毕业设计(论文)10KV变电所电气部分初步设计(含图纸).doc
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1、广西电力职业技术学院电力工程系毕业设计说明书题 目: 10KV变电所电气部分初步设计 专 业: 发电厂及电力系统 班 级: 电力904班 学 号: 姓 名: 指导老师: 如需图纸,联系QQ153893706 2011年11月18日前 言毕业设计是高等工程教育最重要的实践性教学环节,它是由我们独立完成的一项综合性、创造性、设计性的大型作业。开展毕业设计课题至关重要并具有深远的意义,不仅培养我们分析和解决各种实际问题的能力,也进一步巩固、深化和扩展所学的理论知识。 我们这次设计的主要内容是对某110kV降压变电站的电气部分进行初步设计,包括了:负荷统计分析、主变的选择、电气主接线方案选择、短路电流
2、的计算、电气设备的选择和校验、防雷设施以及继电保护的选择等内容。经过五个星期的努力,我终于完成了这次毕业设计。在此过程中,我从对变电站的生疏,到了解,再到深入研究, 我有了不少的收获: 巩固了以前学的专业知识,并在以前的基础上理解的更加透彻,掌握的更加熟练;锻炼了自己的实际应用能力,将课本上学到的理论知识和实际生产联系了起来;增强了自己独立解决问题的能力以及团队合作精神,培养实事求是、全面科学、严肃认真的工作作风,为今后从事本专业工作打下坚实牢固的基础。 但由于时间和水平的局限,设计中难免会有不妥之处,敬请老师多批评指导。 2011年11月18日目 录前 言第1章 原始材料11.1 变电站基本
3、资料11.2 变电站负荷情况12.1 负荷的概述12.1.1 负荷分类2第2章 主变压器的选择32.1 概述32.2 主变压器台数的原则及选择32.3 主变压器容量的选择42.3 主变压器形式的选择5第3章 电气主接线选择63.1 概述63.2 电气主接线的基本要求63.3 变电站主接线基本接线方式73.4 变电站主接线选择83.4.1 110kV侧主接线选择方案83.4.2 35kV侧主接线方案选择93.4.3 10kV侧主接线方案选择103.4.4 变电站主接线图103.4.5 变电站的站用电113.4.6 最终电气主接线方案12第4章 短路电流的计算134.1 概述134.2 目的134
4、.3 方法134.4 基本假定144.5 短路电流的计算步骤144.5.1 短路点的选择144.5.2 元件电抗154.5.3 三相短路电流计算16第5章 电气设备的选择与校验215.1 电气选择的一般条件215.2 断路器的选择和校验225.2.1 对断路器的基本要求225.6.2 断路器选择225.3 隔离开关的选择255.3.1 隔离开关的作用255.3.2 隔离开关的选择265.4 熔断器的选择285.5 高压开关柜的选择295.6 架空导线、母线和电缆的选择305.6.1 选择原则305.6.2110kV架空导线选择315.6.3 10kV侧母线的选择325.6.4 10kV侧电缆的
5、选择335.7 电气设备汇总表34第6章 互感器配置346.1 概述346.2 互感器的配置要求356.3 电流互感器配置原则356.4 电压互感器配置原则356.5 配置的结果366.5.1 电流互感器366.5.2 电压互感器36第7章 变电站的防雷保护367.1 防雷保护的必要367.2 变电站的直击雷保护377.3 变电站入侵波的保护377.4 变电站的进线段保护38第8章 继电保护的配置388.1 概述388.2 继电保护的重要性388.3 继电保护的基本要求398.4 本变电站的保护配置398.4.1 变压器保护配置398.4.2 母线保护408.5 输电线路的保护装置418.6
