某化工厂35KV总降压变电所设计毕业论文.doc
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1、远程与继续教育学院本科毕业论文(设计)题目:某化工厂35KV总降压变电所设计 学习中心: 兰州学习中心 学 号: 姓 名: 专 业: 电气工程及其自动化 指导教师: 2012 年 6 月 27 日 中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院本科毕业论文(设计)指导教师指导意见表学生姓名: 学号: 专业: 电气工程及其自动化 毕业设计(论文)题目: 某化工厂35KV总降压变电所设计 指导教师意见:(请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义;文献资料的掌握;所用资料、实验结果和计算数据的可靠性;写作规范和逻辑性;文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。)指导教师结论: (合格、
2、不合格)指导教师姓名所在单位指导时间中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院 本科毕业设计(论文)评阅教师评阅意见表 学生姓名: 学号: 专业:电气工程及其自动化 毕业设计(论文)题目: 某化工厂35KV总降压变电所设计 评阅意见:(请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义;文献资料的掌握;所用资料、实验结果和计算数据的可靠性;写作规范和逻辑性;文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。)修改意见:(针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。评阅成绩合格,并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。)毕业设计(论文)评阅成绩 (百分制): 评阅结论: (同意答辩、不同意答辩
3、、修改后答辩)评阅人姓名所在单位评阅时间论文原创性声明本人郑重声明:本人所呈交的本科毕业论文某化工厂35KV总降压变电所设计,是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出,论文中的结论和结果为本人独立完成,不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范,没有侵权行为,并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。 论文作者(签字): 日期:2012年 8 月10日摘 要变电所是电力系统中接受电能和分配电能并能变换电压的场所。在变电所中,直接用于生产、输送和分配电能的
4、电气设备称为电气一次设备.由一次设备依一定规律连接起来所构成的电路称为电气主接线,也称作一次回路或一次系统。本文针对110KV降压变电所进行了一次部分的初步设计,完成了变电所电气主接线的设计,然后进行了必要的短路电流的计算,根据短路电流选择变电所主要的电气设备并进行相应的校验,最后完成35KV屋外配电装置的设计以及防雷保护的规划。关键词:电气主接线 ;短路电流;电气设备;屋外配电 目 录一、概 述1(一)电力系统概况1(二)全厂用电负荷情况1二、供电方式的选择2(一)供电电压的选择2(二)无功补偿2(三)主变容量及型号的选择4(四)主变压器的中性点接地4三、主变压器的选择6(一)主变压器台数的
5、确定6(二)变压器容量的确定7(三)变压器型式的选择7四、总降压变电所的设计9(一)电气主接线9(二)短路电流计算9(三) 所用电源和操作电源11(四) 主要设备继电保护设计12(五)车间变电所设计12五、电气设备的选择14(一)选择电气设备遵循的一般条件14(二)高压断路器的选择16(三)隔离开关的选择21(四)导线的选择24(五)互感器的选择29六、配电装置的原则、分类与要求33(一)总的原则33(二)配电装置的分类34(三)设计要求34七、防雷保护38(一)雷电过电压及防雷保护38(二)输电线路的防雷41八、设计总结42致谢43参考文献44附图45 一、概 述(一)电力系统概况本厂主要通
6、过一条长为5公里的架空电力线路与35kvA变电站连接。A变电站装设有两台SFSLZ1-31500/35的三圈变压器,A变电站35kv母线短路容量为1918MVA。另外本厂还从B变电站接有一回长为7公里的架空线路作为备用电源。且根据系统要求,只有在工作电源也即本厂至A变电站供电线路停电时才允许备用电源供电。(二、供电方式的选择(一)供电电压的选择选择最佳的供电电压等级对于工厂节约电费开支,降低经营成本具有非常大的作用。根据设计任务书所提供的基础资料,供电部门要求功率因数以35kv供电时为0.9,以10kv供电时为0.95。同时以35kv和10kv供电时电度电价分别为0.40元/kwh及0.41元
