【精品】毕业设计 毕业论文:电气工程及其自动化 110kV变电所电气一次设计.doc
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1、【精品】毕业设计 毕业论文:电气工程及其自动化 110kV变电所电气一次设计 SHANDONG毕业设计说明书110kV变电所电气一次设计学 院电气与电子工程学院专 业电气工程及其自动化学生姓名 学 号1021042001 指导教师 2012年6月摘 要本论文是110kV变电所电气一次设计此变电站两个电压等级一个是110kV一个是10kV首先通过对原始资料的分析以及根据变电站的总负荷选择主变压器同时根据主接线的经济可靠运行灵活的要求选择了几种待选主接线方案进行技术比较去掉较差的方案最终确定了变电站的电气主接线方案同时对于变电站内主要的设备进行了合理的选型本设计选择两台主变压器其他设备如断路器隔离
2、开关电流互感器电压互感器无功补偿装置和继电保护装置等等也按照具体要求进行选型设计和配置力求做到运行可靠操作简单方便经济合理具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性使其更加贴合实际更具有现实意义关键词110kV 变电所设计 计算AbstractThe paper designs a transformer substation of 110kV which has tow level of voltage one is 110kV and the other is 10kV the first original data through the analysis and selection ba
3、sed on total load of the substation main transformer the main wiring under both economical and reliable flexible operation requirements select the main connection of two programs to be selected A technical comparison out of poor program to determine the main electrical substation connection program
4、At the same time choose the rational selection as to the main equipments in substation This design chooses two main transformers As to other equipments such as Circuit Breaker Isolating switch Current Transformer Voltage Transformer Reactive power compensation device Protective Relay and so on are t
5、o be selected designed and configured in accordance with specific requirements In order to make it reliable to operate easy and simple to manipulate economical with the possibility of expansion and flexibility of changing its operation As to make it more actual and practical significantKey words110k
6、V substation design calculation目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 原始资料分析1第二章 主变压器的选择321 主变压器选择的原则322 主变压器台数容量的选择3com 主变压器台数的确定3com 主变压器容量的选择3com 变压器相数的确定4com 变压器绕组的确定4com 变压器的连接组别的确定4com 变压器调压方式的确定4com 变压器冷却方式的选择5第三章 电气主接线的选择631电气主接线设计的基本要求6com 可靠性6com 灵活性6com 经济性732 电气主接线基本接线形式的选择7com 电气主接线的概述7com 主接线方案的拟定
7、8第四章 短路电流的计算1241概述12com 短路的原因12com 短路的种类12com 短路计算的目的12com 短路计算的基本假设13com 短路点的选择1342 短路电流的计算1443 三相短路电流计算结果表18第五章 电气设备的选择1951 电气设备选择的条件19com 按正常工作条件选择电气设备19com 环境条件对设备选择影响20com 按短路状态校验2152 主要电气设备的选择21com 断路器的选择22com 隔离开关的选择23com 电流互感器的选择24com 电压互感器的选择25com 母线的选择25com 熔断器的选择26com 支柱绝缘子和穿墙套管的选择27第六章 配
8、电装置的选择2961 110kV配电装置3062 10kV配电装置31第七章 继电保护的配置3371 变压器的纵差动保护3372 主变压器的过电流保护3573 主变压器的继电保护配置35第八章 变电站防雷接地的设计3681 避雷针3682 避雷线3783 避雷器3784 防雷接地38结 论40参考文献41致 谢43附录1 电气设备清单表44附录2 变电所总体平面布置图45第一章 原始资料分析1变电站的地址和地理位置选择建设一个变电站要考虑到地理环境气象条件等因素包括年最高温度最低温度冬季夏季的风向以及最大风速该地区的污染情况2确定变电站的建设规模设计电压等级有两个110kV 10kV主变压器用
