毕业设计(论文)三侧电压等级的降压变电站设计.doc
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1、1 绪 论变电所是电力系统重要的组成部分。它担负着输电、配电的任务,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。变电所由变压器,配电装置(包括开关设备,保护和测量电器,母线装置和必要的辅助设备),以及室外构架,控制室建筑物构成。待设计的变电站是三侧电压等级的降压变电站,分别是110KV、35KV、10KV。其中110kv和35kv有穿越功率和系统电源。变电站负荷有I、III级负荷。根据题目要求,参考相关资料,首先对所给资料进行分析,确定三侧电压等级的接线,再根据负荷情况,选取主变压器和所用变。根据变压器的参数,在最大运行方式下,对三侧母线进行短路电流计算。根据计算结果选择主设备和校
2、验,最后对变电站的避雷设施和作用进行相关论述。1.1. 设计任务和要求1.1.1 原始资料分析 该变电所是一座降压变电所,担负着该地区工农业生产及城乡生活供电的任务。系统经双回路给变电站供电。a) 出线回路110 Kv侧2回,35kV侧共6回,10kv侧 12回其中电缆4回。b) 环境条件当地年最高温度39C;年最低温度-8C;最热月平均最高温30C; 最热月平均地下0.8m土壤最高温度21C;海拔高度:1210m。当地雷电日25日/年。1.1.2 设计任务a)主变容量一台数选择。b) 电气主接线设计。c) 短路电路计算。d) 一次电气设备选择e)屋内外赔电装置设计f)总平面布置。1.1.3
3、设计成果a) 设计说明书书。b) 变电所主接线图c) 总平面图d) 直击雷保护范围图e) 110KV进线间隔断面图f) 110KV开关柜配置图g) 110KV桥间隔及 PT间隔断面图2电气主接线设计2.1设计要求(1) 可靠性:供电可靠是电力生产和分配的首要任务、保证供电和电能质量是对主接线的基本要求。停电不仅使发电厂造成损失,而且对国民经济各部门带来更严重的损失,甚至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、城市生活混乱等经济损失和政治影响。(2) 灵活性及方便性:要求主接线调度灵活,操作简便,检修安全,扩建方便。(3) 经济性:在满足技术要求的前提下,做到经济合理,投资少;占地面积小,电能损耗小
4、。2.2 主接线的设计依据(1)发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用(2)发电厂、变电所的分期和最终建设规模(3)负荷大小和重要性(4)系统备用量大小2.3 主接线方案的论证2.3.1 110kV 电气主接线110kV高压配电装置,连接着110kV系统,是全所的电能主要来源,要求供电安全可靠,调度灵活,同时应满足运行检修方便,投资及占地较少等。首先要满足可靠性的要求,设计时主要从以下方面考虑:为了保证安全可靠、运行灵活,每一个回路应以多于一台断路器的可能与母线或相邻元件连接,简单的单一连接不能采用。为了避免变电所全停或半停事故的发生,不能采用单母或简单的单母分段接线。为了维护系统的稳定性,
5、宜将故障的停电范围限制到最小,最好是一回线故障只停该回线。方案一内桥接线方式。 如图2-1所示 图2-1内桥接线其优点:具有很高的可靠性;运行调度非常灵活,接线清楚,使用电器少,易安装。适用于线路较长,变压器不需经常进行投切操作的情况。缺点:不利于发展,尽管有可能发展为单母线分段接线、双母线初期接线方式或扩大桥型接线,但改建配电装置及继电保护二次回路工作困难且投资大。而且当变压器投入、断开、检修或故障时,会对供电能力有一定的影响。方案二 外桥接线方式。如图2-2所示 图2-2外桥接线 其优点:适用于线路较短,故障机率低,变压器随经济运行要求需经常进行投切操作,并且系统有穿越功率流经本站的情况。
6、工作可靠,接线清晰,且线路的投停操作简便。缺点:不利于发展,尽管有可能发展为单母线分段接线,但改建配电装置及继电保护二次回路工作困难且投资大。方案三 采取单母分段接线。如图2-3所示 图2-3 单母分段接线其优点:对重要用户,可采用从不同母线分段引出双回线供电电源,当母线发生故障或检修时,仅断开该段电源和变压器,非故障段仍继续工作,但需限制一部分用户的供电;缺点:单母分段任一回路断路器检修时,该回路必须停止工作;母线故障会使所有与母线相连的线路停电。下面对这三个方案进行筛选分析:(1) 适用场合:桥型接线适用于只有2台变压器,2回线路且在相当一段时间内不会发展的35-220KV降压变电所和水电
7、站。但母线分段接线适用于有一三级负荷,无大量二次负荷的中等变电所、发电厂。(2) 设计要求为工农业生产及城乡生活用电的变电所,其线路长,变压器不需经常进行投切操作,且从供电的可靠性和灵活性以及经济性等因素考虑,应选择内桥接线。2.3.2 35kV电气主接线从图1-1可知,该变电所有6回35kV进出线,其中2回线路接35kV电源,其他4回线路供负荷, 35kV负荷约28MW。35kV出线有6回,同样不适合采用桥形、角形等无汇流母线的接线方式,应当采用有汇流母线的电气主接线方式。初步拟定以下三个方案供筛选:方案一:单母分段接线。如图2-4所示:图2-4 单母分段接线方案一优点:接线简单清晰、设备少
