110kv降压变电站电气部分设计.docx
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110kv降压变电站电气部分设计
摘要...........................................................1
第一章原始资料及其分析..................................2
1.1原始资料....................................................2
1.2原始资料分析................................................3
第二章负荷分析..........................................4
2.1负荷分析的目的..............................................4
2.2待建变电站负荷计算..........................................5
第三章变压器的选择......................................6
3.1变电站主变压器的选择........................................6
3.2变压器类型的确定............................................8
3.3中性点的接地方式............................................9
第四章电气主接线.......................................10
4.1对电气主接线的基本要求.....................................10
4.2电气主接线的基本原则......................................11
4.3待建变电站的主接线形式.....................................12
第五章短路电流计算.....................................17
5.1短路电流计算的目的和条件...................................17
5.2短路电流的计算步骤和计算结果...............................18
第六章继电保护的配置...................................19
6.1保护原则...................................................19
6.2变电所继电保护配置.........................................21
第七章防雷与接地保护...................................23
7.1雷电的形式及防雷措施.......................................23
7.2接地的形式及作用...........................................24
结束语.........................................................25
致谢..........................................................26
参考文献.......................................................27
附录...........................................................28
摘要
本文为110kv降压变电站电气部分设计。
通过对变电站的概括以及出线方向来考虑,并通过对负荷资料的分析,安全,经济及可靠性方面考虑,确定了110kV,35kv,10kV系统的主接线,然后又通过负荷计算供电范围确定了主变压器台数,容量及型号,负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法,计算负荷确定得是否正确无误,直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
短路是电力系统中较常发生的故障。
短路电流直接影响电器的安全,危害主接线的运行。
为使电气设备能承受短路电流的冲击,往往需选用大容量的电气设备。
这不仅增加了投资,甚至会因开断电流不能满足而选不到符合要求的电气设备。
因此要求我们在设计变电站时一定要进行短路计算。
同时也确定了站用变压器的容量及型号,主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构,它的选择依据除了依据基础资料外,还取决于输送功率的大小,与系统联系的紧密程度。
另外主变选择的好坏对供电可靠性和以后的扩建都有很大影响。
从而完成了110kV变电站电气部分的设计。
关键词:
负荷计算,短路计算,变压器,继电保护
Inthispaper,thedesignof110kVsubstationelectricalpart.Throughthesummaryofthesubstationandoutletdirectiontoconsider,andthroughtheanalysisofthedataofload,security,economicandreliabilityconsiderations,determinedthe110kV,35kV,10kVsystemmainwiring,andthenthroughtheloadcalculationscopeofsupplyidentifiedmaintransformerunits,capacityandmodels,loadcalculationisthebasisandmethodofdesignandcalculationofpowersupply,loadcalculationdeterminedwhetheriscorrect,directlyaffectthechoiceofelectricalwireandcableiseconomicalandreasonable.Shortcircuitisacommonfaultinpowersystem.Shortcircuitcurrentdirectlyaffectsthesafetyoftheelectricalequipmentandtheoperationofthemainwiring.Inordertomakeelectricalequipmentwithstandtheimpactofshortcircuitcurrent,itisoftennecessarytouselargecapacityofelectricalequipment.Thisnotonlyincreasestheinvestment,andevencannotmeettherequirementsofthecurrentduetoopencurrentcannotmeettherequirementsoftheelectricalequipment.Itisthereforerequiredthatwemustcarryoutshort-circuitcalculationinthedesignofsubstation.Alsodefinethestationtransformercapacityandmodels,maintransformercapacityandunitsdirectlyinfluencethestructureofthemainwiringformsanddistributiondevice,itisthechoiceofbasisexceptonthebasisofdata,alsodependsonthetransmissionpowerofthesize,connectedtothesystemofclosedegree.Inaddition,thechoiceofthemaintransformerhasagreatinfluenceonthereliabilityofpowersupplyandthelaterexpansion.Thuscompletedthe110kVsubstationelectricalpartdesign.
