，其一次、二次设备都比较落后，继电保护装置多为电磁式继电器组合而成，一般只具有当地 控制功能，多为有人值班运行方式。 随着电网运行自动化系统的提高 ,变电站综合自动化系统发挥着越来越强大的作用 ,少人或无人值守变电站将成为今后变电运行的主流方式，对原有电站及新建电站实现无人值守势在必行。 对设计人员来讲，我们只有不断提高自身素质，才能跟得上电力系统的飞速发展，为电力事业的兴盛尽一点微薄之 力。 第二节 选题意义 变电站是电力系统中变换电压 、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。 变电站起变换电压作用的设备是变压器，除此之外，变电站的设备还有开闭电路的开关 设备，汇集电流的母线，计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置、调度通信装置等，有的变电站还有无功补偿设备。 本设计针对变电站进行设计 ， 设计内容包括：变压器台数和容量的选择、主接线的选择、短路电流的计算、主要电器设备的选择和校验、继电保护及 变电站防雷 等。 通过对 110KV 降压变电所电气部分 的 设计，使我明白其目的在于使我们通过这次毕业设计，能够得到各方面的充分训练，结合毕业设计任务加深了对所学知识内在联系的理解，并能灵活的运用。 第三节 变电站发展概况 随着计算机技术的飞速发展 ，微型计算机技术在电力系统中 得到了越来越广泛的应用，它集变电站中的控制、保护、测量、中央信号、故障录波等功能于一身，替代了原常规的突出式和插件式电磁保护、晶体管保护、集成电路保护。 常规控制、保护 装置已逐步从电力系统中退出，取而代之的则是这种新型的微机监控方式，它运用了自动控制技术、微机及网络通信技术，经过功能的重新组合和优化设计，组成计算机的软硬件设备代替人工 ,利用变电站中的远动终端设备来完成对站中设备的遥信、遥测、遥调、遥控即四遥功能。 这就为实现变电站无人值守提供了前提条件。 变电站、所综合自动化和无人值守是当今电网调度自动化领域中热 门的话题，在当今城、农网建设改造中正被广泛采用。 第四节 设计原始资料 一 、 课题的内容和要求： 本毕业设计 课题 是对一个 110kV 降压 变电 所 电气部分进行初步的设计 ，具体内容和要求如下： 1. 对 110kV、 35kV、 10kV 三级电压分别选择两种接线方式（单母、单母分段、双母、是否带旁路、桥式、二分之三接线等），从可行性、灵活性、经济性进行定性分析，确定所选的方案。 2. 短路电流计算 3. 电气设备选择和校验（主变压器、断路器、隔离开关、母线、 10kV 电缆、电流互感器及电压互感器） 4. 变压器、线路的 继电保护 （ 1）主变压器继电保护整定计算 （ 2） 35kV 线路继电保护整定计算 5. 防雷装置及接地装置配置说明 二 、 设计的技术要求与数据： 设计数据： 1. 变电所电压等级： 110kV、 35kV、 10kV，属地方变电所 2. 110kV 侧：变电所有双回 110 kV 线路与大系统相连，长度为 40 km， 系统最大方式容量为 3500MVA，相应的系统电抗为 ； 系统最小方式容量为 2800MVA，相应的系统电抗为 ； （电抗是 以系统容量及电压为基准的标么值。 ） 3. 35kV 侧：线路共 4 回， 容量为 36MVA；已考虑发展后最大负荷。 4. 10 kV 侧： 10kV 线路共 6 回，容量为 ；已考虑发展后最大负荷。 5. 负荷平均功率因数  ，线损率为 5%。 6. 气象及地质 条件： 年最低温度： 1℃，年最高温度： ℃，年最高日平均温度： 32℃，地震烈 度： 6 度以下，海拔高度： 180m，年平均雷电日： 90 天。 7. 其它： 10 kV903 线为电缆出线，其余出线均为架空线出线， 详细数据见表 ： 35kV、 10kV 负荷情况表 电压等级 负荷名 称 容 量 （ MVA） 负荷性质 （类） 距 离 （ km） 10kV 901 1 902 2 1 903 1 1 机 修 厂 3 水厂 2 市政用电 1 1 35kV 301 线路 8 2 20 302 线路 8 2 18 303 线路 10 1 17 304 线路 10 1 16 4 第二章 电气主接线设计 及短路电流计算 第一节 电气主接线设计及主变压器容量选择 一、 电气主接线方案初选 根 据 GB5005992《 35—110KV 变电站设计规范》，设计任务书中站给资料中要求，变电站的主接线，应根据变电站在电力网中的地位，出线回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠，运行灵活，操作检修方便，节约投资和便于扩建，同时应满足以下条件： 1．当能满足运行要求时，变电站高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。 2． 35—110KV 线路为两回以下时，宜采用桥形，线路变压器组线路分支接线。 3．当变电站装有两台主变时， 6—10KV 侧宜采用分段单母线。 线路 12 回及以下时，变电站 10KV 可用双母线；当不许停电检修断路器 时，可装设旁路设施。 4．接在母线上的：避雷器和电压互感器可合用一组隔离开关，对接在变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。 根据以上要求初步选择主接线如下： （一） 方案一 （接线图见：附录 A） 1． 