110KV变电站设计论文.doc
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110KV变电站电气部分设计
摘要
本说明书以110kV地区变电站设计为例,论述了电力系统工程中变电站部分电气设计(一次部分)的全过程。
通过对变电站的主接线设计,站用电接线设计,短路电流计算,电气设备动、热稳定校验,主要电气设备型号及参数的确定,运行方式分析,防雷及过电压保护装置的设计,电气总平面及配电装置断面设计和无功补偿方案设计,较为详细地完成了电力系统中变电站设计。
限于毕业设计的具体要求和设计时间的限制,本毕业设计只对变电站电气一次部分做了较为详细的理论设计,而对其电气二次部分并没有涉及,这有待于在今后的学习和工作中进行研究。
关键词:
变电站短路电流动稳定热稳定
ABSTRACT
Thestatementaboutthe110kvtransformerareasubstationdesign,discussedsomeelectricaltransformersubstationdesign(onepart)inpowersystemsengineeringoftheentireprocess.Throughthemaintransformerstationswiringdesign,stationswiringdesignstations,shortcircuitcurrentcalculations,checkelectricalequipmentmovingandthermalstability,setthemainelectricalequipmentmodelsandtheparameters,theoperatingmode,designover-voltageprotectionandminedevices,designgeneralelectricgraphicanddistributiondevicesflood,andwithoutpowercompensation.Completedsubstationdesigninpowersystem,lastly.
Limitedtothespecificdesignrequirementsanddesigntimeofconstraints,thedesignonlyisapartoftheelectricaltransformerstations,anditssecondpartdidnotinvolve,whichresearchitinfuturestudyandwork.
KEYWORDS:
Substation,Shortcircuitcurrents,Movingstability,Thermalstability
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1绪论 1
1.1选题背景和意义 1
1.1.1选题背景 1
1.1.2选题意义 1
1.2原始资料 1
1.2.1分析本变电站在电力系统中的作用 1
1.2.2建设规模 1
1.2.3环境情况 1
1.2.4线路阻抗 2
1.3所做工作 2
1.3.1分析原始资料 2
1.3.2拟定主接线方案 2
1.3.3短路电流计算 2
1.3.4主要电器选择 3
1.3.5其他计算和设计 3
1.3.6绘制电气主接线图 3
本章小结 3
2电气主接线设计 4
2.1主变压器的选择 4
2.1.1主变压器台数的确定 4
2.1.2主变压器容量的确定 4
2.1.3主变压器相数的确定 5
2.1.4主变压器绕组数和接线组别的确定 5
2.1.5主变压器调压方式的确定 5
2.1.6主变压器冷却方式的确定 6
2.1.7主变压器型号的确定 6
2.2主接线初步方案的拟订及技术比较 6
2.2.1110kV电压侧接线 6
2.2.210kV电压侧接线 9
2.3方案经济比较 10
2.4主接线最终方案的确定 12
2.5站用变接线设计 13
2.5.1选择变压器 13
2.5.2接线方案确定 13
本章小结 13
3短路电流计算 14
3.1短路故障产生的原因 14
3.2短路故障的危害 14
3.3短路电流计算的目的 15
3.4短路电流计算的内容 16
3.4.1短路点的选取 16
3.4.2短路时间的确定 16
3.4.3短路电流的计算 16
3.5短路电流计算方法 16
3.5.1标幺值法 16
3.5.2有名值法 16
3.6三相短路电流周期分量起始值的计算 16
3.6.1短路电流计算的基准值 16
3.6.2网络模型 17
