35KV变电站设计方案毕业设计正文.docx
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35KV变电站设计方案毕业设计正文
电气自动化专业--毕业论文--35KV变电站设计方案
一、课题的主要内容和基本要求
1、建立工程设计的正确观点,掌握电力系统设计的基本原则和方法,主要内容是以实际工程技术水平为基础,以变电站资料为背景,从原始资料的分析做起,内容涵盖《发电厂电气部分》、《变电站综合自动化》、《供电技术》、《高电压技术》等主要专业课。
2、其目的是通过变电站设计,综合运行所学知识,结合实际工作贯彻执行我国电力工业有关方针政策及技术标准,做到理论联系实际。
培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力以及学习使用工程设计手册和其他参考书的能力。
二、进度计划与应完成的工作
第一阶段:
选题报告的编写、审查;
第二阶段:
认真了解现实情况,分析实现回转窑电控系统设计所要达到的要求,查阅有关资料,对系统关键技术进行研究,提出初步方案;
第三阶段:
方案需求分析与概要设计,进行模块的设计及程序的编写;
第四阶段:
详细设计、技术实施、系统联调、测试和文档整理;
第五阶段:
毕业论文提纲的编写和审查,论文正文的撰写和审查;
第六阶段:
毕业论文完善、答辩。
三、主要参考文献、资料
1、水利电力部西北电力设计院编.《电力工程电气设计手册（第一册）电气一次部分.》北京:
中国电力出版社,1996重印
2、肖艳萍主编.《发电厂变电站电气设备》.北京:
中国电力出版社,2008.
3、李海燕主编.《电力系统》.北京:
中国电力出版社,2006.
4、施怀瑾主编.《电力系统继电保护（第二版）》.重庆大学出版社.2005
5、丁毓山,雷振山主编.《中小型变电所实用设计手册》.水利水电出版社.2000
6、陈化钢主编.《企业供配电》.北京:
中国水利水电出版社,2003
7、应智大主编.《高电压技术》.浙江大学出版社,1994年
8、雍静主编.《供配电技术》.机械出版社,1994年
9、刘从爱主编.《电力工程》.机械工业出版社,1992年
四、完成期限
2011年10月4日完成毕业设计
摘要本设计根据柳钢冷轧厂的电力负荷资料,作出了35kV变电所的初步设计。
设计内容共分为六章,包括主接线的设计、负荷计算与变压器选择、高压电器的选择等。
本设计以实际负荷为依据,以变电所的最佳运行为基础,按照有关规定和规范,完成了满足该区供电要求的35kV变电所初步设计。
设计中先对负荷进行了统计与计算,选出了所需的主变型号,然后根据负荷性质及对供电可靠性要求拟定主接线设计,考虑到短路对系统的严重影响,设计中进行了短路计算。
设计中还对主要高压电器设备进行了选择与计算,如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等,提高了整个变电所的安全性。
关键词:
35KV变电站总体设计
Abstract
AccordingtothedesignBeiwangliofZhaoxianelectricityloadinformationmadeground35kVsubstationsintheinitialdesign.Designspecificationcontentisdividedintothirteenchapters,includingthewiringdesign,loadcalculationsandtransformerselection,thechoiceofelectricalvoltage,substationsandsubstationsminelayout.Tothedesignbasedonactualload,thebestoperationbasedinsubstations,inaccordancewiththerelevantprovisionsandnorms,andcompletedtomeettherequirementsofthe35kVelectricitysubstationspreliminarydesign.
Designofthefirstloadofstatisticsandcalculations,electedforthechangemodels,andthenloadaccordingtothenatureandreliabilityofelectricityforthedevelopmentofthewiringdesign,takingintoaccounttheshort-circuitseriousimpactonthesystemdesignofashort-circuitbasis.Designofthemainhighvoltageelectricalequipmentonthechoicesandcalculations,suchascircuitbreakers,isolationswitches,voltagetransformer,currenttransformer.Inaddition,thedesignandcalculationofmine-protectedandenhancedthesecurityoftheentiresubstations.
