2022年110KV35KV10KV变电所课程设计.doc
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1、110KV35KV10KV变电所课程设计110KV35KV10KV变电所课程设计 第一部分 设计任务书介绍 一、 系统介绍 系统可以视为一个无限大系统,有充足的有功和无功功率。系统采用中性点直接接地的方式。 枢纽变电站距离设计变电所50公里,建议采用LGJ-185导线。 所用电:占总负荷的 1 35KV侧,类荷采用双回路供电;类荷占总负荷的40;其余为类负荷。 10KV侧,类荷采用双回路供电;类荷占总负荷的35;其余为类负荷。 二、 电压等级及负荷情况 1、电压等级:110 KV、 35KV、 10KV 2、主变: 近期2台,远期2台 3、进出线回路: 35KV侧近期出现5回,远期出现8回,各
2、回路负荷分别为:3500KV(双回) 1000KV 1000KV 1800KV 1000KV 1500KV 1220KV 10KV低压侧出现本期5回,远期9回,各回路负荷为:2000KV(双回)1000KV 1500KV 800KV 1000KV 1800KV 200KV 1000KV (双回) 三、 所址: 年平均环境温度 (+250C); 气候条件一般,无严重腐蚀; 地形平坦,海拔765米; 位于城市远郊,污染较小; 四、 设计要求完成以下内容: 设计说明书 短路电流计算及设备选择校验 绘制电气主接线图,方案论证 试确定防雷及接地,保护方案 汇总主要设备清单 五、 设计要求: 设计必须符合
3、国家现行设计政策 依据国标及有关规定 在保证运行安全可靠的前提下,尽量满足经济性 积极推广成熟的新产品和新技术,不得使用淘汰产品 第二部分 电气主接线方案确定 一 电气主接线设计原则 电气主接线又称为电气一次接线,它是将电气设备已规定的图形和文字符号,按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单向接线图。主接线代表了发电厂或变电站高电压、大电流的电气部分主体结构,是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性,同时对电气设备选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系。因此,主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较,综合的考虑各个方面的
4、因素影响,最终得到实际工程确认的最佳方案。 电气主接线的基本原则是以设计任务数为依据,以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳,结合工程实际情况,在保证供电可靠,调度灵活,满足各项技术要求的前提下,兼顾运行、维护方便,尽可能的节省投资,就近取材,力争设备元件的设计先进性和可靠性,坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。结合主接线设计的基本原则,所设计的主接线应满足供电可靠性、灵活、经济、留有扩建和发展的余地。在进行论证分析时更应辩证地统一供电可靠性和经济性的关系,方能做到先进性和可行性。 二 确定主接线方案 1 原始资料分析 本设计变电站为降压变电站,有三个电压等级,即110/35/1
5、0KV。高压侧电压为110KV,有两回进线 ,采用双回LGJ-185导线与枢纽变电所相距50km;中压侧电压为35KV,有八回出线;低压侧电压为10KV,有九回出线。经分析可知,本变电站为地区变电站。 35KV侧,类负荷采用双回路供电,类负荷占总负荷40%,其余为三类负荷。经分析计算,远期八路负荷为:类:3500KVA(双回);类:1000KVA、1000KVA、1800KVA、1000KVA(添加);类:1000KVA、1500KVA、1220KVA。 10KV侧,类负荷采用双回路供电,类负荷占总负荷35%,其余为三类负荷。经分析计算,远期九路负荷为:类:2000KVA、1000KVA;类:
6、1000KVA、1800KVA、700KVA(添加);三类:1500KVA、800KVA、1000KVA、200KVA。 双回路工作方式:两条双回路互为备用,平时均处于带点状态,一旦一条回路发生供电故障,另一条回路自动投入,从而保证不间断供电。 2 各类接线的选用原则 主接线的基本形式:主接线的基本形式就是主要电气设备常用的几种连接方式,概括地分为两大类。 (1) 有汇流母线的接线形式。 (2) 无汇流母线的接线形式。 发电厂和变电所电气主接线的基本环节是电源(发电机或变压器)、母线和出现(馈线)。各个发电厂或变电所的出线回路数和电源数不同,且每路馈线所传输的功率也不一样。在进出线较多时(一般
7、超过4回),为便于电能的汇集和分配,采用母线作为中间环节母线起着汇总电能和分配电能的作用,可使接线简装清晰、运行方便、有利于安装和扩建。但有母线后,配电装置占地面积增加,使用路断器等设备增多。无汇流母线的接线使用开关电气较少,占地面积较小,但只适于出线回路少,不再扩建和发展的发电厂或变电所。 结合原始资料所提供的数据,权衡各种接线方式的优缺点,将各电压等级适用的主接线方式列出: 110KV只有两回出线,且作为降压变电所,110KV侧无交换潮流,两回线路都可向变电所供电,亦可一回向变电所供电,另一回作为备用电源。所以,从可靠性和经济性来定,110KV侧适用的接线方式为内桥接线和单母分段两种。 3