9、两台进出线情况110kV有两回进线10kV有18回出线3设计110kV和10kV侧的电气主接线通过比较各种接线方式的优缺点适用范围确定出最佳的接线方案110kV侧有两回进线为电源进线此时宜采用桥形接线根据桥断路器的安装位置可分为内桥和外桥接线两种比较这两种接线的特点适用范围确定110kV侧的接线方式为桥接线10kV侧有18回出线可供选择的接线方式有单母线分段接线双母线以及双母线分段带旁路母线的单母线和双母线接线比较这几种接线方式的优缺点适用范围确定出10KV侧的接线方式为单母线分段接线4计算短路电流及主要设备选型主变压器的型号容量电压等级冷却方式结构容量比和中性点接地方式的选择等主变的容量主变
10、容量的确定应根据电力系统5-10年发展规划进行当变电所装设两台及以上主变时每台容量的选择应按照其中任一台停运时其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60-80接线方式我国110kV及以上电压变压器三相绕组都采用YN联接35kV采用Y联接其中性点多通过消弧线圈接地因此普通双绕组一般选用YNd11接线三绕组变压器一般接成YNyd11或YNynd11等形式5绘制电气主接线图总平面布置图110kV和10kV的进出线间隔断面图等有关图纸6简要设计主变压器继电保护的配置整定计算选择几个特殊的短路点如110kV侧10kV母线上根据系统的短路容量进行整定计算7防雷接地设计防雷设计要考虑到年雷暴日保
11、护范围等因素接地设计考虑到主要的电气设备能可靠的接地免受雷电以及短路主变压器的容量台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构它的确定除了根据传输容量等原始数据外还应根据电力系统510年的发展规划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如果变压器的容量选得过大台数过多不仅增加投资增大占地面积而且还增加了运行电能损耗设备未能充分发挥效益如果容量选得过小就不能满足变电所负荷的实际需要这在技术和经济上都是不合理的根据变电所建设的规模电压等级有两个110kV和10kV110kV侧有两回进线宜装设两台主变压器装有两台及以上主变压器的变电所当断开一台时其余主变压器的容量不应小于全部
12、负荷的6080并应保证用户的一二级负荷供电主变压器容量的确定应根据电力系统510年发展规划进行该变电所选用两台主变压器每台容量的选择应按照其中任一台停运时另一台变压器的容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的6080型号为S40000110电力变压器按相数可分为单相变压器和三相变压器两类三相变压器与同容量的单相变压器组相比较价格低占地面积小而且运行损耗可以减少1215因此在330kV及以下电力系统中一般都应选用三相变压器电力系统中采用的变压器按绕组数分类有双绕组普通式三绕组式自耦式以及低压绕组分裂式等型式该变电站有110kV和10kV两个电压等级根据设计规程规定具有两个电压等级的变电站中
13、首先考虑双绕组变压器变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致否则不能并列运行电力系统中常用的绕组连接方式只有星形Y和三角形两种我国110kV及以上电压等级变压器三相绕组都采用YN联接中性点直接接地35kV采用Y联接其中性点多通过消弧线圈接地10kV中性点不接地绕组多采用连接因此普通双绕组一般选用YNd11接线三绕组变压器一般接成YNyd11或YNynd11等形式为了保证变电站的供电质量电压必须维持在允许范围内通过变压器的分接头切换开关可改变变压器高压侧绕组匝数从而改变其变比实现电压调整分接头切换开关有两种切换方式带电切换称为无激磁调压调压范围较小另一种是带负荷切换称为有载调压调压范围大该
14、变压器采用有载调压方式电力变压器的冷却方式一般有以下几种类型自然风冷油浸自冷油浸水冷强迫空气冷却简称为风冷式强迫油循环水冷却该变压器采用油浸自冷式根据以上条件选择变压器的型号为SZ10-40000110SFZ10-40000110型号额定容量kV A额定电压kV连接组标号损耗kW空载电流阻抗电压高压低压空载负载SFZ10-4000011040000110105YNd1132614204105第三章 电气主接线的选择电气主接线是发电厂变电站电气设计的首要部分也是构成电力系统的主要环节电气主接线又称电气一次接线它是将电气设备以规定的图形和文字符号按电能生产传输分配顺序以及相关要求绘制的单相接线图电
15、气主接线直接影响电力生产运行的可靠性灵活性同时对电气设备选择继电保护自动装置和控制方式等诸多方面有决定性的关系因此主接线设计必须综合考虑各个方面的影响因素最终确定最佳方案31电气主接线设计的基本要求电气主接线设计的基本要求概括地说应包括可靠性灵活性和经济性三方面com 可靠性安全可靠是电力生产的首要任务保证供电可靠是电气主接线最基本的要求在分析电气主接线的可靠性时要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用用户的负荷性质和类别设备制造水平以及运行实验等因素主接线可靠性的基本要求通常包括一下几个方面断路器检修时不宜影响系统供电线路断路器或母线故障时以及母线或母线隔离开关检修时尽量减少停运出线回路数和
