110KV降压变电所电气部分毕业设计论文1

毕 业 设 计 论 文说明书 题 目：110KV降压变电所电气部分 Main Meaning Of Graduation Design There are two rates of voltage in the designing power station, 110KV and 10KV. The load of the10KV is the best important , so it is necessary to use the twinchannel feed lines. These reasons affect on the arrangement of the busbar or on busbar . Such as the number of load factor and the floor area of the power station .We have to calculate the earthing current, in order to select the circuit-breakers, current-limiting-reactors and switches or isolatory after selecting the main transformers .And the layout of the power station must be connected with the electrical equiments ,all the layout of the electrical must be safer ,more scientifcc ,cheaper and higher reliability.前 言1. 毕业设计是教学任务的最后一个环节，它是在学习完所有专业课程对学生所学知识的一个综合考察。它要求学生把所学知识融会贯通起来，达到综合应用的目的。它也锻炼学生的独立思考能力和理论知识的综合应用能力。2. 毕业设计要求学生独立查阅资料，力求作到读有所依，情有所据。本次我设计的题目为110KV降压变电所的设计，对变电所的规划设计、各种设备、主接线方式及其优缺点有具体的了解。如10KV电气设备的选择：首先应查10KV配电规程，然后根据工作电流、短路电流选择电气设备，并说明舍不选别的种类、原因、优缺点。选好后应该各方面按规程重新校验设备是否满足要求。3. 由于专业知识有限，本人也是在电场从事运行专业。对变电所了解不够，经验不足，毕业设计中难免有疏漏和错误之处，请指导老师批评指正。 原 始 资 料1. 由于某城生产发展及电力发展需要，在该城市郊区建一座110KV区域变电站。2. 本站有两个电压等级，110KV4回，（有两个备用间隔），两回线路与电厂相连两回出线，最大负荷为30MVA，10KV出线15回（有两个备用间隔）。10KV综合负荷为46MVA，一、二、三类负荷都有，最大一回出线负荷为6000KVA，供电对象为：铝厂、钢厂化工厂、煤矿、水泥厂、城市配电线路农业、照明等。3. 该地区年平均气温190C，绝对最高气温380C，最热月平均气温为340C，最热月土壤温度为170C。4. 该变电站位于城郊小丘陵地区，交通尚方便，环境无污染，海拔高度为150米。5. 设计系统如下图 ： 新建变电站第一篇 设计说明书第一部分 负荷分析及主变的选择一、负荷分析： 负荷分析是变电所和电力系统设计的重要依据，它主要是关系到变电站主要设备选择的问题。负荷分析的好坏对设计的经济性与合理性有着重要的意义。 根据设计任务书中给定的各级电压进出线回路数，负荷性质、大小等进行综合分析如下： 类负荷：短时停电会造成重大设备损坏，危及人身安全。生产停顿，人民生活混乱，生产秩序长期不能恢复的。 例如：钢厂、铝厂、化工厂、煤矿、医院、城市、交通枢纽等。 类负荷：停电会造成一定的经济损失，但短时停电不会造成设备损坏，不会危及人身安全的。例如：机械厂、电器厂、棉纺厂、水泥厂等。 类负荷：停电不会造成损失，仅造成生活、生产的不便。例如：面粉厂、普通照明等。 <一> 110KV侧只有穿越功率故不需负荷分析。 <二> 10KV电压等级： 1、线路1、2：棉纺厂是生产棉纺织品和棉线工厂，生产流水线作业，是连续生产单位。三班倒换制不能停电，要求可靠性高。采用双回线路，故为I类负荷。 2、线路3、4、5：为市区三条回路，每条所带负荷几乎相同。市区有国有集体企业如机械厂、电器厂、农药厂，市区人民医院，政府机构城市人民生活用电等，定为II类负荷。 3、线路6、7、8、9：是铝厂专用线路 ，主要带有电解槽、回转炉、煤汽站、硫酸车间，辅助机械维修等。其中两路电解，两路动力。均属连续生产单位，车间工人三班倒，如果电解停电会造成电解槽凝固损坏设备，动力停电也会造成回转炉的直接损坏，同时由于辅助机械的停止，危及电解安全使之被迫停止。因此属于I类负荷。 4、线路10：是电器设备的生产单位，生产电器，仪表等常用电器设备的工厂，若事先通知仍可短时停电为二类负荷。 5、线路11：是重要的机械生产基地。停电虽然不会造成设备损坏，但可能会使成品报废，造成一定的经济损失，定为二类负荷。 6、线路12、13：农业用电，农田灌溉，小加工企业，郊区居民用电。定为三类负荷。 （三） 同时率的确定：同时率的大小与电力用户的多少，各用户的负荷性质和特点有关。10KV侧负荷I、II、III类均有，但I、II类负荷较多，可靠性要求高。所以同时率取0.85。二、主变的选择： 变电站最大综合负荷（10KV各分路负荷总和与同时率的积）为46（MVA） 因此，选择主变有两种可能： （1）、选两台主变容量为31.5 MVA 。 （2）、选三台主变容量为20MVA 。 （一） 根据电力工程设计手册中：“当不受运输条件限制时，在330KV及以下的变电所中，均应采用三相变压器”。由于设计变电所交通便利， 故采用三相变，不用单相变。 （二） 根据电力工程设计手册：“我国110KV及以上变压器绕组采用Y0 连接，10KV侧采用三角形连接。”由上可知：三绕组变压器应采用Y0/ 连接方式。 （3）根据电力工程设计手册：大容量变压器一般采用强迫油循环风冷，中容量变压器一般采用自然风冷。 （4）根据电力工程设计手册设计要求，有下列二种情况： 2台31500KVA 根据设计要求：“根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变容量，对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台变停运时，其余变压器在计及过负荷能力后的时间内应保证一、二级用户的需要，对于一般性变电所，当一台主变停运时，其余容量应保证全部负荷的70%-80%。”由于所设计的变电站为一般变，、II类用户低于全部负荷的70%。一台检修，过负荷系数K=1.3，则： 31500×1.3=40950（KVA）46×70%=32.2<40.95（MVA）所以 满足要求.选三台20000KVA，K=1.3 ，则：32.20<20000×1.3×2=52000（KVA）所以能满足要求。 但从经济方面考虑，经比较，宜采用（一）再则使用3台20000KVA变压器接线比较麻烦，投入保护增加，故不采用（二）根据电力工程设计手册对110KV及以下变压器，宜考虑至少一级电压的变压器绕组采用有载调压。由于10KV侧负荷重，受季节影响大，因此需要调压故用有载调压。由上综合比较知；选SFZL1-31500/110 其技术参数如下： 高压 -2 +5空载损耗（KW） 31.05 短路损耗（KW）190 短路电压10.5（%） 空载电流(0.7%)接线方式 YN，d11 总重 55.04吨 价格 27.1万元引自水利能源电气设备参考 第二部分 电气主接线选择 电气主接线是发电厂、变电所电气设备的首要部分,也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定与变电所本身的可靠性、灵活性、经济性密切相关。并且对电气设备的选择，配电装置的布置。继电保护和控制方式拟订有较大影响，因此必须全面分析有关影响因素，通过经济技术比较，合理确定电气主接线方案。 据发电厂电气设备设计参考资料：“变电所的主接线应根据其对用户的供电方式以及与系统的连接方式来确定。