3.6.3三相短路电流周期分量起始值的计算步骤 17
本章小结 21
4主要电气设备的选择 22
4.1断路器和隔离开关的选择 23
4.1.1110kV断路器隔离开关的选择 24
4.1.210kV断路器隔离开关的选择 26
4.2电流互感器的选择 28
4.2.1110kV侧电流互感器的选择 29
4.2.210kV侧电流互感器的选择 30
4.3电压互感器的选择 31
4.3.1110kV母线设备电压互感器的选择 32
4.3.210kV母线设备电压互感器的选择 32
4.4高压熔断器的选择 33
4.5母线的选择与校验 33
4.5.1110KV母线的选择 34
4.5.210kV母线 35
4.5.3主变110KV侧至110KV母线连线的选择 36
4.5.4主变10kV侧至10kV母线连线的选择 37
4.6电缆选型及截面选择 37
4.6.1电缆芯线材质/芯数 37
4.6.2电缆结构 37
4.6.3电缆选择的具体技术条件简述 38
4.6.4穿墙套管的选择 42
4.7绝缘子型号和绝缘子串 43
4.8高压开关柜的选择 44
本章小结 44
5无功补偿、消弧线圈的计算与选择及防雷接地设计 45
5.1无功补偿 45
5.1.1提高功率因数的意义 45
5.1.2补偿装置的确定 45
5.2消弧线圈的计算与选择 47
5.3防雷接地设计 47
5.3.1防雷设计 47
5.3.2接地设计 52
本章小结 53
6电气总平面布置及配电装置的选择 54
6.1配电装置特点 54
6.1.1屋内配电装置的特点 54
6.1.2屋外配电装置的特点 54
6.2配电装置类型及应用 54
6.3电气总平面布置 55
6.3.1电气总平面布置的要求 55
6.3.2电气总平面布置 55
本章小结 56
7总结 57
8致谢 58
9参考文献 59
附录 61
56
1绪论
1.1选题背景和意义
1.1.1选题背景
经济迅速发展,开发区将成为榆林市新的经济发展区,经济将迅速发展,榆林供电区域用电负荷也将迅速增长,截至2006年底,该供电区有110kV变电站2个,2005年榆林市区电网最高负荷55MW,2006年榆林市供电区电网最高负荷达58MW,增长幅度5.5%,预计2007年榆林市供电区电网最高负荷达72MW。
随着市政府的搬迁和当地经济的快速发展,榆林市区局部地区预期负荷增长较快,仅靠两个110kV变电站无法满足工业区负荷日益增长的需求。
随着因此,急需在开发区供电区域内新建一座110kV变电站以满足日益增长的用电需求。
为满足榆林市和开发区与日俱增的用电需求,根据《2008-2012年榆林市电网滚动规划》,于2008年拟在榆林市开发区新建110kV变电站。
1.1.2选题意义
变电站作为整个电网中的一个核心节点,担负着电能的传输与分配的任务。
在电网的统一指挥和协调下,电网各节点,如变电站、发电厂具体实施和保障电网的安全、稳定、可靠运行。
因此,研究变电站一次侧设计对电力系统的稳定发展有着极其深远的意义。
1.2原始资料
1.2.1分析本变电站在电力系统中的作用
本变电站的电压等级为110kV,供电负荷10kV在企业内部。
属于一般降压变电站。
1.2.2建设规模
(1)110kV本期2进2出,最终2进3出,每回最大负荷40MW;
(2)10kV本期24回出线,最终36回出线,每回最大负荷4000kW。
1.2.3环境情况
(1)海拔600米,温度—20℃~35℃,年平均气温14.5℃;
(2)污秽等级Ⅱ度;
(3)雷暴日每年70.2天。
1.2.4线路阻抗
市中变本期进线由东沙变和市区变接入,220kV东沙变和市区变从省网220kV环网供电,系统容量趋于无穷大,折算至东沙变110kV侧母线的系统阻抗标么值为0.05033,东沙变110kV侧母线至本站110kV进线距离为6.017km;折算至市区变110kV侧母线的系统阻抗标么值为0.04398,市区变110kV侧母线至本站110kV进线距离为6.769km。
1.3所做工作
1.3.1分析原始资料
(1)本工程情况变电站类型,设计规划容量(近期,远景),主变台数及容量等。
(2)电力系统情况电力系统近期及远景发展规划(5~10年),变电站在电力系统中的位置和作用,本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。
(3)负荷情况负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。