6、自动装置41参考文献43致 谢44附录1 变电站主接线图45第1章 原始材料1.1 变电站基本资料1、 本变电所建成后主要向本地用户供电,预计变电所今后不再扩建;2、 本变电所与电力系统连接情况:本变电所需设110/35/10KV三个电压等级。(1)110KV侧:设有两回架空线路与110KV系统相连;110KV系统可以视为无限大电源。(2)35KV侧:共有四回架空线路,其中两回线路连至35KV侧系统,35KV系统总装机容量为87MVA,最大等值阻抗为4.9,最小等值阻抗为3.7(均已归算至110KV),35KV系统发电机主要为水轮发电机。(3) 环境情况:本变电站位于工业园区,地势平坦,年最高
7、温度为38.5,年最低气温为2.8;海拔高度为80.6米;年平均雷暴日数位77.5日/年。(4) 变电所在系统中的地理位置如图所示:1.2 变电站负荷情况1、35KV侧有两回架空线路给某城镇变电站供电,最大负荷为12.5MW,且该变电站无其他电源。2、10KV侧有26回电缆出线,电缆长度为170km,最大综合用电负荷为35MW。3、 正常运行时,预计有穿越功率最小为10MW,最大为13MW,由110KV系统送入 35KV电网。2.1 负荷的概述由于电能的生产、输送和使用本身所固有的特点,以及保证连续不断地为用户提供电能。对用户的分析及计算是必要的,是选择变压器、电气主接线、计算短路电流等提供依
8、据。2.1.1 负荷分析表2-1 负荷统计表电压等级负荷(MW)110KV1335KV12.510KV35汇总60.5注:以上负荷的统计是根据第一章的原始资料来汇总。负荷统计分析: 根据以上的得出结果,若中断供电,可能影响人身或设备安全,使变电站无法正常运行或发电量大幅度下降,必须保证用户供电可靠性,所以要求有两个及两个以上独立电源供电,当任何一个电源失去后,能保证全部负荷不间断供电。第2章 主变压器的选择2.1概述主变压器的选择与变压器的台数、形式、连接组别、电压等级、调压等级、冷却方式、运输条件以及变电站的容量有关。它的确定除了依据基本原始资料外,还应根据电力系统510年的发展规划,输送功
9、率大小、馈线回路数、电压等级及接入系统的紧密程度等因素,进行综合分析和合理选择。根据变电站所带负荷性质和电网结构来确定主变压器的容量。 在选择主变压器时,要根据原始资料和设计变电站的自身特点,在满足可靠性的前提下,要考虑到经济性来选择变压器。 选择主变压器的容量,同时要考虑到该变电站的扩建情况来选择主变压器的台数及容量。2.2主变压器台数的原则及选择1、选择原则(1)对于供电负荷较大的城市变电站或有一类负荷的变电站,应选用两台相同容量的主变压器。(2)对大城市郊区的一次变电站,如果中、低压侧已构成环网的情况下,变电站以装设两台为宜,对于地方性孤立的一次变电站或大型工业专用变电站,在设计时应考虑
10、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站,其变压器的基础宜按大于变压器容量的12级设计。2、主变压器台数的选择根据原始资料,有两回架空线路与110KV系统相连,还有两回架空线路与35KV系统相连,所以选择两台变压器。2.3主变压器容量的选择1、 变压器容量选择原则(1)只有一台主变压器的变电站,选择主变容量SNT应大于总视在计算容量,即STS。(2)对装有两台主变压器的变电站,任一台主变单独运行时,应满足全部总计算负荷70%的需要,即ST=0.7S。2、主变压器容量的确定(1)主变压器容量一般按变电站内建成后5-10年的发展规划负荷选择,本变电站主变压器容量应留有10%的裕
11、度,以备加接临时负荷之用。(2)容量计算过程:式中 变电站计算负荷(kw); 平均功率因数,取0.85。(选自发电厂变电站电气设备,P315页)考虑负荷的发展,留有10%的裕度,则有任一台主变单独运行时,应满足全部总计算负荷70%的需要按单台变压器容量选择为ST=63MVA验证:因为此变电站主变选择是两台变压器,单台变压器容量按一台主变压器停运时,其余变压器容量不应小于70%的全部负荷或全部重要负荷大于,满足了任一台主变单独运行时,应满足全部总计算负荷70%的需要,则单台变压器容量的选择为63MVA。2.4主变压器形式的选择1、主变相数的选择当不受运输条件限制时,在330kV以下的变电所均应选
