电气工程及其自动化工厂kv变电站

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学毕业设计（论文） 题目 青铜峡 110/10kV 变电站电气部分设计 电气工程学院 院（系） 电气工程及其自动化 专业 094 班 学生姓 名 张 晋 学 号 090303121 指导教师 (签字 ) 设计设计(论文论文)工作工作自 2013 年 2 月 27 日至 2013 年 6 月 23 日 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） I摘 要 本次毕业设计的题目是110/10KV 变电站电气部分设计 。根据设计的要求，在设计的过程中，根据变电站的地理环境、容量和各回路数确定变电站电气主接线和站用电接线，并选择各变压器的型号；进行参数计算、画等值网络图，并计算各电压等级侧的短路电流，列出短路电流结果表；计算回路持续工作电流、选择各种高压电气设备，并根据相关技术条件和短路电流计算结果表校验各高压设备。 随着科学技术的发展，网络技术的普及，数字化技术成为当今科学技术发展的前沿，变电站数字化对进一步提升变电站综合自动化水平将起到极大促进作用，是未来变电站建设的发展方向。基于这种发展的需求，该变电站采用110kV 变电站综合自动化。利用数字化技术来解决目前综合自动化变电站存在的问题已成为可能。本变电站就是利用数字化技术使变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，并使通信网络化、模型和通信协议统一化、设备智能化、运行管理自动化。 通过本次设计，学习了设计的基本方法，巩固三年以来学过的知识，培养独立分析问题的能力，而且加深对变电站的全面了解。 关键词：主接线；短路电流；电气设备；主变保护；配电装置 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） IIAbstractThis graduation project topic is: 110/10KV Transformer substation Electricity Part Preliminary design.According to the design request, in the design process, according to the transformer substation geographical environment, the capacity and various return routes number determined the transformer substation electricity host wiring and the station use electricity the wiring, and chooses various transformers the model; Carries on the parameter computation, the picture equivalent network chart, and calculates various voltages rank side the short-circuit current, lists the short-circuit current result table; Calculates the return route continually operating current, chooses each kind of high pressure electrical equipment, and verifies various high pressure unit according to the correlation engineering factor and the short-circuit current computed result table. Along with the science and technology development, the networking popularization,the digitized technology will become now the science and technology development the front, the transformer substation digitization to further promotes the transformer substation synthesis automation level to get up to the limit the big promoter action, is the future transformer substation construction development direction.Based on this kind of development demand, this transformer substation uses the 110kV transformer substation synthesis automation.Solves at present using the digitized technology to synthesize the automated transformer substation existence the question possibly to become.This transformer substation is causes the transformer substation using the digitized technology information gathering, the transmission, processing, the output process to digitize completely, and causes the correspondence network, the model and communication protocol unitizing, the equipment intellectualization, the movement management automation. Through this design, has studied the design essential method, since the consolidated four years have studied the knowledge, raises the independent analysis question ability, moreover deepens to the transformer substation comprehensive understanding. Key words：Main wiring；Short-circuit current；Electrical equipment；The host changes the protection； Power distribution equipment 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） III目 录第第 1 1 章章 绪论绪论.1 1第第 2 2 章章 负荷计算及无功补偿负荷计算及无功补偿.2 22.1 负荷计算 .12.2 无功补偿 .1第第 3 3 章章 变压器的选择变压器的选择.3 33.1 主变压器台数的选择 .33.2 主变压器容量的选择 .33.3 主变压器形式的选择 .4第第 4 4 章章 主接线的设计主接线的设计.5 54.1 设计主接线的意义 .54.2 设计主接线的要求 .54.3 主接线的设计及论证 .6 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 1第 1 章 绪论电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。