Keywords:
loadcalculation,shortcircuitcalculation,transformer,relayprotection
第一章原始资料及其分析
1.1原始资料
待建变电站在输电线路的终端,接近负荷中心,高压侧为110KV,经降压后直接向所属地区供电。
因此,本变电站是按系统规划,为满足地方负荷的需要而建设的地区变电所。
电压等级
变电站的电压等级分别为110kV,35kV,10kV。
110kV:
2回
35kV:
7回
10kV:
12回
地形地质环境
站址选择在地势平坦地区,位于城郊结合部,交通便利,进出线方便,完全污染轻微,待设计变电站选在黄沙土地壤时:
电阻率不大于500。
待建变电站负荷数据(表1-1)
表1-1待建成变电站各电压等级负荷数据
电压等级
用电单位
最大负荷(kW)
功率因数
回路数
供电方式
线路长度(km)
35kV
市镇变1
6000
0.9
1
架空
15
市镇变2
7000
0.92
1
架空
8
煤矿变
4500
0.85
2
架空
10
化肥厂
4300
0.85
2
架空
7
砖厂
5000
0.85
1
架空
11
10kV
镇区变
1000
0.9
3
架空
5
机械厂
800
0.89
2
电缆
2
纺织厂1
700
0.89
1
电缆
3
纺织厂2
800
0.88
2
架空
7
农药厂
600
0.88
1
架空
4
面粉厂
700
0.9
1
架空
5
耐火材料厂
800
0.9
2
架空
2
注:
(1)35kV,10kV负荷功率因数均取cos
=0.9(无功补偿以后)
(2)负荷同时率:
35kVkt=0.910kVkt=0.85
(3)网损率为A%=5%
(4)站用负荷为50kW
1.2原始资料分析
机组停运
要设计的变电站由原始资料可知有110千伏,35千伏,10千伏三个电压等级。
待建变电站选择在地势平坦区为以后的扩建提供了方便。
初期投入两台变压器,当一台故障或检修时,另一台主变压器的容量应能满足该站总负荷的70%,并且在规定时间内应满足一、二级负荷的需要。
无功补偿
无功补偿的目的是系统功率因数过低,降低了发电机和变压器的出力,增加了输电线路的损耗和电压损失。
电力系统要求用户的功率不低于0.9,因此必须采取措施提高系统功率因数,目前提高功率因数的常用方法是装设电容器补偿无功。
计算得:
35kv侧:
Q35KV=15120kvar
10kv侧:
Q10KV=13230kvar
第二章负荷分析
2.1负荷分析的目的
负荷计算是供电设计计算的基本依据和方法,计算负荷确定得是否正确无误,直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
对供电的可靠性非常重要。
如计算负荷确定过大,将使电器和导线选得过大,造成投资和有色金属的消耗浪费,如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁,造成重大损失,由此可见正确负荷计算的重要性。
负荷计算不仅要考虑近期投入的负荷,更要考虑未来几年发展的远期负荷,如果只考虑近期负荷来选择各种电气设备和导线电缆,那随着经济的发展,负荷不断增加,不久我们选择的设备和线路就不能满足要求了。
所以负荷计算是一个全面地分析计算过程,只有负荷分析正确无误,我们的变电站设计才有成功的希望。
2.2待建变电站负荷计算
由公式:
式中Sc——某电压等级的计算负荷
Kt
——同时系数
а%——该电压等级电网的线损率,一般取5%
P、cos
——各用户的负荷和功率因数
(1)35kV侧
S35KV=58.8MVA
(2)10kV侧
S10KV==48.6MVA
(3)站用电容量
S站=0.0525MVA
第三章变压器的选择
主变的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构,它的选择依据除了依据基础资料外,还取决于输送功率的大小,与系统联系的紧密程度。
另外主变选择的好坏对供电可靠性和以后的扩建都有很大影响。
总之主变的选择关系到待建变电站设计的成功与否,所以对主变的选择我们一定要全方面考虑。
既要满足近期负荷的要求也要考虑到远期。
3.1变电站主变压器的选择
变压器选择原则:
(1)在变电所中,一般装设两台主变压器;终端或分支变电所,如只有一个电源进线,可只装设一台主变压器;对于330kV、550kV变电所,经技术经济为合理时,可装设3-4台主变压器。
(2)对于330kV及以下的变电所,在设备运输不受条件限制时,均采用三相变压器。
500kV变电所,应经技术经济论证后,确定是采用三相变压器,还是单相变压器组,以及是否设立备用的单相变压器。
(3)装有两台及以上主变压器的变电所,其中一台事帮停运后,其余主变压器的容量应保证该所全部负荷的60%以上,并应保证用户的一级和全部二级负荷的供电。
