231500KVA与110KV10KV降压变电站设计说明书.docx
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231500KVA与110KV10KV降压变电站设计说明书
第一章设计概述………………………………………………………1
第二章电气主接线的方案设计、选择、确定………………………3
第三章所用电接线的设计……………………………………………9
第四章短路电流的计算………………………………………………11
第五章电气设备选择…………………………………………………18
第一节电气设备选择的原则及条件…………………………………18
第二节10KV配电装置电气设备选型…………………………………19
第三节110KV配电装置电气设备选型………………………………28
第六章电气设备布置…………………………………………………33
第一节配电装置布置要求……………………………………………33
第二节配电装置的分类………………………………………………34
第三节配电装置布置…………………………………………………34
设备清单……………………………………………………………………35
第一章设计概述
一、设计任务
根据地区负荷需要,新建一座2×31500KVA、110KV/10KV降压变电站C。
要求做该变电站电气一次初步设计。
二、设计依据
《35～110KV变电所设计规》GB50059－92。
三、设计原始资料
1、电力系统部分
<1>与电力系统联接示意图
图1－1接入系统示意图
<2>系统参数：
系统220KV母线的短路容量为2800MVA。
变电站A有三台220KV/110KV/10KV变压器,每台额定容量120MVA,额定电压220±8×1.25%/121/10.5KV,阻抗电压：
ud1-2%=13.3%,ud1-3%=21.8%,ud2-3%=7.3%,Y0/Y0/△-12-11接线,中性点接地运行；变电站B有两台220KV/110KV/35KV变压器,每台额定容量90MVA,额定电压220±8×1.25%/121/38.5KV,阻抗电压：
ud1-2%=13.3%,ud1-3%=21.8%,ud2-3%=7.3%,Y0/Y0/△-12-11接线组别,中性点接地运行。
2、变电站负荷
本变电站10KV侧负荷共有24回,其中四回留为备用,每一回出线的最大负荷为2200KW,功率因数0.85,最小负荷按照最大负荷的70%考虑,最大年负荷利用小时数4200h。
3、环境给定条件
变电站选址为开阔的黄土地,有公路可达,地处海拔90m,土壤电阻率2.5×104Ω·cm,地下深处〔0.8m〕的温度为28℃,最热月月平均最高温度为34℃,最冷月月平均最低温度为8℃,年雷暴日数平均为63.2日。
4、其它未给定的条件,设计中按照规常规考虑。
四、工作容
1、变电站主接线方案的设计、选择、确定；
2、变电站主变型号的造反确定；
3、变电站站用变的容量、型号造反确定；
4、变电站短路电流计算；
5、变电站主要一次设备的选择确定；
6、变电站主要电气设备平面布置设计
五、完成作品
1、设计说明书
2、设计图纸：
主接线图、10KV屋配电装置平面布置图、10KV屋配电装置接线图。
第二章电气主接线方案设计、选择、确定
一、电气主接线设计的基本要求和原则
1、供电可靠性：
⑴因事故被迫中断供电的机会越少,停电影响围越小,停电时间越短,主接线可靠性程度就越高；
⑵供电可靠性的客观衡量标准是运行实践,衡量主接线运行可靠性的标志是：
①断路器检修时,能否不影响供电；
②线路、断路器或母线故障时,以及母线检修时,停运出现回路数的多少和停电时间的长短,以及能否保证对重要用户的供电。
因事故被迫中断供电面积少,停电影响围越小,停电时间越短,主接线可靠性越高,衡量电能质量的好坏的基本指标是电压、频率、供电连续可靠。
主接线在各种运行方式下应能满足要求。
2、供电灵活性方便性：
<1>灵活性：
应能灵活地投入〔或切除〕某些机组,变压器或线路,调配电源和负荷,不仅在正常安全地供电,并且能满足系统在事故,检修及特殊运行方式下的调度和要求,能灵活地进行运行方式的转换。
<2>方便性：
力求接线简单、清晰、明了,使运行人员操作,检修方便,以避免误操作,应能方便地停运断路器,母线及其断电保护设备,进行安全检修而不影响电力网的正常运行和对用户供电。
3、经济性：
<1>投资省：
A：
主接线应简单、清晰,以节约断路器,隔离开关等一次设备的投资；B：
要使控制、保护方式不过于复杂,以利于运行并节约二次设备和电缆投资；C：