8、5KV侧,出线回路有八回,且、类负荷占总负荷69%,所以,可选用单母分段和单母分段带旁路两种。 10KV侧,出线回路有九回,且、类负荷占总负荷65%,所以,可选用单母分段和单母分段带旁路两种。 这样,拟定两种主接线方案: 方案:110KV采用内桥接线,35KV采用单母分段带旁路接线,10KV采用单母分段接线。 方案:110KV采用单母分段接线,35KV采用单母分段接线,10KV采用单母分段接线。 方案、方案的接线图如下 方案主接线图: 图2-1 方案主接线图 方案主接线图: 图2-2 方案主接线图 3 拟定方案中设计方案比较 (1)主接线方案的可靠性比较 110KV侧: 方案:采用内桥接线,当
9、一条线路故障或切除、投入时,不影响变压器运行,不中断供电,并且操作简单;桥连断路器停运时,两回路将解列运行,亦不中断供电。且接线简单清晰,全部失电的可能性小,但变压器二次配电线及倒闸操作复杂,易出错。 方案:采用单母线分段接线,任一台变压器或母线、线路故障或停运时,不影响其它回路的运行;分段断路器停运时,两段母线需解列运行,全部失电的可能稍小一些,不易误操作。 35KA侧: 方案:单母线分段兼旁路接线,检修任一台断路器时,都可用旁路断路器代替;当任一母线故障检修时,旁路断路器可代替该母线,使该母线的出线不致停运。 方案:单母线分段接线,检修任一台断路器时,该回路需停运,分段开关停运时,两段母线
10、需解列运行,当一段母线发生故障,分段断路器自动将故障段切除,保证正常段母线不至失电,另一段母线上其他线路需停运。 10KV侧:由于两方案接线方式一样,故不做比较。 (2)主接线方案的灵活性比较 110KV侧: 方案:操作时,主变压器的切除和投入较复杂,需动作两台断路器,扩建方便。线路的投入和切除比较方便。 方案:调度操作时可以灵活地投入和切除线路及变压器,而且便于扩建。 35KV侧: 方案:运行方式较复杂,调度操作复杂,但可以灵活地投入和切除变压器和线路,能满足在事故运行方式、检修方式及特殊运行方式下的调度要求,较易于扩建。 方案:运行方式简便,调度操作简单灵活,易于扩建,但当断路器检修时线路
11、要停运,影响供电。 10KV侧:两方案相同。 (3)主接线方案的经济型比较 将两方案主要设备比较列表如表2-1: 表2-1 项 目 方 案 主变压器(台) 110KV断路器(台) 110KV隔离开关(组) 35KV断路器(台) 35KV隔离开关(组) 10KV设备 2 3 8 13 35 相同 2 5 10 12 33 相同 从表中可以看出,方案比方案综合投资少一些。 (4)主接线方案的确定 对方案、方案的综合比较列表,对应比较它们的可靠性、灵活性和经济性,从中选择一个最终方案 表2-2 方 案 项 目 方案 方案 可靠性 1、简单清晰,设备少 2、35KV母线检修时,旁路母线可代替工作,不致
12、使重要用户停电;任一断路器检修时,均不需停电 3、任一主变或110KV线路停运时,均不影响其他回路停运 4、全部停电的概率很小 5、操作相对简单,误操作的几率不大 1、简单清晰,设备多 2、35KV母线故障或检修时,将导致该母线上所带出线全停 3、任一主变或110KV线路停运时,均不影响其他回路停运 4、各电压等级有可能出现全部停电的概率不大 5、操作简便,误操作的的几率小 灵活性 1、运行方式较简单,操作稍微复杂 2、便于扩建和发展 1、运行方式简单,调度灵活 2、便于扩建和发展 经济性 1、高压断路器少,投资相对少 2、占地面积较小 1、设备投资比方案相对多 2、占地面积较大 通过以上比较
13、,可靠性上方案优于方案,灵活性方面方案比方案稍差一些,经济性上方案比方案好。 该变电所为降压变电所,110KV母线无穿越功率,选用内桥要优于单母分段接线。现在35KV及10KV全为SF6断路器,停电检修的几率极小。在35KV侧重要负荷所占比重较大,为使重要负荷在母线或断路器检修时不致停电,采用单母分段带旁路接线方式。在10KV侧采用成套开关柜,主变压器10KV侧经矩形铝母线引入开关柜。 经综合分析,决定选方案最终方案,即110KV系统采用内桥接线、35KV系统采用单母分段带旁路接线、10KV系统采用单母分段接线。 第三部分 主变压器形式确定 一 相数确定 主变压器的容量、台数直接影响主接线的形
14、式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外,还应根据电力系统510年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素,进行综合分析和合理选择。如果变压器容量选得过大、台数过多,不仅增加投资、增大占地面积,而且也增加了运行电能损耗,设备未能充分发挥效益;若容量选得过小,将可能“封锁”发电机剩余功率的输出或者满足不了变电站负荷的需要。这在技术上是不合理的,因为每千瓦的发电设备投资远大于每千瓦变电站设备的投资。 在330KV及以下电力系统中,一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大、占地多、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。若受
15、到限制时,则可选用单相变压器组。本设计变电所地处海拔765m,地形平坦,有较好的运输条件;且变电所有三个电压等级,有大量、类负荷。所以选用三相变压器作为本设计变电所的主变压器。 二 主变压器容量、绕组及接线方式 1、取同时率为0.9,cos=0.85。 装有两台变压器的变电所,每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件: (1) 任一台变压器单独运行时,应满足总计负荷S30大约70%的需要, 即 ST0.7 S30 35KV侧总负荷为12020KVA,10KV侧总负荷为10000KVA。 所以, ST 0.7*(12020KVA+10000KVA)=15.4MVA (2) 任一台变压器单独运行