(4)具有三种电压等级的变电所,如各侧的功率均达到主变压器额定容量的15%以上,或低压侧虽无负荷,但需装设无功补偿设备时,主变压器一般先用三绕组变压器。
(5)与两种110kV及以上中性点直接接地系统连接的变压器,一般优先选用自耦变压器,当自耦变压器的第三绕组接有无功补偿设备时,应根据无功功率的潮流情况,校验公共绕组容量,以免在某种运行方式下,限制自耦变压器输出功率。
(6)500kV变电所可选用自耦强迫油循环风冷式变压器。
主变压器的阻抗电压(即短路电压),应根据电网情况、断路器断流能力以及变压器结构选定。
(7)对于深入负荷中心的变电所,为简化电压等级和避免重复容量,可采用双绕组变压器。
3.1.1主变台数的确定
由原始资料可知,待建变电站负荷大,出线多,所以考虑初期用两台大容量主变。
两台主变压器,可保证供电的可靠性,避免一台变压器故障或检修时影响对用户的供电。
随着未来经济的发展,可再投入一台变压器。
3.1.2主变压器容量的确定
主变压器容量一般按变电所建成后5-10年规划负荷选择,并适当考虑到远期10-20年的负荷发展,对于城市郊区变电所,主变压器应与城市规划相结合。
此待建变电站坐落在郊区,10kV主要给某开发区供电,35kV主要给下面乡镇及几个大企业供电。
考虑到开发区及其乡镇的发展速度非常快,所以我们选择大容量变压器以满足未来的经济发展要求。
确定变压器容量:
(1)变电所的一台变压器停止运行时,另一台变压器能保证全部负荷的70%,即
=S∑70%=107.4×70%=75.18(MVA)
(2)单台变压器运行要满足一级负荷的供电需要
一级负荷为0.9×(18+16+12+10+9+12)/0.9=77MVA
由于变压器允许过负荷10%,即过负荷以后容量至少大于77MVA
所以变压器的容量确定为75MVA
3.2变压器类型的确定
相数的选择
变压器的相数形式有单相和三相,主变压器是采用三相还是单相,主要考虑变压器的制造条件、可靠性要求及运输条件等因素。
一台三相变压器比三台单相变压器组成的变压器组,其经济性要好得多。
规程上规定,当不受运输条件限制时,在330kV及以下的发电厂用变电站,均选用三相变压器。
同时,因为单相变压器组相对来讲投资大、占地多、运行损耗也较大,而不作考虑。
因此待建变电站采用三相变压器。
绕组形式
绕组的形式主要有双绕组和三绕组。
规程上规定在选择绕组形式时,一般应优先考虑三绕组变压器,因为一台三绕组变压器的价格及所用的控制电器和辅助设备,比两台双绕组变压器都较少。
对深入引进负荷中心,具有直接从高压变为低压供电条件的变电站,为简化电压等级或减少重复降压容量,可采用双绕组变压器。
三绕组变压器通常应用在下列场合:
(1)在发电厂内,除发电机电压外,有两种升高电压与系统连接或向用户供电。
(2)在具有三种电压等级的降压变电站中,需要由高压向中压和低压供电,或高压和重压向低压供电。
(3)在枢纽变电站中,两种不同的电压等级的系统需要相互连接。
(4)在星形-星形接线的变压器中,需要一个三角形连接的第三绕组。
本待建变电站具有110kV,35kV,10kV三个电压等级,所以拟采用三绕组变压器。
普通型和自耦型的选择
自耦变压器是一种多绕组变压器,其特点就是其中两个绕组除有电磁联系外,在电路上也有联系。
因此,当自耦变压器用来联系两种电压的网络时,一部分传输功率可以利用电磁联系,另一部分可利用电的联系,电磁传输功率的大小决定变压器的尺寸、重量、铁芯截面积和损耗,所以与同容量、同电压等级的普通变压器比较,自耦变压器的经济效益非常显著。
由于自耦变压器的结构简单、经济,在110kV级以上中性点直接接地系统中,应用非常广泛,自耦变压器代替普通变压器已经成为发展趋势。
因此,综合考虑选用自耦变压器。
3.3中性点的接地方式
电网的中性点的接地方式,决定了主变压器中性点的接地方式。
本变电站所选用的主变为自耦型三绕组变压器。
规程上规定:
凡是110kV-500kV侧其中性点必须要直接接地或经小阻抗接地;主变压器6-63kV采用中性点不接地。
所以主变压器的110kV侧中性点采用直接接地方式,35kV,10kV侧中性点采用不接地方式。
综上所述和查有关变压器型号手册所选主变压器的技术数据如下表3-1:
表3-1变压器型号
型号及容量(kVA)
额定电压
高压/中压/低压(kV)
空载损耗(kW)
短路损耗(kW)
空载电流%
阻抗电压(%)
高中
高低
中低
SFPSZ7-75000/110
115/38.5/10.5
80
385
1.2
22.5
13
8
第四章电气主接线
电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分,也是构成电气系统的主要部分。
电气主接线是由电气设备通过连接线,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。
由于本设计的变电站有三个电压等级,所以在设计的过程中首先分开单独考虑各自的母线情况,考虑各自的出线方向。
