110KV降压变电所设计毕业设计.doc
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110KV降压变电所设计毕业设计.doc
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河海大学(论文)
摘要
变电站是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变电所的主要环节,电气主接线的拟定直接关系着全厂(所)电气设备的选择、配电装置的布置等,是变电站电气部分投资大小的决定性因素。
本次设计建设一座110KV降压变电站,首先,根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式,在技术方面和经济方面进行比较,选取灵活的最优接线方式。
其次进行短路电流计算,根据各短路点计算出各点短路稳态电流和短路冲击电流。
然后,根据各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择,然后进行校验。
最后作出平面布置图和防雷保护设计。
关键字变电站主接线短路计算电气设备选择
THEDESIGNOFTHEJIAOZUODIGGINGS110KV
STEP-DOWNSUBSTATION
ABSTRACT
Electricitysubstationisanimportantcomponentofthesystem,itdirectlyaffectthepowersystemsecurityandeconomicoperationofpowerplantsarelinkedandusersofintermediatelinks,transformationanddistributionofpowerplaysarole.Themasterdocumentofsubstationisthemainlinkinthemainelectricalwiring,whichdirectlyrelatedtothedevelopmentofthewholeplant(subtations)thechoiceofelectricalequipment,powerdistributiondevicesandsoon,suchasthearrangementispartoftheinvestmentthesizeoftheelectricalsubstationdecisivefactor.
Thedesignoftheconstructionofa110KVstep-downsubstation.Firstofall,accordingtothemainterminaloftheeconomicandreliableoperationofallflexibilitytochoosetheconnectionmodevoltage,inthetechnicalaspectsandeconomicaspectsofcomparison,theflexibilitytoselecttheoptimumconnectionmode.Second,Ihavetocarryoutshort-circuitcurrentcalculation,accordingtopointouttheshort-circuitshort-circuitalltheshort-circuitcurrentandtheimpactofsteady-statecurrent.Then,accordingtothevoltagelevelofratedvoltageandmaximumcontinuousoperatingcurrentequipmentchoice,andthenproceedtocheck.Tomakeafinalfloorplananddesignoflightningprotection.
Keyword:
subtationmasterdocumentcalculationofshortcircuitelectricequipmentselection
73
目录
引言 1
1电力系统分析及变电站总体分析 2
1.1电力系统分析 2
1.2变电站总体分析 3
2负荷分析和主变压器的选择 5
2.1负荷分析 5
2.2负荷计算 7
2.3主变压器的选择 8
3电气主接线的设计 14
3.1电气主接线的概况 14
3.2电气主接线的基本要求 15
3.3电气主接线时的设计依据 16
3.4电气主接线的主要形式 17
4短路电流计算 24