12、择三相变压器。而选择主变压器的相数时,应根据原始资料及设计变电所的实际情况来选择。本次设计的变电站,考虑运输的条件和占地面积,选用三相变压器。2、主变绕组数的选择 在具有三种电压等级的变电站,如通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上的主变宜采用三绕组变压器。 本次所涉及的变电站具有三种电压等级,且通过主变压器的各侧绕组的功率均达到该变压器容量的15%以上,所以选用三绕组变压器。3、主变调压方式的选择 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开关切换,改变变压器高压侧绕组匝数,从而改变其变比,实现变压调整。切换方式有两种:不带电切换,称为无励磁调
13、压,调整范围通常在以内;另一种是带负荷切换,称为有载调压,调整范围可达30%,但其结构复杂、价格较贵。 对于110kV及以下的变压器,宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式,所以本变电站采用有载调压方式。4、主变连接组别的选择变压器的连接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连接方式只有星型和三角型。我国110kV及以上电压,变压器绕组都采用星型连接;35kV亦采用星型连接,其中性点多通过消弧线圈接地,故本变电站110kV侧采用星型接线,35kV侧采用星型连接,10kV侧采用三角型接线。即可确定本110kV降压变电站所选择变压器绕组接线方式为Ynyn0d11接线
14、。5、主变冷却方式的选择(1) 自然风冷却,一般适用于7500kVA以下小容量变压器。(2)强迫风冷却,适用于容量大于等于8000kVA的变压器。(3)强迫油循环水(风)冷却,虽然散热效率高,节约材料减少变压器本体尺寸等优点,但是它要有一套冷却系统和相关附件,冷却器的密封性能要求高,维护工作量较大。(4)油浸风冷,适用于容量在8000kVA以上的变压器。根据待设计变电站主变的容量为63000kVA,为使主变的冷却方式既能达到预期的冷却效果,又简单、经济,所以选用油浸风冷却方式。综上可得该变电站的主变压器型号及相关参数如下表所示表3-1 主变压器型号及相关参数变压器型号额定容量 (KVA)额定电
15、压(KVA)空载损耗KW负载损耗(KW)阻抗电压(%)空载电流(%)高压中压低压高中高低中低高中高低中低SFSZ9-63000/1106300011081.25%38.522.5%10.551.5270.0降压型高中:10.5高低:17.5中低:6.50.32(选自电力系统P269附表B-4)注:该型号变压器为三绕组有载调压变压器,在电网电压波动时,它能在负荷运行条件下自动或手动调压,保持输出电压的稳定,从而提高供电质量。第3章 电气主接线及设计3.1概述发电厂、变电站的电气主接线是由发电机、变压器、断路器等一次设备按其功能要求,通过连接线连接而成的用于表示电能的生产、汇集和分配的电路,通常也
16、称之为一次接线或电气主系统。电气主接线中一次设备的数量、类型、电压等级、设备之间的相互连接方式,以及电力系统的连接情况,反应出该电厂或变电站的规模和在电力系统中的地位。电气主接线直接影响系统运行的可靠性、灵活性、经济性。3.2 电气主接线的基本要求电气主接线应满足一下基本要求:(1) 保证必要的供电可靠性。(2) 具有一定的灵活性。(3) 保证维修及检修似的安全、方便。(4) 尽量减少一次投资和降低年运行费用。(5) 必要时能满足扩建的要求。3.3变电站主接线基本接线方式表4-1 主接线常用基本接线方式接线方式优点缺点适用范围单母线接线 接线简单清晰,设备少,操作方便,投资少,便于扩建。 供电