Keywords:
35KV,Substation,Overalldesign
第一章绪论6
第一节我国目前电力工业的发展方针6
第二节变电站主要构成及分类7
一、变电站构成7
二、变电站的分类8
第二章负荷分析9
第一节变电站负荷分析9
第三章变电站主变压器的选择10
第一节主变台数的选择11
第二节绕组数量及连接方式确定11
第三节冷却方式的选择12
第四节调压方式的选择12
第五节主变容量的确定12
第六节主变压器参数计算13
第四章电气主接线的设计13
第一节主接线设计原则14
第二节电气主接线的基本要求15
第三节主接线的设计和论证16
第五章短路电流的计算23
第一节概述23
一、计算短路电流的意义23
二、短路电流计算的目的23
三、造成短路故障的原因24
四、短路电流计算的一般规定:
24
第二节短路电流计算25
一、变压器等值电抗计算25
二、短路点的确定25
三、各短路点三相短路电流计算28
第六章电气一次设备的选择29
第一节电气设备选择的一般原则29
第二节高压电气设备选择的一般标准29
第三节设备的选型30
一、高压断路器及隔离开关的选择30
二、导体的选择34
三、电流互感器的选择35
四、电压互感器的选择36
结论37
参考文献38
致谢39
第一章绪论
我国目前电力工业的发展方针
变电所是接受电能、变换电压、分配电能的环节,是供配电系统的重要组成部分,它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。
电力系统是由发电机,变压器,输电线路,用电设备（负荷）组成的网络,它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。
电力系统中的这些互联元件可以分为两类,一类是电力元件,它们对电能进行生产（发电机）,变换（变压器,整流器,逆变器）,输送和分配（电力传输线,配电网）,消费（负荷）;另一类是控制元件,它们改变系统的运行状态,如同步发电机的励磁调节器,调速器以及继电器等。
电气主接线是发电厂变电所的主要环节,电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定,是变电站电气部分投资大小的决定性因素。
随着国民经济的快速稳定发展,电能需求迅速增长,我国电网的规模日益扩大。
做好供配电工作,对促进工业生产、降低产品成本、实现生产自动化和工业现代化有着十分重要的意义,供配电系统的安全运行。
供电的中断将使生产停顿,生活混乱,甚至危及人身和设备安全,形成十分严重的后果。
停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。
因此,电力系统运行首先要满足可靠,持续供电的要求。
我国目前电力工业的发展方针是:
1在发展能源工业的基本方针指导下发展电力工业。
2电力工业发展速度必须与国民经济发展速度相适应。
3发挥水电优势,加快水电建设。
4建设大型矿口电厂,搞好煤、电、运平衡。
5在煤,水能源缺乏地区,有重点有步骤地建设核电厂。
6政企分开,省为实体,联合电网,统一调度,集资办电。
7因地制宜,多能互补,综合利用,讲求利益。
8节约能源,降低消耗。
9重视环境保护,积极防止对环境的污染。
第二节变电站主要构成及分类
变电站构成:
变电站由一次回路和二次回路构成。
一次回路:
配电系统中承担输送和分配电能任务的电路,称为一次回路,也称为主电路或主接线。
一次电路中所有的设备称为一次设备,如变压器、断路器、互感器等。
（1）变换设备。
按电力系统的要求,改变电压或电流大小的设备,如变压器、断路器、互感器等。
（2）控制设备。
用来控制一次电路通断的设备,如高低压断路器、开关等。
（3）保护设备。
用来对电力系统进行过电流和过电压保护的设备,如熔断器、避雷器等。
（4）补偿设备。
用来补偿电力系统中无功功率以提高功率因数的设备。
如并联电容器等。
（5）成套设备。
为了节省空间,按一次电路接线方案的要求,将有关的一次设备及其二次设备组合成一体的电气装置,如高低压开关柜、低压配电箱等。
二次回路:
凡用到来控制、指示、监测和保护一次设备运行的电路,称为二次回路,也叫二次接线。
二次回路中所有的电气设备称为二次设备,如仪表、继电器、操作电源等。
变电站的分类
变电所根据它在系统中的地位,可分为下列几类:
（1）枢纽变电所
位于电力系统的枢纽点,连接电力系统高压和中压的几个部分,汇集多个电源,电压为330~500kV的变电所,称为枢纽变电所。
全所停电后,将引起系统解列,甚至出现瘫痪。
（2）中间变电所
高压侧以交换潮流为主,起系统交换功率的作用,或使长距离输电线路分段,一般汇集2~3个电源,电压为220~330kV,同时又降压供当地用电,这样的变电所起中间环节的作用,所以叫中间变电所。
全所停电后,将引起区域电网解列。
（3）地区变电所