4.1短路的原因及其后果 24
4.2短路的种类 25
4.3短路电流计算的意义 25
4.4短路电流计算的一般规定 26
4.5短路电流的标幺值计算法 26
4.6短路电流计算 29
5电气设备选择 37
5.1电气设备选择的一般要求 37
5.2电气设备选择的一般原则 37
5.3高压断路器的选择 40
5.4高压隔离开关的选择 42
5.5导线的选择 44
5.6电流互感器的选择 48
5.7电压互感器的选择 52
5.8避雷器的选择 53
6配电装置及电气总平面图设计 55
6.1配电装置设计原则 55
6.2配电装置的分类 56
6.3各种配电装置的特点 57
6.4配电装置设计的基本步骤 57
6.5各电压级配电装置的确定 58
6.6总平面设计 58
7防雷保护设计 61
7.1防雷保护的特点 61
7.2防雷设计的原则 61
7.3避雷针 62
7.4避雷器的设置 66
7.5变电所的防雷保护 67
7.6变电所防雷设计 69
8结论 71
致谢 73
引言
电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业,它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业,它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力,其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。
因此,电力系统运行首先要满足可靠,持续供电的要求。
《电力系统设计技术规程》[1]第1.0.2条规定系统设计应在国家计划经济指导下,在审议后的中期、长期电力规划的基础上,从电力系统整体出发,进一步研究并提出系统的具体发展方案;应合理利用能源,节约能源;合理布局电源网络,使发、输、变电及无功建设配套协调,并为系统继电保护设计、系统安全自动装置设计及下一级电压的系统设计等创造条件;设计方案应技术先进、过度方便、运行灵活、切实可行,以经济、可靠、质量合格和充足的电能满足国民经济各部门于人民生活不断增长的需要。
变电站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。
在进行变电所设计时,须遵照变电所设计规范所规定的原则,根据《35~10kV变电所设计规范》[2]的要求:
第一、变电所的设计应根据工程的5~10年发展规划进行,做到远近结合、以近为主,正确处理近期建设与远景发展的关系,适当考虑扩建的可能性。
第二、变电所的设计必须从全局出发、统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件,结合国情合理地确定设计方案。
第三、变电所的设计,必须节约用地的原则。
变电站设计的内容力求概念清楚,层次分明,结合自己设计的原始资料,参考变电站电气设计工程规范,经过大量翻阅工作,了解设计基本过程,从而进一步指导设计内容的开展。
现将自己查阅文献的工作归述为:
通过查阅馆藏书籍,课本和网络资源,了解电力工业的有关政策,技术规程等方面知识,理清自己的设计思路,查询有关电气设备等最新动态价格及参数,从而为自己的设计提供有力的依据。
通过查阅文献,提出我的设计思路和具体设计内容,以便于为设计工作提供有理可据的参考价值。
通过查阅变电站设计规程,了解发变电站设计的一般过程及相关的设计规程,明白了要设计一个变电站的设计内容,清楚设计任务。
电气主接线设计,短路计算,设备的选择,配电装置,防雷保护设计等。
1电力系统分析及变电站总体分析
1.1电力系统分析
为满足焦作铁矿生产生活的供电要求,决定新建一个110KV降压变电所。
变电所的站址选择靠近公路,位于某山区一个南北狭长山谷中,地形平缓,土质贫瘠有良好的交通运输条件,同时也为变电站职工的生活提供了方便。
由电力系统S向铁矿变、钢厂变、化肥变、区域变供电,构成环网。
S的容量为2360MVA,焦作矿区变电站的变电压等级为110/6.3KV。
《电力系统设计技术规程》[1]中规定系统设计应在国家计划经济指导下,在审议后的中期、长期电力规划的基础上,从电力系统整体出发,进一步研究并提出系统的具体发展方案;应合理利用能源,节约能源;合理布局电源网络,使发、输、变电及无功建设配套协调,并为系统继电保护设计、系统安全自动装置设计及下一级电压的系统设计等创造条件;设计方案应技术先进、过度方便、运行灵活、切实可行,以经济、可靠、质量合格和充足的电能满足国民经济各部门于人民生活不断增长的需要。
图1-1电力系统接线简图
附注:
1、图中系统容量,系统阻抗均相当于最大运行方式。