要适当限制短路电流,以便选择轻型,价格合理的电器设备。
<2>占地面积小：
A：
电气主接线设计要配电装置的布置创造条件,以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用；B：
在运输条件许可的地方采用三相变压器。
<3>电能损耗少、经济合理地选择主变压器的型式,容量和台数避免二次变压而增加电能损失。
<4>具有扩建和发展性。
.变电所主接线应根据5~10年电力系统发展规划进行设计。
从全局出发,统筹兼顾,根据本变电所在系统中的地位、进出线回路数、负荷情况、工程特点、周围环境条件等,确定合理的设计方案并具有扩建的可能性。
.主接线设计要留有余地,不仅要考虑最终接线的实现,同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。
应能容易地从初期过渡到最终接线,使在扩建过渡时,一次和二次设备等所需的改造最少。
二、变电所主变压器台数、容量的选择
<一>主变压器选择的原则：
1、主变压器台数
<1>为保证供电的可靠性,变电所一般装设两台变压器
<2>当只有一个电源或变电所可由低压电网取得备用电源给重要负荷供电时,可装设一台。
2、主变压器容量
<1>主变压器容量应根据5-10年的发展规划进行选择,并考虑变压器正常运行和事故时的过负荷能力。
<2>对装一台变压器的变电所,变压器的额定容量应满足用电负荷的需要
<3>对装有二台的变压器的变电所中,当一台断开时,另一台变压器的容量一般保证60%全部负荷的供电,但应保证一级负荷和大部分二级负荷。
<4>主变压器容量选择还应考虑周围环境温度的影响。
3、主变压器型式选择原则
<1>相数的确定
在330KV及以下电力系统中,一般都采用三相变压器。
因为单相变压器相对来讲投资大、占地大、运行损耗也较大,同时配电装置结构复杂也增加了维修工作量。
<2>绕组数的确定
新建无人值班变电站深入负荷中心,只有两种电压等级,可采用双绕组变压器。
<3>绕组接线组别的确定
变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致,否则,不能并列运行。
对于110KV的变电站,主变压器一般采用YN,d11常规接线。
4、调压方式的确定
为了保证变电站的供电质量,电压必须维持在允许围。
通过变压器的分接头开关切换,改变变压器高压部分绕组匝数,从而改变其变比,实现电压调整。
切换方式有两种：
不带电切换,称为无激磁调压,另一种是带负荷切换,称为有载调压。
5、冷却方式
电力变压器的冷却方式,随其型式和容量不同而异,一般有以下几种类型
<1>自然风冷一般选用于7500KVA以下的小容量变压器。
<2>强迫空气冷却容量大于10000KVA的变压器,在绝缘允许的油箱尺寸下,即使有辐射器的散热装置仍达不到要求时,通常采用人工风冷。
<3>强迫油循环水冷却当油温降到一定程度时油的粘度增加使油流速降低,对大容量变压器达不到预期冷却效果时,采用此方法,在水源充足的条件下,采用这种冷却方式极为省利。
<4>强迫油循环风冷却其原理同于强迫油循环水冷却。
<5>强迫油徨导向冷却近年来大型变压器都采用这种冷却方式。
<6>水冷变压器将纯水注入空心绕组中,借助水的不断循环,将变压器中的热量带走。
此法复杂且价格较高。
<二>、主变压器的选择
主变容量按下式选择：
主变额定容量：
Sn≥0.6SM/Kθ〔Kθ为周围环境温度修正系数〕
变电站最大负荷：
SM=K∑Pm/COSΦ=0.8×2200×24÷0.85=49694KVA
K为负荷同时率,取0.8
每台：
Sn≥0.6×49694=29816KVA
根据国家标准规定的变压器额定容量,优先选择31500KVA。
考虑周围环境影响：
θp=〔34℃+8℃〕/2=21℃
Kθ=〔20℃-θp〕/100+1=0.99
则0.6×SM/Kθ=0.6×49694÷0.99=30117KVA
∵Sn＞30117KVA,故满足要求。
综上述,选用SFPZ7-31500/110三相油浸强迫油循环风冷型有载调压变压器,YN,d11接线,110±8×1.25%/11KV,uk%=10.5。
三、电气主接线的拟定
<一>主接线方案的拟定
为满足本地区负荷增长需要,新建110/10kv降压变电站。
本变电站通过两条输电线路与上一级区域变电所A、B连接。
一回长9km〔与A变接〕,另一回长11km〔与B变接〕。
10kv出线共24回,其中四回留为备用。
变电站高压侧一般采用的接线形式有：