16、时,应满足全部、类负荷S30(+)的需要, 即 ST S30(+) 即 ST(3500KVA+4808KVA)+(2000KVA+1000KVA+3500KVA)=14.8MVA 所以,主变压器容量选为16MVA。 2、机组容量为125MW及以下发电厂多采用三绕组变压器,但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%以上,否则绕组未能充分利用,反而不如选用2台双绕组变压器在经济上更加合理。 三绕组变压器根据三个绕组的布置方式不同,分为升压变压器和降压变压器。降压变压器用于功率流向由高压传送至中压和低压,常用于变电站主变压器。 经综合分析,以及本变电所是降压变电站,采用三绕组变
17、压器。 3、变压器三相绕组的联结组号必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。电力系统采用的绕组联结方式只有星形“Y”和三角形“d”两种。因此,变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。 发电厂和变电所中,一般考虑系统或机组的同步并列要求以及限制3次谐波对电源的影响等因素,主变压器联结组号一般都选用YNd11和YNyn0d11常规接线。 全星形接线变压器用于中性点不接地系统时,3次谐波无通路,将引起正弦波电压畸变,并对通信设备发生干扰,同时对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。 结合变电所设计任务书,综合考虑,采用三相三绕组变压器,联结组号采用YNyn0d11常规接线。 三 冷却方式 油
18、浸式电力变压器的冷却方式随其形式和容量不同而异,一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却等。 中、小型变压器通常采用依靠装在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动风扇的自然风冷却及强迫风冷却方式散发热量。 本设计变电所的变压器为中、小型变压器,选择采用自然风冷却方式。 四、确定主变压器型号及参数 经以上分析计算,主变压器容量为16MVA。参考电力工程及毕业设计参考资料选择两台沈阳变压器厂生产的三相三绕组有载调压变压器,型号为SFS7-1600/110型变压器。 表3-1 主变压器型号及参数 型号 额定电压(KV) 空载损耗(KW) 空载电流(%) 联结组 标号 阻抗电压 高中 高低
19、中低 SFS7-16000/110 110+_2*2.5% 38.5+_2*2.5% 10.5 19.8 1.2 YN,yn0,d11 10.5 17 6.5 容量校验:低负荷系数K1=实际最小符合/额定容量=(1+0.2)/16=0.075 高负荷系数K2=实际最大负荷/额定容量=(3.5+2)/16=0.344 另外,查发电厂电气设备规定:自然油循环的变压器过负荷系数不应超过1.5。 可见:此变压器能满足要求,故应选用此型号的变压器。 第四部分 短路电流计算 一 短路计算的目的 短路是电力系统中最常见和最严重的一种故障。所谓短路是指电力系统正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的
20、情况。引起短路的主要原因是电气设备载流部分绝缘损坏。 电力系统发生短路时,由于系统的总阻抗大为减小,因此伴随短路所产生的基本现象是电流剧烈增加,短路电流为正常工作电流的几十倍甚至几百倍,在大容量电力系统中发生短路时,短路电流可高达几万甚至几十万安。在电流急剧增加的同时,系统中的电压降大幅度下降,例如发生三相短路时,短路点的电压将降到零。 由于短路所引起的后果是破坏性的,因此,在发电厂和变电所的电气设计中,短路电流计算是其中一个重要环节。 短路电流计算的目的主要有以下几方面: (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
21、算。 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,就需要进行全面的短路电流计算。例如:计算某一时刻的短路电流有效值,用以校验开关设备的热稳定、计算短路电流冲击值、用校验设备动稳定。, (2) 在设计屋外高压配电装置时,需要按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。 (3) 在选择继电保护和进行整定计算时,需以各相短路时的短路电流为依据。 (4) 接地装置的设计也需用短路电流。 二 短路计算得一般规定 1 合理假设:(1)电力系统中所用电源都在额定负荷下运行。 (2)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
22、大值的瞬间。 (4)所有电源的电动势相位角相同。 (5)正常工作时,三相系统对称运行。 (6)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 最大运行方式:计算短路电流是所用的接线方式应是可能发生最大短路电流的正常接线方式(即最大运行方式),而不能用仅在切换过程中的能并列的接线方式。 3 发生三相短路: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情况严重时,则应按严重情况进行校验。 三 具体短路计算 图4-1 短路等效图 XL K
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