(4)环境条件当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素,对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。
(5)设备制造情况为使所设计的主接线具有可行性,必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较,保证设计的先进性、经济性和可行性。
1.3.2拟定主接线方案
根据设计任务书的要求,在原始资料分析的基础上,可拟定出若干个主接线方案。
因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同,会出现多种接线方案。
应依据对主接线的基本要求,结合最新技术,确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。
1.3.3短路电流计算
对拟定的主接线,为了选择合理的电气设备,需进行短路电流计算。
1.3.4主要电器选择
包括110kV主变侧断路器、10kV主变侧断路器、10kV出线侧断路器、110kV主变侧隔离开关、10kV主变侧隔离开关、10kV出线侧隔离开关、110kV主变侧电流互感器、110kV母联电流互感器、10kV主变侧电流互感器、10kV母联电流互感器、10kV出线侧电流互感器、110kV母线设备电压互感器、10kV母线设备电压互感器、高压熔断器、110KV母线、10kV母线、主变110KV侧至110KV母线连线、主变10kV侧至10kV母线连线、110kV侧电缆及配件、10kV侧电缆及配件。
1.3.5其他计算和设计
无功补偿、消弧线圈的计算与选择及防雷接地设计。
1.3.6绘制电气主接线图
将最终确定的主接线,按工程要求,绘制工程图。
本章小结
本章首先介绍了选题背景和意义,其次对变电站原始资料进行分析,并指出所做工作。
2电气主接线设计
变电站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、无功补偿设备以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。
2.1主变压器的选择
变压器是变电站的重要设备,其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构,如选用适当不仅可减少投资,减少占地面积,同时也可减少运行电能损耗,提高运行效率和可靠性,改善电网稳定性能。
2.1.1主变压器台数的确定
为保证供电可靠性,变电所一般设两台主变压器。
考虑到本变电站远期扩建,将增加一台。
2.1.2主变压器容量的确定
表2-1电力需求预测方案
年份
需求预测
2004
(实绩)
2005
(预计)
2006
(预测)
2007
(预测)
2008
(预测)
2010
(预测)
2015
(预测)
项目区
负荷
(兆伏安)
39.49
45.47
52.35
59.38
67.36
76.41
108
备注:
表按2006年建成投产项目列出预测水平年
根据《电力工程设计手册》,变压器容量应根据计算负荷选择,对平稳负荷供电的单台变压器
(2.1)
式中:
S为计算负荷容量(kVA);Se为变压器容量(kVA);β为负荷率(一般取85%左右)。
本系统中只有10kv一个负荷等级。
2007年预测最大负荷S为59.38MVA,需要选择的变压器容量
主变压器容量确定的要求:
根据变电站所带负荷的性质和电网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运时,其余变压器容量在设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:
对一般性变电站停运时,其余变压器容量就能保证全部负荷的60~70%。
,当一台停运时,另一台则承担70%为35.331MVA。
故选两台50MVA的主变压器就可满足负荷需求,采用暗备用工作方式。
2015年预测最大负荷S为108MVA,需要选择的变压器容量:
,,当一台停运时,其余变压器则承担70%为64.26MVA。
故远期增设一台50MVA的主变压器就可满足负荷需求。
2.1.3主变压器相数的确定
容量为300kV及以下机组单元连接的主变压器和330kV及以下电力系统中,一般都选三相变压器,因为单相变压器组相对投资大、占地多、运行损耗大、配电装置复杂。
采用“降压结构”的线圈,排列成铁芯一低压一高压线圈,高与低之间阻抗最大。
2.1.4主变压器绕组数和接线组别的确定
由于本次设计变电站为110kV和10kV两个电压等级,该变电所选双绕组变压器。