〔1〕变压器—线路组接线,〔2〕桥型接线〔外桥和桥接线〕,〔3〕单母线接线,〔4〕单母接分段接线〔5〕单母线分段带旁路母线接线,〔6〕双母接线。
根据变电所主接线的设计原则和设计任务书提供的原始资料,并结合工程具体特点,该变电站高压侧进线为两回,本站按终端变电站的设计为原则,尽可能简化主接线,避免过于复杂的保护结构,并根据可靠性、灵活性、经济性的要求,考虑到电力系统今后5—10年的发展,并为满足变电站简化一次接线的要求,可初步拟定高压侧接线采用方案〔1〕：
单母线分段接线；〔2〕桥型接线。
由于线路较长,系统无经常性穿越功率流经本变电站,变压器可靠性高、检修周期长,无需经常切除变压器,故本变电站接线考虑选用桥接线。
〔3〕变电所10kv侧出线较多,有24回〔备用4回〕,均采用单母线分段接线。
<二>主接线方案的技术比较
1、技术优劣比较：
<1>单母线分段接线：
优点：
1、用断路器把母线分段后,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,保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。
缺点：
1、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时,该段母线的回路都要在检修期间停电；2、当母线为双回路时,常使架空线出现交叉跨越；3、扩建时需向两个方向均衡进行。
<2>桥接线：
优点：
高压断路器数量少,四个元件只需三台断路器。
缺点：
1、变压器的切除和投入较复杂,需操作两台断路器并影响一回线路暂时停运。
2、连接桥断路器检修时,两个回路需解列运行。
3、出线断路器检修时,线路要在此期间停运。
2、经济性优劣比较：
桥接线方案总投资Z与年运行费用U均比单母线分段小。
<三>最佳方案确定
综上述,在桥接线方案中,其Z和U均为最小。
因安全运行是电力企业生命线,单母线分段在运行中操作简单、灵活、供电可靠性高。
故本人选用单母线分段接线作为新建无人值班变电站的电气主接线。
图2－2主接线示意图
第三章所用电接线的设计
一、所用电设计原则
1、所用电电压等级的确定
变电所的所用电负荷,一般都比较小,其可靠性要求不如发电厂那样高。
变电所的主要所用电负荷是变压器冷却装置〔包括风扇、油泵、水泵〕、直流系统中的充放电装置和硅整流设备、空气压缩机、油处理设备、检修工具及采暖、通风、照明及供水等。
当变电所装有同步调相机时,还有调相机的空气冷却器和润滑系统的油泵和水泵等负荷。
这些负荷量都不太大,因此变电所的所用电压只需0.4KV一级,采用动力和照明混合供电方式.
2、所用电源的引接方式
当所有较低电压母线时,一般均由这类母线上引接1-2个电源,这一所用电源引接方式具有经济和可靠性较高的特点.如由不同电压等级的母线上分别引接两个所用电源,则更可保证所用电的不间断供电。
当有旁路母线时,可将一台所用变压器通过旁路隔离开头接到旁路母线上。
正常运行时,由工作母线供电。
在工作母线检修或进行试验时,则倒换到旁路母线上供电。
3、所用电接线
所用变压器低压侧多采用单母线分段方式。
当有两台所用变压器时,采用单母线分段接线方式,平时分列运行,以限制故障的围,提高供电可靠性。
二、本站所用电方案确定
1、接线方式、台数的确定
本站采用两台站变分别引自10KV两段母线,采用暗备用方式,即不另设专用的备用变压器,而将每台工作变压器的容量加大。
正常运行时,每台变压器都在不满载状态下运行,互为备用状态,当任一台工作变压器因故障而被迫停运后,站用负荷由完好的站变承担。
2、所用变压器容量、型号选择
站用电率取0.25%。
S=31500×0.25%=78.75KVA
选用SCB10-80/10型电力变压器作为站用变压器。
D,yn11接线,Uk%=4,10.5/0.4KV。
三、所用电接线图
第四章短路电流的计算
一、电流计算的目的
<1>在选择电气主接线时,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。
<2>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、可靠地工作,同时又力求节约资金,这就需要进行全面的短路电流计算。
<3>在设计屋外高压配电装置时,需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。
<4>在选择继电保护方式和进行整定计算时,需以各种短路的短路电流为依据。