论证是否需要限制短路电流,并采取什么措施,拟出几个把三个电压等级和变压器连接的方案,对选出来的方案进行技术和经济综合比较,确定最佳主接线方案。
4.1对电气主接线的基本要求
对电气主接线的基本要求,概括地说包括可靠性、灵活性和经济性三方面
安全可靠是主接线的首要任务,保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。
电气主接线的可靠性不是绝对的。
所以在分析电气主接线的可靠性时,要考虑发电厂和变电站的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备的制造水平及运行经验等诸多因素。
灵活性
电气主接线应能适应各种运行状态,并能灵活的进行运行方式的转换。
灵活性包括以下几个方面:
(1)操作的灵活性
(2)调度的灵活性
(3)扩建的灵活性
经济性
在设计主接线时,主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。
通常设计应满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。
经济性主要通过以下几个方面考虑:
一、节省一次投资。
如尽量多采用轻型开关设备等。
二、占地面积少。
由于本变电站占用农田所以要尽量减少用地。
三、电能损耗小。
电能损耗主要来源变压器,所以一定要做好变压器的选择工作。
另外主接线还应简明清晰、运行维护方便、使设备切换所需的操作步骤少,尽量避免用隔离开关操作电源。
4.2电气主接线的基本原则
电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据,以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准则,结合工程实际情况,在保证供电可靠、调度灵活、满足各种技术要求的前提下,兼顾运行、维护方便,尽可能的节省投资,就地取材,力争设备元件和设计的先进性与可靠性,坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
4.3待建变电站的主接线形式
110kV侧
方案
(一):
采用单母线接线如图4-1
图4-1
考虑到110kV侧有两条进线,因而可以选用单母线接线。
其优点:
接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。
缺点是:
(1)当母线或母线隔离开关检修或发生故障时,各回路必须在检修和短路时事故来消除之前的全部时间内停止工作,造成经济损失很大。
(2)引出线电路中断路器检修时,该回路停止供电。
(3)调度不方便,电源只能并列运行,不能分裂运行,并且线路侧发生故障时,有较大的短路电流。
方案
(二):
单母线分段如图4-2
优点:
(1)母线发生故障时,仅故障母线停止供电,非故障母线仍可继续工作,缩小母线故障影响范围。
(2)对双回线路供电的重要用户,可将双回路接于不同的母线段上,保证对重要用户的供电。
缺点:
当一段母线故障或检修时,必须断开在该段上的全部电源和引出线,这样减少了系统的供电量,并使该回路供电的用户停电。
图4-2
方案(三):
双母线接线如图4-3
优点:
(1)供电可靠,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至于供电中断,一组母线故障后能迅速恢复供电,检修任一组的母线隔离开关时只停该回路。
(2)扩建方便,可向双母线的左右任何一个方向扩建,均不影响两组母线的电源和负荷的平均分配,不会引起原有回路的停电,以致连接不同的母线段,不会如单母线分段那样导致交叉跨越。
(3)便于试验,当个别回路需要时单独进行试验时可将该架路分开,单独接至一组母线上。
缺点:
(1)增加一组母线和每回路需增加一组母线隔离开关,投次大。
(2)当母线故障或检修时,隔离开关作为倒换操作电器容易误操作,为了避免隔离开关误操作需在隔离开关和断路之间装设连锁装置。
对于110kV侧来说,因为它要供给较多的一类、二类负荷、因此其要求有较高的可靠性。
图4-3
对比以上三种方案,单母线接线供电可靠性、灵活性最差,不符合变电所的供电可靠性的要求;双母线接线供电可靠性高,但无旁路母线检修断路器时需要停电而且双母线接线复杂,使用设备多、投资较大;采用单母线分段带旁路的电气接线可将I、II类负荷的双回电源线不同的分段母线上,当其中一段母线故障时,由另一段母线提供电源,从而可保证供电可靠性;而且带旁路可以在检修断路器时对用户进行供电。
故经过综合考虑采用方案
(二)。
35kV侧
方案
(一):
采用单母线接线
优点:
接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便、且有利于扩建。
缺点:
可靠性、灵活性差,母线故障时,各出线必须全部停电。