110KV变电站电气部份设计毕业论文.pdf
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1、110KV 变电站电气部份设计 作者: 学号: 指导老师 : 专业: 第一章原始资料 一、基本情况 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重要环节。 主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电站本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切 相关,并且对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因 此,必须正确处理好各方面的关系,全面分析有关影响因素,通过技术经济比较,合理确 定主接线方案。要求电压等级为110/35/10kV ,设主变两台,110kV 有 2 回出线);35kV 有 8 回出线; 10kV有 8 回出线。变电所不是电压枢纽点,没有特殊的调压
2、要求。另外,变电 站的站址条件较好,土地较为平整、充裕。 二、 负荷情况及负荷预测 待建变电站各个电压及负荷数据如下表: 35KV 侧 共 8 回 用户名称最大负荷 MW 线路长度 km 回路数 纺织机械厂6 15 1 毛 纺 织 厂7 18 1 棉 纺 织 厂11 12 2 印染厂6 16 1 电机厂8 20 1 丝织厂9 20 1 远景发展35kV 侧远景拟增 2 回线 12MW 负荷,规划期内( 5 年)负荷自然 增长率 2% 10kV 侧共 8 回 用 户 名 称最大负荷MW 线路长度 Km 回路数 日用电器厂4 6 2 无 线 电 厂2 4 1 电 视 机 厂4 3 2 半 导 体
3、厂3 5 2 电 风 扇 厂2 4 1 手表厂2 3 1 自 行 车 厂4 2 2 洗 衣 机 厂2 3 1 第二章主变压器的选择 (一)主变型式的选择 为了该变电站的供电可靠性,本变电站装设2 台主变,根据 GB50059-9235 110kV 变电所设计规范的规定,结合本变电所的具体情况,按电压等级选择, 考虑中压侧为小电流接地系统以及各侧功率均在15以上,故选用两台同样型 号的 110kV 三绕组电力变压器。 (二)主变容量的选择 1、变电所用户负荷统计 (1)根据设计原始资料提供的数据, 35kV 侧的最大负荷为: MW7112129861176PM.35kV 10kV 侧的最大负荷为
4、: MW2434223424PM.10kV 设计的变电所可能出现的最大负荷为: 5%网损系数 K MWK z 775.891.0524)71(9.0)1 (PPKP M.10kVM.35kVM )( 0.85COS负荷功率因数, kVA65.105617 0.85 10775.89 COS P S 3 M M 2、初步选择主变的容量 1). 对于装设两台主变的变电所,当一台主变压器停用时,应保证对60%负荷供电, 作为确定主变容量的依据。 当按全部负荷的65选择时: kVASm e 59.6237065.1056170.6%65S 考虑到主变每天的负荷不是均衡的,计及欠负荷期间节省的使用寿命,
5、可用于在过负 荷中消耗,故先选较小容量的主变作过负荷能力计算,以节省投资,通过计算一台主变应 带的负荷为62370.59kVA,故选用两台63000kVA的变压器。同时,考虑到本变电所不 是电压枢纽点,没有特殊的调压要求,同时潮流变化不大,故选择无励磁调压变压器。查 电力工程电气手册 ,确定选择两台S11-63000/110三绕组无励磁调压电力变压器。 其主要技术参数见下表 额定电压 ( kV) 空载 电流 () 空载 损耗 (kW ) 负载损耗 (kW ) 阻抗电压 () 连接 组标 号 高 压 中 压 低 压 高 中 高 低 中 低 高 中 高 低 中低 1102 2.5 352 2.5
6、10.5 0.18 59 270 10.5 17.5 6.5 YN,yn0 ,d11 第三章主接线的确定 (一)分析负荷 待建变电所从负荷特点及电压等级可知,它具有 110kV、35kV、10kV 三级电压。 110kV 进线 2 回,35kV 出线 8 回,10kV 出线 8 回。根据以上分析, 可初步拟出以下六种接线方式, 如图 2-1 所示。可以看出,方案4、5、6 的变压器的变比是110/35,没有现成品,故将这三 个方案淘汰。因此只需将方案1、2、3 进行经济技术比较。 方案一: 110kV 、 35kV、10kV 均采用单母线分段 方案二: 110KV 采用单母线接线、35KV 采