<5>接地装置的设计,也需要用短路电流。
二、短路电流计算的一般规定
验算导体和电器时所用短路电流,一般有以下规定。
1、计算的基本情况
<1>电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；
<2>所有同步电机都具有自动调整励磁装置〔包括强行励磁〕；
<3>短路发生在短路电流为最大值的瞬间；
<4>所有电源的电动势相位角相同；
<5>应考虑对短路电流值有影响的所有元件,但不考虑短路点的电弧电阻。
对异步电动机的作用,仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。
2、接线方式
计算短路电流时所用的接线方式,应是尽可能发生最大短路电流的正常接线方式〔即最大运行方式〕,而不能公用在切换过程中可能并列运行接线方式。
3、计算容量
应按工程设计规划容量计算,并考虑电力系统的远景发展规划〔一般考虑工程建成后5-10年〕。
4、短路种类
一般按三相短路计算。
若发电机出口的两相短路,或中性点直接接地系统以及自耦变压器等回路中的单相〔或两相〕接地短路较三相短路严重时,则应按严重情况的进行校验。
5、短路计算点
在正常接线方式时,通过电器设备的短路电流为最大的地点,称为短路计算点。
对于带电抗器的6-10KV出线与厂用分支线回路,在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时,短路计算点应取在电抗器前。
选择其余的导体和电器时,短路计算点一般取在电抗器后。
三、短路电流的计算
1、绘制等值电路图
图4－1等值电路图
2、短路电流计算的基准值
短路电流的计算通常采用标么值进行近似计算。
取基准容量为100MVA,各级基准电压UB为其平均电压,即SB＝100MVA,UB1＝230KV,UB2＝115KV,UB3＝10.5KV。
3、网络参数的计算：
系统：
X1＝100÷2800＝0.036
线路：
X2＝16×0.4×100÷2302＝0.012
线路：
X3＝32×0.4×100÷2302＝0.
A变电所三绕组变压器标么值：
XⅠ*e＝÷200＝<13.3＋21.8－7.3>÷200＝0.
XⅡ*e＝÷200＝<13.3＋7.3－21.8>÷200＝－0.006
XⅢ*e＝÷200＝<21.8＋7.3－13.3>÷200＝0.
X4＝0.×100÷120＝0.116
X5＝－0.006×100÷120＝－0.005
X6＝0.×100÷120＝0.
B变电所三绕组变压器标么值：
XⅠ*e＝÷200＝<13.3＋21.8－7.3>÷200＝0.
XⅡ*e＝÷200＝<13.3＋7.3－21.8>÷200＝－0.006
XⅢ*e＝÷200＝<21.8＋7.3－13.3>÷200＝0.
X7＝0.×100÷90＝0.154
X8＝－0.006×100÷90＝－0.007
X9＝0.×100÷90＝0.088
X10＝9×0.4×100÷1152＝0.027
X11＝11×0.4×100÷1152＝0.033
X12＝X13＝10.5÷100×100÷31.5＝0.333
对于普通三绕组变压器,按上面方法求得的三个电抗中有一个是负值。
这是由于这种变压器的三个绕组中必有一个结构上处于其它两个绕组之间,而这个处于居中位置的绕组与于它两侧两个绕组间的两个漏抗之和又小于该两绕组相互间的漏抗。
因此,这种等值电抗为负值的现象并不真正表示该绕组有容性电抗。
对A变的等值网进行网络变换：
X14=X4+X5+X4×X5/X6＝0.116-0.005+0.116×<-0.005>÷0.=0.102
X15=X4+X6+X4×X6/X5＝0.116+0.+0.116×0.÷<-0.005>=-1.349
X16=X5+X6+X5×X6/X4＝-0.005+0.+<-0.005>×0.÷0.116=0.
把A变的三台三绕组变压器阻抗并联：
X17＝X14÷3＝0.102÷3=0.034
X18＝X15÷3＝-1.349÷3=-0.450
X19＝X16÷3＝0.÷3=0.019
对B变的等值网进行网络变换：
X20=X7+X8+X7×X8/X9＝0.154-0.007+0.154×<-0.007>÷0.088=0.135
X21=X7+X9+X7×X9/X8＝0.154+0.088+0.154×0.088÷<-0.007>=-1.694
X22=X8+X9+X8×X9/X7＝-0.007+0.088+<-0.007>×0.088÷0.154=0.