电力系统规划设计及运行的任务是：在国民经济发展计划的统筹安排下，合理开发、利用动力资源，用较少的投资和运行成本，来满足国民经济各部门及人民生活不断增长的需要，提供可靠、充足、质量合格的电能。所以在本次设计中选择变电站电气部分的初步设计，是为了更多的了解现代化变电站的设计规程、步骤和要求，设计出比较合理变电站。根据设计要求的任务，在本次设计中主要通过变电站电气主接线、短路电流计算、设备选择与校验、无功补偿、主变保护和配电装置部分的设计，为了促进电力工业的可持续发展，保证西电东送工程的成功建设，满足各地区供电符合的要求，实现安全供电，保证供电可靠性，地区变电所的建设将具有十分重要的意义。 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 1第 2 章 负荷计算及无功补偿2.1 负荷计算供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节电力负荷进行统计计算下面，根据需用系数法对本系统进行负荷计算。已知96. 0tan,72. 0cos, 0 . 1dK=1.02400=240030PkW=0.962400=230430QvarkAkVQPS92.3326230424002223023030AkVAkVUSIN9 .19210392.3326330302.2 无功补偿无功电源和有功电源一样是保证系统电能质量和安全供电不可缺少的。由无功功率的静态特性可知，无功功率与电压的关系较有功功率与电压的关系更为密切，从根本上来说，要维持整个系统的电压水平就必须有足够的无功电源。而且，工厂中由于有大量的异步电动机等感性负荷，还有感性的电力变压器，而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。无功补偿一般有以下几个要求：（1）电力系统的无功电源与无功负荷，在各种正常及事故运行时，都应实行分层分区、就地平衡的原则。（2）在正常运行方式时，突然失去一回线路，或一台最大容量的无功补偿 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 2设备，或一台最大容量的发电机之后，系统无功电源事故备用的容量方式及配电方式，应能保持电压稳定和正常供电；在正常检修运行方式时，若发生上述事故，应允许采取切除部分负荷或并联电抗器等必要措施，以维持电压稳定。（3）对于 110以上系统的无功补偿，应考虑提高电力系统稳定性的作kV用。常用的无功补偿装置有以下几种：（1）同步调相机：同步调相机在额定电压5%的范围内，可发额定容量，在过励磁运行时，它向系统供给感性的无功功率起无功电源作用，能提高系统电压，在欠励磁运行时，它从系统吸收感性的无功功率起无功负荷作用，可降低系统电压。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值改变输出无功功率，进行电压调节，但是调相机的造价高，损耗大，施工期长。（2）串联电容补偿装置：在长距离超高压输电线路中，串入电容器组利用电容器的容抗抵消输电线路的一部分感抗，缩短输电线的电气距离，提高静、动稳定度。但对负荷功率因数高（0.95）的线路，串联补偿的调压效果就y很小。（3）静电补偿器补偿装置：由静电电容器与电抗器并联组成，电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合再配以调节装置，就能够改变输出无功功率，与同步调相机相比，运行维护简单，功率损耗小，但相对电容补偿装置，其造价高维护较复杂，一般适用以较高的电压等级 500变电所中。kV（4）并联电容器补偿装置：它具有投资省，装设地点不受自然条件限制，运行简便可靠等优点，故一般首先考虑装设并联电容器。由于本次设计的变电站为 35降压变电站，以补偿的角度及经济和检修kV方面来考虑，首先选择并联和串联补偿装置。而原始资料的数据可知，补偿装置主要补偿负荷的无功容量及平衡主变损耗，所以选择并联补偿装置最优。下面确定本系统无功补偿装置的容量：（1）补偿前的变压器容量和功率因数根据负荷计算，变压器低压侧的视在计算负荷=3326.92，30SAkV 未进行无功补偿时，变电所低压侧的功率因数2400/ 3326.92=0.72cos（2）无功补偿容量按规定，变电所高压侧的0.95，考虑到变压器本身的无功功率损耗cos远大其有功功率损耗,一般，因此在变压器低压侧进行TQTPTTPQ)54(无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于 0.95，这里取=0.97cos 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 3要使低压侧功率因数由 0.72 提高到 0.97，低压侧需装设的并联电容器容量为：=2400 （）=1711.75CQarccos0.97tan -arccos0.72 tanvarkvark取=1800，根据工厂常用电气设备手册查表可知：选择以下型号的CQvark装置（如表 2.1 所示）18 台装设在低压侧，实现无功功率补偿。 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 4第 3 章 变压器的选择电力变压器，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，分配和和适用。在各种电压等级的变电站中，其担负着变换网络电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。3.1 主变压器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。 对本设计而言，负荷集中且容量较大，应考虑选择两台变压器。3.2 主变压器容量的选择装有两台主变压器的变电站，每台主变压器容量应同时满足以下两个条TS件： （1）任意一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的 60%70%的30S需要，即=(0.60.7)TS30S 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 5（2）任意一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，) (30S即TS) (30S在前面的设计中，已经采用了无功补偿装置，因此，补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 =2844.5530S22)180092.3326(2400AkV AkV 因此，主变压器容量应大于 2844.55，可选择 3150AkV AkV 3.3 主变压器形式的选择（1）主变压器相数的确定在 330及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式kV变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。（2）主变压器绕组形式的确定本设计中只有 35和 10两种电压等级，故采用双绕组变压器。变压器kVkV绕组连接方式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连接方式只有星接和角接，我国 110及以上电压，变压器绕组都采用星kV接，35也采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35及以下电压，变kVkV压器绕组都采用角接。