2、最小运行方式时:
S=2000MVA.Xs=1.10;
3、系统可保证本站110KV母线电压波动在±5%以内。
1.2变电站总体分析
1.2.1建站规模
电压等级:
110/6.3KV
线路回数:
110KV:
2回,备用1回;
6.3KV:
13回,备用2回;
1.2.2变电所概况
图1-2地理位置示意图
地理条件:
所址位于某山区一个南北狭长山谷中,地形平缓,土质贫瘠,平均海拔400米,邻近负荷中心,水源充足,交通便利。
土质为含砂黏土,土壤热阻系数度ρT=120℃•CM/W,土温20℃,地震烈度8度,有利于变电站的经济运行,另外,也降低对防雷保护装置的要求。
气象条件:
年最高气温+40℃,所最低气温-22℃,最热月平均最高温度+32℃。
风速32m/s,主导风向西北,覆冰厚度15mm。
微风风速3.5m/s,属于我国Ⅷ类标准气象区。
站址条件:
依据《35—110kV变电站设计规范》[2]第2.0.1条,变电站所址的选择,根据下列要求综合考虑确定:
第一、靠近负荷中心。
第二、节约用地,不占或少占耕地及经济效益高的土地。
第三、与乡或工矿企业规划相协调,便于架空线和电缆线路的引入和引出。
第四、交通运输方便。
第五、具有适应地形,地貌,地址条件。
变电所选址还考虑了变电站与附近设施的影响。
因此,若变电站选址不当,必将影响企业供电系统的主接线方式,电网的损失及投资的大小,还可能引起电力倒流,甚至产生更严重的后果。
河南理工大学成人高等教育毕业设计(论文)
2负荷分析和主变压器的选择
2.1负荷分析
2.1.1负荷分类和定义
根据负荷允许停电程度的不同,可以将负荷分为三个等级,即一级负荷、二级负荷、三级负荷。
等级不同,对电力系统供电可靠性与稳定性的要求也不同。
如果停电,一级负荷将造成人身伤亡或引起对周围环境严重污染对工厂将造成经济上的巨大损失,如重要的大型的设备损坏,重要产品或用重要原料生产的产品大量报废,还可能引起社会秩序混乱或严重的政治影响。
二级负荷会造成较大的经济损失,如生产的主要设备损坏、产品大量报废或减产;还可能引起社会秩序混乱或较严重的政治影响。
三级负荷造成的损失不大或不会造成直接经济损失。
由此可知,供电的稳定性直接影响经济的发展,负荷等级不同,对供电的要求也不相同:
对于一级负荷,必须有二个独立电源供电,且任何一个电源失去后,能保证对全部一级负荷不间断供电。
对特别重要的一级负荷应该由二个独立电源点供电。
对于二级负荷,一般要有两个独立电源供电,且任何一个电源失去后,能保证全部或大部分二级负荷供电。
对于三级负荷,一般只需一个电源供电[3]。
2.1.2本设计中的负荷分析
变电所两侧属于一、二级负荷,左侧主要为水源地、火药库、农业用电,下方为生活区职工用电,右侧主要是露天矿、矿井、选矿厂工业用电。
露天矿一、二:
出产铁矿,其中:
Ⅰ类负荷约占10%,Ⅱ类负荷约占60%,其余为Ⅲ类负荷。
矿井甲、乙:
出产铁矿,其中:
Ⅰ类负荷约占40%,Ⅱ类负荷约占40%,其余为Ⅲ类负荷。
选矿厂一、二:
筛选出产矿,其中:
Ⅰ类负荷约占30%,Ⅱ类负荷约占40%,其余为Ⅲ类负荷。
水源地:
Ⅰ类负荷约占20%,Ⅱ类负荷约占60%,其余为Ⅲ类负荷。
火药厂:
火药储存,属于Ⅲ类负荷,约占50%,Ⅰ类负荷约占20%,Ⅱ类负荷约占30%,
生活区:
职工生活用电,Ⅰ类负荷约占10%;Ⅱ类负荷约占50%;其余为类负荷。
农业用电:
Ⅱ类负荷约占50%;Ⅲ类负荷约占50%;
备用:
Ⅰ类负荷约占10%;Ⅱ类负荷,约占40%;其余为Ⅲ类负荷。
表2-1ZS矿区110KV降压变电所负荷资料
电压等级
负荷名称
最大穿越功率(MW)
最大负荷
(MW)
负荷组成
(%)
cosΦ
Tmax
(h)
线长(km)
同时率
线损
近期
远景
近期
远景
一级
二级
三级
110kV
铁钢线
1
2
铁区线
1
2
备用
10
6.3kV
露天矿一
1
2
10
60
30
0.72
5500
1.5
85%
5%
露天矿二
1
2
10
60
30
0.72
5500
1.5
矿井甲一
1.5
3
40
40
20
0.78
5500
1.5
矿井甲二
1.5
3
40
40
20
0.78
5500
1.5
矿井乙一
1.5
3
40
40
20
0.78
5500
2.5
矿井乙二
选矿厂一
2
4
30
40
30
0.75
5500
1
选矿厂二
水源地一
1
2
20
60
20
0.72
5500
2
水源地二
火药库
0.1
0.15
20
30
50
0.75
4500
1.8
生活区
1
1.5
10
50
40
0.8
4500
1
农业用电
1
2
50