110KV 侧、 35KV 侧和 10KV 侧均采用单母分段的接线方式。 2．主变容量及台数的选择： 2 台主变容量 相同。 （二） 方案 二 （接线图见：附录 A） 1． 110KV 侧采用桥形接线， 35KV 侧和 10KV 侧采用单母分段的接线。 2．主变容量及台数的选择： 2 台主变容量同方案一。 二、 主接线方案比较 综上所述，由于方案二采用桥形接线， 使 用的 断路器比 方案 一少。 主变台数、型号、参数均相同，同时又不降低用电和供电可靠性，又符合现场实际和设计规程的要求，从经济角度考虑选择方案二比较合适，达到了工程造价较低，同时考虑了变电站随着负荷的增加，进行扩建和增容的可能性，因为桥式接线在负荷增加时，可很方便的改造为单母线分段，以适应负荷增加和供电可靠性的要求。 同时，从技术角度，方案一中断路器 断路器 4 之间及母线发生短路，则断路器 断路器 断路器 5 分别跳闸，即所有负荷由 1 号主变承担；方案二中当断路器 3 至变压器绕组内及断路器 2 右侧发生短路，则断路器 断路器 3 及变压器中、低侧分别跳闸，即所有负荷由 1 号主变承担。 再如，方案一如母线发生短路，断路器断路器 断路器 3 分别跳闸， 2 号主变停止向负荷供电；方案二中内桥断路器 2侧母线发生短路，断路器 断路器 2 号主变中、低压侧分别跳闸，停止向负荷 5 供电。 由以 上 分析，方案一和方案二在技术上是相当的，而从经济上讲，方案一比方案二多用了两组断路 .两组隔离开关和母线，所以，最终确定方案二为本设计的主接线。 三、 主变压器的选择 1. 运行主变压器的容量应根据电力系统 10—20 年的发展规划进行选择。 由于任务书给定的是一个三个电压等 级的变电站，而且每个电压等级的负荷均较大，故采用三绕组变压器 2 台，运行主变压器的容量应根据电力系统 10—20 年的发展规划进行选择。 并应考虑变压器正常运行和事故过负荷能力，以变压器正常的过负荷能力来承担变压器遭受的短时高峰负荷，过负荷值以不缩短变压器的寿命为限。 通常每台变压器容量应当在当一台变压器停用时，另一台容量至少保证对 60%负荷的供电，并考虑事故过负荷能力选择变压器容量，亦即短路时可承担 100%的负荷。 2. 主变容量选择 Sn＝。 (Sm 为变电站最大负荷 ) 3. 两台主变可方便于运行维护和设备的 检修同时能满足站用负荷的供电要 两台求。 ： ① ．相数的确定 为了提高电压质量最好选择有载调压变压器。 ② ．绕组的确定 本站具有三种电压等级，且通过主变各侧绕组功率均达到该变压器容量的 15%以上，故选三绕组变压器。 ③ ．绕组的连接方式 考虑系统的并列同期要求以及三次谐波的影响，本站主变压器绕组连接方式选用Y0/Y/△ － 11。 采用 “△ ”接线的目的就是为三次谐波电流提供通路，保证主磁通和相电势接近正弦波，附加损耗和局过热的情况大为改善，同时限制谐波向高压侧转移。 ： 本 站主要负荷占 98%，在短路时（ 2 小时）带全部主要负荷和一半左 右 Ⅰ 类负荷。 在两小时内进行调度，使主要负荷减至正常水平。 Sn= （ 21） =( 36+) ==48804KVA 选 SSPSL50000 型，选择结果如表 21： 表 21 主变压器参数表 6 型号及容量(KVA) 额定电压 高 /中 /低(KV) 连接组 损耗 (KW) 阻抗电压 (%) 空载电流(%) 运输重量(t) 备注 空载 短路 高中 高低 中低 SSPSL50000 110/ 四、 站用变压器的选择 由主变压器容量为 50000KVA，站用电率为 %，可选用变压器容量。 Sn=50000%=250KVA 选 SJL1—250 型，选择结果如表 22： 表 22 站用变压器参数表 型号及容量(KVA) 低压侧额定电压(KV) 连接组 损耗(KW) 阻抗电压 (%) 空载电流(%) 总重(t) 备注 空载 短路 SJL1—250 Yy0yd11 4 2 第二节 短路电流计算 在发电厂和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。 其计算的目的主要有以下几个方面： 在选择电气主接线时，为了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；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。 在设计屋外高压配电装 置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。 在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路的短路电流为依据。 接地装置的设计，也需要短路电流。 一、 短路电流的计算目的 1．电气主设备的选择和比较 2．电气设备和载流导体的选择和校验 3． 继电保护整定计算 二、 短路电流计算点的确定 7 1．确定原则：计算短路电流时，短路点的选择，应使站选择的电气设备和载流导体通过可能最大的短路电流。 2．短路点的确定，根据以上原则，选择了 4 个短路点。 3．基准值的选取： Sb＝ 100MVA Ub 取各侧平均额定电压 三、 计算步骤 1．选择计算短路点 2．画等值网络（次暂态网络）图 首先去掉系统中的所有负荷分支，线路电容、各元件的电阻，发电机电抗用次暂态电抗 Xd” 3．选取基准容量 Sb 和基准电压 Ub（一般取。