新建变电所的供电电压应根据地区网络的全面规划技术经济比较结果来确定。” 一、电气主接线形式的特点 1、单母线接线。 优点：接线简单、设备少、投资少、操作方便。便于扩建和采用成套装置。缺点：供电可靠性低，任一元件故障或检修，均需停电。 2、单母分段： 优点：较单母线接线供电可靠性 灵活性有较大提高. 缺点：检修任一电源或线路断路器时，连接在该段母线上的所有设备均需停电，任意一分段母线或母线刀闸检修或故障时，连接在该段母线上的所有回路均需停电。 3、单母分段带旁母： 当出线回路较多时，供电容量较大时可在单母线或单母线分段的基础上增设旁母，可以避免在回路断路器检修时对线路停电。 4、双母线接线：供电可靠，调度灵活。通过两组母线上刀闸的倒换操作，可轮流检修一组母线而不致使供电中断。通过倒闸操作可以组成各种运行方式，如母联断路器闭合，进出线分别接在两条母线上即相当于单母分段运行，当母联断开，一条运行，一条备用 ，即相当于单母线运行，两组母线同时运行，通过母联开关并联运行。加装旁母可以避免检修出线断路器时对该条出线停电 5 、双母线分段,双母线分段带旁母适用于出线回路较多,运行 方式更灵活.由于110侧存在穿越功率， 因此实际进线至少为四条， 故不能采用桥形接线。二、110KV侧电气主接线的选择由于本县1#2#火电厂将在此处与系统并网，为本县的电网完善起到重要 作用。对该站的供电可靠性要求很高，应采用双母线带旁的接线方式， 由于110KV系统仅4条回路，检修任务少，采用专用旁母线和开关会比较浪费，所以让其中一条母线兼旁线，并使母联兼旁路开关。这样仅增加4组刀闸即可实现对所有出线断路器检修时线路不停电的目的. 三、10KV侧电气主接线的选择 规程3.2.5条当变电所有两台主变时，6-10KV侧宜采用单母分段接线。当不允许停电检修DL时，可装旁路设施。由于本站出线较多，且I、II类负荷较多故采用单母分段方式。 由待设计变电所负荷情况可知：10KV侧出线15条，本所为终端变电站，多系向用户直接供电，如：钢厂、铝厂、纺织厂、机械厂、电器厂、农药厂、面粉厂，增设旁母，并将旁母分段，为更好地保证其可靠性。由上分析知：10KV侧电气主接线宜采用单母分段带 旁母分段。该接线方式的优点： 1、旁母分段极大地增加其供电可靠性。 2 、单母分段接线简单灵活，易做成可靠的闭锁，误操作可能性小。第三部分 短路电流的计算 一、 短路电流计算的目的： 在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节，其目的主要有以下几个方面： 1、在选择电气主接线时，为比较各种接线方案，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、选择导体和电气设备 3、确定中性点运行方式 4、选择继电保护装置和进行整定计算 5、确定限制短路电流的方式 6、验算接地装置的接触电压和跨步电压 7、确定分裂导体间隔棒的间距 二、短路电流的计算原则 根据电力系统接线图和本变电站的主接线图，按电气选择要求，妥善选定短路的计算点，设置短路电流计算，只须将系统电抗化成同一标准下的标幺值。然后编制程序，利用计算机算出高、中、低压侧的短路电流，并将计算结果列表备用，作为电气选择的依据。根据系统网络图，把化为统一标准下的标幺值电抗值带入编制的程序中，经计算得各侧三相短路电流及短路最大冲击电流如下图所示 （短路计算书附后面）110KV10KVId（3）（KA）181154Ich（KA）4623926第四部分：电气设备的选择一、导体设计和电器设计选择作用： 导体设计和电器设计，同样必须执行国家的有关技术经济政策。并应作到技术先进，经济合理，安全可靠，维修方便，适当地留有发展余地。以满足电力系统安全经济运行的需要。由于本次设计时间短，对110KV侧只选择断路器， 10KV侧选择官路器、电流互感器及10KV硬母线。二、10KV母线选择 形式选择：目前母线材料有铜铝两种，由于本城市空气污染轻微，不考虑对变电站的影响，故用铝质。由于回路正常工作电流在4000A以下，故选用矩形导体。 按最大持续工作电流选择导体截面。