50
0.78
4000
1.5
备用一
1
10
40
50
0.78
备用二
1
10
40
50
0.78
为满足电力系统对无功的需要,需要在用户侧装设电容器,进行无功补偿,使用户的功率因数提高,10kV线路用户功率因数应不低于0.9。
2.2负荷计算
2.2.1负荷计算的意义
在进行工业企业供配电设计时,基本的原始资料是工艺部门提供的各种用电设备的安装容量,这是设计的依据。
因此,供电设计首先遇到的是全厂要用多少电,即负荷计算问题。
由于工厂里各种用电设备在运行时其电力负荷总是不断变化,但一般不回超过其额定容量,而且各台用电设备的最大负荷一般又不会在同一时间出现,所以全厂的最大负荷总是比全厂各种用电设备额定容量的总和要小。
若根据设备容量综合来选择导线和供电设备必将造成浪费;反之,若负荷计算过小,造成导线或用电设备选择得过小,在运行中必将使上述元件过热,倒是绝缘过快老化甚至损坏。
因此,为了确定供电系统中各个环节的电力负荷大小,合理地选择供电系统中的元件,有必要对电力负荷进行统计计算[4]。
2.2.2负荷计算
近期负荷:
远期负荷:
综合最大计算负荷计算公式:
(2.1)
(:
同时系数,取85%;%:
线损率,取5%)
视在功率:
2.3主变压器的选择
在各电压等级的变电所中,变压器是主要电气设备之一,其担负着变换网络电压进行电力传输的重要任务。
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。
确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。
特别是我国当前的能源政策是开发与节约并重,近期以节约为主。
因此,在确保安全可靠供电的基础上,确定变压器的经济容量,提高网络的的经济运行素质将具有明显的经济意义。
2.3.1主变压器的选择原则
主变压器的确定除依据传递容量基本原始资料外,还应根据电力系统5~10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素,进行综合分析和合理选择。
在选择主变压器容量时对重要变电所,应考虑当一台主变器停运时,其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内,应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电;对一般性变电所,当一台主变压器停运时,其余变压器容量应能满足全部负荷的60%~70%。
2.3.2主变压器台数的确定
变电站主变压器台数的选择应根据负荷大小、负荷对供电可靠性的要求、经济性及用电发展规划等因素综合考虑确定。
变电器台数越多,供电可靠性越高,但设备投资大,运行费用高。
因此,在满足供电可靠性要求的前提下,变电器台数越少越好。
在确定变电器台数时,还应适当考虑负荷的发展,留有一定余地。
由《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)[5]知变电站主变压器台数的选择应遵循以下原则:
对大城市郊区的一次变电所,在中、低压侧已构成环网的情况下,变电所以装设两台主变压器为宜。
对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所,在设计时应考虑装设三台主变压器的可能性。
对于规划只装设两台主变压器的变电所,其变压器基础宜按大于变压器容量的1~2级设计,以便负荷发展时,更换变压器容量。
表2-2单台变压器和两台变压器的比较:
比较
单台变压器
两台变压器
技
术
指
标
供电安全比
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
电压损耗略大
电压损耗略小
灵活方便性
灵活性差
灵活性好
扩建适用性
稍差
好
由以上可知、正常运行时,变电所负荷由110kV系统供电,拥有大量的一、二级负荷,应满足电力负荷对供电可靠性的要求,应采用两台变压器并联使用。
2.3.3变压器相数的确定
主变压器采用三相或是单项,主要考虑变压器的制造条件,可靠性要求及运输条件等因素。
特别是大型变压器,尤其需要考察其运输可能性,保证运输是村不超过隧洞、桥东的准许通过限制,运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具承载能力。
由《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)[5]知:
第一、当不受运输条件限制时,330KV以下的发电厂和变电所,均应选用三相变压器。