根据本次设计内容可以确定，高、低两侧绕组分别采用星接和角接，其中高压侧的中性点经消弧线圈接地。（3）主变压器调压方式的确定变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。无载调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变压器分接头较多，调压范围可达 30%，且分接头可带负荷调节。但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置，有两台主变压器并列运行，所以应选用无载调压变压器。综合以上分析，结合技术分析对比及经济可靠性分析对比，本所宜采用SFL1-3150/110 型三相双绕组有载调压变压器，其容量以及技术参数如下：主变容量： = 3150NSAkV 型号： 三相双绕组有载调压降压变压器 阻抗电压： 8.0%联接组别： Y/-11台数： 两台 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 6第 4 章 主接线的设计变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。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。用规定的图形符号按工作顺序排列，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。4.1 设计主接线的意义主接线是电力系统接线的主要部分，是变电站电气设计的首要部分，它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。主接线的设计是一个综合性的问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。4.2 设计主接线的要求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： 1考虑变电站在电力系统的地位和作用变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。2考虑近期和远期的发展规模变电站主接线设计应根据 510 年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。3考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 7证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。4 考虑主变台数对主接线的影响变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。5考虑备用量的有无和大小对主接线的影响发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式其次，要考虑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二次设备在运行中的可靠性进行综合分析。具体要求如下：（1）断路器检修时不应影响供电。检修时，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。此外，主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活要求。从系统的长远规划来设计，应满足灵活性要求。其具体要求如下：（1）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；（2）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；（3）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。主接线满足可靠性，灵活性要求的前提下做到经济合理。其具体要求如下：（1）主接线力求简单，节省断路器、隔离开关、避雷器等一次设备；（2）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；（3）35及其以下终端或分支变电所可采用简易电器；kV（4）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；（5）合理地选择电气设备的种类、容量、数量，要避免设备增加电能损失。 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 84.3 主接线的设计及论证本设计中变电站有两路 35电源进线，所以高压侧宜采用内桥式接线。kV内桥接线的特点：（1）线路操作方便。如线路发生故障，仅故障线路的断路器跳闸，其余三回线路可继续工作，并保持相互的联系。（2）正常运行时变压器操作复杂。（3）桥回路故障或检修时两个单元之间失去联系，同时出线断路器故障或检修时，造成回路停电。为此，在实际接线中可采用设外跨条来提高运行灵活性。桥形接线简单清晰、设备少、造价低，内桥接线适用于两回进线两回出线且线路较长、故障可能性较大和变压器不需要经常切换运行方式的变电站中。 图 4.1 低压侧采用单母线分段主接线图 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 9图 4.2 低压侧采用双母线主接线图本设计中变电站有十二回出线线路，所以低压侧的接线方式可以采用单母线分段（如图 4.1）或双母线（如图 4.2） ，下面分别对两种接线方式进行论证:（1）单母线分段接线的优缺点及适用范围优点：1）用断路器把母线分段后，可以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，分段断路器自动将故障段切除，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内停电。2）当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。适用范围：1）6-10kV 配电装置出线回路数为 6 回及以上时。2）35-63kV 配电装置出线回路数为 4-8 回时。3）110-220kV 配电装置出线回路数为 3-4 回时。（2）双母线接线的优缺点及适用范围优点：1）检修任一段母线时，可不中断供电，即通过倒闸操作将进出线回路都切 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 10换至其中一组母线上工作，便可检修另一组母线。2）检修任一母线隔离开关时，只需停运该回路。3）母线发生故障后，能迅速恢复供电。且在扩建施工时不需停电。4）检修任一回路断路时，可用装接“跨条”的方法，避免该线路长期停电。缺点：1）接线较复杂，且在倒母线过程中把隔离开关当作操作电器使用，易发生误操作事故。2）工作母线短路时，在切换母线的过程中仍要短时停电。3）检修线路断路器时要中断对用户的供电，这对重要用户来说是不允许的。4）双母线接线的母线长，这将使配电装置结构复杂，投资明显增加。适用范围：1）用于 10-220出线回路较多且有重要负荷的配电装置中kV2）当进出线回路数较多、母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求尽快恢复送电、对接线的灵活性有一定要求等情况下。因此，通过上面的分析，双母线接线比单母线分段接线的供电可靠性高、运行灵活，但投资也明显增大，综合考虑可靠性、灵活性及经济性等因此，本设计低压侧采用单母线分段接线。 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文） 11