连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行,110kV以上电压,变压器绕组都采用YN连接;10kV采用D11连接。
2.1.5主变压器调压方式的确定
为了保证变电站的供电质量,电压必须维持在允许范围内。
普通型的变压器调压范围小,仅为±5%,而且当调压要求的变化趋势与实际相反(如逆调压)时,仅靠调整普通变压器的分接头的方法就无法满足要求。
另外,普通变压器的调整很不方便,而有载调压变压器可以解决这些问题。
它的调压范围较大,一般在15%以上,而且既要向系统传输功率,又可能从系统倒送功率,要求母线电压恒定,保证供电质量情况下,有载调压变压器可以实现特别是在潮流方向不固定,而要求变压器可以副边电压保持一定范围时有载调压可解决,因此选用有载调压变压器。
2.1.6主变压器冷却方式的确定
主变压器一般采用的冷却方式有:
自然风冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环导向冷却。
自然风冷却及强迫风冷却适用与中小型变压器;强迫油循环风冷却一般适用与大容量变压器,在水源充足的情况下也可采用强迫油循环水冷却;强迫油循环导向冷却是大型变压器采用的高效率的冷却方式。
考虑到冷却系统的供电可靠性要求及维护工作量,首选自然风冷冷却方式。
2.1.7主变压器型号的确定
查《电力工程电气设备手册:
电气一次部分》,选定变压器的容量为50MVA。
由于升压变压器有两个电压等级,所以这里选择三绕组变压器,查《大型变压器技术数据》选定主变型号为:
SZ10-50000/110。
主要技术参数如下:
额定容量(kVA):
50000
额定电压(kV):
高压—110±8×1.25%;低压—10.5
连接组标号:
YNd11
空载损耗(W):
42+15%
负载损耗(W):
184+15%
空载电流(%):
≤0.3
短路阻抗(%):
14.5±7.5%
2.2主接线初步方案的拟订及技术比较
2.2.1110kV电压侧接线
《35~110kV变电所设计规范》规定,35~110kV线路为两回及以下时,宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。
超过两回时,宜采用扩大桥形、单母线或单母线分段接线。
110kV线路为6回其以上时,宜采用双母线接线。
表2-2方案拟定
方案
110kV
10kV
主变台数
方案一
桥式(内桥)
单母线分段
2
方案二
单母线分段
单母线
2
(1)桥式接线
(a)内桥接线(b)外桥接线
图2-1桥式接线
桥式接线具有工作可靠、灵活、使用的电器少、装置简单清晰和建造费用低等优点,并且它特别容易发展为单母线分段或双母线接线。
因此,为了节省投资,当配电装置建造初期负荷较小,引出线数目不多时,应采用桥式接线。
随着负荷的增大,引出线数目增多时,则需逐步发展为单母分段或双母线接线。
1)内桥接线的特点:
连接桥断路器在线路断路器的内侧,因此,线路的投入和切除比较方便。
在线路故障或切除、投入时,不影响其余回路工作,并且操作简单;而在变压器故障或切除、投入时,要使相应线路短时停电,并且操作复杂。
内桥接线的适用范围:
一般适用于线路较长(相对来说线路的故障率较大)和变压器不需要经常切换(如火电厂)的情况。
2)外桥接线的特点:
连接桥断路器在线路断路器的外侧,它与内桥接线相反。
外桥接线的适用范围:
一般适用于线路较短和变压器需要经常切换的情况。
当系统中有穿越功率通过主接线为桥型接线的发电厂或变电站高压侧时,或者桥形接线的2条线路接入环形电网时,都应该采用外桥接线。
(2)单母线分段接线
图2-2单母线分段接线
优点:
1)用断路器把母线分段,可以提高供电可靠性和灵活性,对重要用户可以从不同段引出两回馈线路,由双电源供电;
2)当一段母线检修或故障时,分段开关自动将故障切除,保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电,且接线简单、设备少、投资小、运行操作方便,不易发生误操作事故,而且投资小。
缺点:
1)当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都将在检修期内停电,且可靠性和灵活性较差;
2)当出线为双回路时,常使架空线路出线交叉跨越;
3)扩建需两方向均衡发展。
适用范围:
1)5~10kV配电装置的出线回数为6回及以上时;
2)35~60kV配电装置的出线回数为4~8回时;
3)110~220kV配电装置的出线回数为4回时。