7、用单母线分段接线,10KV 采用单母线分段 接线 方案三: 110KV 采用单母线分段接线、35KV 采用单母线接线,10KV 采用单母线接线 方案四: 110KV 采用单母线分段接线、35KV 采用单母线分段带旁路接线,10KV 采用单母线 接线 方案五: 110KV 采用单母线分段接线、35KV 采用双母线接线,10KV 采用单母线接线 方案六 : (二) 主接线的初选 结合本变电所的负荷分析,重要负荷所占比例较重,在可靠性、灵活性和经济性三 者之间,重点考虑主接线优先满足可靠性的要求,对主接线可靠性的具体要求: 1). 断路器检修时,不宜影响对负荷的供电。 2). 断路器故障或母线故障以
8、及母线计划检修里,应尽量减少进出线停运的回路数和 停电时间,并要保证I 级负荷、全部或大部分二级负荷的供电。 3). 尽量避免变电所全部停运的可能性。 4). 对于一级负荷必须有两个独立电源供电,且当任何一个电源失去后,还能保证对 全部一级负荷的不间断供电。 5). 对于二级负荷一般要有两个独立电源供电,且当任何一个电源失去后,还能保证 对全部或大部分二级负荷的不间断供电。 1、 110kV 主接线的初选 能满足要求的主接线形式有:单母线分段接线、单母线分段带旁路接线、双母线接线、 双母线带旁路接线。 2、35kV 主接线的初选 能满足要求的主接线形式有:单母线分段接线、单母线分段带旁路接线、
9、双母线接线、 双母线带旁路接线。 3、 10kV 主接线的初选 能满足要求的主接线形式有:单母线分段接线、单母线分段带旁路接线、双母线接线、 双母线带旁路接线。 (三)主接线的技术比较 对以上主接线进行技术性比较,从而确定技术较优的主接线方案。 1、单母线分段接线 (1)优点: 1)用断路将母线分段后,对重要用户可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时,分段断路器能自动将故障切除,保证非故障段仍 能工作。 (2)缺点: 1)当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期 内停电。 2)任一回路的断路器检修时,该回路必须停电。 (3)适用范围: 1)
10、进出线数不多但供电较重要的中低压变电站。 2)10kV 配电装置出线回路数为6 回及以上时。 3)35kV 配电装置出线回路数为48 回时。 4)110kV 配电装置出线回路数为3 4回时。 2、单母线分段带旁路接线 (1)优点: 与单母线分段接线比较,具备单母线分段接线优点,较单母线分段接线更具可 靠性与灵活性。任一回路的断路器检修时,该回路不中断供电。 (2)缺点: 1)当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期 内停电。 2)与单母线分段接线相比,增加了1 台断路器和许多隔离开关,加大投资。 3)不适用于小车式开关柜。 (3)适用范围: 1)进出线数不多且一般不允许
11、停电检修供电较重要的中低压变电站。 2)一般应用于35kV及以上主接线。 3)35kV 配电装置出线回路数为8 回以上时。 4)110kV 配电装置出线回路数为6 回以上时。 3、双母线接线 (1)比单母线分段接线有如下优点: 1)供电可靠,可以轮流检修母线,而不中断供电。 2)当一组母线故障后时,可以通过倒闸操作,迅速切换到另一组母线上供电。 3)检修任一回路的母线隔离开关,可只停该回路。 4)调度运行方式灵活,各电源和出线可以任意分配到某一段母线上。 5)扩建方便。 (2)缺点: 1)每一回路都要增加一组母线隔离开关,加大投资。 2)母线故障可检修时,隔离开关作为倒换操作电器,倒闸操作复杂
12、,容易误 操作。 4)不适用于小车式开关柜。 (3)适用范围: 1)进出线数多且供电较重要的变电站。 2)出线带电抗器的10kV 配电装置。 3)35kV 配电装置出线回路数为8 回及以上且电源较多、负荷较重时。 4)110kV 配电装置出线回路数为5 回及以上时。 4、双母线带旁路接线 (1)比单母线分段、双母线接线有优点:进出线断路器检修时不中断对用户的供电。 (2)与双母线接线比较有以下缺点: 1)每一回路都要增加一组母线隔离开关,加大投资。装设专用旁路断路器, 也加大投资。 2)旁路代路操作更加复杂 3)二次回路、保护配置复杂。 (3)适用范围: 1)进出线数多且供电十分重要的变电站。
