变电站电气二次部分设计设计说明.doc
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1、河南理工大学毕业设计说明书 - 1 - 110KV 变电站电气变电站电气(二次部分二次部分)设计设计 摘要摘要.- 2 - 一、一、设计任务书设计任务书 - 4 - 二、二、原始资料分析原始资料分析 - 5 - 三、三、一次部分的相关设计一次部分的相关设计 - 6 - 一、主变压器的选择极其参数.- 6 - 二、电气主接线设计及其参数.- 7 - 四、四、短路电流计算短路电流计算 - 9 - 一、概述.- 9 - 二、短路计算.- 11 - 三、短路电流计算:.- 14 - 四、短路电流计算结果.- 17 - 五、五、线路保护线路保护 - 17 - 一、 电力系统继电保护的作用- 17 - 二
2、 、输配电线保护- 21 - 三、 线路末端短路电流- 22 - 四、 线路保护整定- 23 - 六、六、变压器的保护变压器的保护 - 24 - 一、 变压器装设的保护- 24 - 1、 变压器装设的保护种类.- 24 - 二、变压器保护的整定方法.- 26 - 1、 变压器电流速断保护.- 26 - 四、纵差保护的整定计算.- 30 - 五、 变压器过流保护整定计算- 33 - 七、七、备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置 - 35 - 八、八、母线保护母线保护 - 38 - 一、 母线保护简介- 38 - 二、 母线的保护方式- 38 - 九、九、防雷保护和接地设计防雷保护和接地设计
3、- 40 - 一、直击雷保护.- 40 - 二、雷电侵入波保护.- 41 - 河南理工大学毕业设计说明书 - 2 - 致谢致谢.- 43 - 参考文献参考文献.- 44 - 河南理工大学毕业设计说明书 - 3 - 摘要摘要 本次设计任务旨在把大学所学各科专业知识的结合到一起,整体的了解电 力系统等方面的知识。首先根据任务书上所给相关资料,分析负荷发展趋势。 然后通过对拟建变电站的概况以及出线方面来考虑,并对负荷资料的分析,以 及从安全、经济及可靠性等方面考虑,确定了 110kV,35kV,10kV 输电线路及 母线的主接线,然后又通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数及型号。 最后,根据短路
4、计算结果,确定线路保护、变压器保护、母线保护、防雷 保护的保护方案,根据保护方案对保护进行整定计算,确定设计之后再对保护 的总体进行分析论证,检验二次回路的设计是否合格,从而完成了 110kV 电气 二次部分的设计。 关键词:变电站关键词:变电站 继电保护继电保护 保护整定保护整定 检验计算检验计算 河南理工大学毕业设计说明书 - 4 - ABSTRACT The total operating mode of generation, transmission and distribution is presented in the operating mode of power system
5、, which realizes the basic guarantee for the security, high quality and economical operation of power system. The optimization for operating mode of power system is to select an economical and reliable operating mode by comparing synthetically all kinds of operating mode in technical economy to get
6、a reliable and economical operation. Design the task this time is jiaozuo qunying electric designs of the part two times of 110kV. first, analyze the tend of load department according to all parameter of load about system and circuit on task book. It expounds the necessity to this situation from the
7、 rspect of increasing load. capacity and type, capacity and type of using the voltage transformer stand surely at the same time, finally, the result of calculation of calculating that and short out according to the electric current of largest lasting job, make the circuit to protect, the voltage tra
8、nsformer is protected, the bus bar is protected, prevent the thunder from protecting. Thus finished electric designs of the part two times of 110kV. 河南理工大学毕业设计说明书 - 5 - 一、一、设计任务书设计任务书 1、题目:题目:焦作市群英 110KV 变电站电气(二次部分)设计 设计任务:设计任务:电气一次部分 (1):变电站总体分析 (2):负荷分析计算与主变压器选择 (3):电气主接线设计; (4):短路电流计算及主要电气设备选择; (