高压侧一般为110~220kV,向地区用户供电为主的变电所,这是一个地区或城市的主要变电所。
全所停电后,仅使该地区中供电。
（4）终端变电所
在输电线路的终端,接近负荷点,高压侧电压为110kV,经降压后直接向用户供电的变电所,即为终端变电所。
全所停电后,只是用户受到损失。
负荷分析
第一节变电站负荷分析
一、变电站类型:
35kv地方降压变电站
二、电压等级:
35kV/10kV
三、负荷情况
35kV:
最大负荷12.6MVA
10kV:
最大负荷8.8MVA
四、进,出线情况:
35kV侧2回进线
10kV侧6回出线
五、系统情况:
（1）35kv侧基准值:
SB100MVAUB137KV
（2）10kV侧基准值:
SB100MVAUB210.5KV
（3）线路参数:
35kv线路为LGJ-120,其参数为
r10.236Ω/km
X10.348Ω/km
Ω/km
Zz1*l0.436*104.36Ω
六、气象条件:
最热月平均气温30℃变电站是电力系统的需要环节,它在整个电网中起着输配电的重要作用。
本期设计为企业35KV降压变电站,其主要任务是企业生产设备供电,为保证可靠的供电及电网发展的要求,在选取设备时,应尽量选择动作可靠性高,维护周期长的设备。
根据设计任务书的要求,设计规模为10kV出线6回,35Kv进线2回;负荷状况为35kV最大12.6MVA,10kV最大8.8MVA。
变电站主变压器的选择
电力变压器（powertransformation文字符号T或TM）,是变电所中最关键的一次设备,其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低,以利于电能的合理输送和分配。
第一节主变台数的选择
正确选择变压器的台数,对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义。
选择主变压器台数时应考虑原则是:
（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。
对供有大量一二级负荷的变电所,应采用两台变压器,以便一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。
对只有二级负荷而无一级负荷的变电所,也可以只采用一台变压器,但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源,或另有自备电源。
（2）对季节性负荷或负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所,可以考虑采用两台变压器。
（3）除上述两种情况外,一般车间变电所宜采用一台变压器。
但是负荷集中而容量相当大的变电所,虽为三级负荷,也可采用两台或多台变压器。
（4）在确定变电所主变压器台数时,应适当考虑负荷的发展,留有一定的余地。
变压器的运行可靠性高,发生故障的几率很小,检修周期长,损耗低,所以在选择时一般不考虑主变压器的备用。
同时,随着技术的进步,便器呀的容量可以做得很大,由于单位容量的造价岁单台容量的增加而下降,因此,减少变压器的台数,提高变压器容量,可以降低变压器的本体投资。
因此,在中小型水电站,变电站中,一般主变压器的台数取1-2台为宜。
在本变电站设计中,具有2个电压等级,由于本变电站企业变电站,所以主变台数选择2台,运行时,两台同时运行,互为备用。
第二节绕组数量及连接方式确定
变压器绕组的连接方式必须和系统电压相一致,否则不能并列运行,本变电所有35kV、10kV两个电压等级,根据设计规程规定,“具有两个电压等级的变电所中,首先考虑双绕组变压器。
电力系统采用的绕组连接方式只有星形三角形,高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。
我国110KV及以上电压,变压器绕组都采用星形连接,35KV亦采用星形连接,其中性点多通过消弧线圈接地,35KV以下电压,变压器绕组都采用三角形连接。
由于35KV采用星形连接方式与220KV、110KV系统的线电压相位角为零度（相位12点）,这样当电压为220\110\35KV,高、中压为自耦连接时,变压器的第三绕组加接线方式就不能三角形连接,否则就不能与现有35KV系统并网。
因而就出现所谓三个或两个绕组全星形连接的变压器。
变压器采用绕组连接方式有D和Y,我国35KV采用Y连接,35KV以下电压的变压器有国标Y/d11、Y/Y0等变电所选用主变的连接组别为Y/d11连接方式。
故本次设计的变电所选用主变的连接组别为YN/d11型。
第三节冷却方式的选择
主变压器一般采用的冷却方式有自然风冷却,强迫油循环风冷却,强迫油循环水冷却。
本次设计选择的是小容量变压器,故采用自然风冷却。
第四节调压方式的选择