13、 2)1035kV 配电装置出线回路数为8 回及以上且电源较多、负荷较重时。 3)110kV 配电装置出线回路数为5 回用以上时。 从以上分析初步确定采用手车式开关单母线分段接线、非手车式开关双母线接线为主接 线方案。 5、确定较优的两个主接线方案 1) 按GB50059-92 35110kv变电所设计规范的规定,“当变电所装有两 台主压器时, 610kv侧宜采用分段单母线。线路为12 回及以上时,也可采用双母线,不 允许停电检修断路器时,可设置旁路,但采用手车式开关柜时,不宜设置旁路。” ,结合技术 比较和负荷分析,考虑两个方案,方案1 采用手车式开关、单母线分段接线,出线分别接到 不同段上
14、,但母线故障将影响这一段上的用户,正常检修某一出线断路器时,该出线停电, 运行可靠性略差,但如果应用性能较好的真空断路器,断路器检修机率很小。方案 2 采用非 手车式开关双母线接线,负荷可均匀分配,调度灵活方便,可靠性相对较高,但检修某一出 线断路器时,该出线仍需停电,但如果应用性能较好的真空断路器,断路器检修机率很小。 2) 按GB50059-92 35 110kv变电所设计规范的规定,“35110kv超 过 2 回时, 宜采用分段单母线接线,35kv为 8 回及以上时,也可采用双母线接线,110kv 为 6 回及以上时,宜采用双母线接线。采用SF6断路器的主接线不宜设置旁路。” ,结合技
15、术比较和负荷分析,35kv考虑两个方案,方案1 采用SF6断路器单母线分段接线,出线 分别接到不同段上,但母线故障将影响这一段上的用户。方案2 采用双母线接线,供电可 靠,可以轮流检修母线,而不中断供电。因采用SF6断路器而不设置旁路。 3). 按GB50059-92 35110kv变电所设计规范的规定,“ 35110kv 超过 2 回时,宜采用分段单母线接线,35kv为 8 回及以上时, 也可采用双母线接线,110kv 为 6 回及以上时,宜采用双母线接线。采用SF6断路器的主接线不宜设置旁路。” ,结合技 术比较和负荷分析,110kv只考虑一个方案即可,采用SF6断路器单母线分段接线,供电
16、 可靠,可以轮流检修母线,而不中断供电。因采用SF6断路器而不设置旁路。 (四)主接线的经济比较 1、对较优两方案经济比较 只比较两方案不同的部分,相同的部分不用比较,如年电能损耗。 (1) 对 10kV 两方案的比较: 1) 计算综合投资Z:)( 100 1ZZ 0(3.1 ) 方案 1 采用手车式开关、单母线分段接线,方案2 采用非手车式开关双母线接线,均 采用真空断路器,方案2 每一回路都要增加一组母线隔离开关,建设时设备投资明显比方 案 1 大,即 Z2Z1。 2) 计算年运行费:)(Z 100 1 21 (3.2 ) 因式( 3.2 )中后半部分相同,只比较前半部分。 两方案的 21
17、 相同, Z1Z2 21 通过比较,方案1 经济性较好,所以,确定10kV 采用手车式开关、单母线分段接线。 (2) 对 35kV 两方案的比较: 1) 计算综合投资Z:)( 100 1ZZ 0 (3.3 ) 方案 1 采用单母线分段接线,方案2 采用双母线接线,均采用SF6断路器,方案2 每一回路都要增加一组母线隔离开关,建设时设备投资明显比方案1 大,即 Z2Z1。 2) 计算年运行费:)(Z 100 1 21 (3.4 ) 因式( 3.2 )中后半部分相同,只比较前半部分。 两方案的 21 相同, Z1Z2 21 通过比较,方案1 经济性较好,所以,确定35kV 采用单母线分段接线。 2
18、、确定主接线方案 通过技术比较和经济比较,最终确定主接线的形式:10kV、35kV、110kV 三个电压等级均采用单母线分段主接线。 主接线见附图1 所示。 第四章短路电流计算 第一节 短路计算的目的和步骤 在变电站的电气设计中,短路电流计算是其中的一个重要环节。电力系统在运行中,可 能发生各种故障和不正常运行状态,最常见同时也是最危险的故障时发生各种形式的短路, 会在电力系统中引起事故。所以,必须采取措施保证电力系统的安全运行。 短路电流计算的目的主要有以下几个方面: (一)选择电气主接线时,为了比较各种接线方案,或确定某一接线是否需 要采取限制短路电流的措施等,均需进行必要的短路电流计算;