8、、运行操作方便,有利于扩建。对重要用户,可采用从不同母线分段引出双回线供电电源。当一段母线发生故障,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。缺点:任一回路断路器检修时,该回路必须停止工作,运行调度灵活性较差。方案二:单母分段带旁路接线方式。如图2-5所示图2-5 单母分段带旁路接线方案二优缺点:单母分段带旁路具有接线简单,操作方便。对重要用户,可采用从不同母线分段引出双回线供电电源;当母线发生故障或检修时,仅断开该段电源和变压器,非故障段仍可继续工作。设置旁路母线可以不停电检修出线断路器,可靠性较高。 缺点:投资较大。 方案三:双母线接线方式。如图2-6所示
9、图2-6 双母线接线方案三优缺点:具有较高的可靠性。通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断;一组母线故障后,能迅速恢复供电。运行调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上,能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。通过倒换操作可以组成各种运行方式。扩建方便。向双母线左右任何方向扩建,均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配,在施工中也不会造成原有回路停电。缺点:检修出线断路器时仍然会使该回线路停电,投资大,保护配置复杂。对方案1、2、3进行技术经济比较,首先比较方案1、2、3所需的35kV断路器和隔离开关数量,如表2-1。表2-1:各
10、方案35 kV断路器和隔离开关数量方案比较方案1:单母分段接线方式方案2:单母分段带旁路接线方式方案3:双母线接线方式断路器台数999隔离开关组数182726方案1与方案2比较:从表2-1中可知,方案1经济性最好。从运行调度角度考虑,方案1操作简单。从可靠性角度考虑,方案2可以不停电检修出线断路器,可靠性优于方案1;但由于35kV负荷均有备用电源回路,采取方案1,从不同母线段引出双回路给负荷供电,则停一回线路检修出线断路器不会造成用户停电,弥补了可靠性不足的问题。因此,排除方案2。方案1与方案3比较:从经济性角度方案1好。从运行调度角度考虑,方案1操作简单,但灵活性不如方案3。从可靠性角度考虑
11、,方案3中若有一组母线检修,也不会造成用户停电,可靠性好。但35kV负荷性质均为II类负荷,从不同母线段引出双回路给负荷供电可靠性已经足够。故排除方案3。综上,35kV电气主接线采取方案1:单母分段接线方式。2.3.3 10kV电气主接线从图1-1可知,该变电所有12回10kV出线,均为双回线路,其中架空线路有6回,电缆线路4回,另有2个电缆出线,以待扩建。所供负荷距离变电所较近。10kV负荷约15MW,10kV出线较多,应当采用有汇流母线的电气主接线方式。拟订如下两个方案作技术经济比较:方案一:单母分段方式(专用母联断路器,如图2-7)。 图2-7 单母分段方式方案二:双母线方式 (专用旁路
12、断路器,如图2-8)。 图2-8 双母线方式方案一与方案二比较:a) 从经济性角度看,方案一设备少、投资少,占绝对优势。b) 从运行调度角度考虑,方案二电源、负荷分配灵活;方案一虽然灵活性差,但接线简单、易操作。c) 从可靠性角度分析,方案二比方案一可靠,但10kV线路较短,而且均为双回线路,虽然负荷均为II类,但在采用方案一时,把双回路分别接在不同母线段,则可靠性已足够。综上,10kV电气主接线采用方案一:单母分段方式(专用母联断路器)。 3 变压器的选择由于该变电所有三个高电压等级(110kV、35kV、10kV),适宜采用降压结构的三绕组变压器。31主变压器台数与容量的选择对于城市郊区的
13、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。此设计中的变电所符合此情况,故主变设为两台。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。凡装有两台及以上主变压器的变电所,当应按照“N-1”准则,当其中一台主变压器停止运行后,其余主变压器的容量能够承担规定的转移负荷。通常要综合考虑负荷供电可靠性要求、负荷的性质、变压器的过负荷能力、变压器台数和电力网可能转移负荷的能力等因素。一般估算其余变压器需能保证70%-100%电力负荷的供电。本设计变电站总容量Smax=(I+II)Pm/COS=28/0.85+15/0.85=50MVA;根据两台变压器中任意一台停运,