变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头,从而改变变压器变比来实现的。
切换方式有两种:
无激励调压,调整范围通常在±5%以内;另一种是有载调压,调整范围可达30%,设置有载调压的原则如下:
1、对于220KV及以上的降压变压器,反在电网电压可能有较大变化的情况下,采用有载调压方式,一般不宜采用。
当电力系统运行确有需要时,在降压变电所亦可装设单独的调压变压器或串联变压器。
2、对于110KV及以上的变压器,宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式。
3、接于出力变化大的发电厂的主变压器,或接于时而为送端,时而为受端母线上的发电厂联络变压器,一般采用有载调压方式。
普通型的变压器调压范围小,仅为±5%,而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时,仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。
另外,普通变压器的调整很不方便,而有载调压变压器可以解决这些问题。
它的调压范围较大,一般在15%以上,而且要向系统传输功率,又可能从系统反送功率,要求母线电压恒定,保证供电质量情况下,有载调压变压器,可以实现,特别是在潮流方向不固定,而要求变压器可以副边电压保持一定范围时,有载调压可解决,因此选用有载调压变压器。
故本次设计选用主变的调压方式为有载调压。
第五节主变容量的确定
主变容量选择一般按变电所建成以后5~10年的规划负荷选择,并适当考虑到远期10~20年发展。
装有两台主变压器的变电站,每台主变压器容量S应同时满足以下两个条件:
（1）任意一台变压器单独运行时,宜满足总计算负荷S的60%~70%的需要,即S0.6~0.7S
（2）任意一台变压器单独运行时,应满足全部一、二级负荷S的需要,即S≥S
即:
SN0.6S/N-1MVA
式中N为变电所主变压器台数,本题目中N2。
注:
本变电所输出总容量为,
S3P/cosΦ+3S18800KVA
根据公式得:
SN6300KVA
根据以上条件,选择S9-6300/35变压器。
第六节主变压器参数计算额定电压高压侧35±2×2.5%,低压侧10.5kV,连接组别为YN,d11,阻抗电压百分数Uk%7.5%,Pk34.50KW
第四章电气主接线的设计
为满足生产需要,变电站中安装有各种电气设备,并依照相应的技术要求连接起来。
把变电站、断路器等按预期生产流程连成的电路,称为电气主接线。
电气主接线是由高压电器通过连接线,按其功能要求组成接受和分配电能的电路,成为传输强电流、高电压的网络,故又称为一次接线或电气主系统。
用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列,详细地表示电气设备或成套装备的全部基本组成和连接关系的单线接线图,称为主接线电路图。
第一节主接线设计原则
电气主接线设计应满足安全性、可靠性、灵活性、经济性四项基本要求,其具体要求如下:
一、安全性应符合国家标准和有关技术规范的要求,能充分保证人身和设备的安全。
（1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧,必须装设高压隔离开关;
（2）在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧,必须装设低压隔离开关（刀开关）;
（3）在装设高压熔断器、负荷开关的出线柜母线侧,必须装设高压隔离隔离开关;
（4）35KV及以上的线路末端,应装设与隔离开关连锁的接地刀闸。
（5）变配电所高压母线上及架空线路末端,必须装设避雷器。
装于母线上的避雷器,宜与电压互感器共用一组隔离开关;接与变压器引出的避雷器,不宜装设隔离开关。
二、可靠性研究可靠性应该重视国内外长期运行的实践经验和定性分析,要考虑发电厂或变电站在电力系统中的地位和作用、所采用的设备的可靠性以及结合一次设备和相应的二次部分在运行中的可靠性进行综合分析。
其具体要求如下:
（1）断路器检修时不应影响供电。
系统有重要负荷,应能保证安全、可靠的供电。
（2）断路器或母线故障以及母线检修时,尽量减少停运出线回数及停电时间,并且要保证全部一级负荷和部分二级负荷的供电。
（3）尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。
防止系统因为某设备出现故障而导致系统解裂。
（4）大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。
三、灵活性应能适应供电系统所需要的各种运行方式,便于操作维护,并能适应负荷的发展,有扩充改建的可能性。
其具体要求如下:
（1）变配电所的高低压母线,一般采用单母线或单母线分段接线;