即： IgmaxKIal Igmax-导体所在回路中最大持续工作电流 Ial-在额定环境温度时导体允许电流 K-与实际环境温度和海拔有关的综合修正糸数 因: Igmax=(1.05×31.5×103)/(3×10.5 ) =1818.1A < 4000A 故: 选铝材料的矩形母线。 选用每相一条125×8mm2的矩形铝母线，在250C并且母线平放时，基准条件下的长期允许电流I允= KIal=0.94×1920=1804.8(A)<1818A故不满足要求，所以选每相一条125×10mm2的矩形母线，基准条件下的长期允许电流I允= KIal=0.94×2063=1939.22(A)>1818（A），故满足要求。(以上1920A、2063A为查表所得) 按短路状态进行校验，计算热稳定最小允许截面。 短路持续时间：tK=tb+tdf=1+0.1=1.1stb -出线开关继电保护动作时间，tdf -断路器（DL）全分闸时间，因t>1s，可不考虑非周期分量。热效应：Qd=Id(3)2× tk=(15.4)2×1.1=260.9(KA)2.S正常运行时导体温度：Q=Q0+(QY-Q0) ×(Imax/I允)2=300C+(700C-300C)×(1818/1939.22)2=65.20C查表按650C取热稳定系数C=89，查表KS=1.12 Smin=_QKS/C=(152.96×106×1.12）/89=147.69mm2 Smin-短路时发热的最小导体截面 C-热稳定糸数因:147.69 mm2<1250 mm2故:满足热稳定要求 （2）动稳定校验 10KV母线发生三相短路时的冲击电流ich=39.26(kA)，中间相母线受最大电动力:F=1.73×ich2×l.2/a×10-7=1.73×39.262×1.2/0.25×10-7×106 =1280(N)最大弯矩:M=F×l.2/10=1280×1.2/10=153.59(N.m)截面系数:W=bh2/6=10×10-3×1252×10-6/6=2.6×10-5(m)母线的计算应力:js=M/W=153.59/2.6×10-5=5.89×106 (pa)查表可知，硬铝最大允许应力为 =7×107(pa)>5.89×106 (pa)即满足动稳定要求I-导体长度a-导体相间矩离b-矩形导体的宽h-矩形导体的高 三、 各侧断路器的选择1、断路器种类和型式的选择,按断路器采用的灭弧介质和灭弧方，一般可分为：多油式、少油式、压缩空气、SF6断路器、真空断路器等。2、 按额定电压选择：UNUNS3、按额定电流选择：INImax4、按开断电流选择：Inbr_I”5、按短路关合电流选择：incl_ish6、热稳定校验：ItTQK7、动稳定校验：iesish（一）110KV侧断路器的选择Igmax=(37500+31500)×1.05/3×115=363.7AId(3)=1.81kA=I''=ItIch=4.62kA 选择屋外型，由高压电器设备技术参考查得：选SW3/110G/1200 型，参数如下型号额定电压额定电流最高工作电压动稳定电流额定开断电流短路关合电流热稳定电流固有分闸时间合闸时间全开断时间金属短接时间自动重合闸无电流间隔SW3-110G/1200110KV1200A126KV41KA158KA41KA158KA007S02S007S01S03S 断路器选择结果表： 计算结果 SW6-110/1200 UNS 110 KV UN 110 KV IMAX 363.74 A IN 1200 A I'' 1.81 KA Inbr 15.8 KA ICh 4.62 KA incl 41 KA It 1.81 KA It 15.8 KA ICh 4.62 KA Ies 41 KA由选择结果可见，所选少油断路器合格。（二）、10KV侧断路器的选择：Igmax=1818.7AId=15.4 kAich=39.26kA查表选择SN3-10/2000型断路器，技术参数如下型号 UN（KV） IN（KA） INBR（KA） iNCL（KA） ies（KA） It（KA）SN3-10/2000 10 2000 29 75 75 30 固有分闸时间 合闸时间 0.14S 0.5S断路器的选择结果:计算结果SN3-10/2000UNS（KV） 10UN（KV） 10Imax（A） 1818.7IN（KA） 2000I”(KA) 15.4Inbr(KA) 29ICh (KA 39.26 incl(KA) 75It(KA) 15.4It(5S)(KA) 30ICh 39.26 Ies (KA) 75 由选择结果可见，所选SN3-10/2000型断路器（户内），满足要求。