19、 (二)在选择电气设备时,为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安 全、可靠的工作,同时又力求节约资金,这就需要进行全面的短路计 算; (三)在设计物外高压配电装置时,须按短路条件校验软导线的相间和相对 地的安全距离; (四)在选择继电保护方式和进行整定计算时,须以各种短路电流为依据; (五)接地装置的设计,也需要用短路电流。 在电力系统设计中,短路电流的计算应按远景规划水平来考虑,远景规划水平年一般取 工程建成后510 年中的某一年。 计算内容为系统在最大运行方式时,各枢纽点的三相短路 电流,并列表供查用。假如短路电流过大,应采用措施将其限制到合理水平。 短路电流计算的步骤是: (一)确定短
20、路电,画出阻抗图; (二)以 100MVA容量和平均电压为基准,求出各元件电抗; (三)算出在最大、最小运行方式下的I ”以及冲击电流Ich; (四)列短路电流计算结果表。 第二节计算各元件的标么值 1、 系统电抗 系统供电到 110kv 母线上, 35,10kv 侧无电源,系统阻抗归算到110kv 侧母线 上 UB=UavSB=100MVA 系统 110kv 侧参数 110max 0.078x 110min 0.164x 2、 主变各绕组的电抗 所选变压器的阻抗电压: Ud1-2% =10.5 Ud1-3% =17.5 Ud2-3% =6.5 由此得各绕组阻抗电压: 11 21 32 3 1
21、1 %(%)(10.517.56.5)10.75 22 dddd UUUU 21 22 31 3 11 %(%)(10.56.517.5)0.250 22 dddd UUUU 31 32 31 2 11 %(%)(17.56.510.5)6.75 22 dddd UUUU 各绕组的电抗: 134T XXX 256T XXX 378T XXX 1 1 %10.75 100 0.269 10010040 j d T e S U X S 2 2 % 0 100 j d T e S U X S 3 3 %6.75 100 0.169 10010040 j d T e S U X S 因为 Ud2%0,
22、故 XT2=0 第三节 计算各短路点的三相电流 一、最大运行方式下的短路电流计算 等效电路及断路点的选择如图3-1 所示: 短路点的设置: 110KV 10KV 35KV 系统 2X63MVA 图 3-1 等效电路如图3-2 所示: X6 X5 110KV 35KV 10KV X7X8 X4X3 X2X1 系统 图 3-2 1、d1 点( 110kV 侧)短路电流的计算 化简网络得图3-3 所示: 图 3-3 X1与 X2并联得 X12 因 X1等于 X2,所以 X12=X1/2=0.078/2=0.039 即短路点 d1 的计算阻抗为: X12=0.039 d1 点的短路电流标么值为: 25
23、.641 0.039 1 X12 1 1Id 110Kv 侧得基准电流为: KA Sj Ij0520.0 1153 100 Uj3 则 d1 点的短路电流为: KAIdIjdI3333. 10520. 0641.2511 冲击电流为: KAdIIch3999.33333.155.2155.2 2、d2 点( 35kV 侧)短路电流的计算 化简网络得图3-4 所示: 图 3-4 X1与 X2并联得 X12,X3与 X4并联得 X34 因 X1等于 X2,所以 X12=X1/2=0.078/2=0.039 因 X3等于 X4,所以 X34=X3/2=0.269/2=0.1345 X12、X34串联
24、得 X14 X14=X12+X34=0.039+0.1345=0.1735 d2 点的短路电流标么值为: 7637.5 0.1735 1 X14 1 2Id 35kV侧的基准电流为: KA Sj Ij5604. 1 373 100 Uj3 则 d2 点的短路电流为: KAIdIjdI9937.87637.55604.122 冲击电流为: KAdIIch9339.229937.855.2255.2 3、d3 点( 10kV 侧)短路电流的计算 化简网络得图3-5 所示: 图 3-5 X1与 X2并联得 X12,X3与 X4并联得 X34,X7与 X8并联得 X78 因 X1等于 X2,所以 X1
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