16、停电时间并能保证大部分用户的供电尽量避免发电厂或变电站全部停电的可能性电气主接线应能适应各种运行状态并能灵活地进行运行方式的转换灵活性包括一下几个方面操作的方便性电气主接线应该在服从可靠性的基本条件下接线简单操作方便尽可能的使操作步骤少调度的方便性电气主接线在正常运行时要能根据调度要求方便地改变运行方式并且在发生故障时要能尽快的切除故障使停电时间最短影响范围最小通常设计在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理经济性主要从以下几个方面考虑节省一次投资主接线应简单清晰并要适当采用限制短路电流的措施以节省开关电器的数量选用廉价的电器或轻型电器降低投资占地面积少主接线设计要为配电装置创造节约土地的条件
17、尽可能使占地面积少能损耗少经济合理的选择变压器的形式容量和台数尽量避免两次变压而增加电能损耗主接线的基本接线形式就是主要电气设备常用的几种连接方式以电源和出线为主体由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同并且每路馈线所传输的功率也不一样因而为便于电能的汇集和分配在进出线数较多时一般超过4回采用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然而与有母线的接线方式相比无汇流母线的接线使用开关电器较少配电装置占地面积较少通常用于进出线回路少不再扩建和发展的发电厂或变电站中有汇流母线的接线形式概括的可分为单母线接线和双母线接线两大类无汇流母线的接线形式主要有桥形接线角形接线和单元接线根
18、据设计任务书的要求在原始资料分析的基础上根据对电源和出线回路数电压等级变压器台数容量以及母线结构等的不同考虑可拟定出若干个主接线方案根据对主接线的基本要求从技术上论证并淘汰一些明显不合理的方案最终保留2-3个技术上相当又都能满足任务书要求的方案在进行经济比较对于在系统中占有重要地位的大容量发电厂或变电站主接线还应进行可靠性定量分析计算比较最终确定出在技术上合理经济上可行的最终方案1110kV主接线的选择110kV侧有两回进线为电源进线此时宜采用桥形接线根据桥断路器的安装位置可分为内桥和外桥接线两种内桥接线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
19、短时停电并且操作复杂因而该接线一般适用于线路较长相对来说线路的故障几率较大和变压器不需要经常切换的情况如图所示图3-1 内桥接线外桥接线在运行中的特点与内桥接线相反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形接线的发电厂或变电站高压侧或者桥形接线的2条线路接入环形电网时通常宜采用外桥接线如图3-2所示图3-2 外桥接线比较这两种接线方式的特点适用范围确定出110kV侧的接线方式为桥接线210kV主接线的选择根据设计任务书10kV共有18回出线每回出线负荷25MVA可供选择的接线方式有单母线分段接线单母线用分段断路器进行分段可以提高供电可靠性和灵活性当一段母线发生故
20、障分段断路器自动将故障段隔离保证正常段母线不间断供电不致使重要用户停电而两段母线同时故障的几率很小可以不考虑分段的数目取决于电源数量好容量段数分的越多故障时停电范围越小但使用的分段断路器的数量也就越多并且配电装置和运行也就越复杂通常以23段为宜该接线适用于小容量发电厂的发电机电压配电装置一般每段母线上所接发电容量为12MW左右每段母线上出线不多于5回变电站中有两台主变压器时的610kV配电装置3563kV配电装置的出线48回110220kV配电装置的出线34回双母线接线双母线接线有两组母线并且可以互为备用两组母线的联络通过母线联络断路器来实现与单母线相比投资有所增加但使运行的可靠性和灵活性大大
21、提高其特点如下供电可靠调度灵活扩建方便由于双母线有较高的可靠性广泛用于一下情况进出线回数较多容量较大出线带电抗器的610kV配电装置3560kV出线数超过8回或连接电源较大负荷较大时110kV出线数为6回及以上时220kV出线数为4回及以上时双母线分段接线双母线分段接线不仅能缩小母线故障的停电范围而且比双母线接线的可靠性更高但是增加了两台断路器投资有所增加双母线分段不仅具有双母线的各种优点并且任何时候都有备用母线有较高的可靠性和灵活性双母线分段接线多用于220kV配电装置当进出线数为1014回时采用三分段15回及以上时采用四分段同时在330500kV大容量配电装置中出线为6回及以上时一般也采用
22、双母线分段接线带旁路母线的单母线接线和双母线接线断路器经过长期运行和切断数次短路电流后都需要检修为了能使采用单母线分段或双母线的配电装置检修断路器时不致中断该回路供电可增设旁路母线也就是说不停电检修断路器610kV配电装置一般不设置旁路母线特别是当采用手车式成套开关柜时由于断路器可迅速置换可以不设旁路母线而610kV单母线及单母线分段的配电装置在采用固定式成套开关柜式例如出线回路数很多断路器停电检修机会多多数线路是向用户单独供电用户内缺少互为备用的电源不允许停电均为架空线出线雷雨季节跳闸次数多增加了断路器检修次数需要强调的是随着高压配电装置广泛采用断路器以及国产断路器的质量提高同时系统备用容量
23、的增加电网结构趋于合理与联系紧密保护双重化的完善以及设备检修逐步由计划检修向状态检修过度为简化接线总的趋势将逐步取消旁路设施综上所述通过比较这几种接线方式的优缺点适用范围确定出10kV侧的接线方式为单母线分段接线图3-3单母线分段第四章 短路电流的计算41概述com 短路的原因短路是指一切不正常的相与相之间或相与地对于中性点接地系统之间未经负载而直接形成闭合回路产生短路的主要原因元件损坏如绝缘材料的自然老化设计安装以及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路自然灾害如雷击造成的闪络放电或避雷器动作大风造成架空线断线或导线浮冰引起电杆倒塌等违规操作运行人员带负荷拉刀闸线路或设备检修后未拆除接地线其它
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