7、/kwh。根据供电部门提供的资料,我们对该厂分别采用10kv及35kv供电时每年所需支出的电费进行比较,比较结果如表2-1所示。表2-1 35kv、10kv供电年电费比较表项目35kv10kv最大供电负荷4735.24KVA4735.24KVA主变容量2*4000KVA2*4000KVA年最大负荷利用小时5600h5600h考核功率因数0.90.95年平均用电量23865609.6KW25191476.8KW电度电价0.40元/kwh0.41元/kwh基本电价10元/月.KVA10元/月.KVA电度电费9546243.84元10328505.49元基本电费960000960000附加投资300
8、0元/KW3000元/KW年电费合计10506243.84元11288505.49元从以上比较结果可知,选择10kv供电比35kv供电每年需多支出电费11288505.49-10506243.84=782261.65元。因此,本厂最优的供电电压等级为采用35kv供电。(二)无功补偿无功补偿关系到电力系统的电压质量、安全及经济运行,无功补偿可以减少无功功率的传输,提高电压质量和减少电能损耗。在进行变电所主接线的设计时,应确定为了平衡无功功率而需要在变电所中装设的无功补偿装置的类型、台数和容量。根据设计技术指标中变电所功率因数不低于0.9的要求和原始资料的分析,10KV母线处的功率因数为0.85,
9、需要补偿无功功率,使10KV母线处的功率因数不低于0.9。工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功率。并联电容器的补偿方式有以下三种:1、高压集中补偿电容器装设在变电所的高压电容器室,与高压母线相连,如图2-2所示。高压电容器宜采用单星形接线或双星形接线。在中性点非直接接地电网中,星形接线电容器组中的中性点不应接地。2、低压集中补偿电容器装设在变电所的低压配电室或单独的低压电容器室内与低压母线相联。低压电容器足可采用三角形接线或中性点不接地的星形接线方式,如图2-3所示。3、低压分散补偿电容器装设在低压配电箱旁或与用电设备并联,电容器组多采用三角形接线,如图2-4所示。图2-2 高压电容
10、器集中补偿的接线 图2-3 低压电容器集中补偿的接线图2-4 低压电容器分散补偿的接线(三)主变容量及型号的选择根据35110kv变电所设计规范(GB50059-92)第3.1.1条、第3.1.2条、第3.1.3条的要求,主变压器的台数和容量应根据供电条件、负荷性质和运行方式等条件综合考虑确定。在有一、二类负荷的变电所中宜装设两台主变压器,主变压器容量应满足当一台变压器断开时,另一台变压器的容量不应小于70%的全部负荷并应保证用户的一、二级负荷。该厂17车间为I类负荷,考虑同时系数后有功负荷为3724KW,无功负荷为1047.6KVAR。因此该厂总降压变电所主变压器选择两台容量为4000KVA
11、的变压器。(四)主变压器的中性点接地选择电力网中性点接地方式是一个综合性问题。它与电压等级,单相接地短路电流,过电压水平有关,直接影响电网的绝缘水平,系统供电的可靠性和连续性,主变压器的运行安全等。电力网的接地方式有以下几种:1、中性点非直接接地(1)中性点不接地中性点不接地方式最简单,单相接地时允许带故障运行两小时,供电连续性好,接地电流仅为线路及设备的电容电流。但由于过电压水平高,要求较高的绝缘水平,不宜用于110KV及以上的电网。在663KV电网中,则采用中性点不接地方式,但电容电流不能超过允许值,否则接地电弧不易自熄,易产生较高弧光间歇接地过电压,波及整个电网。(2)中性点经消弧线圈接
12、地当直接电容电流超过允许知时,可采用消弧线圈补偿电容电流,保证接地电弧瞬间熄灭,以消除弧光间歇地过电压。(3)中性点直接接地直接接地方式的单相短路电流很大,线路或设备须立即切除,增加里断路器负担,降低供电连续性。但由于过电压较低,绝缘水平可下降,减少了设备造价,特别是在高压或超高压电网,经济效益显著。故适用于110KV及以上电网中。2、主变压器中性点接地方式电力网中性点接地方式,决定了主变压器中性点接地方式。(1)主变压器的110500KV侧采用中性点直接接地方式。(2)终端变电所的变压器中性点一般不接地。(3)所有普通变压器的中性点都应经隔离开关接地,以便于运行调度灵活选择接地点。(4)选择
13、接地电时应保证任何故障形式都不使电网解列成为中性点接地。(5)主变压器663KV侧采用中性点不接地方式,但当单相接地故障电流大于30A(610KV)或10A(2063KV)时,中性点应经消弧线圈接地。三、主变压器的选择现代电力系统以交流输配电为主,电力变压器起着连接不同电压等级电力网的重要作用。随着电力系统最高电压等级不断提高、电压级别日益增多,使用的变压器容量也迅速增大。据统计目前系统中变压器的总容量已达到发电容量的9-10倍。因此,合理选择变压器对系统运行的可靠性及经济性有重大影响。变压器的选择包括变压器台数、容量及型式的选择。(一)主变压器台数的确定变电所主变压器的台数对主接线的形式和配
14、电装置的结构有直接影响。显然变压器的台数愈少则主接线愈简单,配电装置所需的电气设备也愈少,占地面积愈少。因此,变电所一般装设两台变压器为宜。确定原则:1、对于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,变电所以装设两台变压器为宜。2、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变压器。3、对于规划只装设两台变压器的变电所,其变压器基础宜按大于变压器容量的 12 级设计,以便负荷发展时,更换变压器的容量。表3-1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