图4－3B变等值网络变换图
把B变的两台三绕组变压器阻抗并联:
X23＝X20÷2＝0.135÷2=0.068
X24＝X21÷2＝-1.694÷2=－0.847
X25＝X22÷2＝0.÷2=0.039
4、把4－1等值电路图简化,如图4－4:
图4-4等值网络简化图
5、短路点的选取及系统总阻抗的计算：
<1>当110KV母线上d1点发生短路时,短路网络可简化为：
X26＝X2+×X17/+X10＝0.076
X27＝X3+×X23/+X11=0.131
X28＝X26//X27＝0.076//0.131＝0.
图4-5110KV母线上发生短路时的网络简化图
系统对短路点的总电抗为X1+X28=0.036+0.=0.084,把本电力系统看作无限大容量系统,因此各时刻的短路电流均相等。
由I*＝1/X∑,求得I*＝1/0.084＝11.905
I″=I∞＝11.905×100/<√3×115>＝5.977KA
短路冲击电流：
ich＝2.55×I″＝2.55×5.977＝15.241KA
Ich=1.52I″=1.52×5.977=9.085KA
短路容量：
S=√3I″Ub=√3×5.977×115=1190.534MVA
<2>当10KV母线并列运行d2点发生短路时,网络可简化为：
图4-610KV母线并列运行发生短路时的网络简化图
X29＝//＝<0.076+0.333>//<0.131+0.333>＝0.217
短路回路总阻抗为：
X1+X29＝0.036+0.217＝0.253
由I*＝1/X∑,求得I*＝1/0.253＝3.953
I″=I∞＝3.953×100/<√3×10.5>＝21.736KA
短路冲击电流：
ich＝2.55×I″＝2.55×21.736＝55.426KA
Ich=1.52I″=1.52×21.736=33.039KA
短路容量：
S=√3I″Ub=√3×21.736×10.5=395.302MVA
<3>当10KV母线分列运行d2点短路时系统的等值网络化简为：
图4-710KV母线并列运行发生短路时的网络简化图
X30＝X26+X30＝0.076+0.333=0.409
短路回路总阻抗为：
X1+X30＝0.036+0.409＝0.445
由I*＝1/X∑,求得I*＝1/0.445＝2.247
I″=I∞＝2.249×100/<√310.5>＝12.366KA
短路冲击电流：
ich＝2.55I″＝2.55×12.366＝31.534KA
Ich=1.52I″=1.52×12.366=17.796KA
短路容量：
S=√3I″Ub=√3×12.366×10.5=224.495MVA
6、短路电流计算结果表
短路电流计算结果表
短
路
点
编号
基准
电压
Ub〔KV〕
基准
电流
Ib〔KA〕
支路名称
支路
计算
电抗
Xjs
0S短路
电流
I″〔KA〕
稳态
短路
电流
I∞〔KA〕
0.2S短路电流
I0.2〔KA〕
短路电
流冲
击值
ich
〔KA〕
短路电流冲击有效值Ich
〔KA〕
短路
容量
S″〔MVA〕
d1
115
0.502
110KV
母线
0.084
5.977
5.977
5.977
15.241
9.
1190.534
d2
10.5
5.499
10KV
母线
〔并列〕
0.253
21.736
21.736
21.736
55.426
33.039
395.302
d2
10.5
5.499
10KV
母线
〔分列〕
0.445
12.366
12.366
12.366
31.534
17.796
224.495
第五章电气设备选择
第一节电气设备选择的原则及条件
一、电气设备选择的原则
1、应满足正常运行检修、短路和过电压的要求,并考虑远景的发展。
2、应按当地环境条件校验。
3、应力求技术先进及经济合理。
4、与整个工程的建设标准应协调一致。
5、同类设备应尽可能地减少品种。
6、选用新产品要有可靠的试验数据,技术参数要达到国家规定标准并经鉴定合格。
二、电气设备选择的条件
导体和电器应按正常运行情况选择,按短路条件验算其动、热稳定,并按环境条件校核电器的基本使用条件。
1、按正常工作条件选择
<1>按Ie选择：
Ie≥Ig.max
<2>按Ue选择：
Ue≥Uew
<3>安装地点选择：
户、户外
2、按短路情况校验
<1>热稳定校验：
一般电器设备的工程实用条件为：
I∞2tj≤It2t
式中,It--------t秒热稳固性电流
I∞-------短路电流稳态值
tj-------假想〔等效〕发热时间
导体的工程实用条件为使用截面S应不小于热稳定性最小截面Smin
Smin=I∞√Kftj/C
式中,C--------导体材料的耐热系数,铝材：
C=97,铜：
C=175
Kf-----
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