第二、当发电厂与系统谅解的电压为500KV时,宜经技术经济比较厚,确定选用三项变压器、两台半容量三相变压器或单相变压器组。
对于单机容量为300MW,并直接生涯到500KV的宜选用三相变压器。
本变电站为110/6.3KV,位于某山区一个南北狭长山谷中,地形平缓,土质贫瘠,平均海拔400米,邻近负荷中心,水源充足,交通便利。
而且现在社会日新月异,在今天科技已十分进步,变压器的制造、运输等等已不成问题,故有以上可知,此变电站的主变器应采用三相变压器。
2.3.4变压器绕组数的确定
由《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)[5]知:
对深入引进至负荷中心、具有直接从高压降为低压供电条件的变电所,为简化电压等级或减少重复降压容量,可采用双绕组变压器。
本变电所为110KV/6.3KV降压变电所,处在负荷密集需求区,故采用双绕组变压器。
2.3.5变压器联结组别的确定
由《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)[5]知双绕组变压器采用以下三种连接组别:
YNd11接线用于高压侧为110KV及以上的大电流接地系统中的变压器
Yd11接线用于高压侧为35~60KV,低压侧为6~10KV的输配电系统。
其低压侧采用三角形接法可以改善电网的电压波形,从而是三次谐波电流只能在三角形绕组内形成环流,不致于传输到用户和供电线路中去。
Yyn0接线用于高压侧为6~10KV,低压侧为380/220KV的配电变压器,其低压侧引出中性线,构成三相四线制供电。
该变电站电压等级为110/6.3KV,所以应采用YNd11接线。
2.3.6变压器容量型号的确定
2.3.6.1变压器容量选择的原则
主变压器容量一般按变电所建成后5~10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期10~20年的负荷发展。
对于城郊变电所,主变压器容量应与城市规划相结合。
根据变电所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所,应考虑当一台主变压器停运时,其余变压器容量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;对一般性变电所,当一台主变压器停运时,其余变压器容量应能保证全部负荷的70%~80%[4]。
同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多。
应从全网出发,推行系列化、标准化。
2.3.6.2变压器容量的选择
按远期期负荷只装一台主变校验:
(2.2)
(n为变电站设计中变压器的台数,在这次设计中,n=2)
按近期负荷只装一台主变校验:
(2.3)
为保证功率输送,选标准容量20MVA,确定该站主压器采用2台20MVA的变压器。
我国110KV以下供配电系统中广泛采用的是SL7系列油浸式三相双绕组降压变压器,属于我国第一代低损耗节能变压器,但是目前趋向选择更节能的S9系列变压器。
因此根据上述式子及负荷分析可以选择两台型号为SF9-20000/110的双绕组调压变压器。
变压器的技术参数如表一所示:
表2-3SF9-20000/110的双绕组调压变压器技术参数
型号
额定电压(KV)
联接组接号
损耗(KV)
空载电流(%)
短路电压(%)
高压
低压
空载
短路
SF9-20000/110
110±2*2.5%
6.3
YNd11
22.0
93.6
0.65
10.5
2.3.7主变阻抗的选择
根据《电力工程电气设计手册》(电气一次部分)[5]知:
变压器的阻抗实质就是绕组间的漏抗,阻抗的大小主要取决于变压器的结构和采用的材料。
从系统稳定和供电电压质量考虑,希望主变压器的阻抗越小越好;但阻抗偏小又使系统短路电流增加,高、低压电器设备选择遇到困难;另外阻抗的大小要考虑变压器并联运行的要求。
主变阻抗选择原则:
各侧阻抗值的选择须从电力系统稳定、潮流计算、无功分配、继电保护、短路电流、系统内的调压手段和并联运行等方面进行综合考虑;对普通三绕组变,目前有“升压型”和“降压型”两种,“升压型”绕组排列顺序为自铁芯向外为中、低、高。
所以高、中侧阻抗最大;“降压型”依次为低、中、高,所以高、低压侧阻抗最大。
综上,选择“降压型”结构的变压器,绕组的排列顺序为自铁芯向外依次为低,高;高,低压侧的阻抗最大。
2.3.8调压方式的选择
由《电力工
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