9、5):配电装置及电气总平面布置设计。 2、电气二次部分 要求:决定保护方案,对各种保护的整定计算、分析和论证。 3、设计原始资料设计原始资料 群英 110KV 变电站处于焦作市山阳区,地平、交通便利,进出线方便,空 气污染轻微;待设计变电所选在黄沙土地上,土壤电阻率 P500*M。平均海 拔 200 米,最高气温 40,最低-10,年平均气温 20,最热月平均气温 30,土壤温度 25。冬季主导风向:西北;最大风速:25m/s;覆冰厚度: 8mm。系统通过 110KV I、II 修马 T 架空线路向变电站供电,距离 30KM,系 统最大运行方式折算至设计变电站高压母线的阻抗标幺值 0.15,=
10、100MVA。 j S 系统容量设计时计算值为 500MVA。 表 1-1 负荷情况 电 压 负荷 名称 每回最大 负荷 (KW) 功率因数回路数供电方式 线路长 度 (km) 东城花园 50000.851 架空 15 槐店乡 90000.851 架空 8 35K V 耐火材料 厂 50000.851 架空 7 河南理工大学毕业设计说明书 - 6 - 化肥厂 100000.851 架空 11 白鲨针布 40000.851 架空 3 保险公司 70000.851 架空 4 机械厂 80000.851 架空 5 17 中 20000.91 架空 5 医院 30000.81 架空 3 农药厂 700
11、0.821 架空 7 紫水小区 12000.851 架空 4 紫弦庭苑 10000.81 架空 5 鑫鸳鸯集 团 5000.81 架空 2 面粉厂 6000.851 架空 5 10K V 区政府 20000.851 架空 7 二、二、原始资料分析原始资料分析 为了计算用电负荷情况,据原始资料中最大有功及功率因数,算出最大无 功,得出以下数据: 电 压 负荷 名称 最大有功 功率 (MW) 最大无功 功率 (MVAr) 功率因数回路数 线路长 度 (km) 东城花园 53.100.85115 槐店乡 95.580.8518 耐火材料厂 53.100.8517 化肥厂 106.200.85111
12、白鲨针布 42.840.8513 保险公司 74.340.8514 35K V 机械厂 84.960.8515 17 中 20.970.915 医院 32.250.813 10K V 农药厂 0.70.490.8217 河南理工大学毕业设计说明书 - 7 - 紫水小区 1.20.740.8514 紫弦庭苑 10.750.815 鑫鸳鸯集团 O.50.380.812 面粉厂 0.60.370.8515 区政府 21.240.8517 对待建变电站的总体负荷分析,按系统最大运行方式分析情况如下: 48(MW)87410595P35 11(MW)20.60.511.20.732P10 )30.12(
13、MVAr4.964.342.846.203.105.583.10Q35 )7.19(MVA1.240.370.380.750.740.492.250.97Q10r 59(MW)PPP 1035110 )37.31(MVAQQQ 1035110 r 由以上式子可以得出: )(67.5612.304812.3048S 22 35 MWj )(14.1319 . 7 1119 . 7 11S 22 10 MWj 69.81(MW)SSS 1035110 三、三、一次部分的相关设计一次部分的相关设计 设计中的一次部分设备选择来自于耀伟同学的焦作市群英 110KV 变电 站电气(一次部分)设计 ,本设计
14、中不详细写出选择设备的相关过程,这里 直接写出型号和相关参数。 一、一、 主变压器的选择极其参数主变压器的选择极其参数 在一次设计中选择的变压器型号为 SFSZ9-50000/110,根据变压器的型号 可知,该变压器是三相三绕组式变压器。 变压器的基本参数如下:表 3-1 河南理工大学毕业设计说明书 - 8 - 额定电压 (KV) 阻抗电压 (%) 损耗 (KW) 型号 额定 容量 (KVA ) 高 压 中 压 低 压 连 接 组 别 高 低 高 中 中 低 空载 电流 (% ) 空 载 负 载 SFSZ9- 50000/110 50000 110 8 1. 25% 38. 5 2 2.5 %
15、 10. 5 YN yn 0 d1 1 1 8 10. 5 6. 5 0.91 58. 8 22 5 依据以上参数进行阻抗折算,计算过程过程如下: =111123123 1 %(%) 2 ssss UUUU =-0.52122331 1 %(%) 2 ssss UUUU =73233112 1 %(%) 2 ssss UUUU 22 1 1 %11 (110) 26.62 100100 (50) SN T N UU X S (记为 22 2 2 %0.5 (110) 1.21 100100 (50) SN T N UU X S 0) 22 3 3 %7(110) 16.94 100100(50
16、) SN T N UU X S 河南理工大学毕业设计说明书 - 9 - 二、二、 电气主接线设计及其参数电气主接线设计及其参数 电气主接线的设计要求 主接线的设计是一个变电站设计中非常重要的一部分,无论是一次部分还 是二次部分都是必不可少的。 “变电所主接线形式应根据变电所在电力系统中的地位、作用、回路数、 设备特点及负荷性质等条件确定,并且应满足运行可靠、简单灵活、操作方便 和节约投资等要求。 ” (35110KV 变电所设计规范第 3.2.1 条) 主接线设计的基本要求为: (1)供电可靠性。主接线的设计首先应满足这一要求;当系统发生故障时, 要求停电范围小,恢复供电快。 (2)适应性和灵