15、性稍差好经济指标电力变压器的综合投资跟两台变压器相比所需要的花费要少花费投资比较多由设计任务书可知,正常运行时,变电所负荷由电力系统供电,为提高负荷供电可靠性,并考虑到现今社会用户需要的供电可靠性的要求更高,应采用两台容量相同的变压器并联运行。(二)变压器容量的确定1、确定原则(1)主变压器容量一般按变电所建成后 510 年规划负荷选择,并适当考虑到远期 1020 年的负荷发展,对于城市郊区变电所,主变压器应与城市规划相结合。(2)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,当一台变压器停止运行时,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
16、的一级和二级负荷,对一般性变电所,当一台主变停止运行时,其余变压器应能保证全部负荷的 70%80%。(3)同一个等级的单台降压变压器容量的级别不宜太多,应从全网出发,推行系统化、标准化、简单化、方便灵活化。2、容量的确定(1)主变压器的最大负荷为=30+18=48MW。对具有两台主变的变电所,其中一台主变的容量应大于等于70%的全部负荷或全部重要负荷。两者中,取最大值作为确定主变的容量依据。考虑到变压器每天的负荷不是均衡的,计及欠负荷期间节省的使用寿命,可用于在过负荷期间中消耗,故可先选较小容量的主变作过负荷能力计算,以节省主变投资。 =39500KVA(2)过负载能力校验。经计算,一台主变应
17、接带的负荷为39500KVA,先选用两台31500KVA的变压器进行正常过负荷能力校验。 选过负荷倍数K=1.3,变压器的正常过载能力为S=K=40950KVA39500KVA,故变压器的额定容量宜为31500KVA。(三)变压器型式的选择1、相数的选择主变压器采用三相或是单相,主要考虑变压器制造条件,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。当不受运输条件限制时,在330KV及以下的变电所中,均应采用三相变压器。2、绕组数量和连接方式的选择(1)主变压器绕组数量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,采用双
18、绕组变压器。(2)主变压器联结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。电力系统采用的绕组联结方式只有星型和三角形,高、中、低压侧绕组如何组合要根据具体工程确定。我国110KV及以上电压,变压器绕组都采用星型接地连接;35KV宜采用星型连接,其中星点多通过消弧线圈接地;35KV以下变压器绕组都采用三角形连接。综合考虑各种因素,宜选两台双绕组变压器,型号为SFL1-31500/110,其技术参数如表3-2所示。表3-2变压器SFL1-31500/110型 号额定容量高压侧电压(kV)中压侧电压(kV)%SFL1-31500/11031500/3150012110.5
19、10.50.333主变参数如下:型号:SZ9-4000/353*2.5%/10.5kv相数:三相额定频率:50Hz额定容量:4000 kVA额定电压(高压绕组/低压绕组): 35 /10.5 KV调压方式: 有载调压 。分接范围: 353*2.5% 联接组标号:Yd11短路阻抗(高压-低压):7%四、总降压变电所的设计(一)电气主接线电气主接线的设计应满足可靠性、灵活性及经济性的要求。本厂总降压变电所主变为2台,35kv线路为两回,适宜采用的电气主接线方式有桥形接线(内桥或外桥)、线路变压器组接线及单母线接线三种方式。以下我们分别对桥形接线、线路变压接线、单母线接线进行比较,结果如下:三种主接
20、线比较表可靠性经济性灵活性线路变压器接线差2台主变、2条线路共2台断路器,主变保护兼线路保护,经济性好不灵活桥形接线较好共3台断路器,经济性次之线路或变压器的投切需动作2台断路器,影响一条线路或一台变压器的暂时停运单母线接线好共4台断路器,经济性差任意1条线路或1台主变停运均不影响供电从比较结果可知,采用桥形接线时,由于线路或变压器的切除和投入需动作两台断路器,并且影响一条线路(内桥接线)或一台变压器(外桥接线)的暂时停运,采用线路变压器组单元接线时,由于1条线路带1台主变运行,运行方式极不灵活,难以满足本厂对供电连续性和可靠性的严格要求。由于本厂负荷绝大部分为I类负荷,因此本厂总降压变电所电
21、气主接线宜采用单母线接线方式,其优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建。10kv电气主接线采用单母线分段接线。(二)短路电流计算根据电气设备选择和继电保护的需要,选择总降压变电所35kv、10kv母线作为短路电流计算点。根据本厂总降压变电站与系统的联接情况,取基准容量为Sj=1000MVA,基准电压为平均电压Uj=Ucp。计算结果如下表:(详细计算过程见附件:短路电流计算书)短路电流计算结果短路计算点基准容量MVA基准电压KV等值电抗X短路电流KA冲击电流有效值KA冲击电流瞬时值KV短路容量MVA5KV母线1000373.6464.2806.46310.895274.270KV母线10
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