17、可靠性和灵活性较差,在母线及母线隔离开关检修或故障时,各支路都必须停止工作需使整个配电装置停电;引出线的断路器检修时,该支路要停止供电。 适用于对供电可靠性要求不高的中、小型发电厂与变电站中。单母线分段接线(1)当母线发生故障时,仅故障母线段停止工作,另一段母线仍继续工作。(2)两段母线可看成是两个独立的电源,提高供电可靠性,可对重要用户供电。(1)当一段母线故障或检修时,必须断开接在该段母线上的所有支路,停电范围教大。(2)任一支路断路器检修时,该支路必须停电。(1) 610kV,出线6回以上,每段母线容量不超过25MW;(2)3563KV,出线回路数为48回为宜。(3)110220KV配电
18、装置的出线回路数为34回为宜。单母线分段带旁路母线接线与单母线分段相比,唯一的好处是出线断路器故障或检修时可以用旁路断路器代路送电,使线路不停电。(1)增加了配电装置的设备,增加了占地,也增加了工程投资。(2)旁路断路器代替个回路断路器的倒闸操作复杂,容易产生误操作,酿成事故。(3)保护及二次回路接线复杂。用于电压为610KV出线较多且对重要负荷供电的装置中;35KV及以上有重要联络线路或较多重要用户时也采用。双母线接线(1)可靠性高。(2)灵活性好。(3)扩建方便。(1)检修出线断路器时该支路仍然会停电。(2)设备较多、配电装置复杂,运行中需要用隔离开关切换电路,容易引起误操作;同时投资和占
19、地面积较大。(1)电压为610kV短路容量大、有出线电抗器的装置。(2)电压为3560kV出线超过8回或电源较多、负荷较大的装置。(3)电压为110kV220kV出线为5回及以上或者在系统中居重要位置出线为4回及以上的装置。双母线分段接线 大大提高了主接线系统的工作可靠性。 增加母联断路器和分段断路器数量,配电装置投资较大。 用于220KV线路4回及以上出线或者110KV线路有6回及以上出线的场合桥形接线桥形接线配电装置的结构比较简单,造价便宜,运行中具有一定的可靠性、灵活性、便于扩展。(1)内桥接线正常运行时变压器操作复杂。同时,出现断路器故障或检修时,造成该回路停电。(2) 线路投入与切除
20、时,操作复杂。在具有两台主变压器的双回线路中变电站中得到广泛应用。(参照发电厂变电站电气设备。)3.4 变电站主接线选择3.4.1 110kV侧主接线选择方案当有两台主变压器和两回线路时可采用桥式接,桥式接线可分为内桥接线和外桥接线,以后随着发展,过渡到单母线分段和双母线接线。本变电站110kV侧有两回进线,初步拟定方案为桥式接线,即有内桥和外桥接线两种方案。图4-1 方案1内桥接线 图4-2 方案2 外桥接线方案1内桥接线特点:(1)线路操作方便。如线路发生故障,仅故障线路的断路器跳闸,其余三回路可继续工作,并保持相互的联系。(2)正常运行时变压器操作复杂。(3)桥回路故障或检修时全厂分裂为
21、两部分,使两个单元之间失去联系;同时,出现断路器故障或检修时,造成该回路停电。为此,在实际接线中可采用设外跨条来提高运行灵活性。内桥接线使用于两回进线两回出线且线路较长、故障可能性较大和变压器不需要经常切换的运行方式的变电站中。方案2外桥接线特点:(1) 变压器操作方便。(2) 线路投入与切除时,操作复杂。如线路检修或故障时,需断开两台断路器,并使该侧变压器停止运行,需经倒闸操作恢复变压器工作,造成变压器短时停电。(3) 桥回路故障或检修时两个单元之间失去联系,出线侧断路器故障或检修时,造成该侧变压器停电,在实际接线中可采用设内跨条来解决这个问题。外桥接线适用于两回进线两回出线且线路较短故障可
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