（2）35KV及以上电源进线为双2网络时,宜采用桥型接线或线路变压器组接线;
（3）电气主接线方案应与主变压器经济运行的要求相适应;
（4）需带负荷切换主变压器的变电所,高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关;
（5）调度时应该可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路,调配电源和负荷,满足系统在事故运行方式,检修运行方式以及特殊运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。
（6）检修时可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备,进行安全检修而不致影响电力网的运行和对车间的供电。
（7）扩建时可以容易地从初期接线过渡到最终接线。
在不影响连续供电或停运时间最短的情况下,投入新装机组,变压器或线路而不互相干扰,并且对一次和二次部分的改建工作最少。
4、经济性在满足上述要求的前提下,应尽量使主接线简单,投资少,运行费用低,并节约电能和有色金属消耗量,应尽可能选用技术先进又经济适用的节能产品。
其具体要求如下:
（1）主接线应力求简单,经节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。
（2）要能使继电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设备和控制电缆。
（3）要能限制短路电流,以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。
（4）如能满足系统的安全运行及继电保护要求,35kV及其以下终端或分支变电所可采用简易电器。
（5）占地面积少:
主接线设计要为配电装置布置创造条件,尽量使占地面积减少。
（6）电能损失少:
经济合理地选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变压器）、容量、数量,要避免因两次变压而增加的电能损失。
（7）中、小型工厂变配电所一般采用高压少油断路器,在需要频繁操作场合,应采用真空断路器或SF断路器。
第二节电气主接线的基本要求
主接线设计的基本要求:
一、可靠性:
1.断路器检修时不应影响对重要负荷供电;
2.断路器或母线故障及母线检修时,尽量减少停运的回路数和停运时间,并要保证对一类负荷和大部分二类负荷的供电;
3.尽量避免变电站全部停电的可能。
二、灵活性:
1.主接线应满足调度、检修及扩建时的灵活性;
2.调度时可以灵活的切除和投入变压器和线路,调配电源和负荷,满足系统在事故运行方式、检修运行方式及特殊运行方式下的调度要求。
3.检修时,可以方便地停运断路器、母线及继电保护设备,进行安全检修而不影响电网的运行和对用户的供电。
4.扩建时可以容易的从初期接线过渡到最终接线,在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,投入新装机组变压器或线路而不互相干扰,并且对一次和二次部分改建的工作量最少。
三、经济性:
1.主接线应力求简单,以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备;
2.继电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设备和控制电缆;
3.能够限制短路电流,以便选择廉价的电气设备或轻型设备;
4.能满足系统安全和继电保护的要求。
第三节主接线的设计和论证
几种常用的主接线方案,下面逐一论证其接线的利弊。
单母线接线
单母线接线的特点是每一回线路均经过一台断路器和隔离开关接于一组母线上。
优点:
（1）、接线简单清晰、设备少、操作方便。
（2）、投资少,便于扩建和采用成套配电装置
缺点:
1、可靠性和灵活性较差。
任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修均需使整个配电装置停电。
（2、单母线可用隔离开关分段,但当一段母线故障时,全部回路仍需停电,在用隔离开关将故障的母线分开后才能恢复非故障段的供电。
适用范围:
单母线接线不能满足对不允许停电的重要用户的供电要求,一般用于6-220kV系统中,出线回路较少,对供电可靠性要求不高的中、小型发电厂与变电站中。
二、单母线分段接线
1、用隔离开关分段的单母线接线
这种界限实际上仍属不分段的单母线接线,只是将单母线截成两个分段,其间用分段隔离开关连接起来。
这样做的好处是两段母线可以轮流检修,缩小了检修母线时的停电范围,即检修任一段母线时,只需断开与该
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