本次设计变电站110kV线路有2回(远期3回),方案一简单清晰,调度灵活,不会造成全站停电,能保证对重要用户的供电,设备少,投资和占地小,节省一部分断路器,投资较小,但供电可靠性较差;方案二一般用于出线较多,输送和穿越功率较大,供电可靠性和灵活性要求较高的场合,设备多,投资和占地面积大,配电装置复杂,易误操作如图2-1所示。
2.2.210kV电压侧接线
《35~110kV变电所设计规范》规定,当变电所装有两台主变压器时,6~10kV侧宜采用分段单母线。
线路为12回及以上时,亦可采用双母线。
当不允许停电检修断路器时,可设置旁路设施。
本变电站10kV侧线路为24回(远期36回),可采用双母线分段接线(如图2-3)或双母接线(如图2-4)两种方案。
(1)单母线分段接线
图2-3单母线分段接线
见前面所述。
(2)单母线接线
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。
缺点:
1)可靠性差。
母线或隔离开关检修或故障时,所有回路都要停止工作,也就是要造成全厂或全站长期停电;
2)调度不方便,电源只能并列运行,不能分列运行,并且线路侧发生短路时,有较大的短路电流。
适用范围:
一般只用在出线回路少,并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。
图2-4单母线接线
方案一一般用于出线较多,输送和穿越功率较大,供电可靠性和灵活性要求较高的场合,设备多,投资和占地面积大,配电装置复杂,易误操作。
方案二简单清晰,调度灵活,不会造成全站停电,能保证对重要用户的供电,设备少,投资和占地小,但供电可靠性较差。
2.3方案经济比较
方案一:
110kV侧桥式(内桥);10kV侧单母线分段
表2-2方案一设备价格汇总表
序号
名称
单位
数量
单价(万元)
合价(万元)
1
110kV三相电力变压器
容量(kVA)50000
台
2
100.00
200.00
2
110kV电缆进线开关柜
面
2
15.00
30.00
3
110kV主变进线隔离柜
面
2
8.00
16.00
4
110kV桥开关柜
面
1
15.00
15.00
5
110kV电压互感器、避雷器柜
面
2
12.00
24.00
6
10kV主变进线开关柜
面
2
8.00
16.00
7
10kV电缆出线开关柜
面
24
8.00
192.00
8
10kV分段开关柜
面
2
8.00
16.00
9
10kV电压互感器、避雷器柜
面
2
7.00
14.00
合计:
523
方案二:
110kV侧单母线分段;10kV侧单母线接线
表2-3方案二设备价格汇总表
序号
名称
单位
数量
单价(万元)
合价(万元)
1
110kV三相电力变压器
容量(kVA)50000
台
2
100.00
200.00
2
110kV电缆进线开关柜
面
2
15.00
40.00
3
110kV主变进线开关柜
面
2
15.00
40.00
4
110kV分段开关柜
面
1
15.00
20.00
5
110kV电压互感器、避雷器柜
面
2
12.00
20.00
6
10kV主变进线开关柜
面
2
8.00
30.00
7
10kV电缆出线开关柜
面
24
8.00
192.00
8
10kV电压互感器、避雷器柜
面
2
7.00
14.00
合计:
556
2.4主接线最终方案的确定
(1)技术的比较:
110kV桥式接线简单,控制简单,有利于变电站的运行。
10kV单母线分段接线可靠性较高,能满足110kV变电站重要负荷的供电可靠性且出线较多的要求。
所以,选择方案一。
(2)经济的比较:
方案一比方案二投资少,且能满足技术的要求。
所以,从经济运行费用的角度考虑,选择方案一。
2.5站用变接线设计
2.5.1选择变压器
调压方式:
有载调压变压器
冷却方式:
自然风冷冷却方式
原则上站用电负荷按0.2%变电所容量计,设置2台所用变相互备用
站用电负荷:
S=59.38×0.2%=118.76kVA
站用变容量计算:
=100.946×0.7=70.662kVA
故选两台80kVA的主变压器就可满足负荷需求,采用暗备用工作方式。
所用变压器参数:
型号:
SC9-80/10.5
U1e=10.5±5%(kV)U2e=0.4(kV)
连接组别:
Y,y
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- 110 KV 变电站 设计 论文
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