17、活性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化;改变 运行方式时操作方便,便于变电所的扩建。 (3)经济性。在确保供电可靠、满足电能质量的前提下,要尽量节省建设投 资和运行费用,减少用地面积。 (4)简化主接线。配网自动化、变电所无人化是现代电网发展必然趋势,简 化主接线为这一技术全面实施,创造更为有利的条件。 (5)设计标准化。同类型变电所采用相同的主接线形式,可使主接线规范化、 标准化,有利于系统运行和设备检修。 在一次部分设计中采用的方案是: 110KV 侧采用单母分段式接线 35KV 侧及 10KV 侧均采用单母分段式接线 选择此种接线形式的分析与评价: 优点:1、用断路器把母线分段后
18、,对重要用户可以从不同段引出两个回 路,有两个电源供电;2、当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切 除,保证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。 缺点:1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的问路都 要在检修期间内停电;2、当出线为双回路时,常使架空线路出现交叉跨越; 河南理工大学毕业设计说明书 - 10 - 3、扩建时向两个方向均衡扩建。 系统接线图如下:图(3-1) 变变压压器器T1变变压压器器T2 系系统统一一 系系统统二二 110KV母母线线 35KV母母线线 10KV母母线线 河南理工大学毕业设计说明书 - 11 - 四、四、短路电流计算短路电流计算 一、一、
19、概述概述 1、短路的原因、短路的原因 1)电气设备或载流导体等因绝缘老化、遭受机械损伤,雷击、过电压等 原因引起绝缘损坏; 2)架空线路因大风、导线覆冰引起电杆倒塌等,或因鸟兽跨接裸体导体 等; 3)电气设备因设计、安装、维护不良等所致的设备缺陷引发的短路; 4)运行人员违反安全操作规程而误操作,如运行人员带负荷拉隔离开关, 线路或设备检修后不拆除接地线直接加上电压等。 2、计算短路电流的目的、计算短路电流的目的 计算短路电流的目的有:保障电力系统的安全运行、正确选择电气设备、 校验电气设备。避免在短路电流损坏电气设备,如果短路电流过大,需采用限 流措施,以及进行继电保护装置的整定计算。而该变
20、电站原短路电流由于是在 不考虑电缆电阻的情况下计算的,这样会致使在选择和校验设备上产生误差,造 成设备损坏和运行不当。所以,为了变电站更加安全的运行,在短路电流上我们 需考虑电缆电阻。 3、 短路电流的危害短路电流的危害 所谓短路,就是电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地直接发生通 路的情况。在电力系统中发生短路故障时,在回路中短路电流比额定电流大几 倍至几十倍。短路电流通过电气设备和导线必然产生很大的电动力,并且使设 备温度急剧上升,有可能致使损坏设备和电缆;在短路点附近电压显著下降, 造成这些地方供电中断或影响其正常工作;发生接地短路时所出现的不对称短 路电流,将对通信线路产生干扰;当
21、短路点离发电厂很近时,会造成发电机失 去同步,致使整个电力系统的运行解列。 4、短路的种类、短路的种类 1)三相短路。 河南理工大学毕业设计说明书 - 12 - 2)两相短路。 3)两相短路接地。 4)单相短路(接地) 。 三相短路是对称短路,此时三相电流和三相电压仍然是对称的,只是三相 电流特大。除三相短路外的其他短路都是不对称性短路,每相电流和电压数值 不相等,相角也不同。 5、短路电流的暂态过程、短路电流的暂态过程 当电力系统发生三相短路时,由于短路回路存在着电感,电流不能突变, 因此有一个暂态过程。短路电流随时间变化,最后达到稳定值。 短路全电流 id 由对称的周期分量和不对成的非周期
22、分量两部分合成, z i f i 即。周期分量先开始衰减,然后逐渐增加到稳态值。非周期分量 dzf iii z ii 按指数规律衰减,其衰减时间常数为 0.05-0.2。 6、计算各短路电流的目的 1) 短路冲击电流:用来校验电气设备和母线的动稳定。 ch i 2) 短路全电流最大有效值 Ich(第一周期短路全电流有效值):用来校 验电气设备和母线的动稳定。 3)超瞬变短路电流有效值 I:用来作继电保护的整定计算和校验断路器 的短流量。 4) 短路后 0.2 秒后的短路电流周期分量有效值:用来校验断路器的 0.2 I 断流量。 5)稳态短路电流有效值:用来校验电气设备和载流部分的热稳定。 I
23、6) 短路后 0.2S 后的短路容量:用来校验断路器的遮断容量。 0.2 s 二、二、 短路计算短路计算 1、计算系统电抗、计算系统电抗 短路电流的标幺值计算法 短路电流计算,根据电力系统的实际情况,可以采用标幺值或有名值计算, 那种方法方便就采用那种方法.在高压系统中通常采用标幺值计算. 河南理工大学毕业设计说明书 - 13 - 所谓标幺值,是实际值与基准值之比. 标幺值没有单位.设所选顶定的基 准值电压,基准电流,基准容量及基准电抗分别为,则这一元件的 j U j I j S j X 各已知量的标幺值分别为 , j j U U U J j S S S 3 j J Jj U I II IS
24、2 33 /3 jjj j jjj jj I XI XS X XX XUUUI 式中: S、U、I、X-以有名单位表示的容量(MVA)、电压(KV)、电流(KA) 、 电抗; 、-以基准量表示的容量(KVA)、电压(KV)、电流 j S j U j I j X (KA)、电抗。 基准容量的选择:在设计任务书里已经规定 Sj=100MVA; 基准电压的选择:为了计算方便选为各电压等级的平均额定电压,即 Uj=Up; 与其相应的基准电流 Ij 和基准电抗 Xj,均可由这两个基准值导出。 基准电流计算公式: 电抗计算所用公式如下表: 表 4-1(电力系统各元件阻抗值的计算公式) 计算公式 元件名称已
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