三、电流互感器的选择(一)电流互感器应按下列技术条件选择: 1.一次回路额定电压和电流的选择 UNUNS INImax 为了确保所选仪表的准确度，互感器的一次侧额定电流应尽可能与最大工作电流接近。 2二次额定电流的选择： 电流互感器的二次侧额定电流有5A和1A两种，一般弱电流系统用1A，强电流系统用5A，本次设计中选5A。 3电流互感器的种类和型式选择 应根据安装方式选择其型式由于为屋内配电装置，且在A、C相安装，故选用浇注式。 4准确级和额定容量的选择：为保证互感器的准确级，需SN2S2=I2N22L选择结果如下：型 号额定电流比准确级次二次负荷（欧）0.5级 1级1S热稳定倍数动稳定倍数LFZ1-10300/50.50.4级 1级80140以上数据由发电厂电气部分设计参数资料查得：现对所选电流互感器校验如下：（1） 电流互感器回路接线如下： 电流表 有功表 无功表 (2)电流互感器负荷如下：（单位：VA）仪表电流线圈名称A相C相电流表（lTlA）3功率表（46D W）0606电能表（DSI）0505总计4111（3） 选择电流互感器连接导体截面： 互感器二次额定阻抗为0.4 最大相负荷阻抗 Zmax=Pmax/I2n2=4.1/25=0.164() 取电流互感器与测量仪表相距 L=10m 电流互感器接线为不完全星型，连接线的计算长度为Lc=3L则： SLc/(ZN2-a-c） =1.75×10-8×3×10/(0.4-0.164-0.1) =2.22×10-6(m2_)=2.22mm2 (c不易测量,一般取0.1欧） 故可选取标准截面为2.5mm2的铜线。按规定，应按电抗器后短路校验热稳定，动稳定。 （3) 热稳定校验 出线后备保护动作时间为1.2S，断路器全分闸时间为0.1S，则：短路持续时间t=tb+tdf=1.2+0.1=1.3S故 Qk=I”2t =15.42×1.3=308.3(kA2s) (kt×IN1)2t =(80×0.3)2×1.3=748.8(kA)2s即：(kt×IN1)2t > Qk故热稳定满足要求。（4） 内部动稳定校验 Ich=39.26KA 2IN1Kes=2×0.3×140=59.39KA 即：2IN1Kes>Ich故内部动稳定满足要求。由于LFZ1型互感器为浇注式绝缘，故不需校验外部动稳定。第六部分：配电装置规划一、配电装置： 配电装置的作用是接受和分配电能，它是发电厂和变电所的重要组成部分，它是根据主接线的连接方式，由开关电器、保护、测量电器、母线和必要的辅助设备组建而成的，按电器装设地点不同，它可分为屋内配电装置和屋外配电装置。按其组装方式，可分为装置式和成套式。成套式指在制造厂预先将开关电器、互感受器、等组成各种电路成套供应的称为成套式配电装置。 配电装置应能满足以下基本要求： （1）配电装置的设计必须贯彻执行国 家基本建设方针和技术经济政策。 （2）保证运行可靠，倒塌选择设备，在布置上力求整齐、清晰，保证具有足够的安全距离。 （3）便于检修、巡视、操作 （4）在保证安全检查的前提下，布置紧凑，力求节约材料和降低造价。 （5）安装和扩建成方便。 配电装置的形式选择，应考虑所在地区的地理情况及环境条件，因地制宜，节约用地，并结合运行及检修要求，通过技术经济比较确定。二、各级电压配电规划 110KV：由于本站污染轻微,故采用屋外配电装置。110KV配电有三种方案: 普通中型、半高型、高型。 普通中型：把配电装置的所有设备安装在同一平面内，使带电部分对地保持必要的高度，施工、运行和检修都比较方便，而且可靠，中型配电装置的母线布置在比电气设备稍高的水平面上。 普通中型配电装置的特点是：布置清晰,不易误操作，运行可靠，施工和维护都比较方便，构架高度较低，抗震性能好，所用钢材少，造价较低。