14、其余容量应满足70%-100%总计算负荷的需要的要求,所以应选容量为 50000KVA的主变压器。3.2主变绕组连接方式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y和,高、中、低三侧绕组如何要根据具体情况来确定。 我国110KV及以上电压,变压器绕组都采用Y0连接;35KV亦采用Y连接,其中性点多通过消弧线接地。35KV及以下电压,变压器绕组都采用连接。有以上知,此变电站110KV侧采用Y0接线,35KV侧采用Y连接,10KV侧采用接线。3.3主变的调压方式 电力工程电气设计手册(电器一次部分)第五章第三节规定:调压方式变压器的电压调整是用分解开关
15、切换变压器的分接头,从而改变变压器比来实现的。切换方式有两种:不带电切换,称为无励磁调压,调压范围通常在+5以内,另一种是带负荷切换,称为有栽调压,调压范围可达到+30。对于110KV及以下的变压器,以考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压。由以上知,此变电所的主变压器采用有载调压方式 本设计中主变的型号是:SFSZ1050000/110表3-1: SFSZ10-50000/110型三绕组变压器技术数据型号额定容量(MVA)额定电压(kV)损耗(kW)阻抗(%)空载电流(%)连接组别高压中压低压空载短路高中高低中低SFSZ10-50000/11050.011081.25%38.522.5%11
16、60.221010.517.56.51.3YN,yno,d114 短路电流计算4.1电抗计算4.1.1 系统等值电路图系统简化的等值电路图如下图4-1:110kv10kv1B 2B图4-1 C1 SC1= C2 SC2=35kv系统等值阻抗图如下图4-2:图4-2110kv10kv 1B 2B C1 d1d3 C2 35kvd2a) d1、d2、d3点短路阻抗计算d1点短路时各序阻抗计算(110kV母线)d1点短路时等值电路图如图4-3。图4-3110kvX1T1 C1 d1 C2 35kvX1T2X2T1X2T2XSC1XSC2用标幺值表示正序阻抗图如图4-4。2/0.215 SC1 d1
17、SC2 3/-0.0054/0.2155/-0.0051/0.106/0.87/0.218/0.21 SC1 d11/0.10 SC2 6/0.8图4-49/0.105 SC1 d11/0.10 SC2 6/0.8 S d110/0.10具体计算如下:X7* = X8* = X2*+X3* = 0.215+(-0.005)=0.21X9* = 0.5X7* = 0.50.21 = 0.105X10*= (X1*(X9*+X6*)/(X1*+X9*+X6*)= (0.10(0.105+0.8)/(0.10+0.105+0.8)= 0.10因为110KV及35KV系统和主变的正负序阻抗均相同,所以
18、正序阻抗等于负序阻抗。X1*=X2*=0.10。画出d1点短路时的零阻抗图如图4-5。17/0.10511/0.216/0.50d1d113/-0.0055555555555555555555555555514/0.21515/-0.00512/0.21511/0.216/0.50图4-5d118/0.15具体计算如下:X17*= (X12*+X13*)(X14*+X15*)/(X12*+X13*+X14*+X15*)= (0.215-0.005)(0.215-0.005)/(0.215-0.005+0.215-0.005)= 0.105X18*= (X17*+X16*)X11)/(X17*+
19、X16*+X11*)= (0.105+0.50)0.2)/(0.1055+0.50+0.2)= 0.15X0*= X18* = 0.15b) d2点短路时各序阻抗计算(35KV母线)画出d2点短路时的正序阻抗图如图4-6。图4-6d220/0.16 C1 d219/0.205 C2 6/0.82/0.215 C1 d2 C2 3/-0.0054/0.2155/-0.0051/0.106/0.89/0.105 C1 d21/0.10 C2 6/0.8具体计算如下:X19*= X1*+X9* = 0.10+0.225 = 0.205X20*= (X19*X6*)/(X19*+X6*)= (0.20
20、50.8)/( 0.205+0.8)= 0.16X1* = X2*= 0.16画出d2点短路时的零阻抗图如图4-7。图4-712/0.215d213/-0.005514/0.21515/-0.00511/0.216/0.50d221/0.30516/0.50d222/0.1917/0.105d211/0.216/0.50具体计算如下:X21*= X11*+X17* = 0.2+0.105 = 0.305X22*= (X21*X16*)/(X21*+X16*)= (0.3050.50)/( 0.305+0.50)= 0.19X0* = X22* = 0.19C)d3点短路时各序阻抗计算(10KV
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