缺点是占地面积较大。 半高型配电装置：只抬高母线，两组母线并不上下重叠布置，仅将母线与断路器、电流互感器等设备上下重叠布置，占地面积较普通中型小。 高型配电装置：是将两组母线上下 重叠布置，两组母线隔离开关亦上重叠布置 。 由于本所在城市边缘，扩建方便，土地便宜，并有多年运行经综上所述，110KV系统采用普通中型布置，此配电装置中的母线采用软母的钢芯铝绞线。 10KV 侧配电装置，为了简化施工，10KV单层屋内配电装置采用成套配电装置，本次设计采用GG-1A-07D型高压开关柜，由于10KV出线回路较多，电气主接线为单母分段带旁母分段 接线，每段母线上装有一组电压互感器、避雷器和旁路开关，高压开关柜为单列独立式布置。GG-1A-07D型高压开关柜的前面是操作通道，开关柜出线侧为维护通道，开关柜两端有通道，开关柜的后面用金属门与维护通道隔开，防止工作人员误入间隔造成事故。10KV侧少油断路器检修期限短，对不重要用户可短时停电，影响不大，综合考虑主接线和负荷要求，选10KV 采用高压开关柜固定式GG-1A-07D型配电装置比较合理。第七部分：短路电流计算书一、设定网络图如下： 0.4欧/KM 10.5 115 L1=L2=L3=60KM 115 10.5SN1=60MVA T1:60MVA T2:60MVA SN2=60MVAXd”=0.12 U%=10.5 30MVA U%=60MVA X”=0.12 T3 T4:31.5MVA 二、进行参数计算制定等值网络并对网络化简： 选取基准容量：SB=100MVA UB=Uav，计算各元件参数标幺值如下： 60MW发电机: X1*= Xd*×SB / Se =0.12×100/60=0.2 60MVA变压器： X2*= Ud(%)×SB/（100×Se）=10.5×100/(100×60)=0.175 三、条60Km线路: X3*=X1×XL×XB/U2av.n=0.4×100×60/1152=0.181 X4*=0.4×100×60/1152=0.181 X5*=0.4×60×100/1152=0.181 X6*=X2*=0.175 X7*=X1*=0.2 待设计变电站主要的参数： X9*=X10*=UK（%）×SB/100SE=10.5×100/100×60=0.175 两条负荷线路略去，将各元件编号取E*=1,并做等值网络图如下 x1 x1 x2 x3 x6 x7 E*=1 1/0.2 2/0.175 x4 x5 6/0.175 7/0.2 3=4=5/0.185 x9 x10 9=10/0.175 将网络进一步简化: X11*=X1*+X2*=0.2+0.175=0.375 X14*=X6*+X7*=0.2+0.175=0.375 将X3*、X4*、X5*作三角形、星形变换 得： X15*=X4*/3=0.18/3=0.06 X12*=X13*=0.06 将待设计两台主变参数合并化简如下: X16*=X9*/2=0.17/2=0.085 将网络图进一步简化: E*=1 11/0.375 12/0.06 13/0.06 14/0.375 E*=1 15/0.06 16/0.085 将两台发电机合并后进一步简化: E*=1 X17*=(X11*+X12*)/2=(0.375+0.06)/2=0.217510KV短路点110KV侧短路点心 X16*=X9*/2=0.17/2=0.085 最后网络简化如下: E*=1 X17/0.2175 X15/0.06 X16/0.085取故障点时应取最大运行方式下三相短路110KV侧短路时： Id*(3)=1/(X17*+X15*)=1/(0.2175+0.06)=3.6A10KV侧短路时： Id*(3)=1/(X17*+X15*+X16*)=1/(0.215+0.06+0.085)=2.76以上所得结果为标幺值，将其转化为有名值为： 110KV侧:Id（3）=3.6×100/(3×115)=1.8(KA) Ichmax=2.55 ×1.8=4.6(kA) 10KV侧:Id（3）=2.8× 100/(3×10.5)=15.4(KA) Ichmax=2.55×15.4=39.26(kA)21